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導光板設計—亮暗區塊消除 ABC

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摘要

根據前兩篇文章提及的方法來設計導光板,原則上應該可以得到一個亮度均勻的設計,近年來由於LED光源的普遍運用,非等向光源造成的亮度不均勻成了新的困擾,本文將介紹如何用BacklightFly來解決.



前言

當光源從CCFL線性光源變成LED點光源後,入光的處的設計必須克服入光線強度不均的問題,也就是所謂的Hot Spot,一般可以從以下幾點來處理:

  1. 利用蓋板將入光側的部份遮蔽,此方法最直接簡單,但會造成空間上的浪費及光源的損失,對高單價精密的設備並非主流.
  2. 利用機構方式如類似凸凹透的方式將點光源分散,此一方法,目前在小型裝置使用較多如keypad等LED光源較少的產品.
  3. 另外用佈點的密度疏密來改善,這個方式是目前用在NB及TV最主要的方式,當然配合1,2效果會更佳.

本文只針對case 3來做說明

構想

在BacklightFly採用網格設計並成為主流後,客戶嘗試用網格來做LED hot spot的修改,發現若要用網格來處理必須做到以下幾點:

  1. 設計線必須與LED位置對齊
  2. 劇烈的密度變化要有更多的設計線來處理
  3. 根據網格所計算的曲線常會有不預期的結果發生,雖然改變不同的spline方法可以改善此問題,但終究對設計者而言並不友善.

結果就如圖1,x方向高達129條設計線,大大提高設計的困難度

圖1

圖1

針對這個問題在BacklightFly V3引進新的設計概念—Mask Block.此一概念大大的改善設計的複雜度,也成為仿效的對象,如同網格一般目前也成為業界標準的作業方式

簡單的來說就是用分離的方式,對LED的 hot spot做點對點的密度處理,利用預設的平滑元件與原設計稿相結合,達到以下目標:

  1. 不必改變原設計的網格線(維持少量的設計線)
  2. 可以依hot spot的大小形狀及修正量做處理
  3. 結合後的設計稿沒有不平滑及連續的問題,確保品味良好.

元件

在前面提到的三個目標中,第三項是最基本也最重要的.要達到此一目標必須有以下條件:

  1. 密度的變化必須平滑
  2. 元件與原圖的結合面必須自然

首先我們在預設的元件中採用波茲曼分佈,確保密度變化的流暢性及與原圖結合後的平滑度如圖2,

圖2

圖2

接著我們來驗證這個方式是否可以解決以下我們遇到的問題:

  1. Hot Spot的大小
  2. Hot Spot的修正量
  3. Hot Spot的形狀
  4. Hot Spot的修正曲線

為達到以上的要求我們對應的方式如下:

  1. 元件採用網格的設計方式,所以改變尺寸並不會影響元件的平滑效果.
  2. 將元件正規化,元件設計值從1到0,再配合與原圖結合的運算方法,可以達到任意的修正量.
  3. Hot Spot的形狀大都可用橢圓來處理,但可能有重疊或非LED造成的Hot Spot (如機構造成的非圓形hot spot),讀者可以透過網格編輯來自行建立新的元件,我們留在未來的文章說明.
  4. 較常遇到的問題是修正曲線,實驗證明利用簡單的波茲曼分佈可以達到預期的效果,若有特殊的情況,讀者仍可以自行建立新的元件,我們也將在未來的文章一併介紹.

與原圖結合

撇開需要自行建立新的元件的部份,我們如何利用預設元件來修正我們的設計稿,首先客戶會先量測Hot Spot的亮度變化曲線,及長寬範圍如圖3.

圖3

圖3

接下來我們要決定採用合成運算的模式:

  1. Add mode:元件與底稿相加
  2. Add percentage: 底稿*(1+元件)
  3. Paste:元件置換原稿

一般建議採用1或 2,我們暫時以模式2來說明

我們擁有的資料如圖3:

Hot spot中心軸的亮度變化

L=f(x) , f(y)—(1)

Hot spot的 大小:

X,Y—(2)

首先將所有亮度資料除以背景亮度~1300,可以得到百分比分佈如公式(3)

Lperctage=L/base_line —(3)

運算的結果介於140%~20%之間如圖4.

圖4

圖4

密度與亮度成反比關係,也就是說密度須修正為原來的0.714~5 倍(1/1.4~1/0.2)之間如公式(4).

Dperctage=1/ Lperctage —(4)

換算成add percentage為-0.286~4,所以我們得到暗區增加4倍,亮區減少0.286如公式(5).

Dadd_perctage= Dperctage-1 —(5)

再根據經驗得知,X的大小為量測值的1.667倍(波茲曼分佈實際分佈的換算經驗值),同理可以由Y的量測值計算大小如公式(6),(7)

Xset=X/0.6=X*1.667---(6)

Yset=Y/0.6=Y*1.667---(7)

則我們可以得到必須在LED前方(亮區)貼上一個value=-0.286 x,y為8,14的元件,在LED與LED之前貼上一個value=4 x,y為14,14的元件,經由試算表的幫忙,我們很快的複製貼上完整的65個元件(32個LED) 如圖5.

圖5

圖5

完成設計如圖6.

圖6

圖6

X方向約11條設計線與圖1 X方向約129條設計線相比是不是簡單又漂亮了.



最後確認

此時您已經完成新版設計,最後在預覽模式下利用線上量測分析如圖7

圖7

圖7

確保條設計的結果與預期相同如圖8.

圖8

圖8

恭喜您已經完成此次的修稿,可以根據製程輸出相關佈點.



再次修稿

原則上Hot spot不會影響整體的光學行為,所以再一次的修稿您可以選擇對原來的元件做更動或是以圖形的方式直接修正, 以圖形的方式直接修正的方法我們也會在未來的文章中說明.

 

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