基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计

冯奇斌; 李德华; 肖慧丽; 王梓; 吕国强

doi:10.37188/OPE.20212906.1329

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基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计

现代应用光学 | 更新时间：2021-07-03

- 基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计
- Surface microstructure design of viewing angle deflection film based on extended light source
- 光学精密工程 2021年29卷第6期页码：1329-1336
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室，安徽合肥 230009
  2.合肥工业大学光电技术研究院，安徽合肥 230009
  3.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥 230009
  4.合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230009
- 作者简介：
  
  [ "冯奇斌（1970-），女，天津人，副教授，1992年于上海机械学院获得学士学位，1995年于华东工业大学获得硕士学位，2006年于维也纳工业大学获得博士学位，主要从事立体显示、LED背光等方面的研究。 E-mail：fengqibin@hfut.edu.cn通讯作者：" ]
- 基金信息：
  
  安徽省科技攻关项目(201903a05020057)
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1329
  中图分类号： TN141.9
- 收稿日期：2020-11-04，
  
  修回日期：2020-11-23，
  
  纸质出版日期：2021-06-15
- 稿件说明：
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冯奇斌,李德华,肖慧丽等.基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计[J].光学精密工程,2021,29(06):1329-1336.

FENG Qi-bin,LI De-hua,XIAO Hui-li,et al.Surface microstructure design of viewing angle deflection film based on extended light source[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1329-1336.
冯奇斌,李德华,肖慧丽等.基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计[J].光学精密工程,2021,29(06):1329-1336. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1329.

FENG Qi-bin,LI De-hua,XIAO Hui-li,et al.Surface microstructure design of viewing angle deflection film based on extended light source[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1329-1336. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1329.

摘要

为了使应用于驾驶舱内的液晶显示器满足观看者的特殊视角要求，设计了一种能够将液晶显示器的最大亮度由正视方向根据观看者的位置偏转到特定方向的光学膜。本文基于扩展光源进行设计，根据扩展光源上不同位置的光线到达微结构的能量不同，提出了分段加权叠加的方法设计出微结构面型。仿真结果表明：水平视角不变，垂直视角偏转

15º，光线透过率为84.7%，半亮度视角范围为（-38.4º，4.4º）。采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试，测试结果表明：和传统的背光视角相比，垂直方向的最大亮度由原来的0º偏转到-16°，半亮度视角由（-23.8º，27.4º）变为（-43º，9.4º），透过率为83.0%，同时满足视角偏转和亮度的要求。

Abstract

To make a liquid crystal display used in the cockpit meet the special viewing angle requirements of the viewer， we designed a new type of optical film for deflecting the maximum brightness of the liquid crystal display from the frontal direction to a specific direction according to the position of the viewer. Using an extended light source， we propose a segment-weighted method for designing microstructures wherein the light from the different positions of the extended light source has different energy levels. The simulation results show that the horizontal viewing angle is unchanged， the vertical viewing angle is deflected by -15°， the light transmittance is 84.7%， and the half-brightness viewing angle range was （-38.4°， 4.4°）. An actual sample was fabricated using a maskless direct-write lithography process， and an effect test was performed. The test results show that the maximum vertical brightness was deflected from 0° to -16° and the half-brightness viewing angle is changed from （-23.8°， 27.4°） to （-43°， 9.4°） compared with the traditional backlight viewing angle. The transmittance is 83.0%， which meets the requirements of deflected viewing angle and brightness.

关键词

Keywords

references

CHU F ， DOU H ， SONG Y L ， et al . A transflective blue-phase liquid crystal display with alternate electrodes ［J］. Liquid Crystals ， 2017 ， 44 （ 8 ）： 1316 - 1320 .

黄丹，冯奇斌，唐天，等 . 基于扩展光源的曲面能量映射优化设计方法［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 12 ）： 1222003 .

HUANG D ， FENG Q B ， TANG T ， et al . Design method for surface energy mapping optimization based on extended light source ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 1222003 . （in Chinese）

吴涛，苏宙平 . 基于加权叠加法的扩展LED光源自由曲面透镜设计［J］. 激光与光电子学进展， 2018 ， 55 （ 12 ）： 122202 .

WU T ， SU ZH P . Design of free-form lens for extended LED source based on weighted overlap algorithm ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2018 ， 55 （ 12 ）： 122202 . （in Chinese）

RAUSCH D ， ROMMEL M ， HERKOMMER A M ， et al . Illumination design for extended sources based on phase space mapping ［J］. Optical Engineering ， 2017 ， 56 （ 6 ）： 065103 .

刘明伟，钱可元 . 基于照度分割反馈法的扩展光源背光源设计［J］. 半导体光电， 2017 ， 38 （ 1 ）： 30 - 35， 39 .

LIU M W ， QIAN K Y . Direct-type backlight design for extended source based on irradiance-segmentation-feedback ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2017 ， 38 （ 1 ）： 30 - 35， 39 . （in Chinese）

ZHUANG Z ， SURMAN P ， THIBAULT S . Multi-element direct design using a freeform surface for a compact illumination system ［J］. Applied Optics ， 2017 ， 56 （ 32 ）： 9090 - 9097 .

LI Z T ， YU S D ， LIN L W ， et al . Energy feedback freeform lenses for uniform illumination of extended light source LEDs ［J］. Appl. Opt .， 2016 ， 55 （ 36 ）： 10375 - 10381 .

MAO X L ， LI H T ， HAN Y J ， et al . Polar-grids based source-target mapping construction method for designing freeform illumination system for a lighting target with arbitrary shape ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 4 ）： 4313 - 4328 .

WU H ， ZHANG X M ， GE P . Double freeform surfaces lens design for LED uniform illumination with high distance-height ratio ［J］. Optics & Laser Technology ， 2015 ， 73 ： 166 - 172 .

陈恩果，郭太良 . 空间能量分区映射的LED照明透镜设计［J］. 光电工程， 2014 ， 41 （ 10 ）： 27 - 31 .

CHEN E G ， GUO T L . LED illumination lens design based on an energy partition relation mapping ［J］. Opto-Electronic Engineering ， 2014 ， 41 （ 10 ）： 27 - 31 . （in Chinese）

WU R ， ZHENG Z ， LI H ， et al . Optimization design of irradiance array for LED uniform rectangular illumination ［J］. Applied Optics ， 2012 ， 51 （ 13 ）： 2257 - 2263 .

汪勇，冯奇斌，郭敏，等 . 用于MiniLED背光模组的亮度增强薄膜设计与制备［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 5 ）： 887 - 893 .

WANG Y ， FENG Q B ， GUO M ， et al . Design and preparation of brightness enhancement thin film for MiniLED backlight module ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 887 - 893 . （in Chinese）

冯奇斌，武晨晨，李德华，等 . 用于汽车抬头显示器的光学增亮膜设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 7 ）： 1426 - 1434 .

FENG Q B ， WU CH CH ， LI D H ， et al . Design of optical brightness enhancement film for direct-lit backlight in automobile head-up display ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 7 ）： 1426 - 1434 . （in Chinese）

LEE J G ， YOO D H ， SHIN H H ， et al . Reshaping the luminance distribution of OLED lighting using optical films ［J］. Journal of Information Display ， 2017 ， 18 （ 4 ）： 177 - 184 .

CHEN C F ， LU L M ， JHOU Y F . A novel optical sheet with microstructures design in the LED direct-lit backlight module ［J］. Applied Mechanics and Materials ， 2012 ， 130 / 131 / 132 / 133 / 134 ： 4106 - 4109 .

CHEN B T ， PAN J W . High-efficiency directional backlight design for an automotive display ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 16 ）： 4386 .

CHEN B T ， PAN J W . Dual-view angle backlight module design ［J］. Applied Optics ， 2015 ， 54 （ 28 ）： E80 - E87 .

冯奇斌，尹慧娟，程鑫，等 . 用于视角偏转的光学膜表面微结构设计［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 5 ）： 1009 - 1014 .

FENG Q B ， YIN H J ， CHENG X ， et al . Design of optical film with microstructure for viewing angle deflection ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 5 ）： 1009 - 1014 . （in Chinese）

尹慧娟 . 液晶显示特定指向视角技术研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2017 .

YIN H J . Study on Specific Viewing Angle Technology for Liquid Crystal Display ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2017 . （in Chinese）

李忠良，张启，高慧芳，等 . 控制光线角度的光学膜表面微结构设计［J］. 光电子技术， 2017 ， 37 （ 1 ）： 35 - 39，47 .

LI ZH L ， ZHANG Q ， GAO H F ， et al . Design of optical film with microstructure for light angle control ［J］. Optoelectronic Technology ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 35 - 39，47 . （in Chinese）

WESTER R ， MÜLLER G ， VÖLL A ， et al . Designing optical free-form surfaces for extended sources ［J］. Optics Express ， 2014 ， 22 （ 102 ）： A552 - A560 .

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