一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法 【技术领域】
本发明属于LED光源的侧光型导光板网点技术领域，特别是涉及一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法。
技术背景
目前LED(发光二极管)正在越来越多地充当背光模组的光源，LED是点光源，而传统的CCFL(冷阴极管)是线光源，点光源和线光源的导光板网点设计模式是不同的。作为液晶显示器件中不可或缺的背光模组伴随着液晶显示器件的普及正处于飞速发展的阶段。导光板是背光模组中的一个关键组成部分，它对改善背光模组的整体光学效果有重要的意义。开发高效率的导光板已经成为背光行业的一个热门话题。
传统的背光模组，尤其是大尺寸的背光模组，大都采用冷阴极管(CCFL)做为光源，但是CCFL光源使用寿命短，发光效率低，背光模组作为液晶显示产品的一个部分，如果因为光源寿命，发光效率等原因影响器件使用的话，那么浪费的不仅仅是一个背光模组而是整个产品，因此光源的选择对于背光模组来说是非常重要的。LED作为一种新兴光源，从它发明之日起就备受关注，尤其是在1996年日本日亚化学公司在蓝色LED上涂上黄色荧光粉实现了白光输出后，人们对LED在照明和背光领域里取代传统光源的信念越来越强了。众所周知，LED的特点之一是发定向光。侧光型导光板要把LED的光能量顺利地传导到整个发光区域就要对光线进行疏导，要疏导光线就要改变LED光线分布情况。通过在导光板的出光面和反射面设计一定规律分布的网点来打散光线在导光板中的全反射就可以很顺利地疏导光线朝合理的区域传导。
目前现有的技术步骤是：导光板的开发人员先利用一些网点生成器生成原始的网点系统，然后根据光学效果做手工调整。但是导光板上分布的网点个数是巨大的，通常一个三寸左右的导光板上就分布了将近十万个网点，这些巨大数目的网点如果没有一步到位生成而要手工调整的话将大大增加导光板开发人员的工作量。现有的导光板网点设计技术一般都是将发光区域分割成为一定数量的小网格区域，根据网格所在的区域设置不同的网格网点密度，然后使用斥力缓和等方法实现网点的间距调整。现有方法的最大缺点在于：容易在小网格区域的边界形成明显的网点过渡带，尤其是在LED的正前方位置及其左右两边的区域，这些区域网格密度落差大，网点过渡带很明显。本发明使用密度分布函数控制网点生成，其省去了网格分割的过程，从根本上解决了网点过渡带的缺陷。
另外，本发明提出的分子势能法相对与现有的方法在调节网点间距方面有更大的优势，分子势能法同时存在斥力和引力，这样一来不仅可以通过斥力将间距过小的网点排斥开来解决网点堆叠现象，还可以通过引力将间距过大的网点吸引到一起来解决网点空缺(较大的区域范围内没有任何网点分布)的现象。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对目前LED侧光型背光模组网点设计难以一步到位地缺陷，提出了一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法。
本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，其所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)建立一个二维坐标平面，确定发光矩形区域；
(2)在发光矩形区域中建立一个密度分布函数模型；
(3)根据发光区域内的密度分布函数模型设计一个网点间距分布函数；
(4)根据网点间距分布函数生成原始的导光板乱数网点(见图2)；
(5)提出一种分子势能函数，运用分子势能函数对原始的具有严重堆叠导光板乱数网点进行调整后，得到生成间距合理的导光板网点；
(6)使用面向对象化的VBA开发工具，将上述的密度分布函数模型、网点间距分布函数、分子势能函数模型转化成为计算机语言，建立一个VB用户界面(VB窗体)。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，所述的二维坐标平面，其发光区域的长与Y轴重合，发光区域的宽与X轴重合。以yL表示发光区域长，以xW表示发光区域宽，发光区域在二维平面内以顶点为(0，0)、(xW，0)、(xW，yL)、(0，yL)的矩形区域表示。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，所述的密度分布函数模型是由所述的网点间距分布函数来表示，以(x0，y0)为中心的局部区域网点间距分布函数为：
Rx0y0=12×π×σ×exp[(x-x0)2σx2+(y-y0)2σy2+(x-x0)(y-y0)σx×σy],]]>
设置坐标让导光板的发光区域在X、Y平面内，发光区域的宽与X轴重合，发光区域的长与Y轴重合。通过调整坐标(x0，y0)就可以控制发光区域内任何位置的密度，σ用于控制调整幅度，σx，σy用于控制调整区域的形状。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，所述的网点间距分布函数包括以下三个网点间距表达式：
①LED的出光方向平行于y轴，则网点密度应随着y轴逐渐变小，网点间距表达式为：其中Δ是一个正实数。
②靠近LED的区域(近光源区域)，是网点密度变化最为复杂的区域，LED的坐标位置必须涵盖在密度函数当中才可以实现对应的网点设计。假定在需要设计网点的背光模组中含有n颗LED，对应的坐标分别为：(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)------(xn，yn)，此外，为了保证密度有意义，网点间距必须大于0，通过以上的设计可以得到LED坐标的网点间距表达式：
Rxy=1y+Δ1+Δ2]]>
+12×π×σ1×exp[(x-x1)2σx12+(y-y1)2σy12+(x-x1)(y-y1)σx1×σy1]]]>
+12×π×σ2×exp[(x-x2)2σx22+(y-y2)2σy22+(x-x2)(y-y2)σx2×σy2]]]>
+12×π×σ3×exp[(x-x3)2σx32+(y-y3)2σy32+(x-x3)(y-y3)σx3×σy3]···]]>
+12×π×σn×exp[(x-xn)2σxn2+(y-yn)2σyn2+(x-xn)(y-yn)σxn×σyn],]]>
③发光区域在光源前的两个角落位置和LED之间的区域，这些区域是LED的光线很难传导到的区域，必须设置比其他区域更大的密度。根据LED坐标可以得出LED之间位置的坐标分别为：设定发光区域长度为yL，宽度为xW，则光源前的左右两个角落的坐标为(0，0)，(xW，0)，网点间距表达式为：
R′xy=12×π×σ1′×exp[(x-x1+x22)2σ′x12+(y-y1)2σ′y12+(x-x1+x22)×(y-y1)σ′x1×σ′y1]]]>
+12×π×σ2′×exp[(x-x2+x32)2σ′x22+(y-y2)2σ′y22+(x-x2+x32)×(y-y2)σ′x2×σ′y2]]]>
+12×π×σ3′×exp[(x-x3+x42)2σ′x32+(y-y3)2σ′y32+(x-x3+x42)×(y-y3)σ′x3×σ′y3]]]>
+···]]>
+12×π×σn-1′×exp[(x-xn-1+xn2)2σ′x(n-1)2+(y-yn-1)2σ′y(n-1)2+(x-xn-1+xn2)×(y-yn-1)σ′x(n-1)×σ′y(n-1)]]]>
+12×π×σL′×exp[(x-0)2σ′xL2+(y-0)2σ′yL2+(x-0)×(y-0)σ′xL×σ′yL]]]>
+12×π×σW′×exp[(x-xW)2σ′xW2+(y-0)2σ′yW2+(x-xW)×(y-0)σ′xW×σ′yW],]]>
将①②③所得的网点间距分布表达式f(y)，Rxy，R′xy合并得到网点间分布函数，可以针对一定发光区域一定LED颗数的导光板网点设计图案。针对某一款特定的背光模组，调整式子中的参数就可以得到合理的网点密度分布模式。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，所述的分子势能函数中，把网点当成一个个分子，网点也具有分子势能，网点之间存在相互作用力，作用力包括吸引力和排斥力。当网点间距大于平衡距离时作用力表现为吸引力；当网点间距小于平衡距离时作用力表现为斥力。使用分子势能函数设计网点调整程序，设定一个平衡网点间距，当网点间距大于平衡间距时，引力使网点靠近，当网点间距小于平衡间距时，斥力使网点排开。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法，所述的VB用户界面(VB窗体)，用户需要输入的参数有：发光区域长、发光区域宽、相对密度值、LED数量、每一颗LED的坐标位置，在输入完所有网点之后点击“确定生成网点”命令按钮，就可以得到所需要的网点分布图形。
本发明一种LED光源的侧光型导光板网点设计方法其优点在于，在控制密度分布函数的层次上对网点进行调整，克服导光板网点生成难以一步到位的困难，省去了手工补偿的枯燥、耗时的缺陷，提高了导光板的开发效率；适用范围广泛，用于控制网点生成的函数中有许多的系数，通过更改这些系数可以应对更大范围内的实际应用，可以生成密度区域差别明显，密度区域过渡自然的导光板网点图案，使用本发明生成的网点从上到下、从左到右都看不出任何明显的网点密度过渡带；用户界面简单，用户只要根据标签中的提示输入与自己开发产品对应的参数即可，使用者不必具有很全面的绘图知识和计算机知识。
【附图说明】
图1为本发明LED光源的侧光型导光板网点设计方法流程图；
图2为本发明随机的密度不均匀的乱数网点图；
图3为本发明分子势能曲线图；
图4为本发明解决网点堆叠现象的具体过程示意图；
图5为本发明经过分子势能模型调整后的网点图；
图6为本发明用户界面图；
图7为本发明实施例1的效果图；
图8为本发明实施例2的效果图；
图9为本发明实施例3的效果图；
图10为本发明实施例4的效果图；
图11为本发明实施例5的效果图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
为了验证本发明在导光板上应用的效果，我们将使用本发明的用户界面来生成网点，其发光区域长为69.7mm，发光区域宽为32.48mm，相对密度值是0.75，LED数量是5，对应LED坐标分别是(3.248，0)，(9.744，0)，(16.24，0)，(22.736，0)，(29.232，0)。将这些参数输入图6用户界面点击“确定生成网点”按钮就得到如图7所示的网点。我们将得到的网点输入激光雕刻机并雕刻在模芯上，再经过塑胶成型将网点转写到导光板上面。从试验结果可以看出：采用本发明所生成的导光板网点可有效地控制背光模组的光学效果，通过美能达九点测试法，得到背光模组的均匀性为89％。
实施例2：
图8为单颗LED的导光板网点图案，网点相对密度是0.9，其发光区域长20mm，发光区域宽20mm。LED位于整个发光区域的右下角，从图8可以看出网点密度随着网点位置与LED间距的增大而增大。
实施例3：
图9为两颗LED的导光板网点图案，网点相对密度是0.9，其发光区域长20mm，发光区域宽20mm。LED的坐标位置分别是：(5，0)；(15，0)。
实施例4：
图10为三颗LED的导光板网点图案，网点相对密度是0.8，其发光区域长30mm，发光区域宽30mm。LED的坐标位置分别是：(5，0)；(15，0)，(25，0)。
实施例5：
图11为四颗LED的导光板网点图案，网点相对密度是0.7，其发光区域长40mm，发光区域宽50mm。LED的坐标位置分别是：(5，0)；(15，0)，(25，0)，(35，0)。