双层复合微结构体散射导光板光学性能的研究
导光板(LGP，Light Guide Plate)的作用是将线光源转化为面光源，随着LED产业发展，市场对导光板的要求趋向于精细化和多元化。但是目前导光板的加工方法都有一定缺陷，这些缺陷是:加工尺寸固定、工艺复杂、间歇生产、易造成环境污染等。因此改善导光板的加工方法对导光板的应用有重要意义。 本文提出利用共挤方法生产双层复合微结构体散射导光板（下称复合导光板）。该方法将微结构与散射粒子结合，以综合提高导光板的平均照度、照度偏差和光通量等光学性能。实验以PMMA为基材，散射母粒为添加剂，利用连续共挤压印的方法制备出双层复合微结构体散射导光板。其中，根据导光板各层添加散射母粒的浓度不同，共得到六种实验方案。根据导光板在LED面板灯中与反射板以及LED光源的相对位置，得到四种不同的安装方向。通过分析得到1）不同安装方向对导光板光通量影响不大;2)散射粒子浓度对照度均匀性和光通量的作用是相反的，低浓度散射粒子更利于提高照度均匀性;3）平面层不含有散射粒子时更利于光线的传导，复合导光板的设计关键是应保证一部分光线沿光源方向传播，以提高照度均匀性。利用light tools模拟上述实验方案A/B和方案B/B，经分析得到模拟与实验结果基本一致，可以利用light tools模拟代替实验分析。 本文利用light tools模拟分析了V-Cut微结构的高度、顶角和间距以及半柱形微结构的高度、半径和间距对导光板光学性能的影响。通过分析可知1）V-Cut微结构的高度几乎对导光板的各光学性能没有影响;增大微结构的顶角，导光板的平均照度、光通量以及照度偏差均有很大增加;增大微结构间距，导光板的平均照度变化幅度小，照度偏差先减小后增加，光通量呈增大趋势。由此可知，若导光板表面添加V-Cut微结构，微结构的顶角对导光板的光学性能影响最大，微结构高度对导光板光学性能几乎没有影响。若要综合提高导光板的导光板性能，首先要选定微结构的顶角，其次通过调节微结构间距增加提高导光板的照度均匀性。通过模拟最好的微结构参数为H=0.2mm，顶角为50度，微结构间距D=0.9mm。2）随着半柱形微结构的高度增加，导光板的平均照度下降，照度偏差先增加后减少，光通量下降;随着微结构半径增加，导光板的平均照度增加，照度偏差先保持平稳后急剧增加，光通量增加;随着微结构间距增加，导光板的平均照度变化幅度小，照度偏差先增加后减小，光通量稍有浮动。由此可知，若导光板表面添加半柱形微结构，微结构的高度对导光板的光学性能影响最大。若要综合提高导光板的导光板性能，首先要选定微结构的高度，其次通过调节微结构间距和半径增加提高导光板的照度均匀性。通过模拟最好的微结构参数为H=0.08mm，半径为0.15mm，微结构间距D=0.9mm。 本文利用light tools分析散射粒子的折射率、直径和浓度对导光板的光学性能的影响。其中，1）通过对散射粒子折射率的分析，发现当散射粒子折射率接近导光板的折射率时，导光板的综合光学性质差，随着散射粒子折射率与导光板折射率差距增大，导光板的综合光学性质先提高后下降。当散射粒子折射率为1.42和1.55时，导光板的综合光学性质较好; 2)随着散射粒子直径的增加，导光板的整体照度增加，导光板的照度均匀度先上升后下降，光效利用率增加。当散射粒子直径为3μm时，导光板的综合光学性质最好;3）随着散射粒子浓度的增加，导光板的整体照度增加，导光板的照度均匀度先上升后下降，光效利用率增加。当散射粒子浓度为30000/mm3时，导光板的综合光学性质最好。 通过研究微结构和散射粒子对导光板光学性能的影响，为今后研究复合导光板提供理论依据。
导光板;微结构;体散射;照度均匀性;光学性能;双层复合板
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
刘颖
2015
中文
TB332
104
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）