凹陷微透镜阵列光扩散片特性研究
1 绪论 1
1.1 发光二极管（LED）简介及其发光原理 1
1.2 背光模组与光扩散片2
1.3 微透镜阵列简介和应用3
1.4 微透镜阵列的发展历史和现状4
2 凹陷微透镜阵列的仿真模拟与分析5
2.1 TracePro光学模拟软件简介5
2.2 背光光源的简化模型的建立6
2.3 微透镜阵列的初期建模7
3 模拟结果与分析11
3.1 微透镜阵列中微透镜的排列方式与占空比12
3.2 微透镜阵列中微透镜的占空比对相对光强分布的影响13
3.3 微透镜阵列中微透镜的口径对相对光强分布的影响14
结论17
致谢17
参考文献18
1 绪论
随着人类社会科学和经济的迅速发展，人们的生活状态发生了巨大的变化，现代科技的发展为人们的生活和工作提供了巨大的方便。手机从一开始的大哥大的功能单一而又笨重的形象转变为以苹果公司的iphone为代表的小巧玲珑而又功能丰富的智能手机的形象，而这一转变离不开液晶显示技术的发展。大家都知道，液晶自身是不发光的，最早的液晶显示屏是通过液晶对光的吸收能力与液晶显示元件周围的基底物质不同，从而导致外部光源照射到显示屏幕上被反射的光的强度不同而产生亮度对比，来达到显示的目的的。这类显示器能够显示的色彩单调，内容简单，无法满足人类对屏幕显示的内容越来越高的要求。彩色液晶显示器应运而生，随着液晶显示技术的发展，液晶显示屏幕逐渐开始能够显示越来越丰富的内容，但通过反
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液晶显示技术的发展。大家都知道，液晶自身是不发光的，最早的液晶显示屏是通过液晶对光的吸收能力与液晶显示元件周围的基底物质不同，从而导致外部光源照射到显示屏幕上被反射的光的强度不同而产生亮度对比，来达到显示的目的的。这类显示器能够显示的色彩单调，内容简单，无法满足人类对屏幕显示的内容越来越高的要求。彩色液晶显示器应运而生，随着液晶显示技术的发展，液晶显示屏幕逐渐开始能够显示越来越丰富的内容，但通过反射外部光线产生对比度的显示方式已经不能满足液晶屏幕对彩色画面的需求，于是人们采用了背部光源，利用液晶对光的吸收能力的不同，采用透射光线的方式对要显示的内容进行表现。由于发光二极管有发热量低，发光效率高，亮度高等优点，大部分液晶显示器件（ Liquid Crystal Display，LCD）采用发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）作为显示器的背光模组的光源。在照明领域，发光二极管产品作为一种新型的高效率的光源，它的应用正吸引着来自世界各地的目光，被认为是未来行业发展的趋势。LED被称为绿色光源，相对于传统的光源，LED具有节能、环保、发光效率高、寿命长、体积小等各种优势，已经被广泛地用于显示器的背光模组、装饰灯具的光源、室内和室外照明灯具的光源等各种各样的领域。
1.1 发光二极管（LED）简介及其发光原理
发光二极管（Light-Emitting Diode，LED） 是指能够将电能转化为光能的半导体电子元件。这种电子元件诞生于19世纪60年代初，一开始只能发射强度较弱的红光，之后经过发展研制出了各种可以发射其他颜色的光的种类，到了现在，LED光源已经能够发出包括可见光、紫外线以及红外线在内的各种波长的光线，发光强度也提高到了相当的水平。随着科学研究的不断深入和技术水平的不断提高，LED的使用场合也由一开始的简单的作为指示灯和显示面板等发展到了广泛地被应用于显示器、电视机、装饰灯具的光源和照明光源等各个领域。
发光二极管是一种正向偏置时发光的PN结（通常用n+ p结）。在正向偏压下，pn结上的势垒下降，允许载流子从一侧中性区穿越势垒注入另一侧的中性区，在那里变为少数载流子，它们边扩散边和多数载流子复合。这种复合大体上发生在一个扩散长度范围内。在直接禁带半导体（例如GaAs）中，电子和空穴直接复合，即电子从导带向下跃迁填充价带中的空位，动量不发生变化，复合所释放的能量通常以光子的形式发射出去（在间接禁带半导体中，例如硅中的电子和空穴的复合需要伴随动量的改变和能量的损失，这样直接复合不容易发生）。这种电子-空穴对复合发光的器件称为LED。在LED中，光子的发射彼此独立，可以有不同的相位和不同的偏振方向，能量（波长）也不完全一样，即发射为自发辐射。
LED主要用Ⅲ-Ⅴ族半导体材料制造。一般，采用复合几率高的直接禁带半导体材料；当没有合适的直接禁带材料时，也用间接禁带半导体材料。LED发射的光的波长λ与半导体的禁带宽度Eg有关，为
λ（μm）=1.24/Eg（eV）
随着行业的持续发展，技术水平的不断提高，LED的发光效率也在不断地提高，成本在不断地降低。
LED被称为第四代光源，具有绿色环保、节能、安全、寿命长、能耗低、亮度高、防水抗震、维护简单等优势和特点，可以广泛地被应用于显示、背光模组的光源、装饰光源和照明光源等各种领域。
相对于传统的光源（如白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯等），LED具有电光转化效率高（接近60%）、环保（无毒无污染）、寿命长（可以超过10个万小时，而且反复开关不会缩短其使用寿命）、工作电压低（只需要3V左右）、体积小、发热量低、发光强度高、坚固而不易损坏、颜色丰富多样、发光稳定、没有启动延时等优点。虽然仍有无法完全替代传统光源的地方，但相比之下，LED的优势仍然十分明显。
1.2 背光模组与光扩散片
背光模组是液晶显示技术的重要部分。但是液晶自身并不是光源，它不会发光，而是由背光模组为其提供足够亮度、均匀分布的光照。背光模组就是为液晶显示面板提供均匀、明亮的面光源的发光组件，其中包括各种光学膜，按照功能的不同可以将这些光学膜分为扩散片（Diffuser Film）、导光板、反射片、棱镜片等。
光扩散片是能够使光束的光强在一定的空间范围内均匀分布的光学器件，在平板显示、激光调制、LED照明和成像等许多系统中有广泛而重要的应用。根据对入射光扩散原理的不同，光扩散片（Diffuser Film）主要被分成两大类，一种被称为掺杂粒子型，另一种被称为表面微结构型。
掺杂粒子型的光扩散片就是在扩散片的基底材料中加入一粒粒细小的化学微粒。由于化学微粒的折射率与扩散片的基底材料不同，所以当光线入射到这种类型的光扩散片上，穿过两种折射率不同的介质的界面时，就会发生多次折射、反射与散射的现象，这样就能产生光扩散的效果，获得一个发光
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