LCD背光设计入门

LCD 背光源設計入門簡介設計背光源所需之各項基礎知識

OCT 2000

課程大綱1. 2. 3. 4. 5. 6. 光學與顏色 冷陰極燈管 背光源的結構 光學材料的選用 設計上的考量因素 未來的挑戰Optics Electromagnetism Material

Physics

Mechanics

什麼是光？

Newton : 光是微粒子流束。(1642-1727)

-光可以轉彎嗎？-可不經界質傳遞？

Huygens : 光是一種波動 。(1629-1695) (1773-1829)

Young : 證實光的干涉現象存在。 -粒子無法相減！Maxwell : 光是一種電磁波。(1831-1879)

c = 3 X 108 m/s

Hertz : 證實光具有電磁波特性。(1857-1894)

-如何解釋光電效應？ -解釋黑體輻射、光電效應。

Planck : 量子論探討微觀世界。(1858-1947) (1879-1955)

Einstein : 相對論解釋光電效應。 E = h f

電磁波論 與 量子論 相輔相成 電磁波理論：圓滿解釋光的傳遞與干涉現象。 量子理論：成功解釋光子 (Photon)註 如何激發電子的 現象(光電效應)。

量子特性

電磁波特性

註：Photon 沒有質量。

幾何光學 與 反射定律 Ray Approximation: 假設光波依一直線方向前進。(λ << d )

反射定律：

θi = θrθi

N θr

入射線、出射線 及 反射面之垂 直法線皆在同一平面。

鏡面反射(λ> 表面粗度)

粗糙表面造成「漫射」 (Diffusion)

折射定律 光在不同介質中的速度不同。 光在真空中的速度最大。

折射率(Index of Refraction) :

c n 介質中光速 v真空中光速 Snell's Law:

n1 sin 1 n 2 sin 2

光波的傳遞 光在不同介質中的頻率不變。

v f f1 f2 f

1 v1 n 2 2 v 2 n1

介質導光的原理 全反射與臨界角：

n2 sin θ c n1

( where n1 n 2)

θ θ c:全反射(Total Reflection) θ θ c:折射(Refraction)

散射 與 光譜 散射(Dispersion):λ越短 → n 越小 → 折射角 δ越大。

可見光的光譜：

Violet

波 長

Red

折射率 與 光波長 的關係

人眼的視覺視網膜上的感光細胞： 柱狀細胞─對光 的強弱靈敏度很 高。 錐狀細胞─靈敏 度較低，但辨色 能力極好。 人眼對綠光的靈 敏度最高，對紅 光的靈敏度較低。

光源色 與 物體色 光源色：加法混色 物體色：減法混色

Munsell 表色系統

色相：圓週方向 彩度：半徑方向

明度：上下方向

CIE RGB 表色系統三基色：紅光 (R) 綠光 (G) 藍光 (B)標準白光 r-q-b 色度空間： r = R/(R+G+B) q = G/(R+G+B) b = B/(R+G+B) =1- (r + q)

λ= 700.0 nm λ= 546.1 nm λ= 435.8 nm混光

1 流明 4.5907 流明 0.0601 流明5.6508 流明

CIE XYZ 表色系統

CIE: Commission Internationale de l'Eclairage 國際照明委員會1931 年標準：用XYZ三標準色刺激值(色量)來定義 所有可見色，

並使所有混色係數為正值。X = 2.7689 R + 1.7517 G + 1.1302 B Y = 1.0000 R + 4.5907 G + 0.0601 B Z = 0.0000 R + 0.0565 G + 5.5943 B

Y = 輝度 (nit)X = Y = Z:等量白光 (x, y) 座標系統 = 色度

CIE1931 x y 色度座標X x X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z x y z 1

利用色度座標定義顏色

CIE 1931 以後的發展 CIE 1931:以 2° 視野為基礎，可應用至 4° 視野。

CIE 1964 X10Y10Z10 輔助表色系統：10° 視野。CIE 1960 "UCS" 色度座標：色差程度在 (u, v) 色度座 4X 2x 標上為等距離。 u X 15Y 3Z x 6 y 1.5 6Y 3y v X 15Y 3Z x 6 y 1.5

CIE 1976 L * u* v* 表色系統：UCS色度座標 (u', v') (u', v') = (u, 1.5 v)CIE 1976 L * a* b* 表色系統：色差程度為等距離，且 為直角座標。

光源的輻射與度量方式度量名稱 輻射能量 Radiation Energy 光通量 Luminous flux 光度 Luminous intensity 輻射出度 Luminous exitance 照度 Illumination 輝度 Luminance 符號 Q ψ I 定義 光源輻射出之能量 (在光譜範圍內)。 光源在單位時間內所發的輻射能量： ψ = dQ/dt 光源在某一方向之單位立體角(ω)內所 發射之光通量： I = dψ/dω(球面積=4πr2)

單位 1 卡 = 4.18 J = 107 erg 流明 (lm) 瓦特 (W=J/s) 燭光 (cd) (1 cd = 4πlm) (立體角4π)

M E

S 面積光源之單位面積發射的光通量： W/m2 M = dψ/dS Lux = lm/m2 1 米燭光 = 1 lux S 面積被照體之單位面積上所受的光 通量： E = dψ/dS(照度與光源距離之平方成反比)

L

光源在某一方向之單位面積 (S) 所發 出的光度 (I): L = d2ψ/dω(dS cosθ) = dI /(dS cosθ)(θ 為視線與平面法線之夾角)

nit (cd/m2) (1 lux =πnit)(球體投影面積為 πr2)

黑體輻射 與 色溫 黑體輻射出度：

M T 4

where 輻射常數 σ 5.67x10 8

色溫：當光源色與黑體在某溫度下的輻射顏色相 同時即稱為該光源的色溫。 當光源之光譜分不與黑體輻射相去太遠時即不適 合用色溫來描述該光源顏色。

黑體輻射軌跡Tc = 437 n3 + 3601 n2 + 6830 n + 5517Wheren x 0.3320 0.1858 y

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