OFweek光電顯示訊 全彩LED顯示屏通常是仰視的應用環(huán)境，上視角范圍內的亮度沒有被有效利用。本論文提出了一種將LAMP器件上視角范圍內的亮度，向下視角范圍轉移的設計方法。通過設計得到透鏡型面數據，制作透鏡模具，封裝成成品燈珠并進行測試，非對稱LAMP器件上視角20°，下視角40°。下視角增大后，在同等條件下，非對稱器件與常規(guī)器件相比，下視角可視范圍內亮度提升了 30%。同時，配光的一致性也獲得了明顯提升，降低了色偏差。由于上視角減小，也減少了上視角范圍內的亮度造成的光污染。

　1引言

LED顯示屏是一種有能耗的電子產品，LED顯示屏的能耗主要由LED器件產生。LED器件相關性能的提升，如亮度、角度的提升，對于顯示屏降低能耗、提升顯示效果非常重要。

常規(guī)的LAMP器件的水平/垂直角度都是相對于法平面對稱，水平/垂直角度通常為105°/50°，垂直角度相對于法平面對稱，即±25°，垂直角度的上視角與下視角相等。LED顯示屏一般是垂直于水平面安裝，因此LED顯示屏的最高亮度點是在法平面的0°視角。

顯示屏通常會安裝在一定的高度上，人們的觀看視角為仰視。因此在法平面以下的亮度為有效可視亮度，法平面以上的亮度為無效亮度，造成上視角范圍內的亮度浪費。為了提高下傾角范圍內的顯示屏亮度，部分顯示屏廠商在LED插件安裝的過程中，通過工裝治具，使得LED法線向下偏7°—10°，以增大LED的下半功率視角，將更多的能量從法平面以上轉移到法平面以下。這種方法是需要重新定制LED顯示屏的模具，制造成本較高，并且通用性較差。

本論文提出了一種減小上半功率視角，增加下半功率視角的方法。采用TracePro光學軟件，進行LAMP器件透鏡的非對稱光學設計，將上視角范圍內的能量減少，可以減少上視角的光污染；增大下視角范圍內的能量，可以增加可視范圍內的亮度，達到節(jié)能的目的；同時由于下視角的增大，配光更優(yōu)，不會出現偏色。

2非對稱LAMP器件光學透鏡的模擬設計

2.1非對稱LED的設計概念

如圖1所示，常規(guī)的346LAMP器件，上視角θ1與下視角θ2相等，顯示屏通常安裝于一定的高度，且垂直于水平面安裝，人們通常是仰視觀看顯示屏，下視角θ2通常為可視范圍，θ2角度內的亮度有用。上視角θ1通常為不可視范圍，θ1角度內的亮度無用，而且會對周圍的高層建筑造成嚴重的光污染。

為了更好的達到節(jié)能降耗的目的，依照LED顯示屏通常仰視的應用環(huán)境和觀看習慣，提出了非對稱LAMP器件的設想，如圖1所示。

通過對LAMP器件透鏡進行合理的光學設計，上視角θ1與下視角θ2不相等，并且θ2>θ1。將上視角的部分能量，轉移到下視角的可視范圍內，從而到達增加下視角范圍內亮度的目的，同時減少上視角的光污染。由于下視角的增大，顯示屏的配光會更加優(yōu)異。

2.2非對稱透鏡光學設計

為了實現將上視角的能量轉移到下視角的概念，需要對透鏡進行特殊的光學設計。本論文中采用TracePro光學模擬軟件，對透鏡型面進行光學設計。采用透鏡上下兩側不對稱結構，使得芯片發(fā)出的光在透鏡曲面發(fā)生全反射和折射，形成非對稱的光強分布曲線，增加了下視角度。通過對透鏡做光學模擬，得到非對稱LAMP器件透鏡曲面的模擬數據。

2.2.1非對稱橢圓橫截面的模擬結果

從圖2可以看到，常規(guī)LAMP器件的透鏡截面是對稱的橢圓，經過設計的非對稱LAMP器件的透鏡截面是非對稱的橢圓，可以實現上視角與下視角能量的非對稱分布。

2.2.2模擬的光斑

用TracePro模擬亮度的分布如圖3所示。從圖中可以看到，常規(guī)橢圓的亮度分布，相對于法平面上下對稱。特殊設計的非對稱橢圓透鏡的亮度分布，已經將部分能量從上視角轉移到下視角。

2.2.3模擬的光強分布曲線

從圖4可見，常規(guī)橢圓的光強分布曲線，水平曲線、垂直曲線均對稱。而非對稱橢圓的光強分布曲線，水平曲線保持不變，還是左右對稱。但是垂直曲線，從圖中可以看到相對于法平面已經不對稱了，更多的光強分布在下視角。

　　3非對稱LAMP器件與模組實際測試

3.1非對稱LAMP器件的實測數據

通過上述的模擬設計后，得到相關的透鏡尺寸數據，經過系列的機械加工，完成透鏡的(模條)成型，封裝成非對稱LAMP346成品燈珠，測試光型，如圖5所示。采用R/G/B完全相同的芯片，封裝出正常LAMP346器件，在正常法平面測試的非對稱LAMP346器件，與正常LAMP346器件的光電參數見表1、表2。

從非對稱LAMP器件的實測光型數據來看，與設計結果完全一致。水平曲線左右對稱，垂直曲線非對稱，上視角光強分布減少，下視角光強分布增大。封裝出的非對稱器件參數見表1，相同芯片封裝的常規(guī)器件參數見表2。非對稱器件的上視角為+20°，下視角為-40°，實現了2.1中所述的設計概念。[!--empirenews.page--]

3.2非對稱LAMP器件箱體實測數據

為了測試非對稱LAMP器件與常規(guī)LAMP器件相比，節(jié)能效果與配光效果的差異，將正常LAMP346器件與非對稱LAMP346器件選取同一個亮度等級（1：1.1），做成兩個P12.5的箱體進行對比。

將兩個箱體調試白平衡，在法平面上亮度調整到相同時，非對稱箱體的電流與正常箱體的電流略有差異，也就是法平面亮度調整到相同時候，兩個箱體的功耗略有差異。

為了更真實的對比兩個箱體的節(jié)電效果，對兩個箱體進行重新調節(jié)，讓兩個箱體的電流完全相同，也就是兩個箱體功耗完全相同。測試在不同的仰視角度下兩個箱體的亮度對比數據，如下表所示：

從上述數據對比可以看出，非對稱箱體與正常箱體相比，在不同仰視角度觀看時，在不同水平角度的亮度都有不同程度提升，上半視角向下半視角的亮度轉移平均達30%，節(jié)能效果明顯。同時由于上視角的亮度降低，減少了顯示屏對周圍高層建筑的光污染。

在配光方面，當在不同的仰視角下，亮度隨水平角度的逐漸變大而減小，在相同的角度變化范圍內，非對稱箱體的亮度變化要小于常規(guī)箱體的亮度變化，因此非對稱器件的配光一致性，優(yōu)于同等條件下常規(guī)器件的配光一致性，非對稱與正常器件相比，降低了色偏差，非對稱箱體的觀看效果更好。

4結論

本文提出了一種將LAMP器件的上視角亮度向下視角轉移的設計概念，通過TracePro光學軟件，對LAMP器件透鏡曲面進行非對稱光學設計，將非對稱LAMP器件的垂直方向上視角減少，下視角增大。

通過采用本論文提出的非對稱透鏡型面設計數據，得到非對稱LAMP器件。經過對成品的實際測試，水平角度為110°，還是左右對稱。垂直角度相對于法平面非對稱，為+20°/—40°。采用R/G/B完全相同的芯片，封裝為非對稱LAMP器件與常規(guī)LAMP器件，制作P12.5兩個箱體進行亮度對比，發(fā)現非對稱LAMP器件在下視角可視范圍內，亮度比常規(guī)器件增加30%以上，節(jié)電效果明顯。上視角范圍亮度降低，減少了對附近高層建筑的光污染。同時，在水平大角度時未出現偏色現象，配光明顯優(yōu)于常規(guī)LAMP器件。

參考文獻

[1]宋新麗，汪洋等，《LED視角亮度關系及其對顯示屏亮度均勻性的影響分析》，現代顯示AdvancedDisplay，Dec，2008，總第95期

[2]安永生，《LED顯示屏“馬賽克”問題解決初步》，現代顯示AdvancedDisplay，May，2010，總第112期.

[3]《LED光學設計的現狀與展望》，照明工程學報，Apr，2011，第22卷第2期