高色域车载显示屏背光LED的光学设计方法、系统与流程

本发明涉及光学设计，具体为一种高色域车载显示屏背光led的光学设计方法、系统。

背景技术：

1、随着智能车载显示屏向高色域方向演进，对其背光led器件的光学性能提出了更高要求。目前，行业内普遍采用带有抛物面反射侧壁的碗杯结构，通过在碗杯底面设置led芯片，并在芯片外侧涂覆荧光粉胶体层，以实现白光出射及120°宽视角的配光需求。

2、然而，现有设计面临着严重的空间色度不均匀问题。具体而言，led芯片发出的光线在穿透荧光粉层时，存在直射与反射两条主要光路：中心视角的直射光线穿透路径较短；而射向大视角边缘的光线，经抛物面反射后穿透荧光粉层的路径较长。这种有效光程的显著差异，导致不同视角下的光线对荧光粉的激发程度极不一致。大角度边缘光路因激发过量而呈现黄绿色，中心直射光路因激发相对不足而呈现偏蓝，从而产生“黄晕”现象，严重破坏了屏幕的色彩均匀性。

3、针对上述空间色容差问题，传统的光学设计方法通常将反射面设计与点胶工艺相割裂，即设计人员先独立固定抛物面的几何参数，再依赖后期实体制造环节对荧光粉厚度进行反复试错。这种非耦合的串行设计模式，无法在前期仿真阶段将宏观曲面与微观胶体形貌相融合以实现光程的动态补偿，不仅导致研发周期长、试错成本高，且难以有效消除中心与边缘视角之间的空间色容差，亟待改进。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提到的技术缺陷的至少之一，本发明的目的在于提供一种高色域车载显示屏背光led的光学设计方法、系统。

2、本发明提供一种高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，所述方法包括：

3、建立三维初始光学模型，其包括含有抛物面与底面的反射碗杯、设置于底面的led芯片以及涂覆于led芯片外侧的初始荧光粉胶体层，并导入led芯片与初始荧光粉胶体层的光谱响应数据；

4、在三维初始光学模型中进行全视角光线追迹，分别提取经抛物面反射的反射光路以及直接出射的直射光路，计算不同出射视角下的光线穿透初始荧光粉胶体层的有效光程，根据所述有效光程和所述光谱响应数据计算各出射视角的空间色度坐标；

5、基于各出射视角的空间色度坐标，以消除中心出射视角与边缘出射视角之间的空间色容差为寻优目标，将抛物面的曲率参数与初始荧光粉胶体层各区域的三维厚度拓扑参数作为强耦合变量，进行协同形变与光程补偿的迭代寻优；

6、当空间色容差收敛至预设极小值且整体色度坐标落在预设的高色域目标区间内时，停止迭代，输出用于模具制造的最优抛物面曲率参数及用于指导点胶工艺的最优荧光粉胶体层形貌数据。

7、本发明还提供一种高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，所述系统包括：

8、模型建立模块，用于建立三维初始光学模型，其包括含有抛物面与底面的反射碗杯、设置于底面的led芯片以及涂覆于led芯片外侧的初始荧光粉胶体层，并导入led芯片与初始荧光粉胶体层的光谱响应数据；

9、光线追迹与计算模块，用于在三维初始光学模型中进行全视角光线追迹，分别提取经抛物面反射的反射光路以及直接出射的直射光路，计算不同出射视角下的光线穿透初始荧光粉胶体层的有效光程，根据所述有效光程和所述光谱响应数据计算各出射视角的空间色度坐标；

10、迭代寻优模块，用于基于各出射视角的空间色度坐标，以消除中心出射视角与边缘出射视角之间的空间色容差为寻优目标，将抛物面的曲率参数与初始荧光粉胶体层各区域的三维厚度拓扑参数作为强耦合变量，进行协同形变与光程补偿的迭代寻优；

11、结果输出模块，用于当空间色容差收敛至预设极小值且整体色度坐标落在预设的高色域目标区间内时，停止迭代，输出用于模具制造的最优抛物面曲率参数及用于指导点胶工艺的最优荧光粉胶体层形貌数据。

12、本发明通过将反射碗杯的宏观曲面设计与荧光粉层的微观胶体形貌融合为强耦合寻优变量，在前期仿真阶段实现大视角反射光路与中心直射光路之间光程差异的动态补偿，从而有效消除了车载背光led在全视角范围内的空间色度不均匀现象（即“黄晕”现象），能够显著提升车载显示屏的色彩均匀性、高色域显示品质及光学器件良率。

1.一种高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，其特征在于，计算不同出射视角下的光线穿透初始荧光粉胶体层的有效光程，包括：

3.根据权利要求2所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，其特征在于，根据所述有效光程和所述光谱响应数据计算各出射视角的空间色度坐标，包括：

4.根据权利要求1或3所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，其特征在于，初始荧光粉胶体层各区域的三维厚度拓扑参数在迭代寻优过程中受限于预设的可制造性边界约束条件；

5.根据权利要求1或3所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计方法，其特征在于，进行协同形变与光程补偿的迭代寻优，包括：

6.一种高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，其特征在于，所述系统包括：

7.根据权利要求6所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，其特征在于，所述光线追迹与计算模块，具体用于：

8.根据权利要求7所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，其特征在于，所述光线追迹与计算模块，还具体用于：

9.根据权利要求6或8所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，其特征在于，初始荧光粉胶体层各区域的三维厚度拓扑参数在迭代寻优过程中受限于预设的可制造性边界约束条件；

10.根据权利要求6或8所述的高色域车载显示屏背光led的光学设计系统，其特征在于，所述迭代寻优模块，具体用于：