本文建立了楔形LCD背
光源模型，并對其進行分析，并按照
照明輸出標準對其進行
優(yōu)化。
Q5S,{ ZeT }~Q"s2 簡介
n$m"]inX 液晶顯示器 (LCDs) 作為一種顯示技術(shù)，在當(dāng)今社會中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在商業(yè)領(lǐng)域中最突出的應(yīng)用包括計算機顯示器、移動電話、電視和手持數(shù)字設(shè)備。
8GJdRL( Kex[ >L10G 當(dāng)環(huán)境光照條件不足時，大多數(shù)LCD都是接收后方照明以提供光照的。采用的兩種照明方案為：底部照明和邊緣照明，OpticStudio能夠?qū)@兩種照明方案進行建模，且邊緣照明方案中存在更復(fù)雜的設(shè)計問題，本文將重點對此進行介紹。
xChI ,~i Qb Yc[8-[ LCD 照明方案
F{k+7Ft c h%d^Gq~ LCD底部照明方案使用陣列光源，如發(fā)光二極管，或均勻光源（如放置在LCD后面的電致發(fā)光面板）。此方案具有良好的均勻性和亮度，但需要更多的能量和更厚的保護殼。
i 5h D# ^SEdA =! E04l| 本文的重點內(nèi)容是邊緣照明設(shè)計，使用楔形導(dǎo)光板對放置于LCD顯示器旁邊的光源發(fā)出的光進行分布。與底部照明方案相比，此方案消耗的能量更少，且封裝更薄，但是均勻性和亮度較差。
mzL[/B#>M T0j2 a &Pv %;`>`j5 本文中忽略實際的液晶層，只考慮
背光源設(shè)計。
lfk9+) x@P{l&:> 建立背光源模型
oN [Th 8F; >5i 邊緣照明LCD的詳細布局圖如下圖所示：
^ L:cjY/ Al)$An - /I&wj^ 光源通常是冷陰極熒光燈管 (CCFL) 或一系列發(fā)光二極管 (
LED) ，且在光源的后面放置反射器可以提高
系統(tǒng)的效率。楔形光波導(dǎo)利用全內(nèi)反射 (TIR) 使光更均勻地分布在顯示區(qū)域。用反射鏡圍繞光波導(dǎo)，也可以提高系統(tǒng)效率。使用不同增亮膜 (BEF) 的陣列模式，可用于控制發(fā)射光的發(fā)光強度和偏振特性。
B%<e FFV\ >L((2wfiN 在此設(shè)計案例中假設(shè)一些約束條件：將基于標準的移動電話選擇顯示屏的面積，并根據(jù)整體封裝高度的限制選擇光波導(dǎo)厚度。
@-.? B mkvvNm3 顯示區(qū)域面積：75 mm x 75 mm
Ex@`O+ y_F}s 9wj 楔形板厚度：輸入面 4 mm ，端面 1 mm
@^nu #R @%tXFizh BEF：Vikuiti™ T-BEF 90/24
M%Ku5X6:/ WoL9V"] 下載本文附件，將
玻璃庫放在{Zemax}\Glasscat目錄中。這個
材料庫包含了改性丙烯酸和PMMA，可用來
模擬這些塑料的內(nèi)部近似傳輸值 (93%超過25毫米) 。基本設(shè)計和
參數(shù)在“Starting Point.zmx” 文件中定義。請留意非序列元件編輯器 (Non-Sequential Component Editor，NSCE) 中用于建模不同背光元件的光源/物體類型。
~pP0|B*% QHf$f@bjI &j u- 當(dāng)被激發(fā)的電子撞擊陰極管表面的涂層材料時，冷陰極熒光燈管發(fā)光。使用“管光源”對此類光源發(fā)射方式而言是非常理想。可以通過交替使用“二極管光源”來模擬一維二極管陣列作為光源。
^<V9'Ut U+]Jw\\l
使用由丙烯酸材料制成的矩形體物體建立楔形光波導(dǎo)模型。該物體可以存在不同的端面尺寸和傾斜。請注意，只有傾斜物體才能保持光波導(dǎo)的上表面與X-Z平面平行。由于物體是圍繞光波導(dǎo)輸入面的中心旋轉(zhuǎn)，而不是頂部邊緣，所以Y的位置也需要略做改變。在物體傾斜的前后表面上都設(shè)置拾取 (Pickup) 求解以確保他們與Y-Z平面保持平行。
8 ?TKN~ja J$uM 03 <MD;@_Nz\ BEF是系統(tǒng)中最復(fù)雜的元件。手動復(fù)制父棱鏡將非常耗時，且在
光線追跡時需要大量內(nèi)存。可以用陣列物體來替代復(fù)制棱鏡，因為它只需要與父物體相同的內(nèi)存，并且可以通過調(diào)整父物體的參數(shù)來改變整個陣列。同時，請注意存在陣列時的光線追跡速度，即使它內(nèi)部僅僅含有幾何物體。
[_DPxM=V s B}]yw 確定初始性能
' | K.k6 K6\` __mLf 現(xiàn)在已經(jīng)搭建了基本系統(tǒng)，接下來查看其初始性能。通常用于確定設(shè)計優(yōu)劣的標準是能量傳遞效率和均勻性（照度和發(fā)光強度）。能量傳遞效率的定義是顯示器發(fā)出的能量與光源發(fā)出的能量之比。在空間位置中，期望整個顯示器上的輸出是均勻一致的（每像素最小通量的偏差）。在角度空間中，輸出在（~30度）半錐角內(nèi)應(yīng)該均勻。請注意，此系統(tǒng)是為小型數(shù)字設(shè)備所設(shè)計的。如果此設(shè)計要用于電視或電腦顯示器，則需要更大的半錐角（~90度）。
2V#6q,2 C77D{@SM 使用下圖所示的光線追跡控件 (Ray Trace Control) 進行光線追跡的相關(guān)設(shè)置，并注意閾值造成的能量損失。
vM0_> 1nN _&{%Wc5W~F Q/_#k/R 查看探測器查看器，可以看到大約40%的光源能量到達探測器；由于蒙特卡羅 (Monte Carlo) 光線追跡的隨機性，這個值可能會變化幾個百分點。光線錯誤會導(dǎo)致一些能量損失，但在此應(yīng)用場景中這是無關(guān)緊要的。大部分的能量損失是由于光波導(dǎo)中的體吸收造成的，且近10%的能量損失是由于閾值，這在光線要經(jīng)過多次反射的系統(tǒng)中很常見。如果能量損失很大，可以通過將最小相對光線強度降低幾個數(shù)量級來消除這種能量損失，但它會明顯地減慢光線追跡的速度。將閾值降低到1E-6可以將能量損失降低到1%，并將效率提高到46%左右。
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