|
簡介
移動設備如智能手機、電(diàn)子閱讀器(qì)和(hé)手表在當今世界正變得(de)無處不在。這就需要準确的光學工程的來(lái)優化手機功能的性能，如相機系統、傳感器(qì)和(hé)顯示器(qì)。
手機顯示的一個(gè)關鍵設計(jì)目标是在它的面積和(hé)視(shì)角範圍內(nèi)實現均勻的照明(míng)。另外，它應該具有(yǒu)高(gāo)的光學效率，以減少(shǎo)功率損耗及提高(gāo)電(diàn)池壽命。通(tōng)過使用緊湊和(hé)高(gāo)效的LED燈耦合到一個(gè)透明(míng)波導中，側入式LED屏幕完成了這一目标。元件如背面反射、微結構圖案、亮度增量膜和(hé)擴散片可(kě)納入在顯示中，以提高(gāo)效率和(hé)均勻性。在這個(gè)FRED模型中，側入式LED智能手機顯示上(shàng)是一個(gè)虛拟原型。通(tōng)過沿着波導加入漸變擴散片，可(kě)以實現均勻照明(míng)。
具有(yǒu)擴散片的側入式LED顯示屏
波導
系統中的第一個(gè)元件是一個(gè)矩形波導。尺寸[25 x 40 x 1 mm]半長、半寬和(hé)半高(gāo)根據以下屬性創建：
圖1.波導材料、塗層和(hé)光線追迹控制(zhì)屬性
LED陣列
LED将會(huì)模拟為(wèi)一個(gè)小(xiǎo)的矩形朗伯發射體(tǐ)，具有(yǒu)[1.8 x 0.7 mm]x半孔徑和(hé)y半孔徑的尺寸，嵌入到波導的邊緣來(lái)最大(dà)化光學效率。這可(kě)以由FRED詳細光學光源類型描述。
通(tōng)過右鍵點擊創建完成的LED光源并選擇“Edit/View Array Parameters…”，可(kě)以沿着波導的頂面創建5個(gè)相同的LED組成的陣列，LED之間(jiān)的間(jiān)隔設置為(wèi)10mm。
圖2.LED陣列設置
反射片
通(tōng)過回收可(kě)能從顯示器(qì)背面出射的光，後反射片将會(huì)提高(gāo)顯示器(qì)的光學效率。後反射片可(kě)以由一個(gè)[25 x 11 mm]半寬和(hé)半高(gāo)的反射表面來(lái)模拟，該表面位于波導的背面，并垂直移動了1mm（遠離LED陣列）。在波導前端面的前面LED末端上(shàng)創建一個(gè)[25 x 1 mm]半寬和(hé)半高(gāo)反射表面，一個(gè)小(xiǎo)的前向反射鏡也添加到了嵌入式LED陣列的前面。前反射片和(hé)截短(duǎn)的後反射片也減少(shǎo)了直接折射出顯示器(qì)的底部的多(duō)餘光，增加了均勻性。
腳本編寫擴散片
沒有(yǒu)擴散片，光線将折射出波導，或是經全內(nèi)反射到顯示器(qì)。擴散片的目的是逐漸散射開(kāi)離開(kāi)波導的光，用于均勻照明(míng)。為(wèi)了抵消來(lái)自LED陣列的指數(shù)下降的輻照度，擴散片需要具有(yǒu)相等和(hé)相反的效果。在波導末端具有(yǒu)最大(dà)散射的指數(shù)型擴散片實現了這一效果。
使用“Scripted”選項可(kě)以創建一個(gè)新的散射模型，假設沿着擴散片的局部y位置範圍是-40-40mm，基于下面的指數(shù)函數(shù)，我們創建了一個(gè)變量“p”（散射概率）。
p = a*Exp(b*(-g_Ypos+40))-1
參數(shù)“a”和(hé)“b”是可(kě)以調整的常數(shù)。在這個(gè)模型中，a=4，b=0.04。此外，隻有(yǒu)對于y位置充分高(gāo)于LED陣列（距離底部y>25mm）的光線，散射才會(huì)發生(shēng)。這個(gè)漸變的散射“cut-on”抵消了光源附近區(qū)域的高(gāo)輻照度。
為(wèi)使仿真更加有(yǒu)效率，在散射表面上(shàng)可(kě)以應用一個(gè)“Monte Carlo”光線追迹控制(zhì)屬性。這個(gè)功能保證了在每個(gè)散射事件中光線不會(huì)分裂。在FRED中創建如下的光線追迹控制(zhì)屬性，并且指定到散射表面。
圖4.在表面的散射标簽下指定腳本化散射函數(shù)（在本例中“Tailored Scatter”）指定到波導的前面或背面
評估顯示器(qì)
在腳本化梯度擴散片之前和(hé)之後出射到手機顯示屏上(shàng)的輻照度圖：
圖5.來(lái)自手機顯示屏的輻照度Log(10)分布，沒有(yǒu)散射片（左），有(yǒu)指數(shù)擴散片（右）。對數(shù)尺度對于人(rén)眼的感知提供了一個(gè)更好的效果。在本次仿真中追迹了250000條光線。
|
