簡單背光源設(shè)計(第8節(jié)課)

1、背光設(shè)計什么是背光什么是背光l背光是指用于電子元件中的有一個要求背后出背光是指用于電子元件中的有一個要求背后出光的平面，其中可以包括小到光的平面，其中可以包括小到PDA大到電視屏大到電視屏的電子設(shè)備。典型的背光包括光源，導(dǎo)光板或的電子設(shè)備。典型的背光包括光源，導(dǎo)光板或者是所謂的者是所謂的light pipe。l光源一般置于導(dǎo)光板的一側(cè)，以減小導(dǎo)光板的光源一般置于導(dǎo)光板的一側(cè)，以減小導(dǎo)光板的厚度。側(cè)光一般使用總的內(nèi)反射來沿著演示器厚度。側(cè)光一般使用總的內(nèi)反射來沿著演示器的長度方向來傳播光，下邊圖表中所示就是典的長度方向來傳播光，下邊圖表中所示就是典型的背光設(shè)計。型的背光設(shè)計。 典型的背光源結(jié)構(gòu)主

2、要的要求 l均衡的光通過均衡的光通過LCD的表面，而且光通量足的表面，而且光通量足夠高，以便和日光環(huán)境有很好的對比度夠高，以便和日光環(huán)境有很好的對比度 普通光輸出技術(shù)普通光輸出技術(shù)l從導(dǎo)光板以垂直于光傳播方向輸出光有好從導(dǎo)光板以垂直于光傳播方向輸出光有好幾種技術(shù)手段。最普通的就是幾種技術(shù)手段。最普通的就是Printed light extraction （印刷式光輸出）和（印刷式光輸出）和molded light extraction （模型化光輸（模型化光輸出）。出）。 Printed Light Extraction（印刷式光輸出）（印刷式光輸出）l用于膝上電腦的背光的絕大多數(shù)冷陰極燈管用

3、于膝上電腦的背光的絕大多數(shù)冷陰極燈管(CCFL:Cold Cathode Fluorescernt Lamp)都運(yùn)用印都運(yùn)用印刷式光輸出技術(shù)。白色網(wǎng)點的陣列被印刷在導(dǎo)光板的底刷式光輸出技術(shù)。白色網(wǎng)點的陣列被印刷在導(dǎo)光板的底表面。這些網(wǎng)點將入射光以散射的方式均勻地向各個方表面。這些網(wǎng)點將入射光以散射的方式均勻地向各個方向反射出去。這些網(wǎng)點也可以被稱為向反射出去。這些網(wǎng)點也可以被稱為“Lambertian scatterers”，因為它具有平均光散射的特性。印刷式，因為它具有平均光散射的特性。印刷式網(wǎng)點使光在導(dǎo)光板中的傳播方向轉(zhuǎn)向上表面，也就是網(wǎng)點使光在導(dǎo)光板中的傳播方向轉(zhuǎn)向上表面，也就是LCD所

4、在的平面。如下圖所示。所在的平面。如下圖所示。Molded Light Extraction（模型化光輸出）（模型化光輸出） l 模型技術(shù)包括模型技術(shù)包括化學(xué)蝕刻化學(xué)蝕刻或者或者激光蝕刻激光蝕刻，V型槽和微結(jié)構(gòu)技術(shù)。型槽和微結(jié)構(gòu)技術(shù)。l 另外可以在導(dǎo)光板下面放置白色的漫另外可以在導(dǎo)光板下面放置白色的漫反射片來提高效率，因為這樣可以循環(huán)反射片來提高效率，因為這樣可以循環(huán)利用沒有被模型構(gòu)造改變方向的光。利用沒有被模型構(gòu)造改變方向的光。 LightTools中設(shè)計背光中設(shè)計背光設(shè)計步驟摘要：設(shè)計步驟摘要：l創(chuàng)建（或者導(dǎo)入）一個導(dǎo)光板的光學(xué)機(jī)械模型。創(chuàng)建（或者導(dǎo)入）一個導(dǎo)光板的光學(xué)機(jī)械模型。l改變表面

5、屬性。改變表面屬性。l創(chuàng)建其他光學(xué)部材（比如：擴(kuò)散片）。創(chuàng)建其他光學(xué)部材（比如：擴(kuò)散片）。l創(chuàng)建（或?qū)耄┕獗砻?。?chuàng)建（或?qū)耄┕獗砻?。l定義定義collect output的表面接收器的表面接收器l運(yùn)行模擬并且運(yùn)用各種工具（比如照度計和亮運(yùn)行模擬并且運(yùn)用各種工具（比如照度計和亮度計）分析輸出。度計）分析輸出。用印刷式光輸出設(shè)計背光用印刷式光輸出設(shè)計背光 1、創(chuàng)建矩形導(dǎo)光板、創(chuàng)建矩形導(dǎo)光板l創(chuàng)建創(chuàng)建glass塊。塊。l在底面創(chuàng)建光學(xué)屬性區(qū)，這種操作會創(chuàng)建一個白色印刷點在底面創(chuàng)建光學(xué)屬性區(qū)，這種操作會創(chuàng)建一個白色印刷點的圓形陣列。的圓形陣列。l給表面屬性賦值。給表面屬性賦值。2、創(chuàng)建光源。、創(chuàng)建

6、光源。l創(chuàng)建一個等效于創(chuàng)建一個等效于CCFL的圓柱形光源。的圓柱形光源。l創(chuàng)建光源的反射面。創(chuàng)建光源的反射面。3、在剛剛高于導(dǎo)光板上表面的地方創(chuàng)建一個、在剛剛高于導(dǎo)光板上表面的地方創(chuàng)建一個dummy plane（虛擬的面）。（虛擬的面）。l在在dummy plane上創(chuàng)建一個表面接收器來分析照度的均勻上創(chuàng)建一個表面接收器來分析照度的均勻性，并且設(shè)置接收器屬性。性，并且設(shè)置接收器屬性。4、創(chuàng)建一個亮度計來分析亮度比、創(chuàng)建一個亮度計來分析亮度比/平均亮度，并且設(shè)置亮度計平均亮度，并且設(shè)置亮度計的屬性的屬性 創(chuàng)建Glass塊l開始新的開始新的3D Design。l設(shè)置系統(tǒng)單位為設(shè)置系統(tǒng)單位為mm。l

7、畫一個畫一個glass block來創(chuàng)建舉來創(chuàng)建舉行的行的light pipe，按如下步驟：，按如下步驟：l在命令欄選擇在命令欄選擇Elements 3D Objects Block3Pt. 玻璃板右側(cè)視圖更改屬性長寬高更改坐標(biāo)改變塊的方改變塊的方向以使其和向以使其和Z軸對齊軸對齊 更改材料l默認(rèn)的材料是默認(rèn)的材料是BK7_SCHOTT，一中普通，一中普通的玻璃材料，由玻璃制造商的玻璃材料，由玻璃制造商Schott生產(chǎn)。生產(chǎn)。l從從LightTools提供的材料中提供的材料中Load用戶材用戶材料料Acrylic。 編輯編輯用戶材料用戶材料查看屬性，選擇導(dǎo)入的材料查看屬性，選擇導(dǎo)入的材料創(chuàng)建一

8、個創(chuàng)建一個2D的光學(xué)屬性區(qū)的光學(xué)屬性區(qū)l創(chuàng)建一個白色網(wǎng)點區(qū)（表現(xiàn)為白色印刷網(wǎng)點）來校正導(dǎo)創(chuàng)建一個白色網(wǎng)點區(qū)（表現(xiàn)為白色印刷網(wǎng)點）來校正導(dǎo)光板中的光光板中的光 l創(chuàng)建網(wǎng)點，要利用創(chuàng)建網(wǎng)點，要利用LightTools. 2D optical property zones。這種構(gòu)架允許在給定表面不同的區(qū)（這種構(gòu)架允許在給定表面不同的區(qū)（zones）定義不同的表面屬性。這些定義不同的表面屬性。這些zones隸屬于裸表面，并且隸屬于裸表面，并且對以任何方向入射的光都有作用，任何表面都可以有任對以任何方向入射的光都有作用，任何表面都可以有任意多的區(qū)，每個區(qū)可以有一個元件或者一個陣列的元件，意多的區(qū)，每個區(qū)

9、可以有一個元件或者一個陣列的元件，這個（些）元件有特定的外形（也就是：圓形，矩形，這個（些）元件有特定的外形（也就是：圓形，矩形，橢圓的，弓形的橢圓的，弓形的）。另外，這個區(qū)可以定義為黑白）。另外，這個區(qū)可以定義為黑白的圖片的圖片BITMAP（*.bmp）在我們的例子中，用的以一）在我們的例子中，用的以一個環(huán)形的陣列。個環(huán)形的陣列。1、選擇導(dǎo)光板底表面、選擇導(dǎo)光板底表面 l將一種屬性區(qū)域賦予一個表面，首先要選將一種屬性區(qū)域賦予一個表面，首先要選定這個表面。這種情況下，需要選擇導(dǎo)光定這個表面。這種情況下，需要選擇導(dǎo)光板的底表面。板的底表面。 2、在底面添加、在底面添加2D圖案圖案l旋轉(zhuǎn)底面，點右

10、旋轉(zhuǎn)底面，點右鍵，添加鍵，添加2維屬性維屬性區(qū)域區(qū)域3、查看、查看2D圖案屬性圖案屬性圓點的間隔圓點的間隔這個偏移量是指圓和區(qū)域的邊界在這個偏移量是指圓和區(qū)域的邊界在X方向的偏移方向的偏移 是指圓和區(qū)域邊界在是指圓和區(qū)域邊界在Y方向的偏移方向的偏移 兩個相鄰圓在兩個相鄰圓在X軸方向的間距軸方向的間距 兩個相鄰圓在兩個相鄰圓在Y軸方向的間距軸方向的間距 更改特性區(qū)域光學(xué)屬性更改特性區(qū)域光學(xué)屬性l然后改變特性區(qū)域的光學(xué)屬性，這樣這些圓就然后改變特性區(qū)域的光學(xué)屬性，這樣這些圓就可以起可以起白色印刷網(wǎng)點作用白色印刷網(wǎng)點作用了。若要這樣，需要了。若要這樣，需要將底表面的將底表面的Ray Directio

11、n改為改為Lambertian Scatterer。l備注：默認(rèn)所有的表面以及光學(xué)特性區(qū)域的折備注：默認(rèn)所有的表面以及光學(xué)特性區(qū)域的折射模式都是透射射模式都是透射/TIR，也就是說所有的表面都，也就是說所有的表面都表現(xiàn)為完全透射的。表現(xiàn)為完全透射的。底表面（包括光滑表面和底表面（包括光滑表面和2維印刷網(wǎng)點表面）維印刷網(wǎng)點表面）的光學(xué)屬性改為的光學(xué)屬性改為Lambertian Scatterer修改反射率修改反射率l默認(rèn)默認(rèn)Lambertian Scatterer設(shè)置是反射率設(shè)置是反射率為為1的反射。的反射。l將反射率的值改為將反射率的值改為0.85來表現(xiàn)典型的白色來表現(xiàn)典型的白色印刷網(wǎng)點印刷網(wǎng)

12、點將將Cube_1重命名為重命名為LightGuide 通過屬性將通過屬性將Gamma值再改回值再改回0度度 保存保存LightTools文件（文件（FileSave As）到）到LTUser文件夾，命名文件夾，命名為為BacklightDesign。 查看網(wǎng)點l先改為線框圖模式先改為線框圖模式l點右鍵查看首選項點右鍵查看首選項底面網(wǎng)點結(jié)構(gòu)來光線追跡查看效果l可以看到：隨機(jī)地，入射光線遇到網(wǎng)點，可以看到：隨機(jī)地，入射光線遇到網(wǎng)點，反射到上表面。反射到上表面。 最后，刪除最后，刪除NS光線。光線。 這就完成了用印刷式光輸出技術(shù)創(chuàng)建導(dǎo)光板的過程。這就完成了用印刷式光輸出技術(shù)創(chuàng)建導(dǎo)光板的過程。 1、

13、創(chuàng)建光源（添加面光源）、創(chuàng)建光源（添加面光源）查看光源屬性修改幾何體將X坐標(biāo)改為10光源光通量a.這樣可以使光源的亮度大概接近為。設(shè)置發(fā)光面創(chuàng)建光源的反射罩l利用圓柱透鏡和布爾運(yùn)算來制作反光罩利用圓柱透鏡和布爾運(yùn)算來制作反光罩Subtract制作空心圓柱制作空心圓柱Triml制作半圓反射面制作半圓反射面設(shè)置光學(xué)屬性l旋轉(zhuǎn)圓柱體，點擊右鍵設(shè)置光學(xué)屬性旋轉(zhuǎn)圓柱體，點擊右鍵設(shè)置光學(xué)屬性l除了第二個圓柱面設(shè)置成反射外，其他面除了第二個圓柱面設(shè)置成反射外，其他面都設(shè)置成吸收。都設(shè)置成吸收。光線追跡查看設(shè)計效果l1、內(nèi)表面反射、內(nèi)表面反射l2、刪除光線追跡、刪除光線追跡設(shè)置反射鏡坐標(biāo)簡單背光源系統(tǒng)光源和反光罩緊靠導(dǎo)光板l將光源的將光源的Z坐標(biāo)設(shè)為坐標(biāo)設(shè)為-1,反光罩的反光罩的Z坐標(biāo)設(shè)坐標(biāo)設(shè)為為0（光源的半徑