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簡(jiǎn)介
移動(dòng)設(shè)備如智能手機(jī)、電子閱讀器和手表在當(dāng)今世界正變得無處不在。這就需要準(zhǔn)確的光學(xué)工程的來優(yōu)化手機(jī)功能的性能，如相機(jī)系統(tǒng)、傳感器和顯示器。
手機(jī)顯示的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)是在它的面積和視角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的照明。另外，它應(yīng)該具有高的光學(xué)效率，以減少功率損耗及提高電池壽命。通過使用緊湊和高效的LED燈耦合到一個(gè)透明波導(dǎo)中，側(cè)入式LED屏幕完成了這一目標(biāo)。元件如背面反射、微結(jié)構(gòu)圖案、亮度增量膜和擴(kuò)散片可納入在顯示中，以提高效率和均勻性。在這個(gè)FRED模型中，側(cè)入式LED智能手機(jī)顯示上是一個(gè)虛擬原型。通過沿著波導(dǎo)加入漸變擴(kuò)散片，可以實(shí)現(xiàn)均勻照明。
具有擴(kuò)散片的側(cè)入式LED顯示屏
波導(dǎo)
系統(tǒng)中的第一個(gè)元件是一個(gè)矩形波導(dǎo)。尺寸[25 x 40 x 1 mm]半長(zhǎng)、半寬和半高根據(jù)以下屬性創(chuàng)建：
圖1 波導(dǎo)材料、涂層和光線追跡控制屬性
LED陣列
LED將會(huì)模擬為一個(gè)小的矩形朗伯發(fā)射體，具有[1.8 x 0.7 mm]x半孔徑和y半孔徑的尺寸，嵌入到波導(dǎo)的邊緣來最大化光學(xué)效率。這可以由FRED詳細(xì)光學(xué)光源類型描述。
通過右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建完成的LED光源并選擇“Edit/View Array Parameters…”，可以沿著波導(dǎo)的頂面創(chuàng)建5個(gè)相同的LED組成的陣列，LED之間的間隔設(shè)置為10mm。
圖2 LED陣列設(shè)置
反射片
通過回收可能從顯示器背面出射的光，后反射片將會(huì)提高顯示器的光學(xué)效率。后反射片可以由一個(gè)[25 x 11 mm]半寬和半高的反射表面來模擬，該表面位于波導(dǎo)的背面，并垂直移動(dòng)了1mm（遠(yuǎn)離LED陣列）。在波導(dǎo)前端面的前面LED末端上創(chuàng)建一個(gè)[25 x 1 mm]半寬和半高反射表面，一個(gè)小的前向反射鏡也添加到了嵌入式LED陣列的前面。前反射片和截短的后反射片也減少了直接折射出顯示器的底部的多余光，增加了均勻性。
腳本編寫擴(kuò)散片
沒有擴(kuò)散片，光線將折射出波導(dǎo)，或是經(jīng)全內(nèi)反射到顯示器。擴(kuò)散片的目的是逐漸散射開離開波導(dǎo)的光，用于均勻照明。為了抵消來自LED陣列的指數(shù)下降的輻照度，擴(kuò)散片需要具有相等和相反的效果。在波導(dǎo)末端具有最大散射的指數(shù)型擴(kuò)散片實(shí)現(xiàn)了這一效果。
使用“Scripted”選項(xiàng)可以創(chuàng)建一個(gè)新的散射模型，假設(shè)沿著擴(kuò)散片的局部y位置范圍是-40-40mm，基于下面的指數(shù)函數(shù)，我們創(chuàng)建了一個(gè)變量“p”（散射概率）。
參數(shù)“a”和“b”是可以調(diào)整的常數(shù)。在這個(gè)模型中，a=4，b=0.04。此外，只有對(duì)于y位置充分高于LED陣列（距離底部y>25mm）的光線，散射才會(huì)發(fā)生。這個(gè)漸變的散射“cut-on”抵消了光源附近區(qū)域的高輻照度。
為使仿真更加有效率，在散射表面上可以應(yīng)用一個(gè)“Monte Carlo”光線追跡控制屬性。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(chuàng)建如下的光線追跡控制屬性，并且指定到散射表面。
圖4 在表面的散射標(biāo)簽下指定腳本化散射函數(shù)（在本例中“Tailored Scatter”）指定到波導(dǎo)的前面或背面
評(píng)估顯示器
在腳本化梯度擴(kuò)散片之前和之后出射到手機(jī)顯示屏上的輻照度圖：
圖5 來自手機(jī)顯示屏的輻照度Log(10)分布，沒有散射片（左），有指數(shù)擴(kuò)散片（右）。對(duì)數(shù)尺度對(duì)于人眼的感知提供了一個(gè)更好的效果。在本次仿真中追跡了250000條光線。
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