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簡(jiǎn)介
移動(dòng)設備如智能手機、電子閱讀器和手表在當今世界正變得無(wú)處不在。這就需要準確的光學(xué)工程的來(lái)優(yōu)化手機功能的性能，如相機系統、傳感器和顯示器。
手機顯示的一個(gè)關(guān)鍵設計目標是在它的面積和視角范圍內實(shí)現均勻的照明。另外，它應該具有高的光學(xué)效率，以減少功率損耗及提高電池壽命。通過(guò)使用緊湊和高效的LED燈耦合到一個(gè)透明波導中，側入式LED屏幕完成了這一目標。元件如背面反射、微結構圖案、亮度增量膜和擴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，側入式LED智能手機顯示上是一個(gè)虛擬原型。通過(guò)沿著(zhù)波導加入漸變擴散片，可以實(shí)現均勻照明。
具有擴散片的側入式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(cháng)、半寬和半高根據以下屬性創(chuàng )建：
圖1 波導材料、涂層和光線(xiàn)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，嵌入到波導的邊緣來(lái)最大化光學(xué)效率。這可以由FRED詳細光學(xué)光源類(lèi)型描述。
通過(guò)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(zhù)波導的頂面創(chuàng )建5個(gè)相同的LED組成的陣列，LED之間的間隔設置為10mm。
圖2 LED陣列設置
反射片
通過(guò)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(lái)模擬，該表面位于波導的背面，并垂直移動(dòng)了1mm（遠離LED陣列）。在波導前端面的前面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(xiě)擴散片
沒(méi)有擴散片，光線(xiàn)將折射出波導，或是經(jīng)全內反射到顯示器。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。為了抵消來(lái)自L(fǎng)ED陣列的指數下降的輻照度，擴散片需要具有相等和相反的效果。在波導末端具有最大散射的指數型擴散片實(shí)現了這一效果。
使用“Scripted”選項可以創(chuàng )建一個(gè)新的散射模型，假設沿著(zhù)擴散片的局部y位置范圍是-40-40mm，基于下面的指數函數，我們創(chuàng )建了一個(gè)變量“p”（散射概率）。
參數“a”和“b”是可以調整的常數。在這個(gè)模型中，a=4，b=0.04。此外，只有對于y位置充分高于LED陣列（距離底部y>25mm）的光線(xiàn)，散射才會(huì )發(fā)生。這個(gè)漸變的散射“cut-on”抵消了光源附近區域的高輻照度。
為使仿真更加有效率，在散射表面上可以應用一個(gè)“Monte Carlo”光線(xiàn)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(xiàn)不會(huì )分裂。在FRED中創(chuàng )建如下的光線(xiàn)追跡控制屬性，并且指定到散射表面。
圖4 在表面的散射標簽下指定腳本化散射函數（在本例中“Tailored Scatter”）指定到波導的前面或背面
評估顯示器
在腳本化梯度擴散片之前和之后出射到手機顯示屏上的輻照度圖：
圖5 來(lái)自手機顯示屏的輻照度Log(10)分布，沒(méi)有散射片（左），有指數擴散片（右）。對數尺度對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(xiàn)。
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