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使用TracePro來設計顯示器背光板

直覺式的介面與強大的分析功能使得TracePro成為設計顯示器背光板的理想工具

背光式的顯示裝置在大量的產品中被應用,包括了筆記型電腦、平板電腦、手機、電視與平面以及曲面顯示器。由於這些顯示裝置具有輕薄短小的特性加上能在更省電的情況下提供銳利的顯示品質,所以在目前的市場上廣受歡迎。 高效能的背光顯示系統由於光源的複雜性、同時需要多種不同類型的光學元件構成,加上若是要考慮複雜的材料特性與表面光學特性,導致分析上難度的增加,更不要說在背光板巨量網點的設計安排上會讓設計顯得困難重重。
TracePro 提供的強大功能與工具不僅可以增進設計效率更可以提升最終產品的整體品質。背光顯示器是由單個或多個位於光導板(通常材質為壓克力)邊緣的光源提供照明。類似於傳統的光導件設計,要想達到目標的光能量分布、均勻度和光強度需要聰明的利用各種光學基本行為,包含了折射定律(Snell’s Law)、內部全反射(TIR, Total Internal Reflection)、反射定律(Reflection Law)和其他光學原則。
透過曲折光導件表面,或是利用固定式以及非固定式排列的微型結構,無論是外凸或是內凹型式,都可以用來導出光線並分配來自光源的能量以最大使用效率來達到期望的照度分布、顏色或是均勻度。TracePro 的直覺式設計環境結合了表面微結構網點功能、二維與三維的互動式優化器、視覺化表現與仿真渲染功能,透過獲獎肯定的光線追跡引擎,提供了兼顧效能與準確性的光學模擬結果,對於設計出優秀的顯示器產品將會產生莫大助益。

TracePro的鱗甲功能可以輕易地將數以百萬計的微結構佈建在任何一個平面上。這些微小光學結構可以以隨機型式分布以模擬散射表面,或是以規律的方式成長,像是諸如增光膜上的有序菱鏡結構。這些微型網點位置可以均勻分布或是以參數型式決定,甚至可以以檔案描述的方式決定個別網點的位置。使用者根據使用的網點結構型態不同,甚至可以指定每一個網點的個別參數,包含了面數、高度、寬度、非球面係數、厚度、曲率半徑、旋轉角度等等。
透過網點優化器的協助,這些網點結構甚至可以轉換成實體佈建在任意曲面上。網點優化器不僅僅是用來佈建實體網點,其原本設計的用意就是尋找背光顯示器的最佳網點分布。
使用者先在TracePro的介面裡建立完整的背光板光學模型,其中包含了光源以及各項光學材料特性,同時也指定了網點的佈建面。而後透過設定想要的目標照度分布,網點即會自動產生,而得到的網點分布即能符合所設定的目標。
得到優化的網點分布後,即可以輸出文字檔或是DXF檔案給後續的製造使用。各種詳細的分析圖,可以讓光學工程師對於所設計的成品產生更深刻的理解,包含了光路的分析、能量的傳播、以及色彩的分布等等,當然對於終端產品所需要的均勻度以及效率等重要規格都可以透過模擬的方法獲得準確的估算結果。

TracePro提供的強大工具確保了顯示裝置的設計目標可以達成。
• 背光系統的出光面照度分布
• 背光顯示系統的照明仿真渲染
• 出光效率與光通量分析,包含了對於塊材與表面入射、吸收與脫離能量的分析
• 效率、光損或系統傳輸率
• 偏振與雙折射現象
• 色座標與全彩圖、光線場型(配光曲線、坎德拉圖)的分析
• 光效率、輝度分析

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 圖1: 對於LED光源放置在頂端的背光系統的網點分布

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圖2: 在出光面上的吸收能量分布

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圖3: 建立真實網點在曲面上的參數對應

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圖4: 對於優化後的曲面網點的仿真渲染結果

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