简单背光源设计(第8节课)

1、背光设计什么是背光什么是背光l背光是指用于电子元件中的有一个要求背后出背光是指用于电子元件中的有一个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大到电视屏大到电视屏的电子设备。典型的背光包括光源，导光板或的电子设备。典型的背光包括光源，导光板或者是所谓的者是所谓的light pipe。l光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的厚度。侧光一般使用总的内反射来沿着演示器厚度。侧光一般使用总的内反射来沿着演示器的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典型的背光设计。型的背光设计。 典型的背光源结构主

2、要的要求 l均衡的光通过均衡的光通过LCD的表面，而且光通量足的表面，而且光通量足够高，以便和日光环境有很好的对比度够高，以便和日光环境有很好的对比度 普通光输出技术普通光输出技术l从导光板以垂直于光传播方向输出光有好从导光板以垂直于光传播方向输出光有好几种技术手段。最普通的就是几种技术手段。最普通的就是Printed light extraction （印刷式光输出）和（印刷式光输出）和molded light extraction （模型化光输（模型化光输出）。出）。 Printed Light Extraction（印刷式光输出）（印刷式光输出）l用于膝上电脑的背光的绝大多数冷阴极灯管用

3、于膝上电脑的背光的绝大多数冷阴极灯管(CCFL:Cold Cathode Fluorescernt Lamp)都运用印都运用印刷式光输出技术。白色网点的阵列被印刷在导光板的底刷式光输出技术。白色网点的阵列被印刷在导光板的底表面。这些网点将入射光以散射的方式均匀地向各个方表面。这些网点将入射光以散射的方式均匀地向各个方向反射出去。这些网点也可以被称为向反射出去。这些网点也可以被称为“Lambertian scatterers”，因为它具有平均光散射的特性。印刷式，因为它具有平均光散射的特性。印刷式网点使光在导光板中的传播方向转向上表面，也就是网点使光在导光板中的传播方向转向上表面，也就是LCD所

4、在的平面。如下图所示。所在的平面。如下图所示。Molded Light Extraction（模型化光输出）（模型化光输出） l 模型技术包括模型技术包括化学蚀刻化学蚀刻或者或者激光蚀刻激光蚀刻，V型槽和微结构技术。型槽和微结构技术。l 另外可以在导光板下面放置白色的漫另外可以在导光板下面放置白色的漫反射片来提高效率，因为这样可以循环反射片来提高效率，因为这样可以循环利用没有被模型构造改变方向的光。利用没有被模型构造改变方向的光。 LightTools中设计背光中设计背光设计步骤摘要：设计步骤摘要：l创建（或者导入）一个导光板的光学机械模型。创建（或者导入）一个导光板的光学机械模型。l改变表面

5、属性。改变表面属性。l创建其他光学部材（比如：扩散片）。创建其他光学部材（比如：扩散片）。l创建（或导入）光表面。创建（或导入）光表面。l定义定义collect output的表面接收器的表面接收器l运行模拟并且运用各种工具（比如照度计和亮运行模拟并且运用各种工具（比如照度计和亮度计）分析输出。度计）分析输出。用印刷式光输出设计背光用印刷式光输出设计背光 1、创建矩形导光板、创建矩形导光板l创建创建glass块。块。l在底面创建光学属性区，这种操作会创建一个白色印刷点在底面创建光学属性区，这种操作会创建一个白色印刷点的圆形阵列。的圆形阵列。l给表面属性赋值。给表面属性赋值。2、创建光源。、创建

6、光源。l创建一个等效于创建一个等效于CCFL的圆柱形光源。的圆柱形光源。l创建光源的反射面。创建光源的反射面。3、在刚刚高于导光板上表面的地方创建一个、在刚刚高于导光板上表面的地方创建一个dummy plane（虚拟的面）。（虚拟的面）。l在在dummy plane上创建一个表面接收器来分析照度的均匀上创建一个表面接收器来分析照度的均匀性，并且设置接收器属性。性，并且设置接收器属性。4、创建一个亮度计来分析亮度比、创建一个亮度计来分析亮度比/平均亮度，并且设置亮度计平均亮度，并且设置亮度计的属性的属性 创建Glass块l开始新的开始新的3D Design。l设置系统单位为设置系统单位为mm。l

7、画一个画一个glass block来创建举来创建举行的行的light pipe，按如下步骤：，按如下步骤：l在命令栏选择在命令栏选择Elements 3D Objects Block3Pt. 玻璃板右侧视图更改属性长宽高更改坐标改变块的方改变块的方向以使其和向以使其和Z轴对齐轴对齐 更改材料l默认的材料是默认的材料是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生产。生产。l从从LightTools提供的材料中提供的材料中Load用户材用户材料料Acrylic。 编辑编辑用户材料用户材料查看属性，选择导入的材料查看属性，选择导入的材料创建一

8、个创建一个2D的光学属性区的光学属性区l创建一个白色网点区（表现为白色印刷网点）来校正导创建一个白色网点区（表现为白色印刷网点）来校正导光板中的光光板中的光 l创建网点，要利用创建网点，要利用LightTools. 2D optical property zones。这种构架允许在给定表面不同的区（这种构架允许在给定表面不同的区（zones）定义不同的表面属性。这些定义不同的表面属性。这些zones隶属于裸表面，并且隶属于裸表面，并且对以任何方向入射的光都有作用，任何表面都可以有任对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区，每个区可以有一个元件或者一个阵列的元件，意多的区，每个区

9、可以有一个元件或者一个阵列的元件，这个（些）元件有特定的外形（也就是：圆形，矩形，这个（些）元件有特定的外形（也就是：圆形，矩形，椭圆的，弓形的椭圆的，弓形的）。另外，这个区可以定义为黑白）。另外，这个区可以定义为黑白的图片的图片BITMAP（*.bmp）在我们的例子中，用的以一）在我们的例子中，用的以一个环形的阵列。个环形的阵列。1、选择导光板底表面、选择导光板底表面 l将一种属性区域赋予一个表面，首先要选将一种属性区域赋予一个表面，首先要选定这个表面。这种情况下，需要选择导光定这个表面。这种情况下，需要选择导光板的底表面。板的底表面。 2、在底面添加、在底面添加2D图案图案l旋转底面，点右

10、旋转底面，点右键，添加键，添加2维属性维属性区域区域3、查看、查看2D图案属性图案属性圆点的间隔圆点的间隔这个偏移量是指圆和区域的边界在这个偏移量是指圆和区域的边界在X方向的偏移方向的偏移 是指圆和区域边界在是指圆和区域边界在Y方向的偏移方向的偏移 两个相邻圆在两个相邻圆在X轴方向的间距轴方向的间距 两个相邻圆在两个相邻圆在Y轴方向的间距轴方向的间距 更改特性区域光学属性更改特性区域光学属性l然后改变特性区域的光学属性，这样这些圆就然后改变特性区域的光学属性，这样这些圆就可以起可以起白色印刷网点作用白色印刷网点作用了。若要这样，需要了。若要这样，需要将底表面的将底表面的Ray Directio

11、n改为改为Lambertian Scatterer。l备注：默认所有的表面以及光学特性区域的折备注：默认所有的表面以及光学特性区域的折射模式都是透射射模式都是透射/TIR，也就是说所有的表面都，也就是说所有的表面都表现为完全透射的。表现为完全透射的。底表面（包括光滑表面和底表面（包括光滑表面和2维印刷网点表面）维印刷网点表面）的光学属性改为的光学属性改为Lambertian Scatterer修改反射率修改反射率l默认默认Lambertian Scatterer设置是反射率设置是反射率为为1的反射。的反射。l将反射率的值改为将反射率的值改为0.85来表现典型的白色来表现典型的白色印刷网点印刷网

12、点将将Cube_1重命名为重命名为LightGuide 通过属性将通过属性将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文件夹，命名文件夹，命名为为BacklightDesign。 查看网点l先改为线框图模式先改为线框图模式l点右键查看首选项点右键查看首选项底面网点结构来光线追迹查看效果l可以看到：随机地，入射光线遇到网点，可以看到：随机地，入射光线遇到网点，反射到上表面。反射到上表面。 最后，删除最后，删除NS光线。光线。 这就完成了用印刷式光输出技术创建导光板的过程。这就完成了用印刷式光输出技术创建导光板的过程。 1、

13、创建光源（添加面光源）、创建光源（添加面光源）查看光源属性修改几何体将X坐标改为10光源光通量a.这样可以使光源的亮度大概接近为。设置发光面创建光源的反射罩l利用圆柱透镜和布尔运算来制作反光罩利用圆柱透镜和布尔运算来制作反光罩Subtract制作空心圆柱制作空心圆柱Triml制作半圆反射面制作半圆反射面设置光学属性l旋转圆柱体，点击右键设置光学属性旋转圆柱体，点击右键设置光学属性l除了第二个圆柱面设置成反射外，其他面除了第二个圆柱面设置成反射外，其他面都设置成吸收。都设置成吸收。光线追迹查看设计效果l1、内表面反射、内表面反射l2、删除光线追迹、删除光线追迹设置反射镜坐标简单背光源系统光源和反光罩紧靠导光板l将光源的将光源的Z坐标设为坐标设为-1,反光罩的反光罩的Z坐标设坐标设为为0（光源的半径