LCDバックライトのモデリング　～エッジライト方式をモデリングおよび解析する手法～

• LCD自体は発光しないので光源が必要
• その光源として採用されているのがバックライト
• LCDの後方から光を照射して視認性を確保
• バックライトには2つの照明方式があり、本事例ではエッジライト型を採用

本事例では液晶層は無視して携帯電話の液晶画面のバックライトのみをAnsysZemaxOpticStudioノンシーケンシャルモードで設計

• ディスプレイサイズ :75[mm]×75[mm]
• エッジの厚み :始点4[mm],終点1[mm]
• BEF : Vikuiti^TM T-BEF90/24

モデルが再現するエネルギー効率と均一性を下記の流れで確認

• 材質
  ・くさび形ライトガイド : ACRYLIC ( アクリル )
  ・BE : PMMA ( アクリル樹脂 )
  ・どちらも内部透過率が ”25mmで93%” のものを使用(参考サイトより専用のカタログデータを取得可能)
• くさび形ライトガイドの周りをミラーで囲み、光の利用効率を向上
• BEFは矩形体積オブジェクトで微細形状 ( 親オブジェクト ) を作成し、さらにアレイオブジェクトで全体を再現
  ・親オブジェクトを変更するだけでアレイオブジェクト全域に変更が反映されるので高い計算効率を実現

• 光線追跡からエネルギー効率と均一性で性能を評価
• エネルギー効率
  ディスプレイから照射されるエネルギー
        光源から照射されるエネルギー
• 位置空間の均一性
  ・ディスプレイ全体に渡って均一な出力が必要
  ・つまり、ピクセルごとの光束の偏差が最小であることが目標
• 角度空間の均一性
  ・円錐半角30度以下で均一な出力が必要
  ・なお、テレビやコンピュータのモニターであれば円錐半角90度以下で均一性が必要

• エネルギー効率
  ・光源1[Lumens]に対してディテクタに到達したのは約0.43[Lumens]→ エネルギー効率 約43%
• 位置空間の均一性
  ・ディテクタビューアより、光源と反対側(-Y方向)の照度が高いことが見て取れる
  ・これは光源近くの入射角が大きくなり全反射が発生したことが原因
• 角度空間の均一性
  ・角度方向への均一性は見られず、ところどころにピークが発生
  ・これはくさび形ライトガイドとBEFの特性

• ここまでで得られた結果を向上するために変更できるパラメータは本モデルでは無いと仮定
• そこでライトガイドの入射面にランバーシアン散乱を設定

ここまでの検証から予測できる最適なモデル

• ライトガイドの上面で散乱特性
• 光源付近では散乱が少なく、離れるにつれて多い

• 球のアレイをパラメータにして最適な散乱を得られるアレイを探索
• 最適化変数
  ・球の曲率半径
  ・X’,Y’の数
  ・デルタ1X’:本モデルではX方向は等間隔にするのでデルタ1X’のみ利用
  ・デルタ1Y’,デルタ2Y’:デルタ2Y’で非等間隔を生成

• エネルギー効率の向上を確認
  ・約43%→ 約58%
• 均一性の確保を確認
  ・広範囲にわたって光線が到達しており、ピークも無い

• LCDやOLEDのようなバックライト設計はAnsysSpeosでも可能
• OpticStudioで実行したような部品単位の設計解析のみではなく、モジュール単位でも設計が可能