lighttools导光板网点设计

LightTools-照明设计解析软件

LightTools 照明设计解析软件
O P T I C A L R E S E A R C H ASSOCIATES 高峰
目录
1.引言
本文目录结构
2.LightTools的组成模块
3.LightTools的应用领域
1.引言
LightTools是美国Optical Research Associates开发的真正意义上的照明设计解析软件。内置3维CAD建模功能，在LightTools中可与任意的模块进行组合，可自由设定反射、透射、散射、偏振光、薄膜等的光学特性。可高精度、快速获得这些特性的照度分布、亮度分布、色度分布等计算结果。LightTools依靠操作方便和丰富的设计功能模块，获得最佳的测试结果，是一款卓越的照明设计工具。
2.LightTools的组成模块
★接收器设定 1.接收器（面、远场接收器） 2.表面的照度 3.亮度分布解析 4.光学系统整体的配光分布解析 5.滤光功能（面、波长、光路长度等） ★各种解析结果 1.2种亮度输出（空间亮度计，角度亮度计） 2.测试角度、范围的设定 3.散射图（光线和感光面的交点显示） 4.光栅图（伪彩表示） 5.线图 6.面图（3D阴影显示） 7.LumViewer（光栅、面、线同时显示） 8.CIE色度图输出 9.照度、角度强度分布的RGB输出 T功能（各光路的评价·解析、杂散光解析 11.光路追踪功能——光路的评价解析、杂散光解析
2.LightTools的组成模块
Solid Works Link Module
1.在Link的状态下，可以直接在LightTools中输入在Solid Works中制作的元件和装配件。 2.在SolidWorks Link Module中设定的尺寸等参数可以直接在LightTools中编辑。 3.与在LightTools中制作的其他元件相同，通过最优化功能能够自动修改在 LightTools中可编辑的SolidWorks模型的参数。

侧入式LED导光板散射网点设计

侧入式LED导光板散射网点设计
随着手机、电脑的大量使用,人们有越来越多的机会接触显示屏,对显示效果的要求也就越来越高。

传统的显示器已经无法达到人们的要求,画质更清晰、色彩更饱满的液晶显示器就在各种产品中脱颖而出,赢得人们的青睐。

由于液晶本身具有不发光的特性,液晶显示器中的背光模组对于显示屏表面出光效果的影响就非常大。

侧光式背光模组的光源位于侧面,减小了整个模组的厚度,满足了人们对于轻薄产品的追求,但是要使侧面光源从正面均匀出射,导光板的设计就非常重要。

本论文通过对光在导光板中传输的规律的分析,阐明了导光板底部存在的网点结构的设计方案对于整个导光板光学性能的重要性。

原有的网点设计理论将网点看作分子,着重于分析网点之间的力的作用,整个过程较为繁琐。

本论文则从照度的均匀性出发,由照度的定义公式推导出网点坐标的表达式,简化了网点设计方法,并且在光学仿真软件Light Tools中对得到的网点坐标分布进行模拟,得到了这种分布下的导光板各点的光照度,用Matlab软件画出光照示意图,利用最终的数据对光照均匀性和光能利用率进行了分析。

针对仿真得到的设计算法的光照仿真图的不足,改变底面散射网点的面积来改善光学效果。

本论文主要采用改变网点水平方向或竖直方向的间距、改变区域分布的方法来使光照度小的区域的散射网点面积更大,另外改变网点深度、改变棱镜膜片的相关参数也可以达到优化的目的。

最终利用不同的分布相结合的调整办法得到的网点分布状态下的导光板导光效果最好,光照均匀度为93.02%,满足商用导光板要求。

网点设计规范

网板条件
网板编码
说明 1.印刷在导光板上的网板编码字体在CAD档案中为TXT,字体大小MNT为0.5,TV为1 2.菲林上的网板编码字体大小为印刷在网板上的2倍 3.网点图的定位位置,依玻璃切割的实际导角与撇角的位置,定位点靠着撇角内侧位置定位,定位点的大小一般为0.5*0.5mm,依客户要求不同可调整 4.定位点一般为导光板四个角上
玻璃导光板网点设计规范
2018年5月11日
网点编码原则
FEI-58A317(23.8)-YTF04 20171028
A:代表设计者 B:客户代码或者客户机型 C:YTF代表(东莞市银泰丰光学科技有限公司) D:04代表设计版本号,从00开始,一直往后累加 E:代表设计版本变更的日期
整体网点分布
导光板左上角印刷网版编码

LED背光的设计与优化(LightTools)

内容概要•背光模组的定义与构成•设计目标与设计方法•参数设置与优化•实际案例学习(仪器仪表)背光模组的定义•一般构成–导光板•通常其材料为塑料•注射成型或印刷式的网点（导光板下表面）–光源和反射罩•（典型光源CCFL and LED ）–其他常用的光学元件扩散片(可提高均匀性)反射片•一些元件能否被使用取决于它的尺寸大小和成本以及其它要求Schematic of a typical backlight designLight source Light guideDiffuserReflectorAppliquéTransparency主要设计目标•在垂直光的传播方向上提升光的利用效率Light SourcePreferred direction of light extractionDirection of light propagationLight guideLight extraction from a light guide设计过程: 均匀性•光能量的传播是随导光板的长度变化的-出光的提取效率要随导光板的长度的增加而增加•改变光提取效率的方法：-改变网点密度，网点大小, 网点排布间距Distance from the sourceAvailable powerExtraction efficiencyUniform output背光网点设计•网点模型：印刷式的或注射成型的网点在背光设计中经常用到这两种网点来获得亮度均匀的背光•最佳的设计参数是优化后得到的网点密度分布Pattern Generator+CADIllumination SoftwareOutputOKUnacceptable优化过程通过不断反复调整网点参数进行优化,可以得到最终最佳的亮度与均匀性。

-可以通过做样品或软件模拟来完成光线追迹后输出模拟结果对比输出结果与初始要求网点参数设置计算新的网点更新模型完成OKNot OK网点参数的确定–为避免产生莫尔条纹，每个区域网点的密度是不一样的网点参数确定方法:–定义网点密度为二维网格值–定义网格值•网点的大小为变量•网点的数量和大小都为变量假设给定网点大小与形状通过计算在一个区域内变化网点的数量，得到想要的网点密度–网点密度的变化应该是缓慢而平滑的–人眼对突变是很敏感的，对渐变却不敏感变化网点数量的其他方法–分子动力学方法–多联骨牌法Mosaic Structure withObservableRectilinear Substructure Smooth Variation withObservableRectilinear SubstructureSmooth Variation withSinusoidal Shifts假设给定网点位置排布–经常用的排布一般为六角形通过计算在一个区域内变化网点的大小通过计算在一个区域内变化网点的大小，，得到想要的网点密度–出光的效率和网点排布的密度是成比例的Mosaic Structure using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Rectilinear Pattern网点可以在位置的附近移动偏移网点可以在位置的附近移动偏移，，进行随机的变化, 但并不会重叠–也可以对网点的大小进行随机控制Dither X,Y=1,0Dither X,Y=0,1Dither X,Y=1,1Dither X,Y=0,0Dither X,Y=.2,.2Dither X,Y=.5,.5光线追迹与模拟评估此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估–运用蒙特卡罗随机光线追迹的方法来进行光度计算和模拟–模拟结果的精确度取决于光线追迹的数量和分辨率的高低高分辨率低精度低分辨率高精度高分辨率高精度--更多的光线--模拟评估可以使用优化函数进行模拟可以使用优化函数进行模拟，，比较输出结果与要求比较输出结果与要求，，进行评估-可使用优化函数限定统计噪声的最小值•当达到设计目标时可以中止优化函数•可增加光线的数目MF = ∑W i 2(V i -T i )2W i = Weight of i th MF item V i = Current Value of i th MF item T i = Target of i thMF itemLuminancewith 10,000 RaysLuminancewith1,000,000 RaysMF = ∑W i 2(V i + ∈i -T i )2MF = ∑W i 2(V i -T i )2 +Noise网点优化•BPO 通过改变网点的间距和大小来达到设计的要求•网点优化可以是2维的平面网点也可以是3维的网点•我们可以定义个接收面来接收并计算背光板表面的亮度和照度BPO 自动优化网点的过程•BPO 提供有效的优化网点的过程方法案例1: 印刷式导光板的网点优化在开始的时候使用均匀的印刷式网点进行优化得到合理的网点参数Small Source(e.g., LED)2D Display案例2: 注射成型网点的优化–网点大小相同，对排布的位置做优化处理来提高光的利用效率–这个例子是使用注射成型的网点进行优化LEDStartFinalTexture Density Output案例3: 两个LED, 非对称排布•使用注射成型的网点排布•两个LED–LED 采用非对称排布LEDsStartFinalTexture Density Output案例4: 两个LED, 对称排布•使用注射成型的网点排布•两个LED–LED 采用对称排布LEDsStartFinalTexture Density OutputSetupBitmap AppliquéSide ViewTop ViewLEDTextureAcrylic Light PipeBlue Filteron kph Appliqué•如下位图是作为优化的目标illuminance inthe blackregionsOptimization Results15 minutes2.33Ghz processor100,000 rays/iteration Iteration 1Iteration 2Iteration 3Iteration 4Iteration 5Iteration 6•模拟结果Illuminance Chart (1M rays) PhotoRealistic Rendering (100M rays)亮点边缘照明不足•需要新的目标区域设定全覆盖整个面积原有仪表盘结构新的仪表盘结构•最后的结果Photorealistic Rendering (100M rays)结论•网点的优化和模型设置及参数类型选择有紧密联系•介绍了用LightTools 进行设计和分析的一个汽车仪表盘背光的例子。

LightTools高级培训：光导导向设计和背光面板优化说明书

LIGHTTOOLS ADVANCED TRAININGLight Guide Design and Backlight Pattern Optimization in LightToolsLightTools is a unique optical engineering and design software product that features virtual prototyp-ing, simulation, optimization, and photorealistic renderings of precision illumination applications. The software has adapted solid modeling technology to accommodate the inherent accuracy required to simulate ray paths of light as they traverse through and within optical elements and mechanical struc-tures. The software is straightforward to use, accurate, has the most advanced capabilities commer-cially available, and supports the tasks of design and engineering iterations in addition to analysis.Course GoalsThis training covers LightTools’ special features for designing light guides and backlight panels. You will learn how to optimize light guides using the Light Guide Designer tool. This includes extractor parametrization as well as rendering of the design project.Backlights are similar to light guides in that extractors are optimized on a guiding solid in order to pro-vide uniform illuminance or luminance. You will learn how to use the Backlight Pattern Optimization feature to produce high-quality panel designs.Course FormatThis online course will combine lectures and demonstrations, as well as hands-on examples and workshop problems. Questions and discussions are encouraged.Schedule: 2 days: 9:00am – 12:00pm / 2:00pm – 5:00pm CEST Price: 1 000 Euros / AttendeeWho Should Attend?Current users of LightTools are invited to attend these training sessions.Training sessions are subject to space limitations and topics are subject to change without prior notificationRegistration InformationPlease contact: *******************Prerequisites and Notes:• Attendees must use their own laptops with the latest version of LightTools installed.• Synopsys can provide license key files if needed.• Tuition includes teaching materials.• Tuition much be paid in full 10 days after the training.• Minimum enrollments apply: if there are fewer than four participants, we will cancel the training and postpone your participation to the next training.OPTICAL SOLUTIONS Design Brilliance™LightTools Training。

激光导光板的网点设计

激光导光板的网点设计，是导光板的一次成功的技术运用，比以往的丝印、雕刻更加的灵活、效果好。

不同规格的网点布置更是把导光效果发挥得淋漓尽致，从而实现了led产品的最大成效。

激光网点式导光板是激光打点，所形成的凹点，其原理是立体光栅，立体漫反射，再打点的过程中是实行，无接触、热能加工，并且适合任何形状（包括曲线形和扇形）的导光板，其效果比丝印高百分之以上,对亚克力板是无破坏的任何地方，在超过6mm的时候必须要使用抛光，以便能更好吸收光源。

特性
超薄、超亮、导光均匀。

节能、环保、无暗区。

耐用、不易黄化、安装维修简单快捷等鲜明特点
规格
厚度：3mm、4mm、6mm
尺寸：300*300、600*600、300*900、300*1200。

导光板网点设计

导光板网点设计编制部门：研发部适用区域：□全公司 ■其它：研发部发布范围：研发部培训岗位：研发部结构工程师执行负责人：流程Owner：文件批准人：生效日期：年月日填写说明：1、“执行负责人”由起草人手签姓名，“流程Owner”由编制部门负责人手签姓名，“文件批准人”需要编制部门上级领导手签姓名。

2、适用区域、发布范围、培训岗位、生效日期需要执行负责人进行勾选或者填写。

所属部门研发部流程Owner页码2 / 131、目的规范导光板网点设计作业流程。

2、范围适用于研发部导光板网点设计。

3、职责研发部结构工程师导光板设计参考文件，4、管理条例4.1 流程图：4.2 作业流程说明： 4.2.1 建模：1) 直接利用LightTools 的3D 建模功能建模光学元件建模结构元件建模所属部门研发部流程Owner页码3 /132) 使用其他CAD 软件建模（如AutoCAD ,Pro/E,CATIA,UG 等），再以IGS,STEP ,SAT 格式导入。

4.2.2 导光板texture建立：4.2.3 导光板及2D/3D Texture 表面特性设置.依次点开菜单。

2DTexture 建立： 3DTexture 建立：123所属部门研发部流程Owner 页码 4 / 134.2.4 Texture特性设置，依次点开菜单。

1 2所属部门研发部流程Owner 页码 5 / 134.2.5 反射片表面特性设置所属部门研发部流程Owner 页码 6 / 134.2.6 扩散板光学特性设置所属部门研发部流程Owner页码7 / 134.2.7 光源建立，光源建立是决定模拟准确度的关键，大多数背光模组使用两种光源：CCFL 、LED在Lighttools 中可以利用三种方式来建构光源：1) 整体光源模型在lighttools 中建立，最准确，但必须知道光源的结构，大厂商如PHILIPS ，OSRAM ，CREE 一般可以提供。

背光显示的光学设计工具LightTools

背光显示的光学设计工具LightTools 背光显示的光学设计工具LightTools 导言背光应用于小型轻便要求从背后照明的平板液晶显示器LCD等电子设备包括小到如手掌大小的手持设备大到大屏幕电视机。

背光设计的目标包括低功耗超薄高亮度亮度均匀大面积不同宽窄的视角控制。

为了实现这些挑战性的设计目标并控制成本和快速实现必须使用电脑辅助光学设计工具进行设计。

本文介绍了美国ORA公司的LightTools光学设计和分析软件的特性可用于开发当今最先进的背光设计应用。

用于背光的光学设计和分析工具背光照明系统需要将来自一个或多个光源的光进行某种转换然后在一个区域或一个立体角里产生需要的配光分布。

照明设计软件必须能够几何建模对不同类型的光源和转换单元设定光学特性参数而且必须能够使用光学追迹的方法来评价光线通过模型的路径并计算最后的光分布。

光分布采用蒙特卡罗模拟来计算特定区域和/或角度的照度亮度或发光强度。

光线从光源以随机的位置和角度发出通过光学系统追迹并在接收面上接收。

照度可以从表面接收器计算出来强度可以从远场接收器获得。

通过在接收器表面定义亮度计可以计算出亮度随空间和角度的分布。

在某些情况下分析显示器的色度可能是很重要的。

指定光源如发光二极管的光谱能量分布输出CIE 坐标值以及相关色温CCT量化显示器的色度在显示器上生成RGB真实光线渲染的图形。

这些分析在LightTools软件中都可以做到。

背光显示器的特点对照明分析软件有特别的要求。

正如将要说明的背光发出的光线取决于印刷点的分布密度或者微结构的分布模式。

对特定的微结构阵列的建模如果直接使用CAD模型可能会导致非常大的模型尺寸。

LightTools软件提供三维纹理阵列定义的功能能够进行准确的光线追迹和渲染由于没有使用直接构建的几何模型所以模型的体积更小光线追迹更快。

背光分析的另一个方面包括光线在导光板表面的分光和散射。

由于使用蒙特卡洛方法仿真照明效果有可能必须使用大量光线追迹以获得足够精度的设计。

终稿-光学LED-LightTools

LightTools设计实例--汽车仪表盘导光按钮设计LightTools自带增光片元件库和光源库，其增光片元件库包括3M公司所有的BEF和DBEF；其光源库包括4大LED公司(Agilent， Lumileds，Nichia，Osram)的近400种LED光源，对设计LED照明的LCDTV有极大的方便。

传统导光板的网点设计更是及其方便，既可以模拟二维印刷点排布，也可以模拟三维的微结构铺设，目前微结构网点包括五种形状：球、棱镜、金字塔、圆锥、圆柱，极大的提高设计者的工作效率。

Cybernet中国使用LightTools对汽车仪表盘导光按钮的设计如下：重点：采用两颗小功率LED，实现导光按钮上的三个字母均匀发光。

设计步骤1.LED光源模拟仿真2.导光按钮的几何建模3.几何模型的材料属性、光学属性设定4.受光分析面,亮度计的设置5.光线追迹，结果分析6.根据分析结果修改按钮的几何模型，重复光线追迹过程，直至模拟仿真结果达到系统设计要求。

(采用LT的优化模块,可代替繁琐的模型更改,缩短项目开发周期)针对LED光源仿真这里简单说明一下参数，光源模型中都有详尽的参数设定以下介绍主要的参数（根据模拟目的不同,需要的参数也不同）•光束(lm)或者是辐射功率(mW)•光谱特性•配光分布•空间強度分布根据波长范围进行光源定义•LightTools可以高效灵活的设定光源.•LightTools可以提出包含面,体积的面光源和体积光源的定做方案.•LightTools中Ray Data的设定,可以使用Radiant Imaging测定的光源.•以放射量或测光能量为单位可以在光源中定义全部光能量.•用户定义的Aim领域和Aim锥体可以引出最佳性能.•为了配合这个高效的功能,计划在光源中定义连续的光谱.LightTools在导光按钮的几何建模上更有强大的内置建模能力通过Solidworks Link模块 LightTools完全继承来自SolidWorks的特征树可为使用过Solidworks的工程师提供熟悉的设计环境。

导光板网点设计及其蚀刻

培训教材一、导光板网点在设计需考虑(kǎolǜ)的因素:1、光源2、产品结构3、原材料4、辅助发光(fāɡuānɡ)之部材5、蚀刻极限6、辅助其发光均匀放电之处理。

二、网点(wǎnɡ diǎn)设计之目的：为使导光板VA区发光(fāɡuānɡ)均匀；三、网点设计(shèjì)之原理A、光源离发光区距离3-5cm之最佳，有利其消除亮点及暗区，光源发散角度越大，其效果越佳；B、产品网点设计要避免网点小距离大或网点大距离小之方式；C、如光源发散角度较小或离VA区很近导致暗区，则必须通过网点来补偿，即将暗区处网点逐渐加大;D、一般对于一产品VA区为30cm2左右，厚度在0.6~3mm之间，其网点一般控制在max≈0.6~0.7,min≈max/3~max/5,间距d≈max/10。

四、影响L/G发光亮度之原材料其亮度值由小到大为：PC透明（1250Y）→PC出光（LC-1500）→PMMA对于提高其亮度值可借助之部材有：扩散片、增光贴布；五、放电面抛光之处理可使VA区之网点设计中产生的亮、暗区程度有所改善；六、网点蚀刻相关知识1、工艺流程文件(wénjiàn)（CAD网点原始图档）→cam文件(wénjiàn)→菲林制作（通过(tōngguò)微电机、激光机处理，其精确到0.06微米）；模仁→清洗(qīngxǐ)（除防锈油等污垢）→烘干(hōnɡɡàn)→涂布（感光油墨）→烘干→曝光→显影→检查→修补→蚀刻→膜模→清洗→烘干→成品2、制作设计局限：模仁结构尽可能平整，斜度局部大于30°无法制作；网点递增参数∮≤0.06Um 无法制作；点与点的直径（外围）小于0.03mm成形困难；模仁钢材硬度不均；网点小于0.03mm，直线小于0.02mm成形困难。

内容总结（1）培训教材一、导光板网点在设计需考虑的因素:1、光源2、产品结构3、原材料4、辅助发光之部材5、蚀刻极限6、辅助其发光均匀放电之处理（2）一般对于一产品VA区为30cm2左右，厚度在0.6~3mm之间，其网点一般控制在max≈0.6~0.7,min≈max/3~max/5,间距d≈max/10（3）五、放电面抛光之处理可使VA区之网点设计中产生的亮、暗区程度有所改善（4）模仁钢材硬度不均。

LightTools设计实例汽车仪表盘导光按钮设计

LightTools设计实例--汽车仪表盘导光按钮设计LightTools自带增光片元件库和光源库，其增光片元件库包括3M公司所有的BEF 和DBEF；其光源库包括4大LED公司(Agilent， Lumileds，Nichia，Osram)的近400种LED光源，对设计LED照明的LCDTV有极大的方便。

传统导光板的网点设计更是及其方便，既可以模拟二维印刷点排布，也可以模拟三维的微结构铺设，目前微结构网点包括五种形状：球、棱镜、金字塔、圆锥、圆柱，极大的提高设计者的工作效率。

Cybernet中国使用LightTools对汽车仪表盘导光按钮的设计如下：重点：采用两颗小功率LED，实现导光按钮上的三个字母均匀发光。

设计步骤1.LED光源模拟仿真2.导光按钮的几何建模3.几何模型的材料属性、光学属性设定4.受光分析面,亮度计的设置5.光线追迹，结果分析6.根据分析结果修改按钮的几何模型，重复光线追迹过程，直至模拟仿真结果达到系统设计要求。

(采用LT的优化模块,可代替繁琐的模型更改,缩短项目开发周期)针对LED光源仿真这里简单说明一下参数，光源模型中都有详尽的参数设定以下介绍主要的参数（根据模拟目的不同,需要的参数也不同）∙光束(lm)或者是辐射功率(mW)∙光谱特性∙配光分布∙空间強度分布根据波长范围进行光源定义∙LightTools可以高效灵活的设定光源.∙LightTools可以提出包含面,体积的面光源和体积光源的定做方案.∙LightTools中Ray Data的设定,可以使用Radiant Imaging测定的光源.∙以放射量或测光能量为单位可以在光源中定义全部光能量.∙用户定义的Aim领域和Aim锥体可以引出最佳性能.∙为了配合这个高效的功能,计划在光源中定义连续的光谱.LightTools在导光按钮的几何建模上更有强大的内置建模能力通过Solidworks Link模块 LightTools完全继承来自SolidWorks的特征树可为使用过Solidworks的工程师提供熟悉的设计环境。