這篇文章將會(huì)說明如何在非序列模式（Non-Sequential mode）中利用「反射式偏光增亮表面（Dual Brightness Enhancement Film Surface）」的功能，在OpticStudio模擬「反射式偏光增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film， DBEF）」。為了確認(rèn)這種結(jié)構(gòu)的效能，我們?cè)诜独龣n案中建立了一個(gè)經(jīng)簡化的LCD模型，結(jié)構(gòu)包括光源、反光罩（reflective enclosure）、散射表面（diffusive surface）和偏振片（polarizer）。利用這個(gè)模型，我們可以比較DBEF的存在與否，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的發(fā)光效能造成什么影響。

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簡介

這篇文章將講述如何在OpticStudio中建立DBEF。注意，我們不會(huì)在檔案中建立實(shí)際DBEF表面的每一層結(jié)構(gòu)，而是根據(jù)需要的輸出結(jié)果（例如一道已知偏振態(tài)（polarization）、且穿過DBEF的光的強(qiáng)度比例）建立模型。透過DBEF在系統(tǒng)中的成效，我們可以確定這種架構(gòu)是否是可行的。

液晶顯示器

在近年來的顯示器發(fā)展中，液晶顯示器（Liquid crystal display， LCD）占有舉足輕重的地位。LCD結(jié)合了液晶分子和偏振片的光學(xué)特性，有效的控制了影像的顯現(xiàn)。這種類型的顯示器主要由背光板（backlight）、顯示增益薄膜（display enhancement film）、液晶面板（LCD cell）以及前后兩層的偏振片（polarizer）等組件構(gòu)成。下圖是一個(gè)典型的筆記本電腦顯示器的架構(gòu)圖。

「反射式偏光增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film）」是一個(gè)時(shí)常用于建構(gòu)LCD的結(jié)構(gòu)。在顯示器中，DBEF被用來當(dāng)作反射式偏振片。在下方的示意圖中，我們可以看到作為后偏振片的DBEF大幅的提升了顯示的亮度，使原本會(huì)被吸收的光線可以有效的被利用。

DBEF 表面屬性

DBEF是一個(gè)長方形的表面，能將入射光線依據(jù)偏振態(tài)分為穿透光及反射光。模擬的設(shè)定上，我們可以輸入穿透和反射光在x及y方向上的分量來定義這個(gè)表面。在這個(gè)范例中，我們建立了一個(gè)理想的DBEF，y方向偏振光可以100%穿透，而x方向偏振光則是100%反射。

測(cè)試DBEF

為了分析DBEF的表現(xiàn)，我們建立了一個(gè)簡化的模型包括了光源、散射表面（diffusive surface）、偏振片（polarizer）、一個(gè)防止漏光的反射罩（reflective enclosure）以及偵測(cè)器（detector），并量測(cè)這個(gè)模型的輸出光功率。示例文件可由私信方式獲取。

在模擬軟件中，我們分別利用兩種物體'長方體光源（Source Rectangle）'及'長方體對(duì)象（Rectangular Volume） '代表背光板（backlight）及散射體（diffuser）。其中長方體對(duì)象（Rectangular Volume）是由面鏡（MIRROR）所構(gòu)成，包圍所有組件使系統(tǒng)不會(huì)漏光。接著在對(duì)象特性（object properties）中，將這個(gè)物件的前表面（Front Surface）的散射分布（scatter distribution）類型設(shè)定為'Lambertian'，賦予它散射表面（diffusive surface）的特性。這時(shí)，DBEF就可以成功的讓被反射的能量變成具有隨機(jī)偏振態(tài)（random polarization）的光線，并能再次被系統(tǒng)所利用。注意，這個(gè)范例中的光學(xué)系統(tǒng)并一個(gè)不是完整的顯示器結(jié)構(gòu)，但已足夠讓我們透過分析得到明確的結(jié)果。我們可以通過這個(gè)簡化的系統(tǒng)，比較DBEF的有無對(duì)輸出能量造成的影響。

此外，我們將'Jones Matrix對(duì)象'作為LCD面板的后偏振片。這種結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的表面可供設(shè)計(jì)者自由輸入Jones Matrix的實(shí)部及虛部參數(shù)，以明確定義表面的偏振態(tài)。下表列出一些較具代表性的Jones Matrix，不同的矩陣元素設(shè)定對(duì)入射光偏振態(tài)產(chǎn)生的影響各有所異。在這個(gè)范例中，為了產(chǎn)生一個(gè)Y檢偏鏡（Y Analyzer，只允許y方向的光分量通過），我們將D的實(shí)數(shù)部分設(shè)為1，其余元素均設(shè)為0。

為了分析DBEF的成效，我們?cè)诠庠矗╯ource）和偏振片（polarizer）間建立「反射式偏光增亮表面（Dual Brightness Enhancement Film Surface），DBEF」對(duì)象，并在偏振片后方增設(shè)了一個(gè)'長方體偵測(cè)器（Rectangle Detector）'。為了提高的光線追跡的效率，如下圖我們可以在System Explorer中的Non-Sequential字段增加每道光線與物體的最大交點(diǎn)數(shù)（intersection）以及片段數(shù)（segment），并且降低最小相對(duì)光線強(qiáng)度（minimum relative ray intensity，可被追跡的光線的能量最小值）。透過以上的步驟，我們可以增加可追跡光線的能量范圍，以避免無效追跡所造成的能量損耗。

分析

我們會(huì)進(jìn)行兩次的光線追跡（ray trace），比較DBEF的有無對(duì)結(jié)果造成的影響。如下方第一組結(jié)果，由Type... Rays Ignore Object... Always的操作順序，我們可以在對(duì)照組中摒除DBEF表面的效果，此時(shí)光線不會(huì)在入射此結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)生任何變化。觀察以下兩組結(jié)果的輸出功率，我們可以得知DBEF是否對(duì)系統(tǒng)的亮度有所增益。

由第一組結(jié)果的Total Power，我們可以看到?jīng)]有DBEF的系統(tǒng)中僅有約50%的能量可被偵測(cè)，而這個(gè)結(jié)果符合我們對(duì)于隨機(jī)偏振（randomly polarized）光的預(yù)期。相對(duì)的，有DBEF的系統(tǒng)的輸出功率（Total Power）可以達(dá)到82%，顯示了此結(jié)構(gòu)可以有效的增強(qiáng)顯示亮度。而由以上兩個(gè)數(shù)據(jù)得到的64%功率增益，也與現(xiàn)今實(shí)際的產(chǎn)品結(jié)果相當(dāng)接近。