1、目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 1緒論1引言1 HYPERLINK l bookmark4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3 HYPERLINK l bookmark6 2LCOS光調(diào)制技術綜述5 HYPERLINK l bookmark8 2.1LCOS光調(diào)制原理5 HYPERLINK l bookmark10 LCD背光源相關知識7 HYPERLINK l bookmark16 3基于ZEMAX軟件的LCOS基本原理仿真11 HYPERLINK l bookmark18 光學設計軟件ZEMAX11 HYPERLINK l bookmark20 基于ZEMAX的L

2、CD背光源設計12 HYPERLINK l bookmark54 基于ZEMAX的LCOS光學引擎設計21分析29 HYPERLINK l bookmark110 4全文總結30 HYPERLINK l bookmark112 參考文獻31 HYPERLINK l bookmark114 致謝33緒論引言LCD(LiquidCrystalDisplay),中文是液態(tài)晶體顯示器，簡稱為液晶顯示器。早在19世紀末，奧地利植物學家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性1。到20世紀60年代，人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或

3、折射。這種在電場的作用下，液晶分子的排列會產(chǎn)生變化，從而影響到它的光學性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做液晶的電光效應。人們也因此引發(fā)了發(fā)明液晶顯示設備的念頭。世界上第一臺液晶顯示設備出現(xiàn)在20世紀70年代初，被稱之為扭曲向列液晶顯示器TN-LCD(TwistedNematic-LiquidCrystalDisplay)。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。近年來液晶顯示器發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)的陰極射線管CRT(CathodeRayTube)顯示器相比，LCD不但體積小，厚度薄，重量輕、耗能少、工作電壓低并能直接與互補金屬氧化物半導體CMOS(ComplementaryMetalOxideSemi

4、conductor)集成電路匹配。由于優(yōu)點眾多，LCD從1998年開始進入臺式機應用領域。逐步取代笨重的CRT顯示器，目前已成為主流的顯示設備。近幾年來，在LCD業(yè)界出現(xiàn)了許多新技術，其中較熱門的技術是LCOS。LCOS最大的優(yōu)點是解析度可以很高，在攜帶型資訊設備的應用上，此優(yōu)點是其他技術無法與之看齊的。缺點是模組的制程較為繁瑣，各生產(chǎn)階段良率控制不易，成本難以有競爭力。目前只能停留在需要高解析度的特定用途中，如液晶投影器。2LCOS技術一經(jīng)推出便在全世界范圍內(nèi)造成極大影響，但由于制造工藝等方面原因，目前基于LCOS技術的產(chǎn)品還沒有形成大規(guī)模量產(chǎn)，只有少數(shù)廠家開發(fā)出了應用于投影機的LCOS芯片

5、和應用LCOS技術的投影機及背投電視機。LCOS技術在以后大屏幕顯示應用領域具有很大優(yōu)勢，它沒有晶元模式，且具有開放的架構和低成本的潛力。省電、便宜與高解析度為LCOS最大優(yōu)點。LCOS可視為LCD的一種，但傳統(tǒng)的LCD是做在玻璃基板上，但LCOS則是長在矽晶圓上。和LCOS的相對比的產(chǎn)品，最常用在投影機上的高溫多晶矽LCD為代表。后者通常用穿透式投射的方式，光利用效率只有3%左右，解析度不易提高；LCOS則采用反射式投射，光利用效率可達40%以上，且其最大的優(yōu)勢是可利用最廣泛使用、最便宜的CMOS制程，毋需額外的投資，并可隨半導體制程快速的微細化，易于提高解析度。反觀高溫多晶矽LCD則需另投

6、資設備，且屬于特殊制程，成本不易降低。3,4LCOS投影芯片除了擁有理論上最低的成本外還具有著其它的顯著優(yōu)點。和LCD比較，LCOS技術僅擁有一個光學面，從而能夠利用另一個平面配置驅(qū)動電路。進而達到驅(qū)動電路和芯片一體化的產(chǎn)品結構。普通的LCD有大量密集的外部引線，如一個1024X768像素點陣的LCD便有2592條外部引線，給整機裝配帶來了諸多不便。LCOS由于是將LCD制于單晶硅片上，LCD的行、列引出線皆通過半導體工藝在硅片內(nèi)與IC相連接，故留在外部的僅有數(shù)條數(shù)據(jù)控制線、時序線及電源線等?？衫猛ㄓ眠B接端口與前級電路相連接，頗為簡便。5普通的LCD透光的光學結構決定了兩個光學平面必須保持“

7、干凈”。這使得像素分子中間不僅要包含LCOS技術液晶層所需要的像素涂布的分割網(wǎng)格，同時還必須擁有芯片工作必須的“電線”等電子設備。這些設備占據(jù)了大量的芯片光學面積，使得芯片的開口率在早期很難突破40%。但是，采用單光學面工作的LCOS芯片則可以輕易形成超過90%的開口率。此外，普通的LCD在制造過程中需在玻璃基板上進行光刻，制成像素。通常將像素制至0.28mm已屬不易，因在每個像素上還需制出一個有源器件（這些因素也影響到產(chǎn)品的開口率）。但LCOS的像素是制在單晶硅片上，硅片采用LSIC的工藝進行加工，可將象像制至4口m以下。像素密度的增大必然帶來芯片體積的減少，材料費及成本自然便會大幅度地降低

8、。6,7,8和德州儀器的DLP投影技術的DMD芯片相比較，LCOS技術具有工藝簡單的特點。采用微電子機械學的DLPDMD芯片不僅僅使得各種工藝難度大幅增加，同時對成本、成品率，尤其是像素密度等方面都面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。DMD芯片北背部的驅(qū)動層和LCOS芯片很是相似。但是在光線的控制上，DMD采用機械式的鏡片旋轉(zhuǎn)（大約每分鐘5000次），而LCOS技術卻采用液晶材料的光學各向異性形成，是一種從電子的操作。這種在光學控制上的不同導致了LCOS芯片不需要向DMD那樣復雜的“微型的電子機械結構”。這不僅僅能夠節(jié)約成本，從長遠來看還能保障成品率的優(yōu)良比例，并同時提高芯片的可靠性。同時，微電子機械的結構決定

9、了DMD芯片工藝的復雜性，使得這種芯片在高分辨率產(chǎn)品上的突破成為難點。91.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀LCOS投影技術擁有者幾乎DLP技術和LCD技術的全部優(yōu)點，同時很好的克服了二者的不足之處。這也是LCOS產(chǎn)品之所以被稱為投影產(chǎn)業(yè)未來之星的原因。但是，LCOS產(chǎn)業(yè)化的道路卻并非一帆風順。目前困擾LCOS產(chǎn)業(yè)成為投影機產(chǎn)品領導型技術類型的原因主要有兩個。其一是成品率問題，其二是來自競爭對手DLP的競爭。LCOS芯片需要在高度拋光的鋁層上緊密結合液晶分子材料。這一步驟是導致LCOS芯片成品率較低的關鍵。液體和固體表面的精密結合，滿足優(yōu)秀的光學成像隨需要的精度，是LCOS芯片工藝改進的最主要方面。成品率問題

10、直接導致LCOS投影機的價格并不具有良好的競爭優(yōu)勢。尤其是和全高清分辨率以下的單片式DLP產(chǎn)品比較，DLP產(chǎn)品的價格往往要低于LCOS產(chǎn)品很多。在產(chǎn)業(yè)競爭上，LCOS最大的優(yōu)勢在于沒有形成類似于LCD和DLP投影機那樣的壟斷態(tài)勢。DLP投影機的芯片只有德州儀器擁有技術，并且受委托生產(chǎn)的企業(yè)也很有限。LCD技術的芯片技術相對好一些。由索尼和愛普生兩家公司所掌握。但是，向外提供芯片和光機的企業(yè)卻只有愛普生。索尼LCD新品以自用為主。而且在高端產(chǎn)品上索尼早已經(jīng)完成了向LCOS技術的轉(zhuǎn)型。這種核心技術壟斷的格局必然造成產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后。尤其是在LCD產(chǎn)業(yè)上，具有芯片技術的企業(yè)又是最主要的終端企業(yè)，這必然

11、造成自己的客戶是自己的主要競爭對手的局面。DLP技術的持有者德州儀器本身不生產(chǎn)投影機產(chǎn)品，這樣就避免了上游廠家和廠家的競爭，形成良好的產(chǎn)業(yè)價值鏈。目前在全球市場DLP產(chǎn)品無論是市場規(guī)模還是支援企業(yè)數(shù)量都超過LCD產(chǎn)品。而LCOS產(chǎn)業(yè)在這一點上則更具優(yōu)勢。LCOS芯片基本采用半導體產(chǎn)業(yè)和液晶產(chǎn)業(yè)成熟的大眾型技術。這使得許多公司都可以跳過核心專利門檻來開發(fā)屬于自己的芯片產(chǎn)品。能夠擁有一款產(chǎn)品核心產(chǎn)業(yè)鏈是獲得競爭實力和創(chuàng)造更高的企業(yè)價值的良好基礎。單憑這一點，LCOS就可以成為最受投影企業(yè)，尤其是崇尚創(chuàng)造性制造的企業(yè)最喜歡的技術類型了。但是沒有一個核心企業(yè)來領導的LCOS產(chǎn)業(yè)也具有其固有的弱點。那就

12、是標準不統(tǒng)一、實力分散。這樣的特點必然能夠給競爭對手留下更多的機會。同時，也是至今LCOS投影機只能在那些注重性能的領域獲得良好市場表現(xiàn)的原因之一。因為LCOS的成本優(yōu)勢需要規(guī)模化的制造，而規(guī)?；闹圃靹t必須建立在統(tǒng)一的行業(yè)標準之上。本論文要完成的任務是：（1）LCD背光源和LCOS光調(diào)制原理的相關知識介紹；（2）光學設計軟件zemax簡介；（3）基于ZEMAX軟件的LCOS基本原理仿真；（4）全文總結。LCOS光調(diào)制技術綜述LCOS光調(diào)制原理LCOS（LiquidCrystalonSilicon）,即硅基液晶，是一種基于反射模式，尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。這種矩陣采用CMOS技術在硅芯片

13、上加工制作而成。像素的尺寸大小從7微米到20微米，對于百萬像素的分辨率，這個裝置通常小于1英寸。有效矩陣的電路在每個像素的電極和公共透明電極間提供電壓，這兩個電極之間被一薄層液晶分開。像素的電極也是一個反射鏡。通過透明電極的入射光被液晶調(diào)制光電響應電壓將被應用于每個像素電極。反射的像被光學方法同入射光分開從而被投影物鏡放大成像到大屏幕上。采用LCOS技術的投影機其光線不是穿過LCD面板，而是采用反射方式來形成圖像，光利用效率可達40%。與其他投影技術相比，LCOS技術最大的優(yōu)點是分辨率高，采用該技術的投影機產(chǎn)品在亮度和價格方面也將有一定優(yōu)勢。LCOS投影顯示實際上是背投顯示的一種。投影機固定安

14、裝在箱體的后部。它發(fā)出的圖像經(jīng)過高品質(zhì)反光鏡的反射（可能是多次反射）,投影在半透明的背投屏上。觀眾看到的便是部分透射的圖像。在這個系統(tǒng)中,投影機（光引擎）是其中最核心的部件?？偟恼f來，LCOS光引擎所起的作用是把電學圖像信號轉(zhuǎn)化成為可供觀看的光學圖像信號,并同時把它放大、投射出去。這其中,液晶板承擔了電信號轉(zhuǎn)換為光學圖像信號的具體任務。但是，由于液晶本身并不能發(fā)光，因此在實際應用中還必須為它提供合適的照明光。這樣，圖像信號和經(jīng)過光學器件處理后的照明光一起作用于液晶板，最終產(chǎn)生所需要的光學圖像。與穿透式LCD和DLP相比，LCOS具有利用光效率高、體積小、開口率高、制造技術較成熟等特點，它可以很

15、容易的實現(xiàn)高分辨率和充分的色彩表現(xiàn)。由于LCOS尺寸一般為0.7英寸，所以相關的光學儀器尺寸也大大縮小，使LCOS-PTV的總成本大幅下降。11,12,13空間光調(diào)制器英文名稱是SpatialLightModulator，在文獻上?？s寫成SLM。顧名思義，它是一種對光波的空間分布進行調(diào)制的器件，一般地說，空間光調(diào)制器是指在信號源信號（控制信號）的控制下，能對光波的某種或某些特性（如相位、振幅或強度、頻率、偏振態(tài)等）的一維或二維分布進行空間和時間的變換或調(diào)制，從而將信源信號所荷載的信息寫進入射光波之中的器件?？刂菩盘柨赡苁枪鈱W信號，又可能是電學信號?？臻g光調(diào)制器含有許多獨立單元，它們在空間上排列

16、成一維或二維陣列。每個單元都可以獨立地接受光學信號或電學信號的控制，利用各種物理效應(泡克爾斯效應、克爾效應、聲光效應、磁光效應、半導體的自電光效應、光折變效應等)改變自身的光學特性，從而對照明在其上的光波進行調(diào)制。一般把這些獨立的小單元稱為空間光調(diào)制器的“像素”(pixel)，把控制像素的信號稱為“寫入光”(writelight)，把照明整個器件并被調(diào)制的輸入光波稱為“讀出光”(readoutlight)，經(jīng)過空間光調(diào)制器后出射的光波稱為“輸出光”(outputlight)。形象的說，空間光調(diào)制器可以看作一塊透射率或其它光學參數(shù)分布能夠按照需要進行快速調(diào)節(jié)的透明片。顯然,寫入信號應該含有控制

17、調(diào)制器各個像素的信息。把這些信息分別傳送到相應像素位置上去的過程，稱為“尋址”(addressing)。光尋址時，實際上是利用適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)把一個二維光強分布成像在空間光調(diào)制器的像素平面上，便可以使寫入信號的像素與調(diào)制器的像素在空間上一一對應，實現(xiàn)尋址。因為在時間上所有像素的尋址是同時完成的，所以光尋址是一種并行尋址方式。其特點是尋址速度最快，而且像素的大小原則上只受尋址光學成像系統(tǒng)分辨率的限制。但要防止寫入光和讀出光之間的串擾(crosstalk)，通?？臻g光調(diào)制器做成反射式的，在其中有一個隔離層，使兩光互不干擾；也可以使用不同波長的光，利用濾光片消除它們之間的串擾。電尋址時，一對相鄰的行電

18、極和一對相鄰的列電極之間的區(qū)域構成像素，由于電信號是串行信號，所以電尋址是串行尋址，一旦在光信息處理鏈中有一個電尋址，二維并行串行處理就被一維串行處理代替，處理速度立即降下來。另外，電尋址是通過條狀電極來傳遞信息的，電極尺寸的減小有一個限度，所以像素尺寸也有限度,即有一個分辨率極限。由于電極本身不透明，所以像素的有效通光面積與像素總面積之比開口率(fillfactor)較低。光能利用率不高。14LCOS器件的驅(qū)動電路制作在像素的后方，可以有效地增加像素的有效利用面積增強光能利用率。而且，可以有更多的空間集成相應的驅(qū)動設備。因此，LCOS器件在光能利用率、集成度、可靠性方面具有巨大的優(yōu)勢?？偟恼f

19、來LCOS具有制造上的優(yōu)勢，可以利用現(xiàn)成的CMOS工藝制作顯示芯片，在成熟的LCD生產(chǎn)線上進行封裝，可以有效的縮小器件的體積，并能大大增加器件的光能利用率。為了保證快速響應速度和防止邊緣電場畸變效應，一般的LCOS的液晶層厚度取的比較薄。LCOS這些作為顯示器件方面的優(yōu)勢同樣的在空間光調(diào)制方面具有應用的前景，比如開口率的增大極大的提高了光能的利用率，雖然像素的減小增加了衍射的能量損失，但是高密度的像素可以實現(xiàn)更為精確的波面控制和相位調(diào)制等。同時由于LCOS是反射型的器件，光在器件中傳輸?shù)挠行Ч獬淘龃罅艘蚨哂懈蟮南辔徽{(diào)制量。雖然液晶層厚度的減小降低了相位調(diào)制效應，但是可以實現(xiàn)更快的響應速度。

20、MlLCD背光源相關知識眾所周知，由于液晶顯示器本身并不發(fā)光，這就需要找一個背光源來作為薄膜液晶體顯示器光源的提供者，背光源的表現(xiàn)便決定了液晶顯示器表現(xiàn)在外的視覺感，其作用不言而喻。簡單來講，背光源是將背光模組內(nèi)的點光源或線光源轉(zhuǎn)為均勻分布的面光源，并搭配薄膜控制視角，提高光學特性，使液晶顯示器達到完美顯示的目的。目前在LCD面板中常用的BLU,按光源設置位置來分，可分為側光式和直下式16,17,18。直下式BLU一般用在大型TV上，從下到上的結構依次是金屬背板、反射片、CCFL燈管組、擴散板、下擴散片、上擴散片、增亮膜。上擴散片與增量膜的位子不固定19,20,21?？?、反光片、CCFL燈管、

21、導光板、下擴散片、增光片（Notebook：水平方向及垂直方向各一張，Monitor和TV：單張水平）、上擴散片22,23,24。擴散片増光片擴散片導光扳CCFL金俺背框反射片圖2.2雙燈管側光式背光源結構圖LCOS光調(diào)制原理及器件結構LCOS即LiquidCrystalonSilicon是在矽晶圓上長電晶體，利用半導體制程制作驅(qū)動面板（又稱為CMOS-LCD），然后在電晶體上透過研磨技術磨平，并鍍上鋁當作反射鏡，形成CMOS基板，然后將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，再抽入液晶，進行封裝測試閃。LCOS利用CMOS半導體制程，將電路及平面的反射鏡做在非常平滑的硅芯片上做為基礎，然

22、后再于此一平面的硅基上涂布LCD，并將液晶著床于硅芯片之上，然后再覆上一片非常薄的玻璃。實際應用時，是把光線由外部投射至芯片之上，再由芯片上面那層LCD的明暗變化來決定要反射多少的光線出去，而此一反射率之變化則是受到影像訊號的調(diào)制；因此，只要把影像訊號加諸于硅芯片，經(jīng)由芯片反射出來的光線就會隨著視訊產(chǎn)生變化，此一變化再經(jīng)由透鏡投射至銀幕，就變成可以觀賞的投影機畫面了陰。LGD投影原理背光源面板gilvLCoS圖像芯片LCoS投影注學引孳LED光憑14頭屏幕圖2.3LCD投影原理及LCOS成像原理由光源所發(fā)出的光經(jīng)由雙色鏡后分成R、G、B三色光，分別通過各自的PBS后,會反射S偏光進入LCOS面

23、板，剛剛產(chǎn)生的彩色光束同時與三個LCOS微型器件之一相接觸一一它們分別對應紅光、綠光和藍光。當液晶顯示為亮態(tài)時，s偏光將改變成P偏光，最后以雙色棱鏡組合調(diào)變過的三道偏極光，投射至屏幕處得到影像。紅色LCOS藍色LCOS圖2.4LCOS對光進行調(diào)制成像的原理LCOS微型器件把液晶層放在一個透明的薄膜晶體管（TFT）和一個硅半導體之間，而不是像LCD那樣把液晶放在兩片極化面板之間。這個半導體具有能夠反射光線的、失真的表面。由燈泡發(fā)出的光透過一個偏振濾光器投射到微型器件上，而液晶起著像門或閥那樣的作用，控制到達反射面的光線的數(shù)量。特定像素的晶體接收到的電壓越高，該晶體允許通過的光線也就越多。完成整個

24、過程需要若干層不同的材質(zhì)。下面從下到上介紹了LCOS微型器件的組成部分及其功能：印刷電路板（PCB）:將指令和電流從電視機傳輸?shù)轿⑿推骷?。硅（芯片或傳感器）：使用來自電視機像素驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)來控制液晶，通常為每個像素使用一個晶體管。反射涂層：反射光線以產(chǎn)生畫面。液晶：控制到達或離開反射涂層的光線的數(shù)量。對準層：使液晶能夠正確對準，從而能夠精確地校準光線。透明電極：與硅和液晶一起組成完整的電路。玻蓋：保護和密封整個系統(tǒng)。圖2.5LCOS微型器件的組成基于ZEMAX軟件的LCOS基本原理仿真3.1光學設計軟件ZEMAXZEMAX是美國FocusSoftwareInc.所發(fā)展出的光學設計軟件，可做光

25、學組件設計與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學模型，并結合優(yōu)化，公差等分析功能，是套可以運算Seqential及Non-Seqential的軟件。ZEMAX是一套綜合性的光學設計仿真軟件，它將實際光學系統(tǒng)的設計概念、優(yōu)化、分析、公差以及報表整合在一起。ZEMAX不只是透鏡設計軟件而已，更是全功能的光學設計分析軟件，具有直觀、功能強大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點，與其它軟件不同的是ZEMAX的CAD轉(zhuǎn)文件程序都是雙向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)，ZEMAX光學設計

26、程序包括光學設計需要的所有功能，可以在實踐中對所有光學系統(tǒng)進行設計，優(yōu)化，分析，并具有容差能力，所有這些強大的功能都直觀的呈現(xiàn)于用戶界面中。ZEMAX功能強大，速度快，靈活方便，是一個很好的綜合性程序。ZEMAX能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)成像系統(tǒng)及非成像系統(tǒng)。ZEMAX能夠在光學系統(tǒng)設計中實現(xiàn)建模、分析和其他的輔助功能。ZEMAX的界面簡單易用，只需稍加練習，就能夠?qū)崿F(xiàn)互動設計。ZEMAX中有很多功能能夠通過選擇對話框和下拉菜單來實現(xiàn)。同時，也提供快捷鍵以便快速使用菜單命令。手冊中對使ZEMAX時的一些慣用方法進行了解釋，對設計過程和各種功能進行了描述。ZEMAX目前已經(jīng)是被光電子領域熟知的光學設計

27、的首選軟件。該軟件擁有兩大特點，就是可以實現(xiàn)序列和非序列分析。在全球范圍內(nèi)，這款軟件已經(jīng)被廣大的應用在設計顯示系統(tǒng)，照明，成像的使用系統(tǒng)，激光系統(tǒng)以及漫射光的設計應用方面。ZEMAX主要特色：分析提供多功能的分析圖形，對話窗式的參數(shù)選擇，方便分析，且可將分析圖形存成圖文件，例如：*.BMP，*.JPG.等，也可存成文字文件*.txt。優(yōu)化表欄式meritfunction參數(shù)輸入，對話窗式預設meritfunction參數(shù)，方便使用者定義，且多種優(yōu)化方式供使用者使用，諸如LocalOptimization可以快速找到佳值，Global/HammerOptimization可找到最好的參數(shù)。公差分

28、析表欄式Tolerance參數(shù)輸入和對話窗式預設Tolerance參數(shù)，方便使用者定義。報表輸出多種圖形報表輸出，可將結果存成圖文件及文字文件。ZEMAX可用于Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纖耦合，照明系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)等?；赯EMAX的LCD背光源設計采用LCD背光源作為系統(tǒng)的光源。原理圖如下：TIRREFRACTION4廠圖3.1LCD背光源原理CCFL作為光源，反射源放在背后以提高系統(tǒng)的效率，楔形導光板進行全內(nèi)反射以提高光線的均勻性，增亮膜用于控制發(fā)光強度和發(fā)出光的偏振。打開zemax，在非序列線性編輯器下建立側光式背光源模型。各部分參數(shù)如下：QK

29、an-yntidCamparwrtEdiLarr-!srhnn-ri-j-|：taineijcth?*nwKnT-iXrec-KFcsicicmTFsic-iDn.EfftiHiriOBTilrMniix-XliiGNhhjcyi3GUEGC-lUtoEHFLfi5?-3T.3QDQ罰G臥DgW,Q6DzCylindecvgiuneGCE1TnJwij-3T,30tipD-QDDpFW-NDi3JxcugLFltl-=kcraa.aooa.coa-1.004lj!CiJaE.KAflfteLOcqar.soaa.oaca.ociogRtzeg】亡lEarUflhHleeEeiE,0-37.50

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32、susuga.DDD-QGO3T.MQj.nao41ADMf.006t51l.hMP2.000FP.C0:-ui0u.l-&iValrarjt3CRTLIC即：會D2.0QGT5.ODDSTEOGD.50DO.DOOTMIELKCfl3.T,frOD3?.ego我曲R；U(Dfljt,e-?g3-lP$HIt-2R37-iJn空Z10HIEJKfl3?.t-5Qs.ino111旳掃詐-1Z3rctflini;-STol/：汀已FHMfiIT,59mumsfl.U+DP37-mF3T,wdPgBg13icbaiE|u.!axb!aiixaf-HMA.Po.anPd.D12PC.OiSFS血C.O

33、dOL4-L9515DUtEiP10.伽P5.024P15LstviKtniECCBi?leADSORB1T,3h3Q37.&0QMEID2上圖3.2.2側光式背光源各部分的材料、XY半寬度、像素參數(shù)匕htn-SrqucrTtulCemfarHn!:Editor空如拆日T叔十Q*趕mTip*9CJ.14Pl9c41aFromOnljPSFOaSn34AJifll*Hl!&XAjiIqHsnV丄叩1錄Mir：TAnglbHimpm1SoiainTutaiZCjrlindci說Xube3Ecan.3=S3=a.-=a1DD4IGi5hLarleWm.亡ciugg注hhMLaD.COOLb14j:7

34、FieoranleDSect-siajlE9RtEasleid衛(wèi)U5H：iiitr-aii鈕)me.123luaEaaVu-l-axLujeD.iQ0喚13RCi3G4Jb0lL14Z牝1UOED.COD嘰喚-fl鼻hFY1.H3Qe-awV.C4Q0-QQQ.QOOQ.QOQ04DQ19Dpttetrr0-flK9?.5QP典-QQQ盹胡0圖3.2.3側光式背光源各部分的傾斜角、極化率激發(fā)的電子撞擊表面涂層材料的CCFL發(fā)光，楔形導光板和丙烯酸材料構成一個長方體的體積對象，該對象允許不同的端面尺寸和傾斜角。這是因為，我們要保持導光板的傾斜角以和XZ平面平行，需要Y的位置略有變化，pickup

35、確保傾斜的前部和后部的面平行于XZ平面。增亮膜是系統(tǒng)中最復雜的部分，用于控制發(fā)光強度和所發(fā)出的光的偏振。我們采用BEF90/24。數(shù)組對象只能作為父對象的內(nèi)存，可以通過調(diào)整參數(shù)改變整個陣列，因此可以節(jié)省在射線追蹤期間所花費的時間和大量內(nèi)存。確定設計時經(jīng)常使用的標準是能源效率和均勻度（照度和發(fā)光強度），能源效率是接收到的光能與發(fā)射源發(fā)出的光能之比。光線追蹤與探測器控制設置，得到：圖3.3.1光線追跡與探測器控制設置我們看到，在探測端，有約40%的能量損失，根據(jù)隨機性質(zhì)的蒙斯卡洛光線追跡到百分之幾，這個值可能會有所不同。有一些能量損失，是因為射線錯誤，但這在應用程序中是可以忽略不計的。大部分的能量

36、損失，經(jīng)過多次光反射，由光吸收和散射造成，但是由于閾值的存在，有將近10%的能量損失，要消除這方面的損失，可以降低最小相對射線幅度。如果能量損失顯著，通過這個方法可以減小損失，但會明顯放慢光線追跡速度，1E-6降低能降低能量損失1%,并增加約46%的效率。圖3.3.2光線的最小相對強度Q|1:Det&rtorVev/erI匸,I凹UpdateSettingsPrintWindowTextZoom1E-F01E-L1E-Z1E-3IE-4BEILISS工工Hd匸IHEEENT工LLLI門工NRHi二E圖3.3.3非相干光照度1:DetectorVeweiUpdateSettings-PrintW

37、indowTerfZoomlEtfl1E-LIE-2IE-35EIECTDEZHfiGELJJHINM工卜廳曰侶工T圖3.3.4發(fā)光強度發(fā)光強度如圖所示，并不是理想的均勻分布在幾個峰值，這種發(fā)光強度分布是楔形導光板和增亮膜的特點。引入楔形導光板的散射特性，應用朗伯散射，設置導光板:QOObjecProptrt圖3.3.5導光板設置追蹤射線并觀察輸出特性的差異：1E+S1E-L1E-Z1E-31E-H1E-5ETECTUF?工HHGE；工忖CDHEEENTILLLI鬥工HHHCE圖336應用朗伯散射后的非相干光照度1EtI1E+0IE-LIE-3JE-31E-H圖3.3.7應用朗伯散射后的發(fā)光強

38、度該系統(tǒng)的效率提高了幾個百分點，照度均勻性大為改善，發(fā)光強度略有好轉(zhuǎn)，但仍然需要解決一些熱點。在7表面下插入一個長方體的體積對象，Y軸位置=2,，傾斜=-90，材料：空白，,長度。Orwa17.5HdMtmid卡TrcuTi珂亂砒R$-1.65&勺壽繭獨.百r-HCELEJ-LZy.-Ni二i主=3axoad電aaQDD-1.1Ea.fjOAngl4AfltlBSCCZdjOM厶負$d.5MSi湎QSJiRf:Riflpne-ii-TDg-：37.fin&a.abcID.bpDa.tmaa.9SidThEXiecox耳a97iDD汕亠004.DD3010fbE：包工亡EnaAeClEaccx4

39、.000q.ateTf.lNi4潞a11g37,QM3山gM.口於g.HXe:.K0.DAa.圖3.3.8各部分的型號、結構、坐標參數(shù)0IScn-tHIJIITlH1LSTipWWKtdlcHEditTpaiViH口dCETtfbFileJttHZUE.YIxlTUioue,ZHbebfsbIXHuLEUldE.VPl土Hi.d.-=hf玄P3H1X13fFlxhIhtUEl9Mjl*4Edb9Q.IMB*uMDbD3ILinri*r7a-jrac.ocaF.jDG!D.SiMF1E.QQDID.bMF言BLccnacSusEm札gft1.0000.M44lOEiD3T.M04d.wa5i-a

40、ackfTRLKl3PJ.OQ&P9KiRUHngA90.&M4-aotMRAO鼻1.0Q4FJ.ODtTtV-*.swAJYLIC7環(huán)t.044.DDtHEUKQ.3T.bM31.UM6fjMzarlaao.eco4.ddfiriliUKjt.1.4042.IOCQ3b*-L1T5-91il.OOQ泊MblL.gjrKl0.444.MECBr-LiirT-p.,4.DpGWk.3T.2441.900D.04QF9.3DpP31.5u00Osmi.V&i01ird.auF4.DUIF&BMdArrT0-PQD-L?!Fg4。？百rMltiiCCOf4_d6b3I.BIJ4I圖3.3.9各部分的

41、材料、XY半寬度、像素參數(shù)CdlarWhirchnjpSul*幘rSla&l*TraauflnlyDFOi-ntIngXMiaIUkE7JLr4EWinT“曬n5efdfTubvT3-OM.3QD*CyliodarVbluBMEicomoSuxlact如-37.&0621a4LF.wnijlp9-ti=*nqlc；l-：-7-；r,.i：-.D.M4l.ilgS-OOO1-詢f1RFr-：Mnq1tirtanglHRECTiU141-fphrrrkfrayi.oagl.DEiD3.flilbnone72OKCancelSaveLoadResetHelp圖3一維通用圖設置設置數(shù)組對象5E-3的Y

42、“delta2”參數(shù)：NON-LINEFIRARRAYSPA匚工NGUS.HFWRLUE圖3設置數(shù)組對象5E-3的Y“delta2”參數(shù)得到最終的輸出特性:1E+0E-Z1E-G口ETECTDR工MRGE：INCDHE民EMT工LLLIN工NRMUE圖3背光源最終輸出的非相干光照度EtL1E+0E-L1E-21E-31E-M匚lETECTUR工HFIGE；UmiNM工MTENEIR圖3背光源最終輸出的發(fā)光強度此時，已上升到接近60%的系統(tǒng)效率，如果減小最小相對射線強度的閾值，效率接近62%。至此，光源設計完成?；赯EMAX的LCOS光學引擎設計使用2層偏振片代替LCOS器件中的液晶。透過式L

43、CD，由于液晶層中有無數(shù)微型電子器件，會占據(jù)一定的空間，使光不能透過，最終影響光通量和成像質(zhì)量，而反射式LCOS的微型電子器件在反射層背后，不會影響光的透過率。假定從偏振片投射出的光和經(jīng)硅基反射層反射回來的光相同，不計損耗。在光源上方插入兩個JonesMatrix,第一個作為起偏器，設為偏振方向平行于X)一軸的線偏振片，矩陣為-一，第二個作為檢偏器，設為偏振方向平行于X軸的線偏振(10)片，矩陣為，此時兩個偏振片的偏振方向相同，光線可以通過。輸出特性如圖：DETECT口E：I鬥日GE；工NCDHEEE卜ITHLLLIHHHFINUE圖3.經(jīng)過偏振方向平行于X軸的偏振片后所得非相干光照度1;De

44、tectorVr-ewer1?口I回UpdateSettingsPrintWindowTextZoomEiT-GTDR:.LUMLNi.ili?了忙丁已尺予工丁丫圖3.經(jīng)過偏振方向平行于X軸的偏振片后所得發(fā)光強度此時起偏器和檢偏器的偏振方向相同，光線能全部通過，發(fā)光強度最大。將第二個偏振片設為與X軸夾角30的線偏振片，矩陣為輸出特性，如圖：圖3.經(jīng)過偏振方向與X軸夾角30。的偏振片后所得非相干光照度孔1:DetectorViewerX二-63.72.V二64.9S丘衛(wèi)|回IT7UpdateGettingsPrintWindowTextZoomII1E+03E-LIE-2IE-33E-HDETE

45、CTBRP1REE；LUH工NOLISTNTENSHT丫圖3.經(jīng)過偏振方向與X軸夾角30。的偏振片后所得發(fā)光強度此時可以看到，發(fā)光強度稍有減弱，與X軸夾角為30。時發(fā)光強度在理論上為平行于X軸的。將第二個偏振片設為與X軸夾角45。的線偏振片，矩陣為：匚輸出特性，如圖：回1IE-11E-ZiE-3i-；1E-H1E-5口ETECTdE：HHRGE：工制匚口HEEEMTHLLLIHHNH忡二E心P隊:菇I圮M住（朋1:Detector/：.ewerUpdateSettingsPrintWindowTextZoomWH1LN203312EETEUTII!L9N5DZ5UFFR匚E!SHEP5.0D0

46、U：.EiEGiHKILL口ETER比PZ：iH_S203l-J3；r：TD9irr：iL.UHimS訊”圖3.經(jīng)過偏振方向平行于Y軸的偏振片后所得發(fā)光強度此時可以看到，發(fā)光強度繼續(xù)減弱，與X軸夾角45時的發(fā)光強度在理論上為平行于X軸時的二。2(1V3)將第二個偏振片設為與X軸夾角60的線偏振片，矩陣為rJ輸出特性，如圖:(1:DetectorViewek匸很回UpdateSettingsPrintWindowTextZoomIE-11E-2iE-21E-MIE-5口ETECTSBI鬥HGE：工NCDHEEE闖TmHHHFINCE圖3.經(jīng)過偏振方向與X軸夾角60。的偏振片后所得非相干光照度1:

47、DetectorViev.oaoD.ODQa.aaoD.13HulliJhKitRtfP3-5BJuaaoao2.20C34.GQD-9D.11RKt-sngHlftrVfee-kingl：EEF：l13nQOQOCiUOO-fl010i：iLER=thn?ula.r7F.rantPrisaIHEFl13a-3?4歸F-97JIBEFaDODDLBfenai!BET-1aaDQDD.ODDaDODDL7JSiiEffiKatx-lJi0DanaoIPODQas.eqo9D.Lf；JonsK-striau0aoao2DODO36.500抑：LSR=thnqul&E-f0aaaaa3QDDO昭創(chuàng)0

48、90圖3.5.1建立硅基填充層|：勦Men-quvrTliihlCsrrporwEdit也和kE/wfe口Aiciof-t口iaubdTac：kVi葉HdpOhieictTypeHilfffidthlHftlfVidtb!lengthHflLtffidth?2HflLtQid.thFrontIAjig*leFHctnl;7Kaut旳LmMIRRCe39d3DSRactL-bHIRRCC37bd2ion9BaetAtrgLmMIRRCC37.&DQ21OD10Beendt3LeMIRRCC37.6DQ21OD11呂曲CMD.6Z1y112占my-11他V7771i0.31v13MallQtgcc

49、t14Rkt-snguL-srmm37.5DI3?500D(HUF3?.SODP37.5QDE1J3U015Rflct-sngiLLarPUMAPEL012Qi：H2Pn(H2Fi：iD12PQ.DQD1J3U0L-15312EFSUEP1aD24.Fa024F17Jon:HLf：l:k37.EDO37EODDOODODananaaonLSMatfLK37.EDO375OD1DOODOOananaaon1?B&c.EU-ICCH37.50037.EDD1.DOO1.DID1.DQDa.aoi?|圖3建立硅基填充層在矩形量的前表面設置反射圖層:Object19Properties：Face:11

50、.FrontF日匚已ProfileFaceIm:Coating:|Usedsfinitionsbelow二|c*NoScatteringLamberti-anCGaussianScatterFraction:NumberOfRays:Sigma:AB口Reffect:CLiterDefinedNoneTransmit:NDncDLLName:FileName:|GAUSSIAMY.CLLFrevicusObjectNextObjectViewObjectBulkScatter1GETN丨Diffraction|SourcesDrawTypeCoat/ScaScattErTaFace硝走I取消I

51、刮叢I圖3在硅基前表面建立反射涂層所得LCOS微型器件的仿真圖：測1:N&C3DLayoutLgl回11UpdateSettingsPrintWindowTextZcx?m3DLAYOUTNEDUN2B2SL2EM口FCHMT.匚匚匸匚LI口PIT工1r-iX匚1圖3.6.1LCOS微型器件的外形圖3D模型:現(xiàn)1：NSCShadedModelZ二-27.15050,V=63.55B571UpdateGettingsPrintWind-owexLZoomSpin圖3LCOS微型器件的3D模型3.4分析光線過起偏器得到平行于X軸的線偏振光，檢偏器的偏振方向依次從平行于X軸、與X軸夾角30、與X軸夾角45、與X軸夾角60、平行于