1、概述

在今天設(shè)計案例中，我們將解釋優(yōu)化手機顯示的自動化工作流程的步驟。該工作流程也適用于其他類型顯示屏的應(yīng)用，如汽車內(nèi)部顯示屏、電視、計算機顯示屏，甚至智能手表顯示屏。

在本案例中我們將介紹三個部分，涉及Ansys的光學(xué)仿真產(chǎn)品Speos和Lumerical，聯(lián)合optiSLang進行涉及優(yōu)化，Lumerical設(shè)計顯示屏的像素，用optislang自動優(yōu)化，然后用Speos檢查顯示效果。
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為了制作一個出色的顯示器，我們通常希望獲得出色的色彩覆蓋率、全角度的良好觀看效果以及在許多不同條件下的更低功耗。在Ansys顯示屏設(shè)計解決方案中，我們可以使用Lumerical STACK或FDTD構(gòu)建OLED或微型LED納米結(jié)構(gòu)，并在像素級模擬光提取效率、角發(fā)射和顏色，同時將OLED的結(jié)構(gòu)參數(shù)、光提取效率和顯示顏色等這些指標(biāo)輸入optiSLang優(yōu)化，最后我們可以使用Speos獲得消費者對顯示屏的視覺感知，并了解這些指標(biāo)如何影響視覺感知。

2、設(shè)計流程

遵循顯示屏物理模擬工作流，將從Lumerical STACK設(shè)計像素的納米結(jié)構(gòu)，使用optiSLang實現(xiàn)工作流的自動化，使用optiSLang的優(yōu)化器來改變像素層設(shè)計，優(yōu)化像素效率和具有復(fù)雜交互的光學(xué)性能，再到Speos中具有人眼視覺的感知仿真由這些像素制成的顯示產(chǎn)品。整個流程完全采用自動化設(shè)計方式，仿真工具之間的數(shù)據(jù)傳輸無縫兼容。

1.OLED納米光子像素的設(shè)計，并在Ansys Lumerical中詳細介紹優(yōu)化指標(biāo)。

像素是顯示屏的基本組成部分，也是我們優(yōu)化的重點。在OLED或LED設(shè)備中，陽極和陰極用于注入帶電載流子，帶正電的空穴由空穴注入層和傳輸層傳輸，電子則相反。它們在發(fā)射層相遇，在那里可以重新組合形成光子。當(dāng)然光學(xué)材料的性能和層厚對整體光學(xué)性能起著關(guān)鍵作用，在不影響電性能的情況下改變這些層的厚度，以便ZUI大化光學(xué)指標(biāo)。

Lumerical STACK多層結(jié)構(gòu)解析求解器，因為可以精確地處理多層厚度，對于設(shè)計垂直發(fā)射的顯示設(shè)備，STACK計算速度非常高效，幾秒鐘直接就完成求解，非常適合用于優(yōu)化程序嘗試數(shù)十萬種設(shè)計。

在設(shè)計顯示屏?xí)r，定量的方法描述顏色是非常重要的，可以通過顏色空間進行幾何處理，展示在CIE 1976顏色空間中的色度圖，將光的實際狀態(tài)與視覺感知聯(lián)系起來。使用紅色、藍色和綠色作為原色，將它們混合在一起，可以在所謂的設(shè)備色域內(nèi)產(chǎn)生白色和任何其他顏色。

因此我們希望RGB的盡可能接近色度圖邊界顏色，換言之完全單色，實現(xiàn)ZUI寬的色域，色域覆蓋率CGC，同時我們需要高效的光提取，我們稱之為外部量子效率或EQE，并且從寬視角下也能清晰的顯示顏色的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確描述顏色隨觀察角度的變化，我們稱之為ZUI大顏色偏移MCS。

因此在STACK設(shè)計改變發(fā)射腔不同層結(jié)構(gòu)的厚度，將會得到不同的色域和色偏結(jié)果，我們希望在色域和色偏之間找到合適的平衡，同時保證出光效率。
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2.? optiSLang工作流自動化和設(shè)計優(yōu)化

optiSLang是一個開放平臺，用于連接來自不同來源的工具和數(shù)據(jù)，以自動化的方式運行分析，從而完成產(chǎn)品開發(fā)優(yōu)化過程，生成元模型的敏感性分析，找到ZUI佳設(shè)計和評估重要輸入?yún)?shù)的方法。

對于顯示屏設(shè)計優(yōu)化，對光提取效率、色偏和色域覆蓋率的光譜指標(biāo)進行多目標(biāo)優(yōu)化。因此optiSLang為數(shù)值模擬建立了一個工作流程，并運行它進行設(shè)計優(yōu)化。
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建立參數(shù)化系統(tǒng)后，進行參數(shù)敏感性分析。在敏感性分析中，通過COP矩陣預(yù)測輸出變化，COP的數(shù)值告訴我們模型質(zhì)量，此外可以看到參數(shù)對輸出的影響。所以我們會得到在OLED設(shè)計的堆層中有哪幾層的厚度參數(shù)是影響設(shè)計目標(biāo)光提取率、色偏和色域的關(guān)鍵，可以直接了解光學(xué)行為。
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通過敏感性分析，以了解設(shè)計參數(shù)各結(jié)構(gòu)厚度參數(shù)和設(shè)計目標(biāo)的設(shè)計行為，并使用結(jié)果支持我們的優(yōu)化算法，即進化算法，自動運行數(shù)千種靈敏度和優(yōu)化設(shè)計，因為這是一個多目標(biāo)優(yōu)化，可以得到了一組ZUI佳設(shè)計，稱為帕累托前展面，從帕累托前展面沿獲取設(shè)計，并將優(yōu)化后的Lumerical數(shù)據(jù)以RGB強度分布數(shù)據(jù)形式導(dǎo)入Speos。

3. Speos人眼視覺仿真，在照明環(huán)境下，顯示屏視覺感知質(zhì)量。

現(xiàn)在，我們需要了解數(shù)據(jù)將如何從Lumerical傳輸?shù)絊peos，在Lumerical的堆層設(shè)計中的到的是像素的納米結(jié)構(gòu)，即RGB像素的光角度分布和顏色信息，然后，由于optiSLang自動化功能，RGB像素輸出數(shù)據(jù)會自動復(fù)制，在經(jīng)過處理腳本將整個顯示屏RGB像素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Speos格式，即光譜發(fā)光強度分布數(shù)據(jù)，將使用強度分布數(shù)據(jù)作為輸入光源來定義手機顯示屏。

在轉(zhuǎn)換后的RGB堆層數(shù)據(jù)，在Speos中以光強分布的形式定義，在Speos中需要做的就是使用紅色、綠色和藍色的強度分布來定義顯示的RGB白色源，屬于整個系統(tǒng)的降階模型，因為不再需要具體的堆層信息，因為RGB光強數(shù)據(jù)已經(jīng)包含正確顏色和正確光分布信息，再通過Speos的texture功能在顯示器上生成圖像，以獲得更好的人眼視覺體驗。
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在Speos中設(shè)置RGB光源之后，將手機顯示屏放置在環(huán)境場景中，并用人眼視覺仿真從不同的角度觀察顯示屏的顯示效果。Speos可以通過調(diào)整RGB的比例校準(zhǔn)顯示器，以便進行逼真的模擬，將平均亮度調(diào)整為當(dāng)前市場上手機的亮度設(shè)置975cd/m2，調(diào)整RGB獲取與白色光源D65相同的色度坐標(biāo)。現(xiàn)視覺仿真設(shè)計結(jié)果，選取Lumerical的初始設(shè)計和通過optiSLang優(yōu)化后帕累托延展面的優(yōu)化點。

第一排是初始設(shè)計，第一列是正入射角度，第二列是25度入射角度，第三列是50度入射角度?？梢钥吹疆?dāng)增加入射角時，最初的設(shè)計變成了綠色。

在第二排是從optiSLang獲得的第一個優(yōu)化設(shè)計。在正常入射時開始呈白色，當(dāng)增大入射角時，它看起來像暖白色，幾乎是紅色，同樣的另外兩個優(yōu)化設(shè)計?？梢钥吹筋愃频内厔?，但不同的顏色外觀。

選擇第一個優(yōu)化設(shè)計，并獲得一些顏色變化的指標(biāo)，將顯示光源表面使用texture顯示具體圖像，在顯示器上顯示圖像時，不同事先角度顏色變化。

3、結(jié)束語

通過Speos和lumerical聯(lián)合optiSLang的顯示屏優(yōu)化設(shè)計，通過Lumerical STACK可以設(shè)計和模擬一個參數(shù)化的微型LED或OLED像素設(shè)計，然后通過optiSLang完成多目標(biāo)優(yōu)化，最后將優(yōu)化后的多組優(yōu)化方案，在Speos真是的環(huán)境場景中，以人眼視覺方式比較這些設(shè)計方案。同樣的這個顯示優(yōu)化工作流程也適用于其他應(yīng)用，如汽車顯示器、電視、電腦顯示器和智能手表顯示器。

審核編輯：劉清