Introduction to LightTools Training

Background Information Section 1 Background Information

What is the LightTools? Core Module Illumination Module 4 Data Transfer modules – IGES, SAT, STEP & CATIA Imaging Path Module Optimization Module

LightTools Applications Illumination Systems - Light pipe, Flat panel display, Automotive lighting Projection system etc. Stray light investigations - Veiling glare, Scattered light etc. Complex optic-mechanical layout Conceptual design and proposal Optical Design (With CODE V and Imaging path module)

LightTools 차이점 LightTools 와 기타 조명 광학계 프로그램과의 차이점 - CAD 와 사용법이 비슷하며 단시간 내에 학습이 가능 - LightTools 내에서의 기구 설계가 용이하고 CAD 에서 작업한 기구를 불러오기가 용이 - Polarization, scattering, Fresnel loss, user coating 등 이외의 여러 가지 성질을 적용 가능 - Point, surface, volume source 와 Ray data source 를 정의 - 여러 개의 Receiver 들을 원하는 어떤 면에 라도 설치 가능 - Irradiance, intensity, luminance & color calculations 등을 위한 Monte Carlo 식의 Ray trace - Macro 사용 가능 COM interface (Visual Basic, Excel/VBA, etc)

Training Goals LightTools 의 환경 설정 모델을 설계, 변경 학습 모델에서의 Optical properties 변경 학습 CAD 와 호환 가능 Simulation 을 위한 기능들의 이해 Simulation 을 위한 광원과 Receiver의 정의 분석 등등

Fundamentals

조명광학계 물리량

Radiometry? Photometry? 빛의 광학적 복사량을 측정 3X1011 Hz 에서부터 3X1016 Hz 의 범위의 전자기적 복사에너지 (Electromagnetic radiation) 을 측정. 이 주파수 범위는 10 nm 에서 1000 um 사이의 파장과 대응하므로 우리가 자외선, 가시광선, 적외선이라 부르는 영역이 포함. Photometry ; 전자기적 복사에너지 중에서 인간의 눈으로 감지할 수 있는 범위의 빛을 측정. 즉, 빛이라고 하는 모든 것 중에서 가시광선(Visible Light) 영역인 380 nm ~ 760 nm 의 범위만을 측정하는 것. 인간이 감지할 수 없는 자외선(Ultra Violet) 이나 적외선 (Infra Red)은 포함되지 않음.

Radiometry? Photometry?(2) 눈으로 볼 수 있는 빛 (가시광선)

Radiometric vs Photometric

Photometry Quantity(1) 광속 ( Luminous Flux : F ) - 광원에서 나오는 빛의 총량 ( Flux ) - 단위 : lm ( Lumen ) - 1 lm 은 1 cd 의 점광원으로부터 1 sr 로 방사된 광속 광도 ( Luminous Intensity : I ) - 광원에서 일정한 방향으로 발산되는 빛의 강도( 세기 ) - 단위: cd ( Candela ) - 서로 다른 광원을 비교하거나 그 세기를 측정하기 위해 사용되어짐 광속( lm ) 과 광도( cd )의 관계 ; Point Source 일 경우 ` I : 광원의 평균 구면 광도 (cd) F : 광원으로부터 방사된 광속(lm) W: 광속을 포함하는 입체각 (r) 1 cd = 4Π lm

Photometry Quantity(2) 조도( Illuminance : E ) - 광원으로부터 어떤 특정한 면에 도달하는 광속의 전체 양 - 일종의 빛의 밀도로서 면 자체의 밝기를 표시 - 광속을 면적으로 나눈 값 - 단위 : lux 또는 fc ( foot candela ) - 반지름이 1 metet 또는 1 feet 인 구의 중앙에 점광원이 있을경우 (1) fc : 1cd 의 점광원으로부터 1 foot ( 반지름이 1 feet ) 떨어진 곡면에 비추는 빛의 밀도. ( 1 lm / ft2 ) (2) lux : 1 cd 의 점광원으로부터 1 meter( 반지름이 1 meter ) 떨어진 곡면에 비추는 빛의 밀도 (3) 1 fc = 10.76 lux E : 면의 조도 F : 면에 도달하는 광속의 총량 A : 면의 면적

Photometry Quantity(3) 휘도 ( luminance : L ) - 빛을 발하거나 반사하는 표면의 밝기 - 단위 : nit ( cd / m2 ) - 디스플레이에서 밝기를 표현할 때 사용 - 디스플레이에서는 시청자의 눈으로 느끼는 화면의 밝기가 중요하므로 단위 면적을 고려하여 nits(cd/m2)라는 표현을 사용. 광원 자체의 밝기는 lm 과 lm / w ( 발광효율 ) 로 표현 - lm/W(발광효율) : 사용되는 전력에 대해 얼마만큼의 빛을 방출하는 지, 즉 효율을 나타내는 양 - 예를 들어 3.2V, 20mA 전력을 소모, 2lm의 빛이 나오는 광원의 효율은 31.25lm/W [=2lm / (3.2V × 0.02A)] PDP 모듈 : 1000nits PDP TV : 200nits 유기EL : 80nits LCD : 450~600nits

Photometry Quantity(4)

Radiometric to photometric Conversion

Photometry Relationships

Symbol & Unit Irradiance Illuminance Luminance Radiance Intensity W/ m2 Ee watt/meter2 Irradiance lx Ev lux Illuminance cd/ m2 Lv candela/meter2 Luminance W/(m2 sr) Le watt/(meter2 steradian) Radiance W/sr cd I Ie watt/steradian Iv candela Intensity Radiant intensity Luminous intensity W/m2 lm/m2 M Me watt/meter2 Mv lumen/meter2 Existence Radiant existence Luminous existence W lm Φ Φe watt Φv lumen Power Radiant power Luminous power Unit Symbol Term

Reflection Incident angle = Reflected angle a.매끄러운 면- 전반사 b. 거친 면- 난반사

Snell’s Law Snell’s Law

Note

Section 2 Flashlight Example

A Virtual Flashlight LightTools 를 알 수 있는 가장 간단한 모델 - 모델 설계, 변경, Ray Tracing, Surface properties 그 외 기본적인 Illumination calculation 등.. 참고 : LightTools Introductory Tutorial manual

Concepts & Interface

Basic concept for LightTools Element base - 기존의 광학설계 프로그램과 다른 접근 - 3D Solid Objects - Objects 의 모든 면은 각각 다양한 optical properties 설정 Geometrical ray tracing - Geometrical ray tracing 은 거의 모든 광학 분석 프로그램의 기본원리 - Non-sequential(NS) ray tracing 은 언제 어느 위치에서든 시뮬레이션과 같은 실제 빛의 경로와 특성을 확인 - LightTools 에서 ray tracing은 scattering, ray splitting 등 특별한 특성의 시뮬레이션 가능

Views in LightTools LightTools 3D design view : main view - 기준 좌표계를 중심으로 4가지 형식의 View point 로 구성 3D design view : main view - Windows 형식의 대화창으로 다양한 Data를 입력 Windows 와 유사한 탐색기 - System navigator, Window navigator 특별한 경우에 맞는 Views - 2D Design view - Imaging Path view (Imaging Path Module)

Surface Properties 실제 모델을 LightTools 에서 설계 했을 경우, 광학적 분석을 위해 모델의 모양이나 매질 이외의 광학적 특성을 입력 Surface properties 또한 중요 - Surface 모양은 planes, spheres, toroids, aspheres, splines 등의 형태로 구현 가능 - Surface에서 smooth(specular), reflecting or refracting, scattering, absorbing, coating 등의 특성가능 - Color coding ( Shade view ) : 면의 종류를 구별 예) 파란색 : 굴절면, 은색 : 반사 등.. 각각의 면은 기본적으로 Basic property(bare surface)를 가짐 또한 하나 이상의 property zone을 설정 가능

View Preferences (3D) File > New Model > 3D Design View > View Preferences Grid tab - Snap to Grid - X, Y = 0.1 mm 3D_untitled 에서 마우스 오른쪽 버튼클릭 > Save View Environment

Preference – General, Defaults Edit > Preference General Preference > System tab - Unit : mm - Radius mode : Radius 적용 General Preference 에서 오른쪽 클릭 > Save General and Defaults

Building a Model

The Flashlight Spec. – Lamp source (Library 이용) 직경 106 mm faceted reflector Plastic window 목표 - 300 mm 거리에서 거의 균일한 spot을 형성

Flashlight 의 구성 도면

Start New 3D Model LightTools 실행 File > New Model > 3D Design

Interface Elements

Mouse Button 왼쪽 버튼 오른쪽 버튼 - Context menu 열기 ( Properties 등 ) - 대부분의 윈도우 프로그램과 유사한 역할 - 모델 선택, 메뉴 중 선택 등 오른쪽 버튼 - Context menu 열기 ( Properties 등 ) - 모델의 회전 ( 버튼을 누른 상태로 Drag ) - 모델의 확대 축소 ( Control key + 오른쪽 버튼 ) 확대 : 마우스를 위쪽으로 Drag 축소 : 마우스를 아래쪽으로 Drag - 모델의 시점 이동 ( shift key + 오른쪽 버튼 )

Prepare for Plastic Window 마우스의 역할을 이해하기 위한 좋은 예 Plastic window의 매질과 기타 다른 속성을 변경 3D View > One pane - 오른쪽 하단의 pane 을 선택 (붉은색으로 표시 됨) - View > Pane Layout > 1 Pane 또는 Toolbar 마우스를 이용하여 축소 - Ctrl + 마우스 오른쪽 버튼을 누른 상태에서 드래그 - 마우스 휠버튼

Create Plastic Window 오른쪽 그림과 같이 순서 데로 ‘3 point lens’ 선택 X=0, Y=0, Z=30 클릭 - 좌표 값을 이용 - 정확한 값을 입력할 필요는 없음 (Properties dialog에서 수정 가능) Diameter 105 mm Lens 의 두께를 정의 두께 정의 시 Snap (Properties>Snap...) 기능을 이용하면 편리

View & Open Properties 오른쪽 마우스 버튼을 이용하여 회전, 확대, 축소 등을 실행 오른쪽 마우스 버튼을 이용하여 회전, 확대, 축소 등을 실행 - View > Render Mode - Side view 로 돌아가기 위해 toolbar icon을 이용 Y-Z plane Click Fit view 왼쪽 클릭으로 lens 를 선택 > 오른쪽 클릭 > Properties

Object Properties - Name Navigator tree, 오른쪽 페이지에는 여러 가지 Tab이 존재 (object에 따라 달라짐) 각각의 Object 의 이름을 변경하는 것이 유용함. - Object 에서 오른쪽 클릭 > Rename - 원하는 이름을 입력 > 적용

Object Properties – position Navigation tree 에서 변경한 window 클릭 Coordinates tab 선택 - X=0, Y=0, Z=30 - 모든 각도= 0 적용

Object Properties - Material Default material - Schott Glass BK7 Material tab - Catalog : Plastic - Material : PMMA 적용

Object Properties - Geometry Lens Primitive 선택 - 각각의 면과 Zone들이 있는 것을 확인 Geometry tab - Circular Diameter : 105 mm - Thickness : 2.8 mm 적용

Surface Properties - 1 Expand 클릭 ( + 표시 ) 선택한 Object 의 모든 면의 Properties 의 목록을 볼 수 있음 ; Default – Smooth Optical

Surface Properties - 2 Smooth Optical tab 클릭 - Smooth Optical surface 는 refract, reflect, split 등의 속성을 가질 수 있음. - front surface 의 default 값은 “Transmitted/TIR Rays”

Edge Properties Edge Surface 의 기본색깔은 노란색 - 노란색 : Absorbing 을 의미 TIR 변경 - Molded, polished 또는 Lambertian Scattering 이 일어난다면 TIR 로 변경 TIR 변경 - EdgeSurface > BareSurface - Smooth Optical 선택 - 적용 - Smooth Optical tab 이 생성

Boolean Operations 기타 CAD 프로그램을 이용하지 않고 LightTools 내에서 Elements 를 만드는 다양한 방법. - Subtract, union, trim, intersect 등 CAD 를 사용하는 것 이외의 방법 - Utility Library 를 사용 - 시간절약 - 설계의 편리성

Boolean Operations - Hole Subtract : 선택된 물체들 사이의 겹치는 부분을 제거 Hole 만들기 - 앞에 만든 lens 와 겹치게 Cylinder 를 그림. - lens 를 먼저 클릭 - Shift key 를 누른 상태에서 Cylinder를 선택 - Subtract 클릭 A B A-B

Boolean Operations - Trim - Object 를 원하는 만큼 자를 때 사용 - Object 선택 > Trim Solid 선택 - 원하는 Trim point 클릭 ( 두 번의 클릭으로 구성 )

되돌아 가기 – Undo Edit > Undo - 바로 이전에 했던 명령을 취소 Unbool - 바로 이전에 했던 명령을 취소 Unbool - Boolean Operation 을 하기 전의 Object 로 돌아감.

Workshop 1 – Create an Element LightTools 실행 단위 : mm , Grid Snap : 0.1 mm Plastic element - 위치 : X,Y,Z = 0,0,30 - 각도 : 0,0,0 - Circular Diameter : 105 mm - Thickness : 3 mm - Material : Polycarbonate - Front surface : flat - Rear surface : Convex radius : 900mm

Faceted Reflector

Make a Faceted Reflector 오른편의 Elements panel 에서 다양한 광학 Objects 를 만들 수 있음. ( Macro 이용 가능 ) - lenses, mirrors, folds, geometric solids, dummy surfaces, surface patterns, textures 등등 - LightTools Introductory Tutorial 에서 Flashlight 참조. ( Smooth parabolic mirror ) LightTools 에 있는 Utility 를 이용하여 Faceted Reflector 를 제작.

Running Utilities 몇 몇 특별한 작업을 위한LightTools 에서 제공되는 기능 - Visual Basic 으로 구성 Tools > Utility Library - 새로운 창이 생성 Geometry > Faceted Reflectors 선택 적용

Faceted Reflector Options Source/Receivers 선택 필요에 따라 각 상황에 맞는 Source 를 생성할 수 있음 모든 설정을 그림과 같이 공란으로 설정

Faceted Reflector Geometry Reflector Geometry tab 에서 여러가지 다양한 facet pattern 을 만들 수 있음. Default 값을 이용 단지 dimension 과 target 만을 변경

Reflector Values Rim radius : 53 mm Hole for lamp : 5.6 mm 필요하면 이름을 변경 Target Z : 300 mm Target half size : 50 mm Create Facets Button 클릭

Command Line LightTools 에서 명령 또는 어느 한 지점을 입력하기 위해 클릭을 할 때, 아래쪽에 있는 Command Line 을 주시 주로 Object 를 그릴 때 사용 Command Line에 직접 원하는 명령어나 value 를 입력 가능 Prompt 는 항상 다음 단계에 입력 할 Value 를 표시 Command Line 에서 Space bar (한 간 띄우기) 는 Enter를 의미

Wire Frame & Ray Tracing View > Render Mode > Wire Frame Ray Grid 선택 Command Line에 xyz 0,0,0 입력 위, 아래의 모서리를 각각 클릭

Add Dummy Surface Dummy Surface 는 2D Object 로 되어있으나 광학 특성은 가지고 있지 않음. Dummy Surface 를 선택하고 Command Line에 xyz 0,0,300 입력 Command Line 에 xyz 0,0,350 입력 - 마우스 작업으로 생성 가능 - 50 mm 의 차이 ( 생성되는 Dummy Surface 의 half width)

Zoom Control key + 마우스 오른쪽 버튼 + 상, 하 Drag 단축 버튼 다시 원래 화면, 또는 한 화면에 Object 를 다 보이게 하는 단축 버튼

Dummy surface 에서의 Ray 분포 Ray print 선택 Dummy surface 부분을 확대 Dummy surface 선택 Ray 분포에 관련된 새로운 창이 생성

Move Reflector 이동시키고 싶은 Object 를 선택 Move command 선택 단축 버튼 - 새로운 아웃라인으로 대상물이 생성 - 이동시키고 싶은 위치에서 클릭 단축 버튼

Ray Properties Ray 또한 일종의 Object - 모든 ray 에 대한 정보가 생성 네비게이터에서 가장 상위의 항목을 선택 - Properties tab 에서 ray 의 개수와 간격을 변경 가능 - Ray 의 색을 변경 가능 ( Display tab )

Work shop 2 : Create Reflector Faceted Reflector Utility 를 이용 - Rim radius : 53 mm - Hole : 5.3 mm - Target Z : 300 mm - Target half size : 50 mm - Plunger Trim Option : Rectangular Dummy Surface : 100 X 100 mm Z = 300 Save

Illumination Analysis

Illumination 최소 하나 이상의 Light Source와 Receiver 가 필요 이러한 조건이 만족 되었을 때 LightTools 에서 Ray Tracing 이 가능 Source modeling 은 최소 2일의 과정 Library 에 있는 file을 이용하여 Flashlight 에 적용

Insert Lamp Flashlight 의 lamp model은 LightTools 에서 제공되는 file 로 제작 - 이 lamp model 은 toroidal source 를 포함 - illumination properties 는 미리 정의되어 있음 - LightTools에서 원하는 램프나 광원을 직접 제작 가능 File > Restore Library - c:\Program files\Optical Research Associates\LightTools 6.0.0\Tutorials - KPR103.1.ent 선택

Entering Library Elements Command 창에 순서 데로 입력 - Scale Factor : 1 - Indicate Position : xyz 0,0,0 - Indicate Z axis direction : xyz 0,0,1 (Z축 상의 한 점의 좌표) - Y axis position : Snap > 90 Degrees (좌표 입력 시 Y축 상의 한점을 입력) 필라멘트의 좌표는 0,0,0 으로 Lamp 가 삽입 됨.

Lamp 확인 View > Render Mode > Translucent Lamp 확인 – 회전, 확대 등 Source 선택 ( active part ) Properties 창 열기 - System Navigator 이용이 편리 - 오른쪽 마우스 버튼 Properties 선택

Source Properties Source Properties에는 많은 Tab 이 있음 - Emittance 창에서 오른쪽 버튼 > Open Tab in a New Window 선택 - 동시에 여러 개의 창을 확인 할 수 있음 Source 의 Photometric Flux가 약 37 lumen 임을 확인

Receiver 설치 Data 분석을 위해 최소 1개 이상의 Receiver 가 필요 Receiver를 Dummy surface 에 설치 - Dummy surface 선택 - 오른쪽 클릭 > Add Receiver 선택 Receiver 가 생성 된 것을 확인

Illumination Setting 일반적으로 실제의 시뮬레이션 전에 작은 수의 Ray 를 미리 쏘아서 실제 보면서 경향성 등을 확인 다음과 같이 실행 - Ray Trace > Simulation Input - Total Ray to Trace : 200 - Show Preview : Check 적용 , 확인

Preview Illumination Run Ray Trace > Begin All Simulation 또는 클릭 - Monte Carlo : Source 로 부터 Random 한 방향과 각도로 Ray 가 발산

Dummy Surface 설정 일부 Ray는 Dummy Surface 에 도달하지 못함. 만을 고려하여 분석 할 수 있음 Dummy Surface선택 > Properties > Control Tab Clip Rays to Boundary 선택 적용, 확인

Simulation 200개의 Ray로는 정확한 Simulation 결과를 얻기 어려움 Ray Trace > Simulation Input - Total Ray to Trace : 20,000 - Show Preview 설정을 취소 ( 느려짐 ) Begin All Simulation

Scatter Chart Ray preview 없이 즉시 Ray 가 어떻게 나아가는지 확인 할 수 없음 - Data 는 저장되고 있음 - 확인을 위해서 Chart 를 이용 주로 Scatter Chart 를 이용 Analysis > Illuminance Display > Scatter Chart Ray 가 Receiver의 거의 모든부분에 퍼짐 ( 좋음 )

LumViewer Illumination 에는 여러 가지 종류의 Chart 가 있음 - Spatial & Angular 분석 - Illuminance, Intensity, Luminance 등 이 중 Illuminance를 위해 가장 유용한 Chart 가 LumViewer LumViewer 확인 - Analysis > Illuminance Display > LumViewer

LumViewer Basic LumViewer 는 Illuminance 의 false color plot 을 나타냄 - 오른쪽 버튼 : 회전, 확대 - 왼쪽 버튼 : Cross Section Cursor 의 이동

LumViewer Properties LumViewer Chart 에서 오른쪽 클릭 > Properties - Color, Labels, Chart type 등 - Grid line 적용가능

Trace More Rays 20,000의 Ray는 5 X 5 의 Bin 으로 Simulation Illumination > Simulation Info > 100,000 의 Ray 를 입력 Rerun Simulation 또는 이 Simulation 결과는 11 X 11 의 mesh 로 구성 됨

결과 확인 실제 결과가 얼마나 정확한 값인지 확인 - Illuminance mesh 의 각 bin 에 몇 개의 Ray 가 모였는지에 따라 달라짐 System Navigator > IllminanceMesh 오른쪽 클릭 > Properties

Mesh Properties & Results Properties 와 Results 두개의 Tab 이 있음 - Automesh 로 설정되어 있음 ; 자동적으로 Error estimate 를 5% 이내로 맞춰 줌 - 약 48,000 개의 Ray 가 모임 - Total flux 확인

좀 더 사실적으로..

불완전한 Reflector Default 에 의해 현재 제작한 Reflector는 완벽한 Reflector (100% 반사) 실제 이런 Flashlight Reflector 현실적이지 않음 - 반사율과 지향성이 떨어짐 - 저렴한 Flashlight Gaussian scattering 을 이 모델에 적용 - 다소의 빛이 주변으로 흩어짐 - 반사율을 90 % 로 조정

Edit All Selected Reflector 는 Boolean Operations 에 의해 많은 부분으로 구성되어 있음 - Reflector의 모든 property zone 을 변경 - Shift + click 번거로움 좀 더 빠른 방법 - Object 를 선택 - 오른쪽 버튼 > Edit All Selected > Property Zones

Edit All Selected ( Dialog ) 모든 Property zone 이 선택 되어짐 Simple Scattering 선택 > Gaussian 새로운 Gaussian Tab 이 생성

Edit All Selected ( Gaussian ) Reflectance : 90 % Gaussian Spread : 0.85 degrees 확인 > Save Re-run simulation

Results (Gaussian ) Gaussian 과 반사율의 감소로 인해 Flux 또한 감소 AutoMesh : 9 X 9 Total flux : 15.7 lm ( 이전의 결과에서는 18 lm) 47600 개의 Ray

Flashlight Body Flashlight Body 는 광학적 특성을 지니고 있지 않음 - LightTools 내에서 광학적 특성 입력 가능 - Data exchange module 을 사용하여 CAD file을 이용 ( STEP file ) STEP file 은 TIR Surface (파란색) 로 나타남 Edit All Selected > Property Zones - Absorb > Mechanical 로 선택 - Flashlight Body의 색이 붉은색으로 변경 됨

Data Exchange 사용 File > Import > STEP 선택 FlashbodyStep.stp file 선택 Default 를 유지 적용 > 확인

Edit All Selected…. Flashlight body 선택 Edit All Selected > Property Zones Absorb ; Mechanical 로 변경

Conclusions LightTools 내에서 Optical, Mechanical Object 를 만들 수 있고 또한 CAD 에서 제작한 모델을 Import 할 수 있음 여러 가지 방법으로 Object 의 Properties를 수정할 수 있음 Illumination analysis 는 Source 와 Receiver가 필요

Note

Section 3 Object Geometry

Command Panel LightTools 는 많은 도구들(tools)을 포함 총 3개의 Palette 로 구성 1st palette : Category LightTools 는 많은 도구들(tools)을 포함 총 3개의 Palette 로 구성 - 1st palette Category ; 주요 Category - 2nd palette Category - 3rd palette Category 2nd palette : Subcategory 3rd palette : 실제 명령

Object 입력 LightTools 는 Solid – base - 가장 작은 최소 단위의 element 라도 Edge 를 포함 - 모든 Object 는 surface 를 가지고 있음 “Primitives” 로 부터 LightTools Geometry 는 만들어짐 - Primitive shapes : Sphere, block, toroid, prism 등 - Primitive는 complex objects 의 형태로 결합 됨

Basic Primitive Shapes Cube Sphere Cylinder Toroid Ellipse General - Extruded Revolved

Prompts 입력 클릭 Point 1 클릭 Point 2 클릭 Point 3 3 번의 마우스 클릭으로 Block 이 생성

Command Line 마우스로 클릭을 할 때 (예; Block), LightTools Command Line 에 클릭하는 지점의 좌표가 입력 됨 - 직접 Command Line 에 입력 가능 많은 command 들이 각각의 점을 입력하는 방식으로 구성 몇 몇의 command 들은 각 각의 점들을 입력 하는 것 이외에도 다른 값을 입력하는 경우도 있음

Console Window Console Window는 LightTools 에서 가장 상위의 window (닫을 수 없음) 모든 과정들이 기록

Error Window 일련의 과정을 수행 중 발생하는 Error 가 기록 됨 항상 LightTools 하단에 위치 Resize, 닫기 가능 - 만약 Error Window 를 닫는다면 실제 error 가 발생했을 때 자동적으로 이 창이 열리지 않음

Optical Elements Optical Elements 시작 매질은 BK7 glass (default) Surface properties 는 각 Elements 마다 특성이 다름 - Singlet lens ; front & rear surface : transmissive absorbing edge

Lens Surface Shapes 다양한 Surface Shapes 지원 – Sphere (default) – Conic – Polynomial asphere (20th order) – Anamorphic asphere (20th order) – Odd polynomial asphere (30th order) – Cylinder (X or Y) – Toroid (X or Y, with 20th order aspheric profile) – Zernike polynomial – XY polynomial – Superconic – Spline Patch and Spline Sweep

Reflector 일반적인 Reflector 를 제작 가능 - Type : Revolved & Trough - Geometries : Parabolic Elliptcal Hyperbolic - 입력 : Diameter 또는 Depth 첫번째 초점과의 거리 초점들 사이의 거리

Workshop 3 – Parabolic Reflector - 첫번째 초점과의 거리 : 5 mm - Reflector Diameter : 25 mm (; Height, Width = 25mm)

Workshop 3 – Parabolic Reflector (2) LightTools 에서 Reflector의 초점은 원점(기준좌표) 으로 맞추어져 있음 Parallel fan ray를 Reflector에 입사 Reflector 의 front surface 의 shape를 변경 ( properties dialog box 이용) ray 의 경로가 어떻게 바뀌는지 확인 - Conic constant 를 변경 - Shape 를 Spherical 로 변경

Extruded & Revolved Solid 대부분의 LightTools 의 기본적인 Object 는 몇 번의 마우스 클릭으로 만들 수 있음 Extruded & Revolved Solid 는 복잡한 일련의 과정(정해진 축 또는 길이에 따라 성형 되어짐) 을 통해 만들 수 있음 각각 Optical, Mechanical Object 로 구현이 가능

Extruded Prism 입력 단계

Revolved Prism 입력 단계

Workshop 4 – Extruded Reflector Extruded Prism 을 이용하여 Trough Reflector 를 제작 Right side view 에서 각 꼭지점의 좌표 (Start Point xyz 0,0,-5) X Y Z 1 2 11 4 3 15 8 19 13 5 22 17 6 25

Workshop 4 – Extruded Reflector (2) 각 꼭지점을 입력할 때 Point 입력 또는 grid snap 을 이용 Command line 에서 복사와 붙여넣기 가능 - Console window 나 기타 Text 에서 Command line 으로 붙여넣기 가능 Segment surface 의 properties 를 Simple Mirror 로 변경 Parallel fan ray 로 이 면에 입사

Library Elements 하나 또는 그 이상의 Object 를 다른 LightTools 모델에서 사용하기 위해 Library Elements 로 저장 가능 저장 방법 - 원하는 Element(s) 선택 - File > Save Library… - 원점, file 이름 등을 입력 불러오기 - File > Load Library Element… > Load Library Element with Option… 또는 Library command button - Command line 에 scale, 위치 , 원점 등을 입력

Note

Section 4 Optical Properties

Optical Properties Optical Properties 는 에너지, 빛의 방향을 변경하는 것을 결정 예 : H7 Automotive lamp 모든 면이 TIR 각 면에 맞는 Properties

Surface 의 색깔에 대한 정의 Translucenst rendering 모드에서 각 surface 의 색깔은 빛의 속성에 대해 나타냄 이러한 색은 3D View Preference > Surface Color Tab 에서 변경

빛의 성질 (진행 속성) Transmit : 빛이 매질을 통과 Reflect : 경계면에서 빛이 진행방향을 바꾸어 원래의 매질 안으로 되돌아옴 Spilt : 매질의 경계면에서 빛의 일부는 투과하고 일부는 반사 Absorb : 빛이 매질의 경계면에서 멈춤

Optical properties 선택 모든 surface의 zone 의 Optical properties는 다음의 창에서 변경 가능

Smooth Optical Ray Trace Mode Smooth Optical surface 에 맞는 Ray는 Snell’s Law 를 따름 n sin(θ) = n’ sin(θ’) TIR ; 내부 전반사 sin(θ’) = [n sin(θ)]/n’ > 1.0 - 모든 빛은 반사 됨 - 빛은 굴절률이 작은 매질에서 높은 매질로 이동

Smooth Optical Ray Trace Mode - Transmitted/TIR ; 굴절과 내부전반사 - Split ; 반사와 투과 - Transmitted Ray Only ; 투과만 가능 - TIR Ray Only ; 내부 전반사만 가능

Ray 의 Power 의 고정 Surface 의 반사율과 투과율을 조정 가능 투과하는 방향에서는 어떤 Ray도 - LightTools 에서는 흡수를 고려 R + T + A = 100 % - Ray trace mode : Reflect - Reflectance : 80 % - Absorption : 15 % - Transmittance : 5 % 투과하는 방향에서는 어떤 Ray도 발견할 수 없음

Advanced Power Properties - Fresnel Loss : 입사각과 굴절률에 의해 변화 - Coating : 사용자 정의 또는 지원되는 Coating은 파장 또는 입사각의 함수에 의해 T 와 R 이 정의 - Polarizer : X, Y 축의 반사, 투과에 의해 정의 됨

Zone_1 vs. BareSurface Smooth Optical 은 Lens에서 일반적으로 사용 됨 Lens 의 앞,뒷면은 자동적으로 2개의 Property Zone을 가짐 - Zone_1 - BareSurface 각 Zone은 다른 광학적 광학적 특성을 가짐 - 초기 설정 값은 동일 Surface의 Zone_1의 크기, 모양, 위치 등은 조정가능 예 ; Lens의 중심부와 주변을 다르게 설정

Bare Surface Properties Bare Surface 는 특별히 정의되지 않은 surface 의 모든 부분을 말함 모든 Surface는 이 Zone 을 가지고 있음

Zone_1 Properties Zone_1의 Properties를 다음과 같이 변경

Optical Properties Option Simple Mirror, Smooth Optical : 반사율만을 조정 Absorber – Optical 또는 Mechanical (색깔만 틀림) Etc.

Optical Property Zones

Optical Property Zones Surface에서 Multiple property zone 의 설정으로 Paint dot 등을 나열할 수 있음 각 Zone 에 Optical Property 를 설정할 수 있음 Zone - Zone type - Element shape - Placement - Zone Geometry

Property Zones 생성 Place zone palette 이용 원하는 surface를 먼저 선택 - 아이콘을 이용, 원하는 형상 선택 또는 - 마우스 오른쪽 버튼 > 2D, 3D Zone 선택 Properties 창에서 변경 가능

Property Zone 표시 Property Zone 은 보이지 않게 설정 되어 있음 볼 수 있도록 표시 Absorbing surface 에서의 타원형 reflector의 나열

3D Textured Surface - Example BEF model Bezier placement

Texture Elements Original types Spherical Prism Pyramid New types Cones Cylinders (Vertical or Horizontal)

Texture 정렬 방식 (1) 총 9가지 종류의 정렬 방식 Rectangular Shifted Rectangular Hexagonal Bezier Polynomial Radial Radial polynomial List ( X,Y 좌표값으로 조정) Mesh Bezier Polynomial Radial Radial Polynomial

Radial Placement Texture 를 배열한 면에서 외각선의 간격, 중점에서의 겹치는 정도, 일정한 간격 등을 조정 가능

Radial Polynomial 다항식 “A + Bi + Ci2 + Di3” 의 공식을 이용하여 윤곽선( 또는 등고선) 이 없는 방사형 구조로 배열. i : 링(Ring) 의 개수

Bezier Placement 이차방정식의 Bezier curve 의 변수들을 각각의 Cell과 입력 값을 통하여 X, Y 축의 Elements 의 위치와 밀도 등을 조정

Polynomial Placement Texture elements 의 X, Y 의 위치를 각각의 다항식으로 조정

List Placement 각 Texture elements 의 위치를 직접 정의 Excel 또는 다른 종류의 프로그램 (Pattern Generator ) 에서 작업한 X, Y 좌표 값을 붙여넣기 또는 불러오기로 정의 가능

3D Texture 생성 또는 입력을 원하는 면을 선택 그림과 같은 순서로 Texture 를 입력 원하는 면을 선택 후 Mouse 오른쪽 버튼 클릭 Context box 에서 Add Texture Zone 선택 또는

3D Texture 생성 (2) - Geometry 3D Texture 가 생성된 면의 Optical Properties

3D Texture 생성 (3) - Placement Placement – Spacing 과 Offset 으로 구성

Rectangular Zone 의 Geometry

3D Textures - Notice 3D Texture 가 입력되는 Surface 는 Flat 이어야만 함 - 실린더의 양끝에는 설정 가능 - 2D Pattern 은 Cylinder surface 에도 입력 가능 원하는 면에 Texture Zone 을 쉽게 생성 또는 제거 가능 3D Texture 면에서 Trim (Boolean Operation ) 가능 Bump 와 Hole은 각 각의 cell 의 경계까지 길이 변경 가능

Workshop 5 – BEF(1) Rectangular Block 을 제작 - 길이 : 10 mm, 너비 : 8 mm, 높이 : 0.1 mm Top Surface에 Rectangular Texture를 설정

Workshop 5 – BEF(2) Top Surface 에서 RectTexture Zone 의 Properties Dialog 열기 3D Texture : Rectangular Array of Prism Zone 의 Parameter 확인 - Origin : X, Y = 0 - Rotation Angle : 0 degree - Width : 9.99 mm, Height : 7.99 mm

Workshop 5 – BEF(3) Spacing : X = 0.025 mm, Y = 8.0 mm Element Shape - Height : 0.0125 - Alpha : 45, Beta : 45 - X Width : 0.025, Y Width : 7.99

Workshop 5 – BEF(4) Top Surface 의 Texture 부분을 확대 BEF 가 어떤 역할을 하는지 알기 위해 fan ray 를 입사 오른쪽 Graph 는 BLU에서 BEF의 첨가에 따른 효과를 나타냄 Ref. 3M Website

Note

Section 5 Receivers & Charts

Receivers & Charts - Overview LightTools 에서는 시뮬레이션 한 Ray Data 를 여러 가지 방법으로 Receiver를 이용하여 기록 Chart 는 이 Data 를 그림으로 표시 Receiver 는 일종의 Detector 와 비슷한 역할 Receiver 는 Radiometric 또는 Photometric으로 작동

Receivers & Charts - Overview Receiver는 Ray Data 를 얻기 위해 일반적으로 사각형의 Mesh들로 나누어 짐 - Mesh 는 사각형의 cell 또는 bin 으로 구성 - 각 bin 이 data 를 기록 Data 는 color map 으로 표시

Receiver 두 가지 종류의 Receiver - Surface, Far Field Surface Receiver - 사각형, 평면의 모양 - Surface 에 설치 Far Field Receiver - 구 모양 - 무한 범위에 위치 - 하나의 Receiver만 설치 가능

Receiver Mesh 각각의 Receiver 는 여러 가지 종류의 Mesh를 가질 수 있음 - 다른 Mesh는 각기 다른 Data를 기록 Surface Receiver - Illuminance mesh - Intensity mesh - Spatial luminance mesh - Angular luminance mesh - CIE mesh Far Field Receiver

Receiver Mesh Data Mesh Data 는 Receiver properties에서 확인 Chart는 같은 data를 그림으로 표시 Data는 바로 EXCEL로 붙여넣기 가능

Luminance Meter - Spatial luminance meter Luminance Meter는 Surface receiver의 한 부분 LightTools는 두 개의 Luminance Meter가 있음 - Spatial luminance meter - Angular luminance meter

Luminance Meter 설치 Luminance Meter는 먼저 Surface receiver를 선택 후 에 설치 설치 후 properties 창에서 재 설정 가능

Spatial Luminance Meter Emitter의 Spatial Luminance 를 측정 Aperture는 충분한 수의 Ray를 기록하기 위해 충분히 커야 함 Aperture와 거리는 Luminance meter로 들어가는 빛을 나타내는 Cone ,즉 solid angle을 의미

Luminance (Graphic) 그림이 있는 Surface는 Spatial Luminance Meter로 분석됨 - Zone : Transmitting - BareSurface : Absorbing 그림의 모든 좌표는 한번씩 측정 됨 - Spatial resolution은 bin의 개 수에 의해 달라 짐

Angular luminance meter Emitter의 Angular Luminance 를 측정 모든 위치에서 Luminance는 반구에 의해 측정 됨 Luminance는 angular luminance Mesh의 각 bin 에서 계산 되어짐

Luminance of a Lambertian Source Lambertian Source에서의 BEF 2 장 - a : BEF 제거 - b : BEF 설정

Receiver Summary 시뮬레이션을 위해서 최소 하나 이상의 Receiver 필요 Surface Receiver 는 illuminance 와 luminance 측정을 위해 매우 중요한 역할 - Intensity 측정도 할 수 있지만, 2π steradian의 범위만을 측정 - Luminance meter는 surface receiver에 붙여서 설치 Far Field Receiver는 intensity 측정을 위해 중요한 역할

Charts

Chart System 두 가지 system으로 구성 - LumViewer ; 하나의 창에 하나의 차트로 표시 - Classic chart ; 어떤 Chart를 여느냐에 따라 각기 다름 시뮬레이션 동안에 모든 Chart는 새로운 Data로 update 됨

Chart Menu Illumination menu에서 Chart를 열 수 있음 - LumViewer를 보기 위해선 반드시 receiver 를 먼저 선택하여야 함 - 모든 chart는 한 개의 창에서 각기 가능한 모든 Data를 표시

Chart Properties 모든 Chart properties는 오른쪽 클릭에 의해 열림 - Title, Axis limit, Axis label, Line Color/pattern, Legend, background 등

Chart Data Export 모든 Chart의 data는 Export 가능 여러 차트의 data 또한 하나의 file로 한번에 Export 가능 - Chart 선택 - File > Export Export 된 data를 바로 동일한 형식의 Chart 로 Import - Chart 창을 실행 - File > Import

Chart Output LightTools 에서 시뮬레이션된 data는 여러 가지 형태로 출력 됨 – Illuminance : Power/Area (spatial on a surface receiver) – Intensity : Power/Steradian (angular on a receiver) – Spatial and Angular Luminance : Power/(Solid Angle*Area) – Encircled energy – Scatter plot (ray intersection points on the receiver plane)

LumViewer Properties Chart Properties를 열기 위해서 Chart에서 마우스 오른쪽 버튼 Chart의 표현에 영향을 미치는 color, legend 등을 변경 ; Data 의 변경이 아님 (bin size, data bound 등)

LumViewer – Example

Summary - WS

Workshop 1 – Create an Element LightTools 실행 단위 : mm , Grid Snap : 0.1 mm Plastic element - 위치 : X,Y,Z = 0,0,30 - 각도 : 0,0,0 - Circular Diameter : 105 mm - Thickness : 3 mm - Material : Polycarbonate - Front surface : flat - Rear surface : Convex radius : 900mm

Work shop 2 : Create Reflector Faceted Reflector Utility 를 이용 - Rim radius : 53 mm - Hole : 5.3 mm - Target Z : 300 mm - Target half size : 50 mm - Plunger Trim Option : Rectangular Dummy Surface : 100 X 100 mm Z = 300 Save

Workshop 3 – Parabolic Reflector - 첫번째 초점과의 거리 : 5 mm - Reflector Diameter : 25 mm (; Height, Width = 25mm)

Workshop 4 – Extruded Reflector Extruded Prism 을 이용하여 Trough Reflector 를 제작 Right side view 에서 각 꼭지점의 좌표 (Start Point xyz 0,0,-5) X Y Z 1 2 11 4 3 15 8 19 13 5 22 17 6 25

Workshop 4 – Extruded Reflector (2) 각 꼭지점을 입력할 때 Point 입력 또는 grid snap 을 이용 Command line 에서 복사와 붙여넣기 가능 - Console window 나 기타 Text 에서 Command line 으로 붙여넣기 가능 Segment surface 의 properties 를 Simple Mirror 로 변경 Parallel fan ray 로 이 면에 입사

Workshop 5 – BEF(1) Rectangular Block 을 제작 - 길이 : 10 mm, 너비 : 8 mm, 높이 : 0.1 mm Top Surface에 Rectangular Texture를 설정

Workshop 5 – BEF(2) Top Surface 에서 RectTexture Zone 의 Properties Dialog 열기 3D Texture : Rectangular Array of Prism Zone 의 Parameter 확인 - Origin : X, Y = 0 - Rotation Angle : 0 degree - Width : 9.99 mm, Height : 7.99 mm

Workshop 5 – BEF(3) Spacing : X = 0.025 mm, Y = 8.0 mm Element Shape - Height : 0.0125 - Alpha : 45, Beta : 45 - X Width : 0.025, Y Width : 7.99

Workshop 5 – BEF(4) Top Surface 의 Texture 부분을 확대 BEF 가 어떤 역할을 하는지 알기 위해 fan ray 를 입사 오른쪽 Graph 는 BLU에서 BEF의 첨가에 따른 효과를 나타냄 Ref. 3M Website

Note

Direct type BLU Modeling Ex) 1 Direct type BLU Modeling (CCFL)

32” 직하형 BLU Modeling (1) 일반적인 32” 직하형 BLU Modeling 순서 - Concept 확정 : 무엇을 설계하고 어떤 값을 볼것인가? - Sample 외관 측정 : Size, 적층 구조 등… - Sample 광 특성 측정 : 휘도, 시야각 등… - CAD 또는 LightTools 이용하여 modeling - 결과 확인  수정  결과확인… 32” LCD Pannel BM-7A 를 이용한 휘도 및 시야각 측정

32” 직하형 BLU Modeling (2) Module frame modeling - Boolean operation 측정 Data 를 이용하여 32” 직하형 BLU 를 만들고 BEF의 각도에 따른 휘도 특성을 비교. Module frame modeling - Boolean operation Optical properties 입력 Light source modeling Diffuser plate, Diffuser sheet modeling  측정 Data 이용 BEF modeling Simulation 실행

32” 직하형 BLU Modeling (3) Module frame spec. Module frame optical property - 반사율 98% 또는 Lambertian Scattering 98% 19 708 403 20 20 8 CCFL : 20 개 Length : 704 mm 총 광량 : 17,000 nit 676 381 가로방향 4 세로방향 적층 구조 - Diffuser Plate + Diffuser Sheet + BEF 측정 Data 를 이용 (Diffuser Plate 의 상세 Spec.을 알 수 없음. Beads 의 양, 굴절율 등)

32” 직하형 BLU Modeling (4) Light source modeling : 면 광원을 이용 Geometry Emittance Aim Sphere Coordinates Right surface

32” 직하형 BLU Modeling (5) Diffuser Plate + Diffuser Sheet modeling - BM-7A 를 이용한 측정 Data 를 이용. - 708 * 403 * 2 크기의 Plate 를 만든 후 Top surface 에 측정 Data 를 입력. : Topsurface > Optical properties > Advanced scattering > User defined - Diffuser sheet 까지의 측정 data 를 입력하므로 Diffuser sheet 는 만들지 않음. - Diffuser plate 의 material 은 PC 로 설정 Angle Relative Intensity 1 10 0.959 20 0.901 30 0.825 40 0.724 50 0.595 60 0.44 70 0.264 80 0.048 측정 Data 입력 Data

32” 직하형 BLU Modeling (5-1) User-Defined scatter 측정 Data 입력

32” 직하형 BLU Modeling (6) BEF Modeling - 제품과 동일하게 Modeling [ PET base (n=1.66) + Resin layer (n=1.58) ] - 아래의 Geometry 로 각각의 Cube 를 만들어 Cement 기능을 이용하여 접합 - Resin part 의 상면에 3D-texture 로 Prism 을 구현 - 최초 Prism spec. 은 50/90 을 만든 후 Prism pitch 와 Angle 을 변경, Simulation 후 이전 결과와 비교. (최소 2개 모델 Simulation) Prism Spec. Resin Geometry PET Geometry

32” 직하형 BLU Modeling (7) Receiver - Dummy surface 설치 (width : 403, Height 708 / ) - Surface receiver 설치 > Properties > Photometric flux - Angular luminance meter 설치 Angular luminance meter spec. Dummy Surface Coordinates

32” 직하형 BLU Modeling (8) Start simulation - Simulation 신뢰도를 높이기 위해 최소 0.2M 의 Ray 로 Simulation 수행. - PC 사양에 따라 계산 시간이 달라짐. - Simulation 종료 후 Angular luminance meter 의 Result 와 Raw data 로 결과 확인 Simulation result : BEF 50/90

Note

Ex) 2. Random Spheres Create a small light guide with a bump pattern placed in a rectangular grid with randomly varying radii Light guide dimensions (mm): 2 (Length) X 2 (Width) X 0.2 (Height) X and Y spacing = 0.2 mm Maximum sphere radius = 0.1 mm (random numbers will vary between 0 and 1) Use Microsoft EXCEL to generate the list of coordinates Spheres placed in a rectangular grid with randomly varying radius

Ex) 2. Random Spheres Block3Pt XYZ 0,0,0 XYZ 0,0.1,0 XYZ 0,0,2 Create a block (L=1 mm, W=1 mm, H=0.2 mm). Block3Pt XYZ 0,0,0 XYZ 0,0.1,0 XYZ 0,0,2 Change the “Width” of the block to 2 mm. Add a Texture Zone to the TopSurface.

Ex) 2. Random Spheres Open MS EXCEL, and create a list of random numbers and coordinate points (use grid spacing=0.2). Change the placement to “List”.

Ex) 2. Random Spheres Create a text file: Use File>Save As, and select the text option (see picture below) Load the file just created. Note that the random pattern (in EXCEL) will continue to vary with changes, and it will make your pattern differ from the picture shown in the earlier slide.

Size Parameterization Three different types of parameterization are available for each parameter of the element Constant, Polynomial, List

Size Parameterization - List The List parameterization can be used to define individual parameters

Element Rotation “Theta” is the rotation angle for each element

Ex) 3. BLU Using LED Create a single-LED backlight system using specifications given in next several slides Light is extracted using spherical bumps placed in a radial pattern Source Light guide Bumps

Ex) 3. Geometry Create the base model using the Backlight Utility. Use steps 1, 2, and 3 shown below 1 2 3

Ex) 3. Bottom Texture Change the texture settings (BottomSurface) as shown below Move the “Reflectivefilm” to X=0,Y=-1.6,Z=0 You can hide the “Reflectivefilm” to see the texture 1 2 3

Ex) 3. Entrance Face Add a texture pattern at the entrance surface, near the source location Prism parameters: XWidth=0.1, YWidth=2.99, EastAngle=WestAngle=450

Ex) 3. Source Model Create a cuboid surface source, and turn off all surfaces except the TopSurface Length=2.5, Width=3, Height=0.5

Ex) 3. Angular Apodization Apodize the TopSurface using the Apodization Library Create the data file, and apply it to the TopSurface of the source

Ex) 3. Simulation Run the simulation for 100,000 rays and look at the illuminance raster chart (shown below) Optional: add a luminance meter and rerun the simulation to see the luminance distribution

Ex) 4. Background, DBEF LCD panels typically transmit only one polarization component of incident light. It is important to recycle the absorbed polarization component before it reached the LCD The dual brightness enhancement films (DBEFs) are used for this www.3m.com

Ex) 4. DBEF Model Linear Polarizer (all zones) Model the behavior of a DBEF using polarization methods Create 3 blocks with the following specifications Linear Polarizer (all zones) Width=Height=5, Length=0.25 (Block3Pt XYZ 0,0,0 XYZ 0,2.5,0 XYZ 0,0,0.25) Alpha=90, Beta=Gamma=0 Y=1.0 Y=0.5 Y=0 Reflective Gaussian scatterer with Sigma = 2

Ex) 4. DBEF Ray Trace Only 50% of the energy (S-component) of the “red” ray is transmitted. The P-component of the green ray is reflected back, and depolarized by the reflector (use the NSRays and a dummy plane to find the power transmitted by the LCD) LCD DBEF Reflector (scatterer)

Cylinder surface source (immersed) Ex) 5. CCFLs Usually a CCFL can be simulated as a cylinder surface source with uniform luminance (Lambertian) Source can be immersed in a glass cylinder to simulate the glass envelope Be aware that the luminance is reduced by n2 when immersed (n is the refractive index of the glass cylinder) End cap Glass tube Cylinder surface source (immersed)

Ex) 5. CCFL All real CCFL sources show a luminance drop near electrodes. Model a CCFL (without glass envelope) with Length=50 mm and Diameter=5 mm. Use spatial apodization to model the luminance drop near electrodes Assume nominal source luminance=40,000 Nit

Ex) 5. Apodization Create an apodization file with 50 data points, and apply it to the CylinderSurface of the source You can use EXCEL to generate data easily Turn off Front/Rear surfaces

Ex) 5. Settings Set up a rectangular aim area for the source Calculate the source flux (usually this is not given by the manufacturer). Recall: for a Lambertian source, Exitance (Flux/Area) = Luminance*p

Ex) 5. Luminance Measurements Create a dummy plane (X=0, Y=2.6, Z=25, Alpha=90, Beta=Gamma=0, Width=3, Height=50) Add a surface receiver (photometric), and also add a spatial luminance meter Change the spatial luminance mesh dimensions: X=3, Y=50 Run simulation. Results shown below are for 500,000 rays Aspect ratio=1:1

Ex) 6. BLU System Import model and Repair the BLU system (STEP file) Verify the ray trace Apply correct surface and material properties Also apply the prism patterns to BEFs (assuming 3M TBEF films to be used) Add Textures Add Sources Analysis

Ex) 6. Components Import the BLUSystem.stp file Components in the STEP file Different colors are used only for illustration purposes Outer frame not shown SecondaryBEF PrimaryBEF Diffuser Light Guide Reflective Layer

Ex) 6. Naming/Materials Repair all components, and make sure there are no errors in the repair process (see the console window) Rename components as shown in the previous slide, and assign them to different “Layers” Set materials as follows You can use “Polystrene” for Polyester (approx.), or create a new material Leave the default material for the frame

Ex) 6. Surface Properties Change the surface properties of the components as shown below Recall that the diffusers and paint are not perfectly diffused. Therefore, the use of Lambertian scatterers is not a good practice for all cases Component Surface Property Secondary BEF Probabilistic Ray Split + Fresnel Loss Primary BEF Diffuser Gaussian Scatterer, Sigma=20, T=80% LightGuide ReflectiveLayer Lambertian Scatterer, R=90% Frame Gaussian Scatterer, Sigma=30, R=80%

Ex) 6. BEF Specs The nominal properties of the 3M, T-BEF are shown

Ex) 6. BEFs Add a texture zone (prisms) to the top surface (surface facing towards the exit plane) of each BEF. Use the 3M specs shown in the previous slide It may be helpful to turn off appropriate Layers to only show the two BEFs Prism Pitch = 0.024 mm Prism Angle=900 (see next slide for details) Crossed BEFs

Ex) 6. Prism Parameters

Ex) 6. Max Hits and Dot Pattern Set the Max Hits=1000 for all surfaces (Select all solids, and use Edit All Selected>Surfaces) Add a texture zone (spheres) to the bottom surface (surface facing towards the reflective layer) of the light guide It may be helpful to turn off appropriate Layers to only show the light guide Rename the surface to “TexturedBottomSurface”, so that you can easily identify it later

Ex) 6. Bezier Parameters Set the X, Y placement and size as shown below Radius=Height=0.025 mm, Parameterization=Constant Grid size=150X250 (37500 bumps). Less dense bump distribution is used to create a reasonable model for this workshop

Ex) 6. LED Sources Length=1.3, Width=3, Height=0.5 Add three sources (remove dummy structures in file) Length=1.3, Width=3, Height=0.5 Apodize the TopSurface (only emitting surface) to simulate NICHIA, NSCW310. Use Utility Library to generate the apodization data for 20 angular increments Rotate sources (Alpha=-90) to place the TopSurface 0.1 mm from the light guide (Z=3.29) X coordinates=0, 8, and –8 for the three sources Starting point classification=immersing region

Ex) 6. Add Receiver Add a dummy plane and a receiver (photometric units)

Ex) 6. Add Luminance Meter Add a spatial luminance meter Note that the 1X15 mesh is used to “average” the bins in X-direction (parallel to LEDs). This will help avoid the need for a large number of rays for this workshop

Ex) 6. Simulation Set up the simulation with 10,000 rays Save the system At this point the system is complete for analysis. Let’s assume that we would like to vary the Bezier coefficient in Y-Placement from –5 to +5, in 11 steps and analyze the spatial luminance uniformity

Note