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| 23I-T39 OBU-摩尔纹详解与Ansys仿真方案.pdf |
摩尔纹详解与Ansys仿真方案 |
2023-07-27 10:51:31 2023-10-26 17:00:50 |
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摩尔纹详解与Ansys仿真方案
2023.07.27摩尔纹的重点特性整理
摩尔纹的重点特性整理如下
<1> 任意两组具有周期性的图案，互相迭加，就会产生摩尔纹
<2> 产生的摩尔纹周期将会变大，例如30um vs 32um的图案，将会产生450um的摩尔纹周期
<3> 两组周期性图案的间距若越接近，则摩尔纹越严重，例如：
1um vs 1.2um，摩尔纹严重，人眼能轻易分辨
1mm vs 1.2mm，摩尔纹严重，人眼能轻易分辨
1um vs 1.2mm，尺寸差异过大，摩尔纹轻微至人眼难以分辨
<4> 虽然理论上存在完全无摩尔纹的设计方案(例如两组周期分别为1um vs 2um)，但若考虑制程公差，几乎不存在无摩尔纹的光学产品。
摩尔纹在显示器的形成解析
如图2所示[1]，摩尔纹的一个特性，是只要「任意两组具有周期性的图案，互相迭加，就会产生摩尔纹」。
可以用生活中的例子来理解这句话的意思：<1>假设每个月有30天(周期一)，<2>小莎固定每32天请假一天(第二个周期)。简单计算后，我们可以得知小莎会连续五个月在月初(Begin)请假、接着是月中(Middle)，然后是月底(End)。若用英文表示其请假日期，则为BBBBBMMMMMEEEEE、BBBBBMMMMMEEEEE、……。我们可以发现，当两个周期相遇时，产生另一个”新”的周期(每15个月为一个循环的周期)。
同理，若以LCD为例，<1>假设Color filter的周期是30um(周期一)，<2>导光板Lenticular的周期为32um(第二个周期)，<3>如图3，因为Lenticular上方的光强较强，例如Lenticular正上方较接近蓝色Color filter时，则该像素将会稍微偏蓝；同理则偏绿或偏红。综合以上三点，就可以算出显示器的色彩将会偏向RRRRRGGGGGBBBBB、RRRRRGGGGGBBBBB、……的周期变化，而这个RGB渐变的”新周期”将是15*30um=450um，由于450um的变化属于人眼可分辨的范围，于是一块带有严重摩尔纹的显示器就产生了。
至于照相机产生摩尔纹的原理与LCD类似，故不再赘述。
图2，利用PowerPoint自制的摩尔纹现象；利用PowerPoint绘制两组周期不同的直条纹，并将其上下交迭，就可简单地产生与确认摩尔纹现象
图3，LCD形成Moire的原因解析
在Ansys Speos中进行仿真
在本段中，将参考专利文献作为说明案例[5]。在摩尔纹的仿真中，一个直观的方法，是将所有显示器的零组件在SPEOS中建模后，进行精确性的仿真。此种方法虽然必定可得到真实效果，但由于显示器的零组件繁多，例如有：反射片、导光板、棱镜片、扩散片、量子点、闸极层、触控讯号层、彩色滤光层、…等数十个细部结构，故这种仿真方法有两大缺点：(1)建模时间过长(约1~2天)、(2)仿真时间过长(约1~5天)。故本文将介绍一种更快更好的近似仿真，可缩短建模与仿真时间缩减至1小时左右，并可得到更清晰的摩尔纹现象。
要提醒的是，近似的关键在于必须熟悉Moire的原理。简而言之，我们不需要将所有零组件都进行建模与仿真，只需要依序完成以下步骤，将关键零件筛选出来：
<1>将显示器的所有零组件由上而下依序条列，并纪录于纸/Excel中
<2>将所有无周期性的结构删除，仅留下有周期性的结构
<3>找出有雾化效果的膜层(例如扩散片)，并将其以下的结构删除
<4>将周期性与彩色滤光层不平行的结构删除
<5>将留下来的底层结构，设定为发光源，并将其Lambertian角度设定至足够小(例如0.1度~10度)。其余结构则依真实材料进行建模。
为了方便理解，本文作了两组范例供参考(见表1、表2)。在表1、2可发现，类似的LCD结构，其产生摩尔纹的关键材料并不相同。如图5，即为利用以上方法仿真出的摩尔纹现象。
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