Ansys Speos / Ansys Lumerical | 联合 optiSLang 的显示屏优化设计

联合利用ANSYS Speos与Lumerical及optiSLang进行显示屏优化设计的综合技术路径

显示屏设计与优化是一个繁琐而复杂的过程，旨在实现卓越的色彩覆盖率、优良的视角显示性能以及在多种使用条件下的低功耗使用。本文旨在揭示利用先进的仿真工具ANSYS Speos、ANSYS Lumerical与optiSLang进行显示屏优化设计的自动化工作流程。这一流程不仅限于手机显示屏的优化，也适用于汽车内部显示屏、电视、电脑显示屏，乃至智能手表显示屏的全方位考量与设计。

初始阶段：光学仿真与像素设计

优化流程的起点在于使用ANSYS Lumerical的先进功能，如STACK或FDTD求解器，进行OLED或微型LED像素的纳米结构设计。STACK求解器凭借其对多层结构精确处理的能力，特别适合高速求解垂直发射显示设备中的复杂光学问题。在设计过程中，Lumerical提供定量方法描述颜色的几何处理功能，通过CIE 1976颜色空间展示色度图，将光的实际状态与视觉感知相联系。这样一来，红色、蓝色和绿色作为色度原色，通过组合输出白色以及其他颜色。设计目标在此基础上实现最宽的色域（色彩覆盖率CGC），同时保证高效光提取，表现为外部量子效率（EQE），并在广视角下维护颜色准确性，描述颜色随观察角度变化的情况。




中间阶段：自动化工作流与参数优化

利用optiSLang这一开放平台，实现仿真工具与数据分析之间的自动化工作流。该平台跨工具运行分析，生成元模型以揭示参数敏感性和重要参数，最终完成产品开发优化过程。在显示屏设计优化环境中，通过多目标优化方法，同步提高光提取效率、色偏和色域覆盖率，优化出高度定制且性能出色的OLED或微型LED显示屏配置。

此阶段涉及对设备进行参数化系统设计，并通过复杂参数分析确定关键设计变量。包括COP（参数有序）矩阵运用，量化参数对模型输出的影响。在此基础上，选择有效设计变量，确定被从整体堆层中拆解的关键材料参数，并优化它们，以适应显色性和QEM（外部量子效率）的提升目标。后续利用进化算法在不同的灵敏度和优化设计之间进行迭代探索，目标是寻求多个最佳设计组合（帕累托前沿）。

结束阶段：人眼视觉感知与仿真

在优化设计完成后，使用ANSYS Speos进行显示屏的视觉感知仿真，“验证”在照明环境下的视觉表现。通过Speos，现从Lumerical中获取的RGB像素光角度分布数据，并将其转换为可以为显示屏定义的光谱发光强度分布形态。这些光线分布数据被用作输入光源，与手机显示屏场景进行融合，生成具体的图像，在HMI（人机交互）环境内，实现了从宏观至微观的性能评估，对应LCD和OLED显示控制。

针对视觉敏感性和不同光照入射角度，用户能够进行细致的观察和调整，旨在实现更完善的视觉体验。甚至还提供用户体验的具体指标，用于检验优化与特殊设计在色彩性能和视觉效应方面的差异。最终，通过筛选和分析，能够识别更优化设计和配置，以主导终端用户的整体体验。

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