1つのLEDチップから出射した光束を使って、60×50mmを照明するバックライトのシミュレーション例を紹介します。

第1ステップでは、LEDチップから±90に広がる光の角度を半減させるため、CPCを使います。

第2ステップでは、そのビームを使って、60mm長の線状照明を作成します。

最後のステップで、その線状照明を2次元の照明に変換します。

まずLEDとCPCをモデル化します。

LEDには、光源(矩形)を使用します。コサイン指数を1とすることでランバート光源になります。今回は矩形のCPCを使用します。アクリル製の体積型CPCになります。入射開口サイズはLEDと同じ1×1mmです。最大出射角を±45°としています。

レイアウトは以下になります。

左端にLEDチップがあり、右側面から光が出射します。CPCの長さは2.5mmです。

CPC出射面の照度分布は以下になります。LEDの全光束は100ルーメンのうち、97ルーメンが出射しています。

次にCPCの先端に、アクリルの細長い棒を接続します。そして、その棒に1辺45°の切り込みを多数刻みます。その切込みの傾斜で全反射した光線は、反対側の辺から出射します。

ノンシーケンシャルコンポーネントエディタは以下のようにします。

オブジェクト3は矩形体積でアクリルの棒です。下面を2°傾けて先を細くしています。

オブジェクト4は空気の三角柱です。これがアレイオブジェクトの親オブジェクトになります。

オブジェクト5はアレイオブジェクトです。X’方向にオブジェクト4を63個並べています。

X’のZ方向余弦が0.037と設定されているので、X’も約2°で傾いています。CPC出射直後のアレイピッチは0.7mmですが、デルタ2X’で2乗の係数を0.005としていますので、ピッチは徐々に大きくなります。アレイオブジェクトの位置、傾き、ピッチを変えることで照度分布をコントロールできます。アレイオブジェクトはオブジェクト3の中に入っていますが、重なる部分はネストルールにより、下の行で定義されたオブジェクトで定義されます。従って、オブジェクト3の下面に45°の溝が63個切られていることになります。

以下が全体のレイアウトです。

以下がCPC部の拡大図です。溝で全反射した光線が上面から出射していることが確認できます。

棒の上面から出射した光束の照度分布は以下になります。

最後に面光源かします。先ほどと同じように、下面が傾斜した導光板と、45°の空気の三角柱を作成します。空気の三角柱はアレイとして導光板の裏側に49個作成します。これが導光板裏側を横断する溝になります。

以下は平面図になります。

以下は60×50mmの照度分布です。

全体の構成は以下になります。

参考までに、今回使用したファイルを添付します。