Резюме:
Като основен оптичен елемент на съвременния оптоелектронен дисплей и осветление, прецизната структура на светловодната плоча е ключът към постигането на равномерно разпределение на светлината. Тази статия задълбочено анализира четирислойната основна структура на светловодната плоча (падаща повърхност, отразяваща повърхност, излъчваща светлина повърхност и изходна повърхност) и нейния синергичен механизъм и съчетава принципите на пълното отражение и пречупване, за да разкрие как тя трансформира точкови/линейни източници на светлина в равномерни повърхностни източници на светлина. Чрез примери за приложение в областите на течнокристалните дисплеи, светодиодното осветление, автомобилното осветление и др., той показва обширната му стойност и бъдещата посока на иновациите.
Light Craftsman: задълбочен анализ на прецизната структура на светлинната направляваща плоча
Светлината е носител на информация и крайъгълен камък на зрението. Зад ясното качество на картината на LCD екраните, меката атмосфера на вътрешното осветление и прецизната проекция на автомобилните фарове често се крие един безмълвен "майстор на светлината" - светловодната плоча. Тя не е обикновен материал за пропускане на светлина, а прецизната ѝ вътрешна структура е основната тайна за постигане на вълшебното равномерно разпределение на светлината.
1.Material фондация: отлично представяне на оптични клас прозрачни материали
Плоча за водене на светлината в никакъв случай не е обикновено прозрачно тяло. То изисква материалът да има изключително висока светлинна пропускливост (обикновено >92%), ниска степен на разсейване и отлична механична стабилност. Полиметилметакрилатът (PMMA) и поликарбонатът (PC) се превърнаха в основни материали. PMMA има коефициент на пропускане на светлината до 93% и коефициент на пречупване около 1,49, което е идеален крайъгълен камък за постигане на ефективно пълно отражение; PC се използва в сурови условия, като например в превозни средства, поради по-голямата си устойчивост на удар (повече от 10 пъти по-голяма от тази на PMMA). Чистотата и оптичната еднородност на самия материал са основната гаранция за "дисциплинираното" пътуване на светлината в него. Авторитетни организации като SPIE (Международно дружество за оптично инженерство) предоставят много данни от най-съвременни изследвания на ефективността на оптичните полимери.
2.Ядрото на структурата: четирислойна координирана светлинна "командна система"
Основната ефективност на светловодната плоча се дължи на прецизно проектираната ѝ четирислойна структура:
- Повърхност на падане: интелигентният вход на светлината - в близост до източника на светлина, често е с микроструктура (например V-образен жлеб или масив от микролещи). Тези структури не са за украса. Тяхната основна функция е да контролират прецизно първоначалния ъгъл на падане на светлината (като го увеличават до близък до критичния ъгъл), за да положат основите на последващо ефективно пълно отражение.
- Повърхност на отразяване: невидима "стена" на пътя на светлината - Долната повърхност и някои страни често са покрити с материали с висока отражателна способност (например бяло отразяващо мастило или прецизни микроструктури). Според изследванията на Оптичното общество на Америка (OSA) оптимизираният отразяващ слой може да увеличи степента на използване на светлината до повече от 95%, което далеч надхвърля обикновеното отражение.
- Светлинна повърхност: родината на равномерната светлина - Това е "работната повърхност" на светловодната плоча. Върху нейната повърхност или вътре в нея често се вграждат прецизно проектирани разпръскващи точки или микроструктури (като лазерно гравирана точкова матрица). Тези структури са като безбройни микро "светлинни клапани", които прецизно унищожават пълното отражение според алгоритъма за позиция и плътност и насочват светлината да се измъкне, когато е необходимо.
- Изходяща повърхност: окончателният "формировател" на качеството на светлината - Горната повърхност може да бъде прикрепена с дифузионно фолио, призма или слой с микроструктура (като например структура с очи на молец). Те фино контролират ъгъла на разпределение на излъчваната светлина (като например контролират ъгъла на гледане) и допълнително изглаждат малките разлики в яркостта, за да осигурят максимална равномерност на възприятието на човешкото око.
3.Ключът към принципа: изящният танц на пълното отражение и пречупване
Пътуването на светлината в светловодната пластина е деликатен физически танц. Светлината навлиза от падащата повърхност и придобива по-голям начален ъгъл поради микроструктурата. Когато достигне отразяващата повърхност или светещата повърхност, когато ъгълът на падане е по-голям от критичния ъгъл (като например около 42° на границата между PMMA и въздуха), настъпва пълно отражение, точно както при отскачането без загуби в гладка тръба. Безбройните отражения разпръскват светлината по цялата плоскост. Когато тя се докосне до предварително зададената микроструктура на светещата повърхност, ъгълът на падане умишлено се намалява под критичния ъгъл и принципът на пречупване влиза в сила, което позволява на светлината да "избяга" във външното пространство елегантно и равномерно. Окончателната настройка на изходната повърхност гарантира, че светлината служи на хората в най-идеалната форма.
4.Wide приложение: от микро-екран дисплей до широко осветление
Структурният дизайн на светловодната плоча пряко определя качеството на светлината на крайния продукт:
- Душата на подсветката на течнокристалния дисплей (LCD): Традиционните LCD дисплеи разчитат на светловодни плочи за преобразуване на крайните LED/CCFL линейни източници на светлина в равномерна повърхностна светлина. Комбинацията от долния отразяващ слой и горната прецизна разсейваща структура е ключът към преодоляване на "тъмните ъгли" и "горещите точки" на екрана. Пазарните проучвания показват, че световните доставки на LCD панели са огромни, а технологията на светловодните плочи е постоянната опора за това.
- Остър инструмент за равномерност на светодиодното осветление: При светодиодните панелни осветителни тела светловодната плоча равномерно разпръсква светлината, излъчвана от точковия светодиоден източник на светлина, по цялата светеща повърхност, като елиминира отблясъците и създава комфортна среда. Точковият дизайн на светлинната ѝ повърхност пряко определя индекса на равномерност на лампата.
- Прецизен инструмент за оформяне на модела на фаровете: Съвременните дневни и задни светлини на автомобилите често използват светлинни направляващи ленти. Чрез сложен триизмерен структурен дизайн и вътрешен контрол на микроотразяването/рефракцията светловодната пластина може да оформи остра, равномерна и силно разпознаваема светлинна лента, подобрявайки безопасността и красотата при шофиране. За съответните стандарти за проектиране, моля, вижте SAE International (Международно дружество на автомобилните инженери).
5.Острието на иновацията: микронаноструктурите гравират светлината на бъдещето
Ключът към скока в технологията за светловодни плочи се крие в микронаноизацията и интелигентността на структурния дизайн:
- Прецизна лазерна обработка: Съвременната технология за лазерно гравиране може да създаде точни точки или структури от жлебове (като V-образен изрез) на микрони или дори нанометри във вътрешността или на повърхността на светловодните пластини. Формата, размерът и разпределението на градиента на плътността на тези структури са основните алгоритми за равномерност на светлината.
- Технология за наноотпечатване: Сложни микронанооптични структури (като решетки и микропризматични масиви) могат да бъдат ефективно възпроизведени върху повърхността на светловодните плочи, за да се постигне по-прецизен контрол на светлината, като например ултратънък дизайн или специфичен светлинен поток. Институции като Масачузетския технологичен институт (MIT) са провели задълбочени изследвания в тази област.
- Интегрирана многофункционална структура: В бъдеще светловодните плочи ще се стремят да интегрират многослойни оптични функции като дифузия, изсветляване и контрол на ъгъла на видимост в един субстрат чрез по-прецизно проектиране на микроструктурата, така че да се постигне изтъняване на устройството и подобряване на производителността.
Резюме:
Светловодната пластина, "майсторът на светлината", скрит между източника на светлина и зрението, има стойност, далеч надхвърляща тази на прозрачната пластина. Нейният изискан четирислоен структурен дизайн - интелигентно падане, ефективно отражение, прецизно излъчване на светлина и елегантно излъчване, в съчетание с физичните закони за пълно отражение и пречупване, изтъкава невидима светлинна мрежа, укротявайки първоначално непокорните точкови и линейни източници на светлина в равномерна, мека и контролируема повърхностна светлина. От осветяването на ясния свят на малкия екран в ръцете ни до осветяването на огромното пространство на стаята и пътя, структурната красота на светловодната плоча се крие в нейния микроскопичен прецизен ред, който оформя макроскопичната светлина, възприемана от хората. С напредването на микронанотехнологията за производство този "невидим гръбнак" със сигурност ще подкрепи новата ера на по-ярки, по-интелигентни и по-ефективни визуални дисплеи и осветление в бъдеще.