2. 光学基础
做导光板设计，说白了就是跟光打交道。你得知道光怎么走、怎么拐弯、怎么被吃掉。这些基础不牢，后面做模拟就是瞎蒙。我见过不少新人，一上来就怼软件，结果调了三天参数，导光板还是半边亮半边暗——其实就是没搞懂全反射条件。
这一节我们快速过一遍四个核心概念。都是老生常谈，但我会结合实战经验讲点不一样的。
2.1 折射定律——光拐弯的规矩
光从一种介质进入另一种介质，速度变了，方向就偏了。这就是折射。公式很简单：
n₁ · sinθ₁ = n₂ · sinθ₂其中 n 是折射率，θ 是光线与法线的夹角。空气的折射率约 1.0，PMMA（亚克力）约 1.49，PC 约 1.59。
实战中我关注两点：
- 入射角越大，折射角变化越剧烈。 当入射角接近 90° 时，哪怕只差 1°，出射方向能差好几度。这在导光板网点设计时特别敏感。
- 折射率差决定光能利用率。 导光板出光面到空气，折射率差越大，出射光锥越窄。我做过一个项目，客户非要换低折射率材料，结果出光效率掉了 12%，后来还是改回来了。
2.2 全反射条件——导光板的核心命脉
光从光密介质射向光疏介质，当入射角大于某个临界角时，光全部被反射回来，一滴都不漏出去。这个临界角由下式决定：
θc = arcsin(n₂ / n₁)以 PMMA 到空气为例：θc = arcsin(1 / 1.49) ≈ 42.2°。也就是说，只要导光板内部光线与法线的夹角大于 42.2°，光就出不去，只能在板内来回弹。
导光板的设计逻辑就是：
- 让光在板内保持全反射，从入光面传到远端。
- 在需要出光的位置，用网点或微结构破坏全反射条件，把光「揪」出来。
为什么会这样？因为全反射不是 100% 完美的。界面粗糙度、材料内部的微小气泡、应力双折射，都会让一部分光在「应该」全反射时漏出去。嗯，这里要注意，模拟软件默认理想界面，你得手动加一个损耗因子。
2.3 散射与吸收——光是怎么消失的
光在导光板里走，能量不会凭空消失，只会被吃掉或打散。
| 机制 | 原因 | 对导光板的影响 |
|---|---|---|
| 吸收 | 材料分子将光能转化为热能 | 降低总出光效率，导致板体发热 |
| 散射 | 光遇到折射率不均匀的微粒或界面 | 改变光路，破坏全反射，是网点出光的主要机制 |
| 瑞利散射 | 散射粒子尺寸远小于波长 | 波长越短散射越强，蓝光损失比红光多 |
| 米氏散射 | 散射粒子尺寸与波长相当 | 方向性较强，常用于扩散板设计 |
我的经验： 很多工程师只关注吸收系数，忽略了散射。其实在导光板里，散射才是主角。网点的本质就是人为制造散射点。我习惯把散射分为两类：
- 体散射： 材料内部杂质或添加的扩散粒子引起。用于匀光，但会降低效率。
- 面散射： 网点、微结构表面的粗糙度引起。这是导光板出光的主要手段。
2.4 光通量与照度——别把这两个搞混
这两个概念我见过太多人混用了。你想想看，一个 1000 流明的灯，照在 1 平米上就是 1000 勒克斯，照在 10 平米上就只剩 100 勒克斯。光通量是「总量」，照度是「密度」。
| 物理量 | 符号 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 光通量 | Φ | 流明 (lm) | 光源发出的总可见光功率 |
| 照度 | E | 勒克斯 (lx) | 单位面积上接收到的光通量 |
| 发光强度 | I | 坎德拉 (cd) | 单位立体角内的光通量 |
| 亮度 | L | 尼特 (nit) | 单位面积、单位立体角内的光通量 |
在导光板设计里，我关注的是：
- 入光端光通量： LED 打入导光板的总流明数。决定了系统上限。
- 出光面照度均匀性： 用 9 点法或 13 点法测量，要求通常 > 80%。
- 出光效率： 出光面总光通量 / 入光端总光通量。好的导光板能做到 70-85%。
2.5 知识体系总览
下面这张图把四个概念串起来了。你从左上角开始看，顺着箭头走一遍，就能理解它们在导光板设计中的角色。
这四个概念不是孤立的。折射定律告诉你光怎么进来，全反射条件告诉你光怎么待在里面，散射告诉你光怎么出去，光通量和照度告诉你出去的效果好不好。做导光板设计，就是在这四个约束里找最优解。