2. 光学基础
做背光设计这些年，我越来越觉得几何光学就像设计师的「内功」。你软件用得再熟，不懂光怎么走、怎么折、怎么反射，出了问题只能瞎猜。这一章，咱们就把几何光学的几个核心概念掰开揉碎讲清楚。
2.1 光的直线传播
光在均匀介质里走直线，这个道理谁都懂。但实际设计时，很多人会忽略一个前提——「均匀介质」。
我遇到过一位同事，在导光板网点设计时，怎么调都调不出均匀亮度。后来发现，导光板材料内部有气泡，折射率不均匀，光在里面根本不是直线走的。嗯，这就是典型的「均匀介质」条件被破坏了。
2.2 反射定律
反射定律很简单：入射角等于反射角，入射光线、反射光线和法线在同一平面内。但实际应用时，有几个坑要注意。
- 镜面反射 vs 漫反射： 背光里用的反射膜，大多是漫反射表面，不是镜面。我刚开始做设计时，总用镜面反射模型去算，结果亮度分布完全不对。
- 多次反射： 光在导光板内部会来回反射好几次。每次反射都遵循反射定律，但能量会逐渐衰减。
2.3 折射定律（斯涅尔定律）
折射定律是背光设计的核心。公式长这样：
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)其中 n₁、n₂ 是两种介质的折射率，θ₁ 是入射角，θ₂ 是折射角。
说白了，光从空气进到导光板（PMMA，折射率约 1.49），速度变慢，方向会往法线偏。反过来，从导光板射向空气，光会远离法线。
| 材料 | 折射率（典型值） | 背光中的用途 |
|---|---|---|
| 空气 | 1.000 | 默认介质 |
| PMMA（亚克力） | 1.49 | 导光板 |
| PC（聚碳酸酯） | 1.58 | 高折射率导光板 |
| 玻璃 | 1.50 ~ 1.70 | 部分高端背光 |
2.4 全反射原理
全反射是背光导光板能「锁住」光的关键。当光从光密介质（导光板）射向光疏介质（空气）时，如果入射角大于某个临界角，光就不会跑出去，全部被反射回来。
临界角公式：
θc = arcsin(n₂ / n₁)拿 PMMA 导光板举例：
θc = arcsin(1.000 / 1.49) ≈ 42.2°也就是说，只要光在导光板内部的入射角大于 42.2°，它就出不去，只能在板子里来回反射。这就是导光板能均匀传导光的物理基础。
2.5 光程与费马原理
光程，就是光在介质中走过的路程乘以介质的折射率。公式：
光程 = n × 几何路程费马原理说：光从 A 点到 B 点，走的路径是光程取极值的路径（通常是极小值）。
你想想看，反射定律和折射定律，其实都可以从费马原理推导出来。我当年学到这里时，觉得特别神奇——原来光这么「聪明」，总是选最快的路走。
实际设计中，费马原理帮我们理解一个现象：为什么导光板边缘的光会往中间「挤」？因为光程最短的路径，往往不是直线，而是经过多次反射的折线。
2.6 本章知识体系
下面这张图，把几何光学的几个核心概念串起来了。我建议你把它存下来，做设计时经常看看。
几何光学这几个概念，不是孤立的。直线传播是前提，反射和折射是光遇到界面时的两种行为，全反射是折射的极端情况，而费马原理是所有这些规律的统一解释。
做背光设计时，我经常在脑子里过一遍这个框架：光从 LED 出发，在导光板里直线传播，遇到网点破坏全反射，折射出板，再经过反射膜和扩散膜，最终均匀照亮屏幕。每一步，都跑不出这几条基本规律。