一、背光模组常用光学原理.doc

一、背光模組常用光學原理 光學原理應用在背光板上，大致有反射(Reflection)、折射(Refraction)、全反射(Total Internal Reflection, TIR)、吸收(Absorption)幾項，均屬於幾何光學的光學領域。 (一)反射(Reflection)-反射片、導光板 反射可分為三種形式，鏡面反射(Specular reflection)、擴散反射(Spread reflection)和漫射反射(Diffuse reflection)，鏡面反射是指光線的入射角度相等於反射的角度，如圖1-1；擴散反射發生當在不平坦的表面且反射的光線超過一個角度，所有的反射光的反射角或多或少會與入射角相同，如圖1-2；漫射型的反射，有時候又稱作“Lambertian scattering”或“Diffusion”，這種情形發生在粗糙或不光滑的表面，其反射光會有許多不同的角度，如圖1-3。圖1-1. 鏡面反射圖1-2. 擴散反射圖1-3. 漫射反射 當光線照在一個完美的光滑表面會發生鏡面反射，完全遵守反射定律(Law of reflection)，入射角（入射光線與垂直表面的法線所夾的角度，Incident angle ）會相等於反射角（反射光線與垂直表面的法線所夾的角度，Reflected angle ），如圖1-4。當光線照在一個粗糙的表面，光線將會立刻以許多不同的方向反射或穿透，如圖1-5，在背光的材料中，擴散板、擴散片屬於穿透擴散(Diffuse transmission)的性質，底反射板、燈管固定框架屬於反射擴散(Diffuse reflectance)性質。圖1-4. 反射定律圖1-5. 穿透及反射擴散 (二)折射(Refraction, Snells law)-導光板、擴散片、稜鏡片 當光線從一種材料行進到另一種材料時，例如從空氣進到玻璃，此時光線會被折射，也就是光線會彎曲及改變速度。折射取決於二個因子：一個是入射角(Incident angle)以符號 表示，另一個為材料的折射率(Refractive index)，以字母 表示，折射率等於真空中的光速(c)比上光在材料中的光速(v)： (1-1) 空氣中的光速幾乎相同於真空中的光速，因此空氣的折射率可視為1，幾乎所有其他物質的折射率都是大於1，因為光通過這些物質，其速度會降低。如圖1-6，光通過折射率不同的介質時，入射角和折射角的關係可由Snells law表示： (1-2)其中：n1為介質1的折射率，n2為介質2的折射率，1為光線的入射角，2為光線的折射角。圖1-6. 折射(Refraction) and Snells law. (三)全反射(Total Internal Reflection, TIR)-導光板、擴散片、稜鏡片 根據折射定律，當光由一個較高折射率的材料行進到一個較低折射率的材料時，隨著入射角的增大，折射光會愈偏離法線，當入射角達到一個臨界角度(Critical Angle, )，折射光線將會通過兩種材料的邊界，若入射角再增大，所有的光線將被反射回材料的內部。圖1-7在說明幾條不同入射角的光線，光線1、光線2和光線3的入射角小於 ；光線4的入射角正好等於 ；光線5的入射角大於 。背光的材料中如PMMA其TIR = 42.2、Typical glass其TIR = 41.8，Polycarbonate其TIR = 35.7。圖1-7. 全反射示意圖 (四)吸收(Absorption)-反射片、導光板、擴散片、稜鏡片 一個物體可以吸收部分或全部的入射光轉換成熱，許多材料會吸收特定波長的光線，稱之為選擇性吸收(Selective absorption)。材料對光線的吸收性可由“Lamberts law of absorption”表示： (1-3)其中I0為入射光線強度，I為穿透光線強度，為材料吸收係數，x為材料厚度。 由式(3-3)可知相同厚度的同質材料對於光的吸收率相同，例如有一個厚度1公分的材料會將進來的光線吸收一半，剩下的一半光線再經過另外一塊厚度1公分的相同材料，又會再將光束吸收一半，如圖1-8，因此只有的原始光線穿過這個總厚度為2公分的材料。圖1-8材料吸收光線示意圖 (五)干涉 牛頓環(Newtons Rings)當光進入一如下面圖片所示的系統，由於此二物體之間的間隙隨著距離中心接觸點位置變化而改變，所以考慮反射光時，其OPD隨r的增加而增加，所以會觀測到同心圓圖案的干涉現象。根據破壞性干涉的條件，暗紋應發生在 疊紋現象(Moire)因為前光板都是使用V-Cut 的紋路式樣，而V-Cut 的紋路在光學理論上可以視為一種光柵，而在紋路間距與反射面的距離與光的波長成為相差整數個波長時，V-Cut 紋路會造成一條條的亮帶及暗帶在螢幕上，稱之為疊紋（Moire