打破全内反射(TIR):这是违反法律吗?

嘉宾投稿人：Dave Jacobsen，Lambda研究公司

答案当然不是。第一个问题应该是，什么是TIR。TIR代表全内反射，是用于汽车内部照明、计算机显示器、消费电子、航空显示器和许多其他领域的光纤、光导管和光管的指导原则。TIR是指满足一定条件的光线在光导管内反射，而不损失光通量或功率。这是伟大的，当传输光从一个点到另一个地方很少或没有损失是重要的。但也有其他情况，如显示器和指示灯，需要在某些用户定义的位置将光从导光板中取出。这是打破TIR是适当的。bob电竞官方

当我们违反TIR时，我们实际上是在违反法律，在这个例子中是斯内尔定律。斯奈尔定律规定了光从一种介质到另一种介质时如何折射或弯曲。例如，把空气换成塑料，或者从塑料换成空气。斯奈尔定律是：N_1.罪θ_我=N_2.罪θ_T哪里：

• N_1.=入射材料的折射率
• N_2.=透射材料的折射率
• Θ_我=入射角
• Θ_T=透射角

斯奈尔定律可以用来计算所谓的关键角．临界角是相对于表面法线的光线入射角，在红外光谱发生时。入射角度大于临界角的光线将被红外化。小于临界角的光线将部分反射和部分折射出光波导。临界角随光波导材料和周围材料(通常是空气)的折射率而变化。对于在空气中折射率为1.5的典型塑料来说，临界角是41.8度。图1展示了一个在临界角下面和上面都有光线的光波导的例子。

图1：光波导中的光线，大于或小于临界角

如前所述，有时有必要中断TIR以将光引导到指定的方向。例如背光或显示环。打破TIR的两种方法是向光波导添加表面特征或表面纹理。图2显示了向光导管添加几何特征以破坏TIR的示例。此方法可用于背光光提取器中。本例中的红色光线具有较高的通量或功率，而蓝色光线具有较低的通量。

图2：使用几何特征破坏TIR

图3显示了向光波导的出口表面添加纹理以打破TIR并促进从光波导中取出光的示例。这可以通过在光导管的表面上模制纹理或在表面上应用磨砂玻璃类型的饰面来实现。

图3：用于破坏TIR的表面纹理

光波导表面的半透明涂料也可以用来破坏TIR。这方面的一些例子是使用激光蚀刻油漆方法的指示器和徽标。图4显示了一个带有公司名称和徽标的塑料光导管的示例，使用黑色激光蚀刻涂料，在黑色涂料和白色LED下使用红色涂料。

图4:激光腐蚀涂料的光导

可以考虑的另一种方法是在塑料光波导被模压时添加一个扩散或散射材料。这使得光线在光波导内部散射，通过使光线以小于临界角的角度照射到光波导表面而破坏了红外光谱。图5显示了一个在塑料上添加了扩散材料的光波导的例子。

图5:添加了扩散材料的光导

可以看到，尽管听起来像是一个冒险的努力，打破TIR实际上是一个有用的工具，可以用于光学工程师和照明设计师创建光导，以满足广泛的需求。有许多方法可以将特性添加到光波导中来打破TIR，其中许多特性可以用于大批量生产。学习如何控制红外是一个伟大的技能，并有许多应用在光导，背光和显示应用。bob电竞官方

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