电子产品的导光柱设计

一.导光柱材料

导光柱常日采取光学材料制成，如：丙烯酸树脂（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、环氧树脂和玻璃。
丙烯酸树脂、聚碳酸酯属于塑胶材料，成型随意马虎，价格适中，是电子产品最常用的导光柱材料。

二.导光柱的光学导光事理

导光柱设计运用到的光学导光事理有光的折射定律(菲涅耳定律)、菲涅耳损耗（Fresnel Loss）定律和完备内反射事理。

1.光的折射定律

当光芒入射到两种不同的介质的交界面时，如丙烯酸树脂和空气，光芒在通过这个交界面时会产生折射。
射入光芒与垂直于交界面的法线的夹角叫做入射角，离开光芒与垂直于交界面的法线的夹角叫做折射角。

2.菲涅耳损耗（Fresnel Loss）定律

当光芒通过交界面从一种介质进入另一种介质时，光芒会由于在交界面上产生反射而产生损耗，这种损耗称作菲涅耳损耗。
光芒从空气射入玻璃时，以及光芒从玻璃射入空气时都会由于反射而各发生4%的菲涅耳损耗。

3.完备内反射事理

当光芒从折射率大的介质射入折射率小的介质时，部分光芒会被分界面折射进入折射率小的介质，别的光芒会被分界面反射回折射率大的介质，当光芒入射角达到或大于折射率大的介质的完成内反射临界角时，折射出的光芒将沿分界面向前传播或向介质内部反射，而不进入另一介质。

导光柱常用材质丙烯酸树脂或聚碳酸酯的折射率约为1.5，空气的折射率为1.0，通过折射率可算得丙烯酸树脂或聚碳酸酯的完备内反射临界角为42∘。
当光芒从导光柱内部射在导光柱表面与空气的分界面时，入射角达到或大于42∘的光芒则不会从分界面逃逸入空气。

三.导光柱设计

实际产品设计时，要将产品内部的LED灯光以最小的损耗传输到产品的面板，导光柱可能是平直的，也可能须要拐弯；根据菲涅耳损耗定律，只有当光源的LED灯无间隙地埋置于导光柱内部，光源的LED灯光才可能完备耦合进导光柱，实际设计时，导光柱与光源的LED灯之间一样平常都要预留装置间隙，以是，光源的LED灯光实际上不可能，也没必要全部耦合进导光柱；实际的LED灯光不可能全部是平行地耦合进入导光柱且向前传播的，相称部分的LED灯光实际上是在导光柱内部不断完备内反射地向前传播的，部分照射于导光柱侧壁的LED灯光可能会从导光柱侧壁逃逸进入空气。
因此，导光柱的构造须要根据实际产品的光源位置、灯光须要到达的位置、灯光可以经由的路径进行特定的设计。

1.导光柱的输入端设计

在担保LED灯射出的光芒有效的被传输和利用之前，必须首先担保它被有效地耦合进导光柱的输入端。
在实际产品中，导光柱输入端与LED灯之间一样平常都要保留装置间隙，导光柱设计时必须要只管即便做到LED灯的光芒辐射角与导光柱输入真个光芒吸收角相匹配。
导光柱的输入端应该光滑，平坦或者内凹，并且匹配LED灯的形状，以担保导光柱高效地捕获LED灯的光芒。

对付表面贴装在印刷线路板上的发光区域是平坦表面的LED灯，导光柱的输入端应该做成光滑的且与LED灯表面平行的平面，导光柱输入端应尽可能地贴近LED灯的发光面，导光柱的输入端要比LED灯的发光面略大，以担保捕获较多的光芒。

大多数表面贴装在印刷线路板上的LED灯的光芒是发散的，光芒既从顶部射出也从侧面射出，一样平常只有40%的光是从LED灯顶部射出的，其余60%的光是从LED灯侧面射出的。
对付这种LED，光滑且内凹的导光柱输入面将有效地提高捕获率，光滑且内凹的输入真个导光柱大约可以捕获70%-80%的灯光。
这种光滑且内凹的输入端设计可以运用于任何导光柱与LED灯的组合，以提高光芒捕获能力。

2.导光柱的外表面设计

导光柱平行于光芒传播方向的侧壁应该非常光滑，像镜子一样。
否则，凸凹不平的分界面遍布随机的完备内反射临界角，近半的光芒会因入射角小于完备内反射临界角而逃逸进入空气，而且全体导光柱表面都有光芒逃逸进入空气，原来射在光滑的分界面的光芒是完备内反射向前传播的，同样的光芒如射在凹凸不平的分界面则逃逸进入空气。
导光柱外表面的光滑是导光柱正常事情的主要担保。

导光柱的侧壁可以涂上白色反光涂料，以使入射角度小于导光柱完备内反射临界角的光芒也能镜面反射回导光柱内部，而不从导光柱侧壁逃逸到空气中造成损耗。
只要导光柱拐角设计合理，光芒从导光柱侧壁逃逸的机率不大，一样平常导光柱侧壁做高光面处理即可。

3.导光柱的输出端设计

导光柱的输出端设计与侧壁设计恰好相反，导光柱的输出端表面应该遍布随机的临界角，以使导光柱内的光芒以随机的角度入射到导光柱与空气的交界面上，担保光芒可以从导光柱内部较随意马虎地逃逸出来，同时将光芒以极宽的角度散射出去，这样不论从哪个角度看过去导光柱的输出端都是亮的。
常日导光柱输出端模具做咬花或喷砂处理。

4.导光柱的拐角设计

导光柱可能须要波折，为了减少光芒在导光处因入射角小于导光柱完备内反射临界角而从导光柱侧壁逃逸的损耗，导光柱波折半径应该大于即是导光柱厚度的2倍（方形导光柱）或导光柱直径的2倍（圆柱形导光柱）。
如果导光柱只能做成连忙的90转角，则可以在其转角处制作一个反射镜来改变光的方向。

四.导光柱的材料处理

导光柱一样平常都是用透明的丙烯酸树脂和聚碳酸酯制作而成的，导光柱零件上除了导光构造，还有安装固定构造，透过透明的导光柱很随意马虎看到导光柱的内部构造，可以在导光柱射出成型时在胶粒里添加一定比率的汰白粉，使导光柱呈雾状，这样，从产品外部即无法看到导光柱内部构造，而且，光芒在导光柱内部照到汰白粉而漫反射，可以使光芒更均匀。