光学散射元件原理

光學散射元件原理介紹[e-mail]光通平台光散射元件依工作原理分類光散射元件大致可分為兩種：反射型光散射元件透射型光散射元件●粗糙表面(RoughSurface)之散射元件●體散射(BulkScattering)元件●圖型表面(PatternSurface)之散射元件光通平台反射型光散射反射型光散射，即雜散光的產生來自於反射面，其成因乃是因為反射表面崎嶇不平，光線入射反射面後並反射以致散布的現象，如下圖所示。崎嶇不平的反射表面，可視為許多小部份角度不同的反射面的組合，當光線入射此粗糙的表面，光線會被反射至許多不同的角度，這些光線疊加的結果，即為粗糙反射面造成之散射光。我們常會在許多地方看到這個現象，例如鏡面成像上的像差(Aberration)，路面反射出的散射光，都是因為不平滑的反射面所造成的。光通平台透射型光散射光通過透明介質時所發生的光散射行為，其成因來自於透明介質之粗糙的表面或是折射率分布不均勻的介質所造成。粗糙介質表面光散射元件架構圖體散射光散射元件架構圖光通平台粗糙介質表面光散射元件架構圖粗糙表面之散射元件當入射角到達界面之全反射角(臨界角)時，入射光會直接被全反射，這些被反射的光線疊加起來，通常會造成材質的後散射光(BackscatteringLight)。當光線入射這些表面時，會發生一連串的光折射現象，這些發生折射的光線均必需遵守折射定律(Snell’sLaw)來決定通過界面後之方向，即n1sinθ1=n2sinθ2其中n1與n2分別為介質周圍環境與介質本身的折射率，θ1及θ2分別為入射角與入射介質後的折射角。穿透入射光入射粗糙面並經過複雜的折射之後，並進入介質往多方向傳遞，這些光線疊加的結果，就是所謂的穿透散射光。光通平台透射型光散射--體散射體散射光散射元件架構圖若介質中之折射率有不均勻的情況時，則我們可將此介質視為由許多不同折射率的區塊所組成，當光線入射此介質，光線會遭遇到一連串的界面，並發生一連串的折射與反射現象，而所有的光線入射界面時均要遵守Snell’sLaw來決定入射界面後折射的方向。當光線每通過一個區塊，所產生折射光與反射光，又會再入射別的區塊，並產生另外的折射光與反射光，如此這樣週而復始的作用一直要到光線從介質中射出才會停止，而未射出的光線，最後也會被侷限在介質中，以致最後被介質吸收而造成能量的損耗。因介質折射率不均勻所引起之散射，由於其散射行為是在介質中發生，故一般也稱為體散射材質所引起的散射，如充滿氣泡的膠體所產生的散射。穿透光通平台體散射之光散射元件，其影響散射能力之的因素有很多，如介質折射率、介質中散射體的形狀、位置、大小、密度等，任何一個參數均會影響體散射介質之散射能力。因此，一般體散射之光散射片，均有大量的能量被侷陷在介質之中，對於照明設計之應用上，常造成燈具能量效率不佳的問題。體散射之光散射元件光通平台光通平台傳統的體散射之光散射元件是在基材中，例如氣泡、化學顆粒等，光源在透射擴散過程中會在兩折射率相異的介質產生折射、反射及散射等現象，最終離開表面而造成光學擴散的效果。體散射型擴散光罩高性能PC光擴散原料是以聚碳酸酯為基材，加以進口高品質光擴散劑及其它特殊材料聚合而成。成型工藝:塑膠射出、擠出和吹塑光通平台穿透散射光後散射光T8日光燈光罩球泡燈泡殼球泡燈泡殼將透明之基材表面中，導入具光擴散性之微粒子，使得兩種介質的不同折射率，導致光線不斷折射、反射和散射，達到光擴散效果，使得此結構之板狀材具有光擴散之性質，使發光面均勻發光。。光擴散板構造兒-也算是體散射型光通平台市售泛用的擴散粒子塗佈型(ScatteringBeads)擴散粒子︰當下方之光源遇到擴散粒子，因介質不同而改變光的行進方向，以達到霧化效果。粒子分佈之密度及均勻度，會直接影響光學特性。光通平台LED球泡燈泡殼-玻璃玻璃內部塗佈霧化劑(看不見光點)玻璃燈罩、燈殼、玻殼、泡殼玻璃燈罩易碎底部切口不平整光通平台圖型表面之散射元件主要有二種1.表面週期性微結構之擴散膜PeriodMicro-Lens2.表面非週期性微結構之擴散膜LightShapingDiffusers(LSD)光通平台表面微結構Microstructure表面週期性微結構之擴散膜PeriodMicro-Lens表面微結構擴散膜是在PET膜上塗佈一層UV感光材料,經刻有微結構的鋼輪壓印,將為結構轉印到感光材料上,再經紫外線硬化而形成擴散膜。表面結構有菱鏡、金字塔、不等邊等不同型式。光通平台光塑型擴散膜LightShapingDiffusers(LSD)採用全像術技術,表面不規則非周期性非平面的突出結構連續且平順的變化(非週期性微結構Micor-lens)全像術技術是以平面材料紀錄含三度空間的影像資訊,其原理主要是紀錄兩道同調性(Coherent)很高的光干涉條紋於底片上(紀錄光強度和相位的資訊)光通平台光塑型擴散膜LightShapingDiffusers(LSD)高達92%的透光效率高品質均勻性的出光無眩光問題入射光被擴散膜限制在特定區域而不會從邊界洩漏可提高對光的控制和利用率光通平台精緻光型-光塑型擴散膜應用在筒燈Downlight、MR16、PAR燈光塑型擴散膜的好處•白光顏色的色澤均勻無色斑•出光的亮度均勻•高效的光學系統90%•超薄的外形光通平台精緻光型-光塑型擴散膜未來可應用在特殊光型投射燈線形光橢圓光形光通平台透射型光散射元件散射光線分析光通平台鏡面光束入射光束散射光束透射型光散射元件散射光線示意圖雙向光散射分布函數BSDF(Bidirectionalscatteringdistributionfunction)雙向反射散射光分布函數BRDF(Bidirectionalreflectancedistributionfunction)雙向穿透散射光分布函數BTDF(Bidirectionaltransmittancedistributionfunction)雙向體散射光分布函數BVDF(Bidirectionalvolumedistributionfunction)對於發散後的光線，我們可以定義其分布的情形，稱為雙向光散射分布函數。其意義即為在各個角度上所量測的散射光能量與入射光能量的比值，則我們可藉由各個角度上BSDF之分布瞭解散射元件之散射能力。BSDF是一個用來描述此散射光在空間中角度場分布的數學方程式。光通平台光線入射至擴散板時，分為反射以及穿透兩個部份的散射。穿透率較高的擴散板或是輕薄的擴散膜中，擴散板的散射效應不明顯，此時散射光的能量會集中在某特定方向直接進行反射或穿透，此稱為鏡面光束。換句話說，穿透率較低的擴散板中，具有較強的散射能力時，將不會有明顯的鏡面光束，相應產生的散射光分布也許是更加寬廣的高斯分布(GaussianDistribution)，或是近似朗柏表面(LambertianSurface)之COS函數分布。散射示意圖光通平台BTDF及BVDF量測示意圖定義：光散射片為體散射之材質我們可在任意的角度上量測對應的BSDF值，則我們就可區分光散射元件之散射能力。光通平台不同角度之平行光入射陣列透鏡光散射片示意圖不同角度之平行光入射擴散板之散射分析光通平台入射角與穿透率的關係垂直正向入射當入射光之入射角增加時，穿透率隨之下降光通平台當入射光之入射角增加時，穿透率隨之下降入射光偏移角度不同散角角度量測度光通平台當平行光入射光散射片之角度慢慢增加時，則發散光也會隨著入射光線偏斜，則光形及散角分布也會產生不對稱的情況，且穿透效率也會隨之下降。入射光散射光光通平台參考文獻1.光學散射元件的設計與應用之研究2.光學擴散板光學模型之研究光通平台