해커의 DIY 도광판 소개

작년에 저는 비디오 게임 Portal의 상징적인 실험실 표지판을 축소하여 복제해야 했습니다. 게임을 플레이해 본 적이 있다면 이러한 표시를 모든 테스트 챔버의 시작을 알리는 조명이 켜진 기둥으로 기억할 것입니다. 하이퍼스타일화된 비디오 게임 방식으로 그들은 또한 극도로 얇았습니다.

원본과 마찬가지로 내 복제품은 슬림해야 하고 균일하고 자연스러운 흰색 빛을 내는 백라이트가 필요합니다. 운명처럼, 이 프로젝트의 핵심은 바로 그 일을 할 수 있는 방법을 찾는 것이었습니다. 즉, 가장자리에서 들어오는 빛을 확산시켜 전면에서 균일하게 방출되도록 하는 것입니다.

내가 빠른 프로젝트라고 생각했던 것은 결국 만족스러운 결과를 낳은 토끼굴 아래로 뛰어드는 것이었습니다. 오늘 저는 제가 발견한 내용을 공유하고 오늘날 백라이트 스크린 기술의 핵심 구성 요소 중 하나인 도광판을 소개하고 싶습니다. 몇 가지 작동 원리를 자세히 살펴보고 홈브류 접근 방식을 소개하며 영감을 주는 소스 코드를 제공하여 직접 구축해 보겠습니다.

이 프로젝트를 진행하면서 저는 전자 산업의 제조업체들이 완벽하게 균일한 빛을 얻기 위해 울트라 플랫 노트북 디스플레이와 TV 화면을 어떻게 조명하는지 궁금했습니다. 약간의 인터넷 조사를 통해 유용한 통찰력이 담긴 보물을 발견했습니다.

가전제품 산업이 이 문제를 어떻게 해결하는지 자세히 알아보기 전에 먼저 유사한 해커 사이드 프로젝트인 레이저 절단 아크릴 엣지 라이트 디스플레이에 대해 안내하고 싶습니다. 우리는 Hackaday에서 이와 같은 프로젝트를 꽤 많이 소개했는데, 이 프로젝트는 지역 Hackerspace에서 여러분의 발을 ​​젖게 할 만큼 복잡한 수준입니다.

핵심 개념은 투명 아크릴 시트가 광섬유 역할을 하여 한쪽 가장자리에서 다른 쪽 가장자리로 빛을 전달하는 능력이 있다는 것입니다. 하지만 여행은 완벽하게 직선이 아닙니다. 빛의 대부분은 다른 가장자리를 빠져나가기 전에 위쪽과 아래쪽 표면 사이를 앞뒤로 튕겨서 비스듬히 들어갑니다. 아크릴의 한쪽 표면에 패턴을 에칭하여 빛이 대부분 반사되지 않고 흡수되고 방출되는 위치를 만듭니다. 우리는 이 특징을 활용하여 꽤 멋진 간판을 만들 수 있습니다.

주의 깊은 관찰자가 지적할 수 있는 점은 광원에서 더 멀리 있는 이미지 특징이 눈에 띄게 어두워진다는 것입니다. 그 현상을 이해하려면 약간의 물리학이 필요합니다.

이 해커 프로젝트의 배경이 되는 매우 간단한 광학 이론은 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 왼쪽이 LED 바에 의해 조명되는 이 프로젝트의 측면도부터 시작하겠습니다.

이 설정에서는 광원이 판의 한쪽 가장자리에서 빛나면서 다양한 각도에서 판에 광선을 보냅니다. 임계각이라고 불리는 특별한 각도 Φc가 존재한다는 것이 밝혀졌습니다. Φc 미만으로 표면 경계에 닿는 광선은 Snell의 법칙에 따라 약간 다른 출구 각도로 플레이트에서 즉시 빠져나옵니다. Φc 이상의 각도로 표면에 닿는 광선은 내부적으로 완전히 반사됩니다. 즉, 방해받지 않는 한 영원히 고정된 각도로 플레이트 내부에서 계속해서 튕겨 나갈 것입니다. 유리와 플라스틱의 경우 Φc ≒ 42°입니다.

플레이트의 표면을 에칭함으로써 우리는 내부에서 반사된 광선이 내부적으로 다시 반사되는 대신 특정 위치에서 플레이트를 산란시키고 빠져나갈 수 있는 위치를 만듭니다. 간판이 빛나게 되는 현상입니다.

이 시점에서 표지판의 에칭된 특징이 광원에서 멀어질수록 어두워지는 이유를 추측할 수 있습니다. 이는 내부에서 반사된 광선의 더 많은 부분이 이미 이전에 판을 빠져나왔기 때문입니다.

LCD 제조업체는 지금까지 본 것과 유사한 접근 방식을 사용하는 백라이트 구성표를 구현하는 것으로 나타났습니다. 액정 디스플레이의 내부를 벗겨보면 실제로 여러 층의 샌드위치로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 이러한 레이어를 분리하여 편광 레이어, 액정 레이어, 확산 레이어, 투명 광섬유 시트, 마지막으로 얇은 반사 백킹 레이어를 찾습니다. 도광판이라고 불리는 이 얇은 광섬유 시트는 LED 막대를 통해 화면 가장자리에서 빛을 비춥니다. 이 플레이트의 목적은 가장자리에서 내부적으로 반사된 빛을 가져와 화면 전면이 고르게 조명되도록 표면을 따라 제어된 방식으로 방출하는 것입니다.