能保护隐私的光控膜

摘要

设想某天你乘飞机出行,飞机飞行平稳后,你打开随身携带的笔记本电脑,打算利用旅行中的这段时间处理一下公务或者娱乐一会儿,然而邻座乘客时不时撇来的目光让你感到一丝不快甚至担忧。也许他并非有意窥探,你仍然担心自己的商业机密或是个人隐私有泄露的危险。

然而当你把一种称为光控膜的薄膜贴到你的笔记本电脑的屏幕上之后,就不必再担心自己的隐私会泄露了。这块薄膜看上去和一般的塑料膜没有什么两样,把它贴到屏幕上后你依旧可以清晰地看到屏幕上的内容,但是坐在你旁边的人即便有意想看也无法得逞,因为他只能看到你的电脑屏幕一片漆黑。这块薄膜是不是看上去很神奇?其实它并没有什么魔力,只不过是应用了非常简单的光学原理。

设想某天你乘飞机出行,飞机飞行平稳后,你打开随身携带的笔记本电脑,打算利用旅行中的这段时间处理一下公务或者娱乐一会儿,然而邻座乘客时不时撇来的目光让你感到一丝不快甚至担忧。也许他并非有意窥探,你仍然担心自己的商业机密或是个人隐私有泄露的危险。

然而当你把一种称为光控膜的薄膜贴到你的笔记本电脑的屏幕上之后,就不必再担心自己的隐私会泄露了。这块薄膜看上去和一般的塑料膜没有什么两样,把它贴到屏幕上后你依旧可以清晰地看到屏幕上的内容,但是坐在你旁边的人即便有意想看也无法得逞,因为他只能看到你的电脑屏幕一片漆黑。这块薄膜是不是看上去很神奇?其实它并没有什么魔力,只不过是应用了非常简单的光学原理。

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我们之所以能够看到电脑屏幕上的内容,是因为电脑显示器自身发出的光线进入了我们的眼睛。以目前应用最普遍的液晶显示器为例,显示器的背光经过液晶面板的处理,穿过屏幕进入我们的眼睛,我们就看到了屏幕上的文字和图形。大部分情况下,我们都是在屏幕的正前方使用电脑,这时进入我们眼睛的光主要是沿着垂直于屏幕的方向传播。但显示器发出的光还有一部分会朝着屏幕两侧发散,因此在显示器左右两侧一定角度范围内的人也可以清楚看到屏幕上的内容。

现在让我们将一块透明的薄板竖立在电脑屏幕的正前方,让整个平面与屏幕垂直,然后将不透明的薄板紧贴在透明薄板的两面,再将透明的薄板分别紧贴在这两块不透明薄板的两面,如此重复下去,直至屏幕完全被交替排列的透明与不透明的薄板遮挡。这个时候我们会发现,如果正对屏幕,我们仍然能够清楚看到屏幕上一部分区域的内容,但只要目光稍微向左右偏离,不再垂直于屏幕,屏幕就变得暗淡了许多;如果目光继续向屏幕左或右移动,屏幕会彻底变黑。这是为什么呢?

因为我们把这一系列透明与不透明的薄板放置在电脑屏幕前时,从显示器光源发出的光,有些会进入透明区域,另外的则进入不透明区域。而进入不透明区域的那部分光线会被吸收,无法进入我们的眼睛。但是,有幸进入透明区域的光线是否就能顺利地穿过薄板到达人眼呢?并不一定。

设想你驾驶着一辆汽车行驶在公路上,公路虽然路面平整,两侧却是深不见底的悬崖,不小心跌落下去就会粉身碎骨。显然,避免危险发生的最好的办法就是让汽车时刻与道路的中心线保持平行,这样汽车就会保持在路面的范围内。

由电脑显示器发出的,进入透明区域的光线就像在两侧都是悬崖的公路上行驶的汽车。传播方向与屏幕近乎垂直的光线,它们会一直在透明区域内穿行,完好无损地穿过薄板到达我们的眼睛。而那些向屏幕左右两侧发散的光线,则像是严重偏离道路中心线行驶的汽车,没过多久就坠入悬崖——穿过透明区域进入不透明区域,随即被吸收了[1]。也就是说,如果处在屏幕正前方,尽管有一部分光线被不透明区域吸收,还是有相当一部分光线经由透明区域进入我们的眼睛,因此我们还是能够看清屏幕;但如果处在屏幕的两侧,进入透明区域的光线也会被不透明区域吸收,因此我们眼中的屏幕就是漆黑一片。

图1 当光控屏置于电脑屏幕前方时,只有传播方向与屏幕垂直的光线能够透过光控屏,向屏幕左右两侧发散的光线会被光控屏阻挡。

图1 当光控屏置于电脑屏幕前方时,只有传播方向与屏幕垂直的光线能够透过光控屏,向屏幕左右两侧发散的光线会被光控屏阻挡。

虽然通过一系列透明和不透明薄板的交替排列,我们就可以有效地阻挡向屏幕两侧传播的光线,从而起到保护电脑使用者隐私的作用;然而,对于处在屏幕正前方的使用者来说,屏幕上相当一部分的区域被那些不透明的薄板所遮挡了。解决这个问题的办法是减小透明薄板和不透明薄板的厚度。如果两种薄板的厚度都减小到几十微米(1微米是1米的百万分之一),我们的眼睛根本没办法分辨这么小的尺寸,于是整个屏幕都会变得清晰可见,和没有添加这些薄板时一样,而处在屏幕两侧的人还是无法看见屏幕上的内容[2]。我们再将薄板的高度也减小到几十或者几百微米,这个时候放置在屏幕前方的就不再是一叠笨重的平板,而是一张轻盈的薄膜。这就是本文开头提到能够保护电脑使用者隐私的薄膜。人们给这样的薄膜起名叫光控膜,正是由于它能够很好地控制光的传播方向。

图2 光控膜能够有效地阻挡电脑显示器发出的光向屏幕两侧的传播,从而保护电脑使用者的隐私[2]

图2 光控膜能够有效地阻挡电脑显示器发出的光向屏幕两侧的传播,从而保护电脑使用者的隐私[2]

有的朋友也许会担心:这种保护隐私的光控膜听上去确实很不错,但我们能否很方便地加工出如此精细的微观结构呢?这个问题难不倒研究人员,他们想出了各种办法,让光控膜不仅仅是停留在纸面上的设想。

首先,该选择什么样的材料去生产这种薄膜呢?人们很自然地想到了塑料。许多种类的塑料可以做到像玻璃一样透明,但如果向其中加入碳黑之类的黑色颜料,它又能够几乎完全地吸收光线。更为重要的是,塑料轻便又不易碎,非常适合加工成薄膜。因此用塑料来作为光控膜的材料真是再合适不过了。

选好了合适的材料,接下来就是如何加工的问题了。研究人员想出了许多办法来巧妙地实现这种复杂的结构。有一种方法是先将透明的塑料原料和不透明的塑料原料一起用特殊的加工设备,制成类似夹心饼干的薄膜——一层不透明的塑料夹在两层透明的塑料中间,或者两层不透明的塑料夹着一层透明的塑料。接下来我们把许多这样的“夹心饼干”叠放在一起,在高温高压的作用下,相邻的两层膜互相融合,就形成了透明和不透明的塑料交替的周期性结构。然后,将由许多层薄膜组成的大块塑料沿着横截面的方向剖开,就得到了具有周期性结构的薄膜。最后,根据实际应用的需要,我们还可以对这些薄膜做进一步的封装,例如将它夹在两块玻璃之间以防止塑料损坏;或者在膜的一面添加上一层胶水,让光控膜能够牢实地固定在电脑屏幕的表面。这样一来,能够保护个人隐私的光控膜就被生产出来了[4]。

图3 光控膜的一种加工方法:(a)透明和不透明的塑料原料混合;(b)加工成具有夹层结构的薄膜;(c)薄膜相互叠加,在高温高压条件下发生融合,得到透明区域与不透明区域交替排列的结构;(d)横向切割得到具有周期结构的薄膜;(e)根据需要做进一步的封装,得到光控膜成品。

图3 光控膜的一种加工方法:(a)透明和不透明的塑料原料混合;(b)加工成具有夹层结构的薄膜;(c)薄膜相互叠加,在高温高压条件下发生融合,得到透明区域与不透明区域交替排列的结构;(d)横向切割得到具有周期结构的薄膜;(e)根据需要做进一步的封装,得到光控膜成品。

光控膜不仅可以用来保护电子产品使用者的隐私,还可以在其他许多方面为我们带来便利。一个典型的应用就是将它覆盖在汽车的中控台液晶显示屏的表面。配备液晶显示屏的中控台越来越多地成为汽车的标准配置,它可以很方便地为驾驶员提供汽车的各种信息,甚至可以作为导航系统使用。但是由于液晶屏发出的光线也是向着屏幕四周发散的,液晶屏上显示的内容会被强烈地反射到挡风玻璃上,这会严重干扰驾驶员的视线,尤其夜间行车时更是如此。我们如果把一块光控膜贴到液晶屏的表面,并且将膜旋转90度。这个时候光控膜阻挡的不再是向屏幕左右传播的光线,而是向屏幕上下传播的光线,液晶屏在挡风玻璃上的倒影自然就消失了。

图4 左:汽车中控台液晶屏显示的内容会反射到挡风玻璃上,干扰驾驶员的视线;右:液晶屏表面添加了光控膜之后,向液晶屏上下两个方向传播的光线被阻挡,因此屏幕上的内容不再会反射到挡风玻璃上。[5]

图4 左:汽车中控台液晶屏显示的内容会反射到挡风玻璃上,干扰驾驶员的视线;右:液晶屏表面添加了光控膜之后,向液晶屏上下两个方向传播的光线被阻挡,因此屏幕上的内容不再会反射到挡风玻璃上。[5]

看上去再简单不过的光学原理,和精妙的材料加工技术配合起来,就能让一块薄膜变得神奇无比。科学,就是这样一点一滴地改变着我们的生活。

参考文献和注释:

[1]实际上光在透明区域和不透明区域的界面还会发生反射,反射会使得光控膜的隐私保护功能受到干扰,因此用于光控膜的材料必须仔细选择以尽量降低发生在界面上的反射。

[2]当透明区域和不透明区域的宽度都变得很小时,人眼无法区分不同的区域,但如果不透明的区域过宽,从电脑显示器发出的光线仍然会有相当多被不透明区域吸收,此时处在电脑屏幕正前方的人会觉得屏幕变暗。因此在实际生产时要合理控制两个区域各自的宽度。

[3] https://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/3M_19/PDF/3M_Vikuiti_Advanced_Light_Control_Film.pdf?redirected=1

[4] Sanford Cobb Jr., Leo A. Meyer, Jeffery J. Melby, Scott G. Theirl, “Light Control Film with Reduced Ghost Images”, US Patent, 5,254,388

[5] http://solutions.3m.com/3MContentRetrievalAPI/BlobServlet?lmd=1326216513000&locale=en_WW&assetType=MMM_Image&assetId=1273697215836&blobAttribute=ImageFile

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  1. avatar 匿名 5

    偏光片啊,呵呵。

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