CN101405631A

CN101405631A - 减少反射

Info

Publication number: CN101405631A
Application number: CNA2007800094492A
Authority: CN
Inventors: B·利皮
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2009-04-08
Also published as: US20070216836A1

Abstract

板(400)具有低双折射，并且延迟层(300)的特征是具有快光轴和慢光轴。该延迟层被安置成使得其快光轴处于一旋转角，该旋转角被选择以减少以特定入射角穿过该延迟层的光的s极化分量。

Description

减少反射

技术领域

本说明书涉及降低反射。

背景技术

来自汽车仪表盘上的信息源的光可能将影象投到挡风玻璃上，其被叠加在在驾驶员或乘客透过挡风玻璃看到的视野上。用于信息、导航以及娱乐系统的液晶显示器(LCD)和其它现代显示器设备相比过去所使用的无线电装置和其它仪表的基本显示器产生了更多的这种反射影象的源。现代的符合空气动力学的汽车的挡风玻璃日益增大的角度可能导致产生从仪表盘到驾驶员视野的更多反射。

光还可能反射自仪表盘的设计特征并在挡风玻璃上投射影象，其叠加在驾驶员或乘客穿过挡风玻璃看到的视野上。

发明内容

一般地，在一个方面，板具有低双折射，并且延迟层的特征是具有快光轴和慢光轴。该延迟层被安置成使得其快光轴处于一旋转角，使得减少以特定入射角穿过该延迟层的光的s极化分量。

各种实现可包括一个或多个以下特征。包括一层压敏粘合剂。该压敏粘合剂具有低双折射。包括一层抗反射材料。延迟层包括延迟膜。该延迟层包括两个或多个延迟膜。这两个或多个延迟膜被安置成使得它们的快光轴处于不同的旋转角。这两个或多个延迟膜被安置成使得它们的快光轴处于相同的旋转角。这两个或多个延迟膜具有不同的延迟量。该特定入射角当从该延迟层的法向矢量测量时为较大值。该特定入射角当从该延迟层的法向矢量测量时为较小值。包括LCD面板。该装置用于安装在具有挡风玻璃的汽车中，并且该延迟层被安置以减少从LCD面板发出的穿过延迟层并射向挡风玻璃的光的s极化分量。包括背光和外壳，并且这种装配适于被安装进交通工具的仪表盘。

通常，在一方面，一种方法包括通过在表面与交通工具的窗户之间放置极化层来降低来自该表面且从该交通工具的窗户反射的光的反射，该极化层被配置成吸收光源的一个极化态。

各种实现可包括一个或多个以下特征。对于来自交通工具窗户的反射而言，极化态基本上是s极化。该方法包括将极化层附着到该表面。

通常，在一方面，一种装置包括具有表面的物体和安置在表面与窗户之间的极化层，其中该表面被安置成靠近窗户使得至少在某些发光环境中该表面的影象被窗户反射，该极化层具有被安置以减少反射自窗户的影象的可见度的极化轴。

各种实现可包括一个或多个以下特征。窗户是交通工具的挡风玻璃。包括抗反射层。极化层包括被拉伸和染色的塑料膜。极化层包括极化涂层。极化轴与穿过窗户的视线方向基本平行。表面主要具有漫反射。表面主要具有镜面反射。该物体是仪表盘上的设计特征。该物体是扬声器前框。该物体是在后行李架上的设计特征。极化层被附着在所述表面上。

通常，在一方面，一种方法包括通过在表面与交通工具的窗户之间放置极化层来降低来自所述表面且从所述交通工具的窗户反射的光的反射，该极化层被配置成吸收光源的一种极化态。

各种实现可包括一个或多个以下特征。对于来自交通工具窗户的反射来说，极化态基本上是s极化。该方法包括将极化层附着到所述表面。

其它一般方面包括上述方面和特征的其它组合以及被表示成方法、装置、系统、程序产品以及其它方式的其它方面和特征。

根据以下的描述和权利要求，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是汽车中的驾驶员的示意性侧视图。

图2A是示出极化分量的光的反射图。

图2B是光的反射率作为入射角的函数的图。

图3是延迟膜的示意性透视图。

图4和图5是汽车中的组件的示意性侧视图。

图6是汽车中的驾驶员和乘客的示意性平面图。

图7是滤光器的示意性横截面视图。

图8是汽车中的驾驶员的示意性侧视图。

图9是汽车中的组件的示意性侧视图。

图10A和图10B是滤光器的示意性横截面视图。

具体实施方式

如图1所示，LCD屏包括位于汽车10的仪表盘12中的背光100以及光阀面板102。来自背光100的光以多个方向穿过面板102。直接光104与面板102的法向矢量103成较小角度照射并传播通过面板102，并且直接从背光100传播到驾驶员112。这种光被称为具有较小入射角的光。间接光106与面板102的法向矢量103成较大角度传播通过面板102并且被挡风玻璃108反射。这种光被称为具有较大入射角的光。取决于所涉及的特定角度，反射光110可以是驾驶员112可看见的，使得驾驶员察觉到面板102在挡风玻璃108中的反射。在某些情况下，这种反射是不受欢迎的。作为替代，在某些情况下，例如警示显示器，反射光110旨在对于驾驶员是可见的，而直接光104不可见。

其中，被挡风玻璃108反射从而产生反射光110的间接光106的量取决于间接光106的极化。如图2A中所示出的，光可以表征为包括称为s极化分量和p极化分量的垂直极化分量。这些分量代表在相应的方向上振荡或振动的电场矢量分量。仅具有一个分量(也即另一分量幅度为零)的光有时由那个分量来称呼，例如“s极化光”。考虑面板200垂直于反射表面202，从而矢量204和206代表入射光和反射光的传播方向，并且两束光线都包含在面板200内。入射光204的s极化分量204s具有垂直于面板200振动(在图2A中，进入页面以及从页面往外)的电场矢量，而p极化分量204p具有在面板200中振动的电场矢量。两个分量都垂直于入射光204的传播方向。

如果反射表面202是诸如玻璃之类的光滑表面，则趋向是入射光204的s极化分量204s被反射的量比p极化分量204p被反射的量多，在某些角度上p极化分量倾向于被透射的更多而不是被反射。每个分量的反射量取决于入射角θ_i。如图2B中所示，对于较小的入射角，s极化分量和p极化分量都仅有一小部分会被反射，然而对于较大的入射角，两个分量几乎都全部被反射。然而，介于两者之间，各分量行为表现不同。在图上的点252处，其对应于大约20°的入射角，s极化分量的反射率(线254)开始显著增大，而p极化分量的反射率(线256)开始显著减小。p极化分量的反射率在角度θ_p处达到最小，然后开始增大。θ_p的值取决于反射表面的材料的折射率。大多数材料的折射率随入射光的波长不同稍微有些变化。图中的垂直轴是基于等于1.5的折射率n_i。对于其它折射率，图中的垂直轴将会不同。两个分量的平均反射率(线258)，相当于具有相等的s极化分量和p极化分量的光(或者自然的、非极化的光)，直到大约θ_p为止都保持为较小值并且然后开始增加，从而当入射角接近90°时三条线都接近全反射率。

返回图1，一种降低反射光110的亮度的途径是确保间接光106相对于挡风玻璃108具有小的s极化分量和大的p极化分量，从而入射在挡风玻璃108上的大部分间接光106将被透射。如图3所示，延迟膜300(也称为极化旋转器)再次改变穿过它的光的极化方向。商业上可获得的延迟膜包括可从俄亥俄州克利夫兰市的Grafix Plastics获得的OptiGrafix^TM延迟膜。延迟膜具有两个光学轴，快轴

和慢轴

(在图3中，

和

彼此正交，处于延迟膜300的平面中，从膜的边沿旋转45°)。膜的旋转描述了该膜围绕穿过其中心的法向矢量的旋转，并且通过快轴与诸如膜边沿之类的某个外部参考之间的角度来测量。取决于膜的方向，穿过膜的光在两个方向上的速度将不同。沿着快轴

振动的入射光的速度将快于沿着慢轴

振动的光。结果，线性极化光的极化可以被旋转。

例如，在图3中，入射光302具有相对较大的分量302s和相对较小的分量302f，结果得到净极化302n。延迟膜300有效地旋转了入射光302的极化，从而出射光302’具有相对较小的分量302s’和相对较大的分量302f’，结果得到在与原始净极化302n大不相同的角度处的净极化302n’。

延迟膜的效果取决于其相对于入射光的极化的方向、其厚度T、以及入射角θ。每个分量被缩短或拉长的量取决于光穿过了多少延迟膜材料。以垂直角之外的入射角穿过膜的光穿过了更多的材料，从而增大了其效果。在安装在仪表盘的LCD面板102的情况下，来自LCD的光具有已知的极化并且穿过面板102并以已知角度照射挡风玻璃108。如图4所示，延迟膜300的厚度可以选择并且该膜位于面板102与挡风玻璃108之间，从而间接光106将具有相对较大的p极化分量106p和相对较小的s极化分量106s，并且由此使它因挡风玻璃108产生的反射达到最小。

在图4的例子中，延迟膜300被层压在低双折射板400上以形成滤光器402。双折射是材料的性质，其中取决于穿过材料的光的方向存在不同的折射率。延迟膜具有高双折射。低双折射板是这样一种板，其中光的折射率对于所有方向几乎都相同，并且由此对于两个正交极化分量也是相同的，并且在该例子中被用来减少除了延迟膜300的影响之外板400可对极化产生的任何影响。将延迟膜300附着到板400保证了延迟膜300被布置为相对于来自LCD背光100和LCD面板102的光106具有恰当的入射角以及相对于LCD面板的水平轴和垂直轴具有恰当的旋转角。双折射板400还保护延迟膜300不受损坏，将其与周围环境隔开。商业上可获得的低双折射板包括由日本东京的Nitto Jushi Kogyo制造的

品牌。

使用这种布置，被配置成保证以较大角度穿过的光相对于挡风玻璃108是p极化的延迟膜可具有有益的副作用，即，当戴着偏振太阳镜的驾驶员直接观看LCD时，会增加LCD的亮度。偏振太阳镜通常被设计成阻拦s极化光(因为从诸如地面或水之类的水平表面反射的太阳光相对于该表面将是s极化)。因为来自小型和中等尺寸的LCD屏幕的光通常是偏振在与水平方向成45度角的方向上，所以这种光的一半能量被偏振太阳镜所阻拦，由此降低了它的视在亮度。被配置成使光旋转为相对于挡风玻璃108具有大的p极化分量的延迟膜还可被配置成使直接光104旋转为相对于驾驶员的太阳镜具有大的p极化分量。

在某些例子中，如图5中所示，滤光器402包括延迟膜300，被放置在面板102与挡风玻璃108之间，但是不在驾驶员的视野中。这可以使得滤光器402和延迟膜300能够减小尺寸，因为仅需要小的孔径来拦截从LCD 100发出到挡风玻璃108的所有光106。

在某些例子中，理想的是，针对驾驶员和乘客二者都能减小LCD屏幕的反射，驾驶员和乘客可能以不同的合成角和

在挡风玻璃中看到反射，特别是如图6所示在LCD屏幕角度朝着驾驶员的条件下，更是如此。某些间接光106d以一个角度

照射挡风玻璃108并且被反射到驾驶员，而其它间接光106p以不同的角度

照射挡风玻璃108。减少驾驶员112d所看见的反射光110d的强度的极化角可能会增加乘客112p所看到的反射光110p的强度。在这种情况下，延迟膜300可配置成实现减小对于驾驶员和乘客二者的反射的极化，虽然通常不如在仅针对一个座位进行优化的条件下可实现的程度高。类似地，驾驶员和乘客的实际位置将随每个人的高度和他们的座位位置而变化。延迟膜可配置成针对座位位置的最大范围来使反射的减少达到最优。

一般商业上可获得有限集合的延迟值的延迟膜。如图7所示，多层延迟膜可组合起来以实现产生期望的极化调节所需的延迟值。延迟膜300a和300b的各层彼此粘附，被粘附到低双折射板400，以及被粘附到具有低双折射的压敏粘合剂(PSA)704的底层基底膜706，所述PSA诸如可从宾夕法尼亚州的Glen Rock市的Adhesives Research获得的光学粘合剂。抗反射涂层702和708被沉积或粘附到滤光器402的顶部和底部以帮助阻挡来自顶部和底部表面的反射。组合滤光器402通过空气隙710与LCD面板102隔开。不同层的延迟膜可以被布置为与它们的快轴成不同的旋转角，以实现想要的效果。所选择的特定旋转角将取决于挡风玻璃108相对于LCD面板102的角度、驾驶员和乘客的位置、以及由LCD面板102所生成的光的极化角。在一种情况下，发现对于驾驶员和乘客位置二者，在560nm波长处具有165nm的延迟的膜以及在560nm处具有300nm的延迟的膜在它们的快轴从LCD的垂直轴开始逆时针旋转13度时产生来自测试交通工具的挡风玻璃的最小量的反射。在另一情况下，两层250nm的延迟膜彼此成90度进行旋转，后面层从屏幕的水平方向逆时针旋转14度而前面层从屏幕垂直方向逆时针旋转14度。

另一实现涉及到来自仪表盘或仪表盘上的物体的光反射。来自仪表盘上的物体的反射可能反射自窗户并形成使交通工具中的驾驶员或乘客的分心的影象。通过在该物体与窗户之间添加极化层，来自该物体的反射的极化从自然极化转换到p极化。这减少了来自窗户的反射并解决了使人分心的影象的问题。物体可能主要在所有方向上反射光(漫反射)；或它可能主要在一个方向上反射光，在该方向上入射角等于反射角(镜面反射)。

在图8的例子中，交通工具800有观看者802、仪表盘804、表面806、窗户812、垂线818以及入射角820。粗箭头示出形成影象的光线。外部光808穿过窗户812，从表面806漫反射，以及形成直接反射光816。外部光808还从表面806漫反射，形成以入射角820(从垂线818测得的)投射到窗户812的间接反射光810、从窗户812镜面反射并形成窗户反射光814。直接反射光816和窗户反射光814二者形成观看者802可见的影象。观看者802可以是交通工具800中的驾驶员或乘客。窗户反射光814在窗户中形成来自表面806的反射光的影象。表面806的影象是不受欢迎的，因为它叠加在观看者看到的关于周围环境的影象上并妨碍了观看者看到周围环境的影象。

在图9的例子中，外部光908穿过窗户904，穿过极化层902，投在表面900上，从表面900镜面反射，形成光914，以及形成观看者906可见的影象。另一束外部光线910(以与外部光908的方向不同的方向传播)穿过窗户904、穿过极化层902、从表面900镜面反射、形成光912、以入射角924(从垂线922测得的)投在窗户904上、以及从窗户904镜面反射以形成弱光916(稍后将进行解释)，该弱光不形成观看者906可见的影象。

在图9中，用粗线示出强光线并用虚线示出弱光线。示出了两种极化态：通过垂直于光传播方向的短箭头示出p极化。通过在p极化箭头的出发点处的点来示出s极化，表示在垂直于页平面的方向上的极化。这些极化态用针对窗户904的反射平面来定义的。反射平面被定义为同时包括入射光线和反射光线二者的平面。在这个例子中，窗户904的反射平面与表面900的反射平面是相同的。外部光908和外部光910具有自然极化，其通过具有p极化箭头和s极化点二者来表示。

通常，极化层具有极化轴，所述极化轴被定义成是与极化层相同的平面中的轴，其与传播p极化光的极化层的方向相平行。在图9中，极化层902被旋转，从而极化轴处在与p极化箭头相同的平面中。使用这个方向，极化层902将透射p极化并且吸收s极化。换言之，极化层902的极化轴基本上与穿过车窗的观看方向相平行。

具有自然极化的外部光908穿过极化层902，并且变成p极化光914。在存在极化层902的情况下，表面900的影象比没有极化层902时亮度减弱大约50％。

具有自然极化的外部光910穿过极化层902，并且变成p极化光912。如图2B中所示，来自窗户904的p极化光的反射916对于大约小于70度的入射角来说处于小于或等于近似4％的强度。接近60度的入射角通常用于许多汽车的仪表盘和前挡风玻璃的几何结构。弱光916形成的影象相对于在没有极化层902的条件下形成的影象在亮度上减弱很多。

在图10A的例子中，极化层930覆盖表面940。极化层930包括保护层950和被拉伸且染色的塑料层960。保护层950可以用三醋酸基纤维素来制作。被拉伸且染色的塑料层960可以用多乙酸乙烯酯来制作。可选地，可以添加抗反射涂层970以减少来自层930顶部的反射。

在图10B的例子中，极化层990覆盖表面940。极化层990是极化涂层。该极化涂层可以是用湿辊压处理来施加的液晶材料。可选地，可以添加抗反射涂层970以减少来自层990顶部的反射。

在图10A和图10B中，极化层形成滤光器，其透射一个极化态而吸收另一极化态。极化层930或990可以通过碾压到表面940而附着到表面940。作为替代，极化层930或990可通过压敏粘合剂、紫外硬化(UV-cure)粘合剂、或者其它附着方法附着到表面940。极化层930或990可以放置在表面940的前面而无需进行附着。表面940可以是仪表盘自身、或者可以是仪表盘上的设计特征。设计特征是具有与众不同的色彩或质地的表面，其出于装饰目的而突出特定的区域，诸如扬声器前框或标识。

交通工具可以是汽车、飞机、轮船、或者具有窗户的其它交通工具。任何透明或半透明的表面可以被看成是窗户。窗户可包括挡风玻璃和遮阳顶棚。窗户可位于交通工具的前面、后面、侧面或其它区域。在汽车的情况下，前窗户一般靠近仪表盘并在仪表盘上方而后窗户一般靠近后行李架并在后行李架上方。设计特征可以是在仪表盘上、在后行李架上、或者在交通工具的任何区域中。

在某些实现中，因为除减少交通工具中的窗户反射之外的其它缘故，穿过延迟层的光的s极化分量被减弱。

其它实现落在权利要求书的范围内。例如，作为制造过程的一部分，延迟膜可被包括在LCD屏幕中。基于硅上液晶(LCOS)或其它技术的显示器可以被使用。

Claims

1.一种装置，包括：

具有低双折射的板，以及

延迟层，其特征是具有快光轴和慢光轴，

以及，其中所述延迟层被安置成使得其快光轴处于一旋转角，从而减弱以特定入射角穿过所述延迟层的光的s极化分量。

2.根据权利要求1所述的装置，其还包括一层压敏粘合剂。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述压敏粘合剂具有低双折射。

4.根据权利要求1所述的装置，其还包括一层抗反射材料。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述延迟层包括延迟膜。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述延迟层包括两个或多个延迟膜。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述两个或多个延迟膜被安置成使得它们的快光轴处于不同的旋转角。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述两个或多个延迟膜被安置成使得它们的快光轴处于相同的旋转角。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述两个或多个延迟膜具有不同的延迟量。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述特定入射角当从所述延迟层的法向矢量测量时为较大值。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述特定入射角当从所述延迟层的法向矢量测量时为较小值。

12.根据权利要求1所述的装置，其还包括LCD面板。

13.根据权利要求12所述的装置，其中：

所述装置用于安装在具有挡风玻璃的汽车中，以及

所述延迟层被安置以减少从所述LCD面板发出的穿过所述延迟层并射向所述挡风玻璃的光的s极化分量。

14.一种方法，包括：

通过在光源与反射面之间放置膜来降低来自所述光源的反射，所述膜被配置成旋转来自所述光源的光的极化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述膜被配置成通过减少垂直于光在所述反射表面上的入射角所定义的平面的光极化分量的大小，来旋转来自所述光源的光的极化。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述光源包括LCD面板。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述反射表面包括挡风玻璃。

18.一种装置，包括：

具有表面的物体，所述表面被安置成靠近窗户，使得至少在某些发光环境中所述表面的影象被所述窗户反射，以及

被安置在所述表面与所述窗户之间的极化层，所述极化层具有被安置以减少反射自所述窗户的影象的可见度的极化轴。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述窗户是交通工具的挡风玻璃。

20.根据权利要求18所述的装置，其还包括抗反射层。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述极化层包括被拉伸且染色的塑料膜。

22.根据权利要求18所述的装置，其中所述极化层包括极化涂层。

23.根据权利要求18所述的装置，其中所述极化轴与穿过所述窗户的观看方向基本平行。

24.根据权利要求18所述的装置，其中所述表面主要具有漫反射。

25.根据权利要求18所述的装置，其中所述表面主要具有镜面反射。

26.根据权利要求18所述的装置，其中所述物体是仪表盘上的设计特征。

27.根据权利要求18所述的装置，其中所述物体是扬声器前框。

28.根据权利要求18所述的装置，其中所述物体是后行李架上的设计特征。

29.根据权利要求18所述的装置，其中所述极化层被附着在所述表面上。

30.一种方法，包括：

通过在表面与交通工具的窗户之间放置极化层来降低来自所述表面且从所述交通工具的窗户反射的光的反射，所述极化层被配置成吸收所述光源的一个极化态。

31.根据权利要求30所述的方法，其中对于来自所述交通工具的窗户的反射而言，所述极化态基本上是s极化。

32.根据权利要求30所述的方法，还包括将所述极化层附着到所述表面。