让远光灯使用更安全——微网状透光防炫目汽车前挡风玻璃膜的设计研究

文 浙江省温州中学高二（7）班 陈昱辰

2016年底，在温州交警“问计于民”的问卷调查中，群众对“加强整治远光灯的使用陋习”呼声最高。之后温州交警对滥用远光灯进行了整治，虽有效果但未能根治。能不能从技术上实现突破，让司机放心大胆地使用远光灯？答案是肯定的！

我通过以下4个实验验证在多种情况下，利用光的偏振原理减少远光灯刺激理论的可行性得出结论：利用一张液晶电视偏光膜就能有效阻挡指定光源发出的光，而不影响其他光的透射。

在此基础上，进一步探索一种微网状偏光膜，力求增加其透光率，以符合交通安全法“汽车前挡风玻璃的透光率不得低于70%”的要求。

一、验证利用偏振原理可以极大地降低光线透射

1.实验原理

液晶显示器本身贴有偏光膜，相当于一个偏光光源，只要在此光源之外旋转偏光膜，就能检验偏光膜在不同方向对偏光光源的过滤效果。

2.实验器材

胶带纸、玻璃、方向指示箭头，4合1粘贴好的带偏光膜玻璃板1块（以下简称偏光膜），偏光眼镜1副，带液晶显示器的电脑1台，偏光演示仪1套，普通照明灯1个。

3.实验步骤

（1）打开一个word文档。

（2）在距离显示器约2米处手持偏光膜。

（3）按箭头所指的不同角度旋转，拍照，得到第一组图片（偏光膜每旋转45°拍一张照片，得到6张透光、2张不透光的图片，本文仅保留两个方向，显示对比效果）。

（4）将玻璃倾斜（模拟汽车前挡风玻璃的倾斜角度），检验在偏光膜倾斜状态下的偏光效果，得到第二组图片。

（5）手持偏光眼镜（模拟汽车前挡风玻璃的弯曲弧度）旋转拍照，得到第三组图片。

（6）取出偏光演示仪，将离光源远的偏光片最上方刻度调为0°。打开手机拍照灯，照向偏光演示仪，旋转离光源近的偏光片，观察投影墙的变化。再将偏光片调整到最暗处，顺时针和逆时针小幅度旋转，测试在多大范围内可以得到理想的挡光效果（模拟汽车颠簸），得到第四组照片。

4.实验结论

（1）从第一组图片看出，在偏光光源和偏光膜近似平行的状态下，偏光膜可在某个方向极大地降低偏光光线透射。

（2）从第二组图片看出，在偏光光源和偏光膜成某一个倾斜角度的状态下，仍可在某个方向极大地降低偏光光线透射。

（3）从第三组图片看出，在偏光光源和偏光膜成非固定角度的状态下，仍可在某个方向极大地降低偏光光线透射。

（4）从第四组图片看出，当偏光光源从最大不透光角度偏离至10°（模拟车辆颠簸），不影响偏光膜的挡光效果。

所以，利用光的偏振原理减少远光灯危害的方法是可行的。那么，这种方法为何难以实施？

二、利用偏光原理减少远光灯危害的困难

1.经济原因

实验用的液晶显示器偏光膜是某彩色电视机的膜，面积约为0.3平方米，单价25元，比动辄上千元的汽车隔热膜便宜得多。

2.技术原因

自1938年人造偏光膜问世以来，膜技术发展迅速，但应用于汽车膜的较少。

3.推广原因

我国公安部交通安全法规定，汽车前挡风玻璃的透光率不得低于70%。从偏光原理可知，普通光线照射偏光膜时，与偏光膜角度一致的光波分量可通过，而其他方向的分量被挡住了，也就是说，偏光膜的透光率小于50%。

由此看出，偏光膜用于制作汽车膜推广的最大阻碍是其透光率。怎样才能增加偏光膜的透光率？

市面上的液晶显示器膜就是一张偏光膜，可与压感膜等压制成触屏膜。汽车贴膜有染色膜、涂布印刷膜、普通金属膜、纳米陶瓷膜、贵重金属膜、多层光学膜等。其中，多层光学膜的隔热性和透视性良好，不含金属成分，不会屏蔽手机信号。

如果要研发带偏光属性的膜，我倾向选择多层光学膜。

三、设计思路

根据黑白液晶显像原理，我们看到的物体可被分解成很多小点。能不能把偏光膜也分割成很多小点？

如果在一张完全透光的片基上均匀地分布着密密麻麻的偏光膜小点，只要透光比例合适，就能得到一张透光率合格的汽车前挡风玻璃膜，我暂且称之为微网状偏光膜。如何制作微网状偏光膜？

我提出了以下3个设想。

1.蜡封法制作微网状H—偏光膜

在人造偏光膜中，最常用的叫H—偏光膜。它是以聚乙烯高分子化合物薄膜为片基，将其浸入碘液后经硼酸水的溶液还原和稳定，再定向拉伸4倍至5倍，使大分子定向排列而得到的。

可在传统制作工艺前增加一步，即先遮挡一部分片基（譬如蜡封、膜封），再浸入碘液，后续流程不变，即可得到微网状偏光膜。

但这种方法存在一个问题，若同一张片基浸泡碘液不均匀，是否会影响拉伸效果？

2.受潮法制作微网状H—偏光膜

H—偏光膜的缺点是不能受潮，易退偏振。将一张制作好的H—偏光膜按网状结构蜡封、受潮，利用H—偏光膜的缺点，退掉未蜡封区域的偏振。

3.叠层法制作微网状H—偏光膜

把一张制作好的H—偏光膜按网状粘贴透明胶带即可。

以上设想都是基于简单的实验，想要真正实施还需考虑很多问题。譬如，要做微孔就要考虑光的衍射和干涉的影响；由于汽车前挡风玻璃膜既要挡住远光灯又要隔热、防爆，需综合考虑多层不同材质的膜叠合后是否兼容等问题。