設(shè)想某天你乘飛機出行，飛機飛行平穩(wěn)后，你打開隨身攜帶的筆記本電腦，打算利用旅行中的這段時間處理一下公務(wù)或者娛樂一會兒，然而鄰座乘客時不時撇來的目光讓你感到一絲不快甚至擔(dān)憂。也許他并非有意窺探，你仍然擔(dān)心自己的商業(yè)機密或是個人隱私有泄露的危險。
然而當(dāng)你把一種稱為光控膜的薄膜貼到你的筆記本電腦的屏幕上之后，就不必再擔(dān)心自己的隱私會泄露了。這塊薄膜看上去和一般的塑料膜沒有什么兩樣，把它貼到屏幕上后你依舊可以清晰地看到屏幕上的內(nèi)容，但是坐在你旁邊的人即便有意想看也無法得逞，因為他只能看到你的電腦屏幕一片漆黑。這塊薄膜是不是看上去很神奇？其實它并沒有什么魔力，只不過是應(yīng)用了非常簡單的光學(xué)原理。
我們之所以能夠看到電腦屏幕上的內(nèi)容，是因為電腦顯示器自身發(fā)出的光線進入了我們的眼睛。以目前應(yīng)用最普遍的液晶顯示器為例，顯示器的背光經(jīng)過液晶面板的處理，穿過屏幕進入我們的眼睛，我們就看到了屏幕上的文字和圖形。大部分情況下，我們都是在屏幕的正前方使用電腦，這時進入我們眼睛的光主要是沿著垂直于屏幕的方向傳播。但顯示器發(fā)出的光還有一部分會朝著屏幕兩側(cè)發(fā)散，因此在顯示器左右兩側(cè)一定角度范圍內(nèi)的人也可以清楚看到屏幕上的內(nèi)容。
現(xiàn)在讓我們將一塊透明的薄板豎立在電腦屏幕的正前方，讓整個平面與屏幕垂直，然后將不透明的薄板緊貼在透明薄板的兩面，再將透明的薄板分別緊貼在這兩塊不透明薄板的兩面，如此重復(fù)下去，直至屏幕完全被交替排列的透明與不透明的薄板遮擋。這個時候我們會發(fā)現(xiàn)，如果正對屏幕，我們?nèi)匀荒軌蚯宄吹狡聊簧弦徊糠謪^(qū)域的內(nèi)容，但只要目光稍微向左右偏離，不再垂直于屏幕，屏幕就變得暗淡了許多；如果目光繼續(xù)向屏幕左或右移動，屏幕會徹底變黑。這是為什么呢？
因為我們把這一系列透明與不透明的薄板放置在電腦屏幕前時，從顯示器光源發(fā)出的光，有些會進入透明區(qū)域，另外的則進入不透明區(qū)域。而進入不透明區(qū)域的那部分光線會被吸收，無法進入我們的眼睛。但是，有幸進入透明區(qū)域的光線是否就能順利地穿過薄板到達人眼呢？并不一定。
設(shè)想你駕駛著一輛汽車行駛在公路上，公路雖然路面平整，兩側(cè)卻是深不見底的懸崖，不小心跌落下去就會粉身碎骨。顯然，避免危險發(fā)生的最好的辦法就是讓汽車時刻與道路的中心線保持平行，這樣汽車就會保持在路面的范圍內(nèi)。
由電腦顯示器發(fā)出的，進入透明區(qū)域的光線就像在兩側(cè)都是懸崖的公路上行駛的汽車。傳播方向與屏幕近乎垂直的光線，它們會一直在透明區(qū)域內(nèi)穿行，完好無損地穿過薄板到達我們的眼睛。而那些向屏幕左右兩側(cè)發(fā)散的光線，則像是嚴(yán)重偏離道路中心線行駛的汽車，沒過多久就墜入懸崖——穿過透明區(qū)域進入不透明區(qū)域，隨即被吸收了[1]。也就是說，如果處在屏幕正前方，盡管有一部分光線被不透明區(qū)域吸收，還是有相當(dāng)一部分光線經(jīng)由透明區(qū)域進入我們的眼睛，因此我們還是能夠看清屏幕；但如果處在屏幕的兩側(cè)，進入透明區(qū)域的光線也會被不透明區(qū)域吸收，因此我們眼中的屏幕就是漆黑一片。
圖1 當(dāng)光控屏置于電腦屏幕前方時，只有傳播方向與屏幕垂直的光線能夠透過光控屏，向屏幕左右兩側(cè)發(fā)散的光線會被光控屏阻擋。
雖然通過一系列透明和不透明薄板的交替排列，我們就可以有效地阻擋向屏幕兩側(cè)傳播的光線，從而起到保護電腦使用者隱私的作用；然而，對于處在屏幕正前方的使用者來說，屏幕上相當(dāng)一部分的區(qū)域被那些不透明的薄板所遮擋了。解決這個問題的辦法是減小透明薄板和不透明薄板的厚度。如果兩種薄板的厚度都減小到幾十微米（1微米是1米的百萬分之一），我們的眼睛根本沒辦法分辨這么小的尺寸，于是整個屏幕都會變得清晰可見，和沒有添加這些薄板時一樣，而處在屏幕兩側(cè)的人還是無法看見屏幕上的內(nèi)容[2]。我們再將薄板的高度也減小到幾十或者幾百微米，這個時候放置在屏幕前方的就不再是一疊笨重的平板，而是一張輕盈的薄膜。這就是本文開頭提到能夠保護電腦使用者隱私的薄膜。人們給這樣的薄膜起名叫光控膜，正是由于它能夠很好地控制光的傳播方向。
圖2 光控膜能夠有效地阻擋電腦顯示器發(fā)出的光向屏幕兩側(cè)的傳播，從而保護電腦使用者的隱私[2]
有的朋友也許會擔(dān)心：這種保護隱私的光控膜聽上去確實很不錯，但我們能否很方便地加工出如此精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)呢？這個問題難不倒研究人員，他們想出了各種辦法，讓光控膜不僅僅是停留在紙面上的設(shè)想。
首先，該選擇什么樣的材料去生產(chǎn)這種薄膜呢？人們很自然地想到了塑料。許多種類的塑料可以做到像玻璃一樣透明，但如果向其中加入碳黑之類的黑色顏料，它又能夠幾乎完全地吸收光線。更為重要的是，塑料輕便又不易碎，非常適合加工成薄膜。因此用塑料來作為光控膜的材料真是再合適不過了。
選好了合適的材料，接下來就是如何加工的問題了。研究人員想出了許多辦法來巧妙地實現(xiàn)這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。有一種方法是先將透明的塑料原料和不透明的塑料原料一起用特殊的加工設(shè)備，制成類似夾心餅干的薄膜——一層不透明的塑料夾在兩層透明的塑料中間，或者兩層不透明的塑料夾著一層透明的塑料。接下來我們把許多這樣的“夾心餅干”疊放在一起，在高溫高壓的作用下，相鄰的兩層膜互相融合，就形成了透明和不透明的塑料交替的周期性結(jié)構(gòu)。然后，將由許多層薄膜組成的大塊塑料沿著橫截面的方向剖開，就得到了具有周期性結(jié)構(gòu)的薄膜。最后，根據(jù)實際應(yīng)用的需要，我們還可以對這些薄膜做進一步的封裝，例如將它夾在兩塊玻璃之間以防止塑料損壞；或者在膜的一面添加上一層膠水，讓光控膜能夠牢實地固定在電腦屏幕的表面。這樣一來，能夠保護個人隱私的光控膜就被生產(chǎn)出來了[4]。
圖3 光控膜的一種加工方法：(a)透明和不透明的塑料原料混合；(b)加工成具有夾層結(jié)構(gòu)的薄膜；(c)薄膜相互疊加，在高溫高壓條件下發(fā)生融合，得到透明區(qū)域與不透明區(qū)域交替排列的結(jié)構(gòu)；(d)橫向切割得到具有周期結(jié)構(gòu)的薄膜；(e)根據(jù)需要做進一步的封裝，得到光控膜成品。
光控膜不僅可以用來保護電子產(chǎn)品使用者的隱私，還可以在其他許多方面為我們帶來便利。一個典型的應(yīng)用就是將它覆蓋在汽車的中控臺液晶顯示屏的表面。配備液晶顯示屏的中控臺越來越多地成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，它可以很方便地為駕駛員提供汽車的各種信息，甚至可以作為導(dǎo)航系統(tǒng)使用。但是由于液晶屏發(fā)出的光線也是向著屏幕四周發(fā)散的，液晶屏上顯示的內(nèi)容會被強烈地反射到擋風(fēng)玻璃上，這會嚴(yán)重干擾駕駛員的視線，尤其夜間行車時更是如此。我們?nèi)绻岩粔K光控膜貼到液晶屏的表面，并且將膜旋轉(zhuǎn)90度。這個時候光控膜阻擋的不再是向屏幕左右傳播的光線，而是向屏幕上下傳播的光線，液晶屏在擋風(fēng)玻璃上的倒影自然就消失了。
圖4 左：汽車中控臺液晶屏顯示的內(nèi)容會反射到擋風(fēng)玻璃上，干擾駕駛員的視線；右：液晶屏表面添加了光控膜之后，向液晶屏上下兩個方向傳播的光線被阻擋，因此屏幕上的內(nèi)容不再會反射到擋風(fēng)玻璃上。[5]
看上去再簡單不過的光學(xué)原理，和精妙的材料加工技術(shù)配合起來，就能讓一塊薄膜變得神奇無比。科學(xué)，就是這樣一點一滴地改變著我們的生活。
參考文獻和注釋：
[1]實際上光在透明區(qū)域和不透明區(qū)域的界面還會發(fā)生反射，反射會使得光控膜的隱私保護功能受到干擾，因此用于光控膜的材料必須仔細(xì)選擇以盡量降低發(fā)生在界面上的反射。
[2]當(dāng)透明區(qū)域和不透明區(qū)域的寬度都變得很小時，人眼無法區(qū)分不同的區(qū)域，但如果不透明的區(qū)域過寬，從電腦顯示器發(fā)出的光線仍然會有相當(dāng)多被不透明區(qū)域吸收，此時處在電腦屏幕正前方的人會覺得屏幕變暗。因此在實際生產(chǎn)時要合理控制兩個區(qū)域各自的寬度。
[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&blobAttribut
