--------------------------------偏振光介紹-----------------------------------

光是一種電磁波，電磁波是橫波，其振動方向與傳播方向相互垂直，振動方向與傳播方向構成的平面稱為振動面。

光的“偏振狀態”有兩重含義，其一是描述一束光是屬於“完全偏振光”、“自然光”或“

部分偏振光

”中的哪一種；其二是對這三種光中的完全偏振光作進一步分類，即分類為“線偏振光”（或平面偏振光）、“

橢圓偏振光

”和“圓偏振光”。

本文只涉及到線偏振光，線偏振光的定義是：在空間任意一點，其電場或磁場始終沿著一條確定的不隨時間改變的直線方向振動，如下圖所示。

圖1 線偏振光

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線偏振光在介質表面上的折射和反射

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如圖2所示，入射光線從介質1入射至介質2，並在兩種介質的分介面上發生折射和反射，兩種介質的折射率分別是n1和n2。

入射光

是線偏振光，其電場

Eis

垂直於入射面（紙面）向外。入射面的定義是，入射光與法線所構成的平面。通常將偏振方向垂直於入射面的偏振光稱為s偏振光，將偏振方向平行於入射面的偏振光稱為p偏振光。如果入射光的偏振方向既不垂直於入射面，又不平行於入射面，則可以說該線偏振光同時具有s分量偏振光和p分量偏振光。

圖2 介質表面上的反射和折射

在這裡直接給出s光、p光的反射係數和

透射係數

，以及折射定律，具體推導公式可參考高等院校光學相關教材。

根據以上公式，可以透過數值計算得到s光和p光的反射率隨入射角變化的曲線，如圖3所示。圖中的資料計算基於以下條件，介質1是空氣，折射率n1為1。0，介質2是玻璃，折射率n2為1。52。需要注意的是，反射率是反射係數的平方。

圖3 s光和p光的反射率隨入射角變化的曲線

從圖3可以看出，s光的反射率隨入射角的增加而變大，p光的反射率隨著入射角的增加，先減小至零後再增加。當入射光以布儒斯特角

θB

入射時，其

反射光

電場的p分量始終為零，這一現象被稱為

布儒斯特定律

。布儒斯特角的計算公式如下：

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前裝HUD中偏振光學的應用

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上面之所以著重介紹了s光和p光的反射率隨入射角變化的情況，就是為了解釋說明前裝HUD中TFT-LCD方案為什麼要採用s偏振光。TFT-LCD發出的成像光束經過平面鏡mirror1反射，再經過自由曲面反射鏡mirror2反射至風擋玻璃，最後再由風擋玻璃反射至Eyebox區域。

成像系統中兩個反射鏡的反射率都可以達到90%以上，但風擋玻璃的反射率比較低。前裝HUD中光線入射至

風擋玻璃

的入射角在55°~65°範圍左右，透過圖3我們可以看到，在60°入射角時，s光的反射率要遠大於p光的反射率，這就是TFT-LCD方案中採用s偏振光的原因。

圖4 前裝W-HUD成像光學系統

當太陽光沿著圖4中的紅色箭頭方向入射至HUD內部時，經過自由曲面凹面反射鏡mirror2的匯聚作用，最終在TFT-LCD上形成高能量密度的太陽光分佈。在太陽光暴曬的夏天，某些地區的太陽光輻射功率可達1000W/m2以上，經過HUD反射鏡的聚焦，TFT-LCD表面的太陽光能量密度可達幾十千瓦每平方米，極有可能燒壞LCD。因此，為了保護LCD不被太陽光損壞，反射偏振膜閃亮登場。

圖5 太陽輻射光譜能量

為了減少太陽光入射至HUD內部的能量，有兩種選擇方案，一種是在HUD防塵蓋（或上蓋）貼上具有偏振反射特性的DBEF光學膜，可以反射可見光波段內接近50%的太陽光能量，同時對

TFT-LCD

出射的s光具有高於90%的透過率；另一種方案是在平面反射鏡mirror1上鍍上冷光膜，該冷光膜對s光具有高於90%的反射率，同時對p光和

紅外光

具有高於90%的透過率。

圖 6 DBEF的光譜反射特性曲線

圖 7冷光膜的光譜反射特性曲線

有的讀者可能已經猜到這兩種偏振反射膜是哪家公司的產品了，不知道的可以私信問我哈。