CN111239880B - 评估和选择最小化眩光和色觉丧失的滤光器的装置 - Google Patents
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Abstract
描述了根据用于眩光敏感度的作用光谱和法恩斯沃斯‑孟赛尔100色测试，用于电子显示屏的滤光器利用合成黑色素最小化眩光和色觉丧失。
Description
技术领域
本申请涉及滤光器，更具体地涉及薄塑料膜，当一个人看来自电子显示屏的图像时，该薄塑料膜最大化保护视力，最小化眩光并且保护颜色知觉。
背景技术
来自电子显示屏的高能量可见(HEV)光增加不舒适的眩光。然而，降低HEV光的滤光器通常会导致对颜色知觉的丧失。
现有技术教示使用黑色素(美国专利第5，112，883号)和来自3羟基犬尿氨酸(美国专利第6，825，975号)的齐聚反应中提取的的眼用镜片色素来减小太阳镜片对视力的损害和眩光。现有技术也涉及在亲水性塑料膜中使用黑色素(美国申请号20030092794)。没有现有技术描述如何根据眩光的透射光谱(transmission spectrum)选择降低眩光的滤光器。如果滤掉增加的蓝光，眩光将减少；然而，蓝光跨越了宽波长谱(widewavelengthspectrum)，并且关于应该将蓝光选择性地加权到光谱的哪一部分，以便在透射或过滤中将其减少，使得将眩光减少到最小，目前现有技术中没有指导。
发明内容
在本发明中，申请人描述“眩光减少因子”或“GRF(Glare Reduction Factor)”，并且与众所周知的法恩斯沃斯-孟赛尔(Farnsworth-Munsell)100色测试结合第一次使用该术语，以便为黑色素和眼用镜片色素描绘最好的透射光谱，并且因此为有效地减少蓝光提供指导。
本发明的滤光器包括：a)透明基片；以及b)滤光剂，其中所述滤光剂具有1.5或更大的眩光减少因子，并且在FM100色测试上的在错误上的微幅增长不大于10％。
上述的滤光器，其中透明基片是聚酯薄膜。
上述的滤光器，其中滤光剂是黑色素。
上述的滤光器，其中滤光剂是3羟基犬尿氨酸的聚合产物。
上述的滤光器，其中滤光剂是沥青质。
附图说明
图1示出了用于两个目标的眩光敏感度的作用谱(action spectra)。
图2示出了具有黄色黑色素的PET的薄膜的透射光谱。
图3示出了白色LED的发射光谱。
图4示出了在TES(如下定义的-参见定义)和95％中的平均值的绘图。
具体实施方式
定义
1.法恩斯沃斯-孟赛尔100色度测试是用于测量人的色觉的方法，其包含总共85个具有色相渐变的跨越可见光谱的可移动的颜色棋子(color reference caps)。通过按色相顺序排列颜色棋子测试色觉异常或其倾向性。
2.TES(total error score)。总错误得分(TES)是对观察者放置FM100色测试的颜色棋子以便在两个固定棋子(anchor caps)之间形成渐变的精确测试；误放的数量越大TES就越大。
本申请以薄塑料膜的形式限定用于电子显示屏的光学滤光器的物理特性，例如，该薄塑料膜量化其能力以减少眩光以及保持对颜色的知觉。眩光减少因子为将蓝光选择性地加权到光谱的哪一部分以在透射或过滤中将其减少提供指导。
3.将黑色素定义为天然色素，并且在美国专利第5，112，883号中进一步定义，该专利内容在此引用并作为本申请的一部分。
4.美国专利第6，825，975号定义了来自3羟基犬尿氨酸的聚合产物，该专利内容在此引用并作为本申请的一部分。
一、眩光减少因子
本发明描述了一旦确定了其透射光谱并且指定了光源的光谱分布，量化眩光减少的方法，该眩光减少可采用滤光器。本发明也描述了产品，即源自前述方法的薄膜。该眩光减少因子GRF采用了最近报道的依赖波长的用于与畏光相关的眩光敏感度的作用光谱。
斯特林汉姆(Stringham)、富尔德(Fuld)和文策尔(Wenzel)(J.，Opt.Soc.Am.A/Vol.20，No.10/102003)提供了用于眩光敏感度的作用光谱(图1)，该眩光敏感度表明在波长的HEV域有增长的敏感度。
申请人限定了眩光导致的光的平均透射TG，利用前面的作用光谱Pλ和光源(这里是电子显示屏)的特定发射光谱Sλ对该平均透射TG加权。
如下：
TG＝∑SλPλtλ/∑SλPλ (1)
这里的tλ是滤光器在波长λ的透射率。
因此，申请人建议将眩光减少因子定义为
GRF＝1/TG (2)
并且利用该公式作为选择具有低眩光的透射光谱的指导，以及评估任意给定的滤光器的眩光减少能力。
实例1，准备具有黑色素的薄膜。
PET的薄塑料膜组成如下：1.33克由Photoprotective Technologies，Inc(位于美国得克萨斯州南部城市的圣安东尼奥市)生产的疏水性黑色素，以及10克PET塑料小球，将该10克PET塑料小球加入到100克四氢呋喃并搅动24小时。将溶液放置在小玻璃片上，并且该溶剂允许在空气环境中蒸发。形成具有棕色色彩的薄膜。在分光计中记录该膜的透射光谱，并且将其显示在图2中。
申请人注明，由于眼用镜片色素的数量随着年龄的增长，用于眩光敏感度的作用光谱可以根据年龄改变。因此，该GRF将很可能依赖年龄-甚至对于特定的滤光器。
实例2，用于实例1的膜的GRF的计算。
申请人文件的表2示出了用于实施例1中的膜的GRF的完整的计算。在该表中，标签为‘Lambda’的列示出了光的波长；标签为‘P’的列示出了作为波长函数的眩光的Pλ的敏感度；标签为‘S-InGaN’取自图3的列示出了氮化镓白色LED的光谱分布Sλ；以及标签为‘T-YM’的列示出了黄色黑色素滤光器的透射光谱tλ(图2)。
通过将合适的列中的项加和可以确定公式(1)中的乘积的分子和分母。
例如：
通过将标签为‘S-InGaN’和‘P’的列相乘得到标签为‘SP’的列，然后将列SP中的项相加，从而得到项∑SλPλ。同样，通过将标签为‘T-YM’的列乘以标签为‘SP’的列，并且将标签为‘SPT’的列中的乘积相加得到∑SλPλtλ。通过将和SPT除以SP获得被用于眩光导致的光的作用光谱和光源的光谱加权的光的透射，并且通过对TG取倒数获得GRF。在该实施例中，GRF的值为1.77。
这意味着佩戴GRF的值为1.77的滤光器的人观看LED光源(具有图3中的光谱)时由于眩光感到不舒适的几率要小1.77倍。
本发明既为厂商也为消费者提供选择用于具有特定眩光减少能力的电子显示屏的滤光膜的指导。
二、颜色保护以及法恩斯沃斯-孟赛尔100色测试。
法恩斯沃斯-孟赛尔100(FM100)色度测试由85个不同颜色的‘颜色棋子’组成，在颜色棋子的有颜色的一面的背面按顺序从1到85编号，当将它们按顺序线性排列时，在色度上具有渐变-跨越整个可见光谱，颜色从紫色到蓝色-使得当将颜色棋子打乱或不按顺序放置时，需要注意力识别颜色从而将颜色棋子放到正确的数字顺序。
从电子显示屏减少眩光的期望与减少蓝光的需要是冲突的，但是这与保护颜色的期望是冲突的。尤其是电子显示屏需要具有足够的亮度以便读和观看细节，并且也由于可能这里有上百万种不同的颜色。
总错误得分(TES)是对观察者在安排颜色棋子从而在两个(anchor caps)之间形成色度的渐变的精确测量；误放的数字越高TES就越大。用于该测试的TES规范不时地被公开，包括PR Kinnear和A.Sahraie公开的。Br J Ophthalmol.Dec 2002；86(12)：1408-1411中出现了每年对年龄从5-22和几十岁的30-70的正常观察者的法恩斯沃斯-孟赛尔100色度测试，并且这里以其全文并入本说明书中。
基于本发明的说明书中的结果，申请人相信-对于观看计算机-用于明视(phototopic vision)的555nm的有色膜的透射应该不小于70％，以及用于暗视(scotopicvision)的大约507nm的透射应该不小于60％；同时，眩光减少因子应该至少为1.5或更大，并且，当观看具有色膜的显示屏时，对于任何年龄组来说，在FM100上的小幅增加的错误-相当于在TES值上的小幅增加-应该不小于10％。
表1：简单计算眩光减少因子
| Lambda | LogP | P |
| 440 | 1.25 | 17.78279 |
| 450 | 1.15 | 14.12538 |
| 460 | 1 | 10 |
| 470 | 1.15 | 14.12538 |
| 480 | 1.05 | 11.22018 |
| 490 | 1 | 10 |
| 500 | 1.05 | 11.22018 |
| 510 | 0.7 | 5.011872 |
| 520 | 0.4 | 2.511886 |
| 530 | 0.3 | 1.995262 |
| 540 | 0.2 | 1.584893 |
| 550 | 0.15 | 1.412538 |
| 560 | 0.1 | 1.258925 |
| 570 | 0 | 1 |
| 580 | -0.1 | 0.794328 |
| 590 | 0.2 | 1.584893 |
| 600 | -0.3 | 0.501187 |
| 610 | -0.45 | 0.354813 |
| 620 | -0.7 | 0.199526 |
| 630 | -0.75 | 0.177828 |
| 640 | -0.8 | 0.158489 |
表1中Log眩光敏感度和眩光敏感度数据来自图1(主题JS)。Lambda是波长；P是眩光敏感度。(来自：Stringham，Fuld和Wenzel J.，Opt.Soc.Am.A/Vol.20，No.10/102003)。
表2：在Excel表格中简单计算眩光减少因子
表2是对眩光减少因子的简单计算。用于通过黄色黑色素过滤的白氮化铟镓LED以减少眩光。
Claims (7)
1.一种滤光器，包括透明基片以及滤光剂，其中所述滤光剂具有1.5或更大的眩光减少因子，并且在FM100色度测试上的在错误上的微幅增长不大于10％，所述眩光减少因子定义为：
GRF＝1/TG
其中，GRF为眩光减少因子，TG为眩光导致的光的平均透射，
TG＝∑SλPλtλ/∑SλPλ
Pλ表示用于眩光敏感度的作用光谱，Sλ为光源的发射光谱，tλ是滤光器在波长λ的透射率，
其中，眩光减少因子的值为GRF的滤光器，佩戴观看光源时由于眩光感到不舒适的几率要小GRF倍。
2.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器的透明基片是聚酯薄膜。
3.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光剂是黑色素。
4.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光剂是3羟基犬尿氨酸的聚合产物。
5.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光剂是沥青质。
6.一种计算眩光减少因子的方法，所述眩光减少因子定义为：
GRF＝1/TG
其中，GRF为眩光减少因子，TG为眩光导致的光的平均透射，
TG＝∑SλPλtλ/∑SλPλ
Pλ表示用于眩光敏感度的作用光谱，Sλ为光源的发射光谱，tλ是滤光器在波长λ的透射率，
其中，Pλ和Sλ作为计算的输入数据，所述方法包括：在波长λ的可见光波长范围以常量波长递增的方式输入滤光器的透射数据tλ，以及在相同的可见光波长范围上以递增方式输出数据并得到TG和所述眩光减少因子GRF。
7.根据权利要求6所述的计算眩光减少因子的方法，其中所述计算基于MicrosoftExcel。
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