具有宽视角的电子光学宾客液晶可变透射滤波器制造技术

可变透射滤波器(10)在光学系列中组合第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件(12、14)，第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件被布置成使得它们中的一个相对于另一个绕其垂直轴旋转180°。第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件的液晶指向矢的反向排列改善了可变透射滤波器的视角范围，但是没有补偿，引入了对比度的降低。位于第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件之间的偏振状态改变器件(44)改变离开第一宾主液晶器件的光的偏振状态，使得入射在第一正交偏振状态和第二正交偏振状态的光的透射率响应于施加到第一液晶器件和第二液晶器件的电场，从而抵消对比度的降低，同时保持改善的视角范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有宽视角的电子光学宾客液晶可变透射滤波器版权声明2017LC-TECDisplaysAB。本专利文件的公开的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对本专利文件或本专利公开进行传真复制，因为本专利文件或本专利公开出现在专利局和商标局的专利文件或记录中，但在其他方面保留所有版权。
本公开涉及一种具有宽视角的宾主液晶可变透射滤波器，其用于图像记录器件(诸如照相机)或者与图像观察器件进行组合(诸如用于近眼显示器的背景滤波器)。
技术介绍
对于一些应用，液晶可变透射滤波器可透射入射在其上的至少50％的非偏振光是令人期望的。具有高耐久性输入偏振器和输出偏振器的传统液晶可变透射滤波器不可能实现这种高透射率，因为这些偏振器的大量光吸收允许可变透射滤波器仅透射18％-20％的非偏振光。不需要偏振器的液晶可变透射滤波器设计方案可以实现至少50％的透射率，或者f/1。这样的设计方案还应该在其工作范围内具有最小的色移，以及在入射极角范围内的透射亮度的最小变化，尤其是关于垂直入射方向。美国专利申请公开US2012/0242924在图6A和图6B中示出的宾主液晶相机光圈具有以光学系列放置并且以其表面排列方向90°取向的两个均匀排列的宾主液晶单元。(这两个宾主单元配置有90°表面排列方向，也被称为两个交叉的宾主单元。)虽然理论上这个相机光圈在垂直入射时可以透射50％的非偏振光，但是存在不可接受的透射率的大视角依赖性。取决于到达观察者的眼睛的透射光的视角或相机中的记录介质的光敏区域，这种角度依赖的透射率将导致光强度的不均匀和不对称的感知。
技术实现思路
所公开的可变透射滤波器的优选实施例在光学系列中组合第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件，第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件被布置成使得其中一个相对于它们中的另一个以反向排列绕其垂直轴旋转180°。第一宾主器件包括第一电极构件，第一电极构件具有内表面，在内表面之间包含具有液晶指向矢的液晶材料。液晶指向矢具有位于内表面上的凸起。偏振状态改变器件(诸如半波光学延迟器)位于第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件之间。第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件的液晶指向矢的反向排列改进了可变透射滤波器的视角范围，但是，结果在没有偏振状态改变器件的情况下，引入了对比度的降低。对比度降低的原因如下：入射在可变透射滤波器上的非偏振光可以被认为是第一正交相关的线性偏振状态和第二正交相关的线性偏振状态，第一偏振状态和第二偏振状态分别平行于和垂直于第一宾主液晶器件的液晶指向矢的凸起。在没有补偿的情况下，响应于施加到第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件的电场和可变透射滤波器的对比度总是小于2，传播通过可变透射滤波器传播的第二偏振状态的光的透射率没有明显改变。通过在第一宾主液晶器件和第二宾主液晶器件之间定位偏振状态改变器件以引入离开第一宾主液晶器件的光的偏振状态的改变来补偿由反向排列引起的对比度的降低，使得入射在第一宾主液晶器件上的第一偏振状态和第二偏振状态的光的透射率分别响应施加到第一宾主液晶器件的电场和施加到第二宾主液晶器件的电场。偏振状态改变器件抵消了由第一和宾主液晶器件第二宾主液晶器件的反向排列引起的对比度的降低，同时保持了由反向排列提供的改进的视角范围。优选的偏振状态改变器件是90°偏振旋转器。在第一种实施方式中，90°偏振旋转器是传统的半波光学延迟器。在第二种实施方式中，90°偏振旋转器是消色差90°偏振旋转器，包括多个传统的半波光学延迟器，其光轴取向在规定的方向上。在第三种实施方式中，90°偏振旋转器是90°扭曲的向列层，或者是传统的液晶单元形式，或者是液晶聚合物层。技术人员将理解利用其他光学排列也可以实现90°偏振旋转器。在第四种实施方式中，偏振状态改变器件是宽带设计的半波光学延迟器，包括由包括光学正性单体单元和光学负性单体单元的共混聚合物或共聚物制成的单层聚合物膜。所公开的液晶可变透射滤波器的有利应用包括液晶可变透射滤波器在智能眼镜中的使用，例如增强现实眼镜，受益于电子调光控制。从以下参考附图进行的优选实施例的详细描述中，其他方面和优点将显而易见。附图说明图1是所公开的可变透射滤波器的实施例的示意性分解图，可变透射滤波器包括实施为位于两个垂直对准的宾主液晶器件(一个相对于另一个绕其垂直轴旋转180°)之间的传统半波光学延迟器的光学元件。图2示出了消色差Teijin型半波光学延迟器与聚碳酸酯型半波光学延迟器的波长依赖性的比较。图3示出了图1中描绘的实施例的模拟电子光学曲线，其中垂直轴刻度指示f-光圈数(f-stopnumber)。图4A示出了现有技术透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/1透射率调节驱动电压。图4B示出了根据本公开的包括传统半波光学延迟器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/1透射率调节驱动电压。图4C示出了根据本公开的包括三层消色差90°偏振旋转器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/1透射率调节驱动电压。图5A示出了现有技术透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/2透射率调节驱动电压。图5B示出了根据本公开的包括传统半波光学延迟器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/2透射率调节驱动电压。图5C示出了根据本公开的包括三层消色差90°偏振旋转器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/2透射率调节驱动电压。图6A示出了现有技术透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/3透射率调节驱动电压。图6B示出了根据本公开的包括传统半波光学延迟器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/3透射率调节驱动电压。图6C示出了根据本公开的包括三层消色差90°偏振旋转器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/3透射率调节驱动电压。图7A示出了现有技术透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/4透射率调节驱动电压。图7B示出了根据本公开的包括传统半波光学延迟器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/4透射率调节驱动电压。图7C示出了根据本公开的包括三层消色差90°偏振旋转器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/4透射率调节驱动电压。图8A示出了现有技术透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/5透射率调节驱动电压。图8B示出了根据本公开的包括传统半波光学延迟器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/5透射率调节驱动电压。图8C示出了根据本公开的包括三层消色差90°偏振旋转器的广角透射滤波器的模拟等亮度图，其中针对垂直入射光的f/5透射率调节驱动电压。图9A示出了现有技术可变透射滤波器的0°-180°方位角平面中的实验测量的角度依赖性。图9B示出了在图1描绘的实施例中用传统的半波光学延迟器实施的可变透射滤波器的0°-180°方位角平面中的实验测量的角度依赖性。图10A示出了现有技术可变透射滤波器的0°-180°方位角平面中的模拟角度依赖性。图10B示出了在图1描绘的实施例中用传统的半波光学延迟器实施的可变透射滤波器的0°-180°方位角平面中的模拟角度依赖性。图10C示出了在图1描绘的实施例中用消色差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽视角的电子光学宾主液晶可变透射滤波器，其包括：第一宾主液晶器件以及第二宾主液晶器件，所述第一宾主液晶器件包括间隔开的具有内表面的一对第一电极构件，所述第二宾主液晶器件包括间隔开的具有内表面的一对第二电极构件，所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件以光学系列排列并且是包含具有负介电各向异性的液晶材料的准同向取向的电控双折射器件即ECB器件；间隔开的第一对准表面，其形成在所述第一宾主液晶器件的一对第一电极构件的内表面上；第一液晶指向矢，其被限定在所述第一电极构件之间，所述第一液晶指向矢形成第一指向矢场并且包括与所述第一对准表面中的每一个接触的第一表面接触指向矢；间隔开的第二对准表面，其形成在所述第二宾主液晶器件的一对第二电极构件的内表面上；第二液晶指向矢，其被限定在所述第二电极构件之间，所述第二液晶指向矢形成第二指向矢场并且包括与所述第二对准表面中的每个表面接触的第二表面接触指向矢；分别在所述第一指向矢场和所述第二指向矢场中以反向排列的所述第一液晶指向矢和所述第二液晶指向矢中的相应指向矢；以及偏振状态改变器件，其位于所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.28 US 62/314,2531.一种具有宽视角的电子光学宾主液晶可变透射滤波器，其包括：第一宾主液晶器件以及第二宾主液晶器件，所述第一宾主液晶器件包括间隔开的具有内表面的一对第一电极构件，所述第二宾主液晶器件包括间隔开的具有内表面的一对第二电极构件，所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件以光学系列排列并且是包含具有负介电各向异性的液晶材料的准同向取向的电控双折射器件即ECB器件；间隔开的第一对准表面，其形成在所述第一宾主液晶器件的一对第一电极构件的内表面上；第一液晶指向矢，其被限定在所述第一电极构件之间，所述第一液晶指向矢形成第一指向矢场并且包括与所述第一对准表面中的每一个接触的第一表面接触指向矢；间隔开的第二对准表面，其形成在所述第二宾主液晶器件的一对第二电极构件的内表面上；第二液晶指向矢，其被限定在所述第二电极构件之间，所述第二液晶指向矢形成第二指向矢场并且包括与所述第二对准表面中的每个表面接触的第二表面接触指向矢；分别在所述第一指向矢场和所述第二指向矢场中以反向排列的所述第一液晶指向矢和所述第二液晶指向矢中的相应指向矢；以及偏振状态改变器件，其位于所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件之间。2.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件是半波光学延迟器。3.根据权利要求2所述的液晶可变透射滤波器，其中所述半波光学延迟器是包括光学正单体单元和光学负单体单元的共混聚合物或共聚物的宽带半波光学延迟器。4.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件是包括多个半波光学延迟器的消色差90°偏振旋转器。5.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件是90°扭曲的向列层。6.根据权利要求5所述的液晶可变透射滤波器，其中所述90°扭曲的向列层是扭曲向列液晶元。7.根据权利要求5所述的液晶可变透射滤波器，其中所述90°扭曲的向列层是液晶聚合物层。8.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件是单个宽带偏振状态改变膜，其对两个不同波长中的每个波长赋予半波光学延迟。9.根据权利要求8所述的液晶可变透射滤波器，其中所述单个宽带偏振状态改变膜包括光学正单体单元和光学负单体单元的共混聚合物或共聚物。10.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件中的液晶材料包括与黑色二向色染料或染料混合物混合的液晶，所述黑色二向色染料或染料混合物包括补偿由所述可变透射滤波器的f光圈数设置的变化引起的色移的选定数量的多种二向色染料组分。11.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述第一宾主液晶器件和所述第二宾主液晶器件中的液晶材料包括：与黑色二向色染料或染料混合物混合的液晶；染料组分浓度中的多种二向色染料组分，其在朝向参考颜色空间的颜色成分的方向上引入色移；和补偿性二向色染料，其浓度抵消远离参考颜色空间的颜色成分的方向上的色移。12.根据权利要求1所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件被包括在眼镜的目镜中，并且其中所述偏振状态改变器件有助于对通过所述目镜传播的光进行电驱动的调光控制并达到所述眼镜佩戴者的眼睛。13.根据权利要求12所述的液晶可变透射滤波器，其中所述偏振状态改变器件是单个宽带偏振状态改变膜，所述单个...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥斯特曼，T·J·谢弗，
申请(专利权)人：LC显示技术公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE