可转换彩色滤波器制造技术

液晶可转换彩色滤波器是在三个彩色频带之间转换，且最好用于时序彩色装置，例如，投影装置，直视显示器和电视摄像机。彩色滤波器利用至少四个胆甾型滤波器（８９，９１，９３，９５）的圆偏振选择反射频带以及三个液晶开关（８１，８３，８５）和相关的延迟层。在第一胆甾型滤波器与第二胆甾型滤波器之间以及第三胆甾型滤波器与第四胆甾型滤波器之间，配置附加的半波片（１１１，１１３），从而可以利用有完全相同旋向性的胆甾型滤波器。此外，在彩色频带的阻塞状态，对应液晶开关的光轴平行或垂直于偏振方向。这个概念简化彩色开关的制作，但仍然使它具有极好的性质。此外，它最好允许彩色透射频带的重叠，从而提高光效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液晶可转换彩色滤波器，具体涉及利用胆甾型滤波器的圆偏振选择反射频带的彩色滤波器；和包括所述彩色滤波器的时序彩色装置，例如，投影装置，直视显示器和电视摄像机。
技术介绍
快速转换彩色滤波器提供与快速成像仪同步的基色RGB(红-绿-蓝)，它代表时序单屏面视频投影仪的中心单元。人们对这种投影仪类型特别感兴趣，因为它具有紧致性，成本低和重量轻的优点。虽然彩色滤波器产生全色图片的三种颜色分量，而成像仪确定这些分量的灰阶。若转换频率是足够地高，则人眼只是整合这三种颜色分量，并产生预期的混合颜色。类似地，时序直视显示器也是可能的，还存在基于时序技术的彩色电视摄像机。后者产生三种颜色分量的三个灰阶图像，通过计算混合的颜色分量或时序投影，把这三个灰阶图像转变成彩色图像。人们已提出彩色开关的各种设计。一个解决RGB颜色产生的熟知方法是机械彩色轮。其主要缺点是所用彩色滤波器的光感生退化，该装置的庞大体积，以及由于机械不稳定性造成的抖动。另一个熟知的解决方法是叠层延迟器/偏振器与液晶开关的组合，其中多余的颜色分量被偏振器去除(吸收)。然而，制造这些滤波器是很难的。具体地说，利用薄的叠层延迟器产生饱和色是困难的，此外，吸收偏振器在强光下容易退化。第三个熟知的解决方法是利用与液晶开关组合的叠层胆甾型滤波器。多余的颜色分量被胆甾型滤波器反射而不是吸收。这种方案是特别有吸引力的，因为投影仪中存在的强光容易损坏任何吸收元件。此外，胆甾型滤波器具有陡峭的选择反射频带，它导致良好的色饱和度。而且，由于胆甾型的螺旋结构，胆甾型滤波器在其反射频带内产生圆偏振光，可以容易地把圆偏振光转变成线偏振光而没有强度损失。胆甾型滤波器是具有螺旋结构的向列型液晶，其螺距与光波长相当。若利用交联的向列型液晶，则可以制成薄膜状滤波器，可以容易地把它与非旋向性延迟器组合以形成复杂的叠层结构。基于胆甾型滤波器和液晶开关的减色法开关和调制器是熟知的，例如，在以下的出版物中给予描述美国专利5,686,931(Funfschillinget al)；J.Funfschilling and M.Schadt，Novel LCD Color ProjectorsBased on Cholesteric Filters，SID International Symposium，Digest ofTechnical Papers，XXVI，597-600(1995)；和K.Schmitt，J.Funfschilling，M.Z.Cherkaoui and M.Schadt，Fast Time-SequentialColor Switch Based on Cholesteric Filters and DHF-LCDs，EuroDisplay ′99The 19thInternational Display ResearchConference，Proceedings，437-440(1999)。为了进行比较，图1中还展示已知彩色开关的总体结构，而图3表示其元件的示意图。彩色开关是由三个叠层频带调制滤波器(BMF)1，3和5构成，通过加合适的电压到液晶开关的电极，每个滤波器能够阻塞一个基色R，G或B，液晶开关是每个频带调制滤波器的一部分。这些滤波器是互相独立的，其意思是每个滤波器控制明确的波长频带。在时序彩色开关的每个转换状态，两个彩色频带是阻塞的，只有一个彩色频带可以传输通过。在图3中，画出三个叠层频带调制滤波器(BMF)1，3和5。每个频带调制滤波器包括铁电液晶开关21，23和25；两个四分之一波片延迟器27，29，31，33，35和37；输入胆甾型滤波器39，41和43；和输出胆甾型滤波器45，47和49。每个胆甾型滤波器的旋向性分别用“+”或“-”表示。来自灯泡的非偏振光51是从左侧入射。用参考数字53和55表示任选的元件，例如，输入侧可能需要的偏振器和延迟器，它们与偏振恢复模式进行组合。在输出侧，配置一个或多个延迟器57和59，可以把圆偏振光转变成线偏振光61。串联的独立BMF是导致高度饱和色的光学概念。可以利用快速液晶显示器(LCD)实现，例如，铁电LCD。在像素-像素基础上使用，可以利用它产生真正的彩色投影系统。尽管有这些优点，具有串联的独立BMF概念的已知胆甾型彩色开关仍然存在一些缺点。一个缺点是，实施方案对LCD提出了严格的制造公差。此外，概念上的缺点是它们并不代表把白光分割成饱和基色的最有效方法。其原因是人类色感觉的特异性若我们确定产生给定色饱和度的最明亮带通滤波器，除非色饱和度是极高，则得到重叠的滤波器频带。例如，从白光源产生NTSC彩色坐标的理想带通滤波器有如下的传输频带400-509nm(B)，497-566nm(G)和588-700nm(R)。可以看出蓝光滤波器和绿光滤波器有相当大的重叠(497-509nm)。然而，对独立BMF的要求是，在每个转换状态下阻塞两个频带和通过一个频带，这个要求意味着两个相邻色的阻塞频带必须重叠。例如，在红光过程，在绿光滤波器与蓝光滤波器之间不允许有‘间隙’，换句话说，各自的滤波器传输频带可能不重叠。所以，与理想的情况比较，这个波长区的一半光因要求非重叠的滤波器传输频带而损失。在滤波器特性为有限陡度的实际滤波器中，光的损失还要高得多。参照图3，可以解释已知胆甾型彩色开关的另一个缺点。每个频带调制滤波器1，3和5包括两个胆甾型滤波器，它们有胆甾型螺旋的相反旋向性，而其他方面是相同的。夹在胆甾型滤波器之间的是两个四分之一波片和一个液晶开关。液晶开关的作用是可转动的半波片。这种光学配置的重要特征是，在频带调制滤波器的阻塞状态下，‘四分之一波片/液晶开关/四分之一波片’组合的有效双折射为零。在这个状态下，两种其他颜色应当传输通过而没有变化，若总的双折射为零，则的确是这种情况。请注意，偏振方向的变化最终导致减小的滤波器透射率。在这种情况下，补偿到零双折射的精确度不是非常严格的。然而，任何残余的双折射改变滤波器的阻塞本领，从而导致降低的色饱和度。这对液晶开关单元的光学延迟Δnd提出严格的公差要求(Δn是液晶材料的双折射，d是单元间隙)。此外，一些铁电液晶开关单元(例如，DHF液晶单元)有内部的Δn变化，它导致BMF在阻塞状态下有很大的剩余透射率(3％-5％)。此外，要求胆甾型滤波器具有相反旋向性使生产成本大大增加。这涉及通常制作胆甾型滤波器的具体方法。在制作过程中，首先，在一组施主与一组非旋向排列分子之间制备胆甾型单体混合物。选取这样的施主浓度，使成品滤波器有理想的选择反射频带位置。然后，在滤波器制作过程中再对这个混合物进行处理。若需要两种符号的旋向性，则以下的原因导致生产成本增大(1)需要贮备两种不同类型的旋向性施主。(2)由于旋向性施主通常是从自然的半成品(它仅有一种旋向性)中获得，一种旋向性比两种旋向性便宜得多；左旋和右旋胆甾型混合物甚至可能需要使用不同的施主组。(3)成品滤波器溶液的实际性质取决于施主/矩阵相互作用的具体细节；这在两种情况下可以导致完全不同的混合物设计。因此，若在彩色开关中要求两种符号的螺旋旋向性，则材料成本，贮藏成本和劳动力成本都比较高。考虑到彩色开关的理想性质以及现有技术的上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶可转换彩色滤波器，用于在第一彩色频带，第二彩色频带和第三彩色频带之间的转换，光程有光输入侧和光输出侧，该彩色滤波器包括：第一可转换液晶单元（８１；１２１），它至少有两个转换状态；第一延迟层（１０１；１３５），它用作第 一彩色频带的四分之一波片；第一胆甾型滤波器（８９；１２７），它有第一彩色频带的选择反射频带；第二胆甾型滤波器（９１；１２９），它有第二彩色频带的选择反射频带；第二延迟层（１０３；１３７），它用作第二彩色频带的四分之一 波片；第二可转换液晶单元（８３；１２３），它至少有两个转换状态；第三延迟层（１０５；１３９），它用作第二彩色频带的四分之一波片；第三胆甾型滤波器（９３；１３１），它有第二彩色频带的选择反射频带；第四胆甾型滤波 器（９５；１３３），它有第三彩色频带的选择反射频带；第四延迟层（１０７；１４１），它用作第三彩色频带的四分之一波片；第三可转换液晶单元（８５；１２５），它至少有两个转换状态；和偏振阻塞元件（１４９；１０９，９７）；　 　其特征是，　所有胆甾型滤波器有相同的旋向性；第五延迟层（１１１；１４３），它用作第一胆甾型滤波器（８９；１２７）与第二胆甾型滤波器（９１；１２９）之间的半波片，和第六延迟层（１１３；１４５），它用作第三胆甾型滤波器（９ ３；１３１）与第四胆甾型滤波器（９５；１３３）之间的半波片；和在各个彩色频带的阻塞状态下，对应的可转换液晶单元光轴基本上平行或基本上垂直于光偏振方向。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卓格弗斯齐林，
申请(专利权)人：罗利克有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]