[发明专利]基于液晶的光控元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光控元件，这种光控元件包括含有液晶材料的腔室。

本发明更进一步地涉及一种包括这种光控元件的电子设备。

背景技术

诸如光阑(doaphragm)和光学快门(shutter)之类的一些光控元件实例都是已知的。这些元件吸引人之处在于它们具有相当高的切换速度并且没有机械活动部件，从而使得它们不易磨损。

举例来说，欧洲专利EP1186941号公开了一种基于宾-主系统(guest-host system)的快门，这种系统包括液晶和双色染料(dichromatic dye)。通过快门之前的偏振器选择具有适当偏振方向的光，这种光可以从透明模式转换到吸收模式，在透明模式中染料的吸收主轴与光的偏振方向不重叠，在吸收模式中染料的吸收轴与光的偏振方向重叠。这种解决方案的缺点在于，由于使用了偏振器，所以导致即使处于快门的透明模式下仍会损失至少50％的光强。

日本专利申请JP57066418号公开了一种无需偏振器的基于LC的快门。这种快门由两个LC板组成，每个LC板都包含可以在光散射模式和透明模式之间转换的液晶材料。第一LC板设置成通过在LC板主要表面上的一对透明电极取向有选择地阻挡具有纵向偏振方向的光的透射，并且第二LC板设置成利用这个LC板一侧上的电极对有选择地阻挡具有水平偏振方向的光的透射。令人遗憾的是，这两个腔室之上的电极取向不同，使得制造这种快门的工艺更加复杂，成本更高。

在日本专利申请JP04349423中公开了另一种无需偏振器的基于LC的快门。这种快门由至少两个密封了向列LC材料的腔室组成。向列LC材料吸引人之处在于它们可以在散射状态和透明状态之间进行切换而无需定向(alignment)材料。然而，向列LC材料无法获得100％的光散射率，并且必须通过级联许多向列LC单元来提高快门的光阻效率，从而得到相当有效的快门。然而，如果这些多个单元非常小，例如JP04349423中的两单元，那么这种快门仍然不能完全阻止光的透射。

发明内容

本发明设法提供一种改进的基于液晶的光控元件。

本发明更进一步地设法提供一种具有这种改进的基于液晶的光控元件的电子设备。

根据本发明的第一方面，在此提供一种光控元件，包括：第一腔室，它密封了可以从第一取向转换到第二取向的基于第一液晶的吸光材料，其中在第一取向中所述材料主要吸收具有第一偏振方向的光，在第二取向中所述材料基本上透明；第二腔室，它密封了可以从第一取向转换到第二取向的基于第二液晶的吸光材料，其中在第一取向中所述材料主要吸收偏振方向与第一偏振方向基本垂直的光，在第二取向中所述材料基本上透明；以及多个电极，用于转换第一和第二吸光材料的取向，优选地所述这些电极取向为相互平行。

较之于现有技术中诸如JP57066418和JP04349423所公开的偏振无关光控元件，对于光阻模式那些光控元件利用了LC材料的非组织化、无序状态进行光散射的原理，而本发明中将基于液晶的吸光材料(诸如液晶材料的宾-主系统)和优选为双色染料的吸光染料在不同组织状态之间进行转换的能力可以用于形成一种偏振无关的光控设备，诸如快门或光阑，本发明的实现正是基于上述这种能力。

导致本发明这种实现来源于认识到吸光材料不仅吸收偏振方向与吸光材料中发色团(chromophore)的吸收主轴平行的光，而且吸收(尽管效率较低)偏振方向低于与该吸收轴的夹角的光，其吸收效率与该角度大小成反比并且角度接近于90度时吸收效率接近于0。因此，通过包括两种基于吸光LC的材料，这些材料对垂直光偏振方向具有其最大吸收效率，从而可以获得无需偏振器的非常有效的吸光光控元件。

这种元件优于JP57066418在于全部电极的取向可以相互平行，这使得光控元件更易于制造，而这种元件优于JP04349423在于获得了较好的光阻效率。另外，较之于上述日本专利申请所公开的设备，因为入射光被吸收而不是在光控元件的黑暗状态下被散射，所以没有光从光控元件被反射，这样在应当避免光反射的情况下(例如设置多个诸如传感器阵列之类的光探测元件)可能很重要。