CN117518567A - 光学变色装置 - Google Patents

Abstract

一种光学变色装置，可与驱动电源电性连接，光学变色装置包括第一偏振片、液晶层、相位延迟片及第二偏振片。第一偏振片将第一混合光转为第一偏振混合光。液晶层位于第一偏振片后方，以接收偏振混合光且电性连接驱动电源，驱动电源驱动改变液晶层液晶分子的排列方向。相位延迟片位于液晶层后方以产生一第二偏振混合光。第二偏振片位于相位延迟片后方，借由改变液晶层液晶分子的排列方向，改变第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而产生第二混合光，其中第二混合光的颜色不同于第一混合光。

Description

光学变色装置

技术领域

本发明涉及一种光学变色装置，特别涉及一种利用液晶层与相位延迟片将线偏光转为不同波长形成不同离心率不同倾斜角的椭圆偏振混合光并经偏振片筛选以达到变色效果的光学变色装置。

背景技术

目前已有第一线偏片、液晶层及第二线偏片所构成电控变色太阳眼镜。但电控变色太阳眼镜只能调控明暗变化(调控镜片的透光程度)，而无法调控色温(改变镜片颜色)。电控变色太阳眼镜镜片的颜色在制造时就已决定，因为电控变色太阳眼镜制造时，就已将第一线偏片与第二线偏片固定在特定的角度，所以电控变色太阳眼镜成品定型后无法在再次变更第一线偏片与第二线偏片间的夹角让镜片变色。换句话说，电控变色太阳眼镜于使用时已是固定色泽的状态并非“使用时可调控变色”。再者，电控变色太阳眼镜的液晶层，是为了使经过第一偏光片起偏的线偏光，可以借由电控液晶使其偏振面旋转至不同角度，克服第一线偏片与第二线偏片在工艺结束之后，必须固定的情况。电控变色太阳眼镜的架构虽一开始就有特定色系，该特定色系取决于第一线偏片与第二线偏片所夹角度，但电控变色太阳眼镜无法在电控液晶时产生明显色泽变化，且随着施加电场的强度越大，液晶分子逐渐倾向电场方向排列而使得其双折射效应递减，造成变色的边际效应越来越差。另外，目前也有机械式调整色温的滤镜，如:用于相机的偏光滤镜，此种滤镜虽具有线偏片、波片、线偏片的排列结构，但此种滤镜需借由机械转动才能达到变色效果，故此类滤镜的机构形状必须是圆形，限制了此类产品仅用于相机，因此仍有必要对可变色光学装置进行更深入的研究，拓展可变色光学装置的可应用范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用液晶层与相位延迟片将线偏光转为不同波长形成不同离心率不同倾斜角的椭圆偏振混合光并经偏振片筛选以达到变色效果的光学变色装置。

为达成上述的目的，本发明的光学变色装置，可与驱动电源电性连接，光学变色装置包括第一偏振片、液晶层、相位延迟片及第二偏振片。第一偏振片将第一混合光转为第一偏振混合光。液晶层位于第一偏振片后方，以接收第一偏振混合光且电性连接驱动电源，驱动电源驱动改变液晶层液晶分子的排列方向。相位延迟片位于液晶层后方以产生第二偏振混合光。第二偏振片位于相位延迟片后方，借由改变液晶层液晶分子的排列方向，改变第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而产生第二混合光，其中第二混合光的颜色不同于第一混合光。

本发明另提供一种光学变色装置，可与驱动电源电性连接，光学变色装置包括第一偏振片、相位延迟片、液晶层及第二偏振片。第一偏振片将第一混合光转为第一偏振混合光。相位延迟片位于第一偏振片后方以接收第一偏振混合光以产生一第二偏振混合光。液晶层位于相位延迟片后方且电性连接驱动电源，驱动电源驱动改变液晶层液晶分子的排列方向。第二偏振片位于液晶层后方，借由改变液晶层液晶分子的排列方向，改变第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而产生第二混合光，其中第二混合光的颜色不同于第一混合光。

借由本发明的光学变色装置利用相位延迟片并改变液晶层液晶分子的排列方向将线偏振状态的混合光转为不同离心率且不同倾斜角的椭圆偏振混合光，并利用偏振片筛选达到光学变色的效果。本发明相对于现有技术提及的电控变色太阳眼镜，增加了一相位延迟片，则可以驱动电源改变液晶层液晶分子的排列方向的方式使得本发明的光学变色装置在使用时于驱动电源可控范围的色泽变化都非常明显，更不会有随着驱动电源的电压调高而色泽变化越来越不明显的问题。本发明的运作与机构形状完全不受外框几何形状的约束，本发明的光学变色装置可应用于眼镜镜片、看板、橱窗、屏风、饰品等需要光学变色的装置上，扩大了光学变色装置的可应用领域，解决了现有技术中，电控太阳眼镜或偏光滤镜应用范围过于限定的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1本发明的光学变色装置的第一实施例的组合示意图。

图2本发明的光学变色装置的第一实施例的分解示意图。

图3A本发明的偏振混合光的示意图。

图3B本发明的第二混合光的示意图。

图3C线偏振光的偏振面与相位延迟片入射夹角的示意图。

图4本发明的光学变色装置的第二实施例的组合示意图。

图5本发明的光学变色装置的第二实施例的分解示意图。

其中，附图标记

光学变色装置1、1a 第一偏振片10

驱动电源20 液晶层30

相位延迟片40 第二偏振片50

第一混合光61 第一偏振混合光62、62’

第二混合光65 光传递方向A

快轴B 慢轴C

交线D 入射光偏振面621

夹角θ 第二偏振混合光64、64’、64”

具体实施方式

为能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。以下请一并参考图1、图2、图3A至图3C关于本发明的光学变色装置的第一实施例的组示意图、分解示意图、本发明的偏振混合光、第二混合光的示意图、及线偏振光的偏振面与相位延迟片入射夹角的示意图。

如图1与图2所示，在第一实施例中，本发明的光学变色装置1可与驱动电源20电性连接，且沿光传递方向A依序包括第一偏振片10、液晶层30、相位延迟片40及第二偏振片50。第一偏振片10将第一混合光61转为第一偏振混合光62，在本实施例中，本发明的光学变色装置1可以是眼镜镜片、光学广告看板、布告板、橱窗、屏风、饰品等等。第一偏振片10是线偏振片，第一混合光61可以是白光或连续光谱的可见光，也就是说，第一混合光61包括多个波长的光，但本发明不以此为限，只要第一混合光61至少包括两种不同频率的可见光即可。如图3A所示，第一混合光61经第一偏振片10转为会第一偏振混合光62，因本实施例的第一偏振片10是线偏振片，故本实施例的第一偏振混合光62为线偏振混合光，亦即第一偏振混合光62沿光传递方向平面投影为直线。

如图1与图2所示，在第一实施例中，液晶层30位于第一偏振片10后方，液晶层30接收第一偏振混合光62后产生第一偏振混合光62’，液晶层30电性连接驱动电源20，驱动电源20驱动改变液晶层30液晶分子的排列方向。在本实施例中，相位延迟片40为波片且位于液晶层30后方，相位延迟片40接收第一偏振混合光62’后产生椭圆偏振混合光64，第二偏振片50是线偏振片且位于相位延迟片40后方，借由改变液晶层30液晶分子的排列方向，来改变第一偏振混合光62、62’入射相位延迟片40的角度后产生第二偏振混合光64，第二偏振混合光64为具有不同离心率与不同倾斜角的椭圆偏振混合光，经第二偏振片50筛选后使第二混合光65成为具有不同强度大小的线偏振混合光。具体来说，第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)被第二偏振片50筛选切割之后，再次转换回线偏振混合光(第二混合光65)，此时因第二偏振片50偏振方向上的成分光的强度分布比例已经与第一混合光61有所不同，换言之，产生了色泽变化，使得第二混合光65与第一混合光61的间出现色温差异而达到光学变色效果。

借由第一偏振片10与相位延迟片40的组合，将第一混合光61转换为第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)，而因为第一偏振混合光62包括多个波长的线偏振光，故经相位延迟片40作用后将形成多个离心率的第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)。具体来说，请参考图3A至图3C，借由控制液晶层30中液晶分子的排列方向，控制第一偏振混合光62的线偏振面621入射相位延迟片40的入射角度，亦即控制第一偏振混合光62的线偏振面入621与快轴B、慢轴C的交角，藉此改变椭圆的离心率而形成多个离心率的第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)。再借由第二偏振片50来筛选第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)中与第二偏振片50同向的偏振分量，此时，离心率不同的第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)会被第二偏振片50的偏振方向筛选出不同强度大小的线偏振混合光，此不同强度大小的线偏振混合光即为本案的第二混合光65，改变了原本第一混合光61的强度分布，达成变色效果。

在此须注意的是，相位延迟片40可为波片、四分之一波片或二分之一波片。一般所谓四分之一波片的四分之一是指对于特定波长的慢轴分量(图3C所示)，四分之一波片会将特定波长光的相位会延迟的四分之一波长，在该条件成立之下，请见如图3C所示线偏振面入621与相位延迟片40形成的交线D，当线偏振面入621沿着与快轴、慢轴夹角θ为45度角入射时，射出光可形成椭圆偏振的特例，也就是圆偏振光。其他的入射角度则形成椭圆偏振光。由此可知，若入射光的波长，不为特定波长，不对应到四分之一波片的特定波长，则仍会形成椭圆偏振。事实上，相位延迟片40可为任意波片，任意波片都可达到前段所述线偏光转换为椭圆偏光的效果，原因在于，不论四分之一波片或二分之一波片皆仅延迟混合光中单一特定波长光的相位会被延迟的四分之一波长，混合光中其他未对应于该单一特定波长的光，仍能转换为椭圆偏振。

在此举例说明前述原理，假设第一混合光61为环境入射可见光，其范围为350nm至800nm，例一：采用针对波长500nm的四分之一波片，则对于环境入射可见光波长范围为350nm～800nm，针对波长500nm的四分之一波片仅将波长为500nm的光波转为圆偏振，因为该波长完美对应该四分之一波片，第一混合光61中其他波长的成分光大多能形成不同离心率不同倾斜角的椭圆偏振(因为该四分之一波片仅完美的对应波长为500nm的光)所以可以变色。例二：采用针对波长600nm的二分之一波片，则除了波长600nm的可见光无法转换为椭圆偏振之外，第一混合光61中其他波长的成分光(如：590nm、580nm、610nm等)，对该二分之一波片而言，该些波长皆非对应完美对应的二分之一波片，因此同理可证，在此状况下，第一混合光61中大部分成分光仍可形成不同离心率不同倾斜角的椭圆偏振光，所以可以变色。换句话说，本发明的光学变色装置1变色的精神，在于利用液晶层30中液晶分子的排列方向的不同扭转角度，即可改变第一偏振混合光62(线偏振混合光)的所在偏振面入射相位延迟片40的角度，藉此将第一偏振混合光62(线偏振混合光)转为具有不同离心率与不同倾斜角的第二偏振混合光64(椭圆偏振混合光)，再由第二线偏片50的偏振方向筛选出不同强度大小的线偏振混合光(第二混合光65)。

以下请继续参考图3A至图3C，并一起参考图4与图5关于本发明的光学变色装置的第二实施例的组示意图、分解示意图。

如图4与图5所示，在第二实施例中，本发明的光学变色装置1a可与驱动电源20电性连接，且沿光传递方向A依序包括第一偏振片10、相位延迟片40、液晶层30及第二偏振片50。第一偏振片10将第一混合光61转为第一偏振混合光62，在本实施例中，第一偏振片10是线偏振片，第一混合光61可以是白光或连续光谱的可见光，也就是说第一混合光61可包括多个波长的光，但本发明不以此为限，只要第一混合光61至少包括两种不同频率的可见光即可。如图3A所示，第一混合光61经第一偏振片10转为第一偏振混合光62，因本实施例的第一偏振片10是线偏振片，故本实施例的第一偏振混合光62为线偏振混合光，亦即第一偏振混合光62沿光传递方向平面投影为直线。

在本实施例中，如图4与图5所示，本实施例的相位延迟片40可为波片、四分之一波片或二分之一波片，相位延迟片40位于第一偏振片10后方以接收第一偏振混合光62以产生第二偏振混合光64’(椭圆偏振混合光)，液晶层30位于相位延迟片40后方并接收第二偏振混合光64’(椭圆偏振混合光)以产生第二偏振混合光64”(椭圆偏振混合光)，其中第二偏振混合光64”(椭圆偏振混合光)为具有不同离心率与不同倾斜角的椭圆偏振混合光。液晶层30电性连接驱动电源20，驱动电源20驱动改变液晶层30液晶分子的排列方向，第二偏振片50位于液晶层30后方并借由改变液晶层30液晶分子的排列方向，以转动第二偏振混合光64”(椭圆偏振混合光)的倾斜角，再经第二偏振片50筛选后而产生第二混合光65，其中第二混合光65为具有不同强度大小的线偏振混合光。具体来说，第二偏振混合光64”(椭圆偏振混合光)所包含的具有不同离心率与不同倾斜角的椭圆偏振混合光被第二偏振片50筛选切割之后，再次转换回线偏振混合光(第二混合光65)，此时第二偏振片50偏振方向上的成分光的强度分布比例已经与第一混合光61有所不同，换言之，产生了色泽变化，使得第二混合光65与第一混合光61之间出现色温差异而达到光学变色效果。

本发明的光学变色装置1、1a借由将相位延迟片40并改变液晶层30液晶分子的排列方向来转动不同离心率且不同倾斜角的椭圆偏振混合光入射第二偏振片50的角度，藉此筛选以达到光学变色的效果，使得本发明的光学变色装置1、1a在使用时于驱动电源20可控范围的色泽变化都非常明显，更不会有随着驱动电源30的电压调高而色泽变化越来越不明显的问题。此外，本发明的光学变色装置1、1a的运作与机构形状完全不受外框几何形状的约束，本发明的光学变色装置可应用于眼镜镜片、看板、橱窗、屏风、饰品等需要光学变色的装置上，扩大了光学变色装置的可应用领域，解决了现有技术中，电控太阳眼镜或偏光滤镜应用范围过于限定的问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学变色装置，可与一驱动电源电性连接，其特征在于，该光学变色装置包括：

一第一偏振片，用以将一第一混合光转为一第一偏振混合光；

一液晶层，位于该第一偏振片后方，以接收该第一偏振混合光且电性连接该驱动电源，该驱动电源驱动改变该液晶层液晶分子的排列方向；

一相位延迟片，位于该液晶层后方以产生一第二偏振混合光；以及

一第二偏振片，位于该相位延迟片后方，借由改变该液晶层液晶分子的排列方向，改变该第二偏振混合光入射该第二偏振片的角度而产生一第二混合光，其中该第二混合光的颜色不同于该第一混合光。

2.根据权利要求1所述的光学变色装置，其特征在于，该第二混合光为线偏振混合光，该第二偏振混合光为椭圆偏振混合光。

3.根据权利要求1所述的光学变色装置，其特征在于，该第一偏振片为线偏振片。

4.根据权利要求1所述的光学变色装置，其特征在于，该第二偏振片为线偏振片。

5.根据权利要求1所述的光学变色装置，其特征在于，该相位延迟片为一波片。

6.一种光学变色装置，可与一驱动电源电性连接，其特征在于，该光学变色装置包括：

一第一偏振片，用以将一第一混合光转为一第一偏振混合光；

一相位延迟片，位于该第一偏振片后方，以接收该第一偏振混合光以产生一第二偏振混合光；

一液晶层，位于该相位延迟片后方且电性连接该驱动电源，该驱动电源驱动改变该液晶层液晶分子的排列方向；以及

一第二偏振片，位于该液晶层后方借由改变该液晶层液晶分子的排列方向，改变该第二偏振混合光入射该第二偏振片的角度而产生一第二混合光，其中该第二混合光的颜色不同于该第一混合光。

7.根据权利要求6所述的光学变色装置，其特征在于，该第二混合光为线偏振混合光，该第二偏振混合光为椭圆偏振混合光。

8.根据权利要求6所述的光学变色装置，其特征在于，该第一偏振片为线偏振片。

9.根据权利要求6所述的光学变色装置，其特征在于，该第二偏振片为线偏振片。

10.根据权利要求6所述的光学变色装置，其特征在于，该相位延迟片为一波片。