DE102020126897A1

DE102020126897A1 - Gesteuerte Teilchenbewegung für die Laser-Speckle-Minderung

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Publication number: DE102020126897A1
Application number: DE102020126897.1A
Authority: DE
Inventors: John Harden; Liang-Chy Chien; Kai-Han Chang
Original assignee: Kent State University; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Kent State University; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112782864A; US20210132404A1

Abstract

Eine optische Vorrichtung (z. B. eine Anzeigevorrichtung) enthält eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl in einem sichtbaren, Ultraviolett- oder Infrarotbereich erzeugt. Der kohärente Lichtstrahl wird auf eine Flüssigkristallkomponente gelenkt. In einem Innenfach sind mehrere Flüssigkristalle und mehrere Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ≥ etwa 450 nm bis ≤ etwa 20 Mikrometer (µm) angeordnet. Eine elektrische Quelle steht in elektrischer Verbindung mit der ersten und der zweiten Elektrode. Wenn keine Spannung oder kein Strom angelegt ist, zeigt ein gefilterter Lichtstrahl, der von der Flüssigkristallkomponente durchgelassen oder reflektiert wird, einen ersten Speckle-Kontrast ≥ etwa 0,6. Wenn eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, wird veranlasst, dass sich die Mikroteilchen bewegen und weist der gefilterte Lichtstrahl einen Speckle-Kontrast auf, der ≤ etwa 0,6 ist. Außerdem wird ein Verfahren zum Mindern von Speckle in einer optischen Vorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle geschaffen.

Description

EINLEITUNG
Dieser Abschnitt bietet Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung, die nicht notwendig Stand der Technik sind.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine optische Vorrichtung wie etwa eine Anzeigevorrichtung, die eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl in einem sichtbaren Bereich, in einem Ultraviolettbereich oder in einem Infrarotbereich erzeugt, und eine Flüssigkristallkomponente, die mehrere Flüssigkristalle und mehrere Mikroteilchen umfasst, enthält. Die optische Vorrichtung mindert den Speckle-Kontrast des kohärenten Lichtstrahls auf kleiner oder gleich etwa 0,6. Außerdem werden Verfahren zum Mindern des Speckles in einer optischen Vorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle geschaffen.
Anzeigevorrichtungen werden in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet. Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken sind allgemein auf viele verschiedene Anzeigevorrichtungen einschließlich irgendeiner Flachbildanzeige, insbesondere dreidimensionaler Projektionsanzeigen, entweder vom Transmissions- oder vom Reflexionstyp anwendbar. Zum Beispiel kann ein Fahrzeug eine oder mehrere Anzeigen wie etwa ein Infotainmentsystem oder eine Headup-Anzeige (HUD), die Informationen auf einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs anzeigt, enthalten. Zum Beispiel kann eine HUD eine Fahrzeuggeschwindigkeit und andere Fahrzeuginformationen (z. B. Warnungen wie etwa Spurwechselwarnungen und Kollisionsvermeidungswarnungen) anzeigen. Viele Anzeigesysteme enthalten eine Flüssigkristallanzeige- (LCD-) Komponente.
Verschiedene Anzeigesysteme nutzen häufig zusammen mit den anderen Anzeigekomponenten wie LCD-Komponenten eine Quelle für kohärentes Licht wie etwa einen Laser. Allerdings kann die Verwendung eines Lasers als eine Beleuchtungsquelle potentiell eine große Menge Speckle erzeugen, das von der Kohärenz des Lasers entsteht. Wenn kohärentes Licht von einer diffusen Oberfläche reflektiert wird, emittieren verschiedene Punkte auf der Oberfläche jeweils eine Lichtwelle. Üblicherweise weisen alle reflektierten Lichtwellen dieselbe Frequenz auf, wobei aber die Phase und die Amplitude des von den verschiedenen Punkten reflektierten Lichts auf der Oberfläche variieren kann. Somit kann das Licht konstruktiv und destruktiv interferieren, um ein Muster von hellen und dunklen Flecken oder Bändern zu erzeugen, die zufällig erscheinen, die als Speckles betrachtet werden. Wenn aus dem reflektierten Licht ein Bild erzeugt wird, kann der Speckle-Effekt Rauschen zu dem Bild hinzufügen.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine optische Vorrichtung. In bestimmten Abwandlungen enthält eine optische Vorrichtung eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich, in einem Ultraviolettbereich oder in einem Infrarotbereich erzeugt. Außerdem enthält die optische Vorrichtung eine Flüssigkristallkomponente, wobei der kohärente Lichtstrahl auf die Flüssigkristallkomponente gelenkt wird. Die Flüssigkristallkomponente enthält eine erste Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen, eine zweite Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen oder zu reflektieren, und wenigstens einen Abstandshalter, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um dazwischen ein Innenfach zu definieren. Ferner enthält sie mehrere in dem Innenfach angeordnet Flüssigkristalle und mehrere in dem Innenfach angeordnete Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser größer oder gleich etwa 450 nm und kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer (µm). Eine elektrische Quelle steht in elektrischer Verbindung mit der ersten und mit der zweiten Elektrode, wobei in einem ersten Zustand ohne angelegte Spannung oder angelegten Strom ein gefilterter Lichtstrahl, der von der Flüssigkristallkomponente durchgelassen oder reflektiert wird, einen ersten Speckle-Kontrast größer oder gleich etwa 0,6 zeigt, und in einem zweiten Zustand, wenn an die erste und die zweite Elektrode von der elektrischen Quelle eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, veranlasst wird, dass sich die mehreren Mikroteilchen innerhalb des Innenfachs bewegen und dass der gefilterte Lichtstrahl einen zweiten Speckle-Kontrast aufweist, der kleiner oder gleich etwa 0,6 ist.
Gemäß einem Aspekt enthält die Flüssigkristallkomponente ferner eine erste Ausrichtungsschicht, die auf einer Oberfläche der ersten Elektrode angeordnet ist, und eine zweite Ausrichtungsschicht, die auf einer Oberfläche der zweiten Elektrode angeordnet ist. Die erste Ausrichtungsschicht und die zweite Ausrichtungsschicht sind dafür konfiguriert, die mehreren Flüssigkristalle in dem Innenfach auszurichten.
Gemäß einem Aspekt ist der durchschnittliche Durchmesser der mehreren Mikroteilchen größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 Mikrometer. Ferner weisen die mehreren Mikroteilchen eine Form auf, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kugeln, Ellipsoiden, Rechtecken, Mehrecken, Scheiben, Ellipsoiden, Toroiden, Kegeln, Pyramiden, Stäben, Zylindern und Kombinationen davon.
Gemäß einem Aspekt weisen die mehreren Mikroteilchen eine Form auf, die mehrere Facetten enthält.
Gemäß einem Aspekt enthalten die mehreren Mikroteilchen ein Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Siliciumdioxid (SiO₂), Glas, Diamant, kubischem Zirconium- (ZrO₂-) Glas, Polymeren, Keramiken und Kombinationen davon.
Gemäß einem Aspekt ist der zweite Speckle-Kontrast bei einer angelegten Spannung größer oder gleich etwa 30 V kleiner oder gleich etwa 0,3.
Gemäß einem Aspekt enthält das Innenfach mehr als 0 Gewichts-% bis kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen.
Gemäß einem weiteren Aspekt enthält das Innenfach ferner ein Polymer mit kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-%, einen oberflächenaktiven Stoff mit kleiner oder gleich etwa 1 Gewichts-% und einen Rest der mehreren Flüssigkristalle.
Gemäß einem Aspekt ist die elektrische Quelle dafür konfiguriert, eine Frequenz elektrischer Energie größer als 0 Hz bis kleiner oder gleich etwa 1 kHz anzulegen und weist sie eine Spannung größer oder etwa 1 V bis kleiner oder gleich etwa 1 kV auf.
Gemäß einem Aspekt ist die erste Elektrode bzw. die zweite Elektrode auf transparenten Substraten angeordnet. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode enthalten unabhängig ein elektrisch leitfähiges Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Indium-Zinn-Oxid, Metallnanodrähten, Metallteilchen, Gallium-Zink-Oxid, Aluminium-Gallium-Zink-Oxid, Poly(3,4-ethylendioxytiophen) (PEDOT) und Kombinationen davon.
Außerdem betrifft die vorliegende Offenbarung eine Anzeigevorrichtung. Die Anzeigevorrichtung enthält eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich erzeugt. Außerdem enthält die Anzeigevorrichtung ein Bilderzeugungssystem, das aus dem kohärenten Lichtstrahl ein Anzeigebild erzeugt. Das Bilderzeugungssystem enthält eine Flüssigkristallkomponente. Die Flüssigkristallkomponente enthält eine erste Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen, eine zweite Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen oder zu reflektieren, und wenigstens einen Abstandshalter, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um dazwischen ein Innenfach zu definieren. In dem Innenfach sind mehrere Flüssigkristalle angeordnet. Ferner sind in dem Innenfach mehrere Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser größer oder gleich etwa 450 nm und kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer (µm) angeordnet. Eine elektrische Quelle steht in elektrischer Verbindung mit der ersten und mit der zweiten Elektrode. In einem ersten Zustand ohne angelegte Spannung oder angelegten Strom zeigt ein gefilterter Lichtstrahl, der von der Flüssigkristallkomponente durchgelassen wird, einen ersten Speckle-Kontrast größer oder gleich etwa 0,6. In einem zweiten Zustand, wenn an die erste und die zweite Elektrode von der elektrischen Quelle eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, wird veranlasst, dass sich die mehreren Mikroteilchen innerhalb des Innenfachs bewegen und dass der gefilterte Lichtstrahl einen zweiten Speckle-Kontrast aufweist, der kleiner oder gleich etwa 0,6 ist.
Gemäß einem Aspekt enthält das Bilderzeugungssystem eine Bilderzeugungsvorrichtung. Die Flüssigkristallkomponente ist in dem Bilderzeugungssystem angeordnet: (i) bevor durch die Bilderzeugungsvorrichtung das Anzeigebild erzeugt wird, (ii) nachdem durch die Bilderzeugungsvorrichtung das Anzeigebild erzeugt wird, wobei die Flüssigkristallkomponente ein Projektionsbildschirm für das Anzeigebild ist, oder (iii) nachdem durch die Bilderzeugungsvorrichtung das Anzeigebild erzeugt wird, wobei das Bilderzeugungssystem ferner einen Projektionsbildschirm enthält und die Flüssigkristallkomponente zwischen der Bilderzeugungsvorrichtung und dem Projektionsbildschirm angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt ist der durchschnittliche Durchmesser der mehreren Mikroteilchen größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 Mikrometer. Die mehreren Mikroteilchen weisen eine Form auf, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kugeln, Ellipsoiden, Rechtecken, Mehrecken, Scheiben, Ellipsoiden, Toroiden, Kegeln, Pyramiden, Stäben, Zylindern und Kombinationen davon. Die mehreren Mikroteilchen enthalten ein Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Siliciumdioxid (SiO₂), Glas, Diamant, kubischem Zirconium- (ZrO₂-) Glas, Polymeren, Keramiken und Kombinationen davon.
Gemäß einem Aspekt ist der zweite Speckle-Kontrast bei einer angelegten Spannung größer oder gleich etwa 30 V kleiner oder gleich etwa 0,3.
Gemäß einem Aspekt enthält das Innenfach mehr als 0 Gewichts-% bis kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen.
Außerdem betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Mindern von Speckle in einer optischen Vorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle. Das Verfahren enthält das Lenken eines durch die kohärente Lichtquelle erzeugten kohärenten Lichtstrahls mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich, in einem Ultraviolettbereich oder in einem Infrarotbereich in Richtung einer Flüssigkristallkomponente. Die Flüssigkristallkomponente enthält eine erste Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen, eine zweite Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen oder zu reflektieren, und wenigstens einen Abstandshalter, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um dazwischen ein Innenfach zu definieren. Ferner enthält die Flüssigkristallkomponente mehrere Flüssigkristalle, die in dem Innenfach angeordnet sind, und mehrere Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer (µm), die in dem Innenfach angeordnet sind. Eine elektrische Quelle steht mit der ersten Elektrode und mit der zweiten Elektrode in elektrischer Verbindung. Das Verfahren enthält das Anlegen elektrischer Energie über die elektrische Quelle an die erste Elektrode und an die zweite Elektrode der Flüssigkristallkomponente, um einen Speckle-Kontrast des kohärenten Lichtstrahls auf kleiner oder gleich etwa 0,6 zu mindern.
Gemäß einem Aspekt weist die elektrische Energie eine Frequenz größer als 0 Hz bis kleiner oder gleich etwa 1 kHz und eine Spannung größer oder gleich etwa 1 V bis kleiner oder gleich etwa 1 kV auf.
Gemäß einem Aspekt ist der Speckle-Kontrast, wenn die elektrische Energie mit einer Spannung größer oder gleich etwa 30 V angelegt ist, kleiner oder gleich etwa 0,3.
Gemäß einem Aspekt ist der durchschnittliche Durchmesser der mehreren Mikroteilchen größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 Mikrometer. Die mehreren Mikroteilchen weisen eine Form auf, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kugeln, Ellipsoiden, Rechtecken, Mehrecken, Scheiben, Ellipsoiden, Toroiden, Kegeln, Pyramiden, Stäben, Zylindern und Kombinationen davon. Die mehreren Mikroteilchen enthalten ein Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Siliciumdioxid (SiO₂), Glas, Diamant, kubischem Zirconium- (ZrO₂-) Glas, Polymeren, Keramiken und Kombinationen davon.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung bestimmt und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken; es zeigen:

1 ein Beispiel eines Headup-Anzeige- (HUD-) Systems für ein Fahrzeug, das ein optisches Anzeigesystem gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthalten kann;
2A-2B gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitete Flüssigkristallkomponenten, die mehrere Mikroteilchen zum Mindern des Speckle-Kontrasts eines kohärenten Lichtstrahls enthalten. 2A zeigt einen ersten Betriebszustand ohne angelegte elektrische Energie, während 2B einen zweiten Betriebszustand mit angelegter elektrischer Energie zeigt;
3 ein Diagramm des Speckle-Kontrasts in Abhängigkeit von der Spannung für drei kohärente Lichtstrahlen (Laserlicht, das blaues Laserlicht mit einer Wellenlänge von 488 nm, rotes HeNe-Laserlicht mit 632,8 nm und grünes Diodenlaserlicht mit 532 nm enthält), die auf eine gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereiteten Flüssigkristallanzeigekomponente gelenkt werden;
4A-4F Laserlichtsignale in einem sichtbaren Bereich, die durch eine gemäß einer bestimmten Abwandlung der vorliegenden Offenbarung vorbereitete Flüssigkristallkomponente in einem ersten Betriebszustand ohne angelegte elektrische Energie (0 V) und in einem zweiten Betriebszustand mit angelegter elektrischer Energie (60 V) gehen;
5 eine Anzeigevorrichtungskonfiguration mit einer Flüssigkristallkomponente, die vor einer gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereiteten Bilderzeugungskomponente angeordnet ist;
6 eine andere Anzeigevorrichtungskonfiguration mit einer Flüssigkristallanzeigekomponente, die nach einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallkomponente als ein gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereiteter Projektionsbildschirm dient;
7 eine abermals andere Anzeigevorrichtungskonfiguration, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitet worden ist, mit einer Flüssigkristallanzeigekomponente, die nach einer Bilderzeugungsvorrichtung und einem Projektionsbildschirm angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallkomponente Speckle eines angezeigten Bilds auf einem Projektionsbildschirm mindert.

Entsprechende Bezugszeichen geben überall in den mehreren Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann auf dem Gebiet den Schutzumfang umfassend vermittelt, werden beispielhafte Ausführungsformen gegeben. Um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu schaffen, sind zahlreiche spezifische Einzelheiten wie etwa Beispiele spezifischer Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren dargelegt. Der Fachmann auf dem Gebiet wird würdigen, dass spezifische Einzelheiten nicht genutzt zu werden brauchen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass keine als Beschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung verstanden werden soll. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht beschränkend sein. Wie sie hier verwendet sind, kann beabsichtigt sein, dass die Singularformen „einer“, „eine“ und „das“, sofern der Kontext nicht zweifelsfrei etwas anderes vorschreibt, ebenfalls die Pluralformen enthalten. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ sind einschließend und spezifizieren somit die Anwesenheit der genannten Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Komponenten, schließen die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aber nicht aus. Obgleich der offene Begriff „umfassend“ als ein nichteinschränkender Begriff zu verstehen ist, der zur Beschreibung und Beanspruchung verschiedener hier dargelegter Ausführungsformen verwendet ist, kann der Begriff in bestimmten Aspekten alternativ stattdessen so zu verstehen sein, dass er wie etwa „bestehend aus“ oder „im Wesentlichen bestehend aus“ ein beschränkenderer und einschränkenderer Begriff ist. Somit enthält die vorliegende Offenbarung für irgendeine gegebene Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte angibt, ebenfalls spezifisch Ausführungsformen, die aus diesen angegebenen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritten bestehen oder im Wesentlichen bestehen. Im Fall von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform irgendwelche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte aus, während im Fall von „im Wesentlichen bestehend aus“ irgendwelche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften materiell beeinflussen, aus einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, irgendwelche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften nicht materiell beeinflussen, aber in der Ausführungsform enthalten sein können.
Sofern nicht eine Reihenfolge der Ausführung spezifisch identifiziert ist, sind irgendwelche hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen nicht so zu verstehen, dass sie notwendig ihre Ausführung in der diskutierten oder veranschaulichten besonderen Reihenfolge erfordern. Sofern nicht etwas anderes angegeben ist, können außerdem selbstverständlich zusätzliche oder alternative Schritte genutzt werden.
Wenn darauf Bezug genommen wird, dass eine Komponente, ein Element oder eine Schicht „an“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, kann sie bzw. es direkt an, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu darauf Bezug genommen wird, dass ein Element „direkt an“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet sind (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.), sind auf dieselbe Weise zu interpretieren. Wie der Begriff „und/oder“ hier verwendet ist, enthält er jegliche Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordnet aufgeführten Gegenstände.
Obgleich hier zur Beschreibung verschiedener Schritte, Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. verwendet sein können, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, durch diese Begriffe nicht beschränkt sein. Diese Begriffe können nur zur Unterscheidung eines Schritts, eines Elements, einer Komponente, eines Gebiets, einer Schicht oder eines Abschnitts von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Gebiet, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt verwendet sein. Sofern dies nicht zweifelsfrei durch den Kontext angegeben ist, bedeuten Begriffe wie etwa „erstes“, „zweites“ und andere Zahlwörter, wenn sie hier verwendet sind, keine Abfolge oder Reihenfolge. Somit könnten ein erster Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erstes Gebiet, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die im Folgenden diskutiert sind, als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweites Gebiet, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumliche oder zeitliche Relativbegriffe wie etwa „vor“, „nach“ „inneres“, äußeres" „unterhalb“, „unter“, „niedriger“ „über“ „oberes“ und dergleichen können hier zur Erleichterung der Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu anderen Element(en) oder Merkmal(en), wie sie in den Figuren dargestellt sind, verwendet sein. Räumliche oder zeitliche Relativbegriffe können dafür bestimmt sein, außer der in den Figuren gezeigten Orientierung andere Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems in Verwendung oder im Betrieb zu umfassen.
Überall in dieser Offenbarung repräsentieren die Zahlenwerte näherungsweise Maße oder Grenzwerte für Bereiche, die kleine Abweichungen von den gegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa demselben Wert, wie dem genau erwähnten Wert einschließen. Abgesehen von den Arbeitsbeispielen, die am Ende der ausführlichen Beschreibung gegeben sind, sind alle Zahlenwerte von Parametern (z. B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Patentschrift einschließlich der beigefügten Ansprüche unabhängig davon, ob vor dem Zahlenwert tatsächlich „etwa“ erscheint, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ geändert sind. „Etwa“ gibt an, dass die genannten Zahlenwerte eine geringfügige Ungenauigkeit (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit des Werts; näherungsweise oder sinnvoll nahe an dem Wert; nahezu) zulassen. Falls die durch „etwa“ gegebene Ungenauigkeit nicht auf andere Weise in dem Gebiet mit dieser normalen Bedeutung zu verstehen ist, gibt „etwa“, wie es hier verwendet ist, wenigstens Abweichungen an, die von normalen Verfahren der Messung und Verwendung solcher Parameter auftreten können. Zum Beispiel kann „etwa“ eine Änderung kleiner oder gleich 5 %, optional kleiner oder gleich 4 %, optional kleiner oder gleich 3 %, optional kleiner oder gleich 2 %, optional kleiner oder gleich 1 %, optional kleiner oder gleich 0,5 % und in bestimmten Aspekten optional kleiner oder gleich 0,1 % umfassen.
Außerdem enthält die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter geteilter Bereiche innerhalb des Gesamtbereichs einschließlich der Endpunkte und Teilbereiche, die für die Bereiche gegeben sind.
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen umfassender beschrieben.
Gemäß verschiedenen Aspekten betrifft die vorliegende Offenbarung ein verbessertes Anzeigesystem, das den Speckle-Kontrast minimiert, wobei das System eine kohärente Lichtquelle wie etwa einen Laser und eine Flüssigkristallkomponente, die mehrere Flüssigkristalle enthält, enthält. Als Hintergrund kann eine Größe des Laser-Speckles durch den Speckle-Kontrast repräsentiert werden. Der Speckle-Kontrast einer kohärenten Lichtquelle wie etwa von Laserlicht, das an einer Oberfläche reflektiert wird, wird als eine Standardabweichung einer gemessenen Intensität von Licht auf dieser Oberfläche, dividiert durch die durchschnittliche Intensität des Lichts, (z. B. ein Wert, der durch Dividieren der Standardabweichung der Intensitätsverteilung durch den Durchschnitt der Intensitätsverteilung erhalten wird) angesehen. Somit wäre die Standardabweichung von dem Durchschnitt null, so dass es das Speckle null gäbe, falls ein Bildschirm überall dieselbe Helligkeit hätte. Allerdings treten wegen der Kohärenz und des schmalen Spektrums eines Laserlichtstrahls Interferenzmuster auf. Somit erscheint eine Oberfläche, die mit Laserlicht beleuchtet wird, dunkle Gebiete und helle Gebiete oder ein Laser-Speckle aufzuweisen. Diese Laser-Speckle-Muster werden in der Netzhaut eines Betrachters gebildet und können sich mit der geringsten Bewegung ändern, was für Betrachter wie Fahrer und Insassen in einem Fahrzeug recht lästig sein kann. Ferner können Anzeigen mit einer hochkohärenten Laserlichtquelle (z. B. einem Laser) wegen des hohen Speckle-Kontrasts an körnigen Bildern leiden.
Allerdings kann der Speckle-Kontrast gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung durch die Aufnahme einer Flüssigkristallanzeigekomponente, die sowohl mehrere Flüssigkristalle als auch mehrere Mikroteilchen umfasst, gemindert werden. Ein „Mikroteilchen“, wie es hier verwendet ist, kann wenigstens eine Dimension aufweisen, die größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 25 Mikrometer ist. In bestimmten Aspekten kann ein Mikroteilchen, das zur Aufnahme in die Flüssigkristallanzeigekomponente gewählt ist, eine maximale Dimension aufweisen, die kleiner als die Dimensionen der Kammer oder des Fachs, die bzw. das die Flüssigkristalle und die Mikroteilchen enthält, ist, um zu ermöglichen, dass die Mikroteilchen darin wandern. In bestimmten Abwandlungen weist das Mikroteilchen wenigstens eine Dimension auf, die optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 10 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 10 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 5 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 5 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 2 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 2 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 1,6 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 1,6 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 nm und in bestimmten Abwandlungen optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 nm ist.
In bestimmten Aspekten können die mehreren in der Flüssigkristallkomponente enthaltenen Mikroteilchen einen durchschnittlichen Teilchengrößendurchmesser von größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 25 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 25 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer; optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 10 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 10 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 5 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 5 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 2 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 2 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 1,6 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 1,6 Mikrometer, optional größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 nm und in bestimmten Abwandlungen größer oder gleich etwa 500 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 nm aufweisen. Obgleich die in der vorliegenden Technologie verwendeten Mikroteilchen Teilchen mit Dimensionen unter 1 Mikrometer enthalten, wird angemerkt, dass die hier beschriebenen Mikroteilchen allgemein Mikroteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße kleiner als 450 nm nicht einschließen sollen, sofern nicht ein Konglomerat kleinerer Nanoteilchen gebildet wird und die minimale Größe erreicht, die eine Speckle-Kontrast-Minderung erreicht, da veranlasst wird, dass sich Teilchen mit einer Größe größer oder gleich etwa 450 nm, wenn ein elektrisches Feld angelegt ist; z. B. wegen der Bewegung der Flüssigkristalle, wenn das elektrische Feld angelegt ist, bewegen, so dass die Teilchen den Speckle-Kontrast mindern. Es wird davon ausgegangen, dass diese Erscheinung bei den kleineren Nanoteilchen nicht auftritt.
Die Mikroteilchen können eine Vielfalt von Formen, einschließlich als nichteinschränkendes Beispiel im Wesentlichen runde Formen wie Kugeln und Ellipsoide/Ovale, Rechtecke, Mehrecke, Scheiben/Rundscheiben, Ellipsoide, Toroide, Kegel, Pyramiden, Stäbe/Zylinder und dergleichen, aufweisen. Mikroteilchen mit verschiedenen Formen können ebenfalls miteinander kombiniert werden. In einer Abwandlung kann das Mikroteilchen eine Form mit mehreren planaren Flächen oder Facetten wie etwa Rechtecken, Mehrecken, Pyramiden und dergleichen umfassen. Die planaren Seiten oder Facetten können helfen, dass Licht gebeugt oder zerstreut wird, während es durch die Flüssigkristallkomponente geht. In anderen Aspekten kann das Mikroteilchen eine im Wesentlichen runde Form wie etwa Kugeln, Ellipsoide, Halbkugeln und dergleichen aufweisen.
In bestimmten Aspekten sind die Mikroteilchen für die Wellenlänge oder für das Band von Wellenlängen des durch die Laserlichtquelle oder durch den Laser erzeugten kohärenten Lichtstrahls transparent und nicht absorbierend. Wie es hier verwendet ist, soll „transparent“ bedeuten, dass ein Material oder eine Komponente für einen Zielbereich von Wellenlängen elektromagnetischer Energie, z. B. in dem sichtbaren, in dem Infrarot- und/oder in dem Ultraviolettwellenlängenbereich, durchlässig ist. Somit lässt ein transparentes Material oder eine transparente Komponente in bestimmten Aspekten größer oder gleich etwa 70 % elektromagnetischer Energie in dem vorgegebenen Bereich von Wellenlängen, optional größer oder gleich etwa 75 %, optional größer oder gleich etwa 80 %, optional größer oder gleich etwa 85 %, optional größer oder gleich 90 %, optional größer oder gleich etwa 95 % durch und werden in bestimmten bevorzugten Aspekten optional größer oder gleich etwa 98 % der elektromagnetischen Energie bei einer vorgegebenen Wellenlänge oder bei einem vorgegebenen Bereich von Wellenlängen (z. B. in dem sichtbaren und/oder in dem Infrarotbereich des Spektrums) durch das Material oder die Komponente durchgelassen.
Die vorgegebene Wellenlänge oder der vorgegebene Bereich von Wellenlängen kohärenten Lichts kann in dem sichtbaren, in dem Ultraviolett- (UV-) und in dem Infrarot- (IR-) Bereich sein. Besonders geeignete elektromagnetische Strahlung enthält sichtbares Licht mit Wellenlängen in dem Bereich von etwa 390 bis etwa 750 nm, Infrarotstrahlung (IR) (einschließlich Nahinfrarot (NIR) in dem Bereich von etwa 0,75 bis etwa 1,4 µm), Ultraviolettlicht (UV) mit Wellenlängen von etwa 100 nm bis etwa 390 nm. Zum Beispiel kann sichtbares Licht eine Wellenlänge in dem Bereich von etwa 625 nm bis 740 nm für Rot, etwa 590 nm bis etwa 625 nm für Orange, etwa 565 nm bis etwa 590 nm für Gelb, etwa 520 nm bis etwa 565 nm für Grün, etwa 500 nm bis etwa 520 nm für Blau oder Cyan, etwa 435 nm bis etwa 500 nm für Blau oder Indigo; und etwa 380 nm bis etwa 435 nm für Violett aufweisen.
In Abhängigkeit von der Anwendung, in der die Anzeige verwendet wird, können die Mikroteilchen für alle Wellenlängen in dem vorgegebenen Bereich transparent sein. Zum Beispiel ist die Transparenz für Wellenlängen in dem sichtbaren Bereich (oder wenigstens in einem Abschnitt des sichtbaren Bereichs) für Anzeigen erwünscht, ist die Transparenz in IR-Wellenlängen (oder in einem Abschnitt des IR-Bereichs) für LIDAR erwünscht und ist die Transparenz in UV-Wellenlängen (oder in einem Abschnitt des UV-Bereichs) für Lithografie erwünscht.
Somit können die Mikroteilchen aus einem transparenten Material für die vorgegebene Wellenlänge oder für den vorgegebenen Bereich von Wellenlängen gebildet sein. Die Mikroteilchen können aus einem Material gebildet sein, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Siliciumdioxid (SiO₂), Glas (das Silikate, Borsilikate und dergleichen enthalten kann), Diamant, kubischem Zirconium- (ZrO₂-) Glas, Polymeren, Keramiken und Kombinationen davon. Beispielhaft umfassen geeignete Mikroteilchen auf Polymergrundlage Polystyrol, umfassen geeignete Teilchen auf Keramikgrundlage als nichteinschränkende Beispiele Aluminiumoxid, Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminium-Granat Nd:YAG. In bestimmten Aspekten, in denen ein Wechselstrom angewendet wird, wird die Erzeugung einer elektrostatischen Ladung (auch als triboelektrische Ladung bekannt) minimiert, so dass ein elektrokinetisches Potential in den Mikroteilchen fehlt oder nahezu null ist.
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung sind Mikrokügelchen mit Flüssigkristallen gemischt. Die Bewegung der Mikrokügelchen wird durch die Flüssigkristallinstabilität in einem elektrischen Feld gesteuert. Die Bewegung von Flüssigkristallen in der Anwesenheit eines elektrischen Felds bewegt wiederum die Mikrokügelchen auf zufällige Weise. Durch die zeitliche Mittelung, die durch die Mikrokügelchenbewegung hervorgerufen wird, wenn eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, wird der Speckle-Kontrast gemindert. Die Teilchen-/Kolloidbewegung wird elektrisch anstatt über Brownsche Bewegung des Kolloids gesteuert. Zuvor haben sich Techniken zum Mindern des Laser-Speckles in Flüssigkristallkomponenten auf die physikalische Bewegung von Flüssigkristallteilchen über Drehung oder Schwingung konzentriert. Zum Beispiel kann ein Verfahren zum Mindern von Speckle das Aufnehmen eines Diffusors, der sich bewegt oder der schwingt, in den Weg des Laserstrahls enthalten. Wie im Folgenden diskutiert wird, schafft die vorliegende Offenbarung vorteilhaft optische Vorrichtungen, die frei von irgendwelchen motorisierten oder mechanisierten Teilen zum Drehen oder Schwingen sind. Ferner schaffen die durch die vorliegende Offenbarung geschaffenen Abwandlungen im Gegensatz zu anderen Techniken, die den Speckle-Kontrast (z. B. in der Abwesenheit eines angelegten elektrischen Felds) mindern könnten, einen geminderten Speckle-Kontrast, der durch Anlegen eines elektrischen Felds hervorgerufen wird.
Gemäß verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine optische Vorrichtung. Die optische Vorrichtung kann als nichteinschränkendes Beispiel wie oben angemerkt eine Anzeigevorrichtung sein, kann Teil eines LIDAR-Systems oder eines Lithographiesystems sein. 1 zeigt ein Beispiel eines Anzeigesystems, das in einem Fahrzeug verwendet werden kann. Genauer enthält 1 zur Veranschaulichung eine nichteinschränkende beispielhafte Implementierung eines Frontprojektions-Headup-Anzeige- (HUD-) Systems 50 für ein Fahrzeug. Das HUD 50 projiziert aus einer Öffnung 56 in einem Armaturenbrett 60 ein Bild 52 (ein virtuelles Bild) auf einen Abschnitt der Windschutzscheibe 54. Das Bild 52 enthält verschiedene Fahrzeuginformationen wie etwa eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Warnungen, einen aktuellen Gang eines Getriebes des Fahrzeugs, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs, aktuelle Infotainmentsystem-Einstellungen und/oder andere Fahrzeuginformationen. Das Bild 52 zeigt dem Fahrer des Fahrzeugs diese Informationen an, ohne dass der Fahrer die Kopfposition ändern oder eine Blickrichtung von vor dem Fahrzeug abwenden muss (z. B., ohne dass er von Objekten wegblicken muss).
Eine Bildquelle 70 erzeugt (z. B. projiziert) das Bild 52 auf der Grundlage von Signalen 72 von einem HUD-Steuermodul 74. Nur beispielhaft kann die Bildquelle 70 eine kohärente Lichtquelle enthalten, die einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in dem sichtbaren Bereich erzeugt. Somit kann die Lichtquelle 70 einen oder mehrere Laser 76 umfassen. Der bzw. die Laser 76 können beispielhaft rotes, grünes und blaues Licht erzeugen. Wo sie vorhanden ist, ist in der Bildquelle 70 ebenfalls eine Flüssigkristallvorrichtungs- (LCD-) Komponente 78 enthalten. Das HUD-Steuermodul 74 erzeugt auf der Grundlage von dem Fahrzeug empfangener Fahrzeugdaten 80 Signale 72, die an die Bildquelle 70 gesendet werden.
Das HUD-Steuermodul 74 kann die Fahrzeugdaten 80 z. B. von einem Kommunikationsbus des Fahrzeugs erhalten. Die Fahrzeugdaten 80 können z. B. die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Warnungen, einen aktuellen Gang eines Getriebes des Fahrzeugs, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs, aktuelle Infotainmentsystem-Einstellungen und/oder andere Fahrzeuginformationen enthalten.
Ein optionaler Reflektor 82 reflektiert das durch die Bildquelle 70 erzeugte Bild 52 durch die Öffnung 58 auf die Windschutzscheibe 54. Ein Betrachter kann das Bild 52 in dem Bereich, in dem das Bild 52 auf die Windschutzscheibe 54 projiziert wird, sehen. Gemäß verschiedenen Implementierungen kann der Reflektor 82 weggelassen sein und kann die Bildquelle 70 stattdessen dafür konfiguriert sein, das Bild 52 direkt auf die Windschutzscheibe 54 zu projizieren.
2A und 2B zeigen als nichteinschränkendes Beispiel eine Flüssigkristallkomponente 100 zur Verwendung in einem Anzeigesystem wie etwa der in 1 gezeigten HUD. Die Flüssigkristallkomponente 100 ist dafür konfiguriert, einen durch eine kohärente Lichtquelle oder durch einen Laser (wie den Laser 76 in 1) erzeugten kohärenten Lichtstrahl 110 zu empfangen und in bestimmten Betriebszuständen zu senden.
Die Flüssigkristallkomponente 100 kann eine erste Ausrichtungsschicht 130 und eine zweite Ausrichtungsschicht 140 enthalten. Ferner enthält die Flüssigkristallkomponente 100 eine erste Elektrode 132 und eine zweite Elektrode 142. Die erste Elektrode 132 kann für den kohärenten Lichtstrahl 110 transparent sein. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, kann die zweite Elektrode 142 in bestimmten Abwandlungen für den kohärenten Lichtstrahl 110 entweder transparent oder reflektierend sein. Die elektrisch leitfähigen Elemente (die erste und die zweite Elektrode 132, 142) sind benachbart zu einer ersten oder zu einer zweiten Ausrichtungsschicht 130, 140 angeordnet (die jeweils eine Oberflächenmorphologie aufweisen, die bei Anlegen eines Stroms daran eine vorgegebene Orientierung der Flüssigkristalle hervorruft). Die erste und die zweite Ausrichtungsschicht 130, 140 können komplementäre Oberflächenmorphologien aufweisen, die in bestimmten Abwandlungen für die Flüssigkristalle eine bevorzugte Orientierung hervorrufen können (im Folgenden beschrieben), wenn eine Spannung oder ein Strom angelegt wird, um zu ermöglichen, dass Licht durch die Flüssigkristalle durchgeht und sich dreht. Wie der Fachmann auf dem Gebiet würdigen wird, sind die erste Ausrichtungsschicht 130 und die zweite Ausrichtungsschicht 140 optionale Komponenten und können sie in bestimmten Abwandlungen, obgleich dies nicht gezeigt ist, mit der ersten Elektrode 132 und mit der zweite Elektrode 142 kombiniert sein, wenn eine Oberfläche jeder jeweiligen Elektrode, die den Flüssigkristallen zugewandt ist, gemustert ist. Die erste Elektrode 132 und eine zweite Elektrode 142 können unabhängig aus einer elektrisch leitfähigen Schicht gebildet sein. Wenn die erste Elektrode 132 und eine zweite Elektrode 142 transparent sind, kann das elektrisch leitfähige Material beispielhaft unabhängig aus der Gruppe gewählt sein, die besteht aus: Indium-Zinn-Oxid (ITO), Metallnanodrähten, Metallteilchen, Gallium-Zink-Oxid, Aluminium-Gallium-Zink-Oxid, Poly(3,4-ethylendioxytiophen) (PEDOT) und Kombinationen davon. Wenn die zweite Elektrode 142 reflektierend ist, kann sie als ein nichteinschränkendes Beispiel aus reflektierenden elektrisch leitfähigen Metallen wie etwa Aluminium oder Aluminiumlegierungen gebildet sein. Es wird angemerkt, dass die erste Elektrode 132 und die zweite Elektrode 142 aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein können.
Obgleich dies in 2A-2B nicht gezeigt ist, kann die transparente leitfähige Schicht in alternativen Abwandlungen gemustert sein. Es wird angemerkt, dass für den Betrieb bestimmter Flüssigkristalle keine Ausrichtungsschichten oder eine Musterung erforderlich sein können. Ferner können mehrere Schichten einschließlich beispielhaft mehrerer gemusterter Elektroden enthalten sein.
Die erste Elektrode 132 ist auf einem ersten transparenten Substrat 134 angeordnet. Die erste Elektrode 132 und das erste Substrat 134 sind dafür konfiguriert, wenigstens einen Teil des kohärenten Lichtstrahls 110 durchzulassen. Die zweite Elektrode 142 ist auf einem zweiten transparenten Substrat 144 angeordnet. In Abwandlungen, in denen das Anzeigesystem ein Rückprojektionssystem ist, sind die zweite Elektrode 142 und das zweite Substrat 144 dafür konfiguriert, wenigstens einen Teil des kohärenten Lichtstrahls 110 durchzulassen. In anderen Abwandlungen, in denen das Anzeigesystem ein Aufprojektionssystem ist, sind die zweite Elektrode 142 und/oder das zweite Substrat 144 dafür konfiguriert, wenigstens einen Teil des kohärenten Lichtstrahls 110 zu reflektieren. Somit kann die Flüssigkristallkomponente 100 als ein Projektionsbildschirm arbeiten. Für ein Rückprojektionsanzeigesystem, bei dem der Projektor und der Betrachter auf unterschiedlichen Seiten des Bildschirms (z. B. der Flüssigkristallkomponente 100) sind, müssen die zweite Elektrode 142 und das zweite Substrat 144 in der Lage sein, Licht durchzulassen. Für ein Aufprojektionsanzeigesystem, bei dem der Projektor und der Betrachter auf derselben Seite des Bildschirms (z. B. der Flüssigkristallkomponente 100) sind, können die zweite Elektrode 142 und/oder das zweite Substrat 144 reflektierend sein. Somit kann das Anzeigesystem wie etwa eine Headup-Anzeige durch die Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCoS-) Technologie hergestellt werden, in der eine Flüssigkristallanzeige (die Flüssigkristallkomponente 100) direkt auf einer Siliciumsubstratrückwandplatine hergestellt wird und unter dem Siliciumsubstrat ein Reflektor angeordnet wird.
In bestimmten Abwandlungen können das erste Substrat 134 und/oder das zweite Substrat 144 aus einem Material gebildet sein, das für den kohärenten Lichtstrahl 110 transparent ist, z. B. aus einem Glas (z. B. Siliciumdioxid oder einem Borsilikat) oder aus einem Polymer gebildet sein. Die erste Elektrode 132 ist auf einem ersten transparenten Substrat 134 angeordnet. In bestimmten Abwandlungen kann die erste Elektrode 132 auf dem ersten Substrat 134 beschichtet sein und kann die erste Ausrichtungsschicht 130 auf der ersten Elektrode 132 beschichtet sein. Gleichfalls kann die zweite Elektrode 142 auf dem zweiten Substrat 144 beschichtet sein und kann die zweite Ausrichtungsschicht 140 auf der zweiten Elektrode 142 beschichtet sein.
Außerdem enthält die Flüssigkristallkomponente 100 Abstandshalter 150, die zwischen der ersten Ausrichtungsschicht 130 und der ersten Elektrode 132 und zwischen der zweiten Ausrichtungsschicht 140 und der zweiten Elektrode 142 angeordnet sind. Somit definieren die Abstandshalter 50 eine äußere Begrenzung 152 eines Innenfachs 160 der Flüssigkristallkomponente 100. Somit kann das Innenfach 160 ein abgedichtetes Fach sein. In bestimmten Aspekten kann eine Dicke des Innenfachs (mit 120 bezeichnet) größer oder gleich etwa 1 Mikrometer (µm) bis kleiner oder gleich etwa 100 µm, optional größer oder gleich etwa 3 Mikrometer (µm) bis kleiner oder gleich etwa 50 µm und in bestimmten Abwandlungen optional größer oder gleich etwa 10 Mikrometer (µm) bis kleiner oder gleich etwa 20 µm sein.
In dem Innenfach 160 sind mehrere Flüssigkristalle 162 angeordnet. Die Flüssigkristalle 162 können eine Vielfalt verschiedener Flüssigkristalle, wie sie in dem Gebiet bekannt sind, einschließlich mit positiver dielektrischer Anisotropie (wobei eine Ausrichtungsschicht oder eine gemusterte Elektrode erforderlich ist) oder mit negativer Anisotropie (wobei keine gemusterte Elektrode erforderlich ist) sein. Die mehreren Flüssigkristalle 162 können nematische Flüssigkristalle, chirale nematische Flüssigkristalle, ferroelektrische Flüssigkristalle, Flüssigkristalle in der blauen Phase und dergleichen enthalten. In bestimmten Abwandlungen können die Flüssigkristalle 162 wie etwa negative nematische Flüssigkristalle eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen.
Ferner sind gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung mehrere Mikroteilchen 170 wie etwa die zuvor beschriebenen ebenfalls in dem Innenfach 160 angeordnet. Wie oben angemerkt wurde, ist es erwünscht, dass die Mikroteilchen 170 eine minimale Dimension größer oder gleich etwa 450 nm und eine maximale Dimension kleiner der Dicke 120 des Innenfachs 160 aufweisen, um zu ermöglichen, dass sie sich bewegen. Die Mikroteilchen 170 sind für das kohärente Licht 110 transparent.
Ein Medium oder Gemisch kann mehr als 0 Gewichts-% bis kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen 170 und größer oder gleich etwa 70 Gewichts-% bis kleiner als 100 Gewichts-% der mehreren Flüssigkristalle 162, optional mehr als 5 Gewichts-% oder kleiner oder gleich etwa 15 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen 170 und größer oder gleich etwa 85 Gewichts-% bis kleiner als 95 Gewichts-% der mehreren Flüssigkristalle 162, optional mehr als 8 Gewichts-% bis kleiner oder gleich etwa 12 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen 170 und größer oder gleich etwa 88 Gewichts-% bis kleiner als 92 Gewichts-% der mehreren Flüssigkristalle 162 umfassen. In einer Abwandlung umfasst das Medium etwa 10 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen 170 und etwa 90 Gewichts- % der mehreren Flüssigkristalle 162. In bestimmten anderen Abwandlungen enthält das Innenfach 160 ein Medium, das nicht nur Flüssigkristalle 162 und Mikroteilchen 170 umfasst, sondern das auch wenigstens eine zusätzliche Komponente wie etwa Polymere (bis zu etwa 30 Gewichts-%), oberflächenaktive Stoffe (bis zu etwa 1 Gewichts-%) enthalten kann, die dazu dienen, das elektrooptische Ansprechen der Materialien in dem Innenfach 160 der Flüssigkristallkomponente 100 zu verbessern. In bestimmten Abwandlungen kann ein Beispiel eines Polymers für die Aufnahme in das Innenfach einen optischen Klebstoff wie etwa Norland™ Optical Adhesives, reaktive Monomere und dergleichen enthalten. Geeignete oberflächenaktive Stoffe enthalten als nichteinschränkende Beispiele Natriumdodecylsulfonat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, polyethoxyliertes Octylphenol, Dimethylether von Tetradecylphosphonsäure, Tetrabutylammoniumbromid, Poly(alkohole), Ethylenoxid-/Propylenoxid-Copolymere und dergleichen.
Obgleich dies nicht gezeigt ist, können der Flüssigkristallkomponente 100 zusätzliche bekannte Komponenten wie etwa ein oder mehrere Diffusoren, Polarisatoren, Filter und dergleichen zugeordnet sein.
Die Flüssigkristallkomponente 100 steht in elektrischer Verbindung mit einer elektrischen Quelle 180. Die erste Elektrode 132 kann über eine erste Leitung 182 mit der elektrischen Quelle 180 elektrisch verbunden sein. Die zweite Elektrode 142 kann über eine zweite Leitung 184 mit der elektrischen Quelle 180 elektrisch verbunden sein. In der Schaltung ist wenigstens ein Schalter 186 vorgesehen, der, wie gezeigt ist, beispielhaft mit der zweiten Leitung 184 verbunden ist. Wie der Fachmann auf dem Gebiet würdigen wird, können in der Flüssigkristallkomponente 100 zusätzliche elektrische Kontakte und Kontaktbrücken vorgesehen sein, obgleich dies nicht gezeigt ist.
Wie in 2A gezeigt ist, ist der Schalter 186 in einem ersten Betriebszustand in einer offenen oder nicht aktivierten Position, so dass es keinen Stromkreis gibt und über die zweite Leitung 184 keine Spannung oder ein Strom fließt. Wie in 2A gezeigt ist, ist das elektrische Feld abgeschaltet und tritt aus der Flüssigkristallkomponente 100 kohärentes Licht 110 als eine erste Ausgabe 190 aus. Die erste Ausgabe 190 ist ein kohärenter Lichtstrahl, der durch das Innenfach 160 der Flüssigkristallkomponente 100 durchgelassen wird und, wie im Folgenden weiter beschrieben wird, z. B. einen Speckle-Kontrast über etwa 0,6 zeigt.
In einem in 2B gezeigten Betriebszustand ist der Schalter 186 in einer geschlossenen oder aktivierten Position, so dass ein Stromkreis gebildet ist und elektrische Energie (z. B. Wechselspannung) über den ersten Stromkreis 182 und den zweiten Stromkreis 184 fließt. In 2B ist das elektrische Feld eingeschaltet. Dadurch, dass an die Flüssigkristalle 162 in dem Innenfach 160 ein elektrisches Feld angelegt ist, werden die Flüssigkristalle destabilisiert und wird veranlasst, dass sie sich bewegen, was wiederum eine Bewegung und einen Fluss innerhalb des Innenfachs 160 verursacht. Außerdem veranlasst die Bewegung der Flüssigkristalle 162, dass sich die Mikroteilchen 170 in dem Innenfach 160 bewegen. Vorteilhaft mindert die Bewegung der Mikroteilchen 170 in dem zweiten Betriebszustand das Laser-Speckle. Eine während des zweiten Betriebszustands erzeugte zweite Ausgabe 192 ist nicht kohärent und mindert vorteilhaft den Speckle-Kontrast. Zum Beispiel kann für einen theoretischen Laser ohne irgendeine Flüssigkristallkomponente, der gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitet worden ist, ein unpolarisierter Laserfleck einen Speckle-Kontrast von etwa $1 / \sqrt{2} = 0,7$
aufweisen. Wenn das kohärente Licht von dem Laser in einem zweiten Betriebszustand durch eine Flüssigkristallkomponente geht, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitet wurde, ist ein Speckle-Kontrast kleiner oder gleich etwa 0,6, optional kleiner oder gleich etwa 0,5, optional kleiner oder gleich etwa 0,4, optional kleiner oder gleich etwa 0,3, optional kleiner oder gleich etwa 0,2, optional kleiner oder gleich 0,1, optional kleiner oder gleich etwa 0,05 und in bestimmten Abwandlungen optional kleiner oder gleich etwa 0,04. Ein Speckle-Kontrast von etwa 0,04 ist im Vergleich zu dem unbehandelten Laser mehr als 90 % Speckle-Minderung.
In bestimmten Aspekten kann eine Frequenz der durch die elektrische Quelle 180 angelegten elektrischen Energie eine Frequenz größer als 0 Hz bis kleiner oder gleich etwa 1 kHz, optional größer oder gleich etwa 1 Hz bis kleiner oder gleich etwa 500 Hz und in bestimmten Abwandlungen größer oder gleich etwa 1 Hz bis kleiner oder gleich etwa 250 Hz aufweisen. In bestimmten Aspekten kann eine durch die elektrische Quelle 180 angelegte Spannung größer oder etwa gleich 1 V bis kleiner oder gleich etwa 1 kV, optional größer oder gleich etwa 10 V bis kleiner oder gleich etwa 100 V und in bestimmten Abwandlungen größer oder gleich etwa 10 V bis kleiner oder gleich etwa 60 V sein. Angelegte elektrische Felder mit diesen Eigenschaften veranlassen eine Instabilität der Flüssigkristalle 162 und bewegen die Mikrokügelchen 170 somit zufällig. Somit wird der Speckle-Kontrast wegen einer Mittelungswirkung von den bewegten Mikrokügelchen gemindert. Der Betrag der Speckle-Kontrast-Minderung kann durch die Ansteuerspannungsbedingungen gesteuert werden, wobei eine höhere Spannung dazu neigt, eine stärkere Bewegung der Mikrokügelchen 170 und eine stärkere Minderung des Speckle-Kontrasts bereitzustellen.
3 ist ein Diagramm, das den Speckle-Kontrast in einer Flüssigkristallkomponente zeigt, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereitet wurde. Genauer ist der (durch die y-Achse 200 dargestellte) Speckle-Kontrast in Abhängigkeit von der (durch die x-Achse 210 in Volt dargestellten) Spannung dreier verschiedener kohärenter Licht- (z. B. Laser-) Quellen mit Wellenlängen von blauem Laserlicht bei einer Wellenlänge von 488 nm (durch 220 dargestellt), rotem HeNe-Laserlicht von 632,8 nm (durch 222 dargestellt) und grünem Diodenlaserlicht von 532 nm (durch 224 dargestellt) gezeigt. Anfangs ist der Speckle-Kontrast in der Flüssigkristallkomponente etwa 0,53 bei 0 V für Blau 220, 0,38 bei 0 V für Rot 222 und 0,21 bei 0 V für Grün 224. Durch 60 V wird der Speckle-Kontrast in der Flüssigkristallkomponente auf etwa 0,036 für Blau 220, 0,068 für Rot 222 und 0,046 für Grün 224 gemindert.
Um das Speckle zu messen, wird ein Laserstrahl aufgeweitet, so dass ein 3-mm-Fleck auf die Flüssigkristallvorrichtung auftrifft. Bei der Vorrichtung wird unter einem Winkel (wobei ein Winkel von 22,5 Grad verwendet wird, aber irgendein Winkel gemessen werden kann) ein Bild des Flecks aufgenommen. Die Lichtquelle und die Kamera sind auf gegenüberliegenden Seiten der Flüssigkristallvorrichtung.
Es können ebenfalls Bilder des Laserflecks auf einem Bildschirm aufgenommen werden, der irgendwo abwärts des Strahlwegs angeordnet sein kann.
Die Bilder werden als Bitmapbilder gespeichert. Die Bilder sind 3000 × 4000 Pixel und jedes Pixel weist drei Zahlen (Kanäle) auf, die in dem Bereich von 0-255 liegen. Es gibt jeweils einen Kanal für die rote, für die blaue und für die grüne Farbe. Dieses Bild wird schwarzweiß-konvertiert, was zu einem Kanal führt, der die Farbdichte jedes Pixels offenbart. Die Farbdichte ist ein skalierter Faktor der Intensität, so dass sie ein für die Verwendung geeigneter Wert ist.
An diesem Punkt werden Farbdichtewerte für ein Schwarzweißbild gemittelt. Angesichts der großen Anzahl von Datenpunkten werden die Informationen aus dem Durchmesser des Laserflecks extrahiert, was mehr als 1000 Datenpunkte bereitstellt. Die Außenränder des Flecks werden verworfen, da die Farbdichte näher an dem Rand bzw. an den Rändern abnimmt. Viele bekannte Softwareprodukte können den Mittelwert und die Standortabweichung eines Satzes von Datenpunkten geben. Um die hier beschriebene Analyse durchzuführen, werden die Softwareprogramme Easy Plot™ und Matlab™ verwendet. Wenn diese bestimmt worden sind, ist die Kontrastmessung fertig.
Da die Wellenlängen in dem Bereich des sichtbaren Lichts liegen, wird eine Kamera aufgestellt, um die Bedingungen des Auges zu simulieren. Die Kamera wird auf manuell eingestellt. Es wird eine Belichtung von 1/30 Sekunde verwendet, da diese nahe der menschlichen Bedingung ist. Eine Öffnung wird auf 6 eingestellt, um die menschliche Pupille zu repräsentieren. Die ISO-Zahl wird auf 80 eingestellt. Die Vergrößerung wird so eingestellt, dass ein Fleckdurchmesser von 1500 Pixeln erzielt wird. Der Raum ist so dunkel wie möglich. Daraufhin werden die Speckle-Kontrastwerte gemessen und berechnet.
Die 4A-4F zeigen Laserlichtsignale in einem sichtbaren Bereich, die durch eine Flüssigkristallkomponente gehen, die gemäß einer bestimmten Abwandlung der vorliegenden Offenbarung vorbereitet wurde. Die verwendeten Flüssigkristalle sind HNG715600, ein Flüssigkristall vom nematischen Typ mit negativen Delta epsilon. Die Mikroteilchen sind Silikatglas, das mit 5 Gew.-% zu den LC bereitgestellt ist. Die 4A-4B zeigen einen Laser mit einer Wellenlänge von etwa 633 nm, was rotem Licht entspricht, die 4B-4C zeigen einen Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm, was grünem Licht entspricht, und die 4D-4E zeigen einen Laser mit einer Wellenlänge von 488 nm, was blauem Licht entspricht. 4A, 4C und 4E zeigen das Laserlicht, das in einem ersten Betriebszustand, in dem kein elektrisches Feld angelegt ist, durch die Flüssigkristallkomponente geht. Wie zu sehen ist, gibt es sowohl für jeden der Laser mit rotem, grünem und blauem Licht ein Speckle. 4B, 4D und 4F zeigen das Laserlicht, das in einem zweiten Betriebszustand, in dem ein elektrisches Feld von 60 V angelegt ist, durch die Flüssigkristallkomponente geht. Wie zu sehen ist, ist der Speckle-Kontrast für jeden der Laser mit rotem, grünem und blauem Licht gemindert, so dass es eine wesentliche Minderung des Speckles gibt.
Die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorbereiteten Flüssigkristallkomponenten können in verschiedene Anzeigesystemkonfigurationen integriert werden. Somit wird eine Flüssigkristallkomponente geschaffen, die Speckle von Projektionsanzeigen, die kohärente Lichtquellen nutzen, mindert. Die Flüssigkristallkomponente oder Flüssigkristallvorrichtung kann in einer Vielzahl verschiedener Anzeigekonfigurationen, einschließlich bevor die Bilderzeugung stattfindet, um eine Speckle-Minderung von einer kohärenten Lichtquelle bereitzustellen; nachdem die Bilderzeugung stattfindet, wobei die Flüssigkristallkomponente als ein Projektionsbildschirm dient, oder nachdem die Bilderzeugung stattfindet, wobei die Flüssigkristallkomponente aber vor einem Projektionsbildschirm, auf dem das Bild erzeugt wird, als ein Filter dient, verwendet werden.
Gemäß einem in 5 gezeigten Beispiel enthält ein Anzeigesystem 250 eine Flüssigkristallkomponente 260 wie die in dem Kontext von 2A-2B beschriebene. Sofern dies nicht spezifisch diskutiert ist, sind der Kürze halber die verschiedenen Komponenten nicht erneut beschrieben, wobei sie aber selbstverständlich auf die gleiche Weise wie im Kontext von 2A-2B beschrieben vorhanden sein und fungieren können. Kurz gesagt enthält ein Innenfach 262 mehrere Flüssigkristalle 270 und mehrere Mikroteilchen 272. Die Flüssigkristallkomponente 260 ist in einem zweiten Betriebszustand gezeigt, in dem an das Innenfach 262 ein elektrisches Feld angelegt ist.
Obgleich die Flüssigkristallkomponente 260 als ein Teil eines Bilderzeugungssystems angesehen werden kann, das aus dem kohärenten Lichtstrahl ein Anzeigebild erzeugt, ist die Flüssigkristallkomponente 260 in 5 vor den Bilderzeugungskomponenten angeordnet, so dass die Speckle-Minderung von der Lichtquelle erzielt wird. Wie gezeigt ist, wird ein kohärentes Laserlichtsignal 274 von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) in Richtung der Flüssigkristallkomponente 260 gelenkt. Nachdem es durch die Flüssigkristallkomponente 260 gegangen ist, wird ein nicht kohärentes Lichtsignal 276 erzeugt. Das nicht kohärente Lichtsignal 276 geht in eine oder mehrere zusätzliche Anzeigekomponenten 280, die optische Kollimations- und Bilderzeugungsvorrichtungen enthalten können. Nachdem es durch die eine oder mehreren zusätzlichen Anzeigekomponenten 280 gegangen ist, wird ein Bild 290 erzeugt.
6 zeigt ein Anzeigesystem 300, bei dem eine Flüssigkristallkomponente 310 wie die im Kontext von 2A-2B beschriebene in einem Bilderzeugungssystem angeordnet ist, nachdem ein Bild erzeugt wird (wobei die Flüssigkristallkomponente 310 z. B. als ein Projektionsbildschirm dient). Sofern nicht spezifisch etwas anderes diskutiert ist, sind die verschiedenen Komponenten der Kürze halber nicht erneut beschrieben, sondern können sie selbstverständlich in derselben Weise, wie in dem Kontext von 2A-2B beschrieben wurde, vorhanden sein und fungieren. Kurz gesagt, enthält ein Innenfach 320 mehrere Flüssigkristalle 330 und mehrere Mikroteilchen 332. Die Flüssigkristallkomponente 310 ist in einem zweiten Betriebszustand gezeigt, in dem ein elektrisches Feld an das Innenfach 320 angelegt ist.
In 6 ist die Flüssigkristallkomponente 310 nach den Bilderzeugungskomponenten angeordnet, so dass in dem durch kohärentes Licht erzeugten Bild eine Speckle-Minderung auftritt. Wie gezeigt ist, wird ein kohärentes Laserlichtsignal 340 in Richtung einer Abbildungsvorrichtung 342 gelenkt. Die Bilderzeugungsvorrichtung 342 erzeugt ein Anzeigebild 344, das auf die Flüssigkristallkomponente 310 projiziert wird. Die Bilderzeugungsvorrichtung 342 kann typische Komponenten einschließlich der oben beschriebenen umfassen. Das Speckle in dem Bild 344 wird gemindert, während es auf die Flüssigkristallkomponente 310 projiziert wird.
In 7 ist eine abermals andere Abwandlung eines Anzeigesystems 350 gezeigt, bei dem eine Flüssigkristallkomponente 360 wie die in dem Kontext von 2A-2B beschriebene nachdem ein Bild erzeugt wird, aber vor einem Projektionsbildschirm angeordnet ist. Sofern dies nicht spezifisch diskutiert ist, sind der Kürze halber wieder verschiedene Komponenten nicht erneut beschrieben, wobei sie aber selbstverständlich auf dieselbe Weise, wie in dem Kontext von 2A-2B beschrieben ist, vorhanden sein und fungieren können. Kurz gesagt enthält ein Innenfach 370 mehrere Flüssigkristalle 380 und mehrere Mikroteilchen 382. Die Flüssigkristallkomponente 360 ist in einem zweiten Betriebszustand gezeigt, in dem ein elektrisches Feld an das Innenfach 370 angelegt ist.
In 7 ist die Flüssigkristallkomponente 360 nach einer Bilderzeugungsvorrichtung 390 angeordnet, die verschiedene Bilderzeugungskomponenten enthält, so dass in dem durch kohärentes Licht erzeugten angezeigten Bild eine Speckle-Minderung stattfindet. Wie gezeigt ist, wird kohärentes Laserlicht 392 in Richtung der Bilderzeugungsvorrichtung 390 gelenkt. Die Bilderzeugungsvorrichtung 390 erzeugt ein Bild 394, das durch die Flüssigkristallkomponente 360 durchgelassen wird. Ein Projektionsbildschirm 398 ist nach der Flüssigkristallkomponente 360 angeordnet. Das Speckle in dem Bild 394 wird gemindert, während es durch die Flüssigkristallkomponente 310 geht und auf den Projektionsbildschirm projiziert wird. Es wird angemerkt, dass die in 5-7 gezeigten Abwandlungen lediglich repräsentativ für Konfigurationen, die in Anzeigeanwendungen verwendet werden, und nicht einschränkend sind. Darüber hinaus können derartige Systeme eine Vielfalt von Komponenten enthalten, die auf den Gebieten der Anzeige und Optik bekannt, aber nicht gezeigt sind.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zur Veranschaulichung und Beschreibung gegeben worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Dieselbe kann ebenfalls auf viele Arten geändert werden. Solche Änderungen werden nicht als Abweichung von der Offenbarung angesehen und alle solchen Änderungen sollen in dem Schutzumfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Optische Vorrichtung, die umfasst: eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich, in einem Ultraviolettbereich oder in einem Infrarotbereich erzeugt; und eine Flüssigkristallkomponente, wobei der kohärente Lichtstrahl auf die Flüssigkristallkomponente gelenkt wird und wobei die Flüssigkristallkomponente umfasst: eine erste Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen; eine zweite Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen oder zu reflektieren; wenigstens einen Abstandshalter, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um dazwischen ein Innenfach zu definieren; mehrere in dem Innenfach angeordnete Flüssigkristalle; mehrere in dem Innenfach angeordnete Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer (µm); und eine elektrische Quelle in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode und mit der zweiten Elektrode, wobei in einem ersten Zustand ohne angelegte Spannung oder angelegten Strom ein gefilterter Lichtstrahl, der von der Flüssigkristallkomponente durchgelassen oder reflektiert wird, einen ersten Speckle-Kontrast größer oder gleich etwa 0,6 zeigt, und in einem zweiten Zustand, wenn an die erste und an die zweite Elektrode von der elektrischen Quelle eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, veranlasst wird, dass sich die mehreren Mikroteilchen innerhalb des Innenfachs bewegen und dass der gefilterte Lichtstrahl einen zweiten Speckle-Kontrast aufweist, der kleiner oder gleich etwa 0,6 ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallkomponente ferner eine erste Ausrichtungsschicht, die auf einer Oberfläche der ersten Elektrode angeordnet ist, und eine zweite Ausrichtungsschicht, die auf einer Oberfläche der zweiten Elektrode angeordnet ist, umfasst, wobei die erste Ausrichtungsschicht und die zweite Ausrichtungsschicht dafür konfiguriert sind, die mehreren Flüssigkristalle in dem Innenfach auszurichten.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Durchmesser der mehreren Mikroteilchen größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 700 Mikrometer ist und wobei die mehreren Mikroteilchen eine Form aufweisen, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Kugeln, Ellipsoiden, Rechtecken, Mehrecken, Scheiben, Ellipsoiden, Toroiden, Kegeln, Pyramiden, Stäben, Zylindern und Kombinationen davon.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Mikroteilchen ein Material umfassen, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Siliciumdioxid (SiO₂), Glas, Diamant, kubischem Zirconium- (ZrO₂-) Glas, Polymeren, Keramiken und Kombinationen davon.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Speckle-Kontrast bei einer angelegten Spannung größer oder gleich etwa 30 V kleiner oder gleich etwa 0,3 ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Innenfach mehr als 0 Gewichts-% bis kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-% der mehreren Mikroteilchen umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner ein Polymer mit kleiner oder gleich etwa 30 Gewichts-%, einen oberflächenaktiven Stoff mit kleiner oder gleich etwa 1 Gewichts-% und einen Rest der mehreren Flüssigkristalle umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Quelle dafür konfiguriert ist, eine Frequenz elektrischer Energie größer als 0 Hz bis kleiner oder gleich etwa 1 kHz und mit einer Spannung größer oder etwa gleich etwa 1 V bis kleiner oder gleich etwa 1 kV anzulegen.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode bzw. die zweite Elektrode auf transparenten Substraten angeordnet sind und wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode unabhängig ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Indium-Zinn-Oxid, Metallnanodrähten, Metallteilchen, Gallium-Zink-Oxid, Aluminium-Gallium-Zink-Oxid, Poly(3,4-ethylendioxytiophen) (PEDOT) und Kombinationen davon.
Anzeigevorrichtung, die umfasst: eine kohärente Lichtquelle, die einen kohärenten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich erzeugt; und ein Bilderzeugungssystem, das aus dem kohärenten Lichtstrahl ein Anzeigebild erzeugt, wobei das Bilderzeugungssystem eine Flüssigkristallkomponente umfasst, die umfasst: eine erste Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen; eine zweite Elektrode, die dafür konfiguriert ist, den kohärenten Lichtstrahl durchzulassen oder zu reflektieren; wenigstens einen Abstandshalter, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, um dazwischen ein Innenfach zu definieren; mehrere in dem Innenfach angeordnete Flüssigkristalle; mehrere in dem Innenfach angeordnete Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser größer oder gleich etwa 450 nm bis kleiner oder gleich etwa 20 Mikrometer (µm); und eine elektrische Quelle in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode und mit der zweiten Elektrode, wobei in einem ersten Zustand ohne angelegte Spannung oder angelegten Strom ein gefilterter Lichtstrahl, der von der Flüssigkristallkomponente durchgelassen oder reflektiert wird, einen ersten Speckle-Kontrast größer oder gleich etwa 0,6 zeigt, und in einem zweiten Zustand, wenn an die erste und an die zweite Elektrode von der elektrischen Quelle eine Spannung oder ein Strom angelegt ist, veranlasst wird, dass sich die mehreren Mikroteilchen innerhalb des Innenfachs bewegen und dass der gefilterte Lichtstrahl einen zweiten Speckle-Kontrast aufweist, der kleiner oder gleich etwa 0,6 ist.