TW202336517A - 可連續電控線性偏振旋轉器 - Google Patents

Abstract

一種可連續電控線性偏振旋轉器，包括一第一液晶盒具有一第一上基板、一第一下基板，及位於第一上基板、第一下基板之間的透明液晶層；及一第二液晶盒具有一第二上基板、一第二下基板，及位於第二上基板、第二下基板之間的透明液晶層；第一液晶盒、第二液晶盒滿足dΔn /λ=1.2~1.8的限制條件，λ為通過第一液晶盒、第二液晶盒的入射光波長，d為透明液晶層的厚度，Δn為透明液晶層的雙折射，第一下基板與第二上基板相對排列，且第一下基板與第二上基板的配向方向互相垂直，於兩液晶盒外加相同電壓且達到特定電壓值，可連續旋轉出射光的線偏振角度。

Description

可連續電控線性偏振旋轉器

本發明涉及線偏光偏振旋轉器的技術領域，尤其涉及一種可連續電控線性偏振旋轉器，具有可連續旋轉出射光線的偏振角度，且達到良好的線偏振程度。

目前市面上利用液晶材料製作的偏振旋轉器已被廣泛的運用，並且在業界亦已有相關的產品發行。

進一步，利用外加平行基板之電場而控制出射光的線偏振方向來製作電控線性偏振旋轉器，如CN100437266中國專利，其說明書第十三頁第三至五行所述，「當一個大於預先確定的電壓的電場施加到通過液晶層時，該液晶層採取一個基本上為90°的扭轉。由此，在這樣的實施例中，在施加電場的情況下，偏振旋轉器是工作的，而在不施加電場的情況下，偏振旋轉器是不工作的。」。

然而，目前為止，利用電控扭轉向列型液晶只會得到開／關(On／Off) 兩種出射光偏振旋轉角之切換，並沒有連續性；目前技術中，具有連續性之偏振旋轉器則需要固定入射光之線偏振方向與第一層液晶層之夾角在0°或90° 方能有效果。

本發明之主要目的，本發明利用兩個扭轉向列型液晶盒製作一可連續電控線性偏振旋轉器，利用於液晶盒上外加電壓且超過一特定電壓值後，可連續旋轉出射光線的偏振角度，並有良好的線偏振程度。

為了達成上述之目的與功效，本發明一種可連續電控線性偏振旋轉器的第一實施例，包括：

一第一液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板、一第一下基板，且該第一液晶盒填充有位於該第一上基板、第一下基板之間的一透明液晶層；以及

一第二液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第二上基板、一第二下基板，且該二液晶盒填充有位於該第二上基板、第二下基板之間的一透明液晶層。

該第一液晶盒、第二液晶盒滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒、第二液晶盒的入射光之波長，d為所述兩液晶盒之透明液晶層的厚度，Δn為所述透明液晶層的雙折射，該第一液晶盒以該第一下基板與該第二液晶盒之第二上基板相對應排列，且該第一液晶盒之第一下基板的配向方向與該第二液晶盒之第二上基板的第二配向方向為互相垂直正交，於該第一液晶盒、第二液晶盒施加電壓，以改變通過該第一液晶盒、第二液晶盒之後的出射光之線偏振方向。

本發明一種可連續電控線性偏振旋轉器的第二實施例，包括：

一第一液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板、一第一下基板，且該第一液晶盒填充有位於該第一上基板、第一下基板之間的一透明液晶層；

該第一液晶盒滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒的入射光之波長，d為所述該透明液晶層的厚度，Δn為所述透明液晶層的雙折射，於該第一液晶盒施加電壓，以改變通過該第一液晶盒之後的出射光之線偏振方向。

請參閱第一～八圖所示，本發明一種可連續電控線性偏振旋轉器，該旋轉器100的第一實施例，包括：

一第一液晶盒10，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板11、一第一下基板12，也就是說，該第一上基板11、該第一下基板12具有互相垂直的配向方向14，且該第一液晶盒10填充有位於該第一上基板11、第一下基板12之間的一透明液晶層13；以及

一第二液晶盒20，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第二上基板21、一第二下基板22，也就是說，該第二上基板21、第二下基板22具有互相垂直的第二配向方向24，且該二液晶盒20填充有位於該第二上基板21、第二下基板22之間的一透明液晶層23 。

該第一液晶盒10、第二液晶盒20滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20的入射光B之波長，d為所述該透明液晶層13、23的厚度，Δn為所述透明液晶層13、23的雙折射，該第一液晶盒10以該第一下基板12與該第二液晶盒20之第二上基板21相對應排列，且該第一液晶盒10之第一下基板12的配向方向14，與第二液晶盒20之第二上基板21的第二配向方向24為互相垂直正交，於該第一液晶盒10、第二液晶盒20施加電壓，以改變通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20之後的出射光C之線偏振方向。

前述為本發明主實施例之主要技術特徵，其對應本案申請專利範圍第一項的內容，得以詳知本發明之目的與實施型態，而其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵是為對申請專利範圍第一項內容的詳述或附加技術特徵，而非用以限制申請專利範圍第一項的界定範圍，應知本案申請專利範圍第一項不必要一定包含其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵。

接續上述內容，進一步詳述本發明之實施方式及其使用效果，由於本發明該第一液晶盒10以該第一下基板12與該第二液晶盒20之第二上基板21相對應排列，且該第一液晶盒10、第二液晶盒20滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，當分別施加相同電壓於該第一液晶盒10、第二液晶盒20，且能透過電控的方式改變該透明液晶層13、23的雙折射特性，而使得入射光B通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20後，其出射光C能夠有線偏振態上的 旋轉變化。

如第三圖所示，本發明以第一液晶盒10、第二液晶盒20前後排列之下，進一步配合設於第一液晶盒10前方的偏光片30及設於第二液晶盒20後方的分析儀40，依接近第一上基板11的液晶導軸方向111與入射光B的偏振方向15之間的不同夾角β，以β=0°、β=22.5°、β=45°、β=67.5°進行四組實驗，而由分析儀40接收通過第一液晶盒10、第二液晶盒20的出射光C，四種不同夾角β的實驗結果圖表如第四至七圖所示。

其中，β=0°的實驗結果圖表如第四圖所示，圖表的橫座標為施加電壓的變化，單位為伏特，而縱座標的左側為偏振旋轉角度，右側為線偏振度，由分析儀接收出射光C的線偏振度的變化以深色點線標示；而接收出射光C的線偏振旋轉角變化以淺色點線標示，當施加電壓的電壓從1伏特調高至4伏特過程中，其出射光C的線偏振旋轉角在施加電壓為1~1.5伏特之間的線偏振旋轉角為180°(如圖中的雙向箭頭所示)；當施加電壓由1.5伏特進一步逐漸調高至2伏特的過中，出射光C的線偏振旋轉角則有急速下降的變化，如圖中雙向箭頭所示的線偏振旋轉角為一路從150°、120°下降至90°；當施加電壓由2伏特進一步逐漸調高至3伏特的過中，則使出射光C的線偏振旋轉角有緩和下降的變化，如圖中雙向箭頭所示的線偏振旋轉角先下降至60°再下降至30°；當施加電壓由3伏特進一步逐漸調高至4伏特的過中，則使出射光C的線偏振旋轉角緩和下降至0°。

而β=22.5°、β=45°、β=67.5°的實驗結果圖表分別如第五、六、七圖所示，從圖中淺色點線所標示出射光C的線偏振旋轉角變化走向，顯示出在施加電壓由1伏特進一步逐漸調高至4伏特的過中，都能使出射光C的線偏振旋轉角得以能從180°轉變至0°的變化。

因此，由上實驗結果可知，本發明確實可透過於該第一液晶盒10、第二液晶盒20施加相同電壓的大小連續變化，而改變該透明液晶層13、23雙折射的電控方式，使得通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20之後的出射光C能夠從180°轉變至0°的線偏振角度連續變化。所以，如第八圖為本發明可連續電控線性偏振旋轉器操作變化示意圖，圖中之入射光B正向通過第一液晶盒10、第二液晶盒20之後的出射光C，會隨著該第一液晶盒10、第二液晶盒20的施壓電壓變化箭頭E而沿圖中箭頭方向提高放大時，而使出射光C的線偏振旋轉角度F會從0°轉變至180°之間的線偏振角度連續變化。

所以，相較現有技術的電控扭轉向列型液晶，只能得到沒有連續性的開／關(On／Off) 兩種出射光之線偏振旋轉角之切換；本發明該第一液晶盒10、第二液晶盒20滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制，且該第一液晶盒10之第一下基板12的配向方向14，與第二液晶盒20之第二上基板21的第二配向方向24為互相垂直正交，藉此配向方向排列能使通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20之後出射光C，能夠具有從180°轉變至0°的線偏振角度連續變化，確實具有進步性。

而且，若將本發明像素化，便能夠在空間中任意控制不同位置之線偏振方向，亦即偏振型空間光調製器(Polarization-Only Spatial Light Modulator) 之應用；相較於目前市面上的空間光調制器(Spatial light modulator, SLM) 主要為調整空間上不同位置的光場相位(Phase--Only)，本發明可將空間光調制器延伸為空間上線偏振角度調制的功能。

另外 ，本發明的低操作電壓，可整合至TFT（ Thin film transistor liquid crystal display，簡稱為TFT-LCD）使用，而且，操作上無需考慮入射光B之線偏振方向。

於下進一步細述本發明的各元件之特徵，在上述第一至八圖中，該第一上基板11、第一下基板12、第二上基板21、第二下基板22為內側鍍有透明導電膜A之透明膜狀結構，如第二圖所示；因此，使該第一液晶盒10、第二液晶盒20可以施加相同電壓於該透明液晶層13、23，並改變其雙折射特性 ，使得入射光B通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20後，其出射光C能夠有線偏振態方向上的變化。

其次，該透明液晶層13、23為正型向列型液晶。

再者，於該第一液晶盒10、第二液晶盒20施加相同電壓，且施加電壓垂直於該第一上基板11、第一下基板12、第二上基板21、第二下基板22表面方向；藉此，由控制外加電壓大小之連續變化，而使得通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20的出射光C能夠有從180°轉變至0°的線偏振角度連續變化。

另外，如第九至十一圖所示，本發明一種可連續電控線性偏振旋轉器，該旋轉器100的第二實施例包括：

一第一液晶盒10，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板11、一第一下基板12，也就是說，該第一上基板11、該第一下基板12具有互相垂直的配向方向14，且該第一液晶盒10填充有位於該第一上基板11、第一下基板12之間的一透明液晶層13。

其中，該第一液晶盒10滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒10的入射光B之波長，d為所述該透明液晶層13的厚度，Δn為所述該透明液晶層13的雙折射，於該第一液晶盒10施加電壓，以改變通過該第一液晶盒10之後的出射光C之線偏振方向。

如第十一圖為本發明第二實施例可連續電控線性偏振旋轉器操作變化示意圖，圖中所示之入射光B，當該入射光B偏振設定為與第一液晶盒10的第一上基板11配向方向夾角為0°或90°時，能使正向通過第一液晶盒10之後的出射光C，會隨著該第一液晶盒10的施壓電壓變化箭頭E(某一電壓值以上)沿圖中箭頭方向提高放大時，則使出射光C的線偏振旋轉角度F具有從0°轉變至90°之間的線偏振角度連續變化。因此，本發明第二實施例雖然必須限制入射光B偏振方向為與第一液晶盒10的第一上基板11配向方向夾角為0°或90°，但能得以使出射光C達到從0°轉變至90°之間的線偏振角度連續變化；相較現有技術的電控扭轉向列型液晶，只能得到沒有連續性的開／關(On／Off) 兩種出射光之線偏振旋轉角之切換，確實具有進步性。

所以，前述本發明第一實施例透過該第一液晶盒10、第二液晶盒20所構成該旋轉器100，以該第一下基板12與該第二液晶盒20之第二上基板21相對應排列，且使該第一液晶盒10之第一下基板12的配向方向14，與第二液晶盒20之第二上基板21的第二配向方向24互相垂直正交之下；而能於該第一液晶盒、第二液晶盒施加電壓時，得以使通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20之後的射光C進一步達到從0°轉變至180°之間的線偏振角度連續變化。而且，該入射光B之線偏振方向可為任意方向，也就是說該入射光B之線偏振方向可不受限制；因此，使用上可無需考慮入射光B之線偏振方向。

以下進一步細述本發明該轉器100第二實施例的各元件之特徵，在上述第九至十一圖中，該第一上基板11、第一下基板12為內側鍍有透明導電膜A之透明 膜狀結構。

而且，該透明液晶層13為正型向列型液晶。

最後，於該第一液晶盒10施加電壓，且施加電壓垂直於該第一上基板11、第一下基板12表面方向，能使出射光C的線偏振旋轉角度具有從0°轉變至90°之間的線偏振角度連續變化，但需限制入射光B偏振方向為與第一液晶盒的第一上基板配向方向夾角為0°或90 °。

如上所述，本發明藉由第一液晶盒10以該第一下基板12與該第二液晶盒20之第二上基板21的配向方向為互相垂直正交排列，且第一液晶盒10、第二液晶盒20滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，能確實突破目前現有的電控扭轉向列型液晶只能得到開／關(On／Off) 兩種出射光偏振旋轉角的切換，並無法達到連續性變化的困境，而達到以下優點：

１、透過於該第一液晶盒10、第二液晶盒20施加相同電壓的大小連續變化，而使得通過該第一液晶盒10、第二液晶盒20之後的出射光C能夠有從0°轉變至180°的線偏振角度連續變化。

２、本發明的低操作電壓，可整合至TFT使用，而且，操作上無需考慮入射光B之線偏振方向。

100:該旋轉器 10:第一液晶盒 11:第一上基板 111:接近第一上基板的液晶導軸方向 12:第一下基板 13:透明液晶層 14:配向方向 15:入射光的偏振方向 20:第二液晶盒 21:第二上基板 22:第二下基板 23:透明液晶層 24:第二配向方向 30:偏光片 40:分析儀 A:透明導電膜 B:入射光 C:出射光 E:施壓電壓變化箭頭 F:偏振旋轉角度 λ:入射光之波長 d:透明液晶層的厚度 Δn:透明液晶層的雙折射 β:夾角

第一圖為本發明第一液晶盒、第二液晶盒之立體示意圖。 第二圖為第一圖Ⅱ-Ⅱ線段之剖面示意圖。 第三圖為本發明設有位於第一液晶盒前方的偏光片及設於第二液晶盒後方的分析儀之立體分解示意圖。 第四圖為本發明以夾角β=0°進行大小連續變化的施加電壓實驗，使出射光從180°轉變至0°偏振角度連續變化的實驗結果圖。 第五圖為本發明以夾角β=22.5°進行大小連續變化的施加電壓實驗，使出射光從180°轉變至0°偏振角度連續變化的實驗結果圖。 第六圖為本發明以夾角β=45°進行大小連續變化的施加電壓實驗，使出射光從180°轉變至0°偏振角度連續變化的實驗結果圖。 第七圖為本發明以夾角β=67.5°進行大小連續變化的施加電壓實驗，使出射光從180°轉變至0°偏振角度連續變化的實驗結果圖。 第八圖為本發明可連續電控線性偏振旋轉器操作變化示意圖。 第九圖為本發明第二實施例之立體示意圖。 第十圖為第九圖X-X線段之剖面示意圖。 第十一圖為本發明第二實施例可連續電控線性偏振旋轉器操作變化示意圖。

100:該旋轉器

10:第一液晶盒

11:第一上基板

12:第一下基板

14:配向方向

20:第二液晶盒

21:第二上基板

22:第二下基板

24:第二配向方向

Claims (8)

1. 一種可連續電控線性偏振旋轉器，包括： 一第一液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板、一第一下基板，且該第一液晶盒填充有位於該第一上基板、第一下基板之間的一透明液晶層；以及 一第二液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第二上基板、一第二下基板，且該二液晶盒填充有位於該第二上基板、第二下基板之間的一透明液晶層； 該第一液晶盒、第二液晶盒滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒、第二液晶盒的入射光之波長，d為所述該透明液晶層的厚度，Δn為所述透明液晶層的雙折射，該第一液晶盒以該第一下基板與該第二液晶盒之第二上基板相對應排列，且該第一液晶盒之第一下基板的配向方向，與第二液晶盒之第二上基板的第二配向方向為互相垂直正交，於該第一液晶盒、第二液晶盒施加電壓，以改變通過該第一液晶盒、第二液晶盒之後的出射光之線偏振方向。
2. 如請求項1所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中該第一上基板、第一下基板、第二上基板、第二下基板為內側鍍有透明導電膜之透明 膜狀結構。
3. 如請求項1所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中該透明液晶層為正型向列型液晶。
4. 如請求項2所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中於該第一液晶盒、第二液晶盒施加相同電壓，且施加電壓垂直於該第一上基板、第一下基板、第二上基板、第二下基板表面方向，能使出射光的線偏振旋轉角度具有從0°轉變至180°之間的線偏振角度連續變化。
5. 一種可連續電控線性偏振旋轉器，包括： 一第一液晶盒，其具有經水平配向處理為垂直正交方向的一第一上基板、一第一下基板，且該第一液晶盒填充有位於該第一上基板、第一下基板之間的一透明液晶層； 該第一液晶盒滿足符合dΔn /λ=1.2~1.8之間的範圍限制條件，該λ為通過該第一液晶盒的入射光之波長，d為所述該透明液晶層的厚度，Δn為所述透明液晶層的雙折射，於該第一液晶盒施加電壓，以改變通過該第一液晶盒之後的出射光之線偏振方向。
6. 如請求項5所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中該第一上基板、第一下基板為內側鍍有透明導電膜之透明 膜狀結構。
7. 如請求項5所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中該透明液晶層為正型向列型液晶。
8. 如請求項6所述之可連續電控線性偏振旋轉器，其中於該第一液晶盒施加電壓，且施加電壓垂直於該第一上基板、第一下基板表面方向，能使出射光的線偏振旋轉角度具有從0°轉變至90°之間的線偏振角度連續變化，但需限制入射光偏振方向為與第一液晶盒的第一上基板配向方向夾角為0°或90°。

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