TWI828255B - 光學變色裝置 - Google Patents
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Abstract
一種光學變色裝置,可與驅動電源電性連結,光學變色裝置包括第一偏振片、液晶層、相位延遲片及第二偏振片。第一偏振片將第一混合光轉為第一偏振混合光。液晶層位於第一偏振片後方,以接收偏振混合光且電性連接驅動電源,驅動電源驅動改變液晶層液晶分子的排列方向。相位延遲片位於液晶層後方以產生一第二偏振混合光。第二偏振片位於相位延遲片後方,藉由改變液晶層液晶分子的排列方向,改變第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而產生第二混合光,其中第二混合光的顏色不同於第一混合光。
Description
本發明關於一種光學變色裝置,特別是一種利用液晶層與相位延遲片將線偏光轉為不同波長形成不同離心率不同傾斜角的橢圓偏振混合光並經偏振片篩選以達到變色效果之光學變色裝置。
目前已有第一線偏片、液晶層及第二線偏片所構成電控變色太陽眼鏡。但電控變色太陽眼鏡只能調控明暗變化(調控鏡片的透光程度),而無法調控色溫(改變鏡片顏色)。電控變色太陽眼鏡鏡片的顏色在製造時就已決定,因為電控變色太陽眼鏡製造時,就已將第一線偏片與第二線偏片固定在特定的角度,所以電控變色太陽眼鏡成品定型後無法在再次變更第一線偏片與第二線偏片間的夾角讓鏡片變色。換句話說,電控變色太陽眼鏡於使用時已是固定色澤的狀態並非“使用時可調控變色”。再者,電控變色太陽眼鏡的液晶層,是為了使經過第一偏光片起偏的線偏光,可以藉由電控液晶使其偏振面旋轉至不同角度,克服第一線偏片與第二線偏片在製程結束之後,必須固定的情況。電控變色太陽眼鏡的架構雖一開始就有特定色系,該特定色系取決於第一線偏片與第二線偏片所夾角度,但電控變色太陽眼鏡無法在電控液晶時產生明顯色澤變化,且隨著施加電場的強度越大,液晶分子逐漸傾向電場方向排列而使得其雙折射效應遞減,造成變色的邊際效應越來越差。另外,目前也有機械式調整色溫的濾鏡,如:用於相機的偏光濾鏡,此種濾鏡雖具有線偏片、波片、線偏片的排列結構,但此種濾鏡需藉由機械轉動才能達到變色效果,故此類濾鏡的機構形狀必須是圓形,限制了此類產品僅用於相機,因此仍有必要對可變色光學裝置進行更深入的研究,拓展可變色光學裝置的可應用範圍。
本發明之主要目的係在提供一種利用液晶層與相位延遲片將線偏光轉為不同波長形成不同離心率不同傾斜角的橢圓偏振混合光並經偏振片篩選以達到變色效果之光學變色裝置。
為達成上述之目的,本發明之光學變色裝置,可與驅動電源電性連結,光學變色裝置包括第一偏振片、液晶層、相位延遲片及第二偏振片。第一偏振片將第一混合光轉為第一偏振混合光。液晶層位於第一偏振片後方,以接收第一偏振混合光且電性連接驅動電源,驅動電源驅動改變液晶層液晶分子的排列方向。相位延遲片位於液晶層後方以產生第二偏振混合光。第二偏振片位於相位延遲片後方,藉由改變液晶層液晶分子的排列方向,改變第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而產生第二混合光,其中第二混合光的顏色不同於第一混合光。
本發明另提供一種光學變色裝置,可與驅動電源電性連結,光學變色裝置包括第一偏振片、相位延遲片、液晶層及第二偏振片。第一偏振片將第一混合光轉為第一偏振混合光。相位延遲片位於第一偏振片後方以接收第一偏振混合光以產生一第二偏振混合光。液晶層位於相位延遲片後方且電性連接驅動電源,驅動電源驅動改變液晶層液晶分子的排列方向。第二偏振片位於液晶層後方,藉由改變液晶層液晶分子的排列方向,改變第二偏振混合光入射第二偏振片的角度而產生第二混合光,其中第二混合光的顏色不同於第一混合光。
藉由本發明之光學變色裝置利用相位延遲片並改變液晶層液晶分子的排列方向將線偏振狀態的混合光轉為不同離心率且不同傾斜角的橢圓偏振混合光,並利用偏振片篩選達到光學變色的效果。本發明相對於先前技術提及之電控變色太陽眼鏡,增加了一相位延遲片,則可以驅動電源改變液晶層液晶分子的排列方向的方式使得本發明之光學變色裝置在使用時於驅動電源可控範圍的色澤變化都非常明顯,更不會有隨著驅動電源的電壓調高而色澤變化越來越不明顯的問題。本發明之運作與機構形狀完全不受外框幾何形狀的約束,本發明之光學變色裝置可應用於眼鏡鏡片、看板、櫥窗、屏風、飾品等需要光學變色的裝置上,擴大了光學變色裝置的可應用領域,解決了現有技術中,電控太陽眼鏡或偏光濾鏡應用範圍過於限定的問題。
為能更瞭解本發明之技術內容,特舉較佳具體實施例說明如下。以下請一併參考圖1、圖2、圖3A至圖3C關於本發明之光學變色裝置之第一實施例之組示意圖、分解示意圖、本發明之偏振混合光、第二混合光之示意圖、及線偏振光之偏振面與相位延遲片入射夾角的示意圖。
如圖1與圖2所示,在第一實施例中,本發明之光學變色裝置1可與驅動電源20電性連結,且沿光傳遞方向A依序包括第一偏振片10、液晶層30、相位延遲片40及第二偏振片50。第一偏振片10將第一混合光61轉為第一偏振混合光62,在本實施例中,本發明之光學變色裝置1可以是眼鏡鏡片、光學廣告看板、布告板、櫥窗、屏風、飾品等等。第一偏振片10是線偏振片,第一混合光61可以是白光或連續光譜的可見光,也就是說,第一混合光61包括複數波長的光,但本發明不以此為限,只要第一混合光61至少包括兩種不同頻率的可見光即可。如圖3A所示,第一混合光61經第一偏振片10轉為會第一偏振混合光62,因本實施例之第一偏振片10是線偏振片,故本實施例之第一偏振混合光62為線偏振混合光,亦即第一偏振混合光62沿光傳遞方向平面投影為直線。
如圖1與圖2所示,在第一實施例中,液晶層30位於第一偏振片10後方,液晶層30接收第一偏振混合光62後產生第一偏振混合光62’,液晶層30電性連接驅動電源20,驅動電源20驅動改變液晶層30液晶分子的排列方向。在本實施例中,相位延遲片40為波片且位於液晶層30後方,相位延遲片40接收第一偏振混合光62’後產生橢圓偏振混合光64,第二偏振片50是線偏振片且位於相位延遲片40後方,藉由改變液晶層30液晶分子的排列方向,來改變第一偏振混合光62、62’入射相位延遲片40的角度後產生第二偏振混合光64,第二偏振混合光64為具有不同離心率與不同傾斜角的橢圓偏振混合光,經第二偏振片50篩選後使第二混合光65成為具有不同強度大小的線偏振混合光。具體來說,第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光)被第二偏振片50篩選切割之後,再次轉換回線偏振混合光(第二混合光65),此時因第二偏振片50偏振方向上的成分光的強度分布比例已經與第一混合光61有所不同,換言之,產生了色澤變化,使得第二混合光65與第一混合光61之間出現色溫差異而達到光學變色效果。
藉由第一偏振片10與相位延遲片40的組合,將第一混合光61轉換為第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光),而因為第一偏振混合光62包括複數波長的線偏振光,故經相位延遲片40作用後將形成複數離心率的第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光)。具體來說,請參考圖3A至圖3C,藉由控制液晶層30中液晶分子的排列方向,控制第一偏振混合光62之線偏振面621入射相位延遲片40的入射角度,亦即控制第一偏振混合光62之線偏振面入621與快軸B、慢軸C的交角,藉此改變橢圓的離心率而形成複數離心率的第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光)。再藉由第二偏振片50來篩選第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光)中與第二偏振片50同向的偏振分量,此時,離心率不同的第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光)會被第二偏振片50的偏振方向篩選出不同強度大小的線偏振混合光,此不同強度大小的線偏振混合光即為本案之第二混合光65,改變了原本第一混合光61的強度分布,達成變色效果。
在此須注意的是,相位延遲片40可為波片、四分之一波片或二分之一波片。一般所謂四分之一波片的四分之一是指對於特定波長的慢軸分量(圖3C所示),四分之一波片會將特定波長光的相位會延遲的四分之一波長,在該條件成立之下,請見如圖3C所示線偏振面入621與相位延遲片40形成之交線D,當線偏振面入621沿著與快軸、慢軸夾角θ為 45 度角入射時,射出光可形成橢圓偏振之特例,也就是圓偏振光。其他的入射角度則形成橢圓偏振光。由此可知,若入射光的波長,不為特定波長,不對應到四分之一波片的特定波長,則仍會形成橢圓偏振。事實上,相位延遲片40可為任意波片,任意波片都可達到前段所述線偏光轉換為橢圓偏光的效果,原因在於,不論四分之一波片或二分之一波片皆僅延遲混合光中單一特定波長光的相位會被延遲的四分之一波長,混合光中其他未對應於該單一特定波長的光,仍能轉換為橢圓偏振。
在此舉例說明前述原理,假設第一混合光61為環境入射可見光,其範圍為 350nm至800nm,例一:採用針對 波長500 nm 的四分之一波片,則對於環境入射可見光波長範圍為 350 nm ~ 800 nm ,針對 波長500 nm 的四分之一波片僅將波長為500 nm的光波轉為圓偏振,因為該波長完美對應該四分之一波片,第一混合光61中其他波長的成分光大多能形成不同離心率不同傾斜角的橢圓偏振(因為該四分之一波片僅完美的對應波長為500 nm的光)所以可以變色。例二:採用針對波長600 nm 的 二分之一波片,則除了波長 600 nm 的可見光無法轉換為橢圓偏振之外,第一混合光61中其他波長的成分光 (如:590 nm、580 nm、610 nm等),對該二分之一波片而言,該些波長皆非對應完美對應的二分之一波片,因此同理可證,在此狀況下,第一混合光61中大部分成分光仍可形成不同離心率不同傾斜角的橢圓偏振光,所以可以變色。換句話說,本發明之光學變色裝置1變色的精神,在於利用液晶層30中液晶分子的排列方向的不同扭轉角度,即可改變第一偏振混合光62(線偏振混合光) 之所在偏振面入射相位延遲片40的角度,藉此將第一偏振混合光62(線偏振混合光)轉為具有不同離心率與不同傾斜角的第二偏振混合光64(橢圓偏振混合光),再由第二線偏片 50 的偏振方向篩選出不同強度大小的線偏振混合光(第二混合光65)。
以下請繼續參考圖3A至圖3C,並一起參考圖4與圖5關於本發明之光學變色裝置之第二實施例之組示意圖、分解示意圖。
如圖4與圖5所示,在第二實施例中,本發明之光學變色裝置1a可與驅動電源20電性連結,且沿光傳遞方向A依序包括第一偏振片10、相位延遲片40、液晶層30及第二偏振片50。第一偏振片10將第一混合光61轉為第一偏振混合光62,在本實施例中,第一偏振片10是線偏振片,第一混合光61可以是白光或連續光譜的可見光,也就是說第一混合光61可包括複數波長的光,但本發明不以此為限,只要第一混合光61至少包括兩種不同頻率的可見光即可。如圖3A所示,第一混合光61經第一偏振片10轉為第一偏振混合光62,因本實施例之第一偏振片10是線偏振片,故本實施例之第一偏振混合光62為線偏振混合光,亦即第一偏振混合光62沿光傳遞方向平面投影為直線。
在本實施例中,如圖4與圖5所示,本實施例之相位延遲片40可為波片、四分之一波片或二分之一波片,相位延遲片40位於第一偏振片10後方以接收第一偏振混合光62以產生第二偏振混合光64’(橢圓偏振混合光),液晶層30位於相位延遲片40後方並接收第二偏振混合光64’(橢圓偏振混合光)以產生第二偏振混合光64”(橢圓偏振混合光),其中第二偏振混合光64”(橢圓偏振混合光)為具有不同離心率與不同傾斜角的橢圓偏振混合光。 液晶層30電性連接驅動電源20,驅動電源20驅動改變液晶層30液晶分子的排列方向,第二偏振片50位於液晶層30後方並藉由改變液晶層30液晶分子的排列方向,以轉動第二偏振混合光64”(橢圓偏振混合光)的傾斜角,再經第二偏振片50篩選後而產生第二混合光65,其中第二混合光65為具有不同強度大小的線偏振混合光。具體來說,第二偏振混合光64” (橢圓偏振混合光)所包含之具有不同離心率與不同傾斜角的橢圓偏振混合光被第二偏振片50篩選切割之後,再次轉換回線偏振混合光(第二混合光65),此時第二偏振片50偏振方向上的成分光的強度分布比例已經與第一混合光61有所不同,換言之,產生了色澤變化,使得第二混合光65與第一混合光61之間出現色溫差異而達到光學變色效果。
本發明之光學變色裝置1、1a藉由將相位延遲片40並改變液晶層30液晶分子的排列方向來轉動不同離心率且不同傾斜角的橢圓偏振混合光入射第二偏振片50的角度,藉此篩選以達到光學變色的效果,使得本發明之光學變色裝置1、1a在使用時於驅動電源20可控範圍的色澤變化都非常明顯,更不會有隨著驅動電源30的電壓調高而色澤變化越來越不明顯的問題。此外,本發明之光學變色裝置1、1a之運作與機構形狀完全不受外框幾何形狀的約束,本發明之光學變色裝置可應用於眼鏡鏡片、看板、櫥窗、屏風、飾品等需要光學變色的裝置上,擴大了光學變色裝置的可應用領域,解決了現有技術中,電控太陽眼鏡或偏光濾鏡應用範圍過於限定的問題。
應注意的是,上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已,本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
1、1a:光學變色裝置10:第一偏振片
20:驅動電源30:液晶層
40:相位延遲片50:第二偏振片
61:第一混合光62、62’:第一偏振混合光
65:第二混合光A:光傳遞方向
B:快軸C:慢軸
D:交線621:入射光偏振面
θ:夾角64、64’、64’’:第二偏振混合光
圖1係本發明之光學變色裝置之第一實施例之組合示意圖。
圖2係本發明之光學變色裝置之第一實施例之分解示意圖。
圖3A係本發明之偏振混合光之示意圖。
圖3B係本發明之第二混合光之示意圖。
圖3C係線偏振光之偏振面與相位延遲片入射夾角的示意圖。
圖4係本發明之光學變色裝置之第二實施例之組合示意圖。
圖5係本發明之光學變色裝置之第二實施例之分解示意圖。
1a:光學變色裝置
10:第一偏振片
20:驅動電源
30:液晶層
40:相位延遲片
50:第二偏振片
61:第一混合光
62、62’:第一偏振混合光
65:第二混合光
A:光傳遞方向
64:第二偏振混合光
Claims (6)
- 一種光學變色裝置,可與一驅動電源電性連結,該光學變色裝置包括:一第一線偏振片,用以將一第一混合光轉為一第一線偏振混合光;一液晶層,位於該第一線偏振片後方,以接收該第一線偏振混合光且電性連接該驅動電源;一相位延遲片,位於該液晶層後方,藉由該驅動電源驅動改變該液晶層液晶分子的排列方向控制該第一偏振混合光之線偏振面與該相位延遲片之快軸、慢軸的夾角以產生一第二偏振混合光;以及一第二線偏振片,位於該相位延遲片後方,以產生一第二線偏振混合光,其中該第二線偏振混合光的顏色不同於該第一混合光。
- 如請求項1所述之光學變色裝置,其中該第二偏振混合光為橢圓偏振混合光。
- 如請求項1所述之光學變色裝置,其中該相位延遲片為一波片。
- 一種光學變色裝置,可與一驅動電源電性連結,該光學變色裝置包括:一第一線偏振片,用以將一第一混合光轉為一第一線偏振混合光;一相位延遲片,位於該第一線偏振片後方,以接收該第一線偏振混合光以產生一第二偏振混合光; 一液晶層,位於該相位延遲片後方且電性連接該驅動電源,該驅動電源驅動改變該液晶層液晶分子的排列方向控制該晶層與該相位延遲片之快軸、慢軸的夾角以轉動該第二偏振混合光的傾斜角;以及一第二線偏振片,位於該液晶層後方,以接收該第二偏振混合光並產生一第二線偏振混合光,其中該第二線偏振混合光的顏色不同於該第一混合光。
- 如請求項4所述之光學變色裝置,其中該第二偏振混合光為橢圓偏振混合光。
- 如請求項4所述之光學變色裝置,其中該相位延遲片為一波片。
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