液晶動(dòng)態(tài)光束控制裝置及制造方法制造方法及圖紙

從光源發(fā)出可變光束。光源可以是LED光源或其他光源。所述光源包括基本準(zhǔn)直光學(xué)器件，例如反射器或菲涅耳透鏡，可電控的LC裝置，例如一個(gè)多分散性LC膜，置于入射點(diǎn)光束的前方。優(yōu)選地，所述多分散的LC膜包括透明平面均勻的電極層。該LC裝置可以是與光源相互獨(dú)立的。所提出的方案提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)可控的，優(yōu)選為偏振獨(dú)立的和無像素的光束形狀光源模塊其包括一個(gè)可控的光束控制模塊和光源模塊，提供掃描儀光源的初始光束，照相機(jī)閃光燈，建筑、汽車或工業(yè)的照明裝置。

LCD Dynamic Beam Control Device and Manufacturing Method

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】液晶動(dòng)態(tài)光束控制裝置及制造方法本申請(qǐng)要求于2016年9月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/384,747和于2016年11月18日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/423,810的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
本專利申請(qǐng)涉及液晶光束色散控制裝置，其制造方法和集成到燈具或光源中。
技術(shù)介紹
可見光源可以是發(fā)光二極管，白熾燈泡，熒光燈源或電發(fā)光光源。對(duì)于也被稱為建筑照明的空間實(shí)用照明，已知使用反射鏡和/或透鏡來提供具有期望的準(zhǔn)直或發(fā)散的光源光束。然而，發(fā)光二極管(LED)目前正在新安裝以及替代以前的光源的情況中大規(guī)模地被應(yīng)用。這些LED光源已經(jīng)提供了顯著節(jié)能，和帶來了讓新興的應(yīng)用方式可以實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度和顏色的動(dòng)態(tài)控制以及支持LiFi(代替或與WiFi并行)的通信的可能性。光源中沒有提供光的空間形狀，發(fā)散、眩光和方向上的動(dòng)態(tài)控制。目前這是通過結(jié)合許多被指向不同方向的(數(shù)百個(gè))LED光源，并通過使用一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的電子設(shè)備來逐個(gè)控制它們。當(dāng)前已知的方案建議使用步進(jìn)電機(jī)和鏡子的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)來獲得光的空間控制。液晶(LC)材料已經(jīng)成功用于LC顯示器(LCD)和電可變成像透鏡(參見WO2009/153764)。在那些LC裝置中，通常使用電場(chǎng)來控制LC單元中LC材料的分子取向。分子取向的變化影響LC材料的局部折射率，并因此影響其折射率分布。這可以改變光的相位或其偏振方向。但是，為了控制光發(fā)散，需要非均勻(動(dòng)態(tài)可控的)折射率分布。特別是在LC透鏡控制應(yīng)用中，特定的折射率梯度變化可以產(chǎn)生所謂的梯度折射率(GRIN)透鏡。在LCD設(shè)備的另一種情況下，設(shè)置多個(gè)電極來實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制。此外，為了對(duì)非偏振光進(jìn)行操作，用于顯示器應(yīng)用的LCD裝置傳統(tǒng)上使用兩個(gè)偏振器，其將光效率(就背向觀察者的光傳輸方向而言)顯著降低到10％以下。由于使用偏振器產(chǎn)生有害的光效率減少，由此，申請(qǐng)人對(duì)于移動(dòng)成像應(yīng)用(手機(jī)電話攝像頭)發(fā)展了雙LC層結(jié)構(gòu)(每一層具有其基態(tài)的光軸垂直于另一層)，以提供不帶偏振器的電可變成像透鏡。上述提到的LC成像鏡頭通常限制在3個(gè)毫米的光通孔，這可以使用非分段(無像素)電極以進(jìn)行聚焦。然而，基于LED的照明系統(tǒng)通常使用藍(lán)色LED泵送熒光體層，其中光源是朗伯型(在光源的每個(gè)點(diǎn)處非常發(fā)散)。為了準(zhǔn)直這個(gè)光源，使用了各種類型的反射器。這提供了一個(gè)具有更多或更少的準(zhǔn)直的輸出光束(例如，10度，如光強(qiáng)度橫向分布的全寬半峰值，或FWHM測(cè)量)。此外，照明器的(采用這種光源)的光通孔通常可達(dá)100毫米一樣大。現(xiàn)有的基于LED的照明系統(tǒng)具有固定的光束色散(固定寬色散或固定點(diǎn)光束)。例如，圖1示出了來自CREE的市售LED光源在白色屏幕上投射的點(diǎn)光束。一個(gè)″單個(gè)光通孔″的方法不能提供足夠的調(diào)制(不同的光射線之間的光程差)，以產(chǎn)生光發(fā)散的一個(gè)顯著變化。因此，被投影的光束大小(點(diǎn)或片)將在設(shè)定的場(chǎng)景中保持幾乎相同的尺寸。這已經(jīng)產(chǎn)生了引入多個(gè)光通孔(像素化)組件的必要性，例如被配置為將色散添加到點(diǎn)光束的線性或圓形微透鏡的陣列。這種新穎的發(fā)展在2016年5月25日提交的國(guó)際申請(qǐng)PCT/CA2016/050589中描述，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。液晶光束成形裝置在專利文獻(xiàn)中也是已知的，例如2010年6月17日公開的US2010/0149444。這種裝置被放置在光束的光路中，其位于光源的發(fā)光部分的一定距離處。這樣的設(shè)備通常需要大約50V的電力供應(yīng)并要求對(duì)其操作進(jìn)行控制。圖1示出了來自CREE的市售LED光源在白色屏幕上投射的點(diǎn)光束。圖2示出了使用像素化LC光束成形裝置擴(kuò)展的點(diǎn)光束。可以在強(qiáng)度分布中觀察到十字形結(jié)構(gòu)。圖3示出了通過使用改進(jìn)的LC光束成形裝置擴(kuò)展的點(diǎn)光束。其中頑固的十字形結(jié)構(gòu)減少，而光束看起來更圓對(duì)稱。多光通孔組件的使用需要電極蝕刻的附加步驟從而增加了其制造成本。因此需要改進(jìn)制造動(dòng)態(tài)可變光束成形LC裝置的成本，同時(shí)保持光源的光束質(zhì)量。在一些應(yīng)用中，多光通孔組件的使用可能是合適的，然而，像無像素LC光束擴(kuò)展裝置一樣，將它們集成到光源中仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
從光源發(fā)出可變光束。光源可以是LED光源或其他光源。所述光源包括基本準(zhǔn)直光學(xué)器件，例如反射器或菲涅耳透鏡，可電控的LC裝置，例如一個(gè)多分散LC膜，置于入射點(diǎn)光束的前方。優(yōu)選地，所述多分散的LC膜包括透明平面均勻的電極層。該LC裝置可以是與光源相互獨(dú)立的。所提出的方案提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)可控的，優(yōu)選為偏振獨(dú)立的和無像素的光束形狀光源模塊，其包括一個(gè)可控的光束控制模塊和光源模塊，提供掃描儀光源的初始光束，照相機(jī)閃光燈，建筑、汽車或工業(yè)的照明裝置。當(dāng)前申請(qǐng)中公開了，在一些實(shí)施例中，LC裝置其中LC團(tuán)塊或液滴具有多分散的特點(diǎn)和它們的屬性(有效折射率)可以通過施加電場(chǎng)來動(dòng)態(tài)控制，例如優(yōu)選使用平面透明電極的均勻電場(chǎng)。這可以消除電極的像素化(因此該結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是單光通孔器件)以及消除偏振器。在一些實(shí)施方案中甚至單層多分散的復(fù)合材料(LC-聚合物，LC-顆粒等)可以被用于控制光擴(kuò)展角度。在一些其他實(shí)施例中，描述了兩層或多層這種復(fù)合材料，顯著降低了設(shè)備的成本。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與多分散性光束成形LC裝置的光學(xué)性能有關(guān)的許多特征，包括使用非像素化、基本上均勻的電極，從而不需要偏振器和形成單光通孔。根據(jù)所提出的解決方案，在光路中使用至少一種聚合物分散液晶(PDLC)的多分散LC液滴組件允許對(duì)透過光特性的控制。因此，根據(jù)所提出的解決方案的一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)控制的PDLC膜直接地且專門地在低發(fā)散光源的前端使用，以提供可變的色散控制。優(yōu)選地，PDLC膜包括透明平面的均勻電極層。按照提出的方案的另一實(shí)施例，主動(dòng)控制的PDLC膜，直接從電源驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)換器，或通過脈寬調(diào)制(PWM)被直接和專門地用在LED光源前面以提供可變色散控制。可以采用額外的直流電源或其他替代方案來實(shí)現(xiàn)色散控制。根據(jù)所提出的解決方案的另一個(gè)實(shí)施例，在光路中使用具有多分散LC團(tuán)塊的至少一個(gè)聚合物穩(wěn)定液晶(PSLC)組件允許控制透射光束特性。因此，根據(jù)所提出的解決方案的寬泛的方面，主動(dòng)控制的PSLC膜被直接且專門地用于低發(fā)散光源的前端以提供可變的色散控制。優(yōu)選地，PSLC膜包括透明平面的均勻電極層。根據(jù)所提出的解決方案的另一個(gè)實(shí)施方案中，在光路中使用至少兩個(gè)具有多分散LC團(tuán)塊的聚合物穩(wěn)定液晶(PSLC)組件允許在非偏振的入射光束的情況下對(duì)透過光特性進(jìn)行更好的控制。因此，根據(jù)所提出的解決方案的一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)控制的PSLC膜被直接且專門地在低發(fā)散光源之前采用，以提供可變的色散控制。這些PSLC膜優(yōu)選包括透明平面的均勻電極層。根據(jù)所提出的解決方案的另一實(shí)施例，在光路中使用具有多分散LC團(tuán)塊的至少一個(gè)微納米顆粒穩(wěn)定化液晶(MNP-SLC)組件允許控制透射光束特性。因此，根據(jù)所提出的解決方案的寬泛的方面，主動(dòng)控制的MNP-SLC膜被直接且專門地用于低發(fā)散光源的前端以提供可變色散控制。優(yōu)選地，MNP-SLC膜包括透明平面的均勻電極層。根據(jù)所提出的解決方案，可以采用空間非均勻，例如二維(2D)或三維(3D)結(jié)構(gòu)的多分散復(fù)合LC材料形態(tài)(例如周期性光柵等)來提供動(dòng)態(tài)光束角度擴(kuò)展，再次通常稱為(發(fā)散)色散控制。申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液晶裝置被安裝在光源的出射孔處時(shí)，可以從光源的點(diǎn)光本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種照明裝置，包括：光源，其產(chǎn)生點(diǎn)光束；無偏振器、無像素的液晶組件，用于對(duì)所述點(diǎn)光束進(jìn)行電可控地發(fā)散。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2016.09.08 US 62/384,747;2016.11.18 US 62/423,8101.一種照明裝置，包括：光源，其產(chǎn)生點(diǎn)光束；無偏振器、無像素的液晶組件，用于對(duì)所述點(diǎn)光束進(jìn)行電可控地發(fā)散。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液晶組件包括：聚合物分散液晶組件，其具有嵌入在聚合物基質(zhì)中的液晶團(tuán)塊和用于在所述團(tuán)塊上作用電場(chǎng)的電極，以在隨機(jī)取向發(fā)散狀態(tài)和根據(jù)所述電場(chǎng)有序取向狀態(tài)之間改變液晶取向，以形成低發(fā)散的點(diǎn)光束狀態(tài)。3.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括：發(fā)散控制電路，其被配置為向所述電極提供切換電源輸入線電壓，所述液晶組件包括所述聚合物分散的液晶組件和所述電極之間的間隔，且所述電極被選擇用以使用所述電源輸入線電壓以產(chǎn)生合適的電場(chǎng)。4.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括：光伏陣列，其連接到所述液晶組件，用于接收所述點(diǎn)光束的一部分，以提供電壓到所述電極。5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述光伏陣列提供的電壓高于50V。6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述液晶組件包括：高分子穩(wěn)定化液晶組件，其具有至少兩個(gè)聚合物穩(wěn)定的液晶團(tuán)塊的復(fù)合層，以及以對(duì)所述層提供電場(chǎng)的電極。7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述液晶組件包括多分散液晶團(tuán)塊。8.一種液晶光束控制裝置，包括：具有控制電極的液晶空間光調(diào)制器；光伏陣列，其布置成從所述光源接收光；驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路，其連接到所述光伏陣列，和響應(yīng)于輸入控制信號(hào)而輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到所述控制電極；和控制器，其響應(yīng)于命令信號(hào)，并輸出所述輸入控制信號(hào)。9.如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括：安裝框架，用于將所述液晶空間光調(diào)制器可移除地固定到光源，所述光伏陣列被連接到...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：迪格蘭·加爾斯蒂安，卡倫·阿薩特里安，弗拉底米爾·普雷尼亞科夫，阿拉姆·巴格拉姆亞恩，雅克·戈德溫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘭斯維克托公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó),US