[发明专利]用于控制光的形状和方向的设备

说明书

本发明涉及一种用于控制光的形状和方向的设备、以及包括这种设备的光照系统。

今天，在显示和照明应用中，存在控制光的发射的需要。这种需要就光发射方向以及所发射光的空间分布(例如，光束形状)两者而言均是适用的。

本领域的现有技术包括其中描述了用于相机聚焦板的美国专利5,122,888。

关于US 5,122,888中所述设备的一个缺点在于，其不能控制光的形状和方向。

因此，本发明的一个目的是克服关于现有技术的缺点。

所述目的通过根据所附权利要求的设备和系统来实现。

即，一种用于控制光的形状和方向的设备，包括：

-第一透明平面衬底和第二透明平面衬底，所述衬底被配置为基本垂直于入射光束来设置；

-液晶层，设置在所述第一衬底和第二衬底之间；

-设置在所述第一衬底上的第一透明电极图案和设置在所述第二衬底上的第二透明电极图案；以及

-控制装置，配置为调整在所述第一和第二电极图案之间的电势差，由此配置为调整所述液晶层的折射系数。

优选地，根据AC频率来控制所述电势差。

本发明的一个优点在于，其克服了关于现有技术设备的问题，同时避免了在控制光束形状和方向期间的光损失。

本发明的实施方式包括这样的实现，其中第一电极图案与第二电极图案基本相同。此外，第一电极图案和第二电极图案中的任意一个可以包括多个六边形特征。

在某些实施方式中，电极图案包括多个电极部分，每个部分被配置为相对于电势来独立地调整。

第一电极图案和第二电极图案的任意一个还可以是基本上无特色的。

还可能在图案化的电极顶部设置导体层，所述层具有量级为MΩ/平方的高表面阻抗。

电极图案可以包括基本上处于1-10μm间隔中的空间维度，并且可以在不具有高表面阻抗的区域中包括在10-100μm范围中的特征。第一衬底和第二衬底可以由处于5-50μm间隔的距离所分离。

用于所述电极的一种优选选择材料是氧化铟锡(ITO)。

该实施方式包括控制器，所述控制器配置为以0-20V(rms)间隔调整第一和第二电极图案之间的电势差。

在一个实施方式中，一种用于控制光的形状和方向的设备包括：如上所述的第一设备，其中液晶材料沿第一定向方向对准；以及如此的第二设备，其中液晶材料沿第二定向方向对准。

第一定向方向可以基本上垂直于所述第二定向方向，并且还可以基本上平行于所述第二定向方向。在此情况下，当定向平行时，设备进一步包括在所述第一设备和第二设备之间设置的半波板。

优选地，第一设备和第二设备这样设置以便避免在透射光的强度中出现局部最大值和最小值。

这种实施方式的优点在于，其对包括偏振光的光束提供了有效的控制。在不受控制的情况下，基本上不允许光通过这种设备。

在另一方面，通过包括如上所述的设备以及光源的光照系统来实现所述目的。

现在，将参考附图来描述本发明的实施方式。

图1是示意性示出的根据本发明的系统；

图2a和图2b是根据本发明的设备的示意性横截面视图；

图2c是图2a和图2b中的设备的示意性顶视图；

图2d示意性示出了覆盖有高表面阻抗层的电极图案的横截面；

图3和图4是说明关于根据本发明的设备的实验性结果的图示；

图5是根据本发明的设备的示意性横截面视图、以及折射系数分布的示意性图示；

图6a和图6b是被配置为控制偏振光的、根据本发明的设备的示意性框图；

图7和图8是根据本发明的设备的电极图案的示意性顶视图；

图9a和图9b是根据本发明的系统的示意性横截面视图。

现在转向图1，其中示出了围绕光轴105为中心的光照系统100的横截面。系统100包括：光源107，发射如光线109和111所示的光；以及具有由半径r所限定的空间幅度的、用于控制光的形状和方向的设备101。由用于控制光的形状和方向的设备101以影响方向和视准两者的方式来控制光109、111。在图1中，这由对准到焦点的光线109′和111′来说明，所述焦点由沿光轴105的焦距f来定义。角度θ定义了光线109′、111′的发散度，并且如本领域技术人员将认识到的那样，通过改变焦距f以根据简单关系：tan(θ)＝r/f来改变发散度θ。还示出了偏转角度α，这将在下面结合图5进行讨论。