[发明专利]宽光带的透光度可变的光学器件及混合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月4日提交的名称为宽光带的透光度可变的光学器件及混合物（WIDE BAND VARIABLE TRANSMITTANCE OPTICAL DEVICE AND MIXTURE）的美国临时专利申请序列号61/389,444的优先权以及任何其他权益，将其全部披露内容通过引用全部结合在此。

背景

可以在高透光率（transmission）的“明”态与低透光率的“暗”态之间迅速变化的透射率可变的眼镜防护器件（玻璃、风镜、护目镜、等）具有许多超越固定透光率的眼镜防护器件的优点并且是高度希望的。尤其有用的特征是使这种迅速的变化能够按要求发生，不论在佩戴者接触按钮来手动地发生，或者在一个光传感器和电子电路的控制下自动地发生。

早先的创造按需时透射率可变的眼镜防护器件的尝试利用了多种液晶系统，使用了液晶分子随着外部电场的应用而改变其取向的能力。

液晶材料器件可以广泛地分类为基于偏振器的系统（它包括至少一个偏振器）或客体-主体系统。这些基于偏振器的系统在其中暗态透光率是最重要的参数的多种应用中使用。具体地，它们在其中必须获得最小透光率（接近零）条件时被使用。此类应用包括平板显示器连同焊接头盔和3D玻璃。然而，偏振器限制了该器件的透光率，经常是远低于仅50%透光率的理论限制。另一方面，客体-主体材料传统上被用于其中宽视角和/或真色彩饱和度是重要的显示器应用。例子包括允许驾驶员和副驾驶员观察同一图像的座舱显示器。客体-主体系统更好地适合于眼镜防护器件，因为它们允许潜在的透光水平高于50%。事实上，一些专利（参见，例如Palffy-Muhoray等人，2001年5月29日批准的美国PAT号6,239,778）建议使用用于眼镜防护应用的客体-主体，其中该客体-主体器件由一种液晶“主体”和包含在一个基片对之间的二色性染料“客体”的混合物组成。该液晶“主体”包括非偏振的液晶材料，该材料具有一个通过调节在这些基片上施加的电压而可变的取向轴线，该取向轴线可以在一个明态取向和一个与其垂直的暗态取向之间变化。该染料“客体”混合物包括多种二色性染料，这些二色性染料溶解在该液晶主体内并且与该液晶材料的取向对齐。这种途径的一个商业实施例是Magic^TMSki Goggles，它使用了一种客体-主体液晶系统以及塑料基片（Park等人的，2009年7月28日批准的美国专利号7,567,306）。

总体上，所希望的是此类透光度可变的液晶光学器件具有良好的光学特性同时使用塑料基片来显示宽的透光率摆幅（在明与暗态之间的宽的差异）并且吸收跨过最宽可能的光带的光以便将明态与暗态之间的差异最小化。

然而，对于眼镜防护应用目前不存在提供大于175nm的宽光带吸收的商业液晶客体主体器件。这是因为与客体主体系统的使用相关的知识是基于早先的显示器应用知识，这种知识并没有提供对于制造一种成功的宽光带眼镜防护器件所必须的参数的指导。与眼镜防护器件相比，液晶显示器具有非常不同的性能要求。例如，液晶显示器传统上使用玻璃基片，而适合于眼镜防护的光学器件优选是基于塑料的。玻璃和塑料具有非常不同的特性；眼睛对于某些参数的敏感度使得对于显示器应用可行的塑料产品对于眼镜防护应用是不可接受的。例如，视觉变形的非均匀性在眼镜防护应用中是最重要的。这样，使得传统的显示器材料或配置对于眼镜防护应用是不能接受的。

用于表征客体-主体系统的分析参数包括：吸收光谱、混合物的有序参数、介电各项异性的类型（正或负）、以及液晶-客体混合物的向列相到各向同性的温度（T_NI）（B.Bahadur.“Dichroic liquid crystal displays.（二色性液晶显示器）”In Liquid Crystals-Applications and Uses[液晶-应用程序和使用](第3卷)(第65-208页),1992,新加坡：世界科技出版社）。此外，一个器件可以通过所使用的基片类型和厚度、不存在电场时的液晶对齐、单元的厚度、透光率摆幅、光学变形、以及单元的单元空隙、连同手性液晶材料的间距、以及该混合物的“厚度与间距”比（d/p）进行表征。任何器件的性能通过这些参数的选择来指示，这些参数本身是内在相关的。但是，对于商用的客体-主体器件之间的参数的相互作用的确切性质没有进行分析或说明。