Переключаемый светофильтр Советский патент 1975 года по МПК G02B5/24 

пленку нематического жидкого кристалла 1, заключенную между двумя стеклами 2 и 3 с прозрачным проводящим покрытием 4 и 5, например, из двуокиси олова, и двух непрозрачных масок: входной 6 и выходной 7. Толщина пленки нематического жидкого кристалла задается прокладкой 8 из диэлектрика, например из фторопласта толщиной 5 - 50 мкм. Прозрачное покрытие 5 на стекле 2 сплошное и используется как общий электрод, а на стекле 3 частично вытравлено так, что получаются две гребенки 9 и 10 (фиг. 2) с взаимно проникающими зубцами. Период зубцов каждой из гребенок 2 d, отношение ширины зубца и зазора не имеет принципиального значения и может быть принято равным единице.

Входная маска 6 имеет параллельные зубцам гребенок щели 11, пропускающие падающий белый свет в виде отдельных лучей 12, которые после прохождения через пленку жидкого кристалла могут занимать относительно луча 12 положения 13, 14 или 15 в зависимости от управляющего напряжения (фиг. 3). Выходная маска 7 имеет щели 16, щирина которых и положение определенным образом, описанным ниже, согласованы со щелями в маске 6. Термостатирующее устройство, обеспечивающее поддержание температуры пленки жидкого кристалла в пределах области существования жидкокристаллической фазы, не приводится.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (без подачи управляющих напряжений) пленка жидкого кристалла прозрачна и лучи 12 белого света, проходя через пленку жидкого кристалла, распространяются по прямой и, попадая в положение 13 (фиг. 3), поглощаются выходной маской 7. На выход светофильтра через щели 16 поступает незначительная доля света, обусловленная рассеянием в пленке, отражениями от поверхностей стекол и частичной дифракцией на щелях маски 6.

Известно, что в нематических жидких кристаллах с отрицательной анизотронией диэлектрической постоянной при подаче электрического напряжения по величине больше порогового значения везникает электрооптический эффект - «динамическое рассеяние, в результате чего пленка жидкого кристалла становится молочно-белой и практически непрозрачной. В нематических жидких кристаллах с положительной анизотропией диэлектрической постоянной, под действием напряжения возникает электрооптический эффект - «индуцированная ориентация, в результате чего молекулы жидкого кристалла, ориентированные в исходном состоянии, например, хаотически, выстраиваются длинными осями вдоль силовых линий приложенного поля, так что участки, находящиеся под напряжением, отличаются по показателю преломления от невозбужденных участков.

При подаче управляющего напряжения на сплошной общий электрод (покрытие 5) и одну из гребенок 9 или 10 возникает поле с периодической структурой, и повторяет его. структуру система непрозрачных и прозрачных полос, если использован жидкий кристалл с отрицательной анизотропией, либо система полос с разными показателями преломления, если использован жидкий кристалл с положительной анизотропией. В первом случае система полос действует как амплитудная, во втором - как фазовая дифракционная рещетка с периодом 2 d, разлагая белый свет в дифракционный спектр, причем угловое положение максимумов определяется по формуле

s.n..|,

где ф - угол, под которым наблюдается максимум интенсивности света; л - длина волны наблюдаемого света; 2 d - период решетки;

гп - порядок спектра (принимает целые значения 1, 2, 3...).

Луч 12 белого света разложится на дифракционные спектры нескольких порядков, спектры ±1 порядка придутся на участки 14, где

под углом ф1 распространяется свет с длиной волны, например, 0,35 мкм (фиолетовый), а под углом ф2 -0,7 мкм (красный). Под углом ф2 в маске 7 расположены щели 16, которые пропускают свет на выход светофильтра. При подаче напряжения на одну из гребенок и общий электрод - это будет красный участок спектра. При подаче напряжения на общий электрод (покрытие 5) и обе гребенки 9 и 10 возникает дифракционная рещетка с вдвое меньщим периодом (d). Это приводит к тому, что спектры ± 1 порядка придутся на участки 15, а под углом фг будет распространяться свет с длиной волны вдвое меньшей, т. е. 0,35 мкм, так что на выход светофильтра проходить фиолетовая часть спектра. Таким образом, переключаемый светофильтр имеет три резко различимых состояния: в отсутствие управляющего напряжения не пропускает света; при подаче напряжения на общий электрод и одну из гребенок пропускает свет длины волны 2Л, при подаче напряжения на общий электрод и обе гребенки пропускает свет длины волны л. При заданиом периоде 2d спектральный

состав проходящего света определяется только положением и шириной щелей выходной маски 7, которая устанавливается при сборке светофильтра, поэтому в процессе экспуатации изменения температуры и показателя

преломлення пленки жидкого кристалла, абсолютная величина и неравномерность толщины пленки, изменения свойств жидкого кристалла по мере старения не влияют на спектральный состав. В зависимости от толщины

пленки жидкого кристалла, управляющего напряжения и выбранного соотношения ширины зубца и зазора гребенок при заданном периоде 2 d за счет краевых эффектов может изменяться соотношение ширины прозрачных и

непрозрачных участков дифракционных реше