SI22066A - Tekoce kristalni preklopni svetlobni filter s spremenljivim kontrastom in sirokim vidnim kotom - Google Patents

Abstract

Izum opisuje nov koncept TK preklopnih svetlobnihfiltrov, ki omogocajo visoke zatemnitve, zvezno nastavljive pod kontrolo elektricnega polja (do najmanj 100.000), optimizirane / simetrizirane za vpad svetlobe vzdolz normale na ravnino TK preklopnika. Novi TK preklopni svetlobni filter kaze tudi zelo majhno odvisnost zatemnitve za vpad svetlobe pod koti manjsimi od pravega kota znotraj stozca 15 stopinj kot doloca mednarodni varnostni predpis EN379 za osebno zascitno opremo. Po izumu je problem resen z modifikacijo splosnega principa TN TK prikazalnikov z visokim kotom zasuka TK strukture, kar omogoca tako prilagoditev krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti specificnim potrebam krmilne elektronike kot tudi simetrizacijo dvolomnih lastnosti, in s tem visoko stopnjo kotne kompenzacije preklopnega svetlobnega filtra.

Description

TEKOČE KRISTALNI PREKLOPNI SVETLOBNI FILTER S SPREMENLJIVIM KONTRASTOM IN ŠIROKIM VIDNIM KOTOM

Predmet izuma so tekoče kristalni (TK) preklopni svetlobni filtri z visokim kontrastom in širokim vidnim kotom, optimizirani za specifične zahteve, zlasti pri sredstvih za zaščito oči, po priporočilu in zahtevah predpisov EN 379 in drugih, kot tudi njihova izdelava in delovanje. Izum sodi na področje TK preklopnih svetlobnih filtrov, s katerimi je mogoče doseči zelo visoke zatemnitve, ki so zvezno nastavljive pod kontrolo električnega polja do > 100.000. Po izumu so omenjeni filtri optimizirani / simetrizirani za vpad svetlobe vzdolž normale na ravnino TK preklopnika. Istočasno morajo taki filtri ustrezati zahtevi, da mora biti zatemnitev učinkovita tudi, kadar svetloba vpada na svetlobni preklopni filter pod koti, ki so manjši od pravega kota in tvorijo stožce z določenimi koti okoli normale, skladno z mednarodnim varnostnim predpisom EN 379 za osebno zaščitno opremo.

Taki svetlobni preklopni filtri se uporabljajo predvsem pri sredstvih za zaščito oči, npr. pri zaščitnih filtrih v varilskih čeladah, pri stereo viziji in specializiranih optičnih napravah. Ker so TK svetlobni filtri običajno samostojne naprave, ki jih napajajo baterije, kakovost njihovega delovanja, tako natančnost zatemnitve v optično zaprtem stanju, ki zagotavlja zaščito oči, kot tudi celotna poraba energije krmilne elektronike, sta močno odvisna od odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnih filtrov. Optimizacija njihovih tehničnih lastnosti je nujno potrebna za doseganje njihovega vrhunskega delovanja.

Zgoraj naštete zahteve se močno razlikujejo od problema kotne odvisnosti svetlobne atenuacije na tehničnem področju TK zaslonov za prenosne računalnike, računalniške monitorje in televizorje, kjer so potrebni zmernejši svetlobni kontrasti in simetričnost svetlobne zatemnitve okoli normale na TK ravnino ni bistvenega pomena in se pač izbere najboljši vidni kot, meja vidnega kota pa je značilno določena s kotom obrata sive skale.

-2STANJE TEHNIKE

Osnove zgoraj naštetih problemov so dobro poznane, saj je izvor teh težav podoben znanemu problemu 'vidnega kota', s katerim se v splošnem srečujemo pri TK prikazalnikih. Velika pomembnost te problematike pri TK prikazalnikih prenosnih računalnikov in televizorjev in iz tega izvirajoč izreden interes svetovne elektronske industrije, so privedli do številnih rešitev.

Aktivni svetlobni filtri, zasnovani na TK optičnih preklopnikih, so visoko specializirane TK naprave, ki se običajno uporabljajo v sredstvih za zaščito oči in napravah za stereo vizij o. Kot taki morajo ustrezati drugačnim tehničnim zahtevam kot običajni TK prikazalniki. Tako zaradi napetostnih omejitev prikaznih elementov v multipleksno krmiljenih TK zaslonih prenosnih računalnikov in televizorjev, kot tudi zaradi splošnih potreb njihovih uporabnikov, doslej razvite tehnološke rešitve niso omogočile želene kakovosti delovanja in cene optičnih preklopnikov, kakršne se npr. uporablja v osebnih zaščitnih sredstvih. Krmilna napetost optičnega preklopnika v sredstvih za zaščito oči, npr. varilska očala, je lahko dva do štirikrat višja kot v TK prikazalniku prenosnega računalnika, zato pa je toliko pomembneje, da je dosežena bistveno večjo stopnjo zatemnitve in daje homogenost atenuacije želo dobra tudi v primeru, ko svetloba ne vpada pod pravim kotom.

Avtomatski TK aktivni svetlobni preklopni filtri v 'optično zaprtem' stanju, to je v stanju zaščite oči običajno delujejo v 'temnem' območju, kjer je zatemnitev > 10, pogosto pa tudi v napravah s samo dvema optičnima stanjema - 'optično odprtim' in 'optično zaprtim' stanjem, kar je naloga tega izuma. Običajno potrebujejo visoko stopnjo zatemnitve, kar je mogoče doseči le s sestavljanjem več kot enega TK optičnega preklopnika v zaščitni napravi; le-to pomembno vpliva na celoten problem kotne odvisnosti zatemnitve in njene simetrije okoli normale na TK ravnino.

Značilne primere sestavljenih TK preklopnikov najdemo v avtomatskih TK preklopnih svetlobnih filtrih v zaščitnih sredstvih, ki se jih uporablja pri varjenju, kjer potrebujemo zatemnitev preko 100.000. Harsch et al. (US 4,039, 245) in Reisacher at al. (DE 3721751) so pokazali, da sestavljanje vsaj dveh standardnih TK optičnih preklopnikov z zasukano nematsko fazo (twist nematic (-TN) kot zasuka 90°) v tandem omogoča zatemnitev, primerno za uporabo v sredstvih za zaščito oči pri varjenju. Omenjeni avtorji se niso zavedali prednosti zbora komplementarnih TN TK optičnih preklopnikov s komplementarnimi vidnimi koti, ki omogočajo izboljšanje in simetrizacijo celotnega vidnega kota TK varilskih očal.

-3Podrobnejšo analizo ponujajo izumi A. Homella (W0 97/15254, WO97/15255, in WO95/29428) in publikacija S. Palmerja et al (Appl. Optics, 35, 13, (1996)), ki so pokazali, da sestavljanje dveh TK optičnih celic z malo zasukano nematsko fazo (low-twist nematic (LTN) - kot zasuka < 90°) TK) omogoča zadostno zatemnitev. Pokazali so tudi pomembnost dejstva, da so TK celice in pripadajoča prekrižana polarizatorja orientirani tako, da sta polarizatorja natančno usmerjena vzdolž simetral orientacije TK molekul v mejnih plasteh obeh TK celic - rešitev, ki so jo že pred tem predstavili Young et al. (US 5,940,155). Dokazali so tudi, da z uporabo dodatne pozitivno-dvolomne plasti, ki ima optično os orientirano v ravnini TK svetlobnega filtra, zmanjšamo residualno retardacijo TK celice v optično zaprtem stanju, s čimer zmanjšamo krmilno napetost, kije potrebna za doseganje zelo visokih zatemnitev.

Fergason et al (US 5,515,186,) iz OSD Envision so za avtomatske TK svetlobne filtre predstavili uporabo drugačne TK tehnologije (Pi-celice / »surface mode«) s pomembno boljšo kotno simetrijo v primeijavi z zgoraj omenjenimi 'TN in LTN rešitvami'. Pokazali so, da sestavljanje vsaj dveh Pi-celic v tandem zagotavlja zadostno zatemnitev. Za razliko od zgoraj omenjenih Homellovih izumov (tehnologija LTN) polarizatorji niso usmerjeni vzdolž simetral orientacijskih plasti TK molekul ob mejnih stenah TK celice. Avtorji so izumili tudi uporabo pozitivno-dvolomnih plasti, ki imajo optično os orientirano v ravnini TK svetlobnega filtra in pravokotno na smer orientacije TK molekul. Ta dodatni element je nujen za kompenzacijo residualne dvolomnosti Pi-celice v optično zaprtem stanju, s čimer zmanjšamo krmilno napetost, ki jo potrebujemo za zahtevano visoko zatemnitev, na sprejemljivo raven. Avtorji so predlagali tudi specifično relativno orientacijo TK celic za izboljšanje celotne kotne odvisnosti TK preklopnih svetlobnih filtrov in v ta namen vpeljali uporabo dodatne λ / 4 (dvolomne) ploščice vzporedno z ravnino TK celice.

Zgoraj naštete tehnične rešitve ne opisujejo uporabe negativno-dvolomne plasti z optično osjo orientirano vzdolž normale na ravnino TK svetlobnega filtra, to je negativne-dvolomne c-plošče za korekcijo pozitivne dvolomnosti homeotropno orientiranih TK molekul v optično zaprtem stanju TK preklopnega svetlobnega filtra, ki je glavni vzrok za motečo kotno odvisnost zatemnitve TK svetlobnih filtrov. Prav tako ne omenjajo uporabe komplementarno zgrajenih TK celic, sestavljenih v tandem, za dodatno zmanjšanje kotne odvisnosti TK svetlobnih filtrov. Poleg tega zgoraj naštete tehnične rešitve ne omenjajo možnosti specifične optimizacije, razen standardnih rešitev za TK prikazalnike, parametrov TK celic, kot so kot zasuka strukture TK

-4molekul, relativna orientacija polarizatoijev glede na orientacijo TK molekul itd. za doseganje zahtevane oblike in naklona krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti. Ker so TK svetlobni filtri značilno avtonomne naprave, ki jih napajajo baterije, je delovanje njihove krmilne elektronike precej omejeno z razpoložljivimi vrstami baterij. Natančnost nastavitve zatemnitve, še posebej pa celotna poraba energije tako močno zavisita od odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnih filtrov.

Tehnični problem ki doslej še ni bil zadovoljivo rešen je tekoče kristalni (TK) preklopni svetlobni filter z visokim kontrastom in širokim vidnim kotom, optimiziran za specifične zahteve, zlasti pri sredstvih za zaščito oči, po priporočilu in zahtevah predpisov EN 379 in drugih.

Naloga in cilj izuma je konstrukcija takšnega tekoče kristalnega (TK) preklopnega svetlobnega filtri z visokim kontrastom in širokim vidnim kotom, ki bo optimiziran za specifične zahteve, zlasti pri sredstvih za zaščito oči, po priporočilu in zahtevah predpisov EN 379 in drugih. Filter po izumu naj omogoča doseganje zelo visokih zatemnitev, ki naj bodo zvezno nastavljive pod kontrolo električnega polja (do > 100.000), optimiziranih / simetriziranih za vpad svetlobe vzdolž normale na ravnino TK preklopnika ob hkratni nizki porabi električne energije.

Po izumu je naloga rešena z tekoče kristalnim preklopnim svetlobnim filtrom z visokim kontrastom in širokim vidnim kotom, ki bo optimiziran za specifične zahteve, zlasti pri sredstvih za zaščito oči, po priporočilu in zahtevah predpisov EN 379 in drugih.

KRATEK OPIS IZUMA

Preklopni svetlobni filter po izumu sestoji iz dveh električno krmiljenih optično dvolomnih elementov - TK celic, in sicer TKI z LCD1 in TK2 z LCD2, dveh medsebojno prekrižanih parov polarizatorjev z oznakami: polarizator P, analizator A, torej P_b Ai in P₂, A₂, ki so vgrajeni na vstopni in izstopni strani omenjenih TK celic LCD1, LCD2, kot je prikazano na slikah 9a, b; omenjeni TK celici LCD1, LCD2 imata tanko plast TK molekul, ki so urejene v

-5konfiguraciji z visokim kotom zasuka Φ od 110 do 240°, med steklenima mejnima ploščama la^a, la^b; omenjeni mejni plošči la^a, la^b na notranji ploskvi prekrivata prozorni elektrodi lb^a, lb^b, in orientacijske plasti lc^a, lc^b , kot je prikazano na sliki 1. Celotnemu sestavu lahko dodamo tudi negativno-dvolomni kompenzacijski plasti RI, R2, zaščitno steklo C in fotopični filter PF, ki odbija očem škodljive IR in UV žarke.

Novost izuma in/ali opisanih izvedbenih primerov je uporaba TK optičnih preklopnikov z visokim kotom zasuka TK molekul in njihovo delovanje v delu krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnih filtrov z nizkim naklonom, kot prikazuje sl. 3 in komplementarna dvojna konfiguracija TK celic TK svetlobnega preklopnega filtra po sl. 9a, b. Nastala simetrija TK svetlobnega filtra po izumu dovoljuje tako visoke zatemnitve, ki so zvezno nastavljive pod kontrolo električnega polja, kot tudi učinkovito kotno kompenzacijo s preprostimi, cenenimi negativno-dvolomnimi retardeiji, tako da je optična os pravokotna na ravnino ploščice - c-plošča. Tehnične rešitve po izumu, opazno izboljšajo optične lastnosti / učinkovitost TK preklopnega svetlobnega filtra, ki tako pomembno presega naj višje zahteve mednarodnih varnostnih standardov, npr. EN 379, za sredstva za zaščito oči:

- visoka stopnja zatemnitve (do >100.000) v optično zaprtem stanju filtra,

- natančna, zvezna nastavitev svetlobne zatemnitve filtra pod kontrolo električnega polja,

- optimizacija delovanja filtra za vpad svetlobe vzdolž normale na ravnino TK preklopnika,

- kompenzacija kotne odvisnosti zatemnitve,

- hiter svetlobni preklop.

Naštete značilnosti predstavljajo ključne zahteve za delovanje avtomatskih TK preklopnih svetlobnih filtrov v sredstvih za zaščito oči. Rešitve po izumu omogočajo izpolnitev naštetih zahtev z uporabo TK optičnih preklopnikov, ki temeljijo na standardni tehnologiji STN, optimizirani z v nadaljevanju opisano konstrukcijo in sestavo optičnih preklopnikov z visokim kotom zasuka TK strukture (Highly Twisted Light Shutter - HTLS).

Ker je lahko zahtevana visoka stopnja zatemnitve dosežena le z uporabo dveh TK optičnih preklopnikov povezanih v tandem, so za posamezni preklopnik potrebne relativno nizke atenuacije (45 - 350) za pokrivanje celotnega zaščitnega območja, ki ga zahtevajo mednarodni standardi, npr. EN 379. Zato relativno nizke stopnje zatemnitve, ki so običajno dosežene s STN TK, niso problematične. Se več, tako višje električne krmilne napetosti, ki so potrebne za

-6doseganje enakih zatemnitev kot pri standardnih TN TK optičnih preklopnikih, kot tudi celoten princip delovanja HTLS vodijo v opazno izboljšano homeotropno orientiranost TK molekul v optično zaprtem stanju v primerjavi s konvencionalno tehnologijo TN ali LTN - glej sliko 7. Ta lastnost lahko zelo učinkovito prispeva h kompenzaciji kotne odvisnosti zatemnitve TK filtra (za podrobnosti glej Ad d).

Najbolj problematična je zahteva po natančni zvezni nastavitvi svetlobne zatemnitve filtra, saj se običajno predpostavlja, da je naklon krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti STN TK prikazalnikov večji kot pri tehnologiji TN ali LTN prikazalnikov. To v resnici velja le za relativno nizke stopnje zatemnitve, pri večjih zatemnitvah (kontrast odprt/zaprt > 45 ) pa se naklon krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti na sliki 3 izravna in je značilno nekajkrat nižji zaradi nekompenzirane retardacije tankih plasti TK molekul d^a, d^b ob mejnih površinah TK celice, kjer pride do 'kompeticije' med površinskimi interakcijami in krmilnim električnim poljem -glej sliko 1. Mejna minimalna amplituda krmilne napetosti Vls za ta del krivulje z nizkim naklonom (V > V_Ls; po sliki 3) je odvisna od kota zasuka Φ - po sliki 4. Ta lastnost STN TK prikazalnikov doslej ni veljala za pomembno, saj so bili omenjeni prikazalniki razviti le za uporabo v TK prikazalnikih z visoko gostoto prikaznih elementov, pri katerih se krmilna napetost V spreminja v intervalu v katerem ima krivulja odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti velik naklon, kot je prikazana na sliki 3, in sicer od minimalne napetosti V_th potrebne za optični preklop do mejne napetosti Vls, pri kateri pride do prehoda v del krivulje z nizkim naklonom (V_th < V < Vls )· Pri predlagani uporabi TK optičnih preklopnikov z visokim kotom zasuka TK strukture v TK preklopnih svetlobnih filtrih za osebne zaščitne naprave v smislu izuma, kot zasuka TK molekul Φ ni edini tehnični parameter, ki vpliva na odvisnost svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti. Poleg kota zasuka Φ TK molekul na omenjeno karakteristiko vplivata tudi kiralno dopiranje, kot prikazuje slika 6, tekočega kristala (d^a+d^b+e) in/ali relativni kot a med prekrižanima polarizatoijema in orientacijo TK plasti (glej sliko 5, glej tudi Ad. c). Zahtevana zatemnitev za TK preklopne svetlobne filtre v osebnih zaščitnih sredstvih je značilno (npr. pri varjenju) v območju med ~ 4000 to > 100.000. Z nastavljivo zaščitno zatemnitvijo TK preklopnih svetlobnih filtrov je prepustnost svetlobe v optično zaprtem (zaščitnem) stanju uravnavana v 'temnem območju' (večja zatemnitev) in ne v območju 'sive skale', kot je značilno za računalniške in televizijske prikazalnike. Glede na to lahko z optimizacijo enega, dveh ali vseh treh zgoraj naštetih tehničnih parametrov, kot je prikazano na slikah 4, 5 in 6, dosežemo

-7uravnavanje prepustnosti TK preklopnega svetlobnega filtra samo v območju višjih električnih krmilnih napetosti - v delu krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti z nizkim naklonom (V > Vls), kot je prikazano na sliki 3. Poleg tega našteti tehnični parametri dovoljujejo uravnavanje optičnih lastnosti TK preklopnih svetlobnih filtrov tako, da optimalno ustrezajo razpoložljivemu amplitudnemu razponu maksimalne krmilne napetosti V danega krmilnega elektronskega vezja, ki je značilno močno omejeno z uporabljenimi napajalnimi baterijami.

Zatemnitev optičnih preklopnikov z visokim kotom zasuka TK strukture (HTLS) v optično zaprtem stanju kaže relativno dobro simetrijo okoli normale na ravnino TK, če sta prekrižana polarizatorja usmerjena vzdolž simetral, npr: za prvo TK celico: S¹], S²i, orientacije TK molekul, npr: za prvo TK celico: lr^a, lr^b,v mejnih plasteh TK optičnega preklopnika kot prikazuje slika 2. Simetrija je lahko še dodatno izboljšana z uporabo 'komplementarne' strukture obeh TK optičnih preklopnikov v TK preklopnem svetlobnem filtru:

• rotacija orientacije TK molekul za 90° • izstopni polarizator Ai prvega TK optičnega preklopnika LCD1 - usmerjen vzporedno z vstopnim polarizatoijem P2 drugega TK optičnega preklopnika LCD2 • vsi ostali parametri ostajajo nespremenjeni.

Takšna dvojna komplementarna sestava TK filtrov v principu zahteva, da sta para prekrižanih polarizatorjev Pi, Ai ki pripadata prvi TK celici LCD1 oziroma para polarizatorjev P2, Δ₂ ki pripadata drugi TK celici LCD2, usmerjena vzdolž simetral S\ in S²i orientacije TK strukture prve celice LCD1 oziroma S*2 in S²2 druge TK celice LCD2. Uporaba kombinacije komplementarnih TK celic pri konstrukciji TK filtra pa dopušča tudi manjši zasuk prekrižanih parov polarizatorjev Pi, Ai in P2, A2 za relativni kot α proč od omenjenih idealnih orientacij glej sliko 2. Krivulja odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti je pri tem pomembno odvisna od omenjenega relativnega kota α med prekrižanimi polarizatorji Pi, Ai oziroma P2, A2 in simetrijskih osi S’i, S²i oziroma S^, S²2 - glej sliko 5. Zato lahko z omenjenim kotom α dodatno optimizirano absolutno vrednost svetlobne prepustnosti in razširimo interval delovanja TK preklopno svetlobnega filtra v temnem območju delovanja (LS) kot tudi njegov celotni vidni kot v optično zaprtem stanju.

Dvojna komplementarna konstrukcija HTLS optičnih preklopnikov pomembno poenostavi problem kotne kompenzacije svetlobne atenuacije v optično zaprtem stanju TK preklopnega svetlobnega filtra. HTLS konstrukcija optičnih preklopnikov zagotavlja večjo kotno

-8neodvisnost svetlobne atenuacije v primerjavi s standardnimi TN in LTN rešitvami zaradi visoke simetrije orientacije TK molekul, poleg tega pa lahko vidni kot dodatno razširimo/povečamo z optimizacijo relativnega kota a med prekrižanimi polarizatorji Pi, Ai in P2, A2 in orientiranostjo TK molekul lr^a, lr^b in 2r^a, 2r^b. Kot je že omenjeno (Ad a), omogoča koncept HTLS povečano homeotropno orientiranost - glej sliko 7, ki jo lahko učinkovito kompenziramo z vgradnjo preprostih negativno-dvolomnih c-plasti Rl oziroma R2 med obe TK celici LCD1 in LCD2 in pripadajoče prekrižane polarizatoge Pi, A( oziroma P2, A2 (patentni zahtevek 8). Kombinacija vseh treh efektov vodi v zelo dobro kotno kompenzacijo svetlobne atenuacije, kar povsem ustreza najvišjim zahtevam mednarodnih standardov, kot je EN 379. Odlična kotna odvisnost za optimizirano vrednost dodatnih negativno-dvolomnih c-plasti Rl oziroma R2, prikazana na sliki 8, temelji na dejstvu, da relativne pozicije omenjenih negativnodvolomnih c-plasti Rl oziroma R2, opisana v patentni prijavi (patentni zahtevki 9, 10, 11), omogočajo ne le kompenzacijo kotne odvisnosti homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul pri obeh TK celicah LCD1 in LCD2, kot je prikazana sliki 1, ampak tudi kompenzacijo večjega dela kotne odvisnosti prekrižanih polarizatorjev Pj, Ai in P2, A2 , pripadajočih TK celicam LCD1 in LCD2. Omenjeni dodatni kompenzatomi efekt lahko dosežemo, če namenoma izberemo manjšo efektivno 'negativno retardacijo' že omenjenih negativno-dvolomnih c-plasti Rl oziroma R2 kot je efektivna 'pozitivna retardacija' homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul - glej sliko 1. Če se nastalo efektivno pozitivno-dvolomnost z optično osjo, usmerjeno vzdolž normale na TK celico ('cplast'), kombinira z residualno pozitivno dvolomnostjo mejnih plasti TK molekul d^a, d^b z optično osjo v ravnini TK celic ('a-plast'), pride do učinkovite kompenzacije kotne odvisnosti prekrižanih polarizatorjev Pj, A| in P2, A2, pripadajočih TK celicam LCD1 in LCD2.

Hitrost preklopa reda velikosti 100 ps, kot je zaželeno za učinkovito zaščito oči, lahko dosežemo le, če se ob svetlobnem preklopu uporabi zelo močne (značilno 10⁵ V/cm) krmilne električne pulze. Pri teh napetostih ni pomembne razlike med različnimi tehnologijami TK tehnologija STN je primerljiva/enakovredna z ostalimi.

Koncept HTLS po izumu, ki predpostavlja kot zasuka orientacije TK molekul v celicah LCD1 in LCD2 nad 90°, ki opcijsko uporablja dodatno 'komplementarno' strukturo TK celic, ki sestavljajo filter in zasuk prekrižanih polarizatorjev proč od simetral urejenosti TK molekul na mejnih plasteh TK celic, omogoča dodatno optično simetrijo, ki je nujno potrebna za majhno

-9kotno odvisnost zatemnitve. Optimizacija kota zasuka TK molekul, koncentracija kiralnega dopanta ter kot med polarizatorji in simetralo urejenosti TK molekul na mejnih plasteh TK celic, dodatno prispevajo k 'idealnemu' elektro-optičnemu odzivu in razširitvi vidnega kota, ki se ohranja znotraj širokega intervala krmilnih napetosti. Nastala visoka optična simetrija dovoljuje dodatno kompenzacijo TK celic s preprostimi, negativno-dvolomnimi retarderji (cploščicami). Omenjeni retarderji imajo poleg nizke cene in preprostega prilagajanja specifičnim TK celicam tudi izjemne optične lastnosti, kar je opisano v patentni objavi št WO 00/77561 A2, v primerjavi z bolj sofisticiranimi retardacijskimi filmi, ki se v splošnem uporabljajo v proizvodnji računalnikov in televizorjev. 'HTLS koncept' tako omogoča precejšnje izboljšanje delovanja TK preklopnih svetlobnih filtrov z visokim optičnim kontrastom, s čimer le-ti pomembno presežejo najvišje zahteve mednarodnih varnostnih standardov, npr. EN 379, za sredstva za zaščito oči, obenem pa ne zviša proizvodnih stroškov ali dodatno zaplete proizvodnega postopka.

Tehnični parametri TK celic, ki jih pogojuje HTLS koncept, se opazno razlikujejo od standardnih tehničnih parametrov TK celic, ki se uporabljajo pri standardnih STN TK prikazalnikih. Slednji so optimizirani za multipleksno krmiljenje v delu operativne krivulje z velikim naklonom - glej sliko 3. Zato morajo biti polarizacij ski filmi usmerjeni vzdolž simetral urejenosti TK molekul ter imeti največji možni kot zasuka Φ (značilno ~ 240°) v nasprotju s HTLS principom, kjer so ugodnejši manjši koti zasuka Φ (značilno 225°). Kiralno dopiranje TK pri STN TK prikazalnikih je potrebno natančno kontrolirati, da se izognemo pasovnim nestabilnostim in 'backflow' efektom. To pri HTLS principu ni potrebno, ker so TK celice krmiljene z višjimi krmilnimi napetostmi (v delu krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK filtrov z nizkim naklonom LS) in je kiralno dopiranje možno izkoristiti za optimizacijo te krivulje.

OPIS SLIK

Izum, njegov namen in prednosti bodo prikazani in opisani s pomočjo slik, ki prikazujejo:

Slika 1 - Shematska predstavitev HTLS strukture, opcijsko kotno kompenzirana z dodatno negativno-dvolomno plastjo Rl, nameščeno glede na relativno orientacijo vhodnega polarizacij skega filma in orientacijo TK molekul; na dodatni sliki je prikazana

-10specifična relativna orientacija polarizacijskega filma in orientacija TK molekul v optično zaprtem stanju prve TK celice LCD1:

a. Primer, ko vhodni polarizator Pi leži vzporedno s simetralo S¹! ostrega kota med smermi orientacije TK molekul lr^a, lr^b prve TK celice LCD1

b. Primer, ko vhodni polarizator Pi leži pravokotno na simetralo S\ ostrega kota med smermi orientacije TK molekul lr^a, lr^b prve TK celice LGD1,

Slika 2 - Relativna orientacija prekrižanih polarizatorjev in simetrijskih osi usmerjenosti TK molekul na zgornji in spodnji strani TK celice,

Slika 3 - Značilna krivulja odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnega filtra po principu HTLS,

Slika 4 - Odvisnost krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnega filtra od kota zasuka TK molekul Φ,

Slika 5 - Učinek relativne orientacije celice s kotom zasuka 220° in prekrižanih polarizatorjev na krivuljo odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti pri HTLS preklopnemu svetlobnemu filtru,

Slika 6 - Vpliv kiralnega dopiranja TK na krivuljo odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti pri HTLS preklopnemu svetlobnemu filtru,

Slika 7 - Računalniški model nematskega TK 'direktorskega polja' v plasti tekočega kristala pri zatemnitvi 320 za standardni TN TK optični preklopnik in za TK optični preklopnik s kotom zasuka TK molekul za 220°,

Slika 8 - Kotna odvisnost zatemnitve pri HTLS (b) in standardnemu TN TK optičnemu preklopniku (a),

Slika 9 - Blok diagram 'komplementarne' konstrukcije TK celice zaščitnega TK svetlobnega filtra za varilska očala sestavljenega iz dveh TK celic; na treh ločenih slikah ob glavnem blok diagramu so prikazani: specifična relativna orientiranost polarizatorjev Pi, Ai glede na orientacijo TK molekul lr^a, lr^b in pripadajoči simetrali S\ S²i v optično zaprtem stanju prve TK celice LCD1; specifična relativna orientiranost polarizatoijevP2, A2, glede na orientacijo TK molekul 2r^a, 2r^b ter pripadajoči simetrali S i, S i v optično zaprtem stanju druge TK celice LCD2; prikazana je tudi relativna orientacija polarizatorjev Aj in P2:

-11a. Situacija v kateri je vhodni polarizator P_b oziroma P2 znotraj majhnega kota a pravokoten na simetralo S\ oziroma ostrega kota med smermi orientiranosti TK molekul prve TK celice LCD1 oziroma druge TK celice LCD2.

b. Situacija v kateri je vhodni polarizator P_b oziroma P2 znotraj majhnega kota a vzporeden s simetralo S¹] oziroma S ^ostrega kota med smermi orientiranosti TK molekul prve TK celice LCD1 oziroma druge TK celice LCD2.

PODROBEN OPIS IZUMA

Tehnično področje izuma je področje TK preklopnih svetlobnih filtrov, s katerimi je mogoče doseči zelo visoke zatemnitve, ki so zvezno nastavljive pod kontrolo električnega polja (do 100.000), optimiziranih / simetriziranih za vpad svetlobe vzdolž normale na ravnino TK preklopnika. Istočasno morajo taki filtri ustrezati zahtevi, da mora biti zatemnitev učinkovita tudi, kadar svetloba vpada na svetlobni preklopni filter pod koti, ki so manjši od pravega kota in tvorijo stožce z določenimi koti okoli normale ( zaželeno > 15° - glej mednarodni varnostni predpis EN 379 za osebno zaščitno opremo).

Po izumu je problem rešen s specifično, inovativno modifikacijo splošnega principa TN TK prikazalnikov z visokim kotom zasuka TK strukture, kar omogoča simetrizacijo dvolomnih lastnosti in tako poenostavlja problem njihove kotne kompenzacije.

Visok kontrast in širok vidni kot v optično zaprtem stanju TK preklopnih svetlobnih filtrov je dosežen z uporabo večplastnega laminata, sestavljenega iz dveh električno krmiljenih optično dvolomnih elementov - TK celic, LCD1, LCD2, dveh medsebojno prekrižanih parov polarizatorjev (polarizator P, analizator A) Pi, Ai in P₂, A₂, vgrajenih na vstopni in izstopni strani omenjenih TK celic LCD1, LCD2; omenjeni TK celici LCD1, LCD2 imata tanko plast TK molekul, ki so urejene v konfiguraciji z visokim kotom zasuka (kot zasuka Φ od 120 do 240°), med steklenima ploščama la^a, la^b; omenjeni mejni plošči la^a, la^b na notranji ploskvi prekrivata prozorni elektrodi 1 b^a, lb^b, in orientacijske plasti lc^a, lc^b, kot je prikazano na sliki 1. TK celicama LCD1 oziroma LCD2 lahko opcijsko dodamo negativno-dvolomni kompenzacijski plasti Rl, R2, ki sta vgrajeni med TK celicama in pripadajočimi polarizatorji Pi, Ai oziroma P₂, A₂ za dodatno izboljšanje optičnih lastnosti. Blok diagram takšnega TK preklopnega svetlobnega filtra je prikazan na slikah 9a, b.

-12Kot je bilo že prikazano, ima TK struktura z visokim kotom zasuka pomembne prednosti za uporabo v HTLS optičnih preklopnikih, kakršne potrebujejo TK preklopni svetlobni filtri, tako s stališča odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK svetlobnih filtrov kot tudi s stališča celokupnih optičnih lastnosti:

Izrazit dvojni naklon krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov, prikazan na sliki 3, ki je značilen za TK strukturo z visokim kotom zasuka, se je v nasprotju s standardnim TN TK konceptom (kot zasuka 90°) izkazal kot idealna rešitev za uporabo v optičnih preklopnikih. Slednji običajno delujejo kot naprave s samo dvema optičnima stanjema - optično 'odprtim' in 'zaprtim' stanjem. Pri številnih visoko kakovostnih aplikacijah (npr. zaščita oči pri varjenju, ...) mora biti zatemnitev v optično 'zaprtem' stanju natančno prilagojena posamezni aplikaciji, zaradi česar je potrebno kontinuirano prilagajanje zaščitne zatemnitve TK preklopnih svetlobnih filtrov (npr. predpis EN 379). Uravnavanje zatemnitve se vrši v 'temnem območju' in ne v območju 'sive skale', kot je značilno za običajne prikazalnike. Delovanje TK strukture z visokim kotom zasuka v delu operativne krivulje z nizkim naklonom - LS, prikazanem na sliki 3 je idealno za zvezno uravnavanje zatemnitve. TK preklopni svetlobni filter, ki deluje po HTLS principu, mora biti prilagojen tako, da se celoten razpon zahtevanih zaščitnih zatemnitev prilagaja/spreminja znotraj intervala operativne krivulje z nizkim naklonom. To pomeni, da je napetost V med prozornima ITO elektrodama lb^a in lb^b na notranji strani vhodnih in izhodnih steklenih mejnih plošč la^a, la^b TK celice LCD1, s katero krmilimo plast TK molekul d^a+d^b+e v optično 'zaprtem' stanju, vedno večja od Vls glej sliko 3. Glede na to se mora kot zasuka TK molekul razlikovati od 180° za kot +/-δ, saj TK celice s kotom zasuka Φ ~ 180° ne morejo zagotoviti zadostnega spreminjanja zatemnitve znotraj intervala operativne krivulje z nizkim naklonom LS. Iz operativne krivulje svetlobne prepustnosti TK svetlobnega filtra (- odvisnost od krmilne napetosti) od kota zasuka TK molekul, kot je prikazano na sliki 3, je razvidno, daje ugodno, da je omenjeni kot δ večji od 20°. Po drugi strani je maksimalna velikost kota δ omejena na ~ 60° tako z izgubo optične simetrije kot tudi s stabilnostjo TK strukture z visokim kotom zasuka.

Optimizacijo odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov, delujočih po predlaganem principu HTLS, lahko dosežemo s tremi tehničnimi parametri:

- kotom zasuka Φ plasti TK molekul d^a+d^b+e - glej sliko 4,

-1312

- relativno orientacijo (kot a) prekrižanih polarizatorjev P_b Aj in simetral Si, Si orientiranosti TK molekul lr^a, lr^b v TK celici LCD1,

- kiralnim dopiranjem plasti TK molekul d^a+d^b+e glej sliko 6.

V nadaljevanju sledi razlaga vpliva zgornjih parametrov s pomočjo slik 1 - 6 za prvo TK celico LCD1. Samoumevno je, da enaka razlaga velja tudi za drugo TK celico LCD2, ki skupaj s prvo TK celico LCD1 tvori TK preklopni svetlobni filter:

Kot zasuka Φ plasti TK molekul d^a+d^b+e

Iz odvisnosti krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov od kota zasuka Φ med smerjo orientacije TK molekul lr^a na vhodni in lr^b na notranji strani izhodne mejne plasti la^a, lb^a, lc^a oziroma la^b, lb^b, lc^b TK celice LCD1 na sliki la je razvidno, da kot zasuka Φ močno vpliva na naklon omenjene krivulje prikazane na sliki 4. Razvidno je tudi, da se mejna minimalna amplituda VLs za začetek intervala operativne krivulje z nizkim naklonom na sliki 3 spreminja z različnimi vrednostmi Φ (VLs²⁴⁰, VLs²¹⁰ - slika 4) naj občutljivejši tehnični parameter HTLS koncepta.

Relativna orientacija (kot a) prekrižanih polarizatorjev P_b Aj in simetral S S, S²j orientiranosti TK molekul lr^a, lr^b v TK celici LCD1

Relativna orientacija (kot a) prekrižanih polarizatorjev Pi, Ai in simetral S¹1, S²i orientiranosti TK molekul lr^a, lr^b v TK celici LCD1, ki je prikazana na slikah 1 in 2, je naslednji naj občutljivejši tehnični parameter HTLS koncepta. Krivulja odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov za različne relativne kote a (0°, 5°, 10°), prikazana na sliki 5 kaže, da kot a med smerjo osi prepustnosti prekrižanih polarizatorjev Pi, Ai in simetral S'i in S²i orientacije TK strukture na obeh površinah lr^a, lr^b, močno vpliva na absolutno vrednost zatemnitve.

Kiralnio dopiranje plasti TK molekul d^a+d^b+e

Kiralno dopiranje tekočekristalne plasti d^a+d^b+e prav tako vpliva na krivuljo odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti. Slika 6 prikazuje krivulje za različne vrednosti kiralnega dopiranja, ki je opredeljeno kot razmerje d/p, kjer je d debelina TK celice LCD1

-14(običajno 4-5 μιη), p pa dolžina periode kiralne vijačnice TK strukture, inducirane s kiralnim dopantom (običajno - 7 pm to 100 pm). Očitno je, da se kiralno dopiranje lahko do neke mere uporabi tudi za prilagajanje krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti za specifične potrebe krmilne elektronike.

TK preklopno svetlobni filtri so običajno avtonomne naprave, kijih napajajo baterije. Lastnosti, kot so natančnost zatemnitve v optično zaprtem stanju,ki zagotavlja zaščito oči, kot tudi celotna poraba energije za krmilno elektroniko, so močno odvisne od krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov. Optimizacija omenjenih karakteristik je zato nujna, če hočemo doseči vrhunsko delovanje. Zgoraj opisani koncept HTLS omogoča tri spremenljive tehnične parametre (Φ, a, d/p), ki omogočajo natančno prilagoditev krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov - kar pri standardni tehnologiji TN ali tehnologiji Pi-celice ni mogoče.

Konfiguracija TK celic z visokim kotom zasuka v kombinaciji z dvojno komplementarno konfiguracijo TK preklopnega svetlobnega filtra (podrobni opis sledi v odstavku 3) in zasuk prekrižanih polarizatorjev za majhen kot a proč od simetral urejenosti TK molekul na mejnih plasteh TK celic, omogočata dodatno optično simetrijo, ki je nujno potrebna za majhno kotno odvisnost zatemnitve. V nadaljevanju sledi razlaga vpliva zgornjih značilnosti s pomočjo slik 1 in 2 le za prvo TK celico LCD1. Samoumevno je, da enaka razlaga velja tudi za drugo TK celico LCD2, ki skupaj s prvo TK celico LCD1 tvori TK preklopni svetlobni filter.

TK celici LCD1 in LCD2 sta zgrajeni iz standardnega alkalnega stekla, prekritega s ~ 40 nm debelo prozorno ITO električno prevodno plastjo, ki se široko uporablja v proizvodnji TK prikazalnikov. TK celici LCD1 in LCD2 sta polnjeni s standardnimi, komercialno dostopnimi nematskimi tekočimi kristali.

TK struktura z visokim kotom zasuka (kot zasuka Φ od 120 do 240°) tekočekristalne plasti d^a+d^b+e TK celice LCD1 je dosežena z dopiranjem omenjenega nematskega tekočega kristala z primerno količino (0.05 < d/p < 0.7) kiralnega dopanta. TK molekule v omenjeni tekočekristalni plasti d^a+d^b+e so še dodatno usmerjene s pomočjo polimernih, običajno poliimidnih, orientacijskih plasti lc^a, lc^b na prevodnih ITO plasteh lb^a, lb^b , ki prekrivata notranjo stran vstopne in izstopne steklene mejne plošče la^a in la^b tako, da smeri orientacije lr^a, lr^b obeh omenjenih polimernih orientacijskih plasti lc^a, lc^b oklepata kot Φ - glej sliko la.

-15Zahtevana simetrija zatemnitve okoli normale na ravnino TK celice LCD1 je dosežena z usmeritvijo prekrižanih polarizatoijev Pi, Ai, vgrajenih na zunanjih straneh vstopne in izstopne steklene mejne plošče la^a in la^b TK celice LCD1 vzdolž simetral S¹], S²i orientiranosti TK molekul lr^a, lr^b - glej sliko 2. Ker je lahko v končnem proizvodu - TK preklopnemu svetlobnemu filtru - zagotovljena zadostna zatemnitev le z uporabo dveh TK celic LCD1 in LCD2, sta lahko prekrižana polarizatorja Pi, Ai zasukana za majhen kot a proč od omenjenih idealnih smeri orientacij vzdolž simetral S\, S²g konfiguraciji obeh TK celic LCD1 in LCD2 sta namreč lahko izbni tako, da se njune optične lastnosti medsebojno kompenzirajo. Zasuk prekrižanih polarizatorjev Pi, Ai proč od omenjenih idealnih smeri orientacij vzdolž simetral S¹!, S²i premakne območje maksimalne zatemnitve proč od normale na ravnino TK celice LCD1. Z izbiro ustrezne konfiguracije druge TK celice LCD2 (kar bo opisano v odstavku 3) lahko zamik kotne porazdelitve svetlobne atenuacije vodi v povečanje vidnega kota TK preklopnega svetlobnega filtra.

Krmilna napetost V, potrebna za doseganje specifične zatemnitve, je v primerjavi s standardnimi TN TK pri TK strukturah z visokim kotom zasuka značilno višja. Zasuk prekrižanih polarizatorjev P_b Ai proč od omenjenih idealnih smeri orientacij vzdolž simetral orientacije TK molekul S¹1, S²i še poveča potrebno amplitudo krmilne napetosti V. Zato je pri TK celicah, narejenih po HTLS konceptu, TK molekulama plast d^a+d^b+e pod vplivom večje krmilne napetosti V, kar vodi v opazno boljšo homeotropno orientiranost TK molekul v optično 'zaprtem' stanju. Omenjena prednost koncepta HTLS v primerjavi s standardnim TN konceptom je razvidna iz slike 7, ki kaže računalniški model azimutnega kota Θ (karakterističnega za homeotropno orientacijo) TK 'direktorskega polja' med obema mejnima ploščama TK celice v optično 'zaprtem' stanju (svetlobna atenuacija 320) za HTLS in TN TK koncept. Kot je razvidno iz slike 7, HTLS koncept kaže relativno dobro homeotropno orientiranost TK molekul skozi celotno 'temno območje', potrebno za zadostno zaščito oči v optično zaprtem stanju TK preklopnega svetlobnega filtra (zaščitna zatemnitev 9 - 13 po mednarodnem varnostnem predpisu EN 379). Ta lastnost omogoča učinkovito kotno kompenzacijo TK celice LCD1 samo z uporabo dodatne negativno-dvolomne plasti Rl, ki ima optično os pravokotno na TK ravnino LCD1. Poleg nizke cene ter preproste izdelave in možnosti prilagajanja specifičnim TK celicam ima omenjena negativno-dvolomna plast Rl tudi izjemne optične lastnosti (manjše sipanje svetlobe, pomembno višja zatemnitev, ...) v primerjavi z bolj sofisticiranimi retardacijskimi filmi, ki se v splošnem uporabljajo v proizvodnji računalnikov in televizorjev. Kompenzacija

-16kotne odvisnosti optično dvolomnih plasti (plast TK molekul, polarizatorji, kompenzacijska negativno-dvolomna plast), ki tvorijo TK preklopni svetlobni filter, je dosežena z uskladitvijo ustreznih pozitivno-dvolomnih lastnosti homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul , kot je prikazano na slikah la in 7, in 'inherentno' negativno dvolomnostjo polarizatorjev Pi, Aj s kompenzacijsko negativno-dvolomno plastjo Rl. Omenjena plast Rl mora biti vgrajena med mejni plasti la^a, la^b TK celice LCD1 in pripadajočima polarizatorjema Pi ali Ai, njena optična os pa mora biti pravokotna na ravnino TK celice LCD1. Dvolomne optične lastnosti omenjenih dvolomnih plasti so odvisne od razlike Δη lomnih količnikov rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjenih dvolomnih plasteh in njihove debeline d.

V razlagi bomo uporabljali sledeče simbole: Aru⁺ in de⁺- razlika lomnih količnikov in debeline homeotropno orientirane plasti TK dR - razlika lomnih količnikov in debelina negativnodvolomne plasti Rl molekul e, Δη_ρ' in d_p' - razlika lomnih količnikov in debelina polarizatorjev Pi, Αι,Δη_κ'ίη:

V prvi aproksimaciji izberemo absolutno vrednost negativne optične retardacije (AnR^- x dR^-) omenjene negativno-dvolomne plasti Rl tako, da ustreza razliki med absolutno vrednostjo pozitivne optične retardacije (ArC x de⁺) homeotropno orientiranih plasti TK molekul e in absolutno vrednostjo negativne optične retardacije (Δηρ^_ x d_p’) polarizatorjev Pp A_L V tem primeru se kompenzira le tisti (večji) del kotne odvisnosti, ki izvira iz homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul, kotna odvisnost, ki izvira iz samih prekrižanih polarizatorjev in tanke plasti TK molekul d^a+d^b na obeh mejnih ploskvah, pa ostaja nekompenzirana.

HTLS struktura v optično 'zaprtem' stanju kaže relativno visoko efektivno residualno pozitivno dvolomnost v ravnini TK celice LCD1, v nasprotju s standardnimi TN TK celicami, pri katerih se efektivna residualna pozitivna dvolomnost izniči v prvi aproksimaciji. Omenjena residualna pozitivna dvolomnost v ravnini TK celice LCD1 omogoča tudi višji nivo kotne kompenzacije z uporabo nastavljive ('tunable') negativno-dvolomne plasti Rl.

Relativna namestitev negativno-dvolomne plasti Rl med TK-celico LCD1 in pripadajočima polarizatorjema P_b Ai ni naključna. Preprosta kvalitativna ocena optičnih lastnosti takšnega TK preklopnega svetlobnega filtra z uporabo koncepta “Poin-Care sphere” kaže, da lahko izkoristimo prednost relativno visoke efektivne residualne pozitivne dvolomnosti tankih mejnih tekočekristalnih plasti d^a+d^b za kompenzacijo kotne odvisnosti prekrižanih polarizatorjev. Omenjena residualna dvolomnost lahko v kombinaciji z pozitivno-dvolomno plastjo, ki ima

-17optično os pravokotno na ravnino TK celice, zmanjša kotno odvisnost zatemnitve prekrižanih polarizatorjev Pi in Ap Računalniško modeliranje HTLS TK-celice z uporabo GNU LCM-2 simulacijske programske opreme kaže, da vrednost efektivne residualne pozitivne dvolomnosti tankih mejnih tekočekristalnih plasti d^a+d^b (« 80 nm efektivne optične retardacije) ne zadošča (je pribl. 40% premajhna) za popolno kompenzacijo, kljub temu pa lahko močno izboljša omenjeno kotno odvisnost zatemnitve prekrižanih polarizatorjev Pi in Αμ Namesto dodatne pozitivno-dvolomne plasti je mogoče enostavno 'nepopolno kompenzirati' pozitivno dvolomnost homeotropno urejene centralne plasti TK e kot je to opisano v odstavku (2.1.) tako, da preostanek pozitivne dvolomnosti lahko nadomesti potrebno dodatno pozitivno dvolomno cploščico. Na tem nivoju aproksimacije s tanje lahko ocenimo le s pomočjo računalniškega modeliranja. Model pokaže, da vrednost 'nepopolne kompenzacije' med 100 in 300 nm pomembno izboljša celotno kotno odvisnost TK preklopnega svetlobnega filtra. Meritve kotne odvisnosti zatemnitve za standardne dvojne komplementarne TN TK celice (a) in negativnodvolomne kompenzacijske plasti kompenzirane dvojnih HTLS TK celic (b), prikazane na sliki 8, potijujejo zgornjo trditev. Skala na sliki ustreza predpisu EN 379 - horizontalne linije predstavljajo mejo 'prvega kakovostnega razreda', vse zahteve predpisa so specificirane za vpad svetlobe pod kotom +/- 15°. Očitno je, da so rezultati dvojnega HTLS TK preklopnega svetlobnega filtra, kompenziranega po zgoraj opisanem principu z uporabo negativno-dvolomne plasti, neprimerno boljši kot pri dosedanjih najboljših standardnih napravah. Relativna namestitev negativno-dvolomne kompenzacijske plasti pri zgoraj omenjenem konceptu ni več naključna - namestitev negativno-dvolomne kompenzacijske plasti Rl je odvisna od relativne orientacije vhodne polarizirane svetlobe (polarizator Pj vhodne svetlobe Lj) glede na urejenost TK molekul:

Če je polarizator Pi vhodne svetlobe Lj vzporeden s simetralo Si' skozi ostri kot med smermi orientacije TK molekul lr^a, lr^b na sliki la, potem mora biti negativno-dvolomna plast Rl vstavljena med polarizator Pi vhodne svetlobe Lj in pripadajočo mejno stekleno ploščo la^a TK celice LCD1 - glej sliko la.

Če je polarizator Pi vhodne svetlobe Lj pravokoten na simetralo Si¹ skozi ostri kot med smermi orientacije TK molekul lr^a, lr^b na slikah lb in 2, potem mora biti negativno-dvolomna plast Rl vstavljena med polarizator Ai izhodne svetlobe L_o in pripadajočo mejno stekleno ploščo la^b TK celice LCD1 - glej sliko lb.

-18Podrobnosti konstrukcije zgoraj omenjenega HTLS TK preklopnega svetlobnega filtra, kompenziranega z negativno-dvolomno plastjo, so prikazane v izvedbenemu primeru na koncu tega opisa.

Vsi zgoraj opisani principi kotne kompenzacije optičnih lastnosti temeljijo na dejstvu, da večje stopnje zatemnitve zahtevajo uporabo TK preklopnega svetlobnega filtra z dvema TK celicama. Ker lahko ti TK celici izdelamo tako, da se njune optične lastnosti v veliki meri medsebojno kompenzirajo, bo že zmerno izboljšanje optičnih lastnosti vsake od njiju pri nekaterih zelo specifičnih aplikacijah vodilo v izjemno kakovost delovanja.

V primeru TK preklopnih svetlobnih filtrov v napravah za zaščito oči, je koncept konstrukcije 'komplementarne' HTLS TK celice dokaj preprost. Druga TK celica LCD2 mora izpolnjevati naslednje pogoje za komplementarnost s prvo TK celico LCD1 TK preklopnega svetlobnega filtra:

- Orientacije TK molekul lr^a, lr^b v prvi TK celici LCD1 morajo biti pravokotne znotraj majhnega kota odstopanja β na orientacijo TK molekul 2r^a, 2r^b druge TK celice LCD2,

- Polarizator Ai izhodne svetlobe, ki se prilega mejni stekleni plošči la^b, skozi katero izhaja svetloba L_o iz prve TK celice LCD1, mora biti vzporeden znotraj majhnega kota odstopanja β na polarizator P₂ vhodne svetlobe Lj, ki se prilega mejni stekleni plošči la^a, skozi katero vstopa svetloba Lj v drugo TK celico LCD2,

- Vsi ostali parametri morajo biti čimbolj enaki.

Majhen kot odstopanja β tako med smermi orientacije TK molekul lr^a, lr^b in med polarizatorjema Pi, Ai prve TK celice LCD1 ter smermi orientacije TK molekul 2r^a, 2r^b in polarizatorjema P2, A2 druge TK celice LCD2 zahteva dodatno obrazložitev.

Dejstvo je, da s stališča proizvodnje, to je enostavnost razreza polarizatorske folije, orientiranje TK molekul, 'pretih' TK molekul na orientacijski površini, lahko pride do neskladja med simetrijo vidnega kota in geometrijo TK preklopnega svetlobnega filtra. Za korekcijo omenjenega neskladja so lahko vgrajeni prekrižani polarizatorji Pi, Aj in P2, A2 ob vhodnih in izhodnih straneh omenjenih TK celic LCD1, LCD2 tako, da polarizator A) izstopne svetlobe L_o prve TK celice LCD1 ni idealno nameščen glede na usmerjenost polarizatorja P? vhodne

-19svetlobe L; druge TK celice LCD2. Dokler je omenjeni kot odstopanja β relativno majhen (< 20°), je izguba svetlobe zaradi takega neskladja zanemarljiva, vendar pa s tem lahko dosežemo dodatno simetrijo zatemnitve v korelaciji z celotno geometrijo TK preklopnega svetlobnega filtra.

Uporabo predlagane HTLS tehnične rešitve najbolje prikažemo z njeno uporabo v avtomatskih TK preklopnih svetlobnih filtrih za zaščito oči v različnih zaščitnih čeladah za varjenje in rezanje s plazmo.

Izvedbeni primer:

Zgoraj opisani HTLS koncept avtomatskih TK preklopnih svetlobnih filtrov je zelo primeren za zaščitne naprave za oči, ki se uporabljajo pri varjenju. Tovrstna osebna zaščitna sredstva morajo ustrezati mednarodnim varnostnim predpisom, kot sta npr. EN 379, ICNIRP 'Smernice za omejevanje izpostavljenosti širokospektralnemu nekoherentnemu optičnemu sevanju'. Zato morajo v optično zaprtem stanju omogočati prilagoditev zaščitne zatemnitve v razmeroma širokem razponu od -4000 do > 100.000-krat. Poleg tega morajo uporabnika ščititi tako pred močnimi svetlobnimi bliski kot tudi pred premočno izpostavitvijo nekoherentni svetlobi v nevidnem, a škodljivem UV in IR delu spektra, ki povzroča trajno okvaro človeškega očesa. Elektro-optični aktivni TK svetlobni preklopniki ne izpolnjujejo vseh zgoraj naštetih zahtev, saj temeljijo na uporabi polarizatorjev, ki so učinkoviti predvsem v vidnem delu svetlobnega spektra. Zato je potrebna dodatna zaščita proti nevidnemu UV in IR sevanju. Ker pa imamo pri varjenju opravka z visoko-intenzivnimi izvori svetlobe, dodatno zaščito običajno dosežemo z uporabo t.i. 'fotopičnega filtra', ki svetlobo v IR in UV delu spektra selektivno odbija in ne absorbira, obenem pa je v vidnem delu spektra prozoren in bolj ali manj sledi krivulji občutljivosti očesa. Pasivni selektivni reflektor tako zagotavlja dodatno stalno zaščito očesa tudi v primeru neustreznega aktivnega filtriranja vidne svetlobe s pomočjo TK aktivnega filtra. Zato so današnji vrhunski TK preklopni svetlobni filtri z nastavljivo zaščitno zatemnitvijo običajno večplastni laminati, zgrajeni iz vsaj dveh električno krmiljenih optično dvolomnih elementov TK celic in ustreznega števila prekrižanih parov polarizatorjev na vstopni in izstopni strani omenjenih TK celic, na zunanjih straneh filtra pa sta zaščitni stekleni plasti, pri čemer notranjo stran vstopne zaščitne plasti prekriva tankoplastni fotopični filter, ki odbija škodljivo IR in UV svetlobo, kar prikazuje blok diagram na sliki 9a ali b. Električno krmiljena optično dvolomna elementa - TK celici na sliki 1, ki predstavljata ključni komponenti TK preklopnega

-20svetlobnega filtra, sta izdelani po standardnem proizvodnem procesu STN TK prikazalnikov z uporabo alkalnega stekla za mejni plošči la^a, la^b TK celice. Električno polje v tekočekristalni plasti d^a+d^b+e omogočata prozorni ITO elektrodi lb^a, lb^b, ki prekrivata mejni stekleni plasti la^a, la^b in imata običajno površinsko upornost 50 Ohm/kvadrat. Omenjeni elektrodi prekriva običajno 50 nm debela, poliimidna plast z 'nizko preostalo komponento enosmerne napetosti' (RDC), npr. SE 4792 (Nissan). Zgornja in spodnja poliimidna orientacijska plast lc^a, lc^b sta mehansko obdelani na standardni način, s čimer induciramo zaželeno orientacijo TK molekul lr^a, lr^b s kotom zasuka Φ = 225°. Obe površini zlepimo z lepilnim robom, ki vsebuje 4-5 pm distančnike, da nastane TK celica, ki jo nato v vakuumu napolnimo s tekočim kristalom, običajno s specializirano STN mešanico MLC-14000-100 (Merck). Za stabilizacijo orientacije TK strukture z visokim kotom zasuka omenjeni tekoči kristal dopiramo z 0.95% kiralnim dopantom, kot je S811. Polnilno odprtino zapremo z UV aktiviranim lepilom, kot je n.pr. NOA 61 (Norland). Obe TK celici LCD1 in LCD2 sta izdelani na enak način, le orientacija TK molekul 2r^a, 2r^b druge TK celice LCD2 je pravokotna (zasukana za 90°) na smer orientacije lr^a, lr^b prve TK celice LCD1 (-komplementarna struktura). Visokokontrastni polarizator Pj, npr. LLC2-5618 (Sanritz) je vgrajen na vstopno mejno stekleno ploščo la^a TK celice LCD1 tako, da je njegova svetlobno prepustna os za svetlobo usmerjena za 6° proč od normale na simetrijsko os S¹1 orientacije TK molekul omenjene TK celice LCD1. Enak postopek velja tudi za polarizator P2 na vstopni strani druge TK celice LCD2, čigar prepustna os za svetlobo je usmerjena za 6° proč od normale na simetrijsko os S^!2 orientacije TK molekul omenjene TK celice LCD2 - glej sliko 9a. Negativno-dvolomna plast Rl z optično osjo, pravokotno na ravnino TK celice LCD1 je nato vgrajena na izstopno stran mejne steklene plošče la^b TK celice LCD1. Postopek se ponovi za negativno dvolomno plast R2, ki je nanesena na izstopno stran mejne steklene plošče TK celice LCD2. Enak tip polarizatorjev (LLC2-5618) je vgrajen še kot izstopna polarizatorja Al in A2 na izstopni strani negativno-dvolomne plasti Rl oziroma R2. TK celice LCD1 in LCD2 s pripadajočimi polarizatorji Pi, Aj oziroma P₂, A₂ in negativnodvolomnima plastema Rl oziroma R2 so sestavljeni tako, da ležita izstopni polarizator Ai prve celice in vstopni polarizator P₂ druge celice vzporedno. Celotni laminat je nato prekrit še z zaščitnima steklenima ploščama C, pri čemer je zaščitna steklena plošča na vstopni strani, ki se prilega vstopnemu polarizatorju Pi, prekrita z večplastnim fotopičnim filtrom PF, ki selektivno odbija IR in UV žarke, prepušča pa vidno svetlobo. Za zagotavljanje optimalne kotne kompenzacije zatemnitve v optično zaprtem stanju zgoraj omenjenega TK preklopnega svetlobnega filtra v sredstvih za zaščito oči pri varjenju imata negativno-dvolomni plasti Rl in

-21R2 enaki vrednosti optične retardacije, ki ustrezata retardaciji pozitivne dvolomnosti (Δπε⁺ x de⁺) homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul in inherentni retardaciji negativne dvolomnosti (Δη_ρ’ x d_p') polarizatorjev Pi, Ai in P₂, A₂tako, daje absolutna vrednost optične retardacije (An_R' x d_R‘) optičnih kompenzacijskih plasti R1 (oziroma R2) za 200 nm manjša od razlike absolutnih vrednosti retardacije homeotropno orientiranega centralnega dela e plasti TK molekul in inherentne retardacije negativne dvolomnosti (An_p’ x d_p’) polarizatorjev Pi, Ai in P₂, A₂ (za podrobnosti in opis glej odstavek 2, še posebej točki 2.2 in 2.3 'Podrobnejšega opisa'):

|(Δπβ⁺ x de⁺)| - (Δη_ρ x d_p')| = |(An_R' x d_R')| + 200nm.

Kot je bilo že opisano, nastala efektivna pozitivna dvolomnost (200 nm) z optično osjo pravokotno na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra skupaj z efektivno residualno retardacijo v ravnini mejnih plasti d^a, d^b plasti TK molekul omogoča zelo učinkovito kotno kompenzacijo zatemnitve TK preklopnega svetlobnega filtra v optično zaprtem stanju. Na sliki 8 so prikazani rezultati meritev kotne odvisnosti zatemnitve TK preklopnega svetlobnega filtra, izdelanega po zgoraj opisanem postopku v 'Izvedbenem primeru' in prikazanem na sliki 8b, v primerjavi s standardno dvojno komplementarno TN TK celico na sliki 8a. Skala, uporabljena na sliki 8, ustreza zahtevam mednarodnega standarda EN 379 - horizontalne linije predstavljajo mejo 'prvega kakovostnega razreda', vse zahteve predpisa so specificirane za vpad svetlobe pod kotom +/- 15°. Očitno je, da so rezultati dvojnega HTLS TK preklopnega svetlobnega filtra, kompenziranega po zgoraj opisanem principu z uporabo negativno-dvolomne plasti, neprimerno boljši kot pri najboljših standardnih napravah.

Opisani izvedbeni primer izdelave kotno kompenziranega TK preklopnega svetlobnega filtra predstavlja le eno od možnih izvedb izuma. Izum dopušča različne spremembe in izvedbene različice, tako izbor drugačne relativne orientacije polarizatorjev in plasti TK molekul kot tudi modifikacije pri izdelavi komplementarne TK celice, kar omogoča prilagajanje potrebam specifičnih aplikacij. Značilen primer možne modifikacije je prikazan na sliki 9b, kjer je smer polarizacije (Pl, P2) vstopne svetlobe vzporedna in ne pravokotna na simetralo S¹! oziroma S’₂ orientacije TK molekul v TK celici LCD1 oziroma LCD2, kot je opisano v 'Primeru'. Taka sprememba smeri relativne polarizacije glede na simetrali S¹] oziroma S^ orientacije TK

-22molekul vodi v 'premik' retardacijskih plasti Rl oziroma R2 z izstopne na vstopno stran TK celice LCD1 oziroma LCD2.

Claims (9)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Tekoče kristalni (TK) preklopni svetlobni filter z visokim kontrastom in širokim vidnim kotom, sestavljen iz dveh električno krmiljenih TK celic (LCD1, LCD2) in dveh parov prekrižanih polarizatorjev (Pi, Ai in P₂, A₂) na vstopnih in izstopnih straneh omenjenih TK celic (LCD1, LCD2), pri katerih ima vsaka od omenjenih TK celic (LCD1, LCD2) tanko plast molekul d^a+d^b+e tekočega kristala z visokim kotom zasuka med mejnima steklenima ploščama (la^a, la^b), omenjeni plošči (la^a, la^b) na notranji strani pokrivata prozorni elektrodi (lb^a, lb^b) in orientacijski plasti (lc^a, 1 c^b), in ki je označen s tem, da sta orientacijski plasti (lc^a, lc^b) na prozornih elektrodah (lb^a, lb^b), ki prekrivata mejni stekleni plošči (la^a, la^b) obeh TK celic (LCD1, LCD2), orientirani tako, da v optično odprtem stanju TK preklopnega svetlobnega filtra, ko je krmilna napetost med prozornima elektrodama (lb^a, lb^b) enaka nič (V=0), plast TK molekul (d^a+d^b+e) zavzame molekularno orientacijo z visokim kotom zasuka Φ med 120° in 240° ter da sta para prekrižanih polarizatorjev (P_b Ai in P₂, A₂) orientirana glede na smer orientacije TK molekul (lr^a, lr^b oziroma 2r^a, 2r^b) vsake TK celice (LCD1, LCD2) tako, da osi prepustnosti svetlobe prvega para omenjenih prekrižanih polarizatorjev (Pb Ai) ležita znotraj majhnega kota α glede na simetrali (S’i, S²]) orientacije TK molekul na obeh površinah (lr^a, lr^b) v prvi TK celici (LCD1) in da osi prepustnosti svetlobe drugega para omenjenih prekrižanih polarizatorjev (P2, A₂) ležita znotraj majhnega kota α glede na simetrali (SS²2) orientacije TK molekul na obeh površinah (2r^a, 2r^b) v drugi TK celici (LCD2), pri čemer je omenjeni kot α manjši od 20°, kar omogoča povečanje celotnega vidnega kota TK preklopnega svetlobnega filtra.
2. 2. Filter po zahtevku 1, označen s tem, da TK celici (LCD1, LCD2) zagotavljata tako odvisnost svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti, da veliki svetlobni prepustnosti filtra pri krmilnih napetostih, ki so manjše od mejne vrednosti V_th pri naraščajoči krmilni napetosti najprej sledi zelo strmo pojemanje svetlobne prepustnosti, ki mu potem, ko napetost preseže mejno vrednost Vls, sledi »režim z majhnim naklonom« (LS) zmanjševanja svetlobne prepustnosti in daje TK preklopni svetlobni filter prilagojen tako, da deluje v optično zaprtem stanju samo v imenovanem »režimu z majhnim naklonom« (LS) krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK celic (LCD1, LCD2) in kjer

   -24se atenuacija svetlobe spreminja samo v imenovanem »režimu z majhnim naklonom« (LS) ter je vedno večja kot 10-krat.
3. 3. Filter po zahtevkih 1 ali 2, označen s tem, daje kot zasuka Φ orientacije molekul izbran tako, daje različen od kota 180° za kot +/- δ, kjer lahko δ zavzame katerokoli vrednosti v območju od 10 do 60°.
4. 4. Filter po zahtevkih 1, 2 in 3, označen s tem, daje kot zasuka Φ orientacije molekul izbran tako, da se približa vrednostim 180 +/- 45°.
5. 5. Filter po zahtevkih 1 do 4, označen s tem, da je omenjeni kot α med omenjenim prvim parom prekrižanih polarizatorjev (Pi, Ai) in omenjenima simetralama (S i, S i) orientacije TK molekul v omenjeni prvi TK celici (LCD1) in med omenjenim drugim parom prekrižanih polarizatorjev (P₂, A₂) in omenjenima simetralama (SS, S²2) orientacije TK molekul drugi TK celici (LCD2), izbran tako, da poveča celotni vidni kot, obenem pa ohranja zatemnitev znotraj stožca +/- 15° na normalo TK preklopnega svetlobnega filtra tako, da tudi pri maksimalni zatemnitvi 100.000 omenjena zatemnitev variira za manj kot faktor 1.6 okoli povprečne vrednosti omenjenega stožca s kotom 15° in da os prepustnosti svetlobe izstopnega polarizatorja (Ai) omenjenega prvega para polarizatorjev (Pi, Ai) prve TK celice (LCD1) leži tako, da je znotraj majhnega kota β vzporedna z osjo prepustnosti svetlobe vstopnega polarizatorja (P₂) omenjenega drugega para polarizatorjev (P₂, A₂) druge TK celice (LCD2) in daje omenjeni kot β manjši od 20°.
6. 6. Filter po zahtevkih 1 do 5, označen s tem, da je koncentracija kiralnega dopanta v omenjeni tekočekristalni plasti d^a+d^b+e izbrana tako, da optimizira naklon krivulje odvisnosti svetlobne prepustnosti od krmilne napetosti TK preklopnih svetlobnih filtrov v omenjenem delu krivulje z nizkim naklonom, kjer je omenjena koncentracija omenjenega kiralnega dopanta znotraj meja koncentracij, ki dajeta 5% oziroma 120° kot zasuka Φ orientacije molekul znotraj omenjene tekočekristalne plasti (d^a+d^b+e), ko le-ta ni izpostavljena krmilni napetosti (V) / ko je krmilna napetost (V) enaka nič.

   -257. Filter po zahtevkih 1 do 6, označen s tem, da imata omenjeni TK celici (LCD1, LCD2) komplementarni strukturi, kjer so vsi tehnični parametri identični, z izjemo orientacij TK molekul (2r^a, 2r^b) druge TK celice (LCD2), ki sta zasukani za 90° glede na prvo TK celico (LCD1) tako, daje simetrala (S\) skozi ostri kot med orientacijama TK molekul (2r^a, 2r^b) druge TK celice (LCD2) pravokotna na simetralo (S\) skozi ostri kot med orientacijama TK molekul (lr^a, lr^b) prve TK celice (LCD1).
7. 8. Filter po zahtevkih 1 do 7, označen s tem, da ima vgrajeno negativno-dvolomno plast (Rl) med eno od obeh omenjenih mejnih steklenih plošč (la^a, la^b) prve TK celice (LCD1) in pripadajočim polarizatorjem (Pi) ali (Ai) omenjenega prvega (Pi, Ai) od omenjenih parov polarizatorjev, in negativnodvolomno plast (R2) med eno od obeh omenjenih mejnih steklenih plošč (2a^a, 2a^b) druge TK celice (LCD2) in pripadajočim polarizatoijem (P2) ali (A2) omenjenega drugega (P2, A2) od omenjenih parov polarizatoijev, in da imata omenjeni negativno-dvolomni plasti (Rl, R2) z optično osjo, pravokotno na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra, enako negativno optično retardacijo An_R x d_R‘, kjer je An_R' razlika med lomnima količnikoma rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjenih negativno-dvolomnih plasteh (Rl, R2), d_R pa je debelina omenjenih negativnodvolomnih plasti (Rl, R2), in da je absolutna vrednost negativne optične retardacije An_R x d_R‘omenjenih negativnodvolomnih plasti (Rl, R2) izbrana tako, da je enaka razliki med absolutno vrednostjo pozitivnih optičnih retardacij An_e ⁺ x d_c ' homeotropno orientirane plasti TK molekul (e) v omenjenih TK celicah (LCD1, LCD2) in absolutno vrednostjo negativnih optičnih retardacij Δη_ρ’ x d_p‘omenjenih parov polarizatorjev (Pi, Αμ P2, A2), kjer je Anj razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjeni homeotropno orientirani plasti TK molekul (e), Δη_ρ’ pa razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v polarizatorjih (Pj, Ai, P2, A2), pri čemer je d_p' debelina omenjenih polarizatorjev (P_b Ai, P2, A2).
8. 9. Filter po zahtevkih 1 do 7, označen s tem, daje vstopni polarizator (Pi) prvega (Pj, Αθ od omenjenih parov polarizatorjev prve TK celice (LCD1) znotraj majhnega kota a vzporeden s simetralo (S¹1) skozi ostri kot med

   -26orientacijama TK molekul (lr^a, lr^b) prve TK celice (LCD1) in vstopni polarizator (P2) drugega (P2, A2) od omenjenih parov polarizatoijev druge TK celice (LCD2) znotraj majhnega kota α vzporeden s simetralo (S/) skozi ostri kot med orientacijama TK molekul (2r^a, 2r^b) druge TK celice (LCD2), omenjeni kot α pa je manjši od 20° in da ima omenjeni TK preklopni svetlobni filter vgrajeno negativno-dvolomno plast (Rl) med vstopno mejno stekleno ploščo (la^a) prve TK celice (LCD1) in pripadajočim vstopnim polarizatorjem (Pi) in negativno-dvolomno plast (R2) med vstopno mejno stekleno ploščo (1 a^a2) druge TK celice (LCD2) in pripadajočim vstopnim polarizatorjem (P2) in da imata obe negativno-dvolomni plasti (Rl, R2) z optično osjo, pravokotno na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra, enako negativno optično retardacijo An_R' x d_R‘, kjer je An_R‘ razlika med lomnima količnikoma rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjenih negativno-dvolomnih plasteh (Rl, R2), d_R‘ pa je debelina omenjenih negativno-dvolomnih plasti (Rl, R2), in daje absolutna vrednost negativne optične retardacije An_R' x d_R'omenjenih negativnodvolomnih plasti (Rl, R2) izbrana tako, daje manjša od razlike med absolutno vrednostjo pozitivnih optičnih retardacij Δη/ x de⁺ homeotropno orientirane plasti TK molekul (e) v omenjenih TK celicah (LCD1, LCD2) in absolutno vrednostjo negativnih optičnih retardacij Δη_ρ’ x dp’ omenjenih parov polarizatorjev (Pi, Aj, P2, A2), tako da posledična pozitivna optična retardacij a (Δη/ x d/) - (Δη_ρ' x d_p') - (An_R‘ x d_R') v smeri normale na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra v kombinaciji z residualno retardacijo v ravnini mejnih tekočekristalnih plasti (d^a, d^b) v obeh TK celicah (LCD1, LCD2) omogoča učinkovito dodatno kompenzacijo kotne odvisnosti parov prekrižanih polarizatorjev (Pi, Ai in P2, A2), kjer je Δη/ razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjeni homeotropno orientirani plasti TK molekul (e), d/ debelina omenjene homeotropno orientirane plasti TK molekul (e), Δη_ρ' pa razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v polarizatorjih (Ρ_]; Ai, P2, A2), pri čemer je d_p' debelina omenjenih polarizatorjev (Ρχ, Ai, P2, Α2).
9. 10. Filter po zahtevkih 1 do 7, označen s tem,

   -27da je vstopni polarizator (Pi) prvega (Pi, Ai) od omenjenih parov polarizatorjev prve TK celice (LCD1) znotraj majhnega kota a pravokoten na simetralo (S’i) skozi ostri kot med orientacijama TK molekul (lr^a, lr^b) prve TK celice (LCD1) in vstopni polarizator (P2) drugega (P2, A2) od omenjenih parov polarizatorjev druge TK celice (LCD2) znotraj majhnega kota a pravokoten na simetralo (S^J2) skozi ostri kot med orientacijama TK molekul (2r^a, 2r^b) druge TK celice (LCD2), omenjeni kot a pa je manjši od 20° in da ima omenjeni TK preklopni svetlobni filter vgrajeno negativno-dvolomno plast (RI) med izstopno mejno stekleno ploščo (la^b) prve TK celice (LCD1) in pripadajočim izstopnim polarizatorjem (Ai) in negativno-dvolomno plast (R2) med izstopno mejno stekleno ploščo (2a^b) druge TK celice (LCD2) in pripadajočim izstopnim polarizatorjem (A₂) in da imata obe omenjeni negativno-dvolomni plasti (RI, R2) z optično osjo, pravokotno na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra, enako negativno optično retardacijo An_R' x d_R, kjer je An_R’ razlika med lomnima količnikoma rednega in izrednega svetlobnega žarka v omenjenih negativno-dvolomnih plasteh (RI, R2), d_R' pa je debelina omenjenih negativnodvolomnih plasti (RI, R2), in daje absolutna vrednost negativne optične retardacije An_R’ x d_R'omenjenih negativnodvolomnih plasti (RI, R2) izbrana tako, daje manjša od razlike med absolutno vrednostjo pozitivnih optičnih retardacij An_c ⁴ x de⁺ homeotropno orientirane plasti TK molekul (e) v omenjenih TK celicah (LCD1, LCD2) in absolutno vrednostjo negativnih optičnih retardacij Δηρ' x d_p' omenjenih parov polarizatorjev (Pi, Ai, P₂, A₂), tako da posledična pozitivna optična retardacij a (Anj x d_e ⁺) - (Anp‘ x dp') - (AnR’ x dR') v smeri normale na ravnino TK preklopnega svetlobnega filtra v kombinaciji z residualno retardacijo v ravnini mejnih tekočekristalnih plasti (d^a, d^b) v obeh TK celicah (LCD1, LCD2) omogoča učinkovito dodatno kompenzacijo kotne odvisnosti parov prekrižanih polarizatorjev (Pt, Ai in P₂, A₂), kjer je An_e ⁺ razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v homeotropno orientirani plasti TK molekul (e), de⁺ debelina omenjene homeotropno orientirane plasti TK molekul (e), Anp’ pa razlika med lomnimi količniki rednega in izrednega svetlobnega žarka v polarizatorjih (P_b Ai, P₂, A₂), pri čemer je d_p' debelina omenjenih polarizatorjev (P_b Ai, P₂, A₂).

   -2811. Filter po zahtevkih 9 in 10, označen s tem, da je debelina dp/ omenjenih negativnodvolomnih plasti (Rl, R2) izbrana tako, daje absolutna vrednost njihove negativne optične retardacije Δη^ x dj/ vsaj 100 nm in ne več kot 250 nm manjša od razlike med absolutno vrednostjo pozitivne optične retardacije AnU x d_e ⁺ homeotropno orientirane plasti TK molekul (e) v TK celicah (LCD1, LCD2) in absolutno vrednostjo negativne optične retardacije Δη_ρ' x d_p' omenjenih parov polarizatorjev (P_b Ai, P2, A2).