用于减少激光散斑的受控颗粒运动

引言

本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及一种光学装置，诸如显示装置，其包括生成在可见范围、紫外范围或红外范围内的相干光束的相干光源，以及包括多个液晶和多个微粒的液晶部件。该光学装置将相干光束的散斑对比度减少到小于或等于约0.6。还提供了减少具有相干光源的光学装置中的散斑的方法。

背景技术：

显示装置被用于各种应用中。本公开中描述的技术通常适用于各种显示装置，包括任何透射抑或反射型平板显示器，尤其是三维投影显示器。例如，车辆可包括一个或多个显示器，诸如信息娱乐系统或在车辆挡风玻璃上显示信息的平视显示器（hud）。例如，hud可显示车速和其他车辆信息（例如，车道偏离警告和防撞警告等警告）。许多显示系统包括液晶显示器（lcd）部件。

各种显示系统经常采用相干光源（诸如激光）与其他显示部件（如lcd部件）结合。然而，使用激光作为照明源会产生大量由激光相干性产生的散斑。当相干光从漫射表面反射时，表面上的各个点每个都发射光波。通常，所有的反射光波都具有相同的频率，但是从表面上不同点反射的光的相位和振幅会变化。因此，光可以相长干涉和相消干涉，以产生看似随机的亮光斑和暗光斑或亮带和暗带的图案，这些光斑或带被认为是散斑。当由反射光形成图像时，散斑效应会给图像增加噪声。

技术实现要素：

本节提供了对本公开的一般概述，并且不是对其全部范围或所有特征的全面公开。

本公开涉及一种光学装置。在某些变型中，光学装置包括相干光源，该相干光源生成波长在可见范围、紫外范围或红外范围内的相干光束。该光学装置还包括液晶部件，其中相干光束指向液晶部件。液晶部件包括被配置成透射相干光束的第一电极、被配置成透射或反射相干光束的第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间以在其间限定内部隔室的至少一个间隔物。此外，设置在内部隔室中的多个液晶和设置在内部隔室中的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒。电源与第一电极和第二电极电连通，其中，在没有施加电压或电流的第一状态下，从液晶部件透射或反射的经滤光的光束呈现大于或等于约0.6的第一散斑对比度，并且在第二状态下，此时电压或电流从电源施加到第一和第二电极，引起所述多个微粒在内部隔室内移动，并且经滤光的光束具有小于或等于约0.6的第二散斑对比度。

在一个方面，液晶部件还包括设置在第一电极表面上的第一对准层和设置在第二电极表面上的第二对准层。第一对准层和第二对准层被配置成将内部隔室中的多个液晶对准。

在一个方面，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米。此外，所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合。

在一个方面，所述多个微粒具有包括多个刻面的形状。

在一个方面，所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

在一个方面，在大于或等于约30v的施加电压下，第二散斑对比度小于或等于约0.3。

在一个方面，内部隔室包括大于0重量%至小于或等于约30重量%的多个微粒。

在一个另外的方面，内部隔室还包括小于或等于约30重量%的聚合物、小于或等于约1重量%的表面活性剂以及余量的多个液晶。

在一个方面，电源被配置成施加大于0hz至小于或等于约1khz的电能频率，并且具有大于或等于约1v至小于或等于约1kv的电压。

在一个方面，第一电极和第二电极分别设置在透明基板上。第一电极和第二电极独立地包括选自由以下各者组成的组的导电材料：氧化铟锡、金属纳米线、金属颗粒、镓锌氧化物、铝镓锌氧化物、聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（pedot）及其组合。

本公开还涉及显示装置。该显示装置包括相干光源，该相干光源生成波长在可见范围内的相干光束。显示装置还包括成像系统，该成像系统从相干光束生成显示图像。成像系统包括液晶部件。液晶部件包括被配置成透射相干光束的第一电极、被配置成透射或反射相干光束的第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间以在其间限定内部隔室的至少一个间隔物。多个液晶设置在内部隔室中。此外，平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒设置在内部隔室中。电源与第一电极和第二电极电连通。在没有施加电压或电流的第一状态下，从液晶部件透射的经滤光的光束呈现大于或等于约0.6的第一散斑对比度。在第二状态下，此时电压或电流从电源施加到第一和第二电极，引起所述多个微粒在内部隔室内移动，并且经滤光的光束具有小于或等于约0.6的第二散斑对比度。

在一个方面，成像系统包括成像装置。液晶部件设置在成像系统中（i）在由成像装置生成显示图像之前，（ii）在由成像装置生成显示图像之后，其中液晶部件是用于显示图像的投影屏幕，或者（iii）在由成像装置生成显示图像之后，其中成像系统还包括投影屏幕，并且液晶部件设置在成像装置和投影屏幕之间。

在一个方面，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米。所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合。所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

在一个方面，在大于或等于约30v的施加电压下，第二散斑对比度小于或等于约0.3。

在一个方面，内部隔室包括大于0重量%至小于或等于约30重量%的多个微粒。

本公开还涉及一种减少具有相干光源的光学装置中的散斑的方法。该方法包括将由相干光源生成的波长在可见范围、紫外范围或红外范围内的相干光束朝向液晶部件引导。液晶部件包括被配置成透射相干光束的第一电极、被配置成透射或反射相干光束的第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间以在其间限定内部隔室的至少一个间隔物。此外，液晶部件包括设置在内部隔室中的多个液晶和设置在内部隔室中的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒。电源与第一电极和第二电极电连通。该方法包括经由电源向液晶部件的第一电极和第二电极施加电能，以将相干光束的散斑对比度减少到小于或等于约0.6。

在一个方面，电能具有大于0hz至小于或等于约1khz的频率和大于或等于约1v至小于或等于约1kv的电压。

在一个方面，当在大于或等于约30v的电压下施加电能时，散斑对比度小于或等于约0.3。

在一个方面，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米。所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合。所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

本发明提供了以下技术方案：

1.一种光学装置，包括：

相干光源，其生成波长在可见范围、紫外范围或红外范围内的相干光束；以及

液晶部件，其中，所述相干光束指向所述液晶部件，并且所述液晶部件包括：

第一电极，其被配置成透射所述相干光束；

第二电极，其被配置成透射或反射所述相干光束；

至少一个间隔物，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间，以在其间限定内部隔室；

设置在所述内部隔室中的多个液晶；

设置在所述内部隔室中的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒；和

与所述第一电极和所述第二电极电连通的电源，其中，在没有施加电压或电流的第一状态下，从所述液晶部件透射或反射的经滤光的光束呈现大于或等于约0.6的第一散斑对比度，并且在第二状态下，此时电压或电流从所述电源施加到所述第一和第二电极，引起所述多个微粒在所述内部隔室内移动，并且经滤光的光束具有小于或等于约0.6的第二散斑对比度。

2.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述液晶部件还包括设置在所述第一电极的表面上的第一对准层和设置在所述第二电极的表面上的第二对准层，其中，所述第一对准层和所述第二对准层被配置成将所述内部隔室中的多个液晶对准。

3.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米，并且所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合。

4.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述多个微粒具有包括多个刻面的形状。

5.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

6.根据技术方案1所述的光学装置，其中，在大于或等于约30v的施加电压下，所述第二散斑对比度小于或等于约0.3。

7.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述内部隔室包括大于0重量%至小于或等于约30重量%的所述多个微粒。

8.根据技术方案7所述的光学装置，还包括小于或等于约30重量%的聚合物、小于或等于约1重量%的表面活性剂以及余量的多个液晶。

9.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述电源被配置成施加大于0hz至小于或等于约1khz的电能频率，并且具有大于或等于约1v至小于或等于约1kv的电压。

10.根据技术方案1所述的光学装置，其中，所述第一电极和所述第二电极分别设置在透明基板上，并且所述第一电极和所述第二电极独立地包括导电材料，所述导电材料选自由以下各者组成的组：氧化铟锡、金属纳米线、金属颗粒、氧化镓锌、氧化铝镓锌、聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（pedot）及其组合。

11.一种显示装置，包括：

相干光源，其生成波长在可见范围内的相干光束；以及

成像系统，其从所述相干光束生成显示图像，其中，所述成像系统包括液晶部件，所述液晶部件包括：

第一电极，其被配置成透射所述相干光束；

第二电极，其被配置成透射或反射所述相干光束；

至少一个间隔物，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间，以在其间限定内部隔室；

设置在所述内部隔室中的多个液晶；

设置在所述内部隔室中的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒；和

与所述第一电极和所述第二电极电连通的电源，其中，在不具有施加电压或电流的第一状态下，从所述液晶部件透射或反射的经滤光的光束呈现大于或等于约0.6的第一散斑对比度，并且在第二状态下，此时电压或电流从所述电源施加到所述第一和第二电极，引起所述多个微粒在内部隔室内移动，并且经滤光的光束具有小于或等于约0.6的第二散斑对比度。

12.根据技术方案11所述的显示装置，其中，所述成像系统包括成像装置，并且所述液晶部件设置在所述成像系统中：

（i）在由所述成像装置生成显示图像之前；

（ii）在由所述成像装置生成显示图像之后，其中，所述液晶部件是用于所述显示图像的投影屏幕；或者

（iii）在由所述成像装置生成显示图像之后，其中，所述成像系统还包括投影屏幕，并且所述液晶部件设置在所述成像装置和所述投影屏幕之间。

13.根据技术方案11所述的显示装置，其中，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米，所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合，并且所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

14.根据技术方案11所述的显示装置，其中，在大于或等于约30v的施加电压下，所述第二散斑对比度小于或等于约0.3。

15.根据技术方案11所述的显示装置，其中，所述内部隔室包括大于0重量%至小于或等于约30重量%的多个微粒。

16.一种减少具有相干光源的光学装置中的散斑的方法，该方法包括：

将由所述相干光生成的波长在可见范围、紫外范围或红外范围内的相干光束朝向液晶部件引导，所述液晶部件包括：

第一电极，其被配置成透射所述相干光束；

第二电极，其被配置成透射或反射所述相干光束；

至少一个间隔物，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间，以在其间限定内部隔室；

设置在所述内部隔室中的多个液晶；

设置在所述内部隔室中的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约20微米（μm）的多个微粒；

与所述第一电极和所述第二电极电连通的电源；和

经由所述电源向所述液晶部件的第一电极和第二电极施加电能，以将从所述液晶部件透射或反射的相干光束的散斑对比度减少到小于或等于约0.6。

17.根据技术方案16所述的方法，其中，所述电能具有大于0hz至小于或等于约1khz的频率和大于或等于约1v至小于或等于约1kv的电压。

18.根据技术方案16所述的方法，其中，当以大于或等于约30v的电压施加电能时，所述散斑对比度小于或等于约0.3。

19.根据技术方案16所述的方法，其中，所述多个微粒的平均直径大于或等于约450nm至小于或等于约700微米，所述多个微粒具有选自由以下各者组成的组的形状：球形、椭球形、矩形、多边形、盘状、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形、圆柱形及其组合，并且所述多个微粒包括选自由以下各者组成的组的材料：二氧化硅（sio2）、玻璃、金刚石、立方锆（zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。

从本文提供的描述中，另外的应用领域将变得显而易见。本概述中的描述和具体示例仅旨在说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明所选实施例的目的，并且不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1示出了用于车辆的平视显示器（hud）系统的一个示例，该平视显示器系统可以结合根据本公开的某些方面的光学显示系统。

图2a-2b示出了根据本公开的某些方面制备的液晶部件，其包括用于减少相干光束的散斑对比度的多个微粒。图2a示出了没有施加电能的第一操作状态，而图2b示出了施加有电能的第二操作状态。

图3是示出三种相干光束（激光，包括波长为488nm的蓝色激光、波长为632.8nm的红色hene激光和波长为532nm的绿色二极管激光）的散斑对比度与电压的关系的图表，这三种相干光束指向根据本公开的某些方面制备的液晶显示部件。

图4a-4f示出了在没有施加电能（0v）的第一操作状态和施加有电能（60v）的第二操作状态下可见范围内的激光穿过根据本公开的特定变型制备的液晶部件。

图5示出了一种显示装置配置，其具有设置在根据本公开的某些方面制备的成像装置之前的液晶显示部件。

图6示出了具有设置在成像装置之后的液晶显示部件的另一显示装置配置，其中，液晶部件用作根据本公开的某些方面制备的投影屏幕。

图7示出了根据本公开的某些方面制备的又另一显示装置配置，其具有设置在成像装置之后的液晶显示部件和投影屏幕，其中，液晶部件减少投影屏幕上显示图像的散斑。

贯穿附图的几个视图，对应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

提供了示例性实施例，使得本公开将是全面的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，诸如具体组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的全面理解。对于本领域的技术人员来说，显然不需要采用具体细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，并且任何一种都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的示例实施例，而不是为了进行限制。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”也可旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。术语“包括”、“包含”、“包含”和“具有”是包含性的，并且因此指定了所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求本文阐述的各种实施例的非限制性术语，但是在某些方面，该术语可替代地被理解为更具限制性和约束性的术语，例如“由……组成”或“基本由……组成”。因此，对于列举组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由这样列举的组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成或基本上由这样列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成的实施例。在“由……组成”的情况下，替代实施例排除了任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、部件、特征、整体、操作和/或工艺步骤被排除在该实施例之外，但是实质上不影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤可以被包括在该实施例中。

本文描述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求以所讨论或说明的特定顺序来执行，除非被具体标识为执行顺序。还应当理解，除非另有指示，否则可采用附加的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，它可直接在另一个部件、元件或层上、接合到、连接到或耦合到另一个部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一个元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元素之间关系的其他词语应以类似的方式解释（例如，“之间”对“直接之间”、“临近”对“直接临近”等）。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

虽然第一、第二、第三等术语在本文中可用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，但是除非另有指示，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或区段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或区段区分开来。术语，诸如“第一”、“第二”和其它数字术语在本文中使用时并不暗示顺序或次序，除非上下文明确指示。因此，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或区段，而不脱离示例实施例的教导。

为了便于描述，本文可使用空间或时间上相对的术语，诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。空间上或时间上相对的术语除了图中所描绘的取向之外，还可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。

贯穿该公开，数值表示范围的近似度量或限制，以涵盖与给定值的微小偏差和具有约所述值以及具有所述精确值的实施例。除了在详细描述的结尾提供的工作示例之外，本说明书（包括所附权利要求）中参数的所有数值（例如，数量或条件的）应被理解为在所有情况下由术语“约”来修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。“约”指示所陈述的数值允许一些轻微的不精确（在数值上接近精确；近似或相当接近该值；差不多）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中没有另外被理解为具有这种普通含义，那么如本文使用的“约”至少指示可由测量和使用这种参数的普通方法产生的变化。例如，“约”可包括小于或等于5%、任选地小于或等于4%、任选地小于或等于3%、任选地小于或等于2%、任选地小于或等于1%、任选地小于或等于0.5%、且在某些方面任选地小于或等于0.1%的变化。

另外，范围的公开包括所有值和整个范围内进一步划分的范围的公开，包括给定范围的端点和子范围。

现在将参照附图更全面地描述示例实施例。

在各个方面，本公开涉及一种使散斑对比度最小化的改进的显示系统，其中该系统包括相干光源（诸如激光器）以及包括多个液晶的液晶部件。作为背景，激光散斑的大小可以由散斑对比度来表示。从表面反射的相干光源（诸如激光）的散斑对比度被认为是在该表面上测量的光强度除以平均光强度的标准偏差（例如，通过将强度分布的标准偏差除以强度分布的平均值获得的值）。因此，如果屏幕在任何地方都具有相同的亮度，那么与平均值的标准偏差将为零，因此散斑将为零。然而，由于激光束的相干性和窄光谱，会出现干涉图案。因此，用激光照明的表面看起来将会具有暗区域和亮区域或激光散斑。这些激光散斑图案形成于观察者的视网膜上，并且稍有移动就会发生变化，这对于观察者（如车辆中的司机和乘客）来说非常麻烦。此外，具有高相干激光光源（例如，激光）的显示器会由于高散斑对比度而面临粒状图像的问题。

然而，根据本公开的各个方面，可以通过结合包括多个液晶和多个微粒两者的液晶显示部件来减少散斑对比度。如本文使用的“微粒”可具有大于或等于约450nm至小于或等于约25微米的至少一种尺寸。在某些方面，被选择来包含在液晶显示部件中的微粒的最大尺寸可具有小于包含液晶和微粒的腔室或隔室的尺寸，以允许微粒在其中迁移。在某些变型中，微粒具有至少一种尺寸，该尺寸任选地大于或等于约450nm至小于或等于约20微米，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约20微米，任选地大于或等于约450nm至小于或等于约10微米，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约10微米，任选地大于或等于约450nm至小于或等于约5微米，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约5微米，任选地大于或等于约450nm至小于或等于约2微米，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约2微米，任选地大于或等于约450nm至小于或等于约1.6微米，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约1.6微米，任选地大于或等于约450nm至小于或等于约700nm，并且在某些变型中，任选地大于或等于约500nm至小于或等于约700nm。

在某些方面，包含在液晶部件中的所述多个微粒可具有大于或等于约450nm至小于或等于约25微米、任选地大于或等于约500nm至小于或等于约25微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约20微米的平均颗粒大小；任选地大于或等于约500nm至小于或等于约20微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约10微米、任选地大于或等于约500nm至小于或等于约10微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约5微米、任选地大于或等于约500nm至小于或等于约5微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约2微米、任选地大于或等于约500nm至小于或等于约2微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约1.6微米、任选地大于或等于约500nm至小于或等于约1.6微米、任选地大于或等于约450nm至小于或等于约700nm并且在某些变型中任选地大于或等于约500nm至小于或等于约700nm的平均颗粒大小。虽然在本技术中使用的微粒包括大小低于1微米的微粒，但是应当注意，本文描述的微粒通常不旨在涵盖平均颗粒大小小于450nm的纳米颗粒，除非形成较小大小的纳米颗粒的聚集物，并且达到呈现散斑对比度减少的最小大小。当施加电场时，大小大于或等于约450nm的颗粒被引起移动；例如，由于液晶在施加电场时的移动，使得颗粒减少散斑对比度。这种现象被认为不会发生在较小的纳米颗粒上。

微粒可具有各种形状，包括作为非限制性示例的基本上圆形的形状，如球形和椭球形/椭圆、矩形、多边形、盘状/盘形、椭球形、环形、锥形、棱锥形、杆形/圆柱形等。具有不同形状的微粒也可彼此组合。在一种变型中，微粒可包括具有多个平面或刻面的形状，诸如矩形、多边形、棱锥形等。当光穿过液晶部件时，平面侧面或刻面可以有助于衍射或漫射光。在其他方面，微粒可具有基本上圆形的形状，诸如球形、椭球形、半球等。

在某些方面，微粒对光源或激光器生成的相干光束的波长或波长带是透明和不吸收的。如本文所使用，“透明”旨在表示材料或部件对于电磁能量的目标波长范围是可透射的，例如，在可见、红外和/或紫外波长范围内。因此，在某些方面，透明材料或部件在预定波长范围下透射大于或等于约70%、任选地大于或等于约75%、任选地大于或等于约80%、任选地大于或等于约85%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约95%的电磁能，并且在某些优选方面，任选地，大于或等于约98%在预定波长或波长范围（例如，光谱的可见和/或红外范围内的）下的电磁能量透射穿过材料或部件。

相干光的预定波长或波长范围可在可见、紫外（uv）和红外（ir）范围内。特别合适的电磁辐射包括波长范围为从约390至约750nm的可见光、红外辐射（ir）（包括波长范围为从约0.75至约1.4µm的近红外辐射）、波长范围为从约100nm至约390nm的紫外光（uv）。例如，可见光的波长范围可以为红色约625nm至740nm、橙色约590nm至625nm、黄色约565nm至590nm、绿色约520nm至565nm、蓝色或青色约500nm至520nm、蓝色或靛蓝约435nm至500nm；以及紫色约380nm至435nm。

根据使用显示器的应用，微粒可对预定范围内的所有波长透明。例如，可见范围（或至少一部分可见范围）内的波长的透明度对于显示器是理想的，ir波长（或一部分ir范围）内的透明度对于lidar是理想的，并且uv波长（或一部分uv范围）内的透明度对于光刻是理想的。

因此，微粒可由用于预定波长或波长范围的透明材料形成。微粒可由选自由以下各者组成的组的材料形成：二氧化硅（sio2）、玻璃（其可包括硅酸盐、硼硅酸盐等）、金刚石、立方锆（(zro2）玻璃、聚合物、陶瓷及其组合。举例来说，合适的基于聚合物的微粒包括聚苯乙烯，合适的基于陶瓷的微粒包括氧化铝、氧化钇氧化铝石榴石（yag）和掺钕氧化钇氧化铝石榴石nd:yag，作为非限制性示例。在某些方面，当施加交流电时，静电荷（也称为摩擦电荷）的生成被最小化，因此微粒中ζ电势不存在或接近零。

根据本公开的各个方面，微球与液晶混合。微球的运动受电场下液晶不稳定性的控制。液晶在电场存在下的移动进而以随机方式使微球移动。当施加电压或电流时，通过由微球运动引起的时间平均来减少散斑对比度。颗粒/胶体运动被电控制，而不是经由胶体的布朗运动控制。减少液晶部件中激光散斑的技术以前一直集中于经由旋转或振动来物理地移动液晶颗粒。例如，一种用于减少散斑的方法可以包括结合漫射器，该漫射器移动或振动到激光束的路径中。有利的是，本公开提供了没有任何用于旋转或振动的机动或机械化部分的光学装置，如将在下面讨论的。此外，与可能减少散斑对比度的其他技术（例如，在没有施加电场的情况下）相比，本公开提供的变型提供了由施加电场引起的减少的散斑对比度。

在各个方面，本公开提供了一种光学装置。作为非限制性示例，光学装置可以是显示装置，或者如上所述，可以是lidar系统或光刻系统的一部分。图1示出了可在车辆中使用的显示系统的示例。更具体地，为了图示的目的，图1包括用于车辆的前投影平视显示器（hud）系统50的非限制性示例实施方式。hud50从仪表板60中的开口56将图像52（虚拟图像）投影到挡风玻璃54的一部分上。图像52包括各种车辆信息，诸如车辆的当前速度、警告、车辆变速器的当前档位、发动机速度、车辆的方向性前进方向、当前信息娱乐系统设置和/或其他车辆信息。图像52向车辆驾驶员显示该信息，而驾驶员不必改变头部位置或避开车辆前方的注视方向（例如，不必将视线从物体上移开）。

图像源70基于来自hud控制模块74的信号72生成（例如，投影）图像52。仅作为示例，图像源70可包括生成波长在可见范围内的相干光束的相干光源。因此，图像源70可包括一个或多个激光器76。举例来说，激光器76可产生红光、绿光和蓝光。在存在的情况下，液晶装置（lcd）部件78也被包括在图像源70中。hud控制模块74基于从车辆接收的车辆数据80生成被发送到图像源70的信号72。

hud控制模块74可例如从车辆的通信总线获得车辆数据80。车辆数据80可包括例如车辆的当前速度、警告、车辆变速器的当前档位、发动机速度、车辆的方向性前进方向、当前信息娱乐系统设置和/或其他车辆信息。

任选的反射器82通过开口58将图像源70生成的图像52反射到挡风玻璃54上。观察者可以在图像52被投影到挡风玻璃54上的区域中观察图像52。在各种实施方式中，可省略反射器82，并且图像源70可替代地被配置成将图像52直接投影到挡风玻璃54上。

图2a和2b通过非限制性示例示出了用于如图1所示的hud的显示系统中的液晶部件100。液晶部件100被配置成接收并在某些操作状态下透射由相干光源或激光器（如图1中的激光器76）生成的相干光束110。

液晶部件100可包括第一对准层130和第二对准层140。液晶部件100还包括第一电极132和第二电极142。第一电极132可对相干光束110透明。如下文将进一步描述的，在某些变型中，第二电极142可对相干光束110透明抑或是反射性的。导电元件（第一电极132和第二电极142）邻近于相应的第一对准层130或第二对准层140设置（每个对准层具有在向其施加电流时引起液晶的预定取向的表面形态）。第一对准层130或第二对准层140可以具有互补的表面形态，当施加电压或电流以允许光透射和旋转通过液晶时，在某些变型中可以引起液晶的优选取向（如下所述）。如本领域技术人员所理解的，第一对准层130和第二对准层140是任选的部件，并且此外在某些变型中，虽然未示出，但是当面对液晶的每个相应电极的表面被图案化时，可与第一电极132和第二电极142组合。第一电极132和第二电极142可以独立地由导电层形成。举例来说，在第一电极132和第二电极142是透明的情况下，导电材料可独立地选自由以下各者组成的组：氧化铟锡（ito）、金属纳米线、金属颗粒、镓锌氧化物、铝镓锌氧化物、聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（pedot）及其组合。在第二电极142是反射性的情况下，作为非限制性示例，它可由反射性导电金属形成，诸如铝或铝合金。应当注意，第一电极132和第二电极142可由不同的材料形成。

虽然在图2a-2b中未示出，但是在替代的变型中，透明导电层可以被图案化。应当注意，对于某些液晶的操作可能不需要对准层或图案化。此外，举例来说，可以包括多个层，包括多个图案化电极。

第一电极132设置在第一透明基板134上。第一电极132和第一基板134被配置成透射相干光束110的至少一部分。第二电极142设置在第二透明基板144上。在显示系统是背投系统的变型中，第二电极142和第二基板144被配置成透射相干光束110的至少一部分。在显示系统是前投影系统的其他变型中，第二电极142和/或第二基板144被配置成反射相干光束110的至少一部分。液晶部件100因此可以用作投影屏幕。对于背投显示系统，在投影仪和观察者在屏幕（例如，液晶部件100）的不同侧上的情况下，第二电极142和第二基板144需要能够透射光。对于前投影显示系统，在投影仪和观察者在屏幕（例如，液晶部件100）的同一侧上的情况下，第二电极142和/或第二基板144可以是反射性的。因此，诸如平视显示器的显示系统可以由硅上液晶（lcos）技术制成，其中液晶显示器（液晶部件100）直接制造在硅基板背板上，并且反射器设置在硅基板下方。

在某些变型中，第一基板134和/或第二基板144可以由对相干光束110透明的材料形成，例如，可由玻璃（例如，二氧化硅或硼硅酸盐）或聚合物形成。第一电极132设置在第一透明基板134上。在某些变型中，第一电极132可涂覆在第一基板134上，并且第一对准层130可涂覆到第一电极132上。同样，第二电极142可涂覆在第二基板144上，并且第二对准层140可涂覆到第二电极142上。

液晶部件100还包括设置在第一对准层130和第一电极132以及第二对准层140和第二电极142之间的间隔物150。因此，间隔物50限定液晶部件100的内部隔室160的周界152。因此，内部隔室160可以是密封隔室。在某些方面，内部部件（标示为120）的厚度可大于或等于约1微米（μm）至小于或等于约100μm，任选地大于或等于约3微米（μm）至小于或等于约50μm，并且在某些变型中，任选地大于或等于约10微米（μm）至小于或等于约20μm。

多个液晶162设置在内部隔室160中。液晶162可以是本领域已知的各种不同的液晶，包括正介电各向异性（其中需要对准层或图案化电极）或负各向异性（其中不需要图案化电极）。所述多个液晶162可包括向列液晶、手性向列液晶、铁电液晶、蓝相液晶等。在某些变型中，液晶162可以具有负介电各向异性，诸如负向列液晶。

此外，根据本公开的各个方面，多个微粒170还设置在内部隔室160中，诸如前面描述的那些。如上所述，微粒170理想地具有大于或等于约450nm的最小尺寸和小于内部隔室160的厚度120的最大尺寸，以允许它们移动。微粒170对于相干光110是透明的。

介质或混合物可包括大于0重量%至小于或等于约30重量%的多个微粒170和大于或等于约70重量%至小于100重量%的多个液晶162，任选地大于5重量%至小于或等于约15重量%的多个微粒170和大于或等于约85重量%至小于95重量%的多个液晶162，任选地大于8重量%至小于或等于约12重量%的多个微粒170和大于或等于约88重量%至小于92重量%的多个液晶162。在一种变型中，介质包括约10重量%的多个微粒170和约90重量%的多个液晶162。在某些其他变型中，内部隔室160包括介质，该介质不仅包括液晶162和微粒170，还可包括至少一种附加成分，诸如聚合物（高达约30重量%）、表面活性剂（高达约1重量%），其用于改进液晶部件100的内部隔室160中的材料的电光响应。在某些变型中，用于结合到内部隔室中的聚合物的示例可包括光学粘合剂，诸如norland^tm光学粘合剂、反应性单体等。作为非限制性示例，合适的表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙氧基化辛基苯酚、十四烷基膦酸的二甲醚、四丁基溴化铵、聚（醇）、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物等。

虽然未示出，但是附加的已知部件可与液晶部件100相关联，诸如一个或多个漫射器、偏振器、滤光器等。

液晶部件100与电源180电连通。第一电极132可经由第一导管182电连接到电源180。第二电极142可经由第二导管184电连接到电源180。举例来说，在电路中提供至少一个开关186，其如图所示连接到第二导管184。如本领域技术人员所理解的，虽然未示出，但是可在液晶部件100中提供附加的电触点和接触桥。

如图2a所示，在第一操作状态下，开关186处于断开或非激活位置，因此没有电路，并且没有电压或电流流过第二导管184。如图2a所示，电场关闭，并且相干光110离开液晶部件100作为第一输出190。第一输出190是透射通过液晶部件100的内部隔室160的相干光束，并且呈现例如高于约0.6的散斑对比度，如下面将进一步描述的。

在图2b所示的第二操作状态下，开关186处于闭合或激活位置，使得形成电路并且电能（例如ac电压）流过第一导管182和第二导管184。在图2b，电场是启用（on）的。通过向内部隔室160中的液晶162施加电场，液晶被破坏稳定并被引起移动，这进而导致内部隔室160内的移动和流动。液晶162的移动还引起微粒170在内部隔室160中移动。微粒170在第二操作状态下的移动有利地减少了激光散斑。在第二操作状态期间生成的第二输出192是非相干的，并且有利地减少了散斑对比度。例如，对于没有根据本公开的某些方面制备的任何液晶部件的理论激光器来说，非偏振激光光斑可具有约1/sqrt²=约0.7的散斑对比度。当来自激光器的相干光穿过根据本公开的某些方面制备的处于第二操作状态的液晶部件时，散斑对比度小于或等于约0.6，任选地小于或等于约0.5，任选地小于或等于约0.4，任选地小于或等于约0.3，任选地小于或等于约0.2，任选地小于或等于约0.1，任选地小于或等于约0.05，并且在某些变型中，任选地小于或等于约0.04。与未经处理的激光相比，约0.04的散斑对比度是散斑减少的大于90%。

在某些方面，由电源180施加的电能的频率可以具有大于0hz至小于或等于约1khz的频率，任选地大于或等于约1hz至小于或等于约500hz的频率，并且在某些变型中，大于或等于约1hz至小于或等于约250hz的频率。在某些方面，由电源180施加的电压可以大于或等于约1v至小于或等于约1kv，任选地大于或等于约10v至小于或等于约100v，并且在某些变型中，大于或等于约10v至小于或等于约60v。具有这些特性的所施加电场引起液晶162的不稳定性，并因此随机移动微球170。这样，由于来自移动的微球的平均效应，散斑对比度因此减少。散斑对比度减少的量可以由驱动电压条件控制，其中更高的电压倾向于提供微球170的更大移动和散斑对比度的更大减少。

图3是示出根据本公开的某些方面制备的液晶部件中的散斑对比度的图表。更具体地，示出了三个不同的相干光源（例如，激光）的散斑对比度（由y轴200表示）与电压（由x轴210以伏特表示）的关系，所述相干光源具有波长为488nm的蓝色激光（由220表示）、波长为632.8nm的红色hene激光（由222表示）和波长为532nm的绿色二极管激光（由224表示）。最初，液晶部件中的散斑对比度对于蓝色220在0v下约为0.53，对于红色222在0v下约为0.38，并且对于绿色224在0v下约为0.21。通过60v，液晶部件中的散斑对比度对于蓝色220减少到约0.036，对于红色222减少到约0.068，并且对于绿色224减少到约0.046。

为了测量散斑，激光束被扩展，使得3mm光斑击中液晶装置。以一角度（使用22.5度的角度，但是可以被测量的任何角度）在装置处拍摄光斑的照片。光源和摄像机位于液晶装置的相对两侧上。还可以在屏幕上拍摄激光光斑的照片，屏幕可以被放置在沿光束路径的任何地方。

将该照片存储为位图图像。图像是3,000x4,000像素，并且每个像素有三个数字（通道），其范围可以从0到255。针对红色、蓝色和绿色各有一个通道。该图像被转换成黑白的，从而产生显示每个像素亮度的一个通道。亮度是强度的比例因子，因此它对于使用而言是适当的值。

此时，对黑白照片的亮度值进行平均。鉴于数据点的数量大，信息是从激光光斑的直径中提取的，激光光斑提供大于1000个的数据点。忽略光斑的外边缘，因为越靠近边缘亮度越低。许多已知的软件产品可以给出一组数据点的平均值和标准差。easyplot^tm和matlab^tm软件程序被用于进行本文描述的分析。一旦这些被确定，对比度测量就完成了。

由于波长在可见光范围内，因此设置了摄像机来模拟眼睛的条件。摄像机被设置为手动的。使用1/30秒的曝光时间，因为这接近人的条件。将光圈设置为6，以代表人的瞳孔。将iso设置为80。放大倍率设置为实现1500像素的光斑直径。房间尽可能的暗。然后测量并计算散斑对比度值。

图4a-4f示出了可见范围内的激光穿过根据本公开的特定变型制备的液晶部件。使用的液晶是hng715600，一种负δε向列型液晶。微粒被以5wt.%提供给lc的二氧化硅玻璃。图4a-4b示出了对应于红光的波长约为633nm的激光器，图4b-4c示出了对应于绿光的波长为532nm的激光器，并且图4d-4e示出了对应于蓝光的波长为488nm的激光器。图4a、4c和4e示出了在没有施加电场的第一操作状态下穿过液晶部件的激光。如可以看出的，对于红、绿、蓝光激光器中的每一者，都存在散斑。图4b、4d和4f示出了在施加60v电场的第二操作状态下穿过液晶部件的激光。如可以看出的，对于红光、绿光和蓝光激光器中的每一者，散斑对比度减少，并且散斑显著减少。

根据本公开的某些方面制备的液晶部件可以结合到不同的显示系统配置中。因此，提供了减少采用相干光源的投影显示器的散斑的液晶部件。液晶部件或装置可用于各种不同的显示配置中，包括在成像发生之前，以提供来自相干光源的散斑减少；在成像发生之后，其中液晶部件用作投影屏幕，或者在成像发生之后，但是其中液晶部件用作在其上产生图像的投影屏幕之前的滤光器。

在图5所示的一个示例中，显示系统250包括液晶部件260，如在图2a-2b的上下文中描述的液晶部件。为简洁起见，除非特别讨论，否则不再描述各种部件，但是可以理解为以与在图2a-2b的上下文中描述的相同方式存在和发挥功能。简而言之，内部隔室262包括多个液晶270和多个微粒272。液晶部件260被示出处于第二操作状态，其中电场被施加到内部隔室262。

虽然液晶部件260可被认为是从相干光束生成显示图像的成像系统的一部分，但是在图5中，液晶部件260被设置在成像部件之前，使得实现了来自光源的散斑减少。如图所示，相干激光274从光源（未示出）朝向液晶部件260指向。在穿过液晶部件260之后，生成非相干光276。非相干光276进入附加的显示部件280中，其可包括准直和成像光学装置。在穿过附加的显示部件280之后，生成图像290。

图6示出了显示系统300，其中如在图2a-2b的上下文中描述的液晶部件310在产生图像之后被布置在成像系统中（例如）。液晶部件310用作投影屏幕）。为简洁起见，除非特别讨论，否则不再描述各种部件，但是可以理解为以与在图2a-2b的上下文中描述的相同方式存在和发挥作用。简而言之，内部隔室320包括多个液晶330和多个微粒332。液晶部件310被示出处于第二操作状态，其中电场被施加到内部隔室320。

在图6中，液晶部件310被设置在成像部件之后，使得由相干光生成的图像中的散斑减少发生。如图所示，相干激光340被朝向成像装置342引导。成像装置342生成被投影到液晶部件310上的显示图像344。成像装置342可包括典型的部件，包括上述部件。当图像344被投影到液晶部件310上时，图像344中的散斑减少。

图7中示出了显示系统350的又另一种变型，其中如在图2a-2b的上下文中描述的液晶部件360设置在产生图像之后，但是在投影屏幕之前。同样，为简洁起见，除非特别讨论，否则不再描述各种部件，但是可以理解为以与图2a-2b的上下文中描述的相同方式存在和发挥作用。简而言之，内部隔室370包括多个液晶380和多个微粒382。液晶部件360被示出为处于第二操作状态，其中电场被施加到内部隔室370。

在图7中，液晶部件360设置在包括各种成像部件的成像装置390之后，使得由相干光生成的图像中的散斑减少发生。如图所示，相干激光392被朝向成像装置390引导。成像装置390生成透射通过液晶部件360的图像394。投影屏幕398设置在液晶部件360之后。当图像394穿过液晶部件310并被投影到投影屏幕上时，图像394中的散斑减少。应该注意的是，图5-7中所示的变型仅仅代表可以在显示应用中使用的配置，并且是非限制性的。此外，这样的系统可包括显示器和光学领域中已知但是没有示出的各种部件。

已经出于说明和描述的目的而提供对实施例的上述描述。它并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单独的元件或特征通常不限于该特定实施例，但是在适用的情况下，即使没有具体示出或描述，也是可互换的，并且可以用于选定的实施例中。同样的情况也可能在许多方面有所不同。这种变型不应被视为偏离本公开，并且所有这种修改都旨在包括在本公开的范围内。