一種基于pdlc的光導(dǎo)向器件及光電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用roLC實(shí)現(xiàn)光的導(dǎo)向器件，可應(yīng)用于2D\3D顯示，照明等技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，使用F1DLC(Pc)Iymer Dispersed Liquid Crystal ;高分子分散型液晶)作為顯示介質(zhì)的顯示面板和光閘(Optical shutter)的研宄不斷發(fā)展。
[0003]使用PDLC的顯示面板，由于通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)切換光透過(guò)狀態(tài)和光散射狀態(tài)，所以在投影儀屏幕和數(shù)字標(biāo)牌等領(lǐng)域備受矚目。如圖1A-1B所示，是TOLC在作為顯示器時(shí)的原理示意圖，該TOLC顯示器包括:配備了第一驅(qū)動(dòng)電極16的后基板14和配備了第二驅(qū)動(dòng)電極17的前基板15。后基板14和前基板15以預(yù)定距離相對(duì)著隔開。聚合物基質(zhì)11位于后基板14和前基板15之間，在聚合物基質(zhì)11中向列相液晶分子微粒13分別排列在各個(gè)微液晶滴12中。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)電極16和第二驅(qū)動(dòng)電極17之間不施加電壓時(shí)，如圖1A所示，由于微液晶滴12和聚合物基質(zhì)11之間折射率的不同，入射光全部散射，從而實(shí)現(xiàn)光散射態(tài)。換句話說(shuō)，如圖1A所示，在第一驅(qū)動(dòng)電極16和第二驅(qū)動(dòng)17之間電場(chǎng)形成前，微液晶滴12里的液晶分子微粒13任意排列。因此，入射光經(jīng)過(guò)聚合物基質(zhì)11同時(shí)散射從而呈現(xiàn)光散射態(tài)。而當(dāng)電源單元18在第一驅(qū)動(dòng)電極16和第二驅(qū)動(dòng)電極17之間施加電壓，如圖1B所示，微液晶滴12內(nèi)部的液晶分子微粒13的長(zhǎng)軸與電場(chǎng)E方向平行排列。這樣入射光透過(guò)聚合物基質(zhì)11從而實(shí)現(xiàn)透光態(tài)。
[0004]而在另一些應(yīng)用中，roLC可以作為光調(diào)控的媒質(zhì)，利用roLC具有雙折射光學(xué)(Birefringent Optics)的特征，以通過(guò)施加電場(chǎng)強(qiáng)度的變換引起F1DLC中的光折射率的變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)控。這種特性以在2D\3D切換裝置中的應(yīng)用為主。如圖2所示，是US6，069，650專利所揭露一種利用傳統(tǒng)液晶以作為2D\3D切換裝置的原理示意圖。該2D\3D切換裝置主要為表面起浮型液晶柱狀透鏡數(shù)組組件(Surface Relief Based LiquidCrystal Lenticular Device) 50，由上至下依次由上透明基材51、上ITO電極52、平凹透鏡數(shù)組53、復(fù)數(shù)個(gè)液晶分子54、下ITO電極55與下透明基材56構(gòu)成。其中，該平凹透鏡數(shù)組53，具有光學(xué)折射率np ;該復(fù)數(shù)個(gè)液晶分子54，為可由向列型液晶(Nematic LiquidCrystal)材料構(gòu)成，具有雙折射光學(xué)(Birefringent Optics)的特征，其尋常光折射率(Ordinary Refractive Index)為 no、異常光折身寸率(Extraordinary Refractive Index)為ne，且具有no = np、ne>np的關(guān)系。該上、下ITO電極層52、55，為如公知的液晶顯示器中的透明電極層，且個(gè)別可裝置有配向膜(Alignment Layer)，為連接至電源V。
[0005]另外，該液晶柱狀透鏡數(shù)組組件50，為安裝在液晶屏幕60的前面，該液晶屏幕60為可位于其CF(Color Filter)61上，顯示2D或3D影像(圖中未標(biāo)示)；該2D或3D影像的光源，經(jīng)過(guò)該液晶屏幕60最外層偏光片62的作用后，成為線性極化偏光的光源63，令其偏光方向?yàn)榇怪庇诩埫妗?br>[0006]當(dāng)無(wú)外加電場(chǎng)下，即V = 0FF，該向列型液晶分子的排列，具有光軸垂直于紙面的特征。對(duì)于入射光63而言，因其光偏振方向與液晶分子光軸平行，為感受到異常光折射率ne。另外，當(dāng)該入射光63穿過(guò)該平凹透鏡數(shù)組53時(shí)，因ne>np之故，該入射光63則感受到凸透鏡的作用，因此上述的光學(xué)特性適用于呈現(xiàn)3D影像的顯示。另外，在外加電場(chǎng)下，即V=0N，該向列型液晶分子的排列，具有光軸平躺于紙面、并垂直于該上、下ITO電極層52、55的特征，即平行于電場(chǎng)的方向(圖中未標(biāo)示)。對(duì)于入射光63而言，因其光偏振方向與液晶分子光軸垂直，為感受到尋常no。另外，當(dāng)該入射光63穿過(guò)該平凹透鏡數(shù)組53時(shí)，因no =np的緣故，該入射光63不受該平凹透鏡數(shù)組53的影響，直接穿透該平凹透鏡數(shù)組53，因此上述的光學(xué)特性適用于呈現(xiàn)2D影像的顯示。
[0007]上述應(yīng)用中，普遍以對(duì)施加電壓強(qiáng)度的調(diào)控，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶分子排列的調(diào)控，從而達(dá)到所需的光學(xué)調(diào)控效果。近年來(lái)，對(duì)于roLC受施加電壓頻率變化產(chǎn)生的影響，亦有報(bào)導(dǎo)。如黃子強(qiáng)等人在《roix薄膜電光特性研宄》一文中，研宄了 roLC薄膜在不同的驅(qū)動(dòng)電壓頻率下的電光特性，指出了頻率驅(qū)動(dòng)法是繼電壓幅值驅(qū)動(dòng)之外另一種驅(qū)動(dòng)I3DLC的方法。作為一種應(yīng)用，在申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410332212的中國(guó)公開專利申請(qǐng)中，揭示了一種以改變驅(qū)動(dòng)電壓頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)2D\3D切換的雙頻驅(qū)動(dòng)F1DLC柱狀透鏡數(shù)組(Dual-Frequency DrovePolymerDispersed Liquid Crystal Lenticular Device，DFD-PDLC)。該雙頻驅(qū)動(dòng) F1DLC 柱狀透鏡數(shù)組通過(guò)將外部電壓在定向排列頻率fL(Homeotropic Alignment Frequency)和均向排列頻率fH(Homogeneous Alignment Frequency)中進(jìn)行切換，使得F1DLC中的液晶分子的排列順序在外加電場(chǎng)作用下，形成以短軸或長(zhǎng)軸排列的變換，從而達(dá)到光調(diào)控的效果。相對(duì)于普通的表面起浮型液晶柱狀透鏡數(shù)組組件，該雙頻驅(qū)動(dòng)roix柱狀透鏡數(shù)組具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和以及制作工序。
[0008]請(qǐng)參見圖3，圖3是該種I3DLC的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該I3DLC由復(fù)數(shù)個(gè)液晶微滴(LC Droplets) 22e與聚合物材料(Polymer) 22d構(gòu)成。該復(fù)數(shù)個(gè)液晶微滴22e，均勻分布于該聚合物材料(Polymer)22d的內(nèi)部，其微滴的大小可大于可見光的波長(zhǎng)，或小于可見光的波長(zhǎng)另外，每個(gè)液晶微滴22e，由復(fù)數(shù)個(gè)液晶分子22i構(gòu)成。如圖4所示，每個(gè)液晶分子22i，為桿狀的結(jié)構(gòu)，令其長(zhǎng)軸沿Z軸分布、而短軸沿XY平面分布。該液晶分子22i所具有的光電效應(yīng)，由入射光的偏振方向、光學(xué)折射率η與介電常數(shù)ε所決定。
[0009]—般地，對(duì)于入射光與液晶分子的光學(xué)作用，為依存于入射光電場(chǎng)偏振方向與液晶分子所具有的雙折射特性。當(dāng)入射光的電場(chǎng)偏振方向(圖中未標(biāo)示)，為平行于該液晶分子22i長(zhǎng)軸方向時(shí)，該入射光的相位延遲由異常光折射率η| I所決定；當(dāng)入射光的電場(chǎng)偏振方向，為垂直于該液晶分子22i長(zhǎng)軸方向時(shí)，該入射光的相位延遲，由尋常光折射率為η丄所決定。另外，液晶分子為正單軸液晶時(shí)，具有η| |>n丄的關(guān)系。
[0010]另外，對(duì)于液晶分子的電氣作用，則依存于驅(qū)動(dòng)電壓的振幅、頻率與液晶分子所具有的介電質(zhì)特性。如圖5所示，為液晶分子介電常數(shù)ε I1、ε丄與驅(qū)動(dòng)電壓頻率f響應(yīng)的示意圖。對(duì)于具有適當(dāng)振幅的驅(qū)動(dòng)電壓，由改變驅(qū)動(dòng)電壓的頻率f，可改變液晶分子長(zhǎng)軸介電常數(shù)ε I |、但不會(huì)影響液晶分子短軸介電常數(shù)ε丄。因此對(duì)于電氣的作用，液晶分子具有以下的關(guān)系:
[0011]當(dāng)f = fL〈fc 時(shí)，Δ ε >0 ;(1)
[0012]^f = fH>fc 時(shí)，Δ ε〈O ; (2)
[0013]當(dāng)f = fc 時(shí)，Δ ε = O ； (3)
[0014]其中，Δε= ε I |- ε 丄。
[0015]圖6所示，為液晶分子定向排列的示意圖。當(dāng)f = fL〈fc時(shí)，即Δ ε >0，該驅(qū)動(dòng)電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)，可旋轉(zhuǎn)該液晶分子22i空間排列的方向，使該液晶分子22i的長(zhǎng)軸沿電場(chǎng)的方向排列，稱fL為定向排列頻率(Homeotropic Alignment Frequency)。
[0016]當(dāng)Λ ε〈O時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電壓的作用使該液晶分子22i的短軸，如圖7所示，為沿電場(chǎng)的方向排列，稱fH為均向排列頻率(Homogeneous Alignment Frequency)。
[0017]當(dāng)Λ ε =0時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電壓，則失去對(duì)該液晶分子22i旋轉(zhuǎn)的作用，稱fc為交叉頻率(Cross-Over Frequency)。
[0018]然而，對(duì)于以電壓頻率實(shí)現(xiàn)roLC驅(qū)動(dòng)的器件而言，目前已知的應(yīng)用并不太多。因此，本發(fā)明旨在提出一種新的應(yīng)用電壓頻率驅(qū)動(dòng)roLC的器件，以豐富該領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于頻率驅(qū)動(dòng)型roLC的光導(dǎo)向器件，該光導(dǎo)向器件能夠形成在至少兩個(gè)不同傳導(dǎo)方向上進(jìn)行切換的能力，從而獲得控制光出射方向的能力。在2D\3D切換裝置、多路照明領(lǐng)域具有十分廣大的應(yīng)用前景。
[0020]根結(jié)本發(fā)明的目的提出的一種基于I3DLC的光導(dǎo)向器件，該光導(dǎo)向器件中的I3DLC為電壓頻率驅(qū)動(dòng)型TOLC，該TOLC中的液晶微滴在所施加的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率變化下，其光學(xué)折射率具有從異常光折射率η I I到尋常光折射率η丄切換變換的能力，在所述TOLC的入光面或出光面中的至少一個(gè)表面中，嵌入層嵌置一個(gè)嵌入層，所述嵌入層與所述TOLC的交界面上具有可以引起光線折射的斜面，當(dāng)所施加驅(qū)動(dòng)電壓的頻率變化時(shí)，讓通過(guò)該嵌入層和roLC層的光在交界面處產(chǎn)生折射角的變化，從而形成在至少兩個(gè)不同傳導(dǎo)方向上進(jìn)行切換的能力。
[0021]優(yōu)選的，所述嵌入層為聚合物棱鏡層，該聚合物棱鏡層通過(guò)將復(fù)數(shù)個(gè)周期排列的棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置在與roLC層的交界面上，形成具有可以引起光線折射的斜面的效果。