專利名稱：液晶部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造包括液晶的部件的方法，一種包括根據(jù)上述方法制造的液晶的部件，和包括上述部件的裝置。本方法尤其適用于，但不限于，制造在光學掃描裝置內(nèi)使用的液晶透鏡。
背景技術(shù)：
光學掃描裝置內(nèi)使用的光學拾取單元是已知的。為了掃描穿過光盤的軌道將光學拾取裝置安裝在移動支座上。為了減小生產(chǎn)成本并允許額外的空間用于使其他部件安裝在掃描裝置內(nèi)，光學拾取單元在可用的情況下其大小和復雜度最好盡可能的減小。
現(xiàn)代的光學拾取裝置通常能兼容至少兩種不同的光盤格式，如光盤(CD)和數(shù)字化視頻盤(DVD)格式。最近已經(jīng)采用了Blu-ray盤(BD)格式，其提供了大約25GB的數(shù)據(jù)存儲容量(與CD的650MB容量，和DVD的4.7GB容量比較)。
較大的存儲容量可以通過利用短的掃描波長和大的數(shù)值孔徑(NA)實現(xiàn)，并提供小的焦點(焦點的大小大約是λ/NA)，從而允許讀出光盤的信息層中較小尺寸的點。例如，典型的CD格式使用785nm的波長和數(shù)值孔徑為0.45的物鏡，DVD使用650nm的波長和0.65的數(shù)值孔徑，并且BD系統(tǒng)使用405nm的波長和0.85的數(shù)值孔徑。
典型的，材料的折射系數(shù)作為波長的函數(shù)而變化。因而，透鏡將為不同的入射波長提供不同的焦點和不同的性能。進一步，光盤可能具有不同厚度的透明層，因而對于不同類型的光盤需要不同的焦點。
在一些情況下，通過增加每張光盤內(nèi)信息層的數(shù)量可以進一步提高存儲容量。例如，雙層BD光盤具有兩層由25μm厚的間隔層隔離的信息層。因而，當聚焦在第二信息層時來自于光學拾取單元的光必須穿過間隔層。這就引入了255mλrms(0.255λ均方根)的球形光行差，即接近于光的會聚錐形的中心軸的光與錐形外面的光相比具有不同的焦點的現(xiàn)象。這導致焦點模糊，和隨后在讀取光盤過程中保真度的減小。
為了實現(xiàn)雙層讀出和向后兼容(也就是，相同的光學系統(tǒng)可用于不同的光盤格式)，已經(jīng)采用偏振感光透鏡(PS-透鏡)來補償球形光行差。上述透鏡可以由雙折射材料形成，如液晶。雙折射意味著對于一束光的兩種偏振分量存在不同的折射率。雙折射材料具有非常折射率(ne)和尋常光折射率(no)，并在折射率之間的差是Δn＝ne-no。通過確保使相同或不同波長入射在具有不同偏振的透鏡上，PS透鏡可以用于對單個的或不同的波長提供不同的焦點。
為了形成具有所希望的光學特性的透鏡，液晶分子需要在特殊的方向內(nèi)被定向。產(chǎn)生這種定向的常用的材料是聚酰亞胺。這種聚酰亞胺通常通過旋涂提供，并且隨后利用不起毛的布將其擦除以產(chǎn)生聚酰亞胺對準層的特殊定向，其隨后就確定了在層上的液晶分子的定向。
然而，如果基板被彎曲(或要不然變形了，例如具有階梯結(jié)構(gòu))，該基板上的液晶分子必須被定向，基板的擦除經(jīng)常是不能再現(xiàn)的。進一步，生成具有特定所希望曲率的合適的成形基板相對來說是比較貴的。
JP031578616A描述了一種制造液晶透鏡的方法，該方法通過經(jīng)由可變焦點的液晶的平板的兩個表面上的粘合劑來層疊透明的聚碳酸酯片材，并且隨后利用模具壓印片材，從而得到所希望的形狀的液晶透鏡。上述方法需要在層疊之前已經(jīng)預(yù)先對準平板液晶層。進一步，可能出現(xiàn)后來的液晶模具改變透鏡體內(nèi)的液晶的對準。在一些情況中，還希望在后來移除透明聚碳酸酯片材，這需要另外的處理步驟并可能導致透鏡表面遭到破壞。
本發(fā)明的實施例的一個目的是提供一種改進了的制造方法，該方法能解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，不論是此處提到的還是其他的。
本發(fā)明的實施例的一個目的是提供一種制造方法，該方法允許包括具有能相對便宜地制造的預(yù)成形狀的液晶的部件的結(jié)構(gòu)，和利用上述方法制造的液晶部件。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供一種制造包括液晶的部件的方法，該方法包括步驟將液晶置于基板和模具之間，模具具有成形表面，成形表面的至少一部分包括在其上形成的對準層，并且基板具有第一表面，在該表面上形成粘合層；將模具和基板結(jié)合在一起從而使液晶夾在基板的第一表面和模具的成形表面之間；聚合液晶；將液晶粘接到粘合層內(nèi)；并且從模具上移除包括粘接了聚合液晶的基板。
上述制造方法允許具有預(yù)定成形模具重復使用。這降低了生產(chǎn)成本。進一步，因為模具內(nèi)的對準層也可以重復使用，所以改進了該方法形成的部件的定向和形狀的再現(xiàn)性。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種包括液晶的光學部件，該光學部件的至少一部分是根據(jù)前面描述的方法形成的。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于掃描光學記錄載體上的信息層的光學掃描裝置，該裝置包括產(chǎn)生發(fā)射光束的發(fā)射源和將發(fā)射光束會聚到信息層上的物鏡系統(tǒng)，其中該裝置包括根據(jù)前面描述的方法形成的光學部件。


為了更好地理解本發(fā)明，并示出相同的實施例是如何實現(xiàn)的，現(xiàn)在將通過示例解釋作為參考的附圖，其中圖1A-1F說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例形成液晶透鏡的方法步驟；圖2說明了用在圖1的方法中的模具的截面圖；圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于掃描包括液晶透鏡的光學記錄載體的裝置；圖4A和圖4B說明了圖3中的掃描裝置的光學系統(tǒng)如何利用光的不同偏振來掃描雙層光學記錄載體內(nèi)的不同層。
具體實施例方式
圖1A-1F說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的形成光學部件的各種步驟。在這種特殊情況下，光學部件是液晶雙折射透鏡。
在如圖1A所示的第一步中，提供模具100，模具具有成形表面102，該成形表面隨后用于確定最終光學部件的形狀的一部分。在這種特殊的情況下，液晶最終被光聚合，并且因此模具由用于聚合液晶的透光材料，如玻璃、塑料形成。
將對準層110形成在彎曲表面102上，從而在隨后形成在對準層上面的液晶內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定定向(由箭頭方向110表示)。
在這個特殊的例子中，對準層是一聚酰亞胺層(PI)。聚酰亞胺可以從溶液中通過旋涂提供。聚酰亞胺然后可以被對準從而產(chǎn)生特殊的定向(該定向確定液晶分子的最后定向)。例如，一種公知的方法是利用不起毛的布在單方向內(nèi)重復擦除聚酰亞胺層以產(chǎn)生這種定向(110)。
在本實施例中形成光學部件的一部分的基板150具有提供到第一表面152的粘合層120。粘合層設(shè)置為形成與液晶的粘合。在這種特殊的實施例中，粘合層也是包括聚酰亞胺的對準(或定向)層。粘合層包含排列以形成具有液晶分子的化學鍵的反應(yīng)基，并且在這種情況下具有與液晶分子相同類型的反應(yīng)基，如當光聚合液晶分子時，也在基板上形成具有粘合層的化學鍵。這會在基板和液晶層之間出現(xiàn)較好的附著力。可以利用與將對準層沉積和對準在模具100上相同類型的工藝將粘合層沉積在基板上。根據(jù)最后液晶部件的所希望的特性，使粘合層(其在該情況下也起到對準層的功能)在預(yù)定方向(箭頭120)上被定向。
在該特殊的實施例中，形成PS透鏡，使粘合層被對準從而與模具上的對準層的方向110平行。優(yōu)選地，粘合層的旋轉(zhuǎn)與對準層的定向方向反向平行。
如圖1B所示，將合并一個或多個液晶的化合物200置于基板150的第一表面152和模具100的成形表面102之間。
在該特殊的實施例中，如圖1B所示，化合物200包括兩種不同的液晶的混合物。這兩種不同的液晶被選擇為一旦至少其中一種液晶被聚合時能提供所希望的折射率特性。
將一小滴的液晶200放置在基板的第一表面152上?；衔?00已經(jīng)被脫氣，從而避免在最后的光學部件內(nèi)產(chǎn)生氣泡。這樣還避免在聚合(等容的)過程中從凝固液體出來的溶解氣體中形成氣泡，因為在等容的(也就是恒定容積)聚合過程中由于收縮產(chǎn)生的驅(qū)動力導致在聚合液體內(nèi)大的壓力下降。
然后對玻璃模具加熱從而使液晶處于各向同性相位內(nèi)(典型的是80℃-120℃)，從而促進了隨后液晶流動成所希望的形狀。
這樣基板和模具就被結(jié)合在了一起，從而確定了最后作為結(jié)果的光學部件(圖1C)的液晶部分201的形狀。為了確保液晶在模具和基板之間形成一均勻?qū)?，必須提供壓力使得將基板推向模?或反之亦然)。
然后冷卻基板/模具/液晶，例如將其在低于室溫放置30分鐘，從而保證液晶從各向同性相位進入到向列型相位。
當進入到向列階段時，在液晶混合物中可能出現(xiàn)很多域。因此，可以使混合物被加熱到高于清除點(clearing point)以破壞多域定向(例如混合物可以被加熱3分鐘達到105℃)。接下來，將混合物冷卻以得到均勻的定向202(圖1D)。
然后利用來自于紫外線發(fā)射源300的光302使均勻的液晶混合物被光聚合(圖1E)，例如通過提供60秒的密度為10mW/cm2的UV光。同時，化學鍵也將在液晶和粘合層之間形成。
接下來，光學部件(150、203)能夠從模具100被釋放(圖1F)。例如，這可以通過在有角的物體400上輕輕地彎曲模具100來實現(xiàn)。可以選擇的是，其也可以通過在平面支架上按壓平面基板的一部分實現(xiàn)，從而輕輕地彎曲平面基板。當將傳統(tǒng)的聚酰亞胺(沒有反應(yīng)基)應(yīng)用在模具上時，液晶/基板部件應(yīng)該能很容易地從模具分離。
通過重復圖1B-1F所示的步驟，模具可以重復用于生產(chǎn)后面的部件。典型地，對準層可以留在模具100上，并且因此不需要再提供。
如果需要，進一步的處理步驟可以被執(zhí)行用于從基板150上移除液晶203。然而，在很多情況下，假定基板150將形成最終的光學部件的一部分。
在實驗中為了表現(xiàn)模具參數(shù)對透鏡的光學特性的影響，可以使用三種不同的成形模具。圖2說明了根據(jù)三種不同的成形模具而變化的參數(shù)，其中r＝曲率半徑，d＝直徑，h＝高度，并且α＝切線和模具表面之間的夾角。表1說明了與三種不同的模具相關(guān)的不同的參數(shù)。
表1

用于對準層的合適的聚酰亞胺是日本Synthetic Rubber公司提供的OPTMER AL-1051，同時從γ-丁內(nèi)酯中的溶液旋涂的Merck ZLI2650可以用作適合的具有異丁烯酸基的反應(yīng)聚酰亞胺作為粘合層。
如上面提到的，在優(yōu)選實施例中可以使用兩種液晶的混合物得到所希望的ne和n0。使用的兩種液晶是來自于德國的Merck，Darmstadt的(1，4-二(4-(3-丙稀?；趸醮?苯甲酸基-2-甲苯(1，4-di((4-(3-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy)-2-methylbenzene)(RM257)和E7(一種具有一小部分氰基三苯基(cyanotriphenyl)化合物的氰基聯(lián)二苯(cyanobiphenyl)混合物)。用于確保液晶的光聚合的光引發(fā)劑是來自于巴塞爾的Ciba，Geigy的Irgacure 651。
測試結(jié)果表明從半徑為49mm的模具得到的透鏡具有最好的光學特性，即使在模具表面是陡峭的光瞳邊框(pupil boarder)的附近區(qū)域內(nèi)，也具有非常均勻的液晶定向。利用波長為430nm的激光，所有的均方根波陣面光行差通常小于0.015波長。
在一些情況下，將表面活性劑與液晶混和以促進透鏡從模具釋放。所用的表面活性劑是一種FC171全氟化(perfluorinated)表面活性劑(3M)和2-(N-乙基全氟代辛烷亞磺酰氨基-丙烯酸乙酯(2-(N-ethylperfluorooctane sulfonamido-ethylacrylate))(Acros)。使用表面活性劑要注意對液晶定向的影響(使用表面活性劑時Δn會更小)。
通常，液晶透鏡的光學光行差很小，并且通常均方根波陣面光行差小于0.02波長。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于掃描包括物鏡18的光學記錄載體2的裝置1。記錄載體包括透明層3，在該層的一側(cè)布置有信息層4。信息層背離透明層的一側(cè)可以受到保護層5的保護使其免受環(huán)境影響。透明層面對裝置的一側(cè)稱之為入口表面6。通過為信息層提供機械支撐，透明層3起到了記錄載體的基板的作用。
可以選擇的是，透明層可以具有保護信息層的唯一的功能，而利用信息層的另一側(cè)上的層提供機械支撐，例如利用保護層5或利用與信息層4連接的另一信息層和透明層。信息可以以圖中沒有示出的基本上并行、同心的或螺旋型軌道排列的光學可檢測的標記的形式被存儲在記錄載體的信息層4內(nèi)。上述標記可以是任何光學可讀形式，如，坑的形式、或具有不同于它們周圍的反射系數(shù)或磁化方向的區(qū)域的形式、或上述形式的組合。
掃描裝置1包括一個可以發(fā)出發(fā)射光束12的發(fā)射源11。發(fā)射源可以是半導體激光。分光器13將發(fā)散的發(fā)射光束12反射到準直透鏡14，其將發(fā)散光束12轉(zhuǎn)換成準直光束15。準直光束15入射到物鏡系統(tǒng)18內(nèi)。
物鏡系統(tǒng)可以包括一個或多個透鏡和/或光柵。物鏡系統(tǒng)18具有一個光軸19。物鏡系統(tǒng)18將光束17改變成會聚光束20，入射到記錄載體2的入口表面6上。物鏡系統(tǒng)具有適用于穿過透明層3的厚度的發(fā)射光束的通路的球形光行差校正。會聚光束20在信息層4上形成亮點21。信息層4反射回來的光形成發(fā)散光束22，其通過物鏡系統(tǒng)18基本上被轉(zhuǎn)變?yōu)闇手惫馐?3并且接下來通過準直透鏡14被轉(zhuǎn)換為會聚光束24。分光器13通過將至少一部分會聚光24傳送到檢測系統(tǒng)25，將向前的光束和反射光束分離。檢測系統(tǒng)收集光并將其轉(zhuǎn)換成電輸出信號26。信號處理器27將上述輸出信號轉(zhuǎn)換成各種其他信號。
其中一種信號是信息信號28，該信息信號的值表示從信息層4讀出的信息。用于誤差校正的信息處理單元29處理上述信息信號。來自于信號處理器27的其他信號是焦點誤差信號和徑向誤差信號30。焦點誤差信號表示在亮點21和信息層4之間的高度上的軸向差。徑向誤差信號表示亮點21和通過亮點被跟蹤的信息層內(nèi)的軌跡的中心之間的信息層4平面內(nèi)的間距。
將焦點誤差信號和徑向誤差信號反饋到伺服電路31內(nèi)，該電路將上述信號轉(zhuǎn)換為分別用于控制焦點調(diào)節(jié)器和徑向調(diào)節(jié)器的伺服控制信號32。上述調(diào)節(jié)器沒有在圖中示出。焦點調(diào)節(jié)器控制物鏡系統(tǒng)18在焦點方向33內(nèi)的位置，因此控制亮點21的實際位置，以使其基本上與信息層4的平面一致。徑向調(diào)節(jié)器控制物鏡系統(tǒng)18在徑向方向34內(nèi)的位置，因此控制亮點21的徑向位置，以使其基本上與在信息層4內(nèi)跟蹤的軌跡的中心線一致。圖內(nèi)的軌跡沿著垂直于圖面的方向前進。
在本實施例中的圖3的裝置也適于掃描第二種類型的記錄載體，該記錄載體具有比記錄載體2厚的透明層。該裝置利用發(fā)射光束12或具有不同波長的發(fā)射光束來掃描第二種類型的記錄載體。該發(fā)射光束的NA可以適應(yīng)記錄載體的類型。物鏡系統(tǒng)的球形光行差補償也必須相應(yīng)的適應(yīng)。
圖4A和圖4B說明了根據(jù)上面的實施例制造的偏振感光透鏡如何用于提供兩個不同的焦點，即適用于讀出雙層光學記錄媒介2’。雙層媒介2’具有兩個信息層(4，4’)，第一信息層4在透明層3內(nèi)的深度d處，并且第二信息層4’在第一信息層4下面的進一步距離Δd處。
在圖4A和4B示出的實施例內(nèi)，物鏡系統(tǒng)包括一個偏振感光透鏡181(包括液晶203，并且其是根據(jù)上面的描述制造的)，和第二透鏡182。
可以利用液晶透鏡181的雙焦點特性改變物鏡系統(tǒng)的焦點。在該特殊的情況下，在透鏡制造過程中使用的基板150是玻璃。進一步，基板是平面片材，并且其也不影響透鏡的聚光能力。因而透鏡181的焦距對于特殊和普通模式分別的是fe＝r/(ne-na)和f0＝r/(n0-na)，其中na是空氣的折射系數(shù)，并且r是透鏡的曲率半徑。
因此，可以看出通過提供具有與液晶定向平行的偏振的光學信號，使用上述透鏡181的特殊模式，物鏡系統(tǒng)18使準直光束15在更接近于信息層4的位置聚焦。然而，當將準直光束入射到具有垂直于液晶定向的偏振的物鏡系統(tǒng)18內(nèi)時，在最后的普通模式中物鏡系統(tǒng)18的焦點會進一步遠離，也就是，在第二信息層4’上。
應(yīng)當理解上述實施例是通過例子描述的，并且各種變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。例如，雖然已經(jīng)描述了適于制造偏振感光透鏡的方法，應(yīng)當理解如果需要，任何光學部件都可以從液晶中制造，尤其是如果最后的光學部件具有成形的表面，如其可以通過模具上的曲線表面和階梯表面限定。
例如，上述方法可以用于形成具有大的表面的部件，如可以用于視頻顯示器的表面內(nèi)或表面上的補償箔以使視角最優(yōu)化。在上述補償箔內(nèi)，可以將顯示屏幕本身用于生產(chǎn)過程中的基板。
模具可以由各種材料形成，包括剛性材料如玻璃。
進一步，模具的成形表面可以被注出尺寸，以允許在生產(chǎn)過程中液晶材料的形狀或體積的各種變化。例如，由于液晶內(nèi)的雙鍵被重新形成為單鍵，典型的液晶單體在聚合過程中會稍微收縮。通過適當?shù)厥估没逑薅ǖ某尚蔚墓鈱W部件和模具稍微大一點，可以生產(chǎn)出來適當尺寸和形狀的光學部件。
雖然在本特定的實施例中可以看出基板包括具有兩個基本上平行的平面的單個玻璃片。應(yīng)當理解在實際中基板可以是任何所希望的形狀。
可以為模具和/或基板提供附加的粘合層(在將基板和定向?qū)由系恼澈蠈映练e在模具上之前)，從而確保所應(yīng)用的層很好地粘接到模具和基板上。例如，可以利用有機硅烷提供上述粘合層。對于基板使用包括異丁烯酸基的有機硅烷，對于模具使用包括胺端基(amine end group)的有機硅烷。
同等地，使用的對準層可以具有任何所希望的定向。例如，通過使基板上的對準層的定向與模具上的對準層的定向垂直，可以形成扭曲向列裝置。
通過利用上述方法，可以重復使用預(yù)定成形的模具，從而降低了生產(chǎn)成本，并可以生產(chǎn)大小一致的光學部件。
權(quán)利要求
1.一種制造包括液晶的部件的方法，該方法包括步驟將液晶置于基板和模具之間，該模具具有成形表面，該成形表面的至少一部分具有在其上形成的對準層，并且基板具有第一表面，在該表面上形成粘合層；將模具和基板結(jié)合在一起以使液晶夾在基板的第一表面和模具的成形表面之間；聚合液晶；將液晶粘接到粘合層上；并且從模具上移除包括粘接了聚合液晶的基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粘合層包括具有至少一種化學物質(zhì)，其具有與液晶的反應(yīng)基屬于同一家族基的共價化合的反應(yīng)基，從而當液晶被聚合時，通過在粘合層和液晶之間形成的化學鍵使液晶粘合在粘合層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中粘合層包括一種化學物質(zhì)，該化學物質(zhì)具有包括丙烯酸脂、異丁烯酸、環(huán)氧化物、氧雜環(huán)丁烷、硫醇烯和乙烯基醚中的至少一種的反應(yīng)基。
4.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中對準層形成在基板的第一表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使用單層以提供在基板和粘合層上的對準層。
6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中在基板和模具中的至少一個具有粘合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述粘合層包括一種有機硅烷化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述有機硅烷化合物包括異丁烯酸反應(yīng)基或氨端基。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中基板包括光學透明材料。
10.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中模具的成形表面是彎曲表面，使得該基板和粘合的液晶形成透鏡。
11.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的方法，進一步包括步驟將對準層提供到模具的成形表面上，并且在對準層上產(chǎn)生特殊的定向。
12.一種包括液晶的光學部件，該光學部件的至少一部分是根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求所描述的方法形成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學部件，其中所述光學部件包括透鏡。
14.一種用于掃描光學記錄載體上的信息層的光學掃描裝置，該裝置包括產(chǎn)生發(fā)射光束的發(fā)射源和將發(fā)射光束會聚到信息層上的物鏡系統(tǒng)，其中該裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求的方法形成的光學部件。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中物鏡系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求的方法形成的透鏡。
全文摘要
描述了一種制造包括液晶的部件的方法。該方法包括步驟將液晶(200)置于基板(150)和模具(100)之間，模具(100)具有成形表面(102)。成形表面(102)的至少一部分具有形成在其上的對準層(110)。基板(150)包括在其上形成有粘合層(120)的第一表面(152)。將模具和基板結(jié)合在一起從而使液晶夾在基板的第一表面和模具的成形表面之間。液晶(202)被聚合并且因此被粘接到粘合層(120)上。從模具(100)中移除具有粘接了聚合液晶(203)的基板(150)。
文檔編號G11B7/135GK1732394SQ200380107917
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者E·J·K·維斯特根, H·R·斯塔佩特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司