一种基于PDLC的光导向器件及光电装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种基于PDLC的光导向器件，该光导向器件中的PDLC为电压频率驱动型PDLC，该PDLC中的液晶微滴，在所施加的驱动电压的频率变化下，其光学折射率具有从异常光折射率n∥到寻常光折射率n⊥切换变换的能力，在所述PDLC的入光面或出光面中的至少一个表面中，设置一个嵌入层，使得所述嵌入层与PDLC的交界面上具有可以引起光线折射的斜面，当所施加驱动电压的频率变化时，让通过该嵌入层和PDLC层的光在交界面处产生折射角的变化，从而形成在至少两个不同传导方向上进行切换的能力。本发明专利技术同时提出了两种应用上述光导向装置制作而成的光电装置，丰富了该领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光控制领域，尤其是涉及一种利用roLC实现光的导向器件，可应用于2D\3D显示，照明等

技术介绍
近年来，使用F1DLC(Pc)Iymer Dispersed Liquid Crystal ;高分子分散型液晶)作为显示介质的显示面板和光闸(Optical shutter)的研宄不断发展。使用PDLC的显示面板，由于通过施加电场来切换光透过状态和光散射状态，所以在投影仪屏幕和数字标牌等领域备受瞩目。如图1A-1B所示，是TOLC在作为显示器时的原理示意图，该TOLC显示器包括:配备了第一驱动电极16的后基板14和配备了第二驱动电极17的前基板15。后基板14和前基板15以预定距离相对着隔开。聚合物基质11位于后基板14和前基板15之间，在聚合物基质11中向列相液晶分子微粒13分别排列在各个微液晶滴12中。当第一驱动电极16和第二驱动电极17之间不施加电压时，如图1A所示，由于微液晶滴12和聚合物基质11之间折射率的不同，入射光全部散射，从而实现光散射态。换句话说，如图1A所示，在第一驱动电极16和第二驱动17之间电场形成前，微液晶滴12里的液晶分子微粒13任意排列。因此，入射光经过聚合物基质11同时散射从而呈现光散射态。而当电源单元18在第一驱动电极16和第二驱动电极17之间施加电压，如图1B所示，微液晶滴12内部的液晶分子微粒13的长轴与电场E方向平行排列。这样入射光透过聚合物基质11从而实现透光态。而在另一些应用中，roLC可以作为光调控的媒质，利用roLC具有双折射光学(Birefringent Optics)的特征，以通过施加电场强度的变换引起F1DLC中的光折射率的变换，实现对光的调控。这种特性以在2D\3D切换装置中的应用为主。如图2所示，是US6，069，650专利所揭露一种利用传统液晶以作为2D\3D切换装置的原理示意图。该2D\3D切换装置主要为表面起浮型液晶柱状透镜数组组件(Surface Relief Based LiquidCrystal Lenticular Device) 50，由上至下依次由上透明基材51、上ITO电极52、平凹透镜数组53、复数个液晶分子54、下ITO电极55与下透明基材56构成。其中，该平凹透镜数组53，具有光学折射率np ;该复数个液晶分子54，为可由向列型液晶(Nematic LiquidCrystal)材料构成，具有双折射光学(Birefringent Optics)的特征，其寻常光折射率(Ordinary Refractive Index)为 no、异常光折身寸率(Extraordinary Refractive Index)为ne，且具有no = np、ne>np的关系。该上、下ITO电极层52、55，为如公知的液晶显示器中的透明电极层，且个别可装置有配向膜(Alignment Layer)，为连接至电源V。另外，该液晶柱状透镜数组组件50，为安装在液晶屏幕60的前面，该液晶屏幕60为可位于其CF(Color Filter)61上，显示2D或3D影像(图中未标示)；该2D或3D影像的光源，经过该液晶屏幕60最外层偏光片62的作用后，成为线性极化偏光的光源63，令其偏光方向为垂直于纸面。当无外加电场下，即V = 0FF，该向列型液晶分子的排列，具有光轴垂直于纸面的特征。对于入射光63而言，因其光偏振方向与液晶分子光轴平行，为感受到异常光折射率ne。另外，当该入射光63穿过该平凹透镜数组53时，因ne>np之故，该入射光63则感受到凸透镜的作用，因此上述的光学特性适用于呈现3D影像的显示。另外，在外加电场下，即V=0N，该向列型液晶分子的排列，具有光轴平躺于纸面、并垂直于该上、下ITO电极层52、55的特征，即平行于电场的方向(图中未标示)。对于入射光63而言，因其光偏振方向与液晶分子光轴垂直，为感受到寻常no。另外，当该入射光63穿过该平凹透镜数组53时，因no =np的缘故，该入射光63不受该平凹透镜数组53的影响，直接穿透该平凹透镜数组53，因此上述的光学特性适用于呈现2D影像的显示。上述应用中，普遍以对施加电压强度的调控，来实现对液晶分子排列的调控，从而达到所需的光学调控效果。近年来，对于roLC受施加电压频率变化产生的影响，亦有报导。如黄子强等人在《roix薄膜电光特性研宄》一文中，研宄了 roLC薄膜在不同的驱动电压频率下的电光特性，指出了频率驱动法是继电压幅值驱动之外另一种驱动I3DLC的方法。作为一种应用，在申请号为CN201410332212的中国公开专利申请中，揭示了一种以改变驱动电压频率来实现2D\3D切换的双频驱动F1DLC柱状透镜数组(Dual-Frequency DrovePolymerDispersed Liquid Crystal Lenticular Device，DFD-PDLC)。该双频驱动 F1DLC 柱状透镜数组通过将外部电压在定向排列频率fL(Homeotropic Alignment Frequency)和均向排列频率fH(Homogeneous Alignment Frequency)中进行切换，使得F1DLC中的液晶分子的排列顺序在外加电场作用下，形成以短轴或长轴排列的变换，从而达到光调控的效果。相对于普通的表面起浮型液晶柱状透镜数组组件，该双频驱动roix柱状透镜数组具有更简单的结构和以及制作工序。请参见图3，图3是该种I3DLC的结构示意图。如图所示，该I3DLC由复数个液晶微滴(LC Droplets) 22e与聚合物材料(Polymer) 22d构成。该复数个液晶微滴22e，均匀分布于该聚合物材料(Polymer)22d的内部，其微滴的大小可大于可见光的波长，或小于可见光的波长另外，每个液晶微滴22e，由复数个液晶分子22i构成。如图4所示，每个液晶分子22i，为杆状的结构，令其长轴沿Z轴分布、而短轴沿XY平面分布。该液晶分子22i所具有的光电效应，由入射光的偏振方向、光学折射率η与介电常数ε所决定。—般地，对于入射光与液晶分子的光学作用，为依存于入射光电场偏振方向与液晶分子所具有的双折射特性。当入射光的电场偏振方向(图中未标示)，为平行于该液晶分子22i长轴方向时，该入射光的相位延迟由异常光折射率η| I所决定；当入射光的电场偏振方向，为垂直于该液晶分子22i长轴方向时，该入射光的相位延迟，由寻常光折射率为η丄所决定。另外，液晶分子为正单轴液晶时，具有η| |>n丄的关系。另外，对于液晶分子的电气作用，则依存于驱动电压的振幅、频率与液晶分子所具有的介电质特性。如图5所示，为液晶分子介电常数ε I1、ε丄与驱动电压频率f响应的示意图。对于具有适当振幅的驱动电压，由改变驱动电压的频率f，可改变液晶分子长轴介电常数ε I |、但不会影响液晶分子短轴介电常数ε丄。因此对于电气的作用，液晶分子具有以下的关系:当f = fL〈fc 时，Δ ε >0 ;(1)^f = fH>fc 时，Δ ε〈O ; (2)当f = fc 时，Δ ε = O ； (3)其中，Δε= ε I |- ε 丄。图6所示，为液晶分子定向排列的示意图。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PDLC的光导向器件，该光导向器件中的PDLC为电压频率驱动型PDLC，该PDLC中的液晶微滴在所施加的驱动电压的频率变化下，其光学折射率具有从异常光折射率n‖到寻常光折射率n⊥切换变换的能力，其特征在于：在所述PDLC的入光侧或出光侧中的至少一侧上嵌置一个嵌入层，所述嵌入层与所述PDLC的交界面形成具有可以引起光线折射的斜面，当所施加驱动电压的频率变化时，让通过该嵌入层和PDLC层的光在交界面处产生折射角的变化，从而形成在至少两个不同传导方向上进行切换的能力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林明彦，
申请(专利权)人：张家港康得新光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32