通过预设液晶单元壁的取向表面形成液晶透镜或光束控制装置，其使用预设场在固定该取向表面分子之前取向它们。通过设定期望的预倾斜，透镜可在没有控制场时操作，并且能够减少控制场消耗的能量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及液晶(LC)透镜或光束控制装置以及相关的制造方法。
技术介绍
液晶透镜及光束控制装置是基于基板上的液晶分子取向的，基板层叠在一起形成 液晶单元。因为几个方面的原因，LC与基板表面的相互作用是极为重要的。其中最重要的 几点是A-必须有回程力(允许“自由”张弛)和B-提供预倾角以触发可预测的再取向方 向。获得LC分子期望的取向的传统方法是(现在仍然是)机械摩擦基板表面0虽然基板自身可按照这种方法加工以获得LC取向，但经常，特定的取 向层首先涂布在基板的内表面上(已具有透明传导层，例如铟锡氧化物或者ΙΤ0)，然后被 摩擦，图1(现有技术)。这种层的典型例子是聚酰亚胺聚合物族。正如容易想到的，摩擦 过程是不可靠的，并且可能损坏单元，且造成不均勻和灰尘。这就是为什么要投入高强度 的努力去开发LC取向的非接触的取向方法。尤其，我们应该注意光取向和真空沉积(e. g.，SiOx, ))。这两种方法都发展地相当迅速，而且甚至有些公司已经宣布了他们在 商业产品上的使用(例如，用于使用垂直取向的LC的投影仪)。然而这些技术还必须获得 通过用于大规模、花费有效和可靠的制作工艺。利用用于预设的外部激发方式(例如，电场)或者不利用用于预设的外部激发 方式，所谓的聚合物稳定的液晶(PSLC)的使用已经被用来“预设”LC分子的排列和再取 向。然 而，使用的材料系统和预设方法不允许生成“预设的表面”，而是让生成的聚合体网状物“漂 浮”在单元的空间里，图2(现有技术)。这样减小了获得的结构的稳定性，并且也造成聚合 物的空间聚集并在围绕该聚集体周围形成在主导(长分子轴的平均方向)方向的光散射的 缺陷。生成具有期望的倾斜角的取向层的另一方法包括使用具有垂直和水平部件的双 聚合体混合物，该垂直和水平部件随后被烘干或者被摩擦以获得不同的均勻的预倾角。参 见例如由 Karen E. Vaughn, Matthew Sousa, Daeseung Kang,禾口 Charles Rosenblatt 发 表白勺，“Continuous control of liquid crystal pretilt angle from homeotropic to planar “，APPLIED PHYSICS LETTERS 90，pp. 194102 194102-1，2007，以及由 Fion S. Yeung, Jacob Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, Ophelia K. Tsui, P. Sheng,禾口 H. S. Kwoka 发表 白勺，“Variable liquid crystal pretilt angles by nanos tructured surfaces“， APPLIED PHYSICS LETTERS 88，pp. 051910-1-051910-3，2006。
技术实现思路
在本专利技术中，建议一种用于可调谐透镜及控制成像装置的非接触(无摩擦)液晶 取向的新方法，其利用光学和电磁扭转力以及取向层的同时固化，例如聚合物-液晶相互 扩散材料系统，但是其是由单元表面稳定的。公开了激发几何形状和方法，其允许在不同结 构中液晶分子的无摩擦取向并具有期望的平面外的预倾斜预设。公开了几种利于使用这些 方法的应用和装置。在说明书中，术语“由使用预设场而不是机械摩擦而被取向的分子所形成的有序 表面层”用于表示使用被取向的分子形成的表面层，所述分子被光、声波、电场、磁场或任何 其他合适的场取向，所述任何其他合适的场能够在分子的取向中导致排序，且这些分子随 后被稳定从而为液晶单元提供取向表面。尽管原始或基体基板可能在最开始被摩擦，但完 成有序表面层的成形没有摩擦或使用方向真空沉积。取向层可使用取向场对存在于层上的分子取向来形成，或者通过从周围的液体介 质移至被取向场取向的基板分子上并稳定这些分子以形成有序的层表面来形成。取向场可 以是作用其自身的外部源或外部场和液晶单元的自身控制场的组合。在一些实施例中，液晶透镜或光束控制装置通过预设液晶单元壁的取向表面形 成，其使用预设场以在固定取向表面分子之前取向这些分子。通过设定期望的预倾斜，透镜 可在没有控制场的情况下操作，并且可以降低控制场消耗的能量。取向层可以是平面的或非平面的。在取向层是非平面的情况下，其可以是透镜形 状的。当取向层是非片面时，有序表面的分子的取向可以是实质上均勻的，例如当提供折射 率从与其周围的单元壁相同变化到不同的液晶透镜时。当取向层是平面时，分子的取向是空间非均勻的，从而形成光学装置，例如透镜或 光束控制光学装置。因此，在这种情况下预设场是非均勻的。可由空间非均勻电极(例如点 源电极、图案化电极和在不同位置具有各部分的分段电极)提供空间非均勻磁场或电场。 也可通过使用与电场调制层(例如空间调制介电常数的层)组合的平面电极来提供空间非 均勻电场。还可以使用由于复杂的介电特性或空间可变传导特性而提供空间可变电荷分布 的电极来产生空间非均勻电场。在平面取向层的情况下，本专利技术能够通过使用合适的取向层来提供固定的或非可 调谐的平坦液晶透镜(或光束偏离装置)，以在液晶透镜(或光束控制装置)的基态中生成5适当的折射率空间分布。在一些实例中，取向层被预设，使得最终作用于液晶的效果是相对于控制场以一 个方向排布液晶，该控制场在基态(或要么在接近基态的低控制电压下)作为控制电压的 函数，处于折射率的线性变化范围内。由于液晶分子的方向和控制场的关系，可调谐液晶透 镜可允许其范围内的一部分含有光学偏差，尤其是在接近于取向层的小角度时。通过预设 比通常可能的更大的预倾斜，可调谐液晶透镜的动态光功率范围的一部分可能丧失，但是 在控制场调谐的更窄的范围下，透镜对控制场改进的响应会大大减少偏差。在本专利技术所有的结构中，可以以呈直角的方向放置液晶层以对两种偏振光都起作 用，也可以以相对的方向放置层以降低与液晶透镜(或光束控制)系统有关的角度依赖性。附图说明通过参考附图对实施例进行以下详细的描述，能更好地理解本专利技术，其中图IA示意性地表示根据现有技术的传统均勻取向的液晶单元在基态(未激发) 的侧视图；图IB示意性地表示根据现有技术的传统“均勻”再取向的液晶单元在激发状态 (施加产生扭转力的电场)的侧视图，其示出了单元壁之间分子取向的变化；图2是根据现有技术的填充了线性和/或交联的空间分散的聚合物稳定的液晶的 均勻取向的液晶单元在基态(未激发)的示意性侧视图；图3A是一种预设方法的示意性侧视图，用于实现期望的梯度折射率的预倾角α。， 液晶单元填充了表面聚合物稳定的(可选地为相互扩散的)液晶，其使用同步激发(通过 电场和磁场)、取向(大体上，以空间变化角α，或在非平面单元几何形状上)以及固化(固 定)；图;3Β示意性地表示填充了表面聚合物稳定的(可选地为相互扩散的)液晶的“最 终”取向的液晶单元在基态(预设之后，未激发)的侧视图，并且将透明电极(单独或与附 加的基板一起)从两侧加到最初的单元上以使获得单元得到电控制；图3C表示根据一个实例的具有表面聚合物稳定的(可选地为相互扩散的)液晶 的有序的液晶单元的制造工艺的步骤；图3D表示具有表面聚合物稳定的(可选地为相互扩散本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种液晶透镜或光束控制装置，其包括：一对限定空腔的单元壁，该空腔被填充液晶分子，至少一个单元壁具有有序的表面层，该表面层与液晶分子相互作用以在零场基态时在预定引导方向生成液晶分子的取向；其中有序的表面层由使用预设场而不是机械摩擦而取向的分子形成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：迪格兰·加尔斯蒂安，
申请(专利权)人：兰斯维克托公司，
类型：发明
国别省市：US
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