液晶透镜的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种液晶透镜、光学滤光片和显示装置。根据本发明的液晶透镜的一个实施方式可以根据入射光的偏振状态而显示出光学各向异性和光学各向同性。当该液晶透镜应用于能够产生平面图像和立体图像的显示装置时，在显示出光学各向异性时可以无需眼镜而观察到立体图像，且在显示出光学各向同性时可以观察到平面图像。
【专利说明】液晶透镜
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种液晶透镜、光学滤光片和显示装置。
【背景技术】
[0002]通常，显示装置显示二维图像(以下称为“2D图像”)。近来，根据在游戏或电影领域中对三维图像(以下称为“3D图像”)需求的增加，正开发显示3D图像的显示装置。3D图像是通过向观察者的双眼输入一对2D图像，并在观察者的大脑中融合该输入的图像而识别的。
[0003]3D图像显示装置(以下称为“3D装置”)可以被分为立体显示装置(stereo-scopicdevice)和自动立体显示装置(auto stereo-scopic device)。在所述自动立体显示装置中，通常使用在专利文献I中公开的视差屏障型装置或者在专利文献2中公开的双凸透镜型(lenticular lens-type)装置。
[0004](专利文献I)韩国专利申请公开第10-2005-0119140号
[0005](专利文献2)韩国专利申请公开第10-2003-0088244号
【发明内容】
[0006]技术目的
[0007]本申请致力于提供一种液晶透镜、光学滤光片和显示装置。
[0008]技术方案
[0009]本申请的一个方面提供了一种包含透镜层的液晶透镜。所述透镜层可包括含有液晶分子的区域。所述液晶分子可以，例如，以交联或聚合状态被包含在所述区域中。
[0010]在一个实例中，所述区域可以是胆甾型取向区域。如图1所示，所述胆甾型取向区域100可包括胆留型液晶分子。该胆留型取向的液晶分子通过在层中堆叠液晶分子并沿螺旋轴H扭转液晶分子的指向矢(directors)而形成螺旋结构。在所述螺旋结构中，直到液晶分子的指向矢旋转完整360度的距离被称为节距P。
[0011]所述胆留型取向区域可以是平面取向区域、垂直取向区域、或焦点圆锥取向区域。所述平面取向区域可以是这样的区域:其中该区域的螺旋轴正交于透镜层的表面。所述垂直取向区域可以是这样的区域:其中该区域的螺旋轴平行于透镜层的表面。此外，所述焦点圆锥取向区域可以是这样的区域:其中该区域的螺旋轴既不正交也不水平于透镜层的表面。当使用术语“垂直、平行、正交、或水平”来限定在本说明书中的角度时，其是指在不损害其想要的效果的情况下基本上垂直、平行、正交或水平，包括，例如，考虑到生产误差或者偏差的误差。例如，此术语可包括在约±15度、±10度或±5度以内的误差。
[0012]在一个实例中，所述胆留型取向区域可以是垂直取向区域。如图1中所示，所述垂直取向区域可以具有形成为平行于透镜层的表面的螺旋轴H。
[0013]所述垂直取向区域可以具有相对于垂直于其螺旋轴的线性偏振光的周期性折射率分布。例如，所述区域可具有在1/2节距的周期上的折射率分布。在一个实例中，所述区域可具有通过公式I计算的折射率分布。
[0014][公式I]
[0015]neff(x) = nen。/(ne2cos2 θ (χ) +n02sin2 θ (χ))1/2
[0016]在公式I中，χ为所述胆甾型取向区域的坐标，其为O至Ρ/2之间的任意数。在此，P为所述胆留型取向区域的节距，neff(x)是在χ点处所述胆留型取向区域相对于所述线性偏振光的折射率，ne是在所述胆留型取向区域中的液晶分子的非常折射率(extraordinaryrefractive index), η。是在所述胆甾型取向区域中的液晶分子的寻常折射率(ordinaryrefractive index),且θ (χ)是在对应坐标处的液晶分子的光轴相对于χ为O的点处的液晶分子的光轴的夹角。
[0017]在此，如图1中所示，χ是在平行于透镜层的表面的方向上的胆留型取向区域的坐标，其具有O至Ρ/2的值。如图1中所示，“O”是这样的点的坐标，从该点开始胆甾型取向的液晶分子的节距。在一个实例中，节距开始的点可以是这样的点，在该点处液晶分子的主轴形成为平行于透镜层的表面。Ρ/2是这样的点的坐标，在该点处胆留型取向的液晶分子旋转180度。
[0018]在此，θ (χ)是在对应坐标(χ)处的液晶分子的光轴相对于在χ为O处的点的液晶分子的光轴的夹角，且因此Θ (O)为O。此外，由于在X为Ρ/4处的点的液晶分子的光轴从在χ为O处的点的液晶分子的光轴旋转了 90度，因此θ (Ρ/4)为π/2。此外，由于在χ为Ρ/2处的点的液晶分子的光轴从在χ为O处的点的液晶分子的光轴旋转了 180度，因此θ (Ρ/2)为 π。
[0019]当将Θ (O) =0、θ (P/4) = /2 和 θ (P/2) = 代入公式 I 时，可以得到 neff (O)=neff (Ρ/2) =η。，且nrff(p/4) = ne的值。也就是说，胆甾型取向区域可以具有这样的折射率分布，其中，在O节距和1/2节距(P/2)处得到寻常折射率，且在P/4处得到非常折射率。
[0020]“11@00”可以是相对于，例如，具有55011111的波长且垂直于该区域的螺旋轴的线性偏振光在X位置测量的的折射率。
[0021]当根据公式I控制在1/2节距处的胆留型取向区域的折射率分布时，该透镜层可以用作双面凸透镜。因此，当液晶透镜被用于，例如，自动立体显示3D装置时，可以在发射前将用于左眼的图像信号和用于右眼的图像信号分开。
[0022]在一个实例中，透镜层可以用作具有0.1mm至100cm、0.1mm至70cm、0.1mm至50cm、0.1mm至 30cm、或0.1mm至 1cm 的由公式 2确定的焦点距离(focal point distance)(F)的透镜。
[0023][公式2]
[0024]F = P2/(32XdX Δ η)
[0025]在公式2中，P为胆甾型取向区域的节距，d为透镜层的厚度，Λ η为在胆甾型取向区域中的液晶分子的非常折射率OO和寻常折射率(η。)之间的差(ne-n。)。
[0026]所述液晶透镜为能够根据光的偏振状态显示出光学各向异性和光学各向同性的透镜，其可以用于，例如，显示2D图像和3D图像的自动立体显示3D装置。
[0027]所述焦点距离(F)可以是相对于，例如，垂直于所述区域的螺旋轴的线性偏振光的焦点距离。这样的焦点距距可以例如，考虑到3D装置的观看距离而进行控制。此外，为了控制焦点距离(F)，可以控制胆留型取向区域的节距或双折射率，或者透镜层的厚度。
[0028]考虑到3D装置的显示元件的像素尺寸，可以适当地控制胆留型取向区域的节距。在一个实例中，胆甾型取向区域的节距可以被控制为约0.1 μ m至10cm、0.1 μ m至5cm、
0.1 μ m 至 3cm、0.1 μ m 至 lcm、0.1 μ m 至 5000 μ m、或 0.1 μ m 至 3000 μ m。当所述节距控制在上述范围内时，从显示元件传送的用于右眼和左眼的图像信号可以在发射前通过液晶透镜分开。
[0029]此外，为了提供用于在适当的距离不用眼镜观看3D图像的自动立体显示3D装置，在胆留型取向区域中的液晶分子的非常折射率OO和寻常折射率(η。)之间的差(rie-n。)可以被控制在0.01至0.6、0.1至0.6或0.01至0.5的范围内。此外，为了确保自动立体显示3D装置的适当观察距离，所述透镜层的厚度可以被控制为0.Ιμπι至ΙΟΟμπκΟ.Ιμπι至50 μ m、0.1 μ m 至 30 μ m、或 0.1 μ m 至 10 μ m。
[0030]所述液晶透镜可进一步包括基层。此外，所述透镜层可以形成在所述基层的一个表面上。
[0031]可以不受限制地使用常规使用的用于液晶透镜或用于制造液晶透镜的基层作为该基层。例如，可以使用玻璃基层或塑料基层作为所述基层。所述塑料基层可以是包括以下物质的片或膜:例如，纤维素树脂，如三乙酰纤维素(TAC)或二乙酰纤维素(DAC);环烯烃聚合物(COP)，如降冰片烯衍生物；环烯烃共聚物(COC);丙烯酸树脂，如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA);聚碳酸酯(PC);聚烯烃，如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP);聚乙烯醇(PVA);聚醚砜(PES);聚醚醚酮(PEEK);聚醚酰亚胺(PEI);聚萘二甲酸乙二酯(PEN);聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯(PET);聚酰亚胺(PI);聚砜(PSF);或氟树脂。所述塑料基层可以是光学各向同性或光学各向异性的。
[0032]所述基层可包括UV阻断剂或UV吸收剂。当UV阻断剂或吸收剂包含在基层中时，可防止因UV射线导致的透镜层的劣化。所述UV阻断剂或吸收剂可以为有机材料，如水杨酸酯化合物、二苯甲酮化合物、氧化二苯甲酮化合物(oxybenzophenone compound)、苯并三唑化合物、氰基丙烯酸酯化合物或苯甲酸酯化合物，或无机材料，如氧化锌或镍络合盐。UV阻断剂或吸收剂在所述基层中的含量没有特别限制，且可以考虑到想要的效果而适当地选择。例如，在用于塑料基层的制造工艺中，相对于基层的主要组分的重量比，可以包括约
0.1wt %至25wt%的重量比的UV阻断剂或吸收剂。
[0033]所述基层的厚度没有特别限制，且可根据所需用途适当地控制。所述基层可以具有单层或多层结构。
[0034]所述液晶透镜可进一步包括在基层和透镜层之间的取向层以取向所述液晶分子。作为取向层，可以使用现有技术中公知的常规取向层，例如，光取向层、(纳米)印迹型取向层((nano) imprinting-type alignment layer)或摩擦取向层。所述取向层为非必需的部件，可以通过在基层上直接摩擦或拉伸所述基层对基层提供取向性能而无需取向层。
[0035]在一个实例中，在所述胆留型取向区域是垂直取向区域时，所述取向层可以是垂直取向层。所述垂直取向层可以是这样的取向层，其能够提供取向性能以在垂直于垂直取向层的表面的方向上取向相邻的液晶分子。
[0036]所述液晶透镜可通过在相关领域中公知的方法形成以满足上述条件。在所述液晶透镜中，所述胆留型取向区域可以通过，例如，由胆留型取向液晶组合物在基层的一个表面上形成胆留型取向液晶层而制造。
[0037]将在其上形成胆留型取向区域的基层的表面可以是，例如，具有亲水性的表面。所述具有亲水性的基层的表面可具有，例如，O度至50度、O度至40度、O度至30度、O度至20度或O度至10度的润湿角。
[0038]基层的表面的润湿角可以是对于水的润湿角。在此，测量基层对于水的润湿角的方法没有特别限制，可以是在相关领域中公知的测量润湿角的方法，例如，使用KRUSS生产的DSA100仪器根据制造商使用手册测量润湿角的方法。
[0039]作为具有这样润湿角的基层，可以使用其表面经过亲水化处理的基层，或者包括亲水性官能团且由此一开始就具有亲水性的基层。
[0040]在此，所述亲水化处理可以是电晕处理、等离子体处理或碱处理。处理条件并无特别的限制。在相关领域中已知用于对基层提供亲水性的多种方法，且可以通过使用上述方法对基层实行亲水化处理以具有所述润湿角。
[0041]当在具有上述范围内的润湿角的基层上形成胆甾型取向液晶层时，所述胆甾型取向液晶层可以在无取向层的情况下取向，或者取向的胆留型取向区域的螺旋轴可以被控制在想要的范围内。然而，在需要时，上述的取向层可以形成在其上形成了胆留型取向液晶层的基层的表面上。
[0042]当将胆留型取向液晶组合物应用到具有所述润湿角的基层的表面上时，可形成胆甾型取向液晶层。在此，术语“胆留型取向液晶组合物”可包括可以用于形成胆留型取向区域的所有类型的组合物。
[0043]在一个实例中，所述组合物可包括向列相液晶分子和手性剂。所述向列相液晶分子通常以这样的状态在长轴方向取向:其中，所述分子在不规则位置取向而在不形成层。在将手性剂添加到向列相液晶分子只能够时，可以诱导出所需的螺旋节距。在此，可以根据公式3控制所述螺旋节距。
[0044][公式3]
[0045]P = I/(Pt.c)
[0046]在公式3中，Pt为手性剂的扭转力(twisting power)，且c为手性剂的摩尔浓度。由此，在使用具有高扭转力的手性剂或者增加手性剂的含量时，手性向列相液晶分子的节距可变得更短。
[0047]所述向列相液晶分子可以为相关领域中所使用的任何一种而不受限制。例如，可以使用由通式I所示的化合物作为该液晶分子。
[0048][通式I]
[0049]
【权利要求】
1.一种液晶透镜，其包括透镜层，所述透镜层包括含有胆留型取向液晶分子的胆甾型取向区域， 其中，所述胆留型取向区域为垂直取向区域，且所述透镜层具有在0.1mm至1cm范围内的根据公式2的焦点距离(F): [公式2] F = P2/(32XdX Δ η) 其中，P为胆甾型取向区域的节距，d为透镜层的厚度，Λη为在胆甾型取向区域中的液晶分子的非常折射率OO和寻常折射率(η。)之间的差(ne-n。)。
2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，相对于为线性偏振以垂直于所述胆留型取向区域的螺旋轴的光，所述胆留型取向区域具有根据公式I的折射率分布: [公式I]
neff(x) = nen。/ (ne2cos2 θ (χ) +n02sin2 θ (χ))1/2 其中，X为胆留型取向区域的坐标，其为O至Ρ/2之间的任意数，P为所述胆留型取向区域的节距，neff(X)是在χ点处所述胆留型取向区域相对于线性偏振光的折射率，是所述液晶分子的非常折射率，η。是所述液晶分子的寻常折射率，且θ (χ)是在对应坐标处的液晶分子的光轴相对于χ为O的点处的液晶分子的光轴的夹角。
3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，所述胆甾型取向区域的节距为从0.1 μ m至1cm0
4.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，在所述胆留型取向区域中的液晶分子具有从0.01至0.6范围内的非常折射率OO和寻常折射率(η。)之间的差(ne-n。)。
5.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，所述透镜层具有0.1 μ m至100 μ m范围内的厚度。
6.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，所述液晶分子在透镜层中为交联或者聚合状态。
7.根据权利要求1所述的液晶透镜，其进一步包括基层，在所述基层的表面上形成所述透镜层。
8.根据权利要求7所述的液晶透镜，其进一步包括在所述基层和所述透镜层之间的垂直取向层。
9.一种光学滤光片，其包括: 偏振控制元件，其被配置为控制入射光的偏振方向；以及 权利要求1所述的液晶透镜，其被布置为使得从所述偏振控制元件发出的光入射到该液晶透镜上。
10.根据权利要求9所述的光学滤光片，其中，所述偏振控制元件被配置为通过控制所述入射光的状态为垂直于所述液晶透镜的胆留型取向区域的螺旋轴的线性偏振光或者平行于所述液晶透镜的胆留型取向区域的螺旋轴的线性偏振光而发出所述入射光。
11.一种显示装置，其包括: 显示元件，其被配置为发出包括用于右眼和左眼的图像信号的图像信号；以及 权利要求1所述的液晶透镜，其被布置为使得从所述显示元件发出的图像信号入射到该液晶透镜上。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述液晶透镜被布置为使得一对用于右眼和左眼的图像信号入射到对应于所述胆甾型取向区域的1/2节距的区域。
13.根据权利要求11所述的显示装置，进一步包括:在显示元件和液晶透镜之间的偏振控制元件，并被配置为:通过控制所述图像信号的偏振方向，在所述液晶透镜方向上发出由所述显示元件发出的图像信号。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中，所述偏振控制元件被配置为通过控制所述图像信号的状态为垂直于所述液晶透镜的胆留型取向区域的螺旋轴的线性偏振光或者平行于所述液晶透镜 的胆留型取向区域的螺旋轴的线性偏振光，而发出图像信号。
【文档编号】G02B5/30GK104081233SQ201380006521
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】全炳建, 柳秀英, 朴文洙 申请人:Lg化学株式会社