专利名称：光学器件中液晶排列的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶层中宏观液晶排列的控制，还涉及包括液晶层的光学器件，其中该液晶层具有以该方式控制的宏观液晶排列。
所附附图中，
图1说明了空间中液晶指向矢(平均分子取向)的坐标系。角θ为顶角(平面外)，而φ为方位角(面内或平面的)。角θ也就是公知的倾角，而φ也就是公知的扭转角。液晶层(或基底)位于x-y面内。
已知关于大尺度的液晶排列的图案结构。在本文中，大图案结构指的是横向扩展大于液晶层厚度的排列区域。由此得到的液晶层具有至少两个可光学地相互区分的晶畴，其中一个区域中的图案结构对相邻区域的图案结构的影响可忽略。
液晶器件中关于细微尺度(1μm)的排列的图案结构之前也已经公开。作者Kim等在Applied Physics Letters，78，pp3055(2001)上发表的“通过取向无效的表面图案实现的向列液晶的表面排列双稳定性”描述了沿两个方向的方位微图案结构，并论证了双稳态体指向矢取向。作者Kim等在Nature 429，pp159(2002)上发表的“利用微图案化表面排列的三稳态向列液晶器件”描述了沿三个方向的方位微图案结构，并论证了三稳态体指向矢取向。Kim等人没有公开空间地改变图案化排列区域的比例，也未提及可以由这种图案结构引起的可能的器件。上述论文中的方位图案结构利用原子力显微镜(AFM)摩擦基底并且得到宽度4μm(低至0.5μm)的畴来实现。然而，利用原子力显微镜(AFM)摩擦单个象素大小(90μm×90μm)的区域需要花费2到10小时之间的时间。因此，AFM摩擦并不被认为是生产上可行的技术。
作者Ong等在Journal of Applied Physics，57，pp186(1985)上发表的“通过不均匀表面进行向列液晶的排列”描述了使用由能够促进垂直排列的碎片构成的表面，该碎片被围绕在能够促进平行(基底)排列的矩阵中。由此得到的顶图案化表面产生一个介于平面和垂直之间的预倾斜的体。预倾斜角为垂直和平行排列区域之间的面积比的函数。然而，这种顶图案化方法依赖SiO和金属膜沉积，并且SiO沉积不被认为是生产上适合的技术。Ong等人描述的制造方法不能用于空间地改变垂直和平行排列方向的比例。因此各处的平均体顶角都相同(即顶延迟的空间变化是不可能的)。Ong等人没有公开空间地改变图案化排列区域的比例，也未提及可以由这种图案结构引起的可能的器件。
顶双稳态显示器(ZBD)已经在若干专利例如WO 97/14990中公开。所有的ZBD器件在光栅结构上具有局部均匀的表面预倾角，。由此得到的ZBD的体光学性能为波动面拓扑的结果。
上述技术被认为要么依赖于商业上不适合的生产方法，要么缺乏图案结构灵活性，以至于不能形成许多新颖的光学元件，或者两个问题都存在。
根据本发明的第一方面，提供一种方法，该方法通过控制图案化排列层中第一、第二和第三不同类型的排列区域之间的面积比，允许同时控制横跨液晶层的、宏观的、沿方位角方向和顶角方向的液晶(LC)排列，三种不同类型的排列区域倾向于在液晶层中沿三个各不相同的、、不共面的主要取向产生液晶排列。
排列区域的第二和第三种类型可以倾向于沿基本正交的主要取向产生排列。
在一个实施例中，第一类型的排列区域倾向于产生基本垂直的排列，第二和第三类型的排列区域倾向于沿不同的各个主要取向产生基本平行的排列，宏观顶液晶排列的控制通过控制垂直和平行区域类型之间的面积比来实现，宏观方位液晶排列的控制通过控制两个平行区域类型之间的面积比来实现。
排列层可以通过下述步骤图案化首先提供具有第一类型的基本均匀初始排列的排列层，再应用第一图案化步骤以产生第二类型的排列区域，然后应用第二图案化步骤以产生任何所需的第三类型的排列区域。
对于液晶层的至少一部分，任何两种类型的排列区域之间的面积比可以为零。例如，对于液晶层的至少一部分，第三和第二类型之间的面积比可以为零。这对于整个液晶层也可以成立。
排列区域的至少一种类型可以具有稍微不同排列的两种选择，以提供宏观液晶排列的进一步控制。对于一种类型的排列区域的两种选择可以关于该类型的主要排列取向同样地排列。对于一种类型的排列区域的两种选择可以用于基本相等的面积比。对于一种类型的排列区域的两种选择可以基本上位于包含另一种类型的排列区域的主要排列取向的面内。排列区域的第二类型可以具有两种这样的选择，即第二类型的两种选择用在第一类型排列区域的相对两侧。另一种类型的排列区域可以为第一类型的排列区域。对于一种类型排列的两种选择可以相差小于20度。
排列层可以至少部分地通过光排列来形成图案。排列层可以至少部分地通过摩擦来形成图案。排列层可以至少部分地通过表面浮雕光栅来形成图案。排列层可以至少部分地通过至少两种类型材料的选择性印刷(例如微接触印刷)来形成图案，其中一种材料在另一种材料之上，每种类型的材料倾向于产生一种类型的排列，其不同于至少两种类型中的另一种类型材料产生的排列。排列层可以至少部分地通过形成至少两层材料层来形成图案，每层倾向于产生不同于另一层的排列类型，并且有选择地除去这些层中的至少一层的一部分，以便曝光该部分之下的至少一层的一部分。排列层可以至少部分地通过有选择地改变排列层的表面能来形成图案。
第二排列层可以设置在与已被图案化的第一排列层相对的液晶层的表面上。两种排列层可以配合，以产生液晶排列的宏观图案，能够聚焦特定线性偏振的入射光。两种排列层可以配合，以产生液晶排列的宏观图案，能够旋转特定线性偏振的入射光的偏振。两种排列层可以配合，以产生液晶层中液晶排列的V态pi-单元(pi-cell)图案。第二排列层也可以根据所声称的方法形成图案。第二排列层可以设有与第一排列层相同的排列区域的图案类型。
第一排列层可以在液晶层的第一区域中产生液晶排列的第一宏观图案，第二排列层在液晶层的第二区域中产生不同于第一宏观图案的液晶排列的第二宏观图案，第二区域基本不同于液晶层的第一区域。第一和第二区域可以在液晶层内形成各自的子层，并且第一区域设置在第一排列层和第二区域之间。
排列层的图案结构可以至少部分是周期的。排列层的图案结构可以至少部分是随机的。
区域的图案类型的至少一个横向尺寸可以与液晶层的厚度相当或者小于液晶层的厚度。宏观排列的可以在与液晶层厚度相当或者小于液晶层厚度的尺度上实现。
第一、第二和第三不同类型的排列区域之间的面积比中的至少一个面积比可以横跨排列层改变。该至少一个面积比的变化可以发生在与液晶层厚度相当或着小于液晶层厚度的尺度上。
仅作为一个例子，上述尺度可以为1μm级或更小。
上述变化可以控制以便横跨液晶层的液晶排列的宏观图案对于特定线性偏振的入射光呈现变化延迟。延迟的变化可以提供该偏振光的波前调制功能。延迟的变化可以提供该偏振光的透镜功能。
第一和第二排列层的面积比可以变化，该变化可以控制以便液晶排列的第一宏观图案对于第一线性偏振的入射光呈现变化延迟，液晶排列的第二宏观图案对于不同于第一线性偏振的第二线性偏振的入射光呈现变化延迟。还可以对于第一和第二线性偏振都提供透镜功能。
液晶排列的均匀宏观图案可以横跨液晶层形成，以形成其光轴与其表面之一成一定角度排列的双折射光学元件，以便对于入射到该表面上的光提供像移功能。
根据本发明的第二方面，提供一种包括液晶(LC)层和至少一层图案化排列层的光学器件，该液晶层具有横跨该液晶层的方位和顶液晶排列的宏观图案，其利用本发明第一方面的方法来实现。
光学器件可以在远离平行排列的10和80度之间的至少部分液晶层上具有宏观顶排列。
宏观排列图案可以具有两种或多种稳定的结构。通过施加电场和/或施加磁场和/或施加机械力和/或在液晶层内产生宏观流体流，宏观排列可以在两种或多种稳定的结构之间转换。宏观排列图案可以在至少部分液晶层中具有两种宏观顶角彼此不同的稳定结构。
光学器件可以包括用于横跨至少部分液晶层施加电场和/或磁场的装置，以便该至少部分液晶层的宏观排列图案取决于至少一层排列层和任何施加的场。
光学器件可以从第一模式转换到第二模式，第一模式中液晶具有由至少一层排列层基本确定的宏观排列图案，第二模式中液晶具有由施加的场基本确定的宏观排列图案。
操作场施加装置可横跨液晶层的不同部分施加不同的电场和/或磁场。
场施加装置可以包括多个电极。至少一些电极可以是分段的。
光学器件可以包括改变输入到该器件的光的偏振的装置。
根据本发明的第三方面，提供一种渐变折射率(GRIN)透镜，包括根据本发明第二方面的光学器件。
GRIN透镜可以为扭曲向列GRIN透镜。
根据本发明的第四方面，提供一种光学延迟器，包括根据本发明第二方面的光学器件。
根据本发明的第五方面，提供一种视差阻挡层，包括根据本发明第四方面的光学延迟器和至少一个偏振器。
根据本发明的第六方面，提供一种显示器件，包括根据本发明前述方面的光学器件、透镜、延迟器或阻挡层。
显示器件可以是多视图显示器件。
根据本发明的第七方面，提供一种波前调制器，包括根据本发明第二方面的光学器件。
根据本发明的第八方面，提供一种像移器，包括根据本发明第二方面的光学器件。
现在将参考作为例子的所附附图，其中之前所讨论的图1说明了空间中液晶分子的坐标系；图2说明了如何在体现本发明的图案化排列层中通过使用两种不同类型的排列区域，来设定宏观顶液晶排列；图3说明了如何在体现本发明图案化排列层中通过改变两种不同类型排列区域的面积比，来改变宏观顶液晶排列；图4说明了如何在体现本发明的图案化排列层中通过使用两种不同类型的排列区域，来设定宏观方位液晶排列；图5说明了在液晶层表面处的排列简并；图6说明了在本发明实施例的一种类型的排列区域中可使用较小倾角以削弱图5所示的简并；图7(a)和(b)说明了在本发明的实施例中使用+α和-α的排列区域可以增加液晶可经受的变形；图8说明了本发明的实施例应用于正倾斜弯曲(splay-bend)型渐变折射率(GRIN)透镜；图9说明了本发明的实施例应用于正扭曲向列(TN)渐变折射率(GRIN)透镜；图10说明了本发明的实施例应用于正扭曲型渐变折射率(GRIN)透镜；
图11说明了本发明的实施例应用于多视图显示器件；图12说明了本发明实施例在多视图显示器件中的另一种应用；图13(a)和13(b)说明了本发明的实施例应用于正独立偏振(polarisation-independent)渐变折射率(GRIN)透镜；图14说明了体现本发明的包含分段电极的GRIN透镜；图15说明了根据本发明进一步实施例的包含分段电极的GRIN透镜；图16说明了根据本发明进一步实施例的包含分段电极的GRIN透镜；图17说明了本发明的实施例可应用于可转换像移器；图18说明了根据本发明实施例的顶双稳态器件；图19说明了根据本发明实施例的双稳态混合排列向列器件；图20为说明倾斜状态下的π(pi)-单元的示意图；和图21为说明图20的单元在V态下的示意图。
在描述体现本发明的具体应用前，首先描述一下本发明下面实施例的一般原理。
考虑具有排列层的基底，该层产生其未处理状态下的垂直排列(即当排列层没有经过摩擦，或在UV光下曝光等时，液晶分子排列平行于图1所示坐标系中的z轴)。随后的一种图案化处理步骤可以用于产生平行于面内轴之一(假定x轴)的表面排列区域。如果单元在一种图案化处理步骤后被构造，那么在单元内的所有点处，体光轴将位于x-z面内(即分子排列在x-y面内的所有点处具有常数值φ)。然而，光轴与基底所成的角度(θ)可以或不可以在x-y面内空间地改变。光轴角度θ在x-y面内空间改变与否取决于微图案结构的细节。
图2说明了如何通过在图案化排列层中使用两种不同类型的排列区域T1和T2，来设定宏观顶液晶排列。第一类型排列区域T1倾向于在液晶层中产生基本垂直的液晶排列(基本沿z方向)，而第二类型排列区域T2倾向于在液晶层中产生基本平行的液晶排列(在该例子中，基本沿x方向)。体积中平均的宏观指向矢取向为下述几者的函数(i)一种类型的图案结构与另一种类型的图案结构的面积比；(ii)液晶本身的各向异性弹性常数；和(iii)不同图案化区域的相对固定(anchoring)长度。在图3示出的例子中，可以理解在液晶层的体积中宏观顶角假定为角度θ。
现将参考图3进行描述，通过改变垂直与平行排列的比例，可获得中间预倾角θ的整个范围。在图3中，垂直类型区域与平行类型区域交替布置，垂直类型区域的宽度表示为“H”，平行类型区域的宽度表示为“P”。垂直和平行区域的比例可以通过改变这两个宽度来改变。该比例可以用两种不同类型排列区域之间的面积比来表示。在图3示出的简单例子中，该比例也可以用垂直类型区域的宽度减去平行类型区域的宽度来表示。图3右手侧的图表示出了如何通过改变垂直类型区域与平行类型区域的面积比，来使宏观预倾角θ在大约30度和70度之间改变；适当的图案可以用于实现任何体预倾(顶)角。
如上所述参考图2和3的利用一个图案化处理步骤能够实现顶排列的细微控制。而且增加第二图案化处理步骤能够制造更复杂的结构。使用第二图案化处理步骤可以产生平行于剩余的面内轴(即y轴)的表面排列区域。在第二图案化处理步骤后构造一个单元，这样产生的单元的体光轴不再必要地约束在单面内(即分子排列在x-y面内的不同空间位置处可以具有不同的值φ)。再次，光轴与基底所成的角度(θ)可以或不可以在x-y面内空间地改变。
通过使用两个图案化处理步骤，在任意的横向位置[x1，y1]处产生局部具有体排列方向[θ1，φ1]的器件是可能的。而且只有在两个处理步骤产生不平行的排列方向，并且两个已处理的排列方向也不平行于未处理的排列方向的情况下，这才是可能的。排列方向没有必要是正交的。此外，通过改变局部微图案结构(即改变不同排列方向的比例)，那么在[x1，y1]处的体排列[θ1，φ1]可以转换成[x2，y2]处的[θ2，φ2]。将一个任意的排列方向转换到另一个可以仅在弹性连续体理论的约束下发生。实际上，这意味着为了在[x1，y1]处的[θ1，φ1]和[x2，y2]处的[θ2，φ2]之间转换，两点之间的距离(即{(x1-x2)2+(y1-y2)2}]]>)必须足够的大以适应与变形有关的弹性能量。该距离为分子排列变形和液晶材料本身的函数。
图4说明了随后如何通过在图案化排列层中使用两种不同类型的排列区域T2和T3，来设定宏观方位液晶排列。排列区域的第二类型T2倾向于沿x方向产生平行液晶排列，如参考图2的上述例子中的第二类型。排列区域的第三类型T3倾向于沿y方向，即与第二类型正交排列的方向产生平行液晶排列。同样，体积中平均的宏观指向矢取向为下述几者的函数(i)一种类型的图案结构与另一种类型图案结构的面积比；(ii)液晶本身的各向异性弹性常数；和(iii)不同图案化区域的相对固定长度。通过改变两种正交平行排列的比例，中间方位角φ的整个范围可以横跨液晶层实现。同样，相对比例可以用两种不同类型的排列区域T2和T3之间的面积比来表示。
经由两个图案化处理步骤的使用，任意分子排列可以在基底的任意位置处实现。然而，只有在两点之间的距离足够大以便适应与液晶变形有关的弹性能量的情况下，可以发生在一种任意的体排列方向和另一种之间的连续转换。现在讨论能够削弱表面处的排列简并以便增加屈曲变形量的图案化处理步骤的使用。
参考图5，考虑接受单个图案化处理步骤的基底。如前所述，初始排列方向平行于z轴，而图案化处理步骤产生平行于x轴的排列碎片。由此得到的体分子取向实际上具有两个稳定的结构，即关于z轴对称的±θ体分子倾角。由于膜处理中的实验变化，热波动等，体分子排列在宏观晶畴中采取+θ或-θ的结构。这些宏观晶畴通过反向的倾斜壁分开。
现在考虑一种情况，其中图案化处理步骤产生的排列没有完全地平行于表面上的x方向，而是还有小的组成部分平行于z轴的方向。表面处的局部分子排列现在具有预倾角α，其相对较小(例如小于10°)，如图6中所说明。预倾斜的大小取决于在其他情况中的排列层/液晶组合。预倾斜用于削弱两个体分子排列方向的高能简并，因此仅观察到一个体宏观倾斜。参考图6，这意味着+θ或-θ态将形成但两者不会同时形成。
提供+α和-α的两种排列区域的图案化处理步骤可以用于增加液晶可经受的变形，如参考图7(a)和(b)论证。在该说明中，特定的考虑将提供给区域中的体倾角θ，该区域中所需的体倾角θ为0°(标记为“1”)或90°(标记为“2”)。
首先，考虑一种情况，其中仅使用一种预倾角(假定+α)，如图7(a)所示。体倾角θ决不可能等于0°，因为即使不使用垂直(θ＝90°)区域，体倾角也将简单地等于基底上各处的预倾角(即θ＝α)。只要包含绝对90°区域的微图案化区域在x-y面内横向延伸等于或大于单元厚度的距离，那利用一种预倾角实现θ～90°就是可能的。
现在考虑使用两种预倾角(+α和-α)的情况，如图7(b)所示。在图7(b)中，标记在正方形中的平行排列区域具有预倾角-α，而剩余的区域具有预倾角+α。体预倾角这时可以等于零，这是由于相对预倾角的相邻图案化区域的平均(即+α和-α的平均值为零)。为了获得θ～90°，考虑图7(b)中标记为“2”的垂直区域，该区域被限制为一侧为预倾角+α的区域，另一侧为预倾角-α的区域。垂直区域任一侧的相反体倾斜可防止垂直区域发生倾斜。与单预倾斜图案化处理步骤相比，利用相对倾斜的平行区域限制垂直区域的技术能够得到更大的液晶变形。因此，体分子取向中显著的横向变化(限制在x-z面内)现在可以在更短的距离上发生。
上述技术可以延伸到平行于其他平面方向的排列(即主要平行于y轴的排列也可以具有预倾角)。这使得两维上(即x-y面)的屈曲变形增加。尽管上文已经描述平行排列区域的排列比例可以改变，但应当理解，通过改变垂直排列区域的排列比例，可以实现相同的效果。
表面的周期图案结构引起表面附近液晶取向中的周期变形。这些周期变形的横向长度尺度和厚度使得通过微图案化光学元件的光发生衍射。对于在此公开的一些实施例，这种衍射对性能没有影响，而对于其他实施例，该衍射实际上可以是有用的。然而，对于那些衍射将降低性能的实施例，利用随机而不是周期的排列图案来避免光学衍射是可能的。
利用本发明的实施例，排列晶畴通常是在与液晶层厚度相当或小于液晶层厚度的尺度上。由此得到的在特定点处的液晶层的体光学特性为该点附近内的排列区域的函数。大体上，体光学特性为至少两个排列晶畴的函数。
体方位和体顶排列可以经由表面的适当微图案结构同时控制。这使得任何宏观体指向矢的结构可以在器件或显示器内的任何横向位置处得到。图案结构可以出现在包括该器件的一个或两个基底上。排列图案结构可以为周期或随机的。图案结构可以利用任何生产上适合的技术，例如摩擦、光排列、光栅等来实现。图案结构可以通过材料的选择印刷(例如微接触印刷)来实现，该材料在自己或结合排列材料的相邻单层或多层上产生所需排列状态。图案结构可以通过至少两层在彼此之上的沉积，然后选择性地除去部分较高的单层或多层以曝光较低单层或多层的区域来实现，每层产生不同的排列状态。排列层也可以至少部分通过选择性地改变排列层的表面能来形成图案。
只要局部图案化区域与单元的整体厚度相当或小于单元的整体厚度，在表面上局部图案化两个或多个排列方向将导致平均的宏观排列方向。体积中平均宏观液晶指向矢取向具有两个或多个能量稳定的结构。
尽管上文已经描述三种不同类型的排列区域T1、T2和T3形成为平行排列层，但应当理解，这些区域可以在平面或非平面表面上形成图案。
在描述具体实施例之前，将简短地描述本发明的实施例超越现有技术的一些优点。
所有的液晶显示器和器件要求排列技术的一些形式。之前考虑的商业上的LCD制造没有利用表面的微图案结构来实现平均体指向矢取向，如在本发明的实施例中那样。具有横跨x-y面变化的中间体倾角(10°＜θ＜80°)空间图案化的LCD之前没有被描述。本发明实施例中的微图案化表面可以用于实现任何预倾角(即0°＜θ＜90°的角度范围是可实现的＝＝＝＝＝＝＝＝。
具有中间预倾角的LCD和器件具有的应用为例如像移器，渐变折射率透镜等，这些将在下文详细描述。这些器件可以仅利用一个图案化处理步骤的最小值制造。利用两个图案化处理步骤的最小值就可以实现指向矢取向上完全的控制(即在x-y面内任意位置处的任意θ，φ取向)。在连续性理论的约束下，两个图案化处理步骤的使用可以用于将一种任意的排列方向连续地转换为位于基底上其他位置处的另一种。可以使用在表面处削弱排列简并的附加图案化处理步骤以便增加屈曲变形的量。
本发明实施例中的指向矢结构单独通过基底表面处的微图案化排列实现，因此不需要能量去“激活”微图案化光学器件，这不同于文献中之前描述的许多类似的元件。本发明实施例中的微图案化指向矢结构也可以是可转换的，这不同于文献中之前描述的许多类似的元件(由石英、活性(reactive)mesogen等制造)。
作为选择，本发明实施例中的指向矢结构可以永久固定；由此得到的结构对电场、热循环等是不变的。这可以以两种不同的方式实现。一种方法为用液晶和单体前身的混合物填充单元(其具有图案化的排列区域)。在UV光下曝光使单体聚合以形成网络，由此得到的结构实际上对外部物理条件不起作用。另一种实现相同目标的方法为用活性mesogen(RM)填充单元(其具有图案化的排列区域)，然后在UV光下使RM聚合。
现在描述本发明的具体应用。
光学相位延迟器用于控制反射或透射光的相位和偏振态。常规的空间相位延迟片由许多有效可寻址液晶象素组成，每个象素起单独的可变延迟器的作用。这种类型的空间光调制器类型的分辨率被限制为象素分辨率(～50μm)。关于入射光线的相位延迟因此在一个象素的区域上是不变的。
图案化无源延迟片之前也已经公开。在这些器件中，光轴假定为两个可能的宏观取向之一。光轴保持不变的晶畴的尺寸通常为～100μm，因此这些器件的使用被限制到一些特殊的应用。
根据本发明实施例的微图案化光学相位延迟器可以用于连续控制在显著高于象素的分辨率(～1μm)处的延迟。光束经过的相位改变与体光轴相对于入射光的顶角(θ)和方位角(φ)有关。因此，具有连续变化相位和偏振态的偏振波前可以转换为新的偏振波前，其可以或不可以具有空间变化的相位和偏振态。任何偏振的输入波前可以转换为任何所需的偏振波前。为了制造这种器件，排列层将形成图案以产生横跨x-y面的所需光轴取向(所需θ和φ)。
本发明的实施例也可以应用于“软”视差阻挡层的制造，例如用于多视图和三维自动立体显示器件。软视差阻挡层，其在GB 2352573A和GB 2315902A中公开，具有空间非均匀透射功能。这种软视差阻挡层可以利用使本发明具体化的微图案化排列技术来制造。适当的微图案结构应用于排列单层或多层以制造具有预定节距的空间变化延迟的延迟器。延迟器夹在适当的偏振器之间以产生非均匀透射功能(即软视差阻挡层效果)。空间强度分布的函数形式将取决于微图案结构的细节。例如，微图案结构可以是(a)垂直和平行以产生可控的预倾角(面外延迟控制)；或(b)两个正交平行方向以产生可控的面内延迟控制。
下文将描述可转换液晶渐变折射率(GRIN)透镜实施例的应用。这种可转换GRIN透镜之前已经公开。液晶GRIN透镜的一种已知类型通过不均匀电场激活。然而，这些透镜需要电极和驱动电路的复杂阵列，以便得到正确的横向分子结构，以聚焦入射光[S.Sato J.Appl.Phys.，18，1679(1979)]。聚合物分散的液晶(PDLC)GRIN透镜具有简单的驱动电子设备和电极结构，但要求高驱动电压，并具有1cm级的宽度[H.Ren and S-TWu，App.Phys.Letts.，82，22(2003)]。由于中性密度掩模生产中的限制，制造的PDLC透镜宽度不小于1cm，因此不可能制造成微透镜阵列。
图8说明了本发明的一种可能的以可转换液晶渐变折射率(GRIN)透镜的形式的应用，该透镜聚焦一种线性偏振态的光而透射正交偏振态的光。为了在本发明的实施例中经由微图案结构实现可转换GRIN透镜，垂直和平行排列的比例需横向改变。微排列中的横向变化能够得到用于聚焦光的适当的体指向矢轮廓，如图8中所示。在该器件中，聚焦光的有效折射率从透镜的边缘向透镜的中心增加。因此透镜将聚焦恰当偏振的入射光。这种类型的透镜被称为正GRIN透镜。
通过互换平行排列区域和垂直排列区域，在正GRIN透镜中反之亦然，器件的有效折射率将从透镜的边缘向中心下降。这种类型的透镜将使恰当偏振的入射光从虚焦点发散。这为负GRIN透镜。
参考图8详细描述的可转换微图案化GRIN透镜的变形为扭曲向列(TN)GRIN透镜，如图9所示。该器件除了顶基底关于底基底旋转(扭曲)任意角度以外，具有与图8相似的横向图案结构。没有手性掺杂时，最大允许扭曲为90°。该器件的原理为对应于正透镜结构的原理(即有效折射率从透镜边缘向中心增加)，当偏振光的面被旋转时给定的线性偏振态也同时聚焦。通过该透镜线性偏振光被旋转的角度等于顶基底关于底基底旋转的角度。对于恰当工作的器件，Mauguin条件(λ＜＜0.5pΔn)必须在横跨透镜的所有点处满足。因此对于最大允许的体预倾角(θ)存在实际的限制。当θ增加时，Δn减少为Δn＝noff-n0，其中1/noff2＝(sin2θ/n02)+(cos2θ+n02)。
上文参考图8描述的实施例为液晶渐变折射率(GRIN)透镜，其聚焦一种线性偏振的光而透射基本不受影响的正交偏振。在图8的实施例中，施加到顶基底和底基底的图案结构产生在整个体中x-y面内具有横向倾斜弯曲变形的指向矢轮廓，其导致仅对于一种特定偏振光起透镜功能。一种选择为对两个基底都提供图案结构以便产生在整个体中x-y面内具有横向扭曲变形而不是倾斜弯曲变形的指向矢轮廓。扭曲变形将导致对于一种线性偏振光的透镜功能，而倾斜弯曲变形将导致对于正交线性偏振的透镜功能。这种扭曲构造在图10中说明。
在图8和图10的实施例中，顶基底和底基底都具有图案化排列层。这些可以称为“Fredericks”器件，意思是在两个基底上存在图案化排列。在替代的结构中，排列图案结构仅位于单个基底上，相对的基底具有排列但该排列没有形成图案；这可以称为混合排列向列或“HAN”器件。应当理解，本发明的实施例采取下面任一种结构“Fredericks扭曲”、“Fredericks倾斜弯曲”，“HAN扭曲”和“HAN倾斜弯曲”。
利用上述技术形成的透镜也可以平铺以形成微透镜阵列。这使得它们作为在多视图和三维自动立体显示器件中的视差元件、或对于象素成像或对于视差阻挡层孔径成像特别有用，这些通常在文献中描述。上文已经描述本发明的实施例用作“软”视差阻挡层。此外，通过使本发明具体化的技术形成的微透镜阵列可以直接用作透镜型视差元件，如在图11中示意地说明。通过使本发明具体化的技术形成的微透镜阵列也可以用于多视图型显示器，其中视差阻挡层、孔径或象素利用透镜系统再成像，例如GB 2405543A中公开的内容；这种类型的装置在图12中示意说明。
上面参考图8到10描述的实施例试图聚焦一种线性偏振光，而透射基本不受影响的正交偏振。图13(a)说明了使本发明具体化的GRIN透镜，其能够聚焦两种线性偏振的光，或完全非偏振的光。图13(a)的实施例基本通过将具有倾斜弯曲结构的GRIN透镜和具有扭曲结构的一个透镜结合来实现。如图13(a)所示，顶基底和底基底被图案化以便提供在区域R2向顶基底的区域中的扭曲透镜，以及在区域R1向底基底的区域中的倾斜弯曲透镜，它们配合以聚焦非偏振光。顶基底和底基底上微图案结构的确切细节没有示出，但本领域的技术人员从其他描述中将很清楚。图13(a)中说明的液晶取向为通过两个各自的基底，而不是各个基底附近的表面排列产生的体取向。横跨较低基底横向延伸的指向矢轮廓具有倾斜弯曲(在该页纸的面内)变形，并聚焦平行于该页面偏振的光。横跨顶基底横向延伸的指向矢轮廓具有扭曲(扭曲入该页面内)变形，并聚焦垂直于该页面偏振的光。两种不同偏振态的折射率的空间分布在图13(b)中说明。
基底上图案结构的周期和覆盖层可以相似或不相似。在图13(a)中说明的顶基底扭曲透镜和底基底倾斜弯曲透镜具有一致的节距，但彼此横向在180度相位范围外；因此两种偏振态被聚焦到不同的空间位置。顶基底关于底基底的相对位置确定两种偏振态的聚焦位置是否重合。在器件中给定的横向位置处，如果底基底处的平均倾角大约与顶基底处的平均倾角相同，那么两种偏振态的焦点重合；这表示底基底图案结构和顶基底图案结构为“相位内”。
体现本发明的GRIN透镜具有的优点在于即使不存在施加的电压时，也聚焦光。该聚焦作用也可以利用横跨液晶层施加适当的电压来消除。通过改变中间级处的施加电压，透镜的f数也可以在这两个极值之间连续变化。这具有改变透镜焦距的效果。同样，由于该实施例中的聚焦作用仅对特定线性偏振有效，因此通过转换或改变输入光的偏振而不需要任何直接涉及透镜本身的结构，使体现本发明的这种器件可以被转换，或其聚焦作用被调制。当然，对于简单的应用，可以提供体现本发明的固定GRIN透镜而不需要任何横跨液晶层施加电压的装置，或任何其他类型的转换装置。
利用分段电极装置以产生施加电场，得到透镜功能的更复杂控制是可能的，这样的例子在图14中示出。在图14示出的实施例中，基于上文参考图8描述的GRIN透镜类型，均匀的电极V0和V4结合分段电极V1和V2使用从而允许透镜焦点的横向(左—右)位置发生改变。该焦点的横向移动通过利用电极在对称相位轮廓中产生不对称液晶相位排列轮廓来实现。在电极V0、V1、V2和V3之间没有电势差时，透镜将入射的线性偏振光聚焦到图14中标记为“1”的位置。如果V0和V1之间的电势差不是零，V0、V2和V3之间的电势差为零，则透镜将入射的线性偏振光聚焦到标记为“3”的位置。如果V0和V2之间的电势差不是零，V0、V1和V3之间的电势差为零，则透镜将入射的线性偏振光聚焦到标记为“2”的位置。V0和V3之间的任何电势差将移动焦点的纵向(上—下)位置到进一步远离液晶层的位置。当V0和V3之间的电势差适当大时，焦点出现在无穷远处(即不具有透镜功能)。
图15说明了体现本发明的GRIN透镜阵列，其中光可以按照图15中示出的虚线或实线传播，但不可能同时沿两条线传播。分段电极的使用可以用于将光从虚线光路转换到实线光路。这通过横向移动对称相位轮廓直到透镜的一半节距来实现，因此总效应为横向移动透镜的中心。这可以利用图16中示出的分段电极装置实现，其中分段电极V1、V2和V4和均匀电极V0和V3与GRIN透镜结构中的双频液晶材料结合使用。如果所有电极之间的电势差为零，则器件以之前描述的方式聚焦光。如果每个分段电极V1、V2和V4和电极V0之间的各个电势差不是零，则对于双频液晶材料，透镜的垂直排列部分可以转换为平行，而透镜的平行排列部分转换为垂直。因此，焦点位置被横向移动(图16中左—右)。V0和V3之间适当的电势差将移动焦点的纵向(上—下)位置到进一步远离液晶层的位置。当V0和V3之间的电势差适当大时，焦点出现在无穷远处(即不具有透镜功能)。
多种其他类型的电极分段对本领域的技术人员而言是显而易见的。例如，利用适当分段的电极装置，液晶层的第一横向区域可以施加大电场，而第二横向区域没有施加电场。第一区域的透镜功能将禁用，仅留下第二区域的透镜功能。如果分段电极装置与体现本发明的GRIN透镜排列成行，那么阵列中的单个透镜，或透镜组可以独立地转换为开或关。
由排列单层或多层产生的体液晶排列图案与由分段电极施加的场的图案结构配合，从而提供灵活和可配置的微透镜装置。如上所述，透镜的空间位置在工作期间可以改变，同样，它们的宽度和焦距也可以改变。该能力使得这种类型的光学装置在包含取景器追踪和/或时间复用能力的多视图显示器件方面特别有用。
本发明的另一种应用为可转换像移器件，如图17所示。在该实施例中，液晶排列形成图案使得角度γ形成在液晶层的光轴和垂直于表面之一入射的光之间。没有电压施加时，器件经由双折射机构将光空间分离为两种线性偏振组分。角度δ为在光轴面内偏振的光传播的“离分”角。光束的分离度(图17中用“d”表示)为有效的液晶双折射、光轴相对于入射角的角度(即离分角)和该器件的厚度的函数。对于最佳空间分束，30°＜γ＜60°。利用体现本发明的方法具有垂直和平行排列区域的器件表面的适当微图案结构将给出所需的体光轴倾角。施加适当的电压后，光轴可以基本重新排列，因此器件将回复到对透射光没有影响的惰性光学元件。
尽管无源(不可转换)像移器很普遍并且通常由单个石英晶体或耐热合金制造，但之前对于可转换像移器没有任何公开。得到适当尺寸以及切割的晶体可能是困难的，并且研制周期通常很长(6个月或更长)，因此根据本发明实施例制造的像移器即使在非转换形式方面也具有显著的优点。
顶双稳态器件已经在文献中报道，其可以在两个稳定的体分子排列结构之间转换[Proceedings of Society for Information Display International Symposium.Digest of Technical Papers Volume XXVIII，Boston，MA，USA(1997)5.3，pp.37-40]。为了实现该操作，一种排列表面为物理表面浮雕光栅，而另一种表面为均匀平行或垂直的。通过施加电场和产生液晶弯电偏振的光栅的相互作用，器件可以被转换到两种稳定态之一。
以相似方法操作的器件可以通过本发明实施例的表面排列图案结构的适当使用来实现(见图18)。图案化处理步骤可以用于制造基本+45°和-45°倾角的区域(或任何其他适当的角度，这取决于应用，例如±30°和±60°之间的角度对其他应用可以是适当的)。产生弯电偏振的倾角和施加场的相互作用使器件能够转换到两个宏观态之一。这两种状态能量上是稳定的(即无论选择哪种状态，它在施加的电场去除后保持不变)。通过适当波形的施加，可以形成连续的状态(图18的左手侧)或不连续状态(图18的右手侧)。为了这个目根据在先技术实现均匀(或调制)表面浮雕光栅结构是困难的。因此任何对于所需光栅结构的微小偏离都将对转换状态产生不利影响。根据本发明实施例经由两个图案化处理步骤形成的可以相同方式操作的器件的简易性具有制造和产量的优点。
根据本发明实施例可以实现的另一种类型的双稳态器件为双稳态混合排列向列(BHAN)器件，体现本发明的BHAN器件在图19中说明。利用体现本发明的方法，具有垂直和平行排列的器件表面的适当微图案结构将导致体平均倾角，其采取“正”或“负”倾角，如图19中说明。两个稳定态为彼此的镜像，且能量上简并。图19的左手侧示出了稳定“正”态时的器件，其中液晶体取向沿一个方向倾斜，图19的右手侧示出了另一稳定的“负”态时的器件，其中液晶体取向沿相反方向倾斜。图案化处理步骤可以用于制造具有基本+45°和-45°倾角的稳定态的区域(或任何其他适当的角度，这取决于应用，例如30°和60°之间的角度对其他应用可以是适当的，或甚至10°到80°之间)。
通过耦合介电各向异性和/或液晶的弯电组分，适当的电场可以用于在稳定态之间转换。此外，根据流体流动的方向，液晶沿基本平行于基底方向的体流体流将引起器件在稳定态之间转换。沿特定方向的流体流(图19所示器件中向右或向左)将引起器件转换到具有沿该方向倾斜的体液晶取向的稳定态。该产生转换的流体流可以通过机械或电装置实现。基底的机械变形可以用于引起转换，这是触觉敏感液晶模式的例子。适当的电场也可以用于产生体流体流，其作为引起稳定态之间转换的媒介。
本发明也可以应用到表面模式液晶器件，其中通过改变横跨液晶的场引起的光学变化主要出现在液晶的表面层中。这种器件的一个例子已知为pi-单元，其中液晶配置在产生平行排列的排列层之间。本发明的实施例也可以应用于实现pi-单元的更小阈值转换，如下文所述。
表面模式液晶器件(LCD)公开在Mol Cryst.Liq.Cryst.，1972，19，123-131“向列液晶在电场中的变形”，Sov.J.Quant.Electron.，1973，3，78-9，“在取向液晶膜中的电光转换”，和US 4385806中。pi-单元类型的LCD公开在MolCryst.Liq.Cryst.，1984，113，329-339，“pi-单元快速液晶光学转换器件”，US 4635051和GB 2276730中。一般已知的pi-单元结构包括配置在平行摩擦的聚酰亚胺排列层之间液晶层，并设有适当的寻址电极。利用该结构的显示器提供开和关状态之间的快速转换时间，例如毫秒级或更小。
在横跨液晶层的电场不存在时，已知类型的液晶位于倾斜模式(或H态)，下文将详细描述。对于以pi-单元模式工作的已知显示器，通过适当电场的施加，液晶必须转换成V态，如下文详细描述。然而，当最初施加适当的电场时，需要花费几秒钟用于将显示器改变到V态。当横跨单元电极的电压超过临界(阈值)电压时，发生从倾斜态到V态的转换，该单元的驱动电压因此在显示器的工作期间必须总是超过临界电压。如果驱动电压降到临界值以下，则液晶回复到扭曲状态，其中在排列表面之间的液晶存在180度扭曲。
图20示出了已知类型的包括单元1的液晶器件，具有第一基底4，其上沉积导电电极2和排列层3。第二基底4a类似地具有导电电极5和排列层6。液晶7形成在排列层3和6之间。图20说明了单元的倾斜态，其为没有电场时特别是在电极2和5之间没有电势差时液晶7的状态。液晶分子的指向矢通过短线8说明。在排列层3和6的表面处，指向矢基本彼此平行(在单元的面内)并指向相同方向。在排列层3和6处的液晶指向矢具有关于排列层3和6的表面的1度到10度之间量级的预倾角。整个单元的液晶指向矢彼此平行或几乎平行，如图所示。
为了建立pi-单元工作，液晶必须改变到V态，如图21所示。交替电压施加在电极2和5之间，RMS幅度大于阈值，该阈值对于液晶材料E7而言为1.5到2V级，因此液晶从倾斜态改变到V态，这通过图2中液晶分子指向矢所说明。如前所述，对于V态的建立需要一些时间，一般为秒级或甚至分级。一旦V态已经建立，在已知的单元中，驱动电压一定不能降到预定值以下，以便保持V态下的pi-单元工作。在pi-单元模式下的正常工作期间，相邻排列层3和6的液晶层中的指向矢根据在电极2和5之间施加的电压幅度改变方向。这引起单元改变的延迟，该效应可以用于提供如下文所述的显示器。
当施加到电极2和5的驱动电压减小到临界电压以下时(对于液晶材料E7，一般为约1.2到1.6V)，液晶7从V态回复到扭曲态。如果对于任何相当长的时间，驱动电压保持在该电压以下，那么扭曲态进一步逐渐回复到倾斜态，其一般需要小于一秒到几分钟的时间。如果处于扭曲态时适当的驱动电压再次施加到单元，则液晶7可以直接返回到V态，尽管转换到扭曲态和从扭曲态转换的响应时间比在V态内转换的一般响应时间小得多。然而，如果任何倾斜的晶畴在扭曲区域中形成，则从倾斜态到V态的初始缓慢的转变必须重复以去除这些晶畴。
一般理想的是能够使处于V态的液晶稳定以避免上述缺点，因此在横跨液晶施加的场不存在的情况下V态将保持。然后在器件已经转换为关后，对于变换V态没有时间要求。进一步，这种器件可以与其中一个驱动电压为零的驱动电路一起使用。之前的建议已经包括聚合物的使用以稳定LCD的胆甾特征(TheConference record of the International Display Research Conference，1991，49-52“零场处的胆甾液晶/聚合物凝胶分散双稳态”)。显示器通过对胆甾液晶增加少量的单体而形成。单体的聚合改变显示器的转换特性以形成两个半稳定态。这些态可以在横跨液晶施加的场不存在时存在，并且可以通过横跨液晶的适当的电压脉冲寻址。
根据本发明实施例的允许同时控制横跨液晶层的宏观方位和顶液晶排列的方法可以用于设计液晶预倾角。通过这样，可以防止H态形成，并且不再需要使V态集结(nucleate)。足够大的预倾角，例如约40°和55°之间，将防止H态形成，因此pi-单元总是处于所需的V态。
多重超扭曲向列板的工作依靠陡峭的电光曲线(即对于电压微小的变化，传输的变化很大)。然而，在该结构中对于液晶单元的陡峭的电光曲线引起不需要的条纹变形。在条带状图案中，局部光轴沿两个空间坐标改变其取向，该坐标中一个垂直于层，一个平行于层(条纹垂直于单元中间的局部光轴操作)。
The Conference record of the International DisPlay Research Conference，1994，480-483，“聚合物稳定的SBE器件”公开了在超扭曲双折射效应(SBE)器件，也称为超扭曲向列(STN)器件中用于产生液晶的体预倾角的技术。单体增加到液晶中，在横跨液晶单元施加电压的同时聚合。聚合物的作用在于通过产生液晶的体预倾角消除来自SBE或STN显示器的条纹变形。然而，聚合物会使STN器件的转换速度变慢。
可以防止条纹变形在具有足够大的预倾角(θ～＞10°)单元中形成，而所需的预斜角可以利用本发明的实施例容易地实现。
权利要求
1.一种允许同时控制横跨液晶层的宏观方位和顶液晶(LC)排列(φ，θ)的方法，该方法通过控制图案化排列层中第一、第二和第三不同类型的排列区域(T1，T2，T3)之间的面积比来实现，三种不同类型的排列区域(T1，T2，T3)倾向于沿三种各不相同的、不共面的、主要取向(z，x，y)产生液晶层中的液晶排列。
2.根据权利要求1的方法，其中第一类型(T1)的排列区域倾向于产生基本垂直的排列(z)，第二和第三类型(T2，T3)的排列区域倾向于沿不同的各个主要取向(x，y)产生基本平行的排列，其中宏观顶液晶排列(θ)的控制通过控制垂直(T1)和平行(T2，T3)类型区域之间的面积比来实现，宏观方位(φ)液晶排列的控制通过控制两个平行类型区域(T2，T3)之间的面积比来实现。
3.根据权利要求1或2的方法，其中第二和第三类型(T2，T3)的排列区域倾向于沿基本正交的主要取向(x，y)产生排列。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其中排列层通过下述步骤形成图案提供具有第一类型(T1)的基本均匀初始排列的排列层，应用第一图案结构步骤以产生第二类型(T2)的排列区域，以及应用第三图案结构步骤以产生任何所需的第三类型(T3)的排列区域。
5.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中对于液晶层的至少一部分，第三和第二类型(T3，T2)之间的面积比为零。
6.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中至少一种类型的排列区域(T1，T2，T3)具有稍微不同排列的两种选择，以提供宏观液晶排列(φ，θ)的进一步控制。
7.根据权利要求6的方法，其中第二类型的排列区域(T2)具有两种这样的选择，即第二类型(T2)的两种选择用在第一类型(T1)排列区域的相对两侧。
8.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过光排列来形成图案。
9.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过摩擦来形成图案。
10.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过表面浮雕光栅来形成图案。
11.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过一种在另一种之上的至少两种类型材料的选择印刷来形成图案，每种类型的材料倾向于产生一种类型的排列，其不同于至少两种类型的另一种类型材料产生的排列。
12.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过形成至少两层材料层来形成图案，每层倾向于产生不同于另一层的排列类型，并且选择地除去这些层的至少之一的一部分以曝光该部分之下的至少一层的一部分。
13.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层至少部分通过选择改变排列层的表面能来形成图案。
14.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中第二排列层设置在与图案化、第一排列层相对的液晶层的表面上。
15.根据权利要求14的方法，其中两种排列层配合产生液晶排列(φ，θ)的宏观图案，以旋转特定线性偏振的入射光的偏振。
16.根据权利要求14的方法，其中两种排列层配合以产生液晶层中液晶排列的V态pi-单元图案。
17.根据权利要求14到16的任一权利要求的方法，其中第二排列层也形成图案。
18.根据权利要求17的方法，其中第二排列层设有与第一排列层相同的排列区域的图案类型。
19.根据权利要求17的方法，其中第一排列层在液晶层的第一区域(R1)中产生液晶排列(φ，θ)的第一宏观图案，第二排列层在液晶层的第二区域(R2)中产生不同于第一宏观图案的液晶排列(φ，θ)的第二宏观图案，第二区域基本不同于液晶层的第一区域(R1)。
20.根据权利要求19的方法，其中第一和第二区域(R1，R2)在液晶层内形成各自的子层，并且第一区域(R1)设置在第一排列层和第二区域(R2)之间。
21.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层的图案结构至少部分是周期的。
22.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中排列层的图案结构至少部分是随机的。
23.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中区域的图案类型的至少一个横向尺寸与液晶层的厚度相当或者小于液晶层的厚度。
24.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中宏观排列改变以与液晶层的厚度相当或者小于液晶层厚度的尺度实现。
25.根据前述权利要求中任一权利要求的方法，其中第一、第二和第三不同类型(T1，T2，T3)的排列区域之间的至少一个面积比横跨排列层改变。
26.根据权利要求25的方法，其中该至少一个面积比的变化以与液晶层的厚度相当或小于液晶层厚度的尺度发生。
27.根据权利要求25或26的方法，其中控制该变化以便横跨液晶层的液晶排列的宏观图案对于特定线性偏振的入射光呈现变化延迟。
28.根据权利要求27的方法，其中延迟的变化提供该偏振光的波前调制功能。
29.根据权利要求27的方法，其中延迟的变化对面该偏振光提供透镜功能。
30.根据权利要求27、28或29当其从属于权利要求19时的方法，其中第一和第二排列层的面积比发生变化，控制该变化以便液晶排列(φ，θ)的第一宏观图案对于第一线性偏振的入射光呈现变化延迟，液晶排列(φ，θ)的第二宏观图案对于不同于第一线性偏振的第二线性偏振的入射光呈现变化延迟。
31.根据权利要求30当其从属于权利要求29时的方法，其中对于第一和第二线性偏振都提供透镜功能。
32.根据权利要求1到23中任一权利要求的方法，其中液晶排列(φ，θ)的均匀宏观图案横跨液晶层形成，以形成其光轴与其表面之一成一定角度排列的双折射光学元件，以便对于入射到该表面上的光提供像移功能。
33.一种包括液晶(LC)层和至少一层图案化排列层的光学器件，该液晶层具有横跨液晶层的方位和顶液晶排列(φ，θ)的宏观图案，其利用任一前述权利要求的方法来实现。
34.根据权利要求33的光学器件，在远离平行排列的10和80度之间的至少部分液晶层上具有宏观顶排列(θ)。
35.根据权利要求33或34的光学器件，其中宏观排列图案(φ，θ)具有两种或多种稳定的结构。
36.根据权利要求35的光学器件，其中通过施加电场和/或施加磁场和/或施加机械力和/或在液晶层内产生宏观流体流，使宏观排列(φ，θ)在两种或多种稳定的结构之间转换。
37.根据权利要求35或36的光学器件，其中宏观排列图案(φ，θ)在至少部分液晶层中具有两种在宏观顶角(θ)方面彼此不同的稳定结构。
38.根据权利要求33到37中任一权利要求的光学器件，包括用于横跨至少部分液晶层施加电场和/或磁场的装置，以便使该至少部分液晶层的宏观排列图案(φ，θ)取决于至少一层排列层和任何施加的场。
39.根据权利要求38的光学器件，从第一模式转换到第二模式，第一模式中液晶具有通过至少一层排列层基本确定的宏观排列图案(φ，θ)，第二模式中液晶具有通过施加的场基本确定的宏观排列图案(φ，θ)。
40.根据权利要求38或39的光学器件，其中场施加装置可操作以横跨液晶层的不同部分施加不同的电场和/或磁场。
41.根据权利要求38到40中任一权利要求的光学器件，其中场施加装置包括电极。
42.根据权利要求41当其从属于权利要求40时的光学器件，其中至少一些电极是分段的。
43.根据权利要求33到42中任一权利要求的光学器件，包括改变输入到该器件的光的偏振的装置。
44.一种渐变折射率GRIN透镜，包括权利要求33到43中任一权利要求，当其从属于权利要求29时的光学器件。
45.根据权利要求44当其从属于权利要求15时的GRIN透镜，为扭曲向列GRIN透镜。
46.一种光学延迟器，包括权利要求33到43中任一权利要求，当其从属于权利要求27时的光学器件。
47.一种视差阻挡层，包括权利要求46中的光学延迟器和至少一个起偏振器。
48.一种显示器件，包括权利要求33到47中任一权利要求的光学器件、透镜、延迟器或阻挡层。
49.根据权利要求48的显示器件，其中显示器件是多视图显示器件。
50.一种波前调制器，包括权利要求33到43中任一权利要求，当其从属于权利要求28时的光学器件。
51.一种像移器，包括权利要求33到43中任一权利要求，当其从属于权利要求32时的光学器件。
全文摘要
一种允许同时控制横跨液晶层的宏观方位和顶液晶排列(φ，θ)的方法，该方法通过控制图案化排列层中第一、第二和第三不同类型的排列区域(T1，T2，T3)之间的面积比来实现，三种不同类型的排列区域(T1，T2，T3)倾向于沿三种各不相同的、不共面的、主要取向(z，x，y)产生液晶层中的液晶排列。在所述例子中，第一类型的排列区域(T1)倾向于产生基本垂直的排列(沿z方向)，第二和第三类型的排列区域(T2，T3)倾向于沿不同的各个主要取向(沿x和y方向)产生基本平行的排列。宏观顶液晶排列(θ)的控制通过控制垂直(T1)和平行(T2，T3)类型区域之间的面积比来实现，宏观方位液晶排列(φ)的控制通过控制两个平行类型区域(T2，T3)之间的面积比来实现。
文档编号G02F1/13GK1727966SQ20051007830
公开日2006年2月1日 申请日期2005年3月4日 优先权日2004年3月6日
发明者N·史密斯, P·A·加斯, J·P·布兰布利, M·D·蒂林, B·M·莫斯格拉夫 申请人:夏普株式会社