一种基于pdlc的光导向器件及光电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光控制领域，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，照明等技术领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]—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。
[0010]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:
[0011]当f = fL〈fc 时，Δ ε >0 ;(1)
[0012]^f = fH>fc 时，Δ ε〈O ; (2)
[0013]当f = fc 时，Δ ε = O ； (3)
[0014]其中，Δε= ε I |- ε 丄。
[0015]图6所示，为液晶分子定向排列的示意图。当f = fL〈fc时，即Δ ε >0，该驱动电压所产生的电场，可旋转该液晶分子22i空间排列的方向，使该液晶分子22i的长轴沿电场的方向排列，称fL为定向排列频率(Homeotropic Alignment Frequency)。
[0016]当Λ ε〈O时，该驱动电压的作用使该液晶分子22i的短轴，如图7所示，为沿电场的方向排列，称fH为均向排列频率(Homogeneous Alignment Frequency)。
[0017]当Λ ε =0时，该驱动电压，则失去对该液晶分子22i旋转的作用，称fc为交叉频率(Cross-Over Frequency)。
[0018]然而，对于以电压频率实现roLC驱动的器件而言，目前已知的应用并不太多。因此，本发明旨在提出一种新的应用电压频率驱动roLC的器件，以丰富该领域的应用。
【发明内容】
[0019]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于频率驱动型roLC的光导向器件，该光导向器件能够形成在至少两个不同传导方向上进行切换的能力，从而获得控制光出射方向的能力。在2D\3D切换装置、多路照明领域具有十分广大的应用前景。
[0020]根结本发明的目的提出的一种基于I3DLC的光导向器件，该光导向器件中的I3DLC为电压频率驱动型TOLC，该TOLC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η I I到寻常光折射率η丄切换变换的能力，在所述TOLC的入光面或出光面中的至少一个表面中，嵌入层嵌置一个嵌入层，所述嵌入层与所述TOLC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roLC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。
[0021]优选的，所述嵌入层为聚合物棱镜层，该聚合物棱镜层通过将复数个周期排列的棱镜结构设置在与roLC层的交界面上，形成具有可以引起光线折射的斜面的效果。