透镜元件的制作方法
【专利说明】透镜元件
[0001] 发明的技术领域
[0002] 本发明提供包含复制结构、透镜结构的透镜元件，其中透镜结构或复制结构包含 蓝相液晶材料。更进一步，本发明涉及这样的透镜元件在电光器件即可以2D模式或3D模 式操作的自动立体显示器件中的用途，其中透镜设置将来自不同像素的输出导向不同的空 间位置以使得能够观察到立体图像并且其中透镜设置包含多个所述可切换透镜元件。
[0003] 发明背景
[0004] 使用透镜元件例如为了实现自动立体显示器件。这样的器件包含例如属于有源矩 阵型的液晶显示面板来充当空间光调制器以产生显示图像。显示面板具有以行和列布置的 显示像素的正交阵列。实际上，显示面板包含约一千行和数千列显示像素。
[0005] 液晶显示面板的结构是完全常规的。特别地，面板包含一对间隔的透明玻璃基板， 在其之间提供例如对齐扭曲的向列相或另一液晶介质。基板在它们的接触表面上携带透明 的铟锡氧化物（IT0)电极图案。在基板的外部表面上也提供极化层。
[0006] 在基板上每个显示像素包含对立的电极，在那之间具有介入的液晶介质。显示像 素的形状和布局由电极的形状和布局决定。通过间隙将显示像素彼此规则间隔。每个显示 像素与开关元件例如薄膜晶体管（TFT)或薄膜二极管（TFD)相关联。通过向开关元件提供 寻址信号来操作显示像素以产生显示图像，并且本领域技术人员知道适合的寻址方案。
[0007] 显示面板由光源照亮，在这种情况下光源包括遍布显示像素阵列区域的平面背 光。引导来自光源的光通过显示面板，并驱动单独的显示像素来调制光并产生显示图像。
[0008] 现有技术的显示器件还包含布置在显示面板正面的透镜板，其执行视图形成功 能。透镜板包括一排彼此平行延伸的透镜元件。透镜元件是平凸透镜的形式，并且它们充当 光输出导向器件以从显示面板向位于显示器件前的使用者的眼睛提供不同的图像或视图。
[0009] 现有技术的自动立体显示器件能够在不同方向提供数种不同透视图。特别地，每 个透镜元件在每排置于一小组显示像素上。因此，透镜元件在不同方向投射属于一组的每 个显示像素，以形成数种不同视图。当使用者的头从左向右移动时，他/她的眼睛将依次接 收到数种视图中不同的那些。
[0010] 也提议提供电可切换透镜元件，其使得显示器能够以2D或3D模式操作。
[0011] 在这一方面，可在这样的器件中使用的电可切换透镜元件阵列包含一对透明的玻 璃基板，并且透明电极由提供在它们接触表面的铟锡氧化物（IT0)形成。与上面那个基板 相邻、在基板之间提供使用复制技术形成的反向透镜结构。与下面那个基板相邻、在基板之 间提供液晶介质。与液晶材料接触的反向透镜结构和下面的基板的表面装配有用于使液晶 材料取向的取向层。
[0012] 当没有电势施加到电极时，液晶材料的折射率显著高于反向透镜阵列的折射率， 并且因此透镜形状提供光输出导向功能。
[0013] 当约50至100伏特的交替电势施加到电极时，液晶材料的折射率与反向透镜阵列 的折射率基本相同，所以取消了透镜形状的光输出导向功能。因此，在该状态下，阵列有效 地以"通过"模式起作用。
[0014] 在US6, 069, 650 A1中可以找到适合于在这样的显示器件中使用的这样结构的另 外细节和可切换透镜元件阵列的操作。
[0015] 从W0 2010/136951 A1中了解自动立体显示器件的实例，其兼具2D和3D操作模 式，其公开内容通过引用并入到本申请中。
[0016] 该器件包括显示面板，其具有用于产生显示图像的显示像素阵列并且显示像素以 行和列布置。因此透镜设置覆盖显示面板并且包含由蓝相液晶介质形成的可切换透镜元 件，和由非可切换各向同性材料形成的复制结构。公开的透镜设置将来自不同像素的输出 导向不同的空间位置且使得能够观察到自动立体图像。该器件还包括控制器，适用于将蓝 相材料切换到用于2D模式的各向同性态和用于3D模式的双折射态，并且其中在2D模式 时，蓝相材料的折射率与非可切换各向同性材料的折射率相匹配。
[0017] 如上所述，与之前描述的电场对齐模式相比，各向同性态用于2D模式，这高度改 进了 2D模式，这是由于通过使用蓝相介质的光学各向同性相，将2D模式中的残余衍射降低 到最低。
[0018] 几十年来已经认识到存在液晶介质的所谓蓝相。然而，该相与非常窄的温度范围 相关联。蓝相是由三个空间维度中在间隙均匀的距离处发生的缺陷引起而形成立方晶格。 在手性液晶内缺陷的规则三维晶格由此形成蓝相。因为蓝相缺陷之间的间隔在光的波长范 围内（数百纳米），对于从晶格反射的光的某些波长范围，发生相长干涉（布拉格反射）并 且蓝相反射彩色光（注意仅一些蓝相实际上反射蓝光）。当手性液晶材料从胆留相加温或 从各向同性相冷却时，蓝相出现。
[0019]在 2005 年，如在 Nature，436,997-1000 页中所发表的，来自 University of Cambridge 的 Centre of Molecular Materials for Photonics and Electronics 的石开宄 者报导他们发现了一类蓝相液晶，其在宽至16-60摄氏度的温度范围内仍然稳定。已经证 明通过施加电场到该材料，这些超稳定蓝相可用于切换反射光的颜色，并且这可最终用于 产生用于全色显示的三色（红、绿和蓝）像素。新型蓝相由分子构成，其中两个刚性、棒状 部分通过柔性链连接。
[0020] 此外，已经生产并公布了蓝相IXD面板原型。不像常规的TFT IXD技术例如扭曲 向列型（TN)、平面内切换（IPS)或垂直配向（VA)，蓝相模式不需要液晶配向层。蓝相模式 可作出它自己的配向，从而消除对任何机械配向和摩擦工艺的需要。这减少了所需的制造 步骤数，从而造成生产成本的节约。
[0021] 在用于TV应用的蓝相基液晶显示器中，用于显示视觉信息的不是根据晶格间距 的光选择性反射（布拉格反射的结果），而是外部电场通过克尔效应在液晶中引发双折射。 当将蓝相模式液晶层放置在正交偏振器之间时，随着透射改变，那种场引发的双折射变得 显而易见。
[0022] 因为各向同性模式不依赖于角度和偏振，所以通过将蓝相液晶介质应用到可切换 透镜元件，避免了对配向层的需要以及对液晶摩擦的需要。因此简化了这样的透镜元件的 结构和制备工艺。
[0023] 在该方面，已经报导了一些化合物和介质具有介于胆甾相和各向同性相之间的蓝 相，该蓝相通常可以通过光学显微镜观察到。被观察到蓝相的这些化合物和组合物一般为 显示出高手性的单个介晶化合物或混合物。通常地，观察到的蓝相仅在很小的温度范围内 (该温度范围通常小于1摄氏度宽）延伸和/或蓝相存在于相当不便利的温度下。
[0024] 根据W0 2010/136951 A1的自动立体显示器件建议例如在W0 2005/075603 A1或 TO2007/147516 A1中公开的介质作为适合的介质。
[0025] 现代透镜元件应用需要快速切换时间，这可以通过蓝相液晶介质的较高的介电各 向异性值和有利地较低粘度来实现。此外，因为它们直接暴露于阳光，介质必须呈现出高的 UV稳定性。此外，需要的光调制介质必须呈现蓝相，其尽可能宽并且针对提及的应用其方便 地定位以及用于室外应用即在相机中的深部（deep)温度时良好的稳定性。
[0026] 因此，需要另外的液晶介质，其可在可切换透镜元件中操作，其在其中介质在蓝相 中的宽温度范围内操作，除了高的△n绝对值之外，其在宽温度范围内提供良好的热和UV 稳定性和蓝相，并且其还提供以下技术改进：
[0027] -降低的工作电压，
[0028] -降低的工作电压对温度的依赖性以及
[0029] _高的介电各向异性值以及有利地低粘度。
[0030] 发明概述
[0031] 令人惊奇地，本发明人已经发现包含透镜结构、复制结构的透镜元件，其中透镜结 构或复制结构包含适合于提供上述要求的蓝相液晶材料。
[0032] 因此所述蓝相液晶介质呈现宽范围蓝相，高的介电各向异性值以