專利名稱：液晶散射型起偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種光學(xué)起偏器。
光的偏振現(xiàn)象是光學(xué)中基本現(xiàn)象之一，許多光學(xué)儀器、器械是根據(jù)光的偏振原理設(shè)計(jì)制造的。起偏器可以從自然光中獲得線偏振光。歷來(lái)常用的正入射型起偏器主要有棱鏡式起偏器和二色性薄膜起偏器兩大類。棱鏡式起偏器通常用天然的或人工生長(zhǎng)的雙折射晶體，例如方解石、石英晶體，將它們沿一定方向切割后，經(jīng)過仔細(xì)研磨、拋光而制成。其起偏原理如下當(dāng)自然光通過棱鏡式起偏器時(shí)，由于晶體的雙折射，即n
≠n0(n
為晶體中非常光線的折射率，n0為晶體中尋常光線的折射率)，使得自然光中二束電矢量振動(dòng)方向互相垂直的兩束偏振光分開，并沿不同方向射出。這種起偏器雖有良好的透射特性，但因天然的光學(xué)方解石晶體等在自然界極為稀少，而人工生長(zhǎng)的方解石單晶最大邊長(zhǎng)只有3～4mm，不能制作較大面積的起偏器，而且加工困難，價(jià)格昂貴。難以普遍推廣應(yīng)用。二向色性薄膜起偏器是利用二向色物質(zhì)對(duì)某一方向的偏振光的吸收比垂直于此方向的偏振光的吸收更強(qiáng)的原理制成的。通常使用的是一種用碘或各種二向色染料著色的拉伸聚乙烯醇薄膜制成的片狀起偏器。但往往由于二向色性不夠理想，不得不犧牲透光率，造成透光性較差(一般單片透光率小于30%)，光的亮度損失過大，不能滿足許多光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的要求，對(duì)于強(qiáng)光系統(tǒng)，由于吸收光能而大量發(fā)熱，造成形變以致?lián)p壞。
本發(fā)明的目的是提供一種既要具有良好的透光性能，又要便于制作，易于應(yīng)用的光學(xué)起偏器。
本發(fā)明利用液晶對(duì)光的各向異性折射率Δn比較大的性質(zhì)，通過合理設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)，使自然光中電矢量振動(dòng)方向互相垂直的二束偏振光，其中一束光幾乎沒有損耗地透過，另一束光被完全散射，實(shí)現(xiàn)起偏效果。
本發(fā)明由液晶以及用于夾持液晶的兩塊透明基板和墊圈組成，由密封膠密封。本發(fā)明可根據(jù)需要做成各種形狀、各種規(guī)格的起偏器，如園形、方形等。附圖為方形起偏起的示意圖，

圖1為正視圖，圖2為剖視圖。兩塊透明基板1和2內(nèi)側(cè)分別涂覆有一層透明介質(zhì)層3和4，該透明介質(zhì)層的涂覆方向是一致的，其折射率n要等于或近似等于液晶材料垂直于棒狀液晶分子長(zhǎng)軸方向的折射率n⊥，而此時(shí)沿著液晶分子長(zhǎng)軸方向的折射率n11大于n;兩塊透明基板上的透明介質(zhì)層3或4的表面至少有一個(gè)面為糙面;兩塊透明基板之間用與基板形狀、大小一致的墊圈5隔開，間隔小于20μ(即墊圈厚度小于20μ)，填圈留有一個(gè)缺口，與基板形成注入液晶所需的進(jìn)液孔6;由透明基板與墊圈圍成的具有小于20μ空夾層的盒子，四周邊緣除進(jìn)液孔6以外，由密封膠密封，用真空灌注法從進(jìn)液孔注入液晶后再用密封膠密封進(jìn)液孔。
本發(fā)明所用的液晶通常為寬相變溫度范圍的向列型或近晶型液晶。透明基板的材料可以是玻璃、透明塑料、石英玻璃等，基板的厚度與起偏器的尺寸相適應(yīng)，以滿足能夾持液晶但不產(chǎn)生形變?yōu)槎?。透明基板?nèi)側(cè)表面的透明介質(zhì)層的涂覆方向是一定的，兩塊透明基板上的透明介質(zhì)層的涂覆方向是平行的。透明介質(zhì)層的材料要具有如下性質(zhì)(1)不溶于液晶;(2)質(zhì)地純凈，不滲出與液晶相作用或污染液晶的物質(zhì);(3)與基板附著牢固;(4)在相應(yīng)使用光譜區(qū)有高的透過率。該透明介質(zhì)層可以用純凈的有機(jī)樹脂類物質(zhì)，例如聚乙烯醇。所用的密封劑可以是環(huán)氧樹脂，熔點(diǎn)低于基板材料的軟化點(diǎn)、膨脹系數(shù)與基板材料一致的玻璃或合金。為了增加透射率，在透明基板的入射側(cè)表面可以涂減反射層。我們稱這樣的起偏器為透射式液晶散射型起偏器。其起偏的機(jī)理如下因?yàn)橥该鹘橘|(zhì)層是沿一定方向涂覆的，液晶器件內(nèi)部液晶分子受表面(界面)定向作用力的作用，棒狀液晶分子的長(zhǎng)軸呈順介質(zhì)涂覆方向排列，所以當(dāng)兩塊基板上透明介質(zhì)層的涂覆方向相平行時(shí)，液晶器件內(nèi)部的液晶分子均一地呈順涂覆方向排列-沿面定向排列。這樣分子均一地定向排列的液晶膜猶如一片厚度小于20μ的單軸晶體的單晶，液晶膜沿液晶分子長(zhǎng)軸方向的折射率n11大于n，并且液晶與透明介質(zhì)之間的界面是糙面，因而是一個(gè)散射面，于是就引起相應(yīng)方向偏振光的散射。由于液晶膜垂直于分子長(zhǎng)軸方向的折射率n⊥等于或近似等于透明介質(zhì)的折射率n，所以即使液晶與透明介質(zhì)層之間的界面是糙面，該界面亦非散射面，結(jié)果使相應(yīng)偏振光能幾乎無(wú)畸變、無(wú)損耗地透過。自然光中二束電矢量振動(dòng)方向互相垂直的偏振光，一束光透射，另一束光被散射，起到了起偏的效果。
倘若兩塊透明基板上的透明介質(zhì)層3、4的涂覆方向互相垂直，或者取任意角度，那末液晶器件內(nèi)部液晶分子的排列亦相應(yīng)有一個(gè)扭轉(zhuǎn)角，透過的偏振光和散射的偏振光在出射側(cè)也同樣有一個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角。
本發(fā)明的透明基板還可以為如下一些結(jié)構(gòu)形式(1)透明基板外側(cè)涂上或貼上一層反光層作為反射層;(2)在基板內(nèi)側(cè)面與透明介質(zhì)之間蒸涂有一反光層;(3)基板本身是光亮金屬板。上述反光層的材料可以是銀、金屬鋁或鉻。本發(fā)明稱這種結(jié)構(gòu)形式的起偏器為反射式液晶散射型起偏器。透射式起偏器光線穿透液晶與透明介質(zhì)層之間的散射面共兩次，而反射式起偏器光線穿透該散射面共四次。因此，散射程度更強(qiáng)烈。
本發(fā)明提出的液晶散射型起偏器，其中基板上定向涂覆的透明介質(zhì)層也可以用折射率n等于或近似等于n11的材料，這時(shí)n＞n⊥，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)光線按其偏振方向不同進(jìn)行選擇性散射的效果，只不過前述透射的一束偏振光被散射，前述被散射的一束偏振光被完全透射。
作為實(shí)施例，取兩塊30×40mm，厚度為1.5mm的玻璃板作為透明基板，用厚度為8μ，寬度為2mm，外側(cè)尺寸為30×40mm的聚脂薄膜作為墊圈，墊圈側(cè)面留2mm缺口。兩塊玻璃基板的一面分別定向涂刷一層聚乙烯醇作為透明介質(zhì)層，然后將該介質(zhì)層表面糙化。把兩塊玻璃板涂刷透明介質(zhì)層的一面相向，中間放上墊圈，周邊用環(huán)氧樹脂密封(留有缺口)。把基板與墊圈之間的空隔層抽真空，將進(jìn)液口浸入向列型液晶溶液里，液晶就從進(jìn)液孔(缺口)進(jìn)入空隔層。取出基板，將外面液晶溶液擦干，用環(huán)氧樹脂密封進(jìn)液孔，即成所需的液晶散射型起偏器。
本發(fā)明提出的液晶散射型起偏器，其所需方向偏振光的透過率高，接近50%，但制造工藝簡(jiǎn)單，能方便地獲得大面積，均勻的，廉價(jià)的起偏器，配合適當(dāng)?shù)墓饴罚m合于制造大面、大功率、低損耗、節(jié)能型偏振光源，適合于制造節(jié)能型高亮度顯示器等。此外，本起偏器透射光譜寬，可適用于紅外、可見近紫外等多種不同光譜區(qū)間。
權(quán)利要求
1.一種液晶散射型起偏器，由液晶、兩塊透明基板及墊圈組成，其特征在于(1)每塊透明基極的一面有涂覆方向一致的透明介質(zhì)層，其折射率等于或近似等于液晶材料的垂直于棒狀液晶分子長(zhǎng)軸方向的折射率，或者等于或近似等于液晶材料的平行于棒狀液晶分子長(zhǎng)軸方向的折射率；(2)兩塊透明基板上的透明介質(zhì)層的表面至少有一個(gè)是糙面；(3)兩塊透明基板涂有透明介質(zhì)層的面相向，由墊圈隔開，墊圈的形狀、大小與基極一致，厚度小于20μ，有一缺口，與基板一起形成一進(jìn)液孔；(4)液晶夾在兩塊透明基板與墊圈圍成的間隔層里；
2.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶散射型起偏器，其特征在于兩塊透明基板外側(cè)面或一塊基板內(nèi)側(cè)與透明介質(zhì)層之間有金屬反光層，如金屬鋁或銀反光層;
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于兩塊基板上透明介質(zhì)層的涂覆方向互相平行;
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于兩塊基板上透明介質(zhì)層的涂覆方向互相垂直或夾任意角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于所說的透明基極為玻璃、透明塑料或石英玻璃的一種;
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于所說的透明介質(zhì)層的材料為有機(jī)樹脂類物質(zhì)，如聚乙烯醇;
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于所說的液晶為向列型液晶或近晶型液晶;
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于所說的墊圈材料為聚脂薄膜;
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2的液晶散射型起偏器，其特征在于透明基板與墊圈以及進(jìn)液孔由密封劑封固，密封劑為環(huán)氧樹脂，熔點(diǎn)低于基極材料軟化點(diǎn)、膨脹系數(shù)與基極材料一致的低熔點(diǎn)合金或低熔點(diǎn)玻璃的一種。
全文摘要
本發(fā)明是利用液晶的各向異性折射率比較大的性質(zhì)而設(shè)計(jì)的一種能對(duì)光線按其偏振方向不同進(jìn)行選擇性散射的液晶散射型起偏器。它由兩塊透明基板與相應(yīng)的墊圈夾持液晶層，經(jīng)密封膠封固而成。透明基板內(nèi)側(cè)定向涂覆具有一定性質(zhì)的透明介質(zhì)層。介質(zhì)層表面糙化。本起偏器對(duì)偏振光的透過率接近50％，制作工藝簡(jiǎn)單適合于制造大面積、大功率、節(jié)能型偏振光源和高亮度顯示器等，而且透射光譜寬，能適用于紅外、可見近紫外等光譜區(qū)間。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1033885SQ8710757
公開日1989年7月12日 申請(qǐng)日期1987年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月7日
發(fā)明者黃嘉華 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)