[发明专利]低扭曲手性液晶偏振光栅和相关制造方法

说明书

优先权要求

本申请要求2007年4月16日提交的题目为“Low-Twist  Chiral Liquid Crystal Polarization Gratings and Related Fabrication  Methods”的美国临时专利申请No.60/912,044的优先权，在此通过 引用并入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及偏振光栅，并且更具体地说涉及液晶偏振光栅 和相关制造方法。

背景技术

液晶可以包括其中存在有序排列的分子的液体。通常，液 晶(LC)分子可以是各向异性的，具有细长(杆状)或扁平(圆盘 状)形状。由于所述各向异性分子的排序，大量液晶经常在它的物理 特性上显示出各向异性，例如在它的机械、电、和/或光学特性上的 各向异性。

由于所述杆状或圆盘状性质，LC分子的取向分布可以在 光学应用中，例如在液晶显示器(LCD)中起重要作用。在这些应用 中，LC对准可以由对准表面指示。可以处理对准表面使得所述LC 相对于所述表面以可预测和可控制的方式对准。在许多情形下，对准 表面可以通过LC装置确保单畴(single domain)。在缺乏已处理的 表面的情况下，LC可能具有许多畴和/或许多取向不连续。在光学应 用中，这些畴和不连续可能引起光的散射，导致显示器性能的退化。

偏振光栅可以用来周期性地影响通过其传播的光的局部 偏振状态(与常规光栅中影响相位或幅度相反)。例如，可转换的液 晶偏振光栅(LCPG)可以用来实施强度调制器，所述强度调制器可 以对非偏振光起作用。更具体地，例如在包括投影显示器和光闸的应 用中，这种可转换的LCPG可以用来实现具有相对狭窄的带宽的非 偏振光(例如激光)的相对高的对比度调制。例如，一些常规LCPG 可以调制具有小于5％的带宽的零阶光中具有大于大约200∶1的对 比率的光。然而，常规LCPG在被用来调制宽带光(例如来自LD) 时其对比度调制可能退化，这在许多应用中是重要的。

发明内容

根据本发明的一些实施例，偏振光栅包括衬底和所述衬底 上的第一偏振光栅层。所述第一偏振光栅层包括分子结构，所述分子 结构在所述第一偏振光栅层的对立面之间限定的第一厚度上根据第 一扭曲方向(sense)被扭曲。

在一些实施例中，所述第一偏振光栅层的分子各自的相对 取向在所述第一厚度上可以被旋转第一扭曲角使得所述第一偏振光 栅层的局部各向异性图案在所述第一厚度上可以具有连续可变的相 移。而且，所述衬底可以是反射衬底。

在其它实施例中，偏振光栅可以进一步包括在所述第一偏 振光栅层上的第二偏振光栅层。所述第二偏振光栅层可以包括分子结 构，所述分子结构在所述第二偏振光栅层的对立面之间限定的第二厚 度上根据与所述第一扭曲方向相反的第二扭曲方向被扭曲。特别地， 所述第一偏振光栅层的分子各自的相对取向在所述第一厚度上可以 被旋转第一扭曲角，并且所述第二偏振光栅层的分子各自的相对取向 在所述第二厚度上可以被旋转第二扭曲角。

在一些实施例中，所述第二扭曲角可以是所述第一扭曲角 的对角。同样，所述第二偏振光栅层的局部各向异性图案在所述第二 厚度上可以具有连续可变的相移，所述连续可变的相移可以与所述第 一偏振光栅层在所述第一厚度上的局部各向异性图案的相移相反。例 如，所述第二扭曲角可以是大约+70度，而所述第一扭曲角可以是大 约-70度。

在其它实施例中，所述第一和第二偏振光栅层的分子各自 的取向可以沿其间的界面对准。衬底可以是透射衬底。

在一些实施例中，所述第一偏振光栅层可以是第一手性液 晶层，所述第一手性液晶层在其中包括具有所述第一扭曲方向的手性 液晶分子。所述第二偏振光栅层可以是第二手性液晶层，所述第二手 性液晶层在其中包括具有所述第二扭曲方向的手性液晶分子。

在其它实施例中，所述第一和第二偏振光栅层中的至少一 个可以是可聚合液晶层。

在一些实施例中，所述第一和第二偏振光栅层中的另一个 可以是非反应型液晶层。例如，所述非反应型液晶层可以是向列液晶 层。

在其它实施例中，所述第一和第二偏振光栅层的所述第一 和/或第二厚度可以被配置成提供在所述偏振光栅的工作波长范围内 的光的半波延迟。