[发明专利]宽视角波片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种波片，尤其涉及一种宽视角的波片，及其在光学器件中的应用。

背景技术

常用的波片由双折射晶体或树脂材料经过一轴拉伸制成。其产生的相位延迟随着光线经过波片的方向有明显差异。这种差异会破坏光学器件的视角特性。比如使用圆偏振光的3D显示器件中，正视角下，λ/4板可以正确地将相互垂直的线偏振光转换为左旋和右旋圆偏振光；但随着视角倾斜，λ/4板产生的光延迟量将随视角变化，左旋和右旋圆偏振光将带有椭圆成分。这一现象将使左右眼图像发生串扰，严重破坏3D显示效果。类似地，在TFT-LCD中应用的补偿液晶层的色散，将椭圆偏振光补偿为直线偏振光的相位差补偿膜，也存在正视角时完成补偿，视角倾斜时相位差补偿值不正确，破坏TFT-LCD显示效果的问题。这种波片产生的相位差随视角变化而变化的特性，因波片在立体空间特定方向的折射率不同而产生。

预倾角为液晶指向矢最初偏离液晶盒法线方向的角度，由于上基板处的液晶分子具有一定的预倾角，当外加电场低于临界电场以后，靠近处的液晶分子由于弹性力的作用将沿着该方向就地旋转，并且逐渐发展到下基板处的液晶分子在液晶盒内产生展曲形变。

设定入射方向垂直于xy平面的偏振光，偏振方向分别为x轴和y轴方向时，波片的折射率为n_x，n_y，波片厚度方向的折射率为n_z。如果将三个折射率的关系调整为(n_x+n_y)/2=n_z，可以使波片产生的相位差不再随视角变化。在现有技术中，这种方法需要使用三光轴晶体，或多材料进行二轴拉伸，但是使用该方法制作的波片，对材料要求高，制作工艺难。

因此，需要一种宽视角的波片，能够实现利用较为简单的制作工艺，较低的制作成本，达到使波片产生的相位差不再随视角变化的效果。

发明内容

本发明提供一种宽视角波片，使用双折射液晶材料，通过取向层，电场或磁场作用，使液晶分子取向在同一平面内完成120°至180°的翻转，或60°至90°的翻转。使用单层或两层取向翻转的液晶材料制作的波片，可以实现水平方向180°范围内不同视角产生的光延迟量差异不超过0.05π，水平方向120°范围内不同视角产生的光延迟量差异不超过0.02π。

本发明的一个方面提供一种宽视角波片，包括：两个液晶盒，每个所述液晶盒包括相对的一第一侧和一第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的双折射液晶材料；所述两个液晶盒以所述第一侧相互贴合或者以所述第二侧相互贴合的方式配置；

每一个所述液晶盒中的所述双折射液晶材料中的液晶分子在靠近所述第一侧处具有0°至20°的预倾角，在靠近所述第二侧处具有70°至90°的预倾角；在所述第一侧和所述第二侧之间的所述双折射液晶材料的液晶分子呈现自然展曲状态。

本发明的另一个方面提供一种宽视角波片，包括一个液晶盒，所述液晶盒包括相对的一第一侧和一第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间的双折射液晶材料；

所述液晶盒中的所述双折射液晶材料中的液晶分子在靠近所述第一侧和在靠近所述第二侧处均具有0°至20°的预倾角，或者，所述液晶盒中的所述双折射液晶材料中的液晶分子在靠近所述第一侧和在靠近所述第二侧处均具有70°至90°的预倾角；同时，处于在所述第一侧和所述第二侧之间、与所述第一侧和所述第二侧基本上等间距的中间侧处的所述双折射液晶材料的液晶分子，处于相变状态；在所述第一侧和所述中间侧以及在所述中间侧和所述第二侧之间的所述双折射液晶材料的液晶分子呈现自然展曲状态。

在一些实施方案中，所述双折射液晶材料是流动态液晶或者取向后固化的液晶，所述液晶盒还包括上基板、下基板、上取向层和下取向层，其中所述流动态液晶或所述取向后固化的液晶在所述上取向层和所述下取向层之间。

在一些实施方案中，所述固化可以是热固化或者UV固化。

在一些实施方案中，当所述双折射液晶材料为取向后固化的液晶时，所述宽视角波片可以只包含下基板。

在一些实施方案中，所述上基板和所述下基板各自独立地为刚性基板或者柔性基板。其中，所述刚性基板可以为玻璃基板，所述柔性基板可以为塑料基板。

在一些实施方案中，所述上取向层和所述下取向层可以各自独立地为垂直取向层或者水平取向层。

在一些实施方案中，当所述双折射液晶材料是流动态液晶时，所述中间侧处的所述双折射液晶材料的液晶分子处于0.5-10V范围的电压作用下。