專利名稱：包含各向異性衍射層的波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)適用于例如液晶顯示器(LCD)。此外，本發(fā)明涉及一種新的適用在波導(dǎo)上的層、制造所述波導(dǎo)和所述層的方法以及包含本發(fā)明的波導(dǎo)的裝置。
LCD使用消耗大量能量的照明系統(tǒng)。需要提高這些照明系統(tǒng)的能量效率。例如，對(duì)于具有LCD的便攜式設(shè)備，照明系統(tǒng)的效率極大地影響設(shè)備的電池壽命和/或顯示器的亮度。
對(duì)于LCD，已知存在兩種不同類型的照明系統(tǒng)背光系統(tǒng)和前光系統(tǒng)。
透射式和/或半透射反射式顯示器通常使用背光系統(tǒng)。其中，來(lái)自光源的光在波導(dǎo)中耦合并向觀察者發(fā)射(最常見(jiàn)地，將基于點(diǎn)模式或表面起伏結(jié)構(gòu)散射擴(kuò)散器用于耦合輸出)。然后，此光線穿過(guò)不同的光學(xué)層(例如偏振器、濾色器)、補(bǔ)償層和光電電池。在典型的半透射反射式顯示器中，使用半透明鏡(半透射反射器)，其反射環(huán)境光并透射來(lái)自背光的光。在明亮的環(huán)境光中關(guān)閉照明系統(tǒng)，并用環(huán)境光實(shí)現(xiàn)顯示器的可視化。在暗環(huán)境中，打開(kāi)背光系統(tǒng)來(lái)照亮顯示器。半透射反射式顯示器的光效率高于透射式顯示器的光效率。然而，由于例如不同光學(xué)層(偏振器、濾色器)的光吸收特性，這些常規(guī)LCD的光效率仍然較低。
前光系統(tǒng)通常結(jié)合到反射式LCD中。在反射式LCD中，由于全反射鏡(反射器)的存在，環(huán)境光被十分有效地利用以照亮顯示器。這使得對(duì)環(huán)境光的運(yùn)用更高效并且提高亮度和/或電池壽命。但是，目前的前光系統(tǒng)裝備有使LCD圖像失真的光耦出結(jié)構(gòu)。此外，這樣的前光系統(tǒng)向LCD發(fā)射未偏振的光(白光)，因此仍需要吸收偏振器和濾色器，而這導(dǎo)致光效率降低。
對(duì)已知構(gòu)造的主要挑戰(zhàn)是改善對(duì)光的運(yùn)用以減少LCD的功率消耗，并同時(shí)產(chǎn)生優(yōu)異的與例如圖像質(zhì)量相關(guān)的顯示特性。節(jié)省能量的一種選擇是用更具光效率的相應(yīng)部件取代偏振器和可選的吸收式濾色器中的一個(gè)。
Jagt等的US 6,750,996公開(kāi)了使用全息層作為可替代的耦出系統(tǒng)。該方法公開(kāi)了在透明材料中在波導(dǎo)頂部形成傾斜透射體積全息圖，從而產(chǎn)生單向、偏振且分色的發(fā)射(

圖1)。
此外，傾斜相位柵在直接觀察下(幾乎)是不可見(jiàn)的，并且光可以直接對(duì)準(zhǔn)觀察者。換言之，可以省略(額外的)光耦出結(jié)構(gòu)，從而改善顯示器的視覺(jué)效果。
如果全息圖是以所謂的波導(dǎo)模式記錄，其中全息裝置的激光束之一的傳播方向垂直于感光全息層，而另一束的傳播方向位于感光層平面并與第一束干涉，則在這些全息圖中可以獲得較大的傾斜角度，并且可以得到較大的偏振對(duì)比度(圖2b)。偏振對(duì)比度定義為分別由P與S偏振耦合出來(lái)的并在膜的法向附近測(cè)量的光強(qiáng)度之比。圖2b還示出，偏振對(duì)比度在偏離法向的角度上迅速下降，這是這些全息圖的嚴(yán)重局限性。
以波導(dǎo)模式記錄也具有一些實(shí)際缺陷。因此，還研究了以透射模式記錄并具有高偏振對(duì)比度的傾斜全息圖。
US 6,750,996還公開(kāi)了，在透射模式中，優(yōu)選用UV激光輻射(例如351nm)記錄光柵，以使記錄以非常簡(jiǎn)單且標(biāo)準(zhǔn)的透射全息幾何進(jìn)行(圖3)。然而，此裝置的操作以及線偏振光的產(chǎn)生關(guān)鍵依賴于乘積(nhigh-nlow)(d/λ)，其中nhigh和nlow分別為傾斜全息圖中高和低折射率區(qū)間的折射率值，d為全息圖層厚度，為λ操作波長(zhǎng)。如果此乘積足夠大，則透射全息圖可被“過(guò)調(diào)制”，以使一個(gè)線性偏振的衍射較強(qiáng)，而正交偏振的衍射接近于零。此方法的缺點(diǎn)是難以找到高質(zhì)量的具有足夠高的折射率差(nhigh-nlow)的全息材料來(lái)滿足使用薄層的需要。例如，使用或多或少的常規(guī)的全息記錄材料導(dǎo)致偏振對(duì)比度不佳，因?yàn)槌朔e(nhigh-nlow)(d/λ)太低。而且，已公開(kāi)的全息圖的偏振對(duì)比度還固有地依賴于用于照亮顯示器的光的波長(zhǎng)(顏色)。例如，如果用白光來(lái)照亮顯示器，則對(duì)于藍(lán)光、綠光和紅光將得到不同的偏振對(duì)比度。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可獲得高偏振對(duì)比度的可替代方案，所述方案具有更高的能量效率。
令人驚訝地，此目的通過(guò)邊光板狀(edge-lit slab)波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，所述波導(dǎo)裝有可耦合出線偏振光的傾斜各向異性全息層。
已發(fā)現(xiàn)，這樣的層可以得到較高的偏振對(duì)比度，通常至少等于或高于3，優(yōu)選至少等于或高于5。合適的偏振對(duì)比度依賴于波導(dǎo)的應(yīng)用。在便攜式電話中，約15-20的偏振對(duì)比度通常是足夠的，而對(duì)于TV應(yīng)用則需要至少200。已發(fā)現(xiàn)，與清除(clean-up)(偏振)濾光器結(jié)合，本發(fā)明的波導(dǎo)可輕松達(dá)到至少200的偏振對(duì)比度而不明顯損失光強(qiáng)度。此外，已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用各向異性全息層時(shí)，該層的性質(zhì)較少地依賴于所用層的厚度，從而能夠使用薄層，這是本發(fā)明的波導(dǎo)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是可以獲得獨(dú)立于波長(zhǎng)(顏色)的偏振對(duì)比度。
另一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是這樣的全息層可以以透射模式記錄。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何使用全息技術(shù)以及光刻技術(shù)來(lái)制備這樣的層，即采用高分辨率的阻光掩膜用于曝光，而不是利用干涉或利用相掩膜。因此，在本文中使用全息技術(shù)之處，也可以采用光刻技術(shù)。
傾斜的各向異性全息層可直接涂覆在波導(dǎo)上或涂覆在合適的基材(例如膜)上。波導(dǎo)可以具有許多形式。它可以包括波導(dǎo)基材，所述基材上層壓作為一個(gè)獨(dú)立層的體積全息圖，或者該體積全息圖可以與基材形成整體。體積全息圖可以位于基材面向或背向顯示器的一側(cè)，或甚至嵌入波導(dǎo)基材內(nèi)部。波導(dǎo)可以包括兩個(gè)或多個(gè)彼此分離的全息圖，其中每個(gè)均層壓在波導(dǎo)基材上或與波導(dǎo)基材形成整體。波導(dǎo)可以在波導(dǎo)基材的相對(duì)側(cè)提供或彼此堆疊在頂部。波導(dǎo)可以具有單一的進(jìn)入側(cè)面或多于一個(gè)的進(jìn)入側(cè)面。如果側(cè)面超過(guò)一個(gè)，則設(shè)置體積全息圖以衍射通過(guò)任意進(jìn)入面耦合進(jìn)來(lái)的波導(dǎo)光。如果只有一個(gè)進(jìn)入側(cè)面，則波導(dǎo)可以具有楔行，以將耦合出的光平均分布在整個(gè)表面區(qū)域上。
合適的基材材料包括玻璃和透明陶瓷。但是優(yōu)選地，基材由熱固性或熱塑性聚合物制成。合適的聚合物可以是(半)晶態(tài)的或非晶態(tài)的。例子包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、COC(環(huán)烯烴共聚物)、PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)、PES(聚醚砜)，以及交聯(lián)的丙烯酸酯、環(huán)氧化物、氨基甲酸酯和硅酮橡膠。然后在隨后的處理步驟中將此基材與波導(dǎo)結(jié)合。如果波導(dǎo)是多個(gè)光學(xué)上不同的元件、層等的組件，并且在第一元件的邊界面與第二元件的邊界面相遇處形成界面，則可能需要使用粘結(jié)層來(lái)連接該第一和第二元件的邊界面。這使波導(dǎo)具有機(jī)械完整性和/或避免產(chǎn)生假反射和由例如界面處形成的空間捕集的空氣所導(dǎo)致的光學(xué)非均勻性。這樣的粘結(jié)層的例子以及使用這種粘結(jié)層適合的條件和環(huán)境對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)員是已知的。因此，當(dāng)在本文中提及裝配兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)元件以形成界面時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解該界面也可以包括這樣的粘結(jié)層。
本發(fā)明將術(shù)語(yǔ)“波導(dǎo)”定義為僅包括打算作為照明裝置的裝置，其中光從邊緣耦合進(jìn)入(邊光)并在板狀波導(dǎo)的相(側(cè))上耦合出來(lái)。
合適的波導(dǎo)材料通常對(duì)波導(dǎo)發(fā)射的光是透明的。合適的波導(dǎo)材料包括玻璃和透明陶瓷。但是優(yōu)選地，波導(dǎo)由熱固性或熱塑性透明聚合物制成。合適的聚合物可為(半)晶態(tài)或非晶態(tài)的熱固性或熱塑性聚合物。例子包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、COC(環(huán)烯烴共聚物)、PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)、PES(聚醚砜)，以及交聯(lián)的丙烯酸酯、環(huán)氧化物、氨基甲酸酯和硅酮橡膠。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的波導(dǎo)可以在不同角度耦合出不同波長(zhǎng)的線偏振光。這允許使用合適的在空間上分離的成紅-綠-藍(lán)(RGB)像素的微透鏡陣列，來(lái)取代濾色器或提高產(chǎn)生顏色的效率，從而使波導(dǎo)的能量效率更高。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，波導(dǎo)能夠?qū)⑽瘩詈铣龅墓庋h(huán)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以通過(guò)例如US 6,750,996中的方法做到這點(diǎn)。此實(shí)施方式將具有甚至更高的光效率，因?yàn)樽畛醪⒉痪哂姓_偏振方向的光被調(diào)制成另外的(期望的)偏振方向，然后可以被耦合出來(lái)(偏振調(diào)制)?；蛘撸畛醪⒉痪哂姓_波長(zhǎng)(顏色)的光可被重新定向到另一個(gè)像素，然后可以被耦合出來(lái)(顏色調(diào)制)。也可以在一種實(shí)施方式中將偏振調(diào)制與顏色調(diào)制相結(jié)合。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，波導(dǎo)裝有基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種液晶元的傾斜各向異性全息層，其中所述液晶元在聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài)。所述單體可以是單一化合物或化合物的混合物。所述液晶元可以是單一化合物或化合物的混合物。優(yōu)選地，液晶元含有至少一種反應(yīng)性液晶元，其為包含至少一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)的化合物。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，邊光板狀波導(dǎo)裝有耦合出線偏振光的傾斜各向異性全息層，其中所述層通過(guò)至少一種反應(yīng)性單體與液晶元的聚合獲得，并且其中所述液晶元呈對(duì)齊狀態(tài)。優(yōu)選地，反應(yīng)性單體至少包含多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物。優(yōu)選地，液晶元包含至少一種具有可聚合基團(tuán)的化合物。更優(yōu)選地，液晶元包含至少一種具有可陽(yáng)離子聚合基團(tuán)的化合物。甚至更優(yōu)選地，液晶元包含至少一種具有環(huán)氧基、氧雜環(huán)丁烷基或乙烯醚基的化合物。
能夠耦合出線偏振光的這樣的層是新的，而且也是本發(fā)明的主題。US6,750,996公開(kāi)了一種各向同性層，并且從Boiko等(Optics Letters，2002，第27卷，第19期，第1717-1719頁(yè))可知一種傾斜各向異性全息光柵。然而后者只適用于光的透射，而不適用于耦合出偏振光。此外，并沒(méi)有提及將這樣的層用于邊光板狀波導(dǎo)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種液晶元的傾斜各向異性全息層(其中所述液晶元在聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài))能夠耦合出線偏振光。它可以例如用于邊光板狀波導(dǎo)，以提高光效率，進(jìn)而降低能量消耗。
術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)性單體”包括可以自發(fā)聚合或與合適的(聚合)引發(fā)劑一起聚合或在合適的輻射下聚合的任何化合物。通常優(yōu)選自由基引發(fā)劑或陽(yáng)離子引發(fā)劑。優(yōu)選地，單體是包含以下各類反應(yīng)性基團(tuán)的分子乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、環(huán)氧基、氧雜環(huán)丁烷基、乙烯醚基、硫醇-烯基或羥基。
反應(yīng)性單體的每個(gè)分子可以具有一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)。反應(yīng)性基團(tuán)可以相同或不同。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，使用至少一種具有多于一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)的多官能單體。這帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是在聚合之后形成聚合物網(wǎng)絡(luò)。這有益于所述層的材料性質(zhì)(例如抗劃性、模量、斷裂伸度、Izod沖擊強(qiáng)度和柔性)。具有多于一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)的反應(yīng)性單體的存在還提高了聚合速度，從而縮短了記錄全息圖的時(shí)間。
每個(gè)分子具有至少兩個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)的反應(yīng)性單體的例子包括含(甲基)丙烯?；膯误w，例如三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四甘醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、磷酸單(甲基)丙烯酸酯和磷酸二(甲基)丙烯酸酯、C7-C20烷基二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三乙氧基(甲基)丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸酯二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇一羥基五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、三環(huán)癸烷二基二甲基二(甲基)丙烯酸酯和前述單體的烷氧基化形式，優(yōu)選前述任何單體的乙氧基化物和/或丙氧基化物，以及作為雙酚A的環(huán)氧乙烷或者環(huán)氧丙烷加合物的二醇的二(甲基)丙烯酸酯、作為氫化雙酚A的環(huán)氧乙烷或者環(huán)氧丙烷加合物的二醇的二(甲基)丙烯酸酯、作為二縮水甘油醚雙酚A的(甲基)丙烯酸酯加合物的環(huán)氧(甲基)丙烯酸酯、聚氧烷基化雙酚A的二丙烯酸酯和三乙二醇二乙烯醚，羥乙基丙烯酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯和羥乙基丙烯酸酯的加合物(HIH)，羥乙基丙烯酸酯、甲苯二異氰酸酯和羥乙基丙烯酸酯的加合物(HTH)和酰胺酯丙烯酸酯。
每個(gè)分子只具有一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)的合適單體的例子包括含乙烯基的單體，例如N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶；(甲基)丙烯酸異冰片基酯、(甲基)丙烯酸冰片基酯、(甲基)丙烯酸三環(huán)癸基酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊烯基酯、(甲基)丙烯酸環(huán)己基酯、(甲基)丙烯酸芐基酯、(甲基)丙烯酸4-丁基環(huán)己基酯、丙烯酰嗎啉、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸2-羥乙基酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙基酯、(甲基)丙烯酸2-羥丁基酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、己內(nèi)酯丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸異戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸異十八烷基酯、(甲基)丙烯酸四氫呋喃基酯、(甲基)丙烯酸丁氧基乙基酯、乙氧基二乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸芐酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙基酯、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、甲氧基乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸乙氧基乙基酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、雙丙酮(甲基)丙烯酰胺、β-羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、酞酸(甲基)丙烯酸酯、異丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、叔辛基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙基酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙基酯、(甲基)丙烯酸丁基氨基甲酰乙基酯、n-異丙基(甲基)丙烯酰胺氟化(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸7-氨基-3，7-二甲基辛基酯、N，N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、羥丁基乙烯醚、十二烷基乙烯醚、十六烷基乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚。還包括由下式(I)表示的化合物CH2＝C(R6)-COO(R7O)m-R8(I)其中R6是氫原子或甲基；R7是含2-8個(gè)、優(yōu)選2-5個(gè)碳原子的亞烴基；m是0-12、優(yōu)選1-8的整數(shù)；R8是氫原子或含1-12個(gè)、優(yōu)選1-9個(gè)碳原子的烷基；或者，R8是四氫呋喃基，它包含4-20個(gè)碳原子的烷基，可選地被1-2個(gè)碳原子的一個(gè)或多個(gè)烷基取代；或者R8是二氧雜環(huán)己烷基，它包含4-20個(gè)碳原子的烷基，可選地被甲基取代；或者R8是芳基，可選地被C1-C12、優(yōu)選被C8-C9烷基取代，和烷氧基化的脂族單官能單體，例如乙氧基化(甲基)丙烯酸異癸基酯、乙氧基化(甲基)丙烯酸十二烷基酯等。
低聚物也適合用作反應(yīng)性單體。這樣的低聚物的例子是芳族或脂族的氨基甲酸酯丙烯酸酯或者基于酚醛樹(shù)脂的低聚物(例如雙酚環(huán)氧二丙烯酸酯)，以及通過(guò)乙氧基化物擴(kuò)鏈的任意上述低聚物。氨基甲酸酯低聚物例如可以基于多醇主鏈，例如聚醚多醇、聚酯多醇、聚碳酸酯多醇、聚己內(nèi)酯多醇、丙烯酸多醇等。這些多醇可以單獨(dú)使用或者兩種或更多種結(jié)合使用。對(duì)于這些多醇中結(jié)構(gòu)單元的聚合方式?jīng)]有特定的限制。任意一種無(wú)規(guī)聚合、嵌段聚合或者接枝聚合均可接受。WO 00/18696公開(kāi)了用于形成氨基甲酸酯低聚物的多醇、多異氰酸酯和含羥基的(甲基)丙烯酸酯的合適例子，并通過(guò)引用將其內(nèi)容結(jié)合于此。
其它可以用作反應(yīng)性單體的化合物是可濕固化的異氰酸酯、烷氧基/酰氧基硅烷、烷氧基鈦酸酯、烷氧基鋯酸鹽或尿素-、尿素/蜜胺-、蜜胺-甲醛或苯酚-甲醛(甲階酚醛樹(shù)脂resol、線型酚醛清漆novolac)的可濕固化混合物，或可自由基固化(過(guò)氧化-或光引發(fā))的烯鍵式不飽和單官能和多官能單體和聚合物，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、馬來(lái)酸酯/乙烯醚，或者可自由基固化(過(guò)氧化-或光引發(fā))的不飽和混合物，例如在苯乙烯和/或甲基丙烯酸酯中的順丁烯二酸或反丁烯二酸聚酯。
還可以使用上述物質(zhì)的組合。這些化合物組合在一起可以導(dǎo)致交聯(lián)相的形成，因而適于結(jié)合用作反應(yīng)性單體的組合是例如羧酸和/或羧酸酐與環(huán)氧化物的組合，酸與羥基化合物、特別是2-羥烷基酰胺的組合，胺與異氰酸酯、例如封端異氰酸酯、脲二酮(uretdion)或者碳二亞胺的組合，環(huán)氧化物與胺或者與雙氰胺的組合，肼酰胺(hydrazinamide)與異氰酸酯的組合，羥基化合物與異氰酸酯、例如封端異氰酸酯、脲二酮或者碳二亞胺的組合，羥基化合物與酸酐的組合，羥基化合物與(醚化)羥甲基酰胺(“氨基樹(shù)脂”)的組合，硫醇與異氰酸酯的組合，硫醇與丙烯酸酯或其它乙烯類(可選自由基引發(fā)的)的組合，乙酰乙酸酯與丙烯酸酯的組合。當(dāng)使用陽(yáng)離子交聯(lián)時(shí)，環(huán)氧化合物與環(huán)氧或羥基化合物的組合是合適的。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，反應(yīng)性單體包含具有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能團(tuán)的化合物。這樣的反應(yīng)性單體的例子是高度反應(yīng)性的(甲基)丙烯酸酯或可購(gòu)得的用于制備聚合物分散液晶(PDLC)的混合物。這樣的優(yōu)選混合物的例子是單-和三丙烯酸酯的混合物，例如Merck的PN393。
采用術(shù)語(yǔ)“液晶”或“液晶元”來(lái)表示包含一個(gè)或更多個(gè)(半)剛性棒形、香蕉形、板形或盤(pán)形液晶元基團(tuán)(即，能夠呈現(xiàn)出液晶相行為的基團(tuán))的材料或化合物。具有棒形或板形基團(tuán)的液晶化合物在本領(lǐng)域中也被稱為“棒狀”液晶。具有盤(pán)形基團(tuán)的液晶化合物在本領(lǐng)域中也被稱為“盤(pán)狀”液晶。在下文中，除非另有說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“液晶”或“液晶元”可互換使用。包含液晶基團(tuán)的化合物或材料無(wú)需本身具有液晶相。它們還可以僅在與層中所用的其它化合物形成混合物時(shí)，或在聚合之后進(jìn)入特定的層而存在于本發(fā)明的波導(dǎo)上時(shí)才呈現(xiàn)出液晶相行為。
液晶元可以是反應(yīng)性液晶元或非反應(yīng)性液晶元。合適的非反應(yīng)性液晶元的例子是可從Merck獲得的那些，例如其產(chǎn)品冊(cè)中描述的LicristalLiquid Crystal Mixtures for Electro-Optic Displays(May 2002)(通過(guò)引用其中關(guān)于非反應(yīng)性液晶元的內(nèi)容而將其結(jié)合在本文中)。在PDLC中，優(yōu)選例如可以使用鹵化液晶元，例如TL205(Merck，Darmstadt)或氰基聯(lián)苯，例如E7(Merck，Darmstadt)。還可以使用非反應(yīng)性液晶元的混合物。
合適的反應(yīng)性液晶元的例子是那些包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧、氧雜環(huán)丁烷、乙烯醚、苯乙烯、羥基和硫醇-烯(thiol-ene)基團(tuán)的液晶元。合適的例子例如描述在WO 04/025337(通過(guò)引用其中關(guān)于反應(yīng)性液晶元的內(nèi)容而將其結(jié)合在本文中)中，在WO 04/025337中被稱為可聚合液晶化合物和可聚合液晶材料。
以下給出了特別適合的一元-和二元反應(yīng)性可聚合液晶化合物的例子，但是這些例子僅為示例性，用于說(shuō)明本發(fā)明而無(wú)意于限制本發(fā)明。

在以上各式中，P為可聚合基團(tuán)，優(yōu)選丙烯?；⒓谆；⒁蚁┗?、乙烯氧基、丙烯醚基、環(huán)氧基或苯乙烯基；x和y各自獨(dú)立地為1-12；A為被L1可選地單、二或三取代的1，4-亞苯基或1，4-亞環(huán)己基；v為0或1；Z0為-COO-、-OCO-、-CH2CH2-、-C≡C-或單鍵；Y為極性基；R0為非極性烷基或烷氧基；L1和L2各自獨(dú)立地為H、F、Cl、CN或具有1-7個(gè)碳原子的可選鹵化的烷基、烷氧基、烷羰基、烷氧羰基或烷氧羰基氧基。
術(shù)語(yǔ)“極性基”在這里是指選自F、Cl、CN、NO2、OH、OCH3、OCN、SCN的基團(tuán)、具有至多4個(gè)碳原子的可選氟化的羰基或羧基、或具有1-4個(gè)碳原子的單氟化或多氟化的烷基或烷氧基。術(shù)語(yǔ)“非極性基”是指具有1個(gè)或更多個(gè)、優(yōu)選1-12個(gè)碳原子的烷基或具有2個(gè)或更多個(gè)、優(yōu)選2-12個(gè)碳原子的烷氧基。
可聚合液晶材料的聚合可例如通過(guò)將其暴露于熱或光化輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)。光化輻射是指用光(例如UV光、IR光或可見(jiàn)光)輻射、用X射線或γ射線輻射或用高能粒子(例如離子或電子)輻射。優(yōu)選地，聚合通過(guò)UV輻射進(jìn)行。還可以使用反應(yīng)性液晶元的混合物(Merck Reactive Mesogens，Brighter Clearer Communication，2004)。優(yōu)選地，反應(yīng)性液晶元包含至少具有可陽(yáng)離子聚合基團(tuán)的化合物。
也可以使用反應(yīng)性液晶元和非反應(yīng)性液晶元的混合物。如果使用混合物，則優(yōu)選基本上全部液晶元在最終層中呈對(duì)齊狀態(tài)。優(yōu)選的是，超過(guò)80％的液晶元在最終層中呈對(duì)齊狀態(tài)。
單體與液晶元的合適組合的例子是PN393和TL205(均得自Merck，Darmstadt)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶元的常規(guī)折射率(no，m)與聚合物的各向同性折射率(niso，p)之間的差異小于0.01，甚至更優(yōu)選小于0.005。最優(yōu)選地，在耦合出偏振光的狀態(tài)中，no，m與niso，p匹配。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶元的非常規(guī)折射率(ne，m)與聚合物的各向同性折射率(niso，p)之間的差異小于0.01，甚至更優(yōu)選小于0.005。最優(yōu)選地，在耦合出偏振光的狀態(tài)中，ne，m與niso，p匹配。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述層基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種反應(yīng)性液晶元。在現(xiàn)有技術(shù)中，這樣的層是未知的。包含至少一種反應(yīng)性液晶元的優(yōu)點(diǎn)是提高了所述層的機(jī)械穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述層基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種非反應(yīng)性液晶元，其中所述非反應(yīng)性液晶元的取向可以用外部場(chǎng)切換。液晶元取向的切換可以通過(guò)不同的方式實(shí)現(xiàn)，例如利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)和/或光。如果使用光，則優(yōu)選添加光色添加劑。包含本發(fā)明的層的波導(dǎo)可以例如裝有用于電尋址的層(有源或無(wú)源矩陣)。在此具體實(shí)施方式
中，有時(shí)優(yōu)選使用包含非反應(yīng)性和反應(yīng)性液晶元的液晶元混合物來(lái)增強(qiáng)響應(yīng)時(shí)間。這對(duì)于某些應(yīng)用(例如膝上型電腦、臺(tái)式電腦和電視)來(lái)說(shuō)是重要的。
當(dāng)使用至少一種非反應(yīng)性液晶元(僅為非反應(yīng)性或與反應(yīng)性液晶元的組合)時(shí)，包含本發(fā)明的層的波導(dǎo)是可切換的。優(yōu)選地，所述波導(dǎo)可在耦合出光的狀態(tài)(亮態(tài))與未耦合出光的狀態(tài)(暗態(tài))之間切換。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在耦合出光的狀態(tài)(亮態(tài))與未耦合出光的狀態(tài)(暗態(tài))之間得到高的強(qiáng)度對(duì)比度(在接近法線的角度測(cè)量的、分別在亮態(tài)和暗態(tài)時(shí)被顯示器透出的光強(qiáng)度之比)，并且其中所述亮態(tài)的偏振對(duì)比度至少為3，優(yōu)選至少5。通常，強(qiáng)度對(duì)比度高是指對(duì)比度至少為5，更優(yōu)選至少20，甚至更優(yōu)選至少100。
本發(fā)明的可切換波導(dǎo)可以例如用于可切換背光和前光系統(tǒng)，從而額外提高能量效率。當(dāng)波導(dǎo)被制成使用圖案化電極來(lái)局部耦合出光時(shí)，它可以用于例如動(dòng)態(tài)背光，以減少運(yùn)動(dòng)偽影和提高動(dòng)態(tài)對(duì)比度。為了減少基于所謂的取樣保持(sample-and-hold)問(wèn)題的動(dòng)態(tài)偽影(其與液晶顯示器中信息刷新方式相關(guān))，需要帶狀電極圖案，并且光耦出設(shè)置在整個(gè)屏幕上以類似于液晶顯示器的刷新速率(即例如50、80或100Hz)掃描。雖然光僅在局部被耦合出來(lái)，但仍可生成明亮圖像，這是因?yàn)?1)來(lái)自耦合進(jìn)波導(dǎo)的燈系統(tǒng)(例如冷陰極熒光燈或發(fā)光二極管)的全部光以高強(qiáng)度局部耦合出來(lái)，而不是以低強(qiáng)度在整個(gè)區(qū)域上分布，并且因?yàn)?2)光已被偏振化，較少的光在顯示器的偏振過(guò)濾器中損失。波導(dǎo)的掃描頻率使得觀察者將其感受為在時(shí)間上連續(xù)的光源。這樣的動(dòng)態(tài)顯示器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是背光或前光的亮度在整個(gè)表面區(qū)域上相等，并且不需要額外的裝置將光均勻分布，例如使用散射特征的梯度或楔形波導(dǎo)。顯示器的動(dòng)態(tài)對(duì)比度可以通過(guò)應(yīng)用電極矩陣來(lái)提高，所述電極矩陣具有位于光柵結(jié)構(gòu)之下或之上的正交電極條帶。例如為了加亮顯示器代表明亮區(qū)域(太陽(yáng)、天空等)的部分，并且使圖像較暗的部分變暗，可通過(guò)多路化使光柵形成光被局部耦合出來(lái)的條件。當(dāng)然，可以將通過(guò)掃描改善運(yùn)動(dòng)偽影與改善動(dòng)態(tài)對(duì)比度相結(jié)合。
通過(guò)反應(yīng)性單體與液晶元的聚合，可以制成傾斜各向異性全息層。
反應(yīng)性單體聚合之后，發(fā)生相分離并形成包含聚合物富集相和液晶元富集相的多相系統(tǒng)。令人驚訝地，此相分離可使液晶元對(duì)齊。并不排除這些相包含從一相進(jìn)入到另一相的突起，有時(shí)甚至將另一相與相鄰的相似相橋聯(lián)，例如聚合物的突起穿過(guò)液晶元富集相。突起可以具有纖維狀、條狀或帶狀的幾何形狀。相片1示出了這種幾何形狀的一個(gè)例子的SEM照片。
此外，本發(fā)明涉及通過(guò)聚合制備本發(fā)明的傾斜各向異性全息層的新方法。合適的聚合方法的例子是熱聚合、電子束聚合、電磁輻射(UV、可見(jiàn)光和近紅外)聚合和光聚合。光聚合可由可見(jiàn)光或UV光引發(fā)。優(yōu)選地，使用UV光來(lái)記錄全息圖，因?yàn)樗梢砸酝干淠Ｊ接涗洸Ⅰ詈铣隹梢?jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)域的光(參見(jiàn)Jagt等，US 6,750,996)。UV聚合可通過(guò)自由基機(jī)理、陽(yáng)離子機(jī)理或其結(jié)合發(fā)生。如果是光聚合，則優(yōu)選在反應(yīng)混合物中存在合適的光引發(fā)劑。
任何已知的光引發(fā)劑可用于本發(fā)明的方法?？梢酝ㄟ^(guò)使用相同或不同的聚合方法使反應(yīng)性單體與可選的反應(yīng)性液晶元聚合來(lái)制備所述層。
如果存在反應(yīng)性液晶元，則優(yōu)選使用不同的聚合方法、機(jī)理或不同的反應(yīng)性端基。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)更好的相分離，原因是可能會(huì)在不同的時(shí)間點(diǎn)聚合不同的化合物。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括制備包含至少一種反應(yīng)性單體和至少一種反應(yīng)性液晶元的混合物的步驟，其中所述反應(yīng)性單體使用一種聚合方法聚合，而所述液晶元使用另一種聚合方法聚合。更優(yōu)選地，至少一種聚合是光聚合。
反應(yīng)性單體可以在反應(yīng)性液晶元聚合之前或之后聚合。優(yōu)選地，反應(yīng)性單體在反應(yīng)性液晶元聚合之前聚合。以此方式，可以使反應(yīng)性液晶元對(duì)齊，同時(shí)建立更堅(jiān)固的光柵結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，使用UV或可見(jiàn)光使反應(yīng)性單體反應(yīng)，同時(shí)以不同方式(例如熱聚合)使反應(yīng)性液晶元聚合。在第二種實(shí)施方式中，使用兩種不同的UV聚合機(jī)理(分別為自由基聚合和陽(yáng)離子聚合)。例如，首先使用(快)自由基引發(fā)劑聚合(甲基)丙烯酸酯基反應(yīng)性單體，然后使用陽(yáng)離子(慢)UV引發(fā)劑通過(guò)泛射(均勻)曝光聚合環(huán)氧基反應(yīng)性液晶元。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，使用光引發(fā)劑引發(fā)單體的聚合，之后使用UV光在不需要額外的耦合元件的配置中記錄全息圖。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，使用UV或可見(jiàn)光使反應(yīng)性液晶元反應(yīng)，同時(shí)以不同方式聚合反應(yīng)性單體。
制備傾斜各向異性全息層的優(yōu)選方法包括步驟a)提供至少一種反應(yīng)性單體與反應(yīng)性液晶元的混合物；b)制備所述混合物的層；c)施加UV輻射以至少部分地將所述反應(yīng)性單體聚合成傾斜透射光柵；d)施加后續(xù)的熱或UV曝光以進(jìn)一步聚合所述反應(yīng)性液晶元和(可選的)殘余的未反應(yīng)單體。
優(yōu)選地，步驟c中的UV輻射使用分成兩束透射模式結(jié)構(gòu)的激光來(lái)施加。優(yōu)選地，反應(yīng)性單體至少包含多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物。優(yōu)選地，反應(yīng)性液晶元至少包含具有可陽(yáng)離子聚合基團(tuán)的化合物。優(yōu)選地，通過(guò)將所述混合物填入具有一個(gè)或多個(gè)規(guī)定厚度的隔板的小盒中，制備所述混合物的層。
由本發(fā)明的方法獲得的各向異性層也是本發(fā)明的一部分，因?yàn)樵搶泳哂信c由現(xiàn)有技術(shù)的已知方法得到各向異性層不同的性質(zhì)。
本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的波導(dǎo)的前光系統(tǒng)、背光系統(tǒng)、顯示器和光學(xué)裝置。
本發(fā)明的波導(dǎo)不必使用獨(dú)立的偏振器，從而簡(jiǎn)化了顯示器的設(shè)計(jì)，并且由于較高的效率而節(jié)省了電功率。或者，波導(dǎo)上的層可用于提高顯示器的亮度，而采用的功率量與傳統(tǒng)顯示器所用相同。在特定的設(shè)備中，通過(guò)結(jié)合本發(fā)明的波導(dǎo)與清除偏振器，甚至可以增大對(duì)比率。
下面通過(guò)非限制性的具體實(shí)施方式
和對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)描述本發(fā)明。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)A在間隔150μm的2片玻璃基材之間涂布49.5wt％甲基丙烯酸環(huán)己酯、49.5wt％聚苯乙烯(Mw＝45000g/mol)和1wt％UV引發(fā)劑(1-羥基環(huán)己基苯基甲酮)的混合物。如Jagt所述使用波導(dǎo)模式的記錄以UV束(角度為18.4和32.8度，以生成從CCFL以接近直角耦合出波導(dǎo)光的全息膜)使該基材曝光。使用CCD-分光計(jì)(Autronic，CCD-spect-2)測(cè)量耦合出的光的亮度。圖2a表明亮度在兩個(gè)偏振方向上均為角度的函數(shù)，圖2b示出了所述膜的偏振對(duì)比度。偏振對(duì)比度在接近法向方向上具有80的最大值，并在偏離法向的角度上迅速下降。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)B在間隔50μm的2片玻璃基材之間涂布49.5wt％甲基丙烯酸環(huán)己酯、49.5wt％聚苯乙烯(Mw＝45000g/mol)和1wt％UV引發(fā)劑(1-羥基環(huán)己基苯基甲酮)的混合物。將該基材曝光于采用2光束透射模式記錄結(jié)構(gòu)的Ar離子激光(每束25mW/cm2)的351nm線(圖3)。以371.2nm的柵距和43度的傾斜角記錄光柵。用CCD-分光計(jì)(Autronic，CCD-spect-2)測(cè)量耦出光的亮度。得到的偏振角亮度分布(圖4)表明，兩種偏振方向的衍射效率沒(méi)有明顯差異。高強(qiáng)度區(qū)的最高偏振對(duì)比度為1.25。偏振對(duì)比度低是因?yàn)閷雍穸扰c光柵的折射率差(nhigh-nlow)不匹配。
實(shí)施例1分別以40/50/10的重量百分比制備PN393預(yù)聚物(丙烯酸2-乙基己基酯單體和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯交聯(lián)劑，使用UV感光光引發(fā)劑，得自Merck)、TL205向列型液晶(來(lái)自Merck的具有長(zhǎng)度為2-5個(gè)碳原子的脂族尾部的鹵化二或三苯基的混合物，在589nm、20℃下，(no，ne)＝(1.527，1.745))和另外的交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(Aldrich)的混合物。
用該混合物填充具有7μm隔板的小盒，并將其曝光于采用角度為+71.5和+13.4度的2光束透射模式記錄結(jié)構(gòu)的Ar離子激光(每束25mW/cm2)的351nm線。隨后均勻曝光于365nm 30分鐘，以完成殘余丙烯酸酯的聚合。以此方式，以d＝7μm的膜厚記錄周期Λ≈450nm且傾斜角φG＝23°的傾斜透射光柵。用CCD-分光計(jì)(Autronic，CCD-spect-2)測(cè)量從CCFL耦合出的光的亮度。在接近法向角度得到紅光(611nm)、綠光(546nm)和藍(lán)光(436nm)的偏振對(duì)比度分別為13、12和8(圖5a)。與對(duì)比實(shí)驗(yàn)A中所述的膜相比，在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得高偏振對(duì)比度。圖5b表明，發(fā)射的光具有極高的單向性，這在特別是前光應(yīng)用中是主要的優(yōu)點(diǎn)。圖5c表明，角度稍有不同，發(fā)出的光的顏色也不同?？衫眠@個(gè)現(xiàn)象來(lái)提高濾色器的效率(參見(jiàn)Jagt等，US 6,750,996)。
實(shí)施例2分別以40/50/10的重量百分比制備PN393預(yù)聚物(丙烯酸2-乙基己基酯單體和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯交聯(lián)劑，使用UV感光光引發(fā)劑，得自Merck)、液晶型二環(huán)氧化物4-[(2，3-環(huán)氧丙烯基)氧]苯甲酸4-[(2，3-環(huán)氧-丙烯基)氧]苯基酯與1wt％的陽(yáng)離子二芳基碘鎓鹽以及另外的交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(Aldrich)的混合物。
將該混合物填充具有18μm隔板的小盒，并將其曝光于采用角度為+42.5和-42.5度的2光束透射模式記錄結(jié)構(gòu)的Ar離子激光(每束25mW/cm2)的351nm線。隨后均勻曝光于365nm 60分鐘，以完成殘余丙烯酸酯的聚合，并聚合液晶型二環(huán)氧化物。以此方式，形成具有周期Λ≈450nm的傾斜光柵的完全聚合膜。得到高折射率調(diào)制(～0.005)的固體膜，其顯示出反應(yīng)性單體(丙烯酸酯)與反應(yīng)性液晶元(液晶型二環(huán)氧化物)的相分離。聚合物光柵可從玻璃基材剝離，獲得完全聚合的柔性膜。此外，所述膜在546nm下的偏振對(duì)比度為7。
圖1根據(jù)Jagt等(US 6,750,996)裝有全息圖的背光和前光的操作；未偏振的光從邊緣耦合進(jìn)波導(dǎo)板，使用光柵膜在垂直于背光的方向作為偏振且分色的光發(fā)射。
圖2(a)對(duì)比實(shí)驗(yàn)A所述光柵的P和S偏振發(fā)射測(cè)量的角度分布。示出了由CCFL發(fā)射的光在紅色(R)、黃色(Y)、綠色(G)和藍(lán)色(B)中的顏色分離；(b)對(duì)比實(shí)驗(yàn)A所述光柵測(cè)量的角度分布所得的偏振對(duì)比度與角度的關(guān)系。
圖3雙光束的透射模式記錄結(jié)構(gòu)。示出了所得的光柵和光柵-向量(K)(垂直于光柵方向)。
圖4對(duì)比實(shí)驗(yàn)B所述光柵的P、S和未偏振的光的測(cè)量角度分布。
圖5(a)S和P偏振光在紅光(611nm)、綠光(546nm)和藍(lán)光(436nm)波長(zhǎng)測(cè)量的角度分布，突出準(zhǔn)直和角度分散；(b)紅光的前發(fā)射光和背發(fā)射光的角度分布；(c)S和P偏振光在紅光(R)、綠光(G)和藍(lán)光(B)波長(zhǎng)的角度分布。
權(quán)利要求
1.裝有可耦合出線偏振光的傾斜各向異性全息層的邊光板狀波導(dǎo)。
2.如權(quán)利要求1的波導(dǎo)，其具有至少為3的偏振對(duì)比度。
3.如權(quán)利要求1或2的波導(dǎo)，其中不同波長(zhǎng)(顏色)的光在不同的角度耦合出。
4.如權(quán)利要求3的波導(dǎo)，其在全部可見(jiàn)光波長(zhǎng)都具有至少為3的偏振度。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)，其中未耦合出的光可以循環(huán)。
6.基于可光聚合材料和至少一種液晶元的傾斜各向異性全息層，其中所述液晶元在聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6的層，其中所述層基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種非反應(yīng)性液晶元，其中所述液晶元在所述單體聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求6的層，其中所述層基于至少一種反應(yīng)性單體和至少一種反應(yīng)性液晶元，其中所述液晶元在聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求6-8中任何一項(xiàng)的層，其中所述層包含至少一種反應(yīng)性單體以及至少一種反應(yīng)性液晶元與至少一種非反應(yīng)性液晶元的混合物，其中所述液晶元在聚合之后呈對(duì)齊狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)，其包含如權(quán)利要求6-9中任何一項(xiàng)的層。
11.裝有可耦合出線偏振光的傾斜各向異性全息層的邊光板狀波導(dǎo)，其中所述層通過(guò)將至少一種反應(yīng)性單體與液晶元的混合物聚合而得到，并且其中所述液晶元呈對(duì)齊狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求11的波導(dǎo)，其中所述液晶元包含至少一種具有可聚合基團(tuán)的化合物。
13.如權(quán)利要求11或12的波導(dǎo)，其中所述反應(yīng)性單體至少包含多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物。
14.如權(quán)利要求11-13中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)，其中所述液晶元包含至少一種具有可陽(yáng)離子聚合基團(tuán)的化合物。
15.如權(quán)利要求14的波導(dǎo)，其中所述液晶元包含至少一種具有環(huán)氧基、氧雜環(huán)丁烷基或乙烯醚基的化合物。
16.如權(quán)利要求1-5或10-15中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)，其中在耦合出偏振光的狀態(tài)中，所述液晶元的常規(guī)折射率(no，m)與所述聚合物的各相同性折射率(niso，p)之間的差異小于0.03；或者，在耦合出偏振光的狀態(tài)中，所述液晶元的非常規(guī)折射率(ne，m)與所述聚合物的各相同性折射率(niso，p)之間的差異小于0.03。
17.如權(quán)利要求1-5或10-16中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)，其包含至少一種非反應(yīng)性液晶元，其中所述涂層或?qū)涌稍隈詈铣龉獾臓顟B(tài)(亮態(tài))與未耦合出光的狀態(tài)(暗態(tài))之間切換。
18.制備傾斜各向異性全息層的方法，其基于使用不同的聚合方法聚合至少一種反應(yīng)性單體和至少一種反應(yīng)性液晶元。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中所述單體的聚合是用光引發(fā)劑和UV光引發(fā)，并且其中所述全息圖以透射模式記錄。
20.可通過(guò)如權(quán)利要求18或19的方法獲得的傾斜各向異性全息層。
21.包含如權(quán)利要求20的傾斜各向異性全息層的邊光板狀波導(dǎo)。
22.包含如權(quán)利要求1-5、10-16或21中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)的前光系統(tǒng)。
23.包含如權(quán)利要求1-5、10-16或21中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)的背光系統(tǒng)。
24.包含如權(quán)利要求1-5、10-16或21中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)的顯示器。
25.包含如權(quán)利要求1-5、10-16或21中任何一項(xiàng)的波導(dǎo)的光學(xué)裝置。
26.制備傾斜各向異性全息層的方法，包括步驟a)提供至少一種反應(yīng)性單體與反應(yīng)性液晶元的混合物；b)制備所述混合物的層；c)施加UV輻射以至少部分地將所述反應(yīng)性單體聚合成傾斜透射光柵；d)施加后續(xù)的熱或UV曝光以進(jìn)一步聚合所述反應(yīng)性液晶元和(可選的)殘余的未反應(yīng)單體。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中步驟c)中的所述UV輻射使用分成兩束透射模式結(jié)構(gòu)的激光束來(lái)施加。
28.如權(quán)利要求26或27的方法，其中所述反應(yīng)性單體至少包含多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物。
29.如權(quán)利要求26-28中任何一項(xiàng)的方法，其中所述反應(yīng)性液晶元至少包含具有可陽(yáng)離子聚合基團(tuán)的化合物。
30.如權(quán)利要求26-29中任何一項(xiàng)的方法，其中所述混合物的層是通過(guò)將所述混合物填入具有一個(gè)或多個(gè)規(guī)定厚度的隔板的小盒中而制備的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝有可耦合出線偏振光的傾斜各向異性全息層的邊光板狀波導(dǎo)。本發(fā)明涉及一種新的適用在本發(fā)明的波導(dǎo)上的傾斜各向異性全息層、制造所述層的方法以及包含本發(fā)明的波導(dǎo)的裝置。
文檔編號(hào)G02B6/126GK101040201SQ200580035369
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者卡洛斯·桑切斯, 科尼利厄斯·威廉默斯·瑪麗亞·巴司蒂安森, 迪克·布爾, 邁克爾·詹姆士·艾斯魁特, 克里斯汀圖斯·馬蒂納斯·范赫實(shí) 申請(qǐng)人:斯蒂茨丁荷蘭聚合物學(xué)會(huì)