CN101506729B - 制备透镜的方法和制备具有可变换透镜的显示器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备透镜的方法，其包括：将摩擦层(208)施加到透镜结构(206)上。在将透镜结构(206)安装到板(226)上之前，在透镜结构(206)上烘烤(106)摩擦层(208)。烘烤后，将透镜结构(206)施加到板(226)上。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件的制造，尤其涉及具有带减小曲率的改进型聚合物透镜的显示器件。
背景技术
偏振敏感透镜组(PS-Lenses)已经在许多应用中使用，例如，以补偿显示器件中的球面像差。这种透镜可以由例如液晶的双折射材料形成。双折射表示对于一束光的两个偏振分量存在不同的折射率。双折射材料具有特别的折射率(ne)和普通的折射率(no)，而折射率之间的差值是Δne-no。通过使得相同或者不同的波长投射到具有不同偏振的透镜上，偏振敏感透镜组可以用来为单个或不同的波长提供不同的焦点。
为了形成具有理想光学特性的透镜，液晶分子需要按特定的取向定向。引起这种取向的材料可以包括聚酰亚胺。聚酰亚胺(PI)通常经由旋涂来涂布，且随后利用无绒毛布研磨，以引起聚酰亚胺取向层的特定取向，这随后决定了加在层上的液晶分子的取向。
然而，如果在其上必须对液晶分子取向的基板发生弯曲(或其他形状，例如，具有台阶结构)，对基板的研磨通常是不能重复的。此外，制造具有特定理想曲率的合适形状基板相当困难和昂贵。
透镜包括通过棱镜效应放大光的凸透镜。这种透镜可以通过将腔设置为透镜的形状，且在其中使用诸如液晶的双折射材料来制造。使用液晶允许透镜变为基于施加到液晶材料上电场的可变换型透镜。
在可变换型透镜的情况下，透镜结构通常层压或者复制到由玻璃制成的基板上，再加上所述结构的聚酰亚胺旋转涂层。然后烘烤结构，接着是研磨聚酰亚胺以设置液晶的取向。这一工艺无需使用透镜箔，因为使用这种箔将成为向透镜引入不需要的弯曲、且引起启动几个失效机制的来源。其中，这通常是由于基板玻璃和箔材料之间不同膨胀系数的结果。
例如，由于温度变化引起的膨胀和收缩，聚合物箔和玻璃板或基板之间的热膨胀系数差异将是较高曲率的应力源。在工艺过程以及在产品的使用寿命中，聚合物透镜结构和玻璃之间的不同膨胀和收缩速率可能引发许多问题。热系数差越高或越低，透镜的曲率就越大。在某种情况下，大曲率将在工艺过程中引起成品率问题。曲率越大，结构材料中的应力越大。严重的失效问题可能接着产生。
发明内容
因此，有益的是，提供一种能使用透镜箔、又减小透镜曲率的制备工艺和器件。
依据目前的原理，一种制备透镜的方法包括：将摩擦层(rubbing layer)施加到透镜结构上。在将透镜结构安装/加在板上之前，在透镜结构上烘烤摩擦层。烘烤后，将透镜结构加到板上。
另一种制备具有可变换透镜的显示器的方法包括：将摩擦层施加到具有在其中形成凸透镜形状的透镜箔上；在将透镜箔安装到显示器顶板上之前，烘烤透镜箔上的摩擦层，以便透镜箔在烘烤时是不受约束的；烘烤后，当透镜箔冷却时，将其加到顶板上；研磨该摩擦层；利用液晶材料填充透镜箔中的凸透镜形状；将第二摩擦层施加到基板来密封透镜腔内的液晶，从而形成透镜；形成与透镜邻近的电极，用于改变电场以允许透镜的开关；和提供显示器部分，以使用象素照亮可变换透镜和控制透镜的切换操作。
本发明的这些和其它目的、特征和优点将在随后说明性实施例的详细描述中显而易见，这些实施例需结合附图来理解。
附图说明
本公开内容将参考以下附图详细描述的优选实施例，其中：
图1是示出了依据本发明原理的制备在例如液晶显示屏的显示器中使用的可变换透镜结构的方法的流程图。
图2是示出了使用依据本发明原理的可变换透镜的一个模式所产生的三维模式的显示器件剖视图；以及
图3是示出了使用依据本发明原理的可变换透镜的一个模式所产生的二维模式的显示器件剖视图。
具体实施方式
本发明实施例旨在提出减少了透镜曲率的透镜结构及用于制造这种结构的方法。在特别有用的方法中，在可变换透镜结构的工艺过程中，可以使用透镜箔。有利地，本方法减少透镜的曲率，允许在工艺过程中使用聚合物箔，且防止功能层暴露于高温中。依据本发明公开内容，在聚合物透镜结构层压在基板(例如，玻璃板)上之前，烘烤该结构。有利地，提供使用聚合物透镜箔的显示屏，减小了应力和曲率，并且提高了成品率(yield)。
需要理解的是，本发明原理将通过可变换透镜来阐述，然而，本发明的教导更加广泛，且可适用于任何透镜或透镜件，例如，GRIN镜头或透镜或具有薄层的其他器件(例如，太阳能电池)。这里所描述的材料可以用其他合适的材料替代。还要理解的是，工艺顺序的说明性示例还适于包括附加的步骤，以完成显示器件或其一部分。附图中所描述的元件可以用硬件的不同组合来实现，且提供可以合并在单个元件或单层或多个元件或多层中的功能。另外，虽然透镜结构可以优选地使用液晶材料，但是主要显示器件可以使用任何类型显示技术，包括但不仅限于LCD或其他象素矩阵显示器类型。
现在参看附图，其中相同的数字代表相同或相似的元件。首先，对于图1，流程图示出了用于制备具有可变换透镜的显示器件的步骤流程图。在方框102中，提供了透镜结构，箔或薄片。透镜结构可以包括箔或薄片或固定的复制结构。复制结构可以包括具有相对于扁平侧面形成的透镜形状的侧面。箔可以采用诸如热压印、UV固化、铸造等已知的技术来制备。
在方框104中，透镜形状涂附有摩擦层(例如，聚合物)。在一个实施例中，聚合物包括聚酰亚胺，且旋压或印制到透镜结构上。代替聚酰亚胺或者除了聚酰亚胺之外，可以使用其他材料。值得指出的是，在需要附加高温步骤以完成那些特殊层工艺的平板印刷术、印刷术等已知技术中，本方法在制造任何其它薄层材料的过程中，可以提供益处，这将在下文中进行描述。
在方框106中，烘烤在其上加有摩擦层的透镜结构。有利地，烘烤在透镜结构不受约束的摩擦层上进行。显示器件堆叠的其他层或部分不涉及热处理，且因而也不经受可由加热引起的应力和老化。透镜结构允许自由地(不受约束地)膨胀和收缩。显示器件的热敏感部分可以有益地不暴露于该热处理。热处理可能包括在大约120摄氏度到大约180摄氏度之间的烘烤温度。温度和加热时间取决于所使用的聚合物类型。在一个示例中，对于根据优先实施例的聚酰亚胺(polyimide)，加热时间可以大约是15分钟。然而，对于其他的聚酰亚胺类型，当下面的聚合箔允许时，烘烤温度可以同样高，加热时间可以同样长。某些类型箔的烘烤温度可以达到350摄氏度。其他温度和适当的烘烤时间将取决于应用和材料的选择。
在方框108中，邻近于透镜(例如，在箔上、在玻璃基板上或取决于理想结构和应用)形成导电层(例如，ITO)。导电层形成电极，用于将电场施加到将在透镜中使用的液晶材料上。
在方框110中，透镜结构层压到玻璃板或基板上。板优选为显示屏的顶板 或与可以用来保护显示器的顶板连接。透镜结构到显示器中彩色象素(焦点/焦距)的距离取决于设计。因此，对于大型屏尺寸，可以使用中间板(间隔板)。对于小型显示器(例如，手持型)，透镜结构可以直接固定到与如上所述的显示器玻璃(顶板)(或为LCD中顶层的偏振箔)上。玻璃板优选为透明的。将透镜结构加到玻璃板上优选包含：将胶粘剂涂布在透镜结构的扁平侧面(例如，在这种情况下，与凸透镜形状相对)，将基板与透镜结构对齐，并将两部分连接起来(或将粘附性基板施加到显示器玻璃上)。优选的，将透镜结构加到板上之前冷却该透镜结构，或可替换地，板和透镜结构应该温度相同(优选地，在结构将运行时的温度)。
应该理解的是，透镜结构可能包括可以增加到透镜结构表面的其他层。例如，铟锡氧化物(ITO)等的导电材料可以涂布到透镜结构的扁平侧面上，以提供电极来控制液晶，该液晶设置在透镜腔中以形成可变换(switchable)透镜结构。透镜结构可以包括其他取向且可以包括许多图案和结构。
在方框112中，在具有聚合物(例如，聚酰亚胺)层的透镜结构粘附到基板上后，研磨该摩擦层(rubbing layer)以为将在显示器件运行时与聚酰亚胺接触的液晶材料提供分子取向。研磨(rubbing)典型地包括：使用栅网或纤维类的材料，且按预先设定的方式研磨聚酰亚胺层。研磨技术在本领域中是已知的。
在方框114中，透镜结构的凸面腔填充有液晶材料并被密闭，以封入液晶材料。在方框116中，使用用来密封液晶的薄片或者基板来密闭液晶单元。这种薄片优选地包括：与液晶接触的摩擦层(例如，聚酰亚胺)。薄片或基板也可以包括形成的导电层(如ITO)和用于在运行时用于取向液晶的电极(见方框110)。方框114和116可以按他们的顺序转换。例如，首先产生腔，然后用LC液体填充腔。这取决于设计/工艺技术要求。
在方框118中，工艺继续形成显示器件的余下部分。显示器的透镜部分可以作为整个显示器结构的一部分独立制造。主要的显示器结构与透镜部分耦合。主要的显示器结构可以包括：具有象素的液晶显示器、起动晶体管、地址线、背光灯等。也可以使用其他的显示器类型。
主要的显示器件可以包括：控制透镜开关操作的控制电路。可以进行开关操作，用于不同的作用和结果。可变换透镜结构使得显示器件能够在不同模式下运行。在一个应用实例中，透镜提供了三维(3D)模式中的第一状态和二维(2D)模式中的第二状态。
参考图2和3，示例性地示出了具有可变换透镜220的显示器件200在三维 (3D)图像(图2)模式和二维(2D)图像模式(图3)中的剖视图。在三维模式中，液晶210按与摩擦表面208和212平行的方向取向。由于平行取向，透镜220提供非零折射率差。折射率的变化为Δn＝ne-nr，其中，ne为特别的折射率，且nr为有效折射率。图2示出了处于“开(on)”状态的光学效应，而图3示出了处于“关(off)”状态的光学效应。在“开”状态的三维模式中，透镜聚焦(示意性示出)可以视为实现。由于透镜元件的透镜作用，与透镜相关联的不同象素的图像沿互相不同的方向射向观察者的眼睛，因而观察者每只眼睛中看见不同的象素列。透镜元件的透镜作用在靠近眼睛位置形成邻近像素列的图像。在“关(off)”状态的二维模式中，去除透镜作用，观察者用每只眼睛看见所有象素的图像。
参考图2，在运行过程中，当加在第一电极204和第二电极214之间的电压216为零时，液晶210处于导致折射率变化的平行取向状态。根据透镜的形状，液晶折射来自象素阵列218的折射光222，以模拟三维图像。
透镜220在复制层中形成或形成为提供透镜220整体形状的箔206。层206涂附有摩擦层208(例如，聚酰亚胺)。液晶210在摩擦层208和212之间收集。主要的显示部分或组件202可以接触导电层214。主要的显示部分202可以包括：可以与透镜结构集成或者独立形成的完整显示器件。
参看图3，示例性地示出了具有可变换透镜220的显示器件200在二维图像模式中的剖面图。在这种模式下，液晶210按与研磨表面208和212垂直的方向取向。由于垂直取向，折射率(nr)与通常折射率(no)之间零差值，而两者之间的差值为Δn＝no-nr＝0(也就是n0＝nr)，其中no为普通折射率，nr为有效折射率。
在运行过程中，当第一电极204和第二电极214之间的电压217不为零时，液晶210处于导致恒定折射率条件的垂直取向。这使得来自象素阵列218的光224在各个方向均匀分散，以形成二维图像。
器件200包括：在三维模式和二维模式之间转换的能力。有利地，图2和3中的结构可以包括：透镜薄片或箔206，所述薄片或箔206具有在安装到组件202中之前已热处理的聚酰亚胺或其他摩擦层。这样，由于加热过程中基板226(例如，玻璃)和复制层(replica layer)206之间的热膨胀系数不同，透镜形状220不受热导致的应力的影响。由于在透镜薄片上形成摩擦层时所需烘烤造成的破坏性影响，在前的器件不能使用透镜箔(lenticular foil)。
根据本发明公开的显示器件的示例性应用包括：用于电子器件(例如，电脑、个人数字助理、蜂窝式电话、视频播放机/录制机、仪表或其他器件)的液 晶显示器。其他的应用和结构也是可预期的。
在翻译所附权利要求时，需要理解的是：
a)单词“包括”不排除存在给定权利要求中所列元件或动作之外的其他元件或动作；
b)在元件前的单词“一”不排除存在许多个这种元件；
c)权利要求中的任何参考标记不限制他们的范围；
d)几个“装置”可以用实现结构或功能的相同部件或硬件或软件来表示；
e)如无特殊说明，动作不要求任何特定的顺序。
在描述了用于可变换聚合物透镜的曲率减少的优选实施例(仅是示例性的且非限制性的)后，需要指出的是，本领域的技术人员按照上述教导可以进行修改和改变。因而需要理解的是，可以对所公开的公开内容特定实施例进行改动，该改动在如所附权利要求提出的此处所公开实施例的范围之内。因而，描述了由专利法所特别要求的详细内容后，在附加权利要求书中阐述了要求和期望受专利权保护的内容。
Claims (14)
1.一种制备透镜的方法，其包括：
将摩擦层施加在透镜结构上(104)，
在将透镜结构安装到板上之前，烘烤在透镜结构上处于无约束状态的摩擦层(106)，和
烘烤后，将透镜结构施加到板上(110)。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述将透镜结构施加到板上的步骤之后，研磨所述摩擦层(112)。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述将透镜结构施加到板上的步骤之后，利用液晶材料填充透镜结构中的空间(114)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，摩擦层包括：聚酰亚胺，且烘烤包括：施加在大约120到大约180摄氏度之间的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述板包括：玻璃板，且施加透镜结构包括：将透镜结构层压到玻璃板上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，透镜结构包括透镜箔，且在将透镜箔安装到板上之前烘烤透镜结构上的摩擦层包括：烘烤透镜箔上的摩擦层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，透镜包括：可变换透镜，并进一步包括：在所述烘烤步骤之后和所述将透镜结构施加到板上的步骤之前，形成转换透镜模式的导电电极(108)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，施加摩擦层包括：在摩擦层上进行印刷或旋压中的一种。
9.一种制备具有可变换透镜的显示器的方法，其包括：
将摩擦层施加在透镜箔上(104)；
在将透镜箔安装到显示器的板上之前，烘烤在透镜箔上处于无约束状态下的摩擦层(106)；
烘烤后，将透镜箔施加到板上(110)；
研磨所述摩擦层(112)；
利用液晶材料填充透镜箔中的透镜腔(114)；
对基板施加第二摩擦层来密封透镜腔中的液晶，从而形成透镜(116)；
形成与透镜邻近的电极，用于改变电场以允许透镜的开关(108)；和
提供显示器部分，以使用象素照亮可变换透镜和控制透镜的开关操作(118)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，摩擦层包括：聚酰亚胺，且烘烤包括：施加在大约120摄氏度到大约180摄氏度之间的温度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，板包括：玻璃板，且施加透镜箔包括：将透镜结构层压到玻璃板上。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，形成与透镜邻近的电极包括：形成与透镜箔邻近的铟锡氧化层，该铟锡氧化层与摩擦层相对。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，形成与透镜邻近的电极包括：形成与第二摩擦层邻近的铟锡氧化层。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，可变换透镜提供三维工作模式和二维工作模式。
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