CN107430306A - 用于包含液晶的光学制品、配备有一体形成的间隔结构并形成中间层的薄膜配向层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于包含液晶(1100)的光学制品的、形成中间层的薄膜(2)，所述薄膜包括由第一主表面(21)和与所述第一主表面相反的第二主表面(22)限制的主体(20)，所述第一和第二主表面均包括展现出沿着预定配向方向对液晶进行配向的配向特性的第一区(211，221)、以及形成从所述主平面延伸出来的间隔结构(23)的第二区(212；222)，其中，所述间隔结构是与具有配向特性的层一体地形成的。

Description

用于包含液晶的光学制品、配备有一体形成的间隔结构并形 成中间层的薄膜配向层

技术领域

本发明涉及包含液晶的光学制品的领域、具体地涉及与偏振无关的包含液晶的光学制品的领域。

更确切地，本发明涉及一种用于包含液晶的光学制品的、形成中间层的薄膜。

本发明还涉及一种用于制造这样的薄膜的方法。

本发明在包括这样的用于形成与偏振无关的液晶双盒的薄膜的空间相位调制器中具有特别令人感兴趣的应用。

背景技术

空间相位调制器作为能够调制光波前相位的装置在本领域中是已知的。在所获得的调制不取决于以正常入射冲击在空间相位调制器上的输入光源的偏振时，实现偏振无关性。

可以用液晶双盒获得与偏振无关的空间相位调制器。这些与偏振无关的空间相位调制器通常包括形成中间层的膜、以及在此膜的每一侧上的夹靠在电极上的配向液晶层。

光学快报第13卷中由Lin Y-H、Ren H、Wu Y-H、Zhao Y、Fang J、Ge Z和Wu S-T所编写的文章“使用薄聚合物分离的双层结构的、与偏振无关的液晶相位调制器[Polarization-independent liquid crystal phase modulator using a thinpolymer-separated double-layered structure]”描述了这样的液晶双盒。这种双盒包括由两个聚合物膜制成的中间层。这两个聚合物膜能够在预定配向方向上对液晶进行配向，并且胶合在一起，使得其各自的预定配向方向彼此垂直。

在这种双盒中，夹靠在各个电极上的液晶层的厚度由散布在各液晶层中的二氧化硅(或聚合物)微珠来控制。

然而，此文献中描述的装置存在以下缺点。

首先，这种装置整体的制造、特别是中间层的制造是复杂的并且需要许多步骤。

因此，不能精确地控制若干参数，即形成中间层的膜的厚度、液晶在所述预定配向方向上的配向以及每个层液晶的厚度。所以，不能精确地控制装置的偏振无关性。

具体地，难以提供厚度完全一样的两个聚合物膜。然而，如果它们不具有相同的厚度，则中间层将显示双折射特性，从而导致失去偏振无关性。

而且，非常难以将两个聚合物膜胶合在一起，使其各自的配向方向精确地彼此垂直并且中间层的总体厚度均匀。

当使用微珠作为间隔物时，每个液晶层获得均匀的厚度也有挑战性。实际上，不能确保液晶层中的各个微珠的位置(并且微珠可以移动)，因此导致微珠随机分布，这样可能产生波状层。

微珠本身也可能展现出大小分布。

当液晶层倾向于更厚时以及当形成中间层的膜趋向于更薄时，这种现象更是如此。再次，与偏振无关性存在液晶层的厚度不均匀的风险。

第二个缺点是由于薄膜相当厚，因为它是由两个聚合物膜制成的。当在双盒的两个电极之间施加电压时，这就更加有问题；因此当膜变得越厚时，施加的电压必须越强。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于包含液晶的光学制品的、形成中间层的多功能薄膜。根据本发明的薄膜能够一次全部地在一侧将液晶在一个方向上配向、在另一侧将液晶在另一方向上配向、并且向光学制品中包含的液晶层提供精确的厚度。而且，根据本发明的薄膜本身展现出精确受控的厚度并且不具有双折射特性。

根据本发明，通过提供一种用于包含液晶的光学制品的、形成中间层的薄膜来实现上述目的，所述薄膜包括由第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面限制的主体，所述第一和第二主表面均包括展现出沿着预定配向方向对液晶进行配向的配向特性的第一区、以及形成从所述第一区突出延伸的间隔结构的第二区。

因此，薄膜同时显示出在两侧将液晶都进行配向的配向特性以及确保在两侧光学制品中的液晶层都均匀的间隔特性。所述第二区的间隔结构的位置和大小是预定的和精确受控的，其确保了对每个液晶层的厚度的良好控制。

根据本发明的薄膜易于使用，并且使空间相位调制器更容易制造。

根据本发明的薄膜的其他特征如下：

-所述第一主表面的第一区沿着第一预定配向方向对液晶进行配向，并且所述第二主表面的第一区沿着与所述第一预定配向方向不同的第二预定配向方向对液晶进行配向；

-所述主表面中的至少一者的第一区包括沿着对应的预定配向方向具有细长形状的纳米结构；

-所述纳米结构被成形为沿着对应的预定配向方向纵向延伸的直壁；

-所述纳米结构在与所述主体的正中面垂直的方向上的高度的范围是从5纳米至500纳米、优选从10纳米至200纳米；

-所述纳米结构彼此间隔开范围是从100纳米至2微米的距离；

-所述第一和第二主表面中的至少一者的第一区的配向特性是通过沿着对应的预定配向方向摩擦所述第一区而获得的；

-所述第二区的间隔结构被成形为直壁或立柱；

-所述间隔结构在与所述主体的正中面垂直的方向上的高度的范围是从1微米至100微米、优选从5微米至50微米、更优选从10微米至30微米；

-所述第一区占据的表面与所述间隔结构占据的表面之间的比值的范围是从1至200、优选从5至60；

-所述主体由单片聚合物材料制成。

本发明的另一个目的是提供一种用于容易地制造根据本发明的薄膜的方法。

根据本发明，通过提供一种用于制造根据本发明的薄膜的方法来实现上述目的，所述方法包括以下步骤：

a)为所述主体提供第一和第二主表面，

b)为第一和第二主表面提供间隔结构，由此限定所述第一和第二主表面的第二区，

c)为所述第一和第二主表面的位于所述间隔结构之间的部分提供对液晶进行配向的配向特性，由此限定所述第一和第二主表面的第一区。

用于制造根据本发明的薄膜的方法的其他特征如下：

-通过在两个模具之间对聚合物材料进行压纹来同时完成步骤a)和步骤b)，每个模具具有所述间隔结构的印记；

-通过沿着对应的预定配向方向摩擦所述第一和第二主表面来完成步骤c)；

-通过在所述两个模具之间对聚合物材料进行压纹来同时完成步骤a)、步骤b)和步骤c)，每个模具具有所述间隔结构的印记以及位于所述间隔结构印记之间所述纳米结构的印记。

本发明在空间相位调制器中具有特别令人感兴趣的应用，所述空间相位调制器包括

-根据本发明的薄膜，

-将所述薄膜夹在中间的至少两个电极，以及

-填充了在所述薄膜的所述第一和第二主表面中的每一者的第一区与对应的电极之间界定的空间的液晶。

附图说明

以被视为非限制性实例的附图进行充实的以下描述将有助于理解本发明并明白其是如何实现的。

在附图上：

-图1是根据本发明的空间相位调制器的侧截面视图；

-图2是根据本发明的薄膜的第一实施例的透视图；

-图3是图2上表示的薄膜的俯视图；

-图4是根据本发明的薄膜的第二实施例的俯视图；

-图5是根据本发明的薄膜的第三实施例的俯视图；

-图6是根据本发明的薄膜的第四实施例的截面透视图；并且

-图7是根据本发明的薄膜的第五实施例的截面透视图。

具体实施方式

根据本发明的空间相位调制器形成了液晶双盒。根据本发明的这种空间相位调制器是光学制品。

根据本发明的空间相位调制器包括形成此空间相位调制器中的中间层的薄膜1；2；3；4；5、以及在此薄膜1；2；3；4；5的每一侧上夹靠在电极上的液晶。

更确切地，液晶填充了在薄膜1；2；3；4；5与两个层堆之间界定的空间，每个层堆包括电极并位于此薄膜1；2；3；4；5的一侧或另一侧。

在图1上，我们已经表示了这样的空间相位调制器1000。

在此空间相位调制器1000中，薄膜2的每一侧的每个层堆从所述薄膜2开始包括配向层1400、电极1300以及基板1200。

配向层1400、电极1300和基板1200并不是本发明的核心，并且它们在本领域中是已知的。因此，将不对它们进行详细描述。

在实践中，每个配向层1400由能够沿着特定的配向方向对液晶进行配向的聚合物材料膜制成。这里，配向层1400由聚酰亚胺聚合物制成。

可替代地，配向层1400可以由能够诱导液晶配向的任何材料制成，例如聚碳酸酯或环烯烃聚合物。

对形成配向层1400的聚合物材料进行处理以使它具有其配向特性。这种处理可以包括使形成配向层的聚合物材料膜沿着配向方向伸展，或者沿着配向方向摩擦此膜。

每个电极1300由导电材料制成，所述导电材料在这里是铟锡氧化物。

当然，每个层堆的每个电极1300不一定由相同的导电材料制成。

我们将单个平面电极、或形成电极拼接物的多个电极视为“电极”1300。换言之，空间相位调制器1000在薄膜2的每一侧包括至少一个电极1300。

这里，每个基板1200是能够支撑并保护双盒的整体结构的玻璃基板1200。

如图1所表示的，薄膜2两侧的两个层堆均用胶1500胶合在一起，使得薄膜2和液晶1100密封在两个层堆之间以形成液晶双盒。

在图2至图7上，已经表示了根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的不同实施例。

具体地，在图2和图3上，表示了薄膜1的第一实施例；在图4上，表示了薄膜2的第二实施例；在图5上，表示了薄膜3的第三实施例；在图6上，表示了薄膜4的第四实施例；以及在图7上，表示了薄膜5的第五实施例。

不管实施例如何，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5优选地由无色聚合物材料制成。

优选地，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5由热塑性聚合物制成。

以优选的方式，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5由聚酰亚胺聚合物制成。优选地，这种聚酰亚胺聚合物具有低于250摄氏度(℃)的玻璃化转变温度。

更具体地，用于薄膜1；2；3；4；5的不同实施例的聚酰亚胺聚合物的玻璃化转变温度是在包含在100℃与220℃之间的范围内，优选地是大约150℃或180℃。

应当理解的是，用于获得空间相位调制器1000的配向层1400的聚酰亚胺聚合物可以是与用于制造薄膜1；2；3；4；5的聚酰亚胺聚合物不同的类型。具体地，其可以展现出超出上述范围的玻璃化转变温度值。

有利地，如稍后更详细地解释的，这里使用的聚酰亚胺聚合物具有相对较低的玻璃化转变温度，这样使得薄膜的压纹成为可能以在微米甚至是纳米级上创造结构。

而且，这里使用的聚酰亚胺聚合物的折射率为大致1.74，并且其介电常数为大约3.4。

有利地，如稍后更详细地说明的，用于制造根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的聚酰亚胺聚合物具有相对较高的介电常数，这表明可以向空间相位调制器1000施加更低的电压。

本领域技术人员也可以使用混合型聚酰亚胺，如Gwag等人在应用物理期刊102063501(2007)中引用的混合型聚酰亚胺，也就是说，通过使用由N-甲基吡咯烷酮与乙二醇丁基醚和丁内酯以重量比59/33/8制成的溶剂混合物将聚酰胺酸、聚酯酰胺酸和环氧树脂合成和烘烤而得到的混合型聚酰亚胺。然而，本领域技术人员将会知道使用Tg小于200℃或220℃的其他基于聚酰亚胺的聚合物。

作为替代方案，根据本发明的薄膜可以由能够诱导液晶配向的任何热塑性聚合物材料制成，例如聚碳酸酯或环烯烃聚合物。例如，薄膜可以由公司出售的商业名称为对照号为ZF14-100的环烯烃聚合物制成。

不管薄膜1；2；3；4；5的实施例如何，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5实质上包括主体10；20；30；40；50，所述主体由第一主表面11；21；31；41；51和与第一主表面11；21；31；41；51相反的第二主表面12；22；42；52限制。

换言之，第一和第二主表面11；21；31；41；51，12；22；42；52面朝彼此。

应注意的是，根据本发明的薄膜3的第三实施例的第二表面及其包括的元件在图中是不可见的，因为仅表示了薄膜3的俯视图。除另外陈述的特征外，薄膜1；2；4；5的其他实施例的第二表面12；22；42；52的描述也适用于此第三实施例。

在图1、图2、图6和图7上表示了主体10；20；30；40；50的正中面P1；P2；P4；P5。此正中面P1；P2；P4；P5总体上主要与所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52平行，并且其将主体10；20；40；50分成两个相同的厚度较小的片，所述厚度是在垂直于此正中面P1；P2；P4；P5的方向上所取的距离。

值得注意的是，所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52都包括展现出沿着预定配向方向X、Y对液晶进行配向的配向特性的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521以及形成从第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521突出延伸的间隔结构13；23；33；43；53的第二区112，122；212，222；312；412，422；512，522。

如在图1至图7上表示的，第一主表面11；21；31；41；51的第一区111；211；311；411；511位于所述第一主表面11；21；31；41；51的间隔结构13；23；33；43；53之间。

第二主表面12；22；42；52的第一区121；221；421；521情况相同。

有利地，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5示出了第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521占据的总表面与间隔结构13；23；33；43；53占据的总表面之间的比值在从1至200的范围内、优选是在从5至60的范围内。更具体地，所述比值可以是约10、约20或约30。

间隔结构占据的表面是在对应的第一表面或第二表面的第一区的中平面中测量的间隔结构的基底的表面，第一区的所述中平面总体上平行于主体的正中面。

换言之，在第一主表面和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52中的每一者上，第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521占据的表面比间隔结构13；23；33；43；53占据的表面大1至200倍。

因此，有利地，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5由于其第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521而能够将液晶1100同时在其附近进行配向，并且控制空间相位调制器1000中的液晶层1100的高度。

有利地，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的第一主表面11；21；31；41；51的第一区111；211；311；411；511能够沿着第一预定配向方向X对液晶进行配向，而根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的第二主表面12；22；42；52的第一区121；221；421；521能够沿着与第一预定配向方向X不同的第二预定配向方向Y对液晶进行配向。

优选地，如图2所表示的，所述第一和第二预定配向方向X；Y彼此垂直，并且第一预定配向方向和第二预定配向方向X；Y各自属于与主体10；20；30；40；50的所述正中面P1；P2；P4；P5平行的平面。

在图3、图4和图5上看不到第二预定配向方向Y，因为这些图仅示出了薄膜1；2；3的第一主表面11；21；31。

不管根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的实施例如何，间隔结构13；23；33；43；53可以看作是在总体上与此正中面P1；P2；P4；P5垂直的方向上延伸远离主体10；20；30；40；50的正中面P1；P2；P4；P5的凸起部。

优选地，第一和第二表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的间隔结构13；23；33；43；53具有相同的尺寸。因此，主体10；20；30；40；50的正中面P1；P2；P4；P5也是薄膜的正中面。

间隔结构13；23；33；43；53也垂直于对应的第一或第二表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521的中平面而延伸。

因此，应当理解的是，第一主表面和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52不是平坦的，因为它们跟随所述凸起部。

因此，如图1、图2、图6和图7所表示的，第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52在它们将正中面P1；P2；P4；P5的主体10；20；30；40；50夹在中间时是彼此相反的，第一主表面11；21；31；41；51的间隔结构13；23；33；43；53在与第二主表面12；22；42；52的间隔结构13；23；33；43；53之一相反的方向上延伸。

在最终的光学制品(这里是空间相位调制器1000)中，各个层堆位于薄膜1；2；3；4；5的一侧的第一主表面11；21；31；41；51的间隔结构13；23；33；43；53的自由端上，并且位于所述薄膜的另一侧的第二主表面12；22；42；52的间隔结构13；23；33；43；53的自由端上。

如稍后解释的，间隔结构是以确保它们展现出均匀的高度的方式形成。间隔结构的高度可以被定义为它们在对应的第一或第二主表面的第一区的中平面与间隔结构的自由端之间、在与主体的正中面垂直的方向上测得的尺寸。

以有利的方式，间隔结构13；23；33；43；53因此适于精确地控制空间相位调制器1000中的液晶层1100的厚度。

而且，由于间隔结构13；23；33；43；53，可以减小液晶层1100的厚度而不影响所述液晶层1100的高度均匀性。

不管根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的实施例如何，间隔结构13；23；33；43；53被成形为直壁13；43或被成形为立柱23；33；53。

如图2、图3和图6所表示的，被成形为直壁13；43的间隔结构沿着第一主方向D1从第一主表面11；41的一端延伸到另一端，并且沿着第二主方向D2从第二主表面(12；42)的一端延伸到另一端。

第一主表面11；41的间隔结构13；43延伸所沿着的第一主方向D1彼此平行。类似地，第二主表面12；42的间隔结构13；43延伸所沿着的第二主方向D2彼此平行。

优选地，第一主表面11；41的间隔结构13；43的第一主方向D1垂直于第二主表面12；42的间隔结构13；43的第二主方向D2。

因此，被成形为直壁的间隔结构13；43界定了第一和第二主表面11；41的第一区111，121；411，421的几个部分。

例如，在表示了薄膜1的第一实施例的俯视图的图3上可以看出，被成形为直壁的三个间隔结构13界定了第一主表面11的第一区111的四个部分。

类似地，如在图6上所表示的，两个间隔结构43界定了第一主表面41的第一区411的两个部分。

以有利的方式，可以精确地选择被成形为直线13；43的两个间隔结构之间的距离，使得空间相位调制器1000中的每个将来的液晶层1100具有均匀的高度。

如图4、图5和图7所表示的，被成形为立柱23；33；53的间隔结构在第一主表面21；31；51中、分别在第二主表面22；52中局部延伸。

换言之，在被成形为立柱23；33；53的这种间隔结构的情况下，第一主表面21；31；51(相应地第二主表面22；52包括连续的第一区211；311；511(相应地221；521)。例如，可以在图4和图5中看到这种第一区211；311。

在形状方面，立柱23；33；53可以是如在图4上所表示的圆柱图23，或者是如在图5和图7上所表示的三分支区33；53。

三分支区33；53包括在平行于薄膜3；5的正中面P5的截面中径向延伸的三个分支。

有益地，三分支区33；53比圆柱形区机械强度更高。而且，三分支区33；53使盒状结构成为可能。

然而，所述立柱并不限于这些形状。可替代地，可以从俯视图中想象立柱被成形为三角形(即被成形为三角形图)，或者被成形为折壁(也就是说被成形为矩形图)，或者甚至从俯视图中想像为被成形为鱼鳞(也就是说圆弧图)，如专利EP 1904885、EP 1904887、EP11727211中描述的形状，或这样的具有非连续壁的形状的变型。

被成形为立柱23；33；53的间隔结构规则地散布于第一和第二主表面211，221；311；511，521上，以便以有利的方式确保空间相位调制器1000中的每个将来的液晶层1100具有均匀的高度。

不管在尺度方面在与主体10；20；30；40；50的正中面P1；P2；P4；P5垂直的方向上间隔结构13；23；33；43；53的性质(直壁或立柱)如何，间隔结构13；23；33；43；53具有范围是从1微米至100微米、优选从5微米至50微米、更优选从10微米至30微米、例如约20微米的高度H1；H2；H4；H5。

实际上，一方面，被夹在空间相位调制器1000中的液晶层1100的更大的厚度可以改善所述空间相位调制器1000产生的相位调制的幅度。然而，另一方面，这些液晶层1100的厚度越大，用于对液晶1100进行配向的两个电极1300之间产生的电压就越高。

这里，在薄膜1；2；3；4；5的不同实施例中，在与主体10；20；30；40；50的正中面P1；P2；P4；P5垂直的方向上，间隔结构的高度H1；H2；H4；H5为大致20微米。

不管薄膜1；2；3；4；5的实施例如何，所述薄膜1；2；3；4；5是根据以下方法制造的：均创造了间隔结构13；23；33；43；53并且向所述第一和第二主表面11；21；31；41；51，12；22；42；52的第一区111，211；311；411；511，121；221；421；521提供其配向特性。

根据本发明，用于制造薄膜1；2；3；4；5的方法包括以下步骤：

a)为主体10；20；30；40；50提供所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52，

b)为所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52提供间隔结构13；23；33；43；53，由此限定所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第二区112，122；212，222；312；412，422；512，522，

c)为所述第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的位于所述间隔结构13；23；33；43；53之间的部分提供对液晶1100进行配向的配向特性，由此限定了所述第一和第二主表面11，12；21，22；1；41，42；51，52的第一区111，121；211，211；311；411，421；511，521。

不管薄膜的实施例如何，为了完成这些步骤中的至少两个步骤，即步骤a)和b)，操作者使用压力和热应力使聚合物材料(在此为聚酰亚胺聚合物)变形。

这种变形过程被称为“压纹工艺”或“热纳米压印工艺”。

具体地，操作者通过在两个模具之间对聚酰亚胺聚合物进行压纹来完成步骤a)和b)，以便对薄膜1；2；3；4；5的第一表面和第二表面11，12；21，22；31；41，42；51，52两者压印上其相应的间隔结构13；23；33；43；53。

当然，操作者使用具有适当间隔结构13；23；33；43；53(也就是说前面提到的任何间隔结构)的印记的两个模具。

更确切地，用于制造薄膜1；4的第一实施例和第四实施例的模具包括直壁印记。这些印记的对应于间隔结构13；43的高度H1；H4的深度是20微米。在与主体10；40的正中面P1；P4平行的平面中测得的对应于间隔结构13；43的宽度W1；W4的印记宽度是10微米(图2和图6)。在第一实施例中，两个连续印记的两条居中纵向线分开大致210微米，对应于两个连续的间隔结构13中心到中心分开的距离C1(图2)。在第四实施例中，两个连续印记的两条居中纵向线分开大致410微米，对应于两个连续的间隔结构43中心到中心分开的距离C4(图6)。

用于制造薄膜2的第二实施例的模具包括圆柱形区的印记。对应于间隔结构23的高度H2的印记深度是20微米。对应于间隔结构23的直径W2的印记直径是20微米。两个连续印记的中心分开大致220微米，对应于两个连续间隔结构23中心到中心分开距离C2(图1)。

用于制造薄膜3；5的第三实施例和第五实施例的模具包括三分支区的印记。对应于间隔结构33；53的高度H5的印记深度是20微米(图5和图7)。对应于间隔结构(33；53)的每个分支的长度L3；L5的印记的每个分支的长度是40微米。对应于间隔结构33；53的每个分支的宽度W3；W5的印记的每个分支的宽度是大致10微米。在第三实施例中，两个连续印记的中心分开大致120微米，对应于两个连续间隔结构33中心到中心分开的距离C3，并且在第五实施例中，分开大致170微米，对应于两个连续间隔结构53中心到中心分开的距离C5。具体地，来自一个三分支区的分支的自由端可以距另一个三分支区的分支的自由端近于80微米或甚至40微米。

当然，本领域技术人员可以使模具用于制造薄膜的第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例和第五实施例中的任一者，其中中心连续印记分开50微米、100微米、300微米或甚至500微米，取决于要获得的薄膜的刚性和厚度以及夹在此薄膜与电极之间的层堆。

模具可以由强到足以承受重复性压力和热应力的任何材料制成，例如硅、熔融石英、镍或氧化硅，并且可以通过本领域技术人员已知的任何方法获得。

例如，可以通过标准半导体工艺获得，如使用电子束的光刻或雕刻工艺。这样的方法是本领域技术人员已知的，并且将不再进行详述。当然，获得模具的方法并不限于前面提及的方法。

在聚合物材料的压纹过程中，操作者将聚酰亚胺聚合物加热到范围从180℃至250℃、优选从200℃至220℃的温度。例如，可以以每分钟约10摄氏度(℃/min)的速度进行聚酰亚胺聚合物的这种加热。

然后，操作者在模具上施加相当于500牛顿至1000牛顿的压力。这里，模具的大小为大约2平方厘米。

在将聚酰亚胺聚合物的温度降低到大致120℃之前，操作者保持所述压力5分钟。这里，此温度降低的速度为大约15℃/min。

然后操作者释放压力，并且当其温度大约在80℃与20℃之间时从模具中释放薄膜1；2；3；4；5。

以有利的方式，制造根据本发明的薄膜1；2；3；4；5的方法是简单的，因为可以同时完成至少两个步骤。

而且，根据本发明的这种方法非常适于使这里使用的聚合物材料(即聚酰亚胺聚合物)成形，而不会以化学方式破坏所述聚合物材料。

除此之外，根据本发明的这种方法为根据本发明的薄膜1；2；3；4；5提供具有精确高度的间隔结构。

这里描述的薄膜1；2；3；4；5的各种实施例可以分为第一族和第二族，取决于在步骤c)中制造所述第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521的方式。

在根据本发明的薄膜1；2；3的第一族实施例中，在步骤c)中通过沿着对应的预定配向方向X、Y摩擦所述第一区111，121；211，221；311而获得所述第一和第二主表面11，12；21，22；31中的至少一者的第一区111，121；211，221；311的配向特性。

此第一族具体地包括分别在图2和图3上、在图1和图4上、以及在图5上表示的薄膜1；2；3的第一实施例、第二实施例和第三实施例。

第一区的摩擦对应于以下更详细描述的工业过程。这种摩擦过程赋予所述第一区111，121；211，221；311的配向特性来自于聚酰亚胺聚合物的聚合物链的配向和/或来自于通过摩擦聚酰亚胺聚合物的表面而产生的沿着对应的预定配向方向X、Y的纳米划痕。

这些配向的聚合物链和/或纳米划痕在第一区111，121；211，221；311与液晶1100之间产生优先的物理相互作用。因此，迫使液晶1100在其处于所述第一和第二主表面11，12；21，22；31的第一区111，121；211，221；311附近时采用优先取向，也就是说迫使液晶1100沿着第一主表面11；21；31上的第一预定配向方向X、并沿着第二主表面12；22上的第二预定配向方向Y进行配向。

根据用于制造薄膜1；2；3、用于制造根据本发明的薄膜1；2；3的第一族实施例中的任何实施例的方法的第一实施例，操作者如前所述地、也就是说通过在两个模具之间对聚酰亚胺聚合物进行压纹来同时完成步骤a)和b)，每个模具具有间隔结构13；23；33的印记。

上文中已经详细描述了这些模具。

然后，操作者完成步骤c)以赋予所述第一和第二主表面11，12；21，22；31的第一区111，121；211，221；311通过将第一和第二主表面11，12；21，22；31沿着其对应的预定配向方向X、Y进行摩擦来对液晶进行配向的能力。

在实践中，操作者用装配有布的摩擦机来完成这种摩擦。以同等的方式也可以将摩擦看作软刷。

操作者在这里使用由棉制成的布，纤维的直径例如可以在1.2旦与1.4旦之间，绒头纱线直径为大约266旦，每平方英寸的绒毛数为大约2000，并且每平方厘米的纤维数为大约63000。“旦”是纺织工业中的对应于9000米纤维的重量克数的测量单位。

这样的布例如由Taenaka公司以参考号MK0012出售。

例如，操作者设定摩擦机的参数如下：轧制速度为每分钟大约200圈，机台速度(stage speed)为大约每秒10毫米，并且压痕深度为大约0.3毫米。

操作者首先沿着第一预定配向方向X摩擦薄膜1；2；3的第一主表面11；21；31。

然后，操作者翻转薄膜1；2；3，使得所述薄膜1；2；3位于第一主表面11；21；31的间隔结构13；23；33上。

操作者沿着第二预定配向方向Y、也就是说沿着与第一预定配向方向X正交的方向摩擦第二主表面12；22。

有利地，因为所述薄膜1；2；3位于间隔结构13；23；33的自由端上，操作者在他翻转薄膜1；2；3时不会损坏第一主表面11；21；31的第一区111；211；311。因此，操作者可以摩擦薄膜1；2；3的第一表面和第二表面两者，而不会破坏起初摩擦的表面。

当然，操作者也可以在他摩擦第一主表面11；21；31的第一区111；221；311之前摩擦第二主表面12；22的第一区121；221。

更确切地，在图2和图3上表示的薄膜1的第一实施例(其是第一族实施例的优选实施例)中，第一和第二主表面11、12的间隔结构13是沿着对应的第一和第二主方向D1、D2延伸的直壁。这些直壁的宽度W1是10微米，并且两个直壁中心到中心分开的距离C1是约210微米。

在薄膜1的第一实施例中，第一区111、121占据的表面与间隔结构13占据的表面之间的比值是约20。

通过前述压纹来获得间隔结构13。

第一预定配向方向和第二预定配向方向X、Y平行于对应的第一或第二主表面11、12的间隔结构13延伸所沿着的对应的第一或第二主方向D1、D2。

实际上，当第一或第二主表面11、12的间隔结构13的第一或第二主方向D1、D2平行于对应的第一或第二预定配向方向X、Y时，可以将摩擦应用于位于间隔结构13之间的第一或第二主表面11、12。

换言之，以有利的方式，将要经受摩擦的第一区111将要经受所述摩擦的部分因而是最大的。

相反地，在预定配向方向立柱X、Y不平行于间隔结构延伸所沿着的方向，或者在间隔结构不沿着特定方向延伸的情况下，如在间隔结构是的情况下，位于间隔结构之间并在摩擦的方向上位于每个间隔结构之后的表面部分可以不受摩擦。因此，位于间隔结构之间的这个表面部分没有展现出配向特性。

图1和图4上表示的薄膜2的第二实施例中，所述第一和第二主表面21、22的间隔结构23是具有的直径W2为大致20微米的圆柱形区23。两个连续图23中心到中心分开的距离C2是约220微米，并且图23排列成约六边形图案。

在薄膜2的第二实施例中，第一区211、221占据的表面与间隔结构23占据的表面之间的比值是约133。

图1示出了沿着切口Q的轴线切割的图4的薄膜2。如在图1上所示，在此实例的薄膜2中，第一和第二主表面21的圆柱形区23相对于正中面对称。

可替代地，所述第一主表面21的圆柱形区23在薄膜2的俯视图上可以位于所述第二主表面22的圆柱形区23之间。

根据另一替代方案，所述第一和第二主表面的间隔结构可以具有不同的形状，也就是说例如第一主表面上的圆柱形区，以及第二主表面上的三角形区。然而，第一和第二主表面21、22的间隔结构23的高度优选地是相同的。

为了制造图1和图4的薄膜2的第二实施例，第一预定配向方向X没有优先方向。因此，在步骤c)中，可以沿着任何方向对薄膜2的第一表面21的第一区211施加摩擦。

然而，在步骤c)中，第二表面22的第一区221的第二预定配向方向Y优选地垂直于第一预定配向方向X。

在图5上所表示的薄膜3的第三实施例中，第一和第二主表面31的间隔结构33是三分支区33。每个分支的宽度W3是10微米，并且每个分支的长度L3是40微米。

两个连续三分支区33中心到中心分开的距离C3是约120微米。

在薄膜3的第三实施例中，第一区311占据的表面与间隔结构33占据的表面之间的比值是约15。

对于薄膜2的第二实施例，间隔结构33可以是相对于正中面、也就是说在第一主表面31与第二主表面之间是对称的，但是也不必然。

这里再一次，在步骤c)中，第一预定配向方向X没有优先方向。然而，第二预定配向方向Y被选择为垂直于第一预定配向方向X。

在根据本发明的薄膜4；5的第二族实施例中，在步骤c)中提供的第一和第二主表面41，42；51，52中的至少一者的第一区411，421；511，521包括沿着对应的预定配向方向X、Y具有细长形状的纳米结构44；54。

第二组包括分别在图6和图7上表示的薄膜4；5的第四实施例和第五实施例。

这里，通过压纹在步骤c)中获得这些纳米结构。如稍后描述的，因而通过使用适合的模具同时完成步骤a)、步骤b)和步骤c)。

更确切地，所述纳米结构44；54被成形为沿着第一主表面41；51上的第一预定配向方向X并沿着第二主表面42；52上的第二预定配向方向Y纵向延伸的直壁。

可替代地，所述纳米结构也可以被成形为折直壁。

在与主体40；50的正中面P4；P5垂直的方向上，纳米结构44；54具有范围从5纳米至500纳米、优选从10纳米至200纳米的高度h4；h5。

而且，纳米结构44；54在平行于正中面P4，P5的方向上彼此间隔开了范围从100纳米到2微米的距离d4；d5。

在薄膜4的第四实施例中，两个矩形纳米结构44之间的距离d4是位于两个矩形纳米结构44之间的凹槽的宽度。

在薄膜5的第五实施例中，两个三角形纳米结构54之间的距离d5是两个连续三角形纳米结构54的顶部之间的距离。

如图6和图7示意性地表示的，所述纳米结构44；54远小于所述间隔结构43；53，并且它们各自对于空间相位调制器1000的作用是非常不同的。

这些纳米结构44；54将其配向特性赋予第一区411，421；511，521。

这些纳米结构44；54在第一区411，421；511，521与液晶1100之间产生优先的物理相互作用。因此，迫使液晶1100在其不受任何电场刺激时在其处于所述第一和第二主表面41，42；51，52的第一区411，421；511，521附近时采用优先取向，也就是说迫使液晶1100沿着第一主表面41；51上的第一预定配向方向X、并沿着第二主表面42；52上的第二预定配向方向Y配向。

以有利的方式，包括纳米结构44；54的第一区411，421；511，521在所述第一和第二主表面41，42；51，52上是非常均匀的，因为其不取决于间隔结构43；53的形状和/或位置。

在用于制造根据本发明的薄膜4；5的方法的第二实施例中，操作者通过将聚合物材料(这里是聚酰亚胺聚合物)在其他两个模具之间进行压纹而同时完成步骤a)、步骤b)和步骤c)，每个其他模具具有所述间隔结构43；53的印记以及位于所述间隔结构43；53的印记之间的纳米结构44；54印记。

换言之，所述其他两个模具类似于所述方法的第一实施例中描述的模具，例外的是它们还具有位于间隔结构43；53的印记之间的纳米结构44；54印记。

可以通过先前参照步骤a)和步骤b)所述的任何方法获得模具。

以有利的方式，根据本发明的用于制造薄膜4；5)的第二类实施例中的任何实施例的方法的第二实施例易于重现，因为操作者必须仅完成一项主要操作。

更确切地，在图6上表示的根据本发明的薄膜4的第四实施例中，纳米结构44是直矩形壁，并且间隔结构43也是直矩形壁，也就是说具有矩形截面的壁，所述截面是在垂直于正中面P4并垂直于相应的第一和第二主表面41、42上的相应第一和第二预定配向方向X、Y的平面中制作的。

在薄膜4的这个第四实施例中，间隔结构43的宽度W4是10微米。两个连续的间隔结构43中心到中心分开的距离C4是大致410微米。纳米结构44的宽度W4是约400纳米。两个连续纳米结构44分开的距离d4是约150纳米。

在薄膜4的第四实施例中，第一区411、421占据的表面与间隔结构43占据的表面之间的比值是约40。

间隔结构43在第一主表面41上延伸所沿着的第一预定配向方向X和第一主方向D1是平行的。类似地，间隔结构43在第二主表面42上延伸所沿着的第二预定配向方向Y和第二主方向D2是平行的。

然而，第一预定配向方向X垂直于第二预定配向方向Y，由此第一主方向D1垂直于第二主方向D2。

操作者仔细地安排模具，使得第一主方向D1和第一预定配向方向X垂直于第二主方向D2和第二预定配向方向Y。

根据在图7上表示的根据本发明的薄膜5的第五实施例，纳米结构54是直三角形壁，也就是说具有矩形截面的壁，并且间隔结构53是三分支区。

在薄膜5的第五实施例中，每个间隔结构53的每个分支的宽度W5是10微米，并且每个间隔结构53的每个分支的长度L5是40微米。两个连续间隔结构53中心到中心分开的距离C5是约180微米。两个纳米结构54分开的距离d5是大约200纳米。每个纳米结构54的高度h5、也就是说其在与主体50的正中面P5垂直的方向上的尺寸是约100纳米。

在薄膜5的第五实施例中，第一区511、521占据的表面与间隔结构53占据的表面之间的比值是约35。

除了彼此垂直之外，第一和第二预定配向方向X、Y没有优先方向。

具体地，操作者小心地安排模具，使得第一预定配向方向X与第二预定配向方向Y彼此垂直。

按照前面详细描述的不同实施例，似乎所有间隔结构13；23；33；43；53都可以适于薄膜1；2；3；4；5的所有实施例。唯一的限制条件是，细长的间隔结构的第一和/或第二主方向D1；D2应匹配所述第一和/或第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521的第一和/或第二预定配向方向X、Y。

为了制造根据本发明的空间相位调制器1000，操作者将根据本发明的薄膜1；2；3；4；5夹在前述两个层堆之间。

为此，操作者将每个所述配向层1400的配向方向与第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521的对应的预定配向方向X、Y匹配。

换言之，对应的配向层的配向方向平行于第一预定配向方向X，并且对应的配向层平行于第二预定配向方向Y。

更确切地，对应的配向层的配向方向与第一预定配向方向X相反。

类似地，对应的配向层的配向方向与第二预定配向方向Y相反。

由于在所述配向层附近和在薄膜1；2；3；4；5的第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521附近的液晶1100的前述所施加的取向，空间相位调制器1000中包括的液晶层1100对于穿过其的光束展现出第一折射率。

当在空间相位调制器1000的两个电极1300之间施加电压时，远离配向层和远离薄膜1；2；3；4；5的第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的所述第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521的液晶趋向于沿着沿电场的某一有利方向进行配向。当然，为了能够沿着电场对大部分这些液晶1100进行配向，电压应足够强而足以支配这些液晶1100与薄膜1；2；3；4；5的第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521之间存在的优先物理相互作用。

不管施加在两个电极之间的所述电压如何，在配向层附近和在薄膜1；2；3；4；5的第一和第二主表面11，12；21，22；31；41，42；51，52的所述第一区111，121；211，221；311；411，421；511，521附近的液晶不会沿着电场完全配向，因为它们与在其附近的所述表面具有过强的相互作用。因此，远离上述表面的液晶在电压停止时有利地恢复其初始取向。

因此，当电压施加到空间相位调制器1000上时，包括在所述空间相位调制器1000中的液晶层1100对于穿过其的光束展现出第二折射率。

此第二折射率是可变的，并且取决于施加在所述空间相位调制器1000的两个电极1300之间的电压。换言之，所述第二折射率或多或少地取决于所述液晶1100沿着由电压产生的电场的良好配向。

换言之，当没有施加电压时，光学制品显示出主折射率。

当不均匀地将电压施加到空间相位调制器1000上时，光学制品显示出在主折射率与次折射率之间变化的折射率分布，并且光取决于折射率分布、更具体地取决于在整个光学制品中折射率变化的重新分配而可能偏离。

有利地，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5相当薄，施加到空间相位调制器1000上以获得沿着电场配向的大部分液晶的电压比先前技术的中间层更小。

以有利的方式，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5对于光学制品(如根据本发明的空间相位调制器1000)来说是多功能的，在其在一侧一次全部将液晶1100在一个方向上进行配向时，其在另一侧将液晶1100在另一方向上进行配向，并且其向包括在光学制品中的液晶1100的层提供精确的厚度。

而且，第二区112；212；312；412；512，122；222；42；522的间隔结构13；23；33；43；53的位置是预定的和精确控制的，其确保了对每个液晶层1100的厚度的良好控制。

此外，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5具有精确受控的厚度并且不具有双折射特性。

最后，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5使用简单，并且使空间相位调制器的制造更容易。

以有利的方式，根据本发明的薄膜1；2；3；4；5相当薄，也就是说比50微米更薄，具有较高的介电常数，也就是说介电常数大于每米3法拉第，并且允许根据本发明的空间相位调制器1000具有可能较厚的液晶层1100，所有三个参数都有利于具有较大相移的与偏振无关的空间相位调制器。

Claims (16)

1.一种用于包含液晶(1100)的光学制品的、形成中间层的薄膜(1；2；3；4；5)，所述薄膜包括由第一主表面(11；21；31；41；51)和与所述第一主表面(11；21；31；41；51)相反的第二主表面(12；22；42；52)限制的主体(10；20；30；40；50)，所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)均包括展现出沿着预定配向方向(X，Y)对液晶(1100)进行配向的配向特性的第一区(111，121；211，221；311；411，421；511，521)、以及形成从所述第一区(111，121；211，221；311；411，421；511，521)突出延伸的间隔结构(13；23；33；43；53)的第二区(112，122；212，222；312；412，422；512，512)。

2.根据权利要求1所述的薄膜(1；2；3；4；5)，其中，所述第一主表面(11；21；31；41；51)的所述第一区(111；211；311；411；511)沿着第一预定配向方向(X)对液晶(1100)进行配向，并且所述第二主表面(12；22；42；52)的所述第一区(121；221；421；521)沿着与所述第一预定配向方向(X)不同的第二预定配向方向(Y)对液晶(1100)进行配向。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的薄膜(4；5)，其中，所述主表面(41，42；51，52)中的至少一者的第一区(411，421；511，521)包括纳米结构(44；54)，所述纳米结构沿着对应的预定配向方向(X，Y)具有细长形状。

4.根据权利要求3所述的薄膜(4；5)，其中，所述纳米结构(44；54)被成形为沿着对应的预定配向方向(X，Y)纵向延伸的直壁。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的薄膜(4；5)，其中，所述纳米结构(44；54)在与所述主体(40；50)的正中面(P4；P5)垂直的方向上的高度(h4；h5)的范围是从5纳米至500纳米、优选从10纳米至200纳米。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的薄膜(4；5)，其中，所述纳米结构(44；54)彼此间隔开了范围从100纳米至2微米的距离(d4；d5)。

7.根据权利要求1和2中任一项所述的薄膜(1；2；3)，其中，所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31)中的至少一者的第一区(111，121；211，221；311)的配向特性是通过沿着对应的预定配向方向(X，Y)摩擦所述第一区(111，121；211，221；311)来获得的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)，其中，所述第二区(112，122；222；312；412，422；512，522)的所述间隔结构(13；23；33；43；53)被成形为直壁或立柱。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)，其中，所述间隔结构(13；23；33；43；53)在与所述主体(10；20；30；40；50)的正中面(P1；P2；P4；P5)垂直的方向上的高度(H1；H2；H4；H5)的范围是从1微米至100微米、优选从5微米至50微米、更优选从10微米至30微米。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)，其中，所述第一区(111，121；211，221；311；411，421；511，521)占据的表面与所述间隔结构(13；23；33；43；53)占据的表面之间的比值的范围是从1至200、优选从5至60。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)，其中，所述主体(10；20；30；40；50)由单片聚合物材料制成。

12.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)的方法，包括以下步骤：

a)为主体(10；20；30；40；50)提供第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)，

b)为第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)提供间隔结构(13；23；33；43；53)，由此限定所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)的所述第二区(112，122；212，222；312；412，422；512，522)，

c)为所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)的位于所述间隔结构(13；23；33；43；53)之间的部分提供对液晶(1100)进行配向的配向特性，由此限定所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)的所述第一区(111，121；211，221；311；411，421；511，521)。

13.根据权利要求12所述的方法，根据所述方法，通过在两个模具之间对聚合物材料进行压纹来同时完成步骤a)和步骤b)，每个模具具有所述间隔结构(13；23；33)的印记。

14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，根据所述方法，通过沿着对应的预定配向方向(X，Y)摩擦所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31)来完成步骤c)。

15.根据权利要求13所述的方法，根据所述方法，通过在所述两个模具之间对聚合物材料进行压纹来同时完成步骤a)、步骤b)和步骤c)，每个模具具有所述间隔结构(43；53)的印记以及位于所述间隔结构(43；53)印记之间所述纳米结构(44；54)的印记。

16.一种空间相位调制器(1000)，包括

-根据权利要求1至11中任一项所述的薄膜(1；2；3；4；5)，

-将所述薄膜(1；2；3；4；5)夹在中间的至少两个电极(1300)，以及

-填充了在所述薄膜(1；2；3；4；5)的所述第一和第二主表面(11，12；21，22；31；41，42；51，52)中的每一者的第一区(111，121；211，221；311；411，421；511，521)与对应的电极(1300)之间界定的空间的液晶(1100)。