CN109270739A - 一种相位延迟片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种相位延迟片，包括：第一基板以及位于所述第一基板上的液晶层；所述液晶层包括第一表面和第二表面，所述第一表面为所述液晶层朝向所述第一基板的表面，所述第二表面为所述液晶层背离所述第一基板的表面；所述第一表面上的液晶分子的长轴方向和所述第二表面上的液晶分子的长轴方向平行；在沿垂直于所述液晶层厚度方向上，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向逐渐扭转180°；所述相位延迟片的光轴方向平行于所述第一表面以及所述第二表面上液晶分子的长轴方向。本发明实施例提供一种相位延迟片，以实现相位延迟量在不同的视角下均不发生变化。

Description

一种相位延迟片
技术领域
本发明实施例涉及相位延迟片技术领域，尤其涉及一种相位延迟片。
背景技术
相位延迟片是光学领域中最为基础也是应用最为广泛的光学元件之一，其主要作用是对偏振光进行调制。相位延迟片对于偏振光的调节作用依赖于相位延迟片的相位延迟量，而相位延迟量则由相位延迟片的双折射率以及厚度决定。在正视角下，相位延迟量值可以表示为Δn·d，也可以表示为(ne-no)·d，其中Δn为材料的双折射率，ne为材料沿光轴方向上的折射率，也称为e光折射率，no为材料沿垂直于光轴方向上的折射率，也称为o光折射率，d为相位延迟片的厚度。
然而当视角发生改变时，双折射率与厚度均发生变化，从而导致相位延迟量也会发生改变。
发明内容
本发明实施例提供一种相位延迟片，以实现相位延迟量在不同的视角下均不发生变化。
本发明实施例提供一种相位延迟片，包括：
第一基板以及位于所述第一基板上的液晶层；所述液晶层包括第一表面和第二表面，所述第一表面为所述液晶层朝向所述第一基板的表面，所述第二表面为所述液晶层背离所述第一基板的表面；
所述第一表面上的液晶分子的长轴方向和所述第二表面上的液晶分子的长轴方向平行；在沿垂直于所述液晶层厚度方向上，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向逐渐扭转180°；所述相位延迟片的光轴方向平行于所述第一表面以及所述第二表面上液晶分子的长轴方向。
可选地，沿所述第一表面指向所述第二表面且垂直于所述液晶层厚度方向上，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向顺时针逐渐扭转180°或逆时针逐渐扭转180°。
可选地，所述液晶分子为扭曲向列液晶分子。
可选地，所述液晶层还包括手性剂，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向在所述手性剂的作用下逐渐扭转180°。
可选地，还包括：
第一取向层，位于所述第一基板与所述液晶层之间；所述第一取向层的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向；
第二取向层，位于所述液晶层背离所述第一基板一侧，所述第二取向层的取向方向平行于所述第二表面上的所述液晶分子的长轴方向；
第二基板，位于所述第二取向层背离所述液晶层的一侧。
可选地，所述液晶层为液晶相液晶层。
可选地，所述第一基板以及所述第二基板均为柔性基板或者均为刚性基板。
可选地，所述液晶层为液晶聚合物薄膜，所述液晶聚合物薄膜包括多个液晶聚合物子层；
沿所述第一表面指向所述第二表面且垂直于所述液晶层厚度方向上，任一所述液晶聚合物子层中的所述液晶分子的长轴方向顺时针逐渐扭转，或者逆时针逐渐扭转；
相邻两个所述液晶聚合物子层彼此接触的表面的所述液晶分子的长轴方向相互平行。
可选地，所述第一基板包括线性光聚合物；所述线性光聚合物的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向。
可选地，所述第一基板与所述液晶层之间设置有第三取向层；所述第三取向层的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向。
本发明实施例提供的相位延迟片包括液晶层，液晶层中的液晶分子由液晶层的第一表面至液晶层的第二表面过程中逐渐扭转180°，这种设置使得不同视角下的光线都受到旋光作用的影响，旋光作用补偿了视角变化时的相位延迟变化，以实现相位延迟量在不同的视角下均不发生变化。
附图说明
图1为现有相位延迟片的示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种相位延迟片的示意图；
图3为图2中液晶层的立体结构示意图；
图4为图2中液晶层的剖面结构示意图；
图5为相位延迟片的透过率光谱随视角的变化的测量系统示意图；
图6为图1中所示现有相位延迟片的透过率光谱随视角的变化示意图；
图7为图2中所示本发明实施例一提供的相位延迟片的透过率光谱随视角的变化示意图；
图8为本发明实施例二提供的一种相位延迟片的示意图；
图9为本发明实施例二提供的另一种相位延迟片的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为现有相位延迟片的示意图，参考图1，视线与Z轴的夹角为视角θ，视线在XY平面的投影与X轴的夹角为方位角φ。现有相位延迟片T在正视角(即θ＝0°)下，相位延迟量值可以表示为Δn·d，也可以表示为(ne-no)·d，其中Δn为材料的双折射率，ne为材料沿光轴方向上的折射率，也称为e光折射率，no为材料沿垂直于光轴方向上的折射率，也称为o光折射率，d为现有相位延迟片T的厚度。其中，现有相位延迟片T例如可以为传统双折射晶体制作，光轴方向平行于X轴方向。现有相位延迟片T在非零视角(即θ≠0°)下，相位延迟量值可以表示为可见，现有相位延迟片T的相位延迟量会随着视角的改变而发生变化。此问题亟待解决。
图2为本发明实施例一提供的一种相位延迟片的示意图，图3为图2中液晶层的立体结构示意图，图4为图2中液晶层的剖面结构示意图，结合图2、图3和图4所示，图3和图4中双箭头的延伸方向表示液晶层30的光轴方向，也是相位延迟片的光轴方向。相位延迟片包括第一基板10以及位于第一基板10上的液晶层30。液晶层30包括第一表面301和第二表面302，液晶层30的第一表面301为液晶层30朝向第一基板10的表面，液晶层30的第二表面302为液晶层30背离第一基板10的表面。液晶层30中包括多个液晶分子300，液晶分子300可以为正性液晶分子或者负性液晶分子。第一表面301上的液晶分子300的长轴方向和第二表面302上的液晶分子300的长轴方向平行。第一表面301上的液晶分子300的长轴方向和第二表面302上的液晶分子300的长轴方向均平行于X轴方向。相位延迟片的光轴方向平行于第一表面301以及第二表面302上液晶分子300的长轴方向。在沿垂直于液晶层30厚度方向上(即Z轴方向上，X轴方向包括X轴正方向和X轴负方向，Y轴方向包括Y轴正方向和Y轴负方向，Z轴方向包括Z轴正方向和Z轴负方向)，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向逐渐扭转180°。示例性地，沿着Z轴正方向，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向依次为：0°，5°，……，90°，……，175°，180°。液晶层30中所有的液晶分子300的长轴方向可以平行于第一基板10。液晶分子300的长轴方向扭转为面内的扭转，所有的液晶分子300可以具有相同的预倾角，液晶分子的预倾角指的是液晶分子的长轴方向与基板法线的夹角。
本发明实施例提供的相位延迟片包括液晶层，液晶层中的液晶分子由液晶层的第一表面至液晶层的第二表面过程中逐渐扭转180°，这种设置使得不同视角下的光线都受到旋光作用的影响，旋光作用补偿了视角变化时的相位延迟变化，以实现相位延迟量在不同的视角下均不发生变化。另外，需要说明的是，现有技术中的液晶显示面板中也存在液晶层，且液晶层中包括多个液晶分子，但是液晶显示面板中的液晶层属于显示领域，本领域技术人员关注的是液晶显示面板中的液晶层的旋光作用(一般地，液晶显示面板中液晶层的相对两个表面上的液晶分子的长轴方向相互垂直，液晶层中的液晶分子的长轴方向逐渐扭曲90°，从而实现对线偏光的振动方向旋转90°)，不会关注液晶分子的相位延迟作用。而本发明实施例中的液晶层属于相位延迟片领域，本领域中技术人员主要关注的是液晶层中液晶分子的相位延迟作用，不会关注液晶分子的旋光作用(现有技术中，有利用液晶分子来实现相位延迟，与本发明实施例不同的是，现有技术中液晶分子不存在逐渐扭转180°的设计)。本发明中，将液晶分子的旋光作用与相位延迟作用进行结合本身就不容易想到，且取得了预料不到的技术效果。可选地，参考图4，沿第一表面301指向第二表面302且垂直于液晶层30厚度方向(即Z轴正方向上)上，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向逆时针逐渐扭转180°。在其他实施方式中，沿第一表面301指向第二表面302且垂直于液晶层30厚度方向上，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向也可以顺时针逐渐扭转180°。
可选地，参考图2、图3和图4，液晶层30中的液晶分子300为扭曲向列液晶分子。
可选地，参考图2、图3和图4，液晶层30还包括手性剂，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向在手性剂的作用下逐渐扭转180°。
可选地，参考图2、图3和图4，相位延迟片还包括第一取向层20、第二取向层40和第二基板50。第一取向层20位于第一基板10与液晶层30之间，第一取向层20的取向方向平行于第一表面301上的液晶分子300的长轴方向。第一取向层20例如可以为聚酰亚胺，第一取向层20的取向方向平行于X轴方向。第二取向层40位于液晶层30背离第一基板10一侧，第二取向层40的取向方向平行于第二表面302上的液晶分子300的长轴方向。第二取向层40例如可以为聚酰亚胺，第二取向层40的取向方向平行于X轴方向。第二基板50位于第二取向层40背离液晶层30的一侧。
可选地，参考图2、图3和图4，液晶层30为液晶相液晶层。液晶相是指具有高度不对称外形的有机化合物在一定温度和浓度时表现出的介于液态和晶态间的有序流体状态。液晶相液晶层处于非固化状态。液晶相液晶层中的液晶分子可以在手性剂或者外加电场的作用下发生旋转。
可选地，参考图2，第一基板10以及第二基板50均为柔性基板或者均为刚性基板。柔性基板例如可以为聚酰亚胺，刚性基板例如可以为玻璃基板。
图5为相位延迟片的透过率光谱随视角的变化的测量系统示意图，参考图5，该测量系统包括起偏偏光片D1和检偏偏光片D3，将待测相位延迟片D2设置于起偏偏光片D1和检偏偏光片D3之间，通过检测偏偏光片D1、待测相位延迟片D2和检偏偏光片D3的在不同波长以及不同视角下的透过率，可以实现相位延迟片在不同的视角下的相位延迟量测量。起偏偏光片D1的透光轴方向和检偏偏光片D3的透光轴方向相互垂直，起偏偏光片D1的透光轴方向与待测相位延迟片D2的光轴方向的夹角为45°，检偏偏光片D3的透光轴方向与待测相位延迟片D2的光轴方向的夹角为45°。其中，待测相位延迟片D2例如可以为图1中所示现有相位延迟片T，也可以为图2中所示相位延迟片。
图6为图1中所示现有相位延迟片的透过率光谱随视角的变化示意图，参考图1和图6，横坐标为波长，单位是nm。纵坐标是透过率。图6中的5条曲线分别对应于5个不同的视角，分别为0°、20°、40°、60°和80°。即，分别在θ＝0°、θ＝20°、θ＝40°、θ＝60°和θ＝80°下，测量了现有相位延迟片T的透过率光谱。从图6中可见，不同视角下现有相位延迟片T的透过率曲线的波峰和波谷杂乱无章，说明了现有相位延迟片T的相位延迟量随着视角的变化而发生改变。
图7为图2中所示本发明实施例一提供的相位延迟片的透过率光谱随视角的变化示意图，参考图2和图7，其中，液晶分子300可以采用E7液晶，手性剂可以采用R811。液晶层30的厚度为8.9μm，手性剂的掺杂比例为0.39％(质量比)。图7中横坐标为波长，单位是nm。纵坐标是透过率。图6中的5条曲线分别对应于5个不同的视角，分别为0°、20°、40°、60°和80°。即，分别在θ＝0°、θ＝20°、θ＝40°、θ＝60°和θ＝80°下，测量了现有相位延迟片T的透过率光谱。需要说明的是，由于θ＝0°与θ＝20°的两条曲线几乎重合，在图7中无法完全区分。从图7中可见，不同视角下相位延迟片的透过率曲线的波峰和波谷同步出现(即在同一波长下出现)，说明了相位延迟片的相位延迟量随着视角的变化不发生变化。需要说明的是，在同一波长下不同视角对应于不同的透过率，这是由于采用图5中所示测量系统进行测量时，起偏偏光片D1和检偏偏光片D3的透过率随视角不同而发生变化造成的。
实施例二
图8为本发明实施例二提供的一种相位延迟片的示意图，参考图8，液晶层30为液晶聚合物薄膜，液晶聚合物薄膜包括多个液晶聚合物子层。图8中示例性地，液晶聚合物薄膜包括第一液晶聚合物子层31、第二液晶聚合物子层32、第三液晶聚合物子层33、第四液晶聚合物子层34和第五液晶聚合物子层35。液晶聚合物薄膜处于固化状态，其中的液晶分子已被固化。沿第一表面301指向第二表面302且垂直于液晶层30厚度方向(即Z轴正方向)上，任一液晶聚合物子层中的液晶分子的长轴方向顺时针逐渐扭转，或者逆时针逐渐扭转。相邻两个液晶聚合物子层彼此接触的表面的液晶分子的长轴方向相互平行。
示例性地，沿着Z轴正方向，第一表面301和第二表面302之间的液晶分子300的长轴方向依次为：0°，5°，……，90°，……，175°，180°。液晶层30中所有的液晶分子300的长轴方向可以平行于第一基板10。液晶分子300的长轴方向扭转为面内的扭转，所有的液晶分子300可以具有相同的预倾角。
可选地，参考图8，第一基板10包括线性光聚合物，线性光聚合物的取向方向平行于第一表面301上的液晶分子的长轴方向，线性光聚合物的取向方向平行于X轴方向。线性光聚合物同时具有基板和取向层的双重作用。
图9为本发明实施例二提供的另一种相位延迟片的示意图，与图8不同的是，第一基板10不具有取向功能，参考图9，第一基板10与液晶层30之间设置有第三取向层60。第三取向层60的取向方向平行于第一表面301上的液晶分子的长轴方向，第三取向层60的取向方向平行于X轴方向。
示例性地，本发明实施例二提供的相位延迟片中，液晶分子300可以采用E7液晶，手性剂可以采用R811。液晶层30的厚度为8.9μm，手性剂的掺杂比例为0.39％(质量比)。本发明实施例二提供的相位延迟片的透过率光谱随视角的变化示意图与图7一致，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种相位延迟片，其特征在于，包括：
第一基板以及位于所述第一基板上的液晶层；所述液晶层包括第一表面和第二表面，所述第一表面为所述液晶层朝向所述第一基板的表面，所述第二表面为所述液晶层背离所述第一基板的表面；
所述第一表面上的液晶分子的长轴方向和所述第二表面上的液晶分子的长轴方向平行；在沿垂直于所述液晶层厚度方向上，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向逐渐扭转180°；
所述相位延迟片的光轴方向平行于所述第一表面以及所述第二表面上液晶分子的长轴方向。
2.根据权利要求1所述的相位延迟片，其特征在于，沿所述第一表面指向所述第二表面且垂直于所述液晶层厚度方向上，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向顺时针逐渐扭转180°或逆时针逐渐扭转180°。
3.根据权利要求1所述的相位延迟片，其特征在于，所述液晶分子为扭曲向列液晶分子。
4.根据权利要求1所述的相位延迟片，其特征在于，所述液晶层还包括手性剂，所述第一表面和所述第二表面之间的液晶分子的长轴方向在所述手性剂的作用下逐渐扭转180°。
5.根据权利要求1所述的相位延迟片，其特征在于，还包括：
第一取向层，位于所述第一基板与所述液晶层之间；所述第一取向层的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向；
第二取向层，位于所述液晶层背离所述第一基板一侧，所述第二取向层的取向方向平行于所述第二表面上的所述液晶分子的长轴方向；
第二基板，位于所述第二取向层背离所述液晶层的一侧。
6.根据权利要求5所述的相位延迟片，其特征在于，所述液晶层为液晶相液晶层。
7.根据权利要求5所述的相位延迟片，其特征在于，所述第一基板以及所述第二基板均为柔性基板或者均为刚性基板。
8.根据权利要求1所述的相位延迟片，其特征在于，所述液晶层为液晶聚合物薄膜，所述液晶聚合物薄膜包括多个液晶聚合物子层；
沿所述第一表面指向所述第二表面且垂直于所述液晶层厚度方向上，任一所述液晶聚合物子层中的所述液晶分子的长轴方向顺时针逐渐扭转，或者逆时针逐渐扭转；
相邻两个所述液晶聚合物子层彼此接触的表面的所述液晶分子的长轴方向相互平行。
9.根据权利要求8所述的相位延迟片，其特征在于，所述第一基板包括线性光聚合物；所述线性光聚合物的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向。
10.根据权利要求8所述的相位延迟片，其特征在于，所述第一基板与所述液晶层之间设置有第三取向层；所述第三取向层的取向方向平行于所述第一表面上的所述液晶分子的长轴方向。
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