CN112034643A - 液晶微透镜阵列薄膜及其制备方法和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶微透镜阵列薄膜及其制备方法和显示装置,该液晶微透镜阵列薄膜包括阵列排布的若干液晶微透镜,所述液晶微透镜沿光轴方向折射率连续改变,所述液晶微透镜的材料为液晶聚合物。液晶微透镜的光轴方向连续变化造成折射率的连续改变,从而实现类似透镜的焦距效果,当液晶微透镜阵列薄膜应用于三层结构的电润湿彩色显示器件时,可以使电润湿彩色显示器入射光的方向发生改变,使入射光的角度更加垂直于器件表面,从而使得光线可以穿透同一个像素中的三层结构,进而改善彩色显示的串色问题。

Description

液晶微透镜阵列薄膜及其制备方法和显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域,尤其是涉及一种液晶微透镜阵列薄膜及其制备方法和显示装置。
背景技术
电润湿(Electrowetting,EW)是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压,来改变液滴在基板上的润湿性,即改变接触角,使液滴发生形变、位移的现象。电润湿显示器是基于电润湿显示技术而开发的器件,现有的电润湿显示器具有像素墙,像素墙围成像素格,像素格区域就是显示区域,利用填充在像素格内油墨的收缩和铺展来实现像素的开关。电润湿彩色显示器是基于三原色原理实现彩色显示的电润湿显示器件,例如专利文献CN107167916A利用染料减法混色原理,在不用电压驱动下全彩动态显示,是一种三层叠加结构的电润湿彩色显示器。
为了能够实现与传统纸张相媲美的具有高对比度、高分辨率、轻、薄、便捷的显示技术的目的,现有一般是采用彩色滤光片和垂直叠加结构的电润湿显示技术。
彩色滤光片电润湿显示技术是将一个像素点分成三个子像素并在电润湿显示器上添加滤光片来实现彩色化显示,但是这种方法将会损失2/3的入射光。而垂直叠加结构的电润湿显示技术是在单层电润湿层上叠加两层或者多层,通过减法混色的原理来实现彩色显示,垂直叠加结构的方法不仅彩色饱和度佳、且能实现彩色动态显示。
电润湿彩色显示技术通过直接利用环境光,根据油墨吸收光的波段实现彩色的显示,其中彩色显示的实现主要由器件中所填充油墨的颜色所决定。由于三层叠加电润湿彩色显示器是由一个个的小像素构成的,当光线入射到显示器时,由于光线倾斜会经过多层像素,这时显示器显示出来的颜色就会与我们想要的颜色发生相左,也就是串色。
因此三层叠加彩色电润湿显示器件虽然实现了彩色动态变化,但是由于串色问题限制了其工业化生产。而目前市场上还没有透镜与三层叠加电润湿彩色显示器件相结合的显示技术,研发一种能避免串色的透镜,使光线可以穿透同一个像素中的三层结构实现光线入射到器件表面,具有重要研究价值。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种液晶微透镜阵列薄膜及其制备方法和显示装置,利用该液晶微透镜阵列薄膜能够有效地避免串色的发生。
本发明所采取的技术方案是:
本发明的第一方面,提供一种液晶微透镜阵列薄膜,包括阵列排布的若干液晶微透镜,所述液晶微透镜沿光轴方向折射率连续改变,所述液晶微透镜的材料为液晶聚合物。
根据本发明的一些实施例的液晶微透镜阵列薄膜,所述液晶微透镜阵列薄膜用于电润湿显示器件,所述液晶微透镜的尺寸与电润湿显示器件的像素格尺寸一致。
根据本发明的一些实施例的液晶微透镜阵列薄膜,所述液晶聚合物由液晶混合物聚合制得,所述液晶混合物包括液晶单体和光引发剂。
根据本发明的一些实施例的液晶微透镜阵列薄膜,所述液晶单体为向列相液晶。
本发明的第二方面,提供上述的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,包括以下步骤:
取第一基板和第二基板,所述第一基板包括第一透光基板和设置在所述第一透光基板上的电极层,所述第二基板包括第二透光基板和设置在所述第二透光基板上的阵列电极,所述阵列电极为网格状,在所述第一基板具有电极层的一面和在所述第二基板具有阵列电极的一面分别涂覆取向层,将第一基板和第二基板具有取向层的一面相对放置,制备形成液晶盒;
取包括液晶单体和光引发剂的原料混合形成液晶混合物,加热使所述液晶混合物处于向列相,在所述液晶盒中填充所述液晶混合物;
在所述电极层和所述阵列电极之间施加电压,然后紫外光照射使所述液晶混合物聚合形成液晶聚合物。
根据本发明的一些实施例的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,所述液晶盒的厚度为5~30μm。
根据本发明的一些实施例的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,所述取向层为平行取向层或垂直取向层。
本发明的第三方面,提供一种显示装置,包括上述的液晶微透镜阵列薄膜和电润湿显示器。
根据本发明的一些实施例的显示装置,所述液晶微透镜阵列薄膜直接黏附在所述电润湿显示器上。
根据本发明的一些实施例的显示装置,所述电润湿显示器为基于三原色原理的电润湿彩色显示器。
本发明实施例的有益效果是:
本发明实施例提供了一种液晶微透镜阵列薄膜,具有阵列排布的若干液晶微透镜,液晶微透镜中的液晶分子呈三维排序,其光轴方向连续变化造成折射率的连续改变,从而实现类似透镜的焦距效果,当本发明实施例的液晶微透镜阵列薄膜应用于三层结构的电润湿彩色显示器件时,可以使电润湿彩色显示器入射光的方向发生改变,使入射光的角度更加垂直于器件表面,从而使得光线可以穿透同一个像素中的三层结构,进而改善彩色显示的串色问题。
附图说明
图1为本发明实施例应用的具有三层结构的电润湿彩色显示器件的结构示意图;
图2为本发明实施例制备液晶微透镜阵列薄膜时液晶盒的示意图;
图3为阵列电极的结构示意图;
图4为制备液晶微透镜阵列薄膜时施加电压后形成抛物线型电场的示意图;
图5为制备液晶微透镜阵列薄膜时液晶单体形成空间三维排序结构的示意图;
图6为基于分子取向的液晶分子折射率几何计算的示意图;
图7为具有三层结构的电润湿彩色显示器件未黏附液晶微透镜阵列薄膜的状态下,环境光通过显示器件表面的示意图;
图8为具有三层结构的电润湿彩色显示器件黏附有液晶微透镜阵列薄膜的状态下,环境光通过显示器件表面的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明(实用新型)和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的液晶微透镜阵列薄膜以应用在具有三层结构的电润湿彩色显示器件为例进行说明,其中具有三层结构的电润湿彩色显示器件为专利文献CN107167916A中的器件,该器件的具体结构参见图1,包括三层依次叠加的电润湿显示层,第一层电润湿显示层具体包括第一上电极1、流体3、第一像素墙2、疏水绝缘层(图中未示出)、第一下电极17和第一反射薄膜4,第一像素墙2围成像素格,像素格内填充有第一油墨填充层7,第二层电润湿显示层包括第二上电极2、流体、像素墙、疏水绝缘层(图中未示出)、第二下电极18和第二反射薄膜5,像素墙围成像素格,像素格内填充有第二油墨填充层8,第三层电润湿显示层包括第三上电极16、流体、像素墙、疏水绝缘层(图中未示出)、第三下电极11、第三反射薄膜6和共同反射板12,像素墙围成像素格,像素格内填充有第三油墨填充层9。利用染料油墨减法混色原理,在不同电压驱动下,能够实现彩色显示。
参照图2,本发明实施例提供液晶微透镜阵列薄膜,按照以下步骤制备:
制备液晶盒:取第一基板100,第一基板100包括第一透光基板110和设置在第一透光基板110上的电极层120;取第二基板200,第二基板200包括第二透光基板210和设置在第二透光基板210上的阵列电极220。本实施例中,电极层120和阵列电极220均为ITO电极,电极层120是连续的整面电极层。阵列电极220为网格状如图3所示,网格状的阵列电极220围成的阵列单元230的尺寸与图1电润湿彩色显示器件中像素墙围成的像素格的尺寸相等。然后,在第一基板100具有电极层120的一面和在第二基板200具有阵列电极220的一面涂覆取向层(图2中未示出取向层),例如使用PVA取向层,取向层为平行取向层或垂直取向层,将取向层朝内相对放置制成液晶盒,液晶盒的厚度为5~30μm。
取一定极性的液晶单体20%~30%HCM-009、70%-80%HCM-020和2%-3%的光引发剂651,混合均匀形成液晶混合物400,通过加热使液晶混合物400处于向列相,其中HCM-009的化学分子结构式为:
Figure BDA0002621672750000041
HCM-020的化学分子结构式为:
Figure BDA0002621672750000042
光引发剂651的化学分子结构式为:
Figure BDA0002621672750000051
液晶盒的第一基板100和第二基板200之间形成调节区,在调节区内填充上述液晶混合物,在电极层120和阵列电极220之间连接电源组件300。
施加电压时,参见图4,在电极层120和阵列电极220之间形成的电场500呈抛物线型分布。如图5所示,在电场的作用下诱导液晶单体形成一种空间的三维排序,液晶单体靠近第二基板200和远离第二基板200处的取向不同,然后利用紫外线光600照射使液晶单体聚合,使液晶单体分子在电场诱导下形成的空间三维排序结构700固定,最终制备形成液晶微透镜阵列薄膜。
关闭电源组件去除电场,将液晶微透镜阵列薄膜从液晶盒中取出。
本发明实施例制备的液晶微透镜阵列薄膜是一张平整的液晶聚合物薄膜,网格状的阵列电极220围成的阵列单元230区域处的液晶混合物光聚合形成了液晶微透镜,若干阵列单元230区域处形成的液晶微透镜阵列排布构成了液晶微透镜阵列薄膜。本发明实施例设计阵列单元230的尺寸与像素格的尺寸相等,因此形成的液晶微透镜的尺寸与显示像素的尺寸一致。液晶单体在光聚合之前被抛物线型的电场诱导形成空间的三维排序,当施加电压时,由于电偶极矩的作用液晶分子排列被施加的电场影响,因此液晶分子排列可以影响光线在通过液晶分子时的振动方向,使光线表现出折射率改变。参见图6,若光线在Z方向传播且X为液晶分子极化方向。则当光线与X轴重合时,折射率为ne;当光线与Y轴重合时,折射率为no。但是当光线与X轴存在夹角时,光线就会同时受ne和no的影响,具体的折射率为式1-1所示:
Figure BDA0002621672750000052
同样
Figure BDA0002621672750000053
把式(1-2)代入式(1-1)得
Figure BDA0002621672750000054
由式(1-3)变换为
Figure BDA0002621672750000061
根据式(1-4)推导出旋转角的等效方程
Figure BDA0002621672750000062
最后由式(1-5)得
Figure BDA0002621672750000063
根据公式(1-6)可知向列性液晶分子在形成液晶透镜的液晶盒中不均匀排列时其折射率与液晶分子指向矢有关,所以液晶聚合物沿光轴方向能够达到折射率连续改变的效果。液晶透镜的基本实现原理就是根据液晶分子光电特性表现出的折射率变化的,本发明实施例聚合后形成的液晶聚合物沿光轴方向连续变化造成折射率的连续改变,从而实现类似透镜的焦距效果,环境光透过该薄膜后,由于薄膜具有透镜的聚焦效果,环境光经过薄膜时折射可以改变光路的方向,且光线方向靠近于光轴传播,当环境光通过三层结构的电润湿彩色显示器件时能够穿透单个显示像素。
在使用时本发明实施例制备的液晶微透镜阵列薄膜可以直接黏附在如图1所示的具有三层结构的电润湿彩色显示器件表面。参见图7,具有三层结构的电润湿彩色显示器件的表面在未黏附本发明实施例的液晶微透镜阵列薄膜的状态下,当环境光通过三层结构的电润湿彩色显示器件时会穿过多个像素,导致环境光的颜色难于控制,从而造成串色问题。参见图8,具有三层结构的电润湿彩色显示器件的表面在黏附本发明实施例的液晶微透镜阵列薄膜800的状态下,当环境光通过三层结构的电润湿彩色显示器件时,本发明实施例的液晶微透镜阵列薄膜800可以通改变环境光的入射方向,让其光线可以穿透单个显示像素的三层结构,防止串色的产生。
上述液晶微透镜阵列薄膜的应用方式是取出聚合物薄膜直接黏附在器件表面,是为了尽可能的减少器件的厚度,使结合形成的显示装置更轻、薄,在一些实施例中,在液晶微透镜阵列薄膜在制备完成后,可以不从液晶盒中取出,直接连同液晶盒一起置于电润湿显示器表面使用。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种液晶微透镜阵列薄膜,其特征在于,包括阵列排布的若干液晶微透镜,所述液晶微透镜沿光轴方向折射率连续改变,所述液晶微透镜的材料为液晶聚合物。
2.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列薄膜,其特征在于,所述液晶微透镜阵列薄膜用于电润湿显示器件,所述液晶微透镜的尺寸与电润湿显示器件的像素格尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列薄膜,其特征在于,所述液晶聚合物由液晶混合物聚合制得,所述液晶混合物包括液晶单体和光引发剂。
4.根据权利要求3所述的液晶微透镜阵列薄膜,其特征在于,所述液晶单体为向列相液晶。
5.权利要求1至4任一项所述的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
取第一基板和第二基板,所述第一基板包括第一透光基板和设置在所述第一透光基板上的电极层,所述第二基板包括第二透光基板和设置在所述第二透光基板上的阵列电极,所述阵列电极为网格状,在所述第一基板具有电极层的一面和在所述第二基板具有阵列电极的一面分别涂覆取向层,将第一基板和第二基板具有取向层的一面相对放置,制备形成液晶盒;
取包括液晶单体和光引发剂的原料混合形成液晶混合物,加热使所述液晶混合物处于向列相,在所述液晶盒中填充所述液晶混合物;
在所述电极层和所述阵列电极之间施加电压,然后紫外光照射使所述液晶混合物聚合形成液晶聚合物。
6.根据权利要求5所述的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,其特征在于,所述液晶盒的厚度为5~30μm。
7.根据权利要求5所述的液晶微透镜阵列薄膜的制备方法,其特征在于,所述取向层为平行取向层或垂直取向层。
8.一种显示装置,其特征在于,包括权利要求1至4任一项所述的液晶微透镜阵列薄膜和电润湿显示器。
9.根据权利要求8所述的显示装置,其特征在于,所述液晶微透镜阵列薄膜直接黏附在所述电润湿显示器上。
10.根据权利要求8所述的显示装置,其特征在于,所述电润湿显示器为基于三原色原理的电润湿彩色显示器。
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