CN101477244A - 具有两个单球面透镜的液体透镜阵列 - Google Patents

Abstract

具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，主要由第一基板(4)和第二基板(11)，以及在上述基板之间封闭的油和水组成。第一基板(4)上制备有第一电极(1)，第一电极(1)上覆盖有第一绝缘层(5)，第一绝缘层(5)上覆盖有第一疏水层(6)，第一疏水层(6)上是第一隔断(2)，第一隔断(2)网孔内包含有第一无极性油(3)，第二基板(11)上的结构与第一基板(4)类似，在第一基板(4)和第二基板(11)之间封闭有电解质水(15)，电解质水(15)通过密封隔断(7)进行密封。液体透镜阵列工作在二维显示模式、或焦距动态调整的三维显示模式、或二维图像内容和三维图像内容的同屏显示模式。

Description

具有两个单球面透镜的液体透镜阵列

技术领域

本发明涉及一种液体透镜阵列，尤其是涉及一种具有两个单球面透镜的液体透镜阵列。

背景技术

在申请专利200710133932.3、200810018937.6、200810024528.7、200710022982.4、200810100750.0、200810100754.9中公开了多种基于电润湿的液体透镜阵列，上述液体透镜阵列具有超薄，可弯曲，实现三维立体显示的特点。透镜阵列中每个液体透镜单元由油和水组成，外加电压可以调节油和水接触面的曲率半径，从而实现液体透镜焦距的变化。但是上述液体透镜单元只包括一层油和水，即只有一个单球面镜，为了实现较短的焦距，通常需要使油和水接触面形成的单球面具有较小的半径，而较小的半径则会产生较大的像差。

为了解决上述焦距范围和像差的矛盾，本发明提供一种液体透镜阵列，其在实现较短焦距的同时具有较小的像差。

发明内容

技术问题：为了克服液体透镜阵列焦距范围和像差的矛盾，本发明提供一种具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，该液体透镜阵列中的每个液体透镜单元由两个共轴的单球面透镜组成，每个单球面透镜的焦距可以单独调整，透镜单元的整体屈光度是两个单球面透镜的和，从而在两个单球面透镜分别具有较大曲率半径和较小像差的条件下，实现较大的屈光度。

技术方案：本发明的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列的结构为：该液体透镜阵列分为上半部分和下半部分，其中上半部分的第一基板上制备有第一电极，第一电极上覆盖有第一绝缘层，第一绝缘层上覆盖有第一疏水层，第一疏水层上是第一隔断，在第一隔断形成的网孔内包含有第一无极性油；在下半部分中，第二基板上制备有第三电极，第三电极上覆盖有第二绝缘层，第二绝缘层上覆盖有第二疏水层，第二疏水层上是第二隔断，在第二隔断形成的网孔内包含有第二无极性油；在所述的上半部分与下半部分之间封闭有电解质水、密封隔断、第二电极，电解质水由密封隔断进行密封，电解质水与第二电极导通，第一电极和第二电极之间的电压差调整电解质水与第一无极性油接触面的曲率半径，第三电极和第二电极之间的电压差调整电解质水与第二无极性油接触面的曲率半径。

第一隔断和第二隔断是行列矩阵式排列的圆孔、品字状排列的圆孔、品字状排列的对称六边形或多边形。

第一隔断和第二隔断是整体的导电层，表面包覆一层绝缘层。

第一电极和第三电极的形状是行列矩阵式排列的圆孔、品字状排列的圆孔、品字状排列的对称六边形或多边形。

第一电极和第三电极的形状是圆环状，每个圆环状电极通过薄膜晶体管阵列单独控制电压。

液体透镜阵列工作在二维显示模式、焦距动态调整的三维显示模式或二维图像内容和三维图像内容的同屏显示模式。

本领域内的研究人员，可以根据需要形成多种不同的液体透镜焦距组合方式，也可以利用本课题提出的液体透镜阵列实现其它立体显示方式，例如类似柱状棱镜的双目视差立体显示。

有益效果：本发明提供一种具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，两个单球面透镜的焦距可以分别调整，从而实现较大屈光度的同时，具有较小的像差，液体透镜阵列的前后基板结构对称，制备工艺简单。

附图说明

图1.具有两个单球面透镜的液体透镜阵列结构示意图。

图2.ab剖面示意图。

图3.cd剖面示意图。

以上图中有：第一电极1、第一隔断2、第一无极性油3、第一基板4、第一绝缘层5、第一疏水层6、密封隔断7、第二电极8、第二疏水层9、第二绝缘层10、第二基板11、第三电极12、第二隔断13、第二无极性油14、电解质水15、薄膜晶体管阵列16、行电极R_n～R_n+3、列电极C_m～C_m+3。

具体实施方式

图1中所示是本发明优选的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列结构示意图。其主要由第一基板4和第二基板11，以及在上述基板之间封闭的油和水组成。第一基板4为透明基板，可以是玻璃或透明树脂材料，也可是聚合物薄膜，例如聚酰亚胺薄膜，或PET薄膜等；第一基板4上制备有第一电极1，第一电极1可以是由ITO或掺杂有金属(例如铝)的氧化锌构成的透明导电电极，也可以是一层导电金属薄膜，例如铝或铜等金属制备的导电薄膜；第一电极1上覆盖有第一绝缘层5，可以是碳酸锶钡、氧化铝、氧化硅、氮化硅等无机材料制备的绝缘薄膜，也可以是聚酰亚胺、parylene、聚四氟乙烯等聚合物制备的绝缘薄膜；第一绝缘层5上覆盖有第一疏水层6，可以是Teflon AF、或AGC Cytop等材料制备的疏水层。第一疏水层6上是第一隔断2，第一隔断2可以采用亲水材料制备，例如采用光刻胶通过曝光和显影进行制备，或是采用其它薄膜刻蚀成图案后贴敷在第一疏水层6上，例如聚酰亚胺薄膜；第一隔断2为网状结构，其网孔内包含有第一无极性油3，可以是硅油等矿物油；第二基板11及其上结构的制备与第一基板4类似，第二基板11为透明基板，可以是玻璃或透明树脂材料，也可是聚合物薄膜，例如聚酰亚胺薄膜，或PET薄膜等；第二基板11上制备有第三电极12，第三电极12可以是由ITO或掺杂有金属(例如铝)的氧化锌构成的透明导电电极，也可以是一层导电金属薄膜，例如铝或铜等金属制备的导电薄膜；第三电极12上覆盖有第二绝缘层10，可以是碳酸锶钡、氧化铝、氧化硅、氮化硅等无机材料制备的绝缘薄膜，也可以是聚酰亚胺、parylene、聚四氟乙烯等聚合物制备的绝缘薄膜；第二绝缘层10上覆盖有第二疏水层9，可以是Teflon AF、或AGC Cytop等材料制备的疏水层。第二疏水层9上是第二隔断13，第二隔断13可以采用亲水材料制备，例如采用光刻胶通过曝光和显影进行制备，或是采用其它薄膜刻蚀成图案后贴敷在第二疏水层9上，例如聚酰亚胺薄膜；第二隔断13为网状结构，其网孔内包含有第二无极性油14，可以是硅油等矿物油；在第一基板4和第二基板11之间封闭有电解质水15，电解质水15可以是包含氯化钾、氯化钠等无机盐的去离子水；电解质水15通过四周的密封隔断7进行密封，密封隔断7可以是环氧树脂、PET、聚酰亚胺等材料，其表面包覆第二电极8，第二电极8可以是导电金属层，例如金属铝、铜、金等，或是透明导电电极ITO等；第二电极8与电解质水15导通；密封隔断7和第二电极8还可以是一个整体，即为导电金属，例如铝、铜等。

图2所示是图1中ab剖面的示意图。图中四周为密封隔断7，密封隔断7包覆第二电极8，密封隔断7内是第一隔断2形成的网状孔结构，网状孔可以是图示的行列矩阵式排列的圆孔，还可以是品字状排列的圆孔，还可以是品字状排列的对称六边形或多边形；第一隔断2还可以是一个整体的导电层，例如金属网板、或聚酰亚胺等聚合物材料表面包覆有导电层(例如金属铜或铝)，在整体的导电层外还需再加一层绝缘层，外加绝缘层可以是碳酸锶钡、氧化铝、氧化硅、氮化硅等无机材料制备的绝缘薄膜，也可以是聚酰亚胺、parylene、聚四氟乙烯等聚合物制备的绝缘薄膜，从而使第一隔断2形成一个电极，但是与电解质水15不导通。与第一隔断2相对称，第二基板11上的第二隔断13形成的网状孔结构与图示的第一隔断2相同。第一电极1和第三电极12的形状与图示第一隔断2的网状孔相类似，可以是行列矩阵式排列的圆孔，还可以是品字状排列的圆孔，还可以是品字状排列的对称六边形。另外，第一电极1和第三电极12的形状还可以是图3所示的圆环状。

图3所示是图1中cd剖面的示意图。图中第二绝缘层10包覆着第三电极12，与图2中所示圆孔不同，第三电极12为圆环状，每个圆环对应一个液体透镜单元，圆环之间互不导通，从而可以通过增加薄膜晶体管阵列16(TFT阵列)来分别控制每个圆环的电压，薄膜晶体管阵列16可以采用目前液晶显示屏所采用的a-Si、p-Si、低温多晶硅、或导电聚合物等工艺制作。每个液体透镜单元对应的薄膜晶体管通过行电极R_n～R_n+3和列电极C_m～C_m+3共同寻址。

图1中所示液体透镜阵列通过控制第一电极1、第二电极8和第三电极12的电压来分别调整第一基板4和第二基板11上的液体透镜。通常每个液体透镜单元里第一无极性油3的体积等于或略大于第一隔断2中圆孔所包含的体积，从而当第一电极1和第二电极8之间没有电压差时，电解质水15与第一无极性油3的接触面为平面。当第一电极1和第二电极8之间存在电压差时，由于电润湿作用，第一疏水层6随着电压差的增加逐渐地由疏水变为亲水，从而使电解质水15与第一疏水层6由不接触改为接触，当第一电极1为图2中所示圆孔状时，电解质水15与第一疏水层6的接触面同样为圆孔状，从而使不混溶的电解质水15与第一无极性油3的接触面形成球面，电解质水15和第一无极性油3的密度相同，但是光折射率不同，从而形成一个单球面透镜，且电压差越大，单球面镜焦距越短。另外，还可以在第一隔断2上加载电压，即此时第一隔断2是一个整体的导电层，通过改变第一隔断2和第二电极8之间的电压差，可以调整电解质水15与第一隔断2之间的接触角，从而在更大范围内调节由电解质水15与第一无极性油3形成的单球面透镜的焦距。类似地，电解质水15与第二无极性油14在第二基板11上形成的单球面透镜具有相同的工作原理。

当第一电极1和第三电极12为图3中所示圆环结构时，第一基板4和第二基板11上的每个单球面透镜单元的第一电极1和第三电极12上的电压可以分别调整，从而实现第一基板4和第二基板11上每个单球面透镜的单独调整。

如图1中所示，第一基板4和第二基板11上每个单球面透镜的中心轴相互重叠，从而形成一个具有两个单球面透镜的透镜单元，透镜单元的整体屈光度是两个单球面透镜的和，从而在两个单球面透镜分别具有较大曲率半径和较小像差的条件下，实现较大的屈光度。

图1中所示的液体透镜阵列可以用于图像集成立体显示的拍摄端和显示端。当电解质水15与第一无极性油3和第二无极性油14的接触面调整为平面时，液体透镜阵列对入射光不产生会聚作用，此时与普通透明玻璃类似，即液体透镜阵列工作在二维显示模式。当电解质水15与第一无极性油3和第二无极性油14的接触面调整为曲面时，液体透镜阵列工作在三维图像集成立体显示方式，并且可以根据显示的内容动态调整液体透镜的焦距，或分别控制每个液体透镜单元的焦距，从而实现二维图像内容和三维图像内容的同屏显示。

本领域内的研究人员，可以根据需要形成多种不同的液体透镜焦距组合方式，也可以利用本课题提出的液体透镜阵列实现其它立体显示方式，例如类似柱状棱镜的双目视差立体显示。

Claims (6)

1.一种具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：该液体透镜阵列分为上半部分和下半部分，其中上半部分的第一基板(4)上制备有第一电极(1)，第一电极(1)上覆盖有第一绝缘层(5)，第一绝缘层(5)上覆盖有第一疏水层(6)，第一疏水层(6)上是第一隔断(2)，在第一隔断(2)形成的网孔内包含有第一无极性油(3)；在下半部分中，第二基板(11)上制备有第三电极(12)，第三电极(12)上覆盖有第二绝缘层(10)，第二绝缘层(10)上覆盖有第二疏水层(9)，第二疏水层(9)上是第二隔断(13)，在第二隔断(13)形成的网孔内包含有第二无极性油(14)；在所述的上半部分与下半部分之间封闭有电解质水(15)、密封隔断(7)、第二电极(8)，电解质水(15)由密封隔断(7)进行密封，电解质水(15)与第二电极(8)导通，第一电极(1)和第二电极(8)之间的电压差调整电解质水(15)与第一无极性油(3)接触面的曲率半径，第三电极(12)和第二电极(8)之间的电压差调整电解质水(15)与第二无极性油(14)接触面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：第一隔断(2)和第二隔断(13)是行列矩阵式排列的圆孔、品字状排列的圆孔、品字状排列的对称六边形或多边形。

3.根据权利要求1所述的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：第一隔断(2)和第二隔断(13)是整体的导电层，表面包覆一层绝缘层。

4.根据权利要求1所述的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：第一电极(1)和第三电极(12)的形状是行列矩阵式排列的圆孔、品字状排列的圆孔、品字状排列的对称六边形或多边形。

5.根据权利要求1所述的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：第一电极(1)和第三电极(12)的形状是圆环状，每个圆环状电极通过薄膜晶体管阵列(16)单独控制电压。

6.根据权利要求1所述的具有两个单球面透镜的液体透镜阵列，其特征是：液体透镜阵列工作在二维显示模式、焦距动态调整的三维显示模式或二维图像内容和三维图像内容的同屏显示模式。

Images