CN103217849A - 一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶透镜及阵列，尤其涉及一种采用导电栅网作为支撑的可调焦液晶透镜及阵列的技术领域。平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，自后基底玻璃向前基底玻璃依次布置透明导电薄膜构成的公共电极、绝缘介质层、导电栅网、透明导电薄膜构成的像素电极，导电栅网内灌入蓝相液晶。本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，利用导电栅网调节电场分布，通过优化设计导电栅网厚度及像素图案形状，可以得到理想的电场分布曲线。可以设计合适的导电栅网结构和选择合适的液晶材料参数，得到较大的调焦距范围。可以选择向列相液晶或者蓝相液晶，采用蓝相液晶具有响应时间快并且偏振无关的特性。其制作工艺与现有微电子加工工艺兼容。

Description

一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列

 

技术领域

本发明涉及一种液晶透镜及阵列，尤其涉及一种采用导电栅网作为支撑的可调焦液晶透镜及阵列的技术领域。

 

背景技术

液晶透镜阵列器件具有体积小，重量轻，功耗小等优势，其无需机械部件实现可调焦距的特点表现出独有的优势。经过近几年的发展，液晶可变焦透镜及阵列在光通讯器件、光纤开关、光偏转器件、3D显示、集成图像系统及图像处理等各种领域具有极大的潜在应用价值。

目前可调焦距液晶透镜形成的根本机制在于产生调制透镜中间和边缘的光程差，在液晶透镜中形成梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。实现梯度折射率的变化按液晶层厚度是否均匀来分类，主要有两种，即均匀液晶层厚度结构和非均匀液晶层厚度结构。

均匀液晶层厚度结构，在由上下两块玻璃基板构成的液晶屏采用平行取向构成平行均匀排列的液晶。前基板从玻璃基板起，分别是公关电极层、取向层；后基板从玻璃基板起，依次是圆孔形电极层、取向层。液晶屏的厚度由分散在玻璃基板内表面的衬垫决定，液晶屏内部灌注向列相液晶。圆孔电极结构液晶可变焦透镜的工作原理是在圆孔行电极层上施加工作电压，在液晶区域产生非均匀电场分布，液晶分子在不均匀电场作用下，发生非均匀偏转，导致其折射率空间分布也发生非均匀变化，从而使光束聚焦在特定位置。当调控电压改变时，微透镜焦点位置发生变化，从而完成了微透镜焦点位置的调控过程。

非均匀液晶层厚度结构，调控区域内的液晶呈凹面或凸面型结构，由聚合物采用光刻或模压等方法控制，上下玻璃基板电极层均为平面或者随聚合物三维结构呈曲面。利用聚合物材料与液晶材料的折射率差，形成一个微透镜结构，使光束聚焦在特定位置。施加电压时，液晶折射率随电压发生变化，从而实现微透镜的焦距控制。

随着三维显示及光通信等技术的发展，对液晶透镜焦距变化范围要求进一步提高。

 

发明内容

本发明目的是提供一种新型结构的能够电压控制液晶透镜焦距变化，调焦范围大，并且与液晶显示制造工艺相兼容的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列。

一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，包括平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，位于前基底玻璃和后基底玻璃之间自前基底玻璃向后基底玻璃依次布置像素电极层、前取向层、导电栅网、后取向层、绝缘介质层和公共电极层，导电栅网内灌入向列相相液晶。

一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，包括平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，位于前基底玻璃和后基底玻璃之间自前基底玻璃向后基底玻璃依次布置像素电极层、导电栅网、绝缘介质层和公共电极层，导电栅网内灌入蓝相液晶。

本发明的绝缘介质层与导电栅网之间布置后取向层，像素电极层与导电栅网之间布置前取向层，导电栅网内灌入向列相液晶。

本发明的导电栅网起控制液晶盒厚的作用，同时，通过设计导电栅网像素图案控制液晶透镜形状及类别。

本发明的导电栅网的像素图案可以为条状，矩形，正多边形或者圆孔，宽度或直径为5mm-10mm。

一种新型结构的焦距可调向列相液晶微透镜阵列，其结构主要有前基底玻璃，厚度为0.4-1.1mm，透明导电薄膜构成的像素电极，采用旋涂、印刷等方法得到的覆盖在像素电极上的前取向层，厚度为100nm-5um。还包括后基底玻璃，厚度为0.4-1.1mm，透明导电薄膜构成的公共电极，采用旋涂、印刷和溅射等方法得到的绝缘介质层，厚度为100nm-10mm，覆盖在绝缘介质层上的后取向层，厚度为100nm-5um。对前后基底玻璃分别进行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的导电栅网将前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，导电栅网的厚度为2um-10mm，灌入向列相液晶。

一种新型结构的焦距可调蓝相液晶微透镜阵列，其结构主要有前基底玻璃，厚度为0.4-1.1mm，透明导电薄膜构成的像素电极。还包括后基底玻璃，厚度为0.4-1.1mm，透明导电薄膜构成的公共电极，采用旋涂、印刷和溅射等方法得到的绝缘介质层，厚度为100nm-10mm。采用一定厚度的导电栅网将前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，导电栅网的厚度为2um-10mm，灌入蓝相液晶。

新型结构的焦距可调液晶微透镜的工作原理，通过设计导电栅网像素图案可以控制液晶透镜形状及类别。当导电栅网像素图案为条状时，形成液晶柱透镜；当导电栅网像素图案为矩形，正多边形或者圆孔时，形成液晶透镜。在像素电极和公共电极间施加交流方波电压，由于采用的是导电栅网作为液晶盒支撑层，所以整个导电栅网均有电压作用，故施加到液晶上的电压值由像素边缘向像素中心递减，呈凸透镜。通过控制外加电压的大小，可以控制液晶盒内电场分布，实现液晶透镜焦距的电压调控。

比较好的是，本发明的液晶透镜形状及类别可以由导电栅网像素图案设计控制。

比较好的是，本发明的液晶透镜焦距大小及透镜变焦范围由导电栅网厚度、导电栅网像素图案和外加电压共同决定。

比较好的是本发明的绝缘介质层通过旋涂，印刷及溅射等方法得到。

比较好的是，本发明的液晶透镜孔径由导电栅网像素图案决定，可以为条状，矩形，正多边形或者圆孔，宽度或直径为5mm-10mm。

本发明采用上述技术方案与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，利用导电栅网调节电场分布，通过优化设计导电栅网厚度及像素图案形状，可以得到理想的电场分布曲线。

2、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，可以设计合适的导电栅网结构和选择合适的液晶材料参数，得到较大的调焦距范围。

3、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，可以选择向列相液晶或者蓝相液晶，采用蓝相液晶具有响应时间快并且偏振无关的特性。

4、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，其制作工艺与现有微电子加工工艺兼容。

 

附图说明

图1是本发明焦距可调向列相液晶微透镜阵列的一种结构示意图。

图2是本发明焦距可调蓝相液晶微透镜阵列的一种结构示意图。

图3是本发明焦距可调液晶透镜导电栅网像素图案设计示意图。

图中：1、前基底玻璃；2、像素电极；3、前取向层；4、后基底玻璃； 5、公共电极；6、绝缘介质层；7、后取向层；8、导电栅网；9、向列相液晶；10、像素图案；11、蓝相液晶。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

实施例一，新型结构的焦距可调向列相液晶微透镜阵列:

如图1所示，一种新型结构的焦距可调向列相液晶微透镜阵列，其结构主要有前基底玻璃1，透明导电薄膜构成的像素电极2，采用旋涂、印刷等方法得到的覆盖在像素电极上的前取向层3。还包括后基底玻璃4，透明导电薄膜构成的公共电极5，采用旋涂、印刷和溅射等方法得到的绝缘介质层6，覆盖在绝缘介质层上的后取向层7组成。对前后基底玻璃分别进行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的导电栅网8将前基底玻璃1及后基底玻璃4封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶9。

该向列相液晶电控焦距可调液晶透镜工作原理如下：在像素电极2和公共电极5间施加交流方波电压，由于采用的是导电栅网8作为液晶盒支撑层，整个导电栅网8形成一个等势体，整个导电栅网8均有电压作用，故施加到液晶上的电压值由像素图案10边缘向像素中心递减，呈凸透镜。通过控制外加电压的大小，可以控制液晶盒内电场分布，实现液晶透镜焦距的电压调控。通过设计导电栅网8像素图案10可以控制液晶透镜形状及类别。当导电栅网8像素图案10为条状时，形成液晶柱透镜；当导电栅网像素图案10为矩形，正多边形或者圆孔时，形成液晶透镜。

实施例二，新型结构的焦距可调蓝相液晶微透镜阵列：

如图2所示，一种新型结构的焦距可调蓝相液晶微透镜阵列，其结构主要有前基底玻璃1，透明导电薄膜构成的像素电极2，后基底玻璃4，透明导电薄膜构成的公共电极5，采用旋涂、印刷和溅射等方法得到的绝缘介质层6组成。采用一定厚度的导电栅网8将前基底玻璃1及后基底玻璃4封成一定厚度的液晶屏，灌入蓝相液晶11。

该蓝相液晶电控焦距可调液晶透镜工作原理如下：在像素电极2和公共电极5间施加交流方波电压，由于采用的是导电栅网8作为液晶盒支撑层，整个导电栅网8形成一个等势体，整个导电栅网8均有电压作用，故施加到液晶上的电压值由像素图案10边缘向像素中心递减。由于克尔效应，在电场作用下蓝相液晶11产生电场致折射率变化Δn，因此折射率空间分布也产生非均匀，从而使光束聚焦在特定位置，呈凸透镜。通过控制外加电压的大小，可以控制液晶盒内电场分布，实现液晶透镜焦距的电压调控。通过设计导电栅网8像素图案10可以控制液晶透镜形状及类别。当导电栅网8像素图案10为条状时，形成液晶柱透镜；当导电栅网像素图案10为矩形，正多边形或者圆孔时，形成液晶透镜。

在上述实施例一、实施例二中，可以设计导电栅网像素图案为条状，矩形，正多边形或者圆孔，形成各种形状的可调液晶微透镜阵列，如图3所示。 

本实施例仅给出了部分具体的应用例子，但对于从事平板显示器的专利人员而言，还可根据以上启示设计出多种变形产品，这仍被认为涵盖于本发明之中。

Claims (7)

1.一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于包括平行布置的前基底玻璃（1）、后基底玻璃（4），自后基底玻璃（4）向前基底玻璃（1）依次布置透明导电薄膜构成的公共电极（5）、绝缘介质层（6）、导电栅网（8）、透明导电薄膜构成的像素电极（2），导电栅网（8）内灌入蓝相液晶（11）。

2.一种新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于包括前基底玻璃（1）、后基底玻璃（4），自后基底玻璃（4）向前基底玻璃（1）依次布置透明导电薄膜构成的公共电极（5）、绝缘介质层（6）、后取向层（7）、导电栅网（8）、前取向层（3）、透明导电薄膜构成的像素电极（2），对前后基底玻璃分别进行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行，导电栅网（8）内灌入向列相液晶（9）。

3.根据权利要求1或2所述的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于上述绝缘介质层（6）采用旋涂、印刷和溅射得到。

4.根据权利要求1或2所述的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于上述前取向层（3）、后取向层（7）的厚度为100nm-5um。

5.根据权利要求1或2所述的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于上述前基底玻璃（1）、后基底玻璃（4）的厚度为0.4-1.1mm。

6.根据权利要求1或2所述的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于上述导电栅网（8）的厚度为2um-10mm。

7.根据权利要求1或2所述的新型结构的焦距可调液晶微透镜阵列，其特征在于上述导电栅网（8）的像素图案为条状、矩形、正多边形或者圆孔形，宽度或直径为5mm-10mm。

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