CN103809283B - 一种光栅、显示装置及光栅的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种光栅、显示装置及光栅的制造方法，所述光栅，包括相对设置的第一基板和第二基板，第一基板面向第二基板的一面具有面电极，第二基板面向第一基板的一面具有多个间隔排列的条形电极，对应每个条形电极设置的挡墙，挡墙夹置于第一基板和第二基板之间，挡墙包括导电凸起部以及覆盖导电凸起部的亲疏水转换材料层，导电凸起部与条形电极电连接；填充于每相邻两个挡墙之间的液体层，所述液体层包括极性液体和非极性液体。采用本发明的技术方案，可以提高光栅的可视角度，并降低成本。

Description

一种光栅、显示装置及光栅的制造方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光栅、显示装置及光栅的制造方法。

背景技术

随着液晶显示技术的不断发展，3D（Three-Dimensional，三维）立体显示技术已经备受关注，成为显示领域的一个重要的前沿科技领域。光栅3D显示器由光栅和2D（二维）显示器精密耦合而成。根据所用光栅不同，光栅3D显示器分为狭缝式光栅3D显示器和柱透镜式光栅3D显示器两种，其目的是对光线传播的路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像，从而在人脑中合成立体图像。

在3D显示技术中，基于液晶光栅的3D显示装置由于结构简单、与液晶工艺较为兼容以及性能良好等优点备受关注，其中，所述基于液晶光栅的3D显示装置通常是基于双目视差和光栅结构分光原理来实现3D立体显示效果的，其一般包括显示器件和设置于所述显示器件上方的液晶光栅。

如图1所示，现有技术液晶光栅的结构示意图，所述光栅包括相对设置的上基板11和下基板12，以及位于上基板11和下基板12之间的液晶层15，上基板11面向液晶层15的一面具有条形电极13，下基板12面向液晶层15的一面具有面电极14。面电极接地，对不同位置的条形电极施加设定的周期性电压，可使得不同位置的液晶在电场的作用下沿特定方向排列，进而实现液晶层折射率的空间分布，当液晶层折射率的分布呈现类似于固态凸透镜的分布时，可以实现3D显示。

现有技术的缺陷在于，光栅中液晶的选择有限，液晶折射率分布受到液晶偏转的限制，导致可视角度较小，此外液晶成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种光栅、显示装置及光栅的制造方法，用以提高光栅可视角度，并降低光栅成本。

本发明实施例的光栅，包括相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板面向第二基板的一面具有面电极，所述第二基板面向第一基板的一面具有多个间隔排列的条形电极，还包括：

对应每个所述条形电极设置的挡墙，所述挡墙夹置于第一基板和第二基板之间，所述挡墙包括导电凸起部以及覆盖所述导电凸起部的亲疏水转换材料层，所述导电凸起部与所述条形电极电连接；

填充于每相邻两个所述挡墙之间的液体层，所述液体层包括极性液体和非极性液体。

在本发明技术方案中，不采用液晶，而采用极性液体和非极性液体，通过极性液体和非极性液体的对亲疏水转换材料层的亲疏性质不同，等同形成柱透镜式光栅，由于极性液体和非极性液体有多种选择，两种液体的折射率差异较大，与亲疏水转换材料层形成的曲面弧度较大，因此，折射率分布的范围较大，可以提高可视角度，并且相比于液晶，液体的成本较低。当对条形电极加正电时，亲疏水转换材料层呈现疏水性，极性液体与呈现疏水性的亲疏水转换材料的接触角较大，极性液体和非极性液体的界面可以保持水平，相当于平面透镜，当不对条形电极加电或对条形电极加负电时，亲疏水转换材料层呈现亲水性，所述非极性液体和极性液体的界面呈现向所述极性液体一侧凸出的凸面，相当于柱式凸透镜，因此通过本发明的技术方案也可实现图像的二维与三维的转换。液晶光栅的液晶受温度限制，而本发明的光栅采用液体，对周围环境的温度适应性较好，可以应用于较热或较冷的空间。

优选的，所述光栅还包括位于所述面电极面向所述第二基板一面的疏水层。当靠近所述第二基板的一层液体为非极性液体，靠近所述第一基板的一层为极性液体时，面电极上采用疏水层。

优选的，所述光栅还包括位于所述面电极面向所述第二基板一面的亲水层。当靠近所述第二基板的一层液体为极性液体，靠近所述第一基板的一层为非极性液体时，面电极上采用亲水层。

疏水层的材料可以为常见的疏水性材料，优选的，所述疏水层为聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）疏水层。

亲水层的材料可以为常见的亲水性材料，优选的，所述亲水层为聚丙烯酸树脂亲水层。

第一基板和第二基板为透明基板，面电极为透明面电极，条形电极可以为透明条形电极也可以为不透明条形电极。

优选的，所述导电凸起部为金属导电凸起部，例如金属导电凸起部的材质为铜或金；或者，

所述导电凸起部包括支撑凸起部以及覆盖所述支撑凸起部的导电层，所述导电层与所述条形电极电连接，导电层的材质也可以为铜或金。

挡墙的横截面可以为多种形状，例如方形、三角形和梯形，优选采用挡墙的横截面为梯形。

所述梯形的内角的选择优选与极性液体的接触角相同，当所述极性液体为水或水溶液，所述梯形的内锐角为75～85度。由于使用水更加环保，因此极性液体优选为水或水溶液。

优选的，对上述任一种光栅，所述挡墙设置于所述条形电极上。

对上述任一种光栅，亲疏水转换材料层为16-巯基十六烷基酸亲疏水转换材料层，亲疏水转换材料层的材质优选为16-巯基十六烷基酸，也可以采用其他常见的亲疏水转换材料，其他的比如聚苯乙烯/纳米二氧化钛复合涂层。

当导电凸起部带正电荷时，16-巯基十六烷基酸呈现疏水性，与极性溶液有较大的接触角，极性溶液与非极性溶液的界面基本水平，显示器光线经过光栅后光线不发生改变，为二维显示效果；当导电凸起部带负电荷或不带电时，16-巯基十六烷基酸呈现亲水性，与极性溶液有较小的接触角，极性溶液与非极性溶液的界面向极性溶液一侧形成凸面，相当于形成曲面透镜，即在显示器的光线射出端放置有柱透镜式光栅，实现三维显示效果。

本发明实施例的显示装置，包括显示器件以及位于所述显示器件出光侧的上述任一种光栅。

由于通过对条形电极施加不同的电荷，上述光栅可以为平面透镜，也可以形成曲面透镜，因此，该显示装置可以作为二维/三维可切换显示装置。

本发明实施例光栅的制造方法，包括：

形成位于第二基板上的多个间隔排布的条形电极；

形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部以及覆盖所述导电凸起部的亲疏水转换材料层，所述导电凸起部及亲疏水转换材料层形成挡墙；

在每相邻两个挡墙之间设置非极性液体以及极性液体；

形成位于第一基板上的面电极；

将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒。

优选的，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的疏水层。

优选的，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的亲水层。

优选的，形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部具体包括：

形成位于每个所述条形电极上的金属导电凸起部；或者，

形成位于每个所述条形电极上的支撑凸起部以及覆盖支撑凸起部的导电层，所述导电层与所述条形电极电连接。

附图说明

图1为现有技术液晶光栅的结构示意图；

图2为本发明光栅第一实施例结构示意图；

图3为本发明光栅第一实施例立体结构示意图；

图4为本发明对条形电极加正电时的第一实施例光栅结构示意图；

图5为本发明光栅第二实施例结构示意图；

图6为本发明光栅第三实施例结构示意图；

图7为本发明显示装置一实施例结构示意图；

图8为本发明一实施例光栅的制造方法流程示意图。

附图标记：

1-第一基板2-第二基板3-面电极4-条形电极5-挡墙

6-非极性液体7-极性液体8-疏水层9-亲水层10-显示器件

11-上基板12-下基板13-条形电极14-面电极15-液晶层

51-导电凸起部52-亲疏水转换材料层

具体实施方式

为了提高光栅可视角度，并降低光栅成本，本发明提供了一种光栅、显示装置及光栅的制造方法。在该技术方案中，由于极性液体和非极性液体有多种选择，两种液体的折射率差异较大，与亲疏水转换材料层形成的曲面弧度较大，因此，折射率分布的范围较大，可以提高可视角度，并且相比于液晶，液体的成本较低。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，本发明光栅第一实施例结构示意图，所述光栅，包括相对设置的第一基板1和第二基板2，第一基板1面向第二基板2的一面具有面电极3，第二基板2面向第一基板1的一面具有多个间隔排列的条形电极4，所述光栅还包括：

对应每个条形电极4设置的挡墙5，挡墙5夹置于第一基板1和第二基板2之间，挡墙5包括导电凸起部51以及覆盖导电凸起部51的亲疏水转换材料层52，导电凸起部51与条形电极4电连接；

填充于每相邻两个挡墙5之间的液体，液体沿挡墙5高度方向分为两层，分别为极性液体7和非极性液体6。

在本发明实施例中，非极性液体6和极性液体7的位置不限于图2中所示位置，即非极性液体6和极性液体7的位置可以与图2中非极性液体6和极性液体7的位置互换，在本实施例中，以图2所示进行说明。在本实施例的光栅中不采用液晶，而采用极性液体7和非极性液体6，通过极性液体7和非极性液体6的对亲疏水转换材料层52的亲疏性质不同，当不对条形电极4加电或对条形电极4加负电时，亲疏水转换材料层52呈现亲水性，非极性液体6和极性液体7的界面呈现向极性液体7一侧凸出的凸面，等同形成柱透镜式光栅，由于极性液体7和非极性液体6有多种选择，两种液体的折射率差异较大，形成的曲面弧度较大，因此，折射率分布的范围较大，可以提高可视角度，并且相比于液晶，液体的成本较低。另外，液晶光栅的液晶受温度限制，而本发明的光栅采用液体，对周围环境的温度适应性较好，可以应用于较热或较冷的空间。

如图3所示，图3为本发明光栅第一实施例立体结构示意图，未画出极性液体和非极性液体，第一基板1上具有面电极3，第二基板2上具有多个条形电极4，多个条形电极4间隔排列，挡墙5位于条形电极4之上，每相邻两个挡墙5之间具有极性液体和非极性液体。

请继续参照图2所示，当不对条形电极4加电或对条形电极4加负电时，亲疏水转换材料层52呈现亲水性，非极性液体6和极性液体7的界面呈现向极性液体7一侧凸出的凸面，即形成多个凸面透镜；如图4所示，图4为本发明对条形电极加正电时的光栅结构示意图，当对条形电极4加正电时，亲疏水转换材料层52呈现疏水性，极性液体7和非极性液体6的界面可以保持水平，相当于平面透镜，因此通过本发明的技术方案也可实现图像的二维与三维的转换。

极性液体7可选用纯水、无机水溶液、例如氯化钠水溶液、氯化钾水溶液等，非极性液体6可选用无色透明的油质，例如可选用苯甲基硅油，折射率1.425，密度为1.07，极性液体7和非极性液体6优先选择密度接近的，以防止光栅移动时两种液体混合。

优选的，光栅中的极性液体7和非极性液体6的分布形式有以下两种：

如图5所示，图5为本发明光栅第二实施例结构示意图，当靠近第二基板2的一层液体为非极性液体6，靠近第一基板1的一层为极性液体7时，光栅还包括位于面电极3面向第二基板2一面的疏水层8；

如图6所示，图6为本发明光栅第三实施例结构示意图，当靠近第二基板2的一层液体为极性液体，靠近第一基板1的一层为非极性液体时，光栅还包括位于面电极3面向第二基板2一面的亲水层9。

疏水层8的材料可以为常见的疏水性材料，优选的，疏水层8为聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）疏水层。

亲水层9的材料可以为常见的亲水性材料，优选的，亲水层9为聚丙烯酸树脂亲水层。疏水层8和亲水层9的厚度无特殊要求，保证膜层的均匀性即可，一般厚度设置为400埃～2000埃。

第一基板1和第二基板2为透明基板，面电极3为透明面电极，条形电极4可以透明条形电极也可以为不透明条形电极。透明电极的材质可以为ITO（IndiumTinOxide，氧化铟锡）或IZO（IndiumZincOxide，氧化铟锌），厚度一般在400埃～2000埃。

请继续参照图2所示，导电凸起部51为金属导电凸起部，例如金属导电凸起部的材质为铜或金；或者，

导电凸起部51包括支撑凸起部以及覆盖支撑凸起部的导电层，导电层与条形电极4电连接，导电层的材质也可以为铜或金。支撑凸起部主要起到挡墙的骨架作用，其材质可以为氮化硅。由于与条形电极4电连接的仅为导电层，由于导电层制作时沉积厚度较小，因此可以提高生产效率。

请继续参照图2所示，挡墙5的横截面可以为多种形状，例如方形、三角形和梯形，优选采用挡墙5的横截面为梯形。

梯形的内角的选择优选与极性液体7与亲疏水转换材料呈现亲水性的接触角相同，当极性液体7为水或水溶液，设计梯形的内锐角为75～85度。由于使用水更加环保，因此极性液体优选为水或水溶液。

请继续参照图3所示，挡墙5设置于条形电极4上。

对上述任一种光栅，亲疏水转换材料层52为16-巯基十六烷基酸亲疏水转换材料层，亲疏水转换材料层52的材质优选为16-巯基十六烷基酸，也可以采用其他常见的亲疏水转换材料，其他的比如聚苯乙烯/纳米二氧化钛复合涂层。

当导电凸起部51带正电荷时，16-巯基十六烷基酸呈现疏水性，与极性溶液有较大的接触角，极性溶液7与非极性溶液6的界面基本水平，显示器光线经过光栅后光线不发生变化，为二维显示效果；当导电凸起部52带负电荷或不带电时，16-巯基十六烷基酸呈现亲水性，与极性溶液有较小的接触角，极性溶液7与非极性溶液6的界面向极性溶液一侧形成凸面，相当于形成曲面透镜，即在显示器的光线射出端放置有柱透镜式光栅，实现三维显示效果。

本发明实施例还提供一种显示装置，如图7所示，本发明显示装置一实施例结构示意图，所述显示装置包括显示器件10以及位于显示器件10出光侧的上述任一实施例中的光栅。

由于通过对条形电极4施加不同的电荷，上述光栅可以为平面透镜，也可以形成曲面透镜，因此，该显示装置可以作为二维/三维可切换显示装置。

在本发明显示装置中，若显示器件10为液晶面板，条形电极4的位置可以在彩膜基板的黑矩阵对应的上方，可以设置4～5个像素对应一个条形电极4。

本发明实施例提供一种光栅的制造方法，如图8所示，图8为本发明一实施例光栅的制造方法流程示意图，所述制造方法包括：

步骤101、形成位于第二基板上的多个间隔排布的条形电极；

步骤102、形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部以及覆盖所述导电凸起部的亲疏水转换材料层，所述导电凸起部及亲疏水转换材料层形成挡墙；

步骤103、在每相邻两个挡墙之间设置非极性液体以及极性液体；

步骤104、形成位于第一基板上的面电极；

步骤105、将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒。

其中步骤104可以与步骤101～步骤103并列，也可以位于步骤101之前，目的是在将第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前分别对第一基板和第二基板制作完成即可。

优选的，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的疏水层。

优选的，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的亲水层。

优选的，形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部具体包括：

形成位于每个所述条形电极上的金属导电凸起部；或者，

形成位于每个所述条形电极上的支撑凸起部以及覆盖支撑凸起部的导电层，所述导电层与所述条形电极电连接。

以图2中所示实施例的光栅为例，其制作的具体的工艺流程如下：

第一基板制作工艺：在第一基板上形成面电极，可以采用溅射沉积的方法形成，面电极优选材质为ITO或IZO等透明导电层，厚度一般在400埃～2000埃，衬底基板选为玻璃基板；

第二基板制作工艺：在第一基板上形成条形电极，优选采用金属作为条形电极，以金属为例，首先沉积金属层，厚度一般在几百埃左右，然后通过掩模构图工艺（掩模构图工艺通常包括清洗、成膜、涂布光阻剂、曝光、显影、干刻或湿刻、光阻剂剥离等工序）形成多个间隔排列的条形电极；

在条形电极上金属电极对应区域上制作导电凸起部，以导电凸起部为金属导电凸起部为例，其具体制作过程为：通过溅射工艺或电镀工艺形成一定厚度的金属层，再使用掩膜构图工艺对金属层进行图案化处理，该掩膜构图工艺中采用干刻的方法，通过控制蚀刻速率，最终形成具有一定角度的金属导电凸起部，本领域技术人员可根据工艺和设备能力设定工艺参数形成金属导电凸起部；以导电凸起部为支撑凸起部及覆盖支撑凸起部的导电层为例，其具体制作过程为：在制作完成条形电极的第二基板上涂覆氮化硅（SiNx）层，经过曝光、干刻等工艺形成支撑凸起部，支撑凸起部的底部宽度不超过第二基板图形化条形电极的线宽，在支撑凸起部上沉积一层导电层，导电层以金属层为例，沉积的金属层与条形电极导通，这种方法有助于降低金属层的厚度，提高生产效率；

在形成导电凸起部的第二基板上涂覆亲疏水转换材料层，以16-巯基十六酸（16-Mercaptohexadecanoicacid，简称MHA）为例，在形成导电凸起部的第二基板上涂覆MHA，MHA与导电凸起部进行自组装，形成挡墙，通过干刻工艺将不需要的区域蚀刻掉，只保留导电凸起部的表面的MHA部分；

在第二基板上形成围坝，围坝一般采用封框胶，围坝涂覆于第二基板四周，对器件起到封装作用，通过涂胶头涂布于第二基板四周，在滴注非极性液体和极性液体后，与第一基板进行真空对盒，并对封框胶进行光固化封装处理后得到光栅，也可称为2D/3D切换控制屏。

而对于显示装置，只需将2D/3D切换控制屏与显示器用光学胶贴合，完成显示装置的制作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种光栅，包括相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板面向第二基板的一面具有面电极，所述第二基板面向第一基板的一面具有多个间隔排列的条形电极，所述光栅还包括对应每个所述条形电极设置的挡墙，以及填充于每相邻两个所述挡墙之间的液体层，所述挡墙夹置于第一基板和第二基板之间，所述液体层包括极性液体和非极性液体，其特征在于：

所述挡墙包括导电凸起部以及覆盖所述导电凸起部的亲疏水转换材料层，所述导电凸起部与所述条形电极电连接。

2.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述光栅还包括位于所述面电极面向所述第二基板一面的疏水层。

3.如权利要求2所述的光栅，其特征在于，所述疏水层为聚酰亚胺疏水层。

4.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述光栅还包括位于所述面电极面向所述第二基板一面的亲水层。

5.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，所述亲水层为聚丙烯酸树脂亲水层。

6.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述导电凸起部为金属导电凸起部；或者，

所述导电凸起部包括支撑凸起部以及覆盖所述支撑凸起部的导电层，所述导电层与所述条形电极电连接。

7.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述极性液体为水或水溶液所述挡墙的横截面为梯形，所述梯形的内锐角为75～85度。

8.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述挡墙设置于所述条形电极上。

9.如权利要求1～8任一项所述的光栅，其特征在于，所述亲疏水转换材料层为16-巯基十六烷基酸亲疏水转换材料层。

10.一种显示装置，其特征在于，包括显示器件以及位于所述显示器件出光侧的如权利要求1～9任一项所述的光栅。

11.一种光栅的制造方法，其特征在于，包括：

形成位于第二基板上的多个间隔排布的条形电极；

形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部以及覆盖所述导电凸起部的亲疏水转换材料层，所述导电凸起部及亲疏水转换材料层形成挡墙；

在每相邻两个挡墙之间设置非极性液体以及极性液体；

形成位于第一基板上的面电极；

将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒。

12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的疏水层。

13.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在将所述第一基板和所述第二基板进行真空对盒之前还包括：

形成位于所述面电极上的亲水层。

14.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，形成位于每个所述条形电极上的导电凸起部具体包括：

形成位于每个所述条形电极上的金属导电凸起部；或者，

形成位于每个所述条形电极上的支撑凸起部以及覆盖支撑凸起部的导电层，所述导电层与所述条形电极电连接。