CN104656338A - 光栅、显示装置及光栅的制作方法 - Google Patents

光栅、显示装置及光栅的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及三维显示技术领域，公开了一种光栅、显示装置及光栅的制作方法，该光栅包括：相对设置的第一基板和第二基板，第一基板朝向第二基板的一面具有光栅结构的第一透明电极，第二基板朝向第一基板的一面具有与第一透明电极对应设置的第二透明电极；及位于第一透明电极和第二透明电极之间的聚合物层，聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对第一透明电极和第二透明电极施加电压时，纳米级物质将电磁能转化为热能，使得聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对第一透明电极和第二透明电极施加电压时，聚合物层呈现透明态。该光栅用以与显示面板结合实现裸眼3D显示，并且减少2D显示时的透光损失。

Description

光栅、显示装置及光栅的制作方法
技术领域
本发明涉及三维显示技术领域，特别是涉及一种光栅、显示装置及光栅的制作方法。
背景技术
在平板显示装置中，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，简称TFT-LCD)具有体积小、功耗低、制造成本相对较低和无辐射等特点，在当前的平板显示器市场占据了主导地位。液晶显示器在现代生活中有着越来越广泛的应用，常见的液晶显示器可用作手机显示屏、NoteBook显示屏、GPS显示屏、液晶电视的显示屏等。随着科学技术的进步，由于传统显示器只能显示平面图像，已不能满足人们对显示品质的要求。三维(Three Dimension，简称3D)显示器由于其可以使画面变得立体逼真、图像不再局限于屏幕的平面、使观看者有身临其境的感觉，因此近年来受到了广泛研究。3D显示装置主要可分为戴眼镜式和裸眼式两种，戴眼镜式的3D显示装置在观看时都需要配戴特定的3D眼镜，若没有配戴3D眼镜，在3D显示装置上看到的影像为模糊影像。
裸眼3D显示由于无需佩戴眼镜、使用方便等特点得到了广泛的应用。裸眼3D液晶显示可分为屏障栅栏式和透镜式裸眼3D液晶显示，这两种方式都可以通过对液晶电极是否施加电压来实现2D模式与3D模式的切换，并通过控制施加电压的大小使人的左右眼接收到正确的影像。屏障栅栏式裸眼3D显示装置由于可以和诸如液晶显示屏或有机电致发光屏的平板显示屏的工艺兼容，得到了广泛的研究。屏障栅栏式3D显示装置一般在显示面板的出光侧表面叠加一层扭曲向列(Twisted Nematic，简称TN)型液晶光栅。这种三维显示工艺较为成熟，价格便宜，可以实现2D模式与3D模式的切换，但是由于现有的屏障栅栏式3D显示装置需要在显示面板上叠加一层液晶光栅，通常液晶光栅的厚度在几十个毫米左右，进而导致模组整体较厚；在2D显示时光需穿过液晶层，因此透光率损失较高，进而影响显示效果。
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作方法，该光栅用以与显示面板结合实现裸眼3D显示，并且减少2D显示时的透光损失。
本发明实施例首先提供一种光栅，该光栅包括：
相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板朝向所述第二基板的一面具有光栅结构的第一透明电极，所述第二基板朝向所述第一基板的一面具有与所述第一透明电极对应设置的第二透明电极；及
位于所述第一透明电极和所述第二透明电极之间的聚合物层，所述聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述纳米级物质将电磁能转化为热能，使得所述聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述聚合物层呈现透明态。
在本发明技术方案中，提供了一种新型的光栅，由于聚合物层含有纳米级物质和液晶弹性体，在不加电压时，聚合物层呈现玻璃态，为透明态，因此可以实现2D显示，并且，本申请的聚合物层的厚度可以为微米级，相对于现有的几十个毫米厚度的液晶光栅，在2D显示可以减少了透光损失，另外，聚合物层的仅在第一透明电极之上，相对于现有技术采用整层液晶层的液晶光栅，也利于在2D显示时减少透光损失，在施加电压后，由于纳米级物质具有将电磁能转化为热能的性能，特别是四氧化三铁纳米物质，其本身具有电磁性能，并且由于其纳米级的尺寸及较高的表面积的纳米效应，因此可以将电磁能转化为热能，由于纳米级物质可以将电磁能转化成热能，因此实现了对聚合物层加热，使得液晶弹性体呈现胆甾相，可以反射一定波长的光，该聚合物层的反射波长为黑色，因此实现了屏障栅栏式光栅的功能，进而实现3D显示。另外，聚合物层可以制作成几个微米的厚度，因此，大大减小了光栅的厚度，进而当光栅与显示面板组装成显示装置时，也减小了裸眼3D显示装置的厚度。
任何将电磁能转化为热能的纳米级物质均可，优选地，所述纳米级物质为四氧化三铁纳米粒子或四氧化三铁纳米棒。更优选地，所述纳米级物质为四氧化三铁纳米粒子。电磁性能是四氧化三铁纳米粒子的固有特性，并且由于纳米粒子本身具有纳米级的尺寸及较高的表面积的纳米效应，因此可以将电磁能转化为热能。
优选地，所述纳米级物质在所述聚合物层中的质量分数为1％-10％。
能够实现反射波长为黑色的聚合物层不限，优选地，所述聚合物层为至少两层，所述液晶弹性体为硅氧烷侧链液晶弹性体，所述至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色。
优选地，每层所述聚合物层的厚度为0.2-1.0微米。每层聚合物层的厚度不大于1.0微米，因此该光栅的厚度非常小，大大减小了其与显示面板组装在一起的显示装置的厚度。
优选地，每层所述聚合物层还包括由紫外光可聚合液晶性单体在光引发剂的光引发作用下聚合形成的聚合物网络。
优选地，每层所述聚合物层中所述硅氧烷侧链液晶弹性体的质量分数为69％-96.9％，所述紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为2％-20％，所述光引发剂的质量分数为0.1％-1％。
优选地，所述紫外光可聚合液晶性单体为1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)-2-甲苯；
所述光引发剂为安息香双甲醚。
优选地，所述硅氧烷侧链液晶弹性体通过式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂在式III所示的聚甲基氢硅氧烷上接枝得到：
其中，式I中k选自3至10中的任一整数，式II中n选自3至10中的任一整数，式III中m选自4至30中的任一整数。
优选地，上述式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂的摩尔比为1:9～9:1。
优选地，所述聚合物层为两层，所述两层聚合物层分别反射绿色光和紫色光，或者所述两层聚合物层分别反射黄色光和蓝色光。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括显示面板以及位于所述显示面板的出光侧的上述任一种光栅。
在本发明的显示装置中，由于该显示装置采用了上述光栅，因此，该显示装置可以具有相对小的厚度，并且在2D显示时可以减少透光损失。
优选地，所述光栅的第一基板为所述显示面板的出光侧的衬底基板。
当光栅的第一基板直接采用显示面板出光侧的衬底基板时，可以进一步减小显示装置的厚度。
优选地，所述显示装置还包括驱动电路，用于向所述光栅中的所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种光栅的制作方法，包括：
分别在第一基板和第二基板上形成光栅结构的第一透明电极和第二透明电极，所述第一透明电极和所述第二透明电极对应设置；
在所述第一透明电极上形成聚合物层，所述聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述纳米级物质将电磁能转化为热能，使得所述聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述聚合物层呈现透明态；
将所述第一基板和所述第二基板对盒设置。
优选地，所述聚合物层为至少两层，所述液晶弹性体为硅氧烷侧链液晶弹性体，所述至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色。
优选地，在所述第一透明电极上形成两层聚合物层具体包括：
步骤a、在所述第一透明电极之上涂覆混合物层，所述混合物层包括所述硅氧烷侧链液晶弹性体、所述纳米级物质、紫外光可聚合液晶性单体和光引发剂；
步骤b、对所述混合物层加热至设定的第一温度阈值，所述硅氧烷侧链液晶弹性体形成设定的第一螺距阈值；
步骤c、通过掩模板对形成设定螺距的混合物层进行紫外光照，所述紫外光可聚合液晶性单体形成聚合物网络以稳定所述第一螺距阈值，可以反射第一波长阈值的光，将所述混合物层冷却至室温再经刻蚀后形成第一层聚合物层，所述掩膜板具有与所述第一透明电极对应的开口；
步骤d、在形成具有第一螺距阈值的第一层聚合物层的所述第一透明基板之上涂覆第二层混合物层；
步骤e、将步骤b中的第一温度阈值调节为第二温度阈值，重复步骤c，形成具有第二螺距阈值，可以反射第二波长阈值的光的第二层聚合物层。
优选地，调节所述步骤b中的第一温度阈值，循环所述步骤a至步骤c至少一次，得到至少三层具有不同螺距阈值的聚合物层。
在所述混合物层中，所述硅氧烷侧链液晶弹性体的质量分数为69％-96.9％、所述纳米级物质的质量分数为1％-10％、所述紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为2％-20％，所述光引发剂的质量分数为0.1％-1％。
优选地，当所述聚合物层为两层时，所述第一螺距阈值为150-5000nm，所述第二螺距阈值为150-5000nm。
优选地，当所述聚合物层为两层时，所述第一温度阈值为30-120℃，所述第二温度阈值为30-120℃。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光栅的结构示意图；
图2为本发明的光栅中所用的硅氧烷侧链液晶弹性体的化学结构示意图；
图3为图2所示的m＝6、n＝4且k＝4的硅氧烷侧链液晶弹性体的反射波长随温度的变化曲线图；
图4为本发明的光栅中含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图；
图6为本发明较佳实施例提供的显示装置的结构示意图；
图7为本发明提供的光栅的制作方法的流程示意图；
图8a为未加载电压时光栅中聚合物层的结构示意图；
图8b为加载电压时光栅中聚合物层的结构示意图。
附图标记：
11-第三基板     12-第四基板      13-液晶层        14-下偏光片
15-上偏光片     16-衬底基板      21-第一基板      22-第二基板
23-第一透明电极      24-第二透明电极     25-聚合物层
50-硅氧烷侧链液晶弹性体       51-聚合物网络的重复单元
52-聚合物网络        53-光引发剂         54-纳米级物质
具体实施方式
本发明提供了一种光栅、显示装置及光栅的制作方法，该光栅用以与显示面板结合实现裸眼3D显示，并且减少2D显示时的透光损失。在该技术方案中，光栅中含有聚合物层，在不加电压时，聚合物层呈现玻璃态，为透明状，可以实现2D显示，在施加电压后，由于纳米级物质可以将电磁能转化成热能，可以对聚合物层加热，使得液晶弹性体呈现胆甾相，可以反射一定波长的光，聚合物层的反射波长的叠加为黑色，因此实现了屏障栅栏式光栅的功能，进而实现3D显示。以下结合附图具体说明本发明的技术方案。
本发明实施例首先提供一种光栅，如图1所示，图1为本发明一实施例提供的光栅的结构示意图，该光栅包括：
相对设置的第一基板21和第二基板22，第一基板21朝向第二基板22的一面具有光栅结构的第一透明电极23，第二基板22朝向第一基板21的一面具有与第一透明电极23对应设置的第二透明电极24；及
位于第一透明电极23和第二透明电极24之间的聚合物层25，聚合物层25中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对第一透明电极23和第二透明电极24施加电压时，纳米级物质将电磁能转化为热能，使得聚合物层25呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对第一透明电极23和第二透明电极24施加电压时，聚合物层25呈现透明态。
在本发明的技术方案中，提供了一种新型的光栅，由于聚合物层25含有纳米级物质和液晶弹性体，，在不加电压时，聚合物层25呈现玻璃态，为透明状，因此可以实现2D显示，并且，本申请的聚合物层25的厚度可以为微米级，相对于现有的几十个毫米厚度的液晶光栅，在2D显示可以减少了透光损失，另外，聚合物层25的仅在第一透明电极23之上，相对于现有技术采用整层液晶层的液晶光栅，也利于在2D显示时减少透光损失，在施加电压后，由于纳米级物质具有将电磁能转化为热能的性能，特别是四氧化三铁纳米物质，其本身具有电磁性能，并且由于其纳米级的尺寸及较高的表面积的纳米效应，因此可以将电磁能转化为热能，由于纳米级物质可以将电磁能转化成热能，因此实现了对聚合物层加热，使得液晶弹性体呈现胆甾相，可以反射一定波长的光，该聚合物层的反射波长的叠加为黑色，因此实现了屏障栅栏式光栅的功能，进而实现3D显示。另外，聚合物层25可以制作成几个微米的厚度，因此，大大减小了光栅的厚度，进而当光栅与显示面板组装成显示装置时，也减小了裸眼3D显示装置的厚度。其中，聚合物层25为如图1所示的结构，即聚合物层位于第一透明电极23之上并且与第一透明电极23的每个电极单元对应。
在该技术方案中，当将电磁能转化为热能的纳米级物质的含量低于1％时，会存在加热不均匀且加热较慢的问题，当纳米级物质的含量高于10％时，存在纳米级物质的浪费，因此本发明的技术方案中将电磁能转化为热能的纳米级物质的质量分数为1％-10％。
任何将电磁能转化为热能的纳米级物质均可，优选地，纳米级物质为四氧化三铁纳米粒子或四氧化三铁纳米棒。四氧化三铁纳米棒可能存在混合不均匀的问题，因此更优选地，纳米级物质为四氧化三铁纳米粒子。电磁性能是四氧化三铁纳米粒子的固有特性，并且由于纳米粒子本身具有纳米级的尺寸及较高的表面积的纳米效应，因此可以将电磁能转化为热能。
请继续参照图1所示，能够实现反射波长为黑色的聚合物层25不限，优选地，该聚合物层25为至少两层，液晶弹性体为硅氧烷侧链液晶弹性体(Side-chain polysiloxane liquid crystalline elastomers)，至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色。
请继续参照图1所示，优选地，每层聚合物层25的厚度为0.2-1.0微米(μm)。每层聚合物层25的厚度不大于1.0微米，因此该光栅的厚度非常小，大大减小了其与显示面板组装在一起的显示装置的厚度。例如聚合物层的厚度为0.2μm、0.3μm、0.5μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1.0μm，其中各层聚合物层的厚度可以相同也可以不同。
请继续参照图1所示，优选地，每层聚合物层25还包括由紫外光可聚合液晶性单体在光引发剂的光引发作用下聚合形成的聚合物网络。
每层聚合物层25中硅氧烷侧链液晶弹性体的质量分数为69％-96.9％，紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为2％-20％，光引发剂的质量分数为0.1％-1％。
优选地，紫外光可聚合液晶性单体为1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)-2-甲苯，化学结构式为：
光引发剂为安息香双甲醚，化学结构式为：
优选地，硅氧烷侧链液晶弹性体通过式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂在式III所示的聚甲基氢硅氧烷上接枝得到：
其中，式I中k选自3至10中的任一整数，式II中n选自3至10中的任一整数，式III中m选自4至30中的任一整数。
优选地，式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂的摩尔比为1:9～9:1。如图2所示，图2为本发明的光栅中所用的硅氧烷侧链液晶弹性体的化学结构示意图，x(椭圆侧链)表示液晶性单体基团，y(矩形侧链)表示交联剂基团，z(主链)表示聚甲基氢硅氧烷。
本发明中使用的硅氧烷侧链液晶弹性体在玻璃化转变温度以上可以呈现胆甾相，并可以反射一定波长的可见光。如图3所示，图3为图2所示的m＝6、n＝4且k＝4的硅氧烷侧链液晶弹性体的反射波长随温度的变化曲线图，从图3中可以看出当温度从60℃升高到85℃时，反射波长从780nm减小为380nm，覆盖整个可见光范围，因此可以通过调节温度使硅氧烷侧链液晶弹性体反射可见光中任一波长的光。
如图4所示，图4为本发明的光栅中含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层的结构示意图，该聚合物层包括硅氧烷侧链液晶弹性体50、聚合物网络的重复单元51(相当于紫外光可聚合物液晶性单体的端基双键打开形成的结构)、聚合物网络52、光引发剂53和将光能转化为热能的纳米级物质54(如为四氧化三铁纳米粒子)。
当聚合物层为两层时，这两层聚合物层分别反射绿色光和紫色光，或者这两层聚合物层分别反射黄色光和蓝色光。
本发明实施例还提供一种显示装置，如图5所示，图5为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图，该显示装置包括显示面板以及位于显示面板的出光侧的上述任一种光栅。以液晶显示面板为例，显示面板包括第三基板11和第四基板12，以及位于第三基板11和第四基板12之间的液晶层13，例如，第三基板11为阵列基板，第四基板12为彩膜基板，光栅位于显示面板的出光侧，光栅的第一基板21可以与显示面板以贴附的方式结合在一起。图5所示的显示装置还可以包括上偏光片15和下偏光片14，上偏光片15位于光栅的第二基板22之上，下偏光片14位于显示面板的第三基板11之下。另外，上偏光片15不限于图5所示的位置，上偏光片15还可以位于光栅的第一基板21和显示面板的第四基板12之间。
在本发明的显示装置中，由于该显示装置采用了上述光栅，因此，该显示装置可以具有相对小的厚度，并且在2D显示时可以减少透光损失。
优选地，该显示装置还包括驱动电路，用于向该光栅中的第一透明电极和第二透明电极施加电压。该显示装置的驱动电路可以对第一透明电极和第二透明电极施加电压，当对第一透明电极和第二透明电极施加电压时，具有电磁性能的四氧化三铁纳米粒子由于其纳米效应可以将电磁能转化为热能，使得其所在的聚合物层受热呈现胆甾相，因此可以实现3D显示。
该显示装置的形式不限，具体可以为：电子纸、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或部件。
如图6所示，图6为本发明较佳实施例提供的显示装置的结构示意图，优选地，光栅的第一基板为显示面板的出光侧的衬底基板16。
为了进一步减小显示装置的厚度，直接将显示面板的出光侧的衬底基板16作为光栅的第一基板，即如图6所示的显示装置的结构，以液晶显示面板为例，该显示装置从上至下依次包括上偏光片15、第二基板22、第二透明电极24、聚合物层25、第一透明电极23、衬底基板16、液晶层13、第三基板11和下偏光片14，其中衬底基板16一般是指彩膜基板中的衬底基板，第三基板11可以为阵列基板。
当光栅的第一基板直接采用显示面板出光侧的衬底基板16时，即将含有硅氧烷侧链液晶弹性体的混合物层直接涂覆于液晶显示面板出光侧衬底基板16上，每层混合物层的厚度可以只有0.2-1.0μm，可以进一步减小显示装置的厚度，由于大大降低了光栅的厚度，因此减小了对3D显示面板透过率的影响，提高了显示效果。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种光栅的制作方法，如图7所示，图7为本发明提供的光栅的制作方法的流程示意图，该方法包括：
步骤101、分别在第一基板和第二基板上形成光栅结构的第一透明电极和第二透明电极，所述第一透明电极和所述第二透明电极对应设置；
步骤102、在所述第一透明电极上形成聚合物层，所述聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述纳米级物质将电磁能转化为热能，使得所述聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述聚合物层呈现透明态；
步骤103、将所述第一基板和所述第二基板对盒设置。
在该技术方案中，制作的光栅的结构如图1所示，即从上至下依次为第二基板22、第二透明电极24、聚合物层25、第一透明电极23和第一基板21。其中，第二透明电极24、聚合物层25和第一透明电极23在制作时采用同一掩膜板，使这三个层保留的部分相同，即形成如图1所示的层叠结构。
当然为了进一步减小厚度，可以直接在显示面板的出光侧的衬底基板上形成具有光栅结构的第一透明电极，再形成至少两层含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层，再将具有第二透明电极的第二基板覆盖在该聚合物层之上。
优选地，步骤102中在所述第一透明电极上形成聚合物层，当该聚合物层为两层时，具体包括：
步骤a、在所述第一透明电极之上涂覆混合物层，所述混合物层包括硅氧烷侧链液晶弹性体、纳米级物质、紫外光可聚合液晶性单体和光引发剂；
步骤b、对所述混合物层加热至设定的第一温度阈值，所述硅氧烷侧链液晶弹性体形成设定的第一螺距阈值；
步骤c、通过掩模板对形成设定螺距的混合物层进行紫外光照，紫外光可聚合液晶性单体形成聚合物网络以稳定所述第一螺距阈值，可以反射第一波长阈值的光，将所述混合物层冷却至室温再经刻蚀后形成第一层聚合物层，所述掩膜板具有与所述第一透明电极对应的开口；
步骤d、在形成具有第一螺距阈值的第一层聚合物层的所述第一透明基板之上涂覆第二层混合物层；
步骤e、将步骤b中的第一温度阈值调节为第二温度阈值，重复步骤c，形成具有第二螺距阈值，可以反射第二波长阈值的光的第二层聚合物层，具体为：对第二层混合物层加热至设定的第二温度阈值，硅氧烷侧链液晶弹性体形成设定的第二螺距阈值；通过掩模板对形成设定螺距的第二层混合物层进行紫外光照，紫外光可聚合液晶性单体形成聚合物网络以稳定所述第二螺距阈值，可以反射第二波长阈值的光，将第二层混合物层冷却至室温再经刻蚀后形成第二层聚合物层，其中，该掩膜板具有与所述第一透明电极对应的开口。
优选地，调节所述步骤b中的第一温度阈值，循环所述步骤a至步骤c至少一次，得到至少三层具有不同螺距阈值的聚合物层。
在该技术方案中，需要说明若制作三层及以上的聚合物层，则通过调节步骤b中的第一温度阈值，执行至少一次步骤a至步骤c的循环，以三层聚合物层为例，执行一次该循环，得到位于第二层聚合物层之上的第三层聚合物层，、即对加热的温度阈值进行调节为第三温度阈值，进而得到第三螺距阈值，相应地得到第三反射波长；以四层聚合物层为例，执行两次该循环，得到位于第二层聚合物之上的第三层聚合物层和位于第三层聚合物层之上的第四层聚合物层，即首先对加热的温度阈值进行调节为第三温度阈值，进而得到第三螺距阈值，相应地得到第三反射波长，得到第三层聚合物层，再对加热的温度阈值进行调节为第四温度阈值，进而得到第四螺距阈值，相应地得到第四反射波长，进而得到第四层聚合物层。
在该技术方案中，具体地，以两层聚合物层的形成为例，首先在第一透明电极上涂覆一层含有上述组分的混合物层，然后将其加热至温度T1使混合物层形成设定的螺距P1，然后采用掩膜板用紫外光辐照混合物层使辐照过的紫外光可聚合液晶性单体发生聚合反应形成聚合物网络来稳定螺距P1，然后冷却至室温，再通过刻蚀形成位于第一透明电极上的第一层聚合物层；在第一层聚合物层上再涂覆一层含有上述组分的混合物层，然后将其加热至温度T2使混合物层形成螺距P2，然后采用同样的掩膜板用紫外光辐照混合物使辐照过的紫外光可聚合液晶性单体发生反应形成聚合物网络来稳定螺距P2，然后冷却至室温，再通过刻蚀形成位于第一层聚合物层上的第二层聚合物层。
温度T1和温度T2为混合物层呈现胆甾相的温度，可以为30-120℃，对于温度T1和温度T2的具体数值并不作限定，只要满足得到的这两层聚合物层反射波长叠加后为黑色即可。对于螺距P1和螺距P2的具体数值并不作限定，螺距P1的取值范围可以为150-5000nm，螺距P2的取值范围可以为150-5000nm。
聚合物层的螺距决定聚合物层的反射波长，因此，当混合物层中的各组分含量一定时，可以通过调节加热的温度来调节螺距大小，另外，当加热温度一定时，可以通过调节混合物层中的硅氧烷侧链液晶弹性体的含量来调节螺距大小，通过这两种调节方式使得聚合物层的反射波长不同。
每层聚合物层的具体制备步骤可以为，首先将混合物涂覆于第一透明电极上，然后使用掩膜板进行紫外辐照，该掩膜板具有和第一透明电极同样的图案，即第一透明电极对应的部分可以被紫外光辐照，而第一透明电极之间的间隙部分使用掩膜覆盖，从而该间隙部分不会被紫外光照，因此间隙部分的紫外光可聚合液晶性单体不会发生交联反应，只有与第一透明电极对应位置的紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络；然后使用溶剂刻蚀，即使用溶剂将没有被紫外光辐照的混合物去除，溶剂为有机溶剂，例如二氯甲烷、三氯甲烷等。
在每层混合物层中，可以包括：质量分数为69％-96.9％的硅氧烷侧链液晶弹性体、质量分数为1％-10％的纳米级物质、质量分数为2％-20％的紫外光可聚合液晶性单体和质量分数为0.1％-1％的光引发剂。
以光栅中两层聚合物层为例，来说明该光栅的原理，如图8a所示，图8a为未加载电压时光栅中聚合物层的结构示意图，室温下，未加载电压时，聚合物层25为玻璃态，此时光栅为透明态，为2D显示；当加载电压时，聚合物层25中四氧化三铁纳米粒子将电磁能转化为热能，使聚合物层25温度升高，硅氧烷侧链液晶弹性体转化为胆甾相，呈现紫外光聚合后固定的螺距，反射一定波长的可见光，即如图8b所示，图8b为加载电压时光栅中聚合物层的结构示意图，第一层聚合物层的螺距为P1，可以反射可见光λ1，第二层聚合物层的螺距为P2，可以反射可见光λ2；通过温度、混合物层各组分的比例等调节，使两层聚合物层的反射的颜色叠加后表现为黑色，起到光栅的作用，进而实现3D显示。
聚合物层可以为三层、四层、五层和更多层，只要这些聚合物层的胆甾相的反射波长叠加后为黑色即可。例如聚合物层为三层，这三层聚合物层分别反射红光、绿光和蓝光时，则叠加即为黑色。
以下列举几个具体的实施例来说明本发明的技术方案，但本发明并不限于下述实施例。在下述实施例中，纳米级物质采用四氧化三铁纳米粒子，制作较佳实施例提供的显示装置。
实施例1
3D液晶显示装置的制作步骤如下：
步骤一、使用常规方法制作液晶显示面板；
步骤二、在液晶显示面板的出光侧的衬底基板上形成具有光栅结构的第一透明电极，具体可以采用刻蚀工艺，例如首先制作覆盖衬底基板的基板面的电极层，再刻蚀掉部分电极层，形成具有光栅结构的第一透明电极；
步骤三、将图2所示的n＝4和k＝4以重量比为5:4的联萘二酚交联剂b和液晶性单体a接枝到m＝6的聚甲基氢硅氧烷c上形成硅氧烷侧链液晶弹性体，将得到的硅氧烷侧链液晶弹性体、四氧化三铁纳米粒子、紫外光可聚合液晶性单体和光引发剂按照89.75％/5％/5％/0.25％的重量百分比混合均匀，得到混合物；
步骤四、在第一透明电极上涂覆一层0.5μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度65℃，使混合物层形成490nm的螺距，该混合物层可以反射680nm波长的可见光，即显示黄色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一透明电极上的第一层聚合物层；
步骤五、在第一层聚合物层上再涂覆一层0.3μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度80℃，使混合物形成290nm的螺距，该混合物层可以反射460nm波长的可见光，即显示蓝色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一层聚合物层上的第二层聚合物层；
步骤六、在第二层聚合物层上覆盖带有第二透明电极的第二基板，其中第二透明电极面向第二层聚合物层且与第二层聚合物层对应，即第二透明电极、两层聚合物层和第一透明电极为叠层设置，制成具有光栅的显示面板，并与背光模组进行组装制成3D显示装置。
室温下，当未加载电压时，两层含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层为玻璃态，三维光栅为透明态，此时为2D显示；当加载电压时，聚合物层中的具有电磁性能的四氧化三铁纳米粒子可以将电磁能转化为热能，使聚合物层的温度升高，硅氧烷侧链液晶弹性体变为胆甾相，呈现紫外聚合后固定的螺距，即第一层聚合物层反射黄色，第二层聚合物层反射蓝色，两者叠加为黑色，达到光栅的效果，实现了3D显示。第一层聚合物层的厚度为0.5μm，第二层聚合物层的厚度为0.3μm，相对于现有技术中的几十毫米厚的液晶光栅，大大减小了光栅的厚度。
实施例2
3D液晶显示装置的制作步骤如下：
步骤一、使用常规方法制作液晶显示面板；
步骤二、在显示面板的出光侧衬底基板上形成具有光栅结构的第一层透明电极，具体可以采用刻蚀工艺，例如首先制作覆盖衬底基板的基板面的电极层，再刻蚀掉部分电极层，形成具有光栅结构的第一透明电极；
步骤三、将图2所示的n＝6和k＝6以重量比为3:2的联萘二酚交联剂b和液晶性单体a接枝到m＝4的聚甲基氢硅氧烷c上形成硅氧烷侧链液晶弹性体，将得到的硅氧烷侧链液晶弹性体、四氧化三铁纳米粒子、紫外光可聚合液晶性单体和光引发剂按照81.5％/8％/10％/0.5％的重量百分比混合均匀，得到混合物；
步骤四、在第一透明电极上涂覆一层0.4μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度70℃，使混合物层形成340nm的螺距，该混合物层可以反射540nm波长的可见光，即显示绿色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一透明电极上的第一层聚合物层；
步骤五、在第一层聚合物层上再涂覆一层0.6μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度85℃，使混合物层形成265nm的螺距，该混合物层可以反射420nm波长的可见光，即显示紫色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一层聚合物层上的第二层聚合物层；
步骤六、在第二层聚合物层上覆盖带有第二层透明电极的基板，其中第二透明电极面向第二层聚合物层且与第二层聚合物层对应，即第二透明电极、两层聚合物层和第一透明电极为叠层设置，制成具有光栅的显示面板，并与背光模组进行组装制成3D显示装置。
室温下，当未加载电压时，两层含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层为玻璃态，三维光栅为透明态，此时为2D显示；当加载电压时，聚合物层中的四氧化三铁纳米粒子将电磁能转化为热能，使聚合物层的温度升高，硅氧烷侧链液晶弹性体变为胆甾相，呈现紫外聚合后固定的螺距，即第一层聚合物层反射绿色，第二层聚合物层反射紫色，两者叠加为黑色，达到光栅的效果，实现了3D显示。第一层聚合物层的厚度为0.4μm，第二层聚合物层的厚度为0.6μm，相对于现有技术中的几十毫米厚的液晶光栅，大大减小了光栅的厚度。
实施例3
3D液晶显示装置的制作步骤如下：
步骤一、使用常规方法制作液晶显示面板；
步骤二、在显示面板的出光侧衬底基板上形成具有光栅结构的第一层透明电极，具体可以采用刻蚀工艺，例如首先制作覆盖衬底基板的基板面的电极层，再刻蚀掉部分电极层，形成具有光栅结构的第一透明电极；
步骤三、将图2所示的n＝8和k＝8以重量比为1:1的联萘二酚交联剂b和液晶性单体a接枝到m＝10的聚甲基氢硅氧烷c上形成硅氧烷侧链液晶弹性体，将得到的硅氧烷侧链液晶弹性体、四氧化三铁纳米粒子、紫外光可聚合液晶性单体、光引发剂按照85.6％/6％/8％/0.4％重量百分比混合均匀，得到混合物；
步骤四、在第一透明电极上涂覆一层0.8μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度70℃，使混合物层形成440nm的螺距，该混合物层可以反射630nm波长的可见光，即显示黄色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一透明电极上的第一层聚合物层；
步骤五、在第一层聚合物层上再涂覆一层0.5μm厚的步骤三所得的混合物，得到混合物层，将其加热至温度80℃，使混合物层形成280nm的螺距，该混合物层可以反射450nm波长的可见光，即显示蓝色；透过掩膜板(掩膜板的开口与第一透明电极对应)利用光强为5mw/cm2的紫外光辐照混合物层使混合物层中紫外光可聚合液晶性单体发生交联反应形成聚合物网络以稳定此时的螺距，然后冷却至室温，再经过刻蚀得到位于第一层聚合物层上的第二层聚合物层；
步骤六、在第二层聚合物层上覆盖带有第二层透明电极的基板，其中第二透明电极面向第二层聚合物层且与第二层聚合物层对应，即第二透明电极、两层聚合物层和第一透明电极为叠层设置，制成具有光栅的显示面板，并与背光模组进行组装制成3D显示装置。
室温下，当未加载电压时，两层含有硅氧烷侧链液晶弹性体的聚合物层为玻璃态，三维光栅为透明态，此时为2D显示；当加载电压时，聚合物层中是四氧化三铁纳米粒子将电磁能转化为热能，使聚合物层的温度升高，硅氧烷侧链液晶弹性体变为胆甾相，呈现紫外聚合后固定的螺距，即第一层聚合物层反射黄色，第二层聚合物层反射蓝色，两者叠加为黑色，达到光栅的效果，实现3D显示。第一层聚合物层的厚度为0.8μm，第二层聚合物层的厚度为0.5μm，相对于现有技术中的几十毫米厚的液晶光栅，大大减小了光栅的厚度。
相对于现有的液晶光栅，采用本发明的技术方案得到的光栅可以直接贴附与显示面板的出光面上，或者直接采用显示面板的出光侧的衬底基板作为该光栅的第一基板，使显示装置的厚度减小，由于本发明中所采用的含有硅氧烷侧链弹性体的聚合物层中还含有将电磁能转化为热能的纳米级物质，因此，当施加电压时，聚合物层的温度升高，进而使得硅氧烷侧链液晶弹性体由玻璃态转化为胆甾相，至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色，因此可以实现屏障式光栅的结构，进而实现3D显示，由于硅氧烷侧链液晶弹性体随温度的变化可以反射所有波长的可见光，因此，可以通过调节加热温度和混合物的组分的含量得到不同的聚合物层实现反射波长叠加后为黑色(例如在同一温度下，混合物层中的硅氧烷侧链液晶弹性体含量不同，则形成的聚合物层的螺距不同，相应地反射波长也不同)，进而使得聚合物层的厚度和反射波长可以得到更好地控制。
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 (21)

1.一种光栅，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板朝向所述第二基板的一面具有光栅结构的第一透明电极，所述第二基板朝向所述第一基板的一面具有与所述第一透明电极对应设置的第二透明电极；及
位于所述第一透明电极和所述第二透明电极之间的聚合物层，所述聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述纳米级物质将电磁能转化为热能，使得所述聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述聚合物层呈现透明态。
2.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述纳米级物质为四氧化三铁纳米粒子或四氧化三铁纳米棒。
3.如权利要求1或2所述的光栅，其特征在于，所述纳米级物质在所述聚合物层中的质量分数为1％-10％。
4.如权利要求1或2所述的光栅，其特征在于，所述聚合物层为至少两层，所述液晶弹性体为硅氧烷侧链液晶弹性体，所述至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色。
5.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，每层所述聚合物层的厚度为0.2-1.0微米。
6.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，每层所述聚合物层还包括由紫外光可聚合液晶性单体在光引发剂的光引发作用下聚合形成的聚合物网络。
7.如权利要求6所述的光栅，其特征在于，每层所述聚合物层中所述硅氧烷侧链液晶弹性体的质量分数为69％-96.9％，所述紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为2％-20％，所述光引发剂的质量分数为0.1％-1％。
8.如权利要求6或7所述的光栅，其特征在于，所述紫外光可聚合液晶性单体为1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)-2-甲苯；
所述光引发剂为安息香双甲醚。
9.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，所述硅氧烷侧链液晶弹性体通过式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂在式III所示的聚甲基氢硅氧烷上接枝得到：
其中，式I中k选自3至10中的任一整数，式II中n选自3至10中的任一整数，式III中m选自4至30中的任一整数。
10.如权利要求9所述的光栅，其特征在于，式I所示的液晶性单体和式II所示的交联剂的摩尔比为1:9～9:1。
11.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，所述聚合物层为两层，所述两层聚合物层分别反射绿色光和紫色光，或者所述两层聚合物层分别反射黄色光和蓝色光。
12.一种显示装置，其特征在于，包括显示面板以及位于所述显示面板的出光侧的如权利要求1-11中任一项所述的光栅。
13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述光栅的第一基板为所述显示面板的出光侧的衬底基板。
14.如权利要求12或13所述的显示装置，其特征在于，还包括驱动电路，用于向所述光栅中的所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压。
15.一种光栅的制作方法，其特征在于，包括：
分别在第一基板和第二基板上形成光栅结构的第一透明电极和第二透明电极，所述第一透明电极和所述第二透明电极对应设置；
在所述第一透明电极上形成聚合物层，所述聚合物层中含有将电磁能转化为热能的纳米级物质和液晶弹性体，当对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述纳米级物质将电磁能转化为热能，使得所述聚合物层呈现胆甾相，反射波长为黑色；当不对所述第一透明电极和所述第二透明电极施加电压时，所述聚合物层呈现透明态；
将所述第一基板和所述第二基板对盒设置。
16.如权利要求15所述的制作方法，其特征在于，所述聚合物层为至少两层，所述液晶弹性体为硅氧烷侧链液晶弹性体，所述至少两层聚合物层的胆甾相的反射波长叠加为黑色。
17.如权利要求16所述的制作方法，其特征在于，在所述第一透明电极上形成两层聚合物层具体包括：
步骤a、在所述第一透明电极之上涂覆混合物层，所述混合物层包括所述硅氧烷侧链液晶弹性体、所述纳米级物质、紫外光可聚合液晶性单体和光引发剂；
步骤b、对所述混合物层加热至设定的第一温度阈值，所述硅氧烷侧链液晶弹性体形成设定的第一螺距阈值；
步骤c、通过掩模板对形成设定螺距的混合物层进行紫外光照，所述紫外光可聚合液晶性单体形成聚合物网络以稳定所述第一螺距阈值，可以反射第一波长阈值的光，将所述混合物层冷却至室温再经刻蚀后形成第一层聚合物层，所述掩膜板具有与所述第一透明电极对应的开口；
步骤d、在形成具有第一螺距阈值的第一层聚合物层的所述第一透明基板之上涂覆第二层混合物层；
步骤e、将步骤b中的第一温度阈值调节为第二温度阈值，重复步骤c，形成具有第二螺距阈值，可以反射第二波长阈值的光的第二层聚合物层。
18.如权利要求17所述的制作方法，其特征在于，调节所述步骤b中的第一温度阈值，循环所述步骤a至步骤c至少一次，得到至少三层具有不同螺距阈值的聚合物层。
19.如权利要求17所述的制作方法，其特征在于，在所述混合物层中，所述硅氧烷侧链液晶弹性体的质量分数为69％-96.9％、所述纳米级物质的质量分数为1％-10％、所述紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为2％-20％，所述光引发剂的质量分数为0.1％-1％。
20.如权利要求17所述的制作方法，其特征在于，当所述聚合物层为两层时，所述第一螺距阈值为150-5000nm，所述第二螺距阈值为150-5000nm。
21.如权利要求17所述的制作方法，其特征在于，当所述聚合物层为两层时，所述第一温度阈值为30-120℃，所述第二温度阈值为30-120℃。
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