CN105929611B - 共面电极蓝相液晶透镜及其制备方法 - Google Patents

共面电极蓝相液晶透镜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

共面电极蓝相液晶透镜及其制备方法，属于3D显示技术领域，本发明为解决向列相液晶透镜存在的响应速度慢带来动态图像模糊、液晶盒厚变化对电压及响应时间要求高及3D画面串扰等问题。本发明包括上基板、下基板、m组共面电极、绝缘阻隔条带和蓝相液晶层；上基板与下基板相对平行设置；上基板与下基板之间从左至右等间距设置m组共面电极，每相邻两组共面电极之间设置绝缘阻隔条带；共面电极由条状电极和公共电极平行构成，条状电极和公共电极均与上基板垂直，条状电极和公共电极之间填充蓝相液晶层。并设计两种制备方法来制备共面电极蓝相液晶透镜。

Description

共面电极蓝相液晶透镜及其制备方法
技术领域
本发明属于3D显示技术领域。
背景技术
早期的立体显示技术主要通过佩戴眼镜、立体头盔等附加装置观看立体画面，而目前主流的裸眼3D显示主要是利用在平板显示屏前面绑定一个狭缝光栅或柱透镜光栅等分光器件，该分光器件的主要作用是对通过的光进行空间光调制，也就是根据设计需要将不同视点图像的光进行不同的调制，使其到达相应的视区，经大脑融合后获得立体感知。狭缝光栅利用光遮挡原理进行分光，使奇偶子像素分别显示左右视差图像；柱透镜光栅利用光折射原理进行分光，使观看者的左右眼看到不同视差的图像。这两种光栅自由立体显示器具有工艺简单、摆脱了附加装置的桎梏及3D显示效果良好等优点，但同时又存在3D图像分辨率、亮度损失及3D显示画面串扰等问题。
一种自适应的液晶透镜，由于具有重量轻、体积少且可实现2D/3D切换的优势，受到广泛关注。这种可变焦透镜主要利用向列相液晶分子在电场中改变取向，因此随着显示尺寸变大，盒厚增加，液晶分子响应在毫秒级以上，给观看者欣赏时容易出现动态图像模糊，直接影响到3D画面显示品质。
发明内容
本发明目的是为了解决向列相液晶透镜存在的响应速度慢带来动态图像模糊、液晶盒厚变化对电压及响应时间要求高及3D画面串扰等问题，提供了一种共面电极蓝相液晶透镜。
本发明所述共面电极蓝相液晶透镜，包括上基板、下基板、m组共面电极、绝缘阻隔条带和蓝相液晶层；
上基板与下基板相对平行设置；
上基板与下基板之间从左至右等间距设置m组共面电极，每相邻两组共面电极之间设置绝缘阻隔条带；
共面电极由条状电极和公共电极平行构成，条状电极和公共电极均与上基板垂直，条状电极和公共电极之间填充蓝相液晶层。
优先的，条状电极和公共电极为透明导电金属氧化物或透明导电有机高分子材料。
优先的，条状电极和公共电极的电极高度H1≤D，D为共面电极蓝相液晶透镜的盒厚。
优先的，绝缘阻隔条带长度为L2、高度为H2，满足关系L2＜L1，L1为条状电极的宽度；H2＝D。
共面电极蓝相液晶透镜的第一种制备方法：该方法包括以下步骤：
步骤A1、在下基板镀预设高度H1的透明电极层并在其表面形成光刻层，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
步骤A2、在曝光后透明电极层蚀刻出m组共面电极，即预设高度H1、宽度L1的条状电极和公共电极；
步骤A3、然后在m组共面电极的间隙处填充预设高度H2的绝缘阻隔层，然后在绝缘阻隔层和m组共面电极的共同上表面涂布光刻层，通过另一预设间距及宽度的掩膜板进行二次UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度以挡住m组共面电极及相邻共面电极之间的间隙为标准设计；
步骤A4、去除光刻层并蚀刻出共面电极与绝缘阻隔条带分布的图形；
步骤A5、在上基板和蚀刻有共面电极、绝缘阻隔条带，并在m组共面电极内部填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作。
共面电极蓝相液晶透镜的第二种制备方法：该方法包括以下步骤：
步骤B1、在下基板镀预设高度H1的透明电极层并在其表面形成光刻层，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
步骤B2、蚀刻m个预设高度H1、宽度L1的条状电极和公共电极；
步骤B3、在上基板形成预设高度H2的绝缘阻隔层并涂布光刻层，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按绝缘阻隔条带的布局设计；
步骤B4、蚀刻出预定宽度L2的等距离间距的绝缘阻隔条带；
步骤B5、将步骤B2及B4形成的部件对贴，并在蚀刻有绝缘阻隔条带的上基板和蚀刻有共面电极单元的下基板之间填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作。
本发明的优点：
(1)蓝相液晶响应速度为亚毫秒级别，比传统的向列相液晶分子依靠电场来改变取向的速度快，从而大大减少了动态图像的模糊状态；
(2)从制造工艺上来说，蓝相液晶不需要取向层，减少了定向层的涂布与摩擦，直接降低了工艺成本和材料成本；
(3)加载电压采用径向对称的分布由中心位置向两边渐进递增，有利于对驱动电压的有效控制；
(4)绝缘阻隔条带能够改善n个相邻透镜单元之间的3D画面串扰问题。
附图说明
图1为本发明方式采用的共面电极蓝相液晶透镜加电的示意图；
图2为本发明方式采用的共面电极蓝相液晶透镜不加电的示意图；
图3为本发明方式共面电极蓝相液晶透镜在2D状态下示意图；
图4为本发明方式共面电极蓝相液晶透镜在3D状态下示意图；
图5为本发明方式共面电极中的条状电极和公共电极分布结构示意图；
图6为本发明方式绝缘阻隔条带分布结构示意图；
图7为本发明方式中共面电极蓝相液晶透镜的第一种制备方法示意图；
图8为本发明方式中共面电极蓝相液晶透镜的第二种制备方法示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图8说明本实施方式。
参见图1，图1为本发明采用的共面电极蓝相液晶透镜的示意图(图1只画出了一个透镜单元)。该共面电极蓝相液晶透镜包括上基板101、下基板102、m组共面电极、绝缘阻隔条带105和蓝相液晶层106；绝缘阻隔条105带起到电场绝缘阻隔的效果；蓝相液晶位于同一共面电极组合单元内的条状电极104和公共电极103之间，并通过条状电极104和公共电极103之间形成的电场来驱动其发生形变。
蓝相液晶的工作机理是基于克尔效应的，不加电状态下，为各向同性，蓝相液晶分子呈球形状，在强电场作用下，蓝相液晶通过自身形变沿长轴伸展，蓝相液晶分子呈椭圆形状结构，变成各向异性。受电场强弱的影响，蓝相液晶分子自身产生由球形状到椭圆形状的变化，产生具有梯度折射率的变化。
参见图1，图1为对各个共面电极单元加载不同的电压。加载的电压为镜像对称分布且从中心至两端渐进增加，蓝相液晶分子在电场的作用下，长轴沿电场的方向平行分布，由于中心位置电压为0，所以呈球状型，往两端的电压越来越高。由于中心电压逐步低于边缘电压，因此边缘的有效光学折射率椭球变长的强度强于中心。
参见图2，图2为不加载电压的示意图，各蓝相液晶分子为各向同性，呈球形状分布。
参见图3，图3为条状电极104和公共电极103之间不施加电压，各蓝相液晶透镜单元中的蓝相液晶层中心和边缘没有折射率差，2D显示模组107显示没有视差的2D图像，此时该装置工作于2D模式。
参见图4，图4为蓝相液晶透镜单元中共面电极中心到两端加载具有梯度分布的电压，共面电极中心位置电压为0，中心到两端的电压渐进递增，根据蓝相液晶克尔效应，因此边缘的有效光学折射率椭球变长的强度强于中心，类似于透镜的相位轮廓，此时该装置工作于3D模式。
图5为蚀刻出的共面电极单元组，有条状电极104和公共电极103组成，该电极为透明导电金属氧化物或透明导电有机高分子材料。该电极高度H1≤D，宽度为L1，D为共面电极蓝相液晶透镜的盒厚。每组共面电极为等距平行分布。
图6为蚀刻出的绝缘阻隔条带分布示意图。绝缘阻隔条带105可采用透明的树脂材料构成，透过率＞90％，该绝缘阻隔条带105长度为L2、高度为H2，满足关系L2＜L1。H2＝D，D共面电极为蓝相液晶透镜的盒厚。
以下介绍本实施例共面电极蓝相液晶透镜的第一种制备方法：
如图7所示，步骤A1、在下基板102镀预设高度H1的透明电极层并在其表面形成光刻层202，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
该步骤具体包括：
子步骤A11、在下基板表面镀预设高度H1的透明电极层201；
子步骤A12、在透明电极层201上形成光刻层202；
子步骤A13、利用预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影。
步骤A2、在曝光后透明电极层蚀刻出m组共面电极，即预设高度H1、宽度L1的条状电极104和公共电极103；
该步骤具体包括：
子步骤A21、蚀刻出宽度L1的条状电极和公共电极；
子步骤A22、去除光刻层202，得到预定高度H1、宽度L1的条状电极104和公共电极103；
步骤A3、然后在m组共面电极的间隙处填充预设高度H2的绝缘阻隔层，然后在绝缘阻隔层和m组共面电极的共同上表面涂布光刻层202，通过另一预设间距及宽度的掩膜板进行二次UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度以挡住m组共面电极及相邻共面电极之间的间隙为标准设计；
该步骤具体包括：
子步骤A31、在共面电极层形成预设高度H2的绝缘阻隔层
子步骤A32、在绝缘阻隔层105形成光刻层202；
子步骤A33、利用另一种预设间距及宽度的掩膜板进行二次UV紫外曝光后显影；
在本步骤中，H1＝D，如果H1＜D，可以先蚀刻绝缘阻隔层再蚀刻共面电极层，只是工艺流程的先后顺序。
本步骤中，选用的掩膜板与步骤A1中的存在差异；
步骤A4、去除光刻层202并蚀刻出共面电极与绝缘阻隔条带105分布的图形；
该步骤具体包括：
子步骤A41、蚀刻出含共面电极的绝缘阻隔条带105；
子步骤A42、去除光刻层，得到预定高度H2、宽度L2的绝缘阻隔条带105。
步骤A5、在上基板101和蚀刻有共面电极、绝缘阻隔条带105，并在m组共面电极内部填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层106，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作。
共面电极蓝相液晶透镜的第二种制备方法。
如图8所示，步骤B1、在下基板102镀预设高度H1的透明电极层201并在其表面形成光刻层202，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
该步骤具体包括：
子步骤B11、在下基板表面镀预设高度H1的透明电极层201；
子步骤B12、在透明电极层201上形成光刻层202；
子步骤B13、利用预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影；
步骤B2、蚀刻m个预设高度H1、宽度L1的条状电极104和公共电极103；
该步骤具体包括：
子步骤B21、蚀刻出宽度L1的条状电极104和公共电极103；
子步骤B22、去除光刻层202，得到预定高度H1、宽度L1的条状电极104和公共电极103；
步骤B3、在上基板101形成预设高度H2的绝缘阻隔层并涂布光刻层202，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按绝缘阻隔条带105的布局设计；
该步骤具体包括：
子步骤B31、在上基板101表面形成预设高度H1的绝缘阻隔层；
子步骤B32、在绝缘阻隔层表面形成光刻层202；
子步骤B33、利用另一种预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影；
本步骤中，使用的掩膜板与步骤B1中存在差异；
步骤B4、蚀刻出预定宽度L2的等距离间距的绝缘阻隔条带105；
该步骤具体包括：
子步骤B41：蚀刻出宽度L2的绝缘阻隔条带105
子步骤B42：去除光刻层202，得到预定高度H2、宽度L2的绝缘阻隔条带105。
步骤B5、将步骤B2及B4形成的部件对扣，并在蚀刻有绝缘阻隔条带105的上基板101和蚀刻有共面电极单元的下基板102之间填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层106，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作。
采用上述两种方法中的任意一种方法均可完成本发明所述共面电极蓝相液晶透镜的制备。

Claims (5)

1.共面电极蓝相液晶透镜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤A1、在下基板(102)镀预设高度H1的透明电极层(201)并在其表面形成光刻层(202)，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
步骤A2、在曝光后透明电极层蚀刻出m组共面电极，即预设高度H1、宽度L1的条状电极(104)和公共电极(103)；
步骤A3、然后在m组共面电极的间隙处填充预设高度H2的绝缘阻隔层，然后在绝缘阻隔层和m组共面电极的共同上表面涂布光刻层(202)，通过另一预设间距及宽度的掩膜板进行二次UV紫外曝光；该另一预设间距及宽度的掩膜板的预设间距及宽度以挡住m组共面电极及相邻共面电极之间的间隙为标准设计；
步骤A4、去除光刻层(202)并蚀刻出共面电极与绝缘阻隔条带(105)分布的图形；
步骤A5、在上基板(101)上蚀刻有共面电极、绝缘阻隔条带(105)，并在m组共面电极内部填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层(106)，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作，使得共面电极蓝相液晶透镜的上基板(101)与下基板(102)之间从左至右等间距设置m组共面电极，每相邻两组共面电极之间设置绝缘阻隔条带(105)。
2.根据权利要求1所述的共面电极蓝相液晶透镜的制备方法，其特征在于，
步骤A1的具体过程包括：
子步骤A11、在下基板表面镀预设高度H1的透明电极层(201)；
子步骤A12、在透明电极层(201)上形成光刻层(202)；
子步骤A13、利用预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影。
3.根据权利要求1所述的共面电极蓝相液晶透镜的制备方法，其特征在于，
步骤A2的具体过程包括：
子步骤A21、蚀刻出宽度L1的条状电极和公共电极；
子步骤A22、去除光刻层(202)，得到预定高度H1、宽度L1的条状电极(104)和公共电极(103)；
步骤A3具体的过程为包括：
子步骤A31、在共面电极层形成预设高度H2的绝缘阻隔层：
子步骤A32、在绝缘阻隔层105形成光刻层(202)；
子步骤A33、利用另一种预设间距及宽度的掩膜板进行二次UV紫外曝光后显影；
步骤A4的具体过程包括：
子步骤A41、蚀刻出含共面电极的绝缘阻隔条带(105)；
子步骤A42、去除光刻层，得到预定高度H2、宽度L2的绝缘阻隔条带(105)。
4.共面电极蓝相液晶透镜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤B1、在下基板(102)镀预设高度H1的透明电极层(201)并在其表面形成光刻层(202)，通过预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该掩膜板的预设间距及宽度按共面电极的布局设计；
步骤B2、蚀刻m个预设高度H1、宽度L1的条状电极(104)和公共电极(103)；
步骤B3、在上基板(101)形成预设高度H2的绝缘阻隔层并涂布光刻层(202)，通过另一预设间距及宽度的掩膜板进行UV紫外曝光；该另一预设间距及宽度的掩膜板的预设间距及宽度按绝缘阻隔条带(105)的布局设计；
步骤B4、蚀刻出预定宽度L2的等距离间距的绝缘阻隔条带(105)；
步骤B5、将步骤B2及B4形成的部件对扣，并在蚀刻有绝缘阻隔条带(105)的上基板(101)和蚀刻有共面电极单元的下基板(102)之间填充蓝相液晶材料，形成蓝相液晶层(106)，制盒完成共面电极蓝相液晶透镜的制作，使得共面电极蓝相液晶透镜的上基板(101)与下基板(102)之间从左至右等间距设置m组共面电极，每相邻两组共面电极之间设置绝缘阻隔条带(105)。
5.根据权利要求4所述的共面电极蓝相液晶透镜的制备方法，其特征在于，
步骤B1的具体过程包括：
子步骤B11、在下基板表面镀预设高度H1的透明电极层(201)；
子步骤B12、在透明电极层(201)上形成光刻层(202)；
子步骤B13、利用预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影；
步骤B2和具体过程包括：
子步骤B21、蚀刻出宽度L1的条状电极(104)和公共电极(103)；
子步骤B22、去除光刻层(202)，得到预定高度H1、宽度L1的条状电极(104)和公共电极(103)；
步骤B3的具体过程包括：
子步骤B31、在上基板(101)表面形成预设高度H1的绝缘阻隔层；
子步骤B32、在绝缘阻隔层表面形成光刻层(202)；
子步骤B33、利用另一种预设间距及宽度的掩膜板通过UV紫外光进行曝光后显影；
步骤B4的具体过程包括：
子步骤B41：蚀刻出宽度L2的绝缘阻隔条带(105)：
子步骤B42：去除光刻层(202)，得到预定高度H2、宽度L2的绝缘阻隔条带(105)。
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