CN106647092A - 液晶透镜、透镜组件、光学设备和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶透镜、一种透镜组件、一种光学设备以及一种显示装置。其中，所述液晶透镜包括相对设置的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板之间设置有液晶材料层，所述第一透明基板或所述第二透明基板的朝向所述液晶材料层的一侧设置有至少一个第一电极和至少一个第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极交替绝缘间隔设置。本发明的液晶透镜，可以根据第一电极和第二电极之间的电势差大小以及电场分布，可以方便地控制液晶分子的偏转，进一步的可以控制该液晶透镜的在不同位置处的折射率，实现光学透镜的功能。

Description

液晶透镜、透镜组件、光学设备和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种液晶透镜、一种包括该液晶透镜的透镜组件、一种包括该液晶透镜的光学设备以及一种包括该液晶透镜的显示装置。

背景技术

一般的，液晶透镜可以切换不同的折射状态，因此，在显示、照明等领域应用广泛。

但是，现有的液晶透镜结构中，初始状态的液晶分子光轴平行于玻璃基板排列，此种透镜结构需要复杂的取向方式，尤其对于球状液晶透镜来说，其所有液晶分子的光轴以球心为始点成辐射状，因此需要的取向方向沿球心向外辐射，这在工艺上很难实现，制造成本增加。

因此，如何设计一个能够无需复杂的取向工艺的液晶透镜结构成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种液晶透镜、一种包括该液晶透镜的透镜组件、一种包括该液晶透镜的光学设备以及一种包括该液晶透镜的显示装置。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种液晶透镜，所述液晶透镜包括相对设置的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板之间设置有液晶材料层，所述第一透明基板或所述第二透明基板的朝向所述液晶材料层的一侧设置有至少一个第一电极和至少一个第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极交替绝缘间隔设置。

优选地，所述第一电极和所述第二电极均由透明电极材料制成。

优选地，所述液晶材料层包括正性液晶材料。

优选地，所述液晶透镜还包括偏振片，所述偏振片设置在所述液晶透镜的入光面，且所述偏振片的偏振方向平行于所述第一电极和所述第二电极加电后形成电场时的位于所述第一电极和所述第二电极中间区域的液晶分子的长轴。

优选地，所述液晶透镜还包括缓冲层，所述缓冲层设置在透明基板上，且所述第一电极和所述第二电极设置在所述缓冲层上。

优选地，所述液晶透镜还包括绝缘件，所述绝缘件设置在相邻的两个所述第一电极和所述第二电极之间。

本发明的第二方面，提供了一种透镜组件，所述透镜组件包括驱动电路和至少一个上述任意一种结构的液晶透镜，所述驱动电路用于分别向所述第一电极或所述第二电极提供驱动电压，以使得所述第一电极和所述第二电极之间形成电场。

本发明的第三方面，提供了一种光学设备，所述光学设备包括位于该光学设备入光侧的透镜，所述透镜包括上述任意一种结构的液晶透镜。

本发明的第四方面，提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示面板，所述显示装置还包括液晶透镜，所述液晶透镜包括上述任意一种结构的液晶透镜，所述液晶透镜设置在所述显示面板上。

优选地，所述显示面板包括液晶显示面板。

本发明的液晶透镜，当第一电极和第二电极之间存在有电势差时，则第一电极和第二电极之间便会形成电场，由于第一电极和第二电极同时处于第一透明基板或第二透明基板上，因此上述形成的电场的电场线的方向由第一电极和第二电极的两端向中间由竖直趋向于水平，根据液晶材料的特性，当存在上述电场时，液晶材料的液晶分子的长轴会发生偏转，因此根据第一电极和第二电极之间的电势差大小以及电场分布，可以方便地控制液晶分子的偏转，进一步的可以控制该液晶透镜的在不同位置处的折射率，实现光学透镜的功能。

另外，本发明的液晶透镜，当在第一透明基板和第二透明基板之间设置的液晶材料层包括正性液晶材料时，初始状态时，该正性液晶材料呈透光态，即液晶分子的长轴与第一透明基板或第二透明基板垂直，光线可以不改变方向的传输，因此在工艺方面，不需要对液晶分子再进行取向，能够有效节省成本。另一方面，采用正性液晶分子作为填充在第一透明基板和第二透明基板之间的液晶填充层的优点是，可以降低驱动电压。另外，由于该液晶透镜中不存在取向层，省去了摩擦取向工艺，提高了制造效率，降低了制造成本。

本发明的透镜组件，因为具有上述结构的液晶透镜，因此，当驱动电路为该液晶透镜的第一电极和第二电极提供驱动电压以使得第一电极和第二电极之间存在电势差以形成电场时，具有该液晶透镜的透镜组件具有光学透镜的功能，可以改变光线传输。同时，由于两个电极位于同一个透明基板上的设置，因此需要的驱动电压较低，另外，由于该液晶透镜中不存在取向层，省去了摩擦取向工艺，提高了制造效率，降低了制造成本。

本发明的光学设备，改变了传统光学设备调节焦距的方式，传统的光学设备，例如，照相机，在进行调焦时，大多使用转动镜头上的调焦环，其中，该调焦环上刻有与调焦量对应的底片与被摄景物之间的距离标尺，调焦环带动镜筒上的多头螺纹，让镜头产生轴向移动，使得镜头的焦点落实在胶片平面上。而本发明的光学设备，因为采用了上述的液晶透镜结构，因此，可以通过调节液晶透镜的等效透镜的焦距即可使得所述光学设备获得不同的焦距，实现不同距离的成像，无需手动调焦。使得该光学设备的可操作性大大提高，同时，还可以使得该光学设备的结构更加简单。

本发明的显示装置，可以用于切换二维显示或三维显示(即2D/3D转换)，只需要利用液晶透镜的液晶材料层，控制相应的电极(第一电极和第二电极)的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，进一步的实现2D/3D转换，结构简单。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明第一实施例中液晶透镜中第一电极和第二电极未形成电场时的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中液晶透镜第一电极和第二电极形成电场时的结构示意图；

图3为第一电极和第二电极形成电场时的不同区域处的液晶分子所对应折射率的示意图。

附图标记说明

100：液晶透镜；

110：第一透明基板；

120：第二透明基板；

130：液晶材料层；

140：第一电极；

150：第二电极；

160：偏振片；

170：缓冲层；

180：绝缘件；

Ne：中间区域液晶分子的折射率；

Nf：过渡区域液晶分子的折射率；

No：端部区域液晶分子的折射率。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参考图1和图2，本发明的第一方面，涉及一种液晶透镜100。其中，所述液晶透镜100包括相对设置的第一透明基板110和第二透明基板120。所述液晶透镜100还包括液晶材料层130，其中，该液晶材料层130设置于所述第一透明基板110和所述第二透明基板120之间。

上述第一透明基板110或所述第二透明基板120的朝向所述液晶材料层130的一侧设置有至少一个第一电极140和至少一个第二电极150，其中，所述第一电极140和所述第二电极150交替绝缘间隔设置。

需要说明的是，对于第一透明基板110和第二透明基板120的具体结构并未作出限定，例如，该第一透明基板110和第二透明基板120可以是玻璃基板，当然，也可以是其他结构的基板，但是，采用其他材料制作形成的基板应当呈透明状态，以便使得该液晶透镜100工作时，当有外界光线入射到液晶透镜100时，入射光线可以穿过该液晶透镜100，进而可以通过液晶透镜100改变光线的传输方向。

优选地，上述液晶材料层130包括正性液晶材料。

本实施例结构的液晶透镜100，上述的液晶材料层130选用正性液晶材料填充，如图1所示，初始状态的液晶材料中的全部液晶分子的长轴垂直于所述第一透明基板110或第二透明基板120，当第一电极140和第二电极150之间存在有电势差时，如图2所示，则第一电极140和第二电极150之间便会形成电场，由于第一电极140和第二电极150同时处于第一透明基板110或第二透明基板120上，因此上述形成的电场的电场线的方向由第一电极140和第二电极150的两端向中间由竖直趋向于水平，根据正性液晶材料的特性，当存在上述电场时，正性液晶材料液晶分子的长轴会发生偏转，最终液晶分子的长轴会平行于该液晶分子所处区域的电场线，因此根据第一电极140和第二电极150之间的电势差大小以及电场分布，可以方便地控制液晶分子的偏转，进一步的可以控制该液晶透镜100的在不同位置处的折射率，实现光学透镜的功能。

另外，本实施例结构的液晶透镜100，在第一透明基板110和第二透明基板120之间设置有正性液晶材料，初始状态时，该正性液晶材料呈透光态，即液晶分子的长轴与第一透明基板110或第二透明基板120垂直，光线可以不改变方向的传输，因此在工艺方面，不需要对液晶分子再进行取向，能够有效节省成本。另一方面，采用正性液晶分子作为填充在第一透明基板110和第二透明基板120之间的液晶填充层的优点是，可以降低驱动电压。另外，由于该液晶透镜100中不存在取向层，省去了摩擦取向工艺，提高了制造效率，降低了制造成本。

优选地，所述第一电极140和所述第二电极150均由透明电极材料制成。

本实施例结构的液晶透镜100，由于第一电极140和第二电极150应当满足良好的透明性和导电性，因此，在本实施例中，选用透明电极材料制成该第一电极140和第二电极150，例如，可以采用氧化铟锡制成，氧化铟锡除了具有上述的透明性和导电性外，还具有良好的化学稳定性、热稳定性以及良好的图形加工特性，当然，该第一电极140和第二电极150的材料也可以选择其他材料制成，只要满足透明性和导电性即可。

为了对光线起到调制作用，进入液晶透镜100中的光应该是线偏振光。为了扩大液晶透镜100的使用范围，上述液晶透镜100还包括偏振片160。其中，该偏振片160设置在液晶透镜100的入光面，具体地，当光线从第一透明基板110进入到该液晶透镜100时，则该偏振片160设置在第一透明基板110上，该偏振片160的偏振方向平行于所述第一电极140和所述第二电极150加电后形成电场时的位于所述第一电极140和所述第二电极150中间区域的液晶分子的长轴。

需要解释的是，液晶透镜100上不一定必须设置偏振片160，只要保证射入液晶透镜100的光线为线偏振光即可。例如，可以在与液晶透镜100配合的其他元件上(例如显示面板的出光面上)设置偏振片160。

优选地，上述液晶透镜100还包括缓冲层170。其中，该缓冲层170设置在透明基板上，且所述第一电极140和所述第二电极150设置在所述缓冲层170上，具体地，如图2所示，缓冲层170设置在所述第一透明基板110上，第一电极140和第二电极150设置在该缓冲层170上。

本实施例结构的液晶透镜100，设置的缓冲层170，该缓冲层170的具体材料并没有作出限定，例如，其可以是氮化硅，该氮化硅可以使得电极与透明基板之间绝缘，同时还能够增强电极与透明基板之间的粘附性以及防止杂质扩散等功能。

优选地，为了使得第一电极140和第二电极150之间的区域绝缘，如图2所示，所述液晶透镜100还包括绝缘件180。其中，所述绝缘件180设置在相邻的两个所述第一电极140和所述第二电极150之间。对于该绝缘件180的具体材料并没有作出限定，其只要满足能够使得第一电极140和第二电极150之间的区域绝缘即可。

下面详细说明上述液晶透镜100的光学原理：

继续参考图2，当第一电极140和第二电极150之间存在电势差时，则该液晶透镜100开始工作，由于第一电极140和第二电极150同时处于一个透明基板，例如第二透明基板150上，因此在第一电极140和第二电极150之间形成的电场的电场线由第一电极140和第二电极150的两端向中间由竖直趋向于水平，根据所形成的电场的电场线分布规律，将第一电极140和第二电极150之间分成中间区域、过渡区域以及端部区域，其中，端部区域包括两处，分别对应第一电极140和第二电极150，过渡区域位于端部区域和中间区域之间，中间区域位于第一电极140和第二电极150的中间，根据电场线分布规律，位于中间区域部分的电场线与第一透明基板110或第二透明基板120平行，位于端部区域部分的电场线与第一透明基板110或第二透明基板120垂直，位于过渡区域部分的电场线与第一透明基板110或第二透明基板120呈倾斜角度，即与第一透明基板110或第二透明基板120之间既不垂直又不平行。

上述是当第一电极140和第二电极150之间形成电场时的电场分布，根据该电场分布，相应的，位于电场区域的液晶分子会发生偏转，最终液晶分子的长轴会与该区域的电场线方向平行。具体的，与上述端部区域对应位置处的正性液晶材料，由于该区域处的电场线方向与第一透明基板110或第二透明基板120垂直，因此，该处的液晶分子不会发生偏转，即保持初始状态。与中间区域对应位置处的正性液晶材料，该处的全部液晶分子的长轴最终会与该处的电场线平行，因此，正性液晶材料的液晶分子的长轴会平行于第一透明基板110和第二透明基板120。与上述过渡区域位置对应的正性液晶材料，由于该处的电场线方向与第一透明基板110或第二透明基板120之间具有倾斜角，因此，该处的正性液晶材料的全部液晶分子的长轴与第一透明基板110或第二透明基板120之间具有倾斜角。

因此，在上述电场的作用下，与中间区域相对应的正性液晶材料的液晶分子的偏转程度大于与过渡区域相对应的正性液晶材料的液晶分子的偏转程度，与过渡区域相对应的正性液晶材料的液晶分子的偏转程度大于处于与端部区域对应的正性液晶材料的液晶分子的偏转程度。

根据上述正性液晶材料的偏转规律，结合图3，与中间区域对应的正性液晶材料的液晶分子的折射率为Ne，与端部区域对应的正性液晶材料的液晶分子的折射率为No，与过渡区域对应的正性液晶材料的液晶分子的折射率为Nf，且所述Ne、No、Nf满足下述公式：

Ne>Nf>No。

因此，当第一电极140和第二电极150之间具有电势差时，便会形成上述规律的折射率，可以实现光学透镜的功能，成为等效透镜，具有等效焦距。因此，可以通过控制第一电极140和第二电极150之间的电势差的大小，进一步的控制该液晶透镜100的不同区域处的折射率大小，改变等效透镜的等效焦距。可以将该液晶透镜100应用到其他领域，例如，可以将该液晶透镜100应用到光学设备领域，例如，照相机，传统的照相机在进行调焦时，大多使用转动镜头上的调焦环，其中，该调焦环上刻有与调焦量对应的底片与被摄景物之间的距离标尺，调焦环带动镜筒上的多头螺纹，让镜头产生轴向移动，使得镜头的焦点落实在胶片平面上。将该液晶透镜100应用到照相机时，可以使得该照相机的结构更加紧凑，通过调节液晶透镜100的等效透镜的等效焦距即可使得该照相机获得不同的焦距，实现不同距离的成像，无需手动调焦。

本发明的第二方面，涉及一种透镜组件(图中并未示出)，所述透镜组件包括驱动电路(图中并未示出)和至少一个上述任意一种结构的所述液晶透镜100，所述驱动电路用于分别向所述第一电极140或所述第二电极150提供驱动电压，以使得所述第一电极140和所述第二电极150之间形成电场。

需要说明的是，对于驱动电路的具体结构并没有作出限定，例如，该驱动电路可以包括电源、开关元件等电路器件，电源与第一电极140和第二电极150之间电性连接，以便为第一电极140和第二电极150提供驱动电压，进一步的，可以形成与该驱动电压相适配的折射率分布，实现光学透镜的功能。

本实施例结构的透镜组件，因为具有上述结构的液晶透镜100，因此，当驱动电路为该液晶透镜100的第一电极140和第二电极150提供驱动电压以使得第一电极140和第二电极150之间存在电势差以形成电场时，具有该液晶透镜100的透镜组件具有光学透镜的功能，可以改变光线传输。同时，由于采用的正性液晶材料以及两个电极位于同一个透明基板上的设置，因此需要的驱动电压较低，另外，由于该液晶透镜100中不存在取向层，省去了摩擦取向工艺，提高了制造效率，降低了制造成本。

本发明的第三方面，涉及一种光学设备(图中并未示出)，所述光学设备包括位于该光学设备入光侧的透镜，所述透镜包括上述任意一种结构的所述液晶透镜100。

本实施例结构的光学设备，例如，照相机，传统的照相机在进行调焦时，大多使用转动镜头上的调焦环，其中，该调焦环上刻有与调焦量对应的底片与被摄景物之间的距离标尺，调焦环带动镜筒上的多头螺纹，让镜头产生轴向移动，使得镜头的焦点落实在胶片平面上。而本实施例结构的光学设备，因为采用了上述的液晶透镜结构，因此，可以通过调节液晶透镜的等效透镜的等效焦距即可使得所述光学设备获得不同的焦距，实现不同距离的成像，无需手动调焦。使得该光学设备的可操作性大大提高，同时，还可以使得该光学设备的结构更加简单。

本发明的第四方面，涉及一种显示装置(图中并未示出)，所述显示装置包括显示面板(图中并未示出)，所述显示装置还包括液晶透镜100，所述液晶透镜100包括上述任意一种结构的所述液晶透镜100，所述液晶透镜100设置在所述显示面板上。

本实施例结构的显示装置，可以用于切换二维显示或三维显示(即2D/3D转换)，其中，只需要利用液晶透镜100的液晶材料层130，控制相应的电极(第一电极140和第二电极150)的电压分布，液晶透镜100的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，进一步的实现2D/3D转换。

优选地，上述显示面板包括液晶显示面板，当然，也可以是其他结构的显示面板。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶透镜，所述液晶透镜包括相对设置的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板之间设置有液晶材料层，其特征在于，所述第一透明基板或所述第二透明基板的朝向所述液晶材料层的一侧设置有至少一个第一电极和至少一个第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极交替绝缘间隔设置。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均由透明电极材料制成。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶材料层包括正性液晶材料。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜还包括偏振片，所述偏振片设置在所述液晶透镜的入光面，且所述偏振片的偏振方向平行于所述第一电极和所述第二电极加电后形成电场时的位于所述第一电极和所述第二电极中间区域的液晶分子的长轴。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜还包括缓冲层，所述缓冲层设置在透明基板上，且所述第一电极和所述第二电极设置在所述缓冲层上。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜还包括绝缘件，所述绝缘件设置在相邻的两个所述第一电极和所述第二电极之间。

7.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件包括驱动电路和至少一个权利要求1至6任意一项所述的液晶透镜，所述驱动电路用于分别向所述第一电极或所述第二电极提供驱动电压，以使得所述第一电极和所述第二电极之间形成电场。

8.一种光学设备，所述光学设备包括位于该光学设备入光侧的透镜，其特征在于，所述透镜包括权利要求1至6任意一项所述的液晶透镜。

9.一种显示装置，所述显示装置包括显示面板，其特征在于，所述显示装置还包括液晶透镜，所述液晶透镜包括权利要求1至6任意一项所述的液晶透镜，所述液晶透镜设置在所述显示面板上。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括液晶显示面板。