CN109799631A - 一种液晶透镜及其制作方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

一种液晶透镜及其制作方法、显示装置，其中，液晶透镜包括：第一基板、第二基板和设置在第一基板和第二基板之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的液晶层；第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上；第一电极的表面为曲面。本申请实施例提供的液晶透镜包括两个电极以及设置在这两个电极之间的液晶层，且第一电极的表面为曲面，通过两个电极向该液晶层中施加电场，使得两个电极之间形成不均匀分布的电场，能够通过改变液晶透镜的折射率的分布，从而实现液晶透镜的焦距的改变，满足光学系统的要求。

Description

一种液晶透镜及其制作方法、显示装置

技术领域

本文涉及液晶光学领域，具体涉及一种液晶透镜及其制作方法、显示装置。

背景技术

作为一种重要的光学元件，光学透镜在日常生活、科研、军事、医疗等各个方面都扮演着重要的角色。随着科技的进步和发展，光学系统已然向小型化、集成化和自动化方向发展。

经发明人研究发现，普通材料的光学透镜依赖厚度，且折射率和焦距单一无法改变，无法满足光学系统的要求。

发明内容

本申请提供了一种液晶透镜及其制作方法、显示装置，能够通过改变液晶透镜的折射率的分布，从而实现液晶透镜的焦距的改变，满足光学系统的要求。

第一方面，本申请实施例提供了一种液晶透镜，包括：第一基板、第二基板和设置在第一基板和第二基板之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极、第二电极和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层；所述第一电极设置在第一基板上，所述第二电极设置在第二基板上；

所述第一电极的表面为曲面。

可选地，每个透镜单元还包括：绝缘层、平坦层、第一取向层、黑矩阵层和第二取向层；

所述绝缘层设置在第一基板靠近第一电极的一侧，所述平坦层设置在第一电极靠近液晶层一侧，所述第一取向层设置在平坦层靠近液晶层的一侧，所述黑矩阵层设置在第二电极靠近第二基板的一侧，所述第二取向层设置在第二电极靠近液晶层的一侧；

其中，所述绝缘层具有沿第一方向延伸的凹槽区域，所述第一电极按照绝缘层的形状设置于其上形成凹槽状，所述黑矩阵层在第一基板上的正投影与所述第一电极在第一基板上的正投影不存在重叠区域。

可选地，所述凹槽区域沿第二方向的截面的形状为倒立的梯形，所述第一方向与所述第二方向垂直。

可选地，呈凹槽状的第一电极的两个侧表面与第一基板之间的夹角为30～60°。

可选地，所述液晶层的厚度为5～15微米；

所述第一电极的高度为2～6微米。

可选地，所述第一电极包括：多个子电极；

每个子电极的宽度与相邻子电极之间的间隔之间的比值大于1，且小于4。

可选地，所述第一电极和所述第二电极的制作材料为透明导电材料；所述平坦层和所述绝缘层的制作材料为树脂。

第二方面，本申请实施例还提供一种显示装置，包括：上述液晶透镜。

第三方面，本申请实施例还提供一种液晶棱镜的制作方法，所述方法包括:

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板上形成第一电极，所述第一电极的表面为曲面；

在所述第二基板上形成第二电极，在第二电极上形成液晶层；

对盒所述第一基板和所述第二基板。

可选地，所述在所述第一基板上形成第一电极包括：在第一基板上形成绝缘层，所述绝缘层具有沿第一方向延伸的凹槽区域；在绝缘层上形成第一电极；

在所述第一基板上形成第一电极之后，所述方法还包括：在第一电极上形成平坦层，在平坦层上形成第一取向层；

所述在所述第二基板上形成第二电极包括：在第二基板上形成黑矩阵层，在黑矩阵层上形成第二电极；

在所述第二基板上形成第二电极之后，所述方法还包括：在第二电极上形成第二取向层。

本申请实施例提供一种液晶透镜及其制作方法、显示装置，其中，液晶透镜，包括：第一基板、第二基板和设置在第一基板和第二基板之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的液晶层；第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上；第一电极的表面为曲面。本申请实施例提供的液晶透镜包括两个电极以及设置在这两个电极之间的液晶层，且第一电极的表面为曲面，通过两个电极向该液晶层中施加电场，使得两个电极之间形成不均匀分布的电场，能够通过改变液晶透镜的折射率的分布，从而实现液晶透镜的焦距的改变，满足光学系统的要求。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例提供的液晶透镜的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的液晶透镜施加电场时的电场示意图；

图3为本申请实施例提供的第一电极的俯视图；

图4为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法的流程图；

图5A为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图一；

图5B为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图二；

图5C为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图三；

图5D为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图四；

图5E为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图五；

图5F为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图六；

图5G为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图七；

图5H为本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法示意图八。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

除非另外定义，本申请实施例公开使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述的对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一

本申请实施例提供了一种液晶透镜，图1为本申请实施例提供的液晶透镜的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的液晶透镜，包括：第一基板10、第二基板20和设置在第一基板10和第二基板20之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极11、第二电极21和设置在第一电极11和第二电极21之间的液晶层30；第一电极11设置在第一基板10上，第二电极21设置在第二基板20上；第一电极11的表面为曲面。

可选地，第一基板10和第二基板20可以为透明的刚性基板或柔性基板，其中，刚性基板可以为但不限于玻璃、金属萡片中的一种或多种；柔性衬底可以为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚芳基酸酯、聚芳酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯、纺织纤维中的一种或多种。

需要说明的是，液晶透镜中包括的透镜单元的数量可以为一个还可以为多个，本申请实施例对此不作任何限定，图1是以一个透镜单元为例进行说明的。

其中，第一电极11的表面为曲面指的是第一电极11的表面非直线延伸。

可选地，第一电极11的制作材料为透明导电材料，例如可以为氧化锌锡等，本申请实施例对此不作任何限定。

可选地，第一电极11的高度H为2～6微米，本申请实施例并不具体限定第一电极的高度，具体根据实际需求确定。

可选地，第二电极21的制作材料为透明导电材料，例如可以为氧化锌锡等，本申请实施例对此不作任何限定。

本实施例中，第二电极21为面状电极，可选地，每个透镜单元可以设置一个第二电极，也可以多个透镜单元中公共一个第二电极，本申请实施例对此不作任何限定。进一步地，第二电极21在第一基板10上的正投影覆盖第一电极11在第一基板10上的正投影。

可选地，液晶层30的制作材料可以为向列液晶。液晶层30的厚度L为5～15微米，本申请实施例并不具体限定液晶层的厚度，具体根据实际需求确定。

本实施例中，当向第一电极11与第二电极21之间未施加电压时，液晶层的液晶分子不发生偏转，图1是以向第一电极11与第二电极21之间未施加电压时为例进行说明的，当向第一电极11与第二电极21之间施加电压时，施加的电压不同，液晶层的液晶分子的偏转角度也会有所不同。

需要说明的是，本申请实施例提供的液晶透镜，可以应用在多个场景中，例如：显示装置、凹凸透镜或者其他调光应用中，当液晶透镜应用在三维显示中时，液晶透镜中的第一电极相当于显示装置中的像素电极，且第一电极与数据线(图中未示出)连接，其中数据线与像素电极同层设置，数据线与显示装置的柔性电路板连接，第二电极相当于显示装置中的公共电极。

本申请实施例提供的液晶透镜包括：第一基板、第二基板和设置在第一基板和第二基板之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的液晶层；第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上；第一电极的表面为曲面。本申请提供的液晶透镜包括两个电极和液晶层，且第一电极的表面为曲面，可以在向两个电极施加电压时，使得两个电极之间形成不均匀分布的电场，改变液晶透镜的折射率的分布，从而实现液晶透镜的焦距的改变，满足光学系统的要求。

进一步地，如图1所示，本申请实施例提供的每个透镜单元还包括：绝缘层12、平坦层13、第一取向层14、黑矩阵层22和第二取向层23。

具体的，绝缘层12设置在第一基板10靠近第一电极11的一侧，平坦层13设置在第一电极11靠近液晶层30一侧，第一取向层14设置在平坦层13靠近液晶层30的一侧，黑矩阵层22设置在第二电极21靠近第二基板20的一侧，第二取向层23设置在第二电极21靠近液晶层30的一侧。

本实施例中，绝缘层12具有沿第一方向(垂直于纸面的方向)延伸的凹槽区域，第一电极11按照绝缘层12的形状设置于其上形成凹槽状。

具体的，绝缘层12的凹槽区域的深度等于或小于除凹槽区域之外的其他区域的厚度，图1是以绝缘层12的凹槽区域的深度小于除凹槽区域之外的其他区域的厚度为例进行说明的。需要说明的是，当绝缘层12的凹槽区域的深度等于除凹槽区域之外的其他区域的厚度，则说明凹槽区域的底部不设置有绝缘层，这样的设置方式可以降低液晶透镜的厚度。

可选地，凹槽区域沿第二方向的截面的形状为倒立的梯形，其中，第一方向与第二方向垂直，换句话说，凹槽的底面积小于底面相对的凹槽的开口面积，凹槽为上宽下窄的结构。即凹槽状的第一电极11的两个侧表面至少其中一个侧表面与第一基板10之间的夹角α大于0°，或者小于90°，当然，凹槽状的第一电极11的两个侧表面与第一基板10之间的夹角α可以相等或不相等。

进一步地，凹槽状的第一电极11的两个侧表面分别与第一基板10之间的夹角α为30～60°。更进一步地，凹槽状的第一电极11的两个侧表面与第一基板10之间的夹角α相等。

可选地，本申请实施例中的第一电极11的两个侧表面相对于第一基板10具有一定坡度角，两个侧表面与第二电极21之间的距离发生连续变化，通过控制施加在第一电极11和第二电极21之间的电压即可控制位于两个侧表面位置处的液晶分子不均匀的偏转，从而控制光线的偏转，实现液晶透镜焦距的连续可调化。

可选地，绝缘层12的制作材料可以为透明树脂或者氧化硅或氮化硅等，本申请实施例对此不作任何限定。

可选地，平坦层13的制作材料可以为透明树脂等，本申请实施例对此不作任何限定，优选地，绝缘层12与平坦层13的制作材料相同。

另外，为了不影响液晶透镜的性能，黑矩阵层22在第一基板10上的正投影与第一电极11在第一基板10上的正投影不存在重叠区域。

进一步地，本申请实施例在第一基板上设置第一取向层，在第二基板上设置第二取向层有利于在向第一电极和第二电极未施加电压时规范液晶层中液晶分子的排布，使液晶层中的液晶分子具有一个初始的偏转角，保证液晶分子产生一个初始倾斜，防止其在加压的过程中变化方向不一致。

可选地，第一取向层和第二取向层的制作材料为聚酰亚胺液。

图2为本申请实施例提供的液晶透镜施加电场时的电场示意图，如图2所示可以看出，位于第一电极11和第二电极21之间的电场的强度由透镜单元的边缘向内部逐渐减弱，液晶分子的偏转也同样由每个透镜单元的边缘向内部逐渐减小，使得在不均匀分布的电场中，液晶层30的折射率呈梯度分布，且液晶层30的折射率随电可变，进而可以实现模拟透镜的效果，还可以通过改变施加电压的强度改变透镜的焦距实现焦点连续可调化，以满足光学系统的要求。

进一步地，图3为本申请实施例提供的第一电极的俯视图，如图3所示，第一电极11包括：一个或多个子电极111。

其中，每个子电极111为凹槽状，当第一电极11由多个子电极111组成时，多个子电极111的排列方式可以平行或部分子电极111平行，多个子电极111的设置方式不做限制。

进一步地，当多个子电极111的排列方式平行方式时，每个子电极的宽度W与相邻子电极之间的间隔S之间的比值大于1，且小于4，具体根据实际需求确定，当液晶透镜设置在显示装置是该比值根据像素间距的大小确定的，本申请实施例对此不作任何限定。

本申请实施例提供的液晶透镜一种利用电光效应来改变透镜折射率空间分布和微电子技术工艺制作的新型光学透镜，结合了透镜技术和液晶良好电控特性的新型光学器件，具有体积小、厚度薄、易于集成、成像质量好、响应时间相对较快等优点；能够在毫秒量级的反应时间内在电场驱动调节下实现焦距的变化等功能。另外，本申请实施例中的各个膜层均为常见膜层，制作工艺比较简单，利于大规模生产。

实施例二

基于上述实施例的发明构思，本申请实施例还提供一种液晶棱镜的制作方法，图4为本申请实施例提供的液晶棱镜的制作方法的流程图，如图4所示，本申请实施例提供的液晶棱镜的制作方法具体包括以下步骤：

步骤S1、提供第一基板和第二基板。

可选地，第一基板和第二基板可以为透明的刚性基板或柔性基板，其中，刚性基板可以为但不限于玻璃、金属萡片中的一种或多种；柔性衬底可以为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚芳基酸酯、聚芳酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯、纺织纤维中的一种或多种。

步骤S2、在第一基板上形成第一电极。

本实施例中，第一电极的表面为曲面，第一电极的制作材料为透明导电材料，例如氧化铟锡等，本申请实施例对此不作任何限定。

具体的，步骤S2具体包括：在第一基板上形成绝缘层，其中，绝缘层具有沿第一方向延伸的凹槽区域；在绝缘层上形成第一电极。

本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法在步骤S2之后，还包括：在第一电极上形成平坦层，在平坦层上形成第一取向层。

步骤S3、在第二基板上形成第二电极，在第二电极上形成液晶层。

具体的，步骤S3具体包括：在第二基板上形成黑矩阵层，在黑矩阵层上形成第二电极。

本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法在黑矩阵层上形成第二电极之后，在第二电极上形成第二取向层。

步骤S4、对盒第一基板和第二基板。

本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法用于制作实施例一提供的液晶透镜，其实现原理和实现效果类似，在此不再赘述。

下面结合图5A-图5H，进一步地具体描述本申请实施例提供的液晶透镜的制作方法，本实施例中的构图工艺包括：光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工艺。

步骤100、提供第一基板10，在第一基板10上沉积绝缘材料，通过构图工艺形成绝缘层12，其中，绝缘层12具有沿第一方向延伸的凹槽区域，具体如图5A所示。

步骤200、在绝缘层12上沉积透明材料薄膜，通过构图工艺形成呈凹槽状的第一电极11，具体如图5B所示。

步骤300、在第一电极11涂覆平坦层13，具体如图5C所示。

其中，平坦层13在第一基板10上的正投影与绝缘层12在第一基板10上的正投影重合。

步骤400、在平坦层13涂覆聚酰亚胺液，形成第一取向层14，具体如图5D所示。

步骤500、提供第二基板20，在第二基板20上形成黑矩阵层22，具体如图5E所示。

其中，黑矩阵层22在第一基板10上的正投影与第一电极11在第一基板10上的正投影不存在重叠区域。

步骤600、在黑矩阵层22上沉积透明导电材料，通过构图工艺形成第二电极21，具体如图5F所示。

其中，第二电极21为面状电极。

步骤700、在第二电极21上涂覆聚酰亚胺液，形成第二取向层23，具体如图5G所示。

步骤800、在第二取向层23上形成液晶层30，具体如图5H所示。

步骤900、对盒设置第一基板和第二基板，具体如图1所示。

实施例三

基于上述实施例的发明构思，本申请实施例还提供一种显示装置，包括：液晶透镜。

其中，液晶透镜的数量可以为一个，还可以为多个，本实施例对此不作任何限定。

本实施例中，显示装置还包括显示面板，液晶透镜设置在显示面板上。当液晶透镜设置在显示面板上能够对显示面板所显示的图像分别向左眼视区和右眼视区进行折射，形成立体图像对，从而实现三维显示。

本实施例中，该显示装置可以与液晶显示面板、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)显示面板等配合，应用于手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，提供了良好的三维显示效果，极大地满足了人们对影像和复杂数据深入观察的需求。

其中，液晶透镜为实施例一提供的液晶透镜，其实现原理和实现效果类似，在此不再赘述。

本申请实施例附图只涉及本申请实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

为了清晰起见，在用于描述本申请的实施例的附图中，层或微结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：第一基板、第二基板和设置在第一基板和第二基板之间的多个透镜单元，每个透镜单元包括：第一电极、第二电极和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层；所述第一电极设置在第一基板上，所述第二电极设置在第二基板上；

所述第一电极的表面为曲面。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，每个透镜单元还包括：绝缘层、平坦层、第一取向层、黑矩阵层和第二取向层；

所述绝缘层设置在第一基板靠近第一电极的一侧，所述平坦层设置在第一电极靠近液晶层一侧，所述第一取向层设置在平坦层靠近液晶层的一侧，所述黑矩阵层设置在第二电极靠近第二基板的一侧，所述第二取向层设置在第二电极靠近液晶层的一侧；

其中，所述绝缘层具有沿第一方向延伸的凹槽区域，所述第一电极按照绝缘层的形状设置于其上形成凹槽状，所述黑矩阵层在第一基板上的正投影与所述第一电极在第一基板上的正投影不存在重叠区域。

3.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述凹槽区域沿第二方向的截面的形状为倒立的梯形，所述第一方向与所述第二方向垂直。

4.根据权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于，呈凹槽状的第一电极的两个侧表面与第一基板之间的夹角为30～60°。

5.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶层的厚度为5～15微米；

所述第一电极的高度为2～6微米。

6.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极包括：多个子电极；

每个子电极的宽度与相邻子电极之间的间隔之间的比值大于1，且小于4。

7.根据权利要求2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的制作材料为透明导电材料；所述平坦层和所述绝缘层的制作材料为树脂。

8.一种显示装置，其特征在于，包括：如权利要求1～7任一项所述的液晶透镜。

9.一种液晶棱镜的制作方法，其特征在于，所述方法包括:

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板上形成第一电极，所述第一电极的表面为曲面；

在所述第二基板上形成第二电极，在第二电极上形成液晶层；

对盒所述第一基板和所述第二基板。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述第一基板上形成第一电极包括：在第一基板上形成绝缘层，所述绝缘层具有沿第一方向延伸的凹槽区域；在绝缘层上形成第一电极；

在所述第一基板上形成第一电极之后，所述方法还包括：在第一电极上形成平坦层，在平坦层上形成第一取向层；

所述在所述第二基板上形成第二电极包括：在第二基板上形成黑矩阵层，在黑矩阵层上形成第二电极；

在所述第二基板上形成第二电极之后，所述方法还包括：在第二电极上形成第二取向层。