CN115981058A - 液晶透镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液晶透镜及其制备方法。液晶透镜具有光轴，所述液晶透镜包括：第一基板；第二基板，与第一基板相对设置；液晶层，设置在第一基板与第二基板之间；公用电极层，设置在所述第二基板与所述液晶层之间；和第一电极层，设置在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述多个第一电极由所述光轴向所述液晶透镜的边缘间隔设置并分为多组，每组第一电极具有预设的电极采样率，且接近所述光轴的组的电极采样率大于远离所述光轴的组的电极采样率。液晶透镜的结构简单，各个层的表面平整，易于为液晶分子进行取向，易于加工生产，尺寸可以做到更大。

Description

液晶透镜及其制备方法

技术领域

本发明大致涉及透镜技术领域，尤其是一种液晶透镜及其制备方法。

背景技术

液晶透镜主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对经过液晶透镜的出射光的分布进行控制。通过控制相应电极上的电压分布，使液晶透镜的液晶层内形成折射率非均匀的梯度分布，便可实现菲涅尔液晶透镜的功能。

图8示出了一种现有的等高菲涅尔液晶透镜的光程差分布曲线，菲涅尔液晶透镜一般会从中心向边缘分为多个区，并且每个区的宽度从中心向边缘逐渐减小(即图8中：W1＇＞W2＇＞W3＇＞…＞Wi＇)，但每个区中具有数量相同的驱动电极，因而驱动电极的宽度也越来越小。对于菲涅尔透镜来说，有一个环形的锯齿面(或者中心的凸面)即为一个区(或者说菲涅尔液晶透镜的一个瓣即为一个区)；对于菲涅尔液晶透镜来说，可以认为一个电压重复单元为一个区，也即有多少个电压重复单元，就有多少个区。当菲涅尔液晶透镜尺寸较大时，位于透镜最边缘的驱动电极的线宽(宽度)将减小至一个不能接受的程度，如线宽太小可能无法加工、或者线宽太小电场的过渡不能有效的对液晶分子进行控制等，从而限制了液晶透镜尺寸的进一步扩大，也限制了液晶透镜的应用。

为了进一步扩大液晶透镜的尺寸，现有技术中提供了一种电活性透镜，其包含具有阶梯状表面的衬底，阶梯状表面限定厚度随透镜半径增加的同心液晶区域。每个区域由不同的环电极组进行切换，不同的环电极组可以在阶梯状表面上、在阶梯状表面下方或与阶梯状表面相对。在每个区域内，环电极距透镜的中心越远，变得越窄，但环电极的宽度也随液晶厚度增加，从而抵消会降低透镜性能的宽度减小。这种电活性透镜的尺寸虽然可以做的更大，但台阶周围存在段差使得附近的液晶分子取向困难，光程差分布曲线在台阶位置发生突变，且多个不同厚度的液晶器件加工困难。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种液晶透镜，具有光轴，所述液晶透镜包括：

第一基板；

第二基板，与第一基板相对设置；

液晶层，设置在第一基板与第二基板之间；

公用电极层，设置在所述第二基板与所述液晶层之间；和

第一电极层，设置在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述多个第一电极由所述光轴向所述液晶透镜的边缘间隔设置并分为多组，每组第一电极具有预设的电极采样率，且接近所述光轴的组的电极采样率大于远离所述光轴的组的电极采样率。

根据本发明的一个方面，所述多个第一电极分为多个区，每个所述区具有预设宽度；

每个所述组包含至少一个所述区，不同的组包含的区的数量相同或不同；

同一个所述组中：每个所述区的电极采样率相同。

根据本发明的一个方面，所述区的宽度为

其中，i为对应区在所述第一电极层中的排序数，所述排序数由最接近所述光轴的区向所述液晶透镜边缘数起并从1起算；W1为最接近所述光轴的区的宽度。

根据本发明的一个方面，所述第一电极层与所述液晶层之间设置有第二电极层，所述第一电极层与所述第二电极层之间设置有介电层；

所述多组中：最接近光轴的组为中心组，其它组为扩大组；

所述第二电极层包括多个第二电极，部分所述组与所述液晶层之间有所述第二电极分布，位于所述液晶层与一个组之间的第二电极和这一个组中的第一电极在第一方向上交替设置，所述第二电极和与它相邻近的第一电极部分重叠，所述第一方向与所述光轴垂直；

所述第一电极配置成输出驱动电压，所述第二电极配置成可以通过与其部分重叠的两个第一电极电容耦合输出耦合电压。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述组与液晶层之间。

根据本发明的一个方面，在所述中心组中：

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠宽度相同；或者，

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠宽度不同，并且接近光轴的第一电极与相应的第二电极的重叠宽度大于远离光轴的第一电极与相应的第二电极的重叠宽度；或者，

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠面积比例相同。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间，所述第二电极与所述扩大组中的第一电极在光轴方向具有第一间距；

所述中心组中的第一电极布置为两层，且这两层中的第一电极在第一方向上交替设置，所述两层的第一电极在所述第一方向内的投影相切；所述两层的第一电极之间设置有介电层；所述两层中的第一电极在光轴方向具有第二间距，所述第二间距大于所述第一间距。

根据本发明的一个方面，所述多个第一电极由所述光轴向液晶透镜的边缘等间距设置。

根据本发明的一个方面，所述液晶透镜还包括电路总线，所述电路总线包括多个电路支线，所述多个电路支线分别提供不同的电压，所述电路支线的数量与所述中心组的一个区中包含的第一电极的数量相同；

所述中心组中：每个所述区中的多个第一电极与所述多个电路支线一一对应并电连接；

所述扩大组中：所述第一电极根据与其耦合的第二电极的目标耦合电压连接相应的电路支线。

根据本发明的一个方面，所述电路总线还包括极大电压支路和/或极小电压支路；

所述扩大组中：所述第一电极根据与其耦合的第二电极的目标耦合电压连接相应的电路支线、极大电压支路或极小电压支路。

根据本发明的一个方面，同一个组中的所述第一电极的表面积相同，不同组中的所述第一电极的表面积不相同，且接近所述光轴的组中的第一电极的表面积小于远离所述光轴的组中的第一电极的表面积。

根据本发明的一个方面，同一个所述组中：接近所述光轴的第一电极的线宽大于远离所述光轴的第一电极的线宽；

相邻的两个所述组中：远离所述光轴的组中距离光轴最近的第一电极的线宽大于接近所述光轴的组中距离光轴最远的第一电极的线宽。

根据本发明的一个方面，所述液晶层靠近第一基板的一侧设置有第一液晶取向层，所述液晶层靠近第二基板的一侧设置有第二液晶取向层，所述第一液晶取向层和所述第二液晶取向层的摩擦方向相反且反平行设置。

本发明还提供一种液晶透镜的制备方法，包括：

在第一基板上形成第一电极层，所述第一电极层包括多个第一电极，所述多个第一电极由第一基板的中心向边缘间隔设置并分为多组，每组第一电极具有预设的电极采样率，且接近所述光轴的组的电极采样率大于远离所述光轴的组的电极采样率；

在第二基板上形成公用电极层；

在所述第一基板或所述第二基板上布置间隙子；

在所述第一基板与所述第二基板中的一个上形成液晶层；

在所述第一基板与所述第二基板中的另一个上形成胶框；

将所述第一基板与所述第二基板组合并固化胶框。

根据本发明的一个方面，还包括在所述第一电极层上形成介电层和第二电极层；

所述多个组中：最接近光轴的组为中心组，其它组为扩大组；

所述第二电极层包括多个第二电极，部分所述组与所述液晶层之间有所述第二电极分布，位于所述液晶层与一个组之间的第二电极和这一个组中的第一电极在第一方向上交替设置，所述第二电极和与它相邻近的第一电极部分重叠，所述第一方向与所述光轴垂直；

所述第一电极配置成输出驱动电压，所述第二电极配置成可以通过与其部分重叠的两个第一电极电容耦合输出耦合电压。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述组与液晶层之间。

根据本发明的一个方面，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间，所述第二电极与所述扩大组中的第一电极在光轴方向具有第一间距；

所述中心组中的第一电极布置为两层，且这两层中的第一电极在第一方向上交替设置，所述两层的第一电极在所述第一方向内的投影相切；所述两层的第一电极之间设置有介电层；所述两层中的第一电极在光轴方向具有第二间距，所述第二间距大于所述第一间距。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种液晶透镜及其制备方法。液晶透镜的结构简单，各个层的表面平整，易于为液晶分子进行取向，易于加工生产。通过将第一电极层中的多个第一电极分为多组，并设置每组第一电极具有预设的电极采样率，接近光轴的组的电极采样率大于远离光轴的组的电极采样率，使得液晶透镜的尺寸可以做到更大。

附图说明

附图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，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜100的剖视图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的第一电极的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜200的剖视图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的第一电极与电路总线的连接示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜300的剖视图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜400的剖视图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜的制备方法的流程图；

图8示出了一种现有的等高菲涅尔液晶透镜的光程差分布曲线。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜100的剖视图，液晶透镜100具有光轴，在一些实施例中液晶透镜可以根据实际需要设计成具有非球面、自由曲面等不同的光程差分布。图1中仅示出了液晶透镜100的剖面的右半部分，可以理解的是，液晶透镜100的剖面的左半部分与右半部分可以关于光轴对称。下面结合图1进行详细描述。

如图1所示，液晶透镜100包括第一基板110、第二基板120、液晶层130、公用电极层140和第一电极层150，其中，第一基板110与第二基板120相对设置，第一基板110和第二基板120是透明基板(例如可以是玻璃基板)。液晶层130设置在第一基板110与第二基板120之间。公用电极层140设置在第二基板120与液晶层130之间，公用电极层140可以是面电极，也可以包括多个分离的电极。第一电极层150设置在第一基板110与液晶层130之间，第一电极层150包括多个第一电极151，多个第一电极151由光轴向液晶透镜100的边缘间隔设置并分为多组，如图2所示，第一电极151可以是圆环电极，具体的，最接近光轴的第一电极151呈圆形，其它的第一电极151呈圆环形，例如均以光轴为圆心。如图1所示，每组第一电极151具有预设的电极采样率(电极采样率是指液晶透镜每提供一个波长光程差内含有的第一电极151的数量，电极采样率大于零)，并且接近光轴的组的电极采样率大于远离光轴的组的电极采样率。例如图1所示，第一组具有第一电极采样率，第二组具有第二电极采样率，第三组具有第三电极采样率，其中，第一电极采样率＞第二电极采样率＞第三电极采样率，图1中虽然只示出了三个组，但本发明并不以此为限，根据加工工艺的极限或者实际生产需要可以设置为两个组或者更多个组。通过在多个组之间逐步减小电极采样率的方式，可以将第一电极151的宽度都控制在需求范围内，从而可以扩大液晶透镜100的可加工尺寸范围。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，所述多个第一电极151还分为多个区，每个区包括一个或多个第一电极151并具有预设宽度，区的宽度例如可以为

其中，i为对应区在第一电极层150中的排序数，所述排序数由最接近所述光轴的区向液晶透镜100边缘数起并从1起算；W1为最接近所述光轴的区的宽度(也即排序数为1的区的宽度)，关于W1的计算在后文详述。每个组包含有至少一个区，不同的组包含的区的数量相同或不同。在同一个组中，每个区的电极采样率相同，对于一个区而言，在对该区中的不同第一电极151提供不同的电压，可以使与该区相对的液晶偏转不同角度而形成菲涅尔液晶透镜的一个透镜区域。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，同一个组中的第一电极151的表面积相同，不同组中的第一电极151的表面积不相同，且接近光轴的组中的第一电极151的表面积小于远离光轴的组中的第一电极151的表面积，例如图1所示，第一组内的第一电极151的表面积＜第二组内的第一电极151的表面积＜第三组内的第一电极151的表面积，这里所说的第一电极151的表面积是指包含了相应的第一电极151以及该第一电极151旁预设范围内的间隙的面积，在本实施例中，第一电极151的表面积是指包含了相应的第一电极151以及该第一电极151内侧的一半间隙和该第一电极151外侧的一半间隙在内的面积；在其它实施例中，第一电极151的表面积是指包含了相应的第一电极151以及该第一电极151内侧(或外侧)的间隙在内的面积。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，第一电极层150中的多个第一电极151由光轴向液晶透镜100的边缘等间距设置。关于相邻第一电极151之间的间隙：当间隙较小时，例如小于3μm，对液晶透镜100的显示效果没有明显影响，但若继续减小间隙，对液晶透镜100的显示效果的改善较小(或没有改善)，反而会增大加工难度；在间隙较大时，会对液晶透镜100的显示效果产生不良影响；因此间隙的大小通常会选取一个不影响效果但可以加工的数值；将第一电极151等间距设置可以方便对液晶透镜100进行设计和加工。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，在同一个组中：接近光轴的第一电极151的线宽(即环形电极的径向宽度)大于远离光轴的第一电极151的线宽。具体的，在上述的优选实施例中，由于同一个组中的第一电极151的表面积相同，因此在同一个组中：越接近光轴的第一电极151的外径与内径的差越大，越远离光轴的第一电极151的外径与内径的差越小，相应的，越接近光轴的第一电极151的线宽也就越大，越远离光轴的第一电极151的线宽也就越小。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，在相邻的两个组中，远离光轴的组中距离光轴最近的第一电极151的线宽大于接近光轴的组中距离光轴最远的第一电极151的线宽。液晶透镜100中的第一电极151加工过程如下：以图1为例，在第一组范围(1～m-1区)内，使用第一电极采样率，第一电极151按照等面积规则(同一个组中的第一电极151的表面积相同)线宽沿第一方向逐渐减小，直至最边缘的第一电极151的线宽刚好满足设计或加工要求；当按照此等面积规则继续加大液晶透镜100的尺寸时，第一电极151的线宽将不满足设计或加工要求，于是在第二组范围(m～n-1区)内减小电极采样率(使用第二电极采样率)，以便于增大第一电极151的表面积，也即增大了第一电极151的宽度；当沿用第二电极采样率至一定的尺寸后，第一电极151的线宽又将不能满足设计或加工要求，于是在第三组范围(n～i区)内继续减小电极采样率(使用第三电极采样率)以便于进一步增大第一透镜的表面积，即增大了第一电极151的宽度，进而可将透镜尺寸进一步扩大。类似的，通过在多个组之间逐步减小电极采样率的方式，可以将第一电极151宽度都控制在需求范围内，从而扩大液晶透镜100的可加工尺寸范围。

在液晶透镜100中，由于每个组的电极采样率不同，因此不同组中的区所包含的第一电极151的数量不同，在形成同一个焦距时不同组中的第一电极151所需要配给的电压存在差异，在一些实施例中可以通过供电电路为每一个第一电极151分别提供其所需要的电压。

图3示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜200的剖视图，如图3所示，液晶透镜200与液晶透镜100的不同之处在于：在第一电极层150与液晶层130之间设置有第二电极层160。为方便阐述，将上述多个组中最接近光轴的组称为中心组，其它的组称为扩大组。第二电极层160包括多个第二电极161，至少部分的组与液晶层130之间设置有第二电极161(例如在液晶透镜200中多个第二电极161分布在每一个扩大组与液晶层130之间)，位于液晶层130与一个组之间的第二电极161和这个组中的第一电极151在第一方向上交替设置，第二电极161和与它相邻近的第一电极151部分重叠，第一方向与光轴垂直，在本实施例中，第一方向由光轴指向液晶透镜200的边缘。其中，第一电极151配置成输出驱动电压，第二电极161作为悬浮电极(f l oat i ng)使用，第二电极161可以通过与其部分重叠的两个第一电极151通过电容耦合而输出耦合电压，耦合电压的大小和与相应的第二电极161耦合的两个第一电极151输出的驱动电压相关，也和相应的第二电极161与相应第一电极151的重叠面积相关。在第一电极层150与第二电极层160之间设置有一定厚度的介电层(图中未示出)，以将第一电极151与第二电极161隔开并绝缘。为保证第一电极151与第二电极161的耦合效果，第二电极161应当尽可能的靠近第一电极151，也即第一电极层150与第二电极层160之间的介电层的厚度应当尽量小。通过设置第二电极层160，并将第二电极161作为悬浮电极使用可以简化液晶透镜200的驱动。通过设置第二电极层160，使第一电极151和第二电极161可以配合公用电极层140在液晶层130的两侧提供更多的电压差，进而可以提高液晶透镜200的显示效果；其中，在设置有第二电极161的位置处，第二电极161与公用电极层140为液晶层130提供电压差；在没有设置第二电极161的位置处(例如：中心组所在范围、相邻两个第二电极161之间的间隔处)，第一电极151与公用电极层140为液晶层130提供电压差。

另外，图1、图3中是以液晶透镜100、200的剖面的左半部分与右半部分关于光轴对称来进行描述的，本领域技术人员容易理解，液晶透镜100、200的剖面的左半部分与右半部分关于光轴也可以是非对称的，这同样在本发明的原理和保护范围内。

根据本发明的一个实施例，液晶透镜200还包括电路总线，电路总线包括多个电路支线，多个电路支线分别提供不同的电压，电路支线的数量与中心组的一个区中包含的第一电极151的数量相同。在中心组中，每个区中的多个第一电极151与上述多个电路支线一一对应并电连接；在扩大组中，第一电极151根据与其耦合的第二电极161的目标耦合电压连接相应的电路支线。

图4示出了根据本发明的一个实施例的第一电极与电路总线的连接示意图，为便于说明和理解，图4中仅示出了3个组，每个组中含有2个区，每个区中包含的第一电极的数量最多为10个，实际上组的数量、每个组中包含区的数量以及每个区中包含的第一电极的数量并不限于此，在此不做限制。如图4所示，由于第一组(中心组)的电极采样率最高，所以第一组中的区包含的第一电极的数量最多，为第一组中的第一电极供电的电路支线的数量等于第一组范围内的第一电极所需提供的电压数量(也即等于第一组的单个区内第一电极的数量)，由于电极采样率降低，第二组(扩大组)、第三组(扩大组)范围内的第一电极所需提供的电压数量都少于第一组范围内的第一电极所需提供的电压数量，而且第二组、第三组范围内的第一电极所需提供的电压的极大、极小值一般都在为第一组范围内的第一电极所提供的极大、极小电压范围内。

设第一组范围内每个区中所包含的第一电极(图4中151a～151j)的数量为10个，则第一组范围内的第一电极151a～151j所需提供的电压数量为10个，则电路总线包括10个电路支线，10个电路支线分别提供电压

V1,V2,…,V9,V10，其中V1最小，V10最大，电压单调增大(这里仅以电压单调增大为例，并不是以此为限，在其它实施例中也可以是V1～V10电压单调减小)，第一组范围内的第一电极151a～151j分别与相应的电路支线连接。第二组范围内每个区中所包含的第一电极(图4中151a'～151h')的数量为8个，第二组范围内的第一电极151a'～151h'分别与相应的电路支线连接，第二组范围内每个区的第一电极151a'～151h'分别通过与相应的第二电极161耦合，使与相应区对应的7个第二电极161分别输出耦合电压V1'～V7'。例如，当所需的目标耦合电压V1'介于V1与V3之间时，则将第一电极151a'连接至电路支线V1，将第一电极151b'连接至电路支线V3,通过相应的第二电极161与第一电极151a'、151b'以适当的面积重叠耦合得到耦合电压V1'，其中V1＜V1'＜V3。第三组范围内每个区中所包含的第一电极(图4中151a"～151e")的数量为5个，第三组范围内的第一电极151a"～151e"分别与相应的电路支线连接，第三组范围内每个区的第一电极151a"～151e"分别通过与相应的第二电极161耦合，使与相应区对应的4个第二电极161分别输出耦合电压V1"～V4"。例如，当耦合电压V1"介于V3与V4之间时，则将第一电极151a"连接至电路支线V3，将第一电极151b"连接至电路支线V4，通过相应的第二电极161与第一电极151a"、151b"以适当的面积重叠耦合得到耦合电压V1"，其中V3＜V1"＜V4；又如，当耦合电压V1"介于V4与V6之间时，则将第一电极151b"连接至电路支线V4，将第一电极151c"连接至电路支线V6，通过相应的第二电极161与第一电极151b"、151c"以适当的面积重叠耦合得到耦合电压V2"，其中V4＜V2"＜V6。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，电路总线还可以包括极大电压支路Vmax和/或极小电压支路Vmi n。在扩大组中，第一电极可以根据与其耦合的第二电极161的目标耦合电压连接相应的电路支线、极大电压支路Vmax或极小电压支路Vmi n；具体的，当一个扩大组中的第一电极所需要提供的电压极大值比中心组中的第一电极所需要提供的电压极大值更大时，可以将该扩大组中相应的第一电极与极大电压支路Vmax连接；当一个扩大组中的第一电极所需要提供的电压极小值比中心组中的第一电极所需要提供的电压极小值更小时，可以将该扩大组中相应的第一电极与极小电压支路Vmi n连接。

图5示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜300的剖视图，如图5所示，液晶透镜300与液晶透镜200的不同之处在于第二电极层160中的多个第二电极161分布在每一个组与液晶层130之间，也即第二电极层160中的多个第二电极161不仅分布在每一个扩大组与液晶层130之间，还分布在中心组与液晶层130之间。通过在中心组所对应的范围布置第二电极161，可以在液晶层130的两侧提供更多的电压差，进一步的提高液晶透镜的显示效果。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，在中心组中，每一个第一电极151与相应的第二电极161的重叠宽度相同，例如第一电极151与相应的第二电极161重叠的宽度可以是5μm(在其它实施例中也可以是3μm、6μm等，本发明并不以此为限)；或者，每一个第一电极151与相应的第二电极161的重叠面积比例相同，例如第一电极151与相应的第二电极161的重叠面积比例可以是25％(在其它实施例中也可以是20％、30％等，本发明并不以此为限，重叠面积比例为重叠面积/第一电极面积)，或者，每一个第一电极151与相应的第二电极161的重叠宽度不同，并且接近光轴的第一电极151与相应的第二电极161的重叠宽度大于远离光轴的第一电极151与相应的第二电极161的重叠宽度，也即第一电极151与第二电极161的重叠宽度从光轴至液晶透镜300的边缘逐渐减小。其中，按照相同的重叠宽度设置第二电极151，需以所有第二电极161不短路作为线宽的极限/最大值(也即第二电极161不能更宽了，否则会发生短路)，因此第二电极161与第一电极151重叠的宽度，可能只占相应的第一电极151(例如最接近光轴的第一电极151)的很小一部分，第二电极161与第一电极151之间的耦合作用有限；而按照相同的重叠面积比例设置第二电极161则不存在这种问题，因为重叠面积比例相同，第二电极161的线宽可能不同(第二电极161与第一电极151重叠的面积越大，相应第二电极161的线宽就越大)，第二电极161与第一电极151之间可以具有良好的耦合作用，因此按照相同的重叠面积比例设置第二电极161具有较好的效果；同理，按照重叠宽度从光轴至液晶透镜的边缘逐渐减小的规则设置第二电极151也具有较好的效果。在中心组对应的范围内，第二电极161根据与相应第一电极151的重叠宽度或者重叠面积比例确定线宽，可以使第二电极层160的加工更加方便，在扩大组对应的范围内，第二电极161的线宽根据其所需输出的耦合电压决定。

图6示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜400的剖视图，如图6所示，液晶透镜400与液晶透镜200的不同之处在于中心组中的第一电极151布置为两层，且这两层中的第一电极151在第一方向上交替设置。较佳的，中心组中在第一方向上相邻的两个第一电极151在第一平面(第一平面与光轴垂直)上的投影不重叠，优选地形成相切，既二者之间没有间隙。在液晶透镜400中，上述的两层第一电极151和第二电极161设置在不同的层，且层与层之间以介电层隔开并绝缘；较佳的，如图6所示，第二电极161所在的层(第二电极层160)位于上述两层第一电极151之间(第二电极161与扩大组中的第一电极151在光轴方向具有第一间距，上述两层第一电极151之间具有第二间距，第二间距大于第一间距)，以使第二电极161尽可能的靠近与其耦合的第一电极151。通过将中心组中的第一电极151分为两层可以很好的解决制程能力弱的问题。在制程能力比较弱的情况下，相邻电极之间的间隙会比较大，进而影响液晶透镜的显示效果；若将电极以较小的间隙分布在同一层，相邻电极之间发生短路的风险就会增加。将第一电极151分为两层，可以使同层的第一电极之间的间隙增大，进而使同层的第一电极之间不容易短路；同时上、下两层第一电极之间被介电层隔开，因此也不容易短路；在第一方向上电场是连续过渡的，可以很好的解决制程能力弱的问题。

根据本发明的一个实施例，液晶透镜100、200、300、400还可以包括第一液晶取向层和第二液晶取向层，其中第一液晶取向层设置在液晶层130靠近第一基板110的一侧，第二液晶取向层设置在液晶层130靠近第二基板120的一侧，第一液晶取向层和第二液晶取向层的摩擦方向相反且反平行设置。

为直观的体现本发明实施例的效果，以下进行举例说明。

菲涅尔液晶透镜的基本原理是：在外加电场的作用下，在液晶层130内形成折射率非均匀的梯度分布。菲涅尔液晶透镜的焦距f为：

其中：r是菲涅尔液晶透镜的半径；Δn是液晶材料的双折射系数；d是液晶层130的厚度,q为菲涅尔透镜分区数。菲涅尔液晶透镜的光程差分布曲线φ＝r²/(2f*q)＝Δn*d,其中φ为液晶透镜光程差，假设菲涅尔液晶透镜的盒厚可提供的光程差为pλ(p是波数),那么pλ＝φ＝Δn*d。

【关于电极采样率的计算：(1)对于某确定的液晶透镜产品来说，根据仪器可测Δn和d的乘积(Δn*d)，λ是已知的，那么p可以根据上述公式计算得出；(2)对于某确定的液晶透镜产品，某个区内含有的第一电极(驱动电极)数量N可以由设备测出，因此可以计算出该区内的电极采样率fs＝N/p。需要说明的是，这个计算方法得出的电极采样率是逆向工程得到的，不用于限定本申请中的电极采样率；本申请中的电极采样率是根据工程加工极限或者实际需要进行设定。】

关于液晶透镜100、200、300、400中第一电极151的线宽计算过程如下：

(1)中心第一电极(最接近光轴的第一电极151)的半径

式中λ为入射光波长，f为焦距，fs1为第一组的电极采样率。

第一组内的第x个第一电极151(x为第一电极151的序号，且由光轴向液晶透镜的边缘排序)的半径

由此可计算处每个第一电极151的宽度。

第一组内每个区内的第一电极151的数量由电极采样率和液晶透镜的盒厚(设液晶透镜的盒厚可提供光程差为pλ，p是波数)决定，第一组中：每个区内第一电极151的数量是n1＝p*fs1；

第一区(排序数为1的区)的宽度

第一区的半径R1＝W1，第一区面积S1＝πW12；

第二区(排序数为2的区)的宽度

第二区的外圆半径

第二区的面积S2＝πW12；

……

第i区(排序数为i的区)的宽度

第i区的外圆半径Ri＝W1+W2+……+Wi，第i区的面积Si＝πW12。

每个区的面积是相等的。

第一组的电极采样率确定，第一个组内含有的区数量取决于区内的所有电极都要满足最小宽度的加工极限，且每个组内的每个第一电极151之间的间隔相等。

(2)假设第一组包含1～m-1区，第一组的面积为(m-1)πW12，那么第二组从m区开始，第m区的宽度

第二组内首个m区的表面积Sm＝πW12。

(3)确定第二组的电极采样率fs2，第二组内每个区的第一电极151数量是n2＝p*fs2。

(4)由于同一个组内每个第一电极151的表面积相同，那么第二组内首个第一电极151(第二组中最接近光轴的第一电极151)的表面积＝Sm/n2＝πW12/n2；

假设第二组内首个第一电极151的外圆环半径为r1'，第二组内首个第一电极151的外圆围成的面积＝(m-1)πW12+Sm/n2＝(m-1+1/n2)πW12＝π*r1'2，进而可以求r1'；第二组内第二个第一电极151的圆面积＝(m-1)πW12

+2Sm/n2＝π*r2'2，进而可以求出r2'，以此类推可求出第二组首个m区内每一个第一电极151的半径。第二组m区之后区内的首个第一电极151的半径计算方法与第二组内m区内首个第一电极151的圆环半径计算方法相同，在此不做赘述。

(5)第二组的电极采样率确定，第二个组内含有的区数量取决于区内的所有电极都要满足最小宽度的加工极限，且每个组内的每个第一电极151之间的间隔相等。

(6)其它组(第三组、第四组……)内首个第一电极151的圆环半径计算方法与第二组内首个第一电极151的圆环半径计算方法相同，在此不做赘述。

如图1所示，假设液晶透镜100的盒厚能提供10λ的光程差(λ＝543.5nm)，液晶透镜的焦距f为1000mm，第一组的电极采样率(第一电极采样率)fs1为5，则第一组内每个区所含有的电极数量n1为10*5＝50。中心第一电极(最接近光轴的第一电极151)的半径

第一区(排序数为1的区，排序数由最接近所述光轴的区向所述液晶透镜边缘数起并从1起算)的宽度

设相邻第一电极151之间的间隙的宽度为4μm，可实现的第一电极151的最小宽度为10μm，如表1所示，当第一电极151的数量为277时，第一电极151的线宽达到极限值10μm，此时液晶透镜100的最大半径约为7.7mm。显然当电极采样率为5时，第六区(排序数为6的区)中部分第一电极151的线宽将不可实现，因此可将第一区～第五区(排序数为1～5的区)作为第一组，将第六区划归第二组。第二组的电极采样率(第二电极采样率)可以降低为4(电极采样率也可以根据实际需要设置为小数，例如4.5)，则第二组内每个区所含有的电极数量n2为10*4＝40,将40个第一电极151按照等面积规则进行划分，可以将第六区中所有第一电极151的线宽调整至10以上。采用第一电极151采样率时，第六区中部分第一电极151的线宽将不能满足设计或加工要求，而将第六区划分到第二组并采用第二采样率时，第六区中的第一电极151的线宽将满足要求，并且增大液晶透镜的尺寸至约8.1mm。同理，通过进一步降低电极采样率还可以进一步增大液晶透镜的尺寸。

表1

与现有技术相比，本发明的实施例提供的液晶透镜100、200、300、400的结构简单，易于加工生产，通过将第一电极层150中的多个第一电极151分为多组，并设置每组第一电极151具有预设的电极采样率，接近光轴的组的电极采样率大于远离光轴的组的电极采样率，使得液晶透镜100、200、300、400的尺寸可以做到更大。

图7示出了根据本发明的一个实施例的液晶透镜的制备方法的流程图，下面结合图7进行详细描述。

液晶透镜的制备方法包括以下步骤，下面分别对其进行详细描述。

在步骤S410：在第一基板上形成第一电极层。第一电极层包括多个第一电极，多个第一电极由光轴向液晶透镜的边缘间隔设置并分为多组，第一电极可以是圆环电极，具体的，最接近光轴的第一电极呈圆形，其它的第一电极呈圆环形，例如均以光轴为圆心。每组第一电极具有预设的电极采样率(电极采样率是指每一个波长光程差内含有的第一电极的数量，电极采样率大于零)，并且接近光轴的组的电极采样率大于远离光轴的组的电极采样率。

在步骤S420：在第二基板上形成公用电极层。

其中，公用电极层的形成包括在第二基板的一侧布置面电极。另外，在面电极布置完成后，可以在面电极的表面布置第二液晶取向层(例如可以是在面电极表面涂布聚酰亚胺并摩擦取向)。

在步骤S430：在所述第一基板或所述第二基板上布置间隙子。

在步骤S440：在所述第一基板与所述第二基板中的一个上形成液晶层。

在步骤S450：在所述第一基板与所述第二基板中的另一个上形成胶框。

在步骤S460：将所述第一基板与所述第二基板组合并固化胶框。

液晶透镜的制备方法还可以包括步骤S470：在所述第一电极层上形成介电层和第二电极层；步骤S470根据实际情况可以与步骤S410同时进行，也可以在步骤S410完成之后进行。其中，第二电极层包括多个第二电极，在液晶透镜制成后，至少部分的组与液晶层之间设置有第二电极(优选的，多个第二电极分布在每一个扩大组与液晶层之间；或者，多个第二电极分布在每一个组与液晶层之间；或者，多个第二电极分布在每一个扩大组与液晶层之间，第二电极与扩大组中的第一电极在光轴方向具有第一间距，并且中心组中的第一电极布置为两层，这两层中的第一电极在第一方向上交替设置，两层的第一电极在第一方向内的投影相切，两层的第一电极之间设置有介电层，两层中的第一电极在光轴方向具有第二间距，第二间距大于第一间距)，位于液晶层与一个组之间的第二电极和这个组中的第一电极在第一方向上交替设置，第二电极和与它相邻近的第一电极部分重叠，第一方向与光轴垂直，在本实施例中，第一方向由光轴指向液晶透镜的边缘。其中，第一电极配置成输出驱动电压，第二电极作为悬浮电极(f l oat i ng)使用。为保证第一电极与第二电极的耦合效果，第二电极应当尽可能的靠近第一电极，也即第一电极层与第二电极层之间的介电层的厚度应当尽量小。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种液晶透镜，具有光轴，所述液晶透镜包括：

第一基板；

第二基板，与第一基板相对设置；

液晶层，设置在第一基板与第二基板之间；

公用电极层，设置在所述第二基板与所述液晶层之间；和

第一电极层，设置在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述多个第一电极由所述光轴向所述液晶透镜的边缘间隔设置并分为多组，每组第一电极具有预设的电极采样率，且接近所述光轴的组的电极采样率大于远离所述光轴的组的电极采样率。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，所述多个第一电极分为多个区，每个所述区具有预设宽度；

每个所述组包含至少一个所述区，不同的组包含的区的数量相同或不同；

同一个所述组中：每个所述区的电极采样率相同。

3.根据权利要求2所述的液晶透镜，其中，所述区的宽度为

其中，i为对应区在所述第一电极层中的排序数，所述排序数由最接近所述光轴的区向所述液晶透镜边缘数起并从1起算；W1为最接近所述光轴的区的宽度。

4.根据权利要求2所述的液晶透镜，其中，所述第一电极层与所述液晶层之间设置有第二电极层，所述第一电极层与所述第二电极层之间设置有介电层；

所述多组中：最接近光轴的组为中心组，其它组为扩大组；

所述第二电极层包括多个第二电极，至少部分所述组与所述液晶层之间有所述第二电极分布，位于所述液晶层与一个组之间的第二电极和这一个组中的第一电极在第一方向上交替设置，所述第二电极和与它相邻近的第一电极部分重叠，所述第一方向与所述光轴垂直；

所述第一电极配置成输出驱动电压，所述第二电极配置成可以通过与其部分重叠的两个第一电极电容耦合输出耦合电压。

5.根据权利要求4所述的液晶透镜，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间。

6.根据权利要求4所述的液晶透镜，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述组与液晶层之间。

7.根据权利要求6所述的液晶透镜，其中，在所述中心组中：

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠宽度相同；或者，

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠宽度不同，并且接近光轴的第一电极与相应的第二电极的重叠宽度大于远离光轴的第一电极与相应的第二电极的重叠宽度；或者，

每一个第一电极与相应的第二电极的重叠面积比例相同。

8.根据权利要求4所述的液晶透镜，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间；

所述中心组中的第一电极布置为两层，且这两层中的第一电极在所述第一方向上交替设置，所述两层的第一电极之间设置有介电层。

9.根据权利要求8所述的液晶透镜，其中，所述第二电极与所述扩大组中的第一电极在光轴方向具有第一间距；所述两层中的第一电极在光轴方向具有第二间距，所述第二间距大于所述第一间距；所述两层的第一电极在所述第一方向内的投影相切。

10.根据权利要求5-7中任意一项所述的液晶透镜，其中，所述多个第一电极由所述光轴向液晶透镜的边缘等间距设置。

11.根据权利要求5-9中任意一项所述的液晶透镜，其中，所述液晶透镜还包括电路总线，所述电路总线包括多个电路支线，所述多个电路支线分别提供不同的电压，所述电路支线的数量与所述中心组的一个区中包含的第一电极的数量相同；

所述中心组中：每个所述区中的多个第一电极与所述多个电路支线一一对应并电连接；

所述扩大组中：所述第一电极根据与其耦合的第二电极的目标耦合电压连接相应的电路支线。

12.根据权利要求11所述的液晶透镜，其中，所述电路总线还包括极大电压支路和/或极小电压支路；

所述扩大组中：所述第一电极根据与其耦合的第二电极的目标耦合电压连接相应的电路支线、极大电压支路或极小电压支路。

13.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，同一个组中的所述第一电极的表面积相同，不同组中的所述第一电极的表面积不相同，且接近所述光轴的组中的第一电极的表面积小于远离所述光轴的组中的第一电极的表面积。

14.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，同一个所述组中：接近所述光轴的第一电极的线宽大于远离所述光轴的第一电极的线宽；

相邻的两个所述组中：远离所述光轴的组中距离光轴最近的第一电极的线宽大于接近所述光轴的组中距离光轴最远的第一电极的线宽。

15.根据权利要求1所述的液晶透镜，其中，所述液晶层靠近第一基板的一侧设置有第一液晶取向层，所述液晶层靠近第二基板的一侧设置有第二液晶取向层，所述第一液晶取向层和所述第二液晶取向层的摩擦方向相反且反平行设置。

16.一种液晶透镜的制备方法，包括：

在第一基板上形成第一电极层，所述第一电极层包括多个第一电极，所述多个第一电极由第一基板的中心向边缘间隔设置并分为多组，每组第一电极具有预设的电极采样率，且接近所述光轴的组的电极采样率大于远离所述光轴的组的电极采样率；

在第二基板上形成公用电极层；

在所述第一基板或所述第二基板上布置间隙子；

在所述第一基板与所述第二基板中的一个上形成液晶层；

在所述第一基板与所述第二基板中的另一个上形成胶框；

将所述第一基板与所述第二基板组合并固化胶框。

17.根据权利要求16所述的制备方法，还包括在所述第一电极层上形成介电层和第二电极层；

所述多个组中：最接近光轴的组为中心组，其它组为扩大组；

所述第二电极层包括多个第二电极，部分所述组与所述液晶层之间有所述第二电极分布，位于所述液晶层与一个组之间的第二电极和这一个组中的第一电极在第一方向上交替设置，所述第二电极和与它相邻近的第一电极部分重叠，所述第一方向与所述光轴垂直；

所述第一电极配置成输出驱动电压，所述第二电极配置成可以通过与其部分重叠的两个第一电极电容耦合输出耦合电压。

18.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间。

19.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述组与液晶层之间。

20.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述多个第二电极分布在每一个所述扩大组与液晶层之间；

所述中心组中的第一电极布置为两层，且这两层中的第一电极在第一方向上交替设置，所述两层的第一电极之间设置有介电层。

21.根据权利要求20所述的制备方法，其中，所述第二电极与所述扩大组中的第一电极在光轴方向具有第一间距；所述两层中的第一电极在光轴方向具有第二间距，所述第二间距大于所述第一间距；所述两层的第一电极在所述第一方向内的投影相切。

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