CN117031854A - 一种透镜区域可调的液晶透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜区域可调的液晶透镜，包括：第一基板；设置于第一基板上按照预设间隔的若干个第一导电电极；设置于第一导电电极两两之间的第二高阻栅条；设置于第一基板对向的第二基板，第二基板上设置有公共面电极；设置于第一基板和第二基板之间的液晶层，液晶层内填充有液晶分子；其中，液晶透镜被配置为：根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在第一导电电极中选取液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及中心电极，并分别向第一边缘电极、第二边缘电极施加第一电位，向中心电极施加第二电位，向公共面电极施加第三电位。本发明在提高液晶透镜光学特性的同时可以使得透镜区域可以调整以适应各种应用场景。

Description

一种透镜区域可调的液晶透镜

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，特别是涉及一种透镜区域可调的液晶透镜。

背景技术

透镜是基本的光学器件，在光学仪器和设备中随处可见。随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高，其一是要求透镜的焦距连续可调，其二是要求提供大焦距透镜。

液晶透镜(liquid crystal lens)是一种利用液晶材料所具有的独特物理及光学特性所创造出的技术。不同于传统的玻璃透镜，液晶透镜可以依据施加于其上的电场以聚集或发散入射光，特别地，液晶透镜的焦距可以藉由改变供应电压来进行调整。因为液晶透镜不需要使用到机械动作来调整焦距，因此，液晶透镜比传统玻璃透镜更适合应用在许多图像获取技术中。

在液晶透镜实际应用过程中，相邻两个电极的间距(pitch)往往会远大于液晶透镜的间隙(cell gap)。使得电力线的分布会被局限在电极附近，而使液晶透镜无法具有良好的光学特性，且由于电极固定施加电压透镜区域难以更改。

发明内容

经申请人研究发现：当液晶透镜的电极间距与其间隙差距过大时，电力线的分布会被局限在电极附近，而使液晶透镜无法具有良好的光学特性。现有技术有通过在电极之间设置高电阻从而形成多段电压降，利用所述多段电压降，电极之间的电压差在液晶层中形成的电力线可理想地分布在电极之间，而不易局限在电极附近，进而使液晶透镜具有良好的光学特性。但是该技术只能应用于固定透镜区域的装置内，无法更改透镜区域使得应用场景受限。

有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种透镜区域可调的液晶透镜，旨在提高液晶透镜光学特性的同时可以使得透镜区域可以调整以适应各种应用场景。

为实现上述目的，本发明公开了一种透镜区域可调的液晶透镜，所述液晶透镜包括：

第一基板；

设置于所述第一基板上按照预设间隔的若干个第一导电电极；

设置于所述第一导电电极两两之间的第二高阻栅条；

设置于所述第一基板对向的第二基板，所述第二基板上设置有公共面电极；

设置于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层内填充有液晶分子；其中，所述液晶透镜被配置为：

根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在所述第一导电电极中选取所述液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及位于所述第一边缘电极与所述第二边缘电极中间的中心电极，并分别向所述第一边缘电极、所述第二边缘电极施加第一电位，向所述中心电极施加第二电位，向所述公共面电极施加第三电位；其中，所述第一边缘电极与所述第二边缘电极之前除去所述中心电极的其它所述第一导电电极未施加电压且外接输入处于高阻态状态；其中，所述中心电极与所述第一边缘电极、所述二边缘电极通过之间的各个所述第一导电电极以及各个所述第二高阻栅条分别形成导电通路，并根据所述第二高阻栅条的电阻阻值，为各个所述第一导电电极赋予多段渐变的阶梯电位，所述液晶层中的液晶分子受到各个所述阶梯电位与所述公共面电极的第三电位之间的电位差影响而形成呈拱形排布的透镜。

可选的，采用不同厚度的所述第二高阻栅条以达到通过调控电阻改变自身两侧的电位差；其中，所述第二高阻栅条越厚，其对应的电阻阻值越小。

可选的，相邻的各个所述第一导电电极之间的距离小于预设距离，所述预设距离根据所述液晶透镜需求精度进行确定；其中，所述液晶透镜需求精度越高，所述预设距离越小。

可选的，所述第一导电电极的电阻阻值小于所述第二高阻栅条，所述第一导电电极未施加电压时其两侧电位相同。

可选的，所述液晶透镜还被配置为：

根据拟构建平面显示镜的位置信息、直径信息，在所述第一导电电极中选取与所述平面显示镜对应的平面显示导电电极，并分别向平面显示导电电极施加第四电位，向所述公共面电极施加第五电位；其中，第四电位大于所述第五电位；所述液晶层中的液晶分子受到所述第四电位与所述第五电位之间的电位差影响从而倾斜透光。

可选的，所述第二高阻栅条由多个高阻子栅条通过低阻导线串联形成，将所述第二高阻栅条两侧的对应的电位差划分成多个渐变子电位差。

可选的，所述液晶透镜具体被配置为：

在所述第一导电电极中选取所述液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及位于所述第一边缘电极与所述第二边缘电极中间的中心电极，并分别向所述第一边缘电极、所述第二边缘电极施加第一电位，向所述中心电极施加第二电位，向所述公共面电极施加第三电位；其中，所述第一电位大于所述第二电位，所述第一电位大于所述第三电位。

本发明的有益效果：1、本发明在第一基板上按照预设间隔设置若干个第一导电电极，在第一导电电极两两之间设置第二高阻栅条。且液晶透镜被配置为：根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在第一导电电极中选取液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及位于第一边缘电极与第二边缘电极中间的中心电极，并分别向第一边缘电极、第二边缘电极施加第一电位，向中心电极施加第二电位，向公共面电极施加第三电位。一方面本发明对应的液晶透镜可以根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，给对应电极施加电位，进而根据需求调整透镜区域，实现了透镜区域可调的功能。

另一方面本发明第一边缘电极与第二边缘电极之前除去中心电极的其它第一导电电极未施加电压且外接输入处于高阻态状态。通过在第一边缘电极与第二边缘电极的第二高阻栅条充当电阻，未施加电压的第一导电电极充当导线，为各个第一导电电极赋予多段渐变的阶梯电位。在第一边缘电极和二边缘电极之间形成多段渐变电位差，在液晶层中形成的电力线可理想地分布在第一边缘电极与第二边缘电极之间的各个位置，而不易局限在第一边缘电极与第二边缘电极附近，进而使液晶透镜具有良好的光学特性。

2、本发明通过采用不同厚度的第二高阻栅条以达到通过调控电阻改变自身两侧的电位差；其中，第二高阻栅条越厚，其对应的电阻阻值越小。通过这样改变电位差，以使透镜的焦距等可以根据需求进行变化，达到灵活使用的特点。

3、本发明相邻的各个第一导电电极之间的距离小于预设距离，预设距离根据液晶透镜需求精度进行确定；其中，液晶透镜需求精度越高，预设距离越小。第一导电电极间隔越小，形成的多段电位差渐变越平缓，液晶分子偏转变化越平滑，形成的透镜效果越好。

4、本发明第二高阻栅条由多个高阻子栅条通过低阻导线串联形成，将第二高阻栅条两侧的对应的电位差划分成多个渐变子电位差。通过高阻子栅条进一步将多段电位差进行再划分，使得电位变化更平缓，液晶分子偏转变化越平滑，形成的透镜效果越好。

综上，本发明在提高液晶透镜光学特性的同时可以使得透镜区域可以调整以适应各种应用场景。

附图说明

图1是本发明一具体实施例提供的一种透镜区域可调的液晶透镜的正视结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种透镜区域可调的液晶透镜，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

经申请人研究发现：当液晶透镜的电极间距与其间隙差距过大时，电力线的分布会被局限在电极附近，而使液晶透镜无法具有良好的光学特性。现有技术有通过在电极之间设置高电阻从而形成多段电压降，利用所述多段电压降，电极之间的电压差在液晶层中形成的电力线可理想地分布在电极之间，而不易局限在电极附近，进而使液晶透镜具有良好的光学特性。但是该技术只能应用于固定透镜区域的装置内，无法更改透镜区域使得应用场景受限。

因此，本发明实施例提供了一种透镜区域可调的液晶透镜，如图1所示，液晶透镜包括：

第一基板1；

设置于第一基板1上按照预设间隔的若干个第一导电电极2；

设置于第一导电电极2两两之间的第二高阻栅条3；

设置于第一基板1对向的第二基板4，第二基板4上设置有公共面电极5；

设置于第一基板1和第二基板4之间的液晶层6，液晶层6内填充有液晶分子7；其中，液晶透镜被配置为：

根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在第一导电电极2中选取液晶透镜中的第一边缘电极21、第二边缘电极以及位于第一边缘电极21与第二边缘电极中间的中心电极22，并分别向第一边缘电极21、第二边缘电极施加第一电位，向中心电极22施加第二电位，向公共面电极5施加第三电位；其中，第一边缘电极21与第二边缘电极之前除去中心电极22的其它第一导电电极2未施加电压且外接输入处于高阻态状态；其中，中心电极22与第一边缘电极21、二边缘电极通过之间的各个第一导电电极2以及各个第二高阻栅条3分别形成导电通路，并根据第二高阻栅条3的电阻阻值，为各个第一导电电极2赋予多段渐变的阶梯电位，液晶层6中的液晶分子7受到各个阶梯电位与公共面电极5的第三电位之间的电位差影响而形成呈拱形排布的透镜。

需要说明的是，在透镜区域对应的第一边缘电极21、第二边缘电极以及位于第一边缘电极21与第二边缘电极中间的中心电极22中，本发明实施例中采用第二高阻栅条3充当电阻，未施加电压的第一导电电极2由于处于高阻态状态充当导线，通过这样可以为第一边缘电极21和第二边缘电极之间的各个第一导电电极2赋予多段渐变的阶梯电位，从而实现电位差渐变，在液晶层6中形成的电力线也可理想地分布在第一边缘电极21与第二边缘电极之间的各个位置，而不易局限在第一边缘电极21与第二边缘电极附近，进而使液晶透镜具有良好的光学特性。本发明实施例可以根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，对对应的电极施加电位，从而达到透镜区域可调的效果。

在一具体实施例中，第二电位和第三电位为同电位。

在一具体实施例中，例如拟构建透镜的区域对应有11个第一导电电极2，确定边缘两个为第一边缘电极21与第二边缘电极，确定中间第六个为中间电极，别向第一边缘电极21、第二边缘电极施加第一电位5V，向中心电极22施加第二电位0V，向公共面电极5施加第三电位0V。相邻第一导电电极2之间的第二高阻栅条3均为相同阻值，则各个电极按照顺序排位对应的电位为5V、4V、3V、2V、1V、0V、1V、2V、3V、4V、5V，从而实现了电压的渐变。

值得一提的是，相较于现有技术中对所有电极都施加电压实现电压渐变的方法，本发明实施例可以有效减少驱动芯片的数量，避免资源浪费。

在一具体实施例中，采用不同厚度的第二高阻栅条3以达到通过调控电阻改变自身两侧的电位差；其中，第二高阻栅条3越厚，其对应的电阻阻值越小。

需要说明的是，通过，采用不同厚度的第二高阻栅条3以达到通过调控电阻改变电位差，以使透镜的焦距等光学特性可以根据需求进行变化，达到灵活使用的特点。

在一具体实施例中，相邻的各个第一导电电极2之间的距离小于预设距离，预设距离根据液晶透镜需求精度进行确定；其中，液晶透镜需求精度越高，预设距离越小。

需要说明的是，在实际应用场景中，有些对透镜精度要求高可以实现精细显示(充当显示器)或者拍摄(充当镜头)，这时就需要相邻的各个第一导电电极2之间的距离越小，越能使电压变换平缓，液晶分子7偏移也平滑，透镜效果就越好。另一方面，在实际应用过程中对精度要求没那么高的话，如果相邻的各个第一导电电极2之间的距离可以较大，这样制造对应透镜的工艺要求就无需过高。本发明实施例可以据此，灵活多变，以适用多种不同场景。

在一具体实施例中，第一导电电极2的电阻阻值小于第二高阻栅条3，第一导电电极2未施加电压时其两侧电位相同。

需要说明的是，当第一导电电极2的电阻阻值远小于第二高阻栅条3时，第二高阻栅条3充当电阻，第一导电电极2充当导线，这样实现可调控的电位渐变控制。

在一具体实施例中，液晶透镜还被配置为：

根据拟构建平面显示镜的位置信息、直径信息，在第一导电电极2中选取与平面显示镜对应的平面显示导电电极，并分别向平面显示导电电极施加第四电位，向公共面电极5施加第五电位；其中，第四电位大于第五电位；液晶层6中的液晶分子7受到第四电位与第五电位之间的电位差影响从而倾斜透光。

需要说明的是，平面显示镜为不对光进行聚集或发散的平面透镜。本发明通过这样实现2D和3D的共融，具体可以应用在显示等领域中，例如可以在电视屏幕上实现裸眼3D效果，也能够正常显示2D效果，实现了显示的多样化。总而言之，2D和3D的共融可以是液晶透镜适用的领域更加宽泛且更加灵活。

值得一提的是，平面显示镜通过第一导电电极2和公共面电极5的电位差使得液晶分子7偏转实现对应功能，与拟构建透镜的渐变不同。

在一具体实施例中，第二高阻栅条3由多个高阻子栅条通过低阻导线串联形成，将第二高阻栅条3两侧的对应的电位差划分成多个渐变子电位差。

需要说明的是，第二高阻栅条3若是由多个高阻子栅条串联组成，则可以通过高阻子栅条进一步将多段电位差进行再划分，使得电位变化更平缓，液晶分子7偏转变化越平滑，形成的透镜效果越好。

在一具体实施例中，液晶透镜具体被配置为：

在第一导电电极2中选取液晶透镜中的第一边缘电极21、第二边缘电极以及位于第一边缘电极21与第二边缘电极中间的中心电极22，并分别向第一边缘电极21、第二边缘电极施加第一电位，向中心电极22施加第二电位，向公共面电极5施加第三电位；其中，第一电位大于第二电位，第一电位大于第三电位。

本发明实施例在第一基板1上按照预设间隔设置若干个第一导电电极2，在第一导电电极2两两之间设置第二高阻栅条3。且液晶透镜被配置为：根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在第一导电电极2中选取液晶透镜中的第一边缘电极21、第二边缘电极以及位于第一边缘电极21与第二边缘电极中间的中心电极22，并分别向第一边缘电极21、第二边缘电极施加第一电位，向中心电极22施加第二电位，向公共面电极5施加第三电位。一方面本发明实施例对应的液晶透镜可以根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，给对应电极施加电位，进而根据需求调整透镜区域，实现了透镜区域可调的功能。

另一方面本发明实施例第一边缘电极21与第二边缘电极之前除去中心电极22的其它第一导电电极2未施加电压且外接输入处于高阻态状态。通过在第一边缘电极21与第二边缘电极的第二高阻栅条3充当电阻，未施加电压的第一导电电极2充当导线，为各个第一导电电极2赋予多段渐变的阶梯电位。在第一边缘电极21和二边缘电极之间形成多段渐变电位差，在液晶层6中形成的电力线可理想地分布在第一边缘电极21与第二边缘电极之间的各个位置，而不易局限在第一边缘电极21与第二边缘电极附近，进而使液晶透镜具有良好的光学特性。

本发明实施例通过采用不同厚度的第二高阻栅条3以达到通过调控电阻改变自身两侧的电位差；其中，第二高阻栅条3越厚，其对应的电阻阻值越小。通过这样改变电位差，以使透镜的焦距等可以根据需求进行变化，达到灵活使用的特点。

本发明实施例相邻的各个第一导电电极2之间的距离小于预设距离，预设距离根据液晶透镜需求精度进行确定；其中，液晶透镜需求精度越高，预设距离越小。第一导电电极2间隔越小，形成的多段电位差渐变越平缓，液晶分子7偏转变化越平滑，形成的透镜效果越好。

本发明实施例第二高阻栅条3由多个高阻子栅条通过低阻导线串联形成，将第二高阻栅条3两侧的对应的电位差划分成多个渐变子电位差。通过高阻子栅条进一步将多段电位差进行再划分，使得电位变化更平缓，液晶分子7偏转变化越平滑，形成的透镜效果越好。

综上，本发明实施例在提高液晶透镜光学特性的同时可以使得透镜区域可以调整以适应各种应用场景。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜包括：

第一基板；

设置于所述第一基板上按照预设间隔的若干个第一导电电极；

设置于所述第一导电电极两两之间的第二高阻栅条；

设置于所述第一基板对向的第二基板，所述第二基板上设置有公共面电极；

设置于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层内填充有液晶分子；其中，所述液晶透镜被配置为：

根据拟构建透镜的位置信息、直径信息，在所述第一导电电极中选取所述液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及位于所述第一边缘电极与所述第二边缘电极中间的中心电极，并分别向所述第一边缘电极、所述第二边缘电极施加第一电位，向所述中心电极施加第二电位，向所述公共面电极施加第三电位；其中，所述第一边缘电极与所述第二边缘电极之前除去所述中心电极的其它所述第一导电电极未施加电压且外接输入处于高阻态状态；其中，所述中心电极与所述第一边缘电极、所述二边缘电极通过之间的各个所述第一导电电极以及各个所述第二高阻栅条分别形成导电通路，并根据所述第二高阻栅条的电阻阻值，为各个所述第一导电电极赋予多段渐变的阶梯电位，所述液晶层中的液晶分子受到各个所述阶梯电位与所述公共面电极的第三电位之间的电位差影响而形成呈拱形排布的透镜。

2.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，采用不同厚度的所述第二高阻栅条以达到通过调控电阻改变自身两侧的电位差；其中，所述第二高阻栅条越厚，其对应的电阻阻值越小。

3.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，相邻的各个所述第一导电电极之间的距离小于预设距离，所述预设距离根据所述液晶透镜需求精度进行确定；其中，所述液晶透镜需求精度越高，所述预设距离越小。

4.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，所述第一导电电极的电阻阻值小于所述第二高阻栅条，所述第一导电电极未施加电压时其两侧电位相同。

5.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜还被配置为：

根据拟构建平面显示镜的位置信息、直径信息，在所述第一导电电极中选取与所述平面显示镜对应的平面显示导电电极，并分别向平面显示导电电极施加第四电位，向所述公共面电极施加第五电位；其中，第四电位大于所述第五电位；所述液晶层中的液晶分子受到所述第四电位与所述第五电位之间的电位差影响从而倾斜透光。

6.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，所述第二高阻栅条由多个高阻子栅条通过低阻导线串联形成，将所述第二高阻栅条两侧的对应的电位差划分成多个渐变子电位差。

7.根据权利要求1所述透镜区域可调的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜具体被配置为：

在所述第一导电电极中选取所述液晶透镜中的第一边缘电极、第二边缘电极以及位于所述第一边缘电极与所述第二边缘电极中间的中心电极，并分别向所述第一边缘电极、所述第二边缘电极施加第一电位，向所述中心电极施加第二电位，向所述公共面电极施加第三电位；其中，所述第一电位大于所述第二电位，所述第一电位大于所述第三电位。