CN203705778U - 一种液晶盒及液晶透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液晶盒及液晶透镜，所述液晶盒包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层，还包括第一电极层和第二电极层、缓冲层、分压层以及定向层，其中，第一电极层包括多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及环绕所述圆形实心电极的多个环形电极。由于本实用新型提供的液晶盒相对于现有技术中的液晶盒，其上电极更换为多个子电极形成的第一电极层，以及增加了分压层和缓冲层，通过调节多个子电极上所接电压源的电压，调节分压层与第一电极层之间，以及分压层与第二电极层之间形成的电容，从而在不影响现有液晶透镜电场分布的光滑度的情况下，实现对电场分布的微调。

Description

一种液晶盒及液晶透镜

本申请要求于2013年12月18日提交中国专利局、申请号为201320839631.3、发明名称为“一种液晶盒及液晶透镜”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实用新型涉及成像技术领域，更具体的说是涉及一种液晶盒及液晶透镜。

背景技术

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来聚集或发散入射光，特别地，液晶透镜的焦距可以借由改变供电电压来进行调整。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。

请参考图1，图1为公知的液晶盒的示意图。液晶盒包含两个透明基板110和120、分别形成于两个透明基板110及120上的两个电极，上电极111及下电极121、以及位于上电极111和下电极121之间的液晶层130。如图2所示，为图1中上电极111的俯视图，所述上电极111为中间带有圆形孔洞的电极，在上电极111上施加电压V1，在下电极121上施加电压V2后，上电极与下电极之间在液晶层位置形成电场强度不均匀的电场，如图3所示，为该液晶盒的上下电极之间形成的电场强度分布示意图。液晶分子会根据不同位置电场不同，发生不同角度的偏转。现有技术中的液晶透镜通常为两个液晶盒，且二者之间通过粘胶层叠粘接在一起，在给两个液晶盒的上电极111和下电极121分别加上电压后，液晶分子即可根据电压控制液晶层130位置的电场，从而使得液晶盒内有效区域内的液晶进行相应的偏转，实现透镜效果。

但是发明人发现，现有技术中液晶透镜对电场分布的控制能力较差，无法实现凹透镜与凸透镜的双重显示效果，且在电压发生变化时，无法对电场分布曲线进行微调。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种液晶盒及液晶透镜，以解决现有技术中的液晶透镜无法实现凹透镜与凸透镜的双重显示效果，并且在电压发生变化时，无法实现对电场分布曲线进行微调的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种液晶盒，包括：

相对设置的第一基板与第二基板；

设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

设置于所述第一基板朝向所述液晶层表面的第一电极层，所述第一电极层包含多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及至少一个环绕所述圆形实心电极的环形电极；

设置于所述第一电极层朝向所述液晶层表面的缓冲层；

设置于所述缓冲层朝向所述液晶层表面的分压层；

设置于所述分压层朝向所述液晶层表面的第一定向层；

设置于所述第二基板朝向所述液晶层表面的第二电极层；

设置于所述第二电极层朝向所述液晶层表面的第二定向层。

优选地，所述多个子电极中至少有两个电极分别与不同的电压源连接。

优选地，所述多个子电极分别与不同的电压源连接。

优选地，所述多个子电极的个数为至少三个。

优选地，当所述子电极的个数为三个时，所述三个子电极分别与不同的电压源连接。

优选地，当所述子电极的个数为三个时，所述圆形实心电极与半径较小的环形电极相连，并连接同一个电压源，半径较大的环形电极与另一个电压源连接。

一种液晶透镜，包括至少两个上面所述的液晶盒。

优选地，所述液晶盒的个数为两个。

优选地，两个所述液晶盒通过粘胶剂粘接在一起。

经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的液晶盒，用于形成液晶透镜，所述液晶盒包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层，还包括第一电极层和第二电极层、缓冲层、分压层以及定向层，其中，所述第一电极层包括多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及环绕所述圆形实心电极的多个环形电极。由于本实用新型提供的液晶盒相对于现有技术中用于液晶透镜的液晶盒，其上电极更换为多个子电极形成的第一电极层，以及增加了分压层和缓冲层，所述分压层通过缓冲层与所述第一电极层之间，以及所述分压层与所述第二电极层之间形成多个并联的微分电路，通过调节多个子电极上所接电压源的电压，调节并联的微分电路中的电容，从而在不影响现有液晶透镜电场分布的光滑度的情况下，实现对电场分布的微调。

另外，现有技术中液晶盒的上电极为带有孔洞的一个电极，无论在上电极和下电极上施加什么样的电压，中间孔洞部分的电场强度均会小于电极所对应部分的电场强度，因而，无法通过电压的改变实现凹透镜与凸透镜之间的变换。而本实用新型中由于所述第一电极层的中间为圆形的实心电极，通过在所述圆形实心电极和环形电极之间施加不同的电压，圆形实心电极与第二电极层之间形成的电场强度大于或小于环形电极与第二电极层之间形成的电场强度，从而实现电场强度抛物线的两个开口方向，即本实用新型提供的液晶盒能够通过改变加在液晶盒上的电压不同，使经过液晶盒的光束会聚或使所述光束发散，也即通过改变施加在第二电极层和第一电极层上的电压，实现同一个液晶盒显示效果在凸透镜显示效果与凹透镜显示效果之间变换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中液晶盒的剖面结构示意图；

图2为现有技术中液晶盒上电极俯视图；

图3为现有技术中液晶盒内部电场强度曲线图；

图4为本实用新型提供的一种液晶盒的剖面结构示意图；

图5为本实用新型提供的液晶盒的第一电极层俯视图；

图6为本实用新型提供的液晶盒的等效电路图；

图7为本实用新型提供的另一种液晶盒的第一电极层俯视图；

图8为本实用新型提供的液晶盒内部电场强度曲线图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的液晶透镜只能作为凸透镜或凹透镜使用，而且在电压发生变化时，对电场分布曲线的微调能力较差。

发明人发现，出现上述现象的原因是，一般的液晶透镜，由于光程差需求大，且受液晶折射率差△n、透镜通光孔径的限制，即使在短焦距的应用中，也需要将盒厚做的很大（盒厚通常在20μm以上），因此，在电压变化时，器件的响应速度很慢（秒量级），此时需要通过过压驱动提升响应速度，但由于电场的非均匀分布，过压驱动时对各位置电压、时间的控制难度很大，电场强度大的地方响应时间快，电场强度低的地方响应时间慢，往往局部响应到位而其它位置仍然存在较大偏差。同时，由于一般的液晶透镜不能很好的控制各点的电场强度，难以保证不同电压下电场分布曲线良好的拟合度，即在电压变化时，现有的液晶透镜对电场分布的调节能力较差，无法实现微调。

同时，由于现有技术中液晶盒的上电极为带有孔洞的一个电极，无论在上电极和下电极上施加什么样的电压，中间孔洞部分的电场强度均会小于电极所对应部分的电场强度，因而，无法通过电压的改变实现凹透镜与凸透镜之间的变换。

基于此，发明人经过研究发现，提供了一种液晶盒，包括：

相对设置的第一基板与第二基板；

设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

设置于所述第一基板朝向所述液晶层表面的第一电极层，所述第一电极层包含多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及至少一个环绕所述圆形实心电极的环形电极；

设置于所述第一电极层朝向所述液晶层表面的缓冲层；

设置于所述缓冲层朝向所述液晶层表面的分压层；

设置于所述分压层朝向所述液晶层表面的第一定向层；

设置于所述第二基板朝向所述液晶层表面的第二电极层；

设置于所述第二电极层朝向所述液晶层表面的第二定向层。

由上述的技术方案可知，本实用新型提供的一种新型的液晶盒，通过改变第一电极层内的电极以及增加分压层和缓冲层，所述分压层和缓冲层与所述第一电极层和所述第二电极层之间形成多个电容并联的微分电路，通过调节多个子电极上所接电压源的电压，调节不同并联的微分电路中的电容，从而在不影响现有液晶透镜电场分布的光滑度的情况下，实现对电场分布的微调，显著加强对过压驱动时对各位置电场强度的控制能力以及不同电压下对电场分布曲线的调控能力。

同时，由于第一电极层的中心为圆形的实心电极，可以通过改变加载在第一电极层和第二电极层上的电压不同，改变电场强度形成的抛物线的开口方向，从而实现凹透镜显示效果和凸透镜显示效果之间的转变。

以上是本申请的核心思想，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过几个实施例具体描述本实用新型提供的多电极控制液晶透镜。

实施例一

本实用新型实施例公开的一种多电极控制的液晶盒，如图4所示，包括相对设置的第一基板210与第二基板220；设置于所述第一基板210与所述第二基板220之间的液晶层230；设置于所述第一基板210朝向所述液晶层230表面的第一电极层211；设置于所述第一电极层211朝向所述液晶层230表面的缓冲层212；设置于所述缓冲层212朝向所述液晶层230表面的分压层213；设置于所述分压层213朝向所述液晶层230表面的第一定向层214；设置于所述第二基板220朝向所述液晶层230表面的第二电极层221；设置于所述第二电极层221朝向所述液晶层表面的第二定向层214。

本实施例中所述第一基板和第二基板优选为玻璃基板，在本实用新型的其他实施例中，所述第一基板和第二基板的材料还可以为其他透明材质的基板。本实施例中所述第一电极层和所述第二电极层优选为氧化铟锡层，在本实用新型的其他实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层还可以为其他的透明电极。

本实施例中所述第一电极层包含多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及至少一个环绕所述圆形实心电极的环形电极。需要说明的是，所述第一电极层的形状发生改变，但是本实施例中提供的液晶盒的第一电极层的制作过程相对于现有技术中液晶盒上电极的制作工程，所不同的仅仅是氧化铟锡图案的制作，在其他方面，并没有改变电极层的制作过程。

另外，所述多个子电极之间均存在间距，本实施例中并不限定所述第一电极层上的所述多个环形电极之间的距离，以及最内侧环形电极与圆形实心电极之间的间距。相邻子电极之间的距离可以相同，也可以呈一定规律变化，如递增或递减，具体形式可以根据实际应用进行选择，本实施例中在此不再赘述。

本实施例中对所述多个子电极的个数不做限定，优选为3个以上，包括3个。由于所述子电极的个数越多，则每个子电极与第二电极层之间均形成一定的电场分布，在进行过压驱动时，由于电场分布曲线由多个子电极进行控制，且每个子电极控制的范围较小，这样就不会出现现有技术中液晶分子响应速度不同，造成的局部液晶分子响应到位，而其他位置的液晶分子存在较大偏差，导致电场分布曲线的拟合度较差，从而显示质量较差的问题。但是同时考虑到子电极的数量越多，给不同的电极提供电压的驱动电路越多，造成驱动电路设计繁琐，因此，本实施例中所述子电极的个数更优选为3个，从而方便驱动电路的设计。

如图5所示，为本实施例提供的一种第一电极层图案，所述第一电极层位于边框胶240内部，其中，所述第一电极层包括位于中心的圆形实心电极A和环绕所述圆形实心电极A的环形电极B以及环形电极C，在实际应用过程中，所述圆形实心电极A上施加V1电压，环形电极B上施加V2电压，环形电极C上施加V3电压，同时在第二电极层上施加V4电压，则可以通过控制V1、V2、V3和V4的不同来控制液晶盒内液晶分子的变化，从而控制光束的变化，实现凹透镜或凸透镜的显示效果。其中电压V1、电压V2和电压V3可以相同，也可以不同，本实施例中优选的所述电压V1、电压V2和电压V3取不同的电压值。

需要说明的是，通过改变电压控制液晶盒实现凹透镜或凸透镜的显示效果的具体原理为：

所述液晶盒内还增加了分压层和缓冲层，其中，所述分压层为电阻层，起到电压分配的作用；所述缓冲层为电介质层，将第一电极层与分压层之间隔离。由于分压层与缓冲层的增加，本实施例中提供的液晶盒在第一电极层和第二电极层上分别施加不同电压后，第一电极层与分压层之间通过缓冲层形成电容1，分压层又通过定向层、液晶层与第二电极层之间形成电容2，在液晶盒的剖面图横向上观察，所述电容1和所述电容2通过分压层分成无数并联的小电容，从而实现分压与升压的效果。如图6所示，为本实施例中对应图5所示的液晶盒的等效电路示意图，其中，第一电极层中的电极A接电压V1，电极B接电压V2以及电极C接电压V3，第二电极层连接电压V4。图6中横向相连的电阻为分压层在平行于所述第一电极层方向上所产生的电阻，纵向与各电容相连的电阻为分压层在垂直于所述第一电极层方向上所产生的电阻，通过调节电压V1、电压V2、电压V3和电压V4的值，使第一电极层中的各子电极与第二电极层之间形成的电场发生变化，形成光滑的抛物线，从而使液晶分子产生相应的偏转，最后使通过液晶盒的光束发生相应的会聚或发散，达到透镜的显示效果。

另外，在满足电场分布曲线拟合度的情况下，为进一步减小驱动电压电路的设计难度，还可以将多个子电极之间实现电连接，如图7所示，将图5中所示的第一电极层中的其中两个子电极用连接电极电连接在一起，这样两个子电极连接一个电压源即可，减少电压源的使用，从而减少了驱动电压电路的设计。另外，也可以将第一电极层中的多个子电极用连接电极电连接在一起使用，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，通过增加分压层和缓冲层，同时改变第一电极层的设计，增加了控制电场强度分布的电极的个数，增强了液晶盒对液晶层内的电场强度的控制能力，从而在电压发生变化时，保证了电场强度的良好拟合度，进而使得液晶盒内不同区域液晶分子均快速响应，提高了成像器件的成像质量。

需要说明的是，本实施例中提供的液晶盒，由于第一电极层的中间位置为圆形的实心电极，不仅增加了液晶盒对电场强度分布曲线的中间腰部的控制能力，且若控制圆形的实心电极、环形电极与第二电极层上施加的电压大小关系相反，还可以得到开口方向不同的电场强度分布曲线，如图8所示，为圆形实心电极、环形电极以及第二电极层上的电压不同时，电场强度分布曲线的示意图，其中，液晶层位置的实线和虚线分别代表不同的电场强度分布曲线。即本实施例提供的液晶盒通过改变电压的不同，还可以在凹透镜显示效果和凸透镜显示效果之间进行变换，在实际应用中，若想要实现凹凸透镜显示效果的变换，则无需再对成像模组进行拆装，即可实现。

实施例二

本实施例中在实施例一的基础上，提供了一种液晶透镜，包括至少两个液晶盒，所述至少两个液晶盒，两两一组，且两个液晶盒之间通过粘胶将液晶盒的基板粘接在一起，从而使多个液晶盒同时对进入到液晶透镜的光进行作用，从而形成良好的成像效果。需要说明的是，本实施例中所述至少两个液晶盒中至少一个为上一实施例中提供的液晶盒。

优选的，本实施例中所述液晶透镜包含两个液晶盒，且所述两个液晶盒中的第一电极层均为包含多个子电极，且所述两个液晶盒也均包括分压层和缓冲层。

本实施例中提供的液晶透镜，由于所采用的液晶盒为上一实施例中的液晶盒，所述液晶盒包含多个控制电极、分压层和缓冲层，能够大幅增加过压驱动时对电场分布曲线的控制能力，实现快速响应，改善成像质量。另外，本实施例中提供的液晶盒结构简单，在实现较多液晶透镜功能时，并没有大幅增加产品的成本，因此，具有更强的市场竞争力。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种液晶盒，其特征在于，包括：

相对设置的第一基板与第二基板；

设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

设置于所述第一基板朝向所述液晶层表面的第一电极层，所述第一电极层包含多个子电极，所述多个子电极包括一个圆形实心电极，以及至少一个环绕所述圆形实心电极的环形电极；

设置于所述第一电极层朝向所述液晶层表面的缓冲层；

设置于所述缓冲层朝向所述液晶层表面的分压层；

设置于所述分压层朝向所述液晶层表面的第一定向层；

设置于所述第二基板朝向所述液晶层表面的第二电极层；

设置于所述第二电极层朝向所述液晶层表面的第二定向层。

2.根据权利要求1所述的液晶盒，其特征在于，所述多个子电极中至少有两个电极分别与不同的电压源连接。

3.根据权利要求1所述的液晶盒，其特征在于，所述多个子电极分别与不同的电压源连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的液晶盒，其特征在于，所述多个子电极的个数为至少三个。

5.根据权利要求4所述的液晶盒，其特征在于，当所述子电极的个数为三个时，所述三个子电极分别与不同的电压源连接。

6.根据权利要求4所述的液晶盒，其特征在于，当所述子电极的个数为三个时，所述圆形实心电极与半径较小的环形电极相连，并连接同一个电压源，半径较大的环形电极与另一个电压源连接。

7.一种液晶透镜，其特征在于，包括至少两个权利要求1或5或6所述的液晶盒。

8.根据权利要求7所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶盒的个数为两个。

9.根据权利要求8所述的液晶透镜，其特征在于，两个所述液晶盒通过粘胶剂粘接在一起。