WO2022267545A1 - 可切换液晶光学器件 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种可切换液晶光学器件。包括第一基板、第二基板和带有光学功能结构表面的光学结构层，所述光学结构层位于所述第一基板和所述第二基板之间；液晶材料，位于所述光学结构层和所述第一基板之间；电极层，位于以下位置之一：所述第一基板与所述液晶材料之间，所述第二基板和光学结构层之间，或者所述光学结构层与所述液晶材料之间；所述电极层包括绝缘层和不同极性的电极，设置为在所述第一基板、所述第二基板和所述光学结构层上产生电场；其中，在所述电极层通电时，所述液晶材料沿着所述电场的方向产生拉伸，用于将通过所述液晶材料的光进行调制。

Description

可切换液晶光学器件
本申请要求在2021年6月22日提交中国专利局、申请号为202110690130.2的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请实施例涉及裸眼立体显示领域，例如涉及一种可切换液晶光学器件。
背景技术
相关技术中的裸眼立体显示技术，可切换液晶透镜技术有着突出的优势，可切换液晶透镜式的裸眼立体显示系统亮度没有损失、立体感比较好，而且可以实现2D/3D自由切换，是未来裸眼立体显示主流的技术方向。但是，目前实现2D/3D转换裸眼立体显示的柱状液晶透镜都需要在间隔基板和透镜基板上分别设置透明电极层，用于在间隔基板和透镜之间产生电场，通过在透明电极施加电压或不施加电压，实现2D/3D的自由切换，由于两层透明电极层的存在，这种方案会使得柱状液晶透镜器件的对光的透过率降低，反射率提升，从而使得柱状液晶透镜对光的利用率降低，增大了功耗。
发明内容
本申请实施例中提供了一种可切换液晶光学器件，降低了光学器件对光的反射率，提高了光的透射率，从而达到提高光的利用率，减少功耗的技术效果。
本申请实施例中提供了一种可切换液晶光学器件，包括：
第一基板、第二基板和带有光学功能结构表面的光学结构层，所述光学结构层位于所述第一基板和所述第二基板之间；
液晶材料，位于所述光学结构层和所述第一基板之间；
电极层，位于以下位置之一：所述第一基板与所述液晶材料之间，所述第二基板和光学结构层之间，或者所述光学结构层与所述液晶材料之间；所述电极层包括绝缘层和不同极性的电极，设置为在所述第一基板、所述第二基板和所述光学结构层上产生电场；
其中，在所述电极层通电时，所述液晶材料沿着所述电场的方向产生拉伸，用于将通过所述液晶材料的光进行调制。
附图说明
附图仅用于示出示例实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的一种可切换液晶光学器件结构示意图；
图2是本申请另一实施例提供的一种可切换液晶光学器件结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的一种液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图；
图4是本申请另一实施例提供的一种液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图；
图5是本申请实施例提供的一种电极层中电极排列位置间距示意图；
图6是本申请另一实施例提供的一种不同层面电极层可切换液晶光学器件结构示意图；
图7是本申请另一实施例提供的一种不同层面电极层可切换液晶光学器件结构示意图；
图8是本申请另一实施例提供的一种液晶材料在不同层面电极层可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图；
图9是本申请另一实施例提供的一种液晶材料在不同层面电极层可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
图1是本申请实施例中提供的一种可切换液晶光学器件结构示意图，参见图1，该可切换液晶光学器件结构包括：
第一基板110、第二基板120和带有光学功能结构表面的光学结构层130，所述光学结构层130位于所述第一基板110和所述第二基板120之间；
液晶材料140，位于所述光学结构层130和所述第一基板110之间；
电极层150，位于所述第一基板110与所述液晶材料140之间或者位于所述第二基板120和光学结构层130之间或者位于所述光学结构层130与所述液晶材料140之间，所述电极层包括绝缘层151和不同极性的电极152，设置为在所述第一基板110和所述第二基板120之间形成电场；
其中，在所述电极层通150电时，所述液晶材料140沿着所述电场的方向产生拉伸，用于将通过所述液晶材料140的光进行调制
如图1所示，第一基板110可以是间隔基板，间隔基板的材料可以是玻璃，也可以是其他透明材质或透明柔性基材，第二基板120可以是透镜基板，用于承载透镜，透镜基板的材料与间隔基板的材料也可以是玻璃、其他透明材质或 透明柔性基材。图1中带有光学功能结构表面的光学结构层130是柱状透镜，也可以是其他能够对透过的光进行调制的光学结构，如其它形状的光学透镜，光学结构层130的材料可以是有机树脂材料。液晶材料140可以是蓝相液晶材料。图1中电极层150位于第二基板120和光学结构层130之间，电极层可以是平行于基板的平面或曲面，包括绝缘层151和电极152，绝缘层151可以是二氧化硅、氧化硅或者其他透明有机材料，电极152可以是氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)电极，也可以是其他透明导电材质，图1中的不同极性的电极152在电极层150中都位于同一平面。
在第一基板110和第二基板120之间无压差的时候，如图1所示，蓝相液晶是各项同性的，各个方向折射率都相同，是一个球形，这个时候在任意方向上，蓝相液晶的折射率都是与光学结构层130的有机树脂材料的折射率相匹配的，因此，在2D状态下，大角度观看时不会产生透镜效应。
图2是本申请实施例中提供的另一种可切换液晶光学器件结构示意图，参见图2，该可切换液晶光学器件结构包括：
第一基板210、第二基板220、光学结构层230、液晶材料240、电极层250，电极层250包括绝缘层251和不同极性的电极252。
该可切换液晶光学器件在结构的组成上与图1所示的可切换液晶光学器件相同，不同之处在于，图2中的电极层250位于第一基板210和液晶材料240之间，附着于第一基板210的下表面。
例如，电极层250还可以在光学结构层230和液晶材240料之间，附着于光学结构层230表面，光学结构层230为柱状透镜时，电极层250可以附着于柱状透镜的上表面，从而产生电场。
采用上述技术方案，通过在第一基板或第二基板上设置单层电极层，通过单层电极层产生电场，节省了材料成本，降低了反射率，提高了光的透射率，从而提高了光的利用率，减少了功耗。
例如，所述平面电场用于将所述液晶材料沿平行于所述第一基板和所述第二基板的方向进行拉伸。
其中，平面电场通过位于同一平面的不同极性的电极产生，能够在该平面上形成平面电场。
如图3所示，为图1所示的一种可切换液晶光学器件结构中的液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图，在第一基板和第二基板之间有压差的时候，液晶材料会沿着电极层平面，也就是平面电场的方向产生拉伸，此时蓝相液晶的折射率分布类似于椭球，从而液晶材料在水平方向上与光学结构层会产生折射率差，从而形成透镜作用，把相关的光调制到相应的位置。所以电极层产生电场与否，会使得液晶材料保持球形或拉伸，从而实现2D/3D自由切换。
如图4所示，为图2所示的另一种可切换液晶光学器件结构中的液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图，在平面电场下图4的拉伸结果与图3相同。
例如，所述不同极性的电极在所述电极层上间隔排列，间隔排列的距离为预设间距。
例如，所述预设间距的下限为所述电极的长度，上限为所述电极长度的四倍。
例如，所述不同极性的电极在所述电极层中的第一层面上排列形成平面电场，所述第一层面平行于电极层的上下层面。
例如，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为正电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为负电极。
例如，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为负电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为正电极。
其中，在电极层中，不同极性的电极处于同一平面上，第一平面平行于电极层的上下层面，不同极性的电极按照预设距离间隔排列，相邻的两个电极的极性不同。
例如，如图5所示，当柱状透镜的周期长度为c时，电极的长度为a，预设距离b可以是a-4a之间的任意值。并且，垂直于柱状透镜中心处位置的电极为正(负)电极，垂直于柱状透镜交接处位置电极为负(正)电极。
本实施例的技术方案，通过在第一基板与液晶材料之间或者位于第二基板和光学结构层之间或者位于光学结构层与液晶材料之间设置电极层，产生平面电场，在电极层通电时，液晶材料沿着电场的方向产生拉伸，用于将通过液晶材料的光进行调制，而仅仅通过单个透明电极板从而产生电场，减少了光路需要穿透的透明介质数量，从而降低了柱状液晶透镜器件对光的反射率，提高了光的透射率，达到提高光的利用率，减少功耗的技术效果。
图6是本申请实施例中提供的一种不同层面电极层可切换液晶光学器件结构示意图，参见图6，该可切换液晶光学器件结构包括：
第一基板610、第二基板620、光学结构层630、液晶材料640和电极层650，电极层650还包括不同极性的电极652和绝缘层651，如图6所示，不同极性的电极652分别位于电极层650中的不同层面，正极性电极位于一个平面，负极性电极位于一个平面，这两个平面都平行于电极层的上下表面。
图7是本申请实施例中提供的另一种不同层面电极层可切换液晶光学器件结构示意图，参见图7，该可切换液晶光学器件结构包括：
第一基板710、第二基板720、光学结构层730、液晶材料740和电极层750，电极层750还包括不同极性的电极752和绝缘层751，如图7所示，不同极性的电极752分别位于电极层750中的不同层面，正极性电极位于一个平面，负极性电极位于另一个平面，这两个平面都平行于电极层750的上下表面。
该可切换液晶光学器件在结构的组成上与图6所示的可切换液晶光学器件相同，不同之处在于，图7的可切换液晶光学器件的电极层750位于光学结构层730和第二基板720之间。
图6和图7所示的可切换液晶光学器件，电极层中不同极性的电极在参考柱状透镜的垂直方向上的排列与图1和图2所示的可切换液晶光学器件相同。
例如，所述不同极性的电极在所述电极层上间隔排列，间隔排列的距离为预设间距。
例如，所述预设间距的下限为所述电极的长度，上限为所述电极长度的四倍。
例如，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为正电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为负电极。
例如，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为负电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为正电极。
在上述实施例的基础上，所述不同极性的电极分别在所述电极层中的第二、第三层面上排列形成边缘电场，所述第二、第三层面平行于电极层的上下层面。
其中，正(负)电极所在的平面为第二平面，负(正)电极所在的平面为第三平面，第二、第三平面平行于电极层的上下层面。
在上述实施例的基础上，所述边缘电场用于将所述液晶材料沿所述第二层面与所述第三层面上距离最近的两个不同极性电极之间的方向进行拉伸。
例如，如图5所示，当柱状透镜的周期长度为c时，电极的长度为a，预设距离b可以是a-4a之间的任意值。并且，垂直于柱状透镜中心处位置的电极为正(负)电极，垂直于柱状透镜交接处位置电极为负(正)电极。
如图8所示，为图6所示的一种不同层面电极层可切换液晶光学器件结构中的液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图，正电极与负电极分别在电极层中的不同层面，从而形成边缘电场，液晶材料在边缘电场的影响下，会沿着正电极和负电极所在的两个平面上距离最近的两个不同极性的电极之间的方向进行拉伸。
如图9所示，为图7所示的另一种不同层面可切换液晶光学器件结构中的液晶材料在可切换液晶光学器件形成的电场下的形态变化示意图，在边缘电场下图9的拉伸结果与图8相同。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (10)

  1. 一种可切换液晶光学器件，包括：
    第一基板、第二基板和带有光学功能结构表面的光学结构层，所述光学结构层位于所述第一基板和所述第二基板之间；
    液晶材料，位于所述光学结构层和所述第一基板之间；
    电极层，位于以下位置之一：所述第一基板与所述液晶材料之间，所述第二基板和光学结构层之间，或者所述光学结构层与所述液晶材料之间；所述电极层包括绝缘层和不同极性的电极，设置为在所述第一基板、所述第二基板或所述光学结构层上产生电场；
    其中，在所述电极层通电时，所述液晶材料沿着所述电场的方向产生拉伸，用于将通过所述液晶材料的光进行调制。
  2. 根据权利要求1所述的器件，其中，所述液晶材料为蓝相液晶。
  3. 根据权利要求1所述的器件，其中，所述不同极性的电极在所述电极层上间隔排列，间隔排列的距离为预设间距。
  4. 根据权利要求3所述的器件，其中，所述预设间距的下限为所述电极的长度，所述预设间距的上限为所述电极长度的四倍。
  5. 根据权利要求3所述的器件，其中，所述不同极性的电极在所述电极层中的第一层面上排列形成平面电场，所述第一层面平行于所述电极层的上层面和下层面。
  6. 根据权利要求3所述的器件，其中，所述不同极性的电极分别在所述电极层中的第二层面、第三层面上排列形成边缘电场，所述第二层面、第三层面分别平行于电极层的上层面和下层面。
  7. 根据权利要求5或6所述的器件，其中，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为正电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为负电极。
  8. 根据权利要求5或6所述的器件，其中，在所述电极层中，垂直于所述光学结构层中心处位置的电极为负电极；在所述电极层中，垂直于所述光学结构层交接处位置的电极为正电极。
  9. 根据权利要求5所述的器件，其中，所述平面电场用于将所述液晶材料沿平行于所述第一基板和所述第二基板的方向进行拉伸。
  10. 根据权利要求6所述的器件，其中，所述边缘电场用于将所述液晶材料沿所述第二层面与所述第三层面上距离最近的两个不同极性电极之间的方向进行拉伸。
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