专利名称：用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示应用领域，尤其涉及一种用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构及其制造方法。
背景技术：
当前，随着人们生活水平的提高，信息传播中最为重要的显示技术也得到了日新月异的发展，尤其是三维立体显示技术以其独特的立体视觉刺激，受到越来越多用户的青睐。在现有的三维立体显示技术中，大致包括三种方式偏光眼镜式立体显示技术，该技术需要观看者佩戴偏振眼镜，严重影响观看的舒适度；传统障栅式技木，该技术 会大幅降低屏幕亮度；以及透镜式立体显示技术，使视差图像对在空间上进行分离，从而产生立体视觉。此外，还有ー种解决方案是利用液晶这种特殊的材料取代实体透镜而形成液晶透镜，藉由上下玻璃基板各自镀有的透明电极特殊图案，提供电压后形成不均匀的电场分布，使液晶分子的排列发生改变。由于液晶分子具有双折射性质，只需经过适当设计，使液晶盒内不同位置形成不同的折射率分布，进而实现立体显示和平面显示之间的转换。然而，现有技术中为了实现平面与立体显示的切換，往往需要増加一切换单元，而切换单元的设置将会增加产品的成本。另外，多电极的液晶透镜为达到同样的光学效果，电极的蚀刻、驱动模块的规格更高，价格昂贵。再者，双电极(即，上下玻璃基板各自的电极)液晶透镜不完美的折射率分布会带来立体显示上的诸多问题，増加串扰，影响立体显示效果。有鉴于此，如何设计ー种エ艺简单、成本低廉、光学效果好的液晶透镜结构及其制造方法是相关技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的液晶型透镜在实现立体显示时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构及其制造方法。依据本发明的ー个方面，提供了ー种可实现平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构，包括一第一玻璃基板，设置ー第一电极；—第二玻璃基板，与所述第一玻璃基板相对设置，所述第二玻璃基板设置ー第二电极；一液晶层，设置于所述第一和第二玻璃基板之间；以及ー聚合物，由一感光单体聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之ー且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度和宽度满足菲涅尔透镜的预设要求，其中，所述聚合物以光线的柱状干涉图样分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅尔透镜结构藉由所述第一和第二电极来控制两玻璃基板间的电压，以实现平面与立体显示切換。
优选地，第一电极和第二电极均为铟锡氧化物或铟锌氧化物材料形成的透明电扱。优选地,液晶层的液晶间隙(LC cell gap)介于5um至30um之间。优选地，当菲涅尔透镜结构处于立体显示模式时，液晶层中的液晶平行于所述第一和第二玻璃基板；当菲涅尔透镜结构处于平面显示模式时，液晶层中的液晶垂直于第一和第二玻璃基板。优选地，聚合物的折射率等于所述液晶层中的液晶的寻常折射率。依据本发明的另ー个方面，提供了ー种可实现平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构，包括—第一玻璃基板，设置ー第一电极； —第二玻璃基板，与所述第一玻璃基板相对设置，所述第二玻璃基板设置ー第二电极；一液晶层，设置于所述第一和第二玻璃基板之间；以及ー聚合物，由一感光单体聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之ー且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度等于所述第一和第二玻璃基板之间的距离，其中，所述液晶层掺杂有二色性染料，所述聚合物以光线的柱状干涉图样分布，所述菲涅尔透镜结构藉由所述第一和第二电极来控制两玻璃基板间的电压，以实现平面与立体显示的切換。优选地,液晶层的液晶间隙(LC cell gap)介于3um至15um之间。依据本发明的又ー个方面，提供了一种用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构的制造方法，包括以下步骤提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明电极；于所述第一和第二玻璃基板间灌注液晶、感光単体和光引发剂，以获得一待照射基板；将所述待照射基板放置在ー承载装置上，使得所述待照射基板的至少ー表面接受光线照射；利用圆形平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得ー牛顿环干涉光线，使得干涉光线通过狭缝照射到所述待照射基板的至少一面，以获得条状干涉条纹；根据感光単体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光単体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成所述菲涅尔透镜结构。优选地，该制造方法还包括在液晶层中掺杂一二色性染料。依据本发明的再ー个方面，提供了一种用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构的制造方法，包括以下步骤提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明电极；于所述第一和第二玻璃基板间灌注液晶、感光単体和光引发剂，以获得一待照射基板；
直接利用柱状平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得条状干渉条纹；将所述条状干涉条纹照射到所述待照射基板的至少一面；
根据感光単体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光単体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成所述菲涅尔透镜结构。优选地，该制造方法还包括在液晶层中掺杂一二色性染料。采用本发明的用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构及其制造方法，将感光单体聚合形成的聚合物设置于第一玻璃基板和第二玻璃基板其中之ー且垂直于该玻璃基板，并以光线的柱状干涉图样分布于第一或第二玻璃基板，从而藉由第一玻璃基板和第二玻璃基板各自的电极来控制基板间的电压，实现平面与立体显示的切換。此外，还可在液晶层中掺杂二色性染料，利用二色性染料的光学特性来縮小液晶间隙的尺寸，进而提升菲涅尔透镜的光学效果。
读者在參照附图阅读了本发明的具体实施方式
以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，图I (a)和图I (b)分别示出依据本发明的ー实施方式，用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构在立体显示模式和平面显示模式下的状态示意图；图2 (a)和图2 (b)分别示出依据本发明的另ー实施方式，用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构在平面显示模式和立体显示模式下的状态示意图；图3示出本发明用于制造可实现平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构的第一实施例的方法流程图；图4示出本发明用于制造可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的第二实施例的方法流程图；图5示出采用图3或图4的制造方法对照射基板进行单面照射时的示意图；以及图6示出采用图3或图4的制造方法对照射基板进行双面照射时的示意图。
具体实施例方式为了使本申请所掲示的技术内容更加详尽与完备，可參照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。下面參照附图，对本发明各个方面的具体实施方式
作进ー步的详细描述。图I (a)和图I (b)分别示出依据本发明的ー实施方式，用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构在立体显示模式和平面显示模式下的状态示意图。參照图I (a)和图I (b)，本发明的菲涅尔透镜结构包括第一玻璃基板100、第二玻璃基板102、包括多个液晶104的液晶层和聚合物106。具体地，第一玻璃基板100上设置有第一电极(未不出)。第二玻璃基板102与第一玻璃基板100相对设置,第二玻璃基板102上设置有第二电极(未不出)。在一实施例中，第一电极和第二电极均为铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(ΙΖ0)材料形成的透明电极。液晶层设置于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102之间。需要指出的是，聚合物106由感光单体聚合形成。聚合物106位于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102其中之ー且垂直于第一玻璃基板100或第二玻璃基板102。其中，聚合物106以光线的柱状干涉图样分布于第一玻璃基板100或第二玻璃基板102。此外,聚合物106的高度和宽度满足菲涅尔透镜的规格要求。如图I (a)所示，当菲涅尔透镜结构处于立体显示模式时，液晶层中的液晶104在第一电极和第二电极所形成的电场作用下，液晶平行于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102。如图I (b)所示，当菲涅尔透镜结构处于平面显示模式时，液晶层中的液晶104在第一电极和第二电极所形成的电场作用下，液晶垂直于第一玻璃基板100和第二玻璃基板 102。在一实施例中，为了提升液晶透镜的光学效果，聚合物106的折射率等于液晶层中的液晶的寻常折射率。在一实施例中，液晶层的液晶间隙(LC cell gap)介于5um至30um之间。图2 (a)和图2 (b)分别示出依据本发明的另ー实施方式，用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构在平面显示模式和立体显示模式下的状态示意图。參照图2 Ca)和图2 (b)，本发明的菲涅尔透镜结构包括第一玻璃基板200、第二玻璃基板202、包括多个液晶204的液晶层和聚合物206。具体地,第一玻璃基板200上设置有第一电极(未不出)。第二玻璃基板202与第一玻璃基板200相对设置,第二玻璃基板202上设置有第二电极(未不出)。在一实施例中，第一电极和第二电极均为铟锡氧化物(ΙΤ0)或铟锌氧化物(ΙΖ0)材料形成的透明电极。液晶层设置于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202。需要指出的是，聚合物206由感光单体聚合形成。聚合物206位于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202其中之ー且垂直于第一玻璃基板200或第二玻璃基板202。其中，聚合物206以光线的柱状干涉图样分布于第一玻璃基板200或第二玻璃基板202之间。并且，聚合物206的高度等于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202之间的距离。与图I (a)和图I (b)不同的是，液晶层掺杂有二色性染料208。当第一电极和第ニ电极之间不施加基板间的电场电压时，液晶204、二色性染料分子208垂直于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202，由于没有光散射作用同时弱吸收，所以与聚合物206聚合处同为売态，如图2 (a)所不。当基板间的电场电压超过临界值时，液晶204带动二色性染料分子208开始朝垂直于电场方向转动。由于基板没有配向处理，液晶204和二色性染料分子208朝垂直电场方向在ニ维平面中任意排列，散射作用和此刻染料的光吸收最强，呈现暗态，如图2 (b )所
/Jn ο在一实施例中，为了提升液晶透镜的光学效果，聚合物206的折射率等于液晶层中的液晶的寻常折射率。在一实施例中，液晶层的液晶间隙(LC cell gap)介于3um至15um之间。图3示出本发明用于制造可实现平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构的第一实施例的方法流程图。參照图3，用于制造可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的方法中，首先执行步骤SI I，提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，该第一玻璃基板和该第二玻璃基板均具有一透明电极。接着执行步骤S13，于第一玻璃基板和第二玻璃基板间灌注液晶、感光単体和光引发剂，以获得一待照射基板。然后在步骤S15中，将待照射基板放置在ー承载装置上，使得待照射基板的至少ー表面接受光线照射。最后在步骤S17和S 19中，利用圆形平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得ー牛顿环干涉光线，使得干涉光线通过狭缝照射到所述待照射基板的至少一面，以获得条状干渉条纹。进而根据感光単体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光単体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成菲涅尔透镜结构。在一些实施例中，为了提高菲涅尔透镜结构的光学效果，还可在液晶层中掺杂 一二色性染料。图4示出本发明用于制造可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的第二实施例的方法流程图。參照图4，用于制造可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的方法中，首先执行步骤S21，提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，该第一玻璃基板和该第二玻璃基板均具有一透明电极。接着执行步骤S23，于第一玻璃基板和第二玻璃基板间灌注液晶、感光単体和光引发剂，以获得一待照射基板。然后在步骤S25中，直接利用柱状平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得条状干渉条纹。最后在步骤S27和S29中，将条状干涉条纹照射到待照射基板的至少一面。进而根据感光単体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光単体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成菲涅尔透镜结构。在一些实施例中，为了提高菲涅尔透镜结构的光学效果，还可在液晶层中掺杂一二色性染料。图5示出采用图3或图4的制造方法对照射基板进行单面照射时的示意图。采用图3或图4的制造方法吋，对待照射基板进行单面照射。在一些实施例中，可通过调节光固化温度和固化时间来控制所形成的聚合物结构和形状，进而调节菲涅尔透镜的显示效果。例如，将使用的感光单体含量控制在15% 45%范围内，光照强度在50 μ W 300 μ W之间，光引发剂的使用量为总混合物质量的1% 5%，固化温度为20°C 30°C。此夕卜，根据感光単体的含量及种类确定固化时间，诸如I小时 10小时之间。如图5所示，利用第一玻璃基板100和第二玻璃基板102进行水平配向处理，液晶104平行于第一和第二玻璃基板100和102。图6示出采用图3或图4的制造方法对照射基板进行双面照射时的示意图。采用图3或图4的制造方法吋，还可对待照射基板进行双面照射。在一些实施例中，可通过调节光固化温度和固化时间来控制所形成的聚合物结构和形状，进而调节菲涅尔透镜的显示效果。
例如，将使用的感光单体含量控制在40% 65%的范围内，光照强度在500 μ W 3000 μ W之间，光引发剂的使用量为总混合物质量的3% 10%，固化温度为25°C 50°C。此夕卜，根据感光単体的含量及种类确定固化时间，诸如10分钟小时之间。如图6所示，利用第一玻璃基板100和第二玻璃基板102进行垂直配向处理,液晶104垂直于第一和第二玻璃基板100和102。采用本发明的用于平面与立体显示切換的菲涅尔透镜结构及其制造方法，将感光单体聚合形成的聚合物设置于第一玻璃基板和第二玻璃基板其中之ー且垂直于该玻璃基板，并以光线的柱状干涉图样分布于第一或第二玻璃基板，从而藉由第一玻璃基板和第二玻璃基板各自的电极来控制基板间的电压，实现平面与立体显示的切換。此外，还可在液晶层中掺杂二色性染料，利用二色性染料的光学特性来縮小液晶间隙的尺寸，进而提升菲涅尔透镜的光学效果。上文中，參照附图描述了本发明的具体实施方式
。但是，本领域中的普通技术人员 种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
权利要求
1.一种可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述菲涅尔透镜结构包括 一第一玻璃基板，设置一第一电极； 一第二玻璃基板，与所述第一玻璃基板相对设置，所述第二玻璃基板设置一第二电极； 一液晶层，设置于所述第一和第二玻璃基板之间；以及 一聚合物，由一感光单体聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之一且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度和宽度满足菲涅尔透镜的预设要求， 其中，所述聚合物以光线的柱状干涉图样分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅尔透镜结构藉由所述第一和第二电极来控制两玻璃基板间的电压，以实现平面与立体显示的切换。
2.根据权利要求I所述的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述第一和第二电极均为铟锡氧化物或铟锌氧化物材料形成的透明电极。
3.根据权利要求I所述的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述液晶层的液晶间隙(LCcell gap)介于 5um 至 30um 之间。
4.根据权利要求I所述的菲涅尔透镜结构，其特征在于，当所述菲涅尔透镜结构处于立体显示模式时，所述液晶层中的液晶平行于所述第一和第二玻璃基板；当所述菲涅尔透镜结构处于平面显示模式时，所述液晶层中的液晶垂直于所述第一和第二玻璃基板。
5.根据权利要求I所述的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述聚合物的折射率等于所述液晶层中的液晶的寻常折射率。
6.一种可实现平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述菲涅尔透镜结构包括 一第一玻璃基板，设置一第一电极； 一第二玻璃基板，与所述第一玻璃基板相对设置，所述第二玻璃基板设置一第二电极； 一液晶层，设置于所述第一和第二玻璃基板之间；以及 一聚合物，由一感光单体聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之一且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度等于所述第一和第二玻璃基板之间的距离， 其中，所述液晶层掺杂有二色性染料，所述聚合物以光线的柱状干涉图样分布，所述菲涅尔透镜结构藉由所述第一和第二电极来控制两玻璃基板间的电压，以实现平面与立体显示的切换。
7.根据权利要求6所述的菲涅尔透镜结构，其特征在于，所述液晶层的液晶间隙(LCcell gap)介于 3um 至 15um 之间。
8.一种用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤 提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明电极； 于所述第一和第二玻璃基板间灌注液晶、感光单体和光引发剂，以获得一待照射基板；将所述待照射基板放置在一承载装置上，使得所述待照射基板的至少一表面接受光线照射； 利用圆形平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得一牛顿环干涉光线，使得干涉光线通过狭缝照射到所述待照射基板的至少一面，以获得条状干涉条纹；根据感光单体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光单体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成所述菲涅尔透镜结构。
9.一种用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤 提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明电极； 于所述第一和第二玻璃基板间灌注液晶、感光单体和光引发剂，以获得一待照射基板； 直接利用柱状平凸透镜将感光单体聚合所需的一定波长的光进行反射，获得条状干涉条纹； 将所述条状干涉条纹照射到所述待照射基板的至少一面； 根据感光单体的种类、含量来调整光强、固化温度和固化时间，将感光单体进行聚合从而得到预设的聚合物高度和宽度，以形成所述菲涅尔透镜结构。
10.根据权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，该制造方法还包括 在所述液晶层中掺杂一二色性染料。
全文摘要
本发明提供了一种用于平面与立体显示切换的菲涅尔透镜结构及其制造方法。该菲涅尔透镜结构包括第一玻璃基板；第二玻璃基板，与第一玻璃基板相对设置；液晶层，设置于第一和第二玻璃基板之间；以及由感光单体聚合形成的聚合物，该聚合物的高度和宽度满足菲涅尔透镜的预设要求。聚合物以光线的柱状干涉图样分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅尔透镜结构藉由第一和第二电极来控制两玻璃基板间的电压，以实现平面与立体显示的切换。采用本发明，将感光单体聚合形成的聚合物以光线的柱状干涉图样分布于第一或第二玻璃基板，从而藉由第一和第二玻璃基板各自的电极来控制基板间的电压，实现平面与立体显示的切换。
文档编号G02B27/22GK102707343SQ201210202369
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者宋悦, 杨邦彦, 赵博研, 陆建刚 申请人:友达光电(苏州)有限公司, 友达光电股份有限公司