一种节距可控的液晶透镜及其制备方法与流程

本发明涉及一种液晶透镜，特别涉及一种节距可控的液晶透镜及其制作方法。

背景技术：

二维（two-dimension,2d）影像信息可给人们带来画面清晰和色彩丰富的2d视觉效应，但是人们生存的真实世界是三维（there-dimension,3d）的，二维影像由于无法提供真实世界的深度信息或视差图像信息而不能满足人类社会需求。重现真实的三维立体世界是人类梦想，也是从事科技研究人员苦苦追求的目标。3d影像能重现深度信息或视差图像信息，符合人类观察客观世界的视觉习惯。随着3d图像信息获取与显示技术不断发展，人们对深度图像信息或真实世界的重现，注定要求3d影像信息取代2d影像信息来还原或重现现实世界。人们在传感器或显示屏前面安置光学分光器件，无需助视设备就能重现3d影像信息，可广泛应用于娱乐、医疗、军事、教育和商业等领域。近年来，随着光学分光器件和影像处理技术的发展，人们利用柱透镜光栅或微透镜阵列获取不同3d深度信息或显示视差图像，因结构简单和重现性能提升受到广泛的重视。而液晶透镜阵列可实现2d/3d的切换，兼容液晶显示器工艺，在显微镜和立体显示技术领域中占有重要的一席之地

如图1所示为现有的液晶透镜结构示意图。该结构包括第一控制层10、第二控制20、用于将液晶层40封闭在第一取向层103和第二取向层203之间的隔离柱30和控制模块50。通过控制模块50在公共电极203和驱动电极103直接施加不同电压，控制液晶分子40偏转形成焦距可调的液晶透镜。该液晶透镜结构简单，在外加电压下能实现焦距可调，同时通过移动驱动电极位置能实现聚焦平面移动；但是，液晶透镜驱动电极内部电场分布不均匀，器件驱动电压高；同时，现有液晶透镜的驱动电极之间因存在间隙，透镜节距不能实现等间距的移动与切换。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节距可控的液晶透镜及其制作方法，该液晶透镜制作工艺简单，不仅能实现液晶透镜焦距可调，还能实现液晶透镜的节距等间距无缝隙的切换，达到动态液晶透镜效果，从而可实现不同视差图像或深度信息的获取。

本发明采用以下技术方案：一种节距可控的液晶透镜，其包括一第一控制层、一第二控制层、一液晶层和一控制模块；所述液晶层设置在第一控制层、第二控制层之间；控制模块一输出与第一控制层连接，控制模块另一输出与第二控制层连接；所述第一控制层包括一第一透明基板、一第一驱动电极、一第一绝缘层、一第二驱动电极、一第一取向层和一第一高阻抗层；所述第二控制层包括一第二透明基板、一第三公共电极、一第二高阻抗层和一第二取向层。

在本发明一实施例中，所述第一驱动电极交错平行等间距排列于所述第一透明基板下表面；所述第一绝缘层设置于所述第一驱动电极下表面；所述第二驱动电极交错平行等间距设置于所述第一绝缘层下表面，且所述第二驱动电极与所述第一驱动电极平行交错排列；所述第二驱动电极的中心点与所述第一驱动电极的间隙中心点重合，所述第二驱动电极的宽度等于相邻两个第一驱动电极的间隙宽度，相邻两个所述第二驱动电极的间隙宽度等于所述第一驱动电极的宽度；所述第一高阻抗层设置于第二驱动电极下表面；所述第一取向层设置于第一高阻抗层下表面。

在本发明一实施例中，所述第三公共电极为面电极，设置于所述第二透明基板的上表面；所述第二高阻抗层设置于第三公共电极上表面；所述第二取向层设置于第二高阻抗层上表面。

在本发明一实施例中，所述第一取向层的取向方向和所述第一驱动电极方向或所述第二驱动电极方向平行；所述第二取向层的取向方向与所述第一取向层的方向反平行。

在本发明一实施例中，所述控制模块控制若干个第一驱动电极和第三公共电极；所述控制模块在若干个第一驱动电极和所述第三公共电极之间施加电压，形成节距p=2kw的液晶透镜，其中k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度；所述控制模块通过移动n个所述第一驱动电极的宽度，其中n为大于或等于1的自然数，形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，从而实现节距可控的液晶透镜。

在本发明一实施例中，所述控制模块控制若干个第二驱动电极和所述第三公共电极，在若干个第二驱动电极和第三公共电极之间施加电压形成节距p=2kw的液晶透镜，其中k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度；所述控制模块通过移动n个所述第一驱动电极的宽度，其中n为大于或等于1的自然数，形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，从而实现节距可控的液晶透镜。

在本发明一实施例中，所述控制模块控制若干个第一驱动电极和所述第三公共电极或控制若干个第二驱动电极和所述第三公共电极，在第一驱动电极和所述第三公共电极之间或第二驱动电极和所述第三公共电极之间施加电压形成节距p=（2k+1）w的液晶透镜，其中k为自然数，w为驱动电极宽度；所述控制模块通过移动n个第一驱动电极或第二驱动电极的宽度，其中n为大于或等于1的自然数，形成节距为p=（2k+n+1）w的液晶透镜，从而实现节距可控的液晶透镜。

在本发明一实施例中，还包括一封胶框，设置于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，用于将所述液晶层封闭在所述第一取向层和第二取向层之间。

在本发明一实施例中，还包括一衬底料，设置于所述第一取向层和第二取向层之间，用于确保所述第一取向层和第二取向层的间距为预定间距。

本发明还提供一种上述的节距可控的液晶透镜的制作方法，其包括以下步骤：

s1：第一控制层制作，其具体包括如下步骤：

s11：提供一透明导电玻璃，对该玻璃进行划片，清洗，烘干，采用光刻技术制作第一驱动电极；

s12：在洁净的第一驱动电极表面采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发技术沉积一层厚度为30-240纳米透明绝缘层；

s13：在透明绝缘层表面，采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发技术沉积一层厚度为50-300纳米透明导电薄膜，利用光刻技术制作第二驱动电极；

s14：在洁净的第二驱动电极表面，采用磁控溅射或热蒸发技术沉积一层厚度为1-50纳米的高阻抗层；

s15：在洁净的高阻抗层表面采用旋涂、印刷或喷墨打印技术制作一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，将取向层薄膜沿着第一驱动电极或第二驱动电极方向摩擦取向，形成第一取向层；

s2:第二控制层制作，其具体包括如下步骤：

s21:提供一透明导电玻璃，对该玻璃进行划片，清洗，烘干，采用光刻技术制作第三公共电极；

s22:在洁净的第三公共电极表面，采用磁控溅射或热蒸发技术沉积一层厚度为1-50纳米的高阻抗层；

s23:在洁净的高阻抗层表面采用旋涂、印刷或喷墨打印技术制作一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，将取向层薄膜沿着第一取向层反方向摩擦取向，形成第二取向层;

s3:液晶透镜制作，其具体包括如下步骤：

s31:在洁净的第二控制层表面采用喷粉设备制作厚度为4-100微米，密度为50-200/mm²的透明隔离子，所述隔离子为圆形或方形；

s32:在洁净的第一控制层四周采用印刷或喷墨打印技术涂覆封框胶；所述封框胶的厚度大于隔离子的厚度；

s33:将第一控制层和第二控制层按取向层反向对准，经200◦c后封框胶融化形成封胶框；

s34:利用灌晶设备将液晶分子沿着封离口灌入液晶盒，用uv胶封离灌晶口，形成液晶透镜。

相比现有技术，本发明提供一种节距可控的液晶透镜及其制作方法，该液晶透镜制作工艺简单，不仅能实现液晶透镜焦距可调，还能实现液晶透镜节距可控，达到动态液晶透镜效果。

附图说明

图1现有液晶透镜的结构示意图。

图2本发明提供的一种节距可控的液晶透镜结构示意图。

图3本发明第一优选实施例的节距可控液晶透镜第一控制层的制作方法具体步骤示意图。

图4本发明第一优选实施例的节距可控液晶透镜第二控制层的制作方法具体步骤示意图。

图5本发明第一优选实施例的节距可控液晶透镜控制示意图。

图6节距可控液晶透镜的测试效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

本发明提供一种节距可控的液晶透镜，其包括一第一控制层、一第二控制层、一液晶层和一控制模块；其中，所述第一控制层包括一第一透明基板、一第一驱动电极、一第一绝缘层、一第二驱动电极、一第一取向层、一第一高阻抗层；所述第二控制层包括一第二透明基板、一第三公共电极、一第二高阻抗层和一第二取向层。

如图2所示，本实施例提供一种节距可控的液晶透镜，包括：包括一第一控制层11、一第二控制层22、一液晶层33和一控制模块55；其中，所述第一控制层11包括一第一透明基板111、一第一驱动电极112、一第一绝缘层113、一第二驱动电极114、一第一取向层115、一第一高阻抗层116；所述第二控制层22包括一第二透明基板221、一第三公共电极222、一第二高阻抗层223和一第二取向层224。

所述第一驱动电极112交错平行等间距排列于所述第一透明基板111下表面；所述第一绝缘层113设置于所述第一驱动电极112下表面；所述第二驱动电极114交错平行等间距设置于所述第一绝缘层113下表面，且所述第二驱动电极114与所述第一驱动电极112平行排列；所述第二驱动电极114的中心点与所述第一驱动电极112的间隙中心点重合，所述第二驱动电极114的宽度等于相邻两个第一驱动电极112的间隙宽度，相邻两个所述第二驱动电极114的间隙宽度等于所述第一驱动电极112的宽度；所述第一高阻抗层115设置于第二驱动电极114下表面；所述第一取向层116设置于第一高阻抗层115下表面。

所述第三公共电极222设置于所述第二透明基板221的上表面；所述第二高阻抗层223设置于第三公共电极221上表面；所述第二取向层224设置于第二高阻抗层223上表面。较佳的，第三公共电极222为面电极，

所述控制模块55控制若干个第一驱动电极112和所述第三公共电极222，在所述若干个第一驱动电极112和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=2kw的液晶透镜（k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块55通过依次移动n个驱动电极的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。

所述控制模块55也可控制若干个第二驱动电极114和所述第三公共电极222，在所述若干个第二驱动电极114和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=2kw的液晶透镜（k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块通过依次移动n个驱动电极的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。

所述控制模块55还可控制若干个第一驱动电极112/第二驱动电极114和所述第三公共电极222，在所述若干个第一驱动电极112/第二驱动电极114和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=（2k+1）w的液晶透镜（k为自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块55通过依次移动n个第一驱动电极112/第二驱动电极114的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+1+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。

所述第一取向层115的取向方向和所述第一驱动电极112方向或所述第二驱动电极114方向平行；所述第二取向层224的取向方向与所述第一取向层116的方向反平行。

还包括一封胶框44，设置于所述第一透明基板111和所述第二透明基板221之间，用于将所述液晶层44封闭在所述第一取向层116和第二取向层之间224。

还包括一衬底料（图中未标出），设置于所述第一取向层116和第二取向层224之间，用于确保所述第一取向层116和第二取向层224的间距为预定间距。

请参考图2，并结合图3和图4，本发明优选实施例提供的一种节距可控的液晶透镜的制作方法，包括下列步骤：

s1：第一控制层制作，其具体包括如下步骤：

s11：提供一透明基板。选用带有ito透明导电层的第一透明基板111，对该玻璃进行划片，清洗，烘干，采用光刻技术制作第一驱动电极；具体工艺如下：利用旋涂工艺将rzj-304光刻胶转移至带有ito薄膜的玻璃基片表面，110℃保温25min；在光强为4.4mw/cm²光刻机上曝光11秒，浓度为3%的rzx-3038溶液显影；固化后，体积比为50:(3-9):50的盐酸、硝酸与水的混合溶液加热至50-60℃喷淋刻蚀；丙酮溶液去除光刻胶，形成第一驱动电极112。

s12：在(洁净的)第一驱动电极112表面采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发技术沉积一层厚度为30-240纳米透明绝缘层113，譬如可为氧化硅（siox）或是氮化硅（sinx），此处不一一例举。本发明实施例中优选磁控溅射制作厚度为60纳米的sio2绝缘层113。具体工艺条件如下：采用纯度为99.95%的si靶，基板与si靶距离5厘米，真空度2.0×10^-3pa，氧气/氩气体流量比50sccm/150sccm，溅射功率为1000w。

s13：在透明绝缘层113表面，采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发技术沉积一层厚度为50-300纳米透明导电薄膜，譬如可为铟锡氧化物（indiumtinoxide，ito）、铟锌氧化物（indiumzincoxide，izo）或掺铝氧化锌（azo），此处不一一例举，再利用光刻技术制作第二驱动电极114。本发明实施例中优选磁控溅射和光刻技术制作厚度为180纳米第二驱动电极，具体工艺条件如下：采用纯度为99.95%的azo靶，基板与azo靶距离5厘米，真空度2.0×10^-3pa，氩气体流量10sccm，溅射功率1000w。利用旋涂工艺将rzj-304光刻胶转移至带有azo薄膜玻璃基片表面，110℃保温25min；在光强为4.4mw/cm²光刻机上曝光11秒，3%rzx-3038溶液显影，固化后用体积比为hcl:h2o=1:200喷淋刻蚀，丙酮去除光刻胶形成第二驱动电极114。

s14：在(洁净的)第二驱动电极114表面，采用磁控溅射或热蒸发技术沉积一层厚度为1-100纳米的高阻抗层115，比如azo，igzo，nb2ox,此处不一一例举。本发明实施例中优选磁控溅射制作厚度为30纳米nb2o5，具体工艺条件如下：采用纯度为99.99%的nb2o5靶，基板与nb2o5靶相距5厘米，真空度2.0×10^-4pa，氩气体流量10sccm，溅射功率60w。

s15：在(洁净的)高阻抗层115表面采用旋涂、印刷或喷墨打印技术制作一层透明材料，譬如聚酰亚胺（polyimide，pi），此处不一一例举；经高温焙烧后形成取向层薄膜，将取向层薄膜沿着第一驱动电极或第二驱动电极方向摩擦取向，形成第一取向层116。

s2：第二控制层22制作，其具体包括如下步骤：

s21：提供一透明基板。选用带有ito透明导电层的第二透明基板111，对该玻璃进行划片，清洗，烘干，采用光刻技术制作第三公共电极222；

s22：在(洁净的)第三公共电极222表面，采用磁控溅射或热蒸发技术沉积一层厚度为1-50纳米的高阻抗层223，比如azo，igzo，nb2ox,此处不一一例举。本发明实施例中优选磁控溅射制作厚度为30纳米nb2o5，具体工艺条件如s14。

s23：在(洁净的)高阻抗层223表面采用旋涂、印刷或喷墨打印技术制作一层透明材料，譬如聚酰亚胺（polyimide，pi），此处不一一例举；经高温焙烧后形成取向层薄膜，将取向层薄膜沿着第一取向层116反方向摩擦取向，形成第二取向层224。

s3：液晶透镜制作，其具体包括如下步骤：

s31：在(洁净的)第二控制层22表面采用喷粉设备制作厚度为4-100微米，密度为50-200/mm²的透明隔离子，所述隔离子为圆形或方形。本发明实施例中优选直径为45微米的圆形隔离子，以密度120/mm²均匀喷入第二控制层22的第二取向层224的表面，形成隔离柱（图中未标注），保证第一取向层116和第二取向层224的间距为预定间距。

s32：在(洁净的)第一控制层11四周采用印刷或喷墨打印技术涂覆封框胶；所述封框胶的厚度大于隔离子的厚度；

s33：将第一控制层11和第二控制层22按第一取向层116和第二取向层224反向对准，经200◦c后封框胶融化形成封胶框40；

s34：利用灌晶设备将液晶分子30沿着封离口灌入液晶盒，用uv胶封离灌晶口，形成液晶透镜。

所述控制模块55控制若干个第一驱动电极112和所述第三公共电极222，在所述若干个第一驱动电极112和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=2kw的液晶透镜（k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块55通过依次移动n个驱动电极的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。所述控制模块55也可控制若干个第二驱动电极114和所述第三公共电极222，在所述若干个第二驱动电极114和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=2kw的液晶透镜（k为大于或等于1的自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块通过依次移动n个驱动电极的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。所述控制模块55还可控制若干个第一驱动电极112/第二驱动电极114和所述第三公共电极222，在所述若干个第一驱动电极112/第二驱动电极114和所述第三公共电极222之间施加电压形成节距p=（2k+1）w的液晶透镜（k为自然数，w为驱动电极宽度）；所述控制模块55通过依次移动n个驱动电极的宽度（n为大于或等于1的自然数），形成节距为p=（2k+1+n）w的液晶透镜，实现节距可控的液晶透镜。本发明实施例中优选所述控制模块55在所述第二驱动电极114和所述第三公共电极222施加驱动电压形成液晶透镜；通过移动一个驱动电极的宽度，所述控制模块55在所述第一驱动电极112和所述第三公共电极222施加驱动电压再次形成液晶透镜；依次移动单个驱动电极宽度，从而实现液晶透镜聚焦平面等间距无缝隙扫描切换，如图5和图6所示。

至此，本发明优选实施例的一种节距可控的液晶透镜制作完成。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。