液晶透镜及其制作方法、显示装置的制造方法
【专利摘要】提供了一种液晶透镜及其制作方法、显示装置。所述液晶透镜包括：第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板；设置在所述第一基板上的第一电极；设置在所述第一基板面对所述第二基板的一侧的延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶；设置在所述第二基板上的第二电极；所述第二电极与所述第一电极相对设置；所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应；两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中较低台阶靠近较高台阶的周边区域；以及填充在所述延迟层和所述第二基板之间的液晶，改善电极间隙部分的光学延迟量偏差，提升液晶透镜性能。
【专利说明】
液晶透镜及其制作方法、显示装置
技术领域
[0001]本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种液晶透镜及其制作方法、显示装置。
【背景技术】
[0002]液晶透镜(LiquidCrystal Lens)有着优异的性能，可以进行电学调焦，被大量应用于聚焦设备与人眼放大设备，特别是在3D显示方面更是有着突出的作用。液晶透镜的应用可以摆脱3D眼镜对人眼的束缚，做到裸眼3D显示，未来有着巨大的应用前景。
【发明内容】
[0003]发明人发现，在现有的液晶透镜结构中，通常选用周期排列的多个电极驱动液晶分子偏转，实现光学相位延迟量的抛物线形分布。但是，由于在两个相邻的电极的间隙区域没有电极结构，这部分区域会出现光学延迟量下降，造成光学延迟曲线不平滑，影响液晶透镜的性能。因此，希望提供一种液晶透镜结构，改善电极间隙部分的光学延迟量偏差，从而提升液晶透镜的性能。
[0004]根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种液晶透镜。所述液晶透镜包括:第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板;设置在所述第一基板上的第一电极;设置在所述第一基板面对所述第二基板的一侧的延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶;设置在所述第二基板上的第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中高度较低台阶的靠近高度较高台阶的周边区域；以及填充在所述延迟层和所述第二基板之间的液晶。
[0005]在本发明的实施例中，在所述第一基板面对所述第二基板的一侧设置有延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶;在所述第二基板上设置有第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于两个相邻的台阶中高度较低台阶的靠近高度较高台阶的周边区域。在电极不加电的情况下，所述第一基板和所述第二基板之间各处的折射率均相同。给所述第一电极或第二电极加载电压时，液晶发生偏转，折射率发生变化；由于各处的液晶层厚度不相同，所以各处的光学相位延迟也不相同。利用上述布置，所述间隙对应的液晶区域具有较小的电场强度;然而所述间隙与两个相邻的台阶中具有较小高度的台阶的周边区域相对设置，该液晶区域因此具有较大的高度；因此，两个相邻的台阶对应的光学相位延迟量不再是阶跃变化，而是呈现出渐变的特性;从而，液晶透镜的整体光学相位延迟量曲线能够呈现诸如抛物线形的平滑分布，改善了液晶透镜的性能。
[0006]可选地，所述延迟层的材料是非晶透明材料。
[0007]使用诸如非晶玻璃、树脂等非晶透明材料作为延迟层，各个方向的偏振光在延迟层中具有相同的折射率。因此，在设计时仅需要考虑不同的液晶层厚度对光学相位延迟的影响;并且非晶透明材料也无需晶轴的取向设置，简化了设计。
[0008]可选地，所述延迟层的折射率与所述液晶的寻常光折射率相等。
[0009]将所述延迟层的折射率设置为与所述液晶的寻常光折射率相等，当电极不加电时，液晶分子的长轴基本平行于第一基板和所述第二基板的表面，这时候入射光对于液晶分子来说是寻常光。利用上述设置，当电极不加电时，所述第一基板和所述第二基板之间各处的折射率更加均匀，减小了对光线的扰动。
[0010]可选地，所述子电极的宽度是对应台阶的宽度的50%?70%。
[0011]将所述子电极的宽度设置为对应台阶的宽度的50%?70%，不仅利用子电极获得了足够宽度的电场，也避免了过宽的间隙造成电场陡然下降。
[0012]可选地，在所述液晶透镜中。所述多个台阶的高度从中心向边缘依次增大。
[0013]利用这样的布置形式，可以形成等效的会聚透镜;然而，根据本发明的教导，利用其他的台阶布置形式，还可以获得其他的等效透镜(例如凸透镜、凹透镜、柱状透镜)和棱
Ho
[0014]可选地，所述多个子电极是相互平行设置的多个条形子电极。
[0015]利用相互平行设置的多个条形子电极，可以实现柱形液晶透镜。将多个柱形液晶透镜平行设置，能够实现3D显示中的柱面光栅。
[0016]可选地，所述液晶透镜还包括电极走线，所述条形子电极的两端均与所述电极走线电连接。
[0017]通常，所述第一电极和所述第二电极不连接下游电路，然而当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，将所述多个子电极相互电连接，增加了子电极的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
[0018]可选地，所述多个子电极包括一个圆形子电极和多个以所述圆形子电极为圆心的环形子电极。
[0019]利用这样的方式来布置所述多个子电极，可以实现圆形液晶透镜，用于实现诸如聚焦等光学功能。
[0020]可选地，所述液晶透镜还包括直线型的电极走线，所述电极走线穿过所述圆形子电极和多个环形子电极，并在每个交点处与所述圆形子电极和多个环形子电极电连接。
[0021]当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，利用上述布置形式，增加了圆形子电极和多个环形子电极的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
[0022]可选地，所述第一电极和第二电极是透明电极。
[0023]可以利用透明材料制作所述第一电极和第二电极，减小了液晶透镜对光的吸收或反射，从而提尚光源的效率。
[0024]可选地，所述液晶是扭曲向列型液晶。
[0025]利用扭曲向列型液晶，可以容易地利用电场控制液晶分子的偏转，从而稳定地控制液晶透镜的切换。
[0026]根据本发明的另一个方面，本发明实施例提供了一种显示装置。所述显示装置包括:显示面板；以及布置在所述显示面板的出光侧的如上所述的液晶透镜。
[0027]根据本发明的又一个方面，本发明实施例提供了一种液晶透镜的制作方法。所述方法包括:提供第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板;在所述第一基板上设置第一电极;在所述第一基板面对所述第二基板的一侧设置延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶;在所述第二基板上设置第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中较低台阶靠近较高台阶的周边区域；以及在所述延迟层和所述第二基板之间填充液晶。
[0028]在本发明的实施例中，利用上述布置，所述间隙对应的液晶区域具有较小的电场强度;然而所述间隙与两个相邻的台阶中具有较小高度的台阶的周边区域相对设置，该液晶区域因此具有较大的高度；因此，两个相邻的台阶对应的光学相位延迟量不再是阶跃变化，而是呈现出渐变的特性;从而，液晶透镜的整体光学相位延迟量曲线能够呈现诸如抛物线形的平滑分布，改善了液晶透镜的性能。
[0029]可选地，所述延迟层的材料是非晶透明材料。
[0030]使用诸如非晶玻璃、树脂等非晶透明材料作为延迟层，各个方向的偏振光在延迟层中具有相同的折射率。因此，在设计时仅需要考虑不同的液晶层厚度对光学相位延迟的影响;并且非晶透明材料也无需晶轴的取向设置，简化了设计。
[0031]可选地，所述延迟层的折射率与所述液晶的寻常光折射率相等。
[0032]将所述延迟层的折射率设置为与所述液晶的寻常光折射率相等，当电极不加电时，所述第一基板和所述第二基板之间各处的折射率更加均匀，减小了对光线的扰动。
[0033]可选地，所述方法还包括:将所述多个子电极相互电连接。
[0034]通常，所述第一电极和所述第二电极不连接下游电路，然而当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，将所述多个子电极相互电连接，增加了子电极的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
【附图说明】
[0035]图1示出了根据本发明实施例的液晶透镜的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的液晶透镜中的一种子电极的俯视图；
图3示出了根据本发明实施例的液晶透镜中的另一种子电极的俯视图；
图4示出了根据本发明实施例的显示装置的结构示意图；以及图5示出了根据本发明实施例的液晶透镜的制作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明专利保护的范围。
[0037]根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种液晶透镜。如图1所示，液晶透镜100包括:第一基板101和与所述第一基板101相对设置的第二基板102;设置在所述第一基板101上的第一电极103;设置在所述第一基板101面对所述第二基板102的一侧的延迟层104，所述延迟层104包括具有不同高度的多个台阶105;设置在所述第二基板102上的第二电极106;所述第二电极106与所述第一电极103相对设置;所述第二电极106包括多个子电极107，所述多个子电极107与所述多个台阶105 对应;两个相邻的子电极107之间设置有间隙108，所述间隙108对应于该两个相邻的台阶105中高度较低台阶的靠近高度较高台阶的周边区域；以及填充在所述延迟层104和所述第二基板102之间的液晶109。
[0038]在本发明的实施例中，在所述第一基板101面对所述第二基板102的一侧设置有延迟层104，所述延迟层104包括具有不同高度的多个台阶105;在所述第二基板102上设置有第二电极106;所述第二电极106与所述第一电极103相对设置;所述第二电极106包括多个子电极107，所述多个子电极107与所述多个台阶105 对应;两个相邻的子电极107之间设置有间隙108，所述间隙108对应于两个相邻的台阶105中高度较低台阶靠近高度较高台阶的周边区域。在电极不加电的情况下，所述第一基板101和所述第二基板102之间各处的折射率均相同。液晶层的光学相位延迟量为rrd，其中η为液晶层对于入射光的折射率，d为液晶层的厚度。给所述第一电极103或第二电极106加载电压时，液晶发生偏转，折射率发生变化；由于各处的液晶层厚度不相同，所以各处的光学相位延迟也不相同。利用上述布置，所述间隙108对应的液晶区域具有较小的电场强度;然而所述间隙108与两个相邻的台阶105中具有较小高度的台阶的周边区域相对设置，该液晶区域因此具有较大的高度；因此，两个相邻的台阶105对应的光学相位延迟量不再是阶跃变化，而是呈现出渐变的特性。具体地，图1中的区域1、区域2和区域3的光学相位延迟量分别为11141、11242和113 43，其中111、n2和n3分别是区域1、区域2和区域3的液晶层对于入射光的折射率，dl、d2和d3分别是区域1、区域2和区域3的液晶层厚度。尽管d2和d3是近似相等的，但由于间隙108的存在，区域2中的电场强度较小，使得n2小于n3。因此，区域1、区域2和区域3的光学相位延迟量具有以下的关系:nl.dl <n2.d2<n3.d3。从而由此，液晶透镜100的整体光学相位延迟量曲线能够呈现诸如抛物线形的平滑分布，改善了液晶透镜的性能。
[0039]本领域技术人员能够理解，为了实现以上述形式分布的电场，所述第一电极103可以布置在所述第一基板101和所述延迟层104之间，也可以布置在所述第一基板101背离所述第二基板102的表面上。
[0040 ]可选地，所述延迟层104的材料是非晶透明材料。
[0041]使用诸如非晶玻璃、树脂等非晶透明材料作为延迟层，各个方向的偏振光在延迟层中具有相同的折射率。因此，在设计时仅需要考虑不同的液晶层厚度对光学相位延迟的影响;并且非晶透明材料也无需晶轴的取向设置，简化了设计。
[0042]可选地，所述延迟层104的折射率与所述液晶109的寻常光折射率相等。
[0043]将所述延迟层104的折射率设置为与所述液晶109的寻常光折射率相等，当电极不加电时，液晶分子的长轴基本平行于所述第一基板101和所述第二基板102的表面，这时候入射光对于液晶分子来说是寻常光。利用上述设置，当电极不加电时，所述第一基板101和所述第二基板102之间各处的折射率更加均匀，减小了对光线的扰动。
[0044]可选地，所述子电极107的宽度是对应台阶15的宽度的50%?70%。
[0045]将所述子电极107的宽度设置为对应台阶105的宽度的50%?70%，不仅利用子电极107获得了足够宽度的电场，也避免了过宽的间隙108造成电场陡然下降。
[0046]可选地，在所述液晶透镜100中。所述多个台阶105的高度从中心向边缘依次增大。
[0047]利用这样的布置形式，可以形成等效的会聚透镜;然而，根据本发明的教导，利用其他的台阶布置形式，还可以获得其他的等效透镜(例如凸透镜、凹透镜、柱状透镜)和棱
Ho
[0048]在一个实施例中，如图2所示，可选地，所述多个子电极可以是相互平行设置的多个条形子电极1071。
[0049]利用相互平行设置的多个条形子电极1071，可以实现柱形液晶透镜。将多个柱形液晶透镜平行设置，能够实现3D显示中的柱面光栅。
[0050]在一个实施例中，如图2所示，可选地，所述液晶透镜还包括电极走线110，所述条形子电极1071的两端均与所述电极走线110电连接。
[0051]通常，所述第一电极和所述第二电极不连接下游电路，然而当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，将所述多个子电极相互电连接，增加了子电极的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
[0052]在一个实施例中，如图3所示，可选地，所述多个子电极包括一个圆形子电极1072和多个以所述圆形子电极1072为圆心的环形子电极1073。
[0053]利用这样的方式来布置所述多个子电极，可以实现圆形液晶透镜，用于实现诸如聚焦等光学功能。
[0054]在一个实施例中，如图3所示，可选地，所述液晶透镜还包括直线型的电极走线111，所述电极走线111穿过所述圆形子电极1072和多个环形子电极1073，并在每个交点处与所述圆形子电极1072和多个环形子电极1073电连接。
[0055]当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，利用上述布置形式，增加了圆形子电极1072和多个环形子电极1073的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
[0056]可选地，所述第一电极103和第二电极106是透明电极。
[0057]可以利用透明材料制作所述第一电极和第二电极，减小了液晶透镜对光的吸收或反射，从而提尚光源的效率。
[0058]可选地，所述液晶109是扭曲向列型液晶。
[0059]利用扭曲向列型液晶，可以容易地利用电场控制液晶分子的偏转，从而稳定地控制液晶透镜的切换。
[0060]根据本发明的另一个方面，本发明实施例提供了一种显示装置。如图4所示，所述显示装置400包括:显示面板401 ；以及布置在所述显示面板104的出光侧的如上所述的液晶透镜100。该显示装置400可以为:手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述液晶透镜的实施例，重复之处不再赘述。
[0061]根据本发明的又一个方面，本发明实施例提供了一种液晶透镜的制作方法。如图5所示，所述方法500包括:S501，提供第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板；S502，在所述第一基板上设置第一电极;在所述第一基板面对所述第二基板的一侧设置延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶；S503，在所述第二基板上设置第二电极；所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中较低台阶靠近较高台阶的周边区域；以及S504，在所述延迟层和所述第二基板之间填充液晶。
[0062]在本发明的实施例中，利用上述布置，所述间隙对应的液晶区域具有较小的电场强度;然而所述间隙与两个相邻的台阶中具有较小高度的台阶的周边区域相对设置，该液晶区域因此具有较大的高度；因此，两个相邻的台阶对应的光学相位延迟量不再是阶跃变化，而是呈现出渐变的特性;从而，液晶透镜的整体光学相位延迟量曲线能够呈现诸如抛物线形的平滑分布，改善了液晶透镜的性能。
[0063]可选地，所述延迟层的材料是非晶透明材料。
[0064]使用诸如非晶玻璃、树脂等非晶透明材料作为延迟层，各个方向的偏振光在延迟层中具有相同的折射率。因此，在设计时仅需要考虑不同的液晶层厚度对光学相位延迟的影响;并且非晶透明材料也无需晶轴的取向设置，简化了设计。
[0065]可选地，所述延迟层的折射率与所述液晶的寻常光折射率相等。
[0066]将所述延迟层的折射率设置为与所述液晶的寻常光折射率相等，当电极不加电时，液晶分子的长轴基本平行于第一基板和所述第二基板的表面，这时候入射光对于液晶分子来说是寻常光。利用上述设置，当电极不加电时，所述第一基板和所述第二基板之间各处的折射率更加均匀，减小了对光线的扰动。
[0067]可选地，所述方法还包括:S505，将所述多个子电极相互电连接。
[0068]通常，所述第一电极和所述第二电极不连接下游电路，然而当液晶透镜的面积较大时，诸如漏电的缺陷会使得电极各处的电压具有差异。因此，将所述多个子电极相互电连接，增加了子电极的电压均匀性，进一步改善了液晶透镜的性能。
[0069]在本发明实施例提供的液晶透镜及其制作方法、显示装置中，在所述第一基板面对所述第二基板的一侧设置有延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶;在所述第二基板上设置有第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于两个相邻的台阶中较低台阶靠近较高台阶的周边区域。在电极不加电的情况下，所述第一基板和所述第二基板之间各处的折射率均相同。给所述第一电极或第二电极加载电压时，液晶发生偏转，折射率发生变化；由于各处的液晶层厚度不相同，所以各处的光学相位延迟也不相同。利用上述布置，所述间隙对应的液晶区域具有较小的电场强度;然而所述间隙与两个相邻的台阶中具有较小高度的台阶的周边区域相对设置，该液晶区域因此具有较大的高度；因此，两个相邻的台阶对应的光学相位延迟量不再是阶跃变化，而是呈现出渐变的特性;从而，液晶透镜的整体光学相位延迟量曲线能够呈现诸如抛物线形的平滑分布，改善了液晶透镜的性能。
[0070]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
【主权项】
1.一种液晶透镜，其特征在于，包括: 第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板； 设置在所述第一基板上的第一电极； 设置在所述第一基板面对所述第二基板的一侧的延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶； 设置在所述第二基板上的第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中高度较低台阶的靠近高度较高台阶的周边区域；以及 填充在所述延迟层和所述第二基板之间的液晶。2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述延迟层的材料是非晶透明材料。3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述延迟层的折射率与所述液晶的寻常光折射率相等。4.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述子电极的宽度是对应台阶的宽度的50%?70%05.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，在所述液晶透镜中，所述多个台阶的高度从中心向边缘依次增大。6.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述多个子电极是相互平行设置的多个条形子电极。7.如权利要求6所述的液晶透镜，其特征在于，还包括电极走线，所述条形子电极的两端均与所述电极走线电连接。8.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述多个子电极包括一个圆形子电极和多个以所述圆形子电极为圆心的环形子电极。9.如权利要求8所述的液晶透镜，其特征在于，还包括直线型的电极走线，所述电极走线穿过所述圆形子电极和多个环形子电极，并在每个交点处与所述圆形子电极和多个环形子电极电连接。10.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极和第二电极是透明电极。11.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶是扭曲向列型液晶。12.一种显示装置，其特征在于，包括: 显示面板；以及 布置在所述显示面板的出光侧的如权利要求1?11所述的液晶透镜。13.一种液晶透镜的制作方法，其特征在于，所述方法包括: 提供第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板； 在所述第一基板上设置第一电极;在所述第一基板面对所述第二基板的一侧设置延迟层，所述延迟层包括具有不同高度的多个台阶； 在所述第二基板上设置第二电极;所述第二电极与所述第一电极相对设置;所述第二电极包括多个子电极，所述多个子电极与所述多个台阶一一对应;两个相邻的子电极之间设置有间隙，所述间隙对应于该两个相邻的台阶中较低台阶靠近较高台阶的周边区域；以及 在所述延迟层和所述第二基板之间填充液晶。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述延迟层采用非晶透明材料。15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述延迟层的折射率与所述液晶的寻常光折射率相等。16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括:将所述多个子电极相互电连接。
【文档编号】G02F1/1343GK106019731SQ201610576484
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】李忠孝
【申请人】京东方科技集团股份有限公司