一种液晶透镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种液晶透镜，包括：相对设置的第一基板以及第二基板；设置在所述第一基板与第二基板之间的液晶层；设置在所述第一基板朝向所述液晶层一侧表面的第一电极；设置在所述第二基板朝向所述液晶层一侧表面的第二电极；设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一定向层；设置在所述第二电极与所述液晶层之间的第二定向层；其中，所述液晶层为双频液晶；所述第一电极与第二电极之间的低频驱动电压的频率小于所述双频液晶的临界频率；所述第一电极与第二电极之间的高频驱动电压的频率大于所述双频液晶的临界频率；所述临界频率为所述双频液晶的介电各向异性常数为零时对应的驱动电压的频率。所述液晶透镜变焦调节速度快。
【专利说明】—种液晶透镜
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及显示装置【技术领域】，更具体地说，涉及一种液晶透镜。
【背景技术】
[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]液晶具有较大的光带你各向异性，是极佳的光电材料。目前，已经广泛的应用于制作各种光学器件，使用液晶制作的光学器件具有体积小、结构紧凑以及可以电控调谐等优点，因此，液晶是制作小型自适应光学器件的极佳材料。
[0004]参考图1，液晶透镜包括:相对设置的第一基板110以及第二基板111，设置在所述第一基板110与第二基板111之间的液晶层112。其中，第一基板110朝向所述液晶层112一侧的表面设置有第一电极113，第二基板111朝向所述液晶层112 —侧的表面设置有第二电极114。
[0005]两基板之间无电压时，液晶层112的液晶分子近似于平行于基板(相对于基板具有较小的初始偏转角度)，进行聚光时，通过控制第一电极113与第二电极114之间的电压，使得两基板之间形成不均匀的电场，中间区域电场最小，液晶分子相对于基板的偏转角度最小，而从中间向两边电场逐渐增大，液晶分子的相对于基板的偏转角度也逐渐增大，这样液晶层112的折射率从中间向两边区域呈现梯度变化，从而实现透镜聚光的效果。
[0006]发明人发现，无论采用正性液晶或是负性液晶制作的液晶透镜，液晶分子只能随电场方向单一变化，只可以通过控制两基板之间电压，使得液晶分子随电场驱动快速改变分子排布，但需要液晶分子反方向偏转时，只能通过撤除驱动电压或是降低驱动电压，让液晶分子自然恢复，导致变焦速度较慢。
实用新型内容
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种液晶透镜，所述液晶透镜的变焦速度快。
[0008]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0009]一种液晶透镜，该液晶透镜包括:
[0010]相对设置的第一基板以及第二基板；
[0011]设置在所述第一基板与第二基板之间的液晶层；
[0012]设置在所述第一基板朝向所述液晶层一侧表面的第一电极；
[0013]设置在所述第二基板朝向所述液晶层一侧表面的第二电极；
[0014]设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一定向层；
[0015]设置在所述第二电极与所述液晶层之间的第二定向层；[0016]其中，所述液晶层为双频液晶；所述第一电极与第二电极之间的低频驱动电压的频率小于所述双频液晶的临界频率；所述第一电极与第二电极之间的高频驱动电压的频率大于所述双频液晶的临界频率；所述临界频率为所述双频液晶的介电各向异性常数为零时对应的驱动电压的频率。
[0017]优选的，在上述液晶透镜中，所述低频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最大值的80%。
[0018]优选的，在上述液晶透镜中，所述高频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数的绝对值不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最小值的绝对值的80%。
[0019]优选的，在上述液晶透镜中，所述第二电极为面电极。
[0020]优选的，在上述液晶透镜中，所述第一电极包括:
[0021]在由所述第一基板指向所述液晶层的方向上依次设置的第一电极层、缓冲层以及分压层；
[0022]其中，所述第一电极层包括:中心电极以及包围所述中心电极的多个间隔分布的同心圆环电极；所述缓冲层为电介质层；所述分压层为导体层。
[0023]从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的液晶透镜采用双频液晶，双频液晶具有临界频率，当驱动电压的频率大于临界频率时，液晶分子趋向于垂直于外加电场方向排布，当驱动电压的频率小于临界频率时，液晶分子趋向于平行于外加电场方向排布。所以，可以通过所述低频驱动电压控制液晶层的液晶分子相对于任一个基板的偏转角度从中间向两边逐渐增大，当需要液晶分子反方向偏转，恢复初始状态或是向初始状态恢复时，通过所述高频电压，使得液晶分子快速反方向偏转，可见，本申请所述液晶透镜的液晶分子的变焦调节时，液晶分子状态的恢复可通过所述高频电压驱动，相比于单频液晶的自动恢复，速度快，提高了变焦调节的速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为一种采用单频液晶制备的液晶透镜的结构示意图；
[0026]图2为一种采用双频液晶制备的液晶透镜的结构示意图；
[0027]图3为双频液晶的介电各向异性常数随驱动电压的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0028]正如【背景技术】部分所述，无论采用正性液晶或是负性液晶制作的液晶透镜，液晶分子只能随电场方向单一变化，在聚光时，可以通过控制两基板之间电压，使得液晶分子随电场驱动快速改变分子排布，但是无需聚光时，只能通过撤除驱动电压，让液晶分子自然恢复，导致变焦速度较慢。
[0029]发明人研究发现，双频液晶具有临界频率，当驱动电压的频率大于临界频率时，液晶分子趋向于垂直于外加电场方向排布，当驱动电压的频率小于临界频率时，液晶分子趋向于平行于外加电场方向排布。
[0030]基于上述研究，本实用新型提供了一种液晶透镜，该液晶透镜包括:
[0031]相对设置的第一基板以及第二基板；
[0032]设置在所述第一基板与第二基板之间的液晶层；
[0033]设置在所述第一基板朝向所述液晶层一侧表面的第一电极；
[0034]设置在所述第二基板朝向所述液晶层一侧表面的第二电极；
[0035]设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一定向层；
[0036]设置在所述第二电极与所述液晶层之间的第二定向层；
[0037]其中，所述液晶层为双频液晶；所述第一电极与第二电极之间的低频驱动电压的频率小于所述双频液晶的临界频率；所述第一电极与第二电极之间的高频驱动电压的频率大于所述双频液晶的临界频率；所述临界频率为所述双频液晶的介电各向异性常数为零时对应的驱动电压的频率。所述低频驱动电压用于实现聚光时液晶分子的偏转驱动，所述高频电压用于实现液晶分子的状态回复。
[0038]本实用新型所述液晶透镜通过所述低频驱动电压控制液晶层的液晶分子相对于任一个基板的偏转角度从中间向两边逐渐增大，使得液晶分子向垂直于基板方向偏转，通过所述高频电压，使得液晶分子快速向平行于基板方向恢复或是恢复至初始状态，可见，本申请所述液晶透镜的液晶分子的变焦调节时，液晶分子状态的恢复可通过所述高频电压驱动，相比于单频液晶的自动恢复，速度快，提高了变焦调节的速度。
[0039]以上是本申请的核心思想，下面将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。
[0040]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其它方式来实施，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。
[0041]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，表示装置结构的示意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、宽度及高度的三维空间尺寸。
[0042]基于上述思想，本申请实施例提供了一种液晶透镜，参考图2，包括:相对设置的第一基板210以及第二基板220 ;设置在第一基板210与第二基板220之间的液晶层230 ；设置在所述第一基板210朝向所述液晶层230 —侧表面的第一电极；设置在所述第二基板220朝向所述液晶层230 —侧表面的第二电极221 ;设置在所述第一电极与所述液晶层230之间的第一定向层214 ;设置在所述第二电极221与所述液晶层230之间的第二定向层224。
[0043]其中,所述液晶层为双频液晶。所述双频液晶具有临界频率，所述临界频率为所述双频液晶的介电各向异性常数为零时对应的驱动电压的频率。
[0044]本实施例中，所述第二电极221为面电极，所述第一电极包括:在由所述第一基板210指向所述液晶层230的方向上依次设置的第一电极层211、缓冲层212以及分压层213。[0045]所述第一电极层211包括:中心电极以及包围所述中心电极的多个间隔分布的同心圆环电极；所述分压层213为导体层，起到分压作用；所述缓冲层212为电介质层，将第一电极层211与分压层213隔离。
[0046]通过缓冲层212与分压层213，在第一电极与第二电极221之间加上电压后，第一电极层211与分压层213之间形成电容Cl，分压层213与第二电极221之间形成电容C2，在图2中横向上，电容Cl与电容C2通过分压层213并联，并联的电容之间通过分压层213的横向电阻连接，从而使得分压层213与第二电极221之间的电压重新分布，通过控制第一电极与第二电极221之间的电压的频率，形成如图2中虚线所示中间强度弱，两边强度逐渐增强的电场分布(虚线水平高度代表电场的强度)，以便于实现液晶层的聚光调节。
[0047]本申请实施例中，通过低频驱动电压控制液晶层的液晶分子相对于第一基板或第二基板的偏转角度从中间向两边逐渐增大，使得液晶分子向垂直于基板方向偏转，通过高频电压，使得液晶分子快速向平行于基板方向恢复或是恢复至初始状态。其中，所述低频低压为频率小于双频液晶临界频率的电压，高频电压为频率大于双频液晶临界频率的电压。
[0048]在第一电极与第二电极221之间加上设定频率的电压后，在两基板之间形成竖直电场。在低频电压下，液晶分子向平行于电场方向移动，由于两基板之间电场强度中间最弱，两边强，液晶分子受力从中间向两边逐渐增大，故液晶分子变化如图2所示。当加上高频电压，液晶分子向垂直于电场方向移动，最终都恢复至初始状态。
[0049]可见，通过切换低频电压与高频电压进行变焦调节，能够实现液晶分子的快速向平行于基板方向恢复或是恢复至初始状态，变焦调节速度较快。
[0050]参考图3，双频液晶的介电各向异性常数Λ ε随着驱动电压频率F的变化而变化，Λ ε为零时对应双频液晶的临界频率Fe。双频液晶的介电各向异性常数的最大值为Δ ε max,最小值为Λ ε min。Δ ε max对应驱动电压频率为O,即为直流电压,Λ ε min对应驱动电压频率为F3。
[0051]其中，对于设定的双频液晶Λ ε、Λ ε max>A ε min为常数。Λ ε = ε // - ε丄，ε //为未加电压时平行于液晶分子长轴方向的介电常数，ε丄为未加电压时垂直于液晶分子长轴方向的介电常数。
[0052]驱动电压频率小于临界频率时，Λ ε >0，液晶分子趋向于平行于两基板之间电场方向排列。驱动电压频率大于临济频率时，Λ ε < O,液晶分子趋向于垂直于两基板之间电场方向排列。
[0053]所述低频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数Λ ε不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最大值Λ ε max的80%。发明人发现，驱动电压频率在[0，Fl]区间内时，Λ ε数值稳定，变化率较小，所以设置所述低频电压位于[0，F1]区间内，由于此时Λ ε较大，液晶分子驱动时响应速度较快，可以较快的实现聚光调节，且由于Λ ε数值稳定便于驱动控制。
[0054]所述高频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数Λ ε的绝对值不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最小值Λ ε min的绝对值的80%。发明人发现，驱动电压频率在[F2，F4]区间内，Λ ε数值稳定，变化率较小，所以设置高频驱动电压位于[F2，F4]区间内，由于此时Λ ε绝对值较大，液晶分子驱动时响应速度较快，可以较快的恢复至初始状态，且由于Λ ε数值稳定便于驱动控制。[0055]驱动电压频率Fl为Λ ε =80% Δ ε max时，对应的电压频率，F2和F4为Δ ε =80% Δ ε min时,对应的两个电压频率。通过上述描述可知,本申请实施例所述液晶透镜采用双频液晶，变焦调节快速，提高了工作相应效率。
[0056]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。申请文件中提及的动词“包括”、“包含”及其词形变化的使用不排除除了申请文件中记载的那些元素或步骤之外的元素或步骤的存在。元素前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。
[0057]虽然已经参考若干【具体实施方式】描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的【具体实施方式】，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。
【权利要求】
1.一种液晶透镜，其特征在于，包括: 相对设置的第一基板以及第二基板； 设置在所述第一基板与第二基板之间的液晶层； 设置在所述第一基板朝向所述液晶层一侧表面的第一电极； 设置在所述第二基板朝向所述液晶层一侧表面的第二电极； 设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一定向层； 设置在所述第二电极与所述液晶层之间的第二定向层； 其中，所述液晶层为双频液晶；所述第一电极与第二电极之间的低频驱动电压的频率小于所述双频液晶的临界频率；所述第一电极与第二电极之间的高频驱动电压的频率大于所述双频液晶的临界频率；所述临界频率为所述双频液晶的介电各向异性常数为零时对应的驱动电压的频率。
2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述低频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最大值的80%。
3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述高频驱动电压对应的所述双频液晶的介电各向异性常数的绝对值不小于所述双频液晶的介电各向异性常数最小值的绝对值的80%。
4.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二电极为面电极。
5.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极包括: 在由所述第一基板指向所述液晶层的方向上依次设置的第一电极层、缓冲层以及分压层； 其中，所述第一电极层包括:中心电极以及包围所述中心电极的多个间隔分布的同心圆环电极；所述缓冲层为电介质层；所述分压层为导体层。
【文档编号】G02F1/29GK203705783SQ201320893389
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】吴振忠, 阮小龙, 陈魁, 徐响战, 王东岳, 何基强, 李建华 申请人:信利半导体有限公司