光学元件、光学装置以及光学元件的制作方法与流程

本申请涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种光学元件、光学装置以及光学元件的制作方法。

背景技术：

目前，在2d/3d自动切换立体显示装置中，柱状透镜阵列元件主要包括双折射率材料层与柱状透镜阵列层，双折射率材料层与柱状透镜阵列层在结构上相匹配。柱状透镜阵列元件可进行模式切换，其原理是通过电光开关控制双折射率材料的折射率。

最常用的双折射率材料为液晶材料，在电开关控制下，液晶分子的排列方向发生变化，使得液晶材料的折射率发生变化，液晶材料的折射率变化实现了对透镜单元折射效应的恢复和消除，进而结合3d与2d的显示影像实现3d显示与2d显示。

在2d显示模式下，柱状透镜阵列中的柱状透镜与其光路上相邻的液晶材料之间不存在折射率差，光线处于“通过”模式，整个柱状透镜阵列以类似于透明材料的平片一样对光线不做导向，进而实现2d显示。

在3d显示模式下，柱状透镜阵列中的柱状透镜与其光路上相邻的液晶材料之间存在折射率差，光线处于“导向”模式，进而实现3d显示。

为了能够对液晶材料进行有效地电光控制，需要对液晶分子的取向进行配向，使得液晶分子在不施加任何电场的情况下，长轴方向与柱状透镜的排列方向相同。

现有技术中，需要在柱状透镜阵列层与双折射率材料层直接接触的表面、导电层与双折射率材料层直接接触的表面上均设置配向层，一般该配向层由聚酰亚胺制成。

以在柱状透镜阵列层与双折射率材料层直接接触的表面上设置配向层为例，现有的工艺中需要通过旋转涂布、浸渍涂布、凸版印刷或喷印等制程，将配向液涂布到每个柱状透镜的表面；其次，通过热烘烤制程，形成配向膜；然后，通过摩擦制程(rubbing)形成对液晶分子起到有效配向的配向层；最后，对配向膜经摩擦后产生的碎屑进行清洁。

上述制造对液晶材料起配向作用的配向层的方法具有很多缺点：

(1)配向层的制备需要昂贵的聚酰亚胺涂布设备、烘烤设备、摩擦设备和摩擦后的清洁设备。

(2)由于毛细管效应，柱状透镜表面的聚酰亚胺涂布溶液经常会聚集在透镜凹陷处，增加了显示装置在3d模式下的串扰。

(3)聚酰亚胺的涂布和摩擦是很难控制的，例如：由于柱状透镜层的表面起伏不平，容易形成厚度不均匀的聚酰亚胺层；在聚酰亚胺溶液覆盖到柱状透镜层表面时，聚酰亚胺的有机溶液(如gbl，bc，等)容易被高分子柱镜材料吸收，从而可能导致柱状透镜的膨胀；由于烘烤步骤的温度较高(一般在150度以上)，柱状透镜可能收缩，从而可能导致柱镜膜从下面的导电层上剥落，还可能造成柱镜高分子材料裂解导致柱镜收缩变形；在覆盖在柱状透镜表面较薄的聚酰亚胺层进行摩擦时，很容易对聚酰亚胺膜造成破坏，进而导致局部液晶分子的配向不佳；摩擦过程中产生的聚酰亚胺碎片散步到空气中可能造成对厂房设备和显示装置的污染。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种光学元件、光学装置以及光学元件的制作方法，以解决现有技术中配向层制造工艺复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光学元件，该光学元件包括：光学结构层；双折射率材料层，接触设置在上述光学结构层的一个表面上，上述双折射率材料层包括双折射率材料，上述光学结构层的与上述双折射率材料层接触的表面具有多个沟槽，多个上述沟槽用于对上述双折射率材料的分子的取向进行配向。

进一步地，上述光学元件为柱状透镜阵列元件，上述光学结构层为柱状透镜阵列层，上述柱状透镜阵列层具有透镜表面，上述透镜表面与上述双折射率材料层接触，上述透镜表面由多个依次排列的微结构构成，各上述微结构具有多个间隔设置的上述沟槽。

进一步地，上述沟槽沿上述微结构的轴向延伸且沿上述微结构的周向依次排列。

进一步地，各上述沟槽的表面由平面和/或曲面连接而成。

进一步地，上述双折射率材料的分子的直径为r，上述沟槽垂直于上述微结构的轴向的方向为宽度方向，各上述沟槽的最大宽度为l，r＜l＜5μm。

进一步地，r＜l＜400nm。

进一步地，上述柱状透镜阵列元件还包括：第一导电层，设置在上述柱状透镜阵列层的远离上述双折射率材料层的表面上；第二导电层，设置在上述双折射率材料层的远离上述柱状透镜阵列层的表面上，优选上述第一导电层与上述第二导电层均为透明导电层。

进一步地，上述柱状透镜阵列层由待压印层形成，上述柱状透镜阵列层的折射率为n，优选上述双折射率材料为液晶材料，上述液晶材料在2d模式下的折射率等于上述n；上述液晶材料在的3d模式下的折射率不等于上述n。

进一步地，上述柱状透镜阵列层中的柱状透镜为凸透镜或凹透镜。

根据本申请的另一方面，提供了一种光学装置，包括光学元件，上述光学元件为任一种上述的光学元件。

根据本申请的再一方面，提供了一种光学元件的制作方法，该制作方法包括：步骤s1，一次性形成表面具有多个沟槽的光学结构层；步骤s2，在上述光学结构层的具有多个上述沟槽的表面上设置双折射率材料层。

进一步地，在第一基底上设置待压印层，采用压印模具将上述压印模具中设置有匹配凸起的匹配微结构转印至上述待压印层上，形成上述光学结构层，其中，上述光学结构层的表面包括多个依次排列的微结构且各上述微结构具有多个间隔设置的上述沟槽，上述微结构与上述匹配微结构一一对应且形状互补，上述匹配凸起与上述沟槽一一对应且形状互补。

进一步地，上述压印模具为刚性模具。

进一步地，上述压印模具的形成过程包括：采用第一预模具形成上述压印模具，其中，上述第一预模具为刚性模具，上述刚性模具的表面包括多个第一预微结构且各上述第一预微结构上设置有多个第一预匹配结构，上述第一预微结构与上述匹配微结构一一对应且形状相同或互补，上述第一预匹配结构与上述匹配凸起一一对应且形状相同或互补。

进一步地，上述压印模具为柔性模具，上述采用上述第一预模具形成上述压印模具的过程包括：在第一预基底上设置第一预压印层，利用上述第一预模具对上述第一预压印层进行压印处理，使得上述第一预压印层中形成多个包括多个上述匹配凸起的上述匹配微结构，进而得到上述柔性模具。

进一步地，上述待压印层和/或上述第一预压印层的材料均为光固化树脂，上述光固化树脂固化后的表面能小于或等于30dyn，优选上述光固化树脂固化后的邵氏硬度大于或等于d60，进一步优选上述光固化树脂固化体积收小于或等于3％。

进一步地，采用第一预模具与两个压辊形成上述柔性模具；采用一个压辊与上述压印模具形成上述光学结构层。

进一步地，上述压印模具为柔性模具，上述采用上述第一预模具形成上述压印模具的过程包括：采用上述第一预模具，对第一预基底上的第一预压印层进行压印处理，形成多个包括多个第二预匹配结构的第二预微结构，进而形成第二预模具，上述第二预微结构与上述第一预微结构一一对应且形状互补，上述第二预匹配结构与上述第一预匹配结构一一对应且形状互补；采用上述第二预模具，对第二预基底上的第二预压印层进行压印处理，形成多个包括多个匹配凸起的匹配微结构，进而形成上述柔性模具。

进一步地，上述待压印层、上述第一预压印层和/或上述第二预压印层的材料均为光固化树脂，上述第一预基底和/或上述第二预基底为柔性基底，上述光固化树脂固化后的表面能小于或等于30dyn，优选上述光固化树脂固化后的邵氏硬度大于或等于d60，进一步优选上述光固化树脂的固化体积收缩率小于或等于3％。

进一步地，上述刚性模具为金属辊轮压印模具。

应用本申请的技术方案，上述的光学元件中，在光学结构层与双折射率层的接触表面上设置多个沟槽，这些沟槽作为配向结构，可以很好地对双折射率材料层中的双折射率材料分子的取向进行配向。只需要在制造柱光学结构层的工艺步骤中制备多个沟槽结构的作为配向结构，就可以很好地对双折射率材料分子的取向进行配向。在实际制备过程中，可以采用紫外光转印技术同时形成柱镜微结构与配向结构，进而避免了现有技术中采用复杂制备工艺形成配向结构，使得本申请的柱状透镜阵列元件上的液晶配向结构的制备工艺较简单，需要的制备设备较少，从而降低了制造配向结构的成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请的一种实施例提供的柱状透镜整阵列元件的结构示意图；

图2示出了图1中的局部柱状透镜整阵列元件的结构示意图；

图3示出了图1中的局部柱状透镜整阵列元件的结构示意图；

图4示出了一个实施例中的一种沟槽的结构示意图；

图5示出了另一个实施例中的局部柱状透镜整阵列元件的结构示意图；

图6示出了又一个实施例中的局部柱状透镜整阵列元件的结构示意图；

图7示出了实施例1的柱状透镜整阵列元件的2d显示模式下的结构示意图；

图8示出了另一种实施例的柱状透镜整阵列元件的2d显示模式下的结构示意图；

图9示出了实施例1的柱状透镜整阵列元件的3d显示模式下的结构示意图；

图10示出了实施例2的柱状透镜整阵列元件的3d显示模式下的结构示意图；

图11示出了实施例2的柱状透镜整阵列元件的2d显示模式下的结构示意图；

图12示出了一种实施例的柱状透镜整阵列元件的局部结构示意图；

图13示出了一种实施例提供的刀具的结构示意图；

图14示出了图13中的刀具的部分放大示意图；

图15示出了一种实施例提供的采用第一预模具卷对卷的形成压印模具的过程示意图，其中第一预模具的详细表面结构未示出；以及

图16示出了一种实施例提供的采用压印模具卷对面形成光学结构层的过程示意图，其中压印模具的详细表面结构未示出。

其中，上述附图包括以下附图标记：

01、光源；1、第一基底；11、第一基材；12、第一导电层；2、光学结构层；3、双折射率材料层；4、第二基底；41、第二导电层；42、第二基材；20、微结构；21、沟槽；100、刀具；200、第一预模具；300、压辊；400、压印模具；500、待压印层；600、第一预基底；700、第一预压印层；800、紫外固化装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的匹配层制备工艺复杂，制备成本较高，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光学元件与光学装置。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的匹配层制备工艺复杂，制备成本较高，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光学元件、光学装置以及光学元件的制作方法。

本申请一种典型的实施方式提出了一种光学结构，如图1所示，该光学结构包括光学结构层2与双折射率材料层3，双折射率材料层3接触设置在上述光学结构层2的一个表面上，上述双折射率材料层3包括双折射率材料，上述光学结构层2的与上述双折射率材料层3接触的表面具有多个沟槽21，多个上述沟槽21用于对形成上述双折射率材料层的双折射率材料的分子的取向进行配向。

本申请中的光学元件可以是激光束控制元件、变焦透镜元件、可切换征服透镜元件与柔性显示元件，但是并不限于上述的光学元件，本申请中的光学元件可以是任何需要对双折射率材料的分子的取向进行配向的光学元件。

上述的光学元件中，在光学结构层与双折射率层的接触表面上设置多个沟槽，这些沟槽作为配向结构，可以很好地对双折射率材料层中的双折射率材料分子的取向进行配向。在实际制备过程中，可以采用紫外光转印技术一次性形成柱镜微结构与配向结构，也可以采用刻蚀工艺一次性形成具有多个沟槽的微结构，进而避免了现有技术中采用复杂制备工艺形成配向结构，使得本申请的柱状透镜阵列元件上的液晶配向结构的制备工艺较简单，需要的制备设备较少，从而降低了制造配向结构的成本。

本申请一种实施例中，上述光学元件为柱状透镜阵列元件，如图2所示，上述光学结构层2为柱状透镜阵列层，上述柱状透镜阵列层具有透镜表面，上述透镜表面与上述双折射率材料层3接触，上述透镜表面由多个依次排列的微结构20构成，各上述微结构20具有多个间隔设置的沟槽21。其中，柱状透镜阵列元件的微结构也为柱状，因此其具有轴向和周向。

一种优选的实施例中，上述双折射率材料层3的远离上述柱状透镜阵列层的表面平整。

上述的具有多个沟槽的微结构可以采用紫外光转印技术或刻蚀工艺一次性形成，也可以分步形成，先形成多个微结构，然后在各微结构上形成多个沟槽。分步工艺相比一次性工艺较繁琐，因此，在实际操作过程中，优选一次性工艺。

上述柱状透镜阵列元件只需要在制造柱镜微结构20的工艺步骤中加入沟槽21作为配向结构，就可以很好地对双折射率材料分子的取向进行配向。在制备过程中，可以采用紫外光转印技术或刻蚀工艺一次性形成具有多个沟槽的多个微结构，进而避免了现有技术中采用复杂制备工艺形成配向层，本申请的柱状透镜阵列元件上的配向结构的制备工艺较简单，需要的制备设备较少，从而降低了制造配向层的成本。进一步地，该配向结构不会在相邻微结构的交界处堆积，不会造成3d模式中的串扰现象；另外，该配向结构的制备不需要进行摩擦，不会对厂房和光学装置造成污染，使得产品的可靠性较高。

本申请中可采用的对双折射率材料起配向作用的沟槽的形状与相邻沟槽之间的间距范围较广而且配向效应可以是统计意义上的。因此，本申请中的多个沟槽的形状可以相同，也可以不相同，例如，沟槽21的截面形状可以是方波的一部分(如图2所示)，也可以是其他的形状，例如截面的形状是正余弦波的一部分(如图5或图6所示)。相邻的沟槽之间的间距可以相同，也可以不相同，即每个微结构上的沟槽的数量可以是相同的，也可以是不同的。本领域技术人员可以根据具体情况选择合适性形状的沟槽，合适间距的沟槽。

每个微结构上的多个沟槽可以沿微结构的周向依次排列，也可以不沿微结构的周向排列，本领域技术人员可以根据实际情况将沟槽按照一定的方向排列。

当多个沟槽不沿微结构的周向排列时(例如图12示出的沟槽21的排列方向，该图示出了柱状透镜阵列元件中的部分结构，这部分结构包括一个具有多个沟槽21的微结构20，多个沟槽21沿该微结构20的轴向排列，即沟槽21的排列方向与微结构20的周向垂直)时，受沟槽配向的约束，双折射率材料分子会沿着沟槽取向，但又受柱镜曲面的约束，双折射率材料分子光轴就会相对偏振入射光的偏振方向形成一定角度，进而使得2d或3d显示模式的质量下降。

为了避免双折射率材料分子的折射率沿着透镜的弧面的延伸方向而变化，进而影响2d或者3d显示模式的显示质量，如图1至图3所示，本申请优选多个上述沟槽沿上述柱镜微结构的周向依次排列，且优选各沟槽沿微结构的轴向延伸，其长度与柱状透镜的微结构的长度相等，如图3所示。

当微结构20由弧面形成时，如图1所示，每个微结构20上的沟槽21的排列方向与弧面的延伸方向(即上述提到的微结构的周向)相同；当微结构20由多个平面和/或弧面依次连接形成时，每个微结构20的每个表面上的沟槽21的排列方向与其所在的表面的延伸方向相同。

本文中的“延伸方向”表示弧面状的微结构的宽的延伸方向(长的延伸方向就是轴向)，也就是说图1中微结构20对应的弧线(不是严格的弧线，上面有沟槽)的延伸方向，上文提到的“与柱状透镜的延伸方向垂直”是指微结构的长的延伸方向(对应微结构的轴向)，图1中未示出柱状透镜阵列元件在长度方向的结构。

本申请中的沟槽的表面由平面构成，如图1至图3所示，该沟槽21的表面由三个平面构成，同样地，该沟槽21也可以由平面与曲面形成，如图4所示，该沟槽21的表面由两个弧面与一个平面形成。另外，该沟槽21的表面也可以由曲面形成，如图5与图6所示，该沟槽21的表面是由一个曲面形成的，该曲面的截面类似于正余弦曲线的一部分。

本申请中的沟槽的形状不限于上述提到的几种，任何形状的沟槽均能够实现配向作用，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的沟槽形状。

上述沿微结构的周向依次排列的沟槽21的宽度方向垂直于上述微结构20的轴向，沟槽的最大宽度l(见图2与图4所示)的大小影响对双折射率材料的配向效果和光学装置(例如显示装置)的光学效应。当沟槽的最大宽度较大时，达不到对双折射率材料的配向效果，同时也会产生一些负面的光学效应，比如散射或衍射造成3d显示模式的模糊或串扰。当沟槽宽度小于双折射率材料分子的直径r时，沟槽达不到对双折射率材料分子的配向效果。

需要指出的是，对于不同排列方向的沟槽，其的宽度方向是不同的，当多个沟槽沿微结构的周向排列时，沟槽的宽度方向就是指与微结构的轴向平行的方向，并且，此时，沟槽的长度方向与微结构的周向平行。

为了优化对双折射率材料的配向效果和避免上述提到的负面光学效应，进一步保证柱状透镜阵列元件能够较好地进行2d与3d显示，本申请优选r＜l＜5μm，其中，r表示双折射率材料的分子(即双折射率材料分子)的直径。

本申请中的一种实施例中，r＜l＜400nm，采用rgb三原色的显示装置中，将上述沟槽的宽度l设定在小于蓝光波长(约400nm)大于双折射率材料分子的直径时，显示装置的显示质量更好。

为了更加方便地对双折射率材料施加电场，如图7所示，本申请的一种实施例中，上述柱状透镜阵列元件中还包括第一导电层12与第二导电层41，其中，第一导电层12设置在上述柱状透镜阵列层的远离上述双折射率材料层3的表面上，第二导电层41设置在上述双折射率材料层3的远离上述柱状透镜阵列层的表面上。

本申请的又一种实施例中，上述第一导电层12与上述第二导电层41均为ito导电层。

本申请的一种实施例中，如图8所示，上述柱状透镜阵列元件中还包括第一基材11与第二基材42，第一导电层12设置在第一基材11上，第二导电层41设置在第二基材42上。

本申请的再一种实施例中，上述柱状透镜阵列层由待压印层形成，上述柱状透镜阵列层的折射率为n。

具体的上述待压印层可以为uv树脂或其他与双折射率材料层在2d显示模式下的折射率相同的材料。

为了进一步保证双折射率材料的折射率可以在不同的状态下灵活变化，进一步保证显示装置可以在2d与3d显示模式下自由切换，本申请优选上述双折射率材料为液晶材料，上述液晶材料在2d模式下的折射率等于上述n；上述液晶材料在的3d模式下的折射率不等于上述n。

一种实施例中，如图7所示，上述柱状透镜阵列层中的柱状透镜为凸透镜，这时，柱状透镜阵列层具有凸透镜表面，双折射率材料接触设置在凸透镜表面上，形成双折射率材料层3，该层与凸透镜接触设置的表面为凹透镜表面。

另一种实施例中，如图9所示，上述柱状透镜阵列层中的柱状透镜为凹透镜，这时，柱状透镜阵列层具有凹透镜表面，双折射率材料接触设置在凹透镜表面上，形成双折射率材料层3，该层与凹透镜接触设置的表面为凸透镜表面。

由于在柱状透镜阵列层的透镜表面的微结构上设置有沟槽，因此，本申请中提到的“凸透镜”、“凹透镜”、“透镜表面”、“凸透镜表面”与“凹透镜表面”，都是非严格意义上的透镜表面，这些表面与透镜上或是具有沟槽，或是具有与沟槽相匹配的结构。

本申请中的柱状透镜阵列元件中的柱状透镜阵列层的制备方法主要有：紫外光硬化转印加工法与激光蚀刻法。

紫外光硬化转印加工法包括：步骤s1，制造与具有沟槽的透镜表面结构相匹配的透镜加工滚轮压印模具，在基材上涂布液态待压印层；步骤s2，通过透镜加工滚轮压印模具压印后经过紫外光照射固化，得到具有沟槽的柱状透镜阵列层。

在柱状透镜阵列层的微结构上设置沟槽的方法并不限于上述提到的两种方法，本领域技术人员可以根据实际情况选择任何可以实现的方法。

本申请的另一种典型的实施方式提供了一种光学装置，该光学装置包括光学元件，且该光学元件为上述的光学元件。

该光学装置中，只需要在制造光学结构层的工艺步骤中形成多个沟槽作为配向结构，就可以很好地对液晶分子的取向进行配向。在实际的制备过程中，可以采用紫外光转印技术同时形成柱镜微结构与配向结构，也可以采用刻蚀工艺形成具有多个沟槽的微结构，进而避免了现有技术中采用复杂制备工艺形成配向结构，使得本申请的光学装置的制备工艺较简单，制备成本较低，能够广泛地应用在各个领域。

本申请的一种实施例中，上述光学装置为2d/3d自动切换的显示装置。该显示装置包括柱状透镜阵列元件，该柱状透镜阵列元件包括柱状透镜阵列层与双折射率材料层，上述柱状透镜阵列层具有平整表面与透镜表面，上述透镜表面与上述双折射率材料层3接触，上述透镜表面由多个依次排列的微结构20构成，各上述微结构20具有多个间隔设置的沟槽21上述双折射率材料层3的远离上述柱状透镜阵列层的表面平整。

该2d/3d自动切换的显示装置中的柱状透镜阵列元件的微结构20的透镜表面具有多个沟槽21，多个沟槽21作为配向结构对述双折射率材料层3进行配向，进而实现显示装置的2d/3d自动切换。

为了使得本领域技术人员能够清楚地了解本申请的光学元件的结构，以下以两个实施例来说明具体的结构。

实施例1

柱状透镜阵列元件的结构如图7所示，该柱状透镜阵列元件由下至上依次包括第一导电层12、柱状透镜阵列层(光学结构层2)、双折射率材料层3与第二导电层41，其中，柱状透镜阵列层中的柱状透镜为凸透镜，该层具有凸透镜表面与平整表面，凸透镜表面包括多个依次排列的微结构20，每个微结构上具有多个间隔设置的长条状沟槽21，该沟槽21的表面由三个平面形成，并且，如图5所示，其截面为矩形(如图中，凸透镜表面的截面轮廓成类似方波形状)。双折射率材料层3设置在凸透镜表面上，且与凸透镜表面接触设置的表面为凹透镜表面。

第一导电层12与第二导电层41均为ito层，柱状透镜阵列层由uv树脂形成，其折射率n＝ne。双折射率材料层3由液晶材料形成，在未对液晶材料施加电场时(v＝0)，微结构20上的多个沟槽21对液晶分子的排列方向进行配向，使得各个液晶分子的长轴方向平行于沟槽21的宽度方向，垂直于光线的传播方向，其折射率为ne，当对液晶材料施加合适的电场后(vo)，液晶分子的排列方向发生变化，其长轴方向与电场方向一致，也与光线传播方向一致，这时液晶材料的折射率等于no。

光源01设置在第一导电层12的远离上述柱状透镜阵列层的一侧，该柱状透镜阵列元件的具体工作过程为：

2d显示模式：如图7所示，不在第一导电层12与第二导电层41之间施加电压，即未对液晶材料施加电场时(v＝0)，微结构20上的多个沟槽21对液晶分子的排列方向进行配向，使得各个液晶分子的长轴方向平行于沟槽的宽度方向，且垂直于光线的传播方向，其折射率与柱状透镜阵列层的折射率相同，均为ne，因此，光线通过柱状透镜阵列元件的凸透镜表面(即柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的界面)时，不会发生折射，整个柱状透镜阵列元件类似于一块透明平板。

3d显示模式：如图10所示，在第一导电层12与第二导电层41之间施加vo，液晶分子的排列方向发生变化，长轴方向与电场方向一致，液晶分子的长轴方向与光线传播方向一致，液晶材料的折射率为no，光线通过凸透镜表面时(即柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的界面)，由于柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的折射率不同，发生折射，整个柱状透镜阵列元件对光线起到导向作用。

实施例2

柱状透镜阵列元件的结构如图9所示，该柱状透镜阵列元件由下至上依次包括第二导电层41、双折射率材料层3、柱状透镜阵列层(光学结构层2)与第一导电层12，其中，柱状透镜阵列层中的柱状透镜为凹透镜，该层具有凹透镜表面与平整表面，凹透镜表面包括多个依次排列的微结构20，每个微结构20上具有多个间隔设置的长条状沟槽21，该沟槽21的表面由三个平面形成，并且，如图5所示，其截面为矩形(如图中，凹透镜表面的截面轮廓成类似方波形状)。双折射率材料层3设置在凹透镜表面上，且与凹透镜表面接触设置的表面为凸透镜表面。

第一导电层12与第二导电层41均为ito层，柱状透镜阵列层由uv树脂形成，其折射率n＝no。双折射率材料层3由液晶材料形成，在未对液晶材料施加电场时(v＝0)，微结构20上的多个沟槽21对液晶分子的排列方向进行配向，使得各个液晶分子的长轴方向平行于沟槽21的宽度方向，垂直于光线的传播方向，其折射率为ne，当对液晶材料施加合适的电场后(vo)，液晶分子的排列方向发生变化，其长轴方向与电场方向一致，所以液晶分子的长轴方向与光线传播方向一致，液晶材料的折射率等于no。

光源01设置在第二导电层41的远离上述双折射率材料层3的一侧，该柱状透镜阵列元件的具体工作过程为：

2d显示模式：如图11所示，在第一导电层12与第二导电层41之间施加vo，液晶分子的排列方向发生变化，长轴方向与电场方向一致，液晶分子的长轴方向与光线传播方向一致，液晶材料的折射率为no，光线通过柱状透镜阵列层的凹透镜表面时(即柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的界面)，由于柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的折射率相同，均为no，因此光线通过柱状透镜阵列元件的凸透镜表面时不会发生折射，整个柱状透镜阵列元件类似于一块透明平板。

3d显示模式：如图9所示，不在第一导电层12与第二导电层41之间施加电压，即未对液晶材料施加电场时(v＝0)，微结构20上的多个沟槽21对液晶分子的排列方向进行配向，使得各个液晶分子的长轴方向垂直于沟槽的宽度方向，且垂直于光线的传播方向，其折射率ne与柱状透镜阵列层的折射率no不相同，因此，光线通过柱状透镜阵列元件的凹透镜表面(即柱状透镜阵列层与双折射率材料层3的界面)时，发生折射，整个柱状透镜阵列元件对光线起到导向作用。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种光学元件的制作方法，该制作方法包括：步骤s1，一次性形成表面具有多个沟槽的光学结构层；步骤s2，在上述光学结构层的具有多个上述沟槽的表面上设置双折射率材料层。

该制作方法中一次性形成表面具有多个沟槽的光学结构层，即光学结构层中的沟槽与其他的结构是同时形成的，并不是分步形成的，这种制作方法可以大大提高光学元件的制作效率与良率。

本申请的一种实施例中，上述光学元件为柱状透镜阵列元件，上述光学结构层为柱状透镜阵列层，上述光学结构层的表面为透镜表面。

本申请的另一种实施例中，在第一基底上设置待压印层，采用压印模具将设置有上述匹配凸起的上述匹配微结构转印至上述待压印层上，形成上述光学结构层，其中，上述压印模具上依次排列有多个匹配微结构，上述匹配微结构上设置有多个间隔的匹配凸起，上述光学结构层的表面包括多个依次排列的微结构且各上述微结构具有多个间隔设置的沟槽，上述微结构与上述匹配微结构一一对应且形状互补，上述匹配凸起与上述沟槽一一对应且形状互补，上述待压印层为光固化材料和/或热固化材料。

上述的实施例中，通过压印模具同时形成透镜表面的微结构与微结构上的沟槽，使得光学结构层的制作效率以及良率大大提高。具体地，当该光学结构层为柱状透镜阵列层时，该制作方法与传统的聚酰亚胺涂层摩擦取向方式相比，该种制作方法中不需要在柱状透镜阵列层的透镜表面涂布化学涂层，进而避免了当柱状透镜阵列层中的透镜为凸透镜时，凸透镜底部化学涂层的堆积，从而更有利于3d显示效果。

本申请的再一种实施例中，上述压印模具为刚性模具，采用上述刚性模具，在上述第一基底上形成上述光学结构层。当光学元件中的第一基底较硬时，采用该方法可以直接在第一基底上形成光学结构层，大大提高了光学元件的制作效率与良率。

一般地，上述刚性模具的形成过程包括：采用如图13以及图14(图为刀具100的部分放大示意图)所示的刀具形成上述刚性模具，刀具上具有沟槽，该沟槽与刚性模具上的匹配凸起一一对应且形状相同或互补，刀具的整体形状与匹配微结构形状相同或互补。

并且，采用刚性模具形成光学结构层具体可以采用卷对卷工艺，可以利用刚性模具金属辊轮压印模具与两个压辊实施，金属辊轮压印模具位于两个压辊之间，其中的压辊可以为橡胶压辊，并且，在金属辊轮压印模具与压辊的下方设置有紫外固化装置，使得紫外光由下向上照射，对压印完的光敏树脂进行固化。该种卷对卷的方式中的第一基底为柔性基底。该柔性基底可以为第一基板，即包括第一导电层与第一基材，也可以包括第一导电层与设置在第一导电层上的柔性离型层。在第一导电层上形成光学结构层后，将第一导电层表面上的柔性离型层撕下，然后将第一导电层远离光学结构层的表面与第一基材贴合；本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料作为柔性基底。

本申请的另一种实施例中，上述压印模具的形成过程包括：采用第一预模具形成上述压印模具，其中，上述第一预模具为刚性模具，上述刚性模具的表面包括多个第一预微结构且各上述第一预微结构上设置有多个第一预匹配结构，上述第一预微结构与上述匹配微结构一一对应且形状相同或互补，上述第一预匹配结构与上述匹配凸起一一对应且形状相同或互补。

为了进一步提高柱状透镜阵列元件的制作效率，本申请的一种实施例中，上述压印模具400为柔性模具，上述采用上述第一预模具形成上述压印模具的过程包括：在第一预基底上设置第一预压印层，利用上述第一预模具对上述第一预压印层进行压印处理，使得上述第一预压印层中形成多个包括多个上述匹配凸起的上述匹配微结构，进而得到上述柔性模具，上述第一预压印层为光固化材料和/或热固化材料。

具体地，上述采用上述第一预模具200形成上述压印模具400的过程包括：在第一预基底600上设置第一预压印层700，利用上述第一预模具200，采用卷对卷工艺压印上述第一预压印层700后固化，在上述第一预基底600上形成多个包括多个上述匹配凸起的上述匹配微结构，上述第一预基底600为柔性基底，进而形成上述柔性模具，在采用柔性模具形成光学结构层的过程中，如图16所示，利用上述柔性模具，采用卷对面工艺，在上述第一基底1上压印并固化上述待压印层，形成图7或图9所示的光学结构层2，上述第一预压印层为光固化材料和/或热固化材料。

具体地，上述形成柔性模具的过程可以采用金属辊轮压印模具与两个压辊实施，如图15所示。且边压印边采用固化。

为了进一步保证待压印层和/或第一预压印层与对应压印模具的离型效果更好，进而保证制作形成的光学结构层的结构与预定的结构是相同或者很接近的，本申请的一种实施例中，上述待压印层和/或上述第一预压印层的材料均为光固化树脂，上述光固化树脂固化后的表面能小于或等于30dyn。

本申请的又一种实施例中，上述光固化树脂固化后的邵氏硬度大于或等于d60，这样可以保证对应的预匹配微结构和对应的预匹配沟槽或者是匹配微结构和匹配沟槽具有较高的保真复制率，并且同时保证压印模具具有较长的使用寿命。

为了进一步提高结构的保真率，进而保证形成的光学结构层的形状为预定的形状，即形成的微结构的尺寸与分布以及沟槽的尺寸与分布与预定的相同，本申请的一种实施例中，上述光固化树脂的固化体积收小于或等于3％。

一种具体的实施例中，上述第一预模具与两个压辊实施形成上述压印模具的卷对卷工艺，如图15所示，金属辊轮压印模具位于两个压辊300之间，其中的压辊300可以为橡胶压辊，并且，在金属辊轮压印模具与压辊的下方设置有紫外固化装置800，使得紫外光由下向上照射，对压印完的光固化树脂进行固化；如图16所示，采用一个压辊300与上述压印模具400实施上述卷对面工艺，形成光学结构层，并且，在第一基底的远离压辊300的一侧设置有紫外固化装置800以固化光固化树脂。

当采用第一预模具形成的预压印模具上的结构并不是与预定形成的结构的形状互补，即对应的预匹配结构与匹配凸起的形状并不是互补的而是相同的，且预微结构与匹配微结构的形状并不是互补的而是相同的，这时为了形成预定形状的光学结构层，本申请的一种实施例中，上述压印模具为柔性模具，上述采用上述第一预模具形成上述压印模具的过程包括：采用上述第一预模具，对第一预基底上的第一预压印层进行压印处理，形成多个包括多个第二预匹配结构的第二预微结构，进而形成第二预模具，上述第二预微结构与上述第一预微结构一一对应且形状互补，上述第二预匹配结构与上述第一预匹配结构一一对应且形状互补；采用上述第二预模具，对第二预基底上的第二预压印层进行压印处理，形成多个包括多个匹配凸起的匹配微结构，进而形成上述柔性模具，其中，上述第一预压印层和/或上述第二预压印层为光固化材料和/或热固化材料。这样通过形成两个预压印模具来形成最后的压印模具，得到预定形状的光学结构层。

以图11所示的光学结构层来说明上述的制作过程，具体包括：

第一步，采用金属辊轮模具作为第一预模具，利用第一预压印层，可以采用卷对卷的方式在第一预基底上形成多个包括多个第二预匹配结构的第二预微结构，进而形成第二预模具，该第二预模为柔性模具，具体的形成过程可参照图15，该第二预模具上的上述第二预微结构与上述第一预微结构一一对应且形状互补，上述第二预匹配结构与上述第一预匹配结构一一对应且形状互补，该第二预模具上的第二预微结构与图11中的微结构20对应相同，第二预匹配结构与图11中的沟槽21对应相同；

第二步，采用上述第二预模具，利用第二预压印层，采用卷对面的方式在第二预基底上形成多个包括多个匹配凸起的匹配微结构，进而形成上述柔性模具，具体过程与图16的相似，该柔性模具上的上述匹配微结构与上述第二预微结构一一对应且形状互补，上述匹配凸起与上述第二预匹配结构一一对应且形状互补，该柔性模具上的匹配微结构与图11中的微结构20一一对应且形状互补，匹配凸起与图11中的沟槽21对应形状互补；

第三步，采用柔性模具，采用卷对面的方式在第一基底上压印待压印层，形成多个包括多个沟槽21的微结构20，进而形成图11所示的光学结构层2，具体过程与图16的相似。

上段实施例中的卷对卷工艺以及卷对面工艺均与上文提到的卷对卷以及卷对面工艺类似，此处就不再赘述了。

为了制作方便，本申请的一种实施例中，上述待压印层、第一预压印层和/或第二预压印层的材料均为光固化树脂，为了进一步保证待压印层和/或第一预压印层与对应压印模具的离型效果更好，进而保证制作形成的光学结构层的结构与预定的结构是相同或者很接近的，本申请的一种实施例中，上述光固化树脂固化后的表面能小于或等于30dyn。

本申请的又一种实施例中，上述光固化树脂固化后的邵氏硬度大于或等于d60，这样可以保证对应的预匹配微结构和对应的预匹配沟槽或者是匹配微结构和匹配沟槽具有较高的保真复制率，并且同时保证压印模具具有较长的使用寿命。

为了进一步提高结构的保真率，进而保证形成的光学结构层的形状为预定的形状，即形成的微结构的尺寸与分布以及沟槽的尺寸与分布与预定的相同，本申请的一种实施例中，上述光固化树脂、上述第一光固化树脂和/或上述第三光固化树脂的固化体积收小于或等于3％。

为了提高光学元件的制作效率，本申请的一种上述中，上述刚性模具为金属辊轮压印模具。

本申请的一种实施例中，上述第一基底为第一基板，第一基板包括第一导电层与第一基材，上述第一导电层设置在上述第一基材上，上述光学结构层设置在上述第一导电层的远离上述第一基材的表面上，且上述透镜表面为上述光学结构层的远离上述第一导电层的表面。这样可以直接将光学结构层形成与第一导电层上，进而大大提高了柱状透镜阵列结构的制作效率与良率。

本申请的再一种实施例中，上述制作方法还包括：步骤s3，将包括上述光学结构层以及双折射率材料层的上述第一基板的组件与第二基板压合，上述第二基板包括第二导电层。

为了进一步提高柱状透镜阵列结构的制作效率，本申请的一种实施例中，上述第二基板包括第二基材，上述第二导电层设置在上述第二基材的靠近上述光学结构层的表面上。

本为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例3

柱状透镜阵列元件的制作过程包括：

采用刀具在金属辊轮表面雕刻出多个包括多个上述匹配沟槽的上述匹配微结构，进而形成上述金属辊轮压印模具；

采用上述金属辊轮压印模具与两个橡胶压辊，利用卷对卷工艺在上述第一基底上压印光固化树脂形成的带压印层，并固化形成包括多个设置有多个沟槽21的微结构20的柱状透镜阵列层，如图1所示。上述第一基底包括第一导电层与柔性离型层，柱状透镜阵列层设置在第一导电层的表面上。其中，光固化树脂固化后的表面能为28dyn，固化后的邵氏硬度为75d，上述光固化树脂的固化体积收缩率为3％；

将柔性离型层撕下，并将包括第一导电层12与柱状透镜阵列层的结构与第一基材贴合，且第一导电层与第一基材11接触设置；

然后，在柱状透镜阵列层的远离第一基底的表面上设置双折射率材料，形成双折射率材料层3，将包括柱状透镜阵列层、双折射率材料层3以及第一基底1的结构与第二基底4贴合并在二者形成的空间中，形成进而形成图8所示的柱状透镜阵列结构，其中，第二基底4包括第二导电层41与第二基材42，第一基材11与第二基材42均为玻璃基材，第一导电层12与第二导电层41均为ito导电层。

实施例4

柱状透镜阵列元件的制作过程包括：

采用图13以及图14的刀具100在金属辊轮表面雕刻出多个包括多个第一预匹配沟槽的第一预匹配微结构，进而形成第一预模具200；

如图15所示，采用上述第一预模具200与两个橡胶压辊300，利用卷对卷工艺在上述第一预基底600上压印第一预压印层700，该第一预压印层的材料为光固化树脂，并采用紫外固化装置固化压印后的第一预压印层，形成压印模具400，该步骤中的光固化树脂固化后的表面能为28dyn，固化后的邵氏硬度为70d，固化体积收缩率为2.5％；

利用压印模具400和一个压辊300，采用卷对面的方式，在上述第一基底1上压印待压印层500，并固化形成上述柱状透镜阵列层，如图1所示。上述第一基底包括第一导电层与第一基材，柱状透镜阵列层设置在第一导电层的表面上。其中，第二预压印层的材料为光固化树脂，且光固化树脂固化后的表面能为30dyn，固化后的邵氏硬度为68d，固化体积收缩率为3％；

最后，在柱状透镜阵列层的远离第一基底1的表面上设置双折射率材料，形成双折射率材料层3，将设置有柱状透镜阵列层和双折射率材料层3的第一基底1与第二基底4贴合，进而形成图7所示的柱状透镜阵列结构，其中，第二基底4包括第二导电层41与第二基材42，第一基材11与第二基材42均为玻璃基材，第一导电层12与第二导电层41均为ito导电层。

实施例5

与实施例2的区别在于，第一预压印层对应的光固化树脂固化后的表面能为45dyn。

实施例6

与实施例2的区别在于，第一预压印层对应的光固化树脂固化后的邵氏硬度为50d。

实施例7

与实施例2的区别在于，第一预压印层对应的光固化树脂的固化体积收缩率为8％。

实施例8

与实施例2的区别在于，待压印层对应的光固化树脂固化后的表面能为55dyn。

实施例9

与实施例2的区别在于，待压印层对应的光固化树脂固化后的邵氏硬度为55d。

实施例10

与实施例2的区别在于，待压印层对应的光固化树脂的固化体积收缩率为6％。

sem图中测量各个实施例形成的柱状透镜阵列层中的沟槽的宽度与深度，并计算平均宽度与平均深度，将这两个数值与预形成的柱状透镜阵列层的尺寸比较，计算深度的方差以及宽度的方差，具体结果见表1。

表1

从上表中的测试结果可知，实施例3与实施例4形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸比较接近，并且，沟槽的宽度方差与深度方差均较小，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性较好；与实施例2相比，实施例5由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的表面能较大，虽然形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸比较接近，但是，沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差；与实施例2相比，实施例6由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的邵氏硬度较小，形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸相差较大，并且沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差；与实施例2相比，实施例7由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的固化体积收缩率较大，形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸相差较大，并且沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差；与实施例2相比，实施例8由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的表面能较大，虽然形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸比较接近，但是，沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差；与实施例2相比，实施例9由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的邵氏硬度较小，形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸相差较大，并且沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差；与实施例2相比，实施例10由于第一预压印层对应的光固化树脂固化后的固化体积收缩率较大，形成的柱状透镜阵列元件中的沟槽的平均宽度以及平均深度均与预定的尺寸相差较大，并且沟槽的宽度方差与深度方差相对实施例2较大，表明柱状透镜阵列元件中的沟槽的宽度与深度的均匀性相对实施例2较差。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的光学元件中，在光学结构层与双折射率层的接触表面上设置多个沟槽，这些沟槽作为配向结构，可以很好地对双折射率材料层中的双折射率材料分子的取向进行配向。只需要在制造柱光学结构层的工艺步骤中制备多个沟槽结构的作为配向结构，就可以很好地对双折射率材料分子的取向进行配向。在实际制备过程中，可以采用紫外光转印技术同时形成柱镜微结构与配向结构，进而避免了现有技术中采用复杂制备工艺形成配向结构，使得本申请的柱状透镜阵列元件上的液晶配向结构的制备工艺较简单，需要的制备设备较少，从而降低了制造配向结构的成本。

2)、本申请中光学装置中，在制造柱镜微结构的工艺步骤中制备多个沟槽作为配向层，就可以很好地对液晶分子的取向进行配向。光学装置的制备工艺较简单，制备成本较低，能够广泛地应用在各个领域。

3)、本申请的制作方法中一次性形成表面具有多个沟槽的光学结构层，即光学结构层中的沟槽与其他的结构是同时形成的，并不是分步形成的，这种制作方法可以大大提高光学元件的制作效率与良率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。