CN108957877A - 透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置 - Google Patents
透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置 Download PDFInfo
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Abstract
本公开提供了一种透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置。该透镜结构包括第一衬底基板、第二衬底基板、液晶层、第一电极、第二电极和第三电极,所述第一衬底基板和所述第二衬底基板对盒设置;所述液晶层位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间;所述第一电极位于所述液晶层和所述第一衬底基板之间;以及所述第二电极和所述第三电极彼此间隔且位于所述液晶层和所述第二衬底基板之间;其中,所述第二电极包括至少两个子电极,所述子电极彼此间隔,并且所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影位于所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围。该透镜结构可以实现液晶透镜,并可以调节该液晶透镜的光轴位置,从而提高液晶透镜的光学功能。
Description
技术领域
本公开至少一个实施例涉及一种透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置。
背景技术
液晶透镜器件可以通过调节液晶分子的排列以控制光的方向,进而产生聚焦或发散的光学效果。液晶透镜的结构简单,操作方便,因而应用于众多的光学设备中。
但是,在液晶透镜器件的制造工艺中,因为工艺精度等因素的影响,液晶透镜器件中的电极等元件的位置、形状、尺寸等参数与设计值之间会存在一定的误差。该误差导致液晶透镜的光轴会偏离预期位置,对液晶透镜器件的光学功能产生不良影响。
发明内容
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构,该透镜结构包括第一衬底基板、第二衬底基板、液晶层、第一电极、第二电极和第三电极,所述第一衬底基板和所述第二衬底基板对盒设置;所述液晶层位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间;所述第一电极位于所述液晶层和所述第一衬底基板之间;以及所述第二电极和所述第三电极彼此间隔且位于所述液晶层和所述第二衬底基板之间;其中,所述第二电极包括至少两个子电极,所述子电极彼此间隔,并且所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影位于所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第二电极和所述第三电极同层设置。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第二电极包括两个子电极,且两个所述子电极相对于所述第三电极中心对称。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第二电极包括至少三个子电极,所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影环形排布在所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围,且所述子电极等间距排布。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,所述第一子电极和所述第二子电极位于所述第三电极的相对的两侧,所述第三子电极和所述第四子电极位于所述第三电极的相对的另两侧。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第三电极的平面形状为圆形。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,所述第一电极和所述第三电极配置为透明电极;或者所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极配置为透明电极。
本公开至少一个实施例提供一种电子装置,该电子装置包括上述任一实施例中的透镜结构。
例如,本公开至少一个实施例提供的电子装置还包括显示面板,所述显示面板包括多个像素单元,所述透镜结构设置为多个且位于所述显示面板的出光侧。
例如,在本公开至少一个实施例提供的电子装置中,每个所述透镜结构与至少两个相邻所述像素单元对应。
例如,在本公开至少一个实施例提供的电子装置中,多个所述透镜结构的所述第一电极为一体化结构。
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构的制造方法,包括:提供第一衬底基板,并在所述第一衬底基板上形成第一电极;提供第二衬底基板,并在所述第二衬底基板上形成彼此间隔的第二电极和第三电极;对盒所述第一衬底基板和所述第二衬底基板,并在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间填充液晶材料以形成液晶层;其中,所述第二电极中形成有至少两个子电极,所述子电极彼此间隔,并且所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影位于所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围。
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构的操作方法,该透镜结构包括第一衬底基板、第二衬底基板、液晶层、第一电极、第二电极和第三电极,所述第一衬底基板和所述第二衬底基板对盒设置;所述液晶层位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间;所述第一电极位于所述液晶层和所述第一衬底基板之间;以及所述第二电极和所述第三电极彼此间隔且位于所述液晶层和所述第二衬底基板之间;其中,所述第二电极包括至少两个子电极,所述子电极彼此间隔,并且所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影位于所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围。该操作方法包括:在所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极上施加电压;其中,所述第二电极与所述第一电极之间的电压差和所述第三电极和所述第一电极之间的电压差不相等,以使得所述液晶层形成为液晶透镜。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,形成所述液晶透镜包括:控制所有所述子电极与所述第一电极的电压差大于所述第三电极与所述第一电极的电压差,以使得所述液晶层的折射率沿每个所述子电极至所述第三电极的方向增加;或者控制所有所述子电极与所述第一电极的电压差小于所述第三电极与所述第一电极的电压差,以使得所述液晶层的折射率沿每个所述子电极至所述第三电极的方向减小。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,向所述第二电极中的所有所述子电极上施加相同的电压。
例如,本公开至少一个实施例提供的操作方法还包括:控制所述第二电极上的电压,使得至少两个所述子电极上的电压不同,以使得所述液晶透镜的光轴向与所述第一电极具有更大电压差的所述子电极偏移。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,所述第二电极包括两个子电极,且两个所述子电极相对于所述第三电极中心对称,控制所述子电极上的电压包括:在所述第一子电极上施加第一电压,在所述第二子电极上施加第二电压;其中,所述第一电压与所述第一电极的电压差大于所述第二电压与所述第一电极的电压差,以在平行于所述第一衬底基板所在面的方向上,使得所述液晶透镜的光轴与所述第一子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第二子电极的距离。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,所述第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,所述第一子电极和所述第二子电极位于所述第三电极的相对的两侧,所述第三子电极和所述第四子电极位于所述第三电极的相对的另两侧,控制所述子电极上的电压包括:在所述第一子电极上施加第一电压,在所述第二子电极上施加第二电压,在所述第三子电极上施加第三电压,以及在所述第四子电极上施加第四电压;其中,所述第一电压与所述第一电极的电压差大于所述第二电压与所述第一电极的电压差,所述第三电压与所述第一电极的电压差大于所述第四电压与所述第一电极的电压差,以在平行于所述第一衬底基板所在面的方向上,使得所述液晶透镜的光轴与所述第一子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第二子电极的距离,所述液晶透镜的光轴与所述第三子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第四子电极的距离。
在本公开至少一个实施例提供的透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置中,该透镜结构中的第一电极、第二电极和第三电极被施加相应电压后可以使得液晶层形成液晶透镜,并且通过调节第一电极、第二电极和第三电极上的电压可以调节该液晶透镜的光轴位置,从而提高液晶透镜的光学功能。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例,而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种透镜结构的截面图;
图2A为图1所示透镜结构的液晶层形成的一种液晶透镜的工作原理示意图;
图2B为图1所示透镜结构的液晶层形成的另一种液晶透镜的工作原理示意图;
图3为本公开一实施例提供的透镜结构的一种第二电极的平面图;
图4为本公开一实施例提供的透镜结构的另一种第二电极的平面图;
图5为本公开一实施例提供的透镜结构的另一种第二电极的平面图;
图6为本公开一实施例提供的另一种透镜结构的截面图;
图7为本公开一实施例提供的一种显示装置的截面图;
图8A为本公开一实施例提供的透镜结构的操作方法中调节液晶透镜光轴位置的示意图;以及
图8B为图8A所示透镜结构中电场分布的等势图。
附图标记:
110-第一衬底基板;120-第二衬底基板;200-液晶层;201-液晶分子;310-第一电极;320-第二电极;321、321a、321b、321c-第一子电极;322、322a、322b、322c-第二子电极;323b、323c-第三子电极;324b、324c-第四子电极;330-第三电极;410-第一配向层;420-第二配向层;510-第一介电层;520-第二介电层;600-黑矩阵;601-开口;700-高阻抗层。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构,该透镜结构包括第一衬底基板、第二衬底基板、液晶层、第一电极、第二电极和第三电极,第一衬底基板和第二衬底基板对盒设置;液晶层位于第一衬底基板和第二衬底基板之间;第一电极位于液晶层和第一衬底基板之间;以及第二电极和第三电极彼此间隔且位于液晶层和第二衬底基板之间;其中,第二电极包括至少两个子电极,子电极彼此间隔,并且子电极在第一衬底基板上的正投影位于第三电极在第一衬底基板上的正投影的周围。该透镜结构中的第一电极、第二电极和第三电极被施加相应电压后可以使得液晶层形成液晶透镜,并且通过调节第一电极、第二电极和第三电极上的电压可以调控液晶层中的水平电场和垂直电场的分布,从而可以调节该液晶透镜的光轴位置,提高液晶透镜的光学功能。例如,具有上述结构的透镜结构至少可以减小工艺因素对液晶透镜的光轴位置的不良影响,使得液晶透镜的光轴可以位于预期的位置;此外,通过调节液晶透镜的光轴的位置,可以控制透镜结构的出光状态例如出射光的方向,例如,即使透镜结构处于晃动中,透过透镜结构的光线也可以达到预定位置。
下面,结合附图对根据本公开至少一个实施例中的透镜结构及其制造方法和操作方法、电子装置进行说明。
图1为本公开一实施例提供的一种透镜结构的截面图,其为透镜结构的局部示意图。
在本公开至少一个实施例中,如图1所示,透镜结构包括第一衬底基板110、第二衬底基板120、液晶层200、第一电极310、第二电极320和第三电极330。第一衬底基板110和第二衬底基板120对盒设置,液晶层200位于第一衬底基板110和第二衬底基板120之间,第一电极310位于液晶层100和第一衬底基板110之间,第二电极320和第三电极330彼此间隔且位于液晶层200和第二衬底基板120之间。第二电极320包括至少两个子电极(图中示出两个子电极:第一子电极321和第二子电极322),该至少两个子电极彼此间隔。例如,子电极(第二电极320)在第一衬底基板110上的正投影位于第三电极330在第一衬底基板110上的正投影的周围。
在第一电极310、第二电极320和第三电极330被施加电压的情况下,通过控制电压,使得第一电极310和第二电极320之间、第一电极310和第三电极330之间形成垂直电场,第二电极320和第三电极330之间形成水平电场,在水平电场和垂直电场的共同作用下,液晶层200中对应区域的液晶分子201会发生偏转,从而使得液晶层200位于该区域的部分的折射率发生变化。如此,通过调节第一电极310、第二电极320和第三电极330上的电压(例如调节三者之间的电压差),可以调控水平电场和垂直电场的分布,从而调节液晶层200的各个区域的液晶分子的偏转,进而调节折射率,即,可以控制液晶层200的折射率分布,如此,可以使得液晶层200形成液晶透镜。此外,通过调节第二电极320中的各个子电极和第三电极之间的电压关系,可以改变水平电场的分布,从而使得液晶透镜的光轴可以在平行于第一衬底基板所在面的方向移动。需要说明的是,水平电场、垂直电场代表电场线的大致方向平行或者垂直于第一衬底基板110所在面。
下面,以第一衬底基板所在面和第二衬底基板所在面平行为例,以第一衬底基板所在面为基准建立空间直角坐标系,以对透镜结构中的各个元件的位置进行说明。示例性的,如图1所示,在该空间直角坐标系中,X轴和Y轴(图中未示出,可以参考图3、图4和图5)平行于第一衬底基板110所在面,Z轴垂直于第一衬底基板110所在面。
液晶层形成液晶透镜以及该液晶透镜的形状、焦距、光轴位置等特征与水平电场、垂直电场的具体分布相关,而水平电场、垂直电场的具体分布与第一电极和第二电极的相对位置、第一电极和第三电极的相对位置有关。
在本公开至少一个实施例中,在垂直于第一衬底基板所在面的方向上,对第一电极和第二电极、第一电极和第三电极的相对位置不做限制,只要第一电极和第二电极之间、第一电极和第三电极之间可以形成电场即可。例如,在本公开一些实施例中,第二电极和第三电极都与第一电极部分重叠。例如,在本公开另一些实施例中,第三电极与第一电极重叠,第二电极与第一电极不重叠。例如,在本公开另一些实施例中,如图1所示,第二电极320和第三电极330在第一衬底基板110上的正投影在第一电极310在第一衬底基板110上的正投影之内。
下面,以第二电极和第三电极在第一衬底基板上的正投影在第一电极在第一衬底基板上的正投影之内为例,对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
图2A为图1所示透镜结构的液晶层形成的一种液晶透镜的工作原理示意图,图2B为图1所示透镜结构的液晶层形成的另一种液晶透镜的工作原理示意图。
示例性的,如图1所示,第二电极320的第一子电极321、第二子电极322和第三电极330上都被施加相同的电压,第二电极320和第三电极330之间无水平电场的作用,液晶层200中各个区域的液晶分子201的偏转方向相同,即,液晶层200的各个区域的折射率是相同的,液晶层200不具有透镜的功能。例如,在上述情况下,透过液晶层200(或透镜结构)的光的传播方向不变,液晶层200未形成为液晶透镜。
示例性的,如图2A所示,第二电极320的子电极(第一子电极321和第二子电极322)与第一电极310之间的电压差大于第三电极330与第一电极310之间的电压差。如此,沿各个子电极至第三电极330,电场强度(垂直电场强度)逐渐减小,相应地,液晶层200的折射率逐渐增加。在上述情况下,如图2A所示,波前像差透过液晶层200后,波前像差的截面形状由直线段变为曲线段,并且在第三电极330所在区域的像差最大,即,液晶层200对透过的光具有汇聚作用,液晶层200为液晶透镜且为正透镜。例如,该液晶透镜为厚度均匀的正透镜。例如,在控制透过光的传播方向方面,该正透镜可以等效于凸透镜。
示例性的,如图2B所示,第二电极320的子电极(第一子电极321和第二子电极322)与第一电极310之间的电压差小于第三电极330与第一电极310之间的电压差。如此,沿各个子电极至第三电极330,电场强度(垂直电场强度)逐渐增大,相应地,液晶层200的折射率逐渐减小。在上述情况下,如图2B所示,波前像差透过液晶层200后,波前像差的截面形状由直线段变为曲线段,并且在第二电极320的子电极所在区域的像差最大,即,液晶层200对透过的光具有发散作用,液晶层200为液晶透镜且为负透镜。例如,该液晶透镜为厚度均匀的负透镜。例如,在控制透过光的传播方向方面,该正透镜可以等效于凹透镜。
在本公开至少一个实施例中,在垂直于第二衬底基板所在面的方向上,对第二电极的子电极和第三电极的位置关系不做限制,只要子电极和第三电极被施加电压之后产生的水平电场使得液晶层可以转换为液晶透镜即可。
例如,在本公开一些实施例中,第二电极和第三电极可以位于不同层。例如,第二电极位于第三电极和第二衬底基板之间;或者第三电极位于第二电极和第二衬底基板之间。
例如,在本公开另一些实施例中,第二电极和第三电极可以同层设置。示例性的,如图1所示,第二电极和第三电极同层,例如进一步地,第二电极和第三电极同层且同材料。如此,在透镜结构的制造工艺中,可以对一导电膜层进行一次构图工艺而获得第二电极和第三电极,工艺简单,成本低,而且有利于透镜结构的轻薄化设计。
在本公开至少一个实施例中,在平行于第二衬底基板所在面的方向上,对第二电极的子电极和第三电极的排布不做限制,只要子电极和第三电极被施加电压之后产生的水平电场使得液晶层可以转换为液晶透镜即可。此外,第二电极中的子电极的数量会影响子电极和第三电极的排布以及水平电场的分布。下面,在本公开至少一个实施例中,结合具有不同数量子电极的第二电极,对第二电极的子电极和第三电极的几种排布方式进行说明。
图3为本公开一实施例提供的透镜结构的一种第二电极的平面图,图4为本公开一实施例提供的透镜结构的另一种第二电极的平面图,图5为本公开一实施例提供的透镜结构的另一种第二电极的平面图。
例如,在本公开一些实施例提供的透镜结构中,第二电极包括两个子电极,且两个子电极相对于第三电极中心对称。示例性的,如图3所示,透镜结构的第二电极320包括第一子电极321a和第二子电极321b,第一子电极321a和第二子电极322a位于第三电极330的相对的两侧,且第一子电极321a和第二子电极322a关于第三电极330中心对称。第一子电极321a至第二子电极321b的方向与X轴平行。如此,液晶层形成液晶透镜之后,通过调节第一子电极321a和第二子电极321b上的电压,可以使得液晶透镜的光轴沿平行于X轴的方向移动。例如,图3对应的透镜结构沿A-B的截面可以参考图1所示的透镜结构的截面图,其中,图3中的第一子电极321a和第二子电极322a分别对应于图1中的第一子电极321和第二子电极321。
例如,在本公开另一些实施例提供的透镜结构中,第二电极包括至少三个子电极,子电极在第一衬底基板上的正投影环形排布在第三电极在第一衬底基板上的正投影的周围,且子电极等间距排布。例如,第二电极可以包括3个、4个、6个、8个或者其它个数的子电极。第二电极中的子电极的数量可以根据实际需求进行设置,第二电极的子电极的数量越多,且子电极环绕第三电极的分布越均匀,则第二电极和第三电极产生的水平电场的分布会更均匀,形成的液晶透镜的折射率变化会更均匀,液晶透镜的光学性能更好,即,在液晶透镜等效于凸透镜或者凹透镜的情况下,该凸透镜或者凹透镜的形状会更规则。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,第一子电极和第二子电极位于第三电极的相对的两侧,第三子电极和第四子电极位于第三电极的相对的另两侧。示例性的,如图4所示,透镜结构的第二电极320包括环绕第三电极330依次排布的第一子电极321b、第三子电极323b、第二子电极322b和第四子电极324b,第一子电极321b和第二子电极322b位于第三电极330的相对的两侧,第三子电极323b和第四子电极324b位于第三电极330的相对的另两侧。第一子电极321b和第二子电极322b关于第三电极330中心对称,第三子电极323b和第四子电极324b关于第三电极330中心对称。第一子电极321b至第二子电极322b的方向与X轴平行,第三子电极323b至第四子电极324b的方向与Y轴平行。如此,液晶层形成液晶透镜之后,调节第一子电极321b和第二子电极322b的电压,可以使得液晶透镜的光轴沿平行于X轴的方向移动,且通过调节第三子电极323b和第四子电极324b上的电压,可以使得液晶透镜的光轴沿平行于Y轴的方向移动,即,液晶透镜的光轴可以在平行于第一衬底基板所在面内的任意方向上移动。例如,图4对应的透镜结构沿M-N的截面可以参考图1所示的透镜结构的截面图,其中,图4中的第一子电极321b和第二子电极322b分别对应于图1中的第一子电极321和第二子电极321。
如图4所示,在第二电极320包括四个子电极的情况下,水平电场均匀分布的程度高,而且不需要过度复杂的驱动电路以向第二电极320的子电极提供电压,透镜结构的制造难度和成本低,且有利于透镜结构的小型化设计。
在本公开至少一个实施例中,对第二电极的子电极的形状不做限制。例如,子电极的形状可以根据第二电极的整体形状、子电极的设置数量等进行设计。
例如,在本公开一些实施例中,如图4所示,第二电极320的外边缘的形状为矩形,第二电极320的第一子电极321b、第二子电极322b、第三子电极323b和第四子电极324b分别包括该矩形的四个边。
例如,在本公开另一些实施例中,如图5所示,第二电极320的外边缘的形状为矩形,第二电极320的第一子电极321c、第二子电极322c、第三子电极323c和第四子电极324c分别包括该矩形的四个角。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,对第三电极的平面形状不做限制,第三电极的平面形状包括圆形、矩形、三角形、多边形等规则形状,或者也可以为其它的不规则形状。示例性的,如图3、图4和图5所示,第三电极330的平面形状为圆形。如此,在第二电极320和第三电极330产生水平电场的情况下,圆形的第三电极330有利于水平电场分布均匀,提高液晶透镜的光学性能。例如,进一步地,如图4所示,第二电极320的子电极的面向第三电极330的边也设置为与圆形的第三电极330形状匹配的圆弧形,进一步提高水平电场分布的均匀度,进一步提高液晶透镜的光学性能。
在本公开至少一个实施例中,对第二电极的外边缘的形状不做设计,可以根据透镜结构的工艺需求、应用领域等进行设计。
例如,在本公开一些实施例中,第二电极的外边缘可以设置为如图3、图4和图5所示的矩形(例如正方形)。如此,透镜结构在设置为多个的情况下,有利于阵列排布,以使得透镜结构应用于下述实施例中的显示面板等装置中。
例如,在本公开另一些实施例中,第二边缘的形状可以设置为圆形。如此,透镜结构有利于作为光学器件应用至摄像机等成像设备中。
例如,在本公开至少一个实施例提供的透镜结构中,第一电极和第三电极配置为透明电极;或者第一电极、第二电极和第三电极配置为透明电极。如此,光可以透过透镜结构。
在本公开至少一个实施例中,对透明电极(例如第一电极、第二电极和第三电极)的材料不做限制,只要透明电极的材料可以透过光即可。例如,透明电极的材料可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓锌(GZO)氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化铝锌(AZO)和碳纳米管等。
例如,在本公开至少一个实施例中,第一衬底基板和第二衬底基板为透明板材。例如,该透明板材可以为刚性基板;或者该透明板材可以为柔性基板从而使得透镜结构可以应用于柔性显示等领域中。例如,透明板材的材料可以是玻璃、石英或树脂类材料,例如,树脂类材料包括聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯等中的一种或多种。
例如,在本公开至少一个实施例中,对液晶层的材料不做限制,只要液晶层的折射率在电场作用下可以变化即可。例如,液晶层的材料可以包括向列相液晶。
液晶层的厚度、液晶材料的折射率、粘滞度等会对液晶透镜的光焦度、响应时间等有影响,因此,液晶的材料类型、厚度等可以根据实际需要进行设定。液晶透镜的光焦度为液晶透镜的折射率与焦距的比值,液晶分子的粘滞系数越大,液晶层厚度越大,相应地,液晶分子偏转越慢,响应时间越长。例如,液晶分子的双折射率不小于0.2,旋转粘滞系数不大于200mPas。
例如,在本公开至少一个实施例中,透镜结构还可以包括配向层。配向层位于液晶层的面向第一衬底基板的一侧和/或液晶层的面向第二衬底基板的一侧。配向层可以控制液晶层中的液晶分子的排列方向和角度,从而确定液晶层的液晶分子的初始取向方向。示例性的,如图1所示,透镜结构包括第一配向层410和第二配向层420。第一配向层410位于第一衬底基板110和液晶层200之间并且与液晶层200接触,第二配向层420位于第二衬底基板120和液晶层200之间并且与液晶层200接触。例如,第一配向层410的配向方向和第二配向层420的配向方向垂直。例如,配向层可以为光取向层、(纳米)印迹型取向层((nano)imprinting-type alignment layer)或摩擦取向层等。例如,在配向层为摩擦取向层的情况下,配向层可以通过涂敷聚酰亚胺(Polyimide,PI)并对其摩擦来制备。
例如,在本公开至少一个实施例中,透镜结构还可以包括黑矩阵。例如,黑矩阵包括开口以使得透镜结构可以透过光。例如,该开口与第三电极对应。黑矩阵可以位于第一衬底基板和第二衬底基板之间,也可以位于第一衬底基板和第二衬底基板之外。黑矩阵可以用于限定透光结构的有效区域(预定出光区域),减小或者放置杂散光(不符合要求的光)的出射;此外,黑矩阵还可以对电极(例如第二电极)进行部分遮挡,减少电极对例如环境光的反射,提高透镜结构的光学性能。
示例性的,如图1所示,透镜结构包括黑矩阵600,黑矩阵600中设置有开口601并且位于第一衬底基板110和第一电极400之间。例如,第三电极330在第一衬底基板110上的正投影位于开口601在第一衬底基板110上的正投影之内。例如,黑矩阵600的开口601的平面形状可以与第三电极330的平面形状相同,即,在第三电极330的平面形状为圆形的情况下,黑矩阵600的开口601的平面形状也可以为圆形。如此,在透镜结构的液晶层200转换为液晶透镜的情况下,透镜结构出射的光线的均匀度高。
需要说明的是,在垂直于第一衬底基板所在面的方向上,在黑矩阵遮挡第二电极的情况下,第二电极可以为不透明电极。
例如,在本公开至少一个实施例中,第一衬底基板和/或第二衬底基板上还可以设置介电层,该介电层可以起到绝缘、平坦化等作用。示例性的,如图1所示,第一衬底基板110上设置有第一介电层510,第二衬底基板120上设置有第二介电层520。第一介电层510位于黑矩阵601和第一电极310之间,第一介电层510具有平坦化作用,从而提高第一电极310(以及第一配向层410)的平坦度。第二介电层520位于第二衬底基板120上,且覆盖第二电极320和第三电极330,第二介电层520具有平坦化作用,从而提高第二配向层420的平坦度。如此,第一介电层510和第二介电层520可以提高第一电极310的平坦度以提高透镜结构的电场分布的均匀度,并且提高配向层的平坦度以使得液晶层200中的液晶分子具有精准的初始取向方向,从而提高透镜结构的性能。
例如,在本公开至少一个实施例中,介电层的材料可以为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘材料。
图6为本公开一实施例提供的另一种透镜结构的截面图。
例如,在本公开至少一个实施例中,透镜结构中还可以设置高阻抗层,该高阻抗层可以位于液晶层和第一电极之间,或者位于液晶层和第二电极以及液晶层和第三电极之间。示例性的,如图6所示,第二衬底基板120上设置有高阻抗层700,该高速阻抗层700位于第二配向层420和第二介电层520之间。高阻抗层700可以提高电极(例如第二电极320)产生的电场分布的均匀度,即,高阻抗层700使得透镜结构中的电场为渐变电场。
例如,高阻抗层的材料可以为氧化锌、氧化铟锡等。高阻挡层的厚度可以为100~250埃,例如进一步为125埃、150埃、175埃、200埃、225埃等。在上述厚度范围内,高阻抗层的方阻可以为10^7~10^9Ω/□。在上述数值条件下,高阻抗层对电场分布的作用效果好,而且高阻抗层的厚度非常小,使得第一电极和第二电极的间隔距离、第一电极和第三电极的间隔距离也比较小,因此各个电极的驱动电压也比较小。例如,驱动电压可以在5伏以下,例如进一步在3.5伏以下。
本公开至少一个实施例提供一种电子装置,该电子装置包括上述任一实施例中的透镜结构。例如,该电子装置可以为摄像机等成像装置,透镜结构可以为作为该成像装置中用于变焦的光学器件等;或者该电子装置可以为显示装置,透镜结构可以用于控制显示图像的出光方向。
例如,本公开至少一个实施例提供的电子装置还包括显示面板,显示面板包括多个像素单元,透镜结构设置为多个且位于显示面板的出光侧。例如,在本公开至少一个实施例提供的电子装置中,每个透镜结构与至少两个相邻像素单元对应。如此,显示装置可以显示视差图像,以具有裸眼3D显示功能,且可以实现2D/3D显示功能的切换。
示例性的,如图7所示,电子装置包括显示面板20和多个透镜结构10,显示面板20包括多个子像素单元。子像素单元至少包括第一子像素单元21和第二子像素单元22。每个透镜结构10与一个第一子像素单元21和一个第二子像素单元22对应。如此,在显示过程中,在透镜结构10中的液晶层形成液晶透镜的情况下,第一子像素单元21发出的光透过透镜结构10后射向S2,第二子像素单元22发出的光透过透镜结构10后射向S1,如此,显示装置可以显示视差图像,即,显示装置具有裸眼3D显示功能。
此外,如图7所示,在S1和S2的位置相对于显示装置移动的情况下,透镜结构10可以对液晶透镜的光轴的位置进行调节,从而调节透镜结构10导出的光的方向,将第一子像素单元21和第二子像素单元22发出的光仍分别导向S2和S1。如此,在实际应用中,在显示装置晃动的情况下,用户仍然可以观察到清晰的裸眼3D显示图像,即,本公开至少一个实施例提供的显示装置的裸眼3D显示功能受晃动等因素的不良影响减弱。
需要说明的是,在本公开至少一个实施例中,在透镜结构使得入射的光线以特定的方向出射的情况下,透镜结构可以和像素单元一一对应。示例性的,在透镜结构中,通过移动液晶透镜的光轴,使得光轴被黑矩阵遮挡。如此,液晶透镜产生的两个传播方向的光线(例如射向左眼的光线和射向右眼的光线)中的一个能从液晶透镜出射,相应地,在透镜结构和像素单元一一对应的情况下,显示装置可以显示视差图像(射向左眼的光线构成左眼图像和射向右眼的光线的右眼图像),以具有裸眼3D显示功能。
例如,在本公开至少一个实施例提供的电子装置中,多个透镜结构的第一电极为一体化结构。如此,可以简化显示装置的结构和制造工艺,降低成本。
例如,在本公开一些实施例中,电子装置中的显示面板为液晶显示面板,液晶显示面板包括阵列基板和对置基板,阵列基板和对置基板彼此对置以形成液晶盒,在液晶盒中填充有液晶材料。该对置基板例如为彩膜基板。阵列基板的每个像素单元的像素电极用于施加电场以对液晶材料的旋转的程度进行控制从而进行显示操作。
例如,在本公开另一些实施例中,电子装置中的显示面板为有机发光二极管(OLED)显示面板,其中,阵列基板上形成有机发光材料的叠层,每个像素单元的阳极或阴极用于驱动有机发光材料发光以进行显示操作。
例如,在本公开另一些实施例中,电子装置中的显示面板为电子纸显示面板,其中,阵列基板上形成有电子墨水层,每个像素单元的像素电极作为用于施加驱动电子墨水中的带电微颗粒移动以进行显示操作的电压。
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构的制造方法,包括:提供第一衬底基板,并在第一衬底基板上形成第一电极;提供第二衬底基板,并在第二衬底基板上形成彼此间隔的第二电极和第三电极;对盒第一衬底基板和第二衬底基板,并在第一衬底基板和第二衬底基板之间填充液晶材料以形成液晶层;其中,第二电极中形成有至少两个子电极,子电极彼此间隔,并且子电极在第一衬底基板上的正投影位于第三电极在第一衬底基板上的正投影的周围。在利用上述制造方法获得的透镜结构中,第一电极、第二电极和第三电极被施加相应电压后可以使得液晶层形成液晶透镜,并且通过调节第一电极、第二电极和第三电极上的电压可以调控液晶层中的水平电场和垂直电场的分布,从而可以调节该液晶透镜的光轴位置,从而提高液晶透镜的光学功能。利用上述制造方法获得的透镜结构可以参考上述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
示例性的,以制造图6所示的透镜结构为例,透镜结构的制造方法可以包括如下过程。
提供第一衬底基板110,在第一衬底基板110的表面上沉积遮光材料薄膜并对其进行构图工艺以形成黑矩阵600,黑矩阵600中形成开口601;然后在第一衬底基板110上沉积绝缘材料薄膜以形成第一介电层510,第一介电层510覆盖黑矩阵600,第一介电层510具有平坦化功能,即,第一介电层510的远离第一衬底基板110的表面基本为平面;在第一介电层510上沉积导电材料薄膜以形成第一电极310;以及在第一电极310上沉积绝缘材料薄膜并对该绝缘材料薄膜的表面进行纳米压印或者摩擦处理以形成第一配向层410。
提供第二衬底基板120,在第二衬底基板120上沉积导电材料薄膜并对其进行构图工艺以形成第二电极320和第三电极330,第二电极320至少包括第一子电极321和第二子电极322,第三电极330位于第一子电极321和第二子电极322之间;在第二电极320和第三电极330沉积绝缘材料薄膜以形成第二介电层520,第二介电层520具有平坦化功能,即,第二介电层520的远离第二衬底基板120的表面基本为平面;在第二介电层520上沉积高阻抗材料以形成高阻抗层700;以及在高阻抗层700上沉积绝缘材料薄膜并对该绝缘材料薄膜的表面进行纳米压印或者摩擦处理以形成第二配向层420。
在第二衬底基板120(或第一衬底基板110)上施加液晶材料,然后将第一衬底基板110和第二衬底基板120对盒(压合、固化等)以形成液晶盒,从而获得图6所示的透镜结构。例如,在进行对盒之间,可以在第一衬底基板110或者第二衬底基板120的边缘区域形成封框胶,该封框胶可以用于存储液晶材料。在对盒之后,可以固化(UV固化、热固化等)封框胶,封框胶将第一衬底基板110和第二衬底基板120粘合以形成液晶盒。
本公开至少一个实施例提供一种透镜结构的操作方法,该透镜结构包括第一衬底基板、第二衬底基板、液晶层、第一电极、第二电极和第三电极,第一衬底基板和第二衬底基板对盒设置;液晶层位于第一衬底基板和第二衬底基板之间;第一电极位于液晶层和第一衬底基板之间;以及第二电极和第三电极彼此间隔且位于液晶层和第二衬底基板之间;其中,第二电极包括至少两个子电极,子电极彼此间隔,并且子电极在第一衬底基板上的正投影位于第三电极在第一衬底基板上的正投影的周围。该操作方法包括:在第一电极、第二电极和第三电极上施加电压;其中,第二电极与第一电极之间的电压差和第三电极和第一电极之间的电压差不相等,以使得液晶层形成为液晶透镜。
液晶分子具有双折射特性,第一电极、第二电极和第三电极之间产生的电场,可以控制液晶分子的扭转,从而控制液晶层的折射率。在第二电极与第一电极之间的电压差和第三电极和第一电极之间的电压差不相等的情况下,从第二电极至第三电极,液晶层的对应第二电极的部分的折射率和液晶层的对应第二电极的部分的折射率不相等。如此,液晶层可以形成为液晶透镜。利用该操作方法形成液晶透镜的过程可以参考图1所示实施例中的相关说明,在此不做赘述。
例如,在本公开一些实施例提供的操作方法中,形成液晶透镜包括:控制所有子电极与第一电极的电压差大于第三电极与第一电极的电压差,以使得液晶层的折射率沿每个子电极至第三电极的方向增加。如此,沿各个子电极至第三电极,电场的强度减小,液晶层的折射率增加,液晶层对透过的光具有汇聚作用,即,液晶层形成正透镜。利用该操作方法形成液晶透镜的过程可以参考图2A所示实施例中的相关说明,在此不做赘述。
例如,在本公开另一些实施例提供的操作方法中,形成液晶透镜包括:控制所有子电极与第一电极的电压差小于第三电极与第一电极的电压差,以使得液晶层的折射率沿每个子电极至第三电极的方向减小。如此,沿各个子电极至第三电极,电场的强度增加,液晶层的折射率减小,液晶层对透过的光具有发散作用,即,液晶层形成负透镜。利用该操作方法形成液晶透镜的过程可以参考图2B所示实施例中的相关说明,在此不做赘述。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,向第二电极中的所有子电极上施加相同的电压。如此,在不考虑工艺因素造成的误差的情况下,液晶透镜的光轴位于预设的中心位置。例如,在第二电极的子电极、第三电极的形状规则,且子电极关于第三电极中心对称或者环形均匀排布的情况下,液晶透镜的光轴与第三电极的形心重合。此外,通过调节子电极以及第三电极上的电压的大小,可以对液晶透镜的边缘部分以及中心部分的折射率差异进行调节,从而调节液晶透镜的焦点位置。
例如,本公开至少一个实施例提供的操作方法还包括:控制第二电极上的电压,使得至少两个子电极上的电压不同,以使得液晶透镜的光轴向与第一电极具有更大电压差的子电极偏移。如此,液晶透镜的光轴可以被移动,在考虑工艺因素造成的误差的情况下,液晶透镜的光轴可以调节至预期的位置(例如预设的中心位置);此外,通过调节液晶透镜的光轴的位置,可以控制透镜结构的出光状态例如出射光的方向,例如,即使透镜结构处于晃动中,透过透镜结构的光线也可以达到预定位置。
第二电极中的子电极的数量会影响子电极和第三电极的排布以及水平电场的分布,使得透镜结构中的液晶透镜具有不同的结构,因而透镜结构的操作方法会不同。下面,在本公开至少一个实施例中,根据具有不同数量子电极的第二电极、子电极和第三电极的几种排布方式,对透镜结构的操作方法进行说明。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,第二电极包括两个子电极,且两个子电极相对于第三电极中心对称,控制子电极上的电压包括:在第一子电极上施加第一电压,在第二子电极上施加第二电压;其中,第一电压与第一电极的电压差大于第二电压与第一电极的电压差,以在平行于第一衬底基板所在面的方向上,使得液晶透镜的光轴与第一子电极的距离小于液晶透镜的光轴与第二子电极的距离。如此,在液晶层形成液晶透镜之后,通过调节第一子电极和第二子电极上的电压,可以使得液晶透镜的光轴沿特定方向(例如第一子电极至第二子电极的方向或第二子电极至第一子电极的方向)移动。该操作方法的原理可以参考图3所示实施例中的相关说明,在此不做赘述。
例如,在本公开至少一个实施例提供的操作方法中,第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,第一子电极和第二子电极位于第三电极的相对的两侧,第三子电极和第四子电极位于第三电极的相对的另两侧,控制子电极上的电压包括:在第一子电极上施加第一电压,在第二子电极上施加第二电压,在第三子电极上施加第三电压,以及在第四子电极上施加第四电压;其中,第一电压与第一电极的电压差大于第二电压与第一电极的电压差,第三电压与第一电极的电压差大于第四电压与第一电极的电压差,以在平行于第一衬底基板所在面的方向上,使得液晶透镜的光轴与第一子电极的距离小于液晶透镜的光轴与第二子电极的距离,液晶透镜的光轴与第三子电极的距离小于液晶透镜的光轴与第四子电极的距离。如此,在液晶层形成液晶透镜之后,通过调节第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极上的电压,可以使得液晶透镜的光轴可以在平行于第一衬底基板所在面内的任意方向上移动。该操作方法的原理可以参考图4所示实施例中的相关说明,在此不做赘述。
图8A为本公开一实施例提供的透镜结构的操作方法中调节液晶透镜光轴位置的示意图,且图8A中的透镜结构与图4所示的透镜结构相同;图8B为图8A所示透镜结构中电场分布的等势图,其中,液晶透镜的光轴已经移动至位置c且闭合的线E(部分等势线因作图区域的问题未展示为闭合曲线)为表示电场分布的等势线,每条等势线E中的电场强度相等。
在如图8A所示的透镜结构中,第一子电极321b、第三子电极323b、第二子电极322b、第四子电极324b和第三电极330与第一电极的电压差分别为V321、V322、V323、V324、V330,X-Y坐标系的原点位于第三电极330的形心,X轴正方向沿该形心指向第三子电极323b,Y轴正方向沿该形心指向第一子电极321b。
例如,在如图8A所示的透镜结构中,在V321、V322、V323、V324和V330相等的情况下,第二电极320和第三电极330之间不会产生水平电场,液晶层不会形成液晶透镜。
例如,在如图8A所示的透镜结构中,在V321、V322、V323、V324不等于V330的情况下,V321、V322、V323和V324相等,液晶透镜的液晶层形成为液晶透镜,且该液晶透镜的光轴位于X-Y坐标系的原点(第三电极330的形心)。例如,在该情况下,液晶透镜中电场分布的等势线为以第三电极330的形心为圆心的同心圆环。
例如,在如图8A所示的透镜结构中,可以控制液晶透镜的光轴沿平行X-Y平面的任意方向移动。示例性的,在V321、V322、V323和V324大于V330且V321大于(或小于)V322的情况下,如图8B所示,液晶透镜的光轴向第一子电极321b偏移,以在Y轴上的纵坐标为y1,V323大于V324使得液晶透镜的光轴向第三子电极323b偏移,以在X轴上的横坐标为x1。如此,使得液晶透镜的光轴移动至位置P(x1,y1)。例如,在V321等于V323、V322等于V324的情况下,x1和y1的数值相等。
例如,在如图8A所示的透镜结构中,可以控制液晶透镜的光轴作单方向移动。
示例性的,在V321、V322、V323和V324大于(或小于)V330的情况下,V323等于V324且V321不等于V322,液晶透镜的光轴沿Y轴移动。例如,V321大于V322,光轴位于相对于坐标原点的Y轴正方向上,例如光轴沿Y轴移动至坐标(0,y1)。
示例性的,在V321、V322、V323和V324大于(或小于)V330的情况下,V321等于V322且V323不等于V324,液晶透镜的光轴沿X轴移动。例如V323大于V324,光轴位于相对于坐标原点的X轴正方向上,例如光轴沿X轴移动至坐标(x1,0)。
对于本公开,还有以下几点需要说明:
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构,其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见,在用于描述本公开的实施例的附图中,层或区域的厚度被放大或缩小,即这些附图并非按照实际的比例绘制。
(3)在不冲突的情况下,本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
1.一种透镜结构,包括:
第一衬底基板和第二衬底基板,对盒设置;
液晶层,位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间;
第一电极,位于所述液晶层和所述第一衬底基板之间;以及
第二电极和第三电极,彼此间隔且位于所述液晶层和所述第二衬底基板之间;
其中,所述第二电极包括至少两个子电极,所述子电极彼此间隔,并且所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影位于所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围。
2.根据权利要求1所述的透镜结构,其中,
所述第二电极和所述第三电极同层设置。
3.根据权利要求1或2所述的透镜结构,其中,
所述第二电极包括两个子电极,且两个所述子电极相对于所述第三电极中心对称。
4.根据权利要求1或2所述的透镜结构,其中,
所述第二电极包括至少三个子电极,所述子电极在所述第一衬底基板上的正投影环形排布在所述第三电极在所述第一衬底基板上的正投影的周围,且所述子电极等间距排布。
5.根据权利要求4所述的透镜结构,其中,
所述第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,所述第一子电极和所述第二子电极位于所述第三电极的相对的两侧,所述第三子电极和所述第四子电极位于所述第三电极的相对的另两侧。
6.根据权利要求1或2所述的透镜结构,其中,
所述第三电极的平面形状为圆形。
7.根据权利要求1或2所述的透镜结构,其中,
所述第一电极和所述第三电极配置为透明电极;或者
所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极配置为透明电极。
8.一种电子装置,包括权利要求1-7任一所述的透镜结构。
9.根据权利要求8所述的电子装置,还包括显示面板,其中,
所述显示面板包括多个像素单元,所述透镜结构设置为多个且位于所述显示面板的出光侧。
10.一种根据权利要求1所述透镜结构的操作方法,包括:
在所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极上施加电压;
其中,所述第二电极与所述第一电极之间的电压差和所述第三电极和所述第一电极之间的电压差不相等,以使得所述液晶层形成为液晶透镜。
11.根据权利要求10所述的操作方法,其中,形成所述液晶透镜包括:
控制所有所述子电极与所述第一电极的电压差大于所述第三电极与所述第一电极的电压差,以使得所述液晶层的折射率沿每个所述子电极至所述第三电极的方向增加;或者
控制所有所述子电极与所述第一电极的电压差小于所述第三电极与所述第一电极的电压差,以使得所述液晶层的折射率沿每个所述子电极至所述第三电极的方向减小。
12.根据权利要求11所述的制造方法,其中,
向所述第二电极中的所有所述子电极上施加相同的电压。
13.根据权利要求11所述的操作方法,还包括:
控制所述第二电极上的电压,使得至少两个所述子电极上的电压不同,以使得所述液晶透镜的光轴向与所述第一电极具有更大电压差的所述子电极偏移。
14.根据权利要求13所述的操作方法,其中,所述第二电极包括两个子电极,且两个所述子电极相对于所述第三电极中心对称,控制所述子电极上的电压包括:
在所述第一子电极上施加第一电压,在所述第二子电极上施加第二电压;
其中,所述第一电压与所述第一电极的电压差大于所述第二电压与所述第一电极的电压差,以在平行于所述第一衬底基板所在面的方向上,使得所述液晶透镜的光轴与所述第一子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第二子电极的距离。
15.根据权利要求13所述的操作方法,其中,所述第二电极包括第一子电极、第二子电极、第三子电极和第四子电极,所述第一子电极和所述第二子电极位于所述第三电极的相对的两侧,所述第三子电极和所述第四子电极位于所述第三电极的相对的另两侧,控制所述子电极上的电压包括:
在所述第一子电极上施加第一电压,在所述第二子电极上施加第二电压,在所述第三子电极上施加第三电压,以及在所述第四子电极上施加第四电压;
其中,所述第一电压与所述第一电极的电压差大于所述第二电压与所述第一电极的电压差,所述第三电压与所述第一电极的电压差大于所述第四电压与所述第一电极的电压差,以在平行于所述第一衬底基板所在面的方向上,使得所述液晶透镜的光轴与所述第一子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第二子电极的距离,所述液晶透镜的光轴与所述第三子电极的距离小于所述液晶透镜的光轴与所述第四子电极的距离。
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