專利名稱：一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶透鏡及陣列，尤其涉及一種采用導(dǎo)電柵網(wǎng)作為支撐的可調(diào)焦液晶透鏡及陣列的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液晶透鏡陣列器件具有體積小，重量輕，功耗小等優(yōu)勢，其無需機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)可調(diào)焦距的特點(diǎn)表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，液晶可變焦透鏡及陣列在光通訊器件、光纖開關(guān)、光偏轉(zhuǎn)器件、3D顯示、集成圖像系統(tǒng)及圖像處理等各種領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前可調(diào)焦距液晶透鏡形成的根本機(jī)制在于產(chǎn)生調(diào)制透鏡中間和邊緣的光程差，在液晶透鏡中形成梯度折射率變化的輪廓，以實(shí)現(xiàn)電場調(diào)制焦距的變化。實(shí)現(xiàn)梯度折射率的變化按液晶層厚度是否均勻來分類，主要有兩種，即均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)和非均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)。均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)，在由上下兩塊玻璃基板構(gòu)成的液晶屏采用平行取向構(gòu)成平行均勻排列的液晶。前基板從玻璃基板起，分別是公關(guān)電極層、取向?qū)?；后基板從玻璃基板起，依次是圓孔形電極層、取向?qū)?。液晶屏的厚度由分散在玻璃基板?nèi)表面的襯墊決定，液晶屏內(nèi)部灌注向列相液晶。圓孔電極結(jié)構(gòu)液晶可變焦透鏡的工作原理是在圓孔行電極層上施加工作電壓，在液晶區(qū)域產(chǎn)生非均勻電場分布，液晶分子在不均勻電場作用下，發(fā)生非均勻偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其折射率空間分布也發(fā)生非均勻變化，從而使光束聚焦在特定位置。當(dāng)調(diào)控電壓改變時(shí)，微透鏡焦點(diǎn)位置發(fā)生變化，從而完成了微透鏡焦點(diǎn)位置的調(diào)控過程。非均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)，調(diào)控區(qū)域內(nèi)的液晶呈凹面或凸面型結(jié)構(gòu)，由聚合物采用光刻或模壓等方法控制，上下玻璃基板電極層均為平面或者隨聚合物三維結(jié)構(gòu)呈曲面。利用聚合物材料與液晶材料的折射率差，形成一個(gè)微透鏡結(jié)構(gòu)，使光束聚焦在特定位置。施加電壓時(shí)，液晶折射率隨電壓發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微透鏡的焦距控制。隨著三維顯示及光通信等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)液晶透鏡焦距變化范圍要求進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型結(jié)構(gòu)的能夠電壓控制液晶透鏡焦距變化，調(diào)焦范圍大，并且與液晶顯示制造工藝相兼容的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列。一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，包括平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，位于前基底玻璃和后基底玻璃之間自前基底玻璃向后基底玻璃依次布置像素電極層、前取向?qū)?、?dǎo)電柵網(wǎng)、后取向?qū)?、絕緣介質(zhì)層和公共電極層，導(dǎo)電柵網(wǎng)內(nèi)灌入向列相相液晶。一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，包括平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，位于前基底玻璃和后基底玻璃之間自前基底玻璃向后基底玻璃依次布置像素電極層、導(dǎo)電柵網(wǎng)、絕緣介質(zhì)層和公共電極層，導(dǎo)電柵網(wǎng)內(nèi)灌入藍(lán)相液晶。本發(fā)明的絕緣介質(zhì)層與導(dǎo)電柵網(wǎng)之間布置后取向?qū)?，像素電極層與導(dǎo)電柵網(wǎng)之間布置前取向?qū)樱瑢?dǎo)電柵網(wǎng)內(nèi)灌入向列相液晶。本發(fā)明的導(dǎo)電柵網(wǎng)起控制液晶盒厚的作用，同時(shí)，通過設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案控制液晶透鏡形狀及類別。本發(fā)明的導(dǎo)電柵網(wǎng)的像素圖案可以為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，寬度或直徑為 5mm-10mnin一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)向列相液晶微透鏡陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極上的前取向?qū)?，厚度?00nm-5um。還包括后基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極，采用旋涂、印刷和濺射等方法得到的絕緣介質(zhì)層，厚度為lOOnm-lOmm，覆蓋在絕緣介質(zhì)層上的后取向?qū)樱穸葹?00nm-5um。對(duì)前后基底玻璃分別進(jìn)行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的導(dǎo)電柵網(wǎng)將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，導(dǎo)電柵網(wǎng)的厚度為2um-10mm，灌入向列相液晶。一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)藍(lán)相液晶微透鏡陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm,透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極。還包括后基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm,透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極，采用旋涂、印刷和濺射等方法得到的絕緣介質(zhì)層，厚度為lOOnm-lOmm。采用一定厚度的導(dǎo)電柵網(wǎng)將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，導(dǎo)電柵網(wǎng)的厚度為2um-10mm，灌入藍(lán)相液晶。新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡的工作原理，通過設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案可以控制液晶透鏡形狀及類別。當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案為條狀時(shí)，形成液晶柱透鏡；當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案為矩形，正多邊形或者圓孔時(shí)，形成液晶透鏡。在像素電極和公共電極間施加交流方波電壓，由于采用的是導(dǎo)電柵網(wǎng)作為液晶盒支撐層，所以整個(gè)導(dǎo)電柵網(wǎng)均有電壓作用，故施加到液晶上的電壓值由像素邊緣向像素中心遞減，呈凸透鏡。通過控制外加電壓的大小，可以控制液晶盒內(nèi)電場分布，實(shí)現(xiàn)液晶透鏡焦距的電壓調(diào)控。比較好的是，本發(fā)明的液晶透鏡形狀及類別可以由導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案設(shè)計(jì)控制。比較好的是，本發(fā)明的液晶透鏡焦距大小及透鏡變焦范圍由導(dǎo)電柵網(wǎng)厚度、導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案和外加電壓共同決定。比較好的是本發(fā)明的絕緣介質(zhì)層通過旋涂，印刷及濺射等方法得到。比較好的是，本發(fā)明的液晶透鏡孔徑由導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案決定，可以為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，寬度或直徑為5mm-10mm。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果:
1、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，利用導(dǎo)電柵網(wǎng)調(diào)節(jié)電場分布，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)厚度及像素圖案形狀，可以得到理想的電場分布曲線。2、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，可以設(shè)計(jì)合適的導(dǎo)電柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)和選擇合適的液晶材料參數(shù)，得到較大的調(diào)焦距范圍。3、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，可以選擇向列相液晶或者藍(lán)相液晶，采用藍(lán)相液晶具有響應(yīng)時(shí)間快并且偏振無關(guān)的特性。4、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其制作工藝與現(xiàn)有微電子加工工藝兼容。


圖1是本發(fā)明焦距可調(diào)向列相液晶微透鏡陣列的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明焦距可調(diào)藍(lán)相液晶微透鏡陣列的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明焦距可調(diào)液晶透鏡導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案設(shè)計(jì)示意圖。圖中:1、前基底玻璃；2、像素電極；3、前取向?qū)樱?、后基底玻璃；5、公共電極；6、絕緣介質(zhì)層；7、后取向?qū)樱?、導(dǎo)電棚網(wǎng)；9、向列相液晶；10、像素圖案；11、監(jiān)相液晶。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例一，新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)向列相液晶微透鏡陣列:
如圖1所示，一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)向列相液晶微透鏡陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃1，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極2，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極上的前取向?qū)?。還包括后基底玻璃4，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極5，采用旋涂、印刷和濺射等方法得到的絕緣介質(zhì)層6，覆蓋在絕緣介質(zhì)層上的后取向?qū)?組成。對(duì)前后基底玻璃分別進(jìn)行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的導(dǎo)電柵網(wǎng)8將前基底玻璃I及后基底玻璃4封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶9。該向列相液晶電控焦距可調(diào)液晶透鏡工作原理如下:在像素電極2和公共電極5間施加交流方波電壓，由于采用的是導(dǎo)電柵網(wǎng)8作為液晶盒支撐層，整個(gè)導(dǎo)電柵網(wǎng)8形成一個(gè)等勢體，整個(gè)導(dǎo)電柵網(wǎng)8均有電壓作用，故施加到液晶上的電壓值由像素圖案10邊緣向像素中心遞減，呈凸透鏡。通過控制外加電壓的大小，可以控制液晶盒內(nèi)電場分布，實(shí)現(xiàn)液晶透鏡焦距的電壓調(diào)控。通過設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)8像素圖案10可以控制液晶透鏡形狀及類別。當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)8像素圖案10為條狀時(shí)，形成液晶柱透鏡；當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案10為矩形，正多邊形或者圓孔時(shí)，形成液晶透鏡。實(shí)施例二，新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)藍(lán)相液晶微透鏡陣列:
如圖2所示，一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)藍(lán)相液晶微透鏡陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃1，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極2，后基底玻璃4，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極5，采用旋涂、印刷和濺射等方法得到的絕緣介質(zhì)層6組成。采用一定厚度的導(dǎo)電柵網(wǎng)8將前基底玻璃I及后基底玻璃4封成一定厚度的液晶屏，灌入藍(lán)相液晶11。該藍(lán)相液晶電控焦距可調(diào)液晶透鏡工作原理如下:在像素電極2和公共電極5間施加交流方波電壓，由于采用的是導(dǎo)電柵網(wǎng)8作為液晶盒支撐層，整個(gè)導(dǎo)電柵網(wǎng)8形成一個(gè)等勢體，整個(gè)導(dǎo)電柵網(wǎng)8均有電壓作用，故施加到液晶上的電壓值由像素圖案10邊緣向像素中心遞減。由于克爾效應(yīng)，在電場作用下藍(lán)相液晶11產(chǎn)生電場致折射率變化Λη，因此折射率空間分布也產(chǎn)生非均勻，從而使光束聚焦在特定位置，呈凸透鏡。通過控制外加電壓的大小，可以控制液晶盒內(nèi)電場分布，實(shí)現(xiàn)液晶透鏡焦距的電壓調(diào)控。通過設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)8像素圖案10可以控制液晶透鏡形狀及類別。當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)8像素圖案10為條狀時(shí)，形成液晶柱透鏡；當(dāng)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案10為矩形，正多邊形或者圓孔時(shí)，形成液晶透鏡。在上述實(shí)施例一、實(shí)施例二中，可以設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)像素圖案為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，形成各種形狀的可調(diào)液晶微透鏡陣列，如圖3所示。本實(shí)施例僅給出了部分具體的應(yīng)用例子，但對(duì)于從事平板顯示器的專利人員而言， 還可根據(jù)以上啟示設(shè)計(jì)出多種變形產(chǎn)品，這仍被認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于包括平行布置的前基底玻璃(I)、后基底玻璃(4)，自后基底玻璃(4)向前基底玻璃(I)依次布置透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極(5)、絕緣介質(zhì)層(6)、導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極(2)，導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)內(nèi)灌入藍(lán)相液晶(11)。
2.一種新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于包括前基底玻璃(I)、后基底玻璃(4)，自后基底玻璃(4)向前基底玻璃(I)依次布置透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極(5)、絕緣介質(zhì)層(6)、后取向?qū)?7)、導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)、前取向?qū)?3)、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極(2)，對(duì)前后基底玻璃分別進(jìn)行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行，導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)內(nèi)灌入向列相液晶(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于上述絕緣介質(zhì)層(6)采用旋涂、印刷和濺射得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于上述前取向?qū)?3)、后取向?qū)?7)的厚度為100nm-5um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于上述前基底玻璃(I)、后基底玻璃(4)的厚度為0.4-1.1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于上述導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)的厚度為2um-10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型結(jié)構(gòu)的焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其特征在于上述導(dǎo)電柵網(wǎng)(8)的像素圖案為條狀 、矩形、正多邊形或者圓孔形，寬度或直徑為5mm-10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶透鏡及陣列，尤其涉及一種采用導(dǎo)電柵網(wǎng)作為支撐的可調(diào)焦液晶透鏡及陣列的技術(shù)領(lǐng)域。平行布置的前基底玻璃、后基底玻璃，自后基底玻璃向前基底玻璃依次布置透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極、絕緣介質(zhì)層、導(dǎo)電柵網(wǎng)、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極，導(dǎo)電柵網(wǎng)內(nèi)灌入藍(lán)相液晶。本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，利用導(dǎo)電柵網(wǎng)調(diào)節(jié)電場分布，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)電柵網(wǎng)厚度及像素圖案形狀，可以得到理想的電場分布曲線?？梢栽O(shè)計(jì)合適的導(dǎo)電柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)和選擇合適的液晶材料參數(shù)，得到較大的調(diào)焦距范圍?？梢赃x擇向列相液晶或者藍(lán)相液晶，采用藍(lán)相液晶具有響應(yīng)時(shí)間快并且偏振無關(guān)的特性。其制作工藝與現(xiàn)有微電子加工工藝兼容。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK103217849SQ20131011381
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者嚴(yán)靜, 李青, 胡凱, 李東平, 曾倩倩 申請人:東南大學(xué)