本發(fā)明涉及液晶透鏡領域，具體是一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列。

背景技術：

1、近年來，隨著虛擬現(xiàn)實技術以及裸眼3d技術的普及和發(fā)展，自由立體顯示器彌補了2d顯示器無法提供深度信息的缺陷，真實地反映了三維世界的信息，自由立體顯示技術引起了學術和工業(yè)上的廣泛關注，因此自由立體顯示器有望在下一代顯示技術中發(fā)揮其主導作用。

2、自由立體顯示技術中最常用的方法是固定視差屏障法或微透鏡陣列法。然而，在顯示器顯示2d圖像時，這些方法會降低2d圖像的質(zhì)量。因此，在實際應用中，在2d/3d模式之間實現(xiàn)切換是非常重要的。實現(xiàn)2d/3d可切換功能最直接的方法是使用自適應光學透鏡。在眾多的自適應透鏡中，液晶透鏡由于其厚度薄、平面化和低驅(qū)動電壓等優(yōu)勢在2d/3d可切換顯示技術中具有廣泛的應用前景。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決或緩解現(xiàn)有技術中的問題，克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明目提出了一種結構簡單、易于制造、驅(qū)動簡單且具備寬焦距范圍可調(diào)的大口徑液晶透鏡陣列。

2、本發(fā)明提出了一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，包括：

3、上玻璃基板；

4、第一電極，設置在所述上玻璃基板下方，作為接地電極；

5、上取向?qū)?，設置在所述第一電極下方，用于為液晶層中的液晶分子提供一致的初始化狀態(tài)；

6、液晶層，設置在所述上取向?qū)酉路剑?/p>

7、下取向?qū)?，設置在所述液晶層下方，用于為液晶層中的液晶分子提供一致的初始化狀態(tài)；

8、第二電極，設置在所述下取向?qū)酉路?，由兩端透明條形電極和中心接地電極組成，用于使所述第一與第二電極之間的電場形成平滑漸變的梯度空間分布；

9、介電層，設置在所述第二電極的下方；

10、第三電極，設置在所述介電層的下方，用于為單個液晶透鏡陣列中心區(qū)域提供電壓；

11、下玻璃基板，設置在所述第三電極下方；

12、所述第一電極和第二電極中心接地電極作為公共電極，在第二電極兩端透明條形電極和第三電極上施加電壓，但兩端透明條形電極(v1)與的第三電極(v2)所施加的電壓值不同，且v1＞v2。

13、所述的液晶層中的有效折射率變化基于折射率橢球方程表示：

14、

15、其中no和ne分別是尋常光和非常光在液晶層中折射率。

16、所述透鏡焦距由菲涅耳近似給出：

17、f＝r2/2dδn

18、其中r是單個液晶透鏡陣列的半徑，d是液晶層厚度，δn是單個液晶透鏡陣列中心和邊界緣之間的折射率差。

19、為了獲得較短的焦距，提高聚焦效果，需要在單個液晶透鏡陣列中心和邊緣之間產(chǎn)生較大的折射率差。

20、所述液晶透鏡陣列從兩方面出發(fā)產(chǎn)生較大的折射率差，一方面，在第二電極兩端設置透明條形電極增加邊緣區(qū)域的電場強度使邊緣液晶分子轉動角度增大，從而降低邊緣折射率。另一方面，第三電極處施加電壓，增加中心區(qū)域的電場強度，增加中心區(qū)域的液晶分子的轉動角度，折射率分布曲線頂部更接近理想狀態(tài)，解決了口徑增大中心液晶分子偏轉不明顯的問題。

21、本發(fā)明提供了一種基于分層組合電極的大口徑單液晶透鏡陣列，第二電極由兩端透明條形電極和中心接地電極組成。第三電極位于底部中央從而為單個液晶透鏡陣列中心區(qū)域提供電壓。該結構組成的分層組合電極更容易產(chǎn)生梯度電場。在沒有施加電壓的情況下，單個液晶透鏡陣列表現(xiàn)出類似于平板玻璃的特性。在施加電壓后，梯度電場誘導液晶分子形成梯度折射率剖面，梯度折射率引起聚焦效應。因此，非聚焦模式和聚焦模式可以通過電壓關閉狀態(tài)和電壓開啟狀態(tài)進行切換。

22、所述單個液晶透鏡陣列的第二電極中心位置放置了中心接地電極，這種設計使中心液晶分子排布更接近理想狀態(tài)；同時在其下方第三電極處再設置透明平面輔助電極，增加中心區(qū)域電壓，從而實現(xiàn)液晶分子的理想排布。這種結構設計不僅解決了口徑變大中心液晶分子難以偏轉的問題，同時簡化了液晶透鏡陣列的驅(qū)動，大大降低了能耗，具有顯著的節(jié)能效果。與傳統(tǒng)液晶透鏡陣列相比，本發(fā)明通過設計電極結構和優(yōu)化液晶分子的排列方式，使得透鏡在較低電壓下即可實現(xiàn)大范圍的理想聚焦效果，進一步提升了液晶透鏡陣列的性能和應用潛力。

技術特征：

1.一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，包括:

2.如權利要求1所述的一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，其特征在于，所述第一電極和第二電極中心接地電極作為公共電極，電壓施加在第二電極兩端透明條形電極和第三電極上。

3.如權利要求2所述的一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，其特征在于，兩端透明條形電極（v1）與的第三電極(v2)所施加的電壓值不同，且v1v2。

4.如權利要求1所述的一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，其特征在于，所述液晶分子的折射率為

5.如權利要求1所述的一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，透鏡焦距由菲涅耳近似給出：

技術總結
本發(fā)明提出了一種基于分層組合電極的大口徑液晶透鏡陣列，該結構包括上玻璃基板、第一電極、上取向?qū)?、液晶層、下取向?qū)印⒌诙姌O、介電層、第三電極電極和下玻璃基板，并依次排列。第一電極和第二電極中心電極接地作為公共電極，在第二電極兩端透明條形電極和第三電極上施加電壓，兩端透明條形電極（V<subgt;1</subgt;）與的第三電極(V<subgt;2</subgt;)所施加的電壓值不同，且V<subgt;1</subgt;V<subgt;2</subgt;，用于形成非均勻梯度電場。液晶分子在上下取向?qū)拥淖饔孟缕叫杏谏舷禄迮帕?。本發(fā)明具有結構簡單、驅(qū)動方式簡便、功耗低且變焦范圍大等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)2D/3D顯示的靈活切換。

技術研發(fā)人員：田莉蘭,鄭沂,曾雨萌
受保護的技術使用者：成都理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6