CN118502167A - 一种变焦液晶透镜 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种变焦液晶透镜，包括第一基板；第一电极，设置在第一基板下方，用于为变焦液晶透镜提供电压；第一配向层，设置在第一电极下方为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；液晶层，设置在第一配向层下方；第二配向层，设置在液晶层下方，用于为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；平坦化层，设置在第二配向层下方以填平电场调节层；第二电极，设置在平坦化层下方为变焦液晶透镜提供电压；电场调节层，所述电场调节层为菲涅尔结构，设置在第二电极下方，用于使第一电极与第二电极之间的电场形成平滑渐变的周期性空间分布；第二基板，设置在第二电极下方。本申请可以改善电场调节层的斜面地形影响导致液晶配向均一性差的问题。
Description
技术领域
本申请各实施例属于变焦液晶透镜技术领域，尤其涉及一种变焦液晶透镜。
背景技术
变焦液晶透镜通常有四种技术路线，（1）利用边缘电场原理制备的变焦液晶透镜；（2）离散多电极型液晶透镜；（3）高阻层电极型液晶透镜；（4）完整电极层液晶透镜。第1种技术路线，基本很难制作大口径的液晶透镜，对相位的控制也不够精准；第2种技术路线，由于电极离散分布，会导致相位曲线存在阶梯状，在电极数量较少时衍射效率低，会引入杂散光，增加电极数又会造成走线和驱动复杂；第3种技术路线，所用的高阻层材料稳定性和厚度一致性问题难以被解决；第4种技术路线，由于是通过电场调节层实现的相位分布，因此相位分布曲线会比较平滑，目前在眼镜类产品已经在应用，但是仍然存在液晶配向受电场调节层的斜面地形影响导致均一性差的技术问题。
发明内容
为了解决或缓解现有技术中的问题，本申请提供一种变焦液晶透镜，以解决液晶配向受电场调节层的斜面地形影响导致均一性差的技术问题。
本申请提供了一种变焦液晶透镜，包括：
第一基板；
第一电极，设置在所述第一基板下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
第一配向层，设置在所述第一电极下方，用于为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；
液晶层，设置在所述第一配向层下方；
第二配向层，设置在所述液晶层下方，用于为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；
平坦化层，设置在所述第二配向层下方，用于填平电场调节层；
第二电极，设置在所述平坦化层下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
电场调节层，所述电场调节层为菲涅尔结构，设置在所述第二电极下方，用于使所述第一电极与第二电极之间的电场形成平滑渐变的周期性空间分布；
第二基板，设置在所述第二电极下方；
所述液晶层中间隔设置有多个竖向隔离结构，每个所述竖向隔离结构下方一一对应设置有遮光结构，所述遮光结构用于遮挡所述竖向隔离结构和所述电场调节层所在区域产生的杂散光；
每个所述竖向隔离结构的两端分别与所述第一配向层接触和所述遮光结构连接，所述竖向隔离结构用于将所述液晶层隔离为多个区域。
作为本申请一优选实施例，所述竖向隔离结构和所述遮光结构的横截面均为同心圆环。
作为本申请一优选实施例，每个所述遮光结构的横截面大于与其对应的所述竖向隔离结构的横截面。
作为本申请一优选实施例，所述菲涅尔结构具有多对齿顶和齿底，每对所述齿顶和齿底所在位置均一一对应设置有所述竖向隔离结构。
作为本申请一优选实施例，所述电场调节层上设置有多个V字型沟槽，每个所述V字型沟槽的顶部与所述菲涅尔结构的齿顶高度相同，所述V字型沟槽的底部与所述菲涅尔结构的齿底高度相同，所述V字型沟槽的斜面与所述菲涅尔结构中的每个菲涅尔瓣斜面连接，以连通所有菲涅尔瓣。
作为本申请一优选实施例，所述V字型沟槽设置在所述菲涅尔结构的直径或半径所在位置。
作为本申请一优选实施例，所述第一基板或所述第二基板均为平板状结构、一维曲面形状或二维曲面形状。
作为本申请一优选实施例，所述平坦化层的折射率与所述电场调节层的折射率具有预设差值，通过所述预设差值调控所述变焦液晶透镜的基础焦距。
与现有技术相比，本申请提供了一种变焦液晶透镜，通过在所述电场调节层上设置平坦化层，平坦化层用于填平第二基板上的电场调节层，改善由于电场调节层的斜面地形影响导致液晶配向均一性差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的，在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种变焦液晶透镜的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种变焦液晶透镜的液晶配向分布图；
图3是本申请实施例提供的增加竖向隔离结构与未增加竖向隔离结构的变焦液晶透镜光程差对比图；
图4是本申请实施例中的竖向隔离结构和遮光结构的截面图；
图5是本申请实施例中的V字型沟槽在电场调节层上的设置位置图；
图6是本申请实施例中的V字型沟槽与菲涅尔瓣之间的连接关系示意图；
附图标记：
1、第一基板；2、第一电极；3、第一配向层；4、液晶层；5、第二配向层；6、平坦化层；7、第二电极；8、电场调节层；9、第二基板；10、竖向隔离结构；11、遮光结构；12、V字型沟槽；13、齿顶；14、齿底。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请实施例提供了一种变焦液晶透镜，包括：
第一基板1；
第一电极2，设置在所述第一基板1下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
第一配向层3，设置在所述第一电极2下方，用于为液晶层4中的液晶分子提供一致的初始化状态；
液晶层4，设置在所述第一配向层3下方；
第二配向层5，设置在所述液晶层4下方，用于为液晶层4中的液晶分子提供一致的初始化状态；
平坦化层6，设置在所述第二配向层5下方，用于填平电场调节层8；
第二电极7，设置在所述平坦化层6下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
电场调节层8，设置在所述第二电极7下方，用于使所述第一电极2与第二电极之间的电场形成平滑渐变的周期性空间分布；
第二基板9，设置在所述第二电极7下方。
具体的，所述第一基板1设置在整个变焦液晶透镜上方，第二基板9设置在变焦液晶透镜下方，本申请实施例提供的变焦液晶透镜从上往下依次为：第一基板1，用于为变焦液晶透镜的其他膜层附着，也是变焦液晶透镜的主要支撑结构，一般为平板形状，也可以做成一维或二维曲面形状，一般为玻璃或耐高温260度以上的树脂材料或柔性聚酰亚胺材料等制备而成，且要求第一基板1的透过率为85%以上；第一电极2，用于为变焦液晶透镜提供电压，成膜在第一基板1上，一般采用ITO（氧化铟锡）材料制备而成，既是导体，又具有较高的透明度，也可采用纳米银线等其他透明导电材料制备而成；第一配向层3，用于为液晶层4中的液晶分子提供一致的初始化状态，初始化状态包括预倾斜角和旋转角，第一配向层3成膜在第一电极2上，一般为聚酰亚胺、亮黄、偶氮苯磺酸等材料制备而成，可采用凸版印刷、旋涂工艺制作，烘烤固化后，可采用摩擦取向或光控取向或光电取向工艺定制液晶分子的预倾斜角和旋转角；液晶层4，设置在第一配向层3下方，一般为向列液晶，可通过加入手性剂实现扭曲配向，从而实现自然光调制；第二配向层5，与第一配向层3的作用相同，只是位置位于液晶层4另一侧，且成膜于第二基板9上；平坦化层6，用于填平第二基板9上的电场调节层8，改善由于电场调节层8的斜面地形影响导致液晶配向均一性差的问题；第二电极7，同第一电极2的作用相同，只是位置设置在所述电场调节层8上方，且位于第二基板9上；电场调节层8，具体为菲涅尔齿形态，设置在所述第二电极7下方，用于使第一电极2与第二电极7之间的电场形成平滑渐变的周期性空间分布，从而控制液晶分子的倾斜角度也呈平滑渐变的周期性空间分布，形成正透镜或负透镜的效果；第二基板9，用于承载电场调节层8、第二电极7、平坦化层6、第二配向层5。
如图2所示，通过增加平坦化层6填平第二基板9上的电场调节层8，改善由于电场调节层8的斜面地形影响导致液晶配向均一性差的问题，也就是说，液晶配向均一性较好。
作为本申请一优选实施例，所述液晶层4中间隔设置有多个竖向隔离结构10，每个所述竖向隔离结构10下方一一对应设置有遮光结构11，所述遮光结构11用于遮挡所述竖向隔离结构10和所述电场调节层8所在区域产生的杂散光；每个所述竖向隔离结构10的两端分别与所述第一配向层3接触和所述遮光结构11连接，所述竖向隔离结构10用于将所述液晶层4被隔离为多个区域。
具体的，竖向隔离结构10处于液晶层4中相位差由最大变到最小的区域，也就是液晶分子的倾斜角度变化最大的区域，起到隔离不同区域液晶分子以减小边缘场效应的作用，进而使竖向隔离结构10两边的相位差更接近设计值，一般采用绝缘材料，如光学胶或光刻胶，用压印和光刻工艺制成于下基板上；遮光结构11，每个所述竖向隔离结构10下方一一对应设置有遮光结构11，用于遮挡所述竖向隔离结构10和所述电场调节层8所在区域产生的杂散光，一般采用金属层，如钼、铝、铜等材料制备而成，或不透光油墨或黑金属材料制备而成。
如图3所示，竖向隔离结构10位于于相位差由最大变到最小的位置，也就是OPD曲线的齿顶和齿底交界的位置，此处液晶分子的倾斜角度变化最大，不加竖向隔离结构10时容易受到边缘场效应影响，无法形成具有尖锐的齿顶和齿底的OPD曲线；加入竖向隔离结构10后，由于两边的液晶分子被隔离开，可以在竖向隔离结构10两侧形成具有尖锐的齿顶和齿底的OPD曲线，从而解决齿顶和齿底交界处相位分布异常的问题。
进一步，如图4所示，所述竖向隔离结构10和所述遮光结构11的横截面均为同心圆环。更优的，每个所述遮光结构11的横截面大于与其对应的所述竖向隔离结构10的横截面。
进一步，所述电场调节层8为菲涅尔结构，所述菲涅尔结构具有多对齿顶和齿底，每对所述齿顶和齿底所在位置均一一对应设置有所述竖向隔离结构10。
具体的，所述竖向隔离结构10和所述遮光结构11横截面均为同心圆环形状，且同心圆环形状所在位置与电场调节层8中的菲涅尔齿顶和齿底交接的位置重合，为了保证成像效果，竖向隔离结构10的圆环宽度小于2um，且竖向隔离结构10的高度与液晶层4的厚度一致，竖向隔离结构10还起到支撑液晶层4和提高液晶层4厚度均一性的作用，且可以隔离液晶层4中液晶分子。另外，遮光结构11与竖向隔离结构10的位置重合，考虑对位公差以及竖向隔离结构10实际影响的区域略微大于竖向隔离结构10本身，每个遮光结构11的横截面可以比与其对应的竖向隔离结构10的横截面的大30%。
作为本申请另一实施例，如图5和图6所示，所述电场调节层8上设置有多个V字型沟槽12，每个所述V字型沟槽12的顶部与所述菲涅尔结构的齿顶13高度相同，所述V字型沟槽12的底部与所述菲涅尔结构的齿底14高度相同，所述V字型沟槽12的斜面与所述菲涅尔结构中的每个菲涅尔瓣斜面连接，以连通所有菲涅尔瓣。
进一步的，如图5所示，所述V字型沟槽12设置在所述菲涅尔结构的直径或半径所在位置。
需要说明的是，实际制作变焦液晶透镜时，由于第二电极7是成膜于电场调节层8之上，电场调节层8的菲涅尔结构的齿顶13和齿底14交界的地方必然会出现膜层断开，导致菲涅尔瓣之间断开连接，电信号无法从外围直接传递到中心。因此，本申请在电场调节层8上设计了V字型沟槽12，沟槽顶部与菲涅尔结构的齿顶13高度相同，V字型沟槽12底部与菲涅尔结构的齿底14高度相同，V字型沟槽12可以设置多个，可以设置成位于菲涅尔结构的直径上或半径上，呈十字交叉排列，因为直径和半径是可以联通所有菲涅尔瓣的最短路径，V字型沟槽12的斜面可以与菲涅尔瓣的斜面连接，从而连通所有菲涅尔瓣，另外，V字型沟槽12也可以设置在菲涅尔结构的其他区域，通过本申请解决了菲涅尔结构的齿底和齿顶交界处相位分布异常的问题，影响眼镜的成像效果的技术问题。
作为本申请另一实施例，所述平坦化层6的折射率与所述电场调节层8的折射率具有预设差值，通过所述预设差值调控所述变焦液晶透镜的基础焦距。
需要说明的是，可以通过设计平坦化层6与电场调节层8的折射率差值以调控变焦液晶液晶的基础焦距，比如基础焦距设计为+0.5m（屈光度+2D），变焦液晶透镜焦距为+0.5m~无穷远（屈光度+2D~0D），则总体焦距变化范围为0.25m~无穷远（屈光度+2D~+4D）。
为了保证平坦化层6的平整度，可以采用化学机械抛光工艺进一步提高平坦度，从而提高整个液晶层4的厚度均一性。
本申请通过在液晶透镜中引入电场调节层8、平坦化层6、竖向隔离结构10以及遮光结构11，可以实现更精准的相位控制，并且不需要离散电极和高阻层，可以改善液晶配向受斜面地形影响导致均一性差的技术问题，以及电场调节层8上的菲涅尔结构的齿顶13和齿底14交界处相位分布异常的技术问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种变焦液晶透镜，其特征在于，包括：
第一基板；
第一电极，设置在所述第一基板下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
第一配向层，设置在所述第一电极下方，用于为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；
液晶层，设置在所述第一配向层下方；
第二配向层，设置在所述液晶层下方，用于为液晶层中的液晶分子提供一致的初始化状态；
平坦化层，设置在所述第二配向层下方，用于填平电场调节层；
第二电极，设置在所述平坦化层下方，用于为所述变焦液晶透镜提供电压；
电场调节层，所述电场调节层为菲涅尔结构，设置在所述第二电极下方，用于使所述第一电极与第二电极之间的电场形成平滑渐变的周期性空间分布；
第二基板，设置在所述第二电极下方；
所述液晶层中间隔设置有多个竖向隔离结构，每个所述竖向隔离结构下方一一对应设置有遮光结构，所述遮光结构用于遮挡所述竖向隔离结构和所述电场调节层所在区域产生的杂散光；
每个所述竖向隔离结构的两端分别与所述第一配向层接触和所述遮光结构连接，所述竖向隔离结构用于将所述液晶层隔离为多个区域。
2.如权利要求1所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述竖向隔离结构和所述遮光结构的横截面均为同心圆环。
3.如权利要求2所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，每个所述遮光结构的横截面大于与其对应的所述竖向隔离结构的横截面。
4.如权利要求1所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述菲涅尔结构具有多对齿顶和齿底，每对所述齿顶和齿底所在位置均一一对应设置有所述竖向隔离结构。
5.如权利要求4所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述电场调节层上设置有多个V字型沟槽，每个所述V字型沟槽的顶部与所述菲涅尔结构的齿顶高度相同，所述V字型沟槽的底部与所述菲涅尔结构的齿底高度相同，所述V字型沟槽的斜面与所述菲涅尔结构中的每个菲涅尔瓣斜面连接，以连通所有菲涅尔瓣。
6.如权利要求5所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述V字型沟槽设置在所述菲涅尔结构的直径或半径所在位置。
7.如权利要求1所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述第一基板或所述第二基板为平板形状、一维曲面形状或二维曲面形状。
8.如权利要求1所述的一种变焦液晶透镜，其特征在于，所述平坦化层的折射率与所述电场调节层的折射率具有预设差值，通过所述预设差值调控所述变焦液晶透镜的基础焦距。
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