專利名稱：用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示應用領域，尤其涉及一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法。
背景技術：
當前，隨著人們生活水平的提高，信息傳播中最為重要的顯示技術也得到了日新月異的發展，尤其是三維立體顯示技術以其獨特的立體視覺刺激，受到越來越多用戶的青睞。在現有的三維立體顯示技術中，大致包括三種方式偏光眼鏡式立體顯示技術，該技術需要觀看者佩戴偏振眼鏡，嚴重影響觀看的舒適度；傳統障柵式技木，該技術 會大幅降低屏幕亮度；以及透鏡式立體顯示技術，使視差圖像對在空間上進行分離，從而產生立體視覺。此外，還有ー種解決方案是利用液晶這種特殊的材料取代實體透鏡而形成液晶透鏡，藉由上下玻璃基板各自鍍有的透明電極特殊圖案，提供電壓后形成不均勻的電場分布，使液晶分子的排列發生改變。由于液晶分子具有雙折射性質，只需經過適當設計，使液晶盒內不同位置形成不同的折射率分布，進而實現立體顯示和平面顯示之間的轉換。然而，現有技術中為了實現平面與立體顯示的切換，往往需要増加一切換單元，而切換單元的設置將會增加產品的成本。另外，多電極的液晶透鏡為達到同樣的光學效果，電極的蝕刻、驅動模塊的規格更高，價格昂貴。再者，雙電極(即，上下玻璃基板各自的電極)液晶透鏡不完美的折射率分布會帶來立體顯示上的諸多問題，増加串擾，影響立體顯示效果。有鑒于此，如何設計ー種エ藝簡單、成本低廉、光學效果好的液晶透鏡結構及其制造方法是相關技術人員亟待解決的問題。
發明內容
針對現有技術中的液晶型透鏡在實現立體顯示時所存在的上述缺陷，本發明提供了一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法。依據本發明的ー個方面，提供了ー種可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構，包括一第一玻璃基板，設置ー第一電極；—第二玻璃基板，與所述第一玻璃基板相對設置，所述第二玻璃基板設置ー第二電極；一液晶層，設置于所述第一和第二玻璃基板之間；以及ー聚合物，由一感光單體聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之ー且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度和寬度滿足菲涅爾透鏡的預設要求，其中，所述聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅爾透鏡結構藉由所述第一和第二電極來控制兩玻璃基板間的電壓，以實現平面與立體顯示切換。
優選地，第一電極和第二電極均為銦錫氧化物或銦鋅氧化物材料形成的透明電扱。優選地,液晶層的液晶間隙(LC cell gap)介于5um至30um之間。優選地，當菲涅爾透鏡結構處于立體顯示模式時，液晶層中的液晶平行于所述第一和第二玻璃基板；當菲涅爾透鏡結構處于平面顯示模式時，液晶層中的液晶垂直于第一和第二玻璃基板。優選地，聚合物的折射率等于所述液晶層中的液晶的尋常折射率。依據本發明的另ー個方面，提供了ー種可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構，包括—第一玻璃基板，設置ー第一電極； —第二玻璃基板，與所述第一玻璃基板相對設置，所述第二玻璃基板設置ー第二電極；一液晶層，設置于所述第一和第二玻璃基板之間；以及ー聚合物，由一感光單體聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之ー且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度等于所述第一和第二玻璃基板之間的距離，其中，所述液晶層摻雜有二色性染料，所述聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布，所述菲涅爾透鏡結構藉由所述第一和第二電極來控制兩玻璃基板間的電壓，以實現平面與立體顯示的切換。優選地,液晶層的液晶間隙(LC cell gap)介于3um至15um之間。依據本發明的又ー個方面，提供了一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的制造方法，包括以下步驟提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明電極；于所述第一和第二玻璃基板間灌注液晶、感光単體和光引發劑，以獲得一待照射基板；將所述待照射基板放置在ー承載裝置上，使得所述待照射基板的至少ー表面接受光線照射；利用圓形平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得ー牛頓環干涉光線，使得干涉光線通過狹縫照射到所述待照射基板的至少一面，以獲得條狀干涉條紋；根據感光単體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光単體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成所述菲涅爾透鏡結構。優選地，該制造方法還包括在液晶層中摻雜一二色性染料。依據本發明的再ー個方面，提供了一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的制造方法，包括以下步驟提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明電極；于所述第一和第二玻璃基板間灌注液晶、感光単體和光引發劑，以獲得一待照射基板；
直接利用柱狀平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得條狀干渉條紋；將所述條狀干涉條紋照射到所述待照射基板的至少一面；
根據感光単體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光単體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成所述菲涅爾透鏡結構。優選地，該制造方法還包括在液晶層中摻雜一二色性染料。采用本發明的用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法，將感光單體聚合形成的聚合物設置于第一玻璃基板和第二玻璃基板其中之ー且垂直于該玻璃基板，并以光線的柱狀干涉圖樣分布于第一或第二玻璃基板，從而藉由第一玻璃基板和第二玻璃基板各自的電極來控制基板間的電壓，實現平面與立體顯示的切換。此外，還可在液晶層中摻雜二色性染料，利用二色性染料的光學特性來縮小液晶間隙的尺寸，進而提升菲涅爾透鏡的光學效果。
讀者在參照附圖閱讀了本發明的具體實施方式
以后，將會更清楚地了解本發明的各個方面。其中，圖I (a)和圖I (b)分別示出依據本發明的ー實施方式，用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構在立體顯示模式和平面顯示模式下的狀態示意圖；圖2 (a)和圖2 (b)分別示出依據本發明的另ー實施方式，用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構在平面顯示模式和立體顯示模式下的狀態示意圖；圖3示出本發明用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的第一實施例的方法流程圖；圖4示出本發明用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的第二實施例的方法流程圖；圖5示出采用圖3或圖4的制造方法對照射基板進行單面照射時的示意圖；以及圖6示出采用圖3或圖4的制造方法對照射基板進行雙面照射時的示意圖。
具體實施例方式為了使本申請所掲示的技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式
作進ー步的詳細描述。圖I (a)和圖I (b)分別示出依據本發明的ー實施方式，用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構在立體顯示模式和平面顯示模式下的狀態示意圖。參照圖I (a)和圖I (b)，本發明的菲涅爾透鏡結構包括第一玻璃基板100、第二玻璃基板102、包括多個液晶104的液晶層和聚合物106。具體地，第一玻璃基板100上設置有第一電極(未不出)。第二玻璃基板102與第一玻璃基板100相對設置,第二玻璃基板102上設置有第二電極(未不出)。在一實施例中，第一電極和第二電極均為銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(ΙΖ0)材料形成的透明電極。液晶層設置于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102之間。需要指出的是，聚合物106由感光單體聚合形成。聚合物106位于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102其中之ー且垂直于第一玻璃基板100或第二玻璃基板102。其中，聚合物106以光線的柱狀干涉圖樣分布于第一玻璃基板100或第二玻璃基板102。此外,聚合物106的高度和寬度滿足菲涅爾透鏡的規格要求。如圖I (a)所示，當菲涅爾透鏡結構處于立體顯示模式時，液晶層中的液晶104在第一電極和第二電極所形成的電場作用下，液晶平行于第一玻璃基板100和第二玻璃基板102。如圖I (b)所示，當菲涅爾透鏡結構處于平面顯示模式時，液晶層中的液晶104在第一電極和第二電極所形成的電場作用下，液晶垂直于第一玻璃基板100和第二玻璃基板 102。在一實施例中，為了提升液晶透鏡的光學效果，聚合物106的折射率等于液晶層中的液晶的尋常折射率。在一實施例中，液晶層的液晶間隙(LC cell gap)介于5um至30um之間。圖2 (a)和圖2 (b)分別示出依據本發明的另ー實施方式，用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構在平面顯示模式和立體顯示模式下的狀態示意圖。參照圖2 Ca)和圖2 (b)，本發明的菲涅爾透鏡結構包括第一玻璃基板200、第二玻璃基板202、包括多個液晶204的液晶層和聚合物206。具體地,第一玻璃基板200上設置有第一電極(未不出)。第二玻璃基板202與第一玻璃基板200相對設置,第二玻璃基板202上設置有第二電極(未不出)。在一實施例中，第一電極和第二電極均為銦錫氧化物(ΙΤ0)或銦鋅氧化物(ΙΖ0)材料形成的透明電極。液晶層設置于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202。需要指出的是，聚合物206由感光單體聚合形成。聚合物206位于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202其中之ー且垂直于第一玻璃基板200或第二玻璃基板202。其中，聚合物206以光線的柱狀干涉圖樣分布于第一玻璃基板200或第二玻璃基板202之間。并且，聚合物206的高度等于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202之間的距離。與圖I (a)和圖I (b)不同的是，液晶層摻雜有二色性染料208。當第一電極和第ニ電極之間不施加基板間的電場電壓時，液晶204、二色性染料分子208垂直于第一玻璃基板200和第二玻璃基板202，由于沒有光散射作用同時弱吸收，所以與聚合物206聚合處同為売態，如圖2 (a)所不。當基板間的電場電壓超過臨界值時，液晶204帶動二色性染料分子208開始朝垂直于電場方向轉動。由于基板沒有配向處理，液晶204和二色性染料分子208朝垂直電場方向在ニ維平面中任意排列，散射作用和此刻染料的光吸收最強，呈現暗態，如圖2 (b )所
/Jn ο在一實施例中，為了提升液晶透鏡的光學效果，聚合物206的折射率等于液晶層中的液晶的尋常折射率。在一實施例中，液晶層的液晶間隙(LC cell gap)介于3um至15um之間。圖3示出本發明用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的第一實施例的方法流程圖。參照圖3，用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的方法中，首先執行步驟SI I，提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，該第一玻璃基板和該第二玻璃基板均具有一透明電極。接著執行步驟S13，于第一玻璃基板和第二玻璃基板間灌注液晶、感光単體和光引發劑，以獲得一待照射基板。然后在步驟S15中，將待照射基板放置在ー承載裝置上，使得待照射基板的至少ー表面接受光線照射。最后在步驟S17和S 19中，利用圓形平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得ー牛頓環干涉光線，使得干涉光線通過狹縫照射到所述待照射基板的至少一面，以獲得條狀干渉條紋。進而根據感光単體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光単體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成菲涅爾透鏡結構。在一些實施例中，為了提高菲涅爾透鏡結構的光學效果，還可在液晶層中摻雜 一二色性染料。圖4示出本發明用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的第二實施例的方法流程圖。參照圖4，用于制造可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的方法中，首先執行步驟S21，提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，該第一玻璃基板和該第二玻璃基板均具有一透明電極。接著執行步驟S23，于第一玻璃基板和第二玻璃基板間灌注液晶、感光単體和光引發劑，以獲得一待照射基板。然后在步驟S25中，直接利用柱狀平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得條狀干渉條紋。最后在步驟S27和S29中，將條狀干涉條紋照射到待照射基板的至少一面。進而根據感光単體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光単體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成菲涅爾透鏡結構。在一些實施例中，為了提高菲涅爾透鏡結構的光學效果，還可在液晶層中摻雜一二色性染料。圖5示出采用圖3或圖4的制造方法對照射基板進行單面照射時的示意圖。采用圖3或圖4的制造方法吋，對待照射基板進行單面照射。在一些實施例中，可通過調節光固化溫度和固化時間來控制所形成的聚合物結構和形狀，進而調節菲涅爾透鏡的顯示效果。例如，將使用的感光單體含量控制在15% 45%范圍內，光照強度在50 μ W 300 μ W之間，光引發劑的使用量為總混合物質量的1% 5%，固化溫度為20°C 30°C。此夕卜，根據感光単體的含量及種類確定固化時間，諸如I小時 10小時之間。如圖5所示，利用第一玻璃基板100和第二玻璃基板102進行水平配向處理，液晶104平行于第一和第二玻璃基板100和102。圖6示出采用圖3或圖4的制造方法對照射基板進行雙面照射時的示意圖。采用圖3或圖4的制造方法吋，還可對待照射基板進行雙面照射。在一些實施例中，可通過調節光固化溫度和固化時間來控制所形成的聚合物結構和形狀，進而調節菲涅爾透鏡的顯示效果。
例如，將使用的感光單體含量控制在40% 65%的范圍內，光照強度在500 μ W 3000 μ W之間，光引發劑的使用量為總混合物質量的3% 10%，固化溫度為25°C 50°C。此夕卜，根據感光単體的含量及種類確定固化時間，諸如10分鐘小時之間。如圖6所示，利用第一玻璃基板100和第二玻璃基板102進行垂直配向處理,液晶104垂直于第一和第二玻璃基板100和102。采用本發明的用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法，將感光單體聚合形成的聚合物設置于第一玻璃基板和第二玻璃基板其中之ー且垂直于該玻璃基板，并以光線的柱狀干涉圖樣分布于第一或第二玻璃基板，從而藉由第一玻璃基板和第二玻璃基板各自的電極來控制基板間的電壓，實現平面與立體顯示的切換。此外，還可在液晶層中摻雜二色性染料，利用二色性染料的光學特性來縮小液晶間隙的尺寸，進而提升菲涅爾透鏡的光學效果。上文中，參照附圖描述了本發明的具體實施方式
。但是，本領域中的普通技術人員 種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明權利要求書所限定的范圍內。
權利要求
1.一種可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述菲涅爾透鏡結構包括 一第一玻璃基板，設置一第一電極； 一第二玻璃基板，與所述第一玻璃基板相對設置，所述第二玻璃基板設置一第二電極； 一液晶層，設置于所述第一和第二玻璃基板之間；以及 一聚合物，由一感光單體聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之一且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度和寬度滿足菲涅爾透鏡的預設要求， 其中，所述聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅爾透鏡結構藉由所述第一和第二電極來控制兩玻璃基板間的電壓，以實現平面與立體顯示的切換。
2.根據權利要求I所述的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述第一和第二電極均為銦錫氧化物或銦鋅氧化物材料形成的透明電極。
3.根據權利要求I所述的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述液晶層的液晶間隙(LCcell gap)介于 5um 至 30um 之間。
4.根據權利要求I所述的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，當所述菲涅爾透鏡結構處于立體顯示模式時，所述液晶層中的液晶平行于所述第一和第二玻璃基板；當所述菲涅爾透鏡結構處于平面顯示模式時，所述液晶層中的液晶垂直于所述第一和第二玻璃基板。
5.根據權利要求I所述的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述聚合物的折射率等于所述液晶層中的液晶的尋常折射率。
6.一種可實現平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述菲涅爾透鏡結構包括 一第一玻璃基板，設置一第一電極； 一第二玻璃基板，與所述第一玻璃基板相對設置，所述第二玻璃基板設置一第二電極； 一液晶層，設置于所述第一和第二玻璃基板之間；以及 一聚合物，由一感光單體聚合形成，位于所述第一和第二玻璃基板其中之一且垂直于所述第一玻璃基板，所述聚合物的高度等于所述第一和第二玻璃基板之間的距離， 其中，所述液晶層摻雜有二色性染料，所述聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布，所述菲涅爾透鏡結構藉由所述第一和第二電極來控制兩玻璃基板間的電壓，以實現平面與立體顯示的切換。
7.根據權利要求6所述的菲涅爾透鏡結構，其特征在于，所述液晶層的液晶間隙(LCcell gap)介于 3um 至 15um 之間。
8.一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的制造方法，其特征在于，該制造方法包括以下步驟 提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明電極； 于所述第一和第二玻璃基板間灌注液晶、感光單體和光引發劑，以獲得一待照射基板；將所述待照射基板放置在一承載裝置上，使得所述待照射基板的至少一表面接受光線照射； 利用圓形平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得一牛頓環干涉光線，使得干涉光線通過狹縫照射到所述待照射基板的至少一面，以獲得條狀干涉條紋；根據感光單體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光單體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成所述菲涅爾透鏡結構。
9.一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構的制造方法，其特征在于，該制造方法包括以下步驟 提供一第一玻璃基板和一第二玻璃基板，所述第一和第二玻璃基板均具有一透明電極； 于所述第一和第二玻璃基板間灌注液晶、感光單體和光引發劑，以獲得一待照射基板； 直接利用柱狀平凸透鏡將感光單體聚合所需的一定波長的光進行反射，獲得條狀干涉條紋； 將所述條狀干涉條紋照射到所述待照射基板的至少一面； 根據感光單體的種類、含量來調整光強、固化溫度和固化時間，將感光單體進行聚合從而得到預設的聚合物高度和寬度，以形成所述菲涅爾透鏡結構。
10.根據權利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，該制造方法還包括 在所述液晶層中摻雜一二色性染料。
全文摘要
本發明提供了一種用于平面與立體顯示切換的菲涅爾透鏡結構及其制造方法。該菲涅爾透鏡結構包括第一玻璃基板；第二玻璃基板，與第一玻璃基板相對設置；液晶層，設置于第一和第二玻璃基板之間；以及由感光單體聚合形成的聚合物，該聚合物的高度和寬度滿足菲涅爾透鏡的預設要求。聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布于所述第一或第二玻璃基板，所述菲涅爾透鏡結構藉由第一和第二電極來控制兩玻璃基板間的電壓，以實現平面與立體顯示的切換。采用本發明，將感光單體聚合形成的聚合物以光線的柱狀干涉圖樣分布于第一或第二玻璃基板，從而藉由第一和第二玻璃基板各自的電極來控制基板間的電壓，實現平面與立體顯示的切換。
文檔編號G02B27/22GK102707343SQ201210202369
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者宋悅, 楊邦彥, 趙博研, 陸建剛 申請人:友達光電(蘇州)有限公司, 友達光電股份有限公司