柱狀透鏡元件與顯示裝置的製作方法

2023-12-10 15:20:37

本申請涉及液晶顯示領域，具體而言，涉及一種柱狀透鏡元件與顯示裝置。

背景技術：

聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，簡稱PDLC)是一種新興的光電薄膜材料，即將液晶(liquid crystal，簡稱LC)分散於聚合物中，在一定條件下經聚合反應，形成的液晶微滴均勻分散在連續的聚合物基體中。由於液晶分子的光學各向異性和介電各向異性，使PDLC成為一種具有電光響應特性的複合材料。

一般地，當無外加電場下，LC微滴均勻分散在聚合物中，且LC微滴中的向列型LC分子無規則排列。由於此時LC微滴的有效折射率與聚合物的折射率不匹配，PDLC透鏡層對光有散射作用，呈乳白色不透明態(OFF State)；當施加電場後，液晶微滴的光軸會沿著電場方向取向，此時若液晶微滴的折射率與聚合物的折射率匹配，則PDLC透鏡層呈透明態(ONState)；當電場消失，PDLC膜又恢復到OFF態。

與傳統顯示器相比，DFD-PDLC顯示器不需要偏振片、不需取向處理、製作工藝簡單、易於製成大面積柔性顯示器等優點，具有廣闊的應用前景。但目前PDLC器件仍存在明顯的不足，如對比度較低、驅動電壓較高與響應時間慢等等，因此國內外對PDLC的研究一直致力於改善PDLC的電光特性，尤其是在降低PDLC的驅動電壓方面。

一般地，電場強度E受電壓U與厚度d影響，E＝U/d，相同電壓的條件下，電場強度與厚度呈反比，隨著厚度的增加，電場強度逐漸減小。DFD-PDLC柱狀透鏡元件由於PDLC透鏡層與聚合物透鏡層的總厚度較大，使得其的驅動電壓較高，進而使得液晶分子的電光效應較弱。

技術實現要素：

本申請的主要目的在於提供一種柱狀透鏡元件與顯示裝置，以解決現有技術中柱狀透鏡元件的驅動電壓較大的問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種柱狀透鏡元件，該柱狀透鏡元件包括：PDLC透鏡層，包括依次排列的多個PDLC透鏡，且上述PDLC透鏡層具有第一透鏡表面；聚合物透鏡層，設置在上述第一透鏡表面的表面上，包括依次排列的多個聚合物透鏡，上述聚合物透鏡與上述PDLC透鏡一一對應，上述聚合物透鏡層與上述第一透鏡表面的接觸表面與上述第一透鏡表面相適配；導電粒子，分散在上述聚合物透鏡層和/或上述PDLC透鏡層中。

進一步地，上述導電粒子的重量為上述PDLC透鏡層的重量的0.01～30％。

進一步地，上述導電粒子的重量為上述聚合物透鏡層的重量的0.01～30％。

進一步地，上述導電粒子為ITO納米粒子。

進一步地，上述柱狀透鏡元件還包括：第一電極層，設置在上述PDLC透鏡層遠離上述聚合物透鏡層的表面上；第二電極層，設置在上述聚合物透鏡層遠離上述PDLC透鏡層的表面上。

進一步地，上述柱狀透鏡元件還包括：第一透明基材層，設置在上述第一電極層的遠離上述PDLC透鏡層的表面上；第二透明基材層，設置在上述第二電極層的遠離上述聚合物透鏡層的表面上。

進一步地，上述PDLC透鏡層為平凹透鏡層，上述聚合物透鏡層為平凸透鏡層。

進一步地，上述PDLC透鏡層為平凸透鏡層，上述聚合物透鏡層為平凹透鏡層。

根據本申請的另一方面，提供了一種顯示裝置，該顯示裝置包括柱狀透鏡元件，該柱狀透鏡元件為上述的柱狀透鏡元件。

應用本申請的技術方案，將導電粒子分散在PDLC透鏡層與聚合物透鏡層中，增加聚合物透鏡層與PDLC透鏡層的導電性，降低柱狀透鏡的驅動電壓，從而可以以低的驅動電壓實現柱狀透鏡的2D與3D影像切換顯示的效果。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1示出了本申請的實施例1提供的柱狀透鏡元件的結構示意圖；

圖2示出了本申請的實施例2提供的柱狀透鏡元件的結構示意圖；

圖3示出了液晶分子的結構示意圖；以及

圖4示出了的液晶分子介電質頻率響應的示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

01、導電粒子；1、第一透明基材層；2、第一電極層；3、PDLC透鏡層；4、聚合物透鏡層；5、第二電極層；6、第二透明基材層；30、液晶微滴。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中的柱狀透鏡元件的驅動電壓較大，電光效應較弱，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種柱狀透鏡元件與顯示裝置。

本申請的一種典型的實施方式中，提供了一種柱狀透鏡元件，如圖1或圖2所示，該元件包括：PDLC透鏡層3、聚合物透鏡層4與導電粒子01。其中，PDLC透鏡層3包括依次排列的多個PDLC透鏡，且上述PDLC透鏡層3具有第一透鏡表面；聚合物透鏡層4設置在上述第一透鏡表面的表面上，包括依次排列的多個聚合物透鏡，上述聚合物透鏡與上述PDLC透鏡一一對應，上述聚合物透鏡層4與上述第一透鏡表面的接觸表面與上述第一透鏡表面相適配；導電粒子01分散在上述聚合物透鏡層4和/或上述PDLC透鏡層3中。圖1中的導電粒子01僅分散在PDLC透鏡層3中。如圖2中的導電粒子01分散在PDLC透鏡層3與聚合物透鏡層4中。

上述的柱狀透鏡元件的PDLC透鏡層和/或聚合物透鏡層中分散有導電粒子，該導電粒子可以增加PDLC透鏡層和/或聚合物透鏡層的導電性，即增加電導率，使得這兩層中的至少一層的電阻減小，進而使得該元件需要的驅動電壓減小，提高了PDLC透鏡層中液晶材料的電光效應。

本申請中的PDLC中的聚合物可以是任何滿足要求的聚合物。本領域技術人員可以根據實際情況選擇合適的聚合物。

本申請中的聚合物透鏡層中的聚合物可以是任何滿足要求的聚合物，本領域技術人員可以根據實際情況選擇合適的聚合物。

並且，PDLC中的聚合物與聚合物透鏡層中的聚合物可也是相同的聚合物，也可以是不相同的聚合物，本領域技術人員可以根據實際情況將二者設置為相同或者不同。

本申請的一種實施例中，上述導電粒子的重量為上述PDLC透鏡層的重量的0.01～30％，由於導電粒子並不是PDLC透鏡層的一部分，只是分散在PDLC透鏡層中，這裡的PDLC透鏡層的重量不包括導電粒子。這樣能夠進一步保證以較低的驅動電壓就可以驅動柱狀透鏡元件，即改變PDLC透鏡層中液晶材料的折射率，提高了該液晶材料的電光效應。

為了進一步提高液晶材料的電光效應且進步一步保證PDLC材料不失效，本申請優選上述導電粒子的重量為上述聚合物透鏡層的重量的0.01～30％，由於導電粒子並不是聚合物透鏡層的一部分，只是分散在聚合物透鏡層中，所以這裡的聚合物透鏡層的重量不包括導電粒子的重量。

本申請的導電粒子可以是現有技術中的任何一種導電粒子，本領域技術人員可以根據實際情況選擇合適的導電粒子。

本申請的再一種實施例中，上述導電粒子01為ITO納米粒子。但是並不限於該種粒子，本領域技術人員可以根據實際情況選擇任何滿足要求的導電粒子。

本申請的另一種實施例中，如圖1或圖2所示，上述柱狀透鏡元件還包括第一電極層2與第二電極層5，其中，上述第一電極層2設置在上述PDLC透鏡層3遠離上述聚合物透鏡層4的表面上；第二電極層5設置在上述聚合物透鏡層4遠離上述PDLC透鏡層3的表面上。如圖1與圖2所示，第一電極層2與第二電極層5均與外部驅動電壓V(f)連接，通過外部驅動電壓V(f)產生電場，其中，f代表頻率。

第一電極層與第二電極層可以獨立地選自任何滿足需求的電極層，比如可以選擇ITO電極層，本領域技術人員可以根據實際情況選擇合適的材料作為第一電極層與第二電極層。

另外，每個液晶微滴由多個液晶分子構成。如圖3所示，每個液晶分子為杆狀的結構，令其長軸沿Z軸分布、而短軸沿XY平面分布。該液晶分子所具有的光電效應，由入射光的偏振方向、光學折射率n與介電常數ε所決定。

一般地，對於入射光與液晶分子的光學作用，為依存於入射光電場偏振方向與液晶分子所具有的雙折射特性。當入射光的電場偏振方向，為平行於該液晶分子長軸方向時，該入射光的相位延遲由異常光折射率n∥所決定；當入射光的電場偏振方向，為垂直於該液晶分子長軸方向時，該入射光的相位延遲，由尋常光折射率為n⊥所決定。另外，液晶分子為正單軸液晶時，具有n∥>n⊥的關係。

另外，對於液晶分子的電氣作用，則依存於驅動電壓V(f)的驅動頻率與液晶分子所具有的介電質特性。如圖4所示，為液晶分子介電常數ε∥、ε⊥與驅動電壓頻率f響應的示意圖。對於具有適當振幅的驅動電壓，由改變驅動電壓的頻率f，可改變液晶分子長軸介電常數ε∥、但不會影響液晶分子短軸介電常數ε⊥。因此對於電氣的作用，液晶分子具有以下的關係：

當f＝fL0；

當f＝fH>fc時，Δε<0；

當f＝fc時，Δε＝0；

其中，Δε＝ε∥-ε⊥。

當f＝fL0，該驅動電壓所產生的電場，可旋轉該液晶分子空間排列的方向，使該液晶分子的長軸沿電場的方向排列，稱fL為定向排列頻率(HomeotropicAlignmentFrequency)。

當Δεn⊥、n∥＝np。

ε∥與ε⊥的關係如下：當f0，液晶分子的長軸沿電場的方向排列，液晶分子的折射率為n⊥fc時，Δεn⊥、n∥＝np。

ε∥與ε⊥的關係如下：當f0，液晶分子的長軸沿電場的方向排列，液晶分子的折射率為n⊥fc時，Δε<0，液晶分子的短軸沿電場的方向排列，液晶分子的折射率為n∥＝np，該DFD-PDLC柱狀透鏡陣列，呈現光穿透特性，因此可呈現顯示於該影像顯示器屏幕上的2D影像；其中，f為外部驅動電壓V(f)的驅動頻率，fc為交叉頻率，Δε＝ε∥-ε⊥。

上述的實施例中，將導電粒子分散在PDLC透鏡層中，或者分散在聚合物透鏡層和PDLC透鏡層中，使得第一電極層與第二電極層之間的電壓差減小，進而減小柱狀透鏡元件的驅動電壓。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現了如下技術效果：

1)、本申請的柱狀透鏡元件的PDLC透鏡層和/或聚合物透鏡層中分散有導電粒子，該導電粒子可以增加PDLC透鏡層和/或聚合物透鏡層的導電性，即增加電導率，使得這兩層中的至少一層的電阻減小，進而使得該元件需要的驅動電壓減小，提高了PDLC透鏡層中液晶材料的電光效應。

2)、本申請的顯示裝置由於具有上述的柱狀透鏡，使得其的驅動電壓較小。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，並不用於限制本申請，對於本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護範圍之內。