液晶透镜、立体显示装置及制造方法与流程

本发明涉及立体显示技术领域，特别是涉及一种液晶透镜、立体显示装置和液晶透镜制造方法及立体显示装置的制造方法。

背景技术：

裸眼立体显示器已经越来越多的应用于消费级显示产品之中。目前各种类型的裸眼立体显示器中，采用液晶透镜作为分光器件的裸眼立体显示器，因具有焦距可调节，光能损耗小等优点，成为裸眼立体显示器发展的主流技术。

现有的液晶透镜的配向层采用摩擦配向的方式，这种方式只能进行平面配向，且只能对配向平面做单一方向的配向，这使得液晶分子在不同摩擦配向层的预倾角中，在电场中的分布都不能达到理想透镜的排布状况：与预倾角方向相同或相近方向的液晶分子在电场中沿着电势线均匀平滑分布，与预倾角方向相反方向的液晶分子在电场中不能较好地顺着电势线均匀分布，导致液晶透镜用于3D显示时，显示屏幕上出现左右或者上下可视角度差异的现象，出现某一方向透过率偏强或者偏弱，严重影响观看者的观看效果。

技术实现要素：

本发明提供液晶透镜、立体显示装置及制造方法，主要用于消除传统摩擦配向层单一配向导致可视角度内出现偏视的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种液晶透镜，包括第一基板、第二基板、第一电极、第二电极、第一配向层、第二配向层和液晶层， 所述第一基板与所述第二基板以预定间距平行设置，所述第一电极设置在所述第一基板上，所述第二电极设置在所述第二基板上，所述第一配向层覆盖在所述第一电极上，所述第二配向层覆盖在所述第二电极上，所述液晶层设置在所述第一配向层与第二配向层之间，其中，所述液晶透镜包括多个透镜单元，在每一透镜单元中，所述第一配向层包括第一子配向区域和第二子配向区域，所述第一配向层与所述透镜单元的中心线所在平面相交，所述第一子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与所述第二子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向相交于所述透镜单元的所述中心线所在平面，且关于所述透镜单元的所述中心线所在平面对称。

本发明还提供一种立体显示装置，包括显示面板和液晶透镜，其中，所述液晶透镜为前面所述的液晶透镜

本发明还提供一种液晶透镜的制造方法，其中，所述制造方法包括：

S1、提供第一基板和第二基板，以及夹持在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

S2、在所述第一基板上形成第一电极层，在所述第一电极层上形成第一配向剂层，并固化；

S3、所述液晶透镜包括多个透镜单元，每个透镜单元对应的所述第一配向剂层分为第一子配向剂区域和第二子配向剂区域，所述第一配向剂层与所述透镜单元的中心线所在平面相交，所述第一子配向剂区域和所述第二子配向剂区域分别位于所述透镜单元的中心线所在平面的两侧；

S4、对所述第一子配向剂区域的配向剂进行配向；

S5、对所述第二子配向剂区域的配向剂进行配向，其中，所述第一子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与所述第二子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向相交于所述透镜单元的所述中心线所在 平面，且关于所述透镜单元的所述中心线所在平面对称；

S6、在所述第二基板上形成第二电极层，在所述第二电极层上形成第二配向剂层，并固化，然后对所述第二配向剂层的配向剂进行配向。

本发明还提供一种立体显示装置的制造方法，所述制造方法包括液晶透镜制造方法，其中，所述液晶透镜制造方法为前面所述的液晶透镜的制造方法。

本发明提供的液晶透镜、立体显示装置、液晶透镜的制造方法及立体显示装置的制造方法，通过在每一透镜单元中，第一配向层包括第一子配向区域和第二子配向区域，该第一子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与所述第二子配向区域的配向剂的配向方向延伸方向关于所述透镜单元的中心线所在平面对称，具有消除传统摩擦配向层单一配向导致立体显示装置在可视角度内出现的偏视的有益效果。

附图说明

图1是本发明立体显示装置的较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中的液晶透镜的第一配向层的配向剂的配向方向示意图；

图3为本发明较佳实施例的液晶透镜制造方法的流程示意图；

图4为图3中步骤S6的详细流程示意图；

图5A为本发明较佳实施例的光罩装置对液晶透镜的配向层的第一子配向区域的配向剂进行配向时的结构示意图；

图5B为本发明较佳实施例的光罩装置对液晶透镜的配向层的第一子配向区域的配向剂进行配向时的结构示意图；

图5C为图3中步骤S4的详细流程示意图；

图6为图3中步骤S5的详细流程示意图；

图7为图4中步骤S62的详细流程示意图；

图8为图4中步骤S63的详细流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

请参见图1和图2，图1是本发明立体显示装置的较佳实施例的结构示意图，图2是图1中的液晶透镜的第一配向层的配向剂的配向方向示意图。如图1所示，本发明的立体显示装置包括液晶透镜1和显示面板2，液晶透镜1位于显示面板2的出光侧，包括第一基板11、第二基板12及位于第一基板11和第二基板12之间的液晶层13，第一电极15、第二电极16、第一配向层17、第二配向层18。该第一基板11与该第二基板12以预定间距平行设置。该第一电极15设置在该第一基板11上，该第二电极16设置在该第二基板12上。该第一配向层17覆盖在该第一电极15上，该第二配向层18覆盖在该第二电极16上，该液晶层13设置在该第一配向层17与第二配向层18之间。该液晶透镜包括多个透镜单元，在每一透镜单元中，该第一配向层17包括第一子配向区域171和第二子配向区域172。该第一配向层17与该透镜单元的中心线MO所在平面相交，第一子配向区域171和第二子配向区域172分别位于透镜单元的中心线MO所在平面的两侧，关于该透镜单元的中心线MO所在平面呈对称设置。

进一步地，如图2所示，该第一子配向区域117的配向剂的配向方向的延伸方向A1A2或B1B2与该第二子配向区域172的配向剂的配向方向的延伸方向D1D2或C1C2相交于该透镜单元的该中心线MO所在平面，且关于所述透镜单元的中心线MO所在平面呈对称设置。图2中，在透镜单元的中心线MO所在平面左侧的A1A2、B1B2向右侧倾斜，在中心线 MO所在平面右侧的C1C2、D1D2向左侧倾斜，通过设置该第一子配向区域117的配向剂的配向方向的延伸方向与该第二子配向区域172的配向剂的配向方向的延伸方向关于该透镜单元的中心线MO所在平面对称，有效消除在光线传播中因配向剂原因导致传输的光线折射率存在差异的问题，可以有效地防止观看者在观看立体显示装置的显示图像时，在可视角度内出现的偏视现象，改善了立体显示的效果。

在一个变形实施例中，如图1所示，在每一透镜单元中，该第二配向层18包括第三子配向区域181和第四子配向区域182，该第二配向层18与该透镜单元的中心线MO所在平面相交，该第三子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与该第四子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向相交于该透镜单元的该中心线MO所在平面，且关于该透镜单元的该中心线MO所在平面呈对称设置。通过对前述第一配向层17和第二配向层18的四个子配向区域的配向剂的配向方向采用前述方式设置，可以更有效地防止观看者在观看立体显示装置的显示图像时在可视角度内出现的偏视现象，进一步改善了立体显示的效果。

此外，本发明采用的配向剂可以选用常见的光配向剂，例如该配向剂为以下至少之一：光聚合型配向剂、光异构型配向剂或光分解型配向剂。

还有，配向剂的配向方向的延伸线与第一基板或第二基板之间存在一个夹角，称为该配向剂的预倾角，该预倾角在0.5度至8度之间。较佳地，该配向剂的预倾角在3度至4度之间时对液晶层的液晶分子的配向效果更佳。

在本发明的一个实施例中，该第一电极15为驱动电极，呈条形，该第二电极16为公共电极，为面电极或条形电极。每个透镜单元对应2个第一电极15，也可对应3个第一电极15，或者对应8个第一电极15。当对应2个第一电极15时，该两个第一电极15之间的中垂线与透镜单 元的中心线重合。

进一步地，在一个变形实施例中，该第一子配向区域与该第三子配向区域位于该透镜单元的中心线的同一侧，该第一子配向区域的配向剂的配向方向在所述第二配向层上的投影与所述第三子配向区域的配向剂的配向方向平行或相交，且二者之间夹角α的取值范围为0°≤α≤2°。此外，该第二子配向区域与该第四子配向区域位于该透镜单元的中心线的另一侧，所述第二子配向区域的配向剂的配向方向在所述第二配向层上的投影与所述第四子配向区域的配向剂的配向方向平行或相交，且二者之间夹角β的取值范围为0°≤β≤2°。

本发明所提供的立体显示装置，还可以具有触控功能，该立体显示装置还包括触控屏幕，该触控屏幕包括玻璃基板和触控元件，该触控屏幕位于液晶透镜的远离显示面板一侧。触控屏幕的结构可以采用现有技术的触控屏，在此不作进一步描述。

请参见图3，图3为本发明较佳实施例的液晶透镜制造方法的流程示意图。如图3所示，本发明的液晶透镜的制造方法，包括：

S1、提供第一基板和第二基板，以及夹持在该第一基板与该第二基板之间的液晶层；

S2、在该第一基板上形成第一电极层，在该第一电极层上形成第一配向剂层，并固化。配向剂层的形成可以如下的方式实现：在第一基板的第一电极层一侧的电极表面均匀涂布本发明中所采用的光配向剂溶液，涂布方式可以为旋涂式，印刷式，喷(滴)洒式，或者浸没式；涂布的光配向溶液进行预固化或者本固化。这里的固化可以是常见的加热固化或者其它常用的固化方式。

S3、该液晶透镜包括多个透镜单元，每个透镜单元对应的该第一配向剂层分为第一子配向剂区域和第二子配向剂区域，该第一配向剂层与该透镜单元的中心线所在平面相交，该第一子配向剂区域和该第二子配 向剂区域分别位于该透镜单元的中心线所在平面的两侧；

S4、对该第一子配向剂区域的配向剂进行配向；

S5、对该第二子配向剂区域的配向剂进行配向，其中，该第一子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与该第二子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向相交于该透镜单元的该中心线所在平面，且关于该透镜单元的该中心线所在平面对称；

S6、在该第二基板上形成第二电极层，在该第二电极层上形成第二配向剂层，并固化，然后对该第二配向剂层的配向剂进行配向。

本发明的透镜制造方法，对第一配向层进行分区，对不同子配向剂区域的配向剂分别按预先设定进行配向，可以有效地防止观看者在观看立体显示装置的显示图像时，在可视角度内出现的偏视现象，还可以消除串扰，改善立体显示的效果。

较佳地，请参见图4，该步骤S6中该对第二配向剂层的配向剂进行配向，进一步包括：

S61、每个透镜单元对应的该第二配向剂层分为第三子配向剂区域和第四子配向剂区域，该第二配向剂层与该透镜单元的中心线所在平面相交，该第三子配向剂区域和该第四子配向剂区域分别位于该透镜单元的中心线所在平面的两侧；

S62、对该第三子配向剂区域的配向剂进行配向；

S63、对该第四子配向剂区域的配向剂进行配向，其中，该第三子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向与该第四子配向区域的配向剂的配向方向的延伸方向相交于该透镜单元的该中心线所在平面，且关于该透镜单元的该中心线所在平面对称。

在本发明的液晶透镜的制造方法中，进一步对第二配向层进行分区，对不同子配向剂区域的配向剂分别按预先设定进行配向，可以更有效地防止观看者在观看立体显示装置的显示图像时，在可视角度内出现 的偏视现象，进一步改善立体显示的效果。

请参见图5A、5B、5C，图5A为本发明较佳实施例的光罩装置对液晶透镜的配向层的第一子配向区域的配向剂进行配向时的结构示意图；图5B为本发明较佳实施例的光罩装置对液晶透镜的配向层的第一子配向区域的配向剂进行配向时的结构示意图；图5C为图3中步骤S4的详细流程示意图。参见图5A、5B，在液晶透镜的第一基板40表面设有多个电极单元50，在电极单元50的远离第一基板40一侧的表面上涂布有配向剂(图未示出)，一光罩装置设于配向剂上方，光罩装置包括第一光罩30和光源60，第一光罩30包括一个第一光罩狭缝31和第二光罩狭缝32，可以根据需要调节第一光罩狭缝31的宽度和位置，调节光源60的强度和位置可以使光线穿过第一光罩狭缝31照射到第一基板40的配向剂上。在本发明的一个较佳实施例中，一个透镜单元对应两个电极单元50，将两个电极单元50之间的中心位置(即透镜单元的中心线)处，划分为两个区域，分为透镜单元左区域41和透镜单元右区域42，其中透镜单元左区域41对应第一光罩狭缝31，而透镜单元右区域42对应第二光罩狭缝32。在对透镜单元左区域41的配向剂进行配向时，第一光罩狭缝31处于透光状态，可以被光源60发射的光穿过，而第二光罩狭缝32处于不透光被遮挡状态，使得光线无法穿过第二光罩狭缝32。在对透镜单元右区域42的配向剂进行配向时，第二光罩狭缝32处于透光状态，可以被光源60发射的光穿过，而第一光罩狭缝31则处于被遮挡状态，使得光源60发射的光不能穿过。较佳地，第一光罩狭缝的宽度和长度与透镜单元左区域41的长度和宽度相适配，第二光罩狭缝的宽度和长度与透镜单元右区域42的长度和宽度相适配。还有，配向剂的配向方向与光源60的位置等有关，调节光源60的倾斜角度可以使得配向剂的配向方向至预先设定的方向。

请参见图5C，通过前面关于光罩装置对配向剂的配向的描述，前述 步骤S4进一步包括：

S41、在该第一基板上固化后的配向剂上方设置第一光罩，该第一光罩包括第一光罩狭缝，该第一光罩狭缝的宽度和长度与该第一配向剂区域的宽度和长度相对应；在这里，第一光罩表面与第一基板表面的间隔距离为10～1000um；第一光罩狭缝宽度为L/2(L为透镜单元的Pitch)，并以L/2的距离为周期间隔重复出现第一光罩狭缝。此外，第一光罩狭缝可以透镜单元的中心线作为基准线进行对位，要保证对位精度在正负5um最好。

S42、调节光源相对该第一基板的倾斜角度，使光线穿过该第一光罩狭缝后照射到该第一子配向剂区域，并使该第一子配向剂区域的配向剂的配向方向与第一预设方向相同。这里的光源可以紫外光(UV光)灯等照明光源。这里的紫外光灯选择波长范围在250nm至370nm，其中选择在365nm，313nm或者254nm中的一种或多种较好。还有，特定波长或偏振角度的紫外光经过第一光罩狭缝后在一定时间内完成配向剂的配向。

本发明采用上述光罩装置利用光照射到目标区域(如第一子配向剂区域)的配向剂上，对配向剂进行配向，而对目标区域外的配向剂则不会有影响，改变了传统配向剂仅在单一配向方向配向的方式，而且通过光罩狭缝的设置和光源位置的调节，可以精准地对目标区域的配向剂按照需求进行配向，有助于进一步改善偏视的问题，提升立体显示效果。

较佳地，请参见图6，该步骤S5中该对该第二子配向剂区域的配向剂进行配向，进一步包括：

S51、该第一光罩还包括第二光罩狭缝，该第二光罩狭缝的宽度和长度与该第二子配向剂区域的宽度和长度相对应；

S52、调节光源相对该第一基板的倾斜角度，使光线穿过该第二光罩狭缝后照射到该第二子配向剂区域，并使该第二子配向剂区域的配向 剂的配向方向与第二预设方向相同，其中，该第一预设方向的延伸方向与该第二预设方向的延伸方向关于该透镜单元的中心线所在平面对称。

较佳地，请参见图7，该步骤S62进一步包括：

S621、在该第二基板上固化后的配向剂上方设置第二光罩，该第二光罩包括第三光罩狭缝，该第三光罩狭缝的宽度和长度与该第三子配向剂区域的宽度和长度相对应；

S622、调节光源相对该第二基板的倾斜角度，使光线穿过该第三光罩狭缝后照射到该第三子配向剂区域，并使该第三子配向剂区域的配向剂的配向方向与第三预设方向相同。

较佳地，请参见图8，该步骤S63中该对该第四子配向剂区域的配向剂进行配向，进一步包括：

S631、该第二光罩还包括第四光罩狭缝，该第四光罩狭缝的宽度和长度与该第四配向剂区域的宽度和长度相对应；

S632、调节光源相对该第二基板的倾斜角度，使光线穿过该第四光罩狭缝后照射到该第四配向剂区域，并使该第四配向剂区域的配向剂的配向方向与第四预设方向相同，其中，该第三预设方向的延伸方向与该第四预设方向的延伸方向关于该透镜单元的中心线所在平面对称。

通过采用光罩装置的方式，对第一基板和第二基板上各自划分的目标区域采用光照的方式实现配向剂的配向，提高了配向剂的配向准确性。

本发明还提供一种立体显示装置的制造方法，该制造方法包括如前面所述的液晶透镜的制造方法。

在完成上述制造方法后，当液晶透镜工作时，在条形电极施加电压时，液晶分子在电场势能作用下以透镜单元中心线为中心左右呈均匀平滑分布状态，同时透镜单元中心线左右两侧的配向剂形成的预倾角亦都顺同电场伸展方向，不会存在摩擦配向中预倾角在电极线两侧时一侧顺 电场延伸方向分布，一侧逆电场延伸方向分布而造成的综合电势场变形的情况，极大地保证了液晶透镜结构的完整平滑性，使工作时光线更均匀地折射分布，形成一个低串扰，高效果的液晶透镜。

此外，根据本发明说明书所公开的技术方案，还可以作进一步的扩展和变形，例如，液晶透镜的透镜单元不只对应2个电极，还可以对应3个电极，5个电极，8个电极等多电极结构。对于透镜间距(Pitch)间隔较大时，建议采用多电极结构，使电场强度实施空间增强。在这里，以8电极结构为例，当立体显示装置处于3D显示状态时，向液晶透镜的电极施加电压，以透镜单元平行电极的纵向中心线为轴线分四组对称电极，每组对称电极施加相同的电压，不同电极组之间施加不同电压；本发明不同电极组施加电压从透镜单元边缘到中心的电压依次为4.5V，1.83V，0.62V和0V，对电极施加电压后，不同区域强电场与弱电场叠加，高电压电场决定最终电势场方向，透镜单元左右半部分配向预倾角都顺电场分布，更易形成平滑完整的透镜结构，极大地保证了液晶透镜结构的完整平滑性，使工作时光线更均匀地折射分布，形成一个低串扰，高效果的液晶透镜，从而使得立体显示效果更好。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。