一种基于超透镜的液晶显示模组和液晶显示屏的制作方法

1.本实用新型涉及液晶显示技术领域，具体而言，涉及一种基于超透镜的液晶显示模组和液晶显示屏。


背景技术：

2.目前，超透镜与液晶显示屏的组合可以对折射光学器件进行替换以实现变焦，但变焦的范围非常局限(仅在微米量级)，很难满足当今社会对变焦的需求。同时，超透镜与液晶显示屏的组合容易产生色差，进而在宽带成像和显示等领域的应用受到限制。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提出将传统透镜、超透镜和液晶显示组件结合为液晶显示模组，通过电压调控的方式实现该模组的变焦。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供的具体技术方案如下：
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于超透镜的液晶显示模组，包括：液晶显示组件和镜头组件；
6.所述镜头组件，包括：透镜单元和第一超透镜，所述透镜单元包括：至少一个折射透镜，所述透镜单元设置在所述第一超透镜靠近所述液晶显示组件的一侧和/或所述第一超透镜远离所述液晶显示组件的一侧；
7.所述液晶显示组件发出的线偏振光经过所述镜头组件会聚后在所述镜头组件的焦平面上成像。
8.可选地，所述液晶显示组件采用扭曲向列型液晶。
9.可选地，所述扭曲向列型液晶显示组件，包括：在所述线偏振光出射方向上依次设置的第一基板、第一ito(indium tin oxide,锡-铟氧化物)电极层、第一取向层、扭曲向列液晶(tnlc)层、第二取向层、第二ito电极层和第二基板。
10.可选地，所述镜头组件还包括：第二超透镜；
11.所述第二超透镜，设置在所述第一超透镜靠近所述液晶显示组件的一侧或者所述第一超透镜远离所述液晶显示组件的一侧；
12.所述第二超透镜与所述第一超透镜之间设置有所述透镜单元。
13.可选地，所述折射透镜采用具有光焦度的透镜。
14.可选地，所述光焦度，包括：正光焦度、负光焦度和0。
15.可选地，所述镜头组件，还包括：保护面板；所述保护面板设置于所述镜头组件的两端。
16.可选地，所述第一超透镜和第二超透镜，均包括：基底和设置在上述基底上的多个纳米结构。
17.可选地，所述第一超透镜和第二超透镜还包括：填充材料；
18.所述填充材料，填充在多个所述纳米结构之间。
19.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种液晶显示屏，包括用于上述第一方面所述的液晶显示模组。
20.本实用新型上述第一方面和第二方面提供的方案中，通过液晶显示组件中使用超透镜和透镜单元组成的镜头组件进行成像，与相关技术中液晶显示屏幕上只是覆盖一片作为镜头的超透镜相比，通过将透镜单元与超透镜进行组合得到镜头组件，以增大镜头组件的光学总长，实现了镜头组件可以在更大变焦范围内进行变焦成像的目的，并可进一步减少色差的发生。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
22.图1示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜和一个折射透镜结构示意图；
23.图2示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜和两个透镜单元结构示意图一；
24.图3示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜和两个透镜单元结构示意图二；
25.图4示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜和两个透镜单元结构示意图三；
26.图5示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜、一个第二超透镜和三个透镜单元结构示意图一；
27.图6示出了本实用新型实施例所提供的镜头组件为一个第一超透镜、一个第二超透镜和三个透镜单元结构示意图二；
28.图7示出了本实用新型实施例所提供的不同液晶显示模组通电后线偏振光的焦距对比示意图。
29.图标：
30.10、保护面板；11、折射透镜；12、第一超透镜；13、第一基板；14、第一ito电极层；15、第一取向层；16、扭曲向列液晶tnlc层；17、第二取向层；18、第二ito电极层；19、第二基板；20、第二超透镜。
具体实施方式
31.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.目前，可调谐偏振复用消色差介质超透镜结构由超透镜和扭曲向列型液晶组成，其中垂直叠加的全介电超透镜的结构单元是具有双折射特性的二氧化钛(tio2)纳米结构(高度为1000纳米(nm)，宽度最小为60纳米)，在不同偏振下，在所有设计波长处设计独立相位剖面。每个双折射元单元应在超透镜的特定位置提供偏振复用相位响应，以满足所有设计波长的相位要求，另外，tio2是一种在可见光范围内折射率较高的介电材料，在较低的纳米尺度下可实现较大的色散范围，对消色差有着很大的意义。
36.以1μm分辨率测量了沿传播方向(z轴)6个波长的焦点扩散函数。随着焦距的增加或波长的增加，焦点变大。虽然可调变焦消色差超透镜设计可以在450nm～650nm范围色差的优化和焦距的改变，但是变焦的范围是非常局限的(仅在微米量级内)，很难满足当前社会对变焦范围的需求。
37.超透镜是由排列在二维平面上的亚波长尺寸的纳米结构组成的平面光学元件。通过调整纳米结构的形状、大小、位置和方向，可以任意控制相位,以实现光的振幅、偏振和频率的改变。有了这样的多参数调制能力，大容量单功能折射光学元件可设计成超薄多功能元件，变焦超透镜是可调谐超透镜的重要应用之一，并有望取代笨重的折射光学元件。然而，大多数可调超透镜在单一波长下工作，色散限制了它们在宽带成像和彩色显示等领域的应用的实用性。传统的色散改善需要几个叠加镜片，导致系统庞大而复杂。超透镜具有更高的设计自由度，这开辟了使用的可能性。到目前为止，一些研究者已经通过多种方案设计多波长超透镜的交错结构和相位补偿，从而实现消色差性能。但它很少与其他参数结合来实现色散操纵。为此，本技术了提供基于超透镜的液晶显示模组和液晶显示屏的方案，该方案通过将传统透镜、超透镜和液晶显示屏结合，再通过电压调控实现变焦，既弥补了传统透镜笨重、色差大的缺点，又结合了传统透镜变焦距离长的优点。
38.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种基于超透镜的液晶显示模组和液晶显示屏，液晶显示模组，包括：液晶显示组件和镜头组件；其中，镜头组件包括：保护面板10、透镜单元和第一超透镜12，保护面板10设置于镜头组件的两端，并且保护面板10为透光材质；透镜单元设置在第一超透镜12靠近液晶显示组件的一侧和/或第一超透镜12远离液晶显示组件的一侧；液晶显示组件发出的线偏振光经过镜头组件会聚后在镜头组件的焦平面上成像。液晶显示组件采用扭曲向列型液晶。第一超透镜12，包括：基底和设置在基底上的多个纳米结构，纳米结构之间填充有填充材料。进一步地，液晶显示模组可替换为带有数字光处理dlp技术的显示器。
39.本实用新型实施例中，液晶显示组件与镜头组件沿同一光轴纵向分布。线偏振光从液晶显示组件发出后入射至镜头组件，线偏振光可以从镜头组件中的透镜单元射出，也
可以从第一超透镜12射出，透镜单元与第一超透镜12的位置关系不作限定。其中，透镜单元为折射透镜11，折射透镜11可以是一个，也可以是多个叠加，折射透镜11的数量并不固定。进一步地，镜头组件中的透镜单元与第一超透镜12只需沿光轴上下分布。透镜单元和第一超透镜12的纵向位置关系并不固定，透镜单元与第一超透镜12之间的叠加数量需各大于或等于一。
40.镜头组件可以包括但不限于采用下述三种方式实现，第一种方式：镜头组件包括：一个超透镜和一组透镜单元。
41.具体地，参见图1镜头组件为一个第一超透镜和一个折射透镜结构示意图所示，镜头组件，包括：两片保护面板10、一组透镜单元和一片第一超透镜12。第一超透镜12和透镜单元被所述两片保护面板10夹持在中间。
42.具体成像过程为：液晶显示组件发出的线偏振光入射至所述两片保护面板10中的一片；线偏振光透过保护面板10后在透镜单元与第一超透镜12的作用下进行变焦，变焦后的线偏振光再次穿过所述两片保护面板10中的另一片射出并实现成像。
43.第二种方式：镜头组件，包括：一片第一超透镜和两组透镜单元。
44.具体地，参见图2镜头组件为一个第一超透镜12和两个透镜单元结构示意图一所示，镜头组件，包括：两片保护面板10、两组透镜单元和一片第一超透镜12；两组透镜单元中的折射透镜11均为一片；所述两片保护面板10纵向将两组透镜单元和夹持在两组透镜单元中间的第一超透镜12夹持。其中，两组透镜单元只能位于第一超透镜12的上下两侧，两组透镜单元不能相互叠加。
45.具体成像过程为：液晶显示组件发出的线偏振光入射至镜头组件底部的所述两片保护面板10中的一片，线偏振光进入镜头组件后再次穿过透镜单元和第一超透镜12，最终线偏振光经过多次变焦后从镜头组件顶部的所述两片保护面板10中的另一片射出并实现变焦成像。可选地，透镜单元中的折射透镜11数量不止有一片，参照图3镜头组件为一个第一超透镜和两个透镜单元结构示意图二所示和参见图4镜头组件为一个第一超透镜和两个透镜单元结构示意图三所示，位于镜头组件顶部的透镜单元中的折射透镜11可以为两片或三片。根据对线偏振光的变焦需求可以自行设置折射透镜11的片数和透镜单元的组数。在上述第二种方式中透镜单元为两组。
46.第三种方式：镜头组件，包括：一个第一超透镜、一个第二超透镜和三组透镜单元。
47.具体地，参见图5镜头组件为一个第一超透镜、一个第二超透镜和三个透镜单元结构示意图一所示，镜头组件，包括：两片保护面板10、三组透镜单元、第一超透镜12和第二超透镜20。三组透镜单元中的折射透镜11数量均为一片；所述两片保护面板10纵向将三组透镜单元、第一超透镜12和第二超透镜20夹持在中间，其中，三组透镜单元不可相互叠加。三组透镜单元、第二超透镜20和第一超透镜12需相互穿插分布。可选地，参见图6镜头组件为一个第一超透镜、一个第二超透镜和三个透镜单元结构示意图二所示，镜头组件顶部的透镜单元中，其折射透镜11的数量可以为两个。
48.参见图7不同液晶显示模组通电后线偏振光的焦距对比示意图所示，从图中可知，液晶显示组件和镜头组件构成的液晶显示模组要比液晶显示组件和单独第一超透镜12构成的液晶显示模组，对线偏振光的焦距调节要更优。上述的镜头组件为镜头组件的第三种方式，线偏振光的焦距为6mm，而单一第一超透镜12的液晶显示模组的线偏振光焦距仅为50
μm。
49.本实用新型实施例中，镜头组件的上述三种方式对比可知，随着折射透镜11、第一超透镜12和/或者第二超透镜20的数量增多，会增大镜头组件的光学总长，从而增加镜头组件的变焦范围。对比图4和图5可知，对于同等镜片数(包括第一超透镜12和折射透镜11的总片数)，第一超透镜12越多的镜头组件其光学总长会越短，导致液晶显示模组整体越薄。
50.进一步地，本实用新型实施例中，不光镜头组件可以通过增加或删减第一超透镜12与透镜单元的数量来控制线偏振光的变焦，还可以通过控制液晶显示组件的电压来控制线偏振光的发射焦距。
51.液晶显示组件，包括：在线偏振光出射方向上依次设置的第一基板13、第一ito电极层14、第一取向层15、扭曲向列液晶tnlc层16、第二取向层17、第二ito电极层18和第二基板19。
52.液晶显示组件的调控电压对线偏振光的变焦也存在三种调控方式。第一种方式：液晶分子无法运动。
53.具体地，调控电压包括第一阈值和第二阈值；其中，第一阈值为0v，第二阈值为5v。此时液晶显示组件的调控电压小于或等于第一阈值。
54.具体调控过程为，液晶分子位于第一取向层15和第二取向层17之间，液晶显示组件中的第一ito电极层14和第二ito电极层18得电；其得电的电压值为第一阈值时，说明此时的液晶显示组件无外加电场，则垂直发出的线偏振光在通过液晶分子的过程中，会沿液晶分子的扭转方向发生偏转，偏转角度为90度。此时液晶显示模组中，线偏振光穿过液晶显示组件时焦距不会改变。线偏振光穿过镜头组件时，焦距才会发生改变。
55.第二种方式：液晶分子发生倾斜。
56.具体地，液晶显示组件通电后，调控电压取值大于第一阈值且小于或等于第二阈值。
57.具体调控过程为，液晶显示组件中的第一ito电极层14和第二ito电极层18得电，其得电的电压值为第二阈值。说明此时的液晶显示组件存在外界施加的电场，液晶分子的长轴受电场力的作用，开始向电场方向发生倾斜。如图7所示，液晶显示模组的调控电压为5v时，线偏振光的焦距比液晶显示模组的调控电压为0v时所有改变。调控电压为5v时，线偏振光从液晶显示组件发出的焦距为7mm，调控电压为0v时，线偏振光从液晶显示组件发出的焦距为6mm。进一步地，具有镜头组件的液晶显示模组通电后要比只带有单一第一超透镜12的液晶显示模组对线偏振光的焦距调控要优。通电电压同样为5v的情况下，带有镜头组件的液晶显示模组可使线偏振光的焦距为7mm。只带有单独第一超透镜12的液晶显示模组，线偏振光穿过后的焦距仅为100μm。
58.通过上述对比可知，改变液晶分子的驱动电压，可以使得液晶分子发生偏转，液晶分子发生偏转后，通过液晶分子的线偏振光焦距会增加。进一步地，也可通过调节镜头组件中透镜单元与第一超透镜12之间的间距，改变线偏振光的传播轨迹，实现焦点位置的控制。通过液晶显示组件和电压调控与镜头组件内部的元件间距调控，即可实现多种方式多自由度的超长变焦。
59.第三种方式：液晶分子重组。
60.具体地，液晶显示组件通电后，调控电压取值大于第二阈值。
61.具体调控过程为，当外加电压超过第二阈值(5v)时，液晶分子的长轴会趋向于沿平行电场的方向重新排列，导致液晶分子的偏振转换消失。通过施加不同的电压可以实现在宽波段范围的线偏振光变焦成像。
62.本实用新型实施例中，液晶显示屏与液晶显示模组配合。
63.综上所述，本实用新型中提出一种基于超透镜的液晶显示模组和液晶显示屏，通过液晶显示组件上覆盖多层的第一超透镜12和折射透镜11的组合，多次对线偏振光的焦距进行调制。液晶显示组件通电后液晶分子在不同的调控电压下状态发生改变，通过液晶分子的不同状态可使初始的线偏振光具有不同的焦距。镜头组件中的透镜单元与第一超透镜12的不同数量组合，可调控线偏振光的出射焦距大小。与相关技术中液晶显示屏幕上只是覆盖一片第一超透镜12相比，通过改变透镜单元内折射透镜11的间距和第一超透镜12的间距，或者增加、删减折射透镜11与第一超透镜12的数量，就可以对线偏振光的不同焦距进行调控，不仅可实现更大的超长变焦成像，还可以由于折射透镜11消色差的优良特性减少色差的发生。
64.同时，基于本实用新型实施例提出的设计，镜头组件和液晶显示组件的垂直堆叠集成在可见光区域提供了一个更简单的控制方案。有了这个方案，由二氧化钛纳米结构组成的本实用新型实施例中的偏振复用消色差超透镜实现了450nm到650nm范围内的任意超长变焦成像。此外，本实用新型实施例还可实现各类定制色散调制，适用于ar/vr显示器和光谱成像等应用，同时为实现可调谐宽带提供了新思路。
65.以上所述，仅为本实用新型实施例的具体实施方式，但本实用新型实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型实施例的保护范围之内。因此，本实用新型实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。