液晶微透镜阵列及其制造方法与流程

1.本发明大致涉及液晶透镜技术领域，尤其是一种液晶微透镜阵列及其制造方法。


背景技术：

2.对一般的液晶透镜(折射型液晶透镜)来说，其光程差与焦距之间的关系满足δnd＝r2/(2f)，其中δn为液晶材料的折射率各向异性值，d为液晶透镜的液晶盒厚，r为液晶透镜的半径，f为液晶透镜的焦距。根据光程差与焦距之间的关系式可知，对于尺寸大而焦距小的液晶透镜，所述折射率各向异性值与所述液晶盒厚的乘积(δnd)必须很大，其中折射率向异性值受限于液晶材料本身的特性，所以需要很大的液晶盒厚才行。但是，过大的液晶盒厚将导致液晶透镜加工困难、响应时间长的问题。使用菲涅尔液晶透镜虽然可以降低液晶盒厚，缩短响应时间，但菲涅尔液晶透镜随着尺寸增大线宽(电极的宽度)会逐渐变窄，在大尺寸加工方面存在局限。与此同时，对于较大尺寸的液晶透镜(单透镜)，光线离轴越远，引起的像差及色差也就越大。
3.液晶微透镜及其形成的液晶微透镜阵列可以很大程度的解决上述问题。液晶微透镜可以是折射型透镜，也可以是衍射型透镜，可根据需要的短焦距设定较小的尺寸，具有较小的液晶盒厚，可以大幅改善响应时间，同时由液晶微透镜组成的液晶微透镜阵列不受外形尺寸大小的限制。
4.目前，形成液晶微透镜(阵列)大多需要在一个基板上通过透光材料形成预设的面型，如球面、柱面、曲面等，并在两个基板之间形成微腔，液晶材料布置于微腔之内。液晶微透镜(阵列)均需预制所需的面型，该面型常采用纳米压印技术、光刻胶熔融技术、反应离子束刻蚀技术等形成，工艺较为复杂，同时对形成预制面型的透光材料的折射率与液晶材料的折射率匹配有较高要求。
5.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种液晶微透镜阵列，包括：
7.第一基板；
8.第二基板，与所述第一基板相对设置；
9.液晶层，设置在所述第一基板与所述第二基板之间；
10.第一电极层，设置在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第一电极层包括多个电极单元，所述多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置；所述电极单元包括由内向外依次间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极，其中，多个第一环电极以中心电极为中心呈同心环状间隔设置；多个不连续电极分布在多个以中心电极为中心的圆环区域中，同一圆环区域中的不连续电极间隔设置；其中，在相邻的电极单元之间，相互靠近的最外围的第一环电极互相电连接，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合电
极环；和
11.第二电极层，设置在所述第二基板与所述液晶层之间。
12.根据本发明的一个方面，所述中心电极的几何形状为圆形，所述第一环电极的几何形状为圆环形或者部分圆环形，所述不连续电极的几何形状为圆环段。
13.根据本发明的一个方面，所述电极单元的几何形状为等边三角形、正方形或正六边形，其中相邻电极单元的边缘对齐，同一圆环区域中的不连续电极等间隔设置。
14.根据本发明的一个方面，所述最外围的第一环电极的内边缘为圆形，所述最外围的第一环电极的外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替形成，所述直线段与所述电极单元的几何边界重合。
15.根据本发明的一个方面，所述最外围的第一环电极的最小宽度与该第一环电极的最大宽度的比值大于或等于0.5。
16.根据本发明的一个方面，所述液晶微透镜阵列形成折射型液晶透镜。
17.根据本发明的一个方面，所述液晶微透镜阵列形成衍射型液晶透镜；
18.在所述电极单元中，中心电极和多个第一环电极配置成由第一组电压驱动，多个不连续电极配置成由第二组电压驱动，其中，第一环电极的驱动电压大于中心电极的驱动电压，且距中心电极越远的第一环电极的驱动电压越大；距中心电极越远的不连续电极的驱动电压越大。
19.根据本发明的一个方面，第一组电压的最大压差大于所述第二组电压的最大压差。
20.根据本发明的一个方面，所述第一电极层为单层结构，所述中心电极、所述第一环电极和所述不连续电极设置在同一层；或者，
21.所述第一电极层为多层结构，所述电极单元中的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极交替设置在两层中。
22.根据本发明的一个方面，所述第一电极层与所述液晶层之间设置有第一取向层，所述第二电极层与所述液晶层之间设置有第二取向层，所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反且反平行设置。
23.本发明还提供一种液晶微透镜阵列的制造方法，包括：
24.在第一基板上形成第一电极层，其中，所述第一电极层包括多个电极单元，所述多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置；所述电极单元包括由内向外依次间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极，其中，多个第一环电极以中心电极为中心呈同心环状间隔设置；多个不连续电极分布在多个以中心电极为中心的圆环区域中，同一圆环区域中的不连续电极间隔设置；其中，在相邻的电极单元之间，相互靠近的最外围的第一环电极互相电连接，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合电极环；
25.在第二基板上形成第二电极层；和
26.在所述第一基板与所述第二基板之间形成液晶层。
27.根据本发明的一个方面，所述中心电极的几何形状为圆形，所述第一环电极的几何形状为圆环形或者部分圆环形，所述不连续电极的几何形状为圆环段。
28.根据本发明的一个方面，所述电极单元具有相同的几何形状，所述电极单元的几何形状为等边三角形、正方形或正六边形，其中相邻电极单元的边缘对齐。
29.根据本发明的一个方面，所述最外围的第一环电极的内边缘为圆形，所述最外围的第一环电极的外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替形成，所述直线段与所述电极单元的几何边界重合。
30.根据本发明的一个方面，所述最外围的第一环电极的最小宽度与该第一环电极的最大宽度的比值大于等于0.5。
31.根据本发明的一个方面，所述第一电极层为单层结构，所述中心电极、所述第一环电极和所述不连续电极设置在同一层；或者，
32.所述第一电极层为多层结构，所述电极单元中的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极交替设置在两层中。
33.根据本发明的一个方面，所述制造方法还包括：
34.在所述第一电极层的表面设置第一取向层；
35.在所述第二电极层的表面设置第二取向层，其中，所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反且反平行设置。
36.根据本发明的一个方面，所述制造方法还包括：
37.在所述第一基板或所述第二基板上布置间隙子；
38.在所述第一基板或所述第二基板上形成胶框；和
39.将所述第一基板与所述第二基板组合并固化胶框。
40.与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种液晶微透镜阵列，制作工艺简单，与传统lcd(液晶显示器，liquir crystal display)工艺兼容，可以对经过液晶微透镜阵列的绝大多数入射光进行调制，光线利用率高。
附图说明
41.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
42.图1示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的剖视图；
43.图2示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的示意图；
44.图3示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的电极单元的示意图；
45.图4示出了根据本发明的一个实施例的液晶微透镜阵列的示意图；
46.图5示出了根据本发明的第一实施例的第一电极层的示意图
47.图6示出了根据本发明的另一实施例的第一电极层的示意图；
48.图7示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列200的示意图；
49.图8示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列200的电极单元的示意图；
50.图9示出了根据本发明的第三实施例的液晶微透镜阵列300的示意图；
51.图10示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列300的电极单元的示意图；
52.图11示出了液晶微透镜阵列100按照正折射型液晶透镜驱动后所形成的光程差在空间分布示意图；
53.图12示出了图11中一个液晶微透镜a1的光程差在空间分布示意图；
54.图13示出了图12中的液晶微透镜a1在多个截面的光程差曲线图；
55.图14示出了相关技术中驱动电极为正六边形外形的液晶微透镜a2的示意图；
56.图15示出了图14的液晶微透镜a2的光程差空间分布示意图；
57.图16示出了图14的液晶微透镜a2在多个截面的光程差曲线图；
58.图17示意性的示出了液晶微透镜a1、a2在0-180
°
截面范围内的焦距变化图；
59.图18示出了根据本发明的一个实施例的电极单元的示意图；
60.图19示出了具有三个电极单元的液晶微透镜阵列400的部分示意图；
61.图20和图21分别示出了液晶微透镜阵列的光程差分布图和c-c'截面的光程差曲线分布图；
62.图22出了根据本发明的一个实施例的液晶微透镜阵列的制造方法500的流程图。
具体实施方式
63.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
64.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
68.以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
69.图1示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的剖视图，图2示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的示意图，图3示出了根据本发明的第一实施例的液晶微透镜阵列100的电极单元141的示意图，下面结合图1至图3进行详细描述。
70.如图1所示，液晶微透镜阵列100包括第一基板110、第二基板120、液晶层130、第一电极层140和第二电极层150，其中，第一基板110与第二基板120可以是透明玻璃基板，第一基板110与第二基板120相对设置，液晶层130设置在第一基板110与第二基板120之间，第一电极层140设置在第一基板110与液晶层130之间，第二电极层150设置在第二基板120与液晶层130之间，第二电极层150可以作为公共电极，公共电极例如可以是整面的ito(inrium tin oxires)电极或者透明电极。如图2和图3所示，第一电极层140包括多个电极单元141，所述多个电极单元141具有相同的多边形形状并且阵列设置(例如图3所示，电极单元141的几何形状是正六边形)。电极单元141包括由内向外依次间隔设置的中心电极142、多个第一环电极143和多个不连续电极144，其中，中心电极142可以设置在电极单元141的中心位置，多个第一环电极143的大小不同，多个第一环电极143以中心电极142为中心呈同心环状间隔设置，多个不连续电极144分布在多个以中心电极142为中心的圆环区域中，其中，每个圆环区域中可以有多个不连续电极144(例如图3所示，每个圆环区域中分布有六个不连续电极144)，同一圆环区域中的不连续电极144沿圆环区域的圆周方向间隔设置，优选等间隔地设置。如图2所示，在相邻的电极单元141之间，相互靠近的最外围的第一环电极143互相电连接，形成一个电极(或称为大电极)，相互靠近的不连续电极144互相电连接形成闭合环电极(例如d1、d2)。
71.第二电极层150也可以如第一电极层一样，由具有相同多边形形状并且阵列设置的多个电极单元构成。此处不再赘述。
72.在图2和图3的实施例中，多个电极单元141具有相同的结构，从内向外分别具有中心电极142、第一环电极143和不连续电极144，相邻的电极单元141之间，彼此接触的第一环电极143都是位于其表面上的最外层的第一环电极143，二者尺寸相同。对于不连续电极144也是同理。
73.第一电极层140和第二电极层150可以用于向液晶层130施加驱动电压，使液晶层130形成多个液晶微透镜(每个电极单元141对应形成一个液晶微透镜)，如图3所示，所形成的液晶微透镜的尺寸与电极单元141的尺寸是相关联的(也可以是基本相同的)，因此所形成的液晶微透镜在不同截面方向可能具有大小不同的半径(中心点距边缘的距离)，以图3所示的正六边形的电极单元141为例，x轴为连接正六边形两个对角的方向，截面a-a'与x轴夹角为n*60
°
(n为整数)时，电极单元141(以及对应的液晶微透镜)具有最大半径r
max
；截面a-a'与x轴夹角为(2n+1)*30
°
时具有最小半径r
min
。在液晶微透镜阵列100中，任意相邻的两个液晶微透镜(电极单元141)的中心距l＝2r
min
。虽然在图3所示的实施例中，液晶微透镜的最大半径方向位于与x轴夹角为n*60
°
的方向上，但是在其它实施例中，也可以根据需要对液晶微透镜(电极单元141)进行0-60
°
的旋转，如图4示出了将液晶微透镜(电极单元141)旋转30
°
后形成的液晶微透镜阵列。
74.由于相互靠近的最外围的第一环电极143互相电连接形成一个大电极，使得液晶
微透镜阵列100可以对所有入射光进行调制(例如汇聚、发散、准直等)，光线利用率高。液晶微透镜阵列100的尺寸和外形不受限制，可以根据实际需求进行设定，而且还可以根据需要的短焦距设定较小的电极单元141尺寸(电极单元141的尺寸与液晶微透镜的尺寸相对应)，以降低液晶层130的厚度，缩短响应时间。
75.根据本发明的第一实施例，如图2和图3所示，在同一电极单元141中，中心电极142、第一环电极143以及不连续电极144大致同心(圆心大致重叠)。中心电极142的几何形状为圆形，第一环电极143的几何形状为圆环形或者部分圆环形(该部分圆环形为封闭的环形，可以理解成是将圆环形从外边缘截去一部分或几部分所形成的形状)，不连续电极144的几何形状为圆环段(可以理解成是将圆环形截断后所形成的形状)。通过如上设置，可以使相应的液晶微透镜在所有截面方向上都具有相同大小的焦距，可以对空间光进行较好的聚焦或者发散。
76.根据本发明的第一实施例，如图2和图3所示，在同一电极单元141中，最外围的第一环电极143的几何形状为所述部分圆环形，其它第一环电极143的几何形状为圆环形。具体的，最外围的第一环电极143的内边缘为圆形，外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替连接形成(直线段和圆弧段的数量与电极单元141的几何形状相关，例如本实施例中，外边缘由六个直线段和六个圆弧段形成)，其中，直线段与电极单元141的几何边界重合。优选地，最外围的第一环电极143的最小宽度w'与该第一环电极143的最大宽度w"的比值大于或等于0.5。更优选地，最外围的第一环电极143的最小宽度w'与该第一环电极143的最大宽度w"的比值等于0.5。由于相邻的两电极单元141通过最外围的第一环电极143连接起来，将上述比值设置为0.5，可使每个电极单元141最外围的第一环电极等效为一个完整的环形电极，便于电压设置及电压驱动形成相等大小的焦距。
77.图5示出了根据本发明的第一实施例的第一电极层140的示意图，如图5所示，第一电极层140为单层结构。在第一电极层140中，中心电极142、第一环电极143和不连续电极144设置在同一层，并且相邻的电极之间以一定间隔隔开。在另一实施例中，如图6所示，第一电极层140也可以是多层结构；其中，中心电极142、多个第一环电极143和多个不连续电极144交替设置在两层中，在这两层之间可以设置介电层，以将这两层中的电极隔开并绝缘。
78.根据本发明的第一实施例，如图1所示，可以在第一电极层140与液晶层130之间设置第一取向层160，在第二电极层150与液晶层130之间设置第二取向层170，第一取向层160和第二取向层170的取向方向相反且反平行设置，第一取向层160和第二取向层170可以通过摩擦取向的方式实现取向。
79.图7示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列200的示意图，图8示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列200的电极单元141的示意图，下面结合图7和图8进行详细描述。
80.如图3、图7和图8所示，液晶微透镜阵列200与液晶微透镜阵列100的不同之处在于：液晶微透镜阵列200中，电极单元141的几何形状为正方形，第一电极层140中的多个电极单元141可以按照矩形阵列的方式进行排列。第一电极层140和第二电极层150可以用于向液晶层130施加驱动电压，使液晶层130形成多个液晶微透镜，如图8所示，所形成的液晶微透镜在不同截面方向可能具有大小不同的半径，x轴为与正方向一条边平行的方向，截面
b-b'与x轴夹角为n*90
°
时具有最小半径r
min
,截面b-b'与x轴夹角为(2n+1)*45
°
时具有最大半径r
max
。
81.图9示出了根据本发明的第三实施例的液晶微透镜阵列300的示意图，图10示出了根据本发明的第二实施例的液晶微透镜阵列300的电极单元141的示意图，下面结合图9和图10进行详细描述。
82.如图3、图9和图10所示，液晶微透镜阵列300与液晶微透镜阵列100的不同之处在于：液晶微透镜阵列300中，电极单元141的几何形状为正三角形，每六个电极单元141阵列形成几何形状为正六边形的电极组，多个电极组再进行扩展，例如按照六边形阵列排布。
83.根据本发明的一个实施例，液晶微透镜阵列可以驱动形成折射型液晶透镜。例如，在驱动时，每个电极单元中，中心电极、第一环电极和不连续电极的驱动电压从电极单元的中心到边缘单调增大(形成正液晶透镜)或单调减小(形成负液晶透镜)。
84.为直观的体现本发明实施例公开的液晶微透镜阵列的效果，下面结合相关技术进行举例说明。
85.以液晶微透镜阵列100为例，通过第一电极层140和第二电极层150向液晶层130施加驱动电压可以使液晶层130形成多个液晶微透镜a1。设液晶微透镜a1的盒厚为5μm(也即液晶层130的厚度为5μm)，液晶微透镜的最大半径r
max
为0.1515mm(也即电极单元141的最大半径为0.1515mm)，最大屈光度为7r(参考波长543.5nm)。
86.图11示出了液晶微透镜阵列100按照正折射型液晶透镜驱动后所形成的光程差在空间分布示意图，图12示出了图11中一个液晶微透镜a1的光程差在空间分布示意图,图中相同颜色(灰度)具有相同大小的光程差。如图11和图12所示，液晶微透镜阵列100具有接近100％的填充因子，可以高效率的利用入射光并对入射光进行调制，减小液晶微透镜a1之间杂光的影响。
87.液晶微透镜阵列的填充因子是指液晶微透镜阵列的有效通光面积与总面积的比值，填充因子决定了液晶微透镜阵列对光的汇聚和发散能力，填充因子的高低反映了液晶微透镜阵列对入射光利用率高低，填充因子的值越大，说明液晶微透镜阵列的透过率越高，到达像面的光能量越多，损失越小。填充因子与液晶微透镜阵列的形状和排列方式有关，如采用圆孔径，传统的正交排列微透镜阵列的填充因子最大为78.5％，六边形排列微透镜阵列的填充因子可达到90％甚至更高。
88.图13示出了图12中的液晶微透镜a1在多个截面(截面的角度分别为0
°
、10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
)的光程差曲线图，在图13中，横坐标为液晶微透镜a1的半径(μm)，纵坐标为光程差(nm)。如图13所示，当两个截面的角度满足|θ
a-30
°
|＝|θ
b-30
°
|时(式中，θa≤60
°
、θb≤60
°
、θa≤≠θb；例如，0
°
与60
°
，10
°
与50
°
，20
°
与40
°
)，具有相同的光程差曲线(具有相同大小的相位延迟、相同大小的半径)，而在其它角度(例如0
°
与20
°
)时，具有相似的光程差分布曲线(部分光程差曲线重合、不同大小的相位延迟及不同大小的半径)。在液晶微透镜阵列100中，形成的每个液晶微透镜a1虽然在不同方向可能具有大小不同的半径，但本发明的电极设置(中心电极、第一环电极、不连续电极)及相适配的驱动电压也可以提供大小不同的光程差，进而使相应的液晶微透镜a1在所有截面方向上都具有相同大小的焦距，可以对空间光进行较好的聚焦或者发散。
89.图14示出了相关技术中驱动电极为正六边形外形的液晶微透镜a2的示意图，图15
示出了图14的液晶微透镜a2的光程差空间分布示意图，图16示出了图14的液晶微透镜a2在多个截面(截面的角度分别为0
°
、10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
)的光程差曲线图，在图16中，横坐标为液晶微透镜a2的半径(μm)，纵坐标为光程差(nm)。如图16所示，当两个截面的角度0
°
与60
°
，或者，10
°
与50
°
，或者，20
°
与40
°
时，也具有相同的光程差曲线(具有相同大小的相位延迟、相同大小的半径)，而在其它角度(例如0
°
与20
°
)时，具有不同的光程差分布曲线(相同大小的相位延迟及不同大小的半径)。液晶微透镜a2从0-60
°
范围内，焦距先逐渐变小再逐渐变大(焦距在0-30
°
逐渐变小，在30-60
°
逐渐变大)，即液晶微透镜a2在不同截面方向上的焦距不同，成像效果较差。作为对比，图17示意性的示出了液晶微透镜a1、a2在0-180
°
截面范围内的焦距变化图，从图中可以直观得出：本实施例提供的液晶微透镜a1在所有截面方向上都具有相同大小的焦距，可以对空间光进行较好的聚焦或者发散；而相关技术中的液晶微透镜a2在不同截面方向上的焦距不同，成像效果较差。
90.根据本发明的一个实施例，液晶微透镜阵列可以形成衍射型液晶透镜，尤其是可以按照菲涅尔液晶透镜的驱动方式进行驱动形成衍射型液晶透镜。在驱动时，可以将中心电极、第一环电极驱动后作为菲涅尔液晶透镜的主区，将不连续电极驱动后作为菲涅尔液晶透镜的旁瓣。以正透镜为例，在每个电极单元中，中心电极和多个第一环电极配置成由第一组电压驱动，多个不连续电极配置成由第二组电压驱动，其中第一环电极的驱动电压大于中心电极的驱动电压，且距中心电极越远的第一环电极的驱动电压越大，距中心电极越远的不连续电极的驱动电压越大。优选的，第一组电压的最大压差大于第二组电压的最大压差。例如图18所示，中心电极c1和第一环电极c2～c8分别由第一组电压v1～v8驱动，不连续电极c9～c
14
由电压v9(第二组电压)驱动，不连续电极c
15
～c
20
由电压v
10
(第二组电压)驱动，其中，电压v1～v8逐渐增大，电压v9～v
10
也逐渐增大，由于中心电极c1和第一环电极c2～c8占据了电极单元的绝大部分尺寸，因此电压v1～v8的最大压差大于电压v9～v
10
的最大压差(即v
8-v1＞v
10-v9)，但电压v8与电压v
10
可以相同或者接近。
91.图19示出了具有三个电极单元的液晶微透镜阵列400的部分示意图，该液晶微透镜阵列按照菲涅尔液晶透镜的驱动方式进行驱动，图20和图21分别示出了液晶微透镜阵列的光程差分布图和c-c'截面的光程差曲线分布图。如图20所示，该液晶微透镜阵列400在驱动时可形成三个第一液晶微透镜a3和一个第二液晶微透镜a4，其中，第二液晶微透镜a4位于三个第一液晶微透镜a3之间，液晶微透镜中的中心电极、多个第一环电极驱动后形成第一液晶微透镜a3，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合环电极驱动后形成第二液晶微透镜a4，并且第二液晶微透镜a4的尺寸小于第一液晶微透镜a3的尺寸。如图21所示，对于第一液晶微透镜a3和第二液晶微透镜a4，由于最大驱动电压(例如v8与v
10
)接近或相同，两者具有最小的光程差，但因为最小驱动电压不同(如v9＞v1)，所以第一液晶微透镜a3具有较大的相位延迟，而第二液晶微透镜a4具有较小的相位延迟，通过合理调节驱动电压可使第一液晶微透镜a3和第二液晶微透镜a4在c-c'截面方向上仍然具有相同的焦距。
92.图22示出了根据本发明的一个实施例的液晶微透镜阵列的制造方法500的流程图，制造方法500包括以下步骤，下面分别对其进行详细描述。
93.在步骤s510，在第一基板上形成第一电极层。第一电极层包括多个电极单元，所述多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置(电极单元的几何形状例如可以是等边三角形、正方形或正六边形，其中相邻电极单元的边缘对齐)。电极单元包括由内向外依次
间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极，其中，中心电极可以设置在电极单元的中心位置，多个第一环电极的大小不同，多个第一环电极以中心电极为中心呈同心环状间隔设置，多个不连续电极分布在多个以中心电极为中心的圆环区域中，其中，每个圆环区域中可以有多个不连续电极，同一圆环区域中的不连续电极沿圆环区域的圆周方向间隔设置，优选等间隔地设置。在相邻的电极单元之间，相互靠近的最外围的第一环电极互相电连接，形成一个大电极(或称为大电极)，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合环电极。
94.在同一电极单元中，中心电极、第一环电极以及不连续电极大致同心(圆心大致重叠)。中心电极的几何形状为圆形，第一环电极的几何形状为圆环形或者部分圆环形，不连续电极的几何形状为圆环段。在同一电极单元中，最外围的第一环电极的几何形状为所述部分圆环形，其它第一环电极的几何形状为圆环形。具体的，最外围的第一环电极的内边缘为圆心，外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替连接形成(直线段和圆弧段的数量与电极单元的几何形状相关，例如本实施例中，外边缘由六个直线段和六个圆弧段形成)，其中，直线段与电极单元的几何边界重合。优选地，最外围的第一环电极的最小宽度w'与该第一环电极的最大宽度w"的比值大于或等于0.5。
95.第一电极层可以是单层结构，在第一电极层中，中心电极、第一环电极和不连续电极设置在同一层，并且相邻的电极之间以一定间隔隔开。在另一实施例中，第一电极层也可以是多层结构，其中中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极交替设置在两层中，在这两层之间可以设置介电层，以将这两层中的电极隔开并绝缘。
96.在步骤s520，在第二基板上形成第二电极层。在第二电极层中可以设置公共电极，公共电极例如可以是整面的ito电极或者透明电极。
97.在步骤s530，在第一基板与第二基板之间形成液晶层。其中，可以在第一基板或第二基板上布置间隙子，在第一基板与第二基板中的一个上形成液晶层，在第一基板与第二基板中的另一个上形成胶框，然后将第一基板与第二基板组合并固化胶框。
98.制造方法500还可以包括步骤s540：在第一电极层的表面设置第一取向层，在第二电极层的表面第二取向层，其中第一取向层和第二取向层的取向方向相反且反平行设置；步骤s540可以在步骤s530之前进行。
99.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液晶微透镜阵列，包括：第一基板；第二基板，与所述第一基板相对设置；液晶层，设置在所述第一基板与所述第二基板之间；第一电极层，设置在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第一电极层包括多个电极单元，所述多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置；所述电极单元包括由内向外依次间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极，其中，多个第一环电极以中心电极为中心呈同心环状间隔设置；多个不连续电极分布在多个以中心电极为中心的圆环区域中，同一圆环区域中的不连续电极间隔设置；其中，在相邻的电极单元之间，相互靠近的最外围的第一环电极互相电连接，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合电极环；和第二电极层，设置在所述第二基板与所述液晶层之间。2.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列，其中，所述中心电极的几何形状为圆形，所述第一环电极的几何形状为圆环形或者部分圆环形，所述不连续电极的几何形状为圆环段。3.根据权利要求1所述的液晶微透镜阵列，其中，所述电极单元的几何形状为等边三角形、正方形或正六边形，其中相邻电极单元的边缘对齐，同一圆环区域中的不连续电极等间隔设置。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的液晶微透镜阵列，其中，所述最外围的第一环电极的内边缘为圆形，所述最外围的第一环电极的外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替形成，所述直线段与所述电极单元的几何边界重合。5.根据权利要求4所述的液晶微透镜阵列，其中，所述最外围的第一环电极的最小宽度与该第一环电极的最大宽度的比值大于或等于0.5。6.根据权利要求1-3中任意一项所述的液晶微透镜阵列，其中，所述液晶微透镜阵列形成折射型液晶透镜。7.根据权利要求1-3中任意一项所述的液晶微透镜阵列，其中，所述液晶微透镜阵列形成衍射型液晶透镜；在所述电极单元中，中心电极和多个第一环电极配置成由第一组电压驱动，多个不连续电极配置成由第二组电压驱动，其中，第一环电极的驱动电压大于中心电极的驱动电压，且距中心电极越远的第一环电极的驱动电压越大；距中心电极越远的不连续电极的驱动电压越大。8.根据权利要求7所述的液晶微透镜阵列，其中，第一组电压的最大压差大于所述第二组电压的最大压差。9.根据权利要求1-3中任意一项所述的液晶微透镜阵列，其中，所述第一电极层为单层结构，所述中心电极、所述第一环电极和所述不连续电极设置在同一层；或者，所述第一电极层为多层结构，所述电极单元中的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极交替设置在两层中。10.根据权利要求1-3中任意一项所述的液晶微透镜阵列，其中，所述第一电极层与所述液晶层之间设置有第一取向层，所述第二电极层与所述液晶层之间设置有第二取向层，
所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反且反平行设置。11.一种液晶微透镜阵列的制造方法，包括：在第一基板上形成第一电极层，其中，所述第一电极层包括多个电极单元，所述多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置；所述电极单元包括由内向外依次间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极，其中，多个第一环电极以中心电极为中心呈同心环状间隔设置；多个不连续电极分布在多个以中心电极为中心的圆环区域中，同一圆环区域中的不连续电极间隔设置；其中，在相邻的电极单元之间，相互靠近的最外围的第一环电极互相电连接，相互靠近的不连续电极互相电连接形成闭合电极环；在第二基板上形成第二电极层；和在所述第一基板与所述第二基板之间形成液晶层。12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，所述中心电极的几何形状为圆形，所述第一环电极的几何形状为圆环形或者部分圆环形，所述不连续电极的几何形状为圆环段。13.根据权利要求11所述的制造方法，其中，所述电极单元具有相同的几何形状，所述电极单元的几何形状为等边三角形、正方形或正六边形，其中相邻电极单元的边缘对齐，同一圆环区域中的不连续电极等间隔设置。14.根据权利要求11-13中任意一项所述的制造方法，其中，所述最外围的第一环电极的内边缘为圆形，所述最外围的第一环电极的外边缘由多个直线段和多个圆弧段交替形成，所述直线段与所述电极单元的几何边界重合。15.根据权利要求14所述的制造方法，其中，所述最外围的第一环电极的最小宽度与该第一环电极的最大宽度的比值大于等于0.5。16.根据权利要求11-13中任意一项所述的制造方法，其中，所述第一电极层为单层结构，所述中心电极、所述第一环电极和所述不连续电极设置在同一层；或者，所述第一电极层为多层结构，所述电极单元中的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极交替设置在两层中。17.根据权利要求11-13中任意一项所述的制造方法，其中，还包括：在所述第一电极层的表面设置第一取向层；在所述第二电极层的表面设置第二取向层，其中，所述第一取向层和所述第二取向层的取向方向相反且反平行设置。18.根据权利要求11-13中任意一项所述的制造方法，还包括：在所述第一基板或所述第二基板上布置间隙子；在所述第一基板或所述第二基板上形成胶框；和将所述第一基板与所述第二基板组合并固化胶框。

技术总结
本发明提供了一种液晶微透镜阵列及其制造方法。液晶微透镜阵列，包括：第一基板；第二基板，与第一基板相对设置；液晶层，设置在第一基板与第二基板之间；第一电极层，设置在第一基板与液晶层之间，第一电极层包括多个电极单元，多个电极单元具有相同的多边形形状并且阵列设置；电极单元包括由内向外依次间隔设置的中心电极、多个第一环电极和多个不连续电极；第二电极层，设置在第二基板与液晶层之间。本发明的液晶微透镜阵列，制作工艺简单，可以对经过液晶微透镜阵列的绝大多数入射光进行调制，光线利用率高；液晶微透镜阵列尺寸和外形不受限制，可以根据需要的短焦距设定较小的电极单元尺寸，以降低液晶层的厚度，缩短响应时间。间。间。


技术研发人员：向贤明 李建军 庄林凡
受保护的技术使用者：江西联昊光电有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/7