本發明涉及顯示技術領域，具體涉及一種液晶透鏡、一種包括該液晶透鏡的透鏡組件、一種包括該液晶透鏡的光學設備以及一種包括該液晶透鏡的顯示裝置。

背景技術：

一般的，液晶透鏡可以切換不同的折射狀態，因此，在顯示、照明等領域應用廣泛。

但是，現有的液晶透鏡結構中，初始狀態的液晶分子光軸平行于玻璃基板排列，此種透鏡結構需要復雜的取向方式，尤其對于球狀液晶透鏡來說，其所有液晶分子的光軸以球心為始點成輻射狀，因此需要的取向方向沿球心向外輻射，這在工藝上很難實現，制造成本增加。

因此，如何設計一個能夠無需復雜的取向工藝的液晶透鏡結構成為本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種液晶透鏡、一種包括該液晶透鏡的透鏡組件、一種包括該液晶透鏡的光學設備以及一種包括該液晶透鏡的顯示裝置。

為了實現上述目的，本發明的第一方面，提供了一種液晶透鏡，所述液晶透鏡包括相對設置的第一透明基板和第二透明基板，所述第一透明基板和所述第二透明基板之間設置有液晶材料層，所述第一透明基板或所述第二透明基板的朝向所述液晶材料層的一側設置有至少一個第一電極和至少一個第二電極，其中，所述第一電極和所述第二電極交替絕緣間隔設置。

優選地，所述第一電極和所述第二電極均由透明電極材料制成。

優選地，所述液晶材料層包括正性液晶材料。

優選地，所述液晶透鏡還包括偏振片，所述偏振片設置在所述液晶透鏡的入光面，且所述偏振片的偏振方向平行于所述第一電極和所述第二電極加電后形成電場時的位于所述第一電極和所述第二電極中間區域的液晶分子的長軸。

優選地，所述液晶透鏡還包括緩沖層，所述緩沖層設置在透明基板上，且所述第一電極和所述第二電極設置在所述緩沖層上。

優選地，所述液晶透鏡還包括絕緣件，所述絕緣件設置在相鄰的兩個所述第一電極和所述第二電極之間。

本發明的第二方面，提供了一種透鏡組件，所述透鏡組件包括驅動電路和至少一個上述任意一種結構的液晶透鏡，所述驅動電路用于分別向所述第一電極或所述第二電極提供驅動電壓，以使得所述第一電極和所述第二電極之間形成電場。

本發明的第三方面，提供了一種光學設備，所述光學設備包括位于該光學設備入光側的透鏡，所述透鏡包括上述任意一種結構的液晶透鏡。

本發明的第四方面，提供了一種顯示裝置，所述顯示裝置包括顯示面板，所述顯示裝置還包括液晶透鏡，所述液晶透鏡包括上述任意一種結構的液晶透鏡，所述液晶透鏡設置在所述顯示面板上。

優選地，所述顯示面板包括液晶顯示面板。

本發明的液晶透鏡，當第一電極和第二電極之間存在有電勢差時，則第一電極和第二電極之間便會形成電場，由于第一電極和第二電極同時處于第一透明基板或第二透明基板上，因此上述形成的電場的電場線的方向由第一電極和第二電極的兩端向中間由豎直趨向于水平，根據液晶材料的特性，當存在上述電場時，液晶材料的液晶分子的長軸會發生偏轉，因此根據第一電極和第二電極之間的電勢差大小以及電場分布，可以方便地控制液晶分子的偏轉，進一步的可以控制該液晶透鏡的在不同位置處的折射率，實現光學透鏡的功能。

另外，本發明的液晶透鏡，當在第一透明基板和第二透明基板之間設置的液晶材料層包括正性液晶材料時，初始狀態時，該正性液晶材料呈透光態，即液晶分子的長軸與第一透明基板或第二透明基板垂直，光線可以不改變方向的傳輸，因此在工藝方面，不需要對液晶分子再進行取向，能夠有效節省成本。另一方面，采用正性液晶分子作為填充在第一透明基板和第二透明基板之間的液晶填充層的優點是，可以降低驅動電壓。另外，由于該液晶透鏡中不存在取向層，省去了摩擦取向工藝，提高了制造效率，降低了制造成本。

本發明的透鏡組件，因為具有上述結構的液晶透鏡，因此，當驅動電路為該液晶透鏡的第一電極和第二電極提供驅動電壓以使得第一電極和第二電極之間存在電勢差以形成電場時，具有該液晶透鏡的透鏡組件具有光學透鏡的功能，可以改變光線傳輸。同時，由于兩個電極位于同一個透明基板上的設置，因此需要的驅動電壓較低，另外，由于該液晶透鏡中不存在取向層，省去了摩擦取向工藝，提高了制造效率，降低了制造成本。

本發明的光學設備，改變了傳統光學設備調節焦距的方式，傳統的光學設備，例如，照相機，在進行調焦時，大多使用轉動鏡頭上的調焦環，其中，該調焦環上刻有與調焦量對應的底片與被攝景物之間的距離標尺，調焦環帶動鏡筒上的多頭螺紋，讓鏡頭產生軸向移動，使得鏡頭的焦點落實在膠片平面上。而本發明的光學設備，因為采用了上述的液晶透鏡結構，因此，可以通過調節液晶透鏡的等效透鏡的焦距即可使得所述光學設備獲得不同的焦距，實現不同距離的成像，無需手動調焦。使得該光學設備的可操作性大大提高，同時，還可以使得該光學設備的結構更加簡單。

本發明的顯示裝置，可以用于切換二維顯示或三維顯示(即2D/3D轉換)，只需要利用液晶透鏡的液晶材料層，控制相應的電極(第一電極和第二電極)的電壓分布，液晶透鏡的折射率分布就會相應的改變，從而對像素出射光的分布進行控制，進一步的實現2D/3D轉換，結構簡單。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為本發明第一實施例中液晶透鏡中第一電極和第二電極未形成電場時的結構示意圖；

圖2為本發明第二實施例中液晶透鏡第一電極和第二電極形成電場時的結構示意圖；

圖3為第一電極和第二電極形成電場時的不同區域處的液晶分子所對應折射率的示意圖。

附圖標記說明

100：液晶透鏡；

110：第一透明基板；

120：第二透明基板；

130：液晶材料層；

140：第一電極；

150：第二電極；

160：偏振片；

170：緩沖層；

180：絕緣件；

Ne：中間區域液晶分子的折射率；

Nf：過渡區域液晶分子的折射率；

No：端部區域液晶分子的折射率。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

參考圖1和圖2，本發明的第一方面，涉及一種液晶透鏡100。其中，所述液晶透鏡100包括相對設置的第一透明基板110和第二透明基板120。所述液晶透鏡100還包括液晶材料層130，其中，該液晶材料層130設置于所述第一透明基板110和所述第二透明基板120之間。

上述第一透明基板110或所述第二透明基板120的朝向所述液晶材料層130的一側設置有至少一個第一電極140和至少一個第二電極150，其中，所述第一電極140和所述第二電極150交替絕緣間隔設置。

需要說明的是，對于第一透明基板110和第二透明基板120的具體結構并未作出限定，例如，該第一透明基板110和第二透明基板120可以是玻璃基板，當然，也可以是其他結構的基板，但是，采用其他材料制作形成的基板應當呈透明狀態，以便使得該液晶透鏡100工作時，當有外界光線入射到液晶透鏡100時，入射光線可以穿過該液晶透鏡100，進而可以通過液晶透鏡100改變光線的傳輸方向。

優選地，上述液晶材料層130包括正性液晶材料。

本實施例結構的液晶透鏡100，上述的液晶材料層130選用正性液晶材料填充，如圖1所示，初始狀態的液晶材料中的全部液晶分子的長軸垂直于所述第一透明基板110或第二透明基板120，當第一電極140和第二電極150之間存在有電勢差時，如圖2所示，則第一電極140和第二電極150之間便會形成電場，由于第一電極140和第二電極150同時處于第一透明基板110或第二透明基板120上，因此上述形成的電場的電場線的方向由第一電極140和第二電極150的兩端向中間由豎直趨向于水平，根據正性液晶材料的特性，當存在上述電場時，正性液晶材料液晶分子的長軸會發生偏轉，最終液晶分子的長軸會平行于該液晶分子所處區域的電場線，因此根據第一電極140和第二電極150之間的電勢差大小以及電場分布，可以方便地控制液晶分子的偏轉，進一步的可以控制該液晶透鏡100的在不同位置處的折射率，實現光學透鏡的功能。

另外，本實施例結構的液晶透鏡100，在第一透明基板110和第二透明基板120之間設置有正性液晶材料，初始狀態時，該正性液晶材料呈透光態，即液晶分子的長軸與第一透明基板110或第二透明基板120垂直，光線可以不改變方向的傳輸，因此在工藝方面，不需要對液晶分子再進行取向，能夠有效節省成本。另一方面，采用正性液晶分子作為填充在第一透明基板110和第二透明基板120之間的液晶填充層的優點是，可以降低驅動電壓。另外，由于該液晶透鏡100中不存在取向層，省去了摩擦取向工藝，提高了制造效率，降低了制造成本。

優選地，所述第一電極140和所述第二電極150均由透明電極材料制成。

本實施例結構的液晶透鏡100，由于第一電極140和第二電極150應當滿足良好的透明性和導電性，因此，在本實施例中，選用透明電極材料制成該第一電極140和第二電極150，例如，可以采用氧化銦錫制成，氧化銦錫除了具有上述的透明性和導電性外，還具有良好的化學穩定性、熱穩定性以及良好的圖形加工特性，當然，該第一電極140和第二電極150的材料也可以選擇其他材料制成，只要滿足透明性和導電性即可。

為了對光線起到調制作用，進入液晶透鏡100中的光應該是線偏振光。為了擴大液晶透鏡100的使用范圍，上述液晶透鏡100還包括偏振片160。其中，該偏振片160設置在液晶透鏡100的入光面，具體地，當光線從第一透明基板110進入到該液晶透鏡100時，則該偏振片160設置在第一透明基板110上，該偏振片160的偏振方向平行于所述第一電極140和所述第二電極150加電后形成電場時的位于所述第一電極140和所述第二電極150中間區域的液晶分子的長軸。

需要解釋的是，液晶透鏡100上不一定必須設置偏振片160，只要保證射入液晶透鏡100的光線為線偏振光即可。例如，可以在與液晶透鏡100配合的其他元件上(例如顯示面板的出光面上)設置偏振片160。

優選地，上述液晶透鏡100還包括緩沖層170。其中，該緩沖層170設置在透明基板上，且所述第一電極140和所述第二電極150設置在所述緩沖層170上，具體地，如圖2所示，緩沖層170設置在所述第一透明基板110上，第一電極140和第二電極150設置在該緩沖層170上。

本實施例結構的液晶透鏡100，設置的緩沖層170，該緩沖層170的具體材料并沒有作出限定，例如，其可以是氮化硅，該氮化硅可以使得電極與透明基板之間絕緣，同時還能夠增強電極與透明基板之間的粘附性以及防止雜質擴散等功能。

優選地，為了使得第一電極140和第二電極150之間的區域絕緣，如圖2所示，所述液晶透鏡100還包括絕緣件180。其中，所述絕緣件180設置在相鄰的兩個所述第一電極140和所述第二電極150之間。對于該絕緣件180的具體材料并沒有作出限定，其只要滿足能夠使得第一電極140和第二電極150之間的區域絕緣即可。

下面詳細說明上述液晶透鏡100的光學原理：

繼續參考圖2，當第一電極140和第二電極150之間存在電勢差時，則該液晶透鏡100開始工作，由于第一電極140和第二電極150同時處于一個透明基板，例如第二透明基板150上，因此在第一電極140和第二電極150之間形成的電場的電場線由第一電極140和第二電極150的兩端向中間由豎直趨向于水平，根據所形成的電場的電場線分布規律，將第一電極140和第二電極150之間分成中間區域、過渡區域以及端部區域，其中，端部區域包括兩處，分別對應第一電極140和第二電極150，過渡區域位于端部區域和中間區域之間，中間區域位于第一電極140和第二電極150的中間，根據電場線分布規律，位于中間區域部分的電場線與第一透明基板110或第二透明基板120平行，位于端部區域部分的電場線與第一透明基板110或第二透明基板120垂直，位于過渡區域部分的電場線與第一透明基板110或第二透明基板120呈傾斜角度，即與第一透明基板110或第二透明基板120之間既不垂直又不平行。

上述是當第一電極140和第二電極150之間形成電場時的電場分布，根據該電場分布，相應的，位于電場區域的液晶分子會發生偏轉，最終液晶分子的長軸會與該區域的電場線方向平行。具體的，與上述端部區域對應位置處的正性液晶材料，由于該區域處的電場線方向與第一透明基板110或第二透明基板120垂直，因此，該處的液晶分子不會發生偏轉，即保持初始狀態。與中間區域對應位置處的正性液晶材料，該處的全部液晶分子的長軸最終會與該處的電場線平行，因此，正性液晶材料的液晶分子的長軸會平行于第一透明基板110和第二透明基板120。與上述過渡區域位置對應的正性液晶材料，由于該處的電場線方向與第一透明基板110或第二透明基板120之間具有傾斜角，因此，該處的正性液晶材料的全部液晶分子的長軸與第一透明基板110或第二透明基板120之間具有傾斜角。

因此，在上述電場的作用下，與中間區域相對應的正性液晶材料的液晶分子的偏轉程度大于與過渡區域相對應的正性液晶材料的液晶分子的偏轉程度，與過渡區域相對應的正性液晶材料的液晶分子的偏轉程度大于處于與端部區域對應的正性液晶材料的液晶分子的偏轉程度。

根據上述正性液晶材料的偏轉規律，結合圖3，與中間區域對應的正性液晶材料的液晶分子的折射率為Ne，與端部區域對應的正性液晶材料的液晶分子的折射率為No，與過渡區域對應的正性液晶材料的液晶分子的折射率為Nf，且所述Ne、No、Nf滿足下述公式：

Ne>Nf>No。

因此，當第一電極140和第二電極150之間具有電勢差時，便會形成上述規律的折射率，可以實現光學透鏡的功能，成為等效透鏡，具有等效焦距。因此，可以通過控制第一電極140和第二電極150之間的電勢差的大小，進一步的控制該液晶透鏡100的不同區域處的折射率大小，改變等效透鏡的等效焦距。可以將該液晶透鏡100應用到其他領域，例如，可以將該液晶透鏡100應用到光學設備領域，例如，照相機，傳統的照相機在進行調焦時，大多使用轉動鏡頭上的調焦環，其中，該調焦環上刻有與調焦量對應的底片與被攝景物之間的距離標尺，調焦環帶動鏡筒上的多頭螺紋，讓鏡頭產生軸向移動，使得鏡頭的焦點落實在膠片平面上。將該液晶透鏡100應用到照相機時，可以使得該照相機的結構更加緊湊，通過調節液晶透鏡100的等效透鏡的等效焦距即可使得該照相機獲得不同的焦距，實現不同距離的成像，無需手動調焦。

本發明的第二方面，涉及一種透鏡組件(圖中并未示出)，所述透鏡組件包括驅動電路(圖中并未示出)和至少一個上述任意一種結構的所述液晶透鏡100，所述驅動電路用于分別向所述第一電極140或所述第二電極150提供驅動電壓，以使得所述第一電極140和所述第二電極150之間形成電場。

需要說明的是，對于驅動電路的具體結構并沒有作出限定，例如，該驅動電路可以包括電源、開關元件等電路器件，電源與第一電極140和第二電極150之間電性連接，以便為第一電極140和第二電極150提供驅動電壓，進一步的，可以形成與該驅動電壓相適配的折射率分布，實現光學透鏡的功能。

本實施例結構的透鏡組件，因為具有上述結構的液晶透鏡100，因此，當驅動電路為該液晶透鏡100的第一電極140和第二電極150提供驅動電壓以使得第一電極140和第二電極150之間存在電勢差以形成電場時，具有該液晶透鏡100的透鏡組件具有光學透鏡的功能，可以改變光線傳輸。同時，由于采用的正性液晶材料以及兩個電極位于同一個透明基板上的設置，因此需要的驅動電壓較低，另外，由于該液晶透鏡100中不存在取向層，省去了摩擦取向工藝，提高了制造效率，降低了制造成本。

本發明的第三方面，涉及一種光學設備(圖中并未示出)，所述光學設備包括位于該光學設備入光側的透鏡，所述透鏡包括上述任意一種結構的所述液晶透鏡100。

本實施例結構的光學設備，例如，照相機，傳統的照相機在進行調焦時，大多使用轉動鏡頭上的調焦環，其中，該調焦環上刻有與調焦量對應的底片與被攝景物之間的距離標尺，調焦環帶動鏡筒上的多頭螺紋，讓鏡頭產生軸向移動，使得鏡頭的焦點落實在膠片平面上。而本實施例結構的光學設備，因為采用了上述的液晶透鏡結構，因此，可以通過調節液晶透鏡的等效透鏡的等效焦距即可使得所述光學設備獲得不同的焦距，實現不同距離的成像，無需手動調焦。使得該光學設備的可操作性大大提高，同時，還可以使得該光學設備的結構更加簡單。

本發明的第四方面，涉及一種顯示裝置(圖中并未示出)，所述顯示裝置包括顯示面板(圖中并未示出)，所述顯示裝置還包括液晶透鏡100，所述液晶透鏡100包括上述任意一種結構的所述液晶透鏡100，所述液晶透鏡100設置在所述顯示面板上。

本實施例結構的顯示裝置，可以用于切換二維顯示或三維顯示(即2D/3D轉換)，其中，只需要利用液晶透鏡100的液晶材料層130，控制相應的電極(第一電極140和第二電極150)的電壓分布，液晶透鏡100的折射率分布就會相應的改變，從而對像素出射光的分布進行控制，進一步的實現2D/3D轉換。

優選地，上述顯示面板包括液晶顯示面板，當然，也可以是其他結構的顯示面板。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。