液晶光学器件、电子产品和驱动方法

技术领域

本发明及光学技术领域，尤其涉及一种液晶光学器件、电子产品和驱动方法。

背景技术

为了提高液晶透镜，液晶菲涅尔透镜等液晶光学器件的空间电势分布精度，申请人提出采用可以产生梯度变化分布的同心圆弧电极线布置在液晶光学器件中，通过控制电极线在液晶光学器件功能区中所经过的位置来精确控制液晶光学器件功能区中的空间电势分布。但是采用前述结构后，会产生明显的电容效应，使实际的电势分布与理想电势分布之间存在很大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种液晶光学器件、电子产品和驱动方法，用于解决现有的液晶光学器件中由于电容效应影响电势分布精度的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种液晶光学器件，包括依次层叠设置的第一基板、第一电极层、第一取向层、液晶层、第二取向层、第二电极层和第二基板；

所述第二电极层包括若干个电极结构，每个电极结构包括至少一个由第二电极层中心朝第二电极层边缘方向延伸的电极线，所述电极线相对的两端分别用于加载第一驱动电压和第二驱动电压，所述电极线包括若干不同半径的同心圆弧段，相邻两个同心圆弧段之间通过衔接段连接，相邻的所述衔接段分别设置在同心圆弧段的相对的两端，所述同心圆弧段包括相对的第一端部和第二端部，每个电极结构对应一个虚拟扇形，同一个电极结构中的各个同心圆弧段的第一端部位于该电极结构所对应的虚拟扇形的其中一个直线边界上，第二端部位于该电极结构所对应的虚拟扇形的另一个直线边界上，所有电极结构对应的虚拟扇形的圆心角之和为2π。

优选地，还包括第一电极引线和第二电极引线，各个电极线靠近第二电极层中心的一端与第一电极引线连接，各个电极线远离第二电极层中心的一端第二电极引线连接。

优选地，每个电极结构具有一个电极线，每个电极单元靠近第二电极层中心的一端连接在一起，每个电极线远离第二电极层中心的一端通过第一导线相连。

优选地，所述电极线用于在加载第一驱动电压和第二驱动电压后形成旋转抛物面的电势分布，所述旋转抛物面的旋转角度大于0且小于2π。

优选地，每个所述电极结构包括两个以上的电极线，同一个电极结构中的各个电极线由第二电极层的中心朝第二电极层的边缘依次排布。

优选地，所述面电极和各个电极线在所述第一驱动电压和第二驱动电压的驱动下使所述液晶层中的液晶偏转形成液晶菲涅尔透镜。

优选地，各个电极结构所对应的虚拟扇形的圆心角相等。

优选地，至少两个电极结构所对应的虚拟扇形的圆心角不相等。

第二方面，本发明还提供一种电子产品，包括控制电路和第一方面所述的液晶光学器件，所述控制电路与所述液晶光学器件电连接。

第三方面，本方面提供一种液晶光学器件驱动方法，用于第一方面所述的液晶光学器件，设第一驱动电压为V1，第二驱动电压为V2，所述方法包括以下步骤：

获取液晶光学器件的液晶线性工作区间；

根据所述液晶线性工作区间获取液晶线性工作区间内的最小电压Vmin和最大电压Vmax；

根据最小电压Vmin和最大电压Vmax调整V1和V2的电压差以调整液晶透镜的光焦度，其中Vmin≤V1≤Vmax，且Vmin≤V2≤Vmax。

有益效果：本发明的液晶光学器件、电子产品和液晶光学器件驱动方法，通过设置若干个电极结构将液晶光学器件的圆形通光孔径划分为多个区域，每个电极结构在加载第一驱动电压和第二驱动电压后控制一个对应区域的电势分布。由于电极结构中的电极线采用了端点在扇形边界上的同心圆弧结构，因此每个电极线在加载驱动电压后可以形成截面为抛物线，旋转角度在0到2π之间的旋转抛物面。由于所有电极结构所占据的扇形区域的圆心角之和为2π，因此所有电极结构加载驱动电压后可以形成完整的旋转角度为2π的旋转抛物面的电势分布。由于单个电极结构所占据区域的圆心角小于2π，因此单个电极中的电极线的长度更短，这样就可以显著降低电容效应的对液晶光学器件光学效果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，这些均在本发明的保护范围内。

图1为本发明液晶光学器件的分解结构示意图；

图2为本发明中第二电极层四等分的电极结构图；

图3为本发明中第二电极层八等分的电极结构图；

图4为本发明中第二电极层非均匀划分的电极结构图；

图5为本发明中液晶菲涅尔透镜的第二电极层的结构示意图；

图6为本发明中一种电极单元的结构示意图；

图7为本发明中另一种电极单元的结构示意图；

图8为本发明中第二种采用同心圆弧形状的第一电极结构和第二电极结构投影相互覆盖的示意图；

图9为本发明中一种利用电极引线加载驱动电压的示意图；

图10为本发明中另一种利用电极引线加载驱动电压的示意图。

图中零件部及其编号：

第一基板10、第一电极层20、第一取向层30、液晶层40、第二取向层50、第二电极层60、第二基板70、电极单元61、电极线62、同心圆弧段621、第一端部6211、第二端部6212、衔接段622、虚拟扇形8、直线边界81、第一电极引线91、第二电极引线92、第一导线93、第二导线94、第三导线95。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。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。

实施例1

本实施例提供一种液晶光学器件，如图1所示本实施例中的液晶光学器件，包括依次层叠设置的第一基板10第一电极层20、第一取向层30、液晶层40、第二取向层50、第二电极层60和第二基板70；实施例中液晶光学器件可以采用层状的排布结构。第一基板10、第一电极层20、第一取向层30、液晶层40、第二取向层50、第二电极层60和第二基板70沿着液晶光学器件各层的法向方向层叠排布。其中第一基板10和第二基板70可以采用具有一定强度和刚度的透明材料制作，例如玻璃基板、塑料基板等。其中第一基板10可以起到支撑液晶光学器件的作用。其中第一基板10可以作为第一电极层20的承载体，第一电极层20可以镀在第一基板10上。其中第二基板70也起到支撑作用，还可以作为第二电极层60的承载体。

其中第一电极层20的形式可以根据需要进行设置，例如可以将所述第一电极层20其设置为面电极，这样第一电极层20可以形成一个等电势的平面，也可以将其设置为各种图案电极的形式，这里不做限制。

如图2至图5所示，在本实施例中所述第二电极层60包括若干个电极结构，每个电极结构包括至少一个由第二电极层60中心朝第二电极层60边缘方向延伸的电极线61。

所述电极线61可以采用具有一定电阻的导电线制作，也可以采用镀在第二基板70表面的具有一定电阻且可以导电的较薄的线条制作。为了提高液晶光学器件的通光效果，电极线61也可采用透明的导电材料制作。其中透明的导电材料包括但不限于I TO电极材料、FTO电极材料、AZO电极材料、I GZO电极材料、I ZO电极材料等。

所述电极线61相对的两端分别用于加载第一驱动电压V1和第二驱动电压V2。在电极线61的两端加载前述两个驱动电压后该电极线61在由内向外延伸的过程中可以对其所经过区域的电势进行控制。

如图6和图7所示，所述电极线61包括若干不同半径的同心圆弧段621，不同半径的圆弧段可以控制液晶光学器件中不同半径位置处的电势大小。其中相邻两个同心圆弧段621之间通过衔接段622连接，相邻的所述衔接段622分别设置在同心圆弧段621的相对的两端，即衔接段622在同心圆弧段621的两侧交替设置使电极线61形成往复弯折的结构。

如图8所示，所述同心圆弧段621包括相对的第一端部6211和第二端部6212，每个电极结构对应一个虚拟扇形8，同一个电极结构中的各个同心圆弧段621的第一端部6211位于该电极结构所对应的虚拟扇形8的其中一个直线边界81上，第二端部6212位于该电极结构所对应的虚拟扇形8的另一个直线边界81上。

在本实施例中每个电极结构都占据一个扇形的区域，该扇形区域的边界为一个扇形，即前述电极结构对应的虚拟扇形8。具体实施时可以让这些电极结构沿着第二电极层60的周向方向排布一圈，从而填充到整个第二电极层60，形成完整的圆形通光口径的液晶透镜或者液晶菲涅尔透镜。前述虚拟扇形8由一条弧形的边界和两条直线形的边界围成，为了便于描述虚拟扇形8上两条直线形的边界在本实施例中也称为第一直线边界81和第二直线边界81。对于同一个同心圆弧线同一侧的端部落在同一条直线形的边界上。这样没见过电极结构所占据的区域刚好是一个扇形的区域，其在加载了第一驱动电压和第二驱动电压后所控制的电势分布的区域也是一个扇形的区域。为了可以控制完整的圆形区域的电势分布，本实施例可以设置所有电极结构对应的虚拟扇形8的圆心角之和为2π。

本实施例通过多个电极结构控制多个扇形区域的电势分布，并将这些扇形区域组合成完整的圆形，从而控制圆形区域的电势分布。由于一个电极结构只需要控制一个扇形区域的电势分布，因此一个电极结构所需要的电极线61的长度大大缩短。这样可以使电极线61的电导率或者厚度显著增加，从而在只利用两个驱动电压控制液晶光学器件功能区中各个位置电势分布的同时降低了电容效应的影响，使得电势分布的精度得到了进一步的提高。

本实施例的液晶光学器件既可以形成普通的液晶透镜也可以形成液晶菲涅尔透镜。

当需要形成普通的液晶透镜时，每个电极结构采用一个电极线61。这时在电极线61的两端加载第一驱动电压和第二驱动电压后，就可以形成一个旋转抛物的电势分布，该旋转抛物面的截面为抛物面，旋转角度大于0且小于2π。

如图5和图7所示，当需要形成液晶菲涅尔透镜时，可以在每个所述电极结构中设置两个以上的电极线61，同一个电极结构中的各个电极线61由第二电极层60的中心朝第二电极层60的边缘依次排布。所述面电极和各个电极线61在所述第一驱动电压和第二驱动电压的驱动下使所述液晶层40中的液晶偏转形成液晶菲涅尔透镜。

采用前述结构后同一个环带区域被划分为若干个小的弧形区域，每个弧形区域的电势通过占据该弧形区域的电极线61来控制。由于本实施例中的电极线61采用了不同半径的同心圆弧首尾相连的结构，因此在电极线61加载了第一驱动电压和第二驱动电压后，在其所占据的弧形区域形成一个旋转抛物面的电势分布，该旋转抛物面的截面为抛物面，其旋转的角度在0到2π之间。处于同一环带区域的所有电极线61所控制的区域组合起来形成一个完整的环带区域，该环带区域在这些电极线61的控制下使液晶层40中的液晶材料发生偏转，使得通过该环带区域的光束所产生的相位延迟分布与光束通过普通菲涅尔透镜中菲涅尔环带后所产生的相位延迟分布等效。

由于每个电极结构都由多个电极线61组成，这些电极线61排布在不同的径向位置。因此这些电极结构可以控制多个环带区域的电势分布，这些环带区域由内向外依次排布，每个环带区域所产生的电势分布都可以使液晶材料发生偏转后所产生的光学效果与普通菲涅尔透镜中菲涅尔环带的光学效果等效，因此在所有电极结构的共同作用下可以形成液晶菲涅尔透镜。液晶菲涅尔透镜中每个环带区域的电势分布由多个占据弧形区域的电极线61控制，与采用一个电极线61控制整个环带区域的电势分布相比，本实施例的电极线61长度更短，所受到的电容效应的影响也更小。

如图9和图10所示，为了便于第一驱动电压和第二驱动电压的加载，本实施例的液晶光学器件还包括第一电极引线91和第二电极引线92，各个电极线61靠近第二电极层60中心的一端与第一电极引线91连接，各个电极线61远离第二电极层60中心的一端第二电极引线92连接。其中第一电极引线91用于引入第一驱动电压，第二电极引线92用于引入第二驱动电压。各个电极线61靠近第二电极层60中心的一端通过第一电极引线91加载第一驱动电压，各个电极远离第二电极层60中心的一端通过第二电极引线92加载第二驱动电压。

如图9所示，当每个电极结构采用一个电极线61来实现普通液晶透镜时，每个电极单元61靠近第二电极层60中心的一端连接在一起并直接与第一电极引线91连接，每个电极线61远离第二电极层60中心的一端通过则可以通过第一导线93连接在一起，然后第一导线93再和第二电极引线92连接，从而实现每个电极线61远离第二电极层60中心的一端通过第二电极引线92加载第二驱动电压。

如图10所示，当每个电极结构采用了多个电极线61来实现液晶菲涅尔透镜时，同一个环带区域中的各个电极线61上靠近第二电极层60中心的一端通过第二导线94连接在一起，第二导线94和第一电极引线91连接，由于具有多个环带区域，因此也可以设置多个第二导线94，每个第二导线94对应一个环带区域，每个环带区域中的各个电极线61靠近第二电极层60中心的一端都与该环带区域对应的第二导线94连接，而所有第二导线94都与第一电极引线91连接，从而实现一个第一电极引线91为所有电极线61靠近第二电极层60中心的一端加载第一驱动电压。

同一个环带区域中的各个电极线61上远离第二电极层60中心的一端通过第三导线95相连，第三导线95这和第二电极引线92连接，由于具有多个环带区域，因此也可以设置多个第三导线95，每个第三导线95对应一个环带区域，每个环带区域中的各个电极线61远离第二电极层60中心的一端都与该环带区域对应的第三导线95连接，而所有第三导线95都与第二电极引线92连接，从而实现一个第二电极引线92为所有电极线61远离第二电极层60中心的一端加载第二驱动电压。

作为其中一种示例，在本实施例中各个电极结构所对应的虚拟扇形8的圆心角相等。采用前述结构后第二电极层60所在的区域被各个电极结构所占的扇形区域等分，这种情况下，单个电极线61的长度最短，所产生的电容效应也最小，因此可以进一步提高电势分布的控制精度。

作为其中一种示例，在本实施例中至少两个电极结构所对应的虚拟扇形8的圆心角不相等。即本实施例也可以根据需要将各个电极结构所对应的虚拟扇形8的角度部分或者全部设置为不同。这时各个电极结构所占的扇形区域并不是完全将第二电极层60所在区域等分，但受到电容效应的影响仍然比用一个电极结构控制完整圆形区域所受到的影响要小。

实施例2

本实施例提供一种电子产品，该电子产品包括控制电路和实施例1中所述的液晶光学器件，所述控制电路与所述液晶光学器件电连接。所述电子产品包括但不限于成像装置、显示装置、移动电话、AR设备、VR设备、裸眼3D产品、可穿戴设备等。

实施例3

本实施例提供一种液晶光学器件驱动方法，其特征在于，用于驱动权利要求1至8中任一项所述的液晶光学器件，设第一驱动电压为V1，第二驱动电压为V2，所述方法包括以下步骤：

S1：获取液晶光学器件的液晶线性工作区间；

其中液晶线性工作区间是指液晶相位延迟量和驱动电压成线性关系的电压区间。

S2：根据所述液晶线性工作区间获取液晶线性工作区间内的最小电压Vmin和最大电压Vmax；

S3：根据最小电压Vmin和最大电压Vmax调整V1和V2的电压差以调整液晶透镜的光焦度，其中Vmin≤V1≤Vmax，且Vmin≤V2≤Vmax。

本步骤可以通过调整V1和V2之间的差值来调整液晶光学器件的光焦度。具体调整时可以保持V1不变，而调整V2的大小；也可以保持V1不变，而调整V2的大小；还可以同时改变V1和V2的大小。当保持V1不变，而调整V2的大小时，可以设置V1＝Vmin或者V1＝Vmax，而调整V2的大小；当保持V2不变，而调整V1的大小时，可以设置V2＝Vmin或者V2＝Vmax，而调整V1的大小。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。