液晶光子筛结构、近眼显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了液晶光子筛结构、近眼显示装置。该液晶光子筛结构包括层叠设置的第一保护膜、第一电极层、液晶层、第二电极层和第二保护膜，其中，第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成。本发明专利技术所提出的晶光子筛结构，采用层叠设置的三明治结构，且第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成，呈光子筛的形状，如此，在第一电极层和第二电极层的电场作用下，局部液晶层中的液晶分子会发生偏转，从而等效成透镜，进而形成单个的光子筛结构。

LCD Photonic Sieve Structure and Near Eye Display Device

【技术实现步骤摘要】
液晶光子筛结构、近眼显示装置
本专利技术涉及光学显示设备
，具体的，本专利技术涉及液晶光子筛结构、近眼显示装置。
技术介绍
目前，常规的近眼显示技术主要是通过自由曲面棱镜、普通全息波导、波导棱镜阵列或微透镜阵列来实现。这些常规的近眼显示器件，受限于传统显示面板及其相应配套准直光学元器件的体积和尺寸，很难将近眼显示器件进行很好的集成，而无法真正地做到轻薄化。并且，将光线进行来回折反射的自由曲面棱镜或利用波导棱镜阵列实现三维显示，其折衍波导器件的厚度较大，也就不满足消费类电子产品的发展需求。此外，常规波导结构类型的近眼显示系统中，往往需要多个衍射光学元件将光线从显示面板耦入到人眼中，而光线在波导中进行传输时由于多次非控制地接触到衍射光学元件，在实际光路中会发生不期望的其他多次衍射及不需要的高阶级次杂散光，这些都会降低光能的利用率。目前，这类结构的近眼显示器件的光能利用率只在2％左右，这对显示面板的发光亮度提出了很高的要求。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：本专利技术人在研究过程中发现，将液晶光子筛结构设计成上下保护膜、上下电极和液晶层的三明治结构，且其中一个电极设计成光子筛的形状(具体是由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成)，如此，在电场作用下液晶层部分区域中的液晶分子会发生偏转，从而可等效成透镜，进而形成单个的光子筛。进一步，近眼显示装置由微显示器、光子筛成像器件、导光板和耦出元件组成，其中的光子筛成像器件由阵列排布的多个液晶光子筛结构组成，替代了传统的准直光学系统，从而可使近眼显示装置的体积更小、视场更大且成像质量更高，还可为人眼提供更好的使用增强现实体验。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种液晶光子筛结构。根据本专利技术的实施例，所述液晶光子筛结构包括层叠设置的第一保护膜、第一电极层、液晶层、第二电极层和第二保护膜，其中，所述第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成。专利技术人经过研究发现，本专利技术实施例的液晶光子筛结构，采用层叠设置的三明治结构，且第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成，呈光子筛的形状，如此，在第一电极层和第二电极层的电场作用下，局部液晶层中的液晶分子会发生偏转，从而等效成透镜，进而形成单个的光子筛结构。另外，根据本专利技术上述实施例的液晶光子筛结构，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述第二电极层在所述第二保护膜上的正投影与所述第一电极层在所述第二保护膜上的正投影完全重合。根据本专利技术的实施例，所述第二电极层为面电极。根据本专利技术的实施例，所述液晶层由聚合物分散液晶形成，且所述聚合物分散液晶包括苯乙烯-马来酸酐共聚物。根据本专利技术的实施例，所述液晶光子筛结构为相位型光子筛。根据本专利技术的实施例，所述第一保护膜靠近所述液晶层的表面和所述第二保护膜靠近所述液晶层的表面中的至少之一具有凹槽或凸台，所述凹槽的深度或所述凸台的高度使光形成π相位差。根据本专利技术的实施例，所述凹槽或所述凸台在所述第二保护膜上的正投影与所述第一电极层在所述第二保护膜上的正投影完全重合。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种近眼显示装置。根据本专利技术的实施例，所述近眼显示装置包括：微显示器；光子筛成像器件，所述光子筛成像器件设置在所述微显示器的出光方向上，且由阵列排布的多个上述的液晶光子筛结构组成；导光板，所述导光板的一个表面上设置有所述光子筛成像器件；以及耦出元件，所述耦出元件设置在所述导光板的一个表面上。专利技术人经过研究发现，本专利技术实施例的近眼显示装置，其微显示器投影出的光线经光子筛成像器件准直并耦入导光板中，经过多次全反射传输后被耦出元件投入至人眼中，如此，通过对光子筛成像器件的电控制，可实现该近眼显示装置在正常显示模式与三维场景模式之间的切换。本领域技术人员能够理解的是，前面针对液晶光子筛结构所描述的特征和优点，仍适用于该近眼显示装置，在此不再赘述。另外，根据本专利技术上述实施例的近眼显示装置，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述导光板的纵截面呈直角梯形，且所述光子筛成像器件设置在所述导光板的斜面上，所述耦出元件设置在所述导光板的平面上。根据本专利技术的实施例，所述导光板的纵截面呈矩形，且所述光子筛成像器件和所述耦出元件都设置在所述导光板的一个表面上。根据本专利技术的实施例，所述耦出元件包括光栅和曲面反射镜。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：图1是本专利技术一个实施例的液晶光子筛结构的纵截面结构示意图；图2是本专利技术一个实施例的第一电极层的俯视结构示意图；图3是本专利技术一个实施例的光子筛的成像原理图；图4是本专利技术一个实施例的近眼显示装置的组成示意图；图5是本专利技术一个实施例的光子筛成像器件形成的光子筛阵列的示意图；图6是本专利技术另一个实施例的近眼显示装置的组成示意图；图7是本专利技术另一个实施例的近眼显示装置的组成示意图；图8是本专利技术一个实施例的近眼显示装置的显示方法的流程示意图。附图标记100液晶光子筛结构110第二保护层120第二电极层130液晶层140第一电极层141子电极150第一保护层200微显示器300光子筛成像器件400导光板500耦出元件具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，本
人员会理解，下面实施例旨在用于解释本专利技术，而不应视为对本专利技术的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种液晶光子筛结构。根据本专利技术的实施例，参考图1，液晶光子筛结构包括层叠设置的第一保护膜150、第一电极层140、液晶层130、第二电极层120和第二保护膜110，其中，参考图2，第一电极层140由多组周期性环状排列的多个圆形子电极141组成，具体的，每组的多个圆形子电极141间隔分布在同一个圆环上，且同一组的多个圆形子电极141的直径可以都相同，而多组圆形子电极141所在的圆环形成一系列半径不同的同心圆，并且，越靠近圆心的圆形子电极141的直径越大。需要说明的是，“光子筛”具体是指一种用准随机分布的透光孔取代传统的菲涅尔波带片的透光环带而形成的衍射光学元件，它的衍射结构是孔而不是环带，这给光子筛成像器件的优化设计提供了更多的自由度。此外，本文中的“层叠”具体是指从入光面到出光面方向上依次层叠设置，即第一保护膜150的一侧上设置有第一电极层140，第一电极层140远离第一保护膜150的一侧设置有液晶层130，液晶层130远离第一电极层140的一侧设置有第二电极层120，而第二电极层120远离液晶层130的一侧设置有第二保护膜110。在本专利技术的一些实施例中，第二电极层120可以为面电极，如此，在给第一电极层140和第二电极层120加电的状态下，只有第一电极层140与第二电极层120重合的区域的液晶分子会偏转，从而使该区域内的折射率变成n1，这与该区域周围液晶分子未偏转而折射率为n2的区域产生一定折射率差，从而等效于透镜的光线偏折效果。在本专利技术的另一些实施例中，第二电极层120也可由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成，如此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶光子筛结构，其特征在于，包括层叠设置的第一保护膜、第一电极层、液晶层、第二电极层和第二保护膜，其中，所述第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成。

【技术特征摘要】
1.一种液晶光子筛结构，其特征在于，包括层叠设置的第一保护膜、第一电极层、液晶层、第二电极层和第二保护膜，其中，所述第一电极层由多组周期性环状排列的多个圆形子电极组成。2.根据权利要求1所述的液晶光子筛结构，其特征在于，所述第二电极层在所述第二保护膜上的正投影与所述第一电极层在所述第二保护膜上的正投影完全重合。3.根据权利要求1所述的液晶光子筛结构，其特征在于，所述第二电极层为面电极。4.根据权利要求1所述的液晶光子筛结构，其特征在于，所述液晶层由聚合物分散液晶形成，且所述聚合物分散液晶包括苯乙烯-马来酸酐共聚物。5.根据权利要求1所述的液晶光子筛结构，其特征在于，所述液晶光子筛结构为相位型光子筛。6.根据权利要求5所述的液晶光子筛结构，其特征在于，所述第一保护膜靠近所述液晶层的表面和所述第二保护膜靠近所述液晶层的表面中的至少之一具有凹槽或凸台，所述凹槽的深度或所述凸台的高度使光形成π相位差。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佩琳，王维，孟宪芹，孟宪东，梁蓬霞，王方舟，凌秋雨，闫萌，田依杉，薛高磊，郭宇娇，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11