一种新型环形菲涅尔液晶透镜、电极结构及其驱动方法
阅读说明：本技术 一种新型环形菲涅尔液晶透镜、电极结构及其驱动方法 (Novel annular Fresnel liquid crystal lens, electrode structure and driving method of novel annular Fresnel liquid crystal lens ) 是由 姜海明 唐常钦 苏树钊 肖红周 谢康 夏宏燕 申方成 彭迪 于 2020-08-10 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种新型环形菲涅尔液晶透镜、电极结构及其驱动方法,通过设定预先存储的选通开电压信号,可以对像素电极矩阵阵列中的若干个像素单元按照预设的开电压信号进行选择性导通,从而形成不同环形结构的菲涅尔液晶透镜,并通过预设的电压值向像素单元的电极提供相应地电压值,从而改变像素单元的电极电压值,并使得像素电极矩阵阵列内的clc液晶共同构成菲涅尔透镜,实现了菲涅尔液晶透镜的变焦,同时,菲涅尔液晶透镜结构简单,制作成本较低。(The application discloses novel annular Fresnel liquid crystal lens, electrode structure and driving method thereof, through setting a gating open voltage signal stored in advance, a plurality of pixel units in a pixel electrode matrix array can be conducted selectively according to the preset open voltage signal, thereby forming Fresnel liquid crystal lenses of different annular structures, and provide corresponding ground voltage values for electrodes of the pixel units through the preset voltage values, thereby changing the electrode voltage values of the pixel units, and enabling clc liquid crystals in the pixel electrode matrix array to jointly form the Fresnel lens, thereby realizing zooming of the Fresnel liquid crystal lens, and simultaneously, the Fresnel liquid crystal lens has a simple structure and is low in manufacturing cost.)
技术领域
本申请涉及光学投影显示技术领域，尤其涉及环形菲涅尔液晶透镜、相应的电极结构及其驱动方法。
背景技术
随着社会的发展，人们对光学显示和聚焦显示器件的要求也越来越高。而液晶变焦透镜的出现和发展，对于光学显示成像领域的透镜的应用具有重要的推动作用。液晶变焦透镜通过外加电场去改变向列相液晶的指向矢分布，从而改变电控液晶微透镜的聚焦长度，实现焦距可调。
常规的液晶透镜难以实现控制电压低、大孔径、变焦范围大的目标，经过前人不断对液晶透镜的研究改进，在2003年Yun-HsingFan以及Ren等提出了用稳定聚合物液晶制作菲涅耳透镜，这种结构的使电控液晶透镜的驱动电压极大的降低，且能实现大孔径、变焦范围大的目的。
现阶段，实现菲涅尔液晶变焦透镜的方式有三种：
第一种为多电极驱动方式，如图1所示，应用此种方式形成的液晶透镜聚焦原理类似于普通菲涅尔透镜，利用光的折射聚焦，多电极驱动液晶菲涅尔透镜的原理为，在液晶层的一侧排布多个互相独立的电极，在电极上施加不连续的电压分布，由于液晶分子的偏转角度与施加在其上的电场强度成正相关关系，则在施加较高电压电极的上方区域内液晶分子偏转角度大于施加较低电压电极上方区域内液晶分子的偏转角度，调节各电压大小使得液晶层内的光程差分布与普通的菲涅尔透镜相同时，液晶层就成为了一个菲涅尔透镜。此种方法的缺点就是制作驱动电路流程较为复杂，成本较高。
第二种为掩膜曝光形成的聚合物液晶透镜并由双电极驱动方式，如图2所示，掩膜曝光形成液晶透镜的原理即将液晶材料与聚合物材料混合后注入液晶盒，在液晶盒上方覆盖有菲涅尔条纹的掩模板后进行曝光。受到光照区域内的聚合物材料聚合形成长链，而没受到光照区域内的聚合物逐渐向受到光照的区域移动聚集，同时液晶分子没受到光照的区域内移动聚集，曝光后聚合物稳定下来，形成间隔分布的聚合物区域和液晶分子区域，出于掩模板条纹符合菲涅尔分布，下方的液晶-聚合物区域也符合菲涅尔分布。而此种方式的缺点主要在于透镜的焦距一旦曝光完成就固定不可调了，此外，制作曝光需要的掩模板也会变相提高制作透镜的成本。
第三种为常规菲涅尔透镜与液晶层形成的平面液晶透镜并由双电极驱动方式，如图3所示，常规菲涅尔透镜与液晶层形成的平面液晶透镜的原理即将透明光学聚合物材料制雕刻或压制成菲涅尔透镜，将制成聚合物菲涅尔透镜作为平面液晶盒的一面，在平面液晶的锯齿状的一侧灌注向列相液晶，最终形成一面聚合物菲涅尔透镜，一面液晶菲涅尔透镜的平面菲涅尔液晶变焦透镜。该透镜在液晶盒两面安装平面电极，通过改变两电极之间的电压差，改变液晶分子转向，从而改变液晶层的折射率以达到变焦效果，此种方法的缺点主要是聚合物菲涅尔透镜的制作成本高，且透镜焦距受聚合物菲涅尔透镜限制，一旦制作完成就被限定了，无法进行再次调焦。
发明内容
本申请提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜、电极结构及其驱动方法，用于解决现有的菲涅尔液晶变焦透镜结构复杂、成本高且焦距限定的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜，包括驱动模块以及由上至下依次设置的第一玻璃基板、液晶基板与第二玻璃基板；
所述液晶基板靠近所述第一玻璃基板的侧面设有像素电极矩阵阵列，所述像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元、若干条门极母线与若干条源极母线，所述像素单元包括clc液晶、门极、源极与漏极，所属同行内的所述像素单元的门极连接于同一条所述门极母线，所属同列内的所述像素单元的源极连接于同一条所述源极母线，所述像素单元的漏极与所述clc液晶一端电连接，所述clc液晶的另一端接地；
所述驱动模块包括驱动芯片、门极驱动器与源极驱动器，所述驱动芯片分别与所述门极驱动器和所述源极驱动器电连接，所述驱动芯片用于将预先存储的选通开电压信号与电压值分别输出至所述门极驱动器和所述源极驱动器，所述门极驱动器与所述门极母线电连接，所述门极驱动器用于按照所述驱动芯片输出的选通开电压信号提供选通开电压至所述门极母线，从而使得相应地所述像素单元的所述源极与所述漏极导通，进而限定所述像素单元共同构成预设的环形像素点；所述源极驱动器与所述源极母线电连接，所述源极驱动器用于将所述驱动芯片输出的电压值传输至所述源极母线上，从而为所述预设的环形像素点相应的所述像素单元的电极提供相应地所述电压值。
优选地，所述第一玻璃基板远离所述液晶基板的侧面设有偏光片。
优选地，所述像素单元还包括CS存储电容，所述像素单元的漏极与所述CS存储电容的一端电连接，所述CS存储电容的另一端接地。
优选地，所述驱动芯片的型号为SPLC502A、ST7511或ST7789。
第二方面，本申请还提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜的电极结构，包括像素电极矩阵阵列，所述像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元、若干条门极母线与若干条源极母线，所述像素单元包括clc液晶、门极、源极与漏极，所属同行内的所述像素单元的门极连接于同一条所述门极母线，所属同列内的所述像素单元的源极连接于同一条所述源极母线，所述像素单元的漏极与所述clc液晶一端电连接，所述clc液晶的另一端接地。
优选地，所述像素单元还包括CS存储电容，所述像素单元的漏极与所述CS存储电容的一端电连接，所述CS存储电容的另一端接地。
第三方面，本申请还提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜的驱动方法，所述新型环形菲涅尔液晶透镜包括驱动模块以及由上至下依次设置的第一玻璃基板、液晶基板与第二玻璃基板，所述液晶基板靠近所述第一玻璃基板的侧面设有像素电极矩阵阵列，所述像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元、若干条门极母线与若干条源极母线，所述像素单元包括clc液晶、门极、源极与漏极，所属同行内的所述像素单元的门极连接于同一条所述门极母线，所属同列内的所述像素单元的源极连接于同一条所述源极母线，所述像素单元的漏极与所述clc液晶一端电连接，所述clc液晶的另一端接地，所述驱动模块包括驱动芯片、门极驱动器与源极驱动器，所述驱动芯片分别与所述门极驱动器和所述源极驱动器电连接，所述门极驱动器与所述门极母线电连接，所述源极驱动器与所述源极母线电连接，该驱动方法包括：
步骤一：通过所述驱动芯片将预先存储的选通开电压信号与电压值分别输出至所述门极驱动器和所述源极驱动器上；
步骤二：通过所述门极驱动器按照所述驱动芯片输出的选通开电压信号提供开电压至相应的所述门极母线，从而使得在所述门极母线上相应地所述像素单元的所述源极与所述漏极导通，进而限定所述像素单元共同构成预设的环形像素点；
步骤三：通过所述源极驱动器将所述驱动芯片输出的所述电压值传输至所述步骤二中选通开电压的所述源极母线上，并为所述预设的环形像素点相应的所述像素单元的电极提供相应地所述电压值，从而改变所述像素单元的电极电压值，并使得像素电极矩阵阵列内的所述clc液晶共同构成菲涅尔透镜。
优选地，所述步骤一之前还包括：首先，根据所述菲涅尔透镜的预设焦距，基于液晶光电效应来确定平面上不同半径的圆环区域内的电极的电压值，然后，所述平面根据像素点精度等级一致进行网格划分，再将网格划分后的平面内的网格与所述像素电极矩阵阵列中的所述像素单位对应，并通过所述驱动芯片存储所述平面上不同半径的圆环区域内的网格与所述像素单元相对应的电极的电压值。
优选地，所述步骤三还包括通过CS存储电容存储所述驱动芯片输出的电压从而维持所述像素单元的电极电压维持至下一次刷新前不变。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例通过设定预先存储的选通开电压信号，可以对像素电极矩阵阵列中的若干个像素单元按照预设的开电压信号进行选择性导通，从而形成不同环形结构的菲涅尔液晶透镜，并通过预设的电压值向像素单元的电极提供相应地电压值，从而改变像素单元的电极电压值，并使得像素电极矩阵阵列内的clc液晶共同构成菲涅尔透镜，而由于电控双折射效应，给像素单元的电极加电压时，clc液晶处于电场中，液晶分子的指向矢有沿电场方向取向的趋势，随着电压的改变，液晶分子的指向矢偏转角θ也就会随之改变，从而改变像素点光的传播方向，实现菲涅尔液晶透镜的变焦，同时，菲涅尔液晶透镜结构简单，制作成本较低。
附图说明
图1为本申请现有技术中提供的多电极驱动方式的菲涅尔液晶变焦透镜的结构示意图；
图2为本申请现有技术中提供的掩膜曝光形成的聚合物液晶透镜的结构示意图；
图3为本申请现有技术中提供的常规菲涅尔透镜与液晶层形成的平面液晶透镜的结构示意图；
图4为本申请实施例中提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的结构示意图；
图5为本申请实施例中提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的像素电极矩阵阵列的结构示意图；
图6为本申请实施例中提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的像素单元的结构示意图；
图7为本申请实施例中提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的驱动方法的流程图；
图8为本申请实施例中提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的像素点网格划分示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图4，本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜，包括驱动模块以及由上至下依次设置的第一玻璃基板1、液晶基板2与第二玻璃基板3；
参考图5，液晶基板2靠近第一玻璃基板1的侧面设有像素电极矩阵阵列，像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元4、若干条门极母线42与若干条源极母线43，参考图6，像素单元4包括clc液晶44、门极47、源极46与漏极，所属同行内的像素单元4的门极47连接于同一条门极母线42，所属同列内的像素单元4的源极46连接于同一条源极母线43，像素单元4的漏极与clc液晶44一端电连接，clc液晶44的另一端均接地；
驱动模块包括驱动芯片、门极驱动器49与源极驱动器50，驱动芯片分别与门极驱动器49和源极驱动器50电连接，驱动芯片用于将预先存储的选通开电压信号与电压值分别输出至门极驱动器49和源极驱动器50，门极驱动器49与门极母线42电连接，门极驱动器49用于按照驱动芯片输出的选通开电压信号提供选通开电压至门极母线42，从而使得相应地像素单元4的源极46与漏极导通，进而限定像素单元4共同构成预设的环形像素点；源极驱动器50与源极母线43电连接，源极驱动器50用于将驱动芯片输出的电压值传输至源极母线43上，从而为预设的环形像素点相应的像素单元4的电极提供相应地电压值。
需要说明的是，通过设定预先存储的选通开电压信号，利用扫描法实现逐行扫描，可以对像素电极矩阵阵列中的若干个像素单元4按照预设的开电压信号进行选择性导通，从而形成不同环形结构的菲涅尔液晶透镜，而由于电控双折射效应，给像素单元4的电极加电压时，clc液晶44处于电场中，液晶分子的指向矢有沿电场方向取向的趋势，随着电压的改变，液晶分子的指向矢偏转角θ也就会随之改变，从而改变像素点光的传播方向，实现菲涅尔液晶透镜的变焦，同时，本实施例中的像素电极矩阵阵列结构简单，制作成本较低。在本实施例中，clc液晶44类型选为垂直排列液晶(Vertical Alignment liquid crystal)。
以上为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的一个实施例，以下为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的另一个实施例的具体描述。
请参阅图4，本实施例提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜，包括驱动模块以及由上至下依次设置的第一玻璃基板1、液晶基板2与第二玻璃基板3；
参阅图5，液晶基板2靠近第一玻璃基板1的侧面设有像素电极矩阵阵列，像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元4、若干条门极母线42与若干条源极母线43，参阅图6，像素单元4包括clc液晶44、门极47、源极46与漏极48，所属同行内的像素单元4的门极47连接于同一条门极母线42，所属同列内的像素单元4的源极46连接于同一条源极母线43，像素单元4的漏极48与clc液晶44一端电连接，clc液晶44的另一端均接地；
驱动模块包括驱动芯片、门极驱动器49与源极驱动器50，驱动芯片分别与门极驱动器49和源极驱动器50电连接，驱动芯片用于将预先存储的选通开电压信号与电压值分别输出至门极驱动器49和源极驱动器50，门极驱动器49与门极母线42电连接，门极驱动器49用于按照驱动芯片输出的选通开电压信号提供选通开电压至门极母线42，从而使得相应地像素单元4的源极46与漏极48导通，进而限定像素单元4共同构成预设的环形像素点；源极驱动器50与源极母线43电连接，源极驱动器50用于将驱动芯片输出的电压值传输至源极母线43上，从而为预设的环形像素点相应的像素单元4的电极提供相应地电压值。
进一步地，第一玻璃基板1远离液晶基板2的侧面设有偏光片5。
需要说明的是，偏光片5用于对入射光线进行滤光形成单一光线。
进一步地，像素单元4还包括CS存储电容42，像素单元4的漏极48与CS存储电容42的一端电连接，CS存储电容42的另一端均接地。
需要说明的是，CS存储电容42接收电压后，进行充电，使像素单元4的电极电压维持到下一次刷新前不变，其中，下一次刷新是指固定频率重复本次的工作。
进一步地，驱动芯片的型号为SPLC502A、ST7511或ST7789。
以上为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的另一个实施例，以下为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的电极结构的一个实施例。
为了方便理解，参阅图5与图6，本申请实施例提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜的电极结构，包括像素电极矩阵阵列，像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元4、若干条门极母线42与若干条源极母线43，像素单元4包括clc液晶44、门极47、源极46与漏极48，所属同行内的像素单元4的门极47连接于同一条门极母线42，所属同列内的像素单元4的源极46连接于同一条源极母线43，像素单元4的漏极48与clc液晶44一端电连接，clc液晶44的另一端均接地。
进一步地，像素单元4还包括CS存储电容42，像素单元4的漏极48与CS存储电容42的一端电连接，CS存储电容42的另一端均接地。
以上为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的的电极结构一个实施例，以下为本申请提供的一种新型环形菲涅尔液晶透镜的驱动方法的一个实施例。
本申请实施例提供了一种新型环形菲涅尔液晶透镜的驱动方法，参阅图4至图6，新型环形菲涅尔液晶透镜包括驱动模块以及由上至下依次设置的第一玻璃基板1、液晶基板2与第二玻璃基板3，液晶基板2靠近第一玻璃基板1的侧面设有像素电极矩阵阵列，像素电极矩阵阵列包括若干个像素单元4、若干条门极母线42与若干条源极母线43，像素单元4包括clc液晶44、门极47、源极46与漏极48，所属同行内的像素单元4的门极47连接于同一条门极母线42，所属同列内的像素单元4的源极46连接于同一条源极母线43，像素单元4的漏极48与clc液晶44一端电连接，clc液晶44的另一端均接地，驱动模块包括驱动芯片、门极驱动器49与源极驱动器50，驱动芯片分别与门极驱动器49和源极驱动器50电连接，门极驱动器49与门极母线42电连接，源极驱动器50与源极母线43电连接，参阅图7，该驱动方法包括：
步骤一：通过驱动芯片将预先存储的选通开电压信号与电压值分别输出至门极驱动器和源极驱动器上；
步骤二：通过门极驱动器按照驱动芯片输出的选通开电压信号提供开电压至相应的门极母线，从而使得在门极母线上相应地像素单元的源极与漏极导通，进而限定像素单元共同构成预设的环形像素点；
步骤三：通过源极驱动器将驱动芯片输出的电压值传输至步骤二中选通开电压的源极母线上，并为预设的环形像素点相应的像素单元的电极提供相应地电压值，从而改变像素单元的电极电压值，并使得像素电极矩阵阵列内的clc液晶共同构成菲涅尔透镜。
进一步地，步骤一之前还包括：首先，根据菲涅尔透镜的预设焦距，基于液晶光电效应来确定平面上不同半径的圆环区域内的电极的电压值，然后，参阅图8，平面根据像素点精度等级一致进行网格划分，再将网格划分后的平面内的网格与像素电极矩阵阵列中的像素单位对应，并通过驱动芯片存储平面上不同半径的圆环区域内的网格与像素单元相对应的电极的电压值。
需要说明的是，菲涅尔透镜的焦距受每一圆环的液晶折射率控制，而液晶折射率与电压值的关系则符合液晶光电效应，因此，菲涅尔透镜的焦距根据液晶光电效应中的液晶折射率与电压关系可以求得电压值。
进一步地，步骤三还包括通过CS存储电容存储驱动芯片输出的电压从而维持像素单元的电极电压维持至下一次刷新前不变。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。