柱状透镜元件与显示装置技术领域
本申请涉及液晶显示领域，具体而言，涉及一种柱状透镜元件与显示装置。
背景技术
聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，简称PDLC)是一种新兴的
光电薄膜材料，即将液晶(liquid crystal，简称LC)分散于聚合物中，在一定条件下经聚合
反应，形成的液晶微滴均匀分散在连续的聚合物基体中。由于液晶分子的光学各向异性和
介电各向异性，使PDLC成为一种具有电光响应特性的复合材料。
一般地，当无外加电场下，LC微滴均匀分散在聚合物中，且LC微滴中的向列型LC分
子无规则排列。由于此时LC微滴的有效折射率与聚合物的折射率不匹配，PDLC透镜层对光
有散射作用，呈乳白色不透明态(OFF State)；当施加电场后，液晶微滴的光轴会沿着电场
方向取向，此时若液晶微滴的折射率与聚合物的折射率匹配，则PDLC透镜层呈透明态
(ONState)；当电场消失，PDLC膜又恢复到OFF态。
与传统显示器相比，DFD-PDLC显示器不需要偏振片、不需取向处理、制作工艺简
单、易于制成大面积柔性显示器等优点，具有广阔的应用前景。但目前PDLC器件仍存在明显
的不足，如对比度较低、驱动电压较高与响应时间慢等等，因此国内外对PDLC的研究一直致
力于改善PDLC的电光特性，尤其是在降低PDLC的驱动电压方面。
一般地，电场强度E受电压U与厚度d影响，E＝U/d，相同电压的条件下，电场强度与
厚度呈反比，随着厚度的增加，电场强度逐渐减小。DFD-PDLC柱状透镜元件由于PDLC透镜层
与聚合物透镜层的总厚度较大，使得其的驱动电压较高，进而使得液晶分子的电光效应较
弱。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种柱状透镜元件与显示装置，以解决现有技术中柱
状透镜元件的驱动电压较大的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种柱状透镜元件，该柱状透
镜元件包括：PDLC透镜层，包括依次排列的多个PDLC透镜，且上述PDLC透镜层具有第一透镜
表面；聚合物透镜层，设置在上述第一透镜表面的表面上，包括依次排列的多个聚合物透
镜，上述聚合物透镜与上述PDLC透镜一一对应，上述聚合物透镜层与上述第一透镜表面的
接触表面与上述第一透镜表面相适配；导电粒子，分散在上述聚合物透镜层和/或上述PDLC
透镜层中。
进一步地，上述导电粒子的重量为上述PDLC透镜层的重量的0.01～30％。
进一步地，上述导电粒子的重量为上述聚合物透镜层的重量的0.01～30％。
进一步地，上述导电粒子为ITO纳米粒子。
进一步地，上述柱状透镜元件还包括：第一电极层，设置在上述PDLC透镜层远离上
述聚合物透镜层的表面上；第二电极层，设置在上述聚合物透镜层远离上述PDLC透镜层的
表面上。
进一步地，上述柱状透镜元件还包括：第一透明基材层，设置在上述第一电极层的
远离上述PDLC透镜层的表面上；第二透明基材层，设置在上述第二电极层的远离上述聚合
物透镜层的表面上。
进一步地，上述PDLC透镜层为平凹透镜层，上述聚合物透镜层为平凸透镜层。
进一步地，上述PDLC透镜层为平凸透镜层，上述聚合物透镜层为平凹透镜层。
根据本申请的另一方面，提供了一种显示装置，该显示装置包括柱状透镜元件，该
柱状透镜元件为上述的柱状透镜元件。
应用本申请的技术方案，将导电粒子分散在PDLC透镜层与聚合物透镜层中，增加
聚合物透镜层与PDLC透镜层的导电性，降低柱状透镜的驱动电压，从而可以以低的驱动电
压实现柱状透镜的2D与3D影像切换显示的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示
意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请的实施例1提供的柱状透镜元件的结构示意图；
图2示出了本申请的实施例2提供的柱状透镜元件的结构示意图；
图3示出了液晶分子的结构示意图；以及
图4示出了的液晶分子介电质频率响应的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
01、导电粒子；1、第一透明基材层；2、第一电极层；3、PDLC透镜层；4、聚合物透镜
层；5、第二电极层；6、第二透明基材层；30、液晶微滴。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的柱状透镜元件的驱动电压较大，电光效应
较弱，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种柱状透镜元件与显示装置。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种柱状透镜元件，如图1或图2所示，该
元件包括：PDLC透镜层3、聚合物透镜层4与导电粒子01。其中，PDLC透镜层3包括依次排列的
多个PDLC透镜，且上述PDLC透镜层3具有第一透镜表面；聚合物透镜层4设置在上述第一透
镜表面的表面上，包括依次排列的多个聚合物透镜，上述聚合物透镜与上述PDLC透镜一一
对应，上述聚合物透镜层4与上述第一透镜表面的接触表面与上述第一透镜表面相适配；导
电粒子01分散在上述聚合物透镜层4和/或上述PDLC透镜层3中。图1中的导电粒子01仅分散
在PDLC透镜层3中。如图2中的导电粒子01分散在PDLC透镜层3与聚合物透镜层4中。
上述的柱状透镜元件的PDLC透镜层和/或聚合物透镜层中分散有导电粒子，该导
电粒子可以增加PDLC透镜层和/或聚合物透镜层的导电性，即增加电导率，使得这两层中的
至少一层的电阻减小，进而使得该元件需要的驱动电压减小，提高了PDLC透镜层中液晶材
料的电光效应。
本申请中的PDLC中的聚合物可以是任何满足要求的聚合物。本领域技术人员可以
根据实际情况选择合适的聚合物。
本申请中的聚合物透镜层中的聚合物可以是任何满足要求的聚合物，本领域技术
人员可以根据实际情况选择合适的聚合物。
并且，PDLC中的聚合物与聚合物透镜层中的聚合物可也是相同的聚合物，也可以
是不相同的聚合物，本领域技术人员可以根据实际情况将二者设置为相同或者不同。
本申请的一种实施例中，上述导电粒子的重量为上述PDLC透镜层的重量的0.01～
30％，由于导电粒子并不是PDLC透镜层的一部分，只是分散在PDLC透镜层中，这里的PDLC透
镜层的重量不包括导电粒子。这样能够进一步保证以较低的驱动电压就可以驱动柱状透镜
元件，即改变PDLC透镜层中液晶材料的折射率，提高了该液晶材料的电光效应。
为了进一步提高液晶材料的电光效应且进步一步保证PDLC材料不失效，本申请优
选上述导电粒子的重量为上述聚合物透镜层的重量的0.01～30％，由于导电粒子并不是聚
合物透镜层的一部分，只是分散在聚合物透镜层中，所以这里的聚合物透镜层的重量不包
括导电粒子的重量。
本申请的导电粒子可以是现有技术中的任何一种导电粒子，本领域技术人员可以
根据实际情况选择合适的导电粒子。
本申请的再一种实施例中，上述导电粒子01为ITO纳米粒子。但是并不限于该种粒
子，本领域技术人员可以根据实际情况选择任何满足要求的导电粒子。
本申请的另一种实施例中，如图1或图2所示，上述柱状透镜元件还包括第一电极
层2与第二电极层5，其中，上述第一电极层2设置在上述PDLC透镜层3远离上述聚合物透镜
层4的表面上；第二电极层5设置在上述聚合物透镜层4远离上述PDLC透镜层3的表面上。如
图1与图2所示，第一电极层2与第二电极层5均与外部驱动电压V(f)连接，通过外部驱动电
压V(f)产生电场，其中，f代表频率。
第一电极层与第二电极层可以独立地选自任何满足需求的电极层，比如可以选择
ITO电极层，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料作为第一电极层与第二电
极层。
另外，每个液晶微滴由多个液晶分子构成。如图3所示，每个液晶分子为杆状的结
构，令其长轴沿Z轴分布、而短轴沿XY平面分布。该液晶分子所具有的光电效应，由入射光的
偏振方向、光学折射率n与介电常数ε所决定。
一般地，对于入射光与液晶分子的光学作用，为依存于入射光电场偏振方向与液
晶分子所具有的双折射特性。当入射光的电场偏振方向，为平行于该液晶分子长轴方向时，
该入射光的相位延迟由异常光折射率n∥所决定；当入射光的电场偏振方向，为垂直于该液
晶分子长轴方向时，该入射光的相位延迟，由寻常光折射率为n⊥所决定。另外，液晶分子为
正单轴液晶时，具有n∥>n⊥的关系。
另外，对于液晶分子的电气作用，则依存于驱动电压V(f)的驱动频率与液晶分子
所具有的介电质特性。如图4所示，为液晶分子介电常数ε∥、ε⊥与驱动电压频率f响应的示意
图。对于具有适当振幅的驱动电压，由改变驱动电压的频率f，可改变液晶分子长轴介电常
数ε∥、但不会影响液晶分子短轴介电常数ε⊥。因此对于电气的作用，液晶分子具有以下的关
系：
当f＝fL<fc时，Δε>0；
当f＝fH>fc时，Δε<0；
当f＝fc时，Δε＝0；
其中，Δε＝ε∥-ε⊥。
当f＝fL<fc时，即Δε>0，该驱动电压所产生的电场，可旋转该液晶分子空间排列的
方向，使该液晶分子的长轴沿电场的方向排列，称fL为定向排列频率
(HomeotropicAlignmentFrequency)。
当Δε<0时，该驱动电压的作用使该液晶分子的短轴沿电场的方向排列，称fH为均
向排列频率(HomogeneousAlignmentFrequency)。
当Δε＝0时，该驱动电压，则失去对该液晶分子旋转的作用，称fc为交叉频率
(Cross-OverFrequency)。
为了保护第一电极层、第二电极层以及柱状透镜中的其他结构，如图1与图2所示，
本申请的一种具体的实施例中，上述柱状透镜元件还包括第一透明基材层1与第二透明基
材层6。其中，上述第一透明基材层设置在上述第一电极层2的远离上述PDLC透镜层3的表面
上；第二透明基材层6设置在上述第二电极层5的远离上述聚合物透镜层4的表面上。
本申请的第一透明基材层与第二透明基材层可以独立地选自透明玻璃与PET基材
层，但是并不限于这两种，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料层作为第一
透明基材层与第二透明基材层。
本申请的又一种实施例中，如图1所示，上述PDLC透镜层3为平凹透镜层，上述聚合
物透镜层4为平凸透镜层。
本申请的另一种实施例中，如图2所示，上述PDLC透镜层3为平凸透镜层，上述聚合
物透镜层4为平凹透镜层。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种显示装置，该显示装置包括上述
柱状透镜元件，该柱状透镜元件为上述的柱状透镜元件。
该显示装置由于具有上述的柱状透镜，使得其的驱动电压较小。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具
体的实施例对本申请的技术方案进行说明。
实施例1
如图1所示，该柱状透镜元件自下而上依次包括第一透明基材层1、第一电极层2、
PDLC透镜层3、聚合物透镜层4、第二电极层5与第二透明基材层6。其中。第一透明基材层1与
第二透明基材层6均为PET基材层；第一电极层2与第二电极层5均为ITO电极层，第一电极层
2与第二电极层5与外部驱动电压相连接，其中f表示驱动电压的频率；PDLC透镜层3为平凹
透镜层，且多个液晶微滴30与多个导电粒子01分散在该平凹透镜层的聚合物中，且导电粒
子01为ITO纳米粒子，其重量为平凹透镜层重量的30％，聚合物透镜层4为平凸透镜层，且具
有光学折射率np。
上述的每个液晶微滴30，由复数个棒状的液晶分子组成，液晶分子具有寻常光折
射率n⊥、异常光折射率n∥、长轴介电常数ε∥和短轴介电常数ε⊥，其中，n∥>n⊥、n∥＝np。
ε∥与ε⊥的关系如下：当f<fc时，Δε>0，液晶分子的长轴沿电场的方向排列，液晶分
子的折射率为n⊥<np，该DFD-PDLC柱状透镜阵列，呈现透镜的特性，因此可呈现显示于该影
像显示器屏幕上的3D影像。
当f＝fc时，Δε＝0；当f>fc时，Δε<0，液晶分子的短轴沿电场的方向排列，液晶分
子的折射率为n∥＝np，该DFD-PDLC柱状透镜阵列，呈现光穿透特性，因此可呈现显示于该影
像显示器屏幕上的2D影像；其中，f为外部驱动电压V(f)的驱动频率，fc为交叉频率，Δε＝
ε∥-ε⊥。
实施例2
如图2所示，该柱状透镜元件自下而上依次包括第一透明基材层1、第一电极层2、
PDLC透镜层3、聚合物透镜层4、第二电极层5与第二透明基材层6。其中。第一透明基材层1与
第二透明基材层6均为PET基材层；第一电极层2与第二电极层5均为ITO电极层，第一电极层
2与第二电极层与外部驱动电压相连接，其中f表示驱动电压的频率；PDLC透镜层3为平凸透
镜层，且该平凸透镜层包括聚合物与均与分散在聚合物中的多个液晶微滴30与多个导电粒
子01，且导电粒子01为ITO纳米粒子，其重量为平凸透镜层重量的0.01％，聚合物透镜层4为
平凹透镜层，平凹透镜层中分散有导电粒子01，该ITO纳米粒子的总重量为平凹透镜层的重
量的30％，该导电粒子01与分散在PDLC透镜层3中的导电粒子01相同。聚合物透镜层4的聚
合物的光学折射率np。
上述的每个液晶微滴30，由复数个棒状的液晶分子组成，液晶分子具有寻常光折
射率n⊥、异常光折射率n∥、长轴介电常数ε∥和短轴介电常数ε⊥，其中，n∥>n⊥、n∥＝np。
ε∥与ε⊥的关系如下：当f<fc时，Δε>0，液晶分子的长轴沿电场的方向排列，液晶分
子的折射率为n⊥<np，该DFD-PDLC柱状透镜阵列，呈现透镜的特性，因此可呈现显示于该影
像显示器屏幕上的3D影像。
当f＝fc时，Δε＝0；当f>fc时，Δε<0，液晶分子的短轴沿电场的方向排列，液晶分
子的折射率为n∥＝np，该DFD-PDLC柱状透镜阵列，呈现光穿透特性，因此可呈现显示于该影
像显示器屏幕上的2D影像；其中，f为外部驱动电压V(f)的驱动频率，fc为交叉频率，Δε＝
ε∥-ε⊥。
上述的实施例中，将导电粒子分散在PDLC透镜层中，或者分散在聚合物透镜层和
PDLC透镜层中，使得第一电极层与第二电极层之间的电压差减小，进而减小柱状透镜元件
的驱动电压。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的柱状透镜元件的PDLC透镜层和/或聚合物透镜层中分散有导电粒子，
该导电粒子可以增加PDLC透镜层和/或聚合物透镜层的导电性，即增加电导率，使得这两层
中的至少一层的电阻减小，进而使得该元件需要的驱动电压减小，提高了PDLC透镜层中液
晶材料的电光效应。
2)、本申请的显示装置由于具有上述的柱状透镜，使得其的驱动电压较小。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技
术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。