[发明专利]一种基于偏振控制的电控可调焦液晶透镜及阵列

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种基于偏振控制的电控可调焦液晶透镜及阵列，尤其涉及一种电控可变焦液晶透镜及阵列。

 

背景技术

液晶透镜阵列器件具有体积小，重量轻，功耗小等优势，其无需机械部件实现可调焦距的特点表现出独有的优势。经过近几年的发展，液晶可变焦透镜及阵列在光通讯器件、光纤开关、光偏转器件、3D显示、集成图像系统及图像处理等各种领域具有极大的潜在应用价值。

目前可调焦距液晶透镜形成的根本机制在于产生调制透镜中间和边缘的光程差，在液晶透镜中形成梯度折射率变化的轮廓，以实现电场调制焦距的变化。实现梯度折射率的变化按液晶层厚度是否均匀来分类，主要有两种，即均匀液晶层厚度结构和非均匀液晶层厚度结构。

均匀液晶层厚度结构，在由上下两块玻璃基板构成的液晶屏采用平行取向构成平行均匀排列的液晶。前基板从玻璃基板起，分别是公关电极层、取向层；后基板从玻璃基板起，依次是圆孔形电极层、取向层。液晶屏的厚度由分散在玻璃基板内表面的衬垫决定，液晶屏内部灌注向列相液晶。圆孔电极结构液晶可变焦透镜的工作原理是在圆孔行电极层上施加工作电压，在液晶区域产生非均匀电场分布，液晶分子在不均匀电场作用下，发生非均匀偏转，导致其折射率空间分布也发生非均匀变化，从而使光束聚焦在特定位置。当调控电压改变时，微透镜焦点位置发生变化，从而完成了微透镜焦点位置的调控过程。

非均匀液晶层厚度结构，调控区域内的液晶呈凹面或凸面型结构，由聚合物采用光刻或模压等方法控制，上下玻璃基板电极层均为平面或者随聚合物三维结构呈曲面。利用聚合物材料与液晶材料的折射率差，形成一个微透镜结构，使光束聚焦在特定位置。施加电压时，液晶折射率随电压发生变化，从而实现微透镜的焦距控制。

随着三维显示及光通信等技术的发展，对液晶透镜焦距变化范围要求进一步提高。

 

发明内容

本发明目的是提供一种具有调制电压小，调焦范围大的特点，并且工艺与液晶显示制造工艺相兼容的基于偏振控制的电控可调焦液晶透镜及阵列。

一种基于偏振控制的电控可调焦液晶透镜及阵列，包括相互连接的偏振控制部分、液晶透镜部分组成，偏振控制部分包括两块平行布置的前基板、后基板，前基板与后基板之间通过第一衬垫料连接，前基板包括依次布置的前基板玻璃、公共电极层、前取向层，后基板包括依次布置的后基底玻璃、像素电极，后取向层，前取向层、后取向层相对设置；前取向层与后取向层之间灌入液晶；

液晶透镜部分包括上基底玻璃、两块平行布置的取向层，前基板玻璃上远离公共电极层的一侧布置上基底玻璃，上基底玻璃与前基板玻璃之间布置两块取向层，两块取向层之间通过第二衬垫料连接；与前基板玻璃连接的取向层上朝向上基底玻璃的一侧采用点胶、光刻或模压方法得到聚合物半球状凸型或凹型三维结构；两块取向层之间灌入向列相液晶。

比较好的是，本发明的公共电极层、像素电极由透明导电薄膜制成。

比较好的是，本发明的前基板玻璃、后基底玻璃的厚度为0.4～1.1mm。

比较好的是，本发明的前取向层的厚度为100nm～5um。

比较好的是，本发明的像素电极的宽度为10mm～5mm。

比较好的是，本发明的前取向层、后取向层、取向层的厚度为100nm～5um。

比较好的是，本发明的第一衬垫料为球状或棒状，厚度为1um～10um。 

比较好的是，本发明的聚合物半球状三维结构的透镜孔径10um～10mm，高度5um～5mm。

比较好的是，本发明的第二衬垫料为球状或棒状，厚度为20um～200um。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，利用控制入射光偏振状态，调制电压低。

2、本发明的新型结构焦距可调液晶微透镜阵列，可以选择合适的聚合物和液晶材料材料参数，可调焦距范围大，并且可以实现凹凸透镜转换。

 

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的另一种结构示意图。

图3是本发明的第三种结构示意图。