[发明专利]一种模式控制级联型液晶微透镜阵列

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种液晶微透镜阵列，尤其涉及一种级联型液晶微透镜阵列的技术领域。

 

背景技术

液晶微透镜技术，其焦距可以由电压进行控制。而传统的固体透镜则需要通过不同的透镜组合，通过调整透镜之间的距离来控制焦距的变化。相较而言，液晶微透镜的最大优势在于体积小，省去笨重的机械装置，并且可以得到可调节的焦距特性，又称为自适应透镜。因此在光互联、自适应光学、光电存储、集成光学显示等领域具有极大的潜在应用价值。

常见的液晶自适应透镜，一般说来，有三种方法来产生类似于传统透镜梯度型折射率轮廓：（1）不均匀电场施加在不均匀液晶层上；（2）不均匀电场施加在均匀液晶层上；（3）均匀电场施加在不均匀液晶层。早期研制的液晶透镜采取的是第一种方式，通过在传统透镜形状的腔体内注入液晶，将液晶透镜与传统透镜的进行简单的组合，初步实现了焦距的变化调制。但是其缺点明显，主要为腔体的曲面上难以实现液晶分子取向，液晶盒的厚度的不均匀导致光的散射现象和响应时间不一致。第三种方式通过对液晶层的进行特殊处理，如使用单体对液晶层参杂使得液晶分子排列分布不均匀，达到调制透镜焦距的目的。缺点是这种在液晶层中引入其他物质的控制并不十分稳定。

第二种方式中液晶透镜和液晶平板显示技术一样都是均匀排列的液晶，技术上的兼容性使得应用最为广泛。这类液晶透镜的原理为液晶平行均匀排列，通过圆孔型电极、离散电极、抛物面状电极等不同的电极结构产生不均匀分布的电场来控制液晶分子形成类似于固体透镜的梯度型折射率轮廓分布，由于液晶分子的双折射特性，对于透镜边缘区域的液晶分子，其电势最强，液晶近似垂直排列，折射率为n_e,而透镜中心区域的液晶分子，由于电势最弱，则近似平行排列，折射率为n_o。根据透镜公式推算，液晶透镜的焦距为f=r²/2（n_e-n_o）d，其中r为控制电极的孔径半径，d为液晶盒厚。由于液晶的双折射率（n_e-n_o）很小，一般不超过0.2，为了达到更小的焦距要求，通常液晶透镜的厚度比较大。相较于早期的第一类液晶透镜，这类透镜的优点是在调焦过程中响应时间一致，没有光散射现象，缺点是生成的梯度型折射率曲线不够平滑，与传统透镜还有一定的差距，液晶透镜的厚度一般较大从而提高了驱动电压，增大了响应速度。

 

发明内容

本发明目的是提供一种焦距可调，低驱动电压、响应速度时间快速的模式控制级联型液晶微透镜阵列。

一种模式控制级联型液晶微透镜阵列，包括平行布置的上基板、下基板；所述上基板包括依次布置的上基板玻璃、接地电极层、上基板取向层；所述的下基板包括下基板玻璃、接触电极层、高面电阻层、聚合物固体透镜及光取向层，上基板取向层、接触电极层之间布置衬垫；上基板取向层、接触电极层、衬垫形成的内部封装液晶层。

比较好的是，本发明的高面电阻层为面电阻值范围0.1-10 MΩ/sq的ZnO层或透明导电薄膜层。

比较好的是，本发明的上基板玻璃、下基板玻璃的厚度为0.4～1.1mm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优势：

1、模式控制的优点在于折射率梯度型轮廓平滑，呈抛物线形，更接近于传统透镜的效果。

2、聚合物固体透镜本身有很小的焦距，模式控制方式起调焦作用，不需要很大的液晶盒厚度，也能产生很小的焦距。

3、通过选取合适的聚合物折射率n,可以形成凹透镜与凸透镜，并形成凹透镜和凸透镜之间的转变，响应速度时间快速。

不加电状态：边缘的光程L₁=n_ed，中心的光程L₂=n_e（d-h）+nh，光程差L₁-L₂=（n_e-n）h；加电状态下：边缘的光程L₁=n_od，中心的光程L₂=n_o（d-h）+nh，h为聚合物透镜最高点高度，d为液晶盒厚。光程差L₁-L₂=(n_o-n)h。其中，h为聚合物透镜最高点高度，d为液晶盒厚。