[发明专利]电可调谐的偏振无关的液晶微透镜阵列

说明书

一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括光学透明的介电平面板；光学透明的上平面电极，沉积在平面板顶面和底面上；顶部衬底，邻近平面板顶面进行定位；顶部图案电极，沉积在顶部衬底内表面上；顶部液晶层，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，具有第一偏振；底部衬底，邻近平面板底面进行定位；底部图案电极，沉积在底部衬底内表面上；底部液晶层，设置在平面板底面和底部衬底内表面之间；底部液晶层，具有与第一偏振正交的第二偏振。

技术领域

本公开内容涉及一种微透镜，特别是涉及一种偏振无关的液晶微透镜阵列。

背景技术

已经为各种光学系统探索过了液晶(LC)装置领域。单轴的双折射性质是向列型液晶(NLC)的基本性质之一。在LC装置中，相位分布被控制。相位分布由LC分子在外部电场或磁场下的重新取向决定。由于固有的单轴各向异性，LC装置取决于入射光的偏振。入射光束的利用效率由于这种特性而退化，特别是在液晶微透镜阵列(LCMLA)领域。具有垂直于LCMLA的光轴振动的电矢量的入射光束将通过LC单元而不会聚。这些光束被光学系统滤除。因此，在LCMLA前面安装偏振器，用于去除这些光束并改善LC装置的性能，这种方法限制了光学效率。

偏振无关的LCMLA可以改善光学系统的性能。为了消除对入射光束的偏振依赖性，现有系统提出了基于蓝相液晶(BPLC)和聚合物分散液晶(PDLC)的LCMLA。通过改变LC材料，产生了诸如操作温度范围窄和控制电压很高的缺点。为了降低驱动电压并扩大温度范围，尝试了一些方法来排布具有轴对称对齐的LC分子。这种方法的一个缺点是制造复杂和精确的对齐。

根据制造方法，偏振不敏感的LCMLA可以分为两类：基于LC材料的装置，例如蓝相液晶(BPLC)或聚合物分散液晶(PDLC)，以及基于普通LC分子预对齐的其他装置。

由这些微透镜阵列提供的改进基于以下事实，由于LC材料的各向同性性质，BPLC入射光束可以被聚焦。尽管这些方法表现出无偏振依赖性，但它们具有明显的缺点，例如BPLC的温度范围窄和信号电压很高。Ren等人展示了使用PDLC材料作为电光介质的无偏振器的微透镜阵列。可以在高电压状态下调节这种装置的可调谐焦距。

Fuh通过使用光对齐将径向对齐或方位角对齐的LC膜与梯度对齐组合来构建偏振无关LC透镜。这种方法的一个问题是光对齐在高温和UV光束照射下是不稳定的，因此由于构建的复杂性，该方法不适用于微透镜阵列。

具有正交二元配置的LC菲涅耳透镜也已经制造成具有偏振无关性。这种方法的明显缺点是衬底的两侧都需要在取向层上进行极其精确的对齐。

先前的LC装置具有偏振敏感性并因此表现出相对低的光束利用效率，并且偏振不敏感设计具有高工作电压，复杂的构建或具有有限的操作温度。所寻求的是一种能够偏振无关的LCMLA(PI-LCMLA)装置，用于改进克服这些限制的成像微装置和成像微系统。

发明内容

在一个实施例中，一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括光学透明的介电平面板，该平面板具有顶面和底面；光学透明的上平面电极，沉积在平面板顶面上；光学透明的下平面电极，沉积在平面板底面上；顶部衬底，具有顶部衬底外表面和顶部衬底内表面，顶部衬底邻近平面板顶面进行定位；顶部图案电极，沉积在顶部衬底内表面上，其中顶部图案电极图案化有微孔阵列；顶部间隔物，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间，所述顶部液晶层具有第一偏振；底部衬底，具有底部衬底外表面和底部衬底内表面，所述底部衬底邻近平面板底面进行定位；底部图案电极，沉积在底部衬底内表面上，其中底部图案电极图案化有另一微孔阵列；底部间隔物，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间；以及底部液晶层，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间，所述底部液晶层具有与第一偏振正交的第二偏振。