[发明专利]一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案电极引线层、绝缘层、图案电极、液晶层、液晶定向层、公共电极、第二基片、以及第二增透膜、图案电极与公共电极均是由石墨烯材料制成，图案电极包括电驱控环线电极，该电驱控环线电极为非封闭环形，电驱控环线电极具有两个端子，图案电极引线层上设置有一对通孔，每个通孔分别与图案电极的电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过绝缘层贯穿至其对应的图案电极中电驱控环线电极的端子。本发明能够解决现有电控液晶聚光微镜存在的光能利用率相对较低、透射光损较大、以及聚光效能不足的技术问题。

技术领域

本发明属于光学透镜技术领域，更具体地，涉及一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜及其制备方法。

背景技术

如今，电控液晶聚光微镜已经得到了日益广泛的应用，如今的电控液晶聚光微镜主要包括用于可见光的电控液晶聚光微镜、以及用于红外光的电控液晶聚光微镜。

针对用于可见光的电控液晶聚光透镜而言，其一般在光入射端采用微圆形或微矩形的镂空导电透光膜构成图案电极，该图案电极的材料为氧化铟锡(Indium tin oxide，简称ITO)，而在光出射端，是采用ITO材料制成的公共电极。该电控液晶聚光透镜存在一些问题：第一，基于图案电极构建的控光电场是由镂空导电透光膜边缘向透光膜内延伸透光膜孔径的10％～20％大小所构成，其填充系数通常低于60％，因此使得电控液晶聚光透镜呈现小通光孔径和低光能利用率；第二，由于导电透光膜对入射光具有不同程度的遮挡作用，因此该聚光透镜会存在最大为20％的透射光损；第三，采用ITO材料制成的公共电极同样会使该聚光透镜存在最大为20％的透射光损。

针对用于红外光的电控液晶聚光透镜而言，其通常采用常规金属(诸如铝、铜等)或者贵金属(诸如金、银等)制作的微圆形/矩形孔或其阵列构成图案电极。然而，该电控液晶聚光透镜仍存在一些不可忽略的缺陷：首先，其顶端和底端电极间所激励产生的控光电场会程度不同地由电极边缘切入到由金属膜遮掩的液晶层内，因此导致控光电场的有效填充系数通常也在60％以下，进而使得电控液晶聚光透镜呈现小通光孔径和低光能利用率；第二，制作在图案电极和公共电极表面、并直接接触液晶材料的定向层(如典型的PI定向膜)对红外光同样存在不可忽视的透射光损；第三，该聚光透镜所使用的微纳米尺度液晶锚定沟槽(即液晶定向层)，会对入射的红外光产生较强衍射串扰(具体表现为模衍射散光和谱红外波束空间分离，成为较强杂散光、光噪声或器件色差的一个主要来源)，从而显著降低聚光透镜的聚光效能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜及其制备方法，其目的在于，解决现有电控液晶聚光微镜存在的光能利用率相对较低、透射光损较大、以及聚光效能不足的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案电极引线层、绝缘层、图案电极、液晶层、液晶定向层、公共电极、第二基片、以及第二增透膜，图案电极引线层由金属或金属氧化物制成，图案电极与公共电极均是由石墨烯材料制成，图案电极包括电驱控环线电极，该电驱控环线电极为非封闭环形，电驱控环线电极具有两个端子，图案电极引线层上设置有一对通孔，每个通孔分别与图案电极的电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过绝缘层贯穿至其对应的图案电极中电驱控环线电极的端子，从而形成图案电极引线层和图案电极之间的电连接，图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有一个管脚，图案电极上与电驱控环线电极内侧的端子垂直对应的通孔与该管脚电连接，再与外部控制信号U的一个输入端口电连接，图案电极上的另一个通孔与外部控制信号U的另一个输入端口电连接。