[发明专利]一种基于电阻层各向同性液晶透镜阵列

说明书

本发明提出一种各向同性液晶透镜阵列，它包括上玻璃基板、上透明平面电极、各向同性液晶层、介电层、电阻层、下透明平面电极和下玻璃基板。在下透明平面电极上施加电压，通过常规电阻层的分压作用，在各向同性液晶层内产生空间不均匀的电场分布，从而改变液晶层内部的折射率分布，配合介电层，在各向同性液晶层内部产生梯度折射率分布，从而得到抛物线形的相位分布；通过改变下透明平面电极施加的电压来调节所述各向同性液晶透镜阵列的焦距。该液晶透镜阵列的驱动方式简单并且制作容易。

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，具体是一种基于电阻层各向同性液晶透镜阵列。

背景技术

液晶透镜具有焦距连续可控、功耗低、无机械移动、结构轻巧等优点，因此在很多领域都有广泛的应用，例如自聚焦器件、2D/3D可切换显示、可调光子器件、图像处理和光通信等。目前，大多数液晶透镜都采用向列相液晶，由于向列相液晶的固有双折射比较大，所以能够实现较短的焦距可调。但是，向列相液晶透镜主要存在响应速度慢和偏振依赖性两个缺陷。

为了解决向列相液晶透镜存在的缺陷，人们提出了各向同性液晶透镜，它主要存在以下几个方面的优势：(1)亚毫秒级别的响应时间，比普通向列相液晶快了将近10倍；(2)纵向场驱动模式下可以实现偏振无关；(3)不需要取向层，制作工艺简单。近些年，专家学者提出了多种各向同性液晶透镜结构，例如方环形电极结构、梯度电极结构、孔型电极匹配玻璃透镜结构、多电极结构等。其中，基于方环形电极的各向同性液晶透镜能够实现偏振无关，但是方环形电极下不同方向上的透镜半径不相等，达不到理想的聚焦效果；基于梯度电极结构的各向同性液晶透镜能够实现良好的抛物线形相位分布，但是梯度电极的分布不在同一水平面，需要引入额外的光刻工艺，增加的制作工艺难度；基于孔型电极匹配玻璃透镜结构的各向同性液晶透镜能够实现较大的调焦范围，并且能够实现正负透镜的切换，但是匹配玻璃透镜增加了整体器件的厚度；基于多电极结构的各向同性液晶透镜能够实现较短焦距可调，但是需要对每个电极施加不同的驱动电压，驱动方式较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种驱动方式简单、制作容易且性能优良的各向同性液晶透镜阵列。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括上玻璃基板、上透明平面电极、各向同性液晶层、介电层、电阻层、下透明平面电极和下玻璃基板。

所述上透明平面电极和下透明平面电极采用氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明导电材料制作；上透明平面电极和下透明平面电极的厚度相同，下透明平面电极的间隙小于下透明平面电极的宽度；所述上透明平面电极接地，电压施加在下透明平面电极上。

所述的各向同性液晶层采用聚合物稳定的蓝相液晶，蓝相液晶层的厚度是均匀的，并且蓝相液晶层厚度大于介电层的厚度。

所述的介电层采用透明高介电系数的介电材料制作，用于平滑各向同性液晶层内的相位分布。

所述的电阻层采用透明低介电系数的介电材料制作，电阻层覆盖在下透明平面电极间隙的正上方，用于分担施加在下透明平面电极上的电压，使各向同性液晶层内产生梯度折射率分布；所述的电阻层的介电系数远远小于介电层的介电系数，并且电阻层的间隙小于电阻层的宽度，电阻层的厚度小于介电层的厚度，电阻层的宽度大于下透明平面电极的宽度，电阻层的间隙大于下透明平面电极的间隙。

本发明提供的各向同性液晶透镜，在下透明平面电极上施加电压，通过常规电阻层的分压作用，在各向同性液晶层内产生空间不均匀的电场分布，从而改变液晶层内部的折射率分布，配合介电层，在各向同性液晶层内部产生梯度折射率分布，从而得到抛物线形的相位分布；此外，通过改变下透明平面电极施加的电压来调节所述各向同性液晶透镜阵列的焦距。

附图说明

图1是本发明实施例的各向同性液晶透镜阵列的结构示意图。