[發明專利]一種電控快速變焦的光學成像透鏡制作方法

有效

• 申請號: 200910054079.5
• 申請日: 2009-06-29
• 公開（公告）號: CN101592841A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 鐘陽萬;鄭繼紅;莊松林;溫墾;劉徳峰;陳洛洋
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種電控光學元件領域，具體涉及一種用電場調控實現快速 電控光學變焦透鏡的實現方法。

背景技術

目前在光學器件的應用中采用的變焦方法，大多數是機械變焦方式，及 采用馬達驅動光學透鏡的位置的挪動而發生焦距的變化。但是，隨著器件的 小型化和快速反應的需要，傳統的機械運動方式已經落后于器件的發展速 度。因此，又出現很多種變焦方式的透鏡，例如電控折變效應，電濕效應等 利用電場作用控制下焦距發生變化的光學元器件。其中做為電控折變效應的 典型代表是液晶材料的光學器件，例如基于電控液晶調焦的透鏡已經出現。 也有很多關于聚合物分散液晶，聚合物鐵電液晶，等摻雜類型的液晶混合 物，采用面型，結構，或者全息，刻蝕，掩模等多種方法實現電控變焦光學 元件的手段。每個方法各有利弊。例如在聚合物分散液晶材料的電控透鏡研 究中，有全息，面型，偏振和電極改變等多種方法研究和實施到聚合物分散 液晶材料當中，研究效果，手段，方法，結果都不盡相同，但是到目前為 止，由于各個方面的原因，材料性質的限制，工藝的優化，使用條件的限 制，如驅動電源，孔徑大小等方面的原因，仍然沒有一種方法真正用于大面 積變焦電控變焦成像系統。

近年來倍受關注的納米聚合物分散液晶(PDLC)是一種新型電光材料。 當施加電壓時，材料中液晶微滴的指向矢受電場的調控將發生扭轉，致使納 米聚合物分散液晶材料的有效折射率也跟著發生變化，納米聚合物分散液晶 材料的這種電控折變性質以及良好的可見光透過率(聚合物基質中液晶微滴 尺寸達亞微米級，基本不散射可見光)使其在電控光學元件這一領域具有很 好的應用前景，也包括可能制作成大孔徑的變焦透鏡。聚合物分散液晶的配 方和性質非常復雜和多樣，從發展階段而言，分為微米尺寸的聚合物分散液 晶材料和納米級的聚合物分散液晶材料。液晶微滴大小和相分離結構對于器 件產生重大的影響，但是配方比例和實現工藝有很多問題需要優化，解決。

發明內容

本發明是針對現有變焦方法存在的問題，提出了一種電控液晶光斬波器 陣列及制作方法，非機械式的、快速度、低功耗、利于系統小型化、制作簡 單，可通過非均勻電極實現電控變焦透鏡及系統的制作方法。

本發明的技術方案為：一種電控快速變焦的光學成像透鏡制作方法，制 作方法包括以下具體步驟：

1)首先制備兩片直徑相同的圓形玻璃液晶盒基板，根據需要孔徑為10mm- 100mm，其中一片整個表面鍍有氧化銦錫(ITO)透明導電膜，另一片是圓環 形氧化銦錫(ITO)透明導電膜，園環帶寬5mm-10mm，圓環形導電膜的圓心 與液晶盒基板同心，將兩個ITO膜相對并對心，制備液晶盒并控制厚度在5 -20μm，留注入口；

2)配制聚合物分散液晶的預聚混合物，將液晶材料、聚合物單體、適量的 交聯劑、活化劑和引發劑，在遮光條件下混合加熱到60～70℃，使其處于各 向同性的狀態，在充分攪拌并用超聲波乳化使其均勻混合從而制備出聚合物 分散液晶預聚物混合材料，混合溶液中以質量比計算，液晶材料占30％～ 40％，聚合物單體占40％～60％，交聯劑占5％～16％，活化劑占6％～12％，引發 劑占0.3％～2％；超聲波乳化時間要超過2小時；

3)將光致固化預聚物和液晶材料組成的混合物注入液晶盒中，將預留的材料 注入口封住，并把液晶盒放在的514nm均勻光場下曝光，曝光功率為10- 12mw/cm²，曝光時間為60到120秒，??經相分離固化后形成具有納米尺寸液 晶微滴鑲嵌在固化后聚合物中的結構的透明膜層；

4)在兩塊玻璃片的導電膜上加上一超過納米聚合物分散液晶材料的驅動閾 值電壓時，兩塊玻璃片之間形成了由環形電極向整個下基板輻射式電場分 布，電場分布以圓心呈現圓對稱狀態，液晶微滴的光軸方向沿電力線方向分 布，液晶盒內部的有效折射率呈現中間大，邊緣小，折射率從中心向邊緣逐 漸減小的形式；

5)將環帶ITO導電膜的寬度增大或者減小，電場電力線的分布隨之產生變 化，液晶微滴沿電場方向分布，有效折射率分布隨之而改變，得到不同的焦 距大小。

所述514nm均勻光場可采用514nm的氬離子激光，輻照能量為10毫瓦每平 方厘米。

所述納米聚合物分散液晶材料配方比例如下表所示：