[發(fā)明專利]一種模式控制級(jí)聯(lián)型液晶微透鏡陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310001865.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103091927A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李青;崔勇?lián)P;嚴(yán)靜;胡凱;劉佩琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/29
• 分類號(hào): G02F1/29;G02F1/1337;G02F1/139;G02F1/133
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液晶微透鏡陣列，尤其涉及一種級(jí)聯(lián)型液晶微透鏡陣列的技術(shù)領(lǐng)域。

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背景技術(shù)

液晶微透鏡技術(shù)，其焦距可以由電壓進(jìn)行控制。而傳統(tǒng)的固體透鏡則需要通過(guò)不同的透鏡組合，通過(guò)調(diào)整透鏡之間的距離來(lái)控制焦距的變化。相較而言，液晶微透鏡的最大優(yōu)勢(shì)在于體積小，省去笨重的機(jī)械裝置，并且可以得到可調(diào)節(jié)的焦距特性，又稱為自適應(yīng)透鏡。因此在光互聯(lián)、自適應(yīng)光學(xué)、光電存儲(chǔ)、集成光學(xué)顯示等領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

常見(jiàn)的液晶自適應(yīng)透鏡，一般說(shuō)來(lái)，有三種方法來(lái)產(chǎn)生類似于傳統(tǒng)透鏡梯度型折射率輪廓：（1）不均勻電場(chǎng)施加在不均勻液晶層上；（2）不均勻電場(chǎng)施加在均勻液晶層上；（3）均勻電場(chǎng)施加在不均勻液晶層。早期研制的液晶透鏡采取的是第一種方式，通過(guò)在傳統(tǒng)透鏡形狀的腔體內(nèi)注入液晶，將液晶透鏡與傳統(tǒng)透鏡的進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，初步實(shí)現(xiàn)了焦距的變化調(diào)制。但是其缺點(diǎn)明顯，主要為腔體的曲面上難以實(shí)現(xiàn)液晶分子取向，液晶盒的厚度的不均勻?qū)е鹿獾纳⑸洮F(xiàn)象和響應(yīng)時(shí)間不一致。第三種方式通過(guò)對(duì)液晶層的進(jìn)行特殊處理，如使用單體對(duì)液晶層參雜使得液晶分子排列分布不均勻，達(dá)到調(diào)制透鏡焦距的目的。缺點(diǎn)是這種在液晶層中引入其他物質(zhì)的控制并不十分穩(wěn)定。

第二種方式中液晶透鏡和液晶平板顯示技術(shù)一樣都是均勻排列的液晶，技術(shù)上的兼容性使得應(yīng)用最為廣泛。這類液晶透鏡的原理為液晶平行均勻排列，通過(guò)圓孔型電極、離散電極、拋物面狀電極等不同的電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻分布的電場(chǎng)來(lái)控制液晶分子形成類似于固體透鏡的梯度型折射率輪廓分布，由于液晶分子的雙折射特性，對(duì)于透鏡邊緣區(qū)域的液晶分子，其電勢(shì)最強(qiáng)，液晶近似垂直排列，折射率為n_e,而透鏡中心區(qū)域的液晶分子，由于電勢(shì)最弱，則近似平行排列，折射率為n_o。根據(jù)透鏡公式推算，液晶透鏡的焦距為f=r²/2（n_e-n_o）d，其中r為控制電極的孔徑半徑，d為液晶盒厚。由于液晶的雙折射率（n_e-n_o）很小，一般不超過(guò)0.2，為了達(dá)到更小的焦距要求，通常液晶透鏡的厚度比較大。相較于早期的第一類液晶透鏡，這類透鏡的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)焦過(guò)程中響應(yīng)時(shí)間一致，沒(méi)有光散射現(xiàn)象，缺點(diǎn)是生成的梯度型折射率曲線不夠平滑，與傳統(tǒng)透鏡還有一定的差距，液晶透鏡的厚度一般較大從而提高了驅(qū)動(dòng)電壓，增大了響應(yīng)速度。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種焦距可調(diào)，低驅(qū)動(dòng)電壓、響應(yīng)速度時(shí)間快速的模式控制級(jí)聯(lián)型液晶微透鏡陣列。

一種模式控制級(jí)聯(lián)型液晶微透鏡陣列，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、接地電極層、上基板取向?qū)樱凰龅南禄灏ㄏ禄宀ＡА⒔佑|電極層、高面電阻層、聚合物固體透鏡及光取向?qū)樱匣迦∠驅(qū)印⒔佑|電極層之間布置襯墊；上基板取向?qū)印⒔佑|電極層、襯墊形成的內(nèi)部封裝液晶層。

比較好的是，本發(fā)明的高面電阻層為面電阻值范圍0.1-10?MΩ/sq的ZnO層或透明導(dǎo)電薄膜層。

比較好的是，本發(fā)明的上基板玻璃、下基板玻璃的厚度為0.4～1.1mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)勢(shì)：

1、模式控制的優(yōu)點(diǎn)在于折射率梯度型輪廓平滑，呈拋物線形，更接近于傳統(tǒng)透鏡的效果。

2、聚合物固體透鏡本身有很小的焦距，模式控制方式起調(diào)焦作用，不需要很大的液晶盒厚度，也能產(chǎn)生很小的焦距。

3、通過(guò)選取合適的聚合物折射率n,可以形成凹透鏡與凸透鏡，并形成凹透鏡和凸透鏡之間的轉(zhuǎn)變，響應(yīng)速度時(shí)間快速。

不加電狀態(tài)：邊緣的光程L₁=n_ed，中心的光程L₂=n_e（d-h）+nh，光程差L₁-L₂=（n_e-n）h；加電狀態(tài)下：邊緣的光程L₁=n_od，中心的光程L₂=n_o（d-h）+nh，h為聚合物透鏡最高點(diǎn)高度，d為液晶盒厚。光程差L₁-L₂=(n_o-n)h。其中，h為聚合物透鏡最高點(diǎn)高度，d為液晶盒厚。