[發(fā)明專利]電控可調(diào)焦擺焦液晶微透鏡陣列及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510851880.8
• 申請(qǐng)日: 2015-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105425503A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康勝武;張新宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢輕工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/29
• 分類號(hào): G02F1/29;G02F1/1343
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液晶透鏡技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電控可調(diào)焦擺焦液晶微透鏡陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著液晶在顯示器領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，各國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)液晶材料是一種良好的光電材料，尤其易受到外界條件影響導(dǎo)致介電常數(shù)、折射率發(fā)生改變，在一定條件下可以在平面液晶層形成梯度折射率分布。研究人員利用該特點(diǎn)研制出基于液晶的自適應(yīng)微透鏡，該透鏡不僅具有梯度折射率透鏡的特點(diǎn)，而且還具有電控調(diào)節(jié)焦距的特點(diǎn)，是性能突出、急切需要發(fā)展的新型光學(xué)成像元件。

目前，已經(jīng)研制出利用單個(gè)圓孔電極進(jìn)行調(diào)焦和擺焦的液晶微透鏡，而當(dāng)今微光學(xué)器件越來(lái)越體現(xiàn)出微型化、陣列化、集成化和智能化的特征，為了充分利用光信息的并行特性，也要求采用規(guī)則排列的、密集的微透鏡陣列，以達(dá)到對(duì)光信息進(jìn)行傳輸和變換的目的。隨著半導(dǎo)體微加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)能夠使用紫外，離子束等先進(jìn)光刻技術(shù)制作出微米及納米數(shù)量級(jí)的單元液晶微透鏡，制作大規(guī)模的陣列化液晶微透鏡已不存在技術(shù)問(wèn)題，使得液晶光學(xué)元件向著微型和集成化方向發(fā)展。陣列化結(jié)構(gòu)與單單元結(jié)構(gòu)相比有以下特性：

1)并行性：整個(gè)陣列由在水平方向和垂直方向上均勻分布的單個(gè)圓孔單元構(gòu)成，每個(gè)單元互補(bǔ)干擾且可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)光學(xué)傳輸功能，光學(xué)并行性是各單元所固有的特性，稱為成像并行性。陣列中的每個(gè)單元都具有這種特性，并且各單元之間還存在元間并行性即存在二維的并行微光路，它們能夠?qū)γ總€(gè)微光路分別進(jìn)行相應(yīng)的光傳輸、變換和成像。

2)非線性：對(duì)于單個(gè)圓孔的液晶微透鏡，其對(duì)光信息的處理相當(dāng)于對(duì)入射光進(jìn)行線性變換的一個(gè)光學(xué)傳遞函數(shù)，滿足系統(tǒng)的線性不變性。但在陣列結(jié)構(gòu)中，各單元的光信息可以相互疊加使輸入和輸出之間不再保持相似性，改變了單單元的線性不變性。

3)維數(shù)變化：陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元都是一個(gè)維數(shù)不變子系統(tǒng)，二維的圖像信息通過(guò)單元結(jié)構(gòu)處理轉(zhuǎn)換后依然是二維的圖像信息，但是如果經(jīng)過(guò)陣列元件的處理轉(zhuǎn)換后，像空間的維數(shù)就有可能發(fā)生改變，如n×n維的信息經(jīng)過(guò)n×n的陣列變換后可能變?yōu)閚²×n²維的信息，維數(shù)是原來(lái)的n²倍。

4)非獨(dú)立性：對(duì)于陣列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元而言，其光路對(duì)光學(xué)信息的傳輸和變換是相當(dāng)獨(dú)立的，彼此間沒(méi)有任何干擾。但對(duì)整個(gè)陣列結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，雖然各單元的光信息處理是獨(dú)立的，但各陣列間的線性關(guān)系已不存在，不同陣列單元之間的光信息由于疊加和相關(guān)，所以不再保持獨(dú)立性。

基于單圓孔可調(diào)焦擺焦液晶微透鏡結(jié)構(gòu)以及微透鏡陣列的設(shè)計(jì)思想提出了電控可調(diào)焦擺焦液晶微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了電控可調(diào)焦擺焦液晶微透鏡陣列，其目的在于解決現(xiàn)有的液晶微透鏡技術(shù)中存在的圓孔陣列液晶微透鏡各單元不能擺焦給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)的困難。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電控可調(diào)焦擺焦的微透鏡面陣列，包括上玻璃襯底、PI定向?qū)印⑸喜Ａбr底ITO透明上電極、液晶層、多個(gè)玻璃間隔子以及下玻璃襯底ITO透明下電極，上玻璃襯底反面的ITO透明電極分別為四個(gè)層疊的面陣式子電極，四個(gè)子電極圖案為均勻?qū)ΨQ分布的條形陣列，各層之間用二氧化硅薄層隔開(kāi)，下玻璃襯底的ITO透明下電極為平板電極，PI定向?qū)邮清冊(cè)谏喜Ａбr底的ITO透明上電極和下玻璃襯底ITO透明下電極上，上玻璃襯底和下玻璃襯底是上下設(shè)置，且液晶層灌注在上玻璃襯底和下玻璃襯底之間，玻璃間隔子是設(shè)置在上玻璃襯底和下玻璃襯底之間，且位于二者的邊緣處。

優(yōu)選地，上玻璃襯底的ITO透明上電極的四個(gè)面陣式子電極圖案為均勻?qū)ΨQ分布的條形陣列，由四個(gè)條形所組成的圓孔直徑為100微米。

優(yōu)選地，上玻璃襯底的ITO透明的四層子電極被二氧化硅層相互分割開(kāi)，二氧化硅層厚度為20-30納米。

優(yōu)選地，下玻璃襯底的ITO透明下電極的為平板電極。

優(yōu)選地，上玻璃襯底和下玻璃襯底被玻璃間隔子分割開(kāi)并且保持嚴(yán)格平行。

優(yōu)選地，上玻璃襯底的ITO透明上電極的定向?qū)幽Σ练较蚺c下玻璃襯底的ITO透明下電極的定向?qū)幽Σ练较蚍聪蚱叫小?/p>

優(yōu)選地，液晶層為向列型液晶。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1、驅(qū)動(dòng)電壓低，由于本發(fā)明所采用的兩層ITO透明電極直接緊靠液晶層，使電極上的電壓直接作用于液晶，使驅(qū)動(dòng)電壓的幅值得以降低。