[發明專利]一種液晶陣列光線方向調控器件及其應用

在審

• 申請號: 201710202775.0
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106896614A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 楊青;湯明煒;李海峰;王喆超;徐鵬飛;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種光束偏轉器件，尤其涉及一種液晶陣列光線方向調控器件及其應用。

背景技術

雙目視差三維顯示是目前普遍采用的傳統三維顯示方法，但該方法存在著視覺混亂和視覺疲勞問題，且設備笨重昂貴。近眼集成光場三維顯示采用高速調制集成光發射陣列并通過電信號用光線方向調制器控制光場的空間掃描，提高三維光場的數據量，減小系統尺寸，是實現小型化、高穩定性和低成本便攜式近眼光場三維顯示系統的一個理想解決方案。

近眼集成光場三維顯示是一種將光子芯片與點陣光線偏轉控制器件結合起來的技術。光子芯片是一種陣列發光器件，為了實現三維顯示，需要一種光線偏轉器件對單個像素點進行偏轉控制。

目前，光束偏轉器件按其實現的途徑可分為：機械式偏轉器、聲光偏轉器和電光偏轉器。這些偏轉器件一般體積大、重量重、功耗高，且不易集成，因此在實際使用中受到了限制。

液晶光學相控陣(LCOPA)是一種實時可編程光束偏轉器件，它采用驅動電壓低、相位調制深度大的向列相液晶作為相位調制的電光材料，使器件具有重量輕、尺寸小、功耗低和易于實現微電子控制電路等優點，不但解決了激光波束的快速指向、靈活控制和空間掃描問題，而且使系統的集成度更高，柔性控制能力更強，制造成本更低廉。現有液晶光學相控陣由液晶盒以及在液晶盒表面平行排列的若干電極組成，每一根電極及其影響的液晶區域組成一個移相單元，調控原理圖如圖4所示。但是現有液晶相控陣器件存在著缺陷，一是相位回程區的存在使得偏轉效率受到限制；二是現有液晶相控陣器件的光線偏轉是通過控制每一根電極的施加電壓來實現的，一般需要幾百到幾千個控制引腳，因而增加了控制成本和控制難度；三是液晶相控陣的電極布線過于復雜，引線容易交叉。

發明內容

本發明提供了一種液晶陣列光線方向調控器件及其應用，能夠滿足近眼集成光場三維顯示的需要，用于對每個像素點的發光方向進行調控，形成易于與光子芯片集成的點陣光線偏轉器件。傳統液晶相控陣也可以集成陣列光線方向調制器，但是每根電極都需要單獨的控制線，需要多層布線，易于交叉短路，且控制電極極多，加工難度大。相比而言，本發明只需單層布線，有著很低的控制成本和控制難度。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種液晶陣列光線方向調控器件，包括液晶盒以及液晶盒表面間隔排列的透明電極，每個透明電極控制對應區域的液晶偏轉；所有的透明電極被劃分為多個調制單元，各調制單元內包含多個透明電極，同屬一調制單元內的透明電極的一端連接同一電阻材料，該電阻材料的兩側分別引出用于接入施加電壓的電極。

本發明創造性地引入高阻材料，將每個調制單元一端的電極連在一起。利用液晶的相位調制特性，液晶陣列光線方向調制器由液晶盒以及液晶盒表面排列的一定數量的條形透明電極組成，每個透明電極控制著一定區域的液晶偏轉。將一定數量的電極作為一個調制單元，所有電極的一端與高電阻材料連接在一起，高阻材料的兩端分別引出一個電極，當在高阻材料兩端施加電壓時，內部與之接觸的透明電極根據高阻材料電阻分配電壓，這樣一個調制單元僅僅需要兩個電極，達到降低控制難度的目的。

作為優選的，所述透明電極采用的透明導電材料包括但不限于基于ITO、ZnO等TCO薄膜材料。

作為優選的，所述電阻材料(在說明書中也稱為高阻材料)的電阻為1KΩ～1MΩ，此處電阻材料做分壓用，電阻不能太高，此外電阻兩端直接接有正負電極，為了減少器件功率及避免短路，電阻不能過低。進一步優選的，所述的電阻材料為ZnO、ITO或GaAs等半導體材料，且所述的電阻材料均勻分布，即長度方向上電阻材料各處的電阻相同。

鍍設的高阻材料的厚度和寬度可以根據所選液晶材料的相位-電壓分布曲線調整，最終達到將調制范圍內的相位-電壓分布曲線校正為線性的目的，可以固定厚度改變寬度，也可以固定寬度而改變厚度。在誤差允許范圍內，可以認為相位-電壓分布曲線在中間區域是線性的，因而所鍍高阻材料應均勻分布。

作為優選的，所述電極的材料為鉑、金、銀、銅、鋁、鈦、鎳、鈷或鈀。

進一步的，所有調制單元引出的兩條電極分別集成后引出，集成后的兩根電極連接至驅動電壓。也就算是說，各個調制單元的兩根電極可以分別集成，這樣整個器件只需要兩根電極，從而可以不需要多層布線，簡化了布線難度。

作為優選的，所述的驅動電壓為交流方波電壓，方波的周期小于液晶偏轉周期，對于同一調制單元，只需要控制兩個電極，且兩個電極的方波相位同步。