展曲取向液晶透鏡的製作方法

2023-10-18 05:25:29 2

本發明實施例涉及光學元件領域，尤其涉及一種展曲取向液晶透鏡。

背景技術：

傳統光學透鏡是通過改變均一的折射率材料的厚度，因為材料厚度的不同造成光線的光程差從而達到會聚或者發散的效果。傳統透鏡具有體積和重量大，焦距不可調節等的特點，傳統的光學透鏡已不能滿足當前發展的需要。液晶透鏡和傳統光學透鏡不同，它是厚度均一的平板結構，利用外加電場等方法來改變均勻排列的液晶分子的空間排列方式，形成透鏡所要求的折射率空間分布，改變透過光束的空間光程分布，透過光線形成與透鏡一致的折射，達到透鏡的光學效果。而液晶材料具有電光效應，液晶透鏡的折射率分布可以在電場下調控，液晶透鏡的焦距可以由電壓調控，並具有體積小、厚度薄、易於集成等優點，在軍事、民用、科研等各個方面發揮著極其重要的作用。

響應時間是研究液晶透鏡性能的一個重要參數，在液晶透鏡實際應用中有很大的應用價值。而液晶透鏡響應時間指的是驅動電壓切換過程中，當初始為零電壓，瞬間施加最短焦距對應的驅動電壓，液晶透鏡由最長焦距變化到最短焦距所需要的時間，以及當初始為最短焦距對應的驅動電壓，瞬間切換到零電壓，液晶透鏡由最短焦距變化到最長焦距所需要的時間。

而現有技術研究的平行排列液晶透鏡，由於具有「回流效應」導致響應速度較慢。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種展曲取向液晶透鏡，以克服上述問題。

本發明一種展曲取向液晶透鏡，包括：

第一基板、第二基板、液晶層、隔墊物、第一配向膜、第二配向膜、第一電極層以及第二電極層；

所述第一基板、第二基板分別設置於所述液晶層的上、下兩端，所述第一基板、所述第二基板上方分別覆蓋有所述第一電極層和所述第二電極層，所述隔墊物設置於所述液晶層的外圍，所述第一電極層設置的圓形結構使得加載在液晶層上的電場呈圓對稱，沿徑向不同位置處液晶分子呈梯度折射率分布變化，以便實現透鏡功能；

所述第一配向膜塗覆在所述第一基板與所述液晶層之間，所述第二配向膜塗覆在所述第二電極層與所述液晶層之間。

進一步地，所述第一配向膜與所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列狀態。

進一步地，所述圓形結構為圓孔或者同軸多圓環或者同軸圓盤和圓環。

進一步地，所述半徑最大的圓形結構的外邊緣與所述隔墊物之間的距離為0.5mm-2mm。

進一步地，採用邊框膠將所述隔墊物固定在所述液晶層的外圍，所述邊框膠粘接所述第一、第二基板並將所述液晶層與外環境隔離。

進一步地，所述隔墊物為薄膜結構，所述薄膜的厚度為5um-200um，所述基板的厚度為0.1mm-5mm。

本發明通過在液晶透鏡的所述第一基板、所述第二基板上分別覆蓋有所述第一電極層和所述第二電極層，且所述第一電極層為圓孔或者同軸多圓環或者同軸圓盤和圓環。採用向列相液晶的快速響應展曲排列的液晶透鏡，與相同參數的平行排列液晶透鏡相比，它可以避免「回流」效應，具有較快的響應速度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明展曲取向液晶透鏡結構示意圖；

圖2a和圖2b為本發明展曲取向液晶透鏡在未加電壓情況下的示意圖；

圖3為本發明展曲排列的液晶透鏡從未加電壓到施加電壓的分子的排列狀態的示意圖；

圖4為本發明展曲取向的液晶透鏡最多幹涉條紋數目圖；

圖5為本發明展曲取向液晶透鏡隨施加不同電壓焦距的變化情況圖；

圖6為本發明展曲取向液晶透鏡隨施加電壓的聚焦情況圖；

圖7為本發明展曲取向液晶透鏡不同電壓下的成像效果圖；

圖8a為本發明中展曲取向液晶透鏡的響應時間示意圖；

圖8b為本發明與展曲取向同參數的平行取向液晶透鏡的響應時間示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1為本發明展曲取向液晶透鏡結構示意圖，如圖1所示，本實施例的展曲取向液晶透鏡可以包括：

第一基板101、第二基板102、液晶層103、隔墊物104、第一配向膜107、第二配向膜108、第一電極層105以及第二電極層106；

所述第一基板101、第二基板102分別設置於所述液晶層103的上、下兩端，所述第一基板101、所述第二基板102上方分別覆蓋有所述第一電極層105和所述第二電極層106，所述隔墊物104設置於所述液晶層的外圍，所述第一電極層設置使所述液晶層分子形成梯度折射率分布的圓形結構100；

所述第一配向膜107塗覆在所述第一基板101與所述液晶層103之間，所述第二配向膜108塗覆在所述第二電極層106與所述液晶層103之間。

進一步地，採用邊框膠109將所述隔墊物固定在所述液晶層的外圍，所述邊框膠粘接所述第一、第二基板並將所述液晶層與外環境隔離。

進一步地，所述第一配向膜與所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列狀態。

進一步地，所述圓形結構為圓孔或者同軸多圓環或者同軸圓盤和圓環。

進一步地，所述半徑最大的圓形結構的外邊緣與所述隔墊物之間的距離為0.5mm-2mm。

具體來說，由於圓形結構下對應的液晶層分子要發生折射率分布的變化，因此圓形結構外邊緣預留出一段距離，以便施加電壓時，可以形成穩定的電場結構。

進一步地，所述隔墊物為薄膜柱狀結構，所述薄膜的厚度為5um-200um，所述基板的厚度為0.1mm-5mm。

具體來說，取向方式有多種：摩擦取向，光控取向，傾斜蒸鍍取向。如圖2a和圖2b所示，該配向膜取向方向平行同向，若以基板配向膜取向方向為正方向，通過逆時針旋轉記為正角度，則得到第一基板表面的液晶分子預傾角為θ0，0°＜θ0≤20°，第二基板表面的液晶分子預傾角為-θ0；或者是第二基板表面的液晶分子預傾角為θ0，0°＜θ0≤20°，第一基板表面的液晶分子預傾角為-θ0。本實施例展曲取向的液晶透鏡從未加電壓到施加電壓的分子排列狀態，如圖3所示。如圖4至圖7所示描述的展曲排列液晶透鏡盒的各項參數分別為：液晶盒厚d＝50um，液晶玻璃基板厚度均為1.1mm，所用液晶材料為向列液晶E7(彈性常數為k11＝12pN,k22＝9pN,k33＝19.5pN,介電常數為ε║＝19.6,ε⊥＝5.1,Δn＝0.2269)，第一電極層圓孔直徑為4.5mm,其製作成的展曲取向液晶透鏡在150v情況下的幹涉條紋最多，焦距達到最低，因此該電壓下，展曲取向液晶透鏡的聚焦效果最好，成像最大，展曲排列液晶透鏡比同參數的平行排列液晶透鏡的調焦範圍廣。如圖8a和圖8b所示，展曲取向液晶透鏡的相應時間比相同參數的平行取向液晶透鏡的響應時間要快6秒。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。