[发明专利]一种中心点电极引出型蓝相液晶透镜

说明书

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，尤其是一种中心点电极引出型蓝相液晶透镜。 

背景技术

自适应液晶透镜具有体积小，重量轻，功耗小等优势，其无需机械部件实现可调焦距的特点表现出独有的优势。经过近几年的发展，液晶可变焦透镜及阵列在光通讯器件、光纤开关、光偏转器件、3D显示、集成图像系统及图像处理等各种领域具有极大的潜在应用价值。 

对于目前最常用的向列相液晶透镜，其根本机理是分子在电场中取向状态的改变，因此该类型液晶透镜的响应时间较慢，通常在几十毫秒。另外，向列相液晶透镜只能呈现单一的凸透镜或凹透镜效果，无法在同一个液晶透镜上实现正、负透镜效果之间的转换。研究一种响应速度快，并且能在同一液晶透镜上实现凸透镜和凹透镜的技术，成为了该领域研究的重要方向。 

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种中心点电极引出型蓝相液晶透镜，利用蓝相液晶的克尔效应，实现可变焦透镜的功能，并通过施加不同的电压，实现了同一个透镜中凸透镜和凹透镜之间的转换，弥补了现有技术的不足。 

技术方案：一种中心点电极引出型蓝相液晶透镜，包括顶层基板、底层基板和两层基板之间的液晶层；顶层基板为顶层玻璃基板和小孔层；底层基板为底层玻璃基板和公共电极层； 

液晶层为蓝相液晶；可以实现快速响应的可变焦透镜功能。 

小孔层包括一层像素电极，像素电极上有一组通孔，每个通孔的中心布置有中心电极；该中心电极外径小于通孔内径； 

公共电极层和像素电极之间施加有边缘电压，中心电压和边缘电压的频率相同；公共电极层和中心电极之间施加有中心电压。通过调节边缘电压与中心电压的电势差，可以在同一结构上实现凸透镜和凹透镜的效果。 

像素电极和中心电极之间有高电阻层，该高电阻层为ITO薄膜或ZnO薄膜。当透镜的孔径大时，高电阻层可以起到调节透镜性能的作用。 

其中，两块玻璃基板厚度为0.2mm～3mm。 

有益效果： 

1、选用蓝相液晶不需要定向层，简化制作工艺过程，且蓝相液晶响应时间快； 

2、通过改变电压，调节位于不同部位的电极之间电势差，达到改变凸透镜和凹透镜效果的目的，实现了两种透镜之间的转换。 

3、制作工艺简单，易于实现，相比现有的自适应透镜制作过程更容易操作。 

附图说明

图1为小孔径时的凹透镜剖面图 

图2为图1的凸透镜状态 

图3为大孔径时的凹透镜剖面图 

图4为图3的凸透镜状态 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。 

如图1所示，一种中心点电极引出型蓝相液晶透镜，包括顶层基板、底层基板和两层基板之间的液晶层2；顶层基板为顶层玻璃基板1-1和小孔层；底层基板为底层玻璃基板1-2和公共电极层5；两块玻璃基板厚度为0.2mm～3mm。 

本发明的一个创新在于，液晶层2选择了蓝相液晶。 

蓝相液晶是介于液晶的各向同性相和胆甾相之间的状态。从宏观上来说，蓝相液晶的工作机理是基于克尔效应（Kerr effect）的，不加电状态下，蓝相液晶分子处于各项同性态，可以看成球体结构，在强电场作用下，蓝相液晶延长轴延展，变成椭圆球形结构，变成各项异性态，而其分子的变化是在局部位置发生，因此，蓝相液晶最大的优点是具有超快的响应时间，其响应时间可以达到亚毫秒量级。 

此外，根据蓝相液晶的克尔效应，其双折射率差Δn_ind=λKE²，其中，K为克尔系数，由此公式可知，若电场E为线性分布的，则折射率各向异性Δn_ind为抛物线分布，而这是现有向列相液晶透镜所不能实现的，因此蓝相液晶透镜可以实现非常良好的可变焦透镜功能。 

顶层玻璃基板1-1有光刻出圆孔形的透镜像素阵列，本实都为例举其中一个小孔的具体情况加以描述；顶层基板和底层基板之有衬垫料，衬垫物6可以选用行业内常用的液晶衬垫材料，如玻璃球或玻璃棒等。 

小孔层包括一层像素电极3，像素电极3上有一组通孔，这些通孔的位置，与上诉顶层玻璃基板1-1上的圆孔形的透镜像素阵列一一对应；每个通孔的中心位置布置有中心电极4；该中心电极4外径远小于通孔的内径，具体为中心电极4的外径应小于通孔内径的1/10；