[发明专利]电控可调焦摆焦液晶微透镜阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于液晶透镜技术领域，更具体地，涉及一种电控可调焦摆焦液晶微透镜阵列及其制备方法。

背景技术

随着液晶在显示器领域广泛的应用，各国研究人员发现液晶材料是一种良好的光电材料，尤其易受到外界条件影响导致介电常数、折射率发生改变，在一定条件下可以在平面液晶层形成梯度折射率分布。研究人员利用该特点研制出基于液晶的自适应微透镜，该透镜不仅具有梯度折射率透镜的特点，而且还具有电控调节焦距的特点，是性能突出、急切需要发展的新型光学成像元件。

目前，已经研制出利用单个圆孔电极进行调焦和摆焦的液晶微透镜，而当今微光学器件越来越体现出微型化、阵列化、集成化和智能化的特征，为了充分利用光信息的并行特性，也要求采用规则排列的、密集的微透镜阵列，以达到对光信息进行传输和变换的目的。随着半导体微加工技术的迅猛发展，人们已经能够使用紫外，离子束等先进光刻技术制作出微米及纳米数量级的单元液晶微透镜，制作大规模的阵列化液晶微透镜已不存在技术问题，使得液晶光学元件向着微型和集成化方向发展。阵列化结构与单单元结构相比有以下特性：

1)并行性：整个阵列由在水平方向和垂直方向上均匀分布的单个圆孔单元构成，每个单元互补干扰且可独立地实现光学传输功能，光学并行性是各单元所固有的特性，称为成像并行性。阵列中的每个单元都具有这种特性，并且各单元之间还存在元间并行性即存在二维的并行微光路，它们能够对每个微光路分别进行相应的光传输、变换和成像。

2)非线性：对于单个圆孔的液晶微透镜，其对光信息的处理相当于对入射光进行线性变换的一个光学传递函数，满足系统的线性不变性。但在阵列结构中，各单元的光信息可以相互叠加使输入和输出之间不再保持相似性，改变了单单元的线性不变性。

3)维数变化：阵列结构中的每个单元都是一个维数不变子系统，二维的图像信息通过单元结构处理转换后依然是二维的图像信息，但是如果经过阵列元件的处理转换后，像空间的维数就有可能发生改变，如n×n维的信息经过n×n的阵列变换后可能变为n²×n²维的信息，维数是原来的n²倍。

4)非独立性：对于阵列结构中的每个单元而言，其光路对光学信息的传输和变换是相当独立的，彼此间没有任何干扰。但对整个阵列结构来说，虽然各单元的光信息处理是独立的，但各阵列间的线性关系已不存在，不同阵列单元之间的光信息由于叠加和相关，所以不再保持独立性。

基于单圆孔可调焦摆焦液晶微透镜结构以及微透镜阵列的设计思想提出了电控可调焦摆焦液晶微透镜阵列的结构。

发明内容

针对现有技术的改进需求，本发明提供了电控可调焦摆焦液晶微透镜阵列，其目的在于解决现有的液晶微透镜技术中存在的圆孔阵列液晶微透镜各单元不能摆焦给实际应用带来的困难。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电控可调焦摆焦的微透镜面阵列，包括上玻璃衬底、PI定向层、上玻璃衬底ITO透明上电极、液晶层、多个玻璃间隔子以及下玻璃衬底ITO透明下电极，上玻璃衬底反面的ITO透明电极分别为四个层叠的面阵式子电极，四个子电极图案为均匀对称分布的条形阵列，各层之间用二氧化硅薄层隔开，下玻璃衬底的ITO透明下电极为平板电极，PI定向层是镀在上玻璃衬底的ITO透明上电极和下玻璃衬底ITO透明下电极上，上玻璃衬底和下玻璃衬底是上下设置，且液晶层灌注在上玻璃衬底和下玻璃衬底之间，玻璃间隔子是设置在上玻璃衬底和下玻璃衬底之间，且位于二者的边缘处。

优选地，上玻璃衬底的ITO透明上电极的四个面阵式子电极图案为均匀对称分布的条形阵列，由四个条形所组成的圆孔直径为100微米。

优选地，上玻璃衬底的ITO透明的四层子电极被二氧化硅层相互分割开，二氧化硅层厚度为20-30纳米。

优选地，下玻璃衬底的ITO透明下电极的为平板电极。

优选地，上玻璃衬底和下玻璃衬底被玻璃间隔子分割开并且保持严格平行。

优选地，上玻璃衬底的ITO透明上电极的定向层摩擦方向与下玻璃衬底的ITO透明下电极的定向层摩擦方向反向平行。

优选地，液晶层为向列型液晶。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、驱动电压低，由于本发明所采用的两层ITO透明电极直接紧靠液晶层，使电极上的电压直接作用于液晶，使驱动电压的幅值得以降低。