[发明专利]一种大调焦范围的蓝相液晶透镜

说明书

本发明提出一种大调焦范围的蓝相液晶透镜。蓝相液晶透镜的结构由上至下依次为：正性玻璃透镜、上基板、像素电极、上介电层、开孔电极、下介电层、液晶层、绝缘层、公共电极和下基板。所述的上基板和下基板为平面玻璃基板。所述的像素电极和公共电极为平面电极；所述的上介电层和下介电层采用同一种高介电材料；该蓝相液晶透镜所提供的最大相位差可突破蓝相液晶材料折射率差的1/3饱和诱导双折射限制，将蓝相液晶透镜的最小焦距缩小1倍左右，较大程度上增加了蓝相液晶透镜的调焦范围。

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，具体为一种大调焦范围的蓝相液晶透镜。

背景技术

液晶透镜是一种折射率分布可变的光学器件。相比于一般透镜通过机械移动来实现变焦，液晶透镜可通过外加电场的调节来实现变焦，因此具有体积小、重量轻、集成度高等优点。随着制造工艺技术的提高，近些年液晶透镜在自适应光学、光通信、光电存储和立体显示等领域逐渐体现出了重要的应用价值。

采用蓝相液晶材料的液晶透镜比普通液晶透镜更具优势：其响应速度更快；不需要对蓝相液晶分子进行取向，简化了制作工艺和成本；并且可以用于制备偏振无关的液晶透镜。但是蓝相液晶透镜存在焦距的调节范围很小的缺点，其原因在于蓝相液晶透镜所能提供的最大折射率差仅为与其相对应的向列相液晶透镜最大折射率差的三分之一。这严重阻碍了蓝相液晶透镜的发展。

发明内容

本发明提出一种大调焦范围的蓝相液晶透镜，如附图1所示，该蓝相液晶透镜的结构由上至下依次为：正性玻璃透镜、上基板、像素电极、上介电层、开孔电极、下介电层、液晶层、绝缘层、公共电极和下基板。

所述的上基板和下基板均为平面玻璃基板。

所述的像素电极、开孔电极和公共电极均为透明电极，电极的厚度为0.08～0.12μm；像素电极与公共电极为平面电极，开孔电极的开孔直径为80～120μm。

所述的上介电层、下介电层采用同一种高介电材料，其介电常数为280～330，绝缘层的介电常数为2～6；上介电层的厚度为3～5μm，下介电层的厚度为20～30μm，绝缘层的厚度为0.08～0.12μm。

所述的液晶层采用蓝相液晶材料，液晶层厚度为8～12μm。

本发明的功能与实现方式为：当蓝相液晶透镜处于负性蓝相液晶透镜的驱动方式时，液晶层中的中心部分的电场高于边缘部分的电场，会得到负性透镜折射率分布的蓝相液晶层，若焦距达到最小时，负性透镜折射率分布的蓝相液晶层对光波的扩散作用与正性玻璃透镜对光波的会聚作用相抵消，整体表现为焦距为无穷远的正性透镜；当蓝相液晶透镜处于负性蓝相液晶透镜的驱动方式同时焦距没有达到最小时，负性透镜折射率分布的蓝相液晶层对光波的扩散作用小于正性玻璃透镜对光波的会聚作用，整体表现为正性透镜；当蓝相液晶透镜处于正性蓝相液晶透镜的驱动方式时，液晶层中的边缘部分的电场高于中心部分的电场，会得到正性透镜折射率分布的蓝相液晶层，正性透镜折射率分布的蓝相液晶层对光波的会聚作用与正性玻璃透镜对光波的会聚作用相叠加，整体表现为焦距更小的正性透镜。

本发明中的透镜焦距大小通过控制像素电极或开孔电极与公共电极之间的电压来进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在相同的材料参数下，本发明提出的一种大调焦范围的蓝相液晶透镜所能提供的最大相位差可突破蓝相液晶材料折射率差的1/3饱和诱导双折射限制，比与其相对应的蓝相液晶透镜所能提供的最大相位差提高大约1倍；本发明提出的一种大调焦范围的蓝相液晶透镜的最小焦距大约为与其相同参数的蓝相液晶透镜最小焦距的0.5倍，大大提高了蓝相液晶透镜的调焦范围。

下述的参考附图和实施例说明是以详细解释本发明为目的，而不是作为本发明设计范围的设定。

附图说明

图1是实施例提出的一种大调焦范围的蓝相液晶透镜的结构示意图。