專利名稱：一種基于光電導(dǎo)材料的液晶透鏡及陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶透鏡及陣列，尤其涉及一種基于光電導(dǎo)材料的可調(diào)焦液晶透鏡及陣列的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液晶透鏡陣列器件具有體積小，重量輕，功耗小等優(yōu)勢(shì)，其無需機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)可調(diào)焦距的特點(diǎn)表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，液晶可變焦透鏡及陣列在光通訊器件、光纖開關(guān)、光偏轉(zhuǎn)器件、3D顯示、集成圖像系統(tǒng)及圖像處理等各種領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前可調(diào)焦距液晶透鏡形成的根本機(jī)制在于產(chǎn)生調(diào)制透鏡中間和邊緣的光程差，在液晶透鏡中形成梯度折射率變化的輪廓，以實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)調(diào)制焦距的變化。實(shí)現(xiàn)梯度折射率的變化按液晶層厚度是否均勻來分類，主要有兩種，即均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)和非均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)。均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)，在由上下兩塊玻璃基板構(gòu)成的液晶屏采用平行取向構(gòu)成平行均勻排列的液晶。前基板從玻璃基板起，分別是公關(guān)電極層、取向?qū)樱缓蠡鍙牟ＡЩ迤?，依次是圓孔形電極層、取向?qū)印Ｒ壕恋暮穸扔煞稚⒃诓ＡЩ鍍?nèi)表面的襯墊決定，液晶屏內(nèi)部灌注向列相液晶。圓孔電極結(jié)構(gòu)液晶可變焦透鏡的工作原理是在圓孔行電極層上施加工作電壓，在液晶區(qū)域產(chǎn)生非均勻電場(chǎng)分布，液晶分子在不均勻電場(chǎng)作用下，發(fā)生非均勻偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其折射率空間分布也發(fā)生非均勻變化，從而使光束聚焦在特定位置。當(dāng)調(diào)控電壓改變時(shí)，微透鏡焦點(diǎn)位置發(fā)生變化，從而完成了微透鏡焦點(diǎn)位置的調(diào)控過程。非均勻液晶層厚度結(jié)構(gòu)，調(diào)控區(qū)域內(nèi)的液晶呈凹面或凸面型結(jié)構(gòu)，由聚合物采用光刻或模壓等方法控制，上下玻璃基板電極層均為平面或者隨聚合物三維結(jié)構(gòu)呈曲面。利用聚合物材料與液晶材料的折射率差，形成一個(gè)微透鏡結(jié)構(gòu)，使光束聚焦在特定位置。施加電壓時(shí)，液晶折射率隨電壓發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微透鏡的焦距控制。隨著三維顯示及光通信等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)液晶透鏡焦距變化范圍要求進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠電壓控制液晶透鏡焦距變化，調(diào)焦范圍大，并且與液晶顯示制造工藝相兼容的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列。—種基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，包括自上而下依次布置的后基底玻璃、公共電極層、后取向?qū)?、前取向?qū)印⒐怆妼?dǎo)材料層、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極層、前基底玻璃，后取向?qū)?、前取向?qū)又g布置襯墊層；襯墊層內(nèi)灌入向列相液晶。由光電導(dǎo)材料層向后依次布置灰度掩模板、紫外光源，灰度掩模板上布置像素圖案，采用灰度掩膜版形成透鏡像素。紫外光源透過灰度掩模板照射到光電導(dǎo)材料層上，由透過灰度掩模板控制紫外光光強(qiáng)空間周期性分布，從而控制光電導(dǎo)材料層的電阻阻值空間分布，從而形成透鏡像素。—種基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，包括自上而下依次布置的后基底玻璃、公共電極層、光電導(dǎo)材料層、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極層、前基底玻璃，公共電極層、光電導(dǎo)材料層之間布置襯墊層；襯墊層內(nèi)灌入藍(lán)相液晶。由光電導(dǎo)材料層向后依次布置灰度掩模板、紫外光源，灰度掩模板上布置像素圖案，采用采用灰度掩膜版形成透鏡像素。紫外光源透過灰度掩模板照射到光電導(dǎo)材料層上，由透過灰度掩模板控制紫外光光強(qiáng)空間周期性分布，從而控制光電導(dǎo)材料層的電阻阻值空間分布，從而形成透鏡像素。本發(fā)明的光電導(dǎo)材料例如聚乙烯咔唑在無光照情況下絕緣，經(jīng)紫外光照射后具有導(dǎo)電性，阻值大小可以由紫外光光強(qiáng)及照射時(shí)間控制。本發(fā)明通過利用灰度掩模板的方法控制不同區(qū)域紫外光照射強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光電導(dǎo)材料電阻阻值大小的空間分布控制。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)不同形狀的空間周期性透過率梯度變化的灰度掩模板來實(shí)現(xiàn)對(duì)光電導(dǎo)材料阻值大小的空間分布控制，灰度掩模板像素圖案可以為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，寬度或直徑為5um-10mm。本發(fā)明的空間周期性透過率梯度變化的灰度掩模板透過率可以由像素邊緣向中心遞減或者遞增。一種基于光導(dǎo)電材料的向列相液晶透鏡及陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極上光電導(dǎo)材料層，光電導(dǎo)材料層膜厚為lOnm-lOmm，覆蓋在光電導(dǎo)材料層上的前取向?qū)?，厚度?00nm-5um。還包括后基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極，覆蓋在公共電極上的后取向?qū)?，厚度?00nm-5um。對(duì)前后基底玻璃分別進(jìn)行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的襯墊層將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，襯墊層的厚度為2um-500um，灌入向列相液晶。一種基于光導(dǎo)電材料的藍(lán)相液晶透鏡及陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃，厚度為
0.4-1.1mm，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極上光電導(dǎo)材料層，光電導(dǎo)材料層膜厚為lOnm-lOmm。還包括后基底玻璃，厚度為0.4-1.1mm,透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極。采用一定厚度的襯墊層將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，襯墊層的厚度為2um-500um，灌入藍(lán)相液晶?；诠鈱?dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列的工作原理，通過設(shè)計(jì)空間周期性透過率梯度變化的灰度掩模板控制光電材料層的電阻阻值空間分布。當(dāng)灰度掩模板透過率由像素邊緣向像素中心遞減時(shí)，紫外光透過灰度掩模板照射光電材料層，像素邊緣接受紫外光大于像素中心，光電材料電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞增。在像素電極和公共電極間施加交流方波電壓，由于光電材料的作用，施加到液晶上的電壓值由像素邊緣向像素中心遞減，呈凸透鏡。當(dāng)灰度掩模板透過率由像素邊緣向像素中心遞增時(shí)，紫外光透過灰度掩模板照射光電材料層，光電材料電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞減。在像素電極和公共電極間施加交流方波電壓，由于光電材料的作用，施加到液晶上的電壓值由像素邊緣向像素中心遞增，呈凹透鏡。比較好的是，本發(fā)明的光電材料層電阻阻值空間分布由周期性透過率變化的灰度掩模板得到。比較好的是，本發(fā)明的光電材料層電阻阻值空間分布、透鏡焦距大小及透鏡變焦范圍由光電材料特性、灰度掩模板、紫外光光強(qiáng)和紫外光照射時(shí)間共同決定。比較好的是，本發(fā)明可以通過控制灰度掩模板的圖案控制透鏡形狀。比較好的是本發(fā)明的光電材料層通過旋涂，印刷等方法得到。比較好的是，本發(fā)明的液晶透鏡孔徑由灰度掩模像素圖案決定，可以為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，寬度或直徑為5um-10mm。比較好的是，本發(fā)明的空間周期性透過率梯度變化的灰度掩模板像素圖案可以透過率可以從邊緣向中心遞增或者遞減。比較好的是，本發(fā)明的光電材料層的厚度為lOnm-lOmm，經(jīng)過紫外光照射后阻值為10 Ω-1OOM Ω。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果:
1、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，利用光電材料層調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布，通過控制控制入射紫外光光強(qiáng)和 時(shí)間來控制光電材料層空間阻值分布，可以得到理想的電場(chǎng)分布曲線。2、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，可以選擇合適的光電材料和液晶材料參數(shù)，可調(diào)焦距范圍大。3、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，可以選擇向列相液晶或者藍(lán)相液晶，采用藍(lán)相液晶具有響應(yīng)時(shí)間快并且偏振無關(guān)的特性。4、本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，其制作工藝與現(xiàn)有微電子加工工藝兼容。


圖1是本發(fā)明基于光導(dǎo)電材料的向列相液晶透鏡及陣列的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列光電導(dǎo)材料層紫外光照射控制空間電阻分布示意圖。圖3是本發(fā)明基于光導(dǎo)電材料的藍(lán)相液晶透鏡及陣列的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明像素圖案設(shè)計(jì)示意圖。圖中:1、前基底玻璃；2、像素電極；3、光電導(dǎo)材料層；4、前取向?qū)樱?、后基底玻璃；
6、公共電極；7、后取向?qū)樱?、襯墊層；9、向列相液晶；10、灰度掩模板；11、紫外光源；12、藍(lán)相液晶；13、像素圖案。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例一，基于光導(dǎo)電材料的向列相液晶透鏡及陣列:如圖1所示，一種基于光導(dǎo)電材料的向列相液晶透鏡及陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃1，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極2，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極2上光電導(dǎo)材料層3，覆蓋在光電導(dǎo)材料層3上的前取向?qū)?。還包括后基底玻璃5，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極6，覆蓋在公共電極6上的后取向?qū)?。對(duì)前后基底玻璃分別進(jìn)行摩擦取向，使前后基板摩擦方向平行或者反平行。采用一定厚度的襯墊層8將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶9。其中光電導(dǎo)材料層3空間電阻阻值分布由灰度掩模板10控制，紫外光源11通過灰度掩模板照射到光電材料層，控制其阻值大小，如圖2所示。該基于光導(dǎo)電材料的向列相液晶透鏡及陣列的工作原理如下:在公共電極6和像素電極2之間施加交流方波電壓。當(dāng)灰度掩模板10像素圖案13透過率由像素邊緣向像素中心遞減時(shí)，紫外光透過灰度掩模板10照射光電導(dǎo)材料層3，光電導(dǎo)材料3電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞增。施加到向列相液晶9上電壓從透鏡邊緣向透鏡中心遞減，平行排列的向列相液晶9分子在電場(chǎng)作用下，沿電場(chǎng)方向排列，形成傾角β (z)0由于從透鏡邊緣到透鏡中心電壓遞減，液晶9分子發(fā)生非均勻偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其折射率空間分布也發(fā)生非均勻變化，產(chǎn)生不同的相位延遲L從而使光束聚焦在特定位置，呈凸透鏡。當(dāng)灰度掩模板10像素圖案13透過率由像素邊緣向像素中心遞增時(shí)，紫外光透過灰度掩模板10照射光電導(dǎo)材料層3，光電導(dǎo)材料3電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞減。施加到向列相液晶9上電壓從透鏡邊緣向透鏡中心遞增，平行排列的向列相液晶9分子在電場(chǎng)作用下，沿電場(chǎng)方向排列，形成傾角βω。由于從透鏡邊緣到透鏡中心電壓遞增，液晶9分子發(fā)生非均勻偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其折射率空間分布也發(fā)生非均勻變化，產(chǎn)生不同的相位延遲δ’從而使入射光束發(fā)散，呈凹透鏡。實(shí)施例二，基于光導(dǎo)電材料的藍(lán)相液晶透鏡及陣列:
如圖3所示，一種基于光導(dǎo)電材料的藍(lán)相液晶透鏡及陣列，其結(jié)構(gòu)主要有前基底玻璃1，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極2，采用旋涂、印刷等方法得到的覆蓋在像素電極2上光電導(dǎo)材料層3，后基底玻璃5，透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的公共電極6組成。采用一定厚度的襯墊層8將前基底玻璃及后基底玻璃封成一定厚度的液晶屏，灌入藍(lán)相液晶12。其中光電導(dǎo)材料層3空間電阻阻值分布由灰度掩模板10控制，紫外光源11通過灰度掩模板照射到光電材料層，控制其阻值大小，如圖2所示。該基于光導(dǎo)電材料的藍(lán)相液晶透鏡及陣列的工作原理如下:在公共電極6和像素電極2之間施加交流方波電壓。當(dāng)灰度掩模板10像素圖案13透過率由像素邊緣向像素中心遞減時(shí)，紫外光透過灰度掩模板10照射光電導(dǎo)材料層3，光電導(dǎo)材料3電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞增。由于克爾效應(yīng)，在電場(chǎng)作用下藍(lán)相液晶12產(chǎn)生電場(chǎng)致折射率變化Λη，因此折射率空間分布也產(chǎn)生非均勻，從而使光束聚焦在特定位置，呈凸透鏡。當(dāng)灰度掩模板10像素圖案13透過率由像素邊緣向像素中心遞增時(shí)，紫外光透過灰度掩模板10照射光電導(dǎo)材料層3，光電導(dǎo)材料3電阻阻值由像素邊緣向像素中心遞減。由于克爾效應(yīng)，在電場(chǎng)作用下藍(lán)相液晶12產(chǎn)生電場(chǎng)致折射率變化Λη，因此折射率空間分布也產(chǎn)生非均勻，使入射光束發(fā)散，呈凹透鏡。
在上述實(shí)施例一、實(shí)施例二中，可以設(shè)計(jì)灰度掩模板像素圖案為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，形成各種形狀的可調(diào)液晶微透鏡陣列，如圖4所示。
本實(shí)施例僅給出了部分具體的應(yīng)用例子，但對(duì)于從事平板顯示器的專利人員而言，還可根據(jù)以上啟示設(shè)計(jì)出多種變形產(chǎn)品，這仍被認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于包括自上而下依次布置的后基底玻璃(5)、公共電極層(6)、后取向?qū)?7)、前取向?qū)?4)、光電導(dǎo)材料層(3)、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極層(2)、前基底玻璃(1)，后取向?qū)?7)、前取向?qū)?4)之間布置襯墊層(8)，襯墊層(8)內(nèi)灌入向列相液晶(9)。
2.一種基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于包括自上而下依次布置的后基底玻璃(5)、公共電極層(6)、光電導(dǎo)材料層(3)、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極層(2)、前基底玻璃(I)，公共電極層(6)、光電導(dǎo)材料層(3)之間布置襯墊層(8);襯墊層(8)內(nèi)灌入藍(lán)相液晶(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于采用灰度掩膜版(10)形成透鏡像素，光電導(dǎo)材料層(3)上依次布置灰度掩模板(10)、紫外光源(11)，灰度掩模板(10)上布置像素圖案(13);紫外光源(11)透過灰度掩模板(10)照射到光電導(dǎo)材料層(3)上，由透過灰度掩模板(10)控制紫外光光強(qiáng)空間周期性分布，從而控制光電導(dǎo)材料層(3)的電阻阻值空間分布，從而形成透鏡像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于上述前取向?qū)?4)、后取向?qū)?7)的厚度為100nm-5um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于上述前基底玻璃(I)、后基底玻璃(5)的厚度為0.4-1.1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于上述襯墊層(8)的厚度為2um-500um。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于像素圖案(13)為條狀，矩形，正多邊形或者圓孔，寬度或直徑為5mm-10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于空間周期性透過率梯度變化的灰度掩模板像素圖案(13)透過率從邊緣向中心遞增或者遞減。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于上述光電導(dǎo)材料層(3)通過旋涂、印刷方法得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光導(dǎo)電材料的液晶透鏡及陣列，其特征在于上述光電導(dǎo)材料層(3)的厚度為lOnm-lOmm，經(jīng)過紫外光照射后阻值為10 Ω-100M Ω。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶透鏡及陣列，尤其涉及一種基于光電導(dǎo)材料的可調(diào)焦液晶透鏡及陣列的技術(shù)領(lǐng)域。自上而下依次布置的后基底玻璃、公共電極層、后取向?qū)?、前取向?qū)?、光電?dǎo)材料層、透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的像素電極層、前基底玻璃，后取向?qū)?、前取向?qū)又g布置襯墊層，襯墊層內(nèi)灌入向列相液晶。本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)焦距可調(diào)液晶微透鏡陣列，利用光電材料層調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布，通過控制控制入射紫外光光強(qiáng)和時(shí)間來控制光電材料層空間阻值分布，可以得到理想的電場(chǎng)分布曲線。可以選擇合適的光電材料和液晶材料參數(shù)，可調(diào)焦距范圍大?？梢赃x擇向列相液晶或者藍(lán)相液晶，采用藍(lán)相液晶具有響應(yīng)時(shí)間快并且偏振無關(guān)的特性。其制作工藝與現(xiàn)有微電子加工工藝兼容。
文檔編號(hào)G02F1/29GK103217850SQ20131011381
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者李青, 嚴(yán)靜, 胡凱, 李東平, 曾倩倩 申請(qǐng)人:東南大學(xué)