CN103383509A - 一种纳米结构液晶相位调制器 - Google Patents

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Abstract

一种纳米结构液晶相位调制器，涉及自适应液晶相位调制器的技术领域。本发明包括由前基板、后基板构成的液晶屏，前基板由依次布置的前基底玻璃、透明导电薄膜构成的公共电极层、覆盖在公共电极层上的上取向层构成，后基板由依次布置的后基底玻璃、透明导电薄膜构成的相控单元底层电极、覆盖在相控单元底层电极上的下取向层、与相控单元底层电极接触的ZnO纳米棒电极构成，上取向层上靠近下取向层的一侧喷散球状衬垫料或棒状衬垫料；前基板、球状衬垫料或棒状衬垫料、后基板之间封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶。本发明实现了改善相位调制特性，提高分辨率，对相位调制的响应时间进一步加快的目的。

Description

一种纳米结构液晶相位调制器
技术领域
本发明涉及一种液晶相位调制器的技术领域，尤其涉及一种自适应液晶相位调制器的技术领域。
背景技术
液晶相位调制器，尤其是纯相位调制的液晶相位调制器可以只对波前相位进行调制，不引起对光能的吸收，因此衍射效率极高，对光波波束的方向、空间分布的控制表现出独有的优势，在光互联、光通信、光计算、光电对抗等领域具有极大的潜在应用价值。
目前采用向列相液晶构成的相位调制器，在有上下两块玻璃基板构成的液晶屏采用平行取向构成平行均匀排列的液晶，产生相位调制。前基板从玻璃基板起，分别是公关电极层、取向层；后基板从玻璃基板起，分别是相控单元控制电极层、取向层。由前后基板制成液晶屏，屏的厚度由分散在玻璃基板内表面的衬垫决定，液晶屏内部灌注向列相液晶。液晶相位调制器的工作原理，在液晶相控单元的控制电极施加不同电压，在前后基板间产生电场。液晶屏中间的液晶分子轴的排列产生改变，对于上述平行均匀排列的液晶分子，在电场作用下，由于液晶非寻常光ne随着外加电场而变化，使得相位差Δφ也随着外加电场而变化，这样在不同的电压作用下，器件产生对入射光的相位调制作用。通常是通过选择合适的液晶材料参数、液晶盒厚度，在一定电压作用下，产生2π的相位调制量。随着三维显示及光通信等技术的发展，对相位调制器的分辨率要求进一步提高，对相位调制的响应时间进一步加快，目前向列相液晶构成的相位调制器不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的液晶相位调制器分辨率的局限，提出了一种改善相位调制特性，提高分辨率，对相位调制的响应时间进一步加快的纳米结构液晶相位调制器。
一种纳米结构液晶相位调制器，由前基板、后基板构成的液晶屏，前基板由依次布置的前基底玻璃、透明导电薄膜构成的公共电极层、覆盖在公共电极层上的上取向层构成，后基板由依次布置的后基底玻璃、透明导电薄膜构成的相控单元底层电极、覆盖在相控单元底层电极上的下取向层、与相控单元底层电极接触的ZnO纳米棒电极构成，上取向层上靠近下取向层的一侧喷散球状衬垫料或棒状衬垫料；前基板、球状衬垫料或棒状衬垫料、后基板之间封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶，通过相控单元底层电极和公共电极层间电压值，形成纳米结构液晶相位调制器。
本发明的工作原理是在相控单元底层电极和公共电极间施加交流方波的电压，在底层和公共电极间形成电场，平行排列的液晶分子在电压作用下，产生与电场方向的倾角，该倾角随电压不同而变化，从而产生不同的相位差，在一系列电压作用下，产生对入射光的相位调制特性。作为电极，由于ZnO纳米棒垂直于底层电极排列，其尖端效应，调制了其附近的电场分布及液晶分子排列，使相位调制在ZnO纳米棒电极尺度范围，同时调制电压降低。
本发明在后基板的底层电极阵列上制备ZnO纳米棒稀疏阵列，制备相应的液晶屏，即形成阵列液晶相位调制器。
本发明利用ZnO纳米棒的尖端效应，使液晶相位调制电压降低。
本发明稀疏矩阵的密度决定了阵列的分辨率。ZnO纳米棒稀疏阵列与底层电极结合，可以制备1～10微米相控单元尺度，使分辨率提高，通过改善相位调制特性，对相位调制的响应时间进一步加快。
附图说明
图1是为本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的工作原理图。
图3是本发明形成一维阵列的结构示意图。
图4是本发明形成二维阵列的结构示意图。
图中：1、前基板；2、前基底玻璃；3、公共电极层；4、上取向层；5后基板；6、后基底玻璃；7、相控单元底层电极；8、下取向层；9、ZnO纳米棒电极；10、衬垫料；11、向列相液晶；12、条状电极；13、ZnO纳米棒电极稀疏阵；14、前基板条状电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
实施例一：纳米结构液晶相位调制器
如图1所示，一种纳米结构液晶相位调制器，由前基板1、后基板5构成的液晶屏，前基板1由依次布置的前基底玻璃2、透明导电薄膜构成的公共电极层3、覆盖在公共电极层3上的上取向层4构成，后基板5由依次布置的后基底玻璃6、透明导电薄膜构成的相控单元底层电极7、覆盖在相控单元底层电极7上的下取向层8、与相控单元底层电极7接触的ZnO纳米棒电极9构成，上取向层4上靠近下取向层8的一侧喷散球状衬垫料或棒状衬垫料10；前基板1、球状衬垫料或棒状衬垫料10、后基板5之间封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶11，通过相控单元底层电极7和公共电极层3间电压值，形成纳米结构液晶相位调制器。
本发明通过对前后基板分别进行取向，使前后基板取向方向相互平行，在前基板表面喷散一定直径的球状衬垫料或棒状衬垫料10，衬垫料10的厚度取决于相位调制量和响应时间与液晶材料的要求和选择。将前后基板封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶11，形成了纳米结构液晶相位调制器。
本发明的工作原理如图2所示：在相控单元底层电极7和公共电极3之间加上交流方波电压，在相控单元底层电极7和公共电极3间形成电场，平行排列的向列相液晶11分子在电场作用下，向列相液晶11分子沿电场方向排列，形成倾角θ(z)。该倾角随电压不同而变化，从而产生不同的相位差δ。在一系列电压作用下，产生对入射光的相位调制特性。由于ZnO纳米棒7垂直于相控单元底层电极7排列，其尖端效应，使ZnO纳米棒电极9附近电场呈近高斯状分布，调制了其附近的电场分布及向列相液晶11分子排列，使相位调制在ZnO纳米棒电极9尺度范围，同时使调制电压降低。
本发明的ZnO纳米棒电极9的总直径为100nm～800nm，本发明的ZnO纳米棒电极9由至少一根ZnO纳米棒构成。
实施例二：一维阵列的纳米结构液晶相位调制器
如图3所示，本发明的相控单元底层电极7为形成一维阵列的条状电极12，在条状电极12上设置ZnO纳米棒电极稀疏阵13，通过控制各条状电极12与公共电极层3间的电压值，形成一维阵列的纳米结构液晶相位调制器。实施例二的工作原理与实施例一相同。
本发明条状电极12宽度为1μm～10μm。
实施例三：二维阵列的纳米结构液晶相位调制器
如图4所示，本发明的公共电极层3为前基板条状电极14，前基板条状电极14的长度方向与条状电极12的长度方向垂直，条状电极12上设置ZnO纳米棒电极稀疏阵13；通过控制各前基板条状电极14与各条状电极12间的电压值，形成二维阵列的纳米结构液晶相位调制器。实施例三的工作原理与实施例一、实施例二相同。
本发明前基板条状电极14的宽度为1μm～10μm。
上述实施例仅给出了部分具体的应用例子，但对于从事平板显示器的专利人员而言，还可根据以上启示设计出多种变形产品，这仍被认为涵盖于本发明之中。

Claims (6)

1.一种纳米结构液晶相位调制器，其特征在于包括由前基板（1）、后基板（5）构成的液晶屏，前基板（1）由依次布置的前基底玻璃（2）、透明导电薄膜构成的公共电极层（3）、覆盖在公共电极层（3）上的上取向层（4）构成，后基板（5）由依次布置的后基底玻璃（6）、透明导电薄膜构成的相控单元底层电极（7）、覆盖在底层电极（7）上的下取向层（8）、与相控单元底层电极（7）接触的 ZnO纳米棒电极（9）构成，上取向层（4）上靠近下取向层（8）的一侧喷散球状衬垫料或棒状衬垫料 (10)；前基板（1）、球状衬垫料或棒状衬垫料 （10）、后基板（5）之间封成一定厚度的液晶屏，灌入向列相液晶（11），通过相控单元底层电极（7）和公共电极层（3）间电压值，形成纳米结构液晶相位调制器。
2.根据权利要求1所述的纳米结构液晶相位调制器，其特征在于上述ZnO纳米棒电极（9）的总直径为100nm～800nm，ZnO纳米棒电极（9）由至少一根 ZnO纳米棒构成。
3.根据权利要求1或2所述的纳米结构液晶相位调制器，其特征在于上述相控单元底层电极（7）为形成一维阵列的条状电极（12），在条状电极（12）上设置ZnO纳米棒电极稀疏阵（13），通过控制各条状电极（12）与公共电极层（3）间的电压值，形成一维阵列的纳米结构液晶相位调制器。
4.根据权利要求3所述的纳米结构液晶相位调制器，其特征在于上述条状电极（12）宽度为1μm～10μm。
5.根据权利要求3所述的纳米结构液晶相位调制器，其特征在于上述公共电极层（3）为前基板条状电极（14），前基板条状电极（14）的长度方向与条状电极（12）的长度方向垂直，条状电极（12）上设置ZnO纳米棒电极稀疏阵（13）；通过控制各前基板条状电极（14）与各条状电极（12）间的电压值，形成二维阵列的纳米结构液晶相位调制器。
6.根据权利要求5所述的纳米结构液晶相位调制器，其特征在于上述前基板条状电极（14）的宽度为1μm～10μm。
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