CN106154684A - 展曲取向液晶透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种展曲取向液晶透镜，包括：第一基板、第二基板、液晶层、隔垫物、第一配向膜、第二配向膜、第一电极层以及第二电极层；所述第一基板、第二基板分别设置于所述液晶层的上、下两端，所述第一基板、所述第二基板上方分别覆盖有所述第一电极层和所述第二电极层，所述隔垫物设置于所述液晶层的外围，所述第一电极层设置的圆形结构使得加载在液晶层上的电场呈圆对称，沿径向不同位置处液晶分子呈梯度折射率分布变化，以便实现透镜功能；所述第一配向膜涂覆在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第二配向膜涂覆在所述第二电极层与所述液晶层之间。所述第一配向膜与所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列状态。本发明实现有效提高液晶透镜的响应速度。

Description

展曲取向液晶透镜
技术领域
本发明实施例涉及光学元件领域，尤其涉及一种展曲取向液晶透镜。
背景技术
传统光学透镜是通过改变均一的折射率材料的厚度，因为材料厚度的不同造成光线的光程差从而达到会聚或者发散的效果。传统透镜具有体积和重量大，焦距不可调节等的特点，传统的光学透镜已不能满足当前发展的需要。液晶透镜和传统光学透镜不同，它是厚度均一的平板结构，利用外加电场等方法来改变均匀排列的液晶分子的空间排列方式，形成透镜所要求的折射率空间分布，改变透过光束的空间光程分布，透过光线形成与透镜一致的折射，达到透镜的光学效果。而液晶材料具有电光效应，液晶透镜的折射率分布可以在电场下调控，液晶透镜的焦距可以由电压调控，并具有体积小、厚度薄、易于集成等优点，在军事、民用、科研等各个方面发挥着极其重要的作用。
响应时间是研究液晶透镜性能的一个重要参数，在液晶透镜实际应用中有很大的应用价值。而液晶透镜响应时间指的是驱动电压切换过程中，当初始为零电压，瞬间施加最短焦距对应的驱动电压，液晶透镜由最长焦距变化到最短焦距所需要的时间，以及当初始为最短焦距对应的驱动电压，瞬间切换到零电压，液晶透镜由最短焦距变化到最长焦距所需要的时间。
而现有技术研究的平行排列液晶透镜，由于具有“回流效应”导致响应速度较慢。
发明内容
本发明实施例提供一种展曲取向液晶透镜，以克服上述问题。
本发明一种展曲取向液晶透镜，包括：
第一基板、第二基板、液晶层、隔垫物、第一配向膜、第二配向膜、第一电极层以及第二电极层；
所述第一基板、第二基板分别设置于所述液晶层的上、下两端，所述第一基板、所述第二基板上方分别覆盖有所述第一电极层和所述第二电极层，所述隔垫物设置于所述液晶层的外围，所述第一电极层设置的圆形结构使得加载在液晶层上的电场呈圆对称，沿径向不同位置处液晶分子呈梯度折射率分布变化，以便实现透镜功能；
所述第一配向膜涂覆在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第二配向膜涂覆在所述第二电极层与所述液晶层之间。
进一步地，所述第一配向膜与所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列状态。
进一步地，所述圆形结构为圆孔或者同轴多圆环或者同轴圆盘和圆环。
进一步地，所述半径最大的圆形结构的外边缘与所述隔垫物之间的距离为0.5mm-2mm。
进一步地，采用边框胶将所述隔垫物固定在所述液晶层的外围，所述边框胶粘接所述第一、第二基板并将所述液晶层与外环境隔离。
进一步地，所述隔垫物为薄膜结构，所述薄膜的厚度为5um-200um，所述基板的厚度为0.1mm-5mm。
本发明通过在液晶透镜的所述第一基板、所述第二基板上分别覆盖有所述第一电极层和所述第二电极层，且所述第一电极层为圆孔或者同轴多圆环或者同轴圆盘和圆环。采用向列相液晶的快速响应展曲排列的液晶透镜，与相同参数的平行排列液晶透镜相比，它可以避免“回流”效应，具有较快的响应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明展曲取向液晶透镜结构示意图；
图2a和图2b为本发明展曲取向液晶透镜在未加电压情况下的示意图；
图3为本发明展曲排列的液晶透镜从未加电压到施加电压的分子的排列状态的示意图；
图4为本发明展曲取向的液晶透镜最多干涉条纹数目图；
图5为本发明展曲取向液晶透镜随施加不同电压焦距的变化情况图；
图6为本发明展曲取向液晶透镜随施加电压的聚焦情况图；
图7为本发明展曲取向液晶透镜不同电压下的成像效果图；
图8a为本发明中展曲取向液晶透镜的响应时间示意图；
图8b为本发明与展曲取向同参数的平行取向液晶透镜的响应时间示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明展曲取向液晶透镜结构示意图，如图1所示，本实施例的展曲取向液晶透镜可以包括：
第一基板101、第二基板102、液晶层103、隔垫物104、第一配向膜107、第二配向膜108、第一电极层105以及第二电极层106；
所述第一基板101、第二基板102分别设置于所述液晶层103的上、下两端，所述第一基板101、所述第二基板102上方分别覆盖有所述第一电极层105和所述第二电极层106，所述隔垫物104设置于所述液晶层的外围，所述第一电极层设置使所述液晶层分子形成梯度折射率分布的圆形结构100；
所述第一配向膜107涂覆在所述第一基板101与所述液晶层103之间，所述第二配向膜108涂覆在所述第二电极层106与所述液晶层103之间。
进一步地，采用边框胶109将所述隔垫物固定在所述液晶层的外围，所述边框胶粘接所述第一、第二基板并将所述液晶层与外环境隔离。
进一步地，所述第一配向膜与所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列状态。
进一步地，所述圆形结构为圆孔或者同轴多圆环或者同轴圆盘和圆环。
进一步地，所述半径最大的圆形结构的外边缘与所述隔垫物之间的距离为0.5mm-2mm。
具体来说，由于圆形结构下对应的液晶层分子要发生折射率分布的变化，因此圆形结构外边缘预留出一段距离，以便施加电压时，可以形成稳定的电场结构。
进一步地，所述隔垫物为薄膜柱状结构，所述薄膜的厚度为5um-200um，所述基板的厚度为0.1mm-5mm。
具体来说，取向方式有多种：摩擦取向，光控取向，倾斜蒸镀取向。如图2a和图2b所示，该配向膜取向方向平行同向，若以基板配向膜取向方向为正方向，通过逆时针旋转记为正角度，则得到第一基板表面的液晶分子预倾角为θ0，0°＜θ0≤20°，第二基板表面的液晶分子预倾角为-θ0；或者是第二基板表面的液晶分子预倾角为θ0，0°＜θ0≤20°，第一基板表面的液晶分子预倾角为-θ0。本实施例展曲取向的液晶透镜从未加电压到施加电压的分子排列状态，如图3所示。如图4至图7所示描述的展曲排列液晶透镜盒的各项参数分别为：液晶盒厚d＝50um，液晶玻璃基板厚度均为1.1mm，所用液晶材料为向列液晶E7(弹性常数为k11＝12pN,k22＝9pN,k33＝19.5pN,介电常数为ε║＝19.6,ε⊥＝5.1,Δn＝0.2269)，第一电极层圆孔直径为4.5mm,其制作成的展曲取向液晶透镜在150v情况下的干涉条纹最多，焦距达到最低，因此该电压下，展曲取向液晶透镜的聚焦效果最好，成像最大，展曲排列液晶透镜比同参数的平行排列液晶透镜的调焦范围广。如图8a和图8b所示，展曲取向液晶透镜的相应时间比相同参数的平行取向液晶透镜的响应时间要快6秒。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种展曲取向液晶透镜，其特征在于，包括：
第一基板、第二基板、液晶层、隔垫物、第一配向膜、第二配向膜、第一电极层以及第二电极层；
所述第一基板、第二基板分别设置于所述液晶层的上、下两端，所述第一基板、所述第二基板上方分别覆盖有所述第一电极层和所述第二电极层，所述隔垫物设置于所述液晶层的外围，所述第一电极层设置的圆形结构使得加载在液晶层上的电场呈圆对称，沿径向不同位置处液晶分子呈梯度折射率分布变化；
所述第一配向膜涂覆在所述第一基板与所述液晶层之间，所述第二配向膜涂覆在所述第二电极层与所述液晶层之间。
2.根据权利要求1所述的展曲取向液晶透镜，其特征在于，所述第一配向膜与所述第二配向膜平行同向配向，使液晶分子成展曲排列状态。
3.根据权利要求1所述的展曲取向液晶透镜，其特征在于，所述圆形结构为圆孔或者同轴多圆环或者同轴圆盘和圆环。
4.根据权利要求3所述的展曲取向液晶透镜，其特征在于，所述圆形结构与所述隔垫物之间的距离为0.5mm-2mm。
5.根据权利要求4所述的展曲取向液晶透镜，其特征在于，采用边框胶将所述隔垫物固定在所述液晶层的外围，所述边框胶粘接所述第一、第二基板并将所述液晶层与外环境隔离。
6.根据权利要求1至5任一项所述的展曲取向液晶透镜，其特征在于，所述隔垫物为薄膜结构，所述薄膜的厚度为5um-200um，所述基板的厚度为0.1mm-5mm。
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