CN106249448A - 一种蓝相液晶透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝相液晶透镜，包括：上基板、双介电层、液晶层和下基板；所述液晶层采用蓝相液晶，并且液晶层的厚度是均匀的；所述上基板和下基板内侧分别形成有平面的第一透明电极和第二透明电极；所述双介电层由第一介电层和第二介电层构成；所述第一介电层的折射率n 1和第二介电层的折射率n 2相同；所述第一介电层的介电常数ε 1和第二介电层的介电常数ε 2不同；所述第二介电层为凸起结构或凹陷结构，并且被第一介电层填平，通过控制所述第二介电层的形状在所述液晶层中形成期望的梯度电场分布，从而得到抛物线形的相位分布；所述蓝相液晶透镜的焦距通过所述第一透明电极和第二透明电极施加的电压进行控制。

Description

一种蓝相液晶透镜
技术领域
本发明涉及液晶透镜领域，具体是一种蓝相液晶透镜。
背景技术
液晶透镜具有焦距可调节、结构轻巧、功耗低等优点，因此在很多领域都有广泛的应用，比如三维显示、成像系统、显微放大系统、图像处理、眼镜和光通信等。目前，大多数液晶透镜都采用向列相液晶，因为向列相液晶的双折射比较大，可以实现更短的焦距。但是，向列相液晶透镜存在两个问题：偏振依赖性和响应速度慢。
为了克服向列相液晶透镜的问题，人们提出了蓝相液晶透镜，它的优势主要有以下几方面：（1）响应时间在亚毫秒范围，比向列相液晶快了10倍；（2）偏振无关，透镜的性能不依赖入射光的偏振态；（3）不需要取向层，制作工艺非常简单。近几年，人们已经提出了几种蓝相液晶透镜结构，比如孔形电极结构、多电极结构、曲面电极结构、表面浮雕结构等。其中，基于孔形电极结构的蓝相液晶透镜具有非常简单的器件结构，但它的相位分布不是抛物线形的，所以透镜效果不好；基于曲面电极的蓝相液晶透镜具有抛物线形的相位分布，但是曲面电极的制作过程比较复杂；基于多电极结构的蓝相液晶透镜通过给每个电极施加不同的电压也可以得到抛物线形的相位分布，但是多电极的驱动方案比较复杂；基于表面浮雕结构的蓝相液晶透镜具有正、负焦距，但是液晶层的厚度不均匀，制作难度较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种结构简单、制作容易且性能优良的蓝相液晶透镜。
为了达到上述目的，本发明提出一种蓝相液晶透镜，包括：上基板、双介电层、液晶层和下基板；所述液晶层采用蓝相液晶，并且液晶层的厚度是均匀的；所述上基板和下基板内侧分别形成有平面的第一透明电极和第二透明电极；所述双介电层由第一介电层和第二介电层构成；所述第一介电层的折射率n 1和第二介电层的折射率n 2相同；所述第一介电层的介电常数ε 1和第二介电层的介电常数ε 2不同；所述第二介电层为凸起结构或凹陷结构，并且被第一介电层填平，通过控制所述第二介电层的形状在所述液晶层中形成期望的梯度电场分布；所述蓝相液晶透镜的焦距通过所述第一透明电极和第二透明电极施加的电压进行控制。
优选的，所述第一透明电极和第二透明电极采用氧化铟锡（ITO）或氧化铟锌（IZO）等透明导电材料。
本发明提供的蓝相液晶透镜采用平面的透明电极和厚度均匀的液晶层，结构简单并且制作容易，同时通过控制第二介电层的形状在液晶层中形成期望的梯度电场分布，从而得到抛物线形的相位分布。
附图说明
图1是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的电势分布图。
图3是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的相位分布图。
图4是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的电压-焦距曲线图。
上述附图中的图示标号为：
10是液晶层，11是上基板，12是下基板，13是第一透明电极，14是第二透明电极，22是第二介电层。
具体实施方式
为使本领域的技术人员能更进一步了解本发明，下面将结合附图详细地说明本发明的具体实施方式。需要说明的是，附图仅以说明为目的，并未依照原始尺寸作图。
图1是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的结构示意图，该蓝相液晶透镜，包括：上基板11、双介电层20、液晶层10和下基板12；所述液晶层10采用蓝相液晶，并且液晶层10的厚度是均匀的；所述上基板11和下基板12内侧分别形成有平面的第一透明电极13和第二透明电极14；所述双介电层20由第一介电层21和第二介电层22构成；所述第一介电层的折射率n 1和第二介电层的折射率n 2相同；所述第一介电层21的介电常数ε 1和第二介电层22的介电常数ε 2不同；所述第二介电层22为凸起结构，并且被第一介电层21填平，通过控制所述第二介电层22的形状在所述液晶层10中形成期望的梯度电场分布；所述蓝相液晶透镜的焦距通过所述第一透明电极13和第二透明电极14施加的电压进行控制；所述第一透明电极13和第二透明电极14采用氧化铟锡（ITO）制作。
在本实施例中，电压控制部件15通过第一透明电极13和第二透明电极14施加电压到液晶层10上。当不加电压时，蓝相液晶呈现光学各向，其折射率为n iso 。当透明电极上施加电压V on 时，液晶层10中产生很强的垂直电场。根据扩展的克尔效应模型，可以得到电场感应双折射Δn ind 。对于正入射的光线，o 光和e 光的折射率均为蓝相液晶的寻常折射率n o (E )，n o (E )表示如下
(1)
由于第二介电层22是凸起结构，液晶层10中产生梯度分布的垂直电场。液晶透镜边缘电场E b 和中心电场E c 分别表示为
(边缘: x=R) (2)
(中心: x=0) (3)
其中，x 表示到透镜中心的距离，R 表示透镜的半径，d 1是第一介电层21的最大厚度，d 2第二介电层22的最大厚度，d LC 是液晶层10的厚度，ε LC 是蓝相液晶的介电常数。从(2)和(3)两式可以看出，第一介电层21和第二介电层22的介电常数非常关键。当ε 1>ε 2时，液晶透镜中心位置的电场小于边缘位置的电场，所以中心位置的感应双折射小于边缘位置感应双折射，液晶层10中的相位分布如同一个正透镜。当ε 1<ε 2时，液晶层10中的相位分布如同一个负透镜。
为了得到抛物线形的相位分布，折射率的变化应该正比于x 2，即
(4)
其中，a 是比例系数，K 是克尔系数，E 表示x 处的电场强度。这里电场强度E 可表示为
(5)
其中，d (x )是第二介电层22在x 处的厚度。
由(4)和(5)两式可以得到d (x )，表示如下
(6)
最终，我们可以确定第二介电层22的形状。
图2是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜在施加电压V on =150Vrms时的电势分布图。其中，蓝相液晶透镜的结构参数为R =120μm，d LC =15μm，ε LC =51.3，d 1=3.1μm，ε 1=10，d 2=3μm，ε 2=3.8。采用的蓝相液晶的材料参数为折射率n iso =1.5，介电各向异性Δε=94，饱和双折射Δn s ~0.2(λ=550nm)，饱和电场E s =5.6V/μm，克尔系数K=11.5nm/V2。从图2可以看出，由于双介电层20的作用，液晶层10中形成了期望的梯度电场分布。
图3是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜在施加电压V on =150Vrms时的相位分布图。其中，点线和虚线分别表示o光和e光的相位分布，实线表示理想的抛物线。为了方便，我们将液晶透镜中心处的相位设为零。从图3可以看出，透镜中心与透镜边缘之间的相位差为1.1π，并且相位分布具有非常好的抛物线形，这有助于减小球差，提高透镜成像质量。此外，由于液晶层10中的电场主要是垂直电场，其水平电场分量基本可以忽略，所以o光和e光的相位重合得非常好，因此该蓝相液晶透镜是偏振无关的。
基于相位分布，蓝相液晶透镜的有效焦距可以用下面公式计算
(7)
其中，δn(E)表示透镜中心和透镜边缘之间的折射率差。图4是本发明实施例提供的蓝相液晶透镜的焦距-电压曲线图。带圆圈的曲线和带方框的曲线分别对应o光和e光。从图4可以看出，当电压从0Vrms增加到150Vrms时，透镜的焦距可以从无穷远连续调节到23.5mm，并且o光和e光对应的焦距始终保持一致，这进一步说明了该蓝相液晶透镜是偏振无关的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明不限于此实施例。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神实质和范围的情况下对其形式和细节做出的各种改变，皆应属本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种蓝相液晶透镜，包括：上基板、双介电层、液晶层和下基板；
所述液晶层采用蓝相液晶，并且液晶层的厚度是均匀的；
所述上基板和下基板内侧分别形成有平面的第一透明电极和第二透明电极；
所述双介电层由第一介电层和第二介电层构成；
所述第一介电层的折射率n 1和第二介电层的折射率n 2相同；
所述第一介电层的介电常数ε 1和第二介电层的介电常数ε 2不同；
所述第二介电层为凸起结构或凹陷结构，并且被第一介电层填平，通过控制所述第二介电层的形状在所述液晶层中形成期望的梯度电场分布；
所述蓝相液晶透镜的焦距通过所述第一透明电极和第二透明电极施加的电压进行控制。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107357110A (zh) * 2017-08-19 2017-11-17 四川大学 一种采用复合介电层的大口径液晶透镜阵列
CN107436499A (zh) * 2017-07-31 2017-12-05 四川大学 一种蓝相液晶柱透镜
CN109709739A (zh) * 2019-03-18 2019-05-03 北京航空航天大学 一种短焦距液晶透镜
CN110297374A (zh) * 2019-07-01 2019-10-01 京东方科技集团股份有限公司 一种液晶透镜及显示装置
CN111077601A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 武汉芯盈科技有限公司 可调整焦距的透镜结构及屏下指纹传感器结构
WO2020248720A1 (zh) * 2019-06-11 2020-12-17 京东方科技集团股份有限公司 液晶镜片以及液晶眼镜

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101395523A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 拉瓦尔大学 用于空间调制的电场的生成以及使用液晶的电光调谐的方法和设备
US20130002970A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Liquid crystal lens and display including the same
CN103969876A (zh) * 2014-05-07 2014-08-06 四川大学 一种基于蓝相液晶的偏振光转换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101395523A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 拉瓦尔大学 用于空间调制的电场的生成以及使用液晶的电光调谐的方法和设备
US20130002970A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Liquid crystal lens and display including the same
CN103969876A (zh) * 2014-05-07 2014-08-06 四川大学 一种基于蓝相液晶的偏振光转换器

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107436499A (zh) * 2017-07-31 2017-12-05 四川大学 一种蓝相液晶柱透镜
CN107357110A (zh) * 2017-08-19 2017-11-17 四川大学 一种采用复合介电层的大口径液晶透镜阵列
CN107357110B (zh) * 2017-08-19 2020-06-23 四川大学 一种采用复合介电层的大口径液晶透镜阵列
CN109709739A (zh) * 2019-03-18 2019-05-03 北京航空航天大学 一种短焦距液晶透镜
WO2020248720A1 (zh) * 2019-06-11 2020-12-17 京东方科技集团股份有限公司 液晶镜片以及液晶眼镜
CN110297374A (zh) * 2019-07-01 2019-10-01 京东方科技集团股份有限公司 一种液晶透镜及显示装置
CN111077601A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 武汉芯盈科技有限公司 可调整焦距的透镜结构及屏下指纹传感器结构

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