CN106444175A - 一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法 - Google Patents

一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光栅技术领域，具体提出了一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法。本发明包括相对设置的上基板、下基板；上基板包括依次布置的上基底玻璃、梳状电极层、上取向层，下基板包括下基底玻璃、梳状电极层、下取向层；上取向层和下取向层之间填有向列相液晶；在上下两片玻璃基板的内侧镀有透明导电膜铟锡氧化物电极膜，通过刻蚀的方法把铟锡氧化物电极膜制成第一梳状电极和第二梳状电极；两片玻璃基板梳状电极呈90度放置。本发明的新型结构电控液晶相位光栅，通过改变梳状电极的电压可以控制液晶分子偏转，不同电压液晶分子偏转不同，实现不同位置的衍射光具有不同的光程差，从而实现衍射位置的变化。

Description

一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作 方法
技术领域
本发明属于光栅技术领域，具体提出了一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法。
背景技术
光栅是一种重要的分光原件，被广泛的应用于光谱仪、光计算和光束偏转等领域。根据光栅对入射光波进行调制的空间范围，可以分为一维光栅、二维光栅和三维光栅。根据光栅对入射光波的调制方式的不同，可以分为振幅光栅和相位光栅。相比振幅光栅相位光栅具有更高的衍射效率。光栅又可分为衍射光强可调谐型与不可调谐型。由于液晶分子在可见光波段具有完全透过的特性，同时具有施加电场可发生偏转的特性，是实现相位型可调谐光栅的很好材料。聚合物分散液晶光栅就是其中一个研究。但是现在的可调谐光栅都是对衍射光强的强度调谐，衍射光斑位置很难得到改变，这一点极大地限制了光栅的应用。而本发明是针对衍射光强位置的不能调谐的问题，通过对所设计电极的控制来实现一维或二维平面调谐衍射光到任何位置，这在光计算及光束偏转中有着非常好的应用。
液晶是一种介于液体与晶体之间的有机材料，同时兼顾液体的流动性和晶体的光学各向异性以及介电各向异性的特点。在电、磁等外场的作用下，其光学特性可被调节。基于液晶的光栅有优越于传统光栅的性能。比如，重量轻、成本低、没有移动部件及可调谐特性。
目前的制作液晶光栅的方法主要两种，第一种是光刻透明导电薄膜电极形成条状电极，加电控制液晶分子偏转，电极上方液晶分子与电极间隙液晶分子偏转不同，实现周期性的折射率差。虽然这种方法比较简单，但响应速度快，同时驱动电压比较低，衍射效率较高。但同时存在衍射光斑位置不能发生变化的问题，是限制其应用的一个原因。本专利是基于此种方法，改进了衍射光斑位置的移动以及一维与二维衍射图样的灵活转换。第二种是在液晶中掺入紫外光敏感聚合物材料，紫外光通过掩膜板照射，液晶与聚合物在紫外光的作用下产生相分离，通过掩膜板图案控制周期性的折射率差，这种光栅衍射效率具有可调性。但衍射效率低，驱动电压高是其主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅。
本发明的目的还在于提供一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅制作方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅，包括相对设置的上基板1、下基板6；上基板包括依次布置的上基底玻璃2、梳状电极层3、上取向层4，下基板6包括下基底玻璃7、梳状电极层3、下取向层8；上取向层4和下取向层8之间填有向列相液晶5；在上下两片玻璃基板的内侧镀有透明导电膜铟锡氧化物电极膜，通过刻蚀的方法把铟锡氧化物电极膜制成第一梳状电极A和第二梳状电极B；两片玻璃基板梳状电极呈90度放置；铟锡氧化物电极膜上印刷有聚酰亚胺取向膜，取向膜经定向摩擦处理、摩擦方向与梳状电极的方向呈45度。
同一基板上设计连续两个高电势电极齿与连续两个低电势电极齿间隔排布的电极结构，同时，通过在不同基板施加电压，实现一维和二维衍射图样的单独控制。
本发明的有益效果在于：本发明的新型结构电控液晶相位光栅，通过改变梳状电极的电压可以控制液晶分子偏转，不同电压液晶分子偏转不同，实现不同位置的衍射光具有不同的光程差，从而实现衍射位置的变化。其原理基于梳状电极的设计，即在同一基板上设计连续两个高电势电极齿与连续两个低电势电极齿间隔排布的电极结构。这样在两个高电势电极齿和两个低电势的电极齿之间电场强度为零，液晶分子指向不变，衍射光束具有相同的光程，而在相邻的高低电势电极齿间电场强度不为零，这样液晶分子指向就会发生变化，衍射光束的光程就会不同于两个高电势电极齿或两个低电势的电极齿间的衍射光光程，这样衍射光在衍射平面就会发生干涉。在任一位置，由于施加电压的不同，上述两束光的光程差就会不同，导致干涉光的强弱不同，即可实现任一位置的干涉加强或减弱。同时，在任一个基板施加电压，另一个不施加电压，可实现一维衍射图样。在两个基板同时施加电压，可实现二维衍射图样的控制。并且通过改变某一基板相邻梳状电极的高低电压，可以控制衍射图样光斑的位置。且驱动电压低，功耗小，并且制作工艺与液晶显示制造工艺兼容，工艺成熟。
附图说明
图1为本发明中电控可调谐相位型液晶光栅结构示意图。
图2为本发明中电控可调谐相位型液晶光栅中的梳状电极层结构示意图。
图3为本发明中电控可协调相位型液晶光栅通过梳状电极的光路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述：
本发明提供的是一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法，涉及光栅的技术领域。本发明包括相对设置的上基板、下基板及液晶。上基板包括依次布置的上基底玻璃、梳状电极层、上取向层，下基板包括下基底玻璃、梳状电极层、下取向层。所述基板的上取向层和下取向层之间含向列相液晶层。本发明通过连续改变的梳状电极的电压可以控制液晶分子连续偏转，实现衍射光强位置的连续调谐。且提出两个梳状电极层呈正交状排列，可通过电极选取实现一维和二维的衍射的单独控制。同时，该发明驱动电压低，功耗小，并且制作工艺与液晶显示制造工艺兼容。
电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法，通过电压控制液晶折射率的变化，实现衍射光束的任意偏转，以及一维衍射与二维衍射的任意转换，并且与液晶显示制造工艺相兼容的液晶相位光栅。
一种基于液晶的电控可调衍射光斑位置的相位光栅，包括相对设置的上基板、下基板。上基板包括依次布置的上基底玻璃、梳状电极层、上取向层，下基板包括下基底玻璃、梳状电极层、下取向层。所述的上基板和所述的下基板之间含有向列相液晶。
在两片上下玻璃基板的内侧镀有透明导电膜铟锡氧化物电极膜，通过刻蚀的方法把铟锡氧化物电极膜制成梳状结构的电极。梳状电极A和梳状电极B构成梳状电极层。两片玻璃基板的梳状电极呈90度放置，即两个梳状电极层呈正交状。铟锡氧化物电极膜上印刷有聚酰亚胺取向膜，取向膜经定向摩擦处理、摩擦方向与梳状电极方向呈45度。通过毛细作用将液晶注入空盒中，玻璃基板的周边是密封结构。
本发明提供的是一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅及其制作方法，涉及光栅的技术领域。本发明包括相对设置的上基板、下基板及液晶。上基板包括依次布置的上基底玻璃、梳状电极层、上取向层，下基板包括下基底玻璃、梳状电极层、下取向层。所述基板的上取向层和下取向层之间含向列相液晶层。本发明通过连续改变的梳状电极的电压可以控制液晶分子连续偏转，实现衍射光强位置的连续调谐。且提出两个梳状电极层呈正交状排列，可通过电极选取实现一维和二维的衍射的单独控制。同时，该发明驱动电压低，功耗小，并且制作工艺与液晶显示制造工艺兼容。
其中：(1)上基板、(2)上基底玻璃、(3)梳状电极层包括(301)梳状电极A和(302)梳状电极B、(4)上取向层、(5)向列相液晶、(6)下基板、(7)下基底玻璃、(8)下取向层。
(1)选择两片厚度为1.1毫米、面积为1厘米×1厘米的透明玻璃基板、整体平整度优于1/10波长，在两片玻璃基板的内侧均镀制铟锡氧化物(ITO)导电电极；
(2)利用光刻工艺，在导电玻璃上涂覆感光胶，并进行曝光，然后利用光刻胶的保护作用，对ITO导电层进行选择性化学腐蚀，从而得到梳状电极A和梳状电极B构成的梳状电极层，且A，B梳状电极的电极齿宽度为1-4微米，间距为3-6微米。在两片基板ITO上的梳状电极侧引出导线电极；
(3)在将两片具有梳状电极的ITO基板侧印刷110纳米的SE-410型聚酰亚胺(PI)膜取向层，固化温度在80度条件下处理10分钟，随后在180度条件下处理30分钟，热处理后基板的PI膜侧在带有绒布的摩擦机上进行定向摩擦处理，摩擦角度相对梳状电极呈45度；
(4)将两片玻璃基板梳状电极呈90度，且使取向层的摩擦方向呈反平行相对放置。通过隔垫物对液晶层的厚度进行控制，控制厚度在10-30微米之间。采用环氧树脂胶固定基板间距。
(5)利用毛细作用将液晶注入到上述的液晶盒中封口，环氧树脂胶封装。即完成电控可调液晶相位光栅的设计与制作。
(6)在器件的使用过程中，只给其中一基板上的梳状电极A、B施加不同的电压，可获得一维的位置可调谐的衍射图样。若给上下基板的梳状电极A、B施加不同的电压，可获得二维的位置可调谐的衍射图样。

Claims (2)

1.一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅，包括相对设置的上基板(1)、下基板(6)；上基板包括依次布置的上基底玻璃(2)、梳状电极层(3)、上取向层(4)，下基板(6)包括下基底玻璃(7)、梳状电极层(3)、下取向层(8)；上取向层(4)和下取向层(8)之间填有向列相液晶(5)；其特征在于：在上下两片玻璃基板的内侧镀有透明导电膜铟锡氧化物电极膜，通过刻蚀的方法把铟锡氧化物电极膜制成第一梳状电极(A)和第二梳状电极(B)；两片玻璃基板梳状电极呈90度放置；铟锡氧化物电极膜上印刷有聚酰亚胺取向膜，取向膜经定向摩擦处理、摩擦方向与梳状电极的方向呈45度。
2.根据权利要求1所述的一种电控连续调谐衍射光斑位置的相位型液晶光栅的制作方法，其特征在于：同一基板上设计连续两个高电势电极齿与连续两个低电势电极齿间隔排布的电极结构，同时，通过在不同基板施加电压，实现一维和二维衍射图样的单独控制。
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