CN111290181B - 自动寻址激光扫描电极结构、控制方法以及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动寻址激光扫描电极结构，包括基底，所述基底上方设置有液晶层，所述液晶层上方设置有电极控制阵列面板，所述电极控制阵列面板上设置有若干导电的驱动电极，使得所述每个驱动电极的开关状态和所加电压均可以独立控制，所述驱动电极分别连接有总控制器。本发明提供了一种有效的可以即时调控的激光偏转技术方案，可以将电极控制阵列设置成像素级别的控制，实现高精度的像素控制，从而实现多功能的，可以随时调控偏转角度的液晶激光扫描器件。
Description
技术领域
本发明涉及微电子以及光学领域，特别是涉及自动寻址激光扫描电极结构、控制方法以及制造方法。
背景技术
在液晶波导型激光扫描器件的设计中，其偏转电极的设计对器件的最终性能，特别是扫描角度的大小影响较大。在此类器件中，液晶的折射率受驱动电极调控，通过设计驱动电极的形状(例如三角形)，受此电极驱动部分的液晶层与周围未受电压驱动的液晶形成折射率差并且与设计电极的形状相对应。在光导层中传输的激光经过这个区域时，其呈现一定角度的偏转。因此，合理的偏转电极结构设计是一个此类器件中的其中一个关键参数。现有的技术中，对于如何实现激光即时调控，实现即时调控偏转的技术问题一直未得到较好的解决。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题如何实现激光偏转角度即时地实现个性化调控，满足不同的需求。
基于上述技术问题，本发明提供一种自动寻址激光扫描电极结构，包括基底，所述基底上方设置有液晶层，所述液晶层上方设置有电极控制阵列面板，所述电极控制阵列面板上设置有若干导电的驱动电极，使得所述每个驱动电极的开关状态和所加电压均可以独立控制，所述驱动电极分别连接有总控制器。
较优的，还包括光导层，所述光导层上设置光栅薄膜耦合装置。
较优的，所述光导层包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构折射率高于所述第二层结构折射率。
较优的，所述电极控制阵列面板设置为TFT阵列，所述驱动电极设置为ITO电极。
基于这种自动寻址激光扫描电极结构，本发明还提供一种自动寻址激光扫描电极控制方法，包括以下步骤：
(1)确定激光预设传播轨迹；
(2)根据激光预设传播轨迹，确定需要驱动的所述驱动电极坐标；
(3)控制驱动电极的电压，使得进入液晶层的激光按照预设传播轨迹进偏转。
较优的，本方法还包括以下步骤：
(4)根据预设的激光扫描要求范围，控制所述驱动电极的坐标以及方向，进而实现预设角度范围的激光扫描。
较优的，所述步骤(1)中，包括以下步骤：
(11)将激光预设传播轨迹等效成至少一个圆弧，确定传播轨迹圆弧的圆心夹角θ，从而确定激光预设偏转角θ；
(12)设定坐标系，根据所述传播轨迹圆弧的曲率半径以及所述激光预设偏转角θ，确定激光预设传播轨迹的函数。
较优的，步骤(12)中，建立水平方向为x轴，竖直方向为y轴的坐标系，根据以下公式确定激光预设传播轨迹的函数：
其中，yup为激光传播路径；
L为电极控制阵列面板长度；
R为所述传播轨迹圆弧的曲率半径；
x为激光传播路径的横轴坐标。
较优的，所述步骤(2)中，利用若干个相同形状的微偏单元进行组合，实现调控激光按照预设轨迹偏转，包括以下步骤：
设定每个微偏单位的入射直边和出射直边的夹角
设定利用相同的电压控制所述微偏调控单元；
根据设定的电压值和夹角
计算出每个微偏单元能够调控激光偏转的角度，从而确定实现激光偏转所需要的微偏单元的数量N；
将每个微偏单元的入射边和出射边形成的三角形外接圆圆心等距地设置在所述预设激光偏转轨迹等效圆弧上，从而确定每一个微偏单元的位置和坐标。
较优的，所述步骤(2)和步骤(3)中，利用一定数量的相同形状的微偏单元进行组合，实现调控激光按照预设轨迹进行偏转，包括以下步骤：
设定每个微偏单元的入射直边和出射直边的夹角
根据所述微偏单元的数量N，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度和位置；
根据每个微偏单元应该偏转的角度，以及液晶折射率与驱动电压的关系，确定驱动电压。
较优的，所述步骤(2)和步骤(3)中，利用一定数量的相同形状的微偏单元进行组合，实现调控激光按照预设轨迹进行偏转，包括以下步骤：
根据所述微偏单元的数量，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度；
设定驱动电压；
根据液晶折射率、驱动电压以及每个微偏单元应该偏离的角度，确定每个微偏单元入射直边和出射直边的夹角
较优的，所述步骤(2)中，将所述电极驱动面板设置上偏区域，所述上偏区域上设置有若干个锯齿形状，其中锯齿的顶点距离y轴的距离沿激光传输方向逐渐增加；
对上偏区域进行电压驱动，实现激光上偏扫描。
较优的，所述步骤(2)中，将所述电极驱动面板设置下偏区域，
所述下偏区域设置为与所述上偏区域啮合的锯齿形状，并按照以下步骤实现激光扫描角度偏转：
对下偏区域进行电压驱动，实现激光下偏扫描。
较优的，所述步骤(3)中，按照以下步骤确定激光扫描偏转角度θ、入射直边和出射直边的夹角
以及与驱动电压E的关系：
进行确定每个微偏单元偏转角度Δθ与所述入射直边和出射直边的夹角
之间的关系：
总的偏转角度θ与每个微偏单元偏转角度Δθ的函数关系为：
θ＝N×Δθ
其中，按照下列公式确定有效折射率neff与液晶分子偏转角度Φ的关系：
液晶分子偏转角度Φ与电压E的关系由以下函数关系描述：
其中，Ec为液晶盒的阈值电压，
h为液晶层的厚度，K11为液晶材料的展曲弹性系数，ε0为真空介电常数，Δε为液晶材料的介电常数；K33为液晶材料的展曲弯曲弹性系数；
neff为电极驱动区域的液晶层有效折射率，no是液晶层正性调控不加电的情况的折射率或者负性调控加电情况的最高折射率,ne是液晶层正性加电情况的最低折射率或者负性加电情况的最低折射率；Δθ为折射偏转角。
较优的，按照以下公式，计算每一个微偏单元的位置和坐标：
其中，yn为在本坐标系中第n个微偏单元的外接圆心y坐标；
yn为在本坐标系中第n个微偏单元的外接圆心y坐标；
其中θn为第n个微偏单元将出射边与入射边相连，相交顶点与所述外接圆圆心连接的直线与Y周方向的夹角。
本发明还提供了一种激光扫描器件的制作方法，包括以下步骤：
(1)制作激光扫描装置基底；
(2)制作设于所述电极控制阵列面板1表面的激光扫描电极结构；
(3)液晶封入。
较优的，所述步骤(3)中还包括以下步骤：
(31)、将PI取向剂均匀地旋涂于准备好的所述基底或者光导层上；
(32)、使用UV灯进行光照射或者摩擦进行一定的初始取向；
(33)、使用含有微球的凝胶沿所述基底或者光导层周围涂抹，留出灌口；
(34)、将所述基底或者光导层与所述设于所述电极控制阵列面板表面的激光扫描电极结构贴合，控制间隙厚度约5μm，使用UV灯光照射进行固化；
(35)、从所述灌口灌入液晶，使用凝胶进行封口固化。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种有效的可以即时调控的激光偏转技术方案，可以将电极控制阵列设置成像素级别的控制，实现高精度的像素控制，从而实现多功能的，可以随时调控偏转角度的液晶激光扫描器件。
(2)设置光栅薄膜耦合装置，能够把激光较高效率地耦合进入光导层，并且通过第一层结构和第二层结构的设置，能够使得激光光线在光导层中准确无误地传输，由于激光在光导层传输的过程中，部分能量泄漏在液晶层中，所以其传播方向受液晶层调控，通过电极控制液晶层折射率，从而实现大角度的激光扫描。
(3)将电极控制面板设置为TFT阵列，使得中间的液晶层分子可以受TFT阵列中的每一个ITO电极的调控。每一个ITO电极的开关状态和所加电压均可以独立控制，因此每个驱动电极对应下的液晶层的折射率也是可以单独控制的，且控制精度是像素级别的(在～10um级别)。
(4)同时，本发明还提供了几种具体驱动本装置的方式以及具体实现驱动的公式，能够快速实现预计角度的方向的扫描角度偏转，快捷便利。
附图说明
图1是本发明实施例1中的激光扫描器件截面视图。
图2是图1中A部分的局部放大示意图。
图3是利用本发明装器件进行光栅耦合的数值仿真结构与仿真结果。
图4是图1中本发明器件的俯视图。
图5是对本发明器件确定不同偏转角度下的激光传播轨迹分析示意图。
图6是对本发明器件所需驱动的TFT阵列的位置及方向分析示意图。
图7是本发明器件单个偏转单元折射率变化分析图。
图8是本发明器件液晶分子最大倾斜角与电场强度的关系曲线图。
图9是本发明器件驱动电压与总的扫描角度之间的曲线关系图。
图10是本发明器件在不同驱动电压下光偏转仿真图。
图11是本发明器件在不同的微偏单元顶角下的光偏转仿真图。
图12是本发明器件在另一种实施例下的驱动结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
为更好地说明本技术方案，本发明提供一种实施例1：
实施例1：
如图1所示，一种自动寻址激光扫描电极结构，包括具有波导结构的导电基底1，所述导电基底上方设置有液晶层2，所述液晶层上方设置有电极控制阵列面板3，所述电极控制阵列面板上设置有若干透明导电的驱动电极4，使得所述每个驱动电极的开关状态和所加电压均可以独立控制，所述驱动电极分别连接有总控制器。
包括光导层5，所述光导层包括第一层结构51和第二层结构52，所述第一层结构折射率高于所述第二层结构折射率。
较优的，所述光导层5上设置光栅薄膜耦合装置6，通过光栅薄膜耦合装置6将入射激光耦合进入光导层，本实施例中，还在光导层5上设置了出射光栅薄膜耦合装置7，通过该装置将出射光从光导层内耦合出来。
如图1，图2所示，此器件的侧视截面图展示了我们所提供的新的电极方案主要包含以下三层结构，即下面的拥有波导结构的且导电的基底(比如说Si)1，中间的液晶层2和上方的TFT阵列面板3。首先，下方的基底结构1是通过光栅结构6将自由光斑耦合进光导层薄膜中。光导层薄膜包括两层薄膜，即一个高折射率与一个低折射率的薄膜(51,52)，由于折射率的关系，被耦合进入的薄膜在高折射率的一层以一定模式传输。通过LumericalFDTD的数值仿真，其光栅薄膜耦合效果如图3所示。以950nm波段的单模激光为例，在参数优化后，我们可以将直径约为60um的自由光斑耦合进入光导层(也称波导层)薄膜中，并且以TM模式传播，耦合效率为50％以上，证明这种耦合方案是可行的。
所述电极控制阵列面板设置为TFT阵列，所述驱动电极设置为ITO电极。由图可以看出，将其设置为像素大小的TFT阵列，能够极大的满足调控需求，随时变换。
在图1中，底层1为折射率较低的图层，其上方较薄的薄膜2为折射率较高的一层。而与之相邻的则是中间液晶层3，由于激光在光导层(即波导层)传输的过程中，部分能量泄漏在液晶层中，所以其传播方向受液晶层调控。而下基板出来作为结构支撑之外还必须导电，从而作为液晶驱动的公共电极。上面的TFT阵列面板是常规用于显示行业中的液晶像素驱动面板，主要包括透明导电的ITO驱动电极阵列，当然，本实施例中ITO选择透明的电极，其他实施例中，也可以选择不透明的电极进行处理。与每个ITO电极相对应的TFT单独控制单元以及作为力学支撑的基底。如图1所示，中间的液晶层分子可以受TFT阵列中的每一个ITO电极的调控。每一个ITO电极的开关状态和所加电压均可以独立控制，因此每个驱动电极对应下的液晶层的折射率也是可以单独控制的，且控制精度是像素级别的(在～10um级别)。
当然，本实施例中，采用ITO阵列面板进行驱动，其他实施例中，也可以采用其他的微电极结构，实现相同的技术效果。
这种对电极单元像素级别的独立调控在这种激光波导结构的激光扫描器件中具有重要的应用价值。如图4所示，从俯视图我们可以看到，TFT阵列中用三角所圈起来的电极区域为沿着此刻激光传播方向所排开的，此刻处于ON的通电状。其他部分的TFT处于OFF断电状态。因此，这些个三角区域类似于沿着光传播方向所排列的一系列三棱镜，从而改变激光的传播方向，实现激光偏转。激光的入射始终与三角形的底边保持平行，且以三角形的入射边的中点为入射点。这样我们能保证激光经过每一个由TFT阵列所组成的三角区域(ON状态)，所偏转的角度一致。
实施例2
如图4，基于实施例1中的器件，我们在实施例2中提供一种自动寻址激光扫描电极控制方法，包括以下步骤：
(1)确定激光预设传播轨迹；
(2)根据激光预设传播轨迹，确定需要驱动的所述驱动电极坐标；
(3)控制驱动电极的电压，使得进入液晶层的激光按照预设传播轨迹进偏转。
较优的，还包括以下步骤：
(4)根据预设的激光扫描要求范围，控制所述驱动电极的坐标以及方向，进而实现预设角度范围的激光扫描。
较优的，所述步骤(1)中，包括以下步骤：
(11)将激光预设传播轨迹等效成至少一个圆弧，确定传播轨迹圆弧的圆心夹角θ，从而确定激光预设偏转角θ；
(12)设定坐标系，根据所述传播轨迹圆弧的曲率半径以及所述激光预设偏转角θ，确定激光预设传播轨迹的函数。
在实际设计驱动时，我们需要预先知道激光的传播轨迹，只有这样我们才能沿着其轨迹去响应对应坐标的TFT阵列。确定激光传播轨迹的方法如下：
如图7，由于激光经过每一个三角区域，其偏转的角度都一样，比如3°，而且所有的TFT阵列所组成的三角区域之间的距离等距，因此整个激光的传播路径我们可以将其几乎等效于一个半径为R的圆弧，如图5所示。因此，我们可以在TFT阵列面板上建立如图6中的坐标轴，从而求出激光传播路径的函数关系。
坐标轴的设立：以入射点(假设为入射边的中点)为原点，向上为Y轴，向左为X轴。
参数设置：TFT阵列面板的长度为L，所设计的向上偏转的出射的激光偏转角度为θ，由函数关系可知其偏转角度即为圆弧的圆心夹角，圆弧的曲率半径为R。
激光偏转角度与传播路径的计算：
因此，圆弧的函数方程可以描述为：
x2+(y-R)2＝R2
由于R始终大于x，我们可以解得x与y的函数关系：
即，激光传播路径与偏转角度的最终函数表达为：
在计算向下偏转的激光路径时，我们只需要对函数关系进行关于X轴的对称处理即可，即得到：
其中，yup为激光传播路径；
L为电极控制阵列面板长度；
R为所述传播轨迹圆弧的曲率半径；
x为激光传播路径的横轴坐标。
实施例3
通过本实施例2中的方法，我们提供一种实施例3,来具体地对激光偏转方向进行调控：
步骤(2)中，利用若干个相同形状的微偏单元进行组合，实现调控激光按照预设轨迹偏转，包括以下步骤：
设定每个微偏单位的入射直边和出射直边的夹角
设定利用相同的电压控制所述微偏调控单元；
根据设定的电压值和夹角
计算出每个微偏单元能够调控激光偏转的角度，从而确定实现激光偏转所需要的微偏单元的数量N；
将每个微偏单元的入射边和出射边形成的三角形外接圆圆心等距地设置在所述预设激光偏转轨迹等效圆弧上，从而确定每一个微偏单元的位置和坐标。
如图5，在确定偏转角度与激光传播路径的函数关系后，我们就可以确定每个不同扫描角度下需要驱动的TFT阵列的坐标。假设我们每次所要驱动的TFT阵列均是形状相同的顶角为
的等腰三角形，每个三角形的最大偏转角度为3°，如果我们需要向上偏转的角度θ达到45°，那么我们至少需要在激光的传播路径上放置至少15个需要驱动的TFT阵列所组成的三角形区域。当然，三角形放置的数量在实际情况中是受到激光光斑直径和器件整体尺寸的限制的，在此我们只是举出一个实施例进行分析，展示TFT阵列驱动的设计过程，其他实施例中也可以利用本方法，实现其他数据的偏转。
为了达成最终向上偏转角度为θ的设计目标，我们需要在其激光传播路径上至少需要等角度排布N个需要驱动的三角形TFT阵列区域。由于我们将每次需要进行驱动的TFT阵列的整体形状设为相同且为三角形，通过三个顶点，我们可以画一个圆，圆心位置(xn,yn)我们即可定义为此三角形区域的位置。我们要定义TFT阵列沿传播路径的分布位置，除了定义圆心位置外，我们还需要定义等腰三角形的顶点朝向。如图6所示，我们将等腰三角形的顶点与圆心相连，所连直线与法线(即沿Y轴方向)的夹角θn可以定义为整个三角形的方向。
由结构关系，我们可以知道θn与最终的出射角度(或者说大圆弧的圆心角)θ是相等的，而由于是围绕路径圆弧的圆心呈等分排列，因此θn-θn-1＝θ/N，也是激光通过每一个三角形区域的最大偏转角度。因此，沿着激光的传播路径第n个分布的TFT阵列的三角形区域的位置坐标可以得到：
第n个分布的TFT阵列的三角形区域的方向：
在计算出激光传播路径和为此需要驱动的TFT阵列位置与方位后，我们需要采用合理的驱动方法。为达成此设计目标，我们需要在整个TFT面板刷新一次的时间里(即液晶分子受电压驱动完成一次完整的转动过程)，完成激光从上至下的完全扫描。
实施例4
如图8至图10，在实施例2的基础上，我们可以再利用第二种驱动方式，进行驱动。所述步骤(2)和步骤(3)中，利用一定数量的相同形状的微偏单元进行组合，实现调控激光按照预设轨迹进行偏转，包括以下步骤：
设定每个微偏单元的入射直边和出射直边的夹角
根据所述微偏单元的数量N，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度和位置；
根据每个微偏单元应该偏转的角度，以及液晶折射率与驱动电压的关系，确定驱动电压。
不同的扫描角度，有不同的传播路径，每条路径上，所要驱动的TFT阵列的等腰三角区域形状和顶角都一样(比如顶角均为120°)，但是每条路径上的电压不一样(比如从液晶盒的阈值电压到饱和工作电压之间)。为实现这种驱动方式，我们需要找出实际所需施加电压(对应着不同的路径上分布的TFT阵列)与总体扫描角度之间的具体关系。
为了方便计算，我们将微偏单元等效成等腰三角形，入射与底边平行。
经计算可知，
其中，neff为电极驱动区域的液晶层有效折射率，no是液晶层不加电的情况的折射率(负性液晶，高折射率),ne是液晶层加电情况的最低折射率(负性液晶，低折射率)。以上，我们将驱动三角区域的有效折射率neff与偏转角度Δθ联系了起来。而，有效折射率与电压的关系可以由以下推导得出。
首先，有效折射率neff与液晶分子偏转角度Φ的关系由以下函数表示：
液晶分子偏转角度Φ与电压的关系由以下函数关系描述：
其中，Ec为液晶盒的阈值电压，
h为液晶盒的厚度，K11为液晶材料的展曲弹性系数(我们使用的是VA液晶材料)，ε0为真空介电常数，Δε为液晶材料的介电常数。经积分后，他们的曲线关系如图8所示。
根据以上的计算，我们最终将激光经过三角区域后偏转的角度Δθ与所需施加的电压联系了起来。为便于展示，我们确定一系列的参数，展曲弹性模量K11＝0.64*10-11N，ne和no分别为液晶的两个折射率，ne＝1.5，no＝1.53，介电常数各向异性Δε＝0.775，真空介电常数ε0＝8.85419*10-12C2/(N.m2)，液晶层厚度初始为h＝5um，假设液晶层中电场均匀，边界条件为强锚定条件。等腰三角形的顶角为120°。无论任何扫描角度，激光路径都经过15个TFT阵列三角响应区域。那么，所加电压与总的扫描角度(朝某一个方向)之间的曲线关系如图9所示。至此，这种改变电压的驱动方式，扫描角度，需要驱动的TFT阵列位置与所需的驱动电压均已确定，如图10，本发明针对不同的驱动电压进行了仿真，偏转效果如图10所示。
当然，本实施例仅仅是为了更好地说明本技术方案而提供一些具体的数据来进行说明，其他实施例中，也可以根据实际情况变更数据来得到相同的技术效果。
实施例5
如图11，本实施例中，我们提供另一种具体进行驱动的方法：
根据所述微偏单元的数量，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度；
设定驱动电压；
根据液晶折射率、驱动电压以及每个微偏单元应该偏离的角度，确定每个微偏单元入射直边和出射直边的夹角
不同的扫描角度，有不同的传播路径，每条路径上的驱动电压一样(比如都是饱和工作电压)，但是所要驱动的TFT阵列的等腰三角区域的顶角不一样(比如顶角从0°到120°之间)。为实现这种驱动方式，我们需要找出不同的等腰三角形顶点(对应着不同路径上分布的TFT阵列形状)与总体扫描角度所需之间的关系。
这种调控方式的计算可以利用如图,7中所展示的单个三角区域的偏转角度与顶角的函数关系。在这种情况下，由于我们的驱动电压为饱和工作电压，因此，每个三角区域内的液晶折射率为常数，设为ne(例如ne＝1.5,no＝1.53)。那么经过单个三角区域的偏转角度与等腰三角形顶角的函数关系为：
每条路径上经过的三角区域的个数均一致为N，那么总的偏转角度θ与等腰三角形区间顶角
的函数关系可得：
这种驱动方式下的扫描过程示意图如图11所示。
当然，本实施例仅仅是为了更好地说明本技术方案而提供一些具体的数据来进行说明，其他实施例中，也可以根据实际情况变更数据来得到相同的技术效果。
实施例6
如图12，本实施例中，我们提供第三种具体进行驱动的方法：所述步骤(2)中，将所述电极驱动面板设置上偏区域，所述上偏区域上设置有若干个锯齿形状，其中锯齿的顶点距离y轴的距离沿激光传输方向逐渐增加；
对上偏区域进行电压驱动，实现激光上偏扫描。
较优的，所述步骤(2)中，将所述电极驱动面板设置下偏区域，所述下偏区域设置为与所述上偏区域啮合的锯齿形状，并按照以下步骤实现激光扫描角度偏转：
对下偏区域进行电压驱动，实现激光下偏扫描。
本实施例中，所谓的“上偏”和“下偏”均是相对于驱动电极层的俯视图来说的，也就是将驱动电极层的俯视图与纸面平行，得到激光扫描的方向不同，从而得出“上偏”和“下偏”的方向，而将驱动电极层放置于不同的方向，可能会产生的方向不同，从而得出不同的位置，本实施例中并不对其做特殊限定。
如图12中，我们对灰色区域的TFT进行驱动，那么灰色区域下的液晶层折射率减小。因此，激光路径向上偏转。需要将激光向下偏转时，我们则可以对黄色区域的TFT阵列进行驱动，激光向下扫描。由于液晶层的有效折射率随电压的变化是一个连续的调控过程，因此，这种锯齿型状的驱动方案可以实现激光的连续扫描。
较优的，在实施例所述步骤(3)中，按照以下步骤确定激光扫描偏转角度θ、入射直边和出射直边的夹角
以及与驱动电压E的关系：
进行确定每个微偏单元偏转角度Δθ与所述入射直边和出射直边的夹角
之间的关系：
总的偏转角度θ与每个微偏单元偏转角度Δθ的函数关系为：
θ＝N×Δθ
其中，按照下列公式确定有效折射率neff与液晶分子偏转角度Φ的关系：
液晶分子偏转角度Φ与电压E的关系由以下函数关系描述：
其中，Ec为液晶盒的阈值电压，
h为液晶层的厚度，K11为液晶材料的展曲弹性系数，ε0为真空介电常数，Δε为液晶材料的介电常数；K33为液晶材料的展曲弯曲弹性系数；
neff为电极驱动区域的液晶层有效折射率，no是液晶层正性调控不加电的情况的折射率或者负性调控加电情况的最高折射率,ne是液晶层正性加电情况的最低折射率或者负性加电情况的最低折射率；Δθ为折射偏转角。
较优的，以上实施例中，我们按照以下公式，计算每一个微偏单元的位置和坐标：
其中，yn为在本坐标系中第n个微偏单元的外接圆心y坐标；
yn为在本坐标系中第n个微偏单元的外接圆心y坐标；
其中θn为第n个微偏单元将出射边与入射边相连，相交顶点与所述外接圆圆心连接的直线与Y周方向的夹角。
实施例7,
本发明在实施例7中，提供了本方案激光扫描器件的制作方法：包括以下步骤：
(1)制作激光扫描装置基底。本实施例这里的基底可以选择深度掺杂的导电Si基底，电阻率小于1cm.Ω。在标准厚度(约500um)的Si衬底上用PECVD的方法镀约2um厚SiO2的光导层薄膜(SiO2衬底52即第二层结构)。然后再镀上SiN薄膜(第一层结构51)，厚度约650nm。这样的话，基底和光导层便形成了，其他实施例中，可以采用其他有相同效果的方式形成基底。
(2)制作设于所述电极控制阵列面板表面的激光扫描电极结构；
(3)液晶封入。
进一步的所述步骤(3)中还包括以下步骤：
(31)、将PI取向剂均匀地旋涂于准备好的所述基底或光导层上；
(32)、使用UV灯进行光照射或者摩擦进行一定的初始取向；
(33)、使用含有微球的UV spacer凝胶沿所述基底或者光导层周围涂抹，留出灌口；
(34)、将所述基底或者光导层与设于所述电极控制阵列面板表面的所述激光扫描电极结构贴合，控制间隙厚度约5μm，使用UV灯光照射进行固化；
(35)、从所述灌口灌入液晶，使用凝胶进行封口固化。
本发明提供了一种有效的可以即时调控的激光偏转技术方案，可以将电极控制阵列设置成像素级别的控制，实现高精度的像素控制，从而实现多功能的，可以随时调控偏转角度的液晶激光扫描器件。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (15)
1.一种自动寻址激光扫描电极结构，其特征是：包括基底，所述基底上方设置有液晶层，所述液晶层上方设置有电极控制阵列面板，所述电极控制阵列面板上设置有若干导电的驱动电极，每个所述驱动电极的开关状态和所加电压均独立控制，每个所述驱动电极对应下的液晶层的折射率也独立控制，所述驱动电极分别连接总控制器；
还包括光导层，所述光导层包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构折射率高于所述第二层结构折射率，所述光导层上设置光栅薄膜耦合装置；
所述光导层设置于所述基底与所述液晶层之间，所述激光通过所述光栅耦合装置耦合进入所述光导层，所述激光在所述光导层中传输的过程中部分能量泄露在所述液晶层中，所以所述激光传播方向受所述液晶层控制。
2.如权利要求1所述的自动寻址激光扫描电极结构，其特征是：所述电极控制阵列面板设置为TFT阵列，所述驱动电极设置为ITO电极。
3.一种如权利要求1或2所述自动寻址激光扫描电极结构的控制方法，其特征是：所述控制方法包括以下步骤，
(1)确定激光预设传播轨迹；
(2)根据激光预设传播轨迹，确定需要驱动的所述驱动电极坐标；
(3)控制驱动电极的电压，使得进入液晶层的激光按照预设传播轨迹进行 偏转。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征是：还包括以下步骤：
(4)根据预设的激光扫描要求范围，控制所述驱动电极的坐标以及方向，进而实现预设角度范围的激光扫描。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征是：
所述步骤(1)包括以下步骤：
(11)将激光预设传播轨迹等效成至少一个圆弧，确定传播轨迹圆弧的圆心夹角θ，从而确定激光预设偏转角θ；
(12)设定坐标系，根据所述传播轨迹圆弧的曲率半径以及所述激光预设偏转角θ，确定激光预设传播轨迹的函数。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征是：步骤(12)中，建立传播方向为x轴，偏转方向为y轴的坐标系，原点为激光入射点，根据以下公式确定激光预设传播轨迹的函数：
其中，
为激光传播路径；
L为电极控制阵列面板长度；
x为激光传播路径的横轴坐标。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征是：利用若干个相同形状的微偏单元进行组合实现调控所述步骤(3)中所述激光按照预设轨迹偏转，具体包括以下步骤：
设定每个微偏单元的入射直边和出射直边的夹角
；
利用相同的设定电压控制所述微偏单元；
根据设定电压的值和夹角
计算出每个微偏单元能够调控激光偏转的角度，从而确定实现激光偏转所需要的微偏单元的数量N；
将每个微偏单元的入射边和出射边形成的三角形外接圆圆心等距地设置在所述预设激光偏转轨迹等效圆弧上，从而确定每一个微偏单元的位置和坐标。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征是：利用一定数量的相同形状的微偏单元进行组合实现调控所述步骤(3)中所述激光按照预设轨迹进行偏转，具体包括以下步骤：
设定每个微偏单元的入射直边和出射直边的夹角
；
根据所述微偏单元的数量N，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度和位置；
根据每个微偏单元应该偏转的角度，以及液晶折射率与驱动电压的关系，确定驱动电压。
9.如权利要求6所述的控制方法，其特征是：利用一定数量的相同形状的微偏单元进行组合实现所述步骤(3)中所述激光按照预设轨迹进行偏转，具体包括以下步骤：
根据所述微偏单元的数量，以及预设偏转角度，确定每个微偏单元应该偏离的角度；
设定驱动电压；
根据液晶折射率、驱动电压以及每个微偏单元应该偏离的角度，确定每个微偏单元入射直边和出射直边的夹角
。
10.如权利要求6所述的控制方法，其特征是所述步骤(3)还包括：将所述电极驱动面板设置上偏区域，所述上偏区域上设置有若干个锯齿形状，其中锯齿的顶点距离x轴的距离沿激光传输方向逐渐增加；
对上偏区域进行电压驱动，实现激光上偏扫描。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征是所述步骤(3)还包括：将所述电极驱动面板设置下偏区域，
所述下偏区域设置为与所述上偏区域啮合的锯齿形状，并按照以下步骤实现激光扫描角度偏转：
对下偏区域进行电压驱动，实现激光下偏扫描。
12.如权利要求7-9任一项所述的控制方法，其特征是：所述步骤(3)中，按照以下步骤确定激光扫描偏转角度θ、入射直边和出射直边的夹角
以及与驱动电压E的关系：
确定每个微偏单元偏转角度Δθ与所述入射直边和出射直边的夹角
之间的关系：
总的偏转角度θ与每个微偏单元偏转角度Δθ的函数关系为：
θ＝N×Δθ
其中，按照下列公式确定有效折射率neff与液晶分子偏转角度Φ的关系：
由以下函数关系确定液晶分子偏转角度Φ与电压E的关系f（Φ）：
其中，Ec为液晶盒的阈值电压，
， h为液晶层的厚度，K11为液晶材料的展曲弹性系数，
为真空介电常数，
为液晶材料的介电常数；K33为液晶材料的展曲弯曲弹性系数；
neff为电极驱动区域的液晶层有效折射率，no是液晶层正性调控不加电的情况的折射率或者负性调控加电情况的最高折射率,ne是液晶层正性加电情况的最低折射率或者负性加电情况的最低折射率；
为折射偏转角。
13.如权利要求7-9任一项所述的控制方法，其特征是：按照以下公式，计算每一个微偏单元的位置和坐标：
其中，yn为在本坐标系中第n个微偏单元的外接圆心y坐标；
其中θn为第n个微偏单元将出射边与入射边相连，相交顶点与所述外接圆圆心连接的直线与Y周方向的夹角。
14.一种如权利要求1或2所述自动寻址激光扫描电极结构的制造方法，其特征是所述制造方法包括以下步骤：
(1)制作所述基底，在所述基底上制作所述光导层；
(2)制作设于所述电极控制阵列面板表面的所述驱动电极；
(3)液晶封入。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征是：所述步骤(3)包括以下步骤：
(31)、将PI取向剂均匀地旋涂于准备好的光导层上；
(32)、使用UV灯进行光照射或者摩擦进行一定的初始取向；
(33)、使用含有微球凝胶沿所述光导层周围涂抹，留出灌口；
(34)、将所述光导层与表面设有所述驱动电极的所述电极控制阵列面板贴合，控制间隙厚度约5μm，使用UV灯光照射进行固化；
(35)、从所述灌口灌入所述液晶，使用凝胶进行封口固化。
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