CN212586674U - 液晶盒及空间光调制器和空间光调制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液晶盒及空间光调制器和空间光调制系统，包括下玻璃基片和上玻璃基片，下玻璃基片的上表面镀有银膜层，上玻璃基片的下表面设置有ITO透明电极层，ITO透明电极层的下表面设置有液晶配向层，液晶配向层的配向方向与ITO透明电极层的电极条纹方向垂直；液晶配向层的下表面和银膜层的上表面之间固定有支架层，支架层、液晶配向层和银膜层共同围成了液晶填充空间，液晶填充空间填充有液晶层，ITO透明电极层与银膜层之间连接信号发生器。同时，该液晶盒及空间光调制器和空间光调制系统应用于空间光调制系统中，采用等离子体共振和液晶光栅相结合滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光。

Description

液晶盒及空间光调制器和空间光调制系统

技术领域

本实用新型涉及一种液晶盒，同时还涉及该液晶盒的制作方法，同时还涉及使用该液晶盒制作的空间光调制器和空间光调制系统。

背景技术

空间光调制器(spatial light modulator，SLM)因其具有光学调制特性好、功耗低、响应速度快、体积小等优点，也成为代替传统的全息干板实现全息图案动态显示的主要方式。但其显示方式由于均采用空间传播的激光进行照明，零级衍射(直接透射或反射的直流项)往往占据了很大一部分的能量，并且与所要显示的图像位于混在一起，使得显示的图像变得昏暗、模糊，严重降低成像质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是：提供一种液晶盒，该液晶盒采用等离子体共振和液晶光栅相结合滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光。

本实用新型所要解决的第二个技术问题是：提供一种使用该液晶盒的空间光调制器，该空间光调制器可以将偏振光全反射后并产生等离子体共振，然后通过液晶盒的液晶光栅就能滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光。

本实用新型所要解决的第三个技术问题是：提供一种空间光调制系统，该空间光调制系统可以先将激光器产生的激光进行空间滤波后在通过线偏振片形成满足空间光调制器的偏振光，然后利用该空间光调制器滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光。

为解决上述第一个技术问题，本实用新型的技术方案是：一种液晶盒，所述液晶盒包括下玻璃基片和上玻璃基片，所述下玻璃基片的上表面镀有银膜层，所述上玻璃基片的下表面设置有ITO透明电极层，所述ITO透明电极层的下表面设置有液晶配向层，所述液晶配向层的配向方向与ITO透明电极层的电极条纹方向垂直；所述液晶配向层的下表面和银膜层的上表面之间固定有支架层，所述支架层、液晶配向层和银膜层共同围成了液晶填充空间，所述液晶填充空间填充有液晶层，所述ITO 透明电极层与银膜层之间连接信号发生器。

作为一种优选的方案，所述支架层包括设置于液晶配向层的下表面和银膜层的上表面的若干个PS微球间隔子，该PS微球间隔子之间的空间构成了所述液晶填充空间。

作为一种优选的方案，所述银膜层的厚度为100nm-120nm，所述PS 微球间隔子的直径为243-511nm，所述液晶层中填充的液晶为E7液晶。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该液晶盒的下玻璃基片上设置了银膜层，这样，当光线照射在银膜层上就会在银膜层和下玻璃基片的界面产生倏逝波，该倏逝波与SPPs发生共振，从而激发 SPPs，实现了等离子体共振，然后再通过已经配向的液晶的光栅作用滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光。

为解决上述第二个技术问题，本实用新型的技术方案是：一种等离子体空间光调制器，该空间光调制器包括倒置等腰梯形的反射棱镜和所述的液晶盒，所述反射棱镜的长边的上方设置折射率匹配层，折射率匹配层的上方粘结所述液晶盒的下层玻璃基片。

其中优选的，所述反射棱镜的两锐角为69.8±1°。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：由于该空间光调制器倒置等腰梯形的反射棱镜和所述的液晶盒，这样，该反射棱镜可以使偏振光产生全反射，从而有利于在下层玻璃基片与银膜层产生倏逝波而发生等离子体共振。这样讲液晶盒的液晶光栅和等离子体共振相结合，就可以有效的滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光，提高了空间光调制器的光束质量，为全息成像提供动态记录的参考光。

为解决上述第三个技术问题，本实用新型的技术方案是：一种空间光调制系统，所述空间光调制系统包括：激光器、空间滤波镜组、线偏振片和所述的一种等离子体空间光调制器，所述空间滤波镜组设置于激光器的发光测，所述线偏振片设置于空间滤波镜组的光路下游，所述激光器产生个激光通过线偏振片后的入射光线与反射棱镜的其中一条腰垂直，且该入射光线与法线构成的入射角大于下玻璃基片的全反射临界角。

作为一种优选的方案，所述空间滤波镜组包括聚焦镜、孔板和扩束镜、所述聚焦镜、孔板和扩束镜按照光路方向依次设置，所述孔板上设置有透光孔。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该空间光调制系统通过激光器产生激光，然后先通过空间滤波镜组进行滤波，再通过线偏振片把非线偏振光转变为线偏光，然后，入射光进入反射棱镜并在下玻璃基片和银膜层接触的表面形成SPPs共振状态，液晶盒的ITO透明电极层和银膜层各引接出一个电极接入到信号发生器，通过信号发生器给液晶盒加载电压，从而使液晶盒形成液晶光栅，该液晶盒满足了布拉格透射衍射光栅，常规的空间光调制器使用时，线偏振光入射时：透射光有±1和0级衍射光；入射光为左旋圆偏光，透射光只有+1和0级光；入射光为右旋圆偏光，透射光只有-1和0级光。而本实用新型方案中SPPs 共振可以分离显示图像和零级透射光，经过spps共振和液晶光栅，线偏振光入射时，透射光只有±1级次的衍射光；入射光为左旋圆偏光，透射光只有+1级光；入射光为右旋圆偏光，透射光只有-1级光。这样就提高了光束的质量。

另外本实用新型公开了一种液晶盒的制作方法，该制作方法用于成型上述的液晶盒，包括以下步骤：

S1、采用磁控溅射法在上玻璃基片的下表面镀上ITO膜，采用干涉曝光法和离子刻蚀法将ITO膜刻蚀成相应周期的ITO透明电极层，周期为235-915nm之间；

S2、采用磁控溅射镀膜法在下玻璃基片的上表面镀制银膜层；

S3、对ITO透明电极层的表面进行清洁,先普通擦拭清洁，再氧离子清洗18-25min；

S4、在ITO透明电极层的表面旋涂配向液形成液晶配向层；

S5、选择直径为243-511nm的ps微球间隔子液体喷洒在ITO透明电极层和液晶配向层的表面，然后将镀有银膜的下玻璃基片盖在ps微球上，银膜层和ITO透明电极层相对设置，利用环氧树脂胶将上玻璃基片和下玻璃基片的周围密封并预留两个对称的液晶灌装口，用手指轻轻压紧，直至从上玻璃基片表面观察到无条纹为止，加热固化环氧树脂；

S6、使用波长为450nm的紫外激光器对液晶配向层进行曝光，将ITO 透明电极的方向调整和紫外激光器的线偏振方向垂直的方向；

S7、将装有E7液晶的培养皿在加热台上加热到114℃-116℃，将液晶盒的一个预留口浸在液晶中，利用液晶盒的液体毛细作用将E7液晶灌装在液晶填充空间，当液晶填充空间完全灌满液晶后，将液晶盒放在加热台上继续保持在114℃-116℃下加热3-4min，然后将加热台温度调整到85℃-95℃，让液晶盒在加热台保持3-4min后，用环氧树脂胶封住灌装口。

其中优选的，所述步骤S4中的旋涂配向液的方法包括以下方式：

将1％质量百分比的BY溶解在99％质量百分比的DMF溶液中形成 BY配向液，然后进行旋涂工艺，其中上玻璃基片放置在一个旋转台上，B Y配向液从ITO透明电极的中心喷淋，上玻璃基片先按照800rpm的转速下持续10s，然后在按照1500rpm的转速持续40s，而后在90℃的环境下预烘30分钟形成液晶配向层；

其中优选的，所述步骤S7中E7液晶灌装在液晶填充空间的方式还可以采用以下步骤替代：

将液晶盒的其中一个灌装口封堵，然后将液晶盒放入到一个真空腔内，真空腔上设置有进气管和抽气管，抽气管与真空泵连通，进气管上设置有进气阀，打开真空泵持续抽真空，使液晶盒的液晶填充空间内的空气抽出，然后往真空腔内灌入液晶并使液晶盒的另一个灌装口浸没在液晶液面下；然后停止抽真空并不完全打开进气阀，真空腔与外界气压连通将液晶压入到液晶填充空间内，待液晶填充空间内灌装了80％的液晶后，完全打开进气阀使液晶填充空间完全灌装满后，翻转液晶盒，用环氧树脂胶封装两个灌装口后液晶灌装完毕，利用该真空灌装方式可以使液晶的灌装时间缩短，并且灌装的效果和均匀性提高。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该制作方法可以制作出符合要求滤光要求的液晶盒，通过该制作方法可以根据滤波需要，通过镀膜、干涉曝光法和离子刻蚀法成型ITO透明电极层，同时还形成了银膜层后对液晶进行了配向，将ITO透明电极的方向调整和紫外激光器的线偏振方向垂直的方向；这样灌装液晶后，液晶的长轴会和ITO透明电极保持相同的方向。这样该液晶盒就可以将等离子体共振和液晶光栅相结合，有效的滤除0级衍射光，输出±1级次的衍射光，提高了空间光调制器的光束质量，为全息成像提供动态记录的参考光。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3的结构示意图；

图4是本实用新型实施例4的结构示意图；

附图中：1.液晶盒；101.下玻璃基片；102.银膜层；103.支架层；104. 液晶填充空间；105.液晶配向层；106.ITO透明电极层；107.上玻璃基片； 108.信号发生器；109.环氧树脂固定层；2.反射棱镜；3.激光器；4.聚焦镜；5.孔板；6.扩束镜；7.线偏振片；8.真空腔；81.抽气管；82.进气管；83.液晶加入管；84.排气阀；85.进气阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种液晶盒1，所述液晶盒1包括下玻璃基片101和上玻璃基片107，其中，上玻璃基片107的玻璃材料在633nm波长光的折射率为1.756，并且具有良好的透光性。下玻璃基片101的折射率为 1.8；

所述下玻璃基片101的上表面镀有银膜层102，所述银膜层102的厚度为100nm-120nm，优选的，该银膜层102的厚度为100nm；

所述上玻璃基片107的下表面设置有ITO透明电极层106，所述ITO 透明电极层106的下表面设置有液晶配向层105，所述液晶配向层105 的配向方向与ITO透明电极层106的电极条纹方向垂直；而灌入液晶后，液晶分子就会按照液晶配向层105的方向排列，配向的方向和线偏振的方向垂直。

所述液晶配向层105的下表面和银膜层102的上表面之间固定有支架层103，所述支架层103、液晶配向层105和银膜层102共同围成了液晶填充空间104，所述支架层103包括设置于液晶配向层105的下表面和银膜层102的上表面的若干个PS微球间隔子，该PS微球间隔子之间的空间构成了所述液晶填充空间104。PS微球间隔子的直径选为 243-511nm；确保上下两层玻璃片组成的间隙满足所需要求和较好的均匀性。所述液晶填充空间104填充有液晶层，所述液晶层中填充的液晶为E7液晶。该E7液晶是目前市面上的一种液晶型号，可以市购所得。所述ITO透明电极层106与银膜层102之间连接信号发生器108。通过对上层ITO电极和下层银膜加载电压，液晶分子受到电场的作用发生偏转，形成了以ITO透明电极层106为周期的液晶光栅。

实施例2

如图2所示，本实用新型实施例公开了一种等离子体空间光调制器，该空间光调制器包括倒置等腰梯形的反射棱镜2和所述的液晶盒1，所述反射棱镜2的长边的上方设置折射率匹配层，折射率匹配层的上方粘结所述液晶盒1的下层玻璃基片。其中，反射棱镜2采用等腰梯形，棱镜采用折射率为1.8的玻璃制成，两锐角为69.8±1°，入射光线从梯形腰上垂直入射，入射光线和法线构成69.8°的入射角，大于下玻璃基片 101的全反射临界角的角度，入射光线经过反射棱镜2后会进入到折射率匹配层，折射率匹配层进行折射率匹配，使入射光线直线射入到下玻璃基片101与银膜层102，银膜层102和下玻璃基片101之间产生倏逝波，该倏逝波与SPPs发生共振，从而激发SPPs，同时反射光线以同样角度射出棱镜。

液晶盒1分别从ITO透明电极层106和银膜层102上各引接出一个电极，接入到信号发生器108，通过信号发生器108给液晶盒1加载电压，从而使液晶盒1形成液晶光栅。由于液晶盒1的结构满足布拉格透射衍射光栅，SPPs可以分离显示图像和零级透射光，经过spps共振和液晶光栅，线偏振光入射时，透射光只有±1级次的衍射光；入射光为左旋圆偏光，透射光只有+1级光；入射光为右旋圆偏光，透射光只有-1 级光。

实施例3

如图3所示，本实用新型还公开了一种空间光调制系统，所述空间光调制系统包括：激光器3、空间滤波镜组、线偏振片7和上述的一种等离子体空间光调制器，所述空间滤波镜组设置于激光器3的发光测，所述线偏振片7设置于空间滤波镜组的光路下游，所述激光器3产生个激光通过线偏振片7后的入射光线与反射棱镜2的其中一条腰垂直，且该入射光线与法线构成的入射角大于下玻璃基片101的全反射临界角。

其中本实施例中，所述空间滤波镜组包括聚焦镜4、孔板5和扩束镜6、所述聚焦镜4、孔板5和扩束镜6按照光路方向依次设置，所述孔板5上设置有透光孔。激光器3采用波长为633nm的He-Ne激光器 3。

波长为633nm的He-Ne激光经过聚焦镜4聚焦后从孔板5的透光孔穿过，然后再通过扩束镜6，从而实现一定程度的滤波，然后光线经过线偏振片7把非线偏振光转变为线偏光，从而在下玻璃基片101和银膜层102之间形成SPPs共振状态。该空间光调制系统可以实现线偏振管的滤波，滤处0级的的衍射光，从而提高光束的输出±1级次的衍射光，为全息成像提供动态记录的参考光，提高了空间光调制器的光束质量。

实施例4

如图4所示，一种液晶盒1的制作方法，该制作方法用于制作实施例1中的液晶盒1，包括以下步骤：

S1、采用磁控溅射法在上玻璃基片107的下表面镀上ITO膜，采用干涉曝光法和离子刻蚀法将ITO膜刻蚀成相应周期的ITO透明电极层 106，周期为235-915nm之间；其中磁控溅射法、干涉曝光法和离子刻蚀法均为目前常规的工艺。

S2、采用磁控溅射镀膜法在下玻璃基片101的上表面镀制银膜层102

S3、对ITO透明电极层106的表面进行清洁,先普通擦拭清洁，再氧离子清洗18-25min；通过上述清洁步骤，可以更好的进行下一步的配向液的涂覆。

S4、在ITO透明电极层106的表面旋涂配向液形成液晶配向层105；

所述步骤S4中的旋涂配向液的方法包括以下方式：

将1％质量百分比的BY溶解在99％质量百分比的DMF溶液中形成 BY配向液，其中BY为brilliant yellow，而DMF为二甲基甲酰胺，然后进行旋涂工艺，其中上玻璃基片107放置在一个旋转台上，B Y配向液从ITO透明电极的中心喷淋，上玻璃基片107先按照800rpm的转速下持续10s，然后在按照1500rpm的转速持续40s，而后在90℃的环境下预烘30分钟形成液晶配向层105；

S5、选择直径为243-511nm的ps微球间隔子液体喷洒在ITO透明电极层106和液晶配向层105的表面，然后将镀有银膜的下玻璃基片101 盖在ps微球上，银膜层102和ITO透明电极层106相对设置，利用环氧树脂胶将上玻璃基片107和下玻璃基片101的周围密封并预留两个对称的液晶灌装口，用手指轻轻压紧，直至从上玻璃基片107表面观察到无条纹为止，加热固化环氧树脂，形成环氧树脂固定层109；

S6、使用波长为450nm的紫外激光器3对液晶配向层105进行曝光，将ITO透明电极的方向调整和紫外激光器3的线偏振方向垂直的方向；，这样灌装液晶后，液晶的长轴会和ITO透明电极层106保持相同的方向。

S7、将装有E7液晶的培养皿在加热台上加热到114℃-116℃，优选的为115℃，将液晶盒1的一个预留口浸在液晶中，利用液晶盒1的液体毛细作用将E7液晶灌装在液晶填充空间104，当液晶填充空间104 完全灌满液晶后，将液晶盒1放在加热台上继续保持在114℃-116℃下加热3-4min，优选的为115℃，加热时间优选为3min，然后将加热台温度调整到85℃-95℃，优选的为90℃，让液晶盒1在加热台保持3-4min 后，加热时间优选为3min，用环氧树脂胶封住灌装口。

其中，所述步骤S7中E7液晶灌装在液晶填充空间104的方式还可以采用以下步骤替代：

将液晶盒1的其中一个灌装口封堵，然后将液晶盒1放入到一个真空腔8内，真空腔8上设置有进气管82和抽气管81，抽气管81与真空泵连通，抽气管81上设置了排气阀84，进气管82上设置有进气阀85，打开真空泵持续抽真空，使液晶盒1的液晶填充空间104内的空气抽出，然后从液晶加入管83往真空腔8内灌入液晶并使液晶盒1的另一个灌装口浸没在液晶液面下；然后停止抽真空并不完全打开进气阀85，真空腔8与外界气压连通将液晶压入到液晶填充空间104内，待液晶填充空间104内灌装了80％的液晶后，完全打开进气阀85使液晶填充空间104 完全灌装满后，翻转液晶盒1，用环氧树脂胶封装两个灌装口后液晶灌装完毕。

实用新型范围的限定，在不脱离本实用新型设计精神的基础上，对本实用新型技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种液晶盒，其特征在于：所述液晶盒包括下玻璃基片和上玻璃基片，所述下玻璃基片的上表面镀有银膜层，所述上玻璃基片的下表面设置有ITO透明电极层，所述ITO透明电极层的下表面设置有液晶配向层，所述液晶配向层的配向方向与ITO透明电极层的电极条纹方向垂直；所述液晶配向层的下表面和银膜层的上表面之间固定有支架层，所述支架层、液晶配向层和银膜层共同围成了液晶填充空间，所述液晶填充空间填充有液晶层，所述ITO透明电极层与银膜层之间连接信号发生器。

2.如权利要求1所述的一种液晶盒，其特征在于：所述支架层包括设置于液晶配向层的下表面和银膜层的上表面的若干个PS微球间隔子，该PS微球间隔子之间的空间构成了所述液晶填充空间。

3.如权利要求2所述的一种液晶盒，其特征在于：所述银膜层的厚度为100nm-120nm，所述PS微球间隔子的直径为243-511nm，所述液晶层中填充的液晶为E7液晶。

4.一种等离子体空间光调制器，其特征在于：该空间光调制器包括倒置等腰梯形的反射棱镜和如权利要求1所述的液晶盒，所述反射棱镜的长边的上方设置折射率匹配层，折射率匹配层的上方粘结所述液晶盒的下层玻璃基片。

5.如权利要求4所述的一种等离子体空间光调制器，其特征在于：所述反射棱镜的两锐角为69.8±1°。

6.一种空间光调制系统，其特征在于：所述空间光调制系统包括：激光器、空间滤波镜组、线偏振片和如权利要求4中的一种等离子体空间光调制器，所述空间滤波镜组设置于激光器的发光测，所述线偏振片设置于空间滤波镜组的光路下游，所述激光器产生的激光通过线偏振片后的入射光线与反射棱镜的其中一条腰垂直，且该入射光线与法线构成的入射角大于下玻璃基片的全反射临界角。

7.如权利要求6所述的一种空间光调制系统，其特征在于：所述空间滤波镜组包括聚焦镜、孔板和扩束镜、所述聚焦镜、孔板和扩束镜按照光路方向依次设置，所述孔板上设置有透光孔。

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