電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于液晶透鏡技術領域，更具體地，涉及一種電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著液晶在顯示器領域廣泛的應用，各國研究人員發(fā)現(xiàn)液晶材料是一種良好的光電材料，尤其易受到外界條件影響導致介電常數(shù)、折射率發(fā)生改變，在一定條件下可以在平面液晶層形成梯度折射率分布。研究人員利用該特點研制出基于液晶的自適應微透鏡，該透鏡不僅具有梯度折射率透鏡的特點，而且還具有電控調節(jié)焦距的特點，是性能突出、急切需要發(fā)展的新型光學成像元件。
[0003]目前，已經(jīng)研制出利用單個圓孔電極進行調焦和擺焦的液晶微透鏡，而當今微光學器件越來越體現(xiàn)出微型化、陣列化、集成化和智能化的特征，為了充分利用光信息的并行特性，也要求采用規(guī)則排列的、密集的微透鏡陣列，以達到對光信息進行傳輸和變換的目的。隨著半導體微加工技術的迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)能夠使用紫外，離子束等先進光刻技術制作出微米及納米數(shù)量級的單元液晶微透鏡，制作大規(guī)模的陣列化液晶微透鏡已不存在技術問題，使得液晶光學元件向著微型和集成化方向發(fā)展。陣列化結構與單單元結構相比有以下特性:
[0004]1)并行性:整個陣列由在水平方向和垂直方向上均勻分布的單個圓孔單元構成，每個單元互補干擾且可獨立地實現(xiàn)光學傳輸功能，光學并行性是各單元所固有的特性，稱為成像并行性。陣列中的每個單元都具有這種特性，并且各單元之間還存在元間并行性即存在二維的并行微光路，它們能夠對每個微光路分別進行相應的光傳輸、變換和成像。
[0005]2)非線性:對于單個圓孔的液晶微透鏡，其對光信息的處理相當于對入射光進行線性變換的一個光學傳遞函數(shù)，滿足系統(tǒng)的線性不變性。但在陣列結構中，各單元的光信息可以相互疊加使輸入和輸出之間不再保持相似性，改變了單單元的線性不變性。
[0006]3)維數(shù)變化:陣列結構中的每個單元都是一個維數(shù)不變子系統(tǒng)，二維的圖像信息通過單元結構處理轉換后依然是二維的圖像信息，但是如果經(jīng)過陣列元件的處理轉換后，像空間的維數(shù)就有可能發(fā)生改變，如ηXη維的信息經(jīng)過ηXη的陣列變換后可能變?yōu)棣?Χη2維的信息，維數(shù)是原來的η2倍。
[0007]4)非獨立性:對于陣列結構中的每個單元而言，其光路對光學信息的傳輸和變換是相當獨立的，彼此間沒有任何干擾。但對整個陣列結構來說，雖然各單元的光信息處理是獨立的，但各陣列間的線性關系已不存在，不同陣列單元之間的光信息由于疊加和相關，所以不再保持獨立性。
[0008]基于單圓孔可調焦擺焦液晶微透鏡結構以及微透鏡陣列的設計思想提出了電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的結構。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術的改進需求，本發(fā)明提供了電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列，其目的在于解決現(xiàn)有的液晶微透鏡技術中存在的圓孔陣列液晶微透鏡各單元不能擺焦給實際應用帶來的困難。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電控可調焦擺焦的微透鏡面陣列，包括上玻璃襯底、PI定向層、上玻璃襯底ΙΤ0透明上電極、液晶層、多個玻璃間隔子以及下玻璃襯底Ι??透明下電極，上玻璃襯底反面的ΙΤ0透明電極分別為四個層疊的面陣式子電極，四個子電極圖案為均勻對稱分布的條形陣列，各層之間用二氧化硅薄層隔開，下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極為平板電極，PI定向層是鍍在上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極和下玻璃襯底ΙΤ0透明下電極上，上玻璃襯底和下玻璃襯底是上下設置，且液晶層灌注在上玻璃襯底和下玻璃襯底之間，玻璃間隔子是設置在上玻璃襯底和下玻璃襯底之間，且位于二者的邊緣處。
[0011]優(yōu)選地，上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極的四個面陣式子電極圖案為均勻對稱分布的條形陣列，由四個條形所組成的圓孔直徑為100微米。
[0012]優(yōu)選地，上玻璃襯底的ΙΤ0透明的四層子電極被二氧化硅層相互分割開，二氧化硅層厚度為20-30納米。
[0013]優(yōu)選地，下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極的為平板電極。
[0014]優(yōu)選地，上玻璃襯底和下玻璃襯底被玻璃間隔子分割開并且保持嚴格平行。
[0015]優(yōu)選地，上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極的定向層摩擦方向與下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極的定向層摩擦方向反向平行。
[0016]優(yōu)選地，液晶層為向列型液晶。
[0017]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0018]1、驅動電壓低，由于本發(fā)明所采用的兩層ΙΤ0透明電極直接緊靠液晶層，使電極上的電壓直接作用于液晶，使驅動電壓的幅值得以降低。
[0019]2、由于本發(fā)明采用了新型的圖案電極，上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極的四層子電極分別與電源相連，可以單獨對四層子電極進行控制，當對四層子電極施加相同電壓幅值時可以實現(xiàn)圓孔液晶微透鏡陣列的功能，即沿光軸方向的調焦功能，如果對四層子電極的電壓幅值單獨控制時就可以實現(xiàn)微透鏡陣列在焦平面的擺焦功能。
[0020]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制備電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的方法，旨在解決現(xiàn)有技術中尚不存在的制備電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的技術問題。
[0021]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制備電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的方法，包括以下步驟:
[0022](1)清洗過程:依次采用丙酮、酒精和去離子水溶劑對ΙΤ0玻璃襯底進行超聲清洗并烘干；
[0023](2)涂膠過程:在干燥后的ΙΤ0玻璃襯底的反面上用勻膠機涂覆正性光刻膠并烘干5至20分鐘；
[0024](3)單面光刻過程:將光刻模板蓋在玻璃襯底的正面，用光刻機的紫外光進行光刻10至20秒。
[0025](4)顯影過程:用顯影液溶掉ΙΤ0玻璃襯底上感光部分的光刻膠，留下未感光部分，顯影時間為90至120秒，然后用去離子水沖洗并烘干2至5分鐘。
[0026](5)腐蝕過程:用HCL溶液把ΙΤ0玻璃襯底上未受光刻膠保護的ΙΤ0膜腐蝕掉，而將有光刻膠保護的ΙΤ0膜保存下來，最終分別形成玻璃襯底的ΙΤ0透明電極；
[0027](6)清洗過程:用丙酮和去離子水對腐蝕后的玻璃襯底的ΙΤ0透明電極進行清洗并烘干；
[0028](7)涂覆二氧化硅層過程:在烘干后的玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極上涂覆20-30納米厚的二氧化硅層，清洗后烘干。
[0029](8)鍍ΙΤ0透明電極層過程:在烘干后的二氧化硅層上鍍450-650納米厚的ΙΤ0透明電極層。
[0030](9)重復⑴至⑶過程，在上玻璃襯底上制作四層被分隔開的ΙΤ0透明子電極，光刻過程要在光學顯微鏡下完成并保證四層子電極嚴格同軸形成圓孔陣列，并用相同方法制作下玻璃襯底ΙΤ0透明平板電極。
[0031](10)涂覆定向層過程:用勻膠機在上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極和下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極上涂覆PI定向層；
[0032](11)烘干過程:把涂覆了 PI定向層的上下ΙΤ0玻璃襯底放入退火爐中進行退火固化處理；
[0033](12)摩擦過程:用絨布沿平行于上下ΙΤ0玻璃襯底邊緣的方向摩擦PI定向層，形成取向層；
[0034](13)灌注過程:將玻璃間隔子摻入上下ΙΤ0玻璃襯底之間，且位于二者的邊緣處，用UV膠封住上下ΙΤ0玻璃襯底的左右兩側，通過滲透法灌注向列型液晶在二者之間；
[0035](14)封裝過程:UV膠封住上下ΙΤ0玻璃襯底的上下兩側并烘干。
[0036]優(yōu)選地，上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極具有四層子電極，四層子電極層疊在一起形成圓孔陣列，下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極為平板電極，上玻璃襯底與下玻璃襯底由用玻璃間隔子割開并且保持嚴格平行。
[0037]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0038]1、由于采用了步驟⑴至步驟(9)，可以得到設計所需要的ΙΤ0透明圖案電極，四層子電極都可以單獨控制，使陣列中的每一個圓孔電極都可以實現(xiàn)同步調焦擺焦功能。
[0039]2、由于采用了步驟(12)，可以液晶層的表面液晶分子呈反向平行排列，達到強錨定的效果。
[0040]3、由于采用步驟(13)中的玻璃間隔子，可以使上下玻璃襯底隔開并保持平行，通過使用不同直徑的玻璃間隔子可以調節(jié)液晶盒的厚度，從而達到調節(jié)液晶微透鏡響應時間的作用。
【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明的電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的結構剖面圖。
[0042]圖2是本發(fā)明的上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極的俯視圖。
[0043]圖3是圖2中上玻璃襯底的ΙΤ0透明子電極①的俯視圖。
[0044]圖4是本發(fā)明的上玻璃襯底的四個ΙΤ0透明子電極的立體圖。
[0045]圖5是本發(fā)明的電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列結構立體圖。
[0046]圖6是本發(fā)明制備電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列的方法流程圖。
[0047]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0048]1-下玻璃襯底；2_上玻璃襯底；3_下玻璃襯底的ΙΤ0透明下電極；4_上玻璃襯底的ΙΤ0透明上電極；5-PI (polyimide)定向層；6_液晶分子；7_液晶層；8_ 二氧化硅層；9-玻璃間隔子。
【具體實施方式】
[0049]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0050]如圖1至6所示，本發(fā)明電控可調焦擺焦液晶微透鏡陣列包括下玻璃襯底1、上玻璃襯底2