自適應(yīng)液晶微透鏡的研究.pdf

1、液晶透鏡(Liquid Crystal Lens，LCL)是利用控制驅(qū)動電壓實現(xiàn)液晶層梯度折射率分布的一種自適應(yīng)透鏡。與傳統(tǒng)的固體透鏡相比，液晶透鏡具有無需機械控制裝置、超薄、焦距可變等特點。液晶微透鏡（孔徑小于1mm）陣列在自適應(yīng)成像、3D顯示以及光學(xué)鑷子等便攜式光學(xué)器件方面有重要應(yīng)用背景。而大孔徑(大于1mm)液晶微透鏡在手機、個人投影機等光電子器件也有著廣泛的應(yīng)用。
　　圓孔型液晶透鏡(Circular Hole Liqui

2、d Crystal Lens，CHLCL)在孔徑較小時，具有良好的聚焦、成像特性，隨著孔徑的增大，其透鏡效果將變差，為此，本文研究了模式控制型液晶透鏡(Modal Control Liquid Crystal Lens，MCLCL)并提出了中心點引出型液晶透鏡(Modal Control Liquid Crystal Lens with Central electrode，CMCLCL)。
　　本文在理論上對模式控制結(jié)構(gòu)液晶透鏡進

3、行模擬仿真，研究各參數(shù)對液晶透鏡的電勢分布和液晶分子指向矢分布的影響，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。通過仿真發(fā)現(xiàn)，外加電壓固定時，模式控制型液晶透鏡的電勢分布和液晶分子指向矢分布取決于施加在透鏡上的電壓頻率、鍍制在圓孔上的高阻薄膜方阻和液晶電容三個參數(shù)的共同作用。當(dāng)這三個參數(shù)的乘積相同時，圓孔表面的電勢分布和液晶分子指向矢分布相同。在模式控制型液晶透鏡中心點施加一個合適的中心電壓后，其電勢分布和相位差分布更接近于理想拋物線分布，相應(yīng)的液晶透鏡的透鏡

4、效果也會變得更好。透鏡的圓孔半徑越大，此效果越明顯。
　　在理論仿真結(jié)果指導(dǎo)下，進行了液晶透鏡的工藝制備研究，實驗上制備出不同孔徑、不同結(jié)構(gòu)的液晶透鏡。并搭建光學(xué)平臺系統(tǒng)對制備的液晶透鏡進行光學(xué)性能測試，研究透鏡的成像、干涉環(huán)、焦距等光學(xué)性能，并對不同孔徑和不同結(jié)構(gòu)的液晶透鏡的光學(xué)性能進行分析。本文制備了應(yīng)用于3D系統(tǒng)和2D/3D轉(zhuǎn)換，孔徑為229.2um、最小焦距為1.194mm且焦距可調(diào)的液晶微透鏡陣列和孔徑在2mm-4mm的

5、焦距可調(diào)且能良好成像的圓孔型液晶透鏡和模式控制型液晶透鏡。通過測試發(fā)現(xiàn)，對于孔徑相同的圓孔型液晶透鏡和模式控制型液晶透鏡，后者的成像效果更好且最佳成像所需電壓值遠(yuǎn)小于前者。
　　為研制響應(yīng)時間較快的液晶透鏡，本文初步研究了藍(lán)相液晶(Blue Phase LiquidCrystal，BPLC)透鏡。在研究藍(lán)相液晶器件基本原理的基礎(chǔ)上，制備了三種配比不同的藍(lán)相液晶，并用該材料制備藍(lán)相液晶透鏡，觀測其聚焦效果，并對結(jié)果進行分析，指出藍(lán)相