自适应液晶微透镜的研究

发布时间：2017-08-30 18:38

  本文关键词：自适应液晶微透镜的研究

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【摘要】：液晶透镜(Liquid Crystal Lens, LCL是利用控制驱动电压实现液晶层梯度折射率分布的一种自适应透镜。与传统的固体透镜相比,液晶透镜具有无需机械控制装置、超薄、焦距可变等特点。液晶微透镜(孔径小于1mm)阵列在自适应成像、3D显示以及光学镊子等便携式光学器件方面有重要应用背景。而大孔径(大于lmm)液晶微透镜在手机、个人投影机等光电子器件也有着广泛的应用。圆孔型液晶透镜(Circular Hole Liquid Crystal Lens, CHLCL)在孔径较小时,具有良好的聚焦、成像特性,随着孔径的增大,其透镜效果将变差,为此,本文研究了模式控制型液晶透镜(Modal Control Liquid Crystal Lens, MCLCL)并提出了中心点引出型液晶透镜(Modal Control Liquid Crystal Lens with Central electrode, CMCLCL)。本文在理论上对模式控制结构液晶透镜进行模拟仿真,研究各参数对液晶透镜的电势分布和液晶分子指向矢分布的影响,优化结构设计参数。通过仿真发现,外加电压固定时,模式控制型液晶透镜的电势分布和液晶分子指向矢分布取决于施加在透镜上的电压频率、镀制在圆孔上的高阻薄膜方阻和液晶电容三个参数的共同作用。当这三个参数的乘积相同时,圆孔表面的电势分布和液晶分子指向矢分布相同。在模式控制型液晶透镜中心点施加一个合适的中心电压后,其电势分布和相位差分布更接近于理想抛物线分布,相应的液晶透镜的透镜效果也会变得更好。透镜的圆孔半径越大,此效果越明显。在理论仿真结果指导下,进行了液晶透镜的工艺制备研究,实验上制备出不同孔径、不同结构的液晶透镜。并搭建光学平台系统对制备的液晶透镜进行光学性能测试,研究透镜的成像、干涉环、焦距等光学性能,并对不同孔径和不同结构的液晶透镜的光学性能进行分析。本文制备了应用于3D系统和2D/3D转换,孔径为229.2 um、最小焦距为1.194mm且焦距可调的液晶微透镜阵列和孔径在2mm-4mm的焦距可调且能良好成像的圆孔型液晶透镜和模式控制型液晶透镜。通过测试发现,对于孔径相同的圆孔型液晶透镜和模式控制型液晶透镜,后者的成像效果更好且最佳成像所需电压值远小于前者。为研制响应时间较快的液晶透镜,本文初步研究了蓝相液晶(Blue Phase Liquid Crystal, BPLC)透镜。在研究蓝相液晶器件基本原理的基础上,制备了三种配比不同的蓝相液晶,并用该材料制备蓝相液晶透镜,观测其聚焦效果,并对结果进行分析,指出蓝相液晶透镜电压高影响实用的问题。
【关键词】：自适应液晶透镜 模式控制 中心电极 蓝相液晶
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 圆孔状电极液晶透镜的发展历程8-10
• 1.2.1 圆孔型液晶透镜8-9
• 1.2.2 模式控制型液晶透镜9
• 1.2.3 中心点引出型液晶透镜9-10
• 1.3 自适应液晶透镜的应用10-12
• 1.3.1 液晶透镜在自适应光学中的应用10-11
• 1.3.2 液晶透镜在光耦合中的应用11-12
• 1.3.3 液晶透镜在三维显示中的应用12
• 1.4 论文研究内容及章节安排12-14
• 第二章 模式控制型液晶透镜的模拟仿真14-28
• 2.1 液晶透镜圆孔表面的电压分布仿真15-16
• 2.2 液晶分子指向矢的计算16-20
• 2.3 仿真结果与分析20-26
• 2.3.1 频率对电势和相位差分布的影响20-21
• 2.3.2 薄膜方阻对电势分布的影响21-22
• 2.3.3 圆孔半径对电势分布的影响22-23
• 2.3.4 各参数对电势分布的共同作用23-24
• 2.3.5 中心点引出型液晶透镜的仿真24-26
• 2.4 仿真结果总结26-28
• 第三章 液晶透镜的制备28-38
• 3.1 圆孔图案的蚀刻工艺28-30
• 3.1.1 清洗ITO玻璃28-29
• 3.1.2 光刻干膜热压29-30
• 3.1.3 曝光显影30
• 3.1.4 图案刻蚀30
• 3.1.5 去除蓝膜30
• 3.2 高阻薄膜的镀制30-34
• 3.2.1 溅射功率对薄膜方阻和透过率的影响31-32
• 3.2.2 溅射时旬对薄膜方阻和透过率的影响32-33
• 3.2.3 溅射气压对薄膜方阻和透过率的影响33-34
• 3.2.4 实验结论34
• 3.3 液晶透镜的封装34-36
• 3.3.1 旋涂取向剂34
• 3.3.2 摩擦取向34-35
• 3.3.3 灌晶封盒35-36
• 3.4 总结36-38
• 第四章 液晶透镜的光学测试及结果分析38-52
• 4.1 测试光路38-40
• 4.1.1 液晶透镜成像性能和焦距的测试光路38
• 4.1.2 液晶透镜的干涉环观测光路38-39
• 4.1.3 透镜阵列干涉环的测试方法39-40
• 4.2 液晶微透镜阵列的测试40-41
• 4.3 圆孔型液晶透镜和模式控制型液晶透镜的光学测试41-48
• 4.3.1 圆孔型液晶透镜的光学测试41-44
• 4.3.2 模式控制型液晶透镜的成像测试44-47
• 4.3.3 圆孔型液晶透镜和模式控制型液晶透镜的测试总结47-48
• 4.4 中心点引出型液晶透镜的光学成像测试48-52
• 第五章 聚合物稳定蓝相液晶的原理、制备及测试52-58
• 5.1 蓝相液晶的原理52-55
• 5.1.1 蓝相液晶的结构模型52-53
• 5.1.2 克尔效应53-54
• 5.1.3 中心引出蓝相液晶透镜结构54-55
• 5.1.4 蓝相液晶的优势55
• 5.2 PSBPLC的制备55-56
• 5.3 中心点引出蓝相液晶透镜的制备、测试及结果分析56-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-62
• 参考文献62-66
• 作者简介66

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本文编号：760958