模式电极弯曲排列液晶透镜的研究

作     者：肖奇 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于涛

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：液晶透镜 弯曲排列 响应时间 模式电极 光程差 

摘      要：液晶透镜是一种焦距电控可调节的自适应微透镜,其原理主要利用液晶的双折射特性,通过改变施加的驱动电压可以调节透镜内部液晶分子指向矢排列变化从而形成梯度折射率分布,实现透镜效果。液晶透镜具有可调谐驱动电压聚焦,便携且易于集成,结构稳定紧凑等特点,因此在便携式光学器件中已经具有广泛的应用。然而随着人们对光电子器件要求的不断提高,传统液晶透镜的问题也逐渐显现,包括响应速度较慢,驱动电压较大且大孔径成像效果较差等。为此,针对传统液晶透镜的不足,本文将可频率调节透镜效果且大孔径成像效果良好的模式电极液晶透镜与液晶分子弯曲排列方式相结合,提出了一种模式电极弯曲排列液晶透镜,能够在降低驱动电压的同时提高液晶透镜的响应速度。具体研究内容如下:1.结合液晶连续体理论和模式电极液晶透镜电阻—电容等效电路分析,提出了一种简洁快速的计算方法对模式电极弯曲排列液晶透镜进行模拟仿真计算,研究了液晶透镜的电压、频率以及高阻膜的方阻值对液晶透镜光程差分布和电压分布的影响,并依据仿真结果设计了驱动电压为21 V,频率为12-20k Hz的模式电极弯曲排列液晶透镜驱动条件。2.为了减小模式电极液晶透镜光程差分布与理想抛物线光程差分布的误差,提高透镜效果,基于模式电极液晶透镜高阻薄膜方阻值在实际工艺中区域变化的可行性,通过调节透镜圆孔不同点位的方阻值,对透镜光程差分布进行模拟仿真并进行前后仿真光程差分布与理想抛物线光程差分布的对比。对比结果表明调节电阻之后的仿真光程差分布更加接近理想抛物线光程差分布,通过调节透镜圆孔方阻值分布可以使透镜效果得到提高。3.在仿真基础上进行了实验研究,制备了盒厚为23.6 μμm的模式电极平行排列液晶透镜和盒厚为24 μm的模式电极弯曲排列液晶透镜并设计了可实现电压与频率连续调节的驱动电路。利用对比测试的方式对实验制备的模式电极平行排列液晶透镜和模式电极弯曲排列液晶透镜进行光学特性研究和响应速度研究,并对实验结果进行分析。测试结果显示模式电极弯曲排列液晶透镜具有良好的成像效果,焦距可在30.3 cm到无穷远之间连续变化可调。对比于平行排列液晶透镜,弯曲排列液晶透镜的响应时间为136 ms,比平行排列液晶透镜减少368 ms。由于模式电极弯曲排列液晶透镜有效地避免了“回流效应,响应速度显著提高。