一种光学器件、光学器件的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种光学器件、光学器件的制备方法及其应用。光学器件包括相对设置的第一基板、第二基板及位于第一基板和第二基板之间的液晶与聚合物混合层；液晶分子自组装形成环面焦锥畴阵列；液晶与聚合物混合层形成聚合物稳定的液晶微透镜阵列。本发明专利技术将功能性聚合物网络引入到近晶相中，使得形成的环面焦锥畴微透镜阵列可以稳定存在于整个向列相温度范围内，结合向列相液晶对外场的良好响应性，可实现其焦距的灵活调节与开关切换功能，克服了近晶相下不可电调的特性。本发明专利技术公开的聚合物稳定液晶微透镜阵列基于自组装方式形成，相比于现有其他技术，其制备工艺简单，简化了液晶微透镜阵列的制作流程，同时大大降低了微透镜器件成本。件成本。件成本。

【技术实现步骤摘要】
一种光学器件、光学器件的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光学器件
，尤其涉及一种光学器件、光学器件的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]与电子学的发展类似，光子学正朝着小型化和集成化的方向发展，以实现功能的进一步增强。
[0003]其中，微透镜阵列是一种由微米至毫米量级通光孔径及浮雕深度的透镜所组成的阵列化光学元件，具有体积小、重量轻和集成化等优点，在集成光学中发挥着重要作用。动态可调谐微透镜阵列是一个典型的例子，通常对外界刺激有较好的响应，因此它的焦距和偏振可以灵活调节。人们提出了各种方法来制造这种微透镜阵列，包括液滴的电润湿，聚合物材料的机械驱动和响应性水凝胶。然而，这些方法并非没有缺点，因为它们需要昂贵的设备和多个耗时的制造步骤。近年来，由液晶通过自组装方式制成的微透镜阵列已经引起了越来越多的关注，由于其工艺简单、成本低，并为大面积图案化的实现提供了可能性，已被广泛应用于图像处理、波前校正和可切换2D/3D显示。其中，由近晶A相发展而来的环曲面焦锥畴因其易于自组装、能够产生液晶微透镜阵列以及良好的成像性能，已成为设计液晶微透镜阵列的潜在候选材料。然而，由于近晶相液晶高度有序的分子排列，使得它们具有强大的分子间相互作用和恒定的液晶层间距，这也赋予了环曲面焦锥畴结构外场不可逆性，并进一步阻止其焦距的动态可调性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种光学器件、光学器件的制备方法及其应用，该光学器件可以克服近晶相环曲面焦锥畴制成的微透镜阵列本身不可调谐性的不足，实现焦距能够大范围电控调谐的液晶微透镜阵列。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种光学器件，包括：
[0006]相对设置的第一基板、第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶与聚合物混合层，所述液晶与聚合物混合层包括液晶分子和聚合物分子；
[0007]所述第一基板的一侧设置有第一电极层，所述第一基板靠近所述第二基板的一侧设置有第一取向层，所述第一取向层用于使相邻的液晶分子垂直于所述第一取向层表面排布；
[0008]所述第二基板的一侧设置有第二电极层，所述第二基板靠近所述第一基板的一侧设置有第二取向层，所述第二取向层包括预设的平面排布的取向图案，所述取向图案用于使相邻的液晶分子具有与所述取向图案一致的排布方式；
[0009]在所述第一取向层和所述第二取向层的共同作用下，所述液晶与聚合物混合层中的液晶分子自组装形成环面焦锥畴阵列；
[0010]所述液晶与聚合物混合层形成聚合物稳定的液晶微透镜阵列。
[0011]可选的，所述第一电极层位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧或所述第一基板和所述第一取向层之间；
[0012]所述第二电极层位于所述第二基板远离所述第一基板的一侧或所述第二基板和所述第二取向层之间。
[0013]可选的，所述液晶与聚合物混合层包括具有近晶相和向列相的液晶材料、聚合物单体和光引发剂。
[0014]可选的，所述液晶与聚合物混合层还包括向列相的液晶材料。
[0015]可选的，所述取向图案包括多个阵列排布的方形控制图形；
[0016]所述方形控制图形的分子指向矢由中心到边界呈径向放射状分布，所述方形控制图形的中心为+1拓扑奇点，相邻四个所述方形控制图形的交界点处形成
‑
1拓扑奇点，所述方形控制图形的分子呈双曲线形分布。
[0017]可选的，所述方形控制图形的边长范围为20μm～60μm。
[0018]可选的，所述液晶与聚合物混合层的厚度范围为8.5μm～15.3μm。
[0019]可选的，所述聚合物分子聚合形成聚合物网络。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种光学器件的制备方法，包括：
[0021]提供第一基板和第二基板；
[0022]在所述第一基板的一侧形成第一电极层，在所述第一基板靠近所述第二基板的一侧形成第一取向层，在所述第二基板的一侧形成第二电极层，在所述第二基板靠近所述第一基板的一侧形成第二取向层；
[0023]将所述第一基板与所述第二基板封装；
[0024]向所述第一基板和所述第二基板之间灌入各向同性相下的液晶与聚合物混合层，通过多步温控处理，得到环面焦锥畴微透镜阵列；
[0025]其中，所述第一取向层用于使相邻的液晶分子垂直于所述第一取向层表面排布，所述第二取向层包括预设的平面排布的取向图案，所述取向图案用于使相邻的液晶分子具有与所述取向图案一致的排布方式。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述的光学器件的应用，当第一电极层和第二电极层之间加载不同的电压时，液晶分子的排布会发生变化，进而改变聚合物稳定的液晶微透镜阵列中微透镜的尺寸大小，实现液晶微透镜阵列的焦距调控和开关切换功能。
[0027]本专利技术实施例的技术方案，通过控制底部第二取向层中的取向图案从而得到不同的液晶分子排布，再结合顶部第一取向层对液晶分子的垂直取向作用，使得在第一取向层与第二取向层之间的液晶与聚合物混合层中的液晶分子按照底部取向图案的诱导从而形成规整的具有光会聚效果的环面焦锥畴结构阵列。通过聚合物分子的聚合，从而形成稳定的聚合物网络，聚合物网络的存在会对邻近的液晶分子起到锚定限制作用，使得环面焦锥畴中的指向矢分布得以稳定保持。结合向列相液晶良好的外场响应性，利用顶部第一电极层和底部第二电极层间产生的电场对液晶分子的驱动作用，环面焦锥畴结构的大小和厚度可产生变化，进而使得最终获得的液晶微透镜阵列元件具有焦距可电控调谐的特点，实现焦距进行大范围电控调谐。与现有技术相比，本专利技术实施例通过将功能性聚合物网络引入到近晶相液晶中，通过聚合形成稳定的环面焦锥畴微透镜阵列，使其可以稳定存在于整个
向列相温度范围内。结合向列相液晶对外场的良好响应性，在外加电场的作用下可实现其焦距的灵活调节与开关切换功能，克服了近晶相下不可电调的特性；聚合物稳定液晶微透镜阵列基于自组装方式形成，相比于现有其他技术，其制备工艺简单，简化了液晶微透镜阵列的制作流程，同时大大降低了微透镜器件成本。
[0028]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种光学器件的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的一种第二取向层的取向图案的示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的一种聚合物稳定液晶微透镜阵列的正交偏光显微镜结构示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例提供的一种基于光学显微系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学器件，其特征在于，包括：相对设置的第一基板、第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶与聚合物混合层，所述液晶与聚合物混合层包括液晶分子和聚合物分子；所述第一基板的一侧设置有第一电极层，所述第一基板靠近所述第二基板的一侧设置有第一取向层，所述第一取向层用于使相邻的液晶分子垂直于所述第一取向层表面排布；所述第二基板的一侧设置有第二电极层，所述第二基板靠近所述第一基板的一侧设置有第二取向层，所述第二取向层包括预设的平面排布的取向图案，所述取向图案用于使相邻的液晶分子具有与所述取向图案一致的排布方式；在所述第一取向层和所述第二取向层的共同作用下，所述液晶与聚合物混合层中的液晶分子自组装形成环面焦锥畴阵列；所述液晶与聚合物混合层形成聚合物稳定的液晶微透镜阵列。2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述第一电极层位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧或所述第一基板和所述第一取向层之间；所述第二电极层位于所述第二基板远离所述第一基板的一侧或所述第二基板和所述第二取向层之间。3.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述液晶与聚合物混合层包括具有近晶相和向列相的液晶材料、聚合物单体和光引发剂。4.根据权利要求3所述的光学器件，其特征在于，所述液晶与聚合物混合层还包括向列相的液晶材料。5.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述取向图案包括多个阵列排布的方形控制图形；所述方形控制图形的分子指向矢由中心到边界呈径向放射状分布，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，吴金兵，吴赛博，胡清，
申请(专利权)人：南京宁萃光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：