本文關(guān)鍵詞：自適應(yīng)液晶微透鏡的研究

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【摘要】：液晶透鏡(Liquid Crystal Lens, LCL是利用控制驅(qū)動電壓實(shí)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(jī)械控制裝置、超薄、焦距可變等特點(diǎn)。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lmm)液晶微透鏡在手機(jī)、個人投影機(jī)等光電子器件也有著廣泛的應(yīng)用。圓孔型液晶透鏡(Circular Hole Liquid 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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)行了液晶透鏡的工藝制備研究,實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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229.2 um、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 Liquid Crystal, 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(jìn)行分析,指出藍(lán)相液晶透鏡電壓高影響實(shí)用的問題。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)液晶透鏡 模式控制 中心電極 藍(lán)相液晶
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 圓孔狀電極液晶透鏡的發(fā)展歷程8-10
• 1.2.1 圓孔型液晶透鏡8-9
• 1.2.2 模式控制型液晶透鏡9
• 1.2.3 中心點(diǎn)引出型液晶透鏡9-10
• 1.3 自適應(yīng)液晶透鏡的應(yīng)用10-12
• 1.3.1 液晶透鏡在自適應(yīng)光學(xué)中的應(yīng)用10-11
• 1.3.2 液晶透鏡在光耦合中的應(yīng)用11-12
• 1.3.3 液晶透鏡在三維顯示中的應(yīng)用12
• 1.4 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排12-14
• 第二章 模式控制型液晶透鏡的模擬仿真14-28
• 2.1 液晶透鏡圓孔表面的電壓分布仿真15-16
• 2.2 液晶分子指向矢的計算16-20
• 2.3 仿真結(jié)果與分析20-26
• 2.3.1 頻率對電勢和相位差分布的影響20-21
• 2.3.2 薄膜方阻對電勢分布的影響21-22
• 2.3.3 圓孔半徑對電勢分布的影響22-23
• 2.3.4 各參數(shù)對電勢分布的共同作用23-24
• 2.3.5 中心點(diǎn)引出型液晶透鏡的仿真24-26
• 2.4 仿真結(jié)果總結(jié)26-28
• 第三章 液晶透鏡的制備28-38
• 3.1 圓孔圖案的蝕刻工藝28-30
• 3.1.1 清洗ITO玻璃28-29
• 3.1.2 光刻干膜熱壓29-30
• 3.1.3 曝光顯影30
• 3.1.4 圖案刻蝕30
• 3.1.5 去除藍(lán)膜30
• 3.2 高阻薄膜的鍍制30-34
• 3.2.1 濺射功率對薄膜方阻和透過率的影響31-32
• 3.2.2 濺射時旬對薄膜方阻和透過率的影響32-33
• 3.2.3 濺射氣壓對薄膜方阻和透過率的影響33-34
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論34
• 3.3 液晶透鏡的封裝34-36
• 3.3.1 旋涂取向劑34
• 3.3.2 摩擦取向34-35
• 3.3.3 灌晶封盒35-36
• 3.4 總結(jié)36-38
• 第四章 液晶透鏡的光學(xué)測試及結(jié)果分析38-52
• 4.1 測試光路38-40
• 4.1.1 液晶透鏡成像性能和焦距的測試光路38
• 4.1.2 液晶透鏡的干涉環(huán)觀測光路38-39
• 4.1.3 透鏡陣列干涉環(huán)的測試方法39-40
• 4.2 液晶微透鏡陣列的測試40-41
• 4.3 圓孔型液晶透鏡和模式控制型液晶透鏡的光學(xué)測試41-48
• 4.3.1 圓孔型液晶透鏡的光學(xué)測試41-44
• 4.3.2 模式控制型液晶透鏡的成像測試44-47
• 4.3.3 圓孔型液晶透鏡和模式控制型液晶透鏡的測試總結(jié)47-48
• 4.4 中心點(diǎn)引出型液晶透鏡的光學(xué)成像測試48-52
• 第五章 聚合物穩(wěn)定藍(lán)相液晶的原理、制備及測試52-58
• 5.1 藍(lán)相液晶的原理52-55
• 5.1.1 藍(lán)相液晶的結(jié)構(gòu)模型52-53
• 5.1.2 克爾效應(yīng)53-54
• 5.1.3 中心引出藍(lán)相液晶透鏡結(jié)構(gòu)54-55
• 5.1.4 藍(lán)相液晶的優(yōu)勢55
• 5.2 PSBPLC的制備55-56
• 5.3 中心點(diǎn)引出藍(lán)相液晶透鏡的制備、測試及結(jié)果分析56-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-60
• 致謝60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡介66

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本文編號：760958