專利名稱：雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件一光柵，特別是一種液晶光柵。
背景技術(shù)：
光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學(xué)元件。光柵是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫的平面玻璃或金屬片，其狹縫數(shù)量多，通常，每毫米有幾十至幾千條不等。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當(dāng)復(fù)色光通過光柵后，不同波長的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜。光通過光柵形成的光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。液晶在某個溫度范圍內(nèi)兼有液體和晶體二者的特性，因此液晶分子排列并非像晶體結(jié)構(gòu)那樣牢固，柔軟而容易變形。如果對表面處理向列相液晶盒施加一個與分子指向矢垂直的電場，液晶內(nèi)部將受到兩個轉(zhuǎn)矩的影響一個是外電場對液晶施加的轉(zhuǎn)矩，另一個是由于受邊界條件限制而引起的變形轉(zhuǎn)矩。在平衡態(tài)下，兩個轉(zhuǎn)矩的作用相互抵消。一旦電場超過一定的閾值，液晶分子將轉(zhuǎn)向外電場的方向排列。對液晶盒外加電壓時，液晶光柵各向異性和介電各向異性將隨之變化，從而產(chǎn)生電控雙折射現(xiàn)象。液晶光柵正是利用了液晶折射率等光學(xué)特性周期變化引起的尋常光與非尋常光產(chǎn)生的相位差及偏轉(zhuǎn)特性變化的器件。液晶光柵的這一電光特性在光學(xué)計(jì)算處理、衍射光學(xué)、三維圖像顯示和光電開關(guān)等許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，在現(xiàn)有技術(shù)中，液晶光柵多數(shù)采用向列相液晶，必須在持續(xù)的電場下才能工作，在節(jié)約能耗方面存在不足。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可以在零場下工作且實(shí)現(xiàn)電場衍射效率可調(diào)的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，包括兩個相同的玻璃基板和液晶層， 玻璃基板的表面上分別設(shè)置有導(dǎo)電層，該液晶層夾設(shè)在兩個玻璃板之間，液晶為膽留相液晶且液晶層與取向?qū)又苯咏佑|，所述導(dǎo)電層包括上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極，所述上導(dǎo)電電極和所述下導(dǎo)電電極相對設(shè)置。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的液晶光柵采用在兩個玻璃板上分別設(shè)置有取向?qū)?，所述取向?qū)訛槟Σ寥∠驅(qū)?，所述液晶層為膽留相液晶，通過施加不同脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)在零場下工作，可以實(shí)現(xiàn)液晶光柵衍射效率電場可調(diào)，可以大大節(jié)約液晶光柵的能耗。較佳地，所述的液晶光柵的兩個所述導(dǎo)電層為銦錫金屬氧化物。較佳地，所述液晶光柵的所述上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極的尖端和末端都為圓弧形設(shè)計(jì)。避免了導(dǎo)電條兩端電荷分布過于密集而導(dǎo)致過強(qiáng)的電場，從而提高了液晶光柵的應(yīng)用效果。
較佳地，所述的液晶光柵的液晶層為膽留相液晶，取代傳統(tǒng)的向列相液晶，根據(jù)膽甾相液晶的雙穩(wěn)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)液晶光柵零場下工作，從而大大節(jié)約了液晶光柵的能耗。
所述玻璃基板為鈉鈣玻璃。所述下玻璃基板上設(shè)有吸光層。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳述。圖1為本發(fā)明液晶光柵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示液晶光柵的上電極的示意圖。圖3為圖1所示的液晶光柵下電極的示意圖。圖4為本發(fā)明液晶光柵電極疊加的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明液晶光柵工作驅(qū)動示意圖。其中圖中1.上玻璃基板、2.下玻璃基板、3.液晶層、4.上取向?qū)印?.下取向?qū)印?6.上導(dǎo)電電極、7.下導(dǎo)電電極、8.阻擋層、9.吸光層。
具體實(shí)施例方式參照圖1和圖5，本發(fā)明是一種雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，包括上玻璃基板1和下玻璃基板 2，以及液晶層3，該兩玻璃基板為鈉鈣玻璃，上、下玻璃基板1、2上面均設(shè)置有梳狀透明電極層和取向?qū)?，下玻璃基?上設(shè)有吸光層9，取向?qū)臃譃樯先∠驅(qū)?和下取向?qū)?，上取向?qū)?與下取向?qū)?為摩擦取向?qū)?。上、下玻璃基?、2分別與上、下取向?qū)?、5之間均設(shè)有一層阻擋層8，阻擋層8為二氧化硅，液晶層3設(shè)于兩玻璃基板1、2之間，液晶層3之中灌注的液晶為膽甾相液晶，液晶層3與所述取向?qū)又苯咏佑|，導(dǎo)電層分為上導(dǎo)電電極6和下導(dǎo)電電極7，導(dǎo)電層為銦錫金屬氧化物。上、下導(dǎo)電電極6、7的頂端為圓弧形，上導(dǎo)電電極6和下導(dǎo)電電極7分別為圓端梳狀電極且相對設(shè)置，見圖2—圖4所示。參照圖6，在零電壓下，膽留型液晶處于平面結(jié)構(gòu)(P態(tài))，液晶有周期性的螺旋結(jié)構(gòu)，其螺旋軸與液晶盒垂直。在P態(tài)時，如果入射光的波長λ與螺旋距P相匹配，S卩λ=ηρ， η是液晶的平均折射率，則光將被反射，反射光的波長可由螺旋距來控制，在制作的液晶光柵中可通過采取一定的表面處理和采用不同的液晶并在液晶中添加不同的添加劑使波長 λ范圍拓寬，將一定強(qiáng)度的電壓V1 (閾值電壓)加到液晶材料上，液晶就會轉(zhuǎn)變到焦錐結(jié)構(gòu) (FC態(tài))，在FC狀態(tài)下，液晶分子處于一種多疇狀態(tài)，在每一個疇內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)仍然存在，但不同疇的螺旋軸在空間的取向雜亂無章，此時周期性的結(jié)構(gòu)不復(fù)存在，入射光不會反射而是漫反射，液晶呈現(xiàn)乳白色，如果電壓從這個低電壓降到零，焦錐態(tài)將是亞穩(wěn)態(tài)或是穩(wěn)態(tài)，通過一定的表面處理可使其變?yōu)榉€(wěn)態(tài)，如在液晶上加上足夠高的電壓V2(飽和電壓)，液晶將變化到向列相狀態(tài)(H態(tài))，所有的分子都沿電場方向排列，此時液晶是透明的，如果把電壓快速降到零，液晶分子將直接回到P態(tài)，如果把電壓慢慢降低，液晶分子將轉(zhuǎn)變并回到FC態(tài)。 FC態(tài)與P態(tài)都可以在零場狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，這就是膽留型液晶的雙穩(wěn)態(tài)工作原理。當(dāng)膽甾相液晶處于FC態(tài)，液晶呈類似晶體晶疇的多疇結(jié)構(gòu)，大部分光經(jīng)液晶后前散射，被吸收層吸收，如果這種新型的液晶光柵像普通的液晶光柵的PI層一樣摩擦強(qiáng)度定向，使得接近PI層的液晶分子沿摩擦方向排列，平行于表面，當(dāng)液晶處于FC態(tài)時，PI層取向作用和液晶分子之間的相互作用促使液晶向P態(tài)轉(zhuǎn)變，形成單晶，液晶不能長時間穩(wěn)定在 FC態(tài)。而未經(jīng)摩擦取向的PI層不具有定向能力，PI層非均勻性導(dǎo)致缺陷的存在，缺陷促使膽甾相液晶形成多疇結(jié)構(gòu)，當(dāng)液晶形成多疇結(jié)構(gòu)后，F(xiàn)C態(tài)就能長時間穩(wěn)定存在，但是如果不進(jìn)行摩擦取向，液晶分子在平面織構(gòu)態(tài)的排列不會很越規(guī)整，會使平面態(tài)的反射率降低，因此要采取一種合適的摩擦強(qiáng)度取向，使平面圖的反射率較高又能使FC態(tài)比較穩(wěn)定，這時膽甾相液晶就具有較好的雙穩(wěn)特性。 這種雙穩(wěn)態(tài)膽留相液晶光柵能夠?qū)崿F(xiàn)不同衍射強(qiáng)度可調(diào)，首先對液晶光柵施加一個高脈沖V2，高脈沖期間處于H態(tài)，高脈沖過后得到P態(tài)，然后再加一個幅度為V1的低脈沖， 脈沖過后液晶為FC態(tài)，當(dāng)脈沖幅度幅度在V1J2之間時，液晶處于P態(tài)和FC態(tài)的混合態(tài)，這些液晶處于P態(tài)和FC態(tài)混合的中間態(tài)同樣是穩(wěn)定的，此時FC態(tài)的反射率隨著脈沖電壓的升高而線性增大，隨著脈沖電壓的升高，樣品中P態(tài)含量逐漸增大直到脈沖電壓達(dá)到V2。因此通過對液晶光柵施加不同幅度的脈沖，可以得到不同的衍射強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)液晶光柵衍射強(qiáng)度可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，包括上、下玻璃基板和液晶層，所述上、下玻璃基板上面均設(shè)置有梳狀透明電極層和新型的取向?qū)樱鋈∠驅(qū)訛椴煌谝话阋壕Ч鈻拍Σ翉?qiáng)度的取向?qū)?，上、下玻璃基板分別與上、下取向?qū)又g均設(shè)有一層阻擋層，所述液晶層設(shè)在兩玻璃基板之間，且所述液晶層與所述取向?qū)又苯咏佑|，所述導(dǎo)電層分為上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極，所述上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極分別為圓端梳狀電極且相對設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述導(dǎo)電層為銦錫金屬氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述上下導(dǎo)電電極的頂端為圓弧形。
4.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述液晶層液晶為膽留相液晶。
5.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述阻擋層為二氧化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述取向?qū)訛槟Σ寥∠驅(qū)印?br> 7.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述玻璃基板為鈉鈣玻璃。
8.如權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)液晶光柵，其特征在于，所述下玻璃基板上設(shè)有吸光層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶光柵，包括上、下玻璃基板和液晶層，玻璃基板上面均設(shè)有梳狀透明電極層和取向?qū)?，取向?qū)臃譃樯先∠驅(qū)雍拖氯∠驅(qū)?，玻璃基板分別與取向?qū)又g設(shè)有一層阻擋層，液晶層設(shè)在兩玻璃基板之間且與取向?qū)又苯咏佑|，導(dǎo)電層分為上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極，上導(dǎo)電電極和下導(dǎo)電電極分別為圓端梳狀電極且相對設(shè)置。普通的液晶光柵一般使用的是向列相液晶，液晶光柵灌注的液晶為膽甾相液晶，根據(jù)膽甾相液晶的雙穩(wěn)態(tài)特性，經(jīng)過一定表面處理的液晶光柵可以實(shí)現(xiàn)在零場狀態(tài)下工作，通過不同的電壓脈沖可以實(shí)現(xiàn)液晶光柵衍射強(qiáng)度電場可調(diào)，本發(fā)明的液晶光柵制作工藝簡單，節(jié)能省電，無須使用偏振膜，通過電場調(diào)節(jié)就能控制光柵衍射光強(qiáng)。
文檔編號G02F1/1343GK102566109SQ20101060414
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者歐陽艷東, 聶傳崗, 黃翀 申請人:汕頭大學(xué)