一种内曲面型电控变焦液晶透镜和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种内曲面型电控变焦液晶透镜和制备方法，涉及变焦液晶透镜技术领域，包括相对平行设置的上基板和下基板，填充于所述上基板和所述下基板之间的凹型液晶层和设置于所述液晶层四周的胶框，所述上基板的内表面设置有球面镜区域，所述球面镜区域位于所述凹型液晶层的顶部，所述上基板和所述液晶层之间依次设置有上电极层和上取向层，所述下基板和所述液晶层之间依次设置有下电极层和下取向层。本发明专利技术通过调整上基板的曲率半径即可控制液晶透镜的调焦范围，具有体积小、变焦范围大、变焦精准可控以及制作简单等特点。变焦精准可控以及制作简单等特点。变焦精准可控以及制作简单等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种内曲面型电控变焦液晶透镜和制备方法


[0001]本专利技术涉及变焦液晶透镜
，尤其涉及一种内曲面型电控变焦液晶透镜和制备方法。

技术介绍

[0002]视力矫正是当今社会中备受关注的问题，而透镜作为最常见的光学元件，其屈光度是固定的，所以普通透镜无法满足人们在不同工作状态下的视觉需求。传统的光学变焦系统通常由透镜组或液体透镜等机械变焦的方式实现，这样的变焦系统存在结构复杂、操作步骤复杂、体积较大和响应速度慢等缺点。
[0003]由于液晶具有晶体光学各向异性的特点，液晶的有效折射率与线偏振光的振动面和液晶分子长轴方向的夹角有关。所以，操作者给液晶添加外加电场，可以实现液晶分子的偏转，从而能够改变液晶的折射率。
[0004]本专利技术利用液晶的这一特性，设计了由上下基板中间夹持液晶的变焦透镜，通过在上基板中加入球面面型结构，可以实现液晶层厚度的非均匀分布。这一结构可以使变焦液晶透镜具有较大范围的调焦能力，并且操作者改变球面的曲率半径，可以实现不同焦段焦距的调制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种内曲面型电控变焦液晶透镜和制备方法，解决现有技术中变焦液晶透镜体积大、变焦范围狭窄和精度可控性差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种内曲面型电控变焦液晶透镜，包括相对平行设置的上基板和下基板，填充于所述上基板和所述下基板之间的凹型液晶层和设置于所述液晶层四周的胶框，所述上基板的内表面设置有球面镜区域，所述球面镜区域位于所述凹型液晶层的顶部，所述上基板和所述液晶层之间依次设置有上电极层和上取向层，所述下基板和所述液晶层之间依次设置有下电极层和下取向层。
[0008]优选的，所述上基板为普通玻璃材料，厚度最大处为0.5mm，所述球面镜区域的直径为3～6mm，反射率小于0.5％。
[0009]优选的，所述下基板为平面玻璃透镜，厚度为0.5mm，反射率小于0.5％。
[0010]优选的，所述上电极层和所述下电极层由氧化铟锡材料制成；所述上取向层和所述下取向层由双偶氮类材料通过旋涂工艺制成。
[0011]优选的，所述胶框由掺有直径为25μm微球的光固胶制成。
[0012]优选的，所述液晶层使用的液晶为长棒形的向列型正性的液晶分子结构。
[0013]一种如上所述的内曲面型电控变焦液晶透镜的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：
[0014]S1：加工上基板和下基板；
[0015]S2：完成液晶空盒制作；
[0016]S3：向液晶空盒内灌注液晶，操作者将液晶空盒放入真空装置后抽真空，利用表面张力将液晶灌入液晶空盒并恢复到正常气压，在液晶空盒灌注完成后，将液晶透镜放在偏光显微镜下观察液晶分子取向情况，如果在显微镜下能看到光学区均匀的明暗变化，若没有明显划痕则证明取向正常；
[0017]S4：向上基板和下基板加入器件引脚，操作者通过导电胶将引线和液晶透镜的上基板和下基板伸出的边缘部分连接，完成引脚的制作。
[0018]优选的，步骤S1中，具体步骤为：
[0019]S11：默认光学有效区域为4mm且液晶层中心厚度t1为4μm，操作者通过光学仿真分析软件算出上基板球面镜区域的曲率半径大小，根据设计值加工上基板的模具，通过模压工艺得到上基板，再通过切割平面玻璃得到下基板；
[0020]S12：操作者将上基板和下基板接触液晶层的表面沉积一层氧化铟锡导电层，并高温退火处理，最后用万用表检测和确认上基板和下基板表面完成沉积导电层制作；
[0021]S13：涂覆、烘焙取向层，首先，操作者需要对上基板和下基板进行等离子处理3～5min，其次，用氧离子轰击清洗上基板和下基板带有导电层的表面来改变基板表面的亲水性，之后用旋涂机在该表面旋涂双偶氮类材料的光取向剂，旋涂完成后，将其放置在加热台上，加热温度设置为100～120℃，加热时间设置为10～15分钟，完成取向层的制作。
[0022]优选的，步骤S2中，具体步骤为：
[0023]S21：胶框的制作，操作者根据上基板的曲率半径和液晶层中心厚度t1推算出液晶层边缘厚度t2，之后选取对应厚度直径的微球并加入至光固胶，再将光固胶定位后，操作者沿球面镜区域的周围打印光固胶；
[0024]S22：光固压盒，操作者用定位装置将上基板和下基板进行对准并压盒，再用紫外光照射数秒后，完成液晶空盒的制作；
[0025]S23：光刻取向，操作者将液晶空盒放置在光刻光路中，之后用紫外光进行光刻取向处理3～5min。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：
[0027]本专利技术由于上基板和下两基板的面型不同，所以灌注液晶会使液晶在透镜中形成非均匀的空间分布方式，在液晶材料性质相同的情况下，操作者通过调整上基板的曲率半径即可控制液晶透镜的调焦范围。相较于等厚度的液晶层设计，本专利技术能实现更大范围的焦距变化，并且液晶层为平凹结构，不存在双曲面结构存在的光轴对准问题，使得该类变焦元件具有体积小、变焦范围大、驱动电压低、变焦精准可控以及制作简单等特点。
附图说明
[0028]下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。
[0029]图1为本专利技术一种内曲面型电控变焦液晶透镜的整体结构示意图；
[0030]图2为本专利技术一种内曲面型电控变焦液晶透镜上基板平面示意图；
[0031]图3为本专利技术一种内曲面型电控变焦液晶透镜制备流程图；
[0032]图4为本专利技术一种内曲面型电控变焦液晶透镜焦距测试光路示意图；
[0033]图5为本专利技术透镜测试架工装示意图；
[0034]图6为本专利技术光阑及偏振片镜架工装示意图。
[0035]附图标记说明：31、上基板；32、下基板；33、上电极层；34、上取向层；35、胶框；36、液晶层；37、下取向层；38、下电极层；311、球面镜区域；1、平行光管；11、平行光管分划板；12、平行光管物镜；2、光阑及偏振片镜架；3、变焦液晶透镜；4、透镜测试架；5、凸透镜；6、测量显微镜；61、显微物镜；62、目镜分划板；41、位移台固定孔；42、电源夹固定孔；21、偏振片托；22、光阑托；39、引脚；361、液晶空盒。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0037]如图1
‑
6所示，一种内曲面型电控变焦液晶透镜，包括相对平行设置的上基板31和下基板32，填充于所述上基板31和所述下基板32之间的凹型液晶层36和设置于所述液晶层36四周的胶框35，所述上基板31的内表面设置有球面镜区域311，所述球面镜区域311位于所述凹型液晶层36的顶部，所述上基板31和所述液晶层36之间依次设置有上电极层33和上取向层34本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：包括相对平行设置的上基板(31)和下基板(32)，填充于所述上基板(31)和所述下基板(32)之间的凹型液晶层(36)和设置于所述液晶层(36)四周的胶框(35)，所述上基板(31)的内表面设置有球面镜区域(311)，所述球面镜区域(311)位于所述凹型液晶层(36)的顶部，所述上基板(31)和所述液晶层(36)之间依次设置有上电极层(33)和上取向层(34)，所述下基板(32)和所述液晶层(36)之间依次设置有下电极层(38)和下取向层(37)。2.根据权利要求1所述的一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：所述上基板(31)为普通玻璃材料，厚度最大处为0.5mm，所述球面镜区域(311)的直径为3～6mm，反射率小于0.5％。3.根据权利要求1所述的一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：所述下基板(32)为平面玻璃透镜，厚度为0.5mm，反射率小于0.5％。4.根据权利要求1所述的一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：所述上电极层(33)和所述下电极层(38)由氧化铟锡材料制成；所述上取向层(34)和所述下取向层(37)由双偶氮类材料通过旋涂工艺制成。5.根据权利要求1所述的一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：所述胶框(35)由掺有直径为25μm微球的光固胶制成。6.根据权利要求1所述的一种内曲面型电控变焦液晶透镜，其特征在于：所述液晶层(36)使用的液晶为长棒形的向列型正性的液晶分子结构。7.一种权利要求1
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6任意一项所述的内曲面型电控变焦液晶透镜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括下述步骤：S1：加工上基板(31)和下基板(32)；S2：完成液晶空盒(361)制作；S3：向液晶空盒(361)内灌注液晶，操作者将液晶空盒(361)放入真空装置后抽真空，利用表面张力将液晶灌入液晶空盒(361)并恢复到正常气压，在液晶空盒(361)灌注完成后，将液晶透镜放在偏光显微镜下观察液晶分子取向情况，如果在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏竹喧，贺梦奇，谢宇，杨玲，陈毅豪，钱劲，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：