集会聚发散功能一体化的液晶柱透镜阵列

薛莹莹; 李靖; 陆红波; 徐苗

doi:10.37188/CJLCD.2021-0352

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集会聚发散功能一体化的液晶柱透镜阵列

智能液晶材料与器件 | 更新时间：2022-08-10

- 集会聚发散功能一体化的液晶柱透镜阵列
- Liquid crystal lenticular lens array with switchable positive and negative power
- 液晶与显示 2022年37卷第8期页码：1086-1094
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室，现代显示技术省部共建国家重点实验室，光电技术研究院，安徽合肥 230009
  2.合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，仪器科学与光电工程学院安徽合肥 230009
  3.合肥工业大学物理学院，安徽合肥 230009
  4.合肥工业大学先进功能材料与器件安徽省重点实验室，化学与化工学院，安徽合肥 230009
- 作者简介：
  
  [ "薛莹莹（1996—），女，安徽宿州人，硕士研究生，2015年于安庆师范大学获得学士学位，主要从事液晶光电子器件的制备与3D显示技术方面的研究。E-mail： xueyingying0526@163.com" ]
  [ "徐苗（1987—），女，新疆昌吉人，博士，副研究员，2016年于韩国国立全北大学获得博士学位，主要从事自适应光电子器件的制备与成像技术方面的研究。E-mail： xumiao0711@hfut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61805066);中央高校基本科研业务费专项资金(JZ2022HGTB0294)
- DOI：10.37188/CJLCD.2021-0352
  中图分类号： O753⁺.2;TH74
- 收稿日期：2021-12-31，
  
  修回日期：2022-01-28，
  
  纸质出版日期：2022-08-05
- 稿件说明：
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薛莹莹, 李靖, 陆红波, 等. 集会聚发散功能一体化的液晶柱透镜阵列[J]. 液晶与显示, 2022,37(8):1086-1094.

Ying-ying XUE, Jing LI, Hong-bo LU, et al. Liquid crystal lenticular lens array with switchable positive and negative power[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 1086-1094.
薛莹莹, 李靖, 陆红波, 等. 集会聚发散功能一体化的液晶柱透镜阵列[J]. 液晶与显示, 2022,37(8):1086-1094. DOI： 10.37188/CJLCD.2021-0352.

Ying-ying XUE, Jing LI, Hong-bo LU, et al. Liquid crystal lenticular lens array with switchable positive and negative power[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 1086-1094. DOI： 10.37188/CJLCD.2021-0352.

摘要

本文提出了一种制备集会聚和发散功能一体化的液晶柱透镜阵列的方法。液晶柱透镜阵列呈“三明治”结构，从上到下依次为：上电极基板、液晶层、聚合物柱透镜阵列、下电极基板。为了将会聚和发散功能集成在单一液晶盒中，制备聚合物柱透镜阵列的紫外光敏胶的折射率（

）需介于液晶的寻常光折射率（

）和非寻常光折射率（

）之间。通过在下基板表面修饰图案化疏水层，利用亲疏水效应使得紫外光敏胶自组装形成表面光滑、尺寸均一的柱透镜阵列。所制备的液晶柱透镜阵列有两种调节聚焦和散焦功能的方式：一种是改变入射光的偏振方向；另一种是施加电场调控液晶层的有效折射率。实验结果表明：当外加电压从0调节到0.7 V

rms

时，液晶柱透镜的焦距从-4 mm调节到∞；当外加电压在1~7 V

rms

变化时，液晶柱透镜阵列的焦距从6.0 mm调节到4.5 mm。该方法制备的液晶柱透镜阵列具有制备方法简单、器件结构紧凑、驱动电压低、调焦范围大等优点，在成像、显示、光通信等领域具有潜在的应用价值。

Abstract

A method is proposed to prepare a liquid crystal lenticular lens array （LCLA） with switchable positive and negative focal length. The LCLA exhibits a “sandwich” structure which consists of top electrode substrate， LC layer， polymeric lenticular lens array， and bottom electrode substrate. In order to integrate the convergence and divergence functions in a single LC cell， the refractive index of the polymer should be between the ordinary refractive index （

） and exordinary refractive index （

） of LC material. The hydrophobic-hydrophilic strips array modified on the surface of the bottom substrate enables the formation of lenticular lens array self-assembly. There are two methods to switch the focal length of LCLA from negative to positive values： by changing the polarization direction of the incident light for 90°； or by applying an external electric field to adjust the effective refractive index of the LC layer. The experimental results show that when the applied voltage adjusted from 0 V

rms

to 0.7 V

rms

， the focal length of the LCLA changed from -4 mm to ∞. When the applied voltage changed from 1 V

rms

to 7 V

rms

， the focal length of the LCLA varied from 6.0 mm to 4.5 mm. The as-obtained LCLA has the advantages of simple fabrication， compact structure， low driving voltage and large range of focal length， which has potential applications in the fields of imaging， display， and optical communication.

关键词

Keywords

references

WANG Y J ， LIN Y H . Liquid crystal technology for vergence-accommodation conflicts in augmented reality and virtual reality systems： a review ［J］. Liquid Crystals Reviews ， 2021 ， 9 （ 1 ）： 35 - 64 . doi: 10.1080/21680396.2021.1948927 http://dx.doi.org/10.1080/21680396.2021.1948927

JAMALI A ， BRYANT D ， BHOWMICK A K ， et al . Large area liquid crystal lenses for correction of presbyopia ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 23 ）： 33982 - 33993 . doi: 10.1364/oe.408770 http://dx.doi.org/10.1364/oe.408770

KANG S ， DUOCASTELLA M ， ARNOLD C B . Variable optical elements for fast focus control ［J］. Nature Photonics ， 2020 ， 14 （ 9 ）： 533 - 542 . doi: 10.1038/s41566-020-0684-z http://dx.doi.org/10.1038/s41566-020-0684-z

TABIRYAN N V ， ROBERTS D E ， LIAO Z ， et al . Advances in transparent planar optics： enabling large aperture， ultrathin lenses ［J］. Advanced Optical Materials ， 2021 ， 9 （ 5 ）： 2001692 . doi: 10.1002/adom.202001692 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202001692

张兴，郑成武，李宁，等 . 液晶材料与3D显示［J］. 液晶与显示， 2012 ， 27 （ 4 ）： 448 - 455 . doi: 10.3788/YJYXS20122704.0448 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20122704.0448

ZHANG X ， ZHENG C W ， LI N ， et al . Liquid crystal materials and 3D display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2012 ， 27 （ 4 ）： 448 - 455 . （in Chinese） . doi: 10.3788/YJYXS20122704.0448 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20122704.0448

FUENTES J L M ， FERNÁNDEZ E J ， PRIETO P M ， et al . Interferometric method for phase calibration in liquid crystal spatial light modulators using a self-generated diffraction-grating ［J］. Optics Express ， 2016 ， 24 （ 13 ）： 14159 - 14171 . doi: 10.1364/oe.24.014159 http://dx.doi.org/10.1364/oe.24.014159

PENG F L ， LEE Y H ， LUO Z Y ， et al . Low voltage blue phase liquid crystal for spatial light modulators ［J］. Optics Letters ， 2015 ， 40 （ 21 ）： 5097 - 5100 . doi: 10.1364/ol.40.005097 http://dx.doi.org/10.1364/ol.40.005097

PENG F L ， XU D M ， CHEN H W ， et al . Low voltage polymer network liquid crystal for infrared spatial light modulators ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 3 ）： 2361 - 2368 . doi: 10.1364/oe.23.002361 http://dx.doi.org/10.1364/oe.23.002361

LU Y Q ， DU F ， LIN Y H ， et al . Variable optical attenuator based on polymer stabilized twisted nematic liquid crystal ［J］. Optics Express ， 2004 ， 12 （ 7 ）： 1221 - 1227 . doi: 10.1364/opex.12.001221 http://dx.doi.org/10.1364/opex.12.001221

OH S W ， NAM S M ， KIM S H ， et al . Self-regulation of infrared using a liquid crystal mixture doped with push-pull azobenzene for energy-saving smart windows ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2021 ， 13 （ 4 ）： 5028 - 5033 . doi: 10.1021/acsami.0c19015 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c19015

LI K ， WANG J W ， CAI W F ， et al . Electrically Switchable， Polarization-sensitive encryption based on aluminum nanoaperture arrays integrated with polymer-dispersed liquid crystals ［J］. Nano Letters ， 2021 ， 21 （ 17 ）： 7183 - 7190 . doi: 10.1021/acs.nanolett.1c01947 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01947

CHIANG S P ， WANG C T ， FENG T M ， et al . Selective variable optical attenuator for visible and mid-infrared wavelengths ［J］. Optics Express ， 2018 ， 26 （ 13 ）： 17009 - 17014 . doi: 10.1364/oe.26.017009 http://dx.doi.org/10.1364/oe.26.017009

SATO S . Liquid-crystal lens-cells with variable focal length ［J］. Japanese Journal of Applied Physics ， 1979 ， 18 （ 9 ）： 1679 - 1684 . doi: 10.1143/jjap.18.1679 http://dx.doi.org/10.1143/jjap.18.1679

蔡文锋，李怡霏，蒋浩东，等 . 液晶微透镜阵列研究进展［J］. 液晶与显示， 2020 ， 35 （ 7 ）： 749 - 761 . doi: 10.37188/YJYXS20203507.0749 http://dx.doi.org/10.37188/YJYXS20203507.0749

CAI W F ， LI Y F ， JIANG H D ， et al . Research progress of liquid crystal microlens arrays ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 749 - 761 . （in Chinese） . doi: 10.37188/YJYXS20203507.0749 http://dx.doi.org/10.37188/YJYXS20203507.0749

CHU F ， WANG D ， Liu C ， et al . Multi-view 2D/3D switchable display with cylindrical liquid crystal lens array ［J］. Crystals ， 2021 ， 11 （ 6 ）： 715 . doi: 10.3390/cryst11060715 http://dx.doi.org/10.3390/cryst11060715

CHEN W W ， PAN J W ， JENG S C . Circularly polarized optical microscope using a low aberration liquid crystal lens ［J］. Optics Letters ， 2021 ， 46 （ 18 ）： 4434 - 4437 . doi: 10.1364/ol.432247 http://dx.doi.org/10.1364/ol.432247

XIONG J H ， WU S T . Planar liquid crystal polarization optics for augmented reality and virtual reality： from fundamentals to applications ［J］. eLight ， 2021 ， 1 （ 1 ）： 3 . doi: 10.1186/s43593-021-00003-x http://dx.doi.org/10.1186/s43593-021-00003-x

ALGORRI J F ， MORAWIAK P ， ZOGRAFOPOULOS D C ， et al . Cylindrical and Powell liquid crystal lenses with positive-negative optical power ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2020 ， 32 （ 17 ）： 1057 - 1060 . doi: 10.1109/lpt.2020.3011673 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2020.3011673

GAO J J ， PAN J W ， JENG S C . Low-aberration liquid crystal lens with positive and negative focal length ［J］. Optics Letters ， 2020 ， 45 （ 18 ）： 5077 - 5080 . doi: 10.1364/ol.400764 http://dx.doi.org/10.1364/ol.400764

KUMAR M B ， KANG D ， JUNG J ， et al . Compact vari-focal augmented reality display based on ultrathin， polarization-insensitive， and adaptive liquid crystal lens ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2020 ， 128 ： 106006 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2020.106006 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106006

DAI H T ， LIU Y J ， SUN X W ， et al . A negative-positive tunable liquid-crystal microlens array by printing ［J］. Optics Express ， 2009 ， 17 （ 6 ）： 4317 - 4323 . doi: 10.1364/oe.17.004317 http://dx.doi.org/10.1364/oe.17.004317

LIN C H ， CHEN C H ， CHIANG R H ， et al . Dual-frequency liquid-crystal lenses based on a surface-relief dielectric structure on an electrode ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2011 ， 23 （ 24 ）： 1875 - 1877 . doi: 10.1109/lpt.2011.2170410 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2011.2170410

PARK M K ， PARK H ， JOO K I ， et al . Polarization-dependent liquid crystalline polymeric lens array with aberration-improved aspherical curvature for low 3D crosstalk in 2D/3D switchable mobile multi-view display ［J］. Optics Express ， 2018 ， 26 （ 16 ）： 20281 - 20297 . doi: 10.1364/oe.26.020281 http://dx.doi.org/10.1364/oe.26.020281

CHU F ， GUO Y Q ， ZHANG Y X ， et al . Four-mode 2D/3D switchable display with a 1D/2D convertible liquid crystal lens array ［J］. Optics Express ， 2021 ， 29 （ 23 ）： 37464 - 37475 . doi: 10.1364/oe.441386 http://dx.doi.org/10.1364/oe.441386

XU M ， ZHOU Z W ， WANG Z ， et al . Self-assembled microlens array with controllable focal length formed on a selective wetting surface ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2020 ， 12 （ 6 ）： 7826 - 7832 . doi: 10.1021/acsami.9b21948 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b21948

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