新型液晶电控双折射器件以及液晶盒

本申请涉及光学应用，特别是涉及一种新型液晶电控双折射器件以及液晶盒。

背景技术：

1、液晶ecb(electrically controlled birefringence，电控双折射)光栅的原理是通过在液晶盒内施加电场，改变液晶分子相位，进而改变透过光的相位延迟，从而改变光的波前。利用液晶ecb原理制作的光栅，在光扫描、光聚焦领域有着广泛应用。

2、对于液晶ecb光栅而言，需要电场周期变化位置两侧的位相相差一个或多个入射光的波长。然而在传统技术中，由于液晶是具有机械弹性的连续体，在电场两个周期变化位置两侧，液晶分子的相位会产生连续变化。因此电场周期交界处附近的液晶分子并没有参与产生正确的波前，而是产生了一些杂波、噪音。因此可以理解的，当电场的周期缩短时，电场周期变化将更为频繁，电场周期交界的频率也随之增多，也即每个周期内有效区域所占的比例将减少。液晶分子对于入射光的折射角度增大，进而液晶分子将产生更多的杂波、噪音。基于上述原因，传统技术中的液晶ecb光栅难以制作成大角度扫描器件或大口径大聚焦透镜。

3、基于此，传统技术中亟需一种能够减少杂波、噪音，且能够增大折射角度的光学器件。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够减少杂波、噪音，且能够增大折射角度的新型液晶电控双折射器件以及液晶盒。

2、第一方面，本申请提供了一种新型液晶电控双折射器件。所述新型液晶电控双折射器件包括：

3、第一基板以及第二基板，所述第一基板与所述第二基板之间设置液晶层，所述液晶层包括液晶分子；

4、所述第一基板与所述第二基板上设置有电极，所述电极用于在所述第一基板与所述第二基板之间生成周期性电场；

5、所述第一基板和/或所述第二基板上设置有沟槽结构，所述沟槽结构用于限制所述液晶分子在目标位置的相位产生非连续变化，所述目标位置包括所述周期性电场的周期变化位置的两侧。

6、在其中一个实施例中，所述第一基板和/或所述第二基板上设置有多个周期排列的沟槽结构。

7、在其中一个实施例中，所述沟槽结构包括凸起部与沟槽部，所述第一基板的沟槽结构与所述第二基板的沟槽结构交叉排列，所述交叉排列包括所述第一基板沟槽结构的凸起部与所述第二基板沟槽结构的沟槽部相对设置，所述第二基板沟槽结构的凸起部与所述第一基板沟槽结构的沟槽部相对设置。

8、在其中一个实施例中，所述沟槽结构的深度大于所述第一基板与所述第二基板间距的30％。

9、在其中一个实施例中，所述沟槽结构包括凸起部，每个凸起部的宽度与凸起间距之和不大于入射光的半波长，所述凸起间距包括所述凸起部与任一相邻凸起部的空隙间距。

10、在其中一个实施例中，所述第一基板和/或所述第二基板上设置有多个周期排列的沟槽结构，且所述第一基板和/或所述第二基板上设置有配向层。

11、在其中一个实施例中，所述沟槽结构通过对基板刻槽生成。

12、在其中一个实施例中，所述沟槽结构的材料光学特性与液晶材料的光学特性相匹配。

13、在其中一个实施例中，所述第一基板上设置有连续电极、所述第二基板上设置有多个分立电极，或，所述第二基板上设置有连续电极、所述第一基板上设置有多个分立电极；

14、所述多个分立电极被设置为预设数量个电极组，每个电极组与所述连续电极生成相应预设周期的电场；

15、所述周期变化位置包括每两个相邻电极组的交界位置。

16、第二方面，本申请还提供了一种液晶盒，所述液晶盒包括平行的两个线偏光片以及如上述第一方面中任一项所述的新型液晶电控双折射器件，所述两个线偏光片分别与所述新型液晶电控双折射器件的第一基板以及第二基板连接，以使得入射至液晶层的偏振光可以被如上述第一方面中任一项所述的新型液晶电控双折射器件周期性调制。

17、上述新型液晶电控双折射器件以及液晶盒，第一基板与所述第二基板之间设置液晶层，所述液晶层包括液晶分子，第一基板与所述第二基板上设置有电极，所述电极用于在所述第一基板与所述第二基板之间生成周期性电场，且所述第一基板和/或所述第二基板上设置有沟槽结构，所述沟槽结构用于限制所述液晶分子在目标位置的相位产生非连续变化，所述目标位置包括所述周期性电场的周期变化位置的两侧。

18、本申请提供的新型液晶电控双折射器件以及液晶盒，通过在基板上设置沟槽结构，切断了液晶层的弹性连续体特性，使得液晶分子在周期性电场的周期变化位置的两侧仍然能有效地进行光扫描或光聚焦，不会导致波前撕裂，也不会产生附加衍射而生成杂波、噪音。因此，即使电场周期缩短，仍然能够产生大角度的光折射。另一方面，传统技术中的ecb液晶盒为了产生大的位相延迟，通常设计较大的厚度，因此液晶的响应速度较慢。本申请中由于沟槽结构的存在，使得液晶层的厚度、沟槽之间的厚度以及沟槽与另一基板之间的厚度均减小，进而能够显著提升液晶的响应速度。

19、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

20、附图说明

21、此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

22、图1为传统技术中理想状态下的ecb器件示意图；

23、图2为传统技术中理想状态下的ecb器件的位相曲线示意图；

24、图3为传统技术中实际状态下的ecb器件示意图；

25、图4为传统技术中实际状态下的ecb器件的位相曲线示意图；

26、图5为一个实施例中新型液晶电控双折射器件的结构示意图；

27、图6为一个实施例中对电极施加的周期性电压示意图；

28、图7为一个实施例中施加不同电压对应的不同波形的位相曲线示意图；

29、图8为一个实施例中平行排列的新型液晶电控双折射器件示意图；

30、图9为一个实施例中垂直排列的新型液晶电控双折射器件示意图；

31、图10为一个实施例中第一基板上设置沟槽结构的新型液晶电控双折射器件示意图；

32、图11为一个实施例中第一基板上和第二基板上设置沟槽结构的新型液晶电控双折射器件示意图；

33、图12为一个实施例中第一基板上和第二基板上沟槽结构交叉排列的新型液晶电控双折射器件示意图；

34、图13为一个实施例中ecb透镜电极示意图。

技术特征：

1.一种新型液晶电控双折射器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述第一基板和/或所述第二基板上设置有多个周期排列的沟槽结构。

3.根据权利要求2所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述沟槽结构包括凸起部与沟槽部，所述第一基板的沟槽结构与所述第二基板的沟槽结构交叉排列，所述交叉排列包括所述第一基板沟槽结构的凸起部与所述第二基板沟槽结构的沟槽部相对设置，所述第二基板沟槽结构的凸起部与所述第一基板沟槽结构的沟槽部相对设置。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述沟槽结构的深度大于所述第一基板与所述第二基板间距的30％。

5.根据权利要求4所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述沟槽结构包括凸起部，每个凸起部的宽度与凸起间距之和不大于入射光的半波长，所述凸起间距包括所述凸起部与任一相邻凸起部的空隙间距。

6.根据权利要求5所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述第一基板和/或所述第二基板上设置有多个周期排列的沟槽结构，且所述第一基板和/或所述第二基板上设置有配向层。

7.根据权利要求1所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述沟槽结构通过对基板刻槽生成。

8.根据权利要求1所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述沟槽结构的材料光学特性与液晶材料的光学特性相匹配。

9.根据权利要求1所述的新型液晶电控双折射器件，其特征在于，所述第一基板上设置有连续电极、所述第二基板上设置有多个分立电极，或，所述第二基板上设置有连续电极、所述第一基板上设置有多个分立电极；

10.一种液晶盒，其特征在于，所述液晶盒包括平行的两个线偏光片以及如权利要求1至权利要求9中任一项所述的新型液晶电控双折射器件，所述两个线偏光片分别与所述新型液晶电控双折射器件的第一基板以及第二基板连接，以使入射至液晶层的偏振光可以由如权利要求1至权利要求9中任一项所述的新型液晶电控双折射器件周期性调制。

技术总结
本申请涉及一种新型液晶电控双折射器件，所述新型液晶电控双折射器件包括：第一基板以及第二基板，所述第一基板与所述第二基板之间设置液晶层，所述液晶层包括液晶分子；所述第一基板与所述第二基板上设置有电极，所述电极用于在所述第一基板与所述第二基板之间生成周期性电场；所述第一基板和/或所述第二基板上设置有沟槽结构，所述沟槽结构用于限制所述液晶分子在目标位置的相位产生非连续变化，所述目标位置包括所述周期性电场的周期变化位置的两侧。本申请提供的新型液晶电控双折射器件能够减少杂波、噪音，且能够增大折射角度。

技术研发人员：史建儒,秦晓霞,余羽洁,郝希应,陆飞,陈涨敏,陈天彤,龚艳芸
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17