专利名称：双稳态液晶光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件一光栅，特别是一种液晶光栅。
背景技术：
光栅也称衍射光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。光栅是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝的平面玻璃或金属片，其狭缝数量多，通常，每毫米有几十至几千条不等。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成的光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。液晶在某个温度范围内兼有液体和晶体二者的特性，因此液晶分子排列并非像晶体结构那样牢固，柔软而容易变形。如果对表面处理向列相液晶盒施加一个与分子指向矢垂直的电场，液晶内部将受到两个转矩的影响一个是外电场对液晶施加的转矩，另一个是由于受边界条件限制而引起的变形转矩。在平衡态下，两个转矩的作用相互抵消。一旦电场超过一定的阈值，液晶分子将转向外电场的方向排列。对液晶盒外加电压时，液晶光栅各向异性和介电各向异性将随之变化，从而产生电控双折射现象。液晶光栅正是利用了液晶折射率等光学特性周期变化引起的寻常光与非寻常光产生的相位差及偏转特性变化的器件。液晶光栅的这一电光特性在光学计算处理、衍射光学、三维图像显示和光电开关等许多领域具有广泛的应用前景。目前，在现有技术中，液晶光栅多数采用向列相液晶，必须在持续的电场下才能工作，在节约能耗方面存在不足。
发明内容
根据现有技术存在的不足，本发明提供一种可以在零场下工作且实现电场衍射效率可调的双稳态液晶光栅。本发明的技术方案为一种双稳态液晶光栅，包括两个相同的玻璃基板和液晶层， 玻璃基板的表面上分别设置有导电层，该液晶层夹设在两个玻璃板之间，液晶为胆留相液晶且液晶层与取向层直接接触，所述导电层包括上导电电极和下导电电极，所述上导电电极和所述下导电电极相对设置。本发明与现有技术相比，本发明的液晶光栅采用在两个玻璃板上分别设置有取向层，所述取向层为摩擦取向层，所述液晶层为胆留相液晶，通过施加不同脉冲电压来实现在零场下工作，可以实现液晶光栅衍射效率电场可调，可以大大节约液晶光栅的能耗。较佳地，所述的液晶光栅的两个所述导电层为铟锡金属氧化物。较佳地，所述液晶光栅的所述上导电电极和下导电电极的尖端和末端都为圆弧形设计。避免了导电条两端电荷分布过于密集而导致过强的电场，从而提高了液晶光栅的应用效果。
较佳地，所述的液晶光栅的液晶层为胆留相液晶，取代传统的向列相液晶，根据胆甾相液晶的双稳态特性，实现液晶光栅零场下工作，从而大大节约了液晶光栅的能耗。
所述玻璃基板为钠钙玻璃。所述下玻璃基板上设有吸光层。
下面结合附图对本发明进行详述。图1为本发明液晶光栅的剖面结构示意图。图2为图1所示液晶光栅的上电极的示意图。图3为图1所示的液晶光栅下电极的示意图。图4为本发明液晶光栅电极叠加的结构示意图。图5为本发明液晶光栅工作驱动示意图。其中图中1.上玻璃基板、2.下玻璃基板、3.液晶层、4.上取向层、5.下取向层、 6.上导电电极、7.下导电电极、8.阻挡层、9.吸光层。
具体实施例方式参照图1和图5，本发明是一种双稳态液晶光栅，包括上玻璃基板1和下玻璃基板 2，以及液晶层3，该两玻璃基板为钠钙玻璃，上、下玻璃基板1、2上面均设置有梳状透明电极层和取向层，下玻璃基板2上设有吸光层9，取向层分为上取向层4和下取向层5，上取向层4与下取向层5为摩擦取向层。上、下玻璃基板1、2分别与上、下取向层4、5之间均设有一层阻挡层8，阻挡层8为二氧化硅，液晶层3设于两玻璃基板1、2之间，液晶层3之中灌注的液晶为胆甾相液晶，液晶层3与所述取向层直接接触，导电层分为上导电电极6和下导电电极7，导电层为铟锡金属氧化物。上、下导电电极6、7的顶端为圆弧形，上导电电极6和下导电电极7分别为圆端梳状电极且相对设置，见图2—图4所示。参照图6，在零电压下，胆留型液晶处于平面结构(P态)，液晶有周期性的螺旋结构，其螺旋轴与液晶盒垂直。在P态时，如果入射光的波长λ与螺旋距P相匹配，S卩λ=ηρ， η是液晶的平均折射率，则光将被反射，反射光的波长可由螺旋距来控制，在制作的液晶光栅中可通过采取一定的表面处理和采用不同的液晶并在液晶中添加不同的添加剂使波长 λ范围拓宽，将一定强度的电压V1 (阈值电压)加到液晶材料上，液晶就会转变到焦锥结构 (FC态)，在FC状态下，液晶分子处于一种多畴状态，在每一个畴内螺旋结构仍然存在，但不同畴的螺旋轴在空间的取向杂乱无章，此时周期性的结构不复存在，入射光不会反射而是漫反射，液晶呈现乳白色，如果电压从这个低电压降到零，焦锥态将是亚稳态或是稳态，通过一定的表面处理可使其变为稳态，如在液晶上加上足够高的电压V2(饱和电压)，液晶将变化到向列相状态(H态)，所有的分子都沿电场方向排列，此时液晶是透明的，如果把电压快速降到零，液晶分子将直接回到P态，如果把电压慢慢降低，液晶分子将转变并回到FC态。 FC态与P态都可以在零场状态下处于稳定状态，这就是胆留型液晶的双稳态工作原理。当胆甾相液晶处于FC态，液晶呈类似晶体晶畴的多畴结构，大部分光经液晶后前散射，被吸收层吸收，如果这种新型的液晶光栅像普通的液晶光栅的PI层一样摩擦强度定向，使得接近PI层的液晶分子沿摩擦方向排列，平行于表面，当液晶处于FC态时，PI层取向作用和液晶分子之间的相互作用促使液晶向P态转变，形成单晶，液晶不能长时间稳定在 FC态。而未经摩擦取向的PI层不具有定向能力，PI层非均勻性导致缺陷的存在，缺陷促使胆甾相液晶形成多畴结构，当液晶形成多畴结构后，FC态就能长时间稳定存在，但是如果不进行摩擦取向，液晶分子在平面织构态的排列不会很越规整，会使平面态的反射率降低，因此要采取一种合适的摩擦强度取向，使平面图的反射率较高又能使FC态比较稳定，这时胆甾相液晶就具有较好的双稳特性。 这种双稳态胆留相液晶光栅能够实现不同衍射强度可调，首先对液晶光栅施加一个高脉冲V2，高脉冲期间处于H态，高脉冲过后得到P态，然后再加一个幅度为V1的低脉冲， 脉冲过后液晶为FC态，当脉冲幅度幅度在V1J2之间时，液晶处于P态和FC态的混合态，这些液晶处于P态和FC态混合的中间态同样是稳定的，此时FC态的反射率随着脉冲电压的升高而线性增大，随着脉冲电压的升高，样品中P态含量逐渐增大直到脉冲电压达到V2。因此通过对液晶光栅施加不同幅度的脉冲，可以得到不同的衍射强度，从而实现液晶光栅衍射强度可调。
权利要求
1.一种双稳态液晶光栅，其特征在于，包括上、下玻璃基板和液晶层，所述上、下玻璃基板上面均设置有梳状透明电极层和新型的取向层，所述取向层为不同于一般液晶光栅摩擦强度的取向层，上、下玻璃基板分别与上、下取向层之间均设有一层阻挡层，所述液晶层设在两玻璃基板之间，且所述液晶层与所述取向层直接接触，所述导电层分为上导电电极和下导电电极，所述上导电电极和下导电电极分别为圆端梳状电极且相对设置。
2.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述导电层为铟锡金属氧化物。
3.如权利要求2所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述上下导电电极的顶端为圆弧形。
4.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述液晶层液晶为胆留相液晶。
5.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述阻挡层为二氧化硅。
6.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述取向层为摩擦取向层。
7.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述玻璃基板为钠钙玻璃。
8.如权利要求1所述的双稳态液晶光栅，其特征在于，所述下玻璃基板上设有吸光层。
全文摘要
本发明涉及一种液晶光栅，包括上、下玻璃基板和液晶层，玻璃基板上面均设有梳状透明电极层和取向层，取向层分为上取向层和下取向层，玻璃基板分别与取向层之间设有一层阻挡层，液晶层设在两玻璃基板之间且与取向层直接接触，导电层分为上导电电极和下导电电极，上导电电极和下导电电极分别为圆端梳状电极且相对设置。普通的液晶光栅一般使用的是向列相液晶，液晶光栅灌注的液晶为胆甾相液晶，根据胆甾相液晶的双稳态特性，经过一定表面处理的液晶光栅可以实现在零场状态下工作，通过不同的电压脉冲可以实现液晶光栅衍射强度电场可调，本发明的液晶光栅制作工艺简单，节能省电，无须使用偏振膜，通过电场调节就能控制光栅衍射光强。
文档编号G02F1/1343GK102566109SQ20101060414
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者欧阳艳东, 聂传岗, 黄翀 申请人:汕头大学