本發(fā)明涉及液晶光電子器件，尤其涉及一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、液晶是一種介于晶體與液體之間的電可調(diào)材料，具有雙折射及電學(xué)各向異性等特點(diǎn)，在外力、外加電場(chǎng)作用下，液晶盒中的液晶分子發(fā)生重新取向，實(shí)現(xiàn)有效折射率的調(diào)控。因此，液晶具有可調(diào)控的光學(xué)性能，可以靈活調(diào)控光束振幅、相位與偏振特性，這一特性有助于開發(fā)低功耗、小型化的液晶光電子器件。隨著材料學(xué)科、半導(dǎo)體與集成電路等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，液晶被用于制造各類光電器件，如液晶透鏡、液晶顯示器、液晶光楔等。

2、液晶光電子器件不僅可實(shí)現(xiàn)電控調(diào)焦、光軸移動(dòng)與光束偏轉(zhuǎn)等功能，同時(shí)以其小體積、輕重量且可實(shí)現(xiàn)無機(jī)械式移動(dòng)的電控等優(yōu)點(diǎn)在顯示、光學(xué)成像等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)液晶器件在使用過程中無法對(duì)入射光束的反射率或透射率進(jìn)行調(diào)控，往往使用全透射或全反射模式，因此在實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)調(diào)控過程中通常需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，而由此帶來的大體積、低效率、設(shè)計(jì)難度高等難題大大限制了液晶器件的使用范圍與調(diào)制效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與調(diào)控方法，用于解決現(xiàn)有液晶光學(xué)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法靈活調(diào)整，適用范圍局限從而導(dǎo)致的系統(tǒng)工作效率低，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量利用率低的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，包括偏振器、透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件、透/反射率控制裝置以及有效折射率控制裝置，光束經(jīng)過偏振器變?yōu)槠窆?，所述偏振光?jīng)過透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件后光強(qiáng)、相位受到調(diào)制。透/反射率控制裝置及有效折射率控制裝置通過驅(qū)動(dòng)電路調(diào)控驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件進(jìn)行控制。

4、優(yōu)選地，所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件包括第一透/反射率調(diào)控層、有效折射率調(diào)控層和第二透/反射率調(diào)控層。

5、優(yōu)選地，所述的有效折射率調(diào)控層由第一透明基板、液晶層和第二透明基板構(gòu)成，第一透明基板兩端為鍍置條狀透明電極材料的第一透明電極(v1)和第二透明電極(v2)，其余部分為鍍有透明的高阻抗膜的第一高阻層，第二透明基板兩端為鍍置條狀透明材料的第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)，其余部分為鍍有透明的高阻抗膜的第二高阻層。

6、優(yōu)選地，所述的有效折射率調(diào)控層的第一透明電極(v1)、第二透明電極(v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)的電極材料選用氧化銦錫(ito)、石墨烯、金屬納米線、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；第一高阻層和第二高阻層的高阻材料為聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)、氧化銦鋅(izo)、氧化鋅鋁(azo)或其他高阻材料。

7、優(yōu)選地，所述的透/反射率調(diào)控層的第三透明基板和第四透明基板鍍置的電極材料選用氧化銦錫(ito)、石墨烯、金屬納米線、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；電解質(zhì)層的材料主要包括可溶于有機(jī)溶劑的金屬無機(jī)鹽、離子液體(il)和聚合物構(gòu)成。

8、優(yōu)選地，所述的電解質(zhì)層材料中金屬無機(jī)鹽中金屬包括但不限于銀(ag)、金(au)、銅(cu)、鎳(ni)等金屬的一種或多種組合；所述的電解質(zhì)層材料中的離子包括但不限于為氯(cl-)、溴(br-)、碘(i-)等離子的一種或多種組合；所述的電解質(zhì)層材料中離子液體(il)為季銨鹽、季磷鹽、咪唑鹽和吡啶鹽中的一種。

9、優(yōu)選地，所述的偏振器、透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件中心位于同一直線上。

10、優(yōu)選地，所述的透/反射率控制裝置通過控制加載在電解質(zhì)層上的電壓來改變離子反應(yīng)程度從而對(duì)透/反射率進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)全反射、半透半反射、全透射等不同透/反射率效果。

11、優(yōu)選地，所述的有效折射率控制裝置對(duì)有效折射率調(diào)控層進(jìn)行控制，調(diào)控第一透明電極(v1)、第二透明電極v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)對(duì)應(yīng)的電壓幅值vi(i＝1,2,3,4，下同)，對(duì)應(yīng)頻率fi與對(duì)應(yīng)相位獲得不同有效電壓vrms分布以改變液晶分子指向，從而實(shí)現(xiàn)有效折射率的調(diào)控以獲得期望的相位分布，靈活調(diào)控入射光束波前。

12、第二方面，本發(fā)明還提供一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與的調(diào)控方法，用于調(diào)控第一方面所述器件及其調(diào)控裝置，所述方法包括以下步驟：

13、s10:改變偏振器偏振狀態(tài)，使出射的偏振光偏振方向平行入于液晶摩擦方向。

14、s20:通過透/反射率控制裝置控制第一透/反射率調(diào)控層和第二透/反射率調(diào)控層改變?nèi)肷涔馐c出射光束強(qiáng)度，通過有效折射率控制裝置控制有效折射率調(diào)控層透明電極上電壓幅值，頻率與相位，從而獲得不同的相位分布，使有效折射率層工作于諸如透鏡狀態(tài)(包括但不限于正透鏡、負(fù)透鏡、錐透鏡、柱透鏡等)、光楔狀態(tài)(包括但不限于傳統(tǒng)、菲涅爾光楔等)等多種狀態(tài)。

15、有益效果：本發(fā)明的一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與調(diào)控方法可以通過動(dòng)態(tài)的電控調(diào)整使透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件處于不同工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)不同的光學(xué)調(diào)制效果，從而使透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件在電控連續(xù)可調(diào)的情況下實(shí)現(xiàn)非機(jī)械式光束調(diào)控。同時(shí)本發(fā)明中的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件不局限于工作在透射式或反射式光路中的某一種，而是可以根據(jù)使用情況進(jìn)行電控切換，對(duì)光束實(shí)現(xiàn)即時(shí)、高效、精準(zhǔn)的調(diào)控，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可多功能切換、具有更低的制備成本與更為廣泛的適用場(chǎng)景等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與調(diào)控方法，其特征在于，包括偏振器、透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件、透/反射率控制裝置以及有效折射率控制裝置，光束經(jīng)過偏振器變?yōu)槠窆猓銎窆饨?jīng)過透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件后光強(qiáng)、相位受到調(diào)制。透/反射率控制裝置及有效折射率控制裝置通過驅(qū)動(dòng)電路調(diào)控驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件進(jìn)行控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件包括第一透/反射率調(diào)控層、有效折射率調(diào)控層和第二透/反射率調(diào)控層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的有效折射率調(diào)控層由第一透明基板、液晶層和第二透明基板構(gòu)成，第一透明基板兩端為鍍置條狀透明電極材料的第一透明電極(v1)和第二透明電極(v2)，其余部分為鍍有透明的高阻抗膜的第一高阻層，第二透明基板兩端為鍍置條狀透明材料的第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)，其余部分為鍍有透明的高阻抗膜的第二高阻層。

4.可根據(jù)權(quán)利要求3所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的有效折射率調(diào)控層的第一透明電極(v1)、第二透明電極(v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)的電極材料選用氧化銦錫(ito)、石墨烯、金屬納米線、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；第一高阻層和第二高阻層的高阻材料為聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)、氧化銦鋅(izo)、氧化鋅鋁(azo)或其他高阻材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的第一透/反射率調(diào)控層和第二透/反射率調(diào)控層具有相同結(jié)構(gòu)，透/反射率調(diào)控層包括第三透明基板、電解質(zhì)層和第四透明基板構(gòu)成，第三透明基板和第四透明基板分別鍍置透明第五透明電極、第六透明電極。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的透/反射率調(diào)控層的第三透明基板和第四透明基板鍍置的電極材料選用氧化銦錫(ito)、石墨烯、金屬納米線、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；電解質(zhì)層的材料主要包括可溶于有機(jī)溶劑的金屬無機(jī)鹽、離子液體(il)和聚合物構(gòu)成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的電解質(zhì)層材料中金屬無機(jī)鹽中金屬包括但不限于銀(ag)、金(au)、銅(cu)、鎳(ni)等金屬的一種或多種組合；所述的電解質(zhì)層材料中的離子包括但不限于為氯(cl-)、溴(br-)、碘(i-)等離子的一種或多種組合；所述的電解質(zhì)層材料中離子液體(il)為季銨鹽、季磷鹽、咪唑鹽和吡啶鹽中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的偏振器、透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件中心位于同一直線上。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的透/反射率控制裝置通過控制加載在電解質(zhì)層上的電壓來改變離子反應(yīng)程度從而對(duì)透/反射率進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)全反射、半透半反射、全透射等不同透/反射率效果。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，其特征在于，所述的有效折射率控制裝置對(duì)有效折射率調(diào)控層進(jìn)行控制，調(diào)控第一透明電極(v1)、第二透明電極v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)對(duì)應(yīng)的電壓幅值vi(i＝1,2,3,4，下同)，對(duì)應(yīng)頻率fi與對(duì)應(yīng)相位獲得不同有效電壓vrms分布以改變液晶分子指向，從而實(shí)現(xiàn)有效折射率的調(diào)控以獲得期望的相位分布，靈活調(diào)控入射光束波前。

11.一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置的調(diào)控方法，其特征在于，其特征在于，用于調(diào)控權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述組件，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及液晶光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置與調(diào)控方法。本發(fā)明所述的透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件及其調(diào)控裝置，包括偏振器1、透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件2、透/反射率控制裝置3以及有效折射率控制裝置4，光束經(jīng)過偏振器1變?yōu)槠窆?，所述偏振光?jīng)過透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件2后光強(qiáng)、相位受到調(diào)制。透/反射率控制裝置3及有效折射率控制裝置4通過驅(qū)動(dòng)電路調(diào)控驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)透/反射率可調(diào)的電控液晶光電子器件2進(jìn)行控制。本發(fā)明通過電控方式對(duì)光束實(shí)現(xiàn)即時(shí)、高效、精準(zhǔn)的調(diào)控，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可多功能切換、適用場(chǎng)景廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳曉西,魏揚(yáng),孫祥偉,黃瑞,尹伊,汪平河
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21