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

背景技術：

1、液晶是一種介于晶體與液體之間的電可調材料，具有雙折射及電學各向異性等特點，在外力、外加電場作用下，液晶盒中的液晶分子發(fā)生重新取向，實現(xiàn)有效折射率的調控。因此，液晶具有可調控的光學性能，可以靈活調控光束振幅、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。隨著材料學科、半導體與集成電路等領域的迅速發(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現(xiàn)電控調焦、光軸移動與光束偏轉等功能，同時以其小體積、輕重量且可實現(xiàn)無機械式移動的電控等優(yōu)點在顯示、光學成像等領域具有廣闊應用前景。但是傳統(tǒng)液晶器件在使用過程中無法對入射光束的反射率或透射率進行調控，往往使用全透射或全反射模式，因此在實現(xiàn)光場調控過程中通常需要設計復雜的光學系統(tǒng)，而由此帶來的大體積、低效率、設計難度高等難題大大限制了液晶器件的使用范圍與調制效果。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置與調控方法，用于解決現(xiàn)有液晶光學系統(tǒng)中結構復雜，無法靈活調整，適用范圍局限從而導致的系統(tǒng)工作效率低，光路結構復雜，能量利用率低的技術問題。

2、本發(fā)明采用的技術方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，包括偏振器、透/反射率可調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/反射率可調的電控液晶光電子器件后光強、相位受到調制。透/反射率控制裝置及有效折射率控制裝置通過驅動電路調控驅動參數(shù)對透/反射率可調的電控液晶光電子器件進行控制。

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

5、優(yōu)選地，所述的有效折射率調控層由第一透明基板、液晶層和第二透明基板構成，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、導電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；電解質層的材料主要包括可溶于有機溶劑的金屬無機鹽、離子液體(il)和聚合物構成。

8、優(yōu)選地，所述的電解質層材料中金屬無機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層上的電壓來改變離子反應程度從而對透/反射率進行調控，實現(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有效折射率調控層進行控制，調控第一透明電極(v1)、第二透明電極v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)對應的電壓幅值vi(i＝1,2,3,4，下同)，對應頻率fi與對應相位獲得不同有效電壓vrms分布以改變液晶分子指向，從而實現(xiàn)有效折射率的調控以獲得期望的相位分布，靈活調控入射光束波前。

12、第二方面，本發(fā)明還提供一種透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置與的調控方法，用于調控第一方面所述器件及其調控裝置，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/反射率調控層和第二透/反射率調控層改變入射光束與出射光束強度，通過有效折射率控制裝置控制有效折射率調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/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置與調控方法可以通過動態(tài)的電控調整使透/反射率可調的電控液晶光電子器件處于不同工作狀態(tài)，以實現(xiàn)不同的光學調制效果，從而使透/反射率可調的電控液晶光電子器件在電控連續(xù)可調的情況下實現(xiàn)非機械式光束調控。同時本發(fā)明中的透/反射率可調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)使用情況進行電控切換，對光束實現(xiàn)即時、高效、精準的調控，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、結構簡單、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景等優(yōu)點。

技術特征：

1.一種透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置與調控方法，其特征在于，包括偏振器、透/反射率可調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/反射率可調的電控液晶光電子器件后光強、相位受到調制。透/反射率控制裝置及有效折射率控制裝置通過驅動電路調控驅動參數(shù)對透/反射率可調的電控液晶光電子器件進行控制。

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

3.根據(jù)權利要求2所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的有效折射率調控層由第一透明基板、液晶層和第二透明基板構成，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)權利要求3所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的有效折射率調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)權利要求2所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的第一透/反射率調控層和第二透/反射率調控層具有相同結構，透/反射率調控層包括第三透明基板、電解質層和第四透明基板構成，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)權利要求5所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的透/反射率調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、導電聚合物、銀、銅和鋁薄膜中的一種；電解質層的材料主要包括可溶于有機溶劑的金屬無機鹽、離子液體(il)和聚合物構成。

7.根據(jù)權利要求6所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的電解質層材料中金屬無機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)權利要求2所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的偏振器、透/反射率可調的電控液晶光電子器件中心位于同一直線上。

9.根據(jù)權利要求2所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，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層上的電壓來改變離子反應程度從而對透/反射率進行調控，實現(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)權利要求2所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，其特征在于，所述的有效折射率控制裝置對有效折射率調控層進行控制，調控第一透明電極(v1)、第二透明電極v2)、第三透明電極(v3)和第四透明電極(v4)對應的電壓幅值vi(i＝1,2,3,4，下同)，對應頻率fi與對應相位獲得不同有效電壓vrms分布以改變液晶分子指向，從而實現(xiàn)有效折射率的調控以獲得期望的相位分布，靈活調控入射光束波前。

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

技術總結
本發(fā)明涉及液晶光電子器件技術領域，尤其涉及一種透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置與調控方法。本發(fā)明所述的透/反射率可調的電控液晶光電子器件及其調控裝置，包括偏振器1、透/反射率可調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/反射率可調的電控液晶光電子器件2后光強、相位受到調制。透/反射率控制裝置3及有效折射率控制裝置4通過驅動電路調控驅動參數(shù)對透/反射率可調的電控液晶光電子器件2進行控制。本發(fā)明通過電控方式對光束實現(xiàn)即時、高效、精準的調控，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、結構簡單、體積小、可多功能切換、適用場景廣泛等優(yōu)點。

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