Abstract

In this Letter, we report a method to prepare a liquid crystal (LC) lens based on a variable pretilt angle of a photoalignment (PA) layer. With precise control of the irradiance, such PA provides good control on the pretilt angle that can be tuned in the range of 1°–89°. Therefore, the precise control of the irradiance generates a spatially varying pretilt angle with any desired pretilt angle profile. Thus, the tunable LC lenses have been fabricated and characterized. With low voltage operations, easy fabrication, and relatively high switching speed, such lenses can be applied in many modern optical and photonic devices.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Sluijter, A. Herzog, D. K. de Boer, M. P. Krijn, and H. P. Urbach, J. Opt. Soc. Am. B 26, 2035 (2009).
    [CrossRef]
  2. M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
    [CrossRef]
  3. M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
    [CrossRef]
  4. P. Valley, M. Reza Dodge, J. Schwiegerling, G. Peyman, and N. Peyghambarian, Opt. Lett. 35, 2582 (2010).
    [CrossRef]
  5. Y. Lin, M. Chen, and H. Lin, Opt. Express 19, 4714 (2011).
    [CrossRef]
  6. P. J. Hands, S. A. Tatarkova, A. K. Kirby, and G. D. Love, Opt. Express 14, 4525 (2006).
    [CrossRef]
  7. M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
    [CrossRef]
  8. M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
    [CrossRef]
  9. H. Lin and Y. Lin, Appl. Phys. Lett. 97, 063505 (2010).
    [CrossRef]
  10. F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
    [CrossRef]
  11. D. W. Berreman and W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52, 3032 (1981).
    [CrossRef]
  12. F. Yeung and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 063505 (2006).
    [CrossRef]
  13. M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
    [CrossRef]
  14. J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
    [CrossRef]
  15. K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
    [CrossRef]
  16. J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
    [CrossRef]
  17. T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
    [CrossRef]
  18. S. T. Wu and D. K. Yang, Fundamentals of Liquid Crystal Devices (Wiley, 2006).
  19. H. Ren and S. T. Wu, Opt. Express 14, 11292 (2006).
    [CrossRef]

2011 (2)

Y. Lin, M. Chen, and H. Lin, Opt. Express 19, 4714 (2011).
[CrossRef]

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

2010 (2)

2009 (1)

2007 (6)

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
[CrossRef]

J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
[CrossRef]

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

2006 (4)

F. Yeung and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 063505 (2006).
[CrossRef]

H. Ren and S. T. Wu, Opt. Express 14, 11292 (2006).
[CrossRef]

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

P. J. Hands, S. A. Tatarkova, A. K. Kirby, and G. D. Love, Opt. Express 14, 4525 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
[CrossRef]

1981 (1)

D. W. Berreman and W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52, 3032 (1981).
[CrossRef]

1980 (1)

T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
[CrossRef]

Ahn, H. J.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Baik, H. K.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Berreman, D. W.

D. W. Berreman and W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52, 3032 (1981).
[CrossRef]

Chen, M.

Chigrinov, V.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

Chigrinov, V. G.

J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
[CrossRef]

Choi, C. J.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

de Boer, D. K.

Fan, F.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

Hands, P. J.

Heffner, W. R.

D. W. Berreman and W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52, 3032 (1981).
[CrossRef]

Herzog, A.

Ho, J.

J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
[CrossRef]

Ho, J. Y.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Hwang, B. H.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Jo, M. K.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Jo, S. J.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Kang, D.

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

Kawamura, M.

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
[CrossRef]

Kim, C. S.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Kim, J. B.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Kim, J. T.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Kim, K. C.

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

Kirby, A. K.

Krijn, M. P.

Kwok, H. S.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
[CrossRef]

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

F. Yeung and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 063505 (2006).
[CrossRef]

Lee, C. Y.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

Li, Y. W.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Lin, H.

Y. Lin, M. Chen, and H. Lin, Opt. Express 19, 4714 (2011).
[CrossRef]

H. Lin and Y. Lin, Appl. Phys. Lett. 97, 063505 (2010).
[CrossRef]

Lin, Y.

Y. Lin, M. Chen, and H. Lin, Opt. Express 19, 4714 (2011).
[CrossRef]

H. Lin and Y. Lin, Appl. Phys. Lett. 97, 063505 (2010).
[CrossRef]

Love, G. D.

Murauski, A.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

Ohgawara, M.

T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
[CrossRef]

Peyghambarian, N.

Peyman, G.

Ren, H.

Reza Dodge, M.

Rosenblatt, C.

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

Sato, S.

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
[CrossRef]

Schwiegerling, J.

Sheng, P.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Sluijter, M.

Sousa, M.

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

Takahashi, T.

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

Tatarkova, S. A.

Tseng, M. C.

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

Tsui, O. K.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Uchida, T.

T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
[CrossRef]

Urbach, H. P.

Valley, P.

Vaughn, K. E.

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

Wada, M.

T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
[CrossRef]

Wang, B.

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

Wu, S. T.

H. Ren and S. T. Wu, Opt. Express 14, 11292 (2006).
[CrossRef]

S. T. Wu and D. K. Yang, Fundamentals of Liquid Crystal Devices (Wiley, 2006).

Xie, F. C.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Yang, D. K.

S. T. Wu and D. K. Yang, Fundamentals of Liquid Crystal Devices (Wiley, 2006).

Ye, M.

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
[CrossRef]

Yeung, F.

F. Yeung and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 063505 (2006).
[CrossRef]

Yeung, F. S.

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (6)

H. Lin and Y. Lin, Appl. Phys. Lett. 97, 063505 (2010).
[CrossRef]

F. S. Yeung, J. Y. Ho, Y. W. Li, F. C. Xie, O. K. Tsui, P. Sheng, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 51910 (2006).
[CrossRef]

J. Ho, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 90, 243506 (2007).
[CrossRef]

K. E. Vaughn, M. Sousa, D. Kang, and C. Rosenblatt, Appl. Phys. Lett. 90, 194102 (2007).
[CrossRef]

J. B. Kim, K. C. Kim, H. J. Ahn, B. H. Hwang, J. T. Kim, S. J. Jo, C. S. Kim, H. K. Baik, C. J. Choi, and M. K. Jo, Appl. Phys. Lett. 91, 023507 (2007).
[CrossRef]

F. Yeung and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 88, 063505 (2006).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (2)

M. C. Tseng, F. Fan, C. Y. Lee, A. Murauski, V. Chigrinov, and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 109, 083109 (2011).
[CrossRef]

D. W. Berreman and W. R. Heffner, J. Appl. Phys. 52, 3032 (1981).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Jpn. J. Appl. Phys. (3)

M. Ye, B. Wang, M. Kawamura, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 6776 (2007).
[CrossRef]

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6098 (2005).
[CrossRef]

T. Uchida, M. Ohgawara, and M. Wada, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 2127 (1980).
[CrossRef]

Mol. Cryst. Liq. Cryst. (1)

M. Kawamura, M. Ye, and S. Sato, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 478, 135 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (1)

Opt. Rev. (1)

M. Ye, B. Wang, T. Takahashi, and S. Sato, Opt. Rev. 14, 173 (2007).
[CrossRef]

Other (1)

S. T. Wu and D. K. Yang, Fundamentals of Liquid Crystal Devices (Wiley, 2006).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Pretilt angle dependence on the exposure energy (solid circles). Open legends represent the same experimental results repeated after several hours of photographing and thermal exposure. The top insertion shows the simple fabrication procedure to make the LC cell to analyze different PA parameters, whereas the bottom insertion shows the photograph of the prepared LC cell under the crossed polarizers for distinct areas with different irradiance and pretilt angles.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Exposure setup to achieve spatially variable light intensity on the exposing plane. (b) The fabricated LC lens structure.

Fig. 3.
Fig. 3.

Optical microphotographs of the circular LC lens at different applied voltages that have been clicked in red light. The marker size is 700 μm.

Fig. 4.
Fig. 4.

Retardation parameter profile dependence along the radius of the LC lens at different voltages. The open legends show the experimental retardation parameter profile, while the solid lines represent the best parabolic fitting. The inset shows the voltage dependence of the focal length of the same lens.

Fig. 5.
Fig. 5.

Optical microphotograph of the cylindrical LC lens at different applied voltages that have been clicked in red light. The marker size is 400 μm.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

T=sin2(πdΔnλ),
f=r22d(ne2ne1),

Metrics