電容耦合電場控制裝置制造方法及圖紙

一個空間非均勻的電極結構，其用于控制一個空間非均勻電場，以控制一個可調諧的液晶透鏡。所述空間非均勻的電極結構可實現預定的空間非均勻電場輪廓，其中采用多個不同的電浮置的相鄰電極段之間的復合電容耦合。通過對有限個電極施加初始電壓，以形成一個所希望的電場分布。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】電容耦合電場控制裝置相關申請本申請的優先權文件是美國臨時申請US61/725,021，其專利技術名稱與本申請相同，申請日是2012年11月11日，本申請引用該優先權文件全文。
本申請的技術方案涉及液晶光學器件，特別是液晶光學器件的控制電極。
技術介紹
液晶(LC)顯示器(LCD)和液晶透鏡(LCL)在本領域中是已知的。在大部分使用液晶的情況下，形成一個電可變的梯度折射率(稱為GRIN)光學透鏡，并通過控制裝置的光通孔(ClearAperture，CA)內空間的液晶分子的相對取向梯度來控制該透鏡。而該液晶分子的取向是對電場敏感的，梯度(對應于LCL的光學倍率)可以通過改變電驅動參數(電壓、頻率或他們的組合)來控制，而沒有任何宏觀的機械運動或形變。對應于空間非均勻的電場用于控制液晶分子的取向，各種液晶透鏡的設計已經被提出，例如，佐藤進的″可變聚焦透鏡的液晶設備″(ApplicationsofLiquidCrystalstoVariable-FocusingLenses，OPTICALREVIEWVol.6，No.6(1999)471-485)。其中公開了一種使用多個電極排列(如在液晶顯示器中使用的那種)以產生一種類似透鏡的電場空間分布的方法。然而，其制造和動態控制的復雜性降低了它的吸引力和工業價值。佐藤進所描述的另一種方法100是結合使用的孔狀電極(HPE)102和均勻透明電極(TUE)104(在底部基板105上)，如圖1A所示(以下，液晶單元中的液晶取向層和其他標準元素將被省略，以簡化附圖。此外，各種設計和實施例的示意性橫截面視圖中也會如此簡化)。在兩個電極102和104之間的電壓差106會生成一個空間非均勻電場(在ACB各點之間，如圖1B中示意性地示出)。因此，如果電壓(以及相應的電場)具有適當的空間分布，那么相應的重新定向的液晶分子108和裝置100的光通孔(CA)110內的折射率調制，可以實現所需的球面型(或者非球面，下同)，從而形成質量好的透鏡100。這樣的透鏡的光學倍率(以屈光度為單位，OP)可表示為：OP＝2LΔn/r2，(在球面型波形的情況下)其中L是液晶層112的厚度，Δn是透鏡100的中心(C點周圍)和外圍(A和B點周圍)的折射率差和r是光通孔110的半徑。焦點距離F(單位為米)是光學倍率OP的倒數，F＝1/OP。這樣的設計實現了更簡單的制造，但仍然有一些重要的缺點。即，HPE102和TUE104之間的距離(由液晶的厚度為L和頂部基板的厚度H決定)必須是比較大的，以確保液晶層112內平滑的電場空間分布(150)。此電極間距L+H必然會增加控制的液晶透鏡100所需的電壓(幾十伏特)。在A.F.Naumov等人發表的一篇題為″液晶自適應鏡片與莫代爾控制″的文章(″Liquid-CrystalAdaptiveLenseswithModalControl″，OPTICSLETTERS/Vol.23，No.13/July1，1998)中，提出了一個液晶透鏡200的設計(如圖2所示)，它使用的HPE202設置在液晶單元內(佐藤進設計的頂部基板101，如圖1A中所示，被倒置翻轉了180度)。在這種情況下，HPE202和TUE104非常接近(只有液晶層212的厚度L間隔)和幾伏(小于5V)電壓206足夠控制液晶透鏡200的光學倍率。然而，該設計會留下一個問題：液晶層212內的電場分布將有一個突變的特性。為了解決在電場中的突變，一個高電阻率或弱導電性層(WCL)214被設置到HPE202表面，該高電阻率或弱導電性層由于一個非常高的薄層電阻Rs而使上述電場分布更加平滑，薄層電阻Rs被定義為R＝(dσ)-1，其中d是WCL層214的厚度，σ是WCL層214的導電性。這一平滑的概念可以理解為：電壓從HPE202的周邊向中心衰減的情況，在一個經典的RC電路中，兩個電極TUE104和HPE202之間互相重疊部分形成電容的衰減，其中在兩個電極上覆蓋有WCL材料214，電極之間合有絕緣的液晶層212。同時，WCL214的薄層電阻Rs主要起到電阻R的作用。由于微型照相機的″RC因子″(其光通孔110的尺寸范圍為1.5～2毫米)和厚度為L的LC層212的介電常數εLC，使得WCL214的薄層電阻Rs大概為幾十MΩ/□，以實現一個平滑的電場分布。由于薄片電阻的明顯變化導致制造參數的變化，這種薄膜的制造是困難的。此外，消費產品的攝像頭都應該適用于非偏振光線。這需要使用兩個LC層212(在垂直的平面上使液晶分子取向的取向表面結構被預取向，如圖3所示)來處理非偏振光線的兩個正交的偏振方向。要使兩個這樣的″半″透鏡200以同樣的方式聚焦，需要兩個WCL具有相同的Rs(誤差在3％內)。這使偏振無關的完整的透鏡300的制造具有特定的條件。這種方法的另一個缺點是：電壓的衰減(從HPE202的外周，即點A或B，朝透鏡的中心點C的衰減)，是RC電路的物理性質所決定的，這一衰減使得，難以獲得不同的非球面分布，而非球面分布有時是得到良好的光學圖像質量的條件。最后，所有具有適當的Rs值的材料(迄今已知的)都是對溫度變化敏感的。已知發展了幾個替代辦法以解決，至少一部分Naumov構造中的問題。其中之一是LensVector提出的WO2009/153764，在此引入作為參考，其中使用一個單一WCL314以消除嚴格的生產可重復性的要求，如圖4示出。在此配置300中，HPE302和WCL314被設置在兩個基板105(幾乎是對稱的)之間，基板作為兩個正交偏振的LC層312的底部和頂部基板。因此，同一組的控制電極結構(HPE302和WCL314)用來控制兩個相同的液晶層312。另一種方法400，如圖5A和5B所示，Wang等人所發表的″具有低驅動電壓的薄液晶透鏡″(B.Wang，M.Ye，M.Yamaguchi，andS.Sato，″ThinLiquidCrystalLenswithLowDrivingVoltages″，JapaneseJournalofAppliedPhysics48(2009)098004)。在這種構造中，在WCL層414靠近LC層412，同時在HPE402的中間有一個額外的電連接的圓盤形電極(DSE)416，DSE和HPE都被設置在液晶單元400的外側。盡管這種方法有助于避免短暫的分子取向缺陷(被稱為向錯)，也可以實現更好的控制電場分布500，但它仍然有幾個缺點，其中包括WCL414的制造問題。這是因為，仍然需要兩個WCL(每個LC層各設一個)，或只使用一個WCL414和控制電極(HPE402，DSE416)，但WCL必須設置在相對遠離TUE104的位置，因為現在兩個LC層412必須由相同的HPE402和DSE416電場控制結構進行控制。此外，需要有兩個獨立的連續可變的電壓V1106和V2406來驅動液晶透鏡400。因此，接地的TUE104和HPE402上的施加電壓V1106可能會產生一個空間非均勻的電壓分布和相應的光學倍率(示意性地如圖5B中的實線500示出)。同時，在DSE416上施加電壓V2406，可能會產生一個均勻的電壓(如圖5B所示的由實線和虛線的水平線)，從而避免了向錯的出現或允許光學倍率的連續控制和防止透鏡本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液晶透鏡或光學裝置，其包括：液晶單元，其具有：單元壁，其具有取向表面；與單元壁接觸的液晶材料；電極結構，其具有：多個電容耦合的電極段，由至少一個絕緣層隔開，提供透明光通孔；對置電極；其特征在于，由所述液晶單元內的所述電極段和所述對置電極產生一個電場；在所述多個電極段的第一個電極段施加電壓，以在所述多個電極段中隨后的一個或多個電容耦合的電極段上產生減小的電壓；所述電極段的設置對應于所述液晶單元的光通孔上的所希望的電場空間輪廓。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.11.11 US 61/725,0211.一種光學裝置，其包括：液晶單元，其具有：單元壁，其具有限定了基態液晶取向的取向表面；與單元壁接觸的液晶材料；電極結構，其具有：多個電容耦合的電極段，由至少一個絕緣層隔開，提供透明光通孔；對置電極；其特征在于，由所述液晶單元內的所述電極段和所述對置電極產生一個電場；所述電極結構設置為在所述多個電容耦合的電極段的第一電容耦合的電極段施加電壓，以在所述多個電容耦合的電極段中的一個或多個隨后的電容耦合的電極段上產生減小的電壓；所述電極段的設置對應于所述電極結構的光通孔上的預設的電場空間分布。2.如權利要求1所述的光學裝置，其特征在于，所述光學裝置是柱面透鏡，所述電極結構包括多個大致平行的電極條，所述第一電容耦合的電極段包括外側的平行的電極條。3.如權利要求1所述的光學裝置，其特征在于，所述光學裝置是液晶透鏡，所述電極結構包括一個大致圓形的孔，所述多個電容耦合的電極段包括多個大致同心的電容耦合電極段。4.如權利要求3所述的光學裝置，其特征在于，每個電容耦合的電極段進一步包括用于使所述光學裝置對波陣面進行控制的圓周形子段，所述光學裝置進一步包括控制器，其被設置為向所述子段提供隨時間變化的調整電壓，以實現光學成像穩定。5.如權利要求1-4中任一項所述的光學裝置，其特征在于，所述的多個電容耦合的電極段被分隔為位于兩層的第一組多個電容耦合的電極段和第二組多個電容耦合的電極段，其由以下的一個進行分隔：設置在所述第一組多個電容耦合的電極段上的一個絕緣層或一個高介電常數層。6.如權利要求5所述的光學裝置，其特征在于，所述第二組多個電容耦合的電極段的每個電極段都與所述第一組多個電容耦合的電極段中的、與其相鄰的電極段部分重疊。7.如權利要求5所述的光學裝置，其特征在于，所述的電極結構包括以下的其中一個：在一個大致平的透明導電電極層上的電介質基板；和在一個大致平的透明導電電極層上的絕緣層。8.如權利要求1-4中任一項所述的光學裝置，其特征在于，接收所述電壓的所述第一電容耦合的電極段包括以下的其中一個：一個蝴蝶形、電導通的透明電極，其與其他電極段部分重疊，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：迪格蘭·加爾斯蒂安，弗拉底米爾·普雷尼亞科夫，卡倫·阿薩特里安，阿米爾·圖爾克，阿爾門·佐哈拉拜亞恩，阿拉姆·巴格拉姆亞恩，西蒙·卡洛，
申請(專利權)人：蘭斯維克托公司，
類型：發明
國別省市：美國;US