[發(fā)明專利]電容耦合電場控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380069876.5
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN104981717A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 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(quán)）人: 蘭斯維克托公司
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B3/12;G02B5/00;G02F1/13
• 代理公司: 北京睿邦知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11481
• 代理人: 徐丁峰;付偉佳

相關(guān)申請

本申請的優(yōu)先權(quán)文件是美國臨時申請US?61/725,021，其發(fā)明名稱與本申請相同，申請日是2012年11月11日，本申請引用該優(yōu)先權(quán)文件全文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請的技術(shù)方案涉及液晶光學(xué)器件，特別是液晶光學(xué)器件的控制電極。

背景技術(shù)

液晶(LC)顯示器(LCD)和液晶透鏡(LCL)在本領(lǐng)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(xué)透鏡，并通過控制裝置的光通孔(Clear?Aperture，CA)內(nèi)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(yīng)于LCL的光學(xué)倍率)可以通過改變電驅(qū)動參數(shù)(電壓、頻率或他們的組合)來控制，而沒有任何宏觀的機(jī)械運(yùn)動或形變。

對應(yīng)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(shè)計(jì)已經(jīng)被提出，例如，佐藤進(jìn)的“可變聚焦透鏡的液晶設(shè)備”(Applications?of?Liquid?Crystals?to?Variable-Focusing?Lenses，OPTICAL?REVIEW?Vol.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(chǎn)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(tài)控制的復(fù)雜性降低了它的吸引力和工業(yè)價值。

佐藤進(jìn)所描述的另一種方法100是結(jié)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?qū)雍推渌麡?biāo)準(zhǔn)元素將被省略，以簡化附圖。此外，各種設(shè)計(jì)和實(shí)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(diǎn)之間，如圖1B中示意性地示出)。因此，如果電壓(以及相應(yīng)的電場)具有適當(dāng)?shù)目臻g分布，那么相應(yīng)的重新定向的液晶分子108和裝置100的光通孔(CA)110內(nèi)的折射率調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)所需的球面型(或者非球面，下同)，從而形成質(zhì)量好的透鏡100。這樣的透鏡的光學(xué)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(diǎn)周圍)和外圍(A和B點(diǎn)周圍)的折射率差和r是光通孔110的半徑。焦點(diǎn)距離F(單位為米)是光學(xué)倍率OP的倒數(shù)，F(xiàn)＝1/OP。這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了更簡單的制造，但仍然有一些重要的缺點(diǎn)。即，HPE?102和TUE?104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(nèi)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(fā)表的一篇題為“液晶自適應(yīng)鏡片與莫代爾控制”的文章(“Liquid-Crystal?Adaptive?Lenses?with?Modal?Control”，OPTICS?LETTERS/Vol.23，No.13/July?1，1998)中，提出了一個液晶透鏡200的設(shè)計(jì)(如圖2所示)，它使用的HPE?202設(shè)置在液晶單元內(nèi)(佐藤進(jìn)設(shè)計(jì)的頂部基板101，如圖1A中所示，被倒置翻轉(zhuǎn)了180度)。在這種情況下，HPE?202和TUE?104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(xué)倍率。然而，該設(shè)計(jì)會留下一個問題：液晶層212內(nèi)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(dǎo)電性層(WCL)214被設(shè)置到HPE?202表面，該高電阻率或弱導(dǎo)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(dǎo)電性。這一平滑的概念可以理解為：電壓從HPE?202的周邊向中心衰減的情況，在一個經(jīng)典的RC電路中，兩個電極TUE?104和HPE?202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，電極之間含有絕緣的液晶層212。同時，WCL?214的薄層電阻Rs主要起到電阻R的作用。

由于微型照相機(jī)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(shù)ε_LC，使得WCL?214的薄層電阻Rs大概為幾十MΩ/□，以實(shí)現(xiàn)一個平滑的電場分布。由于薄片電阻的明顯變化導(dǎo)致制造參數(shù)的變化，這種薄膜的制造是困難的。