CN101676765A - 一种液晶变焦透镜、电子装置及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种液晶变焦透镜，其中，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。在本发明中，第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述的至少一个电极是与液晶层紧密靠近的，电极和液晶层距离较小，因此产生相同的场强时所需的驱动电压越低，聚焦效果明显；液晶层本身呈现一个曲面透镜状，稍加电压就可以更好地实现聚焦和成像的效果。
Description
【技术领域】
本发明属于透镜领域，尤其涉及一种液晶变焦透镜、电子装置及制作方法。
【背景技术】
目前，透镜是一种基本的光学器件，在光学仪器和设备中随处可见。随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高，其中一个要求是焦距连续可变，另一个是大范围变焦。现有的透镜结构中，若想要满足前述要求，都会使得透镜结构的光学系统变得庞大和复杂。因现有的变焦透镜基本上都是光学镜头，结构都是几片光学透镜的组合，其体积大。例如，照相机一般是通过小型马达调节镜头组的间距来实现调焦的，有的照相机直接是靠手来调节焦距的；并且，光学镜头的焦距调节范围也是比较小的。在现有的技术中，作为使光学系统的焦距或焦点发生变化的调焦点机构，广泛采用使透镜移动从而进行调焦或者对焦的方式。但是，在这种方式中，因为需要透镜驱动机构，所以存在着结构复杂的缺点，同时透镜驱动机构需要消耗掉较多的电力。
因此，作为不需要透镜驱动机构的调焦机构，目前出现了一种液晶变焦透镜，提出了使液晶变焦透镜的折射率发生变化，从而进行对焦的方式。但是，现有的液晶变焦透镜所需的驱动电压较大，透镜的聚焦现象不明显，不易实现成像。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种液晶变焦透镜，旨在解决现有技术中液晶变焦透镜所需的驱动电压较大，透镜的聚焦现象不明显，不易实现成像的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种液晶变焦透镜，其中，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。
在本发明中，第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述的至少一个电极是与液晶层紧密靠近的，电极和液晶层距离较小，因此产生相同的场强时所需的驱动电压越低，聚焦效果明显；同时，通过在所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封凹形空腔内容纳有液晶，因而凹形空腔中的液晶层本身呈现一个曲面透镜状，稍加电压就可以更好地实现聚焦和成像的效果。具体工作时，直接在第一电极和第二电极之间施加电压，从而在第一基板和第二基板之间形成一个电场，电场使液晶分子极化进而发生偏转，改变液晶分子的排列和折射率，它的折射率呈中心对称的梯度分布，从而实现聚焦和成像的效果。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明实施例提供的第一种液晶变焦透镜剖面结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一种液晶变焦透镜的焦距与控制电压的关系示意图；
图3是本发明实施例提供的第二种液晶变焦透镜剖面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第三种液晶变焦透镜剖面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第四种液晶变焦透镜剖面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的液晶变焦透镜制作方法流程示意图；
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，提供了一种液晶变焦透镜，其中，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。
所述第一基板和第二基板之间形成的至少一个密封的凹形空腔的形状可以是球形或者椭球形，凹形空腔的高度为80-200μm，直径为3-12mm。
所述第一基板和第二基板可以为液晶变焦透镜中常用的基材，只要满足其透光性好、绝缘性好、容易在基板表面形成电极且具有一定的硬度即可。例如可以为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等中的一种或几种。其中，所述第一基板和第二基板的厚度为0.10-0.50mm，优选为0.20-0.40mm；所述第一基板和第二基板的透过率为84-94％，优选为86-91％；。根据该优选实施例，可以进一步提高该液晶变焦透镜的聚焦效果。
所述第一电极和第二电极为透明导电层，其厚度可以为10-100纳米、优选为10-60纳米，所述透明导电层优选为透明导电金属氧化物层。所述透明导电金属氧化物可以为各种可以用于导电的透明导电金属氧化物，例如可以为氧化铟锡、氧化锡、氧化锡掺锑、氧化锌和氧化锌掺铝中的一种或几种，优选为氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)。其中，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，即当第一电极形成在第一基板和第二基板相对的面上时，第二电极可以形成在第二基板的任意一个表面上；当第二电极形成在第一基板和第二基板相对的面上进，第一电极可以形成在第一基板的任意一个表面上。
所述第一取向层和第二取向层可以采用常用的取向材料，例如聚酰亚胺(Polyimide，PI)，当所述的第一电极和第二电极形成在第一基板和第二基板的内表面时，所述的第一取向层和第二取向层形成在第一电极和第二电极的表面上；当所述的第一电极和第二电极形成在第一基板和第二基板的外表面时，所述的第一取向层和第二取向层直接形成在第一基板和第二基板的内表面。
参考图1所示，为本发明实施例提供的第一种液晶变焦透镜剖面结构示意图。所述第一种液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一玻璃基板11和第二玻璃基板12，在第一玻璃基板11的内表面上具有第一ITO电极13，第一取向层(图中未示)形成在第一ITO电极13的表面上，在第二玻璃基板12上具有一弯曲的第二ITO电极14，第二取向层(图中未示)形成在第二ITO电极14的表面上。其中，第二玻璃基板12的内表面为一个凹面，所述的第二ITO电极14和第二取向层形成在所述的凹面上。当所述的第一玻璃基板11和第二玻璃基板12贴合以后，所述第一玻璃基板11和第二玻璃基板12之间形成一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶15。作为一种具体实施方式，所述凹形空腔的高度H＝120μm，直径D为8mm，所述第一玻璃基板的厚度为0.50mm，第二基板的厚度为0.50mm。制作时，在第一ITO电极13和第二ITO电极14表面涂敷聚酰亚胺取向层以后，对取向层单方向摩擦，并且第一玻璃基板11和第二玻璃基板12上的取向层的摩擦方向是反向平行的，接着向第二玻璃基板12的凹面内填充向列相液晶，所述液晶形成为厚度不均一的液晶层，最后将第一玻璃基板11和第二玻璃基板12贴合在一起。
采用上述实施例提供的第一种液晶变焦透镜，在不同控制电压作用下，用电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)接收的平行光束穿过本发明实施例的第一种液晶变焦透镜，其中，液晶变焦透镜与电荷耦合器件比如摄像头之间的距离为20cm，所用的光源为氦氖激光器，激光束垂直入射。从中可以看出，光斑(即聚焦)的面积随着透镜施加电压的升高而缩小，显示出了良好的聚焦现象。
参考图2所示，为本发明实施例提供的第一种液晶变焦透镜的焦距与控制电压的关系示意图，所述的电压为施加在第一电极和第二电极之间的电压。从图2中可以看出，电压在0-20V之间时，随着控制电压的升高，该液晶变焦透镜的焦距在变小，电压在20-40V之间时，当控制电压继续增大时，透镜的焦距又会变大。因此，通过控制两基板之间的电压大小，可以实现该液晶变焦透镜的聚焦和变焦效果。
参考图3所示，为本发明实施例提供的第二种液晶变焦透镜剖面结构示意图，本实施例与所述第一种液晶变焦透镜的结构相似，相同的地方不再赘述，不同之处在于：所述第二ITO电极34设置在第二玻璃基板32的外表面上，形成一平面电极，所述的第二取向层直接形成在第二玻璃基板32的内表面。当然，所述的第一ITO电极33也可以设置在第一玻璃基板31的外表面上，所述的第一取向层直接形成在第一玻璃基板31的内表面上。同时，所述凹形空腔的高度H＝80μm，直径D为3mm。
参考图4所示，为本发明实施例提供的第三种液晶变焦透镜剖面结构示意图。本实施例提供的液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一玻璃基板41和第二玻璃基板42，在第一玻璃基板41的内表面上具有第一ITO电极43，第一取向层(图中未示)形成在第一ITO电极43的表面上，在第二玻璃基板42的内表面上具有第二ITO电极44，形成一平面电极。其中，在所述第二ITO电极44的表面上，还设置有一凹面(剖面结构为凹面)层46，所述凹面层46可以采用与第二玻璃基板42的折射率相同的材质构成，例如可以选用PET材质；也可以是由其它与第二玻璃基板42的折射率相近的聚合物材料填充构成，例如可以选用聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)聚合物材料。第二取向层(图中未示)形成在凹面层46的内表面上，当所述的第一玻璃基板41和第二玻璃基板42贴合以后，所述第一玻璃基板41和第二玻璃基板42内表面上的凹面层46之间形成一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶45。
在前述三种实施例提供的液晶变焦透镜结构中，所述密封的凹形空腔是由具有凹面的第二玻璃基板或者在第二玻璃基板上形成的凹面层与一个密封装置形成的，所述的密封装置都是不具有凹面的第一玻璃基板。当然，也可以采用其它的密封装置，比如可以在具有凹面的第二玻璃基板或者在第二玻璃基板形成的凹形层上先密封一层密封片，然后再与第一玻璃基板进行贴合，形成所述密封的凹形空腔；前述的密封片可以是PET、PC和PMMA。
参考图5所示，为本发明实施例提供的第四种液晶变焦透镜剖面结构示意图。所述第四种液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一玻璃基板51和第二玻璃基板52，在第一玻璃基板51的内表面上具有一弯曲的第一ITO电极53，第一取向层(图中未示)形成在第一ITO电极53的表面上，在第二玻璃基板52上具有一弯曲的第二ITO电极54，第二取向层(图中未示)形成在第二ITO电极54的表面上。其中，第一玻璃基板51和第二玻璃基板52相对的内表面都为一个凹面，以分别形成第一凹面和第二凹面，所述的第一ITO电极53和第二取向层以及第二ITO电极54和第二取向层分别形成在所述的第一凹面和第二凹面上。特别地，为了防止第一玻璃基板51和第二玻璃基板52贴合时液晶分子泄漏，在所述第一玻璃基板51和第二玻璃基板52之间还设置有一密封装置，所述密封装置可以选用透明不导电的材质，例如可以是玻璃基板、PET、PC和PMMA等，优选为透明不导电玻璃基板50；所述透明不导电玻璃基板50的厚度为0.10-0.40mm，优选为0.20-0.30mm。组合时，可以先把第一玻璃基板51和透明不导电玻璃基板50贴合到一起，然后再与第二玻璃基板52贴合；或者，可以先把第二玻璃基板52和透明不导电玻璃基板50贴合到一起，然后再与第一玻璃基板51贴合。在贴合过程中，这三个基板的贴合顺序没有严格的限制，最终的目的是贴合到一起且不能让液晶分子泄漏出来。当所述的第一玻璃基板51、第二玻璃基板52和透明不导电玻璃基板50完成贴合以后，所述第一玻璃基板51和第二玻璃基板52分别与透明不导电玻璃基板50之间形成一个密封的第一凹形空腔和第二凹形空腔，所述密封的第一凹形空腔和第二凹形空腔内分别容纳有液晶55和液晶56。作为一种具体实施方式，所述第一凹形空腔和第二凹形空腔的高度H1和H2均为200μm，直径D为12mm，所述第一玻璃基板的厚度为0.30mm，第二基板的厚度为0.30mm。
制作时，在第一ITO电极53和第二ITO电极54表面涂敷聚酰亚胺取向层以后，对取向层单方向摩擦，并且第一玻璃基板51和第二玻璃基板52的取向层的摩擦方向是反向平行的，接着向第一玻璃基板51和第二玻璃基板52的凹面内填充向列相液晶，所述液晶形成为厚度不均一的液晶层，最后将第一玻璃基板51和第二玻璃基板52与透明不导电玻璃基板50贴合。
在本实施例中，所述第一ITO电极53设置在第二玻璃基板51的内表面，所述第二ITO电极54设置在第二玻璃基板52的内表面，所述的第一取向层和第二取向层分别形成在第一ITO电极53和第二ITO电极54的表面上。同理，所述的第一ITO电极53和第二ITO电极54也可以设置在第一玻璃基板51和第二玻璃基板52的外表面，所述的第一取向层和第二取向层直接形成在第一玻璃基板51和第二玻璃基板52的内表面上。
在本发明中，第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述的至少一个电极是与液晶层紧密靠近的，电极和液晶层距离较小，因此产生相同的场强时所需的驱动电压越低，聚焦效果明显；同时，通过在所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封凹形空腔内容纳有液晶，因而凹形空腔中的液晶层本身呈现一个曲面透镜状，稍加电压就可以更好地实现聚焦和成像的效果。具体工作时，直接在第一电极和第二电极之间施加电压，从而在第一基板和第二基板之间形成一个电场，电场使液晶分子极化进而发生偏转，改变液晶分子的排列和折射率，它的折射率呈中心对称的梯度分布，从而实现聚焦和成像的效果。
进一步，本发明中的液晶变焦透镜结构，不需要透镜驱动机构，结构简单，体积小，控制电压低且可调，聚焦效果明显。
更进一步，所述上下两个平行电极产生的垂直电场，经过所述的凹面后，由于第二电极到第一电极的距离不同而使得电场强度不同，从而使得液晶分子的偏转效果不同，进而产生聚焦效果。同时，由于凹形空腔中的液晶层本身就是曲面透镜的不均一形状，液晶分子更容易偏转，所以本发明更有利于聚焦和成像。
本发明实施例提供的液晶变焦透镜还可以广泛应用于手机摄像头、数码像机镜头和监控摄像头等电子装置中。所述的电子装置中，包括了上述的液晶变焦透镜，其中，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。
为了加深对本发明的理解，以下将对其制作方法进行示意性的说明。
一种液晶变焦透镜的制作方法，包括以下步骤：
首先，将具有第一电极的第一基板和具有第二电极的第二基板平行设置，其中，所述的第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上；
然后，在第一基板和第二基板上分别形成第一取向层和第二取向层，其中，当所述的第一电极和第二电极形成在第一基板和第二基板的内表面时，所述的第一取向层和第二取向层形成在所述的第一电极和第二电极表面，当所述的第一电极或第二电极形成在第一基板或第二基板的外表面时，所述的第一取向层或第二取向层直接分别形成在第一基板或第二基板的内表面；更进一步，形成好第一取向层和第二取向层后，还应当对第一取向层和第二取向层进行摩擦处理；
然后，在第一基板或/和第二基板上形成至少一个凹面，其中，所述的凹面可以是第一基板或/和第二基板本身具有的一个凹面，也可以是在第一基板或/和第二基板上增加设置的一个凹面层；
然后，向凹面形成的凹槽内灌注液晶；
最后，将第一基板和第二基板进行贴合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种液晶变焦透镜，其特征在于，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。
2、如权利要求1所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述第一基板和第二基板之间形成的至少一个密封的凹形空腔的形状可以是球形或者椭球形，高度为80-200μm，直径为3-12mm。
3、如权利要求2所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述第一基板和第二基板两者中的任意一个基板的表面为一个凹面，所述具有凹面的一个基板和一个密封凹面的密封装置形成一个密封的凹形空腔。
4、如权利要求2所述的液晶变焦透镜，其特征在于，一个凹面层设置在所述第一基板和第二基板两者中的任意一个基板的表面上，所述具有凹面层的一个基板和一个密封凹面的密封装置形成一个密封的凹形空腔。
5、如权利要求3或4所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述密封装置为另一个不具有凹面的基板。
6、如权利要求3或4所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述密封装置为一层密封片。
7、如权利要求2所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述第一基板和第二基板相对的表面分别为一个凹面，以形成第一凹面和第二凹面，所述第一基板和第二基板之间还设置有密封第一凹面和第二凹面的密封装置，所述具有第一凹面的第一基板、具有第二凹面的第二基板分别和密封装置形成一个密封的第一凹形空腔和第二凹形空腔。
8、如权利要求7所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述密封装置为一玻璃基板。
9、一种电子装置，包括一液晶变焦透镜，其特征在于，所述液晶变焦透镜包括，相对平行设置的第一基板和第二基板，在第一基板上具有第一电极和第一取向层，在第二基板上具有第二电极和第二取向层，所述第一电极和第二电极两者中的至少一个设置在第一基板和第二基板相对的面上，所述第一基板和第二基板之间形成至少一个密封的凹形空腔，所述密封的凹形空腔内容纳有液晶。
10、一种液晶变焦透镜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将具有第一电极的第一基板和具有第二电极的第二基板平行设置；
在第一基板和第二基板上分别形成第一取向层和第二取向层；
在第一基板和第二基板上形成至少一个凹面；
向凹面形成的凹槽内灌注液晶；
将第一基板和第二基板进行贴合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20100324 |