CN102221763A - 双层液晶透镜装置 - Google Patents

Abstract

一种双层液晶透镜装置，其设置有二液晶透镜结构，其中每一液晶透镜结构是通过设置在液晶透镜结构上的有源元件来控制其电压。当入射光线依序通过这些液晶透镜结构时，这些液晶透镜结构可补偿入射光线的光程差，使双层液晶透镜装置在不使用偏光片的情况下，仍具有较佳的调焦功能，而不易产生双焦点的情况。另外，通过适当地控制施于各有源元件的驱动电压，可控制液晶透镜结构内的液晶分子的转向，而使双层液晶透镜装置中每一液晶透镜结构可呈现一种相似于渐变型折射率透镜的折射率分布，从而具有如同凸/凹透镜的光线聚焦/发散的调焦功能。

Description

双层液晶透镜装置

技术领域

本发明关于一种可微调液晶透镜品质、高透过率及可利用薄膜晶体管控制的液晶透镜，特别是关于一种双层液晶透镜装置。

背景技术

历年来，已有许多文献资料陆续公开各种液晶(liquid crystal，LC)光学元件技术，探讨利用液晶材料具有可受外加电压以调制其折射率的特殊光学特性，来改变透镜的焦距，并应用于各种产品领域中。最早使用液晶来制作折射式光学元件的观念是被公开在美国专利号第4066334号中，其利用外加电压的调制改变液晶分子的转向以变化折射率，进而使入射光束在液晶材料中发生偏折。后续利用液晶可调制的特性所公开的液晶光学元件创作不胜枚举；如美国专利号第6577376号中，将驱动液晶的电极设计成同心圆状的区带片(zone plate)绕射图案，成为绕射型的液晶光学元件，对特定偏振化方向的射光束产生一阶的绕射光束与零阶的非绕射光束，搭配聚焦物镜以产生两不同位置的聚焦光点，应用于光学读写头(optical pickup head)的多层数据的读写，亦有应用于像差修正元件(aberration correction unit)。

另外，在美国专利号第6690500号中，亦将液晶光学元件的驱动电极设计成同心圆状的周期性环状结构，并在每一环状电极上以高、低不同电压驱动，使成连续的压降，造成电极作用下的液晶分子的折射率为连续式分布，其光程差(optical path difference，OPD)的相位调制形成如菲涅尔透镜(Fresnellens)的结构，亦应用于光学读写头的聚焦光点的像差修正上。又有如公开于美国专利号第7262820号中，其电极的设计为上下两半圆的对称区域，亦应用于光学读写头的像差修正，特别是在于因倾斜而造成的彗差(comaaberration)修正上。

另外，在美国专利号第6864951号中，利用非均匀性(inhomogeneous)高分子发散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)与搭配紫外光束(UV light)的照射，使液晶分子形成非均匀尺寸的颗粒(droplet)，可经由外加电压的变化连续调制其光学聚焦特性。还有如发表于APPLIED OPTICS国际期刊(Vol.43，No.35，p.6407，December，2004)中，将电极设计在远比液晶介质层厚的玻璃的另一面，通过较高电压的作用，使电位分布穿通过玻璃后，在液晶介质层形成连续曲面的分布，进而造成液晶折射率的连续分布，犹如一连续相位分布的透镜，其聚焦特性甚佳，元件结构亦简单；然而其驱动电压要高达100伏特，远比一般液晶元件约5伏特以下的驱动电压高出许多。

前述传统的液晶光学元件，如US 6577376与US 6690500采用带状片或菲涅尔透镜的绕射元件设计，其因绕射产生的各绕射阶会降低光束的整体利用效率。而US 6864951采用高分子发散型液晶的结构又因为紫外光的曝照制程严格，介质因散射造成光透过率低与元件驱动电压高等因素，产生诸多限制。最重要的是，因液晶的双折射率(birefringence)特性，故其光学调制性仅针对特定的偏振化入射光束有作用，因此亦限制了其应用的范围，前述的传统技术，只能使用于如以激光为光源或包括有极化器(polarizer)与检光器(analyzer)的光学系统，并无法有效地应用于采用一般光源的成像系统。

另外，在美国专利号第P6859333号中，液晶透镜采用双层液晶的结构，解决液晶元件对光偏振化选择性(polarization selectivity)的问题，但此设计采用球面电极基板，搭配均匀的液晶介质层，通过电压的调制驱动液晶来补偿球面电极已固定的曲率，达到可变焦距的目的，其球面电极的制作亦为此创作的主要困难所在。还有如发表于OPTICS EXPRESS国际期刊(Vol.15，No.6，p.2900，March，2007)中，利用光配向(photo-alignment)的方式来实现与光偏振化方向无关的液晶透镜，然而其制程的复杂，亦是必须考虑的主要重点。

发明内容

本发明提供一种双层液晶透镜装置，其结构较简单、并具有较佳的光学调焦能力。

本发明提出一种双层液晶透镜装置，包括一第一电极元件、一第二电极元件、一第三电极元件以及二液晶层。第一电极元件包括一第一基板、至少一第一有源元件、一第一电极及一第一配向层。第一有源元件、第一电极及第一配向层配置在第一基板上。第一有源元件电性连接第一电极，且第一电极具有一第一开孔。第二电极元件包括一第二基板、至少一第二有源元件、一第二电极及一第二配向层。第二有源元件、第二电极及第二配向层配置在第二基板上。第二有源元件电性连接第二电极，且第二电极具有一对应第一开孔的第二开孔。第三电极元件配置在第一电极元件与第二电极元件之间。第三电极元件包括一第三基板、一公共电极、一第三配向层与一第四配向层。公共电极、第三配向层与第四配向层配置在第三基板上。第三配向层与第四配向层分别位于第三基板的不同侧，而公共电极位于第三配向层与第三基板之间。二液晶层分别配置在第一电极元件与第三电极元件之间以及第二电极元件与第三电极元件之间。第一配向层与第三配向层会对液晶层其中之一配向，而第二配向层与第四配向层会对液晶层其中另一配向。

在本发明的一个实施例中，第一有源元件包括一栅极、一有源层、一源极以及一漏极，漏极与第一电极电性连接，且当栅极被驱动时，源极与漏极通过有源层彼此电性连接。在本发明的一个实施例中，第二有源元件包括一栅极、一有源层、一源极以及一漏极，漏极与第二电极电性连接，且当栅极被驱动时，源极与漏极通过有源层彼此电性连接。

在本发明的一个实施例中，第一电极与第二电极的电位相同，而第一电极与第二电极的电位不同于公共电极的电位。在本发明的另一实施例中，第一电极与第二电极的电位不同，而第一电极与第二电极的电位不同于公共电极的电位。

在本发明的一个实施例中，至少一第一有源元件与至少一第二有源元件分别为多个第一有源元件与多个第二有源元件时，双层液晶透镜装置还包括至少一第一环型电极与至少一第二环型电极，第一环型电极配置在第一开孔内，且第一有源元件分别电性连接第一电极与第一环型电极，第二环型电极配置在第二开孔内，而第二有源元件分别电性连接第二电极与第二环型电极。

在本发明的一个实施例中，各第一有源元件包括一栅极、一有源层、一源极以及一漏极，各第一有源元件的漏极分别电性连接第一电极与第一环型电极，且当栅极被驱动时，源极与漏极通过有源层彼此电性连接。

在本发明的一个实施例中，各第二有源元件包括一栅极、一有源层、一源极以及一漏极，各第二有源元件的漏极分别电性连接第二电极与第二环型电极，且当栅极被驱动时，源极与漏极通过有源层彼此电性连接。

在本发明的一个实施例中，位于第一开孔内的至少一第一环型电极呈同心圆排列，而位于第二开孔内的至少一第二环型电极呈同心圆排列。

在本发明的一个实施例中，第一电极与至少一第一环状电极的电位至少部分相同。

在本发明的一个实施例中，第一电极与至少一第一环状电极的电位不同。

在本发明的一个实施例中，第二电极与至少一第二环状电极的电位至少部分相同。

在本发明的一个实施例中，第二电极与至少一第二环状电极的电位不同。

在本发明的一个实施例中，第一配向层的一配向方向平行且相反于第三配向层的一配向方向，而第二配向层的一配向方向平行且相反于第四配向层的一配向方向，且第一配向层的配向方向与第二配向层的配向方向垂直。

在本发明的一个实施例中，第一电极设置在第一基板的一侧，而第一配向层设置在第一基板的另一侧。

在本发明的一个实施例中，第一电极与第一配向层位于第一基板的同侧，且第一电极位于第一配向层与第一基板之间。

在本发明的一个实施例中，第二电极设置在第二基板的一侧，而第二配向层设置在第二基板的另一侧。

在本发明的一个实施例中，第二电极与第二配向层配置在第二基板的同侧，且第二电极位于第二配向层与第二基板之间。

在本发明的一个实施例中，第一电极元件、第二电极元件与第三电极元件共用同一驱动电源或各别使用不同驱动电源。

在本发明的一个实施例中，双层液晶透镜装置还包括多个胶框，分别配置在第一电极元件与第三电极元件之间以及第二电极元件与第三电极元件之间，以分别在第一电极元件与第三电极元件之间保持一第一容置空间以及在第二电极元件与第三电极元件之间保持一第二容置空间，其中液晶层分别设置在第一容置空间与第二容置空间内。

基于上述，本实施例的双层液晶透镜装置借由第一电极元件、第二电极元件与第三电极元件来形成双层液晶透镜的结构，并适当地控制施于液晶透镜上的电压，使双层液晶透镜装置具有较佳的调焦能力，而不易产生双焦点的情况。另外，由于双层液晶透镜装置是以有源元件(如薄膜晶体管)来控制双层液晶透镜的折射率，因此可有效地缩小双层液晶透镜装置的整体体积以及减少外部电路IC的使用而降低制作成本与简化其结构。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的双层液晶透镜装置的局部示意图。

图2A示出图1的第一有源元件与第一电极配置在第一基板或第二有源元件与第二电极配置在第二基板的局部示意图。

图2B则示出第一电极元件或第二电极元件的局部剖示图。

图2C则示出第一电极元件上的第一有源元件或第二电极元件上的第二有源元件的局部示意图。

图2D为公共电极配置在第三基板上的局部示意图。

图3为本发明另一实施例的双层液晶透镜装置的局部剖面示意图。

图4A示出图3的第一有源元件、第一电极与第一环型电极配置在第一基板或第二有源元件、第二电极与第二环型电极配置在第二基板的局部示意图。

图4B则示出图3的第一电极元件或第二电极元件的局部剖示图。

主要元件符号说明

1000、2000：双层液晶透镜装置

1100：第一电极元件

1120：第一基板

1122、1222、1322：第一表面

1124、1224、1324：第二表面

1140：第一有源元件

1142、1242：栅极

1143、1243：储存电容

1143a、1143b、1243a、1243b：电极

1144、1244：有源层

1146、1246：源极

1148、1248：漏极

1160：第一电极

1162：第一开孔

1180：第一配向层

1200：第二电极元件

1220：第二基板

1240：第二有源元件

1260：第二电极

1280：第二配向层

1262：第二开孔

1300：第三电极元件

1320：第三基板

1340：公共电极

1360：第三配向层

1380：第四配向层

1420、1440：液晶层

1520、1540：电压源

1620、1640：胶框

2100：第一环型电极

2200：第二环型电极

L1：第一容置空间

L2：第二容置空间

具体实施方式

图1为本发明一实施例的双层液晶透镜装置的局部示意图，图2A示出图1的第一有源元件与第一电极配置在第一基板或第二有源元件与第二电极配置在第二基板的局部示意图，图2B则示出第一电极元件或第二电极元件的局部剖示图，图2C则示出第一电极元件上的第一有源元件或第二电极元件上的第二有源元件的局部示意图，而图2D为公共电极配置在第三基板上的局部示意图。请同时参考图1、图2A～图2D，本实施例的双层液晶透镜装置1000包括一第一电极元件1100、一第二电极元件1200、一第三电极元件1300以及二液晶层1420、1440。

第一电极元件1100包括一第一基板1120、至少一第一有源元件1140、一第一电极1160及一第一配向层1180。第一有源元件1140、第一电极1160及第一配向层1180配置在第一基板1120上。第一有源元件1140电性连接第一电极1160，且第一电极1160具有一第一开孔1162。在本实施例中，第一基板1120具有一第一表面1122与一第二表面1124，其中第一有源元件1140与第一电极1160位于第一基板1120的第一表面1122上，而第一配向层1180则位于第一基板1120的第二表面1124上，如图1、图2A与图2B所示出。在本实施例中，第一开孔1162的形状是以圆形为举例说明，但不限于此，在其他实施例中，第一开口1162亦可根据使用者所欲达到的光学效果而适当地调整。另外，第一电极1160可以是透光或不透光，本实施例以透光为举例说明，但不限于此。

详细来说，第一有源元件1140包括一栅极1142、一有源层1144、一源极1146以及一漏极1148，其中漏极1148与第一电极1160电性连接，且当栅极1142被驱动时，源极1146与漏极1148通过有源层1144彼此电性连接，以使来自源极1146的一电压信号可依序地通过有源层1144、漏极1148而传递至第一电极1160上。换句话说，第一有源元件1140主要是用来作为第一电极1160的开关，其中第一有源元件1140例如是一薄膜晶体管。

在本实施例中，第一电极1160又可与一储存电容1143电性连接，因此可对储存电容1143进行充放电。在本实施例中，储存电容1143的一电极1143a与栅极1142属于同一膜层，而储存电容1143的另一电极1143b与源极1146或漏极1148属于同一膜层。

请继续参考图1、图2A～图2D，第二电极元件1200包括一第二基板1220、至少一第二有源元件1240、一第二电极1260及一第二配向层1280。第二有源元件1240、第二电极1260及第二配向层1280配置在第二基板1220上。第二有源元件1240电性连接第二电极1260，且第二电极1260具有一对应第一开孔1162的第二开孔1262。在本实施例中，第二基板1220具有一第一表面1222与一第二表面1224，其中第二有源元件1240与第二电极1260位于第二基板1220的第一表面1222上，而第二配向层1280则位于第二基板1220的第二表面1224上，如图1、图2A与图2B所示出。在本实施例中，第二开孔1262的形状是以圆形为举例说明，但不限于此，在其他实施例中，第二开孔1262亦可根据使用者所欲达到的光学效果而适当地调整。

同样地，第二有源元件1240包括一栅极1242、一有源层1244、一源极1246以及一漏极1248，其中漏极1248与第二电极1260电性连接，且当栅极1246被驱动时，源极1246与漏极1248通过有源层1244彼此电性连接，以使来自源极1246的一电压信号可依序地通过有源层1244、漏极1248而传递至第二电极1260上。换句话说，第二有源元件1240主要是用来作为第二电极1260的开关，其中第二有源元件1240为一薄膜晶体管。

另外，第二电极1260又可与另一储存电容1243电性连接，因此可对储存电容1243进行充放电。在本实施例中，储存电容1243的一电极1243a与栅极1242属于同一膜层，而储存电容1243的另一电极1243b与源极1246或漏极1248属于同一膜层。

请继续参考图1、图2A～图2D，第三电极元件1300配置在第一电极元件1100与第二电极元件1200之间。第三电极元件1300包括一第三基板1320、一公共电极1340、一第三配向层1360与一第四配向层1380。公共电极1340、第三配向层1360与第四配向层1380配置在第三基板1320上。第三配向层1360与第四配向层1380分别位于第三基板1320的不同侧，而公共电极1340位于第三配向层1360与第三基板1320之间。在本实施例中，第三基板1320具有一第一表面1322与一第二表面1324，其中第三配向层1360位于第三基板1320的第一表面1322上，而第四配向层1380则位于第三基板1320的第二表面1324上，如图1图2C所示出。在本实施例中，储存电容1143、1243的电极1143a、1243a可共用公共电极1340的电位，意即以公共电极1340的电位作为接地电位(GND)，此时便可分别外接电压源1520、1540以电性连接第一有源元件1140与第二有源元件1240，如图1、图2A、图2C与图2D所示。

在本实施例中，第一配向层1180的一配向方向平行且相反于第三配向层1360的一配向方向，而第二配向层1280的一配向方向平行且相反于第四配向层1380的一配向方向，且第一配向层1180的配向方向与第二配向层1280的配向方向垂直。

请继续参考图1、图2A～图2D，液晶层1420、1440分别配置在第一电极元件1100与第三电极元件1300之间以及第二电极元件1200与第三电极元件1300之间。其中，由于液晶层1420夹设于第一配向层1180与第三配向层1360之间，且第一配向层1180的配向方向平行且相反于第三配向层1360的配向方向，因此第一配向层1180与第三配向层1360便可对液晶层1420进行配向；而液晶层1440夹设于第二配向层1280与第四配向层1380之间，且第二配向层1280的配向方向平行且相反于第四配向层1380的配向方向，因此第二配向层1280与第四配向层1380便可对液晶层1440进行配向。

基于上述结构可知，夹设于第一电极元件1100与第三电极元件1300之间的液晶层1420可通过第一电极元件1100上的第一有源元件1140来控制第一电极1160与公共电极1340之间电压差，使得液晶层1420产生折射率变化。由于第一电极1160具有第一开孔1162，因此位于第一开孔1162位置内的液晶层1420的整体折射率分布便会有不同，意即形成于第一电极元件1100与第三电极元件1300之间的电场分布会随着第一开孔1162边缘往越靠近第一开孔1126中央的方向而逐渐递减，如此一来，位于第一开孔1162内的液晶层1420便可形成一种具有渐变型折射率透镜(Gradient-Index Lens，GRIN Lens)的折射率分布，进而可具有如同凸透镜的光线聚焦的调焦功能，其中此聚焦的效果可以借由控制施于第一有源元件1140的驱动信号的电压大小来加以控制。

同样地，夹设于第二电极元件1200与第三电极元件1300之间的液晶层1440可通过第二电极元件1200上的第二有源元件1240来控制第二电极1260与公共电极1340之间电压差，使得液晶层1440产生折射率变化。由于第二电极1260具有相对第一开孔1162的第二开孔1262，因此位于第二开孔1262位置内的液晶层1440的整体折射率分布便会有不同，意即形成于第二电极元件1200与第三电极元件1300之间的电场分布会随着第二开孔1262边缘往越靠近第二开孔1226中央的方向而逐渐递减，如此，位于第二开孔1262内的液晶层1440便可形成一种上述具有渐变型折射率透镜的折射率分布，从而可具有如同凸透镜的光线聚焦的调焦功能，其中此聚焦的效果可以借由控制施于第二有源元件1240的驱动信号的电压大小来加以控制。

上述需要说明的是，由于液晶分子对于某一特定入射方向的入射光束的两不同极化方向而言为双折射率材料，其折射率呈现为为非寻常光(extraordinary ray，E-ray)折射率(ne)与寻常光(ordinary ray，O-ray)折射率(no)。因此，一般的液晶透镜若未设有偏光片时，则入射光束在通过液晶透镜之后通常会产生双焦点，且若设置有偏光片时则会减弱入射光束的光强。因此，本实施例的双层液晶透镜装置1000通过上述的结构可改善双焦点的问题，而具有优选的光学调焦品质。

详细而言，若入射光束通过液晶层1420时，由于液晶层1420属于双折射材料，因此，在未设置有偏光片以将入射光束偏振化，便会产生上述双焦点的情况，因此，本实施例的液晶透镜装置1000通过设置另一液晶透镜结构(即上述的第二电极元件、第三电极元件与液晶层1440所构成的液晶透镜结构)，其中此液晶层1440的配向方向不同于液晶层1420的配向方向，如此便可借由适当地电压控制将上述双焦点的情况补偿，从而可使双层液晶透镜装置1000具有优选的光学调焦品质。

另外，本实施例的双层液晶透镜装置1000由于使用有源元件1140、1240来分别控制第一电极1160与第二电极1260的电位，因此，除了可适当地缩减双层液晶透镜1000的整体体积外，亦可具有较佳的电性表现及减少外部IC的使用，而具有节省成本的目的。

基于上述可知，在一实施例中，第一电极1160与第二电极1260的电位相同，而第一电极1160与第二电极1260的电位不同于公共电极1340的电位。在一实施例中，第一电极1160与第二电极1260的电位不同，而第一电极1160与第二电极1260的电位不同于公共电极1340的电位。

在本实施例中，双层液晶透镜装置1000还包括多个胶框1620、1640，如图1所示。胶框1620、1640分别配置在第一电极元件1100与第三电极元件1300之间以及第二电极元件1200与第三电极元件1300之间，以分别于第一电极元件1100与第三电极元件1300之间保持一第一容置空间L1以及于第二电极元件1200与第三电极元件1300之间保持一第二容置空间L2，其中液晶层1420、1440分别设置在第一容置空间L1与第二容置空间L2内。

一般来说，通常是利用胶着剂设置在第一电极元件1100、第二电极元件1200或第三电极元件1300上，并将第一电极元件1100、第二电极元件1200与第三电极元件1300进行对位与贴合，而后当胶着剂固化后即形成上述的胶框1620、1640。在本实施例中，胶框1620、1640例如是采用封装液晶显示面板(LCD panel)的胶框技术，或是其他适当的胶框技术与材料，上述仅为举例说明，本发明并不仅限于此。在一实施例中，上述的胶框1620、1640亦可以是间隙物(spacer)。

值得一提的是，本实施例是以第一电极1160与第一配向层1180设置在第一基板1120的不同侧为举例说明，如图1所示。然而，在一未示出的实施例中，第一电极1160与第一配向层1180亦可以是位于第一基板1120的同侧，即位于第一基板1120的第二表面1124上，其中第一电极1160是位于第一配向层1180与第一基板1120之间，如此一来，由于第一电极1160与公共电极1340之间的距离缩小，相对地，施于第一电极1160的电压亦可适当地减少，从而可节省部分电力。类似地，第二电极1260与第二配向层1280亦可设置在第二基板1220的同侧。

图3为本发明另一实施例的双层液晶透镜装置的局部剖面示意图，图4A示出图3的第一有源元件、第一电极与第一环型电极配置在第一基板或第二有源元件、第二电极与第二环型电极配置在第二基板的局部示意图，图4B则示出图3的第一电极元件或第二电极元件的局部剖示图。请同时参考图1、图2A～图2D、图3与图4A～图4B，本实施例的双层液晶透镜装置2000与前述双层液晶透镜装置1000结构相似，其中相同的构件标示相同的符号，只是二者不同处在于，双层液晶透镜装置2000具有多个上述的第一有源元件1140、多个上述的第二有源元件1240、至少一第一环型电极2100与至少一第二环型电极2200。其中本实施例的第一环型电极2100与第二环型电极2200的数量分别以四个为举例说明，但不限于此。

第一环型电极2100位于第一开孔1162内并配置在第一基板的第一表面1122上，且这些第一有源元件1140其一电性连接第一电极1160，而剩余的第一有源元件1140则各别电性连接四个第一环型电极2100。在本实施例中，这些第一有源元件1140的漏极1148分别电性连接第一电极1160与第一环型电极2100，且当栅极1142被驱动时，源极1146与漏极1148通过有源层1144彼此电性连接。换句话说，第一电极1160与第一环型电极2100便可通过各自电性连接的第一有源元件1140而分别地被驱动或施加电压。

同样地，第二环型电极2200位于第二开孔1262内并配置在第二基板1220的第一表面1222上，且这些第二有源元件1240其一电性连接第二电极1260，而剩余的第二有源元件1240则各别电性连接四个第二环型电极2200，如图4A所示。在本实施例中，这些第二有源元件2200的漏极1248分别电性连接第二电极1260与第二环型电极2200，且当栅极1242被驱动时，源极1246与漏极1248通过有源层1244彼此电性连接。因此，第二电极1260与第二环型电极2200便可通过各自电性连接的第二有源元件1240而分别地被驱动或施加电压。

在本实施例中，位于第一开孔1162内的第一环型电极2100呈同心圆排列，而位于第二开孔1262内的第二环型电极2200呈同心圆排列，如图4A所示。另外，由于各环型电极2100或2200的电压的控制是采如薄膜晶体管控制方式，并结合第三电极元件1300上的公共电极1340的结构，便可形成类似平行板电容器的结构。因此，若借由施加在每一环型电极2100或2200上不同的电压，则可调制液晶透镜装置2000的聚焦特性。

举例而言，对一般正单轴型液晶(ne＞no)而言，若在靠近内圈的环型电极上施加较低的电位而在较靠近外圈的环型电极上施加较高的电位，则较靠近内圈的液晶层1420、1440的相位延迟量将会高于靠近外圈的液晶层1420、1440的相位延迟量，如此一来，整个液晶透镜将呈现为一正透镜的光学效果。反之，若在靠近内圈的环型电极上施加较高的电位而在较靠近外圈的环型电极上施加较低的电位，则较靠近内圈的液晶层1420、1440的相位延迟量将会低于靠近外圈的液晶层1420、1440的相位延迟量，如此，整个液晶透镜便可呈现为一负透镜的光学效果。换句话说，通过借由上述的电压的设计，可将液晶透镜装置2000操作在无聚焦特性(外圈与内圈等电压)、正透镜聚焦特性(外圈电压高于内圈电压)与负透镜聚焦特性(外圈电压低于内圈电压)等多种不同聚焦模式，此为本实施例的液晶透镜装置2000所具有的主要特点之一。

基于上述可知，根据液晶透镜装置1000或2000所采用的驱动电源数量、以及使用者的设计与需求，上述的第一电极1160与第一环状电极2100的电位至少部分相同，或者，第一电极1160与第一环状电极2100的电位不同。同样地，第二电极1260与第二环状电极2200的电位至少部分相同，又或者，第二电极1260与第二环状电极2200的电位不同。

由于液晶透镜装置2000与液晶透镜装置1000的差异仅在于，液晶透镜装置2000分别设置至少一第一环型电极与至少一第二环型电极在第一开孔1162与第二开孔1262中。因此，液晶透镜装置2000除了具有上述的提到的优点外，其同样具有液晶透镜装置1000所提及的优点，在此便不再赘述。

需要说明的是，图1与图3均以第一电极元件1100、第二电极元件1200与第三电极元件1300各别使用不同驱动电源来进行作动。然而。在其他实施例中，亦可以是共用相同的驱动电源。另外，上述的第一基板1120、第二基板1220与第三基板1320例如是使用透光基板。

综上所述，本发明的双层液晶透镜装置至少具有下列优点。首先，通过第一电极元件、第二电极元件、第三电极元件形成双层液晶透镜的结构，并且借由适当地控制施于液晶透镜上的电压，可使其产生渐变型折射率透镜的折射率分布，以及补偿通过其中的光线使得双层液晶透镜装置具有较佳的调焦能力，而不易产生双焦点的情况。如此，双层液晶透镜装置便可具有如同凸/凹透镜的光线聚焦/发散的调焦功能。另外，由于双层液晶透镜装置是以有源元件(如薄膜晶体管)来控制双层液晶透镜的折射率，如此一来除了可有效地缩小双层液晶透镜装置的整体体积外，亦可减少外部电路IC的使用而降低制作成本与简化其结构。再者，由于双层液晶透镜装置具有多个位于开孔内的环型电极，因此，可通过微调每一环型电极的电压，亦可使得双层液晶透镜装置具有较佳的光学表现。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种双层液晶透镜装置，包括：

第一电极元件，包括第一基板、至少一第一有源元件、第一电极及第一配向层，该第一有源元件、该第一电极及该第一配向层配置在该第一基板上，该第一有源元件电性连接该第一电极，且该第一电极具有一第一开孔；

第二电极元件，包括第二基板、至少一第二有源元件、第二电极及第二配向层，该第二有源元件、该第二电极及该第二配向层配置在该第二基板上，该第二有源元件电性连接该第二电极，且该第二电极具有对应该第一开孔的第二开孔；

第三电极元件，配置在该第一电极元件与该第二电极元件之间，该第三电极元件包括第三基板、公共电极、第三配向层与第四配向层，该公共电极、该第三配向层与该第四配向层配置在该第三基板上，且该第三配向层与该第四配向层分别位于该第三基板的不同侧，而该公共电极位于该第三配向层与该第三基板之间；以及

二液晶层，分别配置在该第一电极元件与该第三电极元件之间以及该第二电极元件与该第三电极元件之间，且该第一配向层与该第三配向层会对该些液晶层其中之一配向，而该第二配向层与该第四配向层会对该些液晶层其中另一配向。

2.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一有源元件包括栅极、有源层、源极以及漏极，该漏极与该第一电极电性连接，且当该栅极被驱动时，该源极与该漏极通过该有源层彼此电性连接。

3.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第二有源元件包括栅极、有源层、源极以及漏极，该漏极与该第二电极电性连接，且当该栅极被驱动时，该源极与该漏极通过该有源层彼此电性连接。

4.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极与该第二电极的电位相同，而该第一电极与该第二电极的电位不同于该公共电极的电位。

5.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极与该第二电极的电位不同，而该第一电极与该第二电极的电位不同于该公共电极的电位。

6.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该至少一第一有源元件与该至少一第二有源元件分别为多个第一有源元件与多个第二有源元件时，该双层液晶透镜装置还包括至少一第一环型电极与至少一第二环型电极，该第一环型电极配置在该第一开孔内，且该些第一有源元件分别电性连接该第一电极与该第一环型电极，该第二环型电极配置在该第二开孔内，而该些第二有源元件分别电性连接该第二电极与该第二环型电极。

7.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中各该些第一有源元件包括栅极、有源层、源极以及漏极，各该些第一有源元件的该漏极分别电性连接该第一电极与该第一环型电极，且当该栅极被驱动时，该源极与该漏极通过该有源层彼此电性连接。

8.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中各该些第二有源元件包括栅极、有源层、源极以及漏极，各该些第二有源元件的该漏极分别电性连接该第二电极与该第二环型电极，且当该栅极被驱动时，该源极与该漏极通过该有源层彼此电性连接。

9.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中位于该第一开孔内的该至少一第一环型电极呈同心圆排列，而位于该第二开孔内的该至少一第二环型电极呈同心圆排列。

10.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极与该至少一第一环状电极的电位至少部分相同。

11.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极与该至少一第一环状电极的电位不同。

12.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中该第二电极与该至少一第二环状电极的电位至少部分相同。

13.根据权利要求6所述的双层液晶透镜装置，其中该第二电极与该至少一第二环状电极的电位不同。

14.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一配向层的配向方向平行并相反该第三配向层的配向方向，而该第二配向层的配向方向平行并相反该第四配向层的配向方向，且该第一配向层的该配向方向与该第二配向层的该配向方向垂直。

15.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极设置在该第一基板的一侧，而该第一配向层设置在该第一基板的另一侧。

16.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极与该第一配向层位于该第一基板的相同侧，且该第一电极位于该第一配向层与该第一基板之间。

17.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第二电极设置在该第二基板的一侧，而该第二配向层设置在该第二基板的另一侧。

18.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第二电极与该第二配向层配置在该第二基板的同侧，且该第二电极位于该第二配向层与该第二基板之间。

19.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，其中该第一电极元件、该第二电极元件与该第三电极元件共用同一驱动电源或各别使用不同驱动电源。

20.根据权利要求1所述的双层液晶透镜装置，还包括多个胶框，分别配置在该第一电极元件与该第三电极元件之间以及该第二电极元件与该第三电极元件之间，以分别于该第一电极元件与该第三电极元件之间保持第一容置空间以及于该第二电极元件与该第三电极元件之间保持第二容置空间，其中该些液晶层分别设置在该第一容置空间与该第二容置空间内。

Images