CN104375352B - 可调谐液晶光学装置及制造可调谐液晶光学装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种可调谐液晶光学装置，其限定光学孔径并具有分层结构，所述装置包括：薄膜电极和接触结构，该薄膜电极形成在第一基板的表面上并被第二基板覆盖，该接触结构填充所述分层结构内的空间并接触所述薄膜电极，所述接触结构位于所述光学孔径的外侧并提供比所述薄膜电极的厚度大得多的电连接表面，由此形成到电极的可靠电连接，特别是在晶片尺寸制造这种装置的情况下。

Description

可调谐液晶光学装置及制造可调谐液晶光学装置的方法
本申请是申请号为200980129924.9、申请日为2009年6月5日、发明名称为“用于可调谐液晶光学装置的接触结构”的PCT国际发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及可调谐液晶光学装置及其制造领域。更具体地，本发明涉及用于可调谐液晶光学装置的接触结构以及用于制造具有这种接触结构的可调谐液晶光学装置的方法。
背景技术
众所周知，智能的(可自动调节的)光学成像系统的成功实施需要能够可控地改变其光学性质的装置。需要可调节的最重要的光学性能之一是聚焦能力和焦距。这些性质对于例如用于制造高质量的手机摄像头、存储/读出系统和可调节玻璃视觉系统而言是很必要地。
在当今高性能的光学成像系统中，使用机械运动来获得光学变焦。因此，这样的成像系统具有较大的尺寸(例如，为了容纳发动机)、沉重而且一般具有缓慢的变焦时间(大约几秒)。已研究出几种代替电机变焦的方法，包括使用液晶(LC)技术。已知的液晶可以提供大的电控折射率改变。但是，调焦(光学变焦所需的)需要在液晶中生成空间变化折射率改变，其通常依次需要空间非均匀液晶层(例如，遮掩在液晶单元中的透镜)或空间变化电场。
获得空间变化电场的简单方法是使用分布在液晶单元基板上的多个(至少3个)透明电极(例如氧化铟锡(ITO))[S.T.Kowel,P.G.Kornreich,D.S.Cleverly,Adaptiveliquid crystal lens,美国专利4,572,616，1986][N.A.Riza,M.C.DeJulie,Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lens device,Opt.Lett.19,1013-1015页，1994]。但是，这种结构的制造需要亚微米级的精度，其电驱动需要相当复杂的电子微处理，并且光衍射和光散射会使其操作降级。
另一种被提议的方法是将平面电极和曲面电极进行组合，其允许使用标准的(透明的)电极，且液晶单元具有两个平面的内表面[LiquidCrystal Lens with SphericalElectrode,B.Wang,M.Ye,M.Honma,T.Nose,S.Sato,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41(2002),pp.L1232-L1233,Part 2,No.11A,11月1日]。非均匀(中心对称的)电场的获得归功于被上电极涂覆的类透镜几何形状的“外部”曲面。实际上，平面液晶层是夹在两个玻璃基板之间的。平面ITO电极涂覆在一个基板的底部(平面)表面，而将第二电极制造于弯曲区域的顶部。这种结构很难制造并且具有零电压透镜化的特性(我们称为“作用于零电压”)，如果发生不期望的电压错误，这种结构将导致问题。
各种几何方法被提议来避免使用多个复杂电极。其中一个方法是基于二维几何形状的电极的使用。例如，使用孔图案化的电极，其中具有夹在两个基板之间的液晶的标准单元在上电极具有孔，氧化铟锡涂覆在该标准单元的底部。上电极和下电极之间电压的施加产生中心对称的电场，该电场使液晶取向以空间非均匀(中心对称)的方式重新排列。这种结构的主要缺点是必须使用很厚的液晶层，以获得液晶层中的电场所需的空间曲线并保持透镜良好的光学特性(尤其是避免光学偏差)。
在另一完全不同的方法中，已知的是利用材料在低频(例如，1kHz)电场中介电系数的梯度来获得非均匀的电场。具体而言，将中间层插入两个控制电极之间来产生驱动电场所需的梯度，其中该中间层由玻璃制成并具有空间非均匀的厚度[B.Wang,M.Ye,S.Sato,Lens of electrically controllablefocal length made by a glass lens and liquidcrystal layers,Applied Optics,V.43,No.17,pp.3420-3425,2004]。中间空间的剩余部分由空气填充。由于中间介质介电常数的非均匀性，通过电极施加的低频电压产生液晶单元内的空间非均匀电场。该单元中间部分的电场因而不同于(更弱于)靠近边缘的电场。不幸地是，这种方法也有问题，明显的固有零电压透镜效应、必须具有多层增透膜来避免由于多个玻璃-空气表面的菲涅耳反射产生的高光学损耗以及电场可获得的对比度大大受限的事实。
国际公开号WO2007/098602A1[T.Galstian,V.Presniakov,K.Asatryan,Methodand apparatus for spatially modulated electric field generation and electro-optical tuning using liquid crystals,2007年9月7日]公开了一种对先前方法的改进，其中使用材料介电系数对电场频率的依赖性来获得基于液晶的可调谐装置。具体而言，将作为电场调节层的隐藏结构插入电极之间的透镜中，该隐藏结构是光学均匀的，但用于低频电场时非常地不均匀。该隐藏结构用特殊材料来填充液晶单元与中间玻璃层之间的剩余空间，该特殊材料具有低频介电系数和高频(光学)折射率(例如，水溶性溶液，极性液体和凝胶)。通过在隐藏结构中使用这种水溶性溶液与具有很低的光学折射率和低频介电系数的中间材料(例如，氟化聚合物)的组合物，实际上解决所有上述在先技术的缺陷是可能的。
因而，基于液晶技术的可调谐光学装置具有优于已知可选方案的很多优点，包括其他方案中的平面结构。如现有技术已知的，容纳液晶并形成液晶层的平的透明板易于制备以容纳液晶。由于液晶响应于电场，并且当电极之间的距离变小时电场变大，平的几何形状是有利于保持结构紧凑。这种平的、紧凑的光学装置没有活动的部分且可调谐地改变光学性质(如聚焦、放大、转向角等)，因此非常需要这种光学装置。但是，制造基于液晶技术的可调谐光学装置是昂贵的。已公开了如果能并行地制造多个装置，与这种制造相关的费用将显著地降低。
并行制造的实施取得很大成功的一个领域是半导体装置的制造。半导体装置在称为晶片的二维的、平面阵列中制造，该平面阵列仅仅在最后的处理步骤之一被单独化(singulated)。这种方法一般涉及晶片尺寸处理。单独化的装置典型地采用顶面上的接触垫连接以允许在每个装置的一个表面构成连接。
多个可调谐液晶装置的并行制造可采用与用于半导体装置一样的简单方式实施，但是，可调谐液晶装置在必须被连接的不同水平面具有独立的接触(例如，在透明电极之间需要的电连接，从而为液晶的光学特性供电)。对可调谐液晶装置而言，已发现依照晶片尺寸制造方法时具有几个问题。首先，接触垫可能干扰光学装置，其要么由于接触垫占据了空间，要么由于会干扰被插入整个透镜组件的可调谐光学装置的接触元件的厚度占据了空间。其次，由于传导层太薄而不能从被单独化的装置的侧边连接并且将所有的接触置于装置的顶面或底面的花费是昂贵的，因此，必须通过处理层(如，玻璃层)提供电通孔，从而到达透明电极层。
总而言之，工业上存在提供一种用于可调谐液晶光学装置的改进的接触结构的需要，从而允许成功地并行制造多个装置同时降低生产成本。
发明内容
本发明涉及一种易于接触的用于被单独化的可调谐液晶装置的接触结构，由此在对这样的装置采用晶片尺寸生产的情况下，在该液晶装置的传导层之间形成电连接。
根据一个大的方面，本发明提供了一种可调谐液晶光学装置，该装置限定光学孔径并具有分层结构。该装置包括形成在第一基板表面并被第二基板覆盖的薄膜电极，和填充该装置分层结构中的空间并接触该薄膜电极的接触结构。该接触结构位于该光学孔径的外侧，并提供比薄膜电极的厚度更大的电连接表面。
在本发明的一个实施例中，接触结构是边缘接触结构，从而被单独化的装置的传导层能被边缘连接。在本发明的变形实施例中，接触结构被限定在可调谐液晶装置的位于非光学外围区域的分层结构内。即使后者需要在装置中提供合适的垂直通孔，但该装置内的接触结构的存在使得与现有技术中通过基于孔的设计相比更容易形成接触。
根据另一大的方面，本发明提供了一种制造可调谐液晶光学装置的方法，该光学装置限定了光学孔径并具有包括液晶层和透镜结构层的分层结构。该方法包括在基板表面形成薄膜电极，并形成连接该薄膜电极的接触结构，该接触结构提供比薄膜电极的厚度更大的电接触表面。该方法还包括在该装置的分层结构的构造中使用具有薄膜电极和形成在其上的接触结构的基板，由此该接触结构填充分层结构内的空间，且位于该装置的光学孔径的外侧。
附图说明
参照附图，对发明的具体实施例进行以下非限制性的具体描述，以更好地理解本发明，其中：
图1A和1B分别表示典型的现有的半个可调谐液晶装置(以下称为“TLCL”)的基本结构的截面图和平面图；
图2A、图2B、图2C和图2D表示典型的现有的半个TLCL和第二半个TLCL并列放置，其中第二半个(图2C和2D所示的)在装置的平面内被旋转90度；
图3A、图3B、图3C和图3D表示典型的现有的半个TLCL和第二半个TLCL并列放置，其中第二半个(图3C和3D所示的)在装置的平面内被旋转90度，并被翻转以使第二半个TLCL的顶部和底部相对于第一半个TLCL相反；
图4A和图4B分别表示将图3中的第一半个TLCL和第二半个TLCL配合在一起形成的典型的现有的完整的TLCL的侧视图和平面图(示出了提供的两种偏振)；
图5A和图5B分别表示根据本发明的实施例的完整的TLCL(第一半个TLCL和第二半个TLCL配合在一起)的侧视图和平面图，其中具有传导电极的外部基板相对彼此移动；
图6A和图6B分别表示根据本发明的变形实施例的沿单元的边缘留有空隙的半个TLCL的侧视图和顶视图；
图6C和图6D分别表示将图6A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图7A和图7B分别表示根据本发明的另一变形实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图，该接触结构包括围绕每个电极层的外围形成的附加的、更厚的传导结构；
图7C和图7D分别表示将图7A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图8A和图8B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图，该接触结构由仅仅局部地沉积在传导电极层的附加的传导材料形成；
图8C和图8D分别表示将图8A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图9A和图9B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的在进行切割前液晶光学装置更大阵列的2×2区域的侧视图和平面图，其中灰色区域是在切割处理中将被移除的区域；
图9C和图9D分别表示图9A和图9B中的阵列在切割后的侧视图和平面图；
图10A和图10B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的图8C和8D的完整的TLCL的侧视图和平面图，该完整的TLCL具有粘结到该装置的外部全边接触和电连接到接触结构的接触区域；
图11A和图11B分别表示根据本发明的又一变形实施例的半个TLCL的侧视图和平面图，其中顶部电极和底部电极被图案化以形成方形并从两边凹陷使得两边不可能有电接触；
图12A和图12B分别表示将图11A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和平面图；
图13A和图13B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的图12A的完整的TLCL的侧视图和顶视图，该完整的TLCL具有粘结到该装置的外部全边接触并与接触结构的接触区域电接触；
图14、图15和图16分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有图案化电极的半个TLCL的可能的变形的平面图，其中该装置的至少两个边缘没有电极；
图17A和图17B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有延该装置的一边形成的接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图；
图17C和图17D分别表示将图17A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图18A和图18B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有护角(cornerbead)接触结构和覆盖了除了该装置相对侧边的其他所有外围区域的透明电极的半个TLCL的侧视图和顶视图；
图18C和图18D分别表示图18A和18D中的半个TLCL经90度旋转后的侧视图和顶视图；
图19A和图19B分别表示将图18A中的半个TLCL和图18C中的半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图20A和图20B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的四个半个TLCL阵列的侧视图和平面图，其中特地完成图案化以在单独化之前获得四个半个TLCL；
图20C和图20D分别表示图20A和20B的四个半个TLCL阵列经90度旋转后的侧视图和平面图；
图21A和图21B分别表示图20A中的四个半个TLCL阵列和图20C中的四个半个TLCL阵列在其底面连接在一起形成的一块四个完整的TLCL装置的侧视图和顶视图，由此四个半个TLCL装置被单独化的单元在进一步单独化为四个完整的TLCL装置之前先被粘结在一起；
图22A和图22B分别表示根据本发明的另一变形实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图，该接触结构通过在该装置的角落使用临时填充珠形成空隙来限定；
图22C和图22D分别表示将图22A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和顶视图；
图23A和图23B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的图22C的完整的TLCL的侧视图和平面图，该完整的TLCL具有粘结到该装置并与接触结构的接触区域形成电接触的外部全边接触；
图24A和图24B分别表示根据本发明的又一变形实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图，该接触结构包括由第三电极互联的附加接触区域；
图25A和图25B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和顶视图，该接触结构包括不互联的附加接触区域；
图26A和图26B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的将图25A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和平面图，该完整的TLCL具有粘结到该装置、与接触结构的角接触区域形成共用电接触并与附加电极形成独立电接触的外部接触；
图27A和图27B分别表示根据本发明的另一变形实施例的半个TLCL的侧视图和平面图，其中在该装置的每个对角的角落提供接触结构的接触区域，使得接触结构包括用于每个薄膜电极的两个对角相对的接触区域；
图27C和图27D分别表示将图27A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和平面图；
图28A和图28B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有接触结构的半个TLCL的侧视图和平面图，其中为一个电极提供单一的角接触区域，而向另一电极提供两个角接触区域；
图28C和图28D分别表示将图28A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和平面图；
图29A和图29B分别表示根据本发明的又一变形实施例的半个TLCL的侧视图和平面图，其中接触结构被限定在该半个TLCL的非光学部分；
图30A和图30B分别表示根据本发明的实施例的将图29A中的两个半个TLCL在其底面连接在一起形成的完整的TLCL的侧视图和平面图，其中两个通孔用于互连接触结构的不同传导结构，每个通孔穿过整个TLCL；
图31A、图31B、图31C和图31D分别表示根据本发明的另一变形实施例的用于TLCL的中间电极结构的制造，其中通过在中间电极结构的玻璃基板中蚀刻凹槽来限定用于TLCL的接触结构；
图32A和图32B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有TLCL、使用被钻的通孔结构以进行电连接的晶圆级相机的制造，其中TLCL具有边接触结构；
图33A表示具有插入的钨通孔的典型的现有多层玻璃结构；并且
图33B分别表示根据本发明的非限制性的实施例的具有TLCL、使用被插入通孔结构以进行电连接的晶圆级相机的制造，其中该TLCL具有相容的接触结构。
具体实施方式
本发明涉及一种用于液晶光学装置的接触结构，在对这样的装置采用晶片尺寸生产的情况下，该接触结构能以廉价的方式为该装置的传导层提供可靠地电连接。
图1A和1B分别表示半个可调谐液晶装置(TLCL)的基本结构的现有技术例子的截面图和平面图。一个完整或全TLCL由以下例子中所示的两个半个TLCL构成。存在这种基本TLCL结构的其他变形方式，在此公开的本发明也可同等地适用于其他变形方式。
半个TLCL由两个主要层构成：液晶(LC)层和透镜结构层。这些层由两个附加层界定，该两个附加层由具有传导电极的基板构成。可选中间基板可作为位于液晶层和透镜结构层之间的分隔层。图1B的平面图示出了半个TLCL的附加特征，很明显地，该液晶层具有沿一个方向的唯一取向。由于液晶的这种性质，半个TLCL仅仅作用于通过该装置的一种偏振(一半的光)。为了使液晶作用于通过该装置的所有的光，必须使用其偏振旋转90度的第二半个TLCL。
图2A和图2C示出了根据现有技术例子的两个半个TLCL的截面图，其中图2C的第二半个TLCL在装置的平面内被旋转90度。图2B和2D的平面图中更清晰地示出了这种旋转，其分别对应于图2A和图2C。
图3A和图3C示出了根据现有技术例子的两个半个TLCL的截面图，其中图3C的第二半个TLCL在装置的平面内被旋转90度并被翻转以使该装置的顶部和底部相对于图3A的半个TLCL相反。图3B和3D的平面图中更清晰地示出了这种旋转和翻转，其分别对应于图3A和图3C。
图4A示出了根据本发明的完整的TLCL，其与国际专利申请公开WO2007/098602A1中公开的图11的实例相似[T.Galstian,V.Presniakov,K.Asatryan,Method andapparatus for spatially modulated electric field generation and electro-optical tuning using liquid crystals,2007年9月7日]。更具体地，根据本发明的图3A和3C中的两个半个TLCL配合在一起，两者在其底面连接。图4B中示出了得到的完整的TLCL的组合偏振。
为了向整个TLCL提供光学动力，两个半个TLCL中的邻接透镜结构层的传导层(例如，电极)必须连接到一起并连接到外部接点。同样地，两个半个TLCL中的邻接液晶层的传导层(例如，电极)必须连接到一起并连接到另外的外部接点。在这样的可调谐液晶装置中形成这些电连接既不简单也不便宜。由于传导层必须非常薄，很难形成到边缘的强健而可靠的连接。此外，在形成连接时，必须非常小心以使对向电极也不会连接。
在此将描述如何制造完整的TLCL的非限制性的例子。该工艺从毛玻璃基板开始。用于这些基板的玻璃典型地是硼硅酸盐玻璃，它被制造地非常薄，100微米或更小。采用玻璃制造商推荐的工艺清洁玻璃，这些工艺包括洗涤剂浸泡、超声清洗和去离子水漂洗的组合。
然后将干净的玻璃涂覆透明传导薄膜电极。典型地，这种电极是喷射沉积到玻璃上的氧化铟锡(ITO)；但是，也可以采用例如蒸发的其他薄膜沉积技术。为了获得图案化电极，穿过掩膜板沉积传导材料，其中不涂覆的区域被金属掩膜遮挡。
下一步是制造液晶(LC)单元。形成液晶单元的上表面和下表面的玻璃晶片先涂覆取向层。这一层用于排列液晶分子。典型地，这将导致表面具有某种显微纹理。它可以是随后用布摩擦而纹理化的聚酰亚胺层或可以是以导致高度纹理化表面的方式沉积的氧化膜。
在形成纹理化表面后，液晶单元本身被制成。在形成液晶单元的一个玻璃晶片上沉积三种材料。第一材料是任意的附加传导材料。其常常是传导粘合剂或焊剂。第二材料是非传导粘合剂，其也被沉积以限定将要填充液晶材料的区域。非传导粘合剂典型地是丙烯酸材料、环氧材料或硅有机树脂材料。第三材料是液晶材料本身。被沉积的材料中的一种或多种包括间隔体，一般为紧密地控制尺寸的玻璃或聚合球体，其用于设定液晶层的厚度。最后，将第二玻璃晶片放置在沉积材料的顶部，并使用热、压力和/或光固化粘合剂材料。
然后，在第三玻璃晶片上制造透镜结构。透镜结构典型地由具有变化的电性质和光学性质的聚合物层制成。也可加入附加传导材料(例如传导粘合剂和焊剂)和结构化材料(例如玻璃，聚合物或金属间隔体)。制成后，随后使用光学粘合剂材料将透镜结构粘结到液晶单元。此时，半个TLCL以晶片形式被制成。
下一步包括将两个半个TLCL晶片粘结在一起。这两个晶片随着其底部玻璃基板背靠背被放置。此外，一个晶片相对另一个旋转90度，使得液晶单元在一个半个TLCL中的取向相对于另一个具有90度。在两个晶片之间放置光学粘合剂，晶片被取向，使得每个晶片中的单个装置的光学轴被取向。然后，使用热、压力和/或光固化光学粘合剂。
下一步包括从晶片单独化TLCL。除了其他可能的工艺外，通过划线折断工艺、机械切块工艺或光学切块工艺可完成单独化。在划线折断工艺中，晶片中会形成线性瑕疵(划线)，然后晶片被施压直到晶片沿线性瑕疵折断。对于机械切块，使用摩擦轮将分离晶片一部分的一长条材料移除。在光学切块工艺中，使用激光将一长条材料移除以分离晶片。
随后通过形成与导线、引导框或柔性电路的连接封装被单独化的完整的TLCL。传导粘合剂或焊剂可用于形成这些连接，在这之后，围绕TLCL外围的区域填充包装材料以保护TLCL远离粗糙环境和机械损毁。
图5A是根据本发明实施例的完整的TLCL的截面图，其中每个半个TLCL具有外部基板，该外部基板具有相对彼此移动的传导电极层。在图5B对应的平面示图中，为了清楚，不同地示出了两个电极的阴影。有利地，完整的TLCL的配置允许为每个电极将被曝光的面更可能形成可靠地接触。但是，这种配置具有多个问题。首先，仍然有可能使不同的电极无意地短路连接。其次，具有电极的基板倾向于非常薄，使得凸出的边缘易碎。最大的缺点是作为晶片(延伸的二维阵列)很难制造这种基板。在真实的晶片尺寸装置中，在完成核心结构后，各部分被切割成单独的装置并被封装。在图5A的例子中，能够想象出如何从阵列部分切割该装置，但想象不出在该工艺中没有例如多个部分在不同的点切割的困难。
图6A到图6D示出了根据本发明的变形实施例的具有被暴露的接触的完整的TLCL的制造。在这个例子中，沿着单元的边缘留下空隙，以允许良好地接入电极且阵列的简单切割。但是，被暴露的基板结构易碎且难以防止不同电极的短路。
图7A到图7D示出了根据本发明的又一变形实施例的完整的TLCL的制造，其中在简单的单独化步骤后形成电接触是可能的。在这个例子中，TLCL具有包括围绕每个电极外围形成的附加的、更厚的传导结构的接触结构。在切割后，这层附加传导材料提供更好的从边缘到接触的接入，与此同时，注意避免接触的短路。但是，对避免短路的关注可能包括更复杂和昂贵的封装工艺。
图8A到图8D的非限制性地实施例显示了本发明的变形例的进一步的改进，其中接触结构的附加传导材料仅仅局部地沉积在该装置的传导电极上。附加传导材料沉积的位置不同于该半个TLCL中用于每个传导电极的位置，例如，如图所示的对边或对角上。为了制造图8C的完整的TLCL，将第二相同的半个TLCL旋转、翻转并配合到第一半个TLCL上。生成的结构具有为透镜结构增加的接触区域和为液晶层增加的接触区域，该液晶层被对边或对角分隔开，如图所示。这种布置能够在装置的每个角使用外部接触结构(见图10A和10B的例子)以连接到与每个用于控制电场的薄膜电极相关的各自的接触结构区域。在装置的一个角，顶部电极被连接，而在另一个角，底部电极被连接。
在一个具体的、非限制性例子中，在TLCL制造期间，被加入TLCL以形成接触结构的外部传导材料沉积在电极上，该外部传导材料其要么以层的形式围绕每个电极的外围布置要么位于每个电极的一个或多个固定区域。更具体地，在形成TLCL的电极层后，例如通过喷溅沉积ITO到玻璃基板上，接触结构的附加传导材料依次沉积到电极上。可使用遮荫罩来确保限定在电极层上的附加传导材料的具体几何形状、布局和/或位置，其中该附加传导材料典型的也是ITO。可使用各种不同的沉积技术来沉积附加传导材料到TLCL的电极上以形成接触结构，而不脱离本发明的范围。此外，接触结构的传导结构(在此处也涉及作为接触区域)可赋予各种不同几何形状和大小的特征，而不脱离本发明的范围。一旦接触结构的传导结构形成在电极上后，可如上所述的液晶单元、透镜结构的制造等继续进行TLCL的制造。
图9A和9B分别示出了图8A的半个TLCL的更大阵列的2×2区域将如何呈现的截面图和平面图。灰色区域是在切割工艺中将被移除的区域。在相邻的TLCL之间不移除材料的地方也可以进行切割工艺。图9C和9D示出了切割后阵列看起来如何，其产生了被单独化的半个TLCL。
根据本发明的非限制性的实施例，为了封装图8C的完整的TLCL，可将大量的传导材料(例如，外部接触结构)沉积在装置的每条边或每个角，如图10A和10B所示。有利地，每大量的传导材料仅仅接触装置的一组接点。但是，随着TLCL的配置，相对电极的边缘仍然可能与外部大量的传导材料形成电短路，如图所示。
图11A和11B示出了根据本发明的另一变形例的、在先前例子的缺陷的基础上改进了的半个TLCL的配置。在这种配置中，传导电极被图案化以使其仅仅延伸到装置的某些边缘。图12A和12B分别示出了由两个这样的半个TLCL形成的完整的TLCL的截面图和平面图。如图13A和13B所示，当通过在装置的每条边或每个角沉积大量的传导材料来封装整个TLCL时，通过边缘接触结构可靠地形成所需的电接触，而没有对向电极短路的可能，因为这些对向电极不会向装置的各个边缘的所有路径延伸。
图14、图15和图16示出了可用于半个TLCL的电极图案的非限制性变形的可能的例子。在每种情况下，电极图案确保装置的至少两个边缘没有对应的电极。需要注意的是，虽然在这些例子的每一个中示出的用于液晶层和透镜结构层的电极图案是相同的，但没有必要以此为例。
图17A到17D示出了半个TLCL和对应的全TLCL配置的另一非限制性例子，其中接触结构不限于单个角。如图所示，半个TLCL的接触结构延伸到装置的整个侧边下方。因此，在图17C的整个TLCL中，可以看出接触结构的传导材料在装置的一个角处重叠。依靠封装和接触结构的布局，增加的传导材料甚至没有必要重叠。
图18A到图18D、图19A和图19B示出了半个TLCL和对应的整个TLCL配置的又一非限制性的例子，其中对于每个电极层，电极被图案化以使TLCL装置的仅仅一个边缘完全没有对应的电极。对于每个电极层，这种配置能进一步地被定型，使TLCL装置的仅仅一个角完全没有对应的电极。
虽然在前述的例子中用于每个从晶片尺寸阵列中被单独出来的TLCL的电极图案和接触结构是相同的，但用于从相同的阵列中被单独出来的不同的TLCL也可具有不同的配置，每个被提供的设置可由可能的对称性来表征。图20A到20D和21A到21B示出了非限制性的例子，其中在一组四个TLCL上完成电极图案化。因此，在TLCL的设置上，每个阵列包括四个不同的变形。
在本发明的另一变形例中，通过在TLCL的构造期间使用临时填充材料来限定TLCL的接触结构，而不通过在每个电极的顶部增加附加传导层来限定。如图22A到22D的非限制性例子所示，在晶片形式的半个TLCL的制造期间，沉积临时填充物接触每个传导电极。在将晶片切割成单个的装置(要么半个TLCL要么完整的TLCL)后，移除临时填充物以暴露出传导电极的表面，由此向装置边缘处的电极提供将形成的加强的电接触。如图23A和23B的截面图和平面图所示，在这种完整的TLCL封装期间，沉积在装置的每一侧边的大量传导材料填充空隙并安全地接触电极。
在本发明的又一变形例中，除了提供电场以控制TLCL的光功率的电极外，TLCL的接触结构适于作为TLCL配置中的其他的一个或多个附加电极。这些附加电极用于向TLCL提供附加功能，例如电阻加热器、电阻温度传感器和用于整形电场的中间电极，及其他可能。本发明具体而言，用于这种TLCL的接触结构由用于每个附加电极的两个附加接触位置来表征，这两个附加接触位置是可互换的或等效的。需要注意的是，随着第二半个TLCL的翻转和90度的旋转，在完整的TLCL由两个这样的半个TLCL形成时，用于这种增加的功能的外加接触可对两个半个透镜起作用。
图24A和24B中示出了本发明的非限制性的变形实施例，其中接触结构的一个附加电极(第三电极)和对应的附加接触区域被提供到半个TLCL中以形成加热电路。在这个例子中，附加电极被图案化为具有大孔径，使得不会不利地影响TLCL的控制电场或光学性质。因此，附加电极没有必要是透明的。虽然图24A和24B的例子中的加热电路由分离于控制电极的第三电极提供，但其也可由用于液晶控制电场的相同的电极提供，在这种情况下，在一个电极上附加单独的附加接触结构可充分地用于操作。
需要注意的是，附加电极可放置在液晶装置中的各个位置，而不脱离本发明的范围。附加电极可放置在液晶层的顶部，或者，例如如果被隔绝层分开，附加电极可选地位于顶部或底部电极的上方或下方。
图25A和25B示出了本发明的变形例的另一实施例，其中接触结构的两个附加接触区域是不等效的。这通过两个半个附加“电极”(第三电极和第四电极)的不同阴影来说明。功能元件的例子是二极管温度传感器，其中接触区域不能交换。在这种情况下，第三电极和第四电极是不能互换的。如图26A和26B所示，在完整的TLCL组装后，共用外部接触用于电场控制TLCL的电极，而分离的接触用于向TLCL内提供附加电极。
图27A到27D中，示出了根据本发明的用于TLCL的接触结构的另一变形例的非限制性例子，其中在每个对角线的角处提供用于每个顶部电极和底部电极的接触区域，使得接触结构包括两个用于半个TLCL的每个薄膜电极的对角线相对的接触区域。这种设置使得控制信号连接到装置的不同角时具有灵活性。随着位于电极相对端的接触，通过接触穿过加热电流是可能的。
在变型实施例的另一例子中，图28A到28D示出了一种配置，其中接触结构为每半个TLCL的一个电极提供单一的角接触并为每半个TLCL的另一电极提供两个角接触区域。在示出的例子中，具有两个接触区域的电极是半个TLCL的底部电极，从而加热电能可提供到对应的完整的TLCL的中部。
在本发明的前述实例和实施例中，接触结构被限定在被单独化的TLCL的边缘。但是，在本发明的另一变型实例中，接触结构可位于TLCL的非光学部分中并用于经由TLCL层状结构中的通孔形成穿过装置的顶部表面或底部表面的外部接触。图29A和29B示出了根据该变型的半个TLCL的非限制性的实施例。该通孔可以是盲孔，其通过半个TLCL的顶部表面或底部表面到达以获得接触结构。可选地，该通孔可以是穿过整个TLCL的孔，如图30A和30B的例子所示，其中该通孔用于接触接触结构的两个接触区域，每个接触区域被连接到对应的薄膜电极。TLCL中的接触结构的存在相比现有技术中没有接触结构而穿过基于孔的TLCL的设计，形成电接触更容易且更可靠。
注意到本发明的接触结构可适用于不同的TLCL结构是重要的，不脱离本发明的范围。例如，在特别不同的结构中，中间电极结构可用于TLCL装置中以实现具有不同取向层方向的两个相邻的液晶层，使得没有必要将两个相同的半个TLCL旋转、翻转和粘结在一起以形成完整的TLCL。这个中间电极结构由两个非常薄的玻璃基板粘结在一起形成，其具有沉积在一个基板的一侧上并夹在两个基板之间的电极(如，ITO)。每个薄基板具有在其外侧上的取向层。通过在叠堆TLCL晶片中放置这种中间电极结构，能够排列叠堆层用以提供双偏振和/或期望的角度不灵敏性。然而，在这种类型的TLCL结构中，不希望在电极上沉积接触结构的传导材料，其中该电极被夹在两块薄玻璃基板之间，因为这种附加传导材料将会影响中间电极结构的尺寸，并且造成玻璃基板的磨擦。因此连接结构和/或它的制作必须相应地适应。
在本发明的非限制性的变型实施例中，接触结构的制造包括蚀刻工艺，由此在中间电极结构的两块玻璃基板的其中一块的内侧上蚀刻一个或多个凹槽，尤其是没有电极沉淀在其上的玻璃基板，如图31A所示。这些凹槽可以沿着基板的边缘放置，或者，可选择地放置在TLCL内部的非光学位置，不脱离本发明的范围。在孔图案化电极单元晶片的情况下，例如图31C的平面图所示的，一种可行的例子是蚀刻凹槽和沉积焊珠(bead)，从而每个被沉积的焊珠在晶片上沿着各自的截面边缘分布。这必然将会生成用于中间电极结构的具有边缘接触结构的被单独化的单元。
在各自的基板开槽后，每个凹槽被刨光并填充传导材料串珠(a bead of)(例如ITO)，如图31B所示。注意，这些被沉积的焊珠可以设计为任意不同的可能的尺寸和几何形状，包括例如圆形和长方型，不脱离本发明的范围。一旦凹槽被蚀刻、刨光和填充，两块玻璃基板就能被夹在一起以完成中间电极结构的制作，在这点上填充凹槽的传导材料将会连接被夹在两块基板之间的电极，如图31D所示。因而每个被填充的凹槽形成TLCL接触结构的连接区，以允许形成到中间电极结构的电极的可靠电连接。
显然，如上文描述的具有接触结构的可调谐液晶装置在智能(可自动调节的)光学图像系统领域，具有许多不同的可行的应用，例如高质量的手机摄像、存储/阅读系统和视觉系统。在一个非限制性的例子中，晶片级照相模块由CMOS传感器和晶片级透镜结构组成，该CMOS传感器通常封装在芯片尺寸封装中，该晶片级透镜结构由多个玻璃基板上的被反转的透镜组成。在现有的构造中，摄像模块各部分之间不需要电连接。然而，在具有有源光学元件(例如TLCL)的晶片级照相机的情况下，需要一个或多个电接点以将TLCL电连接至照相基板，此时这个照相机更像芯片尺寸封装或者印刷电路板(PCB)上的传感器。如果TLCL包括任何如前面所描述的实施例和例子的连接结构，则在TLCL和晶片级的照相机之间可构成可靠的电连接。
假定TLCL具有按照上面所描述的任何一个的实施例的边缘接触结构，其将被连接到晶片级照相机的系统PCB。在一个具体的非限制性的实施例中，将TLCL组装至照相机透镜结构后，钻孔结构可以被构造以形成必要的电连接。然而，如图32A所示，TLCL晶片(切割前以晶片形式)被组装在被反转的透镜叠堆的晶片(照相机透镜结构)上。单独的大孔通过被组装的晶片钻孔，以这种方式穿过四个相邻的TLCL以切割并暴露每一个TLCL的边缘接触结构的内部金属层，如图32B所示。在钻孔操作后，这些孔要么被填充传导的环氧树脂要么被镀上传导金属，其中环氧树脂或镀上的金属形成电通孔，其生成从透镜结构的底部向上至TLCL的电连接。
在另一具体的非限制性的实施例中，嵌入式通孔结构可用于必要的电连接，其中该嵌入式通孔结构在相机的TLCL和透镜结构的组装期间被构造。更具体的，在TLCL和反转的透镜结构的构造中使用的玻璃片(基板)是具有嵌入式钨通孔的薄片，例如由SchottCorporation制造的HermesTM玻璃基板。为了显示的目的，图33A示出了具有嵌入式钨通孔的一般多层玻璃结构的例子，其中可传导的环氧树脂在堆叠操作期间用于玻璃基板之间，从而实现所需的电连接。
注意的是，对于根据本发明的具有接触结构的TLCL而言，TLCL的结构必须使接触结构的接触区域与玻璃基板的通孔一致，从而在两者之间形成电连接。因此，只要玻璃基板中的接触结构与通孔一致，就可在装置的边缘或装置的非光学部分限定TLCL的接触结构。
为了能够在相机的TLCL和PCB之间实现电连接，在相机模块构造中使用的芯片尺寸封装必须以允许从封装中的玻璃的顶部到封装基板中接触形成电连接的方式制造。如图33B所示，具有嵌入式钨通孔的玻璃基板可用作晶片尺寸封装的一部分，其中玻璃中的通孔连接至具有传导粘合剂(例如环氧树脂)的CMOS传感器上的衬垫。通过任意恰当的封装连接结构形成到照相机PCB的连接，其与封装中用于其他电连接的连接相类似。
虽然为了描述的目的示出了不同的实施例，但本发明并不限于此。对于本领域技术人员来说，各种可能的改变和不同的构造将变得明显且在本发明的范围内，其由附上的权利要求更具体地限定。

Claims (9)

1.一种可调谐液晶光学装置，其限定光学孔径并具有分层结构，所述分层结构包括液晶层，所述装置包括:
薄膜电极，其形成在第一基板的表面上并被第二基板覆盖；和
所述分层结构内的空腔，其露出所述薄膜电极的部分，所述空腔位于所述可调谐液晶光学装置的边缘，并在所述边缘上提供一个比所述薄膜电极的厚度大得多的所述薄膜电极的露出表面。
2.如权利要求1所述的可调谐液晶光学装置，其中，所述薄膜电极是第一薄膜电极，所述装置进一步包括形成在第二基板上的第二薄膜电极，所述空腔包括在所述边缘上形成所述第一薄膜电极的露出表面的第一接触区域和在所述边缘上形成所述第二薄膜电极的露出表面的第二接触区域。
3.如权利要求2所述的可调谐液晶光学装置，其中所述装置是正方形，且所述空腔的所述第一接触区域和所述第二接触区域位于所述装置的斜对角的相对角处。
4.如权利要求2或3所述的可调谐液晶光学装置，其中所述第一薄膜电极和所述第二薄膜电极是控制用于所述装置的电场的薄膜透明电极。
5.如权利要求1至3中任一项所述的可调谐液晶光学装置，其中，所述装置包括一对相同的单一偏振分层液晶光学装置，该对液晶光学装置中的一个被90度旋转和翻转后被结合到一起，所述空腔包括两对垂直取向的接触区域。
6.如权利要求1所述的可调谐液晶光学装置，其特征在于，所述装置进一步包括穿过所述分层结构的顶部表面或底部表面，通过所述空腔到达所述分层结构的孔，用于提供穿过所述孔的外部电连接。
7.如权利要求1至3中任一项所述的可调谐液晶光学装置，其中所述装置通过晶片工艺同时形成多个，并且接下来被单独化。
8.一种制造可调谐液晶光学装置的方法，该装置限定光学孔径并具有分层结构，该分层结构包括液晶层和透镜结构层，所述方法包括：
a、形成包括基板的平面阵列的晶片；
b、在每个所述基板的表面上形成薄膜电极；
c、在所述薄膜电极之间的切割边缘上产生空腔；
d、将所述晶片切割成多个光学器件，其中，产生的所述空腔相应的被切分，并相应地，在所述切割边缘上提供一个比所述薄膜电极的厚度大得多的表面。
9.如权利要求8所述的方法，其中在步骤d前，将一对相同的分层液晶光学装置中的一个90度旋转和翻转后，将这一对液晶光学装置结合到一起。
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