CN108732828B - 可移动电极结构及液晶透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种可移动电极结构及液晶透镜。该可移动电极结构包括：衬底；位于所述衬底上的支撑件；附接到所述支撑件上的具有弹性的第一梁；附接到所述第一梁上的电极；以及位于所述衬底上的至少部分面对所述第一梁的对立件。

Description

可移动电极结构及液晶透镜
技术领域
本发明的实施例涉及透镜技术领域，尤其涉及一种可移动电极结构及液晶透镜。
背景技术
液晶可以分为两大类。如果介电张量沿分子轴(即光轴)的分量大于垂直于该轴的分量，则称为正介电各向异性液晶，它的分子取向平行于外加电场；反之，则称为负介电各项异性液晶，它的分子取向垂直于外加电场方向。无论是哪种类型的液晶元件，在施加适当电压的情况下都具有类似于光学透镜的聚光效应。这种利用液晶形成的具有聚光效应的光学元件称为液晶透镜。
发明内容
本发明实施例提供了一种可移动电极结构及液晶透镜，能够方便快捷地调节通过液晶透镜的光通量。
在本发明的一个方面，提供一种可移动电极结构。该可移动电极结构包括：衬底；位于所述衬底上的支撑件；附接到所述支撑件上的具有弹性的第一梁；附接到所述第一梁上的电极；以及位于所述衬底上的至少部分面对所述第一梁的对立件。
在示例的实施例中，所述对立件包括位于所述衬底上的支撑部和附接到所述支撑部的第二梁，所述第二梁与所述第一梁至少部分相对。
在示例的实施例中，所述支撑件包括彼此间隔的第一支撑件和第二支撑件，所述第一梁包括附接到所述第一支撑件的第一梁段和附接到所述第二支撑件的第二梁段。
在示例的实施例中，所述第二梁包括附接到所述支撑部的第三梁段和第四梁段。所述第三梁段与所述第一梁段至少部分相对，所述第四梁段与所述第二梁段至少部分相对。
在示例的实施例中，所述支撑部具有用于固定所述第三梁段和所述第四梁段的孔。
在示例的实施例中，所述第三梁段的一端和所述第四梁段的一端固定到所述孔中，所述第三梁段的另一端和所述第四梁段的另一端为自由端。
在示例的实施例中，所述第一梁段和所述第二梁段具有L形状。
在示例的实施例中，所述第一梁的附接所述电极的表面与所述第一梁的附接所述支撑件的表面垂直。
在示例的实施例中，所述第一梁能够基于所述第一梁与所述对立件之间的库仑力沿朝向所述对立件或远离所述对立件的方向移动。
在本发明的另一方面，提供一种液晶透镜。该液晶透镜包括：第一电极结构；与所述第一电极结构相对设置的第二电极结构；以及位于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间的液晶层。所述第二电极结构包括上面或下面的一个或多个实施例中描述的可移动电极结构。
在示例的实施例中，液晶透镜还包括控制机构，所述控制机构被配置为在所述第一梁和所述对立件之间产生库仑力，使得所述第一梁能够在所述库仑力的作用下沿朝向所述对立件或远离所述对立件的方向移动。
在示例的实施例中，所述第二电极结构包括彼此间隔的两个所述可移动电极结构。
在示例的实施例中，所述控制机构还被配置使得两个所述可移动电极结构中的所述电极彼此相向或彼此背离移动。
在示例的实施例中，两个所述可移动电极结构中的所述电极由遮光材料制成。
在示例的实施例中，所述第一电极结构包括：第一衬底；以及位于所述第一衬底的靠近所述液晶层的一侧的第一电极。在示例的实施例中，所述液晶透镜还包括：位于所述第一电极的靠近所述液晶层的一侧的第一取向层；以及位于所述第二电极结构的衬底的靠近所述液晶层的一侧的第二取向层。
在本发明的实施例提供的可移动电极结构以及使用该可移动电极结构液晶透镜中，可移动电极结构的电极可以随着第一梁移动，因此可以改变液晶透镜的电极之间的间隔，从而可以方便地调节通过液晶透镜的光通量。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。
附图说明
本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：
图1a和1b分别示意性地示出相关技术中的一种示例的液晶透镜及液晶透镜中的一种电场分布；
图2示意性地示出在本公开的一些实施例中的可移动电极结构；
图3示出在本发明的一些实施例中的液晶透镜的示意图；
图4示意性示出图3所示的实施例中液晶透镜的第二电极结构；以及
图5示出相对于图3所示的实施例中的液晶透镜两个可移动电极结构的电极之间的间隔减小的示意图。
贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。
具体实施方式
现将参考附图详细描述各种实施例，其作为本发明的示例性示例而提供，以使得本领域技术人员能够实现本发明。值得注意的是，以下附图和示例并不意味着限制本发明的范围。在使用已知的组件(或方法或过程)可以部分或全部实现本发明的特定元件的情况下，将仅描述对理解本发明所需要的这种已知组件(或方法或过程)的那些部分，并且这种已知组件的其它部分的详细描述将被省略以便不会混淆本发明。进一步地，各种实施例通过说明的方式包含与在此涉及的组件等同的现在和未来已知的等同物。
当介绍本申请的元素及其实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或者多个要素；除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；用语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”旨在包括性的并且表示可以存在除所列要素之外的另外的要素；术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性及形成顺序。
图1a和1b分别示意性地示出相关技术中的一种示例的液晶透镜及液晶透镜中的一种电场分布。如图1a所示，在相关技术中，液晶透镜包括两个彼此间隔的上电极101、下电极102和位于上电极101和下电极102之间的液晶层103(例如，液晶盒)。通过在上电极101和下电极102之间施加适当的电压V，可以在液晶层103中产生如图1b所示的电场，使得液晶层103中的液晶在电场的作用下具有如图1a所示的梯度分布的折射率。在图1a中，no表示寻常光折射率；ne表示非寻常光折射率，neff(θ)表示液晶分子的长轴与竖直方向的夹角为θ时的等效折射率，neff(θ)可以在no和ne之间变化。这种具有梯度分布的折射率的液晶层可以具有类似于光学透镜的聚光效应，因此可以作为透镜使用。
然而，如图1a所示，通常将两个上电极101附贴在上基板上，两个上电极101之间的间隔固定不变，因此，通过这种液晶透镜的光通量也不能改变。如果需要调节通过液晶透镜的光通量，那么需要在液晶透镜上设置额外的光圈，这必然会增加结构的复杂性，并且操作也很不方便。
在本发明的第一方面，提供一种可移动电极结构。这种可移动电极结构的电极可作为液晶透镜的上电极中的至少一个电极，通过改变该可移动电极结构中的电极的位置，可以方便地调节通过液晶透镜的光通量。
图2示意性地示出在本公开的一些实施例中的可移动电极结构。如图2所示，该可移动电极结构包括衬底21；位于衬底21上的支撑件22(例如，支柱)；附接到支撑件22上具有弹性的第一梁24；附接到第一梁24上的电极25；以及位于衬底21上的至少部分面对第一梁24的对立件26。
在本发明的一些实施例中，第一梁24能够基于第一梁24与对立件26之间的库仑力沿朝向或远离对立件26的方向移动。
在示例的实施例中，可以向第一梁24和对立件26施加相同性质的静电荷，例如正电荷，使得第一梁24和对立件26在静电荷的作用下产生相互的排斥力。由于第一梁24为弹性梁，其具有弹性，因此在对立件26的排斥力的作用下，第一梁24产生弹性形变以可以带动附接到其上的电极朝向远离该对立件的方向移动。类似地，可以向第一梁24施加正电荷，而向对立件26施加负电荷，使得第一梁24和对立件26在不同性质的电荷的作用下产生吸引力。在对立件26的吸引力的作用下，第一梁24可以带动附接到其上的电极25朝向该对立件26移动。
在本发明的实施例中，可以采用已知的任何方式向第一梁24和对立件26施加静电荷。作为非限制性的示例，可以通过向第一梁24和对立件26施加电压或通过摩擦起电来提供静电荷。
将这种可移动电极结构应用到液晶透镜的情况下，尤其是作为液晶透镜的至少一个上电极，可以方便可靠地改变通过液晶透镜的光通量。另外，这种可移动电极结构可以通过MEMS(微电子机械系统，Micro-Electro-Mechanical-System)技术来实现，易于实现并且不会造成液晶透镜的结构冗余。
在本发明的实施例中，第一梁24的附接电极25的表面245与第一梁24的附接支撑件22的表面246垂直。
如图2所示，支撑件22可以包括彼此间隔的第一支撑件221和第二支撑件222。第一梁24可以包括分别附接到第一支撑件221和第二支撑件222的第一梁段241和第二梁段242。示例地，第一梁段241的一端可以固定到第一支撑件221上，第一梁段241的另一端位于电极25的下方，以支撑电极25；第二梁段242的一端附接到第二支撑件222上，并且第二梁段242的另一端也位于电极25的下方，以与第一梁段241的另一端一起支撑电极25。在示例的实施例中，第一梁段241和第二梁段242可以都具有L形状。
如图2所示，对立件26可以包括位于衬底21上的支撑部261和附接到支撑部261上的第二梁262。第二梁262与第一梁24至少部分相对。在这种情况下，可以在第一梁24和第二梁262上施加静电荷，以产生能够驱动第一梁24朝向或远离第二梁262移动的库仑力。
在示例的实施例中，第二梁262可以包括附接到支撑部261的第三梁段2621和第四梁段2622。第三梁段2621和第四梁段2622分别与第一梁段241和第二梁段242至少部分相对。通过这种配置，在第一梁段241、第二梁段242、第三梁段2621和第四梁段2622上施加静电荷的情况下，第一梁段241和第三梁段2621之间可以产生相互作用的库伦力，使得第一梁段241在与第三梁段2621之间的库仑力的作用下产生形变；第二梁段242和第四梁段2622之间也可以产生相互的库伦力，使得第二梁段242在与第四梁段2622之间的库仑力的作用下产生形变。因此，第一梁段241和第二梁段242可以带动附接到其上的电极朝向或远离第二梁262移动。
在示例的实施例中，支撑部261还可以具有用于固定第三梁段2621和第四梁段2622的孔2611。第三梁段2621的一端和第四梁段2622的一端插入并固定到孔2611中，第三梁段2621的另一端和第四梁段2622的另一端可以为自由端。可以理解，第三梁段2621的另一端和第四梁段2622的另一端也可以为固定端，例如分别固定到与第一支撑件221和第二支撑件222不同的另外的支撑件上。可选地，第三梁段2621和第四梁段2622也可以具有L形状。
为了说明本发明的特定的效果、优点和可行性，这里的L形状被用作第一梁段241、第二梁段242、第三梁段2621和第四梁段2622的示例性形状，然而，这种表示并不旨在将本发明的范围限制到第一梁段241、第二梁段242、第三梁段2621和第四梁段2622的这种特定的形状。借助于该示例，本领域技术人员可以很容易地知道当使用不同的形状时如何适配相关的结构或条件。
在本发明的另一方面，提供一种液晶透镜。可选地，该液晶透镜使用根据本发明的至少一个可移动电极结构，诸如根据上面详细公开的一个或多个实施例的可移动电极结构。因此，对于该液晶透镜的可选实施例，可以参考可移动电极结构的实施例。在液晶透镜的实施例中，通过控制可移动电极结构中的电极的位置，可以方便地调节通过液晶透镜的光通量。
图3示出在本发明的一些实施例中的液晶透镜的示意图。如图3所示，液晶透镜可以包括第一电极结构31；与第一电极结构31相对设置的彼此间隔的两个第二电极结构32；以及位于第一电极结构31和第二电极结构32之间的液晶层33。在该示例的实施中，两个第二电极结构32中的至少一个可以使用上面详细公开的一个或多个实施例中的可移动电极结构20。
在图3所示的实施例中，两个第二电极结构32都使用可移动电极结构20。然而，可以理解，两个第二电极结构32中只有一个使用可移动电极结构20，而另一个第二电极结构不可移动同样可以实现本发明的目的。
图4示意性示出图3所示的实施例中液晶透镜的第二电极结构。如图4所示，第二电极结构具有两个可移动电极结构20，该两个可移动电极结构20可以共享同一个衬底21。在该两个可移动电极结构20组装到液晶透镜时，可以将衬底的没有设置电极25的表面面向液晶层。
在示例的实施例中，液晶透镜还可以包括控制机构36，该控制机构36被配置为在可移动电极结构的第一梁24和对立件26之间产生库仑力，使得第一梁24能够在库仑力的作用下朝向或远离对立件26移动。
在液晶透镜的两个第二电极结构都使用可移动电极结构的情况下，控制机构36被配置为使得两个可移动电极结构中的电极25彼此相向或彼此背离移动。通过移动两个可移动电极结构中的电极25，可以方便地控制液晶透镜的光通量。
在示例的实施例中，控制机构36可以向两个可移动电极结构中的第一可移动电极结构的第一梁和对立件施加相同性质的静电荷，例如正电荷，使得第一可移动电极结构的第一梁和对立件在静电荷的作用下产生相互排斥的库仑力。在第一可移动电极结构的对立件的库仑力的作用下，第一可移动电极结构的第一梁可以通过弹性形变带动附接到其上的电极朝向远离该对立件的方向移动。类似地，控制机构可以向两个可移动电极结构中的第二可移动电极结构的第一梁和对立件施加相同性质的静电荷，使得第二可移动电极结构的第一梁在对立件的库仑力的作用下通过弹性形变带动附接到其上的电极朝向远离第二可移动电极结构的对立件的方向移动。因此，第一可移动电极结构的电极和第二可移动电极结构的电极能够朝向彼此移动，使得二者之间的间隔减小，从而可以调节液晶透镜的光通量。参见图3，在两个可移动电极结构的电极被移动之前，两个电极之间的间隔为d1。通过控制机构控制可移动电极结构的第一梁和对立件之间的库仑力，可以使两个可移动电极结构的电极朝向彼此移动。参见图5，移动后两个电极之间的间隔变为d2，其中d2小于d1。类似地，可以通过控制机构的控制使得两个可移动电极结构的电极能够远离彼此而移动，从而可以增大液晶透镜的光通量。
在本发明的一些实施例中，两个可移动电极结构中的电极由遮光材料制成。通过控制两个可移动电极结构的电极之间的间隔来控制穿过液晶透镜的光通量。
在示例的实施例中，第一电极结构31可以包括第一衬底311；位于第一衬底311的靠近液晶层33的一侧的第一电极312。液晶透镜还包括位于第一电极312的靠近液晶层的一侧的第一取向层34；以及位于第二电极结构32的衬底21的靠近液晶层33的一侧的第二取向层35。
在本发明的一些实施例中，可以通过使用专用硬件以及能够执行软件的硬件结合适当的软件来提供控制机构的功能，包括被描述为“接口”或“引擎”的任何功能的方框。当由处理器提供时，该功能可以由单个专用处理器提供、由单个共享处理器提供或者由多个单独的处理器提供，其中一些处理器可以被共享。此外，对于术语“处理器”或“引擎”的明确使用不应当被解释成排他性地指代能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括(而不限于)数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储装置。此外还可以包括其他常规的和/或定制的硬件。
以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims (8)

1.一种可移动电极结构，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的支撑件；
附接到所述支撑件上的具有弹性的第一梁；
附接到所述第一梁上的电极；以及
位于所述衬底上的至少部分面对所述第一梁的对立件，其中，所述对立件包括位于所述衬底上的支撑部和附接到所述支撑部的第二梁，所述第二梁与所述第一梁至少部分相对，
其中，所述支撑件包括彼此间隔的第一支撑件和第二支撑件，所述第一梁包括附接到所述第一支撑件的第一梁段和附接到所述第二支撑件的第二梁段，
所述第二梁包括附接到所述支撑部的第三梁段和第四梁段，所述第三梁段与所述第一梁段至少部分相对，所述第四梁段与所述第二梁段至少部分相对，
所述支撑部具有用于固定所述第三梁段和所述第四梁段的孔，
所述第三梁段的一端和所述第四梁段的一端固定到所述孔中，所述第三梁段的另一端和所述第四梁段的另一端为自由端，
所述第一梁的附接所述电极的表面与所述第一梁的附接所述支撑件的表面垂直，以及
所述第一梁能够基于所述第一梁与所述对立件之间的库仑力沿朝向所述对立件或远离所述对立件的方向移动。
2.根据权利要求1所述的可移动电极结构，其特征在于，所述第一梁段和所述第二梁段具有L形状。
3.一种液晶透镜，其特征在于，包括：
第一电极结构；
与所述第一电极结构相对设置的第二电极结构；以及
位于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间的液晶层，
其中，所述第二电极结构包括根据权利要求1或2所述的可移动电极结构。
4.根据权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于，还包括控制机构，所述控制机构被配置为在所述第一梁和所述对立件之间产生库仑力，使得所述第一梁能够在所述库仑力的作用下沿朝向所述对立件或远离所述对立件的方向移动。
5.根据权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二电极结构包括彼此间隔的两个所述可移动电极结构。
6.根据权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，所述控制机构还被配置使得两个所述可移动电极结构中的所述电极彼此相向或彼此背离移动。
7.根据权利要求6所述的液晶透镜，其特征在于，两个所述可移动电极结构中的所述电极由遮光材料制成。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极结构包括：
第一衬底；以及
位于所述第一衬底的靠近所述液晶层的一侧的第一电极，
其中，所述液晶透镜还包括：
位于所述第一电极的靠近所述液晶层的一侧的第一取向层；以及
位于所述第二电极结构的衬底的靠近所述液晶层的一侧的第二取向层。
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