CN201662671U

CN201662671U - 液晶透镜

Info

Publication number: CN201662671U
Application number: CN2010201704767U
Authority: CN
Inventors: 刘晟齐; 胡正中
Original assignee: CPTF Optronics Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2010-04-24
Filing date: 2010-04-24
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-04-24

Abstract

本实用新型涉及一种液晶透镜，包括第一基板、第一电极层、液晶层、以及第二电极层。第二电极层包括多个第一电极图案以及多个第二电极图案。第二电极图案分别与第一电极图案相对，且第二电极图案与第一电极图案交替排列。第一、第二电极图案的面积由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递减，使得第一、第二电极图案的电阻由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递增。本实用新型结构简单，设计合理，可具有良好的光学成像特性。

Description

液晶透镜

技术领域

本实用新型是有关于一种液晶透镜，且特别是有关于一种光学成像性质良好的液晶透镜。

背景技术

图1为习知的液晶透镜示意图。请参照图1，液晶透镜100包括依序堆栈的第一基板102、第一电极层110、液晶层120、第二电极层130以及第二基板104。液晶层120与第一、第二基板102、104之间还设置有配向层140、150，以使液晶层120中的液晶分子122具有预定的排列方向。一般而言，第二电极层130具有一开口H，而此开口H位在液晶透镜100的中央。

在使用液晶透镜100时，例如可透过一讯号源S对第一、第二电极层110、130施加一电压讯号，使得液晶层120中的液晶分子122沿着电场方向而偏转。由于开口H位在液晶透镜100的中央，因此液晶透镜100的中间区域会具有较弱的电场强度，而液晶透镜100的边缘区域会具有较强的电场强度。如此一来，第一、第二电极层110、130之间会形成不均匀的电场变化，而液晶层120中的液晶分子122会随着电场变化而产生不同程度的偏转，使得液晶层120产生折射率的梯度变化。举例来说，当光线L通过液晶透镜100时，光线L会受到液晶层120的折射率改变而产生聚焦的效果，光线L会集中于图1所示的焦点F上。

然而，液晶透镜100中的折射率梯度变化与一般光学透镜仍有许多差异。也就是说，习知的液晶透镜100仍无法达到一般透镜所具有的光学成像特性。

发明内容

本实用新型提供一种液晶透镜，可具有良好的光学成像特性。

本实用新型提出一种液晶透镜，包括第一基板、第一电极层、液晶层以及第二电极层。第一电极层配置于第一基板上，而液晶层配置于第一电极层上。第二电极层配置于液晶层上，且第二电极层包括多个第一电极图案以及多个第二电极图案。第二电极图案分别与第一电极图案相对，且第二电极图案与第一电极图案交替排列。其中第一、第二电极图案的面积由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递减，使得第一、第二电极图案的电阻由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递增。

在本实用新型的一实施例中，上述第二电极层更包括一第一主体部与一第二主体部，第一主体部平行于第二主体部，第一主体部耦接第一电极图案，而第二主体部耦接第二电极图案，且多个第一、第二电极图案分别垂直于第一、第二主体部。

在本实用新型的一实施例中，上述第一主体部电性连接至第一讯号源，第二主体部电性连接至第二讯号源。第一、第二讯号源分别提供交流讯号至第一、第二电极图案，使得第一电极图案与第二电极图案具有一振幅差异以及一相位差异。交流讯号的电压范围小于50伏特。

在本实用新型的一实施例中，上述多个第一、第二电极图案配置于该液晶透镜的两侧，而位于液晶透镜其中一侧的多个第一电极图案、与位于液晶透镜另一侧的多个第一电极图案对称。位于液晶透镜其中一侧的多个第二电极图案、与位于液晶透镜另一侧的多个第二电极图案对称。在液晶透镜的其中一侧，各第一电极图案与相邻的其中一个第二电极图案之间的间距为相同或不同。

在本实用新型的一实施例中，上述液晶透镜更包括第一配向层以及第二配向层。第一配向层配置于第一电极层与液晶层之间。第二配向层配置于液晶层与第二电极层之间。

在本实用新型的一实施例中，上述液晶透镜更包括第二基板，配置于第二电极层上。

在本实用新型的一实施例中，上述液晶透镜更包括第二基板，配置于第二电极层与液晶层之间。

在本实用新型的一实施例中，上述各第一、第二电极图案的一部分具有相同的宽度，且各第一、第二电极图案的其它部分的宽度由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递减。

在本实用新型的一实施例中，上述各第一、第二电极图案的宽度由液晶透镜的边缘朝液晶透镜的中心递减。

在本实用新型的一实施例中，上述各第一、第二电极图案的宽度包括2微米至500微米。

在本实用新型的一实施例中，上述第一、第二电极层的材质包括铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。

在本实用新型的一实施例中，上述第一电极图案与第二电极图案分别连接至多个讯号源，讯号源分别提供一交流讯号至第一、第二电极图案，使得第一电极图案与第二电极图案分别具有一振幅差异以及一相位差异。

本实用新型的液晶透镜具有如手指叉合形状的双电极图案，且电极图案的面积由液晶透镜的边缘朝中心递减。当施加交流讯号于双电极图案时，多个电极图案会产生分压效果而使液晶透镜的折射率变化接近于理想透镜，因此本实用新型的液晶透镜可具有良好的光学成像特性。

为让本实用新型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为习知的液晶透镜示意图。

图2为本实用新型一实施例的液晶透镜剖面示意图。

图3为图2中第二电极层的上视示意图。

图4A为图3中第一电极图案的其中一侧的等效电路示意图。

图4B为图3中第二电极图案的其中一侧的等效电路示意图。

图5A为理想透镜的折射率变化示意图。

图5B为液晶透镜受到电压驱动后，理想的折射率变化示意图。

图6为本实用新型一实施例的液晶透镜的电极状态分布。

图7~9分别为本实用新型一实施例的液晶透镜的第二电极层示意图。

【主要组件符号说明】

100、200：液晶透镜

102、202：第一基板

104、204：第二基板

110、210：第一电极层

120、220：液晶层

122、222：液晶分子

130、230：第二电极层

140、150：配向层

232：第一电极图案

232a：第一主体部

234：第二电极图案

234a：第二主体部

240：第一配向层

250：第二配向层

F：焦点

L：光线

R：电阻

S：讯号源

S1：第一讯号源

S2：第二讯号源

TW、W1、W2：宽度

H：开口。

具体实施方式

图2为本实用新型一实施例的液晶透镜剖面示意图。图3为图2中第二电极层的上视示意图。请参照图2，液晶透镜200包括第一基板202、第一电极层210、液晶层220、第二电极层230以及第二基板204。本实施例的液晶透镜200的宽度TW例如为200微米。为便于说明，在本文所提及的实施例中，液晶透镜的宽度TW例如皆为200微米。

第一电极层210配置于第一基板202上，而液晶层220配置于第一电极层210上。第二电极层230配置于液晶层220上，而第二基板204配置于第二电极层230上。在本实施例中，液晶透镜200更包括第一配向层240以及第二配向层250。第一配向层240配置于第一电极层210与液晶层220之间，而第二配向层250配置于液晶层220与第二电极层230之间。此外，本实施例的液晶透镜200还包括第二基板204，且第二基板204配置于第二电极层230上，惟本发明不限于此。在其它的实施例中，第二基板204也可以是配置于第二电极层230与液晶层220之间。

在本实施例中，第一、第二基板202、204例如是玻璃基板，在其它的实施例中，第一、第二基板202、204也可以采用其它材质的透明基板。第一、第二电极层210、230的材质例如可以是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或其它适当的透明导电材料。

请参照图3，第二电极层230包括一第一主体部232a、多个第一电极图案232、一第二主体部234a、以及多个第二电极图案234。在本实施例中，第一电极图案232例如是垂直于第一主体部232a，且第一主体部232a耦接第一电极图案232。多个第一电极图案232配置于液晶透镜200的两侧，而位于液晶透镜200其中一侧的多个第一电极图案232、与位于液晶透镜200另一侧的多个第一电极图案232对称。简言之，第一电极图案232例如是一种类似于梳子或手指形状的电极图案。

第二电极图案234与第一电极图案232相对，且第二电极图案234与第一电极图案232交替排列。第二电极图案234例如是配置于液晶透镜200的两侧，其中，位于液晶透镜200其中一侧的多个第二电极图案234、与位于液晶透镜200另一侧的多个第二电极图案234对称。类似地，第二电极图案234例如是一种类似于梳子或手指形状的电极图案。

在本实施例中，第二主体部234a与第一主体部232a平行，而多个第二电极图案234垂直于第二主体部234a。第二主体部234a耦接第二电极图案234。多个第二电极图案234凸出于第二主体部234a并在多个第一电极图案232之间延伸。具体而言，第一电极图案232与第二电极图案234例如会形成一种彼此交错的手指或梳子形状的图案。

各第一、第二电极图案232、234的面积由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递减。在本实施例中，各第一、第二电极图案232、234的一部分具有相同的宽度W1，而相邻的第一、第二电极图案232、234具有相同的间距d。此外，各第一、第二电极图案232、234的其它部分的宽度W2由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递减。更确切而言，除了液晶透镜200最外侧的第一、第二电极图案232、234之外，其余的第一、第二电极图案232、234(靠近液晶透镜200的中间)则分别包括了两个宽度不同、且彼此相连的长方形。

由于导线的电阻与导线的截面积呈反比，意即宽度越小的导线会具有较高的电阻。因此，本实施例的电极图案设计会使得各第一、第二电极图案232、234的电阻由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递增。

图4A为图3中第一电极图案的其中一侧的等效电路示意图。图4B为图3中第二电极图案的其中一侧的等效电路示意图。请参照图4A与图4B，第一电极图案232最外侧的第一电极图案232(宽度为W1的长方形区域)的电阻例如为R，而另一个第一电极图案232(宽度为W1、W2的两个长方形区域)的电阻例如为R+R’。如此一来，当一电压V1通过第一电极图案232时，由于每个第一电极图案232具有不同的电阻，因此位于不同位置的第一电极图案232会具有不同的电压。也就是说，本实施例的第一电极图案232可产生多电极分压的效果。

另一方面，第二电极图案234最外侧的第二电极图案234(宽度为W1的长方形区域)的电阻例如为R，而另一个第二电极图案234(宽度为W1、W2的两个长方形区域)的电阻例如为R+R’。类似地，当一电压V2通过第二电极图案234时，由于每个第二电极图案234具有不同的电阻，因此位于不同位置的第二电极图案234会具有不同的电压，使得第二电极图案234亦可产生多电极分压的效果。

请参考图2，在本实施例中，第一主体部232a例如电性连接至第一讯号源S1，而第二主体部234a例如电性连接至第二讯号源S2。第一、第二讯号源S1、S2分别提供交流讯号至第一、第二电极图案232、234，使得第一电极图案232与第二电极图案234具有一振幅差异以及一相位差异。第一电极图案232与第二电极图案234所具有的振幅差异例如可根据实际需要加以调整。本实施例所使用的交流讯号的电压范围例如是小于50伏特，较佳可小于10伏特。

值得一提的是，于其它未绘示的实施例中，亦可是第一电极图案与第二电极图案分别连接至多个讯号源，且这些讯号源分别提供一交流讯号至第一、第二电极图案，使得第一电极图案与第二电极图案分别具有一振幅差异以及一相位差异。换言之，在此并不限定本实用新型的讯号源与第二电极层230的电连接关系。

图5A为理想透镜的折射率变化示意图。图5B为液晶透镜受到电压驱动后，理想的折射率变化示意图。请参照图5A与图5B，此处要说明的是，为了得到如图5B所示的折射率变化，本实施例的液晶透镜200例如可根据以下公式求得每个电极(第一、第二电极图案232、234)的位置、每个电极所产生的电场以及每个电极对液晶透镜所造成的折射率。液晶透镜200的中心为原点(x=0)。

举例来说，假设每个电极对液晶透镜200所造成的折射率正比于每个电极所产生的电场，因此，可得下列式(1)，

………式(1)，

其中，代表电场，n(x)代表位置为x处的液晶折射率，

由式(1)可得到下列公式，

其中，x₁~x_m分别表示液晶透镜200上的m个不同位置，E₁(1)~E_m(1)代表不同位置的电极对x₁位置所形成的电场，E₁(2)~E_m(2)代表不同位置的电极对x₂位置所形成的电场，E₁(3)~E_m(3)代表不同位置的电极对x₃位置所形成的电场，依此类推，E₁(m)~E_m(m)代表不同位置的电极对x_m位置所形成的电场。

接着，由上述公式可得式(2)，

……式(2)，

再由式(2)可得式(3)，

……式(3)，

对照图5B的理想的液晶折射率，并经由上述式(1)~式(3)的计算，即可求得多个电极的位置(第一、第二电极图案232、234)。并且，还可进一步得到电极的宽度W1、电极的数目以及间距d，从而得到如图6所示的电极状态分布。

在本实施例中，第一、第二电极图案232、234的宽度W1例如可介于2微米至500微米之间。在其它的实施例中，就总宽度TW为100微米至300微米之间的液晶透镜而言，第一、第二电极图案232、234的宽度W1较佳为5微米。

本实施例的液晶透镜200可透过第二电极层230的电极图案设计达到电极分压的效果，因此不需要针对个别电极进行复杂的电压控制。就第一电极图案232或第二电极图案234而言，仅分别提供单一的交流讯号就可以使电极的多个电极图案分具有不同电压值，从而产生所需要的电场梯度变化。如此一来，液晶层220中的液晶分子222将会随着电场梯度变化而偏转，使得液晶透镜200的折射率变化接近于理想的透镜。因此，本实施例的液晶透镜200可具有良好的光学成像特性。

上述实施例所使用的第二电极层230仅为举例说明，以下将提出数种其它的电极图案设计，其中相同的构件以相同的标号表示且不再重述。

图7~9分别为本发明一实施例的液晶透镜的第二电极层示意图。举例来说，上述第二电极层230的电极图案也可以采用图7~图9所绘示的第二电极层230a、230b、230c的图案。

如图7所示，相较于上述的第二电极层230，第二电极层230a可具有多个的第一、第二电极图案223、234。类似于图2的第二电极层230，各第一、第二电极图案232、234的一部分具有相同的宽度W1，而各第一、第二电极图案232、234的其它部分的宽度W2由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递减。并且，相邻的第一、第二电极图案232、234会具有相同的间距d。当然，第二电极层230、230a仅为举例说明，本发明并不限制第一、第二电极图案232、234的数量。

如图8所示，在第二电极层230b中，每个第一电极图案232或每个第二电极图案234例如皆为长方形，而各第一、第二电极图案232、234的宽度W1是由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递减。换言之，各第一电极图案232与相邻的其中一个第二电极图案234之间的间距d为不同，此间距d例如是由液晶透镜200的边缘朝液晶透镜200的中心递增。另外，如图9所示，第二电极层230c类似于图8所绘示的第二电极层230b，其中第二电极层230c较第二电极层230b具有更多的第一、第二电极图案232、234b。

综上所述，本实用新型的液晶透镜具有手指叉合形状的双电极图案以产生电极分压的效果，进而得到接近于理想透镜的折射率变化。换言之，本实用新型的液晶透镜可具有良好的光学成像特性。特别是，本实用新型的液晶透镜相当容易使用，不需要针对个别电极进行复杂的电压控制，仅需透过简单的电极图案设计便可产生多电极分压的效果。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种液晶透镜，其特征在于包括：

一第一基板；

一第一电极层，配置于该第一基板上；

一液晶层，配置于该第一电极层上；以及

一第二电极层，配置于该液晶层上，该第二电极层包括：

多个第一电极图案；

多个第二电极图案，分别与该些第一电极图案相对，且该些第二电极图案与该些第一电极图案交替排列，其中该些第一、第二电极图案的面积由该液晶透镜的边缘朝该液晶透镜的中心递减，使得该些第一、第二电极图案的电阻由该液晶透镜的边缘朝该液晶透镜的中心递增。

2.根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于：其中，该第二电极层更包括一第一主体部与一第二主体部，该第一主体部平行于该第二主体部，该第一主体部耦接该些第一电极图案，而该第二主体部耦接该些第二电极图案，且该些第一、第二电极图案分别垂直于该第一、第二主体部。

3. 根据权利要求２所述的液晶透镜，其特正在于：其中，该第一主体部电性连接至一第一讯号源，该第二主体部电性连接至一第二讯号源，该第一、第二讯号源分别提供一交流讯号至该些第一、第二电极图案，使得该些第一电极图案与该些第二电极图案分别具有一振幅差异以及一相位差异。

4. 根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于：其中，该些第一、第二电极图案配置于该液晶透镜的两侧，而位于该液晶透镜其中一侧的该些第一电极图案、与位于该液晶透镜另一侧的该些第一电极图案对称，且位于该液晶透镜其中一侧的该些第二电极图案、与位于该液晶透镜另一侧的该些第二电极图案对称。

5. 根据权利要求４所述的液晶透镜，其特征在于：其中，在该液晶透镜的其中一侧，各该第一电极图案与相邻的其中一个该第二电极图案之间的间距为相同或不同。

6. 根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于更包括：

一第一配向层，配置于该第一电极层与该液晶层之间；以及

一第二配向层，配置于该液晶层与该第二电极层之间。

7. 根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于更包括：

一第二基板，配置于该第二电极层上。

8. 根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于更包括：

一第二基板，配置于该第二电极层与该液晶层之间。

9. 根据权利要求１所述的液晶透镜，其特征在于：其中，各该第一、第二电极图案的一部分具有相同的宽度，且各该第一、第二电极图案的其它部分的宽度由该液晶透镜的边缘朝该液晶透镜的中心递减。

10. 根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中，各该第一、第二电极图案的宽度由该液晶透镜的边缘朝该液晶透镜的中心递减。

11. 根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中，各该第一、第二电极图案的宽度包括2微米至500微米。

12. 根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中，该些第一电极图案与该些第二电极图案分别连接至多个讯号源，该些讯号源分别提供一交流讯号至该些第一、第二电极图案，使得该些第一电极图案与该些第二电极图案分别具有一振幅差异以及一相位差异。