TW202109144A - 液晶透鏡 - Google Patents

液晶透鏡 Download PDF

Info

Publication number
TW202109144A
TW202109144A TW108130640A TW108130640A TW202109144A TW 202109144 A TW202109144 A TW 202109144A TW 108130640 A TW108130640 A TW 108130640A TW 108130640 A TW108130640 A TW 108130640A TW 202109144 A TW202109144 A TW 202109144A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
liquid crystal
crystal cell
surrounding
surrounding portion
electrode
Prior art date
Application number
TW108130640A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI709790B (zh
Inventor
王毓仁
林怡欣
Original Assignee
國立交通大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立交通大學 filed Critical 國立交通大學
Priority to TW108130640A priority Critical patent/TWI709790B/zh
Priority to US16/666,525 priority patent/US10802374B1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI709790B publication Critical patent/TWI709790B/zh
Publication of TW202109144A publication Critical patent/TW202109144A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/122—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode having a particular pattern
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/16—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 series; tandem

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

一種液晶透鏡包含至少兩個液晶盒，及至少兩個電極層單元。每一個液晶盒具有一中心部、一第一圍繞部、及一第二圍繞部。每一個電極層單元對應設置於一個液晶盒，用於提供電壓以允許其中一液晶盒的中心部具有第一折射率梯度，以及允許另一液晶盒的第一圍繞部具有第二折射率梯度，藉此容許該兩個液晶盒共同定義該液晶透鏡的孔徑。

Description

液晶透鏡
本發明是有關於一種液晶透鏡，特別是指一種可電控變焦並具有光相位連續分佈的大孔徑液晶透鏡。
美國專利第US8,194,228 B2揭示一種可藉由電控方式改變焦距的液晶透鏡。該液晶透鏡包含一具有第一電極的第一基材、一第二基材，及一設置在該第二基材外圍的第二電極、一設置於該第一基材與該第二基材之間，由液晶分子構成的液晶層，及一第三電極，設置在第二電極外之絕緣層的表面。藉由對該第一、二電極施加一第一電壓，以控制該等液晶分子的轉向，而可操作該液晶透鏡。藉由對該第三電極施加一第二電壓，其中，該第一電壓與該第二電壓各自獨立，則可用以改變光學特性。然而，前述該液晶透鏡的孔徑是被限制的。
美國專利第US9,494,834 B2揭示另一種液晶透鏡，包含一第一基材、一第一電極結構、一可電控的液晶層結構、一第二基材，及一第二電極結構。該可電控的液晶層結構設置在該第一、二基板之間，包含至少兩層彼此堆疊的液晶層。每一層液晶層具有至少一液晶分隔單元用以將該液晶層分隔成一或多個液晶單元。於該專利案中，由於該等液晶單元會被液晶分隔單元干擾，導致其光相位為非連續，從而會對該光學透鏡的光學品質產生不良的影像。
因此，本發明的目的，即在提供一種具有光相位連續分部的大孔徑的液晶透鏡。
於是，本發明的液晶透鏡，包含一第一液晶盒、第一電極層單元、一第二液晶盒，及一第二電極層單元。
該第一液晶盒包括一對第一配向層，及複數個第一液晶分子。其中，該對第一配向層沿著一法線相隔開，該等第一液晶分子填充於該等第一配向層之間，且被該等第一配向層配向。
該第一電極層單元設置以產生通過該第一液晶盒的一第一預定變化電場，以允許該第一液晶盒的一第一區塊具有一第一折射率梯度。
該第二液晶盒包括一對第二配向層，及複數個第二液晶分子。該對第二配向層沿著該法線相隔開，該等第二液晶分子填充於該對第二配向層之間，且被該等第二配向層配向。
該第二電極層單元其設置以產生通過該第二液晶盒的一第二預定變化電場，以允許該第二液晶盒的一第二區塊具有一第二折射率梯度。
且其中，該第一區塊及該第二區塊係於該法線的一方向上錯開
本發明的功效在於：利用多個液晶盒的配合，讓不同液晶盒可各自被控制具有不同的折射率梯度分佈，而得以讓液晶透鏡可具有光連續相位並具有大孔徑。
在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。此外，圖式僅為說明，與元件實際尺寸並不相同，且也非用於表示元件間的比例及相對尺寸。
參閱圖1A，本發明液晶透鏡的一第一實施例，包含一第一液晶盒1、一第一電極層單元2、一第二液晶盒3，及一第二電極層單元4。
該第一液晶盒1包括一對沿著法線(N)彼此相隔開的第一配向層11，以及填置於該對第一配向層11之間，且可被該對第一配向層11配向的第一液晶分子12。
該第二液晶盒3設置於該第一液晶盒1下方，包括一對沿著法線(N)彼此相隔開的第二配向層31，以及填置於該對第二配向層31之間，且可被該對第二配向層31配向的第二液晶分子32。
該第一、二液晶分子12、32可選自相同或不同的液晶，且可分別被該第一、二配向層11、31配向成相同或不同方向。
如圖1A所示，於該第一實施例中，該第一、二液晶盒1、3分別具有一被該法線(N)通過的中心部100，一圍繞該中心部100的第一圍繞部101，及一圍繞該的一圍繞部101的第二圍繞部102。且該第二液晶盒3的中心部100、第一圍繞部101及第二圍繞部102分別沿著該法線(N)方向與該第一液晶盒1排列對齊。
該第一、二液晶盒1、3的中心部100定義出一圍繞該法線(N)的第一半徑(R1 )；該第一、二液晶盒1、3的中心部100及第一圍繞部101定義出一圍繞該法線(N)的第二半徑(R2 )。該第二液晶盒3的厚度是該第一液晶盒1的三倍，且該第二半徑(R2 )是該第一半徑(R1 )的兩倍。
該第一電極層單元2是設置用於產生穿過該第一液晶盒1的第一預定變化電場，以允許該第一液晶盒1的第一區塊901具有第一折射率梯度。該第二電極層單元4是設置用於產生穿過該第二液晶盒3的第二預定變化電場，以允許該第二液晶盒3的第二區塊902具有第二折射率梯度。其中，該第一、二區塊901、902沿著該法線(N)彼此交錯。於該第一實施例中，該第一、二預定可變電場是各自獨立地徑向電場。於另一些實施例中，每一個第一、二預定變化電場的電場方向，可視液晶透鏡的設計需求，而沿著其它的預定方向(例如徑向、切向方向…等)變化。
詳細的說，該第一電極層單元2是被配置於產生可穿過該第一液晶盒1的第一預定變化電場，令該第一液晶盒1的中心部100作為第一區塊901，以允許該第一區塊901具有第一折射率梯度(第一徑向折射率梯度)。該第二電極層單元4是配置於產生可穿過該第二液晶盒3的第二預定變化電場，令該第二液晶盒3的第一圍繞部101作為第二區塊902，以允許該第二區塊902具有第二折射率梯度(第二徑向折射率梯度)。從而使該第一液晶盒1的中心部100及該第二液晶盒3的第一圍繞部101被允許共同定義出該液晶透鏡的孔徑。據此，得以將該第二液晶盒3與該第一液晶盒1的孔徑(2R1 )結合，而得以擴增該液晶透鏡的孔徑，令該液晶透鏡得以具有較大孔徑(2R2 )。
配合參閱圖1A~1C，圖1C中座標(r)表示沿該液晶透鏡長度方向的位置。其中，該第一液晶盒1於該法線(N)(r=0)方向的折射率以”n1c ”表示。該第一液晶盒1的第一、二圍繞部101、102(r>-R1 及r>R1 )具有相同折射率，以” n1b ”表示。該第一液晶盒1的中心部100(-R1 ≦r≦R1 )具有第一折射率梯度，該第一折射率梯度由該中心部100的中心至該中心部100的邊緣，折射率由n1c 漸變至n1b 。如圖1C所示，該第一液晶盒1的折射率(n1 )成連續分布，因此，該第一液晶盒1具有空間連續的光學相位分布。
再配合參閱圖1A~1D，該第二液晶盒3的中心部100(-R1 ≦r≦R1 )具有相同的折射率(以n2c )表示，該第二液晶盒3的第二圍繞部102(r>-R2 及r>R2 )具有相同折射率，以” n2b ”表示。該第二液晶盒3的第一圍繞部101(-R2 ≦r>-R1 及R1 >r≦R2 )具有第二折射率梯度，折射率由n2b 漸變至n2c 。如圖4所示，該第二液晶盒3的折射率(n2 )成連續分布，因此，該第二液晶盒3也具有空間連續的光學相位分布。要說明的是，因為該第一、二液晶盒1、3均具有空間連續的光學相位分布，使得本發明該液晶透鏡也具有空間連續的光學相位分布。
如圖1A所示，該第一電極層單元2可包含一第一非圖案化電極層21及一第一圖案化電極層22。該第一非圖案化電極層21及該第一圖案化電極層22是沿該法線(N)方向分隔設置於該第一液晶盒1的兩相反側，據此得以產生穿過該第一液晶盒1的第一預定變化電場。該第一非圖案化電極層21可被設置於自該第一液晶盒1的底部覆蓋該第一液晶盒1的中心部100、第一圍繞部101，及該第二圍繞部102。
該第一圖案化電極層22可包含遠離及鄰近該第一液晶盒1設置的一第一遠端電極膜221、一第一近端電極膜222，以及用於離隔該第一遠端電極膜221及該第一近端電極膜222的一第一絕緣層223及一第一阻絕層224。該第一絕緣層223及該第一阻絕層224各自與該第一遠端電極膜221及該第一近端電極膜222相接觸。該第一遠端電極膜221被設置於覆蓋該第一液晶盒1的中心部100、第一圍繞部101，及該第二圍繞部102，該第一近端電極膜222於對應該第一液晶盒1的中心部100的位置具有一挖空區域225，如此，當產生穿過該第一液晶盒1的第一預定變化電場時，可用於令該第一液晶分子12轉向，以允許該第一液晶盒1的中心部100具有第一折射率梯度。該第一近端電極膜222可被設置於覆蓋該第一液晶盒1的第一圍繞部101，及該第二圍繞部102。
此外，藉由改變該第一近端電極膜222與該第一非圖案化電極層21產生的第一電壓(V1 )，以及由該第一遠端電極膜221與該第一非圖案化電極層21產生的第二電壓(V2 )可調整第一折射率梯度及折射率值(n1b , n1c )。
如圖1A所示，該第二電極層4可以包含一第二非圖案化電極層41及一第二圖案化電極層42。該第二非圖案化電極層41及該第二圖案化電極層42是沿該法線(N)方向分隔設置於該第二液晶盒3的兩相反側，據此得以產生穿過該第二液晶盒3的第二預定變化電場。該第二非圖案化電極層41可被設置於自該第二液晶盒3的底部覆蓋該第二液晶盒3的中心部100、第一圍繞部101，及該第二圍繞部102。
參閱圖1A、1B，於一些實施例中，該第二圖案化電極層42可包含遠離及鄰近該第二液晶盒3設置的一第二遠端電極膜421、一第二近端電極膜422，以及用於離隔該第二遠端電極膜421及該第二近端電極膜422的一第二絕緣層423及一第二阻絕層424。該第二絕緣層423及該第二阻絕層424各自與該第二遠端電極膜421及該第二近端電極膜422相接觸。該第二遠端電極膜421被設置於覆蓋該第二液晶盒3的中心部100、第一圍繞部101，及該第二圍繞部102，該第二近端電極膜422於對應該第二液晶盒2的中心部100及該第二圍繞部102具有一中心電極區425及一圍繞電極區426，且該中心電極區425及該圍繞電極區426是成徑向彼此分隔，如此，當產生穿過該第二液晶盒3的第二可變電場時，可用於令該第二液晶分子32轉向，以允許該第二液晶盒3的第一圍繞部101具有第二折射率梯度。該中心電極區425及該圍繞電極區426可被設置於分別對應覆蓋該第二液晶盒3的中心部100及該第二圍繞部102。
此外，藉由改變該圍繞電極區426與該第二非圖案化電極層41產生的第三電壓(V3 )、該中心電極區425與該第二非圖案化電極層41產生的第四電壓(V4 )，以及由該第二遠端電極膜421與該第二非圖案化電極層41產生的第二電壓(V5 )可改變該第二折射率梯度及折射率值(n2b , n2c )。藉由改變第一~五電壓(V1 ~V5 )可令該液晶透鏡的焦距連續變化。
再如圖1A所示，該第一圖案化電極層22是位於該兩個基板71、72之間，並夾設於該第一絕緣層223與該第一阻絕層224之間。該第一液晶盒1及該第一非圖案化電極層21是夾設在該基板72與基板73之間。該第二圖案化電極層42與該第二絕緣層423及該第二阻絕層424一起被夾設於基板74、75之間。該第二液晶盒3與該第二非圖案化電極層41夾設於該基板75與基板76之間。其中，該等基板71~76為光可穿透的基板，例如玻璃或類似的材料。且該基板73、74可藉由合適的膠合材料彼此黏結在一起。
此外，於一些實施例中(圖未示)，該第一區塊901及該第二區塊902可於該法線(N)的一方向上彼此錯開或是部分重疊。
於一些實施例中，該第一液晶盒1及該第二液晶盒3可各自具有正、負屈光度，及不同的焦距。該液晶透鏡可應用在電控變焦鏡片、多焦鏡片、雙焦鏡片、漸變焦距鏡片，或偏振無關鏡片等。
參閱圖2，圖2為本發明該液晶透鏡的一第二實施例。該第二實施例的結構與該第一實施例雷同，不同處在於該第二液晶盒3是反向設置，且該第一液晶盒1與該第二液晶盒3是共用基板77，因此，如圖1A所示(該第一實施例)的該基板73、76可被省略。該基板77同樣是光可穿透基板，如玻璃等。
參閱圖3，圖3為本發明該液晶透鏡的一第三實施例。該第二實施例的結構與該第一實施例雷同，不同處在於該第一圖案化電極層22與相應的該第一配向層11是經由一第一阻絕層220彼此分隔，該第二圖案化電極層42與相應的該第二配向層31是經由一第二阻絕層420彼此分隔。
該第一圖案化電極層22具有一圖案化區226及一圍繞該圖案區226的非圖案化區227。該圖案化區226對應位於該第一液晶盒1的中心部100，如此，當產生穿過該第一液晶盒1的第一可變電場時，可用於令該第一液晶分子12轉向，以允許該第一液晶盒1的中心部100具有第一折射率梯度。該非圖案化區227可被設置於覆蓋該第一液晶盒1的第一圍繞部101，及該第二圍繞部102，該圖案化區226可被設置位於該第一液晶盒1的中心部100上方。
再參閱圖3，如圖3所示，該圖案化區226包括一被該法線(N)穿過的中心電極區域228，以及一圍繞該中心電極區域228，且與該中心電極區域228以徑向方向間隔的環狀電極區域229。藉由改變該中心電極區域228與該第一非圖案化電極層21的電壓、該環狀電極區域229與該第一非圖案化電極層21的電壓，以及該非圖案化區227與該第一非圖案化電極層21的電壓，可調整第一折射率梯度及折射率值(如圖1C所示的n1b , n1c )。
該第二圖案化電極層42具有一中心電極區427，及一圍繞該中心電極區427，且對應位於該第二液晶盒3的中心部100及該第二圍繞部102並與該中心電極區427以徑向方向彼此間隔的圍繞電極區428。如此，當產生穿過該第二液晶盒3的第二可變電場時，可用於令該第二液晶分子32轉向，以允許該第二液晶盒3的第一圍繞部101具有第二折射率梯度。該中心電極區427及該圍繞電極區428可被設置於覆蓋該第二液晶盒3的中心部100，及該第二圍繞部102。
藉由改變該中心電極區427與該第二非圖案化電極層41的電壓，以及該圍繞電極區428與該第二非圖案化電極層41產生的電壓，可調整第二折射率梯度及折射率值(如圖1D所示的n2b , n2c )。
又，如圖3所示，該第一液晶盒1與該第一電極層單元2是夾設於基板78、79之間，該第二液晶盒3與該第二電極層單元4則是夾設於基板80、81之間。該等基板78~81是光可穿透基板，如玻璃等，且該基板79、80可藉由合適的膠合層黏接在一起。
參閱圖4，圖4為本發明該液晶透鏡的一第四實施例。該第四實施例的結構與該第三實施例雷同，不同處在於該第二液晶盒3是反向設置，且該第一液晶盒1與該第二液晶盒3是共用該基板82，因此，該第三實施例的該基板79、81可被省略。該基板82同樣是光可穿透基板，如玻璃等。
參閱圖5，圖5為本發明該液晶透鏡的一第五實施例。該第五實施例的結構與該第一實施例雷同，不同處在於該第一液晶盒1與該第二液晶盒3是共用該基板83，因此，於該第五實施例中，如圖1所示的該基板73、74可被省略。該基板83同樣是光可穿透基板，如玻璃等。
此外，該第一液晶盒1與該第二液晶盒3具有相同厚度。於本實施例中，該第一、二液晶盒1、3具有如下式所示的相位差：
Figure 02_image001
其中，k是波數，f0 是該液晶透鏡的焦距，R1 、R2 為如前所定義。
藉由令該第二半徑(R2 )等於該第一半徑(R1 )乘以2的平方根(
Figure 02_image003
，)可讓該第一、二液晶盒1、3具有相同的相位差。
參閱圖6A，圖6A為本發明該液晶透鏡的一第六實施例。該第六實施例的結構與該第一實施例雷同，不同處在於該每一個第一、二液晶盒1、3還包含一圍繞該第二圍繞部102的第三圍繞部103。每一個第一、二非圖案化電極層21、41是分別自該第一、二液晶盒1、3的底部，而被設置於覆蓋對應的該第一、二液晶盒1、3的中心部100及該第一、二、三圍繞部101、102、103。每一個第一、二遠端電極膜221、421被設置於覆蓋對應的該第一、二液晶盒1、3的中心部100及該第一、二、三圍繞部101、102、103。該第一遠端電極膜222被設置於覆蓋該第一液晶盒1的第一、二、三圍繞部101、102、103。該圍繞電極區426被設置於覆蓋該第二液晶盒3的第二、三圍繞部102、103。且該第一液晶盒1及該第二液晶盒3各自的該中心部100及該第一、二圍繞部101、102共同定義出一圍繞該法線(N)的第三半徑(R3 )。
參閱圖6A、6B，座標(r)表示沿該液晶透鏡長度方向的位置。其中，該第一液晶盒1於該法線(N)(r=0)方向的折射率以”n1c ”表示。該第一液晶盒1的第一、二、三圍繞部101、102、103(r>-R1 及r>R1 )具有相同折射率，以” n1b ”表示。該第一液晶盒1的中心部100(-R1 ≦r≦R1 )具有第一折射率梯度，該第一折射率梯度由該中心部100的中心至該中心部100的邊緣，折射率由n1c 漸變至n1b 。如圖6B所示，該第一液晶盒1的折射率(n1 )成連續分布，因此，該第一液晶盒1具有空間連續的光學相位分布。
再配合參閱圖6A、6C，該第二液晶盒3的中心部100(-R1 ≦r≦R1 )具有相同的折射率(以n2c )表示，該第二液晶盒3的第二、三圍繞部102、103(r>-R2 及r>R2 )具有相同折射率，以” n2b ”表示。該第二液晶盒3的第一圍繞部101(-R2 ≦r>-R1 及R1 >r≦R2 )具有第二折射率梯度，折射率由n2b 漸變至n2c 。如圖6C所示，該第二液晶盒3的折射率(n2 )成連續分布，因此，該第二液晶盒3也具有空間連續的光學相位分布。
此外，該液晶透鏡進一步包含第三液晶盒5及第三電極層單元6。該第三液晶盒5具有一中心部100、一圍繞該中心部100的第一圍繞部101、一圍繞該第一圍繞部101的第二圍繞部102，及一一圍繞該第二圍繞部102的第三圍繞部103。該第三液晶盒5設置於該第二液晶盒3下方，以令該第三液晶盒5的中心部100及該第一、二、三圍繞部101、102、103可沿著該法線(N)方向與該第二液晶盒3對應。該第三液晶盒5包含一對沿該法線(N)彼此間隔的第三配向層51及多數填置該對第三配向層51之間，並可配該對第三配向層51配向的第三液晶分子52。
該第三電極層單元6是設置用於產生穿過該第三液晶盒5的第三預定徑向變化電場，令該第一液晶分子12轉向，使該第三液晶盒5的第二圍繞部102具有第三折射率梯度。據此，可令該第一液晶盒1的中心部100、該第二液晶盒3的第一圍繞部101，以及該第三液晶盒5的第二圍繞部102共同定義出該液晶透鏡的孔徑。也就是說，該液晶透鏡的孔徑可藉由結合一或多個液晶盒而可被進一步擴增。
再配合參閱圖6A、6D，該第三液晶盒5的中心部100及第一圍繞部101(-R2 ≦r≦R2 )具有相同的折射率(以n3c )表示，該第三圍繞部103(r>-R3 及r>R3 )具有相同折射率，以” n3b ”表示。該第三液晶盒5的第二圍繞部102(-R3 ≦r>-R2 及R2 >r≦R3 )具有第三折射率梯度，折射率由n3b 漸變至n3c 。如圖6D所示，該第三液晶盒5的折射率(n3 )成連續分布，因此，該第三液晶盒5也具有空間連續的光學相位分布。要說明的是，因為該第一、二、三液晶盒1、3、5均具有空間連續的光學相位分布，使得本發明該液晶透鏡也具有空間連續的光學相位分布。
如圖6A所示，於一些實施例中，該第三電極層單元6可包含沿該法線(N)方向彼此分隔且分別設置於該第三液晶盒5的兩相反側的一第三非圖案化電極層61及一第三圖案化電極層62，而可用於產生一穿過該第三液晶盒5的第三預定徑向變化電場。該第三非圖案化電極層61是自該第三液晶盒5的底部被設置於覆蓋該第三液晶盒5的中心部100及該第一、二、三圍繞部101、102、103。
如圖6A所示，該第三圖案化電極層62可包含遠離及鄰近該第三液晶盒5設置的一第三遠端電極膜621、一第三近端電極膜622，以及用於離隔該第三遠端電極膜621及該第三近端電極膜622的一第三絕緣層623及一第三阻絕層624。該第三絕緣層623及該第三阻絕層624各自與該第三遠端電極膜621及該第三近端電極膜622相接觸。該第三遠端電極膜621被設置於覆蓋該第三液晶盒5的中心部100、第一圍繞部101、第二圍繞部102，及第三圍繞部103。該第三近端電極膜622具有沿徑向彼此分隔的一中心電極區625及一圍繞電極區626，如此，當產生穿過該第三液晶盒5的第三預定徑向變化電場時，可用於令該第三液晶分子52轉向，以允許該第三液晶盒5的第二圍繞部102具有第三折射率徑像梯度。該中心電極區625被設置於對應並覆蓋該第三液晶盒5的中心部100及第一圍繞部101，該圍繞電極區626被設置於對應並覆蓋該第三液晶盒5的第三圍繞部103。
再者，藉由改變該圍繞電極區626與該第三非圖案化電極層61間的第六電壓(V6 )、該中心電極區625與該第三非圖案化電極層61間的第七電壓(V7 )，以及該第三遠端電極膜621與該第三非圖案化電極層61間的第八電壓(V5 )，可改變該第三折射率梯度及折射率值(n3b , n3c )。藉由改變第一~八電壓(V1 ~V8 )可令該液晶透鏡的焦距連續變化。
如圖6A所示，於一些實施例中，該第一、二、三液晶盒1、3、5具有相同厚度。該第二半徑(R2 )等於該第一半徑(R1 )乘以2的平方根(
Figure 02_image003
，)，該第三半徑(R3 )等於該第二半徑(R2 )乘以1.5的平方根(
Figure 02_image005
)，以及等於該第一半徑(R1 )乘以3的平方根(
Figure 02_image007
，)。
如圖6A所示，於一些實施例中，該第三圖案化電極層62與該第三絕緣層623及第三阻絕層624夾設在基板94與基板95之間。該第三液晶盒5與該第三非圖案化電極層61夾設在基板85與基板86之間。該等基板84~86是光可穿透基板，如玻璃等，且該基板76、84可藉由合適的膠合層黏接在一起。
參閱圖7，圖7為本發明該液晶透鏡的一第七實施例。該第七實施例的結構與該第六實施例雷同，不同處在於該第一、二液晶盒1、3共用該基板83，該第二、三液晶盒3、5是共用該基板87，因此，於該第七實施例中，如圖6A(第六實施例)所示的該基板73、74、76、78可被省略，且該基板83、87同樣是光可穿透基板，如玻璃等。
綜上所述，本發明所述的液晶透鏡，藉由提供多個相配合的液晶盒而得以擴增該液晶透鏡的孔徑。此外，因為液晶分子的總厚度是由該等液晶盒所貢獻，因此，該等液晶分子可更有效率的被相應的配位層配位，而可進一步提升該等液晶分子的反應速度，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:第一液晶盒 425:中心電極區 11:第一配向層 426:圍繞電極區 12:第一液晶分子 427:中心電極區 2:第一電極層單元 428:圍繞電極區 21:第一非圖案化電極層 5:第三液晶盒 22:第一圖案化電極層 51:第二配向層 220:第一阻絕層 52:第三液晶分子 221:第一遠端電極膜 6:第三電極層單元 222:第一近端電極膜 61:第三非圖案化電極層 223:第一絕緣層 62:第三圖案化電極層 224:第一阻絕層 621:第三遠端電極膜 225:挖空區域 622:第三近端電極膜 226:圖案化區 623:第三絕緣層 227:非圖案化區 624:第三阻絕層 228:中心電極區域 625:中心電極區 229:環狀電極區域 626:圍繞電極區 3:第二液晶盒 100:中心部 31:第二配向層 101:第一圍繞部 32:第二液晶分子 102:第二圍繞部 4:第二電極層單元 103:第三圍繞部 41:第二非圖案化電極層 901:第一區塊 42:第二圖案化電極層 902:第二區塊 420:第二阻絕層 71~88:基板 421:第二遠端電極膜 N:法線 422:第二近端電極膜 R1:第一半徑 423:第二絕緣層 R2:第二半徑 424:第二阻絕層 R3:第三半徑
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1A是本發明液晶透鏡的第一實施例的一剖視示意圖； 圖1B是該第一實施例的第二電極的俯視示意圖； 圖1C是該第一實施例的該第一液晶盒的折射率分佈示意圖； 圖1D是該第一實施例的該第二液晶盒的折射率分佈示意圖； 圖2是本發明液晶透鏡的第二實施例的一剖視示意圖； 圖3是本發明液晶透鏡的第三實施例的一剖視示意圖；。 圖4是本發明液晶透鏡的第四實施例的一剖視示意圖； 圖5是本發明液晶透鏡的第五實施例的一剖視示意圖； 圖6A是本發明液晶透鏡的第六實施例的一剖視示意圖； 圖6B是該第六實施例的該第一液晶盒的折射率分佈示意圖； 圖6C是該第六實施例的該第二液晶盒的折射率分佈示意圖； 圖6D是該第六實施例的該第三液晶盒的折射率分佈示意圖；及 圖7是本發明液晶透鏡的第七實施例的一剖視示意圖。
1:第一液晶盒
11:第一配向層
12:第一液晶分子
2:第一電極層單元
21:第一非圖案化電極層
22:第一圖案化電極層
221:第一遠端電極膜
222:第一近端電極膜
223:第一絕緣層
224:第一阻絕層
225:挖空區域
3:第二液晶盒
31:第二配向層
32:第二液晶分子
4:第二電極層單元
41:第二非圖案化電極層
42:第二圖案化電極層
421:第二遠端電極膜
422:第二近端電極膜
423:第二絕緣層
424:第二阻絕層
425:中心電極區
426:圍繞電極區
100:中心部
101:第一圍繞部
102:第二圍繞部
901:第一區塊
902:第二區塊
71~76:基板
N:法線
R1:第一半徑
R2:第二半徑

Claims (10)

  1. 一種液晶透鏡，包含： 一第一液晶盒，其包括 一對第一配向層，其等沿著一法線相隔開，及 複數個第一液晶分子，其等係填充於該等第一配向層之間，且被該等第一配向層配向； 一第一電極層單元，其設置以產生通過該第一液晶盒的一第一預定變化電場，以允許該第一液晶盒1的一第一區塊具有一第一折射率梯度； 一第二液晶盒，其包括 一對第二配向層，其等沿著該法線相隔開，及 複數個第二液晶分子，其等填充於該等第二配向層之間，且被該等第二配向層配向; 以及 一第二電極層單元，其設置以產生通過該第二液晶盒的一第二預定變化電場，以允許該第二液晶盒的一第二區塊具有一第二折射率梯度； 其中，該第一區塊及該第二區塊係於該法線的一方向上錯開。
  2. 如請求項1所述的液晶透鏡，其中，該第一預定變化電場及該第二預定變化電場之每一者係獨立為一預定徑向變化電場；該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者係具有一該法線穿過的中心部、一圍繞該中心部的第一圍繞部、以及一圍繞該第一圍繞部的第二圍繞部，該第二液晶盒的該中心部、該第一圍繞部及該第二圍繞部與該第一液晶盒的該中心部、該第一圍繞部及該第二圍繞部係在該法線的該方向上對齊；該第一電極單元係構造成，當該第一預定變化電場產生通過該第一液晶盒之時，作為該第一區塊的該第一液晶盒的該中心部係被允許具有該第一折射率梯度；以及該第二電極層單元係構造成，當該第二預定變化電場產生通過該第二液晶盒之時，作為該第二區塊的該第二液晶盒的該第一圍繞部係被允許具有該第二折射率梯度，藉此容許該第一液晶盒1的該中心部及該第二液晶盒的該第一圍繞部共同定義該液晶透鏡的一孔徑。
  3. 如請求項2所述的液晶透鏡，該第一電極層單元係具有一第一非圖案化電極層及一第一圖案化電極層，其等係沿著該法線相隔開，且其等係分別設置於該第一液晶盒的兩相反側，以便產生通過該第一液晶盒的該第一預定變化電場，以及該第二電極層單元係具有一第二非圖案化電極層及一第二圖案化電極層，其等係沿著該法線相隔開，且其等係分別設置於該第二液晶盒的兩相反側，以便產生通過該第二液晶盒的該第二預定變化電場。
  4. 如請求項3所述的液晶透鏡，其中，該第一圖案化電極層係具有一第一遠端電極膜及一第一近端電極膜，其等係分別設置成遠離及靠近該第一液晶盒，且其等係藉由一第一絕緣層及一第一阻絕層而彼此分開，該第一絕緣層及該第一阻絕層係分別接觸該第一遠端電極膜及該第一近端電極膜，該第一近端電極膜具有一挖空區域，該挖空區域在位置上對應於該第一液晶盒的該中心部，以便在當該第一預定變化電場產生通過該第一液晶盒之時，定向該等第一液晶分子，而允許該第一液晶盒的該中心部具有該第一折射率梯度。
  5. 如請求項3所述的液晶透鏡，其中，該第二圖案化電極層係具有一第二遠端電極膜及一第二近端電極膜，其等係分別設置成遠離及靠近該第二液晶盒，且其等係藉由一第二絕緣層及一第二阻絕層而彼此分開，該第二絕緣層及該第二阻絕層係分別接觸該第二遠端電極膜及該第二近端電極膜，該第二近端電極膜具有一中心電極區及一圍繞該中心電極區的圍繞電極區，該中心電極區及該圍繞電極區在位置上分別對應於該第二液晶盒的該中心部及該第二圍繞部，且徑向彼此分開，以便在當該第二預定變化電場產生通過該第二液晶盒之時，定向該等第二液晶分子，而允許該第二液晶盒的該第一圍繞部具有該第二折射率梯度。
  6. 如請求項3所述的液晶透鏡，其中，該第一圖案化電極層係藉由一第一阻絕層而與該等第一配向層之一對應者分開，且該第一圖案化電極層係具有一圖案化區及一圍繞該圖案化區的非圖案化區，該圖案化區係於位置上對應於該第一液晶盒的該中心部，以便在當該第一預定變化電場產生通過該第一液晶盒之時，定向該等第一液晶分子，而允許該第一液晶盒的該中心部具有該第一折射率梯度。
  7. 如請求項3所述的液晶透鏡，其中，該第二圖案化電極層係藉由一第二阻絕層而與該等第二配向層之一對應者分開，且該第二圖案化電極層係具有一中心電極區及一圍繞該中心電極區的圍繞電極區，該中心電極區及該圍繞電極區在位置上分別對應於該第二液晶盒的該中心部及該第二圍繞部，且徑向彼此分開，以便在當該第二預定變化電場產生通過該第二液晶盒之時，定向該等第二液晶分子，而允許該第二液晶盒的該第一圍繞部具有該第二折射率梯度。
  8. 如請求項2所述的液晶透鏡，其中，該第二液晶盒的厚度係為該第一液晶盒的厚度的三倍；以及該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者的該中心部係定義一環繞該法線的第一半徑，且該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者的該中心部及該第一圍繞部係共同定義一環繞該法線的第二半徑，該第二半徑係為該第一半徑的兩倍。
  9. 如請求項2所述的液晶透鏡，其中，該第一液晶盒及該第二液晶盒具有相同的厚度，以及該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者的該中心部係定義一環繞該法線的第一半徑，且該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者的該中心部及該第一圍繞部係共同定義一環繞該法線的第二半徑，該第二半徑係等於該第一半徑乘以根號2。
  10. 如請求項2所述的液晶透鏡，其中，該第一液晶盒及該第二液晶盒之每一者又具有一圍繞該第二圍繞部的第三圍繞部，該液晶透鏡又包含一第三液晶盒，其具有一中心部、一圍繞該中心部的第一圍繞部、一圍繞該第一圍繞部的第二圍繞部，及一圍繞該第二圍繞部的第三圍繞部，該第三液晶盒係設置於該第二液晶盒之下方，以允許該第三液晶盒5的該中心部、該第一圍繞部、該第二圍繞部、及該第三圍繞部與該第二液晶盒的該中心部、該第一圍繞部、該第二圍繞部、及該第三圍繞部在該法線的該方向上對齊，該第三電極盒係包括一對第三配向層，其等沿著該法線相隔開，及複數個第三液晶分子，其等係填充於該等第三配向層之間，且被該等第三配向層配向；以及一第三電極層單元，其設置以產生通過該第三液晶盒的一第三預定徑向變化電場，以便定向該等第三液晶分子，而允許該第三液晶盒的該第二圍繞部具有一第三折射率徑向梯度，藉此容許該第一液晶盒的該中心部、該第二液晶盒的該第一圍繞部，及該第三液晶盒的該第二圍繞部共同定義該液晶透鏡的該孔徑。
TW108130640A 2019-08-27 2019-08-27 液晶透鏡 TWI709790B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108130640A TWI709790B (zh) 2019-08-27 2019-08-27 液晶透鏡
US16/666,525 US10802374B1 (en) 2019-08-27 2019-10-29 Liquid crystal lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108130640A TWI709790B (zh) 2019-08-27 2019-08-27 液晶透鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI709790B TWI709790B (zh) 2020-11-11
TW202109144A true TW202109144A (zh) 2021-03-01

Family

ID=72749909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108130640A TWI709790B (zh) 2019-08-27 2019-08-27 液晶透鏡

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10802374B1 (zh)
TW (1) TWI709790B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI817850B (zh) * 2022-11-29 2023-10-01 國立陽明交通大學 電控液晶透鏡及複合式電控液晶透鏡

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6714282B2 (ja) * 2016-07-22 2020-06-24 国立大学法人大阪大学 液晶素子、偏向素子、及び眼鏡
US11558560B2 (en) 2021-06-16 2023-01-17 Varjo Technologies Oy Imaging apparatuses and optical devices having spatially variable focal length
US20240061312A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 Innolux Corporation Electronic device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4057597B2 (ja) * 2004-08-26 2008-03-05 独立行政法人科学技術振興機構 光学素子
CA2644024C (en) * 2006-03-03 2016-01-26 Universite Laval Method and apparatus for spatially modulated electric field generation and electro-optical tuning using liquid crystals
US8451408B2 (en) * 2008-03-03 2013-05-28 Silicon Touch Technology Inc. Electrically tunable liquid crystal lens set with central electrode
TW201011350A (en) * 2008-09-04 2010-03-16 E Pin Optical Industry Co Ltd Liquid crystal zoom lens
TWI471667B (zh) * 2012-11-30 2015-02-01 Au Optronics Corp 液晶透鏡及應用其之立體顯示器
EP3054347B1 (en) * 2012-12-28 2020-05-20 e-Vision Smart Optics Inc. Double-layer electrode for electro-optic liquid crystal lens
TWI490557B (zh) 2013-11-15 2015-07-01 Ligxtal Technology Inc 液晶透鏡
WO2015103709A1 (en) * 2014-01-11 2015-07-16 UNIVERSITé LAVAL Method and apparatus for creation and electrical tuning of spatially non-uniform reflection of light
CN106773380B (zh) * 2017-03-22 2022-05-20 京东方科技集团股份有限公司 一种液晶显示器、显示装置
KR102501470B1 (ko) * 2018-02-19 2023-02-20 삼성전자주식회사 빔 편향기 및 이를 구비하는 홀로그래픽 입체 영상 표시 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI817850B (zh) * 2022-11-29 2023-10-01 國立陽明交通大學 電控液晶透鏡及複合式電控液晶透鏡

Also Published As

Publication number Publication date
TWI709790B (zh) 2020-11-11
US10802374B1 (en) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI709790B (zh) 液晶透鏡
JP5882203B2 (ja) 同調可能な電気光学液晶レンズおよびそのレンズの形成方法
US9612504B2 (en) Capacitively coupled electric field control device
US8994915B2 (en) Multiple cell liquid crystal optical device with coupled electric field control
CN109856867B (zh) 液晶透镜及液晶眼镜
JP5776135B2 (ja) 低電圧駆動液晶レンズ
WO2019179147A1 (zh) 液晶盒及其驱动方法和液晶镜片
KR20220124180A (ko) 다중 깊이 액정 전극 층 렌즈
US11409156B2 (en) Optical device with liquid crystal alignment
TWI817850B (zh) 電控液晶透鏡及複合式電控液晶透鏡
US11105963B1 (en) Optical systems with adjustable lenses