TWI490591B - 液晶透鏡結構 - Google Patents

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TWI490591B
TWI490591B TW103113383A TW103113383A TWI490591B TW I490591 B TWI490591 B TW I490591B TW 103113383 A TW103113383 A TW 103113383A TW 103113383 A TW103113383 A TW 103113383A TW I490591 B TWI490591 B TW I490591B
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Description

液晶透鏡結構
本發明提供一種透鏡結構,且特別是有關於一種液晶透鏡結構。
液晶透鏡結構為一種可變焦距的透鏡,一般而言,液晶透鏡結構包括一液晶層、一對配向層以及一對電極層。配向層位於液晶層的兩側,而電極層則分別位於配向層的兩側。
在使用液晶透鏡結構時,外接電路會對電極層施加驅動電壓,使得位於液晶層兩側的電極層之間產生一電場。所述電場可以用來控制液晶層中液晶分子的偏轉,並使得液晶分子偏轉並排列成具有類似光學透鏡效果的模式。當光線通過液晶透鏡結構時,光線會受到液晶分子排列的方式影響,進而產生聚焦或發散的光學效果。
本發明提供一種液晶透鏡結構,其可藉由電極層的設計來控制液晶分子的偏轉。
本發明提供一種液晶透鏡結構,包括液晶層、一對配向層、第一電極組以及第二電極組。配向層位於液晶層的兩側,第一電極組包括第一透明絕緣層以及第一電極層。第一電極組貼附於其中一配向層,且配向層位於該液晶層以及該第一電極組之間。而第二電極組包括第二透明絕緣層、第二電極層以及介電膜。第二電極層包括一圓孔電極,介電膜貼附於第一透明絕緣層,而圓孔電極暴露出介電膜,而第二透明絕緣層位於第二電極層以及另一 配向層之間。另外,外接電源提供驅動電壓至圓孔電極以及第一電極層,以驅動液晶層中液晶分子的偏轉。
本發明提供一種液晶透鏡結構,包括液晶層、一對配向層、第一電極組以及第二電極組。配向層位於液晶層的兩側,第一電極組包括第一透明絕緣層以及第一電極層。第一電極組貼附於另一配向層,且配向層位於該液晶層以及該第一電極組之間。而第二電極組包括第二透明絕緣層、第二電極層。第二電極層包括圓孔電極、多個環形電極以及圓形電極。圓孔電極、環形電極以及圓形電極彼此電性絕緣,且具有相同的中心,環形電極位於圓孔電極之中,而各環形電極包圍圓形電極。第二透明絕緣層位於第二電極層以及其中一配向層之間。另外,外接電源提供驅動電壓至圓孔電極以及第一電極層,以驅動液晶層中液晶分子的偏轉。
綜上所述,本發明提供一種液晶透鏡結構,此液晶透鏡結構包括第一電極組、第二電極組以及液晶層。其中第二電極組的電極層包括圓孔電極、多個環形電極以及介電膜,外接電源僅需提供驅動電壓給圓孔電極以及第一電極組,以在圓孔電極以及第一電極組之間產生電場,並驅動液晶分子偏轉。多個環形電極可以生成感生電場,而介電膜具有較高的介電係數,可以穩定電場的分布,使得液晶分子能表現出較好的光學透鏡效果。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明,而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1、1’、1”‧‧‧液晶透鏡結構
10‧‧‧液晶層
20‧‧‧配向層
30‧‧‧第一電極組
32‧‧‧第一透明絕緣層
34‧‧‧第一電極層
40、40’、40”‧‧‧第二電極組
42‧‧‧第二透明絕緣層
44、44’、44”‧‧‧第二電極層
46、46’‧‧‧介電膜
441、441’‧‧‧圓孔電極
442‧‧‧第一環形電極
443‧‧‧第二環形電極
444‧‧‧第三環形電極
445‧‧‧第四環形電極
446‧‧‧第五環形電極
447‧‧‧圓形電極
C‧‧‧中心
h、h’‧‧‧圓孔
x1‧‧‧第一間距
x2‧‧‧第二間距
x3‧‧‧第三間距
x4‧‧‧第四間距
x5‧‧‧第五間距
d‧‧‧間隙
圖1A以及1B為本發明第一實施例之液晶透鏡結構示意圖。
圖2A至2G為本發明第一實施例之液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。
圖3A以及3B為本發明第二實施例之液晶透鏡結構示意圖。
圖4A至4D為本發明第二實施例之液晶分子偏轉程度對應電 場分布擬合曲線示意圖。
圖5為本發明第三實施例之液晶透鏡結構剖面示意圖。
圖1A以及1B為本發明第一實施例之液晶透鏡結構1示意圖,圖1A為液晶透鏡結構1的剖面示意圖,而圖1B為液晶透鏡結構1的俯視圖。請參閱圖1A,液晶透鏡結構1包括液晶層10、一對配向層20、第一電極組30、第二電極組40。配向層20位於液晶層10的兩側,而第一電極組30與第二電極組40分別位於配向層20的兩側。也就是說,其中一配向層20是位於第一電極組30以及液晶層10之間,另外一配向層20則是位於第二電極組40以及液晶層10之間。
詳細而言,第一電極組30包括第一透明絕緣層32以及第一電極層34,第一電極層34位於配向層20以及第一透明絕緣層32之間。另外,第二電極組40更包括第二透明絕緣層42、第二電極層44以及介電膜46。第二透明絕緣層42貼附於配向層20之上,而第二電極層44以及介電膜46貼附於第二透明絕緣層42上,也就是說第二透明絕緣層42位於第二電極層44與配向層20之間。
請同時參閱圖1A以及1B,第二電極層44包括圓孔電極441,圓孔電極441定義出一圓孔h。而圓孔h會暴露出介電膜46。在本實施例中,介電膜46的材質可以例如是二氧化鈦或者是鋯鈦酸鋇,且介電膜46的介電係數介於400至1000之間,然而本發明不以此為限。只要是具有較高的介電系數,且在可見光的範圍內具有較高的透光率的材質皆可做為本發明的介電膜。
液晶透鏡結構1還包括一外接電源(圖中未示),在實際操作中,外接電源會提供驅動電壓給第一電極層34以及圓孔電極441,使得第一電極層34以及圓孔電極441之間會產生電場,且電場的大小會從圓孔h的周圍向中心方向遞減。所產生的電場會驅動液晶層10中液晶分子的偏轉排列,以使得排列後的液晶分子 能產生類似光學透鏡的效果。
值得一提的是,由於介電膜46具有較高的介電係數,可以減緩電場從圓孔h的周圍向中心方向遞減的情形,以穩定電場的分布,使得液晶分子能夠產生較好的光學透鏡效果。另外,在本實施例中,介電膜46是和第二電極層44位於相同平面上,且皆貼附於第二透明絕緣層42上。然而,在其他實施例中,介電膜也可以是貼附於第二透明絕緣層上,第二電極層則貼附於介電膜上,而圓孔電極則會暴露出介電膜。本發明不限制介電膜的位置,只要介電膜的位置鄰近並貼附第二電極層,並且可達到減緩電場遞減的情形即可。
須說明的是,在本實施例中,第一透明絕緣層32的厚度以及第二透明絕緣層42的厚度皆為0.145mm,液晶層10的厚度為30μm,而第一電極24和第二電極層44的厚度皆為10μm。另外,圓孔h的直徑為2.3mm。然而,本發明不限制圓孔h的直徑、第一透明絕緣層32、第二透明絕緣層42以及液晶層10的厚度。上述內容僅用以表示在較佳實施例中,所使用的尺寸參數,並非用以限制本發明。
接下來,將在上述之各層厚度以及圓孔h直徑的參數下,舉例說明在不同條件下,液晶分子折射率分布的情形。圖2A至2G為本發明第一實施例之液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。圖2A至圖2C代表的是,當液晶透鏡結構1具有不同介電係數之介電膜46的情況下,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。圖2D以及圖2E代表的是,當介電膜46具有不同厚度的情況下,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。圖2F至圖2G則代表,當施加不同的驅動電壓至液晶透鏡結構1時,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。
請參閱圖2A至圖2C,在圖2A至圖2C中,介電膜46的厚度為2.5μm。而外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施 加25V的電壓至圓孔電極441。從圖2A至2C可知,液晶透鏡結構1的液晶分子折射率分布呈現二次曲線,且擬合度皆大於0.6。也就是說,在上述各層厚度、圓孔h直徑以及驅動電壓大小的條件下,液晶透鏡結構1可具有類似凸透鏡的聚光效果。
詳細而言,圖2A所表示的是在介電膜46的介電係數為1時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度為0.689。圖2B所表示的是在介電膜46的介電係數為100時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度可達到0.7752。另外,圖2C所表示的是在介電膜46的介電係數為2000時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度最佳可達到0.9828。從圖2A至2C的內容可知,當介電膜46的介電係數越高,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高。換句話說,當介電膜46的介電係數越高,液晶透鏡結構1可表現出越好的透鏡效果。
請參閱圖2D以及圖2E,在圖2D及圖2E中,介電膜46的介電系數為400。而外接電源施加0V的電壓至第一電極層34並施加25V的電壓至圓孔電極441。從圖2D及圖2E可知,液晶透鏡結構1的液晶分子折射率分布呈現二次曲線,具有類似凸透鏡的聚光效果。詳細而言,圖2D所表示的是介電膜46的厚度為2.5μm時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度為0.8776。圖2E所表示的是介電膜46的厚度為10μm時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度為0.9789。從圖2D及圖2E的內容可知,當介電膜46的厚度越高,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高,也就是說液晶透鏡結構1可表現出越好的透鏡效果。然而,在實際操作中,會將介電膜46的厚度會控制在小於或等於第二電極層44的厚度範圍之間。在本實施例中,介電膜46的厚度會控制在2.5至10μm之間。
請參閱圖2F以及圖2G,在圖2F及圖2G中,介電膜46的介電系數為1000,而介電膜的厚度為2.5μm。從圖2F及圖2G可知, 液晶透鏡結構1的液晶分子折射率分布呈現二次曲線,具有類似凸透鏡的聚光效果。詳細而言,圖2F所表示的是,外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施加15V的電壓至圓孔電極441時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度為0.891。圖2G所表示的是外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施加35V的電壓至圓孔電極441時,液晶分子的折射率分布的情形,而擬合度為0.9801。從圖2F及圖2G的內容可知,當施加於圓孔電極441的電壓越高,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高,也就是說液晶透鏡結構1可表現出越好的透鏡效果。
接下來,將介紹本發明第二實施例的液晶透鏡結構1’。圖3A以及3B為本發明第二實施例之液晶透鏡結構1’示意圖。圖3A為液晶透鏡結構1’的剖面示意圖,而圖3B為液晶透鏡結構1’的俯視圖,請參閱圖3A。本實施例的液晶透鏡結構1’大致與前一實施例相同,也包括液晶層10、一對配向層20、第一電極組30、第二電極組40’。而第一電極組30也包括第一透明絕緣層32以及第一電極層34。此外,各層之間的相對應位置、厚度以及材質等參數皆和前一實施例相同,在此不多做贅述。
然而,不同於前一實施例的是,液晶透鏡結構1’的第二電極組40’中,介電膜46’位於第二電極層44’以及第二透明絕緣層42之間,而第二電極層44’貼附於介電膜46’之上。另外,第二電極層44’更包括圓孔電極441’、第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447,且圓孔電極441’、第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447彼此電性絕緣,且具有相同的中心C。而圓孔電極441’定義出一圓孔h’。在本實施例中,環形電極的數量為五個,然而環形電極的數量可以是一至六個不等,可以根據實際需求而調整,本發明不以此為限。
請同時參閱圖3A以及圖3B,第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445以及第五環形電極446呈同心圓的方式排列,且位於圓孔電極441’之中,而圓形電極447則位於第五環形電極446之中。另外,在實際操作中,外接電源會提供驅動電壓給第一電極層34以及圓孔電極441’,使得第一電極層34以及圓孔電極441’之間會產生電場,且電場的大小會從圓孔h’的周圍向中心C方向遞減。
另外,第一環形電極442會受到圓孔電極441’的電場感應,而生成感生電場。第二環形電極443則會受到第一環形電極442的感生電場感應,而生成另一感生電場。以此類推,因此第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447皆會生成感生電場。須說明的是,第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447可以藉由感應圓孔電極441’的電場而生成感生電場。換句話說,第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447浮接。外接電源實際上不需要再另外提供驅動電壓至第一環形電極442、第二環形電極443、第三環形電極444、第四環形電極445、第五環形電極446以及圓形電極447。
承上述,所生成的感生電場可以減緩電場從圓孔h’周圍向中心C方向遞減的情形。除此之外,具有較高介電系數的介電膜46’也可以減緩電場從圓孔h’周圍往中心C方向遞減的情形。也就是說,環形電極以及介電膜可以穩定電場的分布,使得液晶分子能表現出較好的光學透鏡效果。
請參閱圖3B,在本實施例中,圓孔h’的直徑為2.3mm。另外,第一環形電極442的第一間距x1、第二環形電極443的第二間距x2、第三環形電極444的第三間距x3、第四環形電極445的第四 間距x4、第五環形電極446的第五間距x5以及圓形電極447的直徑則介於0.1至0.25mm。圓孔電極441’的內緣與相鄰的第一環形電極442的外緣之間的間隙d,介於5至50μm之間。間隙d相當於各個環形電極彼此之間的間隙,以及圓形電極447與相鄰的第五環形電極446的內緣之間的間隙。
接下來,將在上述之圓孔h’直徑的參數下,舉例說明在不同條件下,液晶分子折射率分布的情形。圖4A至4D為本發明第二實施例之液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。在圖4A至4D中,介電膜46’的厚度皆為2.5μm。詳細而言,圖4A以及圖4C的內容表示的是,當間隙d、第一間距x1、第二間距x2、第三間距x3、第四間距x4、第五間距x5以及圓形電極447的直徑不同時,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。圖4B以及4C的內容表示,當施加不同的驅動電壓至液晶透鏡結構1’時,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。而圖4A以及圖4D的內容則表示,當介電膜46’具有不同厚度的情況下,液晶分子偏轉程度對應電場分布擬合曲線示意圖。
從圖4A至4D的內容可知,液晶透鏡結構1’的液晶分子折射率分布呈現二次曲線,且擬合度皆大於0.9。也就是說,液晶透鏡結構1’可具有類似凸透鏡的聚光效果。
在圖4A以及圖4C中,介電膜46’的介電係數為100,間隙d為50μm,而外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施加45V的電壓至圓孔電極441’。圖4A以及圖4C不同的地方在於,圖4A的第一間距x1、第二間距x2、第三間距x3、第四間距x4以及圓形電極447的直徑為0.15mm,而第五間距x5為0.175mm。另外,圖4C的第一間距x1為0.12mm、第二間距x2為0.14mm、第三間距x3以及第四間距x4為0.16mm、第五間距x5為0.2mm,而圓形電極447的直徑為0.24mm。
另外,圖4A中擬合曲線的擬合度為0.9563,而圖4C中擬合 曲線的擬合度為0.9652。從圖4A以及圖4C的內容可知,當間隙d以及第一間距x1、第二間距x2、第三間距x3、第四間距x4、第五間距x5越小,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高,也就是說,液晶透鏡結構1’可表現出越好的透鏡效果。
在圖4B以及圖4C中,介電係數為100,間隙d為40μm,第一間距x1為0.12mm、第二間距x2為0.14mm、第三間距x3以及第四間距x4為0.16mm、第五間距x5為0.2mm,而圓形電極447的直徑為0.24mm。圖4B以及圖4C不同的地方在於,在圖4B中,外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施加25V的電壓至圓孔電極441’。而在圖4C中,外接電源施加0V的電壓至第一電極層34,並施加45V的電壓至圓孔電極441’。
另外,圖4B中擬合曲線的擬合度為0.9011,而圖4C中擬合曲線的擬合度為0.9652。從圖4B以及圖4C的內容可知,當施加於圓孔電極441’的電壓越高,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高,也就是說液晶透鏡結構1’可表現出越好的透鏡效果。
在圖4A以及圖4D中,第一間距x1、第二間距x2、第三間距x3、第四間距x4以及圓形電極447的直徑皆為0.15mm,而第五間距x5為0.175mm。此外,外接電源皆施加0V的電壓至第一電極層34,並施加45V的電壓至圓孔電極441’。圖4A以及圖4D不同的地方在於,圖4A中介電膜46’的介電係數為100,而在圖4D中介電膜46’的介電係數為150。
另外,圖4A中擬合曲線的擬合度為0.9563,而圖4D中擬合曲線的擬合度為0.973。從圖4A以及圖4D的內容可知,當介電膜46’的介電係數越大,液晶分子之折射率分布的擬合度會越高,也就是說,液晶透鏡結構1’可表現出越好的透鏡效果。
須說明的是,在第二實施例中,是利用具有高介電係數的介電膜46’以及多個環形電極,來穩定電場的分布,使得液晶分子能產生較好的光學透鏡效果。請同時參閱圖2B以及圖4B,從圖2B 以及圖4B的內容可知,在相同的介電膜厚度以及相同的介電係數的條件下,具有多個環形電極的液晶透鏡結構1’,其液晶分子之折射率分布的擬合度會較沒有環形電極的液晶透鏡結構1來的高。換句話說,多個環形電極確實能夠使得液晶分子能產生較好的光學透鏡效果。且從圖4A以及圖4C的內容可知,環形電極的間隙越密,液晶透鏡結構1’可表現出越好的透鏡效果。
接下來,將介紹本發明第三實施例的液晶透鏡結構1”,圖5為本發明第三實施例之液晶透鏡結構1”剖面示意圖。請參閱圖3A,本實施例的液晶透鏡結構1”大致與前一實施例相同,也包括液晶層10、一對配向層20、第一電極組30、第二電極組40”。而第一電極組30也包括第一透明絕緣層32以及第一電極層34。此外,各層之間的相對應位置以及厚度等參數皆和前一實施例相同,在此不多做贅述。
不同於前一實施例的是,在本實施例中,液晶透鏡結構1”的第二電極組40”僅包括第二電極層44”以及第二透明絕緣層42。也就是說,本實施例的第二電極組40”不包括介電膜。從圖4A以及4C的內容可知,環形電極的間隙越密,液晶透鏡結構1’可表現出越好的透鏡效果。在實際操作中,若環形電極的間隙介於5至10μm,則液晶透鏡結構1”可以不包括介電膜,而依舊可以保持良好的透鏡效果。
綜上所述,本發明提供一種液晶透鏡結構,此液晶透鏡結構包括第一電極組、第二電極組以及液晶層。其中第二電極組的電極層包括圓孔電極、多個環形電極以及介電膜,外接電源僅需提供驅動電壓給圓孔電極以及第一電極組,以在圓孔電極以及第一電極組之間產生電場,並驅動液晶分子偏轉。多個環形電極可以生成感生電場,而介電膜具有較高的介電係數,可以穩定電場的分布,使得液晶分子能表現出較好的光學透鏡效果。
以上所述僅為本發明的實施例,其並非用以限定本發明的專 利保護範圍。任何熟習相像技藝者,在不脫離本發明的精神與範圍內,所作的更動及潤飾的等效替換,仍為本發明的專利保護範圍內。
1’‧‧‧液晶透鏡結構
10‧‧‧液晶層
20‧‧‧配向層
30‧‧‧第一電極組
32‧‧‧第一透明絕緣層
34‧‧‧第一電極層
40’‧‧‧第二電極組
42‧‧‧第二透明絕緣層
44’‧‧‧第二電極層
46’‧‧‧介電膜
441’‧‧‧圓孔電極
442‧‧‧第一環形電極
443‧‧‧第二環形電極
444‧‧‧第三環形電極
445‧‧‧第四環形電極
446‧‧‧第五環形電極
447‧‧‧圓形電極
C‧‧‧中心
h’‧‧‧圓孔
d‧‧‧間隙

Claims (10)

  1. 一種液晶透鏡結構,該液晶透鏡結構包括:一液晶層;一對配向層,位於該液晶層的兩側;一第一電極組,貼附於其中一該配向層,且該配向層位於該液晶層以及該第一電極組之間,其中該第一電極組包括一第一透明絕緣層以及一第一電極層,且該第一電極組以該第一電極層貼附該配向層;以及一第二電極組,包括:一第二透明絕緣層;一第二電極層,包括一圓孔電極;一介電膜,該介電膜貼附於該第二透明絕緣層,而該圓孔電極暴露出該介電膜,其中該第二透明絕緣層位於該第二電極層以及另一該配向層之間,其中該圓孔電極以及該第一電極層分別接收一驅動電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡結構,其中該介電膜的介電係數介於400至1000之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡結構,其中該第二電極層更包括至少一環形電極,該環形電極位於該圓孔電極之中,該圓孔電極以及該環形電極彼此電性絕緣且具有相同的中心,而該環形電極浮接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶透鏡結構,其中該第二電極層更包括一圓形電極,該圓形電極位於該環形電極之中,該圓孔電極、該環形電極以及該圓形電極彼此電性絕緣且具有相同的中心,而該圓形電極浮接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶透鏡結構,其中該環形電極的數量為多個,該圓孔電極、該些環形電極以及該圓形電極彼此電性絕緣且具有相同的中心,而該些環形電極浮接,兩相鄰環形 電極之間的間距介於5至50μm之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之液晶透鏡結構,其中該圓孔電極的內緣與相鄰的該環形電極外緣之間的間距以及該圓形電極與相鄰的該環形電極內緣之間的間距介於5至50μm之間。
  7. 一種液晶透鏡結構,該液晶透鏡結構是藉由一外接電源來驅動,該液晶透鏡結構包括:一液晶層;一對配向層,位於該液晶層的兩側;一第一電極組,包括一第一透明絕緣層以及一第一電極層,其中該第一電極層貼附於其中一該配向層,且該配向層位於該液晶層以及該第一電極組之間;以及一第二電極組,包括:一第二電極層,該第二電極層包括一圓孔電極、多個環形電極以及一圓形電極,其中該圓孔電極、該些環形電極以及該圓形電極彼此電性絕緣且具有相同的中心,該些環形電極位於該圓孔電極之中,而各該環形電極包圍該圓形電極;一第二透明絕緣層,位於該第二電極層以及另一該配向層之間,其中該圓孔電極以及該第一電極層分別接收一驅動電壓,而該些環形電極以及該圓形電極浮接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的液晶透鏡結構,其中第二電極組更包括一介電膜,該介電膜位於該第二電極層以及該第二透明絕緣層之間,並且貼附該第二透明絕緣層,而該介電膜的介電係數介於400至1000之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的液晶透鏡結構,其中該圓孔電極的內緣與相鄰的該環形電極外緣之間的間距以及該圓形電極與相鄰的該環形電極內緣之間的間距介於5至50μm之間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之液晶透鏡結構,其中兩相鄰環形電極之間的間距介於5至50μm之間。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105866998A (zh) * 2016-06-02 2016-08-17 京东方科技集团股份有限公司 显示装置
CN106154684A (zh) * 2016-09-21 2016-11-23 大连海事大学 展曲取向液晶透镜
KR102645722B1 (ko) 2016-10-27 2024-03-08 삼성디스플레이 주식회사 렌즈 패널 및 이를 포함하는 표시 장치
TWI647513B (zh) * 2017-10-20 2019-01-11 國立交通大學 偏振無關液晶相位調制器
CN107688243A (zh) * 2017-10-20 2018-02-13 上海天马微电子有限公司 一种显示装置
CN109031850A (zh) * 2018-09-29 2018-12-18 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜和光学器件
CN109782498B (zh) * 2019-01-24 2022-02-18 南京奥谱依电子科技有限公司 用于波前寻址测调的液晶微镜、其制备方法和光学显微镜
JPWO2020178885A1 (ja) 2019-03-01 2021-09-30 オリンパス株式会社 広角光学系及びそれを備えた撮像装置
JP7132424B2 (ja) 2019-03-01 2022-09-06 オリンパス株式会社 広角光学系及びそれを備えた撮像装置
CN111580310B (zh) * 2020-06-18 2023-08-29 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜、其制作方法及显示装置
JP6883890B1 (ja) * 2020-08-21 2021-06-09 佐藤 進 液晶光学デバイス

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060198760A1 (en) * 2001-08-02 2006-09-07 General Electric Company Opto-acoustic sensor device and associated method
JP2006293241A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Citizen Electronics Co Ltd 液晶レンズ及びその製造方法
TW201001013A (en) * 2008-06-21 2010-01-01 Lensvector Inc Electro-optical devices using dynamic reconfiguration of effective electrode structures
JP2012083459A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Sae Magnetics(H.K.)Ltd 液晶レンズ
CN103492935A (zh) * 2010-12-17 2014-01-01 兰斯维克托公司 进行电场控制的多单元液晶光学装置
TWM478831U (zh) * 2013-12-06 2014-05-21 Silicon Touch Tech Inc 液晶透鏡結構

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3047082B2 (ja) * 1991-08-27 2000-05-29 株式会社日立製作所 合焦点機構
JP3885251B2 (ja) * 1996-06-10 2007-02-21 旭硝子株式会社 光学異方性回折格子、その駆動方法及びそれを用いた光ヘッド装置
JP2002372701A (ja) * 2001-06-13 2002-12-26 Ricoh Co Ltd 画像表示装置
CN101566749B (zh) 2008-04-25 2011-12-21 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 液晶透镜及镜头模组
TW201042336A (en) * 2009-05-25 2010-12-01 Tunable Optix Corp Panel
US9036102B2 (en) * 2009-12-23 2015-05-19 Lensvector Inc. Image stabilization and shifting in a liquid crystal lens
JP5775482B2 (ja) 2011-09-30 2015-09-09 富士フイルム株式会社 着色硬化性組成物、カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、及び表示装置
TWI452396B (zh) * 2011-10-06 2014-09-11 Univ Nat Chiao Tung 可電壓控制之光學元件及其製備方法
US9529243B2 (en) * 2011-10-25 2016-12-27 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Liquid crystal element and cell for liquid crystal element
US9720144B2 (en) 2012-02-10 2017-08-01 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Liquid crystal lens and cell for liquid crystal lens
CN103576407B (zh) * 2012-07-26 2016-01-20 瀚宇彩晶股份有限公司 液晶透镜及可切换二维与三维显示模式的显示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060198760A1 (en) * 2001-08-02 2006-09-07 General Electric Company Opto-acoustic sensor device and associated method
JP2006293241A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Citizen Electronics Co Ltd 液晶レンズ及びその製造方法
TW201001013A (en) * 2008-06-21 2010-01-01 Lensvector Inc Electro-optical devices using dynamic reconfiguration of effective electrode structures
JP2012083459A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Sae Magnetics(H.K.)Ltd 液晶レンズ
CN103492935A (zh) * 2010-12-17 2014-01-01 兰斯维克托公司 进行电场控制的多单元液晶光学装置
TWM478831U (zh) * 2013-12-06 2014-05-21 Silicon Touch Tech Inc 液晶透鏡結構

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