TWI657298B - 電控光學相位調變元件 - Google Patents

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Abstract

提供一種電控光學相位調變元件，包括一第一基板、一第二基板、一液晶層、多個第一條狀電極、一第一防馬賽克層、一第一絕緣層、多個第二條狀電極、一第二防馬賽克層、一第二絕緣層及一控制電路。第一條狀電極及第一防馬賽克層是設置在第一基板及液晶層之間。第二條狀電極及第二防馬賽克層是設置在第二基板及液晶層之間，其中第一條狀電極的延伸方向與第二條狀電極的延伸方向相交。本揭露的電控光學相位調變元件可用於弭除在常規電控透鏡產生的格狀電場以提供更平滑的電場分布及更好的透鏡影像品質。

Description

電控光學相位調變元件
本發明是有關於一種電控光學相位調變元件，且特別是有關於一種可提供更平滑的電場分布與更好的透鏡品質的電控光學相位調變元件。
電控光學相位調變是可藉由使用各種方法來實現的，例如透過液態透鏡(liquid lenses)、可變形反射鏡(deformable mirrors)或折射率漸變透鏡(gradient refractive index lens，GRIN 透鏡)。在這些不同的方法中，電控折射率漸變透鏡由於其輕薄結構而獲得了很多的關注。
一般而言，電控折射率漸變透鏡的基本結構是有一層光電材料介於上下基板之間。所使用的光電材料為例如當施加不同電壓時，可具有不同折射率變化的液晶材料。透過在基板上的電極的設計及藉由施加特定電壓的方式，可產生使光電材料層的相位差分布等效於正常透鏡的不均勻電場。然而，在目前用於產生不均勻電場的電極的設計中仍存在有許多缺點。例如，在電極 沿著X-Y方向延伸的條狀電極中，電場並非平滑地分布，使得相位差呈現梯狀形式的逐步變化，因此影響透鏡的品質。有鑑於此，需要弭除由相位差的不平滑分布所引起的在常規電控透鏡中產生的格狀電場。
本發明是關於一種電控光學相位調變元件，其可提供更平滑的電場分布及更好的透鏡品質，且能夠弭除在常規電控透鏡中產生的格狀電場。
本發明提供一種電控光學相位調變元件，包括第一基板、第二基板、液晶層、多個第一條狀電極、第一防馬賽克層、第一絕緣層、多個第二條狀電極、第二防馬賽克層、第二絕緣層及控制電路。第二基板是相對於第一基板設置。液晶層是設置在第一基板及第二基板之間，其中液晶層適於在光學有效區域中具有透鏡的效果。多個第一條狀電極是設置在第一基板及液晶層之間，其中每一多個第一條狀電極的電壓被獨立地控制。第一防馬賽克層是設置在第一基板及液晶層之間。第一絕緣層是設置在多個第一條狀電極及第一防馬賽克層之間，使得多個第一條狀電極及第一防馬賽克層彼此電性絕緣。多個第二條狀電極是設置在第二基板及液晶層之間，其中多個第一條狀電極的延伸方向與多個第二條狀電極的延伸方向相交，且每一多個第二條狀電極的電壓被獨立地控制。第二防馬賽克層是設置在第二基板及液晶層之 間。第二絕緣層是設置在多個第二條狀電極及第二防馬賽克層之間，使得多個第二條狀電極及第二防馬賽克層彼此電性絕緣。控制電路與每一多個第一條狀電極及每一多個第二條狀電極電性連接。
在本發明的一實施例中，在光學有效區域的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布、及稜鏡分布。
在本發明的一實施例中，液晶層的材料包括膽固醇型液晶(cholesteric liquid crystals)、高分子分散型液晶(polymer-dispersed liquid crystals)、藍相液晶(blue-phase liquid crystals)或向列型液晶(nematic liquid crystals)。
在本發明的一實施例中，電控光學相位調變元件進一步包括設置在液晶層的兩側上的配向層。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極的寬度相同或不同，且每一多個第二條狀電極的寬度相同或不同。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極之間的縫隙相同或不同，且每一多個第二條狀電極之間的縫隙相同或不同。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層是設置在第一基板及多個第一條狀電極之間，或是第一防馬賽克層是設置在多個第一條狀電極及液晶層之間。
在本發明的一實施例中，當第一防馬賽克層是設置在多 個第一條狀電極及液晶層之間時，電控光學相位調變元件進一步包括設置在第一防馬賽克層及液晶層之間的保護層。
在本發明的一實施例中，第二防馬賽克層是設置在第二基板及多個第二條狀電極之間，或是第二防馬賽克層是設置在多個第二條狀電極及液晶層之間。
在本發明的一實施例中，當第二防馬賽克層是設置在多個第二條狀電極及液晶層之間時，電控光學相位調變元件進一步包括設置在第二防馬賽克層及液晶層之間的保護層。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層及第二防馬賽克層是完整覆蓋光學有效區域的單一防馬賽克層。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層及第二防馬賽克層包括在光學有效區域呈現陣列配置的第一防馬賽克條及第二防馬賽克條。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克條的寬度等於或大於每一多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度，且第二防馬賽克條的寬度等於或大於每一多個第二條狀電極之間的縫隙的寬度。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克條的中心線與每一多個第一條狀電極之間的縫隙的中心線對準，且第二防馬賽克條的中心線與每一多個第二條狀電極之間的縫隙的中心線對準。
在本發明的一實施例中，電控光學相位調變元件進一步包括第一虛擬電極及第二虛擬電極，其中第一虛擬電極與多個第一條狀電極相鄰設置，且第二虛擬電極與多個第二條狀電極相鄰 設置。
在本發明的一實施例中，第一虛擬電極及第二虛擬電極是未連接到控制電路的浮動電極。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層及第二防馬賽克層的材料包括半導體或導體。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極具有對稱形狀或不對稱形狀，且每一多個第二條狀電極具有對稱形狀或不對稱形狀。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極是直線形或曲線形，且每一多個第二條狀電極是直線形或曲線形。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極具有相同形狀或不同形狀，每一多個第二條狀電極具有相同形狀或不同形狀，且多個第一條狀電極的配置與多個第二條狀電極的配置相同或不同。
在本發明的一實施例中，多個第一條狀電極及多個第二條狀電極是透明電極、半透明電極或不透明電極。
本發明進一步提供一種電控光學相位調變元件，包括至少一個相位調變器。各相位調變器包括第一基板、第二基板、液晶層、多個第一條狀電極、第一防馬賽克層、第一絕緣層、第二導電層及控制電路。第二基板相對於第一基板設置。液晶層是設置在第一基板及第二基板之間，其中液晶層適於在光學有效區域中具有光學相位調變的效果。多個第一條狀電極是設置在第一基 板及液晶層之間，其中每一多個第一條狀電極的電壓被獨立地控制。第一防馬賽克層是設置在第一基板及液晶層之間。第一絕緣層是設置在多個第一條狀電極及第一防馬賽克層之間，使得多個第一條狀電極及第一防馬賽克層彼此電性絕緣。第二導電層是設置在第二基板及液晶層之間。控制電路與每一多個第一條狀電極及第二導電層電性連接。
在本發明的一實施例中，在光學有效區域的光學相位分布可包括二次曲線分布、球面曲線分布、柱面透鏡陣列分布、或稜鏡分布。
在本發明的一實施例中，電控光學相位調變元件包括第一相位調變器及第二相位調變器，其中第二相位調變器堆疊在第一相位調變器上。第一相位調變器的多個第一條狀電極的延伸方向與第二相位調變器的多個第一條狀電極的延伸方向相交。
在本發明的一實施例中，藉由組合第一相位調變器及第二相位調變器形成的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布，及稜鏡分布。
在本發明的一實施例中，液晶層的材料包括膽固醇型液晶、高分子分散型液晶、藍相液晶或向列型液晶。
在本發明的一實施例中，電控光學相位調變元件進一步包括設置在液晶層的兩側上的配向層。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極的寬度相同或不同。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度相同或不同。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層是設置在第一基板及多個第一條狀電極之間，或是第一防馬賽克層是設置在多個第一條狀電極及液晶層之間。
在本發明的一實施例中，當第一防馬賽克層是設置在多個第一條狀電極及液晶層之間時，電控透鏡進一步包括設置在第一防馬賽克層及液晶層之間的保護層。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層是完整覆蓋光學有效區域的單一防馬賽克層。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層包括在光學有效區域呈現陣列配置的第一防馬賽克條。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克條的寬度等於或大於每一多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克條的中心線與每一多個第一條狀電極之間的縫隙的中心線對準。
在本發明的一實施例中，電控光學相位調變元件進一步包括第一虛擬電極，其中第一虛擬電極與多個第一條狀電極相鄰設置。
在本發明的一實施例中，第一虛擬電極是未連接到控制電路的浮動電極。
在本發明的一實施例中，第一防馬賽克層的材料包括半 導體或導體。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極具有對稱形狀或不對稱形狀。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極是直線形或曲線形。
在本發明的一實施例中，每一多個第一條狀電極具有相同形狀或不同形狀。
在本發明的一實施例中，多個第一條狀電極是透明電極、半透明電極或不透明電極。
基於上述，在本發明的電控光學相位調變元件中，由於第一防馬賽克層是設置在第一基板及液晶層之間或第二防馬賽克層是設置在第二基板及液晶層之間，因而能夠使由條狀電極產生的電場平滑化，且可弭除在常規電控透鏡中產生的格狀電場。因此，透鏡元件的光學相位變化可更好地仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
100A、100B、100C、100D、100E、100F、200A、200B、200C、200D‧‧‧電控光學相位調變元件
102‧‧‧第一基板
103‧‧‧第一虛擬電極
104‧‧‧第一條狀電極
106‧‧‧第一防馬賽克層
106a‧‧‧第一防馬賽克條
108、208‧‧‧保護層
110‧‧‧第一絕緣層
202‧‧‧第二基板
203‧‧‧第二虛擬電極
204‧‧‧第二條狀電極
204'‧‧‧第二導電層
206‧‧‧第二防馬賽克層
206a‧‧‧第二防馬賽克條
210‧‧‧第二絕緣層
300‧‧‧液晶層
302‧‧‧配向層
400‧‧‧控制電路
CL、C1‧‧‧中心線
GP‧‧‧縫隙
LC‧‧‧液晶分子
PM‧‧‧相位調變器
PM1‧‧‧第一相位調變器
PM2‧‧‧第二相位調變器
W、W1、W2、Wa、Wg、Wg1、Wg2‧‧‧寬度
隨附圖式被包括來提供本發明的進一步理解，並被併入並構成本說明書的一部分。圖式說明本發明的實施例並連同描述用來解釋本發明的原理。
圖1A是顯示根據本發明一實施例的電控光學相位調變元件100A的示意圖。
圖1B是根據本發明一實施例的設置在第一基板上的多個第一條狀電極的上視示意圖。
圖1C是根據本發明一實施例的設置在第二基板上的多個第二條狀電極的上視示意圖。
圖2顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100B的示意圖。
圖3A是根據本發明一實施例的設置在基板上的多個條狀電極的上視示意圖。
圖3B是根據本發明另一實施例的設置在基板上的多個條狀電極的上視示意圖。
圖4A是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100C的示意圖。
圖4B是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100D的示意圖。
圖4C是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100E的示意圖。
圖4D是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100F的示意圖。
圖5A是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件200A的示意圖。
圖5B是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調變器的電控光學相位調變元件200B的示意圖。
圖5C是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調變器的電控光學相位調變元件200C的示意圖。
圖5D是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調變器的電控光學相位調變元件200D的示意圖。
圖6A是顯示根據本發明一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。
圖6B是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。
圖6C是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。
圖6D是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。
圖7是根據本發明一實施例的設置在基板上的多個條狀電極及虛擬電極的上視示意圖。
圖8A是根據本發明一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。
圖8B是根據本發明另一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。
圖8C是根據本發明另一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。
圖9A是根據本發明的一實驗例的沒有防馬賽克層的常規電控光學相位調變元件的電位模擬結果。
圖9B是根據本發明的一實驗例的具有防馬賽克層的電控光學相位調變元件的電位模擬結果。
現將詳細地參照本發明的較佳實施例，於隨附圖式中說明其實例。在圖式及描述中，相同或相似的元件將盡可能地以相同標號表示。
圖1A是顯示根據本發明一實施例的電控光學相位調變元件100A的示意圖。參照圖1A，本實施例的電控光學相位調變元件100A可包括第一基板102、第二基板202、液晶層300、多個第一條狀電極104、第一防馬賽克層106、第一絕緣層110、多個第二條狀電極204、第二防馬賽克層206及第二絕緣層210。
在目前的實施例中，第二基板202是相對於第一基板102設置。第一基板102及第二基板202例如是由玻璃基板或石英所製成。在其他實施例中，第一基板102及第二基板202也可以為其他材料的透明基板、例如高分子材料。液晶層300是設置在第一基板102及第二基板202之間，且適於在光學有效區域中具有透鏡的效果。更具體而言，液晶層300在各個不同位置的有效折射率將取決於所施加的電壓，且透過電場分布的控制，電控光學相位調變元件100A的液晶層300可操作而使其在光學有效區域中具有透鏡效果。舉例而言，藉由控制電壓分布，可基於需求將液晶層300的光學路徑調整為類似於一般球面透鏡、一般非球面透 鏡、相息圖(Kinoform)球面透鏡或相息圖非球面透鏡。在本發明的一實施例中，液晶層300的材料包括膽固醇型液晶、高分子分散型液晶、藍相液晶或向列型液晶。然而，本發明不限於此，可使用其他合適的液晶材料。
如圖1A所示，多個第一條狀電極104是設置在第一基板102及液晶層300之間。第一條狀電極104舉例而言是透明電極、半透明電極或不透明電極。第一條狀電極104的配置也可顯示於圖1B中。圖1B是根據本發明一實施例的設置在第一基板上的多個第一條狀電極的上視示意圖。如圖1B所示，提供控制電路400，其中控制電路400與每一個第一條狀電極104電性連接。更進一步，透過控制電路400獨立地控制每一個第一條狀電極104的電壓。也就是說，每一個第一條狀電極104可以由不同電壓供應或驅動。
繼續參照圖1A，第一防馬賽克層106是設置在第一基板102及液晶層300之間且位在第一條狀電極104上方。此外，第一絕緣層110是設置在第一條狀電極104及第一防馬賽克層106之間，使得第一條狀電極104及第一防馬賽克層106彼此電性絕緣。在本實施例中，第一防馬賽克層106的材料是半導體或導體。具體而言，可用作為第一防馬賽克層106的半導體或導體材料為例如鈦、鋅、錫、或銦的氧化物。更佳地，第一防馬賽克層106為可實現更好的透鏡性能的半導體。
更進一步，多個第二條狀電極204是設置在第二基板202 及液晶層300之間。第二條狀電極204例如是透明電極、半透明電極或不透明電極。第二條狀電極204的配置也可顯示於圖1C中。圖1C是根據本發明一實施例的設置在第二基板上的多個第二條狀電極的上視示意圖。如圖1C所示，提供類似於圖1B所顯示者的控制電路400，其中控制電路400與每一個第二條狀電極204電性連接。更進一步，透過控制電路400獨立地控制每一個第二條狀電極204的電壓。也就是說，每一個第二條狀電極204可以由不同電壓供應或驅動。
參照圖1A至圖1C，應注意到第一條狀電極104的延伸方向與第二條狀電極204的延伸方向相交。在本實施例中，第一條狀電極104及第二條狀電極204例如為彼此垂直。然而，本發明不限於此，可調整第一條狀電極104及第二條狀電極204的配置，只要使它們彼此相交即可。
此外，在本實施例中，第二防馬賽克層206是設置在第二基板202及液晶層300之間且位於第二條狀電極204上方。再者，第二絕緣層210是設置在第二條狀電極204及第二防馬賽克層206之間，使得第二條狀電極204及第二防馬賽克層206彼此電性絕緣。第二防馬賽克層206的材料類似於第一防馬賽克層106的材料，因此將不在此處重覆其描述。
在圖1A至圖1C所示的實施例中，由於第一防馬賽克層106是設置在第一基板102及液晶層300之間，且第二防馬賽克層206是設置在第二基板202及液晶層300之間，因此，可弭除並平 滑化由第一條狀電極104及第二條狀電極204產生的格狀電場。如此一來，電控光學相位調變元件100A的光學相位變化可更好的仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
圖2是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100B的示意圖。圖2所示的實施例類似於圖1A至圖1C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖2所示的實施例與圖1A至圖1C所示的實施例之間的差異在於，電控光學相位調變元件100B進一步包括設置在液晶層300的兩側的配向層302。取決於所使用的液晶材料的選擇，配向層302可存在於或不存在於電控光學相位調變元件中。在本實施例中，配向層302作用於使在液晶層300中的液晶分子LC對準。在某些實施例中，配向層302的材料可包括，例如，聚醯亞胺(polyimide；PI)、甲基纖維素(methyl cellulose；MC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)、聚醯胺、氧化矽(silicon oxide；SiO2)、氮化矽、碳酸矽、或氧化鋁等。然而，本發明不限於此，且可使用其他適用於配向層302的材料。
類似地，於圖2所示的實施例中，由於第一防馬賽克層106是設置在第一基板102及液晶層300之間，且第二防馬賽克層206是設置在第二基板202及液晶層300之間，因此，可弭除並平滑化由第一條狀電極104及第二條狀電極204產生的格狀電場。如此一來，電控光學相位調變元件100B的光學相位變化可更好地 仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
在圖1A至圖1C的實施例中可以注意到的是，每一個第一條狀電極104及每一個第二條狀電極204的寬度是相等的，且每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙也維持相同。然而，本發明不限於此，條狀電極的寬度及條狀電極之間的縫隙可根據需求進行調整。於圖3A及圖3B所示的實施例中將呈現實例。
圖3A是根據本發明一實施例的設置在基板上的多個條狀電極的上視示意圖。於圖3A所示的實例中，條狀電極(第一條狀電極104或第二條狀電極204)可具有不同寬度。舉例來說，條狀電極(104/204)的其中一個可具有寬度W1，同時條狀電極(104/204)中的另一個可具有寬度W2，其中W2大於W1。更具體而言，一些條狀電極(104/204)可調整為具有相同寬度，同時一些其他條狀電極(104/204)可調整為具有較小或較大寬度。於圖3A所示的實施例中，每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度Wg仍維持相等。然而，本發明不限於此，縫隙GP的寬度可基於需求進行調整。
圖3B是根據本發明另一實施例的在基板上的多個條狀電極的上視示意圖。於圖3B所示的實例中，每一個條狀電極(104/204)具有相同寬度W，然而，每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度是受到調整。舉例來說，在二個條狀電極(104/204)之間的寬度Wg1可小於另外二個條狀電極(104/204)之間的寬度Wg2。或者，二個條狀電極(104/204)之間的寬度可 基於需求調整為大於、等於或小於另外二個條狀電極(104/204)的寬度。
圖4A是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100C的示意圖。圖4A所示的實施例類似於圖1A至圖1C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖4A所示的實施例與圖1A至圖1C所示的實施例之間的差異在於層面的配置。參照圖1A，第一防馬賽克層106是設置在第一條狀電極104及液晶層300之間。然而，於圖4A中，第一防馬賽克層106是設置在第一基板102及第一條狀電極104之間。也就是說，第一條狀電極104是設置在第一防馬賽克層106的上方。然而，在第二基板202上的第二條狀電極204與第二防馬賽克層206的層面配置仍然維持與於圖1A中的相同。
圖4B是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100D的示意圖。圖4B所示的實施例類似於圖4A所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖4A所示的實施例與圖4B所示的實施例之間的差異在於層面的配置。如圖4B所示，在第一基板102上的第一條狀電極104與第一防馬賽克層106的層面配置仍然維持與圖4A中的相同。然而，於圖4B的第二基板202上，層面經重新配置使得第二防馬賽克層206是設置在第二基板202及第二條狀電極204之間。
圖4C是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調 變元件100E的示意圖。圖4C所示的實施例類似於圖4B所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖4B所示的實施例與圖4C所示的實施例之間的差異在於層面的配置。如圖4C所示，在第二基板202上的第二條狀電極204與第二防馬賽克層206的層面配置仍然維持與於圖4B中的相同。然而，於圖4C的第一基板102上，層面經重新配置使得第一防馬賽克層106是設置在第一條狀電極104及液晶層300之間。
圖4D是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件100F的示意圖。圖4D所示的實施例類似於圖1A至圖1C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖4D所示的實施例與圖1A至圖1C所示的實施例之間的差異在於，電控光學相位調變元件100F進一步包括保護層108及保護層208。更具體而言，當第一防馬賽克層106是設置在第一條狀電極104及液晶層300之間時，電控光學相位調變元件100F可進一步包括設置在第一防馬賽克層106及液晶層300之間的保護層108。以類似的方式，當第二防馬賽克層206是設置在多個第二條狀電極204及液晶層300之間時，電控光學相位調變元件100F可進一步包括設置在第二防馬賽克層206及液晶層300之間的保護層208。保護層(108/208)用來保護第一防馬賽克層106及第二防馬賽克層206遠離液晶層300。
於上文圖4A至圖4D所示的實施例中，可以得知的是， 可基於需求調整在不同基板上的條狀電極層及防馬賽克層的配置。類似地，於圖4A至圖4D所示的實施例中，由於第一防馬賽克層106是設置在第一基板102及液晶層300之間，且第二防馬賽克層206是設置在第二基板202及液晶層300之間，因此，可弭除並平滑化由第一條狀電極104及第二條狀電極204產生的格狀電場。如此一來，電控光學相位調變元件100C、100D、100E及100F的光學相位變化可更好地仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
圖5A是顯示根據本發明另一實施例的電控光學相位調變元件200A的示意圖。圖5A所示的實施例類似於圖1A至圖1C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖5A所示的實施例與圖1A至圖1C所示的實施例之間的差異在於，電控光學相位調變200A中，只有第二導電層204’是設置在第二基板202及液晶層300之間。第二導電層204’是覆蓋第二基板202的完整層。在本實施例中，可將電控光學相位調變元件200A當作一個相位調變器PM。在這種相位調變器PM中，在光學有效區域的光學相位分布可包括二次曲線分布、球面曲線分布、柱面透鏡陣列分布、或稜鏡分布。透過這些相位調變器PM中的二個的堆疊，藉由組合這些相位調變器PM所形成的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布、及稜鏡分布。
圖5B是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調 變器的電控光學相位調變元件200B的示意圖。如圖5B所示，電控光學相位調變元件200B是藉由堆疊二個相位調變器(第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2)而形成的。圖5B的第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2與圖5A所示的相位調變器PM相同，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。在本實施例中，第二相位調變器PM2堆疊在第一相位調變器PM1上。特別是，第二相位調變器PM2的第二基板202堆疊在第一相位調變器PM1的第二基板202上。也就是說，第二相位調變器PM2的第二基板202及第一相位調變器PM1的第二基板202彼此接觸。
此外，在本實施例中，第一相位調變器PM1的多個第一條狀電極104的延伸方向與第二相位調變器PM2的多個第一條狀電極104的延伸方向相交。也就是說，本實施例的二個第一條狀電極104將具有類似於第一條狀電極104及第二條狀電極204的配置，其如圖1B及圖1C所示為彼此相交。特別是如圖5B所示，第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2的第一條狀電極104例如為彼此垂直。然而，本發明不限於此，可調整在二個相位調變器上(PM1/PM2)的第一條狀電極104的配置，只要使它們彼此相交即可。藉由組合第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2所形成的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布、及稜鏡分布。
圖5C是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調 變器的電控光學相位調變元件200C的示意圖。圖5C所示的實施例類似於圖5B所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖5C所示的實施例與圖5B所示的實施例之間的差異在於，堆疊第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2的方式。在本實施例中，第二相位調變器PM2堆疊在第一相位調變器PM1上。特別是，第二相位調變器PM2的第一基板102是堆疊在第一相位調變器PM1的第二基板202上。也就是說，第二相位調變器PM2的第一基板102及第一相位調變器PM1的第二基板202彼此接觸。
類似地，於圖5C所示的電控光學相位調變元件200C中，第一相位調變器PM1的多個第一條狀電極104的延伸方向與第二相位調變器PM2的多個第一條狀電極104的延伸方向相交。更進一步，藉由組合第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2所形成的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布、及稜鏡分布。
圖5D是顯示根據本發明另一實施例的具有堆疊相位調變器的電控光學相位調變元件200D的示意圖。圖5D所示的實施例類似於圖5B所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖5D所示的實施例與圖5B所示的實施例之間的差異在於，堆疊第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2的方式。在本實施例中，第二相位調變器PM2堆疊在第一相位調變器PM1上。特別是，第二相位調變器PM2的第一 基板102堆疊在第一相位調變器PM1的第一基板102上。也就是說，第二相位調變器PM2的第一基板102及第一相位調變器PM1的第一基板102彼此接觸。
類似地，於圖5D所示的電控光學相位調變元件200D中，第一相位調變器PM1的多個第一條狀電極104的延伸方向與第二相位調變器PM2的多個第一條狀電極104的延伸方向相交。更進一步，藉由組合第一相位調變器PM1及第二相位調變器PM2所形成的光學相位分布可包括球面透鏡分布、非球面透鏡分布、柱面透鏡分布、透鏡陣列分布、及稜鏡分布。
於上文圖5A至圖5D所示的實施例中，可以得知的是，可基於需求調整在第一基板102上的條狀電極層及防馬賽克層的配置。類似地，於圖5A至圖5D所示的實施例中，由於第一防馬賽克層106在各相位調變器(PM/PM1/PM2)中，是設置在第一基板102及液晶層300之間，因此，可弭除並平滑化由第一條狀電極104產生的格狀電場。如此一來，電控光學相位調變元件200A、200B、200C及200D的光學相位變化可更好地仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
如於圖1A至圖1C所示的實施例中可注意到的，第一防馬賽克層106及第二防馬賽克層206是完整覆蓋光學有效區域的單一防馬賽克層。然而，本發明不限於此，且在其他實施例中，第一防馬賽克層106及第二防馬賽克層206可改變為條狀形式。於圖6A至圖6D所示的實施例中將呈現實例。
圖6A是顯示根據本發明一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。於圖6A的實施例中，第一防馬賽克層106或第二防馬賽克層206可包括在光學有效區域呈現陣列配置的第一防馬賽克條106a及第二防馬賽克條206a。在本實施例中，防馬賽克條(106a/206a)的寬度Wa大於每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度Wg。此外，防馬賽克條(106a/206a)的中心線CL與每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的中心線CL對準。也就是說，防馬賽克條(106a/206a)覆蓋每一個條狀電極(104/204)之間的縫隙GP。
圖6B是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。圖6B所示的實施例類似於圖6A所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖6A的實施例及圖6B的實施例之間的差異在於層面的配置。更具體而言，於圖6A中，防馬賽克條(106a/206a)位於條狀電極(104/204)上方，並具有絕緣層(110/210)夾在之間，且保護層(108/208)覆蓋防馬賽克條(106a/206a)。相較之下，於圖6B中，防馬賽克條(106a/206a)位於條狀電極(104/204)下方，並具有絕緣層(110/210)夾在之間，其中沒有設置保護層(108/208)。
圖6C是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。圖6C所示的實施例類似於圖6A所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似 元件，在此處將不重覆其描述。圖6A的實施例與圖6C的實施例之間的差異在於，圖6C中，防馬賽克條(106a/206a)的寬度Wa等於各條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度Wg。需注意的是，在目前的實施例中，防馬賽克條(106a/206a)的寬度Wa不能小於條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度Wg。取而代之的，防馬賽克條(106a/206a)的寬度Wa必須至少等於或大於條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度Wg。
圖6D是顯示根據本發明另一實施例的設置在基板上的防馬賽克層及多個條狀電極的配置的示意圖。圖6D所示的實施例類似於圖6C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖6C的實施例及圖6D的實施例之間的差異在於層面的配置。更具體而言，於圖6C中，防馬賽克條(106a/206a)位於條狀電極(104/204)上方，並具有絕緣層(110/210)夾在之間，且保護層(108/208)覆蓋防馬賽克條(106a/206a)。相較之下，於圖6D中，防馬賽克條(106a/206a)位於條狀電極(104/204)下方，並具有絕緣層(110/210)夾在之間，其中沒有設置保護層(108/208)。類似地，於圖6D中，配置防馬賽克條(106a/206a)使得其寬度Wa至少等於條狀電極(104/204)的寬度Wg。
於圖6A至圖6D所示的實施例中，可以得知的是，防馬賽克層(106/206)可採用條狀構形，使得防馬賽克條(106a/206a)的寬度至少等於條狀電極(104/204)之間的縫隙GP的寬度。類 似地，於圖6A至圖6D的實施例中，由於第一防馬賽克條106a是設置在第一基板102及液晶層300之間，且第二防馬賽克條206a是設置在第二基板202及液晶層300之間，因此，可弭除並平滑化由第一條狀電極104及第二條狀電極204產生的格狀電場。如此一來，具有防馬賽克條(106a/206a)的電控光學相位調變元件的光學相位變化可更好地仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
圖7是根據本發明一實施例的設置在基板上的多個條狀電極及虛擬電極的上視示意圖。圖7所示的實施例類似於圖1B及圖1C所示的實施例，因此使用相同的標號表示相同或相似元件，在此處將不重覆其描述。圖7所示的實施例與圖1B及圖1C所示的實施例之間的差異在於，電控光學相位調變元件進一步包括與第一條狀電極104相鄰設置的第一虛擬電極103或與第二條狀電極204相鄰設置的第二虛擬電極203。在本實施例中，第一虛擬電極103及第二虛擬電極203是未連接到控制電路400的浮動電極。在某些實施例中，為了避免過度使用條狀電極以及降低電控透鏡的控制電路的成本，多個虛擬電極(103/203)可與條狀電極(104/204)相鄰設置以增強其偶合。
於圖1A至圖7所示的實施例中，第一條狀電極104及第二條狀電極204全都是直線形電極。然而，本發明不限於此，可基於需求改變第一條狀電極104及第二條狀電極204的形狀設計。變形的條狀電極的實例將顯示於圖8A至圖8C的實施例中。
圖8A是根據本發明一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。參照圖8A，條狀電極(104/204)不是直線形電極而是各自具有對稱形狀。在本實施例中，當基於條狀電極(104/204)的中心線C1，條狀電極(104/204)的左側部分是右側部分的直接鏡像時，條狀電極(104/204)可被稱為「對稱」。
圖8B是根據本發明另一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。參照圖8B，條狀電極(104/204)不是直線形電極，並具有不對稱形狀。在本實施例中，當基於條狀電極(104/204)的中心線C1，條狀電極(104/204)的左側部分與條狀電極(104/204)的右側部分具有不同形狀時，條狀電極(104/204)可被稱為「不對稱」。
圖8C是根據本發明另一實施例的具有變形形狀的多個條狀電極的上視示意圖。參照圖8C，條狀電極(104/204)不是直線形電極而是曲線形電極。
基於圖8A至圖8C所示的實施例，可以得知的是，條狀電極(104/204)的形狀未特別受到限制。舉例來說，基於需求，每一個第一條狀電極104可具有相同形狀或不同形狀，且每一個第二條狀電極204可具有相同形狀或不同形狀。此外，參照來自圖1A至圖8C的實施例，應注意到第一條狀電極104的配置可與第二條狀電極204的配置相同或不同。舉例而言，當第一條狀電極104採用直線形狀時，對於第二條狀電極204而言，不必採用相同的直線形狀。取而代之的，可基於設計需求個別改變第二條 狀電極204而採用直線形、曲線形，並且使其為對稱或不對稱的設計。
實驗例
藉由執行以下實驗例來證明本發明的電控光學相位調變元件可用來實現弭除並平滑化由條狀電極產生的格狀電場的效果，且得到更好的透鏡影像品質。
具體而言，提供沒有防馬賽克層的常規電控光學相位調變元件及根據本發明圖1A具有防馬賽克層(106/206)的電控光學相位調變元件100A，並模擬及比較其電位。
圖9A是根據本發明的一實驗例的沒有防馬賽克層的常規電控光學相位調變元件的電位模擬結果。圖9B是根據本發明的一實驗例的具有防馬賽克層的電控光學相位調變元件的電位模擬結果。如圖9A所示，當電控光學相位調變元件不含有防馬賽克層時，通過液晶層的電位呈現梯狀形式的逐步變化。也就是說，沒有防馬賽克層的常規電控光學相位調變元件可產生影響透鏡品質的格狀光學相位差。相較之下，如圖9B所示，當使用根據本發明圖1A具有防馬賽克層(106/206)的電控光學相位調變元件100A時，通過液晶層的電位變化可平滑化且可弭除格狀光學相位差。
綜上所述，在本揭露的電控光學相位調變元件中，由於第一防馬賽克層是設置在第一基板及液晶層之間，及第二防馬賽克層是設置在第二基板及液晶層之間，因此可弭除並平滑化由第 一條狀電極及第二條狀電極產生的格狀電場。如此一來，電控光學相位調變元件的光學相位變化可更好地仿效正常透鏡的光學相位變化，且可得到更好的透鏡影像品質。
對於本領域技術人員而言在不脫離本發明的範圍或精神下，對本發明的結構進行各種修改及變化是顯而易見的。鑑於上述情況，本發明旨在涵蓋本發明的修改及變化，只要其落在以下申請專利範圍及其等同物的範圍內。

Claims (27)

  1. 一種電控光學相位調變元件，包括： 一第一基板； 一第二基板，相對於所述第一基板設置； 一液晶層，設置在所述第一基板及所述第二基板之間，其中所述液晶層適於在一光學有效區域中具有一光學相位調變的效果； 多個第一條狀電極，設置在所述第一基板及所述液晶層之間，其中每一所述多個第一條狀電極的電壓被獨立地控制； 一第一防馬賽克層，設置在所述第一基板及所述液晶層之間； 一第一絕緣層，設置在所述多個第一條狀電極及所述第一防馬賽克層之間，使得所述多個第一條狀電極及所述第一防馬賽克層彼此電性絕緣； 多個第二條狀電極，設置在所述第二基板及所述液晶層之間，其中所述多個第一條狀電極的延伸方向與所述多個第二條狀電極的延伸方向相交，且每一所述多個第二條狀電極的電壓被獨立地控制； 一第二防馬賽克層，設置在所述第二基板及所述液晶層之間； 一第二絕緣層，設置在所述多個第二條狀電極及所述第二防馬賽克層之間，使得所述多個第二條狀電極及所述第二防馬賽克層彼此電性絕緣；以及 一控制電路，與每一所述多個第一條狀電極及每一所述多個第二條狀電極電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，進一步包括設置在所述液晶層的兩側上的配向層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極的寬度相同或不同，且每一所述多個第二條狀電極的寬度相同或不同。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度相同或不同，且每一所述多個第二條狀電極之間的縫隙的寬度相同或不同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層是設置在所述第一基板及所述多個第一條狀電極之間，或是所述第一防馬賽克層是設置在所述多個第一條狀電極及所述液晶層之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電控光學相位調變元件，其中當所述第一防馬賽克層是設置在所述多個第一條狀電極及所述液晶層之間時，所述電控光學相位調變元件進一步包括設置在所述第一防馬賽克層及所述液晶層之間的一保護層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第二防馬賽克層是設置在所述第二基板及所述多個第二條狀電極之間，或是所述第二防馬賽克層是設置在所述多個第二條狀電極及所述液晶層之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電控光學相位調變元件，其中當所述第二防馬賽克層是設置在所述多個第二條狀電極及所述液晶層之間時，所述電控光學相位調變元件進一步包括設置在所述第二防馬賽克層及所述液晶層之間的一保護層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層及所述第二防馬賽克層是完整覆蓋所述光學有效區域的單一防馬賽克層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層及所述第二防馬賽克層包括在所述光學有效區域呈現陣列配置的第一防馬賽克條及第二防馬賽克條。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克條的寬度等於或大於每一所述多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度，及所述第二防馬賽克條的寬度等於或大於每一所述多個第二條狀電極之間的縫隙的寬度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，進一步包括第一虛擬電極及第二虛擬電極，其中所述第一虛擬電極與所述多個第一條狀電極相鄰設置，且所述第二虛擬電極與所述多個第二條狀電極相鄰設置。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層及所述第二防馬賽克層的材料包括半導體或導體。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極具有相同形狀或不同形狀，每一所述多個第二條狀電極具有相同形狀或不同形狀，且所述多個第一條狀電極的配置與所述多個第二條狀電極的配置相同或不同。
  15. 一種電控光學相位調變元件，包括至少一個相位調變器，其中每一所述相位調變器包括： 一第一基板； 一第二基板，相對於所述第一基板設置； 一液晶層，設置在所述第一基板及所述第二基板之間，其中所述液晶層適於在一光學有效區域中具有一光學相位調變的效果； 多個第一條狀電極，設置在所述第一基板及所述液晶層之間，其中每一所述多個第一條狀電極的電壓被獨立地控制； 一第一防馬賽克層，設置在所述第一基板及所述液晶層之間； 一第一絕緣層，設置在所述多個第一條狀電極及所述第一防馬賽克層之間，使得所述多個第一條狀電極及所述第一防馬賽克層彼此電性絕緣； 一第二導電層，設置在所述第二基板及所述液晶層之間； 一控制電路，與每一所述多個第一條狀電極及所述第二導電層電性連接。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，包括一第一相位調變器及一第二相位調變器，其中所述第二相位調變器堆疊在所述第一相位調變器上，且所述第一相位調變器的所述多個第一條狀電極的延伸方向與所述第二相位調變器的所述多個第一條狀電極的延伸方向相交。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，進一步包括設置在所述液晶層的兩側上的配向層。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極的寬度相同或不同。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度相同或不同。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層是設置在所述第一基板及所述多個第一條狀電極之間，或是所述第一防馬賽克層是設置在所述多個第一條狀電極及所述液晶層之間。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的電控光學相位調變元件，其中當所述第一防馬賽克層是設置在所述多個第一條狀電極及所述液晶層之間時，所述電控光學相位調變元件進一步包括設置在所述第一防馬賽克層及所述液晶層之間的一保護層。
  22. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層是完整覆蓋所述光學有效區域的單一防馬賽克層。
  23. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層包括在所述光學有效區域呈現陣列配置的第一防馬賽克條。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克條的寬度等於或大於每一所述多個第一條狀電極之間的縫隙的寬度。
  25. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，進一步包括第一虛擬電極，其中所述第一虛擬電極與所述多個第一條狀電極相鄰設置。
  26. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中所述第一防馬賽克層的材料包括半導體或導體。
  27. 如申請專利範圍第15項所述的電控光學相位調變元件，其中每一所述多個第一條狀電極具有相同形狀或不同形狀。
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