使用有效電極結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)的電光學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】一種用于控制通過(guò)液晶層的光的傳播的可變液晶裝置，使用頻率依賴材料以在該裝置中動(dòng)態(tài)地重構(gòu)有效電極結(jié)構(gòu)。在該裝置中產(chǎn)生電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率是可變的，且該頻率依賴材料對(duì)于不同的頻率具有不同的電荷遷移率。在低電荷遷移率的情況下，該頻率依賴材料對(duì)于現(xiàn)存的電極結(jié)構(gòu)具有輕微的效應(yīng)。然而，在高電荷遷移率的情況下，該頻率依賴材料表現(xiàn)為所述固定電極的延伸，且可用于改變?cè)撚行щ姌O結(jié)構(gòu)從而改變?cè)撾妶?chǎng)的空間分布。這又改變了液晶的光學(xué)特性，從而使得該光學(xué)裝置為可頻率控制的。
【專利說(shuō)明】使用有效電極結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)的電光學(xué)裝置
[0001] 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/IB2009/052658、國(guó)際申請(qǐng)日為2009年6月21日、中 國(guó)國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00980123511. X、標(biāo)題為"使用有效電極結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)的電光學(xué)裝置"的 PCT專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及電可調(diào)光學(xué)裝置的領(lǐng)域，尤其涉及使用液晶的電可調(diào)光學(xué)裝置。

【背景技術(shù)】
[0003] 可調(diào)液晶（LC)光學(xué)裝置，如透鏡、光束偏轉(zhuǎn)裝置及光閘（shutter)，是本領(lǐng)域所熟 知的技術(shù)。雖然一些可調(diào)液晶透鏡是配合均勻的電控場(chǎng)或磁控場(chǎng)來(lái)操作，但是大部分是使 用空間調(diào)制場(chǎng)。在電場(chǎng)的情況中，一些現(xiàn)有技術(shù)被用于空間調(diào)制電場(chǎng)?？臻g不均勻介電層 已用于衰減電場(chǎng)，以使得該電場(chǎng)具有期望的空間分布。將電極成形為球狀以提供期望的電 場(chǎng)空間分布?？臻g調(diào)制電場(chǎng)的另一種方法是使用平面電極，該平面電極的阻抗性質(zhì)使得當(dāng) 將交流驅(qū)動(dòng)電流施加于該電極時(shí)，該電極上的電壓降導(dǎo)致空間調(diào)制的電場(chǎng)。
[0004] 如圖1所示，一種常規(guī)LC單元通過(guò)如下制得：將液晶102夾在兩個(gè)基板104、106 之間，每個(gè)所述基板首先被涂覆透明電極108、110,所述透明電極可能為例如銦錫氧化物 (ΙΤ0)的材料層，然后每個(gè)所述基板被涂覆聚合物層112 (通常為聚酰亞胺），且該聚合物層 112在預(yù)定方向上被摩擦以在沒(méi)有控制電場(chǎng)的情況下將LC分子對(duì)準(zhǔn)為基態(tài)。施加電壓至兩 個(gè)ΙΤ0產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)和相對(duì)應(yīng)的均勻LC再取向（以及相對(duì)應(yīng)的均勻折射率分布）。在這 樣的裝置中，在縱向上的分子折射率不同于橫向方向上的分子折射率。
[0005] 圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的LC單元結(jié)構(gòu)，其中，使用高電阻率材料的盤形區(qū)205周圍的 低電阻率的孔狀構(gòu)圖的電極環(huán)204通過(guò)其強(qiáng)烈"共振"衰減用于產(chǎn)生電場(chǎng)梯度。該幾何形狀 的優(yōu)勢(shì)在于非常?。ù藶殛P(guān)鍵需求，例如，對(duì)于蜂窩電話應(yīng)用而言）和僅使用兩個(gè)電極（因 此僅需要一個(gè)控制電壓）。然而，產(chǎn)生具有高光學(xué)透明度的高電阻率材料的所需厚度和具有 良好均勻度的LC單元是困難的，且該制造方法通常具有低產(chǎn)率。不同透鏡將具有稍微不同 的電極電阻值，結(jié)合模態(tài)控制（modal control)也與精確的單元厚度非常相關(guān)，意味著必須 分別校正每一個(gè)單獨(dú)透鏡。另外，模態(tài)透鏡（modal lens)的最小直徑限于約2毫米-在此 尺寸之下，該ΙΤ0層所需的電阻率超過(guò)ΙΟΜΩ/sq。最后，這樣的（稱作"模態(tài)控制"）透鏡 必須總是為正的或者負(fù)的。無(wú)法于發(fā)散和收斂透鏡之間進(jìn)行切換。
[0006] 圖3示出另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)生電場(chǎng)梯度的LC單元結(jié)構(gòu)，其中使用三個(gè)不同電極 304、305、307(其中兩個(gè)位于形成在相同平面上的孔間圖案中）和兩個(gè)電壓VI、V2以及額 外不同的弱導(dǎo)電層（WCL)306。該外部孔狀構(gòu)圖的電極304(其上施加有電壓VI)的作用是 產(chǎn)生類透鏡的電場(chǎng)分布，而該中心盤形電極305 (其上施加有電壓V2)的作用是避免向錯(cuò)和 控制梯度值（例如：消除該透鏡）。
[0007] WCL306的作用是減弱由VI所產(chǎn)生的分布，并且使得該透鏡的整體厚度減小。然 而，該頂部電極的復(fù)雜圖案、必須使用兩個(gè)不同電壓、以及分離的WCL使得難以制造且妨礙 該方法的實(shí)用性。例如，使用該方法以建立偏振獨(dú)立的透鏡將會(huì)需要使用6至7片厚玻璃， 這是困難的工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，提供一種可變光學(xué)裝置，用于控制通過(guò)其的光傳播，其中，該 裝置使用頻率依賴材料和在多個(gè)不同頻率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電信號(hào)產(chǎn)生器。該裝置包括可通 過(guò)光的液晶（LC)層，且該LC層控制該光傳播。還提供一種電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)連接至電 信號(hào)產(chǎn)生器，并且被設(shè)置成用于產(chǎn)生作用于該LC層上的電場(chǎng)以改變其光學(xué)特性。該電信號(hào) 產(chǎn)生器在多個(gè)不同頻率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)供應(yīng)至電極系統(tǒng)，以產(chǎn)生電場(chǎng)。頻 率依賴材料位于該裝置中，使得該頻率依賴材料與電場(chǎng)交互作用。該材料具有取決于該驅(qū) 動(dòng)信號(hào)的頻率的電荷遷移率，使得該電場(chǎng)的空間分布隨著該驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化，以改變?cè)?LC層的性質(zhì)。由于"導(dǎo)電率"可能被理解為描述電子的平均自由路徑，因此使用"電荷遷移 率"取代"導(dǎo)電率"以描述該頻率依賴材料的性質(zhì)。在低頻率時(shí)，表現(xiàn)高電荷遷移率的一些 頻率依賴材料實(shí)際上可能比在較高頻率時(shí)具有較低的導(dǎo)電率（也就是，較短的電子平均自 由路徑），然而，由于在低頻時(shí)電荷在該頻率依賴材料中流動(dòng)的時(shí)間較長(zhǎng)，這可能造成較少 的電荷流。同樣地，在較高頻率時(shí)，一些材料中的電子平均自由路徑可能較長(zhǎng)，然而，如果在 每一個(gè)正向或負(fù)向循環(huán)中獲得電位的時(shí)間縮短，可能大幅地降低所造成的電荷流。因此， "電荷遷移率"用于表示在所施加的交替電信號(hào)的約束下頻率依賴材料中電荷流動(dòng)的整體 能力。在一些實(shí)施例中，該電極系統(tǒng)包括連接至該頻率依賴材料體的固定導(dǎo)體電極。該電 場(chǎng)可能具有基本由該固定導(dǎo)體電極限定的部分，以及由該頻率依賴材料限定的部分。該電 場(chǎng)也可能基本由該頻率依賴材料限定。該電極系統(tǒng)能夠具有固定導(dǎo)體電極，且該固定導(dǎo)體 電極的電場(chǎng)由該頻率依賴材料體成形，且該頻率依賴材料并未連接至該固定導(dǎo)體電極。在 一些實(shí)施例中，使用具有基本平坦的層幾何形狀的元件制作該電極系統(tǒng)。
[0009] 該電極系統(tǒng)基本也可能為光學(xué)隱藏的，而因此可能不會(huì)干擾透過(guò)該光學(xué)裝置的光 傳播。
[0010] 在一些實(shí)施例中，該電極系統(tǒng)包括與該頻率依賴材料的層接觸的構(gòu)圖的電極。
[0011] 在一些實(shí)施例中，該裝置是可調(diào)聚焦透鏡。該透鏡能夠折射或衍射。
[0012] 在一些實(shí)施例中，該裝置包括可變頻率控制信號(hào)電路，該電路被配置為使得該裝 置根據(jù)控制信號(hào)頻率控制光傳播。
[0013] 頻率依賴材料和不同頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的使用允許該光學(xué)裝置的各種不同實(shí)施例。 一些變化實(shí)例是電極的數(shù)量、形狀和結(jié)構(gòu)、不同頻率依賴材料的數(shù)量和其相對(duì)于該電極和 彼此的位置、施加不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率和電壓、以及在該光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)中使用額外的材料。在 一個(gè)實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括單個(gè)頻率信號(hào)，其中，該頻率用于改變?cè)撗b置的光學(xué)特性。 這可以實(shí)現(xiàn)而不需信號(hào)電壓的任何顯著變化，或者也可包括改變信號(hào)振幅。在另一實(shí)施例 中，將多個(gè)頻率混合在一起并同時(shí)施加以產(chǎn)生與該頻率依賴層的特定交互作用，并且相應(yīng) 地產(chǎn)生所期望的電場(chǎng)分布。
[0014] 本發(fā)明的基本構(gòu)思是使用頻率依賴材料結(jié)合不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率以改變?cè)摴鈱W(xué)裝 置中的有效電極結(jié)構(gòu)。該電極結(jié)構(gòu)確定該電場(chǎng)的分布，而該電場(chǎng)又確定該LC層的光學(xué)特 性?？梢赃x定該頻率依賴材料以在不同頻率下表現(xiàn)不同的電荷遷移率，使得在不同頻率下， 該頻率依賴材料可以表現(xiàn)為導(dǎo)電材料或者是不導(dǎo)電材料。對(duì)于該頻率依賴材料表現(xiàn)為導(dǎo)體 的頻率，該頻率依賴材料可產(chǎn)生與所述固定電極中的一個(gè)的位置不同的有效電極結(jié)構(gòu)。然 而，對(duì)于該頻率依賴材料中電荷遷移率相對(duì)低的頻率而言，該頻率依賴材料未表現(xiàn)為導(dǎo)體， 且該有效電極結(jié)構(gòu)由該固定電極的實(shí)際位置確定。因此，通過(guò)適當(dāng)設(shè)置頻率依賴材料以及 選擇不同的驅(qū)動(dòng)頻率，可改變?cè)撚行?dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且動(dòng)態(tài)地改變?cè)揕C層的光學(xué)特性。
[0015] 在一組實(shí)施例中，頻率依賴材料與構(gòu)圖的電極一起使用，其在缺少不同電極結(jié)構(gòu) 的情形下，會(huì)在空間中產(chǎn)生非均勻的電場(chǎng)。這樣的結(jié)構(gòu)可用于在該LC層中通過(guò)該電場(chǎng)所造 成的LC分子的非均勻再取向而產(chǎn)生特定特性（如透鏡結(jié)構(gòu)）。然而，在這樣的實(shí)施例中， 也可期望在空間中產(chǎn)生出均勻的電場(chǎng)，以便提供所有LC分子的初始共同對(duì)準(zhǔn)傾向（例如 ： 避免向錯(cuò)）。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，可放置該頻率依賴材料，使得當(dāng)選定在該頻率依賴材 料中提供高度電荷遷移率（使得電荷能夠行進(jìn)較遠(yuǎn)的距離〉的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率時(shí)，產(chǎn)生有 效電極結(jié)構(gòu)，使得該電場(chǎng)的空間分布成為基本均勻的分布。例如，該構(gòu)圖的電極可為環(huán)形電 極，且該電極的中心空間填充有該頻率依賴材料。在此種情況中，施加第一頻率（如相對(duì)的 高頻率）的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其使得頻率依賴材料中的電荷遷移率很?。矗姾尚羞M(jìn)相對(duì)短的距 離），導(dǎo)致該電極表面沒(méi)有有效延伸，并且基于該電極的環(huán)形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非均勻的電場(chǎng)。然而， 改變頻率（如相對(duì)的低頻率），使得該頻率依賴材料具有較高的電荷遷移率的量，使得該材 料表現(xiàn)為該環(huán)形電極的延伸，且該有效電極結(jié)構(gòu)變成為平面的。因此，從而產(chǎn)生基本均勻的 電場(chǎng)。在前述的實(shí)施例中，可使用其它形狀作為該固定電極（如盤形），且該頻率依賴材料 可形成這樣的層，所述層在該層的頂部或底部附近、或在相同平面圍繞該層設(shè)置有固定電 極。
[0016] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該可變光學(xué)裝置包括位于兩個(gè)LC層之間的中心層。所 述液晶層的每一個(gè)可具有不同的LC取向。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)所施加至的一對(duì)電極被分別放置為 鄰接每一個(gè)LC層，且被置于遠(yuǎn)離中心層的一側(cè)。該中心層包括固定電極（如孔狀構(gòu)圖的電 極）和頻率依賴材料的特定幾何形狀配置，且通過(guò)以對(duì)稱方式成形每一個(gè)LC層所見(jiàn)的電 場(chǎng)而用作梯度控制層。該電場(chǎng)成形取決于該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，且該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率確定該 頻率依賴層的電荷遷移率的程度。在對(duì)應(yīng)于低電荷遷移率的頻率下，該梯度控制層根據(jù)該 固定中心層電極的形狀來(lái)成形該電場(chǎng)。然而，在對(duì)應(yīng)于高電荷遷移率的頻率下，該頻率依 賴層產(chǎn)生有效電極表面，且該梯度控制層根據(jù)從該電極和該頻率依賴層共同造成的整體電 極幾何形狀來(lái)成形該電場(chǎng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該光學(xué)裝置具有在特定頻率下具有 不同電荷遷移率的量的多個(gè)頻率依賴材料?？梢詫⑦@些材料以特定幾何形狀結(jié)構(gòu)被設(shè)置在 一起，以產(chǎn)生可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的有效電極形狀。例如，可將該兩種材料放置于共同層，該材料中 的一個(gè)具有類透鏡的形狀并且被另一個(gè)材料圍繞。通過(guò)將該層和LC層一起放置于兩個(gè)平 面電極之間，可通過(guò)改變?cè)擈?qū)動(dòng)電壓的頻率來(lái)改變?cè)撾妶?chǎng)分布，并且從而改變?cè)撚行щ姌O 結(jié)構(gòu)是否采納由該頻率依賴材料所產(chǎn)生的形狀，例如可能沿著該兩種材料之間的邊緣而產(chǎn) 生。如果需要，為了更好的光學(xué)效率，該不同的材料也可被設(shè)置有垂直于該裝置的光軸的表 面，而且也可將不導(dǎo)電材料與其它材料一起使用，以構(gòu)成所期望的有效電極形狀。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)變化使用具有頻率依賴電荷遷移率的頻率依賴層，且該頻率依賴 電荷遷移率沿著通過(guò)該層的梯度變化。因此，相比于該層的其它部分，該層的一部分表現(xiàn)出 更高程度的電荷遷移率以響應(yīng)第一頻率。因此，對(duì)于施加至該裝置的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率，調(diào)節(jié) 該頻率改變表現(xiàn)為導(dǎo)體的該層的部分。因此，該層中的梯度形狀可用于產(chǎn)生隨著改變驅(qū)動(dòng) 信號(hào)頻率而變化的有效電極形狀。這種類型的層也可與不同的固定電極結(jié)構(gòu)組合（包括構(gòu) 圖的電極）以產(chǎn)生更復(fù)雜的有效電極形狀。
[0018] 所述頻率依賴材料可由各種不同的可能材料所組成。在一個(gè)實(shí)施例中，該材料是 熱可聚合導(dǎo)電材料，而在另一實(shí)施例中，該材料是光可聚合導(dǎo)電材料。其它可能性包括真空 (或者，例如，溶液-凝膠）沉積薄膜、高介電常數(shù)液體、電解質(zhì)凝膠、導(dǎo)電離子液體、電子傳 導(dǎo)聚合物或具有電子傳導(dǎo)納米粒子的材料。該材料的關(guān)鍵特征是其具有頻率依賴的電荷遷 移率。當(dāng)該頻率依賴材料是熱或光可聚合導(dǎo)電材料時(shí)，該材料可包括：具有至少一個(gè)烯化 (ethylenically)不飽和雙鍵的可聚合單體化合物；為紫外-可見(jiàn)光（UV-Vis)、近紅外光 (NIR)敏感或者是熱敏分子的組合的引發(fā)劑；用于改變混合物的介電常數(shù)的添加劑，其中， 該添加劑選自有機(jī)離子化合物和無(wú)機(jī)離子化合物；以及，用于改變?cè)摶旌衔锏恼承缘奶盍稀?該材料也可包括選自如下的粘合劑：對(duì)紫外-可見(jiàn)光敏感的粘合劑、對(duì)近紅外光敏感的粘 合劑及使用熱引發(fā)劑而聚合的粘合劑。也可包括光學(xué)彈性體（optical elastomer)。
[0019] 當(dāng)該頻率依賴材料是高介電常數(shù)液體時(shí)，可包括在較低頻率具有在2. 0和180. 0 之間的ε (epsilon)的透明液體材料，其允許電荷能夠以頻率依賴的方式移動(dòng)。
[0020] 當(dāng)該頻率依賴材料是電解質(zhì)凝膠材料時(shí)，可包括：聚合物材料；離子成分；以及離 子遷移體。
[0021] 當(dāng)該頻率依賴材料是導(dǎo)電離子液體時(shí)，可包括選自如下的離子形式：氯酸鹽、高氯 酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。
[0022] 本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例還包括在信號(hào)頻率上可變化的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器可 輸出可改變頻率的單個(gè)頻率信號(hào)、作為不同單獨(dú)頻率的混合信號(hào)的信號(hào)、或者是頻率成分 可變的一些其它信號(hào)形式。在一個(gè)實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生可變化占空系數(shù)的脈 寬調(diào)制信號(hào)。在這樣的情況中，可改變?cè)撜伎障禂?shù)以改變?cè)撔盘?hào)的高頻內(nèi)容的量。在另一 實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器在其基模中或者在通過(guò)第二頻率信號(hào)調(diào)制第一頻率信號(hào)的模 式中，產(chǎn)生振幅調(diào)制信號(hào)。在又一實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生作為數(shù)個(gè)不同單獨(dú)頻率 信號(hào)的組合的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述不同單獨(dú)頻率信號(hào)具有預(yù)定的相對(duì)頻率和振幅?？煽紤]特定 電極和特定應(yīng)用的頻率依賴層結(jié)構(gòu)作為適當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的選擇。
[0023] 在本發(fā)明的特定組的實(shí)施例中，使用包括具有非平坦幾何形狀的固定導(dǎo)體電極的 電極系統(tǒng)。也可使用具有非平坦幾何形狀的頻率依賴材料作為替代，或者與該非平坦固定 電極組合。將此實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)變化，并且可包括固定導(dǎo)體電極，該固定導(dǎo)體電極包 括被涂覆在類透鏡的聚合物結(jié)構(gòu)的頂上的彎曲導(dǎo)電材料層。在另一實(shí)施例中，該固定導(dǎo)體 電極是被涂覆在平坦孔徑聚合物結(jié)構(gòu)的頂上的多水平（multi-level)平坦表面導(dǎo)電材料 層。該頻率依賴材料也可為位于該LC層和該固定導(dǎo)體電極之間的平坦材料層。在一個(gè)變 化實(shí)施例中，平坦表面的聚合物結(jié)構(gòu)可由具有相對(duì)且匹配彎曲表面的一對(duì)類透鏡的聚合物 結(jié)構(gòu)形成。該彎曲的頻率依賴材料層也可包括將所述匹配彎曲表面附接在一起的光學(xué)透明 粘膠層。
[0024] 在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，可變光學(xué)裝置包括本身具有頻率依賴電荷遷移率的LC 層。在此實(shí)施例的一個(gè)版本中，當(dāng)該LC層本身的電荷遷移率程度隨著驅(qū)動(dòng)頻率改變而改變 時(shí)，不需要外部的頻率依賴材料。因此，與該LC層互相作用的電場(chǎng)的空間分布可為頻率依 賴的，導(dǎo)致可通過(guò)改變?cè)擈?qū)動(dòng)信號(hào)的頻率成分而改變?cè)揕C層的光學(xué)特性。在此實(shí)施例的一 個(gè)版本中，該電極組件在空間中產(chǎn)生非均勻的電場(chǎng)，且當(dāng)產(chǎn)生在該LC層中導(dǎo)致高度電荷遷 移率的頻率時(shí)，可將該電場(chǎng)改變成在空間中較均勻的電場(chǎng)。在另一個(gè)變化實(shí)施例中，該電極 系統(tǒng)包括在該電極的中心區(qū)中具有光學(xué)透明材料的孔狀構(gòu)圖的電極。
[0025] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，可將本文中所描述的各種原理和實(shí)施例混合和匹配，以 產(chǎn)生具有各種電場(chǎng)產(chǎn)生特性的光學(xué)裝置。不同形狀和結(jié)構(gòu)的電極、不同類型、形狀及位置的 頻率依賴材料、不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器、以及本文中所描述的其它所有變化均可組合在一起， 以產(chǎn)生具有特定特性的光學(xué)裝置。所述裝置也可為頻率控制的、電壓控制的，或者是兩者的 組合。
[0026] 例如，可使用具有低角度預(yù)傾對(duì)準(zhǔn)層的LC層，并且可施加第一頻率使得該有效電 極結(jié)構(gòu)是均勻的。在此頻率下，可然后將電壓增至所有LC分子均在均勻傾斜下具有初始再 取向的水平?？扇缓蟾淖?cè)撾妷旱念l率以改變?cè)撚行щ妷航Y(jié)構(gòu)，并且將非均勻度引入該電 場(chǎng)，以便改變?cè)撘壕У墓鈱W(xué)特性（如形成透鏡結(jié)構(gòu)）。通過(guò)在引入電場(chǎng)非均勻度前對(duì)該液晶 施加初始均勻電場(chǎng)強(qiáng)度，可避免該LC層中的向錯(cuò)。也可施加該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便避免所述液 晶停留在基態(tài)附近，從而降低圖像像差。在另一實(shí)例中，可使用頻率控制以改變LC透鏡的 光焦度，但是在不同光焦度之下將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓由一個(gè)水平切換至另一個(gè)水平，以便 改善該透鏡的性能。也可使用許多其它類似的控制實(shí)例。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的可調(diào)液晶（LC)透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0028] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)的具有孔狀構(gòu)圖的電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0029] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的具有三個(gè)分段的頂部電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0030] 圖4A是具有頻率依賴材料層和位于該層頂部附近的盤形頂部電極的可調(diào)LC透鏡 結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0031] 圖4B是具有頻率依賴材料層和位于該層底部附近的盤形頂部電極的可調(diào)LC透鏡 結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0032] 圖5A是具有頻率依賴材料層和位于該層頂部附近的孔狀構(gòu)圖的頂部電極的可調(diào) LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0033] 圖5B是具有頻率依賴材料層和位于該層底部附近的孔狀構(gòu)圖的頂部電極的可調(diào) LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0034] 圖6示出當(dāng)使用具有較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖5A的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0035] 圖7示出當(dāng)使用具有較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖5A的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0036] 圖8示出當(dāng)使用具有較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖5B的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0037] 圖9示出當(dāng)使用具有較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖5B的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0038] 圖10A至10E示出類似圖5A的結(jié)構(gòu)的可調(diào)透鏡效應(yīng)；
[0039] 圖11A示出圖5A的結(jié)構(gòu)的光焦度對(duì)RMS電壓的圖形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0040] 圖11B示出類似圖5A的結(jié)構(gòu)的RMS像差對(duì)RMS電壓的圖形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0041] 圖12A示出類似圖5A的結(jié)構(gòu)的光焦度對(duì)頻率的圖形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0042] 圖12B示出類似圖5A的結(jié)構(gòu)的光焦度對(duì)頻率圖形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及對(duì)相同頻率范圍 的像差的相應(yīng)表示；
[0043]圖13示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，其中在兩個(gè)LC單元之間夾有梯度控制結(jié)構(gòu)，該梯度 控制結(jié)構(gòu)具有孔狀構(gòu)圖的電極和頻率依賴材料；
[0044] 圖14示出其中在具有非平面幾何形狀的共同層中設(shè)置兩個(gè)不同頻率依賴材料的 結(jié)構(gòu)；
[0045] 圖15示出其中頻率依賴材料具有頻率依賴特性的梯度的結(jié)構(gòu)；
[0046] 圖16示出組合梯度頻率依賴層和構(gòu)圖的電極的結(jié)構(gòu)；
[0047] 圖17示出具有多個(gè)具有位于共同層中的平坦表面的頻率依賴材料的結(jié)構(gòu)；
[0048] 圖18示出使用成形上部電極和具有不導(dǎo)電區(qū)域的頻率依賴層的結(jié)構(gòu)；
[0049] 圖19A示出當(dāng)使用具有較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖18的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0050] 圖19B示出當(dāng)使用具有較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖18的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0051] 圖20示出具有孔狀構(gòu)圖的上部電極和位于電極的孔下面的頻率依賴材料的結(jié) 構(gòu)；
[0052] 圖21A示出當(dāng)使用具有較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖20的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0053] 圖21B示出當(dāng)使用具有較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖20的結(jié)構(gòu)的等電位面；
[0054] 圖22為示出脈寬調(diào)制信號(hào)的參數(shù)的圖形視圖；
[0055] 圖23為示出脈寬調(diào)制信號(hào)的頻率域特性的圖形視圖；
[0056] 圖24A為示出以三個(gè)不同頻率驅(qū)動(dòng)的LC透鏡的傳輸功能（光焦度對(duì)RMS電壓） 的圖形視圖；
[0057] 圖24B為示出對(duì)于三個(gè)不同控制電壓的頻率可調(diào)LC透鏡的光焦度對(duì)頻率的傳輸 功能的圖形視圖；
[0058] 圖25示出具有頻率可調(diào)LC透鏡的攝像機(jī)；
[0059] 圖26為示出如何一起使用不同頻率的三個(gè)控制信號(hào)成形頻率可調(diào)LC透鏡的電場(chǎng) 分布的圖形視圖；
[0060] 圖27A示出具有成形的頂部電極、透鏡狀聚合物結(jié)構(gòu)和頻率依賴層的結(jié)構(gòu)；
[0061] 圖27B是示出當(dāng)使用具有較高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖27A的結(jié)構(gòu)的等電位面的圖 形視圖；
[0062] 圖27C是示出當(dāng)使用具有較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)的圖27A的結(jié)構(gòu)的等電位面的圖 形視圖；
[0063] 圖28A示出類似于圖27A的結(jié)構(gòu)，但是其中的成形頂部電極具有倒轉(zhuǎn)的形狀以提 供相反的可調(diào)性；
[0064] 圖28B示出具有頂部電極和平坦孔徑聚合物結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，其中頂部電極為具有全 部平坦表面的形狀；
[0065] 圖28C為類似于圖28B的結(jié)構(gòu)，但是其中的平坦表面的位置被倒轉(zhuǎn)以提供相反的 可調(diào)性；
[0066] 圖29A示出具有頂部電極的結(jié)構(gòu)，所述頂部電極具有彎曲的頻率依賴材料層，其 被包圍在頂部聚合物材料層中；
[0067] 圖29B示出當(dāng)以較高頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)的圖29A的透鏡結(jié)構(gòu)的LC分子再取向的最大角 度；
[0068] 圖29C示出當(dāng)以較低頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)的29A的透鏡結(jié)構(gòu)的LC分子再取向的最大角度；
[0069] 圖30A示出"pi"類型LC單元的示意圖；
[0070] 圖30B示出"螺旋（twist) "類型LC單元的示意圖；
[0071] 圖31A示出用于控制光的兩個(gè)正交偏振的LC單元結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0072] 圖31B示出類似圖31A的LC單元結(jié)構(gòu)的示意圖，但是單個(gè)組合的可變電極結(jié)構(gòu)控 制所述LC單元；
[0073] 圖31C示出類似圖31B的LC單元結(jié)構(gòu)的示意圖，但是組合的可變電極結(jié)構(gòu)位于兩 個(gè)交叉取向的LC單元之間；
[0074] 圖32A示出使用本身具有頻率依賴性質(zhì)的LC層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0075] 圖32B示出類似圖32A的結(jié)構(gòu)示意圖，但是未使用中間層；
[0076] 圖33示出當(dāng)使用弱導(dǎo)電的頻率依賴層時(shí)的圖32A的結(jié)構(gòu)的等電位面的圖形視圖； 以及
[0077] 圖34不出使用具有弱導(dǎo)電的頻率依賴特性的液晶的一般性表不的不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0078] 本發(fā)明涉及可調(diào)液晶（LC)透鏡，其使用頻率依賴材料通過(guò)頻率調(diào)節(jié)以改變?cè)撾?場(chǎng)的空間分布。因此，能夠頻率控制對(duì)該透鏡的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的所述裝置可用于可調(diào)聚焦、 衍射、偏轉(zhuǎn)等。本發(fā)明的所述裝置還可用于控制固定的LC光學(xué)裝置。圖4A示意地示出使用 具有頻率依賴特性的材料層406的可調(diào)LC透鏡。例如，此材料可為高介電常數(shù)材料，或者弱 導(dǎo)電性材料，且為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在下文中稱其為"頻率依賴材料"。就功能上而言，該材料具 有允許通過(guò)該材料的有限度的電荷遷移率的特性，且電荷遷移率的程度取決于施加至該裝 置的電信號(hào)的頻率。因此，對(duì)于給定的頻率依賴材料而言，較低頻的電信號(hào)可能在該材料中 導(dǎo)致高度的電荷移動(dòng)（傳輸距離），而較高頻的電信號(hào)可能導(dǎo)致較低程度的電荷遷移率。當(dāng) 將該頻率依賴材料結(jié)合響應(yīng)于所施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生電場(chǎng)的電極對(duì)一起使用時(shí)，電荷遷 移率的程度確定電荷穿入該材料中的深度，且因此根據(jù)電場(chǎng)形成，該材料的部分表現(xiàn)為"良 好"導(dǎo)電層，以及部分表現(xiàn)為"劣"導(dǎo)體。因此，利用高度的電荷遷移率，較大的材料段將表 現(xiàn)為導(dǎo)體，并且因而表現(xiàn)為附近電極的延伸。因而，在本發(fā)明中使用頻率依賴特性以產(chǎn)生可 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)化的有效電極表面，且可通過(guò)改變?cè)擈?qū)動(dòng)信號(hào)的頻率而改變?cè)撚行щ姌O表面。以 此方式改變?cè)撚行щ姌O分布會(huì)導(dǎo)致該兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)分布的對(duì)應(yīng)改變。利用位于所述 電極之間的LC層，可因此使用可動(dòng)態(tài)改變的電場(chǎng)分布以動(dòng)態(tài)地改變?cè)揕C層的光學(xué)特性。
[0079] 再參照?qǐng)D4A，該液晶單元（LCC)420由夾在"取向"涂層422之間的LC材料421層 所組成，且所述涂層422由如摩擦聚酰亞胺的材料所形成。該LCC的下部表面包括由適當(dāng) 材料（如銦錫氧化物（ΙΤ0))所形成的相對(duì)均勻透明導(dǎo)電層（亦即，電極）423?；?24設(shè) 置于該下部表面上，并且支撐該透明導(dǎo)電層。可選擇地，中間層425可設(shè)置于該LCC的上部 表面上、取向涂層422的最上部。
[0080] 控制該電場(chǎng)梯度的梯度控制結(jié)構(gòu)402由固定（優(yōu)選為低電阻值）電阻的光學(xué)透明 的中心電極404所組成，而通過(guò)該頻率依賴材料層406填充相同層（在相同平面上）的周 圍部分和該平面下的區(qū)域。層406是該結(jié)構(gòu)的部分，其又可稱作為隱藏電極。在本實(shí)施例 中，電極404為盤形且位于該梯度控制結(jié)構(gòu)402的中心。也可在該梯度控制結(jié)構(gòu)的上部中、 在該透明中心電極404和該頻率依賴層406之上設(shè)置可選覆蓋基板413。
[0081] 如上文中所提及，該頻率依賴層406是復(fù)介電材料，其中所施加的交流激勵(lì)電壓 導(dǎo)致的電荷穿入深度將因不同頻率而不同。對(duì)于不同頻率的不同電荷穿入深度使得通過(guò)移 動(dòng)所述有效電極表面而重構(gòu)所述電極結(jié)構(gòu)。換言之，一個(gè)頻率所造成的電荷穿入深度可產(chǎn) 生出有效的、或者"虛擬的"電極表面，該電極表面對(duì)于不同頻率的有效電極表面而言位于 不同的位置。當(dāng)使用所述電極以產(chǎn)生施加至該LC層的電場(chǎng)時(shí)，可使用所述不同的有效電極 表面，以改變?cè)揕C層所感受的電場(chǎng)，并且因此改變其光學(xué)特性。因此，例如，由于該LC單元 的光學(xué)特性可由施加至所述電極的頻率所控制，所以可將可調(diào)LC透鏡制造成可頻率調(diào)節(jié) 的。此外，該頻率調(diào)節(jié)可與電壓無(wú)關(guān)，其中能夠?qū)τ诓煌l率的激勵(lì)信號(hào)使用基本相同的 RMS電壓來(lái)完成該調(diào)節(jié)。
[0082] 再參照?qǐng)D4A，所示的透鏡可以不同的可能規(guī)則來(lái)操作。對(duì)于在該頻率依賴層406 中具有高度電荷輸送的控制頻率而言，電極404和層406將一起表現(xiàn)為均勻的"頂部"電極。 也就是說(shuō)，電荷高度穿入該層406將產(chǎn)生出該電極404的"延伸"，且該有效電極將延伸跨過(guò) 該層406的全長(zhǎng)。由于該底部電極結(jié)構(gòu)423也是平坦且均勻的，所以跨過(guò)該LC層的電場(chǎng)將 大約為均勻的，且所述LC分子將均勻地再取向，并且沒(méi)有發(fā)生能夠影響通過(guò)改變構(gòu)圖的電 極上的電壓而再取向的LC結(jié)構(gòu)的取向缺陷（稱為向錯(cuò)）。相比之下，如果施加頻率至所述 電極，使得通過(guò)該層406的電荷傳輸相當(dāng)有限，則該有效頂部電極形狀將接近于該電極404 單獨(dú)的形狀，且所產(chǎn)生跨過(guò)該LC層的電場(chǎng)將為非均勻的。在此實(shí)例中，該非均勻電場(chǎng)將集 中環(huán)繞盤形電極404,并且將以預(yù)定的方式改變?cè)揕C層421的光學(xué)特性。通過(guò)頻率調(diào)節(jié)代 替主要電壓調(diào)節(jié)，無(wú)論是為了能量消耗的目的或者是為了液晶調(diào)制的目的，均能夠?qū)㈦妷?范圍更有效率地使用，同時(shí)能夠使用頻率控制來(lái)提供所期望的光學(xué)調(diào)節(jié)。也能夠使用頻率 控制來(lái)提供對(duì)所述電極的有效形狀的動(dòng)態(tài)控制能力，并且因此提供對(duì)通過(guò)這些電極產(chǎn)生的 電場(chǎng)的形狀的動(dòng)態(tài)控制能力。另外，使用這樣的"隱藏且頻率控制"電極以提供該電場(chǎng)的空 間調(diào)制為光學(xué)透明材料提供了相當(dāng)大的選擇性。這樣的LC透鏡結(jié)構(gòu)的制造是簡(jiǎn)單且具有 成本效益，同時(shí)，對(duì)于物理參數(shù)的變化并不敏感。并且，導(dǎo)電性的頻率依賴性是額外工具，其 允許建立較厚的膜，并且允許通過(guò)其導(dǎo)電性來(lái)控制該電場(chǎng)空間分布。
[0083] 上述實(shí)例的變化在圖4B中示出，其中，將光學(xué)透明盤形中心電極404設(shè)置為使得 由頻率依賴材料406填充該盤形電極的平面的周緣部分和該平面之上的區(qū)域。也就是說(shuō)， 在此變化實(shí)例中，該電極404位于材料406的下部區(qū)域中，而不是上部區(qū)域中。然而，該系 統(tǒng)的其它部件和功能基本相同。
[0084] 將了解到，可以使用疊層組件，并且，優(yōu)選，以平行的方式（同時(shí)多個(gè)單元，稱作 "晶圓層"）制造該可調(diào)LC光學(xué)裝置，通過(guò)切單（singulation)并且可選地接合具有交叉方 向的操作軸（指向矢）的透鏡以聚焦兩個(gè)正交偏振光而獲得最終產(chǎn)品。
[0085] 可通過(guò)被構(gòu)成用于使得該裝置根據(jù)控制信號(hào)頻率控制該裝置中的光傳播的可變 頻率控制信號(hào)電路提供用于調(diào)節(jié)該光學(xué)裝置的控制信號(hào)。這樣的電路為熟知的設(shè)計(jì)，在本 文中不進(jìn)一步詳細(xì)討論。
[0086] 圖5A和圖5B示出可調(diào)LC透鏡的變化結(jié)構(gòu)，該可調(diào)LC透鏡使用隱藏電極通過(guò)頻 率調(diào)節(jié)提供該電場(chǎng)的空間調(diào)制。在這兩個(gè)實(shí)例中，梯度控制結(jié)構(gòu)502由孔狀構(gòu)圖的固定導(dǎo) 電電極環(huán)504組成，該孔狀構(gòu)圖的固定導(dǎo)電電極環(huán)504可選地為光學(xué)透明的。在圖5A中， 電極504位于頻率依賴材料層506的頂部，而在圖5B的設(shè)置中使得電極504位于材料506 的底部。在這些實(shí)施例的每一個(gè)中，與圖4A和圖4B的實(shí)施例相同，能夠在空間中產(chǎn)生均勻 的或者非均勻的電場(chǎng)，取決于施加至所述電極的控制信號(hào)的頻率。低頻信號(hào)提供在材料506 中的深的電荷穿入，產(chǎn)生出延伸該層的長(zhǎng)度的有效電極形狀，并且與下電極523結(jié)合，產(chǎn)生 均勻的電場(chǎng)。相比之下，較高頻的信號(hào)允許較淺的電荷穿入，并導(dǎo)致非均勻的電場(chǎng)而改變?cè)?LC層521的光學(xué)特性。如下文中將進(jìn)一步討論，所述不同的電極形狀（圖5A和圖5B相比 于圖4A和圖4B)提供不同的電場(chǎng)特性。然而，所述結(jié)構(gòu)的其它部件（如具有取向涂層522 的液晶單元520、底都基板524、可選中間層525、底部導(dǎo)電層523和液晶521以及可選頂部 基板513)以與圖4A和圖4B的對(duì)應(yīng)部件相同的方式工作。
[0087] 圖6和圖7示出圖5A的結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)等電位面。如圖6所示，使用中等的/高的頻 率驅(qū)動(dòng)信號(hào)（在此情況中是20V、3kHz)在頻率依賴層中產(chǎn)生中等的電荷移動(dòng)量以產(chǎn)生特定 電場(chǎng)，圖中示出為平滑的梯度。當(dāng)然，該頻率范圍的選擇取決于所使用的頻率依賴材料的參 數(shù)。如圖7所示，使用較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)（在此情況中是20V、100Hz)在該頻率依賴層中 導(dǎo)致更多的電荷移動(dòng)。這使得電場(chǎng)分布變得平坦，對(duì)應(yīng)地引入均勻的指向矢（director)再 取向，并且允許容易地避免取向錯(cuò)誤，或稱作"向錯(cuò)"。這種分布還允許在低RMS電壓"消除" 該透鏡，而不需要將會(huì)降低主裝置性能或違反主裝置電壓限制的第三電極或者驅(qū)動(dòng)電壓至 非常低（例如：〇伏特）或非常高的電壓（例如：1〇〇伏特）的改變。該平坦等電位面對(duì)應(yīng) 至跨過(guò)該透鏡直徑的平坦電場(chǎng)。另外，該"低"頻率范圍取決于所使用的頻率依賴材料的參 數(shù)。
[0088] 圖8和圖9示出圖5B的結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)等電位面。圖8示出圖5B的配置在給定具有 25V且頻率為700Hz的驅(qū)動(dòng)電壓下電場(chǎng)分布。該較高頻率的電壓在該頻率依賴材料中產(chǎn)生 中等的電荷移動(dòng)，導(dǎo)致具有平滑變化的空間可變電場(chǎng)分布，如圖所示。相比之下，低頻率驅(qū) 動(dòng)信號(hào)（例如：25V、100Hz)產(chǎn)生相對(duì)平坦的電場(chǎng)空間分布，如圖9所示。
[0089] 圖10A至圖10E示出對(duì)圖5A所示的單元結(jié)構(gòu)的可調(diào)LC透鏡（TLCL)的效應(yīng)的實(shí) 驗(yàn)示范。為了得到所顯示的圖像，在兩個(gè)交叉的偏振器之間放置（于45度）具有單個(gè)液晶 層的可調(diào)透鏡。圖10A示范在利用控制電壓激勵(lì)之前LC對(duì)準(zhǔn)的均勻分布。圖10B顯示當(dāng) 通過(guò)將較低激勵(lì)頻率的電壓施加至所述電極時(shí)的LC取向的均勻分布。此低頻激勵(lì)所產(chǎn)生 的均勻電場(chǎng)分布給予LC取向的對(duì)應(yīng)的均勻分布，而沒(méi)有透鏡效應(yīng)。電壓由0V(圖10A)增 加至35V(圖10B)，改變了所述液晶的取向，但是并未增加取向的梯度，所以沒(méi)有透鏡效應(yīng)。 圖10C至圖10E顯示該透鏡于驅(qū)動(dòng)頻率下的操作，其中，該頻率依賴介電常數(shù)層的電荷遷移 率是中等的。因此，在1. IMHzUOVjjb (圖10C)，多個(gè)干涉環(huán)（interferential ring)顯示存 在有梯度和對(duì)應(yīng)的透鏡效應(yīng)。將電壓增加至35VKMS (圖10D)局部地降低梯度且對(duì)應(yīng)地降低 該透鏡的光焦度（較少的環(huán)）。如圖10E所示，如果電壓相同但是將頻率降低至該頻率依賴 層的電荷遷移率較高的點(diǎn)（接近圖10B所示的情形），可得到類似的效應(yīng)。
[0090] 圖11A和圖11B顯示對(duì)于圖5A所示的單元結(jié)構(gòu)，光焦度與RMS像差單獨(dú)地對(duì)在振 幅調(diào)制區(qū)域中的RMS電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（Shack-Hartmann數(shù)據(jù)）。在該實(shí)例中，將1. 1MHz的 驅(qū)動(dòng)電壓施加至具有圖5A的結(jié)構(gòu)的LC透鏡，且變化該驅(qū)動(dòng)電壓的大小。圖11A清楚地示 出光焦度的平滑改變，同時(shí)圖11B示范使用簡(jiǎn)單的電壓控制而無(wú)需任何額外的頻率調(diào)節(jié)所 得到的良好（很低）像差水平。如圖所示，即使在9屈光度的光焦度下，該像差仍低于0. 18 微米。然而，應(yīng)注意的是，通過(guò)增加電壓來(lái)"消除"該透鏡是沒(méi)有效率的。即使V大于70Vms， 仍有大約1. 5個(gè)屈光度的"剩余光焦度"，使得頻率控制更具吸引力。
[0091] 本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，顯示本發(fā)明不同實(shí)施例的視圖（如圖4A至圖5B)是示意且 不按照比例的。因此，雖然顯示該頻率依賴層相比于其它層更厚，但是實(shí)際上該頻率依賴層 可能相當(dāng)薄，并且用于基于該頻率依賴材料的位置動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生有效電極分布。電極的"延 伸"也可在平行或者垂直該透鏡的光軸的方向上或者同時(shí)在兩個(gè)方向上。因此，例如，在圖 5B的結(jié)構(gòu)中，孔狀構(gòu)圖的電極504和平坦電極層523將（在該頻率依賴層506中沒(méi)有任何 顯著的電荷遷移率）產(chǎn)生出跨過(guò)該LC層521的非均勻電場(chǎng)。例如，該非均勻電場(chǎng)能給予該 LC層所期望的透鏡分布。然而，當(dāng)施加具有能夠使得在該頻率依賴層中存在顯著電荷遷移 率量的頻率的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，該有效電極結(jié)構(gòu)延伸進(jìn)入該孔狀構(gòu)圖的電極中心的"孔"區(qū)域， 因而產(chǎn)生跨過(guò)該全體結(jié)構(gòu)的平坦的有效電極。該孔狀構(gòu)圖的電極的"水平"延伸通過(guò)兩個(gè) 均勻電極結(jié)構(gòu)將該電場(chǎng)分布改變?yōu)榫鶆虻摹Ｔ摼鶆螂妶?chǎng)在所述液晶分子上具有均勻的再取 向效應(yīng)，從而消除任何透鏡效應(yīng)。
[0092] 在以上討論的較高頻率和較低頻率之間的頻率范園中，可調(diào)節(jié)該驅(qū)動(dòng)電壓的頻率 以產(chǎn)生逐漸改變的LC層的光學(xué)參數(shù)。這樣的實(shí)例是產(chǎn)生具有能夠通過(guò)改變?cè)擈?qū)動(dòng)電壓的 頻率而在最小值和最大值間變化的光焦度的透鏡?，F(xiàn)有技術(shù)中的可調(diào)LC透鏡使用具固定 頻率的驅(qū)動(dòng)電壓，并且調(diào)節(jié)該電壓水平以改變?cè)揕C層的光學(xué)特性。因此，改變平坦電極和 孔狀構(gòu)圖的電極（如圖5A和圖5B所示〉之間的電壓能夠改變透鏡的光焦度，但是利用類似 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的固定電極結(jié)構(gòu)不可能進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，且無(wú)法做到如本發(fā)明所能得到的復(fù)雜 電場(chǎng)分布成形。
[0093] 利用具有構(gòu)圖的電極的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的另一個(gè)問(wèn)題是"向錯(cuò)"的效應(yīng)。在典型LC 透鏡中，所有所述LC分子均設(shè)置有共同預(yù)傾角度，使得所有所述LC分子均對(duì)準(zhǔn)于零電壓。 當(dāng)對(duì)具有構(gòu)圖的電極的透鏡進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)時(shí)，所增加的電壓產(chǎn)生出非均勻的電場(chǎng)線，使得 一些LC分子不同于其它受到相同電場(chǎng)強(qiáng)度的LC分子地重新對(duì)準(zhǔn)。這些向錯(cuò)在該透鏡中造 成像差，但是在將電壓降低到用于提供所期望的光焦度的適當(dāng)范圍之前，可通過(guò)利用消除 該透鏡的非常高電壓對(duì)準(zhǔn)所有的分子來(lái)移除這些像差。然而，在如圖5B的實(shí)施例中，初始 施加較低頻率的激勵(lì)電壓產(chǎn)生有效的均勻電極分布和對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)分布。通過(guò)將電壓升高至 超過(guò)閾值電壓的水平，所述分子將以共同角度取向再取向（在此狀態(tài)下，光焦度是零）。可 接著增加該激勵(lì)電壓的頻率以降低該頻率依賴材料中的電荷遷移率。當(dāng)增加該頻率時(shí)，該 電場(chǎng)發(fā)展出非均勻的分布，產(chǎn)生出所期望的透鏡效應(yīng)。然而，由于所有的LC分子均通過(guò)超 過(guò)閾值的低頻率電壓進(jìn)行預(yù)先對(duì)準(zhǔn)，所以當(dāng)引入該透鏡分布時(shí)并未發(fā)生向錯(cuò)。
[0094] 圖12A顯示根據(jù)本發(fā)明如何通過(guò)透鏡結(jié)構(gòu)完成頻率調(diào)節(jié)的圖形實(shí)例。如上所述， 雖然該曲線顯示延伸至零頻率，提供至該透鏡的初始電壓可為如100Hz的低交流（AC)頻 率。在此頻率下，因?yàn)樗械腖C分子基本均為共同對(duì)準(zhǔn)，所以光焦度很低。如圖所示，未改 變信號(hào)的電壓，然后可增加該信號(hào)的頻率，當(dāng)該非均勻電場(chǎng)開始在該LC層中發(fā)展出透鏡特 性時(shí)，光焦度增大。在該實(shí)例中，在大約25kHz達(dá)到最大光焦度，在達(dá)到最大值之后該光焦 度再度降低。因此可看出如何使用頻率調(diào)節(jié)代替或者補(bǔ)充LC透鏡的電壓調(diào)節(jié)。圖12B類 似圖12A，顯示另一個(gè)可頻率調(diào)節(jié)的透鏡結(jié)構(gòu)，在此情況中是涵蓋較高的頻率范園。然而，圖 12B還示出在有效光焦度范圍上產(chǎn)生非常低的RMS像差水平。
[0095] 在使用空間均勻的低角度預(yù)傾對(duì)準(zhǔn)層的梯度折射率液晶透鏡的情況中，該液晶材 料在電場(chǎng)方向上經(jīng)受從基態(tài)至所期望的最大再取向的再取向。當(dāng)相對(duì)于該電場(chǎng)的預(yù)傾角度 接近90度時(shí)，該電場(chǎng)再取向LC分子的能力最弱。因此，在一些可調(diào)GRIN光學(xué)裝置設(shè)計(jì)中 選擇避免在具有弱的液晶再取向能力的電場(chǎng)中取向的液晶取向作為可調(diào)的范圍是有利的。 這可以這樣實(shí)現(xiàn)：施加均勻電場(chǎng)，其導(dǎo)致再取向偏離基態(tài)的液晶，以因此具有新的（更響應(yīng) 的）"基"態(tài)或基礎(chǔ)態(tài)，并且接著在該均勻電場(chǎng)上施加經(jīng)過(guò)調(diào)制的電場(chǎng)以形成透鏡或其它光 學(xué)裝置?；蛘呖梢赃@樣實(shí)現(xiàn)，通過(guò)從接近利用電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)的取向（最低的光焦度）、和從基態(tài) 方向的均勻電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)偏離的空間調(diào)制取向（最高的光焦度），改變折射率。這樣避免了在電 場(chǎng)和液晶之間弱的交互作用在該基態(tài)中所造成的像差。因此，將了解到，本發(fā)明能夠使用頻 率依賴材料以形成這樣的適合的電場(chǎng)。
[0096] 圖13示出使用隱藏電極經(jīng)由頻率調(diào)節(jié)提供該電場(chǎng)的空間調(diào)制的可調(diào)LC透鏡的額 外變化。在圖13中，控制該電場(chǎng)梯度的結(jié)構(gòu)是由固定電阻值（優(yōu)選為低電阻值）的孔狀構(gòu) 圖的周緣電極1304所組成，同時(shí)，在電極中心的中心盤形區(qū)域（在相同平面上）和環(huán)繞該 平面的區(qū)域被填充有頻率依賴材料1306。該梯度控制結(jié)構(gòu)（GCS) 1302被夾在在正交平面 中具有指向矢（LC長(zhǎng)分子軸的平均取向）的兩個(gè)LC單元1320a、1320b之間。例如，所述指 向矢中的一個(gè)可能在XZ平面中，而第二指向矢可能在YZ平面中，該夾層的法線是Z軸。在 該實(shí)施例中，移除了傳統(tǒng)上所使用的一個(gè)LC單元"內(nèi)部"電極，以允許在該LC層中形成該 電場(chǎng)梯度。該GCS 1302的位置可有利于用于組合該GCS的多種功能，如電極、加熱器以及 (頻率依賴材料的）片電阻或者是溫度傳感器。該加熱器和該溫度傳感器可一起使用以幫 助維持該裝置的溫度處于最佳水平。該電極1304的額外構(gòu)圖也可用于測(cè)量該材料1306的 電性質(zhì)，如片電阻，該電性質(zhì)在該電場(chǎng)分布的形成中具有確定性的作用，且可能由于老化而 隨著時(shí)間一部分一部分的改變。在本文中，該GCS可以不同的形式制作，并且可以以特定合 金（例如：鑰/鋁）制成以實(shí)施所述多個(gè)功能。在該組件中間設(shè)置確定該電場(chǎng)的空間調(diào)制 的層有利于平均地影響上述調(diào)制層下的層中的電場(chǎng)。通過(guò)設(shè)置中間電極，電極間的間隔將 實(shí)質(zhì)地減半，且盡管必須驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電極單元，但是電壓和部分至部分的變化較不顯著。
[0097] 在上述實(shí)施例中，該TLCL的結(jié)構(gòu)基本為完全平坦的，也就是說(shuō)，該頻率依賴層、電 極層（ΙΤ0或類似材料〉、LC層等均為平坦的。該電場(chǎng)的成形是構(gòu)圖電極層或者頻率依賴層 的復(fù)阻抗或者兩者的結(jié)果。然而，可使用其它結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)以提供該電場(chǎng)的成形。
[0098] 通過(guò)非限定的實(shí)例，將提供本發(fā)明的可變焦距平坦折射透鏡的尺寸。將了解到，所 述尺寸能夠根據(jù)設(shè)計(jì)選擇和材料選擇而大幅變化。覆蓋基板能夠以厚度50至100微米的 玻璃來(lái)制作。該孔狀構(gòu)圖的電極可以以如鋁的不透明金屬制作，或者能夠以透明的銦錫氧 化物（ΙΤ0)制作。該電極的厚度可在10至50納米（nm)的范圍內(nèi)。該頻率依賴材料可以 用厚度大約10納米的氧化鈦（titanium oxide)制作。氧化鈦具有隨著控制信號(hào)頻率而改 變的半導(dǎo)體性質(zhì)。
[0099] 該頻率依賴介電常數(shù)（或復(fù)介電）材料可包括如下的各種材料。這樣的材料的主 要性質(zhì)為表現(xiàn)出將提供使得電荷遷移率根據(jù)控制信號(hào)的頻率變化的弱導(dǎo)電性。該性質(zhì)允許 對(duì)電場(chǎng)形狀的頻率調(diào)節(jié)以控制光學(xué)質(zhì)量或光焦度和對(duì)LC光學(xué)裝置的開/關(guān)（on/off)操作 的頻率調(diào)節(jié)。
[0100] 頂部和底部對(duì)準(zhǔn)層可為厚度大約20至40nm的聚酰亞胺層，該聚酰亞胺層經(jīng)過(guò)摩 擦以產(chǎn)生誘導(dǎo)具有小預(yù)傾角的液晶基態(tài)對(duì)準(zhǔn)的表面。例如，該液晶層的厚度可為5至30微 米。此具有空間調(diào)制的單個(gè)液晶層形成聚焦光的單個(gè)線性偏振的梯度折射率透鏡。在圖13 的實(shí)施例中，在頂部基板上設(shè)置孔狀構(gòu)圖的電極1304和頻率依賴材料1306,且該電極位于 兩個(gè)LC層或者單元1320a和1320b之間。
[0101] 將了解到，能夠以此方法組合兩層至四層的TLCL，其可具有大約1至3毫米的透鏡 直徑、大約460微米的厚度。該TLCL的光焦度可大致為8至16個(gè)屈光度，適用于大部分的 相機(jī)應(yīng)用。一個(gè)TLCL能夠提供可變聚焦，同時(shí)，兩個(gè)可提供變焦透鏡。
[0102] 在圖14的實(shí)施例中，設(shè)置兩個(gè)不同的頻率依賴材料以具有非平面的幾何形狀。所 述材料的不同復(fù)介電常數(shù)使得電場(chǎng)根據(jù)控制信號(hào)頻率成形，以影響該電極的有效三維（3D) 形狀。優(yōu)選，兩種材料具有匹配的光學(xué)折射率，使得該非平面幾何形狀不會(huì)干擾光學(xué)傳輸和 折射，然而，透鏡系統(tǒng)也可設(shè)計(jì)成解決具有圖像改變效應(yīng)的電極結(jié)構(gòu)的任何效應(yīng)。
[0103] 在此實(shí)施例中，該兩個(gè)頻率依賴材料像放置于相同層中，并且占據(jù)該層的不同區(qū) 域。第一材料1406a具有類透鏡形狀并且位于相對(duì)于該透鏡的光軸的中心位置。第二頻率 依賴材料1406b占據(jù)該層的其它位置，并且具有不同于該第一材料的頻率依賴特性。因此， 當(dāng)電場(chǎng)施加至該層時(shí)，該兩種材料1406a、1406b將會(huì)有不同的響應(yīng)。在該實(shí)施例中，上部電 極1404和下部電極1423兩者均為平面的且互相平行，其間具有液晶1421。當(dāng)該兩個(gè)電極 1404、1423之間的電壓電位的頻率改變時(shí)，將改變施加至該液晶的電場(chǎng)分布。這樣使得該 LC單元1420的光學(xué)特性能夠通過(guò)改變?cè)摽刂祁l率而改變，因?yàn)殡妶?chǎng)的"形狀"將由該兩種 材料1406a、1406b的相對(duì)位置和其相對(duì)介電常數(shù)限定。
[0104] 例如，如果圖14的實(shí)施例所使用的激勵(lì)頻率使得電荷的移動(dòng)相當(dāng)有限，且所述材 料14. 06a和1406b的介電性質(zhì)類似，則該LC層所受到的電場(chǎng)將為基本均勻的電場(chǎng)。這將 導(dǎo)致所述LC分子的均勻再取向，而沒(méi)有任何透鏡效應(yīng)以及向錯(cuò)。然而，如果所施加的頻率 使得電荷的移動(dòng)該層1406b中顯著（但是層1406a中并不顯著），則該LC層將在其周緣受 到較強(qiáng)的電場(chǎng)，因此產(chǎn)生再取向的梯度和相應(yīng)的透鏡效應(yīng)。此外，這兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換能 夠平滑地進(jìn)行且沒(méi)有向錯(cuò)。這是該電場(chǎng)分布的頻率控制所提供的重要優(yōu)勢(shì)，僅使用電壓控 制改變?cè)摷?lì)電場(chǎng)的振幅而非改變其分布無(wú)法得到同樣的效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解， 可針對(duì)特定應(yīng)用適當(dāng)?shù)剡x擇所述材料1406a、1406b的相對(duì)形狀和其介電常數(shù)。此外，如此 的復(fù)頻率依賴層可使用兩個(gè)以上不同的頻率依賴材料。另外，與先前的實(shí)施例相同，使用 該結(jié)構(gòu)的可調(diào)透鏡可通過(guò)變化該驅(qū)動(dòng)電壓的頻率，或者通過(guò)變化具有特定頻率的電壓的大 小、或者通過(guò)兩者的組合來(lái)調(diào)節(jié)。
[0105] 在圖15的實(shí)施例中，設(shè)置頻率依賴層1506以具有導(dǎo)電聚合物或凝膠的交聯(lián)梯度， 或者是提供頻率依賴電荷遷移率梯度的另一頻率依賴材料。可通過(guò)例如激光束或其它光 (例如：紫外光（UV))或具有梯度成形強(qiáng)度的熱源、中心下降和擴(kuò)散及之后的聚合、或者場(chǎng) 誘導(dǎo)（例如：電解質(zhì)）材料分離及之后的聚合，形成該梯度結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，當(dāng)施加至 所述電極1504U523的電壓頻率非常高時(shí)，層1506對(duì)該電場(chǎng)的影響很小，所述電場(chǎng)表現(xiàn)為 如同由其間不具有這樣的層的均勻電極對(duì)所產(chǎn)生。也就是說(shuō)，該有效上部電極表現(xiàn)為在該 實(shí)際上部（頂部）電極位置。然而，當(dāng)降低該頻率時(shí)，該頻率依賴材料開始在該材料的特定 區(qū)域中受到更高程度的電荷移動(dòng)。當(dāng)進(jìn)一步降低該頻率時(shí)，根據(jù)該梯度結(jié)構(gòu)，更多材料開始 受到電荷移動(dòng)。該梯度的形狀因而限定了在該材料1506中發(fā)展出有效電極結(jié)構(gòu)的方式，且 因此限定了該有效電極形狀如何隨著頻率而改變。由于該電極形狀是直接相關(guān)于電場(chǎng)的分 布，其產(chǎn)生可頻率調(diào)節(jié)的電場(chǎng)分布和該LC層上的可頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。當(dāng)該頻率足夠低使得該 頻率依賴介電常數(shù)材料為完全導(dǎo)電時(shí)，該有效上部電極表現(xiàn)為位于該頻率依賴介電常數(shù)層 的底部。因此，當(dāng)頻率介于使得頻率依賴層是完全"導(dǎo)電"的低頻和使得整個(gè)頻率依賴材料 層基本"不導(dǎo)電"的高頻之間時(shí)，該有效電極的形狀根據(jù)該材料1506中的梯度而改變。因 此，如圖14的實(shí)施例，施加至該液晶的電場(chǎng)形狀能夠通過(guò)調(diào)節(jié)該電極電壓的頻率來(lái)調(diào)節(jié)。
[0106] 圖16示出組合梯度頻率依賴層1606(如圖15所示的實(shí)施例）和構(gòu)圖的電極1604 的效果的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，當(dāng)調(diào)節(jié)該電極電壓的頻率時(shí)，可選定電極1604 的特定形狀和導(dǎo)電層1606的有效頻率依賴變化性，以提供所期望的電場(chǎng)形狀范圍。例如， 該材料1606可為具有梯度形式（該梯度如圖中虛線1607所示）的復(fù)介電常數(shù)的材料，并 且在不同的梯度區(qū)域中具有不同的頻率依賴電荷遷移率水平。材料1606可由一種其中產(chǎn) 生有梯度的材料或者由兩個(gè)或更多個(gè)材料的組合構(gòu)成。該材料1606鄰接頂部電極1604,同 時(shí)，LC層1621鄰接底部電極1623。頂部電極形狀和該層1606中的頻率依賴梯度結(jié)構(gòu)的組 合用于產(chǎn)生所期望的有效電極形狀范固和所期望的電場(chǎng)分布范圍。
[0107] 圖17示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，在平面上部和下部電極1704和1723之間 的電場(chǎng)通過(guò)具有不同頻率依賴材料1706a和1706b的光學(xué)透明隱藏結(jié)構(gòu)以及如圖15所示 的具有具梯度結(jié)構(gòu)的頻率依賴材料的層1706c所調(diào)制。材料1706a和1706b具有不同的頻 率依賴特性，并且在兩者的共同層中產(chǎn)生特定有效電極結(jié)構(gòu)，該有效電極結(jié)構(gòu)取決于所施 加的激勵(lì)頻率。另外，該電場(chǎng)的頻率依賴成形通過(guò)頻率依賴層1706c完成。此方法的一個(gè) 優(yōu)勢(shì)是光穿過(guò)材料1706a和1706b的平坦表面，但是根據(jù)所施加的激勵(lì)電壓的頻率，該LC 層所受到的電場(chǎng)可為平坦的或者彎曲的。尤其是，所述材料1706a、1706b的特定形狀和位 置，以及層1706c的特定復(fù)特性根據(jù)所期望的應(yīng)用而選定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，可從而 形成各種不同的電場(chǎng)形狀。
[0108] 圖18示出進(jìn)一步的實(shí)施例，其中，設(shè)置頻率依賴材料以根據(jù)頻率改變?cè)撾姌O結(jié)構(gòu) 的有效3D形狀。該實(shí)施例組合使用成形上部電極1804(在此情況中為盤形）和包括不導(dǎo) 電區(qū)域1806a和頻率依賴材料1806b的頻率依賴層。通過(guò)仔細(xì)選擇該電極1804的形狀、該 不導(dǎo)電區(qū)域1806a和材料1806b的相對(duì)分布、以及該材料的頻率依賴特性可產(chǎn)生所期望的 電場(chǎng)形狀。類似圖17的實(shí)施例，該實(shí)施例受益于該材料層的平坦表面，通過(guò)其光容易地傳 播。
[0109] 圖19A示出圖18的電極結(jié)構(gòu)在較高的頻率（在此情況中為20V、10kHz)下所產(chǎn)生 的電場(chǎng)等電位線，在該頻率下該頻率依賴層僅具有中等的電荷遷移率。此實(shí)例中的有效電 場(chǎng)形狀表現(xiàn)為如同由中心盤形電極所產(chǎn)生，而不具有來(lái)自該頻率依賴材料的顯著貢獻(xiàn)。圖 19B示出圖18的電極結(jié)構(gòu)在較低的頻率（在此情況中為20V、100Hz)下所產(chǎn)生的電場(chǎng)等電 位線，在該頻率下，頻率依賴層表現(xiàn)出明顯更大的電荷遷移率。此實(shí)例中的有效電場(chǎng)形狀表 現(xiàn)為如同由該電極結(jié)構(gòu)頂部的中心盤形電極與位于該頻率依賴介電常數(shù)層底部的環(huán)形電 極所產(chǎn)生。將了解到，在中間頻率下，該有效電極形狀將更為平滑，且類似于穹頂形。
[0110] 圖20是具有與圖18的實(shí)施例某些相反的幾何形狀的實(shí)施例，而圖21A和圖21B 示出對(duì)于不同驅(qū)動(dòng)頻率（圖19A和19B)的對(duì)應(yīng)等電位線。盡管圖18的實(shí)施例使用盤形電 極和不導(dǎo)電的頻率依賴層的中心區(qū)域，圖20的實(shí)施例使用孔狀構(gòu)圖的電極2004和頻率依 賴層2006,其中，該導(dǎo)電材料均位于該電極的"孔"下的中心區(qū)域中。因此，此實(shí)施例可用于 產(chǎn)生與圖18某些相反的電場(chǎng)響應(yīng)。例如，該幾何形狀能夠用于產(chǎn)生可調(diào)LC透鏡，該可調(diào)透 鏡可響應(yīng)改變頻率而從正的改變至負(fù)的。在高頻率下（例如：25V、12kHz)，該頻率依賴材料 具有不顯著的電荷遷移率，且該電場(chǎng)表現(xiàn)為如同僅由該孔狀構(gòu)圖的電極所產(chǎn)生。在低頻率 下（例如：25V、200Hz)，該頻率依賴材料具有高很多的電荷遷移率，所以該電場(chǎng)表現(xiàn)為如同 由該電極2004和位于該頻率依賴材料底部的盤形電極所產(chǎn)生。改變這些極端情況之間的 頻率產(chǎn)生了適合用于調(diào)節(jié)LC透鏡的彎曲電場(chǎng)形狀的平滑范圍。因此，提供了同時(shí)具有正和 負(fù)狀態(tài)的透鏡。
[0111] 重要且必須留意的是，使用這樣的隱藏電極以調(diào)制電場(chǎng)的LC透鏡可能有許多其 它的變化結(jié)構(gòu)，且包括在本發(fā)明的范疇中。
[0112] 頻率依賴材料
[0113] 如上文中所提及，本發(fā)明提供頻率依賴材料的各種化學(xué)組成物，適合用于可調(diào)光 學(xué)裝置（如本文中所描述的LC透鏡）中。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，這樣的材料也可用于其它 頻率依賴光學(xué)應(yīng)用中，如光束偏轉(zhuǎn)裝置、快門等。為了經(jīng)由頻率調(diào)節(jié)而提供電場(chǎng)的空間調(diào) 制，可將均勻或非均勻頻率依賴材料層合并入透鏡、光束偏轉(zhuǎn)裝置、和/或快門結(jié)構(gòu)中。因 此，調(diào)節(jié)可為頻率控制。這樣的裝置可用于可調(diào)聚焦、衍射、偏轉(zhuǎn)等。
[0114] 對(duì)于以上所討論的不同LC透鏡結(jié)構(gòu)，該頻率依賴層由具有復(fù)介電常數(shù)的材料所 制作，其中，該復(fù)介電常數(shù)取決于施加至所述系統(tǒng)電極的驅(qū)動(dòng)頻率（包括弱導(dǎo)電特性）。根 據(jù)非限定的實(shí)施實(shí)例，此材料可為熱或光可聚合導(dǎo)電材料，其組成物可能包括以下成分：
[0115] (i)可聚合單體（線性或環(huán)狀）化合物；
[0116] (ii)引發(fā)劑；
[0117] (iii)用于改變最終組成物的介電常數(shù)或?qū)щ娐实奶砑觿?br> [0118] (iv)用于增加聚合物對(duì)玻璃表面的粘合性的粘合劑（該粘合劑可用于作為表面 處理劑或直接引入溶液中以增加粘合性）；以及
[0119] (V)用于改變混合物的粘性的填料。
[0120] 在一個(gè)實(shí)例中，90 (wt.)的丙烯酸異癸酯（SR256)混合0· 3 % (wt % )的Li+CL04' 接著添加3%的引發(fā)劑；2-羥基2-甲基1，1-苯基丙酮（0&1'〇^1^1173)，并且在室溫小心地 攪拌該混合物，以獲得均勻清澈的溶液。接著添加10 %的ECA (2-乙基氰基丙烯酸酯）（單 體總質(zhì)量的wt% )，并且在室溫和黑暗條件下小心地?cái)嚢枳罱K溶液達(dá)15分鐘?？赏ㄟ^(guò)將該 材料暴露于強(qiáng)度為15mV/cm2的UV源下達(dá)三分鐘而聚合該混合物。
[0121] 在另一個(gè)實(shí)例中，為了制備該組成物的第一部分，將35% (wt)的光學(xué)粘合劑 0八9352肌2〇11')與65%(被.）的（2(2-乙氧基乙氧基）丙烯酸酯單體）混合，并且在室溫 下小心地?cái)嚢柙摶旌衔?，以獲得均勻清澈的溶液。接著添加10%的4-甲苯[4-(2-甲基丙 基）苯基]-六氟磷酸酯（所述單體總質(zhì)量的wt.);并且在室溫和黑暗條件下小心地?cái)嚢?該最終溶液達(dá)15分鐘。
[0122] 具有低ε (epsilon)和導(dǎo)電性的組成物的第二部分是與光學(xué)粘合劑（45% wt.的 AT6001)混合的55%wt.的丙烯酸異癸酯（SR395)。在室溫和黑暗條件下小心地?cái)嚢柙撊?液達(dá)15分鐘。可通過(guò)將該材料暴露于強(qiáng)度為15mV/cm 2的UV源下達(dá)三分鐘而聚合該混合 物?？蛇x擇地，來(lái)自硅氧烷系列的光學(xué)彈性體可被包括于該熱或光可聚合導(dǎo)電材料中，并且 用于作為該組成物的低ε部分。此材料可分類成為可熱固化化合物（且可為一個(gè)或兩個(gè) 部分的硅氧烷彈性體）。
[0123] 應(yīng)注意，各種材料組成物、各種LC層、各種電極、各種指向矢對(duì)準(zhǔn)、各種幾何形式 等均可用于制造相同的光學(xué)裝置。也就是說(shuō)，雖然使用頻率依賴材料使得該光學(xué)裝置的頻 率調(diào)節(jié)對(duì)于每一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)都是共同的，但是本文中所揭示的不同的材料和物理結(jié)構(gòu)的 組合可用于特定應(yīng)用。
[0124] 已確定具復(fù)介電常數(shù)的材料的各種不同化學(xué)組成均可適用于上述可頻率調(diào)節(jié)透 鏡、光束偏轉(zhuǎn)裝置、及/或快門結(jié)構(gòu)，其中，此材料可通過(guò)調(diào)制施加互所述電極的驅(qū)動(dòng)頻率 而改變（包括弱導(dǎo)電性）。
[0125] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該可聚合單體化合物具有至少一個(gè)烯化不飽和雙鍵， 且具有包括描述導(dǎo)電性的虛數(shù)部分的復(fù)介電常數(shù)，且該引發(fā)劑為紫外-可見(jiàn)光、近紅外光 敏感或者熱敏分子的組合。
[0126] 特定引發(fā)劑化合物可包括，例如，混合的三芳基锍六氟銻酸鹽、六氟磷酸鹽、及 本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何其它適合的引發(fā)劑。優(yōu)選的引發(fā)劑化合物是4-甲基苯基 [4-(2-甲基丙基）苯基]-六氟磷酸鹽。
[0127] 改變?cè)摕峄蚬饪删酆蠈?dǎo)電材料的介電常數(shù)或?qū)щ娦缘奶砑觿┛蔀橛袡C(jī)離子化合 物（如混合于碳酸異丙烯酯中的碘.

【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制光傳播的可變液晶光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置使其光傳播基本由液晶驅(qū) 動(dòng)信號(hào)的頻率所控制。
2. -種用于控制光傳播的可變液晶光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置使其光傳播基本由液晶驅(qū) 動(dòng)信號(hào)所控制，該液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)由脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，提供有脈沖寬度調(diào)制波形的多個(gè)振幅，且當(dāng)該波形 中的頻率成分含有過(guò)多遠(yuǎn)離中心頻率的能量時(shí)，所述振幅隨著占空度中的對(duì)應(yīng)增加而切換 為較小。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述裝置的電極結(jié)構(gòu)包括具有頻率依賴電荷遷移 率的材料，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制波形的振幅和周期被選擇，以使所述波形的占空 度被控制，以通過(guò)所述RMS電壓和頻率成分共同運(yùn)作的方式共同改變?cè)擈?qū)動(dòng)信號(hào)的RMS電 壓和頻率成分，以改變所述光學(xué)裝置的可調(diào)狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置控制圖像。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述裝置是可調(diào)焦透鏡。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述透鏡是可變折射透鏡。
8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述透鏡是可變衍射透鏡。
【文檔編號(hào)】G02F1/133GK104252055SQ201410431126
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2009年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2008年6月21日
【發(fā)明者】T·加爾斯強(qiáng), V·普雷斯塔科夫, K·阿薩特里安, A·圖爾克, A·祖赫拉拜恩, A·巴拉米揚(yáng) 申請(qǐng)人:凌威光電公司