[发明专利]液晶透镜

说明书

技术领域

本发明是有关于液晶透镜，特定而言是有关于一可改变曲率的液晶透镜。

背景技术

透镜是基本的光学器件，在光学仪器与设备中随处可见。随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高：透镜焦距的连续可变、大焦距的透镜以及相差小等。无论是哪一种，要想满足要求都会使得光学系统变得庞大而复杂。

微型透镜亦是一种重要的光学器件，目前用传统的工艺法制作主要有粒子交换法、模压成型法、光敏玻璃热成型法及光刻胶热溶成型法。由于所用材料与传统工艺的限制，使得用这些方法制作的微型透镜有一个共同特点，就是透镜只有一个焦距。要得到一个较大的焦距范围，需用一组透镜，通过机械调节透镜间的间距才能实现。使用一组透镜不仅增加器件成本，增大设备体积，而且不易有效实现所需要的焦距。而且，透镜组使用久了，由于震动等原因，可能会导致无法修正的偏心等问题。

液晶透镜可应用于很多领域，如光学成像相关领域、三维(3D)显示领域。以三维(3D)立体影像的显示技术为例，制作3D立体影像显示装置是利用双眼视差的基础来进行设计，让使用者的左眼仅观看到给左眼的影像而右眼仅观看到给右眼的影像。利用双眼视差产生立体感的显示方式多需配戴特殊器具来达成，常见的方法包含利用偏光眼镜、红蓝(绿)眼镜、快门眼镜及头盔式显示器等方式来达成。然，上述的显示方法不论成本高低都需要使用者配戴特殊器具才得以观看到立体影像，因而对使用者而言多少都会造成不便的感觉，因此，近年来则着重于开发不需要配戴任何特殊器具即可观赏到立体影像的裸眼式3D立体显示装置。

不需要配戴任何特殊器具即可观赏到立体影像的裸眼式3D立体显示装置以双眼视差的基础来设计则称为视差法裸眼式3D立体显示装置。此种3D立体显示装置为于显示器(例如液晶显示器)的光源阵列的前方设置视差屏障(Parallax)或光栅等遮蔽物，而其中光源阵列并依序传送左眼影像及右眼影像，使得透过视差屏障让使用者的左眼看到左眼影像而使用者的右眼看到右眼影像。另外不需配戴任何特殊器具即可观赏立体影像的技术亦包含集成摄影(Integral Photography，以下简称为IP)立体显示技术。主要技术原理是透过蝇眼透镜(Fly’s Eye Lens)以记录全息彩色立体图像，其中蝇眼透镜即为类似蝇眼排列组合而成的微小凸透镜阵列，也就是将一系列半球形小透镜排列在平面上，用来摄影或显示图像。由于蝇眼透镜的制作方式较为困难，因此不直接使用蝇眼透镜，而以柱状透镜分别以水平方向与垂直方向迭置来达到蝇眼透镜的效果，由于柱状透镜相较于蝇眼透镜来说较容易制作，因此可减少制作透镜的成本。近年来，人们提出了采用液晶技术制作可变焦微透镜，液晶微透镜采用光透射方式，具有控制简单，可靠性强及驱动电压低等优点，其具有巨大的潜在应用性。

传统的液晶透镜是将适当电压施加于透明电极上，以于透明电极之间形成具有梯度变化的电场。液晶材料层在受到此电场的驱动后将改变液晶的长轴方向。因此，入射线极化光波将因具有不同折射率变化的液晶材料层产生光波相位的变化，而得到如透镜般的光学成像特性。

典型的传统液晶透镜如图1所示。传统的液晶透镜包含上基板101、下基板102、透明电极层103、配向膜105以及液晶材料层106。上基板101及下基板102是相对设置。透明电极层103设置于上基板101及下基板102的内侧上。其中一个透明电极层103包含开孔104形成于其中。配向膜105进一步设置于透明电极层103的内侧上及开孔104内。液晶材料层106设置于配向膜105之间的空间内。电压107则是施加于相对的透明电极层103上，以于透明电极层103之间形成电场。

上述传统液晶透镜存在若干缺点，例如无法同时具有有效工作范围大及短焦距的特性。如图2A及图2B所示，当透明电极层103的范围为宽时，传统的液晶透镜的开孔104，即有效工作范围，遂变为狭小，且其焦距亦会变短。是故，虽上述传统液晶透镜的焦距短，光学成像性佳，但其有效工作范围小，透镜开口率小。如图3A及图3B所示，当透明电极层103的范围为窄时，传统的液晶透镜的开孔104，即有效工作范围，遂变为宽大。然而，其焦距亦会变长，故光学成像性不佳。因此，虽上述传统液晶透镜的有效工作范围大，透镜开口率大，但其焦距长，光学成像性差。

是故，现今仍需一能解决上述无法同时具有有效工作范围大及短焦距特性的问题的液晶透镜。

发明内容

为解决上述传统技术的问题，本发明是提供一种可改变曲率的液晶透镜。