可調(diào)諧液晶光學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】一種液晶光學(xué)裝置，其包括具有分離的液晶層的層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)具有在液晶材料中限定相反符號(hào)的預(yù)傾角的取向表面。四層液晶層可提供線偏振的兩個(gè)方向。在透鏡的情況下，該裝置可以是梯度折射率透鏡，并且該取向表面具有空間一致的預(yù)傾斜。
【專利說(shuō)明】可調(diào)諧液晶光學(xué)裝置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980121162.8、申請(qǐng)日為2009年6月5日、發(fā)明名稱為“可
調(diào)諧液晶光學(xué)裝置”的PCT國(guó)際發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及可調(diào)諧液晶光學(xué)裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]基于液晶技術(shù)的可調(diào)諧光學(xué)裝置與現(xiàn)有的選擇相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)以及可調(diào)諧液晶透鏡(TLCL)在2007年9月7日公開(kāi)的PCT W02007/098602中詳細(xì)討論。該裝置可以是緊湊的，沒(méi)有活動(dòng)部件而且可調(diào)諧以改變光學(xué)性質(zhì)，例如焦點(diǎn)、放大率、轉(zhuǎn)向角等。在這些裝置中，透明電極的使用需要電連接。在許多應(yīng)用中，低成本是一個(gè)重要的特征。
[0004]液晶調(diào)制光傳播的能力取決于相對(duì)于液晶分子在不同方向上的光學(xué)性質(zhì)的不同。在PCT W02007/098602中，在圖11中示出了一液晶層可使光聚焦在一個(gè)單一的偏振面內(nèi)，并且兩個(gè)液晶層可以被配置為作用于兩個(gè)不同的偏振面。這就帶來(lái)了具有多個(gè)液晶層的可調(diào)諧液晶裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)區(qū)域并行制造在半導(dǎo)體裝置制造中已經(jīng)被成功地實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體裝置制造于被稱作晶片的二維的平面陣列中，僅在最后的處理步驟之一中被分離成單獨(dú)的。這一過(guò)程通常被稱作晶片規(guī)?；幚怼?br> [0006]可調(diào)諧液晶光學(xué)裝置(這里稱作“TLCL”)可以從并行生產(chǎn)許多該裝置的低成本生產(chǎn)方式中受益。當(dāng)并行生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置時(shí)，單獨(dú)的裝置采用在上表面上的接觸襯墊的典型地連接，以允許從一個(gè)表面生成連接。半導(dǎo)體在被稱為晶片的二維平面陣列中生產(chǎn)，僅在最終的處理步驟之一中被分離成單獨(dú)的。這一過(guò)程通常被稱作晶片規(guī)?；幚怼?br> [0007]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)“半個(gè)TLCL的”，即包括作用于一個(gè)偏振方向的液晶單元的裝置，可在晶片規(guī)?；幚碇猩a(chǎn)，然后被旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)并粘合或封裝以形成偏振獨(dú)立的“完整TLCL”。半個(gè)TLCL裝置的纖薄允許將相同的半個(gè)TLCL結(jié)合并實(shí)質(zhì)上為每一偏振提供相同的光學(xué)性質(zhì)。
[0008]還發(fā)現(xiàn)作用于兩個(gè)垂直偏振的TLCL具有如下缺陷，每個(gè)半個(gè)TLCL對(duì)光線與液晶相互作用的角度敏感。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將一個(gè)半個(gè)TLCL分離成兩個(gè)符號(hào)相反的預(yù)傾角單元，即使通過(guò)相同的電極系統(tǒng)控制，該半個(gè)TLCL的光學(xué)性質(zhì)也具有大幅降低了的角度依賴性。
[0009]還發(fā)現(xiàn)兩層液晶層可以以帶有分開(kāi)兩層的中間層的重疊的方式設(shè)置，其中上層具有頂取向?qū)?，下層具有底取向?qū)?，中間層不在液晶層中定義預(yù)傾角。這種設(shè)置允許中間層非常薄，這樣即使在液晶層里垂直方向的控制場(chǎng)中存在一些逐步變化時(shí)，對(duì)于兩層液晶層也可以由實(shí)質(zhì)上相同的場(chǎng)控制。該兩個(gè)層可具有取向膜限定的不同的零場(chǎng)液晶取向，例如預(yù)傾角相反的層，即一個(gè)層提供+ α預(yù)傾角，第二層具有預(yù)傾角。該中間層可不限定預(yù)傾角而在其表面提供液晶的排序方向，例如采用伸展片材料。液晶可以從頂基板或底基板的取向?qū)拥玫剿娜∠?，然后這一排序通過(guò)具有排序方向的中間層來(lái)保持。
[0010]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與空間調(diào)制電場(chǎng)有關(guān)的層可被設(shè)置在分離單元液晶光學(xué)裝置的不同液晶層之間，以致由空間調(diào)制該電場(chǎng)中的層引發(fā)的空間調(diào)制在上面的一個(gè)或更多層、和下面的一個(gè)或更多層具有相同的效果。在一些實(shí)施例中，該空間調(diào)制層是具有在該控制場(chǎng)的頻率下具有高介電常數(shù)的材料的空間分布的層。在其它實(shí)施例中，該層包括具有復(fù)合介電常數(shù)的材料，其允許該電場(chǎng)根據(jù)控制信號(hào)頻率而被不同地調(diào)制。
[0011]在一些實(shí)施例中，提供一種液晶透鏡，包括四個(gè)分別具有一致的預(yù)傾角和方向的液晶層，以提供兩個(gè)偏振方向并為每個(gè)偏振提供相反的預(yù)傾角，以使圖象實(shí)質(zhì)上是偏振獨(dú)立的并對(duì)入射角不敏感。
[0012]本發(fā)明的裝置被描述成關(guān)于可調(diào)諧梯度折射率透鏡，然而在許多例子中可被用于衍射透鏡、固定光學(xué)功率液晶透鏡(即，接地狀態(tài)下操作而不用電極)、可調(diào)諧光柵、可調(diào)諧虹膜(tunable irises)、激光控制裝置等。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)結(jié)合以下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的具體描述，以更好地理解本發(fā)明。
[0014]圖1A示出了 TLCL的半個(gè)的基本結(jié)構(gòu)的橫截面。
[0015]圖1B示出了 TLCL的半個(gè)的基本結(jié)構(gòu)的平面視圖。
[0016]圖2A和2B示出了如圖1A和圖1B中的第一半個(gè)TLCL，其與在裝置的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度的圖2C和圖2D中的第二半個(gè)TLCL并排示出。
[0017]圖3A至圖3D表示圖2C和圖2D中的第二半個(gè)TLCL被翻轉(zhuǎn)，這樣該裝置的頂部和底部相對(duì)于第一半個(gè)TLCL相反。
[0018]圖4A表示圖2和3中的兩個(gè)半個(gè)TLCL被配對(duì)在一起而形成的完整TLCL的側(cè)視圖，圖4B是提供兩個(gè)偏振的相應(yīng)平面圖。
[0019]圖5A示意性地表示非擾動(dòng)或零電壓液晶單元。
[0020]圖5B示意性地表示圖5A的單元被施加空間調(diào)制電場(chǎng)。
[0021]圖5C表示光穿過(guò)圖5B的單元的通道，其中不同角度的入射光經(jīng)歷不同的液晶取向。
[0022]圖6A表示具有圖5A中的分離單元結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半個(gè)TLCL被配對(duì)在一起形成的完整TLCL的側(cè)視圖，圖6B是表示提供兩個(gè)偏振和預(yù)傾角的相應(yīng)平面圖。
[0023]圖7A示出了用于標(biāo)準(zhǔn)無(wú)色透鏡的繪圖(2.5厘米孔徑，f_l=17.54屈光度)角度不對(duì)稱；Shack-Hartmann波前傳感器的孔徑是4毫米。
[0024]圖7B是對(duì)應(yīng)于圖7A的用于標(biāo)準(zhǔn)TLCL的繪圖。
[0025]圖8A示意性地表示采用具有頻率依賴介電常數(shù)材料的電場(chǎng)空間調(diào)制層的單一液晶單元，該材料在孔圖案化電極處形成電勢(shì)。
[0026]圖8B示意性地表示帶有兩個(gè)一致單元和符號(hào)相反的預(yù)傾角的分離液晶單元在接地狀態(tài)(非激發(fā))下的側(cè)視圖。
[0027]圖9示意性地表示采用分離單元的角度非對(duì)稱補(bǔ)償?shù)膫?cè)視圖(額外的好處是速度提高了 4倍)。
[0028]圖10示意性地表示只有兩個(gè)電極的分離單元的實(shí)施例的側(cè)視圖(光傳輸有改善，但驅(qū)動(dòng)電壓更高)。
[0029]圖11表示用于面內(nèi)分離單元的中間基板的制造。
[0030]圖12示意性地表示與圖10相似的實(shí)施例，其中該中間基板被一延伸材料代替。
[0031]圖13A不意性地表不與圖12相似的實(shí)施例,其僅具有一個(gè)平面電極,另一個(gè)電極由另一個(gè)半個(gè)TLCL提供。
[0032]圖13B示意性地表示一實(shí)施例，其中圖13A的兩個(gè)面內(nèi)分離單元被設(shè)置成具有根據(jù)圖8A的中間電極結(jié)構(gòu)，該中間電極結(jié)構(gòu)包括復(fù)合電介質(zhì)材料和孔圖案化或環(huán)電極。
[0033]圖14示意性地表示包含分離單元的半個(gè)TLCL的側(cè)視圖。
[0034]圖15示意性地表示一個(gè)完整的TLCL的側(cè)視圖，其中每半個(gè)TLCL包括一分離單
J Li ο
【具體實(shí)施方式】
[0035]圖1A示出了 TLCL的半個(gè)的基本結(jié)構(gòu)的橫截面，圖1B是平面圖。該TLCL由兩個(gè)這種半個(gè)TLCL組成，正如將要在下面的實(shí)施例中示出的。存在這種結(jié)構(gòu)的其它變形，并且本公開(kāi)中討論的發(fā)明可以等同地應(yīng)用到上述變形中。
[0036]該半個(gè)TLCL由兩個(gè)主層組成:液晶(LC)層和透鏡結(jié)構(gòu)層。這兩層的功能會(huì)在其他地方具體討論。這兩層由帶有導(dǎo)電電極的基板組成的兩個(gè)附加層界定?？蛇x的中間基板可作為液晶層和透鏡結(jié)構(gòu)層之間的分隔層。該平面視圖示出了該TLCL的一個(gè)附加特征。該液晶層具有延著一個(gè)方向的唯一的取向。由于液晶的這一性質(zhì)，TLCL的半個(gè)僅作用于穿過(guò)該裝置的一個(gè)偏振(一半的光)。為了 TLCL作用于穿過(guò)該裝置的全部光，偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的第二半個(gè)透鏡必須被采用。
[0037]圖2A和圖2C示出了兩個(gè)半個(gè)TLCL，其中第二個(gè)在該裝置平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了 90度，如對(duì)應(yīng)的圖2B和2D所示。圖3C示出了被翻轉(zhuǎn)后使裝置的頂部和底部相對(duì)于第一半個(gè)TLCL相反的第二半個(gè)TLCL。最后，在圖4A中兩個(gè)半個(gè)TLCL被配對(duì)在一起而形成一個(gè)完整的TLCL,并且圖4B表示產(chǎn)生的組合偏振。
[0038]在這種裝置形成電連接并不簡(jiǎn)單?？拷鼉蓚€(gè)半個(gè)TLCL中的透鏡結(jié)構(gòu)的電極必須被連接在一起，并連接到外部觸點(diǎn)。同樣地，靠近兩個(gè)半個(gè)TLCL中的液晶的電極也必須連接在一起，并連接到另外的外部觸點(diǎn)。以一種便宜的方式形成這種連接是不明顯的。形成這種連接時(shí)必須小心，以使相反的電極不接觸。此外，該電極需要非常薄，導(dǎo)致到邊緣的堅(jiān)固的連接變得困難。
[0039]現(xiàn)在描述該TLCL制造的一個(gè)實(shí)施例。該方法從空的玻璃基板開(kāi)始。用于這些基板的玻璃是典型的硼硅酸鹽玻璃，其被制成厚度非常薄、100微米或更小。
[0040]該玻璃采用玻璃制造商推薦的工藝清潔。它們包括清潔劑肥皂、超聲清潔、和去離子水沖洗的結(jié)合。
[0041]干凈的基板隨后涂覆透明導(dǎo)電薄膜電極。典型地，該電極是噴濺沉積的銦錫氧化物，盡管其它薄膜沉積技術(shù)(例如蒸鍍)也可被采用。為達(dá)到一圖案化電極，該導(dǎo)電電極通過(guò)陰影掩膜沉積，其中不被涂覆的區(qū)域被金屬掩膜阻擋。
[0042]下一步是形成液晶(LC)單元。形成液晶單元上、下表面的玻璃晶片首先被涂覆取向?qū)?。這一層用于排列液晶分子。典型地，這會(huì)產(chǎn)生帶有微觀結(jié)構(gòu)的表面。它可以是一隨后用布摩擦而結(jié)構(gòu)化的聚酰亞胺層，或者是以產(chǎn)生高度結(jié)構(gòu)化表面的方式沉積的氧化膜。
[0043]在結(jié)構(gòu)化表面形成后，該單元本身被制成。將三種材料沉積到形成液晶單元的玻璃晶片的一個(gè)上。第一種材料是任意附加導(dǎo)電材料。通常是導(dǎo)電膠或焊料。同時(shí)，非導(dǎo)電粘合劑也被沉積來(lái)限定填充液晶材料的區(qū)域。非導(dǎo)電粘合劑通常是丙烯酸的、環(huán)氧的、或硅樹(shù)脂材料。最后，液晶材料被沉積。在沉積的一種或更多種材料中，包含有間隔體。該間隔體通常是被緊密控制尺寸的玻璃球或聚合物球，用作設(shè)定液晶單元的厚度。最后，第二玻璃晶片被放置到分配的材料的頂部，并且粘合材料通過(guò)熱、壓力和/或光被固化。
[0044]接下來(lái)透鏡結(jié)構(gòu)被形成在第三玻璃晶片上。該透鏡結(jié)構(gòu)通常由具有變化的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的聚合物層制成。附加的導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電粘合劑和焊料)以及結(jié)構(gòu)化材料(例如玻璃、聚合體、或金屬間隔體)可以是一體的。其制成后通過(guò)光學(xué)粘合材料被粘結(jié)到液晶單元。這時(shí)，一半的TLCL已經(jīng)以晶片的形式制成。
[0045]下一個(gè)步驟包括將兩個(gè)半個(gè)TLCL晶片粘結(jié)在一起。兩個(gè)晶片的底部玻璃背對(duì)背地放置。此外，一個(gè)晶片相對(duì)于另外一個(gè)旋轉(zhuǎn)90度，以使在每個(gè)半個(gè)TLCL中的液晶單元的取向相互成90度。光學(xué)粘合劑放置在兩晶片之間，并且晶片被取向，以使每個(gè)晶片中的單個(gè)裝置的光學(xué)軸被取向。然后采用熱、壓力和/或光固化該光學(xué)粘合劑。
[0046]下一個(gè)步驟包括從晶片中分離TLCL。通常這是劃刻和折斷的過(guò)程、機(jī)械切割過(guò)程、或光學(xué)切割過(guò)程。在劃刻和折斷過(guò)程中，在晶片中形成線性細(xì)槽(劃刻線)，然后給晶片加壓，直到晶片沿該細(xì)槽斷裂。對(duì)于機(jī)械切割，采用研磨輪去除分隔晶片的一部分的材料條帶。在光學(xué)切割過(guò)程中，采用激光去除分隔晶片的材料條帶。
[0047]完成后的TLCL可以通過(guò)連接導(dǎo)線、引線框架、或柔性電路而進(jìn)行封閉。通常采用導(dǎo)電粘合劑或焊料進(jìn)行這種連接。在連接之后，在該TLCL邊界的周圍區(qū)域填充保護(hù)TLCL不受惡劣環(huán)境和機(jī)械濫用破壞的封裝材料。
[0048]如要被重視的，每個(gè)半個(gè)TLCL具有其在一個(gè)方向取向液晶分子的取向?qū)?。液晶層的電?chǎng)調(diào)制為在一個(gè)方向上偏振的光生成折射率的空間變化。在垂直方向上偏振的光表現(xiàn)出一致的折射率。通過(guò)在三明治結(jié)構(gòu)中將兩個(gè)偏振方向相互接近地結(jié)合，透鏡有效地作用于非偏振光。
[0049]還應(yīng)被重視的是，相同晶片被制造、分離成的半個(gè)TLCL可被容易地旋轉(zhuǎn)90度，并被翻轉(zhuǎn)后與相似的半個(gè)TLCL配對(duì)以形成一個(gè)完整的TLCL。
[0050]由于液晶分子在一個(gè)方向上取向，雖然透鏡表面帶有不同角度，從光軸上帶有相同但相反角度的光線會(huì)遇到不同的折射率。在圖5C中示意性地示出了遇到第一液晶層的光線比沿光軸方向傳播的光線會(huì)更多地沿分子方向，并且之后相同的光線遇到幾乎垂直于分子方向的第二液晶層。盡管由于兩個(gè)層中的每一個(gè)對(duì)光傳播的影響非常不同，但兩個(gè)取向相反的取向?qū)咏Y(jié)合起來(lái)的效果基本上使入射光的角度相對(duì)于透鏡具有相同的獨(dú)立性。圖5A示意性地示出了非擾動(dòng)的或零電壓的液晶單元,而圖5B示意性地示出了圖5A中的液晶單元被施加以空間調(diào)制電場(chǎng)。
[0051]圖6A是具有圖5A所示的分離單元結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半和TLCL配對(duì)在一起形成的完整TLCL的側(cè)視圖，而圖6B是表示偏振和預(yù)傾斜方向都具備的對(duì)應(yīng)平面圖。
[0052]在圖6A中示出了完整的TLCL三明治結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)半個(gè)TLCL具有兩個(gè)分離單元，該分離單元的取向?qū)釉谙喾捶较蜓由?，即相反的預(yù)傾角。該分離單元大約是圖4中的半個(gè)TLCL液晶結(jié)構(gòu)層的厚度的一半。其優(yōu)勢(shì)在于該取向?qū)釉诿恳环蛛x層的液晶分子的排序上具有更大的影響，進(jìn)而可以導(dǎo)致更快的響應(yīng)。
[0053]如圖6B所示，該分離單元提供沿著每個(gè)軸的兩個(gè)方向上的液晶取向，結(jié)果產(chǎn)生的偏振在垂直的軸向上。
[0054]圖7A是表示用于標(biāo)準(zhǔn)無(wú)色透鏡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪圖(2.5厘米孔徑，f_l=17.54屈光度)角度不對(duì)稱；Shack-Hartmann波前傳感器的孔徑是4毫米。圖7B是對(duì)應(yīng)于的圖7A用于標(biāo)準(zhǔn)TLCL的繪圖。其表示用于TLCL透鏡的具有相對(duì)強(qiáng)的角度不對(duì)稱。
[0055]在圖8A的實(shí)施例中，控制液晶的電場(chǎng)的空間調(diào)制可不需要電場(chǎng)的透鏡結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)，如同在上述實(shí)施例中那樣，而是采用孔圖案化電極和具有復(fù)合介電常數(shù)的材料代替。這種材料具有有效地可變的能力，以允許電荷隨著控制信號(hào)頻率來(lái)傳播。這樣在孔圖案化電極的水平面上的電荷可被限制在第一頻率的環(huán)形電極，
[0056]以第二頻率均勻地越過(guò)該孔延伸，并在第一頻率和第二頻率之間具有頻率梯度。這樣就可能使用預(yù)定頻率實(shí)現(xiàn)越過(guò)孔的預(yù)想的電場(chǎng)梯度分布，也可以采用該控制信號(hào)頻率來(lái)控制這一分布。
[0057]以一非限定性舉例的方式，提供本發(fā)明的實(shí)施例的尺寸。將要被重視的是該尺寸可根據(jù)設(shè)計(jì)的選擇和材料的選擇而有很大的變化。表面基板可由厚度為50至100微米的玻璃制成?？讏D案化電極可由不透明的金屬(例如鋁)制成，或者可以由透明的銦錫氧化物(ITO)制成。電極的厚度可以在10至50納米的范圍內(nèi)。頻率制約介電常數(shù)材料可由厚度約10納米的氧化鈦(T i O)制成。氧化鈦具有隨著控制信號(hào)頻率變化的半導(dǎo)體性質(zhì)。
[0058]該頻率制約介電常數(shù)(或復(fù)合電介質(zhì))材料可包括如下列出的多種材料。此種材料的重要性質(zhì)是它可表現(xiàn)出弱導(dǎo)電性，其根據(jù)控制信號(hào)頻率而變化。這就允許了電場(chǎng)形狀的頻率調(diào)諧，以控制光量或光功率，以及液晶光學(xué)裝置的開(kāi)/關(guān)操作的頻率調(diào)諧。
[0059]HDCL 化合物
[0060]A)導(dǎo)電聚合體材料
[0061](i)具有至少一個(gè)ethylenically烯鍵式不飽和雙結(jié)合物的可聚合單體(線性的或循環(huán)的)化合物可被用作包括描述傳導(dǎo)性的虛數(shù)部分的具有復(fù)合介電常數(shù)的材料。(ii)作為主要成分的引發(fā)劑是UV-Vis、，NIR敏感或熱敏分子(例如:混合三苯硫化六氟銻鹽，六氟磷酸鹽)的結(jié)合組合物。(iii) 一改變最終化合物介電常數(shù)或傳導(dǎo)率的添加劑，這種材料可以是有機(jī)離子化合物(例如(4-甲基苯基)[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸碘或Triarylsulfonium hexafluoroantimonate三芳基硫鹽salts,混合在碳酸丙烯中)，或無(wú)機(jī)離子化合物(例如Li+ClO4' K+ClCV等)或離子的有機(jī)金屬-金屬性(organo-metalique)化合物。(iv)對(duì)UV-VUis, ,NIR敏感的粘合劑，、或聚合的采用熱引發(fā)劑來(lái)聚合敏感的粘合齊IJ，來(lái)增加聚合物對(duì)玻璃表面的粘性。該粘合劑可被用作表面處理劑或直接與溶液一體的地增加粘性。(V) —改變混合物粘性的填裝充物。
[0062]例子:
[0063]為了準(zhǔn)備TLCL的第一 HDCL部分，90%(重量)的異癸基丙烯酸鹽與0.3%的Li+C104_(重量百分比)混合。然后3%的引發(fā)劑；2_羥基2-甲基1，1-苯基丙酮(Darocurell73)被添加，該混合物在室溫下小心攪拌以得到均勻的透明的溶液。然后加入10%數(shù)量的ECA (2-氰基丙烯酸乙脂)(單體總量的重量百分比)，最終溶液在室溫、黑暗條件下小心攪拌15分鐘。
[0064]該混合物可由紫外線光源在15mV/cm2密度下通過(guò)暴露該材料3分鐘而聚合。
[0065]B)高介電常數(shù)液體
[0066]TLCL的HDCL部分可以從任意透明液體材料中選擇，例如具有2.0至180.0之間的ε，其具有隨電場(chǎng)頻率變化的弱的傳導(dǎo)率。該液體可以是純的或混合的碳酸亞烴酯族，例如分別具有67至111的ε的碳酸丙烯(PC)、碳酸乙烯或碳酸甘油(GC)。進(jìn)一步的化合物是烷基、取代的烷基、碳酰烷基、碳酰烷氧基、芳基、取代芳基、碳酰芳基。進(jìn)一步的化合物是純水、水與有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的混合物，例如甘油、堿鹽、或稀有堿鹽。
[0067]例1:
[0068]具有高ε的HDCL通過(guò)在93%的甘油中混合7%的蒸餾水來(lái)制備。溶液在室溫下攪拌15分鐘(溶液的折射率的值相對(duì)于隱蔽層的第二部分被調(diào)整到1.4630)。
[0069]C)電解質(zhì)凝膠
[0070]電解質(zhì)凝膠的化合物如下所示:
[0071](i)聚合材料被用作矩陣，(ii)離子化合物，(iii)離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白?？偟膩?lái)說(shuō)所有商業(yè)上可利用的、易于與離子或離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白化合物混合的聚合物(例如聚丙烯酸，環(huán)氧材料，聚亞安酯，聚碳酸酯，聚苯基材料)可以被用作聚合物矩陣。含有該種陰離子或陽(yáng)離子(例如Li+，K+等)的離子化合物來(lái)自于可溶堿鹽或稀有堿鹽、有機(jī)的或有機(jī)-金屬化合物。
[0072]離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白材料可以是純液體(例如碳酸丙烯(PC)、碳酸乙烯(EC)或兩種或更多種液體的混合物)，或具有極性基的單體(例如醚基或含苯氧基)。這個(gè)極性基可以是側(cè)鏈或與聚合物的主鏈形成一體。例如:丙烯酸2 (2-乙氧乙氧基)乙脂單體(2(2-Ethoxyethoxy) Ethylacrylate monomer),其中醚基是長(zhǎng)側(cè)鏈并扮演離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的角色。
[0073]例1:
[0074]電解質(zhì)凝膠通過(guò)在80%重量的碳酸丙烯(PC)中溶解10%重量的PMMA來(lái)制備。溶液在室溫下攪拌過(guò)夜。然后在溶液中加入10%重量的量的Li+ClO4-并在室溫下攪拌。最終的凝膠狀材料被用作TLCL的HDCL部分。
[0075]D丄離子導(dǎo)電液體
[0076]具有不同傳導(dǎo)率的離子液體材料也被用作TLCL的HDCL部分。這種材料被劃分為具有離子類型(例如氯酸鹽、高氯酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、和碳酸鹽)的不同的有機(jī)、無(wú)機(jī)、或有機(jī)-金屬化合物。這種材料的例子是:1_ 丁基-3-甲基咪唑鋃四氟硼酸鹽(l-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluorobora)和 1-丁基-3-甲基郵卩生鏞六氟憐酸鹽(l-Butyl-3-methyl imidazolium hexafluoro phosphate)。這些材料直接用于隱蔽層的高傳導(dǎo)率部分。
[0077]E)電子導(dǎo)電的
[0078]i)聚合體
[0079]共軛的聚合體的最重要的方面是它們作為電子導(dǎo)體的能力。這些材料的范圍從傳統(tǒng)的聚合體(例如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔)或PEDOT聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)和來(lái)自Clevios的PEDT到帶有特殊的傳導(dǎo)率性質(zhì)的新聚合體(例如低帶隙和固有導(dǎo)電的聚合體)。[0080]ii)納米粒子。被分散到晶片、有機(jī)溶劑、單體的材料，例如分散到晶片、或聚乙烯乙二醇二丙烯酸鹽的ATO ((Sn02) ο.9 (Sb2O5) 0.J，或以粉末形式通過(guò)噴濺作為薄膜涂覆在基板上所采用的納米粒子?；蛘咛技{米管(CNTs)，其具有柱狀納米結(jié)構(gòu)的碳的同素異形體。這種材料可以被用作晶片中或有機(jī)材料(例如單體)中的分散的納米顆粒。納米顆粒可以以不同的技術(shù)沉積，例如玻璃表面的旋轉(zhuǎn)噴涂工藝。
[0081]iii)金屬氧化物。在TLCL技術(shù)中制備HDCL部分的其它可行方式是基于在玻璃基板表面上沉積作為薄膜的金屬氧化物。在這種情況下，金屬化合物在氧化工藝之后沉積在玻璃表面。在這種方法中，金屬靶子被用于電子束、噴濺、或熱蒸餾工藝。
[0082]例如，金屬氧化物化合物(如SnO2,Ti3O5, ZnS, ZnO2等)經(jīng)過(guò)電子束技術(shù)制備后可用作HDCL部分。
[0083]iv)導(dǎo)電玻璃。導(dǎo)電玻璃也可以被用作TLCL技術(shù)的HDCL部分。在這種情況下，導(dǎo)電材料可被摻雜到玻璃中(大部分)，并在薄膜沉積技術(shù)中用作靶子(例如電子束，噴濺，或膠-凝膠工藝等)。
[0084]例如，鑰、銀或它們的混合物可以被直接摻雜到玻璃中，并被用作薄膜沉積技術(shù)中的導(dǎo)電玻璃靶子。
[0085]而Ti3O5 (氧化鈦)層可為大約10納米厚，提供某種離子導(dǎo)電性的聚合體可以起好的作用，然而厚度應(yīng)當(dāng)在0.1到3微米范圍內(nèi)。
[0086]再次參考圖8A，可選的中間層具有50微米的厚度并由玻璃制成。頂部和底部的取向?qū)涌梢允呛穸燃s為20到40納米的聚酰亞胺層，其被摩擦出引導(dǎo)液晶具有低角度預(yù)傾斜的接地取向的屈服表面。這樣具有空間調(diào)制形成梯度折射率透鏡的單層液晶聚焦單一線性偏振，以及如上所述的、根據(jù)入射角而被不同地聚焦的光。
[0087]圖8B表示帶有兩個(gè)一致的液晶單元和符號(hào)相反的預(yù)傾角的分離液晶單元在接地狀態(tài)(非激發(fā))下的側(cè)視圖?？臻g調(diào)制電場(chǎng)源可以是圖8A中相關(guān)的電極。中間基板被表示為兩個(gè)分離的基板，并且將要被重視的是，當(dāng)晶片與多個(gè)液晶層組裝時(shí)可采用單個(gè)基板。中間層的電極也可以是由上層和下層液晶層共享的單一電極。
[0088]圖9表示采用分離單元的角度非對(duì)稱補(bǔ)償?shù)膫?cè)視圖。這種設(shè)計(jì)額外的好處是液晶狀態(tài)改變速度提高了 4倍。
[0089]圖10表不只有兩個(gè)電極的分離單兀的實(shí)施例的側(cè)視圖。在這一實(shí)施例中光傳輸有改善，但驅(qū)動(dòng)電壓更高。
[0090]圖11表示用于面內(nèi)分離單元的中間基板的制造。將要得到重視的是在以相反的方式施加摩擦力時(shí)，通過(guò)為基板提供承受所述磨擦所需的機(jī)械支持，同時(shí)處理中間基板的兩個(gè)側(cè)面是可行的。隨著適當(dāng)?shù)耐扛?例如聚酰亞胺)，磨擦可形成帶有預(yù)傾角的取向表面。這種生產(chǎn)技術(shù)允許具有取向?qū)颖砻娴闹虚g基板的生產(chǎn)可以薄到20至80微米的厚度。
[0091]圖12表示與圖10相似的實(shí)施例，其中該中間基板被延伸材料代替。這就減小了結(jié)構(gòu)的厚度，進(jìn)而改進(jìn)了電場(chǎng)控制。例如，20微米厚的聚酰亞胺是合適的。聚合體材料的延展也可以在聚合體上創(chuàng)造出表面的方向，其幫助保持液晶在取向?qū)釉O(shè)定的方向上取向。延展是各向異性(或二向色性)聚合體層生產(chǎn)中已知的技術(shù)。當(dāng)在一預(yù)定方向上延展時(shí)，許多聚合體可產(chǎn)生光學(xué)各向異性。這種各向異性的機(jī)制之一是分子鏈在延展方向上的取向。當(dāng)液晶與非延展性聚合體表面接觸時(shí)，沒(méi)有取向的優(yōu)先方向。但是，如果聚合體被拉伸，并且它包含偏向于液晶分子平行取向的分子，那么液晶會(huì)在拉伸方向取向。這樣，不用具有磨擦了的表面，當(dāng)取向?qū)觾H存在于液晶單元的一個(gè)表面上時(shí)，延展材料可幫助保持液晶分子的取向。當(dāng)然，當(dāng)液晶單元很薄時(shí)，如果中間基板沒(méi)有在不同的取向上強(qiáng)烈吸引液晶分子，則單一取向?qū)拥挠绊懯亲銐虻摹?br> [0092]圖13A表示與圖12相似的實(shí)施例，其僅具有一個(gè)平面電極，另一個(gè)電極由另一個(gè)半個(gè)TLCL提供。在圖13B的實(shí)施例中，孔圖案化電極和復(fù)合電介質(zhì)材料(見(jiàn)圖8A)被設(shè)置在頂部基板上，且該電極由兩個(gè)面內(nèi)分離單元共享。
[0093]在一個(gè)實(shí)施例中，形成一種不用頂部電極的面內(nèi)分離單元(IPSC)，并被結(jié)合到具有孔圖案化電極的IPSC。形成適當(dāng)?shù)?0度的旋轉(zhuǎn)來(lái)具有兩個(gè)偏振。頂部基板可以制造得比底部基板薄，這樣兩個(gè)頂部基板結(jié)合在一起來(lái)形成具有足夠強(qiáng)度的事實(shí)上的中間基板，且保持想要的整體厚度。
[0094]可選擇地，中間層可以單獨(dú)制備，其包括具有孔圖案化電極和復(fù)合電介質(zhì)材料夾在其中間的兩個(gè)“頂部基板”，以及在夾層外表面上的取向?qū)印Ｔ撝虚g層隨后可被組裝到具有四層液晶層的疊層上。
[0095]在組件中間提供決定電場(chǎng)空間調(diào)制的層具有的優(yōu)勢(shì)是它如上等同地影響該層或該調(diào)制層下方的層。通過(guò)提供中間電極，電極的分隔實(shí)質(zhì)上是一分為二的，而且盡管需要驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電極單元，但電壓和相應(yīng)的功耗顯著地減小。
[0096]應(yīng)當(dāng)被重視的是一個(gè)四層TLCL可以以這種方式組裝，可以具有直徑約為I至3毫米、厚度為約460微米的透鏡。TLCL的光功率可以是大約10屈光度，其適合多數(shù)照相機(jī)的應(yīng)用。
[0097]圖14表示包含分離單元的半個(gè)TLCL的側(cè)視圖。
[0098]圖15表示完整的TLCL的側(cè)視圖，其中每半個(gè)包括一分離單元。
【權(quán)利要求】
1.一種具有層狀結(jié)構(gòu)的液晶光學(xué)裝置，該裝置包括: 分離液晶單元，該分離液晶單元的每一個(gè)具有在液晶材料中限定相反符號(hào)的預(yù)傾角的取向表面，產(chǎn)生控制所述液晶材料的取向的電場(chǎng)的電極， 其中所述電極是平面電極，且 采用實(shí)質(zhì)上均勻的折射率和空間非均勻介電常數(shù)的層來(lái)空間調(diào)制所述電場(chǎng)；或 所述電極中的一個(gè)被圖案化，以及采用與所述圖案化電極相關(guān)的復(fù)合電介質(zhì)材料的層空間調(diào)制所述電場(chǎng)，以根據(jù)控制信號(hào)頻率來(lái)整形所述電場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，包括四個(gè)液晶單元，用于作用于光的基本上垂直的線性偏振。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述預(yù)傾角是空間一致的。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其中所述裝置是梯度折射率透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)電極是中間電極，該中間電極在相對(duì)的平面電極之間操作，所述相對(duì)的平面電極各自限定在所述一個(gè)電極的每一側(cè)上的電場(chǎng)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述中間電極被沉積在第一薄剛性基板的表面，第二剛性基板被粘結(jié)到所述中間電極的上方，其中所述取向表面可以被設(shè)置在所述中間電極的外表面上。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中所述分離液晶單元包括中間分隔基板，該中間分隔基板具有限定液晶排列方向而不需要限定預(yù)傾角的表面。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述中間分隔基板包含在所述排列方向上被拉伸的薄片材料。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述薄片材料由聚酰亞胺制成。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述薄片厚度小于60微米，優(yōu)選約20微米厚。
【文檔編號(hào)】G02F1/1333GK103792740SQ201310731032
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2008年6月6日
【發(fā)明者】卡倫·阿薩特里安, 迪格蘭·加爾斯蒂安, 阿拉姆·巴格拉姆亞姆, 弗拉底米爾·普雷尼亞科夫, 阿米爾·圖爾克, 阿爾門·佐哈拉拜亞恩, 彼得·P·克拉克 申請(qǐng)人:蘭斯維克托公司