[发明专利]可调谐液晶光学装置

说明书

本申请是申请号为200980121162.8、申请日为2009年6月5日、发明名称为“可调谐液晶光学装置”的PCT国际发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可调谐液晶光学装置及其制造方法。

背景技术

基于液晶技术的可调谐光学装置与现有的选择相比具有很多优点。这些优点以及可调谐液晶透镜(TLCL)在2007年9月7日公开的PCT WO2007/098602中详细讨论。该装置可以是紧凑的，没有活动部件而且可调谐以改变光学性质，例如焦点、放大率、转向角等。在这些装置中，透明电极的使用需要电连接。在许多应用中，低成本是一个重要的特征。

液晶调制光传播的能力取决于相对于液晶分子在不同方向上的光学性质的不同。在PCT WO2007/098602中，在图11中示出了一液晶层可使光聚焦在一个单一的偏振面内，并且两个液晶层可以被配置为作用于两个不同的偏振面。这就带来了具有多个液晶层的可调谐液晶装置。

发明内容

在一个区域并行制造在半导体装置制造中已经被成功地实现。半导体装置制造于被称作晶片的二维的平面阵列中，仅在最后的处理步骤之一中被分离成单独的。这一过程通常被称作晶片规模化处理。

可调谐液晶光学装置(这里称作“TLCL”)可以从并行生产许多该装置的低成本生产方式中受益。当并行生产半导体装置时，单独的装置采用在上表面上的接触衬垫的典型地连接，以允许从一个表面生成连接。半导体在被称为晶片的二维平面阵列中生产，仅在最终的处理步骤之一中被分离成单独的。这一过程通常被称作晶片规模化处理。

已经发现“半个TLCL的”，即包括作用于一个偏振方向的液晶单元的装置，可在晶片规模化处理中生产，然后被旋转、翻转并粘合或封装以形成偏振独立的“完整TLCL”。半个TLCL装置的纤薄允许将相同的半个TLCL结合并实质上为每一偏振提供相同的光学性质。

还发现作用于两个垂直偏振的TLCL具有如下缺陷，每个半个TLCL对光线与液晶相互作用的角度敏感。已经发现通过将一个半个TLCL分离成两个符号相反的预倾角单元，即使通过相同的电极系统控制，该半个TLCL的光学性质也具有大幅降低了的角度依赖性。

还发现两层液晶层可以以带有分开两层的中间层的重叠的方式设置，其中上层具有顶取向层，下层具有底取向层，中间层不在液晶层中定义预倾角。这种设置允许中间层非常薄，这样即使在液晶层里垂直方向的控制场中存在一些逐步变化时，对于两层液晶层也可以由实质上相同的场控制。该两个层可具有取向膜限定的不同的零场液晶取向，例如预倾角相反的层，即一个层提供+α预倾角，第二层具有-α预倾角。该中间层可不限定预倾角而在其表面提供液晶的排序方向，例如采用伸展片材料。液晶可以从顶基板或底基板的取向层得到它的取向，然后这一排序通过具有排序方向的中间层来保持。

已经发现与空间调制电场有关的层可被设置在分离单元液晶光学装置的不同液晶层之间，以致由空间调制该电场中的层引发的空间调制在上面的一个或更多层、和下面的一个或更多层具有相同的效果。在一些实施例中，该空间调制层是具有在该控制场的频率下具有高介电常数的材料的空间分布的层。在其它实施例中，该层包括具有复合介电常数的材料，其允许该电场根据控制信号频率而被不同地调制。

本发明提出一种具有层状结构的液晶光学装置，该装置包括：

分离液晶单元，该分离液晶单元的每一个具有在液晶材料中分别限定空间一致的预倾角的取向表面,位于上层的分离液晶单元的预倾角与位于下层的分离液晶单元的预倾角是相反的，和产生控制所述液晶材料的取向的电场的电极，

其中所述电极是平面电极，且所述电极中的一个电极被图案化，以及采用与被图案化的电极相关的复合电介质材料的层空间调制所述电场，以根据控制信号频率来整形所述电场，并且所述液晶光学装置中的所述复合电介质材料能够表现出根据控制信号频率而变化的弱电荷传播；

其中所述液晶光学装置具有角度非对称补偿。

在一些实施例中，包括被分为两组的四个液晶单元，用于作用于光的基本上垂直的线性偏振，每组液晶单元具有两个预倾角相反的液晶单元。

在一些实施例中，其中所述装置是梯度折射率透镜。

在一些实施例中，其中被图案化的所述电极中的所述一个电极是中间电极，该中间电极在相对的平面电极之间操作，所述相对的平面电极各自限定在所述一个电极的每一侧上的电场。