使用有效电极结构的动态重构的电光学装置制造方法

使用有效电极结构的动态重构的电光学装置制造方法
【专利摘要】一种用于控制通过液晶层的光的传播的可变液晶装置，使用频率依赖材料以在该装置中动态地重构有效电极结构。在该装置中产生电场的驱动信号的频率是可变的，且该频率依赖材料对于不同的频率具有不同的电荷迁移率。在低电荷迁移率的情况下，该频率依赖材料对于现存的电极结构具有轻微的效应。然而，在高电荷迁移率的情况下，该频率依赖材料表现为所述固定电极的延伸，且可用于改变该有效电极结构从而改变该电场的空间分布。这又改变了液晶的光学特性，从而使得该光学装置为可频率控制的。
【专利说明】使用有效电极结构的动态重构的电光学装置
[0001] 本申请是国际申请号为PCT/IB2009/052658、国际申请日为2009年6月21日、中 国国家申请号为200980123511. X、标题为"使用有效电极结构的动态重构的电光学装置"的 PCT专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002] 本发明涉及电可调光学装置的领域，尤其涉及使用液晶的电可调光学装置。

【背景技术】
[0003] 可调液晶（LC)光学装置，如透镜、光束偏转装置及光闸（shutter)，是本领域所熟 知的技术。虽然一些可调液晶透镜是配合均匀的电控场或磁控场来操作，但是大部分是使 用空间调制场。在电场的情况中，一些现有技术被用于空间调制电场。空间不均匀介电层 已用于衰减电场，以使得该电场具有期望的空间分布。将电极成形为球状以提供期望的电 场空间分布。空间调制电场的另一种方法是使用平面电极，该平面电极的阻抗性质使得当 将交流驱动电流施加于该电极时，该电极上的电压降导致空间调制的电场。
[0004] 如图1所示，一种常规LC单元通过如下制得：将液晶102夹在两个基板104、106 之间，每个所述基板首先被涂覆透明电极108、110,所述透明电极可能为例如铟锡氧化物 (ΙΤ0)的材料层，然后每个所述基板被涂覆聚合物层112 (通常为聚酰亚胺），且该聚合物层 112在预定方向上被摩擦以在没有控制电场的情况下将LC分子对准为基态。施加电压至两 个ΙΤ0产生均匀的电场和相对应的均匀LC再取向（以及相对应的均匀折射率分布）。在这 样的装置中，在纵向上的分子折射率不同于横向方向上的分子折射率。
[0005] 图2示出现有技术的LC单元结构，其中，使用高电阻率材料的盘形区205周围的 低电阻率的孔状构图的电极环204通过其强烈"共振"衰减用于产生电场梯度。该几何形状 的优势在于非常薄（此为关键需求，例如，对于蜂窝电话应用而言）和仅使用两个电极（因 此仅需要一个控制电压）。然而，产生具有高光学透明度的高电阻率材料的所需厚度和具有 良好均匀度的LC单元是困难的，且该制造方法通常具有低产率。不同透镜将具有稍微不同 的电极电阻值，结合模态控制（modal control)也与精确的单元厚度非常相关，意味着必须 分别校正每一个单独透镜。另外，模态透镜（modal lens)的最小直径限于约2毫米-在此 尺寸之下，该ΙΤ0层所需的电阻率超过ΙΟΜΩ/sq。最后，这样的（称作"模态控制"）透镜 必须总是为正的或者负的。无法于发散和收敛透镜之间进行切换。
[0006] 图3示出另一个现有技术的产生电场梯度的LC单元结构，其中使用三个不同电极 304、305、307(其中两个位于形成在相同平面上的孔间图案中）和两个电压VI、V2以及额 外不同的弱导电层（WCL)306。该外部孔状构图的电极304(其上施加有电压VI)的作用是 产生类透镜的电场分布，而该中心盘形电极305 (其上施加有电压V2)的作用是避免向错和 控制梯度值（例如：消除该透镜）。
[0007] WCL306的作用是减弱由VI所产生的分布，并且使得该透镜的整体厚度减小。然 而，该顶部电极的复杂图案、必须使用两个不同电压、以及分离的WCL使得难以制造且妨碍 该方法的实用性。例如，使用该方法以建立偏振独立的透镜将会需要使用6至7片厚玻璃， 这是困难的工作。


【发明内容】

[0008] 根据本发明的内容，提供一种可变光学装置，用于控制通过其的光传播，其中，该 装置使用频率依赖材料和在多个不同频率产生驱动信号的电信号产生器。该装置包括可通 过光的液晶（LC)层，且该LC层控制该光传播。还提供一种电极系统，该电极系统连接至电 信号产生器，并且被设置成用于产生作用于该LC层上的电场以改变其光学特性。该电信号 产生器在多个不同频率产生驱动信号，并且将该驱动信号供应至电极系统，以产生电场。频 率依赖材料位于该装置中，使得该频率依赖材料与电场交互作用。该材料具有取决于该驱 动信号的频率的电荷迁移率，使得该电场的空间分布随着该驱动信号频率变化，以改变该 LC层的性质。由于"导电率"可能被理解为描述电子的平均自由路径，因此使用"电荷迁移 率"取代"导电率"以描述该频率依赖材料的性质。在低频率时，表现高电荷迁移率的一些 频率依赖材料实际上可能比在较高频率时具有较低的导电率（也就是，较短的电子平均自 由路径），然而，由于在低频时电荷在该频率依赖材料中流动的时间较长，这可能造成较少 的电荷流。同样地，在较高频率时，一些材料中的电子平均自由路径可能较长，然而，如果在 每一个正向或负向循环中获得电位的时间缩短，可能大幅地降低所造成的电荷流。因此， "电荷迁移率"用于表示在所施加的交替电信号的约束下频率依赖材料中电荷流动的整体 能力。在一些实施例中，该电极系统包括连接至该频率依赖材料体的固定导体电极。该电 场可能具有基本由该固定导体电极限定的部分，以及由该频率依赖材料限定的部分。该电 场也可能基本由该频率依赖材料限定。该电极系统能够具有固定导体电极，且该固定导体 电极的电场由该频率依赖材料体成形，且该频率依赖材料并未连接至该固定导体电极。在 一些实施例中，使用具有基本平坦的层几何形状的元件制作该电极系统。
[0009] 该电极系统基本也可能为光学隐藏的，而因此可能不会干扰透过该光学装置的光 传播。
[0010] 在一些实施例中，该电极系统包括与该频率依赖材料的层接触的构图的电极。
[0011] 在一些实施例中，该装置是可调聚焦透镜。该透镜能够折射或衍射。
[0012] 在一些实施例中，该装置包括可变频率控制信号电路，该电路被配置为使得该装 置根据控制信号频率控制光传播。
[0013] 频率依赖材料和不同频率的驱动信号的使用允许该光学装置的各种不同实施例。 一些变化实例是电极的数量、形状和结构、不同频率依赖材料的数量和其相对于该电极和 彼此的位置、施加不同驱动信号频率和电压、以及在该光学装置结构中使用额外的材料。在 一个实施例中，该驱动信号包括单个频率信号，其中，该频率用于改变该装置的光学特性。 这可以实现而不需信号电压的任何显著变化，或者也可包括改变信号振幅。在另一实施例 中，将多个频率混合在一起并同时施加以产生与该频率依赖层的特定交互作用，并且相应 地产生所期望的电场分布。
[0014] 本发明的基本构思是使用频率依赖材料结合不同驱动信号频率以改变该光学装 置中的有效电极结构。该电极结构确定该电场的分布，而该电场又确定该LC层的光学特 性。可以选定该频率依赖材料以在不同频率下表现不同的电荷迁移率，使得在不同频率下， 该频率依赖材料可以表现为导电材料或者是不导电材料。对于该频率依赖材料表现为导体 的频率，该频率依赖材料可产生与所述固定电极中的一个的位置不同的有效电极结构。然 而，对于该频率依赖材料中电荷迁移率相对低的频率而言，该频率依赖材料未表现为导体， 且该有效电极结构由该固定电极的实际位置确定。因此，通过适当设置频率依赖材料以及 选择不同的驱动频率，可改变该有效导体结构，并且动态地改变该LC层的光学特性。
[0015] 在一组实施例中，频率依赖材料与构图的电极一起使用，其在缺少不同电极结构 的情形下，会在空间中产生非均匀的电场。这样的结构可用于在该LC层中通过该电场所造 成的LC分子的非均匀再取向而产生特定特性（如透镜结构）。然而，在这样的实施例中， 也可期望在空间中产生出均匀的电场，以便提供所有LC分子的初始共同对准倾向（例如 ： 避免向错）。在本发明的该实施例中，可放置该频率依赖材料，使得当选定在该频率依赖材 料中提供高度电荷迁移率（使得电荷能够行进较远的距离〉的驱动信号的频率时，产生有 效电极结构，使得该电场的空间分布成为基本均匀的分布。例如，该构图的电极可为环形电 极，且该电极的中心空间填充有该频率依赖材料。在此种情况中，施加第一频率（如相对的 高频率）的驱动信号，其使得频率依赖材料中的电荷迁移率很小（即，电荷行进相对短的距 离），导致该电极表面没有有效延伸，并且基于该电极的环形结构产生非均匀的电场。然而， 改变频率（如相对的低频率），使得该频率依赖材料具有较高的电荷迁移率的量，使得该材 料表现为该环形电极的延伸，且该有效电极结构变成为平面的。因此，从而产生基本均匀的 电场。在前述的实施例中，可使用其它形状作为该固定电极（如盘形），且该频率依赖材料 可形成这样的层，所述层在该层的顶部或底部附近、或在相同平面围绕该层设置有固定电 极。
[0016] 在本发明的另一实施例中，该可变光学装置包括位于两个LC层之间的中心层。所 述液晶层的每一个可具有不同的LC取向。该驱动信号所施加至的一对电极被分别放置为 邻接每一个LC层，且被置于远离中心层的一侧。该中心层包括固定电极（如孔状构图的电 极）和频率依赖材料的特定几何形状配置，且通过以对称方式成形每一个LC层所见的电 场而用作梯度控制层。该电场成形取决于该驱动信号的频率，且该驱动信号的频率确定该 频率依赖层的电荷迁移率的程度。在对应于低电荷迁移率的频率下，该梯度控制层根据该 固定中心层电极的形状来成形该电场。然而，在对应于高电荷迁移率的频率下，该频率依 赖层产生有效电极表面，且该梯度控制层根据从该电极和该频率依赖层共同造成的整体电 极几何形状来成形该电场。在本发明的另一实施例中，该光学装置具有在特定频率下具有 不同电荷迁移率的量的多个频率依赖材料。可以将这些材料以特定几何形状结构被设置在 一起，以产生可动态调节的有效电极形状。例如，可将该两种材料放置于共同层，该材料中 的一个具有类透镜的形状并且被另一个材料围绕。通过将该层和LC层一起放置于两个平 面电极之间，可通过改变该驱动电压的频率来改变该电场分布，并且从而改变该有效电极 结构是否采纳由该频率依赖材料所产生的形状，例如可能沿着该两种材料之间的边缘而产 生。如果需要，为了更好的光学效率，该不同的材料也可被设置有垂直于该装置的光轴的表 面，而且也可将不导电材料与其它材料一起使用，以构成所期望的有效电极形状。
[0017] 本发明的另一个变化使用具有频率依赖电荷迁移率的频率依赖层，且该频率依赖 电荷迁移率沿着通过该层的梯度变化。因此，相比于该层的其它部分，该层的一部分表现出 更高程度的电荷迁移率以响应第一频率。因此，对于施加至该装置的驱动电压的频率，调节 该频率改变表现为导体的该层的部分。因此，该层中的梯度形状可用于产生随着改变驱动 信号频率而变化的有效电极形状。这种类型的层也可与不同的固定电极结构组合（包括构 图的电极）以产生更复杂的有效电极形状。
[0018] 所述频率依赖材料可由各种不同的可能材料所组成。在一个实施例中，该材料是 热可聚合导电材料，而在另一实施例中，该材料是光可聚合导电材料。其它可能性包括真空 (或者，例如，溶液-凝胶）沉积薄膜、高介电常数液体、电解质凝胶、导电离子液体、电子传 导聚合物或具有电子传导纳米粒子的材料。该材料的关键特征是其具有频率依赖的电荷迁 移率。当该频率依赖材料是热或光可聚合导电材料时，该材料可包括：具有至少一个烯化 (ethylenically)不饱和双键的可聚合单体化合物；为紫外-可见光（UV-Vis)、近红外光 (NIR)敏感或者是热敏分子的组合的引发剂；用于改变混合物的介电常数的添加剂，其中， 该添加剂选自有机离子化合物和无机离子化合物；以及，用于改变该混合物的粘性的填料。 该材料也可包括选自如下的粘合剂：对紫外-可见光敏感的粘合剂、对近红外光敏感的粘 合剂及使用热引发剂而聚合的粘合剂。也可包括光学弹性体（optical elastomer)。
[0019] 当该频率依赖材料是高介电常数液体时，可包括在较低频率具有在2. 0和180. 0 之间的ε (epsilon)的透明液体材料，其允许电荷能够以频率依赖的方式移动。
[0020] 当该频率依赖材料是电解质凝胶材料时，可包括：聚合物材料；离子成分；以及离 子迁移体。
[0021] 当该频率依赖材料是导电离子液体时，可包括选自如下的离子形式：氯酸盐、高氯 酸盐、硼酸盐、磷酸盐以及碳酸盐。
[0022] 本发明的各个实施例还包括在信号频率上可变化的驱动信号。驱动信号产生器可 输出可改变频率的单个频率信号、作为不同单独频率的混合信号的信号、或者是频率成分 可变的一些其它信号形式。在一个实施例中，该驱动信号产生器产生可变化占空系数的脉 宽调制信号。在这样的情况中，可改变该占空系数以改变该信号的高频内容的量。在另一 实施例中，该驱动信号产生器在其基模中或者在通过第二频率信号调制第一频率信号的模 式中，产生振幅调制信号。在又一实施例中，该驱动信号产生器产生作为数个不同单独频率 信号的组合的驱动信号，所述不同单独频率信号具有预定的相对频率和振幅。可考虑特定 电极和特定应用的频率依赖层结构作为适当驱动信号的选择。
[0023] 在本发明的特定组的实施例中，使用包括具有非平坦几何形状的固定导体电极的 电极系统。也可使用具有非平坦几何形状的频率依赖材料作为替代，或者与该非平坦固定 电极组合。将此实施例中的结构性结构变化，并且可包括固定导体电极，该固定导体电极包 括被涂覆在类透镜的聚合物结构的顶上的弯曲导电材料层。在另一实施例中，该固定导体 电极是被涂覆在平坦孔径聚合物结构的顶上的多水平（multi-level)平坦表面导电材料 层。该频率依赖材料也可为位于该LC层和该固定导体电极之间的平坦材料层。在一个变 化实施例中，平坦表面的聚合物结构可由具有相对且匹配弯曲表面的一对类透镜的聚合物 结构形成。该弯曲的频率依赖材料层也可包括将所述匹配弯曲表面附接在一起的光学透明 粘胶层。
[0024] 在本发明的再一实施例中，可变光学装置包括本身具有频率依赖电荷迁移率的LC 层。在此实施例的一个版本中，当该LC层本身的电荷迁移率程度随着驱动频率改变而改变 时，不需要外部的频率依赖材料。因此，与该LC层互相作用的电场的空间分布可为频率依 赖的，导致可通过改变该驱动信号的频率成分而改变该LC层的光学特性。在此实施例的一 个版本中，该电极组件在空间中产生非均匀的电场，且当产生在该LC层中导致高度电荷迁 移率的频率时，可将该电场改变成在空间中较均匀的电场。在另一个变化实施例中，该电极 系统包括在该电极的中心区中具有光学透明材料的孔状构图的电极。
[0025] 本领域技术人员可理解，可将本文中所描述的各种原理和实施例混合和匹配，以 产生具有各种电场产生特性的光学装置。不同形状和结构的电极、不同类型、形状及位置的 频率依赖材料、不同驱动信号产生器、以及本文中所描述的其它所有变化均可组合在一起， 以产生具有特定特性的光学装置。所述装置也可为频率控制的、电压控制的，或者是两者的 组合。
[0026] 例如，可使用具有低角度预倾对准层的LC层，并且可施加第一频率使得该有效电 极结构是均匀的。在此频率下，可然后将电压增至所有LC分子均在均匀倾斜下具有初始再 取向的水平。可然后改变该电压的频率以改变该有效电压结构，并且将非均匀度引入该电 场，以便改变该液晶的光学特性（如形成透镜结构）。通过在引入电场非均匀度前对该液晶 施加初始均匀电场强度，可避免该LC层中的向错。也可施加该驱动信号，以便避免所述液 晶停留在基态附近，从而降低图像像差。在另一实例中，可使用频率控制以改变LC透镜的 光焦度，但是在不同光焦度之下将该驱动信号的电压由一个水平切换至另一个水平，以便 改善该透镜的性能。也可使用许多其它类似的控制实例。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1为现有技术的可调液晶（LC)透镜结构的示意图；
[0028] 图2为现有技术的具有孔状构图的电极的可调LC透镜结构的示意图；
[0029] 图3是现有技术的具有三个分段的顶部电极的可调LC透镜结构的示意图；
[0030] 图4A是具有频率依赖材料层和位于该层顶部附近的盘形顶部电极的可调LC透镜 结构的不意图；
[0031] 图4B是具有频率依赖材料层和位于该层底部附近的盘形顶部电极的可调LC透镜 结构的不意图；
[0032] 图5A是具有频率依赖材料层和位于该层顶部附近的孔状构图的顶部电极的可调 LC透镜结构的示意图；
[0033] 图5B是具有频率依赖材料层和位于该层底部附近的孔状构图的顶部电极的可调 LC透镜结构的示意图；
[0034] 图6示出当使用具有较高频率的驱动信号时的图5A的结构的等电位面；
[0035] 图7示出当使用具有较低频率的驱动信号时的图5A的结构的等电位面；
[0036] 图8示出当使用具有较高频率的驱动信号时的图5B的结构的等电位面；
[0037] 图9示出当使用具有较低频率的驱动信号时的图5B的结构的等电位面；
[0038] 图10A至10E示出类似图5A的结构的可调透镜效应；
[0039] 图11A示出图5A的结构的光焦度对RMS电压的图形实验数据；
[0040] 图11B示出类似图5A的结构的RMS像差对RMS电压的图形实验数据；
[0041] 图12A示出类似图5A的结构的光焦度对频率的图形实验数据；
[0042] 图12B示出类似图5A的结构的光焦度对频率图形实验数据以及对相同频率范围 的像差的相应表示；
[0043]图13示出根据本发明的结构，其中在两个LC单元之间夹有梯度控制结构，该梯度 控制结构具有孔状构图的电极和频率依赖材料；
[0044] 图14示出其中在具有非平面几何形状的共同层中设置两个不同频率依赖材料的 结构；
[0045] 图15示出其中频率依赖材料具有频率依赖特性的梯度的结构；
[0046] 图16示出组合梯度频率依赖层和构图的电极的结构；
[0047] 图17示出具有多个具有位于共同层中的平坦表面的频率依赖材料的结构；
[0048] 图18示出使用成形上部电极和具有不导电区域的频率依赖层的结构；
[0049] 图19A示出当使用具有较高频率的驱动信号时的图18的结构的等电位面；
[0050] 图19B示出当使用具有较低频率的驱动信号时的图18的结构的等电位面；
[0051] 图20示出具有孔状构图的上部电极和位于电极的孔下面的频率依赖材料的结 构；
[0052] 图21A示出当使用具有较高频率的驱动信号时的图20的结构的等电位面；
[0053] 图21B示出当使用具有较低频率的驱动信号时的图20的结构的等电位面；
[0054] 图22为示出脉宽调制信号的参数的图形视图；
[0055] 图23为示出脉宽调制信号的频率域特性的图形视图；
[0056] 图24A为示出以三个不同频率驱动的LC透镜的传输功能（光焦度对RMS电压） 的图形视图；
[0057] 图24B为示出对于三个不同控制电压的频率可调LC透镜的光焦度对频率的传输 功能的图形视图；
[0058] 图25示出具有频率可调LC透镜的摄像机；
[0059] 图26为示出如何一起使用不同频率的三个控制信号成形频率可调LC透镜的电场 分布的图形视图；
[0060] 图27A示出具有成形的顶部电极、透镜状聚合物结构和频率依赖层的结构；
[0061] 图27B是示出当使用具有较高频率的驱动信号时的图27A的结构的等电位面的图 形视图；
[0062] 图27C是示出当使用具有较低频率的驱动信号时的图27A的结构的等电位面的图 形视图；
[0063] 图28A示出类似于图27A的结构，但是其中的成形顶部电极具有倒转的形状以提 供相反的可调性；
[0064] 图28B示出具有顶部电极和平坦孔径聚合物结构的结构，其中顶部电极为具有全 部平坦表面的形状；
[0065] 图28C为类似于图28B的结构，但是其中的平坦表面的位置被倒转以提供相反的 可调性；
[0066] 图29A示出具有顶部电极的结构，所述顶部电极具有弯曲的频率依赖材料层，其 被包围在顶部聚合物材料层中；
[0067] 图29B示出当以较高频率驱动时的图29A的透镜结构的LC分子再取向的最大角 度；
[0068] 图29C示出当以较低频率驱动时的29A的透镜结构的LC分子再取向的最大角度；
[0069] 图30A示出"pi"类型LC单元的示意图；
[0070] 图30B示出"螺旋（twist) "类型LC单元的示意图；
[0071] 图31A示出用于控制光的两个正交偏振的LC单元结构的示意图；
[0072] 图31B示出类似图31A的LC单元结构的示意图，但是单个组合的可变电极结构控 制所述LC单元；
[0073] 图31C示出类似图31B的LC单元结构的示意图，但是组合的可变电极结构位于两 个交叉取向的LC单元之间；
[0074] 图32A示出使用本身具有频率依赖性质的LC层的结构示意图；
[0075] 图32B示出类似图32A的结构示意图，但是未使用中间层；
[0076] 图33示出当使用弱导电的频率依赖层时的图32A的结构的等电位面的图形视图； 以及
[0077] 图34不出使用具有弱导电的频率依赖特性的液晶的一般性表不的不意图。

【具体实施方式】
[0078] 本发明涉及可调液晶（LC)透镜，其使用频率依赖材料通过频率调节以改变该电 场的空间分布。因此，能够频率控制对该透镜的调节。本发明的所述装置可用于可调聚焦、 衍射、偏转等。本发明的所述装置还可用于控制固定的LC光学装置。图4A示意地示出使用 具有频率依赖特性的材料层406的可调LC透镜。例如，此材料可为高介电常数材料，或者弱 导电性材料，且为了简洁起见，在下文中称其为"频率依赖材料"。就功能上而言，该材料具 有允许通过该材料的有限度的电荷迁移率的特性，且电荷迁移率的程度取决于施加至该装 置的电信号的频率。因此，对于给定的频率依赖材料而言，较低频的电信号可能在该材料中 导致高度的电荷移动（传输距离），而较高频的电信号可能导致较低程度的电荷迁移率。当 将该频率依赖材料结合响应于所施加的驱动信号而产生电场的电极对一起使用时，电荷迁 移率的程度确定电荷穿入该材料中的深度，且因此根据电场形成，该材料的部分表现为"良 好"导电层，以及部分表现为"劣"导体。因此，利用高度的电荷迁移率，较大的材料段将表 现为导体，并且因而表现为附近电极的延伸。因而，在本发明中使用频率依赖特性以产生可 动态结构化的有效电极表面，且可通过改变该驱动信号的频率而改变该有效电极表面。以 此方式改变该有效电极分布会导致该两个电极之间的电场分布的对应改变。利用位于所述 电极之间的LC层，可因此使用可动态改变的电场分布以动态地改变该LC层的光学特性。
[0079] 再参照图4A，该液晶单元（LCC)420由夹在"取向"涂层422之间的LC材料421层 所组成，且所述涂层422由如摩擦聚酰亚胺的材料所形成。该LCC的下部表面包括由适当 材料（如铟锡氧化物（ΙΤ0))所形成的相对均匀透明导电层（亦即，电极）423。基板424设 置于该下部表面上，并且支撑该透明导电层。可选择地，中间层425可设置于该LCC的上部 表面上、取向涂层422的最上部。
[0080] 控制该电场梯度的梯度控制结构402由固定（优选为低电阻值）电阻的光学透明 的中心电极404所组成，而通过该频率依赖材料层406填充相同层（在相同平面上）的周 围部分和该平面下的区域。层406是该结构的部分，其又可称作为隐藏电极。在本实施例 中，电极404为盘形且位于该梯度控制结构402的中心。也可在该梯度控制结构的上部中、 在该透明中心电极404和该频率依赖层406之上设置可选覆盖基板413。
[0081] 如上文中所提及，该频率依赖层406是复介电材料，其中所施加的交流激励电压 导致的电荷穿入深度将因不同频率而不同。对于不同频率的不同电荷穿入深度使得通过移 动所述有效电极表面而重构所述电极结构。换言之，一个频率所造成的电荷穿入深度可产 生出有效的、或者"虚拟的"电极表面，该电极表面对于不同频率的有效电极表面而言位于 不同的位置。当使用所述电极以产生施加至该LC层的电场时，可使用所述不同的有效电极 表面，以改变该LC层所感受的电场，并且因此改变其光学特性。因此，例如，由于该LC单元 的光学特性可由施加至所述电极的频率所控制，所以可将可调LC透镜制造成可频率调节 的。此外，该频率调节可与电压无关，其中能够对于不同频率的激励信号使用基本相同的 RMS电压来完成该调节。
[0082] 再参照图4A，所示的透镜可以不同的可能规则来操作。对于在该频率依赖层406 中具有高度电荷输送的控制频率而言，电极404和层406将一起表现为均匀的"顶部"电极。 也就是说，电荷高度穿入该层406将产生出该电极404的"延伸"，且该有效电极将延伸跨过 该层406的全长。由于该底部电极结构423也是平坦且均匀的，所以跨过该LC层的电场将 大约为均匀的，且所述LC分子将均匀地再取向，并且没有发生能够影响通过改变构图的电 极上的电压而再取向的LC结构的取向缺陷（称为向错）。相比之下，如果施加频率至所述 电极，使得通过该层406的电荷传输相当有限，则该有效顶部电极形状将接近于该电极404 单独的形状，且所产生跨过该LC层的电场将为非均匀的。在此实例中，该非均匀电场将集 中环绕盘形电极404,并且将以预定的方式改变该LC层421的光学特性。通过频率调节代 替主要电压调节，无论是为了能量消耗的目的或者是为了液晶调制的目的，均能够将电压 范围更有效率地使用，同时能够使用频率控制来提供所期望的光学调节。也能够使用频率 控制来提供对所述电极的有效形状的动态控制能力，并且因此提供对通过这些电极产生的 电场的形状的动态控制能力。另外，使用这样的"隐藏且频率控制"电极以提供该电场的空 间调制为光学透明材料提供了相当大的选择性。这样的LC透镜结构的制造是简单且具有 成本效益，同时，对于物理参数的变化并不敏感。并且，导电性的频率依赖性是额外工具，其 允许建立较厚的膜，并且允许通过其导电性来控制该电场空间分布。
[0083] 上述实例的变化在图4B中示出，其中，将光学透明盘形中心电极404设置为使得 由频率依赖材料406填充该盘形电极的平面的周缘部分和该平面之上的区域。也就是说， 在此变化实例中，该电极404位于材料406的下部区域中，而不是上部区域中。然而，该系 统的其它部件和功能基本相同。
[0084] 将了解到，可以使用叠层组件，并且，优选，以平行的方式（同时多个单元，称作 "晶圆层"）制造该可调LC光学装置，通过切单（singulation)并且可选地接合具有交叉方 向的操作轴（指向矢）的透镜以聚焦两个正交偏振光而获得最终产品。
[0085] 可通过被构成用于使得该装置根据控制信号频率控制该装置中的光传播的可变 频率控制信号电路提供用于调节该光学装置的控制信号。这样的电路为熟知的设计，在本 文中不进一步详细讨论。
[0086] 图5A和图5B示出可调LC透镜的变化结构，该可调LC透镜使用隐藏电极通过频 率调节提供该电场的空间调制。在这两个实例中，梯度控制结构502由孔状构图的固定导 电电极环504组成，该孔状构图的固定导电电极环504可选地为光学透明的。在图5A中， 电极504位于频率依赖材料层506的顶部，而在图5B的设置中使得电极504位于材料506 的底部。在这些实施例的每一个中，与图4A和图4B的实施例相同，能够在空间中产生均匀 的或者非均匀的电场，取决于施加至所述电极的控制信号的频率。低频信号提供在材料506 中的深的电荷穿入，产生出延伸该层的长度的有效电极形状，并且与下电极523结合，产生 均匀的电场。相比之下，较高频的信号允许较浅的电荷穿入，并导致非均匀的电场而改变该 LC层521的光学特性。如下文中将进一步讨论，所述不同的电极形状（图5A和图5B相比 于图4A和图4B)提供不同的电场特性。然而，所述结构的其它部件（如具有取向涂层522 的液晶单元520、底都基板524、可选中间层525、底部导电层523和液晶521以及可选顶部 基板513)以与图4A和图4B的对应部件相同的方式工作。
[0087] 图6和图7示出图5A的结构的对应等电位面。如图6所示，使用中等的/高的频 率驱动信号（在此情况中是20V、3kHz)在频率依赖层中产生中等的电荷移动量以产生特定 电场，图中示出为平滑的梯度。当然，该频率范围的选择取决于所使用的频率依赖材料的参 数。如图7所示，使用较低频率的驱动信号（在此情况中是20V、100Hz)在该频率依赖层中 导致更多的电荷移动。这使得电场分布变得平坦，对应地引入均匀的指向矢（director)再 取向，并且允许容易地避免取向错误，或称作"向错"。这种分布还允许在低RMS电压"消除" 该透镜，而不需要将会降低主装置性能或违反主装置电压限制的第三电极或者驱动电压至 非常低（例如：〇伏特）或非常高的电压（例如：1〇〇伏特）的改变。该平坦等电位面对应 至跨过该透镜直径的平坦电场。另外，该"低"频率范围取决于所使用的频率依赖材料的参 数。
[0088] 图8和图9示出图5B的结构的对应等电位面。图8示出图5B的配置在给定具有 25V且频率为700Hz的驱动电压下电场分布。该较高频率的电压在该频率依赖材料中产生 中等的电荷移动，导致具有平滑变化的空间可变电场分布，如图所示。相比之下，低频率驱 动信号（例如：25V、100Hz)产生相对平坦的电场空间分布，如图9所示。
[0089] 图10A至图10E示出对图5A所示的单元结构的可调LC透镜（TLCL)的效应的实 验示范。为了得到所显示的图像，在两个交叉的偏振器之间放置（于45度）具有单个液晶 层的可调透镜。图10A示范在利用控制电压激励之前LC对准的均匀分布。图10B显示当 通过将较低激励频率的电压施加至所述电极时的LC取向的均匀分布。此低频激励所产生 的均匀电场分布给予LC取向的对应的均匀分布，而没有透镜效应。电压由0V(图10A)增 加至35V(图10B)，改变了所述液晶的取向，但是并未增加取向的梯度，所以没有透镜效应。 图10C至图10E显示该透镜于驱动频率下的操作，其中，该频率依赖介电常数层的电荷迁移 率是中等的。因此，在1. IMHzUOVjjb (图10C)，多个干涉环（interferential ring)显示存 在有梯度和对应的透镜效应。将电压增加至35VKMS (图10D)局部地降低梯度且对应地降低 该透镜的光焦度（较少的环）。如图10E所示，如果电压相同但是将频率降低至该频率依赖 层的电荷迁移率较高的点（接近图10B所示的情形），可得到类似的效应。
[0090] 图11A和图11B显示对于图5A所示的单元结构，光焦度与RMS像差单独地对在振 幅调制区域中的RMS电压的实验数据（Shack-Hartmann数据）。在该实例中，将1. 1MHz的 驱动电压施加至具有图5A的结构的LC透镜，且变化该驱动电压的大小。图11A清楚地示 出光焦度的平滑改变，同时图11B示范使用简单的电压控制而无需任何额外的频率调节所 得到的良好（很低）像差水平。如图所示，即使在9屈光度的光焦度下，该像差仍低于0. 18 微米。然而，应注意的是，通过增加电压来"消除"该透镜是没有效率的。即使V大于70Vms， 仍有大约1. 5个屈光度的"剩余光焦度"，使得频率控制更具吸引力。
[0091] 本领域技术人员了解，显示本发明不同实施例的视图（如图4A至图5B)是示意且 不按照比例的。因此，虽然显示该频率依赖层相比于其它层更厚，但是实际上该频率依赖层 可能相当薄，并且用于基于该频率依赖材料的位置动态地产生有效电极分布。电极的"延 伸"也可在平行或者垂直该透镜的光轴的方向上或者同时在两个方向上。因此，例如，在图 5B的结构中，孔状构图的电极504和平坦电极层523将（在该频率依赖层506中没有任何 显著的电荷迁移率）产生出跨过该LC层521的非均匀电场。例如，该非均匀电场能给予该 LC层所期望的透镜分布。然而，当施加具有能够使得在该频率依赖层中存在显著电荷迁移 率量的频率的驱动电压时，该有效电极结构延伸进入该孔状构图的电极中心的"孔"区域， 因而产生跨过该全体结构的平坦的有效电极。该孔状构图的电极的"水平"延伸通过两个 均匀电极结构将该电场分布改变为均匀的。该均匀电场在所述液晶分子上具有均匀的再取 向效应，从而消除任何透镜效应。
[0092] 在以上讨论的较高频率和较低频率之间的频率范园中，可调节该驱动电压的频率 以产生逐渐改变的LC层的光学参数。这样的实例是产生具有能够通过改变该驱动电压的 频率而在最小值和最大值间变化的光焦度的透镜。现有技术中的可调LC透镜使用具固定 频率的驱动电压，并且调节该电压水平以改变该LC层的光学特性。因此，改变平坦电极和 孔状构图的电极（如图5A和图5B所示〉之间的电压能够改变透镜的光焦度，但是利用类似 现有技术系统的固定电极结构不可能进行频率调节，且无法做到如本发明所能得到的复杂 电场分布成形。
[0093] 利用具有构图的电极的现有技术系统的另一个问题是"向错"的效应。在典型LC 透镜中，所有所述LC分子均设置有共同预倾角度，使得所有所述LC分子均对准于零电压。 当对具有构图的电极的透镜进行电压调节时，所增加的电压产生出非均匀的电场线，使得 一些LC分子不同于其它受到相同电场强度的LC分子地重新对准。这些向错在该透镜中造 成像差，但是在将电压降低到用于提供所期望的光焦度的适当范围之前，可通过利用消除 该透镜的非常高电压对准所有的分子来移除这些像差。然而，在如图5B的实施例中，初始 施加较低频率的激励电压产生有效的均匀电极分布和对应的电场分布。通过将电压升高至 超过阈值电压的水平，所述分子将以共同角度取向再取向（在此状态下，光焦度是零）。可 接着增加该激励电压的频率以降低该频率依赖材料中的电荷迁移率。当增加该频率时，该 电场发展出非均匀的分布，产生出所期望的透镜效应。然而，由于所有的LC分子均通过超 过阈值的低频率电压进行预先对准，所以当引入该透镜分布时并未发生向错。
[0094] 图12A显示根据本发明如何通过透镜结构完成频率调节的图形实例。如上所述， 虽然该曲线显示延伸至零频率，提供至该透镜的初始电压可为如100Hz的低交流（AC)频 率。在此频率下，因为所有的LC分子基本均为共同对准，所以光焦度很低。如图所示，未改 变信号的电压，然后可增加该信号的频率，当该非均匀电场开始在该LC层中发展出透镜特 性时，光焦度增大。在该实例中，在大约25kHz达到最大光焦度，在达到最大值之后该光焦 度再度降低。因此可看出如何使用频率调节代替或者补充LC透镜的电压调节。图12B类 似图12A，显示另一个可频率调节的透镜结构，在此情况中是涵盖较高的频率范园。然而，图 12B还示出在有效光焦度范围上产生非常低的RMS像差水平。
[0095] 在使用空间均匀的低角度预倾对准层的梯度折射率液晶透镜的情况中，该液晶材 料在电场方向上经受从基态至所期望的最大再取向的再取向。当相对于该电场的预倾角度 接近90度时，该电场再取向LC分子的能力最弱。因此，在一些可调GRIN光学装置设计中 选择避免在具有弱的液晶再取向能力的电场中取向的液晶取向作为可调的范围是有利的。 这可以这样实现：施加均匀电场，其导致再取向偏离基态的液晶，以因此具有新的（更响应 的）"基"态或基础态，并且接着在该均匀电场上施加经过调制的电场以形成透镜或其它光 学装置。或者可以这样实现，通过从接近利用电场对准的取向（最低的光焦度）、和从基态 方向的均匀电场对准偏离的空间调制取向（最高的光焦度），改变折射率。这样避免了在电 场和液晶之间弱的交互作用在该基态中所造成的像差。因此，将了解到，本发明能够使用频 率依赖材料以形成这样的适合的电场。
[0096] 图13示出使用隐藏电极经由频率调节提供该电场的空间调制的可调LC透镜的额 外变化。在图13中，控制该电场梯度的结构是由固定电阻值（优选为低电阻值）的孔状构 图的周缘电极1304所组成，同时，在电极中心的中心盘形区域（在相同平面上）和环绕该 平面的区域被填充有频率依赖材料1306。该梯度控制结构（GCS) 1302被夹在在正交平面 中具有指向矢（LC长分子轴的平均取向）的两个LC单元1320a、1320b之间。例如，所述指 向矢中的一个可能在XZ平面中，而第二指向矢可能在YZ平面中，该夹层的法线是Z轴。在 该实施例中，移除了传统上所使用的一个LC单元"内部"电极，以允许在该LC层中形成该 电场梯度。该GCS 1302的位置可有利于用于组合该GCS的多种功能，如电极、加热器以及 (频率依赖材料的）片电阻或者是温度传感器。该加热器和该温度传感器可一起使用以帮 助维持该装置的温度处于最佳水平。该电极1304的额外构图也可用于测量该材料1306的 电性质，如片电阻，该电性质在该电场分布的形成中具有确定性的作用，且可能由于老化而 随着时间一部分一部分的改变。在本文中，该GCS可以不同的形式制作，并且可以以特定合 金（例如：钥/铝）制成以实施所述多个功能。在该组件中间设置确定该电场的空间调制 的层有利于平均地影响上述调制层下的层中的电场。通过设置中间电极，电极间的间隔将 实质地减半，且尽管必须驱动两个电极单元，但是电压和部分至部分的变化较不显著。
[0097] 在上述实施例中，该TLCL的结构基本为完全平坦的，也就是说，该频率依赖层、电 极层（ΙΤ0或类似材料〉、LC层等均为平坦的。该电场的成形是构图电极层或者频率依赖层 的复阻抗或者两者的结果。然而，可使用其它结构化结构以提供该电场的成形。
[0098] 通过非限定的实例，将提供本发明的可变焦距平坦折射透镜的尺寸。将了解到，所 述尺寸能够根据设计选择和材料选择而大幅变化。覆盖基板能够以厚度50至100微米的 玻璃来制作。该孔状构图的电极可以以如铝的不透明金属制作，或者能够以透明的铟锡氧 化物（ΙΤ0)制作。该电极的厚度可在10至50纳米（nm)的范围内。该频率依赖材料可以 用厚度大约10纳米的氧化钛（titanium oxide)制作。氧化钛具有随着控制信号频率而改 变的半导体性质。
[0099] 该频率依赖介电常数（或复介电）材料可包括如下的各种材料。这样的材料的主 要性质为表现出将提供使得电荷迁移率根据控制信号的频率变化的弱导电性。该性质允许 对电场形状的频率调节以控制光学质量或光焦度和对LC光学装置的开/关（on/off)操作 的频率调节。
[0100] 顶部和底部对准层可为厚度大约20至40nm的聚酰亚胺层，该聚酰亚胺层经过摩 擦以产生诱导具有小预倾角的液晶基态对准的表面。例如，该液晶层的厚度可为5至30微 米。此具有空间调制的单个液晶层形成聚焦光的单个线性偏振的梯度折射率透镜。在图13 的实施例中，在顶部基板上设置孔状构图的电极1304和频率依赖材料1306,且该电极位于 两个LC层或者单元1320a和1320b之间。
[0101] 将了解到，能够以此方法组合两层至四层的TLCL，其可具有大约1至3毫米的透镜 直径、大约460微米的厚度。该TLCL的光焦度可大致为8至16个屈光度，适用于大部分的 相机应用。一个TLCL能够提供可变聚焦，同时，两个可提供变焦透镜。
[0102] 在图14的实施例中，设置两个不同的频率依赖材料以具有非平面的几何形状。所 述材料的不同复介电常数使得电场根据控制信号频率成形，以影响该电极的有效三维（3D) 形状。优选，两种材料具有匹配的光学折射率，使得该非平面几何形状不会干扰光学传输和 折射，然而，透镜系统也可设计成解决具有图像改变效应的电极结构的任何效应。
[0103] 在此实施例中，该两个频率依赖材料像放置于相同层中，并且占据该层的不同区 域。第一材料1406a具有类透镜形状并且位于相对于该透镜的光轴的中心位置。第二频率 依赖材料1406b占据该层的其它位置，并且具有不同于该第一材料的频率依赖特性。因此， 当电场施加至该层时，该两种材料1406a、1406b将会有不同的响应。在该实施例中，上部电 极1404和下部电极1423两者均为平面的且互相平行，其间具有液晶1421。当该两个电极 1404、1423之间的电压电位的频率改变时，将改变施加至该液晶的电场分布。这样使得该 LC单元1420的光学特性能够通过改变该控制频率而改变，因为电场的"形状"将由该两种 材料1406a、1406b的相对位置和其相对介电常数限定。
[0104] 例如，如果图14的实施例所使用的激励频率使得电荷的移动相当有限，且所述材 料14. 06a和1406b的介电性质类似，则该LC层所受到的电场将为基本均匀的电场。这将 导致所述LC分子的均匀再取向，而没有任何透镜效应以及向错。然而，如果所施加的频率 使得电荷的移动该层1406b中显著（但是层1406a中并不显著），则该LC层将在其周缘受 到较强的电场，因此产生再取向的梯度和相应的透镜效应。此外，这两个状态之间的转换能 够平滑地进行且没有向错。这是该电场分布的频率控制所提供的重要优势，仅使用电压控 制改变该激励电场的振幅而非改变其分布无法得到同样的效果。本领域技术人员可了解， 可针对特定应用适当地选择所述材料1406a、1406b的相对形状和其介电常数。此外，如此 的复频率依赖层可使用两个以上不同的频率依赖材料。另外，与先前的实施例相同，使用 该结构的可调透镜可通过变化该驱动电压的频率，或者通过变化具有特定频率的电压的大 小、或者通过两者的组合来调节。
[0105] 在图15的实施例中，设置频率依赖层1506以具有导电聚合物或凝胶的交联梯度， 或者是提供频率依赖电荷迁移率梯度的另一频率依赖材料。可通过例如激光束或其它光 (例如：紫外光（UV))或具有梯度成形强度的热源、中心下降和扩散及之后的聚合、或者场 诱导（例如：电解质）材料分离及之后的聚合，形成该梯度结构。在该实施例中，当施加至 所述电极1504U523的电压频率非常高时，层1506对该电场的影响很小，所述电场表现为 如同由其间不具有这样的层的均匀电极对所产生。也就是说，该有效上部电极表现为在该 实际上部（顶部）电极位置。然而，当降低该频率时，该频率依赖材料开始在该材料的特定 区域中受到更高程度的电荷移动。当进一步降低该频率时，根据该梯度结构，更多材料开始 受到电荷移动。该梯度的形状因而限定了在该材料1506中发展出有效电极结构的方式，且 因此限定了该有效电极形状如何随着频率而改变。由于该电极形状是直接相关于电场的分 布，其产生可频率调节的电场分布和该LC层上的可频率调节效应。当该频率足够低使得该 频率依赖介电常数材料为完全导电时，该有效上部电极表现为位于该频率依赖介电常数层 的底部。因此，当频率介于使得频率依赖层是完全"导电"的低频和使得整个频率依赖材料 层基本"不导电"的高频之间时，该有效电极的形状根据该材料1506中的梯度而改变。因 此，如图14的实施例，施加至该液晶的电场形状能够通过调节该电极电压的频率来调节。
[0106] 图16示出组合梯度频率依赖层1606(如图15所示的实施例）和构图的电极1604 的效果的实施例。本领域技术人员将了解，当调节该电极电压的频率时，可选定电极1604 的特定形状和导电层1606的有效频率依赖变化性，以提供所期望的电场形状范围。例如， 该材料1606可为具有梯度形式（该梯度如图中虚线1607所示）的复介电常数的材料，并 且在不同的梯度区域中具有不同的频率依赖电荷迁移率水平。材料1606可由一种其中产 生有梯度的材料或者由两个或更多个材料的组合构成。该材料1606邻接顶部电极1604,同 时，LC层1621邻接底部电极1623。顶部电极形状和该层1606中的频率依赖梯度结构的组 合用于产生所期望的有效电极形状范固和所期望的电场分布范围。
[0107] 图17示出本发明的另一实施例，其中，在平面上部和下部电极1704和1723之间 的电场通过具有不同频率依赖材料1706a和1706b的光学透明隐藏结构以及如图15所示 的具有具梯度结构的频率依赖材料的层1706c所调制。材料1706a和1706b具有不同的频 率依赖特性，并且在两者的共同层中产生特定有效电极结构，该有效电极结构取决于所施 加的激励频率。另外，该电场的频率依赖成形通过频率依赖层1706c完成。此方法的一个 优势是光穿过材料1706a和1706b的平坦表面，但是根据所施加的激励电压的频率，该LC 层所受到的电场可为平坦的或者弯曲的。尤其是，所述材料1706a、1706b的特定形状和位 置，以及层1706c的特定复特性根据所期望的应用而选定。本领域技术人员可了解，可从而 形成各种不同的电场形状。
[0108] 图18示出进一步的实施例，其中，设置频率依赖材料以根据频率改变该电极结构 的有效3D形状。该实施例组合使用成形上部电极1804(在此情况中为盘形）和包括不导 电区域1806a和频率依赖材料1806b的频率依赖层。通过仔细选择该电极1804的形状、该 不导电区域1806a和材料1806b的相对分布、以及该材料的频率依赖特性可产生所期望的 电场形状。类似图17的实施例，该实施例受益于该材料层的平坦表面，通过其光容易地传 播。
[0109] 图19A示出图18的电极结构在较高的频率（在此情况中为20V、10kHz)下所产生 的电场等电位线，在该频率下该频率依赖层仅具有中等的电荷迁移率。此实例中的有效电 场形状表现为如同由中心盘形电极所产生，而不具有来自该频率依赖材料的显著贡献。图 19B示出图18的电极结构在较低的频率（在此情况中为20V、100Hz)下所产生的电场等电 位线，在该频率下，频率依赖层表现出明显更大的电荷迁移率。此实例中的有效电场形状表 现为如同由该电极结构顶部的中心盘形电极与位于该频率依赖介电常数层底部的环形电 极所产生。将了解到，在中间频率下，该有效电极形状将更为平滑，且类似于穹顶形。
[0110] 图20是具有与图18的实施例某些相反的几何形状的实施例，而图21A和图21B 示出对于不同驱动频率（图19A和19B)的对应等电位线。尽管图18的实施例使用盘形电 极和不导电的频率依赖层的中心区域，图20的实施例使用孔状构图的电极2004和频率依 赖层2006,其中，该导电材料均位于该电极的"孔"下的中心区域中。因此，此实施例可用于 产生与图18某些相反的电场响应。例如，该几何形状能够用于产生可调LC透镜，该可调透 镜可响应改变频率而从正的改变至负的。在高频率下（例如：25V、12kHz)，该频率依赖材料 具有不显著的电荷迁移率，且该电场表现为如同仅由该孔状构图的电极所产生。在低频率 下（例如：25V、200Hz)，该频率依赖材料具有高很多的电荷迁移率，所以该电场表现为如同 由该电极2004和位于该频率依赖材料底部的盘形电极所产生。改变这些极端情况之间的 频率产生了适合用于调节LC透镜的弯曲电场形状的平滑范围。因此，提供了同时具有正和 负状态的透镜。
[0111] 重要且必须留意的是，使用这样的隐藏电极以调制电场的LC透镜可能有许多其 它的变化结构，且包括在本发明的范畴中。
[0112] 频率依赖材料
[0113] 如上文中所提及，本发明提供频率依赖材料的各种化学组成物，适合用于可调光 学装置（如本文中所描述的LC透镜）中。本领域技术人员了解，这样的材料也可用于其它 频率依赖光学应用中，如光束偏转装置、快门等。为了经由频率调节而提供电场的空间调 制，可将均匀或非均匀频率依赖材料层合并入透镜、光束偏转装置、和/或快门结构中。因 此，调节可为频率控制。这样的装置可用于可调聚焦、衍射、偏转等。
[0114] 对于以上所讨论的不同LC透镜结构，该频率依赖层由具有复介电常数的材料所 制作，其中，该复介电常数取决于施加至所述系统电极的驱动频率（包括弱导电特性）。根 据非限定的实施实例，此材料可为热或光可聚合导电材料，其组成物可能包括以下成分：
[0115] (i)可聚合单体（线性或环状）化合物；
[0116] (ii)引发剂；
[0117] (iii)用于改变最终组成物的介电常数或导电率的添加剂；
[0118] (iv)用于增加聚合物对玻璃表面的粘合性的粘合剂（该粘合剂可用于作为表面 处理剂或直接引入溶液中以增加粘合性）；以及
[0119] (V)用于改变混合物的粘性的填料。
[0120] 在一个实例中，90 (wt.)的丙烯酸异癸酯（SR256)混合0· 3 % (wt % )的Li+CL04' 接着添加3%的引发剂；2-羟基2-甲基1，1-苯基丙酮（0&1'〇^1^1173)，并且在室温小心地 搅拌该混合物，以获得均匀清澈的溶液。接着添加10 %的ECA (2-乙基氰基丙烯酸酯）（单 体总质量的wt% )，并且在室温和黑暗条件下小心地搅拌最终溶液达15分钟。可通过将该 材料暴露于强度为15mV/cm2的UV源下达三分钟而聚合该混合物。
[0121] 在另一个实例中，为了制备该组成物的第一部分，将35% (wt)的光学粘合剂 0八9352肌2〇11')与65%(被.）的（2(2-乙氧基乙氧基）丙烯酸酯单体）混合，并且在室温 下小心地搅拌该混合物，以获得均匀清澈的溶液。接着添加10%的4-甲苯[4-(2-甲基丙 基）苯基]-六氟磷酸酯（所述单体总质量的wt.);并且在室温和黑暗条件下小心地搅拌 该最终溶液达15分钟。
[0122] 具有低ε (epsilon)和导电性的组成物的第二部分是与光学粘合剂（45% wt.的 AT6001)混合的55%wt.的丙烯酸异癸酯（SR395)。在室温和黑暗条件下小心地搅拌该溶 液达15分钟。可通过将该材料暴露于强度为15mV/cm 2的UV源下达三分钟而聚合该混合 物。可选择地，来自硅氧烷系列的光学弹性体可被包括于该热或光可聚合导电材料中，并且 用于作为该组成物的低ε部分。此材料可分类成为可热固化化合物（且可为一个或两个 部分的硅氧烷弹性体）。
[0123] 应注意，各种材料组成物、各种LC层、各种电极、各种指向矢对准、各种几何形式 等均可用于制造相同的光学装置。也就是说，虽然使用频率依赖材料使得该光学装置的频 率调节对于每一个实施例来说都是共同的，但是本文中所揭示的不同的材料和物理结构的 组合可用于特定应用。
[0124] 已确定具复介电常数的材料的各种不同化学组成均可适用于上述可频率调节透 镜、光束偏转装置、及/或快门结构，其中，此材料可通过调制施加互所述电极的驱动频率 而改变（包括弱导电性）。
[0125] 根据本发明的一个实施例，该可聚合单体化合物具有至少一个烯化不饱和双键， 且具有包括描述导电性的虚数部分的复介电常数，且该引发剂为紫外-可见光、近红外光 敏感或者热敏分子的组合。
[0126] 特定引发剂化合物可包括，例如，混合的三芳基锍六氟锑酸盐、六氟磷酸盐、及 本领域技术人员所熟知的任何其它适合的引发剂。优选的引发剂化合物是4-甲基苯基 [4-(2-甲基丙基）苯基]-六氟磷酸盐。
[0127] 改变该热或光可聚合导电材料的介电常数或导电性的添加剂可为有机离子化合 物（如混合于碳酸异丙烯酯中的碘.

【权利要求】
1. 一种用于控制光传播的可变液晶光学装置，所述光学装置使其光传播基本由液晶驱 动信号的频率所控制。
2. -种用于控制光传播的可变液晶光学装置，所述光学装置使其光传播基本由液晶驱 动信号所控制，该液晶驱动信号由脉冲宽度调制电路产生。
3. 如权利要求2所述的装置，其中，提供有脉冲宽度调制波形的多个振幅，且当该波形 中的频率成分含有过多远离中心频率的能量时，所述振幅随着占空度中的对应增加而切换 为较小。
4. 如权利要求2所述的装置，其中，所述装置的电极结构包括具有频率依赖电荷迁移 率的材料，所述驱动信号的脉冲宽度调制波形的振幅和周期被选择，以使所述波形的占空 度被控制，以通过所述RMS电压和频率成分共同运作的方式共同改变该驱动信号的RMS电 压和频率成分，以改变所述光学装置的可调状态。
5. 如权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述装置控制图像。
6. 如权利要求5所述的装置，其中，所述装置是可调焦透镜。
7. 如权利要求5所述的装置，其中，所述透镜是可变折射透镜。
8. 如权利要求5所述的装置，其中，所述透镜是可变衍射透镜。
【文档编号】G02F1/133GK104252055SQ201410431126
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2009年6月21日 优先权日:2008年6月21日
【发明者】T·加尔斯强, V·普雷斯塔科夫, K·阿萨特里安, A·图尔克, A·祖赫拉拜恩, A·巴拉米扬 申请人:凌威光电公司