一种液晶变焦透镜及电子装置的制作方法

专利名称：：一种液晶变焦透镜及电子装置的制作方法
技术领域：
：本发明属于液晶透镜领域，尤其涉及一种液晶变焦透镜及电子装置。
背景技术：
：随着光学技术的进步，以及便携式设备的越来越高的要求，传统的光学透镜组无法做到充分平ff小型化和快速大范围调焦的矛盾，液晶镜头应运而生，弥补了这一不足。菲涅尔电极形式的液晶变焦透镜有着良好的光线会聚作用，可以实现光学透镜的功能，由于其质量小，成本低，调焦方便，焦距范围大，控制简单，抗震能力好等特点，有望取代光学透镜。传统的菲涅尔电极形式的液晶变焦透镜一般都要求铟锡金属氧化物(IndiumTinOxides,ITO)导电膜被刻蚀成波带结构，如图1所示。光学菲涅尔波带片通常有两种形式，其透光和不透光环带分别相当于所有奇数或偶数级透光和不透光波带在圆孔屏平面上的投影，但这种固定波带片的主焦距不可变。如果使光线通过奇数半波带(或偶数半波带)以后，再经过液晶层，液晶层满足使光波产生180°相移，就可以制成相位型液晶波带片。现有技术提供了一种可变焦的菲涅尔透镜，它的上下两个基板内表面的ITO导电膜被刻蚀成环状波带电极结构，并用一条公共直带电极将这些环状波带电极连接起来。这种方法只有两条引出电极，控制起来简单，但因为各波带是等电势的，不存在阶梯式电场，仅简单模拟光学菲涅尔透镜，变焦范围很小，.不能实现连续变焦。现有技术还提供了一种基板内表面的ITO导电膜被刻蚀成环状波带电极结构的透镜，它的环状波带电极之间分别引出两个引出线，由等值电阻分別连接相邻两环状波带电极之间的引出线，如图2所示，其中20是驱动信号，101、102、103以及其他未标注的环带代表不同的环状波带电极，R1R14为等值电阻，该透镜采用阶梯电压，焦距可调，但要保持透镜的良好效果需要增加环形环状波带电极的数量，这必然要增加引出线的数目，对于单片基板来说，意味着要占用不可忽视的空间。而且这些引出线对既有的阶梯电场会带来不良影响，最终使透镜的焦点偏离透镜中轴，同时，还可能会造成光散射。另外，如此多的引脚，控制起来也很复杂。
发明内容本发明实施例的目的在于提供一种液晶变焦透镜，旨在解决现有液晶变焦透镜的电极引出线多，导致对阶梯电场的干扰大，占用空间多，控制复杂的问题。本发明实施例是这样实现的，一种液晶变焦透镜，所述液晶变焦透镜包括第一基板，其内表面具有第一透明电极；以及第二基板，其内表面具有第二透明电极；所述第一透明电极包含多个菲涅尔环状波带电极，每相邻环状波带电极之间连接有置于所述第一基板内表面的导电介质，每个环状波带电极留有缺口，形成缺口通道，最内圈的环状波带电极经所述缺口通道引出第一引出电极，最外圈的环状波带电极引出与所述第一引出电极对应的第二引出电极；所述第二透明电极具有与所述第一引出电极对应的、不交叠的第三引出电极，以及与所述缺口通道对应的缺口槽；所述第一基板和第二基板组合放置后，所述第一引出电极通过所述缺口通道和缺口槽引出。本发明实施例在基板透明电极每相邻的两个环状波带电才及之间连接有导电介质，通过环状波带电极的缺口通道引出电极，大大减少了阶梯电场所需的引脚数量，控制简单，降低了对阶梯电场的干扰，减少基板占用的空间面积。图l是现有技术中菲涅尔透镜波带片的结构示意图2是现有技术中菲涅尔液晶变焦透镜的结构原理图3是本发明实施例第一实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图4是本发明实施例第二实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图5是本发明实施例第三实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图6是本发明实施例第四实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图7是本发明实施例第五实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图8是本发明实施例提供的液晶变焦透镜中第二基板的俯视图9是本发明实施例提供的液晶的相对折射率与控制电压的关系示意图10是本发明实施例提供的液晶的有效折射率与镜头孔径之间的关系示示意图13是本发明实施例提供的液晶变焦透镜的工作原理图14是本发明第六实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的结构示意图。具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例在基板透明电极每相邻的两个环状波带电极之间连接有导电介质，通过环状波带电极的缺口通道引出电极，可以大幅减少透镜的电极引出线，降低电极引出线对阶梯电场的干扰，减少基板占用空间和透镜的控制复杂度。在本发明实施例中，液晶变焦透镜包括内表面具有透明电极的第一基板和第二基板，两基板的各透明电极表面涂有液晶取向层，两基板组成一液晶盒，液晶盒中注入一液晶层。第一基板的透明电极被蚀刻成若干个菲涅尔环状波带电极，可以采用ITO透明导电材料，液晶取向层可以采用聚酰亚胺材料，液晶层可以采用向列液晶材料。图3是本发明实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的俯视图，第一基板30的透明电极蚀刻成若干个菲涅尔环状波带电极31，每个环状波带电极具有至少一个缺口，这些缺口形成至少一个缺口通道35，最内圈的环状波带电极31a通过缺口通道35引出。环状波带电极31a经过缺口通道35引出第一引出电极33，最外圈的环状波带电极31b引出第二引出电极34。每相邻的两个环状波带电极之间连接有置于第一基板内表面的导电介质32，以连接各相邻环状波带电极，导电介质32相当于等值电阻，串联以后各导电介质平分电压，在各环状波带电极之间起连接线的作用。在本发明实施例中，第一引出电极33和第二引出电极34之间在该俯视面上可以呈180度角(如图3所示)、120度角(如图4所示)、90度角等分散放置。为了分散导电介质32、第一引出电极33、第二引出电极34对电场的影响，第一引出电极33和第二引出电极34之间的距离尽量远离，导电介质32与第一引出电极33和第二引出电极34之间的距离也尽量远离。作为本发明的一个优选实施例，第一引出电极33第二引出电极34和导电介质32之间在俯视面上呈120度角放置，如图4所示。当然，为了便于加工，导电介质32可以与第二引出电极34同轴，如图5所示。为了防止导电介质32对整个透镜性能的不均tf影响，可以将导电介质32分散分布，如图6所示，当导电介质32分散分布的三个部分分别按照12:00、2:00、3:00这三个方向排列时，相邻两环状波带电极与分散分布的导电介质32形成的结构的总电阻都一样。只要不与第一引出电极33离得太近，导电介质32各分散部分的排列方向可以任意。为了进一步降低导电介质32对整个透镜性能的不均衡影响，可以将两个相邻环状波带电极之间的导电介质32等分成n份,其中n为大于等于l的正整数，然后将n份分散于两个相邻环状波带电极之间的环状空间中，可以均匀地错开。为了便于加工，不同环状空间中的导电介质32可位于同一轴上，组成n个轴。作为本发明的一个示例，如图7所示，可以将两环状波带电极之间的每一导电介质等分为4份，并围绕电极中心对称分布，尽可能避免单个导电介质使透镜焦点偏离透镜的几何中心轴线，每一份各导电介质同轴，各相邻轴之间呈90度角。当然，各导电介质也可以平均分成3等份，然后各份分布在3条轴上，各相邻轴之间呈120度角，第一引出电极33和第二引出电极34之间呈120度角放置，导电介质的分布轴与邻近引出电极呈60度角布置，效果更好。在本发明实施例中，各导电介质的电阻值相等。为了避免导电介质分得的电压过大，其方阻最好等于或大于环状波带电极31的方阻。作为本发明的一个实施例，导电介质32可以采用与环状波带电极31方阻相同或者不同的材料，当导电介质32的方阻大于环状波带电极31的方阻，且其材料与环状波带电极31的材料相同时，效果较好。当然，为了便于加工，导电介质32和环状波带电极31可以采用相等的阻值和相同的材料。图8是本发明实施例提供的液晶变焦透镜中第二基板的俯视图，第二基板40内表面的透明电极42呈圆饼状，电极42引出第三引出电极41,第三引出电极41与第一引出电才及33不交叠。在电极42上还有与第一基板30中缺口通道35对应的缺口槽43,第一基板30和第二基板40重叠放置时缺口槽43与缺口通道35处于同一位置。第一基板30和第二基板40组合放置后，第一引出电极33通过缺口槽43和缺口通道35引出，与环状波带电极31保持独立，对电场的干扰小，绝缘效果好。在本发明实施例中，通过控制环状波带电极31上的电压大小，使液晶的折射率发生变化，从而使透镜的焦距发生连续改变。液晶的相对折射率与控制电压的关系如图9所示，在两条虛线的区间内，液晶的相对折射率与电压之间近似成线性关系，也就是说控制电压在该范围时，可以对液晶的折射率进行线性调制。图10示出了本发明实施例提供的液晶的有效折射率与镜头孔径之间的关系。有效折射率的计算原理如下将一定的电压施加到镜头上，液晶的有效折射率为iVe#=iV。—Cli2一c2i4+c3W6+c4i8+L(1)其中，^是液晶的寻常光折射率，及是镜头的孔径，c,为常量，/=1~N，由于当/大于等于5时，后面的项数对整个结果的影响很小，可以忽略，一般取f=l~4，由下式决定1(2)C1:c21(3)2qc产山，(4)4<1c5=(5)1(6)16qs其中，/为镜头焦距，"为液晶层厚度。假设环状波带电极32的半径为0.3mm，环状波带电才及32之间的间隙为3wm，环状波带电极32的总数为10,液晶层厚度为6wm,液晶的寻常光折射率7V。=1.74,调节驱动电压使得液晶的有效折射率7^=1'5()，则镜头焦距为51.68cw。改变控制电压，这个焦距就可以变化，达到变焦的目的。以采用ITO材^F的扇形导电介质为例，如图11、12所示，有I设环状波带电极32的总数为"，对于第w-l和"圈环状波带电极之间的导电介质，根据电阻公式^，其中/9为电阻率，/为电阻长度，S为电阻横截面积，设导电介质的厚度为A方阻为^，张角为e,宽度为^o)，波带电极之间的间隙宽度为g"/。将导电介质等分为w份，那么，每一份导电介质的方阻i^为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>附这样，张角为e,宽度为^"的扇形导电介质的方阻i^为附Ap—2w2;r一，(8)对于第n-l和n圈环状波带电极之间的扇形导电介质可以分解为无穷个宽度为^的环形电阻，于是，整个宽度为gap的扇形导电介质的大小为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(9)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>由式(9)可以看出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(10)若取7=1^\rf=l.lmm，^=200Q,ga/7=0.03mm,分别取不同的"(1《"《10，w为整数)，根据(10)式计算得到10个扇形导电介质的张角下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图13示出了本发明实施例中液晶变焦透镜的工作原理，将第一引出电极33、第二引出电极34分别连接SEG电极和COM电极，第三引出电极41连接COM电极上。交流方波信号连接于与第一引出电极33和第二引出电极34之间，或者第二引出电极34和第三引出电极41之间。调整电压，该透镜能够实现凸透镜或凹透镜的功能。在本发明实施例中，交流方波信号连接于与第一引出电极33和第三引出电极41之间，可实现凹透镜的功能，交流方波信号连接于与第二引出电极34和第三引出电极41之间，可实现凸透镜的功能。对于一种透镜模式(凸透镜或凹透镜)，调节交流方波信号，改变电压幅度或改变驱动频率，可以调整透镜的焦距，从而实现液晶透镜的变焦功能。图14是本发明第六实施例提供的液晶变焦透镜中第一基板的示意结构，为了使透镜具备三维调节的功能，最内圈的环状波带电极31a分为至少3部分，例如一个半圆部分和两个扇形部分，并分别引出三个引出电极331、332、333,环状波带电极31与引出电极311、312、313的相交处都设有缺口，形成3个缺口通道。引出电极331和引出电极332之间的第二象限中，最外圏的环状波带电极32b与引出电极332相交，其引出电极342和343接地，引出电极341连接可变电阻R2的滑动端，可变电阻R1或R2连接于引出电极331与引出电极342或引出电极343之间，滑动端分别与引出电极332或引出电极341连接，用于改变液晶变焦透镜焦点的位置。调节第一引出电极的半圓部分和第二引出电极的扇形部分之间电压(PO的幅度，可使透镜的主焦点在纸面垂直方向上移动；当r一定时，调节两个可变电阻R。R2,可使透镜的焦点在纸面所在的平面上移动。半圆部分的第一引出电极为一、二象限提供由内向外的梯度电压，而一、二象限的最外圈的电压并不一样，分别取决于两个分压可变电阻R。R2。因此，在45度、135度方向分别控制焦点的移动，达到焦点三维可调的目的。相对应的，第二基板40透明电极也具有与上述引出电极331、332、333对应的、不交叠的三个引出电极，以及与第一基板30的3个缺口通道对应的3个缺口槽(图中未示出)。在制作本发明实施例提供的液晶变焦镜头时首先，用光刻法将两个基板的环状波带电极分别蚀刻成上述结构，该结构布局相当于相邻的环状波带电极电压幅度之差相等，即透镜内部的电场是等阶梯状的。然后，在ITO表面涂上聚酰亚胺取向层，令上下取向层摩擦方向相互垂直。然后，将第一基板和第二基板两个基板叠放，做成液晶盒，并注入向列相液晶。最后，将第一电极、第二电极分别连接SEG电极和COM电极，通过在SEG电极和COM电极之间施加一定幅度的电压，使该液晶变焦透镜工作于透镜方式。本发明实施例提供的液晶变焦透镜可以广泛应用于数码相机、移动电话、PDA等电子装置中。本发明实施例在基板透明电极每相邻的两个环状波带电极之间连接有导电介质，通过环状波带电极的缺口通道引出电极，大大减少了阶梯电场所需的引脚数量，控制简单，降低了对阶梯电场的干扰，减少基板占用的空间面积。同时，将引出电极与导电介质的位置错开，尽可能的消除了引出电极对透镜效果的影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1、一种液晶变焦透镜，其特征在于，所述液晶变焦透镜包括第一基板，其内表面具有第一透明电极；以及第二基板，其内表面具有第二透明电极；所述第一透明电极包含多个菲涅尔环状波带电极，每相邻环状波带电极之间连接有置于所述第一基板内表面的导电介质，每个环状波带电极留有缺口，形成缺口通道，最内圈的环状波带电极经所述缺口通道引出第一引出电极，最外圈的环状波带电极引出与所述第一引出电极对应的第二引出电极；所述第二透明电极具有与所述第一引出电极对应的、不交叠的第三引出电极，以及与所述缺口通道对应的缺口槽；所述第一基板和第二基板组合放置后，所述第一引出电极通过所述缺口通道和缺口槽引出。2、如权利要求1所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述导电介质、第一引出电极和第二引出电极之间在第一基板所在平面呈120度角分布。3、如权利要求1所述的液晶变焦透镜，其特征在于，每相邻环状波带电极之间的导电介质同轴，或者分散分布。4、如权利要求3所述的液晶变焦透镜，其特征在于，每相邻环状波带电极之间的导电介质与所述第二引出电极同轴。5、如权利要求1所述的液晶变焦透镜，其特征在于，每相邻环状波带电极之间的导电介质分成多份，在每相邻环状波带电极之间的空间内分散分布。6、如权利要求1所述的液晶变焦透镜，其特征在于，所述导电介质的材料与所述环状波带电极的材料相同，其方阻等于或者大于所述环状波带电极的方阻。7、一种包括权利要求1至6的液晶变焦透镜的电子装置。全文摘要本发明适用于液晶透镜领域，提供了一种液晶变焦透镜及电子装置，在基板透明电极每相邻的两个环状波带电极之间连接有导电介质，通过环状波带电极的缺口通道引出电极，大大减少了阶梯电场所需的引脚数量，控制简单，降低了对阶梯电场的干扰，减少基板占用的空间面积。文档编号G02F1/35GK101630105SQ20081006851公开日2010年1月20日申请日期2008年7月15日优先权日2008年7月15日发明者杰陈申请人:比亚迪股份有限公司