[发明专利]一种变焦液晶透镜

说明书

技术领域

本发明是涉及一种液晶透镜，尤其涉及一种变焦液晶透镜。 

背景技术

相机、手机相机或立体影像处理等装置，常利用变焦镜头将影像放大或缩小以成像。传统变焦镜头设有多个镜群(lens group)，通过镜群间沿光轴方向移动，以改变彼此间的间距，而使整体焦距改变，但不影响成像距离。然此种镜头需要较长的镜群移动距离，且其距离为非线性关系，因此在结构设计、控制精确度上甚为困难，成本也居高而难以降低。另有使用液态镜头(liquid lens)或液晶镜头(liquid crystal lens，简称LC lens)，以改善镜群移动的距离，以缩小相机的尺寸。液态镜头的原理是由一个可调变的液体填充透镜和一个固体透镜所组成，可以利用改变液体填充透镜的形状(双凸或凹凸)或是改变不同折射率的填充介质来做调整镜头焦距以达到变焦目的，如“Liquid-Crystal Lens-Cells withVariable Focal Length”、作者为Susμmu Sato、Japan J.of Applied physics，1979年3月12日；美国专利US2007/0217023。另，可变焦液晶镜头的原理，是利用非均匀电场施加在非均匀液晶层，或非均匀电场施加在均匀液晶层，或均匀电场施加在非均匀液晶层，以产生一个渐变的折射率，而调整镜头焦距以达到变焦目的，如作者为Yun-Hsing Fan etc.，名称为“Liquid crystal microlens arrayswith switchable positive and negative focal lengths”，Journal of Display Technology，2005年9月。 

由于液晶具有良好的光电特性及很低的操作电压，一向就被广泛利用来制作可电控光调制元件。现有的液晶透镜技术，如图1A所示，主要是将液晶分子103封存在两片电极102之间，利用两电极之间电压的分布变化来改变液晶分子的排向，进而改变通过此液晶透镜光圈的光程特性以达成变焦效果。现有液晶透镜电极多采用在玻璃平板102表面镀上一层ITO透明导电薄膜以形成ITO电极101，而ITO为掺杂锡的铟氧化物(Indiμm Tin Oxide，或Tin-doped Indiμm Oxide，简称ITO)，由于其具有极佳的导电特性(电阻系数可至2×10-4Ω.cm下，约为最佳导体银金属的100倍)及高可见光的透过性及高红外光的反射性，已被发展应用于液晶显示器及液晶透镜使用；其结构上，在液晶层两侧，可为两片ITO膜或一片ITO膜配合一片金属镀膜所构成；如图1A，在ITO101上加上非均匀电场，所述电场施加在均匀液晶材料103上，将会产生接触的厚度的变化，改变液晶透镜的折射率，使液晶透镜由非聚焦转变成聚焦，或改变其焦距；如美国专利US6,882,390、US7,388,822、US2007/0183293台湾专利TWM327490、日本专利JP08-258624、WIPO专利WO/1993/009524等。但由于ITO透明导电薄膜需使用的电压较高，与液晶组成液晶镜头(即液晶透镜模块)时，其反应时间较长，切换速度缓慢，不适合用于相机或手机镜头使用。 

对于替代ITO材料，现有技术尚有在玻璃基板上镀上铝膜并蚀刻出特定光圈以作为电极，如图1B，如美国专利US2007/0183293、US2007/0182915更进一步公开使用低电阻的铝、金、银或铬与高电阻的氧化锌、氧化铅或氧化铟搭配；美国US2007/0024801专利则公开传热介质使用金膜(gold film)；通过施以电压以改变光圈中液晶的排向方式而达到变焦的目的；或以快速热传导。由于在液晶分子上下层之间，由于使用不同配置的电极，造成电场不同，虽可形成渐变的折射率，但也形成边缘衰减现象而造成成像品质不佳，或具有高操作电压、聚焦效率不高、聚焦效率与偏振为相依性、及可调控焦距范围不够大等缺点，致在使用上仍有许多限制；而为解决上述问题，现有技术常需要搭配其他传统透镜以组成一复合式透镜，以补偿变焦速度与成像品质，但是也相对增加整体的厚度与成本，并且仍然无法有效解决变焦切换速度的问题。 

发明内容