[发明专利]可调谐液晶光学装置

说明书

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。

在一些实施例中，提供一种液晶透镜，包括四个分别具有一致的预倾角和方向的液晶层，以提供两个偏振方向并为每个偏振提供相反的预倾角，以使图象实质上是偏振独立的并对入射角不敏感。

本发明的装置被描述成关于可调谐梯度折射率透镜，然而在许多例子中可被用于衍射透镜、固定光学功率液晶透镜(即，接地状态下操作而不用电极)、可调谐光栅、可调谐虹膜(tunable irises)、激光控制装置等。

附图说明

通过结合以下附图对本发明的实施例的具体描述，以更好地理解本发明。

图1A示出了TLCL的半个的基本结构的横截面。

图1B示出了TLCL的半个的基本结构的平面视图。

图2A和2B示出了如图1A和图1B中的第一半个TLCL，其与在装置的平面内旋转90度的图2C和图2D中的第二半个TLCL并排示出。

图3A至图3D表示图2C和图2D中的第二半个TLCL被翻转，这样该装置的顶部和底部相对于第一半个TLCL相反。

图4A表示图2和3中的两个半个TLCL被配对在一起而形成的完整TLCL的侧视图，图4B是提供两个偏振的相应平面图。

图5A示意性地表示非扰动或零电压液晶单元。

图5B示意性地表示图5A的单元被施加空间调制电场。

图5C表示光穿过图5B的单元的通道，其中不同角度的入射光经历不同的液晶取向。