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。
【技术实现步骤摘要】
使用有效电极结构的动态重构的电光学装置 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。
本专利技术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。
技术介绍
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。 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。 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。 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）。 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。
技术实现思路
根据本专利技术的内容，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。 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。 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。 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。 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。 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。 本专利技术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。 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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
2008.06.21 US 61/074,618;2008.06.21 US 61/074,621;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...
【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：凌威光电公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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