電場產生基板及包含其的液晶透鏡

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

108115640

專利證號

I 741290

專利獲證名稱

電場產生基板及包含其的液晶透鏡

專利所屬機關 (申請機關)

國立陽明交通大學

獲證日期

2022/10/01

技術說明

液晶材料具有優秀電光特性，液晶可以被外加電場輕易地改變其光學特性，因此液晶對於聚焦透鏡或是偏轉透鏡的應用上，是個理想材料。液晶透鏡基本原理是透過外加電壓，使液晶分子產生偏轉，入射液晶透鏡的偏振光，因而體驗到不同的有效折射率，產生光程差，達到使入射光聚焦或偏轉目的。不管要讓液晶透鏡產生聚焦或偏轉效果，都需要讓液晶盒內的液晶有漸變折射率分布，因此發展出許多建立電場的結構與方式，使液晶偏轉方向改變。例如讓UV光通過具有週期性變化灰階的光罩[1], [2](photomask with a spatially periodic grayscale)，因此通過光罩的ＵＶ光會有不同強度變化，照在一層光導聚合物(photoconductive polymer layer)或是液晶與聚合物(polymer)的混和物中，聚合物因而有不同的濃度，當外加均勻電場於液晶盒內，造成液晶盒內有漸變電場產生(Fig. 1)，或是使液晶有不同的起始電壓(Fig. 2)，因而液晶有不同偏轉方向，光通過液晶盒，體驗到鋸齒狀的折射率，光因而產生偏轉。此種技術製成過程雖然不複雜，驅動電壓不大(低於10.5 V)，但此種技術具有不可回復性，只能將光往一個方向偏轉，例如將光往+X方向偏轉，必須將液晶盒轉向，才能將光偏轉至-X方向，因此如果要藉由改變電場，將光偏轉至不同方向，此種技術是比較不適合的。多環電極結構是另一種被廣泛利用的技術，經過反覆微影、蝕刻出具有多環電極結構的基板[3], [4]，藉由分別給每一個電極適當電壓，使液晶盒內有漸變電場分布，入射光因而產生光程差，使光達到聚焦效果，此方法可以個別控制每個電極電壓，使液晶能偏轉至適當方向，但此種技術一直有著製成程序複雜的缺點，而且要控制個別電極電壓，驅動電路也是個需要考慮的問題，因此在我們之前提出的多環電極結構(Fig. 3)[5]，在蝕刻好的基板上，將左邊電極與中心電極間，利用氣溶膠噴墨技術，噴上PEDOT:PSS作為電阻連接，而右邊電極用導線(ITO)通過每環電極開口直接與中心電極連接，給定左邊電極高電壓，右邊電極接地，電壓因此由外圍多環電極往中心電極遞減，液晶盒內外圍電極與中心電極間產生漸變折射率，此結構使基板製程程序大大減化，且只需給予左右電極電壓，減少驅動電路複雜度。建立在我們之前提出結構上，將多環電極改成數組平行線電極，同樣使用PEDOT:PSS作為電阻，在每組平行線電極內產生鋸齒狀的電場分布，使入射光通過液晶盒產生相位差，進而偏轉入射光，希望能達到簡單的製程程序與簡化驅動供應的目的。