液晶透鏡的種類

使液晶透鏡產生透鏡聚焦效果的方式有許多種，基本上可依電極產生 均勻或不均勻電場，以及液晶層形狀是否均勻可分成四類，圖1-10

為液晶透鏡的分類。

Liquid Crystal Lens

Inhomogeneous EF

& Lens-Cell [6-8]

Modal Control

EF: Electric Field

LCL: Liquid Crystal Layer

圖1-10 液晶透鏡的分類

第一類：不均勻電場和不均勻液晶層的液晶透鏡結構是採用彎曲 的電極(Curved Electrode)和透鏡形狀的液晶層(Lens-Cell)，如圖 1-11 所示。

Lens Plano-Convex

Lens

上、下，距離近，所以操作電壓低，但是彎曲的電極不容易摩擦 (Rubbing)，液晶難排列整齊。

第二類：不均勻電場和均勻液晶層的液晶透鏡可分為三種：(1) 模態控制(Modal Control)、(2)圓孔電極(Hole-Patterned)與(3)彎曲電極 (Curved Electrode)。基本的操作原理是利用不均勻電場，使液晶轉動 角度呈現梯度分佈，產生空間中拋物線的折射率分佈。

(1)圖 1-12 為模態控制液晶透鏡之結構圖，此液晶透鏡主要是利 用高阻抗電極(High Resistance Electrode)產生不均勻的電場，高阻抗 電極，可視為無數小電阻所組成，如圖 1-13 所示，當施加電壓於環 狀電極(Annular Electrode)，透過高阻抗電極，電位會向中心逐漸減 小，形成近似拋物線不均勻的電場，使液晶轉動角度呈現梯度分佈，

產生空間中拋物線的折射率分佈。

圖 1-12 模態控制液晶透鏡之結構圖[9]

x 0

R R R R

C G_LC C G_LC

High Resistance Electrode

…

…

圖1-13 模態控制液晶透鏡之等效電路[9]

(2)圓孔電極的液晶透鏡在上、下電極之間夾著絕緣玻璃與液晶 層，上電極為鋁電極(Aluminum Electrode)，中央有一個被蝕刻掉的圓 孔，下電極為整片 ITO 電極，如圖 1-14 所示。施加電壓後，圓孔範 圍區域會產生不均勻電場，使液晶轉動角度呈現梯度分佈，產生空間 中拋物線的折射率分佈。

圖1-14 圓孔電極液晶透鏡之結構圖[11]

(3)彎曲電極的液晶透鏡結構如圖 1-15，上基板使用平凹玻璃，凹 面鍍有 ITO 電極且填入與玻璃幾乎相同折射率的聚合物(Polymer)，

再蓋上一塊玻璃，形成平面的上基板，下電極為整片ITO 電極。施加 電壓時，彎曲的電極會產生不均勻的電場，使液晶轉動角度呈現梯度

分佈，產生空間中拋物線的折射率分佈。

圖1-15 彎曲電極的液晶透鏡之結構圖[15]

第三類：均勻電場和不均勻液晶層液晶透鏡結構採用平行電極與 透鏡形狀的液晶層，一般用於製作微小液晶透鏡陣列，如圖 1-16 所 示，液晶層為平凸透鏡形狀，因此在不加電壓時，便有透鏡效果，但 是當電壓大到足夠使PNLC (Polymer-Network Liquid Crystal)站直，此 時PNLC 的折射率與聚合物的折射率幾乎相等，光線不會被聚焦。

圖1-16 透鏡形狀液晶層的液晶透鏡之結構圖[18]

第四類：均勻電場和均勻液晶層的液晶透鏡採用平行電極與梯度 分佈的聚合物網絡液晶(Gradient Polymer Network Liquid Crystal，簡 稱Gradient PNLC)。梯度分佈的 PNLC 是利用一個遮光率漸變的光罩 (Photomask)，當 UV 光(UV Light)照射時，強度從中央最大值逐漸向 邊緣減弱，使聚合物網絡(Polymer Network)在光聚合作用之後，中央 聚合物網絡濃度高，邊緣的聚合物網絡濃度低，濃度高的網絡聚合對 液晶分子產生較大的拉力，使液晶不易轉動，臨界電壓(Threshold

Voltage)較邊緣高，因此當施加電壓時，邊緣液晶轉動角度大而中央