JP2001272646A - 液晶レンズおよび液晶レンズ装置および液晶レンズの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】立下り時間が短縮された液晶レンズを提供す
る。 【解決手段】液晶レンズ１００は、誘電率異方性が正の
ネマティック液晶１５０と、これを凸形状に保持するセ
ル１１０を含んでいる。セル１１０は、シール剤１４０
を介して互いに接合された平板基板１２０と凹面基板１
３０を有している。平板基板１２０は、平板状の板材１
２２と、異なる大きさの二つの透明電極１２４ａ，１２
４ｂと、これらを覆う平行配向層１２６とを備えてい
る。また、凹面基板１３０は、凹面を有する板材１３２
と、異なる大きさの二つの透明電極１３４ａ，１３４ｂ
と、これらを覆う平行配向層１３６とを備えている。平
板基板１２０の二つの透明電極１２４ａ，１２４ｂの境
界と、凹面基板１３０の二つの透明電極１３４ａ，１３
４ｂの境界は、液晶レンズ１００の中心を通り配向処理
方向Ａ126やＡ136に垂直な線に対して対称的に位置して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶光学素子、更
に詳しくは、液晶の光学的異方性を利用し、電場の強度
を変化させることで光学的性質を変えることが出来る液
晶レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば「焦点可変液晶レンズシステム(Va
riable Focus Liquid Crystal Lens System)」と題する
米国特許第４１９０３３０号は、電場の強度を変化させ
ることにより光学的性質を変えることができる液晶光学
素子を開示している。図１３はポラライザを含む焦点可
変液晶レンズシステムの構成を示している。

【０００３】図１３に示されるように、この焦点可変液
晶レンズシステムは、ポラライザ１１と、透明電極１４
と配向膜１５を備える一対の透明基板１３と、対向する
一対の透明基板１３の凹面の間の空間に保持される液晶
と、対向する二つの透明電極１４の間に適宜電圧を印加
する駆動電源１６とを有している。ポラライザ１１は、
対向する配向膜１５の間の空間に充填されている液晶材
料の分子が並んでるＸ方向に向けられている。

【０００４】この液晶レンズは、電極間に電圧が印加さ
れていない状態では、ポラライザ１１で偏光された入射
光に対して、液晶材料の異常光屈折率を持つ媒質として
く。

【０００５】これに対して電極間に電圧が印加されてい
る状態では、ポラライザ１１で偏光された入射光に対し
て、液晶材料の常光屈折率を持つ媒質として働く。

【０００６】従って、この液晶レンズは、透明基板の凹
面の間の空間に充填された液晶材料に与える電場の強度
を変化させることで、屈折率が変えられ、機械的な動作
部分を持つことなく、焦点距離を変更することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】液晶材料に電場が与え
られていない状態から液晶レンズの焦点距離を変更する
には、電極間に電圧を印加して、液晶材料に電場を与
え、その電場の強度に応じて、液晶分子を電極面に対し
垂直方向に整列させる。また、液晶材料に電場が与えら
れている状態から液晶材料に電場が与えられていない状
態に戻す際には、電極間に印加されていた電圧を切り、
両電極間を同電位とすることで、液晶材料に与えられて
いた電場を除去し、液晶の持つ配向力によって、液晶分
子を電極面と平行方向に整列させる。

【０００８】液晶材料に電場を与えて、液晶分子を電場
の方向に、つまり電極面に垂直な方向に整列させる際に
おいては、液晶分子が電極面に垂直に整列するまでの時
間(以降、立上がり時間)は、強い電場を与えることで短
縮することができる。

【０００９】しかしながら、液晶材料に与えていた電場
を切り、液晶分子を電極面に平行に整列させる際におい
ては、液晶分子が電極面に平行に整列するまでの応答時
間(以降、立下り時間)は、液晶材料の粘度や弾性定数等
の液晶材料固有の特性によって決まる。

【００１０】一般的なネマティック液晶では、立上がり
時間は数〜数十ミリ秒であるのに対し、立下り時間は数
十〜数百ミリ秒であり、立上がり時間よりも立下り時間
の方が大きい。このため、これを用いた光学素子の応答
速度は、立下り時間によって決まる。応答速度の向上に
は、立下り時間の短縮が必要不可欠である。

【００１１】さらに、可変焦点液晶レンズでは、液晶の
封入される空間が凸形状であるため、二枚の透明基板の
電極間の最大距離は、通常の平行平板セルすなわち二枚
の平板状の基板が貼り合わされたセルに比べて大きい。
例えば、一方の基板が凹面を持ち、他方の基板が平板状
である液晶レンズでは、凹形状の球欠深さが二枚の透明
基板の平面部の間隔と同じであるとすると、電極間の最
大距離は、通常の平行平板セルに比べて二倍となってし
まう。立上がり時間や立下り時間は、電極間の距離の二
乗に比例するため、平行平板セルの立下り時間が数百ミ
リ秒であるとすると、この液晶レンズの立下り時間は、
電極間距離の増加に伴い、数秒程度となる。

【００１２】本発明の目的は、立下り時間が短縮された
液晶レンズを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、一面において
は、焦点距離を変更可能な液晶レンズであって、液晶
と、これを一定の形状に保持するセルとを備えており、
セルは、シール剤を介して互いに接合された光学的に透
明な二枚の基板を有し、透明基板の各々は、板材と、そ
の上に設けられた二つの透明電極と、これらを覆う配向
層とを有し、それぞれの透明基板の二つの透明電極は、
僅かな間隔を置いて並んでおり、それぞれの透明基板の
配向層は、それぞれの二つの透明電極の境界に対して特
定の方向に配向処理されている。

【００１４】本発明は、別の一面においては、焦点距離
を変更可能な液晶レンズ装置であって、焦点距離を変更
可能な液晶レンズと、この液晶レンズを駆動する駆動回
路とを備えており、液晶レンズは、液晶と、これを一定
の形状に保持するセルとを有し、セルは、シール剤を介
して互いに接合された光学的に透明な二枚の基板を有
し、透明基板の各々は、板材と、その上に設けられた二
つの透明電極と、これらを覆う配向層とを有し、それぞ
れの透明基板の二つの透明電極は、僅かな間隔を置いて
並んでおり、それぞれの透明基板の配向層は、それぞれ
の二つの透明電極の境界に対して特定の方向に配向処理
されており、駆動回路は、液晶レンズの二枚の透明基板
のそれぞれの透明電極の間に電圧を印加することによ
り、電圧が印加されていない状態に比べて焦点距離を変
更し、電圧が印加されていない状態に戻す際には、その
初期段階において、電圧が印加されていない状態に戻る
方向に液晶分子を強制的に回転させる電場を与えるよう
に、適当な透明電極の間に選択的に電圧を印加する。

【００１５】本発明は、さらに別の一面においては、液
晶レンズの駆動方法であって、液晶レンズは、液晶と、
これを一定の形状に保持するセルとを備えており、セル
は、シール剤を介して互いに接合された光学的に透明な
二枚の基板を有し、透明基板の各々は、板材と、その上
に設けられた二つの透明電極と、これらを覆う配向層と
を有し、それぞれの透明基板の二つの透明電極は、僅か
な間隔を置いて並んでおり、それぞれの透明基板の配向
層は、それぞれの二つの透明電極の境界に対して特定の
方向に配向処理されており、この駆動方法は、液晶レン
ズの二枚の透明基板のそれぞれの透明電極の間に電圧を
印加することにより、電圧が印加されていない状態に比
べて焦点距離を変更し、電圧が印加されていない状態に
戻す際には、その初期段階において、適当な透明電極の
間に選択的に電圧を印加して、電圧が印加されていない
状態に戻る方向に液晶分子を強制的に回転させる電場を
発生させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］本実施の形
態の液晶レンズ装置は、図１と図２に示される液晶レン
ズ１００と、これを駆動する駆動回路とを含んでいる。

【００１７】液晶レンズ１００は、図１と図２に示され
るように、誘電率異方性が正のネマティック液晶１５０
と、これを凸形状に保持するセル１１０を含んでいる。
セル１１０は、シール剤１４０を介して互いに接合され
た光学的に透明な二枚の基板１２０と１３０を有してお
り、これらによって形成される凸形状の空間に液晶１５
０を保持する。一方の透明基板１２０は平板状であり、
他方の透明基板１３０は凹面を有している。

【００１８】平板基板１２０は、平板状の板材１２２
と、その上に形成されたアンダーコート(図示せず)と、
その上に形成された二つの透明電極１２４ａ，１２４ｂ
と、これらを覆う平行配向層１２６とを備えている。板
材１２２は、例えばバリウムクラウンガラスであるが、
クラウンガラスやフリントガラスであってもよい。アン
ダーコートは、例えば二酸化珪素膜であり、ガラス板よ
り溶出するアルカリイオンに対するバリア層として機能
する。

【００１９】透明電極１２４ａ，１２４ｂは、光学的に
透明な導電性の膜であり、例えば酸化インジウム錫膜で
あるが、酸化インジウム錫膜やアンチモン添加酸化錫膜
や酸化亜鉛膜などであってもよい。二つの透明電極１２
４ａ，１２４ｂは、異なる大きさの例えば矩形形状をし
ており、これらは僅かな間隔を置いて平行に並んでお
り、全体で正方形の輪郭を成している。これは、別の見
方をすれば、二つの透明電極１２４ａ，１２４ｂは、そ
の両者が形成する正方形に関して、その中心から外れた
非対称な位置で、正方形の中心を通る一方の対辺に平行
な二等分線に沿って分割されているとも言える。

【００２０】平行配向層１２６は、液晶材料を特定の方
向に配向する有機配向膜であり、例えばポリイミド系配
向膜であるが、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向
膜などであってもよい。平行配向層１２６は、ガラス基
板の平面に対して平行で、矢印Ａ126で示される方向
に、ラビング等の配向処理が施されている。つまり、小
さい透明電極１２４ａから大きい透明電極１２４ｂに向
かう方向に配向処理されている。また、配向処理は、配
向処理方向Ａ126の起点側から終点側に向けて、板材１
２２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう
行なわれている。

【００２１】平板基板１２０は、更に、板材１２２の外
側の平面に貼り付けられた偏光板(図示せず)を有してお
り、その偏光方向は平板基板１２０に施された配向処理
方向に一致している。

【００２２】また、凹面基板１３０は、凹面を有する板
材１３２と、その凹面を含む面に形成されたアンダーコ
ート(図示せず)と、その上に形成された二つの透明電極
１３４ａ，１３４ｂと、これらを覆う平行配向層１３６
とを備えている。板材１３２は、例えばバリウムクラウ
ンガラスであるが、クラウンガラスやフリントガラスで
あってもよい。アンダーコートは、例えば二酸化珪素膜
であり、ガラス板より溶出するアルカリイオンに対する
バリア層として機能する。

【００２３】透明電極１３４ａ，１３４ｂは、光学的に
透明な導電性の膜であり、例えば酸化インジウム錫膜で
あるが、酸化インジウム錫膜やアンチモン添加酸化錫膜
や酸化亜鉛膜などであってもよい。二つの透明電極１３
４ａ，１３４ｂは、異なる大きさの例えば矩形形状をし
ており、これらは僅かな間隔を置いて平行に並んでお
り、全体で正方形の輪郭を成している。これは、別の見
方をすれば、二つの透明電極１３４ａ，１３４ｂは、そ
の両者が形成する正方形に関して、その中心から外れた
非対称な位置で、正方形の中心を通る一方の対辺に平行
な二等分線に沿って分割されているとも言える。

【００２４】平行配向層１３６は、液晶材料を特定の方
向に配向する有機配向膜であり、例えばポリイミド系配
向膜であるが、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向
膜などであってもよい。平行配向層１３６は、ガラス基
板の平面に対して平行で、矢印Ａ136で示される方向
に、ラビング等の配向処理が施されている。つまり、小
さい透明電極１３４ａから大きい透明電極１３４ｂに向
かう方向に配向処理されている。また、配向処理は、配
向処理方向Ａ136の起点側から終点側に向けて、板材１
３２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう
行なわれている。

【００２５】平板基板１２０と凹面基板１３０は、シー
ル剤１４０を介して互いに接合されており、セル１１０
を構成している。平板基板１２０と凹面基板１３０の接
合は、一方の基板に、プラスチックやガラス等のビーズ
を混合したシール剤１４０を用いてスクリーン印刷やデ
ィスペンサ等の手法でシールを形成し、他方の基板を貼
り合わせ、加圧しながら加熱や紫外線照射等の硬化手段
によって貼り合わせることにより行なわれる。シール剤
１４０は、例えばエポキシ系熱硬化型シール剤である
が、エポキシ系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬
化型シール剤やアクリル系熱硬化型シール剤やアクリル
系紫外線硬化型シール剤などであってもよい。

【００２６】シール剤１４０で形成されるシールには、
少なくとも一部分に液晶注入のための注入口(図示せず)
が設けられ、セル１１０を真空チャンバ内に設置し、真
空引きの後、注入口にネマティック液晶１５０を接触さ
せることにより、セル１１０内にネマティック液晶１５
０が充填される。ネマティック液晶１５０の充填後、注
入口には封止剤(図示せず)が塗布され、これが硬化さ
れ、ネマティック液晶１５０が封止される。封止剤は、
例えばエポキシ系紫外線硬化型シール剤であるが、エポ
キシ系熱硬化型シール剤やエポキシ系紫外線硬化型シー
ル剤やアクリル系熱硬化型シール剤やアクリル系紫外線
硬化型シール剤であってもよい。

【００２７】平板基板１２０と凹面基板１３０は、それ
らの平行配向膜１２６の配向処理方向Ａ126と平行配向
膜１３６の配向処理方向Ａ136とが１８０度異なるよう
に、すなわち逆向きになるように、接合されている。従
って、平板基板１２０の二つの透明電極１２４ａ，１２
４ｂの境界と、凹面基板１３０の二つの透明電極１３４
ａ，１３４ｂの境界は、液晶レンズ１００の中心を通り
配向処理方向Ａ126やＡ136に垂直な線に対して対称的に
位置している。透明電極１２４ａ，１２４ｂの境界と透
明電極１３４ａ，１３４ｂの境界の間の距離は、透明電
極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４ｂの
間の最大の距離の二倍以下がよく、例えば１.４倍であ
る。

【００２８】透明電極１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，
１３４ｂの各々には、電圧を印加するための配線電極
(図示せず)が接続されている。各配線電極は、異方性導
電接着剤やはんだ等で接続された配線部材(図示せず)を
介して、駆動回路(図示せず)に接続されている。配線電
極は、透明電極１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４
ｂと同じ材料の膜で作られてもよいが、金や銀や銅やニ
ッケルやクロムやカーボンなど、より導電性の高い材料
の膜で作られると更に好ましい。

【００２９】平板基板１２０の側から液晶レンズ１００
に入射する光は、その表面に設けられた偏光板によって
偏光方向が整えられ、凸形状に保持されたネマティック
液晶１５０に入射する。

【００３０】透明電極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１
３４ａ，１３４ｂの間に電圧が印加されていない状態で
は、液晶分子は、平行配向層の配向処理方向に沿って整
列する。このため、偏光板で偏光された入射光の偏光方
向は、ネマティック液晶１５０の配向方向に平行にな
り、入射光はネマティック液晶１５０の異常光屈折率の
影響を受ける。つまり、凸形状に保持されたネマティッ
ク液晶１５０は、平行配向層の配向処理方向に平行に偏
光された入射光に対して、異常光屈折率を持つ凸レンズ
として働く。

【００３１】これに対して、図３に示されるように、透
明電極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４
ｂの間に電圧が印加されると、ネマティック液晶１５０
に電場がかかり、液晶分子は、電場の方向に回転し、平
板基板１２０と凹面基板１３０の平面に垂直に整列す
る。このため、偏光板で偏光された入射光の偏光方向
は、ネマティック液晶１５０の配向方向に垂直になり、
入射光はネマティック液晶１５０の常光屈折率の影響を
受ける。つまり、凸形状に保持されたネマティック液晶
１５０は、平行配向層の配向処理方向に平行に偏光され
た入射光に対して、常光屈折率を持つ凸レンズとして働
く。

【００３２】従って、液晶レンズ１００を異常光屈折率
を持つ凸レンズとして機能させる場合、駆動回路は、透
明電極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４
ｂとの間に電圧を印加しない。

【００３３】液晶レンズ１００を常光屈折率を持つ凸レ
ンズとして機能させる場合、駆動回路は、リレースイッ
チ等を用いて、図３に示されるように、平板基板１２０
の透明電極１２４ａ，１２４ｂを電気的に接続して同電
位にし、また凹面基板１３０の透明電極１３４ａ，１３
４ｂを電気的に接続して同電位にするとともに、透明電
極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４ｂと
の間に数Ｖから数十Ｖの交番電圧を印加する。この交番
電圧の印加は、透明電極１２４ａ，１２４ｂと透明電極
１３４ａ，１３４ｂの間に、透明基板の平面にほぼ垂直
な電気力線Ａを持つ電場を発生させる。ネマティック液
晶１５０の液晶分子は、この電場の影響を受けて回転
し、電気力線Ａに対して平行に整列する。その際、液晶
分子は、前述のプレチルト角のために、すべて同じ方向
に回転する。

【００３４】液晶レンズ１００を、常光屈折率を持つ凸
レンズとして機能している状態から、異常光屈折率を持
つ凸レンズとして機能する状態へ切り替える場合、駆動
回路は、まず、数〜数十ミリ秒程度の間、図４に示され
るように、大きい方の二つの透明電極１２４ａと１３４
ａを電気的に接続するとともに、小さい方の二つの透明
電極１２４ｂと１３４ｂの間に、常光屈折率を持つ凸レ
ンズとして機能させる際に印加した交番電圧の二倍程度
の大きさの交番電圧を印加する。その後、駆動回路は、
透明電極１２４ｂ，１３４ｂの間への電圧印加を停止
し、透明電極１２４ｂ，１３４ｂを電気的に接続する。

【００３５】図４に示されるような透明電極１２４ａ，
１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂに印加される電圧の制御
は、透明電極１２４ａと１３４ａの間の電位差をなく
し、透明電極１２４ｂと１３４ｂ間に、透明基板の平面
(例えば平板基板１２０や凹面基板１３０の平面)に対し
て配向処理方向に傾いた電気力線Ｂを持つ電場を発生さ
せる。この電場は、透明基板の平面に垂直に整列してい
るネマティック液晶１５０の液晶分子を、電気力線Ｂの
方向に回転させる。つまり、液晶分子に、電場が印加さ
れていない状態に戻る方向に回転させる力を与える。電
圧印加の停止後は、液晶分子は、液晶材料の固有の特性
に従って、平行配向層１２６、１３６の配向処理方向に
整列する状態に戻る。

【００３６】以上の説明から分かるように、本実施の形
態の液晶レンズ１００では、常光屈折率を持つ凸レンズ
から異常光屈折率を持つ凸レンズへ切り替えられる際
に、その初期段階においてネマティック液晶１５０の液
晶分子が強制的に回転されるので、液晶分子が透明基板
の平面に垂直に整列した状態から平行に整列した状態に
移るまでの立下り時間が短縮される。

【００３７】透明電極１２４ａ，１２４ｂの境界と透明
電極１３４ａ，１３４ｂの境界は、液晶レンズ１００の
中心を通り配向処理方向に垂直な線に対して対称的に位
置しているため、電場の強度は、透明電極１２４ａ，１
２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４ｂの間隔が最も大き
い液晶レンズ１００の中央部分で最も大きくなるので、
立下り時間が効率良く改善される。

【００３８】さらに、透明電極１２４ａ，１２４ｂの境
界と透明電極１３４ａ，１３４ｂの境界の間隔は、透明
電極１２４ａ，１２４ｂと透明電極１３４ａ，１３４ｂ
の間隔の最大値の１.４倍〜２倍であるので、透明電極
１２４ｂ，１３４ｂの間に印加する電圧は、常光屈折率
を持つ凸レンズとして機能させるための駆動電圧と比較
して、特に高い電圧を必要としない。

【００３９】本発明の実施の形態の各構成は、様々な変
形や変更が可能である。

【００４０】例えば、本実施の形態では、透明電極に印
加される電圧は、交番電圧であるが、直流電圧であって
もよい。

【００４１】また、液晶レンズ１００は、セル１１０が
二枚の透明基板が貼り合わされて作られており、これに
保持された一つの液晶の層を有しているが、セルが三枚
以上の透明基板が貼り合わされて作られ、セルに保持さ
れた二以上の液晶の層を有していてもよく、この場合は
偏光板を必要としない。

【００４２】さらに、一方の透明基板が凹面を有し、他
方の透明基板が平板であるが、透明基板の形状はこれに
限定されない。さらに、二枚の透明基板の板材は、ガラ
ス板であるが、プラスチック等の材料の板材であっても
よい。

【００４３】［第２の実施の形態］本実施の形態の液晶
レンズ装置は、図５と図６に示される液晶レンズ２００
と、これを駆動する駆動回路とを含んでいる。

【００４４】液晶レンズ２００は、図５と図６に示され
るように、誘電率異方性が負のネマティック液晶２５０
と、これを凸形状に保持するセル２１０を含んでいる。
セル２１０は、シール剤２４０を介して互いに接合され
た光学的に透明な二枚の基板２２０と２３０を有してお
り、これらによって形成される凸形状の空間に液晶２５
０を保持する。一方の透明基板２２０は平板状であり、
他方の透明基板２３０は凹面を有している。

【００４５】平板基板２２０は、平板状の板材２２２
と、その上に形成されたアンダーコート(図示せず)と、
その上に形成された二つの透明電極２２４ａ，２２４ｂ
と、これらを覆う垂直配向層２２６とを備えている。

【００４６】二つの透明電極２２４ａ，２２４ｂは、異
なる大きさの例えば矩形形状をしており、これらは僅か
な間隔を置いて平行に並んでおり、全体で正方形の輪郭
を成している。これは、別の見方をすれば、二つの透明
電極２２４ａ，２２４ｂは、その両者が形成する正方形
に関して、その中心から外れた非対称な位置で、正方形
の中心を通る一方の対辺に平行な二等分線に沿って分割
されているとも言える。

【００４７】垂直配向層２２６は、シランカップリング
剤やポリシロキサンやクロム錯体等で作られ、誘電率異
方性が負の液晶分子を板材１２２の平面に対して垂直に
配向させる機能を有する。垂直配向層２２６は、ガラス
基板の平面に対して、ラビング等の配向処理が施されて
おり、その配向処理方向は矢印Ａ226で示される方向と
なっている。つまり、二枚の透明電極２２４ａ，２２４
ｂの境界に平行に配向処理されている。また、配向処理
は、配向処理方向Ａ226の起点側から終点側に向けて、
板材２２２の平面に垂直な方向に対して１〜５度のプレ
チルト角をなすよう行なわれている。

【００４８】平板基板２２０は、更に、板材２２２の外
側の平面に貼り付けられた偏光板(図示せず)を有してお
り、その偏光方向は平板基板２２０に施された配向処理
方向に直交している。

【００４９】また、凹面基板２３０は、凹面を有する板
材２３２と、その凹面を含む面に形成されたアンダーコ
ート(図示せず)と、その上に形成された二つの透明電極
２３４ａ，２３４ｂと、これらを覆う垂直配向層２３６
とを備えている。

【００５０】二つの透明電極２３４ａ，２３４ｂは、異
なる大きさの例えば矩形形状をしており、これらは僅か
な間隔を置いて平行に並んでおり、全体で正方形の輪郭
を成している。これは、別の見方をすれば、二つの透明
電極２３４ａ，２３４ｂは、その両者が形成する正方形
に関して、その中心から外れた非対称な位置で、正方形
の中心を通る一方の対辺に平行な二等分線に沿って分割
されているとも言える。

【００５１】垂直配向層２３６は、シランカップリング
剤やポリシロキサンやクロム錯体等で作られ、誘電率異
方性が負の液晶分子を板材１２２の平面に対して垂直に
配向させる機能を有する。垂直配向層２３６は、ラビン
グ等の配向処理が施され、ガラス基板の平面に対して略
垂直で、矢印Ａ236で示される方向が配向処理方向とな
っている。つまり、二枚の透明電極２３４ａ，２３４ｂ
の境界に平行に配向処理されている。また、配向処理
は、配向処理方向Ａ236の起点側から終点側に向けて、
板材２３２の平面に垂直な方向に対して１〜５度のプレ
チルト角をなすよう行なわれている。

【００５２】平板基板２２０と凹面基板２３０は、シー
ル剤２４０を介して互いに接合されており、セル２１０
を構成している。平板基板２２０と凹面基板２３０の接
合は、一方の基板に、プラスチックやガラス等のビーズ
を混合したシール剤２４０を用いてスクリーン印刷やデ
ィスペンサ等の手法でシールを形成し、他方の基板を貼
り合わせ、加圧しながら加熱や紫外線照射等の硬化手段
によって貼り合わせることにより行なわれる。

【００５３】シール剤２４０で形成されるシールには、
少なくとも一部分に液晶注入のための注入口(図示せず)
が設けられ、セル２１０を真空チャンバ内に設置し、真
空引きの後、注入口にネマティック液晶２５０を接触さ
せることにより、セル２１０内にネマティック液晶２５
０が充填される。ネマティック液晶２５０の充填後、注
入口には封止剤(図示せず)が塗布され、これが硬化さ
れ、ネマティック液晶２５０が封止される。

【００５４】平板基板２２０と凹面基板２３０は、それ
らの垂直配向膜２２６の配向処理方向Ａ226と垂直配向
膜２３６の配向処理方向Ａ236とが１８０度異なるよう
に、すなわち逆向きになるように、接合されている。従
って、平板基板２２０の二つの透明電極２２４ａ，２２
４ｂの境界と、凹面基板２３０の二つの透明電極２３４
ａ，２３４ｂの境界は、液晶レンズ２００の中心に対し
て対称的に位置している。透明電極２２４ａ，２２４ｂ
の境界と透明電極２３４ａ，２３４ｂの境界の間の距離
は、透明電極２２４ａ，２２４ｂと透明電極２３４ａ，
２３４ｂの間の最大の距離の二倍以下がよく、例えば
１.４倍である。

【００５５】透明電極２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，
２３４ｂの各々には、電圧を印加するための配線電極
(図示せず)が接続されている。各配線電極は、異方性導
電接着剤やはんだ等で接続された配線部材(図示せず)を
介して、駆動回路(図示せず)に接続されている。

【００５６】平板基板２２０の側から液晶レンズ２００
に入射する光は、その表面に設けられた偏光板によって
偏光方向が整えられ、凸形状に保持されたネマティック
液晶２５０に入射する。

【００５７】透明電極２２４ａ，２２４ｂと透明電極２
３４ａ，２３４ｂの間に電圧が印加されていない状態で
は、液晶分子は、垂直配向層２２６，２３６により、板
材２２２，２３２の平面に対して垂直に整列する。この
ため、偏光板で偏光された入射光の偏光方向は、ネマテ
ィック液晶２５０の配向方向に垂直になり、入射光はネ
マティック液晶２５０の常光屈折率の影響を受ける。つ
まり、凸形状に保持されたネマティック液晶２５０は、
垂直配向層の配向処理方向に垂直な方向に偏光された入
射光に対して、常光屈折率を持つ凸レンズとして働く。

【００５８】これに対して、図７に示されるように、透
明電極２２４ａ，２２４ｂと透明電極２３４ａ，２３４
ｂの間に電圧が印加されると、ネマティック液晶２５０
に電場がかかり、液晶分子は、電場に垂直な方向に回転
し、平板基板２２０と凹面基板２３０の平面に平行に整
列する。このため、偏光板で偏光された入射光の偏光方
向は、ネマティック液晶２５０の配向方向に平行にな
り、入射光はネマティック液晶２５０の異常光屈折率の
影響を受ける。つまり、凸形状に保持されたネマティッ
ク液晶２５０は、垂直配向層の配向処理方向に垂直な方
向に偏光された入射光に対して、異常光屈折率を持つ凸
レンズとして働く。

【００５９】従って、液晶レンズ２００を常光屈折率を
持つ凸レンズとして機能させる場合、駆動回路は、透明
電極２２４ａ，２２４ｂと透明電極２３４ａ，２３４ｂ
との間に電圧を印加しない。

【００６０】液晶レンズ２００を異常光屈折率を持つ凸
レンズとして機能させる場合、駆動回路は、リレースイ
ッチ等を用いて、図７に示されるように、平板基板２２
０の透明電極２２４ａ，２２４ｂを電気的に接続して同
電位にし、また凹面基板２３０の透明電極２３４ａ，２
３４ｂを電気的に接続して同電位にするとともに、透明
電極２２４ａ，２２４ｂと透明電極２３４ａ，２３４ｂ
との間に数Ｖから数十Ｖの交番電圧を印加する。この交
番電圧の印加は、透明電極２２４ａ，２２４ｂと透明電
極２３４ａ，２３４ｂの間に、透明基板の平面にほぼ垂
直な電気力線Ａを持つ電場を発生させる。ネマティック
液晶２５０の液晶分子は、この電場の影響を受けて回転
し、電気力線Ａに対して垂直に整列する。その際、液晶
分子は、前述のプレチルト角のために、すべて同じ方向
に回転する。

【００６１】液晶レンズ２００を、異常光屈折率を持つ
凸レンズとして機能している状態から、常光屈折率を持
つ凸レンズとして機能する状態へ切り替える場合、駆動
回路は、まず、数〜数十ミリ秒程度の間、図８に示され
るように、大きい方の二つの透明電極２２４ａと２３４
ａを電気的に接続するとともに、小さい方の二つの透明
電極２２４ｂと２３４ｂの間に、異常光屈折率を持つ凸
レンズとして機能させる際に印加した交番電圧の二倍程
度の大きさの交番電圧を印加する。その後、駆動回路
は、透明電極２２４ｂ，２３４ｂの間への電圧印加を停
止し、透明電極２２４ｂ，２３４ｂを電気的に接続す
る。

【００６２】このような電圧印加の制御は、透明電極２
２４ａと２３４ａの間の電位差をなくし、透明電極２２
４ｂと２３４ｂ間に、透明基板の平面(例えば平板基板
２２０や凹面基板２３０の平面)に対して配向処理方向
に垂直な方向に傾いた電気力線Ｂを持つ電場を発生させ
る。この電場は、透明基板の平面に平行に整列している
ネマティック液晶２５０の液晶分子を、電気力線Ｂの方
向に垂直な方向に回転させる。つまり、液晶分子に、電
場が印加されていない状態に戻る方向に回転させる力を
与える。電圧印加の停止後は、液晶分子は、液晶材料の
固有の特性に従って、透明基板の平面に垂直に整列する
状態に戻る。

【００６３】以上の説明から分かるように、本実施の形
態の液晶レンズ２００では、異常光屈折率を持つ凸レン
ズから常光屈折率を持つ凸レンズへ切り替えられる際
に、その初期段階においてネマティック液晶２５０の液
晶分子が強制的に回転されるので、液晶分子が透明基板
の平面に平行に整列した状態から垂直に整列した状態に
移るまでの立下り時間が短縮される。

【００６４】このように、本実施の形態では、第１の実
施の形態と同様の利点を持ちながら、電圧の印加に対し
て第１の実施の形態と全く逆の特性を持つ液晶レンズが
得られる。

【００６５】本発明の実施の形態の各構成は、様々な変
形や変更が可能である。

【００６６】液晶レンズ２００は、一つの液晶の層を有
しているが、二以上の液晶の層を有していてもよい。ま
た、一方の透明基板が凹面を有し、他方の透明基板が平
板であるが、透明基板の形状はこれに限定されない。

【００６７】［第３の実施の形態］本実施の形態の液晶
レンズ装置は、図９と図１０に示される液晶レンズ１０
０と、これを駆動する駆動回路とを含んでいる。

【００６８】液晶レンズ３００は、図９と図１０に示さ
れるように、誘電率異方性が正のネマティック液晶３５
０と、これを凸形状に保持するセル３１０を含んでい
る。セル３１０は、シール剤３４０を介して互いに接合
された光学的に透明な二枚の基板３２０と３３０を有し
ており、これらによって形成される凸形状の空間に液晶
３５０を保持する。一方の透明基板３２０は平板状であ
り、他方の透明基板３３０は凹面を有している。

【００６９】平板基板３２０は、平板状の板材３２２
と、その上に形成されたアンダーコート(図示せず)と、
その上に形成された二つの透明電極３２４ａ，３２４ｂ
と、これらを覆う平行配向層３２６とを備えている。

【００７０】二つの透明電極３２４ａ，３２４ｂは、同
じ大きさの例えば矩形形状をしており、これらは僅かな
間隔を置いて平行に並んでおり、全体で正方形の輪郭を
成している。これは、別の見方をすれば、二つの透明電
極３２４ａ，３２４ｂは、その両者が形成する正方形に
関して、正方形の中心を通る一方の対辺に平行な二等分
線に沿って対称的に分割されているとも言える。

【００７１】平行配向層３２６は、ガラス基板の平面に
対して平行で、矢印Ａ326で示される方向に、ラビング
等の配向処理が施されている。また、配向処理は、配向
処理方向Ａ326の起点側から終点側に向けて、板材３２
２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう行
なわれている。

【００７２】平板基板３２０は、更に、板材３２２の外
側の平面に貼り付けられた偏光板(図示せず)を有してお
り、その偏光方向は平板基板３２０に施された配向処理
方向に一致している。

【００７３】また、凹面基板３３０は、凹面を有する板
材３３２と、その凹面を含む面に形成されたアンダーコ
ート(図示せず)と、その上に形成された二つの透明電極
３３４ａ，３３４ｂと、これらを覆う平行配向層３３６
とを備えている。

【００７４】二つの透明電極３３４ａ，３３４ｂは、同
じ大きさの例えば矩形形状をしており、これらは僅かな
間隔を置いて平行に並んでおり、全体で正方形の輪郭を
成している。これは、別の見方をすれば、二つの透明電
極３３４ａ，３３４ｂは、その両者が形成する正方形に
関して、正方形の中心を通る一方の対辺に平行な二等分
線に沿って対称的に分割されているとも言える。

【００７５】平行配向層３３６は、ガラス基板の平面に
対して平行で、矢印Ａ336で示される方向に、ラビング
等の配向処理が施されている。また、配向処理は、配向
処理方向Ａ336の起点側から終点側に向けて、板材３３
２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう行
なわれている。

【００７６】平板基板３２０と凹面基板３３０は、シー
ル剤３４０を介して互いに接合されており、セル３１０
を構成している。平板基板３２０と凹面基板３３０の接
合は、一方の基板に、プラスチックやガラス等のビーズ
を混合したシール剤３４０を用いてスクリーン印刷やデ
ィスペンサ等の手法でシールを形成し、他方の基板を貼
り合わせ、加圧しながら加熱や紫外線照射等の硬化手段
によって貼り合わせることにより行なわれる。

【００７７】シール剤３４０で形成されるシールには、
少なくとも一部分に液晶注入のための注入口(図示せず)
が設けられ、セル３１０を真空チャンバ内に設置し、真
空引きの後、注入口にネマティック液晶３５０を接触さ
せることにより、セル３１０内にネマティック液晶３５
０が充填される。ネマティック液晶３５０の充填後、注
入口には封止剤(図示せず)が塗布され、これが硬化さ
れ、ネマティック液晶３５０が封止される。

【００７８】平板基板３２０と凹面基板３３０は、それ
らの平行配向膜３２６の配向処理方向Ａ326と平行配向
膜３３６の配向処理方向Ａ336とが１８０度異なるよう
に、すなわち逆向きになるように、接合されている。

【００７９】透明電極３２４ａ，３２４ｂ，３３４ａ，
３３４ｂの各々には、電圧を印加するための配線電極
(図示せず)が接続されている。各配線電極は、異方性導
電接着剤やはんだ等で接続された配線部材(図示せず)を
介して、駆動回路(図示せず)に接続されている。

【００８０】平板基板３２０の側から液晶レンズ３００
に入射する光は、その表面に設けられた偏光板によって
偏光方向が整えられ、凸形状に保持されたネマティック
液晶３５０に入射する。

【００８１】透明電極３２４ａ，３２４ｂと透明電極３
３４ａ，３３４ｂの間に電圧が印加されていない状態で
は、液晶分子は、平行配向層の配向処理方向に沿って整
列する。このため、偏光板で偏光された入射光の偏光方
向は、ネマティック液晶３５０の配向方向に平行にな
り、入射光はネマティック液晶３５０の異常光屈折率の
影響を受ける。つまり、凸形状に保持されたネマティッ
ク液晶３５０は、平行配向層の配向処理方向に平行に偏
光された入射光に対して、異常光屈折率を持つ凸レンズ
として働く。

【００８２】これに対して、図１１に示されるように、
透明電極３２４ａ，３２４ｂと透明電極３３４ａ，３３
４ｂの間に電圧が印加されると、ネマティック液晶３５
０に電場がかかり、液晶分子は、電場の方向に回転し、
平板基板３２０と凹面基板３３０の平面に垂直に整列す
る。このため、偏光板で偏光された入射光の偏光方向
は、ネマティック液晶３５０の配向方向に垂直になり、
入射光はネマティック液晶３５０の常光屈折率の影響を
受ける。つまり、凸形状に保持されたネマティック液晶
３５０は、平行配向層の配向処理方向に平行に偏光され
た入射光に対して、常光屈折率を持つ凸レンズとして働
く。

【００８３】従って、液晶レンズ３００を異常光屈折率
を持つ凸レンズとして機能させる場合、駆動回路は、透
明電極３２４ａ，３２４ｂと透明電極３３４ａ，３３４
ｂとの間に電圧を印加しない。

【００８４】液晶レンズ３００を常光屈折率を持つ凸レ
ンズとして機能させる場合、駆動回路は、リレースイッ
チ等を用いて、図１１に示されるように、平板基板３２
０の透明電極３２４ａ，３２４ｂを電気的に接続して同
電位にし、また凹面基板３３０の透明電極３３４ａ，３
３４ｂを電気的に接続して同電位にするとともに、透明
電極３２４ａ，３２４ｂと透明電極３３４ａ，３３４ｂ
との間に数Ｖから数十Ｖの交番電圧を印加する。この交
番電圧の印加は、透明電極３２４ａ，３２４ｂと透明電
極３３４ａ，３３４ｂの間に、透明基板の平面にほぼ垂
直な電気力線Ａを持つ電場を発生させる。ネマティック
液晶３５０の液晶分子は、この電場の影響を受けて回転
し、電気力線Ａに対して平行に整列する。その際、液晶
分子は、前述のプレチルト角のために、すべて同じ方向
に回転する。

【００８５】液晶レンズ３００を、常光屈折率を持つ凸
レンズとして機能している状態から、異常光屈折率を持
つ凸レンズとして機能する状態へ切り替える場合、駆動
回路は、まず、数〜数十ミリ秒程度の間、図１２に示さ
れるように、一方の向き合った二つの透明電極３２４ａ
と３３４ａを電気的に接続し、他方の向き合った二つの
透明電極３２４ｂと３３４ｂを電気的に接続するととも
に、透明電極３２４ａ，３３４ａと透明電極３２４ｂ，
３３４ｂの間に、常光屈折率を持つ凸レンズとして機能
させる際に印加した交番電圧の二倍程度の大きさの交番
電圧を印加する。その後、駆動回路は、透明電極３２４
ａ，３３４ａと透明電極３２４ｂ，３３４ｂの間への電
圧印加を停止する。

【００８６】このような電圧印加の制御は、透明電極３
２４ａと３３４ａの間の電位差をなくし、また透明電極
３２４ｂと３３４ｂの間の電位差をなくすとともに、透
明電極３２４ａ，３３４ａと透明電極３２４ｂ，３３４
ｂとの間に、透明基板の面にほぼ平行に延びる電気力線
Ｃを持つ電場を発生させる。この電場は、透明基板の平
面に垂直に整列しているネマティック液晶３５０の液晶
分子に、電場が印加されていない状態に戻る方向に回転
させる力を与える。電圧印加の停止後は、液晶分子は、
液晶材料の固有の特性に従って、透明基板の面に平行に
整列する状態に戻る。

【００８７】以上の説明から分かるように、本実施の形
態の液晶レンズ３００では、常光屈折率を持つ凸レンズ
から異常光屈折率を持つ凸レンズへ切り替えられる際
に、その初期段階においてネマティック液晶３５０の液
晶分子が強制的に回転されるので、液晶分子が透明基板
の平面に垂直に整列した状態から平行に整列した状態に
移るまでの立下り時間が短縮される。

【００８８】本発明の実施の形態の各構成は、様々な変
形や変更が可能である。

【００８９】例えば、本実施の形態では、液晶レンズ３
００は、一つの液晶の層を有しているが、二以上の液晶
の層を有していてもよい。また、一方の透明基板が凹面
を有し、他方の透明基板が平板であるが、透明基板の形
状はこれに限定されない。

【００９０】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【００９１】本明細書には、下記の各項に記す発明が含
まれる。

【００９２】１．(構成) それぞれ透明電極及び透明電極面に対し平行に配向処理
がなされた配向層が設けられている２枚の透明基板を貼
り合せて形成したサンドイッチセルに、誘電率異方性が
正の液晶分子を注入し前記液晶分子を平行配向させてな
る液晶レンズにおいて、前記透明電極は、前記配向層の
配向処理方向と垂直な方向の分割線によって分割された
透明分割電極である事を特徴とする液晶レンズ。

【００９３】なお、配向処理方向とは、配向膜に施され
た処理によって、液晶分子に電場を印加していない状態
で液晶分子が整列する方向を意味する。

【００９４】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１と第３の実施の形態が対応する。透明基板は平板基
板１２０，３２０と凹面基板１３０，３３０が、誘電率
異方性が正の液晶分子はネマティック液晶分子１５０，
３５０が、透明分割電極は透明電極１２４ａ，１２４
ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，３２４ａ，３２４ｂ，３３４
ａ、３３４ｂがそれぞれ対応する。

【００９５】(作用効果)２枚の透明基板間の電極に電圧
を印加して基板に垂直な方向の電場を形成するだけでな
く、前記透明分割電極に選択的に電圧を印加することで
垂直以外の方向の電場を形成することができる。特に、
電極が配向層の配向処理方向と垂直な方向の分割線によ
って分割されているので、配向膜に平行な方向にも電場
を形成することができ、この様にして電圧を印加するこ
とで、液晶分子を配向膜に規制される配向処理方向に整
列させる際の時間を短縮する事が出来る。

【００９６】２．(構成) それぞれ透明電極及び透明電極面に対し垂直に配向処理
がなされた配向層が設けられている２枚の透明基板を貼
り合せて形成したサンドイッチセルに、誘電率異方性が
負の液晶分子を注入し前記液晶分子を垂直配向させてな
る液晶レンズにおいて、前記透明電極は、透明電極面と
垂直な電場を印加したときの前記液晶分子の配向方向と
垂直な方向の分割線によって分割された透明分割電極で
ある事を特徴とする液晶レンズ。

【００９７】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第２の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板２２
０と凹面基板２３０が、誘電率異方性が負の液晶分子は
ネマティック液晶分子２５０が、透明分割電極は透明電
極２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，２３４ｂがそれぞれ
対応する。

【００９８】(作用効果)２枚の透明基板間の電極に電圧
を印加して基板に垂直な方向の電場を形成するだけでな
く、前記透明分割電極に選択的に電圧を印加することで
垂直以外の方向の電場を形成することができる。特に、
電極が配向層の配向処理方向と垂直な方向の分割線によ
って分割されているので、配向膜に平行な方向にも電場
を形成することができ、この様にして電圧を印加するこ
とで、液晶分子を配向膜に規制される配向処理方向に整
列させる際の時間を短縮する事が出来る。

【００９９】３．(構成) 異なる基板上の前記透明分割電極の分割位置の間の距離
が、前記液晶レンズの光軸上での前記基板間距離よりも
長く、該基板間距離の２倍よりも短い第１項または第２
項に記載の液晶レンズ。

【０１００】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１と第２の実施の形態が対応する。

【０１０１】透明基板は平板基板１２０，２２０と凹面
基板１３０，２３０が、透明分割電極は透明電極１２４
ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，２２４ａ，２２４
ｂ，２３４ａ、２３４ｂがそれぞれ対応する。

【０１０２】(作用効果)前記２枚の基板のぞれぞれの面
積の小さい方の透明分割電極間に電圧を印加すること
で、配向膜で規制される配向処理方向に平行な方向の電
場を形成することが出来る。よって、液晶分子を配向膜
に規制される配向処理方向に整列させる際の時間を短縮
することができる。

【０１０３】４．(構成) 前記透明分割電極は、前記液晶レンズの光軸中心を含む
位置で分割されている第１項または第２項に記載の液晶
レンズ。

【０１０４】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第３の実施の形態が対応する。透明分割電極は透明電極
３２４ａ，３２４ｂ，３３４ａ、３３４ｂが対応する。

【０１０５】(作用効果)同一基板側の透明分割電極間に
電圧を印加することで、配向膜で規制される配向処理方
向に平行な方向の電場を形成することができ、液晶分子
を配向膜で規制される配向処理方向に整列させる際の時
間を短縮することが出来る。

【０１０６】５．(構成) 前記液晶分子はネマティック液晶分子である第１項〜第
４項のいずれかひとつに液晶レンズ。

【０１０７】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１〜第３の実施の形態が対応する。ネマティック液晶
分子は、誘電率異方性が正のネマティック液晶分子１５
０，３５０、または誘電率異方性が負のネマティック液
晶分子２５０が対応する。

【０１０８】６．(構成) それぞれ透明電極及び透明電極面に対し平行に配向処理
がなされた配向層が設けられている２枚の透明基板を貼
り合せて形成したサンドイッチセルに、誘電率異方性が
正の液晶分子を注入し前記液晶分子を平行配向させてな
る液晶レンズと、前記透明電極に電圧を印加する為の電
源とを備えた液晶レンズ装置において、前記透明電極
は、前記配向膜の配向処理方向と垂直な方向に分割され
た透明分割電極であって、前記透明分割電極に前記電源
からの電圧を選択的に印加する為の制御手段を有する事
を特徴とする液晶レンズ装置。

【０１０９】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１と第３の実施の形態が対応する。透明基板は平板基
板１２０，３２０と凹面基板１３０，３３０が、誘電率
異方性が正の液晶分子はネマティック液晶分子１５０，
３５０が、透明分割電極は透明電極１２４ａ，１２４
ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，３２４ａ，３２４ｂ，３３４
ａ、３３４ｂがそれぞれ対応する。

【０１１０】(作用効果)前記制御手段により、２枚の透
明基板間の電極に電圧を印加して基板に垂直な方向の電
場を形成するだけでなく、前記透明分割電極に選択的に
電圧を印加することで任意の方向の電場を形成すること
ができる。

【０１１１】７．(構成) それぞれ透明電極及び前記透明電極面に対し垂直に配向
処理がなされた配向層が設けられている２枚の透明基板
を貼り合せて形成したサンドイッチセルに、誘電率異方
性が負の液晶分子を注入し前記液晶分子を垂直配向させ
てなる液晶レンズと、前記透明電極に電圧を印加する為
の電源とを備えた液晶レンズ装置において、前記透明電
極は、前記透明電極面と垂直な電場を印加したときの前
記液晶分子の配向方向と垂直な方向の分割線によって分
割された透明分割電極であって、前記透明分割電極に前
記電源からの電圧を選択的に印加する為の制御手段を有
する事を特徴とする液晶レンズ装置。

【０１１２】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第２の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板２２
０と凹面基板２３０が、誘電率異方性が負の液晶分子は
ネマティック液晶分子２５０が、透明分割電極は透明電
極２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，２３４ｂがそれぞれ
対応する。

【０１１３】(作用効果)前記制御手段により、２枚の透
明基板間の電極に電圧を印加して基板に垂直な方向の電
場を形成するだけでなく、前記透明分割電極に選択的に
電圧を印加することで任意の方向の電場を形成すること
ができる。

【０１１４】８．(構成) 前記制御手段は、前記液晶分子を配向層で規制される配
向処理方向に戻す方向の電場を形成するよう、前記透明
分割電極に選択的に電圧を印加するよう制御する第６項
または第７項に記載の液晶レンズ装置。

【０１１５】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１〜第３の実施の形態が対応する。透明基板は平板基
板１２０，２２０，３２０と凹面基板１３０，２３０，
３３０が、誘電率異方性が正または負の液晶分子はネマ
ティック液晶分子１５０，２５０，３５０が、透明分割
電極は透明電極１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４
ｂ，２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，２３４ｂ，３２４
ａ，３２４ｂ，３３４ａ、３３４ｂがそれぞれ対応す
る。

【０１１６】(作用効果)液晶分子が配向層、または電場
の印加に対し、透明基板と平行方向に配向したときの配
向方向と垂直の方向に、透明電極が分割されているの
で、制御手段により選択的に電圧を印加すれば、液晶分
子を配向処理方向に整列させる際の時間を短縮すること
ができる。

【０１１７】９．(構成) 第８項に記載の液晶レンズ装置であって、前記透明分割
電極は、異なる基板上の前記透明分割電極の分割位置間
の距離が、前記液晶レンズの光軸上での前記基板間距離
よりも長く、該基板間距離の２倍よりも短く構成され、
前記制御手段は、前記透明基板面と垂直な方向に電場を
印加して前記液晶分子が配向されている状態から、前記
配向層で規制される配向処理方向に配向した状態に戻す
際に、異なる基板上の面積の小さい透明分割電極間に電
圧を印加して、前記透明基板面に平行な方向の電場を形
成するよう制御する事を特徴とする液晶レンズ装置。

【０１１８】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１と第２の実施の形態が対応する。透明基板は平板基
板１２０，２２０と凹面基板１３０，２３０が、誘電率
異方性が正または負の液晶分子はネマティック液晶分子
１５０，２５０が、透明分割電極は透明電極１２４ａ，
１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，２２４ａ，２２４ｂ，
２３４ａ，２３４ｂがそれぞれ対応する。

【０１１９】(作用効果)配向層に規制される配向方向に
整列させる方向の電場を形成する事により、強制的に液
晶分子を配向層に規制される配向処理方向に整列させる
事ができるので、焦点変更の際の時間を短縮する事がで
きる。

【０１２０】１０．(構成) 第８項に記載の液晶レンズ装置であって、前記透明分割
電極は、前記液晶レンズの光軸中心を含む位置で分割さ
れるよう構成され、前記制御手段は、前記透明基板面と
垂直な方向に電場を印加して前記液晶分子が配向されて
いる状態から、前記配向層で規制される配向処理方向に
配向した状態に戻す際に、前記透明基板の同一基板側の
透明分割電極間に電圧を印加して、前記透明基板面に平
行な方向の電場を形成するよう制御する事を特徴とする
液晶レンズ装置。

【０１２１】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第３の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板３２
０と凹面基板３３０が、液晶分子は誘電率異方性が正の
ネマティック液晶分子３５０が、透明分割電極は透明電
極３２４ａ，３２４ｂ，３３４ａ、３３４ｂがそれぞれ
対応する。

【０１２２】(作用効果)配向層に規制される配向処理方
向に整列させる方向の電場を形成する事により、強制的
に液晶分子を配向層に規制される配向方処理向に整列さ
せる事ができるので、焦点変更の際の時間を短縮する事
ができる。

【０１２３】１１．(構成) 前記液晶分子はネマティック液晶分子である第６項〜第
１０項のいずれかひとつに記載の液晶レンズ装置。

【０１２４】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１〜第３の実施の形態が対応する。液晶分子は誘電率
異方性が正または負のネマティック液晶分子１５０，２
５０，３５０が対応する。

【０１２５】１２．(構成) 光軸に垂直な方向に配向処理された配向層と、前記配向
処理方向と垂直な方向の分割線によって分割された透明
分割電極とが設けられている透明基板を２枚貼り合せて
形成したサンドイッチセルに、誘電率異方性が正の液晶
分子を注入し前記液晶分子を平行配向させてなる液晶レ
ンズの駆動方法であって、前記透明電極に選択的に電圧
を印加して駆動する液晶レンズの駆動方法。

【０１２６】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１と第３の実施の形態が対応する。透明基板は平板基
板１２０，３２０と凹面基板１３０，３３０が、液晶分
子は誘電率異方性が正のネマティック液晶分子１５０，
３５０が、透明分割電極は透明電極１２４ａ，１２４
ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，３２４ａ，３２４ｂ，３３４
ａ、３３４ｂがそれぞれ対応する。

【０１２７】(作用効果)２枚の透明基板間の電極に電圧
を印加して基板に垂直な方向の電場を形成するだけでな
く、前記透明分割電極に選択的に電圧を印加する事で任
意の方向の電場を形成する事ができる。特に、配向層で
規制される配向処理方向と垂直の方向に分割された透明
分割電極の任意の電極を選択して電圧を印加する事で、
配向層で規制される配向処理方向と平行な電場を形成す
る事ができ、液晶分子を配向層で規制される配向処理方
向に整列させる際の時間を短縮することができる。

【０１２８】１３．(構成) 光軸に平行な方向に配向処理された配向層と、前記光軸
と平行な方向の電場を印加したときの前記液晶分子の配
向方向と垂直な方向の分割線によって分割された透明分
割電極とが設けられている透明基板を２枚貼り合せて形
成したサンドイッチセルに、誘電率異方性が負の液晶分
子を注入し前記液晶分子を垂直配向させてなる液晶レン
ズと、前記透明電極に電圧を印加する為の電源とを備え
た液晶レンズ装置において、前記透明電極に、選択的に
電圧を印加して駆動する液晶レンズの駆動方法。

【０１２９】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第２の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板２２
０と凹面基板２３０が、液晶分子は誘電率異方性が負の
ネマティック液晶分子２５０が、透明分割電極は透明電
極２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，２３４ｂがそれぞれ
対応する。

【０１３０】(作用効果)２枚の透明基板間の電極に電圧
を印加して基板に垂直な方向の電場を形成するだけでな
く、前記透明分割電極に選択的に電圧を印加する事で任
意の方向の電場を形成する事ができる。特に、前記液晶
分子に前記透明電極面と垂直な電場を印加したときの前
記液晶分子の配向方向と垂直な方向に分割された透明分
割電極の任意の電極を選択して電圧を印加する事で、液
晶分子を配向層で規制される配向処理方向に整列させる
際の時間を短縮することができる。

【０１３１】１４．(構成) 前記液晶分子を配向層で規制される配向処理方向に戻す
方向の電場を形成するよう、前記透明分割電極に選択的
に電圧を印加する第１２項または第１３項に記載の液晶
レンズの駆動方法。

【０１３２】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１〜第３の実施の形態が対応する。液晶分子は誘電率
異方性が正または負のネマティック液晶分子１５０，２
５０，３５０が、透明分割電極は透明電極１２４ａ，１
２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ，２２４ａ，２２４ｂ，２
３４ａ，２３４ｂ，３２４ａ，３２４ｂ，３３４ａ、３
３４ｂがそれぞれ対応する。

【０１３３】(作用効果)配向層に規制される配向処理方
向に戻す方向の電場を形成すれば、液晶分子を強制的に
配向処理方向に整列させることができ、配向処理方向に
整列させる際の時間を短縮する事ができる。

【０１３４】１５．(構成) 前記透明基板と垂直な方向に液晶分子を整列させる際に
は、同一基板上の前記透明分割電極同士を同電位とし、
かつ異なる基板間の透明分割電極間に電圧を印加し、前
記配向層で規制される配向処理方向に液晶分子を整列さ
せる際には、同一基板上の前記透明分割電極間または異
なる基板上の面積の小さい透明分割電極間に電圧を印加
することを特徴とする第１２項に記載の液晶レンズの駆
動装置。

【０１３５】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第１の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板１２
０と凹面基板１３０が、液晶分子は誘電率異方性が正の
ネマティック液晶分子１５０が、透明分割電極は透明電
極１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂがそれぞれ
対応する。

【０１３６】(作用効果)液晶分子を基板に垂直な方向に
整列させた状態から、配向層で規制される配向処理方向
に整列させる際にも、配向層で規制させる配向処理方向
と平行な電場の形成により強制的に整列させる事ができ
るので、焦点変更の時間を短縮する事ができる。

【０１３７】１６．(構成) 前記透明基板と平行な方向に液晶分子を整列させる際に
は、同一基板上の前記透明分割電極同士を同電位とし、
かつ異なる基板間の透明分割電極間に電圧を印加し、前
記配向層で規制される配向処理方向に液晶分子を整列さ
せる際には、同一基板上の前記透明分割電極間または異
なる基板上の面積の小さい透明分割電極間に電圧を印加
することを特徴とする第１３項に記載の液晶レンズの駆
動方法。

【０１３８】(対応する発明の実施の形態)この発明は、
第２の実施の形態が対応する。透明基板は平板基板２２
０と凹面基板２３０が、液晶分子は誘電率異方性が負の
ネマティック液晶分子２５０が、透明分割電極は透明電
極２２４ａ，２２４ｂ，２３４ａ，２３４ｂがそれぞれ
対応する。

【０１３９】(作用効果)液晶分子を基板に平行な方向に
整列させた状態から、配向層で規制される配向方処理向
に整列させる際にも、配向層で規制させる配向処理方向
と垂直な電場の形成により強制的に整列させる事ができ
るので、焦点変更の時間を短縮する事ができる。

【０１４０】

【発明の効果】本発明によれば、立下り時間が短縮され
た液晶レンズ装置、すなわち、立下り時間の短縮可能な
液晶レンズと、これを希望通りに駆動する駆動回路とが
提供される。また、その駆動方法が提供される。これに
より、応答時間が向上された液晶レンズシステムが実現
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による液晶レンズの
平面図である。

【図２】図１のII-II線に沿って破断された液晶レンズ
の断面図である。

【図３】図１の液晶レンズの液晶材料に電場を加える際
の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図４】図１の液晶レンズの液晶材料に加えた電場を切
る際の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図５】本発明の第二の実施の形態による液晶レンズの
平面図である。

【図６】図５のVI-VI線に沿って破断された液晶レンズ
の断面図である。

【図７】図５の液晶レンズの液晶材料に電場を加える際
の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図８】図５の液晶レンズの液晶材料に加えた電場を切
る際の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図９】本発明の第三の実施の形態による液晶レンズの
平面図である。

【図１０】図９のII-II線に沿って破断された液晶レン
ズの断面図である。

【図１１】図９の液晶レンズの液晶材料に電場を加える
際の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図１２】図９の液晶レンズの液晶材料に加えた電場を
切る際の各電極への電圧印加方法を示す配線図である。

【図１３】従来例による焦点可変液晶レンズシステムの
構成を示している。

【符号の説明】

１００ 液晶レンズ １５０ ネマティック液晶 １１０ セル １４０ シール剤 １２０，１３０ 透明基板 １２２，１３２ 板材 １２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ 透明電極 １２６，１３６ 平行配向層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月２４日（２０００．５．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】平行配向層１２６は、液晶材料を特定の方
向に配向する有機配向膜であり、例えばポリイミド系配
向膜であるが、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向
膜などであってもよい。平行配向層１２６は、ガラス基
板の平面に対して平行で、矢印Ａ126で示される方向
に、ラビング等の配向処理が施されている。つまり、小
さい透明電極１２４ｂから大きい透明電極１２４ａに向
かう方向に配向処理されている。また、配向処理は、配
向処理方向Ａ126の起点側から終点側に向けて、板材１
２２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう
行なわれている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】平行配向層１３６は、液晶材料を特定の方
向に配向する有機配向膜であり、例えばポリイミド系配
向膜であるが、ポリイミド系配向膜やポリアミド系配向
膜などであってもよい。平行配向層１３６は、ガラス基
板の平面に対して平行で、矢印Ａ136で示される方向
に、ラビング等の配向処理が施されている。つまり、小
さい透明電極１３４ｂから大きい透明電極１３４ａに向
かう方向に配向処理されている。また、配向処理は、配
向処理方向Ａ136の起点側から終点側に向けて、板材１
３２の平面に対して１〜５度のプレチルト角をなすよう
行なわれている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】シール剤１４０で形成されるシールには、
少なくとも一部分に液晶注入のための注入口(図示せず)
が設けられ、セル１１０を真空チャンバ内に設置し、真
空引きの後、注入口にネマティック液晶１５０を接触さ
せることにより、セル１１０内にネマティック液晶１５
０が充填される。ネマティック液晶１５０の充填後、注
入口には封止剤(図示せず)が塗布され、これが硬化さ
れ、ネマティック液晶１５０が封止される。封止剤は、
例えばエポキシ系紫外線硬化型封止剤であるが、エポキ
シ系熱硬化型封止剤やエポキシ系紫外線硬化型封止剤や
アクリル系熱硬化型封止剤やアクリル系紫外線硬化型封
止剤であってもよい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】垂直配向層２２６は、シランカップリング
剤やポリシロキサンやクロム錯体等で作られ、誘電率異
方性が負の液晶分子を板材１２２の平面に対して垂直に
配向させる機能を有する。垂直配向層２２６は、ガラス
基板の平面に対して、ラビング等の配向処理が施されて
おり、その配向処理方向は矢印Ａ226で示される方向と
なっている。つまり、二枚の透明電極２２４ａ，２２４
ｂの境界に垂直に配向処理されている。また、配向処理
は、配向処理方向Ａ226の起点側から終点側に向けて、
板材２２２の平面に垂直な方向に対して１〜５度のプレ
チルト角をなすよう行なわれている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】垂直配向層２３６は、シランカップリング
剤やポリシロキサンやクロム錯体等で作られ、誘電率異
方性が負の液晶分子を板材１２２の平面に対して垂直に
配向させる機能を有する。垂直配向層２３６は、ラビン
グ等の配向処理が施され、ガラス基板の平面に対して略
垂直で、矢印Ａ236で示される方向が配向処理方向とな
っている。つまり、二枚の透明電極２３４ａ，２３４ｂ
の境界に垂直に配向処理されている。また、配向処理
は、配向処理方向Ａ236の起点側から終点側に向けて、
板材２３２の平面に垂直な方向に対して１〜５度のプレ
チルト角をなすよう行なわれている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】液晶レンズ２００を、異常光屈折率を持つ
凸レンズとして機能している状態から、常光屈折率を持
つ凸レンズとして機能する状態へ切り替える場合、駆動
回路は、まず、数〜数十ミリ秒程度の間、図８に示され
るように、大きい方の二つの透明電極２２４ｂと２３４
ａを電気的に接続するとともに、小さい方の二つの透明
電極２２４ａと２３４ｂの間に、異常光屈折率を持つ凸
レンズとして機能させる際に印加した交番電圧の二倍程
度の大きさの交番電圧を印加する。その後、駆動回路
は、透明電極２２４ａ，２３４ｂの間への電圧印加を停
止し、透明電極２２４ａ，２３４ｂを電気的に接続す
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】このような電圧印加の制御は、透明電極２
２４ｂと２３４ａの間の電位差をなくし、透明電極２２
４ａと２３４ｂ間に、透明基板の平面(例えば平板基板
２２０や凹面基板２３０の平面)に対して配向処理方向
に垂直な方向に傾いた電気力線Ｂを持つ電場を発生させ
る。この電場は、透明基板の平面に平行に整列している
ネマティック液晶２５０の液晶分子を、電気力線Ｂの方
向に垂直な方向に回転させる。つまり、液晶分子に、電
場が印加されていない状態に戻る方向に回転させる力を
与える。電圧印加の停止後は、液晶分子は、液晶材料の
固有の特性に従って、透明基板の平面に垂直に整列する
状態に戻る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA42 GA02 HA01 HA02 HA03 HA06 JA05 MA10 2H093 NA01 NC02 ND32 NE01 NE03 NE04 NF05 NG10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点距離を変更可能な液晶レンズであっ
   て、 液晶と、 これを一定の形状に保持するセルとを備えており、 セルは、シール剤を介して互いに接合された光学的に透
   明な二枚の基板を有し、 透明基板の各々は、板材と、その上に設けられた二つの
   透明電極と、これらを覆う配向層とを有し、 それぞれの透明基板の二つの透明電極は、僅かな間隔を
   置いて並んでおり、 それぞれの透明基板の配向層は、それぞれの二つの透明
   電極の境界に対して特定の方向に配向処理されている、
   液晶レンズ。
2. 【請求項２】 焦点距離を変更可能な液晶レンズ装置で
   あって、 焦点距離を変更可能な液晶レンズと、 この液晶レンズを駆動する駆動回路とを備えており、 液晶レンズは、液晶と、これを一定の形状に保持するセ
   ルとを有し、セルは、シール剤を介して互いに接合され
   た光学的に透明な二枚の基板を有し、透明基板の各々
   は、板材と、その上に設けられた二つの透明電極と、こ
   れらを覆う配向層とを有し、それぞれの透明基板の二つ
   の透明電極は、僅かな間隔を置いて並んでおり、それぞ
   れの透明基板の配向層は、それぞれの二つの透明電極の
   境界に対して特定の方向に配向処理されており、 駆動回路は、液晶レンズの二枚の透明基板のそれぞれの
   透明電極の間に電圧を印加することにより、電圧が印加
   されていない状態に比べて焦点距離を変更し、電圧が印
   加されていない状態に戻す際には、その初期段階におい
   て、電圧が印加されていない状態に戻る方向に液晶分子
   を強制的に回転させる電場を与えるように、適当な透明
   電極の間に選択的に電圧を印加する、液晶レンズ装置。
3. 【請求項３】液晶レンズの駆動方法であって、液晶レン
   ズは、液晶と、これを一定の形状に保持するセルとを備
   えており、セルは、シール剤を介して互いに接合された
   光学的に透明な二枚の基板を有し、透明基板の各々は、
   板材と、その上に設けられた二つの透明電極と、これら
   を覆う配向層とを有し、それぞれの透明基板の二つの透
   明電極は、僅かな間隔を置いて並んでおり、それぞれの
   透明基板の配向層は、それぞれの二つの透明電極の境界
   に対して特定の方向に配向処理されており、 この駆動方法は、液晶レンズの二枚の透明基板のそれぞ
   れの透明電極の間に電圧を印加することにより、電圧が
   印加されていない状態に比べて焦点距離を変更し、電圧
   が印加されていない状態に戻す際には、その初期段階に
   おいて、適当な透明電極の間に選択的に電圧を印加し
   て、電圧が印加されていない状態に戻る方向に液晶分子
   を強制的に回転させる電場を発生させる、液晶レンズの
   駆動方法。