JP2007108191A

JP2007108191A - 液晶レンズ装置

Info

Publication number: JP2007108191A
Application number: JP2005295817A
Authority: JP
Inventors: Megumi Horiuchi; 恵堀内; Toshiro Yukinari; 俊郎行成
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JP4789572B2

Abstract

【課題】液晶レンズによって焦点調節機構を実現する場合、ヒータ電極を液晶駆動電極の周囲に設けて温度補償を行なう方式が提案されているが、ヒータ電極の形状や材質によって発熱体としての機能を発揮させるための条件が厳しく、単にヒータ電極を設けただけでは十分な温度補償機能が得られないという問題があった。
【解決手段】本発明の液晶レンズ装置では、内面側に電極を有する２枚の基板の間に液晶を封入して液晶セルを構成し、前記２枚の基板の少なくとも一方の基板にヒータ電極を設けた液晶レンズにおいて、前記２枚の基板の前記ヒータ電極を設けた面を除く少なくとも１つの基板面に、前記ヒータ電極からの発熱を伝導及び反射するための熱伝導部材を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、各々電極を有する透明な基板間に液晶材料を充填して液晶セルを構成し、前記電極間の電圧印加により屈折率を変化させて焦点距離を可変とした液晶レンズに関する。

従来光ディスク装置やカメラ等の合焦点機構における可変焦点レンズとして、液晶材料の複屈折性を利用して光路長を電気的に制御する液晶レンズが提案されている。
この液晶レンズは透過光に光路差を与えて焦点を可変するものであり、その一例としては、少なくとも一方の基板がレンズ形状に形成された対向する２枚の透明基板と、この透明基板の互いに対向する側の面にそれぞれ設けられた一様な透明電極と、この透明電極に挟まれたレンズ形状の空間内に封入された液晶材料とよりなり、前記透明電極への印加電圧を制御する事によって屈折率を可変するレンズ形状型の液晶レンズがある。（例えば、特許文献１参照）

また、他の例としては、平坦な２枚の透明基板と、この透明基板の互いに対向する内面の少なくとも一方の面には光軸を中心に同心状に設けられた複数の同心電極を含め、各々の面に設けられた透明電極と、この透明電極に挟まれた平坦な空間内に封入された液晶材料とよりなり、前記同心電極を構成する各透明電極への印加電圧を異ならせることにより、半径方向に電圧分布を発生させて屈折率を可変する平行基板型の液晶レンズがある。（例えば、特許文献２参照）

また、液晶レンズに関する技術ではないが、液晶材料が低温時に動作特性が悪くなることに着目し、表示装置に用いる液晶セルにヒータ電極を設けて低温時に加熱する技術が提案されている。（例えば、特許文献３参照）
また、本発明でヒータ電極の形成に用いる水金法による液晶セル電極の形成に付いては、本発明者がすでに提案している公知技術がある（例えば、特許文献４参照）

特開昭６３−２０６７２１号公報特開平５−５３０８９号公報特開２００４−１７０８５２号公報特開平１１−１９４３５８号公報

前記液晶レンズをカメラのズーム機能やフォーカス機能に応用するためには、焦点距離の可変範囲を大きくする必要があり、このためには大きな屈折率変化を発生する必要がある。さらに液晶レンズをカメラの焦点調節機構として用いる場合には、その応答速度が重要な要素であり、自動焦点調節機構に於いては２秒以下の応答速度が要求される。

しかし、前記平行基板型の液晶レンズにおいて屈折率変化を大きくするためには、液晶セルを構成する液晶物質の屈折率異方性（Δｎ）を大きくするか、または前記平行基板間の距離すなわちセルギャップ（ｄ）を大きくする必要がある。しかし液晶物質の屈折率異方性には大きさに限界があり（Δｎ＜０，３）、必要な屈折率変化を得る為にはセルギャップ（ｄ）を大きくする必要がある。

一方、このセルギャップの大きさは液晶セルの応答特性及び温度特性に大きな影響を有する。すなわち液晶セルの駆動電圧印加による立ち上がり、または立ち下りの応答速度とセルギャップとの関係は、応答速度がセルギャップの二乗に比例して遅くなり、また温度に対して大きく依存する。

図１５は従来の液晶セル（セルギャップ１０μｍ）と液晶レンズ用にセルギャップを大きくした液晶セル（セルギャップ２５μｍ）との温度に対する応答速度の特性図であり、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は応答速度（ｍｓ）を示す。
図１５において、ＬＣ１はセルギャップ１０μｍの従来の液晶セル、ＬＣ２はセルギャップ２５μｍの液晶レンズ用の液晶セルの特性曲線であり、ＬＣ１では−１０℃でも２０００ｍｓ以下であるのに対し、ＬＣ２は５℃で２０００ｍｓを超えている。
すなわち、液晶レンズ用にセルギャップを大きくした液晶セルでは、低温側においてカメラ用の液晶レンズとしての機能を満足しない事になる。

すなわち、液晶レンズによってカメラの焦点調節機構を実現する場合、焦点調節範囲を大きくするために大きなセルギャップが必要であり、またセルギャップを大きくすることによって応答速度が遅くなるという相反する問題がある。現状の液晶レンズにおいてはこの問題に関する有効な解決策が見いだされておらず、液晶レンズを用いたカメラの焦点調節機構は実用化が進んでいない。

そこで、本出願人は、焦点調節範囲を大きくするとともに応答速度を改善した液晶レンズとして、ヒータ電極による加熱方式の液晶レンズを既に提案している。
以下、図１０〜１４により先願のヒータ付き液晶レンズに付いて説明する。

図１０は先願の液晶レンズ装置を組み込んだカメラ機構の構成図である。１００は液晶レンズ装置で、後述するヒータ電極５１を有する液晶レンズ５０と液晶駆動回路１１０と前記ヒータ電極５１を駆動するヒータ駆動電源１２０とにより構成される。

前記液晶レンズ装置１００はレンズ１３０，１４０等とともにハウジング１５０に収められており、被写体１６０に向けられるカメラを構成している。そして前記ハウジング１５０には前記被写体１６０側に開口部１５０ａが設けられている。

図１１は図１０に示す液晶レンズ１の断面図、図１２はその平面図である。図に示すごとく液晶レンズ５０は第１液晶セルである上セル２と第２液晶セルである下セル３との、配向方向を直交させた２個の液晶セルを積層したいわゆる２層液晶レンズである。上セル２と下セル３とは基本的構成は同じ構成を有するので、その構成を下セル３に付いて説明する。
５は大型の第１基板、６は小型の第２基板であり、この２枚の基板間に液晶層７が封止されて下セル３が構成されている。さらに前記第１基板５の内面側には液晶駆動電極８、ヒータ電極５１が設けられ、さらに第１基板５の庇部分には接続電極９が設けられている。また前記第２基板６の内面側にはコモン電極１１が設けられている。そして前記上セル２と下セル３との第１基板５をＵＶ接着層１２で接着することにより液晶レンズ５０を構成している。
前記上セル２は前述の如く基本構成は下セル３と同じであるが、異なるところはヒータ電極５１が設けられていないことである。これはヒータ電極５１を上セル２と下セル３の両方に設けることも出来るが、温度抵抗の低いＵＶ接着層１２で接着された液晶レンズ５０の場合はどちらか一方の液晶セルにヒータ電極５１を設ける事で液晶レンズ全体が加熱できることが確認されている。

前述のごとく上セル２と下セル３とは基本的構成は同じであるが、図１２に示すごとく上セル２の配向方向Ｈ１と下セル３の配向方向Ｈ２とは直交配置されており、この基本的構成は同じで配向方向のみが異なる２個の液晶セルの第１基板側をＵＶ接着層１２で接着することにより液晶レンズ５０を構成している。
なお、この直交配向の２層液晶レンズは、前記特許文献２に記載されている公知の液晶レンズであり、広い範囲での合焦点動作が可能で偏光依存性のない優れたものである。そして先願における液晶セルの定義としては、前記液晶レンズ５０の図１０に示す配置において入射光側、すなわち被写体１６０側に向いている方を上セル２、被写体１６０の対向側を下セル３としている。

図１３、図１４は図１１に示す第１基板５と第２基板６の電極パターン図である。図１３において前記液晶駆動電極８はレンズ用の複数の透明輪帯電極であり、各輪帯電極は抵抗線１５で接続されるとともに中心電極８ａと最外周電極８ｂに電源を供給することによりレンズ動作を行なう。また前記ヒータ電極５１は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むリング形状に設けられている。そして前記接続電極９は液晶駆動電極８に接続される２本の接続電極９ａ，９ｂとヒータ電極５１に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄと前記第２基板６に設けられたコモン電極１１に基板間導通部１１ａを介して接続される１本の接続電極９ｅとがある。
前記ヒータ電極５１は金薄膜のような一様な金属層で構成されているが、同一の電極巾ではなく電極巾の広い低抵抗電極部５１ｂの一部に発熱部を構成する電極巾の狭い高抵抗電極部５１ａが設けられている。
そして、ヒータ電極５１は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むように設けられており、ヒータ電極５１に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄに前記ヒータ駆動電源１２０から供給される電圧によって前記高抵抗電極部５１ａを発熱させて液晶レンズ５０の温度補償を行う。

次に上記液晶レンズ５０の動作を説明する。前記第１基板５に形成された液晶駆動電極８と第２基板６に形成されたコモン電極１１は何れもＩＴＯ（酸化インジューム・酸化スズ合金）等の透明電極で構成されており、前記液晶駆動回路１１０より接続電極９ａ，９ｂを介して前記抵抗線１５に供給される液晶駆動信号により、各透明輪帯電極には半径方向に電圧分布を発生する。そしてこの各透明輪帯電極に発生した電圧分布と前記コモン電極１１に接続電極９ｅから基板間導通部１１ａを介して供給されるコモン信号とにより、液晶層７の屈折率が制御されてレンズ機能を生ずることになる。

また、前記第２液晶セル３の第１基板５における液晶駆動電極８の周囲を取り囲むように設けられたヒータ電極５１は、レンズ領域外に設けられているので透明である必要はなく、導電性の良い金電極等の金属材料を使用している。
そして、前記第２液晶セル３に設けられたヒータ電極５１は温度低下を検出する温度センサー（図示せず）の信号に従って、前記ヒータ駆動電源１２０から接続電極９ｃ，９ｄを介して供給されるヒータ駆動信号により発熱して、前記液晶層７を過熱することで応答速度の改善を行なう。

図１３において、液晶レンズ部分の大きさは直径４ｍｍ程度の小さいものであり、そのレンズ範囲を取り囲むヒータ電極５１の直径も５ｍｍ以下である。
この直径が５ｍｍ程度のヒータ電極５１の材料としてシート抵抗３Ωの金薄膜を用いた場合、ヒータ電極５１の幅を一様な幅で２００μｍとするとヒータ抵抗が５０Ωとなる。このヒータ電極５１に３Ｖの電圧を供給すると６０ｍＡの電流がながれて１８０ｍＷの電力となるが、その結果としてヒータ温度が２０℃しか上昇しなかった。
これを改善するためヒータ電極５１の電極巾の広い低抵抗電極部５１ｂの一部に、発熱部を構成する電極巾の狭い高抵抗電極部５１ａを設けることによって、高抵抗電極部５１ａの発熱を温度補償に必要な高温まで高めることが出来た。

しかし、上記の如くヒータ電極５１の一部に、発熱部を構成する高抵抗電極部５１ａを設けることによって、高抵抗電極部５１ａの発熱を温度補償に必要な高温まで高めることが出来たが、逆に狭い範囲の高抵抗電極部５１ａに発熱が集中してしまうため、液晶レンズ全体への熱伝導が行われず、部分的な温度バラツキが大きくなって十分な補償機能が行なわれ難くなる問題が生じた。
上記温度バラツキが発生する原因としては図１１に示す如く、高抵抗電極部５１ａから発生した局部的な発熱は高抵抗電極部５１ａの周辺の液晶のみを高温にするため、発熱部周辺の液晶と中心部の液晶との間に温度差が発生し、液晶レンズに特性むらが生じる結果となる。また図１１に矢印で示す如く局部的な発熱は液晶セルのガラス基板を突き抜けて外部に放散される無効分が多くなり、液晶層を温める為に使われる有効分が少なくなってしまうものと考えられる。
従って、液晶レンズ全体を温度補償に必要な高温まで高めるためには、局部的な高温発熱を液晶セル全体に伝導させるとともに、外部に放散される無効分を出来るだけ減少させる必要がある。

本発明は、液晶レンズのヒータ構成を改良する事により、温度補償に必要な高温を発生させる事を可能とし、かつ液晶レンズ全体の温度バラツキを小さくすることで、電子カメラのような電池電源による低電圧電源においても十分な温度補償が得られ、高速応答する広範囲な焦点調節範囲を有する液晶レンズを実現することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の液晶レンズ装置では、内面側に電極を有する２枚の基板の間に液晶を封入して液晶セルを構成し、前記２枚の基板の少なくとも一方の基板にヒータ電極を設けた液晶レンズにおいて、前記２枚の基板の前記ヒータ電極を設けた面を除く少なくとも１つの基板面に、前記ヒータ電極からの発熱を伝導及び反射させるための熱伝導部材を設けたことを特徴とする。

前記液晶セルを構成する一方の基板の内面側に前記ヒータ電極を設け、他方の基板の内面側に前記熱伝導部材を設けると良い。また前記ヒータ電極を設けた基板の対向面や液晶セルの外表面に設けると良い。また１つの基板の両面に設けると良い。さらに両面に設けた熱伝導部材をスルーホールで接続すると良い。

前記熱伝導部材は前記ヒータ電極と断面的に重なる位置に設けると良く、さらに熱伝導部材とヒータ電極とは同一金属膜で構成すると良い。

前記液晶セルの一方の基板の内面側には、レンズ用の複数の透明輪帯電極が設けられており、該透明輪帯電極の周囲に前記ヒータ電極が設けられ、前記液晶セルの他方の基板の内面側に前記熱伝導部材が設けられていると良い。また前記一方の基板の外面側の前記ヒータ電極と対向する位置に前記熱伝導部材を設けると良い。

前記ヒータ電極は発熱部を構成する高抵抗電極部と該高抵抗電極部間を接続する低抵抗電極部とが交互に設けられおり、前記熱伝導部材は前記ヒータ電極の発熱部を構成する高抵抗電極部に対向する位置にのみ独立して設けられていると良い。また独立して設けられている熱伝導部材の数は奇数個であると良い。
さらに、前記透明輪帯電極、ヒータ電極、熱伝導部材は同一金属膜にて構成されていると良い。

前記液晶レンズは液晶配向方向を直交させた第1、第２の液晶セルを積層して構成されており、前記第1、第２の液晶セルの一方の液晶セルにのみヒータ電極を設け、他方の液晶セルには前記熱伝導部材を設けたことを特徴とする。

前記第1、第２の液晶セルは、１枚の共通基板と２枚の対向基板との３枚の基板によって構成されており、前記共通基板の１方の面に前記ヒータ電極を設け、前記２枚の対向基板には前記熱伝導部材を設けると良く、また前記２枚の対向基板にはその両面に前記熱伝導部材を設け、両面に設けた前記熱伝導部材はスルーホールで接続されていると良い。

上述したように、本発明によれば液晶レンズのヒータ電極と熱伝導部材とを組み合わせることによって、ヒータ電極からの発熱を早急に液晶レンズ全体に伝導させ、かつ液晶レンズの内部に閉じ込めて有効化することが出来る。このため温度補償が十分行われることで、焦点調節の可変範囲が大きくて応答速度の速い液晶レンズ装置が実現できる。

以下、図面により本発明の実施の形態に付いて詳細に説明する。なお前記図１０〜図１４に示す先願の液晶レンズ装置は基本的に本発明にも適用するものであり、同一要素には同一番号を付して説明を省略する。

図１は本発明の液晶レンズの断面図であり、液晶レンズ１は図１３に示す先願の液晶レンズ５０と基本構成は同じで後述する熱伝導部材１０のみが異なっている。また図２、図３は図１おける第１基板５と第２基板６の両側基板面の電極パターン図であり、また図４は第１基板５における内面側のヒータ電極５１と外面側の熱伝導部材１０の位置関係を示すパターン図である。
前記図１〜図４に示す本発明の液晶レンズは、先願における図１１〜図１４に示す液晶レンズに対応しており、同一要素には同一番号を付し説明を省略する。

図１に示す本発明の液晶レンズ１と、図１１に示す先願の液晶レンズ５０との違いは、液晶レンズ１を構成する各基板のヒータ電極が設けらている基板面以外の、少なくとも１つの基板面に熱伝導部材１０が設けられている事である。
すなわち、先願の液晶レンズ５０と同様にヒータ電極５１を有する下セル３と、ヒータ電極５１を有さない上セル２とをＵＶ接着層１２で一体化して液晶レンズ１を構成している。

そしてヒータ電極５１を有する下セル３では、前記ヒータ電極５１を設けた第１基板５の対向面に熱伝導部材１０ｃを設け、さらに第２基板６の内面に熱伝導部材１０ａ、外表面に熱伝導部材１０ｂを設けている。すなわち下セル３では前記ヒータ電極５１に対応して液晶層７に接する面に熱伝導部材１０ａを配設し、さらに両側の基板外表面を熱伝導部材１０ｂと熱伝導部材１０ｃとにより覆い包んでいる。
また、ヒータ電極５１を有さない上セル２では、液晶層７に接する面に熱伝導部材１０ｄと熱伝導部材１０ｅを配設し、さらに第２基板６の外表面に熱伝導部材１０ｆを設けている。

図２は図１に示す第１基板５の電極パターン図であり、図２ａは第１基板５の内面側の電極パターン図、図２ｂは第１基板５の外面側の電極パターン図である。
図２ａは先願の図１３に対応していて、前記液晶駆動電極８はレンズ用の複数の透明輪帯電極であり、各輪帯電極は抵抗線１５で接続されるとともに中心電極８ａと最外周電極８ｂに電源を供給することによりレンズ動作を行なう。また前記ヒータ電極５１は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むリング形状に設けられている。そして前記接続電極９は液晶駆動電極８に接続される２本の接続電極９ａ，９ｂとヒータ電極５１に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄと前記第２基板６に設けられたコモン電極１１に基板間導通部１１ａを介して接続される１本の接続電極９ｅとがある。
前記ヒータ電極５１は金薄膜のような一様な金属層で構成されているが、同一の電極巾ではなく電極巾の広い低抵抗電極部５１ｂの一部に発熱部を構成する電極巾の狭い高抵抗電極部５１ａが設けられている。
そして、ヒータ電極５１は前記液晶駆動電極８の周囲を取り囲むように設けられており、ヒータ電極５１に接続される２本の接続電極９ｃ、９ｄに前記ヒータ駆動電源１２０から供給される電圧によって前記高抵抗電極部５１ａを発熱させて液晶レンズ５０の温度補償を行う。

図２ｂは第１基板５の外面側の電極パターン図であり、リング形状の熱伝導部材１０ｃが設けられている。このリング形状の熱伝導部材１０ｃは前記リング形状のヒータ電極５１と略同じ形状のリング形状を成し、ヒータ電極５１より少しリング幅が広く形成されている。すなわち前記熱伝導部材１０は最高温となる前記ヒータ電極５１と断面的に重なる位置に設けられることにより、ヒータ電極５１の発熱を伝導及び反射させ、また蓄熱して放射させる機能を有する。

図３は図１に示す第２基板６の電極パターン図であり、図３ａは第２基板６の内面側の電極パターン図、図３ｂは第２基板６の外面側の電極パターン図である。
図３ａは先願の図１４に対応しており、コモン電極１１が設けられその周囲を取り囲む形状の熱伝導部材１０ａが設けられている。また図３ｂは第２基板６の外面側の電極パターン図であり、熱伝導部材１０ｂが設けられている。この熱伝導部材１０ａ、１０ｂも前記熱伝導部材１０ｃと同様に、前記ヒータ電極５１と断面的に重なる位置に、前記ヒータ電極５１より少し幅が広いリング形状に設けられている

図４は第１基板５における内面側のヒータ電極５１と外面側の熱伝導部材１０ｃの位置関係を示すパターン図であり、第１基板５の内面側から見た状態を示すもので、ヒータ電極５１は実線で示し熱伝導部材１０ｃを一点鎖線で示している。
すなわち、熱伝導部材１０ｃはリング形状のヒータ電極５１に対して少し幅広のリング形状を成し、前記ヒータ電極５１と略同心的に設けられている。

また、図１における前記上セル２に設けられた熱伝導部材１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは図示を省略したが、図４に示す熱伝導部材１０ｃと同様な形状で、前記ヒータ電極５１に対する位置関係も同様に略同心的に設けられている。
なお、図１におけるヒータ電極５１は発熱部である高抵抗電極部５１ａの部分を断面で示している。

次に図１により液晶レンズ１のヒータ電極５１と熱伝導部材１０とによる温度補償動作を説明する。
前記ヒータ駆動電源１２０の駆動によってヒータ電極５１の高抵抗電極部５１ａが発熱すると、その放射熱の一部は横向きの矢印の如く有効分として直接液晶層７を温めるが、放射熱の多くは縦向きの矢印の如く対向する位置に設けられた熱伝導部材１０に伝導され、その伝導熱の一部は斜めの矢印の如く反射されて周囲を温め、伝導熱の多くは熱伝導部材１０に蓄熱される。

同様に、蓄熱されて新たな熱源となった熱伝導部材１０からの放射熱の一部は横向きの矢印の如く有効分として直接液晶層７を温めるが、放射熱の多くは縦向きの矢印の如く対向する位置に設けられた熱伝導部材１０に伝導され、その伝導熱の一部は斜めの矢印の如く反射されて周囲を温め、伝導熱の多くは熱伝導部材１０に蓄熱される。
以上の動作の繰り返しにより、前記高抵抗電極部５１ａの発熱は対向する熱伝導部材１０を次々に経由しながら液晶レンズ１の温度をむら無く上昇させていく。このとき上セル２と下セル３の外周面に設けられた熱伝導部材１０ｂ、１０ｆによって外部へ突き抜けようとする放射熱を反射させて液晶レンズ１の内部へ閉じ込めることで有効分を増加させる。

前記ヒータ電極や熱伝導部材としては、液晶レンズの形状や条件によって必要な個所に必要な数だけ設ければ良いことは当然である。
図１に示す実施形態では２層セル構成の液晶レンズ１に１個のヒータ電極５１と６個の熱伝導部材１０ａ〜１０ｆを設けたが、上セル２と下セル３に各々１個づつのヒータ電極５１を設け、それに対応して必要な個所に必要な数の熱伝導部材を設けても良いことは当然である。
特に熱伝導部材１０の必要な個所としては、前記液晶層７を直接温めるために液晶セルの内面に設ける熱伝導部材１０ａ、１０ｄ，１０ｅ、は重要であり、また放射熱を液晶レンズの外部に放散させないために、液晶レンズの外周面に設ける熱伝導部材１０ｂ，１０ｆ、さらに上セル２と下セル３との熱伝導の中継をする熱伝導部材１０ｃ等を適宜配置することが重要である。

図５、図６は本発明における第２の実施形態を示すものであり、図５は図１における第１基板５の外面側の電極パターン図、図６は第１基板５における内面側のヒータ電極５１と外面側の熱伝導部材１０の位置関係を示すパターン図である。
図５に示す如く第１基板５の外面側には独立した３個の熱伝導部材１０ｈが設けられている。
この独立した３個の熱伝導部材１０ｈは図６に示す如く、前記ヒータ電極５１の発熱部である高抵抗電極部５１ａの位置と数に対応して設けられており、前記ヒータ電極５１より少しリング幅が広く形成されている。すなわち前記熱伝導部材１０ｈは前記ヒータ電極５１と断面的に重なる位置に設けられることにより、ヒータ電極５１の高抵抗電極部５１ａからの放射熱を伝導及び反射させ、また蓄熱して放射させる機能を有する。
前記熱伝導部材１０ｈは、図１における熱伝導部材１０ｃに対応しているものであるが、同様に図１の熱伝導部材１０ａ、１０ｂ，１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの位置にも必要に応じて設けることが出来る。

前記独立した熱伝導部材１０ｈをヒータ電極５１の発熱部のみに設ける構成は、リング形状の熱伝導部材に比べて、蓄熱による熱伝導部材の温度上昇が早いことや、熱伝導部材から外部への熱放散が少なくなって発熱の利用効率が良くなる等、部分発熱構成のヒータ電極との組み合わせにおいて特に有利である。
また、前記独立した熱伝導部材１０ｈの数と配置は、液晶レンズ形状が円形でヒータ電極の配置がリング形状となるため、３〜５個の奇数個の熱伝導部材１０ｈをリング形状の中心に対して、対称位置に設けるのが熱の利用効率及び熱分布の点において最適であった。

図７は本発明における第３の実施形態を示す液晶レンズの断面図であり、図１に示す液晶レンズの断面図と同一要素には同一番号を付し説明を省略する。
図７に示す液晶レンズ３０において前記図１に示す液晶レンズ１と異なるところは、前記液晶レンズ１の上セル２と下セル３の大型基板である２枚の第１基板５の代わりに１枚の共通大型基板である第３基板３５を設けた３枚構成の２層液晶セルである。

この２層液晶セルにおいては第３基板３５の両面に、図２ａに示した液晶駆動電極８か設けられ、かつヒータ電極５１は下セル３を構成する側の面にのみ設けられている。
そして、液晶レンズ３０の熱伝導部材は前記液晶レンズ１と共通する上セル２における第２基板６の両面に設けられた熱伝導部材１０ｅ、１０ｆと、下セル３における第２基板６の両面に設けられた熱伝導部材１０ａ１０ｂとに加えて、第３基板３５の上セル２側の面の前記ヒータ電極５１に対向する位置に設けた熱伝導部材１０ｇとがある。
もちろん、このヒータ電極５１を上セル２側にも設けても良いが、前述の如く下セル３のみのヒータ電極で加熱特性が満足出来る上、液晶レンズ３０の場合はＵＶ接着層１２がない１層基板であるのでさらに熱伝導率は良く、良好な加熱特性が得られた。

図８は本発明における第４の実施形態を示す液晶レンズの断面図であり、図８に示す液晶レンズ４０は、基本的構成は図７に示す液晶レンズ３０と同じであるが、異なるところは上セル２における第２基板６の両面に設けられた熱伝導部材１０ｅ、１０ｆと、下セル３における第２基板６の両面に設けられた熱伝導部材１０ａ、１０ｂとを各々スルーホール４１で接続したことである。
この各熱伝導部材間をガラスより熱伝導率に良い金属製のスルーホール４１で接続することによって、各熱伝導部材間の温度伝達が早くなり、液晶レンズとしての応答性をさらに高めることが出来た。

次にヒータ電極加熱による液晶レンズの温度上昇特性に付いて説明する。
図９はヒータ電極加熱状態において、液晶レンズの中心点の温度を測定した温度上昇特性図であり、Ｈ３はヒータ電極として図１３に示すヒータ電極５１の高抵抗電極部５１ａを設けずに、全体が低抵抗電極部５１ｂの電極幅で構成したリング形状ヒータ電極を有する液晶レンズの温度上昇特性である。また、Ｈ２は図１３に示すヒータ電極５１の高抵抗電極部５１ａを３個設けたリング形状ヒータ電極を有する液晶レンズの温度上昇特性であり、Ｈ１は図1及び図2に示す本発明のヒータ電極５１と熱伝導部材１０とを組み合わせて設けた液晶レンズの温度上昇特性である。

各温度上昇特性に見られる通り、液晶レンズの中心点の温度を、温度補償に必要な６０℃〜１００℃まで上昇させるのに必要な電力は、Ｈ３の場合１５０〜２２０ｍＷを必要とし、またＨ２の場合でも７０〜１３０ｍＷを必要としているのに対し、本発明のＨ１の場合には５０〜８０ｍＷで行うことが可能となり、大幅に温度上昇特性が改善されていることがわかる。

次に前記熱伝導部材１０を含む液晶レンズの各電極の製造方法に付いて説明する。
この製造方法に付いては本発明者が「液晶パネルの配線パターン形成法」として既に特許文献４で提案している水金法で形成している。

すなわち上記水金法による第１基板５の電極パターン形成工程を簡単に説明すると、まず第１基板５の上面にＩＴＯ電極膜を構成する（工程ａ）。次に有機金に酸化性の樹脂を混ぜ合わせてペーストを作り、このペーストで上記ＩＴＯ電極膜上の必要部分（各接続電極９と前記ヒータ電極５１と熱伝導部材）にスクリーン印刷機を用いて金ペースト印刷膜を形成する（工程ｂ）。次に第１基板５を焼成炉に入れて５００℃位に過熱し、前記金ペースト印刷膜の樹脂分を完全に蒸発させる。この樹脂分を完全に蒸発させることによって金だけが残り、この金がＩＴＯ電極膜の表面に焼き付いて金電極膜が形成される（工程ｃ）。この金電極膜により、各接続電極９と前記ヒータ電極５１及び熱伝導部材１０が形成される。上記工程ｂ及び工程ｃによって金電極膜を形成する方法はいわゆる「水金法」とよばれるものである。

次に金電極膜とＩＴＯ電極膜の露出した全面にスクリーン印刷でポジ型のフォトレジスト膜を形成する（工程ｄ）。次に配線パターン形状のフォトマスクを用いた紫外線照射によるパターン化を行う（工程ｅ）。次に金用のエッチング液に浸漬して金電極膜の不要な部分を除去する（工程ｆ）。この工程により、前記各接続電極９と前記ヒータ電極５１及び熱伝導部材１０の余分な部分が除去されるとともに、前記ヒータ電極５１の一部に楔状の切欠形状が形成されることにより電極巾の狭い高抵抗電極部５１ａが構成される。
続いてＩＴＯ用のエッチング液に浸漬し、ＩＴＯ電極膜をパターン化する（工程ｇ）。この工程により前記液晶駆動電極８の透明輪帯電極が形成されるとともに前記ヒータ電極５１の余分なＩＴＯが除去される。上記エッチング処理工程の後に、表面層に残ったフォトレジスト膜をレジスト剥離液に浸漬して除去することで前記第１基板５の電極パターン形成工程が終了する。
なお、第２基板及び第３基板についても、同様の方法により各電極膜の形成ができる。

図２ａに示す、楔形状のヒータ電極５１には以下のような利点がある。
まず、高抵抗電極部５１ａと低抵抗電極部５１ｂとを直列に配置することで、発熱部である高抵抗電極部５１ａの形状と配置位置を任意に設定する事が出来るため、発熱条件の選択自由度が高い。また発熱部である高抵抗電極部５１ａを分割して分散配置しているため熱の拡散がよくなる。
この実施形態においては前記ヒータ電極５１及び熱伝導部材１０を前記接続電極９と同じ金薄膜電極で構成した。そしてヒータ電極５１の接続部を構成する低抵抗電極部５１ｂのリング巾を２００μｍ、前記発熱部を構成する高抵抗電極部５１ａのリング巾を２０μｍ、長さＬを２０μｍとし、かつ前記発熱部である高抵抗電極部５１ａは前記ヒータ電極５１のリング形状の中心に対して対称位置に３個配置した。この結果、接続電極９ｄ、９ｃ間の抵抗値は５８Ωとなり、この接続電極９ｄ，９ｃに３Ｖの電圧を供給したところ５１．７ｍＡの電流が流れ、３箇所の発熱部の温度上昇が１００℃を超える高温となり、この部分的な高温を各熱伝導部材で液晶レンズ全体に急速に伝導させることによってて十分な温度補償が出来た。

上記のヒータ電極及び熱伝導部材を構成する金電極膜を水金法で形成することによって以下の利点がある。
まず加熱効率を良くするために液晶セル内部にヒータ電極及び熱伝導部材を設ける場合は、特にヒータ電極及び熱伝導部材を構成する金属と液晶物質が直接接触するために前記金属の安定性が問題になる。その場合に水金法によって形成される金電極膜は純金に近い安定したものとなるため、液晶物質に直接触れても化学反応による劣化を生ずる事が無い。
また、水金法によって形成される金電極膜は、ＩＴＯ膜やガラスとの密着性が良いため、過熱された時に剥がれ難くなる。
さらに、水金法とフォトエッチングの組合せ加工によって形成されるヒータ電極及び熱伝導部材は、微細パターン形成が可能なためヒータ電極としての重要なファクターである抵抗値の管理及びヒータ電極と熱伝導部材との位置精度の管理がし易く、高性能な液晶レンズの製造が可能となる。

上記のごとく本発明によれば、液晶レンズの温度補償用のヒータ電極と熱伝導部材とを組み合わせることによって液晶レンズを効率良く加熱しているため、低温時の動作遅れが補償されて焦点調節の可変範囲が大きくて応答速度の速い液晶レンズ装置が実現できる。
特に、発熱部を構成する高抵抗電極部と接続部を構成する低抵抗電極部とを交互に設けたヒータ電極と熱伝導部材とを組み合わせることによって、低電圧電源での高温発生と温度バラツキ補正ができるため十分な液晶レンズの温度補償が可能となる。
また、２層液晶セルで構成された液晶レンズにおいて、片側の液晶セルのみにヒータ電極を設け他方の液晶セルには熱伝導部材設けるだけで温度補償ができるため、構成が簡単でコスト的に有利な液晶レンズが実現できる。
また、ヒータ電極及び熱伝導部材を水金法とエッチングを用いて形成することにより電極の安定性が得られ、さらにコストダウンも期待できる。

実施の形態では内在型のヒータ電極と熱伝導部材の組合せに付いて説明したが当然これに限定されるものではなく、外在型のヒータ電極の場合にも有効なことはいうまでもない。
また、熱伝導部材の配置をヒータ電極と重なる位置に設けた構成のみを示したが、当然これに限定されるものではなく、ヒータ電極からの熱放射を受けて高温になる部分（液晶セルの構成によて異なる）に設けることが有効であり、これら高温部への配置をすべて含むものである。
さらに、基板面でのスペース的なゆとりがある場合には、ヒータ電極を設けた基板面にも熱伝導部材を配置すれば、さらに温度補償効果が高まることは当然である。

本発明による液晶レンズ装置は実施の形態に示したカメラに限定されず、光ディスクのピックアップ装置や内視鏡等の医療機器、さらにはメガネの度数調整用等に利用可能である。

本発明の第１の実施形態を示す液晶レンズの断面図。図１に示す第１基板５の内面側の電極パターン図。図１に示す第１基板５の外面側の電極パターン図。図１に示す第２基板６の内面側の電極パターン図。図１に示す第２基板６の外面側の電極パターン図。図１に示す第１基板５の内面側のヒータ電極と外面側の熱伝導部材の位置関係を示すパターン図。本発明の第２の実施形態を示す熱伝導部材パターン図。本発明の第２の実施形態における第１基板５の内面側のヒータ電極と外面側の熱伝導部材位置関係を示すパターン図。本発明の第３の実施形態を示す液晶レンズの断面図。本発明の第４の実施形態を示す液晶レンズの断面図。ヒータ電極の加熱による各液晶セルの温度上昇特性図。先願における液晶レンズ装置を組み込んだカメラ機構の構成図。先願における液晶レンズの断面図。先願における液晶レンズの平面図。図１０に示す第１基板５の電極パターン図。図１０に示す第２基板６の電極パターン図。従来の液晶セルと、レンズ用液晶セルとの温度―応答速度特性図。

符号の説明

１、３０，４０、５０液晶レンズ
２上セル
３下セル
５第１基板
６第２基板
７液晶層
８液晶駆動電極
９接続電極
１０熱伝導部材
１１コモン電極
１２ＵＶ接着層
３５第３基板
５１ヒータ電極
１００液晶レンズ装置
１１０液晶駆動回路
１２０ヒータ駆動電源

Claims

内面側に電極を有する２枚の基板の間に液晶を封入して液晶セルを構成し、前記２枚の基板の少なくとも一方の基板にヒータ電極を設けた液晶レンズにおいて、前記２枚の基板の前記ヒータ電極を設けた面を除く少なくとも１つの基板面に、前記ヒータ電極からの発熱を伝導するための熱伝導部材を設けたことを特徴とする液晶レンズ装置。
前記液晶セルを構成する一方の基板の内面側に前記ヒータ電極を設け、他方の基板の内面側に前記熱伝導部材を設けた請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記液晶セルを構成する一方の基板の内面側に前記ヒータ電極を設け、前記一方の基板の外面側に前記熱伝導部材を設けた請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記熱伝導部材は前記液晶セルを構成する１つの基板の両面に設けられている請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記１つの基板の両面に設けられた熱伝導部材はスルーホールで接続されている請求項４記載の液晶レンズ装置。
前記熱伝導部材は前記ヒータ電極と断面的に重なる位置に設けられている請求項１乃至５項の何れか1項記載の液晶レンズ装置。
前記熱伝導部材と前記ヒータ電極とは同一金属膜で構成されている請求項１乃至６の何れか1項記載の液晶レンズ装置。
前記液晶セルの一方の基板の内面側には、レンズ用の複数の透明輪帯電極が設けられており、該透明輪帯電極の周囲に前記ヒータ電極が設けられ、前記液晶セルの他方の基板の内面側に前記熱伝導部材が設けられている請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記液晶セルの一方の基板の内面側には、レンズ用の複数の透明輪帯電極が設けられており、該透明輪帯電極の周囲に前記ヒータ電極が設けられ、前記一方の基板の外面側に前記熱伝導部材が設けられている請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記ヒータ電極は発熱部を構成する高抵抗電極部と該高抵抗電極部間を接続する低抵抗電極部とが交互に設けられている請求項８又は９記載の液晶レンズ装置。
前記熱伝導部材は前記ヒータ電極の発熱部を構成する高抵抗電極部に対向する位置にのみ独立して設けられている請求項１０記載の液晶レンズ装置。
前記独立して設けられている熱伝導部材の数は奇数個である請求項１１記載の液晶レンズ装置。
前記透明輪帯電極、ヒータ電極、熱伝導部材は同一金属膜にて構成されている請求項８乃至１２の何れか1項記載の液晶レンズ装置。
前記液晶レンズは液晶配向方向を直交させた第1、第２の液晶セルを積層して構成されており、前記第1、第２の液晶セルの一方の液晶セルにのみヒータ電極を設け、他方の液晶セルには前記熱伝導部材を設けた請求項１記載の液晶レンズ装置。
前記第1、第２の液晶セルは、１枚の共通基板と２枚の対向基板との３枚の基板によって構成されており、前記共通基板の１方の面に前記ヒータ電極を設け、前記２枚の対向基板には前記熱伝導部材を設けた請求項１４記載の液晶レンズ装置。