JP2008076623A - Liquid crystal lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒータ構造を持つ液晶レンズに関し、特に簡単な構成であるにも拘わらず、セル内のギャップムラを無くして均一な、外からのストレスに強い液晶レンズに関する。 The present invention relates to a liquid crystal lens having a heater structure, and more particularly to a liquid crystal lens that is uniform and resistant to external stress even though it has a simple structure and eliminates gap unevenness in a cell.
従来より、光学系の焦点距離または焦点位置を変化させる合焦点機構として、レンズを移動させることにより焦点を合わせる方式が広く用いられている。しかし、この方式では、レンズ駆動機構が必要であるため、機構が複雑になるという欠点や、レンズ駆動用モータに比較的多くの電力を要するという欠点がある。また、一般に耐衝撃性が低いという欠点もある。そこで、レンズ駆動機構が不要な合焦点機構として、液晶レンズの屈折率を変化させることにより焦点を合わせる方式が知られている。この液晶レンズを用いた方式は、液晶レンズを駆動するために液晶レンズに印加する電圧(駆動電圧)を変化させることによって、液晶レンズの屈折率分布を変化させて、可変焦点レンズとして機能する方式である。 Conventionally, as a focusing mechanism for changing the focal length or focal position of an optical system, a method of focusing by moving a lens has been widely used. However, this method requires a lens driving mechanism, and thus has a drawback that the mechanism is complicated and a lens driving motor requires a relatively large amount of electric power. In addition, there is a drawback that the impact resistance is generally low. Thus, as a focusing mechanism that does not require a lens driving mechanism, a method of focusing by changing the refractive index of a liquid crystal lens is known. This method using a liquid crystal lens functions as a variable focus lens by changing the refractive index distribution of the liquid crystal lens by changing the voltage (drive voltage) applied to the liquid crystal lens to drive the liquid crystal lens. It is.
しかしながら、この従来の液晶レンズでは、低温になるにつれて液晶の粘度が高くなってしまうため電圧に対する液晶の応答が遅くなっていき、必然的に焦点合わせまでの時間が長くかかってしまう問題が存在する。 However, in this conventional liquid crystal lens, the viscosity of the liquid crystal increases as the temperature is lowered, so that the response of the liquid crystal to the voltage is delayed, and there is a problem that it takes a long time until focusing. .
そこで、液晶レンズに可変焦点レンズとして機能させるための透明電極パターンとともに、ヒータをセル内部に内在させる構成が提案された(特許文献1参照)。 In view of this, a configuration has been proposed in which a heater is included inside the cell, together with a transparent electrode pattern for causing the liquid crystal lens to function as a variable focus lens (see Patent Document 1).
ところで、液晶レンズを可変焦点レンズとして利用する場合、プラスチックレンズやガラスレンズといった他の光学部品と同様に面精度がレンズとしての特性を表す上で重要となる。ここでの液晶レンズの場合の面精度とは、有効レンズ領域面内での相対値である平坦度と、面内セルギャップ分布の絶対値としての均一性の両方における特性値に相当する。 By the way, when a liquid crystal lens is used as a variable focus lens, the surface accuracy is important in expressing the characteristics as a lens, as in other optical components such as a plastic lens and a glass lens. The surface accuracy in the case of the liquid crystal lens here corresponds to a characteristic value in both flatness, which is a relative value in the effective lens region surface, and uniformity as an absolute value of the in-plane cell gap distribution.
この液晶レンズは、2枚のガラス基板を重ねて構成され、ガラス基板には、液晶を所望のリターデーション分布を得るために駆動する電極として透明電極がパターニングされている。透明電極は、一方には輪帯形状に電極が形成されており、もう一方にはベタの共通電極が形成されている。また、ガラス基板同士を接着する熱硬化性のエポキシ系シール材またはUV硬化性のアクリル系シール材の中にスペーサを混入させた上で、2枚のガラス基板を加圧焼成することで、ガラス基板間のセルギャップを規整している。このセルギャップの規整は、主にガラスファイバ、シリカビーズからなるスペーサをシール内に混入させる方式と、プラスチックビーズ、シリカビーズからなるスペーサをセル内(液晶を注入するシールの内側)に散布する方式の2通りがある。 This liquid crystal lens is formed by stacking two glass substrates, and a transparent electrode is patterned on the glass substrate as an electrode for driving the liquid crystal to obtain a desired retardation distribution. One of the transparent electrodes has a ring-shaped electrode, and the other has a solid common electrode. Moreover, after mixing a spacer in the thermosetting epoxy sealing material which adhere | attaches glass substrates, or UV curable acrylic sealing material, two glass substrates are pressure-baked, and glass is obtained. The cell gap between the substrates is regulated. This cell gap is regulated mainly by mixing spacers made of glass fiber and silica beads into the seal and spraying spacers made of plastic beads and silica beads inside the cell (inside the seal that injects liquid crystal). There are two ways.
このガラスファイバ、シリカビーズは比較的硬い材料であるため、2枚のガラス基板間を加圧焼成して、シールを硬化した時にスペーサが支柱となり、そのスペーサの粒径サイズによってセルギャップを規整する。それに対して、プラスチックビーズは比較的柔らかい材料であるため、使い方としては主に温度による液晶の収縮や外部からのストレス時に反発力として作用しセルギャップを維持させる目的に用いられる。 Since these glass fibers and silica beads are relatively hard materials, the spacer becomes a support column when the seal is cured by pressure firing between two glass substrates, and the cell gap is regulated by the particle size of the spacer. . On the other hand, plastic beads are a relatively soft material, and are used mainly for the purpose of maintaining a cell gap by acting as a repulsive force when liquid crystal contracts due to temperature or external stress.
この様に、セルギャップを均一に規整するためには、目的の箇所にスペーサを均一に分布するとともに、多くのスペーサを使用すれば良いが、有効レンズ領域内にスペーサが存在すると、セル内のスペーサの部分は入射光を透過拡散させたり、場合によっては回折光
を生じさせてしまう。また、このスペーサは、スペーサ周囲の液晶の配向を乱してしまうため、液晶レンズに入射する光に収差を発生させて、可変焦点レンズとしての特性を悪化させる。つまり、有効レンズ領域にスペーサが存在すると、所望の屈折率分布を得ることができず、レンズ機能に支障をきたしてしまうこととなる。
As described above, in order to uniformly regulate the cell gap, it is sufficient to distribute the spacers uniformly at the target locations and use many spacers. However, if there are spacers in the effective lens region, The spacer portion causes the incident light to be transmitted and diffused, and in some cases, diffracted light is generated. Further, since this spacer disturbs the alignment of the liquid crystal around the spacer, aberration is generated in the light incident on the liquid crystal lens, and the characteristics as the variable focus lens are deteriorated. That is, if a spacer exists in the effective lens region, a desired refractive index distribution cannot be obtained, and the lens function is hindered.
特に、リタデーション値を大きくするためにセルギャップを厚くする場合においては、有効レンズ径は変らないにも拘わらずスペーサの粒径は大きくなるため、必然的に有効レンズ領域内のスペーサの専有面積は大きくなる。そのため、上記透過拡散の問題や、回折の問題や、配向乱れによる収差の発生の問題がより顕著となる。 In particular, in the case where the cell gap is increased in order to increase the retardation value, the particle size of the spacer increases despite the fact that the effective lens diameter does not change. growing. For this reason, the problem of the above-mentioned transmission diffusion, the problem of diffraction, and the problem of occurrence of aberration due to disorder of alignment become more remarkable.
また、シール内にガラスファイバを混入させてセルギャップを出すために、シール内にスペーサを混入させる割合を多くすると、その分だけシールとガラス基板の接地面積が減少することになり、シールの接着強度を損なうこととなる。シールを太くすると、その分だけ小型化に支障をきたしてしまう。また、例えば、シール内のガラスファイバだけでセルギャップを均一に出そうとすると、有効レンズ領域から離れてシールを配置する場合には、シール近傍とそれから離れていくにしたがってセルギャップが変化していき、面精度が悪くなる。 In addition, in order to create a cell gap by mixing glass fibers in the seal, increasing the ratio of mixing spacers in the seal will reduce the ground contact area between the seal and the glass substrate, thereby increasing the adhesion of the seal. Strength will be impaired. If the seal is made thicker, it will hinder downsizing. For example, if the cell gap is to be made uniform only with the glass fiber in the seal, when the seal is arranged away from the effective lens region, the cell gap changes as the distance from the vicinity of the seal increases. The surface accuracy is worse.
そこで、シール内スペーサとセル内スペーサを用いて、なおかつ有効レンズ領域内にスペーサを存在させない方法として、スペーサ散布後にディスペンサでN2ブローを局所的に行い、有効レンズ領域内のスペーサを飛ばす第1の製造方法と、スペーサ散布時にメタルマスクを用いて、有効レンズ領域内にはスペーサが蒔かれないようにする第2の製造方法が提案された(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, by using a seal in the spacer and the cell in the spacer, as a method for the absence of spacers in yet effective lens area locally performed N 2 blowing a dispenser after spacer spraying, the skip spacers effective lens area 1 And a second manufacturing method using a metal mask at the time of dispersing the spacers to prevent the spacers from being scattered in the effective lens region (for example, see Patent Document 2).
特許文献1では、ヒータとして、酸化インジウム錫等からなる透明電極基板とともに、ヒータ電極に電流を流しやすくするためにクロムを主成分とする金属材料からなる遮光メタルを用い、輪帯状のパターンと共通電極の周囲にヒータを形成している。ヒータが遮光性材料であると有効レンズ領域にこのヒータを形成することができないので、周辺に配置することは非常に望ましい。しかしながら、この特許文献1に記載の液晶レンズは、これら部材に伴う前述した面精度については考慮されておらず、透明電極の上にメタル膜を形成すると当然メタル膜のある場所と内場所で段差が生じてしまう。そのため、ギャップを決定するスペーサやスペーサが混入されたシールとの兼ね合いによっては、セルギャップの面精度に影響を与えてしまう可能性がある。 In Patent Document 1, as a heater, a transparent electrode substrate made of indium tin oxide or the like and a light-shielding metal made of a metal material mainly composed of chromium in order to make an electric current flow easily through the heater electrode are common to an annular pattern. A heater is formed around the electrodes. Since the heater cannot be formed in the effective lens region if the heater is a light-shielding material, it is highly desirable to dispose it in the periphery. However, the liquid crystal lens described in Patent Document 1 does not take into account the above-described surface accuracy associated with these members, and when a metal film is formed on a transparent electrode, it is natural that there is a step between the place where the metal film is located and the place where the metal film is located. Will occur. Therefore, depending on the balance with the spacer for determining the gap and the seal in which the spacer is mixed, the surface accuracy of the cell gap may be affected.
例えば一例であるが、液晶層を挟持して配設される配向膜がそれぞれ500Å(上下で2層あるので1000Å)あり、ヒータの膜厚が4000Åとすると、透明基板上に計5000Åの段差が生じていることになる。したがって、この透明基板上のシールを配置する場所によって、5000Åものギャップ差が生じることとなる。これに起因して、セルギャップの面精度の劣化を引き起こしてしまう場合がある。 For example, as an example, if there are 500 mm of alignment films arranged with a liquid crystal layer sandwiched therebetween (1000 mm because there are two layers at the top and bottom), and the thickness of the heater is 4000 mm, there will be a step of 5000 mm on the transparent substrate. It is happening. Therefore, a gap difference of 5000 mm is generated depending on the place where the seal on the transparent substrate is arranged. As a result, the surface accuracy of the cell gap may be deteriorated.
また、特許文献2における第1の製造方法では、N2ブローを行ってセル内スペーサを吹き飛ばし、有効レンズ領域内のスペーサを確実になくすことができれば、上記透過拡散の問題や、回折の問題や、配向乱れによる収差の発生の問題を解消することは可能である。 Further, in the first manufacturing method in Patent Document 2, if the spacer in the cell is blown away by performing N 2 blow and the spacer in the effective lens region can be surely eliminated, the problem of transmission diffusion, the problem of diffraction, It is possible to eliminate the problem of the occurrence of aberration due to the alignment disturbance.
ところが、この方法では、スペーサがどこに飛んでいくかを制御できず、飛んでいった先が再び同じセルや、隣接するセルの有効レンズ領域に入り込む場合もあり、しかもこの現象は再現性がない。この様に、スペーサが飛ばされる位置に再現性が無いため、一度N2ブローを行った後に、必ず有効レンズ領域にスペーサが存在しないのかを確認しなければならない上に、もしスペーサが有効レンズ領域内に存在する場合には、N2ブローを再び行わなければならない。 However, in this method, it is impossible to control where the spacers fly, and the flying destination may again enter the effective lens area of the same cell or an adjacent cell, and this phenomenon is not reproducible. . As described above, since the position where the spacer is blown is not reproducible, it is necessary to check whether the spacer exists in the effective lens region after performing N 2 blow once. If present, the N 2 blow must be performed again.
また、本手法は、有効レンズ領域内だけのスペーサを飛ばすために行うものであるが、有効レンズ領域外のスペーサまで吹き飛ばしてしまう虞がある。つまり、有効レンズ領域近傍のスペーサほど、N2ブローにより吹き飛ばされやすいため、有効レンズ領域の面精度を正確に規整することが難しい。この様に、本手法は、有効レンズ領域近傍へのスペーサ散布が困難であることは明白である。 In addition, although this method is performed in order to blow off the spacer only in the effective lens area, there is a possibility that the spacer outside the effective lens area may be blown off. That is, since the spacer near the effective lens region is likely to be blown away by N 2 blow, it is difficult to accurately regulate the surface accuracy of the effective lens region. In this way, it is apparent that this method is difficult to spread the spacers in the vicinity of the effective lens region.
また、第2の製造方法である、メタルマスクを用いて選択的に有効レンズ領域をマスクし、有効レンズ領域外は開口させてスペーサを散布する方法は、まず有効レンズ領域とメタルマスクを配置する位置精度を出すことが難しい。 In the second manufacturing method, the effective lens region is selectively masked using a metal mask, and the spacers are scattered outside the effective lens region, and the effective lens region and the metal mask are first arranged. It is difficult to obtain position accuracy.
また、スペーサがメタルマスクとガラス基板との間に入り込んで有効レンズ領域にスペーサが存在する場合もある。また、マスク開口部よりもマスク領域の方が大きい場合には、スペーサの殆どがマスク上に残ってしまい、スペーサの有効使用率が低く、無駄が多い。 In addition, the spacer may enter between the metal mask and the glass substrate, and the spacer may exist in the effective lens region. When the mask area is larger than the mask opening, most of the spacers remain on the mask, and the effective usage rate of the spacers is low and wasteful.
さらに、有効レンズ領域にマスクを固定するためには、各マスクを橋梁する部分が必要であり、その部分にはスペーサを散布することができない。また、有効レンズ領域内のスペーサ残りの確認作業が必ず必要となり、大幅に工程数が増えるという問題もある。 Further, in order to fix the mask to the effective lens region, a portion for bridging each mask is required, and a spacer cannot be scattered on that portion. In addition, it is necessary to check the remaining spacers in the effective lens region, and there is a problem that the number of processes is greatly increased.
そこで、本発明は、上述した問題点を解消し、ヒータを含めたセル全体の構成での均一なギャップを作製するために、セル内スペーサの代りに、有効レンズ領域の周囲にスペーサを混入させたシールを形成させることで面精度を向上しつつ、低温対策のためのヒータを有効レンズ領域の周囲に設けたとしても、そのヒータの膜厚に影響を受けずに有効レンズ領域近傍にシールを配置し、製造が容易で、セル内のセルギャップムラのより少ない均一なヒータ構造を持つ液晶レンズを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned problems and mixes a spacer around the effective lens area instead of the in-cell spacer in order to produce a uniform gap in the entire cell configuration including the heater. Even if a heater for low-temperature countermeasures is provided around the effective lens area, the seal is formed in the vicinity of the effective lens area without being affected by the film thickness of the heater. An object of the present invention is to provide a liquid crystal lens having a uniform heater structure that is easy to arrange and manufacture and has less cell gap unevenness in the cell.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の液晶レンズは、基本的には下記記載の構成を採用するものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the liquid crystal lens of the present invention basically adopts the following configuration.
本発明にかかる液晶レンズは、可変焦点レンズとして機能させるための有効レンズ領域と、当該有効レンズ領域の外側領域近傍にヒータを設けた透明性基板をシールを介して貼り合わせして、液晶層を挟持する液晶レンズにおいて、上記シールが、第1のスペーサが混入されて、透明性基板の外縁部に設けられた枠状の第1のシールと、当該第1のスペーサの直径に比べて少なくともヒータの膜厚分だけ直径を小さくした第2のスペーサが混入されて、第1のシールの内側であり、かつヒータ上に設けられた第2のシールとを有し、当該第2のスペーサの直径を、当該第1のスペーサの直径に比べて少なくともヒータの膜厚分だけ小さくしたことを特徴とするものである。 The liquid crystal lens according to the present invention has an effective lens region for functioning as a variable focus lens and a transparent substrate provided with a heater in the vicinity of the outer region of the effective lens region, bonded together through a seal, and a liquid crystal layer is In the sandwiched liquid crystal lens, the seal is mixed with the first spacer, and the frame-shaped first seal provided on the outer edge of the transparent substrate and at least a heater compared to the diameter of the first spacer A second spacer having a diameter reduced by an amount corresponding to the film thickness of the first spacer, and a second seal provided inside the first seal and provided on the heater, the diameter of the second spacer Is smaller than the diameter of the first spacer by at least the film thickness of the heater.
また、本発明にかかる液晶レンズは、前述した第1のシールが閉環形状となっており、前述した第2のシールが有効レンズ領域に液晶を流入させるための開口部を有することを特徴とするものである。 In the liquid crystal lens according to the present invention, the first seal described above has a closed ring shape, and the second seal described above has an opening for allowing liquid crystal to flow into the effective lens region. Is.
上記構成とすれば、有効レンズ領域、またはその外側に滴下注入により液晶を注入することで、UV硬化剤における封孔工程を省くことができ、無駄に液晶を使用することなくなる。 With the above configuration, by injecting the liquid crystal by dropping injection into the effective lens region or outside thereof, the sealing step in the UV curing agent can be omitted, and the liquid crystal is not wasted.
また、本発明にかかる液晶レンズは、前述した第1のシールと第2のシールが、一体に形成されていることを特徴とするものである。 The liquid crystal lens according to the present invention is characterized in that the first seal and the second seal described above are integrally formed.
また、本発明にかかる液晶レンズは、前述した有効レンズ領域が、略円形形状であり、第2のシールが、有効レンズ領域の外形形状に沿って曲線形状に形成されていることを特徴とするものである。 In the liquid crystal lens according to the present invention, the effective lens region described above has a substantially circular shape, and the second seal is formed in a curved shape along the outer shape of the effective lens region. Is.
上記構成とすることにより、液晶レンズのセルギャップの均一性、ならびに液晶レンズを通過する光に対する非点収差の発生を極力少なくすることができる。 By adopting the above configuration, the uniformity of the cell gap of the liquid crystal lens and the generation of astigmatism with respect to light passing through the liquid crystal lens can be minimized.
また、本発明にかかる液晶レンズは、前述した第2のシールを偶数個に分割し、その各第2のシールの分割対が、有効レンズ領域のレンズ中心に対して点対称に配置することを特徴とするものである。 In the liquid crystal lens according to the present invention, the above-described second seal is divided into an even number, and the divided pairs of the second seals are arranged symmetrically with respect to the lens center of the effective lens region. It is a feature.
上記構成とすることで、セルギャップの均一性、ならびに上記非点収差の発生を極力少なくすことができる。 With the above configuration, the uniformity of the cell gap and the occurrence of the astigmatism can be minimized.
また、本発明にかかる液晶レンズは、前述した第2のシールにおける有効レンズ領域に隣接する内壁面が、有効レンズ領域におけるレンズ中心から等距離となる様に配置されていることを特徴とするものである。 The liquid crystal lens according to the present invention is characterized in that the inner wall surface adjacent to the effective lens region in the second seal described above is disposed so as to be equidistant from the lens center in the effective lens region. It is.
本発明の液晶レンズによれば、低温環境下での液晶の応答速度の低下を防ぐためのヒータ構造を持ちつつ、容易に有効レンズ領域近傍のヒータ上にセルギャップを出すためのスペーサを配置することができるので、従来の構成に比べて、格段に有効レンズ領域におけるセルギャップを、目的のセルギャップに規整することが可能となる。また、有効レンズ領域周辺に可変焦点レンズとして機能させるための透明電極と別体のヒータを配置しても、この透明電極を薄く高抵抗にできるので透過率を高くすることもできる。なお、この有効レンズ領域近傍へのスペーサ配置は、通常のシール形成工程にて行うことができるので、新たな工程の付加がなく、容易に本発明の液晶レンズを製造することができる。 According to the liquid crystal lens of the present invention, a spacer for easily providing a cell gap is disposed on the heater in the vicinity of the effective lens region while having a heater structure for preventing a decrease in the response speed of the liquid crystal in a low temperature environment. Therefore, compared with the conventional configuration, the cell gap in the effective lens region can be regulated to the target cell gap. Further, even if a transparent electrode for functioning as a variable focus lens is arranged around the effective lens region, the transparent electrode can be made thin and high resistance, so that the transmittance can be increased. The spacer arrangement in the vicinity of the effective lens region can be performed in a normal seal forming process, so that a new process is not added and the liquid crystal lens of the present invention can be easily manufactured.
また、本発明の液晶レンズによれば、有効レンズ領域にスペーサが存在することがなくなり、透過拡散の問題や、回折の問題や、配向乱れによる収差の発生の問題もまた発生することはない。 In addition, according to the liquid crystal lens of the present invention, there is no spacer in the effective lens region, and the problem of transmission diffusion, the problem of diffraction, and the problem of occurrence of aberration due to orientation disturbance do not occur.
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる液晶レンズセルおよびそれを搭載した電子機器の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a liquid crystal lens cell according to the present invention and an electronic apparatus equipped with the same will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明の液晶レンズセルの構成例について説明する。図1(a)および図1(b)は、それぞれ液晶レンズのセル構成を示す断面図および正面図である。 First, a configuration example of the liquid crystal lens cell of the present invention will be described. FIG. 1A and FIG. 1B are a cross-sectional view and a front view showing a cell configuration of a liquid crystal lens, respectively.
図1(a)に示すように、本発明の液晶レンズ1aは、例えば3枚の対向する透明性基板12、13、14が内側面に所定のパターンが形成されたパターン電極24、25、2
6、27が対向するようにシールを介して貼り合わせされており、パターン電極25上の一部にはヒータ21がパターニングして形成させている。このパターン電極24〜27ならびにヒータ21の上には液晶を並ばせるための配向膜18a、18bがラビング処理を施して形成されている。
As shown in FIG. 1A, the liquid crystal lens 1a according to the present invention includes, for example,
6 and 27 are bonded through a seal so as to face each other, and a
また、この液晶レンズ1aは、液晶10と液晶11が、互いに液晶が並ぶダイレクタ方向が90°となるように、例えばp型の液晶10、11が封入されたホモジニアス配向液晶セルとなっている。本図では、液晶10、11のダイレクタ方向を90°ずらした位置関係が、液晶10が紙面に対して垂直方向、液晶11が左下から右上方向に向く様になっているが、これに限定するものではない。また、液晶10、11とも、ホモジニアス配向としてあるが、ツイスト配向、ベンド配向、スプレイ配向、ハイブリッド配向としても構わないし、n型液晶を用い、垂直配向でも構わない。
The liquid crystal lens 1a is a homogeneous alignment liquid crystal cell in which, for example, p-
また、透明性基板12〜14を接着させるシールは、図1(a)(b)に示すように、透明性基板12〜14の外縁部に設けたセルギャップを決めるスペーサ17aを混入する枠状の第1のシール15と、第1のシール15の内側であり、かつ液晶10、11を位相変調させるための有効レンズ領域20の外側近傍にある液晶加温用のヒータ21上に、円形である有効レンズ領域20の形状に沿うように第1のシール15内に混入されたスペーサ17aよりもヒータ21の膜厚分だけ径を小さくしたスペーサ17bを混入する第2のシール16aが形成されている。そして、ヒータ21のない透明性基板13、14間には、液晶10のセルギャップを決めるためのスペーサ17cが混入されている第2のシール16aが配置して構成されている。
Moreover, the seal | sticker which adhere | attaches the transparent substrates 12-14 is a frame shape which mixes the
図面上では、スペーサ17bの径はスペーサ17aに比べて、ヒータ21の膜厚分ならびに、透明性基板12、13側の配向膜18aの膜厚分だけ小さくなっているが、構成によってはさらにパターン電極24、25の膜厚分も含めてスペーサの径を小さくしても良い。
In the drawing, the diameter of the
また、スペーサ17bは、パネル作製時の加圧力の程度により、場合によっては配向膜18aやヒータ21にスペーサ17bがめり込む場合があるので、その場合には、そのめり込み量を予め考慮し、その分だけスペーサ17bの径を大きくした方が好ましい。
In addition, the
この様に、本発明の液晶レンズ1aは、有効レンズ領域20の周囲にはヒータ21が存在するが、ヒータ21の膜厚を考慮したスペーサ17bが第2のシール16aに混入されているため、面精度に優れた可変焦点レンズを得ることが出来る。また、図面上は便宜上、ヒータ21の幅の中にシール16aが完全に納まっているが、最もギャップの狭いところでスペーサによるセルギャップが決まるので、必ずしもヒータ21幅の内側この第2のシール16aを納める必要はない。
Thus, in the liquid crystal lens 1a of the present invention, the
また、本図面に示す様に、液晶レンズ1aにおける第2のシール16aは、液晶10、11が注入されるように、かつ第1のシール15と第2のシール16aとの間に密閉空間を作らないように、偶数個である2つに分割されて、有効レンズ領域20内のレンズ中心に対して点対称の関係になる様に配置されている。
Further, as shown in the drawing, the
なお、透明性基板12、13および透明性基板13、14間にそれぞれ配する第1、第2のシール15、16aは、図1(a)に示すように、同じ位置で重ねて配置されている。これにより、透明性基板12、13間、および透明性基板13、14間のそれぞれのセルギャップを均一にすることができるとともに、セルの平坦度を出すことができるので、液晶レンズ1aを通過する光に対する非点収差の発生を極力抑えることができるようになる。
The first and
もし、分割された第2のシール16aをレンズ中心から異なる距離に配置し、または第2のシール16aを不規則に不等間隔にて奇数個配置したら、有効レンズ領域20に存在する液晶10、11の面精度が低下することにより、液晶レンズ1aを通過する光に収差が発生する可能性が高くなってしまう。特に液晶層が2層あり、3枚の透明性基板12〜14を用いたセルで1層目と2層目で第2のシール16aを配置する位置を変えた場合には、液晶レンズ1aの製造時、特に透明性基板12〜14の貼り合わせ工程における加圧時の圧力分布にムラが生じてしまい、液晶10、11の面精度が悪くなる。その結果、液晶レンズ1aを通過する光に必ず収差を発生させてしまという不具合を発生させてしまう。
If the divided
また、図1(a)(b)では、スペーサ17a〜17cとしてはガラスファイバを用いているが、特に限定されるものではなく、シリカビーズ、プラビーズ、導電粒でもかまわない。
In FIGS. 1A and 1B, glass fibers are used as the
ここで、本発明の液晶レンズ1aの製造方法について説明する。この液晶レンズ1aは、以下に示す工程によって製造できる。
まず、予め狙いのセルギャップからヒータ21の膜厚分、ならびに配向膜18aの膜厚分だけ小さくした径のスペーサ17bを所定量混入した第2のシール16aと、狙いのセルギャップ径から配向膜18bの膜厚分だけ小さくした径のスペーサ17cを所定量混入した第2のシール16a、狙いのセルギャップ径のスペーサ17aを所定量混入した第1のシール15を用いて、例えばスクリーン印刷法により透明性基板12、14表面にそれぞれ印刷する。
Here, a manufacturing method of the liquid crystal lens 1a of the present invention will be described. The liquid crystal lens 1a can be manufactured by the following steps.
First, a
そして、透明性基板12〜14を重ね合わせし、ホットプレスにて第1、第2のシール15、16aに熱を加えながら所定の圧力も加えることで第1、第2のシール15、16aが硬化して密着力が高まり、スペーサ17a〜17cの粒径のセルギャップを維持したまま透明性基板12〜14と接着させる。なお、第1、第2のシール15、16aは、ディスペンサによりパターン形成しても良い。
Then, the
このように、ヒータ構成を持ちつつ、シール配置場所の膜構成のオフセット分を考慮し、セルギャップ矯正用シールとして第2のシール16aをセル内の有効レンズ領域20近傍に配置することで、有効レンズ領域20とスペーサ17b、17cまでの距離を最短にすることができ、セルのギャップムラを極力抑えることができる。
As described above, the
また、本発明では、透明性基板12〜14間のセルギャップを規整する領域が多いので、もし、外部からのストレスが加えられたとしても、透明性基板12〜14の変形量を少なくすることができる。
In the present invention, since there are many regions for regulating the cell gap between the
また、シール印刷方式では、例えば透明性基板12に第2のシール16aを印刷し、透明性基板13に第1のシール15を印刷した後に、透明性基板12〜14を重ね合わせることで、2種類のシール材料を同一セルの中に組み込むことができる。このため、第1のシール15と第2のシール16aに関しては、スペーサ17a〜17cの径を変えることはもちろんのこと、混入割合やシール材料を変えることもできる。
In the seal printing method, for example, the
また、第1のシール15ならびに第2のシール16aには、熱硬化性のエポキシ系樹脂、UV硬化性のエポキシ系樹脂などを用いることができる。また、第1のシール15と第2のシール16aとで異なる材料を組み合わせて形成しても構わない。
For the
また、第の1シール15の形状は、本図(b)では四角形としてある。この形状は、特
に限定されるわけではないが、大判で複数個のセルを同時に形成し、ライン状に配置された複数個のセルを有する短冊状のセルにおける、複数個のセルに同時に液晶を注入する際には、透明性基板12〜14の外形に沿ってぎりぎりまでシールを形成する形状とするのが望ましいが、他の形状であっても構わない。
The shape of the
また、図1(b)においては、第1のシール15と第2のシール16aを連接させずに別々に配置しているが、一部繋がって第1と第2のシール15、16aを一体に形成しても良い。そのときには、有効レンズ領域20に液晶10、11を入り込ませるために、液晶注入口から連通する液晶流路(開口部)を設けることが肝要である。
Further, in FIG. 1B, the
また、液晶10、11の注入方式として、チャンバーの中に空のセルをセットしてから真空引きした後に、第1のシール15に設けた液晶注入口を液晶に浸し、大気圧に戻すことでセル内に液晶10、11を注入する真空注入方式により、液晶レンズ1aを製造することができる。この方式を採用した場合には、先に示したように、液晶流路(開口部)を確保する必要がある。そして、レンズ有効領域20を含む第1のシール15の内側領域に液晶を注入後、UV硬化型の封孔剤19を注入口に塗布し、この封孔材19にUV照射を行って硬化させることで本発明の液晶レンズ1aが完成する。
As an injection method for the
また、本発明の液晶レンズ1aの製造は、ディスペンサ等による液晶滴下注入方式により製造することもできる。この場合には、図示しないが、第1のシール15を閉環形状とし、第2のシール16aを、有効レンズ領域20に液晶10、11を流入させるための液晶流路(開口部)を有する構成とする。このように、第1のシール15を閉環構造として、液晶滴下注入方式を採用した場合は、封孔材19は必要なくなる。また、液晶滴下注入方式を採用すれば、シール内の領域にだけ必要とされる量の液晶を注入できるので、液晶の無駄な使用がなくなる。
The liquid crystal lens 1a of the present invention can also be manufactured by a liquid crystal dropping injection method using a dispenser or the like. In this case, although not shown, the
なお、第2のシール16aの配置形態は、有効レンズ領域20近傍であれば特に限定されるものではなく、後述する直線形状、点形状でもかまわないが、有効レンズ領域20の外形形状に沿った曲線形状であることが望ましい。
The arrangement form of the
このように、できるだけ有効レンズ領域20に近い位置に第2のシール16aを設ける方が望ましいが、一般的にシール近傍では、加圧焼成時にシールの成分が硬化する前に広がって形成されてしまう問題と、シールの近傍では液晶がうまく配向しない問題と、液晶分子の配向連続性欠陥であるディスクリネーションを生じる等の問題が生じる場合があるので、有効レンズ領域20と第2のシール16aの配置位置には、上記事項を勘案して多少のマージンをとった方が良い。
As described above, it is desirable to provide the
以上の説明の様に、本発明の液晶レンズ1aは、容易に有効レンズ領域20近傍にヒータ21が存在しても、ヒータ21の膜厚分を考慮して狙いのセルギャップを出すためのスペーサ17b〜17cを配置しているので、低温対策のヒータ構成を持ちつつ、有効レンズ領域20におけるセルギャップを、従来の構成に比べて目的のセルギャップに規整することが可能となる。なお、この有効レンズ領域20近傍へのスペーサ17b〜17cの配置は、通常のシール形成工程にて行うことができるので、新たな工程の付加がなく、容易に液晶レンズ1aを製造することができる。
As described above, the liquid crystal lens 1 a according to the present invention is a spacer for providing a target cell gap in consideration of the film thickness of the
また、この液晶レンズ1aによれば、従来の製造方法では頻繁に起こっていた、有効レンズ領域20にスペーサが存在することがなくなり、従来の構成で頻発していた、透過拡散の問題や、回折の問題や、配向乱れによる収差の発生の問題が発生することはない。
In addition, according to the liquid crystal lens 1a, there is no spacer in the
次に、本発明の液晶レンズにおける他の構成例について説明する。図2は、本発明の液晶レンズにおける他の構成例を示す図である。
図2に示した液晶レンズ1bは、先に示した構成例における、第2のシールの形状のみが異なっており、他の構成は同じである。したがって、下記の説明では、本実施例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention.
The
図2に示すように、液晶レンズ1bは、略直線状である4つの第2のシール16bを有する。本構成は、より小型の液晶レンズ1bとする場合に、特に有効となる。
As shown in FIG. 2, the
液晶レンズの外形サイズを小さくするとともにセルギャップを厚くしようとすると、実施例1における図1(b)に示す液晶レンズ1aでは、スクリーン印刷において第2のシール16bを所望の円形状に形成することが難しくなる場合がある。そのため、本実施例における液晶レンズ1bでは、図2に示すように、略直線形状の第2のシール16bを偶数個(本図では、4個に分割している)に分割して有効レンズ領域20近傍にあるヒータ21上に配置している。このように、液晶レンズ1bにおける第2のシール16bの形状を略直線形状とすることで、セルギャップの均一性を向上させて、液晶レンズ1bを通過する光に対する非点収差の発生を極力少なくすることができる。
In order to reduce the external size of the liquid crystal lens and increase the cell gap, in the liquid crystal lens 1a shown in FIG. 1B in Example 1, the
次に、図2に示した本発明の液晶レンズの変形例について説明する。図3は、先に示した液晶レンズ1bの変形例を示す図である。
本変形例における液晶レンズ1cは、図2に示した液晶レンズ1bにおける第1のシール15の形状ならびにヒータ21の幅のみが異なった形状となっており、他の構成は同じとなっている。したがって、下記の説明では、本変形例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, a modification of the liquid crystal lens of the present invention shown in FIG. 2 will be described. FIG. 3 is a diagram showing a modification of the
The
図3に示すように、液晶レンズ1cは、第2のシール16cの外縁部と、有効レンズ領域20内のレンズ中心からの距離と等距離にある第1のシール15をなくした構成としてある。例えば、この液晶レンズ1cでは、ヒータ21の幅が広い構成となっている。この様に液晶レンズの外形サイズを変えずにヒータ21の幅を広くした際に、ヒータ21上に第1のシール15がオーバーラップして配置されると、ヒータ21の厚みを考慮していないスペーサ17aがヒータの上に配置されることになる。この様な構造は、そのヒータ21と第1のシール15とがオーバーラップして配置された部分は、ヒータ21の厚み分だけセルギャップが厚くなってしまうことに起因して、面精度を悪くする虞があり好ましくない。それに対して、本変形例における液晶レンズ1cは、上述したように、レンズ中心と第2のシール16cの外縁部との距離と等距離にある第1のシール15を削った構成としているので、このセルの面精度の悪化を極力小さくすることができる。
As shown in FIG. 3, the
次に、図2に示した本発明の液晶レンズにおける他の変形例について説明する。図4は、先に示した図2における液晶レンズ1bの他の変形例を示す図である。
本変形例における液晶レンズ1dでは、先に示した変形例と同様に、図2に示した液晶レンズ1bにおける第2のシールの形状ならびにヒータ21形状が異なる形状を有しているが、他の構成は同じである。したがって、下記の説明では、本変形例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, another modification of the liquid crystal lens of the present invention shown in FIG. 2 will be described. FIG. 4 is a view showing another modification of the
In the liquid crystal lens 1d in the present modified example, the shape of the second seal and the shape of the
図4に示すように、液晶レンズ1dは、注入口側のヒータ21をDカットして、一部のヒータ幅を細くするとともに、第2のシール16dを、図3に示した液晶レンズ1cに対して2個付加した形態としてある。そして、紙面に対して上下に配した第2のシール16dは、ヒータ21上に配置されないように、第1のシール15と連接して一体となっている。第1のシール15に混入されるスペーサ17aは、ヒータ21上に第1のシール15がオーバーラップして配置されると、ヒータ21の上にヒータ21の厚み分を考慮してい
ないスペーサ17aが配置されることになり、その部分のセルギャップが他の部位に比べて厚くなってしまう。したがって、面精度の悪化を考慮して、第1のシール15とヒータ21とがオーバーラップして配置されないようにすることが肝要である。なお、これら個々の第2のシール16dは、第2のシール16dにおけるレンズ中心側の内壁面の全てが、レンズ中心から等距離になる様に配置されている。
As shown in FIG. 4, the liquid crystal lens 1 d has a D-cut for the
面精度を良くするために、液晶レンズ1dは、有効レンズ領域20からの等距離に出来るだけ多くの第2のシールを配置するために、ヒータ21のDカット面との兼ね合いやヒータ幅との関係で、ヒータ21上に第2のシール16dが完全に納まっていない形態としてあるが、このヒータ21上にある第2のシール16d内のスペーサ17bによって液晶レンズ1dのセルギャップが決まるので、ヒータ21からはみ出して設けられた第2のシール16dは、セルギャップの規整に影響を与えることは無い。
In order to improve surface accuracy, the liquid crystal lens 1d has a balance with the D-cut surface of the
また、ヒータ形状との兼ね合いによるが、本実施例における液晶レンズ1dとすることで、先の実施例に比べてよりセルギャップの精度を向上させたレンズとすることができる。 Also, depending on the balance with the heater shape, by using the liquid crystal lens 1d in the present embodiment, it is possible to obtain a lens with improved cell gap accuracy compared to the previous embodiment.
以上に記した液晶レンズ1b〜1dの構成とすれば、実施例1に記した本願発明特有の効果に加えて、外形サイズをより小型に、特に小型でセルギャップの厚みを厚くしたとしても、その効果を維持することができる。
With the configuration of the
次に、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例について説明する。図5は、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例を示す図である。
図5に示す液晶レンズ1eは、先に示した実施例1、実施例2における液晶レンズ1a、1bにおける第2のシールの形状のみが異なっており、他の構成は同じである。したがって、下記の説明では、本実施例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention.
The liquid crystal lens 1e shown in FIG. 5 differs only in the shape of the second seal in the
図5に示すように、液晶レンズ1eは、有効レンズ領域20の外周であり、かつこの有効レンズ領域20内のレンズ中心から等距離の位置に、それぞれの点状の第2のシール16eを配置した構成となっている。そして、これら点状の第2のシール16eは、有効レンズ領域20内のレンズ中心から等距離の位置に点対称となるようにヒータ21上に配置してある。
As shown in FIG. 5, the liquid crystal lens 1 e is arranged on the outer periphery of the
このように、第2のシール16eをレンズ中心に対して点対称に複数個配置することで、実施例1の効果に加えて、実施例1で示した曲率を持つ第2のシール16e形状を形成する際の、スクリーン印刷において所望の円形状を得ることが難しいという問題点を解消することができる。
Thus, by arranging a plurality of
また、第2のシール16eを点形状に分割(本図では、偶数個である8個に分割してある)して配置することで、点の集まりとして円弧形状に近い形状のシールを容易に形成することができ、セルギャップの均一性や、液晶レンズ1eを透過する光に対し非点収差の発生を極力少なくすることができる。なお、本液晶レンズ1eは、セルの外形を小型とする必要がある場合に、特に有効な構成である。
Further, the
次に、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例について説明する。図6は、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例を示す図である。
本実施例の図6に示す液晶レンズ1fは、先に示した構成例における、第2のシールの
形状のみが異なっており、他の構成は同じとなっている。したがって、下記の説明では、本実施例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention.
The liquid crystal lens 1f shown in FIG. 6 of the present embodiment is different from the configuration example shown above only in the shape of the second seal, and the other configurations are the same. Therefore, in the following description, the difference in the present embodiment will be mainly described, and description of other common members will be omitted.
図6に示すように、液晶レンズ1fは、有効レンズ領域20の外側に配する第2のシール16fの形状を直線形状とした構成となっている。また、本図では、ヒータ21上に第2のシール16fが完全に納まって配置されていないが、ヒータ21上にある第2のシール16f内のスペーサ17bによってセルギャップが決まるので特に問題は生じない。
As shown in FIG. 6, the liquid crystal lens 1 f has a configuration in which the shape of the
この様に、2つの第2のシール16fを、有効レンズ領域20内のレンズ中心から等距離の位置に、対称となるように配置することで、他の実施例で記した様に、有効レンズ領域20から第2のシール16fの内壁までの距離にばらつきが出るものの、明らかに従来の構成に比較して、セルギャップの均一性を良くすることができる。
In this way, by arranging the two
次に、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例について説明する。図7(a)(b)は、本発明の液晶レンズのさらに他の構成例を示す図である。
本実施例の図7に示す液晶レンズ1g、1hは、先に示した構成例における、第2のシールの形状のみが異なっており、他の構成は同じとなっている。したがって、下記の説明では、本実施例における相違点について主に説明し、他の共通の部材についての説明は割愛する。
Next, still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention will be described. FIGS. 7A and 7B are diagrams showing still another configuration example of the liquid crystal lens of the present invention.
The
図7(a)に示すように、液晶レンズ1gは、第2のシール16gが有効レンズ領域20の外周を囲って一体でヒータ21上に、かつ第1のシール15とは離間して配置された構成例を示している。
As shown in FIG. 7A, the
本構成例では、第2のシール16gの形状が、曲面形状を有する形態となるため、セルの外形寸法を小さくした場合には、所望のシール形状を得難くなるが、本図面に示すように、この第2のシール16gを複数個にしかも偶数後に分割しなくても、実施例1に記した本願発明特有の効果を得ることができる。
In the present configuration example, the shape of the
なお、少なくともセルギャップを決めるための領域分だけヒータ21と第2のシール16gとが重なって位置されていれば、第2のシール16gがヒータ21からはみ出して形成されていたり、ヒータ21と第2のシール16gとが一部しか覆っていなくてもかまわない。
If the
また、図7(b)に示す液晶レンズ1hの様に、3個に分割された第2のシール16hが、有効レンズ領域20の外周に、レンズ中心から第2のシール16hの内壁面までの距離を等しくなる様に、それぞれ配設した形態としても良い。
Further, like the liquid crystal lens 1h shown in FIG. 7 (b), the
この図7(b)に示すように、有効レンズ領域20の外周に、3個の第2のシール16hを配置した場合も、図7(a)に示した形態と同様に、実施例1に記した本願発明特有の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 7B, even when three
以上のように、本発明は、低温対策として有効レンズ領域の周囲に効率よく加温するためにヒータを存在させた構成を持ちつつ、セル内スペーサの代りに有効レンズ領域の周囲にヒータ膜厚等による膜構成の厚み差を考慮したスペーサを混入させたシールを形成させることで、容易にセル内のギャップムラのより少ない均一な液晶レンズの製造に有用であり、それを搭載した電子機器、特に、カメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ
付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニターなどに用いられるカメラへの光学部品として適する品質を有している。
As described above, the present invention has a configuration in which a heater is present in order to efficiently heat around the effective lens region as a countermeasure for low temperature, and the heater film thickness around the effective lens region instead of the in-cell spacer. By forming a seal mixed with a spacer that takes into account the difference in thickness of the film structure due to, etc., it is useful for manufacturing a uniform liquid crystal lens with less gap unevenness in the cell easily, In particular, it has a quality suitable as an optical component for a camera that is mounted on a camera, a digital camera, a movie camera, a camera unit of a camera-equipped mobile phone, a car, etc. and used for a monitor for backward confirmation.
また、本発明の液晶レンズの構成は、レンズとして機能する液晶パネルだけでなく、光学ディスクの記録、再生を行う際に発生する波面収差を補正するために用いる、液晶光学素子にも適用できる技術である。 Further, the configuration of the liquid crystal lens of the present invention is applicable not only to a liquid crystal panel functioning as a lens, but also to a liquid crystal optical element used for correcting wavefront aberration that occurs when recording and reproducing an optical disk. It is.
1a〜1h 液晶レンズ
10 液晶
11 液晶
12〜14 透明性基板
15 第1のシール
16a〜16h 第2のシール
17a〜17c スペーサ
18a、18b 配向膜
19 封孔剤
20 有効レンズ領域
21 ヒータ
24〜27 パターン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1h
Claims (6)
前記シールは、第1のスペーサが混入されて、前記透明性基板の外縁部に設けられた枠状の第1のシールと、当該第1のスペーサの直径に比べて少なくともヒータの膜厚分だけ直径を小さくした第2のスペーサが混入されて、前記第1のシールの内側であり、かつ前記ヒータ上に設けられた第2のシールと、を有する
ことを特徴とする液晶レンズ。 In a liquid crystal lens in which an effective lens region for functioning as a variable focus lens and a transparent substrate provided with a heater in the vicinity of the outer region of the effective lens region are bonded together via a seal, and a liquid crystal layer is sandwiched between them,
The seal is mixed with a first spacer, and the frame-shaped first seal provided on the outer edge of the transparent substrate and the thickness of the heater at least as much as the diameter of the first spacer. A liquid crystal lens comprising: a second seal having a second spacer with a reduced diameter mixed therein, the second seal provided on the heater inside the first seal.
前記第2のシールは、前記有効レンズ領域に液晶を流入させるための開口部を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。 The first seal has a closed ring shape,
The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the second seal has an opening for allowing liquid crystal to flow into the effective lens region.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶レンズ。 The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the first seal and the second seal are integrally formed.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶レンズ。 The effective lens region has a substantially circular shape, and the second seal is formed in a curved shape along the outer shape of the effective lens region. The liquid crystal lens according to one item.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の液晶レンズ。 The second seal is divided into an even number, and the divided pairs of the second seals are arranged point-symmetrically with respect to the lens center of the effective lens region. 5. The liquid crystal lens according to any one of items 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の液晶レンズ。 The inner wall surface adjacent to the effective lens region in the second seal is disposed so as to be equidistant from the lens center in the effective lens region. The liquid crystal lens described in 1.
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