JP2012083459A

JP2012083459A - 液晶レンズ

Info

Publication number: JP2012083459A
Application number: JP2010228188A
Authority: JP
Inventors: Giichi Shibuya; 義一渋谷
Original assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Current assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】駆動電圧が低く光学特性が良好な液晶レンズを提供する。
【解決手段】液晶レンズが、透明円形電極２と円形の穴を有する電極２’が両面にそれぞれ形成された中央透明基板１と、中央透明基板１を挟むように配置された、１０⁶〜１０⁷Ω／□の抵抗値を有する１対の高抵抗薄膜層３と、１対の高抵抗薄膜層３の各外側表面に、配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板１および高抵抗薄膜層３を挟むように配置された１対の液晶層４と、１対の液晶層４の各外側表面に、配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板１、高抵抗薄膜層３、および液晶層４を挟むように配置された１対の透明平板電極５と、１対の透明平板電極５の各外側表面にそれぞれ接するように、かつ中央透明基板１、高抵抗薄膜層３、液晶層４、および透明平板電極５を挟むように配置された１対の外側透明基板６とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶レンズに関する。

液晶レンズは、１対の電極で液晶層を挟んだ構成を有し、機械的な調整ではなくて電気的な調整によって光学特性を変化させることが可能である。特に、平板電極と円形電極とによって液晶層を挟んだ構成の液晶レンズは、他の形態の液晶レンズに比べて構造が簡単である上に、平板電極と円形電極とに加える駆動電圧を調整することによって、少ない電極数で凹レンズの領域から凸レンズの領域に至るまで幅広く焦点距離を変化させることができる。しかしながら、レンズとして機能する液晶層が１層のみ存在する液晶レンズでは、レンズ特性が偏光依存性を有するという問題がある。偏光依存性のないレンズ特性を得るためには、レンズとして機能する液晶層を２層以上設ける必要がある。

特許文献１には、２層以上の液晶層を有する液晶レンズの一例が開示されている。この液晶レンズは、円形電極と、その円形電極を囲むように位置する円形の穴を有する電極とを、１対の第１の絶縁層で挟み、それらの外側を１対の第１の液晶層で挟み、さらにそれらの外側を、１対の第２の絶縁層、１対の第２の液晶層、１対の平板電極、および１対のガラス板で順次挟んだ構成である。すなわち、この液晶レンズでは、中央に位置する単一の円形電極で２つの液晶層に同時に電圧を印加することができる。

しかし、特許文献１に記載の液晶レンズでは、１対の第１の液晶層同士の間に１対の第１の絶縁層と円形電極および円形の穴を有する電極が介在するため、第１の液晶層同士が大きく隔てられている。その結果、１対の第１の液晶層に同一の電圧を印加しても、事実上の焦点距離が異なってしまうため、偏光方向による二つの像がずれて二重像となってしまうという問題がある。

これに対し、特許文献２に記載の液晶レンズは、１枚のガラス板を１対の平板電極で挟み、それらの外側を１対の液晶層で挟み、さらにそれらの外側を１対の絶縁層と、円形の穴を有する１対の電極で順次挟んだ構成である。この構成の場合、円形の穴を有する電極を液晶レンズの最外層としてそれぞれ配置して、平板電極を液晶レンズの中央に配置することによって、２つの液晶層の距離を近づけている。その結果、特許文献１において生じる二重像の問題を改良することができる。

特許第４０５７５９７号公報（図８）特開２００６−３１３２４３

特許文献２に記載の液晶レンズの構成では、円形の穴を有する電極と平板電極との間に、円形の穴を有する電極が形成された絶縁層（透明基板）が位置する。従って、この透明基板の板厚が大きくなるに従って両電極間の間隔が大きくなってしまい、結果として液晶レンズの駆動電圧が高くなってしまうという問題がある。さらに、特許文献２に記載の液晶レンズの構成では、円形の穴を有する電極が形成された２枚の透明基板が、液晶レンズの外側に対向して設けられているため、これらの電極の中心位置合わせが困難で、光学特性が悪くなり易いという問題もある。

そこで本発明は、駆動電圧が低く、光学特性が良好な液晶レンズを提供することを目的とする。

本発明の液晶レンズは、透明円形電極と円形の穴を有する透明電極のいずれか一方または両方が両面にそれぞれ形成されている中央透明基板と、中央透明基板を挟むように配置されている、１０⁶〜１０⁷Ω／□の抵抗値を有する１対の高抵抗薄膜層と、１対の高抵抗薄膜層の各外側表面に配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板および高抵抗薄膜層を挟むように配置されている１対の液晶層と、１対の液晶層の各外側表面に配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板、高抵抗薄膜層、および液晶層を挟むように配置されている１対の透明平板電極と、１対の透明平板電極の各外側表面にそれぞれ接するように、かつ中央透明基板、高抵抗薄膜層、液晶層、および透明平板電極を挟むように配置されている１対の外側透明基板と、を有する。

本発明によると、１対の液晶層同士の間の間隔を小さくすることにより低い電圧で駆動することが可能である。しかも、内側の１対の電極（透明円形電極、円形の穴を有する透明電極、またはその両方）が、１枚の中央透明基板の両面に形成されるため、両電極の位置合わせが容易である。従って、良好な光学特性が得られる。

本発明の一実施形態の液晶レンズの概略斜視図である。図１に示す液晶レンズの断面図である。図１に示す液晶レンズを、中央透明基板の表面の位置で示す平面図である。本発明の液晶レンズの他の例を、中央透明基板の表面の位置で示す平面図である。本発明の液晶レンズのさらに他の例を、中央透明基板の表面の位置で示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の一実施形態の液晶レンズは、図１〜３に示すように、厚さ方向に見て中央透明基板１を中心として実質的に対称な層構造を有しており、中央透明基板１の両面に、透明円形電極２とそれを囲むように位置する円形の穴を有する透明電極２’とがそれぞれ形成されている。なお、図２においては、図面を見やすくするために、実際には層同士が接触している部分であっても、少し間隔を広げて記載している。

この中央透明基板１を挟むように１対の高抵抗薄膜層３が配置されている。電極２，２’と高抵抗薄膜層３との間には、円形電極２と円形の穴を有する電極２’との間の絶縁を確保するための薄い絶縁層が設けられるが、ここでは図示省略している。そして、１対の高抵抗薄膜層３の各外側表面に、図示しない配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板１および高抵抗薄膜層３を挟むように１対の液晶層４が配置されている。実際には、液晶層４中の液晶が外部に漏れないように、側壁となるシール部材が設けられるが、ここでは図示省略している。

さらに、１対の液晶層４の各外側表面に、図示しない配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ中央透明基板１、高抵抗薄膜層３、および液晶層４を挟むように１対の透明平板電極５が配置されている。そして、１対の透明平板電極５の各外側表面にそれぞれ接するように、かつ中央透明基板１、高抵抗薄膜層３、液晶層４、および透明平板電極５を挟むように１対の外側透明基板６が配置されている。

言い換えると、液晶レンズの最外層として、１対の外側透明基板６が互いに間隔をおいて位置し、外側透明基板６同士の間に、１対の透明平板電極５が互いに間隔をおいて位置している。そして、透明平板電極５同士の間に、１対の液晶層４が互いに間隔をおいて位置している。液晶層４同士の間に、１対の高抵抗薄膜層３が互いに間隔をおいて位置している。そして、高抵抗薄膜層３同士の間に挟まれて中央透明基板１が位置している。すなわち、最上層から最下層に向かって、外側透明基板６、透明平板電極５、液晶層４、高抵抗薄膜層３、中央透明基板１、高抵抗薄膜層３、液晶層４、透明平板電極５、外側透明基板６がそれぞれ順番に位置している。

そして、中央透明基板１は、少なくとも一側面において、他の層３〜６よりも側方に向かって突出している。この突出部１ａに、１対の透明円形電極２からの引き出し配線２ａと、円形の穴を有する電極２’からの引き出し配線２ａ’と、１対の透明平板電極５からの引き出し配線５ａ，５ｂが形成されて、外部、例えばＩＣ（集積回路）７またはその他の駆動回路が搭載された接続ケーブル（ＦＰＣ：フレキシブルケーブル８）との接続部になっている。

各層１〜６の具体的な構成例について説明すると、中央透明基板１は、厚さが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍのＳｉＯ₂系白板ガラスからなる。そして、中央透明基板１の両面にそれぞれ形成されている透明円形電極２と円形の穴を有する透明電極２’は、厚さが５０ｎｍ〜１００ｎｍのＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）からなる。高抵抗薄膜層３は、厚さが０．１μｍ〜１μｍ程度の亜鉛酸化物等からなり、１０⁶〜１０⁷Ω／□（Ω／square）の抵抗値を有するものである。透明平板電極５は、透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’と同様に、厚さが５０ｎｍ〜１００ｎｍのＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）からなる。外側透明基板６は、中央透明基板１と同様に、厚さが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍのＳｉＯ₂系白板ガラスからなる。そして、液晶層４は、厚さ３０〜５０μｍ程度の空間に封入されたネマチック型液晶からなる。

本実施形態の液晶レンズはこのような構成であるため、透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’と透明平板電極５とを介して液晶層４にそれぞれ印加する電圧を調整することによって、光学特性、特に焦点距離を調整することができる。特に、この液晶レンズは独立した１対の液晶層を有しているため、偏光依存性のないレンズ特性を得ることができる。また、透明平板電極５と透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’とによって液晶層１を挟んだ構成であるため、簡単な構造かつ少ない電極数で、凹レンズの領域から凸レンズの領域まで幅広く焦点距離を変化させることができる。

そして、本実施形態の液晶レンズは、中央透明基板１の両面に透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’を形成し、さらにその外側に高抵抗薄膜層３を配置した構成であるため、１対の液晶層４同士の間の間隔を小さくすることができる。特に、絶縁層の一部として、Ｚｎ酸化物等からなり１０⁶〜１０⁷Ω／□程度の抵抗値を有する高抵抗薄膜層を用いているので、透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’と液晶層４との間に高抵抗の層を介して誘電結合が生じる。それにより、絶縁層全体を従来よりも薄くすることが可能になり、液晶レンズの駆動電圧を低く抑えることができる。また、１対の透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’は、中央透明基板１の両面にそれぞれ形成されるため、両透明円形電極２同士の中心位置合わせおよび円形の穴を有する透明電極２’同士の中心位置合わせが容易に精度良く行える。従って、光学特性が良好な液晶レンズが得られる。液晶層４を挟む両面には、図示しないが、ポリイミド等の絶縁体からなり、液晶のプレチルト角とその方向を決める配向膜が形成されている。この配向膜へのラビングの方向により、両液晶層４の偏光依存方向がなす角度が９０度になるように設定することによって、全体としては偏光依存性のない液晶レンズを形成している。

本実施形態の液晶レンズでは、中央透明基板１の、他の層３〜６よりも側方に突出している突出部１ａに、１対の透明円形電極２からの引き出し配線２ａと、円形の穴を有する電極２’からの引き出し配線２ａ’と、１対の透明平板電極５からの引き出し配線５ａ，５ｂが形成されているため、接続部として機能できる。従って、例えば、ＩＣ（集積回路）７またはその他の駆動回路が搭載されたフレキシブルケーブル（ＦＰＣ）８との接続等が、接続用の別部材を必要とせず容易に行える。ただし、外側透明基板６を、側方に突出するように形成してその突出部に各引き出し配線２ａ，２ａ’，５ａ，５ｂを形成するようにしてもよい。

前記した例では、図３に示すように、中央透明基板１の両面に透明円形電極２および円形の穴を有する透明電極２’がそれぞれ形成されている。しかし、図４に示すように、円形電極２のみが中央透明基板１の両面にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、突出部１ａ上には、円形電極２からの引き出し配線２ａと１対の透明平板電極５からの引き出し配線５ａ，５ｂが形成される。また、図５に示すように、円形の穴を有する電極２’のみが中央透明基板１の両面にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、突出部１ａ上には、円形の穴を有する電極２’からの引き出し配線２ａ’と１対の透明平板電極５からの引き出し配線５ａ，５ｂが形成される。

なお、図３〜５には、簡略化のために、中央透明基板１の裏面側の透明円形電極２や円形の穴を有する電極２’からの引き出し配線２ａ，２ａ’は図示省略している。一方、１対の透明平板電極５からの引き出し配線５ａ，５ｂの少なくとも一方は、中央透明基板１の裏面側に形成されている可能性があるが、便宜上、両引き出し配線５ａ，５ｂを実線で示している。

以上説明した液晶レンズの用途としては、図示しないが、デジタルカメラ等に含まれるカメラモジュールに搭載することや、携帯電話機等の携帯型電子機器に含まれるカメラモジュールに搭載することが挙げられる。

１中央透明基板
１ａ突出部
２透明円形電極
２’ 円形の穴を有する電極
２ａ，２ａ’ 引き出し配線
３高抵抗薄膜層
４液晶層
５透明平板電極
５ａ，５ｂ引き出し配線
６外側透明基板
７ＩＣ（集積回路）
８接続ケーブル（ＦＰＣ：フレキシブルケーブル）

Claims

透明円形電極と円形の穴を有する透明電極のいずれか一方または両方が両面にそれぞれ形成されている中央透明基板と、
前記中央透明基板を挟むように配置されている、１０⁶〜１０⁷Ω／□の抵抗値を有する１対の高抵抗薄膜層と、
前記１対の高抵抗薄膜層の各外側表面に、配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ前記中央透明基板および前記高抵抗薄膜層を挟むように配置されている１対の液晶層と、
前記１対の液晶層の各外側表面に、配向層を介してそれぞれ隣接するように、かつ前記中央透明基板、前記高抵抗薄膜層、および前記液晶層を挟むように配置されている１対の透明平板電極と、
前記１対の透明平板電極の各外側表面にそれぞれ接するように、かつ前記中央透明基板、前記高抵抗薄膜層、前記液晶層、および前記透明平板電極を挟むように配置されている１対の外側透明基板と、
を有する、液晶レンズ。
前記高抵抗薄膜層は亜鉛酸化物からなる、請求項１に記載の液晶レンズ。
前記中央透明基板および前記１対の外側透明基板の少なくとも１つが側方に突出して形成されており、その突出部上に、前記透明円形電極および前記１対の透明平板電極とそれぞれ接続されている引き出し配線の少なくとも１つが形成されている、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
前記突出部上の前記引き出し配線は、５Ｖ以下の交流電圧印加用の駆動回路または集積回路が搭載された接続ケーブルと接続される、請求項３に記載の液晶レンズ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶レンズを搭載したカメラモジュール。
請求項５に記載のカメラモジュールを搭載した携帯型電子機器。