JP2015001697A - 液晶レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止することができる液晶レンズを提供する。【解決手段】液晶層４１，４２と、開口３ａを有する第１の電極部３と、前記開口３ａ内に配置された第２の電極部４とを有する第１の電極１と、前記液晶層４１，４２を挟み、前記第１の電極１と対向している第２の電極２と、導通路２１ｃ，２４ｃを介して前記液晶層４１，４２に接続されている応力緩和室３１，３２とを備える液晶レンズ１０であって、前記応力緩和室３１，３２の内部に、気泡３１ａ，３２ａが含まれていることを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶レンズに関するものである。

従来より、屈折率が可変なレンズとして、液晶レンズが検討されている。液晶レンズにおいては、薄いリボン状のガラスをスペーサとして用い、液晶層の厚みを薄くすることにより、レンズパワーを向上させることが提案されている（特許文献１）。

特開２０１１−１７５１０４号公報

液晶レンズにおいては、例えば、滅菌などのため、１２０℃以上の温度に加熱処理される場合がある。上記特許文献１などのように、薄いリボン状のガラスをスペーサ等として用いると、加熱処理の際に、液晶レンズのセルが破壊されるという問題がある。

本発明の目的は、加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止することができる液晶レンズを提供することにある。

本発明は、液晶層と、開口を有する第１の電極部と、開口内に配置された第２の電極部とを有する第１の電極と、液晶層を挟み、第１の電極と対向している第２の電極と、導通路を介して液晶層に接続されている応力緩和室とを備える液晶レンズであって、応力緩和室の内部に、気泡が含まれていることを特徴としている。

気泡の体積は、応力緩和室の容積の１０〜９０体積％の範囲内であることが好ましい。

導通路は、液晶層の厚み方向の側壁の端部に形成されていることが好ましい。

第１の電極と第２の電極との間に、液晶層の側壁を形成するためのスペーサが設けられていることが好ましい。

応力緩和室の少なくとも一部は、スペーサに形成された貫通孔によって形成することができる。

第１の電極とスペーサとの間及び／またはスペーサと第２の電極との間に、金属膜が設けられていることが好ましい。

応力緩和室の少なくとも一部は、金属膜に形成された貫通孔によって形成されていてもよい。

第１の電極を有する第１の基板とスペーサとの間及び／またはスペーサと第２の電極を有する第２の基板との間は、金属膜を介在させた陽極接合により接合することができる。

第１の電極と第２の電極との間に、中間板が設けられており、中間板で液晶層が第１の液晶層と第２の液晶層に分割されていてもよい。この場合、第１の電極と中間板との間に、第１の液晶層の側壁を形成するための第１のスペーサが設けられており、中間板と第２の電極との間に、第２の液晶層の側壁を形成するための第２のスペーサが設けられていてもよい。この場合、応力緩和室として、第１の導通路を介して第１の液晶層に接続された第１の応力緩和室と、第２の導通路を介して第２の液晶層に接続された第２の応力緩和室とを有していてもよい。また、第１の応力緩和室の少なくとも一部が、第１のスペーサに形成された貫通孔によって形成されており、第２の応力緩和室の少なくとも一部が、第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されていてもよい。

応力緩和室の少なくとも一部が、第１のスペーサに形成された貫通孔、中間板に形成された貫通孔、及び第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されていてもよい。

第１の電極と第１のスペーサとの間、第１のスペーサと中間板との間、中間板と第２のスペーサとの間、及び第２のスペーサと第２の電極との間の少なくともいずれかに、金属膜が設けられていてもよい。この場合、応力緩和室の少なくとも一部が、金属膜に形成された貫通孔によって形成されていてもよい。また、第１の電極を有する第１の基板と第１のスペーサとの間、第１のスペーサと中間板との間、中間板と第２のスペーサとの間、及び第２のスペーサと第２の電極を有する第２の基板との間の少なくともいずれかが、金属膜を介在させた陽極接合により接合されていてもよい。

本発明によれば、加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止することができる。

本発明の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。 本発明の実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。 図２に示す金属膜２１を示す平面図である。 本発明の実施形態の液晶レンズにおける第１の電極が形成された第１の基板を示す平面図である。 本発明の他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。 本発明の他の実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態等を説明する図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号を用いて参照する。

図１は、本発明の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。液晶レンズ１０は、互いに間隔をおいて対向するように配置された第１の基板１１と第２の基板１２とを備えている。第１の基板１１と第２の基板１２との間には、中間板１３が配置されている。第１の基板１１と中間板１３との間には、第１のスペーサ１４が配置されている。第１のスペーサ１４を設けることにより、第１の基板１１と中間板１３との間に、第１の液晶層４１を形成するための空間が設けられている。中間板１３と第２の基板１２との間には、第２のスペーサ１５が配置されている。第２のスペーサ１５を設けることにより、中間板１３と第２の基板１２との間に、第２の液晶層４２を形成するための空間が設けられている。

第１の基板１１及び第２の基板１２は、例えば、ガラス基板などの透明基板から構成することができる。第１の基板１１及び第２の基板１２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。本実施形態において、中間板１３、第１及び第２のスペーサ１４及び１５は、例えば、第１の基板１１や第２の基板１２よりも厚みの薄いガラス板から構成することができる。中間板１３、第１及び第２のスペーサ１４及び１５の厚みは、例えば、５μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

第１の基板１１の上には、第１の電極１が設けられている。第１の電極１は、第１の電極部３及び第２の電極部４を有している。

図４は、本発明の実施形態の液晶レンズにおける第１の電極が形成された第１の基板１１を示す平面図である。図４に示すように、第１の電極部３には、略円形状の開口３ａが形成されている。第２の電極部４は、開口３ａ内に配置されている。第２の電極部４は、第１の電極部３に形成されたスリット３ｂ内を通る引き出し部４ａの一方端に接続されている。引き出し部４ａの他方端は、第１の基板１１の上に形成された第２の電極部端子１１ｂに接続されている。第１の電極部３は、第１の基板１１の上に形成された第１の電極部端子１１ａに接続されている。基板１１の上には、後述する第２の電極２に電気的に接続されるグランド電極端子１１ｃが形成されている。

図１を参照して、第１の電極１の上には、高抵抗層６が形成されている。高抵抗層６の上には、絶縁膜７が形成されている。本発明において、高抵抗層６は、電気抵抗値が表面抵抗で１×１０^４Ω／□〜１×１０^１４Ω／□であり、上記各電極よりも高く、絶縁膜７よりも低い電気抵抗を有する膜である。高抵抗層６は、例えば、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種から形成されていることが好ましい。絶縁膜７は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種から形成されていることが好ましい。

高抵抗層６の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。絶縁膜７の厚みは、１ｎｍ〜２μｍ程度であることが好ましく、１００ｎｍ〜１．５μｍ程度であることがより好ましい。

絶縁膜７の上には、第１のスペーサ１４が設けられている。絶縁膜７と第１のスペーサ１４との間には、金属膜２１が設けられている。第１のスペーサ１４と中間板１３との間には、金属膜２２が設けられている。中間板１３と第２のスペーサ１５との間には、金属膜２３が設けられている。第２のスペーサ１５と第２の基板１２との間には、金属膜２４が設けられている。本実施形態において、金属膜２１〜２４は、アルミニウム膜から構成されている。金属膜２１〜２４の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。

第１の基板１１と対向する第２の基板１２の表面上には、第２の電極２が形成されている。第２の電極２は、上述のように、図４に示す第１の基板１１上に形成されたグランド電極端子１１ｃに電気的に接続されている。接続方法は、図示していないが、例えば、第２の電極２を第２の基板１２の端面まで引き出し、これを液晶レンズ１０の外側端面に形成した外部電極に電気的に接続し、この外部電極をグランド電極端子１１ｃに電気的に接続する方法が挙げられる。

図１に示すように、第１のスペーサ１４には、開口１４ｂが形成され、第２のスペーサ１５には、開口１５ｂが形成されている。開口１４ｂ及び開口１５ｂの端面は、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁を形成している。また、金属膜２１の開口２１ｂ、金属膜２２の開口２２ｂ、金属膜２３の開口２３ｂ、及び金属膜２４の開口２４ｂも、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁を形成している。なお、第１の液晶層４１が接する絶縁膜７の上及び中間板１３の表面上、並びに第２の液晶層４２が接する中間板１３の表面上及び第２の電極２の上には、液晶を配向させるための配向膜が形成されているが、図１においては図示省略している。本実施形態では、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の内の一方をＰ偏光とし、他方をＳ偏光としている。

図１に示すように、導通路２１ｃを介して第１の液晶層４１に接続されている第１の応力緩和室３１が、第１のスペーサ１４内に設けられている。また、導通路２４ｃを介して第２の液晶層４２に接続されている第２の応力緩和室３２が、第２のスペーサ１５内に設けられている。第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２は、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２に接続されているので、その内部には液晶が導入されている。また、第１の応力緩和室３１の内部には、気泡３１ａが含まれ、第２の応力緩和室３２の内部には、気泡３２ａが含まれている。気泡３１ａ及び３２ａを形成する気体としては、特に限定されるものではないが、一般には空気が用いられる。第１の応力緩和室３１の容積に対する気泡３１ａの体積割合及び第２の応力緩和室３２の容積に対する気泡３２ａの体積割合は、１０〜９０体積％の範囲内であることが好ましい。１０体積％未満であると、液晶の膨張などにより生じる応力を十分に緩和できない場合がある。また、９０体積％を超えると、気泡が液晶層内に混入する場合がある。

第１の応力緩和室３１は、主に第１のスペーサ１４に形成された貫通孔１４ｃより形成される。第２の応力緩和室３２は、主に第２のスペーサ１５に形成された貫通孔１５ｃより形成される。

図２は、本発明の実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。図２は、図１に示す実施形態の液晶レンズ１０を分解斜視図として示している。図２に示す第１の基板１１には、第１の電極部３及び第２の電極部４を有する第１の電極１が形成されている。第１の電極１の上には、高抵抗層６及び絶縁膜７が形成されているが、図２においては図示省略している。

第１の基板１１の上に、金属膜２１としてのアルミニウム膜を形成する。アルミニウム膜の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。図３は、図２に示す金属膜２１を示す平面図である。図３に示すように、金属膜２１には、開口２１ｂと、開口２１ｂに接続された２つのスリットが形成されている。一方のスリットは、導通路２１ａ及び液晶導入孔２１ｄを構成しており、他方のスリットは、導通路２１ｃ及び液晶導入孔２１ｅを構成している。導通路２１ａと液晶導入孔２１ｄの間に、第１のスペーサ１４の貫通孔１４ａが位置し、導通路２１ｃと液晶導入孔２１ｅの間に、第１のスペーサ１４の貫通孔１４ｃが位置する。金属膜２１のパターニングは、マスクなどを用いることにより行うことができる。

第１の基板１１上の金属膜２１に、第１のスペーサ１４を陽極接合で接合する。この陽極接合は、金属膜２１を形成した第１の基板１１及び第１のスペーサ１４を、１８０℃〜２５０℃程度に加熱し、ガラスである第１のスペーサ１４にマイナス電圧、金属膜２１にプラス電圧を印加することにより行うことができる。第１のスペーサ１４には、貫通孔１４ａ及び１４ｃ並びに開口１４ｂが形成されている。

次に、第１のスペーサ１４の上に、金属膜２２としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２２には、開口２２ｂが形成されている。開口２１ｂ、開口１４ｂ、及び開口２２ｂから、第１の液晶層４１の側壁が形成される。

次に、金属膜２２に、中間板１３を陽極接合で接合する。次に、中間板１３の上に、金属膜２３としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２３には、開口２３ｂが形成されている。次に、金属膜２３に、第２のスペーサ１５を陽極接合で接合する。第２のスペーサ１５には、貫通孔１５ａ及び１５ｃ並びに開口１５ｂが形成されている。

次に、第２のスペーサ１５の上に、金属膜２４としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２４には、金属膜２１と同様のように、開口２４ｂと、開口２４ｂに接続された２つのスリットが形成されている。一方のスリットは、導通路２４ａ及び液晶導入孔２４ｄを構成しており、他方のスリットは、導通路２４ｃ及び液晶導入孔２４ｅを構成している。

次に、金属膜２４の上に、第２の基板１２を陽極接合で接合する。尚、第１の基板１１と対向する第２の基板１２の表面上には、陽極接合に先だって第２の電極２を形成する。

図１は、図４に示すＩ−Ｉ線に沿う液晶レンズの断面図である。図４に示す想像線３４は、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁の位置を示している。また、図４には、貫通孔１４ａ、１５ａ及び１４ｃ、１５ｃの位置、並びに導通路２１ａ、２１ｃ、２４ａ、２４ｃ及び液晶導入孔２１ｄ、２１ｅ、２４ｄ、２４ｅの位置を示している。

上記のようにして、陽極接合を用いて、液晶レンズのセルを組み立てた後、セル内に液晶を注入する。液晶導入孔２１ｄ、２１ｅ、２４ｄ、２４ｅは、セルの端面に露出しているので、これらの液晶導入孔からセル内に液晶を注入することができる。具体的には、セル内の空気を液晶導入孔から排出させた後、第１の液晶層４１には液晶導入孔２１ｄ、２１ｅから、第２の液晶層４２には液晶導入孔２４ｄ、２４ｅから液晶を注入する。液晶注入の最終段階で、空気等の気体を液晶導入孔から吸引させることにより、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２に、それぞれ気泡３１ｂ及び３２ｂを導入することができる。液晶及び気泡を導入した後、液晶導入孔は、紫外線硬化樹脂等を用いて封止される。

また、導通路２１ａ、２１ｃ、２４ａ、２４ｃは、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２内の気泡３１ａ及び３２ａが、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２に移動しないように、最も狭い部分（最小径部分）が２００ｎｍ以下であること好ましい。本実施形態においては、導通路の最小径部分は、金属膜２１及び２４の厚みで決定される。

以上のようにして、図１に示す液晶レンズを製造することができる。図１に示すように、第１の液晶層４１には、導通路２１ｃを介して第１の応力緩和室３１が接続されている。同様に、第２の液晶層４２には、導通路２４ｃを介して第２の応力緩和室３２が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２中の液晶が膨張した場合、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２内の気泡３１ａ及び３２ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、本実施形態では、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。

図５は、本発明の他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。本実施形態では、図１に示す第１の応力緩和室３１と第２の応力緩和室３２とを合併し、１つの応力緩和室３３にしている。応力緩和室３３内には、気泡３３ａが含まれている。応力緩和室３３は、図１に示す液晶レンズ１０において、金属膜２２に貫通孔２２ｃを形成し、中間板１３に貫通孔１３ｃを形成し、金属膜２３に貫通孔２３ｃを形成することにより、製造することができる。

図６は、図５に示す実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。図６に示すように、図２に示す金属膜２２を、図６に示す貫通孔２２ａ及び２２ｃをさらに有する金属膜２２に変更し、図２に示す中間板１３を、図６に示す貫通孔１３ａ及び１３ｃをさらに有する中間板１３に変更し、図２に示す金属膜２３を、図６に示す貫通孔２３ａ及び２３ｃをさらに有する金属膜２３に変更することにより製造することができる。

本実施形態においても、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２には、導通路２１ｃ及び導通路２４ｃを介して応力緩和室３３が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２中の液晶が膨張した場合、応力緩和室３３の気泡３３ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。

図７は、本発明のさらに他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。本実施形態では、液晶層を１つの液晶層のみにしている。本実施形態の液晶レンズ１０は、図２を参照して説明した製造工程において、中間板１３、金属膜２３、第２のスペーサ１５、及び金属膜２４を用いずに、金属膜２２の上に、第２の基板１２を陽極接合することにより製造することができる。

本実施形態においても、第１の液晶層４１には、導通路２１ｃを介して第１の応力緩和室３１が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１中の液晶が膨張した場合、第１の応力緩和室３１の気泡３１ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。

１，２…第１，第２の電極
３，４…第１，第２の電極部
３ａ…開口
３ｂ…スリット
４ａ…引き出し部
６…高抵抗層
７…絶縁膜
１０…液晶レンズ
１１，１２…第１，第２の基板
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の電極部端子
１１ｃ…グランド電極端子
１３…中間板
１３ａ，１３ｃ…貫通孔
１４，１５…第１，第２のスペーサ
１４ａ，１４ｃ，１５ａ，１５ｃ…貫通孔
１４ｂ，１５ｂ…開口
２１〜２４…金属膜
２１ａ，２１ｃ，２４ａ，２４ｃ…導通路
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ…開口
２１ｄ，２１ｅ，２４ｄ，２４ｅ…液晶導入孔
２２ａ，２２ｃ，２３ａ，２３ｃ…貫通孔
３１，３２…第１，第２の応力緩和室
３１ａ，３２ａ…気泡
３３…応力緩和室
３３ａ…気泡
３４…想像線
４１，４２…第１，第２の液晶層

Claims (16)

1. 液晶層と、
   開口を有する第１の電極部と、前記開口内に配置された第２の電極部とを有する第１の電極と、
   前記液晶層を挟み、前記第１の電極と対向している第２の電極と、
   導通路を介して前記液晶層に接続されている応力緩和室とを備える液晶レンズであって、
   前記応力緩和室の内部に、気泡が含まれている、液晶レンズ。
2. 前記気泡の体積が、前記応力緩和室の容積の１０〜９０体積％の範囲内である、請求項１に記載の液晶レンズ。
3. 前記導通路が、前記液晶層の厚み方向の側壁の端部に形成されている、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
4. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記液晶層の側壁を形成するためのスペーサが設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
5. 前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記スペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項４に記載の液晶レンズ。
6. 前記第１の電極と前記スペーサとの間及び／または前記スペーサと前記第２の電極との間に、金属膜が設けられている、請求項４または５に記載の液晶レンズ。
7. 前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記金属膜に形成された貫通孔によって形成されている、請求項６に記載の液晶レンズ。
8. 前記第１の電極を有する第１の基板と前記スペーサとの間及び／または前記スペーサと前記第２の電極を有する第２の基板との間が、前記金属膜を介在させた陽極接合により接合されている、請求項６または７に記載の液晶レンズ。
9. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に、中間板が設けられており、前記中間板で前記液晶層が第１の液晶層と第２の液晶層に分割されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
10. 前記第１の電極と前記中間板との間に、前記第１の液晶層の側壁を形成するための第１のスペーサが設けられており、前記中間板と前記第２の電極との間に、前記第２の液晶層の側壁を形成するための第２のスペーサが設けられている、請求項９に記載の液晶レンズ。
11. 前記応力緩和室として、第１の導通路を介して前記第１の液晶層に接続された第１の応力緩和室と、第２の導通路を介して前記第２の液晶層に接続された第２の応力緩和室とを有している、請求項９または１０に記載の液晶レンズ。
12. 前記第１の応力緩和室の少なくとも一部が、前記第１のスペーサに形成された貫通孔によって形成されており、前記第２の応力緩和室の少なくとも一部が、前記第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項１１に記載の液晶レンズ。
13. 前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記第１のスペーサに形成された貫通孔、前記中間板に形成された貫通孔、及び前記第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項１０に記載の液晶レンズ。
14. 前記第１の電極と前記第１のスペーサとの間、前記第１のスペーサと前記中間板との間、前記中間板と前記第２のスペーサとの間、及び前記第２のスペーサと前記第２の電極との間の少なくともいずれかに、金属膜が設けられている、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
15. 前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記金属膜に形成された貫通孔によって形成されている、請求項１４に記載の液晶レンズ。
16. 前記第１の電極を有する第１の基板と前記第１のスペーサとの間、前記第１のスペーサと前記中間板との間、前記中間板と前記第２のスペーサとの間、及び前記第２のスペーサと前記第２の電極を有する第２の基板との間の少なくともいずれかが、前記金属膜を介在させた陽極接合により接合されている、請求項１４または１５に記載の液晶レンズ。
    

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