JP2017151243A - 液晶レンズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶レンズの製造工程において、高抵抗膜の性能の劣化を防止する。【解決手段】液晶レンズの製造方法は、第４ガラス板５と第５ガラス板６に第２スペーサ１６を陽極接合することにより、液晶層を封入するための第２ガラスセルＣ２を形成する工程と、第２電極８に、絶縁膜１２を介して高抵抗膜１３を形成することにより、高抵抗膜ユニットＵを形成する工程を備える。そして、液晶レンズの製造方法は、第２ガラスセルＣ２に、高抵抗膜ユニットＵの高抵抗膜１３の側を接着剤で接着する工程とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、高抵抗膜を備えた液晶レンズ及びその製造方法の改良技術に関する。

公知のように、近年、印加電圧により液晶層の屈折率を変更可能な液晶素子（いわゆる液晶レンズ）が開発されている。

液晶レンズは、一般に、一対の電極と、前記一対の電極の間に配設された液晶層とを備えている。この液晶レンズの種類の中には、性能向上のために、前記一対の電極の少なくとも一方の電極における前記液晶層の側に、絶縁膜を介して高抵抗膜が形成されているものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

また、液晶レンズは、一般に、一対のガラス板と、これらのガラス板の間に配設されたスペーサとを有し、液晶層が封入されたガラスセルを備える。そして、上述の電極や高抵抗膜は、一対のガラス板における液晶層側の面に形成される。

特開２００８−２０３３６０号公報 特開２０１１−１８０３７３号公報 特開２０１５−２１５５０２号公報

ところで、ガラスセルの一対のガラス板とスペーサとの接着には、陽極接合と呼ばれる一対のガラス板とスペーサとを直接接着する方法が採用されることが多い（例えば、特許文献３参照）。これは、液晶レンズにおいて、液晶層の厚さが均一であることが重要なためである。つまり、接着に接着剤を使用すると、接着剤層の厚さのムラに起因して、ガラスセルの一対のガラス板の間の距離が均一にならない可能性があるためである。

しかしながら、この陽極接合では、対象物に熱や電圧を加える。そのため、ガラスセルを形成するために陽極接合を行なう場合、この熱や電圧によって、高抵抗膜の性能が劣化する可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑み、液晶レンズの製造工程において、高抵抗膜の性能の劣化を防止することを技術的課題とする。

前記課題を解決するために創案された本発明に係る液晶レンズの製造方法は、一対のガラス板にスペーサを陽極接合することにより、液晶層を封入するためのガラスセルを形成する工程と、電極に、絶縁膜を介して高抵抗膜を形成することにより、高抵抗膜ユニットを形成する工程と、前記ガラスセルに、前記高抵抗膜ユニットの前記高抵抗膜の側を接着剤で接着する工程とを備えることに特徴づけられる。

この構成によれば、ガラスセルに使用されるガラス板に高抵抗膜を形成しなくて済むので、陽極接合を使用してガラスセルを形成する際にガラスセルに加えられる熱や電圧が、高抵抗膜に加えられることは無い。従って、陽極接合の際の熱や電圧によって高抵抗膜の性能が劣化することを防止できる。すなわち、本発明の液晶レンズの製造方法によれば、液晶レンズの製造工程において、高抵抗膜の性能の劣化を防止することができる。

上記の構成において、前記一対のガラス板の双方に、前記スペーサを同時に陽極接合することが好ましい。

この構成では、陽極接合する際に、ガラスセルの一対のガラス板の双方に熱や電圧を加える必要があるので、ガラスセルのガラス板に高抵抗膜を形成する従来の構成では、高抵抗膜の性能が劣化する可能性が高い。従って、上記の構成の本発明の作用及び効果が、より有効なものとなる。

上記の構成において、前記高抵抗膜をＩＧＺＯで形成することが好ましい。

この構成のＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）は、電気的・熱的に抵抗値の経時的な安定が図れるので、高抵抗膜に好ましい材料である。しかしながら、高抵抗膜としてＩＧＺＯ膜を使用する場合、陽極接合での熱や電圧で性能が劣化する可能性が高い。従って、上記の構成の本発明が、更に有効なものとなる。

この構成において、前記絶縁膜を、可視光で透明な非酸化物で形成することが好ましい。

この構成では、成膜過程において、非酸化物の絶縁膜上にＩＧＺＯ膜を成膜することになる。絶縁膜が酸素を含んでいないことから、成膜過程で、ＩＧＺＯ膜における絶縁膜との界面の酸素欠損量が乱されることが無く安定する。従って、成膜過程で、ＩＧＺＯ膜の抵抗値が変化することが無くなり、成膜されるＩＧＺＯ膜の抵抗値を所望の値にすることが可能となる。従って、ＩＧＺＯ膜を高抵抗膜として使用する際に好適である。しかしながら、この構成であっても、高抵抗膜としてＩＧＺＯ膜を使用する場合、陽極接合での熱や電圧で性能が劣化する可能性が高い。従って、上記の構成の本発明が、更に有効なものとなる。

また、前記課題を解決するために創案された本発明に係る液晶レンズは、一対のガラス板と、これらのガラス板に陽極接合されたスペーサとを有し、液晶層が封入されたガラスセルと、電極と、この電極に絶縁膜を介して形成された高抵抗膜とを有する高抵抗膜ユニットとを備え、前記ガラスセルと前記高抵抗膜ユニットの前記高抵抗膜の側が、接着剤層で接着された状態であることに特徴づけられる。

この構成によれば、冒頭の構成の液晶レンズの製造方法と実質的に同様の作用及び効果を得ることができる。

以上のように本発明によれば、液晶レンズの製造工程において、高抵抗膜の性能の劣化を防止することができる。

本発明の実施形態に係る液晶レンズを示す概略断面図である。 液晶レンズの電極を示す概略平面図である。 本発明の実施形態に係る液晶レンズの製造方法を説明するための概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る液晶レンズを示す概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る液晶レンズを示す概略断面図である。この液晶レンズ１は、第１ガラス板２と、第２ガラス板３と、第３ガラス板４と、第４ガラス板５と、第５ガラス板６とを備える。第１ガラス板２には、第１電極７が形成されている。第２ガラス板３には、第２電極８と共に第３電極９が形成されている。

第１電極７と、第２電極８及び第３電極９の間には、第１液晶層１０及び第２液晶層１１が配設されている。第３ガラス板４と第４ガラス板５は、第１液晶層１０と第２液晶層１１の間に配設されている。図２に示すように、第２電極８は孔８ａを有し、この孔８ａの中に第３電極９は配置されている。

そして、図１に示すように、第２電極８及び第３電極９における第２液晶層１１の側に、絶縁膜１２を介して高抵抗膜１３が形成されている。また、高抵抗膜１３の第２液晶層１１の側にも絶縁膜１２が形成されている。

このように、液晶レンズ１は、一対の電極（第１電極７と第２電極８）と、前記一対の電極の間に配設された液晶層（第１液晶層１０及び第２液晶層１１）とを備えている。そして、液晶レンズ１は、前記一対の電極の少なくとも一方の電極（第２電極８）における前記液晶層の側に、絶縁膜１２を介して形成された高抵抗膜１３を備えている。

また、図１に示すように、第１ガラス板２と第３ガラス板４との間に、第１液晶層１０を封入するための第１スペーサ１４が配設される。第１スペーサ１４は、第１ガラス板２と第３ガラス板４のそれぞれに対して陽極接合された状態である。

また、第１電極７の第１液晶層１０の側と、第３ガラス板４の第１液晶層１０の側には、それぞれ、第１配向膜１５，１５が配設されている。第１配向膜１５，１５は、第１スペーサ１４の内周側に配設されている。

第４ガラス板５と第５ガラス板６との間に、第２液晶層１１を封入するための第２スペーサ１６が配設されている。第２スペーサ１６は、第４ガラス板５と第５ガラス板６のそれぞれに対して陽極接合された状態である。

また、第４ガラス板５の第２液晶層１１の側と、第５ガラス板６の第２液晶層１１の側には、それぞれ第２配向膜１７，１７が配設されている。第２配向膜１７，１７は、第２スペーサ１６の内周側に配設されている。

第１ガラス板２と第３ガラス板４と第１スペーサ１４と第１配向膜１５，１５と第１電極７とで、第１液晶層１０が封入された第１ガラスセルＣ１が構成されている。

第４ガラス板５と第５ガラス板６と第２スペーサ１６と第２配向膜１７，１７とで、第２液晶層１１が封入された第２ガラスセルＣ２が構成されている。

第２ガラス板３と第２電極８と第３電極９と高抵抗膜１３と絶縁膜１２，１２とで、高抵抗膜ユニットＵが構成されている。

そして、第１ガラスセルＣ１の第３ガラス板４と第２ガラスセルＣ２の第４ガラス板５は、接着剤層１８で接着された状態である。第２ガラスセルＣ２の第５ガラス板６と高抵抗膜ユニットＵの絶縁膜１２も、接着剤層１８で接着された状態である。

第１液晶層１０と第２液晶層１１の液晶分子の配向方向は、相互に直交しており、これにより、第１液晶層１０及び第２液晶層１１を、自然光が透過可能となっている。

液晶レンズ１の使用時には、第１電極７は接地され、第２電極８と第３電極９に、電圧が印加される。第２電極８と第３電極９に印加される電圧を調節することにより、第１液晶層１０及び第２液晶層１１の液晶分子の配向状態が変化し、液晶レンズ１の焦点距離が変化する。

第１〜第５ガラス板２〜６としては、アルカリ金属成分を含有するガラスが用いられる。

第１及び第２スペーサ１４，１６は、金属又は半導体から形成され、例えば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕのうちの少なくとも一種を含む材料から形成されることが好ましい。この実施形態では、第１及び第２スペーサ１４，１６は、Ａｌで形成されている。

絶縁膜１２は、可視光で透明な非酸化物で形成されており、可視光で透明な非酸化物としては、例えば、窒化物、フッ化物、硫化物等が挙げられる。可視光で透明な窒化物としては、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮ等が挙げられる。可視光で透明なフッ化物としては、例えば、ＭｇＦ₂、ＣＦ₂等が挙げられる。可視光で透明な硫化物としては、例えば、ＺｎＳ等が挙げられる。

なお、絶縁膜１２は、酸化物で形成されていてもよく、その場合、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムのうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

絶縁膜１２の厚さは、３００〜１０００ｎｍが好ましく、３００〜６００ｎｍがより好ましく、３００〜４００ｎｍが最も好ましい。絶縁膜１２の厚さが３００ｎｍより薄い場合には、第２電極８及び第３電極９と、高抵抗膜１３との間で、絶縁破壊が生じる可能性がある。絶縁膜１２の厚さが１０００ｎｍより厚い場合には、第１電極７と、第２電極８及び第３電極９により形成される電界が第１液晶層１０及び第２液晶層１１に十分に作用しない可能性がある。

高抵抗膜１３は、ＩＧＺＯで形成されている。この高抵抗膜１３は、例えばスパッタ法やＣＶＤ法等により形成される。

なお、高抵抗膜１３は、ＩＧＺＯ以外であってもよく、その場合、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、ゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。

高抵抗膜１３の厚さは、２０〜１０００ｎｍが好ましく、５０〜５００ｎｍがより好ましく、７０〜２００ｎｍが最も好ましい。高抵抗膜１３の厚さが２０ｎｍより薄い場合、高抵抗膜１３の厚さが１０００ｎｍより厚い場合の何れの場合も、高抵抗膜１３としての機能が十分に発揮できない可能性がある。

高抵抗膜１３のシート抵抗は、１００ｋ〜１００ＧΩ／ｓｑが好ましく、５００ｋ〜１０ＧΩ／ｓｑがより好ましく、１Ｍ〜１ＧΩ／ｓｑが最も好ましい。高抵抗膜１３のシート抵抗が、１００ｋΩ／ｓｑより小さい場合、１００ＧΩ／ｓｑより大きい場合の何れの場合も、高抵抗膜１３としての機能が十分に発揮できない可能性がある。

接着剤層１８を形成するために使用される接着剤としては、高い透過率を得るための透明性や、被接着物との界面反射を抑えるための屈折率整合性を有するものが適しており、例えば、紫外線硬化と熱硬化のハイブリッドタイプのエポキシ系接着剤等が挙げられる。

次に、本実施形態に係る液晶レンズ１の製造方法を、図３を参照しつつ説明する。

図３に示す第１ガラスセルＣ１は、次のように形成する。第１ガラス板２に第１電極７と第１配向膜１５を形成する。一方で、第３ガラス板４に第１配向膜１５を形成する。その後、第１ガラス板２と第３ガラス板４に第１スペーサ１４を同時に陽極接合する。これにより、図３に示す第１ガラスセルＣ１が形成される。

図３に示す第２ガラスセルＣ２は、次のように形成する。第４ガラス板５に第２配向膜１７を形成する。一方で、第５ガラス板６に第２配向膜１７を形成する。その後、第４ガラス板５と第５ガラス板６に第２スペーサ１６を同時に陽極接合する。これにより、第２ガラスセルＣ２が形成される。

図３に示す高抵抗膜ユニットＵは、第２ガラス板３に第２電極８と第３電極９を形成した後、絶縁膜１２、高抵抗膜１３、絶縁膜１２を順次形成することにより、形成される。

このようにして、第１ガラスセルＣ１、第２ガラスセルＣ２及び高抵抗膜ユニットＵが形成された後、第１ガラスセルＣ１の第３ガラス板４に、第２ガラスセルＣ２の第４ガラス板５を、接着剤により接着する。そして、第２ガラスセルＣ２の第５ガラス板６に、高抵抗膜ユニットＵの絶縁膜１２を接着剤により接着する。

その後、第１ガラスセルＣ１と第２ガラスセルＣ２に液晶を封入することにより、それぞれの内部に、第１液晶層１０と第２液晶層１１を形成することで、図１に示す液晶レンズ１が製造される。

以上のように構成された本実施形態の液晶レンズ１の製造方法では以下の効果を享受できる。

第１及び第２ガラスセルＣ１，Ｃ２に使用される第１，第３〜第５ガラス板２，４〜６に高抵抗膜１３を形成しなくて済むので、陽極接合により第１及び第２ガラスセルＣ１，Ｃ２を形成する際に第１及び第２ガラスセルＣ１，Ｃ２に加えられる熱や電圧が、高抵抗膜１３に加えられることは無い。従って、陽極接合の際の熱や電圧によって高抵抗膜１３の性能が劣化することを防止できる。すなわち、本実施形態の液晶レンズ１の製造方法によれば、液晶レンズ１の製造工程において、高抵抗膜１３の性能の劣化を防止することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲で様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第２電極８の第２液晶層１１の側に、絶縁膜１２を介して高抵抗膜１３が形成されていたが、図４に示すように、第１電極７の第１液晶層１０の側にも、絶縁膜１２を介して高抵抗膜１３が形成されていてもよい。

この場合、第１ガラスセルＣ１内に第１電極７が配設されていない。そして、第６ガラス板１９と第１電極７と高抵抗膜１３と絶縁膜１２，１２とで、第２高抵抗膜ユニットＵ２が構成されている。第１ガラスセルＣ１の第１ガラス板２と第２高抵抗膜ユニットＵ２の絶縁膜１２が、接着剤層１８で接着された状態である。製造する際には、第１ガラスセルＣ１の第１ガラス板２に、第２高抵抗膜ユニットＵ２の絶縁膜１２を接着剤により接着する。その他の構成は、上記実施形態と同様なので説明を省略する。

また、上記実施形態では、液晶レンズ１は、第１及び第２ガラスセルＣ１，Ｃ２を備えていたが、第１ガラスセルＣ１のみを備えていてもよい。

また、上記実施形態では、第１ガラスセルＣ１及び第２ガラスセルＣ２を形成する際に、一対のガラス板の双方に、スペーサを同時に陽極接合していたが、一対のガラス板の一方にスペーサを陽極接合してから他方にスペーサを陽極接合してもよい。

また、上記実施形態では、第１ガラスセルＣ１及び第２ガラスセルＣ２を形成する際に、ガラス板に、直接スペーサを陽極接合していたが、ガラス板に、金属膜又は半導体膜を介してスペーサを陽極接合してもよい。この場合には、スペーサの材料として、アルカリ金属成分を含有するガラスを使用することができる。

また、上記実施形態では、第３電極９が、第２電極８の孔８ａの中に配置されていたが、第２電極８に対して、第２液晶層１１とは反対側に、ガラス板を介して配設されていてもよい。また、第３電極９が、全く配設されていなくてもよい。

１ 液晶レンズ
２ 第１ガラス板
３ 第２ガラス板
４ 第３ガラス板
５ 第４ガラス板
６ 第５ガラス板
７ 第１電極
８ 第２電極
９ 第３電極
１０ 第１液晶層
１１ 第２液晶層
１２ 絶縁膜
１３ 高抵抗膜
１４ 第１スペーサ
１６ 第２スペーサ
１８ 接着剤層
１９ 第６ガラス板
Ｃ１ 第１ガラスセル
Ｃ２ 第２ガラスセル
Ｕ 高抵抗膜ユニット
Ｕ２ 第２高抵抗膜ユニット

Claims (5)

1. 一対のガラス板にスペーサを陽極接合することにより、液晶層を封入するためのガラスセルを形成する工程と、
   電極に、絶縁膜を介して高抵抗膜を形成することにより、高抵抗膜ユニットを形成する工程と、
   前記ガラスセルに、前記高抵抗膜ユニットの前記高抵抗膜の側を接着剤で接着する工程とを備えることを特徴とする液晶レンズの製造方法。
2. 前記一対のガラス板の双方に、前記スペーサを同時に陽極接合することを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズの製造方法。
3. 前記高抵抗膜をＩＧＺＯで形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶レンズの製造方法。
4. 前記絶縁膜を、可視光で透明な非酸化物で形成することを特徴とする請求項３に記載の液晶レンズの製造方法。
5. 一対のガラス板と、これらのガラス板に陽極接合されたスペーサとを有し、液晶層が封入されたガラスセルと、
   電極と、この電極に絶縁膜を介して形成された高抵抗膜とを有する高抵抗膜ユニットとを備え、
   前記ガラスセルと前記高抵抗膜ユニットの前記高抵抗膜の側が、接着剤層で接着された状態であることを特徴とする液晶レンズ。

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