JP2018022057A - 液晶レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高抵抗膜の経時劣化によって液晶レンズのレンズ性能が低下するのを抑制する。【解決手段】第１の電極２と、第１の電極２と対向する第２の電極４と、第１の電極２と第２の電極４との間に設けられた液晶層６と、第１の電極２と第２の電極４の少なくとも一方の電極の液晶層６に面する側に、絶縁層８を介して形成された高抵抗層９とを備えた液晶レンズ１である。高抵抗層９は非晶質酸化スズから構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、高抵抗膜を備えた液晶レンズに関する。

液晶レンズは、液晶分子が配向している液晶層に電圧を印加して液晶分子の励起角度を制御し、これにより生じる屈折率変化を利用して焦点距離を可変とするデバイスである。

液晶レンズは、第１の電極と、第１の電極と対向する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられた液晶層と、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方の電極の液晶層に面する側に、絶縁層を介して形成された高抵抗層とを主たる構成として備えている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、高抵抗膜は液晶レンズの駆動電圧を低下させるためのものであり、絶縁層は電極と高抵抗膜を絶縁するためのものである。

特開２０１３−１７１１５９号公報

ところで、特許文献１には、高抵抗膜として、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が挙げられている。

しかしながら、これらの材料から構成された高抵抗膜は、電気的・熱的な安定性に欠けるという欠点がある。そのため、液晶レンズを長期間使用すると、高抵抗膜の抵抗値が経時劣化によって変動しやすい。その結果、同じ条件で電圧を印加しても液晶レンズの焦点距離が所定の距離に定まらず、所望のレンズ性能を実現できないという問題が生じ得る。

本発明は、高抵抗膜の経時劣化によって液晶レンズのレンズ性能が低下するのを抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、第１の電極と、第１の電極と対向する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられた液晶層と、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方の電極の液晶層に面する側に、絶縁層を介して設けられた高抵抗層とを備えた液晶レンズにおいて、高抵抗層が、非晶質酸化スズからなることを特徴とする。

本願発明者等は、高抵抗層として種々の材質を試験した結果、上記の構成のように高抵抗層として非晶質酸化スズを用いれば、高抵抗膜の熱的・電気的安定性が大幅に改善されることを知見するに至った。したがって、液晶レンズの長期間使用しても高抵抗膜の抵抗値が変化しにくく、液晶レンズのレンズ性能を良好に維持できる。

上記の構成において、高抵抗層のシート抵抗は、１００ｋΩ／ｓｑ〜１００ＧΩ／ｓｑであることが好ましい。このようなシート抵抗であれば、高抵抗層としての機能を十分に発揮することができる。

上記の構成において、高抵抗層の厚みは、２０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましい。このような厚みであれば、高抵抗層としての機能を十分に発揮することができる。

以上のように本発明によれば、高抵抗膜の経時劣化が生じにくくなるため、長期間使用しても液晶レンズのレンズ性能が低下するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶レンズの断面図である。 液晶レンズにおける第１の電極を示す平面図である。

以下、本発明に係る液晶レンズの一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図１及び図２のＸＹＺは直交座標系とする。

図１に示すように、液晶レンズ１は、第１の電極２を有する第１の基板３と、この第１の基板３に対向するともに第２の電極４を有する第２の基板５と、第１の基板３と第２の基板５との間に設けられた液晶層６と、同じく第１の基板３と第２の基板５との間に設けられたスペーサ７とを主に備える。

第１の基板３は、透明なガラス板により構成されるが、これに限定されるものではない。第１の基板３は、第１の電極２の他、この第１の電極２を覆う絶縁層としての絶縁膜８と、この絶縁膜８に積層される高抵抗層としての高抵抗膜９と、この高抵抗膜９に積層される配向層としての配向膜１０とを備える。

図１及び図２に示すように、第１の電極２は、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等の透明導電性酸化物により構成されるが、これに限定されるものではない。また、第１の電極２は、第１電極部１１と、第２電極部１２とを備える。

第１電極部１１は、第２電極部１２の外側に設けられている。第１電極部１１は、円形の開口１３を区画形成する内縁部１１ａを有する。第１電極部１１の外縁部１１ｂは矩形又は円形に形成される。第１電極部１１の形状はこれに限定されない。第１電極部１１は、図１に示すように、電源（以下「第１電源」という）１４に接続されている。この第１電源１４により、第１電極部１１には、所定の電圧が印加される。

第２電極部１２は、円形に構成されるとともに、第１電極部１１の開口１３内（内縁部１１ａの内側）に設けられている。第２電極部１２の形状はこれに限定されない。図１に示すように、第２電極部１２は、第１電源１４とは独立した他の電源（以下「第２電源」という）１５に接続されている。この第２電源１５により、第２電極部１２には、所定の電圧が印加される。

絶縁膜８は、可視域において透明な膜であり、ＳｉＯ_２等の酸化物により構成され、又は、ＡｌＮ、ＳｉＮ等の窒化物、ＭｇＦ_２、ＣＦ_２等のフッ化物、ＺｎＳ等の硫化物等の非酸化物により構成され得る。絶縁膜８は、第１電極部１１及び第２電極部１２の全てを被覆することで、第１の電極２と高抵抗膜９とを絶縁する。

絶縁膜８の厚みは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましく、２００ｎｍ〜６００ｎｍがより好ましく、３００ｎｍ〜４００ｎｍが最も好ましい。絶縁膜８の厚みが１００ｎｍより薄い場合には、第１の電極２と、高抵抗膜９との間で、絶縁破壊が生じる可能性がある。絶縁膜８の厚みが１０００ｎｍより厚い場合には、第１の電極２と第２の電極４とにより形成される電界が液晶層６に十分に作用しない可能性がある。

高抵抗膜９は、第１電極部１１の開口１３の中心部にまで軸対称の電界が好適に発生し得るようにするためのものである。これにより、駆動電圧を低下させることができる。高抵抗膜９は、非晶質（アモルファス）酸化スズにより構成される。すなわち、高抵抗膜９は、結晶構造を有さない。

非晶質酸化スズから構成される高抵抗膜９は、例えばスパッタリング法により製造できる。スパッタリング条件の一例は次の通りである。
（１）ターゲット：酸化スズの焼結体
（２）放電ガス：Ａｒ
（３）放電電力：１００Ｗ〜２００Ｗ
（４）反応室内圧力：０．２Ｐａ〜１Ｐａ

また、高抵抗膜９の厚みは、２０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍがより好ましく、７０ｎｍ〜２００ｎｍが最も好ましい。高抵抗膜９の厚さが２０ｎｍより薄い場合、高抵抗膜９の厚さが１０００ｎｍより厚い場合の何れの場合も、高抵抗膜９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９のシート抵抗は、１００ｋΩ／ｓｑ〜１００ＧΩ／ｓｑが好ましく、５００ｋΩ／ｓｑ〜１０ＧΩ／ｓｑがより好ましく、１ＭΩ／ｓｑ〜１ＧΩ／ｓｑが最も好ましい。高抵抗膜９として非晶質酸化スズを用いることで、このようなシート抵抗を安定的に実現することができる。高抵抗膜９のシート抵抗が、１００ｋΩ／ｓｑより小さい場合、１００ＧΩ／ｓｑより大きい場合のいずれの場合も、高抵抗膜９としての機能が十分に発揮できない可能性がある。

配向膜１０は、例えばラビング処理で微小な溝部が形成されたポリイミド膜により構成され得るが、これに限定されるものではない。液晶層６に含まれる液晶分子は、配向膜１０の作用により、プレチルト角で配向され得る。

第２の基板５は、透明なガラスにより構成されるが、これに限定されるものではない。第２の基板５は、その一方の表面に固定される第２の電極４を、第１の基板３における第１の電極２に対向させるように設けられる。

第２の基板５に形成される第２の電極４は、本実施形態ではグラウンド電極として構成される。第２の電極４は、第１の電極２、すなわち、第１電極部１１及び第２電極部１２の全てと対向することが可能な面積を有する円形又は矩形に構成される。また、第２の電極４は、第１の電極２と同様に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等の透明導電性酸化物により構成されるが、これに限定されるものではない。

第２の基板５は、上記の第２の電極４の他、液晶層６に面するように設けられた配向層としての配向膜１６を有する。第２の電極４が、液晶層６側の第２の基板５表面に形成されている場合、配向膜１６は、第２の電極４を覆うように積層されている。配向膜１６は、例えばラビング処理されたポリイミド膜などにより構成され得るが、これに限定されない。

液晶層６は、第１の基板３、第２の基板５及びスペーサ７によって構成される空間にホモジニアス液晶を収容することにより構成される。液晶層６の厚みは、液晶レンズ１に必要とされる光学的パワーに応じて設定され得る。本実施形態では液晶層６は単層で構成されているが、複層で構成されていてもよい。複層の場合には、隣接する液晶層６の間に透明なガラス板などの基板が設けられる。

スペーサ７は、ガラス、金属、その他の材料により環状に構成される。スペーサ７の厚みは、液晶層６の厚みや液晶層６に要求される応答速度等に応じて適宜設定できる。スペーサ７の厚みは、例えば１０μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

以上のように構成された液晶レンズ１によれば、高抵抗膜９が結晶構造を有さない非晶質酸化スズにより構成されていることから、高抵抗膜９が熱的・電気的な安定性を有する。当該安定性は、高温高湿試験の前後で高抵抗膜９の抵抗値が変化しないことからも実験的に確認されている。そのため、液晶レンズ１を長期間使用しても、安定したレンズ特性を維持することができる。

ここで、高抵抗膜９は酸化スズであって且つ結晶構造を有さないことが重要である。すなわち、高抵抗膜９が酸化スズで構成されている場合であっても、結晶構造を有すると、熱的・電気的な安定性が十分でない。具体的には、高温高湿試験の前後で、１０ｎｍ程度の大きさの結晶を有する酸化スズから構成された高抵抗膜では抵抗値が僅かに変化し、２００ｎｍ程度の大きさの結晶を有する酸化スズから構成された高抵抗膜では抵抗値が激しく変化することを確認している。これは、酸化スズ中に結晶が存在すると、結晶がより安定する方向に結晶秩序が変化し続けるためと考えられる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、第１の電極２の第１電極部１１及び第２電極部１２の上に絶縁膜８を介して高抵抗膜９を設けた場合を説明したが、これに限定されない。第２の電極４の上のみに絶縁膜８を介して高抵抗膜９を設けてもよいし、第１の電極２及び第２の電極４のそれぞれの上に絶縁膜８を介して高抵抗膜９を設けてもよい。

上記の実施形態では、高抵抗膜９を被覆するように配向膜１０を設けた例を示したが、これに限定されない。例えば、高抵抗膜９を図示しない保護膜で被覆し、その上に配向膜１０を設けてもよい。

１ 液晶レンズ
２ 第１の電極
３ 第１の基板
４ 第２の電極
５ 第２の基板
６ 液晶層
７ スペーサ
８ 絶縁膜
９ 高抵抗膜
１１ 第１電極部
１１ａ 内縁部
１１ｂ 外縁部
１２ 第２電極部
１３ 開口
１４ 第１電源
１５ 第２電源

Claims (3)

1. 第１の電極と、前記第１の電極と対向する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた液晶層と、前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方の電極の前記液晶層に面する側に絶縁層を介して設けられた高抵抗層とを備えた液晶レンズにおいて、
   前記高抵抗層が、非晶質酸化スズからなることを特徴とする液晶レンズ。
2. 前記高抵抗層のシート抵抗が、１００ｋΩ／ｓｑ〜１００ＧΩ／ｓｑであることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
3. 前記高抵抗層の厚みが、２０ｎｍ〜１０００ｎｍであ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。
   

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