JP5334116B2 - Low voltage liquid crystal lens - Google Patents

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本発明は、簡単な構造を有し、低電圧により焦点距離を変えることが可能な大形且つ薄型のレンズを実現し得る液晶レンズに関する。 The present invention relates to a liquid crystal lens having a simple structure and capable of realizing a large and thin lens capable of changing a focal length by a low voltage.

ネマティック液晶と呼ばれる液晶は、液体のような流動性を持ち、電気光学的特性に異方性を示し、電圧印加により実効的な屈折率を概異常光に対する値から常光に対する値まで連続的に可変できるという特徴を持っており、この特徴を利用することで、種々の電圧可変型の光学デバイスが提案されている。 A liquid crystal called a nematic liquid crystal has fluidity like a liquid, exhibits anisotropy in electro-optical characteristics, and an effective refractive index can be continuously varied from a value for almost extraordinary light to a value for ordinary light by applying a voltage. Various voltage variable optical devices have been proposed by utilizing this feature.

すなわち、ネマティック液晶セルにおいて、電界の方向に液晶分子が配向する性質を利用したものがある。これは、直径が数100ミクロンの円形の孔型パターンを有する電極を用いて、軸対称的な不均一電界による液晶分子配向効果を利用することで、空間的な放物面状の屈折率分布特性を有する液晶レンズを得る方法が特許文献1、特許文献2に報告されている。このような口径がミリメートル以下の小さな液晶レンズは液晶マイクロレンズと呼ばれている。 That is, some nematic liquid crystal cells utilize the property that liquid crystal molecules are aligned in the direction of an electric field. This is a spatial parabolic refractive index distribution by using an electrode having a circular hole pattern with a diameter of several hundreds of microns and utilizing the liquid crystal molecule alignment effect due to an axisymmetric non-uniform electric field. Patent Documents 1 and 2 report methods for obtaining liquid crystal lenses having characteristics. Such a small liquid crystal lens having a diameter of millimeter or less is called a liquid crystal microlens.

特許文献1、2で提案されている液晶マイクロレンズ構造で、液晶層の厚みを一定として円形孔型パターンの直径を大きくして開口径が大きなレンズを構成すると、電極の開口部により生じる軸対称の不均一電界が開口部の中心付近まで生じないために、レンズ特性を得るために必要な液晶分子の空間配向分布が得られないという問題があった。この有効開口径を大きくする方法として、液晶層を挟む2枚の基板上の電極に設けた円形の開口部に配向膜を介して液晶層に接するように透明な高抵抗の膜を付与することで、高抵抗膜面の電気抵抗による電位分布を利用して開口部の中心部まで電界が生じるようにした構造の液晶レンズが提案されている(特許文献3)。 In the liquid crystal microlens structure proposed in Patent Documents 1 and 2, if a lens with a large aperture diameter is formed by increasing the diameter of the circular hole pattern while keeping the thickness of the liquid crystal layer constant, an axial symmetry generated by the aperture of the electrode This non-uniform electric field does not occur to the vicinity of the center of the opening, so that there is a problem that a spatial alignment distribution of liquid crystal molecules necessary for obtaining lens characteristics cannot be obtained. As a method of increasing the effective opening diameter, a transparent high resistance film is provided so as to be in contact with the liquid crystal layer through an alignment film in a circular opening provided in electrodes on two substrates sandwiching the liquid crystal layer. Thus, there has been proposed a liquid crystal lens having a structure in which an electric field is generated up to the center of the opening using the potential distribution due to the electric resistance of the high resistance film surface (Patent Document 3).

しかしこの方法では、液晶層に面する基板面に設けた抵抗膜による電位分布が液晶分子の配向分布に基づく放物面状の屈折率分布が得られるような所定の電位分布の形状となるように設定することは非常に困難であるため、良好なレンズ特性を保持した状態で広範囲に焦点距離を変化させることはきわめて困難であるという問題があった。 However, with this method, the potential distribution due to the resistive film provided on the substrate surface facing the liquid crystal layer has a predetermined potential distribution shape that provides a parabolic refractive index distribution based on the orientation distribution of the liquid crystal molecules. Therefore, it is very difficult to change the focal length over a wide range while maintaining good lens characteristics.

また、特許文献1で提案されている液晶マイクロレンズに類似した構造で、開口部を有する電極を液晶層に接触させずに、液晶層からある一定の距離を置くように配置することで、電極の開口部分の直径を大きくしても、軸対称の不均一電界が開口部の中心付近まで生じるようにすることが可能となる。この原理に基づき、液晶層と円形の孔型パターン電極との間に絶縁層を挿入することで、液晶層から前記円形の孔形電極との距離を保持する方法が提案されており(特許文献4、非特許文献1、2)、液晶マイクロレンズにおいて最良の特性が得られる円形孔型パターンの直径と液晶層の厚みの比が2対1から3対1程度とする必要があるという条件が緩和され、直径が大きな液晶レンズを構成できることが示されている。 Further, an electrode having an opening having a structure similar to the liquid crystal microlens proposed in Patent Document 1 is arranged so as to be placed at a certain distance from the liquid crystal layer without contacting the liquid crystal layer. Even if the diameter of the opening is increased, an axially symmetric non-uniform electric field can be generated up to the vicinity of the center of the opening. Based on this principle, a method has been proposed in which an insulating layer is inserted between the liquid crystal layer and the circular hole pattern electrode to maintain the distance from the liquid crystal layer to the circular hole electrode (Patent Document). 4, Non-Patent Documents 1 and 2), there is a condition that the ratio of the diameter of the circular hole pattern and the thickness of the liquid crystal layer that can obtain the best characteristics in the liquid crystal microlens needs to be about 2: 1 to 3: 1 It has been shown that liquid crystal lenses that are relaxed and have a large diameter can be constructed.

さらに、液晶層と円形の孔型パターン電極との間に絶縁層を挿入した液晶レンズにおいて、円形孔型パターン電極の外部又は円形パターン電極内に透明な第3の電極を配置して2電圧で駆動することで良好な特性を維持した状態で凹レンズ特性から凸レンズ特性まで広範囲に焦点距離を可変できる液晶レンズが報告されている(特許文献5)。 Further, in a liquid crystal lens in which an insulating layer is inserted between the liquid crystal layer and the circular hole pattern electrode, a transparent third electrode is arranged outside the circular hole pattern electrode or inside the circular pattern electrode, and the voltage is increased by two voltages. There has been reported a liquid crystal lens in which the focal length can be varied over a wide range from a concave lens characteristic to a convex lens characteristic while maintaining good characteristics by driving (Patent Document 5).

前記絶縁層として、比誘電率が高いガラス材料を使用することで、液晶レンズの駆動電圧を低下できることが、非特許文献3及び非特許文献4に開示されている。 Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4 disclose that the driving voltage of the liquid crystal lens can be reduced by using a glass material having a high relative dielectric constant as the insulating layer.

しかし、特許文献4、5で提案されている液晶層と円形孔型パターン電極の間に距離を設定するために絶縁層を設けた構造では、液晶層と電極との間に配置した絶縁層のために駆動電圧が高くなるという問題があり、特に開口部が大きいレンズを得るためには絶縁層の厚みがさらに厚くなって高電圧が必要とされるため口径が大きいレンズを得ることが困難であるという問題があり、絶縁層の厚みのために液晶レンズ全体の厚みを薄くすることができないという問題があった。 However, in the structure in which an insulating layer is provided in order to set the distance between the liquid crystal layer and the circular hole pattern electrode proposed in Patent Documents 4 and 5, the insulating layer disposed between the liquid crystal layer and the electrode For this reason, there is a problem that the driving voltage becomes high, and in particular, in order to obtain a lens having a large aperture, it is difficult to obtain a lens having a large aperture because the thickness of the insulating layer is further increased and a high voltage is required. There is a problem that the thickness of the entire liquid crystal lens cannot be reduced due to the thickness of the insulating layer.

また、この問題を解決するために、透明絶縁層の中に透明な高抵抗層として高抵抗の液体層又は高抵抗の薄膜等を設けて電位分布を中継すること、すなわち高抵抗膜面の電位分布を利用して軸対称の不均一電界が中心部まで生じるようにした構造とすることで透明絶縁層の実効的な厚みを薄くして、その結果として駆動電圧を低下する方法が特許文献6及び非特許文献4、5に報告されている。 In order to solve this problem, a high-resistance liquid layer or a high-resistance thin film is provided as a transparent high-resistance layer in the transparent insulating layer to relay the potential distribution, that is, the potential of the high-resistance film surface. Patent Document 6 discloses a method for reducing the driving voltage as a result of reducing the effective thickness of the transparent insulating layer by adopting a structure in which an axially symmetric non-uniform electric field is generated up to the center using the distribution. And Non-Patent Documents 4 and 5.

しかし、透明絶縁層の中に透明な高抵抗層を挿入した場合には、透明絶縁層基板が少なくとも2枚必要となり、製造工程が複雑になること、及びレンズ全体としての厚みを薄くすることに限界があるという問題があった。さらに、不均一電界による液晶分子の配向効果が液晶層の全域に及んでいないために、液晶層における実効的な屈折率の可変範囲すなわち焦点の可変範囲を広くできないという問題があった。 However, when a transparent high resistance layer is inserted in the transparent insulating layer, at least two transparent insulating layer substrates are required, which complicates the manufacturing process and reduces the thickness of the entire lens. There was a problem that there was a limit. Furthermore, since the alignment effect of the liquid crystal molecules due to the non-uniform electric field does not reach the entire area of the liquid crystal layer, there is a problem in that the effective refractive index variable range, that is, the focal range of the liquid crystal layer cannot be widened.

特開平11−109303号公報JP-A-11-109303 特開平11−109304号公報JP-A-11-109304 特開2003−29001号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-29001 特開2004−4616号公報JP 2004-4616 A 特開2006−91826号公報JP 2006-91826 A 特開2008−203360号公報JP 2008-203360 A

葉茂、佐藤進(M.Ye and S.Sato),「任意寸法の液晶レンズの光学的特性(Optical properties of liquid crystal lens of any size)」第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、2002年3月、28p-X-10, P.1277Proceedings of the 49th Applied Physics-related Joint Lecture Meeting, “M.Ye and S. Sato”, “Optical properties of liquid crystal lens of any size” , March 2002, 28p-X-10, P.M. 1277 葉茂、佐藤進(M.Ye and S.Sato),「任意寸法の液晶レンズの光学的特性(Optical properties of liquid crystal lens of any size)」,Japanese Journal of Applied Physics, 2002年5月、Vol. 41, No.5, P.L571-L573M. Ye and S. Sato, “Optical properties of liquid crystal lens of any size”, Japanese Journal of Applied Physics, May 2002, Vol. 41, No.5, P.L571-L573 葉茂, 王濱, 佐藤進(M. Ye, B. Wang and S. Sato),「液晶レンズの特性に対するガラス基板の誘電率の効果(Effects of Dielectric Constant of Glass Substrates on Properties of Liquid Crystal Lens)」, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 19, No. 17, P.1295-1297 (2007年)Hage, Wang, S. Sato, “Effects of Dielectric Constant of Glass Substrates on Properties of Liquid Crystal Lens” , IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 19, No. 17, P.1295-1297 (2007) 葉茂, 王濱, 佐藤進,「液晶レンズの低電圧駆動法の研究」,2007年日本液晶学会討論会講演予稿集、2007年9月、2pC01Hage, Wang, Susumu Sato, “Study on Low Voltage Driving Method for Liquid Crystal Lenses”, Proceedings of the 2007 Annual Meeting of Japanese Liquid Crystal Society, September 2007, 2pC01 葉茂、王濱、山口真紀、佐藤進(M. Ye, B. Wang, M. Yamaguchi and S. Sato),「低導電性薄膜を用いた液晶レンズにおける駆動電圧の低下(Lowering Driving Voltages for Liquid Crystal Lens Using Weakly Conductive Thin Film)」, Japanese Journal of Applied Physics, 2008年6月、Vol. 47, No. 6, pp.4597-4599Hage, Wang, Maki Yamaguchi, Susumu Sato (M. Ye, B. Wang, M. Yamaguchi and S. Sato), “Lowering Driving Voltages for Liquid Crystal Lens Using Weakly Conductive Thin Film) ”, Japanese Journal of Applied Physics, June 2008, Vol. 47, No. 6, pp. 4597-4599

そこでこの発明の目的は、上記問題を解決し、低電圧で安定に駆動でき、良好な光学的特性を保持した状態で口径が大きな液晶レンズを提供することにある。またこの発明は、液晶層の利用効率を改善し、大形のレンズでありながら再現性がよく低電圧で焦点距離を大きく変えることが可能な液晶レンズを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal lens that solves the above problems, can be stably driven at a low voltage, and has a large aperture while maintaining good optical characteristics. It is another object of the present invention to provide a liquid crystal lens that improves the utilization efficiency of the liquid crystal layer and has a large reproducibility and can greatly change the focal length at a low voltage.

この発明は、上記の課題を解決するために、その基本として、透明な第1の電極を有する第1の基板、孔を有する第2の電極、及び前記第1の基板と前記第2の電極との間に、前記第1の電極と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させる液晶層を備え、前記第2の電極と前記液晶層との間に透明絶縁層とを配置し、前記第1と前記第2の電極との間に電圧を加えて液晶分子の配向制御を行なう液晶レンズ、又は前記第2の電極に対して絶縁層を介し第3の電極が配置された液晶レンズ、又は前記第2の電極の前記孔内に間隔を置いて第3の電極が配置された液晶レンズにおいて、この第3の電極に前記第1の電圧とは独立した第2の電圧を加えられるように構成され、かつ、前記第1の電圧又は前記第2の電圧値のいずれか一方が固定され、前記第1の電圧に対して前記第2の電圧、又は前記第2の電圧に対して第1の電圧のいずれか一方が可変されることで光学的特性を可変制御することができる液晶レンズにおいて、前記透明絶縁層の液晶層に面する側に透明な高抵抗層を配置したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention basically includes a first substrate having a transparent first electrode, a second electrode having a hole, and the first substrate and the second electrode. Between the second electrode and the liquid crystal layer, and a liquid crystal layer that is accommodated so as to face the first electrode and that aligns liquid crystal molecules in one direction. A liquid crystal lens that controls the alignment of liquid crystal molecules by applying a voltage between the first and second electrodes, or a third electrode that is disposed on the second electrode via an insulating layer. In the liquid crystal lens or the liquid crystal lens in which the third electrode is disposed at an interval in the hole of the second electrode, a second voltage independent of the first voltage is applied to the third electrode. And either of the first voltage or the second voltage value The optical characteristic is variably controlled by changing one of the second voltage with respect to the first voltage and the first voltage with respect to the second voltage. In the liquid crystal lens capable of achieving the above, a transparent high resistance layer is disposed on the transparent insulating layer facing the liquid crystal layer.

又、前記透明絶縁層の比誘電率が8以上であることを特徴とし、又前記透明絶縁層の誘電率を軸対称状に分布させることもできる。 In addition, the relative dielectric constant of the transparent insulating layer is 8 or more, and the dielectric constant of the transparent insulating layer can be distributed axisymmetrically.

さらに透明絶縁層の代わりに比抵抗が1Ω・mから100000000Ω・mの範囲にある透明媒質を使用することもできる。 Further, a transparent medium having a specific resistance in the range of 1 Ω · m to 100000000 Ω · m can be used instead of the transparent insulating layer.

前記透明媒質の抵抗値が軸対称状に分布していることを特徴とする。 The resistance value of the transparent medium is distributed in an axisymmetric manner.

さらに、前記透明な高抵抗層の抵抗値が軸対称状に分布していることを特徴とする。 Also further characterized in that the resistance value of the transparent, high-resistance layer is distributed axisymmetrically.

上記の手段により、簡単な構造であって、低電圧により駆動することができる薄型のレンズを実現し得る。また、レンズの口径を大きくしても低電圧で焦点距離を変えることができる。そして従来の如くレンズを機械的に前後移動させるような動作を伴うことなく、低電圧により焦点距離を電気的制御により大幅に効率よく可変することができる。 By the above means, a thin lens having a simple structure and capable of being driven by a low voltage can be realized. Moreover, even if the aperture of the lens is increased, the focal length can be changed with a low voltage. Further, the focal length can be varied greatly efficiently by electrical control with a low voltage without the operation of mechanically moving the lens back and forth as in the prior art.

図1(A)は、本発明に係る液晶光学デバイスの一実施の形態を示す構成説明図であり、図1(B)は図1(A)の電極22の平面図である。FIG. 1A is a configuration explanatory view showing an embodiment of a liquid crystal optical device according to the present invention, and FIG. 1B is a plan view of an electrode 22 in FIG. 図2は本発明における具体的な一実施例の形態を示す構成説明図であり、レンズパワーを大きくするために液晶層を2層有し、且透明な高抵抗層を有する液晶レンズの構成説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a specific embodiment of the present invention. The configuration of the liquid crystal lens having two liquid crystal layers and a transparent high resistance layer in order to increase the lens power. FIG. 図3は図2に示した構成の液晶レンズにおいて、V1として40V(20kHz)、V2としてそれぞれ20V,26V,32V(いずれも20kHz)の電圧を印加した時の液晶層における光学位相差分布による凸レンズ特性(光学位相差が正の領域)、及びV2として40V(20kHz)、V1としてそれぞれ20V,26V,32V(いずれも20kHz)の電圧を印加した時の液晶層における光学位相差分布による凹レンズ特性(光学位相差が負の領域)を示す光学位相分布図である。FIG. 3 shows a liquid crystal lens having the configuration shown in FIG. 2, and a convex lens based on an optical phase difference distribution in the liquid crystal layer when a voltage V1 of 40 V (20 kHz) and a voltage V2 of 20 V, 26 V, and 32 V (each 20 kHz) are applied. Concave lens characteristics due to the optical phase difference distribution in the liquid crystal layer when the characteristics (area where the optical phase difference is positive) and the voltages V2 of 40V (20 kHz) and V1 of 20V, 26V and 32V (each 20 kHz) are applied. It is an optical phase distribution diagram showing a region where the optical phase difference is negative. 図4は、印加電圧(20kHz)によるレンズパワーの変化を示す図であり、透明な高抵抗層を付与しない場合及び透明な高抵抗層を付与した場合のレンズパワーの印加電圧依存性を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in lens power depending on an applied voltage (20 kHz), and shows dependency of lens power on applied voltage when a transparent high resistance layer is not provided and when a transparent high resistance layer is provided. FIG. 図5は図1における透明絶縁層12として比誘電率の値が50の透明な基板を用いた場合の光学位相差分布をシミュレーションにより求めた結果である。ここで、透明な高抵抗層の面抵抗の値が100MΩであり、それぞれの印加電圧(20kHz正弦波)として、V1=8Vrms,V2=1.5Vrmsを加えた場合である。FIG. 5 shows the result of obtaining the optical phase difference distribution by simulation when a transparent substrate having a relative dielectric constant of 50 is used as the transparent insulating layer 12 in FIG. Here, the surface resistance value of the transparent high resistance layer is 100 MΩ, and V1 = 8 Vrms and V2 = 1.5 Vrms are applied as the respective applied voltages (20 kHz sine wave). 図6は、図1における透明絶縁層の代わりとして透明媒質として比抵抗の値が1kΩ・mの高抵抗基板を用いた場合について光学位相差分布をシミュレーションにより求めた結果である。ここで、透明な高抵抗層の比抵抗値は1Ω・mであり、それぞれの印加電圧(20kHz正弦波)として、V1=8Vrms,V2=1.5Vrmsを加えた場合である。FIG. 6 is a result of optical phase difference distribution obtained by simulation when a high resistance substrate having a specific resistance value of 1 kΩ · m is used as a transparent medium instead of the transparent insulating layer in FIG. Here, the specific resistance value of the transparent high resistance layer is 1 Ω · m, and V1 = 8 Vrms and V2 = 1.5 Vrms are applied as respective applied voltages (20 kHz sine wave).

以下この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1において、その基本構成を述べる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, the basic configuration will be described.

図1(A)は、この発明の一実施の形態による液晶レンズの基本構成を断面から見た構成を示している。透明な第1の電極21は第1の基板11の上に形成され、第2の基板12を所定の厚みを保つための図示されていないスペーサを介して重ね合わせることで液晶セル1を構成する。第1の基板11と前記第2の基板12の間には、第1の電極21と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させた第1の液晶層31を備える。 FIG. 1A shows a configuration in which a basic configuration of a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention is viewed from a cross section. The transparent first electrode 21 is formed on the first substrate 11, and the liquid crystal cell 1 is configured by overlapping the second substrate 12 via a spacer (not shown) for maintaining a predetermined thickness. . Between the 1st board | substrate 11 and the said 2nd board | substrate 12, the 1st liquid crystal layer 31 which accommodated the liquid crystal molecule in one direction accommodated so that the 1st electrode 21 might be opposed is provided.

前記第1の基板11の前記液晶層31に接する面には液晶分子を一方向に配向させる効果を有する配向膜51が配置されている。また、第2の基板12の液晶層に面する側には透明な高抵抗層として高抵抗膜41が配置されている。なお、この高抵抗膜41には直接電圧を印加していない。 An alignment film 51 having an effect of aligning liquid crystal molecules in one direction is disposed on the surface of the first substrate 11 in contact with the liquid crystal layer 31. Further, a high resistance film 41 is disposed as a transparent high resistance layer on the side of the second substrate 12 facing the liquid crystal layer. Note that no voltage is directly applied to the high resistance film 41.

前記配向膜51及び高抵抗膜41には一方向にラビング処理を行うことで、液晶分子の長軸方向に対応するダイレクタがプレティルト角と呼ばれる基板面から1〜2度程度傾いた角度をなして配向するような状態となっている。 By rubbing the alignment film 51 and the high resistance film 41 in one direction, the director corresponding to the major axis direction of the liquid crystal molecules forms an angle of about 1 to 2 degrees from the substrate surface called a pretilt angle. It is in a state of being oriented.

図1(B)は、図1(A)の液晶レンズを平面的に見た図であり、前記第2の基板12は、第2の電極22を有し、第2の電極22には円形孔22−1が形成されている。前記第1の電極21と第2の電極22の間には第1の電圧V1を加える。また、前記円形孔22−1の中にはスリットにより電気的に絶縁された同一の中心をもつ円状の透明な第3の電極23が形成されている。この円形の透明な第3の電極23に、同様にスリットで第2の電極から絶縁された引き出し部23−1を通して外部から第2の電圧V2を印加することができるように配置されている。 FIG. 1B is a plan view of the liquid crystal lens of FIG. 1A, and the second substrate 12 has a second electrode 22, and the second electrode 22 has a circular shape. A hole 22-1 is formed. A first voltage V 1 is applied between the first electrode 21 and the second electrode 22. A circular transparent third electrode 23 having the same center electrically insulated by a slit is formed in the circular hole 22-1. The circular transparent third electrode 23 is arranged so that the second voltage V2 can be applied from the outside through a lead portion 23-1 that is similarly insulated from the second electrode by a slit.

ここで図1に示した構成から第3の電極23を除いた構成とした場合について説明する。第1の電極21と第2の電極22の間にしきい値よりも高い第1の電圧V1を加えると、液晶層31に軸対称の不均一電界が加わり、液晶分子が配向膜面による配向規制力と軸対称不均一電界の配向効果が弾性的に釣り合った状態に配向し、主として凸レンズ効果が得られ液晶レンズAが構成される。前記液晶レンズAの動作原理の詳細については特許文献4に開示されている。 Here, a case where the third electrode 23 is removed from the configuration shown in FIG. 1 will be described. When the first voltage V1 higher than the threshold value is applied between the first electrode 21 and the second electrode 22, an axially symmetric non-uniform electric field is applied to the liquid crystal layer 31, and the alignment of the liquid crystal molecules by the alignment film surface is controlled. The alignment effect of the force and the axially symmetric non-uniform electric field is aligned in an elastically balanced state, and the convex lens effect is mainly obtained, thereby forming the liquid crystal lens A. Details of the operation principle of the liquid crystal lens A are disclosed in Patent Document 4.

図1に示した構成から第3の電極23を除いた構成の液晶レンズでは、外部印加電圧の増加に対する液晶レンズの焦点距離の変化特性が、一度最短となった後増加に転ずるという複雑な特性を示し、また凹レンズ特性を得ることが難しいという問題があったことから、図1に示したように第2の電極の他に第3の電極を設ける構成となっている。図1に示した第3の電極を配置した構成とした場合では、前記第3の電極23に第1の電圧V1とは独立した第2の電圧V2を加えられるように構成されている。そして、第1の電圧V1に基づく第1段階の光学特性、前記第2の電圧V2に基づく第2段階の光学特性を得られる液晶レンズBが構成される。前記液晶レンズBの動作原理の詳細については特許文献5に開示されている。この液晶レンズBによると、凸レンズ、凹レンズとしての機能が得られる。 In the liquid crystal lens having a configuration excluding the third electrode 23 from the configuration shown in FIG. 1, the complex characteristic that the change characteristic of the focal length of the liquid crystal lens with respect to the increase of the externally applied voltage once becomes the shortest and then increases. In addition, since there is a problem that it is difficult to obtain the concave lens characteristic, the third electrode is provided in addition to the second electrode as shown in FIG. In the case where the third electrode shown in FIG. 1 is arranged, the second voltage V2 independent of the first voltage V1 can be applied to the third electrode 23. Then, the liquid crystal lens B is obtained which can obtain the first stage optical characteristics based on the first voltage V1 and the second stage optical characteristics based on the second voltage V2. Details of the operation principle of the liquid crystal lens B are disclosed in Patent Document 5. According to the liquid crystal lens B, functions as a convex lens and a concave lens can be obtained.

特にこの液晶レンズでは、透明絶縁層12と液晶層31の間に透明な高抵抗層として高抵抗膜41を配置しているため、孔を有する第2の電極22(円形パターン電極)と液晶層31との間に高抵抗膜41を仲介して誘電結合が生じる結果としての電位分布の中継効果により、透明絶縁層の厚みが薄くなっても軸対称の不均一電界が液晶層中で円形孔の中心部に対応する位置まで生じるようになるため、駆動電圧を低下することができる。なお、透明絶縁層の中に高抵抗層を挿入した構造において駆動電圧を低下する効果については特許文献6及び非特許文献4等に開示されている。 Particularly in this liquid crystal lens, since the high resistance film 41 is disposed as a transparent high resistance layer between the transparent insulating layer 12 and the liquid crystal layer 31, the second electrode 22 (circular pattern electrode) having a hole and the liquid crystal layer are disposed. As a result of the relay effect of the potential distribution as a result of the formation of dielectric coupling between the high-resistance film 41 and 31, an axially symmetric non-uniform electric field is generated in the circular holes in the liquid crystal layer even when the thickness of the transparent insulating layer is reduced. As a result, the driving voltage can be lowered. The effect of lowering the drive voltage in a structure in which a high resistance layer is inserted in the transparent insulating layer is disclosed in Patent Document 6, Non-Patent Document 4, and the like.

次に、具体的な実施例について説明する。図2において、第1の基板11は300μm厚の透明ガラス板であり、第1の液晶層31に接する内面側に、インジウム・スズ系の酸化物(ITO)からなる透明な第1の電極21が形成されている。なお、この液晶レンズは焦点距離の逆数に対応するレンズパワーの可変範囲を広くするために液晶層を2層設けている。第1の液晶層31と第2の液晶層32は70μm厚のガラス板から成る第3の基板13で分離されている。第2の基板12は300μm厚のガラス板である。第2の基板の第2の液晶層32に接する面と反対側の面には第2の電極となるITO電極22が形成されている。この第2の電極22の液晶レンズ部となる領域には図1(B)に示すように円形孔22−1(例えば直径2mm)を形成する。 Next, specific examples will be described. In FIG. 2, the first substrate 11 is a transparent glass plate having a thickness of 300 μm, and a transparent first electrode 21 made of indium tin oxide (ITO) is formed on the inner surface side in contact with the first liquid crystal layer 31. Is formed. This liquid crystal lens is provided with two liquid crystal layers in order to widen the variable range of the lens power corresponding to the reciprocal of the focal length. The first liquid crystal layer 31 and the second liquid crystal layer 32 are separated by a third substrate 13 made of a glass plate having a thickness of 70 μm. The second substrate 12 is a glass plate having a thickness of 300 μm. An ITO electrode 22 serving as a second electrode is formed on the surface of the second substrate opposite to the surface in contact with the second liquid crystal layer 32. A circular hole 22-1 (for example, 2 mm in diameter) is formed in the region that becomes the liquid crystal lens portion of the second electrode 22 as shown in FIG.

ここで、第1の電極21と第3の基板13の間には液晶分子を一方向に配向させた第1の液晶層31(例えば厚み30μm)が封入される。また、第2の電極を付けた透明な絶縁層12と第3の基板13の間にも液晶分子を一方向に配向させた第2の液晶層32(例えば厚み30μm)が封入される。ここで、液晶層を挟む電極や基板の面には配向膜51,52,53としてポリイミド膜を約150nmの厚みに塗布し、熱処理を行い安定化させた後に一方向にラビング処理が施されている。 Here, a first liquid crystal layer 31 (for example, a thickness of 30 μm) in which liquid crystal molecules are aligned in one direction is sealed between the first electrode 21 and the third substrate 13. A second liquid crystal layer 32 (for example, 30 μm thick) in which liquid crystal molecules are aligned in one direction is also sealed between the transparent insulating layer 12 with the second electrode and the third substrate 13. Here, a polyimide film is applied as an alignment film 51, 52, 53 to a thickness of about 150 nm on the electrodes and the surface of the substrate sandwiching the liquid crystal layer, heat treated and stabilized, and then rubbed in one direction. Yes.

第1の液晶層31及び第2の液晶層32の液晶材料としてはいずれもZLI6080(メルク社製)を使用した。なお、第1の液晶層31及び第2の液晶層32を所定の厚みに保つために図示していない直径が30μmの球状スペーサを接着剤に分散したものを用い、また図示していないが各基板の周辺部等は接着剤により液晶が封止されている。 As the liquid crystal material of the first liquid crystal layer 31 and the second liquid crystal layer 32, ZLI6080 (manufactured by Merck) was used. In order to keep the first liquid crystal layer 31 and the second liquid crystal layer 32 at a predetermined thickness, a spherical spacer having a diameter of 30 μm (not shown) dispersed in an adhesive is used. The liquid crystal is sealed around the periphery of the substrate with an adhesive.

ラビング処理を行った場合には、一般にラビング方向に対して液晶分子の長軸方向が基板面からプレティルト角と呼ばれる数度以下程度の小さな角度傾いた配向状態となることが知られている。したがって、対向する基板上の配向膜に対するラビングの方向をそれぞれ逆向きとなるように処理した場合(アンチパラレルと呼ばれる)は、液晶分子は基板面に一様にプレティルト角傾いた配向状態となっている。 When the rubbing treatment is performed, it is generally known that the major axis direction of the liquid crystal molecules is in a state of being inclined at a small angle of about several degrees or less called a pretilt angle with respect to the rubbing direction. Therefore, when the rubbing directions with respect to the alignment film on the opposite substrate are processed in opposite directions (referred to as anti-parallel), the liquid crystal molecules are uniformly aligned with a pretilt angle on the substrate surface. Yes.

円形孔電極を有する液晶レンズにおいて、液晶層が1層の場合には液晶層のラビング方向の断面において円形孔領域の中心軸の両側で液晶分子が電界の効果により基板面から回転して立ち上がる方向がプレティルト角の効果により完全に同一とはならず、光学特性に収差が生じることが知られている。図2に示したように液晶層を2層とし、液晶分子配向の方向が互いに逆になるようにすることで、ラビングによる分子配向処理に基づくプレティルト角の効果により生じる収差を抑制することができる。 In a liquid crystal lens having a circular hole electrode, when the number of liquid crystal layers is one, the direction in which liquid crystal molecules rise from the substrate surface by the effect of an electric field on both sides of the central axis of the circular hole region in the cross section in the rubbing direction of the liquid crystal layer However, due to the effect of the pretilt angle, they are not completely the same, and it is known that aberrations occur in the optical characteristics. As shown in FIG. 2, the liquid crystal layer is made into two layers, and the directions of the liquid crystal molecular alignment are opposite to each other, thereby suppressing the aberration caused by the effect of the pretilt angle based on the molecular alignment processing by rubbing. .

透明な高抵抗層41としては厚みが約1μmの導電性微粒子を分散した樹脂系の導電膜(ジェムコ社製TWH-1)を使用した。本実施例で使用した樹脂系の導電膜の抵抗は面積抵抗値として50MΩ/m2〜200MΩ/m2程度であった。他の無機系薄膜、たとえば抵抗値を最適な値に設定したITOや酸化亜鉛、酸化チタン、硫化亜鉛、又はこれらの材料の混合系などの透明な薄膜を使うこともできる。高抵抗層41に無機系の薄膜を使用すると、安定で寿命も長くなるという利点がある。樹脂系の導電膜に対しても、ポリイミド膜と同様なラビング処理を行うことで液晶に対する配向効果を持たせている。 As the transparent high resistance layer 41, a resin conductive film (TWH-1 manufactured by Gemco) in which conductive fine particles having a thickness of about 1 μm were dispersed was used. The resistance of the resin-based conductive film used in this example was about 50 MΩ / m2 to 200 MΩ / m2 in terms of sheet resistance. Other inorganic thin films, for example, transparent thin films such as ITO, zinc oxide, titanium oxide, zinc sulfide, or a mixed system of these materials having a resistance value set to an optimum value can also be used. The use of an inorganic thin film for the high resistance layer 41 is advantageous in that it is stable and has a long life. The resin-based conductive film is also rubbed in the same manner as the polyimide film to provide an alignment effect on the liquid crystal.

なお、透明絶縁層12は、その呼び名としてこの名称に限定されるものではなく、透明高抵抗層を有した透明絶縁体、あるいは電界中継層を有した透明絶縁体、あるいは誘電結合機能を有する透明絶縁体、又は非常に抵抗値が高い透明媒質などの呼び名が可能である。 The transparent insulating layer 12 is not limited to this name as its name, but is a transparent insulator having a transparent high resistance layer, a transparent insulator having an electric field relay layer, or a transparent having a dielectric coupling function. Names such as an insulator or a transparent medium having a very high resistance value are possible.

円形孔22−1の直径を2mm、第1及び第2の液晶層31、32の厚みをそれぞれ30μmとし、液晶材料としてZLI6080(メルク社製)を使用して作製した液晶レンズでは、第1の電圧及び第2の電圧をそれぞれ印加することで、図3に示したように凸レンズに対応する光学位相差分布特性(上に凸の部分、V1として20kHz40Vrms、V2は図中に示した電圧を印加)、及び凹レンズに対応する位相差分布特性(下に凸の部分、V2として40Vrms、V1は図中に示した電圧を印加)が得られた。焦点距離をメートルで表した場合の逆数に対応するレンズパワー(ジオプトリ)と各印加電圧の関係は、図4に示すように連続的なレンズパワーの変化が得られている。凸レンズ側及び凹レンズ側で0〜7ジオプトリ(1/m)程度のレンズパワーの可変効果が得られた。なお、図4には透明高抵抗層を使用しない場合の印加電圧とレンズパワーの変化も併せて示してある。透明高抵抗層を使用しない場合には、良好なレンズ特性を得るために透明絶縁層として800μm厚みのガラス基板を使用したため、印加電圧が2倍程度高くなっていることがわかる。 In the liquid crystal lens manufactured using ZLI 6080 (manufactured by Merck) as the liquid crystal material, the diameter of the circular hole 22-1 is 2 mm, the thickness of each of the first and second liquid crystal layers 31 and 32 is 30 μm, By applying the voltage and the second voltage respectively, the optical phase difference distribution characteristic corresponding to the convex lens as shown in FIG. 3 (upward convex portion, V1 as 20 kHz 40 Vrms, V2 applies the voltage shown in the figure) ) And a phase difference distribution characteristic corresponding to a concave lens (lower convex portion, V2 is 40 Vrms, and V1 is applied with the voltage shown in the figure). The relationship between the lens power (diopter) corresponding to the reciprocal when the focal length is expressed in meters and each applied voltage is as shown in FIG. 4, and a continuous change in lens power is obtained. A variable effect of lens power of about 0 to 7 diopters (1 / m) was obtained on the convex lens side and the concave lens side. FIG. 4 also shows changes in applied voltage and lens power when the transparent high resistance layer is not used. When the transparent high resistance layer is not used, it can be seen that the applied voltage is about twice as high because a glass substrate having a thickness of 800 μm is used as the transparent insulating layer in order to obtain good lens characteristics.

次に、他の実施例について具体的に説明する。図1に示した構造の液晶レンズにおいて、絶縁層として使用する第2の基板として、比誘電率が通常のガラス基板の比誘電率(〜7程度)よりも大きな誘電率を有する透明基板を使用すると、液晶レンズの動作電圧をさらに低下させることができる。ここで、透明高抵抗層の面抵抗値は100MΩ/m2とし、たとえば比誘電率を50としたときの光学位相差分布をシミュレーションにより求めた結果を図5に示した。V1として8Vrms,V2として1.5Vrmsの電圧を印加した場合を示した。中央付近のレンズ領域に対応する範囲での光学位相差特性は2乗特性(放物線)になっており、良好なレンズ効果を得ることができる。すなわち、比誘電率が大きな透明絶縁層を用いることで、動作電圧を10Vrms以下まで低くすることができる。比誘電率が大きな透明基板としては、高誘電率のガラス又はセラミックス等を使用することが可能である。 Next, another embodiment will be specifically described. In the liquid crystal lens having the structure shown in FIG. 1, a transparent substrate having a dielectric constant larger than that of a normal glass substrate (about 7) is used as the second substrate used as the insulating layer. Then, the operating voltage of the liquid crystal lens can be further reduced. Here, the surface resistance value of the transparent high resistance layer is 100 MΩ / m 2, and for example, the result of obtaining the optical phase difference distribution by simulation when the relative dielectric constant is 50 is shown in FIG. The case where a voltage of 8 Vrms as V1 and 1.5 Vrms as V2 is applied is shown. The optical phase difference characteristic in the range corresponding to the lens area near the center is a square characteristic (parabola), and a good lens effect can be obtained. That is, by using a transparent insulating layer having a large relative dielectric constant, the operating voltage can be lowered to 10 Vrms or less. As the transparent substrate having a large relative dielectric constant, glass or ceramics having a high dielectric constant can be used.

また、前記透明絶縁層の誘電率を軸対称状に分布させることで、液晶レンズのレンズパワーの可変範囲を広げることもできる。たとえば凸レンズとして使用する場合に、円形の開口部の中心に対応する領域の誘電率を小さくし、周辺になるにしたがって大きくなるような分布を持たせることで、凸レンズ効果をもたらす電位分布特性をより顕著にすることができ、その結果として凸レンズ領域におけるレンズパワーの可変範囲を拡大することが可能となる。誘電率が軸対称状に分布した基板としては、強誘電体ナノ粒子の分散密度を制御したプラスチック板などを使用することができる。 Further, the variable range of the lens power of the liquid crystal lens can be expanded by distributing the dielectric constant of the transparent insulating layer in an axially symmetrical manner. For example, when used as a convex lens, by reducing the dielectric constant of the region corresponding to the center of the circular opening and giving it a distribution that increases toward the periphery, the potential distribution characteristics that bring about the convex lens effect are further improved. As a result, the variable range of the lens power in the convex lens region can be expanded. As the substrate having the dielectric constant distributed in an axisymmetric manner, a plastic plate or the like in which the dispersion density of the ferroelectric nanoparticles is controlled can be used.

一方、円形開口部の中心部で最大となり、周辺に向かうと共に比誘電率が次第に小さくなるような分布特性とすることで、凹レンズ特性としてのレンズパワーも可変範囲を拡大することが可能となる。 On the other hand, by setting the distribution characteristics such that the maximum is at the central portion of the circular opening and the relative dielectric constant gradually decreases toward the periphery, the variable range of the lens power as the concave lens characteristics can be expanded.

さらに、他の実施例について説明する。たとえば透明な第1の電極を有する第1の基板、孔を有する第2の電極、及び前記第1の基板と前記第2の電極との間に、前記第1の電極と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させる液晶層を備え、前記第2の電極と前記液晶層との間に透明媒質を配置し、前記第1と前記第2の電極との間に電圧を加えて液晶分子の配向制御を行なう液晶レンズにおいて、透明絶縁層として比誘電率が高いガラス基板を使用することで、液晶レンズの駆動電圧を低下させる方法が非特許文献3に開示されている。同様に前記の構造の液晶レンズにおける駆動電圧を低下する方法として、前記絶縁層の代わりにわずかに導電性を有する(すなわち抵抗値が非常に高い)透明媒質を使用することで、液晶レンズの動作電圧を大幅に低下することができる。 Furthermore, another embodiment will be described. For example, a first substrate having a transparent first electrode, a second electrode having a hole, and a space between the first substrate and the second electrode so as to face the first electrode A liquid crystal layer that aligns liquid crystal molecules in one direction, a transparent medium is disposed between the second electrode and the liquid crystal layer, and a voltage is applied between the first and second electrodes. In addition, Non-Patent Document 3 discloses a method of reducing the driving voltage of a liquid crystal lens by using a glass substrate having a high relative dielectric constant as a transparent insulating layer in a liquid crystal lens that controls the alignment of liquid crystal molecules. Similarly, as a method of reducing the driving voltage in the liquid crystal lens having the above structure, the operation of the liquid crystal lens is performed by using a transparent medium having a slight conductivity (that is, a very high resistance value) instead of the insulating layer. The voltage can be greatly reduced.

また、前記第2の電極に対して絶縁層を介し、又は前記第2の電極の前記孔内に間隔を置いて第3の電極が配置され、この第3の電極に前記第1の電圧とは独立した第2の電圧を加えられるように構成され、かつ、前記第1の電圧又は前記第2の電圧値のいずれか一方が固定され、前記第1の電圧に対して前記第2の電圧、又は前記第2の電圧に対して第1の電圧のいずれか一方が可変されることで光学的特性を可変制御することができることを特徴とする液晶レンズにおいても、透明絶縁層の代わりに同様にわずかに導電性を有する(すなわち抵抗値が非常に高い)透明媒質を使用することで、液晶レンズの動作電圧を大幅に低下することができる。 Further, a third electrode is disposed with respect to the second electrode via an insulating layer or in the hole of the second electrode, and the third voltage is applied to the third electrode. Is configured to be able to apply an independent second voltage, and either the first voltage or the second voltage value is fixed, and the second voltage with respect to the first voltage. In the liquid crystal lens, the optical characteristic can be variably controlled by changing either one of the first voltage with respect to the second voltage. In addition, by using a transparent medium having a slight conductivity (that is, having a very high resistance value), the operating voltage of the liquid crystal lens can be greatly reduced.

これらの透明絶縁層の代わりに使用する前記透明媒質の比抵抗の値は、透明媒質の厚みにも依存するが、たとえば比抵抗が1Ω・mから100000000Ω・mの範囲で良好な特性が得られている。 The value of the specific resistance of the transparent medium used in place of these transparent insulating layers depends on the thickness of the transparent medium, but good characteristics can be obtained, for example, when the specific resistance ranges from 1 Ω · m to 100000000 Ω · m. ing.

さらに、図1に示した構成で面抵抗値が100MΩの透明な高抵抗層を用い、透明な絶縁層41の代わりに比抵抗が1kΩ・mの透明媒質を使用した場合について、V1として8Vrms,V2として1.5Vrms(いずれも20kHz正弦波)の電圧を印加した場合に液晶層に誘起される光学位相差分布特性は図6のようになる。分布特性はほぼ2乗特性(放物線)になっており、良好なレンズ特性を得ることができる。 Furthermore, when a transparent high resistance layer having a surface resistance value of 100 MΩ is used in the configuration shown in FIG. 1 and a transparent medium having a specific resistance of 1 kΩ · m is used instead of the transparent insulating layer 41, V1 is 8 Vrms, FIG. 6 shows optical phase difference distribution characteristics induced in the liquid crystal layer when a voltage of 1.5 Vrms (both 20 kHz sine wave) is applied as V2. The distribution characteristic is almost a square characteristic (parabola), and good lens characteristics can be obtained.

さらに、透明媒質の抵抗率を軸対称状に分布させることで、誘電率を軸対称的に分布させた場合と同様に、レンズパワーの可変範囲を拡大することができる。透明媒質の比抵抗が軸対称状となっている基板は、不純物を添加した酸化インジウムによるナノ粒子の密度を制御して分散させたプラスチック板などを使用することができる。 Further, by distributing the resistivity of the transparent medium in an axisymmetric manner, the variable range of the lens power can be expanded as in the case where the dielectric constant is axisymmetrically distributed. As the substrate in which the specific resistance of the transparent medium is axisymmetric, a plastic plate or the like in which the density of nanoparticles of indium oxide added with impurities is controlled and dispersed can be used.

図1に示した構造において、第1の基板及び透明絶縁層又は透明媒質の何れかもしくは両方の基板としてレンズ効果を有する基板を使用することで、ある一定の固定焦点から焦点を可変することができ、全体が一体化したコンパクトなレンズ系を構成することができる。ここで、基板にレンズ効果を持たせるためには、基板の形状が曲面形状となっているものでもよいが、平行平板型で屈折率が軸対称状に分布している場合の方が便利である。 In the structure shown in FIG. 1, by using a substrate having a lens effect as the first substrate and either or both of the transparent insulating layer and the transparent medium, the focal point can be changed from a certain fixed focal point. It is possible to form a compact lens system that is integrated as a whole. Here, in order to give the substrate a lens effect, the shape of the substrate may be a curved surface shape, but it is more convenient when the refractive index is distributed symmetrically in a parallel plate type. is there.

本発明における実施例で説明したように、透明高抵抗層として使用した樹脂系の膜(ジェムコ社製TWH-1)をラビングすることで液晶分子に対して配向効果を持たせることができる。そこで、ポリイミド系の膜のように、さらに配向効果が優れた樹脂系の膜で高抵抗特性を有する膜を使用することで、より安定な液晶レンズを構成することができる。 As described in the embodiment of the present invention, the alignment effect can be given to the liquid crystal molecules by rubbing the resin film (TWH-1 manufactured by Gemco) used as the transparent high resistance layer. Therefore, a more stable liquid crystal lens can be constructed by using a resin film having a higher orientation effect, such as a polyimide film, and having a high resistance characteristic.

前記透明高抵抗層41の抵抗値が円形孔型パターンの中央に対応する場所から周辺部に対して次第に変化するようにすると、液晶層に実効的に加わる電圧の分布形状を変化させることができる。現状では液晶層の厚みの40%程度しか利用されていなかったが、より有効に液晶層を利用することが可能となり、その結果として液晶レンズにおけるレンズパワーの可変範囲を拡大することができる。 When the resistance value of the transparent high resistance layer 41 gradually changes from the position corresponding to the center of the circular hole pattern to the peripheral portion, the distribution shape of the voltage effectively applied to the liquid crystal layer can be changed. . At present, only about 40% of the thickness of the liquid crystal layer is used, but the liquid crystal layer can be used more effectively, and as a result, the variable range of the lens power in the liquid crystal lens can be expanded.

さらに、円形開口部周辺において液晶層における電界分布に伴う液晶分子の配向効果を連続的に変化させることで、レンズ効果を有する領域からレンズ効果を有しない領域に連続的にレンズ効果が弱くなるような特性を有することを特徴とする低電圧駆動液晶レンズを構成することができる。 Furthermore, by continuously changing the alignment effect of the liquid crystal molecules accompanying the electric field distribution in the liquid crystal layer around the circular opening, the lens effect is continuously weakened from the region having the lens effect to the region having no lens effect. Thus, a low-voltage driving liquid crystal lens characterized by having excellent characteristics can be formed.

本発明における液晶レンズを眼鏡レンズとして使用する場合に、レンズ効果を示す領域の中心、すなわち円形孔型パターンの中心が前記透明な第1の基板の中心から周辺部、特に斜め下部のようにずれた位置に配置することで、読書などの場合には凸レンズ状態とし、それ以外では電圧除去による素通し状態もしくはやや凹レンズ状態とするなどの切り替えを行うことができる遠近両用の眼鏡を構成することができる。本発明によると、透明高抵抗層を用いることで、低電圧で動作する大口径の液晶レンズを構成することができるため、このような遠近両用の眼鏡レンズとして有用である。 When the liquid crystal lens according to the present invention is used as a spectacle lens, the center of the region showing the lens effect, that is, the center of the circular hole pattern is shifted from the center of the transparent first substrate to the peripheral portion, particularly the obliquely lower portion. By disposing at a certain position, it is possible to configure a pair of spectacles that can be switched to a convex lens state for reading or the like, and to switch to a through state by voltage removal or a slightly concave lens state in other cases. . According to the present invention, by using the transparent high resistance layer, a large-diameter liquid crystal lens that operates at a low voltage can be configured, and thus it is useful as a spectacle lens for such a perspective.

本実施例では、透明絶縁層12と液晶層の間に透明な高抵抗層41を配置しているが、透明絶縁層12の液晶層に対して反対側で円形パターン電極22と透明絶縁層12の間に絶縁層を挟んで設けられてもよい。 In this embodiment, the transparent high resistance layer 41 is disposed between the transparent insulating layer 12 and the liquid crystal layer. However, the circular pattern electrode 22 and the transparent insulating layer 12 are opposite to the liquid crystal layer of the transparent insulating layer 12. An insulating layer may be interposed between the two.

本実施例では円形パターン電極が1層のみとした場合について説明したが、円形パターン電極を液晶層の両側に設けることもできる。いずれの場合においても、このような対称な構造とすることにより、屈折率の空間分布特性や光学特性において対称性が優れた液晶レンズを構成することができる。 In this embodiment, the case where the circular pattern electrode is only one layer has been described. However, the circular pattern electrode may be provided on both sides of the liquid crystal layer. In any case, a liquid crystal lens having excellent symmetry in the spatial distribution characteristics and optical characteristics of the refractive index can be configured by using such a symmetric structure.

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。また、液晶レンズを1つ示したが、複数が配列される構成であってもよい。また複眼のような2次元的な配列であってもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment. Further, although one liquid crystal lens is shown, a configuration in which a plurality of liquid crystal lenses are arranged may be used. Further, it may be a two-dimensional array such as a compound eye.

本発明の低電圧駆動液晶レンズは、通常の受動型の光学デバイスとは異なり、電極間に電圧を印加して媒質である液晶の実効的な屈折率を可変制御することで、特性や光学系の収差を調節できるレンズが実現される。したがって、オートフォーカス用のレンズや、拡大レンズ、ズームレンズ、ロボットにおいて視覚機能として用いられる撮像部のレンズなど、さらには口径を大きくすることで遠近両用の眼鏡レンズなど、種々の用途が可能である。 The low-voltage drive liquid crystal lens of the present invention is different from ordinary passive optical devices in that the voltage and the effective refractive index of the liquid crystal as a medium are variably controlled by applying a voltage between the electrodes. A lens capable of adjusting the aberration is realized. Therefore, various applications such as an autofocus lens, a magnifying lens, a zoom lens, a lens of an image pickup unit used as a visual function in a robot, and a spectacle lens for both perspective by increasing the aperture are possible. .

11・・・第1の基板、12・・・透明な絶縁層、13・・・ガラス板、41・・・透明高抵抗層、21・・・第1の電極、22・・・第2の電極、22−1・・・開口部、23・・・第3の電極、23−1・・・電極取り出し部、31・・・液晶層、32・・・液晶層、51、52、53・・・配向膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st board | substrate, 12 ... Transparent insulating layer, 13 ... Glass plate, 41 ... Transparent high resistance layer, 21 ... 1st electrode, 22 ... 2nd Electrode, 22-1 ... Opening, 23 ... Third electrode, 23-1 ... Electrode take-out part, 31 ... Liquid crystal layer, 32 ... Liquid crystal layer, 51, 52, 53 ..Alignment films

Claims (8)

透明な第1の電極を有する第1の基板、孔を有する第2の電極、及び前記第1の基板と前記第2の電極との間に、前記第1の基板と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させる液晶層を備え、前記第2の電極と前記液晶層の間に透明絶縁層を配置し、前記第1と前記第2の電極との間に電圧を加えて液晶分子の配向制御を行う液晶レンズにおいて、前記透明絶縁層の液晶層に面する側に透明な高抵抗層を配置したことを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 A first substrate having a transparent first electrode, a second electrode having a hole, and a space between the first substrate and the second electrode so as to face the first substrate. A liquid crystal layer for aligning liquid crystal molecules in one direction; a transparent insulating layer is disposed between the second electrode and the liquid crystal layer; and a voltage is applied between the first and second electrodes. A liquid crystal lens for controlling the orientation of liquid crystal molecules, wherein a transparent high resistance layer is disposed on the transparent insulating layer facing the liquid crystal layer. 請求項1の低電圧駆動液晶レンズにおいて、さらに前記第2の電極に対して絶縁層を介し、又は前記第2の電極の前記孔内に間隔を置いて第3の電極が配置され、この第3の電極に前記第1の電圧とは独立した第2の電圧を加えられるように構成され、かつ、前記第1の電圧又は前記第2の電圧のいずれか一方が固定され、前記第1の電圧に対して前記第2の電圧、又は前記第2の電圧に対して第1の電圧のいずれか一方が可変されることで光学的特性を可変制御することができることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 2. The low-voltage driving liquid crystal lens according to claim 1, further comprising a third electrode disposed with an interval from the second electrode through an insulating layer or in the hole of the second electrode. 3 is configured to be able to apply a second voltage independent of the first voltage, and either the first voltage or the second voltage is fixed, and the first voltage Low voltage driving characterized in that the optical characteristic can be variably controlled by changing either the second voltage with respect to the voltage or the first voltage with respect to the second voltage. Liquid crystal lens. 請求項1又は2に記載の低電圧駆動液晶レンズにおいて、前記透明絶縁層の比誘電率が8以上であることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 3. The low voltage drive liquid crystal lens according to claim 1, wherein the transparent insulating layer has a relative dielectric constant of 8 or more. 請求項1又は2又は3に記載の低電圧駆動液晶レンズにおける前記透明絶縁層の誘電率が軸対称状に分布していることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 4. The low voltage drive liquid crystal lens according to claim 1, wherein the dielectric constant of the transparent insulating layer in the low voltage drive liquid crystal lens is axisymmetrically distributed. 透明な第1の電極を有する第1の基板、孔を有する第2の電極、及び前記第1の基板と前記第2の電極との間に、前記第1の電極と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させる液晶層を備え、前記第2の電極と前記液晶層との間に透明媒質を配置し、前記第1と前記第2の電極との間に電圧を加えて液晶分子の配向制御を行う液晶レンズにおいて、前記透明媒質の比抵抗が1Ω・mから100000000000Ω・mの範囲であることを特徴とし、さらに前記透明媒質の液晶層に面する側に透明な高抵抗層を配置したことを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 A first substrate having a transparent first electrode, a second electrode having a hole, and a space between the first substrate and the second electrode so as to face the first electrode. And a liquid crystal layer for aligning liquid crystal molecules in one direction, a transparent medium is disposed between the second electrode and the liquid crystal layer, and a voltage is applied between the first and second electrodes. In the liquid crystal lens for controlling the alignment of liquid crystal molecules, the transparent medium has a specific resistance in the range of 1 Ω · m to 100000000000000 Ω · m, and is transparent on the side of the transparent medium facing the liquid crystal layer. A low voltage driving liquid crystal lens characterized by disposing a high resistance layer . 請求項5に記載の低電圧駆動液晶レンズにおいて、さらに前記第2の電極に対して絶縁層を介し、又は前記第2の電極の前記孔内に間隔を置いて第3の電極が配置され、この第3の電極に前記第1の電圧とは独立した第2の電圧を加えられるように構成され、かつ、前記第1の電圧又は前記第2の電圧のいずれか一方が固定され、前記第1の電圧に対して前記第2の電圧、又は前記第2の電圧に対して第1の電圧のいずれか一方が可変されることで光学的特性を可変制御することができることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズにおいて、前記透明媒質の液晶層に面する側に透明な高抵抗層を配置したことを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 The low-voltage driving liquid crystal lens according to claim 5, further comprising a third electrode disposed with an interval between the second electrode via an insulating layer or in the hole of the second electrode, A second voltage independent of the first voltage can be applied to the third electrode, and either the first voltage or the second voltage is fixed, and the first voltage is fixed. The optical characteristic can be variably controlled by changing either the second voltage with respect to one voltage or the first voltage with respect to the second voltage. In the voltage driven liquid crystal lens , a transparent high resistance layer is disposed on a side of the transparent medium facing the liquid crystal layer. 請求項5又は6に記載の低電圧駆動液晶レンズにおける前記透明媒質の抵抗率が軸対称状に分布していることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 Low-voltage drive liquid crystal lens resistivity of your Keru the transparent medium to low voltage driving the liquid crystal lens according to claim 5 or 6, characterized in that distributed axisymmetrically. 請求項1ないし請求項7に記載の低電圧駆動液晶レンズにおいて、前記透明な高抵抗層の抵抗値が軸対称状に分布していることを特徴とする低電圧駆動液晶レンズ。 8. The low voltage driving liquid crystal lens according to claim 1 , wherein the resistance value of the transparent high resistance layer is distributed in an axisymmetric manner.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104298023A (en) * 2014-10-24 2015-01-21 华中科技大学 Area array electric control liquid crystal light divergence micro-lens chip driven and controlled by double voltage signals
US10095081B2 (en) 2015-01-23 2018-10-09 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device
US10761245B2 (en) 2016-07-22 2020-09-01 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103890646B (en) 2011-10-25 2017-05-03 日本电气硝子株式会社 Liquid crystal element and cell for liquid crystal element
WO2013080819A1 (en) * 2011-11-29 2013-06-06 Tdk株式会社 Liquid-crystal lens
US9720144B2 (en) 2012-02-10 2017-08-01 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Liquid crystal lens and cell for liquid crystal lens
CN102621763B (en) * 2012-02-15 2014-08-13 华映光电股份有限公司 Display device and liquid crystal lens
JP5969231B2 (en) 2012-03-19 2016-08-17 日本電気硝子株式会社 LCD lens
JP6149210B2 (en) * 2012-06-26 2017-06-21 秋田県 Matrix-driven liquid crystal optical element and device
JP6132281B2 (en) 2013-01-07 2017-05-24 Nltテクノロジー株式会社 Liquid crystal lens element, display device and terminal
JP6508476B2 (en) * 2015-10-30 2019-05-08 日本電気硝子株式会社 Liquid crystal lens
CN106371205A (en) * 2016-08-31 2017-02-01 中山大学 Flexible liquid crystal lens array applicable to near-eye display
CN106773231A (en) * 2017-03-30 2017-05-31 集美大学 A kind of liquid crystal lens apparatus shown for bore hole 3D and its control method
JP7026925B2 (en) 2017-06-13 2022-03-01 株式会社エルシオ glasses
JP7356899B2 (en) 2019-12-26 2023-10-05 Tianma Japan株式会社 Liquid crystal light deflection element and method for manufacturing the liquid crystal light deflection element

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003029001A (en) * 2001-07-16 2003-01-29 Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd Liquid crystal lens element
JP4407344B2 (en) * 2004-03-29 2010-02-03 旭硝子株式会社 Variable focus element
RU2008139283A (en) * 2006-03-03 2010-04-10 Юниверсите Лаваль (Ca) METHOD FOR CREATING A SPATIALLY MODULATED ELECTRIC FIELD AND ELECTRO-OPTICAL SETTING USING LIQUID CRYSTALS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP4435795B2 (en) * 2007-02-16 2010-03-24 財団法人あきた企業活性化センター Liquid crystal optical device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104298023A (en) * 2014-10-24 2015-01-21 华中科技大学 Area array electric control liquid crystal light divergence micro-lens chip driven and controlled by double voltage signals
US10095081B2 (en) 2015-01-23 2018-10-09 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device
US10761245B2 (en) 2016-07-22 2020-09-01 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses
US11249224B2 (en) 2016-07-22 2022-02-15 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses
US11762129B2 (en) 2016-07-22 2023-09-19 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses

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