JP5748686B2

JP5748686B2 - 液晶レンズ

Info

Publication number: JP5748686B2
Application number: JP2012034826A
Authority: JP
Inventors: 角見　昌昭; 昌昭角見; 和田　正紀; 正紀和田; 田中　宏和; 宏和田中; 隆秋元
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013171159A

Description

本発明は、液晶レンズに関する。

従来、屈折率が可変な液晶レンズが提案されている。液晶レンズには、駆動電圧を低くしたいという要望がある。これに鑑み、例えば特許文献１では、電極と液晶層との間に透明絶縁層が配されており、さらに透明絶縁層の液晶層に面する側の表面の上に高抵抗層が配された液晶レンズが提案されている。特許文献１に記載のように、高抵抗層を設けることにより液晶レンズの駆動電圧を低下させることができる。

特開２０１１−１７７４２号公報

近年、液晶レンズの結像性能をさらに向上したいという要望が高まってきている。

本発明は、優れた結像性能を有する液晶レンズを提供することを主な目的とする。

本発明に係る液晶レンズは、液晶層と、第１の電極と、第２の電極と、高抵抗層とを備える。液晶層は、一の方向に沿って配向された液晶分子を含む。第１の電極は、開口が形成された第１の電極部と、開口内に配された円形の第２の電極部とを有する。第２の電極は、第１の電極と液晶層を介して対向している。高抵抗層は、第１の電極の少なくとも第２の電極部と液晶層との間に配されている。第２の電極部の中心に対して液晶分子の配向方向における高抵抗層の端部と第２の電極部の端部との間の距離が、第２の電極部の中心に対して配向方向の逆方向における高抵抗層の端部と第２の電極部の端部との間の距離よりも短い。

なお、本発明において、「配向方向」とは、図３に示すように、ラビング方向と平行な方向で、且つ、液晶層１１の水平面に対して傾斜した液晶分子Ｌの立ち上がり方向Ａの水平成分の方向Ｘのことをいう。

本発明において、「高抵抗層」とは、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０^４Ω／□〜１×１０^１４Ω／□の範囲内にある層のことをいう。

高抵抗層が円形であり、高抵抗層の中心が、第２の電極部の中心に対して配向方向の逆方向に位置していてもよい。

本発明によれば、優れた結像性能を有する液晶レンズを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。本発明の一実施形態における第１の電極及び高抵抗層の略図的平面図である。配向方向を説明するための模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係る液晶レンズ１の略図的断面図である。液晶レンズ１は、液晶層１１を備えている。一の方向（配向方向ｘ）に沿って配向された液晶分子を含む。

液晶層１１は、第１及び第２の電極２１，２２により挟持されている。第１及び第２の電極２１，２２により、液晶層１１に電圧が印加され、これにより液晶レンズ１の光学的パワーが変化する。

より具体的には、液晶レンズ１は、相互に間隔をおいて対向するように配された第１の基板３１と第２の基板３２とを有する。第１の基板３１と第２の基板３２との間には、隔壁部材３４が配されている。この隔壁部材３４と第１及び第２の基板３１，３２とにより区画形成された空間に液晶層１１が設けられている。なお、液晶層１１は、ガラス板などによって複数の液晶層に区画されていてもよい。

第１の基板３１、第２の基板３２及び隔壁部材３４は、それぞれ、例えば、ガラスなどにより構成することができる。第１の基板３１及び第２の基板３２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。隔壁部材３４の厚みは、得ようとする光学的パワーにより決定される液晶層１１の厚みや、液晶層１１に要求される応答速度等に応じて適宜設定することができる。隔壁部材３４の厚みは、例えば、１０μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

第１の基板３１の液晶層１１側の表面３１ａの上には、第１の電極２１が配されている。一方、第２の基板３２の液晶層１１側の表面３２ａの上には、第２の電極２２が配されている。第２の電極２２は、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向している。

第１及び第２の電極２１，２２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物により構成することができる。

第１の電極２１は、円形の開口２１ａ１を有する第１の電極部２１ａと、第１の電極部２１ａの開口２１ａ１の内部に配された円形の第２の電極部２１ｂと、第２の電極部２１ｂに接続された引き出し電極２１ｃとを有する。液晶レンズ１では、液晶層１１の第２の電極部２１ｂが設けられた領域に位置する部分が、レンズとして機能する。第１の電極部２１ａと第２の電極部２１ｂとは、互いに絶縁されている。第１の電極部２１ａと第２の電極部２１ｂとの間の隙間は、中空となっていてもよいし、絶縁体が配されて中実となっていてもよい。

なお、第１の電極２１は、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。同様に、第２の電極２２は、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。

液晶レンズ１では、第１の電極部２１ａと第２の電極２２との間に電圧Ｖ１が印加され、第２の電極部２１ｂと第２の電極２２との間に電圧Ｖ２が印加される。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との大きさを変化させることによって、液晶レンズ１の光学的パワーを変化させることができる。通常、第２の電極２２は、電位が０Ｖであるグラウンド電極とされている。このため、本実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のうち、印加される電圧の絶対値の最大値が大きい方の電極は、第１の電極２１となる。

第１の電極２１の少なくとも第２の電極部２１ｂと液晶層１１との間には、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０^４Ω／□〜１×１０^１４Ω／□であり、電極よりも高い高抵抗層４１が配されている。高抵抗層４１は、例えば、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。高抵抗層４１は、例えば、第１の電極２１のうちの第２の電極部２１ｂの少なくとも一部のみの上に配されていてもよいし、第２の電極部２１ｂに加えて、第１の電極部２１ａの少なくとも一部の上にも配されていてもよい。

高抵抗層４１は、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を含むことが好ましい。

なお、高抵抗層４１は、単一の高抵抗層により構成されていてもよいし、複数の高抵抗層の積層体により構成されていてもよい。高抵抗層４１が、複数の高抵抗層の積層体により構成されている場合は、複数の高抵抗層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

高抵抗層４１の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。

なお、図示は省略するが、高抵抗層４１と液晶層１１との間には、第１の電極部２１ａと第２の電極部２１ｂとが高抵抗層４１により電気的に接続されることを防止するための無機誘電体層が配されていることが好ましい。また、無機誘電体層と、第２の電極２２が設けられた部分を含め、第２の基板３２の表面３２ａとの上には、それぞれ配向膜が配されている。これらの配向膜により液晶層１１に含まれる液晶分子の配向が行われている。

液晶レンズ１では、高抵抗層４１は、円形に設けられている。高抵抗層４１の中心Ｃ２が、第２の電極部２１ｂの中心Ｃ１に対して配向方向ｘのｘ２側（終点側）に位置している。このため、第２の電極部２１ｂの中心Ｃ１に対して液晶分子の配向方向ｘのｘ１側（終点側）における高抵抗層４１の端部と第２の電極部２１ｂの端部との間の距離Ｌ１が、第２の電極部２１ｂの中心Ｃ１に対して配向方向ｘのｘ２側（始点側）における高抵抗層４１の端部と第２の電極部２１ｂの端部との間の距離Ｌ２よりも短い。

ところで、ある方向に沿って液晶分子が配向している液晶層を有する液晶レンズの波面画像においては、波面の中心すなわち光軸が、液晶層の図形上の中心から、液晶分子の配向方向にずれる。このため、優れた結像性能が得難いという問題がある。

ここで、液晶レンズ１では、第２の電極部２１ｂの中心Ｃ１に対して液晶分子の配向方向ｘのｘ１側（終点側）における高抵抗層４１の端部と第２の電極部２１ｂの端部との間の距離Ｌ１が、第２の電極部２１ｂの中心Ｃ１に対して配向方向ｘのｘ２側（始点側）における高抵抗層４１の端部と第２の電極部２１ｂの端部との間の距離Ｌ２よりも短い。このため、光軸のズレが補正されている。よって、光軸の液晶層１１の図形上の中心からのズレ量を小さくすることができる。従って、優れた結像性能を得ることができる。

距離Ｌ１を距離Ｌ２よりも短くすることによって光軸の液晶層１１の図形上の中心からのズレ量を小さくすることができる理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。即ち、電気力線は高抵抗層４１の中心に向かって集中するため、高抵抗層４１の中心を光軸のズレが生じる方向と逆方向にずらすことで、光軸のズレを小さくすることができるものと考えられる。

なお、本実施形態では、高抵抗層４１が第２の電極部２１ｂの全体を覆う例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。第２の電極部２１ｂの一部は、高抵抗膜４１により覆われていなくてもよい。

高抵抗膜４１は、円形でなくてもよい。高抵抗膜４１は、例えば、長円状、楕円状等であってもよい。

また、液晶層１１は、例えばガラス板などにより、厚み方向に沿って複数に分割されていてもよい。

本発明に係る液晶レンズは、液晶層並びに第１及び第２の電極の組を複数有していてもよい。

１…液晶レンズ
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ１…開口
２１ａ…第１の電極部
２１ｂ…第２の電極部
２１ｃ…引き出し電極
２２…第２の電極
３１…第１の基板
３１ａ…表面
３２…第２の基板
３２ａ…表面
３４…隔壁部材
４１…高抵抗層
Ｃ１…第２の電極部の中心
Ｃ２…高抵抗層の中心

Claims

一の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、
開口が形成された第１の電極部と、前記開口内に配された円形の第２の電極部とを有する第１の電極と、
前記第１の電極と前記液晶層を介して対向している第２の電極と、
前記第１の電極の少なくとも前記第２の電極部と前記液晶層との間に配された高抵抗層と、
を備え、
前記第２の電極部の中心に対して前記液晶分子の配向方向における前記高抵抗層の端部と前記第２の電極部の端部との間の距離が、前記第２の電極部の中心に対して前記配向方向の逆方向における前記高抵抗層の端部と前記第２の電極部の端部との間の距離よりも短い、液晶レンズ。
前記高抵抗層が円形であり、
前記高抵抗層の中心が、前記第２の電極部の中心に対して前記配向方向の逆方向に位置している、請求項１に記載の液晶レンズ。