JP5759876B2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶素子に関する。

従来、例えば特許文献１などにおいて、液晶レンズなどの液晶素子が提案されている。例えば液晶レンズでは、液晶層に印加する電圧を変化させることにより、光学的パワーを変化させることができる。従って、液晶レンズを用いることにより、光学系をコンパクト化したり、高機能化したりし得る。

特開２０１１−１７５１０５号公報

液晶レンズの適用用途を拡大していくにあたっては、液晶レンズの応答速度を速くすることが重要となる。

本発明は、応答速度が速い液晶素子を提供することを主な目的とする。

本発明に係る液晶素子は、液晶層と、第１の電極と、第２の電極とを備える。第１の電極は、第１の電極部と、第２の電極部とを有する。第１の電極部は、開口を有する。第２の電極部は、開口内に配されている。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。第２の電極部は、少なくとも液晶層が設けられた領域の全体に設けられている。

第２の電極は、少なくとも液晶層が設けられた領域の全体に設けられていることが好ましい。

第２の電極部が円形であると共に、第２の電極が第２の電極部と同心の円形であることが好ましい。その場合、第２の電極の半径は、第２の電極部の半径の２倍以下であることが好ましい。

本発明によれば、応答速度が速い液晶素子を提供することができる。

第１の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 第１の実施形態における第１の電極の略図的平面図である。 第２の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 第３の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 第３の実施形態における第２の電極の略図的平面図である。

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、第１の実施形態に係る液晶素子１の略図的断面図である。液晶素子１は、液晶レンズであるが、本発明に係る液晶素子は、液晶レンズ以外の種類の液晶素子であってもよい。

液晶素子１は、液晶分子を含む液晶層１１を備えている。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、これにより液晶素子１の光学的パワーが変化する。

より具体的には、液晶素子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、１μｍ〜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、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向するように配されている。本実施形態では、第１の電極２１の全体が第２の電極２２と対向している。なお、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。液晶素子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。尚、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。

液晶素子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、液晶レンズを構成している液晶素子１の光学的パワーを変化させることができる。

第２の電極部２１ｂは、少なくとも液晶層１１が設けられた領域の全体に設けられている。具体的には、本実施形態では、第２の電極部２１ｂが設けられた領域は、液晶層１１が設けられた領域と一致している。このため、第２の電極部を液晶層が設けられた領域の一部に配した場合と比較して、液晶素子１の応答速度を速くすることができる。

この理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。即ち、第２の電極部を、液晶層が設けられた領域の一部に配した場合は、液晶層に印加される電界が変化した際に、液晶層の第２の電極部が設けられていない領域に位置する液晶分子により、レンズとして機能する、液晶層の第２の電極部が設けられた領域に位置する液晶分子の配向変化が阻害されるものと考えられる。これにより、液晶素子の応答速度が遅くなるものと考えられる。

それに対して、液晶素子１では、第２の電極部２１ｂが、少なくとも液晶層１１が設けられた領域の全体に設けられている。このため、液晶層１１には、第２の電極部２１ｂが設けられていない領域に位置する部分がない。従って、液晶層１１に印加される電界が変化した際に、液晶層１１に含まれる液晶分子の配向の変化が阻害されにくい。従って、速い応答速度が実現できるものと考えられる。

また、液晶層を第２の電極部よりも広い領域に設けた場合は、液晶層が大型化した分だけ配向を変化させなければならない液晶分子の数が多くなる。従って、ひとつの液晶分子に与えられるエネルギーが小さくなることも、応答速度が遅くなる一因として考えられる。

ところで、第２の電極部２１ｂに引き出し電極２１ｃが接続されている場合は、引き出し電極２１ｃと第２の電極２２との間の電位差に起因して、引き出し電極２１ｃと第２の電極２２との間にも電気力線が生じる。その結果、波面収差が大きくなりやすい。ここで、液晶素子１では、第２の電極部２１ｂが少なくとも液晶層１１が設けられた領域に配されている。このため、引き出し電極２１ｃに起因して発生する電気力線により液晶層１１内の液晶分子の配向が乱れにくい。従って、波面収差の増大を抑制することができる。

なお、従来、開口を有する第１の電極部と、開口の内部に配された第２の電極部とを有する第１の電極を用いる場合、第２の電極部は、液晶層が設けられた領域の一部に配されている。これは、隔壁の近傍に位置する液晶分子の配向が隔壁により拘束されるおそれがあるため、レンズとして機能する、第２の電極部が設けられた領域から隔壁を離すことにより波面収差の増大の抑制を図ろうとしていたためであると考えられる。また、第１の電極部の一部分と第２の電極とを、隔壁よりも誘電率が低い液晶層を介して対向させることにより、液晶素子の駆動電圧を低くできると考えられていたことも一因として挙げられる。従って、第２の電極部２１ｂを、少なくとも液晶層１１が設けられた領域の全体に設ける構成は、当業者には、容易に想到し得ない構成である。

本実施形態では、第２の電極２２が、少なくとも液晶層１１が設けられた領域の全体に設けられている。従って、波面収差を低減することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。

第１の実施形態では、第２の電極部２１ｂが設けられた領域と、液晶層１１が設けられた領域とが一致している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。例えば、図３に示すように、第２の電極部２１ｂは、液晶層１１が設けられた領域を含め、さらに広い領域に配されていてもよい。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。図５は、第３の実施形態における第２の電極の略図的平面図である。第３の実施形態では、図４に示されるように、第２の電極２２が第２の基板３２の液晶層１１側の主面の一部の上に配されている。第２の電極２２は、図５に示されるように、第１の電極部２１ａと同心の円形である。第２の電極２２には、引き出し電極２３が電気的に接続されている。

第２の電極２２の半径は、第２の電極部２１ｂの半径の２倍以下であることが好ましく、１．５倍以下であることがより好ましい。そうすることにより、液晶素子１の駆動電圧を低くすることができる。

１…液晶素子
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ…第１の電極部
２１ａ１…開口
２１ｂ…第２の電極部
２１ｃ、２３…引き出し電極
２２…第２の電極
３１…第１の基板
３１ａ…第１の基板の表面
３２…第２の基板
３２ａ…第２の基板の表面
３４…隔壁部材

Claims (3)

1. 液晶層と、
   開口を有する第１の電極部と、前記開口内に配された第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、
   を備え、
   前記第２の電極部は、円形であり、前記液晶層が設けられた領域よりも広い領域に配されている、液晶素子。
2. 前記第２の電極は、少なくとも前記液晶層が設けられた領域の全体に設けられている、請求項１に記載の液晶素子。
3. 前記第２の電極が前記第２の電極部と同心の円形であり、
   前記第２の電極の半径が前記第２の電極部の半径よりも大きく、且つ、２倍以下である、請求項１または２に記載の液晶素子。
   

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