JP5836822B2 - LCD lens - Google Patents
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Description
本発明は、液晶レンズに関する。 The present invention relates to a liquid crystal lens.
近年、特許文献1等に記載のような液晶レンズに対する注目が高まってきている。液晶レンズでは、液晶層に印加する電圧を変化させ、液晶層の屈折率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。このため、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。
In recent years, attention has been paid to liquid crystal lenses as described in
液晶レンズの適用用途を拡大していくにあたっては、液晶レンズの波面収差を改善することが重要となる。 In expanding the application of the liquid crystal lens, it is important to improve the wavefront aberration of the liquid crystal lens.
本発明は、波面収差の小さな液晶レンズを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal lens having a small wavefront aberration.
本発明に係る液晶レンズは、対向して配された一対の主壁部と、側壁部と、液晶層とを備える。側壁部は、一対の主壁部の間に配されている。側壁部は、一対の主壁部と共に円柱状の内部空間を区画形成している。液晶層は、内部空間内に配されている。側壁部には、内部空間に連通する連通孔が形成されている。平面視において、連通孔の中心軸の延長線上に内部空間の中心が位置しないように連通孔が設けられている。 The liquid crystal lens according to the present invention includes a pair of main wall portions, side wall portions, and a liquid crystal layer that are arranged to face each other. The side wall portion is disposed between the pair of main wall portions. The side wall section defines a cylindrical internal space together with the pair of main wall sections. The liquid crystal layer is disposed in the internal space. A communication hole communicating with the internal space is formed in the side wall portion. In plan view, the communication hole is provided so that the center of the internal space is not located on the extended line of the central axis of the communication hole.
平面視において、連通孔が、内部空間を形成している側壁部の内壁面と連通孔の一方の側面との接続部における接線の延びる方向に沿って延びるように設けられていることが好ましい。 In plan view, it is preferable that the communication hole is provided so as to extend along a direction in which a tangent extends at a connection portion between the inner wall surface of the side wall portion forming the internal space and one side surface of the communication hole.
液晶層は、連通孔の少なくとも内部空間側の部分にも設けられていてもよい。 The liquid crystal layer may be provided also at least on the inner space side portion of the communication hole.
本発明によれば、波面収差の小さな液晶レンズを提供することができる。 According to the present invention, a liquid crystal lens having a small wavefront aberration can be provided.
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。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
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。 Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described, and the ratio of the dimensions of the objects drawn in the drawings may be different from the ratio of the dimensions of the actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.
図1に、本実施形態における液晶レンズの略図的分解斜視図を示す。図2に、本実施形態における液晶層及び連通孔の模式的平面図を示す。 FIG. 1 shows a schematic exploded perspective view of a liquid crystal lens in the present embodiment. FIG. 2 shows a schematic plan view of the liquid crystal layer and the communication hole in the present embodiment.
図1に示すように、液晶レンズ1は、素子本体10を備えている。素子本体10は、一の方向に沿って積層された複数のガラス板11a〜11dを有する。隣り合うガラス板11a〜11dは、対向している。本実施形態において、ガラス板11a〜11dは、主壁部を構成している。
As shown in FIG. 1, the
ガラス板11aと、ガラス板11dとのそれぞれの内側主面の上には、図示しない電極と電極の上に設けられた配向膜とが形成されている。一方、ガラス板11b、11cの両主面の上には、配向膜が形成されている。ガラス板11b、11cと配向膜との間にも電極が形成されていてもよい。
An electrode (not shown) and an alignment film provided on the electrode are formed on the inner main surfaces of the
ガラス板11a〜11dのそれぞれの厚みは、特に限定されない。ガラス板11a〜11dの厚みは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。通常は、上下に位置するガラス板11a、11dが相対的に厚く、中央に位置するガラス板11b、11cが相対的に薄い。ガラス板11a、11dの厚みは、50μm〜500μmであることが好ましく、100μm〜300μmであることがより好ましい。ガラス板11b、11cの厚みは、10μm〜400μmであることが好ましく、20μm〜200μmであることがより好ましい。
Each thickness of
積層方向に隣接するガラス板11a〜11dの間のそれぞれには、側壁部12が配されている。この側壁部12と、主壁部を構成しているガラス板11a〜11dとにより、複数の内部空間18が区画形成されている。内部空間18は、円柱状である。複数の内部空間18のそれぞれには液晶層16が設けられている。液晶層16には、ガラス板11aの上に設けられた電極と、ガラス板11dの上に設けられた電極とにより電圧が印加される。これにより、液晶層16の屈折率が変化する。その結果、液晶レンズ1のレンズパワーが変化する。
側壁部12の厚みは、形成しようとする液晶層16の厚みに応じて適宜設定することができる。側壁部12の厚みは、例えば、10μm〜1000μm程度とすることができる。液晶レンズ1の高速応答性を高める観点からは、液晶層16が薄いことが好ましい。よって、側壁部12の厚みは、900μm以下であることが好ましく、800μm以下であることがより好ましい。
The thickness of the
具体的には、液晶レンズ1では、複数の側壁部12のそれぞれは、第1の側壁部12aと、第2の側壁部12bと、第3の側壁部12cとを有する。第1の側壁部12aは、ガラスまたは金属からなる。一方、第2及び第3の側壁部12b、12cは、それぞれ、樹脂からなる。第2及び第3の側壁部12b、12cのそれぞれは、例えば、紫外線硬化型樹脂接着剤の硬化物等の樹脂接着剤の硬化物と、硬化物中に分散した球状粒子とを含んでいてもよい。第1の側壁部12aは、ガラス板11a〜11dと、第2または第3の側壁部12b、12cにより接着されている。
Specifically, in the
第2及び第3の側壁部12b、12cのそれぞれの厚みは、第1の側壁部12aと同じかそれよりも薄いことが好ましい。第2及び第3の側壁部12b、12cのそれぞれの厚みは、第1の側壁部12aの厚みの0.9倍以下であることがより好ましい。但し、第2及び第3の側壁部12b、12cの厚みが薄すぎると、側壁部12とガラス板11a〜11dとの間の接合強度が低くなりすぎる場合がある。従って、第2及び第3の側壁部12b、12cのそれぞれの厚みは、第1の側壁部12aの厚みの0.1倍以上であることが好ましく、0.2倍以上であることがより好ましい。
It is preferable that the thickness of each of the second and third
具体的には、第1の側壁部12aの厚みは、10μm〜400μmであることが好ましく、20μm〜200μmであることがより好ましい。側壁部12の厚みに対する第1の側壁部12aの厚みの比((第1の側壁部12aの厚み)/(側壁部12の厚み))は、0.33〜0.83であることが好ましく、0.40〜0.80であることがより好ましい。第2の側壁部12b及び第3の側壁部12cの厚みは、それぞれ10μm〜400μmであることが好ましく、10μm〜200μmであることがより好ましい。
Specifically, the thickness of the first
なお、側壁部12は、例えば以下の要領で作製することができる。すなわち、ガラス板11aの上に第2の側壁部12bを形成するための紫外線硬化型樹脂接着剤を印刷する。次に、第1の側壁部12aを載置する。次に、第1の側壁部12a及びガラス板11bのうちの少なくとも一方の上に第3の側壁部12cを形成するための紫外線硬化型樹脂接着剤を印刷する。その後、ガラス板11bと第1の側壁部12aとを重ね、加圧した状態で紫外線を照射し、接着剤を硬化することにより第2及び第3の側壁部12b、12cを硬化させ、側壁部12を完成させることができる。
In addition, the
側壁部12には、内部空間18に連通している連通孔17が設けられている。連通孔17は、内部空間18に液晶を注入するために使用された液晶注入孔である。連通孔17は、図示しない封止材により封止されている。連通孔17の少なくとも内部空間18側の部分にも、液晶層16が設けられている。連通孔17の全体に液晶層16が設けられていてもよい。
The
液晶レンズ1では、連通孔17は、第2の側壁部12bと第3の側壁部12cとのそれぞれに設けられており、第1の側壁部12aには設けられていない。このように、連通孔は、側壁部の厚み方向における一部に設けられていてもよい。また、連通孔は、側壁部の厚み方向における全体に設けられていてもよい。連通孔は、第2の側壁部と第3の側壁部との一方にのみ設けられていてもよい。
In the
連通孔17の横断面形状は、特に限定されない。液晶レンズ1では、連通孔17の横断面形状は、矩形状である。
The cross-sectional shape of the
図2に示すように、連通孔17は、平面視において、連通孔17の中心軸L1の延長線上に内部空間18の中心Cが位置しないように設けられている。即ち、内部空間18の連通孔17との接続部と内部空間18の中心Cとを通過する直線L3と、連通孔17の中心軸L1とが同一直線上に位置せず、傾斜するように連通孔17が設けられている。特に、液晶レンズ1では、連通孔17は、平面視において、内部空間18を形成している側壁部12の内壁面12dと連通孔17との接続部における接線L2の延びる方向に沿って延びるように設けられていることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
ところで、液晶注入孔として用いられる連通孔は、一般的には、液晶注入効率や液晶レンズの剛性等を考慮して最も短くなるように設けられる。具体的には、図3に示すように、連通孔117は、内部空間118の径方向に沿って延びるように設けられるのが一般的である。
By the way, the communication hole used as the liquid crystal injection hole is generally provided to be the shortest in consideration of the liquid crystal injection efficiency, the rigidity of the liquid crystal lens, and the like. Specifically, as shown in FIG. 3, the
しかしながら、本発明者らが鋭意研究した結果、連通孔117を内部空間118の径方向に沿って延びるように設けた場合、波面収差が大きくなることが見出された。また、本発明者らがさらに鋭意研究した結果、液晶レンズ1のように、平面視において、連通孔17の中心軸L1の延長線上に、内部空間18の中心Cが位置しないように連通孔17を設けた場合は、波面収差が小さくなることが見出された。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。
However, as a result of intensive studies by the present inventors, it was found that when the
液晶レンズにおいて、液晶分子の配向は、印加される電界と、その液晶分子の近傍の液晶分子の配向との両方が影響するものと考えられる。このため、印加される電界のみを考慮すれば、液晶層において光軸からの距離が等しい箇所における液晶分子の配向方向は等しくなるはずであるが、実際は、異なる場合もある。 In a liquid crystal lens, the orientation of liquid crystal molecules is considered to be affected by both the applied electric field and the orientation of liquid crystal molecules in the vicinity of the liquid crystal molecules. For this reason, if only the applied electric field is taken into consideration, the alignment directions of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer at the same distance from the optical axis should be equal, but in reality, they may be different.
例えば、内部空間の周縁部の連通孔が設けられていない部分に位置する液晶分子の径方向の外側には、液晶分子があまり存在しないものの、内部空間の周縁部の連通孔が設けられた部分に位置する液晶分子の径方向の外側には、多くの液晶分子が存在する。このため、内部空間の周縁部の連通孔が設けられていない部分に位置する液晶分子の配向と、内部空間の周縁部の連通孔が設けられた部分に位置する液晶分子の配向とは相互に異なる。このことから、液晶層の光軸から端縁までの距離が、周方向においてばらついていると、液晶層の周縁部における液晶分子の配向にもばらつきが生じる。その結果、波面収差が悪化するものと考えられる。従って、図3に示すように、連通孔が半径方向に沿って延びるように設けられている場合は、連通孔が設けられている部分と、連通孔が設けられていない部分とで液晶層の光軸から端縁までの距離が大きく異なることとなるため、波面収差が大きくなるものと考えられる。 For example, a portion where liquid crystal molecules are not present on the outer side in the radial direction of the liquid crystal molecules located in a portion where the communication holes at the peripheral edge of the internal space are not provided, but a communication hole at the peripheral portion of the internal space is provided Many liquid crystal molecules exist outside the radial direction of the liquid crystal molecules located in the region. For this reason, the alignment of the liquid crystal molecules located in the portion of the inner space where the communication hole is not provided and the alignment of the liquid crystal molecules located in the portion of the inner space where the communication hole is provided are mutually Different. For this reason, if the distance from the optical axis to the edge of the liquid crystal layer varies in the circumferential direction, the alignment of the liquid crystal molecules at the periphery of the liquid crystal layer also varies. As a result, it is considered that the wavefront aberration is deteriorated. Therefore, as shown in FIG. 3, when the communication hole is provided so as to extend in the radial direction, the liquid crystal layer is divided into a portion where the communication hole is provided and a portion where the communication hole is not provided. Since the distance from the optical axis to the edge is greatly different, it is considered that the wavefront aberration increases.
それに対して図2に示すように液晶レンズ1では、平面視において、連通孔17の中心軸L1の延長線上に内部空間18の中心Cが位置しないように連通孔17が設けられている。このため、中心Cから液晶層16の端縁までの距離のばらつきを小さくすることができる。その結果、波面収差が小さくなるものと考えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, in the
特に、連通孔17が、平面視において、内部空間18を形成する側壁部12の内壁面12dと連通孔17の一方の側面17aとの接続部19における接線L2の延びる方向に沿って延びている場合、即ち、中心軸L1が接線L2と平行な場合は、中心Cから液晶層16の端縁までの距離のばらつきをより小さくすることができる。その結果、波面収差がより小さくなるものと考えられる。
In particular, the
また、中心Cから液晶層16の端縁までの距離のばらつきをさらに小さくする観点からは、連通孔17の幅Wは、1mm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、300μm以下であることがさらに好ましい。
Further, from the viewpoint of further reducing the variation in the distance from the center C to the edge of the
なお、上記実施形態では、液晶レンズが複数の液晶層を有す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。本発明において、液晶レンズは、ひとつの液晶層を有していてもよい。 In the above embodiment, the example in which the liquid crystal lens has a plurality of liquid crystal layers has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. In the present invention, the liquid crystal lens may have one liquid crystal layer.
1…液晶レンズ
L1…連通孔の中心軸
L2…接線
L3…直線
9…液晶レンズ
10…素子本体
11a〜11d…ガラス板
12…側壁部
12a…第1の側壁部
12b…第2の側壁部
12c…第3の側壁部
16…液晶層
17…連通孔
18…内部空間
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記一対の主壁部の間に配されており、前記一対の主壁部と共に円柱状の内部空間を区画形成している側壁部と、
前記内部空間内に配された液晶層と、
を備え、
前記側壁部には、前記内部空間に連通する連通孔が形成されており、
平面視において、前記連通孔の中心軸の延長線上に前記内部空間の中心が位置しないように前記連通孔が設けられており、且つ、前記連通孔が、前記内部空間を形成している前記側壁部の内壁面と前記連通孔の一方の側面との接続部における接線の延びる方向に沿って延びるように設けられている、液晶レンズ。 A pair of main walls disposed opposite to each other;
A side wall portion disposed between the pair of main wall portions and defining a cylindrical internal space together with the pair of main wall portions;
A liquid crystal layer disposed in the internal space;
With
In the side wall portion, a communication hole communicating with the internal space is formed,
The side wall in which the communication hole is provided so that the center of the internal space is not located on an extension line of the central axis of the communication hole in plan view , and the communication hole forms the internal space A liquid crystal lens provided so as to extend along a direction in which a tangent extends in a connection portion between the inner wall surface of the portion and one side surface of the communication hole .
The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is also provided at least in a portion of the communication hole on the inner space side.
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