JP6045458B2 - 液晶レンズ及び液晶レンズモジュール - Google Patents

Description

本発明は、レンズ及びレンズモジュールに関し、特に液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ
ｃｒｙｓｔａｌ ｌｅｎｓ）及び液晶レンズモジュールに関する。

液晶レンズは、バリフォーカルレンズ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｏｃａｌ
ｌｅｎｓ）であり、液晶層、二つの配向層及び二つの電極層を含む。配向層は、液晶層の両側にそれぞれ位置し、液晶層における液晶分子を所定の配列方式に有させるためのものである。電極層は、配向層の両側にそれぞれ位置する。

液晶レンズを使用する場合、電極層に電圧信号を与えることによって、液晶層の両側に位置する電極層は電界を生成する。上述した電界は、液晶層における液晶分子の偏向（ｄｅｆｌｅｃｔ）を制御することによって、配列後の液晶分子に光学レンズに類似する効果を生成させる。光が液晶レンズを透過すると、光は、液晶分子の配列方式によって影響を受けて光学レンズに類似する効果を生成する。

本発明は、光が通過すると、光学レンズに類似する効果を生成することができる液晶レンズ、及び隣接する二つの液晶レンズを含む液晶レンズモジュールを提供することを課題とする。

本発明に係る液晶レンズは、液晶層と、液晶層を挟持するための少なくとも二つの隣接する駆動電極板とを含む。各駆動電極板は、透明基板、配線層、絶縁層、電極層、導電柱及び配向層を含む。透明基板は、平面を有する。配線層は透明基板の平面の上に形成される。絶縁層は、配線層を被覆する。電極層は、絶縁層の上に形成される。導電柱は、絶縁層の内部に位置し、電極層及び配線層に接続される。配向層は液晶層に接触する。電極層は、配向層と絶縁層との間に位置する。少なくとも一つの駆動電極板の電極層は、少なくとも二つの環状電極を含む。少なくとも二つの環状電極のうちの一方の環状電極が他方の環状電極を囲繞する。各環状電極は、同じ幾何学的中心を有する。

本発明に係る液晶レンズモジュールは、隣接する二つの液晶レンズを含む。液晶レンズは、液晶層と、液晶層を挟持するための少なくとも二つの隣接する駆動電極板とを含む。各駆動電極板は、透明基板、配線層、絶縁層、電極層、導電柱及び配向層を含む。透明基板は、平面を有する。配線層は透明基板の平面の上に形成される。絶縁層は、配線層を被覆する。電極層は、絶縁層の上に形成される。導電柱は、絶縁層の内部に位置し、電極層及び配線層に接続される。配向層は液晶層に接触する。電極層は、配向層と絶縁層との間に位置する。少なくとも一つの駆動電極板の電極層は、少なくとも二つの環状電極を含む。少なくとも二つのうちの一方の環状電極が他方の環状電極を囲繞する。各環状電極は、同じ幾何学的中心を有する。

本発明に係る液晶レンズ及び液晶レンズモジュールにおいて、液晶レンズの駆動電極板は配線層及び電極層を含み、配線層が導電柱によって電極層に電気的に接続されている。これにより、配線層及び電極層は異なる層に位置するため、配線のレイアウトによる電極設計への制限を有効に低減することができる。

本発明の第１の実施例に係る液晶レンズの断面模式図である。 図１Ａにおける電極層のレイアウトの模式図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶レンズモジュールの断面模式図である。 本発明の第２の実施例に係る電極層の上面模式図である。

以下、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容をより分かりやすく説明し、本発明の理解を助けるために実施例を挙げたものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例も実施可能であることは、本発明の属する技術分野における当業者に自明なことである。

図１Ａは、本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ１０の断面模式図である。図１Ａに示すように、液晶レンズ１０は、液晶層１００、少なくとも二つの駆動電極板及び少なくとも一つの外部電源４００を含む。少なくとも二つの駆動電極板は、主駆動電極板２００及び補助駆動電極板３００である。主駆動電極板２００及び補助駆動電極板３００は、液晶層１００を挟持するように液晶層１００の両側にそれぞれ位置する。

詳しく説明すると、主駆動電極板２００は、透明基板２６０、配線層２５０、複数の導電柱４００、絶縁層２３０、電極層２２０及び配向層２１０を含む。透明基板２６０は平面２６２を有する。配線層２５０は、透明基板２６０の平面２６２の上に形成される。配線層２５０は、二つの配線２５２ａ、２５２ｂを含む。絶縁層２３０は、配線同士の間の短絡を防ぐように配線層２５０及び透明基板２６０の平面２６２を被覆する。電極層２２０は絶縁層２３０の上に位置する。電極層２２０は、少なくとも二つの環状電極２２２ａ、２２２ｂを含む。言い換えれば、環状電極の数量は配線の数量に等しい。また、環状電極２２２ｂは環状電極２２２ａを囲繞する。これらの環状電極は同じ幾何学的中心Ｃを有する。環状電極２２２ｂと環状電極２２２ａとの間のピッチは０．１ｍｍである。また、本発明において、環状電極２２ｂと環状電極２２２ａとの間のピッチは特に限定されていない。

導電柱２４０は、絶縁層２３０の内部に位置し、電極層２２０及び配線層２５０に電気的に接続される。環状電極２２２ａは導電柱２４０を介して配線２５２ａに電気的に接続され、環状電極２２２ｂは導電柱２４０を介して配線２５２ｂに電気的に接続される。言い換えれば、本実施例において、配線２５２ａ、２５２ｂ及び環状電極２２２ａ、２２２ｂは、異なる層にそれぞれ位置する。これにより、配線２５２ａ、２５２ｂのレイアウトによる環状電極２２２ａ、２２２ｂに対する設計制限を低減することができる。

図１Ｂは、図１Ａにおける電極層２２０のレイアウトの模式図である。図１Ｂにおいて、本実施例に係る主駆動電極板２２０における環状電極２２２ａ、２２２ｂについて説明するため、電極層２２０、配線層２５０、透明基板２６０及び外部電源４００のみを示す。また、図１Ａに示す液晶レンズ１０は、図１ＢにおけるＡ−Ａ断線に沿って描かれたものである。

図１Ｂに示すように、環状電極２２２ｂは環状電極２２２ａを囲繞する。環状電極２２２ａ及び環状電極２２２ｂは、共同の幾何学的中心Ｃを有する。環状電極２２２ａは配線層の配線２５２ａに電気的に接続され、環状電極２２２ｂは配線層の配線２５２ｂに電気的に接続される。配線２５２ａ及び配線２５２ｂは、環状電極２２２ａ、２２２ｂの幾何学的中心Ｃを中心として等角で配置される。本実施例において、配線の数量は二つであるため、配線２５２ａ及び配線２５２ｂとの間の夾角θは１８０度である。また、配線２５２ａ及び配線２５２ｂは等角で配置されるため、配線２５２ａ、２５２ｂが一側に集中せずに異なる方位から電源に接続される。外部電源４００が環状電極２２２ａ、２２２ｂに電圧を供給する場合、電圧が集中することによる電界不均一の現象を低減することができる。

再び図１Ａを参照しながら説明する。配向層２１０は、絶縁層２３０及び電極層２２０を被覆するように絶縁層２３０の上に位置する。環状電極２２２ａ、２２２ｂは、絶縁層２３０と配向層２１０との間に位置する。配向層２１０は、液晶層１００に接触することによって、液晶層１００における液晶分子１１０を所定の配列方式に有する。

補助駆動電極板３００の構造は主駆動電極板２００の構造とほぼ同じである。補助駆動電極板３００は、透明基板３６０、配線層３５０、複数の導電柱３４０、絶縁層３３０、電極層３２０及び配向層３１０を含む。補助駆動電極板３００の構造は主駆動電極板２００の構造とほぼ同じであるため、ここで各層の配列方式の説明を省略する。また、主駆動電極板２００との相違点としては、本実施例において、電極層３２０が一つの電極３２２のみを含み、配線層３５０が一つの配線３５２のみを含むことである。電極３２２は導電柱３４０を介して配線３５０に電気的に接続される。本実施例において、配線３５２と電極３２２が異なる層にそれぞれ位置するため、配線３５２のレイアウトによる電極３２２に対する設計制限を低減することができる。

外部電源４００は、配線層２５０、３５０に電気的に接続され、配線３５２を介して電極３２２を制御する。配線２５２ａ、２５２ｂを介して環状電極２２２ａ、２２２ｂを制御することによって、電極３２２と環状電極２２２ａ、２２２ｂとの間に電界を生成し、液晶層１００における液晶分子１１０を偏向させるように液晶層１００における液晶分子１１０を駆動する。図１Ａに示すように、本実施例において、電極層２２０の電極は環状であるため、電圧印加後、液晶分子１１０の屈折率が変えられたことによって、凸レンズに類似する効果を得られる。また、印加する電圧の大きさによって液晶分子１１０の配列の曲率（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を調整することができる。

また、他の実施例において、電極３２２は環状電極であってもよく、また、電極３２２の数量は一つ以上であってもよく、特に制限がない。配線３５２の数量は、電極３２２の数量と同じであってもよい。また、電極３２２が環状電極である場合、配線３５２のレイアウト方式は主駆動電極板２００の場合と同じであってもよい。

図１Ｃは、本発明の第１の実施例に係る液晶レンズモジュール１の断面模式図である。実際の操作の場合、単一の液晶レンズ１０が複屈折率（cｏｍｐｌｅｘ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）の問題をあるため、ユーザーは液晶レンズモジュール１を利用することによって複屈折率の問題を改善することができる。図１Ｃに示すように、本実施例において、液晶レンズモジュール１は、並列して隣接する二つの液晶レンズ１０を含む。他の実施例において、二つの液晶レンズ１０は、光の伝送経路に位置する。

液晶レンズ１０の構造については上記の説明と同じであるため、ここでその説明を省略する。実際の応用において、二つの液晶レンズ１０における液晶分子を異なる形式に配列させるように、外部電源４００により二つの液晶レンズ１０における液晶分子を駆動する。例を挙げて説明すると、外部電源４００は、光源に近い一方の液晶レンズ１０を、液晶分子１１０の屈折率を変えることによって凹レンズに類似する効果を奏するように制御する。一方、外部電源４００は、液晶レンズ１０に遠い他方の液晶レンズ１０を、液晶分子１１０の屈折率を変えることによって凸レンズに類似する効果を奏するように制御する。これにより、複屈折率の問題を解消することができる。また、他の実施例において、複屈折率の問題を解消するために、液晶レンズモジュールは一つの液晶レンズ及び一つの偏光板（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）のみを含むようにしてもよいが、これに限定されていない。

また、液晶レンズは、液晶の偏向を変えることによって光に光学レンズに類似する効果を生成させる。本実施例において、光が液晶レンズ１０を通過するように、液晶レンズ１０の各層の構造は透明の材料を使用する。例を挙げて説明すると、絶縁層２３０、３３０の材料は、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、樹脂、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、他の有機絶縁材料若しくは他の無機絶縁材料などであってもよい。配向層２１０、３１０の材料はポリイミドであってもよい。

また、配線２５２ａ、２５２ｂ、３５２、電極２２２ａ、２２２ｂ、３２２及び導電柱２４０、３４０の材料は、例えば金、銅、アルミニウム、他の導電金属若しくは他の導電合金であってもよく、クロムー銅、モリブデンーアルミニウムーモリブデンなどの複数層の異なる金属で形成された複合導電層であってもよい。また、配線２５２ａ、２５２ｂ、３５２、電極２２２ａ、２２２ｂ、３２２及び導電柱２４０、３４０の材料は、透光性を有する透明導電材料であってもよく、例えばインジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）などであってもよいが、これに限定されていない。

また、液晶レンズ１０の各層の構造の厚さも、光が液晶レンズ１０を通過する効果及び液晶分子１１０の偏向を駆動するための電界の大きさに影響を与える。本実施例において、絶縁層２３０、３３０の厚さは２０ｎｍ〜２５ｎｍであり、配向層２１０、３１０の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍであるが、これに限定されていない。

図２は、本発明の第２の実施例に係る電極層２２０’の上面模式図である。第１の実施例との相違点としては、第２の実施例において、電極層２２０’が複数の環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄを含み、配線層２５０’が複数の配線２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄを含むことである（図２において、四つの環状電極及び四つの配線を例として説明する）。環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄは、導電柱を介して配線２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄに電気的に接続される。外部電源４００’は、配線２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄに電気的に接続されており、環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄに電圧を供給することによって、液晶分子１１０の偏向を駆動する。

図２に示すように、環状電極２２２’ｄは環状電極２２２’ｃを囲繞し、環状電極２２２’ｃは環状電極２２２’ｂを囲繞し、環状電極２２２’ｂは環状電極２２２’ａを囲繞する。言い換えれば、環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄは共同の幾何学的中心Ｃ’を有する。配線２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄは、幾何学的中心Ｃ’を中心として等角で配置される。言い換えれば、配線の数量が四つであるため、隣接する二つの配線同士間の夾角θ’は９０度である。同様に、環状電極の数量がｎ個である場合、隣接する二つの配線同士間の夾角θ’は３６０／ｎ度である。ここで、ｎは正整数であり、且つ２よりも大きい。

また、配線２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄは等角で配置されるため、ある一側のみに集中することなく、異なる方位から電源供給に接続される。外部電源４００は、環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄに電圧を供給する場合、電圧集中による電界不均一の現象を低減することができる。また、本実施例において、環状電極２２２’ａ、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄのピッチは、何れも０．１ｍｍである。しかしながら、他の実施例において、隣接する各二つの環状電極のピッチは異なるようにしてもよく、異なるレンズのニーズに応じて設計すればよく、特に限定がない。

上述したように、本発明は、液晶レンズ及び液晶レンズモジュールを提供する。液晶レンズは、主駆動電極板を含む。主駆動電極板は配線層及び電極層を含む。配線層は、導電柱によって電極層に電気的に接続される。配線層は二つの配線を含む。電極層は二つの環状電極を含む。配線層及び電極層は異なる層に位置するため、配線のレイアウトによる電極設計への制限を有効に低減することができる。また、配線は電極の幾何学的中心を中心として等角で配置されるため、ある一側のみに集中しない。外部電源は、環状電極に電圧を供給する場合、電圧集中による電界不均一の現象を低減することができる。

上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。

１ 液晶レンズモジュール
１０ 液晶レンズ
１００ 液晶層
１１０ 液晶分子
２００ 主駆動電極板
２１０、３１０ 配向層
２２０、３２０、２２０’ 電極層
２２２ａ、２２２ｂ、２２２ａ’、２２２’ｂ、２２２’ｃ、２２２’ｄ 環状電極
２３０、３３０ 絶縁層
２４０、３４０ 導電柱
２５０、３５０ 配線層
２５２ａ、２５２ｂ、３５２、２５２’ａ、２５２’ｂ、２５２’ｃ、２５２’ｄ 配線
２６０、３６０、２６０’ 透明基板
２６２、３６２ 平面
３００ 補助駆動電極板
３２２ 電極
４００、４００’ 外部電源
Ｃ、Ｃ’ 幾何学的中心
θ、θ’ 夾角

Claims (6)

1. 液晶層と、
   前記液晶層を挟持するための少なくとも二つの隣接する駆動電極板と、
   を含み、
   各駆動電極板は、
   平面を有する透明基板と、
   前記透明基板の平面の上に形成される配線層と、
   厚さは２０ｎｍ〜２５ｎｍであり、前記配線層を被覆する絶縁層と、
   前記絶縁層の上に形成される電極層と、
   前記絶縁層の内部に位置し、前記電極層及び前記配線層に接続される少なくとも一つの導電柱と、
   前記液晶層に接触する配向層と、
   を含み、
   前記電極層は、前記配向層と前記絶縁層との間に位置し、
   少なくとも一つの主駆動電極板である前記駆動電極板の電極層は、少なくとも二つの環状電極を含み、
   前記少なくとも二つの環状電極のうちの一方の環状電極が他方の環状電極を囲繞し、
   各環状電極は、同じ幾何学的中心を有し、
   前記主駆動電極板の前記配線層は、ｎ個環状電極及びｎ個配線を含み、
   各環状電極のそれぞれは、ｎ個配線のうちの一つの前記配線に独立的に接続され、
   各配線は、各環状電極の幾何学的中心を中心として等角で配置され、
   隣接する二つの配線同士間の夾角θは３６０／ｎ度であり、
   ここで、ｎは正整数であり、且つ４以上であることを特徴とする液晶レンズ。
2. 各駆動電極板の前記配向層の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍ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. 隣接する二つの前記環状電極のピッチは０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
4. 光線の伝送経路に位置する二つの液晶レンズを含み、
   各液晶レンズは、
   液晶層と、
   前記液晶層を挟持するための少なくとも二つの隣接する駆動電極板と、
   を含み、
   各駆動電極板は、
   平面を有する透明基板と、
   前記透明基板の平面の上に形成される配線層と、
   厚さは２０ｎｍ〜２５ｎｍであり、前記配線層を被覆する絶縁層と、
   前記絶縁層の上に形成される電極層と、
   前記絶縁層の内部に位置し、前記電極層及び前記配線層に接続される少なくとも一つの導電柱と、
   前記液晶層に接触する配向層と、
   を含み、
   前記電極層は、前記配向層と前記絶縁層との間に位置し、
   少なくとも一つの主駆動電極板である前記駆動電極板の電極層は、少なくとも二つの環状電極を含み、
   前記少なくとも二つの環状電極のうちの一方の環状電極が他方の環状電極を囲繞し、
   各環状電極は、同じ幾何学的中心を有し、
   前記主駆動電極板の前記配線層は、ｎ個環状電極及びｎ個配線を含み、
   各環状電極のそれぞれは、ｎ個配線のうちの一つの前記配線に独立的に接続され、
   各配線は、各環状電極の幾何学的中心を中心として等角で配置され、
   隣接する二つの配線同士間の夾角θは３６０／ｎ度であり、
   ここで、ｎは正整数であり、且つ４以上であることを特徴とする液晶レンズモジュール。
5. 各駆動電極板の前記配向層の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズモジュール。
6. 隣接する二つの前記環状電極のピッチは０．１ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の液晶レンズモジュール。