JP6475808B2 - ズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造 - Google Patents

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Description

本発明は、ズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造に関し、特に球面レンズ又は非球面の特性を発揮することができる液晶レンズ構造、並びに当該液晶レンズ構造を使用したズーム液晶レンズユニットに関する。
一般的に、液晶レンズ構造は焦点距離を調整することのできるレンズである。液晶レンズ構造は液晶層及び液晶層の両側に設けられた１対の電極セットを含む。また、液晶層と２組の電極セットのそれぞれとの間に設けられた配向層を含んでもよい。２組の電極セットが外部回路から印加される駆動電圧を受けることによって、液晶層における液晶分子が電場によって駆動されて配向変化し、光学レンズ効果に類似するモードを有するように配列される。これにより、光は、液晶レンズ構造を通過した場合、液晶分子が配列する方式の影響を受け、焦点を合わせたり発散させたりする光学効果を奏する。
また、複数の液晶レンズ構造が互いに組み合わされて形成された液晶レンズでは、更に、各液晶レンズ構造における液晶層の液晶分子の配向変化のモードを調整することによって、ズーム（ｚｏｏｍ−ｉｎ／ｚｏｏｍ−ｏｕｔ）の効果を達成することができる。
しかしながら、既存の液晶レンズ構造では、球面レンズの効果しか奏することができない問題があった。
上述した課題を解決するために、本発明は、ズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造を提供する。本発明に係る液晶レンズ構造は、第２の電極セットが少なくとも２つの電極構造を含む。本発明に係る液晶レンズ構造では、２つの電極構造を組み合わせて用いることでマトリックス式電場を生成することによって、球面及び非球面の液晶特性を同時に発揮することができる。
１つの実施例において、本発明に係る液晶レンズ構造は、第１の電極セット、第２の電極セット及び液晶層を含む。液晶層は、第１の電極セットと第２の電極セットとの間に設けられる。第２の電極セットは、第１の電極構造及び第２の電極構造を含む。第１の電極構造は、第１の透明絶縁層及び第１の透明絶縁層に設けられた第１の電極層を含む。第２の電極構造は、第２の透明絶縁層及び第２の透明絶縁層に設けられた第２の電極層を含む。第１の電極層は、複数の第１の導電配線を含む。第２の電極層は、複数の第２の導電配線を含む。液晶層に対してマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線と第２の導電配線とは、互いに分離すると共に交差するように設けられる。
他の実施例において、本発明に係る液晶レンズ構造は、第１の電極セット、第２の電極セット及び液晶層を含む。第２の電極セットは、複数の第１の導電配線及び複数の第１の導電配線と互いに分離された複数の第２の導電配線を含む。液晶層は、第１の電極セットと第２の電極セットとの間に設けられる。各第１の導電配線は、複数の第１の対応点を有する。各第２の導電配線は、複数の第２の対応点を有する。液晶層に対して複数の検出ポイントを有するマトリックス式電場を提供するように、複数の第１の導電配線における複数の第１の対応点と複数の第２の導電配線における複数の第２の対応点とは、互いに組み合わされる。各検出ポイントは、２つの互いに対応する第１の対応点と第２の対応点とから成る。
更に他の実施例において、本発明に係るズーム液晶レンズユニットは、２つの液晶レンズ構造を含む。２つの液晶レンズ構造はそれぞれ第１の電極セット、第２の電極セット、及び液晶層を含む。液晶層は、第１の電極セットと第２の電極セットとの間に設けられる。第２の電極セットは、第１の電極構造及び第２の電極構造を含む。第１の電極構造は、第１の透明絶縁層及び第１の透明絶縁層に設けられた第１の電極層を含む。第２の電極構造は、第２の透明絶縁層及び第２の透明絶縁層に設けられた第２の電極層を含む。第１の電極層は、複数の第１の導電配線を含む。第２の電極層は、複数の第２の導電配線を含む。液晶層に対してマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線と第２の導電配線とは、互いに分離すると共に交差するように設けられる。
本発明に係るズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造は、「第１の電極層が複数の第１の導電配線を含み、第２の電極層が複数の第２の導電配線を含み、液晶層に対してマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線と第２の導電配線とが互いに分離すると共に交差するように設けられる」という技術的特徴と、「各第１の導電配線が複数の第１の対応点を有し、各第２の導電配線が複数の第２の対応点を有し、液晶層に対して複数の検出ポイントを有するマトリックス式電場を提供するように、複数の第１の導電配線における複数の第１の対応点と複数の第２の導電配線における複数の第２の対応点とが互いに組み合わされると共に、各検出ポイントが２つの互いに対応する第１の対応点と第２の対応点とから成る」という技術的特徴とにより、マトリックス式電場の各検出ポイントの電場強度を調整することで、対応する液晶層における液晶分子の配向変化の程度及び方向を調整することができるため、液晶レンズ構造における異なる位置の屈折率を制御することができる。従って、本発明に係るズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造は、球面又は非球面レンズの効果を奏することができる。
本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造を示す断面図である。 本発明の他の実施例に係る液晶レンズ構造を示す断面図である。 本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造の第１の電極セット及び第２の電極セットを示す分解斜視図である。 本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造の第１の導電配線及び第２の導電配線の相互の組み合わせを示す図である。 本発明の１つの実施例における液晶層が第１の電極セット及び第２の電極セットによって生成されたマトリックス式電場の影響を受けて得られた屈折率の変化曲線である。 本発明の他の実施例における液晶層が第１の電極セット及び第２の電極セットによって生成されたマトリックス式電場の影響を受けて得られた屈折率の変化曲線である。 本発明の実施例に係るズーム液晶レンズユニットを示す断面図である。
本発明の特徴及び技術内容を更に理解できるように、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、図面は説明の便宜上及び参考のために使用するに過ぎず、本発明を制限するものではない。
以下、特定の具体的な実施例に基づいて、本発明に係るズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造の実施形態を説明する。当業者は、本明細書の記載内容に基づいて本発明の利点及び効果を理解することができる。本発明は、他の異なる具体的な実施例によって実施又は応用することが可能であり、本明細書の各細部についても異なる観点及び応用に基づいて、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の修正及び変更を施すことが可能である。また、本発明の図面は説明を簡略化するためのものであって、実際の寸法によって描画されたものではない。以下の実施形態において、本発明の関連技術内容を詳細に説明するが、その内容は本発明の技術範囲を制限するものではない。
先ず、図１を用いて説明する。図１は、本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造を示す断面図である。図１に示すように、液晶レンズ構造Ｌは、第１の電極セット２、第２の電極セット３及び液晶層１を含む。液晶層１は、第１の電極セット２と第２の電極セット３との間に設けられる。図１に示す実施例において、第１の電極セット２は液晶層１の下方に設けられ、第２の電極セット３は液晶層１の上方に設けられる。
この他に、本発明に係る液晶レンズ構造Ｌは、第１の配向層４１及び第２の配向層４２を更に含んでもよい。第１の配向層４１は、第１の電極セット２と液晶層１との間に設けられる。第２の配向層４２は、第２の電極セット３と液晶層１との間に設けられる。第１の配向層４１及び第２の配向層４２の主な機能は、液晶層１における液晶分子の配列方向を一致させることで、液晶分子が良好な回転効果を奏するようにすることである。
次いで、第１の電極セット２は、透明絶縁層２１及び電極層２２を含む。電極層２２は、透明絶縁層２１に設けられる。具体的には、第１の電極セット２は、基板としての透明絶縁層２１及び導電配線から成る電極層２２を含む。第２の電極セット３は、第１の電極構造３１及び第２の電極構造３２を含む。第１の電極構造３１は、第１の透明絶縁層３１１及び第１の透明絶縁層３１１に設けられた第１の電極層３１２を含む。第２の電極構造３２は、第２の透明絶縁層３２１及び第２の透明絶縁層３２１に設けられた第２の電極層３２２を含む。
換言すれば、図１に示す実施例において、第１の電極セット２は、単一の基板（透明絶縁層２１）及び単一の導電配線（電極層２２）構造のみを含み、第２の電極セット３は、２つの基板及び２つの導電配線構造を含む。即ち、第２の電極セット３の第１の電極構造３１及び第２の電極構造３２は、それぞれ一つの基板及び一つの導電配線構造である。
図１に示す実施例において、第１の電極層３１２は、第１の透明絶縁層３１１と第２の透明絶縁層３２１との間に設けられ、第２の電極層３２２は、第２の透明絶縁層３２１と液晶層１との間に設けられる。換言すれば、液晶層１寄りから液晶層１から離れる方向に向かって、第２の電極セット３における各層構造の配列順序は、第２の電極層３２２、第２の透明絶縁層３２１、第１の電極層３１２、第１の透明絶縁層３１１となっている。しかしながら、本発明において、第２の電極セット３における各層構造の配列順序は、これに限定されない。例えば、液晶層１寄りから液晶層１から離れる方向に向かって、第２の電極セット３における各層構造の配列順序は、第２の透明絶縁層３２１、第２の電極層３２２、第１の透明絶縁層３１１、第１の電極層３１２であってもよい。
本発明の実施例に係る液晶レンズ構造Ｌは、液晶分子の配向変化の程度を変更することによって、光が液晶レンズ構造Ｌを通過した後、光学レンズに類似する効果を奏することができるものである。そのため、液晶レンズ構造Ｌの各層構造は、光が液晶レンズ構造Ｌを通過できるように、光透過材料によって製造されることが好ましい。
従って、本発明の実施例において、第１の電極セット２の透明絶縁層２１と第２の電極構造３の第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１とは、いずれも光を通過させることができる。例えば、透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１は、いずれもガラス材料から形成される。
また、第１の電極セット２の電極層２２と第２の電極セット３の第１の電極層３１２及び第２の電極層３２２とは、光を透過させる透明導電材料から成る。例えば、第１の電極セット２の電極層２２と第２の電極セット３の第１の電極層３１２及び第２の電極層３２２とは、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ，ＩＺＯ）又は酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ，ＩＧＺＯ）から成る。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
この他に、光が通過する液晶レンズ構造Ｌの効果は液晶レンズ構造Ｌの各層構造の厚さによる影響を受け、更に液晶層１における液晶分子に配向変化をもたらすために提供される電場の大きさも同様に各層構造の厚さの影響を受ける。更に、既存の電子製品はいずれも超小型化が求められる傾向にあり、また既存の液晶レンズ構造又は液晶レンズ構造を含む液晶レンズは、既に携帯型電子製品に幅広く応用されているため、液晶レンズ構造Ｌ又は関連製品は、軽薄短小の特性を有していなければならず、さもなければ、製品が軽量小型で、携帯上便利であることという機能に対する需要を満たすことができない。従って、本発明の実施例において、液晶レンズ構造Ｌの各層構造、特に電極セットにおける透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１の厚さは、適切な範囲内に収まるようにしなければならない。
例えば、本発明の実施例において、透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１は、いずれも０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有する。好ましくは、透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１は、いずれも０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの厚さを有する。最も好ましくは、透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１は、いずれも０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの厚さを有する。
具体的には、透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１がいずれも上述した範囲内の厚さを有する場合、液晶レンズ構造Ｌの全体の体積は大幅に低減される。既存の液晶レンズ構造における導電配線の基板としてのガラス層が一般的に０．５ｍｍ以上の厚さを有するのに比べ、本発明の実施例では厚さが０．０５ｍｍのガラス層を透明絶縁層２１、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１として採用しているため、液晶レンズ構造Ｌの全体の厚さは１．３５ｍｍまで低減される。
次いで、図３を合わせて用いて説明する。図３は、本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造の第１の電極セット及び第２の電極セットを示す分解斜視図である。図３に示すように、第１の電極層３１２は、複数の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを含み、第２の電極層３２２は、複数の第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを含む。第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃと第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃとは、互いに分離すると共に交差するように設けられる。図３に示す実施例において、複数の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃの配線方向は互いに垂直をなす。
第２の電極セット３における第１の電極構造３１及び第２の電極構造３２の構成により、本発明の実施例に係る液晶レンズ構造Ｌの第１の電極セット２及び第２の電極セット３は、第１の電極セット２と互いに組み合わされてマトリックス式電場を生成することができる。具体的には、図１に示すように、本発明の実施例に係る液晶レンズ構造Ｌは、ドライバ５（図７を参照）を更に含む。ドライバ５は、第１の電極セット２及び第２の電極セット３に電気的に接続される。ドライバ５は、第２の電極セット３の第１の電極構造３１及び第２の電極構造３２に対して互いに同一又は異なる電圧を提供することができるため、液晶レンズ構造Ｌの第１の電極セット２と第２の電極セット３との間に電圧差が生じ、第１の電極セット２と第２の電極セット３の間に設けられた液晶層１に電場を提供することができる。
詳しく述べると、第１の電極構造３１の第１の電極層３１２の各第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃにおいて、ドライバ５から提供された駆動電圧は同一又は異なっていてもよい。また、第２の電極構造３２の第２の電極層３２２の各第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃにおいて、ドライバ５から提供された駆動電圧は同一又は異なっていてもよい。換言すれば、第１の導電配線３１２ａ及び第１の導電配線３１２ｂには同一の又は異なる駆動電圧が提供されてもよく、第２の導電配線３２２ａ及び第２の導電配線３２２ｂには同一の又は異なる駆動電圧が提供されてもよい。これにより、第１の透明絶縁層３１１及び第２の透明絶縁層３２１にそれぞれに設けられた第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃが、第１の電極セット２に対していずれも電圧差を有しているため、液晶層１に対して電場が提供される。具体的には、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃと第１の電極セット２とによって液晶層１に提供された電場は、マトリックス式電場である。
本発明の実施例において、「マトリックス式電場」は、電場においてマトリックスの方式によって複数の検出ポイントを構成することができるものを指す。「マトリックス式電場」は、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃに印加される電圧を制御することにより、複数の検出ポイントが同一の又は異なる電場強度を有する。
図３に示すように、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、複数の第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を有し、第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃは、複数の第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を有する。液晶層１に対して複数の検出ポイントを有するマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃにおける複数の第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３と第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃにおける複数の第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とは、互いに組み合わされる。各検出ポイントは、２つの互いに対応する第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及び第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３から成る。
図３において、表示された第１の対応点ｘ１、第１の対応点ｘ２、第１の対応点ｘ３は、第１の電極層３１２の異なる導電配線上に位置し、表示された第２の対応点ｙ１、第２の対応点ｙ２及び第２の対応点ｙ３は、いずれも第２の導電配線３２２ａ上に位置する。表示方式は後続の説明の便宜上用いるものであって、本発明を制限するものではない。本発明において、任意の第１の対応点は、任意の第１の導電配線上の任意の位置に位置してもよく、任意の第２の対応点は、任意の第２の導電配線上の任意の位置に位置してもよい。第１の対応点及び第２の対応点が互いに対応しさえすれば、マトリックス式電場における検出ポイントが形成される。
換言すれば、図３に示す実施例において、マトリックス式電場の検出ポイントの電場は、２層の電極層における導電配線に印加された電圧が互いに重ねられることにより生成される。２層の電極層における導電配線に印加された電圧を調整することで異なる電場強度を有する検出ポイントを生成する技術手段の詳細については、後述する。
このように、マトリックス式電場における異なる検出ポイントは、同一の又は異なる電場強度を有しているため、マトリックス式電場における各検出ポイントに対応する液晶層１の異なる位置は強度の異なる電場の影響を受け、液晶分子に異なる程度の配向変化を生じさせる。換言すれば、ドライバ５を介して駆動電圧が第１の電極セット２及び第２の電極セット３に提供されると、液晶層１内部の液晶分子は、マトリックス式電場の各ポイントの電場強度に基づいて異なる配向変化の形態を生成することができる。
次に、図４を用いて説明する。図４は、本発明の１つの実施例に係る液晶レンズ構造の第１の導電配線及び第２の導電配線の相互の組み合わせを示す図である。図３に示す第２の電極セット３と第１の電極セット２との組み合わせによって得られたマトリックス式電場の各検出ポイントが図４に表示される。第２の電極セット３の第１の電極構造３１において、第１の電極層３１２の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、ｙ軸に沿って配列される。第２の電極セット３の第２の電極構造において、第２の電極層３２２の第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃはｘ軸に沿って配列される。これにより、複数の検出ポイントを有するマトリックス式電場を構成することができると共に、各検出ポイントの位置が座標（ｘ，ｙ）によって表される。
例えば、液晶層１の表面の中心点に位置する検出ポイントの位置座標は（０，０）であり、この検出ポイントはＶ（０，０）で表される。図に示す中心点右上方（正ｘ、正ｙ方向）に位置する検出ポイントの位置座標は（１，１）であり、この検出ポイントはＶ（１，１）で表される。マトリックス式電場におけるその他の検出ポイントに位置する座標は、上述した方式に基づいて設定される。また、本実施例において、マトリックス式電場における検出ポイントの数は、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃの数によって決まり、実際の必要に応じて調整することができる。他の実施例において、更に液晶層１及び第２の電極セット３に第３の電極セットを設けることによって検出ポイントの数を増加させてもよい。
次に、図２を用いて説明する。図２は、本発明の他の実施例に係る液晶レンズ構造を示す断面図である。上述した第１の電極構造及び第２の電極構造に加え、本発明の他の実施例に係る液晶レンズ構造Ｌの第２の電極セット３は、第３の電極層３３２及び第３の透明絶縁層３３１を更に含んでもよい。換言すれば、図２に示すように、１つの実施例において、液晶レンズ構造Ｌの第２の電極セット３は、第３の電極構造３３を更に含む。第３の電極層３３２は、液晶層１と第３の透明絶縁層３３１との間に設けられる。第２の電極層３２２は、第３の透明絶縁層３３１と第２の透明絶縁層３２１との間に設けられる。第１の電極層３１２は、第２の透明絶縁層３２１と第１の透明絶縁層３１１との間に設けられる。
第３の電極構造３３の第３の電極層３３２における第３の導電配線（図示せず）の配列方式は、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ又は第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃの配列方式に対して垂直又は平行であってよく、又は、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃの配列方向に対して垂直又は平行とはならない他の方向に沿って配列されてもよい。換言すれば、第１の電極セット２及び第２の電極セット３によって形成されるマトリックス式電場の検出ポイントを増加させるのに用いることが出来さえすれば、又はマトリックス式電場内の検出ポイントの電場強度を調整することが出来さえすれば、第３の電極構造の構成方法は製品の需要に応じて調整することができる。
以下、実施例によって、二層電極層（第１の電極層３１２及び第２の電極層３２２）と第１の電極セット２とを組み合わせてマトリックス式電場を形成することで、液晶層１内の液晶分子に配向変化を生じさせる技術手段を説明する。図５は本発明の１つの実施例における液晶層が第１の電極セット及び第２の電極セットによって生成されたマトリックス式電場の影響を受けて得られた屈折率の変化曲線である。図４及び図５に示す実施例において、第１の電極層３１２及び第２の電極層３２２のそれぞれに印加される電圧を制御することによって、本発明に係る液晶レンズ構造Ｌは、球面レンズの効果を奏することができる。
具体的には、図４に示す第２の電極セット３と第１の電極セット２によって形成されたマトリックス式電場において、破線で構成された円上に位置する各検出ポイントは、同一の電場強度を有する。例えば、Ｖ（１，１）、Ｖ（１，−１）、Ｖ（−１，−１）及びＶ（−１，１）の４つの検出ポイントは、同一の電場強度ａを有する。また、マトリックス式電場の中心に位置する検出ポイントＶ（０，０）の電場は０である。
図４においては、図面の内容が明瞭となるように、破線で構成される円の内部に描画された検出ポイントの数は限られている。しかしながら、上述した通り、破線で構成された円上の検出ポイントの数は、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃの数を調整することによって変更することができる。又は、検出ポイントの数を増加させるために、第３の電極層３３２を新たに追加してもよい。
液晶レンズ構造Ｌが球面レンズの効果を発揮できるように、検出ポイントＶ（０，０）と破線で構成された円との間の検出ポイントの電場強度は、０とａの間であり、検出ポイントの電場強度は、検出ポイントと検出ポイントＶ（０，０）との間の距離が短くなるにつれて増加する。例えば、検出ポイントＶ（１，０）は、０とａの間の電場強度を有する。これにより、マトリックス式電場における検出ポイントの電場は、その所在する座標位置によって異なる。即ち、マトリックス式電場における電場強度は、勾配分布を有する。
前述した検出ポイントの電場強度の配置を通じて、第１の電極セット２及び第２の電極セット３によって形成されるマトリックス式電場に対応する液晶層１における液晶分子は、異なる電場強度に基づいて異なる程度の配向変化を生じる。液晶層１の各位置の光に対する屈折率は、液晶分子の配向変化する角度によって決まる。図４に示す第２の電極セット３及び第１の電極セット２によって形成されるマトリックス式電場において、液晶層１における屈折率の変化は、図５に示す通りである。上述した通り、図５は、第１の電極セットの中央の第１の導電配線の方向に沿った、液晶層１の屈折率の変化曲線である。その横軸は、液晶層１において第２の電極セット３２の第２の電極層３２２に対応する座標値（即ち図４におけるｘ軸）であり、縦軸は、屈折率である。
マトリックス式電場による駆動を受けると、液晶層１の中央の液晶分子は、受ける電圧が弱いため、液晶の配向変化の角度が小さく、一方、液晶層１の周縁の液晶分子は、受ける電圧が強く、液晶の回転角度が大きい。従って、図５に示すように、液晶層１内部の屈折率は曲線変化を有し、液晶層１の中央の屈折率は高く、液晶層１の周縁寄りの屈折率は低い。これにより、マトリックス式電場における各検出ポイントの電場強度を調整することにより、液晶層１に球面レンズに似た効果をもたせることができる。換言すれば、本発明の第１の電極セット２及び第２の電極セット３の組み合わせによって、従来の円形パターン電極を使用することで液晶層１内部の液晶分子に配向変化を生じさせる効果を奏することができる。
更に言えば、マトリックス式電場における各検出ポイントの電場強度が同一又は異なるものとなるように、又はマトリックス式電場における各検出ポイントが所要の電場強度を有するように、第１の電極層３１２及び第２の電極層３２２に交差するように設けられた２本の導電配線に印加された電圧を制御する必要がある。即ち、各第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃにおける複数の第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、及び各第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃにおける複数の第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に印加される電圧を制御する必要がある。
図４に示すように、上述した通り、検出ポイントＶ（１，１）及び検出ポイントＶ（１，−１）は、同一の電場強度を有する。検出ポイントＶ（１，１）と検出ポイントＶ（１，−１）との間に位置する検出ポイントＶ（１，０）が検出ポイントＶ（１，１）及び検出ポイントＶ（１，−１）よりも小さい電場強度を有するようにするために、検出ポイントＶ（１，−１）の第１の対応点及び第２の対応点に対応して印加される電圧値、即ち、第１の対応点ｘ２及び第２の対応点ｙ２に印加される電圧値を調整することができる。
上述した異なる検出ポイント間の電場強度に差を設けるために、例えば、第２の電極層３２２における第２の導電配線３２２ａに対して１Ｖの電圧を印加してもよい。同時に、第１の電極層３１２における第１の導電配線３１２ａ及び第１の導電配線３１２ｃのいずれにも１Ｖの電圧を印加し、第１の電極層３１２における第１の導電配線３１２ｂには全く電圧を印加しない。これにより、第２の導電配線３２２ａ上に位置する第２の対応点ｙ１、第２の対応点ｙ２及び第２の対応点ｙ３のいずれにも１Ｖの電圧が印加される。第１の導電配線３１２ａ上に位置する第１の対応点ｘ１及び第１の導電配線３１２ｃ上に位置する第１の対応点ｘ３のいずれにも１Ｖの電圧が印加される。また、第１の導電配線３１２ｂ上に位置する第１の対応点ｘ２には電圧は印加されない。
上述した内容から、第１の対応点ｘ１及び第２の対応点ｙ１から成る検出ポイントＶ（１，１）の電場強度は、第１の対応点ｘ３と第２の対応点ｙ３とから成る検出ポイントＶ（１，−１）の電場強度と同等であり、第１の対応点ｘ２及び第２の対応点ｙ２から成る検出ポイントＶ（１，０）の電場強度は検出ポイントＶ（１，１）及び検出ポイントＶ（１，−１）の電場強度よりも小さいことを推知できる。
換言すれば、二層電極層の異なる導電配線に対して異なる駆動電圧を印加することによって、マトリックス式電場における各検出ポイントの電場強度を精確に制御することができ、ひいては各検出ポイントに対応する液晶層１における液晶分子の配向変化の角度を制御することができる。これにより、実際の必要に応じて液晶層１における各ポイントの屈折率を調整することで、液晶レンズ構造Ｌはズームの目的を達成することができる。
次いで、図６を用いて説明する。図６は、他のマトリックス式電場の影響下で、第１の電極セットの中央の第１の導電配線の方向に沿った、液晶層の屈折率の変化曲線である。図５に示す屈折率の変化曲線と異なる点は、図６に示す実施例においては、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ及び第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃに印加される電圧を調整することにより、液晶レンズ構造Ｌが非球面レンズに似た効果を奏するのに'用いられることである。図６に示す屈折率曲線を達成するために、第１の導電配線上における各第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及び第２の導電配線上における第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に印加される電圧値を制御しさえすれば、対応する第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及び第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３から成る検出ポイントの電場強度を制御することができ、ひいては液晶層１の対応する位置の屈折率を制御することができる。
また、図７に示すように、本発明に係るズーム液晶レンズユニットは、２つの液晶レンズ構造Ｌ１、Ｌ２を含む。具体的には、本発明に係るズーム液晶レンズユニットは、上述した実施例で述べた液晶レンズ構造Ｌを２つ以上含む。これにより、ズーム（ｚｏｏｎ−ｉｎ／ｚｏｏｍ−ｏｕｔ）の効果を達成することができる。ズーム液晶レンズユニットが液晶レンズ構造Ｌを３つ含む場合、オリジナルの画像を少なくとも２倍に拡大することができる。本実施例において、ズーム液晶レンズユニットに含まれる液晶レンズ構造Ｌの数は制限されない。
具体的には、ズーム液晶レンズユニットに含まれる各液晶レンズ構造Ｌ１、Ｌ２は、第１の電極セット２、第２の電極セット３及び第１の電極セット２と第２の電極セット３との間に設けられた液晶層１を含む。上述した通り、第２の電極セット３は、第１の電極構造３１及び第２の電極構造３２を含む。第１の電極構造３１は、第１の透明絶縁層３１１及び第１の透明絶縁層３１１に設けられた第１の電極層３１２を含む。第２の電極構造３２は、第２の透明絶縁層３２１及び第２の透明絶縁層３２１に設けられた第２の電極層３２２を含む。第１の電極層３１２は、複数の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを含む。第２の電極層３２２は、複数の第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを含む。液晶層１に対してマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃと第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃとは互いに分離すると共に交差するように設けられる。ズーム液晶レンズユニットにおける液晶レンズ構造Ｌ１、Ｌ２の細部については、上述した実施例に述べた通りであるため、詳しい説明は省略する。
＜実施例の効果＞
本発明は、以下の効果を奏する。即ち、本発明に係るズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造Ｌは、「第１の電極層３１２が複数の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを含み、第２の電極層３２２が複数の第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを含み、液晶層１に対してマトリックス式電場を提供するように、第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃと第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃとが互いに分離すると共に交差するように設けられる」という技術的特徴と、「各第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃが複数の第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を有し、各第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃが複数の第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を有し、液晶層１に対して複数の検出ポイントＶを有するマトリックス式電場を提供するように、複数の第１の導電配線３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃにおける複数の第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３と複数の第２の導電配線３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃにおける複数の第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とが互いに組み合わされると共に、各検出ポイントＶが２つの互いに対応する第１の対応点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３と第２の対応点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とから成る」という技術的特徴とにより、マトリックス式電場の各検出ポイントＶの電場強度を調整することで、対応する液晶層１における液晶分子の配向変化の程度及び方向を調整することができ、それにより、液晶レンズ構造Ｌにおける異なる位置の屈折率を制御することができる。従って、本発明に係るズーム液晶レンズユニット及びその液晶レンズ構造Ｌは、球面又は非球面レンズの効果を奏することができる。
以上は、本発明の好ましい実施例を述べたものに過ぎず、本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。従って、本発明の明細書及び図面の内容に基づいてなされた等価の技術的変更は、いずれも本発明の範囲に含まれる。
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ 液晶レンズ構造
１ 液晶層
２ 第１の電極セット
２１ 透明絶縁層
２２ 電極層
３ 第２の電極セット
３１ 第１の電極構造
３１１ 第１の透明絶縁層
３１２ 第１の電極層
３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ 第１の導電配線
３２ 第２の電極構造
３２１ 第２の透明絶縁層
３２２ 第２の電極層
３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ 第２の導電配線
３３ 第３の電極構造
３３１ 第３の透明絶縁層
３３２ 第３の電極層
４１ 第１の配向層
４２ 第２の配向層
５ ドライバ
ｘ１、ｘ２、ｘ３ 第１の対応点
ｙ１、ｙ２、ｙ３ 第２の対応点
Ｖ 検出ポイント

Claims (9)

  1. 第１の電極セットと、
    第２の電極セットと、
    前記第１の電極セットと前記第２の電極セットとの間に設けられた液晶層と、
    を含み、
    前記第２の電極セットは、
    第１の透明絶縁層及び前記第１の透明絶縁層に設けられた第１の電極層を含む第１の電極構造と、
    第２の透明絶縁層及び前記第２の透明絶縁層に設けられた第２の電極層を含む第２の電極構造と、
    を含み、
    前記第１の電極層は複数の第１の導電配線を含み、
    前記第２の電極層は複数の第２の導電配線を含み、
    前記液晶層に対してマトリックス式電場を提供するように、前記第１の導電配線と前記第２の導電配線とは互いに分離すると共に交差するように設けられ、
    前記第２の電極セットは、第３の電極層及び第３の透明絶縁層を更に含み、
    前記第３の電極層は複数の第３の導電配線を含み、
    前記第３の電極層は、前記液晶層と前記第３の透明絶縁層との間に設けられ、
    前記第２の電極層は、前記第３の透明絶縁層と前記第２の透明絶縁層との間に設けられ、
    前記第１の電極層は、前記第２の透明絶縁層と前記第１の透明絶縁層との間に設けられる、
    ことを特徴とする液晶レンズ構造。
  2. 前記第１の透明絶縁層、前記第２の透明絶縁層及び前記第３の透明絶縁層は、いずれもガラス材料からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  3. 前記第１の透明絶縁層、前記第２の透明絶縁層及び前記第３の透明絶縁層は、いずれも０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  4. 前記第１の透明絶縁層、前記第２の透明絶縁層及び前記第３の透明絶縁層は、いずれも０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  5. 前記第１の電極セットと前記液晶層との間に設けられた第１の配向層と、
    前記第２の電極セットと前記液晶層との間に設けられた第２の配向層と、
    を更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  6. 前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層は、いずれも酸化インジウムスズから成る
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  7. 前記マトリックス式電場における複数の検出ポイントが同一の又は異なる電場強度を有するように、前記第１の電極セット及び前記第２の電極セットに電気的に接続されたドライバを更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
  8. 第１の電極セットと、
    複数の第１の導電配線及び複数の前記第１の導電配線と互いに分離された複数の第２の導電配線を含む第２の電極セットと、
    前記第１の電極セットと前記第２の電極セットとの間に設けられた液晶層と、
    を含み、
    各前記第１の導電配線は複数の第１の対応点を有し、
    各前記第２の導電配線は複数の第２の対応点を有し、
    前記液晶層に対して複数の検出ポイントを有するマトリックス式電場を提供するように、複数の前記第１の導電配線における複数の前記第１の対応点と複数の前記第２の導電配線における複数の前記第２の対応点とは、互いに組み合わされ、
    各前記検出ポイントは互いに対応する２つの前記第１の対応点及び前記第２の対応点から成り、
    前記第２の電極セットは、第３の導電配線を更に含み、
    前記第３の導電配線は、前記液晶層と前記第２の導電配線との間に、前記液晶層と前記第２の導電配線とから互いに分離されるように設けられる
    ことを特徴とする液晶レンズ構造。
  9. 第１の電極セットと、
    第２の電極セットと、
    前記第１の電極セットと前記第２の電極セットとの間に設けられた液晶層と、
    を含む液晶レンズ構造を２つ含み、
    各前記液晶レンズ構造において、前記第２の電極セットは、第１の透明絶縁層及び前記第１の透明絶縁層に設けられた第１の電極層を含む第１の電極構造と、第２の透明絶縁層及び前記第２の透明絶縁層に設けられた第２の電極層を含む第２の電極構造とを含み、
    各前記液晶レンズ構造において、前記第１の電極層は複数の第１の導電配線を含み、前記第２の電極層は複数の第２の導電配線を含み、前記液晶層に対してマトリックス式電場を提供するように、前記第１の導電配線と前記第２の導電配線とは互いに分離すると共に交差するように設けられ、
    前記第２の電極セットは、第３の電極層及び第３の透明絶縁層を更に含み、
    前記第３の電極層は複数の第３の導電配線を含み、
    前記第３の電極層は、前記液晶層と前記第３の透明絶縁層との間に設けられ、
    前記第２の電極層は、前記第３の透明絶縁層と前記第２の透明絶縁層との間に設けられ、
    前記第１の電極層は、前記第２の透明絶縁層と前記第１の透明絶縁層との間に設けられる、
    ことを特徴とするズーム液晶レンズユニット。
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