JPH10239676A - 液晶マイクロレンズ - Google Patents
液晶マイクロレンズInfo
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- JPH10239676A JPH10239676A JP4581797A JP4581797A JPH10239676A JP H10239676 A JPH10239676 A JP H10239676A JP 4581797 A JP4581797 A JP 4581797A JP 4581797 A JP4581797 A JP 4581797A JP H10239676 A JPH10239676 A JP H10239676A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電圧無印加状態でも所望のレンズ特性を維持
できるとともに、液晶セルへの印加電圧を制御すること
によってその維持されたレンズ特性を可変できるように
する。 【解決手段】 レンズ部分となる領域にホールを有する
ホール・パターン電極２ａ，２ｂが形成された２枚のガ
ラス基板１ａ，１ｂにより液晶層４が挟まれ、各ガラス
基板が互いの電極のホール部分が対向するように配置さ
れた液晶マイクロレンズで、液晶層４がネマティック液
晶材料とモノマーとの複合材料より形成されている。液
晶層４を形成するネマティック液晶材料は、ホール・パ
ターン電極間に所定の電圧が印加されて液晶分子の配向
状態がホールの中心を通る軸にほぼ対称な不均一電界に
沿って揃えられた状態でモノマーが重合硬化されること
により、重合硬化後において電圧が印加されないときに
も液晶分子の配向状態が揃えられた状態を維持する。
できるとともに、液晶セルへの印加電圧を制御すること
によってその維持されたレンズ特性を可変できるように
する。 【解決手段】 レンズ部分となる領域にホールを有する
ホール・パターン電極２ａ，２ｂが形成された２枚のガ
ラス基板１ａ，１ｂにより液晶層４が挟まれ、各ガラス
基板が互いの電極のホール部分が対向するように配置さ
れた液晶マイクロレンズで、液晶層４がネマティック液
晶材料とモノマーとの複合材料より形成されている。液
晶層４を形成するネマティック液晶材料は、ホール・パ
ターン電極間に所定の電圧が印加されて液晶分子の配向
状態がホールの中心を通る軸にほぼ対称な不均一電界に
沿って揃えられた状態でモノマーが重合硬化されること
により、重合硬化後において電圧が印加されないときに
も液晶分子の配向状態が揃えられた状態を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などにおけ
る光制御素子及び光インターコネクション素子として用
いられる液晶マイクロレンズに関する。
る光制御素子及び光インターコネクション素子として用
いられる液晶マイクロレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、イオン交換技術を用いた分
布屈折型の平板マイクロレンズ、セルフォックレンズや
回折型のマイクロフレネルレンズ、さらには微小球面を
利用したマイクロレンズなど、様々まマイクロレンズが
開発されている。これらのマイクロレンズは、ガラスな
どの固体材料を用いて作製されるため、レンズ単体の光
学特性は固定で、可変することはできない。
布屈折型の平板マイクロレンズ、セルフォックレンズや
回折型のマイクロフレネルレンズ、さらには微小球面を
利用したマイクロレンズなど、様々まマイクロレンズが
開発されている。これらのマイクロレンズは、ガラスな
どの固体材料を用いて作製されるため、レンズ単体の光
学特性は固定で、可変することはできない。
【０００３】マイクロレンズ単体の光学特性を可変でき
るものとしては、光学材料として液晶材料を用いた液晶
マイクロレンズが知られている。この液晶マイクロレン
ズは、レンズ部分となる領域にホールを有するホール・
パターン電極が形成された２枚のガラス基板により液晶
層が挟まれ、各ガラス基板が互いの電極のホール部分が
対向するように配置された構成となっている。この液晶
マイクロレンズでは、液晶セル内部のホール部分におい
て発生する、ホールの中心を通る軸（光軸）にほぼ対称
な不均一電界に沿って液晶分子が配向される。このホー
ル部分における液晶分子の配向により屈折率分布が生
じ、レンズ効果が得られる。このときの屈折率分布状態
はほぼ二乗分布であり、良好なレンズ特性が得られてい
る。
るものとしては、光学材料として液晶材料を用いた液晶
マイクロレンズが知られている。この液晶マイクロレン
ズは、レンズ部分となる領域にホールを有するホール・
パターン電極が形成された２枚のガラス基板により液晶
層が挟まれ、各ガラス基板が互いの電極のホール部分が
対向するように配置された構成となっている。この液晶
マイクロレンズでは、液晶セル内部のホール部分におい
て発生する、ホールの中心を通る軸（光軸）にほぼ対称
な不均一電界に沿って液晶分子が配向される。このホー
ル部分における液晶分子の配向により屈折率分布が生
じ、レンズ効果が得られる。このときの屈折率分布状態
はほぼ二乗分布であり、良好なレンズ特性が得られてい
る。
【０００４】上記のような液晶マイクロレンズとして
は、ネマティック液晶を用いたものがある。このネマテ
ィック液晶を用いたものでは、液晶セルへの印加電圧の
変化によってホール部分における屈折率分布を制御で
き、光軸方向に焦点が移動する焦点可変特性を得られ
る。
は、ネマティック液晶を用いたものがある。このネマテ
ィック液晶を用いたものでは、液晶セルへの印加電圧の
変化によってホール部分における屈折率分布を制御で
き、光軸方向に焦点が移動する焦点可変特性を得られ
る。
【０００５】この他、紫外線硬化型液晶（ＵＶキュアラ
ブル液晶）を用いた液晶マイクロレンズもある。紫外線
硬化型液晶は、紫外線硬化前において上述のネマティッ
ク液晶と同様の液晶特性を示し、紫外線硬化後において
はポリマーフィルムと同様な状態となる。この紫外線硬
化型液晶を用いたものでは、その紫外線硬化特性が利用
される。すなわち、このマイクロレンズでは、電圧が印
加されるとホールの中心を通る軸にほぼ対称な不均一電
界に沿って液晶分子が配向されて屈折率分布を生じ、分
子配向が安定した後、紫外線が照射されると、液晶が重
合硬化してポリマーフイルムと同様な状態となり、紫外
線照射前の配向状態が維持される。重合硬化により配向
状態が維持された後は液晶特性を示さず、電圧無印加状
態としてもレンズ効果が維持される。
ブル液晶）を用いた液晶マイクロレンズもある。紫外線
硬化型液晶は、紫外線硬化前において上述のネマティッ
ク液晶と同様の液晶特性を示し、紫外線硬化後において
はポリマーフィルムと同様な状態となる。この紫外線硬
化型液晶を用いたものでは、その紫外線硬化特性が利用
される。すなわち、このマイクロレンズでは、電圧が印
加されるとホールの中心を通る軸にほぼ対称な不均一電
界に沿って液晶分子が配向されて屈折率分布を生じ、分
子配向が安定した後、紫外線が照射されると、液晶が重
合硬化してポリマーフイルムと同様な状態となり、紫外
線照射前の配向状態が維持される。重合硬化により配向
状態が維持された後は液晶特性を示さず、電圧無印加状
態としてもレンズ効果が維持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た液晶マイクロレンズのそれぞれには、以下のような問
題がある。
た液晶マイクロレンズのそれぞれには、以下のような問
題がある。
【０００７】ネマティック液晶を用いた液晶マイクロレ
ンズにおいては、液晶セルへの印加電圧の変化によって
ホール部分における屈折率分布を制御することにより光
軸方向に焦点を移動でき、レンズ特性を可変することが
できるものの、レンズ効果を得られるのは電圧印加状態
のときのみで、電圧無印加状態では、ホール部分に屈折
率分布が発生せず、レンズ効果は得られない。したがっ
て、レンズとして用いるためには、常に安定した電圧を
印加する必要がある。
ンズにおいては、液晶セルへの印加電圧の変化によって
ホール部分における屈折率分布を制御することにより光
軸方向に焦点を移動でき、レンズ特性を可変することが
できるものの、レンズ効果を得られるのは電圧印加状態
のときのみで、電圧無印加状態では、ホール部分に屈折
率分布が発生せず、レンズ効果は得られない。したがっ
て、レンズとして用いるためには、常に安定した電圧を
印加する必要がある。
【０００８】加えて、電圧無印加時の初期の配向状態か
ら電圧を印加してレンズ効果を得られる配向状態が形成
されるまでの応答速度は、液晶セル厚などに大きく依存
するため、液晶マイクロレンズの液晶セル厚及び電極の
ホール直径などの設定によってはレンズ効果を得られる
まで時間がかかり、すぐには使用できない。
ら電圧を印加してレンズ効果を得られる配向状態が形成
されるまでの応答速度は、液晶セル厚などに大きく依存
するため、液晶マイクロレンズの液晶セル厚及び電極の
ホール直径などの設定によってはレンズ効果を得られる
まで時間がかかり、すぐには使用できない。
【０００９】紫外線硬化型液晶を用いた液晶マイクロレ
ンズにおいては、重合硬化により分子配向状態が維持さ
れ、電圧無印加状態としてもてレンズ効果が得られるも
のの、一度重合硬化した後は、液晶分子を電界によって
再配向することはできないため、レンズ特性を可変する
ことができない。
ンズにおいては、重合硬化により分子配向状態が維持さ
れ、電圧無印加状態としてもてレンズ効果が得られるも
のの、一度重合硬化した後は、液晶分子を電界によって
再配向することはできないため、レンズ特性を可変する
ことができない。
【００１０】本発明の目的は、上述の各問題を解決し、
電圧無印加状態でも所望のレンズ特性を維持できるとと
もに、液晶セルへの印加電圧を制御することによってそ
の維持されたレンズ特性を可変することができる液晶マ
イクロレンズを提供することにある。
電圧無印加状態でも所望のレンズ特性を維持できるとと
もに、液晶セルへの印加電圧を制御することによってそ
の維持されたレンズ特性を可変することができる液晶マ
イクロレンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液晶マイクロレンズは、レンズ部分となる
領域にホールを有するホール・パターン電極が形成され
た２枚のガラス基板により液晶層が挟まれ、各ガラス基
板が互いの電極のホール部分が対向するように配置され
た液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶層がネマティ
ック液晶材料と重合硬化可能なモノマーとの複合材料よ
り形成されている。
め、本発明の液晶マイクロレンズは、レンズ部分となる
領域にホールを有するホール・パターン電極が形成され
た２枚のガラス基板により液晶層が挟まれ、各ガラス基
板が互いの電極のホール部分が対向するように配置され
た液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶層がネマティ
ック液晶材料と重合硬化可能なモノマーとの複合材料よ
り形成されている。
【００１２】上記の場合、前記液晶層を形成するネマテ
ィック液晶材料は、前記ホール・パターン電極間に所定
の電圧が印加されて液晶分子の配向状態がホールの中心
を通る軸にほぼ対称な不均一電界に沿って揃えられた状
態で前記モノマーが重合硬化されることにより、該モノ
マーの重合硬化後であり、電圧が印加されないときにも
前記液晶分子の配向状態が揃えられた状態を維持する構
成としてもよい。
ィック液晶材料は、前記ホール・パターン電極間に所定
の電圧が印加されて液晶分子の配向状態がホールの中心
を通る軸にほぼ対称な不均一電界に沿って揃えられた状
態で前記モノマーが重合硬化されることにより、該モノ
マーの重合硬化後であり、電圧が印加されないときにも
前記液晶分子の配向状態が揃えられた状態を維持する構
成としてもよい。
【００１３】また、前記モノマーは紫外線硬化型樹脂ま
たは熱硬化型樹脂であってもよい。
たは熱硬化型樹脂であってもよい。
【００１４】さらに、前記液晶層を形成する複合材料中
のモノマーの濃度は５％以下であることが望ましい。
のモノマーの濃度は５％以下であることが望ましい。
【００１５】さらに、前記モノマーとして紫外線硬化型
液晶を用いてもよい。
液晶を用いてもよい。
【００１６】上記のとおりの本発明によれば、電圧を印
加してネマティック液晶分子の配向状態を電界に沿って
揃えた後、モノマーを重合硬化するによってそのネマテ
ィック液晶分子の配向状態が維持される。重合硬化後
は、電圧を取り除いても維持されたネマティック液晶分
子の配向状態はそのまま維持される。したがって、従来
のネマティック液晶を用いた液晶マイクロレンズのよう
に、電圧無印加状態で液晶分子が初期の配向状態に戻
り、レンズ特性が失われるといったことは生じない。ま
た、本発明では電圧無印加状態でもレンズ効果が維持さ
れることから、従来のネマティック液晶を用いた液晶マ
イクロレンズのように、レンズ効果を得られるまで時間
がかかりるといった問題は生じない。
加してネマティック液晶分子の配向状態を電界に沿って
揃えた後、モノマーを重合硬化するによってそのネマテ
ィック液晶分子の配向状態が維持される。重合硬化後
は、電圧を取り除いても維持されたネマティック液晶分
子の配向状態はそのまま維持される。したがって、従来
のネマティック液晶を用いた液晶マイクロレンズのよう
に、電圧無印加状態で液晶分子が初期の配向状態に戻
り、レンズ特性が失われるといったことは生じない。ま
た、本発明では電圧無印加状態でもレンズ効果が維持さ
れることから、従来のネマティック液晶を用いた液晶マ
イクロレンズのように、レンズ効果を得られるまで時間
がかかりるといった問題は生じない。
【００１７】また、従来の紫外線硬化型液晶を用いた液
晶マイクロレンズでは、紫外線硬化型液晶が紫外線によ
り重合硬化されてしまい、液晶特性を持たなくなるため
に、重合硬化した後は、レンズ特性を可変することがで
きなかった。これに対し、本発明の液晶マイクロレンズ
では、液晶層を形成する複合材料中のモノマーのみが重
合硬化され、このモノマーの重合硬化によってネマティ
ック液晶の配向状態が維持されるようになっているの
で、重合硬化後においてもネマティック液晶分子を再配
向することができる。
晶マイクロレンズでは、紫外線硬化型液晶が紫外線によ
り重合硬化されてしまい、液晶特性を持たなくなるため
に、重合硬化した後は、レンズ特性を可変することがで
きなかった。これに対し、本発明の液晶マイクロレンズ
では、液晶層を形成する複合材料中のモノマーのみが重
合硬化され、このモノマーの重合硬化によってネマティ
ック液晶の配向状態が維持されるようになっているの
で、重合硬化後においてもネマティック液晶分子を再配
向することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態
の液晶マイクロレンズの構成を説明するための図で、
（ａ）はホールパターン電極の構造図、（ｂ）は液晶マ
イクロレンズの断面図、（ｃ）は電圧印加時の電界を摸
式的に示した図である。
図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態
の液晶マイクロレンズの構成を説明するための図で、
（ａ）はホールパターン電極の構造図、（ｂ）は液晶マ
イクロレンズの断面図、（ｃ）は電圧印加時の電界を摸
式的に示した図である。
【００１９】本形態の液晶マイクロレンズは、ネマティ
ック液晶に少量のモノマーを添加した液晶複合材料から
なる液晶層４がガラス基板１ａ，１ｂにより挟まれた構
成となっている。各ガラス基板１ａ，１ｂは、レンズ部
分となる領域にホールを有するホール・パターン電極
（図１（ａ）参照）が形成されており、さらにそのホー
ル・パターン電極上にアラインメント層３ａ，３ｂが形
成されている。これらガラス基板１ａ，１ｂは、互いの
電極のホール部分が対向するような配置とされている
（図１（ｂ）参照）。ここで、ホール・パターン電極
は、アルミなどの導電性薄膜を基板上に蒸着することに
より形成される。液晶配向膜としては、ポリイミド等の
有機薄膜を用いることができ、ネマティック液晶に添加
するモノマーとしては、重合硬化前においてネマティッ
ク液晶に溶解し、熱や光によって重合硬化する材料、例
えば紫外線硬化型や熱硬化型の樹脂など種々のポリマー
材料を用いることができる。液晶層４を形成する液晶複
合材料のモノマーの濃度は、材料によって異なるが、５
％（モノマー：ネマティック液晶＝５：９５）以下とす
ることが望ましい。
ック液晶に少量のモノマーを添加した液晶複合材料から
なる液晶層４がガラス基板１ａ，１ｂにより挟まれた構
成となっている。各ガラス基板１ａ，１ｂは、レンズ部
分となる領域にホールを有するホール・パターン電極
（図１（ａ）参照）が形成されており、さらにそのホー
ル・パターン電極上にアラインメント層３ａ，３ｂが形
成されている。これらガラス基板１ａ，１ｂは、互いの
電極のホール部分が対向するような配置とされている
（図１（ｂ）参照）。ここで、ホール・パターン電極
は、アルミなどの導電性薄膜を基板上に蒸着することに
より形成される。液晶配向膜としては、ポリイミド等の
有機薄膜を用いることができ、ネマティック液晶に添加
するモノマーとしては、重合硬化前においてネマティッ
ク液晶に溶解し、熱や光によって重合硬化する材料、例
えば紫外線硬化型や熱硬化型の樹脂など種々のポリマー
材料を用いることができる。液晶層４を形成する液晶複
合材料のモノマーの濃度は、材料によって異なるが、５
％（モノマー：ネマティック液晶＝５：９５）以下とす
ることが望ましい。
【００２０】以下、この液晶マイクロレンズの原理につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２１】図１（ａ）に示すようなホール・パターン
電極構造を持つ液晶セルでは、ホール・パターン電極間
に所定の電圧が印加されると、図１（ｃ）に示すよう
に、液晶セル内部のホール部分においてそのホールの中
心を通る軸（光軸）にほぼ対称な不均一電界が発生し、
液晶分子の配向状態がその不均一電界に沿って揃えられ
た状態となる。本形態では、このような液晶分子の配向
によって、液晶セル内のホール部分において屈折率分布
が生じ、レンズ効果が得られる。
電極構造を持つ液晶セルでは、ホール・パターン電極間
に所定の電圧が印加されると、図１（ｃ）に示すよう
に、液晶セル内部のホール部分においてそのホールの中
心を通る軸（光軸）にほぼ対称な不均一電界が発生し、
液晶分子の配向状態がその不均一電界に沿って揃えられ
た状態となる。本形態では、このような液晶分子の配向
によって、液晶セル内のホール部分において屈折率分布
が生じ、レンズ効果が得られる。
【００２２】液晶層４を形成する液晶液晶複合材料中の
モノマーが重合硬化する前は、前述した従来のネマティ
ック液晶を用いたマイクロレンズと同様のレンズ特性が
得られる。すなわち、電圧無印加状態では、図２（ａ）
に示すように、ネマティック液晶は初期配向状態となっ
ており、屈折率は一定で、レンズ効果は得られない。電
圧印加状態では、図２（ｂ）に示すように、ネマティッ
ク液晶は液晶セル内部のホール部分において発生する、
ホールの中心を通る軸（光軸）にほぼ対称な不均一電界
に沿って液晶分子が配向され、この液晶分子の配向によ
り屈折率分布が生じ、レンズ効果が得られる。このとき
の屈折率分布状態はほぼ二乗分布であり、良好なレンズ
特性が得られる。
モノマーが重合硬化する前は、前述した従来のネマティ
ック液晶を用いたマイクロレンズと同様のレンズ特性が
得られる。すなわち、電圧無印加状態では、図２（ａ）
に示すように、ネマティック液晶は初期配向状態となっ
ており、屈折率は一定で、レンズ効果は得られない。電
圧印加状態では、図２（ｂ）に示すように、ネマティッ
ク液晶は液晶セル内部のホール部分において発生する、
ホールの中心を通る軸（光軸）にほぼ対称な不均一電界
に沿って液晶分子が配向され、この液晶分子の配向によ
り屈折率分布が生じ、レンズ効果が得られる。このとき
の屈折率分布状態はほぼ二乗分布であり、良好なレンズ
特性が得られる。
【００２３】液晶分子の配向が所望のレンズ効果を得る
屈折率分布状態で安定した後、液晶液晶複合材料中のモ
ノマーを重合硬化すると、このモノマーの重合硬化によ
って重合硬化時の液晶分子の配向状態が維持される。モ
ノマーの重合硬化により液晶分子の配向状態が維持され
た後は、電圧無印加状態としてもその液晶分子の配向状
態はそのまま維持され、レンズ効果も維持される。
屈折率分布状態で安定した後、液晶液晶複合材料中のモ
ノマーを重合硬化すると、このモノマーの重合硬化によ
って重合硬化時の液晶分子の配向状態が維持される。モ
ノマーの重合硬化により液晶分子の配向状態が維持され
た後は、電圧無印加状態としてもその液晶分子の配向状
態はそのまま維持され、レンズ効果も維持される。
【００２４】モノマーの重合硬化により維持された液晶
分子の配向状態は、液晶セルに電圧を印加することによ
り再配向される。すなわち、本形態では、モノマーのみ
が重合硬化され、ネマティック液晶は重合硬化されるこ
とはないので、重合硬化後においても、ネマティック液
晶分子は液晶セルへの印加電圧に応じて再配向される。
このように重合硬化後における液晶分子の再配向が可能
なことから、印加電圧に応じてホール部分における屈折
率分布を制御でき、光軸方向に焦点が移動する焦点可変
特性が得られる。
分子の配向状態は、液晶セルに電圧を印加することによ
り再配向される。すなわち、本形態では、モノマーのみ
が重合硬化され、ネマティック液晶は重合硬化されるこ
とはないので、重合硬化後においても、ネマティック液
晶分子は液晶セルへの印加電圧に応じて再配向される。
このように重合硬化後における液晶分子の再配向が可能
なことから、印加電圧に応じてホール部分における屈折
率分布を制御でき、光軸方向に焦点が移動する焦点可変
特性が得られる。
【００２５】＜実施例＞ここでは、ネマティック液晶で
あるＺＬＩ−２４７１（メルク社製）にモノマーとして
紫外線硬化型液晶材料を混合した液晶複合材料により液
晶層４を形成したものについて説明する。
あるＺＬＩ−２４７１（メルク社製）にモノマーとして
紫外線硬化型液晶材料を混合した液晶複合材料により液
晶層４を形成したものについて説明する。
【００２６】紫外線硬化型液晶分子は、重合硬化前（紫
外線照射前）において通常のネマティック相と同様の性
質を持ち、電界によって液晶分子が配向される。したが
って、この紫外線硬化型液晶材料とネマティック液晶と
を混合した液晶複合材料では、重合硬化前においては、
両者の液晶分子は通常のネマティック相と同様に電界に
よって配向される。
外線照射前）において通常のネマティック相と同様の性
質を持ち、電界によって液晶分子が配向される。したが
って、この紫外線硬化型液晶材料とネマティック液晶と
を混合した液晶複合材料では、重合硬化前においては、
両者の液晶分子は通常のネマティック相と同様に電界に
よって配向される。
【００２７】重合硬化（紫外線照射）が行われると、液
晶複合材料中の紫外線硬化型液晶のみが重合硬化され、
この重合硬化した紫外線硬化型液晶（ポリマーネットワ
ーク）によってネマティック液晶分子の配向状態が保持
される。図３に、液晶セルに電圧を印加しながら紫外線
硬化型液晶材料を重合硬化した後、電圧を取り去った状
態での液晶マイクロレンズの干渉像を示す。図３から分
かるように、本実施例の液晶マイクロレンズでは、重合
硬化後、電圧を取り除いても円形の干渉縞が得られてお
り、良好なレンズ効果を得られている。また、このとき
の焦点面における光強度分布は図４に示すようになって
おり、７．３６μｍの集光スポット径が得られている。
晶複合材料中の紫外線硬化型液晶のみが重合硬化され、
この重合硬化した紫外線硬化型液晶（ポリマーネットワ
ーク）によってネマティック液晶分子の配向状態が保持
される。図３に、液晶セルに電圧を印加しながら紫外線
硬化型液晶材料を重合硬化した後、電圧を取り去った状
態での液晶マイクロレンズの干渉像を示す。図３から分
かるように、本実施例の液晶マイクロレンズでは、重合
硬化後、電圧を取り除いても円形の干渉縞が得られてお
り、良好なレンズ効果を得られている。また、このとき
の焦点面における光強度分布は図４に示すようになって
おり、７．３６μｍの集光スポット径が得られている。
【００２８】この重合硬化では、ネマティック液晶は重
合硬化しないため、重合硬化後においてもネマティック
液晶分子の配向状態を電界によって変化させることがで
きる。図５に、上述の図３に示した状態の液晶マイクロ
レンズに、３５Ｖの電圧を印加したときの干渉像を示
す。図５から分かるように、図３に示した干渉縞とは若
干異なる干渉縞が得られており、屈折率分布が変化した
ことが分かる。
合硬化しないため、重合硬化後においてもネマティック
液晶分子の配向状態を電界によって変化させることがで
きる。図５に、上述の図３に示した状態の液晶マイクロ
レンズに、３５Ｖの電圧を印加したときの干渉像を示
す。図５から分かるように、図３に示した干渉縞とは若
干異なる干渉縞が得られており、屈折率分布が変化した
ことが分かる。
【００２９】このように、重合硬化後においてもネマテ
ィック液晶の配向状態を電界によって変化できることか
ら、液晶セルへの印加電圧の変化によってホール部分に
おける屈折率分布を制御でき、レンズの焦点距離を可変
できる。一例として、図６（ａ）〜（ｈ）に印加電圧を
０〜３５Ｖにわたって５Ｖ単位で変化させたときの液晶
マイクロレンズの干渉像を示す。図６からも分かるよう
に、印加電圧の変化に応じて干渉縞が変化しており、焦
点可変特性が得られていることが分かる。なお、図６
（ｂ）〜（ｈ）の状態から印加電圧を取り去った場合
は、ネマティック液晶は重合硬化時に維持された配向状
態（図６（ａ））に戻る。
ィック液晶の配向状態を電界によって変化できることか
ら、液晶セルへの印加電圧の変化によってホール部分に
おける屈折率分布を制御でき、レンズの焦点距離を可変
できる。一例として、図６（ａ）〜（ｈ）に印加電圧を
０〜３５Ｖにわたって５Ｖ単位で変化させたときの液晶
マイクロレンズの干渉像を示す。図６からも分かるよう
に、印加電圧の変化に応じて干渉縞が変化しており、焦
点可変特性が得られていることが分かる。なお、図６
（ｂ）〜（ｈ）の状態から印加電圧を取り去った場合
は、ネマティック液晶は重合硬化時に維持された配向状
態（図６（ａ））に戻る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように構成される本発明に
よれば、電圧無印加状態でも所望のレンズ特性を維持で
きるとともに、液晶セルへの印加電圧を制御することに
よってその維持されたレンズ特性を可変することができ
る、焦点可変特性を有する液晶マイクロレンズを提供す
ることができる。
よれば、電圧無印加状態でも所望のレンズ特性を維持で
きるとともに、液晶セルへの印加電圧を制御することに
よってその維持されたレンズ特性を可変することができ
る、焦点可変特性を有する液晶マイクロレンズを提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施形態の液晶マイクロレンズの構
成を説明するための図で、（ａ）はホールパターン電極
の構造図、（ｂ）は液晶マイクロレンズの断面図、
（ｃ）は電圧印加時の電界を摸式的に示した図である。
成を説明するための図で、（ａ）はホールパターン電極
の構造図、（ｂ）は液晶マイクロレンズの断面図、
（ｃ）は電圧印加時の電界を摸式的に示した図である。
【図２】（ａ）は電圧無印加状態における液晶分子の配
向状態およびその屈折率分布を示す図で、（ｂ）は電圧
印加状態における液晶分子の配向状態およびその屈折率
分布を示す図である。
向状態およびその屈折率分布を示す図で、（ｂ）は電圧
印加状態における液晶分子の配向状態およびその屈折率
分布を示す図である。
【図３】電圧無印加状態における液晶マイクロレンズの
干渉像を示す図である。
干渉像を示す図である。
【図４】図３の状態の液晶マイクロレンズのの焦点面に
おける光強度分布を示す図である。
おける光強度分布を示す図である。
【図５】図３に示した状態の液晶マイクロレンズに、３
５Ｖの電圧を印加したときの干渉像を示す図である。
５Ｖの電圧を印加したときの干渉像を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｈ）は印加電圧を０〜３５Ｖにわた
って５Ｖ単位で変化させたときの液晶マイクロレンズの
干渉像を示す図である。
って５Ｖ単位で変化させたときの液晶マイクロレンズの
干渉像を示す図である。
１ａ，１ｂ ガラス基板 ２ａ，２ｂ ホールパターン電極 ３ａ，３ｂ アラインメント層 ４ 液晶層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年５月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】これまでに、イオン交換技術を用いた分
布屈折型の平板マイクロレンズ、セルフォックレンズや
回折型のマイクロフレネルレンズ、さらには微小球面を
利用したマイクロレンズなど、様々なマイクロレンズが
開発されている。これらのマイクロレンズは、ガラスな
どの固体材料を用いて作製されるため、レンズ単体の光
学特性は固定で、可変することはできない。
布屈折型の平板マイクロレンズ、セルフォックレンズや
回折型のマイクロフレネルレンズ、さらには微小球面を
利用したマイクロレンズなど、様々なマイクロレンズが
開発されている。これらのマイクロレンズは、ガラスな
どの固体材料を用いて作製されるため、レンズ単体の光
学特性は固定で、可変することはできない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】上記のとおりの本発明によれば、電圧を印
加してネマティック液晶分子の配向状態を電界に沿って
揃えた後、モノマーを重合硬化するによってそのネマテ
ィック液晶分子の配向状態が維持される。重合硬化後
は、電圧を取り除いても維持されたネマティック液晶分
子の配向状態はそのまま維持される。したがって、従来
のネマティック液晶を用いた液晶マイクロレンズのよう
に、電圧無印加状態で液晶分子が初期の配向状態に戻
り、レンズ特性が失われるといったことは生じない。ま
た、本発明では電圧無印加状態でもレンズ効果が維持さ
れることから、従来のネマティック液晶を用いた液晶マ
イクロレンズのように、レンズ効果を得られるまで時間
がかかるといった問題は生じない。
加してネマティック液晶分子の配向状態を電界に沿って
揃えた後、モノマーを重合硬化するによってそのネマテ
ィック液晶分子の配向状態が維持される。重合硬化後
は、電圧を取り除いても維持されたネマティック液晶分
子の配向状態はそのまま維持される。したがって、従来
のネマティック液晶を用いた液晶マイクロレンズのよう
に、電圧無印加状態で液晶分子が初期の配向状態に戻
り、レンズ特性が失われるといったことは生じない。ま
た、本発明では電圧無印加状態でもレンズ効果が維持さ
れることから、従来のネマティック液晶を用いた液晶マ
イクロレンズのように、レンズ効果を得られるまで時間
がかかるといった問題は生じない。
Claims (5)
- 【請求項１】 レンズ部分となる領域にホールを有する
ホール・パターン電極が形成された２枚のガラス基板に
より液晶層が挟まれ、各ガラス基板が互いの電極のホー
ル部分が対向するように配置された液晶マイクロレンズ
において、 前記液晶層がネマティック液晶材料と重合硬化可能なモ
ノマーとの複合材料より形成されていることを特徴とす
る液晶マイクロレンズ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の液晶マイクロレンズに
おいて、 前記液晶層を形成するネマティック液晶材料は、前記ホ
ール・パターン電極間に所定の電圧が印加されて液晶分
子の配向状態がホールの中心を通る軸にほぼ対称な不均
一電界に沿って揃えられた状態で前記モノマーが重合硬
化されることにより、該モノマーの重合硬化後であり、
電圧が印加されないときにも前記液晶分子の配向状態が
揃えられた状態を維持することを特徴とする液晶マイク
ロレンズ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の液晶マイクロレンズに
おいて、 前記モノマーが紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂で
あることを特徴とする液晶マイクロレンズ。 - 【請求項４】 請求項１記載の液晶マイクロレンズにお
いて、 前記液晶層を形成する複合材料中のモノマーの濃度が５
％以下であることを特徴とする液晶マイクロレンズ。 - 【請求項５】 請求項１記載の液晶マイクロレンズにお
いて、 前記モノマーとして紫外線硬化型液晶を用いたことを特
徴とする液晶マイクロレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9045817A JP3016744B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 液晶マイクロレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9045817A JP3016744B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 液晶マイクロレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239676A true JPH10239676A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3016744B2 JP3016744B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=12729811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9045817A Expired - Fee Related JP3016744B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 液晶マイクロレンズ |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3016744B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054803A1 (ja) * | 2004-11-22 | 2006-05-26 | Citizen Holdings Co., Ltd. | 液晶光学素子及びその製造方法 |
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| JP2009137285A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Samsung Electronics Co Ltd | プリントヘッド及びこれを採用した画像形成装置 |
| JP2009251236A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 回折格子、画像表示装置、レーザプロジェクタ、ゾーンプレート、ズームレンズおよび立体画像表示装置 |
| JP2010204415A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Seiko Epson Corp | 液晶装置及び電子機器 |
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| JP2016145956A (ja) * | 2015-01-29 | 2016-08-12 | 株式会社東芝 | 光学装置並びにそれを備えた頭部装着型画像表示装置及び撮像装置 |
| US9857594B2 (en) | 2015-01-29 | 2018-01-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical device and head-mounted display device and imaging device equipped with the same |
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|---|---|---|---|---|
| KR102645722B1 (ko) | 2016-10-27 | 2024-03-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 렌즈 패널 및 이를 포함하는 표시 장치 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9045817A patent/JP3016744B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7345733B2 (en) | 2001-01-23 | 2008-03-18 | Ricoh Comapny, Ltd. | Light deflection element, light deflection device and image display device |
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| US7619713B2 (en) | 2004-11-22 | 2009-11-17 | Citizen Holdings Co., Inc. | Liquid crystal optical element and method for manufacturing thereof |
| EP1816507A1 (en) * | 2004-11-22 | 2007-08-08 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Liquid crystal optical element and manufacturing method thereof |
| JPWO2006054803A1 (ja) * | 2004-11-22 | 2008-06-05 | シチズンホールディングス株式会社 | 液晶光学素子及びその製造方法 |
| EP1816507A4 (en) * | 2004-11-22 | 2009-02-25 | Citizen Holdings Co Ltd | OPTICAL LIQUID CRYSTAL ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| WO2006054803A1 (ja) * | 2004-11-22 | 2006-05-26 | Citizen Holdings Co., Ltd. | 液晶光学素子及びその製造方法 |
| JP2009137285A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Samsung Electronics Co Ltd | プリントヘッド及びこれを採用した画像形成装置 |
| JP2009251236A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 回折格子、画像表示装置、レーザプロジェクタ、ゾーンプレート、ズームレンズおよび立体画像表示装置 |
| JP2010204415A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Seiko Epson Corp | 液晶装置及び電子機器 |
| JP2016145956A (ja) * | 2015-01-29 | 2016-08-12 | 株式会社東芝 | 光学装置並びにそれを備えた頭部装着型画像表示装置及び撮像装置 |
| US9857594B2 (en) | 2015-01-29 | 2018-01-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical device and head-mounted display device and imaging device equipped with the same |
| US10459281B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-10-29 | Samsung Display Co., Ltd. | Stereoscopic image display device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3016744B2 (ja) | 2000-03-06 |
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