JPWO2009072670A1 - 液晶フレネルレンズ - Google Patents
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Abstract
Description
図11は、従来の液晶フレネルレンズ30の断面図である。
液晶フレネルレンズ30では、液晶12は上下の透明基板11に挟持され、シール材13は液晶12の周囲を覆うように配置されている。上下の透明基板11の液晶12に面する側には、共通電極9及び輪帯電極群8がそれぞれ配置されている。
液晶フレネルレンズ30は、同心円上に配置された輪帯電極群8と共通電極9との間に電圧を印加し且つ輪帯電極毎にその印加電圧を異ならせることにより、内包された液晶12のリタデーション分布を変化させている。これによって、液晶フレネルレンズ30は、レンズ効果を発揮する。
図12は、従来の液晶フレネルレンズ30の輪帯電極群の概略を示す平面図である。
図12に示すように、輪帯電極群8は、透明基板上において、中心4の周囲に同心円状に配置された複数の輪帯電極2を有している。各輪帯電極2は、それぞれ必ずしも均一ではない幅を有し、互いに所定の輪帯間ギャップ3だけ離れて形成されている。この輪帯間ギャップ3では、液晶層に電位が与えられず、レンズとしての機能を有しない。このため、輪帯間ギャップ3は、なるべく狭く形成することが望ましい。しかしながら、輪帯電極間のリークを防ぐために、輪帯間ギャップ3は、所定の幅を有して形成される。
各輪帯電極2に電圧を印加するための引き出し配線5は、図示しない絶縁層を介して各輪帯電極2上に形成されている。各輪帯電極2と各引き出し配線5とは、ビア6により接続されている。各引き出し配線5は、駆動回路IC7と接続されている。駆動回路IC7は、図示していない電源回路等に更に接続され、各引き出し配線5を通じて各輪帯電極2に所定の電圧を印加する。
図13は、従来の液晶フレネルレンズ30の輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図12及び13に示す液晶フレネルレンズ30では、8つの輪帯電極2が1つの部分レンズ1に対応するように配置されている。各部分レンズ1における中心部からの順番が等しい輪帯電極2には、それぞれ同一の引き出し配線5によりビア6を介して同一の電圧が印加される。
図12及び図13に示す様に、輪帯電極2(1−1)〜2(1−8)で部分レンズ1(1)のリタデーション分布を形成し、輪帯電極2(2−1)〜2(2−8)で部分レンズ1(2)のリタデーション分布を形成し、輪帯電極2(3−1)〜2(3−8)で部分レンズ1(3)のリタデーション分布を形成するように構成されている。また、引き出し配線5(1)〜5(8)により、輪帯電極2(1−1)〜2(1−8)、輪帯電極2(2−1)〜2(2−8)及び輪帯電極2(3−1)〜2(3−8)、にそれぞれ電圧が印加される。なお、図12では、図面の関係上、部分レンズ1(1)及び1(2)のみを表示している。
また、各部分レンズ1のリタデーション分布を形成する輪帯電極2は、中心から離れるに従って幅が狭くなる。すなわち、輪帯電極2(1−2)の幅より、中心から離れた輪帯電極2(1−3)の幅の方が狭く、輪帯電極2(1−3)の幅より、中心から離れた輪帯電極2(1−4)の幅の方が狭い。
さらに、各部分レンズ1のリタデーション分布が形成される幅は、中心から離れるに従って狭くなる。ずなわち、部分レンズ1(1)により形成されるリタデーション分布の幅は、中心から離れて位置する部分レンズ1(2)により形成されるリタデーション分布の幅より狭い。
前述したように、輪帯間ギャップにおいては液晶層に電位が与えられず、レンズとして機能しない。特に、液晶フレネルレンズでは、フレネルレンズ状のリタデーション分布を多くの部分レンズにより形成し且つ各部分レンズのリタデーション分布を多くの輪帯電極により形成している。したがって、レンズの外側に行くに従ってレンズとして機能しない領域が広くなると、レンズとしての結像性能が低下するという問題がある。
本発明は、上記課題を解決することを可能とする液晶フレネルレンズを提供することを目的とする。
また、本発明は、結像性能の高い液晶フレネルレンズを提供することを目的とする。
本発明に係る液晶フレネルレンズは、同心円状に分割された輪帯電極群と、輪帯電極群と対向して配置された共通電極と、輪帯電極群と共通電極により狭持された液晶層と、輪帯電極群の内の第1の複数の輪帯電極を含み且つ第1の複数の輪帯電極によって第1のリタデーション分布を形成する第1の部分レンズ領域と、第1の複数の輪帯電極より外側に配置される輪帯電極群の内の第2の複数の輪帯電極を含み且つ第2の複数の輪帯電極によって第2のリタデーション分布を形成する第2の部分レンズ領域を有し、第1及び第2の部分レンズ領域においてフレネルレンズ状のリタデーション分布を形成し、第2の複数の輪帯電極の本数が第1の複数の輪帯電極の本数より少なくなるように設定されていることを特徴とする。
また、本発明に係る液晶フレネルレンズでは、第1の複数の輪帯電極において所定のリタデーションを発生する輪帯電極と、同じリタデーションを発生する第2の複数の輪帯電極における輪帯電極に、等しい駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段を更に有することが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶フレネルレンズでは、第1の部分レンズ領域において、第1の複数の輪帯電極がそれぞれ発生するリタデーションの輪帯電極間の格差が等しくなるように設定されていることが好ましい。
本発明の液晶フレネルレンズは、同心円上に分割された複数の輪帯電極からなる輪帯電極群と、輪帯電極群と対向して配置された共通電極とで、液晶層を狭持し、同心円上に分割された複数の部分レンズからなるフレネルレンズ状の屈折率分布を、輪帯電極群と共通電極とで、液晶層に形成する液晶フレネルレンズにおいて、各部分レンズの屈折率分布は、複数の輪帯電極により形成され、各部分レンズを形成する輪帯電極の数は、中心から外側に行くに従って少なくなることを特徴とするものである。
また、本発明の液晶フレネルレンズは、上述した各部分レンズを形成する輪帯電極に、各部分レンズの内側に位置する部分レンズの同一の屈折率分布を形成する輪帯電極と、等しい駆動電圧が印加されることを特徴とするものである。
本発明に係る液晶フレネルレンズでは、外側に位置する幅の狭い部分レンズにおいても、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えることで、大口径であっても結像性能が高く、視認性が良好で、且つ印加電圧の切替えにより容易に焦点距離を変更可能な液晶フレネルレンズを得ることが可能となった。
本発明に係る液晶フレネルレンズでは、外側に位置する幅の狭い部分レンズにおいても、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えたので、結像に寄与する面積を増加させることができ、それによって、液晶フレネルレンズが結像し得る光量を増加させることも可能となった。
図2は、本発明に係る液晶フレネルレンズの輪帯電極群の構成の概略を示す平面図である。
図3は、本発明に係る液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図4は、本発明に係る他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図5は、本発明に係る更に他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図6は、本発明に係る更に他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図7は、リタデーションと印加電圧との関係を示す図である。
図8は、本発明に係る液晶フレネルレンズの第1の実施例(1)を示す図である。
図9は、本発明に係る液晶フレネルレンズの第1の実施例(2)を示す図である。
図10は、液晶フレネルレンズの比較設計例を示す図である。
図11は、従来の液晶フレネルレンズの断面図である。
図12は、従来の液晶フレネルレンズの輪帯電極群の構成を示す平面図である。
図13は、従来の液晶フレネルレンズの輪帯電極毎のリタデーションを示す説明図である。
図1は、本発明に係る液晶フレネルレンズの概略断面図である。
本発明に係る液晶フレネルレンズ100では、図11に示す液晶フレネルレンズ30と同様に、液晶12は上下の透明基板11に挟持され、シール材13は液晶12の周囲を覆うように配置されている。上下の透明基板11の液晶12に面する側には、共通電極9及び輪帯電極群108がそれぞれ配置されている。本発明に係る液晶フレネルレンズ100では、液晶12にホモジニアス液晶を用いたが、他の種類の液晶(例えば、ホメオトロビック液晶等)を用いることも可能である。また、図示されていないが、フレネルレンズ100は、配向膜及びスペーサ等を具備している。図1に示す液晶フレネルレンズ100と、図11に示す液晶フレネルレンズ30との主な差異は、輪帯電極群の構成が異なる点である。
本発明に係る液晶フレネルレンズ100は、同心円上に配置された輪帯電極群108と共通電極9との間に電圧を印加し且つ輪帯電極毎にその印加電圧を異ならせるように制御している。ところで、リタデーション値(R)、液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差(複屈折率)Δn及び液晶層のセルギャップdは、R=Δn×dの関係にある。液晶フレネルレンズ100では、液晶12のセルギャップは常に一定であるため、輪帯電極群108への印加電圧によって、液晶12に所定の複屈折率分布を形成することによって、リタデーション分布を形成している。これによって、液晶フレネルレンズ100は、レンズ効果を発揮する。
図2は、本発明に係る液晶フレネルレンズの輪帯電極群の構成の概略を示す平面図である。
図2に示すように、輪帯電極群108は、透明基板上において、中心104の周囲に同心円状に配置された複数の輪帯電極102を有している。各輪帯電極102は、それぞれ所定の幅を有し、互いに所定の輪帯間ギャップ103だけ離れて形成されている。各輪帯電極102に電圧を印加するための引き出し配線105は、図示しない絶縁層を介して各輪帯電極102上に形成されている。各輪帯電極102と各引き出し配線105とは、ビア106により接続されている。各引き出し配線105は、駆動回路IC107と接続されている。駆動回路IC107は、図示していない電源回路等に更に接続され、各引き出し配線105を通じて各輪帯電極102に所定の電圧を印加する。
図3は、本発明に係る液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。また、図3は、図2のAA´断面の一部に対応している。
図3に示すように、液晶フレネルレンズ100では、液晶フレネルレンズ30と同様に、複数の部分レンズ101からなるフレネルレンズ状のリタデーション分布を液晶層12に形成する。各部分レンズ101のリタデーション分布が形成される幅は、中心から離れるに従って狭くなる。すなわち、部分レンズ(領域)101(1)より形成されるリタデーション分布の幅より、中心から離れて位置する部分レンズ101(領域)(2)により形成されるリタデーション分布の幅の方が狭い。
しかしながら、液晶フレネルレンズ100においては、各部分レンズ101のリタデーション分布を形成する輪帯電極102の数は、中心から外側に行くに従って少なくなる。この点において、液晶フレネルレンズ100は液晶フレネルレンズ30と構成が異なる。
図2及び3に示す様に、液晶フレネルレンズ100では、部分レンズ101(1)のリタデーション分布111を8つの輪帯電極102(1−1)〜102(1−8)で形成し、部分レンズ101(2)のリタデーション分布112を5つの輪帯電極102(2−1)〜102(2−5)で形成し、部分レンズ101(3)のリタデーション分布113を4つの輪帯電極102(3−1)〜102(3−4)で形成している。なお、図面の関係上、図2では、部分レンズ101(1)及び101(2)のみを表示している。
また、液晶フレネルレンズ100では、部分レンズ101(2)の輪帯電極102には、その内側に位置する部分レンズ101(1)における同一のリタデーションを形成する輪帯電極102に印加されるものと、等しい駆動電圧が印加される。例えば、輪帯電極102(2−1)には、輪帯電極102(1−1)と等しい駆動電圧が印加される。また、部分レンズ101(3)の輪帯電極102には、その内側に位置する部分レンズ101(1)及び101(2)における同一のリタデーションを形成する輪帯電極102に印加されるものと、等しい駆動電圧が印加される。例えば、輪帯電極102(3−4)には、輪帯電極102(1−8)及び輪帯電極102(2−5)と等しい駆動電圧が印加される。
液晶フレネルレンズ100では、外側に位置する部分レンズ101の輪帯電極102に、内側に位置する部分レンズ101の輪帯電極102と等しい電圧を印加して、各部分レンズ101のリタデーション分布を形成している。したがって、液晶フレネルレンズ100では、引き出し配線105の数を増やすことなく、各輪帯電極102に必要な電圧を印加することができるように構成されている。
上述したように、液晶フレネルレンズ100では、外側に位置する部分レンズ101が、内側に位置する何れかの部分レンズ101においてリタデーション分布を形成する輪帯電極の数より、少ない数の輪帯電極102によってリタデーション分を形成するように構成した。したがって、外側に位置する部分レンズ101において、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップ103の占める面積の割合の増加を抑えることが可能となった。これにより、大口径であっても結像性能の高い液晶フレネルレンズ得ることが可能となった。
液晶フレネルレンズ100では、全ての部分レンズ101のリタデーション分布が、異なる数の輪帯電極102で形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、いくつかの隣り合う部分レンズ101のリタデーション分布が、同じ数の輪帯電極102により形成されるように構成しても良い。
図4は、本発明に係る他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図4に示す例は、図1に示す液晶フレネルレンズにおける輪帯電極群108を他の輪帯電極群200に変更したものである。その他の構成は、液晶フレネルレンズ100と同様であるので説明を省略する。
図4に示す例では、輪帯電極群200は複数の輪帯電極202を有しており、3つの部分レンズ(領域)201(1)〜201(3)によるリタデーション分布を形成するように構成されている。図4に示すように、部分レンズ201(1)のリタデーション分布211を8つの輪帯電極202(1−1)〜202(1−8)で形成し、部分レンズ201(2)のリタデーション分布212を4つの輪帯電極202(2−1)〜202(2−4)で形成し、部分レンズ201(3)のリタデーション分布213を2つの輪帯電極202(3−1)〜202(3−2)で形成している。
図4の例においても、各部分レンズ201のリタデーション分布を形成する輪帯電極202の数は、中心から外側に行くに従って少なくなる。したがって、外側に位置する部分レンズ201において、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えることが可能となった。これにより、大口径であっても結像性能の高い液晶フレネルレンズ得ることが可能となった。
図5は、本発明に係る更に他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図5に示す例は、図1に示す液晶フレネルレンズにおける輪帯電極群108を他の輪帯電極群220に変更したものである。その他の構成は、液晶フレネルレンズ100と同様であるので説明を省略する。
図5に示す例では、輪帯電極群220は複数の輪帯電極222を有しており、3つの部分レンズ(領域)221(1)〜221(3)によるリタデーション分布を形成するように構成されている。図5に示すように、部分レンズ221(1)のリタデーション分布231を8つの輪帯電極222(1−1)〜222(1−8)で形成し、部分レンズ221(2)のリタデーション分布232を7つの輪帯電極222(2−1)〜222(2−7)で形成し、部分レンズ221(3)のリタデーション分布233を6つの輪帯電極222(3−1)〜222(3−6)で形成している。
図5の例においても、各部分レンズ201のリタデーション分布を形成する輪帯電極222の数は、中心から外側に行くに従って少なくなる。したがって、外側に位置する部分レンズ221において、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えることが可能となった。これにより、大口径であっても結像性能の高い液晶フレネルレンズ得ることが可能となった。
また、図5に示す例においても、外側に位置する部分レンズ221の輪帯電極222に、内側に位置する部分レンズ221の輪帯電極222と等しい電圧を印加して、各部分レンズ221のリタデーション分布を形成している。したがって、図5の示す例でも、引き出し配線の数を増やすことなく、各輪帯電極222に必要な電圧を印加することができるように構成されている。
さらに、図5の例では、所定の部分レンズ領域において、幾つかの輪帯電極をまとめて1つの輪帯電極とすることで輪帯間ギャップが占める面積の割合を小さくするように構成している。例えば、部分レンズ221(3)における最外郭の輪帯電極222(3−6)は、図13の部分レンズ1(3)の輪帯電極3(1−6)〜3(1−8)を1つにまとめたものに相当している。このように、複数の輪帯電極を1つにまとめることによって、輪帯間ギャップが占める面積の割合を小さくことが可能である。
図6は、本発明に係る更に他の液晶フレネルレンズの、各輪帯電極と液晶層に形成されるリタデーションとの関係を示す図である。
図6に示す例は、図1に示す液晶フレネルレンズにおける輪帯電極群108を他の輪帯電極群240に変更したものである。その他の構成は、液晶フレネルレンズ100と同様であるので説明を省略する。
図6に示す例では、輪帯電極群240は複数の輪帯電極242を有しており、3つの部分レンズ(領域)241(1)〜241(3)によるリタデーション分布を形成するように構成されている。図6に示すように、部分レンズ241(1)のリタデーション分布251を8つの輪帯電極242(1−1)〜242(1−8)で形成し、部分レンズ241(2)のリタデーション分布252を7つの輪帯電極242(2−1)〜242(2−7)で形成し、部分レンズ241(3)のリタデーション分布253を6つの輪帯電極242(3−1)〜242(3−6)で形成している。
図6の例においても、各部分レンズ241のリタデーション分布を形成する輪帯電極242の数は、中心から外側に行くに従って少なくなる。したがって、外側に位置する部分レンズ241において、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えることが可能となった。これにより、大口径であっても結像性能の高い液晶フレネルレンズ得ることが可能となった。
なお、図6に示す例では、各部分レンズ241のリタデーション分布を形成する輪帯電極242のリタデーションの値は、ちょうど各部分レンズ241における最大リタデーション値をその部分レンズ241が含む輪帯電極数で割った値を有するように設定されている。即ち、各部分レンズにおいて、各輪帯電極間のリタデーション格差が等しくなるように設定されている。したがって、それぞれのリタデーションを発生する電圧をそれぞれ輪帯電極242に印加する必要がある。
図7は、リタデーションと印加電圧との関係を示す図である。
図7は、複屈折率Δn=0.25のホモジニアス液晶によって、圧さ20μmの液晶レンズを作成した場合の、印加電圧と発生するリタデーション値との関係を示す図である。実際には、液晶12として利用する液晶に応じて、発生させたいリタデーションに対応した電圧を印加するように、駆動IC107等を制御することとなる。
液晶フレネルレンズの結像性能を高くするためには、なめらかなフレネルレンズ状のリタデーション分布を液晶層に形成することが効果的であり、そのためにはリタデーション分布を形成する輪帯電極の本数が多い方が望ましい。例えば、眼鏡用レンズとして用いる場合、ジオプターの値にもよるが、中心から半径1mm程度のレンズ領域で20本以上、望ましくは30本以上の輪帯電極を用いることにより、なめらかなフレネルレンズ状のリタデーション分布を液晶層に形成することができる。
ジオプター2.5を実現するためには、約140000nmのリタデーションが必要となる。また、液晶層の厚み20μmで実現が可能なリタデーションが約3000nmであることから、レンズの分割数を47とし、47個の部分レンズで約140000nmのリタデーションを得られるように設計した。
47個の部分レンズで、この液晶フレネルレンズを形成した場合、中心に位置する最も大きな部分レンズの半径は約1.1mmとなり、最も外側に位置する部分レンズの幅は80μm前後になる。この中心に位置する部分レンズのリタデーション分布を形成する輪帯電極の本数を25本とした。また、各輪帯電極の間隙である輪帯間ギャップを1μmとした。
図8では、一部の部分レンズについて、各部分レンズ内に配置した輪帯電極の駆動電圧印加時のリタデーションと、各輪帯電極の内側の半径(中心からの距離)、各部分レンズ内の輪帯電極の本数、及び各部分レンズに占める輪帯間ギャップの面積比(輪帯間ギャップの合計の面積/部分レンズの面積×100)を示した。
それぞれの輪帯電極には、なだらかなレンズ形状を形成するように、また必要なリタデーションが得られるような駆動電圧を印加した。中心に位置する最も大きい部分レンズの領域では25本の輪帯電極にそれぞれ異なる駆動電圧が所定の駆動IC等から印加される。
各部分レンズ1のリタデーション分布が形成される幅は、中心から離れるに従って狭くなる。すなわち、中心に位置する部分レンズ1(1)の幅が約1100μmであるのに対して、一つ外側の部分レンズ1(2)の幅は半分以下の約450μmである。
また、本実施例では、中心に位置する部分レンズ1(1)のリタデーション分布を形成する輪帯電極の本数が25本であるのに対して、中心から2番目の部分レンズ1(2)〜5番目の部分レンズ1(5)を形成する輪帯電極の本数は13本である。また、中心から6番目に位置する部分レンズ1(6)〜11番目に位置する部分レンズ1(11)〜12番目に位置する部分レンズ1(12)を形成する輪帯電極の本数は9本であり、同じく13番目に位置する部分レンズ1(13)〜21番目に位置する部分レンズ1(21)を形成する輪帯電極の本数は7本である。さらに、中心から22番目に位置する部分レンズ1(22)〜41番目に位置する部分レンズ1(41)〜47番目(最後)の部分レンズ1(47)を形成する輪帯電極の本数は4本である。なお、部分レンズ1(1)〜部分レンズ1(11)までを図8に、部分レンズ1(12)〜部分レンズ1(47)までの図9に示した。
本実施例では、各部分レンズ1のリタデーション分布(屈折率分布)を形成する輪帯電極の数が、中心から外側に行くに従って少なくなる。これにより、輪帯間ギャップの面積の割合が、中心に位置する部分レンズ1(1)の3.00%に対して、部分レンズ1(2)は2.70%、部分レンズ1(6)は3.44%、部分レンズ1(13)は3.88%、部分レンズ1(47)は3.76%となる。したがって、外側に位置する幅の狭い部分レンズ1(例えば、部分レンズ1(47))においても5%以下となり、レンズとして機能しない領域である輪帯間ギャップの占める面積の割合の増加を抑えることができる。これにより、本設計例では、従来技術と比較して、大口径であっても結像性能の高い液晶フレネルレンズ得ることが可能となった。
また、本実施例では、中心に位置する部分レンズ1(1)のリタデーション分布を形成する輪帯電極の数を25本としている。これにより、部分レンズ1(1)のリタデーション分布が、各輪帯電極により24分割される。
ここで、外側に位置する部分レンズ1(中心に位置する部分レンズ1以外の部分レンズ1)のリタデーション分布の輪帯電極による分割数を、中心に位置する部分レンズ1の分割数の約数としている。したがって、中心に位置する部分レンズ1の輪帯電極に印加する電圧と等しい電圧を、外側に位置する各部分レンズ1の輪帯電極に印加することが可能となり、多くの種類の電圧を供給する必要がなくなるという効果を有している。
本実施例では、中心に位置する部分レンズ1(1)のリタデーション分布の輪帯電極による分割数を、約数の多い24とした。これにより、外側に位置する部分レンズ1のリタデーション分布の輪帯電極による分割数を、12分割、8分割、6分割・・・3分割といった、24の多くの約数のうちの何れかとすることができる。これにより、部分レンズ1の数が多くても、引き出し配線を増やすことなく、各部分レンズ1のリタデーション分布を適切な分割数でなだらかに形成することが可能となった。
本実施例に示す様に、隣り合う幾つかの部分レンズ1のリタデーション分布が、同じ数の輪帯電極により形成されるようにしても良い。
本実施例において、各輪帯電極の中心からの距離は、適当な位で丸められた数値である。また、本実施例において、部分レンズの数、各部分レンズのリタデーション分布を形成する輪帯電極の数、各輪帯電極の中心からの距離などは、一例であって、これに限定されるものではない。
また、本実施例において、ある程度、使用環境の温度が変動しても液晶により実現可能なリタデーションを考慮したものである。しかし、使用環境の温度を限定することにより、各部分レンズでのリタデーション量を大きくし、その結果、部分レンズの数を減らした設計をすることも可能である。
さらに、本実施例において、全ての輪帯電極に同一の駆動電圧を印加することで、液晶フレネルレンズをレンズ効果のない状態とすることができる。また、各輪帯電極に適切な駆動電圧を印加する事で、液晶層のリタデーション分布を変化させて所定の屈折率分布を形成することにより、様々なジオプターを有するレンズを形成することも可能である。
なお、分割されていないレンズ状のリタデーション分布を液晶層に形成する構成の液晶レンズでは、ジオプター2.5に必要となる約140000nmのリタデーションを実現するために、液晶の複屈折率の差Δn、液晶層の厚み、液晶の駆動電圧をそれぞれ大きくする必要がある。したがって、このような液晶パネルでは、液晶の応答時間が秒単位となる、液晶を駆動させる電源が大きくなる、等の弊害があり実現が難しい。したがって、ジオプター2.5に必要な約140000nmといった大きなリタデーションを実現するためには、上述したような、複数の部分レンズに分割されたフレネルレンズ状のリタデーション分布を液晶層に形成する液晶フレネルレンズの構成が必要となる。
比較例
図10は、直径を15mm、内包する液晶の複屈折率の差Δnを0.25、液晶層の厚みを20μmとした条件下で、ジオプター2.5を実現する、液晶フレネルレンズの比較設計例を示す。
図10に示す例では、上記の実施例1及び2に記載した設計例1及び2と同様のジオプター2.5を実現するように、レンズの分割数を47とし、47の部分レンズにおいて、全て25本の輪帯電極を有するように設計した。なお、輪帯間ギャップを1μmとしている。
図10に示す様に、輪帯間ギャップの面積比は、中心に位置する部分レンズ1(1)では3.00%であるが、内側から21番目の部分レンズ1(21)において19.84%、41番目の部分レンズ1(41)においては27.91%を占めるに至っている。このように、外側の部分レンズにいくに従って、輪帯間ギャップの面積比が大きくなってしまい、実質的に結像に寄与する領域が少なってしまう。
上記の比較例に示すように、輪帯間ギャップの面積比が5%を超えると、結像性能の低下や、光量の減少といった問題が発生すると一般的に言われている。これに対して、実施例に示す例では、47個の部分レンズ全てにおいて、輪帯間ギャップの面積比が5%以下となるように設計されており、良好な液晶フレネルレンズとして機能することが理解できる。
Claims (4)
- 液晶フレネルレンズにおいて、
同心円状に分割された輪帯電極群と、
前記輪帯電極群と対向して配置された共通電極と、
前記輪帯電極群と前記共通電極により狭持された液晶層と、
前記輪帯電極群の内の第1の複数の輪帯電極を含み、前記第1の複数の輪帯電極によって第1のリタデーション分布を形成する第1の部分レンズ領域と、
前記第1の複数の輪帯電極より外側に配置される前記輪帯電極群の内の第2の複数の輪帯電極を含み、前記第2の複数の輪帯電極によって第2のリタデーション分布を形成する第2の部分レンズ領域と、を有し、
前記第1及び第2の部分レンズ領域において、フレネルレンズ状のリタデーション分布を形成し、
前記第2の複数の輪帯電極の本数が、前記第1の複数の輪帯電極の本数より少なくなるように設定されている、
ことを特徴とする液晶フレネルレンズ。 - 前記第1の複数の輪帯電極において所定のリタデーションを発生する輪帯電極と、同じリタデーションを発生する前記第2の複数の輪帯電極における輪帯電極に、等しい駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段を更に有する、請求項1に記載の液晶フレネルレンズ。
- 前記第1の部分レンズ領域において、前記第1の複数の輪帯電極がそれぞれ発生するリタデーションの輪帯電極間の格差が等しくなるように設定されている、請求項1に記載の液晶フレネルレンズ。
- 所定の数の輪帯電極を1つの輪帯電極にまとめることによって、前記第2の複数の輪帯電極の本数を、前記第1の複数の輪帯電極の本数より少なくなるように設定している、請求項1に記載の液晶フレネルレンズ。
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