KR20140125768A - 액정 렌즈 및 액정 렌즈용 셀 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은, 우수한 결상 성능을 갖는 액정 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명에 관련된 액정 렌즈 (1) 는, 광축 (C) 상에 이 순서로 배치된, 제 1 액정층 (11), 제 2 액정층 (12), 제 3 액정층 (13) 및 제 4 액정층 (14) 을 구비한다. 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 2 액정층 (12) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 90°상이하다. 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 4 액정층 (14) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다. 제 2 액정층(12) 에 있어서의 배향 방향과 제 3 액정층 (13) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다.
본원 발명에 관련된 액정 렌즈 (1) 는, 광축 (C) 상에 이 순서로 배치된, 제 1 액정층 (11), 제 2 액정층 (12), 제 3 액정층 (13) 및 제 4 액정층 (14) 을 구비한다. 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 2 액정층 (12) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 90°상이하다. 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 4 액정층 (14) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다. 제 2 액정층(12) 에 있어서의 배향 방향과 제 3 액정층 (13) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다.
Description
본 발명은, 액정 렌즈 및 액정 렌즈용 셀에 관한 것이다.
종래, 굴절률이 가변인 액정 렌즈가 제안되어 있다. 예를 들어 1 층의 액정층을 갖는 액정 렌즈에서는, 통상 특정 편광만이 굴절되고, 그 밖의 편광은 굴절되지 않는다. 이 때문에, 액정 렌즈의 전방 (前方) 에 편광판을 배치하여, 액정층에 의해 굴절되는 특정 편광만이 액정층에 입사되도록 할 필요가 있다. 따라서, 광량 손실이 크다는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 감안하여, 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 제 1 액정 렌즈와 제 2 액정 렌즈를 서로의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에서 직교하도록 배치 함으로써 편광판을 필요로 하지 않는 액정 렌즈를 얻는 것이 제안되어 있다.
또, 특허문헌 1 에서는, 제 1 액정 렌즈 및 제 2 액정 렌즈 중 이미지면측 액정 렌즈의 초점 거리를, 물체측 액정 렌즈의 초점 거리보다 짧게 하는 것이 제안되어 있다. 이와 같이 함으로써, 예를 들어 P 편광과 S 편광의 결상 위치의 어긋남을 억제하여, 우수한 결상 성능이 얻어지는 내용이 특허문헌 1 에 기재되어 있다.
최근, 액정 렌즈의 결상 성능을 더욱 개선하고자 하는 요망이 있다.
본 발명은, 우수한 결상 성능을 갖는 액정 렌즈를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명에 관련된 액정 렌즈는, 광축 상에 이 순서로 배치된, 제 1 액정층, 제 2 액정층, 제 3 액정층 및 제 4 액정층을 구비한다. 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 90°상이하다. 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 4 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다. 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 3 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다.
제 1 편광 방향의 입사광에 대한 제 1 액정층과 제 4 액정층의 합성 초점 거리와, 제 2 편광 방향의 입사광에 대한 제 2 액정층과 제 3 액정층의 합성 초점 거리가 동등한 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 액정 렌즈는, 제 1 ∼ 제 4 액정층을 협지하고 있고, 제 1 ∼ 제 4 액정층에 전계를 인가하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 추가로 구비하고 있어도 된다.
본 발명에 관련된 액정 렌즈는, 제 1 및 제 2 액정층을 협지하고 있고, 제 1 및 제 2 액정층에 전계를 인가하는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 제 3 및 제 4 액정층을 협지하고 있으며, 제 3 및 제 4 액정층에 전계를 인가하는 제 3 전극 및 제 4 전극을 추가로 구비하고 있어도 된다.
제 1 및 제 4 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층이 타방측에 위치하는 액정층보다 얇고, 또한, 제 2 및 제 3 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층이 타방측에 위치하는 액정층보다 얇아도 된다.
또, 제 1 및 제 4 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이 타방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작고, 또한, 제 2 및 제 3 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이 타방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작아도 된다.
본 발명에 관련된 액정 렌즈용 셀에는, 액정이 주입되는 제 1 내부 공간과 액정이 주입되는 제 2 내부 공간과 액정이 주입되는 제 3 내부 공간과 액정이 주입되는 제 4 내부 공간이 하나의 방향을 따라 이 순서로 형성되어 있다. 본 발명에 관련된 액정 렌즈용 셀은, 제 1 배향막과 제 2 배향막과 제 3 배향막과 제 4 배향막을 구비한다. 제 1 배향막은, 제 1 내부 공간에 면하도록 형성되어 있다. 제 2 배향막은, 제 2 내부 공간에 면하도록 형성되어 있다. 제 3 배향막은, 제 3 내부 공간에 면하도록 형성되어 있다. 제 4 배향막은, 제 4 내부 공간에 면하도록 형성되어 있다. 제 1 ∼ 제 4 배향막은, 제 1 ∼ 제 4 내부 공간의 각각에 액정이 주입되었을 때에, 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 90°상이하고, 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 4 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하고, 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향과 제 3 액정층에 있어서의 배향 방향이 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하도록 형성되어 있다.
본 발명에 의하면, 우수한 결상 성능을 갖는 액정 렌즈를 제공할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 전극의 개략적 평면도이다.
도 3 은, 제 1 참고예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 5 는, 제 3 실시형태에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 6 은, 제 1 변형예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 7 은, 제 2 변형예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 전극의 개략적 평면도이다.
도 3 은, 제 1 참고예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 5 는, 제 3 실시형태에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 6 은, 제 1 변형예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
도 7 은, 제 2 변형예에 관련된 액정 렌즈의 개략적 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 일례에 대해 설명한다. 단, 하기의 실시형태는 단순한 예시이다. 본 발명은, 하기의 실시형태에 조금도 한정되지 않는다.
또, 실시형태 등에 있어서 참조하는 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능을 갖는 부재는 동일한 부호로 참조하는 것으로 한다. 또, 실시형태 등에 있어서 참조하는 도면은 모식적으로 기재된 것이고, 도면에 묘화된 물체의 치수 비율 등은, 현실의 물체의 치수 비율 등과는 상이한 경우가 있다. 도면 상호 간에 있어서도 물체의 치수 비율 등이 상이한 경우가 있다. 구체적인 물체의 치수 비율 등은, 이하의 설명을 참작하여 판단되어야 한다.
(제 1 실시형태)
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 액정 렌즈 (1) 의 개략적 단면도이다. 액정 렌즈 (1) 는, 셀 (20) 과, 셀 (20) 내에 형성된 액정 분자를 함유하는 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 을 구비하고 있다. 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 은, 광축 (C) 상에 이 순서로 배치되어 있다. 이들 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 은, 제 1 및 제 2 전극 (21, 22) 에 의해 협지되어 있다. 제 1 및 제 2 전극 (21, 22) 에 의해 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 에 전계가 인가되고, 이로써 액정 렌즈 (1) 의 굴절률이 변화된다. 또한, 광축 (C) 은 액정 렌즈 (1) 전체로서의 광축으로서, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 의 각각의 광축은, 광축 (C) 과 반드시 일치하지는 않는다.
보다 구체적으로는, 액정 렌즈 (1) 는, 서로 대향하도록 배치된 제 1 기판 (31) 과 제 2 기판 (32) 을 갖는다. 제 1 기판 (31) 과 제 2 기판 (32) 사이에는 3 장의 중간 기판 (33 ∼ 35) 이 배치되어 있다. 이들 3 장의 중간 기판 (33 ∼ 35) 과 제 1 및 제 2 기판 (31, 32) 과 격벽 부재 (36 ∼ 39) 에 의해 구획 형성된 4 개의 공간에 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 이 형성되어 있다. 3 장의 중간 기판 (33 ∼ 35) 과 제 1 및 제 2 기판 (31, 32) 과 격벽 부재 (36 ∼ 39) 에 의해 액정 렌즈용 셀 (20) 이 구성되어 있다. 제 1 기판 (31) 과 중간 기판 (33) 사이에는, 제 1 내부 공간 (51) 이 형성되어 있다. 중간 기판 (33) 과 중간 기판 (34) 사이에는, 제 2 내부 공간 (52) 이 형성되어 있다. 중간 기판 (34) 과 중간 기판 (35) 사이에는, 제 3 내부 공간 (53) 이 형성되어 있다. 중간 기판 (35) 과 제 2 기판 (32) 사이에는, 제 4 내부 공간 (54) 이 형성되어 있다. 내부 공간 (51 ∼ 54) 에 액정을 주입하기 위한 액정 주입공은 기판 (31 ∼ 35) 에 형성되어 있어도 되고, 격벽 부재 (36 ∼ 39) 에 형성되어 있어도 된다. 중간 기판 (33 ∼ 35) 에 관통공이 형성됨으로써, 제 1 ∼ 제 4 내부 공간 (51 ∼ 54) 이 연통하고 있어도 된다. 즉, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 이 연통하고 있어도 된다. 이 경우, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 에 있어서의 압력 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제 1 기판 (31) 과, 제 1 기판 (31) 에 대향하도록 배치된 중간 기판 (33) 과, 격벽 부재 (36) 에 의해 구획 형성된 대략 원기둥형의 공간 내 (제 1 내부 공간 (51)) 에 제 1 액정층 (11) 이 형성되어 있다.
제 1 기판 (31), 중간 기판 (33) 및 격벽 부재 (36) 는, 예를 들어 유리에 의해 구성할 수 있다. 제 2 기판 (32), 중간 기판 (34, 35) 및 격벽 부재 (37 ∼ 39) 도 마찬가지로 유리에 의해 구성할 수 있다.
제 1 기판 (31) 및 제 2 기판 (32) 의 두께는, 예를 들어, 0.1 ㎜ ∼ 1 ㎜ 정도로 할 수 있다. 중간 기판 (33 ∼ 35) 의 두께는, 예를 들어, 3 ㎛ ∼ 80 ㎛ 정도로 할 수 있다. 격벽 부재 (36 ∼ 39) 의 두께는, 얻고자 하는 광학적 파워에 의해 결정되는 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 의 두께나, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 에 요구되는 응답 속도 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 격벽 부재 (36 ∼ 39) 의 두께는, 예를 들어, 1 ㎛ ∼ 80 ㎛ 정도로 할 수 있다.
제 1 기판 (31) 의 제 1 액정층 (11) 측의 표면 (31a) 상에는, 제 1 전극 (21) 이 배치되어 있다. 제 1 전극 (21) 의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (21) 은, 원형의 제 1 부분 (21a) 과, 제 1 부분 (21a) 을 포위하는 제 2 부분 (21b) 을 갖는다. 제 1 전극 (21) 은, 예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO) 등의 투명 도전성 산화물에 의해 구성할 수 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 본 실시형태에서는, 제 1 기판 (31) 의 표면 (31a) 상에는, 절연막이 제 1 전극 (21) 을 덮도록 배치되어 있다. 절연막은, 고저항막에 의해 덮여 있다. 고저항막은, 제 1 내부 공간 (51) 에 면하는 제 1 배향막 (51a) 에 의해 덮여 있다. 또, 중간 기판 (33) 의 제 1 액정층 (11) 측의 표면 상에도, 제 1 내부 공간 (51) 에 면하는 제 1 배향막 (51b) 이 배치되어 있다. 이들 배향막 (51a, 51b) 에 의해, 제 1 액정층 (11) 중의 액정 분자의 배향이 실시되고 있다. 무엇보다, 절연막이나 고저항막 등은 본 발명에 있어서 반드시 필수는 아니다.
또한, 절연막은, 예를 들어 산화규소 등에 의해 구성할 수 있다. 고저항막은, 예를 들어 산화아연 등에 의해 구성할 수 있다. 배향막은, 예를 들어, 러빙 처리된 폴리이미드막 등에 의해 구성할 수 있다. 본 실시형태에 있어서 등장하는 다른 절연막, 고저항막, 배향막도 동일한 재료에 의해 구성할 수 있다.
중간 기판 (33) 과, 중간 기판 (33) 에 대향하도록 배치된 중간 기판 (34) 과, 격벽 부재 (37) 에 의해 구획 형성된 대략 원기둥형의 공간 내 (제 2 내부 공간 (52)) 에 제 2 액정층 (12) 이 형성되어 있다.
또한, 중간 기판 (33, 34) 의 각각의 제 2 액정층 (12) 측의 표면 상에는, 제 2 내부 공간 (52) 에 면하는 제 2 배향막 (52a, 52b) 이 배치되어 있다. 이들 제 2 배향막 (52a, 52b) 에 의해, 제 2 액정층 (12) 중의 액정 분자의 배향이 실시되고 있다.
중간 기판 (34) 과, 중간 기판 (34) 에 대향하도록 배치된 중간 기판 (35) 과, 격벽 부재 (38) 에 의해 구획 형성된 대략 원기둥형의 공간 내 (제 3 내부 공간 (53)) 에 제 3 액정층 (13) 이 형성되어 있다.
또한, 중간 기판 (34, 35) 의 각각의 제 3 액정층 (13) 측의 표면 상에는, 제 3 내부 공간 (53) 에 면하는 제 3 배향막 (53a, 53b) 이 형성되어 있다. 이들 제 3 배향막 (53a, 53b) 에 의해, 제 3 액정층 (13) 중의 액정 분자의 배향이 실시되고 있다.
중간 기판 (35) 과, 중간 기판 (35) 에 대향하도록 배치된 제 2 기판 (32) 과, 격벽 부재 (39) 에 의해 구획 형성된 대략 원기둥형의 공간 내 (제 4 내부 공간 (54)) 에 제 4 액정층 (14) 이 형성되어 있다.
제 2 기판 (32) 의 제 4 액정층 (14) 측의 표면 (32a) 상에는, 제 2 전극 (22) 이 형성되어 있다. 제 2 전극 (22) 은, 제 1 전극 (21) 의 제 1 및 제 2 부분 (21a, 21b) 에 대향하도록 면상으로 형성되어 있다. 제 2 전극 (22) 은, 표면 (32a) 의 액정층 (11 ∼ 14) 이 형성된 영역의 실질적으로 전체 상에 배치되어 있다. 표면 (32a) 상에는, 제 2 전극 (22) 을 덮고, 제 4 내부 공간 (54) 에 면하도록 제 4 배향막 (54b) 이 형성되어 있다. 또, 중간 기판 (35) 의 제 4 액정층 (14) 측의 표면 상에도, 제 4 내부 공간 (54) 에 면하는 제 4 배향막 (54a) 이 형성되어 있다. 이들 제 4 배향막 (54a, 54b) 에 의해, 제 4 액정층 (14) 중의 액정 분자의 배향이 실시되고 있다.
액정 렌즈 (1) 에 있어서는, 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 2 액정층 (12) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 90°상이하다. 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 배향 방향과 제 4 액정층 (14) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다. 제 2 액정층 (12) 에 있어서의 배향 방향과 제 3 액정층 (13) 에 있어서의 배향 방향이 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 180°상이하다.
예를 들어, 제 1 및 제 4 액정층 (11, 14) 의 각각이 P 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 경우에는, 제 2 및 제 3 액정층 (12, 13) 의 각각은, S 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는다. 반대로, 예를 들어, 제 1 및 제 4 액정층 (11, 14) 의 각각이, S 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 경우에는, 제 2 및 제 3 액정층 (12, 13) 의 각각은, P 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는다. 이와 같이, 액정 렌즈 (1) 에서는, 예를 들어, P 편광 및 S 편광 중 일방의 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 2 개의 액정층 (11, 14) 을 광축 (C) 방향에 있어서의 양측에 배치하고, 그것들 2 개의 액정층 (11, 14) 사이에, P 편광 및 S 편광 중 타방의 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 2 개의 액정층 (12, 13) 이 배치되어 있다. 그리고, 4 개의 액정층 (11 ∼ 14) 중, 동일한 편광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 2 개의 액정층에서, 광축 (C) 과 수직인 면내에 있어서 배향 방향이 180°상이하다.
그런데, 예를 들어, 액정층을 하나만 갖는 액정 렌즈에 있어서는, 그 액정층이 광선 편광 작용을 갖는 편광 이외의 광이 액정층에 입사되지 않도록, 액정 렌즈의 전방에 편광판을 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 광량 손실이 커진다.
그에 반해 도 3 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, P 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 제 1 액정층 (111) 과, S 편광의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 제 2 액정층 (112) 을 갖는 액정 렌즈 (100) 는, 편광판을 필요로 하지 않는다. 따라서, 광량 손실을 억제할 수 있다.
그러나, 제 1 액정층 (111) 의 광학적 파워와 제 2 액정층 (112) 의 광학적 파워가 동등하면, P 편광의 입사광에 대한 제 1 액정층 (111) 의 초점 위치와, S 편광의 입사광에 대한 제 2 액정층 (112) 의 초점 위치가 광축 방향에 있어서 상이하다. 따라서, P 편광과 S 편광이 광축 방향에 있어서 상이한 위치에 집광되기 때문에, 충분한 결상 성능이 얻어지지 않는다.
예를 들어, 제 2 액정층 (112) 을 제 1 액정층 (111) 보다 두껍게 하고, S 편광의 입사광에 대한 제 2 액정층 (112) 의 광학적 파워를 P 편광의 입사광에 대한 제 1 액정층 (111) 의 광학적 파워보다 강하게 함으로써, P 편광의 입사광에 대한 제 1 액정층 (111) 의 초점 위치와, S 편광의 입사광에 대한 제 2 액정층 (112) 의 초점 위치를 정합시키는 것도 생각할 수 있다. 이 수법에서는, 예를 들어, 제 1 및 제 2 액정층 (111, 112) 의 굴절률이 소정의 굴절률인 경우에 P 편광의 초점 위치와 S 편광의 초점 위치를 정합시킬 수는 있다. 그러나, 제 1 액정층 (111) 및 제 2 액정층 (112) 의 굴절률에 관계없이, P 편광의 초점 위치와 S 편광의 초점 위치를 정합시키는 것은 곤란하다. 따라서, 액정 렌즈 (100) 에서는, 특정 굴절률일 때에 우수한 결상 성능이 얻어지지만, 그 이외의 굴절률일 때에 있어서 우수한 결상 성능을 얻는 것은 곤란하다.
또, 액정 렌즈 (100) 에서는, 제 1 액정층 (111) 의 양측에 배치되어 있는 배향막의 러빙 방향과, 제 2 액정층 (112) 의 양측에 배치되어 있는 배향막의 러빙 방향은 직교하고 있다. 여기서, 제 1 액정층 (111) 의 양측에 배치되어 있는 배향막의 러빙 방향을 x 방향으로 하고, 제 2 액정층 (112) 의 양측에 배치되어 있는 배향막의 러빙 방향을 y 방향으로 한다. 그러면, 제 1 액정층 (111) 의 초점은, 제 1 및 제 2 액정층 (111, 112) 의 z 방향에서 보았을 때의 기하학적 중심으로부터 x 방향으로 어긋난다. 그에 대해, 제 2 액정층 (112) 의 초점은, 제 1 및 제 2 액정층 (111, 112) 의 z 방향에서 보았을 때의 기하학적 중심으로부터 y 방향으로 어긋난다. 따라서, P 편광의 초점 위치와 S 편광의 초점 위치는, 광축에 대해 수직인 면내에 있어서 서로 상이하다. 따라서, 만일, P 편광의 초점 위치와 S 편광의 초점 위치를 일치시킬 수 있었다고 해도, P 편광의 초점 위치와 S 편광의 초점 위치를 합치시킬 수는 없다. 따라서, 액정 렌즈 (100) 에서는, 충분히 우수한 결상 성능이 얻어지지 않는다.
또한 제 1 및 제 2 액정층 (111, 112) 의 z 방향에서 보았을 때의 기하학적 중심과, z 방향에 수직인 면내에 있어서의 P 편광 및 S 편광의 초점 위치 사이의 거리는, 제 1 또는 제 2 액정층 (111, 112) 의 굴절률과 함께 변화된다는 문제도 발생한다.
그에 반해, 액정 렌즈 (1) 에서는, 제 1 편광 방향의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 제 1 및 제 4 액정층 (11, 14) 이 광축 (C) 방향의 양측에 배치되어 있고, 제 2 편광 방향의 입사광에 대해 광선 편광 작용을 갖는 제 2 및 제 3 액정층 (12, 13) 이 광축 (C) 방향에 있어서 제 1 액정층 (11) 과 제 4 액정층 (14) 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, 제 1 편광 방향의 입사광과 제 2 편광 방향의 입사광의 초점 위치의 차를 작게 할 수 있다. 따라서, 우수한 결상 성능을 실현할 수 있다.
보다 우수한 결상 성능을 실현하는 관점에서는, 제 1 편광 방향의 입사광에 대한 제 1 액정층 (11) 과 제 4 액정층 (14) 의 합성 초점 거리와, 제 2 편광 방향의 입사광에 대한 제 2 액정층 (12) 과 제 3 액정층 (13) 의 합성 초점 거리가 동등한 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 액정층과 제 4 액정층의 합성 초점 거리와 제 2 액정층과 제 3 액정층의 합성 초점 거리가 동등하다란, 제 1 액정층과 제 4 액정층의 합성 초점 거리와 제 2 액정층과 제 3 액정층의 합성 초점 거리의 차가, 제 1 액정층과 제 4 액정층의 합성 초점 거리와 제 2 액정층과 제 3 액정층의 합성 초점 거리의 평균값의 85 ％ ∼ 115 ％ 의 범위 내에 있는 것을 말한다.
또한 액정 렌즈 (1) 에서는, 제 1 액정층 (11) 에 대해 배향 방향이 180°상이한 제 4 액정층 (14) 이 형성되어 있다. 제 1 액정층 (11) 단체 (單體) 로서의 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남 방향과, 제 4 액정층 (14) 단체로서의 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남 방향이 180°상이하다. 따라서, 제 1 액정층 (11) 에 의한 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남과, 제 4 액정층 (14) 에 의한 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남이 상쇄되어, 제 1 편광 방향의 입사광에 대한 광축 (C) 에 수직인 면내에 있어서의 액정 렌즈 (1) 전체로서의 초점 위치의 광축 (C) 에 대한 어긋남량을 작게 할 수 있다. 마찬가지로, 액정 렌즈 (1) 에서는, 제 2 액정층 (12) 에 대해 배향 방향이 180°상이한 제 3 액정층 (13) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 제 2 액정층 (12) 에 의한 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남과, 제 3 액정층 (13) 에 의한 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치의 어긋남이 상쇄되어, 제 2 편광 방향의 입사광에 대한 광축 (C) 에 수직인 면내에 있어서의 액정 렌즈 (1) 전체로서의 초점 위치의 광축 (C) 에 대한 어긋남량을 작게 할 수 있다. 따라서, 더욱 우수한 결상 성능을 얻을 수 있다.
그런데, 물체 (피사체) 를 기판 (31) 에 대한 측 (Z1 측) 에 두고, 기판 (32) 에 대한 측 (Z2 측) 에 이미지면을 형성하는 경우, 제 1 액정층 (11) 은 제 4 액정층 (14) 보다 물체측 (z1) 에 위치하고 있고, 이미지면으로부터 멀리 있다. 이 때문에, 제 1 액정층 (11) 과 이미지면 사이의 광로 길이가, 제 4 액정층 (14) 과 이미지면 사이의 광로 길이보다 길다. 따라서, 제 1 액정층 (11) 과 제 4 액정층 (14) 에서 두께가 동일하면, 제 1 액정층 (11) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량 쪽이, 이미지면측 (z2) 에 위치하는 제 4 액정층 (14) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량보다 커진다.
이 관점에서, 도 6 및 도 7 에 나타나는 액정 렌즈와 같이, 물체측 (z1) 에 위치하고 있는 제 1 액정층 (11) 의 두께가, 이미지면측 (z2) 에 위치하고 있는 제 4 액정층 (14) 의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 액정층 (11) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량과, 이미지면측 (z2) 에 위치하는 제 4 액정층 (14) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량의 차가 보다 작아진다. 마찬가지로, 물체측 (z1) 에 위치하고 있는 제 2 액정층 (12) 의 두께가, 이미지면측 (z2) 에 위치하고 있는 제 3 액정층 (13) 의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 액정층 (12) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량과, 이미지면측 (z2) 에 위치하는 제 3 액정층 (13) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량의 차가 보다 작게 되어 있다. 따라서, 제 1 및 제 4 액정층 (11, 14) 이 광선 편광 작용을 갖는 편광의 초점 위치와, 제 2 및 제 3 액정층 (12, 13) 이 광선 편광 작용을 갖는 편광의 초점 위치의 어긋남량을 보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 보다 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.
또, 물체측 (z1) 에 위치하고 있는 제 1 액정층 (11) 에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이, 이미지면측 (z2) 에 위치하고 있는 제 4 액정층 (14) 에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작은 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 액정층 (11) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량과, 이미지면측 (z2) 에 위치하는 제 4 액정층 (14) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량의 차가 보다 작아진다. 마찬가지로, 물체측 (z1) 에 위치하고 있는 제 2 액정층 (12) 에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이, 이미지면측 (z2) 에 위치하고 있는 제 3 액정층 (13) 에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작은 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 액정층 (12) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량과, 이미지면측 (z2) 에 위치하는 제 3 액정층 (13) 의 광선 편광 작용에 의한 초점 위치의 어긋남량의 차가 보다 작아진다. 따라서, 제 1 및 제 4 액정층 (11, 14) 이 광선 편광 작용을 갖는 편광의 초점 위치와, 제 2 및 제 3 액정층 (12, 13) 이 광선 편광 작용을 갖는 편광의 초점 위치의 어긋남량을 보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 보다 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.
또, 제 1 전극 (21) 과 제 2 전극 (22) 에 의해 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 에 전계가 인가되기 때문에, 액정 렌즈 (1) 에서는, 제 1 전극 (21) 과 제 2 전극 (22) 사이의 전압이 변화되었을 때에, 제 1 액정층 (11) 의 광학적 파워와 제 4 액정층 (14) 의 광학적 파워가 연동하여 변화되고, 제 2 액정층 (12) 의 광학적 파워와 제 3 액정층 (13) 의 광학적 파워가 연동하여 변화된다. 따라서, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 의 광학적 파워가 변화되어도, 액정 렌즈 (1) 의 광축 (C) 에 대해 수직인 면내에 있어서의 초점 위치가 광축 (C) 으로부터 어긋나기 어렵다.
그런데, 액정 렌즈의 광학적 파워의 제어의 자유도를 높이는 관점에서는, 제 1 ∼ 제 4 액정층의 각각에 대해, 전계를 인가하는 전극쌍을 개별적으로 형성하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 그 경우는, 어느 전극쌍에 의해 발생한 전계의 z 방향에 있어서의 방향과, 다른 전극쌍에 의해 발생한 전계의 z 방향에 있어서의 방향이 상이한 경우가 있다. 그 경우는, 액정층에 대해, 그 액정층을 협지하고 있는 전극쌍에 의해 발생한 전계의 영향에 더하여, 다른 전극쌍에 의해 발생한, z 방향에 있어서의 전계 방향이 상이한 전계의 영향이 가해지게 된다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 전기력선의 형상이 원하는 형상으로부터 쉽게 어긋나게 되기 때문에, 파면 수차가 커지는 경우가 있다.
그에 반해 본 실시형태에서는, 1 쌍의 제 1 및 제 2 전극 (21, 22) 에 의해 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 이 협지되어 있어, 1 쌍의 제 1 및 제 2 전극 (21, 22) 에 의해 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 에 전계가 인가된다. 따라서, 제 1 ∼ 제 4 액정층 (11 ∼ 14) 의 각각에는 단일한 전계만이 가해진다. 따라서, 파면 수차를 저감시킬 수 있다.
또한, 이하와 같은 구성을 채용하는 것도 생각할 수 있다.
예를 들어, 도 4 에 나타나는 액정 렌즈 (2) 는, 제 1 및 제 2 액정층 (11, 12) 을 협지하고 있고, 제 1 및 제 2 액정층 (11, 12) 에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 전극 (23a, 23b) 과, 제 3 및 제 4 액정층 (13, 14) 을 협지하고 있고, 제 3 및 제 4 액정층 (13, 14) 에 전계를 인가하는 제 3 및 제 4 전극 (24a, 24b) 을 갖는다. 제 1 및 제 2 전극 (23a, 23b) 중, z1 측에 위치하는 제 1 전극 (23a) 이 제 1 및 제 2 부분 (21a, 21b) 을 갖고, 제 3 및 제 4 전극 (24a, 24b) 중, z1 측에 위치하는 제 3 전극 (24a) 이 제 1 및 제 2 부분 (21a, 21b) 을 갖는다.
또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 액정 렌즈 (3) 를, 제 1 및 제 2 액정층 (11, 12) 을 갖는 제 1 광학 부재 (41) 와, 제 3 및 제 4 액정층 (13, 14) 을 갖는 제 2 광학 부재 (42) 에 의해 구성해도 된다. 이 경우, 제 1 광학 부재 (41) 와 제 2 광학 부재 (42) 는 밀착하도록 배치되어 있어도 되고, 공기층을 개재하여 배치되어 있어도 된다.
이상과 같이, 제 1 및 제 2 액정층에 대해 1 쌍의 전극을 형성하고, 제 3 및 제 4 액정층에 대해 1 쌍의 전극을 형성함으로써, 액정 렌즈의 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
1 ∼ 3 : 액정 렌즈
11 : 제 1 액정층
12 : 제 2 액정층
13 : 제 3 액정층
14 : 제 4 액정층
20 : 액정 렌즈용 셀
21, 23a : 제 1 전극
21a : 제 1 부분
21b : 제 2 부분
22, 23b : 제 2 전극
31 : 제 1 기판
31a : 제 1 기판의 표면
32 : 제 2 기판
32a : 제 2 기판의 표면
33 ∼ 35 : 중간 기판
36 ∼ 39 : 격벽 부재
41 : 제 1 광학 부재
42 : 제 2 광학 부재
51a, 51b : 제 1 배향막
52a, 52b : 제 2 배향막
53a, 53b : 제 3 배향막
54a, 54b : 제 4 배향막
11 : 제 1 액정층
12 : 제 2 액정층
13 : 제 3 액정층
14 : 제 4 액정층
20 : 액정 렌즈용 셀
21, 23a : 제 1 전극
21a : 제 1 부분
21b : 제 2 부분
22, 23b : 제 2 전극
31 : 제 1 기판
31a : 제 1 기판의 표면
32 : 제 2 기판
32a : 제 2 기판의 표면
33 ∼ 35 : 중간 기판
36 ∼ 39 : 격벽 부재
41 : 제 1 광학 부재
42 : 제 2 광학 부재
51a, 51b : 제 1 배향막
52a, 52b : 제 2 배향막
53a, 53b : 제 3 배향막
54a, 54b : 제 4 배향막
Claims (7)
- 광축 상에 이 순서로 배치된, 제 1 액정층, 제 2 액정층, 제 3 액정층 및 제 4 액정층을 구비하고,
상기 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 90°상이하고,
상기 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 4 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하고,
상기 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 3 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이한, 액정 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 편광 방향의 입사광에 대한 상기 제 1 액정층과 상기 제 4 액정층의 합성 초점 거리와, 상기 제 2 편광 방향의 입사광에 대한 상기 제 2 액정층과 상기 제 3 액정층의 합성 초점 거리가 동등한, 액정 렌즈. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 ∼ 제 4 액정층을 협지하고 있고, 상기 제 1 ∼ 제 4 액정층에 전계를 인가하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 추가로 구비하는, 액정 렌즈. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 액정층을 협지하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 액정층에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 전극과,
상기 제 3 및 제 4 액정층을 협지하고 있고, 상기 제 3 및 제 4 액정층에 전계를 인가하는 제 3 및 제 4 전극을 추가로 구비하는, 액정 렌즈. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 4 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층이 타방측에 위치하는 액정층보다 얇고, 또한, 제 2 및 제 3 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층이 타방측에 위치하는 액정층보다 얇은, 액정 렌즈. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 4 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이 타방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작고, 또한, 상기 제 2 및 제 3 액정층 중 광축의 일방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각이 타방측에 위치하는 액정층에 있어서의 액정 분자의 프레틸트각보다 작은, 액정 렌즈. - 액정이 주입되는 제 1 내부 공간과, 액정이 주입되는 제 2 내부 공간과, 액정이 주입되는 제 3 내부 공간과, 액정이 주입되는 제 4 내부 공간이 하나의 방향을 따라 이 순서로 형성되어 있고,
상기 제 1 내부 공간에 면하도록 형성된 제 1 배향막과,
상기 제 2 내부 공간에 면하도록 형성된 제 2 배향막과,
상기 제 3 내부 공간에 면하도록 형성된 제 3 배향막과,
상기 제 4 내부 공간에 면하도록 형성된 제 4 배향막을 구비하고,
상기 제 1 ∼ 제 4 배향막은, 상기 제 1 ∼ 제 4 내부 공간의 각각에 액정이 주입되었을 때에, 상기 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 90°상이하고, 상기 제 1 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 4 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하고, 상기 제 2 액정층에 있어서의 배향 방향과 상기 제 3 액정층에 있어서의 배향 방향이 상기 광축과 수직인 면내에 있어서 180°상이하도록 형성되어 있는, 액정 렌즈용 셀.
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