TW201500824A - 液晶透鏡 - Google Patents

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TW201500824A
TW201500824A TW103116157A TW103116157A TW201500824A TW 201500824 A TW201500824 A TW 201500824A TW 103116157 A TW103116157 A TW 103116157A TW 103116157 A TW103116157 A TW 103116157A TW 201500824 A TW201500824 A TW 201500824A
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TW103116157A
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Takumi Murakami
Kazuyuki Kikuchi
Takashi Akimoto
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Nippon Electric Glass Co
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    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract

本發明提供一種可使透鏡光學能力提高之液晶透鏡。本發明係一種液晶透鏡10，其特徵在於包括：液晶層41、42；第1電極1，其包括具有開口之第1電極部3、及配置於開口內之第2電極部4；第2電極2，其隔著液晶層41、42而與第1電極1對向；及高電阻層6，其配置於第1電極1之至少第2電極部4與液晶層41之間；且於第1電極1與第2電極2之間設置有導電部21a、22a、23a、及24a，導電部21a、22a、23a、及24a電性連接於第2電極2。

Description

液晶透鏡
本發明係關於一種液晶透鏡。
先前以來，作為折射率可變之透鏡研究有液晶透鏡。對於液晶透鏡提出有如下方案，即，將較薄之帶狀之玻璃用作間隔件，且使液晶層之厚度變薄，藉此提高透鏡光學能力(lens power)(專利文獻1)。又，提出有為了降低驅動電壓而設置高電阻層(專利文獻2等)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-175104號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-17742號公報
期望於液晶透鏡中進一步提高透鏡光學能力。
本發明之目的在於提供一種可使透鏡光學能力提高之液晶透鏡。
本發明係一種液晶透鏡，其特徵在於包括：液晶層；第1電極，其包括具有開口之第1電極部、及配置於開口內之第2電極部；第2電極，其隔著液晶層而與第1電極對向；及高電阻層，其配置於第1電極之至少第2電極部與液晶層之間；且於第1電極與第2電極之間設置有 導電部，導電部電性連接於第2電極。
於本發明中，可於第1電極與第2電極之間設置用以形成液晶層之側壁之間隔件。於該情形時，亦可於第1電極與間隔件之間、及/或間隔件與第2電極之間設置導電部。
又，亦可將間隔件設為導電部。
於本發明中，亦可於第1電極與第2電極之間設置有中間板，利用中間板將液晶層分割為第1液晶層與第2液晶層。於該情形時，亦可於第1電極與中間板之間設置有用以形成第1液晶層之側壁之第1間隔件，且於中間板與第2電極之間設置有用以形成第2液晶層之側壁之第2間隔件。於該情形時，亦可於第1電極與第1間隔件之間、第1間隔件與中間板之間、中間板與第2間隔件之間、及第2間隔件與第2電極之間之至少1個部位設置導電部。
又，第1間隔件及第2間隔件中之至少一者亦可為導電部。
較佳為，導電部構成液晶層之側壁之至少一部分。
根據本發明，可使液晶透鏡之透鏡光學能力提高。
1‧‧‧第1電極
2‧‧‧第2電極
3‧‧‧第1電極部
3a‧‧‧開口
3b‧‧‧狹縫
4‧‧‧第2電極部
4a‧‧‧引出部
6‧‧‧高電阻層
7‧‧‧絕緣膜
10‧‧‧液晶透鏡
11‧‧‧第1基板
11a‧‧‧第1電極部端子
11b‧‧‧第2電極部端子
11c‧‧‧接地電極端子
12‧‧‧第2基板
13‧‧‧中間板
13a‧‧‧貫通孔
14‧‧‧第1間隔件
14a、15a‧‧‧貫通孔
14b、15b‧‧‧開口
15‧‧‧第2間隔件
16‧‧‧第1間隔件
16a、17a‧‧‧導電部
16b、17b‧‧‧開口
17‧‧‧第2間隔件
21~24‧‧‧金屬膜
21a、22a、23a、24a‧‧‧導電部
21b、22b、23b、24b‧‧‧開口
21c‧‧‧端子部
21d、24d‧‧‧液晶導入孔
31~33‧‧‧導通部
34‧‧‧假想線(液晶層之側壁之位置)
35‧‧‧假想線(貫通孔之位置)
41‧‧‧第1液晶層
42‧‧‧第2液晶層
圖1係表示本發明之實施形態之液晶透鏡之模式性剖面圖。
圖2係用以說明本發明之實施形態之液晶透鏡之製造步驟之模式性立體圖。
圖3係表示本發明之實施形態之液晶透鏡中的形成有第1電極之第1基板之俯視圖。
圖4係表示本發明之另一實施形態之液晶透鏡之模式性剖面圖。
圖5係表示使本發明之實施形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。
圖6係表示使本發明之實施形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之 折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。
圖7係表示使比較形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。
圖8係表示使比較形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。
圖9係表示使實施形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之干擾條紋之照片。
圖10係表示使實施形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之干擾條紋之照片。
圖11係表示使比較形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之干擾條紋之照片。
圖12係表示使比較形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之干擾條紋之照片。
以下，對本發明之較佳之實施形態進行說明。但是，本發明並非為限定於以下之實施形態者。於說明以下之實施形態等之圖式中，具有實質上相同之功能之構件參照使用相同之符號。
圖1係表示本發明之實施形態之液晶透鏡之模式性剖面圖。液晶透鏡10具備相互空開間隔而以對向之方式配置之第1基板11與第2基板12。於第1基板11與第2基板12之間配置有中間板13。於第1基板11與中間板13之間配置有第1間隔件14。藉由設置第1間隔件14，而於第1基板11與中間板13之間設置有用以形成第1液晶層41之空間。於中間板13與第2基板12之間配置有第2間隔件15。藉由設置第2間隔件15，而於中間板13與第2基板12之間設置用以形成第2液晶層42之空間。
第1基板11及第2基板12例如可由玻璃基板等透明基板構成。第1基板11及第2基板12之厚度例如可設為0.1mm~1.0mm左右。於本實 施形態中，中間板13、第1及第2間隔件14及15例如可由厚度較第1基板11或第2基板12薄之玻璃板而構成。中間板13、第1及第2間隔件14及15之厚度例如可設為5μm~80μm左右。
於第1基板11上設置有第1電極1。第1電極1具有第1電極部3及第2電極部4。
圖3係表示本發明之實施形態之液晶透鏡中的形成有第1電極之第1基板11之俯視圖。如圖3所示，於第1電極部3形成有大致圓形狀之開口3a。第2電極部4配置於開口3a內。第2電極部4連接於通過形成於第1電極部3之狹縫3b內之引出部4a之一端。引出部4a之另一端連接於形成於第1基板11上之第2電極部端子11b。第1電極部3連接於形成於第1基板11上之第1電極部端子11a。於基板11上形成有電性連接於下述之第2電極2之接地電極端子11c。
參照圖1，於第1電極1上形成有高電阻層6。於高電阻層6上形成有絕緣膜7。於本發明中，高電阻層6係電阻值以表面電阻計為1×104Ω/□~1×1014Ω/□，且具有較上述各電極高且較絕緣膜7低之電阻之膜。較佳為，高電阻層6包含例如氧化鋅、鋁鋅氧化物、銦錫氧化物、銻錫氧化物、鎵鋅氧化物、矽鋅氧化物、錫鋅氧化物、硼鋅氧化物及鍺鋅氧化物中之至少一種。較佳為，絕緣膜7包含例如氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮及氧化鋯中之至少一種。
較佳為，高電阻層6之厚度例如為10nm~300nm。絕緣膜7之厚度較佳為1nm~2μm左右，更佳為100nm~1.5μm左右。
於絕緣膜7上設置有第1間隔件14。於絕緣膜7與第1間隔件14之間設置有金屬膜21。於第1間隔件14與中間板13之間設置有金屬膜22。於中間板13與第2間隔件15之間設置有金屬膜23。於第2間隔件15與第2基板12之間設置有金屬膜24。於本實施形態中，金屬膜21~24由鋁膜構成。較佳為，金屬膜21~24之厚度例如為50nm~1μm左 右。
於與第1基板11對向之第2基板12之表面上形成有第2電極2。第2電極2與金屬膜24電性連接。如圖1所示，於第1間隔件14、中間板13、及第2間隔件15，分別形成有貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a。於貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a內，填充導電性物質，而形成有導通部31、導通部32、及導通部33。金屬膜21與金屬膜22藉由導通部31而電性連接，金屬膜22與金屬膜23藉由導通部32而電性連接，且金屬膜23與金屬膜24藉由導通部33而電性連接。因此，金屬膜21~24電性連接於第2電極2。
如圖1所示，於第1間隔件14形成有開口14b，且於第2間隔件15形成有開口15b。開口14b及開口15b之端面分別形成第1液晶層41及第2液晶層42之側壁。又，包含金屬膜21之導電部21a、包含金屬膜22之導電部22a、包含金屬膜23之導電部23a、及包含金屬膜24之導電部24a，亦分別形成第1液晶層41及第2液晶層42之側壁。構成第1液晶層41及第2液晶層42之側壁之一部分之導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a電性連接於第2電極2。再者，於第1液晶層41所接觸之絕緣膜7上及中間板13之表面上、以及第2液晶層42所接觸之中間板13之表面上及第2電極2上，形成有用以使液晶配向之配向膜，但於圖1中省略圖示。本實施形態中，將第1液晶層41及第2液晶層42中之一者設為P偏光，且將另一者設為S偏光。
圖2係用以說明本發明之實施形態之液晶透鏡之製造步驟之模式性立體圖。圖2係將圖1所示之實施形態之液晶透鏡以分解立體圖之形式表示。於圖2所示之第1基板11，形成有具有第1電極部3及第2電極部4之第1電極1。於第1電極1上形成有高電阻層6及絕緣膜7，但於圖2中省略圖示。
於第1基板11上形成作為金屬膜21之鋁膜。作為鋁膜之形成方 法，例如可列舉濺鍍法、真空蒸鍍法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法等。於金屬膜21設置有開口21b、及連接於開口21b之2個液晶導入孔21d。又，於金屬膜21設置有端子部21c。端子部21c形成於第1基板11上之接地電極端子11c上，且與接地電極端子11c電性連接。金屬膜21之圖案化可藉由使用遮罩等而進行。
利用陽極接合而將第1間隔件14接合於第1基板11上之金屬膜21。該陽極接合可藉由將形成金屬膜21之第1基板11及第1間隔件14加熱至180℃~250℃左右，並對作為玻璃之第1間隔件14施加負電壓，且對金屬膜21施加正電壓而進行。於第1間隔件14形成有貫通孔14a及開口14b。
其次，於第1間隔件14上，與金屬膜21同樣地形成作為金屬膜22之鋁膜。於金屬膜22設置有開口22b。由開口21b、開口14b、及開口22b形成第1液晶層41之側壁。
其次，利用陽極接合而將中間板13接合於金屬膜22。於中間板13形成有貫通孔13a。其次，於中間板13上，與金屬膜21同樣地形成作為金屬膜23之鋁膜。於金屬膜23設置有開口23b。其次，利用陽極接合而將第2間隔件15接合於金屬膜23。於第2間隔件15形成有貫通孔15a及開口15b。
其次，於第2間隔件15上，與金屬膜21同樣地形成作為金屬膜24之鋁膜。於金屬膜24設置有開口24b、及連接於開口24b之2個液晶導入孔24d。其次，利用陽極接合而將第2基板12接合於金屬膜24上。再者，於與第1基板11對向之第2基板12之表面上，於陽極接合之前形成第2電極2。
當於貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a內之上形成金屬膜22、23、及24時，該等金屬膜之一部分被作為導電性物質而填充至該 等貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a內。藉此，形成圖1所示之導通部31、導通部32、及導通部33。又，代替此種導通部之形成方法，亦可於貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a內填充導電性膏等，其後進行乾燥或加熱而形成導通部31、導通部32、及導通部33。圖1係沿著圖3所示之I-I線之液晶透鏡之剖面圖。圖3所示之假想線35表示貫通孔14a、貫通孔13a、及貫通孔15a之位置。又，假想線34表示第1液晶層41及第2液晶層42之側壁之位置。
依如上方式，利用陽極接合而組裝液晶透鏡之單元之後，將液晶注入至單元內。液晶導入孔21d、24d露出於單元之端面，故而可自該等液晶導入孔將液晶注入至單元內。具體而言，使單元內之空氣自液晶導入孔排出之後，將液晶自液晶導入孔21d注入至第1液晶層41，將液晶自液晶導入孔24d注入至第2液晶層42。導入液晶之後，使用紫外線硬化樹脂等密封液晶導入孔。
以如上方式可製造圖1所示之液晶透鏡。如圖1所示，導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a電性連接於第2電極2。又，導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a經由圖2所示之金屬膜21之端子部21c，而電性連接於第1基板11之接地電極端子11c。一般而言，第1電極1之第1電極部3及第2電極部4係用作液晶之驅動電極，第2電極2係用作接地電極。因此，導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a係電性連接於接地電極。
圖5及圖6係表示將導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a與第2電極2即接地電極電性連接之本實施形態之液晶透鏡中的折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。圖5係表示使液晶透鏡為凸透鏡之情形時之關係，圖6係表示使液晶透鏡為凹透鏡之情形時之關係。
圖7及圖8係表示不將導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導 電部24a與第2電極2即接地電極電性連接之比較形態之液晶透鏡中的折射率與液晶層中的徑向之位置之關係之圖。圖7係表示使液晶透鏡為凸透鏡之情形時之關係，圖8係表示使液晶透鏡為凹透鏡之情形時之關係。
如圖5所示，於使液晶透鏡為凸透鏡之情形時，本實施形態中，於徑向之中心，折射率為n0(1.7)，隨著朝向外周而折射率接近ne(1.5)。又，如圖6所示，於使液晶透鏡為凹透鏡之情形時，本實施形態中，於徑向之中心，折射率為ne(1.5)，隨著朝向外周而折射率接近n0(1.7)。
相對於此，比較形態中，於使液晶透鏡為凸透鏡之情形時或者使液晶透鏡為凹透鏡之情形時，如圖7及圖8所示，外周中之折射率為1.6。
因此，藉由將導電部21a、導電部22a、導電部23a、及導電部24a與第2電極2即接地電極電性連接，可使液晶透鏡之透鏡光學能力提高。作為其理由，可認為係因為藉由於第1電極1與第2電極2之間設置與接地電極電性連接之導電部，而可對高電阻層6充入電荷，從而可對第1液晶層41及第2液晶層42施加更強之電場。又，可認為係由於藉由於第1電極1與第2電極2之間，設置與接地電極電性連接之導電部，可使電力線通過形成第1液晶層41及第2液晶層42之側壁之部分時之衰減變小。
圖9係表示使實施形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之干擾條紋之照片。圖10係表示使實施形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之干擾條紋之照片。此處，將1個液晶層之厚度設為30μm，將透鏡有效直徑設為2.54mm。
於使液晶透鏡為凸透鏡之情形時，將第1電極部3之驅動電壓(V1)設為15Vrms，將第2電極部4之驅動電壓(V2)設為5Vrms。其結果， 屈光度為+5.1m-1。於使液晶透鏡為凹透鏡之情形時，將第1電極部3之驅動電壓(V1)設為1Vrms，將第2電極部4之驅動電壓(V2)設為9Vrms。其結果，屈光度為-4.4m-1。
圖11係表示使比較形態之液晶透鏡為凸透鏡之情形時之干擾條紋之照片。圖12係表示使比較形態之液晶透鏡為凹透鏡之情形時之干擾條紋之照片。此處，將1個液晶層之厚度設為30μm，將透鏡有效直徑設為2.54mm。
於使液晶透鏡為凸透鏡之情形時，將第1電極部3之驅動電壓(V1)設為9Vrms，將第2電極部4之驅動電壓(V2)設為4Vrms。其結果，屈光度為+3m-1。於使液晶透鏡為凹透鏡之情形時，將第1電極部3之驅動電壓(V1)設為3Vrms，將第2電極部4之驅動電壓(V2)設為8Vrms。其結果，屈光度為-2.7m-1。
如根據上述結果明白般，可知本實施形態中，與比較形態相比，屈光度成為約1.6倍，透鏡光學能力提高。因此，可知根據本發明，可提高透鏡光學能力。
圖4係表示本發明之另一實施形態之液晶透鏡之模式性剖面圖。本實施形態中，作為第1間隔件16及第2間隔件17，使用具有開口16b、17b及與金屬膜21、24相同之形狀之液晶導入孔(未圖示)之金屬製之間隔件。具體而言，使用鋁製之間隔件。此種金屬製之間隔件例如可使用鋁箔等金屬箔而形成。於使用金屬製之間隔件之情形時，可利用陽極接合而將第1基板11、中間板13、及第2基板12與金屬製之間隔件接合。因此，無須如圖1所示之實施形態般設置金屬膜21~24。因此，本實施形態中，第2間隔件17電性連接於第2電極2，第2間隔件17經由導通部32而電性連接於第1間隔件16。
於第1間隔件16形成有開口16b及液晶導入孔(未圖示)。該開口16b成為第1液晶層41之壁面。同樣地，於第2間隔件17形成有開口17b 及液晶導入孔(未圖示)，該開口17b成為第2液晶層42之壁面。因此，本實施形態中，包含第1間隔件16之導電部16a構成第1液晶層41之壁面整體，包含第2間隔件17之導電部17a構成第2液晶層42之壁面整體。
於本實施形態中，由於導電部16a及導電部17a與第2電極2即接地電極電性連接，故而亦可使液晶透鏡之透鏡光學能力提高。
上述實施形態中，導電部構成液晶層之側壁之至少一部分，但本發明並非限定於此者。例如，藉由於第1電極與第2電極之間，於液晶層之側壁之附近設置導電部，亦可獲得本發明之效果。
上述實施形態中，以具有2個液晶層之液晶透鏡為例而進行了說明，但本發明並非限定於此者，例如，亦可為具有1個液晶層之液晶透鏡。
1‧‧‧第1電極
2‧‧‧第2電極
3‧‧‧第1電極部
4‧‧‧第2電極部
6‧‧‧高電阻層
7‧‧‧絕緣膜
10‧‧‧液晶透鏡
11‧‧‧第1基板
12‧‧‧第2基板
13‧‧‧中間板
13a‧‧‧貫通孔
14‧‧‧第1間隔件
14a、15a‧‧‧貫通孔
14b、15b‧‧‧開口
15‧‧‧第2間隔件
21~24‧‧‧金屬膜
21a、22a、23a、24a‧‧‧導電部
21d、24d‧‧‧液晶導入孔
31~33‧‧‧導通部
41‧‧‧第1液晶層
42‧‧‧第2液晶層

Claims (13)

  1. 一種液晶透鏡，其包括：液晶層；第1電極，其包括具有開口之第1電極部、及配置於上述開口內之第2電極部；第2電極，其隔著上述液晶層而與上述第1電極對向；及高電阻層，其配置於上述第1電極之至少上述第2電極部與上述液晶層之間；且於上述第1電極與上述第2電極之間設置有導電部，上述導電部電性連接於上述第2電極。
  2. 如請求項1之液晶透鏡，其中於上述第1電極與上述第2電極之間設置有用以形成上述液晶層之側壁之間隔件。
  3. 如請求項2之液晶透鏡，其中於上述第1電極與上述間隔件之間設置有上述導電部。
  4. 如請求項2或3之液晶透鏡，其中於上述間隔件與上述第2電極之間設置有上述導電部。
  5. 如請求項2之液晶透鏡，其中上述間隔件為上述導電部。
  6. 如請求項1之液晶透鏡，其中於上述第1電極與上述第2電極之間設置有中間板，利用上述中間板而將上述液晶層分割為第1液晶層與第2液晶層。
  7. 如請求項6之液晶透鏡，其中於上述第1電極與上述中間板之間設置有用以形成上述第1液晶層之側壁之第1間隔件，且於上述中間板與上述第2電極之間設置有用以形成上述第2液晶層之側壁之第2間隔件。
  8. 如請求項7之液晶透鏡，其中於上述第1電極與上述第1間隔件之 間設置有上述導電部。
  9. 如請求項7或8之液晶透鏡，其中於上述第1間隔件與上述中間板之間設置有上述導電部。
  10. 如請求項7至9中任一項之液晶透鏡，其中於上述中間板與上述第2間隔件之間設置有上述導電部。
  11. 如請求項7至10中任一項之液晶透鏡，其中於上述第2間隔件與上述第2電極之間設置有上述導電部。
  12. 如請求項7之液晶透鏡，其中上述第1間隔件及上述第2間隔件中之至少一者為上述導電部。
  13. 如請求項1至12中任一項之液晶透鏡，其中上述導電部構成上述液晶層之側壁之至少一部分。
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