WO2013140870A1 - 液晶レンズ - Google Patents

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layer
high resistance
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角見　昌昭
田中　宏和
和田　正紀
隆 秋元
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日本電気硝子株式会社
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/28—Function characteristic focussing or defocussing

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal lens.
  • a liquid crystal lens having a variable refractive index has been proposed.
  • a liquid crystal lens to lower the driving voltage.
  • a transparent insulating layer is disposed between the electrode and the liquid crystal layer, and a high resistance layer is disposed on the surface of the transparent insulating layer facing the liquid crystal layer.
  • Liquid crystal lenses have been proposed.
  • the driving voltage of the liquid crystal lens can be lowered by providing a high resistance layer.
  • the main object of the present invention is to provide a liquid crystal lens having a small wavefront aberration.
  • the liquid crystal lens according to the present invention includes a liquid crystal layer, a first electrode, a second electrode, and a high resistance layer.
  • the first electrode has a first electrode part and a second electrode part.
  • the first electrode portion is formed with a circular opening and a communication port that allows the opening to communicate with the outside.
  • the second electrode portion includes a circular main electrode portion and a lead electrode portion disposed in the opening.
  • the lead electrode portion is connected to the main electrode portion.
  • the extraction electrode portion is disposed in the communication port.
  • the second electrode is opposed to the first electrode through the liquid crystal layer.
  • the high resistance layer is disposed between at least the second electrode portion of the first electrode and the liquid crystal layer.
  • the high resistance layer has a shape to be rotated with respect to the central axis of the main electrode portion.
  • the “high resistance layer” means a layer having an electric resistance value in the range of 1 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ to 1 ⁇ 10 14 ⁇ / ⁇ in surface resistance.
  • the high resistance layer is preferably circular.
  • the high resistance layer reaches the region where the first electrode portion is provided.
  • a liquid crystal lens having a small wavefront aberration can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the first electrode in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal lens 1 according to this embodiment.
  • the liquid crystal lens 1 includes a liquid crystal layer 11 containing liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal layer 11 is sandwiched between the first and second electrodes 21 and 22.
  • a voltage is applied to the liquid crystal layer 11 by the first and second electrodes 21 and 22, thereby changing the optical power of the liquid crystal lens 1.
  • the liquid crystal lens 1 includes a first substrate 31 and a second substrate 32 arranged to face each other with a space therebetween.
  • a partition wall member 34 is disposed between the first substrate 31 and the second substrate 32.
  • the liquid crystal layer 11 is provided in a space defined by the partition member 34 and the first and second substrates 31 and 32.
  • the liquid crystal layer 11 may be partitioned into a plurality of liquid crystal layers by a glass plate or the like.
  • the first substrate 31, the second substrate 32, and the partition wall member 34 can be made of, for example, glass.
  • the thickness of the first substrate 31 and the second substrate 32 can be, for example, about 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the thickness of the partition member 34 can be appropriately set according to the thickness of the liquid crystal layer 11 determined by the optical power to be obtained, the response speed required for the liquid crystal layer 11, and the like.
  • the thickness of the partition member 34 can be set to, for example, about 10 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the first electrode 21 is disposed on the surface 31 a of the first substrate 31 on the liquid crystal layer 11 side.
  • the second electrode 22 is disposed on the surface 32 a of the second substrate 32 on the liquid crystal layer 11 side.
  • the second electrode 22 faces the first electrode 21 with the liquid crystal layer 11 interposed therebetween.
  • the first and second electrodes 21 and 22 can be made of a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), for example.
  • ITO indium tin oxide
  • the first electrode 21 includes a first electrode portion 21a having a circular opening 21a1 and a communication port 21a2 (see FIG. 2) that allows the circular opening 21a1 to communicate with the outside, and the opening of the first electrode portion 21a.
  • a portion of the liquid crystal layer 11 located in the region where the main electrode portion 21b1 is provided functions as a lens.
  • the first electrode portion 21a and the second electrode portion 21b are insulated from each other.
  • the gap between the first electrode portion 21a and the second electrode portion 21b may be hollow, or may be solid with an insulator or a high resistance layer 41 described later. .
  • first electrode 21 may be disposed over the entire region where the liquid crystal layer 11 is provided, or may be disposed over a part of the region where the liquid crystal layer 11 is provided.
  • second electrode 22 may be disposed on the entire region where the liquid crystal layer 11 is provided, or may be disposed on a part of the region where the liquid crystal layer 11 is provided.
  • a voltage V1 is applied between the first electrode portion 21a and the second electrode 22, and a voltage V2 is applied between the second electrode portion 21b and the second electrode 22.
  • the optical power of the liquid crystal lens 1 can be changed by changing the magnitudes of the voltage V1 and the voltage V2.
  • the second electrode 22 is a ground electrode having a potential of 0V. For this reason, in the present embodiment, of the first and second electrodes 21 and 22, the electrode having the larger absolute value of the applied voltage is the first electrode 21.
  • the electric resistance value is 1 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ to 1 ⁇ 10 14 ⁇ / ⁇ in terms of surface resistance.
  • a higher resistance layer 41 is disposed.
  • the high resistance layer 41 may be disposed in the entire region where the liquid crystal layer 11 is provided, or may be disposed in a part of the region where the liquid crystal layer 11 is provided.
  • the high resistance layer 41 may be disposed, for example, on at least a part of the second electrode portion 21b of the first electrode 21, or in addition to the second electrode portion 21b, It may also be arranged on at least a part of the electrode portion 21a.
  • the high resistance layer 41 is made of zinc oxide, aluminum zinc oxide, indium tin oxide, antimony tin oxide, gallium zinc oxide, silicon zinc oxide, tin zinc oxide, boron zinc oxide, and germanium zinc oxide. It is preferable to include at least one of them.
  • the high resistance layer 41 may be comprised by the single high resistance layer, and may be comprised by the laminated body of several high resistance layers.
  • the high resistance layer 41 is configured by a laminate of a plurality of high resistance layers, the plurality of high resistance layers may be made of the same material or different materials. It may be.
  • the thickness of the high resistance layer 41 is preferably 10 nm to 300 nm, for example.
  • an inorganic dielectric layer is preferably disposed between the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11.
  • an alignment film is provided on each of the inorganic dielectric layer and the surface 32a of the second substrate 32 including the portion where the second electrode 22 is provided. The liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer 11 are aligned by these alignment films.
  • the high resistance layer 41 is disposed on at least a part of the second electrode portion 21 b of the first electrode 21.
  • the high resistance layer 41 has a shape to be rotated with respect to the central axis of the main electrode portion 21b1 of the second electrode portion 21b. For this reason, the wavefront aberration of the liquid crystal lens 1 can be reduced.
  • the reason for this is not clear, but may be as follows. That is, by disposing the high resistance layer 41 on at least a part of the second electrode portion 21b of the first electrode 21, in the region where the high resistance layer 41 of the liquid crystal layer 11 is formed, There is a difference in how charges are applied to the region outside the region. The lines of electric force are drawn inside the region of the liquid crystal layer 11 where the high resistance layer 41 is located.
  • the liquid crystal layer 11 is evenly electrically connected to the inside of the region where the high resistance layer 41 is located. This is thought to be because the lines of force can be drawn.
  • the central axis of the high resistance layer 41 is preferably coincident with the central axis of the main electrode portion 21b1 of the second electrode portion 21b, but the optical axis shift occurs due to the influence of the pretilt angle of the liquid crystal molecules. In this case, the central axis of the high resistance layer 41 and the central axis of the second electrode portion 21b main electrode portion 21b1 may be shifted.
  • the shape of the high resistance layer 41 may be any shape as long as it has a shape to be rotated with respect to the central axis of the main electrode portion 21b1 of the second electrode portion 21b.
  • the high resistance layer 41 may be, for example, a polygon or a circle.
  • the high resistance layer 41 is preferably circular.
  • the high resistance layer 41 reaches the first electrode portion 21a.
  • liquid crystal layer 11 may be divided into a plurality along the thickness direction by, for example, a glass plate.
  • the liquid crystal lens according to the present invention may include a plurality of liquid crystal layers and first and second electrode sets.

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Abstract

　液晶レンズ（１）は、波面収差の小さくすることを目的とし、液晶層（１１）と、第１の電極（２１）と、第２の電極（２２）と、高抵抗層（４１）とを備えている。第１の電極（２１）は、円形の開口（２１ａ１）及びこの開口（２１ａ１）を外部に連通させる連通口（２１ａ２）が形成された第１の電極部（２１ａ）と、開口（２１ａ１）内に配された円形の主電極部（２１ｂ１）、及び主電極部（２１ｂ１）に接続され、連通口内（２１ａ２）に配された引き出し電極部（２１ｂ２）を含む第２の電極部（２１ｂ）とを有する。第２の電極（２２）は、第１の電極（２１）と液晶層（１１）を介して対向している。高抵抗層（４１）は、第１の電極（２１）の少なくとも第２の電極部（２１ｂ）と液晶層（１１）との間に配されている。高抵抗層（４１は）、主電極部（２１ｂ１）の中心軸に対して回転対象となる形状を有している。

Description

液晶レンズ
　本発明は、液晶レンズに関する。
　従来、屈折率が可変な液晶レンズが提案されている。液晶レンズには、駆動電圧を低くしたいという要望がある。これに鑑み、例えば特許文献１では、電極と液晶層との間に透明絶縁層が配されており、さらに透明絶縁層の液晶層に面する側の表面の上に高抵抗層が配された液晶レンズが提案されている。特許文献１に記載のように、高抵抗層を設けることにより液晶レンズの駆動電圧を低下させることができる。
特開２０１１－１７７４２号公報
　近年、液晶レンズの波面収差を小さくしたいという要望が高まってきている。
　本発明は、波面収差の小さい液晶レンズを提供することを主な目的とする。
　本発明に係る液晶レンズは、液晶層と、第１の電極と、第２の電極と、高抵抗層とを備えている。第１の電極は、第１の電極部と、第２の電極部とを有する。第１の電極部には、円形の開口及び開口を外部に連通させる連通口が形成されている。第２の電極部は、開口内に配された円形の主電極部及び引き出し電極部を含む。引き出し電極部は、主電極部に接続されている。引き出し電極部は、連通口内に配されている。第２の電極は、第１の電極と液晶層を介して対向している。高抵抗層は、第１の電極の少なくとも第２の電極部と、液晶層との間に配されている。高抵抗層は、主電極部の中心軸に対して回転対象となる形状を有している。
　なお、本発明において、「高抵抗層」とは、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０４Ω／□～１×１０１４Ω／□の範囲内にある層のことをいう。
　高抵抗層は、円形であることが好ましい。
　高抵抗層は、第１の電極部が設けられた領域にまで至っていることが好ましい。
　本発明によれば、波面収差の小さい液晶レンズを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 図２は、本発明の一実施形態における第１の電極の略図的平面図である。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
　また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
　図１は、本実施形態に係る液晶レンズ１の略図的断面図である。液晶レンズ１は、液晶分子を含む液晶層１１を備えている。液晶層１１は、第１及び第２の電極２１，２２により挟持されている。第１及び第２の電極２１，２２により、液晶層１１に電圧が印加され、これにより液晶レンズ１の光学的パワーが変化する。
　より具体的には、液晶レンズ１は、相互に間隔をおいて対向するように配された第１の基板３１と第２の基板３２とを有する。第１の基板３１と第２の基板３２との間には、隔壁部材３４が配されている。この隔壁部材３４と第１及び第２の基板３１，３２とにより区画形成された空間に液晶層１１が設けられている。なお、液晶層１１は、ガラス板などによって複数の液晶層に区画されていてもよい。
　第１の基板３１、第２の基板３２及び隔壁部材３４は、それぞれ、例えば、ガラスなどにより構成することができる。第１の基板３１及び第２の基板３２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。隔壁部材３４の厚みは、得ようとする光学的パワーにより決定される液晶層１１の厚みや、液晶層１１に要求される応答速度等に応じて適宜設定することができる。隔壁部材３４の厚みは、例えば、１０μｍ～８０μｍ程度とすることができる。
　第１の基板３１の液晶層１１側の表面３１ａの上には、第１の電極２１が配されている。一方、第２の基板３２の液晶層１１側の表面３２ａの上には、第２の電極２２が配されている。第２の電極２２は、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向している。
　第１及び第２の電極２１，２２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物により構成することができる。
　第１の電極２１は、円形の開口２１ａ１と、円形の開口２１ａ１を外部に連通させる連通口２１ａ２（図２を参照）とを有する第１の電極部２１ａと、第１の電極部２１ａの開口２１ａ１の内部に配された円形の主電極部２１ｂ１と、主電極部２１ｂ１に接続されており、前記連通口２１ａ２内に配された引き出し電極部２１ｂ２とを含む第２の電極部２１ｂとを有する。液晶レンズ１では、液晶層１１の主電極部２１ｂ１が設けられた領域に位置する部分が、レンズとして機能する。第１の電極部２１ａと第２の電極部２１ｂとは、互いに絶縁されている。第１の電極部２１ａと第２の電極部２１ｂとの間の隙間は、中空となっていてもよいし、絶縁体または後述する高抵抗層４１が配されて中実となっていてもよい。
　なお、第１の電極２１は、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。同様に、第２の電極２２は、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。
　液晶レンズ１では、第１の電極部２１ａと第２の電極２２との間に電圧Ｖ１が印加され、第２の電極部２１ｂと第２の電極２２との間に電圧Ｖ２が印加される。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との大きさを変化させることによって、液晶レンズ１の光学的パワーを変化させることができる。通常、第２の電極２２は、電位が０Ｖであるグラウンド電極とされている。このため、本実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のうち、印加される電圧の絶対値の最大値が大きい方の電極は、第１の電極２１となる。
　第１の電極２１の少なくとも第２の電極部２１ｂと液晶層１１との間には、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０４Ω／□～１×１０１４Ω／□であり、電極よりも高い高抵抗層４１が配されている。高抵抗層４１は、例えば、液晶層１１が設けられた領域の全体に配されていてもよいし、液晶層１１が設けられた領域の一部に配されていてもよい。高抵抗層４１は、例えば、第１の電極２１のうちの第２の電極部２１ｂの少なくとも一部のみの上に配されていてもよいし、第２の電極部２１ｂに加えて、第１の電極部２１ａの少なくとも一部の上にも配されていてもよい。
　高抵抗層４１は、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物、及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。
　なお、高抵抗層４１は、単一の高抵抗層により構成されていてもよいし、複数の高抵抗層の積層体により構成されていてもよい。高抵抗層４１が、複数の高抵抗層の積層体により構成されている場合は、複数の高抵抗層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。
　高抵抗層４１の厚みは、例えば、１０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましい。
　なお、図示は省略するが、高抵抗層４１と液晶層１１との間には、無機誘電体層が配されていることが好ましい。また、無機誘電体層と、第２の電極２２が設けられた部分を含め、第２の基板３２の表面３２ａとの上には、それぞれ配向膜が配されている。これらの配向膜により液晶層１１に含まれる液晶分子の配向が行われている。
　高抵抗層４１は、第１の電極２１のうちの第２の電極部２１ｂの少なくとも一部の上に配されている。高抵抗層４１は、第２の電極部２１ｂの主電極部２１ｂ１の中心軸に対して回転対象となる形状を有している。このため、液晶レンズ１の波面収差を小さくできる。この理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。即ち、第１の電極２１のうちの第２の電極部２１ｂの少なくとも一部の上に高抵抗層４１を配することで、液晶層１１の高抵抗層４１が形成された領域内と、その領域の外側の領域とで電荷のかかり方に差が生じる。液晶層１１の高抵抗層４１が位置する領域の内側に電気力線が引き寄せられる。高抵抗層４１の形状を、第２の電極部２１ｂの主電極部２１ｂ１の中心軸に対して回転対象とすることで、液晶層１１の高抵抗層４１が位置する領域の内側に均等に電気力線を引き寄せることができるためと考えられる。
　なお、高抵抗層４１の中心軸は、第２の電極部２１ｂの主電極部２１ｂ１の中心軸と一致していることが好ましいが、液晶分子のプレチルト角の影響等により、光軸ずれが生じる場合は、高抵抗層４１の中心軸と第２の電極部２１ｂ主電極部２１ｂ１の中心軸はずれていてもよい。
　また、高抵抗層４１の形状としては、第２の電極部２１ｂの主電極部２１ｂ１の中心軸に対して回転対象となる形状を有するものであれば良い。高抵抗層４１は、例えば、多角形、円形等であってもよい。なかでも、液晶レンズ１の波面収差をより小さくする観点から、高抵抗層４１は円形であることが好ましい。
　また、液晶レンズ１のジオプトリを高める観点からは、高抵抗層４１は、第１電極部２１ａまで至っていることが好ましい。このようにすることで、第１の電極部２１ａ及び第２の電極部２１ｂ間に電力勾配が生じやすくなり、液晶層１１の高抵抗層４１が位置する部分の中心に向かって電気力線がより集中しやすい。従って、液晶レンズ１のジオプトリを高めることができる。
　また、液晶層１１は、例えばガラス板などにより、厚み方向に沿って複数に分割されていてもよい。
　本発明に係る液晶レンズは、液晶層並びに第１及び第２の電極の組を複数有していてもよい。
１…液晶レンズ
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ１…開口
２１ａ２…連通口
２１ａ…第１の電極部
２１ｂ１…主電極部
２１ｂ…第２の電極部
２１ｂ２…引き出し電極部
２２…第２の電極
３１…第１の基板
３１ａ…表面
３２…第２の基板
３２ａ…表面
３４…隔壁部材
４１…高抵抗層

Claims (3)

  1. 　液晶層と、
    　円形の開口及び前記開口を外部に連通させる連通口が形成された第１の電極部と、前記開口内に配された円形の主電極部、及び前記主電極部に接続されており、前記連通口内に配された引き出し電極部を含む第２の電極部とを有する第１の電極と、
    　前記第１の電極と前記液晶層を介して対向している第２の電極と、
    　前記第１の電極の少なくとも前記第２の電極部と、前記液晶層との間に配された高抵抗層と、
    を備え、
    　前記高抵抗層は、前記主電極部の中心軸に対して回転対象となる形状を有している、液晶レンズ。
  2. 　前記高抵抗層は、円形である、請求項１に記載の液晶レンズ。
  3. 　前記高抵抗層は、前記第１の電極部が設けられた領域にまで至っている、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
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