WO2014203595A1 - 液晶レンズ - Google Patents

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electrode
spacer
conductive portion
lens
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巧 村上
一之 菊地
隆 秋元
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日本電気硝子株式会社
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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    • G02F1/1343—Electrodes
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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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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal lens.
  • a liquid crystal lens has been studied as a lens having a variable refractive index.
  • it has been proposed to improve the lens power by using a thin ribbon-like glass as a spacer and reducing the thickness of the liquid crystal layer (Patent Document 1, etc.).
  • Patent Document 2 In order to reduce the drive voltage, it has been proposed to provide a high resistance layer (Patent Document 2, etc.).
  • liquid crystal lenses there is a desire to further improve lens power.
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal lens capable of improving the lens power.
  • the present invention is directed to a first electrode having a liquid crystal layer, a first electrode portion having an opening, a second electrode portion disposed in the opening, and the first electrode through the liquid crystal layer.
  • a liquid crystal lens comprising a second electrode and a high resistance layer disposed between at least a second electrode portion of the first electrode and a liquid crystal layer, wherein the first electrode and the second electrode A conductive portion is provided between the second electrode and the conductive portion, and the conductive portion is electrically connected to the second electrode.
  • a spacer for forming a sidewall of the liquid crystal layer can be provided between the first electrode and the second electrode.
  • a conductive portion may be provided between the first electrode and the spacer and / or between the spacer and the second electrode.
  • the spacer may be a conductive part.
  • an intermediate plate may be provided between the first electrode and the second electrode, and the liquid crystal layer may be divided into the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer by the intermediate plate.
  • a first spacer for forming a side wall of the first liquid crystal layer is provided between the first electrode and the intermediate plate, and the second liquid crystal is provided between the intermediate plate and the second electrode.
  • a second spacer for forming the side wall of the layer may be provided. In this case, between the first electrode and the first spacer, between the first spacer and the intermediate plate, between the intermediate plate and the second spacer, and between the second spacer and the second electrode. You may provide an electroconductive part in at least one place in between.
  • At least one of the first spacer and the second spacer may be a conductive portion.
  • the conductive portion preferably constitutes at least a part of the side wall of the liquid crystal layer.
  • the lens power of the liquid crystal lens can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a manufacturing process of the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the first substrate on which the first electrode is formed in the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the refractive index and the radial position in the liquid crystal layer when the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention is a convex lens.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a manufacturing process of the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the first substrate on which the first electrode is formed in the liquid crystal lens
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the refractive index and the radial position in the liquid crystal layer when the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention is a concave lens.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the refractive index and the radial position in the liquid crystal layer when the liquid crystal lens of the comparative form is a convex lens.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the refractive index and the radial position in the liquid crystal layer when the comparative liquid crystal lens is a concave lens.
  • FIG. 9 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the embodiment is a convex lens.
  • FIG. 10 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the embodiment is a concave lens.
  • FIG. 11 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the comparative form is a convex lens.
  • FIG. 12 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the comparative form is a con
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal lens 10 includes a first substrate 11 and a second substrate 12 that are arranged to face each other with a space therebetween.
  • An intermediate plate 13 is disposed between the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • a first spacer 14 is disposed between the first substrate 11 and the intermediate plate 13. By providing the first spacer 14, a space for forming the first liquid crystal layer 41 is provided between the first substrate 11 and the intermediate plate 13.
  • a second spacer 15 is disposed between the intermediate plate 13 and the second substrate 12. By providing the second spacer 15, a space for forming the second liquid crystal layer 42 is provided between the intermediate plate 13 and the second substrate 12.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 can be composed of a transparent substrate such as a glass substrate, for example.
  • the thickness of the first substrate 11 and the second substrate 12 can be, for example, about 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the intermediate plate 13 and the first and second spacers 14 and 15 can be made of, for example, a glass plate that is thinner than the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • the thickness of the intermediate plate 13 and the first and second spacers 14 and 15 can be, for example, about 5 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the first electrode 1 is provided on the first substrate 11.
  • the first electrode 1 has a first electrode part 3 and a second electrode part 4.
  • FIG. 3 is a plan view showing the first substrate 11 on which the first electrode in the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention is formed.
  • a substantially circular opening 3 a is formed in the first electrode portion 3.
  • the 2nd electrode part 4 is arrange
  • the second electrode portion 4 is connected to one end of a lead portion 4 a that passes through the slit 3 b formed in the first electrode portion 3.
  • the other end of the lead portion 4 a is connected to a second electrode portion terminal 11 b formed on the first substrate 11.
  • the first electrode unit 3 is connected to a first electrode unit terminal 11 a formed on the first substrate 11.
  • a ground electrode terminal 11c that is electrically connected to a second electrode 2 described later is formed.
  • a high resistance layer 6 is formed on the first electrode 1.
  • An insulating film 7 is formed on the high resistance layer 6.
  • the high resistance layer 6 has an electric resistance value of 1 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ to 1 ⁇ 10 14 ⁇ / ⁇ in surface resistance, which is higher than each of the electrodes and lower than that of the insulating film 7. It is a film
  • the high resistance layer 6 includes, for example, 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 that it is formed from at least one of them.
  • the insulating film 7 is preferably made of at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, and zirconium oxide, for example.
  • the thickness of the high resistance layer 6 is preferably 10 nm to 300 nm, for example.
  • the thickness of the insulating film 7 is preferably about 1 nm to 2 ⁇ m, and more preferably about 100 nm to 1.5 ⁇ m.
  • a first spacer 14 is provided on the insulating film 7.
  • a metal film 21 is provided between the insulating film 7 and the first spacer 14.
  • a metal film 22 is provided between the first spacer 14 and the intermediate plate 13.
  • a metal film 23 is provided between the intermediate plate 13 and the second spacer 15.
  • a metal film 24 is provided between the second spacer 15 and the second substrate 12.
  • the metal films 21 to 24 are made of an aluminum film. The thickness of the metal films 21 to 24 is preferably about 50 nm to 1 ⁇ m, for example.
  • the second electrode 2 is formed on the surface of the second substrate 12 facing the first substrate 11.
  • the second electrode 2 is electrically connected to the metal film 24.
  • the first spacer 14, the intermediate plate 13, and the second spacer 15 are formed with a through hole 14 a, a through hole 13 a, and a through hole 15 a, respectively.
  • the through-hole 14a, the through-hole 13a, and the through-hole 15a are filled with a conductive material, and a conducting part 31, a conducting part 32, and a conducting part 33 are formed.
  • the metal film 21 and the metal film 22 are electrically connected by the conductive part 31, the metal film 22 and the metal film 23 are electrically connected by the conductive part 32, and the metal film 23 and the metal film 24 are connected by the conductive part 33. Are electrically connected. Therefore, the metal films 21 to 24 are electrically connected to the second electrode 2.
  • the first spacer 14 has an opening 14b
  • the second spacer 15 has an opening 15b.
  • the end surfaces of the opening 14b and the opening 15b form side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42, respectively.
  • the conductive portion 21a made of the metal film 21, the conductive portion 22a made of the metal film 22, the conductive portion 23a made of the metal film 23, and the conductive portion 24a made of the metal film 24 are also respectively the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 41.
  • the side wall of the liquid crystal layer 42 is formed.
  • the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a that constitute part of the side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42 are electrically connected to the second electrode 2.
  • the liquid crystal is formed on the insulating film 7 in contact with the first liquid crystal layer 41 and on the surface of the intermediate plate 13 and on the surface of the intermediate plate 13 in contact with the second liquid crystal layer 42 and on the second electrode 2.
  • An orientation film for orienting is formed, but is not shown in FIG.
  • one of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42 is P-polarized light and the other is S-polarized light.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a manufacturing process of the liquid crystal lens of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the liquid crystal lens of the embodiment shown in FIG. 1 as an exploded perspective view.
  • the first electrode 1 having the first electrode portion 3 and the second electrode portion 4 is formed.
  • a high resistance layer 6 and an insulating film 7 are formed on the first electrode 1, but are not shown in FIG. 2.
  • An aluminum film as the metal film 21 is formed on the first substrate 11.
  • Examples of the method for forming the aluminum film include a sputtering method, a vacuum evaporation method, and a CVD method.
  • the metal film 21 is provided with an opening 21b and two liquid crystal introduction holes 21d connected to the opening 21b. Further, the metal film 21 is provided with a terminal portion 21c.
  • the terminal portion 21c is formed on the ground electrode terminal 11c on the first substrate 11, and is electrically connected to the ground electrode terminal 11c.
  • the metal film 21 can be patterned by using a mask or the like.
  • the first spacer 14 is bonded to the metal film 21 on the first substrate 11 by anodic bonding.
  • the first substrate 11 and the first spacer 14 on which the metal film 21 is formed are heated to about 180 to 250 ° C., and a negative voltage is applied to the first spacer 14 made of glass and a positive voltage is applied to the metal film 21. This can be done by applying a voltage.
  • the first spacer 14 has a through hole 14a and an opening 14b.
  • an aluminum film as the metal film 22 is formed on the first spacer 14 in the same manner as the metal film 21.
  • the metal film 22 is provided with an opening 22b.
  • a sidewall of the first liquid crystal layer 41 is formed from the opening 21b, the opening 14b, and the opening 22b.
  • the intermediate plate 13 is bonded to the metal film 22 by anodic bonding.
  • a through hole 13 a is formed in the intermediate plate 13.
  • an aluminum film as the metal film 23 is formed on the intermediate plate 13 in the same manner as the metal film 21.
  • the metal film 23 is provided with an opening 23b.
  • the second spacer 15 is bonded to the metal film 23 by anodic bonding.
  • the second spacer 15 has a through hole 15a and an opening 15b.
  • an aluminum film as the metal film 24 is formed on the second spacer 15 in the same manner as the metal film 21.
  • the metal film 24 is provided with an opening 24b and two liquid crystal introduction holes 24d connected to the opening 24b.
  • the second substrate 12 is bonded onto the metal film 24 by anodic bonding.
  • the second electrode 2 is formed on the surface of the second substrate 12 facing the first substrate 11 prior to anodic bonding.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the liquid crystal lens taken along line II shown in FIG.
  • An imaginary line 35 shown in FIG. 3 indicates the positions of the through hole 14a, the through hole 13a, and the through hole 15a.
  • An imaginary line 34 indicates the positions of the side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42.
  • the liquid crystal is injected into the cell. Since the liquid crystal introduction holes 21d and 24d are exposed at the end face of the cell, the liquid crystal can be injected into the cell from these liquid crystal introduction holes. Specifically, after the air in the cell is discharged from the liquid crystal introduction hole, liquid crystal is injected into the first liquid crystal layer 41 from the liquid crystal introduction hole 21d and into the second liquid crystal layer 42 from the liquid crystal introduction hole 24d. . After introducing the liquid crystal, the liquid crystal introduction hole is sealed using an ultraviolet curable resin or the like.
  • the liquid crystal lens shown in FIG. 1 can be manufactured as described above.
  • the conductive portion 21 a, the conductive portion 22 a, the conductive portion 23 a, and the conductive portion 24 a are electrically connected to the second electrode 2.
  • the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a are electrically connected to the ground electrode terminal 11c of the first substrate 11 via the terminal portion 21c of the metal film 21 shown in FIG. Has been.
  • the first electrode portion 3 and the second electrode portion 4 of the first electrode 1 are used as liquid crystal drive electrodes, and the second electrode 2 is used as a ground electrode. Accordingly, the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a are electrically connected to the ground electrode.
  • FIG. 5 and 6 show the refractive index and the liquid crystal in the liquid crystal lens of this embodiment in which the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a are electrically connected to the second electrode 2, that is, the ground electrode. It is a figure which shows the relationship with the position of the radial direction in a layer.
  • FIG. 5 shows the relationship when the liquid crystal lens is a convex lens
  • FIG. 6 shows the relationship when the liquid crystal lens is a concave lens.
  • FIG. 7 and 8 show the refractive index in the liquid crystal lens of the comparative form in which the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a are not electrically connected to the second electrode 2, that is, the ground electrode. It is a figure which shows the relationship with the position of the radial direction in a liquid crystal layer.
  • FIG. 7 shows the relationship when the liquid crystal lens is a convex lens
  • FIG. 8 shows the relationship when the liquid crystal lens is a concave lens.
  • the refractive index is n 0 (1.7) at the center in the radial direction, and the refractive index becomes ne ( 1.5).
  • the refractive index is n e (1.5) at the center in the radial direction, and the refractive index increases toward the outer periphery. Approaches 0 (1.7).
  • the liquid crystal lens is a convex lens or a concave lens, as shown in FIGS. 7 and 8, the refractive index at the outer periphery is 1.6.
  • the lens power of the liquid crystal lens can be improved by electrically connecting the conductive portion 21a, the conductive portion 22a, the conductive portion 23a, and the conductive portion 24a with the second electrode 2, that is, the ground electrode.
  • the second electrode 2 that is, the ground electrode.
  • the high resistance layer 6 can be charged. This is probably because a strong electric field can be applied to the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42.
  • the side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42 are provided. This is probably because the attenuation when the electric lines of force pass through the portion to be formed can be reduced.
  • FIG. 9 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the embodiment is a convex lens.
  • FIG. 10 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the embodiment is a concave lens.
  • the thickness of one liquid crystal layer is 30 ⁇ m, and the effective lens diameter is 2.54 mm.
  • the driving voltage (V1) of the first electrode unit 3 is 15 Vrms
  • the driving voltage (V2) of the second electrode unit 4 is 5 Vrms.
  • the diopter was +5.1 m ⁇ 1 .
  • the driving voltage (V1) of the first electrode unit 3 is 1 Vrms
  • the driving voltage (V2) of the second electrode unit 4 is 9 Vrms.
  • the diopter was -4.4m- 1 .
  • FIG. 11 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the comparative form is a convex lens.
  • FIG. 12 is a photograph showing interference fringes when the liquid crystal lens of the comparative form is a concave lens.
  • the thickness of one liquid crystal layer is 30 ⁇ m, and the effective lens diameter is 2.54 mm.
  • the driving voltage (V1) of the first electrode unit 3 is 9 Vrms
  • the driving voltage (V2) of the second electrode unit 4 is 4 Vrms.
  • the diopter was +3 m ⁇ 1 .
  • the driving voltage (V1) of the first electrode unit 3 is 3 Vrms
  • the driving voltage (V2) of the second electrode unit 4 is 8 Vrms.
  • the diopter was -2.7 m- 1 .
  • the diopter is about 1.6 times that of the comparative embodiment, and the lens power is improved. Therefore, it can be seen that the lens power can be improved according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to another embodiment of the present invention.
  • first spacer 16 and the second spacer 17 metal spacers having openings 16b and 17b and liquid crystal introduction holes (not shown) having the same shape as the metal films 21 and 24 are used.
  • an aluminum spacer is used.
  • Such a metal spacer can be formed using, for example, a metal foil such as an aluminum foil.
  • the first substrate 11, the intermediate plate 13, and the second substrate 12 can be bonded to the metal spacer by anodic bonding. Therefore, it is not necessary to provide the metal films 21 to 24 as in the embodiment shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, the second spacer 17 is electrically connected to the second electrode 2, and the second spacer 17 is electrically connected to the first spacer 16 via the conducting portion 32.
  • the first spacer 16 has an opening 16b and a liquid crystal introduction hole (not shown).
  • the opening 16 b becomes a wall surface of the first liquid crystal layer 41.
  • an opening 17 b and a liquid crystal introduction hole (not shown) are formed in the second spacer 17, and this opening 17 b becomes a wall surface of the second liquid crystal layer 42. Therefore, in the present embodiment, the conductive portion 16a made of the first spacer 16 constitutes the entire wall surface of the first liquid crystal layer 41, and the conductive portion 17a made of the second spacer 17 becomes the second liquid crystal. The entire wall surface of the layer 42 is formed.
  • the conductive portion 16a and the conductive portion 17a are electrically connected to the second electrode 2, that is, the ground electrode, the lens power of the liquid crystal lens can be improved.
  • the conductive part constitutes at least a part of the side wall of the liquid crystal layer, but the present invention is not limited to this.
  • the effect of the present invention can also be obtained by providing a conductive portion in the vicinity of the side wall of the liquid crystal layer between the first electrode and the second electrode.
  • a liquid crystal lens having two liquid crystal layers is described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and for example, a liquid crystal lens having one liquid crystal layer may be used.

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Abstract

　レンズパワーを向上させることができる液晶レンズを提供する。　液晶層４１，４２と、開口を有する第１の電極部３と、開口内に配置された第２の電極部４とを有する第１の電極１と、液晶層４１，４２を介して第１の電極１と対向している第２の電極２と、第１の電極１の少なくとも第２の電極部４と液晶層４１との間に配置される高抵抗層６とを備える液晶レンズ１０であって、第１の電極１と第２の電極２との間に、導電部２１ａ、２２ａ、２３ａ、及び２４ａが設けられており、導電部２１ａ、２２ａ、２３ａ、及び２４ａが第２の電極２に電気的に接続されていることを特徴としている。

Description

液晶レンズ
　本発明は、液晶レンズに関するものである。
　従来より、屈折率が可変なレンズとして、液晶レンズが検討されている。液晶レンズにおいては、薄いリボン状のガラスをスペーサとして用い、液晶層の厚みを薄くすることにより、レンズパワーを向上させることが提案されている（特許文献１等）。また、駆動電圧を低減するため、高抵抗層を設けることが提案されている（特許文献２等）。
特開２０１１－１７５１０４号公報 特開２０１１－１７７４２号公報
　液晶レンズにおいては、レンズパワーをさらに向上させたいという要望がある。
　本発明の目的は、レンズパワーを向上させることができる液晶レンズを提供することにある。
　本発明は、液晶層と、開口を有する第１の電極部と、開口内に配置された第２の電極部とを有する第１の電極と、液晶層を介して第１の電極と対向している第２の電極と、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置される高抵抗層とを備える液晶レンズであって、第１の電極と第２の電極との間に、導電部が設けられており、導電部が第２の電極に電気的に接続されていることを特徴としている。
　本発明においては、第１の電極と第２の電極との間に、液晶層の側壁を形成するためのスペーサを設けることができる。この場合、第１の電極とスペーサとの間及び／またはスペーサと第２の電極との間に、導電部を設けてもよい。
　また、スペーサを導電部としてもよい。
　本発明においては、第１の電極と第２の電極との間に、中間板を設け、中間板で液晶層が第１の液晶層と第２の液晶層に分割されていてもよい。この場合、第１の電極と中間板との間に、第１の液晶層の側壁を形成するための第１のスペーサを設け、中間板と第２の電極との間に、第２の液晶層の側壁を形成するための第２のスペーサを設けてもよい。この場合、第１の電極と第１のスペーサとの間、第１のスペーサと中間板との間、中間板と第２のスペーサとの間、及び第２のスペーサと第２の電極との間の少なくとも１箇所に、導電部を設けてもよい。
　また、第１のスペーサ及び第２のスペーサの内の少なくとも一方が、導電部であってもよい。
　導電部は、液晶層の側壁の少なくとも一部を構成していることが好ましい。
　本発明によれば、液晶レンズのレンズパワーを向上させることができる。
図１は、本発明の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。 図２は、本発明の実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。 図３は、本発明の実施形態の液晶レンズにおける第１の電極が形成された第１の基板を示す平面図である。 図４は、本発明の他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。 図５は、本発明の実施形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。 図６は、本発明の実施形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。 図７は、比較形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。 図８は、比較形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。 図９は、実施形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。 図１０は、実施形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。 図１１は、比較形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。 図１２は、比較形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態等を説明する図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号を用いて参照する。
　図１は、本発明の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。液晶レンズ１０は、互いに間隔をおいて対向するように配置された第１の基板１１と第２の基板１２とを備えている。第１の基板１１と第２の基板１２との間には、中間板１３が配置されている。第１の基板１１と中間板１３との間には、第１のスペーサ１４が配置されている。第１のスペーサ１４を設けることにより、第１の基板１１と中間板１３との間に、第１の液晶層４１を形成するための空間が設けられている。中間板１３と第２の基板１２との間には、第２のスペーサ１５が配置されている。第２のスペーサ１５を設けることにより、中間板１３と第２の基板１２との間に、第２の液晶層４２を形成するための空間が設けられている。
　第１の基板１１及び第２の基板１２は、例えば、ガラス基板などの透明基板から構成することができる。第１の基板１１及び第２の基板１２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。本実施形態において、中間板１３、第１及び第２のスペーサ１４及び１５は、例えば、第１の基板１１や第２の基板１２よりも厚みの薄いガラス板から構成することができる。中間板１３、第１及び第２のスペーサ１４及び１５の厚みは、例えば、５μｍ～８０μｍ程度とすることができる。
　第１の基板１１の上には、第１の電極１が設けられている。第１の電極１は、第１の電極部３及び第２の電極部４を有している。
　図３は、本発明の実施形態の液晶レンズにおける第１の電極が形成された第１の基板１１を示す平面図である。図３に示すように、第１の電極部３には、略円形状の開口３ａが形成されている。第２の電極部４は、開口３ａ内に配置されている。第２の電極部４は、第１の電極部３に形成されたスリット３ｂ内を通る引き出し部４ａの一方端に接続されている。引き出し部４ａの他方端は、第１の基板１１の上に形成された第２の電極部端子１１ｂに接続されている。第１の電極部３は、第１の基板１１の上に形成された第１の電極部端子１１ａに接続されている。基板１１の上には、後述する第２の電極２に電気的に接続されるグランド電極端子１１ｃが形成されている。
　図１を参照して、第１の電極１の上には、高抵抗層６が形成されている。高抵抗層６の上には、絶縁膜７が形成されている。本発明において、高抵抗層６は、電気抵抗値が表面抵抗で１×１０４Ω/□～１×１０１４Ω/□であり、上記各電極よりも高く、絶縁膜７よりも低い電気抵抗を有する膜である。高抵抗層６は、例えば、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から形成されていることが好ましい。絶縁膜７は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種から形成されていることが好ましい。
　高抵抗層６の厚みは、例えば、１０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましい。絶縁膜７の厚みは、１ｎｍ～２μｍ程度であることが好ましく、１００ｎｍ～１．５μｍ程度であることがより好ましい。
　絶縁膜７の上には、第１のスペーサ１４が設けられている。絶縁膜７と第１のスペーサ１４との間には、金属膜２１が設けられている。第１のスペーサ１４と中間板１３との間には、金属膜２２が設けられている。中間板１３と第２のスペーサ１５との間には、金属膜２３が設けられている。第２のスペーサ１５と第２の基板１２との間には、金属膜２４が設けられている。本実施形態において、金属膜２１～２４は、アルミニウム膜から構成されている。金属膜２１～２４の厚みは、例えば、５０ｎｍ～１μｍ程度であることが好ましい。
　第１の基板１１と対向する第２の基板１２の表面上には、第２の電極２が形成されている。第２の電極２は、金属膜２４と電気的に接続されている。図１に示すように、第１のスペーサ１４、中間板１３、及び第２のスペーサ１５には、貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ、及び貫通孔１５ａがそれぞれ形成されている。貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ、及び貫通孔１５ａ内には、導電性物質が充填され、導通部３１、導通部３２、及び導通部３３が形成されている。導通部３１により、金属膜２１と金属膜２２が電気的に接続され、導通部３２により、金属膜２２と金属膜２３が電気的に接続され、導通部３３により、金属膜２３と金属膜２４が電気的に接続されている。したがって、金属膜２１～２４は、第２の電極２に電気的に接続されている。
　図１に示すように、第１のスペーサ１４には、開口１４ｂが形成され、第２のスペーサ１５には、開口１５ｂが形成されている。開口１４ｂ及び開口１５ｂの端面は、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁を形成している。また、金属膜２１からなる導電部２１ａ、金属膜２２からなる導電部２２ａ、金属膜２３からなる導電部２３ａ、及び金属膜２４からなる導電部２４ａも、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁を形成している。第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁の一部を構成する導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａは、第２の電極２に電気的に接続されている。なお、第１の液晶層４１が接する絶縁膜７の上及び中間板１３の表面上、並びに第２の液晶層４２が接する中間板１３の表面上及び第２の電極２の上には、液晶を配向させるための配向膜が形成されているが、図１においては図示省略している。本実施形態では、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の内の一方を、Ｐ偏光とし、他方をＳ偏光としている。
　図２は、本発明の実施形態の液晶レンズの製造工程を説明するための模式的斜視図である。図２は、図１に示す実施形態の液晶レンズを分解斜視図として示している。図２に示す第１の基板１１には、第１の電極部３及び第２の電極部４を有する第１の電極１が形成されている。第１の電極１の上には、高抵抗層６及び絶縁膜７が形成されているが、図２においては図示省略している。
　第１の基板１１の上に、金属膜２１としてのアルミニウム膜を形成する。アルミニウム膜の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。金属膜２１には、開口２１ｂと、開口２１ｂに接続された２つの液晶導入孔２１ｄが設けられている。また、金属膜２１には、端子部２１ｃが設けられている。端子部２１ｃは、第１の基板１１の上のグランド電極端子１１ｃの上に形成され、グランド電極端子１１ｃと電気的に接続される。金属膜２１のパターニングは、マスクなどを用いることにより行うことができる。
　第１の基板１１上の金属膜２１に、第１のスペーサ１４を陽極接合で接合する。この陽極接合は、金属膜２１を形成した第１の基板１１及び第１のスペーサ１４を、１８０～２５０℃程度に加熱し、ガラスである第１のスペーサ１４にマイナス電圧、金属膜２１にプラス電圧を印加することにより行うことができる。第１のスペーサ１４には、貫通孔１４ａ及び開口１４ｂが形成されている。
　次に、第１のスペーサ１４の上に、金属膜２２としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２２には、開口２２ｂが設けられている。開口２１ｂ、開口１４ｂ、及び開口２２ｂから、第１の液晶層４１の側壁が形成される。
　次に、金属膜２２に、中間板１３を陽極接合で接合する。中間板１３には、貫通孔１３ａが形成されている。次に、中間板１３の上に、金属膜２３としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２３には、開口２３ｂが設けられている。次に、金属膜２３に、第２のスペーサ１５を陽極接合で接合する。第２のスペーサ１５には、貫通孔１５ａ及び開口１５ｂが形成されている。
　次に、第２のスペーサ１５の上に、金属膜２４としてのアルミニウム膜を、金属膜２１と同様にして形成する。金属膜２４には、開口２４ｂと、開口２４ｂに接続された２つの液晶導入孔２４ｄが設けられている。次に、金属膜２４の上に、第２の基板１２を陽極接合で接合する。尚、第１の基板１１と対向する第２の基板１２の表面上には、陽極接合に先立って第２の電極２を形成する。
　貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ、及び貫通孔１５ａ内には、その上に金属膜２２，２３、及び２４を形成する際、これらの金属膜の一部が導電性物質として充填される。これにより、図１に示す導通部３１、導通部３２、及び導通部３３が形成される。また、このような導通部の形成方法に代えて、貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ、及び貫通孔１５ａ内に、導電性ペーストなどを充填し、その後乾燥または加熱して、導通部３１、導通部３２、及び導通部３３を形成してもよい。図１は、図３に示すＩ－Ｉ線に沿う液晶レンズの断面図である。図３に示す想像線３５は、貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ、及び貫通孔１５ａの位置を示している。また、想像線３４は、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁の位置を示している。
　上記のようにして、陽極接合を用いて、液晶レンズのセルを組み立てた後、セル内に液晶を注入する。液晶導入孔２１ｄ、２４ｄは、セルの端面に露出しているので、これらの液晶導入孔からセル内に液晶を注入することができる。具体的には、セル内の空気を液晶導入孔から排出させた後、第１の液晶層４１には液晶導入孔２１ｄから、第２の液晶層４２には液晶導入孔２４ｄから液晶を注入する。液晶を導入した後、液晶導入孔は、紫外線硬化樹脂等を用いて封止される。
　以上のようにして、図１に示す液晶レンズを製造することができる。図１に示すように、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａは、第２の電極２に電気的に接続されている。また、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａは、図２に示す金属膜２１の端子部２１ｃを介して、第１の基板１１のグランド電極端子１１ｃに電気的に接続されている。一般に、第１の電極１の第１の電極部３及び第２の電極部４は、液晶の駆動電極として用いられ、第２の電極２はグランド電極として用いられる。したがって、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａは、グランド電極に電気的に接続されている。
　図５及び図６は、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａを、第２の電極２すなわちグランド電極と電気的に接続した本実施形態の液晶レンズにおける屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。図５は、液晶レンズを凸レンズとした場合の関係を示しており、図６は、液晶レンズを凹レンズとした場合の関係を示している。
　図７及び図８は、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａを、第２の電極２すなわちグランド電極と電気的に接続していない比較形態の液晶レンズにおける屈折率と液晶層における径方向の位置との関係を示す図である。図７は、液晶レンズを凸レンズとした場合の関係を示しており、図８は、液晶レンズを凹レンズとした場合の関係を示している。
　図５に示すように、液晶レンズを凸レンズとした場合、本実施形態では、径方向の中心において屈折率は、ｎ０（１．７）であり、外周へ向かうにつれて屈折率は、ｎｅ（１．５）に近づく。また、図６に示すように、液晶レンズを凹レンズとした場合、本実施形態では、径方向の中心において屈折率は、ｎｅ（１．５）であり、外周へ向かうにつれて屈折率は、ｎ０（１．７）に近づく。
　これに対して、比較形態では、液晶レンズを凸レンズとした場合あるいは凹レンズとした場合、図７及び図８に示すように、外周での屈折率は、１．６である。
　したがって、導電部２１ａ、導電部２２ａ、導電部２３ａ、及び導電部２４ａを、第２の電極２すなわちグランド電極と電気的に接続することにより、液晶レンズのレンズパワーを向上させることができる。その理由として、第１の電極１と第２の電極２との間に、グランド電極と電気的に接続された導電部を設けることにより、高抵抗層６に電荷をチャージすることができ、より強い電場を第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２に印加することができるからであると思われる。また、第１の電極１と第２の電極２との間に、グランド電極と電気的に接続された導電部を設けることにより、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２の側壁を形成する部分を、電気力線が通過したときの減衰を小さくできることによるものと思われる。
　図９は、実施形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。図１０は、実施形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。ここでは、１つの液晶層の厚みを３０μｍとし、レンズ有効径を２．５４ｍｍとしている。
　液晶レンズを凸レンズとした場合、第１の電極部３の駆動電圧（Ｖ１）を１５Ｖｒｍｓとし、第２の電極部４の駆動電圧（Ｖ２）を５Ｖｒｍｓとした。その結果、ジオプトリは、＋５．１ｍ－１であった。液晶レンズを凹レンズとした場合、第１の電極部３の駆動電圧（Ｖ１）を１Ｖｒｍｓとし、第２の電極部４の駆動電圧（Ｖ２）を９Ｖｒｍｓとした。その結果、ジオプトリは、－４．４ｍ－１であった。
　図１１は、比較形態の液晶レンズを凸レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。図１２は、比較形態の液晶レンズを凹レンズとした場合の干渉縞を示す写真である。ここでは、１つの液晶層の厚みを３０μｍとし、レンズ有効径を２．５４ｍｍとしている。
　液晶レンズを凸レンズとした場合、第１の電極部３の駆動電圧（Ｖ１）を９Ｖｒｍｓとし、第２の電極部４の駆動電圧（Ｖ２）を４Ｖｒｍｓとした。その結果、ジオプトリは、＋３ｍ－１であった。液晶レンズを凹レンズとした場合、第１の電極部３の駆動電圧（Ｖ１）を３Ｖｒｍｓとし、第２の電極部４の駆動電圧（Ｖ２）を８Ｖｒｍｓとした。その結果、ジオプトリは、－２．７ｍ－１であった。
　上記の結果から明らかなように、本実施形態では、比較形態に比べ、ジオプトリが約１．６倍になっており、レンズパワーが向上していることがわかる。したがって、本発明によれば、レンズパワーを向上できることがわかる。
　図４は、本発明の他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。本実施形態では、第１のスペーサ１６及び第２のスペーサ１７として、開口１６ｂ、１７ｂ及び金属膜２１、２４と同様の形状の液晶導入孔（図示せず）を有する金属製のスペーサを用いている。具体的には、アルミニウム製のスペーサを用いている。このような金属製のスペーサは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔を用いて形成することができる。金属製のスペーサを用いる場合、第１の基板１１、中間板１３、及び第２の基板１２と金属製のスペーサとを陽極接合で接合することができる。このため、図１に示す実施形態のように、金属膜２１～２４を設ける必要がなくなる。したがって、本実施形態では、第２の電極２に第２のスペーサ１７が電気的に接続され、第２スペーサ１７は導通部３２を介して第１のスペーサ１６に電気的に接続されている。
　第１のスペーサ１６には、開口１６ｂ及び液晶導入孔（図示せず）が形成されている。この開口１６ｂが、第１の液晶層４１の壁面となる。同様に、第２のスペーサ１７には、開口１７ｂ及び液晶導入孔（図示せず）が形成されており、この開口１７ｂが、第２の液晶層４２の壁面となる。したがって、本実施形態では、第１のスペーサ１６からなる導電部１６ａが、第１の液晶層４１の壁面全体を構成しており、第２のスペーサ１７からなる導電部１７ａが、第２の液晶層４２の壁面全体を構成している。
　本実施形態においても、導電部１６ａ及び導電部１７ａが、第２の電極２すなわちグランド電極と電気的に接続されているので、液晶レンズのレンズパワーを向上させることができる。
　上記実施形態では、導電部が液晶層の側壁の少なくとも一部を構成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の電極と第２の電極との間において、液晶層の側壁の近傍に導電部を設けることによっても、本発明の効果を得ることができる。
　上記実施形態では、２つの液晶層を有する液晶レンズを例にして説明しているが、本発明をこれ限定されるものではなく、例えば、１つの液晶層を有する液晶レンズであってもよい。
１…第１の電極
２…第２の電極
３…第１の電極部
３ａ…開口
３ｂ…スリット
４…第２の電極部
４ａ…引き出し部
６…高抵抗層
７…絶縁膜
１０…液晶レンズ
１１…第１の基板
１１ａ…第１の電極部端子
１１ｂ…第２の電極部端子
１１ｃ…グランド電極端子
１２…第２の基板
１３…中間板
１３ａ…貫通孔
１４…第１のスペーサ
１５…第２のスペーサ
１４ａ，１５ａ…貫通孔
１４ｂ，１５ｂ…開口
１６…第１のスペーサ
１７…第２のスペーサ
１６ａ，１７ａ…導電部
１６ｂ，１７ｂ…開口
２１～２４…金属膜
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…想像線（液晶層の側壁の位置）
３５…想像線（貫通孔の位置）
４１…第１の液晶層
４２…第２の液晶層

Claims (13)

  1. 　液晶層と、
    　開口を有する第１の電極部と、前記開口内に配置された第２の電極部とを有する第１の電極と、
    　前記液晶層を介して前記第１の電極と対向している第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置される高抵抗層とを備える液晶レンズであって、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に、導電部が設けられており、前記導電部が前記第２の電極に電気的に接続されている、液晶レンズ。
  2. 　前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記液晶層の側壁を形成するためのスペーサが設けられている、請求項１に記載の液晶レンズ。
  3. 　前記第１の電極と前記スペーサとの間に、前記導電部が設けられている、請求項２に記載の液晶レンズ。
  4. 　前記スペーサと前記第２の電極との間に、前記導電部が設けられている、請求項２または３に記載の液晶レンズ。
  5. 　前記スペーサが、前記導電部である、請求項２に記載の液晶レンズ。
  6. 　前記第１の電極と前記第２の電極との間に、中間板が設けられており、前記中間板で前記液晶層が第１の液晶層と第２の液晶層に分割されている、請求項１に記載の液晶レンズ。
  7. 　前記第１の電極と前記中間板との間に、前記第１の液晶層の側壁を形成するための第１のスペーサが設けられており、前記中間板と前記第２の電極との間に、前記第２の液晶層の側壁を形成するための第２のスペーサが設けられている、請求項６に記載の液晶レンズ。
  8. 　前記第１の電極と前記第１のスペーサとの間に、前記導電部が設けられている、請求項７に記載の液晶レンズ。
  9. 　前記第１のスペーサと前記中間板との間に、前記導電部が設けられている、請求項７または８に記載の液晶レンズ。
  10. 　前記中間板と前記第２のスペーサとの間に、前記導電部が設けられている、請求項７～９のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
  11. 　前記第２のスペーサと前記第２の電極との間に、前記導電部が設けられている、請求項７～１０のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
  12. 　前記第１のスペーサ及び前記第２のスペーサの内の少なくとも一方が、前記導電部である、請求項７に記載の液晶レンズ。
  13. 　前記導電部が、前記液晶層の側壁の少なくとも一部を構成している、請求項１～１２のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
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