WO2014203596A1 - 液晶レンズ - Google Patents

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liquid crystal
spacer
electrode
stress relaxation
crystal lens
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一之 菊地
隆 秋元
巧 村上
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日本電気硝子株式会社
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • 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 
    • G02F1/13—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  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal lens.
  • liquid crystal lens has been studied as a lens having a variable refractive index.
  • it has been proposed to improve lens power by using thin ribbon-like glass as a spacer and reducing the thickness of the liquid crystal layer (Patent Document 1).
  • the liquid crystal lens may be heat-treated at a temperature of 120 ° C. or higher for sterilization, for example.
  • a thin ribbon-like glass is used as a spacer or the like as in Patent Document 1, the liquid crystal lens cell is destroyed during the heat treatment.
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal lens capable of preventing the liquid crystal lens from being destroyed when the liquid crystal expands due to heating or the like.
  • the present invention is directed to a first electrode having a liquid crystal layer, a first electrode portion having an opening, and a second electrode portion disposed in the opening, and facing the first electrode across the liquid crystal layer.
  • a liquid crystal lens comprising a second electrode and a stress relaxation chamber connected to a liquid crystal layer through a conduction path, wherein the stress relaxation chamber contains bubbles. .
  • the volume of the bubbles is preferably within the range of 10 to 90% by volume of the volume of the stress relaxation chamber.
  • the conduction path is preferably formed at the end of the side wall in the thickness direction of the liquid crystal layer.
  • a spacer for forming a side wall of the liquid crystal layer is provided between the first electrode and the second electrode.
  • At least a part of the stress relaxation chamber can be formed by a through hole formed in the spacer.
  • a metal film is provided between the first electrode and the spacer and / or between the spacer and the second electrode.
  • At least a part of the stress relaxation chamber may be formed by a through hole formed in the metal film.
  • the first substrate having the first electrode and the spacer and / or the second substrate having the spacer and the second electrode can be bonded by anodic bonding with a metal film interposed.
  • 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 first spacer is provided between the intermediate plate and the second electrode.
  • a second spacer for forming a side wall of the second liquid crystal layer may be provided.
  • the stress relaxation chamber the first stress relaxation chamber connected to the first liquid crystal layer via the first conduction path and the second liquid crystal layer connected to the second liquid crystal layer via the second conduction path. You may have a 2nd stress relaxation chamber. Further, at least a part of the first stress relaxation chamber is formed by a through hole formed in the first spacer, and at least a part of the second stress relaxation chamber is formed in the second spacer. It may be formed by a through hole.
  • At least a part of the stress relaxation chamber may be formed by a through hole formed in the first spacer, a through hole formed in the intermediate plate, and a through hole formed in the second spacer.
  • the present invention it is possible to prevent the liquid crystal lens from being destroyed when the liquid crystal expands due to heating or the like.
  • 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 metal film 21 shown in FIG.
  • FIG. 4 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. 5 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining a manufacturing process of a liquid crystal lens according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to still another embodiment of the present invention.
  • 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. 4 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. As described above, the second electrode 2 is electrically connected to the ground electrode terminal 11c formed on the first substrate 11 shown in FIG. Although the connection method is not shown, for example, the second electrode 2 is drawn out to the end surface of the second substrate 12, and this is electrically connected to an external electrode formed on the outer end surface of the liquid crystal lens 10, and this external There is a method of electrically connecting the electrode to the ground electrode terminal 11c.
  • 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 opening 21b of the metal film 21, the opening 22b of the metal film 22, the opening 23b of the metal film 23, and the opening 24b of the metal film 24 also form the side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42, respectively. is doing.
  • 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.
  • a first stress relaxation chamber 31 connected to the first liquid crystal layer 41 through a conduction path 21 c is provided in the first spacer 14.
  • a second stress relaxation chamber 32 connected to the second liquid crystal layer 42 through the conduction path 24 c is provided in the second spacer 15. Since the first stress relaxation chamber 31 and the second stress relaxation chamber 32 are connected to the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42, respectively, liquid crystal is introduced therein.
  • the first stress relaxation chamber 31 includes bubbles 31a, and the second stress relaxation chamber 32 includes bubbles 32a.
  • the gas forming the bubbles 31a and 32a is not particularly limited, but generally air is used.
  • the volume ratio of the bubbles 31a to the volume of the first stress relaxation chamber 31 and the volume ratio of the bubbles 32a to the volume of the second stress relaxation chamber 32 are preferably in the range of 10 to 90% by volume. If it is less than 10% by volume, the stress caused by the expansion of the liquid crystal may not be sufficiently relaxed. Moreover, when it exceeds 90 volume%, a bubble may mix in a liquid-crystal layer.
  • the first stress relaxation chamber 31 is mainly formed from a through hole 14 c formed in the first spacer 14.
  • the second stress relaxation chamber 32 is mainly formed by a through hole 15 c formed in the second spacer 15.
  • 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 10 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.
  • FIG. 3 is a plan view showing the metal film 21 shown in FIG.
  • the metal film 21 has an opening 21b and two slits connected to the opening 21b.
  • One slit constitutes a conduction path 21a and a liquid crystal introduction hole 21d
  • the other slit constitutes a conduction path 21c and a liquid crystal introduction hole 21e.
  • the through hole 14a of the first spacer 14 is located between the conduction path 21a and the liquid crystal introduction hole 21d, and the through hole 14c of the first spacer 14 is located between the conduction path 21c and the liquid crystal introduction hole 21e.
  • 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 ° C. to 250 ° C., and a negative voltage is applied to the first spacer 14 made of glass. This can be done by applying a positive voltage.
  • the first spacer 14 has through holes 14a and 14c 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.
  • An opening 22 b is formed in the metal film 22.
  • 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.
  • an aluminum film as the metal film 23 is formed on the intermediate plate 13 in the same manner as the metal film 21.
  • An opening 23 b is formed in the metal film 23.
  • the second spacer 15 is bonded to the metal film 23 by anodic bonding.
  • the second spacer 15 has through holes 15a and 15c 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 has an opening 24b and two slits connected to the opening 24b.
  • One slit constitutes a conduction path 24a and a liquid crystal introduction hole 24d
  • the other slit constitutes a conduction path 24c and a liquid crystal introduction hole 24e.
  • the second substrate 12 is bonded on the metal film 24 by anodic bonding.
  • a 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 along the line II shown in FIG.
  • An imaginary line 34 shown in FIG. 4 indicates the positions of the side walls of the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42.
  • FIG. 4 shows the positions of the through holes 14a, 15a and 14c, 15c, and the positions of the conduction paths 21a, 21c, 24a, 24c and the liquid crystal introduction holes 21d, 21e, 24d, 24e.
  • the liquid crystal is injected into the cell. Since the liquid crystal introduction holes 21d, 21e, 24d, and 24e are exposed at the end faces of the cell, liquid crystal can be injected into the cell from these liquid crystal introduction holes. Specifically, after the air in the cell is exhausted from the liquid crystal introduction holes, the first liquid crystal layer 41 is provided with liquid crystal introduction holes 21d and 21e, and the second liquid crystal layer 42 is provided with liquid crystal introduction holes 24d and 24e. Inject liquid crystal. Bubbles 31b and 32b can be introduced into the first stress relaxation chamber 31 and the second stress relaxation chamber 32 by sucking a gas such as air from the liquid crystal introduction hole at the final stage of liquid crystal injection, respectively. After introducing the liquid crystal and bubbles, the liquid crystal introduction hole is sealed using an ultraviolet curable resin or the like.
  • the conduction paths 21a, 21c, 24a, and 24c are such that the bubbles 31a and 32a in the first stress relaxation chamber 31 and the second stress relaxation chamber 32 are connected to the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42, respectively.
  • the narrowest part (minimum diameter part) is preferably 200 nm or less so as not to move. In the present embodiment, the minimum diameter portion of the conduction path is determined by the thickness of the metal films 21 and 24.
  • the liquid crystal lens shown in FIG. 1 can be manufactured as described above. As shown in FIG. 1, a first stress relaxation chamber 31 is connected to the first liquid crystal layer 41 through a conduction path 21c. Similarly, the second stress relaxation chamber 32 is connected to the second liquid crystal layer 42 through the conduction path 24c. Therefore, when the liquid crystal lens 10 is heated and the liquid crystals in the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42 are expanded, the first stress relaxation chamber 31 and the second stress relaxation chamber 32 are expanded. The bubbles 31a and 32a inside are compressed, and the stress due to the expansion of the liquid crystal can be relieved. Therefore, in this embodiment, the stress due to the expansion of the liquid crystal can be relaxed, and the liquid crystal lens cell can be prevented from being destroyed.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal lens according to another embodiment of the present invention.
  • the first stress relaxation chamber 31 and the second stress relaxation chamber 32 shown in FIG. 1 are merged into one stress relaxation chamber 33.
  • the stress relaxation chamber 33 contains bubbles 33a.
  • the stress relaxation chamber 33 is formed by forming a through hole 22 c in the metal film 22, forming a through hole 13 c in the intermediate plate 13, and forming a through hole 23 c in the metal film 23. Can be manufactured.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining a manufacturing process of the liquid crystal lens of the embodiment shown in FIG.
  • the metal film 22 shown in FIG. 2 is changed to the metal film 22 further having the through holes 22a and 22c shown in FIG. 6, and the intermediate plate 13 shown in FIG. It can manufacture by changing to the intermediate plate 13 which further has 13a and 13c, and changing the metal film 23 shown in FIG. 2 to the metal film 23 which further has the through-holes 23a and 23c shown in FIG.
  • the stress relaxation chamber 33 is connected to the first liquid crystal layer 41 and the second liquid crystal layer 42 through the conduction path 21c and the conduction path 24c.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view showing a liquid crystal lens according to still another embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal layer is only one liquid crystal layer.
  • the liquid crystal lens 10 of the present embodiment is formed on the metal film 22 without using the intermediate plate 13, the metal film 23, the second spacer 15, and the metal film 24 in the manufacturing process described with reference to FIG. 2.
  • the second substrate 12 can be manufactured by anodic bonding.
  • the first stress relaxation chamber 31 is connected to the first liquid crystal layer 41 through the conduction path 21c. Therefore, when the liquid crystal lens 10 is heated and the liquid crystal in the first liquid crystal layer 41 expands, the bubbles 31a in the first stress relaxation chamber 31 are compressed to relieve stress due to the expansion of the liquid crystal. be able to. Therefore, the stress due to the expansion of the liquid crystal can be relieved, and the liquid crystal lens cell can be prevented from being destroyed.
  • conductive paths 21b, 22b, 23b, 24b ... openings 21d, 21e, 24d, 24e ... liquid crystal introduction holes 22a, 22c , 23a, 23c, through holes 31, 32, first and second stress relaxation chambers 31a, 32a, bubbles 33, stress relaxation chamber 33a, bubbles 34, imaginary lines 41, 42, first and second liquid crystal layers.

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Abstract

　加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止す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３ａを有する第１の電極部３と、前記開口３ａ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、前記液晶層４１，４２を挟み、前記第１の電極１と対向している第２の電極２と、導通路２１ｃ，２４ｃを介して前記液晶層４１，４２に接続されている応力緩和室３１，３２とを備える液晶レンズ１０であって、前記応力緩和室３１，３２の内部に、気泡３１ａ，３２ａが含ま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）。
特開２０１１－１７５１０４号公報
　液晶レンズにおいては、例えば、滅菌などのため、１２０℃以上の温度に加熱処理される場合がある。上記特許文献１などのように、薄いリボン状のガラスをスペーサ等として用いると、加熱処理の際に、液晶レンズのセルが破壊されるという問題がある。
　本発明の目的は、加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止す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、液晶層を挟み、第１の電極と対向している第２の電極と、導通路を介して液晶層に接続されている応力緩和室とを備える液晶レンズであって、応力緩和室の内部に、気泡が含まれていることを特徴としている。
　気泡の体積は、応力緩和室の容積の１０～９０体積％の範囲内であることが好ましい。
　導通路は、液晶層の厚み方向の側壁の端部に形成されていることが好ましい。
　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が設けられていることが好ましい。
　応力緩和室の少なくとも一部は、スペーサに形成された貫通孔によって形成することができる。
　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、金属膜が設けられていることが好ましい。
　応力緩和室の少なくとも一部は、金属膜に形成された貫通孔によって形成されていてもよい。
　第１の電極を有する第１の基板とスペーサとの間及び／またはスペーサと第２の電極を有する第２の基板との間は、金属膜を介在させた陽極接合により接合することができる。
　第１の電極と第２の電極との間に、中間板が設けられており、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のスペーサが設けられており、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のスペーサが設けられていてもよい。この場合、応力緩和室として、第１の導通路を介して第１の液晶層に接続された第１の応力緩和室と、第２の導通路を介して第２の液晶層に接続された第２の応力緩和室とを有していてもよい。また、第１の応力緩和室の少なくとも一部が、第１のスペーサに形成された貫通孔によって形成されており、第２の応力緩和室の少なくとも一部が、第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されていてもよい。
　応力緩和室の少なくとも一部が、第１のスペーサに形成された貫通孔、中間板に形成された貫通孔、及び第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されていてもよい。
　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いずれかに、金属膜が設けられていてもよい。この場合、応力緩和室の少なくとも一部が、金属膜に形成された貫通孔によって形成されていてもよい。また、第１の電極を有する第１の基板と第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の電極を有する第２の基板との間の少なくともいずれかが、金属膜を介在させた陽極接合により接合されていてもよい。
　本発明によれば、加熱等で液晶が膨張した際に、液晶レンズが破壊されるのを防止することができる。
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、図２に示す金属膜２１を示す平面図である。 図４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５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６は、本発明の他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７は、本発明のさらに他の実施形態の液晶レンズを示す模式的断面図である。
　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４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４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、上述のように、図４に示す第１の基板１１上に形成されたグランド電極端子１１ｃに電気的に接続されている。接続方法は、図示していないが、例えば、第２の電極２を第２の基板１２の端面まで引き出し、これを液晶レンズ１０の外側端面に形成した外部電極に電気的に接続し、この外部電極をグランド電極端子１１ｃに電気的に接続する方法が挙げられる。
　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の開口２１ｂ、金属膜２２の開口２２ｂ、金属膜２３の開口２３ｂ、及び金属膜２４の開口２４ｂ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。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１に示すように、導通路２１ｃを介して第１の液晶層４１に接続されている第１の応力緩和室３１が、第１のスペーサ１４内に設けられている。また、導通路２４ｃを介して第２の液晶層４２に接続されている第２の応力緩和室３２が、第２のスペーサ１５内に設けられている。第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２は、それぞれ第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２に接続されているので、その内部には液晶が導入されている。また、第１の応力緩和室３１の内部には、気泡３１ａが含まれ、第２の応力緩和室３２の内部には、気泡３２ａが含まれている。気泡３１ａ及び３２ａを形成する気体としては、特に限定されるものではないが、一般には空気が用いられる。第１の応力緩和室３１の容積に対する気泡３１ａの体積割合及び第２の応力緩和室３２の容積に対する気泡３２ａの体積割合は、１０～９０体積％の範囲内であることが好ましい。１０体積％未満であると、液晶の膨張などにより生じる応力を十分に緩和できない場合がある。また、９０体積％を超えると、気泡が液晶層内に混入する場合がある。
　第１の応力緩和室３１は、主に第１のスペーサ１４に形成された貫通孔１４ｃより形成される。第２の応力緩和室３２は、主に第２のスペーサ１５に形成された貫通孔１５ｃより形成される。
　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１０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。図３は、図２に示す金属膜２１を示す平面図である。図３に示すように、金属膜２１には、開口２１ｂと、開口２１ｂに接続された２つのスリットが形成されている。一方のスリットは、導通路２１ａ及び液晶導入孔２１ｄを構成しており、他方のスリットは、導通路２１ｃ及び液晶導入孔２１ｅを構成している。導通路２１ａと液晶導入孔２１ｄの間に、第１のスペーサ１４の貫通孔１４ａが位置し、導通路２１ｃと液晶導入孔２１ｅの間に、第１のスペーサ１４の貫通孔１４ｃが位置する。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１４ｃ並びに開口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が形成されている。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。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が形成されている。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１５ｃ並びに開口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、金属膜２１と同様のように、開口２４ｂと、開口２４ｂに接続された２つのスリットが形成されている。一方のスリットは、導通路２４ａ及び液晶導入孔２４ｄを構成しており、他方のスリットは、導通路２４ｃ及び液晶導入孔２４ｅを構成している。
　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、陽極接合に先だって第２の電極２を形成する。
　図１は、図４に示すＩ－Ｉ線に沿う液晶レンズの断面図である。図４に示す想像線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。また、図４には、貫通孔１４ａ、１５ａ及び１４ｃ、１５ｃの位置、並びに導通路２１ａ、２１ｃ、２４ａ、２４ｃ及び液晶導入孔２１ｄ、２１ｅ、２４ｄ、２４ｅ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、２１ｅ、２４ｄ、２４ｅ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、２１ｅから、第２の液晶層４２には液晶導入孔２４ｄ、２４ｅから液晶を注入する。液晶注入の最終段階で、空気等の気体を液晶導入孔から吸引させることにより、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２に、それぞれ気泡３１ｂ及び３２ｂを導入することができる。液晶及び気泡を導入した後、液晶導入孔は、紫外線硬化樹脂等を用いて封止される。
　また、導通路２１ａ、２１ｃ、２４ａ、２４ｃは、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２内の気泡３１ａ及び３２ａが、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２に移動しないように、最も狭い部分（最小径部分）が２００ｎｍ以下であること好ましい。本実施形態においては、導通路の最小径部分は、金属膜２１及び２４の厚みで決定される。
　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、第１の液晶層４１には、導通路２１ｃを介して第１の応力緩和室３１が接続されている。同様に、第２の液晶層４２には、導通路２４ｃを介して第２の応力緩和室３２が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２中の液晶が膨張した場合、第１の応力緩和室３１及び第２の応力緩和室３２内の気泡３１ａ及び３２ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、本実施形態では、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。
　図５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、図１に示す第１の応力緩和室３１と第２の応力緩和室３２とを合併し、１つの応力緩和室３３にしている。応力緩和室３３内には、気泡３３ａが含まれている。応力緩和室３３は、図１に示す液晶レンズ１０において、金属膜２２に貫通孔２２ｃを形成し、中間板１３に貫通孔１３ｃを形成し、金属膜２３に貫通孔２３ｃを形成することにより、製造することができる。
　図６は、図５に示す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６に示すように、図２に示す金属膜２２を、図６に示す貫通孔２２ａ及び２２ｃをさらに有する金属膜２２に変更し、図２に示す中間板１３を、図６に示す貫通孔１３ａ及び１３ｃをさらに有する中間板１３に変更し、図２に示す金属膜２３を、図６に示す貫通孔２３ａ及び２３ｃをさらに有する金属膜２３に変更することにより製造することができる。
　本実施形態においても、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２には、導通路２１ｃ及び導通路２４ｃを介して応力緩和室３３が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１及び第２の液晶層４２中の液晶が膨張した場合、応力緩和室３３の気泡３３ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。
　図７は、本発明のさらに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、液晶層を１つの液晶層のみにしている。本実施形態の液晶レンズ１０は、図２を参照して説明した製造工程において、中間板１３、金属膜２３、第２のスペーサ１５、及び金属膜２４を用いずに、金属膜２２の上に、第２の基板１２を陽極接合することにより製造することができる。
　本実施形態においても、第１の液晶層４１には、導通路２１ｃを介して第１の応力緩和室３１が接続されている。このため、液晶レンズ１０が加熱等されることにより、第１の液晶層４１中の液晶が膨張した場合、第１の応力緩和室３１の気泡３１ａが圧縮され、液晶の膨張による応力を緩和することができる。したがって、液晶の膨張による応力を緩和することができ、液晶レンズのセルが破壊されるのを防止することができる。
１，２…第１，第２の電極
３，４…第１，第２の電極部
３ａ…開口
３ｂ…スリット
４ａ…引き出し部
６…高抵抗層
７…絶縁膜
１０…液晶レンズ
１１，１２…第１，第２の基板
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の電極部端子
１１ｃ…グランド電極端子
１３…中間板
１３ａ，１３ｃ…貫通孔
１４，１５…第１，第２のスペーサ
１４ａ，１４ｃ，１５ａ，１５ｃ…貫通孔
１４ｂ，１５ｂ…開口
２１～２４…金属膜
２１ａ，２１ｃ，２４ａ，２４ｃ…導通路
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ…開口
２１ｄ，２１ｅ，２４ｄ，２４ｅ…液晶導入孔
２２ａ，２２ｃ，２３ａ，２３ｃ…貫通孔
３１，３２…第１，第２の応力緩和室
３１ａ，３２ａ…気泡
３３…応力緩和室
３３ａ…気泡
３４…想像線
４１，４２…第１，第２の液晶層

Claims (16)

  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、
    　前記液晶層を挟み、前記第１の電極と対向している第２の電極と、
    　導通路を介して前記液晶層に接続されている応力緩和室とを備える液晶レンズであって、
    　前記応力緩和室の内部に、気泡が含まれている、液晶レンズ。
  2. 　前記気泡の体積が、前記応力緩和室の容積の１０～９０体積％の範囲内である、請求項１に記載の液晶レンズ。
  3. 　前記導通路が、前記液晶層の厚み方向の側壁の端部に形成されている、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
  4. 　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１～３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
  5. 　前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記スペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項４に記載の液晶レンズ。
  6. 　前記第１の電極と前記スペーサとの間及び／または前記スペーサと前記第２の電極との間に、金属膜が設けられている、請求項４または５に記載の液晶レンズ。
  7. 　前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記金属膜に形成された貫通孔によって形成されている、請求項６に記載の液晶レンズ。
  8. 　前記第１の電極を有する第１の基板と前記スペーサとの間及び／または前記スペーサと前記第２の電極を有する第２の基板との間が、前記金属膜を介在させた陽極接合により接合されている、請求項６または７に記載の液晶レンズ。
  9. 　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１～３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
  10. 　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９に記載の液晶レンズ。
  11. 　前記応力緩和室として、第１の導通路を介して前記第１の液晶層に接続された第１の応力緩和室と、第２の導通路を介して前記第２の液晶層に接続された第２の応力緩和室とを有している、請求項９または１０に記載の液晶レンズ。
  12. 　前記第１の応力緩和室の少なくとも一部が、前記第１のスペーサに形成された貫通孔によって形成されており、前記第２の応力緩和室の少なくとも一部が、前記第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項１１に記載の液晶レンズ。
  13. 　前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記第１のスペーサに形成された貫通孔、前記中間板に形成された貫通孔、及び前記第２のスペーサに形成された貫通孔によって形成されている、請求項１０に記載の液晶レンズ。
  14. 　前記第１の電極と前記第１のスペーサとの間、前記第１のスペーサと前記中間板との間、前記中間板と前記第２のスペーサとの間、及び前記第２のスペーサと前記第２の電極との間の少なくともいずれかに、金属膜が設けられている、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
  15. 　前記応力緩和室の少なくとも一部が、前記金属膜に形成された貫通孔によって形成されている、請求項１４に記載の液晶レンズ。
  16. 　前記第１の電極を有する第１の基板と前記第１のスペーサとの間、前記第１のスペーサと前記中間板との間、前記中間板と前記第２のスペーサとの間、及び前記第２のスペーサと前記第２の電極を有する第２の基板との間の少なくともいずれかが、前記金属膜を介在させた陽極接合により接合されている、請求項１４または１５に記載の液晶レンズ。
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