JP6023564B2

JP6023564B2 - 液晶レンズ

Info

Publication number: JP6023564B2
Application number: JP2012252946A
Authority: JP
Inventors: 角見　昌昭; 昌昭角見; 和田　正紀; 正紀和田; 田中　宏和; 宏和田中; 隆秋元
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: JP2014102309A

Description

本発明は、液晶レンズに関する。

従来、光学的パワーを変化させることができる液晶レンズが提案されている。例えば特許文献１には、液晶レンズの一例として、開口を有する第２の電極と、第２の電極の開口内に配された第３の電極と、第２及び第３の電極と液晶層を介して対向している第１の電極とを備える液晶レンズが記載されている。特許文献１には、第１の電極と第２の電極との間に印加する電圧の大きさと、第１の電極と第３の電極との間に印加する電圧の大きさとを調整することにより、液晶レンズの光学的パワーの正負を切り替えることができる旨が記載されている。

特開２０１０−４４２６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液晶レンズでは、強い負の光学的パワーを得難い。

本発明は、強い負の光学的パワーを有するレンズとして機能し得る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、電圧印加部とを備える。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の電極部は、第１の開口を有する。第２の電極部は、第１の開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。電圧印加部は、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する。第２の電極は、第３の電極部を有する。第３の電極部は、第２の開口を有する。第２の開口は、第２の電極部と液晶層を介して対向している。電圧印加部は、第１の制御モードにおいて、第１の電極部と第３の電極部との間に電圧Ｖ１を印加すると共に、第２の電極部と第３の電極部との間に、電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２を印加する。

第１及び第２の開口は、それぞれ円形であることが好ましい。この場合、第２の開口の直径は、第１の開口の直径の０．９倍以上であることが好ましい。

第２の電極は、第２の開口内に配された第４の電極部をさらに有することが好ましい。

電圧印加部は、第１の制御モードにおいて、第４の電極部に印加しないものであることが好ましい。

第２及び第４の電極部は、それぞれ円形であることが好ましい。その場合、第４の電極部の直径は、第２の電極部の直径の１倍以下であることが好ましい。

平面視において、第１の開口と第２の開口とが同心円状に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、強い負の光学的パワーを有するレンズとして機能し得る液晶レンズを提供することができる。

第１の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。第１の実施形態における第１の電極の略図的平面図である。第１の実施形態における第２の電極の略図的平面図である。第２の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。第２の実施形態における第２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。

（第１の実施形態）
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。電圧印加部４０により、第１及び第２の電極２１，２２との間に電圧が印加される。これにより液晶層１１に電界が生じ、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。

図２に示されるように、第１の電極２１は、円形の開口２１ａ１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第２の電極部２１ｂと、第２の電極部２１ｂに接続された引き出し電極２１ｃとを有する。液晶レンズ１では、液晶層１１の第２の電極部２１ｂ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。

図３に示されるように、第２の電極２２は、第３の電極部２２ａを有する。第３の電極部２２ａは、円形の開口２２ａ１を有する。第２の開口２２ａ１は、第２の電極部２１ｂと液晶層１１を介して対向している。第２の開口２２ａ１と第１の開口２１ａ１とは、平面視において、同心円状に設けられている。即ち、平面視において、第２の開口２２ａ１の中心と、第１の開口２１ａ１の中心とが同じ位置に位置している。第２の開口２２ａ１の直径は、第１の開口２１ａ１の直径の０．９倍以上であることが好ましく、第１の開口２１ａ１の直径の０．９倍〜１．１倍であることがより好ましい。第２の開口２２ａ１の直径は、第２の電極部２１ｂの直径の１倍以上であることが好ましく、第２の電極部２１ｂの直径の１倍〜１．２倍であることがより好ましい。

液晶レンズ１では、電圧印加部４０は、液晶レンズ１を負の光学的パワーを有する凹レンズとして機能させる第１の制御モードにおいて、第１の電極部２１ａと第３の電極部２２ａとの間に電圧Ｖ１を印加すると共に、第２の電極部２１ｂと第３の電極部２２ａとの間に、電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２を印加する。第１の制御モードで液晶レンズ１を制御することにより、第２の電極２２に開口２２ａ１が形成されている液晶レンズ１に、例えば第２の電極に開口が形成されていない液晶レンズよりも強い負の光学的パワーを付与することができる。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、上記のような電圧を印加した場合、第２の電極２２に開口２２ａ１が形成されている液晶レンズ１では、第２の電極に開口が形成されていない液晶レンズに比べ、液晶レンズの平面中心部から隔壁３４に向かうほど、電気力線の傾斜角が大きくなり、液晶レンズの平面中心部と隔壁周辺部とで屈折率差が大きくなり、負の光学的パワーが大きくなるためと考えられる。

なお、液晶レンズ１は、第１の制御モードのみで駆動される液晶レンズであってもよいし、第１の制御モードに加えて、他の制御モードでも駆動される液晶レンズであってもよい。液晶レンズ１は、例えば、液晶レンズ１を凹レンズとして機能させる第１の制御モードと、液晶レンズ１を凸レンズとして機能させる第２の制御モードとで駆動される液晶レンズであってもよい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。図５は、第２の実施形態における第２の電極の略図的平面図である。

第２の実施形態に係る液晶レンズ２は、第２の電極２２の構成において第１の実施形態に係る液晶レンズ１と異なる。液晶レンズ２においては、第２の電極２２は、第３の電極部２２ａに加えて、第４の電極部２２ｂと、第４の電極部２２ｂに電気的に接続された引き出し電極２２ｃとをさらに有する。第４の電極部２２ｂは、第２の開口２２ａ１内に配されている。第４の電極部２２ｂは、円形である。第４の電極部２２ｂの直径は、第２の電極部２１ｂの直径の１倍以下であることが好ましく、０．９倍〜１倍であることがより好ましい。

液晶レンズ２においても、液晶レンズ１と同様に、負の光学的パワーを有する凹レンズとして機能させる第１の制御モードにおいて、電圧印加部４０は、液晶レンズ１を負の光学的パワーを有する凹レンズとして機能させる第１の制御モードにおいて、第１の電極部２１ａと第３の電極部２２ａとの間に電圧Ｖ１を印加すると共に、第２の電極部２１ｂと第３の電極部２２ａとの間に、電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２を印加する。また、第４の電極部２２ｂに、電圧を印加しない。

液晶レンズ２では、電圧印加部４０は、正の光学的パワーを有する凸レンズとして機能させる第２の制御モードにおいて、第４の電極部２２ｂと第１の電極部２１ａとの間に、電圧Ｖ３を印加すると共に、第４の電極部２２ｂと第２の電極部２１ｂとの間に、電圧Ｖ３よりも低い電圧Ｖ４を印加する。第２の制御モードにおいては、電圧印加部４０は、第３の電極部２２ａに、電圧を印加しない。

液晶レンズ２は、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替えることにより、強い負の光学的パワーを有する凹レンズとして機能させることもできるし、強い正の光学的パワーを有する凸レンズとして機能させることもできる。

１，２…液晶レンズ
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ…第１の電極部
２１ａ１…第１の開口
２１ｂ…第２の電極部
２１ｃ、２２ｃ…引き出し電極
２２…第２の電極
２２ａ１…第２の開口
２２ａ…第３の電極部
２２ｂ…第４の電極部
３１…第１の基板
３１ａ…第１の基板の表面
３２…第２の基板
３２ａ…第２の基板の表面
３４…隔壁部材
４０…電圧印加部

Claims

液晶層と、
第１の開口を有する第１の電極部と、前記第１の開口内に配された第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の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
を備える液晶レンズであって、
前記第２の電極は、前記第２の電極部と前記液晶層を介して対向する第２の開口を有する第３の電極部と、前記第２の開口内に配された第４の電極部とを有し、
前記電圧印加部は、第１の制御モードにおいて、前記第１の電極部と前記第３の電極部との間に電圧Ｖ１を印加すると共に、前記第２の電極部と前記第３の電極部との間に、前記電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２を印加し、前記第４の電極部に電圧を印加しない、液晶レンズ。
前記第１及び第２の開口は、それぞれ円形であり、
前記第２の開口の直径は、前記第１の開口の直径の０．９倍以上である、請求項１に記載の液晶レンズ。
前記第２及び第４の電極部は、それぞれ円形であり、
前記第４の電極部の直径は、第２の電極部の直径の１倍以下である、請求項１または２に記載の液晶レンズ。
平面視において、前記第１の開口と前記第２の開口とは同心円状に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。