JP5836822B2

JP5836822B2 - 液晶レンズ

Info

Publication number: JP5836822B2
Application number: JP2012016631A
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: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013156424A

Description

本発明は、液晶レンズに関する。

近年、特許文献１等に記載のような液晶レンズに対する注目が高まってきている。液晶レンズでは、液晶層に印加する電圧を変化させ、液晶層の屈折率を変化させることにより、光学的パワーを変化させることができる。このため、液晶レンズを用いることにより、光学系をコンパクト化したり、高機能化したりし得る。

特開２０１１−１７７４２号公報

液晶レンズの適用用途を拡大していくにあたっては、液晶レンズの波面収差を改善することが重要となる。

本発明は、波面収差の小さな液晶レンズを提供することにある。

本発明に係る液晶レンズは、対向して配された一対の主壁部と、側壁部と、液晶層とを備える。側壁部は、一対の主壁部の間に配されている。側壁部は、一対の主壁部と共に円柱状の内部空間を区画形成している。液晶層は、内部空間内に配されている。側壁部には、内部空間に連通する連通孔が形成されている。平面視において、連通孔の中心軸の延長線上に内部空間の中心が位置しないように連通孔が設けられている。

平面視において、連通孔が、内部空間を形成している側壁部の内壁面と連通孔の一方の側面との接続部における接線の延びる方向に沿って延びるように設けられていることが好ましい。

液晶層は、連通孔の少なくとも内部空間側の部分にも設けられていてもよい。

本発明によれば、波面収差の小さな液晶レンズを提供することができる。

本発明の一実施形態における液晶レンズの略図的分解斜視図である。本発明の一実施形態における液晶層及び連通孔の模式的平面図である。参考例における液晶層及び連通孔の模式的平面図である。

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に、本実施形態における液晶レンズの略図的分解斜視図を示す。図２に、本実施形態における液晶層及び連通孔の模式的平面図を示す。

図１に示すように、液晶レンズ１は、素子本体１０を備えている。素子本体１０は、一の方向に沿って積層された複数のガラス板１１ａ〜１１ｄを有する。隣り合うガラス板１１ａ〜１１ｄは、対向している。本実施形態において、ガラス板１１ａ〜１１ｄは、主壁部を構成している。

ガラス板１１ａと、ガラス板１１ｄとのそれぞれの内側主面の上には、図示しない電極と電極の上に設けられた配向膜とが形成されている。一方、ガラス板１１ｂ、１１ｃの両主面の上には、配向膜が形成されている。ガラス板１１ｂ、１１ｃと配向膜との間にも電極が形成されていてもよい。

ガラス板１１ａ〜１１ｄのそれぞれの厚みは、特に限定されない。ガラス板１１ａ〜１１ｄの厚みは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。通常は、上下に位置するガラス板１１ａ、１１ｄが相対的に厚く、中央に位置するガラス板１１ｂ、１１ｃが相対的に薄い。ガラス板１１ａ、１１ｄの厚みは、５０μｍ〜５００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜３００μｍであることがより好ましい。ガラス板１１ｂ、１１ｃの厚みは、１０μｍ〜４００μｍであることが好ましく、２０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。

積層方向に隣接するガラス板１１ａ〜１１ｄの間のそれぞれには、側壁部１２が配されている。この側壁部１２と、主壁部を構成しているガラス板１１ａ〜１１ｄとにより、複数の内部空間１８が区画形成されている。内部空間１８は、円柱状である。複数の内部空間１８のそれぞれには液晶層１６が設けられている。液晶層１６には、ガラス板１１ａの上に設けられた電極と、ガラス板１１ｄの上に設けられた電極とにより電圧が印加される。これにより、液晶層１６の屈折率が変化する。その結果、液晶レンズ１のレンズパワーが変化する。

側壁部１２の厚みは、形成しようとする液晶層１６の厚みに応じて適宜設定することができる。側壁部１２の厚みは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ程度とすることができる。液晶レンズ１の高速応答性を高める観点からは、液晶層１６が薄いことが好ましい。よって、側壁部１２の厚みは、９００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましい。

具体的には、液晶レンズ１では、複数の側壁部１２のそれぞれは、第１の側壁部１２ａと、第２の側壁部１２ｂと、第３の側壁部１２ｃとを有する。第１の側壁部１２ａは、ガラスまたは金属からなる。一方、第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃは、それぞれ、樹脂からなる。第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃのそれぞれは、例えば、紫外線硬化型樹脂接着剤の硬化物等の樹脂接着剤の硬化物と、硬化物中に分散した球状粒子とを含んでいてもよい。第１の側壁部１２ａは、ガラス板１１ａ〜１１ｄと、第２または第３の側壁部１２ｂ、１２ｃにより接着されている。

第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃのそれぞれの厚みは、第１の側壁部１２ａと同じかそれよりも薄いことが好ましい。第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃのそれぞれの厚みは、第１の側壁部１２ａの厚みの０．９倍以下であることがより好ましい。但し、第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃの厚みが薄すぎると、側壁部１２とガラス板１１ａ〜１１ｄとの間の接合強度が低くなりすぎる場合がある。従って、第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃのそれぞれの厚みは、第１の側壁部１２ａの厚みの０．１倍以上であることが好ましく、０．２倍以上であることがより好ましい。

具体的には、第１の側壁部１２ａの厚みは、１０μｍ〜４００μｍであることが好ましく、２０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。側壁部１２の厚みに対する第１の側壁部１２ａの厚みの比（（第１の側壁部１２ａの厚み）／（側壁部１２の厚み））は、０．３３〜０．８３であることが好ましく、０．４０〜０．８０であることがより好ましい。第２の側壁部１２ｂ及び第３の側壁部１２ｃの厚みは、それぞれ１０μｍ〜４００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。

なお、側壁部１２は、例えば以下の要領で作製することができる。すなわち、ガラス板１１ａの上に第２の側壁部１２ｂを形成するための紫外線硬化型樹脂接着剤を印刷する。次に、第１の側壁部１２ａを載置する。次に、第１の側壁部１２ａ及びガラス板１１ｂのうちの少なくとも一方の上に第３の側壁部１２ｃを形成するための紫外線硬化型樹脂接着剤を印刷する。その後、ガラス板１１ｂと第１の側壁部１２ａとを重ね、加圧した状態で紫外線を照射し、接着剤を硬化することにより第２及び第３の側壁部１２ｂ、１２ｃを硬化させ、側壁部１２を完成させることができる。

側壁部１２には、内部空間１８に連通している連通孔１７が設けられている。連通孔１７は、内部空間１８に液晶を注入するために使用された液晶注入孔である。連通孔１７は、図示しない封止材により封止されている。連通孔１７の少なくとも内部空間１８側の部分にも、液晶層１６が設けられている。連通孔１７の全体に液晶層１６が設けられていてもよい。

液晶レンズ１では、連通孔１７は、第２の側壁部１２ｂと第３の側壁部１２ｃとのそれぞれに設けられており、第１の側壁部１２ａには設けられていない。このように、連通孔は、側壁部の厚み方向における一部に設けられていてもよい。また、連通孔は、側壁部の厚み方向における全体に設けられていてもよい。連通孔は、第２の側壁部と第３の側壁部との一方にのみ設けられていてもよい。

連通孔１７の横断面形状は、特に限定されない。液晶レンズ１では、連通孔１７の横断面形状は、矩形状である。

図２に示すように、連通孔１７は、平面視において、連通孔１７の中心軸Ｌ１の延長線上に内部空間１８の中心Ｃが位置しないように設けられている。即ち、内部空間１８の連通孔１７との接続部と内部空間１８の中心Ｃとを通過する直線Ｌ３と、連通孔１７の中心軸Ｌ１とが同一直線上に位置せず、傾斜するように連通孔１７が設けられている。特に、液晶レンズ１では、連通孔１７は、平面視において、内部空間１８を形成している側壁部１２の内壁面１２ｄと連通孔１７との接続部における接線Ｌ２の延びる方向に沿って延びるように設けられていることが好ましい。

ところで、液晶注入孔として用いられる連通孔は、一般的には、液晶注入効率や液晶レンズの剛性等を考慮して最も短くなるように設けられる。具体的には、図３に示すように、連通孔１１７は、内部空間１１８の径方向に沿って延びるように設けられるのが一般的である。

しかしながら、本発明者らが鋭意研究した結果、連通孔１１７を内部空間１１８の径方向に沿って延びるように設けた場合、波面収差が大きくなることが見出された。また、本発明者らがさらに鋭意研究した結果、液晶レンズ１のように、平面視において、連通孔１７の中心軸Ｌ１の延長線上に、内部空間１８の中心Ｃが位置しないように連通孔１７を設けた場合は、波面収差が小さくなることが見出された。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。

液晶レンズにおいて、液晶分子の配向は、印加される電界と、その液晶分子の近傍の液晶分子の配向との両方が影響するものと考えられる。このため、印加される電界のみを考慮すれば、液晶層において光軸からの距離が等しい箇所における液晶分子の配向方向は等しくなるはずであるが、実際は、異なる場合もある。

例えば、内部空間の周縁部の連通孔が設けられていない部分に位置する液晶分子の径方向の外側には、液晶分子があまり存在しないものの、内部空間の周縁部の連通孔が設けられた部分に位置する液晶分子の径方向の外側には、多くの液晶分子が存在する。このため、内部空間の周縁部の連通孔が設けられていない部分に位置する液晶分子の配向と、内部空間の周縁部の連通孔が設けられた部分に位置する液晶分子の配向とは相互に異なる。このことから、液晶層の光軸から端縁までの距離が、周方向においてばらついていると、液晶層の周縁部における液晶分子の配向にもばらつきが生じる。その結果、波面収差が悪化するものと考えられる。従って、図３に示すように、連通孔が半径方向に沿って延びるように設けられている場合は、連通孔が設けられている部分と、連通孔が設けられていない部分とで液晶層の光軸から端縁までの距離が大きく異なることとなるため、波面収差が大きくなるものと考えられる。

それに対して図２に示すように液晶レンズ１では、平面視において、連通孔１７の中心軸Ｌ１の延長線上に内部空間１８の中心Ｃが位置しないように連通孔１７が設けられている。このため、中心Ｃから液晶層１６の端縁までの距離のばらつきを小さくすることができる。その結果、波面収差が小さくなるものと考えられる。

特に、連通孔１７が、平面視において、内部空間１８を形成する側壁部１２の内壁面１２ｄと連通孔１７の一方の側面１７ａとの接続部１９における接線Ｌ２の延びる方向に沿って延びている場合、即ち、中心軸Ｌ１が接線Ｌ２と平行な場合は、中心Ｃから液晶層１６の端縁までの距離のばらつきをより小さくすることができる。その結果、波面収差がより小さくなるものと考えられる。

また、中心Ｃから液晶層１６の端縁までの距離のばらつきをさらに小さくする観点からは、連通孔１７の幅Ｗは、１ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以下であることがさらに好ましい。

なお、上記実施形態では、液晶レンズが複数の液晶層を有する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、液晶レンズは、ひとつの液晶層を有していてもよい。

１…液晶レンズ
Ｌ１…連通孔の中心軸
Ｌ２…接線
Ｌ３…直線
９…液晶レンズ
１０…素子本体
１１ａ〜１１ｄ…ガラス板
１２…側壁部
１２ａ…第１の側壁部
１２ｂ…第２の側壁部
１２ｃ…第３の側壁部
１６…液晶層
１７…連通孔
１８…内部空間

Claims

対向して配された一対の主壁部と、
前記一対の主壁部の間に配されており、前記一対の主壁部と共に円柱状の内部空間を区画形成している側壁部と、
前記内部空間内に配された液晶層と、
を備え、
前記側壁部には、前記内部空間に連通する連通孔が形成されており、
平面視において、前記連通孔の中心軸の延長線上に前記内部空間の中心が位置しないように前記連通孔が設けられており、且つ、前記連通孔が、前記内部空間を形成している前記側壁部の内壁面と前記連通孔の一方の側面との接続部における接線の延びる方向に沿って延びるように設けられている、液晶レンズ。
前記液晶層は、前記連通孔の少なくとも前記内部空間側の部分にも設けられている、請求項１に記載の液晶レンズ。