TWI578025B - Liquid crystal lens and liquid crystal lens unit - Google Patents

Description

液晶透鏡及液晶透鏡用單元

本發明係關於液晶透鏡及液晶透鏡用單元。

近年來，對如專利文獻1等所揭示之液晶透鏡之關注不斷提高。在液晶透鏡中，藉由使施加給液晶層之電壓產生變化，改變液晶層之折射率，可改變光學功率。因此，藉由使用液晶透鏡，可使光學系統小型化、或高功能化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-17742號公報

在擴大液晶透鏡之適用用途時，重要的是改善液晶透鏡之波前像差。

本發明係在於提供波前像差較小之液晶透鏡。

本發明之液晶透鏡具備液晶層、第1電極、第2電極、及第3電極。第1電極設置於液晶層之一側。於第1電極上形成有開口、及使開口與外部連通之連通口。第2電極具有主電極部、及線狀之引出電極部。主電極部於液晶層之一側配置於開口內。主電極部與第1電極電性絕緣。引出電極部與主電極部電性連接。引出電極部設置於連通口 內。第3電極設置於液晶層之另一側。第3電極與第1及第2電極之至少一部分對向。引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為70 μm以下。

引出電極部之與主電極部之連接部之寬度較佳為50 μm以下。

較佳的是，開口為圓形，且主電極部為直徑小於開口之圓形。

連通口之與開口之連接部之寬度較佳為150 μm以下。

連通口之與開口之連接部之寬度較佳為比引出電極部之與主電極部之連接部之寬度大20 μm以上。

本發明之液晶透鏡用單元具備單元本體、第1電極、第2電極、及第3電極。單元本體具有注入有液晶之內部空間。第1電極設置於內部空間之一側。於第1電極上形成有開口、及使開口與外部連通之連通口。第2電極於內部空間之一側配置於開口內。第2電極具有主電極部、及線狀之引出電極部。主電極部與第1電極電性絕緣。引出電極部與主電極部電性連接。引出電極部設置於連通口內。第3電極設置於內部空間之另一側。第3電極與第1及第2電極之至少一部分對向。引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為70 μm以下。

根據本發明，可提供一種波前像差較小之液晶透鏡。

1‧‧‧液晶透鏡

10‧‧‧元件本體

10a‧‧‧第1主壁部

10b‧‧‧第2主壁部

10c‧‧‧側壁部

10d‧‧‧內部空間

11‧‧‧液晶層

21‧‧‧第1電極

21a‧‧‧開口

21b‧‧‧連通口

22‧‧‧第2電極

22a‧‧‧主電極部

22b‧‧‧引出電極部

23‧‧‧第3電極

z‧‧‧厚度方向

圖1係本發明之一實施形態之液晶透鏡之簡略剖面圖。

圖2係本發明之一實施形態之第1及第2電極之簡略俯視圖。

圖3係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為50 μm之情形之相位差之圖表。

圖4係引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為50 μm之情形之波前像差照片。

圖5係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為60 μm之 情形之相位差之圖表。

圖6係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為70 μm之情形之相位差之圖表。

圖7係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為80 μm之情形之相位差之圖表。

圖8係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為90 μm之情形之相位差之圖表。

圖9係表示引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為100 μm之情形之相位差之圖表。

圖10係引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為100 μm之情形之波前像差照片。

以下，就實施本發明之較佳形態之一例進行說明。但，下述之實施形態僅為例示。本發明並不限定於任何下述之實施形態。

又，在實施形態等所參照之各圖式中，實質上具有相同功能之構件以相同之符號進行參照。又，實施形態等所參照之圖式為模式性揭示者，圖式中描繪之物體之尺寸比例等有時與現實之物體之尺寸比例等不同。即便在圖式相互間，物體之尺寸比例等有時亦不同。具體之物體之尺寸比例等，應參酌以下之說明予以判斷。

圖1中顯示本實施形態之液晶透鏡1之簡略剖面圖。

如圖1所示，液晶透鏡1具備元件本體(單元本體)10。由該元件本體10、與後述之第1~第3電極21~23構成液晶透鏡用單元。元件本體10具有第1主壁部10a、第2主壁部10b、及側壁部10c。由該等第1及第2主壁部10a、10b與側壁部10c，形成圓柱狀之內部空間10d。於該內部空間10d，注入液晶而成為液晶透鏡1。用以向內部空間10d注入液晶之液晶注入孔，可設置於主壁部10a、10b，亦可設置於側壁部10c。

於液晶透鏡1之內部空間10d，設置液晶層11。另，液晶層11可藉由包含例如玻璃等之中間板，延著厚度方向z分割成複數個。該情形時，可於中間板上設置使複數個液晶層連通之連通口。藉此，可減少複數個液晶層間之壓力不均。

液晶層11由設置於厚度方向z之一側之第1及第2電極21、22，與設置於厚度方向z之另一側之第3電極23挾持。

第1及第2電極21、22配置於第1主壁部10a之液晶層11側之主表面上。於第1主壁部10a之液晶層11側之主表面上，以覆蓋第1及第2電極21、22之方式設置有配向膜(未圖示)。

第3電極23配置於第2主壁部10b之液晶層11側之主表面上。第3電極23係以與第1及第2電極21、22之至少一部分於厚度方向z對向之方式設置。在本實施形態中，具體而言，第3電極23係以與第1及第2電極21、22之整體於厚度方向z對向之方式設置。另，於第2主壁部10b之液晶層11側之主表面上，以覆蓋第3電極23之方式設置有配向膜(未圖示)。

在液晶透鏡1中，於第1電極21與第3電極23之間施加電壓V1，於第2電極22與第3電極23之間施加電壓V2。藉由使該等電壓V1、V2產生變化，液晶層11所含之液晶分子之配向變化。其結果，液晶透鏡1之光學功率變化。

圖2中顯示本實施形態之第1及第2電極之簡略俯視圖。接著，一面以圖2為主進行參照，一面就第1及第2電極21、22之構成詳細說明。

於第1電極21上，形成有開口21a、與連通口21b。開口21a為圓形。

連通口21b使開口21a與第1電極21之外部連通。即，連通口21b連接開口21a與第1電極21之外周。在本實施形態中，連通口21b設置成 直線狀。但，本發明並不限定於該構成。連通口21b亦可設置成例如曲線狀。

第2電極22具有主電極部22a、與引出電極部22b。主電極部22a設置於開口21a內。主電極部22a與第1電極21電性絕緣。主電極部22a為圓形。詳細而言，主電極部22a為直徑小於開口21a之圓形。主電極部22a之直徑例如可設為0.1 mm~30 mm左右。

引出電極部22b與主電極部22a電性連接。引出電極部22b與第1電極21電性絕緣。引出電極部22b設置於連通口21b內。引出電極部22b自主電極部22a向外側線狀延伸。引出電極部22b直達第1電極21之外周。在本實施形態中，引出電極部22b設置成直線狀。但，本發明並不限定於該構成。引出電極部22b例如亦可設置成曲線狀。

引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1為70 μm以下，較佳為50 μm以下。引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1相對主電極部22a之直徑之比((引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1)/(主電極部22a之直徑))較佳為0.023以下，更佳為0.017以下。連通口21b之與開口21a之連接部之寬度W2較佳為150 μm以下，更佳為110 μm以下，尤佳為100 μm以下。且，自不使耐電力性惡化之觀點來看，連通口21b之與開口21a之連接部之寬度W2較佳為比引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1大20 μm以上。

如以上說明，在液晶透鏡1中，引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1設為70 μm以下。因此，在液晶透鏡1中，波前像差較小。

作為藉由將引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1設為70 μm以下而可減小波前像差之理由，並不明確，但可考慮以下之理由。

為了於主電極部連接電源，可考慮將引出至第1電極之外側之引出電極與主電極部電性連接。然而，若設置引出電極，則第2電極之形狀變成非點對稱。因此，產生之電力線之點對稱性降低。因此，認為波前像差會增大。

即便使引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1小於70 μm以下之情形時，第2電極22之形狀仍不能點對稱。但，由於引出電極部22b十分微細，故抑制產生之電力線之點對稱性惡化，其結果，認為可實現較小之波前像差。

自使波前像差進一步減小之觀點來看，較佳為將引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度W1設為50 μm以下。又，較佳為將連通口21b之與開口21a之連接部之寬度W2設為150 μm以下，更佳為110 μm以下，尤佳為100 μm以下。

圖3係表示引出電極部22b之寬度為50 μm之情形之相位差之圖表。圖4係引出電極部22b之寬度為50 μm之情形之波前像差照片。圖5係表示引出電極部22b之寬度為60 μm之情形之相位差之圖表。圖6係表示引出電極部22b之寬度為70 μm之情形之相位差之圖表。圖7係表示引出電極部22b之寬度為80 μm之情形之相位差之圖表。圖8係表示引出電極部22b之寬度為90 μm之情形之相位差之圖表。圖9係表示引出電極部22b之寬度為100 μm之情形之相位差之圖表。圖10係引出電極部22b之寬度為100 μm之情形之波前像差照片。

另，在圖3、圖5~圖9所示之圖表中，橫軸為與光軸C之距離，縱軸為與光軸C之相位差。在圖3、圖5~圖9所示之圖表中，以方形表示之資料為表示沿著圖2所示之D1方向(自光軸C朝向引出電極部22b之徑向之中心之方向)之相位差之資料，以菱形表示之資料為表示沿著與D1方向相差180°之D2方向之相位差之資料。主電極部之平面形狀為半徑1.5 mm之圓形。

如圖7~圖10所示獲知，若引出電極部之與主電極部之連接部之寬度大於70 μm，則不僅自光軸C離開之周緣部，即使在光軸C附近之中央部，於設置引出電極之方向、與未設置引出電極之方向上，相位差仍互相不同。相對於此，如圖3、圖5及圖6所示獲知，引出電極部之與主電極部之連接部之寬度為70 μm以下之情形時，在中央部，於設置引出電極之方向、與未設置引出電極之方向上，相位差實質上相等。自該結果獲知，藉由將引出電極部之與主電極部之連接部之寬度設為70 μm以下，可改善波前像差。

又，如圖3所示獲知，將引出電極部之與主電極部之連接部之寬度設為50 μm之情形時，不僅中央部，即使在周緣部，於設置引出電極之方向、與未設置引出電極之方向上，相位差亦實質上相等。自該結果獲知，藉由將引出電極部之與主電極部之連接部之寬度設為50 μm以下，可進一步有效改善波前像差。

另，就液晶透鏡1，已說明引出電極部22b之長度方向上寬度為一定之例。但，本發明並不限定於該構成。引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度，亦可與連接部以外之部分之寬度不同。例如，連接部以外之部分之寬度亦可大於引出電極部22b之與主電極部22a之連接部之寬度。同樣地，連通口21b之寬度亦不必為一定。連通口21b之與開口21a之連接部之寬度，亦可與連接部以外之部分之寬度不同。例如，連接部以外之部分之寬度亦可大於連通口21b之與開口21a之連接部之寬度。

1‧‧‧液晶透鏡

10‧‧‧元件本體

10a‧‧‧第1主壁部

10b‧‧‧第2主壁部

10c‧‧‧側壁部

10d‧‧‧內部空間

11‧‧‧液晶層

21‧‧‧第1電極

21a‧‧‧開口

22‧‧‧第2電極

22a‧‧‧主電極部

23‧‧‧第3電極

z‧‧‧厚度方向

Claims (5)

1. 一種液晶透鏡，其包含：液晶層；第1電極，其設置於上述液晶層之一側，且形成有圓形之開口、及使上述開口與外部連通之連通口；第2電極，其具有：主電極部，其係於上述液晶層之一側配置於上述開口內，為直徑小於上述開口之直徑的圓形，且與上述第1電極電性絕緣；及線狀之引出電極部，其係與上述主電極部電性連接，且設置於上述連通口內；及第3電極，其設置於上述液晶層之另一側，與上述第1及第2電極之至少一部分對向；且上述引出電極部之與上述主電極部之連接部之寬度為70μm以下，上述連接部之寬度相對上述主電極部之直徑的比為0.023以下。
2. 如請求項1之液晶透鏡，其中上述引出電極部之與上述主電極部之連接部之寬度為50μm以下。
3. 如請求項1或2之液晶透鏡，其中上述連通口之與上述開口之連接部之寬度為150μm以下。
4. 如請求項3之液晶透鏡，其中上述連通口之與上述開口之連接部之寬度，比上述引出電極部之與上述主電極部之連接部之寬度大20μm以上。
5. 一種液晶透鏡用單元，其包含：單元本體，其具有注入有液晶之內部空間；第1電極，其設置於上述內部空間之一側，且形成有圓形之開口、及使上述開口與外部連通之連通口； 第2電極，其具有：主電極部，其係於上述內部空間之一側配置於上述開口內，為直徑小於上述開口之直徑的圓形，且與上述第1電極電性絕緣；及線狀之引出電極部，其係與上述主電極部電性連接，且設置於上述連通口內；及第3電極，其設置於上述內部空間之另一側，與上述第1及第2電極之至少一部分對向；且上述引出電極部之與上述主電極部之連接部之寬度為70μm以下，上述連接部之寬度相對上述主電極部之直徑的比為0.023以下。