(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層、一対の配向層、第１の電極セット及び第２の電極セットを含み、
前記一対の配向層は前記液晶層の両側に位置し、
前記第１の電極セットは、第１の透明絶縁層及び第１の電極層を含み、前記一対の配向層のうちの一方の配向層の一側に位置し、
前記一方の配向層は前記液晶層と前記第１の電極セットとの間に位置し、
前記第２の電極セットは第２の透明絶縁層、第２の電極層及び誘電体膜を含み、
前記第２の電極層は円孔電極を含み、
前記誘電体膜は前記第２の透明絶縁層の一側に位置し、
前記円孔電極は前記誘電体膜を露出し、
前記第２の透明絶縁層は前記第２の電極層と前記一対の配向層のうちの他方の配向層との間に位置し、
前記第１の電極層には第１の駆動電圧が印加され、
前記円孔電極には前記第１の駆動電圧より大きい第２の駆動電圧が印加され、
前記第２の電極層は少なくとも一つの環状電極を含み、
前記環状電極は前記円孔電極の中に位置し、
前記円孔電極及び前記環状電極は、同一の中心を有すると共に、相互に電気的に絶縁し、
前記環状電極はフローティングされ、前記円孔電極の電界で誘導されることによって誘導電界を生成することを特徴とする液晶レンズ構造。
【請求項２】
前記誘電体膜の誘電係数は４００〜１０００であり、前記誘電体膜の厚さは２．５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項３】
前記第２の電極層は円形電極を含み、
前記円形電極は前記環状電極の中に位置し、
前記円孔電極、前記環状電極及び前記円形電極は、同一の中心を有すると共に、相互に電気的に絶縁し、
前記円形電極はフローティングされることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ構造。
【請求項４】
前記環状電極は複数個であり、
前記円孔電極、複数の前記環状電極及び前記円形電極は、同一の中心を有すると共に、相互に電気的に絶縁し、
複数の前記環状電極はフローティングされ、
隣接する二つの環状電極同士の間のピッチは５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の液晶レンズ構造。
【請求項５】
前記円孔電極の内縁と隣接する前記環状電極の外縁との間のピッチ及び前記円形電極と隣接する前記環状電極の内縁との間のピッチは５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の液晶レンズ構造。
【請求項６】
外部電源により駆動される液晶レンズ構造であって、
液晶層、一対の配向層、第１の電極セット及び第２の電極セットを含み、
前記一対の配向層は前記液晶層の両側に位置し、
前記第１の電極セットは、第１の透明絶縁層及び第１の電極層を含み、前記一対の配向層のうちの一方の配向層の一側に位置し、
前記一方の配向層は前記液晶層と前記第１の電極セットとの間に位置し、
前記第２の電極セットは第２の電極層及び第２の透明絶縁層を含み、
前記第２の電極層は円孔電極、複数の環状電極、及び円形電極を含み、
前記円孔電極、前記複数の環状電極、及び前記円形電極は、同一の中心を有すると共に、相互に電気的に絶縁し、
前記複数の環状電極は前記円孔電極の中に位置し、
各前記環状電極は前記円形電極を囲繞し、
前記第２の透明絶縁層は前記第２の電極層と前記一対の配向層のうちの他方の配向層との間に位置し、
前記第１の電極層には第１の駆動電圧が印加され、
前記円孔電極には前記第１の駆動電圧より大きい第２の駆動電圧が印加され、
前記複数の環状電極及び前記円形電極はフローティングされ、前記円孔電極の電界で誘導されることによって誘導電界を生成することを特徴とする液晶レンズ構造。
【請求項７】
前記第２の電極セットは誘電体膜を含み、
前記誘電体膜は、前記第２の電極層と前記第２の透明絶縁層との間に位置すると共に、前記第２の透明絶縁層の一側に位置し、
前記誘電体膜の誘電係数は４００〜１０００であり、前記誘電体膜の厚さは２．５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶レンズ構造。
【請求項８】
前記円孔電極の内縁と隣接する前記環状電極の外縁との間のピッチ及び前記円形電極と隣接する前記環状電極の内縁との間のピッチは５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶レンズ構造。
【請求項９】
隣接する二つの環状電極同士の間のピッチは５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶レンズ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ構造に関し、特に液晶レンズ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶レンズ構造はバリフォーカルレンズ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｓ）である。一般的に、液晶レンズ構造は液晶層、一対の配向層及び一対の電極層を含む。配向層は液晶層の両側に位置する。電極層は配向層の両側に位置する。
【０００３】
液晶レンズ構造を使用する場合、外部回路が電極層に駆動電圧を印加することによって、液晶層の両側に位置する電極層同士の間に電界を生成させる。ここで、電界は、光学レンズ効果に類似する効果を有するモードになるように、液晶層における液晶分子を偏向（ｄｅｆｌｅｃｔ）して配列させるよう制御されうる。光線が液晶レンズ構造を通過すると、光線は液晶分子の配列方式によって集束又は発散するといった光学効果を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電極層のデザインによって液晶分子の偏向を制御することができる液晶レンズ構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、液晶層、一対の配向層、第１の電極セット及び第２の電極セットを含む液晶レンズ構造を提供する。配向層は液晶層の両側に位置する。第１の電極セットは第１の透明絶縁層及び第１の電極層を含む。第１の電極セットは一対の配向層のうちの一方の配向層に貼付される。一方の配向層は液晶層と第１の電極セットとの間に位置する。第２の電極セットは第２の透明絶縁層、第２の電極層及び誘電体膜を含む。第２の電極層は円孔電極を含む。誘電体膜は第２の透明絶縁層に貼付される。円孔電極は誘電体膜を露出する。第２の透明絶縁層は第２の電極層と一対の配向層のうちの他方の配向層との間に位置する。また、外部電源は、円孔電極及び第１の電極層に駆動電圧を提供することによって、液晶層における液晶分子の偏向を駆動する。
【０００６】
本発明の第２の態様は、液晶層、一対の配向層、第１の電極セット及び第２の電極セットを含む液晶レンズ構造を提供する。配向層は液晶層の両側に位置する。第１の電極セットは第１の透明絶縁層及び第１の電極層を含む。第１の電極セットは一対の配向層のうちの一方の配向層に貼付される。一方の配向層は液晶層と第１の電極セットとの間に位置する。第２の電極セットは第２の透明絶縁層及び第２の電極層を含む。第２の電極層は円孔電極、複数の環状電極、及び円形電極を含む。円孔電極、複数の環状電極、及び円形電極は、同一の中心を有すると共に、相互に電気的に絶縁する。複数の環状電極は円孔電極の中に位置する。各環状電極は円形電極を囲繞する。第２の透明絶縁層は第２の電極層と一対の配向層のうちの他方の配向層との間に位置する。また、外部電源は、円孔電極及び第１の電極層に駆動電圧を提供することによって、液晶層における液晶分子の偏向を駆動する。
【発明の効果】
【０００７】
上述したように、本発明は、第１の電極セット、第２の電極セット及び液晶層を含む液晶レンズ構造を提供する。第２の電極セットにおける電極層は円孔電極、複数の環状電極、及び誘電体膜を含む。外部電源は、円孔電極及び第１の電極セットのみに駆動電圧を提供することによって、円孔電極と第１の電極セットの間に電界を生成すると共に液晶分子の偏向を駆動する。複数の環状電極は誘導電界を生成することができる。誘電体膜は高誘電係数を有する。これにより、電界の分布を安定化させることができ、液晶分子がより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造を模式的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線（ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図２Ｄ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図２Ｅ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図２Ｆ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図２Ｇ】本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造を模式的に示す図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図４Ｄ】本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る液晶レンズ構造の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の特徴及び技術内容をより一層理解するために、本発明に係る実施形態及び図面を参照されたい。但し、当該実施形態又は図面などは単に本発明を説明又は参考するために用いられるもので、本発明に対して如何なる制限はない。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂは本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造１を模式的に示す図である。図１Ａは液晶レンズ構造１の断面模式図である。図１Ｂは液晶レンズ構造１の上面図である。図１Ａに示すように、液晶レンズ構造１は、液晶層１０、一対の配向層２０、第１の電極セット３０及び第２の電極セット４０を含む。配向層２０は液晶層１０の両側に位置する。第１の電極セット３０と第２の電極セット４０は配向層２０の両側にそれぞれ位置する。言い換えれば、一対の配向層２０のうちの一方の配向層２０は第１の電極セット３０と液晶層１０との間に位置し、一対の配向層２０のうちの他方の配向層２０は第２の電極セット４０と液晶層１０との間に位置する。
【００１１】
詳しく説明すると、第１の電極セット３０は第１の透明絶縁層３２及び第１の電極層３４を含む。第１の透明絶縁層３２は配向層２０と第１の電極層３４との間に位置する。また、第２の電極セット４０は第２の透明絶縁層４２、第２の電極層４４及び誘電体膜４６を含む。第２の透明絶縁層４２は配向層２０の上に貼付される。第２の電極層４４と誘電体膜４６は第２の透明絶縁層４２の上に貼付される。即ち、第２の透明絶縁層４２は第２の電極層４４と配向層２０との間に位置する。
【００１２】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第２の電極層４４は円孔電極４４１を含む。円孔電極４４１には円孔ｈが設けられる。円孔ｈは誘電体膜４６を露出させる。本実施例において、誘電体膜４６の材料は例えば二酸化チタン又はＢＴＺ（ＢａＴｉ１ｘＺｒｘＯ３）などであってもよく、誘電体膜４６の誘電係数は４００〜１０００であってもよいが、これに限定されるものではない。本発明の誘電体膜としては、高誘電係数を有すると共に可視光の範囲内に高光透過率を有する材料で形成すればよい。
【００１３】
液晶レンズ構造１は外部電源（図示せず）を更に含む。実際の操作において、外部電源により第１の電極層３４と円孔電極４１１に駆動電圧を提供することによって、電界の大きさが円孔ｈの周囲から中心方向に向けて漸次縮小しつつあるように第１の電極層３４と円孔電極４４１との間に電界を生成させる。生成した電界が、液晶層１０における液晶分子を偏向して配列させるように液晶層１０における液晶分子を駆動することによって、配列後の液晶分子は光学レンズ効果に類似する効果を奏することができる。
【００１４】
誘電体膜４６は高誘電係数を有するため、電界が円孔ｈの周囲から中心方向に向けて漸次縮小しつつある状態を低減させ、電界の分布を安定化させる。これにより、液晶分子がより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。また、本実施例において、誘電体膜４６は第２の電極層４４と同一の平面に位置すると共に、第２の透明絶縁層４２の上に貼付される。また、他の実施例において、誘電体膜は第２の透明絶縁層の上に貼付され、第２の電極層は誘電体膜に貼付され、円孔電極は誘電体膜を露出するようにしてもよい。本発明において、誘電体膜の位置を限定せずに、誘電体膜は第２の電極層に接近して貼付されると共に電界が漸次縮小する状態を低減させることができるようにすればよい。
【００１５】
また、本実施例において、第１の透明絶縁層３２の厚さは０．１４５ｍｍであり、第２の透明絶縁層４２の厚さは０．１４５ｍｍであり、液晶層１０の厚さは３０μｍであり、第１の電極層３４の厚さは１０μｍであり、第２の電極層４４の厚さは１０μｍであり、円孔ｈの直径は２．３ｍｍである。しかしながら、上記の数値は例示に過ぎず、本発明における円孔ｈの直径、第１の透明絶縁層３２、第２の透明絶縁層４２及び液晶層１０の厚さを限定するものではない。
【００１６】
続いて、上述した各層の厚さ及び円孔ｈの直径に関する例示の数値に基づいて、異なる条件での液晶分子の屈折率分布状態を例示的に説明する。図２Ａ乃至図２Ｇは、本発明の第１の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。具体的に言えば、図２Ａ乃至図２Ｃは、液晶レンズ構造１が異なる誘電係数の誘電体膜４６をそれぞれ有する場合の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図であり、図２Ｄ乃至図２Ｅは、誘電体膜４６が異なる厚さをそれぞれ有する場合の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図であり、図２Ｆ乃至図２Ｇは、液晶レンズ構造１に異なる駆動電圧をそれぞれ印加する場合の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。
【００１７】
図２Ａ乃至図２Ｃにおいて、誘電体膜４６の厚さは２．５μｍである。外部電源は、第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に、円孔電極４４１に２５Ｖの電圧を印加する。また、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、液晶レンズ構造１における液晶分子の屈折率分布が二次曲線（ｑｕａｄｒｉｃ ｃｕｒｖｅ）を呈しており、適合度が何れも０．６よりも大きい。言い換えれば、上述した各層の厚さ、円孔ｈの直径及び駆動電圧に関する例示の数値に基づいて、液晶レンズ構造１は光学レンズ効果に類似する効果を奏することができる。
【００１８】
以下、詳しく説明する。図２Ａは、誘電体膜４６の誘電係数が１である場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ａにおいて、適合度は０．６８９である。図２Ｂは、誘電体膜４６の誘電係数が１００である場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｂにおいて、適合度は０．７７５２に達する。図２Ｃは、誘電体膜４６の誘電係数が２０００である場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｃにおいて、適合度は０．９８２８に達する。図２Ａ乃至図２Ｃから分かるように、誘電体膜４６の誘電係数が高ければ高いほど、液晶分子の屈折率分布の適合度が高くなる。言い換えれば、誘電体膜４６の誘電係数が高ければ高いほど、液晶レンズ構造１が奏するレンズ効果も良くなる。
【００１９】
図２Ｄ及び図２Ｅにおいて、誘電体膜４６の誘電係数は４００である。外部電源は、第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に、円孔電極４４１に２５Ｖの電圧を印加する。また、図２Ｄ及び図２Ｅに示すように、液晶レンズ構造１における液晶分子の屈折率分布は、二次曲線を呈しており、凸レンズに類似する集光効果を奏する。以下、詳しく説明する。図２Ｄは、誘電体膜４６の厚さが２．５μｍである場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｄにおいて、適合度は０．８７７６である。図２Ｅは、誘電体膜４６の厚さが１０μｍである場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｅにおいて、適合度は０．９７８９である。図２Ｄ及び図２Ｅから分かるように、誘電体膜４６の厚さが厚ければ厚いほど、液晶分子の屈折率分布の適合度が高くなる。言い換えれば、誘電体膜４６の厚さが厚ければ厚いほど、液晶レンズ構造１が奏するレンズ効果も良くなる。また、実際の応用において、誘電体膜４６の厚さを第２の電極層４４の厚さ以下に設定する。本実施例において、誘電体膜４６の厚さを２．５μｍ〜１０μｍに設定する。
【００２０】
図２Ｆ及び図２Ｇにおいて、誘電体膜４６の誘電係数は１０００であり、誘電体膜４６の厚さは２．５μｍである。また、図２Ｆ及び図２Ｇに示すように、液晶レンズ構造１における液晶分子の屈折率分布は、二次曲線を呈しており、凸レンズに類似する集光効果を奏する。以下、詳しく説明する。図２Ｆは、外部電源が第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に円孔電極４４１に１５Ｖの電圧を印加する場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｆにおいて、適合度は０．８９１である。図２Ｇは、外部電源が第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に円孔電極４４１に３５Ｖの電圧を印加する場合の液晶分子の屈折率分布状態を示す。図２Ｇにおいて、適合度は０．９８０１である。図２Ｆ及び図２Ｇから分かるように、円孔電極４１１に印加する電圧が高ければ高いほど、液晶分子の屈折率分布の適合度が高くなる。言い換えれば、円孔電極４１１に印加する電圧が高ければ高いほど、液晶レンズ構造１が奏するレンズ効果も良くなる。
【００２１】
続いて、本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造１’を説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造１’を模式的に示す図である。図３Ａは、液晶レンズ構造１’の断面模式図である。図３Ｂは、液晶レンズ構造１’の上面図である。図３Ａに示すように、第１の実施例に係る液晶レンズ構造と大体同じであるように、第２の実施例に係る液晶レンズ構造１’は、液晶層１０、一対の配向層２０、第１の電極セット３０及び第２の電極セット４０’を含む。第１の電極セット３０は第１の透明絶縁層３２及び第１の電極層３４を含む。また、各層の位置関係、厚さ及び材料は第１の実施例と同じであるため、その説明を省略する。
【００２２】
以下、第１の実施例との相違点について説明する。液晶レンズ構造１’の第２の電極セット４０’において、誘電体膜４６’は第２の電極層４４’と第２の透明絶縁層４２との間に位置し、第２の電極層４４’は誘電体膜４６’の上に貼付される。また、第２の電極層４４’は、円孔電極４４１’、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７を含む。円孔電極４４１’、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７は、相互に電気的に絶縁すると共に、同一の中心Ｃを有する。円孔電極４４１’には円孔ｈ’が設けられる。本実施例において、環状電極の数量は五つであるが、これに限定されていない。環状電極の数量は実際のニーズに応じて設計すればよい。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５及び第５の環状電極４４６は、同心円に配列するように円孔電極４４１’の内に位置する。円形電極４４７は第５の環状電極４４６の内に位置する。また、実際の操作において、外部電源により第１の電極層３４と円孔電極４１１’に駆動電圧を提供することによって、電界の大きさが円孔ｈ’の周囲から中心Ｃの方向に向けて漸次縮小しつつあるように第１の電極層３４と円孔電極４４１’との間に電界を生成させる。
【００２４】
また、第１の環状電極４４２は円孔電極４４１’の電界で誘導されることによって誘導電界を生成する。第２の環状電極４４３は第１の環状電極４４２の誘導電界で誘導されることによって他の誘導電界を生成する。以下、これに準ずる。これにより、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７は誘導電界をそれぞれ生成することができる。また、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７は円孔電極４４１’の電界で誘導されることによって誘導電界をそれぞれ生成することができる。言い換えれば、第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７はフローティングされる。外部電源により第１の環状電極４４２、第２の環状電極４４３、第３の環状電極４４４、第４の環状電極４４５、第５の環状電極４４６及び円形電極４４７に駆動電圧を別途で提供する必要がない。
【００２５】
上述したように、生成した誘導電界は電界が円孔ｈ’の周囲から中心Ｃの方向に向けて漸次縮小しつつある状態を低減させることができる。また、高誘電係数を有する誘電体膜４６’も電界が円孔ｈ’の周囲から中心Ｃの方向に向けて漸次縮小しつつある状態を低減させることができる。言い換えれば、環状電極及び誘電体膜は共に電界の分布を安定化させることができ、これにより、液晶分子がより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。
【００２６】
図３Ｂを参照しながら説明する。本実施例において、円孔ｈ’の直径は２．３ｍｍである。また、第１の環状電極４４２の第１のピッチｘ１、第２の環状電極４４３の第２のピッチｘ２、第３の環状電極４４４の第３のピッチｘ３、第４の環状電極４４５の第４のピッチｘ４、第５の環状電極４４６の第５のピッチｘ５及び円形電極４４７の直径はそれぞれ０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍである。円孔電極４４１’の内縁と隣接する第１の環状電極４４２の外縁との間の隙間ｄは５μｍ〜５０μｍである。隙間ｄは、各環状電極同士間の隙間に相当しており、円形電極４４７と隣接する第５の環状電極４４６の内縁との間の隙間に相当する。
【００２７】
続いて、上述した円孔ｈ’の直径に関する例示の数値に基づいて、異なる条件での液晶分子の屈折率分布状態を例示的に説明する。図４Ａ乃至図４Ｄは、本発明の第２の実施例に係る液晶レンズ構造における電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図である。図４Ａ乃至図４Ｄにおいて、誘電体膜４６’の厚さは２．５μｍである。詳しく説明すると、図４Ａ乃至図４Ｄは、隙間ｄ、第１のピッチｘ１、第２のピッチｘ２、第３のピッチｘ３、第４のピッチｘ４、第５のピッチｘ５及び円形電極４４７の直径が異なる場合の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図をそれぞれ示す。より詳しく説明すると、図４Ｂ及び図４Ｃは、異なる駆動電圧を液晶レンズ構造１’に印加する時の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図をそれぞれ示し、図４Ａ及び図４Ｄは、誘電体膜４６’が異なる厚さを有する場合の電界分布に対する液晶分子の偏向度の適合曲線模式図をそれぞれ示す。
【００２８】
図４Ａ乃至図４Ｄに示すように、液晶レンズ構造１’における液晶分子の屈折率分布が二次曲線を呈しており、適合度が何れも０．９よりも大きい。言い換えれば、液晶レンズ構造１’は凸レンズに類似する集光効果を奏することができる。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｃの場合、誘電体膜４６’の誘電係数は１００であり、隙間ｄは５０μｍであり、外部電源は第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に円孔電極４４１’に４５Ｖの電圧を印加する。図４Ａの場合、第１のピッチｘ１、第２のピッチｘ２、第３のピッチｘ３、第４のピッチｘ４及び円形電極４４７の直径はそれぞれ０．１５ｍｍであり、第５のピッチｘ５は０．１７５ｍｍである。また、図４Ｃの場合、第１のピッチｘ１は０．１２ｍｍであり、第２のピッチｘ２は０．１４ｍｍであり、第３のピッチｘ３及び第４のピッチｘ４はそれぞれ０．１６ｍｍであり、第５のピッチｘ５は０．２ｍｍであり、円形電極４４７の直径は０．２４ｍｍである。
【００３０】
また、図４Ａの場合、適合曲線の適合度は０．９５６３であり、図４Ｃの場合、適合曲線の適合度は０．９６５２である。図４Ａ及び図４Ｃから分かるように、隙間ｄ、第１のピッチｘ１、第２のピッチｘ２、第３のピッチｘ３、第４のピッチｘ４及び第５のピッチｘ５が小さければ小さいほど、液晶分子の屈折率分布の適合度は高くなる（言い換えれば、液晶レンズ構造１’はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる）。
【００３１】
図４Ｂ及び図４Ｃの場合、誘電係数は１００であり、隙間ｄは４０μｍであり、第１のピッチｘ１は０．１２ｍｍであり、第２のピッチｘ２は０．１４ｍｍであり、第３のピッチｘ３及び第４のピッチｘ４はそれぞれ０．１６ｍｍであり、第５のピッチｘ５は０．２ｍｍであり、円形電極４４７の直径は０．２４ｍｍである。図４Ｂの場合、外部電源は、第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に、円孔電極４４１’に２５Ｖの電圧を印加する。図４Ｃの場合、外部電源は、第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に、円孔電極４４１’に４５Ｖの電圧を印加する。
【００３２】
また、図４Ｂの場合、適合曲線の適合度は０．９０１１であり、図４Ｃの場合、適合曲線の適合度は０．９６５２である。図４Ｂ及び図４Ｃから分かるように、円孔電極４４１’に印加する電圧が高ければ高いほど、液晶分子の屈折率分布の適合度は高くなる（言い換えれば、液晶レンズ構造１’はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる）。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｄの場合、第１のピッチｘ１、第２のピッチｘ２、第３のピッチｘ３、第４のピッチｘ４及び円形電極４４７の直径はそれぞれ０．１５ｍｍであり、第５のピッチｘ５は０．１７５ｍｍであり、外部電源は第１の電極層３４に０Ｖの電圧を印加すると共に円孔電極４４１’に４５Ｖの電圧を印加する。また、図４Ａの場合、誘電体膜４６’の誘電係数は１００であり、図４Ｄの場合、誘電体膜４６’の誘電係数は１５０である。
【００３４】
また、図４Ａの場合、適合曲線の適合度は０．９５６３であり、図４Ｄの場合、適合曲線の適合度は０．９７３である。図４Ａ及び図４Ｄから分かるように、誘電体膜４６’の誘電係数が高ければ高いほど、液晶分子の屈折率分布の適合度は高くなる（言い換えれば、液晶レンズ構造１’はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる）。
【００３５】
また、第２の実施例において、高誘電係数を有する誘電体膜４６’及び複数の環状電極により電界の分布を安定化させ、これにより、液晶分子がより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。図２Ｂ及び図４Ｂから分かるように、誘電体膜の厚さが同じ、且つ、誘電係数が同じである条件において、環状電極を有しない液晶レンズ構造１と比べると、複数の環状電極を有する液晶レンズ構造１’の方は液晶分子の屈折率分布の適合度は相対的に高い。言い換えれば、複数の環状電極によれば、液晶分子はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。また、図４Ａ及び図４Ｃから分かるように、環状電極の隙間が密集すればするほど、液晶レンズ構造１’はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。
【００３６】
続いて、本発明の第３の実施例に係る液晶レンズ構造１”について説明する。図５は本発明の第３の実施例に係る液晶レンズ構造１”の断面模式図である。図３Ａ及び図５に示すように、第２の実施例と大体同じであるように、第３の実施例に係る液晶レンズ構造１”は、液晶層１０、一対の配向層２０、第１の電極セット３０及び第２の電極セット４０”を含む。第１の電極セット３０は第１の透明絶縁層３２及び第１の電極層３４を含む。また、各層の位置関係及び厚さなどは第２の実施例と同じであるため、その説明を省略する。
【００３７】
以下、第２の実施例との相違点について説明する。第３の実施例において、液晶レンズ構造１”の第２の電極セット４０”は、第２の電極層４４”及び第２の透明絶縁層４２のみを含む。言い換えれば、第３の実施例において、第２の電極セット４０”は誘電体膜を備えていない。図４Ａ乃至図４Ｃから分かるように、環状電極の隙間が密集すればするほど、液晶レンズ構造１’はより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。実際の応用において、環状電極の隙間を５μｍ〜１０μｍにすれば、液晶レンズ構造１”は誘電体膜を備えていないようにしても、依然として好ましい光学レンズ効果を奏することができる。
【００３８】
上述したように、本発明は、第１の電極セット、第２の電極セット及び液晶層を含む液晶レンズ構造を提供する。第２の電極セットにおける電極層は円孔電極、複数の環状電極、及び誘電体膜を含む。外部電源は、円孔電極及び第１の電極セットのみに駆動電圧を提供することによって、円孔電極と第１の電極セットの間に電界を生成すると共に液晶分子の偏向を駆動する。複数の環状電極は誘導電界を生成することができる。誘電体膜は高誘電係数を有する。これにより、電界の分布を安定化させることができ、液晶分子がより好ましい光学レンズ効果を奏することができる。
【００３９】
上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１、１’、１”  液晶レンズ構造
１０  液晶層
２０  配向層
３０  第１の電極セット
３２  第１の透明絶縁層
３４  第１の電極層
４０、４０’、４０”  第２の電極セット
４２  第２の透明絶縁層
４４、４４’、４４”  第２の電極層
４６、４６’  誘電体膜
４４１、４４１’  円孔電極
４４２  第１の環状電極
４４３  第２の環状電極
４４４  第３の環状電極
４４５  第４の環状電極
４４６  第５の環状電極
４４７  円形電極
Ｃ  中心
ｈ、ｈ’  円孔
ｘ１  第１のピッチ
ｘ２  第２のピッチ
ｘ３  第３のピッチ
ｘ４  第４のピッチ
ｘ５  第５のピッチ
ｄ  隙間
【図１Ａ】
0005940132.tif 000002
【図１Ｂ】
0005940132.tif 000003
【図２Ａ】
0005940132.tif 000004
【図２Ｂ】
0005940132.tif 000005
【図２Ｃ】
0005940132.tif 000006
【図２Ｄ】
0005940132.tif 000007
【図２Ｅ】
0005940132.tif 000008
【図２Ｆ】
0005940132.tif 000009
【図２Ｇ】
0005940132.tif 000010
【図３Ａ】
0005940132.tif 000011
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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