(57)【要約】【課題】フレネルレンズの材料と構造を変更する事で、ムラなく良好なレンズ特性を得られる液晶フレネルレンズを提供する。【解決手段】片方にフレネルレンズが形成されたレンズ基板と、前記レンズ基板に対向するように配置され、前記フレネルレンズに対向して配置された透明電極とを持つ対向透明基板と、前記レンズ基板と前記対向透明基板との間に液晶を配した液晶フレネルレンズにおいて、前記フレネルレンズが、光透過性の導電性材料で形成されているため、ムラなく良好なレンズ特性を得ることの出来る液晶フレネルレンズ。【選択図】図１
2009151140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側にフレネルレンズが形成されたレンズ基板と、前記レンズ基板に対向するように配置され、前記フレネルレンズに対向して配置された透明導電膜とを持つ対向透明基板と、前記レンズ基板と前記対向透明基板との間に液晶を配した液晶フレネルレンズにおいて、
前記フレネルレンズが、光透過性の導電性材料で形成されており、前記フレネルレンズと前記透明基板の間に、平坦に形成され、前記フレネルレンズと同一の材料で形成された平坦導電層が形成されている液晶フレネルレンズ。
【請求項２】
前記平坦導電層と、前記レンズ基板の基材である第一の透明基板の間に、前記平坦導電層と前記第一の透明基板を接着するための接着層が形成されている
請求項２に記載の液晶フレネルレンズ。
【請求項３】
前記導電性材料にＩＴＯ微粒子を用いた
請求項２に記載の液晶フレネルレンズ。
【請求項４】
フレネルレンズ成型金型に光透過性の微粒子を主成分とした溶液を滴下塗布してフレネルレンズ成型物を形成するレンズ成型工程と、
前記レンズ成型工程の後フレネルレンズ成型金型内の前記フレネルレンズ成型物を乾燥する乾燥工程と、
光透過性を持つ基材に接着層を形成する工程と、
前記接着層を形成された光透過性を持つ基材を前記フレネルレンズ成型金型内の成型物に転写する転写工程と、
前記フレネルレンズ成型金型から前記成型物を取り出す工程とからなる液晶フレネルレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶フレネルレンズに関し、より詳細には、液晶フレネルレンズがムラなく良好なレンズ特性を得られる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラのズーム機構等の、ひとつのレンズユニットで複数の焦点を結ぶ機構が、様々な装置にて利用されている。この機構は、ひとつのレンズユニット内に複数のレンズをもち、複数のレンズ間距離を可変させることで、焦点を可変させているが、複数のレンズと、レンズ間距離が必要なため、レンズユニットを薄くすることが出来なかった。
【０００３】
一方、遠近両用メガネでは、ひとつのレンズ内に複数の曲率を持ち、レンズ内の見る場所により焦点をかわる多焦点レンズが使用されている。このようなレンズは、薄くすることが出来るものの、レンズ全体で焦点が違うため、どの焦点も視野が狭くなるという課題を有していた。そこで、電圧により屈折率の可変が可能な液晶を用いた、可変焦点レンズの検討が行われている。フレネルレンズと液晶を組み合わせた可変焦点レンズが提案されている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００４】
この方式を、液晶フレネルレンズと呼ぶ。液晶フレネルレンズの断面構造図を図４に示す。液晶フレネルレンズ１は、第一の基材２の上にフレネルレンズ３が形成され、その上に第一の透明導電膜１８が形成されており、さらに、第一の透明導電膜１８の上に、第一の配向膜６が形成されレンズ基板７を構成している。レンズ基板の上には、フレネルレンズ３を覆うように液晶８が充填されている。フレネルレンズ３と対向するように、第２の配向膜９と第２の透明導電膜１０が形成された第二の基材１１が、配置されて、対向透明基板１２が構成されている。液晶８の周囲には、液晶８の漏れ防止と、第一の基材２と第二の基材１１を均一に保つために、スペーサーの混入されたシール剤１３が配置されている。一般的なネマチック液晶は、液晶分子の長辺方向と短辺方向で、屈折率に異方性があり、長辺方向で概ね１．７、短辺方向で概ね１．５の屈折率を持っている。第１の透明導電膜１８と第２の透明導電膜１０の間に電位差が無い場合、液晶８は、配向膜のラビング方向に沿って、整列されており、この時に光が液晶フレネルレンズ１を透過すると、ラビング方向と平行に入射した光は、フレネルレンズ３の屈折率が１．５の場合、屈折率差０．２のフレネルレンズを通過したときと、同様のレンズ効果が得られる。第１の透明導電膜１８と第２の透明導電膜１０の間に一定の電位差がある場合、液晶６は立ち上がる。このときの、液晶の屈折率は１．５であるため、フレネルレンズ３の屈折率と同一となり、レンズ効果が消失する。したがって、ラビング方向に入射した光のみを偏光板１４で取り出すと、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜の電位差によって、焦点可変の可能な液晶フレネルレンズを作製することが出来る。
【０００５】
液晶フレネルレンズのフレネルレンズは、通常、光透過性樹脂が用いられ、透明導電膜には、酸化インジウム系透明導電薄膜（以下、ＩＴＯと記す）が用いられる。ＩＴＯを樹脂上に薄膜法で形成した場合、密着力が悪く、後工程や使用時に、フレネルレンズに熱歪や外力により応力集中が発生した場合、透明導電膜の剥離による、導電率の低下や導通不良が発生する。このため、特許文献２では、フレネルレンズと透明導電膜の間に密着層１９として、オルガノポリシロキサン膜を形成して、密着力を上げている（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特開平４−３２２２１４号公報
【特許文献２】特開昭６３−８９３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、前記密着層１９は、密着層原料液体をスピンコート塗布後、焼成して形成されるが、密着層原料液体の塗布時にフレネルレンズの溝部２０に密着層原料液体が表面張力により溜まってしまう。このため、フレネルレンズの溝部２０の密着層の厚さが変わってしまい、フレネルレンズの溝部２０を通過した光が散乱するようになり、液晶フレネルレンズ上に同心円状のスジムラが見える、という課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フレネルレンズの材料と構造を変更する事で、ムラなく良好なレンズ特性を得られる液晶フレネルレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液晶フレネルレンズは、片方にフレネルレンズが形成されたレンズ基板と、前記レンズ基板に対向するように配置され、前記フレネルレンズに対向して配置された透明導電膜とを持つ対向透明基板と、前記レンズ基板と前記対向透明基板との間に液晶を配した液晶フレネルレンズにおいて、
前記フレネルレンズが、光透過性の導電性材料で形成されており、前記フレネルレンズと前記透明基板の間に、平坦に形成され、前記フレネルレンズと同一の材料で形成された平坦導電層が形成されている
ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液晶フレネルレンズによれば、フレネルレンズを光透過性の導電性材料で形成することで、密着層をなくすことが出来る為、フレネルレンズの溝部の密着層の厚さが変わることによって発生する、液晶フレネルレンズの同心円状のスジムラをなくし、ムラなく良好なレンズ特性を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の液晶フレネルレンズの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液晶フレネルレンズの断面構造図を示す。図１を用いて、実施の形態１における液晶フレネルレンズ１の、構造を説明する。基材となる、光透過性の第一の基材２上に光透過性の導電性材料で出来たフレネルレンズ３が形成されている。フレネルレンズ３と第一の基材２の間には、フレネルレンズ３と同一の材料で形成された、平坦導電層４が接着層５を介して形成されている。フレネルレンズ３の上には、液晶の向きを整列させるために、第一の配向膜６が形成され、レンズ基板７が構成されている。第一の配向膜６の上には、液晶８が配置されている。さらにその上に、第一の配向膜と同じ機能を有する第二の配向膜９が配置されている。さらにその上には、フレネルレンズ３の対向電極となるＩＴＯ製の第二の透明導電膜が、光透過性の第二の基材１１に形成されて、対向透明基板１２を構成している。
【００１２】
液晶に電界がかからないときは、配向膜の配向方向に沿って、液晶分子は配列するが、第一の配向膜と第二の配向膜は、同一の方向に液晶分子が配列するように、配向されている。液晶の周囲には、液晶の漏れ防止と、レンズ基板と対向透明基板の間隔を均一に保つために、スペーサーの混入されたシール剤１３が配置されている。対向透明基板１２の上には、第一の配向膜及び、第二の配向膜の配向方向と同一方向にスリットの入った偏光板１４が配置されており、液晶が高屈折率材料として振舞う方向の光のみが、液晶フレネルレンズ１に入射するようにしている。
【００１３】
図４の従来構造では、絶縁性の樹脂で出来たフレネルレンズ上にＩＴＯ膜が形成されていたが、ＩＴＯと樹脂の密着力が弱いため、フレネルレンズとＩＴＯの間に密着層が形成されていた。密着層は、密着層原料液体をスピンコート塗布後、焼成して形成していたが、密着層原料液体の塗布時にフレネルレンズの溝部に、密着層原料液体が表面張力により、曲線をもって溜まってしまう。このため、フレネルレンズの溝部を通過する光は、密着層で散乱されてしまい、液晶フレネルレンズ上に同心円状のスジムラが見えてしまっていた。本発明のフレネルレンズの構造では、フレネルレンズ自体が導電性を持つため、フレネルレンズに透明導電膜を形成する必要が無い。このため、密着層も不要となり、密着層の厚さばらつきに起因する液晶フレネルレンズの同心円状のスジムラをなくすことが出来る。
【００１４】
導電性フレネルレンズの作製方法を、図２を用いて説明する。導電性フレネルレンズを作製するには、フレネルレンズの頂点から第一の基材までの高さがμｍ単位で必要なため、薄膜法では困難である。そこで今回塗布法を用いて導電性フレネルレンズを作製した。まず、図２（ａ）フレネルレンズ成型金型に、ＩＴＯ微粒子を主成分とした溶液である、透明導電性インク１７（住友金属鉱山社製Ｘ−１００）を滴下塗布した。透明導電インク１７には溶剤が入っているため、４０℃で２０分程度乾燥させた後、１００℃で２０分硬化させた。すると図２（ｂ）のように、透明導電インクは減量する。フレネルレンズ成型金型１５は、フレネルレンズ成型金型のフレネルレンズを転写する領域を取り囲むように、フレネルレンズ成型金型の枠部１６が取り付けられている。フレネルレンズ成型金型の枠部１６は、取り外し出来るようになっている。
【００１５】
このフレネルレンズ成型金型の断面斜視構造を図３に示す。透明導電性インク１７が硬化すると、インクは収縮するため、透明導電性インクの液面が低下し、第一の基材への転写が困難となる。そこで、フレネルレンズ成型金型の枠部１６を取り外す。次に、第一の基材に接着層５を形成する。本実施の形態では、光透過性の光学用両面粘着シートを貼り付けた。すると図２（ｃ）の様になる。次に、フレネルレンズ成型金型ごと、透明導電性インク１７を接着層に押し付けて、転写した。この状態で、フレネルレンズ成型金型からフレネルレンズを取り外し、図２（ｄ）のような、導電性のフレネルレンズと平坦導電層を得た。この基板にラビング処理を行うことで、レンズ基板が完成した。本実施の形態で使用したフレネルレンズ成型金型は、フレネルレンズ径が１０ｍｍ、フレネルレンズの歯となる溝の高さ２１が５μｍ、フレネルレンズ成型金型の枠部厚み２２が１５μｍ、透明導電性インクが接触する部分には、撥油剤がコーティングされているものを使用した。完成したレンズ基板は、フレネルレンズの歯の高さが５μｍ、導電性平坦層の厚みが５μｍであった。
【００１６】
なお、本実施の形態では、透明導電インクにＩＴＯ微粒子インクを用いたが、透明導電性ポリマーインクなどを用いても良い。また、接着層は光硬化性接着剤などの硬化する液体を塗布して形成しても良い。
【００１７】
ところで、一般的な透明導電インクは、ＩＴＯ薄膜と比べ、電気抵抗が高いため、フレネルレンズだけを導電性にしても、電気抵抗が高すぎて、液晶フレネルレンズには使用できない。そこで、フレネルレンズの電気抵抗を減らすために、フレネルレンズと接着層の間には、フレネルレンズと同一の材料で出来た、透明導電性の平坦導電層がもうけられている。この導電性平坦層を厚くすることで、フレネルレンズの電気抵抗値を低減させている。平坦導電層は、実際にはフレネルレンズ成型金型にフレネルレンズ成型金型の枠部があるため、同時に作られる。したがって、工程を増やすこと無く電気抵抗を低下させることが可能である。
【００１８】
この実施の形態１の導電性フレネルレンズの効果を確認するため、比較例として、同一のフレネルレンズ成型金型を用いて、非導電性の紫外線硬化樹脂にてレンズ基板の作製を行った。密着層は、オルガノポリシロキサンの溶液をスピンコートで塗布し、硬化後にスパッタ法で、ＩＴＯ薄膜を形成した。
【００１９】
上記の方法を用いて作製された実施の形態１のレンズ基板と、比較例１のレンズ基板を用いて、２種類の液晶フレネルレンズの作製を行い、動作比較を行った。比較例１のレンズ基板を用いた液晶フレネルレンズでは、フレネルレンズの溝部の密着層の厚さが変わることによって発生する、同心円状の白いスジムラが見られた。実施の形態１のレンズ基板を用いた液晶フレネルレンズでは、同心円状の白いスジムラが見られず、きれいな像を得ることが出来た。
【００２０】
以上により、本実施例の導電性材料を用いたフレネルレンズを用いて、液晶レンズを作製すると、白いスジムラがなくなり、良好なレンズ特性を得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明にかかる液晶フレネルレンズ及び、その製造方法は、スジムラなく良好なレンズ特性を得る効果を有し、カメラのズームレンズや遠近両用めがねなどの可変焦点レンズとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の液晶フレネルレンズの断面構造図
【図２】本発明の実施の形態１の液晶フレネルレンズのレンズ基板の製造プロセス図
【図３】本発明の実施の形態１のフレネルレンズ成型金型の断面斜視図
【図４】従来の液晶フレネルレンズの断面構造図
【符号の説明】
【００２３】
１  液晶フレネルレンズ
２  第一の基材
３  フレネルレンズ
４  平坦導電層
５  接着層
６  第一の配向膜
７  レンズ基板
８  液晶
９  第二の配向膜
１０  第二の透明導電膜
１１  第二の基材
１２  対向透明基板
１３  シール剤
１４  偏光板
１５  フレネルレンズ成型金型
１６  フレネルレンズ成型金型の枠部
１７  透明導電性インク
１８  第一の透明導電膜
１９  密着層
２０  フレネルレンズの溝部
２１  フレネルレンズの歯となる溝の高さ
２２  枠部厚み
【図１】
2009151140.tif 000003
【図２】
2009151140.tif 000004
【図３】
2009151140.tif 000005
【図４】
2009151140.tif 000006