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公開番号2025160312
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2025123738,2022534170
出願日2025-07-24,2020-12-07
発明の名称多深度液晶電極層レンズ
出願人イー-ビジョンスマートオプティックス, インク.,E-VISION SMART OPTICS, INC.
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02F 1/13 20060101AFI20251015BHJP(光学)
要約【課題】典型的な液晶レンズは、リング電極でパターン形成された透明な基材の間に挟まれた液晶を含む。電極にわたって電圧を印加すると、液晶分子が回転し、その見かけの屈折率およびレンズの焦点距離が変化する。リング電極はギャップによって分離され、レンズの周辺に向かってより狭くなる。リング電極が狭すぎると、液晶をうまく切り替えることができない。
【解決手段】この問題に対処するために、発明の液晶レンズ100は、レンズ半径と共に増加する厚さを有する同心の液晶領域を画定する段差表面130を有する基材120を含む。各領域はリング電極114の異なるセットによって切り替えられ、リング電極114は段差表面130の上、下、または反対側であってもよい。各領域内で、リング電極114はレンズの中心から遠くなるとより狭くなる。しかし、リング電極114の幅も液晶の厚さと共に増加し、レンズの性能を低下させる幅の減少を相殺する。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
電気活性レンズであって、
平らな表面を有する第一の基材と、
前記平らな表面と反対側に段差表面を有する第二の基材であって、前記段差表面が少なくとも第一の段および第二の段を有する、第二の基材と、
前記平らな表面と前記段差表面との間に配置された液晶材料と、
前記平らな表面または前記段差表面のうちの一つの上に配置された接地電極と、
前記平らな表面または前記段差表面のうちの他方の上に配置されて、前記液晶材料にわたって電圧を印加する複数のリング電極と、を備え、前記複数のリング電極が、前記第一の段に対して少なくとも二つのリング電極、および前記第二の段に対して少なくとも二つのリング電極を含む、電気活性レンズ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許出願第６２／９４４，４８３号（２０１９年１２月６日出願）の優先権の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
一つの種類の液晶レンズは、二つの透明な基材の対向面の間に封止された液晶からなる。レンズは、透明な基材の対向面上に透明な電極および配向層を含む。配向層は、液晶を基材に関して整列させる。透明な電極のうちの一つは、例えば、リングまたは画素の形状で、パターン形成されてもよい。他の透明な電極は、パターン形成されておらず、接地面として作用してもよい。
【０００３】
パターン形成された電極に電圧を加えると、液晶にわたって電界が生成される。異方性である液晶分子は、電界と整列し、局所的屈折率を変える。パターン形成された電極に電圧勾配を適用すると、勾配電界が生成され、各電極は、その隣の電極とは異なる電界を生ずる。電界は液晶の屈折率に影響を与えるため、勾配電界は液晶の屈折率の変化の勾配をもたらし、これが次に光学レンズ効果を生じうる。パターン形成された電極は、円形、直線状、楕円形、または液晶で生じた屈折率勾配、およびレンズを通して伝達される波面に対応する変化に対して望ましいほぼすべての他の形状であってもよい。
【０００４】
円形リング電極が、液晶レンズでは一般的である。これらのリング電極は、典型的には、５ｎｍ～２００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層からリソグラフィーで形成される。ＩＴＯ層は、真空、温度、およびリソグラフィープロセスの操作に耐えることができる、融解シリカガラスなどの第一の透明な基材上に堆積される。パターン形成された電極は、ＳｉＯ
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またはＳＵ－８フォトレジストなどの絶縁層で被覆される。この絶縁層は、リング電極を覆い、隣接するリング電極間のギャップを埋め、リング電極を互いに電気的に分離する。
【０００５】
バスラインは、リング電極を電圧供給部に接続する。これらのバスラインは、絶縁層上に堆積され、リソグラフィーでパターン形成された、ニッケルなどの導電材料の細いトレースである。各バスラインは、絶縁層に形成されたビアホールを通して対応するリング電極に接続する。少数の電極（例えば、２０以下）を有するレンズは、電極あたり１本のバスラインを有してもよい。より多くの電極（例えば、数百の電極）を有するレンズでは、各バスラインは、抵抗ブリッジを介して互いに接続された電極のサブセットに接続してもよい。（抵抗ブリッジの詳細については、例えば、ＶａｎＨｅｕｇｔｅｎらの米国特許第１０，５９９，００６号を参照のこと。この特許は、「Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｃｔｉｖｅ
ＬｅｎｓｅｓｗｉｔｈＲａｉｓｅｄＲｅｓｉｓｔｉｖｅＢｒｉｄｇｅｓ」と題され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。）
【０００６】
リング電極、バスライン、および絶縁層は、日産化学株式会社、東京、日本によって製造されたポリイミド樹脂化学物質のＳＵＮＥＶＥＲ（登録商標）ラインなどの配向層で被覆されている。レンズの他の透明な基材は、接地面および配向層として機能するパターン形成されていないＩＴＯ層で被覆されてもよい。ＭｅｒｃｋＭＬＣ－２１４０液晶などの液晶材料は、透明な基材の被覆表面の間に封止されてレンズを形成する。
【０００７】
リング電極を有する液晶レンズでは、リング電極はレンズの中心から遠くなると漸進的に狭くなり、一方で隣接するリング電極間のギャップはすべてほぼ同じ幅である。このア
プローチの問題は、リング電極間のギャップの上に電場が生成されないため、レンズ半径と共に総電界振幅が減少することである。結果として、特定の距離、例えば、典型的なレンズの半径１０ｍｍを超えると、リング電極は、狭くなりすぎて有効な総電界を生成できない。すなわち、電極の幅と、隣接する電極間のギャップの幅の比が小さくなりすぎて、レンズの周辺で有効な総電界を生成できない。
【０００８】
例えば、電極が幅１００μｍであり、その電極の両側のギャップが幅３μｍである場合、その点で液晶に作用する電界の約３％が妨害され、比較的小さな望ましくない光学効果を引き起こす。レンズが大きくなるにつれて、ギャップは一定のままであるが、電極はより狭くなり、電極幅とギャップ幅の比が減少する。電極幅が３０μｍであり、ギャップ幅がまだ３μｍであるレンズの点において、ギャップ幅は電極幅の１０％であり、電界の約１０％を妨害する。３％の妨害は許容できるが、１０％の妨害（および結果として生じるその量のレンズ劣化）は許容されない場合がある。この妨害は、液晶レンズの直径、リング電極の数、および／または最小リング電極幅を制限する。
【０００９】
電極幅とギャップ幅との比が小さくなりすぎる前に、レンズ直径を増加させる一つの方法は、液晶の厚さを増加させることである。液晶層の厚さが増加するにつれて、液晶材料を切り替えるために使用される電界も増加し、電界を生成するために使用される電極リングの幅も増加する。要するに、レンズのすべての寸法は、ギャップ幅を除いてスケールアップされるが、ギャップ幅は、典型的には、電極をパターン形成するために使用されるリソグラフィーの空間解像度によって設定される。残念なことに、液晶層の厚さを増加させると、レンズの切り替えがより遅くなり（すなわち、レンズの切り替え速度が低下する）、これは望ましくないため、この解決策の有用性が制限される。
【発明の概要】
【００１０】
本技術は、より大きい電極ベースの液晶レンズを可能にする一方で、切り替え速度の劣化を低減または最小化し、電極幅とギャップ幅の比が許容できないほど低くなることを防止する。発明のレンズは、眼鏡用レンズ、コンタクトレンズ、および眼内レンズなどの眼科レンズでの使用に適している。これらはまた、複合現実、拡張現実、および仮想現実システムにおいて、視聴者によって知覚される仮想物体の見かけの位置を調整するために、ならびに撮像カメラ、暗視センサー、およびレンズを使用する任意の他の光学装置において使用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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