Study on Development of a Liquid Crystal Lens with a Large-Diameter and Its Applications

• Project/Area Number: 17K06368
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: KAWAMURA MARENORI 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (90312694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 進 秋田大学, 名誉教授, 名誉教授 (50005401)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 液晶レンズ / 輪帯電極 / 光学位相差分布 / レンズパワー / 円錐状レンズ特性 / レンズ特性 / 光学位相差 / 焦点距離 / 凸レンズ / 凹レンズ

Outline of Final Research Achievements

We proposed a novel liquid crystal (LC) with a circular electrode and ring electrodes having a highly-resistive film between the patterned electrodes and the LC layer. The effective lens region with a widely variable lens power can be obtained. Three-dimensional numerical calculation of molecular orientation of the LC director in the LC lens was carried out and the distributions of the LC directors and phase retardation were simultaneously estimated. The phase retardation obtained from the interference fringes were also obtained experimentally. The experimental results obtained for the optical phase retardation agree well with the numerically calculated results.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

液晶に関する研究のほとんどがディスプレイを中心に行われており、多くの知見がなされてきた。しかし、ディスプレイ以外の分野で実際にデバイスとして応用されているものは少ない。有効なレンズ径を拡大・維持しつつ、液晶層の利用効率を改善することでレンズパワーの可変幅を拡大する新規液晶レンズの創製を目指すことは学術的に他ではなく、斬新なものである。成熟産業といわれている液晶技術を含む光学部品産業及び電気電子機器産業に、新市場開拓への大きなシーズとなることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Tunable Liquid Crystal Lenses and Their Applications (2019)
  • Author(s): Marenori Kawamura
  • Journal Title: Journal of Photopolymer Science and Technology Volume: 32 Issue: 4 Pages: 559-562
  • DOI: 10.2494/photopolymer.32.559
  • NAID: 130007744429
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • Year and Date: 2019-06-24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrically tunable liquid-crystal optical and imaging devices operating in the infrared wavelength range of 10 μm band (2019)
  • Author(s): Kawamura Marenori、Sato Shogo、Sato Susumu
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 58 Issue: 8 Pages: 086502-086502
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2c2e
  • NAID: 210000156486
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 液晶レンズの基礎とその応用 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Journal Title: EKISHO Volume: 23 Pages: 215-221
  • NAID: 40022063234
• [Journal Article] Variable wide range of lens power and its improvement in a liquid-crystal lens using highly resistive films divided into two regions with different diameters (2018)
  • Author(s): Marenori Kawamura, and Susumu Sato
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 57
  • NAID: 210000149052
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variable wide range of lens power and its improvement in a liquid-crystal lens using highly resistive films divided into two regions with different diameters (2018)
  • Author(s): Marenori Kawamura and Susumu Sato
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 57
  • NAID: 210000149052
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 液晶マイクロレンズアレイにおける液晶分子のダイレクタ分布(Ⅰ) (2021)
  • Author(s): 山平大喜，河村希典
  • Organizer: 令和3年電気学会全国大会IEEJ
• [Presentation] 円錐状レンズ特性を有する液晶レンズの３次元液晶分子配向シミュレーション (2021)
  • Author(s): 河村 希典, 市村 優貴, 山平 大喜
  • Organizer: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 液晶マイクロプリズムアレイの偏向特性 (2020)
  • Author(s): 山平大喜，河村希典
  • Organizer: 2020年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] 2分割・四角形状電極構造を有する液晶マイクロプリズムアレイの光学特性 (2020)
  • Author(s): 山平大喜，河村希典
  • Organizer: 2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
• [Presentation] 広域連携プラットフォーム（All Japan Lighting Laboratory）を活用した液晶レンズプロジェクト (2020)
  • Author(s): 河村 希典、下村 一郎、米谷 匡弘, 須田 真通、武藤 聖英, 齊藤 勝俊、佐藤 陽介、伊藤 慎一、田中 元志
  • Organizer: 産学連携学会第18回秋田大会(18th Annual Meeting of Japan Society for Intellectual Production)
• [Presentation] 液晶光学素子の研究開発 広域連携による光産業等の創出と地域活性化への取り組み (2019)
  • Author(s): 河村 希典
  • Organizer: 男鹿・潟上・南秋テクノフォーラス
  • Invited
• [Presentation] 液晶マイクロレンズアレイを用いた採光フレキシブルウィンドウフィルム及びその制御回路電源の開発に係る研究 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 令和元年度 第１回産学官交流プラザ
• [Presentation] PEDOT/PSSを用いた液晶レンズの電気光学特性 (2019)
  • Author(s): 水木泰仁、吉田裕貴、河村希典
  • Organizer: 日本素材物性学会
• [Presentation] Tunable Liquid Crystal Lenses and Their Applications (2019)
  • Author(s): Marenori Kawamura
  • Organizer: The 36th International Conference of Photopolymer Science and Technology
• [Presentation] 先進光技術で製品開発 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: ものづくり技術連携交流会
  • Invited
• [Presentation] 近赤外液晶偏向制御素子の電気光学特性 (2019)
  • Author(s): 水木泰仁，河村希典
  • Organizer: 2019年度 電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] フレネルレンズ型屈折率分布を有する大口径液晶レンズの光学位相差特性 (2019)
  • Author(s): 菅原朋樹，河村希典, 佐藤 進
  • Organizer: 2019年日本液晶学会討論会
• [Presentation] 液晶レンズ技術を用いた樹脂応用製品の可能性 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 第２０回次世代プラスチック成形技術研究会
• [Presentation] 円錐状レンズ特性を有する液晶レンズにおける応答特性 (2019)
  • Author(s): 中川亮平, 河村希典
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] スマートレンズ技術の光応用の可能性 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 大学講座：超スマート社会構築に向けたイノベーション
• [Presentation] 環境に配慮した液晶レンズアレイ照明装置の開発 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: JST 環境 新技術説明会
• [Presentation] 液晶レンズとそれを用いた光学システムへの応用 (2019)
  • Author(s): 河村希典, 菅原朋樹，佐藤進
  • Organizer: レーザ学会学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 電子制御屈折率分布型液晶レンズアレイの開発とその応用 (2019)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: JST新技術説明会
• [Presentation] 円錐状レンズ特性を有する液晶レンズの光学位相差分布(Ⅰ) (2019)
  • Author(s): 菅原朋樹, 河村希典
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 円錐状レンズ特性を有する液晶レンズの球面収差 (2019)
  • Author(s): 河村 希典, 菅原 朋樹
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Optical phase properties of a large diameter liquid crystal lens (2018)
  • Author(s): Marenroi Kawamura, Shintaro Saito, and Susumu Sato
  • Organizer: IEEE Photonics North 2018 (Montreal, Canada)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Large Diameter Liquid-Crystal Lens with Multiple-Ring-Electrodes and Highly Resistive Film (2018)
  • Author(s): Marenori Kawamura, Shintaro Saito, and Susumu Sato
  • Organizer: ILCC2018 27th International Liquid Crystal Conference (Kyoto)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tunable Focus Liquid-Crystal Lenses with Multiple Ring-Electrodes and Highly-Resistive Film (2018)
  • Author(s): Marenori Kawamura
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2018, Annual Joint Symposia on Optics (Tokyo)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 大ロ径液晶レンズのフローティング電極の影響 (2018)
  • Author(s): 菅原朋樹, 河村希典, 佐藤 進
  • Organizer: 2018年日本液晶学会討論会
• [Presentation] 輪帯電極構造を有する液晶レンズにおける応答特性 (2018)
  • Author(s): 中川亮平, 河村希典, 佐藤 進
  • Organizer: 2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] メカニカルフリー焦点制御機能を持つ液晶レンズ開発とその応用 (2018)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 第19回秋田大学医理工連携“夢を語る会
• [Presentation] 液晶材料を用いた光学素子の基礎と応用 (2018)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 日本表面真空学会 東北・北海道支部「サイエンスカフェ in Akita」
  • Invited
• [Presentation] 輪帯電極及び高抵抗膜を用いたフレネル型大口径液晶レンズⅡ (2018)
  • Author(s): 斉藤 慎太郎、河村 希典、佐藤 進
  • Organizer: 2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 液晶レンズの仕組みについて (2017)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: ＩＮＳ起業化研究会
  • Invited
• [Presentation] 液晶レンズとその応用 (2017)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: 男鹿・潟上・南秋テクノフォーラス
  • Invited
• [Presentation] 高抵抗膜及び浮遊電極を有する輪帯電極型液晶レンズ (2017)
  • Author(s): 斉藤 慎太郎、後藤 祐紀、河村 希典、佐藤 進
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 輪帯電極及び高抵抗膜を用いた大口径液晶レンズの光学特性 (2017)
  • Author(s): 及川健太, 河村希典, 佐藤 進
  • Organizer: 2017年 日本液晶学会 討論会
• [Presentation] 輪帯電極構造を有する液晶レンズの応答特性 (2017)
  • Author(s): 荻原和哉, 河村希典, 佐藤 進
  • Organizer: 2017年 日本液晶学会 討論会
• [Presentation] 高抵抗膜を有する輪帯電極構造液晶レンズにおける浮遊電極の効果 (2017)
  • Author(s): 斉藤 慎太郎、後藤 祐紀、河村 希典、佐藤 進
  • Organizer: 2017 年（平成 29 年）応用物理学会東北支部 第 7 2 回学術講演会
• [Presentation] Liquid Crystal Lens and It’s applications (2017)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: アルベルト・ルートヴィヒ・フライブルク大学
  • Invited
• [Presentation] Liquid-Crystal-Lenses with Variable Focal Length and Their Applications (2017)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: アーヘン工科大学
  • Invited
• [Presentation] Liquid-Crystal-Lenses with Variable Focal Length and Their Applications (2017)
  • Author(s): 河村希典
  • Organizer: カールスルーエ工科大学
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 位置合わせ装置 (2019)
  • Inventor(s): 河村希典、下村一郎、米谷匡弘、須田真通、武藤聖英
  • Industrial Property Rights Holder: 河村希典、下村一郎、米谷匡弘、須田真通、武藤聖英
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-193978
  • Filing Date: 2019