液晶元件和液晶元件用晶胞的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種驅動電壓低且響應速度快的液晶元件。液晶元件1包括：液晶層11、第一和第二電極21、22、高電阻層41和無機電介質層42。第一和第二電極21、22對液晶層11施加電壓。高電阻層41配置于第一和第二電極21、22中的任一方電極21與液晶層11之間。無機電介質層42配置于高電阻層41與液晶層11之間。
【專利說明】液晶元件和液晶元件用晶胞
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及液晶元件和液晶元件用晶胞。
【背景技術】
[0002]現有技術中提案有折射率可變的液晶透鏡等的液晶元件。要求液晶元件降低驅動電壓。鑒于此，例如在專利文獻I中提出了一種液晶透鏡，在電極與液晶層之間配置透明絕緣層，并且在透明絕緣層的面向液晶層一側的表面上配置高電阻層。如專利文獻I所述，通過設置高電阻層，能夠降低液晶透鏡的驅動電壓。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2011-17742號公報
【發明內容】
[0006]發明所要解決的課題
[0007]但是，專利文獻I所述的液晶透鏡中存在響應速度慢這樣的問題。
[0008]本發明的主要目的在于，提供一種驅動電壓低且響應速度快的液晶元件。
[0009]用于解決課題的方法
[0010]本發明的液晶元件包括:液晶層、第一電極和第二電極、高電阻層以及無機電介質層。第一電極和第二電極對液晶層施加電壓。高電阻層配置于第一電極和第二電極中的任一方電極與液晶層之間。無機電介質層配置于高電阻層與液晶層之間。
[0011]在本發明中，“高電阻層”是指，其電阻值為表面電阻是1Χ104Ω/ □?I X IO14 Ω / 口、并且具有比第一電極和第二電極高且比無機電介質層低的電阻的膜。
[0012]本發明的液晶元件優選還包括配置于液晶層內，并且在厚度方向上分割液晶層的至少一個中間板。
[0013]無機電介質層優選由無機氧化物電介質層和無機氟化物電介質層中的至少一種構成。
[0014]無機氧化物電介質層包含氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮和氧化鋯中的至少一種。
[0015]無機氟化物電介質層包含氟化鎂。
[0016]高電阻層優選包含氧化鋅、鋁鋅氧化物、銦錫氧化物、銻錫氧化物、鎵鋅氧化物、硅鋅氧化物、錫鋅氧化物、硼鋅氧化物以及鍺鋅氧化物中的至少一種。
[0017]優選第一電極和第二電極中的任一方的電極包括:具有開口部的第一電極部；和配置于第一電極部內的第二電極部。
[0018]本發明的液晶元件用晶胞是通過被注入液晶而成為液晶元件的晶胞。本發明的液晶元件用晶胞包括:用于形成液晶層的空間部、第一電極和第二電極、高電阻層和無機電介質層。高電阻層配置于第一電極和第二電極中的任一方電極與空間部之間。無機電介質層配置于高電阻層與空間部之間。
[0019]發明效果
[0020]根據本發明，能夠提供一種驅動電壓低且響應速度快的液晶元件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是第一實施方式的液晶透鏡的概略截面圖。
[0022]圖2是第一實施方式的第一電極的概略平面圖。
[0023]圖3是第二實施方式的液晶透鏡的概略截面圖。
[0024]圖4是緊接在實施例中制造的液晶元件制造后的波面像差。
[0025]圖5是從在實施例中所制造的液晶元件的制造開始經過180天后的波面像差。
[0026]圖6是緊接在比較例中所制造的液晶元件制造后的波面像差。
[0027]圖7是從在比較例中所制造的液晶元件的制造開始經過180天后的波面像差。
【具體實施方式】
[0028]下面，對實施本發明的優選方式的一例進行說明。但是，下述的實施方式僅是舉例。本發明并不限于下述的實施方式。
[0029]另外，在實施方式等中作為參照的各附圖中，實質上具有相同功能的部件用相同的符號表示。另外，在實施方式等中作為參照的附圖是示意性地記載的附圖，附圖中所描繪的物體的尺寸比例等有時與實物的尺寸比例等不同。在附圖相互之間，物體的尺寸比例等有時也不同。具體的物體的尺寸比例應參照以下的說明來判斷。
[0030]圖1是第一實施方式的液晶元件I的概略截面圖。液晶元件I是液晶透鏡。液晶元件I具備包含液晶分子的液晶層11。液晶層11被第一和第二電極21、22夾持。利用第一和第二電極21、22對液晶層11施加電壓，由此，液晶元件I的折射率改變。
[0031]更具體地來講，液晶元件I包括以相互隔開間隔地相對的方式配置的第一基板31和第二基板32。在第一基板31與第二基板32之間配置有間隔壁部件34。在由該間隔壁部件34與第一基板和第二基板31、32劃分形成的空間中設置有液晶層11。
[0032]在第一基板31與第二基板32之間至少配置有一個中間板33。具體而言，在本實施方式中設有一個中間板33。通過該中間板33將液晶層11沿著厚度方向z分割成第一液晶層Ila和第二液晶層lib。第一基板31、第二基板32、中間板33和間隔壁部件34例如能夠由玻璃構成。
[0033]也可以在中間板33設置有使第一液晶層Ila與第二液晶層Ilb連通的連通口。由此，能夠縮小第一液晶層Ila與第二液晶層Ilb之間的壓力不均。
[0034]此外，用于注入液晶的注入口既可以設置于第一基板和第二基板31、32的至少一個基板，也可以設置于間隔壁部件34。
[0035]第一基板31和第二基板32的厚度例如能夠形成為0.1mm?1.0mm左右。中間板33的厚度例如能夠形成為5 μ m?80 μ m左右。間隔壁部件34的厚度能夠根據由要獲得的光學功率決定的液晶層IlaUlb的厚度和/或液晶層I la、I Ib所要求的響應速度等適當地設定。間隔壁部件34的厚度例如能夠形成為ΙΟμπι?80μπι左右。
[0036]在第一基板31的液晶層11側的表面31a上配置有第一電極21。另一方面，在第二基板32的液晶層11側的表面32a上，以隔著液晶層11與第一電極21相對的方式配置有第二電極22。第一電極和第二電極21、22例如能夠采用銦錫氧化物(ITO)等透明導電性氧化物構成。
[0037]第一電極21包括:具有圓形的開口部21al的第一電極部21a ;和配置于第一電極部21a的開口部21al內部的圓形的第二電極部21b。另一方面，第二電極22以與第一電極部和第二電極部21a、21b相對的方式呈面狀地設置。
[0038]在第一電極21的第一電極部21a與第二電極22之間施加電壓VI。另一方面，在第一電極21的第二電極部21b與第二電極22之間施加電壓V2。通常將第二電極22設為電位為OV的接地電極。因此，在本實施方式中，第一電極和第二電極21、22中的在施加電壓時所產生的電位的絕對值大的一方電極是第一電極21。
[0039]在第一電極和第二電極21、22中的當施加電壓時所產生的電位的絕對值大的電極即第一電極21與液晶層11之間配置有高電阻層41，該高電阻層41的電阻值為:表面電阻是I X IO4 Ω / □?I X IO14 Ω / □，并且比第一電極高、比后述的無機電介質層42低的電阻值。此外，優選在高電阻層41與第一電極21之間設置有將高電阻層41與第一電極21絕緣的絕緣層。絕緣層例如能夠采用氧化硅、氮化硅等構成。
[0040]高電阻層41優選包含氧化鋅、招鋅氧化物、銦錫氧化物、鋪錫氧化物、鎵鋅氧化物、硅鋅氧化物、錫鋅氧化物、硼鋅氧化物以及鍺鋅氧化物中的至少一種。
[0041]此外，高電阻層41既可以由單一的高電阻層構成，也可以由多個高電阻層的層疊體構成。在高電阻層41由多個高電阻層的層疊體構成的情況下，多個高電阻層既可以采用相互相同的材料構成，也可以采用相互不同的材料構成。
[0042]高電阻層41的厚度例如優選是IOnm?300nm。
[0043]在高電阻層41與液晶層11之間配置有無機電介質層42。由該無機電介質層42覆蓋高電阻層41的實質上整體。雖然省略圖示，但在無機電介質層42與液晶層Ila之間配置有取向膜。無機電介質層42被該取向膜覆蓋。同樣，在第二電極22與液晶層Ilb之間，以覆蓋第二電極22的方式配置有取向膜。另外，在中間板33的兩面上也配置有取向膜。利用這些取向膜進行液晶層11中的液晶分子的取向。此外，取向膜能夠采用例如被摩擦處理后的聚酰亞胺膜構成。
[0044]無機電介質層42優選由無機氧化物電介質層和無機氟化物電介質層的至少一方構成。無機氧化物電介質層優選包含氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮和氧化鋯中的至少一種。無機氟化物電介質層優選包含氟化鎂。
[0045]無機電介質層42既可以由單一的電介質層構成，也可以由多個電介質層的層疊體構成。在無機電介質層42由多個電介質層的層疊體構成的情況下，多個電介質層既可以采用相互相同的材料構成，也可以采用相互不同的材料構成。
[0046]無機電介質層42的厚度優選是Inm?2 μ m左右，更優選是IOOnm?1.5 μ m左右。
[0047]如以上說明的那樣，在液晶元件I中，在第一電極21與液晶層11之間配置有高電阻層41。因此，能夠實現低的驅動電壓。
[0048]另外，在液晶元件I中，在高電阻層41與液晶層11之間配置有無機電介質層42，高電阻層41與液晶層11被隔絕(隔離)。因此，能夠實現高速響應性。例如，在除了未設置無機電介質層42以外實際上具有相同結構的液晶元件中，在將第一電極和第二電極間的施加電壓僅改變規定的電壓時，液晶元件的折射率的變化所需的時間是4秒?5秒左右。而在液晶元件I中，是0.1秒?0.5秒左右。由該結果可知，通過設置無機電介質層42，例如能夠將響應速度提高至數十倍左右。
[0049]S卩，如本實施方式所述，在第一電極21與液晶層11之間設置高電阻層41，并且在高電阻層41與液晶層11之間設置無機電介質層42，由此，能夠實現驅動電壓低，響應速度快的液晶元件I。
[0050]通過在高電阻層41與液晶層11之間設置無機電介質層42，能夠加快響應速度的理由雖然并不明確，但有以下所述的理由。
[0051]當改變第一電極21與第二電極22之間的電壓，則電場分布改變，液晶層11中的液晶分子的取向隨之變化。液晶層11中的液晶分子的取向改變時，液晶層11的介電常數變化。此處，在未設置無機電介質層42的情況下，作為導體的高電阻層與液晶層接觸，因此，電場分布的變化慢。其結果是，液晶層中的液晶分子的取向逐漸變化。像這樣，在未設置無機電介質層的情況下，在液晶層中，由于隨著電場分布的變化而逐漸引起液晶分子的取向的變化，因此，改變第一電極與第二電極之間的電壓時的液晶元件的響應速度變慢。
[0052]而在液晶元件I中，通過無機電介質層42將高電阻層41與液晶層11隔絕。在液晶層11，非導體的無機電介質層42與該液晶層11接觸。因此，即使在液晶層11中的液晶分子的取向發生變化，液晶層11的介電常數發生變化的情況下，電場分布的變化也快。其結果是，液晶層中的液晶分子的取向立即變化。像這樣，在設置有無機電介質層的情況下，在液晶層中，隨著電場分布的變化引起液晶分子的取向立即變化，因此，改變第一電極與第二電極之間的電壓時的液晶元件的響應速度加快。
[0053]另外，以覆蓋高電阻層41的方式配置無機電介質層42，由此，能夠抑制高電阻層41的電阻的隨時間改變(經時變化)。因此，能夠抑制液晶元件I的驅動電壓等特性的隨時間改變(經時變化)。
[0054]圖4是緊接著在實施例中制造的液晶元件的制造后的波面像差。圖5是從在實施例中所制造的液晶元件的制造開始經過180天后的波面像差。圖6是緊接著在比較例中所制造的液晶元件的制造后的波面像差。圖7是從在比較例中所制造的液晶元件的制造開始經過180天后的波面像差。
[0055]在圖4和圖5所示的實施例中，作為高電阻層41設置有含有Al的氧化鋅膜(厚度125nm),作為無機電介質層42設置有氧化娃層(厚度125nm)。另一方面,在圖6和圖7所示的比較例中，雖然設置有與實施例同樣的高電阻層41，但未設置無機電介質層42。
[0056]由圖4和圖5所示的結果可知，在設置有無機電介質層42的實施例中，波面像差難以隨著時間發生劣化。另一方面，根據圖6和圖7所示的結果可知，在未設置無機電介質層42的比較例中，波面像差隨著時間發生了劣化。由此可知，通過設置無機電介質層42，能夠抑制波面像差的隨著時間發生劣化(經時劣化)。
[0057]此外，在比較例中波面像差隨著時間發生劣化的原因并不明確，被認為是由于高電阻層41發生劣化，在高電阻層41的電阻值產生面內不均。
[0058]另外，如液晶元件I那樣，在液晶層11被中間板33沿著厚度方向分割成多個的情況下，能夠保持增大液晶層11整體的厚度的狀態，而縮小各液晶層IlaUlb的厚度。因此，能夠進一步實現高速響應性。[0059]此外，在本實施方式中，對僅設置一個將液晶層在厚度方向上分割的中間板的情況進行了說明，但是，也可以設置多個中間板。即，液晶層例如也可以分割成三個以上的液晶層。液晶層例如也可以分割成四個液晶層。
[0060]對在液晶元件I中，高電阻層41由單一的膜構成的例子進行了說明。但是，本發明并不限于此結構。也可以設置多個高電阻層的層疊體。同樣，也可以設置多個無機電介質層的層疊體。在此情況下，多個無機電介質層的層疊體也可以構成抑制界面反射的反射抑制層。例如，多個無機電介質層的層疊體也可以包括:折射率相對低的低折射率層；和以與低折射率層相接觸的方式設置的、且折射率相對高的高折射率層。
[0061]另外，如圖3所不，液晶兀件也可以是沒有中間板，具有單一的液晶層11的液晶兀件。
[0062]另外，本發明的液晶元件也可以是液晶透鏡以外的液晶元件。
[0063]符號說明
[0064]I…液晶元件
[0065]11…液晶層
[0066]I Ia…第一液晶層
[0067]I Ib…第二液晶層
[0068]21...第一電極
[0069]21a…第一電極 部
[0070]21al …開口部
[0071]21b…第二電極部
[0072]22…第二電極
[0073]31...第一基板
[0074]31a…第一基板的表面
[0075]32…第二基板
[0076]32a…第二基板的表面
[0077]33…中間板
[0078]34…間隔壁部件
[0079]41…高電阻層
[0080]42…無機電介質層
【權利要求】
1.一種液晶元件，其特征在于，包括: 液晶層； 對所述液晶層施加電壓的第一電極和第二電極； 在所述第一電極和所述第二電極中的任一方的電極與所述液晶層之間配置的高電阻層；和 配置于所述高電阻層與所述液晶層之間的無機電介質層。
2.如權利要求1所述的液晶元件，其特征在于: 還包括配置于所述液晶層內，且在厚度方向上分割所述液晶層的至少一個中間板。
3.如權利要求1或2所述的液晶元件，其特征在于: 所述無機電介質層由無機氧化物電介質層和無機氟化物電介質層中的至少一種電介質層構成。
4.如權利要求3所述的液晶元件，其特征在于: 所述無機氧化物電介質層包含氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮和氧化鋯中的至少一種。
5.如權利要求3或4所述的液晶元件，其特征在于: 所述無機氟化物電介質層包含氟化鎂。
6.如權利要求1?5中任一項所述的液晶兀件,其特征在于: 所述高電阻層包含氧化鋅、招鋅氧化物、銦錫氧化物、鋪錫氧化物、鎵鋅氧化物、娃鋅氧化物、錫鋅氧化物、硼鋅氧化物以及鍺鋅氧化物中的至少一種。
7.如權利要求1?6中任一項所述的液晶兀件,其特征在于: 所述第一電極和所述第二電極中的任一方的電極包括:具有開口部的第一電極部；和配置于所述第一電極部內的第二電極部。
8.—種液晶元件用晶胞,其為通過被注入液晶成為液晶元件的液晶元件用晶胞,該液晶元件用晶胞的特征在于，包括: 用于形成液晶層的空間部； 第一電極和第二電極； 在所述第一電極和所述第二電極中的任一方的電極與所述空間部之間配置的高電阻層；和 在所述高電阻層與所述空間部之間配置的無機電介質層。
【文檔編號】G02F1/1333GK103890646SQ201280052680
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月1日 優先權日:2011年10月25日
【發明者】角見昌昭, 田中宏和, 和田正紀, 山口義正 申請人:日本電氣硝子株式會社