CN103890646B

CN103890646B - 液晶元件和液晶元件用晶胞

Info

Publication number: CN103890646B
Application number: CN201280052680.0A
Authority: CN
Inventors: 角见昌昭; 田中宏和; 和田正纪; 山口义正
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: US9529243B2; TW201319675A; JP6167519B2; US20140340624A1; CN103890646A; KR20140091668A; WO2013061729A1; JPWO2013061729A1

Abstract

本发明提供一种驱动电压低且响应速度快的液晶元件。液晶元件1包括：液晶层11、第一和第二电极21、22、高电阻层41和无机电介质层42。第一和第二电极21、22对液晶层11施加电压。高电阻层41配置于第一和第二电极21、22中的任一方电极21与液晶层11之间。无机电介质层42配置于高电阻层41与液晶层11之间。

Description

液晶元件和液晶元件用晶胞

技术领域

本发明涉及液晶元件和液晶元件用晶胞。

背景技术

现有技术中提案有折射率可变的液晶透镜等的液晶元件。要求液晶元件降低驱动电压。鉴于此，例如在专利文献1中提出了一种液晶透镜，在电极与液晶层之间配置透明绝缘层，并且在透明绝缘层的面向液晶层一侧的表面上配置高电阻层。如专利文献1所述，通过设置高电阻层，能够降低液晶透镜的驱动电压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-17742号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，专利文献1所述的液晶透镜中存在响应速度慢这样的问题。

本发明的主要目的在于，提供一种驱动电压低且响应速度快的液晶元件。

用于解决课题的方法

本发明的液晶元件包括：液晶层、第一电极和第二电极、高电阻层以及无机电介质层。第一电极和第二电极对液晶层施加电压。高电阻层配置于第一电极和第二电极中的任一方电极与液晶层之间。无机电介质层配置于高电阻层与液晶层之间。

在本发明中，“高电阻层”是指，其电阻值为表面电阻是1×10⁴Ω/□～1×10¹⁴Ω/□、并且具有比第一电极和第二电极高且比无机电介质层低的电阻的膜。

本发明的液晶元件优选还包括配置于液晶层内，并且在厚度方向上分割液晶层的至少一个中间板。

无机电介质层优选由无机氧化物电介质层和无机氟化物电介质层中的至少一种构成。

无机氧化物电介质层包含氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化锆中的至少一种。

无机氟化物电介质层包含氟化镁。

高电阻层优选包含氧化锌、铝锌氧化物、铟锡氧化物、锑锡氧化物、镓锌氧化物、硅锌氧化物、锡锌氧化物、硼锌氧化物以及锗锌氧化物中的至少一种。

优选第一电极和第二电极中的任一方的电极包括：具有开口部的第一电极部；和配置于第一电极部内的第二电极部。

本发明的液晶元件用晶胞是通过被注入液晶而成为液晶元件的晶胞。本发明的液晶元件用晶胞包括：用于形成液晶层的空间部、第一电极和第二电极、高电阻层和无机电介质层。高电阻层配置于第一电极和第二电极中的任一方电极与空间部之间。无机电介质层配置于高电阻层与空间部之间。

发明效果

根据本发明，能够提供一种驱动电压低且响应速度快的液晶元件。

附图说明

图1是第一实施方式的液晶透镜的概略截面图。

图2是第一实施方式的第一电极的概略平面图。

图3是第二实施方式的液晶透镜的概略截面图。

图4是紧接在实施例中制造的液晶元件制造后的波面像差。

图5是从在实施例中所制造的液晶元件的制造开始经过180天后的波面像差。

图6是紧接在比较例中所制造的液晶元件制造后的波面像差。

图7是从在比较例中所制造的液晶元件的制造开始经过180天后的波面像差。

具体实施方式

下面，对实施本发明的优选方式的一例进行说明。但是，下述的实施方式仅是举例。本发明并不限于下述的实施方式。

另外，在实施方式等中作为参照的各附图中，实质上具有相同功能的部件用相同的符号表示。另外，在实施方式等中作为参照的附图是示意性地记载的附图，附图中所描绘的物体的尺寸比例等有时与实物的尺寸比例等不同。在附图相互之间，物体的尺寸比例等有时也不同。具体的物体的尺寸比例应参照以下的说明来判断。

图1是第一实施方式的液晶元件1的概略截面图。液晶元件1是液晶透镜。液晶元件1具备包含液晶分子的液晶层11。液晶层11被第一和第二电极21、22夹持。利用第一和第二电极21、22对液晶层11施加电压，由此，液晶元件1的折射率改变。

更具体地来讲，液晶元件1包括以相互隔开间隔地相对的方式配置的第一基板31和第二基板32。在第一基板31与第二基板32之间配置有间隔壁部件34。在由该间隔壁部件34与第一基板和第二基板31、32划分形成的空间中设置有液晶层11。

在第一基板31与第二基板32之间至少配置有一个中间板33。具体而言，在本实施方式中设有一个中间板33。通过该中间板33将液晶层11沿着厚度方向z分割成第一液晶层11a和第二液晶层11b。第一基板31、第二基板32、中间板33和间隔壁部件34例如能够由玻璃构成。

也可以在中间板33设置有使第一液晶层11a与第二液晶层11b连通的连通口。由此，能够缩小第一液晶层11a与第二液晶层11b之间的压力不均。

此外，用于注入液晶的注入口既可以设置于第一基板和第二基板31、32的至少一个基板，也可以设置于间隔壁部件34。

第一基板31和第二基板32的厚度例如能够形成为0.1mm～1.0mm左右。中间板33的厚度例如能够形成为5μm～80μm左右。间隔壁部件34的厚度能够根据由要获得的光学功率决定的液晶层11a、11b的厚度和/或液晶层11a、11b所要求的响应速度等适当地设定。间隔壁部件34的厚度例如能够形成为10μm～80μm左右。

在第一基板31的液晶层11侧的表面31a上配置有第一电极21。另一方面，在第二基板32的液晶层11侧的表面32a上，以隔着液晶层11与第一电极21相对的方式配置有第二电极22。第一电极和第二电极21、22例如能够采用铟锡氧化物(ITO)等透明导电性氧化物构成。

第一电极21包括：具有圆形的开口部21a1的第一电极部21a；和配置于第一电极部21a的开口部21a1内部的圆形的第二电极部21b。另一方面，第二电极22以与第一电极部和第二电极部21a、21b相对的方式呈面状地设置。

在第一电极21的第一电极部21a与第二电极22之间施加电压V1。另一方面，在第一电极21的第二电极部21b与第二电极22之间施加电压V2。通常将第二电极22设为电位为0V的接地电极。因此，在本实施方式中，第一电极和第二电极21、22中的在施加电压时所产生的电位的绝对值大的一方电极是第一电极21。

在第一电极和第二电极21、22中的当施加电压时所产生的电位的绝对值大的电极即第一电极21与液晶层11之间配置有高电阻层41，该高电阻层41的电阻值为：表面电阻是1×10⁴Ω/□～1×10¹⁴Ω/□，并且比第一电极高、比后述的无机电介质层42低的电阻值。此外，优选在高电阻层41与第一电极21之间设置有将高电阻层41与第一电极21绝缘的绝缘层。绝缘层例如能够采用氧化硅、氮化硅等构成。

高电阻层41优选包含氧化锌、铝锌氧化物、铟锡氧化物、锑锡氧化物、镓锌氧化物、硅锌氧化物、锡锌氧化物、硼锌氧化物以及锗锌氧化物中的至少一种。

此外，高电阻层41既可以由单一的高电阻层构成，也可以由多个高电阻层的层叠体构成。在高电阻层41由多个高电阻层的层叠体构成的情况下，多个高电阻层既可以采用相互相同的材料构成，也可以采用相互不同的材料构成。

高电阻层41的厚度例如优选是10nm～300nm。

在高电阻层41与液晶层11之间配置有无机电介质层42。由该无机电介质层42覆盖高电阻层41的实质上整体。虽然省略图示，但在无机电介质层42与液晶层11a之间配置有取向膜。无机电介质层42被该取向膜覆盖。同样，在第二电极22与液晶层11b之间，以覆盖第二电极22的方式配置有取向膜。另外，在中间板33的两面上也配置有取向膜。利用这些取向膜进行液晶层11中的液晶分子的取向。此外，取向膜能够采用例如被摩擦处理后的聚酰亚胺膜构成。

无机电介质层42优选由无机氧化物电介质层和无机氟化物电介质层的至少一方构成。无机氧化物电介质层优选包含氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化锆中的至少一种。无机氟化物电介质层优选包含氟化镁。

无机电介质层42既可以由单一的电介质层构成，也可以由多个电介质层的层叠体构成。在无机电介质层42由多个电介质层的层叠体构成的情况下，多个电介质层既可以采用相互相同的材料构成，也可以采用相互不同的材料构成。

无机电介质层42的厚度优选是1nm～2μm左右，更优选是100nm～1.5μm左右。

如以上说明的那样，在液晶元件1中，在第一电极21与液晶层11之间配置有高电阻层41。因此，能够实现低的驱动电压。

另外，在液晶元件1中，在高电阻层41与液晶层11之间配置有无机电介质层42，高电阻层41与液晶层11被隔绝(隔离)。因此，能够实现高速响应性。例如，在除了未设置无机电介质层42以外实际上具有相同结构的液晶元件中，在将第一电极和第二电极间的施加电压仅改变规定的电压时，液晶元件的折射率的变化所需的时间是4秒～5秒左右。而在液晶元件1中，是0.1秒～0.5秒左右。由该结果可知，通过设置无机电介质层42，例如能够将响应速度提高至数十倍左右。

即，如本实施方式所述，在第一电极21与液晶层11之间设置高电阻层41，并且在高电阻层41与液晶层11之间设置无机电介质层42，由此，能够实现驱动电压低，响应速度快的液晶元件1。

通过在高电阻层41与液晶层11之间设置无机电介质层42，能够加快响应速度的理由虽然并不明确，但有以下所述的理由。

当改变第一电极21与第二电极22之间的电压，则电场分布改变，液晶层11中的液晶分子的取向随之变化。液晶层11中的液晶分子的取向改变时，液晶层11的介电常数变化。此处，在未设置无机电介质层42的情况下，作为导体的高电阻层与液晶层接触，因此，电场分布的变化慢。其结果是，液晶层中的液晶分子的取向逐渐变化。像这样，在未设置无机电介质层的情况下，在液晶层中，由于随着电场分布的变化而逐渐引起液晶分子的取向的变化，因此，改变第一电极与第二电极之间的电压时的液晶元件的响应速度变慢。

而在液晶元件1中，通过无机电介质层42将高电阻层41与液晶层11隔绝。在液晶层11，非导体的无机电介质层42与该液晶层11接触。因此，即使在液晶层11中的液晶分子的取向发生变化，液晶层11的介电常数发生变化的情况下，电场分布的变化也快。其结果是，液晶层中的液晶分子的取向立即变化。像这样，在设置有无机电介质层的情况下，在液晶层中，随着电场分布的变化引起液晶分子的取向立即变化，因此，改变第一电极与第二电极之间的电压时的液晶元件的响应速度加快。

另外，以覆盖高电阻层41的方式配置无机电介质层42，由此，能够抑制高电阻层41的电阻的随时间改变(经时变化)。因此，能够抑制液晶元件1的驱动电压等特性的随时间改变(经时变化)。

图4是紧接着在实施例中制造的液晶元件的制造后的波面像差。图5是从在实施例中所制造的液晶元件的制造开始经过180天后的波面像差。图6是紧接着在比较例中所制造的液晶元件的制造后的波面像差。图7是从在比较例中所制造的液晶元件的制造开始经过180天后的波面像差。

在图4和图5所示的实施例中，作为高电阻层41设置有含有Al的氧化锌膜(厚度125nm)，作为无机电介质层42设置有氧化硅层(厚度125nm)。另一方面，在图6和图7所示的比较例中，虽然设置有与实施例同样的高电阻层41，但未设置无机电介质层42。

由图4和图5所示的结果可知，在设置有无机电介质层42的实施例中，波面像差难以随着时间发生劣化。另一方面，根据图6和图7所示的结果可知，在未设置无机电介质层42的比较例中，波面像差随着时间发生了劣化。由此可知，通过设置无机电介质层42，能够抑制波面像差的随着时间发生劣化(经时劣化)。

此外，在比较例中波面像差随着时间发生劣化的原因并不明确，被认为是由于高电阻层41发生劣化，在高电阻层41的电阻值产生面内不均。

另外，如液晶元件1那样，在液晶层11被中间板33沿着厚度方向分割成多个的情况下，能够保持增大液晶层11整体的厚度的状态，而缩小各液晶层11a、11b的厚度。因此，能够进一步实现高速响应性。

此外，在本实施方式中，对仅设置一个将液晶层在厚度方向上分割的中间板的情况进行了说明，但是，也可以设置多个中间板。即，液晶层例如也可以分割成三个以上的液晶层。液晶层例如也可以分割成四个液晶层。

对在液晶元件1中，高电阻层41由单一的膜构成的例子进行了说明。但是，本发明并不限于此结构。也可以设置多个高电阻层的层叠体。同样，也可以设置多个无机电介质层的层叠体。在此情况下，多个无机电介质层的层叠体也可以构成抑制界面反射的反射抑制层。例如，多个无机电介质层的层叠体也可以包括：折射率相对低的低折射率层；和以与低折射率层相接触的方式设置的、且折射率相对高的高折射率层。

另外，如图3所示，液晶元件也可以是没有中间板，具有单一的液晶层11的液晶元件。

另外，本发明的液晶元件也可以是液晶透镜以外的液晶元件。

符号说明

1…液晶元件

11…液晶层

11a…第一液晶层

11b…第二液晶层

21…第一电极

21a…第一电极部

21a1…开口部

21b…第二电极部

22…第二电极

31…第一基板

31a…第一基板的表面

32…第二基板

32a…第二基板的表面

33…中间板

34…间隔壁部件

41…高电阻层

42…无机电介质层

Claims

1.一种液晶元件，其包括：

液晶层；和

对所述液晶层施加电压的第一电极和第二电极，

所述液晶元件的特征在于，还包括：

在所述第一电极和所述第二电极中的任一方的电极与所述液晶层之间配置的高电阻层；和

配置于所述高电阻层与所述液晶层之间的无机电介质层。

2.如权利要求1所述的液晶元件，其特征在于：

还包括配置于所述液晶层内，且在厚度方向上分割所述液晶层的至少一个中间板。

3.如权利要求1或2所述的液晶元件，其特征在于：

所述无机电介质层由无机氧化物电介质层和无机氟化物电介质层中的至少一种电介质层构成。

4.如权利要求3所述的液晶元件，其特征在于：

所述无机氧化物电介质层包含氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌和氧化锆中的至少一种。

5.如权利要求3所述的液晶元件，其特征在于：

所述无机氟化物电介质层包含氟化镁。

6.如权利要求1或2所述的液晶元件，其特征在于：

所述高电阻层包含氧化锌、铝锌氧化物、铟锡氧化物、锑锡氧化物、镓锌氧化物、硅锌氧化物、锡锌氧化物、硼锌氧化物以及锗锌氧化物中的至少一种。

7.如权利要求1或2所述的液晶元件，其特征在于：

所述第一电极和所述第二电极中的任一方的电极包括：具有开口部的第一电极部；和配置于所述第一电极部内的第二电极部。

8.一种液晶元件用晶胞，其为通过被注入液晶成为液晶元件的液晶元件用晶胞，该液晶元件用晶胞的特征在于，包括：

用于形成液晶层的空间部；

第一电极和第二电极；

在所述第一电极和所述第二电极中的任一方的电极与所述空间部之间配置的高电阻层；和

在所述高电阻层与所述空间部之间配置的无机电介质层。