JP2013171155A

JP2013171155A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2013171155A
Application number: JP2012034684A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kadomi; 昌昭角見; Masanori Wada; 正紀和田; Hirokazu Tanaka; 宏和田中; Takashi Akimoto; 隆秋元
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】応答速度の高い液晶素子を提供する。
【解決手段】
液晶素子１は、複数の液晶エレメント１１，１２を備えている。液晶エレメント１１，１２は、液晶層２１と、第１及び第２の電極３１，３２とを備えている。第１の電極３１は、第１の電極部３１ａと、第２の電極部３１ｂとを有している。第１の電極部３１ａは、開口を有している。第２の電極部３１ｂは、開口内に配されている。第２の電極３２は、液晶層２１を介して第１の電極３１と対向するように配されている。複数の液晶エレメント１１，１２は、液晶層２１の厚み方向ｚに沿って配列されている。複数の液晶エレメント１１，１２は、第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向が同じである複数の液晶エレメント１１，１２を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶素子に関する。

従来、屈折率が可変な液晶レンズなどの液晶素子が知られている。例えば特許文献１では、複数の液晶層を備える液晶レンズが提案されている。

特開２００６−３１３２４３

近年、液晶素子の用途を広げるため、液晶素子の応答速度を高めたいという要望がある。

本発明の目的は、応答速度が高い液晶素子を提供することにある。

本発明に係る液晶素子は、複数の液晶エレメントを備えている。液晶エレメントは、液晶層と、第１及び第２の電極とを備えている。第１の電極は、第１の電極部と、第２の電極部とを有している。第１の電極部は、開口を有している。第２の電極部は、開口内に配されている。第２の電極は、液晶層を介して第１の電極と対向するように配されている。複数の液晶エレメントは、液晶層の厚み方向に沿って配列されている。複数の液晶エレメントは、第２の電極に対する第１の電極の配置方向が同じである複数の液晶エレメントを含んでいる。

隣り合う液晶エレメントにおいて、第２の電極に対する第１の電極の配置方向が同じであることが好ましい。

複数の液晶エレメントの全てにおいて、第２の電極に対する第１の電極の配置方向が同じであることが好ましい。

第１の電極に印加される電圧の絶対値が第２の電極に印加される電圧の絶対値よりも大きいことが好ましい。

本発明によれば、応答速度の高い液晶素子を提供することができる。

第１の実施形態に係る液晶素子の略図的断面図である。第１の実施形態における第１の電極の略図的平面図である。第１の参考例に係る液晶素子の略図的断面図である。第２の実施形態に係る液晶素子の略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態において参照する各図面においては、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る液晶素子１の略図的断面図である。液晶素子１は、液晶レンズ、液晶シャッター、偏光板などの様々な用途において使用することができる。

液晶素子１は、複数の液晶エレメントを備えている。より具体的には、本実施形態では、液晶素子１は、第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２とを備えている。複数の液晶エレメント１１，１２は、後述する液晶層２１の厚み方向に沿って配されている。第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２とは、互いに対向している。もっとも、本発明において、液晶素子の備える液晶エレメントの数は、複数である限り特に限定されない。例えば、液晶素子は、３つ以上の液晶エレメントを備えていてもよい。

第１及び第２の液晶エレメント１１，１２は、それぞれ、液晶層２１を有している。液晶層２１は、適宜の種類の液晶分子を含んでいる。液晶層２１に含まれる液晶分子の配向状態は特に限定されず、液晶素子１の用途に応じて適宜決定することができる。例えば、液晶素子１が液晶レンズである場合には、第１の液晶エレメント１１における液晶層２１中の液晶分子の配向方向と、第２の液晶エレメント１２における液晶層２１中の液晶分子の配向方向とが９０°異なるように、各液晶層２１中の液晶分子を配向させてもよい。

液晶層２１の厚みは、要求される応答速度等に応じて適宜決定することができる。液晶層２１の厚みは、全ての液晶エレメントにおいて同じであってもよく、各液晶エレメント毎に異なっていてもよい。

なお、液晶層２１は、液晶層２１中に配されたガラス板などにより、厚み方向及び面方向の少なくとも一方に沿って複数に区画されていてもよい。

第１及び第２の液晶エレメント１１，１２は、それぞれ、第１の電極３１と、第２の電極３２とをさらに有している。具体的には、第１及び第２の液晶エレメント１１，１２のそれぞれにおいて、第２の電極３２は、液晶層２１を介して第１の電極３１と対向するように配されている。第１の電極３１は、図２に示すように、円形の開口を有している第１の電極部３１ａと、第１の電極部３１ａの開口内に配された第２の電極部３１ｂとを有している。

第１及び第２の液晶エレメント１１，１２では、第１の電極３１と第２の電極３２との間に電圧を印加することにより、液晶層２１に電界を印加することができる。第１及び第２の電極３１，３２により液晶層２１に電界が印加されると、液晶層２１中の液晶分子は、印加された電界に従って配向する。その結果、液晶素子１の光学特性などが変化する。

液晶素子１では、第１の電極３１に印加される電圧の絶対値が、第２の電極３２に印加される電圧の絶対値よりも大きい。例えば、液晶素子１が液晶レンズである場合、第２の電極３２をグラウンド電位とし、第１の電極部３１ａと第２の電極３２との間に電圧Ｖ１を印加し、第２の電極部３１ｂと第２の電極３２との間に電圧Ｖ２を印加してもよい。この場合、電圧Ｖ１＞電圧Ｖ２とすることにより、液晶素子１を正の光学的パワーを有するレンズとして機能させることができ、電圧Ｖ１＜電圧Ｖ２とすることにより、液晶素子１を負の光学的パワーを有するレンズとして機能させることができる。

液晶素子１は、第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向が同じである複数の液晶エレメントを含んでいる。すなわち、液晶素子１では、第１の液晶エレメント１１における第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向と、第２の液晶エレメント１２における第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向とが同じ方向である。従って、第１及び第２の電極３１，３２のうち、印加される電圧の絶対値が大きい方の電極に対する、印加される電圧の絶対値が小さい方の電極の配置方向が第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２とで共通している。具体的には、第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２との両方において、第２の電極３２は、第１の電極３１に対してｚ軸方向のｚ１側に配されている。このため、第１の液晶エレメント１１に印加される電界の向きと、第２の液晶エレメント１２に印加される電界の向きとが、液晶層２１の厚み方向であるｚ軸方向において同じである。

第１の電極３１及び第２の電極３２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物により構成することができる。

なお、図示は省略するが、第１及び第２の液晶エレメント１１，１２では、液晶層２１と第１の電極３１との間に、液晶層２１と第１の電極３１とを隔離するように、絶縁膜が配されている。絶縁膜と液晶層２１との間には、高抵抗膜が配されている。高抵抗膜と液晶層２１との間には、さらなる絶縁膜が配されている。絶縁膜は、例えば酸化ケイ素により構成することができる。高抵抗膜は、例えば酸化亜鉛により構成することができる。また、液晶層２１の両側には、液晶層２１に含まれる液晶分子を配向させるための配向膜が設けられている。具体的には、基板４１，４２及び中間板５１の液晶層２１側の表面に配向膜が設けられている。配向膜は、例えば、ラビング処理されたポリイミド膜により構成することができる。

ところで、複数の液晶層を備えた液晶素子では、隣り合う液晶層において、一方の液晶層を介して対向している電極対の片方の電極と、他方の液晶層を介して対向している電極対の片方の電極とが接近している。これらの接近している電極の電位差が大きいと、これらの電極の間に電荷が蓄積する。それによって、蓄積された電荷が、液晶層に印加される電界を乱してしまう場合がある。このことに鑑みると、複数の液晶層を備えた液晶素子では、これらの接近している電極の電位差を小さくすることが好ましい。具体的には、図３に示される液晶素子１００のように、隣り合う液晶エレメント１１１，１１２の第１の電極１３１同士または第２の電極１３２同士を中間板１５１側に配することが好ましい。しかしながら、液晶素子１００では、液晶層１２１に印加された電界の方向が、隣り合う液晶エレメント１１１，１１２の厚み方向において逆方向になる。そのため、隣り合う液晶エレメント１１１，１１２において印加された逆方向の電界同士が互いに打ち消し合うように干渉し合う。それによって、複数の液晶層１２１に印加される電界が弱められる。そのため、液晶素子１００の応答速度が低下するという問題がある。

これに対し、液晶素子１では、上述のように、第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２とにおいて、印加される電圧の絶対値が相対的に小さな第２の電極３２に対する、印加される電圧の絶対値が相対的に大きな第１の電極３１の配置方向が同じである。このため、第１の液晶エレメント１１に印加される電界の向きと、第２の液晶エレメント１２に印加される電界の向きとが、液晶層２１の厚み方向であるｚ軸方向において同じである。そのため、隣り合う液晶エレメント１１，１２では、電界同士が打ち消し合うように干渉することはないと考えられる。従って、液晶素子１の応答速度を高めることができるものと考えられる。

さらに、液晶素子１では、第１の液晶エレメント１１に印加される電界の向きと、第２の液晶エレメント１２に印加される電界の向きとが、液晶層２１の厚み方向であるｚ軸方向において同じであるため、隣り合う液晶エレメント１１，１２において印加された電界同士が強め合うように干渉することが考えられる。それによって、液晶素子１の応答速度のさらなる向上も期待し得る。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る液晶素子２の略図的断面図である。上述の第１の実施形態では、２つの液晶エレメントを備えた液晶素子１について説明した。これに対し、液晶素子２は、４つの第１〜第４の液晶エレメント１１〜１４を備えている。このように、本発明に係る液晶素子は、３つ以上の液晶エレメントを有していてもよい。

第１〜第４の液晶エレメント１１〜１４は、第１及び第２の基板４１，４２の間に、この順番で配されている。第１〜第４の液晶エレメント１１〜１４は、液晶素子１で用いられた第１及び第２の液晶エレメント１１，１２と同様の構成とすることができる。

本実施形態では、隣り合う液晶エレメント１１，１２，１３，１４の全てにおいて、第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向が同じ方向である。このため、隣り合う全ての液晶エレメント１１，１２，１３，１４において電界同士が打ち消し合うように干渉しないと考えられる。従って、高い応答速度を実現することができる。

なお、本発明の液晶素子では、第１の電極に対する第２の電極の配置方向が同じである液晶エレメントを含んでいればよく、隣り合う液晶エレメントの全てにおいて、第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向が同じ方向である必要は必ずしも無い。例えば、隣り合う２つ以上の液晶エレメントにおいて、第２の電極３２に対する第１の電極３１の配置方向を同じ方向としてもよい。

１，２…液晶素子
１１…第１の液晶エレメント
１２…第２の液晶エレメント
１３…第３の液晶エレメント
１４…第４の液晶エレメント
２１…液晶層
３１…第１の電極
３１ａ…第１の電極部
３１ｂ…第２の電極部
３２…第２の電極
４１…第１の基板
４２…第２の基板
５１…中間板

Claims

液晶層と、開口を有する第１の電極部と、前記開口内に配された第２の電極部とを有する第１の電極と、液晶層を介して前記第１の電極と対向するように配された第２の電極とを有し、前記液晶層の厚み方向に沿って配列された複数の液晶エレメントを備え、
前記複数の液晶エレメントは、前記第２の電極に対する前記第１の電極の配置方向が同じである複数の液晶エレメントを含む、液晶素子。
隣り合う前記液晶エレメントにおいて、前記第２の電極に対する前記第１の電極の配置方向が同じである、請求項１に記載の液晶素子。
前記複数の液晶エレメントの全てにおいて、前記第２の電極に対する前記第１の電極の配置方向が同じである、請求項１または２に記載の液晶素子。
前記第１の電極に印加される電圧の絶対値が前記第２の電極に印加される電圧の絶対値よりも大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶素子。