JP2014032313A - 液晶素子の製造方法及び液晶素子 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧が経時的に変化しにくい液晶素子を製造し得る方法を提供する。
【解決手段】一主面上に第１または第２の電極２１，２２が形成された基板３１を用意する。基板３１の一主面上に、第１または第２の電極２１，２２の少なくとも一部を覆うように高抵抗層４１を形成する。高抵抗層４１を加熱処理する加熱工程を行う。加熱処理された高抵抗層４１の上にパッシベーション層４２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶素子の製造方法及び液晶素子に関する。

従来、屈折率が可変な液晶レンズなどの液晶素子が提案されている。液晶素子には、駆動電圧を低くしたいという要望がある。これに鑑み、例えば特許文献１では、電極と液晶層との間に透明絶縁層が配されており、さらに透明絶縁層の液晶層に面する側の表面の上に高抵抗層が配された液晶レンズが提案されている。特許文献１に記載のように、高抵抗層を設けることにより液晶レンズの駆動電圧を低下させることができる。

特開２０１１−１７７４２号公報

しかしながら、本発明者が高抵抗層を有する液晶素子を実際に作製したところ、液晶素子の駆動電圧が経時的に変化することが判明した。

本発明は、駆動電圧が経時的に変化しにくい液晶素子を製造し得る方法を提供することを主な目的とする。

本発明に係る液晶素子の製造方法は、液晶層と、液晶層に電圧を印加する第１及び第２の電極と、第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極と液晶層との間に配された高抵抗層とを備える液晶素子の製造方法に関する。本発明に係る液晶素子の製造方法では、一主面上に第１または第２の電極が形成された基板を用意する。基板の一主面上に、第１または第２の電極のうち、いずれか一方の電極の少なくとも一部を覆うように高抵抗層を形成する。高抵抗層を加熱処理する加熱工程を行う。加熱処理された高抵抗層の上にパッシベーション層を形成する。

本発明において、「高抵抗層」とは、電気抵抗値が表面抵抗で１×１０^４Ω/□〜１×１０^１４Ω/□であり、第１及び第２の電極よりも高く、パッシベーション層よりも低い電気抵抗を有する膜のことをいう。

加熱工程において、高抵抗層の電気抵抗が変化しなくなるまで高抵抗層の加熱を行うことが好ましい。

ここで、「電気抵抗が変化しなくなる」とは、電気抵抗の２４時間あたりの変化率が、２０％以下となることをいう。

高抵抗層を、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種により構成することが好ましい。

高抵抗層を、真空蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤ法により形成することが好ましい。

パッシベーション層を、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム及びフッ化マグネシウムのうちの少なくとも一種により構成することが好ましい。

加熱工程において、高抵抗層を、５０℃〜４００℃で０．５時間〜２４時間加熱することが好ましい。

本発明に係る液晶素子は、液晶層と、第１及び第２の電極と、高抵抗層と、パッシベーション層を備えている。第１及び第２の電極は、液晶層に電圧を印加する。高抵抗層は、第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極の少なくとも一部を覆うように、電極と液晶層との間に配されている。パッシベーション層は、高抵抗層と液晶層との間に配されている。高抵抗層は、電気抵抗の２４時間あたりの変化率が２０％以下のものからなる。

本発明によれば、駆動電圧が経時的に変化しにくい液晶素子を製造し得る方法を提供することができる。

本発明の一実施形態において製造される液晶レンズの略図的断面図である。 第１の電極の略図的平面図である。

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、実施形態等において参照する各図面において、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、物体の寸法比率等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。

図１は、本実施形態において製造される液晶素子１の略図的断面図である。まず、図１を参照しながら、本実施形態において製造される液晶素子１の構成について説明する。

液晶素子１は、液晶レンズである。但し、本発明において、液晶素子は、液晶レンズに限定されず、液晶レンズ以外の種類の液晶素子であってもよい。

液晶素子１は、液晶分子を含む液晶層１１を備えている。液晶層１１は、第１及び第２の電極２１，２２により挟持されている。第１及び第２の電極２１，２２により、液晶層１１に電圧が印加され、これにより液晶素子１の屈折率が変化する。

より具体的には、液晶素子１は、相互に間隔をおいて対向するように配された第１の基板３１と第２の基板３２とを有する。第１の基板３１と第２の基板３２との間には、隔壁部材３４が配されている。この隔壁部材３４と第１及び第２の基板３１，３２とにより区画形成された空間に液晶層１１が設けられている。第１の基板３１、第２の基板３２及び隔壁部材３４は、例えばガラスにより構成することができる。第１の基板３１及び第２の基板３２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。液晶層１１の厚みは、要求される光学的パワーや応答速度等に応じて適宜選択することができる。液晶層１１の厚みは、例えば、１０μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

なお、第１の基板３１と第２の基板３２との間に少なくともひとつの中間板を配し、液晶層１１を厚み方向に沿って複数に分割してもよい。

第１の基板３１の液晶層１１側の主面３１ａの上には、第１の電極２１が配されている。一方、第２の基板３２の液晶層１１側の主面３２ａの上には、第２の電極２２が配されている。第２の電極２２は、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向している。第１及び第２の電極２１，２２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。

第１の電極２１は、円形の開口部２１ａ１を有する第１の電極部２１ａと、第１の電極部２１ａの開口部２１ａ１の内部に配された円形の第２の電極部２１ｂとを有する。

第１の電極２１の第１の電極部２１ａと、第２の電極２２との間には、電圧Ｖ１が印加される。一方、第１の電極２１の第２の電極部２１ｂと、第２の電極２２との間には、電圧Ｖ２が印加される。通常、第２の電極２２は、電位が０Ｖであるグラウンド電極とされている。このため、本実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のうち、電圧が印加された際に生じる電位の絶対値が大きい方の電極が、第１の電極２１となる。

第１及び第２の電極２１，２２のうちの、電圧が印加された際に生じる電位の絶対値が大きい方の電極である第１の電極２１と液晶層１１との間には、電気抵抗値が、表面抵抗で１×１０^４Ω/□〜１×１０^１４Ω/□であり、電極よりも高い高抵抗層４１が配されている。なお、高抵抗層４１と第１の電極２１との間には、高抵抗層４１と第１の電極２１とを絶縁する絶縁層が設けられていることが好ましい。絶縁層は、例えば酸化ケイ素や窒化ケイ素等により構成することができる。

高抵抗層４１は、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種により構成されていることが好ましい。

なお、高抵抗層４１は、単一の高抵抗層により構成されていてもよいし、複数の高抵抗層の積層体により構成されていてもよい。高抵抗層４１が、複数の高抵抗層の積層体により構成されている場合は、複数の高抵抗層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

高抵抗層４１の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。

高抵抗層４１と液晶層１１との間には、パッシベーション層４２が配されている。このパッシベーション層４２によって高抵抗層４１は実質的に全体が覆われており、高抵抗層４１が液晶層１１から隔離されている。図示は省略するが、パッシベーション層４２の上には、配向膜が配されている。この配向膜によりパッシベーション層４２が覆われている。同様に、第２の電極２２の上には、第２の電極２２を覆うように配向膜が配されている。これら配向膜により液晶層１１における液晶分子の配向がなされている。なお、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。

パッシベーション層４２は、無機酸化物誘電体及び無機フッ化物誘電体の少なくとも一方により構成されていることが好ましい。好ましく用いられる無機酸化物誘電体の具体例としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ジルコニウムのうち少なくとも一種が挙げられる。好ましく用いられる無機フッ化物誘電体の具体例としては、例えば、フッ化マグネシウムが挙げられる。

パッシベーション層４２は、単一の誘電体層により構成されていてもよいし、複数の誘電体層の積層体により構成されていてもよい。パッシベーション層４２が複数の誘電体層の積層体により構成されている場合は、複数の誘電体層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

パッシベーション層４２の厚みは、１ｎｍ〜２μｍ程度であることが好ましく、１００ｎｍ〜１．５μｍ程度であることがより好ましい。

次に、液晶素子１の製造方法の一例について説明する。但し、本発明は、以下の製造方法に限定されない。

まず、主面３１ａ上に第１の電極２１が形成された第１の基板３１を用意する。第１の電極２１は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成することができる。

次に、第１の基板３１の主面３１ａ上に、第１の電極２１の少なくとも一部を覆うように高抵抗層４１を形成する。詳細には、第１の電極２１の上に絶縁層を形成した後に、高抵抗層４１を形成する。

高抵抗層４１は、例えば、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種により構成することができる。

高抵抗層４１の形成方法は特に限定されないが、高抵抗層４１は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより好ましく形成される。

なお、図示は省略するが、本実施形態においては、高抵抗層４１を形成する前に、第１の電極２１の上に絶縁層を形成する。この絶縁層により高抵抗層４１と第１の電極２１とが電気的に絶縁される。

絶縁層は、無機酸化物誘電体及び無機フッ化物誘電体の少なくとも一方により構成されていることが好ましい。好ましく用いられる無機酸化物誘電体の具体例としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ジルコニウムのうち少なくとも一種が挙げられる。好ましく用いられる無機フッ化物誘電体の具体例としては、例えば、フッ化マグネシウムが挙げられる。

絶縁層は、単一の誘電体層により構成されていてもよいし、複数の誘電体層の積層体により構成されていてもよい。絶縁層が複数の誘電体層の積層体により構成されている場合は、複数の誘電体層は、相互に同じ材料からなるものであってもよいし、相互に異なる材料からなるものであってもよい。

次に、高抵抗層４１を加熱処理する加熱工程を行う。高抵抗層４１を加熱処理すると、高抵抗層４１の電気抵抗が低下していく。所定の電気抵抗にまで低下した後は、加熱処理を継続しても高抵抗層４１の電気抵抗は変化しない。加熱工程において、高抵抗層４１の電気抵抗が変化しなくなるまで高抵抗層４１を加熱することが好ましい。

加熱工程における高抵抗層４１の加熱温度は、例えば、５０℃〜４００℃程度であることが好ましく、５０℃〜２００℃であることがより好ましい。加熱工程における高抵抗層４１の加熱時間は、例えば、０．５時間〜２４時間程度であることが好ましく、１時間〜１２時間であることがより好ましい。高抵抗層４１の加熱雰囲気は、例えば、大気圧、空気であることが好ましい。

このように、電気抵抗が変化しなくなるまで加熱処理すると、高抵抗層４１の電気抵抗の２４時間あたりの変化率が２０％以下の高抵抗層４１が得られやすくなる。なお、液晶素子１において、高抵抗層４１を電気抵抗の２４時間あたりの変化率が２０％以下とすることで、駆動電圧の経時変化をより効果的に抑制でき、レンズ特性の安定化を図ることが可能となる。

特に、高抵抗層４１の電気抵抗は、液晶素子１を製造した時点から２４時間以内に２０％以上変化しないことが好ましい。

次に、加熱処理された高抵抗層４１の上に、パッシベーション層４２を形成する。

パッシベーション層４２は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム及びフッ化マグネシウムのうちの少なくとも一種により構成することができる。

パッシベーション層４２の形成方法は特に限定されないが、パッシベーション層４２は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより好ましく形成される。

次に、パッシベーション層４２の上に、配向膜を形成する。

次に、主面３２ａの上に、第２の電極２２や配向膜が形成された第２の基板３２と、第１の基板３１とを、各々の配向膜が対向するように、隔壁部材３４を介して対向させセルを形成する。基板３１，３２と隔壁部材３４とを、例えば、陽極接合等により接合してもよいし、接着剤を用いて接着してもよい。

次に、セル内に液晶を注入し、封止することにより液晶層１１を形成する。

以上の工程により液晶素子１を完成させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、高抵抗層４１を熱処理し、その後、高抵抗層４１の上にパッシベーション層４２を形成する。このため、製造された液晶素子１の駆動電圧が変化しにくい。また、液晶素子１の駆動電圧の製造ばらつきを小さくすることができる。このような効果が得られる理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。

パッシベーション層４２を形成しない場合は、高抵抗層４１が、液晶層に含まれる液晶や溶媒、酸素などと接触することにより、高抵抗層４１が変性し、その結果、高抵抗層４１の電気抵抗が変化するものと考えられる。それに伴い、液晶素子１の駆動電圧が変化するものと考えられる。

本実施形態のように、高抵抗層４１を加熱処理することにより、高抵抗層４１を予め変性させておくことができるため、液晶素子１において高抵抗層４１が変性し難くなるものと考えられる。さらに、高抵抗層４１の上にパッシベーション層４２を形成しておくことにより、高抵抗層４１と、液晶層１１に含まれる液晶や溶媒、酸素などとの接触を抑制することができる。従って、液晶素子１において高抵抗層４１の電気抵抗が経時的に変化しなくなるため、駆動電圧の経時変化を抑制できるものと考えられる。

液晶素子１の駆動電圧の経時変化をより効果的に抑制する観点からは、加熱工程において、高抵抗層４１の電気抵抗が変化しなくなるまで高抵抗層４１の加熱を行うことが好ましい。

また、本実施形態の製造方法によれば、加熱工程における高抵抗層４１の加熱温度及び加熱時間を調整することにより、高抵抗層４１の電気抵抗を所望の電気抵抗に高精度に合わせ込むことができる。従って、所望の駆動電圧の液晶素子１を、小さな駆動電圧のばらつきで製造し得る。

（実施例１〜３及び比較例）
表１に示す条件で、上記実施形態に係る液晶素子１を上記実施形態において説明した方法により作製した。

（評価）
次に、実施例１〜３及び比較例のそれぞれにおいて作製した液晶素子に対して、液晶素子が駆動するように電圧を印加し、６００秒後の駆動電圧が、１秒後の駆動電圧の±１０％の範囲内である場合は「変化なし」とし、６００秒後の駆動電圧が、１秒後の駆動電圧の１０％よりも高いか、１０％よりも低い場合に「変化あり」とした。

１…液晶素子
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ１…開口部
２１ａ…第１の電極部
２１ｂ…第２の電極部
２２…第２の電極
３１…第１の基板
３１ａ…主面
３２…第２の基板
３２ａ…主面
３４…隔壁部材
４１…高抵抗層
４２…パッシベーション層

Claims (7)

1. 液晶層と、
   前記液晶層に電圧を印加する第１及び第２の電極と、
   前記第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極と前記液晶層との間に配された高抵抗層と、
   を備える液晶素子の製造方法であって、
   一主面上に第１または第２の電極が形成された基板を用意する工程と、
   前記基板の一主面上に、前記第１または第２の電極のうち、いずれか一方の電極の少なくとも一部を覆うように高抵抗層を形成する工程と、
   前記高抵抗層を加熱処理する加熱工程と、
   前記加熱処理された高抵抗層の上にパッシベーション層を形成する工程と、
   を備える、液晶素子の製造方法。
2. 前記加熱工程において、前記高抵抗層の電気抵抗が変化しなくなるまで前記高抵抗層の加熱を行う、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
3. 前記高抵抗層を、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、シリコン亜鉛酸化物、スズ亜鉛酸化物、ホウ素亜鉛酸化物及びゲルマニウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも一種により構成する、請求項１または２に記載の液晶素子の製造方法。
4. 前記高抵抗層を、真空蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤ法により形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶素子の製造方法。
5. 前記パッシベーション層を、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム及びフッ化マグネシウムのうちの少なくとも一種により構成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶素子の製造方法。
6. 前記加熱工程において、前記高抵抗層を、５０℃〜４００℃で０．５時間〜２４時間加熱する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶素子の製造方法。
7. 液晶層と、
   前記液晶層に電圧を印加する第１及び第２の電極と、
   前記第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極と前記液晶層との間に配された高抵抗層と、
   前記高抵抗層と前記液晶層との間に配されたパッシベーション層と、
   を備える液晶素子であって、
   前記高抵抗層は、２４時間あたりの電気抵抗の変化率が２０％以下である液晶素子。

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