JP2014035470A - 液晶素子及び液晶素子用セル - Google Patents

Abstract

【課題】優れた光学特性を有する液晶素子を提供する。
【解決手段】液晶素子１は、筐体３０と、液晶層１１と、第１の配向膜５１と、第２の配向膜５２とを備える。筐体３０は、第１の主壁部３１と、第２の主壁部３２と、側壁部３４とを有する。側壁部３４は、第１の主壁部３１と第２の主壁部３２とを接続している。側壁部３４は、第１及び第２の主壁部３１，３２と共に内部空間３０ａを区画形成している。液晶層１１は、内部空間３０ａに配されている。第１の配向膜５１は、第１の主壁部３１の液晶層１１側の表面３１ａの上に配されている。第２の配向膜５２は、第２の主壁部３２の液晶層１１側の表面３２ａの上に配されている。第１の配向膜５１及び第２の配向膜５２は、少なくとも一部がラビング処理されている。第１の配向膜５１のラビング処理された部分が側壁部３４から離間している。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶素子及び液晶素子用セルに関する。

従来、例えば特許文献１などにおいて、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。

特開２０１１−１７７４２号公報

液晶素子の光学特性を向上したいという要望がある。

本発明は、優れた光学特性を有する液晶素子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は、筐体と、液晶層と、第１の配向膜と、第２の配向膜とを備える。筐体は、第１の主壁部と、第２の主壁部と、側壁部とを有する。第２の主壁部は、第１の主壁部と対向している。側壁部は、第１の主壁部と第２の主壁部とを接続している。側壁部は、第１及び第２の主壁部と共に内部空間を区画形成している。液晶層は、内部空間に配されている。第１の配向膜は、第１の主壁部の液晶層側の表面の上に配されている。第２の配向膜は、第２の主壁部の液晶層側の表面の上に配されている。第１の配向膜及び第２の配向膜のそれぞれは、少なくとも一部がラビング処理されている。第１の配向膜のラビング処理された部分が側壁部から離間している。

第１の配向膜のラビング処理された部分の径が液晶層の径よりも小さいことが好ましい。

第１の配向膜のラビング処理された部分と側壁部との間の最短距離が、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

第１の配向膜のラビング処理された部分の径が、液晶層の径の０．７倍〜０．９倍の範囲内にあることが好ましい。

第１の配向膜の径が液晶層の径よりも小さくてもよい。

第１の配向膜が側壁部に至っていてもよい。

本発明に係る液晶素子は、第２の配向膜のラビング処理された部分が側壁部から離間していることが好ましい。

第２の配向膜のラビング処理された部分の径が液晶層の径よりも小さいことが好ましい。

本発明に係る液晶素子用セルは、筐体と、第１の配向膜と、第２の配向膜とを備える。筐体は、第１の主壁部と、第２の主壁部と、側壁部とを有する。第２の主壁部は、第１の主壁部と対向している。側壁部は、第１の主壁部と第２の主壁部とを接続している。側壁部は、第１及び第２の主壁部と共に液晶が注入される内部空間を区画形成している。第１の配向膜は、第１の主壁部の液晶層側の表面の上に配されている。第２の配向膜は、第２の主壁部の液晶層側の表面の上に配されている。第１の配向膜及び第２の配向膜のそれぞれは、少なくとも一部がラビング処理されている。第１の配向膜のラビング処理された部分が側壁部から離間している。

本発明によれば、優れた光学特性を有する液晶素子を提供することができる。

本発明の一実施形態実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 本発明の一実施形態における第１の電極の略図的平面図である。 実施例における液晶層の波面収差の写真である。 比較例における液晶層の波面収差の写真である。

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、液晶レンズである。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、これにより液晶層１１の屈折率が変化し、液晶素子１の光学的パワーが変化する。

液晶素子１において、液晶層１１は、筐体３０に設けられた内部空間３０ａに配されている。筐体３０は、透光性の第１の主壁部３１と、透光性の第２の主壁部３２と、側壁部３４とを有する。第１の主壁部３１と第２の主壁部３２とは、相互に間隔をおいて対向するように配されている。第１の主壁部３１と第２の主壁部３２との間には、側壁部３４が配されている。第１の主壁部３１と第２の主壁部３２とは、側壁部３４により接続されている。この側壁部３４と第１及び第２の主壁部３１，３２とにより内部空間３０ａが区画形成されている。液晶素子１が液晶レンズである場合は、内部空間３０ａは、通常、円柱状である。すなわち、内部空間３０ａの平面視形状は円形である。なお、本明細書において、「平面視」とは、液晶素子１の光軸の延びる方向から視ることをいう。

第１の主壁部３１及び第２の主壁部３２の厚みは、それぞれ、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。側壁部３４の厚みは、得ようとする光学的パワーにより決定される液晶層１１の厚みや、液晶層１１に要求される応答速度等に応じて適宜設定することができる。側壁部３４の厚みは、例えば、１０μｍ〜８０μｍ程度とすることができる。

第１の主壁部３１の液晶層１１側の表面３１ａの上には、第１の電極２１が配されている。一方、第２の主壁部３２の液晶層１１側の表面３２ａの上には、第２の電極２２が、液晶層１１を介して第１の電極２１と対向するように配されている。第１及び第２の電極２１，２２は、それぞれ、透明電極である。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。

なお、第１の主壁部３１の上に第２の電極２２が設けられており、第２の主壁部３２の上に第１の電極２１が設けられていてもよい。

図２に示されるように、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。一方、第２の電極２２は、第１及び第２の電極部２１ａ、２１ｂに対向するように面状に設けられている。

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は、第１の電極２１となる。

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、電極よりも高く、後述する無機誘電体層４２よりも低い電気抵抗を有する高抵抗層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を含むことが好ましい。

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、無機誘電体層４２が配されている。この無機誘電体層４２によって高抵抗層４１の実質的に全体が覆われている。

無機誘電体層４２は、無機酸化物誘電体層及び無機フッ化物誘電体層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。無機酸化物誘電体層は、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少なくとも一種を含むことが好ましい。無機フッ化物誘電体層は、フッ化マグネシウムを含むことが好ましい。

無機誘電体層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。無機誘電体層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。

無機誘電体層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。

第１の主壁部３１の液晶層１１側の表面３１ａの上には、配向膜５１が配されている。具体的には、配向膜５１は、表面３１ａの上方において、無機誘電体層４２の上に配されている。第２の主壁部３２の液晶層１１側の表面３２ａの上には、配向膜５２が配されている。配向膜５２は、表面３２ａの上方において、第２の電極２２の上に配されている。配向膜５１，５２は、液晶層１１に面している。

配向膜５１，５２のそれぞれの少なくとも一部は、ラビング処理されている。これら配向膜５１，５２によって液晶層１１中の液晶分子の配向が決定されている。

本実施形態の液晶素子１では、配向膜５１，５２のラビング処理された部分の径が液晶層１１の径（＝内部空間３０ａの径）よりも小さく、配向膜５１，５２のラビング処理された部分は、側壁部３４から離間している。すなわち、液晶層１１の平面視における周縁部には、配向膜５１，５２のラビング処理された部分が配されていない。このため、液晶層１１の周縁部におけるディスクリネーションの発生を抑制することができる。従って、優れた光学特性を有する液晶素子１を実現することができる。

図３は、配向膜のラビング処理された部分の径が液晶層の径の０．８倍であり、配向膜のラビング処理された部分が側壁部から離間している実施例における液晶層の波面収差の写真である。図４は、配向膜のラビング処理された部分の径と液晶層の径とが等しく、配向膜のラビング処理された部分が側壁部にまで至っている比較例における液晶層の波面収差の写真である。図３及び図４に示す波面収差の写真からも、配向膜５１，５２のラビング処理された部分を側壁部３４から離間することによって液晶素子１の光学特性を改善できることが分かる。

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。すなわち、配向膜のラビング処理された部分が側壁部にまで至っている場合は、ラビング処理された配向膜の周縁部（側壁部周辺部）の液晶分子の配向方向は側壁部の影響も受けるため、側壁部周辺（液晶層１１の周縁部）に様々な配向方向の液晶分子が混在することになるが、ラビング処理された部分を側壁部から離間することで、ラビング処理された部分の液晶分子は側壁部の影響も受けにくくなり、液晶層１１の周縁部におけるディスクリネーションの発生を抑制することができる。

より優れた光学特性を実現する観点からは、配向膜５１，５２のラビング処理された部分と側壁部との間の最短距離が０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．２５ｍｍ〜０．４ｍｍであることがより好ましい。また、配向膜５１，５２のラビング処理された部分の径が、液晶層１１の径の０．７倍〜０．９倍であることが好ましく、０．７５倍〜０．８５倍であることがより好ましい。

なお、配向膜５１，５２のラビング処理された部分の径を液晶層１１の径よりも小さくする方法としては、例えば、配向膜５１，５２自体の径を液晶層１１の径よりも小さくする方法や、配向膜５１，５２の一部のみをラビング処理する方法が挙げられる。配向膜５１，５２の一部のみをラビング処理する場合、配向膜５１，５２の一部が側壁部３４の上に形成されていてもよい。

（変形例）
複数の液晶素子が一体化され、複数の液晶層を有する素子を構成していてもよい。その場合、隣り合う液晶素子の一方の液晶素子の第１の主壁部と他方の液晶素子の第２の主壁部とが一体化された状態となる。また、複数の液晶層は、主壁部を貫通する貫通孔により連通していてもよい。その場合、複数の液晶層における内圧の差を小さくすることができる。

また、本発明の液晶素子は、液晶レンズ以外の液晶素子であってもよい。

１…液晶素子
１１…液晶層
２１…第１の電極
２１ａ…第１の電極部
２１ａ１…開口部
２１ｂ…第２の電極部
２２…第２の電極
３０…筐体
３０ａ…内部空間
３１…第１の主壁部
３２…第２の主壁部
３４…側壁部
４１…高抵抗層
４２…無機誘電体層
５１，５２…配向膜

Claims (9)

1. 第１の主壁部と、前記第１の主壁部と対向する第２の主壁部と、前記第１の主壁部と前記第２の主壁部とを接続しており、前記第１及び第２の主壁部と共に内部空間を区画形成している側壁部とを有する筐体と、
   前記内部空間に配された液晶層と、
   前記第１の主壁部の前記液晶層側の表面の上に配されており、少なくとも一部がラビング処理された第１の配向膜と、
   前記第２の主壁部の前記液晶層側の表面の上に配されており、少なくとも一部がラビング処理された第２の配向膜と、
   を備え、
   前記第１の配向膜のラビング処理された部分が前記側壁部から離間している、液晶素子。
2. 前記第１の配向膜のラビング処理された部分の径が前記液晶層の径よりも小さい、請求項１に記載の液晶素子。
3. 前記第１の配向膜のラビング処理された部分と前記側壁部との間の最短距離が、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内にある、請求項１または２に記載の液晶素子。
4. 前記第１の配向膜のラビング処理された部分の径が、前記液晶層の径の０．７倍〜０．９倍の範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶素子。
5. 前記第１の配向膜の径が前記液晶層の径よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶素子。
6. 前記第１の配向膜が前記側壁部に至っている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶素子。
7. 前記第２の配向膜のラビング処理された部分が前記側壁部から離間している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶素子。
8. 前記第２の配向膜のラビング処理された部分の径が前記液晶層の径よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液晶素子。
9. 第１の主壁部と、前記第１の主壁部と対向する第２の主壁部と、前記第１の主壁部と前記第２の主壁部とを接続しており、前記第１及び第２の主壁部と共に液晶が注入される内部空間を区画形成している側壁部とを有する筐体と、
   前記第１の主壁部の前記内部空間側の表面の上に配されており、少なくとも一部がラビング処理された第１の配向膜と、
   前記第２の主壁部の前記液晶層側の表面の上に配されており、少なくとも一部がラビング処理された第２の配向膜と、
   を備え、
   前記第１の配向膜のラビング処理された部分が前記側壁部から離間している、液晶素子用セル。