WO2013061729A1 - 液晶素子及び液晶素子用セル - Google Patents

液晶素子及び液晶素子用セル Download PDF

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layer
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crystal element
dielectric layer
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角見　昌昭
田中　宏和
和田　正紀
義正 山口
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日本電気硝子株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02F1/294—Variable focal length devices

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal element and a cell for a liquid crystal element.
  • liquid crystal elements such as liquid crystal lenses having a variable refractive index have been proposed.
  • a liquid crystal element to lower the driving voltage.
  • a transparent insulating layer is disposed between the electrode and the liquid crystal layer, and a high resistance layer is disposed on the surface of the transparent insulating layer facing the liquid crystal layer.
  • Liquid crystal lenses have been proposed.
  • the driving voltage of the liquid crystal lens can be lowered by providing a high resistance layer.
  • the main object of the present invention is to provide a liquid crystal element having a low driving voltage and a high response speed.
  • the liquid crystal element according to the present invention includes a liquid crystal layer, first and second electrodes, a high resistance layer, and an inorganic dielectric layer.
  • the first and second electrodes apply a voltage to the liquid crystal layer.
  • the high resistance layer is disposed between one of the first and second electrodes and the liquid crystal layer.
  • the inorganic dielectric layer is disposed between the high resistance layer and the liquid crystal layer.
  • the “high resistance layer” means an electric resistance value of 1 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ to 1 ⁇ 10 14 ⁇ / ⁇ in surface resistance, which is higher than those of the first and second electrodes, and is an inorganic dielectric.
  • the liquid crystal element according to the present invention further includes at least one intermediate plate that is disposed in the liquid crystal layer and divides the liquid crystal layer in the thickness direction.
  • the inorganic dielectric layer is preferably composed of at least one of an inorganic oxide dielectric layer and an inorganic fluoride dielectric layer.
  • the inorganic oxide dielectric layer preferably contains at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide and zirconium oxide.
  • the inorganic fluoride dielectric layer preferably contains magnesium fluoride.
  • the high resistance layer is made of zinc oxide, aluminum zinc oxide, indium tin oxide, antimony tin oxide, gallium zinc oxide, silicon zinc oxide, tin zinc oxide, boron zinc oxide and germanium zinc oxide. It is preferable to include at least one kind.
  • the cell for a liquid crystal element according to the present invention is a cell that becomes a liquid crystal element by injecting liquid crystal.
  • the cell for a liquid crystal element according to the present invention includes a space for forming a liquid crystal layer, first and second electrodes, a high resistance layer, and an inorganic dielectric layer.
  • the high resistance layer is disposed between one of the first and second electrodes and the space.
  • the inorganic dielectric layer is disposed between the high resistance layer and the space.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal lens according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the first electrode in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal lens according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a wavefront aberration immediately after the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the example.
  • FIG. 5 shows wavefront aberrations after 180 days from the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the example.
  • FIG. 6 is a wavefront aberration immediately after manufacturing the liquid crystal element manufactured in the comparative example.
  • FIG. 7 shows wavefront aberrations after 180 days from the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal element 1 according to the first embodiment.
  • the liquid crystal element 1 is a liquid crystal lens.
  • the liquid crystal element 1 includes a liquid crystal layer 11 containing liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal layer 11 is sandwiched between the first and second electrodes 21 and 22.
  • a voltage is applied to the liquid crystal layer 11 by the first and second electrodes 21 and 22, whereby the refractive index of the liquid crystal element 1 changes.
  • the liquid crystal element 1 includes a first substrate 31 and a second substrate 32 arranged to face each other with a space therebetween.
  • a partition wall member 34 is disposed between the first substrate 31 and the second substrate 32.
  • the liquid crystal layer 11 is provided in a space defined by the partition member 34 and the first and second substrates 31 and 32.
  • At least one intermediate plate 33 is disposed between the first substrate 31 and the second substrate 32. Specifically, in the present embodiment, one intermediate plate 33 is provided.
  • the intermediate plate 33 divides the liquid crystal layer 11 into a first liquid crystal layer 11a and a second liquid crystal layer 11b along the thickness direction z.
  • the first substrate 31, the second substrate 32, the intermediate plate 33, and the partition member 34 can be made of glass, for example.
  • the intermediate plate 33 may be provided with a communication port that allows the first liquid crystal layer 11a and the second liquid crystal layer 11b to communicate with each other. By doing so, pressure variation between the first liquid crystal layer 11a and the second liquid crystal layer 11b can be reduced.
  • An injection port for injecting liquid crystal may be provided in at least one of the first and second substrates 31 and 32, or may be provided in the partition wall member 34.
  • the thickness of the first substrate 31 and the second substrate 32 can be, for example, about 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the thickness of the intermediate plate 33 can be set to about 5 ⁇ m to 80 ⁇ m, for example.
  • the thickness of the partition member 34 can be appropriately set according to the thickness of the liquid crystal layers 11a and 11b determined by the optical power to be obtained, the response speed required for the liquid crystal layers 11a and 11b, and the like.
  • the thickness of the partition member 34 can be set to, for example, about 10 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the first electrode 21 is disposed on the surface 31 a of the first substrate 31 on the liquid crystal layer 11 side.
  • the second electrode 22 is disposed so as to face the first electrode 21 with the liquid crystal layer 11 interposed therebetween.
  • the first and second electrodes 21 and 22 can be made of a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), for example.
  • the first electrode 21 includes a first electrode portion 21a having a circular opening 21a1 and a circular second electrode portion 21b disposed inside the opening 21a1 of the first electrode portion 21a.
  • the second electrode 22 is provided in a planar shape so as to face the first and second electrode portions 21a and 21b.
  • the voltage V 1 is applied between the first electrode portion 21 a of the first electrode 21 and the second electrode 22.
  • a voltage V ⁇ b> 2 is applied between the second electrode portion 21 b of the first electrode 21 and the second electrode 22.
  • the second electrode 22 is a ground electrode having a potential of 0V. Therefore, in the present embodiment, of the first and second electrodes 21 and 22, the electrode having the larger absolute value of the potential generated when a voltage is applied is the first electrode 21.
  • An insulating layer that insulates the high resistance layer 41 from the first electrode 21 is preferably provided between the high resistance layer 41 and the first electrode 21.
  • the insulating layer can be made of, for example, silicon oxide or silicon nitride.
  • the high resistance layer 41 is made of zinc oxide, aluminum zinc oxide, indium tin oxide, antimony tin oxide, gallium zinc oxide, silicon zinc oxide, tin zinc oxide, boron zinc oxide, and germanium zinc oxide. It is preferable to include at least one of them.
  • the high resistance layer 41 may be comprised by the single high resistance layer, and may be comprised by the laminated body of several high resistance layers.
  • the high resistance layer 41 is configured by a laminate of a plurality of high resistance layers, the plurality of high resistance layers may be made of the same material or different materials. It may be.
  • the thickness of the high resistance layer 41 is preferably 10 nm to 300 nm, for example.
  • An inorganic dielectric layer 42 is disposed between the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11.
  • the inorganic dielectric layer 42 covers substantially the entire high resistance layer 41.
  • an alignment film is disposed between the inorganic dielectric layer 42 and the liquid crystal layer 11a.
  • the inorganic dielectric layer 42 is covered with this alignment film.
  • an alignment film is disposed between the second electrode 22 and the liquid crystal layer 11b so as to cover the second electrode 22.
  • An alignment film is also disposed on both surfaces of the intermediate plate 33. These alignment films align the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 11.
  • the alignment film can be composed of, for example, a rubbed polyimide film.
  • the inorganic dielectric layer 42 is preferably composed of at least one of an inorganic oxide dielectric layer and an inorganic fluoride dielectric layer.
  • the inorganic oxide dielectric layer preferably contains at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide and zirconium oxide.
  • the inorganic fluoride dielectric layer preferably contains magnesium fluoride.
  • the inorganic dielectric layer 42 may be composed of a single dielectric layer or a laminate of a plurality of dielectric layers.
  • the plurality of dielectric layers may be made of the same material or different materials. It may be.
  • the thickness of the inorganic dielectric layer 42 is preferably about 1 nm to 2 ⁇ m, and more preferably about 100 nm to 1.5 ⁇ m.
  • the high resistance layer 41 is disposed between the first electrode 21 and the liquid crystal layer 11. For this reason, a low drive voltage is realizable.
  • the inorganic dielectric layer 42 is disposed between the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11, and the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11 are isolated. For this reason, high-speed response can be realized.
  • the refractive index of the liquid crystal element is changed when the applied voltage between the first and second electrodes is changed by a predetermined voltage. The time required for the change was about 4 to 5 seconds. On the other hand, in the liquid crystal element 1, it was about 0.1 seconds to 0.5 seconds. From this result, it can be seen that by providing the inorganic dielectric layer 42, for example, the response speed can be increased to several tens of times.
  • the high resistance layer 41 is provided between the first electrode 21 and the liquid crystal layer 11, and the inorganic dielectric layer 42 is provided between the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11.
  • the liquid crystal element 1 having a low drive voltage and a fast response speed can be realized.
  • the electric field distribution changes, and the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 11 changes accordingly.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer 11 changes.
  • the inorganic dielectric layer 42 is not provided, the high-resistance layer, which is a conductor, and the liquid crystal layer are in contact with each other, so that the change in electric field distribution is slow. As a result, the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer gradually changes.
  • the inorganic dielectric layer in the liquid crystal layer, the change in the orientation of the liquid crystal molecules accompanying the change in the electric field distribution gradually occurs, so that the voltage between the first electrode and the second electrode is increased. It is considered that the response speed of the liquid crystal element becomes slow when the value is changed.
  • the high resistance layer 41 and the liquid crystal layer 11 are isolated by the inorganic dielectric layer 42.
  • the liquid crystal layer 11 is in contact with an inorganic dielectric layer 42 that is not a conductor. For this reason, even if the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 11 changes and the dielectric constant of the liquid crystal layer 11 changes, it is considered that the change in the electric field distribution is fast. As a result, the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer changes immediately.
  • the inorganic dielectric layer is provided, in the liquid crystal layer, the change in the orientation of the liquid crystal molecules accompanying the change in the electric field distribution occurs immediately, so that the voltage between the first electrode and the second electrode is increased. It is considered that the response speed of the liquid crystal element is increased when the value is changed.
  • the inorganic dielectric layer 42 by disposing the inorganic dielectric layer 42 so as to cover the high resistance layer 41, it is possible to suppress a change in electric resistance of the high resistance layer 41 with time. Accordingly, it is possible to suppress changes over time in characteristics such as the driving voltage of the liquid crystal element 1.
  • FIG. 4 shows the wavefront aberration immediately after the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the example.
  • FIG. 5 shows wavefront aberrations after 180 days from the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the example.
  • FIG. 6 is a wavefront aberration immediately after manufacturing the liquid crystal element manufactured in the comparative example.
  • FIG. 7 shows wavefront aberrations after 180 days from the manufacture of the liquid crystal element manufactured in the comparative example.
  • a zinc oxide film containing Al is provided as the high resistance layer 41, and a silicon oxide layer (thickness 125 nm) is provided as the inorganic dielectric layer 42.
  • the inorganic dielectric layer was not provided.
  • the thickness of each of the liquid crystal layers 11a and 11b is reduced while the entire thickness of the liquid crystal layer 11 is increased. can do. Therefore, further high-speed response can be realized.
  • the liquid crystal layer may be divided into, for example, three or more liquid crystal layers.
  • the liquid crystal layer may be divided into, for example, four liquid crystal layers.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • a stacked body of a plurality of high resistance layers may be provided.
  • a laminate of a plurality of inorganic dielectric layers may be provided.
  • the laminated body of the some inorganic dielectric material layer may comprise the reflection suppression layer which suppresses interface reflection.
  • a laminate of a plurality of inorganic dielectric layers is provided so as to be in contact with a low refractive index layer having a relatively low refractive index, and a high refractive index layer having a relatively high refractive index. And may be included.
  • the liquid crystal element may have a single liquid crystal layer 11 without the intermediate plate.
  • the liquid crystal element of the present invention may be a liquid crystal element other than a liquid crystal lens.

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Abstract

　駆動電圧が低く、且つ、応答速度が速い液晶素子を提供する。　液晶素子１は、液晶層１１と、第１及び第２の電極２１，２２と、高抵抗層４１と、無機誘電体層４２とを備えている。第１及び第２の電極２１，２２は、液晶層１１に電圧を印加する。高抵抗層４１は、第１及び第２の電極２１，２２のうち、いずれか一方の電極２１と液晶層１１との間に配されている。無機誘電体層４２は、高抵抗層４１と液晶層１１との間に配されている。

Description

液晶素子及び液晶素子用セル
　本発明は、液晶素子及び液晶素子用セルに関する。
　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、特許文献１に記載の液晶レンズには、応答速度が遅いという問題がある。
　本発明は、駆動電圧が低く、且つ、応答速度が速い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、液晶層と、第１及び第２の電極と、高抵抗層と、無機誘電体層とを備えている。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と液晶層との間に配されている。無機誘電体層は、高抵抗層と液晶層との間に配されている。
　本発明において、「高抵抗層」とは、電気抵抗値が表面抵抗で１×１０４Ω/□～１×１０１４Ω/□であり、第１及び第２の電極よりも高く、無機誘電体層よりも低い電気抵抗を有する膜のことをいう。
　本発明に係る液晶素子は、液晶層内に配されており、液晶層を厚み方向に分割する少なくともひとつの中間板をさらに備えることが好ましい。
　無機誘電体層は、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。
　高抵抗層は、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。
　第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極は、開口部を有する第１の電極部と、第１の電極部内に配された第２の電極部とを有することが好ましい。
　本発明に係る液晶素子用セルは、液晶を注入することにより液晶素子となるセルである。本発明に係る液晶素子用セルは、液晶層を形成するための空間部と、第１及び第２の電極と、高抵抗層と、無機誘電体層とを備える。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と空間部との間に配されている。無機誘電体層は、高抵抗層と空間部との間に配されている。
　本発明によれば、駆動電圧が低く、且つ、応答速度が速い液晶素子を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 図２は、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。 図３は、第２の実施形態に係る液晶レンズの略図的断面図である。 図４は、実施例において製造した液晶素子の製造直後の波面収差である。 図５は、実施例において製造した液晶素子の製造から１８０日経過後の波面収差である。 図６は、比較例において製造した液晶素子の製造直後の波面収差である。 図７は、比較例において製造した液晶素子の製造から１８０日経過後の波面収差である。
　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、第１の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と第２の基板３２との間には、少なくともひとつの中間板３３が配されている。具体的には、本実施形態では、ひとつの中間板３３が設けられている。この中間板３３によって液晶層１１が、厚み方向ｚに沿って、第１の液晶層１１ａと第２の液晶層１１ｂとに分割されている。第１の基板３１、第２の基板３２、中間板３３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。
　中間板３３には、第１の液晶層１１ａと第２の液晶層１１ｂとを連通させる連通口が設けられていてもよい。そうすることにより、第１の液晶層１１ａと第２の液晶層１１ｂとの間における圧力ばらつきを小さくすることができる。
　なお、液晶を注入するための注入口は、第１及び第２の基板３１，３２の少なくとも一方に設けられていてもよいし、隔壁部材３４に設けられていてもよい。
　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。中間板３３の厚みは、例えば、５μｍ～８０μｍ程度とすることができる。隔壁部材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１１ａ、１１ｂの厚みや、液晶層１１ａ、１１ｂ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。隔壁部材３４の厚みは、例えば、１０μｍ～８０μｍ程度とすることができる。
　第１の基板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の基板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、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。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１×１０４Ω/□～１×１０１４Ω/□であり、第１の電極よりも高く、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。図示は省略するが、無機誘電体層４２と液晶層１１ａとの間には、配向膜が配されている。この配向膜により無機誘電体層４２が覆われている。同様に、第２の電極２２と液晶層１１ｂとの間には、第２の電極２２を覆うように配向膜が配されている。また、中間板３３の両面の上にも、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。
　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。
　以上説明したように、液晶素子１では、第１の電極２１と液晶層１１との間に、高抵抗層４１が配されている。このため、低い駆動電圧を実現することができる。
　さらに、液晶素子１では、高抵抗層４１と液晶層１１との間に無機誘電体層４２が配されており、高抵抗層４１と液晶層１１とが隔離されている。このため、高速応答性を実現することができる。例えば無機誘電体層４２を設けないこと以外は実質的に同様の構成を有する液晶素子において第１及び第２の電極間の印加電圧を所定の電圧だけ変化させたときに液晶素子の屈折率の変化に要した時間は、４秒～５秒程度であった。それに対して、液晶素子１では、０．１秒～０．５秒程度であった。この結果から、無機誘電体層４２を設けることにより、例えば、応答速度を数十倍程度に高めることができることが分かる。
　すなわち、本実施形態のように、第１の電極２１と液晶層１１との間に高抵抗層４１を設けると共に、高抵抗層４１と液晶層１１との間に無機誘電体層４２を設けることにより、駆動電圧が低く、応答速度が速い液晶素子１を実現することができる。
　高抵抗層４１と液晶層１１との間に無機誘電体層４２を配することにより応答速度を速めることができる理由は、定かではないが、以下のような理由であると考えられる。
　第１の電極２１と第２の電極２２との間の電圧を変化させると、電界分布が変化して、それに伴い液晶層１１における液晶分子の配向が変化する。液晶層１１における液晶分子の配向が変化すると液晶層１１の誘電率が変化する。ここで、無機誘電体層４２を設けない場合は、導体である高抵抗層と液晶層とが接しているため、電界分布の変化が遅い。その結果、液晶層における液晶分子の配向が徐々に変化する。このように、無機誘電体層を設けない場合は、液晶層において、電界分布の変化に伴う液晶分子の配向の変化が徐々に起こるため、第１の電極と第２の電極との間の電圧を変化させた際の液晶素子の応答速度が遅くなるものと考えられる。
　それに対して、液晶素子１では、無機誘電体層４２により高抵抗層４１と液晶層１１とが隔離している。液晶層１１には、導体ではない無機誘電体層４２が接している。このため、液晶層１１における液晶分子の配向が変化し、液晶層１１の誘電率が変化した場合であっても、電界分布の変化が速いものと考えられる。その結果、液晶層における液晶分子の配向が即座に変化する。このように、無機誘電体層を設けた場合は、液晶層において、電界分布の変化に伴う液晶分子の配向の変化が即座に起こるため、第１の電極と第２の電極との間の電圧を変化させた際の液晶素子の応答速度が速くなるものと考えられる。
　また、無機誘電体層４２を高抵抗層４１を覆うように配することにより、高抵抗層４１の電気抵抗の経時的な変化を抑制することができる。従って、液晶素子１の駆動電圧等の特性の経時的な変化を抑制することができる。
　図４は、実施例において製造した液晶素子の製造直後の波面収差である。図５は、実施例において製造した液晶素子の製造から１８０日経過後の波面収差である。図６は、比較例において製造した液晶素子の製造直後の波面収差である。図７は、比較例において製造した液晶素子の製造から１８０日経過後の波面収差である。
　図４及び図５に示す実施例では、高抵抗層４１として、Ａｌを含有する酸化亜鉛膜（厚み１２５ｎｍ）を設け、無機誘電体層４２として酸化ケイ素層（厚み１２５ｎｍ）を設けた。一方、図６及び図７に示す比較例では、実施例と同様の高抵抗層４１を設けたものの、無機誘電体層４２を設けなかった。
　図４及び図５に示す結果から、無機誘電体層４２を設けた実施例では、波面収差が経時的に劣化し難いことが分かる。一方、図６及び図７に示す結果から、無機誘電体層４２を設けなかった比較例では、波面収差が経時的に劣化することが分かる。これらのことから、無機誘電体層４２を設けることにより、波面収差の経時的な劣化を抑制できることが分かる。
　なお、比較例において波面収差が経時的に劣化した理由は、定かではないが、高抵抗層４１が劣化し、高抵抗層４１の抵抗値に面内ばらつきが生じたためであると考えられる。
　また、液晶素子１のように、液晶層１１が中間板３３により厚み方向に複数に分割されている場合は、液晶層１１全体の厚みを大きくしたまま、各液晶層１１ａ、１１ｂの厚みを小さくすることができる。従って、さらなる高速応答性を実現することができる。
　なお、本実施形態では、液晶層を厚み方向に分割する中間板がひとつのみ設けられている場合について説明したが、中間板は、複数設けられていてもよい。即ち、液晶層は、例えば、３つ以上の液晶層に分割されていてもよい。液晶層は、例えば４つの液晶層に分割されていてもよい。
　液晶素子１では、高抵抗層４１が単一の膜により構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。複数の高抵抗層の積層体が設けられていてもよい。同様に、複数の無機誘電体層の積層体が設けられていてもよい。その場合に、複数の無機誘電体層の積層体が界面反射を抑制する反射抑制層を構成していてもよい。例えば、複数の無機誘電体層の積層体は、屈折率が相対的に低い低屈折率層と、低屈折率層に接するように設けられており、屈折率が相対的に高い高屈折率層とを含んでいてもよい。
　また、図３に示すように、液晶素子は、中間板を有さず、単一の液晶層１１を有するものであってもよい。
　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
１１ａ…第１の液晶層
１１ｂ…第２の液晶層
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
３１…第１の基板
３１ａ…第１の基板の表面
３２…第２の基板
３２ａ…第２の基板の表面
３３…中間板
３４…隔壁部材
４１…高抵抗層
４２…無機誘電体層

Claims (8)

  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、
    　前記高抵抗層と前記液晶層との間に配された無機誘電体層と、
    を備える、液晶素子。
  2. 　前記液晶層内に配されており、前記液晶層を厚み方向に分割する少なくともひとつの中間板をさらに備える、請求項１に記載の液晶素子。
  3. 　前記無機誘電体層は、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、請求項１または２に記載の液晶素子。
  4. 　前記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、請求項３に記載の液晶素子。
  5. 　前記無機フッ化物誘電体層は、フッ化マグネシウムを含む、請求項３または４に記載の液晶素子。
  6. 　前記高抵抗層は、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、請求項１～５のいずれか一項に記載の液晶素子。
  7. 　前記第１及び第２の電極のうち、いずれか一方の電極は、開口部を有する第１の電極部と、前記第１の電極部内に配された第２の電極部とを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の液晶素子。
  8. 　液晶を注入することにより液晶素子となる液晶素子用セルであって、
    　液晶層を形成するための空間部と、
    　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空間部との間に配された高抵抗層と、
    　前記高抵抗層と前記空間部との間に配された無機誘電体層と、
    を備える、液晶素子用セル。
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