JP2013171164A - 液晶素子 - Google Patents

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と、電界遮蔽部材５１とを備える。液晶エレメント１１，１２は、液晶層２１と、前記液晶層２１を挟持しており、前記液晶層２１に電界を印加する一対の電極３１，３２とを備える。電界遮蔽部材５１は、隣り合う前記液晶エレメント１１，１２の少なくとも１つの間に配されている。
【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と、電界遮蔽部材とを備える。液晶エレメントは、液晶層と、液晶層を挟持しており、液晶層に電界を印加する一対の電極とを備える。電界遮蔽部材は、隣り合う液晶エレメントの少なくとも１つの間に配されている。

電界遮蔽部材は、グラウンド電極または浮き電極により構成されていてもよい。

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、液晶エレメント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のそれぞれにおいて、液晶層２１は、第１及び第２の電極３１，３２により挟持されている。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。

第１の電極３１及び第２の電極３２の形状は、特に限定されない。本実施形態では、図２に示すように、第１の電極３１は、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。

本実施形態では、第１の液晶エレメント１１における第１の電極３１に対する第２の電極３２の配置方向と、第２の液晶エレメント１２における第１の電極３１に対する第２の電極３２の配置方向とが同じ方向である。換言すれば、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な方の電極に対する、印加される電圧の絶対値が小さな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。もっとも、本発明において、液晶素子には、第１の電極に対する第２の電極の方向が異なる液晶エレメントが含まれていてもよい。すなわち、液晶素子は、液晶層の厚み方向において、印加される電界の向きが互いに逆方向となる液晶エレメントを含んでいてもよい。即ち、液晶素子は、液晶層の厚み方向において、印加される電圧の絶対値が大きな方の電極に対する、印加される電圧の絶対値が小さな方の電極の配置方向が相互に異なる液晶エレメントを含んでいてもよい。

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及び中間基板５２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。

液晶層２１の厚み方向において隣り合う第１及び第２の液晶エレメント１１，１２の間には、電界遮蔽部材５１が配されている。ここで、「電界遮蔽部材」とは、電界の透過を抑制する部材である。このため、電界遮蔽部材は、互いに隣接する液晶エレメントの一方で発生した電界が他方の液晶エレメントに作用することを阻害する。電界遮蔽部材５１は、例えば、グラウンド電位に接続されるグラウンド電極や、いずれの電位にも接続されない浮き電極などにより構成することができる。

以上説明したように、液晶素子１では、隣り合う液晶エレメント１１，１２の間に電界遮蔽部材５１が設けられている。このため、液晶素子１の応答速度が高められている。この理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。

すなわち、特許文献１に記載される液晶レンズのように、複数の液晶層を備えた従来の液晶素子では、複数の液晶層にそれぞれ電界を印加する際に、印加された電界が互いに干渉し合う。そのため、たとえば隣り合う液晶層に印加される電圧の液晶層の厚み方向における向きが異なるような場合は、印加される電圧が変化した際の、液晶層に含まれる液晶分子の配向状態の変化が、隣接する液晶層に印加される電界によって阻害される。その結果、応答速度が低くなるものと考えられる。

これに対し、液晶素子１では、第１の液晶エレメント１１において生じた電界が電界遮蔽部材５１により遮蔽されるため、第１の液晶エレメント１１において生じた電界の第２の液晶エレメント１２への干渉を抑制することができる。同様に、第２の液晶エレメント１２において生じた電界が第１の液晶エレメント１１への干渉を抑制することができる。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。

液晶素子１の応答速度をさらに高める観点からは、液晶層２１のうち、光学的に機能する部分が位置する領域の全体にわたって電界遮蔽部材５１が設けられていることが好ましく、液晶層２１が設けられた領域の全体にわたって電界遮蔽部材５１が設けられていることがより好ましい。

なお、電界遮蔽部材５１の厚みは、特に限定されない。もっとも、電界遮蔽部材５１の厚みは、第１及び第２の液晶エレメント１１，１２において生じる電界を効果的に遮断し得るように適宜決定することができる。電界遮蔽部材５１の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることができる。

電界遮蔽部材５１は、第１または第２の電極３１，３２と電気的に接続されていてもよい。具体的には、本実施形態では、第２の電極３２がグラウンド電位に接続されているため、電界遮蔽部材５１と第２の電極３２とが電気的に接続されていてもよい。

液晶素子１では、第１の液晶エレメント１１と第２の液晶エレメント１２とが、中間基板５２を共通の構成要素として有し、一体に設けられている。もっとも、複数の液晶エレメントは、互いに離間して設けられていてもよい。その場合は、隣り合う液晶エレメントの間に、両液晶エレメントから離間するように電界遮蔽部材を設けてもよいし、一方の液晶エレメントの上に電界遮蔽部材を設けてもよい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図３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、液晶層２１の厚み方向において隣り合う液晶エレメント１１，１２，１３，１４の間のそれぞれに電界遮蔽部材５１が配されている。このため、隣り合う液晶エレメント１１，１２，１３，１４間で電界の干渉を抑制することができる。従って、高い応答速度を実現することができる。

なお、電界遮蔽部材は、隣り合う液晶エレメントの間のすべてに設けられている必要は必ずしもない。例えば、液晶層の厚み方向における電界の方向が逆である部分にのみ電界遮蔽部材を配し、液晶層の厚み方向における電界の方向が同じである部分には電界遮蔽部材を配さないようにしてもよい。

液晶素子２では、隣り合う液晶エレメントに印加される電界の向きが、液晶層２１の厚み方向において互いに逆方向となる。一般に、互いに逆方向の向きとなる電界同士が干渉すると、液晶素子の応答速度の低下が大きくなると考えられる。そのため、液晶素子２のように、隣り合う液晶エレメントの間に電界遮蔽部材５１を設ける構成が効果的と考えられる。

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…電界遮蔽部材
５２…中間基板

Claims (2)

1. 液晶層と、前記液晶層を挟持しており、前記液晶層に電界を印加する一対の電極とを備える複数の液晶エレメントと、
   隣り合う前記液晶エレメントの間の少なくとも１つに配された電界遮蔽部材とを備える、液晶素子。
2. 前記電界遮蔽部材が、グラウンド電極または浮き電極により構成されている、請求項１に記載の液晶素子。

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