CN103270447A - 多重结构液晶光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有优异的批量生产率，并且能够确保充分的光学距离，而且能够提高响应速度的多重结构液晶光学元件及其制造方法。多重结构液晶光学元件，其由多个在内侧面上形成有段电极的基板、和内侧面上形成有公用电极的基板之间封入有液晶的液晶元件互相层叠而构成，形成有段电极的基板和形成有公用电极的基板在封入液晶的状态下加工成薄的规定厚度。

Description

多重结构液晶光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种层叠两个以上液晶元件的多重结构液晶光学元件及其制造方法，该液晶元件在形成有电极的基板之间夹有液晶而构成，并能够通过施加电压来控制焦距。

背景技术

在现有技术中，作为使用液晶的光学元件，如下的液晶光学元件被人们所知：具备一对透明基板、形成在透明基板上的一对透明电极、以及夹持在透明基板之间的液晶层，并且可以根据施加在电极之间的电压大小而变焦距。作为这种液晶光学元件，例如有内置在移动电话、移动信息终端（PDA）或数字设备等超小型相机中且具有自动调焦功能或宏微（macro micro）切换功能的液晶光学元件，或者在光盘装置中用于修正激光头（optical pickup）的存储/再生时产生的像差而使用的液晶像差修正元件等（例如，专利文献1）。

在现有的液晶光学元件中，对液晶的分子排列状态进行电控制，由此改变对光的折射率等性质。通过以二维或三维的方式进行控制以使折射率的分布发生变化，由此能够控制各光路的相位滞后量或光路的折射状态，因此，该液晶光学元件是作为可电子变焦的液晶透镜或液晶像差修正元件等的光学元件有益的功能元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2002-237077号公报。

发明内容

发明要解决的课题

然而，根据包括专利文献1中记载的元件的现有液晶光学元件，为了最大限度发挥在实际应用中有用的光的折射效果，需要在液晶光学元件的一对透明电极之间沿着光路保持充分的量的液晶，为此，与通常的液晶显示元件为数μm左右相比，液晶层（两个取向膜之间）极大地变厚至30-100μm左右的厚度。

另外，液晶光学元件的响应速度与液晶层的厚度（两个取向膜之间）的平方形成反比例，在这种厚液晶层的液晶光学元件中，响应时间为数100ms至数分钟。即，现有液晶光学元件存在响应速度慢的问题。

就控制设备时响应速度慢而言，对利用液晶光学元件的变焦镜片功能或像差修正功能起到很大的限制，并且是实现实用化的一个课题。

因此，本发明是用于解决现有技术中的上述问题而提出，本发明的目的在于，提供一种能够具有优异的批量生产率，并且能够确保充分的光学距离，而且能够提高响应速度的多重结构液晶光学元件及其制造方法。

解决课题的方法

根据本发明，提供一种如下多重结构液晶光学元件，所述光学元件是由多个液晶元件互相层叠而构成的，所述液晶元件在内侧面上形成有段电极的基板、和内侧面上形成有公用电极的基板之间封入有液晶，形成有段电极的基板和形成有公用电极的基板，在封入液晶的状态下加工成薄的规定厚度。

由于形成有多个液晶元件的段电极的基板、和形成有公用电极的基板，在封入有液晶的状态下加工成薄的规定厚度，因此能够在封入液晶时防止基板的变形（挠曲），并且能够得到均匀的光学特性。另外，在加工基板使其变薄时，由于能够在使基板不产生挠曲的情况下加工成平坦的面，因此能够容易实现大量生产。另外，由于多个液晶元件经过加工变薄后层叠，因此能够确保充分的光学距离，且能够提高响应速度。在本说明书中，所谓“基板的内侧面”是指，该基板中存在液晶的那一侧的面。

优选地，在多重结构液晶光学元件的侧面上设有多个电极端子，这些多个电极端子具备：导电层，其印刷于多重结构液晶光学元件的侧面；规定面积的导电图形，其印刷于多重结构液晶光学元件上面的角部附近。以这种方式，无需将一侧的玻璃基板变长而形成引出电极的部分，从而能够确保连接可靠性，并且能够实现小型化。在本说明书中，“液晶光学元件的上面和下面”是指，该液晶光学元件中的最外侧液晶元件的不存在液晶的那一侧的外侧面，例如，分别指图2的上侧面和下侧面。另外，在本说明书中，“液晶光学元件的侧面”是指，长方体的液晶光学元件的与其上面和下面相垂直的四个面。

优选地，互相层叠着的液晶元件的液晶取向方向以互相垂直相交的方式配置。由此，能够使通过了的光无偏转。

优选地，液晶被透明的绝缘板分割为多个层。这样地，能够确保液晶的填充量和充分的光学距离。

根据本发明，提供一种多重结构液晶光学元件的制造方法，其包括：第一电极形成工序，在能切出多个液晶元件的第一玻璃基板形成段电极；第二电极形成工序，在能切出多个液晶元件的第二玻璃基板形成公用电极；元件群组装工序，形成元件群用基板，元件群用基板具有在形成有段电极的第一玻璃基板、和形成有公用电极的第二玻璃基板之间封入液晶的多个液晶元件；薄型加工工序，在组装工序之后，将形成有段电极的第一玻璃基板、和形成有公用电极的第二玻璃基板加工成薄的规定厚度；层叠工序，将经过加工变薄的多个元件群用基板互相层叠；切断工序，将层叠的多个元件群用基板切断分离成长方形或单个的液晶元件。

在组装工序之后，将形成有段电极的基板和形成有公用电极的基板加工成薄的规定厚度，能够在封入液晶时防止基板的变形（挠曲），并且能够得到均匀的光学特性。另外，在加工基板使其变薄时，能够在使基板不产生挠曲的情况下加工成平坦的面。另外，由于多个液晶元件经过加工变薄后层叠，因此能够确保充分的光学距离，且能够提高响应速度。

优选地，所述方法进而包括：侧面端子部形成工序，在所述长方形或单个的液晶元件的侧面印刷导电层，并形成多个侧面端子部；表面端子部形成工序，在长方形或单个的液晶元件的表面印刷导电图形并形成多个表面端子部，所述多个表面端子部分别与所述多个侧面端子部电连接并具有规定面积。如此，无需像现有技术那样使一侧的玻璃基板变长而形成引出电极的部分，能够确保连接的可靠性，并且实现小型化，而且能够容易实现大量生产。

优选地，在层叠工序中，互相层叠的所述液晶元件的液晶取向方向以互相垂直相交的方式配置。由此，能够使通过了的光无偏转。

发明效果

根据本发明，由于多重结构液晶光学元件在多个液晶元件经过加工变薄后层叠而构成，因此具有优异的批量生产率，并且能够确保充分的光学距离，而且能够提高响应速度。

另外，通过在多重结构液晶光学元件的侧面上设置分别与段电极和公用电极连接的多个电极端子，能够确保液晶光学元件的连接可靠性，且能够实现液晶光学元件的小型化。

附图说明

图1是示意性地表示本发明第一实施方案的多重结构液晶光学元件结构的立体图。

图2是示意性地表示图1的多重结构液晶光学元件结构的沿A-A线的剖面图。

图3是示意性地表示图1的多重结构液晶光学元件结构的分解图。

图4是表示图1的多重结构液晶光学元件的制造方法的流程图。

图5是表示使液晶元件的基板变薄的研磨前后的状态的剖面图。

图6是示意性地表示本发明第二实施方案的多重结构液晶光学元件的结构的立体图。

图7是示意性地表示图6的多重结构液晶光学元件结构的沿B-B线的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的多重结构液晶光学元件的实施方案。

图1表示本发明第一实施方案的多重结构液晶光学元件100的结构，图2表示该多重结构液晶光学元件100的沿A-A线的剖面，图3表示多重结构液晶光学元件100的电极和电极端子的配置状态。

如图1-图3所示，多重结构液晶光学元件100以如下方式构成：将封入有液晶40的第一液晶元件100a、和封入有液晶40的第二液晶元件100b互相重叠，并粘结形成一体，由此使其具有长方体形状。在该多重结构液晶光学元件100形成有多个电极端子91、92、93以及94。另外，第一液晶元件100a的液晶的取向方向、和第二液晶元件100b的液晶的取向方向以互相垂直相交的方式配置。

第一液晶元件100a和第二液晶元件100b，其分别具备第一基板10、第二基板20、形成在第一基板10的内侧面上的第一透明电极50、形成在第二基板20的内侧面上的第二透明电极60和第三透明电极70、通过密封材料30被封入在第一基板10和第二基板20之间的液晶40。在第一液晶元件100a的第二基板20的外侧面上的中央部粘贴有无反射膜21。在第二液晶元件100b的第一基板10的外侧面上的中央部粘贴有无反射膜11。例如，无反射膜11和21具有一定的厚度且表面呈凹凸。

此外，在图2和图3中，省略了在第一透明电极50、第二透明电极60以及第三透明电极70和液晶40之间通常设置的取向膜、设置在第一基板10和第二基板20的透明绝缘层等的图示。

第一基板10和第二基板20，其分别由透明玻璃基板构成。通过密封材料30在第一基板10和第二基板20之间形成液晶填充区域，并在该液晶填充区域内封入有液晶40。这些第一基板10和第二基板20在封入有液晶40的状态下加工成薄的规定厚度（例如，50-100μm）。

液晶40例如是在施加电压时，分子长轴向电界方向的介电常数各向异性为正的向列液晶（Np液晶）。该例子的情形中，液晶层的厚度为10-30μm。液晶40也可以由具备相同功能的其他液晶材料构成。

第一透明电极50为公用电极，其采用ITO（氧化铟锡）材料而形成在第一基板10的内侧面上。该第一透明电极50例如形成为圆形，并与电极端子91电连接。另外，在第一透明电极50的表面形成有取向膜。

第二透明电极60为段电极，其采用ITO材料而形成在第二基板20的内侧面上的中央部。该第二透明电极60例如形成为圆形，且与电极端子94电连接。该第二透明电极60以能够通过该电极端子94施加独立的控制电压的方式构成。

第三透明电极70为段电极，采用ITO材料而形成在第二基板20的内侧面上的第二透明电极60的周围。该第三透明电极70形状为中央部具有圆形的切槽部的形状，且与电极端子92电连接。该第三透明电极70以能够通过该电极端子92施加独立的控制电压的方式构成。

如图3所示，加热器80以在第一基板10的内侧面上围绕第一透明电极50的方式形成。该加热器80与电极端子93和91电连接。

电极端子91、92、93以及94包括侧面端子部91a、92a、93a以及94a、和在上面上形成的表面端子部91b、92b、93b以及94b。侧面端子部91a、92a、93a以及94a通过在多重结构液晶光学元件100的侧面印刷导电层来形成。一方面，表面端子部91b、92b、93b以及94b，通过在多重结构液晶光学元件100的上面的与侧面端子部91a、92a、93a以及94a对应的位置印刷导电图形而形成。这些电极端子91、92、93以及94与第一透明电极50、第二透明电极60、第三透明电极70以及加热器80电连接。因此，通过这些电极端子91、92、93以及94来从外部施加的控制电压分别施加于第一透明电极50、第二透明电极60、第三透明电极70以及加热器80。

另外，在与形成第一基板10和第二基板20的电极的面相对应的各角部，印刷有导电图形91c、92c、93c以及94c。在此，第一透明电极50与导电图形91c相连接。第二透明电极60与导电图形94c相连接。第三透明电极70与导电图形92c相连接。加热器80与导电图形93c相连接。通过印刷导电图形91c、92c、93c以及94c，电极和与该电极相对应的侧面端子部的接触面积变大，能够确保导通的可靠性。另外，当在侧面印刷侧面端子部91a、92a、93a以及94a时，能够防止印刷的导通材料进入内部。

以下，对多重结构液晶光学元件100的制造方法进行说明。图4是表示多重结构液晶光学元件100的制造方法的流程图。图5表示使液晶元件的基板变薄的研磨前后的状态。

如图4所示，当制造多重结构液晶光学元件100时，首先，分别制作第一液晶元件100a和第二液晶元件100b，并层叠该制作了的第一液晶元件100a和第二液晶元件100b。

首先，参照图4的步骤S10-S20对第一液晶元件形成工序进行说明。

首先，当切断为一个个时，将与第二基板20部分相对应的上侧基板（第一玻璃基板）加工成规定尺寸（S10）。例如，将厚度为150μm的片状玻璃基板加工成200mm×200mm的尺寸。可以在该片状玻璃基板形成多个元件。其次，在上侧基板的内侧面（填充液晶的那一侧的面）上层叠ITO膜形成电极。在此，进行利用蚀刻等的图形化处理，从而在每个元件形成第二透明电极60、和第三透明电极70和、角部的导电图形92c和94c（S11）。接着，在该上侧基板的ITO膜上层叠高电阻膜（S12）。进而在其上层叠取向膜，并进行取向处理（S13）。取向膜为聚酰亚胺（PI：polyimide）等的液晶取向膜。

另外，当切断为一个个时，将与第一基板10部分相对应的下侧基板（第二玻璃基板）加工成规定尺寸（S14）。例如，将厚度为150μm的片状玻璃基板加工成200mm×200mm的尺寸。接着，在下侧基板的内侧面（填充液晶的那一侧的面）上层叠ITO膜，形成电极（S15）。在此，进行利用蚀刻等的图形化处理，从而在每个元件形成公用电极。另外，在公用电极的周围形成加热器80。进而，形成导电图形91c和93c。接着，在该下侧基板的ITO膜上层叠取向膜，进行取向处理（S16）。在此，取向膜的取向方向与上述第二基板20侧的取向膜的取向方向相同。接着，为了在每个元件形成用于封入液晶的液晶填充区域，将混入有带隙材料（gap material）的密封材料30印刷成环状（S17）。其后，采用液晶滴下装置向环状的密封材料30的内侧滴下液晶40（S18）。

接着，如图5（a）所示，重叠上侧基板和下侧基板，由此组装以矩阵形状排列的多个液晶光学元件的第一液晶元件群用基板（S19）。接着，研磨上侧和下侧的基板的表面使第一液晶元件群用基板的厚度例如形成约为50μm（S20）。即，使上侧和下侧的基板变薄，直至图5（a）中的线C为止。研磨方法采用机械法或蚀刻法。由此，能够得到多个如图5（b）所示的第一液晶元件100a以矩阵形状排列的第一液晶元件群用基板。

其次，参照图4的步骤S21-S31，说明第二液晶元件形成工序。

首先，当切断为一个个时，将与第二基板20部分相对应的上侧基板（第一玻璃基板）加工成规定尺寸（S21）。例如，将厚度为150μm的片状玻璃基板加工成200mm×200mm的尺寸。可以在该片状玻璃基板形成多个元件。接着，在上侧基板的内侧面（填充液晶的那一侧的面）上层叠ITO膜并形成电极（S22）。在此，进行利用蚀刻等的图形化处理，从而在每个元件形成第二透明电极60、第三透明电极70、导电图形92c和94c。接着，在该上侧基板的ITO膜上层叠高电阻膜（S23）。进而在其上层叠取向膜，并进行取向处理（S24）。取向膜为聚酰亚胺（PI：polyimide）等的液晶取向膜。

另外，当切断为一个个时，将与第一基板10部分相对应的下侧基板（第二玻璃基板）加工成规定尺寸（S25）。例如，将厚度为150μm的片状玻璃基板加工成200mm×200mm的尺寸。接着，在下侧基板的内侧面（填充液晶的那一侧的面）上层叠ITO膜，形成电极（S26）。在此，进行利用蚀刻等的图形化处理，从而在每个元件形成公用电极。另外，在公用电极的周围形成加热器80。进而，形成导电图形91c和93c。接着，在该下侧基板的ITO膜上层叠取向膜，进行取向处理（S27）。在此，取向膜的取向方向与上述第二基板20侧的取向膜的取向方向相同。接着，为了在每个元件形成用于封入液晶的液晶填充区域，将混入有带隙材料（gap material）的密封材料30印刷成环状（S28）。其后，采用液晶滴下装置向环状的密封材料30的内侧滴下液晶40（S29）。

接着，如图5（a）所示，重叠上侧基板和下侧基板，由此组装以矩阵形状排列的多个液晶光学元件的第一液晶元件群用基板（S30）。接着，研磨上侧和下侧的基板的表面使第一液晶元件群用基板的厚度例如形成约为50μm（S31）。即，使上侧和下侧的基板变薄，直至图5（a）中的线C为止。研磨方法采用机械法或蚀刻法。由此，能够得到多个如图5（b）所示的第二液晶元件100b以矩阵形状排列的第一液晶元件群用基板。

其后，将多个第一液晶元件100a以矩阵形状排列的第一液晶元件群用基板、和多个第二液晶元件100b以矩阵形状排列的第二液晶元件群用基板层叠而粘结，由此制作液晶元件群用基板（S32）。通过光学粘结剂进行粘结。在此，当进行层叠时，第一液晶元件100a和第二液晶元件100b的液晶的取向方向以相互垂直相交的方式配置。

接着，在液晶元件群用基板的表面中的各元件的角部（以切断线交叉的位置作为中心）印刷导电图形，形成表面端子部91b、92b、93b以及94b（S33）。接着，将以矩阵形状排列有这样形成的多个液晶元件的液晶元件群用基板切断成长方形形状，由此制作多个液晶元件排列成一列的长方形基板（S34）。并且，在长方形基板的侧面印刷导电层，形成侧面端子部91a、92a、93a以及94a（S35）。在与印刷于基板表面的表面端子部91b、92b、93b以及94b相应的位置印刷侧面端子部91a、92a、93a以及94a。

用切片机等切断由上述方式形成的长方形基板，每个液晶元件即分离成产品尺寸（S36）。最后，对分离的每个液晶元件，在第一液晶元件100a的第二基板20的外侧面上的中央部粘贴无反射膜21，并在第二液晶元件100b的第一基板10的外侧面上的中央部粘贴无反射膜11（S37）。通过以上的制造工序，能够得到图1所示的多重结构液晶光学元件100。此外，也可以在切断分离之前进行无反射膜11和21的粘贴。

这样地，本实施方案的多重结构液晶光学元件100通过将第一液晶元件100a和第二液晶元件100b互相重叠并粘结而形成一体，从而以具有长方体形状的方式构成。第一液晶元件100a和第二液晶元件100b在封入有液晶的状态下加工成薄的规定厚度。

由此，就形成有段电极的基板和形成有公用电极的基板而言，在封入有液晶的状态下加工成薄的规定厚度，即，由于直到各液晶元件的组装阶段为止使用比较厚的玻璃基板，因此能够在封入液晶时防止基板的变形（挠曲），并能够得到均匀的光学特性。另外，当对基板进行加工使其变薄时，基板不产生挠曲，能够加工成平坦的面，因此能够容易大量生产。另外，多个液晶元件经过加工变薄后而层叠，因此能够确保充分的光学距离，且能够提高响应速度。

在多重结构液晶光学元件100的侧面上设置多个电极端子，因此无需像现有技术那样使一侧的玻璃基板变长而形成引出电极的部分，从而能够确保连接的可靠性，并且能够实现小型化。

互相层叠着的液晶元件的液晶的取向方向以互相垂直相交的方式配置，因此能够使通过的光无偏转。

另外，直到各液晶元件的组装阶段为止使用比较厚的玻璃基板，因此能够在封入液晶时防止基板的变形，能够得到均匀的光学特性。

图6表示本发明第二实施方案的多重结构液晶光学元件200的结构，图7表示该多重结构液晶光学元件200的沿B-B线的剖面。在图7中，省略了第二液晶元件200b、第三液晶元件200c以及第四液晶元件200d的各部分的附图标记。

如图6和图7所示，多重结构液晶光学元件200以如下方式构成：通过将第一液晶元件200a、第二液晶元件200b、第三液晶元件200c以及第四液晶元件200d层叠而形成一体，并具有长方体形状。在第一液晶元件200a的第二基板20的外侧面上的中央部粘贴有无反射膜21。在第四液晶元件200d的第一基板10的外侧面上的中央部粘贴有无反射膜11。各液晶元件具有与上述第一实施方案的第一液晶元件100a和第二液晶元件100b相同的结构。在此，省略其详细说明。

另外，除了层叠四个液晶元件以外，多重结构液晶光学元件200的制造方法与上述多重结构液晶光学元件100的制造方法相同。在此，省略其详细说明。

这样地，多重结构液晶光学元件200能够得到与上述多重结构液晶光学元件100相同的效果，并且对四个液晶元件进行加工使其变薄后进行层叠从而形成一体，因此，确保响应速度，并且使得光学距离变得更长，从而能够更加提高用作液晶透镜时的透镜光学能力。

此外，在上述的实施方案中，说明了层叠两个和四个液晶元件而形成的多重结构液晶光学元件，但本发明不限于此。

另外，在上述的实施方案中，多重结构液晶光学元件100和200的各液晶元件设置有加热器80，但本发明不限于此。根据温度控制的必要性，也可以不设置加热器80。

另外，在上述的多重结构液晶光学元件100和200中，互相层叠的液晶元件的液晶的取向方向以互相垂直相交的方式配置，但本发明不限于此。

另外，在上述的多重结构液晶光学元件100和200中，液晶元件100a、100b、200a、200b、200c以及200d分别具有一层的液晶层，但本发明不限于此。这些液晶层还可以被透明的绝缘板等分割为多个层。由此，能够确保液晶的填充量和充分的光学距离。

产业上的可利用性

本发明能够作为内置于移动电话、个人数字助理（PDA）或者数码设备等的超小型照相机中、具有自动调焦功能或宏微切换功能的液晶光学元件，以及作为在光盘装置中用于修正激光头存储/再生时产生的像差而使用的液晶像差修正元件而使用。

附图标记说明

10 第一基板

20 第二基板

30 密封材料

40 液晶

50 第一透明电极

60  第二透明电极

70  第三透明电极

80  加热器

91、92、93、94 电极端子

91a、92a、93a、94a 侧面端子部

91b、92b、93b、94b 表面端子部

91c、92c、93c、94c 导电图形

100、200 多重结构液晶光学元件

100a、200a 第一液晶元件

100b、200b 第二液晶元件

200c 第三液晶元件

200d 第四液晶元件

Claims (7)

1.一种多重结构液晶光学元件，其特征在于，

所述光学元件是由多个液晶元件互相层叠而构成的，所述液晶元件在内侧面上形成有段电极的基板、和内侧面上形成有公用电极的基板之间封入有液晶，

形成有所述段电极的基板和形成有所述公用电极的基板，在封入所述液晶的状态下加工成薄的规定厚度。

2.权利要求1所述的多重结构液晶光学元件，其特征在于，

在所述多重结构液晶光学元件的侧面上设有多个电极端子，该多个电极端子具备：导电层，其印刷于所述多重结构液晶光学元件的侧面；规定面积的导电图形，其印刷于所述多重结构液晶光学元件的上面上的角部附近。

3.权利要求1所述的多重结构液晶光学元件，其特征在于，

互相层叠着的所述液晶元件的液晶取向方向以互相垂直相交的方式配置。

4.权利要求1所述的多重结构液晶光学元件，其特征在于，

所述液晶被透明的绝缘板分割为多个层。

5.一种多重结构液晶光学元件的制造方法，其特征在于，包括：

第一电极形成工序，在能切出多个液晶元件的第一玻璃基板形成段电极；

第二电极形成工序，在能切出多个液晶元件的第二玻璃基板形成公用电极；

元件群组装工序，形成元件群用基板，所述元件群用基板具有在形成有所述段电极的第一玻璃基板、和形成有所述公用电极的第二玻璃基板之间封入液晶的所述多个液晶元件；

薄型加工工序，在组装工序之后，将形成有所述段电极的第一玻璃基板和形成有所述公用电极的第二玻璃基板加工成薄的规定厚度；

层叠工序，将经过加工变薄的多个元件群用基板互相层叠；

切断工序，将层叠的多个所述元件群用基板切断分离成长方形或单个的液晶元件。

6.权利要求5所述的多重结构液晶光学元件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：

侧面端子部形成工序，在所述长方形或单个的液晶元件的侧面印刷导电层，并形成多个侧面端子部；

表面端子部形成工序，在所述长方形或单个的液晶元件的表面印刷导电图形并形成多个表面端子部，所述多个表面端子部分别与所述多个侧面端子部电连接并具有规定面积。

7.权利要求5所述的多重结构液晶光学元件的制造方法，其特征在于，

在所述层叠工序中，互相层叠的所述液晶元件的液晶取向方向以互相垂直相交的方式配置。

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