液晶光学元件及其制造方法

专利名称：液晶光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明属于液晶光学元件的技术领域。本发明涉及在基板之间夹 有液晶和多孔质结构体而构成的液晶光学元件及其制造方法，该液晶光学元件例如为内置于移动电话、移动信息终端机(PDA)、数字设 备等的超小型摄像机中并具有自动聚焦功能和长焦微距 (macro-micro)切换功能的液晶光学元件，或者在光盘装置中用于修 正在光拾取器的记录和再现时产生的像差的液晶像差修正元件等。
背景技术：
现有技术中，在形成有电极的基板之间夹有液晶而构成的各种各 样的液晶光学元件已为人所知。例如，作为信息记录媒体有CD、DVD 等各种光盘装置，但是这些光盘装置由于由旋转带来的厚度差异以及 翘曲等，会产生像差(集光点的偏移)，所以需要修正该像差以确保 记录和再现的精度。因此，使用了一种在电极形成为同心圆环状的基 板中夹入液晶而成的液晶像差修正元件，由此，在光束的中央部和外 缘部进行不同的相位控制(例如，参照专利文献l)。在现有的液晶光学元件中，通过电气地控制液晶的分子排列状 态，而使对光的折射率等性质变化。由于通过二维或三维地变化控制 折射率的分布，可以控制在各光路中的相位滞后量和光路的折射状 态，所以现有的液晶光学元件作为可电子变焦的透镜或液晶像差修正 元件等光学元件是有益的功能元件。但是，为了在实际应用中最大限 度地发挥有用光的折射效果，需要在液晶光学单元的对应的两个取向 膜之间沿光路保持足够量的液晶，因此，液晶层的厚度(两个取向膜 之间)d需要做得极厚，相对于通常的液晶显示单元几Pm左右的情4况，其为30 100u m左右。众所周知，液晶的响应速度与液晶层厚度(两个取向膜之间)d 的平方成反比例，在为如此厚的液晶光学单元的情况下，响应时间成 为几百ms 几分钟。g卩，大多现有的液晶光学元件都存在着响应速 度慢的问题。如图1所示，在液晶层的厚度(两个取向膜之间)为d 时，液晶层中，在靠近基板的取向膜表面的位置存在着界面层K0、 Kl，在中央部分存在着主体层P。施加电场时界面层KO、 Kl的由电 场所致的液晶分子的排列状态的变化量，比主体层P的所述变化量 小，而且，其由施加电场所致的液晶分子的排列状态的变化速度也较 慢。通过去除施加电场，液晶分子排列状态回到施加电场前的状态， 此时的取向变化是向由界面处的取向层决定的取向状态自然缓和。因 此，相对于靠近取向膜表面的界面层KO、 Kl恢复到初期的液晶分子 排列状态的速度较快的情况，主体层P距离取向膜表面较远，从而复 原响应时间变得非常长。由此，对于利用液晶光学元件的可变焦透镜功能和像差修正功能 来说，控制设备时响应速度较慢这一事实是一个很大的制约，是实现 实用化过程中的一个课题。为了解决上述问题，提出了一种具有2层液晶层的光学元件(例 如，参照专利文献2)。而且，作为弥补上述缺点的液晶结构体，还提出了以下方案在 微囊体中包含液晶而做成其集合体的结构(例如，参照专利文献3)， 或者是，在液晶层内设置聚合物网而做成具有取向控制功能的立体结 构体(例如，参照非专利文献l)等。专利文献i(日本)特开2002 — 237077号公报 专利文献2(日本)特开2006—91826号公报 专利文献3(日本)特开2001 — 75082号公报 非专利文献1 "利用延伸的微细聚合物结构的液晶取向控制"(「延伸Lt:微細求U 7 —構造R1上3液晶配 向制御」)，液晶，2006年，第10巻，第1号，P60 P66然而，尽管上述的液晶光学单元(液晶光学元件)，确实是上述 问题的解决方案，并且呈现出响应速度提高的效果，但是由于液晶的 充填和保持量较少、以及发现有光散射、或者难以形成均匀的结构配 置(结构再现性较困难)，所以特性的稳定性等存在问题，是实现实 用化过程中的课题。并且，专利文献2存在着难以制造2层液晶层的 缺点。另外，为了得到应用所需的折射率变化，就需要透过厚的液晶层 并确保足够的光学距离L。可是，众所周知的，如果液晶层变厚，那么响应时间、、Td将由于与液晶层的厚度(两个取向膜之间)d的 平方成比例而变慢。发明内容本发明的目的在于提供一种液晶光学元件及其制造方法，通过在 构成液晶光学单元的基板之间设置具有多个贯通孔或非贯通孔的多 孔质结构体，并在基板上的电极之间施加电压来控制液晶分子的排列状态，由此能够确保足够的光学距离L，并且能够大幅提高响应速度。为解决上述课题，本发明提出了一种液晶光学元件，其具有形成 有电极的多个基板、和被所述多个基板夹持的液晶，其中，在所述基 板之间配置有具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体，液晶充填 并保持在所述贯通孔或非贯通孔中。例如，所述多个贯通孔或非贯通孔形成为圆形形状或六角形状。 并且，所述多孔质结构体的孔开口率s为50 80X。而且，所述多孔 质结构体的多孔质间的间距为50 5000nm。而且，例如，对所述多孔质结构体的内壁面实施取向处理，并且 对所述基板的配置所述多孔质结构体的面实施取向处理，呈液晶的面 内取向中没有各向异性的各向同性，不依赖于偏光方向。而且，例如，在所述多孔质结构体的上表面或下表面实施黑色处 理，进行减少漏光的处置。这样的处置遮蔽了光的除光路以外的部分，可知在液晶显示单元等中，对显示像点以外的部分实施黑色处理，有 提高显示对比度的效果。在本发明的液晶光学元件中，通过在基板之间配置多孔质结构 体，液晶的大部分接近于取向层而成为界面层，且相反地主体层变少。 而且，对于液晶的面内取向，由于没有宏观上的各向异性，所以呈各 向同性，并且各光学性质不依赖于偏光方向。为解决上述课题，本发明提出了一种液晶光学元件的制造方法， 所述液晶光学元件具有形成有电极的多个基板、和被所述多个基板夹 持的液晶，其中，所述制造方法包括电极形成工序，在由母材构成 的基板上形成电极；多孔质结构体形成工序，形成具有多个贯通孔或 非贯通孔的多孔质结构体；取向处理工序，对所述多孔质结构体的内 壁面进行取向处理；多孔质结构体配置工序，在形成有电极的一个基 板上配置所述多孔质结构体，，组装工序，将形成有电极的其他基板与 配置有多孔质结构体的基板组合；以及液晶注入工序，向组合后的基 板之间注入液 晶。例如，在多孔质结构体形成工序中，通过对高纯度铝材料进行阳 极氧化处理来形成氧化铝多孔质结构体。而且，在多孔质结构体形成 工序中，通过对玻璃、树脂、硅、碳或陶瓷材料进行蚀刻处理来形成 多孔质结构体。而且，例如，在上述液晶光学元件的制造方法中，还包括对所 述基板的配置所述多孔质结构体的面进行取向处理的工序。而且，为了解决上述课题，本发明提出了一种液晶光学元件的制 造方法，所述液晶光学元件具有形成有电极的多个基板、和被所述多 个基板夹持的液晶，其中，所述制造方法包括电极形成工序，在由 母材构成的基板上形成电极；配置工序，在形成有电极的一个基板或 多个基板上配置高纯度铝材料，或形成高纯度铝膜；多孔质结构体形成工序，通过对高纯度铝材料或高纯度铝膜进行阳极氧化处理，而形成具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体；取向处理工序，对形 成后的多孔质结构体的内壁面进行取向处理；组装工序，将形成有电极的其他基板与配置有多孔质结构体的基板组合；以及液晶注入工 序，向组合后的基板之间注入液晶。例如，在上述液晶光学元件的制造方法中，还包括对所述基板 的配置所述多孔质结构体的面进行取向处理的工序。发明效果关于响应、响应依赖性，现有的液晶光学元件的情况如下 TN模式中的响应时间上升时间Tr=4Ji r]d2/ ( e 。△ e V2—4 Ji3K) 下降时间Td= nd2/ (Kn2) 式中液晶的粘度d:液晶层的厚度(两个取向处理膜之间) e。真空的介电常数△ e :液晶的介电常数各向异性K:液晶的弹性常数V:施加电压T:温度特性(n、 △ e 、 K的物理参数根据温度变化)当对液晶光学元件施加电压，再相反地去除电压时，液晶将再取向。再取向所需要的时间为响应时间T 。施加时的响应特性Tf (上 升时间)以及去除电压时的Td (下降时间)，都与液晶的粘性I1的大 小成比例关系。在去除电压后，在向原来的取向状态的缓和中，由于 受取向膜的取向制约力的影响，所以与取向膜相离开的主体部分，需 要长时间才能复原。众所周知， 一般地，响应时间、、Td与液晶层的厚度(两个取 向膜之间)d的平方成比例地延迟。因此，使液晶层的厚度d变薄是 改善响应特性的有效手段。在上述非专利文献1的在液晶层内设置聚 合物网的情况(聚合物分散型液晶模式)下，可知液晶的与单位体积 聚合物之间的界面的面积较大，因而去除电压时的缓和响应为高速。 但是，聚合物网有制造工序上欠缺均匀性的问题。对于夹持有多孔质结构体12的液晶光学元件，有考虑通过在多孔质结构体12中设置多个纳米级的贯通孔或非贯通孔，来使表面积较大。该情况下，纳米级孔内的液晶非常接近孔内壁面12a的取向膜 表面，S卩，在为夹持有多孔质结构体12的液晶光学元件的情况下， 现有的液晶光学元件的液晶层的厚度d相当于多孔质结构体12的开 孔的孔径。根据与上述液晶光学元件的响应速度有关的"上升时间 t/'、"下降时间td"的计算式，可得知在使用多孔质结构体12的 情况下具有高速性。而且，在使用多孔质结构体12的情况下，证实 了响应速度会大幅提高。图2为表示本发明的液晶光学元件的高速响 应性的一例。图2 (a)示出了上升时间与静电容量的关系。图2 (b) 示出了下降时间与静电容量的关系。根据本发明的液晶光学元件，通过在构成液晶光学单元的基板之 间配置具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体，在该结构体中充 填并保持液晶，并在基板上设置的电极之间施加电压，从而能够控制 液晶的分子排列状态，能够使光学特性变化。因此，能够提高作为液晶光学元件的响应速度，而且，能够提高 电极之间配置的结构物的均匀性以及结构物形成的再现性，能够作为 可电气地控制光折射等光学特性的可变焦透镜、或者作为用于修正在 光拾取器的记录和再现时产生的像差的液晶像差修正元件等而实现 实用化。而且，根据本发明的液晶光学元件的制造方法，形成了具有多个 贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体，并将该多孔质结构体配置在形成 有电极的一个基板上，由此，能够容易地控制液晶的分子取向，并能 够形成使光学特性变化的液晶光学元件。而且，通过在多孔质结构体形成工序中对高纯度铝材料进行阳极 氧化处理，能够形成圆形形状或六角形状的氧化铝多孔质结构体。而且，通过在多孔质结构体形成工序中对玻璃、树脂、硅、碳或 陶瓷材料进行蚀刻处理来形成多孔质结构体，能够提高多孔质结构体 的加工效率，且能够利用高纯度铝以外的材料。而且，通过对形成的多孔质结构体的内壁面12a进行取向处理，在多个贯通孔或非贯通孔的内部使液晶成为规定取向，由此能够容易 地使光学特性变化。而且，根据本发明的液晶光学元件的制造方法，在形成有电极的 一个基板或多个基板上配置高纯度铝材料，或者形成高纯度铝膜，并 对高纯度铝材料或高纯度铝膜进行阳极氧化处理，形成具有多个贯通 孔或非贯通孔的多孔质结构体，由此，能够使用于形成多孔质结构体 的阳极氧化处理的制造工序等简单化，能够实现制造成本降低。


图1为表示现有液晶光学元件结构的图。图2为本发明的液晶光学元件的高速响应性的一例。图3为示出了第1实施方式的液晶光学元件100的结构(垂直取向处理的例子)的视图。图4为表示液晶光学元件100的结构的A—A截面图。图5为表示液晶光学元件100的结构的B—B、 C —C截面图。图6为表示基板的电极以及连接端子的配置状态的图。图7为表示液晶光学元件100的电路系统的示意图。图8为表示液晶光学元件100的结构的局部放大示意图。图9为表示多孔质结构体12的结构的视图。图10为具有圆形形状孔的多孔质结构体12的取向模型。图11为具有六角形状孔的多孔质结构体12的取向模型。图12为用阳极氧化法形成的多孔质结构体12的照片。图13示出了液晶光学元件100在施加电压时的液晶取向状态。图14为示出了第2实施方式的液晶光学元件200的结构(水平取向处理的例子)的图。图15为示出了第3实施方式的液晶光学元件300的结构(非贯通孔的例子)的图。图16为表示多孔质结构体12的制造方法(阳极氧化法)的工序图。图17为表示多孔质结构体12的制造方法(蚀刻法)的工序图。 图18为表示液晶光学元件的第1制造方法的工序图(之一)。 图19为表示液晶光学元件的第1制造方法的工序图(之二)。 图20为表示液晶光学元件的第2制造方法的工序图。 附图标记的说明 K0、 Kl 界面层 P 主体层10、 11 下玻璃基板、上玻璃基板12 多孔质结构体(贯通孔) 12A 多孔质结构体(非贯通孔) 12a 多孔质结构体的内壁面13 贯通孔20 下基板、公共电极 20h 下基板、加热电极21 上基板、第一驱动电极22 上基板、第二驱动电极 Vo 接地端子V, 第一驱动端子 V2 第二驱动端子 VH 加热端子 32 注入口 40 液晶材料 50 密封材 80 导通材100 液晶光学元件(垂直取向处理的例子)200 液晶光学元件(水平取向处理的例子)300 液晶光学元件(非贯通孔的例子)具体实施方式
参照附图，对实施本发明的液晶光学元件及其制造方法的优选实 施方式进行说明。在此，以如下液晶光学元件为例进行说明，该液晶 光学元件是对预先按特定方向排列的液晶分子局部施加电场，来改变 该分子的排列，并利用液晶光学单元内产生的折射率分布的变化，而 获得透镜效果的元件。图3示出了第1实施方式的液晶光学元件100的结构(垂直取向 处理的例子)的图。图4为表示液晶光学元件100的结构的A—A截 面图。图5为表示液晶光学元件100的结构的截面图。在图5中，图 5 (a)为B—B截面图，图5 (b)为C一C截面图。图6为表示基板 的电极以及连接端子的配置状态的图。在图6中，图6 (a)示出了 基板11的电极以及连接端子的配置状态，图6 (b)示出了基板10 的电极以及连接端子的配置状态。如图3 图6所示，液晶光学元件100由形成有公共电极20的 基板10、形成有第一驱动电极21以及第二驱动电极22的基板11、 多孔质结构体12、和液晶40构成。在该例子的情况下，液晶40为在施加电压时分子的长轴朝向电 场方向的介电常数各向异性为正的向列型液晶(Np液晶)，其在多孔 质结构体12的内壁面12a的壁面上形成垂直取向膜。而且，在图4中，省略了在公共电极20、第一驱动电极21以及 第二驱动电极22与液晶40之间通常设置的取向膜、透明绝缘层、在 基板IO、 ll上设置的反射防止膜等的图示。并且，液晶40被密封材 50封入在内侧。并且，为施加电压而在各端子上连接有导线等。在上玻璃基板11的厚度方向穿设孔，在这些孔上分别设置用于 与公共电极20、加热电极20h连接的接地端子Vo、加熱端子Vh。而 且，在上玻璃基板11上设置第一驱动端子V'、第二驱动端子V2。关 于在下玻璃基板10侧形成的公共电极20，其通过隔有导通材80，而 与上玻璃基板ll侧的接地端子Vo连接。而且，加热电极20h也通过 隔有导通材80，与上玻璃基板11侧的加热端子Vh連接。并且，各 端子是通过沿着孔的内周面进行通孔加工，并进行Cr一Au等的金属电镀和导通材的充填而形成的。而且，由于如图3所示各端子配置在上玻璃基板11的表面上， 所以与在玻璃基板的侧方集约配置端子而成的现有的液晶光学单元 相比，不会对单元施加不平衡的力，不易产生裂纹和破碎等的不良状况。从而，可以使基板IO、 11更薄(例如为0.2mm 0.5mm)，能够使液晶光学元件小型并轻量化。而且，在上玻璃基板11的表面上形成有用于将液晶40注入到玻 璃基板IO、 11间的注入口32。注入口 32的形状为圆形或楕圆形等， 在注入液晶40后用封装材适当封装。而且，如图6 (a)所示，在上玻璃基板11的中心部配置圆形的 第二驱动电极22，在其周边配置第一驱动电极21。第二驱动电极22 与第二驱动端子V2连接。并且，第一驱动电极21与第一驱动端子 丫1连接。而且，如图6 (b)所示，在基板10的中心部配置圆形的公 共电极20，在其周边配置加热电极20h。公共电极20与接地端子Vo 连接。并且，加热电极20h与加热端子VH连接。图7为表示液晶光学元件100的电路系统的示意图。如图7所示， 电源V通过可变电阻R,，在第一驱动端子V,和接地端子Vo之间施加规定的电压V1，并且通过可变电阻R2，在第二驱动端子V2和接地端子Vo之间施加规定的电压V2。而且，电源VH通过电阻Rw在接 地端子Vo与加热端子VH之间施加规定的电压VH。该部分作为液晶 光学元件100的加热部而起作用。图8为表示液晶光学元件100的结构的局部放大示意图。该图8 所示的部分为液晶光学元件100的基本结构。多孔质结构体12配置 于下玻璃基板10上。而且，上玻璃基板11配置在多孔质结构体12 的上方。在上玻璃基板11与多孔质结构体12之间具有规定的空间。 在下玻璃基板10和上玻璃基板11之间充填并保持着液晶40。在玻璃基板10或11的内表面形成取向膜。因此，如图8所示，玻璃基板的内表面的液晶被沿规定的方向(垂直方向)取向。而且， 多孔质结构体12的内壁面12a被进行取向处理。因此，液晶沿垂直于内壁面12a的方向取向。此时，作为液晶，使用介电常数各向异性 为正的向列型液晶(Np型液晶)。由于多孔质结构体12的制造偏差、上下玻璃基板间的间隙的制 造偏差、和液晶的注入路径的作用，玻璃基板内表面与多孔质结构体 12的间隔为数um的间隔，并且在该部分也存在液晶。该液晶为与 光的进入方向平行的液晶分子，对在垂直于上下玻璃基板的方向上作 用的电场变化不响应。图9为表示多孔质结构体12的结构的视图。图9所示的多孔质 结构体12的贯通孔为圆形形状。图IO为具有圆形形状孔的多孔质结 构体12的取向模型。如图IO所示，液晶呈放射状地沿垂直于内壁面 12a的方向取向。并且，图11为具有六角形状孔的多孔质结构体12 的取向模型。如图11所示，液晶大致呈放射状地沿垂直于内壁面12a 的方向取向。多孔质结构体12的由内壁面12a的垂直取向处理所形成的取向 状态成为图10或图11所示模样的配置，宏观上来看，面内取向中没 有各向异性，不依赖于偏光方向。而且，由于多孔质结构体12的贯 通孔形成为圆形形状或六角形状，所以结构上牢固并能够增大孔开口 率s，还可以较多地充填并保持液晶。多孔质结构体12是通过对例如高纯度铝材料进行阳极氧化处理 而形成的。图12为用阳极氧化法形成的氧化铝多孔质结构体12的照 片。图12 (a)为氧化铝多孔质结构体12的俯视照片。图12 (b)为 氧化铝多孔质结构体12的截面照片。多孔质结构体的贯通孔的间距 约为500nm，孔径约为400nm，厚度约为50um。多孔质结构体12的部分的面积(从基板法线光路方向观察的部 分的面积)越小，则越有助于光学特性的控制，且液晶材料部分的面 积则取得却大，所以是优选的。即，优选充填并保持有液晶的贯通孔 或非贯通孔部分有更大的面积。而且，优选多孔质结构体12相对于光波长具有高的可靠性、稳定性。14图13是示出了液晶光学元件100在施加电压时的液晶取向状态 的图。如图13所示，在对液晶光学元件100施加规定的电压时，沿 垂直于内壁面12a的方向取向的液晶受到电场方向上的力而倾斜，如 果电场变强，则相对电极表面呈垂直状态。由此，能够电气地控制对 光的折射率，成为作为可变焦透镜或像差修正元件的有益的功能元 件。而且，如图13所示，在施加电压时，A和C区域的液晶分子的 排列状态不变，仍然是相对电极表面垂直的取向。因此，所述A和C 区域的液晶为不影响液晶光学元件特性的区域。另一方面，B区域的 液晶分子的排列状态由于施加电压而变化。由此，可以得到作为光学 元件的光学特性。如图8所示的液晶光学元件100的局部放大示意图所示，多孔质 结构体12的贯通孔与基板法线方向以及光的前进方向相平行地排 列，而液晶分子相对于被垂直取向处理后的内壁面12a以垂直排列状 态排列。而且，如果多孔质结构体12的隔壁越窄，即，如果孔开口率s 越大，那么液晶的充填和保持比例将会越大，有利于光控制地发挥作 用，因此孔开口率s如下式定义。孔开口率5=(孔部分的面积)/ {(孔部分的面积)+ (隔壁部 分的面积))考虑到多孔质结构体12的制造偏差以及制造可能性，优选孔开 口率s为50 80%左右。根据隔壁部的光透过效率等、特别是根据相对于紫外线的耐光性 和温度依赖性来进行材料的选定也是重要的课题。作为电气绝缘材 料，有玻璃、树脂、硅、碳或陶瓷材料等，需要根据各自的用途进行 选择。液晶材料显现出双折射性，其大小由液晶分子长轴方向的折射率 ne (称为异常光折射率)和短軸方向的折射率n。(称为正常光折射率) 的差An (=ne—n。)定义。对于大多的液晶显示单元所使用的向列型液晶，该An(二ne—n。)的符号为正，而被分类为正号结晶。以下，为得知在向夹持有所述的多孔质结构体12而形成的液晶 光学元件垂直地射入光时的光学作用情况，以向列型液晶ZLI—1132 (Merck公司制)为例，尝试进行数值上的估算。ZLI—1132液晶材 料的异常光折射率ne约为1.632，正常光折射率n。约为1.493。在使 未施加电压时的多孔质结构体12的贯通孔中的液晶分子的取向成为 图8所示的放射状取向的情况下，可以期待的折射率的最大值nMAX 比ne略小，nMAX=1.561左右。而且，在该状态下施加电压而得的折 射率的最小值riMw与n。相等，nMIN=1.493。从而，可估算出根据电 压而能够变化的折射率的可控制范围Sn为Sn=nMAX—nM1N = 0.068 左右。折射率的值和几何距离的积被称为光学距离。该情况下，使液 晶层的厚度(多孔质结构体的厚度)为d，则最大和最小的光学距离 L分别为LMAX = d nMAX以及LMIN = d . nMIN。从而，通过电压可以 控制的光学距离为SL二d' 5n。以上的估算是在多孔质结构体的孔开口率s为100%的情况下， 而当孔开口率s降低时，根据电压，能够实际有效变化的折射率的可 控制范围Sn将縮小。例如，多孔质结构体的部分是通过对高纯度铝 材料进行阳极氧化处理而形成的氧化铝材，其平均折射率约为1.764， 在假定孔开口率s为50%的情况下，关闭电压时的实际有效的折射率 nMAX= (1.561 + 1.764) X0.5 = 1.6625，开启电压时的实际有效的折 射率nMIN= (1.493 + 1.764) X0.5 = 1.6285。利用施加电压而可控制 的折射率范围Sn为3=100%时的二分之一，所以光学距离范围SL 也为在s二100。/。时的二分之一。经由光学距离L的光路后的光的相位滞后的大小(相位滞后量) O可以通过使光的波长为入而由下式算出。相位滞后量①二LX2:i /入式中L:光学距离、A :光波长从而，在所述的多孔质结构体为氧化铝、孔开口率s为50%的情 况下，若使液晶层的厚度(多孔质结构体的厚度)为d，通过电压能够控制的相位滞后(相位滞后量)的范围为so，则S 0= (nMAX—nMIN) XdX2兀/ X=0.035XdX2n / X。 这样，在本实施方式中，液晶光学元件100由形成有公共电极 20的基板10、形成有第一驱动电极21以及第二驱动电极22的基板 11、多孔质结构体12、和液晶40构成。作为多孔质结构体的形成方 法，对高纯度铝材料进行阳极氧化处理来形成氧化铝多孔质结构体。 而且，多孔质结构体12的多个贯通孔13形成为圆形形状，在多孔质 结构体12的内壁面12a实施垂直取向处理，并且在上下玻璃基板的 配置多孔质结构体12的表面(在基板10中，即电极20的配置多孔 质结构体12的表面)实施垂直取向处理。由此，通过在玻璃基板上设置的电极之间施加电压，能够控制液 晶的分子取向，能够使光学特性变化。从而，能够縮短作为液晶光学 元件的响应时间，从而可作为用于修正在光拾取器的记录和再现时产 生的像差的液晶像差修正元件来实现实用化。以下，对液晶光学元件的其他结构例进行说明。图14为示出了 第2实施方式的液晶光学元件200的结构的局部放大示意图。图14 中，(a)为表示未施加电压时的液晶取向状态的图，(b)为表示施加 电压时的液晶取向状态的图。如图14所示，液晶光学元件200由形成有公共电极20的下玻璃 基板IO、形成有第一驱动电极21以及第二驱动电极22的基板ll、 多孔质结构体12、和液晶40构成。在该实施方式的情况下，液晶40 为在实施电压时分子的长轴朝向垂直于电场方向的介电常数各向异 性为负的向列型液晶(Nn液晶)，在多孔质结构体12的贯通孔的内 壁面12a上形成使液晶分子长轴朝向贯通孔的深度方向的水平取向 膜。由此，如图14 (a)所示，在施加电压前，多孔质结构体12的 贯通孔的液晶相对于内壁面12a呈水平状态排列。该情况下，上下玻 璃基板表面附近的液晶呈随机取向状态。而且，在该状态下在各电极之间施加电压时，多孔质结构体12的贯通孔内的液晶受到垂直于电场的力。因此，如图14 (b)所示， 变化成垂直于内壁面12a的状态的排列。而且在此，上下玻璃基板表 面附近的液晶仍为随机取向状态。具有这样结构的液晶光学元件200能得到与上述第1实施方式同 样的效果。图15为示出了第3实施方式的液晶光学元件300的结构的局部 放大示意图。如图15所示，液晶光学元件300由形成有公共电极20 的玻璃基板10、形成有第一驱动电极21及第二驱动电极22的玻璃 基板ll、多孔质结构体12A、和液晶40构成。在该例的情况下，多孔质结构体12A为具有多个非贯通孔的多 孔质结构体。而且，液晶40为在施加电压时分子的长轴朝向电场方 向的介电常数各向异性为正的向列型液晶(Np液晶)，在多孔质结构 体12的非贯通孔的内壁面12a上形成垂直取向膜。而且，在施加电压前，多孔质结构体12A的非贯通孔的液晶相 对于内壁面12a呈垂直放射状排列，玻璃基板取向处理面的液晶相对 于表面呈垂直状态排列。在施加电压时，通过电压的施加，多孔质结 构体12A的非贯通孔的液晶相对于内壁面12a从垂直排列状态变化到水平排列状态。而且，玻璃基板取向处理面的液晶仍为垂直排列状态。 具有这样结构的液晶光学元件300可得到与上述第1实施方式同样的效果。而且，在对高纯度铝材料进行阳极氧化处理情况下，在阳 极氧化处理中残留的铝材料部分的处理、或者将孔未贯通的部分去除 的补偿蚀刻处理(参照后述的图14参照)将被简单化。以下，参照图16 图19对本发明的液晶光学元件100的第1制 造方法进行说明。图16为表示多孔质结构体12的制造方法(阳极氧 化法)的工序图。图17为表示多孔质结构体12的制造方法(蚀刻法) 的工序图。图18为表示液晶光学元件的第1制造方法的工序图(之 一)。图19为表示液晶光学元件的第1制造方法的工序图(之二)。图16所示的多孔质结构体12的制造方法是通过对高纯度铝材料 进行阳极氧化处理来形成多孔质结构体12的方法。在该方法，如图16所示，首先，将高纯度铝材料形成规定厚度的板状(Sll)。然后，对高纯度铝材料进行阳极氧化处理(S12)。在 此，将高纯度铝材料与硝酸、磷酸等酸性电解液中的阳极氧化处理用 电极中的1个连接，再将另一个阳极氧化处理用电极配置于电解液 中，在阳极氧化处理用电极之间施加电压，进行阳极氧化处理。由此， 可以得到具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体。然后，为了使孔径扩大而对得到的多孔质结构体12进行蚀刻处 理(sn)，使多孔质结构体12的孔径为规定的尺寸。然后，对孔径扩大蚀刻处理后的多孔质结构体12进行补偿蚀刻 处理(S14)，以对在阳极氧化处理中残留的铝材料部分进行处理，或者除去孔的未贯通的部分。然后，在贯通孔的内壁面12a的壁面，通过液晶显示单元所使用 的取向材料和处理方法，例如，利用CTAB等的表面活性剂、憎水处 理剂、和聚酰亚胺、PVA等涂覆取向膜(S15)。而且，图17所示的多孔质结构体12的制造方法为对玻璃、树脂、 硅、碳或陶瓷材料进行蚀刻处理从而形成多孔质结构体12的方法。在该方法中，如图17所示，首先，将玻璃、树脂、硅、碳或陶 瓷材料等形成为规定厚度的板状(S21)。然后，在形成板状的玻璃、 树脂、硅、碳或陶瓷材料上涂覆Cr膜或抗蚀剂膜(S22)。然后，在 曝光处理后进行蚀刻处理。在此，将多孔质结构体12的贯通孔做成 规定的尺寸(S23)。例如，使贯通孔的直径为5000nm左右。然后， 在贯通孔的内壁面12a上涂覆取向膜(S24)。这样，可以得到如图 10所示的具有圆形形状孔的多孔质结构体12。作为液晶光学元件100的第1制造方法，首先，如图18所示， 在下玻璃基板侧(基板10侧)，在规定的位置通过蒸镀等方法形成电 极材(SIOI)。然后，进行利用蚀刻等的图案形成处理来制作电极20、21(S102)。 并且，上述设置端子的工序和形成电极的工序置前置后均可。然后，在根据需要层积透明绝缘层后，形成PVA等液晶取向膜(S103)。进而，通过印制等在电极20的外侧设置用于封入液晶的密 封材50 (S104)。另外，关于对置的上玻璃基板(基板ll侧)，与上述相同地对由 母材构成的基板形成电极(S201),并进行图案形成，形成第一驱动 电极21和第二驱动电极22 (S202)。并且，形成液晶取向膜(S203)。然后，如图19所示，配置多孔质结构体(S300)。在此，对通过 上述图16、 17所示的2个方法中的任意一个形成的多孔质结构体12 进行配置。然后，使上玻璃基板和下玻璃基板对置地组合(S301)。 该工序是通过隔有间隔件并利用密封剂贴合等进行的。接下来，从注入口 32向密封材50的内侧注入液晶(S302)，封 装。然后，使用在由母材构成的上玻璃基板11上排列的各端子，进 行元件的动作检査(S303)。对检查不合格的地方，进行NG标示 (S304)。之后，在由母材构成的基板的全表面上形成反射防止膜(AR 膜)(S305)。 AR膜可以在玻璃基板IO侧或基板11侧的任意一方形 成，也可以在两侧都形成。最后，用切片机等将由母材构成的基板切分成各个液晶像差修正 元件1 (S306)，经过单件产品的检查工序(S307)后结束。并且， 在单件产品的检查中，不合格的元件被废弃或进行修理等，或被送到 再生工序中(S308)。根据以上的制造方法，预先形成多孔质结构体12，并在组装液 晶光学元件时将其配置于上下玻璃基板之间。作为液晶光学元件100的第2制造方法，如图20所示，是在组 装液晶光学元件100期间，通过进行高纯度铝材料的阳极氧化处理， 从而形成多孔质结构体12的方法。图20为表示液晶光学元件的第2 制造方法的工序图。在该第2制造方法中，首先，如图20所示，在下玻璃基板上覆 膜、进行图案形成处理后，在步骤S400中，在下玻璃基板侧(基板 10顶!j)通过蒸镀等在规定的位置上形成电极材。然后，通过进行利 用蚀刻等的图案形成处理来制作电极20、 21 (S401)。然后，在步骤S402中，配置高纯度铝材料(或形成高纯度铝膜)。 然后，对高纯度铝材料进行阳极氧化处理(S403)。在此，阳极氧化 处理的方法与上述的方法相同。由此，可以得到具有多个贯通孔的多 孔质结构体。然后，对得到的多孔质结构体12进行孔扩大蚀刻处理(S404)。 在此，将多孔质结构体12的贯通孔扩大到规定的大小。例如，贯通 孔的直径为80nm左右。然后，在贯通孔的内壁面12a涂覆取向膜(S405)。这样，可以得到如图9所示的具有圆形形状孔的多孔质结构体12。另一方面，对于对置的上玻璃基板(基板ll侧)，与上述相同地 对由母材构成的基板形成电极(S500)，并进行图案形成，形成第一 驱动电极21和第二驱动电极22 (S501)。而且，形成液晶取向膜 (S502)。进而，通过印制等方法在电极的外侧设置用于封入液晶的 密封材50 (S503)。然后，使形成有上述电极、端子等的基板与上玻璃基板相对置地 组合(S406)。该工序是通过隔有间隔件并利用粘结剂贴合等进行的。 然后，从注入口 32向密封材50的内侧注入液晶(S407)，并封 装。然后，使用在由母材构成的基板IO上排列的各端子，进行元件 的动作检査(S408)。对检査不合格的地方进行NG标示(S409)。之 后，在由母材构成的基板的全表面上形成反射防止膜(AR膜)(S410)。 AR膜可以在基板10侧或基板11侧的任意一侧形成，也可以在两侧 都形成。最后，用切片机等将由母材构成的基板切分成各个液晶像差修正 元件1 (S411)，经过单件产品的检查工序(S412)后结束。另外， 在单件产品的检查中，不合格的元件被废弃或进行修理等，或被送到 再生工序中(S413)。通过上述的液晶光学元件的制造方法，能够容易地控制液晶的分 子取向，能够容易地形成使光学特性变化的液晶光学元件。而且，通过对高纯度铝材料进行阳极氧化处理，来形成多孔质结构体。而且，通过对玻璃、树脂、硅、碳或陶瓷材料进行蚀刻处理来形 成多孔质结构体，由此可以提高多孔质结构体的加工效率，能够利用 氧化铝以外的材料。并且，虽然在上述实施方式中对多孔质结构体12是通过对高纯 度铝材料进行阳极氧化处理而形成的情况进行了说明，但并不仅限于 此。例如，也可以通过对Si (硅)材料进行蚀刻处理来形成。而且，在上述实施方式中，对多孔质结构体12的多个贯通孔或 非贯通孔形成为圆形形状或六角形状的情况进行了说明，但也可以不 限于此。而且，在上述实施方式中，为了减少漏光，可以在多孔质结构体12的上表面或下表面实施黑色处理。产业上的可利用性本发明有望被广泛利用，例如，用于内置于移动电话、移动信息终端机(PDA)、数字机器等的超小型摄像机中并具有自动聚焦功能、 长焦微距切换功能的液晶光学元件，或者在光盘装置中用于修正在光 拾取器的记录和再现时产生的像差的液晶光学元件。
权利要求
1、一种液晶光学元件，具有形成有电极的多个基板、和被所述多个基板夹持的液晶，其特征在于，在所述基板之间配置有具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体，液晶充填并保持在所述贯通孔或非贯通孔中。
2、 根据权利要求1所述的液晶光学元件，其特征在于，所述多个贯通孔或非贯通孔形成为圆形形状或六角形状。
3、 根据权利要求1或2所述的液晶光学元件，其特征在于，所 述多孔质结构体的孔开口率s为50 80% 。
4、 根据权利要求1或2所述的液晶光学元件，其特征在于，所 述多孔质结构体的贯通孔或非贯通孔的间距为50 5000nm。
5、 根据权利要求1或2所述的液晶光学元件，其特征在于，对 所述多孔质结构体的内壁面实施取向处理，并且对所述基板的配置所 述多孔质结构体的面实施取向处理，呈液晶的面内取向中没有各向异 性的各向同性，并且不依赖于偏光方向。
6、 根据权利要求1或2所述的液晶光学元件，其特征在于，在所述多孔质结构体的上表面或下表面实施黑色处理，进行减少漏光的 处置。
7、 一种液晶光学元件的制造方法，所述液晶光学元件具有形成 有电极的多个基板、和被所述多个基板夹持的液晶，其特征在于，包 括电极形成工序，在由母材构成的基板上形成电极；多孔质结构体 形成工序，形成具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构体；取向处 理工序，对所述多孔质结构体的内壁面进行取向处理；多孔质结构体 配置工序，在形成有电极的一个基板上配置所述多孔质结构体；组装 工序，将形成有电极的其他基板与配置有多孔质结构体的基板组合； 以及液晶注入工序，向组合后的基板之间注入液晶。
8、 根据权利要求7所述的液晶光学元件的制造方法，其特征在于，在多孔质结构体形成工序中，通过对高纯度铝材料进行阳极氧化 处理来形成氧化铝多孔质结构体。
9、 根据权利要求7所述的液晶光学元件的制造方法，其特征在 于，在多孔质结构体形成工序中，通过对玻璃、树脂、硅、碳或陶瓷 材料进行蚀刻处理来形成多孔质结构体。
10、 根据权利要求7至9中的任意一项所述的液晶光学元件的制 造方法，其特征在于，还包括对所述基板的配置所述多孔质结构体 的面进行取向处理的工序。
11、 一种液晶光学元件的制造方法，所述液晶光学元件具有形成 有电极的多个基板、和被所述多个基板夹持的液晶，其特征在于，包 括电极形成工序，在由母材构成的基板上形成电极；配置工序，在 形成有电极的一个基板或多个基板上配置高纯度铝材料，或形成高纯 度铝膜；多孔质结构体形成工序，通过对高纯度铝材料或高纯度铝膜 进行阳极氧化处理，而形成具有多个贯通孔或非贯通孔的多孔质结构 体；取向处理工序，对形成后的多孔质结构体的内壁面进行取向处理； 组装工序，将形成有电极的其他基板与配置有多孔质结构体的基板组 合；以及液晶注入工序，向组合后的基板之间注入液晶。
12、 根据权利要求11所述的液晶光学元件的制造方法，其特征 在于，还包括对所述基板的配置所述多孔质结构体的面进行取向处 理的工序。
全文摘要
本发明提供一种液晶光学元件及其制造方法，能确保适用上有用的光学距离的可控制范围，并能提高响应速度。液晶光学元件(100)由形成有公共电极(20)的基板(10)、形成有第一驱动电极(21)及第二驱动电极(22)的基板(11)、多孔质结构体(12)、和液晶(40)构成。作为多孔质结构体的形成方法，为通过对高纯度铝材料进行阳极氧化处理来形成氧化铝多孔质结构体。而且，多孔质结构体(12)的多个贯通孔形成为圆形形状，对多孔质结构体(12)的内壁面实施垂直取向处理，并且对上下玻璃基板的配置多孔质结构体(12)的面实施垂直取向处理。
文档编号G02F1/1333GK101251657SQ20081000923
公开日2008年8月27日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年2月20日
发明者中川信义, 广岛纲纪 申请人:碧理科技有限公司;国立大学法人山梨大学