具有光學變焦功能的液晶元件及其製造方法
2023-05-23 15:43:46 5
專利名稱:具有光學變焦功能的液晶元件及其製造方法
技術領域:
本發明涉及光學變焦功能。更詳細地說涉及適用於可攜式電話機、可攜式 信息終端機(PDA)等的小型數位照相機、數字攝像機等中的光學變焦功能。
技術背景近年來, 一般都普及了搭f^小型照相機的帶攝影功能的可攜式電話機、 可攜式信息終端機(PDA)等。在現有的超小型照相機中,由於尺寸等的限制, 一般都是單焦點的透鏡系統,但是伴隨著可攜式電話機的照相機規格的快速的 高像素化,100 200萬以上的有效像素數成為標準,隨之要求搭載光學變焦功 能,最近已提出了幾個光學式的小型變焦透鏡。例如,在(專利文獻l)中公開了在光軸上依次排列前組透鏡、後組透鏡、 CCD等攝像元件,禾,驅動機構在導銷的方向(光軸方向)上僅驅動後組透鏡的 超小型的透鏡驅動裝置。此外,在(專利文獻2)中公開了一種變焦透鏡,該變焦透鏡從物體側向 著像面側依次具有整體具有負的折射能力的第一透鏡組、整體具有正的折射 能力的第二透鏡組、整體具有正的折射能力的第三透鏡組,進行在第二透鏡組 從像面側向物體側移動、且第HiI鏡組一旦從像面側向物體頂鵬動了之後再次 向像面側移動時,從廣角端向望遠端的變倍和伴隨著變倍的像面變動的修正。如上戶;M的現有的變焦透鏡能實現在透鏡的驅動方式上下功夫而得到的某種程度上的小型化和薄型化,但是由於以機械方式移動透鏡,故必須要確保其 移動空間,實際JbS^鏡筒的厚度只有10im左右,十分有限。因此,必須要避免透鏡部分的突出,因此剤艮制了可攜式電話機的外觀設計的自由度的問題, 實際上當前現狀是依然依靠數字變焦方式。隨著照相機的有效像素數進一步提 高,如何在很小的殼體中收容透鏡單元的問題依然很重要。專利文獻l:(日本)特開2004—258111號公報 專利文獻2:(日本)特開2004—212737號公報發明內容因此,本發明鑑於上述現有的問題而做出,其目的在於提供一種新的液晶 元件,特另提用於搭載在可攜式電話機等機器中的照相機的透鏡系統中,會, 得到比現有技術小型薄型且輕量的光學變焦功能。為了解決上述問題,本發明提供一種液晶元件,與透鏡一起配置在光軸上 構成光學變焦系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其具 有液晶和夾著上述液晶而對置的多個電極,在施加電壓時,上述液晶的取向狀 態以上述光軸為中心同心狀地變4七。根據該結構,與同心狀地變化的液晶的取向狀態相對應,對整個元件賦予 規定的折射率分布,焦點移動而發揮光學變焦功能。在本發明中,i^共一種液晶元件,與透鏡一起配置在光軸上構成光學變焦 系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其具有液晶和夾著 上述液晶而對置的多個電極,按照使大小、或配置間隔、或者其兩者沿著將電 極劃分為同心圓狀時的半徑方向而變化的配置圖形,在上述電極的至少一個上 形成不存在電極材料的多個非電極部位,在上述非電極部位的內側,在施加電 壓時液晶不均勻地取向。根據該結構,由於在形成了多個的非電極部位的中心部,向垂直於電極的 方向形成弱電場,在非電極部位的端部,向傾斜方向形成電場,因此,通過液 晶分子沿著該電場分布不均勻取向,就得到折射率從非電極部位的中心到周邊 連續變化的光的折射效果(透鏡效果)。由於使非電極部位的大小或配置間隔在 電極上同心圓狀地變化,因此,作為整個元件,賦予了規定的折射率分布,焦點移動而發揮光學變焦功能。此外,在本發明中,提供一種液晶元件,與透鏡一起配置在光軸上構成光 學變焦系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其具有液晶 和夾著上述液晶而對置的多個電極,按照使大小、或配置間隔、或者其兩者沿 著將電極劃分為同心圓狀時的半徑方向而變化的配置圖形,在上述電極的至少 一個上形成不存在電極材料的多個非電極部位,在上述非電極部位的內側,在 施加電壓時液晶不均勻地取向,並且,按照規定的間隔,沿著上述同心圓狀地 變化的配置圖形,環形地配設了施加不同電壓的多條線狀電極。根據該結構,通過如上所述地使非電極部位的大小或配置間隔同心圓狀地 變化,在得到期望的折射率分布的同時,環形配設多條線狀電極,進一步對規 定部位施加電壓,因此,更強調了,的折射率分布,提高光學變焦功能。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的液晶元件中,多個非電極部位 的配置間隔在電極上的被劃分為同心圓狀的各區域內是不規則的。根據該結構,通過使與鄰接的非電極部位的間隔不規則(隨機),防止了由 光幹涉效果弓胞的波面的湍流。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的液晶元件中,非電極部位的形 狀是圓形或槽形。根據該結構,對於通過元件的光束,最優化非電極部位的形狀。再有,在 此所述的槽形是指其中的一個軸比垂直於它的另一個軸長的形狀,例如可以形 成為使較長一方的軸與液晶的摩擦方向平行,或者與摩擦方向垂直。此外,在本發明中,提供一種液晶元件,與透鏡一起配置在光軸上構成光 學變焦系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其具有液晶 和夾著上述液晶而對置的多個電極,上述電極的至少一個由具有相互不同的電 阻值的同心圓狀的多個區域構成,在該電極上,以,光軸為中心按規定間隔 同心狀地配設施加不同電壓的多條線狀電極,在對上述多條線狀電極施加了電 壓時,配設有上述線狀電極的戰電極起到電P鵬的作用,在戰多條線狀電 極間產生電壓降,戰液晶的取向狀態以上述光軸為中心同A浙地變化。根據該結構,由於在多條線狀電極之間施加電壓連續地變化,液晶的取向 狀態根據該電壓值進行變化,因此,在齡元件中形成規定的折射率分布,發 揮光學變焦功能。此外,在上述本發明涉及的液晶元件中,配設有多條線狀電極的電極,由 具有不同電阻值的多個區域構成。根據該結構,多條線狀電極之間的電壓降成為曲線。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的液晶元件中,將構成了光學變 焦系統時光束通過的區域的夕卜側遮光。根據該結構,遮住了來自光束通過的區域的外側的漫反射,像的畫質穩定。此外,在本發明中,提供一種液晶元件,由在厚度方向上層疊的2個液晶 元件構成,與透鏡一起配置在光軸上構成光學變焦系統,通過施加電壓形成折 射率分布,發揮光學變焦功能,其特徵在於,上述各個液晶元件具有一對基板 和夾在上述一對基板中的液晶,在所述一對基板的一個上形成了公共電極、另 一個上形成了段電極,按照使大小、或配置間隔、或者其兩者沿著將上述段電 極劃分為同心圓狀時的半徑方向而變化的配置圖形,在上述段電極上形成不存 在電極材料的多個非電極部位,在上述非電極部位的內側,在施加電壓時液晶 不均勻地取向,在上述的一對基板上,分別在厚度方向上穿設有多個孔,並且 在上述孔中設置與上述公共電極和段電極的某一個連接的端子,在上述一對基 板的一個上形成了用於注入液晶的注入口 。根據該結構,通過孔,在 的表面配置用於與公共電極和段電極連接的 端子及液晶的注入口。此外,如上戶誠,由於在形成了多個的非電極部位的內側,液晶H不均 勻地取向,因此,產生折射率從非電極部位的中心到周邊變化的光的折射效果 (透鏡效果),作為S^元件,得到同心圓狀的折射率分布。從而,焦點移動而 發揮光學變焦功能。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的雙單元結構的液晶元件中,不施加電壓時的液晶的取向方向在2個液晶元件中正交。根據該結構,對不同的偏振(P偏振禾口 S偏振)賦予規定的折射率分布。 此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的雙單元結構的液晶元件中,將基板形成為方形,液晶沿著上述基板的光束通過的圓形區域被密封,在上述圓形區域以外的角部附近設置液晶的糹主入口和端子。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的雙單元結構的液晶元件中,將基板形成為方形,液晶沿著上述基板的光束通過的圓形區域被密封,在上述圓形區域以外的角部附近設置液晶的注入口和端子。根據上述發明的結構,在基板的角部附近作為形成 L的空間被有效利用的同時,改善了元件的重量平衡。此外,在液晶收縮及膨脹的情況下,整體均勻變形,因此光學變焦功能穩定。此外,本發明的特徵是,在上述發明涉及的雙單元結構的液晶元件中,與層疊的各個液晶元件的公共電極連接的端子彼此之間、與一方的液晶元件的段電極連接的端子彼此之間、以及與另一方的液晶元件的段電極連接的端子彼此之間,在厚度方向上相互連接,分別匯聚到位於雙單元結構的液晶元件的外側的一個mJl設置的端子上。此外,本發明的特徵是,在,發明涉及的雙單元結構的液晶元件中,與層疊的各個液晶元件的公共電極連接的端子彼此之間、與一方的液晶元件的段電極連接的端子彼lfct間、以及與另一方的液晶元件的段電極連接的端子彼此之間,在厚度方向上相互連接,分別匯聚到雙單元結構的液晶元件的最外側的一個 上設置的端子上。根據戰發明的結構,將用於驅動元件的各端子集中配置在一個 ±。 此外,本發明的特徵是,將與一方的液晶元件的段電極連接的端子和與另一方的液晶元件的段電極連接的端子,設置在位於方形的基板的對角上的角部附近,在剩餘的角部附近設置與公共電t雄接的端子和液晶的注入口 。 根據該結構,考慮製造元件時的效率,設定各端子的位置。 此外,本發明的特徵是,構成了光學變焦系統時光束通過的區域的外側遮光。根據該結構,遮住了來自光^3I過的區域的外側的漫反射,像的畫質穩定。此外,本發明^M發明涉及的雙單元結構的液晶元件的製造方法,具有 在成為母材的基板上設置與多個液晶元件相對應的端子和注入口的工序;形成 段電極的工序;在已形成了上述端子、注入口和段電極的基板上,在相對置的 位置設置端子,並且與已形成了公共電極的另外的 組合的工序;組合之後, 從注入口注入液晶的工序;對於經過上述各工序製造的排列了多個液晶元件的 組,使經過同樣的各工序得到的另夕卜的組翻過來並且旋轉90度之後,與上述的 組層疊的工序;切割成一個個的雙單元結構的液晶元件的工序。此外,本發明^Jl^發明涉及的雙單元結構的液晶元件的審隨方法,具有 在成為母材的基板上設置與多個液晶元件相對應的端子的工序;形成段電極的 工序;在已形成了上述端子和段電極的 上,在相對置的位置設置端子及注 入口,並且與已形成了公共電極的另外的基板組合的工序;組合之後,從注入 口注入液晶的工序;對於經過上述各工序製造的排列了多個液晶元件的組,使 經過同樣的各工序得到的另外的組翻過來並且旋轉90度之後,與上述的組層疊 的工序;切割成一個個的雙單元結構的液晶元件的工序。根據上述發明的結構,雙單元結構的液晶元件的製造是, 一直到最後工序 都在成為母材的基板狀態下進行。然後,禾傭同一工序製造液晶的取向方向正 交的2個液晶元件。此外,本發明的特徵是,SJ^發明涉及的製造方法中,在基板的表面形 成與各個端子共同連接的檢查用的布線,在對於排列了多個液晶元件的組層疊 另外的組的工序之前、或者切害喊一個個的雙單元結構的液晶元件的工序之前 的某一方或兩方的時刻,利用,布線進行檢査。根據該結構,在分割為一個個的元件之前的母材的狀態下,進行一次元件 的動作確認。此外,本發明的特徵是,在戰發明涉及的製造方法中,在排列了多個液晶元件的組上層疊另外的組時,在真空中,隔著包圍光束通過的圓形區域的閉 合狀態下設置的密封材料進行層疊。根據該結構,由於2個液晶元件之間成為真空狀態,不存在粘結劑,因此, 維持了高的光邀寸率。此外,本發明的特徵是,在,發明涉及的製造方法中,在排列了多個液 晶元件的組上層疊另外的組時,在大氣中,隔著包圍光束通過的圓形區域的、 以一部分開放的狀態設置的密封材料和設置在上述密封材料內側的粘結劑進行 層疊。根據該結構,在大氣中高效地進行層疊2個液晶元件的工序。該情況下, 最好選擇折射率與對反接近的粘結劑。本發明的液晶元件通過在電極上形成多個非電極部位,使液晶分子沿著形 成在該非電極部位的位置上的不均勻的電場分布進行取向,產生了光的折射效 果。這樣,就能夠在整個元件上形成連續的折射率分布。由於通過利用施加電 壓控制液晶的取向狀態,能夠使該折射率分布任意變化,因此,會辦在配置在 了光軸上的情況下使焦點移動而發揮光學變焦功能。根據本發明,由於不需要光學變焦系統中的透鏡的驅動,或者用最小限的 驅動就行,因此,會^I多提供一種以前沒有的小型薄型的光學變焦功能,特別是 能夠最佳地用作可攜式電話機等的超小型照相機。此外,本發明的液晶元件的特徵是,使多個非電極部位的大小或配置間隔 根據電極上的位置而變化,並且,沿著該非電極部位的配置圖形,按照規定的 間隔配設了多條線狀電極。這樣,由非電極部位得到的折射率變化就在配設著 線狀電極的多個地方中變大,作為整體,倉,得到更強調了由非電極部位弓胞 的折射率分布的狀態。此外,由於本發明的液晶元件在電阻^±配設多條線狀電極,利用線狀電 極之間的電壓降,使液晶的取向狀態同心狀地變化,因此,能夠在元件上形成 規定的折射率分布。會,禾擁對線狀電豐M加的電壓任意地控制該折射率分布,能夠在配置在了光軸上的情況下使焦點移動後發揮光學變焦功能。另外,由於本發明涉及的雙單元結構的液晶元件在翻的表面上穿孔,以 該孔的部分為端子,因此,與在一側設置端子的情況相比,不對基板施加過度 的力。從而,能夠採用更薄的基板,結果,能夠達到元件的輕量化和小型化。此外,由於在方形的基板的中央部圓形地夾入液晶,在該基板的角部設置 端子等,因此,元件的重量平衡優良,即使在因為^it變化而液晶膨脹收縮了 的情況下也不弓胞不均勻的變形,育,維持元件的性能。然後,根據本發明涉及的雙單元結構的液晶元件的製造方法,由於全部是 在切開為一個個元件之前的母材的狀態下進行形成端子的工序和注入液晶的工 序等,因此,生產效率提高,能夠大幅度降低成本。此外,由於在檢査各元件時也在母材的狀態下進行,因此,能夠達到高效率。另外,會g夠全部用同一工序製造層疊的2個液晶元件,僅使一方翻過來並 且旋轉90,就能夠容易地製作液晶的取向方向正交的雙單元結構的液晶元件。 從而,生產性極高,育,得到穩定的品質。
圖1是模式地示出第一實施方式涉及的液晶元件的使用方式的圖。 圖2是第一實施方式涉及的液晶元件的平面圖。圖3是圖1的A部分的放大圖。圖4是第一實施方式涉及的液晶元件的咅靦圖。圖5是說明第一實施方式涉及的液晶元件的施加電壓時的狀態的圖。圖6是第二實施方式涉及的液晶元件的平面圖。圖7是第三實施方式涉及的液晶元件的平面圖。圖8是模式地示出由第三實施方式涉及的液晶元件得到的折射率分布的圖。圖9是說明第三實施方式涉及的液晶元件的製造過程的圖。圖10是第四實施方式涉及的液晶元件的平面圖。圖11是第五實施方式涉及的液晶元件的平面圖。圖12是說明第五實施方式涉及的液晶元件的製造過程的圖。圖13是第六實施方式涉及的雙單元結構的液晶元件的平面圖。圖14是圖13的C一C剖面圖。 圖15是圖13的D—D剖面圖。圖16是模式地示出第六實施方式涉及的雙單元結構的液晶元件的使用方 式的圖。圖17是示出雙單元結構的液晶元件的制3tX序的流程圖。 圖18是示出雙單元結構的液晶元件的制^I序的流程圖。 圖19是示出圖14的S方向中的S103的狀態的圖。 圖20是示出S103的狀態的端子部分的咅靦圖。 圖21是示出圖14的S方向中的S106的狀態的圖。 圖22是示出圖14的S方向中的S108的狀態的圖。 圖23是示出圖14的T方向中的S205的狀態的圖。 圖24是示出圖14的U方向中的S104的狀態的圖。 圖25是示出S501的狀態的圖。 圖26是示出S305的狀態的圖。 圖27是示出S504的狀態的圖。 圖28是示出S305的狀態的另一例子的圖。圖29是第七實施方式涉及的雙單元結構的液晶元件的平面圖和偵艦圖。附圖^i己的說明1A 1G液晶元件1FG雙單元結構的液晶元件10液晶20、 21電極22段電極23公共電極24高電阻膜24a高電阻區24b中電阻區24c低電阻區201非電極部位30、 31、 32、 33 S^反32a遮光部32b角部320成為母材的St反330成為母材的 40a 40d線狀電極400低電阻膜400a低電阻膜50 Si。2膜60A 60F孑L61A 61F端子70、 71、 71A密封材料72粘結劑73注入口74密封材料75導通材料76掩膜77布線E電場F、 F'焦點了透鏡L光軸M像面Pl、 P2偏振面 R1 R3電阻 Sl、 S2端子 P、 Q折射率分布具體實施方式
以下,詳細地說明本發明。再有,在以下的實施方式中,對於相同的結構 要素,付與相同的附圖t射己並省略說明。首先,圖1 圖5示出本發明的實施方式。圖1是模式地示出該第一實施 方式涉及的液晶元件1A的使用方式的圖,圖2是液晶元件1A的平面圖,圖3 是圖2的A部分的放大圖,圖4是放大了液晶元件1A的剖面的圖。如圖1所示,液晶元件1A適用於可攜式電話機、可攜式信息終端機(PDA) 等的小型照相機中,對於CCD、 CMOS等所具有的像面M,與透鏡J一起配置在光 軸L上構成透鏡系統。然後,通艦元件施加電壓,主要在元件的面方向(垂 直於光軸的方向)上形成折射率分布,使焦點F向焦點F'(或者相反)移動, 發揮光學變焦功能。再有,由於將射向液晶元件1A的光設為偏振狀態,因此, 能夠根據需要將起偏鏡配設在光軸L上。以下,詳細敘述液晶元件1A的結構。液晶元件1A如圖4所示,具有液晶10、夾著該液晶10對置的2個電極20、 21和繊30、 31,在電極20上 L狀地形成了不存在電極材料的多個非電極部 位201。再有,在圖4中,省略了設置在基板30、 31上的防反射膜(AR膜)和 一般設在電極20、 21與液晶10之間的液晶取向膜、透明絕緣層等的圖示。此 夕卜,在電極20和電極21上連接著用於施加電壓的導線等。如圖2所示,根據電極20上的{體,多個非電極部位201的大小和配置間 隔連續地變化。再有,為了方鵬見,圖2中描繪了少量糊灘極部位201,但 實際上如圖3所示,微細地形成著許多非電極部位201。然後,在該第一實施方式中,沿著將電極20分為同心圓狀時的半徑方向R,非電極部位201的大小dl 從大半徑向小半徑、配置間隔d2由寬變窄地形成連續的圖形。在對電極20、 21間施加了電壓的情況下,非電極部位201附近的電場E 的狀態成為圖5所示。即,在電極20和電極21相對的部分a,向垂直於電極的 方向形成強電場,在為非電極部位201的中心部的部分b中,向同樣垂直於電 極的方向形成弱電場。然後,在M非電極部位201與電極20的邊界的部分c, 成為電場向著電極20傾斜的狀態。於是,在液晶10的介電各方異性是正的情況下,由於液晶分子沿著電場E 取向,因此,在部分a,液晶分子相對於電極垂直排列,在部分b,由於電場很 弱,因此成為與電極平行的狀態,在部分c傾斜取向。艮P,在非電極部位201 的內側,成為液晶不均勻的取向狀態。這時,由於對於透過元件的光(異常光) 的折射率形成從非電極部位201的中心朝著周ii^續減小的分布,因此,在非 電極部位201的部分就表顯出凸透鏡的效果。這樣就能夠對透過的光給予相位 差。從而,如圖2所示,在使非電極部位201的大小和配置間隔根據電極上的 位置連續變化的情況下,由於在各個位置得到的相位差不同,因此,作為整個 元件,能夠得到規定的折射率分布,其結果,使透鏡系統的焦距變化,能得到 光學變焦功能。再有,在傲伍加的電壓變化的情況下,液晶分子的取向狀態與其相應地變 化。例如,在增大電壓的情況下,由於非電極部位201的中心,液晶分子也垂 直地取向,因此,就相反地示出折射率從非電極部位201的中心朝著周邊變大 的凹透鏡效果。艮卩,由於能夠利用施加的電壓,使在整個元件中得到的折射率 分布變化,因此,通過對設定的焦距計算必要的折射率分布,根據其結果控制 電壓,就會,使焦距連續地變化。另外,雌非電極部位201的配置間隔,在電極20上的!戱i份為同心圓狀 的各區域內(例如區域X、區域Y)不規則(隨機配置)。即,如圖3所示,配 置間隔hl與h2稍微不同。這樣就會嫩防止分別艦鄰接的非電極部位的光相互幹涉而出現波面湍流的情況。再有,也可以在預料到根據光的波長與配置間隔的關係而幾乎不存在發生 幹涉效果的情況下,使hi與h2相同且規則地配置。作為電極20、 21,可以使用當前已知的一般電極。具體地說,最好使用在 透明基板30、 31上形成了銦一錫氧化膜的ITO電極。此外,作為形成非電極部位201的方法,最好使用首先在基板30的整個面 上形成了電極20後,禾l」用光刻處理,按照期望的配置圖形形成多個非電極部位 201的方法。這樣做就能夠容易地帝,出連續變化的微細的配置圖形。或者,也 可以4OT在基板30上蒸鍍或電鍍電極20時通過掩膜進行的方法。圖6中示出本發明的第二實施方式。該液晶元件1B與上述第一實施方式同 樣,在電極20上形成了多個非電極部位201,但非電極部位201的大小是相同 直徑。然後,從電極20的中心到周邊,使非電極部位201的配置間隔從寬間隔 向窄間隔連續地變化。這樣,在非電極部位201的配置具有疏密的情況下,在 施加電壓時根據各個非電極部位的光的折射效果(透鏡效果),在非電極部位201 的密度高的區域和密度低的區域所得到的相位差就不同,作為整個元件,就能 夠得到規定的折射率分布。下面,基於圖7 圖9說明本發明的第三實施方式。圖7的液晶元件1C與 上述第一實施方式同樣,在夾著液晶的電極20上形成多個非電極部位201,該 非電極部位201的大小和配置間隔向著判5方向R連續地變化。然後,在該第 三實施方式中,其特徵點是,沿著非電極部位201的配置圖形(同心圓狀變化 的圖形)配設了環形的線狀電極40a 40d。線狀電極40a 40d與端子S1、S2連接,利用電阻R1 R3施加不同的電壓。圖8中模式地示出禾,該液晶元件1C得到的折射率分布。如圖8所示,在 禾傭非電極部位201的邀l效果得到折射率分布P時,在布設了線狀電極40a 40d的部位s、 t、 u、 v中,液晶進一步取向,於是,相j腫被提高了規定量, 結果就成為強調了折射率分布P的折射率分布Q的狀態。從而,z變焦範圍會腿 —步變寬。在此,能夠基於扭灘極部位201弓胞的折射率分布P來決定布設線狀電極40a 40d的位置和分別對其施加的電壓值。艮卩,優選設定與折射率分 布P的各部位的相位變化量成比例的電壓值,例如,在端子S1、 S2間施力口 IV 電壓的情況下,可以設定電阻R1 R3,使得對線狀電極40 (相當於圖8的v) 施加IV電壓,對線狀電極40b (相當於u)施加0.6V電壓,對線狀電極40c (相 當於t)施加0.1V電壓,X寸線狀電極40d (相當於s)施加OV電壓。再有,關 於線狀電極40a 40d,當然不限定於圖7的電路結構。圖9示出第三實施方式涉及的液晶元件1C的製造過程的一例。首先,如圖 9 (a)所示,在玻璃 30上形成ITO等的電極(低電阻膜400、幾 幾十Q )。 再有,在該例子中,在基板30和低電阻膜400之間形成了 SiOj莫50。劍莫是 防止從基板30析出鈉成分的鈍化膜,可以根據需要設置。接著,如圖9 (b)、 9 (c)所示,進行低電阻膜400的構圖而形成線狀電 極40a,在它的上面形成IT0等的電極20 (高電阻膜、幾十 幾百kQ)。然後, 如圖9 (d)所示,通過在規定位置形成多個非電極部位201,就能夠得到實現 了形成線狀電極40a (40b 40d)和電極20的目的的^M。再有,由於線狀電 極40a與元件的大小相比極細(幾 幾十um左右),因此,也可以根據情況, 用ITO以外的不透明的金屬構成。多個非電極部位201的配置圖形不限定於戰第一實施方式 第三實施方 式。艮P,可以根據期望的折射率分布等,禾擁電極20上的位置,適當地設定非 電極部位201的大小或配置間隔或者兩者。具體地說,例如有與圖2相反地使 非電極部位的大小從電極20的中心向周邊、從小徑向大徑連續變化的情況,或 者與圖6相反地,使非電極部位的配置間隔從電極20的中心向周邊、從窄間隔向寬間隔連續變化的情況等。再有,在上述各實施方式中,僅在電極20上形成了非電極部位201,但也 可以在電極20和電極21兩者上形成非電極部位。該瞎況下,由於在電極21的 附近,液晶分子也不均勻地取向,因此,得到的透鏡效果進一步增強,能夠提 高光學變焦功能。此外,也可以由被分割的幾個電極構成電極20,分別形成多個非電極部位,通il^各電極施加不同的電壓,作為整體還能夠進一步樹共錢的折射率分布。 此外,在上述第一實施方式 第三實施方式中,說明了多個非電極部位201 的形狀是圓形的情況,但不限定於此,例如,也可以考慮發生的像差的種類禾口 摩擦方向等而設定為其他形狀。具體地說有槽形、橢圓形、半圓形等。下面,基於圖10說明本發明的第四實施方式,。在圖10的液晶元件1D中,與上述第三實施方式同樣地,以光軸為中心,按規定間隔同心狀地配設了施加不同電壓的多條線狀電極40a 40d。在此,圖10的線狀電極40a 40d配設在 高電阻膜24上,但該高電阻膜24與,第一實施方式 第三實施方式中的電 極20相同,由ITO等構成(由於與電極20不同,不施加電壓,故稱作高電阻 膜)。在上述的液晶元件1D中,若對線狀電極40a 40d施加電壓,由於有高電 阻膜24,就在各線狀電極之間產生電壓降。因此,液晶就根據同心狀遊賣變化 的電壓而成為不同的取向狀態,隨之就得到規定的折射率分布。通過改變施加 到線狀電極40a 40d上的電壓,能句斜壬意控制該折射率分布,因此,就能得到期望的光學變焦功能。圖11中示出第五實施方式涉及的液晶元件。該液晶元件1E的特徵點是, 由具有不同電阻值的多個區域(高電阻區24a、中電阻區24b、低電阻區24c) 構成了酉己設多條線狀電極40a 40d的電P鵬。這樣,例如在線狀電極40c的內側,線狀電極40c的電壓由於高電阻區24a 而急居lj下降,接著iSA到中電阻區24b,電壓降的傾斜變小,最後,由於低電阻 區24c使電壓降變得緩漫的同時,與中心的線狀電極40d連接,結果,就能夠使折射率分布更曲線化。圖12中示出第五實施方式涉及的液晶元件1E的製造過程的一例。首先, 如圖12 (a)所示,在玻璃繊30上形成ITO等的低電卩鵬400 (幾 幾十Q )。 再有,在該例子中,在鎌30和低電卩鵬400之間形成了 Si02膜50。接著, 如圖12 (b)所示,進行低電阻膜400的構圖,形成線狀電極40a和微細的多個 低電阻膜400a。接著,如圖12 (c)所示,形成高電阻膜24 (幾十 幾百Q),如圖12 (d) 所示,進行高電阻藤24的構圖,在規定^S形成多個非電極部位。這樣,就能 夠得到電阻值不同的多個區域。艮口,在高電阻膜的一部分形成了非電極部位的 區域就成為高電阻區24a,形成了均勻的高電阻膜的區域成為中電阻區24b,在一部分形成了低電阻膜的區域成為低電阻區24c。在上述第四實施方式和第五實施方式中,可以同時在夾著液晶而對置的另 一方的對反側也布設多條線狀電極。此外,在,第一實施方式 第五實施方式中,相對置的電極不限於一對, 也可以是一對以上的電極夾著液晶而層疊。例如,可以如圖1所示地組合^ffl 多個液晶元件1A (圖中是2個)。該情況下,通ilX寸各個液晶元件1A改變非電極部位的配置圖形,使施加電壓不同,就能夠產生不同的透鏡效果(折射率分 布),得到更複雜的光學變焦功能。下面,說明本發明的第六實施方式。圖13是本發明的第六實施方式涉及的 雙單元結構的液晶元件的平面圖。此外,圖14是圖13的C一C剖面圖,圖15 示出了圖13的D—D剖面圖。如圖13 圖15所示,M31使由相同結構構成的2 個液晶元件1F、 1G隔著導通材料75和密封材料71在厚度方向上層疊,就構成 了雙單元結構的液晶元件1FG。然後,通過在形成了公共電極23的基板33和形 成了段電極22的基板32中夾入液晶10,就大致構成了液晶元件1F(1G也同樣)。 再有,省略了一般設置在公共電極23與液晶10間、以及段電極22與液晶10 間的液晶取向膜、透明絕緣層及設置在基板32、 33上的防戱寸膜等的圖示。此 夕卜,液晶10通過密封材料70 Ml寸住在內側。該雙單元結構的液晶元件1FG與戰第一實施方式 第三實施方式同樣, 在段電極22上形成多個非電極部位(未圖示),使該非電極部位的大小和酉己置 間隔同心圓狀地變化。從而,如圖16所示,通過將該元件與其4t!l3g鏡J共同配 置在光軸L上,對公共電極23與段電極22之間施加電壓,就能夠產生由非電 極部位引起的折射率分布,使焦點F向焦點F'(或者相反)變化,發揮光學變 焦功能。關於非電極部位和各電極的結構,以上述第一實施方式的說明為準。此外,特別是在第六實施方式中,使液晶元件1F、 1G的不施加電壓時的液晶io的取向方向正交。這樣,就能夠使mM鏡系統的光束的不同偏振面pi、P2 (與P偏振、S偏振相對應)的波面同樣地變化,進一步提高像的畫質。然後,在該第六實施方式中,在基阪32的厚度方向上穿設有孔60A、 60B、 60C,同樣在SI反33上也穿設有孔60D、 60E、 60F。分別在各個孔中設置用於同 公共電極23和段電極22連接的端子61A、 61B、 61C、 61D、 61E、 61F。即,端 子61A、 61D同液晶元件1F的段電極22連接,端子61B、 61E同公共電極23連 接,端子61C、 61F同液晶元件1G的段電極22連接。相對置的端子間(例如端 子61B與端子61E)通過導通材料75連接著。再有,沿著孔的內周面電鍍Ni — Au等金屬而形成各端子。如上所述,通過將各端子配置在繊32、 33的面上,與在纖的側面集約 配置端子的情況相比,不對元件施加偏置的九就難以產生破裂和破碎等不良 情況。從而,育的多使S^反32、 33更薄(例如0.2mm),能夠實現元件的輕量化。 因此,育灘進一步減小齡光學變焦系統。此外,在該第六實施方式中,在基板32的面上形成了用於向基板32、 33 間組入液晶10的注入口 73。注入口 73的形狀是圓形、橢圓形等,在注入了液 晶10後適當地用密封材料74封住。特別是在圖13的例子中,由於端子61A 61F和液晶的注入口 73全部配置 在繊32、 33的面上,相對置的端子彼jJfct間在厚度方向上相互連接,匯聚到 設置在上側的液晶元件1F上的驅動用的各端子上,因此,能夠如後戶;Mi也提高 元件的妒效率。另外,在圖13的例子中,在光束通過的圓形區域(形成了段電極22和公 共電極23的區±或)以外的、形成為方形的 32 (33)上的角部32附近,形 成了孔60A 60F和液晶的注入口 73。 ]!^卜,大致圓形地設置密封材料70,使 得將液晶密封在光束通過的圓形區域內。這樣,就能夠有效利用光束不通過的 對反32上的剩餘部分作為端子等的健,因此,肯,進一步小型化元件。此外,通過將端子等配置在角部32b,育^I多最優化元件的重量平衡。其結果,肯腿行高 精度的驅動,此外,在因溫度變化而使液晶膨脹收縮的情況下,由於對基板32 均等地施加壓力,故不引起不均勻的變形,從而能夠維持元件的性能。此外,在圖13的例子中,將段電極22的圖形與端子61A直接連接,但除 此以外,也可以例如在形成了由閉合的圓形區域構成的各電極圖形之後,用導 線等連接各個電極和各端子。下面,基於圖17 圖28說明上述的圖13的例子涉及的雙單元結構的液晶 元件1FG的製造方法。首先,依次說明液晶補償元件1F中的基板32的加工工序。圖19 圖22 示出了從圖14的S方向看去的狀態。最初,如圖17和圖19所示,在成為母材 的基板320上,在規定位置形成與許多個液晶元件相對應的孔60A、 60B、 60C 和液晶的注入口 73 (SIOI)。接著,在成為母材的SI反320的旨面上形成了防 反射膜(AR膜)(S102)之後,在各個孔中設置端子61A、 61B、 61C (S103)。 再有,如後戶腿,由於端子61A 61C必須要在將^I反320翻過來並且旋轉了90 度的情況下端子彼lltt間重合,因此,成為母材的基板320最好是正方形,此 夕卜,排列的許多個液晶元件在縱橫向上數量相同。再有,在設置各端子(例如 端子61A)時,如圖20所示,最好在孔60A以外的部分形成了 76後,用電 鍍等形成了成為端子61A的金屬,之後去除掩膜76皿行。接著,對於從圖14的U方向看去的一側,在形成了用於如後所述的檢查的 布線之後(S104),禾,蒸鍍等,在規定^[立置形成電極材料(S105),進行利用 亥i她等的構圖,製作段電極22 (S106)。圖21中示出該狀態。再有,也可以前 後調換設置上述端子的工序和形成用於檢査的布線的工序。接著,根據需要在S方向一側層疊透明絕緣層,形成PVA等的液晶取向膜, 進行摩擦(S107)。另外,禾i傭印刷等,在段電極22的外側設置用於封入液晶 的密封材料70 (S108)。圖22中示出該狀態。另一方面,關於相對置的另夕卜的鎌(鎌33側),如從圖14的T方向看 去的圖23所示,對於成為母材的基板330,在與, 320相同的位置形成孔60D、 60E、 60F (S201),形成AR膜(S202)之後,設置端子61D、 61E、 61F (S203),進行電極材料的蒸鍍等(S204),進行構圖,形成公共電極23 (S205)。 此外,形成液晶取向膜後進行摩擦(S206),禾,印刷等設置用於連接相對置的 基板320的各端子彼此之間的導通材料(S207)。再有,也可以根據情況,在繊33側形j^主入口73,或者在S^及33側印 刷密封材料70,在基板32側印刷導通材料。然後,使已形成了如上所述的端子等的繊320和^^及330相對置地組合 (S301)。隔著襯墊用粘結齊鵬貼等棘行該工序。接著,從注入口73向密封材料70的內側注入液晶(S302),利用密封材料 封住。然後,i頓排歹贓成為母材的基板320上的各端子,進行元件的動作檢 查(S303)。這時,由於如圖24所示,已在,320上預先形成了布線77(S104), 因此,利用該布線77全數進行一次檢查。對於檢查結果不合格的地方做不合格 標記(S304)。經過以上的各工序(S101 S303),就得至鵬咧了多個液晶元件1F的組。 然後,使經過同樣的各工序(S101 S303)製造的另外的組(排列著液晶元件 1G)層疊在該組上(S501)。這時,如圖25所示,使另外的組向Z方向翻過來, 並且向X方向旋轉90度,通過在該狀態下使排列了液晶元件1F的組的對反330 側和排列了液晶元件1G的組的繊330側層疊,就得到公共端子彼jltt間、以 及對應的段端子彼ltb^間組合,並且液晶的取向方向正交的狀態。此外,在層疊組時,事先在組之間印刷了密封材料71和導通材料75 (S305、 S401)。該密封材料71和導通材料75也可以分別設置在液晶元件1F煩l」,也可 以設置在相反的液晶元件1G側。如圖26所示,可以在閉合狀態下設置包圍光束Mil的圓形區域的密封材料 71。該情況下,需要在真空中進行層疊組的操作,使得不會因閉合在密封材料 71的內側的氣體膨脹而損害層疊狀態。若是密封材料71閉合的狀態、且內側處 於真空,灰塵等就不侵入到內部,倉,提高^3 率,這樣最好。然後,在層疊了組之後,^f頓排列在成為母材的繊320上的各端子,進行雙單元結構的液晶元件的動作檢査(S502)。這時也與,的情況同樣,會, 利用基板320上形成的布線77全數進行一次檢査。對於檢查結果不合格的地方 做不合格標記(S503)。最後,如圖27所示,使用切割機等,將成為母材的基板切割成一個個的雙 液晶元件1FG (S504),在經過了單品的檢查工序(S505)後出廠(S507)。再有, 將在單品的檢查中成為不合格的元件進行廢棄或修理,或者移送到再生工序中 (S506)。再有,在層疊組時,也可以取代圖26中示出的密封材料71,如圖28所示, 在組之間夾設包圍光束通過的圓形區域的、 一部分開放的狀態下設置的密封材 料71A。該瞎況下,在密封材料71A的內側設置粘結劑72,利用該粘結劑72粘 結各組彼此之間。在圖28的例子中,由於可以在大氣中進行層疊組的操作,因 此,有生產效率高的優點。根據如上所述的製造方法,由於全部是在切害喊一個個元件之前的母材的 狀態下進行各端子和電極的形成及液晶的注入工序等,因此,生產效率非常高, 也能夠大幅度降低成本。此外,也能夠容易地擴大生產規模。特別是由於不是個別地進行製作,而是用相同的工序制皿行層疊的2個 液晶元件,只劉每其中一方翻過來並旋轉90度就行,因此,肯灘很大地提高整 體的生產效率。另外,由於注入並密封了液晶後進行的檢査工序,也在母材的狀態下一併 進行,因此,在工業上極其有用。下面,基於圖29說明本發明的第七實施方式,。圖29的例子的特徵在於, 對於上述的雙單元結構的液晶元件1FG,在構成了光學變焦系統時光束通過的區 域(設置了段電極22的圓形區域)的外側,形成了遮光部32a。再有,去掉了 各端子61A 61C的部分。可以用適當的手段形成遮光部32a,例如,可以適當 地4頓在繊32的表面和端面上設置黑色系的塗膜的方法,和在層疊液晶元件 1F和液晶元件1G時的密封材料中MA黑色顏料的方法等。根據i魏七實施方式,由於利用遮光部32a遮擋來自元件外部的漫反射(特別是從基板32的端面向面方向射入的光),因此,會的多維持良好的像。再有,該第七實施方式中的遮光部32a也可以適用於上述的第一實施方式 (5)涉及 的^夜晶元件。此外,在圖29的例子中,傾斜地切削掉了 32的四個角。這樣地就接 近於其他的透鏡的外形(圓形),因此,能夠進一步減小齡透鏡系統,很好。 此外,也有能夠使元彬鹹輕了切削部分的重量的優點。工^Lh的可利掛性本發明的液晶元件能夠形成規定的折射率分布,因此,在配設在光學變焦 系統中的情況下,不需要透鏡的驅動,或者用最小限度的驅動就行,因此,能 夠提供一種以前沒有的小型薄型的光學變焦功能,特別是能夠最優地用作便攜 式電話機等的超小型照相機用。
權利要求
1、一種雙單元結構的液晶元件,由在厚度方向上層疊的2個液晶元件構成,與透鏡一起配置在光軸上構成光學變焦系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其特徵在於,上述各個液晶元件具有一對基板和夾在上述一對基板中的液晶,在所述一對基板的一個上形成了公共電極、另一個上形成了段電極,按照使大小、或配置間隔、或者其兩者沿著將上述段電極劃分為同心圓狀時的半徑方向而變化的配置圖形,在上述段電極上形成不存在電極材料的多個非電極部位,在上述非電極部位的內側,在施加電壓時液晶不均勻地取向,在上述的一對基板上,分別在厚度方向上穿設有多個孔,並且在上述孔中設置與上述公共電極和段電極的某一個連接的端子,在上述一對基板的一個上形成了用於注入液晶的注入口。
2、 如權禾腰求1所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,不施加電壓 時的液晶的取向方向,在2個液晶元件中正交。
3、 如權利要求1所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,將SI及形成 為方形,液晶沿著戰基板的光束通過的圓形區域被密封,在上述圓形區域以 外的角部附近設置液晶的注入口和端子。
4、 如權利要求2所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,將 形成 為方形,液晶沿著上述基板的光束通過的圓形區域被密封,在上述圓形區域以 外的角部附近設置液晶的注入口和端子。
5、 如權利要求1 3的任一項所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於, 與層疊的各個液晶元件的公共電極連接的端子彼此之間、與一方的液晶元件的 段電極連接的端子彼此之間、以及與另一方的液晶元件的段電極連接的端子彼 此之間,在厚度方向上相互連接,分別匯聚到位於雙單元結構的液晶元件的外 側的一個Sfei:設置的端子上。
6、 如權利要求4所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,與層疊的各 個液晶元件的公共電極連接的端子彼lfet間、與一方的液晶元件的段電極連接的端子彼iitt間、以及與另一方的液晶元件的段電極連接的端子彼ilfct間,在 厚度方向上相互連接,分別匯聚到雙單元結構的液晶元件的最外側的一個基板 上設置的端子上。
7、 如權利要求6所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,將與一方的 液晶元件的段電極連接的端子和與另一方的液晶元件的段電極連接的端子,設 置在位於方形的基板的對角上的角部附近,在乘lj餘的角部附近設置與公共電極 連接的端子和液晶的注入口。
8、 如權利要求1 4的任一項所述的雙單元結構的液晶元件,其特徵在於,將構成了光學變焦系統時光;CT過的區域的外側遮光。
9、 一種雙單元結構的液晶元件的製造方法,處述權利要求7記載的雙單元結構的液晶元件的製造方法,具有在成為母材的基板上設置與多個液晶元 件相對應的端子和注入口的工序;形成段電極的工序;在已形成了上述端子、 注入口和段電極的S^反上,在相對置的位置設置端子,並且與已形成了公共電 極的另外的基板組合的工序;組合之後,從注入口注入液晶的工序;對於經過 上述各工序帝隨的排列了多個液晶元件的組,使經過同樣的各工序得到的另外 的組翻過來並且旋轉90度之後,與Jl^的組層疊的工序;切害喊一個個的雙單元結構的液晶元件的工序。
10、 一種雙單元結構的液晶元件的製造方法,^M權禾腰求7記載的雙 單元結構的液晶元件的製造方法,具有在成為母材的基板上設置與多個液晶 元件相對應的端子的工序;形成段電極的工序;在已形成了上述端子和段電極 的基板上,在相對置的位置設置端子及注入口,並且與已形成了公共電極的另 外的基板組合的工序;組合之後,從注入口注入液晶的工序;對於經過上述各 工序製造的排列了多個液晶元件的組,使經過同樣的各工序得到的另外的組翻 過來並且旋轉90度之後,與,的組層疊的工序;切割成一個個的雙單元結構 的^夜晶元件的工序。
11、 如權利要求9或10戶,的雙單元結構的液晶元件的製造方法,其特徵 在於,在繊的表面形成與各個端子共同連接的檢查用的布線,在對於排列了多個液晶元件的組層疊另外的組的工序之前,或者切割成一個個的雙單元結構 的液晶元件的工序之前的某一方或兩方的時刻,禾傭上述布線進行檢查。
12、 如權禾腰求9或10戶脫的雙單元結構的液晶元件的製造方法,其特徵 在於,在排列了多個液晶元件的組上層疊另外的組時,在真空中,隔著包圍光 束通過的圓形區域的閉合狀態下設置的密封材料進行層疊。
13、 如權利要求9或10戶脫的雙單元結構的液晶元件的製造方法,其特徵 在於,在排列了多個液晶元件的組上層疊另外的組時,在大氣中,隔著包圍光 束通過的圓形區域的、以一部分開放的狀態設置的密封材料和設置在上述密封 材料內側的粘結劑進行層疊。
全文摘要
一種新的液晶元件,能得到小型、薄型且輕量的光學變焦功能。該液晶元件,由在厚度方向上層疊的2個液晶元件構成,與透鏡一起配置在光軸上構成光學變焦系統,通過施加電壓形成折射率分布,發揮光學變焦功能,其中,各個液晶元件具有一對基板和夾在一對基板中的液晶,在一個基板上形成了公共電極、另一個基板上形成了段電極,按照使大小、或配置間隔、或者其兩者沿著將段電極劃分為同心圓狀時的半徑方向而變化的配置圖形,在段電極上形成多個非電極部位,在非電極部位的內側,在施加電壓時液晶不均勻地取向,在該一對基板上,分別在厚度方向上穿設有多個孔,在孔中設置與公共電極和段電極的某一個連接的端子,在一對基板的一個上形成了注入口。
文檔編號G02F1/29GK101261407SQ200810090379
公開日2008年9月10日 申請日期2004年9月27日 優先權日2004年9月27日
發明者中川信義 申請人:碧理科技有限公司