多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法
【課題】液晶の充填量および十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を向上することができ、かつ効率的に大量生産することができる多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法を提供する。
【解決手段】液晶レンズ１００は、多層構造液晶光学素子１００ａと１００ｂから構成されている。多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂの製造方法において、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅を有するリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、多層構造体を２つの外側基板の間に配置してセルを形成するセル組立工程と、セルに液晶を充填し、磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える。
【解決手段】液晶レンズ１００は、多層構造液晶光学素子１００ａと１００ｂから構成されている。多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂの製造方法において、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅を有するリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、多層構造体を２つの外側基板の間に配置してセルを形成するセル組立工程と、セルに液晶を充填し、磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液晶層を有する多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極を形成した基板の間に液晶を挟んで構成される、様々な液晶光学素子が知られている。例えば、情報記録媒体としてＣＤ、ＤＶＤ等の各種光ディスク装置があるが、これらの光ディスク装置は、回転することによる厚さずれや反り等によって、収差（集光スポットの歪）を生ずるため、この収差を補正して記録・再生の精度を確保する必要がある。そのため、同心円のリング状に電極を形成した基板で、液晶を挟み込んだ液晶収差補正素子が用いられ、これにより、光束の中央部と外縁部とで、異なる位相制御を行っている（特許文献１）。
【０００３】
従来の液晶光学素子では、液晶の分子配列状態を電気的に制御し、それによって、光に対する屈折率などの性質を変化させている。二次元的あるいは三次元的に屈折率の分布を変化制御することによって、各光路における位相遅れ量や光路の屈折状態を制御できるので、電子的に焦点を可変できるレンズや液晶収差補正素子などの、光学素子として有益な機能素子である。しかし、実応用に有用な光の屈折効果を最大限に引き出すためには、液晶光学セルの対応する両配向膜の間に、光路に沿って十分な量の液晶を保持する必要があり、このために液晶層の厚さ（両配向膜の間）は、通常の液晶表示セルが数μｍ程度であるのに対して、３０〜１００μｍ程度と極めて厚くする必要がある。
【０００４】
また、液晶の応答速度は、液晶層の厚さ（両配向膜の間）の２乗に逆比例することが知られており、このように厚い液晶光学セルの場合には、応答時間は数１００ｍｓ〜数分になる。即ち、従来の多くの液晶光学素子は、応答速度が遅いという問題点があった。
【０００５】
機器を制御する際に応答速度が遅いことは、液晶光学素子を利用する焦点可変レンズ機能や収差補正機能にとって大きな制約であり、実用化への課題であった。
【０００６】
近年、液晶レンズパワーの増大、応答速度の改善ができる２層の液晶層を有する光学素子が提案された（特許文献２）。
【０００７】
特許文献２に記載の光学素子は、２層の液晶層を有する２つの液晶セルを重ねて２重構造に構成したものである。各液晶セルにおいて、液晶層は透明ガラス層（絶縁層）により２層に分割されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３７０７７号公報
【特許文献２】特開２００６−９１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の液晶光学素子は、上述したように、応用上必要な屈折率変化を得るためには、厚い液晶層を透過させて十分な光学的距離Ｌを確保する必要がある。
【００１０】
一般的に、液晶層が厚くなると応答時間は液晶層の厚さ（両配向膜の間）の二乗に比例して遅くなることが知られている。そのため、液晶層の厚さを厚くすると応答速度が低下する問題点があり、実用化に課題があった。
【００１１】
また、特許文献２は、液晶レンズパワーの増大、応答速度の改善が限定的であり、レンズパワーをより大きく、さらに応答速度を速くすることが困難である。例えば、多層の液晶層にする場合、透明ガラス層が厚いため、液晶素子が厚くなる。そのため、応答速度が低下し、高い印加電圧が必要となる。
【００１２】
また、多層の液晶層にする場合、透明ガラス層を薄くする必要である。しかし、透明ガラス層を薄くすると、製造工程において、ハンドリング、洗浄、加工、焼成などが困難である。そのため、一枚の基板に複数の素子を形成することができず、大量生産が困難である。
【００１３】
そこで、本発明は、薄いリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と薄いリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して多層構造体を形成し、かつ多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した後、電極が形成された基板の間に配置して複数のセルを構成し磁気配向処理を行うことによって、液晶の充填量および十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を向上することができ、かつ効率的に大量生産することができる多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
例えば、前記多層構造液晶光学素子の製造方法において、前記スペーサ基板は、リール巻きのリボン状ガラスを繰り出しながら前記切り抜き部を加工し、所定長さに切断して形成される。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶レンズの製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第１の多層構造液晶光学素子と、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第２の多層構造液晶光学素子とを用い、前記第１の多層構造液晶光学素子のセグメント電極が形成された基板と前記第２の多層構造液晶光学素子の電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、前記第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子の液晶の配向方向は互いに直交するように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法によれば、薄いリボン状ガラスからなるスペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して多層構造体を形成し、かつ多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した後、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間、または電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置して複数のセルを構成し磁気配向処理を行うことで、加工が容易になり、効率的に大量生産することができる。
【００１９】
本発明に係る液晶レンズの製造方法によれば、上記の複数の液晶層を有する第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子とを接着して２重構造とすることで、液晶の充填量および十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を向上することができ、かつ効率的に大量生産することができる。
【００２０】
また、多層構造体を形成した後、液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成することで、加工が容易になると共に、加工精度および効率を向上することができる。
【００２１】
また、セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、磁場配向法を用いて複数の液晶層の液晶分子をセパレート基板の表面に水平に配向させることで、安定した配向ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態の液晶レンズ１００の構成を示す図である。
【図２】液晶レンズ１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】スペーサ基板とセパレート基板の構成を示す図である。
【図４】多層構造体１２の構成を示す図である。
【図５】液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体１２を示す図である。
【図６】シート状ガラスに液晶充填孔と電極端子用スルーホールを加工した状態を示す図である。
【図７】多層構造液晶光学素子１００ａ用セルの組立状態を示す側面図である。
【図８】多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルの組立状態を示す側面図である。
【図９】多層構造液晶光学素子１００ａの液晶注入後の状態を示す図である。
【図１０】多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶注入後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法を実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。
【００２４】
図１は、実施の形態の液晶レンズ１００の構成を示す図である。図１に示すように、液晶レンズ１００は、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと、第２の多層構造液晶光学素子１００ｂとから構成されている。ここで、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと、第２の多層構造液晶光学素子１００ｂとを接着して２重構造にすると共に、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと第２の多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向は互いに直交するように配置される（図１中の矢印参照）。
【００２５】
第１の多層構造液晶光学素子１００ａは、コモン電極２０ａが形成された基板１０ａと、セグメント電極としての第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａが形成された基板１１ａと、複数の薄いガラス基板からなる多層構造体１２ａと、液晶４０ａとから構成されている。多層構造体１２ａにより複数の液晶層が形成されている（後述する図９（ｂ）に示す断面図参照）。
【００２６】
第２の多層構造液晶光学素子１００ｂは、コモン電極２０ｂが形成された基板１０ｂと、電極が形成されていない基板１１ｂと、複数の薄いガラス基板からなる多層構造体１２ｂと、液晶４０ｂとから構成されている。多層構造体１２ｂにより複数の液晶層が形成されている（後述する図１０（ｂ）に示す断面図参照）。この場合、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂは、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａを共用する。
【００２７】
多層構造体１２ａ，１２ｂは、それぞれ複数の薄いリボン状ガラスからなるスペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して構成される。また、多層構造体１２ａ，１２ｂの１つの角部に液晶を充填するための液晶充填孔１３ａ，１３ｂが形成され、該液晶充填孔１３ａ，１３ｂと対向する側の角部に液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４ａ，１４ｂが形成されている。図１において、液晶充填孔１３ａ，１３ｂは、封止材３３により封止されている状態を示している。
【００２８】
ここで、コモン電極２０ａ，２０ｂ、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ｂと液晶４０ａ，４０ｂとの間に、一般的に設けられる配向膜、透明絶縁層や、基板１０ａ，１０ｂ、１１ａ，１１ｂ上に設けられる反射防止膜等は図示を省略している。
【００２９】
基板１０ａの厚さ方向に穴が穿たれ、この穴にはコモン電極２０ａへ接続するためのアース端子Ｖ０が設けられている。また、基板１１ａに第一の駆動端子Ｖ１、第二の駆動端子Ｖ２が設けられている。
【００３０】
また、基板１０ａと１１ａの間に液晶を注入するための注入口３２ａが基板１１ａに形成され、また基板１０ｂと１１ｂの間に液晶を注入するための注入口３２ｂが基板１１ｂに形成されている。液晶を注入した後に封止材３３により適宜封止される。また、注入口３２ａ，３２ｂは、多層構造体１２ａ，１２ｂの液晶充填孔１３ａ，１３ｂに対応する位置に設けられる。これにより、液晶の注入がスムーズになり、液晶が各層へ均等に流入することが可能となる。
【００３１】
また、基板１１ａの中心部に円形の第二の駆動電極２２ａが配置され、その周辺に第一の駆動電極２１ａが配置されている。第二の駆動電極２２ａは、第二の駆動端子Ｖ２に接続されている。また、第一の駆動電極２１ａは、第一の駆動端子Ｖ１に接続されている。また、基板１０ａ，１０ｂの中央部に円形のコモン電極２０ａ，２０ｂが配置されている。コモン電極２０ａ，２０ｂは、アース端子Ｖ０に接続されている。また、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａに異なる電圧を印加することでレンズとして機能することができる。
【００３２】
また、基板１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの内側の面には、配向膜が形成されている。そのため、基板１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの内側の液晶は、一定の方向に配向される。
【００３３】
液晶を充填する際に、液晶が液晶充填孔１３ａ，１３ｂから各層に流入し、各層の空気がセパレート基板の圧力バランス孔１４ａ，１４ｂを通して分散することにより各層間の圧力を均一に保つことができる。
【００３４】
以下、図２〜図１０を参照して、本発明の多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂおよびこれらを用いた液晶レンズ１００の製造方法を説明する。
【００３５】
図２に示すように、液晶レンズ１００の製造する際に、まず、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂを作成する。そして、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂを組み合わせて液晶レンズ１００を作成する。
【００３６】
まず、Ａ基板（スペーサ基板）用のリボン状ガラスを繰り出す（Ｓ１１）。次に、リボン状ガラスを繰り出しながら切り抜き部を形成する（Ｓ１２）。ここで、図３（ａ）に示すように、レーザー加工により繰り出したリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔に液晶を充填するための切り抜き部５１を形成する。切り抜き部５１は、後述する液晶充填孔１３および圧力バランス孔１４に対応する部分を含む液晶を充填するためのものである。同時に、図３（ｂ）に示すように、Ｂ基板（セパレート基板）用のリボン状ガラスを繰り出す（Ｓ１３）。この例において、リボン状ガラスは、リール巻きの状態となっており、厚さ３０μｍ、幅７ｍｍである。
【００３７】
次に、図４に示すように、複数枚（例えば、３枚）のＡ基板と複数枚（例えば、４枚）のＢ基板とを交互に重ね合わせて接合し、かつ所定の長さに切断して多層構造体１２を形成する（Ｓ１４）。次に、レーザー加工により多層構造体１２に貫通孔を加工する（Ｓ１５）。即ち、図５に示すように、液晶充填孔１３と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４とを形成する。図５（ａ）は、多層構造体１２の平面図であり、図５（ｂ）は、多層構造体１２のＰ−Ｐ断面図である。ここで、素子ごとに液晶充填孔１３と圧力バランス孔１４を１個ずつ形成する。Ａ基板とＢ基板を積層した後に貫通孔を加工することで、生産効率および加工精度を向上することができる。
【００３８】
また、Ｃ基板（レンズの外側基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ２１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、開孔加工を行う（Ｓ２２）。図６に示すように、シート状ガラスに電極端子用スルーホール３１と液晶を注入するための注入口３２を加工する。ここで、素子ごとに電極端子用スルーホール３１と注入口３２を１個ずつ形成する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に電極を形成する（Ｓ２３）。ここで、エッチング等によるパターンニング処理を行って素子ごとにコモン電極を形成する。なお、この工程において、電極端子用スルーホール３１に端子を形成する加工も行い、基板にアース端子Ｖ０を設ける。次に、シート状ガラスの外側の表面に反射防止用ＡＲ膜を形成し、そしてシート状ガラスの内側の表面に配向膜を形成する（Ｓ２４）。次に、基板を短冊状に切断する（Ｓ２５）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ２６）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００３９】
また、Ｄ−１基板（中間基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ３１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、シート状ガラスの外側の表面に電極を形成する（Ｓ３２）。ここで、エッチング等によるパターンニング処理を行って素子ごとに第一の駆動電極２１ａと第二の駆動電極２２ａを形成する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に高抵抗膜を付け、さらに配向膜を形成する（Ｓ３３）。次に、シート状ガラスを短冊状に切断する（Ｓ３４）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ３５）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００４０】
また、Ｄ−２基板（中間基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ４１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に高抵抗膜を付け、さらに配向膜を形成する（Ｓ４２）。次に、シート状ガラスを短冊状に切断する（Ｓ４３）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ４４）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００４１】
Ａ基板とＢ基板から多層構造体１２を形成し、さらにＣ基板、Ｄ−１基板、およびＤ−２基板を加工した後、セル組立工程において、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルを組み立てる（Ｓ５１）。そして、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルを組み立てる（Ｓ５２）。ここで、多層構造体１２を、第一の駆動電極２１ａ、第二の駆動電極２２ａが形成された基板（Ｄ−１基板）とコモン電極２０ａが形成された基板（Ｃ基板）との間に配置して多層構造液晶光学素子１００ａ用セルを形成する。また、多層構造体１２を、電極が形成されていない基板（Ｄ−２基板）とコモン電極２０ｂが形成された基板（Ｃ基板）との間に配置して多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルを形成する。図７は、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルの組立状態を示す側面図である。図８は、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルの組立状態を示す側面図である。図７、図８において、多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂを模式的に表示している。
【００４２】
次に、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルに液晶を注入して封止し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板（Ｂ基板）の表面に対して水平に配向させる（Ｓ５３）。図９は、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルに液晶を注入した状態を示している。図９（ａ）は、下から見た図であり、図９（ｂ）は、Ｍ−Ｍ断面図である。また、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルに液晶を注入して封止し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板（Ｂ基板）の表面に対して水平に配向させる（Ｓ５３）。図１０は、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルに液晶を注入した状態を示している。図１０（ａ）は、上から見た図であり、図１０（ｂ）は、Ｎ−Ｎ断面図である。
【００４３】
配向処理工程において、注入口３２から液晶セル内に等方相状態の液晶を注入し、封止材３３で封止して、配向処理を行う。ここで、液晶注入、配向処理を行う際に、まず、形成した液晶セルを加熱する。次に、等方相状態にある液晶材料を液晶セルに注入する。次に、Ｎ磁極とＳ磁極からなる磁場内に設置して、磁場を印加する。このとき、磁場強度は２０ｋＧとし、磁場方向を基板と平行するように設置する。そして、液晶セルを磁場中に保持しながら徐々に冷却する。これにより、液晶セル内の液晶が磁場方向に配向される。即ち、液晶はセパレート基板（Ｂ基板）に対して水平方向に配向され、かつ安定した配向ができる。
【００４４】
上記の工程により多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂが得られる。次に、第１の多層構造液晶光学素子としての多層構造液晶光学素子１００ａと第２の多層構造液晶光学素子としての多層構造液晶光学素子１００ｂを用いて重ねて２重構造体を組み立てる（Ｓ５５）。ここで、多層構造液晶光学素子１００ａの第一の駆動電極２１ａ、第二の駆動電極２２ａが形成された基板と多層構造液晶光学素子１００ｂの電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向は互いに直交するように配置される。これにより、複数の液晶レンズを含む短冊状の２重構造体が得られる。
【００４５】
次に、得られた短冊状の２重構造体を切断する（Ｓ５６）。この工程において、スライサー等を用いて短冊状の２重構造体を切断することで、複数の単個の液晶レンズが得られる（図１参照）。そして、検査工程を経て完了する。
【００４６】
この例において、シート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
以上のような製造方法によれば、液晶レンズ１００の組立時に予めリボン状ガラスを用いて多層構造体１２を形成して、得られた多層構造体１２を基板１０ａと１１ａの間、および基板１０ｂと１１ｂの間に配置する。そして、液晶セル内の複数の液晶層に対して磁場を印加し配向処理を行う。
【００４８】
液晶レンズ１００に所定の電圧を印加する際に、セパレート基板の表面に対して、水平方向に配向していた液晶は電界方向に力を受けて傾斜し、電界が強くなると電極面に対して垂直状態になる。これにより、光に対する屈折率を電気的に制御することができ、焦点可変レンズや収差補正素子として有益な機能素子となる。
【００４９】
このように本実施の形態においては、多重構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂの製造方法において、所定幅を有するリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部５１が形成されたスペーサ基板（Ａ基板）と、同幅を有するリボン状ガラスからなるセパレート基板（Ｂ基板）とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体１２を形成する多層構造体形成工程と、多層構造体１２に液晶充填孔１３と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４とを形成する孔形成工程と、液晶充填孔１３と圧力バランス孔１４とを形成した多層構造体１２を２つの外側基板の間に配置してセルを形成するセル組立工程と、セル組立工程で得られたセルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える。
【００５０】
液晶レンズ１００は、多層構造液晶光学素子１００ａと、多層構造液晶光学素子１００ｂとから構成されている。多層構造液晶光学素子１００ａの基板１１ａと、多層構造液晶光学素子１００ｂの基板１１ｂを光学接着剤により接着して２重構造としている。また、多層構造液晶光学素子１００ａの液晶の配向方向と多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向が互いに直交するように配置されている。
【００５１】
多重構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂは、複数の薄いガラス基板、即ち、スペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合してからなる多層構造体１２ａ，１２ｂを備える。多層構造体１２ａ，１２ｂには、複数層の液晶を充填する空間が形成されている。また、多層構造体１２ａ，１２ｂには、液晶充填孔１３と、圧力バランス孔１４とが設けられる。さらに、各セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、複数の液晶層に対して一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる。
【００５２】
これにより、十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を大幅に向上することができ、かつ液晶の充填量を確保することができる。また、リボン状ガラスを用いて多層構造体を形成することで、積層加工が容易であり、大量生産できる。また、スペーサ基板とセパレート基板とを積層してから貫通孔加工を行うことで、生産効率および加工精度を向上することができる。
【００５３】
また、複数のセパレート基板にそれぞれ液晶充填孔１３と、圧力バランス孔１４とが設けられることで、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つことができ、液晶注入による各層の透明基板の変形を防止することができ、均一な光学特性が得られる。
【００５４】
また、セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、磁場配向法を用いて複数の液晶層の液晶分子をセパレート基板の表面に水平に配向させることで、液晶の充填量を確保し、かつ安定した配向ができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては、液晶レンズ１００の多層構造体１２ａ，１２ｂが３枚のスペーサ基板と４枚のセパレート基板から構成されるものについて説明したが、これに限定されるものではない。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、スペーサ基板にレーザー加工を用いて切り抜き部を加工する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッジング法、サンドブラスト法を用いて切り抜き部を加工するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明は、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）、デジタル機器等における超小型カメラに内蔵される、オートフォーカス機能やマクロ−ミクロ切替機能をもつ液晶光学素子、または、光ディスク装置において、光ピックアップでの記録・再生時に生ずる収差を補正するために用いる液晶光学素子など、広く利用することが期待できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ 基板
１２，１２ａ，１２ｂ 多層構造体
１３，１３ａ，１３ｂ 液晶充填孔
１４，１４ａ，１４ｂ 圧力バランス孔
２０ａ，２０ｂ コモン電極
２１ａ 第一の駆動電極（セグメント電極）
２２ａ 第二の駆動電極（セグメント電極）
３１ 電極端子用スルーホール
３２ 注入口
３３ 封止材
４０ａ，４０ｂ 液晶
５０ シール材
５１ 切り抜き部
１００ 液晶レンズ
１００ａ，１００ｂ 多層構造液晶光学素子
Ａ スペーサ基板（Ａ基板）
Ｂ セパレート基板（Ｂ基板）
Ｖ０ アース端子
Ｖ１ 第一の駆動端子
Ｖ２ 第二の駆動端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液晶層を有する多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極を形成した基板の間に液晶を挟んで構成される、様々な液晶光学素子が知られている。例えば、情報記録媒体としてＣＤ、ＤＶＤ等の各種光ディスク装置があるが、これらの光ディスク装置は、回転することによる厚さずれや反り等によって、収差（集光スポットの歪）を生ずるため、この収差を補正して記録・再生の精度を確保する必要がある。そのため、同心円のリング状に電極を形成した基板で、液晶を挟み込んだ液晶収差補正素子が用いられ、これにより、光束の中央部と外縁部とで、異なる位相制御を行っている（特許文献１）。
【０００３】
従来の液晶光学素子では、液晶の分子配列状態を電気的に制御し、それによって、光に対する屈折率などの性質を変化させている。二次元的あるいは三次元的に屈折率の分布を変化制御することによって、各光路における位相遅れ量や光路の屈折状態を制御できるので、電子的に焦点を可変できるレンズや液晶収差補正素子などの、光学素子として有益な機能素子である。しかし、実応用に有用な光の屈折効果を最大限に引き出すためには、液晶光学セルの対応する両配向膜の間に、光路に沿って十分な量の液晶を保持する必要があり、このために液晶層の厚さ（両配向膜の間）は、通常の液晶表示セルが数μｍ程度であるのに対して、３０〜１００μｍ程度と極めて厚くする必要がある。
【０００４】
また、液晶の応答速度は、液晶層の厚さ（両配向膜の間）の２乗に逆比例することが知られており、このように厚い液晶光学セルの場合には、応答時間は数１００ｍｓ〜数分になる。即ち、従来の多くの液晶光学素子は、応答速度が遅いという問題点があった。
【０００５】
機器を制御する際に応答速度が遅いことは、液晶光学素子を利用する焦点可変レンズ機能や収差補正機能にとって大きな制約であり、実用化への課題であった。
【０００６】
近年、液晶レンズパワーの増大、応答速度の改善ができる２層の液晶層を有する光学素子が提案された（特許文献２）。
【０００７】
特許文献２に記載の光学素子は、２層の液晶層を有する２つの液晶セルを重ねて２重構造に構成したものである。各液晶セルにおいて、液晶層は透明ガラス層（絶縁層）により２層に分割されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３７０７７号公報
【特許文献２】特開２００６−９１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の液晶光学素子は、上述したように、応用上必要な屈折率変化を得るためには、厚い液晶層を透過させて十分な光学的距離Ｌを確保する必要がある。
【００１０】
一般的に、液晶層が厚くなると応答時間は液晶層の厚さ（両配向膜の間）の二乗に比例して遅くなることが知られている。そのため、液晶層の厚さを厚くすると応答速度が低下する問題点があり、実用化に課題があった。
【００１１】
また、特許文献２は、液晶レンズパワーの増大、応答速度の改善が限定的であり、レンズパワーをより大きく、さらに応答速度を速くすることが困難である。例えば、多層の液晶層にする場合、透明ガラス層が厚いため、液晶素子が厚くなる。そのため、応答速度が低下し、高い印加電圧が必要となる。
【００１２】
また、多層の液晶層にする場合、透明ガラス層を薄くする必要である。しかし、透明ガラス層を薄くすると、製造工程において、ハンドリング、洗浄、加工、焼成などが困難である。そのため、一枚の基板に複数の素子を形成することができず、大量生産が困難である。
【００１３】
そこで、本発明は、薄いリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と薄いリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して多層構造体を形成し、かつ多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した後、電極が形成された基板の間に配置して複数のセルを構成し磁気配向処理を行うことによって、液晶の充填量および十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を向上することができ、かつ効率的に大量生産することができる多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
例えば、前記多層構造液晶光学素子の製造方法において、前記スペーサ基板は、リール巻きのリボン状ガラスを繰り出しながら前記切り抜き部を加工し、所定長さに切断して形成される。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶レンズの製造方法は、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第１の多層構造液晶光学素子と、リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第２の多層構造液晶光学素子とを用い、前記第１の多層構造液晶光学素子のセグメント電極が形成された基板と前記第２の多層構造液晶光学素子の電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、前記第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子の液晶の配向方向は互いに直交するように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る多層構造液晶光学素子の製造方法によれば、薄いリボン状ガラスからなるスペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して多層構造体を形成し、かつ多層構造体に液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した後、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間、または電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置して複数のセルを構成し磁気配向処理を行うことで、加工が容易になり、効率的に大量生産することができる。
【００１９】
本発明に係る液晶レンズの製造方法によれば、上記の複数の液晶層を有する第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子とを接着して２重構造とすることで、液晶の充填量および十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を向上することができ、かつ効率的に大量生産することができる。
【００２０】
また、多層構造体を形成した後、液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成することで、加工が容易になると共に、加工精度および効率を向上することができる。
【００２１】
また、セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、磁場配向法を用いて複数の液晶層の液晶分子をセパレート基板の表面に水平に配向させることで、安定した配向ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態の液晶レンズ１００の構成を示す図である。
【図２】液晶レンズ１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】スペーサ基板とセパレート基板の構成を示す図である。
【図４】多層構造体１２の構成を示す図である。
【図５】液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体１２を示す図である。
【図６】シート状ガラスに液晶充填孔と電極端子用スルーホールを加工した状態を示す図である。
【図７】多層構造液晶光学素子１００ａ用セルの組立状態を示す側面図である。
【図８】多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルの組立状態を示す側面図である。
【図９】多層構造液晶光学素子１００ａの液晶注入後の状態を示す図である。
【図１０】多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶注入後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る多層構造液晶光学素子および液晶レンズの製造方法を実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。
【００２４】
図１は、実施の形態の液晶レンズ１００の構成を示す図である。図１に示すように、液晶レンズ１００は、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと、第２の多層構造液晶光学素子１００ｂとから構成されている。ここで、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと、第２の多層構造液晶光学素子１００ｂとを接着して２重構造にすると共に、第１の多層構造液晶光学素子１００ａと第２の多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向は互いに直交するように配置される（図１中の矢印参照）。
【００２５】
第１の多層構造液晶光学素子１００ａは、コモン電極２０ａが形成された基板１０ａと、セグメント電極としての第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａが形成された基板１１ａと、複数の薄いガラス基板からなる多層構造体１２ａと、液晶４０ａとから構成されている。多層構造体１２ａにより複数の液晶層が形成されている（後述する図９（ｂ）に示す断面図参照）。
【００２６】
第２の多層構造液晶光学素子１００ｂは、コモン電極２０ｂが形成された基板１０ｂと、電極が形成されていない基板１１ｂと、複数の薄いガラス基板からなる多層構造体１２ｂと、液晶４０ｂとから構成されている。多層構造体１２ｂにより複数の液晶層が形成されている（後述する図１０（ｂ）に示す断面図参照）。この場合、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂは、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａを共用する。
【００２７】
多層構造体１２ａ，１２ｂは、それぞれ複数の薄いリボン状ガラスからなるスペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合して構成される。また、多層構造体１２ａ，１２ｂの１つの角部に液晶を充填するための液晶充填孔１３ａ，１３ｂが形成され、該液晶充填孔１３ａ，１３ｂと対向する側の角部に液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４ａ，１４ｂが形成されている。図１において、液晶充填孔１３ａ，１３ｂは、封止材３３により封止されている状態を示している。
【００２８】
ここで、コモン電極２０ａ，２０ｂ、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ｂと液晶４０ａ，４０ｂとの間に、一般的に設けられる配向膜、透明絶縁層や、基板１０ａ，１０ｂ、１１ａ，１１ｂ上に設けられる反射防止膜等は図示を省略している。
【００２９】
基板１０ａの厚さ方向に穴が穿たれ、この穴にはコモン電極２０ａへ接続するためのアース端子Ｖ０が設けられている。また、基板１１ａに第一の駆動端子Ｖ１、第二の駆動端子Ｖ２が設けられている。
【００３０】
また、基板１０ａと１１ａの間に液晶を注入するための注入口３２ａが基板１１ａに形成され、また基板１０ｂと１１ｂの間に液晶を注入するための注入口３２ｂが基板１１ｂに形成されている。液晶を注入した後に封止材３３により適宜封止される。また、注入口３２ａ，３２ｂは、多層構造体１２ａ，１２ｂの液晶充填孔１３ａ，１３ｂに対応する位置に設けられる。これにより、液晶の注入がスムーズになり、液晶が各層へ均等に流入することが可能となる。
【００３１】
また、基板１１ａの中心部に円形の第二の駆動電極２２ａが配置され、その周辺に第一の駆動電極２１ａが配置されている。第二の駆動電極２２ａは、第二の駆動端子Ｖ２に接続されている。また、第一の駆動電極２１ａは、第一の駆動端子Ｖ１に接続されている。また、基板１０ａ，１０ｂの中央部に円形のコモン電極２０ａ，２０ｂが配置されている。コモン電極２０ａ，２０ｂは、アース端子Ｖ０に接続されている。また、第一の駆動電極２１ａおよび第二の駆動電極２２ａに異なる電圧を印加することでレンズとして機能することができる。
【００３２】
また、基板１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの内側の面には、配向膜が形成されている。そのため、基板１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの内側の液晶は、一定の方向に配向される。
【００３３】
液晶を充填する際に、液晶が液晶充填孔１３ａ，１３ｂから各層に流入し、各層の空気がセパレート基板の圧力バランス孔１４ａ，１４ｂを通して分散することにより各層間の圧力を均一に保つことができる。
【００３４】
以下、図２〜図１０を参照して、本発明の多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂおよびこれらを用いた液晶レンズ１００の製造方法を説明する。
【００３５】
図２に示すように、液晶レンズ１００の製造する際に、まず、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂを作成する。そして、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂを組み合わせて液晶レンズ１００を作成する。
【００３６】
まず、Ａ基板（スペーサ基板）用のリボン状ガラスを繰り出す（Ｓ１１）。次に、リボン状ガラスを繰り出しながら切り抜き部を形成する（Ｓ１２）。ここで、図３（ａ）に示すように、レーザー加工により繰り出したリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔に液晶を充填するための切り抜き部５１を形成する。切り抜き部５１は、後述する液晶充填孔１３および圧力バランス孔１４に対応する部分を含む液晶を充填するためのものである。同時に、図３（ｂ）に示すように、Ｂ基板（セパレート基板）用のリボン状ガラスを繰り出す（Ｓ１３）。この例において、リボン状ガラスは、リール巻きの状態となっており、厚さ３０μｍ、幅７ｍｍである。
【００３７】
次に、図４に示すように、複数枚（例えば、３枚）のＡ基板と複数枚（例えば、４枚）のＢ基板とを交互に重ね合わせて接合し、かつ所定の長さに切断して多層構造体１２を形成する（Ｓ１４）。次に、レーザー加工により多層構造体１２に貫通孔を加工する（Ｓ１５）。即ち、図５に示すように、液晶充填孔１３と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４とを形成する。図５（ａ）は、多層構造体１２の平面図であり、図５（ｂ）は、多層構造体１２のＰ−Ｐ断面図である。ここで、素子ごとに液晶充填孔１３と圧力バランス孔１４を１個ずつ形成する。Ａ基板とＢ基板を積層した後に貫通孔を加工することで、生産効率および加工精度を向上することができる。
【００３８】
また、Ｃ基板（レンズの外側基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ２１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、開孔加工を行う（Ｓ２２）。図６に示すように、シート状ガラスに電極端子用スルーホール３１と液晶を注入するための注入口３２を加工する。ここで、素子ごとに電極端子用スルーホール３１と注入口３２を１個ずつ形成する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に電極を形成する（Ｓ２３）。ここで、エッチング等によるパターンニング処理を行って素子ごとにコモン電極を形成する。なお、この工程において、電極端子用スルーホール３１に端子を形成する加工も行い、基板にアース端子Ｖ０を設ける。次に、シート状ガラスの外側の表面に反射防止用ＡＲ膜を形成し、そしてシート状ガラスの内側の表面に配向膜を形成する（Ｓ２４）。次に、基板を短冊状に切断する（Ｓ２５）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ２６）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００３９】
また、Ｄ−１基板（中間基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ３１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、シート状ガラスの外側の表面に電極を形成する（Ｓ３２）。ここで、エッチング等によるパターンニング処理を行って素子ごとに第一の駆動電極２１ａと第二の駆動電極２２ａを形成する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に高抵抗膜を付け、さらに配向膜を形成する（Ｓ３３）。次に、シート状ガラスを短冊状に切断する（Ｓ３４）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ３５）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００４０】
また、Ｄ−２基板（中間基板）用のシート状ガラスを所定寸法に加工する（Ｓ４１）。例えば、厚さ２００μｍのシート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する。次に、シート状ガラスの内側（液晶を充填する側）の表面に高抵抗膜を付け、さらに配向膜を形成する（Ｓ４２）。次に、シート状ガラスを短冊状に切断する（Ｓ４３）。次に、ギャップ材を混入したシール材を印刷する（Ｓ４４）。ここで、素子ごとにそれぞれ液晶を封入するためのシール材を印刷する。
【００４１】
Ａ基板とＢ基板から多層構造体１２を形成し、さらにＣ基板、Ｄ−１基板、およびＤ−２基板を加工した後、セル組立工程において、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルを組み立てる（Ｓ５１）。そして、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルを組み立てる（Ｓ５２）。ここで、多層構造体１２を、第一の駆動電極２１ａ、第二の駆動電極２２ａが形成された基板（Ｄ−１基板）とコモン電極２０ａが形成された基板（Ｃ基板）との間に配置して多層構造液晶光学素子１００ａ用セルを形成する。また、多層構造体１２を、電極が形成されていない基板（Ｄ−２基板）とコモン電極２０ｂが形成された基板（Ｃ基板）との間に配置して多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルを形成する。図７は、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルの組立状態を示す側面図である。図８は、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルの組立状態を示す側面図である。図７、図８において、多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂを模式的に表示している。
【００４２】
次に、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルに液晶を注入して封止し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板（Ｂ基板）の表面に対して水平に配向させる（Ｓ５３）。図９は、多層構造液晶光学素子１００ａ用セルに液晶を注入した状態を示している。図９（ａ）は、下から見た図であり、図９（ｂ）は、Ｍ−Ｍ断面図である。また、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルに液晶を注入して封止し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板（Ｂ基板）の表面に対して水平に配向させる（Ｓ５３）。図１０は、多層構造液晶光学素子１００ｂ用セルに液晶を注入した状態を示している。図１０（ａ）は、上から見た図であり、図１０（ｂ）は、Ｎ−Ｎ断面図である。
【００４３】
配向処理工程において、注入口３２から液晶セル内に等方相状態の液晶を注入し、封止材３３で封止して、配向処理を行う。ここで、液晶注入、配向処理を行う際に、まず、形成した液晶セルを加熱する。次に、等方相状態にある液晶材料を液晶セルに注入する。次に、Ｎ磁極とＳ磁極からなる磁場内に設置して、磁場を印加する。このとき、磁場強度は２０ｋＧとし、磁場方向を基板と平行するように設置する。そして、液晶セルを磁場中に保持しながら徐々に冷却する。これにより、液晶セル内の液晶が磁場方向に配向される。即ち、液晶はセパレート基板（Ｂ基板）に対して水平方向に配向され、かつ安定した配向ができる。
【００４４】
上記の工程により多層構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂが得られる。次に、第１の多層構造液晶光学素子としての多層構造液晶光学素子１００ａと第２の多層構造液晶光学素子としての多層構造液晶光学素子１００ｂを用いて重ねて２重構造体を組み立てる（Ｓ５５）。ここで、多層構造液晶光学素子１００ａの第一の駆動電極２１ａ、第二の駆動電極２２ａが形成された基板と多層構造液晶光学素子１００ｂの電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、多層構造液晶光学素子１００ａと多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向は互いに直交するように配置される。これにより、複数の液晶レンズを含む短冊状の２重構造体が得られる。
【００４５】
次に、得られた短冊状の２重構造体を切断する（Ｓ５６）。この工程において、スライサー等を用いて短冊状の２重構造体を切断することで、複数の単個の液晶レンズが得られる（図１参照）。そして、検査工程を経て完了する。
【００４６】
この例において、シート状ガラスを２００×２００ｍｍの寸法に加工する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
以上のような製造方法によれば、液晶レンズ１００の組立時に予めリボン状ガラスを用いて多層構造体１２を形成して、得られた多層構造体１２を基板１０ａと１１ａの間、および基板１０ｂと１１ｂの間に配置する。そして、液晶セル内の複数の液晶層に対して磁場を印加し配向処理を行う。
【００４８】
液晶レンズ１００に所定の電圧を印加する際に、セパレート基板の表面に対して、水平方向に配向していた液晶は電界方向に力を受けて傾斜し、電界が強くなると電極面に対して垂直状態になる。これにより、光に対する屈折率を電気的に制御することができ、焦点可変レンズや収差補正素子として有益な機能素子となる。
【００４９】
このように本実施の形態においては、多重構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂの製造方法において、所定幅を有するリボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部５１が形成されたスペーサ基板（Ａ基板）と、同幅を有するリボン状ガラスからなるセパレート基板（Ｂ基板）とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体１２を形成する多層構造体形成工程と、多層構造体１２に液晶充填孔１３と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔１４とを形成する孔形成工程と、液晶充填孔１３と圧力バランス孔１４とを形成した多層構造体１２を２つの外側基板の間に配置してセルを形成するセル組立工程と、セル組立工程で得られたセルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える。
【００５０】
液晶レンズ１００は、多層構造液晶光学素子１００ａと、多層構造液晶光学素子１００ｂとから構成されている。多層構造液晶光学素子１００ａの基板１１ａと、多層構造液晶光学素子１００ｂの基板１１ｂを光学接着剤により接着して２重構造としている。また、多層構造液晶光学素子１００ａの液晶の配向方向と多層構造液晶光学素子１００ｂの液晶の配向方向が互いに直交するように配置されている。
【００５１】
多重構造液晶光学素子１００ａ，１００ｂは、複数の薄いガラス基板、即ち、スペーサ基板とセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合してからなる多層構造体１２ａ，１２ｂを備える。多層構造体１２ａ，１２ｂには、複数層の液晶を充填する空間が形成されている。また、多層構造体１２ａ，１２ｂには、液晶充填孔１３と、圧力バランス孔１４とが設けられる。さらに、各セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、複数の液晶層に対して一定強度の磁場を印加し、液晶分子をセパレート基板の表面に対して水平に配向させる。
【００５２】
これにより、十分な光学的距離Ｌを確保することができると共に、応答速度を大幅に向上することができ、かつ液晶の充填量を確保することができる。また、リボン状ガラスを用いて多層構造体を形成することで、積層加工が容易であり、大量生産できる。また、スペーサ基板とセパレート基板とを積層してから貫通孔加工を行うことで、生産効率および加工精度を向上することができる。
【００５３】
また、複数のセパレート基板にそれぞれ液晶充填孔１３と、圧力バランス孔１４とが設けられることで、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つことができ、液晶注入による各層の透明基板の変形を防止することができ、均一な光学特性が得られる。
【００５４】
また、セパレート基板の表面に配向膜を形成しないで、磁場配向法を用いて複数の液晶層の液晶分子をセパレート基板の表面に水平に配向させることで、液晶の充填量を確保し、かつ安定した配向ができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては、液晶レンズ１００の多層構造体１２ａ，１２ｂが３枚のスペーサ基板と４枚のセパレート基板から構成されるものについて説明したが、これに限定されるものではない。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、スペーサ基板にレーザー加工を用いて切り抜き部を加工する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エッジング法、サンドブラスト法を用いて切り抜き部を加工するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明は、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）、デジタル機器等における超小型カメラに内蔵される、オートフォーカス機能やマクロ−ミクロ切替機能をもつ液晶光学素子、または、光ディスク装置において、光ピックアップでの記録・再生時に生ずる収差を補正するために用いる液晶光学素子など、広く利用することが期待できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ 基板
１２，１２ａ，１２ｂ 多層構造体
１３，１３ａ，１３ｂ 液晶充填孔
１４，１４ａ，１４ｂ 圧力バランス孔
２０ａ，２０ｂ コモン電極
２１ａ 第一の駆動電極（セグメント電極）
２２ａ 第二の駆動電極（セグメント電極）
３１ 電極端子用スルーホール
３２ 注入口
３３ 封止材
４０ａ，４０ｂ 液晶
５０ シール材
５１ 切り抜き部
１００ 液晶レンズ
１００ａ，１００ｂ 多層構造液晶光学素子
Ａ スペーサ基板（Ａ基板）
Ｂ セパレート基板（Ｂ基板）
Ｖ０ アース端子
Ｖ１ 第一の駆動端子
Ｖ２ 第二の駆動端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、
前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、
前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、
前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記スペーサ基板は、リール巻きのリボン状ガラスを繰り出しながら前記切り抜き部を加工し、所定の長さに切断して形成されることを特徴とする請求項１に記載の多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項３】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、
前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、
前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、
前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項４】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第１の多層構造液晶光学素子と、
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第２の多層構造液晶光学素子とを用い、
前記第１の多層構造液晶光学素子のセグメント電極が形成された基板と前記第２の多層構造液晶光学素子の電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、前記第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子の液晶の配向方向は互いに直交するように配置されることを特徴とする液晶レンズの製造方法。
【請求項１】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、
前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、
前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、
前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記スペーサ基板は、リール巻きのリボン状ガラスを繰り出しながら前記切り抜き部を加工し、所定の長さに切断して形成されることを特徴とする請求項１に記載の多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項３】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、
前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、
前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、
前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備えることを特徴とする多層構造液晶光学素子の製造方法。
【請求項４】
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、セグメント電極が形成された基板とコモン電極が形成された基板との間に配置してセルを形成するセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第１の多層構造液晶光学素子と、
リボン状ガラスの長さ方向に所定間隔で液晶を充填するための複数の切り抜き部が形成されたスペーサ基板と、同幅のリボン状ガラスからなるセパレート基板とを交互に重ね合わせて接合した多層構造体を形成する多層構造体形成工程と、前記多層構造体に液晶充填孔と、液晶を充填する際に各層間の圧力を均一に保つための圧力バランス孔とを形成する孔形成工程と、前記液晶充填孔と圧力バランス孔とを形成した多層構造体を、電極が形成されていない基板とコモン電極が形成された基板との間に配置しセルを組み立てるセル組立工程と、前記セルに液晶を充填し、一定強度の磁場を印加し、液晶分子を前記セパレート基板の表面に対して水平に配向させる配向処理工程とを備える多層構造液晶光学素子の製造方法で得られた第２の多層構造液晶光学素子とを用い、
前記第１の多層構造液晶光学素子のセグメント電極が形成された基板と前記第２の多層構造液晶光学素子の電極が形成されていない基板とを接着して２重構造にすると共に、前記第１の多層構造液晶光学素子と第２の多層構造液晶光学素子の液晶の配向方向は互いに直交するように配置されることを特徴とする液晶レンズの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７５１０４（Ｐ２０１１−１７５１０４Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９２８１（Ｐ２０１０−３９２８１）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（５０３３７６５９６）株式会社びにっと (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（５０３３７６５９６）株式会社びにっと (13)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]