[发明专利]液晶光学元件及其制造方法

说明书

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1)。

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μm左右的情况，其为30～100μm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。即，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、K1，在中央部分存在着主体层P。施加电场时界面层K0、K1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K0、K1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1)等。

专利文献1  (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”(「延伸した微細ポリマ一構造による液晶配向制御」)，液晶，2006年，第10卷，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τ_r、τ_d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。