CN101261407B - 具有光学变焦功能的液晶元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种新的液晶元件，能得到小型、薄型且轻量的光学变焦功能。该液晶元件，由在厚度方向上层叠的2个液晶元件构成，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其中，各个液晶元件具有一对基板和夹在一对基板中的液晶，在一个基板上形成了公共电极、另一个基板上形成了段电极，按照使大小、或配置间隔、或者其两者沿着将段电极划分为同心圆状时的半径方向而变化的配置图形，在段电极上形成多个非电极部位，在非电极部位的内侧，在施加电压时液晶不均匀地取向，在该一对基板上，分别在厚度方向上穿设有多个孔，在孔中设置与公共电极和段电极的某一个连接的端子，在一对基板的一个上形成了注入口。

Description

具有光学变焦功能的液晶元件及其制造方法

本分案申请基于2004年9月27日提出的申请号为200480044083.9、发明名称为“具有光学变焦功能的液晶元件及其制造方法”的国际申请而做出。

技术领域

本发明涉及光学变焦功能。更详细地说涉及适用于便携式电话机、便携式信息终端机(PDA)等的小型数字照相机、数字摄像机等中的光学变焦功能。

背景技术

近年来，一般都普及了搭载超小型照相机的带摄影功能的便携式电话机、便携式信息终端机(PDA)等。在现有的超小型照相机中，由于尺寸等的限制，一般都是单焦点的透镜系统，但是伴随着便携式电话机的照相机规格的快速的高像素化，100～200万以上的有效像素数成为标准，随之要求搭载光学变焦功能，最近已提出了几个光学式的小型变焦透镜。

例如，在(专利文献1)中公开了在光轴上依次排列前组透镜、后组透镜、CCD等摄像元件，利用驱动机构在导销的方向(光轴方向)上仅驱动后组透镜的超小型的透镜驱动装置。

此外，在(专利文献2)中公开了一种变焦透镜，该变焦透镜从物体侧向着像面侧依次具有：整体具有负的折射能力的第一透镜组、整体具有正的折射能力的第二透镜组、整体具有正的折射能力的第三透镜组，进行在第二透镜组从像面侧向物体侧移动、且第三透镜组一旦从像面侧向物体侧移动了之后再次向像面侧移动时，从广角端向望远端的变倍和伴随着变倍的像面变动的修正。

如上所述的现有的变焦透镜能实现在透镜的驱动方式上下功夫而得到的某种程度上的小型化和薄型化，但是由于以机械方式移动透镜，故必须要确保其移动空间，实际上透镜镜筒的厚度只有10mm左右，十分有限。因此，必须要避免透镜部分的突出，因此有限制了便携式电话机的外观设计的自由度的问题，实际上当前现状是依然依靠数字变焦方式。随着照相机的有效像素数进一步提高，如何在很小的壳体中收容透镜单元的问题依然很重要。

专利文献1：(日本)特开2004-258111号公报

专利文献2：(日本)特开2004-212737号公报

发明内容

因此，本发明鉴于上述现有的问题而做出，其目的在于提供一种新的液晶元件，特别是用于搭载在便携式电话机等机器中的照相机的透镜系统中，能够得到比现有技术小型薄型且轻量的光学变焦功能。

为了解决上述问题，本发明提供一种液晶元件，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其具有液晶和夹着上述液晶而对置的多个电极，在施加电压时，上述液晶的取向状态以上述光轴为中心同心状地变化。

根据该结构，与同心状地变化的液晶的取向状态相对应，对整个元件赋予规定的折射率分布，焦点移动而发挥光学变焦功能。

在本发明中，提供一种液晶元件，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其具有液晶和夹着上述液晶而对置的多个电极，按照使大小、或配置间隔、或者其两者沿着将电极划分为同心圆状时的半径方向而变化的配置图形，在上述电极的至少一个上形成不存在电极材料的多个非电极部位，在上述非电极部位的内侧，在施加电压时液晶不均匀地取向。

根据该结构，由于在形成了多个的非电极部位的中心部，向垂直于电极的方向形成弱电场，在非电极部位的端部，向倾斜方向形成电场，因此，通过液晶分子沿着该电场分布不均匀取向，就得到折射率从非电极部位的中心到周边连续变化的光的折射效果(透镜效果)。由于使非电极部位的大小或配置间隔在电极上同心圆状地变化，因此，作为整个元件，赋予了规定的折射率分布，焦点移动而发挥光学变焦功能。

此外，在本发明中，提供一种液晶元件，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其具有液晶和夹着上述液晶而对置的多个电极，按照使大小、或配置间隔、或者其两者沿着将电极划分为同心圆状时的半径方向而变化的配置图形，在上述电极的至少一个上形成不存在电极材料的多个非电极部位，在上述非电极部位的内侧，在施加电压时液晶不均匀地取向，并且，按照规定的间隔，沿着上述同心圆状地变化的配置图形，环形地配设了施加不同电压的多条线状电极。

根据该结构，通过如上所述地使非电极部位的大小或配置间隔同心圆状地变化，在得到期望的折射率分布的同时，环形配设多条线状电极，进一步对规定部位施加电压，因此，更强调了上述的折射率分布，提高光学变焦功能。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的液晶元件中，多个非电极部位的配置间隔在电极上的被划分为同心圆状的各区域内是不规则的。

根据该结构，通过使与邻接的非电极部位的间隔不规则(随机)，防止了由光干涉效果引起的波面的湍流。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的液晶元件中，非电极部位的形状是圆形或槽形。

根据该结构，对于通过元件的光束，最优化非电极部位的形状。再有，在此所述的槽形是指其中的一个轴比垂直于它的另一个轴长的形状，例如可以形成为使较长一方的轴与液晶的摩擦方向平行，或者与摩擦方向垂直。

此外，在本发明中，提供一种液晶元件，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其具有液晶和夹着上述液晶而对置的多个电极，上述电极的至少一个由具有相互不同的电阻值的同心圆状的多个区域构成，在该电极上，以上述光轴为中心按规定间隔同心状地配设施加不同电压的多条线状电极，在对上述多条线状电极施加了电压时，配设有上述线状电极的上述电极起到电阻膜的作用，在上述多条线状电极间产生电压降，上述液晶的取向状态以上述光轴为中心同心状地变化。

根据该结构，由于在多条线状电极之间施加电压连续地变化，液晶的取向状态根据该电压值进行变化，因此，在整个元件中形成规定的折射率分布，发挥光学变焦功能。

此外，在上述本发明涉及的液晶元件中，配设有多条线状电极的电极，由具有不同电阻值的多个区域构成。

根据该结构，多条线状电极之间的电压降成为曲线。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的液晶元件中，将构成了光学变焦系统时光束通过的区域的外侧遮光。

根据该结构，遮住了来自光束通过的区域的外侧的漫反射，像的画质稳定。

此外，在本发明中，提供一种液晶元件，由在厚度方向上层叠的2个液晶元件构成，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其特征在于，上述各个液晶元件具有一对基板和夹在上述一对基板中的液晶，在所述一对基板的一个上形成了公共电极、另一个上形成了段电极，按照使大小、或配置间隔、或者其两者沿着将上述段电极划分为同心圆状时的半径方向而变化的配置图形，在上述段电极上形成不存在电极材料的多个非电极部位，在上述非电极部位的内侧，在施加电压时液晶不均匀地取向，在上述的一对基板上，分别在厚度方向上穿设有多个孔，并且在上述孔中设置与上述公共电极和段电极的某一个连接的端子，在上述一对基板的一个上形成了用于注入液晶的注入口。

根据该结构，通过孔，在基板的表面配置用于与公共电极和段电极连接的端子及液晶的注入口。

此外，如上所述，由于在形成了多个的非电极部位的内侧，液晶分子不均匀地取向，因此，产生折射率从非电极部位的中心到周边变化的光的折射效果(透镜效果)，作为整个元件，得到同心圆状的折射率分布。从而，焦点移动而发挥光学变焦功能。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，构成为不施加电压时的在2个液晶元件的液晶的取向方向正交。

根据该结构，对不同的偏振(P偏振和S偏振)赋予规定的折射率分布。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，将基板形成为方形，液晶沿着上述基板的光束通过的圆形区域被密封，在上述圆形区域以外的角部附近设置液晶的注入口和端子。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，将基板形成为方形，液晶沿着上述基板的光束通过的圆形区域被密封，在上述圆形区域以外的角部附近设置液晶的注入口和端子。

根据上述发明的结构，在基板的角部附近作为形成孔的空间被有效利用的同时，改善了元件的重量平衡。此外，在液晶收缩及膨胀的情况下，整体均匀变形，因此光学变焦功能稳定。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，与层叠的各个液晶元件的公共电极连接的端子彼此之间、与一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间、以及与另一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间，在厚度方向上相互连接，分别汇聚到位于双单元结构的液晶元件的外侧的一个基板上设置的端子上。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，与层叠的各个液晶元件的公共电极连接的端子彼此之间、与一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间、以及与另一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间，在厚度方向上相互连接，分别汇聚到双单元结构的液晶元件的最外侧的一个基板上设置的端子上。

根据上述发明的结构，将用于驱动元件的各端子集中配置在一个基板上。

此外，本发明的特征是，将与一方的液晶元件的段电极连接的端子和与另一方的液晶元件的段电极连接的端子，分别设置在位于方形的基板的对角上的角部附近，与公共电极连接的端子和液晶的注入口分别设置在剩余的角部附近。

根据该结构，考虑制造元件时的效率，设定各端子的位置。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的双单元结构的液晶元件中，将构成了光学变焦系统时光束通过的区域的外侧遮光。

根据该结构，遮住了来自光束通过的区域的外侧的漫反射，像的画质稳定。

此外，本发明是上述发明涉及的双单元结构的液晶元件的制造方法，具有：在成为母材的基板上设置与多个液晶元件相对应的端子和注入口的工序；形成段电极的工序；将已形成了上述端子、注入口和段电极的基板，与设置有端子、并且已形成了公共电极的另外的基板对置组合的工序；组合之后，从注入口注入液晶的工序；对于经过上述各工序制造的排列了多个液晶元件的组，使经过同样的各工序得到的另外的组翻过来并且旋转90度之后，与上述的组层叠的工序；切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序。

此外，本发明是上述发明涉及的双单元结构的液晶元件的制造方法，具有：在成为母材的基板上设置与多个液晶元件相对应的端子的工序；形成段电极的工序；将已形成了上述端子和段电极的基板，与设置有端子及注入口、并且已形成了公共电极的另外的基板对置组合的工序；组合之后，从注入口注入液晶的工序；对于经过上述各工序制造的排列了多个液晶元件的组，使经过同样的各工序得到的另外的组翻过来并且旋转90度之后，与上述的组层叠的工序；切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序。

根据上述发明的结构，双单元结构的液晶元件的制造是，一直到最后工序都在成为母材的基板状态下进行。然后，利用同一工序制造液晶的取向方向正交的2个液晶元件。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的制造方法中，在基板的表面形成与各个液晶元件对应的端子共同连接的检查用的布线，在对于排列了多个液晶元件的组层叠另外的组的工序之前、或者切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序之前的某一方或两方的时刻，利用上述布线进行检查。

根据该结构，在分割为一个个的元件之前的母材的状态下，进行一次元件的动作确认。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的制造方法中，在排列了多个液晶元件的组上层叠另外的组时，在真空中，隔着包围光束通过的圆形区域的闭合状态下设置的密封材料进行层叠。

根据该结构，由于2个液晶元件之间成为真空状态，不存在粘结剂，因此，维持了高的光透射率。

此外，本发明的特征是，在上述发明涉及的制造方法中，在排列了多个液晶元件的组上层叠另外的组时，在大气中，隔着包围光束通过的圆形区域的、以一部分开放的状态设置的密封材料和设置在上述密封材料内侧的粘结剂进行层叠。

根据该结构，在大气中高效地进行层叠2个液晶元件的工序。该情况下，最好选择折射率与基板接近的粘结剂。

本发明的液晶元件通过在电极上形成多个非电极部位，使液晶分子沿着形成在该非电极部位的位置上的不均匀的电场分布进行取向，产生了光的折射效果。这样，就能够在整个元件上形成连续的折射率分布。由于通过利用施加电压控制液晶的取向状态，能够使该折射率分布任意变化，因此，能够在配置在了光轴上的情况下使焦点移动而发挥光学变焦功能。

根据本发明，由于不需要光学变焦系统中的透镜的驱动，或者用最小限的驱动就行，因此，能够提供一种以前没有的小型薄型的光学变焦功能，特别是能够最佳地用作便携式电话机等的超小型照相机。

此外，本发明的液晶元件的特征是，使多个非电极部位的大小或配置间隔根据电极上的位置而变化，并且，沿着该非电极部位的配置图形，按照规定的间隔配设了多条线状电极。这样，由非电极部位得到的折射率变化就在配设着线状电极的多个地方中变大，作为整体，能够得到更强调了由非电极部位引起的折射率分布的状态。

此外，由于本发明的液晶元件在电阻膜上配设多条线状电极，利用线状电极之间的电压降，使液晶的取向状态同心状地变化，因此，能够在元件上形成规定的折射率分布。能够利用对线状电极施加的电压任意地控制该折射率分布，能够在配置在了光轴上的情况下使焦点移动后发挥光学变焦功能。

另外，由于本发明涉及的双单元结构的液晶元件在基板的表面上穿孔，以该孔的部分为端子，因此，与在一侧设置端子的情况相比，不对基板施加过度的力。从而，能够采用更薄的基板，结果，能够达到元件的轻量化和小型化。

此外，由于在方形的基板的中央部圆形地夹入液晶，在该基板的角部设置端子等，因此，元件的重量平衡优良，即使在因为温度变化而液晶膨胀收缩了的情况下也不引起不均匀的变形，能够维持元件的性能。

然后，根据本发明涉及的双单元结构的液晶元件的制造方法，由于全部是在切开为一个个元件之前的母材的状态下进行形成端子的工序和注入液晶的工序等，因此，生产效率提高，能够大幅度降低成本。

此外，由于在检查各元件时也在母材的状态下进行，因此，能够达到高效率。

另外，能够全部用同一工序制造层叠的2个液晶元件，仅使一方翻过来并且旋转90，就能够容易地制作液晶的取向方向正交的双单元结构的液晶元件。从而，生产性极高，能够得到稳定的品质。

附图说明

图1是模式地示出第一实施方式涉及的液晶元件的使用方式的图。

图2是第一实施方式涉及的液晶元件的平面图。

图3是图1的A部分的放大图。

图4是第一实施方式涉及的液晶元件的剖面图。

图5是说明第一实施方式涉及的液晶元件的施加电压时的状态的图。

图6是第二实施方式涉及的液晶元件的平面图。

图7是第三实施方式涉及的液晶元件的平面图。

图8是模式地示出由第三实施方式涉及的液晶元件得到的折射率分布的图。

图9是说明第三实施方式涉及的液晶元件的制造过程的图。

图10是第四实施方式涉及的液晶元件的平面图。

图11是第五实施方式涉及的液晶元件的平面图。

图12是说明第五实施方式涉及的液晶元件的制造过程的图。

图13是第六实施方式涉及的双单元结构的液晶元件的平面图。

图14是图13的C-C剖面图。

图15是图13的D-D剖面图。

图16是模式地示出第六实施方式涉及的双单元结构的液晶元件的使用方式的图。

图17是示出双单元结构的液晶元件的制造工序的流程图。

图18是示出双单元结构的液晶元件的制造工序的流程图。

图19是示出图14的S方向中的S103的状态的图。

图20是示出S103的状态的端子部分的剖面图。

图21是示出图14的S方向中的S106的状态的图。

图22是示出图14的S方向中的S108的状态的图。

图23是示出图14的T方向中的S205的状态的图。

图24是示出图14的U方向中的S104的状态的图。

图25是示出S501的状态的图。

图26是示出S305的状态的图。

图27是示出S504的状态的图。

图28是示出S305的状态的另一例子的图。

图29是第七实施方式涉及的双单元结构的液晶元件的平面图和侧视图。

附图标记的说明

1A～1G液晶元件

1FG双单元结构的液晶元件

10液晶

20、21电极

22段电极

23公共电极

24高电阻膜

24a高电阻区

24b中电阻区

24c低电阻区

201非电极部位

30、31、32、33基板

32a遮光部

32b角部

320成为母材的基板

330成为母材的基板

40a～40d线状电极

400低电阻膜

400a低电阻膜

50SiO₂膜

60A～60F孔

61A～61F端子

70、71、71A密封材料

72粘结剂

73注入口

74密封材料

75导通材料

76掩膜

77布线

E电场

F、F’焦点

J透镜

L光轴

M像面

P1、P2偏振面

R1～R3电阻

S1、S2端子

P、Q折射率分布

具体实施方式

以下，详细地说明本发明。再有，在以下的实施方式中，对于相同的结构要素，付与相同的附图标记并省略说明。

首先，图1～图5示出本发明的实施方式。图1是模式地示出该第一实施方式涉及的液晶元件1A的使用方式的图，图2是液晶元件1A的平面图，图3是图2的A部分的放大图，图4是放大了液晶元件1A的剖面的图。

如图1所示，液晶元件1A适用于便携式电话机、便携式信息终端机(PDA)等的小型照相机中，对于CCD、CMOS等所具有的像面M，与透镜J一起配置在光轴L上构成透镜系统。然后，通过对元件施加电压，主要在元件的面方向(垂直于光轴的方向)上形成折射率分布，使焦点F向焦点F’(或者相反)移动，发挥光学变焦功能。再有，由于将射向液晶元件1A的光设为偏振状态，因此，能够根据需要将起偏镜配设在光轴L上。以下，详细叙述液晶元件1A的结构。

液晶元件1A如图4所示，具有液晶10、夹着该液晶10对置的2个电极20、21和基板30、31，在电极20上孔状地形成了不存在电极材料的多个非电极部位201。再有，在图4中，省略了设置在基板30、31上的防反射膜(AR膜)和一般设在电极20、21与液晶10之间的液晶取向膜、透明绝缘层等的图示。此外，在电极20和电极21上连接着用于施加电压的导线等。

如图2所示，根据电极20上的位置，多个非电极部位201的大小和配置间隔连续地变化。再有，为了方便起见，图2中描绘了少量的非电极部位201，但实际上如图3所示，微细地形成着许多非电极部位201。然后，在该第一实施方式中，沿着将电极20分为同心圆状时的半径方向R，非电极部位201的大小d1从大半径向小半径、配置间隔d2由宽变窄地形成连续的图形。

在对电极20、21间施加了电压的情况下，非电极部位201附近的电场E的状态成为图5所示。即，在电极20和电极21相对的部分a，向垂直于电极的方向形成强电场，在为非电极部位201的中心部的部分b中，向同样垂直于电极的方向形成弱电场。然后，在靠近非电极部位201与电极20的边界的部分c，成为电场向着电极20倾斜的状态。

于是，在液晶10的介电各方异性是正的情况下，由于液晶分子沿着电场E取向，因此，在部分a，液晶分子相对于电极垂直排列，在部分b，由于电场很弱，因此成为与电极平行的状态，在部分c倾斜取向。即，在非电极部位201的内侧，成为液晶不均匀的取向状态。这时，由于对于透过元件的光(异常光)的折射率形成从非电极部位201的中心朝着周边连续减小的分布，因此，在非电极部位201的部分就表显出凸透镜的效果。这样就能够对透过的光给予相位差。

从而，如图2所示，在使非电极部位201的大小和配置间隔根据电极上的位置连续变化的情况下，由于在各个位置得到的相位差不同，因此，作为整个元件，能够得到规定的折射率分布，其结果，使透镜系统的焦距变化，能得到光学变焦功能。

再有，在使施加的电压变化的情况下，液晶分子的取向状态与其相应地变化。例如，在增大电压的情况下，由于非电极部位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从非电极部位201的中心朝着周边变大的凹透镜效果。即，由于能够利用施加的电压，使在整个元件中得到的折射率分布变化，因此，通过对设定的焦距计算必要的折射率分布，根据其结果控制电压，就能够使焦距连续地变化。

另外，优选非电极部位201的配置间隔，在电极20上的被划分为同心圆状的各区域内(例如区域X、区域Y)不规则(随机配置)。即，如图3所示，配置间隔h1与h2稍微不同。这样就能够防止分别通过邻接的非电极部位的光相互干涉而出现波面湍流的情况。

再有，也可以在预料到根据光的波长与配置间隔的关系而几乎不存在发生干涉效果的情况下，使h1与h2相同且规则地配置。

作为电极20、21，可以使用当前已知的一般电极。具体地说，最好使用在透明基板30、31上形成了铟-锡氧化膜的ITO电极。

此外，作为形成非电极部位201的方法，最好使用首先在基板30的整个面上形成了电极20后，利用光刻处理，按照期望的配置图形形成多个非电极部位201的方法。这样做就能够容易地制作出连续变化的微细的配置图形。或者，也可以使用在基板30上蒸镀或电镀电极20时通过掩膜进行的方法。

图6中示出本发明的第二实施方式。该液晶元件1B与上述第一实施方式同样，在电极20上形成了多个非电极部位201，但非电极部位201的大小是相同直径。然后，从电极20的中心到周边，使非电极部位201的配置间隔从宽间隔向窄间隔连续地变化。这样，在非电极部位201的配置具有疏密的情况下，在施加电压时根据各个非电极部位的光的折射效果(透镜效果)，在非电极部位201的密度高的区域和密度低的区域所得到的相位差就不同，作为整个元件，就能够得到规定的折射率分布。

下面，基于图7～图9说明本发明的第三实施方式。图7的液晶元件1C与上述第一实施方式同样，在夹着液晶的电极20上形成多个非电极部位201，该非电极部位201的大小和配置间隔向着半径方向R连续地变化。然后，在该第三实施方式中，其特征点是，沿着非电极部位201的配置图形(同心圆状变化的图形)配设了环形的线状电极40a～40d。

线状电极40a～40d与端子S1、S2连接，利用电阻R1～R3施加不同的电压。

图8中模式地示出利用该液晶元件1C得到的折射率分布。如图8所示，在利用非电极部位201的透镜效果得到折射率分布P时，在布设了线状电极40a～40d的部位s、t、u、v中，液晶进一步取向，于是，相位差被提高了规定量，结果就成为强调了折射率分布P的折射率分布Q的状态。从而，变焦范围能进一步变宽。在此，能够基于由非电极部位201引起的折射率分布P来决定布设线状电极40a～40d的位置和分别对其施加的电压值。即，优选设定与折射率分布P的各部位的相位变化量成比例的电压值，例如，在端子S1、S2间施加1V电压的情况下，可以设定电阻R1～R3，使得对线状电极40(相当于图8的v)施加1V电压，对线状电极40b(相当于u)施加0.6V电压，对线状电极40c(相当于t)施加0.1V电压，对线状电极40d(相当于s)施加0V电压。再有，关于线状电极40a～40d，当然不限定于图7的电路结构。

图9示出第三实施方式涉及的液晶元件1C的制造过程的一例。首先，如图9(a)所示，在玻璃基板30上形成ITO等的电极(低电阻膜400、几～几十Ω)。再有，在该例子中，在基板30和低电阻膜400之间形成了SiO₂膜50。该膜是防止从基板30析出钠成分的钝化膜，可以根据需要设置。

接着，如图9(b)、9(c)所示，进行低电阻膜400的构图而形成线状电极40a，在它的上面形成ITO等的电极20(高电阻膜、几十～几百kΩ)。然后，如图9(d)所示，通过在规定位置形成多个非电极部位201，就能够得到实现了形成线状电极40a(40b～40d)和电极20的目的的基板。再有，由于线状电极40a与元件的大小相比极细(几～几十μm左右)，因此，也可以根据情况，用ITO以外的不透明的金属构成。

多个非电极部位201的配置图形不限定于上述第一实施方式～第三实施方式。即，可以根据期望的折射率分布等，利用电极20上的位置，适当地设定非电极部位201的大小或配置间隔或者两者。具体地说，例如有与图2相反地使非电极部位的大小从电极20的中心向周边、从小径向大径连续变化的情况，或者与图6相反地，使非电极部位的配置间隔从电极20的中心向周边、从窄间隔向宽间隔连续变化的情况等。

再有，在上述各实施方式中，仅在电极20上形成了非电极部位201，但也可以在电极20和电极21两者上形成非电极部位。该情况下，由于在电极21的附近，液晶分子也不均匀地取向，因此，得到的透镜效果进一步增强，能够提高光学变焦功能。

此外，也可以由被分割的几个电极构成电极20，分别形成多个非电极部位，通过对各电极施加不同的电压，作为整体还能够进一步提供复杂的折射率分布。

此外，在上述第一实施方式～第三实施方式中，说明了多个非电极部位201的形状是圆形的情况，但不限定于此，例如，也可以考虑发生的像差的种类和摩擦方向等而设定为其他形状。具体地说有槽形、椭圆形、半圆形等。

下面，基于图10说明本发明的第四实施方式，。在图10的液晶元件1D中，与上述第三实施方式同样地，以光轴为中心，按规定间隔同心状地配设了施加不同电压的多条线状电极40a～40d。在此，图10的线状电极40a～40d配设在高电阻膜24上，但该高电阻膜24与上述第一实施方式～第三实施方式中的电极20相同，由ITO等构成(由于与电极20不同，不施加电压，故称作高电阻膜)。

在上述的液晶元件1D中，若对线状电极40a～40d施加电压，由于有高电阻膜24，就在各线状电极之间产生电压降。因此，液晶就根据同心状连续变化的电压而成为不同的取向状态，随之就得到规定的折射率分布。通过改变施加到线状电极40a～40d上的电压，能够任意控制该折射率分布，因此，就能得到期望的光学变焦功能。

图11中示出第五实施方式涉及的液晶元件。该液晶元件1E的特征点是，由具有不同电阻值的多个区域(高电阻区24a、中电阻区24b、低电阻区24c)构成了配设多条线状电极40a～40d的电阻膜。

这样，例如在线状电极40c的内侧，线状电极40c的电压由于高电阻区24a而急剧下降，接着进入到中电阻区24b，电压降的倾斜变小，最后，由于低电阻区24c使电压降变得缓慢的同时，与中心的线状电极40d连接，结果，就能够使折射率分布更曲线化。

图12中示出第五实施方式涉及的液晶元件1E的制造过程的一例。首先，如图12(a)所示，在玻璃基板30上形成ITO等的低电阻膜400(几～几十Ω)。再有，在该例子中，在基板30和低电阻膜400之间形成了SiO₂膜50。接着，如图12(b)所示，进行低电阻膜400的构图，形成线状电极40a和微细的多个低电阻膜400a。

接着，如图12(c)所示，形成高电阻膜24(几十～几百Ω)，如图12(d)所示，进行高电阻膜24的构图，在规定位置形成多个非电极部位。这样，就能够得到电阻值不同的多个区域。即，在高电阻膜的一部分形成了非电极部位的区域就成为高电阻区24a，形成了均匀的高电阻膜的区域成为中电阻区24b，在一部分形成了低电阻膜的区域成为低电阻区24c。

在上述第四实施方式和第五实施方式中，可以同时在夹着液晶而对置的另一方的基板侧也布设多条线状电极。

此外，在上述第一实施方式～第五实施方式中，相对置的电极不限于一对，也可以是一对以上的电极夹着液晶而层叠。例如，可以如图1所示地组合使用多个液晶元件1A(图中是2个)。该情况下，通过对各个液晶元件1A改变非电极部位的配置图形，使施加电压不同，就能够产生不同的透镜效果(折射率分布)，得到更复杂的光学变焦功能。

下面，说明本发明的第六实施方式。图13是本发明的第六实施方式涉及的双单元结构的液晶元件的平面图。此外，图14是图13的C-C剖面图，图15示出了图13的D-D剖面图。如图13～图15所示，通过使由相同结构构成的2个液晶元件1F、1G隔着导通材料75和密封材料71在厚度方向上层叠，就构成了双单元结构的液晶元件1FG。然后，通过在形成了公共电极23的基板33和形成了段电极22的基板32中夹入液晶10，就大致构成了液晶元件1F(1G也同样)。再有，省略了一般设置在公共电极23与液晶10间、以及段电极22与液晶10间的液晶取向膜、透明绝缘层及设置在基板32、33上的防反射膜等的图示。此外，液晶10通过密封材料70被封住在内侧。

该双单元结构的液晶元件1FG与上述第一实施方式～第三实施方式同样，在段电极22上形成多个非电极部位(未图示)，使该非电极部位的大小和配置间隔同心圆状地变化。从而，如图16所示，通过将该元件与其他透镜J共同配置在光轴L上，对公共电极23与段电极22之间施加电压，就能够产生由非电极部位引起的折射率分布，使焦点F向焦点F’(或者相反)变化，发挥光学变焦功能。

关于非电极部位和各电极的结构，以上述第一实施方式的说明为准。

此外，特别是在第六实施方式中，使液晶元件1F、1G的不施加电压时的液晶10的取向方向正交。这样，就能够使通过透镜系统的光束的不同偏振面P1、P2(与P偏振、S偏振相对应)的波面同样地变化，进一步提高像的画质。

然后，在该第六实施方式中，在基板32的厚度方向上穿设有孔60A、60B、60C，同样在基板33上也穿设有孔60D、60E、60F。分别在各个孔中设置用于同公共电极23和段电极22连接的端子61A、61B、61C、61D、61E、61F。即，端子61A、61D同液晶元件1F的段电极22连接，端子61B、61E同公共电极23连接，端子61C、61F同液晶元件1G的段电极22连接。相对置的端子间(例如端子61B与端子61E)通过导通材料75连接着。再有，沿着孔的内周面电镀Ni-Au等金属而形成各端子。

如上所述，通过将各端子配置在基板32、33的面上，与在基板的侧面集约配置端子的情况相比，不对元件施加偏置的力，就难以产生破裂和破碎等不良情况。从而，能够使基板32、33更薄(例如0.2mm)，能够实现元件的轻量化。因此，能够进一步减小整个光学变焦系统。

此外，在该第六实施方式中，在基板32的面上形成了用于向基板32、33间组入液晶10的注入口73。注入口73的形状是圆形、椭圆形等，在注入了液晶10后适当地用密封材料74封住。

特别是在图13的例子中，由于端子61A～61F和液晶的注入口73全部配置在基板32、33的面上，相对置的端子彼此之间在厚度方向上相互连接，汇聚到设置在上侧的液晶元件1F上的驱动用的各端子上，因此，能够如后所述地提高元件的生产效率。

另外，在图13的例子中，在光束通过的圆形区域(形成了段电极22和公共电极23的区域)以外的、形成为方形的基板32(33)上的角部32附近，形成了孔60A～60F和液晶的注入口73。此外，大致圆形地设置密封材料70，使得将液晶密封在光束通过的圆形区域内。这样，就能够有效利用光束不通过的基板32上的剩余部分作为端子等的位置，因此，能够进一步小型化元件。此外，通过将端子等配置在角部32b，能够最优化元件的重量平衡。其结果，能进行高精度的驱动，此外，在因温度变化而使液晶膨胀收缩的情况下，由于对基板32均等地施加压力，故不引起不均匀的变形，从而能够维持元件的性能。

此外，在图13的例子中，将段电极22的图形与端子61A直接连接，但除此以外，也可以例如在形成了由闭合的圆形区域构成的各电极图形之后，用导线等连接各个电极和各端子。

下面，基于图17～图28说明上述的图13的例子涉及的双单元结构的液晶元件1PG的制造方法。

首先，依次说明液晶补偿元件1F中的基板32的加工工序。图19～图22示出了从图14的S方向看去的状态。最初，如图17和图19所示，在成为母材的基板320上，在规定位置形成与许多个液晶元件相对应的孔60A、60B、60C和液晶的注入口73(S101)。接着，在成为母材的基板320的整个面上形成了防反射膜(AR膜)(S102)之后，在各个孔中设置端子61A、61B、61C(S103)。再有，如后所述，由于端子61A～61C必须要在将基板320翻过来并且旋转了90度的情况下端子彼此之间重合，因此，成为母材的基板320最好是正方形，此外，排列的许多个液晶元件在纵横向上数量相同。再有，在设置各端子(例如端子61A)时，如图20所示，最好在孔60A以外的部分形成了掩膜76后，用电镀等形成了成为端子61A的金属，之后去除掩膜76来进行。

接着，对于从图14的U方向看去的一侧，在形成了用于如后所述的检查的布线之后(S104)，利用蒸镀等，在规定位置形成电极材料(S105)，进行利用刻蚀等的构图，制作段电极22(S106)。图21中示出该状态。再有，也可以前后调换设置上述端子的工序和形成用于检查的布线的工序。

接着，根据需要在S方向一侧层叠透明绝缘层，形成PVA等的液晶取向膜，进行摩擦(S107)。另外，利用印刷等，在段电极22的外侧设置用于封入液晶的密封材料70(S108)。图22中示出该状态。

另一方面，关于相对置的另外的基板(基板33侧)，如从图14的T方向看去的图23所示，对于成为母材的基板330，在与上述基板320相同的位置形成孔60D、60E、60F(S201)，形成AR膜(S202)之后，设置端子61D、61E、61F(S203)，进行电极材料的蒸镀等(S204)，进行构图，形成公共电极23(S205)。此外，形成液晶取向膜后进行摩擦(S206)，利用印刷等设置用于连接相对置的基板320的各端子彼此之间的导通材料(S207)。

再有，也可以根据情况，在基板33侧形成注入口73，或者在基板33侧印刷密封材料70，在基板32侧印刷导通材料。

然后，使已形成了如上所述的端子等的基板320和基板330相对置地组合(S301)。隔着衬垫用粘结剂粘贴等来进行该工序。

接着，从注入口73向密封材料70的内侧注入液晶(S302)，利用密封材料封住。然后，使用排列在成为母材的基板320上的各端子，进行元件的动作检查(S303)。这时，由于如图24所示，已在基板320上预先形成了布线77(S104)，因此，利用该布线77全数进行一次检查。对于检查结果不合格的地方做不合格标记(S304)。

经过以上的各工序(S101～S303)，就得到排列了多个液晶元件1F的组。然后，使经过同样的各工序(S101～S303)制造的另外的组(排列着液晶元件1G)层叠在该组上(S501)。这时，如图25所示，使另外的组向Z方向翻过来，并且向X方向旋转90度，通过在该状态下使排列了液晶元件1F的组的基板330侧和排列了液晶元件1G的组的基板330侧层叠，就得到公共端子彼此之间、以及对应的段端子彼此之间组合，并且液晶的取向方向正交的状态。

此外，在层叠组时，事先在组之间印刷了密封材料71和导通材料75(S305、S401)。该密封材料71和导通材料75也可以分别设置在液晶元件1F侧，也可以设置在相反的液晶元件1G侧。

如图26所示，可以在闭合状态下设置包围光束通过的圆形区域的密封材料71。该情况下，需要在真空中进行层叠组的操作，使得不会因闭合在密封材料71的内侧的气体膨胀而损害层叠状态。若是密封材料71闭合的状态、且内侧处于真空，灰尘等就不侵入到内部，能够提高光透射率，这样最好。

然后，在层叠了组之后，使用排列在成为母材的基板320上的各端子，进行双单元结构的液晶元件的动作检查(S502)。这时也与上述的情况同样，能够利用基板320上形成的布线77全数进行一次检查。对于检查结果不合格的地方做不合格标记(S503)。

最后，如图27所示，使用切割机等，将成为母材的基板切割成一个个的双液晶元件1FG(S504)，在经过了单品的检查工序(S505)后出厂(S507)。再有，将在单品的检查中成为不合格的元件进行废弃或修理，或者移送到再生工序中(S506)。

再有，在层叠组时，也可以取代图26中示出的密封材料71，如图28所示，在组之间夹设包围光束通过的圆形区域的、一部分开放的状态下设置的密封材料71A。该情况下，在密封材料71A的内侧设置粘结剂72，利用该粘结剂72粘结各组彼此之间。在图28的例子中，由于可以在大气中进行层叠组的操作，因此，有生产效率高的优点。

根据如上所述的制造方法，由于全部是在切割成一个个元件之前的母材的状态下进行各端子和电极的形成及液晶的注入工序等，因此，生产效率非常高，也能够大幅度降低成本。此外，也能够容易地扩大生产规模。

特别是由于不是个别地进行制作，而是用相同的工序制造进行层叠的2个液晶元件，只要将其中一方翻过来并旋转90度就行，因此，能够很大地提高整体的生产效率。

另外，由于注入并密封了液晶后进行的检查工序，也在母材的状态下一并进行，因此，在工业上极其有用。

下面，基于图29说明本发明的第七实施方式，。图29的例子的特征在于，对于上述的双单元结构的液晶元件1FG，在构成了光学变焦系统时光束通过的区域(设置了段电极22的圆形区域)的外侧，形成了遮光部32a。再有，去掉了各端子61A～61C的部分。可以用适当的手段形成遮光部32a，例如，可以适当地使用在基板32的表面和端面上设置黑色系的涂膜的方法，和在层叠液晶元件1F和液晶元件1G时的密封材料中混入黑色颜料的方法等。

根据该第七实施方式，由于利用遮光部32a遮挡来自元件外部的漫反射(特别是从基板32的端面向面方向射入的光)，因此，能够维持良好的像。再有，该第七实施方式中的遮光部32a也可以适用于上述的第一实施方式～(5)涉及的液晶元件。

此外，在图29的例子中，倾斜地切削掉了基板32的四个角。这样地就接近于其他的透镜的外形(圆形)，因此，能够进一步减小整个透镜系统，很好。此外，也有能够使元件减轻了切削部分的重量的优点。

工业上的可利用性

本发明的液晶元件能够形成规定的折射率分布，因此，在配设在光学变焦系统中的情况下，不需要透镜的驱动，或者用最小限度的驱动就行，因此，能够提供一种以前没有的小型薄型的光学变焦功能，特别是能够最优地用作便携式电话机等的超小型照相机用。

Claims (13)

1.一种双单元结构的液晶元件，由在厚度方向上层叠的2个液晶元件构成，与透镜一起配置在光轴上构成光学变焦系统，通过施加电压形成折射率分布，发挥光学变焦功能，其特征在于，

上述各个液晶元件具有一对基板和夹在上述一对基板中的液晶，在所述一对基板的一个上形成了公共电极、另一个上形成了段电极，按照使大小、或配置间隔、或者其两者沿着将上述段电极划分为同心圆状时的半径方向而变化的配置图形，在上述段电极上形成不存在电极材料的多个非电极部位，在上述非电极部位的内侧，在施加电压时液晶不均匀地取向，在上述的一对基板上，分别在厚度方向上穿设有多个孔，并且在上述孔中设置与上述公共电极和段电极的某一个连接的端子，在上述一对基板的一个上形成了用于注入液晶的注入口。

2.如权利要求1所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，构成为不施加电压时的2个液晶元件的液晶的取向方向正交。

3.如权利要求1所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，将基板形成为方形，液晶沿着上述基板的光束通过的圆形区域被密封，在上述圆形区域以外的角部附近设置液晶的注入口和端子。

4.如权利要求2所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，将基板形成为方形，液晶沿着上述基板的光束通过的圆形区域被密封，在上述圆形区域以外的角部附近设置液晶的注入口和端子。

5.如权利要求1～3的任一项所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，与层叠的各个液晶元件的公共电极连接的端子彼此之间、与一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间、以及与另一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间，在厚度方向上相互连接，分别汇聚到位于双单元结构的液晶元件的外侧的一个基板上设置的端子上。

6.如权利要求4所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，与层叠的各个液晶元件的公共电极连接的端子彼此之间、与一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间、以及与另一方的液晶元件的段电极连接的端子彼此之间，在厚度方向上相互连接，分别汇聚到双单元结构的液晶元件的最外侧的一个基板上设置的端子上。

7.如权利要求6所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，将与一方的液晶元件的段电极连接的端子和与另一方的液晶元件的段电极连接的端子，分别设置在位于方形的基板的对角上的角部附近，与公共电极连接的端子和液晶的注入口分别设置在剩余的角部附近。

8.如权利要求1～4的任一项所述的双单元结构的液晶元件，其特征在于，将构成了光学变焦系统时光束通过的区域的外侧遮光。

9.一种双单元结构的液晶元件的制造方法，是上述权利要求7记载的双单元结构的液晶元件的制造方法，具有：在成为母材的基板上设置与多个液晶元件相对应的端子和注入口的工序；形成段电极的工序；将已形成了上述端子、注入口和段电极的基板，与设置有端子、并且已形成了公共电极的另外的基板对置组合的工序；组合之后，从注入口注入液晶的工序；对于经过上述各工序制造的排列了多个液晶元件的组，使经过同样的各工序得到的另外的组翻过来并且旋转90度之后，与上述的组层叠的工序；切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序。

10.一种双单元结构的液晶元件的制造方法，是上述权利要求7记载的双单元结构的液晶元件的制造方法，具有：在成为母材的基板上设置与多个液晶元件相对应的端子的工序；形成段电极的工序；将已形成了上述端子和段电极的基板，与设置有端子及注入口、并且已形成了公共电极的另外的基板对置组合的工序；组合之后，从注入口注入液晶的工序；对于经过上述各工序制造的排列了多个液晶元件的组，使经过同样的各工序得到的另外的组翻过来并且旋转90度之后，与上述的组层叠的工序；切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序。

11.如权利要求9或10所述的双单元结构的液晶元件的制造方法，其特征在于，在基板的表面形成与各个液晶元件对应的端子共同连接的检查用的布线，在对于排列了多个液晶元件的组层叠另外的组的工序之前，或者切割成一个个的双单元结构的液晶元件的工序之前的某一方或两方的时刻，利用上述布线进行检查。

12.如权利要求9或10所述的双单元结构的液晶元件的制造方法，其特征在于，在排列了多个液晶元件的组上层叠另外的组时，在真空中，隔着包围光束通过的圆形区域的闭合状态下设置的密封材料进行层叠。

13.如权利要求9或10所述的双单元结构的液晶元件的制造方法，其特征在于，在排列了多个液晶元件的组上层叠另外的组时，在大气中，隔着包围光束通过的圆形区域的、以一部分开放的状态设置的密封材料和设置在上述密封材料内侧的粘结剂进行层叠。

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