(57)【要約】【課題】実用上有用な光学的距離の可制御範囲を確保しながらも、応答速度を向上することができる液晶光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  液晶光学素子１００は、コモン電極２０が形成された基板１０と、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２が形成された基板１１と、多孔質構造体１２と、液晶４０とから構成されている。多孔質構造体の形成方法としては、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行い、アルミナ多孔質構造体を形成する。また、多孔質構造体１２の多数の貫通孔は、円形形状に形成され、多孔質構造体１２の内壁面に、垂直配向処理が施されると共に、上下ガラス基板の多孔質構造体１２が配置される面に、垂直配向処理が施される。【選択図】      図８
2008203574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子であって、前記基板の間に、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体が配置され、前記貫通孔あるいは非貫通孔に液晶が充填・保持されることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記多数の貫通孔あるいは非貫通孔は、円形形状または六角形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記多孔質構造体の孔開口率ｓは、５０〜８０％とされることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記多孔質構造体の貫通孔あるいは非貫通孔のピッチは、５０〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記多孔質構造体の内壁面に配向処理が施されると共に、前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に、配向処理が施され、液晶の面内配向に異方性が無い等方性で、偏光方向に依存しないことを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記多孔質構造体の上面あるいは下面に、ブラック処理を施し、光漏れを減少する処置をすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶光学素子。
【請求項７】
電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子の製造方法であって、母材となる基板に電極を形成する電極形成工程と、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を形成する多孔質構造体形成工程と、前記多孔質構造体の内壁面に対して、配向処理を行う配向処理工程と、電極を形成した１つの基板に、前記多孔質構造体を配置する多孔質構造体配置工程と、多孔質構造体が配置された基板に対し、電極を形成した別の基板を組み合わせる組立工程と、組み合わせた基板の間に液晶を注入する液晶注入工程とを備えることを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項８】
多孔質構造体形成工程では、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行い、アルミナ多孔質構造体を形成することを特徴とする請求項７記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項９】
多孔質構造体形成工程では、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料に対してエッチング処理を行い、多孔質構造体を形成することを特徴とする請求項７記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に対して、配向処理を行う工程をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１１】
電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子の製造方法であって、母材となる基板に、電極を形成する電極形成工程と、電極を形成した１つの基板あるいは複数の基板に高純度アルミニウム材料を配置、または高純度アルミ膜を形成する配置工程と、高純度アルミニウム材料、または高純度アルミ膜に対して陽極酸化処理を行い、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を形成する多孔質構造体形成工程と、形成された多孔質構造体の内壁面に対して、配向処理を行う配向処理工程と、多孔質構造体が形成された基板に対し電極を形成した別の基板を組み合わせる組立工程と、組み合わせた基板の間に液晶を注入する液晶注入工程とを備えることを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に対して、配向処理を行う工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の液晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子の技術分野に属する。例えば、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が内蔵され、オートフォーカス機能、マクロ−ミクロ切替機能を持つ液晶光学素子、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収差補正素子など、基板の間に液晶と多孔質構造体を挟んで構成される、液晶光学素子およびそ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（例えば、特許文献１参照）。
【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）ｄ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】
液晶の応答速度は、液晶層の厚さ（両配向膜の間）ｄ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。図１に示すように、液晶層の厚さ（両配向膜の間）をｄとする場合、液晶層においては基板の配向膜面に近いところに、界面層Ｋ０，Ｋ1が存在し、中央部分にバルク層Ｐが存在している。電界印加時における、界面層Ｋ０，Ｋ１の、電界による液晶分子の配列状態の変化量は、バルク層Ｐのそれに比べて小さく、また、印加電界による、液晶分子の配列状態の変化速度も遅い。印加電界を除去することによって、液晶分子配列状態は電界印加前の状態に戻るが、このときの配向変化は、界面における配向層で決まる配向状態への自然緩和である。このために、配向膜面に近い界面層Ｋ０，Ｋ1では初期の液晶分子配列状態に、復帰する速度が速いのに対して、バルク層Ｐでは配向膜面から遠く、回復応答時間は極端に長くなる。
【０００５】
これにより、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】
上記の欠点を解決するために、２層の液晶層を有する光学素子が提案された（例えば、特許文献２参照）。
また、上記の欠点を補う液晶構造体としては、液晶をマイクロカプセル体に包含して、その集合体としたもの（例えば、特許文献３参照）、あるいは液晶層内にポリマーネットを設け、配向制御機能を立体構造体としたもの（例えば、非特許文献１参照）などが提案された。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３７０７７号公報
【特許文献２】特開２００６−９１８２６号公報
【特許文献３】特開２００１−７５０８２号公報
【非特許文献１】「延伸した微細ポリマー構造による液晶配向制御」、液晶、                            ２００６年、第１０巻、第１号、Ｐ．６０〜６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の液晶光学セル（液晶光学素子）では、上述した課題の解決案であり、応答速度の向上効果は見られるが、液晶の充填・保持量が少ないことや、光散乱が見られること、または均一的な構造配置が難しい（構造再現性が困難である）ため、特性の安定性などに問題点があり、実用化に課題があった。また、特許文献２は、２層の液晶層の製造が困難である欠点があった。
【０００９】
ところで、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。しかし、液晶層が厚くなると応答時間τr、τdは液晶層の厚さ（両配向膜の間）ｄの二乗に比例して遅くなることが知られている。
【００１０】
そこで、本発明は、液晶光学セルを構成する基板間に、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を設け、基板上の電極間に電圧を印加し、液晶分子の配列状態を制御することによって、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できる液晶光学素子およびそ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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶光学素子は、電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子であって、前記基板の間に、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体が配置され、前記貫通孔あるいは非貫通孔に液晶が充填・保持されることを特徴とする。
【００１２】
例えば、前記多数の貫通孔あるいは非貫通孔は、円形形状または六角形状に形成される。また、前記多孔質構造体の孔開口率ｓは、５０〜８０％とされる。また、前記多孔質構造体の多孔質間のピッチは、５０〜５０００ｎｍである。
【００１３】
また例えば、前記多孔質構造体の内壁面に配向処理が施されると共に、前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に、配向処理が施され、液晶の面内配向に異方性が無い等方性で、偏光方向に依存しないことを特徴とする。
【００１４】
また例えば、前記多孔質構造体の上面あるいは下面に、ブラック処理を施し、光漏れを減少する処置をする。このような処置は、光の光路以外の部分を遮蔽することであり、液晶表示セルなどでは、表示ピクセル以外の部分をブラック処理を施し、表示コントラスト向上効果があることが知られている。
【００１５】
本発明に係る液晶光学素子において、基板の間に多孔質構造体が配置されることにより、液晶のかなりの部分が配向層に近くなって界面層となり、逆にバルク層が少なくなる。さらに、液晶の面内配向には巨視的な異方性がないために等方性で、光学的な諸性質は偏光方向に依存しない。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶光学素子の製造方法は、電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子の製造方法であって、母材となる基板に電極を形成する電極形成工程と、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を形成する多孔質構造体形成工程と、前記多孔質構造体の内壁面に対して、配向処理を行う配向処理工程と、電極を形成した１つの基板に、前記多孔質構造体を配置する多孔質構造体配置工程と、多孔質構造体が配置された基板に対し、電極を形成した別の基板を組み合わせる組立工程と、組み合わせた基板の間に液晶を注入する液晶注入工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
例えば、多孔質構造体形成工程では、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行い、アルミナ多孔質構造体を形成する。また、多孔質構造体形成工程では、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料に対してエッチング処理を行い、多孔質構造体を形成する。
【００１８】
また例えば、上記液晶光学素子の製造方法において、前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に対して、配向処理を行う工程をさらに備える。
【００１９】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る液晶光学素子の製造方法は、電極が形成された複数の基板と、前記複数の基板に挟まれた液晶とを有する液晶光学素子の製造方法であって、母材となる基板に、電極を形成する電極形成工程と、電極を形成した１つの基板あるいは複数の基板に高純度アルミニウム材料を配置、または高純度アルミ膜を形成する配置工程と、高純度アルミニウム材料、または高純度アルミ膜に対して陽極酸化処理を行い、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を形成する多孔質構造体形成工程と、形成された多孔質構造体の内壁面に対して、配向処理を行う配向処理工程と、多孔質構造体が形成された基板に対し電極を形成した別の基板を組み合わせる組立工程と、組み合わせた基板の間に液晶を注入する液晶注入工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
例えば、上記液晶光学素子の製造方法において、前記基板の前記多孔質構造体が配置される面に対して、配向処理を行う工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００２１】
レスポンス、応答依存性については、従来の液晶光学素子の場合は、
ＴＮモードにおける応答時間：
立上り時間  τr ＝４πηｄ2／（ε0ΔεＶ2−４π3Ｋ）
立下り時間  τd ＝ηｄ2／（Ｋπ2）
式中 η：液晶の粘度  
ｄ：液晶層の厚さ（両配向処理膜の間）
ε0：真空の誘電率
Δε: 液晶の誘電率異方性
Ｋ：液晶の弾性定数
Ｖ：印加電圧
Ｔ: 温度特性（η、Δε、Ｋの物性値は温度によって変化する）  
【００２２】
液晶光学素子に電圧を印加し、逆に電圧を除去すると、液晶は再配向する。再配向に要する時間が応答時間τである。印加したときの、応答特性τr（立上り時間）および電圧除去時のτd（立下り時間）は、ともに液晶の粘性ηの大きさに比例関係になる。電圧を除去したときに、もとの配向状態への緩和は、配向膜の配向規制力によるものであるために、配向膜から離れたバルク部分では、復元までに長時間を要することになる。
【００２３】
一般的には、応答時間τr、τdは液晶層の厚さ（両配向膜の間）ｄの二乗に比例して遅くなることが知られている。したがって、液晶層の厚さｄを薄くすることは、応答特性改善の有効な手段である。上述した非特許文献１のような、液晶層内にポリマーネットを設ける場合（ポリマー分散型液晶モード）では、液晶の体積あたりのポリマーとの界面の面積は大きく、電圧除去時の緩和応答が高速になることが知られている。しかし、ポリマーネットは製造工程上均一性に欠ける嫌いがある。
【００２４】
多孔質構造体１２を挟持した液晶光学素子は、多孔質構造体１２に多数のナノサイズの貫通孔あるいは非貫通孔が設けられることで、表面積が大きいと考えられる。この場合、ナノサイズの孔内の液晶は、孔内壁面１２aの配向膜表面の非常に近くに位置することになり、即ち、多孔質構造体１２を挟持した液晶光学素子の場合、従来の液晶光学素子の液晶層の厚さｄは、多孔質構造体１２の開孔の穴径に相当する。上記の液晶光学素子の応答速度に関する「立上り時間τr」、「立下り時間τd」の計算式から、多孔質構造体１２を用いる場合の、高速性が明らかである。なお、多孔質構造体１２を用いる場合、応答速度が大幅に向上したことが実証された。図２は、本発明の液晶光学素子の高速応答性を示す一例である。図２（ａ）は、立上り時間と静電容量との関係を示している。図２（ｂ）は、立下り時間と静電容量との関係を示している。
【００２５】
本発明に係る液晶光学素子によれば、液晶光学セルを構成する基板間に、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体が配置され、該構造体に液晶が充填・保持し、基板上に設けた電極間に電圧を印加することにより、液晶の分子配列状態を制御することができ、光学特性を変化させることができる。
【００２６】
そのため、液晶光学素子としての応答速度を向上することができ、また、電極間に配置される構造物の均一性、および構造物形成の再現性を向上することができ、光屈折などの光学特性を電気的に制御することが出来る焦点可変レンズ、または、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、液晶収差補正素子などとして実用化できるようになった。
【００２７】
また、本発明に係る液晶光学素子の製造方法によれば、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体を形成し、この多孔質構造体を、電極が形成された１つの基板に配置することで、液晶の分子配向を容易に制御することができ、光学特性を変化させる液晶光学素子を形成することができる。
【００２８】
また、多孔質構造体形成工程では、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行うことで、円形形状または、六角形状のアルミナ多孔質構造体を形成することができる。
【００２９】
また、多孔質構造体形成工程では、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料に対して、エッチング処理を行い、多孔質構造体を形成することで、多孔質構造体の加工効率を向上することができ、高純度アルミニウム以外の材料を利用することができる。
【００３０】
また、形成された多孔質構造体の内壁面１２aに対して、配向処理を行うことで、多数の貫通孔あるいは非貫通孔の内部において、液晶を所定配向にすることで、光学特性を変化させるのが容易にできる。
【００３１】
また、本発明に係る液晶光学素子の製造方法によれば、電極を形成した１つの基板、あるいは複数の基板に高純度アルミニウム材料を配置、または高純度アルミ膜を形成し、高純度アルミニウム材料または高純度アルミ膜に対して陽極酸化処理を行い、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する、多孔質構造体を形成することで、多孔質構造体を形成するための陽極酸化処理を行う製造工程等を簡単化にすることができ、製造コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係る液晶光学素子およびその製造方法を、実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。ここで、あらかじめ特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界をかけ、この分子の配列を変え、液晶光学セル内に生じた屈折率分布の変化を利用して、レンズ効果を得る液晶光学素子の例を説明する。
【００３３】
図３は、第１の実施の形態の液晶光学素子１００の構成（垂直配向処理の例）を示す図である。図４は、液晶光学素子１００の構成を示すＡ−Ａ断面図である。図５は、液晶光学素子１００の構成を示す断面図である。図５において、図５（ａ）はＢ−Ｂ断面図であり、図５（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。図６は、基板の電極および接続端子の配置状態を示す図である。図６において、図６（ａ）は基板１０の電極および接続端子の配置状態であり、図６（ｂ）は基板１０の電極および接続端子の配置状態である。
【００３４】
図３〜図６に示すように、液晶光学素子１００は、コモン電極２０が形成された基板１０と、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２が形成された基板１１と、多孔質構造体１２と、液晶４０とから構成されている。
【００３５】
この例の場合は、液晶４０は電圧印加時に、分子の長軸が電界方向に向く誘電率異方性が正のネマチック液晶（Ｎｐ液晶）であり、多孔質構造体１２の内壁面１２ａの壁面に、垂直配向膜が形成される。
【００３６】
また、図４では、コモン電極２０、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２と液晶４０との間に、一般的に設けられる配向膜、透明絶縁層や、基板１０、１１上に設けられる反射防止膜等は図示を省略している。また、液晶４０はシール材５０によって内側に封入されている。また、各端子には電圧を印加するためリード線等が接続されている。
【００３７】
上ガラス基板１１の厚さ方向に穴が穿たれ、それらの穴にはコモン電極２０、ヒータ電極２０ｈへ接続するためのアース端子Ｖ０、ヒータ端子ＶＨがそれぞれ設けられている。また、上ガラス基板１１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。下ガラス基板１０側に形成されたコモン電極２０については、導通材８０を介在させることにより、上ガラス基板１１側のアース端子Ｖ０と接続されている。また、ヒータ電極２０ｈも導通材８０を介在させることにより、上ガラス基板１１側のヒータ端子ＶＨと接続されている。なお、各端子は、穴の内周面に沿ってスルーホール加工され、Ｃr−Ａｕ等の金属メッキ・導通材の充填をして形成される。
【００３８】
また、図３ように各端子を上ガラス基板１１の面上に配置することにより、ガラス基板の側方に端子を集約配置する、従来の液晶光学セルに比べて、セルに偏った力が加わることなく、割れ・カケ等の不良が生じにくくなる。したがって、基板１０、１１をより薄く（例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）することが可能となり、液晶光学素子を小型・軽量化することができる。
【００３９】
また、ガラス基板１０、１１間に液晶４０を注入するための注入口３２が、上ガラス基板１１の面上に形成されている。注入口３２の形状は円形あるいは楕円形等であり、液晶４０を注入した後に封止材により適宜封止される。
【００４０】
また、図６（ａ）に示すように、上ガラス基板１１の中心部に円形の第二の駆動電極２２が配置され、その周辺に第一の駆動電極２１が配置されている。第二の駆動電極２２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２１は、第一の駆動端子Ｖ１に接続されている。また、図６（ｂ）に示すように、基板１０の中心部に円形のコモン電極２０が配置され、その周辺にヒータ電極２０ｈが配置されている。コモン電極２０は、アース端子Ｖ０に接続されている。また、ヒータ電極２０ｈは、ヒータ端子ＶＨに接続されている。
【００４１】
図７は、液晶光学素子１００の電気回路系を示す概念図である。図７に示すように、電源Ｖが可変抵抗Ｒ１を介して、第一の駆動端子Ｖ１とアース端子Ｖ０との間に、所定の電圧Ｖ１を印加すると共に、可変抵抗Ｒ２を介して、第二の駆動端子Ｖ２とアース端子Ｖ０との間に所定の電圧Ｖ２を印加する。また、電源ＶＨが、抵抗ＲＨを介してアース端子Ｖ０とヒータ端子ＶＨ間に所定の電圧ＶＨを印加する。この部分は液晶光学素子１００のヒータ部として機能する。
【００４２】
図８は、液晶光学素子１００の構成を示す部分拡大概念図である。この図８に示す部分は、液晶光学素子１００の基本構造である。多孔質構造体１２は、下ガラス基板１０に配置されている。また、上ガラス基板１１は、多孔質構造体１２の上方に配置されている。上ガラス基板１１と多孔質構造体１２との間に所定空間を有する。下ガラス基板１０と上ガラス基板１１との間に液晶４０が充填・保持されている。
【００４３】
ガラス基板１０または１１の内面には、配向膜を形成している。そのため、図８に示すように、ガラス基板の内面の液晶は、一定の方向（垂直方向）に配向される。また、多孔質構造体１２の内壁面１２ａは、配向処理されている。そのため、液晶は内壁面１２ａに対して垂直方向に配向される。このとき、液晶として誘電率異方性が正のネマチック液晶（Ｎｐ型液晶）を使用する。
【００４４】
ガラス基板内面と多孔質構造体１２との間隔は、多孔質構造体１２の製造バラツキ、上下ガラス基板間のギャップの製造バラツキと、液晶の注入経路の役割から数μmの間隔があり、この部分にも液晶が存在する。この液晶は、光の進む方向に平行な液晶分子であり、上下ガラス基板に垂直方向に働く電界変化には応答しない。
【００４５】
図９は、多孔質構造体１２の構成を示すイメージ図である。図９に示す多孔質構造体１２の貫通孔は、円形形状である。図１０は、円形形状の孔を有する多孔質構造体１２の配向モデルである。図１０に示すように、液晶は内壁面１２ａに対して垂直方向に、放射状に配向される。また、図１１は、六角形状の孔を有する多孔質構造体１２の配向モデルである。図１１に示すように、液晶は内壁面１２ａに対して垂直方向に、ほぼ放射状に配向される。
【００４６】
多孔質構造体１２の内壁面１２ａの垂直配向処理による配向状態は、図１０または、図１１のような模様配置になり、巨視的には面内配向に異方性がなく、偏光方向に依存しない。また、多孔質構造体１２の貫通孔は、円形形状または六角形状に形成されることで、構造的に丈夫で孔開口率ｓを大きくでき、液晶も多く充填・保持することが可能となる。
【００４７】
多孔質構造体１２は、例えば高純度アルミニウム材料に対して、陽極酸化処理を行い形成される。図１２は、陽極酸化法で形成したアルミナ多孔質構造体１２の写真である。図１２（ａ）は、アルミナ多孔質構造体１２の平面写真である。図１２（ｂ）は、アルミナ多孔質構造体１２の断面写真である。多孔質構造体の貫通孔のピッチは約５００nm、孔径は約４００nm、厚さは約５０μmである。
【００４８】
多孔質構造体１２の部分の面積（基板法線光路方向から見た部分の面積）が狭いほど、光学特性の制御に寄与し、液晶材料部分の面積を広く取れることから望ましい。即ち、液晶が充填・保持された貫通孔あるいは非貫通孔部分はより大きな面積が期待される。  
【００４９】
さらに、多孔質構造体１２は光波長に対して高い信頼性、安定性を有することが望ましい。
【００５０】
図１３は、液晶光学素子１００の電圧印加時の液晶配向状態を示す図である。図１３に示すように、液晶光学素子１００に所定の電圧を印加する際に、内壁面１２ａに対して、垂直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。
【００５１】
また、図１３に示すように、電圧を印加する際にＡ・Ｃ領域の液晶分子の配列状態は変わらず、電極表面に対して垂直配向のままである。そのため、このＡ・Ｃ領域の液晶は、液晶光学素子の特性に影響しない領域である。一方、Ｂ領域の液晶分子の配列状態は、印加電圧によって液晶分子の配列状態が変化する。これにより、光学素子としての光学特性が得られる。
【００５２】
図８に示した液晶光学素子１００の部分拡大概念図のように、基板法線方向と光の進行方向に平行に、多孔質構造体１２の貫通孔が並び、垂直配向処理された内壁面１２ａに液晶分子が垂直配列状態で並ぶ。
【００５３】
また、多孔質構造体１２の隔壁は狭いほど、即ち、孔開口率ｓが大きいほど、液晶の充填・保持割合が多くなり、光制御に有利に作用するので、孔開口率ｓは下式のように定義される。
孔開口率ｓ＝（孔部分の面積）／｛（孔部分の面積）＋（隔壁部分の面積）｝
多孔質構造体１２の製造バラツキや製造可能性を考慮して、孔開口率ｓは５０〜８０％程度が望ましい。
【００５４】
隔壁部の光透過の効率や、特に、紫外線に対する耐候性・温度依存性からは、材料の選定も重要な課題である。電気絶縁材料としては、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料などがあり、それぞれの用途に応じた選択が必要である。
【００５５】
液晶材料は複屈折性を示し、その大きさの程度は，液晶分子長軸方向の屈折率ne（異常光屈折率と呼ばれる）と短軸方向の屈折率no（常光屈折率と呼ばれる）の差Δn（＝ne−no）で定義されている。多くの液晶表示セルに用いるネマチック液晶の場合、このΔn（＝ne−no）の符号は正で、正号結晶に分類されている。
【００５６】
以下に、前記の多孔質構造体１２を挟持した、液晶光学素子に垂直に光を入射させたときの、光学機能の様子を知るために、ネマチック液晶ZLI-1132（メルク社製）を例にして、数値的な見積りをしてみる。ZLI-1132液晶材料の異常光屈折率neは約1.632、正常光屈折率noは約1.493である。電圧無印加時における、多孔質構造体１２の貫通孔中での、液晶分子の配向を図８に示すような、放射状配向とした場合には、期待できる屈折率の最大値ｎMAXはneよりもやや小さくなって、ｎMAX＝1.561程度になる。また、この状態に電圧印加して得られる、屈折率の最小値ｎMINはnoと等しくｎMIN＝1.493である。したがって、電圧によって変化できる屈折率の可制御範囲δnは、δn＝ｎMAX―ｎMIN＝0.068程度と見積もられる。屈折率の値と幾何学的な距離の積は、光学的距離と呼ばれる。この場合、液晶層の厚さ（多孔質構造体の厚さ）をdとして、最大および最小の光学的距離LはそれぞれLMAX＝d・ｎMAXおよびLMIN＝ｄ・ｎMINとなる。したがって、電圧で制御できる光学距離δL＝d・δnとなる。
【００５７】
以上の見積もりは、多孔質構造体の孔開口率ｓが100パーセントの場合であるが、孔開口率sが低くなると電圧によって、実効的に変化できる屈折率の可制御範囲δnも低下することになる。例として、多孔質構造体の部分が、高純度アルミニウム材料を陽極酸化処理することによって、形成されたアルミナ材で、その平均屈折率を約1.764とし、孔開口率ｓを５０％と仮定した場合には、電圧オフ時の実効的屈折率はｎMAX＝（1.561＋1.764）×0.5＝1.6625、電圧オン時の実効的屈折率はｎMIN＝（1.493＋1.764）×0.5＝1.6285となる。電圧印加によって、制御可能な屈折率範囲δnがs＝100パーセントの場合の二分の一になるので、光学距離範囲δLもs＝100パーセントの場合の二分の一になる。
【００５８】
光学的距離Lの光路を経由したときの光の位相遅れの大きさ（遅相量）Φは、光の波長をλとして下式で算出できる。
遅相量Φ＝  L×２π／λ
式中  L：光学的距離、λ：光波長 
したがって、前記の多孔質構造体がアルミナで、孔開口率ｓが５０％の場合、液晶層の厚さ（多孔質構造体の厚さ）をdとして、電圧で制御できる位相遅れ（遅相量）の範囲をδΦとすると、
δΦ＝（ｎMAX―ｎMIN）×ｄ×２π／λ＝0.035×ｄ×２π／λとなる。
【００５９】
このように本実施の形態においては、液晶光学素子１００は、コモン電極２０が形成された基板１０と、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２が形成された基板１１と、多孔質構造体１２と、液晶４０とから構成されている。多孔質構造体の形成方法としては、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行い、アルミナ多孔質構造体を形成する。また、多孔質構造体１２の多数の貫通孔１３は、円形形状に形成され、多孔質構造体１２の内壁面１２ａに、垂直配向処理が施されると共に、上下ガラス基板の多孔質構造体１２が配置される面（基板１０において、即ち電極２０の多孔質構造体１２が配置される面）に、垂直配向処理が施される。
【００６０】
これにより、ガラス基板上に設けた電極間に電圧を印加することで、液晶の分子配向を制御することができ、光学特性を変化させることができる。したがって液晶光学素子としての、応答時間を短縮することができ、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収差補正素子として実用化できるようになる。
【００６１】
次に、液晶光学素子の他の構成例を説明する。図１４は、第２の実施形態の、液晶光学素子２００の構成を示す部分拡大概念図である。図１４において、（ａ）は、電圧無印加時の液晶配向状態を示す図であり、（ｂ）は電圧印加時の液晶配向状態を示す図である。
【００６２】
図１４に示すように、液晶光学素子２００は、コモン電極２０が形成された下ガラス基板１０と、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２が形成された基板１１と、多孔質構造体１２と、液晶４０とから構成されている。この例の場合は、液晶４０は、電圧印加時に、分子の長軸が電界方向に対して，垂直に向く誘電率異方性が負のネマチック液晶（Ｎｎ液晶）であり、多孔質構造体１２の貫通孔の内壁面１２ａには，液晶分子長軸が貫通孔の深さ方向に向くような水平配向膜が形成される。
【００６３】
これにより、図１４（ａ）に示すように、電圧印加前に、多孔質構造体１２の貫通孔の液晶は内壁面１２aに対して水平状態に配列している。この場合、上下ガラス基板の表面付近の液晶はランダム配向状態になっている。
【００６４】
またこの状態で各電極間に電圧を印加すると、多孔質構造体１２の貫通孔内の液晶は電界に対して垂直になるような力を受ける。このために図１４（ｂ）に示すように、内壁面１２aに対して、垂直な状態の配列に変化する。ここで、また、上下ガラス基板の表面付近の液晶はランダム配向状態のままである。
【００６５】
このような構成を有する液晶光学素子２００は、上述した第１の実施形態と同様な効果が得られる。
【００６６】
図１５は、第３の実施形態の、液晶光学素子３００の構成を示す部分拡大概念図である。図１５に示すように、液晶光学素子３００は、コモン電極２０が形成されたガラス基板１０と、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２が形成たガラス基板１１と、多孔質構造体１２Ａと、液晶４０とから構成されている。
【００６７】
この例の場合は、多孔質構造体１２Ａは、多数の非貫通孔を有する多孔質構造体である。また、液晶４０は、電圧印加時に、分子の長軸が電界方向に向く誘電率異方性が正のネマチック液晶（Ｎｐ液晶）であり、多孔質構造体１２の非貫通孔の、内壁面１２ａに垂直配向膜が形成される。
【００６８】
また、電圧印加前に、多孔質構造体１２Ａの非貫通孔の液晶は、内壁面１２aに対して垂直に放射状に配列し、ガラス基板配向処理面の液晶は、表面に対して垂直状態に配列している。電圧印加時に、電圧の印加により、多孔質構造体１２Ａの非貫通孔の液晶は、内壁面１２aに対して、垂直配列状態から水平配列状態に変わる。また、ガラス基板配向処理面の液晶は垂直配列状態のままである。
【００６９】
このような構成を有する液晶光学素子３００は、上述した第１の実施形態と、同様な効果が得られる。また、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行う場合、陽極酸化処理で残されたアルミニウム材料部分の処理、または貫通になっていない孔の部分を除去する、バックエッチング処理（後述の図１４参照）が簡素化される。
【００７０】
以下、図１６〜図１９を参照しながら、本発明の液晶光学素子１００の第１の製造方法を説明する。図１６は、多孔質構造体１２の製造方法（陽極酸化法）を示す工程図である。図１７は、多孔質構造体１２の製造方法（エッチング法）を示す工程図である。図１８は、液晶光学素子の第１の製造方法を示す工程図（その１）である。図１９は、液晶光学素子の第１の製造方法を示す工程図（その２）である。
【００７１】
図１６に示す多孔質構造体１２の製造方法は、高純度アルミニウム材料を陽極酸化処理することで、多孔質構造体１２を形成する方法である。
【００７２】
この方法において、図１６に示すように、まず、高純度アルミニウム材料を所定厚みの板状に形成する（Ｓ１１）。次に、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行う（Ｓ１２）。ここで、高純度アルミニウム材料を硝酸、リン酸など、酸性電解液中の陽極酸化処理用電極のうち１つと接続し、もう一方の陽極酸化処理用電極を電解液中に配置し、陽極酸化処理用電極間に電圧を印加して陽極酸化処理を行う。これにより、多数の貫通孔あるいは非貫通孔を有する多孔質構造体が得られる。
【００７３】
次に、得られた多孔質構造体１２に対して、孔径拡大のためにエッチング処理を行い（Ｓ１３）、多孔質構造体１２の孔径を所定の寸法にする。
【００７４】
次に、孔径拡大エッチング処理後の多孔質構造体１２に対して、バックエッチング処理を行い（Ｓ１４）、陽極酸化処理で残されたアルミニウム材料部分の処理、または貫通になっていない孔の部分を除去する。
【００７５】
次に、貫通孔の内壁面１２ａの壁面に、液晶表示セルに用いられる配向材料と処理法によって、たとえば、CTABなどの界面活性剤や撥水処理剤、ポリイミド・ＰＶＡなどで配向膜を付ける（Ｓ１５）。
【００７６】
また、図１７に示す、多孔質構造体１２の製造方法は、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料に対して、エッチング処理を行い、多孔質構造体１２を形成する方法である。
【００７７】
この方法において、図１７に示すように、まず、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料等を、所定厚みの板状に形成する（Ｓ２１）。次に、板状に形成したガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料にＣｒ膜あるいはレジスト膜を付する（Ｓ２２）。次に、露光処理後にエッチング処理を行う。ここで、多孔質構造体１２の貫通孔を所定の大きさにする（Ｓ２３）。例えば、貫通孔の直径を５０００ｎｍ程度にする。次に、貫通孔の内壁面１２ａに配向膜を付ける（Ｓ２４）。このように、図１０に示すような円形形状の孔を有する多孔質構造体１２が得られる。
【００７８】
液晶光学素子１００の第１の製造方法として、まず、図１８に示すように、下ガラス基板側（基板１０側）において、所定の位置に電極材を蒸着等によって形成する（Ｓ１０１）。
【００７９】
次に、エッチング等によるパターンニング処理を行って電極２０、２１を作製する（Ｓ１０２）。なお、上述の端子を設ける工程と、電極を形成する工程とは前後しても良い。
【００８０】
次に、透明絶縁層を必要に応じて積層させた後、ＰＶＡ等の液晶配向膜を形成する（Ｓ１０３）。さらに、液晶を封入するためのシール材５０を、印刷等により電極２０の外側に設ける（Ｓ１０４）。
【００８１】
一方、対向させる上ガラス基板（基板１１側）については、上記と同様に母材となる基板に対して電極を形成し（Ｓ２０１）、パターンニングを行って、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２とする（Ｓ２０２）。また、液晶配向膜を形成する（Ｓ２０３）。
【００８２】
そして、図１９に示すように、多孔質構造体を配置する（Ｓ３００）。ここで、上述した図１６、１７に示す２つの方法のいずれかにより形成された多孔質構造体１２を配置する。次に、上ガラス基板と、上ガラス基板とを、対向させて組み合わせる（Ｓ３０１）。この工程は、スペーサを介してシール剤で貼り合わせる等して行われる。
【００８３】
続いて、注入口３２からシール材５０の内側へ液晶を注入し（Ｓ３０２）、封止する。そして、母材となる上ガラス基板１１上に配列した各端子を使用して、素子の動作検査を行う（Ｓ３０３）。検査が不合格であった箇所については、ＮＧマーキングを行う（Ｓ３０４）。その後、母材となる基板の全面に反射防止膜（ＡＲ膜）を形成する（Ｓ３０５）。ＡＲ膜はガラス基板１０側又は基板１１側の、いずれか一方に形成しても良いし、両方に形成しても良い。
【００８４】
最後に、母材となる基板を、スライサー等を用いて個々の液晶収差補正素子１に切り分け（Ｓ３０６）、単品の検査工程（Ｓ３０７）を経て完了する。なお、単品の検査において不合格となった素子は、廃棄又は修理するか、又は再生工程に移される（Ｓ３０８）。
【００８５】
以上のような製造方法によれば、予め、多孔質構造体１２を形成し、液晶光学素子の組立時に上下ガラス基板の間に配置する。
【００８６】
液晶光学素子１００の第２の製造方法として、図２０に示すように、液晶光学素子１００を組立中に、高純度アルミニウム材料の陽極酸化処理を行い、多孔質構造体１２を形成する方法である。図２０は、液晶光学素子の第２の製造方法を示す工程図である。
【００８７】
この第２の製造方法において、まず、図２０に示すように、下ガラス基板に膜付け、パターンニング処理後、ステップＳ４００で、下ガラス基板側（基板１０側）において、所定の位置に電極材を蒸着等によって形成する。次に、エッチング等によるパターンニング処理を行って電極２０、２１を作製する（Ｓ４０１）。
【００８８】
次に、ステップＳ４０２で、高純度アルミニウム材料を配置する（または高純度アルミ膜を形成する）。次に、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行う（Ｓ４０３）。ここで、陽極酸化処理の方法は、上述した方法と同じである。これにより、多数の貫通孔を有する多孔質構造体が得られる。
【００８９】
次に、得られた多孔質構造体１２に対して孔拡大エッチング処理を行う（Ｓ４０４）。ここで、多孔質構造体１２の貫通孔を所定の大きさにする。例えば、貫通孔の直径を８０ｎｍ程度にする。
【００９０】
次に、貫通孔の内壁面１２ａに配向膜を付ける（Ｓ４０５）。このように、図９に示すような円形形状の孔を有する多孔質構造体１２が得られる。
【００９１】
一方、対向させる上ガラス基板（基板１１側）については、上記と同様に母材となる基板に対して電極を形成し（Ｓ５００）、パターンニングを行って、第一の駆動電極２１および第二の駆動電極２２とする（Ｓ５０１）。また、液晶配向膜を形成する（Ｓ５０２）。さらに、液晶を封入するためのシール材５０を、印刷等により電極の外側に設ける（Ｓ５０３）。
【００９２】
次に、上記の電極、端子等を形成した基板と、上ガラス基板とを、対向させて組み合わせる（Ｓ４０６）。この工程はスペーサを介して接着剤で貼り合わせる等して行われる。
【００９３】
続いて、注入口３２からシール材５０の内側へ液晶を注入し（Ｓ４０７）、封止する。そして、母材となる基板１０上に配列した各端子を使用して、素子の動作検査を行う（Ｓ４０８）。検査が不合格であった箇所についてはＮＧマーキングを行う（Ｓ４０９）。その後、母材となる基板の全面に反射防止膜（ＡＲ膜）を形成する（Ｓ４１０）。ＡＲ膜は、基板１０側又は基板１１側のいずれか一方に形成しても良いし、両方に形成しても良い。
【００９４】
最後に、母材となる基板を、スライサー等を用いて個々の液晶収差補正素子１に切り分け（Ｓ４１１）、単品の検査工程（Ｓ４１２）を経て完了する。なお、単品の検査において不合格となった素子は、廃棄又は修理するか、又は再生工程に移される（Ｓ４１３）。
【００９５】
上述した液晶光学素子の製造方法で、液晶の分子配向を容易に制御することができ、光学特性を変化させる液晶光学素子を容易に形成することができる。
【００９６】
また、高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行い、多孔質構造体を形成する。
【００９７】
また、ガラス・樹脂・シリコン・カーボンまたはセラミックス材料に対してエッチング処理を行い、多孔質構造体を形成することで、多孔質構造体の加工効率を向上することができ、アルミナ以外の材料を利用することができる。
【００９８】
なお、上述実施の形態においては、多孔質構造体１２が高純度アルミニウム材料に対して陽極酸化処理を行って形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。例えば、Ｓｉ（シリコン）材料に対してエッチング処理を行って形成するようにしてもよい。
【００９９】
また、上述実施の形態においては、多孔質構造体１２の多数の貫通孔あるいは非貫通孔は、円形形状または六角形状に形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。
【０１００】
また、上述実施の形態においては、光漏れを減少するために、多孔質構造体１２の上面あるいは下面に、ブラック処理を施すようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】従来の液晶光学素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の液晶光学素子の高速応答性を示す一例である。
【図３】第１の実施形態の液晶光学素子１００の構成（垂直配向処理の例）を示す図である。
【図４】液晶光学素子１００の構成を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】液晶光学素子１００の構成を示すＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図６】基板の電極および接続端子の配置状態を示す図である。
【図７】液晶光学素子１００の電気回路系を示す概念図である。
【図８】液晶光学素子１００の構成を示す部分拡大概念図である。
【図９】多孔質構造体１２の構成を示すイメージ図である。
【図１０】円形形状の孔を有する多孔質構造体１２の配向モデルである。
【図１１】六角形状の孔を有する多孔質構造体１２の配向モデルである。
【図１２】陽極酸化法で形成した多孔質構造体１２の写真である。
【図１３】液晶光学素子１００の電圧印加時の液晶配向状態。
【図１４】第２の実施形態の液晶光学素子２００の構成（水平配向処理の例）を示す図である。
【図１５】第３の実施形態の液晶光学素子３００の構成（非貫通孔の例）を示す図である。
【図１６】多孔質構造体１２の製造方法（陽極酸化法）を示す工程図である。
【図１７】多孔質構造体１２の製造方法（エッチング法）を示す工程図である。
【図１８】液晶光学素子の第１の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図１９】液晶光学素子の第１の製造方法を示す工程図（その２）である。
【図２０】液晶光学素子の第２の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｋ０、Ｋ１ 界面層
Ｐ         バルク層
１０，１１ 下ガラス基板、上ガラス基板
１２       多孔質構造体（貫通孔）
１２Ａ     多孔質構造体（非貫通孔）
１２a      多孔質構造体の内壁面
１３       貫通孔
２０       下基板、コモン電極
２０ｈ     下基板、ヒータ電極
２１       上基板、第一の駆動電極
２２       上基板、第二の駆動電極
Ｖ０           アース端子
Ｖ１           第一の駆動端子
Ｖ２        第二の駆動端子
ＶH        ヒータ端子
３２       注入口
４０       液晶材料
５０       シール材
８０       導通材
１００     液晶光学素子（垂直配向処理の例）
２００     液晶光学素子（水平配向処理の例）
３００     液晶光学素子（非貫通孔の例）
【図１】
2008203574.tif 000003
【図２】
2008203574.tif 000004
【図３】
2008203574.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008203574.tif 000007
【図６】
2008203574.tif 000008
【図７】
2008203574.tif 000009
【図８】
2008203574.tif 000010
【図９】
2008203574.tif 000011
【図１０】
2008203574.tif 000012
【図１１】
2008203574.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008203574.tif 000015
【図１４】
2008203574.tif 000016
【図１５】
2008203574.tif 000017
【図１６】
2008203574.tif 000018
【図１７】
2008203574.tif 000019
【図１８】
2008203574.tif 000020
【図１９】
2008203574.tif 000021
【図２０】
2008203574.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008203574.tif 000023