(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板をシール材を介して間隙をもって貼り合わせて複数の空セルを一体に形成した後、複数の空セルの基板に設けた貫通孔による注入口から液晶を注入し、注入口を封止して個々の液晶素子に切断分離する液晶素子の製造方法において、注入口となる貫通孔を設けた基板の複数の貫通孔をその底部に有する溝を有し、その溝に液晶を供給して液晶の注入を行い、溝内の注入口を封止することを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２】
溝が周囲を壁で囲まれていて液晶溜めとして用いて液晶の注入を行い、その後溝内に封止材を流し込み注入口の封止を行い、その後切削手段により切断して個々の液晶素子に分離する請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項３】
基板の一方が、格子状の凹凸部が形成された基板である請求項１又は２に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の液晶素子の製造方法で製造された液晶素子。
【請求項５】
２枚の基板をシール材を介して間隙をもって貼り合わせて複数の空セルを一体に形成した空セル基板において、基板の一方に注入口としての貫通孔が各空セル毎に設けられ、複数の貫通孔をその底部に有する溝を有することを特徴とする空セル基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子、その製造方法及びそれに用いる空セル基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子は、液晶の特性を利用したものであり、表示素子、偏光回折素子、透過率変調素子等が提案され、一部は広く利用されている。これらの液晶素子は、電極、回折格子、配向膜などが形成された２枚の基板を用いて製造される。
【０００３】
この場合、生産性を向上させるため、２枚の基板をシール材を介して間隙をもって貼り合わせて複数の空セルを一体に形成した後、複数の空セルの注入口から液晶を注入し、注入口を封止して個々の液晶素子に切断分離して液晶素子を製造する。
【０００４】
基板に貫通孔を設けて液晶を注入するタイプは、液晶素子が小型の場合、例えば、液晶を充填する空セルの内部容量が１０ｍｍ角（面積）×６μｍ（間隙）とすると、一つの空セルに充填される液晶量は、０．６μｌときわめて微量である。このため、一つ一つの空セルに対して、この微量の液晶を制御して供給することは、著しく困難であった。
【０００５】
したがって、従来の方法では、やや多めの液晶を滴下供給するか、液晶皿に浸漬したガラス繊維ヤーンを基板の貫通孔に接触させることにより、一応液晶充填を可能としていた。しかし、多めの液晶を供給することは、液晶の無駄を生じる欠点の他、余分な液晶による素子外表面の汚染の問題があった。
【０００６】
また、液晶素子が小型の場合、液晶注入のための貫通孔のサイズも小さくなるので、貫通孔である注入口の封止材の供給に関しても同様の困難があった。すなわち、封止材を注入口の周辺の基板の外表面からはみ出す程度にやや多めの量を供給していた。
【０００７】
例えば、注入口である貫通孔のサイズが直径０．５ｍｍ×深さ（基板厚み）０．５ｍｍの場合、封止材の適量塗布は、０．１μｌときわめて微量な封止材を、微細な貫通孔内に注入するという至難の工程である。封止材のはみ出しは、液晶素子を取り付けたり、他の部材と複合化する際に障害となることがあり、はみ出した封止材を削り取る手間を要した。
【０００８】
さらに、液晶素子が小型の場合、液晶素子が一対の基板から複数個取りできるように基板サイズを大きくすることは、材料費の低減、取り扱いの簡素化、歩留りの向上等の観点から、有利である。しかし、従来の液晶素子及びその製造方法では、一つ一つの貫通孔への注入封止に長時間を要する欠点もあった。
【０００９】
なお、シール材の一部に開口を設けてその開口を注入口として液晶を注入するタイプは、通常の液晶表示素子ではよく使用されている。この方法では空セル側面からの注入になるので、複数の空セルを一体に形成した基板が３列以上の場合には、スティックと呼ばれる１列又は２列に並んだ空セルのブッロクに切断して、スティック単位で液晶の注入をしている。
【００１０】
しかし、前記したような小型の空セルの場合、スティックはきわめて細長いものになり、取り扱いが不便で生産性が悪くなるという問題があった。また、注入口の封止をセル端面で行うことになり、封止材のセル端面への接着面積も小さくなるので、信頼性が低下する傾向があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の前述の欠点を解決して、封止材のはみ出しがなく、生産性の良い液晶素子及びその製造方法及びそれに用いる空セル基板を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２枚の基板をシール材を介して間隙をもって貼り合わせて複数の空セルを一体に形成した後、複数の空セルの基板に設けた貫通孔による注入口から液晶を注入し、注入口を封止して個々の液晶素子に切断分離する液晶素子の製造方法において、注入口となる貫通孔を設けた基板の複数の貫通孔をその底部に有する溝を有し、その溝に液晶を供給して液晶の注入を行い、溝内の注入口を封止することを特徴とする液晶素子の製造方法を提供する。
【００１３】
また、その溝が周囲を壁で囲まれていて液晶溜めとして用いて液晶の注入を行い、その後溝内に封止材を流し込み注入口の封止を行い、その後切削手段により切断して個々の液晶素子に分離する液晶素子の製造方法、及び、それらの基板の一方が、格子状の凹凸部が形成された基板である液晶素子の製造方法を提供する。
【００１４】
また、上記の製造方法で製造された液晶表示素子を提供する。
【００１５】
また、２枚の基板をシール材を介して間隙をもって貼り合わせて複数の空セルを一体に形成した空セル基板において、基板の一方に注入口としての貫通孔が各空セル毎に設けられ、複数の貫通孔をその底部に有する溝を有することを特徴とする空セル基板を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明では、空セルを一体に形成した基板が注入口用の貫通孔を有し、その複数の貫通孔をその底部に配置した溝を有しており、その溝に液晶を供給して液晶の注入を行うので、小型の液晶素子であってもきわめて容易に液晶を注入できる。さらに、その溝を利用して注入口を封止できるので、封止の信頼性も高くなる。
【００１７】
図１は、本発明の液晶素子の製造方法に使用する基板の組立前の状態を示す斜視図である。図１において、１は第１の基板、２は第２の基板、３は液晶セル、４はシール材、５は基板を貫通した注入口、６はその貫通した注入口を底部に設けた溝を示す。
【００１８】
第１の基板１、第２の基板２は、ガラス、プラスチック等の通常の液晶素子に用いられる基板が用いられる。本発明では、特に、この基板のいずれか一方に格子状の凹凸を形成した基板を用いて液晶回折格子を形成した液晶素子の製造に好適である。この２枚の基板は、ＳｉＯやポリイミド等の配向膜、ＩＴＯ等の電極を必要に応じて形成して用いる。
【００１９】
本発明では、第１の基板１には基板を貫通した貫通孔による注入口５が設けられ、その貫通孔の注入口５を底部に設けた溝６を形成しておく。溝６は、周囲が完全に壁によって囲まれ、液晶を供給した際に、この溝が液晶溜めとして役立つような構造とされる。通常は、図１のように直線状に形成すればよいが、コの字状やＳ字状の溝にしてもよい。
【００２０】
図１では、一つの溝に１列の空セルの注入口が対応しているが、隣接する２列の空セルの注入口を同じ側に集めて一つの溝の底部に２列の注入口を配置するように溝を設けてもよい。
【００２１】
この貫通孔は、サンドブラスト、ウエットサンドブラスト、ダイヤモンドドリル、超音波ホーニング、レーザ等の方法で形成されればよい。また、溝６は、サンドブラスト、ウエットサンドブラスト、超音波ホーニング等の方法で形成されればよい。本発明では、このような溝６を設けているので３列以上の空セル配列に対してもスティックに切断せずに注入できる。
【００２２】
基板に回折格子となる格子状の凹凸を設ける場合、この凹凸は溝６を設けた第１の基板１側でなく、第２の基板２に設けることが好ましい。そして、その格子状の凹凸の長手方向を、液晶セルの注入口用の貫通孔を設けた側の辺に直交する方向にすることは、液晶の注入がスムースになり好ましい。
【００２３】
この回折格子となる格子状の凹凸はその凸部を液晶の常光屈折率又は異常光屈折率とほぼ一致させる。これにより、この格子状の凹凸を設けた液晶素子は、特定の偏光方向の光に対してのみ回折格子として機能する異方性回折格子となる。
【００２４】
このような異方性回折格子は、レーザ光源、光検知器と光記録媒体との間に、光記録媒体側にλ／４板等の位相差板を積層して配置され、光ヘッド装置として用いられる。この異方性回折格子を用いることにより、光の利用効率が大幅に向上する。
【００２５】
シール材、封止材としては、気密性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。シール材には、貼り合わせた後の２枚の基板間隙が一定となるように、円柱形又は球形をしたガラスや樹脂製のスペーサが混合されることが通常である。このシール材の付与はスクリーン印刷又はディスペンサ等の公知のシール材付与手段で付与すればよい。注入口の封止材は、溝６内に供給することになるので、ディスペンサ等の付与手段が好適である。
【００２６】
図１では３個×４列の液晶素子を形成する基板が示されているが、この数はこれに限られず、製造する液晶素子の寸法と液晶素子の製造装置の取り扱える基板サイズによって適宜変わる。
【００２７】
この例では、各液晶セルのシール材は個々に分離されているが、シールが複数の液晶セルに接続されていてもよい。また、この例では、シール材が第２の基板に付与された状態が示されているが、これは第１の基板に付与してもよく、両方の基板に付与してもよい。
【００２８】
この２枚の基板を重ねあわせて、圧着してシール材を加熱又は紫外線照射で硬化させて一体化する。これにより、一対の基板に多数の空セルを形成した基板が形成される。
【００２９】
図２は、こうして製造した空セル基板の例の正面図である。図３はそのＡＡ面断面図である。図１と同じ箇所には同じ番号を付してある。図２及び図３において、Ｂ〜Ｅは切断箇所である。
【００３０】
図２の横方向では、Ｂの箇所で切断すればよい。電極を設けその端子の取り出しが上下の辺側にある場合には、２枚の基板によって切断位置が変わることもある。もう一方の切断箇所は、Ｃ〜Ｅのいずれか又はそれらの複数箇所になる。
【００３１】
図４はシール材のパターンを変えた例の正面図である。シール材の隣接液晶セルの部分が共通のシール材８となっている。図２のような例では、個々の液晶素子に分離するために切断するときに、切り線を入れて折り割る方法でも、ダイヤモンドホイール等の切削手段で切る方法でも使用できる。狭い幅のシール材であれば、折り割っても液晶素子のシールにほとんど悪影響を与えない。
【００３２】
図４のような例では、シール材８が隣接液晶セルの境界部分で幅が広くなっているので、Ｂの方向では折り割ることはできない。この場合には、ダイヤモンドホイール等の切削手段で切断することになる。この切削手段での切断は、折り割りよりも手間がかかり生産性が悪いが、寸法精度が良いので、小型の異方性回折格子として用いる場合には好適である。
【００３３】
このような空セル基板を形成し、密閉容器内に配置して真空中で脱気して、図３の溝６の上の位置から液晶７を供給して真空注入を行う。この場合、液晶は溝６内に供給される。その注入口近辺にディスペンサ等で供給されればよい。このように液晶は溝６内に供給されるので、基板表面が液晶で汚染されにくく、液晶の損失も少ない。また、３列以上の空セル群に対しても、スティックに切断することなく注入ができる。
【００３４】
図１に示すように溝の周囲が壁に取り囲まれて容器状になっている場合には、溝６の一端に液晶を滴下して、溝を液晶溜めとして用いて注入することもでき、１列の多数の空セルへの液晶の供給が一度にできるので生産性がよい。すなわち、液晶を個々の液晶セルの注入口に合わせて滴下する必要がなく、単に溝に滴下すればよい。その後の注入口の封止も、この溝に単に封止材を流し込めばよく、生産性が良い。この利点は液晶素子が小さければ小さいほど有利である。
【００３５】
なお、基板の周辺に切り捨て用の余裕がかなりある場合には、溝の両端に壁がなくて両端が解放されていても、表面張力で液晶は流れないので、同じ方法で製造できる。
【００３６】
すなわち、溝６に滴下された液晶７は、溝６の長手方向に流れて広がり、溝６の底部に設けられた空セルの注入口５を通って、各液晶セル３内に流入する。溝一本あたりの液晶滴下量は、一本の溝６に連通する液晶セルの容量の合計よりもやや多い量にする。
【００３７】
小型の液晶素子の場合、注入口からの毛細管現象のみで液晶が充填されることが多い。液晶滴下後、適当な時間真空を保った後、窒素などの不活性ガスを密閉容器内に導入して大気圧に戻し、液晶を注入した液晶セル基板を密閉容器から取り出す。
【００３８】
貫通した溝６を通して液晶を注入することによって、貼り合わせた一対の基板を細長いスティック状に切断することなしに、基板のままで複数個の液晶素子に液晶を注入できる。したがって、従来の方法とは異なり、取り扱いが容易で歩留りの向上も期待できる。
【００３９】
次いで、液晶が充填された基板表面及び溝６内に残る液晶を、無塵綿などで拭き取った後、溝内の注入口をディスペンサ等により封止材を付与して封止する。この場合も、溝６の長手方向にディスペンサを一定速度で移動させて溝６内に均一に封止材を塗布することにより生産性良く封止できる。
【００４０】
この場合、封止材が溝６からはみ出さずに、充分な封止が可能な量になるように、封止材の塗出速度及びディスペンサの移動速度を調整する。封止材塗布後、加熱又は紫外線照射によって封止材を硬化させる。溝に沿って封止材を塗布することにより、はみ出しのない封止ができる。さらに、３列以上の液晶セルに対しても、切断せずに封止が行えるので、生産性が良い。
【００４１】
特に、図１に示したように溝の周囲が壁に取り囲まれている構造の場合には、溝６内に封止材を流し込めばよく、生産性が良い。この場合には、溝内全長に封止材が形成されるので、切断は折り割りでなく、ダイヤモンドホイール等の切削手段で切断する。
【００４２】
切断は液晶が注入され、注入口が封止された液晶セル基板を、ダイヤモンドホイール等の切削手段で切断するか、スクライバ及びブレイカ等を用いて折り割りするかして、前記したようにＢ、Ｃ〜Ｅの位置で切断して、個々の液晶素子に分離する。切断する位置がＣ〜Ｅの位置のいずれかによって、製造される液晶素子の形状は変わる。
【００４３】
図５は、図２及び図３でＤの位置で切断した液晶素子の断面図である。図５ではＤの位置で切断しているので、図の左側で上側の基板に段差が生じている。これは封止材の量を調整すれば、ほぼ上側の基板面と同じ高さに調整可能であるが、一般に封止材の表面は精度がでないので、取り付け時に出っ張って問題を生じることがある。このため、図５の例のように、その封止材の表面が基板の表面よりやや低くなるようにしておくことが好ましい。
【００４４】
また、このように注入口側に段差を形成すると、注入口５を封止した封止材９が貫通孔内のみでなく、上側の第１の基板１の溝の底面と側面に付着して、封止が強固に行われ、かつ、基板表面に出っ張りを生じないので、取り付けにも悪影響を生じない。
【００４５】
外形寸法が２０ｍｍ角程度以下の小型の異方性回折格子は、光ヘッド装置に組み込まれるが、この場合精密な位置合わせが必要なため、液晶素子の寸法精度が要求される。このため、４方向をダイヤモンドホイール等の切削手段で切断することになるので、図、特に図５、で示したような構造が有利となる。
【００４６】
【実施例】
第１の基板及び第２の基板としてガラス基板を用意し、２８個（７個×４列）の液晶素子を作り込んだ。個々の液晶セルのシール内のサイズはほぼ１２ｍｍ×１０ｍｍとした。
【００４７】
第２の基板の内面側にはＳｉＯＮ系の屈折率が約１．５の薄膜を１．４μｍ積層し、これをフォトリソによりピッチ５μｍ、深さ１．４μｍの回折格子形状を形成した。この回折格子の長手方向は、注入口を設ける辺に直交する方向に合わせた。この凹凸を形成した面にポリイミドの膜を形成し、回折格子の長手方向に沿ってラビングした。
【００４８】
この基板にエポキシ樹脂にガラスファイバスペーサを混ぜたシール材をスクリーン印刷で印刷した。このスペーサの径は回折格子の凸部での基板間隙が６μｍとなるよう調整した。シール材は注入口部分を除いて個々の空セルを形成するようにかつ隣接セル間がつながるような図１のようなパターンとした。
【００４９】
第１の基板には、直径０．５ｍｍの貫通孔を注入口として各液晶セルに設けて、その貫通孔を底部に配置した溝を４本形成した。この溝は夫々図１のように直線状にして、両端も壁にして周囲を壁で取り囲んだ。この基板の内面側には、ポリイミドの膜を形成し、第２の基板と重ね合わせた時の回折格子の長手方向に沿ってラビングした。
【００５０】
この２枚の基板を配向膜面が対向するように配置して回折格子の凸部での基板間隙が６μｍとなるように重ね合わせ、加熱して圧着して空セル基板を製造した。次いで、空セル基板を真空容器内に配置して、減圧して空セル内の空気を脱気した。次いで、正の誘電異方性のネマチック液晶をディスペンサでこの４本の溝内に供給して、４本の溝内に液晶を溜めた状態にした。この状態で、真空容器の減圧を解除して窒素ガスを導入し大気圧に戻して液晶の注入を行った。
【００５１】
次いで、溝内及び基板面に付着した液晶を除去し、溝内に封止材を流し込んで供給して注入口を封止した。その後、図２及び図３のＢとＤの位置で基板をダイヤモンドホイールで切断して、個々の液晶素子に分離した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明では、液晶素子の一方の基板に貫通孔を設け、複数の貫通孔をその底部に有する溝を設けることにより、液晶の注入が容易になり、生産性が向上する。また、この溝内で
注入口を封止材で封止できるので、封止材のはみ出しがないために取り付けや複合化が容易で、かつ、外形寸法精度が良くなり、一対の基板からの多数個取りを可能とする。特に、小型の液晶素子の場合に好適である。本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で、種々応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶素子の製造方法に使用する基板の組立前の状態を示す斜視図。
【図２】本発明の空セル基板の例の正面図。
【図３】図２のＡＡ面断面図。
【図４】本発明の他の空セル基板の例の正面図。
【図５】図２及び図３でＤの位置で切断した液晶素子のＡＡ面断面図。
【符号の説明】
１：第１の基板
２：第２の基板
３：液晶セル
４：シール材
５：注入口
６：溝
７：液晶
８：シール材
９：封止材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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