(57)【要約】【課題】単基板の液晶光変調器および液晶表示装置において、構造設計の自由度を確保しつつ、液晶の電圧動作の不安定性を生じやすい不純物の発生を抑制でき、作製方法が容易で表示特性の安定性や柔軟性に優れた製造方法を得る。【解決手段】単一の透明な基板１の内側に、ストライプ状の電極膜７、および液晶３を配向させるための配向膜２が形成され、その上に分子配向した液晶３とポリマ４の自立性の複合膜５が形成され、さらにその上に液晶の流出を防ぐオーバーコート膜６が形成される。また、基板１およびオーバーコート膜６の外側に、偏光透過軸が互いに直交もしくは平行とされた２枚の偏光板８が配されている。オーバーコート膜６は複合膜５のポリマ４を溶解しない溶媒に溶かされて、周知の各種の印刷法による塗布、乾燥工程を経て形成される。【選択図】    図１
2006267562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1枚の透明基板上に、液晶を配向させるための配向膜、および分子配向した自立性の液晶／ポリマからなる複合膜を順次形成し、その後、該複合膜上に、液晶の流出を防ぐオーバーコート膜を塗設することを特徴とする液晶光変調器の製造方法。
【請求項２】
前記オーバーコート膜は、前記複合膜中のポリマを溶解しない所定の溶媒に溶かされた状態で前記複合膜上に塗布し、その後乾燥して形成することを特徴とする請求項１記載の液晶光変調器の製造方法。
【請求項３】
前記オーバーコート膜は、前記複合膜上に水溶性のポリビニルアルコールを塗布し、乾燥して形成することを特徴とする請求項１または２記載の液晶光変調器の製造方法。
【請求項４】
前記透明基板には、ストライプ状に複数の電極を形成し、これらの電極間に、前記液晶分子の配向を変化させ得る電圧が印加されるように形成することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の液晶光変調器の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載された液晶光変調器の製造方法を用いて形成されてなることを特徴とする液晶光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載された液晶光変調器を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を用いて光を変調する液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器およびそれを用いた液晶表示装置に関し、特に低消費電力かつ高速な階調画像表示が必要とされるフラットパネルディスプレイやフレキシブルディスプレイに好適な液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器および液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶材料に電界を加えて、液晶分子の配向状態を変化させるという電気光学効果を応用すると、光変調器が実現できる。液晶光変調器は、他の電気光学効果を示す光学結晶に比べて低電圧で動作するため、表示装置用の電気光学素子として、近年注目されている。
【０００３】
そのような液晶光変調器の1つとして、透明電極を備えた２つの基板により液晶を挟み、これら透明電極間における液晶分子の配向方向を、基板上に形成した合成樹脂の配向膜により、制御・均一化した液晶素子がある。そのような素子においては、均一なサイズの合成樹脂のスペーサ粒子を液晶内に分散したり、フォトリソグラフィ法等を用いて形成した合成樹脂からなる柱状構造のスペーサを基板間に介在させる手法により、液体である液晶の厚み（通常、数μｍ）を一定に保つ工夫がなされている。
【０００４】
このように液晶層を２つの基板で挟む上記の素子構造は、携帯性や収納性が優れた柔構造の表示素子（動画表示用のフレキシブルディスプレイ、静止画用途の電子ペーパー等)にも応用が期待されるものであるが、伸縮性に乏しい現状のプラスティック基板により液晶層を挟み込んで素子を湾曲させた場合、上記スペーサが耐えきれず液体である液晶層の厚みが変動して表示画像が乱れる。すなわち、曲げ耐性に劣るという問題が生じる。
【０００５】
すなわち、上述したようなスペーサ粒子を用いた場合、基板に加重が加わるとスペーサが移動するため、基板間隔に対応する液晶層の厚みが変動する。また、上述したフォトリソグラフィ法を用いて固定形成される柱状構造のスペーサでは、機械的強度に限界があるばかりでなく、光硬化性樹脂の均一塗布、仮焼成、パターン露光、焼成等の極めて煩雑な作製工程を要するという課題がある。
【０００６】
そのため最近になって、単一の基板によって簡便に構成される液晶素子が提案されている（例えば下記非特許文献１を参照）。この技術は、１枚の基板上に液晶／モノマ混合液を塗布し、その上部から吸収性が高い短波長紫外線を照射して、紫外線が届く混合液の上層のみにポリマを形成し、このポリマにより液晶を保持する手法である。
【０００７】
【非特許文献１】R. Penterman et al.,Nature 417, 55 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前述した単基板の液晶光変調器も、以下に述べるような問題を有している。
すなわち、自発的な２層構造の誘起現象を用いて構造全体を一度に形成するため、個々の層構造を独立して制御することが困難である。その結果、電気光学特性と機械強度の双方を個別に制御できず、構造設計の自由度が低いという問題が生じる。
【０００９】
また、基板に近い液晶層の下部が不完全露光の状態に留まり、液晶中に未反応のモノマが残留するとともに、短波長の紫外線により液晶やポリマの分解物が形成される。それらが不純物として働くため、液晶の電圧動作が不安定になりやすいという問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、単基板の液晶光変調器および液晶表示装置において、構造設計の自由度を確保しつつ、液晶の電圧動作の不安定性を生じやすい不純物の発生を抑制でき、作製方法が容易で表示特性の安定性や柔軟性に優れた液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本願発明者等は鋭意研究を進め、下部の液晶層と上部のオーバーコート層（ポリマ層）を個別に形成する下述の如き液晶光変調器の製造方法を見出すに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の液晶光変調器の製造方法は、1枚の透明基板上に、液晶を配向させるための配向膜、および分子配向した自立性の液晶／ポリマからなる複合膜を順次形成し、その後、該複合膜上に、液晶の流出を防ぐオーバーコート膜を塗設することを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記オーバーコート膜は、前記複合膜中のポリマを溶解しない所定の溶媒に溶かされた状態で前記複合膜上に塗布し、この後乾燥して形成することが好ましい。
【００１４】
また、前記オーバーコート膜は水溶性のポリビニルアルコールを塗布し、乾燥して形成することが好ましい。
【００１５】
また、前記透明基板には、ストライプ状に複数の電極を形成し、これらの電極間に、前記液晶分子の配向を変化させ得る電圧を印加するように形成することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の液晶光変調器は、上述したいずれかの液晶光変調器の製造方法を用いて形成されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の液晶表示装置は、上述した液晶光変調器を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液晶光変調器の製造方法によれば、電気光学効果を担う液晶層と機械的安定性を担うオーバーコート層を個別に作製できるため、材料選択の自由度も広く、それらの特性を個別に制御することができる。
【００１９】
さらに、オーバーコート層は液晶層とは別個に塗設形成され、オーバーコート層を形成する際には、液晶／ポリマ複合膜自体に従来技術の如く短波長紫外線を照射することがないので、液晶層に残留モノマや紫外線分解物に起因する不純物が生じにくい。
【００２０】
これにより、本発明の液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器およびこれを用いた液晶表示装置によれば、単基板の液晶光変調器および液晶表示装置において、構造設計の自由度を確保しつつ、液晶の電圧動作の不安定性を生じやすい不純物の発生を抑制でき、作製方法が容易で表示特性の安定性や柔軟性に優れたものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液晶光変調器の製造方法を説明するための模式図（断面図）である。
【００２２】
本実施形態方法により製造される液晶光変調器は、図１に示すような、単一の透明な基板１を備えた透過型の液晶光変調器１１であって、透明な基板１の内側に透明な電極膜７、および液晶３を配向させるための配向膜２が形成され、その上に分子配向した液晶３とポリマ４を含む自立性複合膜５が形成され、さらにその上に液晶の流出を防ぐオーバーコート膜６が形成されている。電極膜７は、基板１上に、所定ピッチでストライプ状に形成されている。
【００２３】
また、本実施形態の液晶光変調器１１では、上記基板１およびオーバーコート膜６の外側に、偏光透過軸が互いに直交もしくは平行とされた２枚の偏光板８が配されている。
すなわち、電極膜７間に印加される電圧の強度に応じて、液晶３の配向性が変化し、液晶層の光学異方性（複屈折）が変化するため、一方の偏光板８により偏光とされた入射光９は、この液晶３により偏光方向が変化し、他方の偏光板８の光吸収により強度変調された表示光１０（出射光）として出射されることになる。
【００２４】
以下、この液晶光変調器１１の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、ガラス硝材よりなる透明な基板１上に、横電界駆動用のストライプ状の電極膜（例えばアルミニウム製）７を形成するとともに配向膜（例えばポリイミド）２を塗布する。
【００２６】
次に、液晶とモノマを含む混合液を両者が混ざり合う温度に加熱した状態で厚みを均一に塗布し、混合液が例えばネマティック相となる温度まで冷却させて分子配向させた状態で、紫外光（長波長領域）を全面照射してモノマを重合させ、液晶３とポリマ４が相分離した複合膜５を形成する。この場合、複合膜５中のポリマ４は網目状となり自己保持膜が構成され、変調器に対し、機械的な曲げ力や押圧等の外力が加わった際に、複合膜５の厚みを一定に保つ役割を担うことになる。
【００２７】
この後、複合膜５上に、ポリビニルアルコールの水溶液を塗布し（例えばキャスト法を用いる）、水分を蒸発させてポリビニルアルコールのオーバーコート膜（厚みは、例えば約80μｍ）を形成した。
【００２８】
上述した、液晶３とポリマ４からなる複合膜５の形成法としては、光重合、熱重合、溶媒蒸発を用いた相分離法や、多孔質樹脂に液晶を染み込ませた含侵法などが使用可能である。特に、液晶／ポリマ複合構造の制御性に優れた形成方法としては、紫外光照射に伴う液晶／モノマ混合液のモノマの重合により形成される光重合相分離法が有用である。ポリマ４の形態としては、液晶の小滴を包含するもの、網目状、粒子状、壁状など様々なポリマ構造体を選択し得るが、液晶分子の配向を乱しにくい構造としては、液晶分子の配向方向に延びる繊維状のネットワーク構造が有用である。
【００２９】
また、光重合相分離法を用いて複合膜５を形成した場合には、複合膜５の厚みやポリマ４の構造を調整することにより、液晶３の動作電圧、応答速度、コントラスト比等の基本的な光変調特性を制御することも可能となる。複合膜５の厚みが大き過ぎると、液晶３の複屈折に基づく最大透過率が減少するため、実用的には20μｍ以下が好適である。
【００３０】
また、複合膜５のポリマ４としては、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、あるいはウレタン樹脂等を用いることができる。
【００３１】
また、オーバーコート膜６は、複合膜５のポリマ４を溶解しない溶媒に溶かされて、周知の各種の印刷法、例えば、ロールコート法、スピンコート法、キャスティング法等による塗布工程と乾燥工程を用いて形成される。このオーバーコート膜６としては、例えば水溶性のポリビニルアルコール等が有用である。
【００３２】
また、上記液晶３としては、ネマティック液晶、コレステリック液晶あるいはスメクティック液晶等の種々のタイプの液晶を用いることができる。
ただし高速応答を得るには、低粘性かつ高弾性の液晶材料が適しており、化学構造としては、液晶３の屈折率異方性Δｎ（Δｎ＝異常光屈折率ｎｅ−常光屈折率ｎｏ）が大きいシアノ系、ビフェニール系、ターフェニール系、ピリミジン系、トラン系あるいはフッ素系等のネマティック液晶が適している。
【００３３】
なお、スメクティック液晶を用いる場合、自発分極を有して高速応答を示す強誘電性液晶が有用である。例えば、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニール系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶あるいはフェニールピリミジン系強誘電性液晶等とすることが好ましい。
【００３４】
また、液晶３の初期配向と電界方向が一致するような場合には、誘電率異方性が負の液晶材料を用いてもよい。液晶分子の初期配向については、ホメオトロピック（垂直）配向、ホモジニアス（水平）配向をはじめ、カイラル添加物によりねじれ配向などに制御することが可能であるが、必ずしもそれらの配向制御に限られるものではない。
【００３５】
さらに、透明な基板１としては、上述したガラス製の基板のほか、プラスティック製の基板を用いることができる。プラスティック製の基板の厚みは、通常、400μｍ以下とするが、これに限定されるものではない。100μｍ程度の厚みとすることにより高い柔軟性が得られる。
【００３６】
また、プラスティック製の基板の材質としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレートあるいはアモルファスポリオレフィン等の非晶質透明樹脂等の柔軟なプラスティックフィルムを用いることができる。このような柔軟なプラスティックフィルム基板を用いた場合、軽量で曲げることが可能な液晶光変調器を実現することができる。
【００３７】
プラスティック製の基板に設ける透明なガスバリア層としては、ケイ素、アルミニウムなどの金属酸化物・金属窒化膜が用いられ、特に、透明性、機械的特性、ガスバリア性などの観点から、SiOx（1.5≦x≦2.0）を用いることが好ましい。
【００３８】
基板１上に形成する配向膜２としては、周知の配向膜（摩擦処理したポリイミド膜、斜法蒸着したSiO膜もしくはSiO2膜、偏光紫外線を照射した色素膜や樹脂膜など）を用いることが可能である。
【００３９】
なお、上述した実施形態のものでは、単一の基板１にのみストライプ状の透明な電極膜７を設け、これら電極膜７間に印加される電圧（横電界）により、液晶分子の配向を変化させる構成とされているが、所望の光変調効果に応じて、液晶層の厚み方向に電圧を印加して液晶分子を駆動することもできる。例えば、オーバーコート膜６上にも電極を形成して、複合膜５の厚み方向（基板１の表面に垂直な方向）に電界を印加して駆動する方法も有用である。
【００４０】
また、電圧を印加する電極膜７としては、透明電極として錫をドープした酸化インジウム（ITO）をはじめ、酸化インジウム、酸化錫等の金属酸化物が好適である。それらの電極膜７は、真空蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト、スパッタリングなどの技術で成膜することができる。また、金属酸化物以外の透明電極として、ポリチオフェン系樹脂などの透明な有機系導電性材料を用いることができ、この場合には、スピンコートや印刷法などにより塗布形成することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態の液晶光変調器１１にバックライトを設けることにより、高コントラストの液晶表示装置を構成することができる。
【００４２】
さらに、上記液晶光変調器１１に光反射板や光拡散板を設けることにより、バックライトが不要とされる低消費電力の反射型液晶表示装置を構成することも可能である。
【００４３】
このような反射型液晶表示装置を構成する場合には、上述した実施形態のものにおいて、透明な基板１を不透明のものとしたり、透明な電極膜７を不透明なアルミニウム、クロム、金等からなる金属電極に置き換えたりすることも可能である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の液晶光変調器の製造方法について、実施例を用いてさらに具体的に説明する。
【００４５】
まず、摩擦処理を施したガラス硝材よりなる透明な基板１上に、横電界駆動用のストライプ状の電極膜（幅15μｍ、間隔15μｍ：アルミニウム製）７を形成するとともに、配向膜２として機能させるポリイミド配向膜（ＪＳＲ社  AL-1254）をスピンコーティング法を用いて厚みが均一となるように塗布し、この後、焼成処理を行う。
【００４６】
次に、配向膜２上に、モノマ／液晶混合液（大日本インキ社  PNM-159）を両者が混ざり合う温度（75℃）に加熱した状態で塗布し、スピンコーターで厚みを均一にする。混合液がネマティック相となる温度まで冷却して分子配向させた状態で、窒素雰囲気中で紫外光（15mW/cm2）を全面照射し（３分）、モノマを重合させ液晶３とポリマ４が相分離した複合膜（約５μｍ厚）５を形成する。これにより、複合膜５中のポリマ４は網目状となり自己保持膜となる。この方法では、スピンコーターの回転数により複合膜５の厚みを的確に制御することができる。
【００４７】
さらに、複合膜５上に、ポリビニルアルコールの水溶液をキャスト法により塗布し、この後、水分を蒸発させてポリビニルアルコールのオーバーコート膜（約80μｍ厚）を形成した。これにより、上方からの液晶３の流出を防ぐことができる。
この後、基板１およびオーバーコート膜６の外側に、偏光透過軸が互いに直交もしくは平行とされた２枚の偏光板８を配設した。
【００４８】
このようにして形成された液晶光変調器１１について、上記電極膜７に電圧を印加し、横電界をかけることにより複屈折性の電気光学効果が得られた。図２は、このときの印加電圧と、液晶光変調器１１の光透過率の関係を示すものであり、１０程度のコントラスト比が得られることが示されている。
なお、複合膜５の厚みが増加すると配向膜２の影響が薄れるため、液晶３の分子配向が乱れやすくなり、コントラスト比が低下する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶光変調器の製造方法を説明するための模式図（断面図）
【図２】実施例における、印加電圧と液晶光変調器の光透過率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５０】
１          基板
２          配向膜
３          液晶
４          ポリマ
５          複合膜
６          オーバーコート膜
７          電極膜
８          偏光板
９          入射光
１０        表示光（出射光）
【図１】
2006267562.tif 000003
【図２】
2006267562.tif 000004