(57)【要約】【課題】光スイッチング素子の性能の悪化を抑制できる光スイッチング素子の製造方法を提供する。【解決手段】複数の画素電極１４と複数の画素電極１４上に形成されている液晶層３０とを有し、複数の画素電極１４上における液晶層３０の屈折率を変化させることにより、複数の画素電極１４に照射される信号光ＳＬの波面ＷＦを傾斜させる光スイッチング素子１または６１の製造方法において、複数の画素電極１４を有する基板１０、及び、複数の画素電極１４に対応する対向電極２１を有する基板２０の少なくともいずれか一方に、未硬化状態の光硬化性樹脂であるシール材４０を塗布し、複数の画素電極１４と対向電極２１とが対向するように基板１０と基板２０とをシール材４０により間隙ＧＰを有するように貼り合わせ、シール材４０に光を照射し、さらにシール材４０に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極と前記複数の画素電極上に形成されている液晶層とを有し、前記複数の画素電極上における前記液晶層の屈折率を変化させることにより、前記複数の画素電極に照射される信号光の波面を傾斜させる光スイッチング素子の製造方法において、
前記複数の画素電極を有する第１の基板、及び、前記複数の画素電極に対応する対向電極を有する第２の基板の少なくともいずれか一方に、未硬化状態の光硬化性樹脂であるシール材を塗布し、
前記複数の画素電極と前記対向電極とが対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを前記シール材により間隙を有するように貼り合わせ、
前記シール材に光を照射し、
さらに前記シール材に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する、
光スイッチング素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の基板、及び、前記第２の基板の少なくともいずれか一方に、未硬化状態の前記シール材を、非塗布部を有して環状に塗布し、
前記シール材に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行した後に、
前記第１の基板と前記第２の基板と前記非塗布部とによって形成された液晶注入部から前記間隙に液晶を注入して前記液晶層を形成する、
請求項１に記載の光スイッチング素子の製造方法。
【請求項３】
前記液晶層を形成した後に、
未硬化状態の光硬化性樹脂である封止材を、前記液晶注入部を塞ぐように塗布し、
前記封止材に光を照射し、
さらに前記封止材を前記液晶が相転移しない温度で熱処理する、
請求項２に記載の光スイッチング素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の基板、及び、前記第２の基板の少なくともいずれか一方に、未硬化状態の前記シール材を環状に塗布し、
前記環状に塗布されたシール材の領域内に液晶を塗布または滴下し、
前記複数の画素電極と前記対向電極とが対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを前記シール材により間隙を有するように貼り合わせ、
前記液晶が前記間隙に充填され、かつ、前記シール材によって封止されることにより前記液晶層を形成し、
前記シール材に光を照射し、
さらに前記シール材に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する、
請求項１に記載の光スイッチング素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチング素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信分野では激増する情報量に対応するため、環状に形成された光ネットワークシステム、及び、光波長多重通信システムが提唱されている。これらの光通信システムでは、光信号を電気信号に変換したり中継したりすることなく分岐または挿入することができるＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical And Drop Multiplexer）装置が用いられている。
【０００３】
ＲＯＡＤＭ装置における光スイッチング装置として、ＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）装置が用いられる。ＷＳＳ装置における光スイッチング素子として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、及び、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）素子が用いられる。
【０００４】
ＬＣＯＳ素子は、複数の反射型の画素電極が水平方向、及び、垂直方向に配置されている画素領域を有する反射型の液晶素子である。各画素電極上の液晶の屈折率は、液晶に印加される電圧を画素電極ごとに制御することにより変化する。信号光の位相速度は、各画素上の液晶の屈折率を変化させることにより、画素ごとに制御される。
【０００５】
ＬＣＯＳ素子は、位相速度を画素ごとに段階的に変化させることにより、信号光の波面を傾斜させることができる。ＬＣＯＳ素子は、信号光の波面の傾斜角を位相速度の変化の割合に応じて制御することができる。即ち、ＬＣＯＳ素子は、画素ごとに位相速度を変化させて信号光を所定の方向に反射する位相変調素子として機能する。
【０００６】
ＭＥＭＳミラーは信号光の波長帯の数に対応してミラーが必要になる。そのため、信号光の波長帯またはその数を変更する場合、変更内容に対応させてＭＥＭＳミラーを新たに作製しなければならない。
【０００７】
それに対して、ＬＣＯＳ素子は画素領域を複数の画素ブロックに任意に分割し、画素ブロックごとに制御することができる。これにより、信号光の波長帯またはその数を変更する場合、変更内容に対応させて画素ブロックを再構成することができるため、ＬＣＯＳ素子を新たに作製する必要がない。即ち、ＬＣＯＳ素子は、ＭＥＭＳミラーよりも可変グリッド性に優れている。特許文献１には、ＬＣＯＳ素子を用いた位相変調装置の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１４３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＷＳＳ装置における光スイッチング素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、ＬＣＯＳ素子は位相変調により信号光を所定の方向に反射する。光スイッチング素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、２πの位相変調を確保するためには、ＬＣＯＳ素子における液晶層は１０μｍ程度の厚さが必要である。プロジェクタ等の投射型液晶表示装置に用いられるＬＣＯＳ素子は強度変調により照明光を画像光に変換する。画像表示素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、ＬＣＯＳ素子における液晶層の厚さは１〜２μｍ程度である。
【００１０】
ＬＣＯＳ素子は、液晶がシール材と封止材とによって駆動基板と透明基板との間隙に封止され、液晶層を構成している。一般的に、シール材、及び、封止材として光硬化性樹脂、具体的には紫外線硬化性樹脂が用いられている。シール材、及び、封止材は、透明基板側から紫外線が照射されることにより硬化する。
【００１１】
光スイッチング素子として用いられるＬＣＯＳ素子は、画像表示素子として用いられるＬＣＯＳ素子と比較して液晶層が厚いため、シール材、及び、封止材も液晶層の厚さに応じて厚い。そのため、光スイッチング素子として用いられるＬＣＯＳ素子では、シール材、及び、封止材を形成するための紫外線硬化性樹脂の光による硬化が不十分となる場合がある。
【００１２】
紫外線硬化性樹脂の硬化が不十分であると、シール材、及び、封止材に含まれる未硬化成分が液晶層中に溶出または析出するため、液晶の配向を阻害する要因となる。即ち、未硬化成分の液晶層中への溶出または析出は、光スイッチング素子の性能を悪化させる要因となる。
【００１３】
本発明は、光スイッチング素子としてＬＣＯＳ素子を用いた場合に、シール材、及び、封止材に含まれる未硬化成分の液晶層中への溶出または析出に起因する光スイッチング素子の性能の悪化を抑制することができる光スイッチング素子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】
【００１４】
本発明は、複数の画素電極と前記複数の画素電極上に形成されている液晶層とを有し、前記複数の画素電極上における前記液晶層の屈折率を変化させることにより、前記複数の画素電極に照射される信号光の波面を傾斜させる光スイッチング素子の製造方法において、前記複数の画素電極を有する第１の基板、及び、前記複数の画素電極に対応する対向電極を有する第２の基板の少なくともいずれか一方に、未硬化状態の光硬化性樹脂であるシール材を塗布し、前記複数の画素電極と前記対向電極とが対向するように前記第１の基板と前記第２の基板とを前記シール材により間隙を有するように貼り合わせ、前記シール材に光を照射し、さらに前記シール材に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する光スイッチング素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光スイッチング素子の製造方法によれば、光スイッチング素子としてＬＣＯＳ素子を用いた場合に、シール材、及び、封止材に含まれる未硬化成分の液晶層中への溶出または析出に起因する光スイッチング素子の性能の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の光スイッチング素子の構成例を示す上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａで切断した光スイッチング素子の断面図である。
【図３】光スイッチング素子による信号光の位相変調を示す図である。
【図４Ａ】画素電極に印加される駆動電圧を示す図である。
【図４Ｂ】画素電極上の液晶の屈折率を示す図である。
【図５】第１実施形態の光スイッチング素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】シール材の熱処理条件の一例を示す図である。
【図７】第２実施形態の光スイッチング素子の構成例を示す上面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂで切断した光スイッチング素子の断面図である。
【図９】第２実施形態の光スイッチング素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４Ａ、及び、図４Ｂを用いて、第１実施形態の光スイッチング素子の構成例を説明する。第１実施形態では、光スイッチング素子を、一例として反射型の液晶素子であるＬＣＯＳ素子とする場合を説明する。ＷＳＳ装置等の光スイッチング素子に用いられる信号光の波長帯は、一般的に１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲の赤外帯域である。例えばＣバンド及びＬバンドと称される波長帯は１５３０ｎｍ〜１６２５ｎｍの範囲の赤外帯域である。
【００１８】
図１または図２に示すように、第１実施形態の光スイッチング素子１は、駆動基板１０と、透明基板２０と、液晶層３０と、シール材４０と、封止材５０とを備える。駆動基板１０を第１の基板とし、透明基板２０を第２の基板とする。シール材４０、及び、封止材５０は光硬化性樹脂、例えば紫外線硬化性樹脂である。シール材４０と封止材５０とは同じ種類の光硬化性樹脂であってもよいし、異なる種類の光硬化性樹脂であってもよい。
【００１９】
駆動基板１０は、画素領域１１と、配向膜１２と、複数の接続端子１３とを有する。画素領域１１には、光反射性を有する複数の画素電極１４が水平方向及び垂直方向に配置されている。１個の画素電極１４が１画素を構成する。配向膜１２は少なくとも画素領域１１上に形成されている。複数の接続端子１３は駆動基板１０の外周部に形成されている。
【００２０】
駆動基板１０は半導体基板、具体的にはシリコン基板である。なお、駆動基板１０には、各画素を駆動するための駆動回路が形成されている。画素電極１４、及び、接続端子１３の材料としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてもよい。
【００２１】
透明基板２０は、対向電極２１と、配向膜２２とを有する。対向電極２１は複数の画素電極１４に対応する。配向膜２２は対向電極２１上に形成されている。駆動基板１０と透明基板２０とは、複数の画素電極１４と対向電極２１とが対向するように配置されている。
【００２２】
駆動基板１０と透明基板２０とは、シール材４０及び封止材５０により間隙ＧＰを有して固定されている。駆動基板１０と透明基板２０との間隙ＧＰには液晶層３０が形成されている。液晶層３０は複数の画素電極１４上に形成されている。透明基板２０の対向電極２１が形成されている面とは反対側の面に反射防止膜２３を形成してもよい。反射防止膜２３として誘電体多層膜を用いてもよい。
【００２３】
透明基板２０、対向電極２１、及び、配向膜２２は光透過性を有する。透明基板２０として無アルカリガラス基板または石英ガラス基板を用いてもよい。対向電極２１の材料としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いてもよい。なお、ＩＴＯ膜の上側及び下側に、光透過性を有する誘電体膜を形成してもよい。
【００２４】
シール材４０は、画素領域１１の外周部に沿って画素領域１１を取り囲むように形成されている。シール材４０には液晶注入部４１が形成されている。液晶層３０は、液晶３１がシール材４０の液晶注入部４１から駆動基板１０と透明基板２０との間隙ＧＰに注入され、かつ、液晶注入部４１を封止材５０で封止することにより形成される。光スイッチング素子１における液晶層３０の厚さは例えば１０μｍである。
【００２５】
駆動基板１０の複数の接続端子１３のうちの所定の接続端子１３には、液晶３１を駆動するための駆動信号が入力される。駆動基板１０に形成されている駆動回路は、駆動信号に基づく駆動電圧を各画素電極１４に印加する。これにより、液晶３１は各画素電極１４と対向電極２１との電位差に応じて画素ごとに駆動する。
【００２６】
図３、図４Ａ、及び、図４Ｂを用いて、光スイッチング素子１による信号光の位相変調を説明する。図３に示す符号１５は、複数の画素電極１４により構成される画素ブロックを示している。通常、画素ブロックは、３個以上の画素電極１４が水平方向及び垂直方向にそれぞれ配置されている構成を有する。
【００２７】
説明を分かりやすくするために、３個の画素電極１４により画素ブロック１５を構成する場合について説明する。各画素電極１４を区別するため、左から画素電極１４ａ、画素電極１４ｂ、及び、画素電極１４ｃとする。図４Ａは各画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃに印加される駆動電圧ＤＶａ、ＤＶｂ、及び、ＤＶｃを示している。図４Ｂは画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃに駆動電圧ＤＶａ、ＤＶｂ、及び、ＤＶｃが印加された場合の画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃ上の液晶層３０の屈折率ｎａ、ｎｂ、及び、ｎｃを示している。
【００２８】
図４Ａに示すように、画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃには異なる駆動電圧ＤＶａ、ＤＶｂ、及び、ＤＶｃが印加される。液晶３１は、駆動電圧ＤＶａ、ＤＶｂ、及び、ＤＶｃが印加されている画素電極１４ａ、画素電極１４ｂ、及び、画素電極１４ｃと対向電極２１との電位差に応じて駆動する。液晶３１は、構成される分子の屈折率と誘電率に異方性を有することから、電位差に応じて分子の傾斜が変化することで屈折率が変化する。
【００２９】
これにより、図４Ｂに示すように、画素電極１４ａ上の液晶層３０は第１の屈折率ｎａを有し、画素電極１４ｂ上の液晶層３０は第２の屈折率ｎｂを有し、画素電極１４ｃ上の液晶層３０は第３の屈折率ｎｃ（ｎａ＞ｎｂ＞ｎｃ）を有する。屈折率ｎａ〜ｎｃは画素電極１４ａ〜１４ｃ上の液晶層３０の平均的な屈折率である。
【００３０】
図３に示すように、入力ポートから出力された信号光ＳＬは、ｐ偏光またはｓ偏光の直線偏光の状態で画素領域１１の画素ブロック１５に入射する。図２に示す配向膜１２及び２２は、信号光ＳＬの偏向方向と液晶３１の配向方向とが同じになるように形成されている。配向方向とは、例えば配向膜１２付近の液晶３１が傾斜する方向である。なお、配向膜２２付近の液晶３１が傾斜する方向を配向方向としてもよい。
【００３１】
信号光ＳＬの偏向方向と液晶３１の配向方向とを同じにすることにより、光スイッチング素子１は、直線偏光が楕円偏光へと変調され、ｐ偏光がｓ偏光成分を有する、または、ｓ偏光がｐ偏光成分を有することによって生じる信号光ＳＬの減衰を抑制して、信号光ＳＬを効率的に反射させることができる。
【００３２】
図３に示す符号ｐａ、ｐｂ、及び、ｐｃは、画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃ上の液晶層３０の屈折率の違いにより生じる位相速度の違いを模式的に示している。図３に示す符号ＷＦは信号光ＳＬの波面を模式的に示している。波面ＷＦは、信号光ＳＬの位相が揃った面をいう。信号光ＳＬは、画素電極１４ａから画素電極１４ｃに向かって位相の変化量または位相速度が段階的に大きくなる。これにより、光スイッチング素子１は信号光ＳＬの波面ＷＦを傾斜させることができる。
【００３３】
駆動電圧ＤＶａ、ＤＶｂ、及び、ＤＶｃにより、画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃ上の液晶層３０の屈折率の差を大きくし、位相変化の差を大きくすることで波面ＷＦの傾斜角θを大きくすることができる。また、画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃ上の液晶層３０の屈折率の差を小さくし、位相変化の差を小さくすることで波面ＷＦの傾斜角θを小さくすることができる。傾斜角θは、信号光ＳＬの波面ＷＦと画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃの垂線とのなす角度に相当する。なお、画素電極１４の数を変えることにより波面ＷＦの傾斜角θを変化させることもできる。
【００３４】
信号光ＳＬは、波面ＷＦが所定の傾斜角θとされ、画素電極１４ａ、１４ｂ、及び、１４ｃにより反射される。従って、光スイッチング素子１は、信号光ＳＬの位相速度を画素ごとに段階的に変化させることにより、信号光ＳＬを所定の方向に反射させることができる。
【００３５】
光スイッチング素子１は、信号光ＳＬの波面ＷＦの傾斜角θを位相速度の変化の割合に応じて制御することができる。即ち、光スイッチング素子１は、画素ごとに位相速度を変化させて信号光ＳＬを所定の方向に反射する位相変調素子として機能する。光スイッチング素子１が信号光ＳＬの波面ＷＦの傾斜角θを制御することにより、信号光ＳＬは目的の出力ポートに入射される。
【００３６】
図５に示すフローチャート、及び、図６に示す温度プロファイルを用いて、第１実施形態の光スイッチング素子１の製造方法の一例を説明する。図５は光スイッチング素子１の製造方法の一例をフローチャートとして示している。図６はシール材４０の熱処理条件の一例を温度プロファイルとして示している。図６において、縦軸はシール材４０の熱処理温度を示し、横軸は処理時間を示している。
【００３７】
オペレータは、図５に示すフローチャートのステップＳ１にて、駆動基板１０に未硬化状態の光硬化性樹脂であるシール材４０を、画素領域１１の外周部に沿って画素領域１１を取り囲むように、かつ、非塗布部を有して環状に塗布する。オペレータは、シール材４０を透明基板２０に塗布してもよい。即ち、オペレータは、駆動基板１０及び透明基板２０の少なくともいずれか一方にシール材４０を、非塗布部を有して環状に塗布する。
【００３８】
オペレータは、ステップＳ２にて、駆動基板１０と透明基板２０とを位置合わせする。さらにオペレータは、駆動基板１０と透明基板２０とをシール材４０により所定の間隙ＧＰを有するように貼り合わせる。オペレータは、駆動基板１０と透明基板２０との間隔（セルギャップ）が例えば１０μｍとなるように駆動基板１０と透明基板２０とを貼り合わせる。シール材４０の厚さは駆動基板１０と透明基板２０との間隔に相当する。シール材４０の厚さは例えば１０μｍである。
【００３９】
オペレータは、ステップＳ３にて、例えば透明基板２０側からシール材４０に光を照射し、シール材４０を硬化させる。シール材４０が紫外線硬化性樹脂である場合、オペレータは、透明基板２０側からシール材４０に紫外線を照射し、シール材４０を硬化させる。
【００４０】
駆動基板１０と透明基板２０とがシール材４０により貼り合わされた構造体を貼り合わせ構造体２とする。貼り合わせ構造体２は、駆動基板１０と透明基板２０とシール材４０の非塗布部とによって形成された液晶注入部４１を有する。
【００４１】
プロジェクタ等の投射型液晶表示装置に用いられる画像表示素子としてＬＣＯＳ素子が用いられる場合、ＬＣＯＳ素子は強度変調により照明光を画像光に変換する。画像表示素子として用いられるＬＣＯＳ素子の液晶層の厚さは、通常１〜２μｍ程度である。
【００４２】
画像表示素子として用いられるＬＣＯＳ素子のシール材の厚さは液晶層の厚さに相当し、１〜２μｍ程度である。画像表示素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、光スイッチング素子１としてＬＣＯＳ素子を用いる場合と比較してシール材が薄いため、シール材に光を照射することにより、シール材を目的の硬化状態とすることができる。
【００４３】
光スイッチング素子１としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、ＬＣＯＳ素子は位相変調により信号光ＳＬを所定の方向に反射させる。２πの位相変調を確保するためには、液晶層３０は１０μｍ程度の厚さが必要である。光スイッチング素子１として用いられるＬＣＯＳ素子のシール材４０の厚さは液晶層３０の厚さに相当し、１０μｍ程度である。
【００４４】
透明基板２０側から紫外線硬化性樹脂であるシール材４０に紫外線が照射されることにより、シール材４０は透明基板２０側から駆動基板１０側に向かって硬化が進行する。硬化した紫外線硬化性樹脂は、未硬化状態の紫外線硬化性樹脂と比較して、通常、紫外線に対する透過率が低下する。そのため、シール材４０が１０μｍと厚い場合、シール材４０に照射される紫外線の光強度を大きくしてもシール材４０の硬化が不十分となる場合がある。
【００４５】
シール材４０の硬化が不十分であると、シール材４０は未硬化成分を含むため、液晶注入部４１から駆動基板１０と透明基板２０との間隙ＧＰに注入された液晶３１中に未硬化成分が溶け出したり析出したりするため、液晶３１の配向を阻害する要因となる。即ち、未硬化成分の液晶層中への溶出または析出は、光スイッチング素子としての性能を悪化させる要因となる。
【００４６】
そこで、オペレータは、ステップＳ４にて、貼り合わせ構造体２、具体的にはシール材４０に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する。具体的には、オペレータは、シール材４０を少なくとも２つの異なる温度で熱処理する。例えば、オペレータは、貼り合わせ構造体２を、図６に示すように、第１の温度Ｔ１で第１の時間Ｐ１だけ熱処理（第１実施形態における第１の熱処理）し、さらに第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）で第２の時間Ｐ２だけ熱処理（第１実施形態における第２の熱処理）する。
【００４７】
第１の熱処理は予備加熱処理であり、第２の熱処理は本加熱処理である。オペレータは、第１の熱処理と第２の熱処理とを連続して行うことが望ましい。紫外線硬化性樹脂であるシール材４０は、紫外線による光照射と温度の異なる多段階の熱処理とによって硬化する。シール材４０に光を照射してシール材４０を硬化させ、さらにシール材４０を予備加熱した後に本加熱することにより、シール材４０を目的の硬化状態にすることができる。
【００４８】
例えば、第１の温度Ｔ１は７０℃であり、第２の温度Ｔ２は１２０℃であり、第１及び第２の時間Ｐ１及びＰ２は各２時間である。第１及び第２の温度Ｔ１及びＴ２、及び、第１及び第２の時間Ｐ１及びＰ２は、シール材４０を形成する光硬化性樹脂の種類、シール材４０の厚さ、及び、貼り合わせ構造体２の構成等に応じて適宜設定されるものである。
【００４９】
さらに、オペレータは、第１の温度Ｔ１に到達するまでの昇温速度ＩＲ１、及び、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２に到達するまでの昇温速度ＩＲ２よりも遅い降温速度ＤＲで貼り合わせ構造体２を徐冷却する。これにより、シール材４０に対する熱硬化応力を低減することができるため、画素領域１１内におけるセルギャップを均一にすることができる。
【００５０】
オペレータは、ステップＳ５にて、液晶３１を液晶注入部４１から駆動基板１０と透明基板２０との間隙ＧＰに注入する。液晶３１が間隙ＧＰに充填されることにより、液晶層３０が形成される。オペレータは、ステップＳ６にて、未硬化状態の光硬化性樹脂である封止材５０を、液晶注入部４１を塞ぐように塗布する。間隙ＧＰに充填された液晶３１は、液晶注入部４１を塞ぐ封止材５０により封止される。
【００５１】
オペレータは、ステップＳ７にて、例えば透明基板２０側から封止材５０に光を照射し、封止材５０を硬化させる。封止材５０が紫外線硬化性樹脂である場合、オペレータは、透明基板２０側から封止材５０に紫外線を照射し、封止材５０を硬化させる。
【００５２】
光スイッチング素子１として用いられるＬＣＯＳ素子の封止材５０の厚さは液晶層３０の厚さに相当し、１０μｍ程度である。透明基板２０側から紫外線硬化性樹脂である封止材５０に紫外線が照射されることにより、封止材５０は透明基板２０側から駆動基板１０側に向かって硬化が進行する。
【００５３】
硬化した紫外線硬化性樹脂は、未硬化状態の紫外線硬化性樹脂と比較して、通常、紫外線に対する透過率が低下する。そのため、封止材５０が１０μｍと厚い場合、封止材５０に照射される紫外線の光強度を大きくしても封止材５０の硬化が不十分となる場合がある。
【００５４】
封止材５０の硬化が不十分であると、封止材５０は未硬化成分を含むため、液晶層３０中に未硬化成分が溶け出したり析出したりする場合がある。液晶層３０中に未硬化成分が溶け出したり析出したりすると、光スイッチング素子としての機能を悪化させる要因となる。液晶層３０は、液晶注入部４１付近においてシール材４０または封止材５０の未硬化成分による影響を受けやすい。
【００５５】
そこで、オペレータは、ステップＳ８にて、貼り合わせ構造体２、具体的には封止材５０を、液晶３１が相転移しない第３の温度Ｔ３で、かつ、封止材５０が目的の硬化状態となるまでの第３の時間Ｐ３だけ熱処理（第１実施形態における第３の熱処理）する。
【００５６】
例えば、第３の温度Ｔ３は７０℃であり、第３の時間Ｐ３は２時間である。第３の温度Ｔ３及び時間Ｐ３は、封止材５０となる光硬化性樹脂の種類、封止材５０の厚さ、及び、貼り合わせ構造体２の構成等に応じて適宜設定されるものである。
【００５７】
オペレータは、ステップＳ９にて、液晶３１の配向方向を揃えるために、液晶３１を配向処理する。具体的には、オペレータは、液晶３１が所定の配向方向に相転移するように、貼り合わせ構造体２を、第３の温度Ｔ３よりも高い第４の温度Ｔ４（Ｔ３＜Ｔ４）で第４の時間Ｐ４だけ熱処理（第１実施形態における第４の熱処理）する。例えば、第４の温度Ｔ４は１２０℃であり、第４の時間Ｐ４は３０分である。第４の熱処理により、液晶３１の配向方向を信号光ＳＬの偏向方向と同じにすることができる。
【００５８】
信号光ＳＬの偏向方向と液晶３１の配向方向とを同じにすることにより、光スイッチング素子１は、直線偏光が楕円偏光へと変調され、ｐ偏光がｓ偏光成分を有する、または、ｓ偏光がｐ偏光成分を有することによって生じる信号光ＳＬの減衰を抑制して、信号光ＳＬを効率的に反射させることができる。
【００５９】
ステップＳ９の処理が完了すると、オペレータは、全ての処理を終了させる。上記のステップＳ１〜Ｓ９により、光スイッチング素子１を製造することができる。なお、オペレータは、第１〜第４の熱処理等によって貼り合わせ構造体２に生じた残留応力を取り除くためのアニール処理を行ってもよい。
【００６０】
第１実施形態の光スイッチング素子の製造方法によれば、光硬化性樹脂であるシール材４０に光を照射し、さらに少なくとも２つの異なる温度による多段階の熱処理を実行することにより、シール材４０を目的の硬化状態にすることができる。これにより、光スイッチング素子１としてＬＣＯＳ素子を用いた場合に、シール材４０に含まれる未硬化成分の液晶層３０中への溶出または析出に起因する光スイッチング素子の性能の悪化を抑制することができる。
【００６１】
第１実施形態の光スイッチング素子の製造方法によれば、光硬化性樹脂である封止材５０に光を照射し、さらに液晶３１が相転移しない温度で、かつ、封止材５０が目的の硬化状態となるまで封止材５０を熱処理する。これにより、光スイッチング素子１としてＬＣＯＳ素子を用いた場合に、封止材５０に含まれる未硬化成分の液晶層３０中への溶出または析出に起因する光スイッチング素子の性能の悪化を抑制することができる。
【００６２】
［第２実施形態］
図７、及び、図８を用いて、第２実施形態の光スイッチング素子の構成例を説明する。第２実施形態では、光スイッチング素子を、一例として反射型の液晶素子であるＬＣＯＳ素子とする場合を説明する。図７、及び、図８は図１、及び、図２に対応する。図７または図８に示すように、第２実施形態の光スイッチング素子６１は、第１実施形態の光スイッチング素子１と比較して、液晶注入部４１と封止材５０とを有さない点で相違し、それ以外は同じである。第２実施形態では、説明をわかりやすくするために同じ構成部には同じ符号を付す。
【００６３】
図７または図８に示すように、第２実施形態の光スイッチング素子６１は、駆動基板１０と、透明基板２０と、液晶層３０と、シール材４０とを備える。駆動基板１０を第１の基板とし、透明基板２０を第２の基板とする。シール材４０は光硬化性樹脂、例えば紫外線硬化性樹脂である。
【００６４】
駆動基板１０は、画素領域１１と、配向膜１２と、複数の接続端子１３とを有する。画素領域１１には、光反射性を有する複数の画素電極１４が水平方向及び垂直方向に配置されている。１個の画素電極１４が１画素を構成する。配向膜１２は少なくとも画素領域１１上に形成されている。複数の接続端子１３は駆動基板１０の外周部に形成されている。
【００６５】
透明基板２０は、対向電極２１と、配向膜２２とを有する。透明基板２０、対向電極２１、及び、配向膜２２は光透過性を有する。対向電極２１は複数の画素電極１４に対応する。配向膜２２は対向電極２１上に形成されている。駆動基板１０と透明基板２０とは、複数の画素電極１４と対向電極２１とが対向するように配置されている。
【００６６】
駆動基板１０と透明基板２０とは、シール材４０により間隙ＧＰを有して固定されている。駆動基板１０と透明基板２０との間隙ＧＰには液晶層３０が形成されている。液晶層３０は複数の画素電極１４上に形成されている。透明基板２０の対向電極２１が形成されている面とは反対側の面に反射防止膜２３を形成してもよい。反射防止膜２３として誘電体多層膜を用いてもよい。
【００６７】
シール材４０は、画素領域１１の外周部に沿って画素領域１１を取り囲むように環状に形成されている。液晶層３０は、駆動基板１０のシール材４０によって取り囲まれた領域内に液晶３１が塗布または滴下され、駆動基板１０と透明基板２０とがシール材４０により間隙ＧＰを有して固定されることにより形成される。即ち、液晶層３０は、液晶３１が間隙ＧＰに充填され、かつ、シール材４０によって封止されることにより形成される。光スイッチング素子６１における液晶層３０の厚さは例えば１０μｍである。
【００６８】
駆動基板１０の複数の接続端子１３のうちの所定の接続端子１３には、液晶３１を駆動するための駆動信号が入力される。駆動基板１０に形成されている駆動回路は、駆動信号に基づく駆動電圧を各画素電極１４に印加する。これにより、液晶３１は各画素電極１４と対向電極２１との電位差に応じて画素ごとに駆動する。
【００６９】
図３、図４Ａ、または、図４Ｂに示すように、光スイッチング素子６１は、光スイッチング素子１と同様に信号光を位相変調することができる。具体的には、光スイッチング素子６１は、信号光ＳＬの波面ＷＦの傾斜角θを位相速度の変化の割合に応じて制御することができる。即ち、光スイッチング素子６１は、画素ごとに位相速度を変化させて信号光ＳＬを所定の方向に反射する位相変調素子として機能する。光スイッチング素子６１が信号光ＳＬの波面ＷＦの傾斜角θを制御することにより、信号光ＳＬは目的の出力ポートに入射される。
【００７０】
図９に示すフローチャート、及び、図６に示す温度プロファイルを用いて、第２実施形態の光スイッチング素子６１の製造方法の一例を説明する。図９は光スイッチング素子６１の製造方法の一例をフローチャートとして示している。図６はシール材４０の熱処理条件の一例を温度プロファイルとして示している。図６において、縦軸はシール材４０の熱処理温度を示し、横軸は処理時間を示している。
【００７１】
オペレータは、図９に示すフローチャートのステップＳ２１にて、駆動基板１０に未硬化状態の光硬化性樹脂であるシール材４０を、画素領域１１の外周部に沿って画素領域１１を取り囲むように環状に塗布する。オペレータは、シール材４０を透明基板２０に塗布してもよい。即ち、オペレータは、駆動基板１０及び透明基板２０の少なくともいずれか一方にシール材４０を環状に塗布する。
【００７２】
オペレータは、ステップＳ２２にて、駆動基板１０及び透明基板２０の少なくともいずれか一方に塗布されたシール材４０の環状の領域内に、液晶３１を所定の量だけ塗布または滴下する。
【００７３】
オペレータは、ステップＳ２３にて、駆動基板１０と透明基板２０とを位置合わせする。さらにオペレータは、駆動基板１０と透明基板２０とをシール材４０により所定の間隙ＧＰを有するように貼り合わせる。オペレータは、駆動基板１０と透明基板２０との間隔（セルギャップ）が例えば１０μｍとなるように駆動基板１０と透明基板２０とを貼り合わせる。シール材４０の厚さは駆動基板１０と透明基板２０との間隔に相当する。シール材４０の厚さは例えば１０μｍである。
【００７４】
オペレータは、ステップＳ２４にて、例えば透明基板２０側からシール材４０に光を照射し、シール材４０を硬化させる。シール材４０が紫外線硬化性樹脂である場合、オペレータは、透明基板２０側からシール材４０に紫外線を照射し、シール材４０を硬化させる。駆動基板１０と透明基板２０とがシール材４０により貼り合わされた構造体を貼り合わせ構造体６２とする。貼り合わせ構造体６２は、液晶３１が間隙ＧＰに充填され、かつ、シール材４０によって封止されることにより形成された液晶層３０を有する。
【００７５】
プロジェクタ等の投射型液晶表示装置に用いられる画像表示素子としてＬＣＯＳ素子が用いられる場合、ＬＣＯＳ素子は強度変調により照明光を画像光に変換する。画像表示素子として用いられるＬＣＯＳ素子の液晶層の厚さは、通常１〜２μｍ程度である。
【００７６】
画像表示素子として用いられるＬＣＯＳ素子のシール材の厚さは液晶層の厚さに相当し、１〜２μｍ程度である。画像表示素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、光スイッチング素子６１としてＬＣＯＳ素子を用いる場合と比較してシール材が薄いため、シール材に光を照射することにより、シール材を目的の硬化状態とすることができる。
【００７７】
光スイッチング素子６１としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、ＬＣＯＳ素子は位相変調により信号光ＳＬを所定の方向に反射させる。２πの位相変調を確保するためには、液晶層３０は１０μｍ程度の厚さが必要である。光スイッチング素子６１として用いられるＬＣＯＳ素子のシール材４０の厚さは液晶層３０の厚さに相当し、１０μｍ程度である。
【００７８】
透明基板２０側から紫外線硬化性樹脂であるシール材４０に紫外線が照射されることにより、シール材４０は透明基板２０側から駆動基板１０側に向かって硬化が進行する。硬化した紫外線硬化性樹脂は、未硬化状態の紫外線硬化性樹脂と比較して、通常、紫外線に対する透過率が低下する。そのため、シール材４０が１０μｍと厚い場合、シール材４０に照射される紫外線の光強度を大きくしてもシール材４０の硬化が不十分となる場合がある。
【００７９】
シール材４０の硬化が不十分であると、シール材４０は未硬化成分を含むため、シール材４０と駆動基板１０と透明基板２０とによって間隙ＧＰに封止された液晶３１中に未硬化成分が溶け出したり析出したりするため、液晶３１の配向を阻害する要因となる。即ち、未硬化成分の液晶層中への溶出または析出は、光スイッチング素子としての性能を悪化させる要因となる。
【００８０】
そこで、オペレータは、ステップＳ２５にて、貼り合わせ構造体６２、具体的にはシール材４０に対して温度の異なる多段階の熱処理を実行する。具体的には、オペレータは、シール材４０を少なくとも２つの異なる温度で熱処理する。例えば、オペレータは、貼り合わせ構造体６２を、図６に示すように、第１の温度Ｔ１で第１の時間Ｐ１だけ熱処理（第２実施形態における第１の熱処理）し、さらに第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）で第２の時間Ｐ２だけ熱処理（第２実施形態における第２の熱処理）する。
【００８１】
第１の熱処理は予備加熱処理であり、第２の熱処理は本加熱処理である。オペレータは、第１の熱処理と第２の熱処理とを連続して行うことが望ましい。紫外線硬化性樹脂であるシール材４０は、紫外線による光照射と少なくとも２つの異なる温度による多段階の熱処理とによって硬化する。シール材４０に光を照射してシール材４０を硬化させ、さらにシール材４０を予備加熱した後に本加熱することにより、シール材４０を目的の硬化状態にすることができる。
【００８２】
例えば、第１の温度Ｔ１は７０℃であり、第２の温度Ｔ２は１２０℃であり、第１及び第２の時間Ｐ１及びＰ２は各２時間である。第１及び第２の温度Ｔ１及びＴ２、及び、第１及び第２の時間Ｐ１及びＰ２は、シール材４０を形成する光硬化性樹脂の種類、シール材４０の厚さ、及び、貼り合わせ構造体６２の構成等に応じて適宜設定されるものである。
【００８３】
さらに、オペレータは、第１の温度Ｔ１に到達するまでの昇温速度ＩＲ１、及び、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２に到達するまでの昇温速度ＩＲ２よりも遅い降温速度ＤＲで貼り合わせ構造体６２を徐冷却する。これにより、シール材４０に対する熱硬化応力を低減することができるため、画素領域１１内におけるセルギャップを均一にすることができる。
【００８４】
オペレータは、ステップＳ２６にて、液晶３１の配向方向を揃えるために、液晶３１を配向処理する。具体的には、オペレータは、液晶３１が所定の配向方向に相転移するように、貼り合わせ構造体６２を熱処理（第２実施形態における第３の熱処理）する。第３の熱処理により、液晶３１の配向方向を信号光ＳＬの偏向方向と同じにすることができる。
【００８５】
信号光ＳＬの偏向方向と液晶３１の配向方向とを同じにすることにより、光スイッチング素子６１は、直線偏光が楕円偏光へと変調され、ｐ偏光がｓ偏光成分を有する、または、ｓ偏光がｐ偏光成分を有することによって生じる信号光ＳＬの減衰を抑制して、信号光ＳＬを効率的に反射させることができる。
【００８６】
ステップＳ２６の処理が完了すると、オペレータは、全ての処理を終了させる。上記のステップＳ２１〜Ｓ２６により、光スイッチング素子６１を製造することができる。なお、オペレータは、第１〜第３の熱処理等によって貼り合わせ構造体６２に生じた残留応力を取り除くためのアニール処理を行ってもよい。
【００８７】
第２実施形態の光スイッチング素子の製造方法によれば、光硬化性樹脂であるシール材４０に光を照射し、さらに少なくとも２つの異なる温度による多段階の熱処理を実行することにより、シール材４０を目的の硬化状態にすることができる。これにより、光スイッチング素子６１としてＬＣＯＳ素子を用いた場合に、シール材４０に含まれる未硬化成分の液晶層３０中への溶出または析出に起因する光スイッチング素子の性能の悪化を抑制することができる。
【００８８】
本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、上記のステップＳ１〜Ｓ９の少なくともいずれかのステップ、または、全てのステップを製造装置が実行してもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１，６１  光スイッチング素子
１０  駆動基板（第１の基板）
１４  画素電極
２０  透明基板（第２の基板）
２１  対向電極
３０  液晶層
３１  液晶
４０  シール材
４１  液晶注入部
５０  封止材
ＧＰ  間隙
ＳＬ  信号光
ＷＦ  波面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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