(57)【要約】【課題】可撓性基板を有する液晶変調素子に対し、湾曲させる大きな外力が加わった場合においても、液晶層の膜厚が変化せず液晶の配向の乱れを防止し得る、製造が簡易かつ確実で製造精度が良好な液晶光変調素子の製造方法を提供する。【解決手段】各透明基板２ａ，２ｂ上に透明電極１ａ，１ｂを形成する（Ｓ１）。次に、一方の透明電極１ａ，１ｂ上に、フォトリソグラフィー法を用いて、多数個の樹脂構造物４を形成する（Ｓ２）。次に、各々透明電極１ａ，１ｂを付設した透明基板２ａ，２ｂを、互いに透明電極１ａ，１ｂが対向するように配置するとともに、液晶３を含む組成物を挟み込む（Ｓ３）。この液晶３を含む組成物には、予め紫外線硬化樹脂を添加しておく。次に、他方の基板２ｂ，２ａ側から、上記樹脂構造物４の自由端面に対応した位置に紫外線を照射する（Ｓ４）。これにより、樹脂構造物４の自由端面と他方の基板２ｂ，２ａとが接着する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を各々設けた上下２つの基板を、液晶組成物が封入された状態で該電極が互いに対向するように配置し、該２つの基板の間隔が所定間隔に維持されるように、これら２つの基板間に樹脂構造物を介在させてなる液晶光変調素子の製造方法において、
前記樹脂構造物は前記上下２つの基板の一方に形成されるように、かつ他方に接着されるように構成し、
この接着の操作は、前記液晶組成物に紫外線硬化樹脂を添加しておき、紫外線を該樹脂構造物に対向する該他方の基板の所定部分に照射し、該照射により生じる光重合相分離反応により該樹脂構造物の端部に選択的に該紫外線硬化樹脂を凝集させ、該樹脂構造物と該他方の基板とを接着させることにより行われることを特徴とする液晶光変調素子の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂構造物を前記上下２つの基板の一方に形成する際には、フォトリソグラフィー法が用いられることを特徴とする請求項１記載の液晶光変調素子の製造方法。
【請求項３】
前記液晶組成物として、スメクティック液晶、ネマティック液晶、コレステリック液晶、および、これらの液晶のいずれかと樹脂との複合構造体のうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項１または２記載の液晶光変調素子の製造方法。
【請求項４】
前記上下２つの基板のいずれかに光を反射する光反射構造を形成する工程を有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素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項記載の液晶光変調素子の製造方法を用いたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶光変調素子の製造方法および液晶表示装置の製造方法に関し、特に、上下２つの可撓性基板間に所定厚の液晶層を確保するために、可撓性基板間に樹脂構造物を介在させてなる液晶光変調素子の製造方法および液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶光変調素子を用いた表示装置においては、表示部の大型・軽量化や、折り曲げ可能なフレキシブル化を可能とするため、液晶光変調素子の基板として軽量で柔軟な基板を用いるようにしたてものが知られている。このような液晶光変調素子においては、液晶層を形成するために、上下２つの可撓性基板の間に液晶封入用の閉空間を形成するようにしている。
【０００３】
ところで、このような可撓性基板としては、薄いガラス基板や柔軟なプラスティックフィルム基板等などを用いることになるが、このような液晶光変調素子に物理的外圧が加えられると基板が変形し、上記２つの基板間隔が変化してしまう。
このよう基板間隔が変化すると、液晶層の膜厚の均一性が損なわれるため、高品質な光変調が困難となってしまう。
【０００４】
特に強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用いた液晶光変調素子の場合には、液晶層自体に大きな外力が加わると液晶の配向が乱れるため、基板が変形しても液晶層の膜厚を一定に保持することが不可欠とされており、液晶層の膜厚の均一性を良好に維持したいという要求は極めて強い。
【０００５】
そこで、可撓性基板を用いつつも、物理的外圧に対して容易に基板間隔が変化しない構造が必要となるが、このような基板間隔を一定に保持する構造としては基板間にスペーサを介在させる手法が知られている。
【０００６】
このようなスペーサの介在手法としては、基板上にスペーサを散布する構造が知られているが、この手法によっては、基板の変形に伴いスペーサが移動して液晶層の膜厚の均一性を良好に維持することが困難という問題があった。
【０００７】
こうした課題に対し、周囲に熱可塑性の樹脂を物理的にコーティングした微小なスペーサ球を基板上に散布し、熱処理により基板に接着させることで、基板の変形に伴うスペーサの移動を防止する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では表面処理層がスペーサ球散布時に剥がれ易く、液晶中に溶解して汚染するため、液晶光変調素子の光変調特性が劣化するという問題があった。また強い外力が加わるとスペーサ球が基板から剥離するという問題もあった。
【０００８】
また、スペーサを基板上に直接作製する手法としては、フォトリソグラフィー法を用い、フォトレジスト材料からなるスペーサを基板上に規則的に形成する手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−９４４２４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８７１２７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許文献２に開示された手法によっては、素子を湾曲させる力が加わった場合、スペーサが形成されていない基板と、このスペーサの上端面とが離れてしまい、この結果、上述した従来技術と同様に液晶層の膜厚が変化してしまうという問題があった。勿論、上記特許文献１に開示された手法によっても同様の問題が発生する。
【００１１】
このように、従来の技術により作製された液晶光変調素子では、外力が加わり基板が湾曲変形した場合、液晶層の膜厚を一定に保持することが困難であった。
【００１２】
そこで、スペーサが形成されていない基板と、このスペーサの上端面とを接着する手法が考えられるが、その接着操作は、２つの基板間に液晶組成物を封入し、樹脂構造物を介在させた状態で、しかもなるべく非接触で行なうことが、製造の簡易化、確実性および製造精度の点から望ましい。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、素子を湾曲させる外力が加わった場合においても、液晶層の膜厚が変化せず液晶の配向の乱れを防止し得る、製造が簡易かつ確実で製造精度が良好な液晶光変調素子の製造方法および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶光変調素子の製造方法は、以下のような特徴を備えている。
【００１５】
すなわち、電極を各々設けた上下２つの基板を、液晶組成物が封入された状態で該電極が互いに対向するように配置し、該２つの基板の間隔が所定間隔に維持されるように、これら２つの基板間に樹脂構造物を介在させてなる液晶光変調素子の製造方法において、
前記樹脂構造物は前記上下２つの基板の一方に形成されるように、かつ他方に接着されるように構成し、
この接着の操作は、前記液晶組成物に紫外線硬化樹脂を添加しておき、紫外線を該樹脂構造物に対向する該他方の基板の所定部分に照射し、該照射により生じる光重合相分離反応により該樹脂構造物の端部に選択的に該紫外線硬化樹脂を凝集させ、該樹脂構造物と該他方の基板とを接着させることにより行われることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記樹脂構造物を前記上下２つの基板の一方に形成する際には、フォトリソグラフィー法も用いることが望ましい。
【００１７】
また、前記液晶組成物としては、スメクティック液晶、ネマティック液晶、コレステリック液晶、および、これらの液晶のいずれかと樹脂との複合構造体のうちのいずれかを用いることが望ましい。
【００１８】
さらに、反射型の液晶表示素子の製造方法においては、前記上下２つの基板のいずれかに、光を反射する光反射構造を形成する工程を含むことが望ましい。
【００１９】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、上述したいずれかの液晶光変調素子の製造方法を用いて製造することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る液晶光変調素子の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施例により製造された液晶光変調素子の模式的構成（断面図）を示すものである。図示するように、この液晶光変調素子は、各々透明電極１ａ，１ｂが付設された透明基板２ａ，２ｂの間に、液晶３を含む組成物と、２つの基板２ａ，２ｂ間に介在する樹脂構造物４を挟んだ構造とされている。
この液晶光変調素子では、透明電極１ａ，１ｂ間に電圧が印加されると、液晶３の分子配列が変化するため、液晶３に入射した光を外部電圧により変調することが可能となる。
【００２２】
次に、液晶光変調素子の製造方法についての概略を説明する。
まず、各透明基板２ａ，２ｂ上に透明電極１ａ，１ｂを形成する（Ｓ１）。この透明電極１ａ，１ｂは、例えば、錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）等を各透明基板２ａ，２ｂ上に蒸着することにより形成される。勿論、蒸着法以外の、一般的な他の膜形成手法が採用可能である。
【００２３】
次に、一方の透明電極１ａ，１ｂ（あるいは一方の透明基板２ａ，２ｂ）上に、フォトリソグラフィー法を用いて、多数個の樹脂構造物４を形成する（Ｓ２）。
【００２４】
次に、各々透明電極１ａ，１ｂを付設した透明基板２ａ，２ｂを、互いに透明電極１ａ，１ｂが対向するように配置するとともに、上記液晶３を含む組成物を挟み込む（Ｓ３）。この液晶３を含む組成物には、予め後述するような紫外線硬化樹脂を添加しておく。
なお、上記液晶３を含む組成物は、いずれかの基板２ａ，２ｂ上に塗布するようにし、その後、上記透明基板２ａ，２ｂを、互いに透明電極１ａ，１ｂが対向するように配置してもよい。
【００２５】
次に、樹脂構造物４が形成されていない、いずれか他方の基板２ｂ，２ａ側から、上記樹脂構造物４の自由端面に対応した位置に紫外線を照射する（Ｓ４）。これにより、液晶３を含む組成物中に添加されている紫外線硬化樹脂が、光重合相分離反応により樹脂構造物４の上記自由端面に凝集せしめられ、この樹脂構造物４の自由端面と、上記樹脂構造物４が形成されていない、いずれか他方の基板２ｂ，２ａとが接着する。
【００２６】
このように、上記樹脂構造物４は透明基板２ａ，２ｂ間に規則的もしくは不規則的に配置され、また両方の端面が基板２ａ、２ｂと固設または固着されているため、基板２ａ、２ｂを湾曲させるような外力が加わっても、両基板２ａ、２ｂ間のギャップを均一に保持することができ、液晶３の配列が乱れるのを防止することが可能である。
【００２７】
また、上記樹脂構造物４は、まず一方の基板２ａ，２ｂ上に形成される工程により、次に他方の基板２ｂ，２ａと接着される工程により、両基板２ａ，２ｂと各々固定されるため、配置や厚みを的確に制御することができる。
【００２８】
なお、全ての上記樹脂構造物４が一方の基板２ａ，２ｂ上に形成されることが、製造の簡易化等の点で望ましいが、複数の樹脂構造物４のうち一部は一方の基板２ａ，２ｂに、その余は他方の基板２ｂ，２ａに形成することも可能であり、この場合は、樹脂構造物４の形状が基板２ａ，２ｂ毎に、互いに異なるものとすることが可能である。
【００２９】
さらに、上記樹脂構造物４と、上記他方の基板２ｂ，２ａとの接着は、紫外線照射量を制御しながら、しかも非接触で行なうことができるので、製造の簡易化を図ることができ、接着の確実性および製造精度を向上させることができる。
【００３０】
また、上記樹脂構造物４を基板２ａ，２ｂ上に形成する手法としては、フォトリソグラフィー法が膜厚や配置を制御するには最も有効であるが、その他の手法を用いて形成することも可能である。
【００３１】
具体的には、例えば、上記樹脂構造物４をネガ型のフォトレジストを用いて形成する場合、まず、フォトレジストの溶液を基板２ａ，２ｂ上に塗布し、樹脂構造物４を形成する部分に所定のパターン露光を施した後、非露光部分を現像液で除去することにより形成することが可能である。また、この製造工程において、必要に応じて焼成工程や現像液を洗い流す工程等を加えても良く、一般的なフォトリソグラフィー法で用いられる工程を、全て採用可能である。
【００３２】
勿論、ポジ型のフォトレジストを用いて形成することも可能であり、その際は樹脂構造物４を形成しない部分をパターン露光し、露光した部分を現像液で除去することにより樹脂構造物４を形成でき、この場合にもネガ型のフォトレジストを用いた場合と同様に、必要に応じて焼成工程や現像液を洗い流す工程等を加えても良く、一般的なフォトリソグラフィー法で用いられる工程は、全て採用可能である。
【００３３】
一方の基板２ａ，２ｂ上に形成された上記樹脂構造物４を、他方の基板２ｂ，２ａに接着する手法としては、前述したように、液晶３を含む組成物中に紫外線硬化樹脂を予め添加しておき、この液晶３を含む組成物を両基板２ａ，２ｂ間に挟み込んだ後、上記他方の基板２ｂ，２ａの外部から、樹脂構造物４の自由端面と対応する部分に紫外線を照射し、これにより光重合相分離反応を生ぜしめ、樹脂構造物４の自由端面に選択的に紫外線硬化樹脂を凝集させて、樹脂構造物４の自由端面と上記他方の基板２ｂ，２ａを接着させるようにすることが望ましい。
【００３４】
その際、液晶３を含む組成物中に添加する紫外線硬化樹脂の材料としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、メラニン樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニールアセテート、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコーン樹脂、またはこれらの共重合体等があるが、これら以外の高分子樹脂を適用することも可能である。
【００３５】
また、紫外線硬化樹脂を樹脂構造物４の自由端面付近に選択的に凝集させるためには、紫外線の強度を２００ｍＷ／ｃｍ２以下にすることが望ましいが、より接着強度を高めるために２００ｍＷ／ｃｍ２以上の強い紫外線を照射しても良い。
その際、紫外線の波長は３７５ｎｍ程度が好ましいが、より短波長の波長を用いることにより、樹脂構造物４と上記他方の基板２ｂ，２ａとの間で効率的に重合反応を促進させて接着性を高めることも可能である。
【００３６】
また、より的確に光重合相分離反応を促進させるためには、フォトマスクを用いて紫外線を樹脂構造物４の自由端面に対応する部分に選択的に照射するようにすることが望ましい。
【００３７】
また、上述した接着処理は、上記他方の基板２ｂ，２ａのラミネート時に行われることが望ましいが、紫外線の照射をラミネート後の所定期間経過後に行なうようにすることも可能である。
【００３８】
また、上述した樹脂構造物４を構成する樹脂自体の分子の配向方向に異方性を付与した場合、光変調を行なう際に樹脂構造物近傍での液晶の配向乱れを低減することが可能となる。ただし、分子の配向方向に異方性を与えることは必ずしも必要とされない。
【００３９】
光変調素子の外力に対する耐性を最も高めるためには、樹脂構造物４の形状を壁構造とすることが好ましく、壁の厚みは１μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが望ましい。その際、壁の配置を、基板２ａ、２ｂ側からみて、格子状あるいはストライプ状とした場合、壁の間隔が画素ピッチと一致する場合が最適であるが、外力に対する耐性に応じて間隔を適宜設定することができる。また壁構造は直線状でなく曲線状であっても良く、さらに壁の厚みや長さは全て一定でなくても良い。
【００４０】
樹脂構造物４は上記の壁構造の他、基板２ａ、２ｂ側からみて、１μｍ以上かつ２００μｍ以下の円内に収まる大きさのドット状とし、島状に配置することもできる。その場合には、隣り合う樹脂構造物４の距離が、樹脂構造物４のドットの直径より大きいことが望ましいが、外力に対する耐性が十分に得られない場合はこの限りではない。
【００４１】
また、樹脂構造物４をドット状とした場合、各樹脂構造物４は対称性の良い円柱状とすることが好ましいが、これに限定されるものではなく、さらに柱の幅は一定でなくても良い。
また、樹脂構造物４は、上記の壁構造とドット状の構造を組み合わせることも可能である。
【００４２】
なお、上述した樹脂構造物４は、図１に示すように一方の電極１ａ，１ｂ上に形成されているが、一方の基板２ａ，２ｂ上に直接形成することも可能である。また、上記光変調素子において十分な光変調を行なうためには、基板２ａ、２ｂ側から観察した面内領域において、樹脂構造物４の占める面積が、液晶３を含む組成物の占める面積の０．５％以上かつ３０％以下であることが望ましいが、より素子の機械強度を高める場合には３０％より大きい面積比率で形成しても良い。
【００４３】
また、液晶３の材料として、ネマティック液晶、強誘電液晶もしくは反強誘電性液晶を含むスメクティック液晶、コレステリック液晶、またはディスコティック液晶を用いることが可能である。
また、液晶３を含む組成物の内部にポリマーを分散させても良く、そのポリマーの形状は粒子状、包皮状、繊維状など、あらゆる形態をとることができる。
【００４４】
液晶３を含む組成物の内部にポリマーを分散させる場合、そのポリマーの材料としてはメタクリル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、メラニン樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニールアセテート、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコーン樹脂、またはこれらの共重合体などがあるが、これらに限られるものではない。
【００４５】
なお、液晶３を含む組成物の厚みをより適切に制御するための球状のスペーサが液晶中に分散されていても良いが、素子の光変調を考えた場合、球状のスペーサを分散させないことが望ましい。
【００４６】
また、上記透明基板２ａ，２ｂとしては、薄くて柔軟なプラスティックフィルムや薄いガラス板を用いることが可能である。
【００４７】
上記のプラスティックフィルムの材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、アセチルセルロース、ポリスチレン、ポリエチレン及びそれらの変性体等がある。
【００４８】
なお、上述した液晶光変調素子においては、上下２つの基板および電極をいずれも透明基板および透明電極としているが、反射型の液晶光変調素子を作製する場合には、光入射側のみの基板および電極を透明とすることも可能である。
この場合、例えば、基板の一方に、反射板および電極を兼用できる電気伝導性の反射体を付加することにより、低消費電力の反射型の液晶光変調素子を作製することができる。
【００４９】
なお、各基板２ａ、２ｂとそれに対応する電極１ａ、１ｂの間には、カラーフィルターやブラックマトリクスなどが設けられていても良く、さらに液晶３を含む組成物と接する部分に、摩擦（ラビング）処理や光配向処理されたポリイミド樹脂あるいはポリビニルアルコール樹脂、さらには斜方蒸着により形成されたＳｉＯ，ＳｉＯ２等からなる配向膜を形成することも可能であり、従来の液晶光変調素子に用いられる構造はすべて適用することができる。
【００５０】
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法においては、上述した液晶光変調素子に、放電灯等からなるバックライト用光源を設けることにより、素子を湾曲させる外力が加わった場合においても、液晶層の膜厚が変化せず液晶の配向の乱れを防止し得る、液晶表示装置を製造することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶光変調素子の製造方法および液晶表示装置の製造方法によれば、樹脂構造物を上下２つの基板の一方に形成されるように、かつ他方に接着されるように構成し、液晶組成物に紫外線硬化樹脂を添加しておき、紫外線を該樹脂構造物が形成されていない基板の所定部分に照射し、該照射により生じる光重合相分離反応により該樹脂構造物の端部に選択的に該紫外線硬化樹脂を凝集させ、該樹脂構造物と基板とを接着させることにより行われるようにしている。
【００５２】
したがって、素子を湾曲させる外力が加わった場合においても、液晶層の膜厚が変化せず液晶の配向の乱れを防止することが可能である。
また、樹脂構造物と基板との接着は、紫外線照射量を制御しながら、しかも非接触で行なうことができるので、製造の簡易化を図ることができ、接着の確実性および製造精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態方法により製造された液晶光変調素子を示す模式図（断面構成図）
【図２】本発明の実施形態方法の概略を示すフローチャート
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…透明電極（電極）
２ａ，２ｂ…透明基板（基板）
３…液晶
４…樹脂構造物
【図１】
2004219769.tif 000003
【図２】
2004219769.tif 000004