JP2005003757A - 厚さを制御した誘電体膜の製造方法、液晶素子及び液晶素子の製造方法 - Google Patents
厚さを制御した誘電体膜の製造方法、液晶素子及び液晶素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】液晶層の厚さが０に近い部分を有さず、かつ、１対の電極のみで、リターデーションを効果的に制御することのできる液晶素子を製造する。
【解決手段】第１の透明基板と、第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層と、透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、第２の透明基板の、第１の透明基板に向き合う面上に形成される第２の透明電極と、第２の透明電極上方に形成される第２の配向膜と、第１の配向膜と第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子を製造する。
【選択図】 図６
【解決手段】第１の透明基板と、第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層と、透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、第２の透明基板の、第１の透明基板に向き合う面上に形成される第２の透明電極と、第２の透明電極上方に形成される第２の配向膜と、第１の配向膜と第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子を製造する。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚さを制御した誘電体膜の製造方法に関する。また、液晶素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶を用いた光制御については、以下の方法が知られている。
【０００３】
たとえば液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）では、パターニングされたＩＴＯ等により多数の画素を形成し、各々の画素に電圧を印加し、画素部分の液晶層の配向を制御している。また、複数の電極で有効な液晶領域を分割し、分割領域ごとに印加電圧の制御を行って、通過する光の焦点距離を変化させる液晶素子（液晶レンズ素子）も提案されている。（たとえば、特許文献１参照。）
液晶素子のセル厚を制御する方法としては、感光性材料膜（光学的透過膜）を用いて、複数回成膜及びフォトリソグラフィを行う方法、グレイスケールフォトマスクを用いること等によって、基板上の感光性材料膜（光学的透過膜）を所望の厚さに制御する方法が知られている。また、基板が所定の凹凸形状に作製された液晶素子も提案されている。（たとえば、特許文献２参照。）
また、液晶素子を製造する方法としては、一方の基板に紫外線硬化性シール剤で所定のパターンを形成し、基板上に所定量の液晶を滴下し、もう一方の基板を重ね合わせた後、紫外線領域の光を照射して、シール剤を硬化させる製造方法（液晶滴下重ね法）等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８１６００号公報
【特許文献２】
特公平７−７７０３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の電極ごとに印加電圧を変化させ、液晶層の配向を制御することで、光制御を行う方法は、任意の２次元配向状態を得やすい反面、駆動回路が複雑となり、更に、多数の配線を必要とするために、製造が難しかった。また、パターンを構成する複数の電極間に存する液晶領域の制御も困難であった。電極分割に伴い、開口率が低下する等の問題が生じた。
【０００６】
感光性材料膜（光学的透過膜）に複数回、成膜及びリソグラフィを行い、光学的透過膜を所望の膜厚に制御する方法は、工程が複雑となり、更に、感光性材料膜（光学的透過膜）に、なだらかな断面形状を形成することが難しかった。また、グレイスケールフォトマスクを用いて、基板上の感光性材料膜（光学的透過膜）の膜厚を制御する方法には、フォトマスクが非常に高価である等の問題があった。
【０００７】
紫外線硬化性シール剤を用いる製造方法においては、紫外線硬化性シール剤が硬化前に液晶と接触した場合、特に、シール近傍の液晶の配向性や、抵抗値等の物性に、悪影響を与えるという問題があった。この問題は、熱硬化性シール剤を用いて製造する場合にも同様に生じた。
【０００８】
図１７は、液晶素子の面内中心を通る直線に沿った断面における相対リターデーション（実効液晶屈折率×液晶層厚）分布の一例を示すグラフである。横軸は、断面位置を、液晶素子の中心を０、直線断面の両端を±１として示し、縦軸は、相対リターデーションを、最大値が０、最小値が−１となるように示した。たとえば、図１７に示したような相対リターデーションの分布曲線を、電圧を印加すること等により、形状類似のまま変化させることができれば、この液晶素子を、焦点距離を制御可能な光学素子（液晶レンズ素子）として用いることができる。
【０００９】
この光学素子（液晶レンズ素子）を２枚の平行平板基板間に液晶を満たした液晶素子で実現するとすれば、通常、液晶層を挟む電極にパターンを形成し、各々のパターン部分を独立に電圧制御する方法が採用される。
【００１０】
電極パターンを形成し、パターン部分ごとに液晶層の電圧制御を行う方法以外の方法も考えられる。たとえば、液晶層を挟む一対の基板の少なくとも一方の面上に厚さの変化する透明誘電体層を形成し、２枚の基板を対向配置することにより、厚さの変化する空間を形成する。この空間に液晶を充填することにより、図１７に示すような相対リターデーションの分布を実現できる。
【００１１】
図１８は、図１７に示した相対リターデーション分布を簡略化したグラフである。素子内の液晶層の厚さを透明誘電体で制御することにより、図１８に示すような線形的な相対リターデーション分布が実現される液晶素子について考える。
【００１２】
図１９は、平行平板基板間の液晶層厚を、透明誘電体で制御した液晶素子の一例を示す概略的な断面図である。
【００１３】
平行に配置された透明で平板なガラス基板６１、６２の一方（図においては、ガラス基板６２）に、位置によって厚さの異なる透明誘電体層６３が形成されている。透明誘電体層６３の表面、及び、透明誘電体層６３が形成されていない他方のガラス基板（図においては、ガラス基板６１）に、それぞれ透明電極６５、６４が形成されている。２つの透明電極６４、６５上には、それぞれ配向膜７０、７１が形成されている。２つの配向膜７０、７１間に液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０により、任意の電圧を印加することができる。
【００１４】
図１９に示す液晶素子においては、透明誘電体層６３の厚さを場所により変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。なお、図１９に示す液晶素子は、透明電極６５が、透明誘電体層６３の表面を覆うように形成され、液晶層６６が、２つの透明電極６４、６５上の配向膜７１、７０間に挟持される構造を有する。
【００１５】
透明電極が、透明誘電体層の表面を覆うように形成され、液晶層が、２つの透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００１６】
図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。両グラフとも、横軸は、液晶素子の断面位置を、液晶素子の一方の端部（基準点）からの距離で示す。単位は「μｍ」である。図２０（Ａ）の縦軸は、液晶層厚を、単位「μｍ」で示す。図２０（Ｂ）の縦軸は、リターデーションを、単位「ｎｍ」で示す。
【００１７】
なお、電圧の印加に当たっては、８つの分布形状が類似のリターデーション分布が得られるように、レベル１〜レベル８の８つの電圧を選択した。レベル８の印加電圧は０Ｖ（無印加）である。レベル１からレベル８に向かうにつれ、印加電圧は小さくなる。なお、電圧無印加時の液晶の配向は水平であるとし、液晶材料の誘電率異方性を正として計算した。
【００１８】
図２０（Ａ）を参照する。図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するためには、液晶素子断面の両端（液晶素子の外周）における液晶層の厚さを０に近づける必要があることがわかる。なお、一般に、透明電極が、透明誘電体層の表面を覆うように形成され、液晶層が、２つの透明電極上の配向膜間に挟持される構造を有する液晶素子では、電圧印加によるリターデーション制御が不要な領域については、液晶層厚を０に近い値にする必要がある。これは電極が一括であるため、リターデーションを制御したくない部分に液晶層があると、リターデーションが変化してしまうためである。
【００１９】
図２０（Ｂ）を参照する。図２０（Ａ）に示す液晶層厚分布を有する液晶素子に印加した（無印加も含む。）レベル１〜レベル８のすべての電圧において、図１８に示すようなリターデーション分布と類似の分布形状が得られることがわかる。
【００２０】
図２０（Ａ）及び（Ｂ）からわかるように、図１８に示すリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を得るためには、液晶層の外周に沿う部分の厚さを０に近づけなければならない。このため、２つの電極間でショートが生じる可能性がある。また、液晶層厚が０に近い領域が液晶層の外周に存在すると、液晶素子製造に当たって、最も用いられる液晶注入法である「真空注入法」を使用することが困難になるという問題も発生する。
【００２１】
なお、図１９に示す液晶素子においては、ガラス基板６２上に、位置によって連続的に厚さの変化する透明誘電体層６３が積層されている。このような、位置によって、連続的に厚さの変化する透明誘電体層６３は、光の透過率が０％または１００％である２値フォトマスクで密着露光を行い、１回だけの露光で形成することは非常に困難である。１回の露光では、位置によって、厚さが２つの値のみをとる透明誘電体層が形成される。
【００２２】
本発明の目的は、マスク上の位置により単位面積当たりの開口率の異なる２値フォトマスクを用い、膜厚を制御することのできる誘電体膜の製造方法を提供することである。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、液晶層の厚さが０に近い部分を有さず、かつ、１対の電極のみで、リターデーションを効果的に制御することのできる液晶素子、及び、その効率的な製造方法を提供することである。
【００２４】
更に、本発明の他の目的は、高品質の液晶素子を製造する方法、及び、その方法で作製した液晶素子を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、感光性誘電体膜の形成された基板を準備する工程と、複数の開口を有する２値フォトマスクであって、該２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを、前記感光性誘電体膜から離して配置する工程と、前記２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記感光性誘電体膜を露光する工程と、前記露光された感光性誘電体膜を現像し、位置により厚さが連続的に変化する誘電体膜を得る工程とを有する厚さを制御した誘電体膜の製造方法が提供される。
【００２６】
この厚さを制御した誘電体膜の製造方法によれば、安価な２値フォトマスクを用いて１回露光を行うことにより、任意の厚さ分布を有する透明誘電体膜を形成することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の他の観点によれば、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層と、前記透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上に形成される第２の透明電極と、前記第２の透明電極上方に形成される第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子が提供される。
【００２８】
また、本発明の他の観点によれば、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層と、前記第１の透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さの異なる第２の透明誘電体層と、前記第２の透明誘電体層上を含む領域に形成される第２の透明電極と、前記第２の透明電極上に形成される第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子が提供される。
【００２９】
これらの液晶素子は、透明電極上に透明誘電体層が形成される構造を有する。一対の透明電極で、リターデーションを効果的に制御することが可能である。また、液晶層の厚さが０に近い部分をもたないため、液晶素子の電極間でショートは生じず、これらの液晶素子を製造する際には、液晶層を真空注入法で形成することができる。更に、液晶滴下重ね法を用いて、これらの液晶素子を高品質に製造することも可能である。
【００３０】
更に、本発明の他の観点によれば、（Ａ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、（Ｂ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層を形成する工程と、（Ｃ）前記透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、（Ｄ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上に、第２の透明電極を形成する工程と、（Ｅ）前記第２の透明電極上方に第２の配向膜を形成する工程と、（Ｆ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程とを有する液晶素子の製造方法が提供される。
【００３１】
更に、本発明の他の観点によれば、（Ｋ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、（Ｌ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層を形成する工程と、（Ｍ）前記第１の透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、（Ｎ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上の少なくとも一部に、位置によって厚さが連続的に異なる第２の透明誘電体層を形成する工程と、（Ｐ）前記第２の透明誘電体層上を含む領域に、第２の透明電極を形成する工程と、（Ｑ）前記第２の透明電極上に第２の配向膜を形成する工程と、（Ｒ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程とを有する液晶素子の製造方法が提供される。
【００３２】
これらの液晶素子の製造方法によれば、１対の電極のみで効果的にリターデーションを制御することのできる液晶素子を製造することが可能である。また、２値フォトマスクを用いて１回露光を行うことにより、任意の厚さ分布を有する透明誘電体層を形成することができるので、液晶素子を効率的に製造することが可能である。更に、液晶層を形成する際には、真空注入法を用いることができる。また、液晶滴下重ね法を用いて、高品質の液晶素子を製造することも可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を用いて、第１の実施例について説明する。第１の実施例は、複数の開口部を有し、光の透過率が０％または１００％である２値フォトマスクを用いて、厚さを制御した誘電体膜を得る方法に関する。
【００３４】
まず、本願発明者らが行った予備実験について記述する。本願発明者らは、基板上に形成された感光性誘電体膜に、２値フォトマスクの開口部を通した光を照射する実験を行った。
【００３５】
基板としては、透明電極付きの透明で平板なガラス基板を用いた。この基板の透明電極上に、透明な誘電体膜となる感光性レジスト、ここではＮＮ７７７（ＪＳＲ製）を、スピンコートで塗布した。この感光性レジストは、強い紫外線を照射した部分が残膜する紫外線硬化性のネガ型レジストであり、ある露光量までは露光の積算強度に比例して残膜の膜厚が厚くなる性質を有する。
【００３６】
この感光性レジストを塗布した基板と、紫外線に対する透過率が０％または１００％の２値フォトマスクとを、密着させず、間隔を置いて配置し、紫外線を、２値フォトマスクを通して、感光性レジストを塗布した基板に露光した。
【００３７】
図１は、第１の予備実験に使用した、ドット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。開口パターンは、４つの合同な正方形状の開口部を１単位として構成される。４つの正方形状の開口部は、各々の開口部の中心が、１つの菱形の４頂点に位置するように、形成されている。菱形の２本の対角線の長さは、それぞれ０．１９２５ｍｍ、０．１６６５ｍｍと定めた。したがって、隣り合う２つの正方形状の開口部については、それらの中心は、菱形の長い方の対角線と平行な方向に０．０９６２５ｍｍ、短い方の対角線と平行な方向に０．０８３２５ｍｍだけ離れていることになる。なお、４つの正方形状の開口部はすべて、平行な一組の辺が、菱形の対角線の１つと平行になるように形成されている。
【００３８】
第１の予備実験では、図１に示すような開口パターンを有する２値フォトマスクを通して、紫外線を、ネガ型感光性レジストを塗布した基板に露光した。その際、正方形状の開口部の大きさを変えることにより、マスクの単位面積当たりの開口率を、マスク上の位置により変化させて、ネガ型感光性レジスト膜の厚さを測定した。更に、紫外線の露光時間を変えて、ネガ型感光性レジスト膜の厚さを測定した。
【００３９】
図２は、開口ドット角と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。横軸は、ドット角を単位「μｍ」で表し、縦軸は、レジスト膜厚を単位「μｍ」で表す。白四角間を点線で繋いだ曲線は露光時間が１０ｓｅｃ、白丸間を一点鎖線で繋いだ曲線は露光時間が４３ｓｅｃの場合の両者の関係である。開口部のドット角とは、開口パターンを構成する正方形状の開口部における、正方形の対角線の長さを意味する。
【００４０】
測定に当たっては、厚さが５．５μｍの感光性レジスト膜を形成した基板に、紫外線を照射した。また、図１に示す開口パターンが、連続して２次元平面内に現れるように、図１の開口パターンを有するマスクを配置し、それらを通して紫外線を露光した。露光後、基板をアルカリ性溶液に一定時間浸した後、乾燥させ、触針式段差計を用いて、感光性レジスト膜の膜厚を測定した。グラフに表したのは、測定した膜厚の、単位面積当たりの平均である。
【００４１】
２つのグラフは、ともに、ドット角が大きくなるにつれ、すなわちマスクの開口率が増大し、感光性レジスト膜への紫外線の露光量が多くなるにつれ、レジスト膜厚も増加することを示している。また、２つのグラフの比較から、露光時間が長い方がレジスト膜厚が厚くなることがわかる。したがって、開口部がドット状に形成されている２値フォトマスクの開口率または露光時間を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。一般に、感光性レジスト膜に露光する紫外線の露光量を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。
【００４２】
図３は、第２の予備実験に使用した、スリット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。マスクには、開口幅１５μｍのスリットが、平行に、一定間隔で設けられている。
【００４３】
第２の予備実験では、図３に示すような開口パターンを有する２値フォトマスクを通して、紫外線を、感光性レジストを塗布した基板に露光し、隣り合う２つのスリット間の間隔（マスク幅）を変えることにより、マスクの開口率を変化させ、更に、紫外線の露光時間を変化させて、感光性レジスト膜の厚さを測定した。
【００４４】
図４は、マスク幅と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。横軸は、マスク幅を単位「μｍ」で表し、縦軸は、レジスト膜厚を単位「μｍ」で表す。白四角間を一点鎖線で繋いだ曲線は露光時間が１０ｓｅｃ、白丸間を実線で繋いだ曲線は露光時間が４３ｓｅｃの場合の両者の関係である。
【００４５】
第２の予備実験においても、第１の予備実験と同じく、厚さ５．５μｍの感光性レジスト膜を形成した基板に、紫外線を露光した。また、露光後も、第１の予備実験と同様の基板処理、膜厚測定を行った。
【００４６】
２つのグラフは、ともに、マスク幅が大きくなるにつれ、すなわちマスクの開口率が減少し、感光性レジスト膜への紫外線の露光量が少なくなるにつれ、レジスト膜厚も減少することを示している。また、２つのグラフの比較から、露光時間が長い方がレジスト膜厚が厚くなることがわかる。したがって、スリット状の開口を有する２値フォトマスクの開口率または露光時間を制御することによっても、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。前述したように、一般に、感光性レジスト膜に露光する紫外線の露光量を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。
【００４７】
２つの予備実験の結果から、単位面積当たりの開口率がマスク上で異なる２値フォトマスクを準備し、その２値フォトマスクの開口部を通して、紫外線硬化性の感光性レジスト膜（誘電体膜）に紫外線を１回露光することにより、感光性レジスト膜（誘電体膜）を３種類以上の厚さに制御することが可能となることがわかる。この制御は、前述した通り、通常の２値フォトマスク密着露光法による１回露光では非常に困難であった。
【００４８】
一般に、ある波長の光に対する透過率が０％または１００％の２値フォトマスクであって、その２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを通して、当該波長の光を光硬化性の誘電体膜に１回以上露光することにより、任意の厚さの誘電体膜を得ることができる。
【００４９】
なお、予備実験の結果、通常の密着露光法に必要な露光量の２倍〜数十倍の露光量の範囲で、誘電体膜の厚さ制御が可能であることがわかった。また、誘電体膜と２値フォトマスクとの間隔を、０．５ｍｍ〜数十ｍｍの範囲で変化させることによっても、誘電体膜の厚さを制御できることがわかった。
【００５０】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による厚さを制御した誘電体膜の製造方法を説明するための概略的な図である。
【００５１】
図５（Ａ）を参照する。まず、たとえば、紫外線硬化性のネガ型感光性レジストで形成された感光性の誘電体膜１１が積層された基板１０を準備する。予備実験の説明に記したように、たとえばネガ型感光性レジストを、スピンコート等で基板１０に塗布することによって、誘電体膜１１を形成する。
【００５２】
図５（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、誘電体膜１１から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００５３】
図５（Ｃ）を参照する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように紫外線を誘電体膜１１に露光する。この後、誘電体膜１１が形成された基板１０をアルカリ性溶液に浸すなどの現像処理を行うと、誘電体膜１１のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、膜が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い膜が残る。また、紫外線が全く露光されない領域には、誘電体膜は残らず、基板１０の表面が露出する。このようにして、誘電体膜の厚さを制御し、位置によって厚さの異なる誘電体膜を形成することができる。更に、この厚さを制御した誘電体膜の製造方法によれば、位置によって、厚さを連続的に（なだらかに）変化させた誘電体膜を製造することができる。なお、第１の実施例による厚さを制御した誘電体膜の製造方法は、安価な２値フォトマスクを用いて行うことができる。
【００５４】
図６〜図９を用いて、第２の実施例について説明する。第２の実施例においては、［発明が解決しようとする課題］でも触れたような、焦点距離が制御可能な光学素子（液晶レンズ素子）として用いることができる液晶素子を例として説明する。素子内の液晶層の厚さを透明誘電体で制御することにより、図１８に示すような線形的な相対リターデーション分布が実現される液晶素子について、更なる説明を加える。
【００５５】
図６は、第２の実施例による液晶素子の概略的な断面図である。液晶素子は、一対の、電極を備えた基板６７、６８及び両基板６７、６８間に挟持される液晶層６６を含んで構成される。基板６７は、透明で平板なガラス基板６１、ガラス基板６１上に形成される透明電極６４、及び、透明電極６４上方に形成される配向膜７１とを含んで構成される。基板６８は、透明で平板なガラス基板６２、ガラス基板６２上に形成される透明電極６５、透明電極６５上に形成される透明誘電体層６３、及び、透明誘電体層６３上に形成される配向膜７０とを含んで構成される。透明誘電体層６３は、位置によって連続的に厚さが異なる誘電体層である。
【００５６】
一対の基板６７、６８は、一対のガラス基板６１、６２の延在方向が略平行であり、配向膜７１、７０が向き合うように対向配置され、両基板６７、６８の間（配向膜７０と配向膜７１との間）には、液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０が接続されている。電圧印加手段８０により、２つの透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することができる。
【００５７】
図６に示す液晶素子は、図１９に示す液晶素子と同様に、透明誘電体層６３の厚さを場所により変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。図１９に示す液晶素子と異なるのは、透明電極６５上に透明誘電体層６３が形成され、液晶層６６が、透明誘電体層６３上の配向膜７０と透明電極６４上の配向膜７１との間に挟持される構造を有している点である。
【００５８】
なお、図６に示す液晶素子においては、透明電極６５上の全面に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、透明電極６５上の一部の領域に形成してもよい。その場合、配向膜７０は、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６５上に形成される。
【００５９】
図６に示すように、一方の透明電極上に透明誘電体層が形成され、液晶層が、透明誘電体層上の配向膜と他方の透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００６０】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。両グラフとも、横軸は、液晶素子の断面位置を、液晶素子の一方の端部（基準点）からの距離で示す。単位は「μｍ」である。図７（Ａ）の縦軸は、液晶層厚を、単位「μｍ」で示す。図７（Ｂ）の縦軸は、リターデーションを、単位「ｎｍ」で示す。
【００６１】
なお、電圧の印加に当たっては、８つの分布形状が類似のリターデーション分布が得られるように、レベル１〜レベル８の８つの電圧を選択した。レベル８の印加電圧は０Ｖ（無印加）である。レベル１からレベル８に向かうにつれ、印加電圧は小さくなる。なお、図２０（Ａ）及び（Ｂ）に結果を示したシミュレーションの場合とは異なり、電圧無印加時の液晶の配向は垂直であるとし、液晶材料の誘電率異方性を負として計算した。
【００６２】
図７（Ａ）を参照する。図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するために、液晶層に厚さが０に近い部分を形成する必要はない。図から、印加電圧によるリターデーションの変化が最小である液晶層の断面における両端（液晶層の外周）においてさえも、ある程度の液晶層厚を確保できることがわかる。２つの電極間でショートは生じず、また、液晶素子製造に当たっては、「真空注入法」を使用することができる。これは、液晶層に加えられる電圧が、液晶層と透明誘電体層との分圧関係で決定され、また、液晶層の実効屈折率は、ある一定の電圧以上の電圧を加えなければ変化しないことに基づく。
【００６３】
図７（Ｂ）を参照する。液晶素子のうち、印加電圧によってリターデーションが大きく変化する領域においては、リターデーション分布は、比較的類似の分布形状を保って変化している。しかし、液晶層厚の薄い、液晶層中央付近については、リターデーションが、透明電極間に印加する電圧によって、ほとんど制御できないことがわかる。
【００６４】
なお、一方の透明電極上に透明誘電体層が形成され、液晶層が、透明誘電体層上の配向膜と透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子においては、液晶の誘電率異方性が正の場合、透明電極間に印加する電圧を変化させることによって、リターデーション分布を、類似の分布形状を保ったまま変化させることは、シミュレーションによって不可能であることを確認した。
【００６５】
図８は、図６に断面を示した液晶素子の変形例である。図８に示す液晶素子も、透明誘電体層６３の厚さを場所により連続的に変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。一方、図８に示す液晶素子は、図６の液晶素子と異なり、透明電極が透明誘電体層の上面に形成されている下基板（基板６８）と、下面に形成されている上基板（基板６７）とを併せもつ構造を有する。また、図６に示す液晶素子は、一方の基板側に誘電体層が形成されているが、図８に示す液晶素子は、両方の基板側に誘電体層が形成されている。
【００６６】
図８に示す液晶素子も、一対の、電極を備えた基板６７、６８及び両基板６７、６８間に挟持される液晶層６６を含んで構成される。図８に示す液晶素子においては、基板６７は、透明で平板なガラス基板６１、ガラス基板６１上に形成される透明電極６４、透明電極６４上の一部に形成される、位置によって連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３、及び、透明誘電体層６３表面上と透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６４上とに形成される配向膜７１とから構成される。一方、基板６８は、透明で平板なガラス基板６２、ガラス基板６２上の一部に形成される、位置によって連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３、透明誘電体層６３表面上と、透明誘電体層６３が形成されているガラス基板６２の片面上であって、ガラス基板６２が露出している部分とに形成される透明電極６５、及び、透明電極６５上に形成される配向膜７０とから構成される。
【００６７】
一対の基板６７、６８は、一対のガラス基板６１、６２の延在方向が略平行であり、配向膜７１、７０が向き合うように対向配置され、両基板６７、６８の間（配向膜７０と配向膜７１との間）には、液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０が接続されている。電圧印加手段８０により、２つの透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することができる。
【００６８】
なお、図８に示す液晶素子においては、透明電極６４上の一部の領域に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、透明電極６４上の全面に形成してもよい。その場合、配向膜７１は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。また、図示の液晶素子においては、ガラス基板６２上の一部の領域に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、ガラス基板６２上の全面に形成してもよい。その場合、透明電極６５は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【００６９】
図８に示すように、透明電極が透明誘電体層の上面に形成されている下基板（基板６８）と、下面に形成されている上基板（基板６７）とを併せもつ構造を有する液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００７０】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すグラフの両軸は、それぞれ図７（Ａ）及び（Ｂ）のグラフの両軸と、意味するところが等しい。また、図９（Ｂ）に現れる、レベル１〜レベル８の８つの選択電圧の意味するところは、図７（Ｂ）のそれらと等しい。更に、電圧無印加時の液晶の配向は垂直であるとし、液晶材料の誘電率異方性を負として計算した。
【００７１】
図９（Ａ）を参照する。図８に示すような構造の液晶素子は、図６に示すような構造を有する液晶素子と同様に、図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するために、液晶層に厚さが０に近い部分を形成する必要がないことがわかる。液晶層の断面における両端（液晶層の外周）においても、ある程度の液晶層厚を確保することができる。図８に示すような構造の液晶素子においても、２つの電極間でショートは生じず、また、液晶素子製造に当たっては、「真空注入法」を使用することができる。
【００７２】
図９（Ｂ）を参照する。レベル１〜レベル８のすべての電圧において、図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状の分布が得られている。液晶層厚の薄い、液晶層の中央付近についても、透明電極間に印加する電圧によって、リターデーションの制御が可能であることがわかる。
【００７３】
なお、図６または図８に示す液晶素子においては、必ずしも配向膜７０または配向膜７１を形成しなくともよい。
【００７４】
第２の実施例においては、液晶レンズ素子として用いられる液晶素子を例にとって考察した。少なくとも一方の基板の透明電極上に、位置によって厚さが連続的に異なる誘電体層を形成することによって、２つの電極間に電圧を印加する際、液晶の応答電圧が所定の分布を示すように制御し、種々の機能を有する液晶素子を実現することができる。
【００７５】
第２の実施例による液晶素子は、電極を１対だけ含んで構成されるので、［発明の解決しようとする課題］で述べたような、複数対の電極を有する液晶素子のもつ問題点を回避することができる。
【００７６】
図１０〜図１４を用いて、第３の実施例について説明する。第３の実施例は、第１の実施例で説明した厚さを制御した誘電体膜の製造方法を利用し、素子面内で液晶層厚が連続的に分布するような構造を有する液晶素子を製造する方法に関する。
【００７７】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。まず、図６に示したような構造を有する液晶素子の製造方法について説明する。
【００７８】
図１０（Ａ）を参照する。まず、透明電極６５の付いた透明で平板なガラス基板６２を準備し、透明電極６５上に、透明誘電体層６３を形成する。透明電極６５は、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６２上に形成される。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等で透明電極６５上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００７９】
図１０（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００８０】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明電極６５上に透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域が存在する場合、その領域には透明誘電体層は形成されず、透明電極６５の表面が露出する。この結果、透明電極６５上には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００８１】
図１１（Ａ）は、紫外線を露光し、厚さ制御を行って作製した透明誘電体層６３の一例を示す概略的な斜視図である。図中の実線は等高線であり、隣り合う実線は０．４μｍ高さが異なる。第３の実施例においては、２値フォトマスク１２上の位置による開口率を制御し、透明誘電体層６３を、同一厚さ部分が略同心円状に分布するように形成した。ただし、後の、液晶を真空注入する工程において必要となる液晶注入口を設けるため、一部領域の層厚を薄くした。
【００８２】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った断面図である。ほぼ同一厚さの透明誘電体層が分布する同心円の中心を通る断面を示した。横軸は、透明誘電体層６３の断面位置を、基準点からの距離で示す。単位は「μｍ」である。縦軸は、透明誘電体層６３の厚さを、単位「μｍ」で示す。図１１（Ｂ）から、透明誘電体層６３の厚さは、透明誘電体層６３内の位置によって異なり、その厚さは連続的に（なだらかに）変化するように、制御されているのがわかる。
【００８３】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【００８４】
図１２（Ａ）を参照する。透明電極６５上に、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような層厚分布を有する透明誘電体層６３（位置によって厚さが連続的に異なる透明誘電体層６３）を形成した後、透明誘電体層６３の表面上に配向膜７０を形成し、ラビング処理を施す。
【００８５】
図１２（Ｂ）を参照する。図１０（Ａ）〜（Ｃ）、及び図１２（Ａ）を用いて説明した工程とは別に、透明電極６４の付いた透明で平板なガラス板６１を準備し、透明電極６４上に配向膜７１を形成した後、ラビング処理を施す。なお、透明電極６４は、上述のように、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６１上に形成される。
【００８６】
図１２（Ｃ）を参照する。ガラス基板６２とガラス基板６１とを、配向膜７０と配向膜７１とが向き合うように対向配置し、真空注入法により両配向膜間に、たとえば誘電率異方性が正の液晶を注入する。また、透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することのできる電圧印加手段８０を接続する。このようにして、液晶層６６を有する液晶素子が作製される。
【００８７】
なお、配向膜７０または配向膜７１を形成せず、液晶層６６を、透明誘電体層６３または透明電極６４に隣接して形成してもよい。
【００８８】
更に、上記の液晶素子の製造方法においては、透明電極６５上の全面に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、透明電極６５上の一部の領域に形成してもよい。その場合、配向膜７０は、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６５上に形成される。
【００８９】
図１３は、上述のような工程を経て作製された液晶素子の偏光顕微鏡写真のスケッチである。この液晶素子の電圧無印加時のリターデーション分布は、図１１（Ａ）に示した透明誘電体層６３の層厚分布と相関していることがわかる。
【００９０】
図１４（Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。次に、図８に示すような構造を有する液晶素子の製造方法について説明する。
【００９１】
図１４（Ａ）を参照する。透明電極６４の付いた透明で平板なガラス基板６１を準備し、透明電極６４上に、透明誘電体層６３を形成する。透明電極６４は、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６１上に形成される。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等で透明電極６４上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００９２】
図１４（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００９３】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明電極６４上に透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域には、透明誘電体層６３は形成されず、透明電極６４の表面の一部が露出される。この結果、透明電極６４上の一部には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００９４】
図１４（Ｃ）を参照する。透明電極６４上に所定の厚さ分布を有する透明誘電体層６３を形成した後、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明電極６４上に配向膜７１を形成し、ラビング処理を施す。
【００９５】
続いて、図１４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明した工程とは別に、図１４（Ｄ）〜（Ｆ）の工程を行う。
【００９６】
図１４（Ｄ）を参照する。透明で平板なガラス基板６２を準備し、ガラス基板６２上に、透明誘電体層６３を形成する。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等でガラス基板６２上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００９７】
図１４（Ｅ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。なお、図１４（Ｅ）に示す工程で使用する２値フォトマスク１２は、図１４（Ｂ）に示す工程で使用した２値フォトマスク１２とは、マスク上の開口率分布が異なる。
【００９８】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域には、透明誘電体層６３は形成されず、ガラス基板６２の表面の一部が露出する。この結果、ガラス基板６２上の一部には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００９９】
図１４（Ｆ）を参照する。ガラス基板６２上の一部に所定の厚さ分布を有する透明誘電体層６３を形成した後、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３が形成されているガラス基板６２の片面上であって、ガラス基板６２表面が露出している部分に透明電極６５を形成する。また、透明電極６５上に配向膜７０を形成し、ラビング処理を施す。
【０１００】
図１４（Ｇ）を参照する。透明電極６４、透明誘電体層６３、及び、配向膜７１の形成されたガラス基板６１と、透明誘電体層６３、透明電極６５、及び、配向膜７０の形成されたガラス基板６２とを、配向膜７１と配向膜７０とが向き合うように対向配置し、真空注入法により両配向膜間に、たとえば誘電率異方性が正の液晶を注入する。また、透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することのできる電圧印加手段８０を接続する。このようにして、液晶層６６を有する液晶素子が作製される。
【０１０１】
なお、配向膜７０または配向膜７１を形成せず、液晶層６６を、透明誘電体層６３または透明電極６５に隣接して形成してもよい。
【０１０２】
また、上記の液晶素子の製造方法においては、透明電極６４上の一部の領域に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、透明電極６４上の全面に形成してもよい。その場合、配向膜７１は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【０１０３】
更に、ガラス基板６２上の一部の領域に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、ガラス基板６２上の全面に形成してもよい。その場合、透明電極６５は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【０１０４】
第３の実施例による液晶素子の製造方法においては、安価な２値フォトマスク１２を用い、１回のリソグラフィ工程で、位置によって厚さが連続的に異なる透明誘電体層６３を形成することができる。したがって、効率的に、液晶素子を形成することができる。
【０１０５】
第３の実施例による液晶素子の製造方法においては、液晶を、真空注入法により注入して、液晶層６６を形成した。一方の基板に、たとえば紫外線硬化性シール剤でパターンを形成し、基板上に所定量の液晶を滴下し、もう一方の基板を重ね合わせた後、紫外線を照射してシール剤を硬化し、両基板側を接着する方法（液晶滴下重ね法）を用いてもよい。液晶滴下重ね法は、真空注入法に比べ、生産性に優れている。
【０１０６】
図１５を用いて第４の実施例について説明する。第４の実施例は、液晶滴下重ね法を用いた液晶素子の製造方法、及び、その製造方法で製造された液晶素子に関する。第４の実施例による液晶素子製造方法については、第３の実施例として図１０〜図１４を用いて説明した液晶素子の製造方法に付け加える形式で、説明を行う。
【０１０７】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による、液晶滴下重ね法を用いた液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【０１０８】
図１５（Ａ）を参照する。液晶滴下重ね法で液晶層６６を形成する場合は、真空注入法を用いる場合と異なり、透明誘電体層６３（液晶層６６のリターデーションを制御する部分）の外周に沿って、更に、外壁部７２を、透明電極６５上に形成する。外壁部７２は、透明材料で形成される固体層であり、透明誘電体層６３と同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。透明誘電体層６３と同じ材料を用い、透明誘電体層６３を形成する工程の中で、透明誘電体層６３と同時に形成することが望ましい。外壁部７２を、透明誘電体層６３と別の材料で、また、透明誘電体層６３を形成する工程とは別の工程で形成する場合に比べ、効率的に液晶素子を製造することができる。外壁部７２は、作製しようとする液晶素子の、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近い厚さに形成される。
【０１０９】
次に、ギャップコントロール剤を添加した紫外線硬化性シール剤７３で、シールパターンを、外壁部７２に関して、液晶層６６を形成する領域とは反対側に形成する。液晶を滴下した後、２つのガラス基板６１、６２を重ね合わせ、紫外線を照射して、紫外線硬化性シール剤７３を硬化させる。紫外線硬化性シール剤７３の硬化した部分が、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着される部分である。
【０１１０】
図１５（Ｂ）を参照する。外壁部７２の厚さを、作製しようとする液晶素子の、透明電極６５と配向膜７１との間隔に等しく形成してもよい。この場合も、図１５（Ａ）を用いて説明した工程と同様の工程により、液晶滴下重ね法を用いて、液晶素子を製造することができる。外壁部７２の厚さを、透明電極６５と配向膜７１との間隔に等しく作製すると、紫外線硬化性シール剤７３に、ギャップコントロール剤を添加する必要はなくなる。また、製造される液晶素子においては、外壁部７２の最も厚い部分が、配向膜７１に接することになる。
【０１１１】
図１５（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明を行った液晶素子の製造方法により製造される液晶素子は、透明誘電体層６３の外周に沿って外壁部７２が形成され、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側の領域で、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着されている液晶素子である。外壁部７２が、配向膜７１に接して形成される場合、液晶層６６と紫外線硬化性シール剤７３との接触はほとんどなくなる。
【０１１２】
［発明が解決しようとする課題］で述べたように、紫外線硬化性シール剤を用いる液晶素子の製造方法においては、紫外線硬化性シール剤が硬化前に液晶と接触した場合、特に、シール近傍の液晶の配向性や、抵抗値等の物性に、悪影響を与えるという問題があった。
【０１１３】
しかし、外壁部７２を形成し、紫外線硬化性シール剤７３で、シールパターンを、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側に形成することにより、この悪影響を小さくすることができる。外壁部７２を、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近い厚さに、または等しく形成した場合は、硬化前の紫外線硬化性シール剤７３と液晶層６６との接触を、少なくすることができるためである。
【０１１４】
本願発明者らは、図１５（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明した液晶素子の製造方法で製造した液晶素子の配向性や抵抗値について調べた。その結果、シールパターン付近の液晶層６６においてさえも、配向不良や抵抗値下降の問題がないことが確認された。
【０１１５】
ここでは紫外線硬化性シール剤を用いたが、熱硬化性シール剤を使用した場合も、同様の効果が得られる。外壁部７２の厚さを、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近く、または等しく形成し、熱硬化性シール剤で、シールパターンを、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側に形成し、硬化させることにより、液晶層６６の配向不良や抵抗値下降等の問題を回避することができる。
【０１１６】
また、図１５（Ａ）または（Ｂ）に示す液晶素子には、配向膜７０及び配向膜７１が形成されているが、配向膜７０または配向膜７１は、必ずしも形成されていなくてもよい。配向膜７１が形成されていない場合は、外壁部７２の厚さを、透明電極６５と透明電極６４との間隔に近く、または等しく形成する。
【０１１７】
更に、上記第４の実施例による液晶素子の製造方法は、図６に示したような構造を有する液晶素子の製造に有効なだけでなく、たとえば図８に示すような構造を有する液晶素子の製造に適用しても効果がある。
【０１１８】
図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例により、図８に示すような構造を有する液晶素子を製造する方法を説明するための概略図である。
【０１１９】
図１６（Ａ）は、外壁部７２の厚さが、透明電極６４と配向膜７０との間隔に近く形成されている場合を示し、図１６（Ｂ）は、外壁部７２の厚さが、透明電極６４と配向膜７０との間隔と等しく形成されている場合を示す。
【０１２０】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明した液晶素子の製造方法を、図８に示す液晶素子の製造に適用する場合は、外壁部７２を、たとえば、透明電極６４上に形成し、外壁部７２の厚さを、透明電極６４と配向膜７０との間隔に近く、または等しくつくればよい。
【０１２１】
図１６（Ａ）または（Ｂ）のいずれに示す場合も、図８に示す液晶素子を製造する際の、透明誘電体層６３を形成する工程中に、透明誘電体層６３と同じ材料で、外壁部７２を、透明誘電体層６３（液晶層６６のリターデーションを制御する部分）の外周に沿って形成することが、効率上望ましい。液晶滴下重ね法を用いても、高品質の液晶層６６を形成することができる。
【０１２２】
なお、図１６（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明した製造方法で製造される液晶素子も、透明誘電体層６３の外周に沿って外壁部７２が形成され、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側の領域で、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着されている液晶素子である。外壁部７２が、配向膜７０に接して形成される場合、液晶層６６とシール剤との接触はほとんどなくなる。
【０１２３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マスク上の位置により単位面積当たりの開口率の異なる２値フォトマスクを用い、厚さを制御した誘電体膜を製造する方法を提供することができる。
【０１２５】
また、本発明によれば、液晶層の厚さが０に近い部分を有さず、かつ、１対の電極のみで、リターデーションを効果的に制御することのできる液晶素子、及び、その効率的な製造方法を提供することができる。
【０１２６】
更に、高品質の液晶素子を製造する方法、及び、その方法で作製した液晶素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の予備実験に使用した、ドット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。
【図２】開口ドット角と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図３】第２の予備実験に使用した、スリット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。
【図４】マスク幅と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による誘電体層の厚さ制御方法を説明するための概略的な図である。
【図６】第２の実施例による液晶素子の概略的な断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【図８】図６に断面を示した液晶素子の変形例である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１１】（Ａ）は、紫外線を露光し、厚さ制御を行って作製した透明誘電体層の一例を示す概略的な斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１３】液晶素子の偏光顕微鏡写真のスケッチである。
【図１４】（Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【図１７】液晶素子の面内中心を通る直線断面における相対リターデーション分布の一例を示すグラフである。
【図１８】図１５に示した相対リターデーション分布を簡略化したグラフである。
【図１９】平行平板基板間の液晶層厚を、透明誘電体で制御した液晶素子の一例を示す概略的な断面図である。
【図２０】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ 誘電体膜
１２ ２値フォトマスク
１２ａ 開口
６１、６２ ガラス基板
６３ 透明誘電体層
６４、６５ 透明電極
６６ 液晶層
７０、７１ 配向膜
７２ 外壁部
７３ 紫外線硬化性シール剤
８０ 電圧印加手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚さを制御した誘電体膜の製造方法に関する。また、液晶素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶を用いた光制御については、以下の方法が知られている。
【０００３】
たとえば液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）では、パターニングされたＩＴＯ等により多数の画素を形成し、各々の画素に電圧を印加し、画素部分の液晶層の配向を制御している。また、複数の電極で有効な液晶領域を分割し、分割領域ごとに印加電圧の制御を行って、通過する光の焦点距離を変化させる液晶素子（液晶レンズ素子）も提案されている。（たとえば、特許文献１参照。）
液晶素子のセル厚を制御する方法としては、感光性材料膜（光学的透過膜）を用いて、複数回成膜及びフォトリソグラフィを行う方法、グレイスケールフォトマスクを用いること等によって、基板上の感光性材料膜（光学的透過膜）を所望の厚さに制御する方法が知られている。また、基板が所定の凹凸形状に作製された液晶素子も提案されている。（たとえば、特許文献２参照。）
また、液晶素子を製造する方法としては、一方の基板に紫外線硬化性シール剤で所定のパターンを形成し、基板上に所定量の液晶を滴下し、もう一方の基板を重ね合わせた後、紫外線領域の光を照射して、シール剤を硬化させる製造方法（液晶滴下重ね法）等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８１６００号公報
【特許文献２】
特公平７−７７０３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の電極ごとに印加電圧を変化させ、液晶層の配向を制御することで、光制御を行う方法は、任意の２次元配向状態を得やすい反面、駆動回路が複雑となり、更に、多数の配線を必要とするために、製造が難しかった。また、パターンを構成する複数の電極間に存する液晶領域の制御も困難であった。電極分割に伴い、開口率が低下する等の問題が生じた。
【０００６】
感光性材料膜（光学的透過膜）に複数回、成膜及びリソグラフィを行い、光学的透過膜を所望の膜厚に制御する方法は、工程が複雑となり、更に、感光性材料膜（光学的透過膜）に、なだらかな断面形状を形成することが難しかった。また、グレイスケールフォトマスクを用いて、基板上の感光性材料膜（光学的透過膜）の膜厚を制御する方法には、フォトマスクが非常に高価である等の問題があった。
【０００７】
紫外線硬化性シール剤を用いる製造方法においては、紫外線硬化性シール剤が硬化前に液晶と接触した場合、特に、シール近傍の液晶の配向性や、抵抗値等の物性に、悪影響を与えるという問題があった。この問題は、熱硬化性シール剤を用いて製造する場合にも同様に生じた。
【０００８】
図１７は、液晶素子の面内中心を通る直線に沿った断面における相対リターデーション（実効液晶屈折率×液晶層厚）分布の一例を示すグラフである。横軸は、断面位置を、液晶素子の中心を０、直線断面の両端を±１として示し、縦軸は、相対リターデーションを、最大値が０、最小値が−１となるように示した。たとえば、図１７に示したような相対リターデーションの分布曲線を、電圧を印加すること等により、形状類似のまま変化させることができれば、この液晶素子を、焦点距離を制御可能な光学素子（液晶レンズ素子）として用いることができる。
【０００９】
この光学素子（液晶レンズ素子）を２枚の平行平板基板間に液晶を満たした液晶素子で実現するとすれば、通常、液晶層を挟む電極にパターンを形成し、各々のパターン部分を独立に電圧制御する方法が採用される。
【００１０】
電極パターンを形成し、パターン部分ごとに液晶層の電圧制御を行う方法以外の方法も考えられる。たとえば、液晶層を挟む一対の基板の少なくとも一方の面上に厚さの変化する透明誘電体層を形成し、２枚の基板を対向配置することにより、厚さの変化する空間を形成する。この空間に液晶を充填することにより、図１７に示すような相対リターデーションの分布を実現できる。
【００１１】
図１８は、図１７に示した相対リターデーション分布を簡略化したグラフである。素子内の液晶層の厚さを透明誘電体で制御することにより、図１８に示すような線形的な相対リターデーション分布が実現される液晶素子について考える。
【００１２】
図１９は、平行平板基板間の液晶層厚を、透明誘電体で制御した液晶素子の一例を示す概略的な断面図である。
【００１３】
平行に配置された透明で平板なガラス基板６１、６２の一方（図においては、ガラス基板６２）に、位置によって厚さの異なる透明誘電体層６３が形成されている。透明誘電体層６３の表面、及び、透明誘電体層６３が形成されていない他方のガラス基板（図においては、ガラス基板６１）に、それぞれ透明電極６５、６４が形成されている。２つの透明電極６４、６５上には、それぞれ配向膜７０、７１が形成されている。２つの配向膜７０、７１間に液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０により、任意の電圧を印加することができる。
【００１４】
図１９に示す液晶素子においては、透明誘電体層６３の厚さを場所により変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。なお、図１９に示す液晶素子は、透明電極６５が、透明誘電体層６３の表面を覆うように形成され、液晶層６６が、２つの透明電極６４、６５上の配向膜７１、７０間に挟持される構造を有する。
【００１５】
透明電極が、透明誘電体層の表面を覆うように形成され、液晶層が、２つの透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００１６】
図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。両グラフとも、横軸は、液晶素子の断面位置を、液晶素子の一方の端部（基準点）からの距離で示す。単位は「μｍ」である。図２０（Ａ）の縦軸は、液晶層厚を、単位「μｍ」で示す。図２０（Ｂ）の縦軸は、リターデーションを、単位「ｎｍ」で示す。
【００１７】
なお、電圧の印加に当たっては、８つの分布形状が類似のリターデーション分布が得られるように、レベル１〜レベル８の８つの電圧を選択した。レベル８の印加電圧は０Ｖ（無印加）である。レベル１からレベル８に向かうにつれ、印加電圧は小さくなる。なお、電圧無印加時の液晶の配向は水平であるとし、液晶材料の誘電率異方性を正として計算した。
【００１８】
図２０（Ａ）を参照する。図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するためには、液晶素子断面の両端（液晶素子の外周）における液晶層の厚さを０に近づける必要があることがわかる。なお、一般に、透明電極が、透明誘電体層の表面を覆うように形成され、液晶層が、２つの透明電極上の配向膜間に挟持される構造を有する液晶素子では、電圧印加によるリターデーション制御が不要な領域については、液晶層厚を０に近い値にする必要がある。これは電極が一括であるため、リターデーションを制御したくない部分に液晶層があると、リターデーションが変化してしまうためである。
【００１９】
図２０（Ｂ）を参照する。図２０（Ａ）に示す液晶層厚分布を有する液晶素子に印加した（無印加も含む。）レベル１〜レベル８のすべての電圧において、図１８に示すようなリターデーション分布と類似の分布形状が得られることがわかる。
【００２０】
図２０（Ａ）及び（Ｂ）からわかるように、図１８に示すリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を得るためには、液晶層の外周に沿う部分の厚さを０に近づけなければならない。このため、２つの電極間でショートが生じる可能性がある。また、液晶層厚が０に近い領域が液晶層の外周に存在すると、液晶素子製造に当たって、最も用いられる液晶注入法である「真空注入法」を使用することが困難になるという問題も発生する。
【００２１】
なお、図１９に示す液晶素子においては、ガラス基板６２上に、位置によって連続的に厚さの変化する透明誘電体層６３が積層されている。このような、位置によって、連続的に厚さの変化する透明誘電体層６３は、光の透過率が０％または１００％である２値フォトマスクで密着露光を行い、１回だけの露光で形成することは非常に困難である。１回の露光では、位置によって、厚さが２つの値のみをとる透明誘電体層が形成される。
【００２２】
本発明の目的は、マスク上の位置により単位面積当たりの開口率の異なる２値フォトマスクを用い、膜厚を制御することのできる誘電体膜の製造方法を提供することである。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、液晶層の厚さが０に近い部分を有さず、かつ、１対の電極のみで、リターデーションを効果的に制御することのできる液晶素子、及び、その効率的な製造方法を提供することである。
【００２４】
更に、本発明の他の目的は、高品質の液晶素子を製造する方法、及び、その方法で作製した液晶素子を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、感光性誘電体膜の形成された基板を準備する工程と、複数の開口を有する２値フォトマスクであって、該２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを、前記感光性誘電体膜から離して配置する工程と、前記２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記感光性誘電体膜を露光する工程と、前記露光された感光性誘電体膜を現像し、位置により厚さが連続的に変化する誘電体膜を得る工程とを有する厚さを制御した誘電体膜の製造方法が提供される。
【００２６】
この厚さを制御した誘電体膜の製造方法によれば、安価な２値フォトマスクを用いて１回露光を行うことにより、任意の厚さ分布を有する透明誘電体膜を形成することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の他の観点によれば、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層と、前記透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上に形成される第２の透明電極と、前記第２の透明電極上方に形成される第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子が提供される。
【００２８】
また、本発明の他の観点によれば、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層と、前記第１の透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さの異なる第２の透明誘電体層と、前記第２の透明誘電体層上を含む領域に形成される第２の透明電極と、前記第２の透明電極上に形成される第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層とを有する液晶素子が提供される。
【００２９】
これらの液晶素子は、透明電極上に透明誘電体層が形成される構造を有する。一対の透明電極で、リターデーションを効果的に制御することが可能である。また、液晶層の厚さが０に近い部分をもたないため、液晶素子の電極間でショートは生じず、これらの液晶素子を製造する際には、液晶層を真空注入法で形成することができる。更に、液晶滴下重ね法を用いて、これらの液晶素子を高品質に製造することも可能である。
【００３０】
更に、本発明の他の観点によれば、（Ａ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、（Ｂ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層を形成する工程と、（Ｃ）前記透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、（Ｄ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上に、第２の透明電極を形成する工程と、（Ｅ）前記第２の透明電極上方に第２の配向膜を形成する工程と、（Ｆ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程とを有する液晶素子の製造方法が提供される。
【００３１】
更に、本発明の他の観点によれば、（Ｋ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、（Ｌ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層を形成する工程と、（Ｍ）前記第１の透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、（Ｎ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上の少なくとも一部に、位置によって厚さが連続的に異なる第２の透明誘電体層を形成する工程と、（Ｐ）前記第２の透明誘電体層上を含む領域に、第２の透明電極を形成する工程と、（Ｑ）前記第２の透明電極上に第２の配向膜を形成する工程と、（Ｒ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程とを有する液晶素子の製造方法が提供される。
【００３２】
これらの液晶素子の製造方法によれば、１対の電極のみで効果的にリターデーションを制御することのできる液晶素子を製造することが可能である。また、２値フォトマスクを用いて１回露光を行うことにより、任意の厚さ分布を有する透明誘電体層を形成することができるので、液晶素子を効率的に製造することが可能である。更に、液晶層を形成する際には、真空注入法を用いることができる。また、液晶滴下重ね法を用いて、高品質の液晶素子を製造することも可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を用いて、第１の実施例について説明する。第１の実施例は、複数の開口部を有し、光の透過率が０％または１００％である２値フォトマスクを用いて、厚さを制御した誘電体膜を得る方法に関する。
【００３４】
まず、本願発明者らが行った予備実験について記述する。本願発明者らは、基板上に形成された感光性誘電体膜に、２値フォトマスクの開口部を通した光を照射する実験を行った。
【００３５】
基板としては、透明電極付きの透明で平板なガラス基板を用いた。この基板の透明電極上に、透明な誘電体膜となる感光性レジスト、ここではＮＮ７７７（ＪＳＲ製）を、スピンコートで塗布した。この感光性レジストは、強い紫外線を照射した部分が残膜する紫外線硬化性のネガ型レジストであり、ある露光量までは露光の積算強度に比例して残膜の膜厚が厚くなる性質を有する。
【００３６】
この感光性レジストを塗布した基板と、紫外線に対する透過率が０％または１００％の２値フォトマスクとを、密着させず、間隔を置いて配置し、紫外線を、２値フォトマスクを通して、感光性レジストを塗布した基板に露光した。
【００３７】
図１は、第１の予備実験に使用した、ドット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。開口パターンは、４つの合同な正方形状の開口部を１単位として構成される。４つの正方形状の開口部は、各々の開口部の中心が、１つの菱形の４頂点に位置するように、形成されている。菱形の２本の対角線の長さは、それぞれ０．１９２５ｍｍ、０．１６６５ｍｍと定めた。したがって、隣り合う２つの正方形状の開口部については、それらの中心は、菱形の長い方の対角線と平行な方向に０．０９６２５ｍｍ、短い方の対角線と平行な方向に０．０８３２５ｍｍだけ離れていることになる。なお、４つの正方形状の開口部はすべて、平行な一組の辺が、菱形の対角線の１つと平行になるように形成されている。
【００３８】
第１の予備実験では、図１に示すような開口パターンを有する２値フォトマスクを通して、紫外線を、ネガ型感光性レジストを塗布した基板に露光した。その際、正方形状の開口部の大きさを変えることにより、マスクの単位面積当たりの開口率を、マスク上の位置により変化させて、ネガ型感光性レジスト膜の厚さを測定した。更に、紫外線の露光時間を変えて、ネガ型感光性レジスト膜の厚さを測定した。
【００３９】
図２は、開口ドット角と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。横軸は、ドット角を単位「μｍ」で表し、縦軸は、レジスト膜厚を単位「μｍ」で表す。白四角間を点線で繋いだ曲線は露光時間が１０ｓｅｃ、白丸間を一点鎖線で繋いだ曲線は露光時間が４３ｓｅｃの場合の両者の関係である。開口部のドット角とは、開口パターンを構成する正方形状の開口部における、正方形の対角線の長さを意味する。
【００４０】
測定に当たっては、厚さが５．５μｍの感光性レジスト膜を形成した基板に、紫外線を照射した。また、図１に示す開口パターンが、連続して２次元平面内に現れるように、図１の開口パターンを有するマスクを配置し、それらを通して紫外線を露光した。露光後、基板をアルカリ性溶液に一定時間浸した後、乾燥させ、触針式段差計を用いて、感光性レジスト膜の膜厚を測定した。グラフに表したのは、測定した膜厚の、単位面積当たりの平均である。
【００４１】
２つのグラフは、ともに、ドット角が大きくなるにつれ、すなわちマスクの開口率が増大し、感光性レジスト膜への紫外線の露光量が多くなるにつれ、レジスト膜厚も増加することを示している。また、２つのグラフの比較から、露光時間が長い方がレジスト膜厚が厚くなることがわかる。したがって、開口部がドット状に形成されている２値フォトマスクの開口率または露光時間を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。一般に、感光性レジスト膜に露光する紫外線の露光量を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。
【００４２】
図３は、第２の予備実験に使用した、スリット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。マスクには、開口幅１５μｍのスリットが、平行に、一定間隔で設けられている。
【００４３】
第２の予備実験では、図３に示すような開口パターンを有する２値フォトマスクを通して、紫外線を、感光性レジストを塗布した基板に露光し、隣り合う２つのスリット間の間隔（マスク幅）を変えることにより、マスクの開口率を変化させ、更に、紫外線の露光時間を変化させて、感光性レジスト膜の厚さを測定した。
【００４４】
図４は、マスク幅と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。横軸は、マスク幅を単位「μｍ」で表し、縦軸は、レジスト膜厚を単位「μｍ」で表す。白四角間を一点鎖線で繋いだ曲線は露光時間が１０ｓｅｃ、白丸間を実線で繋いだ曲線は露光時間が４３ｓｅｃの場合の両者の関係である。
【００４５】
第２の予備実験においても、第１の予備実験と同じく、厚さ５．５μｍの感光性レジスト膜を形成した基板に、紫外線を露光した。また、露光後も、第１の予備実験と同様の基板処理、膜厚測定を行った。
【００４６】
２つのグラフは、ともに、マスク幅が大きくなるにつれ、すなわちマスクの開口率が減少し、感光性レジスト膜への紫外線の露光量が少なくなるにつれ、レジスト膜厚も減少することを示している。また、２つのグラフの比較から、露光時間が長い方がレジスト膜厚が厚くなることがわかる。したがって、スリット状の開口を有する２値フォトマスクの開口率または露光時間を制御することによっても、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。前述したように、一般に、感光性レジスト膜に露光する紫外線の露光量を制御することによって、感光性レジストの膜厚（誘電体膜の厚さ）を制御することが可能である。
【００４７】
２つの予備実験の結果から、単位面積当たりの開口率がマスク上で異なる２値フォトマスクを準備し、その２値フォトマスクの開口部を通して、紫外線硬化性の感光性レジスト膜（誘電体膜）に紫外線を１回露光することにより、感光性レジスト膜（誘電体膜）を３種類以上の厚さに制御することが可能となることがわかる。この制御は、前述した通り、通常の２値フォトマスク密着露光法による１回露光では非常に困難であった。
【００４８】
一般に、ある波長の光に対する透過率が０％または１００％の２値フォトマスクであって、その２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを通して、当該波長の光を光硬化性の誘電体膜に１回以上露光することにより、任意の厚さの誘電体膜を得ることができる。
【００４９】
なお、予備実験の結果、通常の密着露光法に必要な露光量の２倍〜数十倍の露光量の範囲で、誘電体膜の厚さ制御が可能であることがわかった。また、誘電体膜と２値フォトマスクとの間隔を、０．５ｍｍ〜数十ｍｍの範囲で変化させることによっても、誘電体膜の厚さを制御できることがわかった。
【００５０】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による厚さを制御した誘電体膜の製造方法を説明するための概略的な図である。
【００５１】
図５（Ａ）を参照する。まず、たとえば、紫外線硬化性のネガ型感光性レジストで形成された感光性の誘電体膜１１が積層された基板１０を準備する。予備実験の説明に記したように、たとえばネガ型感光性レジストを、スピンコート等で基板１０に塗布することによって、誘電体膜１１を形成する。
【００５２】
図５（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、誘電体膜１１から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００５３】
図５（Ｃ）を参照する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように紫外線を誘電体膜１１に露光する。この後、誘電体膜１１が形成された基板１０をアルカリ性溶液に浸すなどの現像処理を行うと、誘電体膜１１のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、膜が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い膜が残る。また、紫外線が全く露光されない領域には、誘電体膜は残らず、基板１０の表面が露出する。このようにして、誘電体膜の厚さを制御し、位置によって厚さの異なる誘電体膜を形成することができる。更に、この厚さを制御した誘電体膜の製造方法によれば、位置によって、厚さを連続的に（なだらかに）変化させた誘電体膜を製造することができる。なお、第１の実施例による厚さを制御した誘電体膜の製造方法は、安価な２値フォトマスクを用いて行うことができる。
【００５４】
図６〜図９を用いて、第２の実施例について説明する。第２の実施例においては、［発明が解決しようとする課題］でも触れたような、焦点距離が制御可能な光学素子（液晶レンズ素子）として用いることができる液晶素子を例として説明する。素子内の液晶層の厚さを透明誘電体で制御することにより、図１８に示すような線形的な相対リターデーション分布が実現される液晶素子について、更なる説明を加える。
【００５５】
図６は、第２の実施例による液晶素子の概略的な断面図である。液晶素子は、一対の、電極を備えた基板６７、６８及び両基板６７、６８間に挟持される液晶層６６を含んで構成される。基板６７は、透明で平板なガラス基板６１、ガラス基板６１上に形成される透明電極６４、及び、透明電極６４上方に形成される配向膜７１とを含んで構成される。基板６８は、透明で平板なガラス基板６２、ガラス基板６２上に形成される透明電極６５、透明電極６５上に形成される透明誘電体層６３、及び、透明誘電体層６３上に形成される配向膜７０とを含んで構成される。透明誘電体層６３は、位置によって連続的に厚さが異なる誘電体層である。
【００５６】
一対の基板６７、６８は、一対のガラス基板６１、６２の延在方向が略平行であり、配向膜７１、７０が向き合うように対向配置され、両基板６７、６８の間（配向膜７０と配向膜７１との間）には、液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０が接続されている。電圧印加手段８０により、２つの透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することができる。
【００５７】
図６に示す液晶素子は、図１９に示す液晶素子と同様に、透明誘電体層６３の厚さを場所により変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。図１９に示す液晶素子と異なるのは、透明電極６５上に透明誘電体層６３が形成され、液晶層６６が、透明誘電体層６３上の配向膜７０と透明電極６４上の配向膜７１との間に挟持される構造を有している点である。
【００５８】
なお、図６に示す液晶素子においては、透明電極６５上の全面に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、透明電極６５上の一部の領域に形成してもよい。その場合、配向膜７０は、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６５上に形成される。
【００５９】
図６に示すように、一方の透明電極上に透明誘電体層が形成され、液晶層が、透明誘電体層上の配向膜と他方の透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００６０】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。両グラフとも、横軸は、液晶素子の断面位置を、液晶素子の一方の端部（基準点）からの距離で示す。単位は「μｍ」である。図７（Ａ）の縦軸は、液晶層厚を、単位「μｍ」で示す。図７（Ｂ）の縦軸は、リターデーションを、単位「ｎｍ」で示す。
【００６１】
なお、電圧の印加に当たっては、８つの分布形状が類似のリターデーション分布が得られるように、レベル１〜レベル８の８つの電圧を選択した。レベル８の印加電圧は０Ｖ（無印加）である。レベル１からレベル８に向かうにつれ、印加電圧は小さくなる。なお、図２０（Ａ）及び（Ｂ）に結果を示したシミュレーションの場合とは異なり、電圧無印加時の液晶の配向は垂直であるとし、液晶材料の誘電率異方性を負として計算した。
【００６２】
図７（Ａ）を参照する。図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するために、液晶層に厚さが０に近い部分を形成する必要はない。図から、印加電圧によるリターデーションの変化が最小である液晶層の断面における両端（液晶層の外周）においてさえも、ある程度の液晶層厚を確保できることがわかる。２つの電極間でショートは生じず、また、液晶素子製造に当たっては、「真空注入法」を使用することができる。これは、液晶層に加えられる電圧が、液晶層と透明誘電体層との分圧関係で決定され、また、液晶層の実効屈折率は、ある一定の電圧以上の電圧を加えなければ変化しないことに基づく。
【００６３】
図７（Ｂ）を参照する。液晶素子のうち、印加電圧によってリターデーションが大きく変化する領域においては、リターデーション分布は、比較的類似の分布形状を保って変化している。しかし、液晶層厚の薄い、液晶層中央付近については、リターデーションが、透明電極間に印加する電圧によって、ほとんど制御できないことがわかる。
【００６４】
なお、一方の透明電極上に透明誘電体層が形成され、液晶層が、透明誘電体層上の配向膜と透明電極上の配向膜間に挟持される構造の液晶素子においては、液晶の誘電率異方性が正の場合、透明電極間に印加する電圧を変化させることによって、リターデーション分布を、類似の分布形状を保ったまま変化させることは、シミュレーションによって不可能であることを確認した。
【００６５】
図８は、図６に断面を示した液晶素子の変形例である。図８に示す液晶素子も、透明誘電体層６３の厚さを場所により連続的に変化させることにより、液晶層６６の厚さに変化を与えている。一方、図８に示す液晶素子は、図６の液晶素子と異なり、透明電極が透明誘電体層の上面に形成されている下基板（基板６８）と、下面に形成されている上基板（基板６７）とを併せもつ構造を有する。また、図６に示す液晶素子は、一方の基板側に誘電体層が形成されているが、図８に示す液晶素子は、両方の基板側に誘電体層が形成されている。
【００６６】
図８に示す液晶素子も、一対の、電極を備えた基板６７、６８及び両基板６７、６８間に挟持される液晶層６６を含んで構成される。図８に示す液晶素子においては、基板６７は、透明で平板なガラス基板６１、ガラス基板６１上に形成される透明電極６４、透明電極６４上の一部に形成される、位置によって連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３、及び、透明誘電体層６３表面上と透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６４上とに形成される配向膜７１とから構成される。一方、基板６８は、透明で平板なガラス基板６２、ガラス基板６２上の一部に形成される、位置によって連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３、透明誘電体層６３表面上と、透明誘電体層６３が形成されているガラス基板６２の片面上であって、ガラス基板６２が露出している部分とに形成される透明電極６５、及び、透明電極６５上に形成される配向膜７０とから構成される。
【００６７】
一対の基板６７、６８は、一対のガラス基板６１、６２の延在方向が略平行であり、配向膜７１、７０が向き合うように対向配置され、両基板６７、６８の間（配向膜７０と配向膜７１との間）には、液晶層６６が挟持される。透明電極６４、６５間には、電圧印加手段８０が接続されている。電圧印加手段８０により、２つの透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することができる。
【００６８】
なお、図８に示す液晶素子においては、透明電極６４上の一部の領域に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、透明電極６４上の全面に形成してもよい。その場合、配向膜７１は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。また、図示の液晶素子においては、ガラス基板６２上の一部の領域に透明誘電体層６３が形成されているが、透明誘電体層６３は、ガラス基板６２上の全面に形成してもよい。その場合、透明電極６５は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【００６９】
図８に示すように、透明電極が透明誘電体層の上面に形成されている下基板（基板６８）と、下面に形成されている上基板（基板６７）とを併せもつ構造を有する液晶素子において、図１８に示すような線形的なリターデーション分布を実現するのに必要な液晶層の厚さ分布、及び、その厚さ分布を有する液晶層を含む液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変化させた場合の、リターデーションの変化をシミュレートした。
【００７０】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレーションの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すグラフの両軸は、それぞれ図７（Ａ）及び（Ｂ）のグラフの両軸と、意味するところが等しい。また、図９（Ｂ）に現れる、レベル１〜レベル８の８つの選択電圧の意味するところは、図７（Ｂ）のそれらと等しい。更に、電圧無印加時の液晶の配向は垂直であるとし、液晶材料の誘電率異方性を負として計算した。
【００７１】
図９（Ａ）を参照する。図８に示すような構造の液晶素子は、図６に示すような構造を有する液晶素子と同様に、図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状のリターデーション分布を実現するために、液晶層に厚さが０に近い部分を形成する必要がないことがわかる。液晶層の断面における両端（液晶層の外周）においても、ある程度の液晶層厚を確保することができる。図８に示すような構造の液晶素子においても、２つの電極間でショートは生じず、また、液晶素子製造に当たっては、「真空注入法」を使用することができる。
【００７２】
図９（Ｂ）を参照する。レベル１〜レベル８のすべての電圧において、図１８に示すようなリターデーション分布と類似形状の分布が得られている。液晶層厚の薄い、液晶層の中央付近についても、透明電極間に印加する電圧によって、リターデーションの制御が可能であることがわかる。
【００７３】
なお、図６または図８に示す液晶素子においては、必ずしも配向膜７０または配向膜７１を形成しなくともよい。
【００７４】
第２の実施例においては、液晶レンズ素子として用いられる液晶素子を例にとって考察した。少なくとも一方の基板の透明電極上に、位置によって厚さが連続的に異なる誘電体層を形成することによって、２つの電極間に電圧を印加する際、液晶の応答電圧が所定の分布を示すように制御し、種々の機能を有する液晶素子を実現することができる。
【００７５】
第２の実施例による液晶素子は、電極を１対だけ含んで構成されるので、［発明の解決しようとする課題］で述べたような、複数対の電極を有する液晶素子のもつ問題点を回避することができる。
【００７６】
図１０〜図１４を用いて、第３の実施例について説明する。第３の実施例は、第１の実施例で説明した厚さを制御した誘電体膜の製造方法を利用し、素子面内で液晶層厚が連続的に分布するような構造を有する液晶素子を製造する方法に関する。
【００７７】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。まず、図６に示したような構造を有する液晶素子の製造方法について説明する。
【００７８】
図１０（Ａ）を参照する。まず、透明電極６５の付いた透明で平板なガラス基板６２を準備し、透明電極６５上に、透明誘電体層６３を形成する。透明電極６５は、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６２上に形成される。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等で透明電極６５上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００７９】
図１０（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００８０】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明電極６５上に透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域が存在する場合、その領域には透明誘電体層は形成されず、透明電極６５の表面が露出する。この結果、透明電極６５上には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００８１】
図１１（Ａ）は、紫外線を露光し、厚さ制御を行って作製した透明誘電体層６３の一例を示す概略的な斜視図である。図中の実線は等高線であり、隣り合う実線は０．４μｍ高さが異なる。第３の実施例においては、２値フォトマスク１２上の位置による開口率を制御し、透明誘電体層６３を、同一厚さ部分が略同心円状に分布するように形成した。ただし、後の、液晶を真空注入する工程において必要となる液晶注入口を設けるため、一部領域の層厚を薄くした。
【００８２】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った断面図である。ほぼ同一厚さの透明誘電体層が分布する同心円の中心を通る断面を示した。横軸は、透明誘電体層６３の断面位置を、基準点からの距離で示す。単位は「μｍ」である。縦軸は、透明誘電体層６３の厚さを、単位「μｍ」で示す。図１１（Ｂ）から、透明誘電体層６３の厚さは、透明誘電体層６３内の位置によって異なり、その厚さは連続的に（なだらかに）変化するように、制御されているのがわかる。
【００８３】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【００８４】
図１２（Ａ）を参照する。透明電極６５上に、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような層厚分布を有する透明誘電体層６３（位置によって厚さが連続的に異なる透明誘電体層６３）を形成した後、透明誘電体層６３の表面上に配向膜７０を形成し、ラビング処理を施す。
【００８５】
図１２（Ｂ）を参照する。図１０（Ａ）〜（Ｃ）、及び図１２（Ａ）を用いて説明した工程とは別に、透明電極６４の付いた透明で平板なガラス板６１を準備し、透明電極６４上に配向膜７１を形成した後、ラビング処理を施す。なお、透明電極６４は、上述のように、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６１上に形成される。
【００８６】
図１２（Ｃ）を参照する。ガラス基板６２とガラス基板６１とを、配向膜７０と配向膜７１とが向き合うように対向配置し、真空注入法により両配向膜間に、たとえば誘電率異方性が正の液晶を注入する。また、透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することのできる電圧印加手段８０を接続する。このようにして、液晶層６６を有する液晶素子が作製される。
【００８７】
なお、配向膜７０または配向膜７１を形成せず、液晶層６６を、透明誘電体層６３または透明電極６４に隣接して形成してもよい。
【００８８】
更に、上記の液晶素子の製造方法においては、透明電極６５上の全面に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、透明電極６５上の一部の領域に形成してもよい。その場合、配向膜７０は、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３の形成されていない透明電極６５上に形成される。
【００８９】
図１３は、上述のような工程を経て作製された液晶素子の偏光顕微鏡写真のスケッチである。この液晶素子の電圧無印加時のリターデーション分布は、図１１（Ａ）に示した透明誘電体層６３の層厚分布と相関していることがわかる。
【００９０】
図１４（Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。次に、図８に示すような構造を有する液晶素子の製造方法について説明する。
【００９１】
図１４（Ａ）を参照する。透明電極６４の付いた透明で平板なガラス基板６１を準備し、透明電極６４上に、透明誘電体層６３を形成する。透明電極６４は、たとえばＩＴＯをスパッタリングすることにより、ガラス基板６１上に形成される。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等で透明電極６４上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００９２】
図１４（Ｂ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。
【００９３】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明電極６４上に透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域には、透明誘電体層６３は形成されず、透明電極６４の表面の一部が露出される。この結果、透明電極６４上の一部には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００９４】
図１４（Ｃ）を参照する。透明電極６４上に所定の厚さ分布を有する透明誘電体層６３を形成した後、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明電極６４上に配向膜７１を形成し、ラビング処理を施す。
【００９５】
続いて、図１４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明した工程とは別に、図１４（Ｄ）〜（Ｆ）の工程を行う。
【００９６】
図１４（Ｄ）を参照する。透明で平板なガラス基板６２を準備し、ガラス基板６２上に、透明誘電体層６３を形成する。透明誘電体層６３は、たとえば、厚さが５μｍであり、ネガ型感光性レジストで形成される。ネガ型感光性レジストを、スピンコート等でガラス基板６２上に塗布することによって、透明誘電体層６３を形成する。
【００９７】
図１４（Ｅ）を参照する。次に、複数の開口１２ａを有し、マスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスク１２を、透明誘電体層６３から、たとえば１０ｍｍ離して配置する。なお、図１４（Ｅ）に示す工程で使用する２値フォトマスク１２は、図１４（Ｂ）に示す工程で使用した２値フォトマスク１２とは、マスク上の開口率分布が異なる。
【００９８】
続けて、フォトリソグラフィで、透明誘電体層６３を所定の厚さに制御する。２値フォトマスク１２の複数の開口１２ａを通して、複数の開口１２ａからの光が重なって到達するように、紫外線を透明誘電体層６３に１回露光する。露光時間は、たとえば１０ｓｅｃである。露光後、透明誘電体層６３が形成されたガラス基板６２を、アルカリ性溶液に一定時間浸す等して現像する。透明誘電体層６３のうち、２値フォトマスク１２の開口率の大きい部分を透過した紫外線が露光された領域は、層が厚く残り、開口率の小さい部分を透過した紫外線が露光された領域は、薄い層が残る。また、紫外線が、層が残る閾値以下の露光量しか露光されない領域には、透明誘電体層６３は形成されず、ガラス基板６２の表面の一部が露出する。この結果、ガラス基板６２上の一部には、位置により連続的に厚さの異なる透明誘電体層６３が形成される。
【００９９】
図１４（Ｆ）を参照する。ガラス基板６２上の一部に所定の厚さ分布を有する透明誘電体層６３を形成した後、透明誘電体層６３の表面上、及び、透明誘電体層６３が形成されているガラス基板６２の片面上であって、ガラス基板６２表面が露出している部分に透明電極６５を形成する。また、透明電極６５上に配向膜７０を形成し、ラビング処理を施す。
【０１００】
図１４（Ｇ）を参照する。透明電極６４、透明誘電体層６３、及び、配向膜７１の形成されたガラス基板６１と、透明誘電体層６３、透明電極６５、及び、配向膜７０の形成されたガラス基板６２とを、配向膜７１と配向膜７０とが向き合うように対向配置し、真空注入法により両配向膜間に、たとえば誘電率異方性が正の液晶を注入する。また、透明電極６４、６５間に、任意の電圧を印加することのできる電圧印加手段８０を接続する。このようにして、液晶層６６を有する液晶素子が作製される。
【０１０１】
なお、配向膜７０または配向膜７１を形成せず、液晶層６６を、透明誘電体層６３または透明電極６５に隣接して形成してもよい。
【０１０２】
また、上記の液晶素子の製造方法においては、透明電極６４上の一部の領域に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、透明電極６４上の全面に形成してもよい。その場合、配向膜７１は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【０１０３】
更に、ガラス基板６２上の一部の領域に透明誘電体層６３を形成したが、透明誘電体層６３は、ガラス基板６２上の全面に形成してもよい。その場合、透明電極６５は、透明誘電体層６３の表面上に形成される。
【０１０４】
第３の実施例による液晶素子の製造方法においては、安価な２値フォトマスク１２を用い、１回のリソグラフィ工程で、位置によって厚さが連続的に異なる透明誘電体層６３を形成することができる。したがって、効率的に、液晶素子を形成することができる。
【０１０５】
第３の実施例による液晶素子の製造方法においては、液晶を、真空注入法により注入して、液晶層６６を形成した。一方の基板に、たとえば紫外線硬化性シール剤でパターンを形成し、基板上に所定量の液晶を滴下し、もう一方の基板を重ね合わせた後、紫外線を照射してシール剤を硬化し、両基板側を接着する方法（液晶滴下重ね法）を用いてもよい。液晶滴下重ね法は、真空注入法に比べ、生産性に優れている。
【０１０６】
図１５を用いて第４の実施例について説明する。第４の実施例は、液晶滴下重ね法を用いた液晶素子の製造方法、及び、その製造方法で製造された液晶素子に関する。第４の実施例による液晶素子製造方法については、第３の実施例として図１０〜図１４を用いて説明した液晶素子の製造方法に付け加える形式で、説明を行う。
【０１０７】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による、液晶滴下重ね法を用いた液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【０１０８】
図１５（Ａ）を参照する。液晶滴下重ね法で液晶層６６を形成する場合は、真空注入法を用いる場合と異なり、透明誘電体層６３（液晶層６６のリターデーションを制御する部分）の外周に沿って、更に、外壁部７２を、透明電極６５上に形成する。外壁部７２は、透明材料で形成される固体層であり、透明誘電体層６３と同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。透明誘電体層６３と同じ材料を用い、透明誘電体層６３を形成する工程の中で、透明誘電体層６３と同時に形成することが望ましい。外壁部７２を、透明誘電体層６３と別の材料で、また、透明誘電体層６３を形成する工程とは別の工程で形成する場合に比べ、効率的に液晶素子を製造することができる。外壁部７２は、作製しようとする液晶素子の、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近い厚さに形成される。
【０１０９】
次に、ギャップコントロール剤を添加した紫外線硬化性シール剤７３で、シールパターンを、外壁部７２に関して、液晶層６６を形成する領域とは反対側に形成する。液晶を滴下した後、２つのガラス基板６１、６２を重ね合わせ、紫外線を照射して、紫外線硬化性シール剤７３を硬化させる。紫外線硬化性シール剤７３の硬化した部分が、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着される部分である。
【０１１０】
図１５（Ｂ）を参照する。外壁部７２の厚さを、作製しようとする液晶素子の、透明電極６５と配向膜７１との間隔に等しく形成してもよい。この場合も、図１５（Ａ）を用いて説明した工程と同様の工程により、液晶滴下重ね法を用いて、液晶素子を製造することができる。外壁部７２の厚さを、透明電極６５と配向膜７１との間隔に等しく作製すると、紫外線硬化性シール剤７３に、ギャップコントロール剤を添加する必要はなくなる。また、製造される液晶素子においては、外壁部７２の最も厚い部分が、配向膜７１に接することになる。
【０１１１】
図１５（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明を行った液晶素子の製造方法により製造される液晶素子は、透明誘電体層６３の外周に沿って外壁部７２が形成され、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側の領域で、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着されている液晶素子である。外壁部７２が、配向膜７１に接して形成される場合、液晶層６６と紫外線硬化性シール剤７３との接触はほとんどなくなる。
【０１１２】
［発明が解決しようとする課題］で述べたように、紫外線硬化性シール剤を用いる液晶素子の製造方法においては、紫外線硬化性シール剤が硬化前に液晶と接触した場合、特に、シール近傍の液晶の配向性や、抵抗値等の物性に、悪影響を与えるという問題があった。
【０１１３】
しかし、外壁部７２を形成し、紫外線硬化性シール剤７３で、シールパターンを、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側に形成することにより、この悪影響を小さくすることができる。外壁部７２を、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近い厚さに、または等しく形成した場合は、硬化前の紫外線硬化性シール剤７３と液晶層６６との接触を、少なくすることができるためである。
【０１１４】
本願発明者らは、図１５（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明した液晶素子の製造方法で製造した液晶素子の配向性や抵抗値について調べた。その結果、シールパターン付近の液晶層６６においてさえも、配向不良や抵抗値下降の問題がないことが確認された。
【０１１５】
ここでは紫外線硬化性シール剤を用いたが、熱硬化性シール剤を使用した場合も、同様の効果が得られる。外壁部７２の厚さを、透明電極６５と配向膜７１との間隔に近く、または等しく形成し、熱硬化性シール剤で、シールパターンを、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側に形成し、硬化させることにより、液晶層６６の配向不良や抵抗値下降等の問題を回避することができる。
【０１１６】
また、図１５（Ａ）または（Ｂ）に示す液晶素子には、配向膜７０及び配向膜７１が形成されているが、配向膜７０または配向膜７１は、必ずしも形成されていなくてもよい。配向膜７１が形成されていない場合は、外壁部７２の厚さを、透明電極６５と透明電極６４との間隔に近く、または等しく形成する。
【０１１７】
更に、上記第４の実施例による液晶素子の製造方法は、図６に示したような構造を有する液晶素子の製造に有効なだけでなく、たとえば図８に示すような構造を有する液晶素子の製造に適用しても効果がある。
【０１１８】
図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例により、図８に示すような構造を有する液晶素子を製造する方法を説明するための概略図である。
【０１１９】
図１６（Ａ）は、外壁部７２の厚さが、透明電極６４と配向膜７０との間隔に近く形成されている場合を示し、図１６（Ｂ）は、外壁部７２の厚さが、透明電極６４と配向膜７０との間隔と等しく形成されている場合を示す。
【０１２０】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明した液晶素子の製造方法を、図８に示す液晶素子の製造に適用する場合は、外壁部７２を、たとえば、透明電極６４上に形成し、外壁部７２の厚さを、透明電極６４と配向膜７０との間隔に近く、または等しくつくればよい。
【０１２１】
図１６（Ａ）または（Ｂ）のいずれに示す場合も、図８に示す液晶素子を製造する際の、透明誘電体層６３を形成する工程中に、透明誘電体層６３と同じ材料で、外壁部７２を、透明誘電体層６３（液晶層６６のリターデーションを制御する部分）の外周に沿って形成することが、効率上望ましい。液晶滴下重ね法を用いても、高品質の液晶層６６を形成することができる。
【０１２２】
なお、図１６（Ａ）または（Ｂ）を用いて説明した製造方法で製造される液晶素子も、透明誘電体層６３の外周に沿って外壁部７２が形成され、外壁部７２に関して液晶層６６と反対側の領域で、ガラス基板６１側とガラス基板６２側とが接着されている液晶素子である。外壁部７２が、配向膜７０に接して形成される場合、液晶層６６とシール剤との接触はほとんどなくなる。
【０１２３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マスク上の位置により単位面積当たりの開口率の異なる２値フォトマスクを用い、厚さを制御した誘電体膜を製造する方法を提供することができる。
【０１２５】
また、本発明によれば、液晶層の厚さが０に近い部分を有さず、かつ、１対の電極のみで、リターデーションを効果的に制御することのできる液晶素子、及び、その効率的な製造方法を提供することができる。
【０１２６】
更に、高品質の液晶素子を製造する方法、及び、その方法で作製した液晶素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の予備実験に使用した、ドット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。
【図２】開口ドット角と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図３】第２の予備実験に使用した、スリット状開口部を有する２値フォトマスクの開口パターンを示す概略的な平面図である。
【図４】マスク幅と感光性レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による誘電体層の厚さ制御方法を説明するための概略的な図である。
【図６】第２の実施例による液晶素子の概略的な断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【図８】図６に断面を示した液晶素子の変形例である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１１】（Ａ）は、紫外線を露光し、厚さ制御を行って作製した透明誘電体層の一例を示す概略的な斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１３】液晶素子の偏光顕微鏡写真のスケッチである。
【図１４】（Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例による液晶素子の製造方法を説明するための概略図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、第４の実施例による液晶素子製造方法を説明するための概略図である。
【図１７】液晶素子の面内中心を通る直線断面における相対リターデーション分布の一例を示すグラフである。
【図１８】図１５に示した相対リターデーション分布を簡略化したグラフである。
【図１９】平行平板基板間の液晶層厚を、透明誘電体で制御した液晶素子の一例を示す概略的な断面図である。
【図２０】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、シミュレートの結果得られた、液晶素子の断面位置と液晶層厚の関係、及び、液晶素子の断面位置とリターデーションとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ 誘電体膜
１２ ２値フォトマスク
１２ａ 開口
６１、６２ ガラス基板
６３ 透明誘電体層
６４、６５ 透明電極
６６ 液晶層
７０、７１ 配向膜
７２ 外壁部
７３ 紫外線硬化性シール剤
８０ 電圧印加手段
Claims (11)
- 感光性誘電体膜の形成された基板を準備する工程と、
複数の開口を有する２値フォトマスクであって、該２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを、前記感光性誘電体膜から離して配置する工程と、
前記２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記感光性誘電体膜を露光する工程と、
前記露光された感光性誘電体膜を現像し、位置により厚さが連続的に変化する誘電体膜を得る工程と
を有する厚さを制御した誘電体膜の製造方法。 - 第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、
前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層と、
前記透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、
前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、
前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上に形成される第２の透明電極と、
前記第２の透明電極上方に形成される第２の配向膜と、
前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層と
を有する液晶素子。 - 更に、前記誘電体層の外周に沿って、透明材料で形成される外壁を有し、該外壁に関して前記液晶層と反対側の領域でシール剤が硬化されている請求項２に記載の液晶素子。
- 第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成される第１の透明電極と、
前記第１の透明電極上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層と、
前記第１の透明誘電体層上を含む領域に形成される第１の配向膜と、
前記第１の透明基板に対向配置される第２の透明基板と、
前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板に向き合う面上の少なくとも一部の領域に形成され、位置により厚さの異なる第２の透明誘電体層と、
前記第２の透明誘電体層上を含む領域に形成される第２の透明電極と、
前記第２の透明電極上に形成される第２の配向膜と、
前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に挟持される液晶層と
を有する液晶素子。 - 更に、前記第１の誘電体層の外周に沿って、透明材料で形成される外壁を有し、該外壁に関して前記液晶層と反対側の領域でシール剤が硬化されている請求項４に記載の液晶素子。
- （Ａ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、
（Ｂ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる透明誘電体層を形成する工程と、
（Ｃ）前記透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、
（Ｄ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上に、第２の透明電極を形成する工程と、
（Ｅ）前記第２の透明電極上方に第２の配向膜を形成する工程と、
（Ｆ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程と
を有する液晶素子の製造方法。 - 前記工程（Ｂ）が、
（Ｇ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、感光性透明誘電体材料膜を形成する工程と、
（Ｈ）複数の開口を有する２値フォトマスクであって、該２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている２値フォトマスクを、前記感光性透明誘電体材料膜から離して配置する工程と、
（Ｉ）前記２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記感光性透明誘電体材料膜を露光する工程と、
（Ｊ）前記露光された感光性透明誘電体材料膜を現像する工程と
を含み、前記工程（Ｇ）〜（Ｊ）によって、前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる前記透明誘電体層が形成される請求項６に記載の液晶素子の製造方法。 - 更に、前記工程（Ｂ）が、前記透明誘電体層の外周に沿って、透明外壁を形成する工程を含み、前記工程（Ｇ）〜（Ｊ）によって、前記透明誘電体層を形成する工程と同一工程で前記透明外壁を形成し、
前記工程（Ｆ）が、前記透明外壁に関して前記液晶層と反対側の領域で、前記液晶層のシールを形成する工程を含む請求項７に記載の液晶素子の製造方法。 - （Ｋ）第１の透明基板を準備し、前記第１の透明基板上に、第１の透明電極を形成する工程と、
（Ｌ）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる第１の透明誘電体層を形成する工程と、
（Ｍ）前記第１の透明誘電体層上を含む領域に、第１の配向膜を形成する工程と、
（Ｎ）第２の透明基板を準備し、前記第２の透明基板上の少なくとも一部に、位置によって厚さが連続的に異なる第２の透明誘電体層を形成する工程と、
（Ｐ）前記第２の透明誘電体層上を含む領域に、第２の透明電極を形成する工程と、
（Ｑ）前記第２の透明電極上に第２の配向膜を形成する工程と、
（Ｒ）前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とが向き合うように対向配置し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜との間に液晶層を形成する工程と
を有する液晶素子の製造方法。 - 前記工程（Ｌ）が、
（Ｓ１）前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、第１の感光性透明誘電体材料膜を形成する工程と、
（Ｔ１）複数の開口を有する第１の２値フォトマスクであって、該第１の２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている第１の２値フォトマスクを、前記第１の感光性透明誘電体材料膜から離して配置する工程と、
（Ｕ１）前記第１の２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記第１の感光性透明誘電体材料膜を露光する工程と、
（Ｖ１）前記露光された第１の感光性透明誘電体材料膜を現像する工程と
を含み、前記工程（Ｓ１）〜（Ｖ１）によって、前記第１の透明電極上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる前記第１の透明誘電体層が形成され、
前記工程（Ｎ）が、
（Ｓ２）前記第２の透明基板上の少なくとも一部に、第２の感光性透明誘電体材料膜を形成する工程と、
（Ｔ２）複数の開口を有する第２の２値フォトマスクであって、該第２の２値フォトマスク上の位置によって単位面積当たりの開口率が異なっている第２の２値フォトマスクを、前記第２の感光性透明誘電体材料膜から離して配置する工程と、
（Ｕ２）前記第２の２値フォトマスクの複数の開口を通して、複数の開口からの光が重なって到達するように前記第２の感光性透明誘電体材料膜を露光する工程と、
（Ｖ２）前記露光された第２の感光性透明誘電体材料膜を現像する工程と
を含み、前記工程（Ｓ２）〜（Ｖ２）によって、前記第２の透明基板上の少なくとも一部に、位置により厚さが連続的に異なる前記第２の透明誘電体層が形成される請求項９に記載の液晶素子の製造方法。 - 更に、前記工程（Ｌ）が、前記第１の透明誘電体層の外周に沿って、透明外壁を形成する工程を含み、前記工程（Ｓ１）〜（Ｖ１）によって、前記第１の透明誘電体層を形成する工程と同一工程で前記透明外壁を形成し、
前記工程（Ｒ）が、前記透明外壁に関して前記液晶層と反対側の領域で、前記液晶層のシールを形成する工程を含む請求項１０に記載の液晶素子の製造方法。
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