JP2009063972A - 積層型液晶光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶層ごとに所望の光学特性を得るとともに、液晶層の広い領域を利用できる積層型液晶光学素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】積層型液晶光学素子１は、３枚の透明基板３が枠状のシール６を介して貼り合わされ、各シール６の内側領域に液晶層７が保持された構成を有する。各シール６は、一部を開口して設けられた注入口４を有する。各シール６の注入口４は中間に位置する透明基板３ａを介して、互いに重なる位置に設けられている。各注入口４には、注入口４を封止する封止材８が充填されている。各シール６の間に位置する透明基板３ａは、各シール６の注入口４と重なる箇所で、各注入口４どうしを連通して設けられた連通部５を有する。これにより、封止材８を充填する工程における第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの形状変化の差を抑え、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで所望の光学特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は積層型液晶光学素子とその製造方法に関し、特に、中間基板の、各注入口と重なった箇所に連通部を有することで、封止工程における液晶層ごとの形状変化の差を抑え、液晶層ごとに所望の光学特性を得ることを目的とする。

従来から、複数の液晶層が重ね合わされた積層型の液晶光学素子が知られている。積層型の液晶光学素子は、３枚以上の透明基板が枠状のシールを介して重ね合わされ、各シールの内側領域で液晶層が保持された構成を有する。各透明基板には、液晶層に電圧を印加するための透明電極、液晶層を所定の方向に配向させるための配向膜などが形成されている。また、各液晶層を保持するシールにはそれぞれ、液晶を注入するための注入口が設けられている。
積層型の液晶光学素子は、各液晶層の配向方向などを異なったものにすることにより、単層型の液晶光学素子では実現できない機能を有するものである。

また上記とは別に、上下の液晶層どうしを連通させる連通孔を中間基板に有する積層型の液晶光学素子が知られている（例えば、特許文献１参照のこと）。
特許文献１に記載された積層型の液晶光学素子は、上下の液晶層どうしを連通させる連通孔を中間基板に設けることにより、液晶を注入するための注入口の数を少なくするものである。

特開昭５７−４１６１２号公報（第９−１２項、第４−５図）

しかし、従来の積層型の液晶光学素子では、次のような問題がある。図５は、透明基板１１が、注入口４が設けられたシール６を介して重ね合わされた従来の積層型の液晶光学素子２で、液晶の注入および注入口の封止を行った状態を示す説明図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

液晶光学素子の製造における、液晶注入後の注入口封止の工程においては、まず、液晶が注入された各シール６の注入口４に封止材８が塗布される。その後、各液晶層７が冷却され、冷却による液晶の収縮によって、塗布された封止材８が各注入口４の内部に引き込まれる。
ここで、各液晶層７の冷却度合いに差が生じると、各液晶層７の液晶の収縮度合いにも差が生じ、その結果として、図５（ｂ）に示すように、注入口４の内部への封止材８の引き込み量に各層で差が生じてしまう。

このように、各液晶層７の注入口への封止材８の引き込み量に差が生じると、注入口４の封止工程の前後で、各液晶層７の形状の変化量に差が生じてしまう。この結果、液晶層７ごとに所望の光学特性を得ることができない問題がある。特に、液晶層７の領域が小さい小型の液晶光学素子では、封止材８の引き込み量の差による各液晶層７の形状変化量の差が大きくなり、液晶層７ごとの光学特性がより大きく変化してしまう。

これに対して、特許文献１に記載された積層型の液晶光学素子では、中間基板の連通孔により上下の液晶層どうしが連通しているため、各液晶層での形状変化の差を抑えることができる。しかし、特許文献１に記載された積層型の液晶光学素子では、連通孔を液晶層
が配された箇所に設けているため、液晶層の利用可能な領域が狭くなる問題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決し、液晶層ごとに所望の光学特性を得るとともに、液晶層の広い領域を利用できる積層型液晶光学素子とその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の積層型液晶光学素子とその製造方法は、基本的に下記記載の構成要件を有するものである。

本発明にかかる積層型液晶光学素子は、３以上の透明基板を枠状のシールを介して重ね合わせ、各シールの一部を開口して設けられた注入口から各シールの内側領域に液晶を注入し、各注入口を封止材で充填した積層型液晶光学素子において、透明基板のうち両面にシールが位置する中間透明基板は、両面に位置するシールのそれぞれの注入口と重なった箇所に、該注入口どうしを連通させる連通部を有することを特徴とするものである。

本発明にかかる積層型液晶光学素子の製造方法は、３以上の透明基板が、一部を注入口として開口された枠状のシールを介して重ね合わされ、透明基板のうち両面にシールが位置する中間透明基板は、両面に位置するシールのそれぞれの注入口と重なった箇所に、該注入口どうしを連通させる連通部を有する積層セルを作製する工程と、各注入口より各シールの内側領域に液晶を注入する工程と、各注入口を封止材で充填する工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、注入口を封止材で充填する工程において、液晶層どうしの温度差が小さくなるまで連通部５が液晶層どうしを連通させる。このため、液晶層ごとに封止材８が引き込まれる量に大きな差が生じない。これにより、液晶層ごとの形状変化の差を抑え、液晶層ごとに所望の光学特性を得ることができる。
また、本発明によれば、液晶層どうしを連通させる連通部を、中間基板の、各注入口と重なった箇所に有する。これにより、液晶層の広い領域を利用することができる。

［構造体の説明］
本発明の積層型液晶光学素子の構成について、図面を用いて説明する。以下では、３枚の透明基板により２層の液晶層が積層されてなる積層型液晶光学素子の構成例について説明する。図１は、本発明の積層型液晶光学素子１の構成例を示す説明図である。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、積層型液晶光学素子１は、３枚の透明基板３が枠状のシール６を介して貼り合わされ、各シール６の内側領域に液晶層７が保持された構成を有する。各透明基板３には、液晶層７に電圧を印加するための透明電極９、液晶層７の液晶を所定の方向に配向させるための配向膜１０が形成されている。透明基板３どうし間隙は、例えばシール６内に混入される円柱状、または球状のスペーサによって規制されている。

ここで、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで、液晶の光学特性、液晶の動作などが異なるように、各配向膜１０、各透明電極９、各シール６などを形成することができる。例えば、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで、液晶の配向方向が互いに直交するように各配向膜１０を形成することができる。

各シール６は、一部を開口して設けられた注入口４を有する。各シール６の注入口４は
中間に位置する透明基板３ａを介して、互いに重なる位置に設けられている。各注入口４には、注入口４を封止する封止材８が充填されている。

ここで、各シール６の間に位置する透明基板３ａは、各シール６の注入口４と重なる箇所で、各注入口４どうしを連通して設けられた連通部５を有する。この連通部５の内部は封止材８が充填されている。

図１に示す積層型液晶光学素子１では、透明基板３ａに、丸い孔型に連通部５が設けられた例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、丸以外の形状の孔型に連通部５が形成される、または、透明基板３ａの端部に連通部５が形成されるとしてもよい。

以上のような構成を備える積層型液晶光学素子１において、各透明電極９による各液晶層７への電圧の印加を切り替えることにより、各液晶層７について、所望の光学特性を得ることができる。

［製造方法の説明］
次に、本発明の積層型液晶光学素子の製造方法について、図面を用いて説明する。まず、積層セルを作製する工程と、積層セルに液晶を注入する工程について説明する。図２は、本発明の積層型液晶光学素子の製造方法における作製された積層セルを示す図面である。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

まず、図２に示すように、従来の工程と同様にして、図示しない透明電極や配向膜などが形成された透明基板３を、所定の間隙を持って枠状のシール６を介して貼り合わせ、積層セルを作製する。
ここで、両面にシール６が位置する透明基板３ａには、孔型の連通部５が設けられている。この透明基板３ａの連通部５が、各シール６の一部を開口して設けられた注入口４と重なるように、各透明基板３と各シール６とは互いに貼り合わされている。この連通部５は、透明基板３ａ上に予め、機械的ドリル、レーザー加工、エッチングなどの方法により作製される。
透明基板３どうしの間隙は、例えばシール６内に混入される円柱状、または球状のスペーサによって規制される。

図３は、本発明の積層型液晶光学素子の製造方法における液晶を注入された積層セルを示す図面である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。積層セルを作製した後、図３に示すように、積層セルの各シール６の内側領域に注入口４より液晶を注入する。この液晶の注入の工程は、従来から知られている、真空注入法などにより行われる。

次に、積層セルの注入口４に封止材８を充填する工程について説明する。図４は、積層セルの注入口４を封止材８で充填する工程の説明図であり、図１（ａ）のＡ−Ａに対応した位置での断面形状を示している。図４（ａ）は、封止材８の塗布後、積層セルの冷却開始時の状態を示す。図４（ｂ）は、積層セルの冷却開始後、液晶層どうしの温度差が略なくなった状態を示す。図４（ｃ）は、注入口４内への封止材８の引き込みが終了した状態を示す。

まず、図４（ａ）に示すように、液晶が注入された積層セルの注入口４に封止材８を塗布する。封止材８としては、例えば、アリル化合物を主成分とする紫外線硬化型樹脂を用いることができる。

封止材８を注入口４に塗布した後、封止材８が塗布された積層セルを、恒温槽内（図示していない）に設置する等の方法により冷却する。ここで、恒温槽内の温度を、積層セルに封止材８を塗布した温度より低い温度Ｔ０とする。
封止材８が塗布された積層セルを温度Ｔ０の恒温槽内に設置することにより、積層セルは冷却され、温度Ｔ０に向けて徐々に温度が下がる。しかし、積層セルの冷却開始時においては、恒温槽内の温度分布などの影響により、各液晶層７の温度に差が生じてしまう。ここで、第１液晶層７ａの温度をＴ１、第２液晶層７ｂの温度をＴ２とし、積層セルの冷却開始時における各液晶層の温度を、例えば、第１液晶層７ａの温度Ｔ１が第２液晶層７ｂの温度Ｔ２より低いとする（Ｔ１＜Ｔ２）。

このように、第１液晶層７ａの温度Ｔ１が第２液晶層７ｂの温度Ｔ２より低い状態では、第１液晶層７ａに位置する液晶が、第２液晶層７ｂに位置する液晶に比べて大きく収縮する。この時、液晶に比べて封止材８の粘度が高いことから、封止材８は大きく移動せず、図４（ａ）の矢印に示すように、第２液晶層７ｂ側から第１液晶層７ａ側へ連通部５を通じて液晶が移動する。
すなわち、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで温度に差が生じても、連通部５を介して液晶が移動することにより、封止材８が第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとのそれぞれから受ける引き込みの力には、大きな差が生じない。このため、封止材８が、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとに引き込まれる量には大きな差が生じない。

積層セルの冷却の開始後、時間が経過することで、第１液晶層７ａの温度Ｔ１と第２液晶層７ｂの温度Ｔ２と差が小さくなる（Ｔ１≒Ｔ２）。これにより、図４（ｂ）の矢印に示すように、連通部５を介して、第１液晶層７ａ側から第２液晶層７ｂ側へ液晶が徐々に戻り、第１液晶７ａと第２液晶層７ｂとに満たされている液晶の割合の差が小さくなる。
このように、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの温度差が小さくなった後は、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの液晶の収縮度合いの差も小さくなる。このため、封止材８が、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとに引き込まれる量には大きな差が生じない。

その後、積層セルが更に冷却され、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの温度差が小さいまま、第１液晶層７ａの温度Ｔ１と第２液晶層７ｂの温度Ｔ２とが、恒温槽内の温度Ｔ０と近い温度まで低下する（Ｔ０≒Ｔ１≒Ｔ２）。
これにより、図４（ｃ）に示すように、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの液晶が収縮して封孔材８が引き込まれ、注入口４内が封止材８で充填された状態となる。このとき、連通部５の内部も封止材８で充填された状態となる。

図４（ｃ）で示すように、積層セルの注入口４内に封止材８が引き込まれた後、封止材８に紫外線を照射し、引き込まれた封止材８を硬化させる。以上のような方法により、本発明の積層型液晶光学素子１が製造される。

本発明によれば、積層セルの注入口４に封止材８を充填する工程において、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの温度の差が小さくなるまで、連通部５が第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとを連通させる。このため、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで、封止材８が引き込まれる量に大きな差が生じない。
すなわち、図４（ｃ）に示すように、封止材８を充填する工程における第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとの形状変化の差を抑え、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとで所望の光学特性を得ることができる。

これにより、封止材８の引き込み量の差による各液晶層の形状変化の差が大きくなる小型の液晶光学素子であっても、液晶の注入および注入口の封止後の、液晶層の形状を識別するための作業や、液晶層の形状に応じて印加電圧を調整するなどの個別の補正が不要と
なり、製造工程を短縮化・簡素化することができる。

また、本発明によれば、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂとを連通させる連通部５を、中間基板３ａの、封止材８が充填される注入口４と重なった箇所に有する。これにより、液晶層が配される箇所に連通部を有する構成と比較して、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂの広い領域で電圧を印加して液晶を駆動させて、その光学特性を利用することができる。
すなわち、第１液晶層７ａと第２液晶層７ｂの領域を有効に利用することができるため、積層型液晶光学素子を小型化する上においても非常に有利となる。

図１から図４では、３枚の透明基板により２層の液晶層が積層されてなる積層型液晶光学素子の構成例およびその製造方法の例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、４枚以上の透明基板により３層以上の液晶層が積層されてなる積層型液晶光学素子およびその製造方法にも適用可能である。

本発明の積層型液晶光学素子の構成例を示す説明図である。 本発明の積層型液晶光学素子の製造方法を示す説明図である。 本発明の積層型液晶光学素子の製造方法を示す説明図である。 本発明の積層型液晶光学素子の製造方法を示す説明図である。 従来の積層型の液晶光学素子の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 積層型液晶光学素子
３ 透明基板
３ａ 中間に位置する透明基板
４ 注入口
５ 連通部
６ シール
７ａ 第１液晶層
７ｂ 第２液晶層
８ 封止材
９ 透明電極
１０ 配向膜

Claims (2)

1. ３以上の透明基板を枠状のシールを介して重ね合わせ、前記各シールの一部を開口して設けられた注入口から前記各シールの内側領域に液晶を注入し、前記各注入口を封止材で充填した積層型液晶光学素子において、
   前記透明基板のうち両面に前記シールが位置する中間透明基板は、両面に位置する前記シールのそれぞれの前記注入口と重なった箇所に、該注入口どうしを連通させる連通部を有する
   ことを特徴とする積層型液晶光学素子。
2. ３以上の透明基板が、一部を注入口として開口された枠状のシールを介して重ね合わされ、前記透明基板のうち両面に前記シールが位置する中間透明基板は、両面に位置する前記シールのそれぞれの前記注入口と重なった箇所に、該注入口どうしを連通させる連通部を有する積層セルを作製する工程と、
   前記各注入口より前記各シールの内側領域に液晶を注入する工程と、
   前記各注入口を封止材で充填する工程と、を有する
   ことを特徴とする積層型液晶光学素子の製造方法。

Images