JP2009210965A - 液晶光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶滴下工程を採用して液晶光学素子を製造したとしても、その製造工程中にシールが有効径内部へ拡張することがない、信頼性の高い液晶光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】閉環形状の紫外線硬化型のシールを第１の透明基板に形成するシール形成工程と、シールで囲まれた領域内に液晶を滴下する液晶滴下工程と、所定の間隙を持って、第１の透明基板に第２の透明基板をシールを介して貼り合わせた後に、シールを本硬化するシール本硬化工程とを有し、シール形成工程と液晶滴下工程との間に、遮光部を有するマスクを介してシール内側領域に当該紫外線を照射して、シールの一部領域を仮硬化するシール仮硬化工程を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶光学素子の製造方法に関し、特に、閉環形状のシールの内側に液晶を配した、小型の液晶光学素子の製造方法に関する。

レーザー光源から出射されるレーザー光が光ディスクに照射され、この光ディスクからの反射光を受光ダイオードにて集光し、光ディスクの情報を読み取ったり、光ディスクに情報を書き込んだりする際に用いられる光ピックアップ装置がある。この光ピックアップ装置における、レーザー光の球面収差、コマ収差、非点収差等を補正するために用いられる液晶光学素子の外形サイズは、通常のディスプレイ装置として用いられる液晶光学素子の外形サイズと比較して、非常に小さく数ミリ角程度となっている。そして、この液晶光学素子の外形サイズは、光ピックアップ装置の小型化に伴って更に小さくなってゆく可能性がある。

また、光ディスク上でのレーザースポットサイズは、対物レンズの開口数とレーザー波長により決まる解像度に依存する。ここで、光ディスクの容量を大きくするため、解像限界に近い集光光で光学設計されて、かつ解像度を決める対物レンズの開口数が大きなものが採用されていることから、レーザースポットサイズは光ピックアップ装置の小型化に関わらず大きな変化はない。

この様に、素子の外形サイズが小型となっても、液晶光学素子を通過するレーザー光の波面を制御するための液晶駆動領域（以下有効径という）が変わらないということは、素子外周に設けられたシール部の内壁面とこの有効径との間隔が接近する事となる。

この様な、素子の外形サイズを小さくした液晶光学素子に適した製造方法（例えば、特許文献１参照のこと）について説明する。図７（ａ−１）〜（ａ−３）（ｂ）は、特許文献１に記載の液晶光学素子の製造方法を示す図面である。

まず、図７（ａ−１）に示すシール形成工程にて、透明基板１１１ａの表面に、スクリーン印刷またはディスペンサー法を用いて、紫外線硬化型樹脂からなるシール１１２を閉環形状に形成する。このシール１１２には、紫外光によりエポキシまたはアクリルの重合反応を開始させる開始剤が含まれている。この開始剤には、遠紫外線から近紫外線の波長域で反応するものが存在する物質が含まれる。一度開始剤が光反応すると、カチオンまたはラジカル重合が開始されて、未硬化状態のシール１１２の硬化反応が促進される。

次に、図７（ａ−２）に示す液晶滴下工程にて、シール１１２の内側領域に液晶１１３を滴下する。

最後に、図７（ａ−３）に示すシール本硬化工程にて、透明基板１１１ａに、シール１１２を介して透明基板１１１ｂを貼り合わせた上で、遠紫外線または近紫外線のシール本硬化光１１４を、透明基板１１１ｂ表面から照射することで、シール１１２が完全に硬化した、図７（ｂ）に示す液晶光学素子が完成する。

なお、図７（ａ−１）に示した透明基板１１１ａに形成されるシール幅は、図７（а−３）におけるシール本硬化工程で、透明基板１１１ａに、シール１１２を介して透明基板１１１ｂを貼り合わせた際に押し広がって、幅広のシール１１２となった状態でシール１１２が本硬化される。

特開平１１−１０９３８８号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、この特許文献１に記載の液晶光学素子の製造方法では、以下の問題点を有している。

外形サイズを小さくした液晶光学素子では、シール１１２と有効径１１との間隔が必然的に狭くなるため、セルのギャップに対して、図７（ａ−１）で形成されるシールの塗布量が多すぎると、図７（ａ−３）で示したシール本硬化工程における、２枚の透明基板１１１ａ、１１１ｂの貼り合わせの際に、図７（ｂ）に示すように、有効径１１の内側にこのシール１１２が侵入してしまう場合がある。

この様に、この従来の液晶光学素子の製造方法では、シールの塗布量、透明基板１１１ａ、１１１ｂの押圧の掛け方等を厳密に行わなくてはならず、設計通りの液晶光学素子を作成することが非常に困難であると言える。

そこで本発明は上記課題を解決し、上記液晶滴下工程を採用して液晶光学素子を製造したとしても、その製造工程中にシールが有効径内部へ拡張することがない、信頼性の高い液晶光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、基本的に下記記載の工程を採用するものである

本発明の液晶光学素子の製造方法は、閉環形状の紫外線硬化型のシールを第１の透明基板に形成するシール形成工程と、シールで囲まれた領域内に、液晶を滴下する液晶滴下工程と、所定の間隙を持って第１の透明基板に第２の透明基板を、シールを介して貼り合わせた後に、シールを本硬化するシール本硬化工程とを有する。そして、シール形成工程と液晶滴下工程との間に、遮光部を有するマスクを介してシール内側領域に紫外線を照射して、当該シール内側領域を仮硬化するシール仮硬化工程を行うことを特徴とするものである。

また、前述したシール仮硬化工程では、シール上部の少なくとも一部の領域が未硬化状態となる様に、シール内側領域を仮硬化させるのが好ましい。

また、上記シール内側領域の断面形状を、第１の透明基板側に形成される下底よりも上底を短くした台形形状とするのが良い。

また、上記シール内側領域の断面形状を、直角三角形形状としても良い。

本発明によれば、外形サイズが小さく、閉環形状のシール内壁面と有効径の間隔が狭い液晶光学素子を作成したとしても、有効径内へのシールの侵入を極力抑えた液晶光学素子を形成することが可能となる。

［液晶光学素子の製造方法：図１、図２］
本発明の液晶光学素子の製造方法は、一方の透明基板に閉環形状の紫外線硬化型のシー
ルを形成するシール形成工程と、遮光部を有するマスクを介して紫外線を照射してシールの一部領域を仮硬化するシール仮硬化工程とを有する。また、この製造方法は、仮硬化されたシールの内側領域に液晶を滴下する液晶滴下工程と、他方の透明基板をシールを介して貼り合わせた後に、シールを本硬化するシール本硬化工程とを有する。なお、本発明の製造方法の特徴的な部分は、特に上記シール仮硬化工程におけるシールを仮硬化させる手法および仮硬化させる箇所に有り、これにより、シールが液晶層側に拡張することを極力防ぎ、有効径内の液晶層を確保できるようになる。

ここで、本発明の液晶光学素子の製造方法について説明する。
図１は、本発明の製造方法を示す図面であり、図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液晶光学素子の製造方法を示す図である。また、図２（ａ）（ｂ）は、図１で示した工程を経て作成された液晶光学素子の断面図とその上部平面図を示している。

まず、図１（ａ）に示すシール形成工程によって、表面に透明電極２ｂと配向膜３ｂを形成した透明基板１ｂを用意し、閉環形状で紫外線硬化型のシール５を、ディスペンサー塗布法または印刷法により、配向膜３ｂの表面に形成する。このとき、シール５は、全ての領域において未硬化状態である。

次に、図１（ｂ）に示すシール仮硬化工程によって、遮光部を有するマスク４を介して、シールを仮硬化させるための紫外波長帯域のシール仮硬化光７を、２００〜３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量に設定して照射する。このとき照射されるシール硬化光７は、シール５を仮硬化させるにあたって、完全に硬化しない程度の光量に設定されている。また、マスク４の上部から照射されるシール仮硬化光７は、マスク４を通過してから図面の横方向に広がる。その結果、この横方向に広がったシール仮硬化光７は、シール５の斜め上から照射されることとなる。

この様にして、シール仮硬化光７がシール５に照射されると、シール仮硬化光７が当たった領域から仮硬化反応を起こし、シール５内に存在する光重合開始剤の光吸収が発端となり、シール５の側面および上部から光反応が開始されて、シール５の断面を台形形状としたシール仮硬化部６を形成する。このとき、シール５におけるシール仮硬化部６以外の領域は、依然として未硬化状態である。なお、シール仮硬化部６の断面形状は、本図に示した台形形状だけでなく、シール内壁面が仮硬化されている形状であれば、例えば直角三角形や長方形としても良い。

次に、図１（ｃ）に示す液晶滴下工程によって、閉環形状のシール５（図２（ｂ）参照）の内側領域に、ディスペンサーでもって、シール５の内側領域に充填される所定量の液晶８を滴下する。ここで、シール５内に滴下された液晶８は、図１（ｃ）に示すように、配向膜３ｂ上で液滴状に存在する。このとき配向膜３ｂは、上述した配向処理が施されているので、ネマティック液晶からなる液晶８は、ホモジニアス配向またはホメオトロピック配向となる。

次に、図１（ｄ）に示すシール本硬化工程によって、シール５の内側領域に液晶８が滴下された透明基板１ｂと、片面に透明導電膜２ａと配向膜３ａが形成された透明基板１ａとを、シール５を介して１Ｐａ程度の真空状態で重ね合わせた後に、大気圧に戻して透明基板１ａ、１ｂを圧縮し、所定の基板間ギャップを形成する。

その後、この透明基板１ａ、１ｂを押圧したまま、透明基板１ａの外側表面から２〜３Ｊ／ｃｍ^２程度の、遠紫外または近紫外の波長帯域のシール本硬化光９を照射することで、シール内の形成ポリマーが十分にラジカル重合またはカチオン重合を起こして、シール５を架橋硬化させる。そして、この架橋硬化されたシール５により、透明基板１ａ、１ｂ
が所定の間隙をもって液晶８を挟持した状態で強固に接着固定される。なお、ここで照射されるシール本硬化光９は、シール５を本硬化させるにあたって、十分に硬化させるだけの光量に設定されている。

上述した図１（ａ）〜（ｄ）に示した本発明の一連の製造工程を経ることで、図２（ａ）（ｂ）に示す様に、透明導電膜２ａ、２ｂに配向膜３ａ、３ｂが形成された面を内側に向けて配置された透明基板１ａ、１ｂの間隙に液晶８を有し、透明基板１ａ、１ｂが閉環形状のシール５によって強固に保持された、目的の液晶光学素子１０５を得ることができる。

そして、上記工程で製造した液晶光学素子１０５は、小さな外形サイズの素子であって、有効径１１とシール５の内壁の間隔が狭く設定されていたとしても、有効径１１の内側にシール５が侵入することがなく、有効径１１内の液晶が確保される。

なお、上記説明では、閉環形状のシール５を設けた透明基板１ｂにおける、シール５の内側領域に、ディスペンサーによって液晶８を滴下する工程を示したが、液晶８を滴下した透明基板１ａと、閉環形状のシール５を形成した透明基板１ｂとを貼り合わせて、図２（ａ）（ｂ）に示す液晶光学素子を製造しても構わない。

［シール仮硬化工程の第１の形態の説明：図３］
次に、先に示したシール仮硬化工程（図１（ｂ））における具体的な３つの形態の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の形態のシール仮硬化工程を示す図である。

図３（ａ）に示すように、シール仮硬化工程において、マスク４とシール５の上端面との間隔１０を適度に空けて、少ない光量の紫外光を照射すれば、シール仮硬化光７がシール内側壁に斜めから入射させることにより、シール上部の一部の領域６ａとともに、マスク４から離れるシール５下方向の方がより深い領域までを仮硬化することができる。このとき、領域６ａとともに、シール内側壁面の領域６ｂおよびシール下面の一部の領域６ｃを含んだシール仮硬化部６が形成され、シール仮硬化部６の断面形状が、本図（ａ）に示す領域６ａ〜６ｄで囲まれた台形形状となる。

次に、図３（ｂ）に示すように、透明基板１ｂに形成された台形形状のシール仮硬化部６を、もう一方の透明基板１ａにより上部より圧縮する。このときシール５の殆どの部分が未硬化状態であって流動性があるため、未硬化状態のシール５は、シール幅を拡張しようとする。ところが、流動性が著しく低下したシール仮硬化部６が、未硬化状態のシール５のシール内側領域への広がりを堰き止める働きをし、未硬化状態のシール５は、シール仮硬化部６と反対側にのみ拡張してゆくこととなる。この様に、シール仮硬化部６が、未硬化状態のシール５の拡張を、有効径１１より外側（図面右側）にのみ広げることができ、図４（ｃ）に示すように、シール５と有効径１１との間隔を十分とって、有効径１１内部を液晶８で充填させた、目的の液晶光学素子を形成することができる。

また、本形態では、シール５の上面のごく一部の領域６ａが仮硬化しており、他の上面領域のシールが未硬化状態となっているので、シール本硬化工程において、シール５と透明基板１ａとの接着強度を十分得ることができる。また、シール仮硬化部６における領域６ｂ（シール内壁面）は、シール内側領域に滴下された液晶８がシール５に到達したとしても、領域６ｂは既に仮硬化しているので、シール５の液晶８への溶解を防ぐことができる。

また本形態では、シール底辺部の領域６ｃが、シール上辺の領域６ａより広い領域で硬
化している。これにより、配向膜３ｂへの密着力を増やしながらにして、未硬化状態の内側領域へのシール５の拡張を堰き止めることができる。さらに、本形態におけるシール仮硬化部６における領域６ｄにおいて、領域６ｃと領域６ｄのなす角度が９０度未満の傾斜となっているので、未硬化状態のシール５の図面水平方向への拡張力を上方向へ分散させることができる。この上方向の分散力により、領域６ｄをシール内側領域に向けて押す力を低減させる働きを得ることができるので、シール５の内側領域への侵入する確率を更に低減させることができる。

以上の事項から、シール仮硬化部６の上辺の領域６ａをなるべく狭くし、シール内壁面である領域６ｂをシール上辺まで到達させ、シール底辺である領域６ｃをなるべく広く設計することが、本発明の効果を得るにあたって望ましい形態であることが理解できよう。

［シール仮硬化工程の第２の形態の説明：図４］
次に、シール仮硬化工程の第２の形態について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、この第２の形態の製造方法を示す図面である。

本形態のシール仮硬化工程では、図４（ａ）に示す様に、先に示した製造方法である図３の場合と比較して、マスク４とシール５の上端面との間隔１０を狭くして、シール仮硬化光７を照射して行う。すると、シール仮硬化光７は、シール上面には殆ど入射されず、シール仮硬化部６の形状が、領域６ｂ〜６ｄで囲まれた直角三角形状となる。

また本形態では、領域６ｂがシール５の上辺まで達しており、図４（ｂ）に示すように、未硬化状態のシール５は、シール仮硬化部６により図面左方向への拡張が堰き止められ、図面右側にのみに拡張する。そして、シール仮硬化部６の直角三角形の辺におけるマスク４側で対峙する頂点は、透明基板１ａにより上部から押圧されて、シール仮硬化部６の形状を台形形状へと変える。このとき、シール仮硬化部６の領域６ｂ（シール内壁面）がシール上辺まで到達して形成されているので、未硬化状態のシール５は、第１の形態と同様に、図４（ｃ）に示す有効径１１に侵入ことがない。この様にして、有効径１１内部を液晶８で充填した、目的の液晶光学素子を形成することができる。

［シール仮硬化工程の第３の形態の説明：図５］
次に、シール仮硬化工程の製造方法の第３の形態について説明する。図５（ａ−１）（ａ−２）（ｂ）は、第３の形態の製造方法を示している。

まず、図５（ａ−１）に示すように、シール仮硬化光７を図面左上から右下に向かう斜め方向に照射することで、シール仮硬化部６は、第１の形態で示した台形形状、または第２の形態で示した直角三角形となり、その上辺の領域６ａは狭く、側辺の領域６ｂ（シール内壁面）はシール上部まで到達し、底辺の領域６ｃは広く、かつ斜辺の領域６ｄは長くなる様に形成することができる。この形状は、上辺のシール未硬化部が広く、底辺シール仮硬化部が広く、またシール仮硬化部６の形状は、領域６ｃと領域６ｄのなす角度が小さくなる。ことから、シール堰き止め効果も高くなる。

次に、図５（ａ−２）に示すように、シール仮硬化光７を、図面右上から左下に向かう斜め方向に照射することで、上述と同様のシール仮硬化部６を形成することが出来る。次に、図５（ａ−１）（ａ−２）により、シール５を仮硬化した透明基板１ａ、１ｂを貼り合せると、図５（ｂ）に示すように、有効径１１内側に、未硬化状態のシール５が侵入しない、理想的なシール形状を作成できる。

［光ピックアップ装置の説明：図６］
次に、本発明の製造方法で作成した液晶光学素子を、光ピックアップ装置に搭載した例
について説明する。図６は、上述した製造方法により形成された液晶光学素子１０５を搭載した、光ピックアップ装置の全体構成を示すブロック図である。

図６に示す光ピックアップ装置は、レーザー光源１０１、カップリングレンズ１０３、偏光ビームスプリッター１０４、収差補正手段として機能する液晶光学素子１０５、１／４波長板１０６、対物レンズ１０７、集光レンズ１０９、受光ダイオード１１０から構成されている。

図６において、レーザー光源１０１から出たレーザー光１０２は、カップリングレンズ１０３で平行光とされ、偏光ビームスプリッター１０４を通過した後、液晶光学素子１０５に入射する。この液晶光学素子１０５を通過する際に、レーザー光は液晶光学素子１０５で変調され、収差補正が可能となる。その後１／４波長板１０６を通過して、対物レンズ１０７により光ディスク１０８に集光される。そして光ディスク１０８にて反射されたレーザー光は、再び対物レンズ１０７及び１／４波長板１０６を経て、偏光ビームスプリッター１０４により光路が変更されて、集光レンズ１０９を介して受光ダイオード１１０に集光される。

この様に、上述した本発明により製造された液晶光学素子は、外形サイズを小さくしながらにして、液晶滴下工程を行った後に、透明基板を貼り合わせたとしても、未硬化状態のシール５が液晶８へ拡張することなく、有効径１１内の液晶８を確保し、紫外線硬化型のシール５と透明基板１ａ、１ｂとの密着力を向上させることができる。この様にして形成した液晶光学素子は、信頼性の高い素子となるので、図６に示す光ピックアップ装置として組み込むことにより、安定して光ディスク１０８の正確な読み書きを実現することができる。

本発明に係る液晶光学素子の製造工程を示す図である。 本発明で製造した液晶光学素子の構造を示す断面図および平面図である。 本発明に係るシール仮硬化工程（第１の形態）を示す図である。 本発明に係るシール仮硬化工程（第２の形態）を示す図である。 本発明に係るシール仮硬化工程（第３の形態）を示す図である。 本発明の液晶光学素子を掲載した光ピックアップ装置を説明するための図である。 従来の液晶光学素子の製造工程を説明するための図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 透明基板
２ａ、２ｂ 透明導電膜
３ａ、３ｂ 配向膜
４ マスク
５ シール
６ シール仮硬化部
７ シール仮硬化光
８ 液晶
９ シール本硬化光
１０ 間隔
１１ 有効径
１０１ 半導体レーザー
１０２ レーザー光
１０３ カップリングレンズ
１０４ ビームスプリッター
１０５ 液晶光学素子
１０６ λ／４波長板
１０７ 対物レンズ
１０８ 光ディスク
１０９ 集光レンズ
１１０ 受光ダイオード

Claims (4)

1. 閉環形状の紫外線硬化型のシールを第１の透明基板に形成するシール形成工程と、
   前記シールで囲まれた領域内に、液晶を滴下する液晶滴下工程と、
   所定の間隙を持って、前記第１の透明基板に第２の透明基板を前記シールを介して貼り合わせた後に、前記シールを本硬化するシール本硬化工程と、を有し、
   前記シール形成工程と前記液晶滴下工程との間に、遮光部を有するマスクを介してシール内側領域に紫外線を照射して、当該シール内側領域を仮硬化するシール仮硬化工程を行う、
   ことを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
2. 前記シール仮硬化工程は、シール上部の少なくとも一部の領域が未硬化状態となる様に、前記シール内側領域を仮硬化させる工程である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子の製造方法。
3. 前記シール内側領域の断面形状は、前記第１の透明基板側に形成される下底よりも上底を短くした台形形状である
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶光学素子の製造方法。
4. 前記シール内側領域の断面形状は、シール上辺まで到達した直角三角形形状である
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶光学素子の製造方法。

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