JP2010145762A - 液晶表示素子と撮影装置及び液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の前面に配置される液晶表示素子において、光源の性能を損なわず、かつデザイン性を高くすることが可能な、液晶表示素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 液晶表示素子の製造方法は、（ａ）各々が電極を備えた一対の基板を準備する工程と、（ｂ）前記一対の基板を、間隙を持って貼り合わせる工程と、（ｃ）前記一対の基板の間隙に、光重合可能な材料が０．５〜５ｗｔ％添加された液晶を注入する工程とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示素子と撮影装置及び液晶表示素子の製造方法に関する。

近年、携帯端末（携帯電話等）や、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）等の照明、補助光、ストロボ用途の光源として、高輝度タイプの擬似白色ＬＥＤが多く使われるようになって来た。

従来の携帯端末等で用いられるＬＥＤを光源とした補助光、ストロボ等は、蛍光体色（黄色）が使用者の目に付き、デザイン性を著しく損なっていた。特に、ボディカラーとのマッチングが悪い場合もあった。また、性能面では、蛍光体色を抑えるため、光源部の外観面を小さくしたり、フィルター等で光源部を覆い、目立たなくするなどの対策が採られたりしていたが、本来ＬＥＤが持つ性能を著しく損なうものであった。

上述のような問題に対して、発光部材の色、例えば、白色ＬＥＤの蛍光体の黄色、を隠すためにネガ型（遮光型）液晶を用いることにより、ストロボ発光部の窓部分から発光部材が見えることなく、カメラ全体のデザインのバランスを崩さず、かつ美観を損ねることの無いストロボ発光装置付カメラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなストロボ発光装置付カメラでは、ストロボ発光部の前面にネガ型液晶表示素子が配置され、ストロボ発光部が発光する前に、ネガ型液晶表示素子が駆動される。

特開２００４−３７７３０号公報

上述したような、ネガ型液晶を用いて発光部を隠す手法では、偏光板を用いるので、発光部から発せられる光の透過率が透過状態（ＯＮ電圧印加状態）で、５０％以下となり、ストロボ等の光を大きく損失する。

また、不透過状態で、発光部前面の液晶表示素子の色と、携帯端末等のボディカラーとをマッチングさせるのが非常に困難である。色付きの偏光板を用いてボディカラーとのマッチングを図ると、偏光板の反射率が低いため暗くなり、彩度の低い色しか出せないため、色鮮やかなボディカラーには、合わせられない。また、ストロボの発光色が変化して、白色を出すことができなくなってしまい、画像品位が著しく低下してしまう。

本発明の目的は、光源の前面に配置される液晶表示素子により、光源の性能を損なわず、かつデザイン性を高くすることが可能な撮影装置、及び本発明に用いる液晶表示素子の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、液晶表示素子の製造方法は、（ａ）各々が電極を備えた一対の基板を準備する工程と、（ｂ）前記一対の基板を、間隙を持って貼り合わせる工程と、（ｃ）前記一対の基板の間隙に、光重合可能な材料が０．５〜５ｗｔ％添加された液晶を注入する工程とを含む。

本発明によれば、光源の前面に配置される液晶表示素子において、光源の性能を損なわず、かつデザイン性を高くすることが可能な撮影装置、及び本発明に用いる液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施例による液晶表示素子１０１の構成を表す。図１（Ａ）は、本発明の実施例による液晶表示素子１０１の概略断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の実施例による液晶３の組成を表す表である。液晶セルがゲスト・ホスト（ＧＨ）液晶セルであり、液晶表示素子１０１を例えば、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）の前面パネル（撮影用レンズ、ストロボ等の撮影用光源、撮影用センサなどが配置されている面）に配置する場合を説明する。

例えば、厚さ０．７ｍｍの青板ガラスからなる一対のガラス基板１Ａ、１Ｂ（以降、両基板をあわせて単にガラス基板１と呼ぶ）の各々の上に透明膜であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより５００Åの厚さで形成し、フォトリソグラフィーにて所望のＩＴＯ電極パターン２および外部取出し配線２Ｌに整形する。ＩＴＯ電極パターン２は、例えば、図２（Ｂ）に示すように、両ガラス基板１のＩＴＯ電極パターン２が重なり合った部分がストロボやレンズの形状や大きさ、位置と合致するように形成する。

パターンニングしたＩＴＯ付きガラス基板１を洗浄し、該ガラス基板１のＩＴＯ上を含む表面上にフレキソ印刷にて絶縁膜材料（有機系酸化シリコン膜）を印刷し、焼成により絶縁膜４を５００〜２０００Åの厚さで形成する。この絶縁膜４は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。フレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法で絶縁膜を形成してもよい。

続いて、絶縁膜４の上に絶縁膜４とほぼ同じパターンで、液晶配向膜５をフレキソ印刷等で形成する。例えば、ポリアミック酸等の配向膜材料をフレキソ印刷後に焼成することでポリイミド膜を５００〜８００Åの厚さで形成し、ラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、液晶配向膜５上を擦る工程である。上下基板間の液晶３の捩れ角が０〜３６０°（左捩れ）になるようラビング処理の方向を設定する。

液晶のねじれ角が２４０°以上になると電圧−透過率特性でヒステリシス（立ち上がり電圧−透過曲線と、立ち下がり電圧−透過曲線とが一致しない現象）が生じるが、全ＯＮ及び全ＯＦＦのみを使うのであれば、不都合は生じない。なお、ねじれ角が小さくなるほど、電圧ＯＦＦ時の同じ色素添加量に対する素子の色味は薄くなるが、電圧をＯＮ状態にした時（ＯＮ時）の透過率はほとんど変わらないため、相対的に素子のコントラストが低くなる。ＯＮ時の透過率は色素添加量が低いほど高くなるので、素子の光学的特性を上げるにはねじれ角はなるべく大きいほうが望ましい。以上より、ねじれ角としては、概ね９０〜２７０°程度が望ましい。なお、本実施例では、２４０°ツイストとなるようにラビング処理を行う。なお、ラビング処理は行わなくても良い。

次にガラス基板１の一方（下基板１Ａ）の表面上に、シール材６を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材６の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いてもよい。シール材には、例えば三井化学より入手可能な熱硬化性のＥＳ−７５００を用いる。光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でもよい。このシール材６には、ギャップコントロール材７を添加する。ギャップコントロール材７の直径は、液晶層３の厚さが３〜１５μｍとなるように選択する。本実施例では、液晶層３の厚さを５μｍとするため、直径５μｍのギャップコントロール材７をＥＳ−７５００に３ｗｔ％添加する。

ガラス基板１の他方（上基板１Ｂ）の表面上には、下基板のシール材６に添加したギャップコントロール材７と同様の直径のものを散布する。本実施例では、直径５μｍのプラスチックボールをギャップコントロール材７として、乾式散布法にて散布する。

２つの基板１Ａ、１Ｂを、液晶配向膜５が内側になるよう所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を行なって、シール材６を硬化する。なお、光硬化性のシール材を用いる場合は光処理を行って、シール材６を硬化する。

その後、スクライバー装置によりガラス基板に所定の大きさ、形に傷をつけ、ブレイキングにより分割して空セルを作成する。

空セルにゲストホスト型の液晶３を真空注入する。ここでは、例えば、大日本インキ化学工業製のΔεが正のネマティック液晶（ミクスチャー：Δｎ＝０．２１０（２０℃））を用いる。添加する色素は、図１（Ｂ）に示すように、総量が０．５〜１０ｗｔ％となるように添加する。色素としては、細かな色調整のために複数の色素を混合することが望ましい。二色性色素としては、例えば、青色の色素として株式会社林原生物化学研究所製のＧ−４７２等を用いることができる。本実施例では、上述のＧ−４７２をはじめ、様々な色素を混合してそれぞれ３ｗｔ％となるように液晶３中に添加する。また、この液晶３には、カイラル剤がｄ／ｐ＝０〜１程度になるように添加される。本実施例では、ｄ／ｐ＝０．５５となるように、カイラル剤としてＳ−８１１（メルク）を用いる。なお、色素濃度は、所望する色味に応じて変更する必要がる。

本実施例では、二色性色素として上述のＧ−４７２を選択したが、その他にも様々な二色性色素が選択可能であり、それにより、様々な色彩を有する液晶表示素子を作製可能である。したがって、本実施例による液晶表示素子１０１は、二色性色素を適宜選択することにより、様々な色彩のＤＳＣや携帯電話等に色を合わせて用いることができる。

さらに、図１（Ｂ）に示すように、液晶３中に、感光性モノマーを０．５〜５ｗｔ％及びモノマーに対して１ｗｔ％程度の反応開始剤を添加する。本実施例では、ＤＩＣ株式会社製アクリレート系液晶性モノマーＵＣＬ−００１を３ｗｔ％添加する。

感光性モノマーの添加量を上述のように、０．５〜５ｗｔ％程度としたのは、添加量を０．５ｗｔ％以下とすると紫外線露光による書き込み状態を保持できないことがあり、５ｗｔ％以上では、液晶３の応答性が悪くなる懸念があるからである。添加量を１５ｗｔ％程度まで増やすことは可能であるが、この場合、電圧印加して全面を透明状態とした時に、パターン書込みした部分とそれ以外の部分が目視で確認でき、ＤＳＣ等に本実施例を適用した場合に、ストロボやレンズの機能を損ねる恐れがある。

その後エンドシール材で注入口を封止し、ガラス基板の面取りと洗浄を行う。以上により、液晶セルを完成する。

次に、紫外線を液晶セルに照射し、感光性モノマーを光重合する。この時、全面露光するのではなく、液晶３をセル厚方向に立てた状態でパターン露光することにより、所望のパターン（文字、数字、記号、模様、絵柄等）を書き込むことができる。具体的には、液晶セル全面に１５Ｖ印加した状態で、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）の１／３波長（３倍波）（約３５５ｎｍ）の光を１００μｍφのスポットにし、ガルバノミラーを用いてスキャンして露光を行う。露光される場所の照射量が１Ｊ／ｃｍ^２程度になるようにガルバノミラーのスキャン速度を調整する。書込みが終了したら、電圧を印加しない状態で液晶セル全面に紫外線露光（照射量１Ｊ／ｃｍ^２程度）を行う。以上で、液晶表示素子１０１を完成する。

上記の紫外線パターン露光方法を工夫することにより、写真などの中間調表示が要求される図柄等の書込みも可能となる。この場合は、セル全面に印加する電圧とガルバノミラーで書き込むパターン露光を同期させればよく、例えば、中間電圧として１．５Ｖ、１．７Ｖ、２Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、５Ｖ、１５Ｖの電圧を選択し、画像を８階調の状態に分類して、最も色が濃い部分を除いて、順次電圧高くしつつ露光パターンと同期して、書込みを行う。なお、最も色が濃い部分（全体では、２番目に色が濃い部分）に一番低い電圧（この例では、１．５Ｖ）を印加し、順次電圧を上げ、最も色が薄い部分（透明部分）に一番高い電圧（この例では、１５Ｖ）を印加する。最後に、電圧を印加しない状態で液晶セル全面に紫外線露光を行う。

図２は、本発明の実施例による液晶表示素子１０１をデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）の前面パネルに用いた場合の一例を示す概略平面図である。なお、図中実線のハッチングを施した部分は、半透明の状態を表し、一点鎖線のハッチングを施した部分は透明状態を表す。ハッチングの無い部分は、最も色の濃い部分（電圧無印加で紫外線露光した部分）を表す。半透明状態（中間階調）の部分において、ハッチングの間隔が密になるに従い、電圧無印加状態での当該部分の色が濃いものとする。

電圧を印加しないで全面露光を行った場合は、図２（Ａ）に示すように、全面が濃い色となり、一面を塗りつぶしたような状態となる。このような液晶表示素子のストロボやレンズ、センサ部分に対応する電極（表示領域内の画素部）に電圧を印加することにより、当該電極に対応する液晶層３が透明状態となり、図２（Ｂ）に示すように、ストロボ部分１１やレンズ部分１２、センサ部分１３が目視できるようになる。なお、このようにする場合、ストロボ部分１１の後面に配置されるストロボ（発光部）には、白色ＬＥＤを用いることが好ましい。

なお、上述したように、電圧を印加して所定のパターンで紫外線露光を行った場合には、図２（Ｃ）に示すように、液晶表示素子１０１に電圧を印加していない状態でも、書き込んだ書込み時の電圧に応じて、文字や記号等のパターン１４Ｈは透明（実施例では、１５Ｖを印加した部分）であり、ストロボ部分１１やレンズ部分１２、センサ部分１３及びパターン部分１４Ａ〜Ｇは、半透明（中間電圧（それぞれ１．５Ｖ、１．７Ｖ、２Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、５Ｖ）を印加した）状態となる。なお、図中、パターン部分１４Ａ〜Ｇは、パターン部分１４Ａの色が最も濃く、徐々に薄くなり、パターン部分１４Ｇの色が最も薄いものとする。

また、図２（Ｃ）に示すように、全面に所定のパターン１４Ａ〜Ｇを中間階調で書き込んだとしても、液晶表示素子のストロボ部分１１やレンズ部分１２、センサ部分１３に対応するＩＴＯ電極２に電圧を印加することにより、当該電極に対応する液晶層３が透明状態となり、図２（Ｄ）に示すように、ストロボ部分１１やレンズ部分１２、センサ部分１３が透明状態となり、目視できるようになり、それ以外の非画素部は、所定のパターン１４Ａ〜Ｇが存在する状態のままである。なお、１５Ｖを印加して紫外線露光した文字や記号等のパターン１４Ｈは、常に透明状態である。また、図示しないが、全面に電圧を印加することにより、全面を透明状態にすることもできる。

以上、本発明の実施例によれば、液晶表示素子１０１の液晶セルは、電圧無印加時には、電圧を印加して紫外線露光された部分は液晶分子及び二色性色素が基板平面に対し垂直状態になり透明状態となる。それ以外の部分（電圧無印加で露光した部分）は、電圧無印加時には、液晶分子及び二色性色素が基板平面に対し水平ねじれ状態で配向しており着色状態である。この液晶表示素子１０１に電圧を印加すると、電圧を上げるにつれ、最初に電圧無印加で露光した部分の液晶分子が垂直に立ってくるに伴い、二色性色素の色が見えなくなって当該部分の着色状態が薄くなっていき、最終的には全面が透明になる変化を示す。

ＧＨ液晶を用いたことにより、偏光板を必要としないので、透過光の損失が少なく、明るい反射色を表現できる。カラー反射板を用いた場合には、暗くくすんだ色となってしまうが、本実施例によれば、非常に鮮やかな色を表現できる。

また、光源の性能を損なわずに、デザインに優位性を持たせることができる。すなわち、本実施例によれば、透過光の損失を抑えることができるとともに、使用者の嗜好に合わせて様々なパターンの書込みが可能になり、写真などの階調表示が必要な画像も書き込むことができる。また、様々な色を表現することができるので、本実施例による液晶表示素子を用いる機器のボディカラーと一致させることができる。

本実施例では、ガルバノミラーを用いるが、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いるなど、別の方法でも可能である。また、同一のパターンを大量生産する場合は、フォトマスクを用いてパターン露光するようにしても良い。

なお、反射防止膜を用いることにより、液晶表示素子１０１の透明状態を改善することができる。例えば、屈折率が異なる透明層を所定の厚さで１又は複数層形成するなど、反射防止技術として一般的なものを用いることができる。

また、以上のようにして書き込んだパターン（文字、数字、記号、模様、絵柄、画像等）は、その後、書き換えることができないので、ユーザの名前や識別情報、本実施例を適用する機器の識別情報等を書き込むことに利用でき、盗難にあった場合などにも所有者等の確認を行うことができる。

なお、本発明の実施例による液晶表示素子１０１へのパターン（文字、数字、記号、模様、絵柄、画像等）書込みは、液晶表示素子１０１を出荷した後に、出荷先でも行う（カスタム生産に対応する）ことができる。電圧印加で任意パターンを書込み、全面露光によりその後の書込みはできなくなる。例えば、ＤＳＣに適用する場合に、ストロボ発光部などを出荷前に確認するために、一部分のみに書込みを行い、その他の部分の書込みを出荷先で行うようにしても良い。なお、出荷前に書込みをした部分は、変更が不可能であり、当該部分には任意パターンの書込みは行えない。出荷先で書き込みを行うようにするためには、遮光された状態で出荷することが望ましい。

また、電圧印加は、きちんとした電圧を印加することが望ましいが、外部からの静電気を加えるなどして与えても良い。この場合、表示用電極の有無に関わらず液晶の応答現象が得られる。この応答状態を保持している間に書込みを行うことで、液晶表示素子の任意の位置に所望形状の透過部分を形成することができる。

また、書込みには、前記のＹＡＧレーザーとガルバノミラー、ＤＭＤ、フォトマスクの組み合わせのほかに、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、紫外線放出可能な放電灯などの紫外線源と、フォトマスク、テンプレートなどの遮光・開口を組み合わせた部材の利用が可能である。

また、本発明の実施例による液晶表示素子１０１は、ガラス基板に代えて可撓性透明プラスチックフィルムを用いてフィルム化も可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限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自明であろう。

本発明の実施例による液晶表示素子１０１の構成を表す概略断面図及び表である。 本発明の実施例による液晶表示素子１０１をデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）の全面パネルに用いた場合の一例を示す概略平面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ…ガラス基板、２…ＩＴＯ電極、２Ｌ…配線、３…液晶層、４…絶縁膜、５…配向膜、６…シール材、７…ギャップコントロール材、１４…紫外線露光パターン、１０１…液晶表示素子

Claims (9)

1. 所定の間隔で対向して配置された一対の透明基板と、
   前記透明基板の対向面側に形成された所定形状の透明電極と、
   前記透明基板の対向面側に形成された配向処理を行った配向膜と、
   前記一対の基板に挟持された液晶層とを含み、
   前記液晶層は、Δεが正の液晶材料と、カイラル剤と、二色性色素と、光重合性モノマー硬化物とを含み、
   前記透明電極への駆動信号印加による画素部のＯＮ／ＯＦＦで当該画素部の非着色及び着色を制御可能とし、
   画素部及び非画素部を含む表示領域内の、画素部においてはＯＦＦ時に、非画素部においては通常時に２以上の階調を持って着色されている部分を含むことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記非画素部の階調をもって着色されている部分が、予め定められた形状で構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記画素部又は非画素部の非着色部が、撮影用レンズ正面又は／及び撮影用光源正面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示素子を表面に配置した撮影装置。
4. 前記撮影装置がデジタルスチルカメラ又は携帯電話であって、前記液晶表示素子が前記撮影装置の撮影用レンズ及び／又は撮影用光源を含む面を覆って配置されていることを特徴とする請求項３記載の撮影装置。
5. （ａ）各々が電極を備えた一対の基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記一対の基板を、間隙を持って貼り合わせる工程と、
   （ｃ）前記一対の基板の間隙に、光重合可能な材料が０．５〜５ｗｔ％と二色性色素が添加された液晶を注入する工程と
   を含む液晶表示素子の製造方法。
6. さらに、前記工程（ｃ）の後、（ｄ）紫外線露光を行う工程を有する請求項５記載の液晶表示素子の製造方法。
7. 前記工程（ｄ）は、
   （ｄ１）電圧を印加しつつ所定のパターンに従い紫外線を部分的に露光する工程と、
   （ｄ２）電圧を印加せずに全面露光する工程とを含む請求項６記載の液晶表示素子の製造方法。
8. 前記工程（ｄ１）は、印加する電圧を異ならせて複数回行う請求項７記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 前記所定のパターンは、文字、数字、記号、図柄、画像の少なくとも１つである請求項７又は８記載の液晶表示素子の製造方法。

Images