JP2011081105A - 液晶素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な透過率を有し製造が容易な液晶素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
配向膜１１２が形成された透明基板１１１と、透明電極１２１及び配向膜１１４が形成された透明基板１１５とを、配向膜１１２，１１４同士が向き合うようにシール１１７を介して張り合わせ、透明基板１１１，１１５間に高分子液晶層１１３を備えた大判液晶素子１ａを作製する。その後、所望の領域に電気力線が集中する針状電極端子５０を高分子液晶層１１３に近接させ、当該針状電極端子５０と透明電極１２１との間に電圧を印加する。そして、紫外線５５を照射し高分子液晶層１１３を硬化させた後、個片化することにより、高分子液晶層１１３が所望の屈折率分布を有する液晶素子１を得る。
【選択図】図３

Description

基板上に設けられ、該基板面に沿って平面的に屈折率分布を有する高分子液晶層を備えた液晶素子及びその製造方法に関する。

共にＩＴＯがパターニングされた２枚の基板を重ね合わせ、これらの基板間に備えられた液晶に電圧を印加し、この状態で紫外線を照射することにより液晶を硬化して作成されたマイクロレンズアレイが知られている（下記特許文献１参照）。
また、基板上に硬化した状態で形成された液晶層をエッチングによって立体的に加工して作成されたマイクロレンズアレイが知られている（下記特許文献２参照）。

特開２００３−１６１８１０号公報 （段落（００２０）〜（００２１）、図１） 特開２００８−３１８７号公報 （段落（００６９）〜（００７１）、図８）

上記特許文献１に示される液晶素子（マイクロレンズアレイ）は、上下の基板それぞれにＩＴＯからなる透明電極を必要とし、さらに上下に電極を正確にアライメントもしなければならない。そのため、この液晶素子には、ＩＴＯの電極による透過率の低下という問題がある。一方、上記特許文献２に示される液晶素子は電極を有してないため透過率に問題はない。しかし、エッチングによる立体加工が必要となるため、製造が容易ではない。
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、良好な透過率を有し製造が容易な液晶素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に配向膜と高分子液晶層が積層され、該高分子液晶層が所望の屈折率分布を有する液晶素子の製造方法において、所望の領域に電気力線が集中する端子を高分子液晶層に近接させ、該端子と基板に隣接する電極との間に電圧を印加し、この状態で紫外線を照射し高分子液晶層を硬化させることを特徴とするものである。

高分子液晶層は、周期的な屈折率分布を有するマイクロレンズアレイを構成するようにしてもよい。

また、本発明は、電極と配向膜と高分子液晶とが積層された基板を備え、高分子液晶は、所望の屈折率分布を有し、基板とは反対側の面が平坦であると共に基板とは反対側には電極がないことを特徴とするものである。

この場合、高分子液晶層の基板とは反対側に対向基板が積層されていてもよい。

本発明によれば、液晶層に屈折率分布を形成させるための電極が不要となるため、透過率の高い液晶素子を実現することができる。また、針状電極等の端子による電圧分布形成により所望の屈折率分布を得ることができるため、エッチング等の煩雑な工程が不要とな
り、製造容易な液晶素子を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液晶素子を示す断面図である。 図１に示す液晶素子の製造方法の最初の工程を示す図である。 図２に示す製造工程に続く工程を示す図である。 図３に示す製造工程に続く工程を示す図である。 図４に示す製造工程に続く工程を示す図である。 図５に示す製造工程後の液晶素子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶素子を示す断面図である。 図７に示す液晶素子の製造方法を示す図である。 図８に示す製造工程に続く工程を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶素子１を示す断面図である。図１において、液晶素子１は、第１の透明基板１１１と第２の透明基板１１５との間に、高分子液晶１１６を含む高分子液晶層１１３を備えた構造を有している。第１の透明基板１１１上には高分子液晶１１６を配向させるための配向膜１１２が形成され、また第２の透明基板１１５上には透明電極１２１，配向膜１１４がそれぞれ形成されている。高分子液晶層１１３の位相分布はマイクロレンズアレイ状になるように高分子液晶１１６が硬化されている。ここで透明基板１１１、１１５は無アルカリガラス等の透明な基板を用いており、この透明基板の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度である。また透明電極１２１はＣＶＤやスパッタ法により１０〜３０ｎｍ程度に成膜されており、透過率の観点からなるべく薄いほうが望ましい。配向膜はポリイミド系の材料からなり２００〜８００ｎｍ程度の厚みになるように形成されている。高分子液晶１１６は紫外線により硬化するタイプの液晶で、電圧によって液晶のダイレクタが変わるように誘電異方性を備えたものである。

次に図１に示した液晶素子１の製造方法についての一例について、図２〜図６を参照しながら説明する。

図２は、図１に示す液晶素子１に個片化される前の大判液晶素子１ａを示す断面図である。まず、図２（ａ）に示すように第１の配向膜１１２が形成された透明基板１１１と、透明電極１２１及び第２の配向膜１１４が形成された透明基板１１５とを、配向膜１１２，１１４同士が向き合うようにシール１１７を介して張り合わせる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。シール１１７には開口部１１９が設けられており、真空注入法によって液晶が注入出来るようになっている。またシールの内側には高分子液晶層１１３のギャップを規定するスペーサ１１８が噴霧されている。そして第１及び第２透明基板１１１，１１５を貼り合わせる方向に加圧・焼成することで、図２（ａ）に示す大判液晶素子１ａとする事が出来る。
ここでシール１１７にはエポキシ系の材料からなり加熱により硬化するタイプのものを用いた。またスペーサ１１８はガラス材料からなるものを用いており、プラスチックタイプのものと比べ少ない量でギャップを規定する事ができるため透過率の面からこちらを用いるのが好ましい。

次に、真空注入法により、高分子液晶層１１３に高分子液晶１１６を注入する。高分子
液晶１１６は粘度が高いため、液晶注入の際には加温しながら行うのが注入速度の面から好ましい。注入後の高分子液晶は一方向に配向しており、位相分布は大判液晶素子１ａ内で一定となっている。

次に、所望のピッチ・位相分布をもつような大判液晶素子層１ａを作製するための電場印加方法について説明する。図３（ａ）に示すように、高分子液晶１１６を注入した大判液晶素子１ａの基板表面に導電性の針状電極端子５０を配置し、透明電極１２１との間に電圧５２を印加できる様にしてある。また針状電極端子５０の配置間隔は作製したいピッチと同間隔で配置すれば良く、その間隔は液晶素子１の構成に関係なく自由に選ぶことができる。
ここで、針状電極端子５０と透明電極１２１との間に電圧を印加すると針状電極端子５０周辺の領域５３では電気力線５１が集中しており、針状電極端子５０から離れた領域５４では電気力線５１の密度が疎になっている。この電気力線５１の密度が高い電極端子周辺の領域５３で最も電圧が高く、針状電極端子５０から離れるほど電圧が低くなるように周期的な電圧分布をしている。図３（ｂ）にはこの様子を示しており、横軸をＸ軸に、縦軸を液晶層１１３の電圧としている。図に示すように電圧分布６１は電圧が高いところと低いところが周期的にあらわれている様子がわかる。

また液晶レンズアレイの屈折力は、このかける電圧によってコントロール可能である。高分子液晶層１１３に印加されている電圧が高ければ高いほど、高分子液晶１１６の長軸は電気力線５１の方向に向きやすくなる。そのため電圧が高い針状電極端子５０周辺の高分子液晶１１６は他の領域に比べ位相差が小さくなり、針状電極端子から離れた領域５４では位相差が大きいままとなる。
また高い電圧をかけるほど針状電極端子５０周辺の領域５３と針状電極端子５０から離れた領域５４の電圧差は大きくなっていく。液晶にかける電圧と位相差は反比例の関係にあるため、電圧差が大きいほど液晶レンズアレイの屈折力も大きくなっていく。
つまり所望の屈折力になるように針状電極端子５０と透明基板１２１の間に電圧を印加する事で所望のピッチ・屈折力をもった位相分布をつくることができる。

次にＵＶ照射による高分子液晶の硬化工程を説明する。
図４（ａ）に示すように、針状電極端子５０と透明電極１２１との間に電圧を印加し、高分子液晶１１６の位相分布６２の分布がある状態で大判液晶素子１ａにＵＶ（紫外線）５５を照射して高分子液晶１１６を硬化させる。図４（ｂ）には、ＵＶ５５を照射した後の位相分布６２が示されている。このようにＵＶ５５を照射した時に液晶層１１３の電圧が高い場所ほど位相差が小さく、液晶層１１３の電圧が低い場所ほど位相差が大きくなっている様子がわかる。これは凹型のレンズが周期的に形成された液晶マイクロレンズアレイとなっていることを示している。

次に、図５に示すように、切断予定線７０、７１、及び７２に沿って、ダイシング法により透明基板１１１、１１５を切断する。その後９０度大判液晶素子１ａを回転させ、切断予定線７３，７４，及び７５に沿って、ダイシング法により透明基板１１１，１１５を切断する。

図６はダイシング工程後の液晶素子１の様子を示している。本発明の液晶素子１はダイシングブレードの幅だけ離れて配置されており、本実施形態では１つの大判液晶素子１ａから４つの液晶素子１を得る事ができる。

本実施形態の液晶素子１の構成とする事で、液晶層に対し一側にだけ電極が配置されるため、透過率の高い液晶素子１を実現することができる。また液晶層１１３のエッチングによる立体加工が不要となるため製造が容易な液晶素子１とする事ができる。
（第２実施形態）

次に、図７〜図９を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る液晶素子２の構成、及びその製造方法について説明する。図７は、第２実施形態を説明するための図面である。第１実施形態との違いは、液晶素子２が透明基板１１５、配向膜１１４、透明電極１２１、高分子液晶層１２３のみからなる点と、高分子液晶１１６の配向がハイブリット配向となっている点である。

次に、図７に示す液晶素子２の製造方法についての一例について、図８を用いて説明する。

図８は、真空注入法によって大判液晶素子２ａに高分子液晶１１６が注入された状態を示す図である。真空注入までの工程は、第１実施形態で述べた方法と同様であるが、離型材１２０が透明基板１１１上に形成されている点で第１実施形態と異なっている。ここで、離型材１２０は、後の工程において、高分子液晶１１６をＵＶ５５（紫外線）によって固めた後、透明基板１１１と高分子液晶層１２３とを引き剥がすために形成されているものである。また、この離型材１２０はフッ素系の化合物からなり、表面は疎水性となっている。そのため注入直後の高分子液晶１１６はこの界面で垂直配向性を示す。
一方、配向膜１１４は水平配向となるようなポリイミドを採用しているので、高分子液晶１１６は配向膜１１４と平行に並ぶ。そのため、高分子液晶１１６はハイブリット配向を示す。

続いて図９（ａ）に示すように、針状電極端子５０と透明電極１２１の間に電圧５２を印加しながらＵＶ５５（紫外線）照射によって高分子液晶１１６を硬化させる。硬化後、透明基板１１１と高分子液晶層１２３間で剥離を行なう。さらにダイシング法によって単個にする事により本実施形態の液晶素子２が完成する。

本実施形態の液晶素子２の構成とすることで、実施形態１の液晶素子１と同様に透過率が高く製造が容易になると同時に、透明基板１１１がないため液晶素子２の厚みを薄くすることができる。このように、透明基板１１１を備えないことにより、液晶素子２が薄型化され、搭載されるピックアップ装置等の装置全体の小型化を図ることができる。さらに、透明基板１１１がない分、重量が軽いので、ピックアップ装置等の可動部へ搭載した際には動特性が向上される。

１，２…液晶素子、１ａ，２ａ…大判液晶素子、５０…針状電極端子、５１…電気力線、５２…電圧、５３…針状電極端子付近の領域、５４…針状電極端子から離れた領域、５５…ＵＶ（紫外線）、６１…電圧分布、６２…位相分布、１１１、１１５…透明基板、１１２、１１４…配向膜、１１３、１２３…高分子液晶層、１１６…高分子液晶、１１７…シール、１１８…スペーサ、１１９…開口部、１２０…離型材、１２１…透明電極。

Claims (4)

1. 基板上に配向膜と高分子液晶層が積層され、該高分子液晶層が所望の屈折率分布を有する液晶素子の製造方法において、
   所望の領域に電気力線が集中する端子を前記高分子液晶層に近接させ、該端子と前記基板に隣接する電極との間に電圧を印加し、この状態で紫外線を照射し前記高分子液晶層を硬化させることを特徴とする液晶素子の製造方法。
2. 前記高分子液晶層は、周期的な屈折率分布を有するマイクロレンズアレイを構成することを特徴とする請求項１記載の液晶素子の製造方法。
3. 電極と配向膜と高分子液晶とが積層された基板を備え、
   前記高分子液晶は、所望の屈折率分布を有し、前記基板とは反対側の面が平坦であると共に前記基板とは反対側には電極がないことを特徴とする液晶素子。
4. 前記高分子液晶層の前記基板とは反対側に対向基板が積層されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶素子。
   

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