JP2011215210A - 液晶光変調器および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積化が容易で柔軟性が高く、高速応答性を有する液晶光変調器および液晶表示装置を提供する。
【解決手段】２枚のプラスチック基板３ａ，３ｂの間に液晶層１を挟持してなり、一方のプラスチック基板３ａ上に、基板素材に微細凹凸形状を有するモールド２２を重ねて大面積化が容易なローラー式熱プレス成形法により形成した凸状パターンのスペーサ４を備え、他方のプラスチック基板３ｂとの間に、液晶とポリマーネットワークの複合膜による液晶層１を形成し、この液晶層１の分子が配向したポリマーネットワーク１２により２枚のプラスチック基板を接着し一体化してなる。湾曲耐性が得られ、ポリマーネットワークの配向規制力により液晶の緩和応答が高速化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄いプラスチック基板を用いて柔軟構造を有する液晶光変調器およびそれを備えた液晶表示装置に関するものである。

液晶材料に電界を加えて、液晶分子の配向状態を変化させるという電気光学効果を応用すると、光変調器を構成することができる。液晶光変調器は、他の電気光学効果を示す光学結晶に比べて低電圧で動作するため、表示装置用の電気光学素子として、近年注目されている。

そのような液晶光変調器の1つとして、２つの透明導電膜間における液晶分子の配向方向を、あらかじめ基板上に形成した合成樹脂の配向膜（摩擦処理したポリイミド膜等）により、制御・均一化した液晶素子がある。その場合、液体である液晶の厚み（通常、数μｍ）を一定に保つために、均一なサイズの合成樹脂の球状スペーサ粒子を液晶層内に分散するか、フォトリソグラフィ工程により合成樹脂の柱状スペーサ構造体を液晶層内に形成するようにしている。このような液晶素子では、透明導電膜間に印加される電圧強度により液晶配向が変化し、それに応じて複屈折効果や旋光能が制御されるため（電気光学効果）、入射光の偏光状態が変化する。それにより、この素子を２つの偏光板で挟めば、印加電圧を用いて透過光を変調することができる。

上記の液晶光変調素子は、これまでにガラス基板を用いた既存の液晶表示装置に活用されている。さらに現在は、基板として厚くて硬いガラス板ではなく、薄くて柔軟なプラスチック基板の導入が検討されている。それにより、軽量・薄型で柔軟性を有して、持ち運びが便利な液晶表示装置を実現することができる。

このように、液晶層を２つの透明基板で挟む上記の素子構造は、携帯性や収納性が優れた柔構造の表示素子（動画表示用のフレキシブルディスプレイ、静止画用途の電子ペーパー等)にも応用が期待されるものであるが、伸縮性に乏しい現状のプラスチック基板により液晶層を挟み込んで素子を湾曲させた場合、上記スペーサが耐えきれず移動・変形・破損等が生じ、液体である液晶層の厚みが変動して表示画像が乱れる。すなわち、曲げ耐性に劣るという問題が生じる。

例えば、基板に固定されていない、上述したような球状スペーサ粒子を用いた場合、基板に荷重が局部的に加わるとスペーサが移動するため、基板間隔に対応する液晶層の厚みが変動する。また、フォトリソグラフィ工程により形成される固定された柱状スペーサ構造体を用いる場合には、機械的強度に限界があるばかりでなく、光硬化性樹脂の均一塗布、仮焼成、パターン露光、さらには焼成等の極めて煩雑な作製工程が必要とされる。

上記の点から、基板間にスペーサを設置せずに、液晶層として自己保持性を有する液晶／ポリマー複合膜を形成して液晶光変調器を製造する技術が知られている（例えば下記特許文献１参照）。また、上記スペーサと配向膜とを光ナノインプリント法により一体的に成形し、このスペーサ付き配向膜を基板間に配置して液晶を封入して液晶表示素子を製造する方法も知られている（例えば下記特許文献２参照）。

なお、本願発明者等により、新規なシーリング膜形成手法に関する開示がなされている（例えば下記非特許文献１参照）。

特開２００７−２７１８４６号公報 特開２００８−２４１７５６号公報

H. Fujikake et al.proc. Eurodisplay，20.1，pp.510-513

しかし、上記の特許文献１および特許文献２に記載された液晶光変調器の製造方法においては、以下に述べるような問題を有している。

上記特許文献１のスペーサを備えない自己保持性の液晶／ポリマー複合膜による液晶層を形成する場合には、例えば、その液晶層の厚さは光照射によってポリマーの硬化反応を利用することで規定されるために、基板間に液晶／ポリマー複合膜を均一な厚さで形成することは照射管理が難しく、また、その硬化厚みを所望の値に形成すること、および面積の大きい大画面液晶光変調器を形成することに困難性を伴う虞がある。

また、上記特許文献２の光ナノインプリント法により成形したスペーサ付き配向膜を用いる液晶光変調器の製造では、成形した配向膜とプラスチック基板とを積層する際に十分な密着性および接合強度を確保しないと、スペーサの十分な強度が得られにくく湾曲耐性を高める点で不利となるとともに、一度に均等に成形処理できる面積には限りがあり、大面積化を図る際には不利である。

また、通常の液晶素子（ノーマリーブラックモード）では、その応答時間特性において、電圧で液晶分子を駆動する立ち上がり応答時間よりも、電圧除去時の緩和時間が遅くなるという問題がある。すなわち、安定した配向状態に向けて、液晶の分子配向の変化が、配向規制力を有する基板面の配向膜から伝わるためである。そのため、高画質の動画表示を得るためには、高速応答性が得られる素子構造が求められている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、大面積化が容易で柔軟性が高く、高速応答性を有する液晶光変調器および液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

上述の課題を解決するために、本発明に係る液晶光変調器は、配向膜を有する２枚のプラスチック基板の間に液晶層を挟持してなる液晶光変調器において、
一方のプラスチック基板上に、基板素材に微細凹凸形状を有するモールドを重ねてローラー式熱プレス成形法により該プラスチック基板と一体に形成された凸状パターンのスペーサを備え、
前記液晶層は、液晶とポリマーネットワークの複合膜よりなり、該液晶層内の分子が配向したポリマーネットワークにより前記２枚のプラスチック基板が接着一体化されてなることを特徴とするものである。

また、前記液晶層は、前記２枚のプラスチック基板の間に、液晶とモノマーの混合液が介装され、紫外光が照射されることで前記モノマーが光重合化して前記ポリマーネットワークが析出形成されてなるものが好ましい。

また、前記モノマーが、液晶とともに分子が配向する液晶性モノマーであることが好ましい。

また、前記混合液中のモノマーの濃度が、５重量％以上、かつ４０重量％以下であることが好ましい。

さらに、本発明に係る液晶表示装置は、上述した液晶光変調器を備えてなることを特徴とするものである。

上述したように、本発明に係る液晶光変調器は、配向膜を有する２枚のプラスチック基板の間に液晶層を挟持してなり、一方のプラスチック基板上に、基板素材に微細凹凸形状を有するモールドを重ねてローラー式熱プレス成形法により該プラスチック基板と一体に形成された凸状パターンのスペーサを備え、液晶層は、液晶とポリマーネットワークの複合膜よりなり、該液晶層内の分子が配向したポリマーネットワークにより２枚のプラスチック基板が接着一体化されてなる。

この液晶光変調器によれば、ローラー式熱プレス成型法で作製された一方のプラスチック基板と一体のスペーサと、液晶とモノマーとの混合液から析出したポリマーネットワーク構造を組み合わせることにより、大面積化が容易な柔軟構造を有する高速応答性の液晶光変調器を得ることができる。

また、２枚のプラスチック基板がスペーサ頂部やその他の表示部分でもポリマーネットワークにより接着されて一体化されているため、柔軟なプラスチック基板を用いた場合でも、基板間に加わる拡張力、圧縮力、せん断力に対して高い耐性が得られて、液晶光変調器を曲げてもプラスチック基板の間隔すなわち液晶層の厚みを一定に保持することができる。

特に、液晶層には、液晶とモノマーの混合液が反応したポリマーネットワークを備えるため自己保持性を有し、液晶層自体の強度を高く維持することができるとともに、精度良く高強度に形成されたスペーサの配置により、さらに液晶層が一定の厚さを維持することができる。

また、上記のローラー式熱プレス成形法により形成された高精度のスペーサを備え、また液晶層の形成に紫外線照射工程を採用した際には、大面積処理が容易なため、フレキシブルな液晶表示装置の大画面化が可能になる。また、硬質な基板材料を用いてスペーサを基板に直接成形するものでは、外部からの荷重に強く、機械強度の高いスペーサを形成できる。

また、上記構造においては、そのプラスチック基板に対して溶剤が接触することがないため、このプラスチック基板の表面平坦性が保たれ、製造歩留まりが低下することもない。

さらには、液晶層内に液晶の分子配向に沿って分子が配向したポリマーネットワークが形成されていることに伴い、その配向規制力により電圧除去時に液晶内部から緩和が始まるため、液晶の緩和応答が高速化することで立ち下がり応答が促進し、高速な電気光学応答が得られる。

また、上記の構成を備えたことにより、大面積化・量産化に優れ、高度な湾曲耐性と高速応答性を有する液晶光変調器および液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液晶光変調器を説明するための模式図（断面図）である。 本発明の実施形態に係る液晶光変調器のプラスチック基板におけるローラー熱プレス成型法に基づくスペーサの成形原理図である。 プラスチック基板に形成したスペーサの電子顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液晶光変調器を説明するための模式図（断面図）である。

本発明の一実施形態に係る液晶光変調器２０は、図１に示すように、液晶層１（液晶/ポリマー複合膜）が２つのプラスチック基板３ａ、３ｂの間に挟まれるように積層されている。該液晶層１は、分子配向した液晶１１とポリマーネットワーク１２とで構成された自己保持性を有するとともに、その内部には、上下プラスチック基板３ｂ、３ａの間隔を一定に保持するため、下プラスチック基板３ａの表面から垂直方向に突設されたスペーサ４が設けられている。該スペーサ４は後述のように、下プラスチック基板３ａと一体に凸構造に成形され、図示の場合、所定間隔で周期的に互いに平行な直線状に、平面から見てストライプ状の凸状パターンに設けられている。

液晶層１の両側、つまり下プラスチック基板３ａおよび上プラスチック基板３ｂの内面には、液晶層１の液晶１１を配向させるための合成樹脂製の配向膜５，５がそれぞれ積層されている。

また、上プラスチック基板３ｂの内面には、配向膜５に面して平面的に見てストライプ（短冊）状の透明電極である導電膜２が設けられている。図示の場合、該導電膜２は、上記スペーサ４と互いに平行なストライプ状となるように形成されている。

上記液晶層１においては、スペーサ４の上端と上プラスチック基板３ｂ（配向膜５）の間、および各スペーサ４，４の間（表示部）における上下のプラスチック基板３ａ、３ｂ（上下配向膜５，５）の間には、固体のポリマーネットワーク１２が介在するように形成されて、両プラスチック基板３ａ、３ｂが機械的に接着されて一体化されている。そのため、液晶光変調器２０が曲げられても液晶層１の厚みの変動が抑制される。

上記配向膜５，５により、液晶層１の液晶分子の安定配向が規定されている。図１では、配向膜５，５により液晶１１は、プラスチック基板３ａ，３ｂの表面に水平かつ紙面に垂直な方向に液晶配向が制御されており（安定配向状態）、ポリマーネットワーク１２の表面分子も液晶１１と同様な方向に分子が配向している。

さらに、上下のプラスチック基板３ａ，３ｂの外側には、偏光透過軸が直交した２枚の偏光板８，８が上下に配置されている。そして、液晶１１の各分子は、透明基板３ａ上にストライプ（短冊）の形態で形成された導電膜２，２間に印加される電圧により、分子配向方向が変化し、液晶の光学異方性（複屈折）が変化して、光の偏光方向が制御される。そのため、偏光透過軸が互いに直交した２枚の偏光板８，８（偏光透過軸が液晶の安定配向の方向に平行もしくは直交方向）で挟まれることにより、入射光９が光変調されて、表示光１０（出射光）となる。

液晶層１の液晶配向を電圧駆動するための透明電極である上記導電膜２は、リード線６を介して、交流電圧を供給する駆動電圧源７に接続される。この場合、電極としてストライプ状の導電膜２が、一方の上プラスチック基板３ｂに、２対に分割して周期的に複数設けられている。そのため、導電膜２の電極間に電圧を印加すると、基板面に平行な電界が生じる。これにより液晶分子（液晶材料が正の誘電率異方性を持つ場合）は、紙面垂直な安定配向から、電界の方向すなわちストライプ電極に直交方向に再配向する（なお、液晶材料が負の誘電率異方性をもつ場合、液晶配向は電圧印加時にストライプ電極と平行方向に駆動される）。それに伴って、液晶層１の光学異方性（複屈折）が生じるため、光の偏光状態が変化して、その結果として電圧強度に応じて表示光１０の出射強度が変調される。

次に、上記液晶光変調器２０の各部の構造を製造方法を含め具体的に説明する。
まず、一方の下プラスチック基板３ａに対し、図２により後述するローラー式熱プレス成形法（熱式インプリント法）によりスペーサ４を成形し、そのスペーサ４間のプラスチック基板３ａの表面に配向膜５を形成する。また、他方の上プラスチック基板３ｂ上に、導電膜２および配向膜５を形成しておく。

次に、上記下プラスチック基板３ａの上に、液晶１１およびポリマーネットワーク１２を含んでなる液晶／ポリマー複合膜による自己保持性の液晶層１を、上プラスチック基板３ｂとの間に形成する。液晶層１を形成する際には、下プラスチック基板３ａのスペーサ４を形成した面の配向膜５上に、液晶と光硬化性モノマーの混合液を均一な厚みで塗布し、その上に上プラスチック基板３ｂを配向膜５が上記混合液に接するように対向させて重ね合わせ、この積層状態で長波長の紫外線照射に伴う光重合等の手法を用いてモノマーをポリマーに変化させるとともに硬化させ、自己保持性の液晶層１を形成するとともに、両プラスチック基板３ａ，３ｂを接着して一体化する。

この後、両プラスチック基板３ａ，３ｂの各外側に、偏光透過軸が互いに直交もしくは平行とされた２枚の偏光板８を配設することにより液晶光変調器２０を作製する。

上記の液晶１１とポリマーネットワーク１２の複合膜による液晶層１の形成法としては、光重合、熱重合、溶媒蒸発を用いた相分離法や、多孔質樹脂に液晶を染み込ませた含侵法などが有用であるが、このポリマーネットワーク１２の分子配向を的確に制御する上では、以下に示す分子配向を伴う光重合相分離方法が有用である。

また、ポリマーの分散形態としては、液晶の小滴を包含するもの、ネットワーク（網目）状、粒子状、壁状など様々なポリマー構造体を利用可能であるが、それらの中でも液晶配向を乱しにくい上記のネットワーク形態が特に有用である。液晶層１の内部に分散されるポリマーネットワーク１２は分子配向しており、液晶層１の内部から液晶分子にアンカリングを及ぼす。

光重合相分離方法について説明する。まず、上記のように、配向膜５の付いた下プラスチック基板３ａと上プラスチック基板３ｂの間に、液晶／モノマー混合液を挟みこむ（プラスチック基板３ａ，３ｂ間のギャップはスペーサ４により制御されている）。

次に紫外光を照射することによりモノマー成分を重合化して分子が配向したポリマーネットワーク１２を液晶層１の内部に形成する。これにより、スペーサ４の頂部はもとよりその他の部分（表示部）にもポリマーネットワーク１２が形成される。しかも、このポリマーネットワーク１２の分子は、液晶１１と同様な方向に配向しているため、液晶１１の配向を乱すことがなく、高いコントラストの表示動作を得ることができる。

ポリマーネットワーク１２の形成に使用する樹脂原料は、モノマーに限られるものではなくオリゴマーも有用である。また、重合反応が進みやすく、重合後の分子量増加が著しい材料ほどポリマーと液晶（低分子）が相分離しやすいため、多官能性の樹脂原料が好ましいが、単官能であっても使用できる。さらに、液晶との溶解性に優れたモノマーが望ましく、フェニル基やシクロヘキサン基などを有するモノマーが好適である。また、ポリマーの種類としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレンなど）、またはそれらの共重合体なども使用することもできる。

種々のモノマーの中でも、液晶とともに分子が配向する、つまり自発的に細長い分子が配列される性質を有する液晶性モノマーが特に有用である。この液晶性モノマーは細長い分子構造を有しており、棒状の剛直部（コア）と棒状の柔軟部液晶の分子骨格を有して、ネマチック液晶材料と同様、室温近くで自ら配向する性質がある。液晶に混合するモノマーの濃度は、３重量％以上から４０重量％以下が適当である。ポリマーネットワークの分散量が少なすぎても液晶に及ぼす配向規制力が少なく、プラスチック基板の接着効果や応答時間の高速化が期待できない。その一方、多すぎても液晶分子が強く固定されて、高い電圧を印加しても駆動できなくなる。そのため、モノマー濃度の最適な値は、液晶やポリマーの種類やその分散構造により求める必要がある。

なお、混合液に照射する紫外光強度は強いほど、ポリマーが急速に析出・硬化して、微細かつ強固なポリマーネットワーク１２が形成される。そこに用いる光源には、長波長の紫外線（特に波長３６５ｎｍ）を効率よく放出する高出力水銀キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプなどが好適であるが、それ以外の光源も用いることができる。これにより、液晶１１の動作電圧、応答速度、あるいはコントラスト比等の基本的な光変調特性を制御することが可能となる。

また、液晶層１の厚みは、実用上２０μｍ以下とし得るが、薄すぎると液晶の複屈折に基づく最大透過率が減少するため数μｍ程度が好ましい。

また、液晶１１としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶を用いることができる。ただし高速応答性を得るには、低粘性かつ高弾性の液晶材料が適しており、化学構造としては、液晶の屈折率異方性Δｎ(Δｎ＝異常光屈折率ｎ_ｅ−常光屈折率ｎ_ｏ）が大きいシアノ系、ビフェニール系、ターフェニール系、ピリミジン系、トラン系、フッ素系のネマチック液晶が適している。スメクティック液晶を用いる場合、自発分極を有して高速応答を示す強誘電性液晶が有用である。例えば、シッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニール系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶、もしくはフェニールピリミジン系強誘電性液晶等が好ましい。また、液晶１１の初期配向と電界方向が一致するような場合、誘電率異方性が負の液晶材料を用いてもよい。

液晶１１の分子の初期配向については、ホメオトロピック（垂直）配向、ホモジニアス（水平）配向をはじめ、ねじれ配向、パイ型配向、ハイブリッド配向（垂直配向膜と水平配向膜を併用）などに制御することが可能であるが、必ずしもそれらの配向制御に限るものではない。また、ネマチック液晶材料にカイラル添加材を添加してコレステリック液晶とすることにより、微細なねじれ配向を生じさせたり、そのピッチを添加濃度で制御したりすることもできる。

下プラスチック基板３ａの表面に形成される凸型のスペーサ４は、その相補的な形状である凹構造の金属型２２（モールド）を用いたローラー式熱プレス成形法（熱方式ナノインプリント法）に基づき形成される。この成形方法としては、ローラープレスに基づき、ローラーに巻きつけた湾曲金属型を用いる方式と、平板状の金属型を用いる方式とがあり、プラスチック基板を熱成形して作製するものである。なお、上記モールドとしては金属型の他に耐熱樹脂性のものも使用可能である。

後者の平板状金属型を用いる方式の場合、図２に示すように、ローラー２３とプラスチック基板３ａの間に金属型２２を挟んで加熱加圧する。

プラスチック基板３ａ上で回転しながら加圧するローラー２３は、プラスチック基板３ａを瞬時にガラス転移温度以上に加熱することで、プラスチック基板３ａの表面が軟化して熱成形できる。さらにローラー２３で熱プレスする前に、プラスチック基板３ａを固定するステージ２１をガラス転移温度近くまで予備加熱しておくことにより、ローラー２３との接触時にプラスチック基板３ａをガラス転移温度以上まで効率よく昇温できる。

また、熱プレスした後は、一体化した金属型２２とプラスチック基板３ａとは、貼り付けた状態で冷却する。温度変化で寸法が変わりやすいプラスチック基板３ａを金属型２２に貼り付けた状態で室温に戻すことにより、金属型２２の表面凹凸形状をプラスチック基板３ａ上に忠実に再現して、スペーサ４を形状転写成形することができる。

なお、上記のローラー型ナノインプリント方式は、ローラーを用いず平板型で面内一度に熱と圧力を加えるエンボス加工もしくは平面プレス型ナノインプリント法に比べて、ローラーの小さな接触面で圧力を集中できるため、大面積プラスチック基板を容易に加工できる特徴がある。

このローラー２３による熱成形で形成されるスペーサ４は、フォトリソグラフィとは異なり、アスペクト比の大きな（幅に比べて高さの大きい）スペーサ構造も容易に作製できる。さらにスペーサ４を硬質樹脂素材によるプラスチック基板３ａに直接形成できるため、ポストスペーサを基板上に固着形成するフォトリソグラフィよりも、強固なスペーサ構造を形成でき、プラスチック基板３ａからスペーサ４が剥離することがない。

本実施形態の液晶光変調器２０におけるスペーサ４の形状としては、凸状パターンがストライプ状、直交格子状パターン、または断面が円筒、四角柱、十字柱形状のドット状パターンなどが加工する上で有用であるが、ローラーにより熱プレス成形できるものであれば、それらに限定されるものではない。

通常の液晶表示装置では、液晶層１の厚みが１〜２０μｍの範囲で作製されるため、それに応じた高さの凸構造のスペーサ４を形成する必要がある。すなわち、スペーサ４の高さは、液晶光変調器２０の用途に応じて１μｍから２０μｍの範囲で設計すればよい。

スペーサ４の配置間隔は、表示装置を構成するのであれば、画素のピッチ程度（通常、数百μｍ）が望ましい。また、スペーサ４の凸構造自体は光変調動作の妨げとなるため（非表示部）、画素間の遮光部として設けるブラックマトリックス内に設けることが望ましい。そのためスペーサ構造体の幅は、２μｍ以上が望ましく、成形と取り扱いの容易さ、機械的強度の観点から、２μｍから５０μｍが適当である。

プラスチック基板３ａ，３ｂ上に設ける配向膜５としては、ガラス基板の液晶表示装置に用いられてきた既存の配向膜を用いることができる。例えば、摩擦処理（ラビング）した主鎖構造ポリイミド樹脂の水平配向膜、側鎖構造ポリイミドの垂直配向膜、斜法蒸着したＳｉＯ膜もしくはＳｉＯ_２膜、偏光紫外線を照射した色素膜・樹脂膜（光配向膜）などである。

プラスチック基板３ａ，３ｂの厚みは、フレキシブル性を確保する意味で、通常、４００μｍ以下が適当であるが、それに限定されるものではない。２００μｍ以下になると高い柔軟性が得られる。柔軟なプラスチックフィルム基板を用いた場合、軽量で柔軟性に優れた液晶光変調器や液晶表示装置を構成することができる。

透明なプラスチック基板３ａ，３ｂの樹脂材料としては、熱膨張係数が低い硬質のポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを用いることができる。その中でも、複屈折が少ないポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を用いることにより、高コントラストの画像表示が可能になる。

なお、図示していないが、プラスチック基板３ａ，３ｂの表面に塗布して空気・水分の液晶層１への侵入を防ぐガスバリア膜としては、ケイ素、アルミニウムなどの金属酸化物・金属窒化膜が用いられ、特に、透明性、機械的特性、ガスバリア性などの観点から、ＳｉＯｘ（１．５≦ｘ≦２．０）やＳｉＮを用いることが好ましい。

また、図１の実施形態では、一方の上プラスチック基板３ｂにのみ導電膜２（透明電極）を設けたが、所望の光変調効果に応じて、双方のプラスチック基板３ａ，３ｂに導電膜を設けて、液晶層１の厚み方向（基板３ａの表面に垂直な方向）に電圧を印加して、液晶分子を駆動してもよい。

電極用の導電膜２としては、透明電極もしくは不透明な導電膜を用いてもよい。例えば、透明電極としては、錫（もしくは亜鉛）をドープした酸化インジウムＩＴＯ（ＩＺＯ）をはじめ、酸化インジウム、酸化錫などが好適である。それらの導電膜２は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの真空技術で成膜することができる。また、金属酸化物以外の透明電極として、ポリチオフェン系樹脂などの透明な有機系導電性材料を、スピンコートや印刷法などにより塗布形成してもよい。また、電極用の不透明導電膜としては、スパッタリングで成膜されるアルミニウム、クロム、金などの各種金属薄膜を使用することができる。

また、上記の液晶光変調器２０にバックライトを設けることにより、高コントラストの表示装置を構成することができる。フレキシブルなバックライトとしては、ＬＥＤのエッジライトを用いた薄型導光板（柔軟な透明樹脂材料で構成）や、ＬＥＤをフィルム状の樹脂基板に実装した直下照明型バックライトを使用できる。

さらに、液晶光変調器２０に光反射板や光拡散板を設けることにより、バックライトを用いず低消費電力の反射型表示装置を構成することも可能である。そのような反射型表示装置の場合、一方の透明基板を不透明化したり、透明電極を金属電極に置き換えたりすることも可能である。

以下、本発明の液晶光変調器において、スペーサを形成するローラー式熱プレス成形法および液晶層のポリマー析出法を、実施例を用いてさらに具体的に説明する。

＜スペーサの形成例＞
ローラー式熱プレス成形法による凸型ストライプ構造のスペーサの試作例を示す。

ここでは、ローラー型ナノインプリント装置（明昌機構、NM-0606R型）と、ポリカーボネート製のプラスチック基板（ガラス転移温度１４５℃、厚み１００μｍ）を用いた。すなわち、回転する加熱ローラーによる加熱・加圧により、ローラーとプラスチック基板間に挿入する平板状金属型の微細な凹型パターンを、プラスチック基板の表面に転写する。

スペーサ用の凸型ストライプ構造は、以下の方法により得られた。まず、プラスチック基板のガラス転移温度以上に加熱したローラー（２８０℃、圧力５０００Ｎ）を使って、ストライプ状の凹型（溝）パターンを有する平板状ニッケル金属型とプラスチック基板に圧力をかけて、ローラーを回転させながら移動する。

ローラーがニッケル金属型に接触した面で、プラスチック基板の温度がガラス転移点を超えてプラスチック表面に流動性が生じて、ニッケル金属型の微小溝にプラスチック基板の材料が流れ込む。ローラーが去った後、一体化したニッケル金属型とプラスチック基板を一緒に冷却する。これにより、図３の顕微鏡写真に示されるように、高さ２０μｍ、幅２０μｍ、間隔２００μｍのストライプスペーサが形成された。

＜ポリマーの析出例＞
液晶とモノマーの混合液から、ポリマーの析出現象を確認するため、以下に示す実験を行った。

ネマチック液晶（メルク社、MLC-2057）に紫外線硬化性の液晶性モノマー（ＤＩＣ社、UCL-011）を２０重量％添加してプラスチック基板間に充填した。そこに、３０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線（中心波長３６５ｎｍ）を３０分間照射することにより、混合液中のモノマーを光重合して硬化させた。紫外線を照射した液晶層のプラスチック基板を剥がして、液晶成分をエタノールで溶出させて、走査電子顕微鏡で基板面を観察した。その結果、プラスチック基板に付着した固体のポリマー材料の析出が確認された。

１ 液晶層（複合膜）
２ 導電膜
３ａ，３ｂ プラスチック基板
４ スペーサ
５ 配向膜
６ リード線
７ 駆動電圧源
８ 偏光板
９ 入射光
１０ 表示光
１１ 液晶
１２ ポリマーネットワーク
２０ 液晶光変調器
２１ 固定ステージ
２２ 金属型（モールド）
２３ ローラー

Claims (5)

1. 配向膜を有する２枚のプラスチック基板の間に液晶層を挟持してなる液晶光変調器において、
   一方のプラスチック基板上に、基板素材に微細凹凸形状を有するモールドを重ねてローラー式熱プレス成形法により該プラスチック基板と一体に形成された凸状パターンのスペーサを備え、
   前記液晶層は、液晶とポリマーネットワークの複合膜よりなり、該液晶層内の分子が配向したポリマーネットワークにより前記２枚のプラスチック基板が接着一体化されてなることを特徴とする液晶光変調器。
2. 前記液晶層は、前記２枚のプラスチック基板の間に、液晶とモノマーの混合液が介装され、紫外光が照射されることで前記モノマーが光重合化して前記ポリマーネットワークが析出形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶光変調器。
3. 前記モノマーが、液晶とともに分子が配向する液晶性モノマーであることを特徴とする請求項２に記載の液晶光変調器。
4. 前記混合液中のモノマーの濃度が、５重量％以上、かつ４０重量％以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶光変調器。
5. 前記請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の液晶光変調器を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。