JP2014182330A - 液晶光学素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な液晶光学素子を提供する。
【解決手段】
液晶光学素子は、第１の基板と、第１の基板上方に配置された、第１の電極層及び傾斜断面構造層の積層構造と、積層構造上方に配置された液晶層と、液晶層上方に配置された第２の電極層と、第２の電極層上方に配置された第２の基板と、セル厚を保持するスペーサーとして機能する複数の突起部を有する突起層とを有し、突起層が第２の電極層及び突起層の積層構造として第２の基板側に形成され、第１の基板及び第２の基板の両方がフィルム基板であるか、または、突起層が前記第１の電極層及び傾斜断面構造層及び突起層の積層構造として第１の基板側に形成され、少なくとも第１の基板がフィルム基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶光学素子とその製造方法に関する。

液晶セル内にプリズム層を形成し、光偏向を行う液晶光学素子が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１記載の液晶光学素子は、車両用灯具に利用され、特許文献２記載の液晶光学素子は、立体表示装置に利用されている。液晶光学素子の軽量化等が望まれる。液晶光学素子を安定して機能させるために、上下基板間のギャップを保持するスペーサーを形成することが好ましい。

なお、液晶表示素子におけるフィルム基板の利用やスペーサー形成について、例えば特許文献３〜６等に記載されている。

特開２００６−１４７３７７号公報 特開２０１２−１３３１２８号公報 特開平９−２８１４５７号公報 特開２０１１−１８０２４７号公報 特開平７−２８０６８号公報 特開２００７−１４８００７号公報

本発明の一目的は、新規な液晶光学素子及びそ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、
第１の基板と、
前記第１の基板上方に配置された、第１の電極層及び傾斜断面構造層の積層構造と、
前記積層構造上方に配置された液晶層と、
前記液晶層上方に配置された第２の電極層と、
前記第２の電極層上方に配置された第２の基板と、
セル厚を保持するスペーサーとして機能する複数の突起部を有する突起層と
を有し、
前記突起層が前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造として前記第２の基板側に形成され、前記第１の基板及び前記第２の基板の両方がフィルム基板であるか、または、
前記突起層が前記第１の電極層及び傾斜断面構造層及び前記突起層の積層構造として前記第１の基板側に形成され、少なくとも前記第１の基板がフィルム基板である液晶光学素子
が提供される。

傾斜断面構造層を有する液晶光学素子にフィルム基板を用いることにより、素子の軽量化が図られる。また、傾斜断面構造層を有しフィルム基板を用いた液晶光学素子において、第１または第２の基板側の積層構造として形成された突起層によるスペーサーは、例えばギャップ散布剤によるスペーサーに比べて、安定したギャップ保持性能を有する。

図１は、第１実施例による液晶光学素子の概略断面図である。 図２は、第１実施例による液晶光学素子の製造装置の概略断面図である。 図３Ａは、プリズム形成用ロール状金型のパターン例を示す概略斜視図であり、図３Ｂは、１つ分のプリズムの例を示す概略断面図であり、図３Ｃは、スペーサー形成用ロール状金型のパターン例を示す概略斜視図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、液晶セル構造の切断工程を示す概略的な断面図及び平面図であり、図４Ｃ及び図４Ｄは、エンドシール剤形成工程を示す概略的な断面図及び平面図である。 図５は、試作例によるロール状金型のパターンを示す概略斜視図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施例の変形例による液晶光学素子の概略断面図である。 図７は、第２実施例による液晶光学素子の概略断面図である。 図８は、第２実施例による液晶光学素子の製造装置の概略断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施例による金型の形成工程を示す概略断面図である。 図１０Ａは、変形例によるプリズム形成用ロール状金型の概略斜視図であり、図１０Ｂは、傾斜断面構造層の他の例であるフレネルレンズの概略平面図であり、図１０Ｃは、変形例による液晶光学素子の概略断面図である。

図１を参照して、本発明の第１実施例による液晶光学素子の概略構造と、光偏向機能について説明する。図１は、第１実施例による液晶光学素子の概略断面図である。

フィルム基板１上に、電極層２が形成されている。フィルム基板１１上に、電極層１２が形成されている。電極層２と電極層１２とが対向するように、フィルム基板１とフィルム基板１１とが対向配置されている。

フィルム基板１、１１として、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成された透明なプラスチックフィルムを用いることができる。なお、画像の表示を行なう液晶表示素子の基板材料としては、リターデーション（複屈折）の小さい材料が求められる。しかし、本実施例による液晶光学素子は、液晶とプリズムとの屈折率の差による光偏向を行うものであり、複屈折による性能への影響は少ない。従って、フィルム基板１、１１として、ＰＥＴ等の複屈折を有するフィルムを用いることもできる。

電極層２、１２は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物や、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）やグラフェン等の透明導電材料で形成することができる。電極層２、１２は、必要に応じて所望のパターンに形成することができる。

電極層２上に、プリズム層３が形成され、プリズム層３上に、配向膜４が形成されている。電極層１２上に、突起層１３が形成されている。突起層１３の突起部１３Ｐは、配向膜４を介して対向するプリズム層３に接し、液晶セルのセル厚（上下基板間の距離）を保持するスペーサーとして機能する。突起層１３の突起部１３Ｐの外側に、ベース層が形成されていてもよい。電極層１２上に（突起層１３のベース層を介して）、配向膜１４が形成されている。突起部１３Ｐを覆って配向膜１４が形成されていてもよい。

基板１側の配向膜４と、基板１１側の配向膜１４との間に、液晶層５が配置されている。液晶層５は、例えば、誘電率異方性Δεが正のネマティック液晶で形成される。フィルム基板１、電極層２、プリズム層３、配向膜４、液晶層５、配向膜１４、突起層１３、電極層１２、及びフィルム基板１１を含んで、第１実施例による液晶光学素子が形成される。

実施例による液晶光学素子は、入射光を、プリズム層３と液晶層５とにより偏向させることができる。液晶層５への印加電圧を変化させることにより、液晶層５の屈折率を変化させて、光偏向方向を変化させることができる。プリズム層３と液晶層５の屈折率が異なるとき、プリズム層３と液晶層５とはプリズムとして機能し、光偏向が生じる。プリズム層３と液晶層５の屈折率が同等であるとき、プリズムとしての機能はなくなり、光偏向は生じない。

実施例による液晶光学素子は、各種照明装置、車両用前照灯、（例えば、携帯電子機器、ゲーム機器、パーソナルコンピュータ、立体表示機器等の）液晶表示装置用バックライト、各種ストロボ等に利用することができる。

第１実施例による液晶光学素子は、プリズム層３のプリズム幅方向に関して、突起層１３の突起部１３Ｐのピッチが、プリズムの幅（ピッチ）の整数倍に設定されている。これにより、どの突起部１３Ｐもプリズム斜面部の一定箇所に（一定高さに）配置することができ、セル厚を一定にすることが容易になる。

なお、第１実施例では、１つ分の突起部１３Ｐのプリズム幅方向の幅が、１つ分のプリズム幅よりも狭く設定されている。また、突起部１３Ｐのプリズムと対向する面は、基板１と平行である。

プリズム層３は、それぞれの用途に応じて適したプリズム幅や高さを選択することができる。また液晶材料５は、目的に合った屈折率異方性を有するものを適宜選択することができる。

実施例による液晶光学素子は、フィルム基板を用いている。これにより、素子の小型化、軽量化、薄型化等が容易である。また、割れにくいという利点もある。また例えば、可撓性により、曲面に沿った配置が容易になり、高い配置の自由度を有する。

なお、フィルム基板を用いた液晶素子は、スペーサーを設けていても、フィルム基板の可撓性に起因して、基板が押されたりした時等、セル厚が変動しやすい。セル厚の変動は、画像の表示を行なう液晶表示素子では性能に大きく影響するが、本実施例のような光偏向を行う液晶光学素子では、性能にそれほど大きく影響しない。

なお、例えば各種照明装置、車両用前照灯、液晶用バックライト、各種ストロボ等の利用態様では、液晶表示素子に比べて、基板をユーザに触られる可能性が低い。このため、使用中にユーザに触られることに起因してセル厚が変動し、性能が低下する可能性が低い。

次に、第１実施例による液晶光学素子の製造方法について説明する。まず、一対の電極付フィルム基板（電極層２の形成されたフィルム基板１、及び、電極層１２の形成されたフィルム基板１１）を用意する。用意する電極付フィルム基板は、少なくとも長さ方向に複数の液晶光学素子を形成して、液晶光学素子を多面取りできるような、長尺のシート状のものである。

以下に説明するように、一方の電極付フィルム基板（電極層２の形成されたフィルム基板１）を搬送しながら、プリズム層３等を形成する。この電極付フィルム基板を、プリズム側基板（プリズム側搬送基板）２１と呼ぶ。他方の電極付フィルム基板（電極層１２の形成されたフィルム基板１１）を搬送しながら、突起層（スペーサー）１３等を形成する。この電極付フィルム基板を、スペーサー側基板（スペーサー側搬送基板）２２と呼ぶ。

図２は、第１実施例による液晶光学素子の製造装置の概略断面図である。プリズム側基板２１を、長さ方向に搬送しながら、電極層２上に、供給ヘッド１０１（ディスペンサーなど）により、紫外線硬化性樹脂３ａを塗布する。紫外線硬化性樹脂３ａとして、例えば、アクリル系やアリル系やエポキシ系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。

ロール状金型１０２に、プリズムの型が形成されている。プリズム側基板２１を、ニップロール１０３によりロール状金型１０２に押し付け、ロール状金型１０２を回転させて搬送させながら、紫外線硬化樹脂３ａにプリズムパターンを転写する。ロール状金型１０２と反対側から、紫外線照射装置１０４により紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂３ａを硬化させて、プリズム層３を形成する。パターン転写後、ニップロール１０３から外れるところで、プリズム側基板２１とロール状金型１０２とを分離する。

図３Ａ及び図３Ｂは、プリズム形成用ロール状金型１０２のパターンの一例を示す概略斜視図、及び、１つ分のプリズムの例を示す概略断面図である。基板搬送方向と直交する方向に長いプリズムに対応する溝が、ロール状金型１０２の円周方向に並んでいる。つまり、基板上に形成されるプリズム層は、搬送方向と直交する方向に長いプリズムが、搬送方向に並んだ形状となる。一例として、個々のプリズムは、断面形状が直角三角形で、高さは５μｍ、頂角は７５°、底角は１５°と９０°である。複数のプリズムが長さ方向を揃えて約２０μｍピッチで配置され、プリズム断面の全体形状は、片ノコギリ状である。

図２に戻って製造工程の説明を続ける。プリズム側基板２１へのプリズム層３の形成と同時に、スペーサー側基板２２を、長さ方向に搬送しながら、電極層１２上に、供給ヘッド１１１（ディスペンサーなど）により、紫外線硬化性樹脂１３ａを塗布する。紫外線硬化性樹脂１３ａとして、例えば、アクリル系やアリル系やエポキシ系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。

ロール状金型１１２に、突起部（スペーサー）の型が形成されている。スペーサー側基板２２を、ニップロール１１３によりロール状金型１１２に押し付け、ロール状金型１１２を回転させて搬送させながら、紫外線硬化樹脂１３ａに突起パターンを転写する。ロール状金型１１２と反対側から、紫外線照射装置１１４により紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂１３ａを硬化させて、突起層１３を形成する。パターン転写後、ニップロール１１３から外れるところで、スペーサー側基板２２とロール状金型１１２とを分離する。

図３Ｃは、スペーサー形成用ロール状金型１１２のパターンの一例を示す概略斜視図である。突起部に対応する穴が、突起部の所望の配置となるように、分布している。穴の深さ（突起高さ）は、例えば１０μｍ程度であり、穴の直径（突起部の直径）は、例えば１０μｍ〜１５μｍ程度である。穴の密度は例えば３．８％程度である。穴の密度、つまり突起部の密度が低すぎると、ギャップムラの原因となり、高すぎると、光学性能に影響が出る。このため、型の表面で穴部の占める面積の割合（密度）は、１％〜１０％程度が望ましい。

このようにして、プリズム層３及び突起層１３を、プリズム側基板２１とスペーサー側基板２２の各々に、ロールトゥロール方式により形成することができる。個々の液晶光学素子ごとにプリズム層、突起層を形成する方法に比べて、製造時間の短縮や、製造コストの低減を図ることができる。

引き続き、プリズム層３の形成されたプリズム側基板２１を搬送しながら、基板２１上に、例えば、インクジェット方式の供給ヘッド１０５により、ポリイミド等の配向膜材料を塗布して、配向膜４を形成する。配向膜４の塗布後、ヒーター１０６により焼成を行い、配向処理装置１０７により配向処理を行う。

また、突起層１３の形成されたスペーサー側基板２２を搬送しながら、基板２２上に、例えば、インクジェット方式の供給ヘッド１１５により、ポリイミド等の配向膜材料を塗布して、配向膜１４を形成する。配向膜１４の塗布後、ヒーター１１６により焼成を行い、配向処理装置１１７により配向処理を行う。

このようにして、配向膜形成及び配向処理をロールトゥロール方式で行うことができる。なお、配向膜形成方法として、インクジェット印刷の他、フレキソ印刷等を用いることもできる。配向処理として、ラビングや光配向等を用いることができる。

例えば、スペーサー側基板２２上に形成された配向膜１４に対しては、ラビングローラー１１７により搬送方向にラビング処理を行う。本実施例では、プリズム層３として、搬送方向直交方向に長いプリズムを形成している。搬送方向直交方向に長いプリズムが並んだプリズム層３に対して、搬送方向にラビング処理を行うと、プリズムの谷の部分がラビングされにくい。そこで、本実施例では、光配向処理装置１０７により光配向処理を行っている。両基板の配向処理方向は、例えば、両基板２１、２２が重ね合わせられたときにアンチパラレル配向となるように定められる。

なお、フィルムによって、延伸方向に異方性の強いものもあり、配向膜形成及び配向処理を行わなくても液晶を並ばせることができる場合がある。例えばこのような場合には、一方の基板側にのみ配向処理を行うようにすることもできる。

引き続き、配向膜４の形成されたプリズム側基板２１を搬送しながら、基板２１の、搬送方向に延在する一対の縁部に沿って、ディスペンサー１０８によりメインシール剤２３を形成する。メインシール剤２３として、紫外線硬化性のものを用いることができる。同時に、配向膜１４の形成されたスペーサー側基板２２を搬送しながら、基板２２上に、供給ヘッド１１８から液晶５を滴下する。

メインシール剤２３が形成された基板２１と、液晶５が供給された基板２２とを、ニップロール１２１で挟み込んで、重ね合わせる。両基板２１、２２の重ね合わせ後、紫外線照射装置１２２により紫外線を照射し、メインシール剤２３を硬化させて、液晶セル構造２４を形成する。

このようにして、ロールトゥロール方式により、多数個の液晶光学素子を取ることができる長尺のシート状の液晶セル構造を形成できる。個々の液晶光学素子ごとに液晶セルを形成する方法に比べて、製造時間の短縮や、製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施例ではプリズム側基板２１にメインシール剤２３を供給し、スペーサー側基板２２に液晶５を供給したが、プリズム側基板２１に液晶５、スペーサー側基板２２にメインシール剤２３を供給するようにしてもよい。また、メインシール剤及び液晶の両方を一方側の基板に供給することもできる。なお、メインシール剤と液晶とを別の基板に供給することにより、メインシール剤による液晶の汚染を防止しやすい。

両基板２１、２２の重ね合わせ後、長尺のシート状液晶セル構造２４を、液晶セル１つ分ずつに切断し、エンドシール剤を形成して封止する。

図４Ａ及び図４Ｂは、液晶セル構造２４の切断工程を示す概略的な断面図及び平面図である。各基板の端子部が確保されるように、幅方向（搬送方向と直交する方向）の端部で、一方の基板２１と他方の基板２２の縁部がずれて重ねられている。図示を容易にするため、基板２２に斜線を付す。基板２１（あるいは基板２２）の、搬送方向に延在する一対の縁部に沿って、メインシール剤２３が形成されている。図４Ａに示すように、カッター１２３により、液晶セル構造２４を液晶セル１つ分ずつに切断する。図４Ｂに、切断位置を一点鎖線で示す。

図４Ｃ及び図４Ｄは、エンドシール剤形成工程を示す概略的な断面図及び平面図である。切断後の液晶セル２４において、搬送方向と直交する方向の端部は、端子部形成のために一方の基板２１と他方の基板２２の縁がずれているのに対し、搬送方向の端部は、切断により両方の基板２１、２２の縁が揃っている。液晶セル２４の切断端面に、例えばディスペンサーによりエンドシール剤２５を形成して、液晶セル２４を封止する。エンドシール剤２５として、例えば紫外線硬化性のものを用いることができる。

メインシール剤２３は、両基板２１、２２の間に挟まれるように形成されるのに対し、切断端面に配置されるエンドシール剤２５は、両基板２１、２２の外側から形成される。このようにして、第１実施例による液晶光学素子が形成される。

実施例による液晶光学素子は、スペーサーを突起層１３により形成している。この方法は、例えばギャップ剤散布によるスペーサー形成に比べて、ロールトゥロール方式による液晶セルの形成工程への適合性が高い。また、散布したギャップ剤を用いる場合、フィルム基板の可撓性により、素子の使用中にギャップ剤が移動し凝集してギャップ保持機能が失われ、上下基板が密着して液晶光学素子の機能が失われる懸念もある。突起層１３によるスペーサーは、例えばギャップ剤を用いたスペーサーに比べて、安定したギャップ保持性能を有する。

次に、試作例による液晶光学素子の形成方法について説明する。試作例では、フィルム基板として、厚さ１００μｍ、幅１５０ｍｍ、長さ３ｍ程度のポリカーボネートフィルムを用いた。電極層として、ＩＺＯを用いた。電極付フィルム基板を大気圧プラズマ処理で洗浄した後、プリズム層及び突起層を形成した。

図５は、試作例によるロール状金型１３１のパターンを示す概略斜視図である。試作例では、１つの金型に、円周方向に分けて、プリズム層形成用の型と突起層形成用の型の両方を形成した。このような金型を用いて、一枚の電極付フィルム基板に、プリズム層及び突起層の両方を形成した。プリズム層及び突起層の形状等は、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明したものと同様である。ただし、突起部（スペーサー）の平面配置は、ランダムとした。

試作例のプリズム層及び突起層は、アクリル系の紫外線硬化性樹脂で形成した。紫外線照射量は、３Ｊ／ｃｍ^２とした。なお、金属酸化物で形成された透明電極層は紫外線を吸収するので、電極層の膜厚によって、必要な紫外線照射量は変わり得る。樹脂の硬化に必要な紫外線照射量は、適宜実験的に定めることができる。

上記実施例ではロールトゥロール方式で液晶セルを多面取りする製造方法を説明したが、試作例では、シート状の電極付フィルム基板から、１セル分を切り取って液晶セルを形成した。プリズム層が形成された基板部分と突起層が形成された基板部分とを切り離して、液晶セル形成用の２枚の基板を準備した。

プリズム側基板とスペーサー側基板のそれぞれに、以下のような条件で配向膜形成及び配向処理を行った。なお、配向膜材料や、配向膜の焼成条件は、試作例のものに限らない。

第１の配向膜形成及び配向処理例では、両基板側にラビング処理を行った。まず、プリズム側基板と、スペーサー側基板のそれぞれに、配向膜を形成した。第１の配向膜形成例の配向膜は、日産化学製のＳＥ−４１０をフレキソ印刷により厚さ８０ｎｍ形成し、ホットプレートにて１２０℃で５分間焼成を行った。

焼成後、両基板側にラビング処理を行った、プリズム側基板は、プリズム長さ方向にラビング処理を行った。両基板が重ね合わせられたときにアンチパラレル配向となるように、配向処理を行った。

第２の配向膜形成及び配向処理例では、プリズム側基板は光配向処理、スペーサー側基板はラビング処理を行った。まず、プリズム側基板と、スペーサー側基板のそれぞれに、配向膜を形成した。第２の配向膜形成例の配向膜は、日産化学製のＳＥ−１３０をフレキソ印刷により厚さ８０ｎｍ形成し、ホットプレートにて１２０℃で５分間焼成を行った。

焼成後、スペーサー側基板は、ラビング処理を行った。一方、プリズム側基板は、光配向処理を行った。光配向処理は、紫外線を偏光した光を、基板法線方向から３０°傾いた方向から照射する方法を用いた。プリズム斜面部分では、斜面法線方向に対して４５°傾いた方向からの照射である。露光に用いた偏光フィルターの波長は、３１０ｎｍとした。両基板が重ね合わせられたときにアンチパラレル配向となるように、配向処理を行った。光配向方向は、ラビング方向と平行に液晶分子が並ぶように設定した。

その後、両基板の重ね合わせをラミネーター等により行い、基板同士を重ね合わせた状態で、フィルム基板間に一定圧力を加え、紫外線を照射しメインシール剤を硬化させた。紫外線照射量は１．５Ｊ／ｃｍ^２とした。

こうして、３μｍ〜１３μｍの液晶層厚さを有する空セルを作製した。液晶層厚さは、プリズム形状により場所ごとに異なる。なお、液晶光学素子の光偏向機能は、プリズムと液晶との界面での屈折率差によるものなので、液晶層厚さにはほとんど依存しない。

このように形成した空セルに、ネマティック液晶を注入した。注入方法として、真空注入や、毛細管現象を利用した注入方法を用いることができる。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布して封止して、試作例の液晶セルを完成させた。

なお、突起部の密度が３．６％であれば、どのようなセルに対してもほぼ均一ギャップを得ることができた。密度１．８％でも小さいセル（２０×１０ｍｍ程度、シール剤にもギャップ剤添加）で、セル厚が２ミクロン程度であれば均一ギャップが得られた。密度３．６％以上であれば、ギャップ保持の面では問題無いが、突起部の占める面積比が大きいほど光学的性能は悪くなるため、必要最小限が好ましい。

シール剤にギャップコントロール剤を入れるかどうかについては、特にどちらでも問題はなかった。但し薄ギャップの場合（ギャップコントロール剤が小さい場合）は突起上にギャップコントロール剤が乗ってしまうためセル厚が厚くなる現象が見られることがあったため、ない方が望ましい。

図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施例の変形例による液晶光学素子を示す概略断面図である。図６Ａに示す変形例の液晶光学素子は、プリズム層３のプリズム幅方向に関して、突起層１３の突起部１３Ｐの幅が、プリズム幅よりも広く形成されている。これにより、どの突起部１３Ｐにおいても、プリズムに対向する面がプリズムの頂部に接する。このため、突起部１３Ｐのピッチが上記第１実施例のようにプリズム幅の整数倍に揃えられていなくとも、突起部１３Ｐを一定高さに配置することができ、セル厚を一定にすることが容易になる。

図６Ｂに示す変形例の液晶光学素子は、上記第１実施例のように、突起部１３Ｐのピッチがプリズムピッチの整数倍に揃えられている。本変形例ではさらに、突起部１３Ｐのプリズムに対向する面に、プリズム斜面に沿うような傾斜が付けられている。これにより、突起部１３Ｐとプリズム層３との接触の安定化が図られる。

このような突起部を形成する金型の形成方法例について説明する。先端がプリズム斜面と同じ角度の傾斜を有するバイトを用いて、溝状に切削を行う。この溝を、例えばレジスト剤で部分的に埋めることで、先端部が傾斜した突起部に対応する型を形成することができる。

図７は、第２実施例による液晶光学素子を示す概略断面図である。第２実施例の液晶光学素子は、基板１側に、プリズムと突起部３３Ｐとが一体化された構造の（プリズム層と突起層とが積層された構造の）プリズム／突起層３３が形成されている点が、第１実施例と異なる。突起部３３Ｐは、配向膜１４及び電極層１２を介して対向基板１１に接し、液晶セルのセル厚を保持するスペーサーとして機能する。

図８は、第２実施例による液晶光学素子の製造装置の概略断面図である。第２実施例の製造装置では、プリズム／突起層３３の形成されるプリズム／スペーサー側基板２１が搬送される側は、プリズム／突起層３３の形成用のロール状金型１０２が配置されているが、対向基板２２が搬送される側は、第１実施例で突起層形成用に配置されていたロール状金型１１２が省略されている。ロール状金型１０２により、紫外線硬化樹脂３３ａに、プリズム及び突起パターンを転写して、プリズム／突起層３３を形成する。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、プリズム／突起層３３の形成用の金型の形成方法例について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施例による金型の形成工程を示す概略断面図である。

まず、第１の形成方法例について説明する。金属平板に、突起部に対応する穴部を画定するレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングにより穴を形成する（図９Ａ参照）。穴部の形成された金属平板に、さらに切削により、プリズムに対応する片のこぎり断面状の溝部を形成する（図９Ｂ参照）。このような金属平板を、ロール状に丸めてロール状金型を作製することができる。なお、この方法では、平板を丸めてロール状の金型を形成するため、型上につなぎ目が存在する。

次に、第２の形成方法例について説明する。ロール状の金型原版に、突起部に対応する幅を持つバイトを用いて、溝状に切削を行う。この溝を、例えばレジスト剤で部分的に埋めることで、突起部に対応する穴部を形成することができる（図９Ａ参照）。穴部の形成されたロール状金型原版に、さらに切削により、プリズムに対応する片のこぎり断面状の溝部を形成する（図９Ｂ参照）。このようにして、ロール状金型を作製することもできる。なお、この方法では、つなぎ目のない金型を作製できる。

図８に戻って説明を続ける。プリズム／突起層３３の形成された基板２１と、（電極層１２の形成されたフィルム基板１１である）基板２２とに、第１実施例と同様、それぞれ、配向膜４、１４を形成し、メインシール剤２３、液晶層５を形成し、両基板の重ね合わせを行って、液晶セル構造２４を形成する。その後、第１実施例と同様にして、長尺のシート状液晶セル構造２４を液晶セル１つ分ずつに切断し、エンドシール剤を形成して封止し、第２実施例による液晶光学素子が形成される。

第２実施例による液晶光学素子の製造方法は、片方の基板側にプリズム及び突起部を形成するので、プリズムと突起部とを別々の基板側に形成した第１実施例と比べて、金型が少なくて済む。

図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、さらに他の変形例について説明する。図１０Ａは、プリズム形成用ロール状金型の概略斜視図である。第１実施例では、プリズム長さ方向が搬送方向と直交したプリズム層を形成したのに対し、本変形例では、プリズム長さ方向が搬送方向に沿ったプリズム層を形成する。このようなプリズム層は、プリズム長さ方向が搬送方向と交差したプリズム層に比べて、搬送方向へのラビング処理が容易となる。

光線を一定方向に偏向させるプリズムパターンに限らず、フレネルレンズパターン等を形成することもできる。フレネルレンズも、プリズムと類似した傾斜断面構造により、光線の向きを変える偏向機能を有する。プリズムやフレネルレンズ等、液晶層と協同して、所望の斜面を有する断面の繰り返し構造により光の向きを制御する層を、傾斜断面構造層と呼ぶこととする。ロール状金型は、所望の傾斜断面構造層に応じて作製することができる。

図１０Ｂは、プリズムの他の傾斜断面構造層の例として、フレネルレンズの概略平面図を示す。このような傾斜断面構造層に対しても、スペーサーとして、突起層を形成することができる。

なお、第１実施例のように、傾斜断面構造層に対向する突起層を形成する場合、所望の傾斜断面構造層の形状に対応させて、例えば、一定高さに突起部の端が配置されるように、突起部の形状や配置を定めることができる。

なお、第２実施例のように、傾斜断面構造と突起部が一体化された傾斜断面構造／突起層を形成する場合は、突起部が傾斜断面構造の対向側に接するので、第１実施例の構造に比べて、突起部の形状や配置の自由度が高い。

図１０Ｃは、液晶光学素子の概略断面図である。上記第１実施例等との違いは、プリズム側基板１において、プリズム層３の上に電極層２が形成されていることである。このような電極層２は、基板１上へのプリズム層３の形成後、例えば、インクジェット方式の供給ヘッドによりプリズム層３上に透明導電膜材料を塗布することで形成できる。プリズム層３上に電極層２を配置することにより、液晶層５の屈折率制御に要する電圧の低下が図られる。

なお、第１実施例において、試作例で説明したような、プリズム層形成用部分と突起層形成用部分が混在した金型を用いることもできる。この場合は、基板の重ね合わせ段階でプリズム層部分と突起層部分とが対向するように、基板の搬送方向位置が制御される。

以上説明したように、フィルム基板を用いた液晶光学素子を作製することができる。傾斜断面構造層、及び、スペーサーとして機能する突起層を、ロールトゥロール方式により形成することができる。

なお、第２実施例のように、傾斜断面構造と突起部とが一体化した傾斜断面構造／突起層を一方の基板に形成する場合、他方の基板としては、フィルム基板以外の例えばガラス基板を用いることもできる。傾斜断面構造／突起層の形成されたフィルム基板を、例えばガラス基板に貼り付けることにより、セルを形成することができる。少なくとも一方の基板をフィルム基板とすることで、素子の軽量化等を図ることができる。

さらに、上記実施例のように、両側の基板をフィルム基板とすれば、セル構造もロールトゥロール方式により形成することができる。ロールトゥロール方式により、各素子を１つずつ形成する場合に比べ、製造時間の短縮や、製造コストの低減が図られる。

なお、上記実施例による液晶光学素子の製造方法では、基板搬送中に液晶も供給したが、空セル構造をロールトゥロール方式で形成して、個々の空セルへ分離後に液晶を注入することもできる。

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。

１、１１ フィルム基板
２、１２ 電極層
３ａ、１３ａ 紫外線硬化性樹脂
３ プリズム層（傾斜断面構造層）
４、１４ 配向膜
５ 液晶層
１３ 突起層
３３ プリズム／突起層（傾斜断面構造／突起層）
１３Ｐ 突起部
２１、２２ 電極付フィルム基板
２３ メインシール剤
２４ 液晶セル
２５ エンドシール剤
１０１、１１１ 樹脂供給ヘッド
１０２、１１２ ロール状金型
１０３、１１３、１２１ ニップロール
１０４、１１４、１２２ 紫外線照射装置
１０５、１１５ 配向膜材料供給ヘッド
１０６、１１６ ヒーター
１０７、１１７ 配向処理装置
１０８ メインシール剤ディスペンサー
１１８ 液晶材料供給ヘッド
１２３ カッター

Claims (10)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板上方に配置された、第１の電極層及び傾斜断面構造層の積層構造と、
   前記積層構造上方に配置された液晶層と、
   前記液晶層上方に配置された第２の電極層と、
   前記第２の電極層上方に配置された第２の基板と、
   セル厚を保持するスペーサーとして機能する複数の突起部を有する突起層と
   を有し、
   前記突起層が前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造として前記第２の基板側に形成され、前記第１の基板及び前記第２の基板の両方がフィルム基板であるか、または、
   前記突起層が前記第１の電極層及び傾斜断面構造層及び前記突起層の積層構造として前記第１の基板側に形成され、少なくとも前記第１の基板がフィルム基板である液晶光学素子。
2. 前記傾斜断面構造層は、一定形状のプリズムが延在方向を揃えて並んだプリズム層である請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 前記突起層が前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造として前記第２の基板側に形成されており、
   前記複数の突起部は、前記プリズムの幅方向について、前記プリズムの幅の整数倍のピッチで配置されている請求項２に記載の液晶光学素子。
4. 前記突起層が前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造として前記第２の基板側に形成されており、
   前記複数の突起部の各々は、前記プリズムの幅方向について、前記プリズムの幅よりも広い幅を有する請求項２または３に記載の液晶光学素子。
5. 前記突起層が前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造として前記第２の基板側に形成されており、
   前記複数の突起部の各々は、前記プリズムに対向する面が、前記プリズムの斜面に沿った斜面を形成している請求項２〜４のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
6. さらに、
   前記第１の基板または前記第２の基板の対向する一対の縁部に沿って配置され、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に挟まれて形成された第１のシール剤と、
   前記第１の基板または前記第２の基板の対向する他の一対の縁部に沿って配置され、前記第１の基板及び前記第２の基板の外側から形成された第２のシール剤と
   を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
7. 第１のフィルム基板と、前記第１のフィルム基板上方に配置された、第１の電極層及び傾斜断面構造層の積層構造とを有する第１の搬送基板を準備する工程と、
   第２のフィルム基板と、前記第２のフィルム基板上方に配置された第２の電極層とを有する第２の搬送基板を準備する工程と、
   前記第１の搬送基板と前記第２の搬送基板とを搬送しながら重ね合わせて、セル構造を形成する工程と、
   液晶層を形成する工程と
   を有し、
   前記第２の搬送基板が、前記第２のフィルム基板と、前記第２のフィルム基板上方に配置された、前記第２の電極層及び突起層の積層構造を有するか、または、
   前記第１の搬送基板が、前記第１のフィルム基板と、前記第１のフィルム基板上方に配置された、前記第１の電極層及び前記傾斜断面構造層及び突起層の積層構造を有し、
   前記突起層は、セル厚を保持するスペーサーとして機能する複数の突起部を有する液晶光学素子の製造方法。
8. 前記第２の搬送基板が、前記第２のフィルム基板と、前記第２のフィルム基板上方に配置された、前記第２の電極層及び前記突起層の積層構造を有し、
   前記第１の搬送基板を準備する工程は、
   前記第１のフィルム基板を搬送しながら、前記第１のフィルム基板上に樹脂を供給する工程と、
   前記樹脂が供給された前記第１のフィルム基板を搬送しながら、ロール状の型を用いた転写により、前記傾斜断面構造層を形成する工程と
   を有し、
   前記第２の搬送基板を準備する工程は、
   前記第２のフィルム基板を搬送しながら、前記第２のフィルム基板上に樹脂を供給する工程と、
   前記樹脂が供給された前記第２のフィルム基板を搬送しながら、ロール状の型を用いた転写により、前記突起層を形成する工程と
   を有する請求項７に記載の液晶光学素子の製造方法。
9. 前記第１の搬送基板が、前記第１のフィルム基板と、前記第１のフィルム基板上方に配置された、前記第１の電極層及び前記傾斜断面構造層及び前記突起層の積層構造を有し、
   前記第１の搬送基板を準備する工程は、
   前記第１のフィルム基板を搬送しながら、前記第１のフィルム基板上に樹脂を供給する工程と、
   前記樹脂が供給された前記第１のフィルム基板を搬送しながら、ロール状の型を用いた転写により、前記傾斜断面構造層及び前記突起層を形成する工程と
   を有する請求項７に記載の液晶光学素子の製造方法。
10. さらに、
    前記第１の搬送基板及び前記第２の搬送基板の一方の搬送基板を搬送しながら、前記一方の搬送基板の搬送方向に沿って延在する一対の縁部に沿って、第１のシール剤を形成する工程と、
    前記セル構造を、前記搬送方向に交差する方向に切断して、個々のセルを形成する工程と、
    前記セルの切断で形成された一対の縁部に沿って、前記第１のフィルム基板及び前記第２のフィルム基板の外側から第２のシール剤を形成する工程と
    を有する請求項７〜９のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。

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