JP5032794B2

JP5032794B2 - 光変調素子の製造方法

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Publication number: JP5032794B2
Application number: JP2006149975A
Authority: JP
Inventors: 弘人佐藤; 英夫藤掛
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007322508A

Description

本発明は、光変調素子の製造方法に係り、特に、柔軟性を有する光変調素子の製造方法に関する。

近年、柔軟性を有する表示装置として、液晶変調素子、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）、電子インク等を適用した各種の形式が提案されている。

なかでも、液晶変調素子を適用した表示装置は、透過型、反射型、半透過型のいずれの形式にも適用可能であるだけでなく、動画から静止画まで各種の画像の表示に適用可能であるため有力な表示装置と考えられている。

柔軟性を有する表示装置に適用する液晶変調素子は、柔軟性を有する２枚のフィルム基板を貼り合せたセル中に一定の厚さの液晶を挟み込んだ構成を有する。

２枚の基板を貼り合せたセル中に液晶を注入する方法としては、真空注入法、ワンドロップフィル法が公知であるが、基板が柔軟性を有する場合には液晶の厚さを一定とすることは困難であった。

上記課題を解決するために、フィルム製セルを使用した場合でも液晶の厚さを一定とすることの可能な液晶表示素子の製造方法が、既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記製造方法は、一対の長尺フィルムの長辺を貼り合せて筒状の長尺セルを形成する工程、長尺セルに液晶を注入した後加圧ローラーで一定厚さの液晶層を形成する工程、短辺方向に所定間隔で長尺セルをシールして液晶を互いに隔離された複数の領域に分割する工程、シール箇所で長尺セルを切り離す工程から成り立ち、柔軟性を有する液晶表示素子を製造することを可能としている。
特開平１１−２４９１５８公報（［００１７］〜［００２０］、図１）

しかしながら、上記提案に係る液晶表示素子には、透明電極材として無機材料であるＩＴＯ（インジウム、スズ酸化物）を使用しているため、表示装置を小さい曲率で折り曲げた場合には、電極の剥離あるいは断線が生じ易いという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、小さい曲率で折り曲げることが可能な柔軟性を有する光変調素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光変調素子の製造方法は、透明な合成樹脂フィルムの面上に透明な有機導電材料製の電極、非導電性の透明な保護膜、および透明な配向膜を前記合成樹脂フィルムの軟化温度以下の雰囲気で順次積層した前面部材と、合成樹脂フィルムの面上に有機導電材料製の電極を前記合成樹脂フィルムの軟化温度以下の雰囲気で積層した裏面部材とを形成する部材形成段階と、前記前面部材および前記裏面部材の少なくとも一方の前記電極面の上辺内側に、前記合成樹脂フィルム上辺に沿って凸状構造物を形成する凸状構造物形成段階と、前記前面部材および前記裏面部材の少なくとも一方の前記電極面の両側辺および下辺に沿って接着剤を塗布した後、他方と前記電極面を対向させて貼付し、袋状のセルを生成するセル生成段階と、前記セルの底に液晶を注入する液晶注入段階と、前記セルの底を柱状物により押下し、あるいは、前記セルの底をローラーまたはスリットに挟み込んで前記液晶を底辺から上辺に向けてセル内に均一の厚さに押し拡げる押し拡げ段階と、前記セルの前記凸状構造物の外側に塗布した封止剤により前記セルを封止する封止段階とを含む構成を有している。

この構成により、光変調素子は柔軟性を具備することとなる。

本発明の光変調素子の製造方法は、前記部材形成段階が、合成樹脂フィルムの面上に透明な有機導電材料製電極を積層した裏面部材、または合成樹脂フィルムの面上に反射性の有機導電材料製電極、もしくは反射材を付加した有機導電材料製電極を積層した裏面部材を形成するものであってもよい。

本発明の光変調素子の製造方法は、前記有機導電材料が、ポリチオフェン系の高分子材料であってもよい。

本発明の光変調素子の製造方法は、前記保護膜が、有機材料と無機材料との混合材料の焼成物であってもよい。

本発明は、電極と配向膜の間に保護膜を、開口部に凸状構造物を設置することにより、小さい曲率で折り曲げても表示性能が悪化しないという効果を有する光変調素子の製造方法を提供することができるものである。

以下、本発明に係る光変調素子の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

即ち、本発明に係る光変調素子の製造方法は、図１および図２の製造流れ図に示すように、以下の６段階から成る。
（Ａ）透明な合成樹脂フィルム１０１の面上に透明な有機導電材料製の電極１１１、非導電性の透明な保護膜１２１、および透明な配向膜１３１を合成樹脂フィルム１０１の軟化温度以下の雰囲気で順次積層した前面部材と、透明な合成樹脂フィルム１０２の面上に透明な有機導電材料製の電極１１２、非導電性の透明な保護膜１２２、および透明な配向膜１３２を合成樹脂フィルム１０２の軟化温度以下の雰囲気で順次積層した裏面部材とを形成する部材形成段階
なお、合成樹脂フィルム１０１、１０２の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、アセチルセルロース、ポリスチレン、ポリエチレンおよびそれらの変性体を使用することが望ましい。

また、合成樹脂フィルム１０１、１０２の厚さは十分な柔軟性を確保するために、１００マイクロメートル（μｍ）以下とすることが望ましい。さらに、合成樹脂フィルム１０１、１０２を多層構造とすることによって、フィルムの耐薬品性、耐熱性、耐衝撃性を向上することも可能である。

電極１１１、１１２の原料である有機導電材料としては、高い柔軟性を有するポリチオフェン系の高分子材料を使用することが好ましい。電極１１１、１１２は合成樹脂フィルム１０１、１０２の全面を覆うものであっても、画素ごとにパターニングしたものであってもよい。

保護膜１２１、１２２は、本発明に係る光変調素子を小さい曲率で折り曲げたときの電極１１１、１１２の剥離を防止し、電極１１１、１１２の短絡を防止するために設けられるものであって、有機材料と無機材料との混合物を使用することが望ましい。

そして、有機材料としては室温であっても紫外線照射により硬化する紫外線硬化樹脂を、無機材料としてはごく小径のシリカ粒を使用することが望ましい。

透明な配向膜１３１、１３２としては、ラビング処理または光配向処理したポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、あるいは斜方蒸着した酸化シリコン（ＳｉＯ）または二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を使用することが望ましい。

なお、上記は裏面部材が前面部材と同一構成を有する場合について説明したが、裏面部材は合成樹脂フィルムの面上に少なくとも有機導電材料製の電極を積層したものであればよく、合成樹脂フィルムの面上に反射材および透明な有機導電材料製電極を積層したものであっても、合成樹脂フィルムの面上に反射性の有機導電材料製電極を積層したものであってもよい。また、裏面部材に使用する合成樹脂フィルムは透明であっても非透明であってもよい。
（Ｂ）前面部材および裏面部材の少なくとも一方の合成樹脂フィルム１０１の電極面の上辺１０１ａの内側に合成樹脂フィルム１０１の上辺に沿って凸状構造物１４を形成する凸状構造物形成段階
凸状構造物１４の材料としては、室温であっても紫外線照射により硬化する紫外線硬化樹脂を使用することが望ましい。凸状構造物１４は、矩形断面、三角形断面、あるいは半円形断面を有する柱状体であることが望ましい。

なお、凸状構造物１４は、フォトリソグラフィ法により形成することもできる。

図３は一方の合成樹脂フィルム１０１の平面図であって、凸状構造物１４は一方の合成樹脂フィルム１０１の内側に、上辺１０１ａに沿って形成される。
（Ｃ）前面部材および裏面部材の少なくとも一方の合成樹脂フィルム１０１の電極面の両側辺１０１ｂ、１０１ｄおよび下辺１０１ｃに沿って接着剤１５を塗布した後、他方と電極面を対向させて貼付し、袋状のセル１０を生成するセル生成段階
即ち、図３に示すように、接着剤１５は前面部材および裏面部材の少なくとも一方の電極面の両側辺１０１ｂおよび１０１ｄ、ならびに下辺１０１ｃに沿って塗布される。

接着剤１５としては、従来から液晶表示装置のシール剤として使用されている熱硬化樹脂、あるいは光硬化樹脂を使用することが望ましい。なお、熱硬化樹脂は、合成樹脂フィルム１０１、１０２の軟化温度以下、一般的には摂氏１００度（℃）以下で硬化させることが望ましい。

なお、合成樹脂フィルム１０１、１０２自体が熱硬化性、あるいは光硬化性を有するときは、接着剤１５を使用することなく、合成樹脂フィルム１０１、１０２を貼付することができる。
（Ｄ）セル１０に液晶を注入する液晶注入段階
液晶注入の際は、合成樹脂フィルム１０１、１０２が相互に接触しないように、セル１０の上辺を拡げて液晶をセルの底に注入することが望ましい。これは、合成樹脂フィルム１０１、１０２に液晶が付着して、次の段階で液晶を押し拡げるときに液晶層中に気泡が混入することを防止するためである。

セル１０に注入する液晶としては、ネマティック液晶、強誘電性液晶および反強誘電性液晶を含むスメクティック液晶、コレステリック液晶、あるいはディスコティック液晶を使用することが可能である。
（Ｅ）セル１０を押下して液晶をセル内に均一の厚さに押し拡げる押し拡げ段階
セル１０の押下は、セル１０をローラーに挟んで液晶を押し拡げても、セル１０をスリットの間を通過させて液晶を押し拡げてもよい。あるいは、セル１０を平らな台に載せ、柱状物１６をセル１０の底辺から上辺に向けて移動させてもよい。

ローラー、スリット、柱状物１６としては、セル１０の表面を損傷させないようにゴム等の柔軟性を有する材質製とすることが望ましい。

なお、液晶を押し拡げる際に液晶層の厚さを一定に維持するために、ビーズ状のスペーサを使用することが望ましいが、スペーサは予め合成樹脂フィルム１０１、１０２の配向膜面に散布しておくことも、スペーサを液晶中に混入しておくことも可能である。スペーサとしては、圧着スペーサを適用すればスペーサの移動による液晶層の変動を防止することが可能となる。

液晶中に混入するスペーサの材料としては、光硬化樹脂、熱硬化樹脂、あるいは反応硬化樹脂を使用することができ、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、メラニン樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニールアセテート、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコン樹脂、またはこれらの重合体を使用することができる。

また、液晶を押し拡げる際に液晶層の厚さを一定に維持するために、少なくとも一方の合成樹脂フィルム１０１の配向膜１３１上にフォトリソグラフィ法により柱状のスペーサを形成してもよい。
（Ｆ）セル１０の凸状構造物１４の外側に塗布した封止剤１７によりセル１０を封止する封止段階
封止剤１７としては、従来から液晶表示装置のシール剤として使用されている熱硬化樹脂、あるいは光硬化樹脂を使用することが望ましい。

封止剤１７は凸状構造物１４の外側に塗布されるので、封止剤１７を硬化する際に封止剤がセル１０の中に流入して液晶中に混入して光変調素子の表示特性が劣化することを防止することが可能となる。

一例として試作した光変調素子は、合成樹脂フィルム１０１、１０２として厚さ４０μｍのポリエチレンフィルムを使用した。

ポリエチレンフィルムの表面に、紫外線洗浄により表面濡れ性を向上させた後スピンコートによりポリチオフェン系の高分子材料（PEDOT/PSS）を塗布し、恒温槽内でポリエチレンの軟化温度（約１００℃）より低温である８５℃で焼成して電極１１１、１１２を形成した。

次に、電極上にシリカ微粒子と紫外線硬化樹脂の混合物を塗布し、８５℃以下の温度で紫外線硬化樹脂を硬化させて保護膜１２１、１２２を形成した。さらに、保護膜上にポリイミドの配向膜（AL-1254、JSR）１３１、１３２を塗布し、ラビング処理した。

そして、セル１０の開口部となる合成樹脂フィルム１０１上の部分に紫外線硬化樹脂を塗布した後に硬化させて凸状構造物１４を形成する。

次に、合成樹脂フィルム１０１のセル１０の開口部以外の３辺に接着剤１５として紫外線硬化樹脂を塗布し、合成樹脂フィルム１０２を重ね合わせた後、紫外線を照射してセルを形成する。

凸状構造物１４の外側に封止剤１７である紫外線硬化樹脂を塗布した後、セル最深部に直径６μｍのスペーサが混入されたネマティック液晶を滴下し、圧力ローラーで押下してセル中の空気を押し出すとともに液晶の厚さを均一とした。最後に、凸状構造物１４の外側の封止剤１７である紫外線硬化樹脂を硬化して、セルを封止した。

上記の工程で試作した光変調素子では、液晶の厚さが均一であり、液晶が一様に分子配向されていることが確認された。さらに、凸状構造物１４を設けたために、セルの開口部付近でも液晶の厚みを一定に維持することが可能となるだけでなく、圧力ローラーによる液晶の押下の際の過度の液晶の流出、および封止剤１７である紫外線硬化樹脂が液晶に混入することを防止することも可能となり、表示品質の悪化を防止することができた。

上記光変調素子を偏光板に挟み、電極１１１と１１２との間に電圧を印加したところ、図４の光変調素子の特性図に示すように、６ボルトの電圧変化で透過率を０．０から１．０まで制御することができ、従来の光変調素子と同等の性能を有することが確認できた。

また、電極１１１、１１２と配向膜１３１、１３２の間に保護膜１２１、１２２を設けているため、配向膜１３１、１３２形成時の電極１１１、１１２の溶解が防止できるだけでなく、ラビング時あるいは光変調素子を半径１ｍｍ以下に折り曲げた時にも電極１１１、１１２の剥離、あるいは電極１１１、１１２の接触を防止できることも確認できた。

なお、合成樹脂フィルムの一方に、反射板あるいは反射板を兼用できる電気伝導性の電極を付加することにより、低消費電力の反射型の光変調素子を作製することもできる。この場合、合成樹脂フィルムは透明、非透明を問わない。

また、本実施例により作製される光変調素子では、合成樹脂フィルムと電極の間にカラーフィルタやブラックマトリクスなどが設けられていてもよく、従来の光変調素子に用いられる構造は全て適用することができる。

以上のように、本発明に係る光変調素子の製造方法によれば、軽量かつ柔軟でありながら優れた表示性能および強度を備える光変調素子を提供できるという効果を有し、折り曲げ可能な携帯型ディスプレイあるいはスクリーン型の軽量大型ディスプレイ等として有効である。

本発明に係る光変調素子の製造工程を示す流れ図（その１）本発明に係る光変調素子の製造工程を示す流れ図（その２）合成樹脂フィルムの平面図本発明に係る光変調素子の特性図

符号の説明

１０セル
１４凸状構造物
１５接着剤
１６柱状物
１７封止剤
１０１、１０２合成樹脂フィルム
１０１ａ上辺
１０１ｃ下辺
１０１ｂ、１０１ｄ両側辺
１１１、１１２電極
１２１、１２２保護膜
１３１、１３２配向膜

Claims

透明な合成樹脂フィルムの面上に透明な有機導電材料製の電極、非導電性の透明な保護膜、および透明な配向膜を前記合成樹脂フィルムの軟化温度以下の雰囲気で順次積層した前面部材と、合成樹脂フィルムの面上に有機導電材料製の電極を前記合成樹脂フィルムの軟化温度以下の雰囲気で積層した裏面部材とを形成する部材形成段階と、
前記前面部材および前記裏面部材の少なくとも一方の前記電極面の上辺内側に、前記合成樹脂フィルム上辺に沿って凸状構造物を形成する凸状構造物形成段階と、
前記前面部材および前記裏面部材の少なくとも一方の前記電極面の両側辺および下辺に沿って接着剤を塗布した後、他方と前記電極面を対向させて貼付し、袋状のセルを生成するセル生成段階と、
前記セルの底に液晶を注入する液晶注入段階と、
前記セルの底を柱状物により押下し、あるいは、前記セルの底をローラーまたはスリットに挟み込んで前記液晶を底辺から上辺に向けてセル内に均一の厚さに押し拡げる押し拡げ段階と、
前記セルの前記凸状構造物の外側に塗布した封止剤により前記セルを封止する封止段階とを含む光変調素子の製造方法。
前記部材形成段階が、合成樹脂フィルムの面上に透明な有機導電材料製電極を積層した裏面部材、または合成樹脂フィルムの面上に反射性の有機導電材料製電極、もしくは反射材を付加した有機導電材料製電極を積層した裏面部材を形成するものである請求項１に記載の光変調素子の製造方法。
前記有機導電材料が、ポリチオフェン系の高分子材料である請求項１または請求項２に記載の光変調素子の製造方法。
前記保護膜が、有機材料と無機材料との混合材料の焼成物である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光変調素子の製造方法。