JP7197585B2 - 液晶移相器及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、移相の技術分野に関し、具体的には、液晶移相器及びその製造方法に関する。
移相器は、電磁波の位相を変調し得る装置であり、レーダー、通信、計器などに広く使用されている。液晶移相器は、連続位相変調の点では優位性を有する。液晶移相器の液晶誘電損失が液晶セルの厚さに繋がり、セルの厚さが大きいほど、有効誘電率が小さく、誘電損失が小さいことが知られている。誘電損失を低減させるために、現在、液晶移相器の液晶層の厚さを100~250μmにする。従来の液晶表示パネルよりも数十倍~百倍も厚くなり、厚いセルを有する液晶移相器を製造する場合は、その分厚い支持物(一般にはスペーサー)を製造する必要がある。
従来技術では、そのうち一方の基板には、プラスチックビーズ(spacer)又はフォトスペーサー(photospacer)のスペーサーが用いられ、他方の基板には、スクリーン印刷で接着フレームが製造される。たとえば、プラスチックビーズ(spacer)は、スプレー方法で粉液がスプレーヘッドのノズルから吐出されるときに、両側の圧縮気体により粉液がチャンバーに拡散して、沈降することでプラスチックビーズが基板上に落ちたものであり、プラスチックビーズの密度がチャンバーでの基板の滞在時間により調整される。液晶パネルプロセスによれば、12μmのプラスチックビーズを均一にスプレーすることができるが、30μmのプラスチックビーズの場合にはスプレーにムラがあり、プラスチックビーズの密度が低く、均一なセル厚さが得られない。100μm以上の厚さのプラスチックビーズの場合は、そのスプレーがより困難になる。
フォトスペーサー(Photospacer)は、スピンコートプロセスによってフォトレジストを基板上に塗布し、UV光を特別に設計されたマスクを通して照射して反応させ、現像により不要な領域のフォトレジストを除去すると、所定位置にある予め設定されたパターンを有する支持物としてなるものである。スピンコートプロセスによる塗布には、低粘度のフォトレジストしか使用できないため、薄膜として厚さの小さい支持物となる。液晶パネルプロセスは、なんとか6μm~15μmのphotospacerを製造できるが、100μm以上の厚さの要件を満たすことができない。
接着フレームの大きな支持面積、及びスクリーン印刷プロセスに使用可能な高粘度の接着剤のため、100um以上の厚さの接着フレームを製造して、液晶移相器のセル厚さをなんとか100~250μmにすることを可能にする場合においても、以下の結果が避けられない。従来のセルの中間部にあるスペーサー、たとえばプラスチックビーズ(spacer)やフォトスペーサー(Photospacer)の製造方法では、どうしても100um程度の厚さを実現できないため、接着フレームから離れた液晶層の領域が変形したとき、液晶移相器の厚さも変わり、液晶移相器の厚さが変わると、液晶移相器の性能が劣化するという問題をもたらす。
上記問題を解決するために、厚いセルを有する液晶移相器及びその製造方法を提供する。
本発明による液晶移相器は、対向設置される第1基板と第2基板、及び第1基板と第2基板との間に位置する液晶層を備え、前記液晶層内には、複数のスペーサーが分布しており、前記スペーサーは第1基板及び第2基板の両方に接触し、前記スペーサーは、第1基板上に設置された第1スペーサーと、第2基板上に設置された第2スペーサーと、を備え、且つ、前記第1スペーサーと第2スペーサーは当接する。
好ましくは、前記第1スペーサーと第2スペーサーの位置は対応している。
前記第1基板と第2基板との間には、接着フレームをさらに有し、前記第1基板、第2基板及び接着フレームによりケースが構成される。
好ましくは、前記接着フレームは、第1基板に設置された第1接着フレームと、第2基板に設置された第2接着フレームと、を備え、第1接着フレームと第2接着フレームは当接し、且つ、前記第1接着フレームと第2接着フレームの位置は対応している。
好ましくは、前記スペーサーは、エポキシ接着剤又はUV接着剤である。
好ましくは、前記接着フレームは、エポキシ接着剤又はUV接着剤である。
好ましくは、前記液晶層の厚さは、100μm以上である。
さらにまた、前記液晶層の厚さは100~250μmである。
前記第1基板の内側には、第1電極が設置され、前記第2基板の内側には、第2電極が設置される。
さらに、前記液晶移相器は、それぞれ前記液晶層の両側に設置された第1配向層及び第2配向層をさらに備える。
本発明は、前記液晶移相器を製造するための液晶移相器の製造方法をさらに提供し、前記製造方法は、
第1基板上に第1スペーサーを製造するステップと、
第2基板上に第2スペーサーを製造するステップと、
前記第1基板と第2基板を位置合わせして位置合わせしてセル化してケースを形成し、ケース内に液晶層を充填するステップと、を含む。
好ましくは、スクリーン印刷方式で基板上に第1スペーサーと第2スペーサーを形成する。
好ましくは、前記製造方法は、位置合わせしてセル化する前に、第1基板及び/又は第2基板上に接着フレームを製造するステップをさらに含む。
好ましくは、第1基板上に第1接着フレームを製造し、第2基板上に第2接着フレームを製造し、
第1接着フレームを製造すると同時に第1スペーサーを製造し、予め製造された第1接着フレームと第1スペーサーのパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第1基板上に転写し、
第2接着フレームを製造すると同時に第2スペーサーを製造し、予め製造された第2接着フレームと第2スペーサーのパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第2基板上に転写する。
好ましくは、前記位置合わせしてセル化してケースを形成する方法は、以下のとおりである。
位置合わせ・貼り合わせ:前記第1基板と第2基板を位置合わせした後、貼り合わせる。
ホットプレス・硬化:位置合わせ・貼り合わせ済みの2つの基板をホットプレス装置でホットプレスして硬化させ、所定厚さのケースを形成する。
好ましくは、第1基板と第2基板を位置合わせ・貼り合わせた後、前記第1基板と第2基板の相対位置を固定し、次に、ホットプレスして硬化させる。
好ましくは、位置合わせ・貼り合わせに先立って、予備硬化させることで、接着剤を仮硬化させる。
従来技術に比べて、本発明は、下記有益な効果を有する。
本願では、第1基板と第2基板のそれぞれに第1スペーサーと第2スペーサーを設置することによって、液晶移相器の100um以上の支持物厚さを可能にし、液晶移相器の性能を確保する。また、プロセスから見れば製造されやすく、厚いセルを有する液晶移相器の量産が可能になる。
本発明の実施例による液晶移相器の構造模式図である。 本発明の実施例による液晶移相器の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例による液晶移相器において位置合わせしてセル化してケースを形成する製造方法のフローチャートである。
本発明の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明するが、明らかなように、説明する実施例は、本発明の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な努力を必要とせずに想到し得るすべてのほかの実施例は、本発明の特許範囲に属する。
以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明の液晶移相器及びその製造方法をさらに説明する。
実施例1
図1に示されるように、本特定実施例は、液晶移相器を提供する。液晶移相器は、対向設置される第1基板11と第2基板12、及び第1基板11と第2基板12との間に位置する液晶層50を備える。液晶層50内には、複数のスペーサーが分布しており、前記スペーサーは第1基板11と第2基板12の両方に接触し、スペーサーは、第1基板11及び第2基板12の支持物として機能する。
第1基板11及び第2基板12は、安定性及び絶縁効果に優れるとともに、誘電損失が極めて低い材料を使用し、剛性基板又は可撓性基板であってもよい。たとえば、剛性基板は、ガラス基板であってもよく、PET基板であってもよく、ガラス基材、溶融石英、セラミックス基材又はPETなどの材料であり得る。ただし、ガラス基板が好ましい。
スペーサーは、第1基板11に設置された第1スペーサー41と、第2基板12に設置された第2スペーサー42と、を備える。第1スペーサー41と第2スペーサー42は当接する。スペーサーの厚さが、第1スペーサー41の厚さと第2スペーサー42の厚さの和に等しい。
従来技術では、スペーサーは、スプレーにより基板に散布されている独立したspacerプラスチックビーズ単体であり、スペーサーは、第1基板11又は第2基板12に均一に散布しており、又はフォトスペーサーPhotospaerを用いてフォトリソグラフィプロセスにより特定要求を満たす支持物が製造され、他方の基板には、スクリーン印刷で接着フレームが製造される。プラスチックビーズspacerをスプレーしてなるスペーサーの厚さは、最大で30μmであり、Photospacerの高さも15μm程度しかなく、このため、十分な厚さを有するスペーサーの支持点が製造できない。
本願では、第1基板11と第2基板12のそれぞれに第1スペーサー41と第2スペーサー42を設置することで、スペーサーの支持点での厚さを十分にすることができる。厚いセルを有する液晶移相器のために解決策を提供し、液晶移相器の性能を確保する。
好ましい形態として、第1スペーサー41と第2スペーサー42の位置は対応している。
スペーサーは、スクリーン印刷方式で基板上に形成される。スペーサーは、エポキシ接着剤又はUV接着剤である。好ましい形態として、スペーサーはエポキシ接着剤である。
なお、本実施例では、第1基板11と第2基板12との間には接着フレームをさらに有する。接着フレームは、第1基板11と第2基板12のエッジにある。第1基板11、第2基板12及び接着フレームによりケースが構成され、このケースは液晶セルとも呼ばれる。接着フレームは、液晶材料がケースに入る開口を有する。
液晶移相器のセル厚さの一致性を確保するために、スペーサーの厚さを接着フレームの厚さに等しくする。
好ましい形態として、接着フレームは、第1基板11に設置された第1接着フレーム31と、第2基板12に設置された第2接着フレーム32と、を備える。第1接着フレーム31と第2接着フレーム32は当接する。接着フレームの全厚さは第1接着フレーム31の厚さと第2接着フレーム32の厚さの和に等しい。前記第1接着フレーム31と第2接着フレーム32の位置は対応している。
接着フレームは、スクリーン印刷方式で基板上に形成されてもよい。接着フレームは、エポキシ接着剤又はUV接着剤であってもよく、好ましい形態として、接着フレームはエポキシ接着剤である。
本実施例による液晶移相器は、セル厚さの大きい移相器であり、液晶層50の厚さが100μm以上である。より好ましい態様として、液晶層50の厚さは100~250μmである。
液晶移相器は、第1基板11の内側に形成された第1電極21と、第2基板12の内側に形成された第2電極22と、をさらに備える。第1電極21及び第2電極22には、高い導電性及び透磁率のある金属材料が使用され、アルミニウム、銅、銀、金、カドミウム、クロム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、鉄などの金属が使用され得る。
液晶移相器は、それぞれ前記液晶層50の両側に設置された第1配向層と第2配向層(未図示)をさらに備える。第1導電層が形成された第1基板11には、第1配向層が作製され、第2導電層が形成された第2基板12には、第2配向層が作製される。配向層は、液晶層50の液晶分子の初期偏向角度を限定する。
第1電極21と第2電極22の間に電圧を印加することで、液晶の誘電率を変えることができる。一特定実施例では、第1電極21は、接地電極を備え、第2電極22は、マイクロ波信号を伝送するための平面伝送ラインを備える。平面伝送ラインは好ましくはマイクロストリップラインである。マイクロストリップラインの形状は、蛇形又は螺旋形であってもよいが、マイクロストリップラインの形状について限定がなく、マイクロ波信号を伝送できればよい。
マイクロストリップラインと接地電極との間に電場が印加されていないとき、液晶分子は第1配向層と第2配向層の作用により所定の方向に配列される。
マイクロストリップラインと接地電極との間に電場が印加されると、電場により液晶層50中の液晶分子の方向が偏向するように駆動され、マイクロストリップラインと接地電極での電圧を制御することで、液晶層50中の液晶の偏向角度を制御し、さらに移相中に調整される位相を制御することができる。
実施例2
本特定実施例は、実施例1に記載の液晶移相器の製造方法を提供する。液晶移相器の製造方法は、
第1基板11上に第1スペーサー41を製造するステップS1と、
第2基板12上に第2スペーサー42を製造するステップS2と、
前記第1基板11と第2基板12をセル化して、ケースを形成するステップS3と、
ケース内に液晶層50を充填するステップS4と、
液晶層50を充填した後、ケースの接着フレーム開口を封止するステップS5と、を含む。
なお、ステップS1及びステップS2の順番は調整可能である。スペーサーは、スクリーン印刷方式で基板上に形成され得る。
以上のステップS3では、「位置合わせしてセル化すること」は、「位置合わせして貼り合わせること」とも呼ばれてもよい。
具体的には、予め製造されたスペーサーのパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を対応する基板上に転写し得る。接着剤は、たとえばエポキシ接着剤又はUV接着剤であり、好ましくは、エポキシ接着剤である。この方法によって、100um以上の支持物を有するほど厚いセルを有する液晶移相器は、プロセスから見れば製造されやすく、厚いセルを有する液晶移相器の量産が可能になる。
本願では、第1基板11と第2基板12のそれぞれに第1スペーサー41と第2スペーサー42を設置することによって、液晶移相器が100um以上の支持物の厚さを実現でき、液晶移相器の性能が確保される。また、プロセスから見れば製造されやすく、厚いセルを有する液晶移相器の量産が可能になる。
図3に示されるように、ステップS3では位置合わせしてセル化してケースを形成する方法は、以下のとおりである。
S31:位置合わせ・貼り合わせ:前記第1基板11と第2基板12を位置合わせした後、貼り合わせる。
S32:前記第1基板11と第2基板12の相対位置を固定する。
S33:ホットプレス・硬化:位置合わせ・貼り合わせ済みの2つの基板をホットプレス装置でホットプレスして硬化させ、所定厚さのケースを形成する。
位置合わせ・貼り合わせの方法について具体的に説明する。第1電極21及び第2電極22のパターンを製造するときに、第1基板11及び第2基板12には、互いに対応する位置合わせマークが形成されている。たとえば、第1基板11の位置合わせマークは○であり、第2基板12の位置合わせマークは●であり、位置合わせを行う際に、CCDアライメントにより結合することで第1基板11と第2基板12を正確にアライメントすることができる。正確にアライメントすると、第1スペーサー41と第2スペーサー42の嵌合する接触面が重なる。アライメントのズレにより第1スペーサー41と第2スペーサー42の嵌合する接触面の重なりが不完全になり、支持物の強度や支持性もある程度劣化する。アライメント後、第1基板11と第2基板12を貼り合わせる。具体的には、第1基板11と第2基板12の2層の接着フレームがスペーサーに接続されるまで、貼り合わせ装置において徐々に移動させる。
ステップS31の位置合わせ・貼り合わせに先立って、好ましくは、予備硬化を行うことで、第1スペーサー41と第2スペーサー42の接着剤を仮硬化させ、それによって、位置合わせ・貼り合わせをするときの接着剤の過剰な流動を防止し、また、接着剤の後続の硬化を容易にする。
前記第1基板11と第2基板12の相対位置を固定するための具体的な方法の1つとしては、基板のエッジの四周にUV接着剤を塗布し、UV接着剤にUVを照射して固定する。このようにすると、第1基板11と第2基板12の変位が発生しにくくなる。
ホットプレス・硬化は、一般には、高圧高温のプロセス条件下で行われ、硬化させると同時に一定の圧力が印加され、第1スペーサー41と第2スペーサー42が強固に結合される。十分に硬化させると、第1スペーサー41と第2スペーサー42は強固に結合され、粘着の強固さが高く、機械的強度が高く、より厚い支持物のある液晶ケースである空セルが形成される。
ステップS32は、好ましい態様であり、位置合わせしてセル化してケースを形成する方法から省略してもよいが、実施効果がわずかに悪くなる。
位置合わせしてセル化する前に、第1基板11及び/又は第2基板12に接着フレームが製造される。
一方の基板に接着フレームが製造されてもよく、接着フレームは、第1基板11と第2基板12との間に、液晶を収容するための収容空間を形成する。接着フレームは、液晶を注入し得る開口を有する。
接着フレームのより好ましい態様としては、第1基板11と第2基板12のそれぞれに接着フレームを有し、接着フレームの製造方法は、以下のとおりである。
第1基板11に第1接着フレーム31を製造し、第2基板12に第2接着フレーム32を製造する。第1接着フレーム31と第2接着フレーム32は、ホットプレスされて硬化すると、強固に結合される。
接着フレーム及びスペーサーは個別に製造されてよいが、より好ましくは、第1接着フレーム31を製造すると同時に第1スペーサー41を製造し、第2接着フレーム32を製造すると同時に第2スペーサー42を製造し、スクリーン印刷方式で基板にスペーサー及び接着フレームが形成される。
予め製造された第1接着フレーム31及び第1スペーサー41のパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第1基板11上に転写し、予め製造された第2接着フレーム32及び第2スペーサー42のパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第2基板12上に転写させる。スクレーパーによる押し出しにより、印刷接着剤がスクリーンツールのメッシュを通って基板上に転写され、所望の接着フレーム及びスペーサーに対応する形状及び位置が形成される。スクリーン印刷用の接着剤は、エポキシ接着剤又はUV接着剤であり、好ましくは、エポキシ接着剤であり、両面にエポキシ接着剤の支持物をスクリーン印刷するプロセスによれば、厚いセルを有する液晶移相器の量産が可能になる。また、同時製造により、プロセスの効率向上に有利であるだけでなく、同一面に異なるパターンを2回で製造することを回避し、2回で基板の同一面にスクリーン印刷すると、2回目のスクリーン印刷によって1回目のスクリーン印刷パターンが破壊される。
一特定実施態様では、液晶移相器の製造方法は図2に示される。
上記位置合わせ・貼り合わせの具体的な方法によれば、第1スペーサー41と第2スペーサー42の位置のアライメント、及び第1接着フレーム31と第2接着フレーム32の位置のアライメントが同時に確保できる。なお、位置合わせ・貼り合わせを行う際に、第1スペーサー41と第2スペーサー42の位置が上下に対応しており、位置合わせ・貼り合わせを行った後、第1スペーサー41と第2スペーサー42は当接する。同様に、位置合わせ・貼り合わせを行う際に、第1接着フレーム31と第2接着フレーム32の位置が上下に対応しており、位置合わせ・貼り合わせを行った後、第1接着フレーム31と第2接着フレーム32は当接する。
液晶移相器のケースを製造するにあたって、大寸法基板を用いて製造するのが一般的であり、ステップS3が終了すると、複数のケースが得られる。次に、単体切断をして単体となる液晶移相器のケースである空セルが得られる。
液晶注入方法としては、開口から所望の液晶材料を真空毛細管現象によりケースに吸い込むようにしてもよい。
前記液晶セルに液晶層50が充填されると、液晶セルのケースの開口を封止し、液晶を注入する開口にUV接着剤を塗布し、次にUV光を照射することで、液晶セルの機械的強度を高め、より良好なシール性を付与することができる。
第1基板11の内側には、第1電極21が設置され、第2基板12の内側には、第2電極22が設置される。第1電極21及び第2電極22は、対応する基板上に導電層を形成し、次に導電層をパターニングすることによって得られ得る。
導電層は、従来のスパッタリング又は熱蒸着方法で形成することができ、導電層には、アルミニウム、銅、銀、金、カドミウム、クロム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、鉄などの金属も、ITO、IGZO、AZOなどの透明な導電酸化物も使用され得る。
パターニングプロセスの方法は、当業者に公知するものであり、接着剤塗布、予備硬化、露光、現像、エッチング、離型の工程により実施できる。
基板上に接着フレーム及びスペーサーを製造する前に、
第1導電層が形成された第1基板11上に第1配向層を形成し、第2導電層が形成された第2基板12上に第2配向層を形成するステップをさらに含んでもよい。
配向層は、表面上に配向溝を形成するために、従来技術であるPIラビングプロセスで製造されることができる。APR版を用いて、予め滴下した配向液体を電極パターンを有する対応する基板上に転写し、高温ベークにより十分に反応させるとともに、溶剤を発揮させ、最後に固体の配向膜層を形成する。配向膜層上をフランネル布又は綿布で一方向へラビングし、最終的に液晶分子を所定のラビング方向に平行に配列させる。ここで詳しく説明しない。
なお、以上の実施例は、本発明の実施例の技術案を説明するものに過ぎず、制限するものではなく、好適実施例を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の実施例の技術案を修正したり同等置換を行ったりすることができ、これら修正又は同等置換により、修正された技術案が本発明の実施例の技術案の範囲を逸脱することはない。
11-第1基板、12-第2基板、21-第1電極、22-第2電極、31-第1接着フレーム、32-第2接着フレーム、41-第1スペーサー、42-第2スペーサー、50-液晶層。

Claims (4)

  1. 晶移相器を製造するための液晶移相器の製造方法であって、
    前記液晶移相器は液晶層の厚さが100μm以上であり、
    内側に第1電極が形成された第1基板、前記第1基板に対向設置される内側に第2電極が形成された第2基板、及び前記第1基板と前記第2基板との間に位置する液晶層を備え、前記液晶層内には、複数のスペーサーが分布しており、前記スペーサーは第1基板及び第2基板の両方に接触し、前記スペーサーは、第1基板上に設置された第1スペーサーと、第2基板上に設置された第2スペーサーと、を備え、且つ、前記第1スペーサーと第2スペーサーは当接し、且つ結合されており、
    前記第1基板と前記第2基板との間には、接着フレームをさらに有し、前記第1基板、第2基板及び接着フレームによりケースが構成され、前記接着フレームは、前記第1基板上に設置された第1接着フレームと、前記第2基板上に設置された第2接着フレームと、を備え、且つ、前記第1接着フレームと第2接着フレームは当接し、且つ結合されており、
    前記第1接着フレーム、前記第1スペーサー、前記第2接着フレーム及び前記第2スペーサーはいずれもエポキシ接着剤又はUV接着剤であり、
    前記第1接着フレーム及び前記第1スペーサーは、スクリーン印刷方式によって同時に製造されるものであり、前記第1接着フレームの厚さと前記第1スペーサーの厚さは等しく、前記第2接着フレーム及び前記第2スペーサーは、スクリーン印刷方式によって同時に製造されるものであり、前記第2接着フレームの厚さと前記第2スペーサーの厚さは等しく、
    前記第1接着フレーム、前記第1スペーサー、前記第2接着フレーム、前記第2スペーサーは予備硬化され、前記第1基板と前記第2基板の位置合わせ及び貼り合わせをした後に、ホットプレスして硬化され、
    前記製造方法は、
    第1基板上に第1スペーサーを製造するステップと、
    第2基板上に第2スペーサーを製造するステップと、
    前記第1基板と第2基板を位置合わせしてセル化してケースを形成し、ケース内に液晶層を充填するステップと、を含み、
    位置合わせしてセル化する前に、第1基板上に第1接着フレームを製造し、第2基板上に第2接着フレームを製造し、
    第1接着フレームを製造すると同時に第1スペーサーを製造し、予め製造された第1接着フレームと第1スペーサーのパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第1基板上に転写し、
    第2接着フレームを製造すると同時に第2スペーサーを製造し、予め製造された第2接着フレームと第2スペーサーのパターンを有するスクリーンツールを用いて、接着剤を第2基板上に転写する、
    ことを特徴とする液晶移相器の製造方法。
  2. 前記位置合わせしてセル化してケースを形成する方法は、
    前記第1基板と第2基板を位置合わせした後、貼り合わせるステップと、
    位置合わせ・貼り合わせ済みの2つの基板をホットプレス装置でホットプレスして硬化させ、所定厚さのケースを形成するホットプレス・硬化ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項に記載の液晶移相器の製造方法。
  3. 第1基板と第2基板の位置合わせ・貼り合わせをした後、前記第1基板と第2基板の相対位置を固定し、次に、ホットプレスして硬化させる、
    ことを特徴とする請求項に記載の液晶移相器の製造方法。
  4. 位置合わせ・貼り合わせに先立って、予備硬化させることで、接着剤を仮硬化させる、
    ことを特徴とする請求項に記載の液晶移相器の製造方法。
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