JP2010224424A - 液晶光学素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶光学素子において、基板とシールの接着力を向上することで、堅牢性や密閉性が良く、高信頼性で、小型化に対応させることを可能とする。
【解決手段】液晶光学素子１０は、２枚の透明基板５０、５１が、内側面に形成された透明電極６０、６１が対向するようにシール７０を介して貼り合わされた構成を有する。透明基板５０上には透明電極６０と配向膜４０が形成されており、透明基板５１上にはインプリント樹脂層３０として凹凸形状部３５とフレネルレンズ１００がインプリント工程にて一体に形成されており、インプリント樹脂層３０の上に透明電極４１と配向膜６１が形成されている。凹凸形状部３５の内側には液晶２０が充填されていて、凹凸形状部３５によりシール７０との接着力を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶を用いて光学特性を可変とした液晶光学素子とその製造方法に関するものである。

従来から、電極が形成された透明基板同士をシールで接着し、液晶層を封入した構成による液晶光学素子が知られている。液晶光学素子は、印加する電圧を変更することで液晶の配向を変化させて屈折率を制御することにより、光学特性を可変としたものである。この液晶光学素子として、印加する電圧により焦点距離を制御することができる液晶レンズが知られている。液晶レンズには、輪帯状にパターニングされた透明電極を備える輪帯電極方式やフレネルレンズなどの構造をセル内に備える構造方式などがある。

液晶レンズを含めた液晶光学素子の構成として、液晶を封入する必要があるため、２枚の透明基板同士をシールによって接着固定し、透明基板の間に液晶層を設けるサンドイッチ構造が基本構成である。

液晶セルの作製に伴う液晶の封入方法としては、大きく分けて２種類存在するが、どちらともシールが必要なことは同一である。一つは、シールの塗布後に透明基板同士での貼り合せを行いＵＶ照射または焼成によってシールを硬化させた後に、液晶セルを個別サイズに分割し、真空状態で注入口を液晶に浸して毛細管現象により液晶を注入する真空注入方式である。液晶注入口が必要になり、液晶の注入後には封口剤である接着剤で注入口に封をする。もう一つは、透明基板にシール塗布した後に液晶を滴下し、真空状態で透明基板同士を貼り合せ、その後にＵＶ照射を行ってシールを硬化させるＯＤＦ（One Drop Fill，One Drop Filling）方式である。ＯＤＦの場合には、注入口は存在せず、液晶はシールのみによって封入されている。

シールは液晶セルにおいて必要不可欠な材料であり、シールに対しては接着力が一番求められるパラメータである。一方で、小型化を行う際に、えてしてシールの領域は有効領域ではないため、小さくできれば小さくできるだけ小型化に貢献することとなる。つまり、シールの接着力が強ければ、非有効領域であるシールの幅を狭くすることができ、液晶光学素子のセルサイズを小さくすることができる。

そこで、シールと基板の接着面における接着強度を強固にさせる手段として、透明基板上の樹脂封止部に凹凸面を形成させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、凹凸形状を形成する方法として、フォトレジストをマスクとして、フッ化水素酸水溶液を用いた選択エッチングする方法が提案されている。

特開平４−２０９２９号公報（第３頁、図１−２）

しかし、上述した従来技術による凹凸形状の形成方法では以下のような問題がある。まず、フォトレジストを用いた選択エッチング工程のため、凹凸形状としての溝の形成をするかしないかの二択になってしまい、形成できる凹凸形状が四角形状の溝に限定されてし
まう上に、一度の工程では同じ深さの形状しか作ることが出来ない。任意の凹凸形状を形成することができず同一のパターン形状になってしまうので、例えば、シールを有効領域内に設けて透明なシールとする場合には、凹凸形状によって生じてしまう回折光を低減させにくくなる。

次にフォトレジストを用いた選択エッチング自体が、凹凸形状を形成させるためだけの工程として１工程増えてしまう。裏面保護等の工程も必要であり、工程の増加だけでなく、フォトマスク等が必要になるため、手間がかかりコストが増えてしまう。また、透明基板がガラス基板なのかプラスチック基板なのかによって、エッチング条件が異なるため、透明基板の材質が異なるごとにエッチング条件や薬液が必要となり、さらに手間がかかる。

また、透明基板へ直接、凹凸形状を形成させることになるので、液晶セルの中に光学形状があるような構成、例えばナノインプリントにより透明基板の上に光学形状を形成する構造においては、透明基板の凹凸形状領域にインプリント層も形成されるため、インプリント層によって凹凸形状が平坦化されてしまい、意味をなさなくなってしまう。

そこで、本発明は上記課題を解決し、透明基板とシールとの接着強度を強固にさせる手段として、凹凸形状を形成することを可能とする液晶光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の液晶光学素子は下記記載の構成を採用するものである。

枠状のシールを介して第１の基板および第２の基板が貼り合わされ、シールの内側の領域に液晶層が配され、第１の基板または第２の基板の液晶層側には、光学構造体を備えた液晶光学素子において、シールと前記第1の基板または第２の基板との間には、光学構造体と同材料で形成された凹凸形状部を備えることを特徴とする。また、光学構造体と凹凸形状部は同一材料で形成された一体物であることを特徴とする。また、第１の基板または第２の基板と、光学構造体と、凹凸形状部とは、同一材料で形成された一体物であることを特徴とする。

また、光学構造体が形成されている領域の外側のほぼ全域に、凹凸形状部を配置することを特徴とする。また、凹凸形状部の液晶層側には電極を有し、この電極の膜厚よりも凹凸形状部の形状高低差が大きいことを特徴とする。また、シール内に、第１および第２の基板間を規定するためのスペーサを配し、このスペーサの径に対して、凹凸形状部の窪みの大きさを小さくすることを特徴とする。

また、光学構造体と凹凸形状部との間には、シールと接するように配置された隔壁が設けられていることを特徴とする。この隔壁は凹凸形状部と同一材料の一体物であることを特徴とする。また、この隔壁は、シールと接する側に凹凸を有することを特徴とする。

また、シールは透明性を有し、前記凹凸形状部の凹凸周期が、可視光の波長以下であることを特徴とする。あるいは、凹凸形状部の凹凸形状が、不均一であることを特徴とする。

本発明の液晶光学素子の製造方法は下記記載の構成を採用するものである。第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に、光学構造体と該光学構造体の周囲に凹凸形状部とを形成する凹凸形状部形成工程と、凹凸形状部の位置に、シールを配置するシール配置工
程と、光学構造体が形成された領域に、液晶を配置する液晶配置工程と、第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、を有することを特徴とする。

また、凹凸形状部形成工程では、第１の基板または第２の基板上に、未硬化の樹脂を配置し、未硬化の樹脂に型の転写により、光学構造物および凹凸形状部の形を形成し、未硬化の樹脂を硬化する工程を行うことを特徴とする。または、第１の基板または第２の基板に、熱可塑性の樹脂を用い、第１または第２の基板に対して型の転写を加熱しながら行い、光学構造物および凹凸形状部の形を形成する工程を行うことを特徴とする。また、凹凸形状部形成工程では、光学構造体と凹凸形状部との間であり、かつシールと接する位置に、光学構造物および凹凸形状物の形成と同時に、隔壁を形成する工程を行うことを特徴とする。

本発明によれば、基板とシールとの間に凹凸形状が型の転写により精度良く形成される。これにより、接着表面積を増加させることができるので、透明基板を貼り合わせた後のインプリント樹脂層を含む透明基板とシールとの接着強度が向上させることが可能となる。

また、本発明によれば、シール部分が有効領域内に配置され、透明材料で形成された場合であっても、基板とシールとの間に凹凸形状については、型の加工により任意の形状にすることができるので、基板とシールとの接着強度を向上させつつ、凹凸形状による回折光の発生も生じなくすることができる。

さらに本発明によれば透明基板とシールとの間に凹凸形状と光学形状とが、同じ型の転写により一度に形成されることにより、特に工程が増えることなく短い工程で、特に透明基板の材質を選ぶことなく、且つ精度の良い位置関係で凹凸形状と光学形状とを形成することが可能となる。

本発明の液晶光学素子の構成を示す説明図である。 本発明の液晶光学素子のインプリント工程の説明図である。 本発明の液晶光学素子のセル化工程の説明図である。 本発明の液晶光学素子の構成を示す説明図である。 本発明の液晶光学素子の構成を示す説明図である。 本発明の液晶光学素子のインプリント工程の説明図である。 本発明の液晶光学素子における凹凸形状の変形例の説明図である。 本発明の液晶光学素子の構成を示す説明図である。 本発明の液晶光学素子における凹凸形状である隔壁の変形例の説明図である。

以下、液晶光学素子として、液晶層に印加する電圧により焦点距離を可変とした液晶レンズを例にして、本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜実施例１の構成：図１＞
まず、本発明の実施例１の液晶光学素子の構成について説明する。図１は本実施例の液晶光学素子１０の構成を示す説明図である。図１（ａ）は実施例１の液晶光学素子１０の断面図であり、図１（ｂ）は後述するフレネルレンズとシール形成領域の凹凸形状を示す平面図である。図面表示上の問題から、図１では実際とは異なるアスペクト比で模式的に
示している。

図１に示すように、液晶光学素子１０は、第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とが、それぞれの基板表面に形成された透明電極が対向するように枠状のシール７０を介して貼り合わされた構成を有する。

第１の透明基板５０には透明電極６０と配向膜４０とが形成されている。第２の透明基板５１には、凹凸形状部３５と光学構造体（フレネルレンズ１００）とがインプリント（転写）工程で一体に形成されたインプリント樹脂層３０を備える。凹凸形状部３５は、図１に示すとおり、三角形状の凹凸形状が同心円状に、かつ光学構造体が形成された領域外に形成されている。この凹凸形状部３５とフレネルレンズ１００とを形成するインプリント工程については、後段で詳細に説明する。インプリント樹脂層３０の上には、透明電極６１と配向膜４１とが形成されている。

なお、配向膜４０と配向膜４１は、シール７０から外側の領域には無く、液晶２０領域にのみ形成している構成となっている。これは、本発明で用いたシール７０が、配向膜などの有機材料に比べて、例えば透明電極として使われるＩＴＯなどの無機材質との接着力が良いために、このような構成としている。無機配向膜や有機材料との接着力が良いシールの場合には、シールの領域まで配向膜を設けた方が好適である。配向膜４１によって、凹凸形状部３５が少しでも平坦化されないように、配向膜４１の膜厚よりも凹凸形状部３５の形状高低差を大きくしておくことが好適である。

透明電極６１は蒸着やスパッタ、ＣＶＤ法によって形成されるので、溝の部位のみに堆積されて厚く膜付けされるということがないので、インプリント樹脂層３０によって形成された凹凸形状部３５は、透明電極６１によって凹凸形状が埋まって無くなってしまうことはなく、凹凸形状部３５がそのまま透明電極６１に伝播している。言い換えれば、インプリント樹脂層３０によって形成された凹凸形状部３５の形状高低差は、透明電極６１の厚みに比べて大きいので、透明電極６１によって凹凸形状が埋まって無くなってしまうことはない。しかしながら、透明電極６１によって、凹凸形状部３５が少しでも平坦化されないように、透明電極６１の膜厚よりも凹凸形状部３５の形状高低差を充分に大きくしておくことが好適である。

シール７０内にはセルギャップを出すためのスペーサ８２を混入させている。スペーサ８２の径に対して、凹凸形状部３５の窪みの大きさを小さくすることによって、スペーサが溝に入ってしまい、高さ方向の位置がずれてしまうことによるセルギャップ不良は生じることはなく問題ない。

シール７０の塗布形状が丸形状であり、ＯＤＦ工程を前提としているので、シール７０の出来上がり形状に合わせて、図１（ｂ）に図示するように、凹凸形状部３５も真円形状の丸形状で形成されている。シール７０の内側の領域には液晶２０が充填されており、配向処理された配向膜４０と配向膜４１によって、液晶は並んでいる。透明電極６０と透明電極６１に電圧差を生じさせることで、液晶の配向を変化させてスイッチングさせることができる。

図１に示す構成において、凹凸形状部３５によりシール７０との接触表面積を増加させることができる。このため、インプリント樹脂層３０とシール７０との界面における接着力を向上させることができ、堅牢性や密閉性の向上による信頼性の向上が可能となる。

また、本発明により、接着強度を維持したままシール７０の幅を減らすことができるので、液晶セルの小型化をさせることができる。

＜実施例１の製造方法：図２、図３＞
次に、実施例１の液晶光学素子の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３では、図面表示上の問題から実際とは異なるアスペクト比で模式的に示している。図２は、実施例１の液晶光学素子１０の凹凸形状部３５および光学構造体のフレネルレンズ１００のインプリント工程、すなわち凹凸形状部形成工程の説明図である。以下では、インプリント樹脂としてＵＶ（紫外線）により硬化する光硬化樹脂を用いた例を説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、第２の透明基板５１にディスペンサ７４によって光硬化性の未硬化の樹脂２５を滴下する。図示していないが、第２の透明基板５１と樹脂２５の接着性が悪い場合には、第２の透明基板５１にプライマー処理等を施すことにより接着層を設けて接着性を向上させる。

その後、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第２の透明基板５１に滴下した樹脂２５に、金型モールド９５を加圧しながら押し当てる。金型モールド９５にはフレネルレンズ１００と凹凸形状部３５の形状が凹凸反転で形成されている。ここで、金型モールド９５の表面には、フッ素系の離型剤をコートすることにより離型処理が施されている。

その後、樹脂２５が金型モールド９５の隙間に十分に入り込んだ状態で、図２（ｃ）に示すようにＵＶ８０を照射して樹脂２５を硬化させる。樹脂２５が十分硬化したのち、図２（ｄ）に示すように、金型モールド９５を樹脂２５から離型する。これにより、インプリント樹脂層３０にフレネルレンズ１００と凹凸形状部３５とが同時に転写されて形成される。

図３は、透明基板上への透明電極および配向膜の形成から、第１の透明基板５０と第２の透明基板５１の貼り合わせまでの工程の説明図である。
凹凸形状部３５及びフレネルレンズ１００をインプリント樹脂層３０に形成した後、図３（ａ）に示すように、インプリント樹脂層３０の表面上にスパッタリング法等により透明電極６１を形成する。直接、インプリント樹脂層３０の上に透明電極６１を膜付けしても構わないが、インプリント樹脂層３０にまずSiO₂等のバリア層やハードコート層などの層を設けてから透明電極６１を設けても良い。

インプリント樹脂層３０の表面に透明電極６１を形成した後、配向膜４１を形成する。配向膜４１は、例えばスプレーコーターにより形成される。基板に有効領域が開口されたマスクを用いてマスキング処理を施し、その上から配向膜を吐出する。その後、焼成を行い配向膜の溶剤を飛ばし、配向膜の種類によっては焼成によりイミド化を行い配向膜４１が完成する。

配向膜形成後に、ラビング方式による配向処理を行うことによって、液晶の配向方向を制御することができる。ただし、ラビング布の押し当てでフレネルレンズにダメージを与えないように注意が必要であるが、ラビング布、ローラの回転速度、ラビング圧力等の各種の条件の最適化、インプリント樹脂材料の選定、表面のハードコート処理などを行うことで問題ない。また図示しないが、第１の透明基板５０にも同様に、透明電極６０と配向膜４０とを形成する。

その他の配向膜の形成方法としては、例えば斜方蒸着法が挙げられる。蒸着材料としては、例えばＳｉＯｘ等の無機材料が用いられる。蒸着角度によって蒸着膜のカラム構造を変化させることができ、それにより液晶の配向状態を制御することができる。この斜方蒸着法では、フレネルレンズ１００の形状にダメージを与えることなく、非接触で配向膜４
１を形成することができる。また、斜方蒸着法で全面にＳｉＯｘを膜付けしてしまうと、ＳｉＯｘは絶縁体であるため、配線の端子出しができなくなってしまうので、マスキングを行って斜方蒸着を行い、最低でも端子部として使用する予定の領域にはＳｉＯｘ膜がつかないようにする。

また、その他の配向膜の形成方法としては、インプリント樹脂層３０の表面上にインクジェットやスピンコート、スプレーコートにより配向膜を塗布した後に光配向法を用いることにより、フレネルレンズ１００の形状にダメージを与えることなく、非接触で配向膜を形成することができる。

インプリント樹脂層３０の表面に透明電極６１および配向膜４１を形成した後、図３（ｂ）に示すように、凹凸形状部３５の位置にディスペンサによりシール７０を塗布する。このシール７０は、例えばＵＶ硬化樹脂であり、潰れて広がることを考慮に入れて、凹凸形状部３５より幅が狭く盛られる。シール７０は、後述する工程で第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とが貼り合わせされたときに潰されて、シール７０の出来上がり幅は凹凸形状部３５の幅と一致して密着することとなる。出来上がりの幅を一致させるには、最適な量と位置で塗布する必要があるが、特に問題ないのであれば、図１に図示したように、光学構造体が形成された領域外のほぼすべてを凹凸形状部にしておくことで、位置精度に対しての制約は無くすことができ、好適である。本発明は、シールされる領域全面に凹凸形状を設けておくことが最大の効果を発するが、シールの領域の一部でも凹凸形状があれば効果は発生する。

シール７０を塗布した後、図３（ｃ）に示すように、ディスペンサ７６を用いてシール７０の内側、フレネルレンズ１００が形成された領域に液晶２０を滴下する。フレネルレンズ１００へのダメージを防ぐために、非接触で滴下可能なジェットディスペンサを用いることが好適である。液晶の滴下量は、シール７０の内側の体積に応じて決まる。シール７０の内側の体積に応じた量の液晶を滴下しないと、第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とを貼り合わせた後の液晶セルの面精度の悪化、液晶セル内の気泡の発生などの原因となる。

ここで重要な点として、ディスペンサ７６による液晶の滴下量のバラつきを抑えることはもちろんのことであるが、実際にはばらつきがある程度生じてしまい、液晶の滴下量が多くなってしまった場合には、重ね合わせ時に未硬化状態のシール７０によって、液晶の膨張を防ぎ、漏れることを防ぐ。つまり、シール７０を塗布した時点で未硬化の状態であっても、本発明は表面積を多くしており、シール７０と凹凸形成部における凹凸面の界面にトンネルが発生して、液晶がシール外側に漏れにくくしており、シールの決壊を防ぐ効果も付与している。

また、凹凸形状部３５の内側に滴下された液晶は、表面張力・ぬれ性等の特性に応じて、凹凸形状部３５より高く盛られた状態となる。液晶が高く盛られた状態で、後述するように第１の透明基板５０と第２の透明基板５１を重ね合わせると、液晶が第２の透明基板５１に接触した後、第２の透明基板５１の表面上を凹凸形状部３５の外側の領域まで広がってしまう問題がある。そこで、滴下された液晶の高さを抑えるため、凹凸形状部３５の内側の複数の箇所に液晶を滴下することが望ましい。さらに、透明基板どうしを重ね合わせたときに液晶が均一に広がるように、中心対称となる複数の箇所に液晶を滴下することが望ましい。

凹凸形状部３５の内側に液晶２０を滴下した後、図３（ｄ）に示すように、第２の透明基板５１の液晶滴下面を上向きに配置して、真空状態で第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とを貼り合わせる。

第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とを貼り合わせた後、ＵＶ（紫外線）を照射してシール７０を硬化させる。ＵＶに弱い液晶材料を用いる場合には、液晶２０の領域をマスクしてＵＶを照射する。

インプリント樹脂層３０としてＵＶにより硬化する光硬化樹脂を用いた場合、インプリント樹脂層３０によりＵＶが吸収されるので、第１の透明基板５０側からＵＶを照射してシール７０を硬化させるのが好ましい。インプリント樹脂層３０の透過特性、厚みにより、インプリント樹脂層３０をＵＶが十分透過する場合は、第２の透明基板５１側からＵＶを照射してシール７０を硬化させてもよい。ＵＶを照射した後、必要に応じて焼成を行ってシール７０を本硬化させる。以上の工程により、本発明の液晶光学素子１０が製造される。また、ここで、未硬化の樹脂を光照射して硬化させたが、加熱して硬化させても構わない。

図３では、第２の透明基板５１にシール７０を塗布した後、第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とを貼り合わせる例を示した。しかしこれに限定されるものではなく、第１の透明基板５０にシール７０を塗布した後、第１の透明基板５０と第２の透明基板５１とを貼り合わせてもよい。

上述したように、本実施例の液晶光学素子では、シールとの接着力を向上させる凹凸形状が金型モールドの転写により精度良く形成される。これにより、透明基板を貼り合わせた後のシールと凹凸形状との界面における剥離の発生を抑えて、高接着力であり、高信頼性のシーリングをすることができる。

本実施例の液晶光学素子では、フレネルレンズ形状と凹凸形状とが、同じ金型モールドの転写により一度に形成される。これにより、フレネルレンズ形状と凹凸形状と別々に形成する従来技術と比較して、短い工程で、且つ精度の良い位置関係でフレネルレンズ形状と凹凸形状とを形成することが可能となる。

当然であるが、ＯＤＦ方式だけでなく、注入方式でも本発明は適用でき、シール領域だけでなく注入口となる領域にも凹凸形状を設けておくことで、液晶注入後の封口剤の接着力も向上させることができる。

次に、本発明の液晶光学素子および製造方法の他の実施例について説明をする。以下の説明においては、既に説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その詳細な説明は省略し、構成が異なる点についてのみ説明する。

＜実施例２の構成：図４＞
本発明の実施例２の液晶光学素子の構成について説明する。図４は実施例２の液晶光学素子１１の構成を示す説明図である。図４（ａ）は実施例２の液晶光学素子１１の断面図であり、図４（ｂ）は光学構造体のフレネルレンズ１００と凹凸形状部３５を示す平面図である。

図４に示すように実施例２の液晶光学素子１１は、凹凸形状部３５が、直線状に形成されている構成である。特にシール７０の塗布形状が四角形状といった場合には、同心円状では形成しにくいため、直線状にすることで金型作製を容易にする。シール７０との接触表面積を大きくすることが目的であるため、本発明の効果に関しては、円形状と直線形状による違いは特にない。

特にこの形状だけに限らず、同心円状と直線状の組み合わせや、縦横の直線状形状の組み合わせによる四角錐のピラミッド形状や、柱状形状、ビット形状、部分的に設けたりすることであっても構わない。

[実施例３の構成：図５]
本発明の実施例３の液晶光学素子の構成について説明する。図５は、実施例３の液晶光学素子１２の構成を示す説明図である。図５（ａ）は、実施例３の液晶光学素子１２の断面図であり、図５（ｂ）は光学構造体のフレネルレンズ１００と凹凸形状部３５の形状を示す平面図である。

本実施例の液晶光学素子１２は、第２の透明基板５５がインプリント加工可能な樹脂により構成され、フレネルレンズ１００および凹凸形状部３５が、第２の透明基板５５を構成する樹脂に直接インプリント工程で形成されている点が、先の実施例の液晶光学素子と異なる。

第２の透明基板５５にはガスバリア層６５が形成されており、ガスの透過を抑えて第２の透明基板５５の劣化を防ぎ、信頼性を向上させている。第１の透明基板５０が樹脂基板である場合は、同様に、ガスバリア層を設けて樹脂基板の劣化を防ぐことが望ましい。

＜実施例３の製造方法：図６＞
次に、本実施例の液晶光学素子１２の製造方法について説明する。先の実施例と異なる工程についてのみ説明を行い、重複する工程については省略する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の液晶光学素子１２における第２の透明基板５５への凹凸形成部形成工程についての説明図である。以下では、第２の透明基板５５が熱可塑性樹脂で構成された例を説明する。

第２の透明基板５５がガラス転移点を越える温度以上となるように、第２の透明基板５５、金型モールド９５の両方または一方を加熱させた状態で、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２の透明基板５５に型として金型モールド９５を加圧しながら押し当てる。第２の透明基板５５の樹脂が金型モールド９５の隙間に十分入り込んで充填された後に、ガラス転移温度以下に温度を下げ、第２の透明基板５５の樹脂を硬化させる。

第２の透明基板５５の樹脂を硬化させた後、図６（ｃ）に示すように、金型モールド９５を第２の透明基板５５から離型する。以上の工程により、第２の透明基板５５にフレネルレンズ１００と凹凸形状部３５が転写されて形成される。その後、図３に示す工程と同様に、透明電極および配向膜の形成、シールの塗布、液晶の滴下および透明基板の貼り合わせが行われ、本実施例の液晶光学素子１２が製造される。

なお上記では、第２の透明基板５５が熱可塑性樹脂で構成された例を示したが、これに限定されるわけではなく、第２の透明基板５５が熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂で構成されてもよい。第２の透明基板５５が光硬化性樹脂で構成された場合、本硬化前の状態の透明基板に金型モールドを押し当てた後にＵＶ照射を行い、基板を硬化させた後、金型モールドを離型する。金型モールドを離型した後、未硬化成分を完全硬化させるために基板を加熱させることもある。

上述したように実施例３の液晶光学素子１２は、フレネルレンズ１００と凹凸形状部３５とが、第２の透明基板２２を構成する樹脂に一体としてインプリントで形成される。このため、インプリント樹脂層と透明基板とが別材料である先の実施例の液晶光学素子ように、樹脂と透明基板とが剥離するおそれがなく、信頼性を向上させることができる。また
、インプリントするための樹脂を透明基板上に滴下する工程を有する先の実施例と比較して、本実施例の液晶光学素子１２は製造工程を短縮することができる。

次に、本発明の液晶光学素子の凹凸形状部３５の変形例について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、凹凸形状部３５の形状の変形例の断面図である。これらの変形例は、凹凸形状部３５を形成する他の実施例のいずれにも採用することができる。

図７（ａ）に示す凹凸形状部３５ａは、三角形状の溝が、同一ピッチかつ同一形状で周期的に形成されている。三角形状の周期構造パターンにすることで、表面積を増やすことができるにはもちろんのこと、金型への加工が容易となる。また、図示していないが、シール７０に混入するスペーサの径よりも、形状サイズとピッチを小さくすることで、セルギャップへの影響を無くすことができ、なんらデメリットを生じない。

図７（ｂ）に示す凹凸形状部３５ｂは、凹凸形状を同一ピッチかつ同一形状でないように不均一に形成している。三角形状の幅や高さがそれぞれ異なっており、非周期的になるため、周期構造パターンによって生じる回折光の影響を無くしている。また、回折光の影響をなくすために、凹凸形状部３５の凹凸周期が、可視光の波長以下であってもよい。特に、シール７０が透明材料で形成され、このような凹凸形状部３５が視認される領域に形成される場合には、凹凸形状部３５への入射光の対策が必要な場合において有効である。

図７（ｃ）に示す凹凸形状部３５ｃは、四角形状の溝が、同一ピッチかつ同一形状で周期的に形成されている。四角形状の周期構造パターンにすることで、表面積を三角形状に比べて増やすことができている。また、図示していないが、シール７０に混入するスペーサの径よりも、形状サイズとピッチを小さくすることで、セルギャップへの影響を無くすことができ、なんらデメリットを生じない。

図７（ｄ）に示す凹凸形状部３５ｄは、シール７０を覆うような凹形状として形成されている。凹形状の底を深くすることで、シール７０と凹凸形状部３５ｄの側面部との接触面積を増やすことができる。また、凹形状の底部分は、平面部である必要はなく、前記の三角形状等と組み合わせすることでさらに表面積を増やすことができ、接着力が増す。また、インプリント樹脂層１０７の最表面の位置に比べて、凹形状となっているために、低くなるため、その低くなっている高低差を考慮に入れてスペーサ径を決めることは必要である。

本発明の液晶光学素子の凹凸形状部３５は、インプリント樹脂とシールとの界面における接着力を向上させる目的で形成するものであり、インプリント工程で形成可能であれば、上述した形状に限らず、テーパ面を有する形状、角が丸みを帯びた形状、平坦な面、曲面等の組み合わせであってもよい。実際に金型へダイヤモンドバイトで加工していく場合には、その関係でエッジは必ずＲ形状となってしまっており、完全な三角形状や四角形状ではない。

＜実施例４の構成：図８＞
本発明の実施例４の液晶光学素子の構成について説明する。図８は、本実施例の液晶光学素子１３の構成を示す断面図である。

図８（ａ）に図示するように、液晶光学素子１３は、インプリント樹脂層３０に、光学構造体のフレネルレンズ１００、シール７０領域の凹凸形状部３５に加えて、フレネルレンズ１００と凹凸形状部３５との間で、かつシール７０と接するように配置された隔壁３７がインプリントにより形成された構成である。図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ部の
拡大図である。図８（ｂ）に図示するように、シール７０の形成位置を隔壁３７と接触するようにし、隔壁３７の側面部の面積分の接触表面積を大きくさせている。なお、隔壁３７も凹凸形状ではあるが、以後、凹凸形状部と隔壁は区別して使用して説明する。

また、隔壁３７をスペーサとして機能させる場合には、シール７０の中にスペーサを混入させる不要がなくなるため、凹凸形状部３５の形状やピッチに関する制約がなくなり、凹凸形状部３５の表面積をさらに大きくするような形状にすることができる。隔壁３７と凹凸形状部３５は独立な関係であるので、組み合わせは自由にすることができ、凹凸形状部３５はどのような形状であっても構わない。

シール７０領域の凹凸形状部３５に加えて、シール７０領域外に隔壁３７をインプリントにより形成させることにより、シール７０領域の凹凸形状部３５による効果はそのまま維持してまま、さらに隔壁３７によりシール７０との接触表面積が大きくなり、高接着力であり、高信頼性のシーリングをすることができる。

次に、本発明の液晶光学素子の凹凸形状である隔壁３７の変形例について説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、隔壁３７の形状の変形例の断面図である。図９（ａ）に示す隔壁３７ａは、上面が平坦に形成されるとともに、側面が上面に対して略垂直の面で形成されている。側面部は平坦であり、側面部の高さ分の面積が、シール７０との接着表面積の増加とできる。

図９（ｂ）に示す隔壁３５ｂは、上面が平坦に形成されるとともに、上端から下方に向かうに従って幅が広くなるように側面にテーパ面が形成されている。このようにテーパ面を形成することにより、平坦形状にするよりも側面部の面積を大きくすることができ、シール７０との接着表面積をさらに増やすことができる。

図９（ｃ）に示す隔壁３５ｃは、上面が平坦に形成されるとともに、シールと接する側に凹凸を有しており、上端から下方に向かうに従って幅が広くなるような、段差形状が形成されている。このように段差形状を形成することにより、平坦形状やテーパ形状にするよりも側面部の面積を大きくすることができ、シール７０との接着表面積をさらに増やすことができる。

なお、隔壁３７を一方側にしか配置していないが、これに限らず、シール７０の両側に配置してさらに接着表面積を増やしても良い。ただし、その場合には、シール７０の塗布精度が必要であり、シール７０が溢れないようにしなければならない。

本発明の液晶光学素子の凹凸形状の隔壁３７は、インプリント樹脂とシールとの界面における接着力を向上させる目的で形成するものであり、インプリント工程で形成可能であれば、上述した形状に限らず、複数の面を持つ複雑な形状でも良く、テーパ面を有する形状、角が丸みを帯びた形状、平坦な面、曲面等の組み合わせであってもよい。実際に金型へダイヤモンドバイトで加工していく場合には、その関係でエッジは必ずＲ形状となってしまっており、厳密には完全な三角形状や四角形状ではない。また、ＯＤＦ方式で液晶を配置した場合には、液晶を隔壁３７内に設ければ、隔壁３７が土手の役割をするため、液晶が領域外に溢れるのを防ぐことができ、隔壁３７の設置は特に有効である。

これまで、本発明においては、図面上ではフレネルレンズ形状のみで説明しているが、特にこれに限定されず、マイクロプリズム形状やマイクロレンズアレイ形状、シリンドリカルレンズ形状などであっても構わない。本発明は、金型モールドに各種レンズ形状に加えて凹凸形状を設けることであるので、レンズ形状においては特に制約はなく、単なる平坦形状から、レンズ形状以外の形状も含めてすべて適用することができる。

なお、凹凸形状部３５の形状は、本発明ではフレネルレンズ形状に沿った形状のために、円形状となっているが、特にこれに限定されるわけではなく、四角形状、多角形形状、楕円形状などでも、凹凸形状によってシールとインプリント樹脂層の接触表面積を増やし接着力を向上させる構造を形成していれば構わない。

また、本実施例では、光学構造体と、凹凸形状部とは、同一の工程で、同一材料で、同時に形成された一体物としたが、光学構造体と凹凸形状部とを形成するための未硬化、あるいは熱可塑性の樹脂を各々の場所に配置して硬化するなどして、各々を別体として形成しても構わない。

本発明の液晶光学素子は、液晶の配向方式、輪帯パターン電極の構成・本数・設計方法、液晶材料の種類、層数等によらないので、液晶光学素子を用いた光学装置に幅広く適用することができ、特に、ＯＤＦ方式のプロセスにおいて非常に有効である。

また、主にナノインプリントを用いた形成について述べたが、レーザー加工などにより直接透明基板上への形成や、フォトリソグラフィー法での形成であっても構わない。その際は、特にフレネルレンズなどのレンズ形状と凹凸形状を同時に形成させることが好適である。

本発明の液晶光学素子は、デジタルカメラ、ムービーカメラ、カメラ付き携帯電話のカメラ部、車等に搭載されて後方確認用モニターなどに用いられるカメラなどの撮像光学系、プロジェクタ、レーザーポインタなどの投影光学系、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等のピックアップ向けの収差補正素子、眼鏡やヘッドマウントディスプレイなどのアイウェアと、幅広く適用可能である。

１１〜１３ 液晶光学素子
２０ 液晶
２５ 樹脂
３０ インプリント樹脂層
３５、３５ａ〜３５ｄ 凹凸形状
３７ａ〜３７ｃ 隔壁
４０、４１ 配向膜
５０、５１ 透明基板
６０、６１ 透明電極
６５ ガスバリア層
６７ 封口剤
７０、７１ シール
７４、７５、７６ ディスペンサ
８０ ＵＶ
８２ スペーサ
８５ マスク
９５ 金型モールド
１００ フレネルレンズ

Claims (15)

1. 枠状のシールを介して第１の基板および第２の基板が貼り合わされ、前記シールの内側の領域に液晶層が配され、前記第１の基板または前記第２の基板の前記液晶層側には、光学構造体を備えた液晶光学素子において、
   前記シールと前記第1の基板または前記第２の基板との間には、前記光学構造体と同材料で形成された凹凸形状部を備えることを特徴とする液晶光学素子。
2. 前記光学構造体と前記凹凸形状部は同一材料で形成された一体物であることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 前記第１の基板または前記第２の基板と、前記光学構造体と、前記凹凸形状部とは、同一材料で形成された一体物であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶光学素子。
4. 前記光学構造体が形成されている領域の外側のほぼ全域に、前記凹凸形状部を配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
5. 前記凹凸形状部の前記液晶層側には電極を有し、該電極の膜厚よりも前記凹凸形状部の形状高低差が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
6. 前記シール内に、前記第１の基板および第２の基板間を規定するためのスペーサを配し、該スペーサの径に対して、前記凹凸形状部の窪みの大きさを小さくすることを特徴とする請求項１から５のいずれか1項に記載の液晶光学素子。
7. 前記光学構造体と前記凹凸形状部との間には、前記シールと接するように配置された隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
8. 前記隔壁は前記凹凸形状部と同一材料の一体物であることを特徴とする請求項７に記載の液晶光学素子。
9. 前記隔壁は、前記シールと接する側に凹凸を有することを特徴とする請求項７または８に記載の液晶光学素子。
10. 前記シールは透明性を有し、前記凹凸形状部の凹凸周期が、可視光の波長以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
11. 前記シールは透明性を有し、前記凹凸形状部の凹凸形状が、不均一であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
12. 第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に、光学構造体と該光学構造体の周囲に凹凸形状部とを形成する凹凸形状部形成工程と、
    前記凹凸形状部の位置に、シールを配置するシール配置工程と、
    前記光学構造体が形成された領域に、液晶を配置する液晶配置工程と、
    前記第１の基板および第２の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、を有することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
13. 前記凹凸形状部形成工程では、前記第１の基板または第２の基板上に、未硬化の樹脂を
    配置し、該未硬化の樹脂に型の転写により、前記光学構造物および前記凹凸形状部の形を形成し、前記未硬化の樹脂を硬化する工程を行うことを特徴とする請求項１２に記載の液晶光学素子の製造方法。
14. 前記凹凸形状部形成工程では、前記第１の基板または第２の基板に、熱可塑性の樹脂を用い、前記第１または第２の基板に対して型の転写を加熱しながら行い、前記光学構造物および前記凹凸形状部の形を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１２に記載の液晶光学素子の製造方法。
15. 前記凹凸形状部形成工程では、前記光学構造体と前記凹凸形状部との間であり、かつ前記シールと接する位置に、前記光学構造物および前記凹凸形状物の形成と同時に、隔壁を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１２から１４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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