JP4651368B2 - Liquid crystal light modulator manufacturing method, liquid crystal light modulator, and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶を用いて光を変調する液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器および液晶表示装置に関し、特に低消費電力かつ高速な階調画像表示が必要とされるフラットパネルディスプレイやフレキシブルディスプレイに好適な液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器および液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal light modulator that modulates light using liquid crystal, a liquid crystal light modulator, and a liquid crystal display device, and more particularly to a flat panel display that requires low power consumption and high-speed gradation image display. The present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal light modulator suitable for a flexible display, a liquid crystal light modulator, and a liquid crystal display device.
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が実現できる。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注目されている。 An optical modulator can be realized by applying an electro-optic effect of changing the alignment state of liquid crystal molecules by applying an electric field to the liquid crystal material. Liquid crystal light modulators are attracting attention as electro-optic elements for display devices because they operate at a lower voltage than optical crystals that exhibit other electro-optic effects.
今後、大型・軽量化さらにはフレキシブル化へと素子の機能性を拡張するためには、柔軟なプラスティックフィルム基板の導入が望まれる。
その際、スペーサを基板上に散布し液晶層の膜厚を制御する従来の手法では、基板の変形に伴いスペーサが移動し液晶層の層厚の均一性が損なわれるため、表示特性が低下する。
In the future, in order to expand the functionality of the device to make it larger, lighter and more flexible, it is desired to introduce a flexible plastic film substrate.
At that time, in the conventional method of controlling the film thickness of the liquid crystal layer by dispersing the spacers on the substrate, the spacer moves due to the deformation of the substrate and the uniformity of the layer thickness of the liquid crystal layer is impaired, so that the display characteristics are deteriorated. .
液晶層の厚みを一定に保つ技術としては、周囲に熱可塑性の合成樹脂を化学結合させたスペーサを基板上に散布し、熱処理により基板に接着する手法（特許文献１参照）や、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト材料を規則的に基板上に形成する手法が知られているが、前者においては、スペーサと基板との接着力が弱く、外力が加わるとスペーサが基板から剥離しやすいという問題があり、後者においては、フォトレジストが両基板に接着された構造でないため、素子を曲げた際に、厚みが変動しやすいという問題がある。 As a technique for keeping the thickness of the liquid crystal layer constant, a method in which spacers chemically bonded with a thermoplastic synthetic resin are dispersed on the substrate and bonded to the substrate by heat treatment (see Patent Document 1), or a photolithography method Although the method of regularly forming a photoresist material on a substrate is known by the method described above, the former has a problem that the adhesion between the spacer and the substrate is weak and the spacer is easily peeled off from the substrate when an external force is applied. In the latter case, since the photoresist is not bonded to both substrates, there is a problem that the thickness is likely to fluctuate when the element is bent.
そこで、両基板間に接着・固定された構造物を得るために、液晶と合成樹脂の相分離を用いる手法が提案されている。液晶と樹脂の相分離は、高分子分散液晶等の液晶と合成樹脂の複合構造膜の形成手法として広く知られている。具体的には、冷却相分離法（下記第１の手法）、溶媒除去相分離法（下記第２の手法）、重合相分離法（下記第３の手法）等が知られている。これらの相分離法においては相分離処理を基板面内で制御することにより、両基板間を接着・固定する樹脂構造物が得られる。 Therefore, in order to obtain a structure bonded and fixed between both substrates, a method using phase separation of liquid crystal and synthetic resin has been proposed. Phase separation of liquid crystal and resin is widely known as a method for forming a composite structure film of liquid crystal such as polymer dispersed liquid crystal and synthetic resin. Specifically, a cooling phase separation method (the following first method), a solvent removal phase separation method (the following second method), a polymerization phase separation method (the following third method), and the like are known. In these phase separation methods, a resin structure that adheres and fixes both substrates can be obtained by controlling the phase separation treatment within the substrate surface.
より詳しく説明するに、上記第１の手法は、電極膜をパターニングし、電圧を印加しつつ、液晶と樹脂原材料を冷却相分離させる方法である。液晶が電圧の印加された領域に析出し、それ以外の場所に樹脂原材料が排出される。相分離が終了した後、紫外線照射によって樹脂原材料を硬化させることにより樹脂構造物を形成する（非特許文献１参照）。 In more detail, the first method is a method of patterning the electrode film and cooling and phase-separating the liquid crystal and the resin raw material while applying a voltage. The liquid crystal is deposited in the region where the voltage is applied, and the resin raw material is discharged to other places. After the phase separation is completed, the resin raw material is cured by ultraviolet irradiation to form a resin structure (see Non-Patent Document 1).
また、上記第２の手法は、深さ数百nm程度の凹凸部を設けた基板上に配向膜を塗布し、このような基板のペア間に、加熱した液晶・樹脂原材料混合液を充填し、液晶と樹脂原材料を冷却相分離させる手法である。すなわち、この手法では各凹凸部の凹凸の大きさによってギャップを変化させ、そのギャップ量に応じてそれぞれ液晶と樹脂原材料を析出せしめるもので、その配置は、凹凸部の表面に着設された配向膜の表面処理（濡れ性）によって変わってくる。相分離処理後、上記第１の手法と同様に、紫外線照射により樹脂原材料を硬化させ樹脂構造物を形成する（非特許文献２参照)。 In the second method, an alignment film is applied on a substrate provided with a concavo-convex portion having a depth of about several hundreds of nanometers, and a heated liquid crystal / resin raw material mixture is filled between such a pair of substrates. This is a technique for cooling phase separation of liquid crystal and resin raw materials. That is, in this method, the gap is changed according to the size of the unevenness of each uneven portion, and the liquid crystal and the resin raw material are deposited according to the gap amount, respectively, and the arrangement is an orientation attached to the surface of the uneven portion. It depends on the surface treatment (wetting) of the film. After the phase separation treatment, as in the first method, the resin raw material is cured by ultraviolet irradiation to form a resin structure (see Non-Patent Document 2).
また、上記第３の手法は、両基板間に充填した液晶・樹脂原材料混合液に対し、光学マスクを介して紫外線を照射し、紫外線照射部（通過部）において樹脂の析出を促し、その位置において樹脂構造物を形成するようにしたものである（非特許文献３参照)。 In the third method, the liquid crystal / resin raw material mixture filled between both substrates is irradiated with ultraviolet rays through an optical mask, and the deposition of the resin is promoted at the ultraviolet irradiation portion (passing portion). The resin structure is formed in (see Non-Patent Document 3).
しかしながら、前述した３つの樹脂構造物形成技術には、以下に述べるような課題がある。
すなわち、上記第１の手法においては、数十Ｖという高い電圧を印加しつつ相分離を誘起すること、さらには相分離と紫外線照射の２段階の作製プロセスが必要とされること、から製造工程が煩雑となり製造コストが高価となる。
また、上記第２の手法においては、深さ数百nm程度の凹凸部を設けた基板上に配向膜が塗布されるため、配向膜の塗りむらが生じやすく、液晶の光変調特性が低下する。さらに、上記第１の手法と同様に、２段階の作製プロセスが必要とされる。
However, the three resin structure forming techniques described above have the following problems.
That is, in the first method, since a phase separation is induced while applying a voltage as high as several tens of volts, and a two-step production process of phase separation and ultraviolet irradiation is required, a manufacturing process is required. Becomes complicated and the manufacturing cost becomes high.
Further, in the second method, since the alignment film is applied on the substrate provided with the concavo-convex portion having a depth of about several hundreds nm, uneven alignment of the alignment film is likely to occur, and the light modulation characteristics of the liquid crystal are deteriorated. . Furthermore, as in the first method, a two-stage manufacturing process is required.
それに対して上記第３の手法においては、上記第１、第２の手法に比べて煩雑な作製プロセスを必要としないため容易に樹脂構造物が得られるという利点を有する。しかし、樹脂構造物を形成する際、樹脂原材料が液晶中に残留するのに加え、紫外線非照射部に合成樹脂も拡散されるため、残留物によって電圧保持率の変化や焼き付きが生じる。また、樹脂構造物近傍において液晶の駆動電圧を増加させる。 On the other hand, the third method has an advantage that a resin structure can be easily obtained because a complicated manufacturing process is not required as compared with the first and second methods. However, when the resin structure is formed, in addition to the resin raw material remaining in the liquid crystal, the synthetic resin is also diffused in the ultraviolet non-irradiated portion, and thus the voltage retention rate and image sticking occur due to the residue. Further, the driving voltage of the liquid crystal is increased in the vicinity of the resin structure.
上述したような３つの手法における課題を解決するために、樹脂構造物の形成後において、基板の全面に対して紫外線を照射する手法（相分離法における第４の手法）が本願発明者等によって提案されている（非特許文献４参照）。 In order to solve the problems in the three methods as described above, after the formation of the resin structure, a method of irradiating the entire surface of the substrate with ultraviolet rays (fourth method in the phase separation method) is performed by the inventors of the present application. It has been proposed (see Non-Patent Document 4).
この第４の手法によれば、樹脂構造物の形成後に紫外線の全面照射がなされることで、残留した樹脂原材料により液晶と合成樹脂の相分離が誘起されるため、表示部全体に樹脂繊維が分散され、液晶中への合成樹脂や樹脂原材料の残留に起因して発生する上述したような問題を解消することができる。また、高分子分散液晶等の複合膜において、液晶中への微量な樹脂の分散は液晶の機能性を高める（応答時間の高速化等）ことが知られているため、この第４の手法は、樹脂の機械的安定性を保持しつつ液晶の表示特性を向上させることが期待できる。さらに、高速応答を示す強誘電性液晶のように、外圧が加わると容易に配向が壊れるような材料に対しては、その配向を安定化する有効な手法である。 According to the fourth method, since the entire surface of the ultraviolet ray is irradiated after the formation of the resin structure, phase separation between the liquid crystal and the synthetic resin is induced by the remaining resin raw material. The above-described problems caused by the dispersion of the synthetic resin and the resin raw material remaining in the liquid crystal can be solved. In addition, in a composite film such as a polymer-dispersed liquid crystal, it is known that the dispersion of a small amount of resin in the liquid crystal improves the functionality of the liquid crystal (such as speeding up the response time). It can be expected that the display characteristics of the liquid crystal are improved while maintaining the mechanical stability of the resin. Furthermore, it is an effective technique for stabilizing the alignment of a material whose alignment is easily broken when an external pressure is applied, such as a ferroelectric liquid crystal exhibiting a high-speed response.
しかし、上述した第４の手法によっても、樹脂構造物近傍において液晶の駆動電圧が大幅に増加してしまうという課題を改善することは困難であり、したがって液晶の駆動電圧を低減し得る手法の早期開発が望まれていた。 However, even with the above-described fourth method, it is difficult to improve the problem that the driving voltage of the liquid crystal is greatly increased in the vicinity of the resin structure. Therefore, an early method that can reduce the driving voltage of the liquid crystal is difficult. Development was desired.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板間に充填された液晶・樹脂混合体の中から、所定の領域において樹脂を集中的に析出させて樹脂構造物を形成する樹脂構造物形成技術において、製造工程の簡易化および製造コストの低廉化を図り、液晶の光変調特性の低下を防止した上で、駆動電圧の増加を防止し得る液晶光変調器の製造方法、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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and forms a resin structure by intensively depositing resin in a predetermined region from a liquid crystal / resin mixture filled between substrates. In the resin structure forming technology, a manufacturing method of a liquid crystal light modulator capable of preventing an increase in driving voltage while preventing a decrease in light modulation characteristics of the liquid crystal by simplifying a manufacturing process and reducing a manufacturing cost, An object of the present invention is to provide a liquid crystal light modulator and a liquid crystal display device.
本発明に係る液晶光変調器の製造方法は、
電極膜が付された一対の基板を、該電極膜が対向するように配置し、前記一対の基板の間に、液晶と樹脂との混合体を挟み、該混合体内に、該一対の基板間の距離を確保する合成樹脂製の構造物を形成する液晶光変調器の製造方法において
前記混合体の所定の複数位置に対して、コリメーション半角が２°以下の平行度の高い紫外線を通過せしめることで、該所定の複数位置に、前記合成樹脂製の構造物を該構造物近傍における樹脂繊維の分散を抑制しつつ形成し、
前記混合体内の所定位置に前記合成樹脂製の構造物を形成した後に、該混合体の全域に対して、該合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線よりも強度の弱い紫外線を通過せしめることを特徴とするものである。
なお、上記「コリメーション半角」とは、平行光束に対する光束の拡がり角を意味し、発散角度の１/２である。
A method for manufacturing a liquid crystal light modulator according to the present invention includes:
A pair of substrates provided with an electrode film is disposed so that the electrode films face each other, a mixture of liquid crystal and resin is sandwiched between the pair of substrates, and the mixture is interposed between the pair of substrates. In a method of manufacturing a liquid crystal light modulator that forms a structure made of synthetic resin that secures a distance of, a highly parallel ultraviolet ray having a collimation half angle of 2 ° or less is allowed to pass through a predetermined plurality of positions of the mixture. In the predetermined plurality of positions, the synthetic resin structure is formed while suppressing dispersion of resin fibers in the vicinity of the structure ,
After forming the synthetic resin structure at a predetermined position in the mixture, the entire area of the mixture is irradiated with ultraviolet light having a lower intensity than the ultraviolet light used to form the synthetic resin structure. It is characterized by allowing it to pass .
Note that the “collimation half angle” means a divergence angle of a light beam with respect to a parallel light beam, and is ½ of a divergence angle.
また、前記基板を広範囲に亘って一時に照射し得る、前記合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線を出力する照明系を用い、前記一対の基板の一方側に配された、紫外線透過部と紫外線遮蔽部を規則的に配置した光学マスクを介して前記合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線を前記混合体に照射することが好ましい。 In addition, using an illumination system that outputs ultraviolet rays used to form the synthetic resin structure, which can irradiate the substrate at a time over a wide range, and arranged on one side of the pair of substrates, It is preferable to irradiate the mixture with the ultraviolet rays used to form the synthetic resin structure through an optical mask in which an ultraviolet transmitting portion and an ultraviolet shielding portion are regularly arranged.
また、前記基板を局部的に照射し得る、前記合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線を出力する照明系を用い、該合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線を該基板の面に沿って走査することが可能である。
ここで、上記各「照明系」とは、光源のみであってもよいし、光源と照明光学系を組み合わせたものであってもよい。
Further, the substrate may be locally irradiated, the illumination system used to output the ultraviolet radiation used to form the synthetic resin of the structure, was used to form the synthetic resin or steel structures UV Can be scanned along the surface of the substrate.
Here, each “illumination system” may be a light source alone or a combination of a light source and an illumination optical system.
また、本発明に係る液晶光変調器は、上記いずれかの液晶光変調器の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。 The liquid crystal light modulator according to the present invention is manufactured by any one of the above-described liquid crystal light modulator manufacturing methods.
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記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。 A liquid crystal display device according to the present invention includes the above-described liquid crystal light modulator.
本発明は、本発明者が試作・観察実験を繰り返し行った結果、液晶光変調器の駆動電圧の増加は、樹脂構造物を形成する際における、照明光の拡がり光によって形成される樹脂繊維に起因するものであることを見出したことによっている。 In the present invention, as a result of the inventor's repeated trial manufacture and observation experiments, the increase in the driving voltage of the liquid crystal light modulator is caused by the resin fiber formed by the spreading light of the illumination light when the resin structure is formed. This is because it was found to be the cause.
すなわち、本発明に係る液晶光変調器の製造方法、液晶光変調器および液晶表示装置によれば、平行度の高い（コリメーション半角が２°以下）紫外線（光束）を用いて樹脂構造物を形成しているため、所望の範囲内にのみ紫外線が照射されるとともにその紫外線は均一な強度とされることから、拡がり光による樹脂繊維の分散を大きく抑制することができ、駆動電圧の増加を防止することが可能となる。 That is, according to the method for manufacturing a liquid crystal light modulator, the liquid crystal light modulator, and the liquid crystal display device according to the present invention, the resin structure is formed using ultraviolet rays (light beams) having high parallelism (collimation half angle is 2 ° or less). Therefore, ultraviolet rays are irradiated only within a desired range, and the ultraviolet rays are made to have a uniform intensity, so that dispersion of resin fibers due to spreading light can be greatly suppressed, and an increase in driving voltage is prevented. It becomes possible to do.
以下に本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係る液晶光変調器の製造方法を説明するための模式図（断面図）である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view (cross-sectional view) for explaining a method of manufacturing a liquid crystal light modulator according to an embodiment of the present invention.
本実施形態方法により製造される液晶光変調器は、図１（ｄ）に示すような、透過型の液晶光変調器１４であって、１対の透明基板５が対向配置され、それぞれの透明基板５の内側に透明電極４および配向膜３が積層され、対向する透明電極４の間の所望の位置に、スペーサとして機能する樹脂構造物１０が設けられ、さらに、対向する配向膜３の間にネマティック型等の液晶１および樹脂繊維１２が挟み込まれてなる。
The liquid crystal light modulator manufactured by the method of the present embodiment is a transmissive liquid
また、本実施形態の液晶光変調器では、上記透明基板５の外側に、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１３が配されている。
すなわち、透明電極４間に印加される電圧の強度に応じて、液晶１の配向性が変化するため、一方の偏光板１３からの偏光は、この液晶１により偏光方向が変化し、他方の偏光板１３の光吸収により強度変調された光として出射されることになる。
In the liquid crystal light modulator of the present embodiment, two
That is, since the orientation of the
以下、この液晶光変調器１４の製造方法について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、透明電極４が形成された透明基板５の透明電極４上に、配向膜３を設けた部材を２つ、配向膜３が互いに対向するように保持し、これら２つの配向膜３の間に、液晶１と樹脂２の混合液を加熱した状態で充填することにより組立体を作製する。なお、上記混合液を一方の透明基板５側に塗布しておき、この後他方の透明基板５を貼り合せるようにして上記組立体を形成してもよい。また、上記混合液の温度は、分子が配向状態にあるネマティック相またはスメクティック相を示す温度に制御する。
この状態で、一方の透明基板５上に、紫外線７に対する透光部６ａと遮光部６ｂが所定のパターンで配されてなる光学マスク６を被せ、この透明基板５と密着させる。
Hereinafter, a method for manufacturing the liquid
First, as shown in FIG. 1A, two members provided with an
In this state, one
次に、光学マスク６を介して紫外線（中心波長：365nm，強度：40mW/cm2，時間：２０分）７を透明基板５上に照射する。この場合、照射紫外線７の拡がり光８による樹脂繊維の分散を抑制するため、照明光の拡がりの大きさを示すコリメーション半角（発散角度の半分）が２°以下の平行度の高い紫外線（以下平行紫外光束とも称する）７が上記混合液に照射されるようにし、樹脂２の重合を誘起する。
これにより、樹脂２の分子量および形態が急速に変化して重合樹脂９となり液晶１との相分離が進むため、液晶１は平行紫外光束７の照射領域から排出され、この領域に樹脂構造物１０が形成される（図１（ｂ））。
Next, ultraviolet rays (center wavelength: 365 nm, intensity: 40 mW / cm 2 , time: 20 minutes) 7 are irradiated onto the
As a result, the molecular weight and form of the
このようにして樹脂構造物１０が形成された後、光学マスク６を透明基板５からはずし、透明基板５の全面に対して紫外線（中心波長：365nm，強度：１mW/cm2，時間：６０分）７を照射することで表示全領域に樹脂繊維１２を分散する（図１（ｃ））。
After the
得られた液晶１と樹脂繊維１２の複合膜に透明電極４を介して電圧を印加することで液晶の配向を制御でき、図１（ｄ）に示すように、２枚の偏光板１３を、上記組立体の外側に配設することにより、所望する光変調を行なうことができる。その際、液晶配向は、平行配向、垂直配向、ツイスト配向等の種々の配向状態を配向膜３の選択によって実現できる。
The orientation of the liquid crystal can be controlled by applying a voltage to the composite film of the obtained
このように、本実施形態の液晶光変調器の製造方法においては、平行紫外光束７を用いて樹脂構造物１０形成しているため、所望の範囲内にのみ紫外線７が照射され、かつこの紫外線７は均一とされ、拡がり光８による樹脂構造物１０の近傍における樹脂繊維１１の分散を大きく抑制することで、駆動電圧の増加を防止することが可能となる。
Thus, in the liquid crystal light modulator manufacturing method of the present embodiment, since the
また、上述した紫外線７の照射光学系は、光源ランプから放射された光を集光鏡で一方向に集め、例えば２枚のレンズアレイからなるフライアイ等と称されるインテグレータ部によって光強度が広範囲で一様となるように光を分配した後、レンズや曲面鏡等を介して対象物に照射する構成となっている。 In addition, the irradiation optical system of the ultraviolet ray 7 described above collects light emitted from the light source lamp in one direction with a condensing mirror, and the light intensity is increased by, for example, an integrator unit called a fly eye composed of two lens arrays. After the light is distributed so as to be uniform over a wide range, the object is irradiated through a lens, a curved mirror, or the like.
また、その光源としては、高出力の水銀キセノンランプが望ましい。これは、樹脂２の重合が促進されることで樹脂構造物１０を瞬時に形成できるため、樹脂構造物１０側面近傍での樹脂繊維１１の分散を軽減できるためである。その他、超高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ等とすることも好ましいが、勿論それら以外の光源を用いることもできる。
The light source is preferably a high-power mercury xenon lamp. This is because the
また、上記混合液の配合比は、樹脂構造物１０および樹脂繊維１２のトータルの体積と液晶１との体積比に応じて適宜設定するものであるが、必ずしも体積比に応じて設定せずともよい。
The mixing ratio of the mixed liquid is appropriately set according to the volume ratio between the total volume of the
また、混合液の塗布法としては、ロールコーティング、ディッピング、スピンコ一ティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティング、さらにはワイヤーバーコーティング等の各手法が、生産性や量産性に優れた方法として用いられる。また、フレクソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷等各種の印刷法を用いることもできる。 In addition, as a method for applying the mixed liquid, each method such as roll coating, dipping, spin coating, casting, spraying, doctor blade coating, and wire bar coating is used as a method with excellent productivity and mass productivity. . Various printing methods such as flexographic printing, screen printing, and gravure printing can also be used.
また、使用する液晶１としては、ネマティック液晶、コレステリック液晶あるいはスメクティック液晶等の種々のタイプの液晶を用いることができる。
ただし高速応答を得るには、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１の屈折率異方性Δｎ（Δｎ＝異常光屈折率ｎｅ−常光屈折率ｎｏ）が大きいシアノ系、ビフェニル系、タフェニル系、ピリミジン系、トラン系あるいはフッ素系等のネマティック液晶が適している。
As the
However in order to obtain a fast response is a liquid crystal material having a low viscosity and high elasticity is suitable, as the chemical structure, the refractive index of the
なお、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、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶あるいはフェニルピリミジン系強誘電性液晶等とすることが好ましい。 When using a smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization and showing a high-speed response is useful. For example, Schiff base ferroelectric liquid crystal, azo ferroelectric liquid crystal, azoxy ferroelectric liquid crystal, biphenyl ferroelectric liquid crystal, ester ferroelectric liquid crystal, or phenylpyrimidine ferroelectric liquid crystal. preferable.
また、使用する樹脂２（モノマ）としては、重合が進み易く重合後の構造変化が著しい材料ほど樹脂２が液晶１と相分離しやすいことから、多官能性の材料が好ましい。
Further, as the resin 2 (monomer) to be used, a polyfunctional material is preferable because the
さらに、液晶１との溶解性に優れた材料が望ましく、フェニル基やシクロヘキサン基等の液晶に類似した分子骨格をコアに有する材料が好適である。
Furthermore, a material excellent in solubility with the
また、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等）、またはそれらの共重合体等を使用することもできる。 In addition, polyethylene resin, polypropylene resin, polyolefin resin, acrylic resin, methacrylic resin, epoxy resin, urethane resin, polystyrene resin, polyvinyl alcohol resin, fluorine-based resin (for example, polytetrafluoroethylene), or a copolymer thereof. It can also be used.
さらに、透明基板５としては、厚みが０．２ｍｍ以下の薄い基板を用いれば、拡がり光８によって照明される混合液の領域を縮小できるため、樹脂構造物１０近傍への樹脂繊維１１の分散を抑えるのに効果的である。
Furthermore, if the thin substrate having a thickness of 0.2 mm or less is used as the
また、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレートあるいはアモルファスポリオレフィン等の非晶質透明樹脂等の柔軟なプラスティックフィルムを用いることができる。このような柔軟なプラスティックフィルム基板を用いた場合、軽量で曲げることが可能な液晶光変調器を実現することができる。 Further, a flexible plastic film such as an amorphous transparent resin such as polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, polyarylate, or amorphous polyolefin can be used. When such a flexible plastic film substrate is used, a liquid crystal light modulator that can be bent lightly can be realized.
また、透明電極４としては、錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）を始め、酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物を材料として用いるとよい。これらの透明電極４は、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の周知の成膜技術により上記透明基板５上に形成する。
また、透明電極４は、ポリチオフェン系樹脂等の透明な有機系導電性材料を、スピンコート法や印刷法等を用いて透明基板５上に形成するようにしてもよい。
Moreover, as the
The
混合液の分子配向を一方向に定めるための配向膜３の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルシンナメート樹脂、アゾ系化合物等を用いることができる。
その配向処理法としては、レーヨンやナイロン布等で樹脂膜表面を摩擦するラビング配向処理、もしくは偏光紫外線の照射による露光処理を用いることができる。
As a material of the
As the alignment treatment method, rubbing alignment treatment in which the resin film surface is rubbed with rayon, nylon cloth or the like, or exposure treatment by irradiation with polarized ultraviolet rays can be used.
また、配向膜の塗布法としては、ロールコーティング、ディッピング、スピンコーティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティングあるいはワイヤーバーコーティング等を用いるとよいが、それら以外の塗布法を用いることもできる。 In addition, as a method for applying the alignment film, roll coating, dipping, spin coating, casting, spraying, doctor blade coating, wire bar coating, or the like may be used, but other coating methods may be used.
また、上記光学マスク６を介して紫外線７を透明基板５上に照射する際には、光学マスク６の透光部６ａの回折効果による拡がり光８によって、樹脂構造物１０近傍にも樹脂繊維１１が形成されることになるが、混合液を通過する際の紫外線７のコリメーション半角が小さくなるように設定されているため、実質的に無視できる程度まで樹脂繊維１１の分散を抑制できる。また、５０mW/cm2以上のパワーの強い紫外線７を用いれば、短時間で樹脂構造物１０を形成できるため、樹脂繊維１１の分散をさらに抑えることができる。
Further, when the
また、上述したような広範囲に亘る全面照明手法に替えて、紫外波長域の小径のレーザ光束によって上記光学マスク６上を走査することによっても所望の範囲に樹脂構造物１０を形成することができる。
Further, instead of the above-described wide-area illumination method over a wide range, the
上記のようなレーザ光束を用いた照明手法の場合、走査に時間を要するため量産性の面で不利であるが、一般にはレーザ光束を出射する際に既に平行光束の状態とされているので、平行光束作成のための光学系を別途用意する必要がない。また、レーザ光束の照射のＯＮ/ＯＦＦ切替を所定のタイミングで行うようにすれば、上述した光学マスク６を不要とすることも可能である。
なお、レーザ光束の径を拡げて光学マスク６に全面に同時に照明する手法を採用することも勿論可能である。
In the case of the illumination method using the laser beam as described above, it takes a time to scan, which is disadvantageous in terms of mass productivity, but in general, when the laser beam is emitted, it is already in a state of a parallel beam, There is no need to prepare a separate optical system for creating parallel light beams. Further, if the ON / OFF switching of the laser beam irradiation is performed at a predetermined timing, the above-described
Of course, it is also possible to employ a method of simultaneously illuminating the entire surface of the
また、レーザ光としては、高強度で広い波長領域（120nm〜500nm）に対応できるエキシマレーザや、アルゴンレーザ、ヘリュウム−カドミウムレーザ等が好適であるが、それ以外のレーザ光を用いることもできる。
また、長波長を基本波長とするレーザ光から波長変換素子を用いて紫外線領域の短波長光を得るようにしてもよい。
Further, as the laser light, an excimer laser, an argon laser, a helium-cadmium laser, or the like that can cope with a high intensity and a wide wavelength region (120 nm to 500 nm) is suitable, but other laser light can also be used.
Further, short wavelength light in the ultraviolet region may be obtained from laser light having a long wavelength as a fundamental wavelength using a wavelength conversion element.
また、樹脂構造物１０の形状としては、壁の厚みが１μｍ以上かつ200μｍ以下とされた壁構造とすることが望ましい。
その際、壁の配置を格子状、ストライプ状とした場合、壁の間隔が画素ピッチと一致する場合が最適であるが、素子の強度に応じてその他の間隔に設定することが可能である。
The shape of the
In this case, when the walls are arranged in a lattice shape or a stripe shape, it is optimal that the wall interval matches the pixel pitch, but other intervals can be set according to the strength of the element.
また壁構造は直線状でなく曲線状であってもよく、さらに壁の厚みや長さは全て一定でなくてもよい。 The wall structure may be a curved line instead of a straight line, and the wall thickness and length may not be all constant.
樹脂構造物１０は上記の壁構造の他、１μｍ以上かつ200μｍ以下の円内に収まる大きさの柱状とし、島状に配置することもできる。
その場合には、隣り合う樹脂構造物１０の距離が、柱の径より大きいことが望ましいが、素子強度が得られない場合はこの限りではない。
樹脂構造物１０を柱状とした場合、柱の形状は対称性のよい円柱とすることが好ましいが、これに限定されるものではなく、さらに柱の幅は一定でなくてもよい。
In addition to the wall structure described above, the
In that case, it is desirable that the distance between the
In the case where the
また、樹脂構造物１０は、壁構造と柱状の構造を組み合わせることも可能である。
Moreover, the
なお、前記液晶・樹脂複合膜の厚みを制御するための球状のスペーサが、上述した混合液内または配向膜３上のいずれかに分散されるように構成してもよい。
The spherical spacers for controlling the thickness of the liquid crystal / resin composite film may be configured to be dispersed either in the liquid mixture or on the
さらに、上記液晶光変調器１０に光反射板や光拡散板を設けることにより、バックライトが不要とされる低消費電力の反射型液晶表示装置を構成することも可能である。
このような反射型液晶表示装置を構成する場合には、上述した実施形態のものにおいて、一方の透明基板５を不透明のものとしたり、一方の透明電極４を不透明な金属電極に置き換えたりすることも可能である。
Further, by providing the liquid
In the case of configuring such a reflective liquid crystal display device, in the above-described embodiment, one
以下、一実施例に係る液晶光変調器とともに、樹脂構造物１０の近傍に形成された樹脂繊維１１によって動作電圧が増大した液晶光変調器の比較例を示し、さらに拡がり光８の角度（コリメーション半角）と駆動電圧の関係を見積り、このことから本実施例の優位性を検証する。
Hereinafter, a comparative example of a liquid crystal light modulator whose operating voltage is increased by the
まず、本実施例に係る液晶光変調器の製造方法について説明する。
最初に、配向膜３として機能させるポリイミド膜をスピンコーティング法(4500rpm, 90s)を用いて、透明電極（ＩＴＯ）４を設けた透明基板５（厚さ：0.1mm）の透明電極４上に塗布し、その後180℃で２時間焼成した。
なお、上記ポリイミド膜として日本合成ゴム社製のAL-1254を用いた。
配向処理は、ナイロン布でポリイミド膜表面をラビングする（毛先押し込み量：0.4mm）ことにより行なった。
First, a method for manufacturing a liquid crystal light modulator according to this embodiment will be described.
First, a polyimide film functioning as the
Note that AL-1254 manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co. was used as the polyimide film.
The orientation treatment was performed by rubbing the polyimide film surface with a nylon cloth (brush tip pushing amount: 0.4 mm).
次に、得られたポリイミド膜付き基板５のペアを対向させ、その間に、液晶１と樹脂２の混合液（重量配合比：３（液晶）／１（樹脂），膜厚：1.5μｍ、温度：ネマティック相を示す40℃）をラビング方向をアンチパラレルとして挟み込んだ。液晶１と樹脂２にはチルト角が４２．９°の強誘電性液晶と多官能性のモノマ（ＵＣＬ−０１１ 大日本インキ化学工業社製）をそれぞれ用いた。
Next, a pair of the obtained polyimide film-coated
次に、光学マスク６を基板５に密着させた状態で紫外線（中心波長：365nm，強度：40mW/cm2，時間：２０分）７を照射し樹脂構造物１０を形成した。
光学マスク６は格子状であり、周期と格子幅はそれぞれ250μｍおよび15μｍとした。
また、紫外線７のコリメーション半角（拡がり角）θは０°とした。
Next, ultraviolet light (center wavelength: 365 nm, intensity: 40 mW / cm 2 , time: 20 minutes) 7 was irradiated with the
The
Further, the collimation half angle (expansion angle) θ of the ultraviolet ray 7 was set to 0 °.
樹脂構造物１０の形成後、光学マスク６を取り除いて紫外線（中心波長：365nm，強度：１mW/cm2，時間：６０分）７を全面に照射し、紫外線７の非照射部における樹脂（モノマ）２と合成樹脂９によって樹脂繊維１２を液晶中に分散した。
全面照射する際には、混合液の温度を40℃から55℃に加熱した。これは、樹脂構造物１０の形成に伴い、液晶１中の樹脂（モノマ）２の含有量が減少するため、ネマティック相を示す温度に変化が生じるためである。
After the formation of the
When the entire surface was irradiated, the temperature of the mixed solution was heated from 40 ° C to 55 ° C. This is because the content of the resin (monomer) 2 in the
このようにして作製された本実施例のものは、動作電圧が低い状態に抑制されている。 The device of this example manufactured in this way is suppressed to a state where the operating voltage is low.
一方、上記実施例に対する比較例を、上記、紫外線７のコリメーション半角（拡がり角）θを４°とした点を除き、本実施例と同様の方法で作製した。
この比較例については、本実施例のものに比べて動作電圧が上昇することが明らかであった。
On the other hand, a comparative example with respect to the above example was produced in the same manner as in the present example except that the collimation half angle (expansion angle) θ of the ultraviolet ray 7 was 4 °.
In this comparative example, it was clear that the operating voltage was higher than that in this example.
そこで、この比較例についての表示特性を偏光顕微鏡で観察した。
印加電圧が０Ｖのときは全面が暗状態であったが、素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、図２（ａ）に示されるように、樹脂構造物１０以外の領域で液晶１の動作による透過光が確認された。
しかし、樹脂構造物１０の近傍と内部において明るさが異なっており、樹脂構造物１０の近傍における液晶１を動作させる電圧が増大していることを認識できる。
Therefore, the display characteristics of this comparative example were observed with a polarizing microscope.
When the applied voltage was 0 V, the entire surface was in a dark state, but when a voltage of 10 V was applied to the element, the operation of the
However, the brightness is different between the inside and the vicinity of the
また、同様の条件で樹脂構造物１０を形成した後、紫外線７の全面照射を行なわずに、液晶１と樹脂２をエタノールで取り除き、樹脂構造物１０の近傍を電子顕微鏡で観察したところ、樹脂構造物１０の側面に樹脂繊維の形成が確認された（図２（ｂ））。
これにより、拡がり光８による樹脂繊維１１の形成が液晶の電圧を増加させることが明らかとなった。
Further, after the
Thereby, it became clear that formation of the
次に、拡がり光８のコリメーション半角と、複合膜の透過率が９０％を示す場合の電圧との関係を調べた。
格子状の光学マスク６を用いた場合、格子内の一辺をＬとして、拡がり光８によって形成された樹脂繊維１１の面積比率ｘは、コリメーション半角θ、基板の厚みｄを用いて下式（１）のように表される。
Next, the relationship between the collimation half angle of the
When the lattice-shaped
ここでは、混合液の膜厚は透明基板５の厚みに対して極めて薄い（100分の１程度）ため無視した。
この時、格子内の複合膜の透過率Ｔは、拡がり光８によって形成された樹脂繊維１１を含む複合膜の透過率と電圧ｖとの関係Ｔα（ｖ）と、格子内部の複合膜の透過率と電圧ｖとの関係Ｔβ（ｖ）を用いて下式（２）のように表すことができる。
Here, the film thickness of the mixed liquid was ignored because it was extremely thin (about 1/100) with respect to the thickness of the
At this time, the transmittance T of the composite film in the lattice is the relationship T α (v) between the transmittance of the composite film including the
Ｔα（ｖ）、Ｔβ（ｖ）は実際には電圧に対してＳ宇型の曲線となるが、ここでは単純化のため、下式（３）で表されるような直線で置き換えた。 T α (v) and T β (v) are actually S-shaped curves with respect to the voltage, but here they are replaced with straight lines as represented by the following equation (3) for simplicity. .
ここで、αとβは透過率が最大となる電圧であり、樹脂構造物１０の近傍の方が電圧値は高いためα＞βとする。
上式（２）に上式（３）を代入することで透過率Ｔは下式（４）により表される。
Here, α and β are voltages at which the transmittance is maximum, and α> β is set because the voltage value is higher in the vicinity of the
By substituting the above equation (3) into the above equation (2), the transmittance T is expressed by the following equation (4).
上式（１）と上式（４）を用いることにより、拡がり角θと電圧ｖの関係を求めることができる。
ここでは、Ｌ＝235μｍ，ｄ＝100μｍの実験により見積られたα≒２５Ｖ，β≒１５Ｖを用いて、θが０°，２°，５°，７°，１０°の拡がり角を持つときの透過率Ｔが0.9となる電圧値ｖを求め、下表に示した。
By using the above equation (1) and the above equation (4), the relationship between the spread angle θ and the voltage v can be obtained.
Here, using α≈25V and β≈15V estimated by experiments with L = 235 μm and d = 100 μm, θ has divergence angles of 0 °, 2 °, 5 °, 7 °, and 10 °. The voltage value v at which the transmittance T becomes 0.9 was determined and shown in the table below.
この結果から、拡がり角θが小さい方が電圧が小さくなることは言うまでもないが、拡がり角が２°と０°では３％以内の電圧上昇範囲に抑制可能であることが明らかとなった。したがって、本発明において規定された紫外線の拡がり角の大きさを示す、コリメーション半角が２°以内という範囲においては駆動電圧の上昇を抑制することができる。
なお、上記拡がり角θを１０°から２°とした場合、駆動電圧を約１５％減少可能であることが明らかである。
From this result, it goes without saying that the voltage becomes smaller when the spread angle θ is smaller, but it is clear that the voltage increase range can be within 3% when the spread angle is 2 ° and 0 °. Therefore, an increase in driving voltage can be suppressed within a range where the collimation half angle is within 2 °, which indicates the size of the spread angle of ultraviolet rays defined in the present invention.
It is apparent that the drive voltage can be reduced by about 15% when the spread angle θ is 10 ° to 2 °.
１ 液晶
２ 樹脂
３ 配向膜
４ 透明電極
５ 透明基板（基板）
６ 光学マスク
７ 紫外線（平行紫外光束）
８ 拡がり光
９ 合成樹脂
１０ 樹脂構造物
１１ 拡がり光によって形成された樹脂繊維
１２ 紫外線全面照射により形成された樹脂繊維
１３ 偏光板
１４ 液晶変調器
1
6 Optical mask 7 UV (parallel UV light beam)
8 Spreading Light 9
Claims (5)
前記混合体の所定の複数位置に対して、コリメーション半角が２°以下の平行度の高い紫外線を通過せしめることで、該所定の複数位置に、前記合成樹脂製の構造物を該構造物近傍における樹脂繊維の分散を抑制しつつ形成し、
前記混合体内の所定位置に前記合成樹脂製の構造物を形成した後に、該混合体の全域に対して、該合成樹脂製の構造物を形成するために用いた紫外線よりも強度の弱い紫外線を通過せしめることを特徴とする液晶光変調器の製造方法。 A pair of substrates provided with an electrode film is disposed so that the electrode films face each other, a mixture of liquid crystal and resin is sandwiched between the pair of substrates, and the mixture is interposed between the pair of substrates. In a method of manufacturing a liquid crystal light modulator that forms a structure made of synthetic resin that secures a distance of, a highly parallel ultraviolet ray having a collimation half angle of 2 ° or less is allowed to pass through a predetermined plurality of positions of the mixture. In the predetermined plurality of positions, the synthetic resin structure is formed while suppressing dispersion of resin fibers in the vicinity of the structure,
After forming the synthetic resin structure at a predetermined position in the mixture, the entire area of the mixture is irradiated with ultraviolet light having a lower intensity than the ultraviolet light used to form the synthetic resin structure. A method of manufacturing a liquid crystal light modulator, wherein the liquid crystal light modulator is passed.
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