JP5791098B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、液晶層や有機ＥＬ層等の光学効果を有する物質を挟む一対の基板を曲げることが可能であり、しかも耐久性を有する光学素子に関する。

光学効果を有する物質を狭持した光学素子として、液晶表示素子、ＥＬ素子、マイクロカプセル素子、電子粉流体素子、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子などが知られている。このような光学素子は、例えば携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、パブリックディスプレイなどに用いられ、一対のガラス基板が所定の間隔を空けて対向するように環状のシール材を用いて貼り合わせ、ガラス基板間に光学効果を有する物質を狭持したものが一般に用いられている（特許文献１）。

特開２０１０−２１７２３４号公報

近年、軽量化あるいはフレキシブル化を目的として、従来のガラス基板に換えてポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムを基板として使用する試みが行われている。また、このようなフレキシブル基板を用いた光学素子を製造する方法として、ロールツウロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）法が製造効率向上の観点から注目されている。ロールツウロール法では、背面基板と前面基板とを貼り合せた後にロール状に巻き取られるために、貼り合わせ後はロールの曲率半径で光学素子が保持される。また、本方式で作製された光学素子はフレキシブルな曲げ性を生かした用途が想定される。

以上の要求を満足するためには、光学素子自体の可撓性と曲げによって起こる基板の剥れや浮きあがりなど素子の破壊に対する耐久性とを両立する必要がある。

この発明が解決しようとする課題は、かかる実情に鑑みてなされたもので、曲げることが可能であり、しかも曲げによる基板間の剥れが生じにくく、実用上においてもロールツウロール法への適用など生産工程においても光学素子に対する曲げ、捩じりによる素子の破壊が生じにくい光学素子を提供することである。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この請求項１乃至請求項５に記載の発明は、以下のように構成した。

例えば、セルギャップが５μｍの曲げ可能な光学素子を曲げた際、曲率半径１００ｍｍで一対の可撓性を有する基板で横方向に０．０５×１０^−３（曲率半径１００ｍｍにおける一対の可撓性を有する基板のそれぞれの長さの差／光学素子の長辺（曲げ方向）の長さ）のズレが生じる。これにシール材の弾性率を乗ずることで応力を見積もることができ、シール材の弾性率が小さい程、曲げによって生ずる応力が小さくなる。曲げた状態で光学素子を固定する場合、曲げによって生ずる応力が小さい方が素子破壊の懸念が小さいことは明らかである。

例えば、特開２０００−０６６２２０号公報において、１２５℃におけるシール材硬化物の弾性率が３００ＭＰａ〜２０００ＭＰａであることが望ましいことが開示され、２０００ＭＰａ以下が望ましい理由としてシール材が非常に硬くて脆いため、液晶素子の落下による耐衝撃性試験ではシール材とガラス基板の間に亀裂が入り剥離が生ずることが挙げられる。しかし、この発明ではガラス基板ではなく可撓性を有する基板を用いるため２０００ＭＰａ以上の弾性率においても耐衝撃性試験での不具合は生じない。

発明者らが鋭意検討した結果、可撓性を有する基板を用いた光学素子を曲げる場合に適したシール材の組み合わせが存在することを見出した。

すなわち、この発明は、一対の可撓性を有する基板間に光学効果を有する物質を狭持した曲げ可能な光学素子であり、前記一対の基板間に前記光学効果を有する物質をシールする第１のシール材を矩形状に設け、矩形状の短辺側は前記第１のシール材のみであり、矩形状の長辺側は前記第１のシール材に第２のシール材が挟まれる形で存在するように構成され、前記矩形状の短辺側のシールの弾性率と、前記矩形状の長辺側のシールの弾性率とが異なる構成としたことを特徴とする光学素子である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

この発明では、一対の基板間に光学効果を有する物質をシールする第１のシール材を矩形状に設け、矩形状の短辺側は第１のシール材のみであり、矩形状の長辺側は第１のシール材に第２のシール材が挟まれる形で存在するように構成され、矩形状の短辺側のシールの弾性率と、矩形状の長辺側のシールの弾性率とが異なる構成としたことで、光学素子の一方向へ曲率を付加することが容易となる。しかも、曲げによる基板間の剥れが生じにくく、実用上においてもロールツウロール法への適用など生産工程においても光学素子に対する曲げ、捩じりによる素子の破壊が生じにくい。

第１の実施の形態の光学素子を表示方向に見た図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 第２の実施の光学素子を表示方向に見た図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 第３の実施の光学素子を表示方向に見た図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 実施例１乃至実施例３の液晶表示素子の曲率固定による耐久性試験結果を示す図である。 実施例４及び実施例５の液晶表示素子の曲率固定による耐久性試験結果を示す図である。 実施例６の液晶表示素子の曲率固定による耐久性試験結果を示す図である。

以下、この発明の光学素子の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

［第１の実施の形態］
この実施の形態の光学素子１０は、図１乃至図３に示すように、一対の可撓性を有する基板３，４間に光学効果を有する物質を狭持した曲げ可能な素子であり、図１は光学素子を表示方向に見た図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。一対の基板３，４間には、光学効果を有する物質をシールする弾性率の異なるシール材１，５を設けた構造である。

この実施の形態では、弾性率の異なるシール材１，５が基板３，４の形状に沿って矩形に形成され、この光学素子１０は、長辺側を曲げ、短辺側は曲げないように構成される。すなわち、一対の長辺側のシール材５を曲げ、一対の短辺側のシール材１は曲げないように構成され、長辺側のシール材５の弾性率と、短辺側のシール材１の弾性率とが異なる。
このように、光学素子１０の曲げ方向に沿って、すなわち、長辺側のシール材５は、弾性率の異なるシール材のうち、弾性率のより低いシール材を配置して曲げ易くなっている。この長辺側のシール材５は、曲げ方向と並行になっている。

この弾性率の異なるシール材のうち、少なくとも１つは硬化後の室温における弾性率が１ＧＰａ〜２０００ＧＰａの範囲であり、長辺側に配置される弾性率のより低いシール材５は硬化後の室温における弾性率が１ＭＰａ〜１０００ＭＰａの範囲であり、長辺側が曲げやすく、短辺側は曲げ難くなっている。

このように、一対の基板３，４間に光学効果を有する物質として液晶材料２をシールする弾性率の異なるシール材１，５を設け、光学素子１０の曲げ方向に沿って、弾性率の異なるシール材１，５のうち、弾性率のより低いシール材５を配置したことで、光学素子１０の一方向へ曲率を付加することが容易となる。しかも、曲げによる基板３，４間の剥れが生じにくく、実用上においても生産工程においても光学素子１０に対する曲げ、捩じりによる素子の破壊が生じにくい。

この実施の形態の光学素子１０の製造では、一対の基板の少なくとも１枚の基板４に、一対の長辺側のシール材５を同時に行い、また一対の短辺側のシール材１を同時に行い、基板４の形状に合わせて矩形状に形成される。この弾性率の異なるシール材１，５に囲まれた領域に、液晶材料２を注入し、一方の基板４に他方の基板３を貼り合わせ、一対の基板３，４間に液晶材料２を狭持する。

この実施の形態では、光学効果を有する物質が液晶材料２であり、液晶表示素子として用いるが、ＥＬ素子、マイクロカプセル素子、電子粉流体素子、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子などにも用いることができる。

［第２の実施の形態］
この実施の形態の光学素子１０は、図４乃至図６に示すように、一対の基板３，４間には、光学効果を有する物質をシールする弾性率の異なるシール材１，５を設けた構造であり、第１の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。図４は光学素子を表示方向に見た図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

この実施の形態では、シール材１が基板３，４の形状に沿って矩形に形成され、このシール材１の長辺側に沿って外側に弾性率の異なるシール材５を設け、長辺側を曲げ、短辺側は曲げないように構成される。この実施の形態では、弾性率の異なるシール材のうち、少なくとも１つは硬化後の室温における弾性率が１ＧＰａ〜２０００ＧＰａの範囲であり、弾性率の異なるシール材５は、硬化後の室温における弾性率が１ＭＰａ〜１０００ＭＰａの範囲である。

この実施の形態では、シール材１の長辺側に沿って外側に弾性率の異なるシール材５を設けることで、長辺側のシール材５は、弾性率のより低いシール材であり曲げ易くなっている。

この実施の形態の光学素子の製造では、一対の基板の少なくとも１枚の基板４に、光学効果を有する物質をシールするシール材１を基板４の形状に合わせて矩形状に描画する。シール材１の描画後に、一対の長辺側にシール材５の描画を並列に行った。

［第３の実施の形態］
この実施の形態の光学素子１０は、図７乃至図９に示すように、一対の基板３，４間には、光学効果を有する物質をシールする弾性率の異なるシール材１，５を設けた構造であり、第１の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。図７は光学素子を表示方向に見た図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

この実施の形態では、短辺側がシール材１のみ、長辺側がシール材１に挟まれる形でシール材５が存在するように構成される。シール材１の長辺側に沿って重ねて弾性率の異なるシール材５を設けることで、長辺側のシール材１，５は、弾性率のより低いシール材となっている。

この実施の形態の光学素子の製造では、シール材１，５の描画は、まず、シール材１を基板４の形状に合わせて矩形状に描画し、シール材１の描画後に、一対の長辺側にシール材５の描画を並列に行った。そして、再度シール材１を先に描画したシール材１及びシール材５に重ねて描画した。

（実施例１乃至実施例３）
＜液晶表示素子の製造＞
実施例１乃至実施例３を、図１乃至図３に基づいて説明する。基板３、基板４にＩＴＯ等からなる透明電極や接続端子パターンを、スパッタ法により成膜した後に、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることによって形成する。基板４はポリスルホンなどの耐熱性に優れたポリマーフィルムまたは無機材料により補強されたポリマーフィルムである。透明電極の表面には、ポリイミド配向膜等も印刷法により予め皮膜形成し配向処理する。更に、基板４に、スペーサを形成する。スペーサはフォトリソグラフィー法によりパターン形成する。

その後、基板４の上に、紫外線硬化樹脂、又は紫外線及び熱の併用によって硬化する樹脂、又は熱硬化性樹脂、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等からなるシール部材１、５を、ディスペンサー等の塗布ツールを用いて矩形枠状に形成する。

次に、液晶材料２を滴下注入法によって基板４に供給する。すなわち、基板４の表面に形成した矩形枠状のシール部材１、５の内側に、液晶材料２を滴下する。

その後、基板３を液晶が滴下された基板４の上に真空下で重ね合わせた。

＜液晶表示素子の曲率固定による耐久性試験結果＞
短辺方向のシール材を１とし、長辺方向のシール材を５として、長辺方向で曲げることとした。曲率半径１００ｍｍの半円形のアクリル筒に沿って液晶表示素子を押さえ、短辺側をメンディングテープで固定した。シール材１とシール材５の種類と弾性率を図１０の表に示し２４時間、７２時間経過後に、液晶表示素子を２枚の偏光板で挟み、シール剥れによる液晶漏れの有無を目視で確認した結果を図１０の表に示した。シール剥れが無いものについては、同一条件の新しい液晶表示素子を用いて２４時間の間、６０℃、８０％恒温恒湿試験を行った。その後、液晶表示素子を二枚の偏光板で挟んで観察して、液晶の配向状態が乱れている領域が存在するものを表示不良ありと判定した。結果を図１０の表に併せて示した。

（実施例４）
実施例４を、図４乃至図６に基づいて説明する。長辺側にシール材１とシール材５を共存させている以外は、実施例１と同様に作製した。実施例１に対して恒温恒湿試験での改善がみられ、実施例２と比較してシール剥れに対して効果が確認できた。結果を図１１の表に示した。

（実施例５）
実施例５は、シール材１にＣを用いた場合であり、シール剥れに対して悪化した。結果を図１１の表に併せて示した。

（実施例６）
実施例６を、図７乃至図９に基づいて説明する。長辺側にシール材１とシール材５を重ねて塗布した以外は、実施例１と同様に作製した。実施例４に対してシール剥れについて改善がみられ、曲げに対する可撓性の付与と表示信頼性の両立が可能となった。結果を図１２の表に示した。

この発明は、曲げることが可能であり、しかも曲げによる基板間の剥れが生じにくく、実用上においてもロールツウロール法への適用など生産工程においても光学素子に対する曲げ、捩じりによる素子の破壊が生じにくい光学素子に適用可能である。

１，５ シール材
２ 液晶材料
３，４ 基板
１０ 光学素子

Claims (2)

1. 一対の可撓性を有する基板間に光学効果を有する物質を狭持した曲げ可能な光学素子であり、
   前記一対の基板間に前記光学効果を有する物質をシールする第１のシール材を矩形状に設け、
   矩形状の短辺側は前記第１のシール材のみであり、矩形状の長辺側は前記第１のシール材に第２のシール材が挟まれる形で存在するように構成され、
   前記矩形状の短辺側のシールの弾性率と、前記矩形状の長辺側のシールの弾性率とが異なる構成としたことを特徴とする光学素子。
2. 前記光学効果を有する物質が液晶であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。