液晶素子を製造する方法、液晶素子、及び液晶素子を製造する装置
【課題】より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法は、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度で高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら高分子液晶の層にせん断力を加えることを含む。
【解決手段】基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法は、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度で高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら高分子液晶の層にせん断力を加えることを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子を製造する方法、液晶素子、及び液晶素子を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶素子を製造する方法、液晶素子、及び液晶素子を製造する装置に関連するいくつかの技術が、開示されている。
【０００３】
例えば、特開平２−１２３３３１号公報（特許文献１）の第１頁左下欄第５行目から第９行目までには、"基板上に積層された高分子液晶にずり応力を与えて配向させる方法であって、ずり応力を与えながら高分子液晶の温度を等方相を示す温度域から液晶相を示す温度域まで連続的に低下させることを特徴とする高分子液晶の配向方法"が、開示されている。
【０００４】
また、特許文献１の第４頁左下欄第１６行目から右下欄第３行目までには、"銅板には、高分子液晶層２の１ｃｍ２当たり５００ｇの圧力をかけ、銅板を２ｃｍ／ｓｅｃの移動速度で移動させて、高分子液晶にずり応力をかけて配向させた"ことが、開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献１の第５頁左上欄第１行目から第３行目までには、"得られた高分子液晶層を実施例１と同様の手法で偏光顕微鏡観察した結果、明暗コントラスト比は１：６００であった"ことが、開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される高分子液晶の配向方法のような、従来の高分子液晶の配向方法を用いた場合には、高分子液晶の配向が十分ではないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１２３３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第一の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第二の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することである。
【００１０】
本発明の第三の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の態様は、基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法において、前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度で前記高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は前記高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら前記高分子液晶の層にせん断力を加えることを含むことを特徴とする、液晶素子を製造する方法である。
【００１２】
本発明の第二の態様は、本発明の第一の態様である液晶素子を製造する方法によって製造されることを特徴とする、液晶素子である。
【００１３】
本発明の第三の態様は、第一の基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置において、前記高分子液晶の層を加熱する手段、前記高分子液晶の層に提供される第二の基板を吸着する手段、及び前記第二の基板を吸着する手段によって吸着された前記第二の基板を前記第一の基板に対して相対的に移動させる手段を含むことを特徴とする、液晶素子を製造する装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第一の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することが可能になる。
【００１５】
本発明の第二の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することが可能になる。
【００１６】
本発明の第三の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明による液晶素子を製造する方法の例及び本発明による液晶素子の例を概略的に説明する図である。
【図２】図２は、本発明による液晶素子を製造する装置の例を概略的に説明する図である。
【図３】図３は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例を概略的に説明する図である。
【図４】図４は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第二の例を概略的に説明する図である。
【図５】図５は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第三の例を概略的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
【００１９】
図１は、本発明による液晶素子を製造する方法の例及び本発明による液晶素子の例を概略的に説明する図である。図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本発明による液晶素子を製造する方法の例におけるステップを説明する図である。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、第一の基板１０１に設けられた高分子液晶の層１０７を含む液晶素子１０８を製造する方法が示されている。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、第一の基板１０１に配向制御前の高分子液晶の層１０２を設ける。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されるような本発明による液晶素子を製造する方法における高分子液晶は、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度で高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら高分子液晶の層にせん断力を加えることが可能である限り、特に限定されないが、高分子液晶の数平均分子量は、好ましくは、２０００以上３００００以下、より好ましくは、３０００以上２００００以下である。高分子液晶の数平均分子量が、２０００以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。高分子液晶の数平均分子量が、３００００以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により容易にせん断力を加えることが可能になる。
【００２３】
ここで、第一の基板１０１は、第一の基板１０１を吸着することが可能な第一のステージ１０３に吸着されている。また、ステージ１０３は、温度を調節することが可能なステージである。さらに、ステージ１０３は、互いに直交する三つの軸の方向、すなわち、図１（ａ）に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に移動させることが可能なステージである。ここで、第一の基板１０１は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することが好ましい。この場合には、後述するように、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御した後に、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の制御された配向をより安定化させることが可能になる。
【００２４】
一方、第一の基板１０１に設けられた配向制御前の高分子液晶の層１０２には、さらに第二の基板１０４が設けられる。
【００２５】
第一の基板１０１と同様に、第二の基板１０４は、第二の基板１０４を吸着することが可能な第二のステージ１０５に吸着されている。また、ステージ１０３と同様に、ステージ１０５は、温度を調節することが可能なステージである。さらに、ステージ１０５は、図１（ａ）に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に移動させることが可能なステージである。第一の基板１０１と同様に、第二の基板１０４は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することが好ましい。この場合には、後述するように、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御した後に、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の制御された配向をより安定化させることが可能になる。
【００２６】
なお、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５が、それぞれ、第一のステージ１０３の温度及び第二のステージ１０５の温度を調節することが可能であるので、第一の基板１０１及び第二の基板１０４に挟まれた配向制御前の液晶高分子の層１０２の温度をより良好に制御することが可能になる。
【００２７】
次に、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の間隔を調整することによって、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間隔を制御する。図１（ａ）においては、Ｚ軸方向における第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の相対的な位置を調整することによって、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の間隔を調整する。これにより、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力を調整することが可能になる。ここで、配向制御前の高分子液晶の層１０２に圧力が加わらないように、又は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に１０００Ｐａ以下の圧力を加えるように、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間隔を制御する。
【００２８】
次に、配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度であるように、第一のステージ１０３の温度及び第二のステージ１０５の温度を制御する。配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向をより容易に制御することが可能になる。また、配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶の透明点未満の温度である場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。
【００２９】
ここで、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、好ましくは、１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下、より好ましくは、５Ｎ・ｓ・ｍ−２以上５００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下、である温度である。配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。また、配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３０】
なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、それぞれの所望の値が得られるまで、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度の調整を繰り返す。
【００３１】
次に、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えるように、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１に対して第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４を相対的に移動させる。図１（ａ）においては、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１を静止させる一方で、第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４をＸ軸方向に移動させている。第一の基板１０１及び第二の基板１０４に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えることによって、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御することが可能になる。
【００３２】
ここで、せん断力は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、好ましくは、１００Ｎ・ｍ−２以上１００００００Ｎ・ｍ−２以下、より好ましくは、１０００Ｎ・ｍ−２以上１０００００Ｎ・ｍ−２以下、であるように、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられる。なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えるせん断力のせん断速度（１／ｓ）及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度（Ｎ・ｓ・ｍ−２）の積で表わされる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、１００Ｎ・ｍ−２以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、１００００００Ｎ・ｍ−２以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３３】
また、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度は、好ましくは、１０ｓ−１以上１００００ｓ−１以下、より好ましくは、５０ｓ−１以上５０００ｓ−１以下である。なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度は、第一の基板１０１に対する第二の基板１０４の相対的な移動の速度／配向制御前の高分子液晶の層１０２の厚さ（第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間の間隔）で表される。配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度が、１０ｓ−１以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度が、１００００ｓ−１以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３４】
さらに、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間は、好ましくは、０．１秒以上５．０秒以下、より好ましくは、０．２秒以上１．０秒以下である。配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間が、０．１秒以上である場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向のムラを低減することが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間が、５．０秒以下である場合には、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３５】
その結果、図１（ｂ）に示すように、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１及び第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４の間に配向制御後の高分子液晶の層１０６が得られる。
【００３６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、第二のステージ１０５から第二の基板１０４を脱着させる。そして、例えば、図１（ｃ）に示すように、空気のような冷却用気体を第二の基板１０４に吹き付ける冷却手段によって、配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却する。すなわち、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えた後に、例えば、冷却手段を用いて、配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却することが好ましい。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。
【００３７】
ここで、配向制御後の高分子液晶の層１０６は、好ましくは、配向制御後の高分子液晶の層１０６の粘度が２０Ｎ・ｓ・ｍ−２以上である温度まで、冷却される。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。また、配向制御後の高分子液晶の層１０６は、より好ましくは、高分子液晶のガラス転移温度未満の温度まで冷却される。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をさらに良好に安定化させることが可能になる。
【００３８】
なお、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の少なくとも一方が配向膜を有する場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向が、配向膜によって安定化されることがある。この場合には、図１（ｃ）に示すような、空気のような冷却用気体によって配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却する工程を省略することが可能なこともある。
【００３９】
このようにして、図１（ｃ）に示すように、配向が安定化させられた高分子液晶の層１０７が得られる。その結果、第一の基板１０１に配向が安定化させられた高分子液晶の層１０７を含む液晶素子１０８が得られる。すなわち、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような液晶素子を製造する方法によって図１（ｃ）に示すような液晶素子１０８が製造される。なお、液晶素子１０８の用途は、特に限定されるものではないが、液晶素子１０８を、例えば、光ディスク装置における波長板などに用いることが可能である。
【００４０】
よって、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような本発明による液晶素子を製造する方法の例によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することが可能になる。また、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することが可能になる。
【００４１】
なお、高分子液晶の層における高分子液晶の配向の程度を、例えば、偏光顕微鏡におけるクロスニコル観察によって確認することができる。
【００４２】
図２は、本発明による液晶素子を製造する装置の例を概略的に説明する図である。図２には、第一の基板２０１に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置２００が示されている。
【００４３】
まず、図２を用いて液晶素子を製造する装置２００の構成を説明する。液晶素子を製造する装置２００は、図示されていない第一の基板２０１を提供する手段及び図示されていない第二の基板２０２を提供する手段を含むことがある。液晶素子を製造する装置２００を用いて液晶素子を製造するときには、第一の基板２０１に配向制御前の高分子液晶の層が提供されると共に、配向制御前の高分子液晶の層に第二の基板２０２が提供される。すなわち、配向制御前の高分子液晶の層は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれる。なお、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の少なくとも一方が、配向制御前の高分子液晶の層の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することもある。
【００４４】
液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段及び第二の基板２０２を吸着する手段を含む。すなわち、第一の基板２０１及び第二の基板２０２は、それぞれ、第一の基板２０１を吸着する手段及び第二の基板２０２を吸着する手段によって吸着される。
【００４５】
ここで、第一の基板２０１を吸着する手段は、第一の中空体２０３を含む。第一の中空体２０３の壁の少なくとも一部分は、第一の多孔質の部材２０４を含む。第一の多孔質の部材２０４の材料としては、例えば、セラミックの材料及び焼結された金属が挙げられる。また、第一の多孔質の部材２０４は、第一の基板２０１を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱するための第一のヒーター２０５を含む。さらに、第一の多孔質の部材２０４の温度を測定するための第一の温度計２０６が、第一の多孔質の部材２０４に設けられている。加えて、第一の基板２０１を吸着する手段は、第一の中空体２０３の内部を排気する手段を含む。第一の中空体２０３の内部を排気する手段は、第一の中空体２０３の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７及び第一の中空体２０３の内部の気体の排気を制御する第一の真空バルブ２０８を含む。
【００４６】
一方、第二の基板２０２を吸着する手段は、第二の中空体２０９を含む。第二の中空体２０９の壁の少なくとも一部分は、第二の多孔質の部材２１０を含む。第二の多孔質の部材２１０の材料としては、例えば、セラミックの材料及び焼結された金属が挙げられる。また、第二の多孔質の部材２１０は、第二の基板２０２を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱するための第二のヒーター２１１を含む。さらに、第二の多孔質の部材２１０の温度を測定するための第二の温度計２１２が、第二の多孔質の部材２１０に設けられている。加えて、第二の基板２０２を吸着する手段は、第二の中空体２０９の内部を排気する手段を含む。第二の中空体２０９の内部を排気する手段は、第一の中空体２０３の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７と共通のものである第二の中空体２０９の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７及び第二の中空体２０９の内部の気体の排気を制御する第二の真空バルブ２１３を含む。
【００４７】
また、液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段又は第二の基板２０２を吸着する手段によって吸着された第二の基板２０２を第一の基板２０１に対して相対的に移動させる手段を含む。図２に示す液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段を有する。第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段は、互いに直交する三つの軸、すなわち、図２に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に、第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段を有する。例えば、図２に示すような、Ｘ及びＹ軸の方向に第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段としてのＸＹステージ２１４並びにＺ軸の方向に第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段としてのＺステージ２１５が含まれる。
【００４８】
さらに、液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に設けられた高分子液晶の層に加わる圧力を測定する手段としてのロードセル２１６を含む。
【００４９】
加えて、液晶素子を製造する装置２００は、配向制御前及び後の高分子液晶の層を冷却する手段をさらに含む。配向制御前及び後の高分子液晶の層を冷却する手段（冷却手段）は、空気ボンベ又は液体窒素ボンベのような冷却用気体を供給する手段２１７、冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整する圧力調整バルブ２１８、第一の中空体２０３の内部への冷却用気体の供給を制御する第一の供給バルブ２１９、及び、第二の中空体２０９の内部への冷却用気体の供給を制御する第二の供給バルブ２２０を含む。冷却用気体としては、例えば、空気又は窒素などが挙げられる。
【００５０】
次に、図２を用いて液晶素子を製造する装置２００の動作を説明する。図２に示すような液晶素子を製造する装置２００を用いると、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような液晶素子を製造する方法を実施することによって、液晶素子を得ることができる。最初に、第一の真空バルブ２０８、第二の真空バルブ２１３、第一の供給バルブ２１９、及び第二の供給バルブ２２０の全てを閉じておく。
【００５１】
まず、図示されていない第一の基板２０１を提供する手段によって、第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に第一の基板２０１を提供する。なお、第一の基板２０１は、第一の多孔質の部材２０４を覆うようなサイズを有する。次に、真空ポンプ２０７を稼働させると共に第一の真空バルブ２０８を開くことによって、第一の中空体２０３の内部を排気する。このとき、第一の基板２０１は、第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に吸着及び固定される。
【００５２】
次に、第一の基板２０１に配向制御前の高分子液晶の層が提供される。ここで、第一の多孔質の部材２０４に含まれる第一のヒーター２０５及び第一の多孔質の部材２０４に設けられた第一の温度計２０６を用いて、第一の基板２０１を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱してもよい。
【００５３】
次に、図示されていない第二の基板２０２を提供する手段によって、配向制御前の高分子液晶の層に第二の基板２０２を提供する。なお、第二の基板２０２は、第二の多孔質の部材２１０を覆うようなサイズを有する。このようにして、配向制御前の高分子液晶の層は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれる。次に、Ｚステージ２１５を用いて、第一の中空体２０３及び第一の基板２０１をＺ方向に移動させることによって、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０を第二の基板２０２に接触させる。次に、真空ポンプ２０７を稼働させたまま、第二の真空バルブ２１３を開く。このとき、第二の基板２０２は、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０に吸着及び固定される。
【００５４】
次に、Ｚステージ２１５を用いて、第一の中空体２０３及び第一の基板２０１をＺ方向に移動させることによって、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔を調整する。このとき、ロードセル２１６を用いて、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力を測定する。そして、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらないように、又は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であるように、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔を調整する。
【００５５】
次に、第二の多孔質２１０に含まれる第二のヒーター２１１及び第二の多孔質の部材２１０に設けられた第二の温度計２１２を用いて、第二の基板２０２を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱する。
【００５６】
また、必要に応じて、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第一の供給バルブ２１９及び／又は第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第一の中空体２０３の内部及び／又は第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、第一の中空体２０３及び／又は第二の中空体２０９に供給された冷却用気体によって、第一の多孔質の部材２０４及び／又は第二の多孔質の部材２１０を介して、第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２が冷却される。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層を冷却することが可能になる。
【００５７】
このとき、第一の基板の２０１の温度及び第二の基板の２０２の温度が同じになるように、すなわち、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層における温度分布が均一になるように、第一のヒーター２０５による第一の基板２０１の加熱、第二のヒーター２１２による第二の基板２０２の加熱、並びに、冷却用気体による第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２の冷却を調整する。
【００５８】
そして、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度になるように、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の温度を調整する。これにより、配向制御前の高分子液晶の層の粘度を調整する。
【００５９】
なお、配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらない又は配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であると共に配向制御前の高分子液晶の層の温度が高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度である（配向制御前の高分子液晶の層の粘度が所望の粘度である）ことを実現するまで、上述したような方式で、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔の調整並びに第一の基板２０１及び第二の基板２０２の温度の調整を繰り返す。
【００６０】
次に、配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらない又は配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であると共に配向制御前の高分子液晶の層の温度が高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度である条件で、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加える。
【００６１】
図２に示すような液晶素子を製造する装置２００においては、ＸＹステージ２１４によってＸ及びＹ軸の方向の少なくとも一方に、例えば、図２に示すようにＸ軸の方向に、第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる。すなわち、ＸＹステージ２１４を用いて、Ｘ軸の方向に、ＸＹステージ２１４に設けられたＺステージ２１５、Ｚステージ２１５に設けられた第一の中空体２０３、並びに第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に吸着及び固定された第一の基板２０１を、第二の基板２０２に対して相対的に移動させる。これにより、Ｘ及びＹ軸の方向の少なくとも一方において、例えば、図２に示すようにＸ軸の方向において、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層に加えるせん断力のせん断速度、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加える時間、及び、配向制御前の高分子液晶の層に生じるせん断応力は、ＸＹステージ２１４によって引き起こされる第一の基板２０１の移動の速度によって調整される。
【００６２】
このように配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えた（配向制御後の高分子液晶の層が得られた）後に、必要に応じて、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第一の供給バルブ２１９及び／又は第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第一の中空体２０３の内部及び／又は第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、第一の中空体２０３及び／又は第二の中空体２０９に供給された冷却用気体によって、第一の多孔質の部材２０４及び／又は第二の多孔質の部材２１０を介して、第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２が冷却される。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御後の高分子液晶の層を冷却することが可能になる。
【００６３】
好ましくは、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えた後に、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、冷却用気体が第二の中空体２０９に供給されることによって、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０に吸着及び固定されていた電第二の基板２０２を第二の多孔質の部材２１０から脱着させると共に、第二の多孔質の部材２１０から冷却用気体を噴出させることによって第二の基板２０２を急速に冷却することが可能になる。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御後の高分子液晶の層を急速に冷却することが可能になる。このようにして、配向が安定化させられた高分子液晶の層が得られる。その結果、第一の基板２０１に設けられた配向が安定化させられた高分子液晶の層を含む液晶素子が得られる。
【００６４】
よって、図２に示すような本発明による液晶素子を製造する装置の例によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することが可能になる。
【００６５】
なお、高分子液晶の層における高分子液晶の配向の程度を、例えば、偏光顕微鏡におけるクロスニコル観察によって確認することができる。
【００６６】
図３は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例を概略的に説明する図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例の断面図及び平面図である。
【００６７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような中空体３００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、中空体３００は、中空体の壁３０１を含む。中空体の壁３０１には、中空体の内部３０２（空洞）に連通する第一のパイプ３０３及び第二のパイプ３０４が設けられる。第一のパイプ３０３には、中空体の内部３０２を排気する手段が接続される。一方、第二のパイプ３０４には、中空体の内部３０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体の壁３０１の少なくとも一部分は、多孔質の部材３０５を含む。なお、多孔質の部材３０５は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーター３０６を含むものであってもよい。
【００６８】
例えば、基板を多孔質の部材３０５に吸着及び固定する場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一のパイプ３０３に接続された中空体の内部３０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部３０２を排気する。これにより、中空体の内部３０２及び多孔質の部材３０５の気孔に存在する気体の圧力が大気圧と比べて減少させられる。そして、基板の大きさが、多孔質の部材３０５の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材３０５へ吸着及び固定することが可能になる。
【００６９】
また、例えば、多孔質の部材３０５及び多孔質の部材３０５に吸着された基板の温度を上昇させる場合には、図３（ａ）に示すように、ヒーター３０６が加熱される。
【００７０】
加えて、例えば、多孔質の部材３０５及び多孔質の部材３０５から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二のパイプ３０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部３０２に冷却用気体を供給する。これにより、中空体の内部３０２及び多孔質の部材３０５の気孔に存在する気体の圧力が大気圧と比べて増加させられる。その結果、多孔質の部材３０５に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、中空体の内部３０２に供給された冷却用気体を多孔質の部材３０５の気孔を通じて噴出させることが可能になる。それに応じて、多孔質の部材３０５及び多孔質３０５から脱着した基板を冷却することが可能になる。
【００７１】
図４は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第二の例を概略的に説明する図である。
【００７２】
図４に示す中空体４００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図４に示すように、中空体４００は、中空体の壁４０１を含む。中空体の壁４０１には、中空体の内部４０２（空洞）に連通する第一のパイプ４０３及び第二のパイプ４０４が設けられる。第一のパイプ４０３には、中空体の内部４０２を排気する手段が接続される。一方、第二のパイプ４０４には、中空体の内部４０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体４００には、単数又は複数のじゃま板４０５が設けられている。加えて、中空体の壁４０１の少なくとも一部分は、図示していない多孔質の部材を含む。なお、多孔質の部材は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーターを含むものであってもよい。
【００７３】
例えば、基板を多孔質の部材に吸着及び固定する場合には、図４に示すように、第一のパイプ４０３に接続された中空体の内部４０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部４０２を排気する。これにより、基板の大きさが、多孔質の部材の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材へ吸着及び固定することが可能になる。
【００７４】
また、例えば、多孔質の部材及び多孔質の部材から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図４に示すように、第二のパイプ４０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部４０２に冷却用気体を供給する。これにより、多孔質の部材に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、中空体の内部４０２に供給された冷却用気体を、中空体に設けられた単数又は複数のじゃま板４０５を迂回して及び多孔質の部材の気孔を通じて噴出させることが可能になる。ここで、中空体の内部４０２に供給された冷却用気体が、中空体に設けられた単数又は複数のじゃま板４０５を迂回して中空体の内部４０２を流動するため、多孔質の部材をより良好に冷却することが可能になると共に多孔質の部材から噴出する冷却用気体の温度をより低下させることが可能になる。それに応じて、多孔質の部材及び多孔質から脱着した基板をより効率的に冷却することが可能になる。
【００７５】
図５は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第三の例を概略的に説明する図である。
【００７６】
図５に示す中空体５００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図５に示すように、中空体５００は、中空体の壁５０１を含む。中空体の壁５０１には、中空体の内部５０２（空洞）に連通する第一の分岐パイプ５０３及び第二の分岐パイプ５０４が設けられる。第一の分岐パイプ５０３には、中空体の内部５０２を排気する手段が接続される。一方、第二の分岐パイプ５０４には、中空体の内部５０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体の壁５０１の少なくとも一部分は、図示していない多孔質の部材を含む。なお、多孔質の部材は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーターを含むものであってもよい。
【００７７】
例えば、基板を多孔質の部材に吸着及び固定する場合には、図５に示すように、第一の分岐パイプ５０３に接続された中空体の内部５０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部５０２を排気する。これにより、基板の大きさが、多孔質の部材の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材へ吸着及び固定することが可能になる。
【００７８】
また、例えば、多孔質の部材及び多孔質の部材から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図５に示すように、第二の分岐パイプ５０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部５０２に冷却用気体を供給する。これにより、多孔質の部材に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、第二の分岐パイプ５０４の分岐した複数のパイプから中空体の内部５０２に供給された冷却用気体を多孔質の部材の気孔を通じて噴出させることが可能になる。ここで、冷却用気体が、第二の分岐パイプ５０４の分岐した複数のパイプを通じてより均一に中空体の内部５０２に供給されるため、多孔質の部材をより均一に冷却することが可能になると共に多孔質の部材から噴出する冷却用気体の温度をより均一化することが可能になる。それに応じて、多孔質の部材及び多孔質から脱着した基板をより均一に冷却することが可能になる。
【００７９】
［実施例］
次に、本発明の実施例を具体的に説明することにする。なお、例１〜５が実施例であり、例６は比較例である。
【００８０】
［合成例１］高分子液晶（Ａ−１）の合成
下記の化学反応式（１）に従って、高分子液晶（Ａ−１）を合成した。
【００８１】
【化１】
１０ｍＬのねじ口試験管に４．０ｇの液晶性モノマー（Ｐ６ＯＣＢ）、４０ｍｇの重合開始剤（和光純薬社製，商品名「Ｖ４０」）、１２０ｍｇの１−ドデカンチオール（連鎖移動剤）、及び４．８ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを投入し、ねじ口試験管内の空気を窒素で置換した後、ねじ口試験管を密閉した。ねじ口試験管を８０℃の恒温槽にて１８時間撹拌振とうさせ、上記液晶性モノマーの重合を行った。
【００８２】
生成物をメタノール中で洗浄して未反応の液晶性モノマーを除去した後、生成物をテトラヒドロフランに溶解させ、得られた溶液をメタノール中に滴下して、生成物の再沈精製を行った。その後、生成物を真空乾燥器にて４０℃で２時間乾燥させて、３．６０ｇ（収率９０％）の白色の高分子液晶（Ａ−１）を得た。高分子液晶（Ａ−１）の数平均分子量（Ｍｎ）は７２００であり、ガラス転移点（Ｔｇ）は２０℃、透明点（Ｔｃ）は１２０℃、及び純度は９９％超であった。
【００８３】
［サンプル前駆体の作製］
［前駆体作製例１］
一軸配向処理が施されたガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）を１３０℃に加熱し、当該基板の上へ、高分子液晶（Ａ−１）０．０３０ｇを載置して溶融させた。この状態で３分間保持することにより高分子液晶の脱気を行い、その後室温まで冷却して、サンプル前駆体Ｂを作成した。
【００８４】
［前駆体作製例２］
一軸配向処理が施されたガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）を１３０℃に加熱し、当該基板の上へ、高分子液晶（Ａ−１）０．０３０ｇを載置し溶融させた。この状態で３分間保持することにより高分子液晶の脱気を行った。つぎに、一軸配向処理が施された別のガラス基板を溶融した高分子液晶の上に重ね合わせた。このとき、２枚のガラス基板の配向軸が同じになるように調整した。高分子液晶の厚さが１０μｍになるように、ガラス基板の上から０．２ＭＰａの圧力で１０分間押圧し、その後室温まで冷却してサンプル前駆体Ｃを形成した。
【００８５】
［前駆体作製例３］
一軸配向処理が施されたガラス基板を石英ガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）へ変更した以外は、作製例２と同様にして、サンプル前駆体Ｄを形成した。
【００８６】
［サンプルの作製］
［例１］
前記サンプル前駆体Ｂを、１３０℃へ加熱した液晶素子を製造する装置の下ステージ上へ載せ、ガラス基板を下ステージへ吸着固定させた。その後、もう１枚の配向処理が施されたガラス基板を上ステージへ吸着固定した。この時、２枚のガラス基板の配向軸が同じになるように調整した。
【００８７】
下ステージを上昇させ、基板間のギャップが１０μｍになったところで１０分間保持した。このときのロードセル圧力の表示は５．０Ｎ（高分子液晶の層にかかる圧力が５００Ｐａに相当する）であった。
【００８８】
上下ステージの温度を６０℃まで冷却した後、速度１０ｍｍ／ｓで０．５秒の間、下ステージのみをＸ方向に動かし、高分子液晶層へせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）（（せん断速度１０００（１／ｓ）×高分子液晶層のせん断粘度１００（Ｎ・ｓ／ｍ２））を印加した。この後、冷風を基板へ吹き当て、５０℃まで冷却してサンプル１を作製した。例１の条件を表１に示す。
【００８９】
［例２］
前記サンプル前駆体Ｃを、８０℃へ加熱した液晶素子を製造する装置の下ステージ上へ載せ、基板を下ステージへ吸着固定させた。その後、下ステージを上昇させ、上の基板が上ステージに当たったところで１０分間保持した。ロードセル圧力の表示は５．０Ｎ（５００Ｐａに相当する）であった。上下ステージの温度を６０℃まで冷却した後、速度１０ｍｍ／ｓで０．５秒の間、下ステージのみをＸ方向に動かし、高分子液晶層へせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）（（せん断速度１０００（１／ｓ）×せん断粘度１００（Ｎ・ｓ／ｍ２））を印加した後、冷風を基板へ吹き当て、５０℃まで冷却してサンプル２を作製した。例２の条件を表１に示す。
【００９０】
［例３］
サンプル前駆体Ｄを用いた以外は、表１に示す条件により、例２と同様の方法でサンプル３を作製した。
【００９１】
［例４］
サンプル前駆体Ｃを用いて、せん断速度を１００（１／ｓ）に変更した以外は、表１に示すように、例２と同様の方法でサンプル４を作製した。
【００９２】
［例５］
サンプル前駆体Ｃを用い、８０℃でせん断応力を印加した以外は、表１に示すように、例２と同様にしてサンプル５を作成した。例５では、高分子液晶層のせん断粘度は１０（Ｎ・ｓ／ｍ２）であった。
【００９３】
［例６］
サンプル前駆体Ｃを用い、ロードセル圧力の表示が４９０Ｎ（高分子液晶層にかかる圧力が４９０００Ｐａに相当）となるように圧力を印加し、高分子液晶層にせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）印加した以外は、例２と同様の方法でサンプル６を作成した。
【００９４】
【表１】
なお、表中「形態」欄の「後挟込」は、製造装置のステージ上で、上側の基板を載置する態様を意味し、「先挟込」は、２枚の基板で高分子液晶を挟持したサンプル前駆体を製造装置のステージ上に載置する態様を意味する。
［配向サンプルの評価］
上記で作成した配向サンプル１〜５を、２枚の偏光板をクロスニコル状態にした間に挟み込み、クロスニコル観察を行った。サンプルの配向軸と一方の偏光板の軸とのなす角度を０°にした際に暗視野が観察され、４５°にした際に明視野が観察され、液晶が一軸配向していることがわかった。また、いずれのサンプルにおいても高いコントラスト比が得られており、高分子液晶の配向度が高いことが分かる。
【００９５】
一方、サンプル６は、サンプルの配向軸と一方の偏光板の軸とのなす角度をどのように設定した場合にも明視野が観察され、完全な暗視野が確認されなかったことから、ランダム配向していることが分かった。
【００９６】
明視野と暗視野の透過率をそれぞれ測定し、（明視野の透過率／暗視野の透過率）の計算式によりコントラスト比を計算した。結果を表２に示す。
【００９７】
【表２】
［例７］
サンプル前駆体Ｃについて、例２の操作によって配向処理を行うかわりに、８０℃で１０分間アニール処理を行ったもののコントラスト比は５００程度であった。また、６０℃で１０分間アニール処理を行ったものは、ほとんど配向しておらず、コントラスト比は１００以下であった。
【符号の説明】
【００９８】
１０１ 第一の基板
１０２ 配向制御前の高分子液晶の層
１０３ 第一のステージ
１０４ 第二の基板
１０５ 第二のステージ
１０６ 配向制御後の液晶高分子の層
１０７ 配向が安定化させられた高分子液晶の層
１０８ 液晶素子
２００ 液晶素子を製造する装置
２０１ 第一の基板
２０２ 第二の基板
２０３ 第一の中空体
２０４ 第一の多孔質の部材
２０５ 第一のヒーター
２０６ 第一の温度計
２０７ 真空ポンプ
２０８ 第一の真空バルブ
２０９ 第二の中空体
２１０ 第二の多孔質の部材
２１１ 第二のヒーター
２１２ 第二の温度計
２１３ 第二の真空バルブ
２１４ ＸＹステージ
２１５ Ｚステージ
２１６ ロードセル
２１７ 冷却用気体を供給する手段
２１８ 圧力調整バルブ
２１９ 第一の供給バルブ
２２０ 第二の供給バルブ
３００ 中空体
３０１ 中空体の壁
３０２ 中空体の内部
３０３ 第一のパイプ
３０４ 第二のパイプ
３０５ 多孔質の部材
３０６ ヒーター
４００ 中空体
４０１ 中空体の壁
４０２ 中空体の内部
４０３ 第一のパイプ
４０４ 第二のパイプ
４０５ じゃま板
５００ 中空体
５０１ 中空体の壁
５０２ 中空体の内部
５０３ 第一の分岐パイプ
５０４ 第二の分岐パイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子を製造する方法、液晶素子、及び液晶素子を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶素子を製造する方法、液晶素子、及び液晶素子を製造する装置に関連するいくつかの技術が、開示されている。
【０００３】
例えば、特開平２−１２３３３１号公報（特許文献１）の第１頁左下欄第５行目から第９行目までには、"基板上に積層された高分子液晶にずり応力を与えて配向させる方法であって、ずり応力を与えながら高分子液晶の温度を等方相を示す温度域から液晶相を示す温度域まで連続的に低下させることを特徴とする高分子液晶の配向方法"が、開示されている。
【０００４】
また、特許文献１の第４頁左下欄第１６行目から右下欄第３行目までには、"銅板には、高分子液晶層２の１ｃｍ２当たり５００ｇの圧力をかけ、銅板を２ｃｍ／ｓｅｃの移動速度で移動させて、高分子液晶にずり応力をかけて配向させた"ことが、開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献１の第５頁左上欄第１行目から第３行目までには、"得られた高分子液晶層を実施例１と同様の手法で偏光顕微鏡観察した結果、明暗コントラスト比は１：６００であった"ことが、開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される高分子液晶の配向方法のような、従来の高分子液晶の配向方法を用いた場合には、高分子液晶の配向が十分ではないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１２３３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第一の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第二の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することである。
【００１０】
本発明の第三の目的は、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の態様は、基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法において、前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度で前記高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は前記高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら前記高分子液晶の層にせん断力を加えることを含むことを特徴とする、液晶素子を製造する方法である。
【００１２】
本発明の第二の態様は、本発明の第一の態様である液晶素子を製造する方法によって製造されることを特徴とする、液晶素子である。
【００１３】
本発明の第三の態様は、第一の基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置において、前記高分子液晶の層を加熱する手段、前記高分子液晶の層に提供される第二の基板を吸着する手段、及び前記第二の基板を吸着する手段によって吸着された前記第二の基板を前記第一の基板に対して相対的に移動させる手段を含むことを特徴とする、液晶素子を製造する装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第一の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することが可能になる。
【００１５】
本発明の第二の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することが可能になる。
【００１６】
本発明の第三の態様によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明による液晶素子を製造する方法の例及び本発明による液晶素子の例を概略的に説明する図である。
【図２】図２は、本発明による液晶素子を製造する装置の例を概略的に説明する図である。
【図３】図３は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例を概略的に説明する図である。
【図４】図４は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第二の例を概略的に説明する図である。
【図５】図５は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第三の例を概略的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
【００１９】
図１は、本発明による液晶素子を製造する方法の例及び本発明による液晶素子の例を概略的に説明する図である。図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本発明による液晶素子を製造する方法の例におけるステップを説明する図である。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、第一の基板１０１に設けられた高分子液晶の層１０７を含む液晶素子１０８を製造する方法が示されている。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、第一の基板１０１に配向制御前の高分子液晶の層１０２を設ける。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されるような本発明による液晶素子を製造する方法における高分子液晶は、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度で高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら高分子液晶の層にせん断力を加えることが可能である限り、特に限定されないが、高分子液晶の数平均分子量は、好ましくは、２０００以上３００００以下、より好ましくは、３０００以上２００００以下である。高分子液晶の数平均分子量が、２０００以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。高分子液晶の数平均分子量が、３００００以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により容易にせん断力を加えることが可能になる。
【００２３】
ここで、第一の基板１０１は、第一の基板１０１を吸着することが可能な第一のステージ１０３に吸着されている。また、ステージ１０３は、温度を調節することが可能なステージである。さらに、ステージ１０３は、互いに直交する三つの軸の方向、すなわち、図１（ａ）に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に移動させることが可能なステージである。ここで、第一の基板１０１は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することが好ましい。この場合には、後述するように、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御した後に、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の制御された配向をより安定化させることが可能になる。
【００２４】
一方、第一の基板１０１に設けられた配向制御前の高分子液晶の層１０２には、さらに第二の基板１０４が設けられる。
【００２５】
第一の基板１０１と同様に、第二の基板１０４は、第二の基板１０４を吸着することが可能な第二のステージ１０５に吸着されている。また、ステージ１０３と同様に、ステージ１０５は、温度を調節することが可能なステージである。さらに、ステージ１０５は、図１（ａ）に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に移動させることが可能なステージである。第一の基板１０１と同様に、第二の基板１０４は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することが好ましい。この場合には、後述するように、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御した後に、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の制御された配向をより安定化させることが可能になる。
【００２６】
なお、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５が、それぞれ、第一のステージ１０３の温度及び第二のステージ１０５の温度を調節することが可能であるので、第一の基板１０１及び第二の基板１０４に挟まれた配向制御前の液晶高分子の層１０２の温度をより良好に制御することが可能になる。
【００２７】
次に、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の間隔を調整することによって、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間隔を制御する。図１（ａ）においては、Ｚ軸方向における第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の相対的な位置を調整することによって、第一のステージ１０３及び第二のステージ１０５の間の間隔を調整する。これにより、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力を調整することが可能になる。ここで、配向制御前の高分子液晶の層１０２に圧力が加わらないように、又は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に１０００Ｐａ以下の圧力を加えるように、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間隔を制御する。
【００２８】
次に、配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度であるように、第一のステージ１０３の温度及び第二のステージ１０５の温度を制御する。配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向をより容易に制御することが可能になる。また、配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、高分子液晶の透明点未満の温度である場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。
【００２９】
ここで、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度は、配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、好ましくは、１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下、より好ましくは、５Ｎ・ｓ・ｍ−２以上５００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下、である温度である。配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。また、配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度が、１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３０】
なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度が、それぞれの所望の値が得られるまで、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加わる圧力及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の温度の調整を繰り返す。
【００３１】
次に、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えるように、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１に対して第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４を相対的に移動させる。図１（ａ）においては、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１を静止させる一方で、第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４をＸ軸方向に移動させている。第一の基板１０１及び第二の基板１０４に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えることによって、配向制御前の高分子液晶の層１０２における高分子液晶の配向を制御することが可能になる。
【００３２】
ここで、せん断力は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、好ましくは、１００Ｎ・ｍ−２以上１００００００Ｎ・ｍ−２以下、より好ましくは、１０００Ｎ・ｍ−２以上１０００００Ｎ・ｍ−２以下、であるように、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられる。なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力は、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えるせん断力のせん断速度（１／ｓ）及び配向制御前の高分子液晶の層１０２の粘度（Ｎ・ｓ・ｍ−２）の積で表わされる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、１００Ｎ・ｍ−２以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に生じるせん断応力が、１００００００Ｎ・ｍ−２以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３３】
また、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度は、好ましくは、１０ｓ−１以上１００００ｓ−１以下、より好ましくは、５０ｓ−１以上５０００ｓ−１以下である。なお、配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度は、第一の基板１０１に対する第二の基板１０４の相対的な移動の速度／配向制御前の高分子液晶の層１０２の厚さ（第一の基板１０１及び第二の基板１０４の間の間隔）で表される。配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度が、１０ｓ−１以上である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２により効果的にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２に加えられるせん断力のせん断速度が、１００００ｓ−１以下である場合には、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える液晶素子を製造する装置の負荷を低減することが可能になると共に、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３４】
さらに、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間は、好ましくは、０．１秒以上５．０秒以下、より好ましくは、０．２秒以上１．０秒以下である。配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間が、０．１秒以上である場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向のムラを低減することが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加える時間が、５．０秒以下である場合には、配向制御後の液晶高分子の層１０６の凝集又は破壊を低減することが可能になる。
【００３５】
その結果、図１（ｂ）に示すように、第一のステージ１０３に吸着された第一の基板１０１及び第二のステージ１０５に吸着された第二の基板１０４の間に配向制御後の高分子液晶の層１０６が得られる。
【００３６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、第二のステージ１０５から第二の基板１０４を脱着させる。そして、例えば、図１（ｃ）に示すように、空気のような冷却用気体を第二の基板１０４に吹き付ける冷却手段によって、配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却する。すなわち、配向制御前の高分子液晶の層１０２にせん断力を加えた後に、例えば、冷却手段を用いて、配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却することが好ましい。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。
【００３７】
ここで、配向制御後の高分子液晶の層１０６は、好ましくは、配向制御後の高分子液晶の層１０６の粘度が２０Ｎ・ｓ・ｍ−２以上である温度まで、冷却される。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をより良好に安定化させることが可能になる。また、配向制御後の高分子液晶の層１０６は、より好ましくは、高分子液晶のガラス転移温度未満の温度まで冷却される。この場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向をさらに良好に安定化させることが可能になる。
【００３８】
なお、第一の基板１０１及び第二の基板１０４の少なくとも一方が配向膜を有する場合には、配向制御後の高分子液晶の層１０６における高分子液晶の配向が、配向膜によって安定化されることがある。この場合には、図１（ｃ）に示すような、空気のような冷却用気体によって配向制御後の高分子液晶の層１０６を冷却する工程を省略することが可能なこともある。
【００３９】
このようにして、図１（ｃ）に示すように、配向が安定化させられた高分子液晶の層１０７が得られる。その結果、第一の基板１０１に配向が安定化させられた高分子液晶の層１０７を含む液晶素子１０８が得られる。すなわち、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような液晶素子を製造する方法によって図１（ｃ）に示すような液晶素子１０８が製造される。なお、液晶素子１０８の用途は、特に限定されるものではないが、液晶素子１０８を、例えば、光ディスク装置における波長板などに用いることが可能である。
【００４０】
よって、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような本発明による液晶素子を製造する方法の例によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法を提供することが可能になる。また、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を提供することが可能になる。
【００４１】
なお、高分子液晶の層における高分子液晶の配向の程度を、例えば、偏光顕微鏡におけるクロスニコル観察によって確認することができる。
【００４２】
図２は、本発明による液晶素子を製造する装置の例を概略的に説明する図である。図２には、第一の基板２０１に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置２００が示されている。
【００４３】
まず、図２を用いて液晶素子を製造する装置２００の構成を説明する。液晶素子を製造する装置２００は、図示されていない第一の基板２０１を提供する手段及び図示されていない第二の基板２０２を提供する手段を含むことがある。液晶素子を製造する装置２００を用いて液晶素子を製造するときには、第一の基板２０１に配向制御前の高分子液晶の層が提供されると共に、配向制御前の高分子液晶の層に第二の基板２０２が提供される。すなわち、配向制御前の高分子液晶の層は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれる。なお、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の少なくとも一方が、配向制御前の高分子液晶の層の側に、高分子液晶を配向させる配向膜を有することもある。
【００４４】
液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段及び第二の基板２０２を吸着する手段を含む。すなわち、第一の基板２０１及び第二の基板２０２は、それぞれ、第一の基板２０１を吸着する手段及び第二の基板２０２を吸着する手段によって吸着される。
【００４５】
ここで、第一の基板２０１を吸着する手段は、第一の中空体２０３を含む。第一の中空体２０３の壁の少なくとも一部分は、第一の多孔質の部材２０４を含む。第一の多孔質の部材２０４の材料としては、例えば、セラミックの材料及び焼結された金属が挙げられる。また、第一の多孔質の部材２０４は、第一の基板２０１を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱するための第一のヒーター２０５を含む。さらに、第一の多孔質の部材２０４の温度を測定するための第一の温度計２０６が、第一の多孔質の部材２０４に設けられている。加えて、第一の基板２０１を吸着する手段は、第一の中空体２０３の内部を排気する手段を含む。第一の中空体２０３の内部を排気する手段は、第一の中空体２０３の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７及び第一の中空体２０３の内部の気体の排気を制御する第一の真空バルブ２０８を含む。
【００４６】
一方、第二の基板２０２を吸着する手段は、第二の中空体２０９を含む。第二の中空体２０９の壁の少なくとも一部分は、第二の多孔質の部材２１０を含む。第二の多孔質の部材２１０の材料としては、例えば、セラミックの材料及び焼結された金属が挙げられる。また、第二の多孔質の部材２１０は、第二の基板２０２を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱するための第二のヒーター２１１を含む。さらに、第二の多孔質の部材２１０の温度を測定するための第二の温度計２１２が、第二の多孔質の部材２１０に設けられている。加えて、第二の基板２０２を吸着する手段は、第二の中空体２０９の内部を排気する手段を含む。第二の中空体２０９の内部を排気する手段は、第一の中空体２０３の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７と共通のものである第二の中空体２０９の内部の気体を吸引する真空ポンプ２０７及び第二の中空体２０９の内部の気体の排気を制御する第二の真空バルブ２１３を含む。
【００４７】
また、液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段又は第二の基板２０２を吸着する手段によって吸着された第二の基板２０２を第一の基板２０１に対して相対的に移動させる手段を含む。図２に示す液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段を有する。第一の基板２０１を吸着する手段によって吸着された第一の基板２０１を第二の基板２０２に対して相対的に移動させる手段は、互いに直交する三つの軸、すなわち、図２に示すＸ、Ｙ、及びＺ軸の方向に、第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段を有する。例えば、図２に示すような、Ｘ及びＹ軸の方向に第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段としてのＸＹステージ２１４並びにＺ軸の方向に第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる手段としてのＺステージ２１５が含まれる。
【００４８】
さらに、液晶素子を製造する装置２００は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に設けられた高分子液晶の層に加わる圧力を測定する手段としてのロードセル２１６を含む。
【００４９】
加えて、液晶素子を製造する装置２００は、配向制御前及び後の高分子液晶の層を冷却する手段をさらに含む。配向制御前及び後の高分子液晶の層を冷却する手段（冷却手段）は、空気ボンベ又は液体窒素ボンベのような冷却用気体を供給する手段２１７、冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整する圧力調整バルブ２１８、第一の中空体２０３の内部への冷却用気体の供給を制御する第一の供給バルブ２１９、及び、第二の中空体２０９の内部への冷却用気体の供給を制御する第二の供給バルブ２２０を含む。冷却用気体としては、例えば、空気又は窒素などが挙げられる。
【００５０】
次に、図２を用いて液晶素子を製造する装置２００の動作を説明する。図２に示すような液晶素子を製造する装置２００を用いると、図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すような液晶素子を製造する方法を実施することによって、液晶素子を得ることができる。最初に、第一の真空バルブ２０８、第二の真空バルブ２１３、第一の供給バルブ２１９、及び第二の供給バルブ２２０の全てを閉じておく。
【００５１】
まず、図示されていない第一の基板２０１を提供する手段によって、第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に第一の基板２０１を提供する。なお、第一の基板２０１は、第一の多孔質の部材２０４を覆うようなサイズを有する。次に、真空ポンプ２０７を稼働させると共に第一の真空バルブ２０８を開くことによって、第一の中空体２０３の内部を排気する。このとき、第一の基板２０１は、第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に吸着及び固定される。
【００５２】
次に、第一の基板２０１に配向制御前の高分子液晶の層が提供される。ここで、第一の多孔質の部材２０４に含まれる第一のヒーター２０５及び第一の多孔質の部材２０４に設けられた第一の温度計２０６を用いて、第一の基板２０１を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱してもよい。
【００５３】
次に、図示されていない第二の基板２０２を提供する手段によって、配向制御前の高分子液晶の層に第二の基板２０２を提供する。なお、第二の基板２０２は、第二の多孔質の部材２１０を覆うようなサイズを有する。このようにして、配向制御前の高分子液晶の層は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれる。次に、Ｚステージ２１５を用いて、第一の中空体２０３及び第一の基板２０１をＺ方向に移動させることによって、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０を第二の基板２０２に接触させる。次に、真空ポンプ２０７を稼働させたまま、第二の真空バルブ２１３を開く。このとき、第二の基板２０２は、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０に吸着及び固定される。
【００５４】
次に、Ｚステージ２１５を用いて、第一の中空体２０３及び第一の基板２０１をＺ方向に移動させることによって、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔を調整する。このとき、ロードセル２１６を用いて、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力を測定する。そして、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらないように、又は、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であるように、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔を調整する。
【００５５】
次に、第二の多孔質２１０に含まれる第二のヒーター２１１及び第二の多孔質の部材２１０に設けられた第二の温度計２１２を用いて、第二の基板２０２を介して配向制御前の高分子液晶の層を加熱する。
【００５６】
また、必要に応じて、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第一の供給バルブ２１９及び／又は第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第一の中空体２０３の内部及び／又は第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、第一の中空体２０３及び／又は第二の中空体２０９に供給された冷却用気体によって、第一の多孔質の部材２０４及び／又は第二の多孔質の部材２１０を介して、第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２が冷却される。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層を冷却することが可能になる。
【００５７】
このとき、第一の基板の２０１の温度及び第二の基板の２０２の温度が同じになるように、すなわち、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層における温度分布が均一になるように、第一のヒーター２０５による第一の基板２０１の加熱、第二のヒーター２１２による第二の基板２０２の加熱、並びに、冷却用気体による第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２の冷却を調整する。
【００５８】
そして、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御前の高分子液晶の層の温度が、高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度になるように、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の温度を調整する。これにより、配向制御前の高分子液晶の層の粘度を調整する。
【００５９】
なお、配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらない又は配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であると共に配向制御前の高分子液晶の層の温度が高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度である（配向制御前の高分子液晶の層の粘度が所望の粘度である）ことを実現するまで、上述したような方式で、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間の間隔の調整並びに第一の基板２０１及び第二の基板２０２の温度の調整を繰り返す。
【００６０】
次に、配向制御前の高分子液晶の層に圧力が加わらない又は配向制御前の高分子液晶の層に加わる圧力が１０００Ｐａ以下であると共に配向制御前の高分子液晶の層の温度が高分子液晶のガラス転移温度以上高分子液晶の透明点未満の温度である条件で、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加える。
【００６１】
図２に示すような液晶素子を製造する装置２００においては、ＸＹステージ２１４によってＸ及びＹ軸の方向の少なくとも一方に、例えば、図２に示すようにＸ軸の方向に、第一の基板２０１を吸着する手段を移動させる。すなわち、ＸＹステージ２１４を用いて、Ｘ軸の方向に、ＸＹステージ２１４に設けられたＺステージ２１５、Ｚステージ２１５に設けられた第一の中空体２０３、並びに第一の中空体２０３の第一の多孔質の部材２０４に吸着及び固定された第一の基板２０１を、第二の基板２０２に対して相対的に移動させる。これにより、Ｘ及びＹ軸の方向の少なくとも一方において、例えば、図２に示すようにＸ軸の方向において、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えることが可能になる。配向制御前の高分子液晶の層に加えるせん断力のせん断速度、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加える時間、及び、配向制御前の高分子液晶の層に生じるせん断応力は、ＸＹステージ２１４によって引き起こされる第一の基板２０１の移動の速度によって調整される。
【００６２】
このように配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えた（配向制御後の高分子液晶の層が得られた）後に、必要に応じて、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第一の供給バルブ２１９及び／又は第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第一の中空体２０３の内部及び／又は第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、第一の中空体２０３及び／又は第二の中空体２０９に供給された冷却用気体によって、第一の多孔質の部材２０４及び／又は第二の多孔質の部材２１０を介して、第一の基板２０１及び／又は第二の基板２０２が冷却される。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御後の高分子液晶の層を冷却することが可能になる。
【００６３】
好ましくは、配向制御前の高分子液晶の層にせん断力を加えた後に、圧力調整バルブ２１８を用いて冷却用気体を供給する手段２１７から供給される冷却用気体の圧力を調整すると共に、第二の供給バルブ２２０を開くことによって、第二の中空体２０９の内部に冷却用気体を供給する。この場合には、冷却用気体が第二の中空体２０９に供給されることによって、第二の中空体２０９の第二の多孔質の部材２１０に吸着及び固定されていた電第二の基板２０２を第二の多孔質の部材２１０から脱着させると共に、第二の多孔質の部材２１０から冷却用気体を噴出させることによって第二の基板２０２を急速に冷却することが可能になる。その結果、第一の基板２０１及び第二の基板２０２の間に挟まれた配向制御後の高分子液晶の層を急速に冷却することが可能になる。このようにして、配向が安定化させられた高分子液晶の層が得られる。その結果、第一の基板２０１に設けられた配向が安定化させられた高分子液晶の層を含む液晶素子が得られる。
【００６４】
よって、図２に示すような本発明による液晶素子を製造する装置の例によれば、より良好に配向させられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置を提供することが可能になる。
【００６５】
なお、高分子液晶の層における高分子液晶の配向の程度を、例えば、偏光顕微鏡におけるクロスニコル観察によって確認することができる。
【００６６】
図３は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例を概略的に説明する図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第一の例の断面図及び平面図である。
【００６７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような中空体３００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、中空体３００は、中空体の壁３０１を含む。中空体の壁３０１には、中空体の内部３０２（空洞）に連通する第一のパイプ３０３及び第二のパイプ３０４が設けられる。第一のパイプ３０３には、中空体の内部３０２を排気する手段が接続される。一方、第二のパイプ３０４には、中空体の内部３０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体の壁３０１の少なくとも一部分は、多孔質の部材３０５を含む。なお、多孔質の部材３０５は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーター３０６を含むものであってもよい。
【００６８】
例えば、基板を多孔質の部材３０５に吸着及び固定する場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一のパイプ３０３に接続された中空体の内部３０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部３０２を排気する。これにより、中空体の内部３０２及び多孔質の部材３０５の気孔に存在する気体の圧力が大気圧と比べて減少させられる。そして、基板の大きさが、多孔質の部材３０５の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材３０５へ吸着及び固定することが可能になる。
【００６９】
また、例えば、多孔質の部材３０５及び多孔質の部材３０５に吸着された基板の温度を上昇させる場合には、図３（ａ）に示すように、ヒーター３０６が加熱される。
【００７０】
加えて、例えば、多孔質の部材３０５及び多孔質の部材３０５から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二のパイプ３０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部３０２に冷却用気体を供給する。これにより、中空体の内部３０２及び多孔質の部材３０５の気孔に存在する気体の圧力が大気圧と比べて増加させられる。その結果、多孔質の部材３０５に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、中空体の内部３０２に供給された冷却用気体を多孔質の部材３０５の気孔を通じて噴出させることが可能になる。それに応じて、多孔質の部材３０５及び多孔質３０５から脱着した基板を冷却することが可能になる。
【００７１】
図４は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第二の例を概略的に説明する図である。
【００７２】
図４に示す中空体４００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図４に示すように、中空体４００は、中空体の壁４０１を含む。中空体の壁４０１には、中空体の内部４０２（空洞）に連通する第一のパイプ４０３及び第二のパイプ４０４が設けられる。第一のパイプ４０３には、中空体の内部４０２を排気する手段が接続される。一方、第二のパイプ４０４には、中空体の内部４０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体４００には、単数又は複数のじゃま板４０５が設けられている。加えて、中空体の壁４０１の少なくとも一部分は、図示していない多孔質の部材を含む。なお、多孔質の部材は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーターを含むものであってもよい。
【００７３】
例えば、基板を多孔質の部材に吸着及び固定する場合には、図４に示すように、第一のパイプ４０３に接続された中空体の内部４０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部４０２を排気する。これにより、基板の大きさが、多孔質の部材の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材へ吸着及び固定することが可能になる。
【００７４】
また、例えば、多孔質の部材及び多孔質の部材から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図４に示すように、第二のパイプ４０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部４０２に冷却用気体を供給する。これにより、多孔質の部材に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、中空体の内部４０２に供給された冷却用気体を、中空体に設けられた単数又は複数のじゃま板４０５を迂回して及び多孔質の部材の気孔を通じて噴出させることが可能になる。ここで、中空体の内部４０２に供給された冷却用気体が、中空体に設けられた単数又は複数のじゃま板４０５を迂回して中空体の内部４０２を流動するため、多孔質の部材をより良好に冷却することが可能になると共に多孔質の部材から噴出する冷却用気体の温度をより低下させることが可能になる。それに応じて、多孔質の部材及び多孔質から脱着した基板をより効率的に冷却することが可能になる。
【００７５】
図５は、本発明による液晶素子を製造する装置の例における中空体の第三の例を概略的に説明する図である。
【００７６】
図５に示す中空体５００は、例えば、図２に示す第一の中空体２０３及び第二の中空体２０９として用いられる。図５に示すように、中空体５００は、中空体の壁５０１を含む。中空体の壁５０１には、中空体の内部５０２（空洞）に連通する第一の分岐パイプ５０３及び第二の分岐パイプ５０４が設けられる。第一の分岐パイプ５０３には、中空体の内部５０２を排気する手段が接続される。一方、第二の分岐パイプ５０４には、中空体の内部５０２に冷却用気体を供給する手段が接続される。また、中空体の壁５０１の少なくとも一部分は、図示していない多孔質の部材を含む。なお、多孔質の部材は、高分子液晶の層を加熱する手段としてのヒーターを含むものであってもよい。
【００７７】
例えば、基板を多孔質の部材に吸着及び固定する場合には、図５に示すように、第一の分岐パイプ５０３に接続された中空体の内部５０２を排気する手段を稼働させることによって、中空体の内部５０２を排気する。これにより、基板の大きさが、多孔質の部材の大きさ以上である場合には、基板を多孔質の部材へ吸着及び固定することが可能になる。
【００７８】
また、例えば、多孔質の部材及び多孔質の部材から脱着した基板の温度を下降させる場合には、図５に示すように、第二の分岐パイプ５０４に接続された冷却用気体を供給する手段を稼働させることによって、中空体の内部５０２に冷却用気体を供給する。これにより、多孔質の部材に吸着された基板を多孔質の部材から脱着させると共に、第二の分岐パイプ５０４の分岐した複数のパイプから中空体の内部５０２に供給された冷却用気体を多孔質の部材の気孔を通じて噴出させることが可能になる。ここで、冷却用気体が、第二の分岐パイプ５０４の分岐した複数のパイプを通じてより均一に中空体の内部５０２に供給されるため、多孔質の部材をより均一に冷却することが可能になると共に多孔質の部材から噴出する冷却用気体の温度をより均一化することが可能になる。それに応じて、多孔質の部材及び多孔質から脱着した基板をより均一に冷却することが可能になる。
【００７９】
［実施例］
次に、本発明の実施例を具体的に説明することにする。なお、例１〜５が実施例であり、例６は比較例である。
【００８０】
［合成例１］高分子液晶（Ａ−１）の合成
下記の化学反応式（１）に従って、高分子液晶（Ａ−１）を合成した。
【００８１】
【化１】
１０ｍＬのねじ口試験管に４．０ｇの液晶性モノマー（Ｐ６ＯＣＢ）、４０ｍｇの重合開始剤（和光純薬社製，商品名「Ｖ４０」）、１２０ｍｇの１−ドデカンチオール（連鎖移動剤）、及び４．８ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを投入し、ねじ口試験管内の空気を窒素で置換した後、ねじ口試験管を密閉した。ねじ口試験管を８０℃の恒温槽にて１８時間撹拌振とうさせ、上記液晶性モノマーの重合を行った。
【００８２】
生成物をメタノール中で洗浄して未反応の液晶性モノマーを除去した後、生成物をテトラヒドロフランに溶解させ、得られた溶液をメタノール中に滴下して、生成物の再沈精製を行った。その後、生成物を真空乾燥器にて４０℃で２時間乾燥させて、３．６０ｇ（収率９０％）の白色の高分子液晶（Ａ−１）を得た。高分子液晶（Ａ−１）の数平均分子量（Ｍｎ）は７２００であり、ガラス転移点（Ｔｇ）は２０℃、透明点（Ｔｃ）は１２０℃、及び純度は９９％超であった。
【００８３】
［サンプル前駆体の作製］
［前駆体作製例１］
一軸配向処理が施されたガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）を１３０℃に加熱し、当該基板の上へ、高分子液晶（Ａ−１）０．０３０ｇを載置して溶融させた。この状態で３分間保持することにより高分子液晶の脱気を行い、その後室温まで冷却して、サンプル前駆体Ｂを作成した。
【００８４】
［前駆体作製例２］
一軸配向処理が施されたガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）を１３０℃に加熱し、当該基板の上へ、高分子液晶（Ａ−１）０．０３０ｇを載置し溶融させた。この状態で３分間保持することにより高分子液晶の脱気を行った。つぎに、一軸配向処理が施された別のガラス基板を溶融した高分子液晶の上に重ね合わせた。このとき、２枚のガラス基板の配向軸が同じになるように調整した。高分子液晶の厚さが１０μｍになるように、ガラス基板の上から０．２ＭＰａの圧力で１０分間押圧し、その後室温まで冷却してサンプル前駆体Ｃを形成した。
【００８５】
［前駆体作製例３］
一軸配向処理が施されたガラス基板を石英ガラス基板（縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ）へ変更した以外は、作製例２と同様にして、サンプル前駆体Ｄを形成した。
【００８６】
［サンプルの作製］
［例１］
前記サンプル前駆体Ｂを、１３０℃へ加熱した液晶素子を製造する装置の下ステージ上へ載せ、ガラス基板を下ステージへ吸着固定させた。その後、もう１枚の配向処理が施されたガラス基板を上ステージへ吸着固定した。この時、２枚のガラス基板の配向軸が同じになるように調整した。
【００８７】
下ステージを上昇させ、基板間のギャップが１０μｍになったところで１０分間保持した。このときのロードセル圧力の表示は５．０Ｎ（高分子液晶の層にかかる圧力が５００Ｐａに相当する）であった。
【００８８】
上下ステージの温度を６０℃まで冷却した後、速度１０ｍｍ／ｓで０．５秒の間、下ステージのみをＸ方向に動かし、高分子液晶層へせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）（（せん断速度１０００（１／ｓ）×高分子液晶層のせん断粘度１００（Ｎ・ｓ／ｍ２））を印加した。この後、冷風を基板へ吹き当て、５０℃まで冷却してサンプル１を作製した。例１の条件を表１に示す。
【００８９】
［例２］
前記サンプル前駆体Ｃを、８０℃へ加熱した液晶素子を製造する装置の下ステージ上へ載せ、基板を下ステージへ吸着固定させた。その後、下ステージを上昇させ、上の基板が上ステージに当たったところで１０分間保持した。ロードセル圧力の表示は５．０Ｎ（５００Ｐａに相当する）であった。上下ステージの温度を６０℃まで冷却した後、速度１０ｍｍ／ｓで０．５秒の間、下ステージのみをＸ方向に動かし、高分子液晶層へせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）（（せん断速度１０００（１／ｓ）×せん断粘度１００（Ｎ・ｓ／ｍ２））を印加した後、冷風を基板へ吹き当て、５０℃まで冷却してサンプル２を作製した。例２の条件を表１に示す。
【００９０】
［例３］
サンプル前駆体Ｄを用いた以外は、表１に示す条件により、例２と同様の方法でサンプル３を作製した。
【００９１】
［例４］
サンプル前駆体Ｃを用いて、せん断速度を１００（１／ｓ）に変更した以外は、表１に示すように、例２と同様の方法でサンプル４を作製した。
【００９２】
［例５］
サンプル前駆体Ｃを用い、８０℃でせん断応力を印加した以外は、表１に示すように、例２と同様にしてサンプル５を作成した。例５では、高分子液晶層のせん断粘度は１０（Ｎ・ｓ／ｍ２）であった。
【００９３】
［例６］
サンプル前駆体Ｃを用い、ロードセル圧力の表示が４９０Ｎ（高分子液晶層にかかる圧力が４９０００Ｐａに相当）となるように圧力を印加し、高分子液晶層にせん断応力１０００００（Ｎ／ｍ２）印加した以外は、例２と同様の方法でサンプル６を作成した。
【００９４】
【表１】
なお、表中「形態」欄の「後挟込」は、製造装置のステージ上で、上側の基板を載置する態様を意味し、「先挟込」は、２枚の基板で高分子液晶を挟持したサンプル前駆体を製造装置のステージ上に載置する態様を意味する。
［配向サンプルの評価］
上記で作成した配向サンプル１〜５を、２枚の偏光板をクロスニコル状態にした間に挟み込み、クロスニコル観察を行った。サンプルの配向軸と一方の偏光板の軸とのなす角度を０°にした際に暗視野が観察され、４５°にした際に明視野が観察され、液晶が一軸配向していることがわかった。また、いずれのサンプルにおいても高いコントラスト比が得られており、高分子液晶の配向度が高いことが分かる。
【００９５】
一方、サンプル６は、サンプルの配向軸と一方の偏光板の軸とのなす角度をどのように設定した場合にも明視野が観察され、完全な暗視野が確認されなかったことから、ランダム配向していることが分かった。
【００９６】
明視野と暗視野の透過率をそれぞれ測定し、（明視野の透過率／暗視野の透過率）の計算式によりコントラスト比を計算した。結果を表２に示す。
【００９７】
【表２】
［例７］
サンプル前駆体Ｃについて、例２の操作によって配向処理を行うかわりに、８０℃で１０分間アニール処理を行ったもののコントラスト比は５００程度であった。また、６０℃で１０分間アニール処理を行ったものは、ほとんど配向しておらず、コントラスト比は１００以下であった。
【符号の説明】
【００９８】
１０１ 第一の基板
１０２ 配向制御前の高分子液晶の層
１０３ 第一のステージ
１０４ 第二の基板
１０５ 第二のステージ
１０６ 配向制御後の液晶高分子の層
１０７ 配向が安定化させられた高分子液晶の層
１０８ 液晶素子
２００ 液晶素子を製造する装置
２０１ 第一の基板
２０２ 第二の基板
２０３ 第一の中空体
２０４ 第一の多孔質の部材
２０５ 第一のヒーター
２０６ 第一の温度計
２０７ 真空ポンプ
２０８ 第一の真空バルブ
２０９ 第二の中空体
２１０ 第二の多孔質の部材
２１１ 第二のヒーター
２１２ 第二の温度計
２１３ 第二の真空バルブ
２１４ ＸＹステージ
２１５ Ｚステージ
２１６ ロードセル
２１７ 冷却用気体を供給する手段
２１８ 圧力調整バルブ
２１９ 第一の供給バルブ
２２０ 第二の供給バルブ
３００ 中空体
３０１ 中空体の壁
３０２ 中空体の内部
３０３ 第一のパイプ
３０４ 第二のパイプ
３０５ 多孔質の部材
３０６ ヒーター
４００ 中空体
４０１ 中空体の壁
４０２ 中空体の内部
４０３ 第一のパイプ
４０４ 第二のパイプ
４０５ じゃま板
５００ 中空体
５０１ 中空体の壁
５０２ 中空体の内部
５０３ 第一の分岐パイプ
５０４ 第二の分岐パイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度で前記高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は前記高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら前記高分子液晶の層にせん断力を加えること
を含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶素子を製造する方法において、
前記せん断力は、前記高分子液晶の層に生じるせん断応力が１００Ｎ・ｍ−２以上１００００００Ｎ・ｍ−２以下であるように、前記高分子液晶の層に加えられる
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度は、前記高分子液晶の層の粘度が１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下である温度であることを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶の層に前記せん断力を加えた後に、冷却手段を用いて前記高分子液晶の層を冷却することをさらに含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶素子を製造する方法によって製造されることを特徴とする、液晶素子。
【請求項６】
第一の基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置において、
前記高分子液晶の層を加熱する手段、
前記高分子液晶の層に提供される第二の基板を吸着する手段、及び
前記第二の基板を吸着する手段によって吸着された前記第二の基板を前記第一の基板に対して相対的に移動させる手段
を含むことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液晶素子を製造する装置において、
前記高分子液晶の層を冷却する手段をさらに含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の液晶素子を製造する装置において、
前記第二の基板を吸着する手段は、中空体及び前記中空体の内部を排気する手段を含むと共に、
前記中空体の壁の少なくとも一部分は、多孔質の部材を含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【請求項１】
基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度で前記高分子液晶の層に圧力を加えることなく又は前記高分子液晶の層に１０００Ｐａ以下の圧力を加えながら前記高分子液晶の層にせん断力を加えること
を含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶素子を製造する方法において、
前記せん断力は、前記高分子液晶の層に生じるせん断応力が１００Ｎ・ｍ−２以上１００００００Ｎ・ｍ−２以下であるように、前記高分子液晶の層に加えられる
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶のガラス転移温度以上前記高分子液晶の透明点未満の温度は、前記高分子液晶の層の粘度が１Ｎ・ｓ・ｍ−２以上１０００Ｎ・ｓ・ｍ−２以下である温度であることを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶素子を製造する方法において、
前記高分子液晶の層に前記せん断力を加えた後に、冷却手段を用いて前記高分子液晶の層を冷却することをさらに含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶素子を製造する方法によって製造されることを特徴とする、液晶素子。
【請求項６】
第一の基板に設けられた高分子液晶の層を含む液晶素子を製造する装置において、
前記高分子液晶の層を加熱する手段、
前記高分子液晶の層に提供される第二の基板を吸着する手段、及び
前記第二の基板を吸着する手段によって吸着された前記第二の基板を前記第一の基板に対して相対的に移動させる手段
を含むことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液晶素子を製造する装置において、
前記高分子液晶の層を冷却する手段をさらに含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の液晶素子を製造する装置において、
前記第二の基板を吸着する手段は、中空体及び前記中空体の内部を排気する手段を含むと共に、
前記中空体の壁の少なくとも一部分は、多孔質の部材を含む
ことを特徴とする、液晶素子を製造する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０８２６８（Ｐ２０１２−１０８２６８Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６２９７（Ｐ２０１０−２５６２９７）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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