CN1841157A - 光学元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以简单而且便宜地制造光学元件的方法，所述光学元件是在半透射反射用的液晶显示装置中使用的、具有进行了图形化的1/4波长的相位差。该方法包含以下工序：将含有聚合性液晶的涂布液，涂布于基体材料上从而形成涂膜的工序；将上述聚合性液晶进行取向从而成为液晶相状态的工序；通过在上述涂膜中通过光掩模照射电离射线，使液晶相状态的上述聚合性液晶进行聚合，从而只在照射部分上使上述聚合性液晶硬化来形成上述液晶层的工序；以及将形成有上述涂膜的基板加热，使未硬化状态的上述聚合性液晶成为各向同性相的状态，通过使该状态下未硬化的上述聚合性液晶进行聚合，形成各向同性层的工序。

Description

光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及可将线偏振光转换为圆偏振光的光学元件的制造方法、利用该方法得到的光学元件，以及设置有该光学元件的半透射型的液晶显示装置。
背景技术
近年来，由于液晶显示装置的小型化，液晶显示装置逐渐被广泛应用于手机或个人数字助理(PDA)等中。对于这样的小型液晶显示装置，除了省电化之外，高亮度化或高对比度化成为重要的课题。从这样的观点出发，正在进行用于省电化的反射型或半透射型的液晶显示装置的开发，或用于改善这些液晶显示装置的亮度和对比度的光学元件的开发。
作为这种半透射型的液晶显示装置的一种形态，提出了可使反射膜发挥作为光半透射膜功能的液晶显示装置的方案，所述反射膜是在铝等的金属膜上形成了光可以透射的开口部的反射膜。在这种半透射型的液晶显示装置中，将不施加电压时的相位偏移为1/4波长的液晶层夹持在一对玻璃基板之间，在下面的(背光源侧的)玻璃基板的内面上，层压半透射反射层、由铟锡氧化物(以下简称ITO)等的透明导电膜构成的透明电极，以覆盖透明电极的形式形成取向膜。另一方面，在上面的(显示面侧的)玻璃基板的内面上，形成了由ITO等的透明导电膜构成的透明电极，并以覆盖该透明电极的形式形成取向膜。然后，在上面的玻璃基板的外面侧，按照从基板侧开始的顺序，设置1/4波长板、偏振光板，在下面的玻璃基板的外面侧，按照从基板侧开始的顺序，设置1/4波长板、偏振光板。另外，1/4波长板是在某一波长区域内、具有可将线偏振光转换为大致圆偏振光的功能的光学元件。
在具有上述那样结构的半透射型液晶显示装置中，在从背光源而来的光中，被反射层所反射的光，由于在反射层的下侧(背光源侧)设置的1/4波长板而使得偏振光轴发生变化，并且被设置于1/4波长板的下侧(背光源侧)的偏振光板吸收，所以不能进行光的再循环，也不能得到充分的亮度。另外，通过反射层的开口部，透射过了1/4波长板的背光源光是圆偏振光，由于透射光的一半被设置于上面的基板上的偏振光板所吸收，存在所谓的不能得到充分的亮度和对比度的问题。
针对上面的问题，提出了如下方案，即在调整透射部和反射部的单元间隔的同时，将1/4波长板只设置于反射层部分的结构的半透射型液晶显示装置。在该液晶显示装置中，由于可以省略背光源侧和显示侧的一对相位差层，因此在高亮度化之外，可以使显示装置薄型化。
作为这样的半透射型的液晶显示装置，例如在特开2004-4494号公报中公开了一种液晶显示装置，其是设置有进行了任意形状图形化的反射层的半透射型液晶显示装置，而且是只在其反射显示区域设置相位差层(1/4波长板)的结构的液晶显示装置。利用该液晶显示装置，被反射层反射的从背光源而来的光，不被相位差层吸收，可形成光的再循环。另外，在没有外加电压时，通过调整透射显示区域和反射显示区域的元件间隔，使得透射显示区域的液晶层的相位的偏移为1/2波长、反射显示区域的液晶层的相位的偏移为1/4波长，从而实现了良好的亮度和对比度。
另外，Doornkamo等人提出了一种半透射型液晶显示装置的方案，在无外加电压时，调整透射显示区域和反射显示区域的元件间隔，使得透射显示区域的液晶层的相位的偏移为1/2波长、反射显示区域的液晶层的相位的偏移为1/4波长，进而通过将相位差板(1/4波长板)只设置于反射显示区域上的滤色器部分，得到亮度和对比度优异的半透射型液晶显示装置。(C.Doornkamo et.al.，SDI2004 Digest，670(2004))。
这样，由于相位差层只设置于反射显示区域上，所以有必要以与进行了任意形状图形化的反射层对应的形状，对相位差层也进行图形化。
但是，在特开2004-4494号公报中记载的方法中，相位差层的图形化，由于使用光刻蚀法，制造工序复杂，其结果是难以制造便宜的液晶显示装置。即，光刻蚀法是在相位差层上设置感光性树脂层，对该感光性树脂层进行更多任意形状的图形化后，将该感光性树脂层作为光掩模使用并且蚀刻相位差层，通过使相位差层残存于局部，形成了进行了任意形状图形化的相位差层，所以相位差层的图形化需要多道工序。
另外，根据Doornkamo等人的方案，由于通过光掩模来进行光照射，使一部分树脂硬化并进行相位差层的图形化，其后，通过光照射使未硬化部分的树脂硬化，从而需要二次的曝光，所以希望有更简便的方法。
发明内容
本发明的发明人最近发现，通过使用聚合性液晶作为形成相位差层的材料，利用光照射使聚合性液晶的一部分硬化，接着通过热处理使未硬化部分硬化，可以简单而且便宜地使相位差层图形化。本发明是基于这样的发现完成的。
因此，本发明的目的在于，提供一种可以简单而且便宜地制造光学元件的方法，所述光学元件是在半透射反射用的液晶显示装置中使用的、可给予进行了图形化的1/4波长的相位差的光学元件。另外，本发明的目的还在于提供一种利用上述方法得到的光学元件。
基于本发明的光学元件的制造方法，所说的光学元件是使光入射时产生相位差的液晶层部分和即使光入射也不产生相位差的各向同性层部分，进行任意形状图形化而成的，其特征在于，包含以下工序：
将含有聚合性液晶的涂布液，涂布于基体材料上形成涂膜的工序；
将上述聚合性液晶进行取向成为液晶相状态的工序；
通过向上述涂膜上通过光掩模照射电离射线，使液晶相状态的上述聚合性液晶进行聚合，从而只在照射部分上使上述聚合性液晶硬化来形成上述液晶层的工序；
以及将形成了上述涂膜的基板加热，使未硬化状态的上述聚合性液晶成为各向同性相的状态，通过使该状态下未硬化的上述聚合性液晶聚合，形成各向同性层的工序。
利用本发明的方法，可以简单而且便宜地制造一种光学元件，所述光学元件是在半透射反射用的液晶显示装置中使用的、可给予进行了图形化的1/4波长的相位差的光学元件。
附图说明
图1是显示基于本发明的光学元件的制造方法的一种形态的示意图。
图2是显示设置有基于本发明的光学元件的半透射型液晶显示装置的一例的剖面示意图。
图3是显示设置有基于本发明的光学元件的半透射型液晶显示装置的另外一例的剖面示意图。
具体实施方式
基于本发明的光学元件的制造方法，包含以下工序：将含有聚合性液晶的涂布液，涂布于基体材料上来形成涂膜的工序；将上述聚合性液晶进行取向从而成为液晶相状态的工序；通过在上述涂膜中通过光掩模照射电离射线，使液晶相状态的上述聚合性液晶进行聚合，从而只在照射部分上使上述聚合性液晶硬化来形成上述液晶层的工序；以及加热形成了上述涂膜的基板，使未硬化状态的上述聚合性液晶成为各向同性相的状态，通过使该状态下的未硬化的上述聚合性液晶进行聚合，从而形成各向同性层的工序。因此，利用该方法可以简单而且便宜地得到一种光学元件，所述光学元件是使光入射时产生相位差的液晶层部分、和即使光入射也不产生相位差的各向同性层部分，进行任意形状图形化而成的光学元件。下面，对各制造工序进行说明。
(1)形成液晶层的工序
图1是显示本发明的光学元件的制造方法的一种实施形态的示意图
首先，如图1(1)所示的那样，将含有聚合性液晶的涂布液，涂布于具有取向功能的基体材料上，形成涂膜。作为涂布方法，可以使用已知的技术。具体地说，利用辊涂法、凹板涂布法、滑动涂布法、浸渍法等，可将涂布液涂布于基板上。另外，为了提高基体材料和涂膜之间的粘接性，如特开平8-278491号公报上记载的那样，可以在基体材料上设置粘接层，然后将涂布液涂布于该粘接层上。
接着，将基体材料上形成的涂膜保持在聚合性液晶显现液晶结构的规定温度下(以下，将显现液晶结构的状态称为液晶相)，在该状态下，使用光掩模，将涂膜用电离射线进行曝光使聚合性液晶聚合硬化(以下，将液晶相硬化了的状态称为液晶相)。通过该工序，可在光学元件的任意位置上形成液晶层(参照图1的(2)和(3))。该液晶层以外的部分，即通过光掩模而未被电离射线曝光的部分，是液晶材料没有固化的状态(液晶相)。
作为使液晶相硬化的方法，在使用三维交联方法时，例如可通过添加光聚合引发剂进行紫外线照射来使液晶分子硬化。另外，也可以使用直接照射电子射线来使其硬化的方法。
使用紫外线作为电离射线时，也根据使用的聚合性液晶材料，一般优选200mJ/cm2左右的曝光量，曝光波长优选为200～450nm左右。另外，用电子射线进行曝光时，优选50～500Gy。
(2)形成各向同性层的工序
接着，如图1的(4)所示的那样，没有被电离射线照射的部分，即聚合性液晶没有硬化的部分(液晶相)，在转变为各向同性相的温度(以下，称为各向同性相转变温度)或其以上进行加热。在各向同性相转变温度或其以上，未硬化的聚合性液晶转变为各向同性相，液晶取向消失。此外，各向同性相转变温度可以利用DSC等的测定装置来测定。另外，对于由液晶相向各向同性相的相转变，一般通过偏振光显微镜也可以确认各向同性相转变温度。另一方面，通过前工序的电离射线照射而硬化的液晶层部分，由于是通过聚合而使液晶分子固定的，因此即使加热至各向同性相转变温度或其以上，液晶有序排列也不会混乱。
接着，如图1的(5)所示的那样，通过加热涂膜，使各向同性相状态的未硬化的聚合性液晶进行聚合而硬化，形成各向同性层。
这样，可以简单而且便宜地得到一种光学元件，所述光学元件是通过使涂布于基体材料上的聚合性液晶的整个部分硬化，使光入射时产生相位差的液晶层部分、和即使光入射也不产生相位差的各向同性层部分，进行任意形状图形化而成的光学元件。
接着，对本发明的制造方法中使用的各种材料进行说明。
基体材料
在本发明中，有必要使用具有取向功能的材料，使得涂布于基体材料上的聚合性液晶显现液晶相。作为这种具有取向功能的基体材料，可以列举在基体材料其具有取向功能的材料的情况和可在透明基板上形成取向膜并发挥作为具有取向功能的基体材料的功能的情况。
作为基体材料其具有取向功能的材料，可列举基体材料为拉伸薄膜的情况。通过这样使用拉伸薄膜，可以沿其拉伸方向将聚合性液晶进行取向。因而，由于基体材料的制造可以只通过准备拉伸薄膜来进行，所以具有所谓工序上极其简便的优点。作为这样的拉伸薄膜，可以使用市售的拉伸薄膜，另外根据需要也可形成各种材料的拉伸薄膜。
具体地说，可列举由聚碳酸酯类高分子、多芳基化合物或如聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚酯类高分子、聚酰亚胺类高分子、聚砜类高分子、聚醚砜类高分子、聚苯乙烯类高分子、如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烃类高分子、聚乙烯醇类高分子、乙酸纤维素类高分子、聚氯乙稀类高分子、聚甲基丙烯酸甲酯类高分子等的热塑性聚合物等构成的薄膜，或由液晶聚合物构成的薄膜等。
对于本发明，从拉伸倍率的范围大的观点、进而从容易得到等的观点出发，其中优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。
另外，在透明基板上形成取向膜并具有取向功能的基体材料，具有通过选择取向处理，可以选择比较宽范围的取向方向的优点。通过选择在透明基板上涂布的取向膜的取向处理方法，可实现各种的取向方向，而且可以进行更有效的取向。作为这种取向膜，通常可以适合使用在液晶显示装置等中所用的取向膜，一般地，通过在基体材料薄膜上层压取向膜，或将基体材料薄膜或在基体材料薄膜上层压的取向膜进行摩擦或偏振光处理，可给予基体材料薄膜取向功能。作为取向膜，通常使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇等。另外，摩擦处理通常使用下面的方法，即将从人造纤维、棉、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等的材料中选择的摩擦布卷绕在金属辊上，使其在与薄膜接触的状态下进行旋转，通过原样固定轧辊而传送基体材料薄膜，从而用摩擦布来摩擦薄膜的面。另外，即使通过使用光取向膜进行偏振光照射，也可得到具有取向功能的基体材料。
另外，作为透明基体材料，只要是由透明材料所形成的材料就没有特别限定，可使用例如石英玻璃、派拉克斯(Pyrex，注册商标)玻璃、合成石英板等的没有弯曲性的透明的刚性材料，或使用透明树脂薄膜、光学用树脂板等的具有弯曲性的透明的弹性材料。
另外，也可以使用市场上销售的取向膜。例如，可将サンエバ一(日产化学株式会社制)、QL和LXシリ一ズ(日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社制)、ALシリ一ズ(JSR株式会社制)、リクソンアライナ一(チツソ株式会社制)等的取向膜涂布于基板上，与上述同样地进行取向处理。
聚合性液晶
作为本发明中使用的聚合性液晶，只要是可以形成具有向列规则性、层列规则性的液晶相的聚合性液晶，就没有特别限定，但优选使用向列型液晶材料。在向列型液晶中，优选使用在液晶分子中具有2个或其以上的聚合性基团的向列型液晶。具体地说，可使用如特表平11-513019号公报中所公开那样的聚合性液晶。
聚合性液晶可以将聚合性单体分子、聚合性低聚物分子、聚合性聚合物分子等单独使用，也可以将其中2种或其以上混合来使用。
具体地说，适合使用如下述通式(1)表示的化合物：
Figure A20061006598600101
(式中，R1和R2分别表示氢或甲基，X表示氢、氯、溴、碘、碳原子数为1～4的烷基、甲氧基、氰基、硝基，a和b分别表示2～12的整数。)或下述列举的化合物：
Figure A20061006598600102
                                  X等于2到5的整数
另外，也可以将上述通式(1)所示的化合物或上述列举的化合物的2种或其以上混合使用。
通式(1)所示的化合物，从显示液晶相的温度范围的广度方面出发，优选R1和R2都是氢。另外，X优选为氯或甲基。进一步，表示作为分子链两端的(甲基)丙稀酰氧基和芳香环之间的间隔基的烷基链长的a和b，优选分别为4～10范围内的整数，更优选为6～9范围内的整数。a和b都为0时的通式(1)所示的化合物缺乏稳定性，容易发生加水分解，此外，化合物自身的结晶性也高。另外，当a和b分别为大于等于13时，各向同性转变温度(各向同性相转变温度)低。由于这样的理由，a和b不在2～12范围内的上述化合物显示液晶性的温度范围变窄，因此不优选。
另外，可列举作为市售材料的一例的RMM34(メルク社制)。
其他的成分
本发明优选含有聚合性液晶的涂布液也含有光聚合引发剂。作为光聚合引发剂，可适合使用自由基聚合性引发剂。自由基聚合性引发剂是利用紫外线等的能量来产生自由基的聚合引发剂，可列举例如，苄基(又称联苯甲酰)、苯偶姻异丁醚、苯偶姻异丙醚、二苯甲酮、苯甲酰苯甲酸、苯甲酰苯甲酸甲酯、4-苯甲酰基-4′-甲基二苯硫醚、2，2-二甲氧基苯基-苯乙酮、、二甲氨基苯甲酸甲酯、4-二甲氨基苯甲酸-2-正丁氧基乙酯、对二甲氨基苯甲酸异戊酯、3，3′-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-甲基-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-吗啉丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉基苯基)-丁烷-1-酮、1-(4-十二烷基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、2-氯噻吨酮、2，4-二乙基噻吨酮、2，4-二异丙基噻吨酮、2，4-二甲基噻吨酮、异丙基噻吨酮、1-氯-4-丙氧基噻吨酮等。本发明可以使用市售的光聚合引发剂，例如，可适合使用イルガキュア184、イルガキュア369、イルガキュア651、イルガキュア907(都是チバ·スペシヤリテイ一·ケミカルズ社制)、ダロキュア一(メルク社制)、アデカ1717(旭电化工株式会社制)等的酮类化合物、2，2′-二(邻-氯苯基)-4，5，4′，5′-四苯基-1，2′-联二咪唑(黑金化成株式会社制)等的联二咪唑类化合物。
另外，除了光聚合引发剂以外，在不损害本发明的目的范围内可以添加增感剂。
光聚合引发剂，优选在不会很大地损害聚合性液晶的液晶规则性的范围内添加。作为光聚合引发剂的添加量，一般可在0.01～15质量％、优选在0.1～12质量％、更优选在0.5～10质量％的范围内添加于聚合性液晶材料中。
本发明优选含有聚合性液晶的涂布液进一步含有热聚合引发剂。聚合性液晶也可以通过加热来进行聚合反应，但由于含有热聚合引发剂，因此各向同性相状态的聚合性液晶可以有效地聚合并硬化。
作为热聚合引发剂，可适合使用自由基聚合性引发剂。可列举例如偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、2，2′-偶氮二(2，4-二甲基-4-甲氧基戊腈)、偶氮二环己腈、二甲基-2，2′-偶氮异丁酯、4，4′-偶氮二(4-氰基戊酸)、1，1′-偶氮二(1-乙酰氧-1苯基乙烷)等的偶氮化合物，苯甲酰过氧化物、月桂酰过氧化物、过氧化叔丁酯、1，1-二(过氧化叔丁基)环己烷等的有机过氧化物。
热聚合引发剂优选在不会很大地损害聚合性液晶的液晶规则性的范围进行添加。作为光聚合引发剂的添加量，一般可在0.01～15质量％、优选在0.1～12质量％、更优选在0.5～10质量％的范围内添加于聚合性液晶材料中。
本发明使用的含有聚合性液晶的涂布液，优选含有表面活性剂。通过含有表面活性剂，可控制空气界面的液晶取向。
作为表面活性剂，只要不损害聚合性液晶材料的液晶显现性，就没有特别限定。可列举例如，聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基烯丙醚、聚氧乙烯衍生物、聚氧乙烯·聚氧丙烯嵌段聚合物、聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺等的非离子表面活性剂，脂肪酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基苯磺酸盐、琥珀酸烷基酯磺酸盐、烷基二苯醚二磺酸盐、烷基磷酸盐、聚氧乙烯烷基硫酸酯盐、萘磺酸甲醛缩合物、特殊聚羧酸类高分子表面活性剂、聚氧乙烯烷基磷酸酯等的阴离子表面活性剂等。
作为表面活性剂的添加量，一般可在0.01～1质量％、优选在0.05～0.5质量％的范围内添加于聚合性液晶材料中。
可以将聚合性液晶和上述的各种成分溶解于溶剂中来作为涂布液。作为可使用的溶剂，只要可溶解聚合性液晶和上述的各种成分，就没有特别限定，可优选使用有机溶剂。用旋涂法在基体材料上形成均匀的涂膜时，作为溶剂适合使用乙酸甲氧基丁酯、二乙二醇二甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、环己酮等。
通过电离射线照射而硬化的液晶层，必须在光入射时产生相位差。相位差是由延迟量，即液晶层的双折射率(Δn)和膜厚的积来决定的。因此，液晶层有必要以具有折射率各向异性的形式来形成。该折射率各向异性，根据所用液晶材料或基体材料表面的取向功能的不同而不同，但一般地对于与取向方向平行的面，在假设了与取向方向成直角的X轴和与取向方向平行的Y轴的情况下，X轴方向的折射率nx和Y轴方向的折射率ny的差Δn，即
Δn＝|nx-ny|
优选为0.03～0.20左右，更优选为0.05～0.15左右。Δn小于或等于0.03时，为了得到期望的延迟量需要增加膜厚，液晶层的取向性变差。另一方面，当Δn大于0.20时，液晶层变得过薄，难以控制膜厚。另外，双折射率的测定，可通过测定延迟量值和光学元件的膜厚来算出。
延迟量的值，可用KOBRA-21(王子计测机器社制)等的市售测定装置来测定。测定波长优选在可见光区域(380～780nm)，特别地更优选在相对可见度最大的550nm附近进行测定。
光学元件的膜厚，可以用触针式段差计来测定，可适合使用DEKTAK(Sloan社制)等的市售测定仪器。
半透射型液晶显示装置
图2是显示将基于本发明的方法得到的光学元件，装入到Insel型的半透射液晶显示装置中的情况的一例的示意图。液晶显示装置，如图2所示的那样，具有设置了液晶单元13和背光源20、且液晶单元13被夹持于第一基板11和第二基板18之间的结构。在液晶单元13中封入了TN(Twisted Nematic)液晶等。
在由透明材料构成的第二基板上，形成由铝、银或其合金等的反射率高的金属膜构成的半透射反射层17。在半透射反射层17中，在每个像素中设置了用于使从背光源射出的光透射过的开口部16，并由反射显示区域(金属膜存在的部分17)和透射显示区域(开口部的部分16)构成。
在半透射反射层上，设置了基于本发明的光学元件15。设置光学元件15，使得构成光学元件15的液晶层部分5成为反射显示区域17，并且各向同性层8成为透射显示区域16。另外，为了保护光学元件，也可以设置例如由丙烯酸类感光性树脂等的绝缘膜构成的保护层(图中未显示)。
在光学元件15上，设置由ITO等的透明导电膜构成的像素电极14b。接着，以覆盖像素电极14b的形式来层压由聚酰亚胺等构成的取向膜(图中未显示)。
第二基板18是由元件基板构成的，所述元件基板上形成有TFT等的像素开关元件、数据线、扫描线等(图中未显示)。另外，在第二基板的背光源侧，设置了第二偏振光板18。
在第一基板11的下侧(背光源侧)，设置具有R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的各种色素层的滤色器12，在其下方依次层压由透明导电膜构成的共用电极14a以及取向膜(图中未显示)。另外，在第一基板11的上侧(显示侧)设置第一偏振光板10。
液晶单元内的TN液晶，在施加电压时液晶分子沿电场方向立起，液晶单元相位的偏移在反射显示区域、透射显示区域同时变为0。与此相对，设计液晶的折射率各向异性Δn和液晶层厚度d，使得无施加电压时使液晶分子成为休眠状态，并使液晶单元相位的偏移在反射显示区域为1/4波长，在透射显示区域为1/2波长。第一基板下的取向膜的取向轴和第一偏振光板的透射轴为垂直或平行，液晶单元内的液晶分子，不施加电压时在第一基板和第二基板之间变成弯曲90℃的状态。
背光源20是由光源和反射板以及导光板构成的，在导光板的下面侧，设置反射板21，用于使透射过导光板中的光向着液晶单元侧射出。
接着，对半透射型液晶显示装置的显示原理进行说明。
首先，从显示侧入射的光(外光)，透射第一偏振光板10的线成为偏振光，并以该状态透射液晶单元13。然后，在透射光学元件15的液晶层部分5时给予了1/4波长的相位差，转换为圆偏振光。接着，该圆偏振光被半透射反射层17的表面反射，偏振光方向发生反转。偏振光方向反转了的圆偏振光，再次透射液晶层部分5，转换为线偏振光，并以该状态透射液晶单元13。该线偏振光由于具有与第一偏振光板10垂直的偏振光轴，被第一偏振光板吸收而不向观察者侧射出，从而成为暗显示。
另一方面，从背光源20射出的光，透射第二偏振光板19并成为线偏振光，以该状态透射液晶单元13。该线偏振光由于与上述同样地被第一偏振光板10吸收，从而成为暗显示。
在不施加电压的状态下，光透射液晶单元13时，通过TN液晶具有的旋光性而给予了1/2波长的相位偏移。因而，无论外光的情况(反射显示)还是背光源光的情况(透射显示)，透射第一偏振光板10的线偏振光，具有与偏振光板平行的偏振光轴，而且不吸收由第一偏振光板10射出的光，因此成为明显示。
另外，透射了第二偏振光板19的背光源光，成为线偏振光，由于该线偏振光被半透射反射层17的背面反射，可以该状态透射第二偏振光板19并返回背光源侧，因此可谋求光的再利用并实现亮度高的显示装置。
这样，通过在半透射型的液晶显示装置中使用基于本发明的光学元件，可简单而且便宜地制造具有高亮度、高对比度的液晶显示装置。
基于本发明的其他形态，作为半透射型液晶显示装置，如图3所示的那样，也可在第一基板侧设置相位差层。液晶显示装置如图3所示的那样，具有设置了液晶单元13和背光源20、且液晶单元13被夹持于第一基板11和第二基板18之间的结构。在液晶单元13中封入了TN(Twisted Nematic)液晶等。
在由透明材料构成的第二基板上，形成由铝、银或其合金等的反射率高的金属膜构成的半透射反射层17。在半透射反射层17中，在每个像素中设置了用于使从背光源射出的光透射过的开口部16，并由反射显示区域(金属膜存在的部分17)和透射显示区域(开口部的部分16)构成。
第一基板11的下侧(背光源侧)，设置具有R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的各种色素层的滤色器，在滤色器下侧(背光源侧)设置基于本发明的光学元件15。设置光学元件15，使得构成光学元件15的液晶层部分5成为与反射显示区域17对应的滤色器上的像素部，并且使各向同性层8成为与透射显示区域16对应的滤色器上的像素部。另外，为了保护光学元件，也可以设置由例如丙烯酸类感光性树脂等的绝缘膜构成的保护层(图中未显示)。
在光学元件15上，设置由ITO等的透明导电膜构成的像素电极14a。接着，以覆盖像素电极14a的形式来层压由聚酰亚胺等构成的取向膜(图中未显示)。另外，在第一基板11的上侧(显示侧)设置第一偏振光板10。
第二基板18是由元件基板构成的，所述元件基板上形成有TFT等的像素开关元件、数据线、扫描线等(图中未显示)。另外，在第二基板的背光源侧，设置了第二偏振光板18。
对上述的半透射型液晶显示装置的显示原理进行说明。
首先，从显示侧入射的光(外光)，透射第一偏振光板10成为线偏振光，进而透射液晶元件15的液晶层部分5，成为1/4波长的圆偏振光。以该状态透射液晶单元13，被半透射反射层17的表面反射，偏振光方向发生反转。接着以该状态透射液晶单元13，进而透射光学元件15的液晶层部分5，转换为线偏振光。该线偏振光由于具有与第一偏振光板10垂直的偏振光轴，所以被第一偏振光板吸收而不向观察者侧射出，从而成为暗显示。
另一方面，从背光源20射出的光，透射第二偏振光板19成为线偏振光，以该状态透射液晶单元13。该线偏振光，由于与上述同样地被第一偏振光板10吸收，所以成为暗显示。
在无外加电压状态下，光透射液晶单元13时，通过TN液晶具有的旋光性而给予了1/2波长的相位偏移。因而，无论外光的情况(反射显示)还是背光源光的情况(透射显示)，透射第一偏振光板10的线偏振光，具有与偏振光板平行的偏振光轴，而且不吸收由第一偏振光板10射出的光，因此成为明显示。
另外，透射第二偏振光板19的背光源光，成为线偏振光，由于该线偏振光被半透射反射层17的背面反射，可以该状态透射第二偏振光板19返回背光源侧，因此可谋求光的再利用并实现亮度高的显示装置。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限于实施例。
实施例1
(1)光学元件的制造
作为基体材料，使用在玻璃基板上设置有取向膜的基体材料。在100mm×100mm的玻璃基体材料上，用旋涂法涂布JSR株式会社制的取向膜(AL1254)，使得膜厚为0.065μm。在230℃的烘箱内进行1小时的烧成。然后，用摩擦装置对基体材料上的取向膜进行取向处理。
接着，在所得基体材料上，用旋涂法涂布下述组成的涂布液，使得烧成后的膜厚为0.8μm左右。
<涂布液组成>
聚合性液晶(RMM34：メルク社制)                                   23.75重量份
光聚合引发剂(Irg184：チバ·スペシヤリテイ一·ケミカルズ社制)    1.25
重量份
表面活性剂(ジエチレングリコ一ルジメチルエ一テル)                75重量份
接着，通过将基板在80℃下保持3分钟，使聚合性液晶成为液晶相的状态。向液晶相的相转移，通过涂膜由白浊变成透明进行了确认。在该状态下，在涂膜上通过任意形状的光掩模，用紫外线照射装置来照紫外线，使聚合性液晶进行三维交联而硬化。照射量为20mW/cm2×5秒。这样在基板上形成被图形化了的液晶层。
然后，通过将基体材料在230℃的烘箱内保持30分钟来进行烧成，使未硬化的聚合性液晶在各向同性相的状态下聚合而硬化。这样处理，得到了液晶层部分和各向同性层部分被进行了任意形状图形化的光学元件1。
(2)评价
所得光学元件1的液晶层部分的相位差(延迟量)，可用KOBRA-21(王子计测机器社制)来测定。测定在550nm处进行。与基板的法线方向对应的延迟量约为100nm。
另外，将光学元件1配置在设置正交尼科耳棱镜(cross nicol)的中间，使其相对于偏振光轴为45°，可确定光以图形形状透射的情况。
实施例2
(1)光学元件的制造
使用与实施例1所用材料相同的基体材料。在基体材料上，用旋涂法涂布下述组成的涂布液，使得烧成后的膜厚为0.8μm左右。
<涂布液组成>
聚合性液晶(RMM34：メルク社制)                                   22.5重量份
光聚合引发剂(Irg184：チバ·スペシヤリテイ一·ケミカルズ社制)    1.25
重量份
热聚合引发剂(AIBN：和光纯药社制)                                1.25重量份
表面活性剂(ジエチレングリコ一ルジメチルエ一テル)
75重量份
接着，通过将基板在80℃下保持3分钟，使聚合性液晶成为液晶相的状态。向液晶相的相转移，通过涂膜由白浊变成透明进行了确认。在该状态下，在涂膜上通过任意形状的光掩模，用紫外线照射装置来照紫外线，使聚合性液晶进行三维交联而硬化。照射量为20mW/cm2×5秒。这样在基板上形成了被图形化了的液晶层。
然后，通过将基体材料在130℃的烘箱内保持5分钟进行烧成，使未硬化的聚合性液晶在各向同性相的状态下聚合而硬化。这样处理，得到了液晶层部分和各向同性层部分被图形化了的光学元件2。
(2)评价
所得光学元件2的液晶层部分的相位差(延迟量)，与实施例1同样进行测定。其结果是与基板的法线方向对应的延迟量约为100nm。
另外，将光学元件2配置在设置正交尼科耳棱镜(cross nicol)的中间，使其相对于偏振光轴为45°，可确定光以图形形状透射的情况。

Claims (8)

1.一种制造光学元件的方法，所说的光学元件是使光入射时产生相位差的液晶层部分和即使光入射也不产生相位差的各向同性层部分，进行任意形状图形化而成的，其特征在于，包含以下工序：
将含有聚合性液晶的涂布液，涂布于基体材料上形成涂膜的工序；
将上述聚合性液晶进行取向成为液晶相状态的工序；
通过向上述涂膜上通过光掩模照射电离射线，使液晶相状态的上述聚合性液晶进行聚合，从而只在照射部分上使上述聚合性液晶硬化来形成上述液晶层的工序；
以及将形成了上述涂膜的基板加热，使未硬化状态的上述聚合性液晶成为各向同性相的状态，通过使该状态下未硬化的上述聚合性液晶聚合，形成各向同性层的工序。
2.如权利要求1所述的方法，上述液晶相部分，可将线偏振光转换为圆偏振光。
3.如权利要求1所述的方法，上述涂布液含有光聚合引发剂。
4.如权利要求3所述的方法，上述涂布液进一步含有热聚合引发剂。
5.如权利要求1所述的方法，上述聚合性液晶是向列型液晶。
6.如权利要求1所述的方法，在上述基体材料的表面上设置取向膜。
7.一种光学元件，是用权利要求1～6的任一项所述的方法得到的光学元件。
8.一种半透射型液晶显示装置，是设置权利要求7所述的光学元件而成的。
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