JP2004118185A - 積層位相差光学素子、その製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶セルとλ／４位相差板との間に配置してもコントラストを低下させることがなく、従って表示品位を低下させることがない、積層位相差光学素子を提供する。
【解決手段】液晶表示装置９０において、入射側の偏光板１０２Ａと液晶セル１０４との間には積層位相差光学素子１０が配置されており、出射側の偏光板１０２Ｂと液晶セル１０４との間にはλ／４位相差板１０２Ｃが配置されている。積層位相差光学素子１０は、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層１４と、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６とを備えている。λ／４位相差層１４は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶を主成分とし、Ｃプレート型位相差層１６は架橋されたカイラルネマチック液晶（架橋されたネマチック液晶及び架橋されたカイラル剤）又は架橋されたディスコチック液晶を主成分としている。
【選択図】図１

Description

　本発明は、液晶表示装置等に組み込まれて用いられる積層位相差光学素子に係り、とりわけ、液晶セル（液晶層）の光学特性の視角依存性を効果的に補償することができる積層位相差光学素子であって、薄膜で、且つ、界面反射によるコントラストの低下を効果的に抑制することが可能な積層位相差光学素子、その製造方法及び積層位相差光学素子を備えた液晶表示装置に関する。

　図１２は、従来の一般的な液晶表示装置を示す概略分解斜視図である。

　図１２に示すように、従来の液晶表示装置１００は、入射側の偏光板１０２Ａと、出射側の偏光板１０２Ｂと、液晶セル１０４とを備えている。

　このうち、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂは、所定の振動方向の振動面を有する直線偏光のみを選択的に透過させるように構成されたものであり、それぞれの振動方向が相互に直角の関係になるようにクロスニコル状態で対向して配置されている。また、液晶セル１０４は画素に対応する多数のセルを含むものであり、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されている。

　ここで、このような液晶表示装置１００において、液晶セル１０４が、負の誘電異方性を有するネマチック液晶が封止されたＶＡ（Vertical Alignment）方式（図中、液晶のダイレクターを点線で模式的に図示）を採用している場合を例に挙げると、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光は、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を透過する際に、位相シフトされずに透過し、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断される。これに対し、液晶セル１０４のうち駆動状態のセルの部分を透過する際には、直線偏光が位相シフトされ、この位相シフト量に応じた量の光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される。これにより、液晶セル１０４の駆動電圧を各セル毎に適宜制御することにより、出射側の偏光板１０２Ｂ側に所望の画像を表示することができる。なお、液晶表示装置１００としては、上述したような光の透過及び遮断の態様をとるものに限らず、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分から出射された光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される一方で、駆動状態のセルの部分から出射された光が出射側の偏光板１０２Ｂで遮断されるように構成された液晶表示装置も存在している。

　ところで、上述したようなＶＡ方式の液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を直線偏光が透過する場合を考えると、液晶セル１０４は複屈折性を有しており、厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なるので、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光のうち液晶セル１０４の法線に沿って入射した光は位相シフトされずに透過するものの、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光のうち液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に入射した光は液晶セル１０４を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。この現象は、ＶＡ方式の液晶セル１０４内のあるセルが非駆動状態であるときに、液晶セル１０４内で垂直方向に配向した液晶分子が、正のＣプレートとして作用することに起因したものである。なお、液晶セル１０４を透過する光（透過光）に対して生じる位相差の大きさは、液晶セル１０４内に封入された液晶分子の複屈折値や、液晶セル１０４の厚さ、透過光の波長等にも影響される。

　以上の現象により、液晶セル１０４内のあるセルが非駆動状態であり、本来的には直線偏光がそのまま透過され、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断されるべき場合であっても、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に出射された光の一部が出射側の偏光板１０２Ｂから洩れてしまうことになる。

　このため、上述したような従来の液晶表示装置１００においては、正面から観察される画像に比べて、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向から観察される画像の表示品位が悪化しやすいという問題（視角依存性の問題）がある。

　上述したような従来の液晶表示装置１００における視角依存性の問題を改善するため、現在までに様々な技術が開発されており、その一つとして、例えば特許文献１に記載されているように、コレステリック構造を有する位相差層（複屈折性を示す位相差層）を備えた位相差光学素子を用い、このような位相差光学素子を液晶セルと偏光板との間に配置することにより光学補償を行うようにした液晶表示装置が知られている。

　ここで、コレステリック構造を有する位相差光学素子では、λ＝ｎａｖ・ｐ（ｐ：液晶分子の螺旋構造における螺旋（ヘリカル）ピッチ、ｎａｖ：螺旋軸に直交する平面内での平均屈折率）で表される選択反射波長が、例えば特許文献２に記載されているように、透過光の波長よりも小さくなるか又は大きくなるように調整している。

　また、上述した視角依存性の問題を改善するための他の技術として、例えば特許文献３に記載されているように、ディスコチック液晶からなる位相差層（複屈折性を示す位相差層）を備えた位相差光学素子を用い、このような位相差光学素子を液晶セルと偏光板との間に配置することにより光学補償を行うようにした液晶表示装置も知られている。

　上述したような位相差光学素子においては、上述したＶＡ方式の液晶セルの場合と同様に、位相差層の法線から傾斜した方向に入射する直線偏光は、位相差層を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。この現象は、コレステリック液晶やディスコチック液晶が、負のＣプレートとして作用することに起因したものである。なお、位相差層を透過する光（透過光）に対して生じる位相差の大きさは、位相差層内の液晶分子の複屈折値や、位相差層の厚さ、透過光の波長等にも影響される。

　従って、上述したような位相差光学素子を用いれば、正のＣプレートとして作用するＶＡ方式の液晶セルで生じる位相差と、負のＣプレートとして作用する位相差光学素子の位相差層で生じる位相差とが相殺するように、位相差光学素子の位相差層を適宜設計することにより、液晶表示装置の視角依存性の問題を大幅に改善することが可能である。

　なお、このような液晶表示装置の視角依存性の問題は、例えば特許文献４に記載されているように、負のＣプレートとして作用する位相差層（即ち、面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとしたときに、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚの関係を有する位相差層）と、Ａプレートとして作用する位相差層（即ち、面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとしたときに、Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚの関係を有する位相差層）とを併用すると、さらに大幅に改善することが可能である。

　ところで、上述したようなＶＡ方式の液晶セルを備えた液晶表示装置においては、電界を印加した際に傾斜する液晶分子の方向が複数あるような、いわゆるマルチドメインのＶＡ方式の液晶セルを備えたものが存在している。そして、このような液晶表示装置においては、マルチドメインのＶＡ方式の液晶セルに入射する光が直線偏光である場合には光透過率が低下するが、当該液晶セルに入射する光がλ／４位相差板により円偏光に変換されている場合には光透過率の低下を効果的に防止することが知られている（特許文献５や非特許文献１）。

　しかしながら、特許文献５や非特許文献１に記載されているような液晶表示装置では、マルチドメインのＶＡ方式の液晶セルに入射する光をλ／４位相差板により円偏光に変換することにより光透過率の低下を防止することができるものの、本発明者の知見として、上述した視角依存性の問題を改善することを目的として、マルチドメインのＶＡ方式の液晶セルとλ／４位相差板と間に、負のＣプレートとして作用する位相差層を配置した場合、コントラストが大幅に低下することが判明した。

　一方、上述したような背景技術に関連して、λ／４位相差板の波長分散を改善するための方法として、例えば特許文献６に記載されているように、λ／２位相差板とλ／４位相差板とを所定の角度で貼り合わせる方法が知られている。また、位相差層をパターニングする方法に関しては、例えば特許文献７に記載されているように、３次元画像を目的としてパターニングしたλ／２位相差層上にパターニングしないλ／４位相差層を積層する方法が知られている。

　さらに、本発明者は既に、入射した直線偏光を円偏光に変換するλ／２位相差層とλ／４位相差層とからなる位相差層（ネマチック液晶を主成分とするもの）と、位相差層で変換された円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶フィルターとを備えたフィルター基板に関する特許出願（特許文献７参照）をしている。また、本発明者は既に、ネマチック層を形成し得る液晶材料をパターン状に形成した位相差積層体に関する特許出願（特許文献９参照）をしている。
特開平３−６７２１９号公報 特開平４−３２２２２３号公報 特開平１０−３１２１６６号公報 特開平１１−２５８６０５号公報 特開２００２−４０４２８号公報 特開平１０−６８８１６号公報 特開平１０−２２７９９８号公報 特願２００１−３４２６９８号（特開２００３−１３９９４１号公報参照） 特願２００２−２５９１５０号（特開２００３−２０７６４１号公報参照） SID(Society for Information Display) '00, Digest of Tech. Papers, 902(2000)

　本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、液晶セルの光学特性の視角依存性を効果的に補償することができる積層位相差光学素子であって、液晶セルとλ／４位相差板との間に配置してもコントラストを低下させることがなく、従って表示品位を低下させることがない、積層位相差光学素子、その製造方法及び積層位相差光学素子を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

　本発明は、第１の解決手段として、Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層と、前記Ａプレート型位相差層の表面に光学的に接合され、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層とを備え、前記Ａプレート型位相差層は架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層は架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなることを特徴とする積層位相差光学素子を提供する。

　なお、本発明の第１の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層であることが好ましい。

　また、本発明の第１の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層のうち前記Ｃプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層をさらに備えることが好ましい。

　ここで、前記λ／２位相差層は架橋されたネマチック液晶からなることが好ましい。また、前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層の進相軸と前記λ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であることが好ましい。

　また、本発明の第１の解決手段において、前記Ｃプレート型位相差層はその厚さが５μｍ以下であることが好ましい。

　さらに、本発明の第１の解決手段においては、前記Ｃプレート型位相差層のうち前記Ａプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、負のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層をさらに備え、前記追加のＣプレート型位相差層は架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層及び前記追加のＣプレート型位相差層はその厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであることが好ましい。

　さらに、本発明の第１の解決手段においては、前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えることが好ましい。

　ここで、前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層の進相軸と前記偏光層の透過軸とがなす角度が４５±２度（好ましくは４５度）であることが好ましい。

　さらに、本発明の第１の解決手段においては、前記λ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えることが好ましい。

　ここで、前記λ／２位相差層の進相軸と前記偏光層の透過軸とがなす角度が１５±５度（好ましくは１５±２度）であることが好ましい。

　さらに、本発明の第１の解決手段においては、互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であることが好ましい。ここで、好ましくは、互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であるとよい。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることが好ましい。また、前記Ｃプレート型位相差層も所定のパターンにパターニングされていることが好ましい。

　本発明は、第２の解決手段として、Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層と、前記Ａプレート型位相差層の表面に光学的に接合され、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層とを備え、前記Ａプレート型位相差層は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層は、垂直配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなることを特徴とする積層位相差光学素子を提供する。

　なお、本発明の第２の解決手段において、前記Ｃプレート型位相差層はその厚さが５μｍ以下であることが好ましい。

　また、本発明の第２の解決手段においては、前記Ｃプレート型位相差層のうち前記Ａプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、正のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層をさらに備え、前記追加のＣプレート型位相差層は架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層及び前記追加のＣプレート型位相差層はその厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであることが好ましい。

　さらに、本発明の第２の解決手段においては、前記Ａプレート型位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えることが好ましい。

　さらに、本発明の第２の解決手段においては、互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であることが好ましい。ここで、好ましくは、互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であるとよい。

　さらに、本発明の第２の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることが好ましい。また、前記Ｃプレート型位相差層も所定のパターンにパターニングされていることが好ましい。

　本発明は、第３の解決手段として、配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層を形成する工程と、形成された前記Ａプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、積層位相差光学素子の製造方法を提供する。

　なお、本発明の第３の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／４位相差層であることが好ましい。

　また、本発明の第３の解決手段においては、配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／２位相差層を形成する工程をさらに含み、前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記配向膜ではなく前記λ／２位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、前記Ａプレート型位相差層を形成することが好ましい。

　また、本発明の第３の解決手段においては、形成された前記Ｃプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、このコーティングされた液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状の追加のＣプレート型位相差層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。

　なお、本発明の第３の解決手段においては、前記Ａプレート型位相差層上に前記Ｃプレート型位相差層を形成する工程において、前記Ａプレート型位相差層の表面の配向規制力を用いて前記Ｃプレート型位相差層を配向させることが好ましい。ここで、前記Ａプレート型位相差層の表面にラビング処理を施すことにより当該Ａプレート型位相差層の表面に配向規制力を与えるようにしてもよい。また、前記Ａプレート型位相差層の表面に追加の配向膜を形成する工程をさらに含み、前記Ｃプレート型位相差層を形成する工程において、前記追加の配向膜の表面の配向規制力を用いて前記Ｃプレート型位相差層を配向させるようにしてもよい。なお、前記追加の配向膜の表面の配向規制力の方位角を、当該配向膜へのラビング処理又は当該配向膜の光配向によって具現化するとよい。

　また、本発明の第３の解決手段においては、前記λ／２位相差層上に前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記λ／２位相差層の表面の配向規制力を用いて前記Ａプレート型位相差層を配向させることが好ましい。ここで、前記λ／２位相差層の表面にラビング処理を施すことにより当該λ／２位相差層の表面に配向規制力を与えるようにしてもよい。また、前記λ／２位相差層の表面に追加の配向膜を形成する工程をさらに含み、前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記追加の配向膜の表面の配向規制力を用いて前記Ａプレート型位相差層を配向させるようにしてもよい。なお、前記追加の配向膜の表面の配向規制力の方位角を、当該配向膜へのラビング処理又は当該配向膜の光配向によって具現化するとよい。

　本発明は、第４の解決手段として、配向膜上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成する工程と、形成された前記Ｃプレート型位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、積層位相差光学素子の製造方法を提供する。

　なお、本発明の第４の解決手段において、前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／４位相差層であることが好ましい。

　本発明は、第５の解決手段として、ＶＡ方式の液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、上述した第１の解決手段に係る積層位相差光学素子（λ／４位相差層及びＣプレート型位相差層を備えたもの）とを備え、前記Ｃプレート型位相差層が前記液晶セルに近い方の側にくるように前記積層位相差光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

　なお、本発明の第５の解決手段においては、前記液晶セルのうち前記積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層が配置されていることが好ましい。

　また、本発明の第５の解決手段においては、前記追加のλ／４位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、前記追加のλ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層が配置されていることが好ましい。

　ここで、前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記追加の偏光層の透過軸とがなす角度が４５±２度（好ましくは４５度）であることが好ましい。

　さらに、本発明の第５の解決手段においては、前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記積層位相差光学素子に含まれるλ／４位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であることが好ましい。

　なお、本発明の第５の解決手段において、前記液晶セル内に封入された液晶分子は、電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜することが好ましい。

　本発明は、第６の解決手段として、ＶＡ方式の液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、上述した第１の解決手段に係る積層位相差光学素子（λ／２位相差層、λ／４位相差層及びＣプレート型位相差層を備えたもの）とを備え、前記Ｃプレート型位相差層が前記液晶セルに近い方の側にくるように前記積層位相差光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

　なお、本発明の第６の解決手段においては、前記液晶セルのうち前記積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層が配置され、且つ、前記追加のλ／４位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与える追加のλ／２位相差層が配置されていることが好ましい。

　ここで、前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記追加のλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であることが好ましい。

　また、本発明の第６の解決手段においては、前記追加のλ／２位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、前記追加のλ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層が配置されている。

　ここで、前記追加のλ／２位相差層の進相軸と前記追加の偏光層の透過軸とがなす角度が１５±５度（好ましくは１５±２度）であることが好ましい。

　さらに、本発明の第６の解決手段においては、前記追加のλ／２位相差層の進相軸と前記積層位相差光学素子に含まれるλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であることが好ましい。

　なお、本発明の第６の解決手段において、前記液晶セル内に封入された液晶分子は、電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜することが好ましい。

　本発明の第１の解決手段によれば、Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）と、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層とを光学的に接合し、且つ、Ａプレート型位相差層が架橋されたネマチック液晶からなり、Ｃプレート型位相差層が架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなるようにしているので、偏光板を透過することで得られた直線偏光をＡプレート型位相差層で円偏光等に変換した上で、Ｃプレート型位相差層によりＶＡ方式の液晶セルで生じる位相差を相殺することができ、このため、積層位相差光学素子が組み込まれる液晶表示装置のＶＡ方式の液晶セルがいわゆるマルチドメインのＶＡ方式の液晶セルである場合であっても視角依存性を効果的に補償することができる。また、本発明の第１の解決手段によれば、Ａプレート型位相差層及びＣプレート型位相差層が光学的に接合され、且つ、Ａプレート型位相差層及びＣプレート型位相差層が架橋された液晶からなっているので、両者の層が積層された積層位相差光学素子の薄膜化が可能であり、且つ、液晶表示装置に組み込んでも積層位相差光学素子の界面反射が原因で生じるコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

　なお、本発明の第１の解決手段において、Ａプレート型位相差層としてのλ／４位相差層のうちＣプレート型位相差層の反対側の表面に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層を光学的に接合するようにすれば、λ／２位相差層によりλ／４位相差層での波長分散を効果的に補正して、全体として広帯域なλ／４位相差層を実現することができる。

　ここで、λ／２位相差層が架橋されたネマチック液晶からなるようにすれば、コントラストの低下をさらに効果的に抑制することができる。

　また、Ａプレート型位相差層としてのλ／４位相差層の進相軸とλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であるようにすれば、λ／４位相差層での波長分散を確実に補正することができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、Ｃプレート型位相差層の厚さを５μｍ以下であるようにすれば、Ｃプレート型位相差層を形成するための液晶層の片側の表面のみを、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）の表面の配向規制力、又はＡプレート型位相差層上に形成された配向膜の表面の配向規制力によって配向させた場合でも、Ｃプレート型位相差層中の液晶分子を良好に配向させることができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、Ｃプレート型位相差層のうちＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）の反対側の表面に、負のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層を光学的に接合し、且つ、この追加のＣプレート型位相差層が架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなり、Ｃプレート型位相差層及び追加のＣプレート型位相差層の厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであるようにすれば、負のＣプレートとしてのＣプレート型位相差層により補償する必要があるＶＡ方式の液晶セルのリターデーションが高い場合でも効果的に対応することができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、Ａプレート型位相差層としてのλ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層を設けるようにすれば、例えば直線偏光を円偏光へ、又は、円偏光を直線偏光へ変換することができ、積層位相差光学素子に所望の偏光作用を与えることができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、Ａプレート型位相差層としてのλ／４位相差層とともに用いられるλ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層を設けるようにすれば、例えば直線偏光を円偏光へ、又は、円偏光を直線偏光へ変換することができ、λ／４位相差層及びλ／２位相差層により広帯域のλ／４位相差層を実現しながら、積層位相差光学素子に所望の偏光作用を与えることができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であるようにすれば、積層位相差光学素子内の界面反射を防止してコントラストの低下をより効果的に抑制することができる。

　ここで、互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であるようにすれば、上述した効果をより確実に得ることができる。

　さらに、本発明の第１の解決手段において、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）（又はλ／２位相差層）を所定のパターンにパターニングするようにすれば、積層位相差光学素子が組み込まれる液晶表示装置において、電界を印加して駆動させる液晶セルに入射する円偏光を、例えば右円偏光と左円偏光といった少なくとも２種類のものにすることができ、これにより、いわゆる３次元ディスプレイを作製することも可能となる。また、Ｃプレート型位相差層（又は追加のＣプレート型位相差層）をＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）（又はλ／２位相差層）のパターン等に合わせて所定のパターンにパターニングするようにすれば、視角依存性の異なる少なくとも２種類の位相差領域を形成することができ、使用用途に応じた積層位相差光学素子を提供することが可能となる。

　本発明の第２の解決手段によれば、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層が、（正の）Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層の表面に光学的に接合され、Ａプレート型位相差層が、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなり、Ｃプレート型位相差層が、垂直配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなるようにしているので、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合に、クロスニコル状態の偏光板の法線から傾斜した方向に入射する光の位相シフト量を、Ｃプレート型位相差層及びＡプレート型位相差層で補償することができる。このため、このような積層位相差光学素子が組み込まれた液晶表示装置において、偏光板から洩れてしまう斜め方向の洩れ光をなくし、液晶表示装置の視野角特性を向上させることができる。また、本発明の第２の解決手段によれば、Ｃプレート型位相差層及びＡプレート型位相差層が光学的に接合され、且つ、Ｃプレート型位相差層及びＡプレート型位相差層が架橋された液晶からなっているので、両者の層が積層された積層位相差光学素子の薄膜化が可能であり、且つ、液晶表示装置に組み込んでも積層位相差光学素子の界面反射が原因で生じるコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

　なお、本発明の第２の解決手段において、Ｃプレート型位相差層の厚さを５μｍ以下であるようにすれば、Ｃプレート型位相差層を形成するための液晶層の片側の表面のみを、Ａプレート型位相差層の表面の配向規制力、又はＡプレート型位相差層上に形成された配向膜の表面の配向規制力によって配向させた場合でも、Ｃプレート型位相差層中の液晶分子を良好に配向させることができる。

　また、本発明の第２の解決手段において、Ｃプレート型位相差層のうちＡプレート型位相差層の反対側の表面に、正のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層を光学的に接合し、且つ、この追加のＣプレート型位相差層が架橋されたネマチック液晶からなり、Ｃプレート型位相差層及び追加のＣプレート型位相差層の厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであるようにすれば、正のＣプレートとしてのＣプレート型位相差層により補償する必要がある位相シフト量が高い場合でも効果的に対応することができる。

　さらに、本発明の第２の解決手段において、Ａプレート型位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層を設けるようにすれば、積層位相差光学素子に所望の偏光作用を与えることができる。

　さらに、本発明の第２の解決手段において、互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であるようにすれば、積層位相差光学素子内の界面反射を防止してコントラストの低下をより効果的に抑制することができる。

　ここで、互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であるようにすれば、上述した効果をより確実に得ることができる。

　さらに、本発明の第２の解決手段において、Ａプレート型位相差層を所定のパターンにパターニングするようにすれば、積層位相差光学素子が組み込まれる液晶表示装置において、電界を印加して駆動させる液晶セルに入射する円偏光を、例えば右円偏光と左円偏光といった少なくとも２種類のものにすることができ、これにより、いわゆる３次元ディスプレイを作製することも可能となる。また、Ｃプレート型位相差層（又は追加のＣプレート型位相差層）をＡプレート型位相差層のパターン等に合わせて所定のパターンにパターニングするようにすれば、視角依存性の異なる少なくとも２種類の位相差領域を形成することができ、使用用途に応じた積層位相差光学素子を提供することが可能となる。

　本発明の第３の解決手段によれば、配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）を形成し、次いで、形成されたＡプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成するようにしているので、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）及びＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子であって、液晶セルの光学特性の視角依存性を効果的に補償することができる、薄膜で、且つ、界面反射によるコントラストの低下を抑制することが可能な積層位相差光学素子を、高い生産性で製造することができる。

　また、本発明の第３の解決手段において、配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／２位相差層を形成する工程をさらに含み、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）を形成する工程において、配向膜ではなくλ／２位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレート型位相差層を形成するようにすれば、λ／２位相差層、Ａプレート型位相差層及びＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子であって、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）での波長分散を効果的に補正することができる積層位相差光学素子が得られる。

　さらに、本発明の第３の解決手段において、形成されたＣプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、このコーティングされた液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状の追加のＣプレート型位相差層を形成するようにすれば、負のＣプレートとして作用する比較的厚膜なＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子が得られる。

　なお、本発明の第３の解決手段においては、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）上にＣプレート型位相差層を形成する工程において、Ａプレート型位相差層の表面の配向規制力を用いてＣプレート型位相差層を配向させるようにすれば、Ａプレート型位相差層上に配向膜を形成することなく積層位相差光学素子を製造することができる。

　また、本発明の第３の解決手段においては、λ／２位相差層上にＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）を形成する工程において、λ／２位相差層の表面の配向規制力を用いてＡプレート型位相差層を配向させるようにすれば、λ／２位相差層上に配向膜を形成することなく積層位相差光学素子を製造することができる。

　本発明の第４の解決手段によれば、配向膜上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成し、次いで、形成されたＣプレート型位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）を形成するようにしているので、Ａプレート型位相差層（好ましくはλ／４位相差層）及びＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子であって、液晶セルの光学特性の視角依存性を効果的に補償することができる、薄膜で、且つ、界面反射によるコントラストの低下を抑制することが可能な積層位相差光学素子を、高い生産性で製造することができる。

　本発明の第５の解決手段によれば、液晶表示装置のＶＡ方式の液晶セルと偏光板との間に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層及び負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子を、Ｃプレート型位相差層が液晶セルに近い方の側にくるように配置し、液晶セルへ入射及び／又は液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償するので、Ｃプレート型位相差層によりＶＡ方式の液晶セルで生じる位相差を相殺することができ、このため、ＶＡ方式の液晶セルがいわゆるマルチドメインのＶＡ方式の液晶セルである場合であっても視角依存性を効果的に補償することができる。また、本発明の第５の解決手段によれば、積層位相差光学素子のλ／４位相差層及びＣプレート型位相差層が光学的に接合され、且つ、λ／４位相差層及びＣプレート型位相差層が架橋された液晶からなっているので、両者の層が積層された積層位相差光学素子の薄膜化が可能であり、且つ、積層位相差光学素子の界面反射が原因で生じるコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

　なお、本発明の第５の解決手段において、液晶セルのうち積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層を配置するようにすれば、一対のλ／４位相差層によりＶＡ方式の液晶セルとＣプレート型位相差層とを挟み込むことができ、一方のλ／４位相差層により直線偏光を円偏光へ変換し、さらに、別のλ／４位相差層により円偏光を直線偏光へ変換することが可能となり、円偏光ＶＡモードの液晶表示装置を実現することができる。

　また、本発明の第５の解決手段において、追加のλ／４位相差層のうち液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、追加のλ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層を設けるようにすれば、例えば直線偏光を円偏光へ、又は、円偏光を直線偏光へ変換することができ、積層位相差光学素子に所望の偏光作用を与えてＶＡ方式の液晶セルを光シャッターとして効果的に使用することができる。

　さらに、本発明の第５の解決手段において、追加のλ／４位相差層の進相軸と積層位相差光学素子に含まれるλ／４位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であるようにすれば、高いコントラストの液晶表示装置が得られる。

　なお、本発明の第５の解決手段において、ＶＡ方式の液晶セルが、液晶セル内に封入された液晶分子が電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜するものである場合には、液晶セルを透過する光として円偏光を用いることが可能となり、上述した効果をより顕著に得ることができる。

　本発明の第６の解決手段によれば、液晶表示装置のＶＡ方式の液晶セルと偏光板との間に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層及び負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層を備えた積層位相差光学素子を、Ｃプレート型位相差層が液晶セルに近い方の側にくるように配置し、液晶セルへ入射及び／又は液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償するので、Ｃプレート型位相差層によりＶＡ方式の液晶セルで生じる位相差を相殺することができ、このため、ＶＡ方式の液晶セルがいわゆるマルチドメインのＶＡ方式の液晶セルである場合であっても視角依存性を効果的に補償することができる。また、本発明の第５の解決手段によれば、積層位相差光学素子のλ／２位相差層、λ／４位相差層及びＣプレート型位相差層が光学的に接合され、且つ、λ／２位相差層、λ／４位相差層及びＣプレート型位相差層が架橋された液晶からなっているので、両者の層が積層された積層位相差光学素子の薄膜化が可能であり、且つ、積層位相差光学素子の界面反射が原因で生じるコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

　なお、本発明の第６の解決手段において、液晶セルのうち積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層を配置し、且つ、追加のλ／４位相差層のうち液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与える追加のλ／２位相差層を配置するようにすれば、一対のλ／４位相差層によりＶＡ方式の液晶セルとＣプレート型位相差層とを挟み込むことで円偏光ＶＡモードの液晶表示装置を実現するとともに、λ／２位相差層によりλ／４位相差層での波長分散を効果的に補正して、全体として広帯域なλ／４位相差層を実現することができる。

　ここで、追加のλ／４位相差層の進相軸と追加のλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であるようにすれば、λ／４位相差層での波長分散を確実に補正することができる。

　また、本発明の第６の解決手段において、追加のλ／２位相差層のうち液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、追加のλ／４位相差層とともに用いられるλ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層を設けるようにすれば、例えば直線偏光を円偏光へ、又は、円偏光を直線偏光へ変換することができ、λ／４位相差層及びλ／２位相差層により広帯域のλ／４位相差層を実現しながら、積層位相差光学素子に所望の偏光作用を与えてＶＡ方式の液晶セルを光シャッターとして効果的に使用することができる。

　さらに、本発明の第６の解決手段において、追加のλ／２位相差層の進相軸と積層位相差光学素子に含まれるλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であるようにすれば、高いコントラストの液晶表示装置が得られる。

　なお、本発明の第６の解決手段において、ＶＡ方式の液晶セルが、液晶セル内に封入された液晶分子が電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜するものである場合には、液晶セルを透過する光として円偏光を用いることが可能となり、上述した効果をより顕著に得ることができる。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

　まず、図１により、本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子が組み込まれて用いられる液晶表示装置について説明する。

　図１に示すように、液晶表示装置９０は、入射側の偏光板１０２Ａと、出射側の偏光板１０２Ｂと、液晶セル１０４とを備えている。

　このうち、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂは、所定の振動方向の振動面を有する直線偏光のみを選択的に透過させるように構成されたものであり、それぞれの振動方向が相互に直角の関係になるようにクロスニコル状態で対向して配置されている。また、液晶セル１０４は画素に対応する多数のセルを含むものであり、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されている。

　ここで、液晶表示装置９０において、液晶セル１０４は、負の誘電異方性を有するネマチック液晶が封止されたＶＡ方式を採用しており、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光は、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を透過する際には、位相シフトされずに透過し、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断される。これに対し、液晶セル１０４のうち駆動状態のセルの部分を透過する際には、直線偏光が位相シフトされ、この位相シフト量に応じた量の光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される。これにより、液晶セル１０４の駆動電圧を各セル毎に適宜制御することにより、出射側の偏光板１０２Ｂ側に所望の画像を表示することができる。ＶＡ方式の液晶セル１０４は、電界を印加した際に傾斜する液晶分子の方向が複数あるような、いわゆるマルチドメインのＶＡ方式の液晶セルであることが好ましい。

　このような構成からなる液晶表示装置９０において、入射側の偏光板１０２Ａと液晶セル１０４との間には積層位相差光学素子１０が配置されており、出射側の偏光板１０２Ｂと液晶セル１０４との間にはλ／４位相差板１０２Ｃが配置されている。また、積層位相差光学素子１０は、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層（Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層）１４と、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６とを備えている。なお、λ／４位相差層１４により与えられる位相差（リターデーション）は、対象となる光の波長に合わせて適宜設計されるものであり、具体的には例えば、可視光域（４００〜８００ｎｍ）内のうち視感度等を考慮して選択された任意の波長に合わせて設計される。また、積層位相差光学素子１０は、図１に示すように、λ／４位相差層１４が入射側の偏光板１０２Ａ側を向き、Ｃプレート型位相差層１６が液晶セル１０４側を向くように配置されていることが好ましく、これにより、所望の性能を効果的に得ることができる。

　ここで、積層位相差光学素子１０は、上述したようにλ／４位相差層１４を備えているので、ＶＡ方式の液晶セル１０４は、入射側の偏光板１０２Ａ側に配置された積層位相差光学素子１０のλ／４位相差層１４と、出射側の偏光板１０２Ｂ側に配置されたλ／４位相差板１０２Ｃとに挟まれた状態で駆動される。なお、ＶＡ方式の液晶セル１０４に入射する光が円偏光である液晶ディスプレイ駆動モードは、円偏光ＶＡモードと呼ばれる。

　また、積層位相差光学素子１０は、上述したように負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６を備えているので、液晶セル１０４に入射する光のうち液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に入射する光の偏光状態を補償することができる。

　次に、図２により、図１に示す液晶表示装置において積層位相差光学素子１０により行われる光学補償の原理について説明する。

　ここで、図２は、液晶表示装置９０の液晶セル１０４が非駆動状態である場合における光学補償の原理を模式的に示した図であり、光源（図示せず）から出射された無偏光Ｗ１、Ｗ２が液晶表示装置９０に入射した場合を示す図である。なお、図中、「←→」、「・」はともに直線偏光を示しており、「←→」は直線偏光の電界振動ベクトルが紙面の面内方向を向いている状態、「・」は直線偏光の電界振動ベクトルが紙面に垂直な方向を向いている状態を示している。一方、矢印付きの円は円偏光を示している。

　図２において、光源（図示せず）から出射され液晶セル１０４の法線に沿って入射する無偏光Ｗ１は、入射側の偏光板１０２Ａによって「・」方向の直線偏光成分が吸収される一方で、残りの「←→」方向の直線偏光成分が透過し、直線偏光となる。

　このような直線偏光は、積層位相差光学素子１０のλ／４位相差層１４によって円偏光に変換され、積層位相差光学素子１０のＣプレート型位相差層１６及び電界が印加されていない液晶セル１０４をそのままの偏光状態（円偏光）で透過する。

　そして、このようにして液晶セル１０４を透過した円偏光は、λ／４位相差板１０２Ｃによって「←→」方向の直線偏光に変換され、「・」方向の直線偏光成分のみを透過する出射側の偏光板１０２Ｂによって遮断される。

　一方、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に入射する無偏光Ｗ２は、入射側の偏光板１０２Ａによって「・」方向の直線偏光成分が吸収される一方で、「←→」方向の直線偏光成分が透過し、直線偏光となる。

　このような直線偏光は、積層位相差光学素子１０のλ／４位相差層１４によって円偏光に変換されるが、ＶＡ方式の液晶セル１０４は正のＣプレートとして作用するので、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に入射した光は液晶セル１０４を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。

　しかしながら、図２に示す液晶表示装置９０では、積層位相差光学素子１０のＣプレート型位相差層１６により、電界が印加されていない液晶セル１０４が正のＣプレートとして作用することに起因する位相シフト量を予め減じた楕円偏光としているので、電界が印加されていない液晶セル１０４を透過した時点では円偏光に戻る。

　このため、このようにして液晶セル１０４を透過した円偏光は、液晶セル１０４の法線に沿って無偏光Ｗ１が入射する場合と同様に、λ／４位相差板１０２Ｃによって「←→」方向の直線偏光に変換され、「・」方向の直線偏光成分のみを透過する出射側の偏光板１０２Ｂによって遮断される。

　以上のとおり、図１及び図２に示す液晶表示装置９０によれば、入射側の偏光板１０２Ａと液晶セル１０４との間に積層位相差光学素子１０を配置し、液晶セル１０４で生じる位相シフト（リターデーション）を光学的に補償しているので、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に出射された光の一部が出射側の偏光板１０２Ｂから洩れてしまうことを防止し、液晶表示装置９０の視角依存性の問題を改善して視野角特性を向上させることができる。

　なお、図１及び図２に示す液晶表示装置９０は、光が厚さ方向の一方の側から他方の側へ透過する透過型であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した実施の形態に係る積層位相差光学素子１０を反射型の液晶表示装置や半透過型（反射／透過両用型）の液晶表示装置に組み込んで用いることもできる。

　また、図１及び図２に示す液晶表示装置９０では、上述した実施の形態に係る積層位相差光学素子１０を液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間に配置しているが、光学補償の態様によっては、積層位相差光学素子１０を液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間に配置してもよい。また、積層位相差光学素子１０を液晶セル１０４の両側（液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間、及び液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間）に配置してもよい。なお、液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間、又は液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間に配置される積層位相差光学素子は一つに限らず、複数配置されていてもよい。

　次に、図３（Ａ）により、図１に示す液晶表示装置９０に組み込まれて用いられる積層位相差光学素子１０の構成について説明する。

　図３（Ａ）に示すように、積層位相差光学素子１０は、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層（第１の位相差層）１４と、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層（第２の位相差層）１６とを備えている。なお、λ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６は、透明基板１２上にこの順番で順に積層されており、λ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６は互いに光学的に接合されている。

　なお、図３（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０では、透明基板１２上にλ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６がこの順番で順に積層されているが、これに限らず、図３（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０′のように、透明基板１２上にＣプレート型位相差層１６及びλ／４位相差層１４がこの順番で順に積層されていてもよい。

　ここで、λ／４位相差層１４は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶を主成分とし、Ｃプレート型位相差層１６は架橋されたカイラルネマチック液晶（架橋されたネマチック液晶及び架橋されたカイラル剤）又は架橋されたディスコチック液晶を主成分としている。

　なお、ネマチック液晶の材料としては、３次元架橋可能な液晶性モノマー又は液晶性オリゴマーを用いることができ、このネマチック液晶に任意のカイラル剤を数％〜１０％程度添加すれば、カイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）となる。ここで、「３次元架橋」とは、液晶性モノマー又は液晶性オリゴマーを互いに３次元的に重合して、網目（ネットワーク）構造の状態にすることを意味する。このような状態にすることにより、液晶分子をコレステリック構造又はネマチック構造の状態に保持したままで光学的に固定することができ、光学膜としての取り扱いが容易な、常温で安定したフィルム状の膜とすることができる。

　ここで、３次元架橋可能なモノマー分子としては、例えば特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報、特開２００３−１６７１２６号公報、特開２００３−１８５８２７号公報で開示されているような、液晶性モノマー及びキラル化合物の混合物を用いることができる。より具体的な例を示すと、例えば一般化学式（１）〜（１１）、（１１−２）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。なお、一般化学式（１１）で示される液晶性モノマーの場合には、Ｘは２〜５（整数）であることが好ましい。

　また、カイラル剤としては、例えば一般化学式（１２）〜（１４）、（１４−２）に示されるようなカイラル剤を用いることができる。なお、一般化学式（１２）、（１３）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが好ましく、また、一般化学式（１４）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜５（整数）であることが望ましい。なお、一般化学式（１２）において、Ｒ^４は水素又はメチル基を示す。

　一方、３次元架橋可能なオリゴマー分子としては、例えば特開昭５７−１６５４８０号公報で開示されているような、コレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等が望ましい。

　ここで、λ／４位相差層１４を構成するネマチック液晶は、ネマチック規則性の構造に起因して、Ａプレートとして作用する複屈折性を有しており、液晶分子のダイレクターの方向の屈折率と、ダイレクターに垂直な方向の屈折率とが異なる。即ち、λ／４位相差層１４は面方向に光軸を有し、３次元直交座標系で、λ／４位相差層１４の面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚの関係となっている。従って、面に沿う方向でも、液晶分子のダイレクターの方向の屈折率（例えばＮｘ）と、ダイレクターに垂直な方向の屈折率（例えばＮｙ）とは異なる。なお、面に沿うダイレクターに垂直な方向の屈折率（例えばＮｙ）と、厚さ方向の屈折率Ｎｘとは等しい。

　これに対し、Ｃプレート型位相差層１６を構成するコレステリック液晶は、コレステリック規則性の構造に起因して、負のＣプレートとして作用する複屈折性を有しており、厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なる。即ち、Ｃプレート型位相差層１６は厚さ方向に光軸を有し、３次元直交座標系で、Ｃプレート型位相差層１６の面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚの関係となっている。従って、積層位相差光学素子１０の法線から傾斜した方向に透過する円偏光には位相差を生じさせて楕円偏光とし、逆に、法線から傾斜した方向に透過する楕円偏光を円偏光とすることが可能である。なお、法線の方向に透過する円偏光には位相差を生じさせることなく円偏光としてそのまま透過させる。

　本実施の形態に係る積層位相差光学素子１０は、このような、複屈折の態様が方向的に異なる２種類の位相差層（Ａプレートとして作用するλ／４位相差層１４及び負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６）が併用されて構成されているので、各々の位相差層で異なる位相シフトが可能であるとともに、各々の位相差層の相乗効果によって、液晶セル１０４によって生じる光学特性の変化（位相シフト等）を極めて効果的に補償することができる。

　しかも、積層位相差光学素子１０は、λ／４位相差層１４、Ｃプレート型位相差層１６の主成分をそれぞれ、架橋されたネマチック液晶、架橋されたカイラルネマチック液晶（架橋されたネマチック液晶及び架橋されたカイラル剤）又は架橋されたディスコチック液晶としたので、十分な強度、耐熱性及び耐衝撃性を備えたものとすることができ、１００℃以上の厳しい環境においても使用可能で、また、積層する場合にもλ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６の層間で混じり合うことがなく、高い光学特性を得ることができる。

　なお、積層位相差光学素子１０において、カイラルネマチック液晶からなるＣプレート型位相差層１６はその厚さが５μｍ以下であることが好ましい。これは、Ｃプレート型位相差層１６の厚さが５μｍよりも厚くなると、Ｃプレート型位相差層１６に配向不良が発生しやすくなるからである。

　次に、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）により、図３（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０の変形例について説明する。

　まず、図４（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０Ａについて説明する。

　図４（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０Ａは、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層２６をさらに備えるものである。なお、λ／２位相差層２６は、λ／４位相差層１４のうちＣプレート型位相差層１６の反対側の表面に光学的に接合されている。なお、λ／４位相差層１４は、入射した直線偏光を円偏光に変換し、又は、その逆に円偏光を直線偏光に変換する作用を備えており、一方、λ／２位相差層２６は、偏光の極性を反転する作用を備えている。なお、λ／２位相差層２６により与えられる位相差（リターデーション）は、対象となる光の波長に合わせて適宜設計されるものであり、具体的には例えば、可視光域（４００〜８００ｎｍ）内のうち視感度等を考慮して選択された任意の波長に合わせて設計される。

　ここで、λ／２位相差層２６は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶を主成分としている。

　また、λ／４位相差層１４及びλ／２位相差層２６は、図４（Ｃ）に示すように、λ／４位相差層１４の進相軸Ｌ_１とλ／２位相差層２６の進相軸Ｌ_２とがなす角度θ_１が６０±１０度であることが好ましい。このようにすることにより、λ／４位相差層１４及びλ／２位相差層２６が積層された積層体により、広帯域なλ／４位相差層が得られる。なお、λ／４位相差層１４の進相軸Ｌ_１とλ／２位相差層２６の進相軸Ｌ_２とがなす角度θ_１の具体的な値については、上記特許文献６に記載されているような所望の波長範囲から選択することが可能であり、例えば、短波長側の特性が重視される場合は、６０±１０度よりも５５±１０度の方が好ましく用いられる。

　このように、図４（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０Ａによれば、λ／４位相差層１４に対して所定の角度で接合されたλ／２位相差層２６により、結果的に、λ／４位相差層１４の有する波長分散の影響を最小限に抑え、全体として広帯域のλ／４位相差層を得ることができる。

　次に、図４（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０Ｂについて説明する。

　図４（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０Ａは、Ｃプレート型位相差層１６と同様に負のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層２８をさらに備えるものである。なお、追加のＣプレート型位相差層２８は、Ｃプレート型位相差層１６のうちλ／４位相差層１４の反対側の表面に光学的に接合されている。

　ここで、追加のＣプレート型位相差層２８は、Ｃプレート型位相差層１６と同様に、架橋されたカイラルネマチック液晶（架橋されたネマチック液晶及び架橋されたカイラル剤）又は架橋されたディスコチック液晶を主成分としている。

　なお、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８はそれぞれ、その厚さｈ１、ｈ２が５μｍ以下であることが好ましい。これは、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８の厚さｈ１、ｈ２が５μｍよりも厚くなると、それぞれに配向不良が発生しやすくなるからであり、また、その上層にＣプレート型位相差層２８が積層されるＣプレート型位相差層１６の表面の配向規制力も弱まるからである。

　また、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８はその厚さの合計（ｈ１＋ｈ２）が６μｍ以上であることが好ましい。このようにすることにより、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８により行われる光学補償の効果を有効に得ることができる。

　さらに、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８はそれぞれの厚さが略同じであることが好ましい。このようにすることにより、積層位相差光学素子１０の生産が容易となり、生産性の向上を図ることができる。

　このように、図４（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０Ｂによれば、Ｃプレート型位相差層１６及び追加のＣプレート型位相差層２８のそれぞれの厚さを抑えつつ、Ｃプレート型位相差層の全体の厚さを大きくすることができるので、配向不良が発生を防止しつつ、光学補償の効果を有効に得ることができる。

　なお、図４（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０Ｂは、図３（Ａ）に示すような積層位相差光学素子１０を前提としたものであるが、図３（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子１０′や、図４（Ａ）に示すような積層位相差光学素子１０Ａにも同様にして追加のＣプレート型位相差層２８を設けることが可能である。

　次に、図５に示す積層位相差光学素子２０について説明する。

　図５に示す積層位相差光学素子２０は、図３（Ａ）に示すような積層位相差光学素子１０において、透明基板１２のうちλ／４位相差層１４の反対側の表面に直線偏光層等の偏光層５２が接合されたものである。このようにすることにより、積層位相差光学素子２０に直線偏光作用等の所望の偏光作用を与えることができる。

　ここで、このような積層位相差光学素子２０においては、図６（Ａ）に示すように、λ／４位相差層１４の進相軸Ｌ_３と、λ／４位相差層１４を透過する光の偏光状態を制御する偏光層５２の透過軸Ｌ_４とがなす角度θ_２が４５±２度であることが好ましい。

　なお、図５に示す積層位相差光学素子２０は、図３（Ａ）に示すような積層位相差光学素子１０を前提としたものであるが、図３（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子１０′や、図４（Ａ）（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子１０Ａ、１０Ｂにも同様にして偏光層５２を設けることが可能である。

　この場合、図４（Ａ）に示すような積層位相差光学素子１０Ａにおいて、透明基板１２のうちλ／２位相差層２６の反対側の表面に偏光層５２を接合する場合には、図６（Ｂ）に示すように、λ／２位相差層２６の進相軸Ｌ_５と、λ／２位相差層２６を透過する光の偏光状態を制御する偏光層５２の透過軸Ｌ_４とがなす角度θ_３が１５±５度であることが好ましい。

　次に、図７（Ａ）（Ｂ）に示す積層位相差光学素子３０Ａ、３０Ｂについて説明する。

　図３（Ａ）（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）及び図５に示す積層位相差光学素子１０、１０′、１０Ａ、１０Ｂ、２０においては、Ａプレートとして作用するλ／４位相差層１４上に光学的に接合される位相差として、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６を用いているが、図１に示すような液晶表示装置９０においてクロスニコル状態で用いられる偏光板１０２Ａ、１０２Ｂにおける斜め方向の洩れ光を防止するため、Ｃプレート型位相差層１６の代わりに、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６′を用いるようにしてもよい。

　具体的には、図７（Ａ）に示す積層位相差光学素子３０Ａは、Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層１４′と、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６′とを備えており、両者が互いに光学的に接合されている。ここで、Ａプレート型位相差層１４′は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶を主成分とするものであり、その水平配向されたネマチック規則性の構造に起因して、面方向に光軸（遅相軸）（図７（Ｂ）の符号Ｌ_７参照）を有するＡプレートとして作用する。一方、Ｃプレート型位相差層１６′は、垂直配向され且つ架橋されたネマチック液晶を主成分とするものであり、その垂直配向されたネマチック規則性の構造に起因して、厚さ方向に光軸（遅相軸）（図７（Ａ）の符号Ｌ_６参照）を有する正のＣプレートとして作用する。なお、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６′は厚さ方向に光軸を有し、３次元直交座標系で、Ｃプレート型位相差層１６′の面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｘ＝Ｎｙ＜Ｎｚの関係となっている。

　なお、図７（Ａ）に示す積層位相差光学素子３０Ａでは、透明基板１２上にＡプレート型位相差層１４′及びＣプレート型位相差層１６′がこの順番で順に積層されているが、これに限らず、図７（Ｂ）に示す積層位相差光学素子３０Ｂのように、透明基板１２上にＣプレート型位相差層１６′及びＡプレート型位相差層１４′がこの順番で順に積層されていてもよい。

　また、図７（Ａ）に示す積層位相差光学素子３０Ａにおいて、Ｃプレート型位相差層１６′が積層されるＡプレート型位相差層１４′は、（正）のＡプレートとして作用するものであればよく、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層や、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層等の各種の層を用いることができる。なお、λ／４位相差層及びλ／２位相差層により与えられる位相差（リターデーション）は、対象となる光の波長に合わせて適宜設計されるものであり、具体的には例えば、可視光域（４００〜８００ｎｍ）内のうち視感度等を考慮して選択された任意の波長に合わせて設計される。

　このように、図７（Ａ）（Ｂ）に示す積層位相差光学素子３０Ａ、３０Ｂによれば、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層１６′が、層の厚さ方向に光軸（遅相軸）を有するように配向された一軸複屈折層として構成され、（正の）Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層１４′の表面に光学的に接合されているので、図１に示すような液晶表示装置９０に組み込まれた用いられた場合に、クロスニコル状態の偏光板１０２Ａ、１０２Ｂの法線から傾斜した方向に入射する光の位相シフト量を、Ｃプレート型位相差層１６′及びＡプレート型位相差層１４′で補償することができる。このため、このような積層位相差光学素子３０Ａ、３０Ｂが組み込まれた液晶表示装置９０において、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂから洩れてしまう斜め方向の洩れ光をなくし、液晶表示装置９０の視野角特性を向上させることができる。

　次に、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す積層位相差光学素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃについて説明する。

　図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、積層位相差光学素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、図３（Ａ）（Ｂ）及び図４（Ａ）（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子１０、１０′、１０Ａ、１０Ｂにおいて、透明基板１２上に積層されるλ／４位相差層１４、Ｃプレート型位相差層１６、２８及びλ／２位相差層２６を、液晶表示装置９０の画素領域に対応する所定のパターンにパターニングしたものである。

　このようにしてλ／４位相差層１４又はλ／２位相差層２６をパターニングすることにより、積層位相差光学素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが組み込まれる液晶表示装置９０において、電界を印加して駆動させる液晶セル１０４に入射する円偏光を、例えば右円偏光と左円偏光といった少なくとも２種類のものにすることができ、これにより、いわゆる３次元ディスプレイを作製することも可能となる。

　また、Ｃプレート型位相差層１６、２８をパターニングすることにより、視角依存性の異なる少なくとも２種類の位相差領域を形成することができ、使用用途に応じた積層位相差光学素子を提供することが可能となる。

　なお、図３（Ａ）（Ｂ）及び図４（Ａ）（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子１０、１０′、１０Ａ、１０Ｂ、図５に示すような積層位相差光学素子２０、図７（Ａ）（Ｂ）に示すような積層位相差光学素子３０Ａ、３０Ｂ、及び、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すような積層位相差光学素子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃにおいて、互いに隣接して接合された位相差層（λ／４位相差層１４、Ｃプレート型位相差層１６、１６′、２８、λ／２位相差層２６）の平均屈折率の差は０．０５以下であることが好ましい。これにより、積層位相差光学素子１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０、３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ内の界面反射を効果的に防止して、図１に示すような液晶表示装置９０に組み込んで用いられる場合のコントラストの低下を効果的に抑制することができる。

　ここで、互いに隣接して接合された各位相差層（λ／４位相差層１４、Ｃプレート型位相差層１６、１６′、２８、λ／２位相差層２６）に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であるようにすれば、上述した効果をより確実に得ることができる。

　次に、このような構成からなる本実施の形態に係る積層位相差光学素子の製造方法について、図３（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０を製造する場合を例に挙げて説明する。

　最初に、透明基板１２上に配向膜１８を形成する（図９（Ａ））。ここで、透明基板１２としては、ガラスや石英等の板状の無機材料の他、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリイミド、ポリエチレン等の各種の樹脂を用いることができる。また、配向膜１８は、透明基板１２の表面に積層されるものであり、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルアルコール等の高分子膜を用いることができる。

　次に、このようにして形成された配向膜１８の表面１８ａにラビング処理等を施して配向させる（図９（Ｂ））。なお、このようにしてラビング処理等が施された配向膜１８は、その表面１８ａ近傍の分子が概略一方向に揃うとともに、その表面１８ａに微細な溝が一方向（図中のＨ１方向）に形成され、この表面１８ａに接触する液晶分子を配向させる。

　その後、このようにしてラビング処理等が施された配向膜１８上に、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等を材料とした架橋可能なネマチック液晶をコーティングし（図９（Ｃ））、この重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子等を、予め添加しておいた光重合開始剤と外部から照射した紫外線とによって重合を開始させるか、又は電子線で直接重合を開始させ、３次元架橋（ポリマー化）して固化すれば、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／４位相差層１４が形成される（図９（Ｄ））。このとき、λ／４位相差層１４中の液晶分子は配向膜１８の表面１８ａが有する配向規制力によって図中のＨ１方向に配向される。なお、配向膜１８の表面の配向規制力の方向を配向膜１８の表面１８ａの全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触するλ／４位相差層１４の表面における液晶分子のダイレクターの方向を、その表面内で実質的に一致させることができる。なお、λ／４位相差層１４のリターデーションＲは、Ｒ＝Δｎ・ｄ（Δｎ：複屈折値、ｄ：厚さ）として表されるので、λ／４位相差層１４の厚さｄによってリターデーションＲを調整することができる。具体的には例えば、λ／４位相差層１４の複屈折値Δｎが０．１である場合に１００ｎｍのリターデーションＲが必要であれば、λ／４位相差層１４の厚さｄを１μｍとすればよい。

　次に、このようにして形成されたλ／４位相差層１４上に、重合性モノマー又は重合性オリゴマー等を材料とした架橋可能なカイラルネマチック液晶（架橋可能なネマチック液晶及びカイラル剤）又はディスコチック液晶をコーティングし（図９（Ｆ））、上述したλ／４位相差層１４の場合と同様の手法により３次元架橋して固化すれば、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層１６が形成される（図９（Ｇ））。このとき、Ｃプレート型位相差層１６中の液晶分子は、λ／４位相差層１４の表面１４ａが有する配向規制力によって図中のＨ２方向に配向される。

　なお、λ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６を形成するための重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子は、コーティングし易いように粘度を低下させるため、必要に応じて、トルエン等の溶媒に溶かしたコーティング液としてもよい。ただし、この場合には、紫外線や電子線を照射して３次元架橋する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。

　以上により、λ／４位相差層１４及びＣプレート型位相差層１６が互いに光学的に接合された積層位相差光学素子１０が容易に製造される。しかも、λ／４位相差層１４の表面１４ａの配向規制力を用いてＣプレート型位相差層１６中の液晶分子を配向させることができるので、生産性を向上させることができる。

　ここで、λ／４位相差層１４の表面１４ａ自体の配向規制力が弱い場合には、λ／４位相差層１４の表面１４ａにラビング処理を施して当該λ／４位相差層１４の表面１４ａに配向規制力を与えるようにしてもよい。

　また、図１０（Ｄ′）〜（Ｇ）に示すように、λ／４位相差層１４の表面１４ａに配向膜１９を成膜した後（図９（Ｄ′））、この配向膜１９の表面１９ａにラビング処理等を施して図中のＨ２方向に配向させ、この配向膜１９の表面１９ａが有する配向規制力を用いてＣプレート型位相差層１６中の液晶分子を配向させるようにしてもよい（図９（Ｅ）（Ｆ）、（Ｇ））。

　なお、以上においては、配向膜１８、１９の表面１８ａ、１９ａ及びλ／４位相差層１４の表面１４ａの配向規制力の方位角をラビング処理によって具現化したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光配向によって具現化してもよい。なおここで、「光配向」とは、アドベンゼン系ポリマーやポリビニルシンナメート等の光活性分子を含む光配向膜の表面に、光化学反応を起こす波長の直線偏光や斜め無偏光を照射して異方性を生成させるものであり、入射した光によって光配向膜の最表面の分子長軸の配向が生成され、この最表面の分子に接触する液晶分子を配向させる。

　なお、以上においては、透明基板１２上に形成された配向膜１８上にて、最初にネマチック液晶からなるλ／４位相差層１４を形成した後、このλ／４位相差層１４上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなるＣプレート型位相差層１６を形成するようにしているが、本発明はこれに限定されるものでなく、最初にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなるＣプレート型位相差層１６を形成した後、このＣプレート型位相差層１６上にネマチック液晶からなるλ／４位相差層１４を形成するようにしてもよい。なお、この場合には、Ｃプレート型位相差層１６上にネマチック液晶を直接コーティングしたり、配向膜を介してネマチック液晶をコーティングすることにより、λ／４位相差層１４のＣプレート型位相差層１６側の表面における液晶分子のダイレクターの方向をＣプレート型位相差層１６の表面の配向規制力又は配向膜の表面の規制力によって規制した状態でネマチック液晶を固化させることとなる。なお、このような製造方法におけるその他の手順及び条件等は、上述した製造方法の場合と基本的に同様であるので、詳細な説明は省略する。

　また、以上においては、図３（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０を製造する方法を例に挙げて説明したが、これに限らず、図３（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）、図５、図７（Ａ）（Ｂ）及び図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す積層位相差光学素子１０′、１０Ａ、１０Ｂ、２０、３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃについても同様の手法により製造することができる。

　具体的には例えば、図４（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０Ａを製造する場合には、透明基板１２上に形成された配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／２位相差層２６を形成した後、この形成されたλ／２位相差層２６上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／４位相差層１４を形成する。このとき、λ／４位相差層１４中の液晶分子はλ／２位相差層２６の表面が有する配向規制力によって配向される。

　ここで、λ／２位相差層２６の表面の配向規制力が弱い場合には、λ／２位相差層２６の表面にラビング処理を施して当該λ／２位相差層２６の表面に配向規制力を与えるようにしてもよい。また、λ／２位相差層２６の表面に配向膜を成膜した後、この配向膜の表面にラビング処理等を施して配向させ、この配向膜の表面が有する配向規制力を用いてλ／４位相差層１４中の液晶分子を配向させるようにしてもよい。なお、λ／２位相差層２６の表面の配向規制力の方位角をラビング処理によって具現化したが、これ以外にも、光配向によって具現化してもよい。

　また、図４（Ｂ）に示す積層位相差光学素子１０Ｂを製造する場合には、形成されたＣプレート型位相差層１６上に、さらに、カイラルネマチック液晶（架橋可能なネマチック液晶及びカイラル剤）又はディスコチック液晶をコーティングし、３次元架橋して固化することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層２８を形成する。

　なお、上述した実施の形態に係る積層位相差光学素子１０（１０Ａ、１０Ｂ、２０、３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）は、上述したように、図１に示すような液晶表示装置９０に組み込んで用いることができる。

　この場合、図１に示すように、液晶セル１０４のうち積層位相差光学素子１０が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差板（追加のλ／４位相差層）１０２Ｃが配置されている。また、λ／４位相差板１０２Ｃのうち液晶セル１０４が配置されている側とは反対側の位置に、偏光板（追加の偏光層）１０２Ｂが配置されている。さらに、必要に応じて、λ／４位相差板１０２Ｃのうち液晶セル１０４が配置されている側とは反対側の位置（λ／４位相差板１０２Ｃと偏光板１０２Ｂとの間の位置）に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差板（追加のλ／２位相差層）１０２Ｄが配置されている。

　ここで、λ／２位相差板１０２Ｄが配置されている場合には、λ／４位相差板１０２Ｃの進相軸とλ／２位相差板１０２Ｄの進相軸とがなす角度は６０±１０度であることが好ましい。なお、λ／４位相差板１０２Ｃの進相軸とλ／２位相差板１０２Ｄの進相軸とがなす角度の具体的な値については、前記特許文献６に記載されているような所望の波長範囲から選択することが可能であり、例えば、短波長側の特性が重視される場合は、６０±１０度よりも５５±１０度の方が好ましい。また、λ／４位相差板１０２Ｃの進相軸と偏光板１０２Ｂの透過軸とがなす角度は４５±２度であることが好ましい。さらに、λ／２位相差板１０２Ｄの進相軸と偏光板１０２Ｂの透過軸とがなす角度は１５±５度であることが好ましい。

　なお、このような液晶表示装置９０において、λ／４位相差板１０２Ｃの進相軸と積層位相差光学素子１０に含まれるλ／４位相差層１４の進相軸とがなす角度は実質的に９０度であることが好ましい。また、λ／２位相差板１０２Ｄが配置され、且つ、積層位相差光学素子１０として、図４（Ａ）に示すようにλ／２位相差層２６を備えた積層位相差光学素子１０Ａが用いられる場合には、λ／２位相差板１０２Ｄの進相軸と積層位相差光学素子１０Ａ含まれるλ／２位相差層２６の進相軸とがなす角度は実質的に９０度であることが好ましい。これにより、これにより、最初に通過したλ／４位相差層１４又はλ／２位相差層２６で変換された不完全な円偏光が次のλ／４位相差板１０２Ｃ又はλ／２位相差板１０２Ｄで相殺されることとなり、コントラストの向上を図ることができる。

　次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。なお、本実施例では、図３（Ａ）に示す積層位相差光学素子１０を製造する場合を例に挙げて説明する。

（実施例）
　まず、両端末に重合可能なアクリレートを有するとともに中央部のメソゲンと前記アクリレートとの間にスペーサーを有する、ネマチックアイソトロピック転移温度が１１０℃であるモノマー分子（上記化学式（１１）で示されるような分子構造を有するもの）を溶解させたトルエン溶液（ネマチック液晶溶液）を準備した。なお、前記ネマチック溶液には、前記モノマー分子に対して５重量％の光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、イルガキュア（登録商標）９０７）を添加した。

　一方、透明なガラス基板上に、溶媒に溶かしたポリイミド（ＪＳＲ株式会社製、オプトマー（登録商標）ＡＬ１２５４）をスピンコータによりスピンコーティングし、乾燥後、２００℃で成膜し（膜厚０．１μｍ）、一定方向にラビングして配向膜として機能するようにした。

　そして、このような配向膜付きのガラス基板をスピンコ一ターにセットし、前記ネマチック液晶溶液をスピンコーティングした。

　次に、８０℃で前記ネマチック液晶溶液中のトルエンを蒸発させ、前記塗膜に紫外線を照射し、塗膜中の光重合開始剤から発生するラジカルによってモノマー分子のアクリレートを３次元架橋して固化（ポリマー化）し、ネマチック規則性の構造を有するフィルム状の層（Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層）を形成した。

　次に、上記モノマー分子（上記化学式（１１）で示されるような分子構造を有するもの）９０部と、両端末に重合可能なアクリレートを有するカイラル剤分子（上記化学式（１４）で示されるような分子構造を有するもの）１０部とを溶解させたトルエン溶液（カイラルネマチック液晶溶液）を準備し、このカイラルネマチック液晶溶液を、上記Ａプレート型位相差層上にスピンコーティングした。

　その後、８０℃で前記カイラルネマチック液晶溶液中のトルエンを蒸発させて塗膜を形成し、さらに、この塗膜上に紫外線を照射し、塗膜中の光重合開始剤から発生するラジカルによってモノマー分子のアクリレートを３次元架橋して固化（ポリマー化）し、コレステリック規則性の構造を有するフィルム状の層（負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層）を形成した。

　これにより、最終的に、ネマチック規則性の構造を有する層（Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層）とコレステリック規則性の構造を有する層（負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層）とが隣接して積層された積層位相差光学素子が製造された。

　なお、本実施例においては、Ａプレート型位相差層及びＣプレート型位相差層の厚さを代えて２種類の積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚを製造した。即ち、Ａプレート型位相差層の厚さを２μｍ、Ｃプレート型位相差層の厚さを２μｍとし、総膜厚が４μｍの積層位相差光学素子Ｘを製造した。また、Ａプレート型位相差層の厚さを０．５μｍ、Ｃプレート型位相差層の厚さを２μｍ とし、総膜厚が２．５μｍの積層位相差光学素子Ｙを製造した。さらに、Ａプレート型位相差層の厚さを１．２μｍ、Ｃプレート型位相差層の厚さを２μｍ とし、総膜厚が３．２μｍの積層位相差光学素子Ｚを製造した。

（比較例）
　λ／４位相差層として作用する、ノルボルネン樹脂を延伸したフィルムと、負のＣプレートとして作用する、ＴＡＣフィルム３枚を粘着剤を介して貼り合わせたフィルムとを組み合わせて、比較例に係る積層位相差光学素子を製造した。

（評価結果）
　以上のようにして製造した実施例に係る積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚの光学補償の効果を測定した。具体的には、自動複屈折測定装置（王子計測機器（株）製　商品名ＫＯＢＲＡ（商標登録）２１ＡＤＨ）を用い、視角とリターデーションとの関係を測定した。

　図１１は、積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚの視角とリターデーションとの関係を示すグラフである。なお、図１１において、横軸は視角（°）、縦軸はリターデーション（ｎｍ）をそれぞれ示している。

　図１１から明らかなように、実施例に係る積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚはいずれも、ＡプレートとＣプレートとを足し合わせた光学特性を有している。

　また、実施例に係る積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚを図１に示すような液晶表示装置に組み込んでコントラストを測定したところ、比較例に係る積層位相差光学素子に比べて十分に高いコントラストが得られた。

　なお、実施例に係る積層位相差光学素子Ｘ、Ｙ、Ｚはいずれも、Ｃプレート型位相差層をＡプレート型位相差層上に直接コーティングして積層することにより製造されたものであるので、それらの層間に透明基板等を設ける必要がなく、薄型化が実現された。

本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子を備えた液晶表示装置を示す概略分解斜視図。 図１に示す液晶表示装置において積層位相差光学素子により行われる光学補償の原理を説明するための模式図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子を拡大して模式的に示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子の変形例を拡大して模式的に示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子の他の変形例を拡大して模式的に示す斜視図。 図５に示す積層位相差光学素子に含まれる各層の光学軸の関係を説明するための模式図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子のさらに他の変形例を拡大して模式的に示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子のさらに他の変形例を拡大して模式的に示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子の製造方法を説明するための模式図。 本発明の一実施の形態に係る積層位相差光学素子の他の製造方法を説明するための模式図。 実施例に係る積層位相差光学素子の視角とリターデーションとの関係を示すグラフ。 従来の液晶表示装置を示す略示分解斜視図。

符号の説明

１０、１０′、１０Ａ、１０Ｂ、２０、３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ，４０Ｂ、４０Ｃ　積層位相差光学素子
１２　透明基板
１４　λ／４位相差層（Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層）
１４′　Ａプレート型位相差層（Ａプレート）
１６、２８　Ｃプレート型位相差層（負のＣプレート）
１６′　Ｃプレート型位相差層（正のＣプレート）
１８、１９　配向膜
２６　λ／２位相差層
５２　偏光層
９０、１００　液晶表示装置
１０２Ａ、１０２Ｂ　偏光板
１０２Ｃ　λ／４位相差板
１０２Ｄ　λ／２位相差板
１０４　液晶セル

Claims (50)

1. 　Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層と、
   　前記Ａプレート型位相差層の表面に光学的に接合され、負のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層とを備え、
   　前記Ａプレート型位相差層は架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層は架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなることを特徴とする積層位相差光学素子。
2. 　前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層であることを特徴とする、請求項１に記載の積層位相差光学素子。
3. 　前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層のうち前記Ｃプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるλ／２位相差層をさらに備えたことを特徴とする、請求項２に記載の積層位相差光学素子。
4. 　前記λ／２位相差層は架橋されたネマチック液晶からなることを特徴とする、請求項３に記載の積層位相差光学素子。
5. 　前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層の進相軸と前記λ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の積層位相差光学素子。
6. 　前記Ｃプレート型位相差層はその厚さが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
7. 　前記Ｃプレート型位相差層のうち前記Ａプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、負のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層をさらに備え、
   　前記追加のＣプレート型位相差層は架橋されたカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層及び前記追加のＣプレート型位相差層はその厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであることを特徴とする、請求項６に記載の積層位相差光学素子。
8. 　前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えたことを特徴とする、請求項２に記載の積層位相差光学素子。
9. 　前記Ａプレート型位相差層としての前記λ／４位相差層の進相軸と前記偏光層の透過軸とがなす角度が４５±２度であることを特徴とする、請求項８に記載の積層位相差光学素子。
10. 　前記λ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えたことを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
11. 　前記λ／２位相差層の進相軸と前記偏光層の透過軸とがなす角度が１５±５度であることを特徴とする、請求項１０に記載の積層位相差光学素子。
12. 　互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
13. 　互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であることを特徴とする、請求項１２に記載の積層位相差光学素子。
14. 　前記Ａプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
15. 　前記Ｃプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
16. 　Ａプレートとして作用するＡプレート型位相差層と、
    　前記Ａプレート型位相差層の表面に光学的に接合され、正のＣプレートとして作用するＣプレート型位相差層とを備え、
    　前記Ａプレート型位相差層は、水平配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層は、垂直配向され且つ架橋されたネマチック液晶からなることを特徴とする積層位相差光学素子。
17. 　前記Ｃプレート型位相差層はその厚さが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１６に記載の積層位相差光学素子。
18. 　前記Ｃプレート型位相差層のうち前記Ａプレート型位相差層の反対側の表面に光学的に接合され、正のＣプレートとして作用する追加のＣプレート型位相差層をさらに備え、
    　前記追加のＣプレート型位相差層は架橋されたネマチック液晶からなり、前記Ｃプレート型位相差層及び前記追加のＣプレート型位相差層はその厚さの合計が６μｍ以上であり、それぞれの厚さが略同じであることを特徴とする、請求項１７に記載の積層位相差光学素子。
19. 　前記Ａプレート型位相差層を透過する光の偏光状態を制御する偏光層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
20. 　互いに隣接して接合された位相差層の平均屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
21. 　互いに隣接して接合された各位相差層に含まれるネマチック液晶成分が実質的に同一であることを特徴とする、請求項２０に記載の積層位相差光学素子。
22. 　前記Ａプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることを特徴とする、請求項１６乃至２１のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
23. 　前記Ｃプレート型位相差層は所定のパターンにパターニングされていることを特徴とする、請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載の積層位相差光学素子。
24. 　配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層を形成する工程と、
    　形成された前記Ａプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、積層位相差光学素子の製造方法。
25. 　前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層であることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
26. 　配向膜上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、透過する光に二分の一波長分の位相差を与えるフィルム状のλ／２位相差層を形成する工程をさらに含み、
    　前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記配向膜ではなく前記λ／２位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、前記Ａプレート型位相差層を形成することを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の方法。
27. 　形成された前記Ｃプレート型位相差層上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、このコーティングされた液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状の追加のＣプレート型位相差層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項２４乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 　前記Ａプレート型位相差層上に前記Ｃプレート型位相差層を形成する工程において、前記Ａプレート型位相差層の表面の配向規制力を用いて前記Ｃプレート型位相差層を配向させることを特徴とする、請求項２４乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 　前記Ａプレート型位相差層の表面にラビング処理を施すことにより当該Ａプレート型位相差層の表面に配向規制力を与えることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
30. 　前記Ａプレート型位相差層の表面に追加の配向膜を形成する工程をさらに含み、
    　前記Ｃプレート型位相差層を形成する工程において、前記追加の配向膜の表面の配向規制力を用いて前記Ｃプレート型位相差層を配向させることを特徴とする、請求項２４乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
31. 　前記追加の配向膜の表面の配向規制力の方位角を、当該配向膜へのラビング処理又は当該配向膜の光配向によって具現化することを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
32. 　前記λ／２位相差層上に前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記λ／２位相差層の表面の配向規制力を用いて前記Ａプレート型位相差層を配向させることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
33. 　前記λ／２位相差層の表面にラビング処理を施すことにより当該λ／２位相差層の表面に配向規制力を与えることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
34. 　前記λ／２位相差層の表面に追加の配向膜を形成する工程をさらに含み、
    　前記Ａプレート型位相差層を形成する工程において、前記追加の配向膜の表面の配向規制力を用いて前記Ａプレート型相差層を配向させることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
35. 　前記追加の配向膜の表面の配向規制力の方位角を、当該配向膜へのラビング処理又は当該配向膜の光配向によって具現化することを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
36. 　配向膜上にカイラルネマチック液晶又はディスコチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、負のＣプレートとして作用するフィルム状のＣプレート型位相差層を形成する工程と、
    　形成された前記Ｃプレート型位相差層上にネマチック液晶をコーティングし、当該液晶を架橋することにより、Ａプレートとして作用するフィルム状のＡプレート型位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、積層位相差光学素子の製造方法。
37. 　前記Ａプレート型位相差層は透過する光に四分の一波長分の位相差を与えるλ／４位相差層であることを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
38. 　ＶＡ方式の液晶セルと、
    　前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、
    　前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、請求項１に記載の積層位相差光学素子とを備え、
    　前記積層位相差光学素子の前記Ｃプレート型位相差層が前記液晶セルに近い方の側にくるように前記積層位相差光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
39. 　前記液晶セルのうち前記積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層が配置されていることを特徴とする、請求項３８に記載の液晶表示装置。
40. 　前記追加のλ／４位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、前記追加のλ／４位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層が配置されていることを特徴とする、請求項３９に記載の液晶表示装置。
41. 　前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記追加の偏光層の透過軸とがなす角度が４５±２度であることを特徴とする、請求項４０に記載の液晶表示装置。
42. 　前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記積層位相差光学素子に含まれるλ／４位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項３９乃至４１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
43. 　前記液晶セル内に封入された液晶分子は、電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜することを特徴とする、請求項３８乃至４２のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
44. 　ＶＡ方式の液晶セルと、
    　前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、
    　前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、請求項３に記載の積層位相差光学素子とを備え、
    　前記積層位相差光学素子の前記Ｃプレート型位相差層が前記液晶セルに近い方の側にくるように前記積層位相差光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
45. 　前記液晶セルのうち前記積層位相差光学素子が配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に四分の一波長分の位相差を与える追加のλ／４位相差層が配置され、且つ、前記追加のλ／４位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、透過する光に二分の一波長分の位相差を与える追加のλ／２位相差層が配置されていることを特徴とする、請求項４４に記載の液晶表示装置。
46. 　前記追加のλ／４位相差層の進相軸と前記追加のλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が６０±１０度であることを特徴とする、請求項４５に記載の液晶表示装置。
47. 　前記追加のλ／２位相差層のうち前記液晶セルが配置されている側とは反対側の位置に、前記追加のλ／２位相差層を透過する光の偏光状態を制御する追加の偏光層が配置されていることを特徴とする、請求項４５又は４６に記載の液晶表示装置。
48. 　前記追加のλ／２位相差層の進相軸と前記追加の偏光層の透過軸とがなす角度が１５±５度であることを特徴とする、請求項４７に記載の液晶表示装置。
49. 　前記追加のλ／２位相差層の進相軸と前記積層位相差光学素子に含まれるλ／２位相差層の進相軸とがなす角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項４５乃至４８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
50. 　前記液晶セル内に封入された液晶分子は、電界を印加した際に２つ以上の異なる方向に傾斜することを特徴とする、請求項４４乃至４９のいずれか一項に記載の液晶表示装置。

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