JP2005165238A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産コストを抑えることが容易であると共に複屈折特性が熱による影響を受け難い光学素子を得ることができる光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 基材と該基材上に形成された第１複屈折率層とを有する光学素子を製造するにあたって、前記基材上に、分子形状が棒状で各分子が重合性官能基を２つ以上有する重合性液晶を少なくとも含有したコーティング組成物の塗膜を形成する塗工工程と、前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させる配向工程と、前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま該重合性液晶を三次元架橋させて、前記塗膜を前記第１複屈折率層にする架橋工程と、をこの順番で行うことにより、解決した。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複屈折率層を有する光学素子の製造方法に関し、更に詳しくは、重合性液晶を用いて形成された複屈折率層を有する光学素子の製造方法に関する。

今日では、光の偏光状態を制御するための光学素子が種々の分野で利用されている。

例えば、フラットパネルディスプレイとして近年特に注目されている液晶表示装置では、その視角特性を改善するために、液晶セルへの入射光又は液晶セルからの出射光の偏光状態を制御するための光学素子が表示用液晶パネルに併設されている。この光学素子としては、従来より、光学補償用液晶セルや、光学的に１軸性又は２軸性の延伸樹脂フィルムからなる光学補償フィルムが用いられているが、近年では液晶材料により形成された複屈折率層も開発されている。

例えば特許文献１には、フィルム面の法線方向に分子鎖を配向させた固有屈折率値が正のネマチック液晶ポリマーからなる視角補償フィルムが記載されている。また、特許文献２には、長鎖アルキル型デンドリマー誘導体を用いて垂直配向膜を形成し、この垂直配向膜上に重合性液晶化合物を塗工して、光学フィルムとして用いることができるホメオトロピック配向液晶層を製造するという方法が記載されている。

特許文献３には、垂直配向膜の設けられていない基板上に、液晶性フラグメント側鎖を含有するモノマーユニットと非液晶性フラグメント側鎖を含有するモノマーユニットとを含有する側鎖型液晶ポリマーを塗工し、さらに当該液晶ポリマーを液晶状態においてホメオトロピック配向させた後、その配向状態を維持した状態で固定化して、光学フィルムとして用いることができるホメオトロピック配向液晶フィルムを製造するという方法が記載されている。

そして、特許文献４には、基板上にバインダー層及びアンカーコート層をこの順番で形成し、アンカーコート層に特定の側鎖型液晶ポリマーを塗工してホメオトロピック配向させた後にホメオトロピック配向状態を維持したまま固定化して、光学フィルムとして用いることができるホメオトロピック配向液晶フィルムを製造するという方法が記載されている。
特開平５−１４２５３１号公報 特開２００２−１７４７２４号公報 特開２００２−１７４７２５号公報 特開２００３−１２１８５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された視角補償フィルムを得るためには、各々が垂直配向膜を有する２枚の基板を用いて空セルを作製し、この空セル内にネマチック液晶モノマーを充填して当該ネマチック液晶モノマーを垂直配向させてから光重合し、その後、セル内からネマチック液晶ポリマー（視角補償フィルム）を取り出さなければならい。このため、特許文献１に記載されている視角補償フィルムには、プロセス工程が長く、生産コストが増大するという問題がある。

特許文献２に記載された方法によりホメオトロピック配向液晶層を製造するためには、垂直配向膜を必ず設けなければならず、しかも、長鎖アルキル型デンドリマー誘導体という特殊で入手し難い材料を用いて垂直配向膜を形成しなければならない。このため、特許文献２に記載されているホメオトロピック配向液晶層の製造方法には、生産コストが増大し易いという問題がある。

特許文献３に記載された方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムは側鎖型液晶ポリマーからなるので、その複屈折特性が熱による影響を受け易く、所望の複屈折特性を維持することができる温度範囲が比較的狭い。このため、例えば車載用の液晶表示装置のように比較的高い耐熱性が求められる液晶表示装置に用いることは困難である。特許文献３に記載されている方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムには、このホメオトロピック配向液晶フィルムを使用可能な液晶表示装置の用途が限られるという問題がある。

また、側鎖型液晶ポリマーは、分子をホメオトロピック配向の状態で固定しても昇温に伴って流動性が増すので、下地層との密着性が低下したり、残留応力によって複屈折特性が著しく低下したりする。したがって、上記のホメオトロピック配向液晶フィルムを液晶表示装置に用いる場合には、一旦形成したホメオトロピック配向液晶フィルムが高温環境に曝されないように、液晶セルの製造後に液晶セルの外側に形成しなければならない。このため、特許文献３に記載された方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムには、このホメオトロピック配向液晶フィルムを形成することができる部材の選択の自由度が低いという問題もある。

特許文献４に記載された方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムは側鎖型液晶ポリマーからなるので、上述した特許文献３に記載されている方法により得られるホメオトロピック配向液晶フィルムと同様の問題を有している。また、特許文献４に記載されている方法によりホメオトロピック配向液晶フィルムを得るためには、基板上にバインダー層及びアンカー層をこの順番で形成しなければならい。このため、特許文献４に記載されたホメオトロピック配向液晶フィルムの製造方法には、生産コストが増大し易いという問題もある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、生産コストを抑えることが容易であると共に複屈折特性が熱による影響を受け難い光学素子を得ることができる光学素子の製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成する本発明の光学素子の製造方法は、基材と該基材上に形成された第１複屈折率層とを有する光学素子の製造方法であって、前記基材上に、分子形状が棒状で各分子が重合性官能基を２つ以上有する重合性液晶を少なくとも含有したコーティング組成物の塗膜を形成する塗工工程と、前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させる配向工程と、前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま該重合性液晶を三次元架橋させて、前記塗膜を前記第１複屈折率層にする架橋工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の光学素子の製造方法では、コーティング組成物の塗工、配向処理、及び架橋処理を順次施すという比較簡単な方法により第１複屈折率層を形成することができる。特許文献１に記載されている視角補償フィルムは、垂直配向膜を有する空セルにネマチック液晶モノマーを充填して当該ネマチック液晶モノマーを垂直配向させるものであるが、本発明の光学素子では重合性液晶をホメオトロピック配向させるにあたって空セルを利用する必要がないので、その製造が容易である。また、第１複屈折率層において重合性液晶が三次元架橋しているので、その複屈折特性が熱による影響を受け難い。したがって、本発明の光学素子の製造方法によれば、生産コストを抑えることが容易であると共に複屈折特性が熱による影響を受け難い光学素子を得ることができる。

本発明の光学素子の製造方法においては、（１）前記配向工程で、前記塗膜を前記重合性液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１〜１０℃低い温度に保持しながら、前記重合性液晶を三次元架橋させること、（２）前記架橋工程を不活性ガス雰囲気中で行うこと、（３）前記架橋工程が、前記塗膜の温度を前記重合性液晶が液晶相となる温度にしたまま、前記重合性液晶を部分的に架橋させる第１サブ工程と、前記塗膜の温度を前記重合性液晶が結晶相となる温度にして該重合性液晶を再び架橋させて前記第１複屈折率層を得る第２サブ工程とを含むこと、（４）前記（３）の製造方法において前記架橋工程を空気雰囲気中で行うこと、が好ましい。

上記（１）〜（４）の各発明によれば、重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま当該重合性液晶を三次元架橋させて第１複屈折率層を得ることが容易になる。

また、本発明の光学素子の製造方法においては、（５）前記基材が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な垂直配向膜を有し、前記塗工工程で前記垂直配向膜上に前記塗膜を形成すること、（６）前記垂直配向膜が、長鎖アルキル基を有する界面活性剤により形成されていること、（７）前記垂直配向膜が、側鎖を有すると共に該側鎖にフッ素原子が含有された界面活性剤により形成されていること、（８）前記垂直配向膜が、長鎖アルキル基を有するポリイミドにより形成されていること、又は、（９）前記垂直配向膜が、カップリング剤により形成されていること、が好ましい。

これらの（５）〜（９）の各発明によっても、重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま当該重合性液晶を三次元架橋させて第１複屈折率層を得ることが容易になる。

本発明の光学素子の製造方法においては、（１０）前記基材が光吸収型カラーフィルタを有し、該光吸収型カラーフィルタ上に前記垂直配向膜が形成されていること、又は、（１１）前記基材が、前記第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率相を有し、該第２複屈折率層上に前記垂直配向膜が形成されていること、とすることができる。

更に、本発明の光学素子の製造方法においては、（１２）前記コーティング組成物が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な界面活性剤を更に含有していること、（１３）前記コーティング組成物が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能なカップリング剤を更に含有していること、又は、（１４）前記（１３）の製造方法において、前記基材として、前記第１複屈折率層の下地がガラス製又はケイ素酸化物製のものを用いること、が好ましい。

上記（１２）〜（１４）の発明によっても、重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま当該重合性液晶を三次元架橋させて第１複屈折率層を得ることが容易になる。

本発明の光学素子の製造方法によれば、生産コストを抑えることが容易であると共に複屈折特性が熱による影響を受け難い光学素子を提供することが可能になるので、種々の分野において光の偏光状態を制御するために用いられる特定の光学素子、すなわち光学的に１軸性で光軸が素子の厚さ方向にある光学素子を安価に提供することが容易になると共に、その信頼性を高めることが容易になる。

以下、本発明の光学素子の製造方法について、図面を適宜参照しつつ詳述する。

＜第１形態＞
本発明の光学素子の製造方法は、上述したように、基材とこの基材上に形成された第１複屈折率層とを有する光学素子の製造方法であって、塗工工程、配向工程、及び架橋工程を含んでいる。以下、これらの工程毎に詳述する。

（１）塗工工程；
塗工工程では、基材上に、分子形状が棒状で各分子が重合性官能基を２つ以上有する重合性液晶（以下、この重合性液晶を「多官能重合性液晶」という。）を少なくとも含有したコーティング組成物の塗膜を形成する。

上記の基材は、単層構造のものであってもよいし、複数層構造のものであってもよい。基材を単層構造とする場合、この基材は、ガラス等の無機材料や樹脂等の有機材料により形成することができる。基材を複数層構造とする場合、その構造は、製造しようとする光学素子の用途等に応じて適宜選定可能であり、この場合でも、後述する第１複屈折率層の下地となる層はガラス等の無機材料や樹脂等の有機材料により形成することができる。基材は、光学的に等方性のものであることが好ましいが、必要に応じて、局所的に遮光性領域等を設けることもできる。基材の光透過率は、製造しようとする光学素子の用途等に応じて適宜選定可能である。

上記のコーティング組成物は、後述する第１複屈折率層の材料となるものであるので、このコーティング組成物は、上記の多官能重合性液晶を必須成分として含有する。必要に応じて、分子形状が棒状で分子内に重合性官能基を１つのみ有する重合性液晶（以下、この重合性液晶を「単官能重合性液晶」という。）、光重合開始剤、増感剤等を任意成分として含有させることができる。多官能重合性液晶、単官能重合性液晶、光重合開始剤、及び増感剤は、それぞれ、１種類のみ用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

必須成分として用いる多官能重合性液晶は、分子の複屈折Δｎ（常光の屈折率ｎ_ｏと異常光の屈折率ｎ_ｅとの差）が、０．０３〜０．３０程度であるものが好ましく、０．０５〜０．２０程度であるものが更に好ましい。このような多官能重合性液晶の具体例としては、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す式（Ｉ）〜（Ｖ）によって表される各多官能重合性液晶が挙げられる。なお、式（Ｉ）〜（Ｖ）中のｎは、いずれも２〜６の数値を示す。

単官能重合性液晶を任意成分として用いる場合、単官能重合性液晶の使用量は、重合性液晶の総量に対して１〜５０モル％程度の範囲内とすることが好ましく、５〜２０モル％程度の範囲内とすることが更に好ましい。単官能重合性液晶を併用することにより、重合性液晶全体の配向性を向上又は低下させることが可能になるので、重合性液晶全体の配向性を制御し易くなる。単官能重合性液晶の具体例としては、図１（ｆ）〜図１（ｉ）に示す式（ｉ）〜（ｉｖ）によって表される各単官能重合性液晶が挙げられる。なお、式（ｉ）〜（ｉｖ）中のｎは、いずれも２〜６の数値を示す。

また、任意成分である光重合開始剤としては、例えば、ベンジル（もしくはビベンゾイル）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４’メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオサントン等を挙げることができる。増感剤は、本発明の目的が損なわれない範囲で、適宜添加することができる。

光重合開始剤を用いる場合、コーティング組成物における光重合開始剤の濃度は、重合性液晶の配向を大きく損なわない範囲で適宜選定可能であり、例えば０．０１〜１０重量％程度の範囲内で選定される。光重合開始剤の濃度は、０．１〜７重量％程度の範囲内で選定することが好ましく、０．５〜５重量％程度の範囲内で選定することがより好ましい。増感剤を用いる場合、コーティング組成物における増感剤の濃度は、重合性液晶の配向を大きく損なわない範囲で適宜選定可能であり、例えば０．０１〜１重量％程度の範囲内で選定される。

コーティング組成物は、有機溶媒に少なくとも必須成分である多官能重合性液晶を溶解させることにより得られる。このとき用いる有機溶媒は、重合性液晶を溶解させることができるものであればよく、その種類は適宜選択可能である。コーティング組成物における重合性液晶の濃度は、コーティング方法、形成しようとする塗膜の膜厚、有機溶媒の種類等に応じて異なるが、１０〜５０重量％の範囲内程度することが好ましい。

このコーティング組成物による塗膜は、このコーティング組成物をスピンコートや各種の印刷法（例えばダイコート、バーコート、スライドコート、ロールコート等）等の方法で基材上に塗布することにより、形成することができる。基材表面の撥水性又は撥油性が高い場合には、後述する配向工程で重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な範囲内で、ＵＶ洗浄やプラズマ処理により予め表面（塗布面）の濡れ性を高めてもよい。塗膜の膜厚は、形成しようとする第１複屈折率層の膜厚に応じて、適宜選定可能である。

（２）配向工程；
配向工程では、塗工工程で形成した塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させる。このとき、重合性液晶が液晶相となる温度（以下、この温度を「液晶相温度」という。）にまで塗膜を加熱する。塗膜の加熱方法は特に限定されるものではなく、雰囲気加熱、赤外線加熱等、適宜選択可能である。減圧乾燥によっても、塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させることができる。

基材に後述する垂直配向膜が形成されている場合や、塗工工程で使用したコーティング組成物に後述する界面活性剤又はカップリング剤が含有されていた場合には、液晶相温度にまで塗膜を加熱することにより、あるいは減圧乾燥することにより、重合性液晶をホメオトロピック配向させることができる。

塗膜を液晶相温度にまで加熱しただけでは重合性液晶がホメオトロピック配向しない場合には、あるいは減圧乾燥しただけでは重合性液晶がホメオトロピック配向しない場合には、所定方向に電場又は磁場をかけることにより、重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能である。

（３）架橋工程；
架橋工程では、塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま重合性液晶を三次元架橋させて、上記の塗膜を第１複屈折率層にする。

架橋工程で重合性液晶のホメオトロピック配向が乱れないようにするためには、重合性液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１〜１０℃程度低い温度、より好ましくは３〜６℃程度低い温度にまで塗膜を加熱しながら、架橋反応を進行させることが好ましい。

同様の観点から、（ａ）窒素ガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気中で塗膜を液晶相温度にまで加熱しながら重合性液晶を三次元架橋させて、上述の塗膜を第１複屈折率層にすること、又は、（ｂ）塗膜を液晶相温度にまで加熱しながら重合性液晶を部分的に架橋させる第１サブ工程を行った後、重合性液晶が結晶相となる温度にまで塗膜を冷却し、この状態で重合性液晶を再び架橋させて、上述の塗膜を第１複屈折率層にする第２サブ工程を行うこと、が好ましい。なお、上記「重合性液晶が結晶相となる温度」とは、架橋させる前の塗膜において重合性液晶が結晶相となる温度を意味する。

上記（ａ）の方法のように不活性ガス雰囲気で重合性液晶を架橋させると、例えば空気雰囲気中で架橋させた場合に比べて、特に塗膜の上面側での重合性液晶のホメオトロピック配向に乱れが生じ難くなる。

上記（ｂ）の方法は、不活性ガス雰囲気中で行ってもよいし、空気雰囲気中で行ってもよい。空気雰囲気中で行えば、製造設備が簡略化されるので、光学素子の製造コストを抑え易くなる。なお、第１サブ工程では、上記「重合性液晶が結晶相となる温度」にまで塗膜を冷却しても重合性液晶のホメオトロピック配向が維持される程度にまで、架橋反応を部分的に進行させる。第１サブ工程の反応時間は、重合性液晶の種類、塗膜の膜厚、架橋条件等に応じて異なることから一概に規定することはできないが、大まかな目安としては、架橋度が５〜５０程度になるまで部分的に架橋させた段階で終了させることが好ましい。

いずれの方法によっても、重合性液晶の架橋反応は、重合性液晶の感光波長の光を塗膜に照射することによって進行させることができる。重合性液晶の感光波長は、重合性液晶の種類により異なるので、照射すべき光の波長は、塗膜中に含有されている重合性液晶の種類に応じて適宜選定される。塗膜に照射する光は単色光である必要性はなく、重合性液晶の感光波長の光を含んだ波長域の光を照射することができる。

また、例えば塗膜を上述のように減圧乾燥すると、その後、重合性液晶が本来液晶相を示す温度よりも低温にまで塗膜を冷却しても、重合性液晶が過冷却状態となってホメオトロピック配向が保持される。その後に重合性液晶の感光波長の光を塗膜に照射することにより、重合性液晶をホメオトロピック配向の状態に保ちつつ架橋反応が進行させることができる。

第１複屈折率層の架橋度は８０程度以上とすることが好ましく、９０程度以上とすることが更に好ましい。また、第１複屈折率層の膜厚は、重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な範囲内、具体的には厚さ方向のリタデーション（ただし、光学素子としてのリタデーションを意味する。）が１０ｎｍ程度以下となる範囲内で、適宜選定することが好ましい。なお、本発明でいう「第１複屈折率層の厚さ方向」とは、第１複屈折率層表面の法線方向を意味する。

第１複屈折率層における構造単位としての各重合性液晶分子のチルト角は、光学素子の厚さ方向のリタデーションが１０ｎｍ程度以下であれば、第１複屈折率層の厚さ方向に実質的に均一でなくてもよいが、第１複屈折率層の厚さ方向に実質的に均一であることが好ましい。

ここで、本明細書でいう「構造単位としての重合性液晶分子のチルト角が第１複屈折率層の厚さ方向に実質的に均一である」とは、第１複屈折率層の厚さ方向のリタデーションが１０ｎｍ程度以下であることを意味する。また、本発明で重合性液晶についていう「ホメオトロピック配向」とは、本発明の製造方法によって得られる光学素子の厚さ方向のリタデーションが１０ｎｍ程度以下となるように重合性液晶が配向していることを意味する。

塗工工程で形成する塗膜の膜厚が厚いほど、塗膜の上面側において重合性液晶がホメオトロピック配向し難くなる。すなわち、最終的に得られる第１複屈折率層において、構造単位としての重合性液晶分子のチルト角が光学素子の厚さ方向に均一になり難くなる。したがって、塗工工程で使用するコーティング組成物の組成が同じであれば、このコーティング組成物により形成する塗膜の膜厚を適宜選定することにより、第１複屈折率層における構造単位としての各重合性液晶分子のチルト角を制御することが可能である。

以上説明した架橋工程まで行うことにより、図２（ａ）に概略的に示すように、基材１０上に第１複屈折率層２０が形成された光学素子３０を得ることができる。第１複屈折率層２０は、図２（ｂ）に示すように、重合性液晶がホメオトロピック配向の状態を保ったまま三次元架橋した構造を有している。同図中に参照符号２２で示すものが、構造単位としての棒状の重合性液晶分子である。なお、図２（ｂ）では、便宜上、各重合性液晶分子２２における結合手の図示を省略している。

本発明の製造方法によって得られる光学素子では、第１複屈折率層において重合性液晶がホメオトロピック配向の状態を保ったまま三次元架橋していることから、この第１複屈折率層の厚さ方向をｚ軸にしてｘｙｚ直交座標を想定したとき、ｘ軸方向の屈折率ｎ_ｘとｙ軸方向の屈折率ｎ_ｙはほぼ同じ値になり、ｚ軸方向の屈折率は、屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙよりも大きくなる。すなわち、第１複屈折率層は、厚さ方向（ｚ軸方向）に光軸を有する１軸性の複屈折率層であり、いわゆる「＋Ｃプレート」として機能する。

第１複屈折率層に０°よりも大きな入射角で入射した光には、リタデーションが生じる。リタデーションは、第１複屈折率層における常光と異常光との光路差であるので、第１複屈折率層の膜厚、重合性液晶分子の複屈折Δｎ、及び重合性液晶分子の配向秩序度を適宜選定することにより、光学素子のリタデーションを制御することができる。

本発明の光学素子の製造方法によれば、比較簡単に第１複屈折率層を形成することができるので、目的とする光学素子の生産コストを抑え易い。また、第１複屈折率層が三次元架橋した構造を有しているので、光学素子の複屈折特性が熱による影響を受け難い。

この光学素子は、例えば位相差素子、光学補償素子等、光の偏光状態を制御するための素子として用いることができ、しかも耐熱性が比較的高いので、例えば車内のように比較的高温になり易い環境下で使用される光学機器にも用いることができる。更に、耐熱性が比較的高いので、表示用液晶パネル中に設けることも可能である。

（応用例）
光吸収型カラーフィルタ（以下、単に「カラーフィルタ」という。）を有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上にカラーフィルタを形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

図３（ａ）は、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子４０で用いられている基材１０Ａでは、光透過性基板１の片面にカラーフィルタ３及び遮光層（ブラックマトリクス）５が形成されている。第１複屈折率層２０は、カラーフィルタ３及び遮光層５を覆うようにして、基材１０Ａ上に形成されている。

光透過性基板１としては、例えばガラス等の透明無機材料により形成された板又はシートが用いられる。また、透明樹脂により形成された板、シート、又はフィルムを光透過性基板１として用いることもできる。光透過性基板１は、光学的に等方性のものが好ましい。光透過性基板１には、カラーフィルタ３及び遮光膜５の他に、所望の層を設けることもできる。

カラーフィルタ３は、赤色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、緑色のマイクロカラーフィルタ３Ｇ、及び青色のマイクロカラーフィルタ３Ｂを所定のパターンで配置した原色系のものであり、各色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの配置形態により、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型等と称される種々のタイプのカラーフィルタが知られている。原色系のカラーフィルタに代えて、補色系のカラーフィルタを用いることも可能である。

このカラーフィルタ３は、例えば、各色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ毎に、その材料となるカラーレジンの塗膜を例えばフォトリソグラフィー法で所定形状にパターニングすることによって、あるいは、各色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ毎に、その材料となるカラーフィルタ用インキを所定形状に塗布することによって、形成することができる。

遮光層５は、表示用液晶パネルにおける画素間からの光の漏れ（漏れ光）や、アクティブマトリクス駆動方式の表示用液晶パネルにおけるアクティブ素子の光劣化等を防止するためのものであり、表示用液晶パネルにおいて個々の画素を平面視上画定する。各色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、それぞれ、遮光膜５により画定される所定の画素を平面視上覆うようにして配置される。

この遮光層５は、例えば金属クロム薄膜やタングステン薄膜等、遮光性又は光吸収性を有する金属薄膜を所定形状にパターニングすることにより、形成することができる。黒色樹脂等の有機材料を所定形状に印刷することにより遮光層５を形成することも可能である。なお、カラーフィルタ３として単色のカラーフィルタを用いることも可能であり、この場合には遮光層５を省略することもできる。

図示の光学素子４０では、平面視上、基材１０Ａと第１複屈折率層２０とが実質的に重なるが、第１複屈折率層２０は、光学素子４０を構成部材とする液晶配向用基板を用いて作製される表示用液晶パネルでの表示領域にのみ、形成するようにしてもよい。また、透光性基板１上に第１複屈折率層２０を形成し、その上にカラーフィルタ３及び遮光層５を形成してもよい。

図３（ｂ）は、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の他の例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子５０では、個々のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ上に所定膜厚の第１複屈折率層２０Ｒ、２０Ｇ、又は２０Ｂが形成されているという点で、図３（ａ）に示した光学素子４０と異なる。マイクロカラーフィルタ３Ｒ上に第１複屈折率層２０Ｒが形成され、マイクロカラーフィルタ３Ｇ上に第１複屈折率層２０Ｇが形成され、マイクロカラーフィルタ３Ｂ上に第１複屈折率層２０Ｂが形成されている。各第１複屈折率層２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂをそれぞれ所定の箇所に形成するにあたっては、例えばフォトリソグラフィー法を利用することができる。他の構成は上述の光学素子４０の構成と同様であるので、第１複屈折率層２０Ｒ、２０Ｇ、及び２０Ｂをそれぞれ除いた構成部材には図３（ａ）で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

光の屈折率は、同じ媒質に入射した場合でも、波長によって異なる。したがって、例えば図１（ａ）に示した第１複屈折率層２０の複屈折Δｎも、入射する光の波長によって異なる。各色のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ上にそれぞれが所定の膜厚を有する第１複屈折率層２０Ｒ、２０Ｇ、又は２０Ｂを設けることにより、赤色、緑色、及び青色の各色の光のリタデーションを別個に制御することができる。したがって、光学素子５０によれば、図３（ａ）に示した光学素子４０に比べてより精密に、光の偏光状態を制御することができる。

なお、透光性基板１上に遮光層５と第１複屈折率層２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂとを形成し、第１複屈折率層２０Ｒ上にマイクロカラーフィルタ３Ｒを、第１複屈折率層２０Ｇ上にマイクロカラーフィルタ３Ｇを、第１複屈折率層２０Ｂ上にマイクロカラーフィルタ３Ｂを形成してもよい。

また、カラーフィルタ３（各マイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）の表面には、第１複屈折率層２０の形成に先立って、フッ化処理を施しておくことができる。このフッ化処理は、例えば、基材１０Ａをチャンバー内に収容し、このチャンバー内の雰囲気をヘリウム（Ｈｅ）ガスとテトラフルオロメチレン（ＣＦ_４）ガスとの混合雰囲気として高周波電界を加えながら放電を行って、ＣＦ_４ガスを活性化させることにより行うことができる。このとき、例えば、Ｈｅガスの流量を１０リットル／分、ＣＦ_４ガスの流量を１００ｃｃｍとし、高周波電界の周波数を１３．５６ＭＨｚ、放電電力を３００Ｗとすることができる。カラーフィルタ３の表面に予めフッ化処理を施しておくことにより、このカラーフィルタ３に後述する第２形態の製造方法で使用する垂直配向膜としての機能を付与することが可能である。

（応用例２）
第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率層を備えた基材上に第１複屈折率層を形成することによっても、あるいは、第１複屈折率層上に前記の第２複屈折率層を形成することによっても、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

図４（ａ）は、第２複屈折率層を有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子６０で用いられている基材１０Ｂは、光透過性基板１の片面に水平配向膜６と第２複屈折率層７とがこの順番で積層されたものである。第２複屈折率層７上に第１複屈折率層２０が形成されている。

光透過性基板１の構成は、図３（ａ）に示した光学素子４０での光透過性基板１の構成と同様である。水平配向膜６は、液晶分子を水平配向させることが可能なものであり、例えば樹脂材料により形成された膜の表面にラビング処理や光配向処理を施すことによって得ることができる。第２複屈折率層７は、例えば重合性液晶をホモジニアス配向の状態で固定した高分子からなり、光学的に１軸性で光軸が面内にある複屈折率層（いわゆる「＋Ａプレート」）として機能する。第２複屈折率層７は、第１複屈折率層２０と異なる複屈折特性を有している。

この光学素子６０を含んだ液晶配向用基板は、第１複屈折率層２０及び第２複屈折率層７を有しているので、検光子の遅相軸と４５°又は１３５°の角度をなす方位角方向の視角特性を向上させることができる。

なお、第２複屈折率層７としては、延伸樹脂フィルム製の＋Ａプレートを用いることもできる。この場合、水平配向膜６は省略される。延伸樹脂フィルム製の＋Ａプレートは、粘着剤により光透過性基板１上に貼付される。

また、第１複屈折率層２０上にカラーフィルタ及び遮光層を形成することも可能である。更には、光透過性基板１の片面に第２複屈折率層７を設け、この光透過性基板１における前記の片面とは反対側の面に第１複屈折率層２０を形成することも可能である。

図４（ｂ）は、第１複屈折率層上に第２複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子７０で用いられている基材１０Ｃは、光透過性基板１の片面に直線偏光素子８と１／４波長板９とがこの順番で積層されたものである。１／４波長板９上に第１複屈折率層２０が形成され、この第１複屈折率層２０上に第２複屈折率層６５が形成されている。

光透過性基板１の構成は、図３（ａ）に示した光学素子４０での光透過性基板１の構成と同様である。直線偏光素子８は、表示用液晶パネルにおいて偏光子として機能するものであり、１／４波長板９は、円偏光を直線偏光に変換するための光学素子である。第２複屈折率層６５は、自然光から特定の円偏光を取り出すためのものであり、例えば分子配列が架橋により固定されたコレステリック液晶により形成される。

この光学素子７０を含んだ液晶配向用基板では、第２複屈折率層６５が第１複屈折率層２０上に設けられているので、偏光子として機能する直線偏光素子８への入射光量を増大させることができる。したがって、光学素子７０を含んだ液晶配向用基板を用いて表示用液晶パネルを作製すると、光利用効率を高めることができる。

＜第２形態＞
本形態の光学素子の製造方法では、基材として、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な垂直配向膜を有するものを用い、この垂直配向膜上に塗工工程で塗膜を形成する。

垂直配向膜は、例えば光透過性基板上に形成される。光透過性基板としては、例えばガラス等の透明無機材料により形成された板又はシートを用いることができる。また、透明樹脂により形成された板、シート、又はフィルムを光透過性基板として用いることもできる。光透過性基板は、光学的に等方性のものが好ましい。光透過性基板には、カラーフィルタや遮光膜等を設けることも可能である。光透過性基板の光透過率は、目的とする光学素子の用途等に応じて適宜選定可能である。

垂直配向膜は、第１複屈折率層を形成する過程で重合性液晶をホメオトロピック配向させるためのものである。この重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な垂直配向膜は、例えば、（Ａ）界面活性剤、（Ｂ）ポリイミド、又は（Ｃ）カップリング剤により形成することができる。

上記（Ａ）の界面活性剤としては、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることができるものであればノニオン系、カチオン系、アニオン系等、どのような系のものであっても用いることができ、１種類の界面活性剤のみを用いてもよいし、複数種の界面活性剤を併用してもよい。ただし、重合性液晶をホメオトロピック配向させるためには、重合性液晶を一旦液晶相（ネマチック相）にまで加熱しなければならないので、界面活性剤はこのとき分解されない程度の耐熱性を有していることが必要である。また、重合性液晶に添加することから、有機溶剤に可溶のものであることが好ましい。

垂直配向膜を界面活性剤により形成する場合、第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度を高めるという観点からは、長鎖アルキル基を有している界面活性剤や、側鎖を有すると共にこの側鎖にフッ素原子が含有されている界面活性剤等、撥水性又は撥油性の強い界面活性剤を用いることが好ましい。なお、本明細書でいう長鎖アルキル基とは、炭素数が３〜２０のアルキル基を意味する。

撥水性又は撥油性が強い界面活性剤の具体例としては、（ｉ）レシチン、（ｉｉ）オクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライド、（ｉｉｉ）ヘキサデシルアミン、（ｉｖ）アデカミン４ＤＡＣ−８５（旭電化工業社製の界面活性剤の商品名）、（ｖ）ドライポン６００Ｅ（日華化学社製の界面活性剤の商品名）、（ｖｉ）ドライポンＺ−７（日華化学社製の界面活性剤の商品名）、及び、（ｖｉｉ）ＮＫガード ＮＤＮ−７Ｅ（日華化学社製の界面活性剤の商品名）等が挙げられる。

撥水性又は撥油性が強い界面活性剤を用いることにより、第１複屈折率層を形成する際に重合性液晶をホメオトロピック配向させることが容易になる。また、第１複屈折率層の膜厚を厚くする場合でも重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能になるので、第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度が高まり、最終的に得られる光学素子のリタデーションを種々制御することが容易になる。

界面活性剤により垂直配向膜を形成する場合、この垂直配向膜は、例えばイソプロピルアルコール等の有機溶媒に所望の界面活性剤を溶解させて得たコーティング液を用いて塗膜を形成し、この塗膜を硬化させることによって得られる。

一方、前記（Ｂ）のポリイミドにより垂直配向膜を形成する場合、この垂直配向膜は、液晶分子を垂直配向させるための垂直配向膜の材料として知られるポリイミド系材料、例えば日産化学社製のＳＥ−７５１１やＳＥ−１２１１、あるいはＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２等を、フレキソ印刷やスピンコート等の方法で塗布した後に硬化させることにより得られる。第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度を高めるという観点からは、垂直配向膜を形成するポリイミドは長鎖アルキル基を有していることが好ましい。

前記（Ｃ）のカップリング剤により垂直配向膜を形成する場合、カップリング剤としては、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることができる種々のものを用いることが可能である。ただし、重合性液晶をホメオトロピック配向させるためには、重合性液晶を一旦液晶相（ネマチック相）にまで加熱しなければならないので、カップリング剤はこのとき分解されない程度の耐熱性を有していることが必要である。また、重合性液晶に添加することから、有機溶剤に可溶のものであることが好ましい。垂直配向膜の形成に使用するカップリング剤は１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。

上記のカップリング剤の具体例としては、ｎ−オクチルトリメトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、ｎ−ドデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン等のシラン化合物を加水分解することによって得られるシランカップリング剤が挙げられる。

第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度を高めるという観点からは、カップリング剤としては、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させる作用（以下、この作用を「配向規制力」ということがある。）の強いものが好ましい。このようなカップリング剤の具体例としては、パーフルオロアルキルシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオシルトリエトキシシラン、３−（ペプタフルオロイソプロポキシ）プロピルトリメトキシシラン、及び３−（ペプタフルオロイソプロポキシ）プロピルトリエトキシシラン等のフッ素系シラン化合物を加水分解することによって得られるフッ素系シランカップリング剤（フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤）が挙げられる。

配向規制力の強いカップリング剤を用いることにより、第１複屈折率層を形成する際に重合性液晶をホメオトロピック配向させることが容易になる。また、第１複屈折率層の膜厚を厚くした場合でも重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能になるので、第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度が高まり、最終的に得られる光学素子のリタデーションを種々制御することが容易になる。

カップリング剤による配向規制力を調整するために、必要に応じて、配向規制力が強いカップリング剤と、配向規制力が弱いか、もしくは配向規制力がないカップリング剤とを併用してもよい。配向規制力が弱いか、もしくは配向規制力がないカップリング剤としては、配向規制力が強いカップリング剤と共重合するものが好ましく、例えばテトラメトシキシラン、テトラエトシキシラン等のシラン化合物を加水分解して得られるシランカップリング剤等が挙げられる。

カップリング剤により垂直配向膜を形成する場合、この垂直配向膜は、例えばイソプロピルアルコール等の有機溶媒に所望のカップリング剤を溶解させて得たコーティング液を用いて塗膜を形成し、この塗膜を硬化させることによって得られる。

垂直配向膜の膜厚があまりに薄いと、重合性液晶をホメオトロピック配向させることが困難になる。一方、垂直配向膜の膜厚があまりに厚いと、この垂直配向膜が着色して光学素子の光透過率が大きく低下するようになる。垂直配向膜の膜厚は０．０１〜１μｍ程度の範囲内で適宜選定することが好ましい。

本形態の光学素子の製造方法では、基材として上述の垂直配向膜を有するものを用いる以外は第１形態の製造方法と同様にして塗工工程、配向工程、及び架橋工程を順次行って、光学素子を得る。

図５に概略的に示すように、このようにして得られる光学素子１３０では、光透過性基板１０１と光透過性基板１０１上に形成された垂直配向膜１０５とによって基材１１０が構成され、この基材１１０における垂直配向膜１０５上に第１複屈折率層１２０が形成されている。

垂直配向膜１０５上に第１複屈折率層１２０が形成されるので、第１形態の製造方法により光学素子を製造する場合に比べて、配向工程で重合性液晶をホメオトロピック配向させ易い。また、架橋工程でも、構造単位としての重合性液晶をホメオトロピック配向の状態に保ち易い。これらの結果として、第１形態の製造方法により光学素子を製造する場合に比べて第１複屈折率層１２０の膜厚についての選択の自由度が高まり、光学素子１３０のリタデーションを種々変更することが容易になる。

この光学素子１３０は、例えば位相差素子、光学補償素子等、光の偏光状態を制御するための素子として用いることができ、しかも耐熱性が比較的高いので、例えば車内のように比較的高温になり易い環境下で使用される光学機器にも用いることができる。更に、耐熱性が比較的高いので、表示用液晶パネル中に設けることも可能である。

（応用例１）
本形態の製造方法においても、カラーフィルタと垂直配向膜とを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上にカラーフィルタを形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

図６（ａ）は、カラーフィルタと垂直配向膜とを有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子１４０で用いられている基材１１０Ａは、光透過性基板１と、この光透過性基板１の片面形成されたカラーフィルタ３及び遮光層（ブラックマトリクス）５と、これらのカラーフィルタ３及び遮光層５を覆うようにして形成された垂直配向膜１０５とを有している。第１複屈折率層１２０は、垂直配向膜１０５上に形成されている。光学素子１４０の構成は、基材１１０Ａに垂直配向膜１０５が形成されている点を除いて図３（ａ）に示した光学素子４０の構成と同様であるので、図６（ａ）では図３（ａ）で用いた参照符号と同じ参照符号により光透過性基板１、カラーフィルタ３、及び遮光層５を示している。

なお、図示の光学素子１４０では、平面視上、基材１１０Ａと第１複屈折率層１２０とが実質的に重なるが、第１複屈折率層１２０は、光学素子１４０を構成部材とする液晶配向用基板を用いて作製される表示用液晶パネルでの表示領域にのみ、形成するようにしてもよい。また、透光性基板１上に垂直配向膜１０５及び第１複屈折率層１２０をこの順番で積層し、その上にカラーフィルタ３及び遮光層５を形成してもよい。

図６（ｂ）は、カラーフィルタと垂直配向膜とを有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の他の例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子１５０では、個々のマイクロカラーフィルタ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ上に垂直配向膜１０５ａを介して所定膜厚の第１複屈折率層１２０Ｒ、１２０Ｇ、又は１２０Ｂが形成されているという点で、図３（ｂ）に示した光学素子５０と異なる。他の構成は光学素子５０の構成と同様であるので、図６（ｂ）では図３（ｂ）で用いた参照符号と同じ参照符号により光透過性基板１、カラーフィルタ３、及び遮光層５を示している。垂直配向膜１０５ａを有する基材は、参照符号１１０Ｂで示している。

なお、透光性基板１上に遮光層５と第１複屈折率層１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂとを形成し、第１複屈折率層１２０Ｒ上にマイクロカラーフィルタ３Ｒを、第１複屈折率層１２０Ｇ上にマイクロカラーフィルタ３Ｇを、第１複屈折率層１２０Ｂ上にマイクロカラーフィルタ３Ｂを形成してもよい。

（応用例２）
本形態の製造方法においては、第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率層を備えた基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上に前記の第２複屈折率層を形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

図７（ａ）は、垂直配向膜と第２複屈折率層とを有する基材上に第１複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子１６０で用いられている基材１１０Ｃは、光透過性基板１の片面に水平配向膜６と第２複屈折率層７とがこの順番で積層され、その上に垂直配向膜１０５が形成されたものである。第１複屈折率層１２０は、垂直配向膜１０５上に形成されている。光学素子１６０の構成は、基材１１０Ｃに垂直配向膜１０５が形成されている点を除いて図４（ａ）に示した光学素子６０の構成と同様であるので、図７（ａ）では図４（ａ）で用いた参照符号と同じ参照符号により光透過性基板１、水平配向膜６、及び第２複屈折率層７を示している。垂直配向膜１０５を有する基材は、参照符号１１０Ｃで示している。

なお、第２複屈折率層７として延伸樹脂フィルム製の＋Ａプレートを用いることもでき、この場合には水平配向膜６は省略される。延伸樹脂フィルム製の＋Ａプレートは、粘着剤により光透過性基板１上に貼付される。

また、第１複屈折率層１２０上にカラーフィルタ及び遮光層を形成することも可能である。更には、光透過性基板１の片面に第２複屈折率層７を設け、この光透過性基板１における前記の片面とは反対側の面に第１複屈折率層１２０を形成することも可能である。

図７（ｂ）は、第１複屈折率層上に第２複屈折率層が形成された光学素子の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す光学素子１７０で用いられている基材１１０Ｄは、光透過性基板１の片面に直線偏光素子８と１／４波長板９とがこの順番で積層され、その上に垂直配向膜１０５が形成されたものである。垂直配向膜１０５上に第１複屈折率層１２０が形成され、この第１複屈折率層１２０上に第２複屈折率層６５が形成されている。光学素子１７０の構成は、基材１１０Ｄに垂直配向膜１０５が形成されている点を除いて図４（ｂ）に示した光学素子７０の構成と同様であるので、図７（ｂ）では図４（ｂ）で用いた参照符号と同じ参照符号により光透過性基板１、直線偏光素子８、１／４波長板９、及び第２複屈折率層６５を示している。垂直配向膜１０５を有する基材は、参照符号１１０Ｄで示している。

＜第３形態＞
本形態の光学素子の製造方法では、塗工工程で用いるコーティング組成物に、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な界面活性剤を含有させる。

上記の界面活性剤としては、上記の重合性液晶をホメオトロピック配向させることができるものであればノニオン系、カチオン系、アニオン系等、どのような系のものであっても用いることができる。コーティング組成物には、１種類の界面活性剤のみを含有させてもよいし、複数種の界面活性剤を含有させてもよい。ただし、重合性液晶をホメオトロピック配向させるためには、重合性液晶を一旦液晶相温度にまで加熱しなければならないので、界面活性剤はこのとき分解されない程度の耐熱性を有していることが必要である。また、重合性液晶に添加することから、有機溶剤に可溶のものであることが好ましい。界面活性剤の具体例としては、第２形態の製造方法についての説明の中で垂直配向膜の材料として述べた界面活性剤が挙げられる。

コーティング組成物における界面活性剤の含有量は、光透過性を有する基材の材質（第１複屈折率層の下地の材質）、第１複屈折率層の膜厚、使用する界面活性剤の種類等に応じて異なるが、重合性液晶の総量に対して０．００１〜１０重量％程度とすることが好ましく、０．０１〜５重量％程度とすることが更に好ましい。

本形態の光学素子の製造方法では、塗工工程で用いるコーティング組成物に上述の界面活性剤を含有させる以外は第１形態又は第２形態の製造方法と同様にして塗工工程、配向工程、及び架橋工程を順次行って、光学素子を得る。

塗工工程で用いるコーティング組成物に上述の界面活性剤を含有させることにより、第１複屈折率層を形成する際に重合性液晶をホメオトロピック配向させることが容易になる。また、第１複屈折率層の膜厚を厚くした場合でも重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能になるので、第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度が高まり、最終的に得られる光学素子のリタデーションを種々制御することが容易になる。

本形態の製造方法によって得られる光学素子は、他の形態の製造方法によって得られる光学素子と同様に、例えば位相差素子、光学補償素子等、光の偏光状態を制御するための素子として用いることができ、しかも耐熱性が比較的高いので、例えば車内のように比較的高温になり易い環境下で使用される光学機器にも用いることができる。更に、耐熱性が比較的高いので、表示用液晶パネル中に設けることも可能である。

本形態の製造方法においても、カラーフィルタを有する基材上、又はカラーフィルタと垂直配向膜とを有する基材に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上にカラーフィルタを形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。同様に、第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率層を備えた基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上に前記の第２複屈折率層を形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

＜第４形態＞
本形態の光学素子の製造方法では、塗工工程で用いるコーティング組成物に、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能なカップリング剤を含有させる。

上記のカップリング剤としては、上記の重合性液晶をホメオトロピック配向させることができる種々のものを用いることが可能である。ただし、重合性液晶をホメオトロピック配向させるためには、重合性液晶を一旦液晶相温度にまで加熱しなければならないので、カップリング剤はこのとき分解されない程度の耐熱性を有していることが必要である。また、重合性液晶に添加することから、有機溶剤に可溶のものであることが好ましい。コーティング組成物に含有させるカップリング剤は１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。上記のカップリング剤の具体例としては、第２形態の製造方法についての説明の中で垂直配向膜の材料として述べたカップリング剤が挙げられる。

コーティング組成物におけるカップリング剤の含有量は、光透過性を有する基材の材質（第１複屈折率層の下地の材質）、第１複屈折率層の膜厚、使用するカップリング剤の種類等に応じて異なるが、重合性液晶の総量に対して０．００１重量％〜５重量％程度とすることが好ましく、０．０１重量％〜１重量％程度とすることが更に好ましい。カップリング剤を多量に含有させると、重合性液晶がホメオトロピック配向せずに、ホメオトロピック配向した領域とホメオトロピック配向以外の状態に配向した領域とに相分離を起こすようになる。

本形態の光学素子の製造方法では、塗工工程で用いるコーティング組成物に上述のカップリング剤を含有させる以外は第１形態の製造方法と同様にして塗工工程、配向工程、及び架橋工程を順次行って、光学素子を得る。

ただし、第１複屈折率層の下地は、ガラス製又はケイ素酸化物製のものであることが好ましい。また、第１複屈折率層の下地層として垂直配向膜を利用することは、好ましくない。

塗工工程で用いるコーティング組成物に上述のカップリング剤を含有させることにより、第１複屈折率層を形成する際に重合性液晶をホメオトロピック配向させることが容易になる。また、第１複屈折率層の膜厚を厚くした場合でも重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能になるので、第１複屈折率層の膜厚についての選択の自由度が高まり、最終的に得られる光学素子のリタデーションを種々制御することが容易になる。

本形態の製造方法によって得られる光学素子は、他の形態の製造方法によって得られる光学素子と同様に、例えば位相差素子、光学補償素子等、光の偏光状態を制御するための素子として用いることができ、しかも耐熱性が比較的高いので、例えば車内のように比較的高温になり易い環境下で使用される光学機器にも用いることができる。更に、耐熱性が比較的高いので、表示用液晶パネル中に設けることも可能である。

本形態の製造方法においても、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上にカラーフィルタを形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。同様に、第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率層を備えた基材上に第１複屈折率層を形成することにより、あるいは、第１複屈折率層上に前記の第２複屈折率層を形成することにより、例えば液晶配向用基板の構成部材として利用可能な光学素子を得ることができる。

＜実施例１＞
（準備工程）
まず、イソプロピルアルコールにオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドを１重量％の割合で溶解させて、垂直配向膜形成用のコーティング液を調製した。次いで、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板（ＮＨテクノグラス社製のＮＡ３５）を用意し、このガラス基板の片面に上記のコーティング液を塗布して塗膜を形成してから、１５０℃で１０分間乾燥した。これにより、上記のガラス基板の片面にオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドからなる厚さ０．１μｍの垂直配向膜が形成され、目的とする光学素子用の基材が得られた。前記の垂直配向膜は、分子形状が棒状の重合性液晶を垂直配向させることが可能なものである。

（配向工程）
まず、図２（ｄ）に示した式（ＩＶ）で表される重合性液晶２５重量部と、光重合開始剤１重量部と、界面活性剤２重量部とをクロロベンゼン７２重量部に溶解させて、第１複屈折率層形成用のコーティング組成物を調製した。このとき、光重合開始剤としてはチバスペシャリティケミカルズ社製のＩｒｇ９０７（商品名）を用い、界面活性剤としては上述したオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドを用いた。オクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドは、棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な界面活性剤である。

次に、準備工程で用意した基材における垂直配向膜上に上記第１複屈折率層形成用のコーティング組成物をスピンコートして塗膜を形成し、この塗膜を１２７℃で３分間加熱した。塗膜は、加熱されるについて白濁状態から透明状態へと変化した。このことから、塗膜中の重合性液晶が加熱により結晶相から液晶相に相転移したことが確認された。なお、上記の塗膜中の重合性液晶が液晶相から等方相に相転移する温度は、１２８℃である。

（架橋工程）
まず、重合性液晶が相転移した塗膜を１２７℃に加熱したまま、超高圧水銀灯を有する紫外線照射装置を用いて空気雰囲気中で前記の塗膜に紫外線を照射した。このときの紫外線の照射条件は、照射強度３０ｍＷ／ｃｍ^２、照射時間２秒とした。これにより、塗膜中の重合性液晶の架橋反応が部分的に進行した。

次に、基材を一旦室温に戻してから、上記の紫外線照射装置を用いて空気雰囲気中で前記の塗膜に再び紫外線を照射した。このときの紫外線の照射条件は、照射強度３０ｍＷ／ｃｍ^２、照射時間１分とした。なお、基材を室温に戻しても、塗膜中の重合性液晶の相転移は認められなかった。

このようにして紫外線照射を２段階に分けて行うことにより、塗膜中の重合性液晶が空気雰囲気中においてもホメオトロピック配向の状態を保ったまま三次元架橋して第１複屈折率層が形成され、目的とする光学素子が得られた。この光学素子における第１複屈折率層の膜厚を触針式段差計により測定したところ、約１．５μｍであった。

（評価）
得られた光学素子の厚さ方向のリタデーションをＲＥＴＳ（大塚電子社製）を用いて測定したところ、ほぼ０ｎｍであった。光学素子を水平に配置したときの厚さ方向を基準とし、この方向から任意の方向に光学素子をあおると、リタデーションが現れた。これらのことから、第１複屈折率層においては、重合性液晶がホメオトロピック配向していることが確認された。

また、光学素子を２００℃に加熱しても、第１複屈折率層の複屈折特性は殆ど変化しなかった。このことから、第１複屈折率層は、重合性液晶が三次元架橋した構造を有しているものと判断される。

＜実施例２＞
配向工程及び架橋工程それぞれでの塗膜の加熱温度を１２３℃とした以外は実施例１と同じ条件の下に光学素子を作製した。この光学素子の複屈折特性を実施例１と同じ条件の下に測定したところ、実施例１での測定結果とほぼ同じ測定結果が得られた。また、光学素子を２００℃に加熱しても、第１複屈折率層の複屈折特性は殆ど変化しなかった。このことから、第１複屈折率層は、重合性液晶が三次元架橋した構造を有しているものと判断される。

＜実施例３＞
配向工程及び架橋工程それぞれでの塗膜の加熱温度を１１８℃とした以外は実施例１と同じ条件の下に光学素子を作製した。この光学素子の複屈折特性を実施例１と同じ条件の下に測定したところ、実施例１での測定結果とほぼ同じ測定結果が得られた。また、光学素子を２００℃に加熱しても、第１複屈折率層の複屈折特性は殆ど変化しなかった。このことから、第１複屈折率層は、重合性液晶が三次元架橋した構造を有しているものと判断される。

＜比較例１＞
配向工程及び架橋工程それぞれでの塗膜の加熱温度を１２８℃（重合性液晶が液晶相から等方相に相転移する温度）とした以外は実施例１と同じ条件の下に光学素子を作製したところ、リタデーションが認められなかった。

＜比較例２＞
配向工程及び架橋工程それぞれでの塗膜の加熱温度を１１７℃とした以外は実施例１と同じ条件の下に光学素子を作製したところ、第１複屈折率層に相当する層が白濁した。

図１（ａ）〜図１（ｆ）は、それぞれ、多官能重合性液晶を表す式であり、図１（ｇ）〜図１（ｊ）は、それぞれ、単官能重合性液晶を表す式である。 図２（ａ）は、本発明に係る第１形態の光学素子の製造方法によって得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した第１複屈折率層の構造を模式的に示す断面図である。 図３（ａ）は、本発明に係る第１形態の光学素子の製造方法に基づいて、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、本発明に係る第１形態の光学素子の製造方法に基づいて、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の他の例を概略的に示す断面図である。 図４（ａ）は、本発明に係る第１形態の光学素子の製造方法に基づいて、第２複屈折率層を有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図であり、図４（ｂ）は、本発明に係る第１形態の光学素子の製造方法に基づいて製造された光学素子の第１複屈折率層上に更に第２複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図である。 本発明に係る第２形態の光学素子の製造方法によって得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図である。 図６（ａ）は、本発明に係る第２形態の光学素子の製造方法に基づいて、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、本発明に係る第２形態の光学素子の製造方法に基づいて、カラーフィルタを有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の他の例を概略的に示す断面図である。 図７（ａ）は、本発明に係る第２形態の光学素子の製造方法に基づいて、第２複屈折率層を有する基材上に第１複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図であり、図７（ｂ）は、本発明に係る第２形態の光学素子の製造方法に基づいて製造された光学素子の第１複屈折率層上に更に第２複屈折率層を形成することにより得られる光学素子の一例を概略的に示す断面図である。

符号の説明

３ 光吸収型カラーフィルタ
７、６５ 第２複屈折率層
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 基材
２０、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ 第１複屈折率層
２２ 構造単位としての重合性液晶分子
３０、４０、５０、６０、７０ 光学素子
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ 基材
１０５ 垂直配向膜
１２０、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 第１複屈折率層
１３０、１４０、１５０、１６０、１７０ 光学素子
１６５ 第２複屈折率層

Claims (15)

1. 基材と該基材上に形成された第１複屈折率層とを有する光学素子の製造方法であって、
   前記基材上に、分子形状が棒状で各分子が重合性官能基を２つ以上有する重合性液晶を少なくとも含有したコーティング組成物の塗膜を形成する塗工工程と、
   前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させる配向工程と、
   前記塗膜中の重合性液晶をホメオトロピック配向させたまま該重合性液晶を三次元架橋させて、前記塗膜を前記第１複屈折率層にする架橋工程と、
   を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記架橋工程で、前記塗膜を前記重合性液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１〜１０℃低い温度に保持しながら、前記重合性液晶を三次元架橋させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記架橋工程を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記架橋工程が、前記塗膜の温度を前記重合性液晶が液晶相となる温度にしたまま、前記重合性液晶を部分的に架橋させる第１サブ工程と、前記塗膜の温度を前記重合性液晶が結晶相となる温度にして該重合性液晶を再び架橋させて前記第１複屈折率層を得る第２サブ工程と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記架橋工程を空気雰囲気中で行うことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記基材が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な垂直配向膜を有し、前記塗工工程で前記垂直配向膜上に前記塗膜を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記垂直配向膜が、長鎖アルキル基を有する界面活性剤により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
8. 前記垂直配向膜が、側鎖を有すると共に該側鎖にフッ素原子が含有された界面活性剤により形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学素子の製造方法。
9. 前記垂直配向膜が、長鎖アルキル基を有するポリイミドにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
10. 前記垂直配向膜が、カップリング剤により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
11. 前記基材が光吸収型カラーフィルタを有し、該光吸収型カラーフィルタ上に前記垂直配向膜が形成されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
12. 前記基材が、前記第１複屈折率層とは異なる複屈折特性を有する第２複屈折率相を有し、該第２複屈折率層上に前記垂直配向膜が形成されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
13. 前記コーティング組成物が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能な界面活性剤を更に含有していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
14. 前記コーティング組成物が、分子形状が棒状の重合性液晶をホメオトロピック配向させることが可能なカップリング剤を更に含有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
15. 前記基材として、前記第１複屈折率層の下地がガラス製又はケイ素酸化物製のものを用いることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の製造方法。

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