JP2005215437A

JP2005215437A - 光学素子

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Publication number: JP2005215437A
Application number: JP2004023313A
Authority: JP
Inventors: Yukiko Iizuka; 塚有紀子飯
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP4402968B2

Abstract

【課題】透明性に優れ且つ光学的な欠陥（光学的なムラ等）が少ない光学素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】配向膜付きのガラス基板１１上に、屈折率異方性を有する放射線重合型液晶分子を含有する液晶組成物を塗布して液晶層１２を形成した後、この液晶層１２上に、屈折率異方性を有しない透明材料からなるオーバーコート層１３を積層する。オーバーコート層１３の屈折率は、液晶層１２の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値をとる。これにより、液晶層１２のうちオーバーコート層１３側の界面で生じる界面反射が抑制され、当該界面における液晶分子の向きに起因して生じる光学的なムラが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられる光学素子に係り、とりわけ、コレステリック液晶規則性やネマチック液晶規則性等の分子構造を有する液晶層を備えた光学素子及びその製造方法に関する。なお、本明細書中において「液晶層」という用語は、光学的に液晶の性質を有する層という意味で用い、層の状態としては、流動性のある液晶相の状態の他、液晶相の持つ分子配列を保って固化された状態も含む。

コレステリック液晶規則性やネマチック液晶規則性等の分子構造を有する液晶層を備えた光学素子は、位相差フィルムやカラーフィルタ、円偏光分離素子等の光学素子として、液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられることが多い。すなわち、このような光学素子は、液晶表示装置等の画像表示装置内において、偏光やカラー表示、各種の液晶モードの視野角補償等の用途で用いられる。

ここで、このような光学素子を構成する液晶層の材料としては、放射線重合型液晶や高分子液晶等が用いられ、その製造方法としては、放射線重合型液晶や高分子液晶等の液晶分子を溶液に溶解させて液晶層形成用塗工液を調製した後、このようにして調製された液晶層形成用塗工液を基材上に塗布して薄膜状の液晶層を形成する方法が用いられている。

このような従来の製造方法では、液晶組成物が塗布されることとなる基材の表面に配向能を付与することにより、液晶層のうち基材側の表面における液晶分子の配向方向及び配向傾斜角（チルト角）を制御することが可能であり、また、液晶層のうち空気界面側の表面についても液晶層の膜厚を調整する等の方法により液晶分子の配向方向及びチルト角を制御することが可能である。

しかしながら、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子の配向方向については、基材の平坦性や、液晶層の膜厚差、温度、風の影響等により不揃いになりやすい。また、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子のチルト角については界面活性剤を添加することにより制御することが可能であるが、このような添加剤は液晶分子にとっては不純物となるので、面内の液晶分子の配向方向が乱れる原因の一つとなる。すなわち、液晶層に界面活性剤を添加することにより、面内の液晶分子のチルト角は制御することができるものの、面内の液晶分子の配向方向は界面活性剤を添加することで逆に乱れてしまう。

ここで、液晶層がネマチック液晶規則性の分子構造を有する場合には、液晶分子のダイレクターの向きのゆらぎに起因して、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子の向きが不揃いになりやすい。また、液晶層がコレステリック液晶規則性の分子構造を有する場合には、液晶分子のダイレクターの向きのゆらぎや面内での微小な膜厚差に起因して、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子の向きが不揃いになりやすい。なおこのとき、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子の向きの不揃いは、液晶分子以外の添加物として界面活性剤を添加した場合にはさらに助長される。

そして、このような光学素子が液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられる場合には、当該光学素子が２枚の直線偏光板の間に挟み込まれた状態で用いられることが多いが、上述したようにして光学素子の液晶層中で液晶分子の向きが不揃いとなる場合には、光学素子の面内での光の透過（反射）状態等が均一でなくなり、２枚の直線偏光板を介して最終的に観察者側に出射される光の量にバラツキ（光学的なムラ）が生じてしまう、という問題がある。

ところで、このような問題を解消するための従来の方法としては例えば、液晶層のうち基材側の表面におけるカイラルピッチに比べて、空気界面側の表面におけるカイラルピッチの方を長くすることにより、空気界面側の表面における液晶分子の向きの不揃いを相対的に小さくする方法が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−２１７２０号公報

しかしながら、上述した従来の方法では、液晶層のうち空気界面側の表面における液晶分子の向きをある程度揃えることができるものの、長波長の光を反射する層が最表面に積層されることとなるので、その部分が位相差層として機能しやすい、という問題がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、透明性に優れ且つ光学的な欠陥（光学的なムラ等）が少ない光学素子及びその製造方法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、屈折率異方性を有する液晶分子からなる、液晶規則性の分子構造を有する液晶層と、前記液晶層上に積層された、屈折率異方性を有しない透明材料からなるオーバーコート層とを備え、前記オーバーコート層の屈折率は、前記液晶層の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値をとることを特徴とする光学素子を提供する。

なお、上述した第１の解決手段において、前記オーバーコート層は、その膜厚が、当該オーバーコート層を透過する光と、当該オーバーコート層の表面で界面反射された後に前記液晶層を経て再度当該オーバーコート層を透過する光との間での干渉により、前記液晶層の界面で生じる界面反射に起因した光学的なムラを抑制するように決められていることが好ましい。

また、上述した第１の解決手段において、前記オーバーコート層の膜厚は、少なくとも０．１μｍ以上でかつ２０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上でかつ１０μｍの範囲にあることが好ましい。

さらに、上述した第１の解決手段において、前記液晶層の分子構造はネマチック液晶規則性又はコレステリック液晶規則性を有することが好ましい。なお、前記液晶層がコレステリック液晶規則性の分子構造を有する場合には、前記液晶層の選択反射波長帯域は可視光域又は紫外域にあることが好ましい。

さらにまた、上述した第１の解決手段において、前記液晶層は、所定の表示パターンに合わせてパターニングされていることが好ましい。ここで、前記液晶層は、前記所定の表示パターンに対応する着色パターンを有するカラーフィルタであることが好ましい。また、前記オーバーコート層は、所定の表示パターンに対応する着色パターンを有するカラーフィルタであることが好ましい。

なお、上述した第１の解決手段において、前記液晶層は、配向能を有する基材上に積層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、基材上に、屈折率異方性を有する液晶分子を含有する液晶組成物を塗布する工程と、前記基材上に塗布された液晶組成物中の液晶分子を配向させ、液晶規則性の分子構造を有する液晶層を形成する工程と、分子構造が液晶規則性を有するように形成された前記液晶層を硬化させる工程と、硬化された前記液晶層上に、屈折率異方性を有しない透明材料を直接塗布し、前記液晶層の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率を持つオーバーコート層を形成する工程とを含むことを特徴とする、光学素子の製造方法を提供する。

なお、上述した第２の解決手段において、前記オーバーコート層は、その膜厚が、当該オーバーコート層を透過する光と、当該オーバーコート層の表面で界面反射された後に前記液晶層を経て再度当該オーバーコート層を透過する光との間での干渉により、前記液晶層の界面で生じる界面反射に起因した光学的なムラを抑制するように決められていることが好ましい。

また、上述した第２の解決手段において、前記オーバーコート層の膜厚は、少なくとも０．１μｍ以上でかつ２０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上でかつ１０μｍの範囲にあることが好ましい。

本発明によれば、屈折率異方性を有する液晶分子からなる、液晶規則性の分子構造を有する液晶層上に、屈折率異方性を有しない透明材料からなる、液晶層の屈折率に近い屈折率（液晶層の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率）を持つオーバーコート層を積層するようにしているので、液晶層のうちオーバーコート層側の界面で生じる界面反射を抑制することができる。このため、液晶層中の当該界面で面内の液晶分子の向きが乱れているような場合でも、液晶層の当該界面における液晶分子の向きに起因して生じる光学的なムラを効果的に防止することが可能となり、透明性に優れ且つ光学的な欠陥（光学的なムラ等）が少ない光学素子を得ることができる。

発明を実施するための形態

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、本実施の形態に係る光学素子の概略構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る光学素子１０は、ガラス基板（基材）１１と、ガラス基板１１上に積層された液晶層１２と、液晶層１２上に積層されたオーバーコート層１３とを備えている。

このうち、ガラス基板１１は、液晶層１２中の液晶分子を配向させる配向能を有している。具体的には例えば、ガラス基板１１の表面にはポリイミドやポリビニルアルコール等の有機材料からなる配向膜（図示せず）が形成されており、当該配向膜の表面がラビングされることにより配向能が付与されている。

また、液晶層１２は、ネマチック液晶規則性やコレステリック液晶規則性等の分子構造を有し、その液晶規則性に応じた所望の光学機能を実現するようになっている。なお、液晶層１２が積層されるガラス基板１１の表面は配向能を有しているので、液晶層１２のうちガラス基板１１側の表面における液晶分子の向きはガラス基板１１に対して略平行となり、光の散乱等が生じることなく所望の光学機能が実現される。

具体的には例えば、液晶層１２がネマチック液晶規則性の分子構造を有する場合には、Ａプレートやλ／４位相差板、λ／２位相差板等の光学素子として機能する。また、液晶層１２がコレステリック液晶規則性の分子構造を有する場合には、Ｃプレートやカラーフィルタ、円偏光分離層素子等の光学素子として機能する。なお、液晶層１２がコレステリック液晶規則性の分子構造を有する場合には、その選択反射波長帯域は可視光域又は紫外域にあるようにするとよい。

ここで、液晶層１２の材料としては、放射線重合型液晶や高分子液晶等を含有する液晶組成物が用いられる。具体的には例えば、液晶層１２がネマチック液晶規則性の分子構造を有する場合には、その材料として、屈折率異方性を有する放射線重合型液晶分子（例えばネマチック液晶相を呈する重合性モノマー又は重合性オリゴマー）（及び必要に応じて界面活性剤及び／又は光重合開始剤）を含有する液晶組成物が用いられる。また、液晶層１２がコレステリック液晶規則性の分子構造を有する場合には、その材料として、屈折率異方性を有する放射線重合型液晶分子（例えばネマチック液晶相を呈する重合性モノマー又は重合性オリゴマー）及びカイラル剤（及び必要に応じて界面活性剤及び／又は光重合開始剤）を含有する液晶組成物が用いられる。

さらに、オーバーコート層１３は、屈折率異方性を有しない透明材料からなっており、液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられた場合の表示性能を確保するように可視光域での透過率が少なくとも５０％程度となるように決められている。

ここで、オーバーコート層１３の材料は特に限定されるものではないが、有機材料で形成されたものが好ましく用いられる。中でも、耐圧性、耐摩耗性及び耐熱性に優れた紫外線硬化型樹脂が好ましく用いられる。具体的な材料としては例えば、ポリエステルアクリレート、ポリエステルメタクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリスチリルメタクリレート、ポリエーテルメタアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート（特に、それぞれビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型の骨格を有するエポキシアクリレート、及びフェノールノボラック型エポキシアクリレート）、ポリカーボネート、ポリブタジエンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンアクリレート等の多官能オリゴマーであって官能基の数が１〜１０のもの等が挙げられる。また、２−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート等の単官能モノマー及び多官能モノマーも好ましいものとして挙げられる。

なお、オーバーコート層１３は、液晶層１２の屈折率に近い屈折率（液晶層１２の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率）を持ち、後述するようにして液晶層１２のうちオーバーコート層１３側の界面で生じる界面反射を抑制することにより、当該界面における液晶分子の向きに起因して生じる光学的なムラを防止することができるようになっている。

以下、図２（ａ）（ｂ）により、図１に示す光学素子１０において液晶層１２上に積層されたオーバーコート層１３により光学的なムラが抑制される原理について説明する。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、光学素子１０，１０′においては、液晶層１２の微小な膜厚差や液晶分子のダイレクターの方向のゆらぎ等に起因して、液晶層１２のうちガラス基板１１とは反対側の表面における液晶分子の向きが不揃いとなることが多い。この場合、液晶層１２中の液晶分子は屈折率異方性を有するので、液晶分子の向きに応じて屈折率が面内の場所に応じて異なることとなる。具体的には、液晶層１２の面内の屈折率は通常光屈折率（例えば図２（ａ）（ｂ）のｎ_Ａ）と異常光屈折率（図２（ａ）（ｂ）のｎ_Ｂ）との間の任意の値をとることとなる。

ここで、光学素子１０，１０′で生じる光学的なムラは、主として光学素子１０，１０′内の各層での界面反射に起因したものであるが、このような界面反射が最も大きいのは、両者の間での屈折率の差が大きい界面（すなわち光学素子１０，１０′の最表面と空気（屈折率ｎ_０）との間の界面）である。すなわち、図２（ｂ）に示す光学素子１０′（オーバーコート層がない構成）では、界面反射が最も大きい界面は液晶層１２のうちガラス基板１１とは反対側の表面に対応する。上述したように、液晶層１２のうちガラス基板１１とは反対側の表面における屈折率は、液晶層１２の微小な膜厚差や液晶分子のダイレクターの向きのゆらぎ等に起因して面内の場所に応じて異なっているので、液晶層１２と空気との間の界面での光の透過率（反射率）もそのような屈折率の変動の影響を大きく受けることとなる。これに対し、図２（ａ）に示す光学素子１０（オーバーコート層がある構成）では、界面反射が最も大きい界面はオーバーコート層１３のうち液晶層１２とは反対側の表面に対応する（オーバーコート層１３の屈折率が液晶層１２の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値をとり両者の屈折率が極めて近いので、これらの層間での界面反射はほぼ無視することができる）。ここで、オーバーコート層１３は、屈折率異方性を有しない材料からなっており、当該オーバーコート層１３のうち液晶層１２とは反対側の表面における屈折率も面内の場所によることなく同一であるので、オーバーコート層１３と空気との間の界面での光の透過率（反射率）は面内の場所によることなく同一である。このため、液晶層１２上にオーバーコート層１３が積層された光学素子１０では、その面内での光の透過（反射）状態は均一となり、最終的に観察者側に出射される光の量のバラツキ（光学的なムラ）を防止することができる。

なお、オーバーコート層１３は、その膜厚が、オーバーコート層１３を透過する光と、オーバーコート層１３の表面で界面反射された後に液晶層１２を経て再度オーバーコート層１３を透過する光との間での光学的な干渉により光学的なムラを抑制するように決められている。なお、オーバーコート層１３の膜厚は、０．１μｍ〜２０μｍ、より好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲にあることが好ましい。このようにすることにより、光学素子１０が液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられる場合において、透過する光の光量の最大値と最小値との差を十分に軽減することができる。

以下、図３（ａ）（ｂ）により、光学素子１０，１０′における光の干渉の態様について説明する。なお、図３（ａ）（ｂ）においては、光学素子１０，１０′の液晶層１２がコレステリック液晶規則性の分子構造を有し、この液晶層１２において右円偏光のみが反射される場合を例に挙げて説明する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、光学素子１０，１０′に入射した光のうち左円偏光は、その大半が右円偏光を反射する液晶層１２を透過し（符号Ｌ_１）、残りの一部がオーバーコート層１３の空気界面（図３（ａ）の場合）又は液晶層１２の空気界面（図３（ｂ）の場合）で反射される。ここで、このようにして反射された光は右円偏光となるので、右円偏光を反射する液晶層１２で反射された後に再度右円偏光として観察者側に出射する（符号Ｌ_２）。一方、光学素子１０，１０′に入射した右円偏光は、その大半が液晶層１２で反射され、残りの一部はガラス基板１１の空気界面で反射される。ここで、このようにして反射された光は左円偏光となるので、右円偏光を反射する液晶層１２を透過し、観察者側に出射する（符号Ｌ_３）。

ここで、このようにして観察者側に出射する光Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は互いに干渉することとなるが、本実施の形態に係る光学素子１０（図３（ａ））では、所望の光学機能を実現する液晶層１２とは別に設けられたオーバーコート層１３の膜厚ｄを変化させることにより、光学素子１０の観察者側に出射する光Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３の光路差（位相ずれ）を補正することが可能である。このようにすることによっても、観察者側に出射される光の量のバラツキ（光学的なムラ）を抑制することができる。

次に、図４により、このような構成からなる光学素子１０の製造方法について説明する。

まず、配向能を有するガラス基板１１を準備する（図４（ａ））。ここで、ガラス基板１１の表面にはポリイミドやポリビニルアルコール等の有機材料からなる配向膜が形成されており、当該配向膜の表面がラビングされることにより配向能が付与されている。

次に、このようにして準備されたガラス基板１１の配向膜（図示せず）上に、液晶組成物を溶剤に溶解させることにより調製した液晶層形成用塗工液を、各種のコーティング方法を用いて塗布し、塗布膜１２ａを形成する（図４（ｂ））。ここで、液晶層形成用塗工液に含まれる液晶組成物は、屈折率異方性を有する放射線重合型液晶分子、光重合開始剤及び界面活性剤を含有している。なお、放射線重合型液晶分子としては、ネマチック液晶相を呈する重合性モノマー又は重合性オリゴマー、又は、ネマチック液晶相を呈する重合性モノマー又は重合性オリゴマーとカイラル剤とを混合したものを用いることができる。なお、カイラル剤としては、重合基を有するものが好ましく用いられる。また、ここでいうコーティング方法としては、スピンコート法、ダイコート法、スライドコート法、ロールコート法又は各種の印刷法等の既存の任意のものを用いることができる。

その後、ガラス基板１１上に形成された塗布膜１２ａを加熱し、当該塗布膜１２ａ中に含まれる溶剤を蒸発させながら当該塗布膜１２ａ中の液晶分子を配向させ、ネマチック液晶規則性やコレステリック液晶規則性等の分子構造を有する未硬化状態の液晶層１２ｂを形成する（図４（ｃ））。

次いで、このようにして形成された未硬化状態の液晶層１２ｂに放射線を照射して硬化させ、硬化状態の液晶層１２を形成する（図４（ｄ））。

最後に、このようにして形成された硬化状態の液晶層１２上に、屈折率異方性を有しない透明材料を直接塗布し、加熱して硬化させることにより、液晶層１２の屈折率に近い屈折率（液晶層１２の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率）を持つオーバーコート層１３を形成する（図４（ｅ））。

以上により、配向膜付きのガラス基板１１上に液晶層１２及びオーバーコート層１３がこの順番で積層された光学素子１０が製造される。

このように本実施の形態によれば、屈折率異方性を有する液晶分子からなる、ネマチック液晶規則性やコレステリック液晶規則性等の分子構造を有する液晶層１２上に、屈折率異方性を有しない透明材料からなる、液晶層１２の屈折率に近い屈折率（液晶層１２の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率）を持つオーバーコート層１３を積層するようにしているので、液晶層１２のうちオーバーコート層１３側の界面で生じる界面反射を抑制することができる。このため、液晶層１２中の当該界面で面内の液晶分子の向きが乱れているような場合でも、液晶層１２の当該界面における液晶分子の向きに起因して生じる光学的なムラを効果的に防止することが可能となり、透明性に優れ且つ光学的な欠陥（光学的なムラ等）が少ない光学素子１０を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、配向能を有するガラス基板１１上に液晶層形成用塗工液を塗布して液晶層１２を形成するようにしているので、面内の液晶分子の向きをガラス基板１１の表面に対して略平行することでディスクリネーション（螺旋構造の乱れ）の数を減少させることができ、このため、光学的に優れた光学素子１０を得ることができる。

なお、上述した実施の形態においては、液晶層１２が積層される基材として、その表面に配向膜（図示せず）が形成されたガラス基板１１を用いているが、これに限らず、延伸フィルム等の各種の支持材を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態においては、液晶層１２が積層されるガラス基板１１の表面に配向能が付与されているが、液晶層１２が例えば光の散乱を許容するような層構成のディスプレイ（例えば液晶パネルの内部に光拡散層を含む液晶ディスプレイ等）で用いられ、液晶層１２中の液晶分子の向きが不揃いであってもよい場合には、必ずしもガラス基板１１の表面に配向能が付与されていなくてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、図１に示す光学素子１０のように、面内の場所によらず光学機能が同一である液晶層１２を備えるものを例に挙げて説明したが、これに限らず、図５に示す光学素子１０Ａのように、面内で所定の表示パターン（画素等のパターン）に合わせてパターニングされた液晶層１２Ａを備えていてもよい。図５に示す光学素子１０Ａでは、液晶表示装置等の画像表示装置に組み込まれて用いられた場合において、顔料カラーフィルター（図示せず）等を通過した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色の光の波長に合わせて各部分の光学機能が調整されたλ／４位相差板やλ／２位相差板を作製することが可能となる。この場合、図６に示す光学素子１０Ｂのように、所定の表示パターン（画素等のパターン）に合わせて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色の光を透過させるようにパターニングされた、カラーフィルタとして機能する液晶層１２Ｂを備えていてもよい。なお、図５及び図６に示す光学素子１０Ａ，１０Ｂでは、面内でパターニングされた液晶層１２Ａ上に透明材料が塗布されることでオーバーコート層１３が積層されるので、液晶層１２Ａにおける画素間の谷部をオーバーコート層１３の材料で埋めることが可能となる。

さらに、上述した実施の形態においては、液晶層１２上に積層されるオーバーコート層として、透明材料からなるオーバーコート層１３を用いているが、液晶層１２の光学機能を妨げないようものであれば他の任意の機能（例えばカラーフィルタや保護層としての機能）を有していてもよい。具体的には例えば、図６に示す光学素子１０Ｃのように、液晶層１２上に積層されるオーバーコート層として、カラーフィルターとして機能する、顔料や染料等からなるオーバーコート層１３Ａを用いるようにしてもよい。なおこの場合には、光学素子１０Ｃから画素単位で透過する光は自然光の約１／３となるので、観察者側で観察される光学的なムラはさらに見えにくいものとなる。

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。

（実施例１）
＜配向膜付きのガラス基板の準備＞
膜厚が０．７ｍｍのガラス基板上に、ポリイミドを含有する配向膜溶液をスピンコート法により塗布した。そして、このようにして形成された塗布膜中の溶剤を蒸発させた後、２００℃でポストベイクし、ラビング処理を行うことにより、表面に配向能が付与された配向膜付きのガラス基板を作製した。なお、このようにしてガラス基板上に形成された配向膜の膜厚は０．１μｍであった。

＜液晶層形成用塗工液の調製＞
次に、液晶組成物と光重合開始剤とを９９：１の重量比で混合した粉体をシクロヘキサノンに３０重量％の割合で溶解させることにより、液晶層形成用塗工液を調整した。なお、液晶組成物としては、放射線重合型液晶分子である重合性モノマーとカイラル剤とを含有するものを用いた。

ここで、液晶組成物中の重合性モノマーとしては、下記式（１）の化学式により表されるネマチック液晶分子を用いた。また、液晶組成物中のカイラル剤としては、Ｍｅｒｃｋ社製のキラルドーパント液晶Ｓ−８１１を用いた。なお、液晶組成物中の重合性モノマー（ネマチック液晶分子）とカイラル剤とは１０：１の重量比で用いた。

さらに、光重合開始剤としては、市販のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製のイルガキュア９０７（商品名）（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）を用いた。

＜液晶層の形成＞
その後、このようにして調製した液晶層形成用塗工液を、上述したガラス基板の配向膜上にスピンコート法により塗布した。そして、このようにして形成された塗布膜中の溶剤を蒸発させた後、８０℃の温度で３分間加熱して塗布膜中の液晶分子を配向させた。そして、クーリングプレートを用い、放射線重合型液晶分子の液晶転移点以下の温度である２２℃に冷却した状態で１時間放置し、最終的にコレステリック液晶規則性を有する乾燥塗布膜（未硬化状態の液晶層）を形成した。なお、ここでの冷却温度は液晶転移点以下であるが、乾燥塗布膜中の液晶分子はいわゆる過冷却の状態にあり、コレステリック液晶規則性を維持している。

次いで、このようにして形成された乾燥塗布膜に１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外光（波長３１３ｎｍ）を照射して液晶分子を重合（硬化）させ、硬化状態のコレステリック液晶層を形成した。なお、このようにして形成された液晶層の膜厚は３．６μｍであった。

＜オーバーコート層の形成＞
このようなコレステリック液晶層上に、ＪＳＲ（株）製のＪＮＰＣ−８０（商品名）を用い、これをスピンコート法により２μｍの膜厚で成膜した。そして、６０℃で１０分間に亘ってホットプレート上で予備乾燥を行い、次いで、クリーンオーブン内で１５０℃の温度で３０分間保持し、ポストベイクを行った。

以上により、配向膜付きのガラス基板上にコレステリック液晶層及びオーバーコート層がこの順番で積層された光学素子が製造された。

（比較例１）
オーバーコート層を形成しなかった以外は上述した実施例１と同様の条件で光学素子を製造した。

（実施例２）
実施例１と同様の方法を用い、３．６±０．１μｍの膜厚でコレステリック液晶層を形成した。さらに、このようにして形成されたコレステリック液晶層上にＪＳＲ（株）製のＪＮＰＣ−８０（商品名）を異なる膜厚（０．１μｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍの６種類）で塗布し、膜厚が異なるオーバーコート層を備えた複数の光学素子を製造した。

（比較例２）
オーバーコート層を形成しなかった以外は上述した実施例２と同様の条件で光学素子を製造し、実施例２と同様の測定を行った。

（評価結果）
実施例１及び比較例１において製造された光学素子のそれぞれを、クロスニコルの関係で配置された２枚の直線偏光板の間に挟み込み、目視で観察したところ、実施例１に係る光学素子の面内に現れる明暗模様（光学的なムラ）は、比較例１に係る光学素子の面内に現れる明暗模様に比べて非常に小さかった。

実施例２及び比較例２において製造された光学素子のそれぞれを、クロスニコルの関係で配置された２枚の直線偏光板の間に挟み込み、ゴニオフォトメータを用いて、透過率の分光測定（波長域３８０〜７８０ｎｍ）を行った。そして、明部又は暗部を透過した光の光量を算出し、明部と暗部との間での光量差を求めた。その結果（オーバーコート層の膜厚と光量差との関係）を図８に示す。

図８に示すように、コレステリック液晶層上にオーバーコート層を積層した場合には、コレステリック液晶層上にオーバーコート層を積層しない場合に比べて、光学的なムラとして観察される明部と暗部との間の光量差が全ての光学素子で小さくなった。特に、オーバーコート層の膜厚が１〜１０μｍの場合に、当該光量差を著しく軽減することができた。

本発明の一実施の形態に係る光学素子の概略構成を示す図。図１に示す光学素子で用いられるオーバーコート層の作用を説明するための図。図１に示す光学素子に入射した光の干渉の態様を説明するための図。図１に示す光学素子の製造方法を説明するための工程図。図１に示す光学素子の一変形例を示す断面図。図１に示す光学素子の他の変形例を示す断面図。図１に示す光学素子のさらに他の変形例を示す断面図。図１に示す光学素子により得られる光学特性（オーバーコート層の膜厚と光量差との関係）を示す図。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ光学素子
１１ガラス基板（基材）
１２，１２Ａ，１２Ｂ液晶層
１３，１３Ａオーバーコート層

Claims

屈折率異方性を有する液晶分子からなる、液晶規則性の分子構造を有する液晶層と、
前記液晶層上に積層された、屈折率異方性を有しない透明材料からなるオーバーコート層とを備え、
前記オーバーコート層の屈折率は、前記液晶層の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値をとることを特徴とする光学素子。
前記オーバーコート層は、その膜厚が、当該オーバーコート層を透過する光と、当該オーバーコート層の表面で界面反射された後に前記液晶層を経て再度当該オーバーコート層を透過する光との間での干渉により、前記液晶層の界面で生じる界面反射に起因した光学的なムラを抑制するように決められていることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
前記液晶層の分子構造はネマチック液晶規則性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子。
前記液晶層の分子構造はコレステリック液晶規則性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子。
前記液晶層の選択反射波長帯域は可視光域にあることを特徴とする、請求項４に記載の光学素子。
前記液晶層の選択反射波長帯域は紫外域にあることを特徴とする、請求項４に記載の光学素子。
前記液晶層は、所定の表示パターンに合わせて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６のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層は、前記所定の表示パターンに対応する着色パターンを有するカラーフィルタであることを特徴とする、請求項７に記載の光学素子。
前記オーバーコート層は、所定の表示パターンに対応する着色パターンを有するカラーフィルタであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層は、配向能を有する基材上に積層されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子。
基材上に、屈折率異方性を有する液晶分子を含有する液晶組成物を塗布する工程と、
前記基材上に塗布された液晶組成物中の液晶分子を配向させ、液晶規則性の分子構造を有する液晶層を形成する工程と、
分子構造が液晶規則性を有するように形成された前記液晶層を硬化させる工程と、
硬化された前記液晶層上に、屈折率異方性を有しない透明材料を直接塗布し、前記液晶層の通常光屈折率と異常光屈折率との間の値の屈折率を持つオーバーコート層を形成する工程とを含むことを特徴とする、光学素子の製造方法。
前記オーバーコート層は、その膜厚が、当該オーバーコート層を透過する光と、当該オーバーコート層の表面で界面反射された後に前記液晶層を経て再度当該オーバーコート層を透過する光との間での干渉により、前記液晶層の界面で生じる界面反射に起因した光学的なムラを抑制するように決められていることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。