JP2006284968A - 液晶分子をホメオトロピック配向させた光学素子およびこれを用いた液晶表示装置用基材ならびに液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、コントラストの向上された液晶表示装置を製造可能にし、液晶表示画面上に色むらの発生することを低減した液晶表示装置を製造可能にする光学素子を提供する。
【解決手段】光透過性を有する基板を備えた基材に、光を複屈折させることの可能な複屈折機能層を積層した光学素子において、ヘイズが０．１以下であり、複屈折機能層が、液晶の分子をホメオトロピック配向の状態で固定化してなる層を形成していることにより、コントラストを向上させる液晶表示装置を製造可能にし、液晶表示画面上に色むらの発生することを低減した液晶表示装置を製造可能にする光学素子が提供される。
【選択図】 図１。

Description

本発明は、複屈折率層を有する光学素子に関し、より詳しくは、液晶分子を配向させ固定させた層を複屈折率層として有する光学素子に関する。

液晶表示装置（LCD）は、薄型化や軽量化容易である点や、消費電力を低減できる点、フリッカーを生じにくい点などといった利点があることから、テレビや医療機器など様々な分野に用いられているが、その一方で、使用者が液晶表示画面を見る角度によっては光漏れや階調反転現象を生じ、液晶表示画面の色むらの発生やコントラストの低下という問題や、視野角の狭さという問題を抱えていた。

これらの問題を解決するべく、液晶セルからの出射光や液晶セルへの入射光を制御する光学素子を設けた液晶表示装置が提案されている。
その場合、光学素子としては、トリアセチルセルロース（TAC）フィルムを１軸延伸や２軸延伸処理したフィルム材の他、液晶分子を特定方向に配向させた固定した層を用いた光学素子が提案されている。

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覚補償フィルムが提案されている。特許文献１には、この視覚補償フィルムは、ガラス基板などの表面にアルキルシリコーン系やフルオロアルキルシリコーン系の表面処理剤で垂直配向膜を形成し、これでセルを作製して、そのセルに液晶分子を封入して液晶分子を光重合させて得られるものであることが開示されている。

特許文献２には、基板上に形成した垂直配向膜上に重合性液晶化合物を塗工することにより液晶化合物をホメオトロピック配向させた液晶層を製造する方法が提案されている。この方法では、垂直配向膜の形成剤として長鎖アルキル型デンドリマー誘導体が用いられている。また、特許文献２には、この方法によれば、ホメオトロピック配向させた液晶層を備えたフィルム材が得られ、このフィルム材は位相差フィルムなどの光学フィルムとして使用可能であることが開示されている。

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ホメオトロピック配向液晶フィルムを製造する方法が提案されている。

特許文献４には、垂直配向膜の設けられていない基板に、基板側からバインダー層、次いでアンカーコート層を形成し、アンカーコート層に、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、ホメオトロピック配向させた状態を維持したまま固定化して、ホメオトロピック配向液晶フィルムを製造する方法が提案されている。この方法では、側鎖型液晶ポリマーとしては、垂直配向膜の設けられていない基板上でホメオトロピック配向液晶層を形成し得るものが用いられる。

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の視角補償フィルムは、配向膜を有する２枚の基板を用いてセルを作製し、この空セル内に液晶分子を封入し、液晶分子を垂直配向させ、その状態を維持させつつ液晶分子同士を光重合するという一連の工程の後に得られる。このように、特許文献１の視角補償フィルムは、多くの製造工程を経てようやく得られるものであるから、生産コストが著しく増大するという問題がある。しかも、視覚補償フィルムは、フィルム材なので液晶表示装置に用いる際には粘着剤を用いて固着する必要があり、液晶表示装置の液晶画面のコントラストを高めるにはこの粘着剤として特別のものを選定する必要がある。

特許文献２の方法では、基板上に垂直配向膜を設けてホメオトロピック配向液晶層を得るにあたり、長鎖アルキル型デンドリマー誘導体という特殊な材料を用いる必要がある。すると、この方法によりホメオトロピック配向液晶層を得る場合、生産コストが著しく増大してしまうという問題がある。

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り、ホメオトロピック配向の状態で固定されていても昇温に伴って流動性が増し、熱により複屈折特性が容易に影響を受けてしまうことから、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上、液晶ポリマーを固定化した部分の液晶ポリマーの配向性が不均一化し易い。すると、この方法で得られるホメオトロピック配向液晶フィルムは、高い耐熱性が求められる液晶表示装置に用いることが困難なものであり、この液晶フィルムを使用可能な液晶表示装置が限定されてしまう。また、この方法では、上記した特許文献１に記載されている方法と同様の問題を有している。

また、この方法によって得られた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、このフィルムが高温環境下におかれないようにすることが必要となるから、これを液晶表示装置の内部に配置することが難しい。このため、特許文献３の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では、これを液晶セルに設置できる位置が限定されてしまうという問題もある。

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、この方法では、上記した特許文献３に記載されている方法と同様の問題を有している。また、この方法では、上記した特許文献１に記載されている方法と同様の問題を有している。

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、生産コストを抑制できると共に、コントラストを向上させる液晶表示装置を製造可能にし、液晶表示画面上に色むらの発生することを低減した液晶表示装置を製造可能にする光学素子の提供を目的とする。

本発明は、（１）光透過性を有する基板を備えた基材に、光を複屈折させることの可能な複屈折機能層を積層した光学素子において、ヘイズが０．１以下であり、複屈折機能層が、液晶の分子をホメオトロピック配向の状態で固定化してなる層を形成している、ことを特徴とする光学素子、（２）複屈折機能層は、液晶の分子をホメオトロピック配向させることの可能な垂直配向膜と、垂直配向膜上に積層された複屈折率層とを有しており、複屈折率層は、末端に重合性基を有する液晶分子をホメオトロピック配向させた状態で架橋させて固定してなる層である、ことを特徴とする上記（１）記載の光学素子、（３）複屈折率層は、液晶分子を含む複屈折率層組成液を塗布した基板を大気圧下で乾燥させ、ホメオトロピック配向させた状態で架橋させて固定してなる層である、ことを特徴とする上記（２）記載の光学素子、（４）光学素子の外面および基材と屈折率機能層の間のうち少なくとも１つの位置に、着色画素部を備えた着色層が形成されていることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の光学素子、（５）光透過性を有する層を備えた２つの積層構造体の間に液晶の封入された液晶層を形成した液晶表示装置用部材において、少なくとも１つの積層構造体には、（１）から（４）のいずれかに記載の光学素子からなる層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置用部材、（６）光学素子は、基板と液晶層の間に複屈折率層が位置するように形成されていることを特徴とする上記（５）記載の液晶表示装置用部材、（７）液晶層を挟んだ両側に偏光板からなる層を備えるとともに、電圧を負荷して液晶層の配向を変化させる電極部からなる層を備えて多層構造を形成している液晶表示装置において、（５）または（６）に記載の液晶表示装置用部材が形成されている液晶表示装置、を要旨とする。

本発明の光学素子は、液晶の分子をホメオトロピック配向させた状態で固定した層を有するとともに、ヘイズが０．１以下であり、透明度を向上させたものである。したがってこの光学素子では、光学素子の厚み方向に、屈折率の不連続な部分の発生が低減されており、光学素子を通過する光の散乱を抑制できる。

本発明の光学素子は、液晶をホメオトロピック配向状態で固定しているので、例えば位相差を制御する素子、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るものであり、上記したように光の散乱を抑制できるため、より精緻に位相差を制御する機能を有する素子となる。すると、この光学素子によれば、より精密に光漏れを低減できる液晶表示装置を製造できるようになり、視野角のより拡大した、そしてコントラストのより向上した、さらに液晶表示画面の色むらの抑制された液晶表示装置を製造することができるようになる。

本発明の光学素子によれば、複屈折率層が架橋重合した構造を有することで、複屈折特性が熱による影響を受け難いので、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、光学機器に設置された液晶パネル中に設けることも可能である。

さらに、光学素子によれば、液晶パネルを構成する部材に一体的に積層形成することができ、別体で位相差を制御するためのフィルム材などの部材（位相差制御部材）を設けることなく光学機器を設計することが可能となる。別体で位相差制御部材を設ける際には、これを固定するために粘着剤などを用いる必要があるが、本発明の光学素子によれば、このような粘着材を不要とすることができるようになり、粘着材による光の散乱などの虞を低減することが可能となる。

本発明の光学素子は、着色層を設けることで、これを液晶表示装置に用いた場合に、着色層を有する部材とは別体の位相差制御部材を設ける必要がなくなり、液晶表示装置を薄型化することができる。

本発明の光学素子は、基材に膜組成液を塗布して垂直配向膜を作製し、その膜上に複屈折率層組成液を塗布し、これを大気圧下で自然乾燥させ、液晶を配向させて、液晶を架橋させるという比較的簡単な工程によりヘイズが０．１以下の複屈折率層を備えた光学素子とすることができるので、その生産コストを抑え易い。

この光学素子を用いた液晶表示装置用部材によれば、位相差制御機能を高めることができる、粘着剤による光散乱の虞を低減するなどといった光学素子の特徴を備えた液晶表示装置を製造することができる。

そして、この光学素子を用いた液晶表示装置は、薄型化を図ることができるうえ、視野角の広いものとすることができ、コントラストの向上したものとすることができ、そのうえ液晶表示画面の色むらの抑制されたものとすることができる。

本発明の光学素子における第１の形態について、詳細に説明する。
光学素子１（１a）は、ヘイズが０．１以下であり、光透過性を有する基材２と、基材２に設けられた複屈折率機能層とからなる。

なお、実施例においては、複屈折率機能層が、近接する液晶５の分子に配向性を持たせる垂直配向膜３と、垂直配向膜３上に積層された複屈折率層４を備えている場合を例として図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の光学素子の断面構造を示す概略図である。

光学素子１のヘイズは、光学素子の厚み方向に測定された値である。このヘイズの値は、ＪＩＳ Ｋ ７１３６に準拠して測定される。

基材２は、光透過性を有する基板２aからなる層を備え、基板単層からなる構造で構成されても、基板２aを多数重ね合わせてなる多層構造で構成されても、基板２aからなる層に所定の機能を備えた機能性層２bを積層して構成されてもよい。基材２には、基板２の両面に機能性層２bを形成しても、基板２の片面に機能性層２bを形成しているものでもよく（図２（a）（b））、基板２aの内部に機能性層２bを形成しているものでもよい。

基板２aとしては、光学的に等方性のものが用いられることが好ましいが、部分的に遮光性領域等を設けてもよい。また、基板２aの光透過率は、適宜選定可能である。
基板２aとしては、ガラス基板の他、種々の材質からなる板状体を適宜選択できる。具体的には、基板は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース等からなるプラスチック基板であってもよいし、またさらにポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等のフィルムを用いることもできる。なお、光学素子を液晶ディスプレイ用に用いる場合には、基板は無アルカリガラスであることが好ましい。また、基板に用いるフィルムとしては、１軸延伸または２軸延伸したフィルム材を用いることが可能であり、フィルム材の内部にリタデーションを有するトリアセチルセルロース（TAC）フィルムなどを用いることもできる。

機能性層２bは、光の状態を変化させる機能を有する層であって、複屈折率層４とは異なる層であり、液晶の分子を水平に配向させる水平配向膜や液晶の分子を垂直に配向させる垂直配向膜、着色層、光を反射させる反射板、偏光板などが具体的に例示される。また、機能性層２bは、基板２ａ全面に設けられるのみならず、基板２ａ面に部分的に設けられていてもよい。

垂直配向膜３は、ポリイミドを含む液を膜組成液として用い、この膜組成液をフレキソ印刷やスピンコート等の方法で塗布したものを硬化させて形成される。
また、ポリイミドを含む膜組成液としては、具体的には、日産化学社製のＳＥ−７５１１やＳＥ−１２１１、あるいはＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２等を例示できる。
なお、垂直配向膜３を形成するポリイミドとしては、長鎖アルキル基を有するものであることが、光学素子に形成される複屈折率層３の膜厚を広い範囲で選択することができて好ましい。

垂直配向膜３は、その膜厚が０．０１〜１μｍ程度の範囲であることが好ましい。垂直配向膜３の膜厚が、０．０１μmよりも薄いと、液晶をホメオトロピック配向させることが困難になる虞がある。また、垂直配向膜３の膜厚が１μmよりも厚いと、この垂直配向膜３自体が光を乱反射させて光学素子の光透過率が大きく低下する虞がある。

なお、本実施例においては、垂直配向膜３は、ポリイミドを用いて形成される場合を例としているが、この他、界面活性剤やカップリング剤を用いて形成されていてもよい。

垂直配向膜３を界面活性剤やカップリング剤を用いて形成する場合、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よいが、ただし、複屈折率層の形成の際に液晶を液晶相への転移温度まで加熱する必要があることから、複屈折率層とともに加熱される垂直配向膜を形成する界面活性剤やカップリング剤は、このような転移温度でも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、複屈折率層の形成の際、液晶は有機溶媒に溶解させることから、複屈折率層に接する垂直配向膜を形成する界面活性剤やカップリング剤は、液晶を溶解させる有機溶媒と親和性が高いことが好ましい。このようなものであれば、界面活性剤はノニオン系、カチオン系、アニオン系等の種類を限定されず、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。カップリング剤も界面活性剤の場合と同様に種類に限定されず、複数種を併用してもよい。

界面活性剤について、複屈折率層４の膜厚を厚くしても重合性液晶をホメオトロピック配向させるには、界面活性剤は撥水性又は撥油性の強いものが好ましい。たとえば、界面活性剤としては、（ａ）アルキル鎖又は長鎖アルキル側鎖を有しているもの、（ｂ）アルキル鎖又は長鎖アルキル側鎖を有し、かつ、アルキル鎖の少なくとも一部、又は長鎖アルキル側鎖の少なくとも一部がフッ素置換されているもの、又は、（ｃ）側鎖を有する界面活性剤であって、側鎖にフッ素原子が含有されているもの、などを挙げることができる。

具体例には、撥水性又は撥油性が強い界面活性剤としては、（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。

カップリング剤については、具体的には、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など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が挙げられる。

複屈折率層４の液晶の分子をより強くホメオトロピック配向させるものとしては、フッ素系シランカップリング剤を挙げることができる。
具体的には、パーフルオロアルキルシラン、ペンタ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、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して得られるフッ素系シランカップリング剤が挙げられる。

複屈折率層４は、図１に示すように、やや細長な分子形状の液晶５分子をホメオトロピック配向させた状態で液晶５分子同士を架橋させてなる架橋高分子構造を形成している。
なお、図１では、便宜上、液晶５分子同士の結合状態を示す結合手についての図示を省略している。

複屈折率層４は、液晶５分子の架橋度が８０以上程度であることが好ましく、９０以上程度であることがより好ましい。複屈折率の架橋度が８０より小さいと、均一な配向性を十分に維持できない虞がある。

複屈折率層４では、架橋高分子構造を構成する単位である液晶５分子のチルト角について、複屈折率層４の垂直配向膜３との境界面に最も近い位置にある液晶（例えば液晶５ａ）分子のチルト角と、この液晶分子に対して複屈折率層の厚さ方向（矢印Ｌ、Ｍに沿った方向）に最も離れた位置にある液晶（例えば液晶５ｂ）分子のチルト角とが略等しい。この場合、複屈折率層４における液晶５分子各々のチルト角は、この厚さ方向におよそ均一になる。さらに、複屈折率層４は、複屈折率層４における液晶５分子のチルト角を、厚さ方向に亘って各々相等しくしていることがより好ましい。

複屈折率層４は、これを構成する液晶５分子の屈折率異方性に伴ない、複屈折率層４に入射する光（入射光）に対してリタデーションを生じさせうる。リタデーションは、入射光に対して生じる常光と異常光との光路差であり、リタデーションの大きさは、常光の屈折率ｎｏと異常光の屈折率ｎｅとすると、複屈折Δｎ（ｎｏとｎｅとの差）とｄ（複屈折率層４の膜厚）の積として与えられる。
したがって、複屈折率層４は、液晶５分子の種類、液晶分子の配向の程度、複屈折率層４の膜厚などを適宜選択することにより、液晶５分子の配向特性、リタデーションの大きさを制御することができる。

複屈折率層４は、垂直配向膜３上に形成されており、液晶５分子は、垂直配向膜３に近い位置にあれば、強くホメオトロピック配向した状態となって、複屈折率層４は、この厚さ方向のリタデーションの大きさが小さい値であるように構成され、具体的には、リタデーションの大きさが１ｎｍ以下である。
また、液晶５分子が垂直配向膜３から離れた位置にあると、ホメオトロピック配向が弱くなるため、垂直配向膜３から離れた位置にある液晶５分子についても強くホメオトロピック配向した状態となれば、複屈折率層４は、結晶分子のチルト角が均一化したものとなり、均一に結晶分子がホメオトロピック配向した状態となる。より均一に液晶分子がホメオトロピック配向した複屈折率層４を得ようとする観点からしてみると、リタデーションの大きさは１ｎｍ以下であることが好ましく、０．１ｎｍ以下であることがより好ましく、理想的にはゼロであることが好ましい。

複屈折率層４の膜厚は、液晶５分子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が１ｎｍ以下となる範囲内で適宜選定することが好ましく、リタデーションが０．１ｎｍ程度以下となる範囲内で適宜選定することが更に好ましい。

複屈折率層４を構成する液晶５分子としては、分子構造中に不飽和２重結合を有し、液晶状態で架橋可能なもの（重合性液晶ということがある）が用いられる。したがって、重合性液晶としては分子の末端に不飽和２重結合を有するものが用いられる。
また、液晶５分子としては、その複屈折Δｎが０．０３〜０．２０程度であるものが好ましく、０．０５〜０．１５程度であるものが更に好ましい。このような液晶分子としては、下記式１から式１１で表される化合物を具体例に例示できる。耐熱性の点から好ましくは３次元架橋可能なものが良く、分子の末端に不飽和２重結合を２以上有するものが用いられる。さらに、複屈折率層４を構成する液晶５分子としては、下記化学式（化１）から（化１１）に表される化合物の複数種類が選択されても良い。

（なお、Xは、４から６の整数である。）

本実施例においては、複屈折率層４は、上記したような液晶５分子と、溶媒と、ポリイミドとを配合してなる複屈折率層組成液を垂直配向膜に塗工してなる塗膜を、この塗膜中に含まれる液晶分子をホメオトロピック配向させた状態として、この状態を維持しつつ液晶５分子同士を架橋させて形成される。なお、複屈折率層４は、各種印刷方法やフォトリソグラフィー法を用いて垂直配向膜３上にパターニングされて形成されてもよい。

複屈折率組成液に含まれるポリイミドは、垂直配向膜３を形成する際の膜組成液に含まれるポリイミドと同様のものが用いられる。

溶媒としては、液晶を溶解させることができるものであれば特に限定されず、トルエンなどの各種有機溶媒を用いることができる。ただし、溶媒は、複屈折率層組成液を塗工する際、垂直配向膜３に均一な厚みで塗工することができるものであることが好ましい。

複屈折率層組成液における液晶５分子の配合量は、塗工方法、膜厚、溶媒の種類等に応じて異なるが、１０〜５０重量％の範囲内であることが好ましい。
複屈折率層組成液は、側鎖にアルキル基を有するポリイミドと液晶との配合比率が重量比率で１／７から１／３である。また、複屈折率層組成液におけるポリイミドの配合量は、重合性液晶の総量に対して１２．５〜２５重量％とすることが好ましく、１５〜２２．５重量％とすることが更に好ましい。ポリイミドの配合量が、１２．５重量％より小さいと、十分均一にホメオトロピック配向した複屈折率組成物を得ることが困難になる虞があり、２５重量％よりも大きいと、光の透過率が低下する虞がある。

なお、複屈折率層組成液には、必要に応じて、光重合開始剤、増感剤が添加されてもよい。

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。

複屈折率層組成液に光重合開始剤が配合される場合、光重合開始剤の配合量は、０．０１〜１０重量％である。なお、光重合開始剤の配合量は、液晶分子の配向をできるだけ損なわない程度であることが好ましく、この点を考慮して、０．１〜７重量％であることが好ましく、０．５〜５重量％であることがより好ましい。

また、複屈折率層組成液に増感剤が配合される場合、増感剤の配合量は、液晶分子の配向を大きく損なわない範囲で適宜選択でき、具体的には０．０１〜１重量％の範囲内で選択される。
また、光重合開始剤及び増感剤は、それぞれ、１種類のみ用いられてもよいし、２種類以上が併用されてもよい。

本実施例においては、光学素子１は、次に示すように製造できる。
まず、上記したような材料を用いてポリイミドを含む膜組成液を調整し、これを光透過性を有する基材の面に、フレキソ印刷やスピンコートなどの方法で塗布して垂直配向膜用塗膜を作製し、さらにこの垂直配向膜用塗膜を硬化させることにより、基材に垂直配向膜の形成された垂直配向膜形成基材を得る。

次に、重合性液晶である液晶とポリイミドとを溶媒に溶解して複屈折率層組成液を調整し、これを垂直配向膜形成基材に塗布し、複屈折率層用塗膜を作製する。
この複屈折率層組成液をダイコート、バーコート、スライドコート、ロールコート等といった各種印刷法やスピンコートなどの方法で基材上に塗布し、複屈折率層組成液の塗布された基材を乾燥させることにより、複屈折率層用塗膜が形成される。このとき、複屈折率層組成液の塗布された基材は大気圧下で自然乾燥される。
なお、垂直配向膜形成基材表面の撥水性又は撥油性が高い場合には、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を介在させることにより、複屈折率層組成液を塗布しようとする垂直配向膜形成基材面の濡れ性を予め高めてもよい。

次に、複屈折率層用塗膜に含まれる液晶を、例えば次に示すようにホメオトロピック配向させる。
すなわち、複屈折率層用塗膜を加熱して、複屈折率層用塗膜の温度を、この塗膜中の液晶が液晶相となる温度（液晶相温度）以上、この塗膜中の液晶が等方相（液体相）となる温度未満にすることで、液晶をホメオトロピック配向させる。このとき複屈折率層用塗膜の加熱手段は、特に限定されず、加熱雰囲気下におく手段でもよいし、赤外線で加熱する手段でもよい。

なお、液晶をホメオトロピック配向させる方法は、上記方法による他、複屈折率層用塗膜に含まれる液晶やこの塗膜の状態に応じ、複屈折率層用塗膜を減圧乾燥する方法によっても、複屈折率層用塗膜に対して所定方向から電場や磁場を負荷する方法によっても実現可能である。

複屈折率層用塗膜を減圧乾燥することによって、液晶をホメオトロピック配向させる場合には、減圧状態とすることで複屈折率層用塗膜を過冷却状態にすることでき、複屈折率層用塗膜中の液晶をホメオトロピック配向させた状態を保持したままこの塗膜を室温までさらに冷却できる。すると、液晶を架橋反応させるまで、効率よく液晶をホメオトロピック配向させた状態が維持される。

複屈折率層用塗膜中にホメオトロピック配向した液晶は、次にしめすように架橋反応され、光学素子が製造される。

この架橋反応は、液晶の感光波長の光を複屈折率層用塗膜に照射することで進行する。このとき、複屈折率層用塗膜に照射する光の波長は、この塗膜中に含まれている液晶の種類に応じて適宜選択される。なお、複屈折率層用塗膜に照射する光は、単色光に限らず、液晶の感光波長を含む一定の波長域を持った光であってもよい。

液晶の架橋反応は、液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１〜１０℃低い温度まで複屈折率層用塗膜を加熱しながら架橋反応を行なうことが好ましい。こうすることで、この架橋反応の際に液晶のホメオトロピック配向の乱れを低減することができる。また、この観点から、架橋反応を行なう温度は、液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも３〜６℃低い温度であることがより好ましい。

なお、液晶の架橋反応は、上記したような方法のほか、不活性ガス雰囲気中で、複屈折率層用塗膜を液晶相温度にまで加熱しながら液晶の感光波長の光を塗膜に照射する方法（方法Aという）で実施されてもよい。

方法Aでは、不活性雰囲気下で液晶が架橋されており、空気雰囲気下で液晶が架橋される場合に比べ、垂直配向膜から離れた位置にある液晶分子のホメオトロピック配向の乱れが抑制される。

また、液晶の架橋反応は、不活性ガス雰囲気中または空気雰囲気中で、複屈折率層用塗膜を液晶相温度まで加熱しながら液晶の感光波長の光を塗膜に照射して架橋反応を部分的に進行させ（部分的架橋工程という）、部分的架橋工程の後、液晶が結晶相となる温度（Ｔｃ）まで複屈折率層用塗膜を冷却し、この状態でさらに感光波長の光を複屈折率層用塗膜に照射して架橋反応を進行させて完了させる方法（方法Ｂという）で実施されてもよい。なお、上記した温度Ｔｃは、架橋反応を進行させる前の複屈折率層用塗膜において液晶が結晶相となる温度である。

部分的架橋工程では、温度Ｔｃまで複屈折率層用塗膜を冷却しても、その塗膜中に含まれる液晶のホメオトロピック配向性が維持される程度に、架橋反応が進行している。したがって、部分的架橋工程における架橋反応の進行の程度は、複屈折率層用塗膜中の液晶の種類や、その塗膜の膜厚などに応じて適宜選択されるが、おおよそ、部分的架橋工程では液晶の架橋度が５〜５０となるまで架橋反応を進行させることが好ましい。

方法Ｂは、不活性ガス雰囲気下でも空気雰囲気下でも実施することができるが、空気雰囲気下で行なうことが、架橋反応を行なう工程を実施するための設備を簡略化でき、光学素子の製造コストを抑制できる観点から好ましい。

この光学素子１では、複屈折率層４が液晶５をホメオトロピック配向させた状態を保持しつつ架橋重合化した構造を有することから、この複屈折率層４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ｎｘ とｙ軸方向の屈折率ｎｙ はほぼ同じ値になり、ｚ軸方向の屈折率ｎｚは、屈折率ｎｘ 、ｎｙ よりも大きくなるようにすることができる。したがって、光学素子１は、複屈折率層４を、屈折率がｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙであるような複屈折率特性を有する層、すなわちその厚さ方向（ｚ軸方向）に光軸を有するとともに１軸性の複屈折率特性を有する層とすることができて、いわゆる「＋Ｃプレート」として機能させることができ、光のリタデーションに対して光学補償することができる位相差制御機能を有する部材として機能させることができる。

この光学素子１は、液晶の分子をホメオトロピック配向させた状態で固定した層を有するとともに、ヘイズが０．１以下である。
したがって、この光学素子は、厚み方向の透明度を向上させたものであり、光学素子の厚み方向に、屈折率の不連続な部分の発生が抑えられており、光学素子を厚み方向に通過する光の散乱を抑制できる。

本発明の光学素子は、液晶をホメオトロピック配向状態で固定しているので、例えば位相差を制御する素子、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るものであり、上記したように光の散乱を抑制できることとあわせると、より精緻に位相差を制御する機能を有する素子となる。すると、この光学素子によれば、より精密に光漏れを低減できる液晶表示装置を製造できるようになり、視野角のより拡大した、そしてコントラストのより向上した、さらに液晶表示画面の色むらの抑制された液晶表示装置を製造することができるようになる。

この光学素子１は、複屈折率層４が架橋した構造を有している場合、複屈折特性が熱による影響を受け難い。

この光学素子１は、基材２に膜組成液を塗布して垂直配向膜３を作製し、その膜上に複屈折率層組成液を塗布し、液晶を配向させて、液晶を架橋させるという比較的簡単な工程により複屈折率層４を形成することができるので、その生産コストを抑え易い。

そして、この光学素子１は、垂直配向膜３を形成するための膜組成液に含まれる成分を含有した複屈折率層組成液を用いて形成された複屈折率層４を有する。これにより、光学素子１は、複屈折率層４を、垂直配向膜３から離間した位置の液晶５分子のホメオトロピック配向の度合いを、垂直配向膜３に近接する液晶５分子のホメオトロピック配向の度合いに近づけた状態にすることができ、複屈折率層４の厚み方向に、液晶をより均一にホメオトロピック配向させた状態を形成できる。

この光学素子１によれば、液晶パネルを構成する部材に一体的に積層形成することができ、別体で位相差制御部材を設けることなく光学機器を設計することが可能となる。

本発明における光学素子は、第１の形態の光学素子の外面および基板表面のうち、少なくともいずれか１つの面に、光の状態を変化させる機能を有し複屈折率層とは異なる機能性層が積層されているものでもよい（第２の形態という）。

第２の形態の光学素子について、第１の形態の光学素子の外面に、複屈折率層とは複屈折率特性の異なる層が機能層として形成されている場合を例として説明する。

この光学素子は、図３に示すように、機能層６を、基板２と複屈折率層４の間に位置するように形成している。

この場合、第２の形態の光学素子において、機能層６としての複屈折率特性の異なる層（異複屈折率層という）は、第１の形態における複屈折率層の複屈折率特性（＋Ｃプレート）とは異なる複屈折率特性を有する層である。
具体的には、異複屈折率層は、上記した屈折率がｎｚ＝ｎｘ＜ｎｙあるいはｎｚ＝ｎｙ＜ｎｘであるような複屈折率特性を有する層、いわゆる「＋Ａプレート」として機能する層であってもよく、また、上記した屈折率がｎｚ＜ｎｘ＝ｎｙであるような複屈折率特性を有する層、いわゆる「−Ｃプレート」として機能する層であってもよい。

なお、上記したいわゆる「＋Ａプレート」として機能する層は、液晶を水平配向させることが可能な樹脂材料などにより、基材面上や複屈折率層上に水平配向膜形成用塗膜を形成し、水平配向膜形成用塗膜の表面をラビング処理や光配向処理を施すことによって水平配向膜を得て、液晶を溶媒に溶解させた溶液を水平配向膜上に塗工してホモジニアス配向の状態で固定することにより得ることができる。

また、上記したいわゆる「−Ｃプレート」として機能する層は、液晶とカイラル剤を溶媒に溶解させて得られた溶液を基材面上や複屈折率層上に塗工し固定することで形成されうる。

カイラル剤は、液晶の分子を螺旋状に配向させるために添加されるが、液晶の分子が近紫外線領域の螺旋ピッチをとると選択反対現象により特定色の反射色を生じることから、カイラル剤の配合量は、選択反対現象が紫外領域になるような螺旋ピッチが得られるような量とすることが好ましい。

第２の形態の光学素子は、複屈折率特性の異なる層を積層するので、光学素子を備えた液晶表示装置を製造した場合に、液晶表示装置を通過した通過光を認識する際、通過光のリタデーションの大きさが通過光を看る者の位置に応じて変化することをより効率よく抑えることができる。

本発明における光学素子は、第１の形態又は第２の形態の光学素子において、着色層を形成していてもよい（第３の形態という）。

第３の形態の光学素子として、基材の基板に、機能性層として着色層を形成している場合を例として説明する（図４（ａ））。
図４（ａ）は、第３の形態の光学素子の実施例における断面構造を示す概略図である

光学素子１ｂにおいては、基材２ｂは、基板２ａの片面に着色層７を形成している。着色層７は、所定波長領域の可視光を透過する着色画素部８と、遮光部９（ブラックマトリクスあるいはＢＭということがある）とからなる。

着色画素部８は、赤色、緑色、青色各々について各色の波長帯の光を透過させる着色画素（それぞれ赤色着色画素８ａ、緑色着色画素８ｂ、及び青色着色画素８ｃという）を所定のパターンで配置して形成される。着色画素部８を構成する赤色着色画素８ａ、青色着色画素８ｂ、緑色着色画素８ｃの配置形態としては、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型等種々な配置パターンを選択することができる。
また、これらの着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）に代えて、各色の補色の波長帯の光を透過させる着色画素を用いることも可能である。

着色画素部８は、各色の着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）毎に、着色画素の着色材料を溶媒に分散させた着色材料分散液の塗膜を、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で形成される。

なお、着色画素部８は、フォトリソグラフィー法のほか、各色の着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）毎に、着色材料分散液を所定形状に塗布することによっても形成できる。

遮光部９は、着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）同士の重なり合いを防止するとともに、着色画素間の隙間を埋めて、近接する着色画素間からの光の漏れ（漏れ光）を抑制し、また、光学素子をアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置用部材に用いた場合におけるアクティブ素子の光劣化等を抑制する。

したがって、遮光部９は、基板２ａ面上に着色画素の配置される位置に対応する領域を、個々の着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）ごとに平面視上区画化するように形成される。そして、各色の着色画素（８ａ、８ｂ、８ｃ）は、それぞれ、遮光部９により区画化された基板２面上の領域の形成位置に応じて、平面視上その領域を被覆するようにして配置される。

遮光部９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基板面にパターニングすることにより、形成することができる。また、遮光部は、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を形成することも可能である。

着色層７は、上記したように、着色画素を複数色備える場合に限定されず、着色画素を単色備えて構成されてもよい。この場合、着色層７は、遮光部９を備えなくてもよい。

なお、第３の形態の光学素子において、着色層７を構成する着色画素部８、遮光部９の全てが基板に設けられている場合を実施例として説明したが、これに限定されず、図４（ｂ）に示すように、着色層のうち遮光部９のみを基板に形成して基材となし、これに垂直配向膜３と、複屈折率層４を積層して、その上に、着色画素部８を配設して光学素子を形成してもよい。

第３の形態の光学素子によれば、複屈折率層４は、基材2ａ上の着色層７を被覆することができる。そうすると、複屈折率層４の耐熱性が比較的高いことから、垂直配向膜３や複屈折率層４で被覆される着色画素部８の耐熱性も向上させることができる。

なお、光学素子が着色層を備える場合にあっては、上記したほか、図４（ｃ）に示すように、着色層７は光学素子１ａの複屈折率層４の上に積層されてもよい。

次に、第１の形態または第２の形態の光学素子を用いた液晶表示装置用部材（第１の形態の液晶表示装置用部材ということがある）について、詳細に説明する。

図５（ａ）（ｂ）は、本発明の液晶表示装置用部材の実施例を示す概略図である。
なお、液晶表示装置用部材の実施例として、積層構造体の一方において第１の形態の光
学素子が形成されている場合について説明する。

図５（ａ）に示すように、液晶表示装置用部材５０（５０ａ）は、光透過性を有する２つの積層構造体１４（１４ａ、１４ｂ）を備えており、積層構造体１４ａ、１４ｂの間には液晶層１７が形成されている。

光学素子の形成されていない積層構造体１４ａは、基板１６と基板１６上に形成された配向膜１５とを備え、光学素子１ａの形成されている積層構造体１４ｂは、光学素子１ａを形成する各層（２、３、４）と、配向膜１５を備えており、また積層構造体１４は、両方の積層構造体１４ａ、１４ｂの配向膜１５、１５が対面するように配置されている。

液晶層１７は、積層構造体１４ａ、１４ｂの間に液晶が封入されて形成される。封入される液晶は、適宜選択される。

液晶層１７は次に示すように形成される。すなわち、互いにやや間隔をあけて対向配置された積層構造体１４ａ、１４ｂを、スペーサ１８（例えば球状スペーサ又は柱状スペーサ）を用いて両者の離間間隔（セルギャップ）を固定するとともに、シール材（熱硬化性樹脂）を用いて積層構造体１４ａ、１４ｂの間に区画化された空間部を形成する。この空間部に液晶材料を充填することにより、液晶の封入が行なわれ、液晶層１７が形成される。

配向膜１５は、積層構造体１４の間に形成される液晶層１７中の液晶を、水平配向させるための水平配向膜、又は、前記の液晶を垂直配向させるための垂直配向膜である。配向膜として水平配向膜及び垂直配向膜のどちらを用いるかは、適宜選択可能である。

第１の形態の液晶表示装置用部材５０ａは、複屈折率層４を備えた光学素子１ａを設けているので、比較的高い耐熱性を有する液晶表示装置を低コストの下に得ることが可能になると共に、光学補償を行なうために別体で位相差制御フィルム材を介装させる必要もなく、液晶表示装置用部材を幅薄にすることができ、しかも、位相差制御フィルム材の介装時に塗布する必要のあった粘着材も不要となるので、表示特性を一層向上させることができ、種々の用途に用いることが可能な透過型液晶表示装置を安価に提供することが容易になる。

なお、液晶表示装置用形成部材は、上記した実施例のほか、相対向する積層構造体のいずれにも光学素子を形成するように構成してもよい。

また、この液晶表示装置用部材は、図５（ｂ）に示すように、基板２と液晶層１７との間に複屈折率層４が位置するように光学素子１ａを形成したものでもよい。こうすることで、複屈折率層４が液晶表示装置用部材の外面に露呈しないようにすることができ、これを使用する過程で外部からの作用力によって複屈折率層４が損傷する虞を抑制できる。

次に、第３の形態の光学素子を用いた液晶表示装置用部材（第２の形態の液晶表示装置用部材という）について説明する。

図６は、本発明の第２の形態の液晶表示装置用部材の実施例を示す概略図である。
なお、この液晶表示装置用形成部材において、積層構造体の一方に第３の形態の光学素子を形成している場合を例とする。

第２の形態の液晶表示装置用部材５０ｂは、第１の形態の液晶表示装置用部材と同様に、光透過性を有する２つの積層構造体１４ａ、１４ｃを備えており、これらの積層構造体１４ａ、１４ｃの間に液晶層１７を形成しており、光学素子１ｂを形成していない積層構造体１４ａは、基板１６に配向膜１５を形成してなる。

この液晶表示装置用形成部材５０ｂにおいて、光学素子１ｂを形成している積層構造体１４ｃは、配向膜１５を、これと基板２ａとの間に複屈折率層４が位置するように配設しており、積層構造体１４ａ、１４ｃは、配向膜１５、１５を互いに対向させるように配置されている。

積層構造体１４ｃには、第３の形態の光学素子１ｂが形成されるとともに、光学素子１ｂと配向膜１５との間に、配向膜１５を積層形成する面を平坦化するとともに複屈折率層４の耐薬品性、耐熱性、耐ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）性等を向上させて保護するための保護層２１を設けている。

保護層２１としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド等、種々の光硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂、あるいは２液硬化型樹脂により形成することができる。保護層は、その材料に応じて、スピンコート、印刷、フォトリソグラフィー等の方法により形成することができる。保護層２１の膜厚は０．３〜５．０μｍであり、０．５〜３．０μｍであることが好ましい。

このような構造を有する液晶表示装置用形成部材は、例えば反射型液晶表示装置におけるカラー表示用液晶パネルに用いることができる。

次に、第１の形態の液晶表示装置用部材を用いた液晶表示装置（第１の形態の液晶表示装置）について説明する。なお、実施例では、特に液晶表示装置がIPS方式である場合を例として説明する。
図７（ａ）に示すように、液晶表示装置用部材５０ａの両外面に偏光板１１、１１を備えるとともに、液晶表示装置用部材５０ａの積層構造体１４ａを構成する基板１６と配向膜１５との間に介在形成された平坦電極部２５と、光照射部１３とを設けている。

偏光板１１、１１は、液晶表示装置用部材５０ａの両外表面に貼付されているが、両偏光板１１、１１は、互いに直交ニコルの関係となるように配置することもできるし、互いに平行ニコルの関係となるように配置することもできる。

平坦電極部２５は、液晶駆動電極部２６と、液晶駆動電極部２６に電気的に対応し向かい合う共通電極部２７とからなり、液晶駆動電極部２６と共通電極部２７とが両方ともに同一の基板１６と液晶層１７との間に配設されている。平坦電極部２５は、電圧を負荷して液晶層１７の液晶の分子の配向を変化させる。

液晶駆動電極部２６は、マトリクス状に配置された多数の液晶駆動電極２６ａを備え、表面を平坦化する平坦化膜２６ｂとを備えている。

マトリクス状に配置された多数の液晶駆動電極２６ａは、個々の液晶駆動電極の配置された領域ごとに１つの画素を構成する。液晶駆動電極２６ａは、平面視上、対応する画素のほぼ中央部を縦断する。液晶駆動電極２６ａは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極材料により形成されている。

共通電極部２７は、液晶駆動電極２６ａとの間に電場を形成可能な共通電極２７ａを備えるとともに、液晶駆動電極部２６と物理的に接触しないように共通電極を被覆する保護層２７ｂを形成しており、共通電極２７ａは、マトリクス状に整列する各液晶駆動電極２６ａで形成される各列に対して２つずつ対応するようにして、対応する画素列の両側に分かれて配置されている。
共通電極２７ａは、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成することができる。

この液晶表示装置１００ａでは、各画素ごとに液晶層に電圧が負荷されて、各画素ごとに、光照射部１３から受けた光のうち偏光板を通過する光の透過量が制御される。そして液晶表示装置は、こうした各画素ごとに偏光板を通じて外部に出た光が全体として画像を形成する。
第１の形態の液晶表示装置１００ａは、液晶表示装置用部材５０ａに、ホメオトロピック配向の均一性を高めた架橋構造を有する複屈折率層４を有するから、耐熱性が比較的高く、比較的高温環境に曝される車載用の液晶表示装置としても用いることができる。また、第１複屈折率層２５の生産コストを抑え易いことから、液晶表示装置を安価に提供することも可能である。また、従来の液晶表示装置では、視野角の狭さを補正するために位相差を補正するフィルム材（位相差制御フィルム）を別体で粘着剤などを用いて貼着していたが、この液晶表示装置では、そのようなフィルム材を設ける必要もなくなり、粘着剤を設けるための厚みが不要となって装置の厚みを薄くすることができるばかりか、粘着剤による光の乱反射や吸収などの虞も低減できる。

さらに、第２の形態の液晶表示装置用部材を用いた液晶表示装置（第２の形態の液晶表示装置）について説明する。実施例では、特に液晶表示装置がアクティブマトリクス方式である場合を例として説明する（図７（ｂ））。
この液晶表示装置１００ｂは、液晶表示装置用部材５０ｂの両側面に偏光板１１、１１を備えるとともに、液晶表示装置用部材５０ｂの積層構造体を構成する基板１６、２ａの間に電極部２９を介在させ、光照射部１３を備えている。

電極部２６は、画素ごとに設けられる画素電極部２６と、各画素電極部２６に共通して電気的に対応し向かい合う共通電極部２８とからなり、画素電極部２６と共通電極部２８は両者間に液晶層１７を介在させるように配設される。

画素電極部２６は、画素電極２６ａを、膜厚方向に各着色画素８ａ、８ｂ、８ｃに対して１つずつ対応するように、マトリクス状に配置しており、画素電極ごとに設けられたスイッチング回路部（図示せず）と、スイッチング回路部に対して電気的に接続された信号線２６ｃおよび走査線（図示せず）と、信号線２６ｃおよび走査線を電気的に分離する層間絶縁膜（図示せず）と、信号線２６ｃと画素電極を電気的に分離する保護膜２６ｄと、保護膜２６ｄと画素電極２６ａを被覆して表面を平坦化する平坦化膜２６ｂとを備えて形成されている。

電極部２９において、走査線と信号線２６ｃは、隣合う画素電極の間に、格子状に互いに交差するように配置されており、走査線、信号線２６ｃは、その長手方向に沿ってそれぞれ層間絶縁膜、保護膜２６ｄで被覆されている。

なお、走査線や信号線は、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成され、層間絶縁膜は、例えばシリコン酸化物等の電気絶縁性物質により形成される。また、保護膜は、シリコン窒化物等により形成されている。

マトリクス状に配置された多数の画素電極は、個々の画素電極の配置された領域ごとに１つの画素を構成する。
画素電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極材料により形成されている。

スイッチング回路部は、画素電極に対応して配置され、画素電極と、走査線及び信号線とを電気的に接続している。スイッチング回路部は、走査線から電気的信号の供給を受けて、信号線と画素電極の通電状態を制御する。スイッチング回路部としては、薄膜トランジスタ等の３端子型素子やＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオード等の２端子型素子などのアクティブ素子が具体的に例示される。

共通電極２８は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極材料により膜状に形成されている。

第２の形態の液晶表示装置１００ｂは、第１の形態の液晶表示装置１００ａと同様に、別体で位相差制御フィルム材を設ける必要もなくなり、措置の薄型化を図ることができるばかりか、フィルム材を貼着する際に用いる粘着剤も不要となり、粘着材による光の乱反射や吸収の虞も低減することができる。

実施例１．
垂直配向膜の作製
垂直配向膜の溶液（JSR社製、JALS-2021-R2）をγ-ブチロラクトンで２倍に希釈して膜組成液を作製する。
基材としてのガラス基板上に、この膜組成液を塗布して塗膜を作製し、塗膜の形成されたガラス基板を１８０℃で１時間焼成して垂直配向膜形成基材を得る。

複屈折率層形成用塗膜の作製
ポリイミドを含む溶液として、垂直配向膜の溶液（JSR社製、JALS-2021-R2）をジエチレングリコールジメチルエーテルで８倍希釈した溶液を調整する。
ネマチック液晶相を示す重合可能な液晶分子（重合性液晶）として上記化学式（化１１）に示される化合物（ただしＸの値は６である）２０重量部と、光重合開始剤（チバガイギー社製、「イルガキュア９０７」）０．８重量部と、溶媒としてクロロベンゼン５９．２重量部と、ポリイミドを含む溶液２０重量部と混合して、複屈折率層組成液を作製する。

垂直配向膜形成基材をスピンコーター（MIKASA社製、「商品名1H-３６０S」）に設置して、垂直配向膜上に複屈折率層組成液をスピンコーティングして、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材で乾燥させ、複屈折率層形成用塗膜を作製した。ただし、この乾燥工程では、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材を自然状態で乾燥した。自然乾燥は、５分間室温で放置することで行なわれた。作製された複屈折率層形成用塗膜の膜厚は、乾燥時において約１．５μmであった。なお、この膜厚は、触針式段差計（Sloan社製、製品名「DEKTAK」）を用いて計測された。
液晶のホメオトロピック配向状態の形成
複屈折率層形成用塗膜の形成された垂直配向膜形成基材を、１００℃で３分間加熱し、複屈折率層形成用塗膜中の液晶の分子が液晶相に転移して配向状態を形成していることを確認した。このとき、複屈折率層形成用塗膜が白濁状態から透明状態となったことが目視にて確認された。
液晶の架橋重合反応
次に、空気雰囲気下で、透明状態の複屈折率層形成用塗膜に、紫外線照射装置（ハリソン東芝ライティング社製、「商品名TOSCURE７５１」）を用いて出力が２０ｍW／ｃｍ２の紫外線を１０秒間照射して、複屈折率層形成用塗膜中の液晶を架橋重合反応させて液晶の分子の配向性を固定することで、複屈折率層が形成され、光学素子が得られた。

得られた光学素子について、次に示すようにして光学素子のヘイズを測定した。
ヘイズの測定
まず、光学素子のヘイズは、光学素子をヘイズの計測機に設置して、ＪＩＳ Ｋ ７１３６に準拠して測定された。なお、ヘイズの計測機として、日本電色工業社製「NDH-2000」を使用した。
実施例１の光学素子のヘイズは、０．０７であった。

比較例１
垂直配向膜上に複屈折率層組成液をスピンコーティングして、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材で乾燥させ、複屈折率層形成用塗膜を作製するにあたり、この乾燥工程で、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材を減圧乾燥した他は、実施例１と同様にして、光学素子を製造した。
得られた光学素子について、実施例１と同様にして、ヘイズを測定した。
比較例１の光学素子のヘイズは、０．９であった。

実施例２．
基材として、ガラス基板からなる層（基板層）に着色層を積層して形成されるものを用いて、光学素子を得た。

基材は次に示すようにして調整された。

着色層の形成に用いる着色材料分散液の調整
ブラックマトリクス（ＢＭ）及び赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）着色画素の着色材料分散液として、顔料分散型フォトレジストを用いた。顔料分散型フォトレジストは、着色材料として顔料を用い、分散液組成物（顔料、分散剤及び溶剤を含有する）にビーズを加え、分散機で３時間分散させ、その後ビーズを取り除いた分散液とクリアレジスト組成物（ポリマー、モノマー、添加剤、開始剤及び溶剤を含有する）とを混合することにより得られた。得られた顔料分散型フォトレジストは、下記に示すような組成である。尚、分散機としては、ペイントシェーカー（浅田鉄工社製）を用いた。

（ブラックマトリクス用フォトレジスト）
・黒顔料・・・・・１４．０重量部
（大日精化工業（株）製、ＴＭブラック＃９５５０）
・分散剤・・・・・１．２重量部
（ビックケミー（株）製、Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ１１１）
・ポリマー・・・・・２．８重量部
（昭和高分子（株）製、ＶＲ６０）
・モノマー・・・・・３．５重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・添加剤・・・・・０．７重量部
（綜研化学（株）製Ｌ−２０）
・開始剤・・・・・１．６重量部
（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）−ブタノン−１）
・開始剤・・・・・０．３重量部
（４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノン）
・開始剤・・・・・０．１重量部
（２，４−ジエチルチオキサントン）
・溶剤・・・・・７５．８重量部
（エチレングリコールモノブチルエーテル）

（赤色（Ｒ）着色画素用フォトレジスト）
・赤顔料・・・・・４．８重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４（チバスペシャリティケミカルズ社製、クロモフタールＤＰＰ Ｒｅｄ ＢＰ））
・黄顔料・・・・・１．２重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製、パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

（緑色（Ｇ）着色画素用フォトレジスト）
・緑顔料・・・・・３．７重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＧ７（大日精化製、セイカファストグリーン５３１６Ｐ））
・黄顔料・・・・・２．３重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製、パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

（青色（Ｂ）着色画素用フォトレジスト）
・青顔料・・・・・４．６重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＢ１５：６（ＢＡＳＦ社製、ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ））
・紫顔料・・・・・１．４重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＶ２３（クラリアント社製、フォスタパームＲＬ−ＮＦ））
・顔料誘導体・・・・・０．６重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース１２０００）
・分散剤・・・・・２．４重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
・モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
・開始剤・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・０．６重量部
（２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’，５’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール）
・溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

尚、上記ポリマー１は、ベンジルメタクリレート：スチレン：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝１５．６：３７．０：３０．５：１６．９（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１６．９モル％付加したものであり、重量平均分子量は４２５００である。

着色層の形成
洗浄処理を施した基板としてのガラス基板（コーニング社製、「１７３７材」）を用意し、このガラス基板上面に、次に示すように各色ごとに着色材料分散液を塗布し、基板に着色層を積層形成した。
まず、ガラス基板に、上述で調製したＢＭ用フォトレジストをスピンコート法で１．２μｍの厚さに塗布し、９０℃、３分間の条件でプリベーク（予備焼成）し、所定のパターンに形成されたマスクを用いて露光（１００ｍＪ／ｃｍ²）し、続いて０．０５％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を６０秒行った後、２００℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、ＢＭを形成したＢＭ基板を作製した。

次に、赤色（Ｒ）の顔料分散型フォトレジストを上記ＢＭ基板上にスピンコート法で塗布し、８０℃、５分間の条件でプリベークし、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて、アライメント露光（３００ｍＪ／ｃｍ²）した。さらに、０．１％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を６０秒行った後、２００℃、６０分間ポストベークし、ＢＭパターンに対して所定の位置に膜厚２．８μｍの赤色（Ｒ）着色画素パターンを形成した。
続いて、上記赤色（Ｒ）着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚２．６μｍの緑色（Ｇ）着色画素パターンを形成した。
さらに、上記赤色（Ｒ）着色画素パターンの形成方法と同様の方法及び条件で、膜厚２．３μｍの青色（Ｂ）着色画素パターンを形成した。
こうして、ガラス基板上に、ＢＭ、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素から構成される着色層が形成され、基板層に着色層を形成した基材を得た。

得られた基材の着色層上に、実施例１と同様に調整された垂直配向膜を形成する膜組成液を塗布して垂直配向膜を形成し、垂直配向膜形成基材を得た。
次に、実施例１と同様に複屈折率層組成液を調整した。
そして、垂直配向膜形成基材をスピンコーター（MIKASA社製、「商品名1H-３６０S」）に設置して、垂直配向膜上に複屈折率層組成液をスピンコーティングして、複屈折率層形成用塗膜を作製した。得られた複屈折率層形成用塗膜は白濁していた。また、作製された複屈折率層形成用塗膜の膜厚は、乾燥時において約１．０μmであった。なお、この膜厚は、触針式段差計（Sloan社製、製品名「DEKTAK」）を用いて計測された。

複屈折率層形成用塗膜の形成された垂直配向膜形成基材について、実施例１と同様にして、液晶のホメオトロピック配向状態の形成、液晶の架橋重合反応を行ない、光学素子を得た。

この光学素子について次に示すようにコントラスト性能を測定した。
まず、この光学素子を用いて図７（ｂ）に示すような液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置において、液晶層を通過した光が偏光板を容易に通過できる状態（明状態）と容易に通過できない状態（暗状態）をと形成し、明状態・暗状態それぞれについて液晶層と偏光板を通過して外部に出た光の輝度を測定した。そして、明状態における輝度を暗状態における輝度で除して得られた数値をコントラスト性能を示す指数とした。
実施例２の光学素子は、コントラスト性能は、１２００であった。

比較例２
垂直配向膜上に複屈折率層組成液をスピンコーティングして、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材で乾燥させ、複屈折率層形成用塗膜を作製するにあたり、この乾燥工程で、複屈折率層組成液の塗布された垂直配向膜形成基材を減圧乾燥した他は、実施例２と同様にして、光学素子を製造した。
得られた光学素子について、実施例２と同様にしてコントラスト性能を測定した。
実施例２の光学素子は、コントラスト性能は、７００であった。

本発明の光学素子の断面構造を示す概略図である。 （ａ）基板に機能性層を備えた光学素子の断面構造を示す概略図である。（ｂ）基板に機能性層を備えた光学素子の他の実施例の断面構造を示す概略図である。 機能層を更に積層した光学素子の断面構造を示す概略図である。 （ａ）着色層を備えた光学素子の断面構造を示す概略図である（ｂ）着色層を備えた光学素子の他の実施例の断面構造を示す概略図である（ｃ）着色層を備えた光学素子の断面構造の他の実施例を示す概略図である。 （ａ）第１の形態の光学素子を備えた液晶表示装置用部材を示す概略図である（ｂ）第１の形態の光学素子を、基板と液晶層の間に複屈折率層が位置するように形成させた液晶表示装置用部材を示す概略図である。 第３の形態の光学素子を備えた液晶表示装置用部材を示す概略図である。 （ａ）第１の形態の液晶表示装置を示す概略図である。（ｂ）第２の形態の液晶表示装置を示す概略図である。

符号の説明

１ 光学素子
２ 基材
２ａ 基板
３ 垂直配向膜
４ 複屈折率層
５ 液晶
２ｂ、６ 機能性層
７ 着色層
８ 着色画素部
９ 遮光部

Claims (7)

1. 光透過性を有する基板を備えた基材に、光を複屈折させることの可能な複屈折機能層を積層した光学素子において、ヘイズが０．１以下であり、複屈折機能層が、液晶の分子をホメオトロピック配向の状態で固定化してなる層を形成している、ことを特徴とする光学素子。
2. 複屈折機能層は、液晶の分子をホメオトロピック配向させることの可能な垂直配向膜と、垂直配向膜上に積層された複屈折率層とを有しており、複屈折率層は、末端に重合性基を有する液晶分子をホメオトロピック配向させた状態で架橋させて固定してなる層である、ことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 複屈折率層は、液晶分子を含む複屈折率層組成液を塗布した基板を大気圧下で乾燥させ、ホメオトロピック配向させた状態で架橋させて固定してなる層である、ことを特徴とする請求項２記載の光学素子。
4. 光学素子の外面および基材と屈折率機能層の間のうち少なくとも１つの位置に、着色画素部を備えた着色層が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
5. 光透過性を有する層を備えた２つの積層構造体の間に液晶の封入された液晶層を形成した液晶表示装置用部材において、
   少なくとも１つの積層構造体には、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子からなる層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置用部材。
6. 光学素子は、基板と液晶層の間に複屈折率層が位置するように形成されていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置用部材。
7. 液晶層を挟んだ両側に偏光板からなる層を備えるとともに、電圧を負荷して液晶層の配向を変化させる電極部からなる層を備えて多層構造を形成している液晶表示装置において、請求項５または６に記載の液晶表示装置用部材が形成されている液晶表示装置。
   

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