JP2007121740A

JP2007121740A - 光学素子

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Publication number: JP2007121740A
Application number: JP2005314693A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hayashi; 慎二林; Norihisa Moriya; 徳久守谷
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: US20070097313A1; JP4627484B2; US7652744B2

Abstract

【課題】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、容易に製造可能であるとともに所望の部位に位相差を生じさせることができる光学素子の提供を目的とする。
【解決手段】液晶を固定させた固定液晶層３を、光透過性を有する基材面上に形成している光学素子１において、固定液晶層３は、液晶を等方相状態で固定化した等方相部位４と、液晶を液晶相状態で固定化し、且つ等方相部位に繋がる液晶相部位５とを形成しており、液晶相部位５は、該液晶相部位に繋がる等方相部位４よりも固定液晶層３の厚み方向に突出して形成されていることにより、容易に製造可能であるとともに所望の部位に位相差を生じさせることができる光学素子１が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過する光に位相差を与える光学素子に関し、より詳しくは、半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれて透過型表示や反射型表示に応じた位相差を付与する光学素子に関する。

液晶表示装置には、外部から液晶表示装置内部に取り込まれた光（外光）が反射板で反射して液晶層を通過して画面の明暗状態を切り替え表示（反射型表示という）する反射型液晶表示装置の機能と、内部に予め備えられた光源から発せられた光が液晶層を通過して画面の明暗状態を切り替え表示（透過型表示という）する透過型液晶表示装置の機能と、両方の機能を兼ね備えたものが提案されている。この液晶表示装置は、周囲の明るさに応じて反射表示や透過表示を切り替えるように構成して、消費電力を低減しつつも周囲の明暗状態に影響されずに明瞭な液晶表示を行うことができるものである（半透過半反射型の液晶表示装置という）。

半透過半反射型の液晶表示装置（以下、単に液晶表示装置ということがある）としては、次に示すようなものが挙げられる。図７は、半透過半反射型の液晶表示装置の一例を示している。

液晶表示装置１００は、ガラス基板１０１、１０２を備えた積層部材１５１、１５２の間に液晶層１０３を介在させており、積層部材１５２の外側面より外方位置に光源１２２、導光板１２３、光反射部材１２４等からなる光照射手段１１７が配置されている。
ガラス基板１０２の内側面には、間隔をおいて反射板１０４aが設けられ、ガラス基板の内側面と反射板１０４aとの間には保護層１１９が設けられ、隣合う反射板１０４aの間には開口部１０４bが形成され、開口部１０４bと反射板１０４aとで半透過反射層１０４を構成している。

ここで、積層部材１５２において反射板１０４aの配設された領域は、反射型表示において明暗表示を行う際に用いる光を反射させる領域としての反射表示領域に対応し、開口部の形成された領域は、透過型表示において明暗表示を行う際に用いる光を透過させる領域としての透過表示領域に対応する。また、積層部材１５１には、液晶層１０３との界面に、積層部材１５２の反射部１０４aや開口部１０４bに対して積層部材１５１の厚さ方向に対向する位置に、反射表示領域や透過表示領域が形成されている。

ガラス基板１０１の内面側にはインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下、ITOと略記する）等の透明導電膜からなる透明電極１０８が積層されており、透明電極１０８を被覆するように配向膜１０７が形成されている。なお、ガラス基板１０1の外面側には、１／４波長板１２０、偏光板１１４が設けられている。
ガラス基板１０２の内面には、ITOなどの透明導電膜からなる透明電極１１２が形成され、この透明電極１１２を覆うように配向膜１１３が形成されている。ガラス基板１０2の外面側には、１／４波長板１１５、偏光板１１６が設けられている。
なお、液晶表示装置１００においては、ガラス基板１０１、１０２の面のうち液晶層１０３に近い方を内側とし、その逆を外側とする。
また、１／４波長板１１５、１２０は、光における互いに直交し独立した偏光成分に対しておよそ1／4波長分の位相差（λ／４の位相差ということがある。）を生じさせることで、直線偏光と円偏光とを相互に変換するものである。

液晶表示装置１００では、積層部材１５１、１５２に形成された反射表示領域に挟まれた空間を通過する光が反射表示に用いられ、両基材に形成された透過表示領域に挟まれた空間を透過する光が透過表示に用いられる。

液晶表示装置１００は、液晶層１０３への電圧の印加に応じて明暗状態を自在に形成する。すなわち液晶表示装置１００は、液晶層１０３に電圧を印加した状態（オン状態）を形成し、液晶層１０３を通過する光に位相差がほぼ生じないような状態を形成すると、暗状態を形成し、液晶層１０３に電圧を印加しない状態（オフ状態）を形成し、液晶層１０３を通過する光に位相差が生じるような状態を形成すると、明状態を形成する。

液晶表示装置１００は反射型表示において次のように暗状態（暗表示ということがある）を形成する。
反射表示では偏光板１１４の外側から光（外光）が液晶表示装置内側に向かって入射されるが、外光が偏光板１１４を液晶表示装置内側方向に進行すると、その光のうち偏光板１１４の透過軸に並行する偏光軸を備えた直線偏光（入射直線偏光という）が偏光板１１４を透過して内側方向に進行し、さらにその直線偏光は１／４波長板１２０を透過すると円偏光となり、その円偏光が液晶層１０３へと進む。この円偏光は、液晶層１０３を通過する際に位相差を生じないから、その状態を維持したままで液晶層１０３を透過する。
そして、液晶層１０３を透過した円偏光は反射板１０４の表面で反射し、その際に円偏光の回転方向が反転して逆回りの円偏光となり、その状態を維持したまま液晶層１０３を外側方向に1／４波長板１２０に向かって進行する。そして、その円偏光が１／４波長板１２０を透過すると、入射直線偏光に対して偏光軸の直交する直線偏光となる。ここで、偏光板１１４は入射直線偏光の偏光軸と並行した透過軸を備えるので、入射直線偏光に対して偏光軸の直交する直線偏光は偏光板１１４に吸収されて外側（看者側）へ殆ど進行することがなくなり、看者には光が殆ど感得されない。すなわち、液晶表示装置は暗表示となる。

液晶表示装置１００は透過型表示において次のように暗状態を形成する。
透過表示では光照射部から光が液晶表示装置内部に向かって入射されるが、入射光が偏光板１１６を液晶表示装置内側方向に進行すると、入射光のうち偏光板１１６の透過軸に並行する偏光軸を備えた直線偏光が、偏光板１１６を透過し、さらに内側方向に１／４波長板１１５に向かって進行する。そして、その直線偏光が１／４波長板１１５を透過すると、円偏光となる。ここで偏光板１１６と偏光板１１４とは直交ニコルに配置されており、偏光板１１６を透過して得られる直線偏光は、上記入射直線偏光に対して偏光軸の直交する直線偏光となっているから、１／４波長板１１５を透過して形成される円偏光は、上記反射型表示において反射板１０４の表面で反射して形成された円偏光と同じ回転方向を有するものとなる。
したがって、１／４波長板１１５を透過して形成された円偏光は、開口部より液晶層１０３を外側方向に1／４波長板１２０に向かって進行するが、その進行過程において光の偏光状態は反射型表示において説明したのと同様に推移し、結局、光は偏光板１１４に吸収されて外側（看者側）へ殆ど進行することがなくなる。そして、看者には光照射部からの光が殆ど感得されず、すなわち液晶表示装置は暗表示となる。

液晶表示装置１００は反射型表示において次のように明状態（明表示ということがある）を形成する。
外光が外部から液晶層に進行するまでについては、反射型表示において暗状態を形成する場合と同様に光が透過して円偏光となって液晶層１０３へと進行する。液晶層１０３のうち反射型表示の際の光が透過する部分については、液晶層１０３は、これに電圧が印加されない状態で、これを透過する光に対して１／４波長の位相差が生じるように予め設定されている。したがって、液晶層１０３へ進行する円偏光は、液晶層１０３を透過すると直線偏光となるため、反射板１０４で反射してもこの直線偏光と偏光軸を同じくする直線偏光となる。そして、反射板１０４で反射して形成された直線偏光は、液晶層１０３を外側方向に１／４波長板１２０に向かって進行し、１／４波長板１２０を透過して偏光板１１４の透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となる。そして、この直線偏光は、偏光板１１４を通過して外側（看者側）へ進行する。こうして、看者は光を感得することとなり、液晶表示装置は明表示となる。

液晶表示装置１００は透過型表示において次のように明状態を形成する。
光が光照射部から液晶層に進行するまでについては、透過型表示において暗状態を形成する場合と同様に光が透過して円偏光となって液晶層１０３へと進行する。液晶層１０３のうち透過型表示の際の光が透過する部分については、液晶層１０３は、これに電圧が印加されない状態で、これを透過する光に対して１／２波長の位相差が生じるように予め設定されている。したがって、液晶層１０３へ進行する円偏光は、液晶層１０３を透過すると回転方向の反転した円偏光となり、さらに１／４波長板１２０を透過して偏光板１１４の透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となる。そして、この直線偏光は、偏光板１１４を通過して外側（看者側）へ進行する。こうして、看者は光を感得することとなり、液晶表示装置は明表示となる。

このような液晶表示装置１００においては、光照射部から照射され１／４波長板１１５を透過した光（円偏光）のうち、反射板１０４で反射されて外側方向に1／４波長板１１５に向かって進行する光は、液晶表示装置内部に向かう円偏光に対して回転方向が逆向きの円偏光となり、１／４波長板１１５を外側方向に向かって透過すると、偏光板１１６の透過軸に対して偏光軸が垂直な直線偏光になってしまう。そして、結局、この液晶表示装置１００では、反射板４で反射された光は偏光板１１６によってほとんど吸収されてしまうこととなり、光照射部からの光を有効に使用することができなくなってしまう。すなわち、光の利用効率が低下してしまうという問題がある。

そこで、特許文献１には、互いに対向する上基板と下基板との間に液晶層が挟持され、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とを有する半透過反射型の液晶表示装置であって、前記上基板の外面側に上偏光板が設けられるとともに前記下基板の外面側に下偏光板が設けられ、前記下基板の内面側の前記反射表示領域に基板側から順に反射層、位相差層が設けられ、選択電圧印加時、非選択電圧印加時のいずれか一方において、前記透過表示領域における前記液晶層の位相差が前記反射表示領域における前記液晶層の位相差よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置が提案されている。

この液晶表示装置は、反射層の上にのみ１／４波長（λ／４ということがある。）の位相差を生じさせる位相差層を積層形成することにより、効率よく光を利用して透過型の性能も向上させようとするものである。

特開２００４−４４９４号公報

しかしながら、特許文献１の液晶表示装置では、基板面上に位相差層をパターニングするにあたりフォトリソグラフィー法が用いられており、高分子液晶層上に感光性樹脂層を積層し、感光性樹脂層をパターニングし、パターニングされた感光性樹脂層をマスクとして高分子液晶層をエッチングして局所的に高分子液晶層を残存させる工程を通じて製造される。すなわち、この液晶表示装置の製造には、感光性樹脂層の形成とエッチング工程とが要請され、その製造工程が複雑化してしまう。

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、容易に製造可能であるとともに所望の部位に位相差を生じさせることができる光学素子の提供を目的とする。

本発明は、（１）液晶を固定させた固定液晶層を、光透過性を有する基材面上に形成している光学素子において、固定液晶層は、液晶を等方相状態で固定化した等方相部位と、液晶を液晶相状態で固定化し、且つ等方相部位に繋がる液晶相部位とを形成しており、液晶相部位は、該液晶相部位に繋がる等方相部位よりも固定液晶層の厚み方向に突出して形成されていることを特徴とする光学素子、（２）液晶相部位が、λ/4の位相差を有する上記（１）記載の光学素子、（３）液晶は、紫外線を照射されることで重合するサーモトロピック型液晶である上記（１）又は（２）のいずれかに記載の光学素子、（４）基材上にスイッチング回路を構成する層が積層されている上記（１）から（３）のいずれかに記載の光学素子、（５）基材には、光を反射させる反射部が部分的に設けられており、固定液晶層は、液晶相部位を反射部上に位置するように形成されている上記（１）から（４）のいずれかに記載の光学素子、（６）基材には、着色層が形成されている上記（１）から(３)のいずれかに記載の光学素子、（７）固定液晶層の下に配向膜が形成されている上記（１）から（６）のいずれかに記載の光学素子、（８）固定液晶層を構成する液晶の分子を含有している固定液晶層組成液を基材に塗布して塗工膜を形成する塗工膜形成工程と、塗工膜に含まれる液晶の分子を液晶相の状態にする液晶相形成工程と、塗工膜において予め定められた液晶相部位を形成する液晶相予定部位に、光を照射し、液晶相予定部位に含まれる液晶の分子を、液晶相形成工程で形成された液晶相の状態で固定して液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、塗工膜において液晶相部位形成工程で固定されなかった部位に含まれる液晶の分子を等方相の状態にして固定して、等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、を備えることを特徴とする上記（１）から（７）のいずれかに記載の光学素子の製造方法、（９）液晶相予定部位に照射する光の光量を調整する事により、液晶相部位と等方相部位との段差量を調整する、上記（８）の光学素子の製造方法、（１０）等方相部位形成工程は、紫外線照射もしくは加熱によって液晶の分子を等方相の状態で重合させて固定するように構成している上記（９）の光学素子の製造方法、（１１）光透過性を有する基板を備えるとともに相対向する積層部材の間に液晶を充填して駆動液晶層を形成し、一方側の積層部材には、基板と駆動液晶層の間に、光を反射させる反射部と、反射部に囲繞された開口部とを備えた半透過反射層が予め定められたパターンで配設されて、反射部の配設位置に反射表示領域を形成するとともに開口部の配設位置に透過表示領域が形成されており、他方側の積層部材には、一方側の積層部材の反射部と開口部に対して積層部材の厚さ方向に対向する位置に反射表示領域と透過表示領域が形成されている半透過半反射型の液晶表示装置において、上記（１）から（７）のいずれかの光学素子が、反射表示領域に液晶相部位を対応させるとともに、透過表示領域に等方相部位を対応させるように積層部材に組み込まれ、且つ液晶相部位と等方相部位の段差量が、駆動液晶層において透過表示領域を通過する光と反射表示領域を通過する光との間におおよそλ/4の位相差を生じる値であることを特徴とする液晶表示装置、を要旨とする。

本発明の光学素子によれば、液晶相部位に光学素子を透過する前の光と光学素子を透過した後の光との間に位相差を生じさせることができ、等方相部位に光学素子を透過する前の光と光学素子を透過した後の光との間にほとんど位相差を生じさせないようにすることができる。また、この光学素子によれば、等方相の液晶を有する等方相部位と、液晶相の液晶を有し且つ等方相部位に繋がる液晶相部位とを形成しており、光学素子に照射された光の透過位置に応じて、予め定められたパターンに応じて位相差を生じさせる部位と位相差を生じさせない部位とを形成できる。

本発明の光学素子では、等方相部位が液晶層部位に繋がって形成されており、等方相部位は液晶相部位の側周面を囲繞するように形成されている。したがって等方相部位は、液晶相部位の側周面の一部に繋がって液晶相部位の構造を補強でき、液晶相部位に破損が生じる虞を低減できる。また、等方相部位は透過型表示において画素部（透過型表示用画素部という）が構成される位置に形成され、透過型表示用画素部の保護膜として機能し、透過型表示用画素部に破損が生じる虞も低減できる。

本発明の光学素子によれば、固定液晶層は、紫外線の照射により重合可能なサーモトロピック型液晶を架橋重合して形成されてもよく、この場合、固定液晶層に形成される液晶相部位の液晶の配向性は熱による影響を受け難くなり、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液晶表示装置などの光学機器に対しても、光学素子を用いることができる。

本発明の光学素子の製造方法によれば、固定液晶層組成液を基材に塗工し、これに対してフォトマスクを被覆し、紫外線を照射して液晶相部位を形成し、さらに加熱することで等方相部位を形成させるとともに、液晶相部位の方が等方相部位よりも突出した構造を形成させ、光学素子を得ることができる。したがって、ドライエッチングなどの複雑な工程を要することなく、液晶相部位の方が等方相部位よりも突出した構造を得ることができ、しかも等方相部位からの液晶相部位の突出高さも調整することができる。したがって、この製造方法によれば、光学素子を比較的簡単な工程で製造できるようになり、生産コストを抑え易くなる。

本発明の光学素子によれば、光学素子を液晶表示装置を構成する部材に組み込んで半透過半反射型の液晶表示装置を構成することができる。

本発明の光学素子によれば、固定液晶層は、着色層を形成した基材に積層されてもよく、また基材に光を反射させる反射層が部分的に設けられるとともに液晶相部位を反射層上に位置させているような固定液晶層が形成されてもよいため、液晶表示装置を構成する部材に一体的に固定液晶層を積層することで光学素子を液晶表示装置に組み込むことができ、光学素子を別体で製造して貼付けることで光学素子を液晶表示装置に配設する必要もなくなり、液晶表示装置の薄型化に寄与することができる。

本発明の光学素子を組み込んだ半透過半反射型の液晶表示装置によれば、反射表示領域に液晶相部位が配置され、透過表示領域に等方相部位が配置されている。そして、光学素子は、液晶相部位の厚みを任意に調節して製造可能であるから、液晶表示装置は、液晶相部位を透過する光に１／４波長の位相差を生じさせるように調整された光学素子を組み込んだものとすることができる。
そして、光学素子を組み込んだ液晶表示装置によれば、液晶相部位が等方相部位よりも突出しており、その突出距離を容易に調整できるから、対面する積層部材に形成される反射表示領域に挟まれる部分を透過する光に１／４波長の位相差を生じさせ、且つ、対面する基材に形成される透過表示領域に挟まれる部分を透過する光に１／２波長の位相差を生じさせるように、液晶表示装置の液晶層の厚みを調整することができる。
したがって、このような液晶表示装置によれば、反射型表示を行うために設けた１／４波長板をなくすることができる。しかも、従来では透過型表示を行う際にも、反射型表示を行うために積層部材の一方に設けられていた１／４波長板を光が透過してしまうことから、他方の積層部材にも１／４波長板を設けていたが、この１／４波長板もなくすることができるようになる。
こうして、本発明の光学素子を組み込んだ液晶表示装置によれば、その構成を簡素化することができるほか、一層、液晶表示装置の厚みを薄くすることができる。

そして、このような液晶表示装置によれば、透過型表示を行う際に、液晶層に向かって照射される光源からの光は１／４波長板を透過する必要がなくなるから、上記したような光の利用効率が低下してしまうという問題を抑制できる。

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。
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は、基材２表面上に、液晶の分子を含む固定液晶層３を積層している。

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が形成されても、基板２の片面に機能性層２bが形成されてもよく（図２（a）（b））、基板２aの内部に機能性層２bが形成されてもよい。

基板２aの光透過率は、適宜選定可能である。また基板２aには、部分的に遮光性領域等が設けられてもよい。

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、例えば石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、合成石英板等の可撓性のない部材（リジット材）、樹脂フィルム、樹脂板等の可撓性を有する部材（フレキシブル材）を用いることができる。
なお、光学素子１を液晶表示装置に用いる場合には、基板２aは無アルカリガラスであることが好ましい。

基板２aが樹脂フィルムや樹脂板等の樹脂を用いた部材である場合、基板２aに用いる樹脂としては、具体的には、ポリカーボネート系高分子、ポリアリレートやポリエチレンテレフタレート（PET）の如きポリエステル系高分子、ポリイミドやポリアミドイミドなどのポリイミド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリエチレンやポリプロピレンの如きポリオレフィン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、酢酸セルロース系高分子、ポリ塩化ビニル系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子等の熱可塑性ポリマー、トリアセチルセルロース（TAC）フィルム、液晶ポリマーなどを挙げることができる。

また、基板２aとしては、上記したような樹脂からなる樹脂フィルムを１軸延伸または２軸延伸したものが用いられてもよい。
この場合、樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートからなるフィルムであると、延伸倍率のレンジ幅が広い点、さらには入手のしやすさ等の観点から好ましい。

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、固定液晶層とは構成の異なる層であり、着色層、液晶の配向性の固定されたコレステリック液晶からなる層、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。

さらに、機能性層２bは、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のような配向膜でもよい。

配向膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等が通常使用される。なお、配向膜としてポリイミドを用いる場合は、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固定液晶層３の厚みを広い範囲で選択することができて好ましい。

配向膜は、これを構成する膜組成液を調整して、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基板面上に塗布して塗工膜を形成させ、さらにその塗工膜を硬化させて形成できる。膜組成液としては、例えばポリイミドを含むものとしては、日産化学社製のＳＥ−７５１１やＳＥ−１２１１、ＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２、日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社製のＱＬ及びＬＸ等のシリーズ、あるいはチッソ株式会社製のリクソンアライナー等を具体的に例示できる。

配向膜は、その膜厚が０．０１〜１μｍ程度の範囲であることが好ましい。配向膜の膜厚が、０．０１μｍよりも薄いと、固定液晶層の液晶相部位に含まれる液晶に所望の配向を付与することが困難になる虞がある。また、配向膜の膜厚が１μmよりも厚いと、この配向膜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。

固定液晶層３は、等方相の液晶を含有する等方相部位４と、液晶相の液晶を含有する液晶相部位５を形成している。液晶相部位５は、等方相部位４に繋がっており、且つ、その液晶相部位５に連続的に繋がる等方相部位４に対して、固定液晶層３の厚み方向に突出して形成されている。なお、液晶相とは、液晶が液晶構造を形成して液晶性を発現する状態を示し、等方相とは、液晶が液晶構造を形成せず等方性を発現する状態を示すものとする。

等方相部位４の厚みは、０．１μｍ〜１．０μｍであり、液晶相部位５の厚みは、２．０μｍ〜３．５μｍであることが好ましく、したがって等方相部位４に対して、液晶相部位５は、１．０μｍ〜３．４μｍ程度突出していることが好ましい。液晶相部位５の突出が３．４μｍを超えてあまり大きくなりすぎると、光学素子１を液晶表示装置に配設しにくくなる。また、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に配設する場合、液晶相部位５は等方相部位４よりも、光学素子１に入射する光に１／４波長の位相差を生じさせる程度に突出させる必要があることから、液晶相部位５の突出が１．０μｍ程度確保されていることが好ましい。
なお、光学素子１における各部の厚みは、触針式段差計等を用いて測定することができ、ＤＥＫＴＡＫ（Ｓｌｏａｎ社製）等の市販の測定機器を好適に使用できる。

固定液晶層３において、液晶相部位５では、やや細長な分子形状の液晶が液晶相の状態、例えばネマチック液晶、スメクチック液晶などを形成した状態、で固定されており、また、等方相部位４では、液晶が等方相の状態で固定されている。

また、固定液晶層３は、液晶相部位５の複屈折率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。
固定液晶層３の液晶相部位５は、液晶相部位５に入射する光と液晶相部位５を通過した光との間に位相差を生じさせるが、この位相差は、リタデーション量、すなわち、液晶相部位５の複屈折率（Δｎ）と厚みとの積により決定される。従って、所望の位相差を得るには、これに対応するリタデーション量を得る必要がある。Δｎが０．０３以下になると、所望のリタデーション量を得るために厚みを厚くする必要があり、液晶相部位５を構成する液晶の配向性が悪くなる。一方で、Δｎが０．２０を超えると、液晶相部位５の厚みを極度に薄くする必要があり、厚みの制御が困難になる。

なお、複屈折率（Δｎ）は、細長な液晶分子の配向方向に平行な面において、液晶分子の配向方向に直角にＸ軸を、液晶分子の配向方向に平行にＹ軸を仮定した場合に、Ｘ軸方向の屈折率ｎ_XとＹ軸方向の屈折率ｎ_Yとの差を示す。すなわち、Δｎ＝｜ｎ_X−ｎ_Y｜である。
また、複屈折率は、リタデーション値と光学素子１の厚みを測定することにより算出できる。
リタデーション値は、ＲＥＴＳ-1250ＶＡ（大塚電子社製）やＫＯＢＲＡ−２１（王子計測機器社製）等の市販の測定装置を用いて測定できる。測定波長は、可視領域（３８０〜７８０ｎｍ）であることが好ましく、特に、比視感度の最も大きい５５０ｎｍ付近で測定することがより好ましい。

固定液晶層３においては、液晶の分子同士の架橋により高分子化した構造（架橋高分子構造）が形成されている。

固定液晶層３の液晶相部位５では、液晶の架橋度が７０％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。この液晶の架橋度が７０％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。
等方相部位４では、液晶の架橋度が７０％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。この液晶の架橋度が７０％よりも大きいと、等方相部位４が保護層としての役割を十分に発揮できる程度の強度となることから好ましい。

液晶相部位５を構成する液晶の分子は、液晶相の状態で固定可能なものであればよく、液晶相の状態でネマチック液晶を形成するような性質を有するものであることが、液晶の分子に対して配向性を容易に付与できることから好ましい。
また液晶としては、その分子構造中に重合性基を有する液晶（重合性液晶ということがある）であって、液晶の分子同士の重合により固定可能であるものが好ましく、重合性基が２つ以上存在して液晶状態で３次元架橋可能なものがより好ましく用いられる。

重合性液晶としては、重合性液晶のモノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれを用いてもよく、これらを適宜組合わせて用いてもよい。

上記したような液晶の分子としては、下記式１から式１１で表される化合物を具体的に例示できる。さらに、固定液晶層３を構成する液晶の分子としては、下記式１から式１１に表される化合物の複数種類が選択されても良い。

（（式中、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ水素又はメチル基を示し、Ｘは水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基、又はニトロ基を表し、ａ及びｂは、それぞれ個別に２〜１２の整数を表す。）

（なお、Xは、２から５の整数である。）

一般式（１）で表される化合物において、液晶が液晶相を示す温度範囲の広さからＲ¹及びＲ²はいずれも水素であることが好ましい。また、Ｘは塩素又はメチル基であることが好ましい。更に、分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すａ及びｂは、いずれもが０である一般式（１）で表される化合物は安定性に欠け、加水分解を受け易く、また、化合物自体の結晶性も高い。また、ａ及びｂがそれぞれ１３以上であると、アイソトロピック転移温度（等方相転移温度）が低い。このような理由から、ａ及びｂは２〜１２の範囲であり、またそれぞれ別個に４〜１０の範囲の整数であることがより好ましく、６〜９の範囲の整数であることがさらに好ましい。
さらに、固定液晶層３は、例えばRMM34（メルク社製）等の市販の材料を用いて形成されても良い。

光学素子１は、基材２上において液晶相部位５の積層される領域を、反射表示領域となし、基材２上において等方相部位４の積層される領域を、透過表示領域となしている。なお、基材２上の反射表示領域とは、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、反射型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過あるいは反射する基材２上の領域を示し、基材２上の透過表示領域とは、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、透過型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過する基材２上の領域を示すものとする。

本発明の光学素子１は、これを透過する光が液晶相部位５、等方相部位４のいずれを透過するかに応じて、光に対して異なる位相差を生じさせることができる。

また、この光学素子１は、固定液晶層３が架橋した構造を有しているので、液晶相部位５が熱による影響を受け難い。

次に、本発明の光学素子１の製造方法について詳細に説明する。
本発明の光学素子１は、次に示すように製造できる。

まず固定液晶層３を積層するための基材２を用意する。基材２には、予め、配向性を付与された基板２aが用いられる。このほか、基材２表面上に形成される固定液晶層３に含まれる液晶や、液晶に付与しようとする配向性に応じて、液晶の配向性をより容易にする処理を行い（配向容易化工程）、配向容易化工程で得られたものを基材２として用いてもよい。

基材２として配向性を付与された基板２aを用いる場合、例えば、基板２aとしては、１軸延伸フィルムや２軸延伸フィルムが準備される。また、光配向膜を用いて偏光照射した基板２aが準備されてもよい。

また、基板２aに配向膜を形成して配向性を付与されたものが基材２として準備されても良い。基板２a上に配向膜が形成されて配向能を有する基材２では、配向膜の組成液を様々に選択することにより、比較的広範囲に配向方向を選択することが可能であるという利点がある。

配向容易化工程は、液晶相部位５に含まれる液晶の種類や配向性に応じて適宜行われる。例えば、基材２表面上に形成される固定液晶層３の液晶相部位５に含まれる液晶の種類がネマチック液晶であるような場合、配向容易化工程は次のように行われる。
基板２ａに配向膜を積層し、配向膜をラビング処理することにより、配向能を付与された基材２を得る。ラビング処理としては、レーヨン、綿、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート等の材料から選択されるラビング布を金属ロールに巻きつけ、これをフィルムに接した状態で回転させるか、ロールを固定したまま基材フィルムを搬送することにより、フィルム面をラビングで摩擦する方法が通常用いられる。

なお、配向膜表面の撥水性又は撥油性が高い場合には、液晶を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、配向膜表面の濡れ性を予め高めていてもよい。

次に、基材２に積層する固定液晶層３を構成する液晶を溶媒に分散させて固定液晶層組成液を作製する。この固定液晶層組成液を基材２に塗布して塗工膜を形成する（塗工膜形成工程）。

塗工膜形成工程において、固定液晶層組成液の塗布方法としては、公知の塗布方法を用いることができ、具体的には、スピンコート法、ダイコーティング法、スリットコーティング法、ロールコート法、グラビアコート法、スライドコート法、浸漬法等の各方法や、これらを適宜組合わせた方法により、基材２上に塗工液を塗布することができる。なお、基材２と塗工膜との密着性を上げるため、特開平８−２７８４９１号公報に記載されているように、基材２上に接着層を設け、さらにその接着剤層上に固定液晶層組成液が塗布されてもよい。

固定液晶層組成液における液晶の重量比は５重量％〜５０重量％である。５０重量％よりも多くなると、固定液晶層の膜厚分布が大きくなる虞があり、５重量％よりも少なくなると塗布ムラが発生する虞がある。このことを考慮して、液晶の重量比は、５重量部〜５０重量部であることが好ましく、１０重量部〜３０重量部であることがより好ましい。

溶媒としては、重合性液晶を溶解できるものであれば特に限定されるものではなく、有機溶媒を適宜選択できる。なお、基材２上に固定液晶層組成液を塗布して塗工膜を形成するにあたりスピンコート法を用いる場合は、溶媒として、酢酸３−メトキシブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン等が好ましく使用される。

固定液晶層組成液には、光重合開始剤が添加されていることが好ましい。

光重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を好適に使用できる。ラジカル重合性開始剤は、紫外線等のエネルギーによりフリーラジカルを発生するものであり、例えば、ベンジル（ビベンゾイルともいう）、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−プロポキシチオキサントン等が挙げることができる。本発明においては、市販の光重合開始剤を適宜使用することもできる。例えば、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製の「イルガキュア１８４（物質名：１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン）」、「イルガキュア３６９（物質名：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）」、「イルガキュア６５１（物質名：２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン）」、「イルガキュア９０７（物質名：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）」、「ダロキュア1173（物質名：２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン）」等のケトン系化合物や、２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’−テトラフェニル−１，２’ビイミダゾール（黒金化成株式会社製）等のビイミダゾール系化合物を用いてもよい。

光重合開始剤は、重合性液晶の液晶規則性を大きく損なわない範囲で添加することが好ましい。光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜１５重量％、好ましくは０．１〜１２重量％、より好ましくは、０．５〜１０重量％の範囲で重合性液晶材に添加することができる。

なお、固定液晶層組成液には、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することもできる。

固定液晶層組成液には、熱重合開始剤が添加されていてもよい。重合性液晶は、加熱によっても重合反応が進行するが、熱重合開始剤を含有することにより、重合性液晶を加熱して等方相の状態することで、等方相の状態で効率的に重合させ硬化させて等方相部位４を容易に形成させることができる。

熱重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を好適に使用できる。例えば、２，２’−アゾビスイソブチルニトリル、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、１，１’−アゾビス−１−シクロヘキシルニトリル、ジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート、４，４’−アゾビス−４−シアノバレル酸、１，１’−アゾビス（１−アセトキシ−１−フェニルエタン）等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等の有機過酸化物、を挙げることができる。

熱重合開始剤は、重合性液晶の配向性を大きく損なわない範囲で添加することが好ましい。熱重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜１５重量％、好ましくは０．１〜１２重量％、より好ましくは、０．５〜１０重量％の範囲で固定液晶相組成液に添加することができる。

固定液晶層組成液には、界面活性剤が添加されていることが好ましい。固定液晶層組成液は界面活性剤を添加されることにより、これを塗布して形成される塗工膜において、空気界面での液晶の分子の配向性を制御できる。
界面活性剤としては、重合性液晶の液晶発現性を損なうものでなければ、特に限定されることはない。例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック重合体、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン性界面活性剤、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤等が挙げられる。
界面活性剤の添加量としては、一般的には０．０１〜１重量％、好ましくは０．０５〜０．５重量％の範囲で固定液晶層組成液に添加することができる。

塗工膜形成工程で基材２上に塗工膜が形成されると、塗工膜に含まれる液晶を液晶相の状態にする（液晶相形成工程という）。
この液晶相形成工程は、基材２上に形成した塗工膜を重合性液晶が液晶相を発現する温度に保持して、塗工膜に含まれる液晶を液晶相の状態にすることで実施される。このとき塗工膜には、液晶の分子の種類に応じて、ネマチック液晶など所望の液晶の状態が形成される。

液晶相形成工程の後、塗工膜において予め定められた液晶相部位５を形成する液晶相予定部位に光を照射し、液晶相予定部位に含まれる液晶の分子を液晶相の状態で固定して液晶相部位５を形成する（液晶相部位形成工程という）。
液晶相予定部位以外の部分の表面が露光されずに液晶相予定部位の表面が露光可能となるようにパターンを形成したフォトマスクを塗工膜上に被覆して、外方からフォトマスク表面に向かって光を照射する。このとき、フォトマスクを通り抜けた光が塗工膜に到達し、塗工膜上の液晶相予定部位が露光され、液晶相予定部位に含まれる重合性液晶が重合し硬化する。こうして、液晶相予定部位に含まれる液晶は、所望の配向性を付与された状態にて固定され、液晶相部位５が形成される。
このように液晶相部位形成工程が行われると、フォトマスクのマスクパターンに応じて、塗工膜の任意の位置に液晶相部位５が形成される。なお、このとき、塗工膜において、液晶相部位５以外の部位、すなわち露光を受けなかった部位に含まれる液晶は、液晶相の状態にあっても固定されていない状態にある。

液晶相部位形成工程において、架橋反応は、液晶の感光波長の光を塗工膜に向けて照射することで進行するが、塗工膜に照射する光の波長は、この塗工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、塗工膜に照射する光は、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。

露光に用いる光としては、励起エネルギーの大きさから電離放射線が好ましく、電離放射線の照射量は、使用する重合性液晶に応じて適宜選択されるが、電離放射線として紫外線を使用する場合は、その照射量は、一般に、液晶相予定部位の露光量が１０〜１０００ｍＪ／ｃｍ²程度であるように調整されることが好ましく、またその波長は、２００〜４５０ｎｍ程度が好ましい。

なお、液晶相部位５に含まれる液晶を硬化させる方法としては、液晶相予定部位に５０〜５００Ｇｙ程度の電子線を照射して硬化させる方法を用いてもよい。

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℃低い温度まで塗工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配向性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、塗工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、液晶分子の配向の乱れがより抑制される。

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、塗工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）まで塗工膜を冷却し、この状態でさらに感光波長の光を塗工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塗工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まで塗工膜を冷却しても、その塗工膜中に含まれる液晶の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、塗工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。

液晶相部位形成工程により液晶相部位５が形成された後、液晶相部位５以外の部位に含まれる液晶を、等方相となした上、その等方相の状態で固定して等方相部位４を形成する（等方相部位形成工程）。
等方相部位形成工程においては、液晶相部位５以外の部位に含まれる液晶を等方相にするが、これは、塗工膜においてフォトマスクにより光が照射されなかった部分が、等方相に転移する温度（等方相転移温度という）以上に加熱されることで行われる。

すなわち塗工膜が等方相転移温度以上とされることで、液晶相部位５以外の部位に含まれて硬化されなかった重合性液晶は、液晶としての配向性が失われ等方相に転移する。加えて、塗工膜を加熱すると、液晶相部位５以外の部位に含まれる重合性液晶は、等方相の状態で重合され硬化される。これにより、塗工膜において液晶相部位５以外の部位を等方相部位４となすことができる。

ここで等方相転移温度は、ＤＳＣ等の測定装置によって測定できる。また、液晶相から等方相への相転移は、一般に、偏光顕微鏡観察で観察される塗工膜の状態の変化によっても確認できる。なお、液晶相部分５は、光照射により液晶分子が重合して固定されているため、等方相部位形成工程において塗工膜を等方相転移温度以上に加熱しても、塗工膜の液晶相部位５に形成された液晶の配向性は維持される。

なお、等方相部位形成工程において、等方相予定部位に含まれる液晶の分子が等方相の状態で固定されて等方相部位４となるにつれ、塗工膜の液晶相部位５が等方相部位４よりも突出する。このとき、液晶相部位５が突出しても液晶相部位５に含まれる液晶の配向性は維持されている。したがって、等方相部位形成工程での等方相予定部位の加熱条件に応じて、液晶相部位５の等方相部位４からの突出高さ（段差）が制御される。

このようにして、基材２上に塗布した重合性液晶の全部分が硬化され、固定液晶層３が形成され、光学素子１を得ることができる。

本発明の光学素子１の製造方法によれば、予めパターニングされたフォトマスクを用いて塗工膜の任意の部位に液晶相部位５を形成することができる。したがって、光が入射すると位相差を生じる液晶相部位５と、光が入射しても位相差を生じない等方相部位４とが任意形状にパターニングされた光学素子１を、簡易且つ安価に得ることができる。

本発明の光学素子１の製造方法によれば、基材２に固定液晶層組成液を塗布して塗工膜を形成し、その塗工膜のうち液晶相の状態で固定されない部位に含まれる液晶を等方相の状態にして固定する。そして、このとき、液晶相部位５は等方相部位４よりも突出するため、液晶相部位５と等方相部位４の表面位置に段差を生じさせることができる。したがって、液晶を等方相の状態にして固定した後に、別途に段差を形成させるためにドライエッチングなどの処理を別途施す必要がなく、光学素子１を容易に製造することが可能となり、光学素子１を生産するための製造コストを抑え易い。

本発明における第１の形態の光学素子は、基材２に着色層８を形成しているものであってもよい（第２の形態という）。
図３（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１においては、基材２は、基板２ａの片面に機能性層として着色層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、反射型表示部の部位と透過型表示部の部位とを別々にパターニングすることで形成される。ここで、反射型表示部は、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、反射型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過する着色画素部８内の領域を示し、透過型表示部とは、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、透過型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過する着色画素部８内の領域を示す。

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。

着色画素８は、各色の着色画素（８ａ、８ｂ、８c）毎に、反射型表示部と透過型表示部とで、着色画素の色あいを互いに異にするようにパターン形成されている。これらの領域における色合いの違いは、それぞれ着色材料分散液の組成を互いに異ならせることで実現できる。

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２a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２a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９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。

固定液晶層３は、各々の着色画素（８ａ、８ｂ、８c）の透過型表示部と反射型表示部に対して厚み方向にそれぞれ等方相部位４と液晶相部位５の両部位が対応するように、基材２上に積層される。

このような光学素子によれば、これが半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれることで、その液晶表示装置をカラー表示可能なものとなすことができる

本発明における第１の形態の光学素子は、基板２a上に、光を反射させる反射部を部分的に設けて基材２となし、固定液晶層３を、その液晶相部位５を反射部６上に位置させつつ形成したものであってもよい（第３の形態という）（図３（b））。
このような光学素子は、半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んで用いることができる。この場合、光学素子では、基板２a上の反射部６の設けられた領域が、反射表示領域を構成し、反射部６の設けられていない領域が、透過表示領域を構成する。

本発明における第１の形態、第２の形態、第３の形態の光学素子は、固定液晶層上にさらにスイッチング回路を設けているものでもよい（第４の形態という）（図４）。
図４は、第４の形態の光学素子の実施例の一つを示す概略部分平面図である。

スイッチング回路１０は、透過型表示用の画素と反射型表示用の画素ごとにそれぞれ設けた透明電極部１９と反射電極部１１に対応して基板２a上に積層形成されて層状に構成されており、これと電気的に接続された信号線や走査線等の各種素子とともに機能層２ｂとして素子基板を形成している。

スイッチング回路１０は、走査線１３から電気信号の供給を受けて、信号線１２と電極部１１の通電状態を制御する。スイッチング回路１０としては、薄膜トランジスタ（TFT ( Thin Film Transistor )という）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。

スイッチング回路１０が薄膜トランジスタである場合、スイッチング回路１０は、透明電極部１9と反射電極部１１からなる各画素電極１８に接続されたドレイン電極１５と、信号線１２から電気信号の供給を受けるソース電極１６と、ドレイン電極１５とソース電極１６の間に介在して両電極を接続させる半導体とが基材２上に積層され、さらに半導体に対して絶縁層（図示せず）を介して積層されたゲート電極１７積層されて形成されている。なお、ゲート電極は走査線１３に接続している。

電極部１１としては、ITO（Indium Tin Oxide）電極などの透明電極を好ましく用いることができ、これを各画素を形成する領域ほぼ全面に敷設されることで形成できる。なお、電極部１１は、各画素領域の端縁部に細長に透明電極を敷設しても形成することができる。

このような光学素子は、半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んで使用できる

次に、本発明の液晶表示装置について説明する。
まず、第１の形態の光学素子を組み込んだ半透過半反射型の液晶表示装置（第１の形態の液晶表示装置）について、詳細に説明する。

図５（a）、（b）は、本発明の半透過半反射型の液晶表示装置の実施例を示す概略図である。
なお、液晶表示装置の本実施例として、積層部材の一方に第１の形態の光学素子が組み込まれた液晶表示装置について説明する。

図５（a）に示すように、液晶表示装置５０（５０ａ）は、光透過性を有する２つの積層部材２０（２０ａ、２０ｂ）を互いに対向させて配設しており、積層部材２０ａ、２０ｂの間には駆動液晶層（単に液晶層ということがある）２１が形成されており、基板２２a、２２bを挟み込むように偏光板を配設している。

積層部材２０ａ、２０ｂは、それぞれ基板２２（２２a、２２b）と液晶層２１との間に配向膜２４（２４a、２４b）を形成しており、積層部材２０bにおける基板２２bと配向膜２４bの間には、予め定められたパターンと形状で反射部２５が形成されており、反射部２５に囲繞されるように開口部２６が形成されて半透過反射層２７を形成している。反射部２５としては、光をよく反射させる部材が用いられ、具体的には、アルミニウム、銀、これらの合金などの金属薄膜などを用いることができる。

積層部材２０a、２０bには、基板２２と配向膜２４の間に電極部２８が形成されており、電極部２８は、各画素ごとに形成される画素電極２９と、画素電極２９に対向する対向電極３０とを備えている。なお画素電極２９や対向電極３０は、ITO等の透明導電膜から構成されることが好ましい。

積層部材２０bには、半透過反射層２７と配向膜２４bとの間に、固定液晶層３が積層形成されており、固定液晶層３の液晶相部位５は反射部２５の形成位置に、等方相部位４は開口部２６の形成位置にそれぞれ略対向するように配置されている。

ここで、積層部材２０bにおいて反射部２５の形成された領域は、反射型表示において明暗表示を行う際に液晶層２１内を進行しようとする光を反射させることができる領域としての反射表示領域に対応し、開口部２６の形成された領域は、透過型表示において明暗表示を行う際に液晶層２１内を進行しようとする光を透過させることができる領域としての透過表示領域に対応する。また、積層部材２０aには、液晶層２１との界面に、積層部材２０bの反射部２５や開口部２６それぞれに対して積層部材２０bの厚さ方向に対向する位置に、反射表示領域や透過表示領域がそれぞれ形成されている。

このように固定液晶層３は、反射表示領域に液晶相部位５を、透過表示領域に等方相部位４を配置させるように形成される。この場合、液晶表示装置５０には、基板２２bに機能性層としての半透過反射層２７を形成した基材に対して固定液晶層３を形成した光学素子が組み込まれた状態が形成されている。

固定液晶層３には、その構造を保護するため、例えばアクリル系感光性樹脂等の絶縁膜などの保護層（図示せず）が積層されてもよい。

配向膜２４a、２４bは、ポリイミド等からなり、積層部材２０の間に形成される液晶層２１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。

液晶層２１は、次に示すように積層部材２０ａ、２０ｂの間に液晶が封入されて形成される。
まず互いにやや間隔をあけて対向配置された積層部材２０ａ、２０ｂを、スペーサ（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（紫外線硬化樹脂又は熱硬化性樹脂）を用いて積層部材２０ａ、２０ｂの間に区画化された空間部を形成する。そして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２１が形成される。

駆動液晶層である液晶層２１に封入される液晶は、TN（Twisted Nematic）液晶等の液晶が適宜選択され、外部からの電場によって配向性を制御可能に構成されている。
たとえば液晶層２１に封入されている液晶がTN液晶である場合においては、液晶層２１に電圧が印加された時（電圧印加時）、細長な形状の液晶分子はその長手方向が電界方向に沿うように配向された状態（液晶層２１に対向する積層部材２０の面に対して立った状態）となり、この状態で光が液晶層２１を通過すると、液晶層２１を通過する前後の光の間で、反射表示領域、透過表示領域のいずれを通過する光についても、位相のずれがほぼ０となる。

これに対し、液晶層２１に電圧が印加されていない時（電圧非印加時）液晶分子が凡そ積層部材２０の面方向に沿うように配向された状態（液晶層２１に対向する積層部材２０の面に対して寝た状態）となる。反射型表示領域では、液晶層２１の厚み方向の液晶分子が、互いに捩れた状態となって配置されている。
このような液晶層２１を光が通過すると、液晶層２１を通過する前後の光の間で位相差が生じる。そして、この位相差が、積層部材２０a、２０bの反射表示領域に挟まれた液晶層２１の部分を通過する光については１／４波長、積層部材２０a、２０bの透過表示領域に挟まれた液晶層２１の部分を通過する光については１／２波長となるように、液晶層２１に封入される液晶の屈折率異方性Δｎおよび液晶層厚ｄが予め設計され、さらに、固定液晶層３における液晶相部位５の等方相部位４に対する突出距離が設定される。

また、固定液晶層３では、液晶相部位５の層の厚みは、液晶相部位５を透過する光に生じる位相差がおおよそ１／４波長（λ／４）となるように設定される。

この液晶表示装置５０においては、液晶層２１内を積層部材２０ａに向かって液晶層２１の厚み方向に進行し積層部材２０aを透過して液晶表示装置外部へ出た光が、看者に感得される。

この液晶表示装置５０では、反射型表示において、光（外光）は積層部材２０aの外側から液晶層２１に向かう方向に入射し、その光は積層部材２０aの反射表示領域を通過すると、液晶層２１を透過し、積層部材２０bの反射表示領域に配設された反射部２５で反射し、そして液晶層２１から積層部材２０aの反射表示領域に向かって進行する。

また、この液晶表示装置５０では、透過型表示において、光は積層部材２０bから液晶層２１に向かう方向に入射し、この光は積層部材２０bの透過表示領域を通過すると、液晶層２１を積層部材２０aの透過表示領域に向かって進行する。

なお、この液晶表示装置は、透過型表示において光を積層部材２０b方向に入射させるにあたり、光源と、光源から発せられた光を積層部材２０bの面方向に導くことで広げる導光板と、導光板で導かれた光を積層部材２０b方向に進行させる光反射板とを備えた光照射部を配設し、この光照射部からの光が積層部材２０bに入射するように構成されていてもよい。

この液晶表示装置５０では、電極部２８の通電状態の変化に伴なう液晶層２１への電圧印加状態の変化に応じて、液晶の分子が液晶層２１の略面方向に配向されて隣合う液晶の分子が互いにねじれた位置に配向されることで、液晶層２１内に封入された液晶は液晶層２１を進行する光に位相差を生じさせ、あるいは、厚み方向に隣合う液晶の分子が液晶層２１の厚み方向に配向されることで、液晶層２１を進行する光に位相差をほとんど生じさせない。このような液晶層２１への電圧印加状態の変化に伴なう液晶層２１内の液晶の配向性の制御により、液晶表示装置５０から看者に到達する光の有無、強弱が制御され、反射型表示や透過型表示における明暗状態が自在に制御されている。

この液晶表示装置５０においては、反射型表示や透過型表示における明暗状態は次に示すように形成される。

先ず反射型表示について説明する。
積層部材２０aの外側から液晶層２１に向かう方向に入射した光（外光）は、偏光板２３aを透過して偏光板２３aの透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となり、積層部材２０aの反射表示領域を通過する。そして、この直線偏光は、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま液晶層２１を透過し、さらに固定液晶層３の液晶相部分５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与され、円偏光に変換される。この円偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、その偏光方向が反転する（回転方向が逆転する）。すなわち左右円偏光が相互に変換される。反射部２５で反射して偏光方向が反転した円偏光は、液晶層２１から積層部材２０aの反射表示領域方向に向かう方向に液晶相部分５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与されて直線偏光に変換され、液晶層２１へと進行する。このとき、この直線偏光は、液晶層２１から固定液晶層５に向かって進行する際の直線偏光に対して、偏光軸が互いにほぼ垂直な状態となっている。
そして、この直線偏光は、その状態を維持しつつ液晶層２１を透過する。この直線偏光は、偏光板２３aの透過軸に対しても偏光軸が垂直であるから、偏光板２３aを構成する色素に吸収されてしまい、液晶表示装置外部の看者に向かって進行する光がほぼなくなり、看者に暗表示を感得させる。

一方、電圧非印加時では、積層部材２０aから液晶層２１に向かう方向に進行して直線偏光となった光は、液晶層２１を透過すると１／４波長の位相差が付与され、さらに固定液晶層３の液晶相部分５を透過すると、その際に１／４波長の位相差が付与される。このとき、液晶相部分５を透過した光は、これから液晶層２１に向かって進行しようとする直線偏光に対して１／２波長の位相差の付与されたものとなるから、直線偏光となっている。そして、液晶相部分５を透過した直線偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、光の偏光軸を同じくする直線偏光が形成される。
そして、反射部２５で反射した光は、液晶相部位５、液晶層２１を透過するが、その際それぞれ1／４波長の位相差が付与されるから、偏光板２３aに到達する位置では、結局1／２波長の位相差が付与されて偏光板２３aの透過軸と平行な偏光軸を有する直線偏光が形成されており、直線偏光は偏光板２３aを透過して液晶表示装置の外部に向かって進行する。
こうして、液晶表示装置５０から光が外部に出て、その光が看者に感得され、看者に明表示を感得させる。

次に、透過型表示について説明する。
透過型表示において、光は、積層部材２０bの外側位置より液晶層２１に向かう方向に入射される。光が入射されると、この光のうち偏光板２３bの光の透過軸に水平な成分が偏光板２３bを透過し、直線偏光が形成され、これが積層部材２０bを通過して透過表示領域に向かうと固定液晶層３の等方相部位４を透過する。このとき直線偏光には位相差がほとんど生じず、直線偏光の状態が維持されて、液晶層２１へと進行する。この直線偏光は、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま、すなわち偏光軸をほぼ一定に保ちつつ、液晶層２１を透過する。

ここで、積層部材２１a、２１bの偏光板２３a、２３bは、直交ニコルに配置されており、偏光板２３bを通過した直線偏光の偏光軸は、偏光板２３aに到達するまでほぼ一定に保たれているから、この直線偏光は、偏光板２３aに吸収されてしまい、看者に向かって進行する光がほぼなくなり、看者に暗表示を感得させる。

一方、電圧非印加時では、液晶層２１へと進む直線偏光は、液晶層２１を透過すると１／２波長の位相差が付与され、その偏光軸が変化する。すなわち、光の偏光軸が液晶層２１の透過戦後で互いにほぼ直交するように偏光軸が変化する。そして、偏光板２３a、２３bは直交ニコルに配置されており、液晶層２１を通過した光は、その偏光軸が積層部材２０aの偏光板２３aの透過軸とほぼ平行な状態となるから、偏光板２３aを通過する。したがって、液晶表示装置から看者に向かって光が進行し、看者に明表示を感得させる。

この液晶表示装置５０は、液晶層２１を挟持する積層部材２０bの中に固定液晶層３を積層していることにより光学素子１を組み込んでおり、反射表示領域に１／４波長板の役割を発揮する液晶相部位５を形成するものであるから、フィルム材などの１／４波長板を別途用意して積層部材２０a、２０bに貼付けする必要もなく、貼付けるための接着層を設ける必要もなくなり、薄型化容易なものとなる。

また、従来の液晶表示装置では１／４波長板を積層部材２０a側に貼付した場合には、透過表示領域を通過する光も１／４波長板を通過してしまうことから、これと対面する積層部材２０b側にも１／４波長板を貼付するように構成していたが、この液晶表示装置５０によれば、反射表示領域に１／４波長板の役割を発揮する液晶相部位５を形成するから、そのような積層部材２０b側への１／４波長板の設置を不要とすることができる。

また、従来の液晶表示装置では、透過型表示を行うにあたり、積層部材２０bから液晶層２１に向かって入射される光の一部が１／４波長板を透過して反射表示領域に向かって進行してしまった場合に、１／４波長板を積層部材２０b側に貼付しているために、その光を再利用できなくなり、光の利用効率の向上に限界があったが、この液晶表示装置５０によれば、１／４波長板の設置を不要とすることができるから、透過型表示を行うにあたり、反射表示領域に向かって進行してしまった光であっても、反射部２５で反射された後の光が偏光板２３bを通過できるから、その光を透過表示領域に向けて進行させるようにすることができ、すなわち光を再利用することができる。

本発明の液晶表示装置は、第１の形態の液晶表示装置において積層部材２０b側に光学素子が組み込まれる場合限定されず、光学素子が積層部材２０a側に組み込まれるように構成してもよい（第２の形態の液晶表示装置という）（図５（b））。

この液晶表示装置５０bには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０aにおいて、基板２２aと配向膜２４aとの間に固定液晶層３を組み込んだ積層部材２０ｃが形成されている。この積層部材２０ｃでは、固定液晶層３は、反射表示領域、透過表示領域にそれぞれ液晶相部位５、等方相部位４を対応させるように形成される。
また、液晶表示装置５０ｂには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ｂから固定液晶層３を取り外して構成される積層部材２０ｄが形成されている。

この液晶表示装置５０bは、次に示すように、反射型表示と透過型表示における明暗状態を形成する。

先ず反射型表示について説明する。
積層部材２０ｃの外側から液晶層２１に向かう方向に入射した光（外光）は、偏光板２３aを透過して偏光板２３aの透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となり、積層部材２０ｃの反射表示領域を通過する。そして、この直線偏光は、固定液晶層３の液晶相部位５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与され、円偏光に変換される。この円偏光は、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま液晶層２１を透過し、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、その偏光方向が反転する。反射部２５で反射して偏光方向が反転した円偏光は、液晶層２１をその厚み方向に固定液晶層３の液晶相部位５に向かって進行し、さらに液晶相部位５を透過する。この液晶相部位５の透過の際、円偏光は１／４波長の位相差を付与され、直線偏光に変換される。このとき、この直線偏光の偏光軸は、偏光板２３aから固定液晶層５に向かって進行する際の直線偏光の偏光軸に対して、ほぼ垂直な状態となっており、偏光板２３aの透過軸に対しても垂直な状態となっている。したがって、この直線偏光は、偏光板２３aを構成する色素に吸収されてしまい、液晶表示装置外部の看者に向かって殆ど進行できず、看者に暗表示を感得させる。

一方、電圧非印加時では、積層部材２０ｃから液晶層２１に向かう方向に進行して直線偏光となった光は、固定液晶層３の液晶相部分５を透過すると、その際に１／４波長の位相差を付与され、さらに液晶層２１を透過すると１／４波長の位相差を付与される。このとき、液晶層２１を通過した光は、液晶相部分５を液晶層２１に向かって透過しようとする光に対して、１／２波長の位相差を付与された状態となっており、直線偏光となっている。そして、その直線偏光は半透過反射層２７の反射部２５で反射し、直線偏光が形成される。このとき、反射部２５での反射前後の直線偏光は、その偏光軸を同じくしている。
そして、反射部２５で反射した直線偏光は、液晶層２１、液晶相部位５を透過するが、その際それぞれ1／４波長の位相差を付与されるから、偏光板２３aに到達する位置では、結局1／２波長の位相差を付与された状態となり、偏光板２３aの透過軸と平行な偏光軸を有する直線偏光となっている。こうして、その直線偏光は偏光板２３aを透過して液晶表示装置５０bの外部に向かって進行でき、液晶表示装置５０bから外部に出た光は看者に感得され、看者に明表示を感得させる。

次に、透過型表示について説明する。
透過型表示において、光は、積層部材２０ｄの外側より液晶層２１に向かう方向に入射される。光が入射されると、この光のうち偏光板２３bの透過軸に水平な成分が偏光板２３bを透過し、直線偏光が形成され、これが積層部材２０ｄを通過して透過表示領域に向かい、液晶層２１内へと進行する。電圧印加時では、この直線偏光は、その状態をほぼ維持したまま、すなわち偏光軸をほぼ一定に保ちつつ、液晶層２１を透過する。液晶層２１を透過した直線偏光は、固定液晶層３の等方相部位４を透過するが、ここでも直線偏光には位相差がほとんど生じない。そして、その直線偏光は、積層部材２０ｃの偏光板２３aの配設位置まで到達するが、偏光板２３aの透過軸とほぼ垂直な偏光軸を有するから、偏光板２３aを通過できず、したがって液晶表示装置５０bの外部に向かってほとんど出ることなく、看者に暗表示を感得させる。

一方、電圧非印加時では、積層部材２０ｄ側から液晶層２１に向かって進行する直線偏光は、液晶層２１を透過すると１／２波長の位相差を付与され、その偏光軸が変化して直線偏光が形成される。このとき、液晶層の透過前後における直線偏光は、偏光軸が互いにほぼ直交する。偏光板２３a、２３bは直交ニコルに配置されているから、液晶層２１を通過した直線偏光は、偏光板２３aの透過軸とほぼ平行な偏光軸を有する状態となっており、偏光板２３aを通過できる。したがって、その直線偏光は、液晶表示装置５０bの外部に向かって看者に向かって進行でき、看者に明表示を感得させる。

第２の形態の液晶表示装置は、第１の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。

第１の形態、第２の形態の液晶表示装置においては、図６（a）、（b）に示すように、積層部材２０に、機能層としての着色層７が組み込まれてもよい。このような液晶表示装置は、第１の形態、第２の形態の液晶表示装置に対して、基板２２に着色層７と固定液晶層３を積層した第３の形態の光学素子を積層部材２０に組み込んだものとなる。

まず、第３の形態の光学素子を第１の形態の液晶表示装置に組み込んだ半透過半反射型の液晶表示装置（第３の形態の液晶表示装置という）について、特に、液晶表示装置がアクティブマトリクス方式の装置である場合を例として説明する。
図６（a）は、第３の形態の光学素子を第１の形態の液晶表示装置に組み込んだ実施例の一つを示す説明図である。

液晶表示装置５０ｃには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ａにおいて、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した着色画素部８a、８b、８cと遮光部９を有する着色層７を基板２２a上に積層して構成される積層部材２０ｅが形成されている。このとき、各着色画素部８ａ、８ｂ、８ｃは、反射型表示部を反射表示領域に対応させるとともに、透過型表示部を透過表示領域に対応させるように形成されている。

また液晶表示装置５０ｃには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ｂが備えられており、積層部材２０ｂと積層部材２０ｅとの間に液晶層２１が形成されている。

なお、積層部材２０ｂと積層部材２０ｅは、積層部材２０ｅに形成された反射型表示部に対して、積層部材２０ｂの反射部２５が液晶層２１の厚み方向に対応し、積層部材２０ｅに形成された透過型表示部に対して、積層部材２０ｂの反射部２５が液晶層２１の厚み方向に対応するように配設されている。

この液晶表示装置５０ｃは、第１の形態の液晶表示装置と同様にして、反射型表示や透過型表示を行い、第１の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。

次に、第３の形態の光学素子を第２の形態の液晶表示装置に組み込んだ半透過半反射型の液晶表示装置（第４の形態の液晶表示装置という）について説明する。
図６（b）は、第３の形態の光学素子を第２の形態の液晶表示装置に組み込んだ実施例の一つを示す説明図である。

液晶表示装置５０dには、第２の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ｃにおいて、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した着色画素部８a、８b、８cと遮光部９を有する着色層７を基板２２a上に積層して構成される積層部材２０fが形成されている。このとき、各着色画素部８ａ、８ｂ、８ｃは、反射型表示部を反射表示領域に対応させるとともに、透過型表示部を透過表示領域に対応させるように形成されている。

積層部材２０fは、着色層７上に、固定液晶層３を形成している。このとき、固定液晶層３は、液晶相部位５を着色層７の反射型表示部に対向させ、等方相部位４を着色層７の透過型表示部に対向させるように形成される。

また液晶表示装置５０dには、第２の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０dが積層部材２０fに対向するように配されており、積層部材２０dと積層部材２０fとの間に液晶層２１が形成されている。

なお、積層部材２０dと積層部材２０fは、積層部材２０fに形成された反射型表示部に対して、積層部材２０dの反射部２５が液晶層２１の厚み方向に対応し、積層部材２０fに形成された透過型表示部に対して、積層部材２０dの反射部２５が液晶層２１の厚み方向に対応するように配設されている。

この液晶表示装置５０dは、第２の形態の液晶表示装置と同様にして、反射型表示、透過型表示を行い、第２の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。

なお、第１の形態、第２の形態、第３の形態、第４の形態の液晶表示装置においては、積層部材２０に、第４の形態の光学素子の説明で示したスイッチング回路１０を形成した素子基板層が組み込まれても良い。
たとえば、このような液晶表示装置は、積層部材２０bや積層部材２０dの電極部２８を構成する画素電極２９にスイッチング回路１０を接続して素子基板層を形成することで具体的に実施可能である。

実施例１．
次に示すように基板に着色層と配向膜を順次積層して基材を調整し、これを用いて光学素子を得た。

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、ＲＧＢ着色画素において反射型表示部の形成に際して用いられるものについては、下記に示すような組成である。着色画素において透過型表示部の形成には、ＲＧＢ顔料分散型フォトレジストとして、反射型表示部に用いた顔料分散型フォトレジストに含まれる顔料の配合量を２倍にしたものを用いた。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・・・・・５．０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ＤＰＰＲｅｄＢＰ））
・黄顔料・・・・・１．０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・・・・・３．８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・・・・・２．２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）

（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）

（柱（CS）用フォトレジスト）
・モノマー・・・・・９．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・８．０重量部
・開始剤・・・・・２．０重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
・開始剤・・・・・１．０重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア365）
・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ホウケイ酸ガラス基板（コーニング社製、「１７３７材」）を用意し、このホウケイ酸ガラス基板上面に、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、厚さが１．２μｍのＢＭを形成したＢＭ基板を作製した。

次に、反射型表示部用に調整した赤色（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℃、３分間の条件でプリベークし、反射型表示部のパターンに応じた所定の着色パターン用フォトマスクを用いて、紫外線露光（２００ｍＪ／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℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、ＢＭパターンに対して所定の位置に膜厚１．２μｍの赤色（Ｒ）着色画素における反射型表示部のパターンを形成した。
次に、透過型表示部用に調整した赤色（Ｒ）の顔料分散型フォトレジストを、上記赤色（Ｒ）着色画素における反射型表示部のパターンの形成方法と同様に塗布して、透過型表示部のパターンを形成した。

続いて、上記赤色（Ｒ）着色画素の反射型表示部や透過型表示部のパターンの形成方法と同様の方法を用いて、緑色（Ｇ）着色画素、青色（Ｂ）着色画素それぞれにつき、反射型表示部や透過型表示部の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、ドット数160×（120×3（ＲＧＢ））、画素サイズ240μｍ×（80×3（ＲＧＢ））μｍ、透過型表示部の開口サイズ70μｍ×40μｍとなるように着色層を形成した基材を得た。なお、上記（ＲＧＢ）は、各色着色画素について同様であることを示し、例えば、ドット数については、ＲＧＢ各色着色画素について160×120であることを示す。

基材調整処理
上記カラーフィルタを設置した基板上に、機能性層として配向膜を作製して基材を調整した。
なお、配向膜を構成する膜組成液としてJSR社製のAL1254を用い、フレキソ印刷により膜組成液を基板面上に塗工することにより、膜厚７００Åの配向膜が作製された。

固定液晶層組成液の作製
固定液晶層を構成する液晶としてネマチック液晶相を示す重合可能な液晶であるRMM34（メルク社製）を用い、この液晶25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」）1重量部と、溶媒としてトルエン74重量部と混合して、固定液晶層組成液を作製した。

固定液晶層組成液の塗工
基材をスピンコーター（MIKASA製、「商品名1H-360S」）に設置して、配向膜上に固定液晶層組成液をスピンコーティングすることにより、基板に形成された配向膜上に固定液晶層組成液を塗布して塗工膜を作製した。
液晶相の形成
塗工膜の形成された基材をホットプレートを用いて100℃で5分間加熱し、塗工膜中に残存する溶媒をほぼ取り除くとともに、塗工膜中に含まれる液晶を液晶相の状態にした。

液晶相部位の形成
塗工膜の液晶相予定部位と等方相予定部位が、それぞれカラーフィルタ上の反射部と透過部に一致するように予めパターニングされているフォトマスクを、液晶相予定部位に光透過部を対向させ、等方相予定部位に遮光部を対向させるように配する。そして、波長が365nmの紫外光を、フォトマスクを介して塗工膜に向かって600mJ/cm²の露光量で露光し、液晶相予定部位に含まれる液晶を架橋重合させて液晶相部位を形成した。

等方相部位の形成
液晶相部位の形成が行われた後、塗工膜を積層した基材を200℃で60分間加熱し、塗工膜中に液晶相部位が形成されなかった部位（等方相予定部位）に含まれる液晶を等方相に相転移させるとともに、液晶を架橋重合させて等方相部位が形成され、光学素子を得た。

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段差形成量を測定した。
段差形成量の測定
触針式段差計（日本真空技術社製DEKTAK FPD-650）を用い、測定距離（段差距離）が等方相部位-液晶相部位-等方相部位となるように設定し、荷重5mg、測定時間20秒で等方相部と液晶相部との段差を測定した。

得られた光学素子について、次のように配向特性が良好であるか否かについて判定した。
偏光板がクロスニコルとなるように設置されるとともに両偏光板の間に光学素子が配設され、偏光板の一方に光を照射した状態にて光学素子を回転させながら他方の偏光板からの透過光の状態を偏光顕微鏡を用いて観察した。この観察において、光学素子の配向軸と、どちらかの偏光板の透過軸を一致させた時に、完全な黒状態（暗状態）を形成し、光学素子の配向軸を偏光板の透過軸に対して45°傾けて光学素子を設置した時に、等方相部位は黒状態であって液晶相部位にのみ白状態（明状態）が形成されたか否かを観察する事で判断した。

液晶相部位の位相差の測定
得られた光学素子について、基板上の液晶相部位の位相差を、大塚電子社製ＲＥＴＳ-1250VAを用いて測定した。なお、この測定は、等方相部位の形成パターンに対応するようにパターニングされたマスクを光学素子に重ね合わせて等方相部位を遮光して実施された。

つぎに、上記にて得られた光学素子を用いて、次に示すように半透過半反射型の液晶表示装置を作成し、その透過率と反射率とを計測することで、半透過半反射型の液晶表示装置への適応性能を判定した。

まず、上記にて得られた光学素子を用いて、次に示すように液晶表示装置に組み込むための処理を行った。

柱の形成
光学素子に対し、柱用に調整した柱（CS）フォトレジストをスピンコート法で塗布しさらに、８０℃、３分間の条件でプリベークし、ＢＭパターンに応じた所定の柱用フォトマスクを用いて、紫外線露光（２００ｍＪ／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、２３０℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、ＢＭパターンに対して所定の位置に高さ３．２μｍの柱パターンを形成した。

ＩＴＯ製膜
さらに、柱を設置した位相差機能付き半透過反射用カラーフィルタ上に、透明電極材料であるＩＴＯを公知のスパッタリング方法により１５００Å程度の膜厚に製膜した。

配向膜の形成
その後、全面にポリイミド等（日産化学社製のＳＥ−７５１１）を成膜して配向膜を形成し、ラビングした。

このような各処理をなした光学素子をカラーフィルタとして用いた。

次に、光学素子に形成された着色層における着色画素の形成パターンに対応したパターンにてTFTを多数配設したアレイ基板を次のように作製した。

アレイ基板の作製
洗浄処理を施した基板としての無アルカリガラス基板（コーニング社製、「7059材」）を用意し、アルミニウムで被膜を形成することでゲート電極を形成した。このとき、ゲート電極は、着色画素の形成パターンに対応するように形成されたマスクを用いて、パターニング形成された。

次に、ゲート電極を形成した基板面に対し、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００〜２００ｎｍのシリコン窒化膜等のゲート絶縁膜を成膜し、さらにゲート絶縁膜上に膜厚８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を成膜形成した。
次いで、アモルファスシリコン膜を形成した基板面に対し、着色画素の形成パターンに対応するように形成されたマスクを用いてパターニングして、アモルファスシリコン領域をパターン形成した。さらに、アモルファスシリコン膜の形成された基板面全体に窒化珪素膜を形成して、これについてもアモルファスシリコン膜を製膜したときと同様に、マスクを用いてパターニングし、エッチングストッパーを形成した。
続いてアモルファスシリコン膜にリンイオンを約５×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²のドーズ量でイオンドーピングにより注入し、Ｎ＋層を形成した。
その後、Ｎ＋層などの形成された基板面に対し、アクリル樹脂等の感光性の有機樹脂をスピンコート法により約２μｍ成膜し層間絶縁膜を形成した。

次に、上記ゲート絶縁膜をなすシリコン窒化膜、および層間絶縁膜をなすアクリル樹脂層を開口させて開口部を設け、画素電極とＴＦＴ形成部とを接続するためのコンタクトホールとなした。

さらに、Ａｌ（アルミニウム）の金属薄膜をスパッタリング法で１００ｎｍ程度の膜厚に形成後、光学素子の反射型表示部の形成パターンに対応するようにパターニングして反射部を形成した。そして、透明導電材料であるＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を、スパッタリング法により１５０ｎｍ程度の膜厚に形成し、その後、光学素子の着色層の形成パターンに対応するようにパターニングして画素電極を形成した。なお、これら金属薄膜及び画素電極の形成におけるスパッタリング法には、公知の方法が用いられた。

さらにその後、画素電極などの形成された基材面全面にポリイミド等を成膜して配向膜を形成し、カラーフィルタのラビング方向に対して９０°となるようにラビングした。
こうした工程を経てアレイ基板を得た。

液晶表示装置の作製
上記ＴＦＴを形成したガラス基板（アレイ基板）上に、駆動液晶としてＴＮ液晶（メルク社製ZLI-4792;Δn=0.088）を約15mL滴下し、ＴＮ液晶を挟むように上記にて得られたカラーフィルタを重ね合わせ、ＴＮ液晶が外部に漏れ出さないようにＵＶ硬化性樹脂をシール材として用い、常温で０．３ｋｇ／ｃｍ²の圧力をかけながら４００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で露光することによりアレイ基板とカラーフィルタを接合し、アレイ基板とカラーフィルタとの間に液晶の層が形成されたセルを形成した。さらに、このセルに対して、２枚のアレイ基板とカラーフィルタの各々外側面に、２枚の偏光板を、その透過軸がそれぞれカラーフィルタの基板及びアレイ基板のラビング方向とでそれぞれ一致するように配置した。
こうして、本発明で得られた光学素子を用いた液晶表示装置（セルギャップ：透過型表示部3.1μｍ、反射型表示部1.6μｍ）が作製された。

透過率及び反射率の測定
本発明の光学素子を用いた液晶表示装置の透過率と反射率は、図８に示すような装置を用いて測定された。
この装置では、光線量を測定する測定装置２１とこの測定装置２１に接続した光センサ２０が設けられており、光センサ２０に対して垂直方向に対面しあうように液晶表示装置２２が設置され、また液晶表示装置２２に光を照射可能な光源２３が設けられている。
液晶表示装置２２の透過率は、液晶表示装置２２の下方に光源２３を配置させ、この光源２３より光を入射し、液晶表示装置２２を透過した光の量（透過光量）を測定し、透過光量を入射光の量で除した値として算出された。
また、液晶表示装置２２の反射率は、垂直方向から２°傾いた方向に光源２３を配置させ、この光源２３より液晶表示装置２２に光を入射し、その反射光の光量（反射光量）を測定し、反射光量と入射光の量で除した値として算出された。

実施例2．
液晶相部位の形成時における露光量を400mJ/cm²にした他は実施例１と同様にして光学素子を得た。得られた光学素子において、液晶相部位と等方相部位との段差量は表１に示すとおりであった。また、得られた光学素子を用いてカラーフィルタとなす処理を施す際における柱の高さを2.2μｍとし、セルを形成する際に用いるTN液晶をメルク社製ZLI-2293(Δn=0.1332)とした他は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製し、その透過率・反射率を測定した。結果を表１に示す。

比較例1．
液晶相部位の形成を次に示すようにして行った他は、実施例１と同様にして光学素子を得た。液晶相部位の形成は、露光量を100mJ/cm²にしてマスク露光を行い、非液晶相部位（未露光部位）を溶剤で現像し、現像の後、基材を200℃で60分間加熱することによって行われた。液晶相部位の膜厚は1.6μｍであった。
また、この光学素子を用い、実施例１と同様にして液晶表示装置を作製し、その透過率・反射率を測定した。結果を表１に示す。

（表１）

表1に示したように、本発明によれば、駆動液晶のΔnにあわせ、液晶相部位作製時の露光量を調節するだけで、適切な段差を有する光学素子を得られ、しかも、本発明で得られた光学素子を用いて作製された液晶表示装置は、現像処理を行う必要のある従来方法により作製された液晶表示装置の性能と同程度の透過率と反射率の水準を維持している。したがって、本発明によれば、容易に光学素子を得ることができ、従来方法よりも一層容易に従来と遜色ない水準の液晶表示装置を得ることができる。

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）反射部を備えた光学素子の断面構造を示す概略図である。スイッチング回路を備えた光学素子の概略平面図である。（ａ）光学素子を備えた液晶表示装置を示す概略図である（ｂ）光学素子を備えた液晶表示装置を示すを示す概略図である。（ａ）第３の形態の光学素子を備えた液晶表示装置を示す概略図である（ｂ）着色層を備えるとともに光学素子を組み込んだ液晶表示装置を示すを示す概略図である。従来の液晶表示装置を示す概略図である。液晶表示装置の透過率と反射率の測定方法を示した概略図である。

符号の説明

１光学素子
２基材
２ａ基板
２ｂ機能性層
３固定液晶層
４等方相部位
５液晶相部位
６反射部
７着色層
８着色画素
９遮光層

Claims

液晶を固定させた固定液晶層を、光透過性を有する基材面上に形成している光学素子において、
固定液晶層は、液晶を等方相状態で固定化した等方相部位と、液晶を液晶相状態で固定化し、且つ等方相部位に繋がる液晶相部位とを形成しており、
液晶相部位は、該液晶相部位に繋がる等方相部位よりも固定液晶層の厚み方向に突出して形成されていることを特徴とする光学素子。
液晶相部位が、λ/4の位相差を有する請求項１記載の光学素子。
液晶は、紫外線を照射されることで重合するサーモトロピック型液晶である請求項１又は２のいずれかに記載の光学素子。
基材上にスイッチング回路を構成する層が積層されている請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
基材には、光を反射させる反射部が部分的に設けられており、固定液晶層は、液晶相部位を反射部上に位置するように形成されている請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
基材には、着色層が形成されている請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
固定液晶層の下に配向膜が形成されている請求項１から６のいずれかに記載の光学素子。
固定液晶層を構成する液晶の分子を含有している固定液晶層組成液を基材に塗布して塗工膜を形成する塗工膜形成工程と、
塗工膜に含まれる液晶の分子を液晶相の状態にする液晶相形成工程と、
塗工膜において予め定められた液晶相部位を形成する液晶相予定部位に、光を照射し、液晶相予定部位に含まれる液晶の分子を、液晶相形成工程で形成された液晶相の状態で固定して液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、
塗工膜において液晶相部位形成工程で固定されなかった部位に含まれる液晶の分子を等方相の状態にして固定して、等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
液晶相予定部位に照射する光の光量を調整する事により、液晶相部位と等方相部位との段差量を調整する、請求項８記載の光学素子の製造方法。
等方相部位形成工程は、紫外線照射もしくは加熱によって液晶の分子を等方相の状態で重合させて固定するように構成している請求項９記載の光学素子の製造方法。
光透過性を有する基板を備えるとともに相対向する積層部材の間に液晶を充填して駆動液晶層を形成し、一方側の積層部材には、基板と液晶層の間に、光を反射させる反射部と、反射部に囲繞された開口部とを備えた半透過反射層が予め定められたパターンで配設されて、反射部の配設位置に反射表示領域を形成するとともに開口部の配設位置に透過表示領域が形成されており、他方側の積層部材には、一方側の積層部材の反射部と開口部に対して積層部材の厚さ方向に対向する位置に反射表示領域と透過表示領域が形成されている半透過半反射型の液晶表示装置において、
請求項１から７のいずれかの光学素子が、反射表示領域に液晶相部位を対応させるとともに、透過表示領域に等方相部位を対応させるように積層部材に組み込まれ、且つ液晶相部位と等方相部位の段差量が、駆動液晶層において透過表示領域を通過する光と反射表示領域を通過する光との間におおよそλ/4の位相差を生じる値であることを特徴とする液晶表示装置。