JP2008242001A - Optical member having phase difference control function, liquid crystal device for transflective type, and manufacturing method of optical member having phase difference control function - Google Patents

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仁子 宮寺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device used for a liquid crystal device for transflective type, the optical device having a phase difference layer comprising an isotropic phase part and a liquid crystal phase part while a level difference of the phase difference layer is flattened, and having a phase difference control function. <P>SOLUTION: The optical device used for the liquid crystal device for transflective type has the phase difference layer comprising the liquid crystal phase part formed directly or indirectly on a top surface of the substrate, the isotropic phase part formed adjacently thereto, and a transmissive flattening layer formed covering top surfaces of both the parts and having a flat surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、透過する光に位相差を与える光学素子及びその製造方法に関し、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及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element that gives a phase difference to transmitted light and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention is incorporated in a transflective liquid crystal display device and has a phase difference corresponding to a transmissive display or a reflective display. The present invention relates to an optical element to be applied and a manufacturing method thereof.

近年、液晶表示装置の小型化により、携帯電話やPDA等に液晶表示装置が幅広く用いられるようになってきている。このような小型の液晶表示装置においては、省電力化に加えて、高輝度化や高コントラスト化が重要な課題となる。このような観点から、省電力化のための反射型または半透過型の液晶表示装置の開発や、それら液晶表示装置の輝度及びコントラストを改善するための光学素子が開発されている。   In recent years, with the miniaturization of liquid crystal display devices, liquid crystal display devices have come to be widely used in mobile phones, PDAs and the like. In such a small liquid crystal display device, in addition to power saving, high brightness and high contrast are important issues. From this point of view, development of reflective or transflective liquid crystal display devices for power saving and optical elements for improving the brightness and contrast of these liquid crystal display devices have been developed.

このような半透過型の液晶表示装置の一形態として、アルミニウム等の金属膜に光が透過できる開口部を形成した反射膜を光半透過膜として機能させた液晶表示装置が提案されている。このような半透過型の液晶表示装置では、電圧非印加時の位相のずれが1/4波長となるような液晶層が一対のガラス基板間に狭持されており、バックライト側のアレイ基板を構成する透明ガラス基板の内面には、半透過反射層、インジウム錫酸化物(以下、単に「ITO」ともいう)等の透明導電膜からなる透明電極が積層され、透明電極を覆うように配向膜が形成されている。一方、表示面側の表示基板を構成する透明ガラス基板の内面には、ITO等の透明導電膜からなる透明電極が形成され、この透明電極を覆うように配向膜が形成されている。そして、上のガラス基板の外面側には、基板側から順に、1/4波長板、偏光板が配置され、下のガラス基板の外面側には、基板側から順に、1/4波長板、偏光板が設けられている。なお、1/4波長板は、ある波長帯域において、直線偏光を略円偏光に変換することができる機能を有する光学素子である。   As one form of such a transflective liquid crystal display device, a liquid crystal display device has been proposed in which a reflective film in which an opening through which light can be transmitted is formed in a metal film such as aluminum functions as a light transflective film. In such a transflective liquid crystal display device, a liquid crystal layer having a ¼ wavelength phase shift when no voltage is applied is sandwiched between a pair of glass substrates, and an array substrate on the backlight side A transparent electrode made of a transparent conductive film such as a semi-transmissive reflective layer and indium tin oxide (hereinafter also simply referred to as “ITO”) is laminated on the inner surface of the transparent glass substrate constituting the substrate, and is oriented so as to cover the transparent electrode. A film is formed. On the other hand, a transparent electrode made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the inner surface of the transparent glass substrate constituting the display substrate on the display surface side, and an alignment film is formed so as to cover the transparent electrode. And, on the outer surface side of the upper glass substrate, a quarter wavelength plate and a polarizing plate are arranged in order from the substrate side, and on the outer surface side of the lower glass substrate, a quarter wavelength plate in order from the substrate side, A polarizing plate is provided. The quarter-wave plate is an optical element having a function capable of converting linearly polarized light into substantially circularly polarized light in a certain wavelength band.

上記のような構成を有する半透過型液晶表示装置においては、バックライトからの光のうち、反射層で反射された光は、反射層の下側(バックライト側)に配置した1/4波長板で偏光軸が変化し、1/4波長板の下側(バックライト側)に設置した偏光板に吸収されてしまうため、光のリサイクルができず十分な輝度が得られない。また、反射層の開口部を通過し、1/4波長板を透過したバックライト光は円偏光であり、透過光の半分は、上の基板上に設けられた偏光板で吸収されてしまうため、十分な明度とコントラストが得られないと言った問題があった。   In the transflective liquid crystal display device having the above-described configuration, out of the light from the backlight, the light reflected by the reflective layer is a quarter wavelength disposed below the reflective layer (backlight side). Since the polarization axis of the plate changes and is absorbed by the polarizing plate installed on the lower side (backlight side) of the quarter-wave plate, light cannot be recycled and sufficient luminance cannot be obtained. In addition, the backlight light that has passed through the opening of the reflective layer and transmitted through the quarter-wave plate is circularly polarized light, and half of the transmitted light is absorbed by the polarizing plate provided on the upper substrate. There was a problem that sufficient brightness and contrast could not be obtained.

上記の問題に対して、透過部と反射部とのセルギャップを調整するとともに、1/4波長板を、反射層の部分にのみ設けた構造の半透過型液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置においては、バックライト側と表示側との一対の位相差層を省略できるので、高輝度化に加え、表示装置を薄型化することができる。   In order to solve the above problem, a transflective liquid crystal display device having a structure in which a cell gap between a transmissive portion and a reflective portion is adjusted and a quarter-wave plate is provided only in a reflective layer portion has been proposed. In this liquid crystal display device, since the pair of retardation layers on the backlight side and the display side can be omitted, the display device can be thinned in addition to high luminance.

このような半透過型の液晶表示装置として、例えば下記特許文献1には、任意形状にパターニングされた反射層を備えた半透過型液晶表示装置であって、その反射表示領域にのみ位相差層(1/4波長板)を設けた構造の液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置によれば、反射層で反射されたバックライトからの光は、位相差層で吸収されることなく、光のリサイクルが可能になる。また、電圧非印加時における、透過表示領域での液晶層の位相のずれが1/2波長で、反射表示領域での液晶層の位相のずれが1/4波長となるように透過表示領域と反射表示領域でのセルギャップを調整することにより、良好な明度とコントラストを実現している。   As such a transflective liquid crystal display device, for example, in Patent Document 1 below, a transflective liquid crystal display device having a reflective layer patterned in an arbitrary shape, the retardation layer only in the reflective display region. A liquid crystal display device having a structure provided with a (¼ wavelength plate) is disclosed. According to this liquid crystal display device, light from the backlight reflected by the reflective layer can be recycled without being absorbed by the retardation layer. Further, when no voltage is applied, the phase shift of the liquid crystal layer in the transmissive display region is ½ wavelength, and the phase shift of the liquid crystal layer in the reflective display region is ¼ wavelength. By adjusting the cell gap in the reflective display region, good brightness and contrast are realized.

また、下記特許文献2には、電圧非印加時における、透過表示領域での液晶層の位相のずれが1/2波長で、反射表示領域での液晶層の位相のずれが1/4波長となるように透過表示領域と反射表示領域でのセルギャップを調整し、更に、反射表示領域にあるカラーフィルタ部分にのみ位相差層(1/2波長板)を設けた構造の液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置によれば、該位相差層の遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角を20度以上25度以下又は60度以上70度以下とすることにより、反射部液晶層と位相差層があわせて広帯域の1/4波長板となるため、良好な明度およびコントラストの実現が可能となる。
このように、反射表示領域にのみに位相差層を設けるためには、任意形状にパターニングされた反射層に対応した形状に位相差層もパターニングする必要がある。
In Patent Document 2 below, when no voltage is applied, the phase shift of the liquid crystal layer in the transmissive display region is ½ wavelength, and the phase shift of the liquid crystal layer in the reflective display region is ¼ wavelength. A liquid crystal display device having a structure in which a cell gap between a transmissive display region and a reflective display region is adjusted so that a phase difference layer (1/2 wavelength plate) is provided only in a color filter portion in the reflective display region is disclosed. Has been. According to this liquid crystal display device, the angle formed by the slow axis azimuth angle of the retardation layer and the transmission axis of the polarizing plate is 20 degrees or more and 25 degrees or less, or 60 degrees or more and 70 degrees or less, so that the reflective portion liquid crystal layer And the retardation layer together form a wide-band quarter-wave plate, so that good brightness and contrast can be realized.
As described above, in order to provide the retardation layer only in the reflective display region, it is also necessary to pattern the retardation layer in a shape corresponding to the reflective layer patterned in an arbitrary shape.

しかしながら、特許文献1に記載の方法においては、位相差層のパターニングは、フォトリソグラフィー法を用いるため、製造工程が複雑であり、その結果、安価に液晶表示装置を製造することが困難であった。すなわち、フォトリソグラフィー法は、位相差層上に感光性樹脂層を設け、その感光性樹脂層をまず任意形状にパターニングした後、その感光性樹脂層をマスクとして使用して位相差層をエッチングし、局所的に位相差層を残存させることによって、任意形状にパターニングされた位相差層を形成させるものであるため、位相差層のパターニングに複数の工程を必要とするものであった。   However, in the method described in Patent Document 1, since the photolithography method is used for patterning the retardation layer, the manufacturing process is complicated, and as a result, it is difficult to manufacture a liquid crystal display device at low cost. . That is, in the photolithography method, a photosensitive resin layer is provided on a retardation layer, the photosensitive resin layer is first patterned into an arbitrary shape, and then the retardation layer is etched using the photosensitive resin layer as a mask. Since the retardation layer that is patterned in an arbitrary shape is formed by locally leaving the retardation layer, a plurality of steps are required for patterning the retardation layer.

上記問題を解決するために、本出願人は、今般、フォトリソグラフィー法を用いずにパターニングされた液晶相を備える位相差層を形成する方法(以下、単に「製造方法1」ともいう。)を見出した(下記特許文献3)。かかる方法は、材料として架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を用い、まず、基板面に該液晶組成物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させた後、フォトマスクで覆ってパターン露光し露光部に位置する架橋性液晶分子を固定化させて液晶相を形成する。続いて、液晶温度以外の温度によって、塗膜を加熱し、固定化されていない架橋性液晶分子の配向を等方相状態にするとともにその状態で固定化させて等方相を形成して、液晶相と等方相とからなる位相差層を形成する方法である。上記本出願人の方法によれば、フォトリソグラフィー法と比較して、容易且つ安価に位相差層を形成することができる。   In order to solve the above problem, the applicant of the present invention nowadays a method for forming a retardation layer having a liquid crystal phase patterned without using a photolithography method (hereinafter also simply referred to as “manufacturing method 1”). It discovered (the following patent document 3). In this method, a liquid crystal composition containing a crosslinkable liquid crystal molecule is used as a material. First, the liquid crystal composition is applied to a substrate surface to form a coating film, and the crosslinkable liquid crystal molecules present in the coating film are formed. After aligning in a desired direction, it is covered with a photomask and subjected to pattern exposure to fix crosslinkable liquid crystal molecules located in the exposed area to form a liquid crystal phase. Subsequently, the coating film is heated by a temperature other than the liquid crystal temperature, and the orientation of the crosslinkable liquid crystal molecules that are not immobilized is set in an isotropic phase and is fixed in that state to form an isotropic phase. This is a method of forming a retardation layer composed of a liquid crystal phase and an isotropic phase. According to the method of the present applicant, the retardation layer can be formed easily and inexpensively as compared with the photolithography method.

またこのように液晶相と等方相とからなる位相差層を備える半透過半反射型の液晶セルでは、上述に述べた理由と同様に、反射表示領域と透過表示領域とにおけるセルギャップを調整する必要があり、調整方法として、液晶相上面に透明の熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂からなるマルチギャップ層を形成するか、あるいは製造条件を調整することにより、液晶相部分の厚みと等方相部分との厚み(ここでいう「厚み」とは基板面に対して法線方向の寸法を意味する)に段差を設けて形成することが可能である。 In addition, in such a transflective liquid crystal cell having a retardation layer composed of a liquid crystal phase and an isotropic phase, the cell gap between the reflective display region and the transmissive display region is adjusted for the same reason as described above. As an adjustment method, a multi-gap layer made of a transparent thermosetting resin or photo-curing resin is formed on the upper surface of the liquid crystal phase, or the manufacturing conditions are adjusted to adjust the thickness of the liquid crystal phase portion, etc. It can be formed by providing a step in the thickness with the phase portion (here, “thickness” means a dimension in the normal direction to the substrate surface).

特許第3788421号公報Japanese Patent No. 3788421 特開2005−338256号公報JP 2005-338256 A 特開2006−276397号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-276697

上記製造方法1の方法によって示された液晶相と等方相とからなる位相差層を備える光学素子についてさらなる研究を行ったところ、透過表示においてのみ表示ムラが発生する場合があることがわかった。本発明者の鋭意研究により、上記位相差層において、等方相部位上面に段差が存在することを見出し、これが上記表示ムラの原因であることをつきとめた。   When further research was conducted on an optical element including a retardation layer composed of a liquid crystal phase and an isotropic phase, which was shown by the method of production method 1, it was found that display unevenness may occur only in transmissive display. . The inventors' diligent research has found that there is a step on the upper surface of the isotropic phase portion in the retardation layer, and found that this is the cause of the display unevenness.

即ち、上記光学素子は、該光学素子を一方の基板とし、対向する基板と組み合わせて、両基板間に一定のスペースを確保し、該スペースに駆動用液晶材料を充填することによって駆動用液晶層を形成し、液晶装置を製造することができる。このとき、等方相部位の上面が平坦ではなく、段差が存在することから、等方相部位上方における両基板間の距離、即ちセルギャップが均一とならず、表示ムラが発生してしまうという問題があることがわかった。   That is, the optical element is a driving liquid crystal layer in which the optical element is used as one substrate and is combined with an opposing substrate so that a certain space is secured between the two substrates and the space is filled with a driving liquid crystal material. The liquid crystal device can be manufactured. At this time, since the top surface of the isotropic phase portion is not flat and there is a step, the distance between the two substrates above the isotropic phase portion, that is, the cell gap is not uniform, and display unevenness occurs. I found out there was a problem.

また上記2つの基板を組み合わせて液晶装置を製造する場合に、両基板間の距離であるセルギャップを一定に維持するために、位相差層上において柱状体が形成され、該柱状体の上面を対向する基板面に当接させる手法が採用される。しかしながら、上記等方相部位上面における段差の存在により、等方相部位上面において柱状体を形成しようとすると、柱状体の上面の高さが不均一になり、対向する基板面における当接状態が不揃いとなる結果、セルギャップを良好に維持することができなくなる。したがって段差が殆ど生じない液晶相部位上面あるいはマルチギャップ層上面にしか柱状体を設けることができず、柱状体のデザイン性が制限されるという問題があった。   When a liquid crystal device is manufactured by combining the two substrates, a columnar body is formed on the retardation layer in order to maintain a constant cell gap, which is the distance between the two substrates. A technique of contacting the opposing substrate surface is employed. However, due to the presence of the step on the upper surface of the isotropic phase region, when the columnar body is formed on the upper surface of the isotropic phase region, the height of the upper surface of the columnar body becomes uneven and the contact state on the opposing substrate surface is As a result, the cell gap cannot be maintained well. Therefore, the columnar body can be provided only on the upper surface of the liquid crystal phase region or the upper surface of the multi-gap layer where there is almost no step, and there is a problem that the design of the columnar body is limited.

以下に、上述する問題についてより詳しく説明する。
図4は、上記製造方法1により製造された光学素子の液晶相部位と等方相部位とのパターニングの一例を示す上面図であって、透明ガラス基板において、配向膜が形成され、さらにその上面にストライプ状にパターン形成された複数の液晶相部位101と、これを囲む形で形成される等方相部位102よりなる位相差層103が形成された光学素子の上面図である(尚、上面図で示したため、図中、透明ガラス基板と配向膜は図示省略した)。
Hereinafter, the above-described problem will be described in more detail.
FIG. 4 is a top view showing an example of patterning of the liquid crystal phase part and the isotropic phase part of the optical element produced by the production method 1, wherein an alignment film is formed on the transparent glass substrate, and the upper surface thereof is further shown. FIG. 2 is a top view of an optical element in which a phase difference layer 103 including a plurality of liquid crystal phase parts 101 patterned in a stripe pattern and an isotropic phase part 102 formed so as to surround the liquid crystal phase parts 101 is formed. As shown in the figure, the transparent glass substrate and the alignment film are not shown in the figure).

次に、上記図4に示すパターンで形成された光学素子110を用いて形成される液晶セル100を図5に示す。図5は、液晶相部位101の長手方向に垂直な断面概略図である。光学素子110は、まず透明ガラス基板104の上面に配向膜105が形成され、その上に、液晶相部位101と等方相部位102とが形成される。そして上記液晶相部位101の上面に反射領域のセルギャップを調整するためのマルチギャップ層106が積層され、さらにマルチギャップ層106の上面にセルギャップを維持するための柱状体107が形成されて光学素子110が形成される。液晶セル100はこの光学素子110を一方の基板とし、これに対向する対向基板108とを組み合わせて形成されている。一方の基板である光学素子110と対向基板108との間に確保されるスペースは駆動用液晶材料が充填されるスペースであって、駆動用液晶層109を構成している。
液晶セル100において、反射領域に相当する液晶相部位101の上方において確保されるセルギャップを矢印a、a’およびa’’(以下、「セルギャップa」「セルギャップa’」及び「セルギャップa’’」という)で、等方相部位102及び対向基板108間において確保されるセルギャップを矢印b(以下、「セルギャップb」という)及び矢印c(以下、「セルギャップc」という)で示した。
Next, a liquid crystal cell 100 formed using the optical element 110 formed in the pattern shown in FIG. 4 is shown in FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the liquid crystal phase portion 101. In the optical element 110, the alignment film 105 is first formed on the upper surface of the transparent glass substrate 104, and the liquid crystal phase portion 101 and the isotropic phase portion 102 are formed thereon. A multi-gap layer 106 for adjusting the cell gap of the reflective region is laminated on the upper surface of the liquid crystal phase part 101, and a columnar body 107 for maintaining the cell gap is formed on the upper surface of the multi-gap layer 106, thereby optically Element 110 is formed. The liquid crystal cell 100 is formed by combining the optical element 110 as one substrate and a counter substrate 108 facing it. The space secured between the optical element 110 as one substrate and the counter substrate 108 is a space filled with the driving liquid crystal material, and constitutes the driving liquid crystal layer 109.
In the liquid crystal cell 100, cell gaps secured above the liquid crystal phase region 101 corresponding to the reflective region are indicated by arrows a, a ′ and a ″ (hereinafter, “cell gap a”, “cell gap a ′” and “cell gap”). a ″ ”), the cell gap secured between the isotropic phase portion 102 and the counter substrate 108 is indicated by an arrow b (hereinafter referred to as“ cell gap b ”) and an arrow c (hereinafter referred to as“ cell gap c ”). It showed in.

図5で示すとおり、光学素子100の液晶相部位101の長手方向に垂直な断面図で観察すると、そのセルギャップは、セルギャップa≒セルギャップa’≒セルギャップa’’、セルギャップb≠セルギャップcの関係にある。即ち、液晶相部位101の上面は略平坦に形成され、この上に形成されるマルチギャップ層106の上面も略平坦に形成されるので、マルチギャップ層106の上面と対向基板108までの距離であるセルギャップa、a’、a’’は等しく形成される。一方、等方相部位102の断面は中央が窪んだ凹状になっており上面に段差が形成されているため、該上面から対向基板108までのセルギャップは均一ではなく、例えばセルギャップbとセルギャップcとの距離は異なって形成される。   As shown in FIG. 5, when observed in a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the liquid crystal phase portion 101 of the optical element 100, the cell gap is as follows: cell gap a≈cell gap a′≈cell gap a ″, cell gap b ≠. The cell gap is c. That is, the upper surface of the liquid crystal phase portion 101 is formed to be substantially flat, and the upper surface of the multi-gap layer 106 formed thereon is also formed to be substantially flat, so that the distance between the upper surface of the multi-gap layer 106 and the counter substrate 108 is increased. A certain cell gap a, a ′, a ″ is formed equally. On the other hand, since the cross section of the isotropic phase portion 102 has a concave shape with a depressed center and a step is formed on the upper surface, the cell gap from the upper surface to the counter substrate 108 is not uniform. For example, the cell gap b and the cell The distance from the gap c is formed differently.

また図6は、図5のX−X断面図である。図6における液晶セル100において、反射表示領域に相当する液晶相部位101の上方において確保されるセルギャップをセルギャップa、また等方相部位102及び対向基板108間において確保されるセルギャップを矢印d(以下、「セルギャップd」という)及び矢印e(以下、「セルギャップe」という)で示した。
尚、図5及び図6は、便宜上図4に対し縦横比を変えてある。また図6における柱状体107は、その一部の記載を省略した。
6 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. In the liquid crystal cell 100 in FIG. 6, the cell gap secured above the liquid crystal phase region 101 corresponding to the reflective display region is indicated by the cell gap a, and the cell gap secured between the isotropic phase region 102 and the counter substrate 108 is indicated by an arrow. d (hereinafter referred to as “cell gap d”) and arrow e (hereinafter referred to as “cell gap e”).
In FIGS. 5 and 6, the aspect ratio is changed with respect to FIG. 4 for convenience. In addition, a part of the columnar body 107 in FIG. 6 is omitted.

図6で示すとおり、液晶セル100の液晶相部位101の短手方向に垂直な断面図で観察すると、そのセルギャップは、マルチギャップ層106の上面から対向基板108までの距離であるセルギャップaは、任意の地点においていずれも略均一である。一方、等方相部位102は上面が凹状に形成されており、セルギャップd≠セルギャップeの関係にある。   As shown in FIG. 6, when observed in a cross-sectional view perpendicular to the short direction of the liquid crystal phase portion 101 of the liquid crystal cell 100, the cell gap is the distance from the upper surface of the multi-gap layer 106 to the counter substrate 108. Are substantially uniform at any point. On the other hand, the upper surface of the isotropic phase portion 102 is formed in a concave shape, and the relationship is cell gap d ≠ cell gap e.

上述で例示するように、液晶相部位と等方相部位とからなる位相差層では、特に等方相部位の上面が平坦に形成されず、例えば図4の如くスリット状に液晶相部位が形成された光学素子では、そのスリットの長手方向断面においても短手方向断面においても、等方相部位の中央部分とパターン端部分とでは段差が異なることがあるのである。この段差は、図5及び図6のように、中央部が凹状に形成されるばかりではなく、中央部が盛り上がって、より低い位置に存在する端部と段差を生じる場合もある。かかる段差の発生により、均一なセルギャップが得られがたくなり、結果として液晶表示装置において表示ムラを発生されることになるのである。   As exemplified above, in the retardation layer composed of the liquid crystal phase part and the isotropic phase part, the upper surface of the isotropic phase part is not particularly formed flat. For example, the liquid crystal phase part is formed in a slit shape as shown in FIG. In the optical element, the step may be different between the central portion of the isotropic phase portion and the pattern end portion in both the longitudinal section and the short section of the slit. As shown in FIGS. 5 and 6, this step may not only be formed in a concave shape at the center, but also rise from the center, resulting in a step with the end located at a lower position. Due to the occurrence of such a step, it is difficult to obtain a uniform cell gap, and as a result, display unevenness is generated in the liquid crystal display device.

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、半透過半反射用の液晶表示装置に用いられる光学素子に関し、等方相部位と液晶相部位とを備える位相差層を有し、且つ該位相差層における段差が平坦化された、位相差制御機能を有する光学素子、これを用いた液晶装置及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and relates to an optical element used in a liquid crystal display device for semi-transmission and semi-reflection, and has a retardation layer including an isotropic phase portion and a liquid crystal phase portion, An object of the present invention is to provide an optical element having a retardation control function in which a step in the retardation layer is flattened, a liquid crystal device using the optical element, and a method of manufacturing the optical element.

本発明は、基板上面において直接または間接に形成される等方相部位と、これに隣接して形成される液晶相部位と、両部位を覆って形成される平坦化層とから構成される位相差層を備えることを基本的特徴とする。   The present invention relates to an isotropic phase portion formed directly or indirectly on the upper surface of a substrate, a liquid crystal phase portion formed adjacent to the isotropic phase portion, and a planarization layer formed so as to cover both portions. A basic feature is that a phase difference layer is provided.

即ち、本発明は、
(1)光透過性の基材と前記基材上に形成される位相差層とを備える光学素子であって、前記位相差層が、前記基板上に直接または間接に形成される架橋性液晶分子を液晶相状態で固定化させてなる液晶相部位と、前記液晶相部位に隣接する架橋性液晶分子を等方相状態で固定化させてなる等方相部位と、前記液晶相部位及び前記等方相部位の上面を被覆して設けられる平坦化層とから構成されることを特徴とする、位相差制御機能を有する光学素子、
を第一の発明とし、
前記平坦化層の表面段差が0.2μm以内であってもよく、あるいは、
前記基材と前記位相差層との間、あるいは前記位相差層上に直接または間接に、少なくとも2色以上の光透過性の着色部からなる着色層が積層されていてもよく、あるいは、
前記平坦化層の上面に直接的にセルギャップ制御用の柱状体が形成されており、前記柱状体の少なくとも一部が平面視上、前記等方相部位領域に形成されていてもよく、あるいは、
前記基材と前記位相差層との間に反射部が設けられており、前記反射部が前記液晶相部位の下方に選択的に形成されていてもよい。
That is, the present invention
(1) An optical element comprising a light-transmitting base material and a retardation layer formed on the base material, wherein the retardation layer is formed directly or indirectly on the substrate. A liquid crystal phase portion in which molecules are fixed in a liquid crystal phase state, an isotropic phase portion in which crosslinkable liquid crystal molecules adjacent to the liquid crystal phase portion are fixed in an isotropic phase state, the liquid crystal phase portion and the liquid crystal phase portion An optical element having a phase difference control function, characterized by comprising a planarizing layer provided to cover the upper surface of the isotropic phase part;
Is the first invention,
The surface step of the planarizing layer may be within 0.2 μm, or
A colored layer comprising light-transmitting colored portions of at least two colors may be laminated between the base material and the retardation layer or directly or indirectly on the retardation layer, or
A columnar body for cell gap control is directly formed on the upper surface of the planarizing layer, and at least a part of the columnar body may be formed in the isotropic phase region in plan view, or ,
A reflective part may be provided between the base material and the retardation layer, and the reflective part may be selectively formed below the liquid crystal phase part.

また本発明は、
(2)アレイ基板と対面基板とが一定の距離を維持して対向し、これら基板間内側面に駆動用液晶材料が充填されて駆動用液晶層が形成されるとともに両基板の外側面に偏光板が積層され、且つサブ画素において反射表示領域と透過表示領域とを備える半透過半反射型の液晶表示用装置であって、上記対面基板として前記(1)に記載の第一の発明として記載のいずれかの光学素子を用いることを特徴とする半透過半反射型用の液晶装置、
を第二の発明とするものである。
The present invention also provides
(2) The array substrate and the facing substrate are opposed to each other while maintaining a certain distance, and a driving liquid crystal material is formed on the inner side surface between the substrates to form a driving liquid crystal layer and polarized light is applied to the outer side surfaces of both substrates. A transflective and semi-reflective liquid crystal display device in which a plate is laminated and a sub-pixel includes a reflective display region and a transmissive display region, and is described as the first invention described in (1) as the facing substrate. A transflective liquid crystal device characterized by using any one of the optical elements,
Is the second invention.

また本発明は、
(3)光透過性の基材上に少なくとも位相差層を形成して位相差制御機能を有する光学素子を製造する製造方法であって、前記位相差層を形成する工程が、少なくとも架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を光透過性の基板上に直接または間接に塗布し塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させて液晶相状態にする配向工程と、前記塗膜にフォトマスクを介して紫外線または電子線を照射して、液晶相状態にある前記架橋性液晶分子を重合させることにより照射部分における架橋性液晶分子のみを重合させて固定化させ液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、前記塗膜が形成された基板を加熱して、未硬化の状態にある前記架橋性液晶分子を等方相状態にし、上記加熱した状態で架橋性液晶分子を重合させて固定化させ等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を、前記液晶相部位及び前記等方相部位上面に直接に塗布して被覆膜を形成し、前記被覆膜中に含有される硬化性樹脂を硬化させて平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、を含んでなることを特徴とする位相差制御機能を有する光学素子の製造方法、
を第三の発明とするものである。
The present invention also provides
(3) A manufacturing method for producing an optical element having a retardation control function by forming at least a retardation layer on a light-transmitting substrate, wherein the step of forming the retardation layer comprises at least a crosslinkable liquid crystal A coating film forming step of forming a coating film by directly or indirectly applying a liquid crystal composition containing molecules onto a light-transmitting substrate, and aligning the crosslinkable liquid crystal molecules present in the coating film in a desired direction An alignment step of bringing the liquid crystal phase into a state of cross-linking, and irradiating the coating film with ultraviolet rays or an electron beam through a photomask to polymerize the cross-linkable liquid crystal molecules in a liquid crystal phase state, thereby crosslinking the liquid crystal molecules in the irradiated portion. A liquid crystal phase site forming step for forming a liquid crystal phase site by polymerizing and fixing only the liquid crystal phase site, and heating the substrate on which the coating film is formed to bring the crosslinkable liquid crystal molecules in an uncured state into an isotropic phase state In the heated state Forming an isotropic phase site by polymerizing and fixing the liquid crystal molecules, and a resin composition containing at least a light-transmitting curable resin, the liquid crystal phase site and the isotropic phase A planarization layer forming step of forming a coating film by directly coating on the upper surface of the part, and forming a planarization layer by curing the curable resin contained in the coating film. A method for producing an optical element having a phase difference control function,
Is a third invention.

尚、本発明において「位相差層」とは、光の位相差(リタデーション)変化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層を意味する。 In the present invention, the “retardation layer” means a layer having a retardation control function capable of optically compensating for a change in retardation of light.

また本発明の光学素子を構成する構成層において、「上」「上方」「上面」あるいは「下」「下方」「下面」などの上下方向を意味する表現方法は、光学素子の基材が最下層となる向きに配置したときに、任意の構成層において、基材面側を「下」方向とし、基材面とは反対側を「上」方向として表現するものである。   In addition, in the constituent layers constituting the optical element of the present invention, the expression method meaning the vertical direction such as “upper”, “upper”, “upper surface” or “lower”, “lower”, “lower surface”, etc. When arranged in the orientation of the lower layer, in any constituent layer, the substrate surface side is expressed as the “down” direction, and the side opposite to the substrate surface is expressed as the “up” direction.

さらにまた本発明の構成層を説明にするにあたり、「平面視上」という場合には、基板面法線方向から観察した場合を意味する。例えば、「平面視上、液晶相部位領域」という場合には、基板面法線方向から観察したときに、液晶相部位と重なる領域を意味する。 Furthermore, in describing the constituent layers of the present invention, “in plan view” means a case of observation from the normal direction of the substrate surface. For example, the phrase “liquid crystal phase part region in plan view” means a region that overlaps with the liquid crystal phase part when observed from the normal direction of the substrate surface.

本発明の光学素子は、透明ガラス基板上に直接又は間接に、液晶相部位と等方相部位と、これらを被覆し上面を平坦化させる平坦化層とからなる位相差層を有している。したがって、等方相部位上面に観察される表面段差が解消され、等方相部位領域におけるセルギャップを均一にすることができる。したがって、反射表示だけでなく、透過表示においても、表示ムラのない良好な画像を提供することができる。   The optical element of the present invention has a retardation layer comprising a liquid crystal phase portion and an isotropic phase portion, and a planarizing layer that covers these and flattens the upper surface directly or indirectly on a transparent glass substrate. . Therefore, the surface step observed on the upper surface of the isotropic phase region is eliminated, and the cell gap in the isotropic phase region can be made uniform. Therefore, it is possible to provide a good image without display unevenness in not only the reflective display but also the transmissive display.

また、上述のとおり、本発明における位相差層は、平坦化層によりその表面が平坦化されているため、液晶相部位上方だけでなく等方相部位上方であっても上面の高さの揃った柱状体を形成することができる。したがって柱状体のデザイン性を高めることができる。   Further, as described above, since the surface of the retardation layer in the present invention is flattened by the flattening layer, the height of the upper surface is uniform not only above the liquid crystal phase part but also above the isotropic phase part. A columnar body can be formed. Therefore, the design of the columnar body can be improved.

さらに、架橋性液晶分子が固定化してなる液晶相部位または等方相部位は、一般的に他の積層構造部分と比べて非常に硬度が小さいため、液晶相部位または等方相部位上面に直接、柱状体を形成すると、柱状体を介して対向基板と対面させて組み合わせた液晶装置において、柱状体の底面が上記部位にめり込む虞があった。しかしながら本発明の位相差層は、上記柔らかい架橋性液晶分子から構成される液晶相部位及び等方相部位の上面に、該架橋性液晶分子よりも硬度の大きいアクリル系などの硬化性樹脂によって平坦化層が形成されるため、上記柱状体の底面が基材面にめりこむ心配がない。   Furthermore, since the liquid crystal phase part or isotropic phase part formed by immobilizing crosslinkable liquid crystal molecules is generally very hard compared to other laminated structure parts, the liquid crystal phase part or isotropic phase part is directly on the upper surface. When the columnar body is formed, in the liquid crystal device combined with the counter substrate facing the columnar body, there is a possibility that the bottom surface of the columnar body sinks into the portion. However, the retardation layer of the present invention is flattened on the upper surface of the liquid crystal phase site and the isotropic phase site composed of the soft crosslinkable liquid crystal molecules by an acrylic curable resin having a hardness higher than that of the crosslinkable liquid crystal molecules. Since the formation layer is formed, there is no concern that the bottom surface of the columnar body will sink into the substrate surface.

本願発明の光学素子は、従来のフォトリソグラフィー法と比較して、その製造方法が容易且つ安価であって、表示ムラのない良好な画像表示を可能とする液晶表示装置を提供することができる。   The optical element of the present invention can provide a liquid crystal display device that is easier and less expensive to manufacture than conventional photolithography methods, and that enables good image display without display unevenness.

以下に、図を用いて本発明の位相差制御用光学部材を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the phase difference controlling optical member of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(本発明の光学素子の実施形態について)
本発明の光学素子の第一及び第二の実施形態について、図1(a)、(b)を用いて説明する。尚、本発明の光学素子における等方相部位表面は、上述するとおり、凹状または凸状の段差が生じるものであり、本発明は、この段差を平坦化層によって平坦化せしめることを特徴とするものであるが、以下の説明において図示される本発明の光学素子は、便宜的に、等方相部位の上面も平坦状に図示するものとする。
(About embodiment of the optical element of this invention)
1st and 2nd embodiment of the optical element of this invention is described using Fig.1 (a), (b). As described above, the surface of the isotropic phase portion in the optical element of the present invention has a concave or convex step, and the present invention is characterized in that the step is flattened by a flattening layer. However, in the optical element of the present invention illustrated in the following description, the upper surface of the isotropic phase portion is also illustrated in a flat shape for convenience.

図1(a)は、本発明の光学素子1の第一の実施形態の断面構造を示す概略図である。光学素子1は、光透過性の基材2表面上に、等方相部位4と、これより高さの高い液晶相部位5と、これらを上面から被覆してなる平坦化層6が形成されている。上記等方相部位4、液晶相部位5及び平坦化層6により位相差層3が構成される。
一方、図1(b)は、本発明の第二の実施形態である光学素子1’の断面構造を示す概略図である。光学素子1’は、基材2表面上に等方相部位4と、これより高さの低い液晶相部位5と、これらを上面から被覆してなる平坦化層6とが形成されて位相差層3を構成し、さらに平坦化層の上面であって平面視上、液晶相部位5領域においてマルチギャップ層7が形成され、さらにマルチギャップ層上に柱状体31が、また平坦化層6上であって、平面視上、等方相部位領域内において柱状体32が形成されてなる。
尚、ここでいう「高さ」とは基板面に対し垂直方向の厚みを意味する。
Fig.1 (a) is schematic which shows the cross-section of 1st embodiment of the optical element 1 of this invention. In the optical element 1, an isotropic phase portion 4, a liquid crystal phase portion 5 having a height higher than the isotropic phase portion 4, and a planarizing layer 6 that covers these from the upper surface are formed on the surface of the light-transmitting substrate 2. ing. The isotropic phase region 4, the liquid crystal phase region 5, and the planarizing layer 6 constitute the retardation layer 3.
On the other hand, FIG.1 (b) is schematic which shows the cross-section of optical element 1 'which is 2nd embodiment of this invention. The optical element 1 ′ is formed by forming an isotropic phase portion 4 on the surface of the substrate 2, a liquid crystal phase portion 5 having a lower height, and a flattening layer 6 covering these from the upper surface. The multi-gap layer 7 is formed in the region of the liquid crystal phase region 5 in the upper surface of the planarizing layer and in a plan view, and the columnar body 31 is formed on the multi-gap layer and on the planarizing layer 6. In plan view, the columnar body 32 is formed in the isotropic phase region.
Here, “height” means the thickness in the direction perpendicular to the substrate surface.

図1(a)、(b)には、本発明の光学素子の実施形態の一例を示したが、本発明の光学素子はこれに限定されず、例えば第三の実施形態として、基材2と位相差層3との間に、少なくとも2種以上の透明着色領域からなる着色層、あるいは透明着色領域を区画するパターニングされた遮光領域と該遮光領域により区画形成された少なくとも2種以上の透明着色領域からなる着色層をさらに設けてもよい(図示せず)。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することができる。 FIGS. 1A and 1B show an example of an embodiment of the optical element of the present invention. However, the optical element of the present invention is not limited to this. For example, as a third embodiment, the substrate 2 A colored layer comprising at least two or more types of transparent colored regions, or a patterned light shielding region that partitions the transparent colored region, and at least two or more types of transparent defined by the light shielding region. You may further provide the colored layer which consists of a colored area | region (not shown). According to such an optical element, the liquid crystal display device can be color-displayed by being incorporated in the transflective liquid crystal display device.

またさらなる別の態様である第四の実施形態として、基材2と液晶相部位5との間に、光を反射させる反射部分を設けることもできる(図示せず)。このように構成することによって、反射部を設けた半透過半反射型の基板を形成することができ、反射部の設けられた領域、即ち液晶相部位5を反射表示領域、反射部の設けられていない領域、即ち等方相部位4を透過表示領域とすることができる。   As a fourth embodiment, which is still another aspect, a reflective portion that reflects light can be provided between the base material 2 and the liquid crystal phase portion 5 (not shown). With this configuration, a transflective substrate having a reflective portion can be formed. The region where the reflective portion is provided, that is, the liquid crystal phase portion 5 is provided as a reflective display region and a reflective portion. A region that is not present, that is, the isotropic phase region 4 can be used as a transmissive display region.

本発明の光学素子は、上述する第一〜第四の実施形態などの種々の実施形態において、基材2あるいは位相差層3上にさらにスイッチング回路を設けてもよい(第五の実施形態という)。図2は、第五の実施形態の光学素子の一例を示す概略部分平面図である。 In various embodiments such as the first to fourth embodiments described above, the optical element of the present invention may further include a switching circuit on the substrate 2 or the retardation layer 3 (referred to as the fifth embodiment). ). FIG. 2 is a schematic partial plan view showing an example of the optical element of the fifth embodiment.

図2に示される第五の実施形態は、スイッチング回路11が、透過表示領域(即ち等方相部位領域)と反射表示領域(即ち液晶相部位領域)にそれぞれ設けた透明電極部19と反射電極部12に対応して基材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として素子基板を形成している。   In the fifth embodiment shown in FIG. 2, the switching circuit 11 includes a transparent electrode portion 19 and a reflective electrode provided in the transmissive display region (that is, isotropic phase region) and the reflective display region (that is, liquid crystal phase region), respectively. A layered structure is formed on the base material 2a corresponding to the portion 12, and an element substrate is formed as a functional layer together with various elements such as signal lines and scanning lines electrically connected thereto. .

スイッチング回路11は、走査線14から電気信号の供給を受けて、信号線13と電極部12の通電状態を制御する。スイッチング回路11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。   The switching circuit 11 receives an electric signal supplied from the scanning line 14 and controls the energization state of the signal line 13 and the electrode unit 12. Specific examples of the switching circuit 11 include active elements such as a three-terminal element such as a thin film transistor (TFT) and a two-terminal element such as a MIM (Metal Insulator Metal) diode.

スイッチング回路11が薄膜トランジスタである場合、スイッチング回路11は、透明電極部19と反射電極部12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13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14に接続している。   When the switching circuit 11 is a thin film transistor, the switching circuit 11 includes a drain electrode 15 connected to each pixel electrode 18 including the transparent electrode portion 19 and the reflective electrode portion 12, and a source electrode that receives supply of an electric signal from the signal line 13. 16 and a semiconductor that is interposed between the drain electrode 15 and the source electrode 16 and connects the two electrodes are laminated on the base material 2 and further laminated on the semiconductor via an insulating layer (not shown). The gate electrode 17 is laminated. Note that the gate electrode is connected to the scanning line 14.

電極部12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することで形成できる。なお、電極部12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。
As the electrode part 12, a transparent electrode such as an ITO (Indium Tin Oxide) electrode can be preferably used, and it can be formed by laying it on almost the entire region where each pixel is formed. The electrode portion 12 can also be formed by laying a thin transparent electrode on the edge of each pixel region.
Such an optical element can be used by being incorporated in a transflective liquid crystal display device.

以下、図1(b)を用いて本発明の光学素子の基本的な構成についてより詳細に説明する。   Hereinafter, the basic configuration of the optical element of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

基材2について:
基材2は、光透過性を有する基板形成材からなり、一つの基板形成材により単層で構成されても、複数種類の基板形成材にて多層に構成されてもよい。基材2には、部分的に遮光領域等が設けられてもよい。基材2の光線透過率は、適宜選定可能である。
For substrate 2:
The substrate 2 is made of a light-transmitting substrate forming material, and may be composed of a single layer with a single substrate forming material, or may be composed of multiple layers with multiple types of substrate forming materials. The substrate 2 may be partially provided with a light shielding region or the like. The light transmittance of the substrate 2 can be appropriately selected.

基板形成材は、光学的に等方性を有するように構成されていることが好ましい。基板形成材としては、ガラス基板などのガラス材の他、種々の材質からなる板状体を適宜選択できる。特に位相差制御部材を液晶ディスプレイ用に用いる場合には、基板形成材は無アルカリガラスであることが好ましい。基材2は用途に応じて、例えば5μm〜3mm程度のものが使用される。
基材2の光透過率は、適宜選定可能である。また基材2には、部分的に遮光性領域等が設けられてもよい。
The substrate forming material is preferably configured to be optically isotropic. As the substrate forming material, plate-like bodies made of various materials can be appropriately selected in addition to a glass material such as a glass substrate. In particular, when the retardation control member is used for a liquid crystal display, the substrate forming material is preferably alkali-free glass. The base material 2 is, for example, about 5 μm to 3 mm depending on the application.
The light transmittance of the base material 2 can be selected as appropriate. Moreover, the base material 2 may be partially provided with a light-shielding region or the like.

基材2と位相差層3との間、あるいは基材2の位相差層3とは反対側面には、さらに所定の機能を有する機能性層を積層することができる。例えば、機能性層としては、光の状態を変化させる機能を有する層であって、位相差層3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。上記機能性層は、基材2全面に設けられるのみならず、基材2面に部分的に設けられていてもよい。
さらに、機能性層は、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。
A functional layer having a predetermined function can be further laminated between the substrate 2 and the retardation layer 3 or on the side surface of the substrate 2 opposite to the retardation layer 3. For example, the functional layer is a layer having a function of changing the state of light, and is a layer having a configuration different from that of the retardation layer 3, and is composed of a colored layer and a cholesteric liquid crystal in which liquid crystal orientation is fixed. Specific examples include a layer, a reflecting plate that reflects light, and a polarizing plate. The functional layer may be provided not only on the entire surface of the substrate 2 but also partially on the surface of the substrate 2.
Further, the functional layer may be an alignment film such as a horizontal alignment film for horizontally aligning liquid crystal molecules or a vertical alignment film for vertically aligning liquid crystal molecules.

配向膜について:
配向膜は、位相差層3における液晶相部位5を構成する架橋性液晶分子に望まれる配向方向を規制するための層として基板上に形成される。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位相差層3の厚みを広い範囲で選択することができて好ましい。
About alignment film:
The alignment film is formed on the substrate as a layer for regulating the alignment direction desired for the crosslinkable liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase part 5 in the retardation layer 3. As the alignment film, polyimide, polyamide, polyvinyl alcohol or the like is usually used. In addition, when using polyimide as an alignment film, it is preferable that it has a long-chain alkyl group since the thickness of the retardation layer 3 formed in an optical element can be selected in a wide range.

配向膜は、これを構成する膜組成液を調製して、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膜を形成させ、さらにその塗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(株)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。   The alignment film is prepared by preparing a film composition liquid constituting the alignment film, and applying the film composition liquid on the substrate surface by a method such as flexographic printing or spin coating to form a coating film, and further curing the coating film. Can be formed. As the film composition liquid, for example, those containing polyimide include SE-7511 and SE-1211 manufactured by Nissan Chemical Industries, JALS-2021-R2 manufactured by JSR Corporation, and QL manufactured by Hitachi Chemical DuPont Microsystems Co., Ltd. And a series such as LX, or a Lyxon aligner manufactured by Chisso Corporation.

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、位相差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。   The alignment film preferably has a thickness in the range of about 0.01-1 μm. If the film thickness of the alignment film is smaller than 0.01 μm, it may be difficult to impart desired alignment to the liquid crystal contained in the liquid crystal phase part of the retardation layer. Further, if the thickness of the alignment film is greater than 1 μm, the alignment film itself may diffusely reflect light and the light transmittance of the optical element may be greatly reduced.

位相差層3について:
位相差層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と、これらを上面から被覆する平坦化層6とから構成される。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とは厚みが異なって位相差層の厚み方向に段差を形成している。
液晶相部位5及び等方相部位4はいずれもこれらを構成する共通の架橋性液晶分子同士の架橋により高分子化した構造により固定化されて形成されており、これによって、透過される光の位相差を制御することが可能である。より詳しくいうと、液晶相部位5は、これを構成する架橋性液晶分子がネマチック液晶、スメクチック液晶など液晶性を発現する状態で、所謂、正のCプレート、負のCプレート、正のAプレートあるいはハイブリッド配向などとして固定化されており、一方、等方相部位5は、これを構成する架橋性液晶分子が等方性を発現する状態で固定化されている。この固定化された状態により、架橋性液晶の所望の状態(即ち液晶状態であるか等方相状態であるか)を維持することによって、透過光を所望の位相差に制御することができるだけでなく、液晶相部位5及び等方相部位4は熱による影響を受け難いというメリットを有する。
Regarding the retardation layer 3:
The retardation layer 3 includes an isotropic phase portion 4 containing an isotropic liquid crystal, a liquid crystal phase portion 5 containing a liquid crystal phase liquid crystal, and a planarization layer 6 covering these from the top surface. The liquid crystal phase part 5 is connected to the isotropic phase part 4 and is different in thickness from the isotropic phase part 4 continuously connected to the liquid crystal phase part 5 to form a step in the thickness direction of the retardation layer. ing.
Both the liquid crystal phase part 5 and the isotropic phase part 4 are formed by immobilization with a polymerized structure by cross-linking of the common cross-linkable liquid crystal molecules constituting them, and thereby the transmitted light is transmitted. It is possible to control the phase difference. More specifically, the liquid crystal phase portion 5 is a so-called positive C plate, negative C plate, or positive A plate in a state in which the crosslinkable liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase portion 5 exhibit liquid crystal properties such as nematic liquid crystal and smectic liquid crystal. Alternatively, it is immobilized as a hybrid orientation or the like, while the isotropic phase portion 5 is immobilized in a state in which the crosslinkable liquid crystal molecules constituting it exhibit isotropic properties. With this fixed state, it is only possible to control the transmitted light to a desired phase difference by maintaining the desired state of the crosslinkable liquid crystal (that is, whether it is a liquid crystal state or an isotropic phase state). In addition, the liquid crystal phase part 5 and the isotropic phase part 4 have an advantage that they are not easily affected by heat.

:等方相部位及び液晶相部位について:
光学素子1を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれたとき、液晶相部位5は反射表示領域を構成し、一方、等方相部位4は透過表示領域を構成する。この観点から、液晶相部位5は、光学素子1に入射する光に対し1/4波長板または1/2波長板として機能する厚みであることが好ましく、また所望の位相差制御機能を得るために、等方相部位4及び液晶相部位5の厚みを調整することが望ましい。尚、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。
: Isotropic phase region and liquid crystal phase region:
When the optical element 1 is incorporated in a transflective liquid crystal display device, the liquid crystal phase part 5 constitutes a reflective display area, while the isotropic phase part 4 constitutes a transmissive display area. From this point of view, it is preferable that the liquid crystal phase part 5 has a thickness that functions as a quarter-wave plate or a half-wave plate with respect to light incident on the optical element 1, and also for obtaining a desired phase difference control function. In addition, it is desirable to adjust the thickness of the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5. The reflective display area on the base material 2 refers to the transmission of light incident on the liquid crystal display device when the reflective display is performed when the optical element 1 is incorporated in the transflective liquid crystal display device. Or the area | region on the base material 2 which reflects is shown, and the transmissive display area | region on the base material 2 is when the transmissive display is performed in the case where the optical element 1 is incorporated in a transflective liquid crystal display device. A region on the base material 2 through which light incident on the liquid crystal display device is transmitted is shown.

望ましい厚みを得るためには、等方相部位4及び液晶相部位5の製造条件を調整して、これら自身の高さを調整することができる。尚、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。 In order to obtain a desired thickness, the manufacturing conditions of the isotropic phase part 4 and the liquid crystal phase part 5 can be adjusted to adjust their own height. In addition, the thickness of each part in the optical element 1 can be measured using a stylus type step meter or the like, and a commercially available measuring instrument such as DEKTAK (manufactured by Sloan) can be suitably used.

あるいは、図1(b)に示すように、等方相部位4及び液晶相部位5の上面に平坦化層6を形成した後、さらにその上面であって、平面視上、液晶相部位5領域において、マルチギャップ層7を形成することによって、液晶相部位5領域の厚みを調整し、液晶相部位5に求められる位相差量を付与することもできる。マルチギャップ層については後述する。 Alternatively, as shown in FIG. 1 (b), after the planarization layer 6 is formed on the upper surfaces of the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5, the upper surface of the planar phase layer 6 is a region of the liquid crystal phase portion 5 in plan view. In FIG. 5, by forming the multi-gap layer 7, the thickness of the liquid crystal phase part 5 region can be adjusted, and the required amount of retardation can be imparted to the liquid crystal phase part 5. The multi-gap layer will be described later.

従来は、液晶相部位の高さを調整するためのマルチギャップ層は、等方相部位より突起した液晶相部位上面、あるいは等方相部位より窪んだ液晶相部位城面において直接形成されていた。しかしながらかかる構成では、マルチギャップ層形成位置が液晶相部位上面を少しでもずれると、マルチギャップ層が所望の形状及び高さで形成されない場合があり、マルチギャップ層の一部が等方相部分にまではみ出す虞があった。マルチギャップ層を形成する際の位置合わせがわずかにずれただけであっても、このわずかなずれによって液晶相部位をはみ出すマルチギャップ層構成樹脂に引きずられて、マルチギャップ層の形状崩れが広範囲に及ぶ場合がある。透過領域と反射領域との境界において両領域にまたがって遮光領域が形成される態様では、上記液晶相部位から等方相部位にはみ出す量が、上記遮光領域を超えなければ、このはみ出し部分が液晶表示に悪影響を及ぼすことはない。しかしながら、はみ出し量が多く遮光領域を超えて等方相部位にまで広範囲に及んだり、もとより遮光領域が設けられない態様では、上記マルチギャップ層のはみ出しは液晶表示ムラを起こす原因となり望ましくない。
これに対し、本発明の光学素子では、後述する平坦化層上にマルチギャップ層が設けられるため、平面視上、液晶相部位領域からマルチギャップ層の形成位置が僅かにはみ出たとしても、この僅かなはみ出しによってマルチギャップ層の形成崩れは生じにくく、マルチギャップ層の形状及び高さを乱すことがない。したがって、液晶相部位における所望の位相差量を設計どおり得ることができ望ましい。
Conventionally, the multi-gap layer for adjusting the height of the liquid crystal phase part was directly formed on the upper surface of the liquid crystal phase part protruding from the isotropic phase part or on the liquid crystal phase part castle surface recessed from the isotropic phase part. . However, in such a configuration, if the multi-gap layer formation position slightly deviates from the upper surface of the liquid crystal phase part, the multi-gap layer may not be formed in a desired shape and height, and a part of the multi-gap layer becomes an isotropic phase part. There was a risk of sticking out. Even if the alignment during the formation of the multi-gap layer is slightly shifted, this slight shift causes the multi-gap layer to be pulled out by the multi-gap layer constituent resin that protrudes the liquid crystal phase region, and the multi-gap layer is deformed in a wide range. It may reach. In a mode in which a light shielding region is formed across both regions at the boundary between the transmissive region and the reflective region, if the amount protruding from the liquid crystal phase region to the isotropic phase region does not exceed the light shielding region, the protruding portion is a liquid crystal. The display is not adversely affected. However, in a mode in which the amount of protrusion is large and extends beyond the light shielding region to the isotropic phase region, or where the light shielding region is not originally provided, the protrusion of the multi-gap layer is undesirably causing liquid crystal display unevenness.
On the other hand, in the optical element of the present invention, since the multi-gap layer is provided on the flattening layer described later, even if the formation position of the multi-gap layer slightly protrudes from the liquid crystal phase region in the plan view, The formation of the multi-gap layer is not easily broken by a slight protrusion, and the shape and height of the multi-gap layer are not disturbed. Therefore, a desired phase difference amount in the liquid crystal phase part can be obtained as designed, which is desirable.

また、位相差層3における液晶相部位5の複屈折率Δnは、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。   Further, the birefringence Δn of the liquid crystal phase part 5 in the retardation layer 3 is preferably about 0.03 to 0.20, and more preferably about 0.05 to 0.15.

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。   The liquid crystal phase part 5 causes a phase difference between the light incident on the liquid crystal phase part 5 and the light that has passed through the liquid crystal phase part 5, and this phase difference is a retardation amount, that is, a compound of the liquid crystal phase part 5. It is determined by the product of the refractive index (Δn) and the thickness. Therefore, in order to obtain a desired phase difference, it is necessary to obtain a retardation amount corresponding to this. When Δn is 0.03 or less, it is necessary to increase the thickness in order to obtain a desired retardation amount, and the orientation of the liquid crystal constituting the liquid crystal phase portion 5 is deteriorated. On the other hand, when Δn exceeds 0.20, it is necessary to extremely reduce the thickness of the liquid crystal phase part 5 and it becomes difficult to control the thickness.

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とY軸方向の屈折率nとの差を示す。すなわち、Δn=|n−n|である。 Note that the birefringence (Δn) is determined on the assumption that the X axis is perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal molecules and the Y axis is parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules on a plane parallel to the alignment direction of the elongated liquid crystal molecules. shows the difference between the refractive index n Y in refractive index n X and Y-axis direction of the X-axis direction. That is, Δn = | n X −n Y |.

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。   The birefringence can be calculated by measuring the retardation value and the thickness of the optical element 1 ′.

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。   The retardation value can be measured using a commercially available measuring apparatus such as RETS-1250VA (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) or KOBRA-21 (manufactured by Oji Scientific Instruments). The measurement wavelength is preferably in the visible region (380 to 780 nm), and more preferably measured in the vicinity of 550 nm where the relative luminous sensitivity is the highest.

:架橋性液晶分子について:
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。
: About crosslinkable liquid crystal molecules:
The liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase portion 5 may be any molecules that can be fixed in the liquid crystal phase state, and the liquid crystal molecules have the property of forming a nematic liquid crystal in the liquid crystal phase state. It is preferable because the orientation can be easily imparted.

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(架橋性液晶分子ということがある)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。   The liquid crystal is preferably a liquid crystal having a polymerizable group in its molecular structure (sometimes referred to as a crosslinkable liquid crystal molecule) that can be fixed by polymerization of liquid crystal molecules. It is more preferable to use at least one that can be three-dimensionally crosslinked in a liquid crystal state.

架橋性液晶分子としては、架橋性液晶分子のモノマー、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。   As the crosslinkable liquid crystal molecules, any of monomers, oligomers and polymers of the crosslinkable liquid crystal molecules may be used, and these may be used in appropriate combination.

位相差層3を構成するための液晶材料として、正の複屈折異方性を有する液晶材料としては、棒状構造を有するネマチック液晶が、また、負の複屈折異方性を有する液晶材料としては、円盤状構造を有するディスコティック液晶を用いることができる。これらの液晶材料としては、液晶モノマー、液晶オリゴマー、もしくは液晶ポリマーがある。尚、本発明では、便宜的にこられの液晶材料を総称して液晶分子という場合がある。 As a liquid crystal material for constituting the retardation layer 3, a liquid crystal material having a positive birefringence anisotropy includes a nematic liquid crystal having a rod-like structure, and a liquid crystal material having a negative birefringence anisotropy. A discotic liquid crystal having a disk-like structure can be used. These liquid crystal materials include liquid crystal monomers, liquid crystal oligomers, or liquid crystal polymers. In the present invention, these liquid crystal materials may be collectively referred to as liquid crystal molecules for convenience.

上記液晶分子の配向状態を保持したまま硬化させることが可能である点で、紫外線や電子線等の照射により重合して硬化する、重合性の液晶分子、特に架橋性液晶分子モノマーであるものを用いることが好ましい。液晶分子の複屈折Δnと位相差層の厚みにより、リタデーション量および配向特性が決定されるため、Δnは0.03〜0.15程度であることが好ましい。 Polymerizable liquid crystal molecules, particularly those which are crosslinkable liquid crystal molecule monomers, which are cured by polymerization by irradiation with ultraviolet rays, electron beams, etc. in that they can be cured while maintaining the alignment state of the liquid crystal molecules. It is preferable to use it. Since retardation amount and alignment characteristics are determined by the birefringence Δn of the liquid crystal molecules and the thickness of the retardation layer, Δn is preferably about 0.03 to 0.15.

上記位相差層を形成する際に用いられる液晶組成物に含有される架橋性液晶分子モノマーとしては、例えば特表平10−508882号に開示されているようなものを、また、重合性カイラル剤として、例えば特開平7−258638号に開示されているようなものを使用することができる。より具体的な例として示す重合性のネマチック液晶分子としては、例えば、1分子中に(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、オキタセン基、イソシアネート基等の重合性基を少なくとも1個有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。また、このような架橋性液晶分子として、より具体的には、下記化1に示す一般式(1)で表される化合物のうちの1種の化合物(化合物(I))、下記化2に示す一般式(2)で表される化合物のうちの1種の化合物(化合物(II))もしくは2種以上の混合物、化3、化4に示す化合物(化合物(III))のうちの1種の化合物或いは2種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。 Examples of the crosslinkable liquid crystal molecule monomer contained in the liquid crystal composition used for forming the retardation layer include those disclosed in JP-T-10-508882, and polymerizable chiral agents. For example, those disclosed in JP-A-7-258638 can be used. As a polymerizable nematic liquid crystal molecule shown as a more specific example, for example, a monomer, an oligomer having at least one polymerizable group such as a (meth) acryloyl group, an epoxy group, an oktacene group or an isocyanate group in one molecule, Examples thereof include polymers. More specifically, as such a crosslinkable liquid crystal molecule, one compound (compound (I)) of the compounds represented by the general formula (1) shown in the following chemical formula 1 is used. One of the compounds represented by the general formula (2) shown (compound (II)) or a mixture of two or more, or the compounds shown in chemical formulas 3 and 4 (compound (III)) These compounds, a mixture of two or more kinds, or a mixture of these can be used.

Figure 2008242001
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化1に示す一般式(1)において、RおよびR2は、それぞれに、水素またはメチル基を示すが、架橋性液晶分子が液晶相を示す温度の範囲をより広くするには少なくともR及びR2のどちらか一方が水素であることが好ましく、両方が水素であることがより好ましい。また一般式(1)におけるX及び化2に示す一般式(2)のY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、シアノ基またはニトロ基のいずれであってもよいが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、一般式(1)の分子鎖両端の(メタ)アクリロイロキシ基と芳香環との間のアルキレン基の鎖長を示すaおよびb並びに、一般式(2)におけるdおよびeは、それぞれ個別に2〜12の範囲で任意の整数をとり得るが、4〜10の範囲であることが好ましく、6〜9の範囲であることがさらに好ましい。a=b=0である一般式(1)の化合物(I)またはd=e=0である一般式(2)の化合物(II)は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物(I)または(II)自体の結晶性が高い。また、aおよびb、あるいはdおよびeがそれぞれ13以上である一般式(1)の化合物(I)または一般式(2)の化合物(II)は、等方相転移温度(TI)が低い。この理由から、これらの化合物は、どちらについても液晶性を安定的に示す温度範囲(液晶相を維持する温度範囲)が狭いものとなり、本発明の液晶組成物として用いるには好ましくない。 In the general formula (1) shown in Chemical formula 1, each of R 1 and R 2 represents hydrogen or a methyl group, but at least R 1 is required to broaden the temperature range at which the crosslinkable liquid crystal molecules exhibit a liquid crystal phase. And R 2 is preferably hydrogen, more preferably hydrogen. X in the general formula (1) and Y in the general formula (2) shown in Chemical Formula 2 are any of hydrogen, chlorine, bromine, iodine, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a methoxy group, a cyano group, or a nitro group. Although it may be, it is preferably a chlorine or methyl group. Further, a and b indicating the chain length of the alkylene group between the (meth) acryloyloxy group and the aromatic ring at both ends of the molecular chain of the general formula (1), and d and e in the general formula (2) are individually Although an arbitrary integer can be taken in the range of 2-12, it is preferable that it is the range of 4-10, and it is more preferable that it is the range of 6-9. The compound (I) of the general formula (1) in which a = b = 0 or the compound (II) of the general formula (2) in which d = e = 0 has poor stability and is easily hydrolyzed, and the compound (I) or (II) itself has high crystallinity. Further, the compound (I) of the general formula (1) or the compound (II) of the general formula (2) in which a and b or d and e are each 13 or more has a low isotropic phase transition temperature (TI). For these reasons, both of these compounds have a narrow temperature range (temperature range in which the liquid crystal phase is maintained) that stably exhibits liquid crystallinity, and are not preferable for use as the liquid crystal composition of the present invention.

液晶組成物に配合される架橋性液晶分子として、上記した化1、化2、化3、化4では重合性を備える液晶(架橋性液晶分子)のモノマーを例示したが、架橋性液晶分子のオリゴマーや架橋性液晶分子のポリマー等を用いてもよく、これらについても、上記した化1、化2、化3、化4などのオリゴマーやポリマーなどといった公知なものを適宜選択して用いることができる。 As the crosslinkable liquid crystal molecules blended in the liquid crystal composition, the above-mentioned chemical formula 1, chemical formula 2, chemical formula 3, and chemical formula 4 exemplify monomers of a liquid crystal having a polymerizable property (crosslinkable liquid crystal molecules). An oligomer, a polymer of a crosslinkable liquid crystal molecule, or the like may be used, and for these, a known one such as the above-described oligomer or polymer such as Chemical Formula 1, Chemical Formula 2, Chemical Formula 3, or Chemical Formula 4 may be appropriately selected and used. it can.

:光重合開始剤について:
上述する架橋性液晶分子を含有する液晶組成物には、さらに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。
: About photoinitiator:
It is preferable that a photopolymerization initiator is further added to the liquid crystal composition containing the crosslinkable liquid crystal molecules described above. As the photopolymerization initiator, a radical polymerizable initiator can be preferably used. The radical polymerizable initiator generates free radicals by energy such as ultraviolet rays. For example, benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoyl benzoic acid, methyl benzoyl benzoate, 4 -Benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide, benzylmethyl ketal, dimethylaminomethylbenzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3'-dimethyl-4-methoxy Benzophenone, methylobenzoyl formate, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morph Linophenyl) -butan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl) -2hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane- 1-one, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethyl Examples thereof include thioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone and the like. In the present invention, a commercially available photopolymerization initiator can also be used as appropriate. For example, “Irgacure 184 (substance name: 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone)”, “Irgacure 369 (substance name: 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholino) manufactured by Ciba Specialty Chemicals, Inc. Phenyl) -butan-1-one) ”,“ Irgacure 651 (substance name: 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one) ”,“ Irgacure 907 (substance name: 2-methyl-1-) Ketones such as (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one), “Darocur 1173 (substance name: 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one)” Compounds, 2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4′-tetraphenyl-1,2′biimidazole (Kurokin Kasei Co., Ltd.) Biimidazole compounds such as (manufactured) may be used.

光重合開始剤は、架橋性液晶分子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%の範囲で架橋性液晶分子剤に添加することができる。   The photopolymerization initiator is preferably added in a range that does not significantly impair the liquid crystal regularity of the crosslinkable liquid crystal molecules. The addition amount of the photopolymerization initiator is generally in the range of 0.01 to 15% by weight, preferably 0.1 to 12% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight. It can be added to the agent.

:熱重合開始剤について:
また液晶組成物には、上記光重合開始剤に加えてさらに、あるいは上記光重合開始剤の代わりに、熱重合開始剤が添加されていてもよい。架橋性液晶分子は、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、架橋性液晶分子を加熱して等方相の状態にすることで、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。
: About thermal polymerization initiator:
In addition to the photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator may be added to the liquid crystal composition in place of the photopolymerization initiator. The crosslinkable liquid crystal molecule undergoes a polymerization reaction even when heated, but by containing a thermal polymerization initiator, the crosslinkable liquid crystal molecule is heated to be in an isotropic phase, so that it is in an isotropic phase. The isotropic phase portion 4 can be easily formed by efficient polymerization and curing.

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。   As the thermal polymerization initiator, a radical polymerizable initiator can be preferably used. For example, 2,2′-azobisisobutylnitrile, 2,2′-azobis-2-methylbutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (4 -Methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 1,1'-azobis-1-cyclohexylnitrile, dimethyl-2,2'-azobisisobutyrate, 4,4'-azobis-4-cyanovaleric acid, , 1'-azobis (1-acetoxy-1-phenylethane) and other azo compounds, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, tert-butyl peroxide, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclohexane and other organic compounds Mention may be made of peroxides.

熱重合開始剤は、架橋性液晶分子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。   The thermal polymerization initiator is preferably added in a range that does not significantly impair the orientation of the crosslinkable liquid crystal molecules. The amount of the thermal polymerization initiator added is generally in the range of 0.01-15 wt%, preferably 0.1-12 wt%, more preferably 0.5-10 wt%. It can be added to the liquid.

:界面活性剤について:
また液晶組成物には、界面活性剤が添加されていることが好ましい。液晶組成物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。
: About surfactant:
Moreover, it is preferable that surfactant is added to the liquid crystal composition. By adding a surfactant to the liquid crystal composition, the orientation of liquid crystal molecules at the air interface can be controlled in a coating film formed by applying the surfactant.

界面活性剤としては、架橋性液晶分子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。   The surfactant is not particularly limited as long as it does not impair the liquid crystal expression of the crosslinkable liquid crystal molecules. For example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene derivative, polyoxyethylene / polyoxypropylene block polymer, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester , Nonionic surfactant such as polyoxyethylene alkylamine, fatty acid salt, alkyl sulfate ester salt, alkylbenzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, alkyl sulfosuccinate, alkyl diphenyl ether disulfonate, alkyl phosphate, Polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt, naphthalenesulfonic acid formalin condensate, special polycarboxylic acid type polymer surfactant, polyoxyethylene Anionic surfactants such as alkyl phosphates.

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%の範囲で液晶組成物に添加することができる。   The addition amount of the surfactant is generally 0.01-1% by weight, preferably 0.05-0.5% by weight, and can be added to the liquid crystal composition.

なお、液晶組成物には、上記添加剤の他にも増感剤等、本発明の目的が損なわれない範囲で他の添加剤を添加することもできる。   In addition to the above-mentioned additives, other additives such as a sensitizer can be added to the liquid crystal composition as long as the object of the present invention is not impaired.

:平坦化層について:
平坦化層6は、等方相部位4及び液晶相部位5上の略全面に光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を塗布し、光照射あるいは熱照射することによって該樹脂を硬化させて形成することができる。平坦化層6は、等方相部位4上面における段差、あるいは等方相部位4と液晶相部位5との段差等を平坦化させるための層であって、平坦化層6上面(即ち位相差層3の上面)であって、平面視上、等方相部位4の長手方向断面及び短手方向断面における段差、並びに等方相部位4及び液晶相部位5の境界における段差が平坦化層表面においては解消される。
即ち、本発明において「平坦化層の表面段差」とは、平坦化層の任意の2箇所において計測される段差のことを意味し、特に、平坦化層の下面に存在する等方相部位上面における表面段差、あるいは液晶相部位と等方相部位との段差であっても、平坦化層の存在により、位相差層の表面(平坦化層の表面)において解消することができる。
: About planarization layer:
The planarizing layer 6 is formed by applying a resin composition containing a light-transmitting curable resin over substantially the entire surface of the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5 and curing the resin by light irradiation or heat irradiation. Can be formed. The flattening layer 6 is a layer for flattening a step on the upper surface of the isotropic phase portion 4 or a step between the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5. The flat surface of the flat surface of the layer 3 is a step in the longitudinal cross section and the short cross section of the isotropic phase portion 4 and a step at the boundary between the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5 in plan view. Will be resolved.
That is, in the present invention, the “surface level difference of the planarization layer” means a level difference measured at any two locations of the planarization layer, and in particular, the upper surface of the isotropic phase portion existing on the lower surface of the planarization layer. Even the surface step difference between the liquid crystal phase region and the isotropic phase region can be eliminated on the surface of the retardation layer (the surface of the planarization layer) due to the presence of the planarization layer.

上記平坦化層の表面段差は、0.2μm以下となるように形成されることが望ましい。平坦化層6上面の任意の2点間においても段差が0.2μm以内であることにより、かかる光学素子を用いて液晶表示装置を作製した場合に、表示ムラのない優れた画像表示可能の液晶表示装置を提供することができる。
また上記段差をより厳密に求め、平坦化層6上面のいずれの領域においても段差が0.1μm以内である光学素子であれば、液晶表示装置を作製する場合に液晶相部位の高さを調整するために形成するマルチギャップ層の位置合わせの難易度を下げることができる。マルチギャップ層が液晶相部位上面を少しでもはずれると、液晶相と等方相の成す段差の影響を受けて、マルチギャップ層が所望の形状及び高さで形成されず反射表示にムラが生じない虞があるが、段差0.1μm以下の平坦化層上にマルチギャップ層が設けられと、平面視上、液晶相部位領域からマルチギャップ層の形成位置が若干はみ出たとしても、マルチギャップ層の形状及び高さを乱すことがない。したがって、液晶相部位における所望の位相差量を設計どおり得られる、というメリットを得ることができるためより好ましい。
It is desirable that the surface level difference of the planarizing layer be 0.2 μm or less. A liquid crystal display device with excellent image display without display unevenness when a liquid crystal display device is manufactured using such an optical element because the step is within 0.2 μm between any two points on the upper surface of the planarizing layer 6. A display device can be provided.
Further, the level difference is obtained more strictly, and the height of the liquid crystal phase portion is adjusted when manufacturing a liquid crystal display device as long as the level difference is within 0.1 μm in any region on the upper surface of the planarizing layer 6. Therefore, the degree of difficulty in positioning the multi-gap layer formed can be reduced. If the multi-gap layer slightly deviates from the upper surface of the liquid crystal phase part, the multi-gap layer is not formed in the desired shape and height due to the effect of the step formed by the isotropic phase with the liquid crystal phase, and uneven reflection does not occur. Although there is a possibility, if a multi-gap layer is provided on a planarizing layer having a step of 0.1 μm or less, even if the formation position of the multi-gap layer slightly protrudes from the liquid crystal phase region in plan view, Does not disturb the shape and height. Therefore, it is more preferable because a merit that a desired phase difference amount in the liquid crystal phase part can be obtained as designed can be obtained.

平坦化層6を形成するために用いられる樹脂組成物としては、少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有し、平坦化層6の上面の段差を0.2μm以下とすることができれば特に限定されるものではない。上記樹脂組成物としては、アクリル系やウレタン系の樹脂や、アクリル系やウレタン系のモノマーを混合した材料を用いることができる。   The resin composition used for forming the planarizing layer 6 is not particularly limited as long as it contains at least a light-transmitting curable resin and the step on the upper surface of the planarizing layer 6 can be 0.2 μm or less. It is not something. As the resin composition, an acrylic or urethane resin or a material in which an acrylic or urethane monomer is mixed can be used.

また上記樹脂組成物には、必要に応じて、光重合開始剤などのほかの添加物を適宜添加させることができる。また上記樹脂を含有する市販の組成物に対し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PEGMA)、酢酸3−メトキシブチル(MBA)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)などの溶媒を一種あるいは2種以上を用いて溶液状態とし、これを等方相部位4及び液晶相部位5を上面に塗布することができる。
市販の樹脂組成物としては、例えば、ザ・インクテック社製IT−MP408、IT−MP406、IT−MP412SC−1、IT−MP412SC−7などを用いることができる。
In addition, other additives such as a photopolymerization initiator can be appropriately added to the resin composition as necessary. Moreover, with respect to the commercially available composition containing the said resin, it is a solution state using 1 type, or 2 or more types of solvents, such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PEGMA), 3-methoxybutyl acetate (MBA), and diethylene glycol dimethyl ether (DMDG). The isotropic phase region 4 and the liquid crystal phase region 5 can be applied to the upper surface.
Examples of commercially available resin compositions that can be used include IT-MP408, IT-MP406, IT-MP412SC-1, IT-MP412SC-7 manufactured by The Inc. Tech.

マルチギャップ層について:
上記マルチギャップ層は、少なくとも光透過性の光硬化性または熱硬化性樹脂組成物により構成される層であって、液晶相部位上面において所望の厚みを満たして形成される。上記樹脂組成物としては、アクリル系やウレタン系の樹脂や、アクリル系やウレタン系のモノマーを混合した材料を用いることができる。
About multi-gap layers:
The multi-gap layer is a layer composed of at least a light-transmitting photocurable or thermosetting resin composition, and is formed to satisfy a desired thickness on the upper surface of the liquid crystal phase part. As the resin composition, an acrylic or urethane resin or a material in which an acrylic or urethane monomer is mixed can be used.

柱状体について:
柱状体31及び32は、本発明の光学素子1’が半透過半反射型の液晶表示セルを構成する一基板として用いられ、対向する基板と組み合わされた際に、基板間の距離であるセルギャップを一定の距離に維持するための部材である。また柱状体によって両基板間に確保されたスペースには駆動用液晶材料が充填されることによって、駆動用液晶層が構成される。図1(b)には、マルチギャップ層7上面に形成される柱状体31と、平坦化層6上面であって、平面視上、等方相部位4領域に形成される柱状体32とを両方とも図示したが、必ずしも、柱状体は、平面視上、液晶相部位領域及び等方相部位領域に形成される領域の両方に設ける必要はない。光学素子を構成する他の構成層や、対向する基板の構成によって、適宜、パターニングされるデザインを変更することができる。
About columnar bodies:
The columnar bodies 31 and 32 are cells that are distances between substrates when the optical element 1 ′ of the present invention is used as one substrate constituting a transflective liquid crystal display cell and is combined with an opposing substrate. It is a member for maintaining the gap at a constant distance. The space secured between the two substrates by the columnar body is filled with a driving liquid crystal material, thereby forming a driving liquid crystal layer. FIG. 1B shows a columnar body 31 formed on the upper surface of the multi-gap layer 7 and a columnar body 32 formed on the upper surface of the planarizing layer 6 and in the isotropic phase region 4 in plan view. Although both are illustrated, the columnar body is not necessarily provided in both the liquid crystal phase region and the isotropic phase region in plan view. The design to be patterned can be changed as appropriate depending on other constituent layers constituting the optical element and the configuration of the opposing substrate.

また従来の平坦化層を備えない、等方相部位及び液晶相部位から構成される位相差層では、架橋性液晶分子から構成されているため、硬度が小さく、等方相部位あるいは液晶相部位上面に直接、柱状体を形成すると、液晶表示装置として組み合わされた後、基板面に対し垂直方向の外力が加わった場合に、柱状体が位相差層にめり込んでしまう虞があったが、本発明の光学素子では、等方相部位あるいは液晶相部位より十分に硬い平坦化層の上面に柱状体が形成されるため、上述のような柱状体のめり込みの心配がない。 In addition, the retardation layer composed of an isotropic phase portion and a liquid crystal phase portion, which does not have a conventional flattening layer, is composed of crosslinkable liquid crystal molecules, and therefore has low hardness and isotropic phase portion or liquid crystal phase portion. When the columnar body is formed directly on the upper surface, there is a possibility that the columnar body may sink into the retardation layer when an external force in a direction perpendicular to the substrate surface is applied after being combined as a liquid crystal display device. In the optical element of the invention, since the columnar body is formed on the upper surface of the planarizing layer that is sufficiently harder than the isotropic phase portion or the liquid crystal phase portion, there is no fear of the columnar body being depressed as described above.

柱状体31及び32は、一般的には、感光性樹脂組成物の硬化物を用いることができる。他の種々の素材を用いることを除外するものではないが、好ましい硬度を示す柱状体を容易に形成することができるという点、及び柱状体の形成時における形成対象にかかる熱が比較的少なくて済む点からは、上記硬化物を用いることが好ましい。上記感光性樹脂組成物としては、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系などの反応性ビニル基を有する感光性樹脂を用いることができ、特にアクリレート系の感光性樹脂が好適に用いられる。   As the columnar bodies 31 and 32, generally, a cured product of a photosensitive resin composition can be used. Although not excluding the use of other various materials, it is possible to easily form a columnar body having a preferable hardness, and relatively little heat is applied to the object to be formed when forming the columnar body. From the point of being completed, it is preferable to use the said hardened | cured material. As the photosensitive resin composition, a photosensitive resin having a reactive vinyl group such as an acrylate-based, methacrylate-based, polyvinyl cinnamate-based, or cyclized rubber-based resin can be used, and in particular, an acrylate-based photosensitive resin. Are preferably used.

(本発明の光学素子の製造方法について)
本発明の光学素子1’の製造方法の一例について以下に説明する。
まず位相差層3を積層するための基材2を用意する。予め基材2の表面には、液晶相部位5を構成する架橋性液晶分子に求められる所望の配向方向を規制するために、配向性を付与する処理(配向容易化工程)を行うことができる。
(About the manufacturing method of the optical element of this invention)
An example of a method for producing the optical element 1 ′ of the present invention will be described below.
First, the base material 2 for laminating the retardation layer 3 is prepared. In order to regulate the desired alignment direction required for the crosslinkable liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase part 5 in advance on the surface of the substrate 2, a treatment for imparting alignment (orientation facilitating step) can be performed. .

配向膜の形成について:
上記配向容易化工程としては、駆動用液晶材料を所望の方向に配向させるための、従来公知の配向膜形成方法を適宜選択して採用することができる。例えば基材2上面に、1軸延伸フィルムや2軸延伸フィルムを貼り付けるか、あるいは、ポリイミド樹脂組成物などを塗布して塗膜を形成しこれをラビング処理することによって配向膜を形成することができる。また光配向膜を用いて偏光照射することによって基材2表面を処理することもできる。さらに、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。
About alignment film formation:
As the alignment facilitating step, a conventionally known alignment film forming method for aligning the driving liquid crystal material in a desired direction can be appropriately selected and employed. For example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is attached to the upper surface of the substrate 2, or a coating film is formed by applying a polyimide resin composition or the like, and a rubbing treatment is performed to form an alignment film. Can do. Moreover, the surface of the base material 2 can also be processed by irradiating polarized light using a photo-alignment film. Further, when the alignment film surface has high water repellency or oil repellency, the wettability of the alignment film surface is increased in advance by interposing UV cleaning or plasma treatment within a range in which the liquid crystal can be aligned. Also good.

位相差層の形成について:
:等方相部位及び液晶相部位の形成について:
次に、基材2上面に直接または間接に、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を塗布して塗膜を形成する(塗膜形成工程)。上記液晶組成物は、上述する架橋性液晶分子を適当な溶媒に溶解あるいは懸濁させて溶液状態で用いることによって塗布性を向上させることができるので望ましい。
About formation of retardation layer:
: About formation of isotropic phase region and liquid crystal phase region:
Next, a liquid crystal composition containing a crosslinkable liquid crystal molecule is applied directly or indirectly to the upper surface of the substrate 2 to form a coating film (coating film forming step). The liquid crystal composition is desirable because the coating properties can be improved by dissolving or suspending the above-described crosslinkable liquid crystal molecules in an appropriate solvent and using them in a solution state.

溶媒としては、架橋性液晶分子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上に液晶組成物を塗布して塗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。 The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the crosslinkable liquid crystal molecules, and an organic solvent can be appropriately selected. When a spin coating method is used to form a coating film by applying the liquid crystal composition on the substrate 2, the solvent is preferably 3-methoxybutyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, or the like. used.

塗膜形成工程において、液晶組成物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上に直接または間接に、上記液晶組成物を塗布することができる。なお、基材2と塗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液晶組成物が塗布されてもよい。
液晶組成物おける架橋性液晶分子の重量比は5重量%―50重量%である。50重量%よりも多くなると、位相差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。
In the coating film forming step, a known coating method can be used as a coating method of the liquid crystal composition. Specifically, a spin coating method, a die coating method, a slit coating method, a roll coating method, a gravure coating method, The liquid crystal composition can be applied directly or indirectly onto the substrate 2 by each method such as a slide coating method and an immersion method, or a method in which these are appropriately combined. In order to increase the adhesion between the substrate 2 and the coating film, an adhesive layer is provided on the substrate 2 as described in JP-A-8-278491, and further a liquid crystal composition is formed on the adhesive layer. An object may be applied.
The weight ratio of the crosslinkable liquid crystal molecules in the liquid crystal composition is 5% to 50% by weight. If it exceeds 50% by weight, the film thickness distribution of the retardation layer may be increased, and if it is less than 5% by weight, uneven coating may occur. Considering this, the weight ratio of the liquid crystal is preferably 5 to 50 parts by weight, and more preferably 10 to 30 parts by weight.

上記塗膜形成工程において基材2上に塗膜を形成した後、塗膜に含まれる架橋性液晶分子を所望の方向に配向する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上に形成した塗膜を架橋性液晶分子が液晶相を発現する温度に保持して、塗膜に含まれる架橋性液晶分子を液晶相の状態にすることで実施される。このとき塗膜には、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。   After the coating film is formed on the substrate 2 in the coating film forming process, the crosslinkable liquid crystal molecules contained in the coating film are brought into a liquid crystal phase state oriented in a desired direction (referred to as a liquid crystal phase forming process). In this liquid crystal phase forming step, the coating film formed on the substrate 2 is held at a temperature at which the crosslinkable liquid crystal molecules develop a liquid crystal phase, and the crosslinkable liquid crystal molecules contained in the coating film are brought into a liquid crystal phase state. Will be implemented. At this time, a desired liquid crystal state such as a nematic liquid crystal is formed on the coating film according to the type of liquid crystal molecules.

液晶相形成工程の後、塗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選択的に光を照射し、液晶相予定部位に含まれる架橋性液晶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)。より具体的には、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膜に到達し、塗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架橋性液晶分子が重合し硬化する。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。   After the liquid crystal phase forming step, light is selectively irradiated to the liquid crystal phase planned site forming the predetermined liquid crystal phase site 5 in the coating film, and the crosslinkable liquid crystal molecules contained in the liquid crystal phase planned site are in the liquid crystal phase state. To fix the liquid crystal phase part 5 (referred to as a liquid crystal phase part forming step). More specifically, a photomask formed with a pattern is coated on the coating film so that the surface of the liquid crystal phase planned portion can be exposed without exposing the surface of the portion other than the liquid crystal phase planned portion. Irradiate light from the photomask surface. At this time, the light passing through the photomask reaches the coating film, the liquid crystal phase planned site on the coating film is exposed, and the crosslinkable liquid crystal molecules contained in the liquid crystal phase planned site are polymerized and cured. Thus, the liquid crystal contained in the liquid crystal phase planned portion is fixed in a state where a desired orientation is imparted, and the liquid crystal phase portion 5 is formed.

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。   When the liquid crystal phase site forming step is performed in this manner, the liquid crystal phase site 5 is formed at an arbitrary position of the coating film according to the mask pattern of the photomask. At this time, in the coating film, the liquid crystal contained in the portion other than the liquid crystal phase portion 5, that is, the portion not exposed to light, is not fixed even in the liquid crystal phase.

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膜に向けて照射することで進行するが、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、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。   In the liquid crystal phase site forming step, the crosslinking reaction proceeds by irradiating light of the photosensitive wavelength of the liquid crystal toward the coating film, and the wavelength of the light irradiated to the coating film is included in this coating film. It is appropriately selected according to the type of liquid crystal. The light applied to the coating film is not limited to monochromatic light, but may be light having a certain wavelength range including the photosensitive wavelength of the liquid crystal.

露光に用いる光としては、励起エネルギーの大きさから紫外線や電子線が好ましく、照射量は使用する架橋性液晶分子に応じて適宜選択されるが、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/cm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。また電子線を使用する場合には、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ことが好ましい。 As the light used for exposure, ultraviolet rays and electron beams are preferable from the magnitude of excitation energy, and the irradiation amount is appropriately selected according to the crosslinkable liquid crystal molecules to be used, but when using ultraviolet rays, the irradiation amount is In general, it is preferable to adjust the exposure amount of the liquid crystal phase planned site to be about 10 to 1000 mJ / cm 2 , and the wavelength is preferably about 200 to 450 nm. Moreover, when using an electron beam, it is preferable to irradiate an electron beam of about 50-500 Gy to a liquid crystal phase presumed part, and to make it harden | cure.

液晶の架橋反応は、架橋性液晶分子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。   The cross-linking reaction of the liquid crystal is preferably performed while heating the coating film to a temperature 1 to 10 ° C. lower than the temperature at which the cross-linkable liquid crystal molecules transition from the liquid crystal phase to the isotropic phase. By doing so, it is possible to reduce the disorder of the orientation of the liquid crystal during the crosslinking reaction. From this point of view, the temperature at which the crosslinking reaction is carried out is more preferably 3-6 ° C. lower than the temperature at which the liquid crystal transitions from the liquid crystal phase to the isotropic phase.

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では、液晶相部位5以外の部位に含まれる架橋性液晶であって硬化せず、且つ液晶状態にあるものを、等方相に転移する温度(等方相転移温度という)以上に加熱することによって、等方状態に転移させ、等方相の状態で重合せしめ固定化する。等方相部位の形成を塗膜の加熱のみにより行う方法は、本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。   After the liquid crystal phase part 5 is formed by the liquid crystal phase part forming step, the liquid crystal contained in the part other than the liquid crystal phase part 5 is made isotropic and isotropically fixed in the isotropic phase. The site | part 4 is formed (isotropic phase site | part formation process). In the isotropic phase region forming step, a temperature at which a crosslinkable liquid crystal contained in a region other than the liquid crystal phase region 5 is not cured and is in a liquid crystal state is called an isotropic phase (referred to as an isotropic phase transition temperature). ) By heating to the above, it is transferred to an isotropic state and polymerized and fixed in an isotropic phase. The method of forming the isotropic phase part only by heating the coating film is preferable from the viewpoint of simplifying the equipment for carrying out this step and suppressing the manufacturing cost of the optical element.

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膜の状態の変化によっても確認できる。なお、液晶相部位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膜を等方相転移温度以上に加熱しても、塗膜の液晶相部位5に形成された液晶の配向性は維持される。   Here, the isotropic phase transition temperature can be measured by a measuring device such as DSC. In addition, the phase transition from the liquid crystal phase to the isotropic phase can be generally confirmed by a change in the state of the coating film observed with a polarizing microscope. In addition, since the liquid crystal phase part 5 is fixed by polymerizing liquid crystal molecules by light irradiation, the liquid crystal phase of the coating film can be obtained even if the coating film is heated to an isotropic phase transition temperature or higher in the isotropic phase part forming step. The orientation of the liquid crystal formed in the portion 5 is maintained.

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、等方相部位4の厚みが変化し、液晶相部位5の表面との間に段差を生じる。等方相部位4の厚みは等方相形成工程の加熱条件により大きく異なり、液晶相部位5の厚みより厚くも薄くもなり得る。このとき、等方相部位4の厚みがいずれに変化しても液晶相部位5に含まれる液晶の配向性は維持される。したがって等方相部位形成工程における加熱条件などを調整することによって、等方相部位4の高さ及び、等方相部位4と液晶相部位5との段差を調整し、透過表示領域と反射表示領域とにおける望ましい位相差量を得るための位相差層3を設計することが可能である。   In the isotropic phase region forming step, the thickness of the isotropic phase region 4 changes as the liquid crystal molecules contained in the isotropic phase region are fixed in the isotropic phase state to become the isotropic phase region 4. A step is generated between the liquid crystal phase portion 5 and the surface. The thickness of the isotropic phase portion 4 varies greatly depending on the heating conditions of the isotropic phase forming step, and may be thicker or thinner than the thickness of the liquid crystal phase portion 5. At this time, the orientation of the liquid crystal contained in the liquid crystal phase portion 5 is maintained regardless of the thickness of the isotropic phase portion 4. Therefore, the height of the isotropic phase portion 4 and the step between the isotropic phase portion 4 and the liquid crystal phase portion 5 are adjusted by adjusting the heating conditions in the isotropic phase portion forming step, and the transmissive display area and the reflective display are adjusted. It is possible to design the retardation layer 3 for obtaining a desired amount of retardation in the region.

ただし本発明者は、上記等方相部位工程において、以下の問題が発生することを見出した。即ち、上記等方相部位形成工程を経て形成された等方相部位を観察してみると、該等方相部位の上面に段差が発生しており、その段差は、上記図5及び図6で説明したとおり、等方相部位の長手方向の断面においても、短手方向の断面においても、観察されるものであった。この段差の発生のメカニズムは明らかではないが、液晶相部位形成工程において一度配向した架橋性液晶分子を、再度加熱することによって等方相状態に戻し、さらに加熱を続けて架橋させる際に、架橋性液晶分子が僅かにではあるが流動し、これによって、等方相部位の上面が盛り上がったり、凹んだりするものと考えられた。   However, the present inventor has found that the following problems occur in the isotropic phase part process. That is, when the isotropic phase portion formed through the isotropic phase portion forming step is observed, a step is generated on the upper surface of the isotropic phase portion, and the step is shown in FIGS. As described above, the cross section in the longitudinal direction and the cross section in the lateral direction of the isotropic phase portion were observed. The mechanism of the occurrence of this level difference is not clear, but the crosslinkable liquid crystal molecules once aligned in the liquid crystal phase site forming step are returned to the isotropic phase state by heating again, and when the crosslinking is continued by continuing the heating, It was considered that the liquid crystal molecules flowed slightly but this caused the top surface of the isotropic phase portion to rise or dent.

そして上記等方相部位の上面に発生する段差は、該等方相部位を備える光学素子を液晶表示装置に組み込んだ際に、良好なセルギャップを維持することができず、結果として表示ムラの原因になることを見出した。この段差を解消するために、等方相部位と液晶相部位と、さらにはこれらを覆う上面段差が0.2μm以内である平坦化層とを備える位相差層を形成し、本発明を完成したものである。   The step generated on the upper surface of the isotropic phase portion cannot maintain a good cell gap when an optical element having the isotropic phase portion is incorporated in a liquid crystal display device, resulting in display unevenness. I found out that it was the cause. In order to eliminate this step, a phase difference layer including an isotropic phase portion, a liquid crystal phase portion, and a planarizing layer covering the upper surface with a step difference of 0.2 μm or less is formed, thereby completing the present invention. Is.

上記平坦化層は、以下の通り形成される。
まず等方相部位4及び液晶相部位5の上に、光透過性の硬化性樹脂を含んでなる塗工液を塗布する(平坦化層塗布工程)。該塗工液は、塗膜形成工程における位相差層組成液と同様な塗布方法が選択される。また、位相差層組成液と同様に硬化性樹脂の重量比、溶媒が選択され、光重合開始剤や増感剤などの他の添加剤が添加されていてもよい。
The planarizing layer is formed as follows.
First, a coating liquid containing a light-transmitting curable resin is applied on the isotropic phase part 4 and the liquid crystal phase part 5 (flattening layer coating step). As the coating solution, a coating method similar to the retardation layer composition solution in the coating film forming step is selected. Moreover, the weight ratio of a curable resin and a solvent are selected similarly to a phase difference layer composition liquid, and other additives, such as a photoinitiator and a sensitizer, may be added.

平坦化層塗布工程の後、塗膜を所定の温度に保持して溶媒を除去し、熱を照射し、或いは塗膜を加熱して塗膜を硬化させ平坦化層6を形成する。(平坦化層硬化工程)。平坦化層6への光の照射は、液晶相形成工程と同様に、塗膜の感光波長の光が適宜選択される。露光に用いる光としては、これも液晶相形成工程同様に、紫外線や電子線が好ましく、紫外線を使用する場合は、その照射量は一般に、露光量が10―1000mJ/cm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。あるいは、平坦化層塗膜を硬化させる方法としては、平坦化層塗膜に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。 After the planarization layer coating step, the solvent is removed by holding the coating film at a predetermined temperature, and heat is applied, or the coating film is heated to cure the coating film to form the planarization layer 6. (Planarization layer curing step). For the light irradiation to the planarizing layer 6, light having a photosensitive wavelength of the coating film is appropriately selected as in the liquid crystal phase forming step. The light used for exposure is also preferably ultraviolet rays or electron beams, as in the liquid crystal phase forming step. When ultraviolet rays are used, the irradiation amount is generally about 10-1000 mJ / cm 2. The wavelength is preferably adjusted, and the wavelength is preferably about 200 to 450 nm. Alternatively, as a method for curing the flattening layer coating film, a method of irradiating the planarizing layer coating film with an electron beam of about 50 to 500 Gy and curing it may be used.

マルチギャップ層の形成について:
続いて、上記平坦化層6の上面であって、平面視上、液晶相部位の領域にマルチギャップ層7を形成する(マルチギャップ層形成工程)。マルチギャップ層形成工程では、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、転写法などの公知の種々の方法を用いることができる。例えば上記フォトリソグラフィー法では、上述する光透過性の光硬化性または熱硬化性樹脂などの使用可能なマルチギャップ層7構成成分を、必要に応じ、溶剤、希釈剤、もしくはモノマー等、さらには、適宜な添加剤と共に混合して、マルチギャップ層7形成用の塗料組成物もしくはインキ組成物を調製して用い、平坦化層6上面に略一様に塗布し、乾燥させた後、平面視上、液晶相部位5領域に沿って形成されるよう所定のパターン露光を行い、その後に現像することによって、所望のパターンのマルチギャップ層7を形成することができる。
またスクリーン印刷法は、インキ組成物を用い、マルチギャップ層7の形成が予定される位置に重ね刷りすることによってマルチギャップ層7を形成することができる。さらにまた転写法は、印刷ロール上にマルチギャップ層7を構成する樹脂を用いて該マルチギャップ層7のパターンを形成し、該印刷ロールを平坦化層6上で回転させて該平坦化層6上にマルチギャップ層7のパターンを転写することにより実施することができる。
About forming a multi-gap layer:
Subsequently, the multi-gap layer 7 is formed on the upper surface of the flattening layer 6 in the region of the liquid crystal phase portion in plan view (multi-gap layer forming step). In the multi-gap layer forming step, various known methods such as a photolithography method, a screen printing method, and a transfer method can be used. For example, in the photolithography method, usable components of the multi-gap layer 7 such as the light-transmitting photo-curing or thermosetting resin described above, a solvent, a diluent, or a monomer, if necessary, After mixing with appropriate additives to prepare and use a coating composition or ink composition for forming the multi-gap layer 7, it is applied almost uniformly on the upper surface of the flattening layer 6, dried, and then in plan view The multi-gap layer 7 having a desired pattern can be formed by performing predetermined pattern exposure so as to be formed along the region 5 of the liquid crystal phase portion and then developing the pattern.
In the screen printing method, the multi-gap layer 7 can be formed by overprinting the ink composition at a position where the multi-gap layer 7 is expected to be formed. Furthermore, in the transfer method, a pattern of the multi-gap layer 7 is formed on the printing roll using a resin constituting the multi-gap layer 7, and the printing roll is rotated on the planarizing layer 6 to thereby form the planarizing layer 6. It can be carried out by transferring the pattern of the multi-gap layer 7 thereon.

柱状体の形成について:
次いで、柱状体31、32を平坦化層6の上面であって等方相部位4の上方、あるいはマルチギャップ層7の上面に形成する(柱状体形成工程)。柱状体形成工程では、上記マルチギャップ層形成工程と同様に、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、転写法などの公知の種々の方法を用いることができる。ただし、柱状体は特に透明性を求められるわけではないので、構成樹脂として用いられる光硬化性あるいは熱硬化性の樹脂は、不透明性の樹脂を用いてもよい。例えば、フォトリソグラフィー法を採用する柱状体形成工程の例としては、先に公開されている特開2005−3750に開示される方法にならって柱状体31、32を形成することができる。また、転写方法を採用する柱状体31、32の形成工程の例としては従来公知の方法として、特開2006−178427が挙げられる。
About columnar body formation:
Next, the columnar bodies 31 and 32 are formed on the upper surface of the planarizing layer 6 and above the isotropic phase portion 4 or on the upper surface of the multi-gap layer 7 (columnar body forming step). In the columnar body forming step, various known methods such as a photolithography method, a screen printing method, and a transfer method can be used as in the multi-gap layer forming step. However, since the columnar body is not particularly required to be transparent, an opaque resin may be used as the photocurable or thermosetting resin used as the constituent resin. For example, as an example of a columnar body forming process employing a photolithography method, the columnar bodies 31 and 32 can be formed according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3750 previously disclosed. Moreover, as an example of the formation process of the columnar bodies 31 and 32 which employ | adopt the transfer method, Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-178427 is mentioned as a conventionally well-known method.

本発明における柱状体の高さ(即ち、位相差制御用光学部材の厚み方向における柱状体の寸法)は、一般的には0.5μm〜10μm程度であることが好ましい。ただし、本発明における柱状体は、上述するとおり、対向する基板間の距離を意味するセルギャップの大きさを所定の距離に確保する趣旨で設けられるものであるため、柱状体の高さは所望される基板間の距離などを勘案して適宜決定することができる。   In general, the height of the columnar body in the present invention (that is, the dimension of the columnar body in the thickness direction of the phase difference controlling optical member) is preferably about 0.5 μm to 10 μm. However, as described above, the columnar body in the present invention is provided for the purpose of securing the size of the cell gap, which means the distance between the opposing substrates, to a predetermined distance, and therefore the height of the columnar body is desired. It can be determined appropriately in consideration of the distance between the substrates to be processed.

なお、本発明の光学素子を用いた液晶セルにおいて、セルギャップを維持するための他の構成(例えば、駆動用液晶相にセルギャップ維持用のビーズを充填する等)が予定されている場合には、上記柱状体は必ずしも設ける必要はない。またマルチギャップ層を設けない本発明の光学素子においては、平坦化層上面であって、平面視上、液晶相部位領域に直接、柱状体を設けることもできる。したがって、本発明の光学素子において柱状体31,32は必須の構成ではない。   In the liquid crystal cell using the optical element of the present invention, when another configuration for maintaining the cell gap (for example, filling the liquid crystal phase for driving with beads for maintaining the cell gap) is planned. The columnar body is not necessarily provided. In the optical element of the present invention in which the multi-gap layer is not provided, a columnar body can be provided directly on the upper surface of the planarizing layer and in the liquid crystal phase region in plan view. Therefore, the columnar bodies 31 and 32 are not essential components in the optical element of the present invention.

以上、基材2上に塗布した架橋性液晶分子の全部分が硬化されて等方相部位4と液晶相部位5とが形成され、ついで、等方相部位4の上面あるいは等方相部位4と液晶相部位5との間に生じる段差を平坦化する平坦化層6が形成され、必要に応じて、マルチギャップ層7及び柱状体31及び/または32を備えて光学素子1’を得ることができる。 As described above, all parts of the crosslinkable liquid crystal molecules applied on the substrate 2 are cured to form the isotropic phase part 4 and the liquid crystal phase part 5, and then the upper surface of the isotropic phase part 4 or the isotropic phase part 4 is formed. And a liquid crystal phase part 5 is formed, and a flattening layer 6 for flattening a step is formed, and an optical element 1 ′ is obtained by including the multi-gap layer 7 and the columnar bodies 31 and / or 32 as necessary. Can do.

上記本発明の光学素子1’の製造方法によれば、基材2に位相差層組成液を塗布して塗膜を形成し、その塗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。このとき、固定条件により等方相部位4の上面に段差が生じるが、本発明では、液晶相部位5及び等方相部位4上に平坦化層6を形成して位相差層を構成することで位相差層内の段差を平坦化し、液晶表示装置に使用される際、マルチギャップ層7形成工程及び柱状体形成工程において、等方相部位の表面段差に影響を受けることなく、常に一定なギャップを簡易に形成することのできる光学素子1’を製造することが可能となる。   According to the manufacturing method of the optical element 1 ′ of the present invention, a coating film is formed by applying the retardation layer composition liquid to the substrate 2, and the coating film is included in a portion that is not fixed in the liquid crystal phase state. Fix the liquid crystal in an isotropic phase. At this time, a step is generated on the upper surface of the isotropic phase part 4 depending on the fixing condition. In the present invention, the planarization layer 6 is formed on the liquid crystal phase part 5 and the isotropic phase part 4 to constitute the retardation layer. When the step in the retardation layer is flattened and used in a liquid crystal display device, it is always constant without being affected by the surface step in the isotropic phase portion in the multi-gap layer 7 forming step and the columnar body forming step. It becomes possible to manufacture an optical element 1 ′ in which a gap can be easily formed.

(本発明の液晶装置について)
以下に、本発明の液晶装置を例示する実施態様について図面を用いて説明する。
図3(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、以下の記載では、積層部材の一方に、図1(b)で示した本発明の第2の形態の光学素子1’が組み込まれた液晶表示装置について説明する。ただし、柱状体については図示省略した。
(About the liquid crystal device of the present invention)
Embodiments illustrating the liquid crystal device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
3A and 3B are schematic views showing an embodiment of the transflective liquid crystal display device of the present invention. In the following description, a liquid crystal display device in which the optical element 1 ′ of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 1B is incorporated in one of the laminated members will be described. However, the columnar body is not shown.

図3(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)が互いに対向して配設されており、積層部材20a、20bの間には駆動液晶層(以下、単に「液晶層」ということがある)21が形成されており、基材22a、22bを挟み込むように偏光板23(23a、23b)が配設されている。   As shown in FIG. 3A, in the liquid crystal display device 50 (50a), two laminated members 20 (20a, 20b) having optical transparency are arranged to face each other, and the laminated members 20a, 20b are disposed. A driving liquid crystal layer (hereinafter sometimes simply referred to as “liquid crystal layer”) 21 is formed between them, and polarizing plates 23 (23a, 23b) are disposed so as to sandwich the base materials 22a, 22b. .

積層部材20a、20bは、それぞれ基材22(22a、22b)と液晶層21との間に配向膜24(24a、24b)が形成されており、積層部材20bにおける基材22bと配向膜24bとの間には、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が形成されている。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。   In the laminated members 20a and 20b, alignment films 24 (24a and 24b) are formed between the base material 22 (22a and 22b) and the liquid crystal layer 21, respectively. In the meantime, the reflection part 25 is formed in a predetermined pattern and shape, an opening 26 is formed so as to be surrounded by the reflection part 25, and a transflective layer 27 is formed. As the reflecting portion 25, a member that reflects light well is used, and specifically, a metal thin film such as aluminum, silver, or an alloy thereof can be used.

積層部材20a、20bには、基材22と配向膜24の間に、それぞれ電極部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。尚、図3は、所謂TN方式の液晶装置に本発明の光学部材が用いられた態様について説明するものであるが、本発明の光学部材を用いた液晶装置はこれに限定されるものではなく、例えば所謂IPS方式の液晶装置を構成することもできる。かかる場合には、図3において示す電極部29(28)、30(28)は、片側の一の基板において隣りあわて設けてよい。   In the laminated members 20a and 20b, electrode portions 28 are respectively formed between the base material 22 and the alignment film 24. The electrode portions 28 are formed on the pixel electrodes 29 and the pixel electrodes 29 formed for each pixel. And an opposing electrode 30 facing each other. The pixel electrode 29 and the counter electrode 30 are preferably made of a transparent conductive film such as ITO. FIG. 3 illustrates a mode in which the optical member of the present invention is used in a so-called TN liquid crystal device, but the liquid crystal device using the optical member of the present invention is not limited to this. For example, a so-called IPS liquid crystal device can be configured. In such a case, the electrode portions 29 (28) and 30 (28) shown in FIG. 3 may be provided adjacent to each other on one substrate.

積層部材20aには、基材22aと配向膜24aとの間に、液晶相部位5とこれに隣接する等方相部位4と、これらを覆って形成される平坦化層6とからなる位相差層3が形成されている。液晶相部位5は反射部25と略対向する位置に、等方相部位4は開口部26と略対向する位置にそれぞれ配置されている。   The laminated member 20a has a phase difference between a base material 22a and an alignment film 24a, which includes a liquid crystal phase part 5, an isotropic phase part 4 adjacent thereto, and a planarizing layer 6 formed so as to cover them. Layer 3 is formed. The liquid crystal phase part 5 is arranged at a position substantially opposite to the reflection part 25, and the isotropic phase part 4 is arranged at a position substantially opposite to the opening 26.

また、配向膜24aと平坦化層6との間には、位相差層3の液晶相部位5と等方相部位4の各々に対向する液晶層21のギャップ(厚み)制御のため、マルチギャップ層31が形成されている。マルチギャップ層31は、位相差層3の液晶相部位5の形成位置に略対向するように配置されている。   Further, a multi-gap is provided between the alignment film 24 a and the planarizing layer 6 in order to control the gap (thickness) of the liquid crystal layer 21 facing the liquid crystal phase part 5 and the isotropic phase part 4 of the retardation layer 3. Layer 31 is formed. The multi-gap layer 31 is disposed so as to substantially face the formation position of the liquid crystal phase part 5 of the retardation layer 3.

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。   Here, the region where the reflection portion 25 is formed in the laminated member 20b is a reflection display region as a region that can reflect light that travels in the liquid crystal layer 21 when performing bright / dark display in the reflective display. Correspondingly, the region in which the opening 26 is formed corresponds to a transmissive display region as a region capable of transmitting light that is about to travel through the liquid crystal layer 21 when performing bright and dark display in transmissive display. Further, the laminated member 20a has a reflective display area and a transmissive display at a position facing the reflective portion 25 and the opening 26 of the laminated member 20b in the thickness direction of the laminated member 20b at the interface with the liquid crystal layer 21. Each region is formed.

このように位相差層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、基材22aに対して直接位相差層3を形成した光学素子1’が組み込まれた状態が形成されている。   As described above, the retardation layer 3 is formed so that the liquid crystal phase part 5 is disposed in the reflective display region and the isotropic phase part 4 is disposed in the transmissive display region. In this case, the liquid crystal display device 50 is formed with the optical element 1 ′ in which the retardation layer 3 is formed directly on the base material 22 a.

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。   The alignment films 24a and 24b are made of polyimide or the like, and a horizontal alignment film for horizontally aligning the liquid crystal in the liquid crystal layer 21 formed between the laminated members 20, or a vertical alignment for vertically aligning the liquid crystal. It is an alignment film. Whether the horizontal alignment film or the vertical alignment film is used as the alignment film can be appropriately selected.

液晶層21は、次に示すように積層部材20a、20bの間に液晶が充填されて形成される。液晶の充填方法としては、例えば、柱状体によって一定の距離(セルギャップ)が確保された積層部材20a、20b間におけるスペースを固定して空間部を形成するため、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を貼り合わせる。そしてこの空間部に液晶材料を注入することにより、液晶の封入が行なわれ、液晶層21が形成される。また別の方法としては、液晶の充填に際し外部から液晶を注入する手段に限定されず、例えば予め対向する積層部材のどちらか一方の対向面に液晶を滴下し、次いで、もう一方の積層基板を重ね合わせ、滴下された液晶が両基板間に適度に広がって液晶相21をなすよう張り合わせることもできる。   The liquid crystal layer 21 is formed by filling a liquid crystal between the laminated members 20a and 20b as shown below. As a liquid crystal filling method, for example, a space is formed by fixing a space between the laminated members 20a and 20b in which a certain distance (cell gap) is secured by a columnar body. The laminated members 20a and 20b are bonded together using a curable resin. By injecting a liquid crystal material into the space, liquid crystal is sealed and a liquid crystal layer 21 is formed. Another method is not limited to means for injecting liquid crystal from the outside when filling the liquid crystal. For example, the liquid crystal is dropped on one of the opposing surfaces of the opposing laminated member in advance, and then the other laminated substrate is attached. The liquid crystal that has been superimposed and dropped can be bonded to form a liquid crystal phase 21 by spreading appropriately between both substrates.

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。   As the liquid crystal sealed in the liquid crystal layer 21 as the driving liquid crystal layer, a liquid crystal such as a TN (Twisted Nematic) liquid crystal is appropriately selected, and the orientation can be controlled by an external electric field.

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。   For example, when the liquid crystal sealed in the liquid crystal layer 21 is a TN liquid crystal, when a voltage is applied to the liquid crystal layer 21 (when a voltage is applied), the longitudinal direction of the elongated liquid crystal molecules is along the electric field direction. When the light passes through the liquid crystal layer 21 in this state (between the light before and after passing through the liquid crystal layer 21), the liquid crystal layer 21 is aligned. Thus, the phase shift is almost zero for light passing through either the reflective display region or the transmissive display region.

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。   On the other hand, when no voltage is applied to the liquid crystal layer 21 (when no voltage is applied), the liquid crystal molecules are aligned so as to be approximately along the plane direction of the laminated member 20 (the laminated member 20 facing the liquid crystal layer 21). A state of sleeping on the surface). In the reflective display area, the liquid crystal molecules in the thickness direction of the liquid crystal layer 21 are arranged in a twisted state.

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、位相差層3の液晶相部位5に対向するよう配置される、マルチギャップ層の厚みが設定される。   When light passes through such a liquid crystal layer 21, a phase difference occurs between the light before and after passing through the liquid crystal layer 21. And this phase difference is about 1/4 wavelength about the light which passes the part of the liquid crystal layer 21 pinched | interposed into the reflective display area | region of laminated member 20a, 20b, and the liquid crystal pinched | interposed into the transmissive display area | region of laminated member 20a, 20b. The refractive index anisotropy Δn and the liquid crystal layer thickness d of the liquid crystal sealed in the liquid crystal layer 21 are designed in advance so that the light passing through the layer 21 has a ½ wavelength, and the retardation layer 3 The thickness of the multi-gap layer disposed so as to face the liquid crystal phase part 5 is set.

また、位相差層3では、液晶相部位5の層の厚みは、液晶相部位5を透過する光に対し1/4波長板、または1/2波長板となるように設定される。   In the retardation layer 3, the thickness of the liquid crystal phase part 5 is set to be a ¼ wavelength plate or a ½ wavelength plate with respect to light transmitted through the liquid crystal phase part 5.

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。   In this liquid crystal display device 50, the light that travels in the thickness direction of the liquid crystal layer 21 through the liquid crystal layer 21 toward the laminated member 20a, passes through the laminated member 20a, and exits from the liquid crystal display device is perceived by the viewer. Is done.

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で反射され、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。   In the liquid crystal display device 50, in the reflective display, light (external light) is incident in the direction from the outside of the laminated member 20a toward the liquid crystal layer 21, and when the light passes through the reflective display region of the laminated member 20a, the liquid crystal layer 21, is reflected by the reflecting portion 25 disposed in the reflective display area of the laminated member 20 b, and proceeds from the liquid crystal layer 21 toward the reflective display area of the laminated member 20 a.

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。 Further, in the liquid crystal display device 50, in the transmissive display, light is incident in the direction from the laminated member 20b toward the liquid crystal layer 21, and when this light passes through the transmissive display region of the laminated member 20b, the liquid crystal layer 21 is passed through the laminated member. Proceed toward the transmissive display area 20a.

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。   The liquid crystal display device includes a light source, a light guide plate that spreads light by directing light emitted from the light source in the direction of the surface of the laminated member 20b, and a light guide plate when light is incident in the direction of the laminated member 20b in transmissive display. The light irradiation part provided with the light reflecting plate which advances the light guide | induced by the laminated member 20b direction may be arrange | positioned, and the light from this light irradiation part may be comprised so that it may inject into the laminated member 20b. .

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り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、厚み方向に隣り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。   In this liquid crystal display device 50, the liquid crystal molecules are aligned in the substantially plane direction of the liquid crystal layer 21 in accordance with the change in the voltage application state to the liquid crystal layer 21 in accordance with the change in the energization state of the electrode portion 28. By aligning the molecules at twisted positions, the liquid crystal sealed in the liquid crystal layer 21 causes a phase difference in the light traveling through the liquid crystal layer 21, or the liquid crystal molecules adjacent in the thickness direction are liquid crystal layers. By being aligned in the thickness direction of 21, almost no phase difference is caused in the light traveling through the liquid crystal layer 21. By controlling the orientation of the liquid crystal in the liquid crystal layer 21 in accordance with the change in the voltage application state to the liquid crystal layer 21, the presence / absence and intensity of light reaching the viewer from the liquid crystal display device 50 is controlled, and the reflective display In addition, the light and dark state in the transmissive display is freely controlled.

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。   In the liquid crystal display device 50, the light and dark states in the reflective display and the transmissive display are formed as follows. First, the reflective display will be described.

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、位相差層3の液晶相部位5を透過し、その際、液晶相部位5が1/4波長板の場合は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、その状態をほぼ維持したまま液晶層21を透過し、さらに半透過反射層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をその状態をほぼ維持したまま透過し、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る。このとき、この直線偏光は、位相差層3から液晶層21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。   Light (external light) incident in the direction from the outside of the laminated member 20a toward the liquid crystal layer 21 is transmitted through the polarizing plate 23a to become linearly polarized light having a polarization axis parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a. Pass through the reflective display area. The linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal phase part 5 of the retardation layer 3 when a voltage is applied. At this time, when the liquid crystal phase part 5 is a quarter wavelength plate, a quarter wavelength phase difference is imparted. And converted to circularly polarized light. This circularly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 21 while substantially maintaining the state thereof, and further reflected by the reflecting portion 25 of the semi-transmissive reflective layer 27, and its polarization direction is reversed (the rotation direction is reversed). That is, the left and right circularly polarized light are mutually converted. The circularly polarized light that is reflected by the reflecting portion 25 and whose polarization direction is reversed is transmitted through the liquid crystal layer 21 while substantially maintaining the state, and the liquid crystal phase portion 5 is directed in the direction from the liquid crystal layer 21 toward the reflective display region of the laminated member 20a. In this case, a phase difference of ¼ wavelength is given and converted into linearly polarized light. At this time, the polarization axes of the linearly polarized light are substantially perpendicular to the linearly polarized light when traveling from the retardation layer 3 toward the liquid crystal layer 21.

また、液晶相部位5が1/2波長板で遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角が20度以上25度以下又は60度以上70度以下である場合は、直線偏光は偏光軸が略45度回転する。その後液晶層21をそのままの状態で透過したこの偏光は、半透過反射層27の反射部25で反射し、偏光軸を90度回転する。反射した直線偏光はさらに前記1/2波長板を通り偏光軸を略45度移動する。この直線偏光は、位相差層3から液晶層21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。   In addition, when the liquid crystal phase part 5 is a half-wave plate and the angle between the slow axis azimuth and the transmission axis of the polarizing plate is 20 degrees to 25 degrees or 60 degrees to 70 degrees, linearly polarized light is polarized The shaft rotates approximately 45 degrees. Thereafter, the polarized light transmitted through the liquid crystal layer 21 as it is is reflected by the reflecting portion 25 of the semi-transmissive reflective layer 27, and the polarization axis is rotated by 90 degrees. The reflected linearly polarized light further passes through the half-wave plate and moves the polarization axis by about 45 degrees. This linearly polarized light is in a state in which the polarization axes are substantially perpendicular to the linearly polarized light traveling from the retardation layer 3 toward the liquid crystal layer 21.

そして、これらの直線偏光は、その状態を維持しつつ液晶層21を透過する。これらの直線偏光は、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。   And these linearly polarized light permeate | transmits the liquid crystal layer 21, maintaining the state. Since these linearly polarized lights have a polarization axis perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate 23a, they are absorbed by the dye constituting the polarizing plate 23a and travel toward the viewer outside the liquid crystal display device. Almost disappears, making the viewer feel the dark display.

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、液晶相部位5が1/4波長板の場合は1/4波長の位相差が付与される。さらに液晶層21を透過すると1/4波長の位相差が付与される。このとき、液晶層21を透過した光は、これから液晶相部位5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、液晶相部位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。   On the other hand, when no voltage is applied, the light that travels in the direction from the laminated member 20a toward the liquid crystal layer 21 and becomes linearly polarized light has a ¼ wavelength phase difference when the liquid crystal phase portion 5 is a ¼ wavelength plate. Is granted. Further, when the liquid crystal layer 21 is transmitted, a phase difference of ¼ wavelength is given. At this time, the light transmitted through the liquid crystal layer 21 becomes a linearly polarized light because a phase difference of ½ wavelength is given to the linearly polarized light that is going to travel toward the liquid crystal phase part 5 from now on. Yes. Then, the linearly polarized light transmitted through the liquid crystal phase part 5 is reflected by the reflecting portion 25 of the semi-transmissive reflective layer 27, and linearly polarized light having the same polarization axis of light is formed.

そして、反射部25で反射した光は、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。   Then, the light reflected by the reflecting portion 25 is transmitted through the liquid crystal layer 21 and the liquid crystal phase part 5. At this time, a phase difference of ¼ wavelength is given, so at the position reaching the polarizing plate 23 a after all. A linearly polarized light having a polarization axis parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a is formed by giving a half-wave phase difference, and the linearly polarized light is transmitted through the polarizing plate 23a toward the outside of the liquid crystal display device. proceed.

また、液晶相部位5が1/2波長板で遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角が20度以上25度以下又は60度以上70度以下である場合には、液晶層21と液晶相部位5があわせて広帯域の1/4波長板となり、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、液晶相部位5及び液晶層21を透過すると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層21及び液晶相部位5を透過し、その際に1/4波長の位相差が付与されて直線偏光に変換される。このとき、この直線偏光は、位相差層3から液晶層21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。   When the liquid crystal phase part 5 is a half-wave plate and the angle between the slow axis azimuth and the transmission axis of the polarizing plate is 20 degrees or more and 25 degrees or less, or 60 degrees or more and 70 degrees or less, the liquid crystal layer 21 And the liquid crystal phase part 5 are combined to form a broadband quarter-wave plate, and light that travels in the direction from the laminated member 20 a toward the liquid crystal layer 21 and becomes linearly polarized light passes through the liquid crystal phase part 5 and the liquid crystal layer 21. A phase difference of ¼ wavelength is given and converted into circularly polarized light. This circularly polarized light is reflected by the reflecting portion 25 of the transflective reflection layer 27, and its polarization direction is reversed (the rotation direction is reversed). That is, the left and right circularly polarized light are mutually converted. The circularly polarized light whose polarization direction is reversed by being reflected by the reflecting portion 25 is transmitted through the liquid crystal layer 21 and the liquid crystal phase part 5 in the direction from the liquid crystal layer 21 toward the reflective display region direction of the laminated member 20a. A wavelength phase difference is given and converted into linearly polarized light. At this time, the polarization axes of the linearly polarized light are substantially perpendicular to the linearly polarized light when traveling from the retardation layer 3 toward the liquid crystal layer 21.

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。   In this way, light comes out from the liquid crystal display device 50, and the light is perceived by the viewer, and the viewer is perceived as a bright display.

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い、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を透過し、位相差層3の等方相部位4へ進行する。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、等方相部位4を透過する。
Next, transmissive display will be described.
In the transmissive display, light is incident in a direction toward the liquid crystal layer 21 from an outer position of the laminated member 20b. When light is incident, a component horizontal to the light transmission axis of the polarizing plate 23b is transmitted through the polarizing plate 23b to form linearly polarized light, which passes through the laminated member 20b and travels toward the transmissive display region. To the liquid crystal layer 21. This linearly polarized light passes through the liquid crystal layer 21 while maintaining its state substantially at the time of voltage application, that is, while maintaining the polarization axis substantially constant, and proceeds to the isotropic phase portion 4 of the retardation layer 3. At this time, there is almost no phase difference in the linearly polarized light, the state of the linearly polarized light is maintained, and the isotropic phase portion 4 is transmitted.

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。   Here, the polarizing plates 23a and 23b of the laminated members 21a and 21b are arranged in crossed Nicols, and the polarization axis of the linearly polarized light that has passed through the polarizing plate 23b is kept substantially constant until it reaches the polarizing plate 23a. Therefore, this linearly polarized light is absorbed by the polarizing plate 23a, and there is almost no light traveling toward the viewer, making the viewer feel dark display.

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の透過前後で互いに略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。   On the other hand, when no voltage is applied, the linearly polarized light traveling to the liquid crystal layer 21 is given a half-wave phase difference when transmitted through the liquid crystal layer 21 and its polarization axis changes. That is, the polarization axes change so that the polarization axes of light are substantially orthogonal to each other before and after transmission through the liquid crystal layer 21. The polarizing plates 23a and 23b are arranged in crossed Nicols, and the light passing through the liquid crystal layer 21 is in a state in which the polarization axis is substantially parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a of the laminated member 20a. Pass 23a. Accordingly, light travels from the liquid crystal display device toward the viewer, and the viewer can feel the bright display.

この液晶表示装置50は、液晶層21を挟持する積層部材20aの中に位相差層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波長板や1/2波長板の、偏光を変換する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。   The liquid crystal display device 50 incorporates the optical element 1 by laminating the retardation layer 3 in the laminated member 20a that sandwiches the liquid crystal layer 21, and the quarter wavelength plate or 1 / Since the liquid crystal phase part 5 that exhibits the role of converting the polarization of the two-wave plate is formed, there is no need to separately prepare a quarter-wave plate such as a film material and attach it to the laminated members 20a and 20b. Further, it is not necessary to provide an adhesive layer for pasting, and the thickness can be easily reduced.

また、従来の液晶表示装置では1/4波長板を積層部材20a側の全面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、反射表示領域のみに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。   Further, in the conventional liquid crystal display device, when a quarter wavelength plate is attached to the entire surface on the laminated member 20a side, light passing through the transmissive display region also passes through the quarter wavelength plate. Although the quarter-wave plate is also attached to the facing laminated member 20b side, according to the liquid crystal display device 50, the liquid crystal phase that exhibits the role of the quarter-wave plate only in the reflective display region. Since the site | part 5 is formed, installation of such a quarter wavelength plate to the laminated member 20b side can be made unnecessary.

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。   In the conventional liquid crystal display device, when performing transmissive display, part of the light incident from the laminated member 20b toward the liquid crystal layer 21 passes through the quarter-wave plate and travels toward the reflective display region. In this case, since the quarter-wave plate is attached to the laminated member 20b side, the light cannot be reused, and there is a limit in improving the light use efficiency. 50, it is possible to eliminate the need to install a quarter-wave plate. Therefore, even when the light has traveled toward the reflective display area when performing transmissive display, Since the light after being transmitted can pass through the polarizing plate 23b, the light can be caused to travel toward the transmissive display region, that is, the light can be reused.

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20a側に光学素子1’が組み込まれる場合に限定されず、光学素子1’が積層部材20b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))。   The liquid crystal display device of the present invention is not limited to the case where the optical element 1 ′ is incorporated on the laminated member 20a side in the liquid crystal display device of the first embodiment, and the optical element 1 ′ is incorporated on the laminated member 20b side. It may be (referred to as a liquid crystal display device of the second form) (FIG. 5B).

この場合液晶相部位5の厚みは、液晶相部位5を透過する光に対し1/4波長板となるように設定される。   In this case, the thickness of the liquid crystal phase part 5 is set so as to be a quarter wavelength plate with respect to the light transmitted through the liquid crystal phase part 5.

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から位相差層3を取り外して構成される積層部材20cが形成されている。   In this liquid crystal display device 50b, a laminated member 20c is formed by removing the retardation layer 3 from the laminated member 20a shown in the description of the liquid crystal display device of the first embodiment.

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において、基材22bと配向膜24bとの間に位相差層3を組み込んだ積層部材20dが形成されている。この積層部材20dでは、位相差層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。   Further, in the liquid crystal display device 50b, a laminated member 20d in which the retardation layer 3 is incorporated between the base material 22b and the alignment film 24b in the laminated member 20b shown in the description of the liquid crystal display device of the first embodiment is formed. Has been. In the laminated member 20d, the retardation layer 3 is formed so that the liquid crystal phase part 5 and the isotropic phase part 4 correspond to the reflective display area and the transmissive display area, respectively.

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。   The liquid crystal display device 50b forms bright and dark states in the reflective display and the transmissive display as will be described below. First, the reflective display will be described.

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、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま液晶層21を透過する。そして、この直線偏光は、積層部材20dの反射表示領域を通過する。位相差層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、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、位相差層3の液晶相部位5をその厚み方向に液晶層21に向かって進行し、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。そして直線偏光はその状態を維持したまま液晶層21を透過する。このとき、この直線偏光の偏光軸は、偏光板23aから位相差層53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。   Light (external light) incident in the direction from the outside of the laminated member 20c toward the liquid crystal layer 21 passes through the polarizing plate 23a and becomes linearly polarized light having a polarization axis parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a. The liquid crystal layer 21 is transmitted while the state is substantially maintained. The linearly polarized light passes through the reflective display area of the laminated member 20d. The liquid crystal phase part 5 of the phase difference layer 3 is transmitted, and at that time, a phase difference of ¼ wavelength is given and converted into circularly polarized light. This circularly polarized light is reflected by the reflecting portion 25 of the transflective layer 27, and its polarization direction is reversed. The circularly polarized light, which is reflected by the reflecting portion 25 and whose polarization direction is reversed, travels through the liquid crystal phase portion 5 of the retardation layer 3 in the thickness direction toward the liquid crystal layer 21. When transmitted, the circularly polarized light has a quarter wavelength. Is converted into linearly polarized light. The linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 21 while maintaining the state. At this time, the polarization axis of the linearly polarized light is substantially perpendicular to the polarization axis of the linearly polarized light when traveling from the polarizing plate 23a toward the retardation layer 53, and the transmission axis of the polarizing plate 23a. It is also in a state perpendicular to. Therefore, the linearly polarized light is absorbed by the dye constituting the polarizing plate 23a and hardly proceeds toward the viewer outside the liquid crystal display device, and makes the viewer feel dark display.

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、液晶層21を透過すると、その際に1/4波長の位相差を付与され、さらに位相差層3の液晶相部位5を透過すると1/4波長の位相差を付与される。このとき、液晶相部位5を通過した光は、液晶層21を液晶相部位5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。
On the other hand, when no voltage is applied, the light that has traveled in the direction from the laminated member 20 c toward the liquid crystal layer 21 and has become linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 21 and is given a phase difference of ¼ wavelength. Further, when the liquid crystal phase portion 5 of the retardation layer 3 is transmitted, a phase difference of ¼ wavelength is given. At this time, the light that has passed through the liquid crystal phase part 5 is in a state in which a phase difference of ½ wavelength is given to the light that is about to pass through the liquid crystal layer 21 toward the liquid crystal phase part 5. It is linearly polarized light. The linearly polarized light is reflected by the reflecting portion 25 of the transflective layer 27, and linearly polarized light is formed. At this time, the polarization axes of the linearly polarized light before and after the reflection by the reflecting portion 25 are the same.
Then, the linearly polarized light reflected by the reflecting portion 25 is transmitted through the liquid crystal phase part 5 and the liquid crystal layer 21, and at this time, a phase difference of ¼ wavelength is given, so at the position reaching the polarizing plate 23 a, Eventually, a phase difference of ½ wavelength is given, and linearly polarized light having a polarization axis parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a. Thus, the linearly polarized light can pass through the polarizing plate 23a and travel toward the outside of the liquid crystal display device 50b, and the light emitted from the liquid crystal display device 50b is perceived by the viewer, and the viewer feels a bright display. Get it.

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、位相差層3の等方相部位4を透過するが、ここでは直線偏光には位相差がほとんど生じない。等方相部位を透過した直線偏光は液晶層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。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の透過軸と略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。
Next, transmissive display will be described.
In the transmissive display, light enters the liquid crystal layer 21 from the outside of the laminated member 20d. When light is incident, a component horizontal to the transmission axis of the polarizing plate 23b of the light is transmitted through the polarizing plate 23b, linearly polarized light is formed, and is transmitted through the isotropic phase portion 4 of the retardation layer 3. Here, there is almost no phase difference in linearly polarized light. The linearly polarized light transmitted through the isotropic phase portion proceeds into the liquid crystal layer 21. When a voltage is applied, this linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 21 while maintaining its state substantially, that is, while maintaining the polarization axis substantially constant. The linearly polarized light reaches the position where the polarizing plate 23a of the laminated member 20c is disposed, but has a polarizing axis substantially perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate 23a, and therefore cannot pass through the polarizing plate 23a. The viewer can feel the dark display almost without going out of the device 50b.

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。   On the other hand, when no voltage is applied, the linearly polarized light traveling from the laminated member 20d side toward the liquid crystal layer 21 is given a half-wave phase difference when transmitted through the liquid crystal layer 21, and the polarization axis is changed to change linearly. Polarized light is formed. At this time, the polarization axes of the linearly polarized light before and after transmission through the liquid crystal layer are substantially orthogonal to each other. Since the polarizing plates 23a and 23b are arranged in crossed Nicols, the linearly polarized light that has passed through the liquid crystal layer 21 has a polarization axis substantially parallel to the transmission axis of the polarizing plate 23a, and passes through the polarizing plate 23a. it can. Therefore, the linearly polarized light can travel toward the viewer toward the outside of the liquid crystal display device 50b, and the viewer can perceive a bright display.

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。   The liquid crystal display device according to the second embodiment has the same effects as the liquid crystal display device according to the first embodiment.

なお、上記第1の形態、第2の形態の液晶表示装置においては、積層部材20に、機能層としての着色層が組み込まれてもよい。このような液晶表示装置としては、例えば、第1の形態として図3(a)に示す液晶表示装置50(a)において、基材22a上に遮蔽領域をパターンニングにより区画形成し、次いで上記遮光領域により示される各区画に1色あるいは2色以上の透明着色領域を形成することによって着色層を形成することができる。そしてこれをアクティブマトリクス方式の装置として実施することができる。   In the liquid crystal display devices of the first and second embodiments, a colored layer as a functional layer may be incorporated in the laminated member 20. As such a liquid crystal display device, for example, in the liquid crystal display device 50 (a) shown in FIG. 3 (a) as the first embodiment, a shielding region is partitioned and formed on the base material 22a by the patterning, and then the light shielding is performed. A colored layer can be formed by forming a transparent colored region of one color or two or more colors in each section indicated by the region. This can be implemented as an active matrix device.

この液晶表示装置は、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。 This liquid crystal display device performs reflective display and transmissive display in the same manner as the liquid crystal display device of the first embodiment, and has the same effects as the liquid crystal display device of the first embodiment.

また第2の形態として図3(b)に示す液晶表示装置50(b)において、基材22a上に遮蔽領域をパターンニングにより区画形成し、次いで上記遮光領域により示される各区画に1色あるいは2色以上の透明着色領域を形成することによって着色層を形成することができる。そしてこれをアクティブマトリクス方式の装置として実施することができる。この液晶表示装置は、第2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2の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。 In the liquid crystal display device 50 (b) shown in FIG. 3 (b) as a second embodiment, a shielding area is formed by patterning on the base material 22a, and then one color or each of the sections indicated by the light shielding area is formed. A colored layer can be formed by forming transparent colored regions of two or more colors. This can be implemented as an active matrix device. This liquid crystal display device performs reflective display and transmissive display in the same manner as the liquid crystal display device of the second embodiment, and has the same effects as the liquid crystal display device of the second embodiment.

なお、第1の形態、第2の形態、あるいはこれらにさらに着色層を設けた形態の液晶表示装置においては、積層部材20に、図2を用いて説明したスイッチング回路11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11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。   In the liquid crystal display device according to the first embodiment, the second embodiment, or a mode in which a colored layer is further provided, the element substrate layer in which the switching circuit 11 described with reference to FIG. May be incorporated. For example, such a liquid crystal display device can be specifically implemented by forming the element substrate layer by connecting the switching circuit 11 to the pixel electrode 29 constituting the electrode portion 28 of the laminated member 20b or the laminated member 20d. .

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製し、これに位相差層を形成して本発明の光学素子として実施例1を得た。
Example 1
As shown below, a colored layer and an alignment film were sequentially laminated on a substrate to prepare a base material, and a retardation layer was formed thereon to obtain Example 1 as an optical element of the present invention.

着色層の形成に用いる着色材料分散液の調製
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。
Preparation of Coloring Material Dispersion Used for Formation of Colored Layer A pigment dispersion type photoresist was used as a coloring material dispersion for black matrix (BM) and red (R), green (G), and blue (B) colored pixels. A pigment dispersion type photoresist uses a pigment as a coloring material, adds beads to a dispersion composition (containing a pigment, a dispersant, and a solvent), disperses for 3 hours with a disperser, and then removes the beads. It was obtained by mixing with a clear resist composition (containing polymer, monomer, additive, initiator and solvent). The obtained pigment-dispersed photoresist has the following composition with respect to what is used for forming a reflective display portion in RGB colored pixels. For the formation of the transmissive display part in the colored pixel, an RGB pigment dispersion type photoresist having a doubled amount of pigment contained in the pigment dispersion type photoresist used in the reflection type display part was used. A paint shaker (manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) was used as the disperser.

(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)
(Photoresist for black matrix)
Black pigment: 14.0 parts by weight (manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd., TM Black # 9550)
Dispersant: 1.2 parts by weight (Bic Chemie, Disperbyk 111)
2.8 parts by weight of polymer (Showa Polymer Co., Ltd., VR60)
Monomer: 3.5 parts by weight (manufactured by Sartomer, SR399)
Additives ··· 0.7 parts by weight (L-20 manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.)
Initiator: 1.6 parts by weight (2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1)
Initiator: 0.3 parts by weight (4,4'-diethylaminobenzophenone)
Initiator: 0.1 parts by weight (2,4-diethylthioxanthone)
Solvent: 75.8 parts by weight (ethylene glycol monobutyl ether)

(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DPP Red BP))
・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)
(Photoresist for red (R) colored pixels)
・ Red pigment ... 5.0 parts by weight (CIPR254 (Ciba Specialty Chemicals, Chromophthal DPP Red BP))
・ Yellow pigment ... 1.0 parts by weight (CI PY139 (manufactured by BASF, Paliotor Yellow D1819))
・ Dispersant ... 3.0 parts by weight (manufactured by Zeneca Corporation, Solsperse 24000)
Monomer: 4.0 parts by weight (manufactured by Sartomer, SR399)
-Polymer 1 ... 5.0 parts by weight initiator ... 1.4 parts by weight (Ciba Geigy, Irgacure 907)
Initiator: 0.6 parts by weight (2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4 ′, 5′-tetraphenyl-1,2′-biimidazole)
Solvent: 80.0 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)

(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)
(Photoresist for green (G) colored pixels)
Green pigment: 3.8 parts by weight (CIPG7 (manufactured by Dainichi Seika, Seika Fast Green 5316P))
・ Yellow pigment: 2.2 parts by weight (CI PY139 (manufactured by BASF, Paliotor Yellow D1819))
・ Dispersant ... 3.0 parts by weight (Zeneca Co., Ltd., Solsperse 24000)
Monomer: 4.0 parts by weight (manufactured by Sartomer, SR399)
-Polymer 1 ... 5.0 parts by weight initiator ... 1.4 parts by weight (Ciba Geigy, Irgacure 907)
Initiator: 0.6 parts by weight (2,2'-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4 ', 5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole)
Solvent: 80.0 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)

(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)
(Blue (B) colored pixel photoresist)
Blue pigment: 4.6 parts by weight (CI PB15: 6 (BASF, Heliogen Blue L6700F))
・ Purple pigment: 1.4 parts by weight (CIPV23 (Clariant, Foster Palm RL-NF))
Pigment derivative: 0.6 part by weight (manufactured by Zeneca Corporation, Solsperse 12000)
Dispersant ··· 2.4 parts by weight (Zeneca Co., Ltd., Solsperse 24000)
Monomer: 4.0 parts by weight (manufactured by Sartomer, SR399)
-Polymer 1 ... 5.0 parts by weight initiator ... 1.4 parts by weight (Ciba Geigy, Irgacure 907)
Initiator: 0.6 parts by weight (2,2'-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4 ', 5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole)
Solvent: 80.0 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)

(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)
(Photoresist for pillar (CS))
Monomer: 9.0 parts by weight (manufactured by Sartomer, SR399)
-Polymer 1 ... 8.0 parts by weight initiator ... 2.0 parts by weight (Ciba Geigy, Irgacure 907)
Initiator: 1.0 part by weight (Ciba Geigy, Irgacure 365)
・ Solvent: 80.0 parts by weight (propylene glycol monomethyl ether acetate)

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。   The polymer 1 is based on 100 mol% of a copolymer of benzyl methacrylate: styrene: acrylic acid: 2-hydroxyethyl methacrylate = 15.6: 37.0: 30.5: 16.9 (molar ratio). 2-methacryloyloxyethyl isocyanate was added at 16.9 mol%, and the weight average molecular weight was 42500.

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。
Prepare a borosilicate glass substrate (“Corning Co., Ltd.,“ 1737 material ”) as a substrate that has undergone a cleaning treatment for forming a colored layer. On the top surface of the borosilicate glass substrate, a colored material dispersion for each color as shown below And a colored layer was laminated on the substrate.

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/cm)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。 First, the BM photoresist prepared above is applied to a glass substrate by spin coating, pre-baked (pre-baked) at 90 ° C. for 3 minutes, and exposed using a mask formed in a predetermined pattern ( 100 mJ / cm 2 ), followed by spray development using a 0.05% KOH aqueous solution for 60 seconds, followed by post-baking (baking) at 200 ° C. for 30 minutes to form a BM having a thickness of 1.2 μm A BM substrate was produced.

次に、反射型表示部用に調製した赤色(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/cm)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。 Next, a red (R) pigment-dispersed photoresist prepared for the reflective display unit is applied onto the BM substrate by spin coating, and pre-baked at 80 ° C. for 3 minutes. Ultraviolet exposure (200 mJ / cm 2 ) was performed using a predetermined colored pattern photomask according to the pattern. Further, spray development using a 0.1% KOH aqueous solution was performed for 60 seconds, followed by post-baking (baking) at 200 ° C. for 30 minutes, and a red (R) film having a thickness of 1.2 μm at a predetermined position with respect to the BM pattern. ) A pattern of the reflective display portion in the colored pixel was formed.

次に、透過型表示部用に調製した赤色(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。   Next, the red (R) pigment-dispersed photoresist prepared for the transmissive display unit is applied in the same manner as the patterning method for the reflective display unit in the red (R) colored pixels, so that the transmissive display is performed. Part patterns were formed.

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。   Subsequently, reflection is performed for each of the green (G) colored pixels and the blue (B) colored pixels by using a method similar to the pattern forming method of the red (R) colored pixels in the reflective display portion and the transmissive display portion. A pattern of a mold display part and a transmissive display part was formed.

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140μm×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。   Thus, a colored layer composed of BM, red colored pixels, green colored pixels, and blue colored pixels is formed on the glass substrate. The number of dots is 160 × (120 × 3 (RGB)), and the pixel size is 240 μm × (80 A base material on which a colored layer was formed so as to be × 3 (RGB) μm and the opening size of the transmissive display unit was 140 μm × 40 μm was obtained. The above (RGB) indicates the same for each colored pixel. For example, the number of dots indicates 160 × 120 for each RGB colored pixel.

基材調製処理
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製した。
Substrate preparation treatment An alignment film was prepared as a functional layer on a substrate on which the color filter was installed to prepare a substrate.

なお、配向膜を構成する膜組成液としてJSR(株)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の配向膜を作製した。   A film composition liquid having a thickness of 700 mm was prepared by applying AL1254 manufactured by JSR Corporation as a film composition liquid constituting the alignment film and applying the film composition liquid on the substrate surface by flexographic printing.

液晶組成物溶液の作製
位相差層における液晶相部位及び等方相部位を構成する架橋性液晶分子として、上記化4(a)〜(d)を含有するネマチック液晶相を示す重合可能な液晶組成物であるRMM34(メルク社製)を用い、この液晶組成物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、液晶組成物溶液を調製した。
Preparation of liquid crystal composition solution Polymerizable liquid crystal composition showing a nematic liquid crystal phase containing the above chemical formulas 4 (a) to (d) as crosslinkable liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase site and the isotropic phase site in the retardation layer. RMM34 (Merck), 25 parts by weight of this liquid crystal composition, 1 part by weight of a photopolymerization initiator (Ciba Geigy, “Irgacure 907”), and 74 parts by weight of toluene as a solvent were mixed. A liquid crystal composition solution was prepared.

液晶組成物溶液の塗工
上記基材をスピンコーター(MIKASA製、「商品名1H-360S」)に設置して、配向膜上に液晶組成物溶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液晶組成物溶液よりなる塗膜を作製した。
Application of liquid crystal composition solution The above substrate was placed on a spin coater (product name 1H-360S, manufactured by MIKASA), and the liquid crystal composition solution was spin-coated on the alignment film. A coating film made of a liquid crystal composition solution was prepared on the alignment film.

液晶相部位の形成
塗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、塗膜中に残存する溶媒をほぼ取り除くとともに、塗膜中に含まれる液晶を液晶相の状態にした。
次いで、図4と同様に、幅長さが約100μm、長手方向の長さが30mmのストライプ形状であって、その間隔が140μmであり、且つ、着色層上の反射部と一致するよう液晶相部位を複数パターニングするためのフォトマスクを基材面に配した。そして、波長が365nmの紫外光を、フォトマスクを介して塗膜に向かって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。
Formation of the liquid crystal phase part The substrate on which the coating film was formed was heated at 100 ° C. for 5 minutes using a hot plate to substantially remove the solvent remaining in the coating film, and the liquid crystal contained in the coating film was removed from the liquid crystal phase. It was in a state.
Next, similarly to FIG. 4, the liquid crystal phase has a stripe shape with a width of about 100 μm and a length of 30 mm in the longitudinal direction, the interval is 140 μm, and coincides with the reflective portion on the colored layer. A photomask for patterning a plurality of portions was disposed on the substrate surface. Then, ultraviolet light having a wavelength of 365 nm was exposed to the coating film through a photomask at an exposure amount of 600 mJ / cm 2 to form a liquid crystal phase site by cross-linking and polymerizing the liquid crystal contained in the liquid crystal phase planned site. .

等方相部位の形成
液晶相部位の形成が行われた後、塗膜を積層した基材を210℃で30分間加熱し、塗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を形成した。
Formation of the isotropic phase site After the formation of the liquid crystal phase site, the substrate on which the coating film was laminated was heated at 210 ° C. for 30 minutes, and the liquid crystal phase site was not formed in the coating film (isotropic phase) The liquid crystal contained in the predetermined part) was phase-transitioned into the isotropic phase, and the liquid crystal was cross-linked to form an isotropic phase part.

平坦化層の形成
平坦化層形成用塗工液としてオーバーコート材(ザ・インクテック社製IT−MP412SC−7)をスピンコーティングすることにより、液晶相部位及び等方相部位の上面に塗布して塗膜を作製した。塗膜の形成された基材をホットプレートを用いて90℃で3分間プリベークした後、365nmの紫外線を露光(80mJ/cm)した。さらにこの基材を230℃で30分間ポストベークして厚さ2μm(液晶相部位上面における平坦化層の膜厚)の平坦化層を形成し、光学素子である実施例1を得た。
Formation of a flattening layer By spin-coating an overcoat material (IT-MP412SC-7 manufactured by The Inktec Co., Ltd.) as a coating liquid for forming a flattening layer, it is applied to the upper surface of the liquid crystal phase part and isotropic phase part. A coating film was prepared. The substrate on which the coating film was formed was pre-baked at 90 ° C. for 3 minutes using a hot plate, and then exposed to 365 nm ultraviolet light (80 mJ / cm 2 ). Further, this base material was post-baked at 230 ° C. for 30 minutes to form a flattening layer having a thickness of 2 μm (the thickness of the flattening layer on the upper surface of the liquid crystal phase part), and Example 1 as an optical element was obtained.

このようにして得られた実施例1について、次に示すようにしてその表面(すなわち平坦化層上面)の段差形成量を測定した。尚、測定は、任意の異なる3箇所において、3サンプリングずつ、計9サンプルについて行い、得られた各値の平均値を結果として示す。以下、同じ。   With respect to Example 1 thus obtained, the amount of step formation on the surface (that is, the upper surface of the planarizing layer) was measured as follows. In addition, measurement is performed for 9 samples in total at three different sampling positions, and the average value of the obtained values is shown as a result. same as below.

段差形成量の測定
触針式段差計(Sloan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秒で等方相部位と液晶相部位との段差を測定し、これをもって等方相部位上面において発生する段差量とした(液晶相部位の高さは略均一であるため、液晶相部位の高さを基準として等方相部位の段差量を測定するものである)。測定位置は、図4のパターン長さ方向の端から2mm、及び15mm(中央)とした。なお、本実施例1の光学素子の同等品について、位相差層を一部基材面まで削り、これもパターン長さ方向の端から2mm及び中央位置での位相差層の液晶相部分の膜厚を測定した。
Measurement of step formation amount Using a stylus-type step meter (DEKTAK FPD-650 manufactured by Sloan) so that the measurement distance (step distance) is an isotropic phase region-liquid crystal phase region-isotropic phase region. Set, measure the level difference between the isotropic phase part and the liquid crystal phase part with a load of 5 mg and a measurement time of 20 seconds, and use this as the level difference generated on the top surface of the isotropic phase part (the height of the liquid crystal phase part is approximately uniform) Therefore, the step amount of the isotropic phase portion is measured based on the height of the liquid crystal phase portion). The measurement positions were 2 mm and 15 mm (center) from the end in the pattern length direction of FIG. In addition, about the equivalent optical element of the present Example 1, a part of the retardation layer is shaved to the surface of the base material, and this is also 2 mm from the end in the pattern length direction, and the film of the liquid crystal phase portion of the retardation layer at the center position The thickness was measured.

配向特性の観察
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。
具体的には、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を配設し、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。
Observation of orientation characteristics Regarding the obtained optical elements, it was determined whether or not the orientation characteristics were good as follows.
Specifically, the polarizing plate is installed so as to be crossed Nicol, and an optical element is disposed between both polarizing plates, and the other polarizing plate is rotated while rotating the optical element in a state where light is irradiated to one of the polarizing plates. The state of transmitted light from the plate was observed using a polarizing microscope. In this observation, when the alignment axis of the optical element coincides with the transmission axis of one of the polarizing plates, a complete black state (dark state) is formed, and the alignment axis of the optical element is set to the transmission axis of the polarizing plate. It was judged by observing whether or not the isotropic phase portion was in a black state and a white state (bright state) was formed only in the liquid crystal phase portion when the optical element was installed at an angle of 45 °.

実施例2
つぎに、実施例1の光学素子を用いて、次に示すように半透過半反射型の液晶表示装置を作製し実施例2とした。そしてその透過表示、反射表示を目視で観察することで、実施例1の半透過半反射型の液晶表示装置への適応性を判定した。
Example 2
Next, using the optical element of Example 1, a transflective liquid crystal display device was manufactured as Example 2 as shown below. Then, by visually observing the transmissive display and the reflective display, the adaptability to the transflective liquid crystal display device of Example 1 was determined.

まず、上記にて得られた光学素子である実施例1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。   First, using Example 1 which is the optical element obtained above, a process for incorporating into a liquid crystal display device was performed as follows.

マルチギャップ層の形成
実施例1に対し、OC材(ザ・インクテック社製IT−MP408)を、スクリーン印刷にて位相差層の液晶相部位に該当するパターンを有する版を通して液晶相部位上に重ね刷りした。さらに90℃で3分間プリベークし、365nmの紫外線を露光(80mJ/cm)した後、230℃、30分間ポストベーク(焼成)し、所定の位置に高さ1.5μmのマルチギャップ層を形成した。
尚、マルチギャップ層の高さは、等方相部位の上面における最も凹んだ部分からマルチギャップ層の上面までの距離が1.6μm(即ち、液晶相部位と等方相部位との最高段差量+マルチギャップ層の高さ=1.6μm)となるよう設定した。以下、実施例4、比較例4においても同じ。
Formation of Multi-Gap Layer For Example 1, an OC material (IT-MP408 manufactured by The Inktec Co., Ltd.) was applied on the liquid crystal phase site through a plate having a pattern corresponding to the liquid crystal phase site of the retardation layer by screen printing. Overprinted. Furthermore, after pre-baking at 90 ° C. for 3 minutes and exposing to 365 nm ultraviolet rays (80 mJ / cm 2 ), post baking (baking) at 230 ° C. for 30 minutes to form a multi-gap layer having a height of 1.5 μm at a predetermined position. did.
The height of the multi-gap layer is such that the distance from the most concave portion on the upper surface of the isotropic phase part to the upper surface of the multi-gap layer is 1.6 μm (that is, the maximum step amount between the liquid crystal phase part and the isotropic phase part) + The height of the multi-gap layer = 1.6 μm). The same applies to Example 4 and Comparative Example 4 below.

柱状体の形成
マルチギャップ層の形成された光学素子に対し、柱状体用に調製した柱(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、365nmの紫外線を露光(200mJ/cm)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1.6μmの柱パターンを形成した。
Columnar body formation A column (CS) photoresist prepared for a columnar body is applied to the optical element on which the multi-gap layer is formed by spin coating, and prebaked at 80 ° C. for 3 minutes to form a BM pattern. The film was exposed to ultraviolet rays of 365 nm (200 mJ / cm 2 ) using a predetermined column photomask. Further, spray development using a 0.1% KOH aqueous solution was performed for 60 seconds, and then post-baked (baked) at 230 ° C. for 30 minutes to form a column pattern having a height of 1.6 μm at a predetermined position with respect to the BM pattern. Formed.

ITO製膜
マルチギャップ層及び柱状体を形成した実施例1にさらに、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。
In addition to Example 1 in which the ITO multi-gap layer and the columnar body were formed, ITO, which is a transparent electrode material, was formed to a thickness of about 1500 mm by a known sputtering method.

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)を成膜して塗膜を形成し、ラビング処理を施して水平配向膜を形成した。
Formation of Alignment Film Thereafter, polyimide or the like (SE-7511 made by Nissan Chemical Industries) was formed on the entire surface to form a coating film, and a rubbing treatment was performed to form a horizontal alignment film.

このような各処理をなした実施例1をカラーフィルタとして用いた。そして次に、上記実施例1における着色層の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以下のとおり作製した。   Example 1 subjected to each of these processes was used as a color filter. Next, an array substrate in which a number of TFTs were arranged in a pattern corresponding to the formation pattern of the colored pixels of the colored layer in Example 1 was prepared as follows.

アレイ基板の作製
洗浄処理を施した基板として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、パターニング形成した。
Preparation of an array substrate A non-alkali glass substrate (Corning Co., Ltd., “7059 material”) was prepared as a substrate subjected to a cleaning treatment, and a gate electrode was formed by forming a film with aluminum. At this time, the gate electrode was formed by patterning using a mask formed so as to correspond to the formation pattern of the colored pixels.

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。   Next, a gate insulating film such as a silicon nitride film having a thickness of 100 to 200 nm is formed on the substrate surface on which the gate electrode is formed by a plasma CVD method, and an amorphous silicon film having a thickness of 80 nm is further formed on the gate insulating film. A film was formed.

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。   Next, the substrate surface on which the amorphous silicon film was formed was patterned using a mask formed so as to correspond to the formation pattern of the colored pixels to form an amorphous silicon region. Furthermore, a silicon nitride film was formed on the entire substrate surface on which the amorphous silicon film was formed, and this was also patterned using a mask in the same manner as when the amorphous silicon film was formed to form an etching stopper.

続いてアモルファスシリコン膜にリンイオンを約5×1015ions/cm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。 Subsequently, phosphorus ions were implanted into the amorphous silicon film by ion doping at a dose of about 5 × 10 15 ions / cm 2 to form an N + layer.

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。   Thereafter, a photosensitive organic resin such as an acrylic resin was formed on the surface of the substrate on which the N + layer and the like were formed by spin coating to form an interlayer insulating film.

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。   Next, the silicon nitride film forming the gate insulating film and the acrylic resin layer forming the interlayer insulating film were opened to provide an opening, thereby forming a contact hole for connecting the pixel electrode and the TFT forming portion.

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。   Further, an Al (aluminum) metal thin film was formed to a thickness of about 100 nm by a sputtering method, and then patterned to correspond to the formation pattern of the reflective display portion of the optical element to form a reflective portion. Then, ITO (indium tin oxide), which is a transparent conductive material, is formed to a thickness of about 150 nm by a sputtering method, and then patterned to correspond to the formation pattern of the colored layer of the optical element to form a pixel electrode. did. A known method was used as a sputtering method for forming these metal thin films and pixel electrodes.

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塗膜を形成し、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処理して配向膜を形成し、アレイ基板を得た。 Furthermore, after that, a polyimide film is formed on the entire surface of the base material on which the pixel electrodes are formed to form a coating film, and an alignment film is formed by rubbing so as to be 90 ° with respect to the rubbing direction of the color filter. As a result, an array substrate was obtained.

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実施例1である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0.3kgf/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。
Production of liquid crystal display device Approximately 15 mL of TN liquid crystal (ZLI-4792 manufactured by Merck & Co .; Δn = 0.088) is dropped as a driving liquid crystal on the glass substrate (array substrate) on which the TFT is formed, and the TN liquid crystal is sandwiched. As described above, the color filter of Example 1 obtained as described above is overlaid, and a UV curable resin is used as a sealing material so that the TN liquid crystal does not leak outside, and a pressure of 0.3 kgf / cm 2 is applied at room temperature. The array substrate and the color filter were joined by exposure at a dose of 400 mJ / cm 2 while being applied, and a cell in which a liquid crystal layer was formed between the array substrate and the color filter was formed. Further, for this cell, two polarizing plates are provided on the outer surfaces of the two array substrates and the color filter, respectively, so that the transmission axes thereof coincide with the rubbing directions of the color filter substrate and the array substrate, respectively. Arranged.

こうして、本発明で得られた光学素子である実施例1を用いた液晶表示装置(セルギャップ:透過型表示部3.2μm、反射型表示部1.6μm)を実施例2として作製した。作製した液晶表示装置について、その透過・反射表示における表示ムラを観察した。 Thus, a liquid crystal display device (cell gap: transmissive display portion: 3.2 μm, reflective display portion: 1.6 μm) using the optical element obtained in Example 1 of the present invention was produced as Example 2. About the produced liquid crystal display device, the display nonuniformity in the transmission / reflection display was observed.

実施例3
平坦化層のOC材としてIT−MP408を用いた以外は、実施例1と同様に光学素子を作製し実施例3とした。そして、実施例1と同様に、表面段差を測定し、また配向特性を確認した。
Example 3
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that IT-MP408 was used as the OC material for the planarization layer, and Example 3 was obtained. And like Example 1, the surface level | step difference was measured and the orientation characteristic was confirmed.

実施例4
実施例1の光学素子のかわりに実施例3の光学素子を用い、液晶相部位と等方相部位との中央部分における段差0.2μmを勘案して、マルチギャップ層の高さを1.4μmとした以外は実施例2と同様に液晶表示装置を作製して実施例4とした。そして実施例2と同様に透過反射表示における表示ムラを観察した。
Example 4
The optical element of Example 3 is used instead of the optical element of Example 1, and the height of the multi-gap layer is 1.4 μm in consideration of the step of 0.2 μm in the central portion between the liquid crystal phase part and the isotropic phase part. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 2 except that it was set as Example 4. In the same manner as in Example 2, display unevenness in the transmission / reflection display was observed.

比較例1
位相差層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て比較例1とした。まず基材面上において液晶組成物を塗布し塗膜を形成し、所望の方向に配向させた液晶状態とした後、液晶相部位として予定されるパターンを示すフォトマスクを被覆させ、紫外線の露光量を100mJ/cmにしてマスク露光を行い、液晶相部位を構成する架橋性液晶分子を重合させて固定化させた。次いで、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210℃で30分間加熱して位相差層を形成した。上記液晶相部位の上面には平坦化層は設けなかった。液晶相部位の膜厚は1.6μmであった。
そして、実施例1と同様に、表面段差を測定し、また配向特性を確認した。
Comparative Example 1
An optical element was obtained as Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 except that the retardation layer was formed as follows. First, a liquid crystal composition is applied on the surface of the substrate to form a coating film, which is in a liquid crystal state oriented in a desired direction, and then covered with a photomask showing a pattern expected as a liquid crystal phase part, and then exposed to ultraviolet rays. Mask exposure was performed with an amount of 100 mJ / cm 2 , and the crosslinkable liquid crystal molecules constituting the liquid crystal phase site were polymerized and immobilized. Subsequently, the non-liquid crystal phase part (unexposed part) was developed with a solvent, and after development, the substrate was heated at 210 ° C. for 30 minutes to form a retardation layer. No planarization layer was provided on the upper surface of the liquid crystal phase part. The film thickness of the liquid crystal phase part was 1.6 μm.
And like Example 1, the surface level | step difference was measured and the orientation characteristic was confirmed.

比較例2
実施例1の光学素子を用いる代わりに比較例1の光学素子を用い、マルチギャップ層を設けなかった他は、実施例2と同様にして液晶表示装置を作製して比較例2とし、そして実施例2と同様に透過反射表示における表示ムラを観察した。
Comparative Example 2
A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 2 except that the optical element of Comparative Example 1 was used instead of the optical element of Example 1 and the multi-gap layer was not provided. As in Example 2, display unevenness in the transmission / reflection display was observed.

比較例3
平坦化層を形成しなかった他は実施例1と同様にして光学素子を作製し比較例3とした。液晶相部位と等方相部位の段差は、パターン端から2mmは0.4μm、中央は0.9μmであった。なお、液晶相部位の膜厚はいずれも1.6μmであった。また実施例1と同様に配向特性を確認した。
Comparative Example 3
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the planarizing layer was not formed, and Comparative Example 3 was obtained. The step between the liquid crystal phase part and the isotropic phase part was 0.4 μm at 2 mm from the end of the pattern and 0.9 μm at the center. The liquid crystal phase part had a thickness of 1.6 μm. In addition, the orientation characteristics were confirmed in the same manner as in Example 1.

比較例4
また、この比較例3の光学素子を用い、液晶相部位と等方相部位との中央部分における段差0.9μmを勘案して、マルチギャップ層の高さを0.7μm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比較例4とした。その透過・反射表示における表示ムラを観察した。以上の結果を下記表1に示した。
Comparative Example 4
In addition, the optical element of Comparative Example 3 was used and the height of the multi-gap layer was set to 0.7 μm in consideration of a step difference of 0.9 μm at the central portion between the liquid crystal phase part and the isotropic phase part. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 and used as Comparative Example 4. The display unevenness in the transmission / reflection display was observed. The above results are shown in Table 1 below.

本発明によれば、位相差層上に平坦化層を設けることで平坦性のある光学素子が得られ、表1に示したように、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、平坦化層を設けずパターン長さ方向で等方相部位と液晶相部位の段差量が異なる光学素子を用いた液晶表示装置(比較例4)に比してムラのない表示が得られる。しかも、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(比較例2)と同等の表示が可能である。
したがって、本発明によれば、平坦性のある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。
According to the present invention, an optical element having flatness can be obtained by providing a planarizing layer on the retardation layer, and as shown in Table 1, the optical element obtained by the present invention was used. The liquid crystal display device is more uniform than a liquid crystal display device (Comparative Example 4) using an optical element in which the level difference between the isotropic phase portion and the liquid crystal phase portion is different in the pattern length direction without providing a flattening layer. Is obtained. In addition, display equivalent to that of a liquid crystal display device (Comparative Example 2) manufactured by a conventional method that needs to be developed is possible.
Therefore, according to the present invention, a flat optical element can be obtained, and a liquid crystal display device at a level comparable to that of the conventional method can be obtained more easily than the conventional method.

Figure 2008242001
Figure 2008242001

(a)(b)本発明の光学素子の実施態様の例を示す断面構造を示す概略図である。(A) (b) It is the schematic which shows the cross-section which shows the example of the embodiment of the optical element of this invention. スイッチング回路を備えた光学素子の一実施態様を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows one embodiment of the optical element provided with the switching circuit. (a)(b)光学素子を備えた本発明の液晶表示装置の実施態様の例を示す概略図である。(A) (b) It is the schematic which shows the example of the embodiment of the liquid crystal display device of this invention provided with the optical element. 液晶相部位及び等方相部位のパターニングデザインの一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the patterning design of a liquid crystal phase site | part and an isotropic phase site | part. 従来の液晶セルの断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the conventional liquid crystal cell. 図5に示される液晶セルのX−X断面から観察した断面構造の概略図である。It is the schematic of the cross-sectional structure observed from the XX cross section of the liquid crystal cell shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 光学素子
2 基材
3、103 位相差層
4、102 等方相部位
5、101 液晶相部位
6 平坦化層
7、31、106 マルチギャップ層
11 スイッチング回路
12 反射電極部
13 信号線
14 走査線
15 ドレイン電極
16 ソース電極
17 ゲート電極
18 各画素電極
19 透明電極部
20、20a、20b 積層部材
21、109 駆動液晶層(液晶層)
22、22a、22b 基板
23、23a、23b 偏光板
24、24a、24b、105 配向膜
25 反射部
26 開口部
27 半透過反射層
28 電極部
29 画素電極
30 対向電極
50、50a、50b 液晶表示装置
100 液晶セル
104 透明ガラス基板
107 柱状体
108 対向基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element 2 Base material 3, 103 Phase difference layer 4, 102 Isotropic phase part 5, 101 Liquid crystal phase part 6 Flattening layer 7, 31, 106 Multigap layer 11 Switching circuit 12 Reflective electrode part 13 Signal line 14 Scan line DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Drain electrode 16 Source electrode 17 Gate electrode 18 Each pixel electrode 19 Transparent electrode part 20, 20a, 20b Laminated member 21, 109 Drive liquid crystal layer (liquid crystal layer)
22, 22a, 22b Substrate 23, 23a, 23b Polarizing plate 24, 24a, 24b, 105 Alignment film 25 Reflecting portion 26 Opening portion 27 Transflective layer 28 Electrode portion 29 Pixel electrode 30 Counter electrode 50, 50a, 50b Liquid crystal display device 100 liquid crystal cell 104 transparent glass substrate 107 columnar body 108 counter substrate

Claims (7)

光透過性の基材と前記基材上に形成される位相差層とを備える光学素子であって、
前記位相差層が、前記基板上に直接または間接に形成される架橋性液晶分子を液晶相状態で固定化させてなる液晶相部位と、前記液晶相部位に隣接する架橋性液晶分子を等方相状態で固定化させてなる等方相部位と、前記液晶相部位及び前記等方相部位の上面を被覆して設けられる平坦化層とから構成されることを特徴とする、位相差制御機能を有する光学素子。
An optical element comprising a light-transmitting base material and a retardation layer formed on the base material,
The phase difference layer isotropically forms a liquid crystal phase site in which crosslinkable liquid crystal molecules formed directly or indirectly on the substrate are fixed in a liquid crystal phase state, and a crosslinkable liquid crystal molecule adjacent to the liquid crystal phase site. A phase difference control function comprising an isotropic phase portion fixed in a phase state and a flattening layer provided so as to cover an upper surface of the liquid crystal phase portion and the isotropic phase portion. An optical element.
前記平坦化層の表面段差が0.2μm以内であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein a surface step of the planarizing layer is within 0.2 μm. 前記基材と前記位相差層との間、あるいは前記位相差層上に直接または間接に、少なくとも2色以上の光透過性の着色部からなる着色層が積層されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の光学素子。 A colored layer comprising light-transmitting colored portions of at least two colors is laminated between the base material and the retardation layer, or directly or indirectly on the retardation layer. The optical element according to any one of claims 1 to 3. 前記平坦化層の上面に直接的にセルギャップ制御用の柱状体が形成されており、前記柱状体の少なくとも一部が平面視上、前記等方相部位領域に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の光学素子。 A columnar body for cell gap control is directly formed on the upper surface of the planarizing layer, and at least a part of the columnar body is formed in the isotropic phase region in plan view. The optical element according to claim 1 to 3. 前記基材と前記位相差層との間に反射部が設けられており、前記反射部が前記液晶相部位の下方に選択的に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4に記載の光学素子。 The reflective part is provided between the said base material and the said phase difference layer, and the said reflective part is selectively formed under the said liquid crystal phase site | part, The Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. An optical element according to 1. アレイ基板と対面基板とが一定の距離を維持して対向し、これら基板間内側面に駆動用液晶材料が充填されて駆動用液晶層が形成されるとともに両基板の外側面に偏光板が積層され、且つサブ画素において反射表示領域と透過表示領域とを備える半透過半反射型の液晶表示用装置であって、
上記アレイ基板または対面基板として請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の光学素子を用いることを特徴とする半透過半反射型用の液晶装置。
The array substrate and the facing substrate are opposed to each other while maintaining a certain distance, and a driving liquid crystal material is formed on the inner side surface between these substrates to form a driving liquid crystal layer, and a polarizing plate is laminated on the outer side surfaces of both substrates. And a transflective liquid crystal display device comprising a reflective display region and a transmissive display region in a sub-pixel,
A transflective liquid crystal device using the optical element according to any one of claims 1 to 5 as the array substrate or the facing substrate.
光透過性の基材上に少なくとも位相差層を形成して位相差制御機能を有する光学素子を製造する製造方法であって、
前記位相差層を形成する工程が、
少なくとも架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を光透過性の基板上に直接または間接に塗布し塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させて液晶相状態にする配向工程と、
前記塗膜にフォトマスクを介して紫外線または電子線を照射して、液晶相状態にある前記架橋性液晶分子を重合させることにより照射部分における架橋性液晶分子のみを重合させて固定化させ液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、
前記塗膜が形成された基板を加熱して、未硬化の状態にある前記架橋性液晶分子を等方相状態にし、上記加熱した状態で架橋性液晶分子を重合させて固定化させ等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、
少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を、前記液晶相部位及び前記等方相部位上面に直接に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜中に含有される硬化性樹脂を硬化させて平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、
を含んでなることを特徴とする位相差制御機能を有する光学素子の製造方法。
A production method for producing an optical element having a retardation control function by forming at least a retardation layer on a light-transmitting substrate,
Forming the retardation layer comprises:
A coating film forming step of coating a liquid crystal composition containing at least a crosslinkable liquid crystal molecule directly or indirectly on a light-transmitting substrate;
An alignment step of aligning the crosslinkable liquid crystal molecules present in the coating film in a desired direction to form a liquid crystal phase;
The coating film is irradiated with ultraviolet rays or an electron beam through a photomask to polymerize the crosslinkable liquid crystal molecules in a liquid crystal phase, thereby polymerizing and fixing only the crosslinkable liquid crystal molecules in the irradiated portion. A liquid crystal phase site forming step for forming a site;
The substrate on which the coating film is formed is heated to bring the crosslinkable liquid crystal molecules in an uncured state into an isotropic phase state, and the crosslinkable liquid crystal molecules are polymerized and fixed in the heated state to form an isotropic phase. An isotropic phase site forming step for forming a site;
A resin composition containing at least a light-transmitting curable resin is directly applied to the upper surface of the liquid crystal phase part and the isotropic phase part to form a coating film, and the curable resin contained in the coating film A planarization layer forming step of forming a planarization layer by curing
A method of manufacturing an optical element having a phase difference control function, comprising:
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