JP2010085794A - 光学素子、光学素子の製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重合性液晶を含む感光性液晶組成物を基材に塗布した後、感光性液晶組成物を感光、硬化させて形成したパターン状光学機能層を有する光学素子において、光学機能層周囲のテーパー部の幅を小さくし、光学機能層周囲部分での光漏れや光の滲みを防止した光学素子を提供する。
【解決手段】本発明の光学素子は、基材上に、重合性液晶を含む感光性組成物によって形成したパターン状光学機能層を有する光学素子であって、パターン状光学機能層が、ベンジルジメチルケタール系光重合開始剤である下記（Ｉ）式で示される２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンによって重合性液晶を架橋硬化して形成されていることを特徴とする。
【化１】

【選択図】なし

Description

本発明は、重合性液晶を含む感光性液晶組成物を用いてパターン状に形成した位相差制御層等の光学機能層を有する光学素子、光学素子の製造方法及びこの光学素子を用いた液晶表示装置に関する。

薄型軽量、低消費電力という大きな利点を有する液晶表示装置は、近年、パーソナルコンピューター、携帯電話、電子手帳等の表示装置に積極的に利用されている。液晶表示装置は２枚の基板間に駆動用液晶材料を封入して構成された液晶セルを搭載し、駆動用液晶材料の複屈折機能を利用して液晶セルを透過する光のスイッチングを行っている。このため液晶表示装置には、駆動用液晶材料の複屈折性に由来する視野角依存性が存在し、この問題を解決するために、液晶セルに位相差制御層を設けている。また、反射表示と透過表示を両立させた半透過型液晶表示装置においては、透過光と反射光の位相差を合わせる為に、セル内にパターニングした位相差制御層を設けることができる。液晶セルに位相差制御層等の光学機能層を設ける方法として、近年、基材に、不飽和結合等の反応性官能基を有する重合性液晶を溶媒に溶解した感光性液晶組成物を塗布した後、露光して感光性液晶組成物中の重合性液晶を配向させた状態で架橋、硬化させる方法が提案されている（特許文献１、２）。感光性液晶組成物を露光して重合性液晶を架橋、硬化させて光学機能層を形成するためには、紫外線等を照射した際にラジカルを発生して重合性液晶の架橋反応を起こさせるために、感光性液晶組成物には光重合開始剤が配合されている。従来、この種の感光性液晶組成物としては、ベンジル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４′−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３′−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−メチル−１−フェニルプロパン−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の光重合開始剤を含有するものが知られている（特許文献３）。

特開２００５−１２２１５５号公報 特開２００７−２４８７８０号公報 特開２００３−１４９４３９号公報

しかしながら、特許文献３に記載されているような感光性液晶組成物を基材に塗布し、塗布層をマスクを用いてパターン状に露光した後、感光性液晶組成物層の未硬化部分を除去してパターン状光学機能層を形成した場合、図４に示すようにパターン状光学機能層６ａの周囲はテーパー状に形成されるが、従来の光学素子においてパターン状に形成された光学機能層は、テーパー部の幅が大きいものであった。テーパー部の幅とは、図４に示すように、テーパー部：ｔの、光学機能層６ａの立ち上がり部から、光学機能層６ａの厚み：ｈの９０％の高さまでの幅：ｄである。なお、形状は光学式の３次元非接触表面形状計測システムもしくは原子間力顕微鏡で測定することができる。テーパー部の幅：ｄが大きいと、液晶画面において黒表示する際に光学機能の不均一や光学機能層の輪郭部周縁で光漏れや光の滲みが生じるという問題があった。
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、多くの光重合開始剤のうちの特定の光重合開始剤を含む感光性液晶組成物を架橋硬化させてパターン状光学機能層を形成することにより、輪郭部におけるテーパー部の幅が小さい光学機能層を形成することができることを見出し本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、
（１）基材上に、重合性液晶を含む感光性組成物によって形成したパターン状光学機能層を有する光学素子であって、パターン状光学機能層が、ベンジルジメチルケタール系光重合開始剤である下記（I）式で示される２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンによって重合性液晶を架橋硬化して形成されていることを特徴とする光学素子、

（２）基材にカラーフィルタ層が設けられている上記（１）の光学素子、
（３）重合性液晶と、ベンジルジメチルケタール系光重合開始剤として、下記（I）式で示される２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンを含有する感光性組成物を基材に塗布した後、パターン状に露光し、感光性組成物の未硬化部分を除去してパターン状光学機能層を形成することを特徴とする光学素子の製造方法、

（４）２枚の基材間に液晶が封入された駆動用液晶セルが形成され、かつ駆動用液晶セル外に少なくとも１枚の偏光板を有する液晶表示装置であって、２枚の基材のうち少なくとも一方が上記（１）又は（２）の光学素子よりなることを特徴とする液晶表示装置、
を要旨とするものである。

本発明の光学素子は、パターン状に形成された光学機能層の輪郭部に実質的にテーパー部が形成されないか、テーパー部が形成されたとしてもテーパー部の幅が従来に比して狭いため、光学機能層は明確な輪郭部形状を有し、光学機能層の輪郭部で液晶画面において黒表示する際に光漏れや光の滲み等が生じる虞がなく、優れた光学機能を発揮し、本発明光学素子を用いた液晶表示装置は、光学機能輪郭部での光漏れや光の滲みがないため、解像度に優れた画像を表示することができる。また本発明方法によれば、優れた光学素子を確実に製造することができる効果を有する。

本発明において光学機能層を形成するために用いる感光性液晶組成物は、重合性官能基を有する重合性液晶と、光重合開始剤とを溶剤に溶解あるいは分散させたものであり、更に必要に応じてカイラル剤、界面活性剤、多感能性モノマー等の各種添加剤を含んでいても良い。

（重合性液晶）
感光性液晶組成物に用いられる重合性液晶としては、棒状の分子構造を有する棒状重合性液晶、あるいは円盤状の分子構造を有する、所謂ディスコティック重合性液晶を用いることができる。特には、棒状重合性液晶化合物を好ましく用いることができる。より具体的な棒状重合性液晶の例としては、架橋性のネマチック液晶を用いることができ、架橋性ネマチック液晶としては例えば、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。このような棒状重合性液晶化合物としては、下記化３に示す一般式（１）で表される化合物や、化４に示す一般式（２）で表される化合物のうちの１種の化合物もしくは２種以上の混合物、化５、化６に示す化合物のうちの１種もしくは２種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物等を用いることができる。特に、１分子中に１個または２個以上の（メタ）アクリル基を有する架橋性ネマチック液晶の少なくとも１種を含有することが好ましい。

化３に示す一般式（１）において、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ水素またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲をより広くするために、Ｒ¹またはＲ²が水素であることが好ましい。また一般式（１）におけるＸ、一般式（２）における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）の分子鎖両末端の（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、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）の化合物や、ｄ＝ｅ＝０である一般式（２）の化合物は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物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、一般式（２）の化合物は、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）が狭いものとなるため、光学機能層としての位相差制御層を形成するための重合性液晶組成物に用いるのは好ましくない。

上記した化３〜化６では重合性液晶のモノマーを例示したが、重合性液晶のオリゴマーや重合性液晶のポリマー等も、従来公知のもののなかから適宜選択して用いることができる。一般に位相制御機能層のリタデーション量及び配向特性は、位相差制御層を構成する重合性液晶化合物の複屈折Δｎと、位相差制御層の膜厚とにより決定され、リタデーション＝Δｎ×ｈで定義される。ここで、Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_ｏでありｎ_ｅは異常光屈折率、ｎ_ｏは常光屈折率を示す。また、リタデーションは、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。

重合性液晶としては、架橋性ネマチック液晶にカイラル剤を添加した、コレステリック規則性を有するカイラルネマチック液晶も好適に用いることができる。カイラル剤は、負のＣプレートを形成する際に用いられる。カイラル剤は光学活性な部位を有する低分子量化合物で、分子量１５００以下の化合物が好ましい。カイラル剤は、正の一軸ネマチック規則性に、螺旋ピッチを誘起させる目的で用いられる。カイラル剤は分子内に光学活性な部位を有する化合物であり、架橋性ネマチック液晶と溶液状態或いは溶融状態で相溶性を有し、かつ架橋性ネマチック液晶の液晶性を損なうことなく螺旋ピッチを誘起できる化合物であれば使用可能である。しかしながら分子の両末端に架橋性官能基を有するものが、耐熱性の良い光学素子を得る上で好ましい。本発明で使用可能なカイラル剤としては、例えば１つもしくは２つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミン、キラルなスルフォキシド等のようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、またはクムレン、ビナフトール等の軸不斉を持つ化合物等が挙げられる。例えば市販のカイラルネマチック液晶、より具体的にはＭｅｒｃｋ社製Ｓ−８１１等を用いることができる。

カイラル剤の配合量の最適範囲は、螺旋ピッチ誘起能力や最終的に得られる位相差層のコレステリック性を考慮して決められる。具体的な配合量の範囲は、架橋性液晶の種類等により大きく異なるものではあるが、一般に感光性組成物の固形分中における含有量が０．０１〜６０重量％、好ましくは０．１〜４０重量％、更に好ましくは５〜３０重量％となるように配合する。特に好ましいカイラル剤の配合量は、固形物中の含有率が１〜２０重量％となる量である。カイラル剤の固形物中の含有量が０．０１重量％未満の場合、感光性液晶組成物に十分なコレステリック性を付与できない場合があり、また６０重量％を超える場合は、架橋性液晶分子の配向が阻害され、硬化させる際に硬化速度の低下や架橋密度の低下といった悪影響を及ぼす虞がある。
尚、カイラル剤は、特に架橋性を有することを必須とするものではないが、得られる位相差層の熱安定性等を考慮すると、上述した架橋性液晶と重合し、コレステリック規則性を固定化することが可能な架橋性カイラル剤を用いることが好ましい。特に、分子の両末端に架橋性官能基があることが、耐熱性のよい光学素子を得る上で好ましい。

感光性液晶組成物は、上記重合性液晶を対配合物換算値で７０重量％（組成物中の溶剤以外の配合物中の重量）以上、好ましくは７５重量％（対配合物換算値）以上含有することが好ましい。重合性液晶の配合量を７０重量％（対配合物換算値）以上とすることにより液晶性が向上し、位相差制御層における重合性液晶の配向不良の発生を無視し得る程度に低減することができる。重合性液晶化合物の添加が７０重量％（対配合物換算値）以上では、液晶分子の配向性の観点から特に問題になることはないので、液晶組成物における他の添加剤の配合量とのバランスで、添加量を適宜決定することができる。

（光重合開始剤）
光重合開始剤としては、下記（I）式で示されるベンジルジメチルケタール系光重合開始剤である、２，２−ジメトキシ−１，１−ジフェニルエタン−１−オンが用いられる。本発明において、（I）示されるベンジルメチルケタール系光重合開始剤とともに、α−ヒドロキシケトン系光重合開始剤である下記（II）式で示される、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトンを併用することができる。光重合開始剤は感光性液晶組成物中に、０．１〜２０．０重量％含有されていることが好ましい。（I）式で示されるベンジルジメチルケタール系光重合開始剤としては、例えばチバ・ジャパン社製のＩＲＧＡＣＵＲＥ６５１が挙げられ、（II）式で示されるα−ヒドロキシケトン系光重合開始剤としては、例えばチバ・ジャパン社製ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４が挙げられる。（II）式で示されるα−ヒドロキシケトン系光重合開始剤を併用する場合、（II）式の光重合開始剤の割合は、（I）式の光重合開始剤１００重量部当たり５０重量部程度までが好ましい。

（界面活性剤）
光学機能層を形成する際の感光性液晶組成物の塗布特性を向上させるため、適宜、液晶の配向を大きく損なわない範囲で界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンエーテル誘導体、ソルビタン脂肪酸エステル誘導体、ソルビトール脂肪酸エステル誘導体、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル誘導体や、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フォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、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フォン酸塩、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、ナフタレンスルフォ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を用いることができる。
界面活性剤は液晶の配向不良を生じない範囲で塗布性向上が得られるように添加することが好ましく、一般的に重合性液晶１００重量部当たり、０．０１〜１０重量部用いることが好ましい。

（溶剤）
溶剤としては、上記重合性液晶、重合開始剤、重合禁止剤、更には界面活性剤、シランカップリング剤等を溶解することが可能な溶剤であり、かつ重合性液晶組成物における重合性液晶の配向性能を阻害したり、感光性液晶組成物を基板に塗布した際に基板を浸食する虞のない溶剤であれば特に限定されるものではない。

具体的な溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン等のケトン類、酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等のアルコール類、フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類等の１種又は２種以上が使用可能である。

単一種の溶剤を使用しただけでは、重合性液晶等の溶解性が不充分であったり、感光性液晶組成物を配向性能を有する基板に塗布した際に、基板が侵食される場合がある。しかし２種以上の溶剤を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記した溶剤のなかにあって、単独溶剤として好ましいものは、炭化水素系溶剤とグリコールモノエーテルアセテート系溶剤であり、混合溶剤として好ましいのは、エーテル類又はケトン類と、グリコール類との混合系である。溶媒の使用量は、液晶組成物の溶解性や所望する光学機能層の膜厚等により異なるが、通常は感光性液晶組成物濃度が１〜６０重量％、好ましくは３〜４０重量％となる範囲で用いられる。

感光性液晶組成物中には、光学機能層のΔｎを低下させる目的で、液晶の配向を大きく損なわない範囲で多官能モノマーを添加しても構わない。具体的な多官能モノマーとしては、１分子中に２個以上の不飽和結合を含むモノマーであり（したがって、多官能は二官能を包含する）、好ましい例としては、エチレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステル、ジエチレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステル、トリエチレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステル、ポリエチレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステル、プロピレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エスエル、ジプロピレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エスエル、トリプロピレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステルのような（ポリ）アルキレングリコールのジ（メタ）アクリル酸エステル；トリメチロールプロパンのトリ（メタ）アクリル酸エステル、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリル酸エステル、もしくはジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリル酸エステル等の多価（メタ）アクリル酸エステルを用いることができるが、配向を乱さないものならば、これに限定されない。また、その他のポリマーや無機微粒子を添加しても構わない。

図１は、本発明の光学素子を用いた液晶表示素子の積層構造の一例を示す図であり、図中の上側が観察側である。図１に示す液晶表示素子１は、基材としての第１基板３Ａおよび第２基板３Ｂが互いに平行に向かい合っており、図中上側の第１基板３Ａは、その下面側にカラーフィルタ層４、配向膜５Ｃ、位相差制御層６、透明電極層７および配向層５Ａが順に積層されたものであり、また下側の第２基板３Ｂは、その上面側に例えばＴＦＴからなる電極層９および配向膜５Ｂが順に積層されたもので、第１基板３Ａに設けられた配向膜５Ａと、第２基板５Ｂに設けられた配向膜５Ｂとの間には、液晶が挟まれて封止され、駆動用の液晶層８が形成されている。なお、液晶表示素子１は、画面全体を照明するバックライト１０が下方に配置されている。第１基板３Ａの上面側には、偏光板２Ａが積層されている。また、第２基板３Ｂの下面側には、偏光板２Ｂが積層されている。位相差制御層６は、上記（Ｉ）式で示されるベンジルメチルケタール系光重合開始剤を含む感光性液晶組成物を所定のパターン状に架橋、硬化させて形成されている。パターン化された位相差制御層６は、上記感光性組成物を基板３Ａに塗布した後、通常、減圧乾燥を施し、次いで液晶化温度以上でプリベークした後、マスクを用いて紫外線等により露光を行い、露光後、感光性組成物塗布膜の未硬化部分を有機溶媒等で現像した後、リンス液でリンスすることにより形成することができる。

液晶表示素子１がカラーフィルタ層４を伴うときは、図２に示すように、カラーフィルタ層４、位相差制御層６は、第１基板３Ａ側より、位相差制御層６、カラーフィルタ層４の順に積層されたものであってもよい。また図２に示すように位相差制御層６と第１基板３Ａとの間には配向膜５Ｃが積層されていてもよい。図１および図２に示す液晶表示装置１のように、位相差制御層６、必要により設けるカラーフィルタ層４は、第１基板３Ａ側に積層されていてもよいが、図３に示すように、第２基板３Ｂ側に積層されていてもよい。この場合、図３に示すように、第２基板３Ｂの液晶層８側に、第２基板３Ｂ側からカラーフィルタ層４および位相差制御層６が積層されていてもよいが、カラーフィルタ層４および位相差制御層６の積層順を入れ替えてもよい。カラーフィルタ層４および位相差制御層６の積層順にかかわらず、位相差制御層６の第２基板３Ｂ側の直下には配向膜５Ｃが積層されていてもよい。

図１〜図３を引用して説明した液晶表示素子１においては、カラーフィルタ層４は省くこともできるが、カラー表示の場合には設けた方がよく、通常、赤色、緑色、および青色の各色パターンからなるカラーフィルタ層４として、フルカラー表示を行なわせることができる。また、必要に応じて、さらにブラックマトリックスを設けることもできる。

（基材）
上記図１〜３に示した光学素子１における基板３Ａ、３Ｂとしては、ガラス、シリコン、もしく石英等の無機基材か、次に列挙するような有機基材を挙げることができる。即ち、有機基材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロースもしくはトリアセチルセルロースまたはそれらの部分鹸化物、エポキシ、フェノール、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、もしくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、フッ素樹脂、もしくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、もしくはポリノルボルネン系樹脂等、または、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、もしくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。上記の有機基材は一軸延伸されたか、もしくは二軸延伸されたものであってもよく、また、任意に２種以上が積層された積層体であってもよい。第１基材３Ａ、第２基材３Ｂの厚みには、特に限定は無いが、用途に応じ、例えば、５μｍ〜１ｍｍ程度のものが使用される。第１基材３Ａもしくは第２基材３Ｂのいずれかは、ＴＦＴ基板もしくはＭＩＭ基板等のアクティブ基板であってもよい。ＴＦＴは、薄膜トランジスタを指し、アモルファスＳｉ−ＴＦＴ、高温多結晶Ｓｉ−ＴＦＴ、もしくは低温多結晶Ｓｉ−ＴＦＴ等であり、ＭＩＭは金属／絶縁体／金属を指す。

（配向膜）
配向膜５Ｃ、５Ａ、５Ｂは、位相差制御層６を構成する液晶高分子や、駆動用の液晶層８を構成する液晶高分子を所定の方向に配列させるためのもので、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、もしくはポリビニルアルコール樹脂等の樹脂の被膜を、これらの樹脂を溶解した樹脂組成物を塗布し、乾燥させることにより形成した後、レーヨン、綿、ポリアミド、もしくはポリメチルメタクリレート等の布を巻き付けた金属ローラ等により所定の方向に摩擦するラビングを施すことにより形成することができる。配向膜は、ＳｉＯ_２等、もしくは有機材料等の斜方蒸着膜等、さらには、有機シラン等の有機材料の垂直配向層やその垂直配向層にラビングを施したもの等も利用できる。また光配向膜に偏光照射して偏光方向に配向制御機能を付加して配向膜とすることもできる。

（位相差制御層）
位相差制御層６を形成するための感光性液晶組成物は、スピンコーティング法、ダイコーティング法、スリットコーティング法、もしくは他の適当な塗布方法により基材もしくは基材上に設けた配向層上に塗布されるが、配向層上に塗布することが好ましい。感光性液晶組成物を塗布した塗布層を、所定のパターンを有するマスクで被覆して露光する。露光には、通常紫外線が用いられ紫外線源としては、低圧水銀灯、中圧水銀灯、もしくは高圧水銀灯等の水銀励起光源、またはキセノン光源等を用いることができる。紫外線源は、感光性液晶組成物中に含まれる光重合開始剤からラジカルを発生させ易い波長帯域に強いピークを有するものを用いることが好ましい。尚、紫外線の代わりに電子放射線を照射して露光することもできる。

感光性液晶組成物中の重合性液晶を重合させるに際し、室温（２５℃）以上で、かつ、重合性液晶が等方相となる温度以下に保持することが好ましい。このような温度範囲になるよう加熱しながら重合させると、重合速度が向上して重合硬化物の密度が向上するので、耐熱性や耐薬品性等の耐久性が向上するので好ましい。

（現像、リンス工程）
感光性液晶組成物を塗布、マスクを用いて露光した後、感光性液晶組成物塗布層の未硬化部分を溶解除去するために現像する。現像液としては有機溶媒やアルカリ溶液が用いられる。現像液は、未硬化の重合性液晶、重合開始剤、更には必要に応じて添加するカイラル剤、界面活性剤等を溶解することが可能な溶剤であり、かつ感光性液晶組成物を塗布した基板を現像する際に基板を浸食する虞のない溶剤であれば特に限定されるものではない。現像に引き続いて通常、現像後の表面を洗浄するリンス工程、リンス工程後の乾燥工程を経て位相差制御層６が形成される。リンス工程後、室温（２５℃）以上で、かつ重合性液晶のモノマーが等方相を示す温度以下で加熱することにより、乾燥を兼ねて液晶層の配向を安定化させることができるので好ましい。更に、未硬化部の重合を進めることができるため、ポストベークを行なうことが好ましい。

位相差制御層６は単層であってもよいが、二層以上の積層体であってもよい。二層以上の積層体であるときは、ネマチィック液晶層とコレステリック液晶層との積層体、ネマチィック液晶層同士の積層体、もしくはネマチック液晶どうしの間に配向層を有する積層体、ネマチック液晶どうしの積層体であって、互いに遅相軸が異なるもの等であってもよい。位相差制御層６が二層以上の積層体であるときは、互いの層が直接に接していることが好ましい。

（カラーフィルタ層）
カラーフィルタ層４は、通常、赤色、緑色、および青色の各色の透明着色パターンから構成され、それら各透明着色パターンは、着色剤が溶解もしくは分散、好ましくは顔料微粒子が分散された樹脂組成物から構成される。カラーフィルタ層４の形成は、所定の色に着色したインキ組成物を調製して、各着色パターン毎に印刷することによって行なってもよいが、所定の色の着色剤を含有した塗料タイプの感光性樹脂組成物を用いて、フォトリソグラフィ法によって行なうのがより好ましい。

（ブラックマトリックス）
ブラックマトリックスは、黒色着色剤を含有する塗料タイプの樹脂組成物を一面に適用して、一旦固化させた後、フォトレジストを適用して行なうか、もしくは、黒色着色剤を含有する塗料タイプの感光性樹脂組成物を用いて、塗布、露光および現像を行なって形成することができる。あるいは、ブラックマトリックスは、酸化クロム層と、Ｃｒ層との積層構造からなる２層クロムブラックマトリックス、あるいはさらに反射率を低減させたＣｒＯｘ層、窒化クロム層及び、Ｃｒ層の積層構造からなる３層クロムブラックマトリックス等を、蒸着、イオンプレーティング、もしくはスパッタリング等の各種の方法で必要に応じ金属、金属酸化物、もしくは金属窒化物等の薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法を利用してパターン化する方法、無電界メッキ法、もしくは黒色のインキ組成物を用いた印刷法等を利用しても形成することができる。なお、ブラックマトリックスを積層する際には、各層のアライメントを行なう際に利用する目的で、ブラックマトリックスと共にアライメントマークを積層することが好ましい。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
下記各成分を混合、溶解してパターン化位相差制御層形成用の感光性液晶組成物を調製した。カラーフィルタ層を設けたガラス基板のカラーフィルタ層上、配向膜を形成してラビング処理した後、配向膜上に上記組成物をスピンコートし、溶剤を除去後、配向処理を行なった。次いで、室温、空気中にて、パターン形成されたフォトマスクを介し、超高圧水銀灯を用いて紫外線を照射線量２２００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射し、光重合を行なった後、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）中に５秒間浸し、溶剤現像を行なった。この結果、得られたパターン状位相差制御層の膜厚は２．１μｍであり、リタデーションを波長が５８９ｎｍの測色光にて測定したところ３１４ｎｍであった。またテーパー部の幅：ｄは４．３μｍであった。作製した基材液晶表示装置を作製し、反射コントラストを測定したところ、９．８であった。

感光性液晶組成物組成
・液晶性モノマー：４−（６−アクリロイルオキシヘキシルオキシ）
−ベンゾイックアシド（４−シアノフェニルエステル）・・・・・１００重量部
・前記式（I）に示される光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・１１重量部
・界面活性剤（ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル）・・・・・０．１重量部
・溶媒（トルエン）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２００重量部

実施例２
下記各成分を混合、溶解してパターン化位相差制御層形成用の感光性液晶組成物を調製した。カラーフィルタ層を設けたガラス基板のカラーフィルタ層上、配向膜を形成してラビング処理した後、配向膜上に上記組成物をスピンコートし、溶剤を除去後、配向処理を行なった。次いで、室温、空気中にて、パターン形成されたフォトマスクを介し、超高圧水銀灯を用い紫外線を照射線量２２００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射し、光重合を行なった後、ＭＥＫ中に５秒間浸し、溶剤現像を行なった。この結果、得られたパターン状位相差制御層の膜厚は２．０μｍであり、リタデーションを波長が５８９ｎｍの測色光にて測定したところ２９６ｎｍであった。またテーパー部の幅：ｄは４．４μｍであった。作製した基材で液晶表示装置を作製し、反射コントラストを測定したところ、９．８であった。

・液晶性モノマー：４−（６−アクリロイルオキシヘキシルオキシ）
−ベンゾイックアシド（４−シアノフェニルエステル）・・・・・・１００重量部
・前記式（Ｉ）に示される光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・７．５重量部
・前記式（II）に示される光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・３．５重量部
・界面活性剤（ポリシクロヘキシルメタクリル酸エステル）・・・・・・０．１重量部
・溶媒（トルエン）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２００重量部

比較例１
前記パターン状位相差制御層形成用の感光性液晶組成物の光重合開始剤として、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モリフォリノプロパン−１−オン（チバ・ジャパン社製、商品名；「イルガキュア９０７」として市販されているもの）を５重量部用い、照射線量を５００ｍＪ／ｃｍ^２とした以外は実施例１と同様にして位相差制御層を形成した。得られた位相差制御層の膜厚は２．３μｍであり、リタデーションを波長が５８９ｎｍの測色光にて測定したところ３２４ｎｍであった。またパターン状位相差制御層のテーパー部の幅：ｄは１０．０μｍであり、テーパーが大きかった。作製した基材で液晶表示装置を作製し、反射コントラストを測定したところ、４．８であった。

本発明の液晶表示装置の一例を示す縦断面図である。 液晶表示装置の他の例を示す縦断面図である。 液晶表示装置の他の例を示す縦断面図である。 パターン状光学機能層周囲に形成されるテーパー部を示す説明図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２Ａ 偏光板
２Ｂ 偏光板
３Ａ 第１基板
３Ｂ 第２基板
４ カラーフィルタ層
８ 液晶層

Claims (4)

1. 基材上に、重合性液晶を含む感光性組成物によって形成したパターン状光学機能層を有する光学素子であって、パターン状光学機能層が、ベンジルジメチルケタール系光重合開始剤である下記（I）式で示される２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンによって重合性液晶を架橋硬化して形成されていることを特徴とする光学素子。
   

   
2. 基材にカラーフィルタ層が設けられている請求項１記載の光学素子。
3. 重合性液晶と、ベンジルジメチルケタール系光重合開始剤として、下記（I）式で示される２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンを含有する感光性組成物を基材に塗布した後、パターン状に露光し、感光性組成物の未硬化部分を除去してパターン状光学機能層を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
   

   
4. ２枚の基材間に液晶が封入された駆動用液晶セルが形成され、かつ駆動用液晶セル外に少なくとも１枚の偏光板を有する液晶表示装置であって、２枚の基材のうち少なくとも一方が請求項１又は２記載の光学素子よりなることを特徴とする液晶表示装置。

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