JP4207987B2 - 光学素子、光学素子の製造方法、および液晶表示装置 - Google Patents

光学素子、光学素子の製造方法、および液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、液晶分子を傾斜配向させてなる光学素子、この光学素子の製造方法、およびこの光学素子を用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置に組み込まれている光学素子としては、重合型の液晶材料からなる光学素子が知られており、液晶表示装置を構成する吸収型円偏光板（λ／４位相差層，λ／２位相差層）や、直線偏光板、各種液晶モードの視角補償層として広く用いられている。
例えば、ＥＣＢモードの液晶表示装置においては、液晶分子を傾斜配向させていわゆるハイブリット構造とした光学素子を位相差層として設けることにより、広い視野角が得られることが知られている。つまり、液晶分子を傾斜配向させた光学素子（位相差層）においての位相差は、視野角依存性を備えている。このため、ＥＣＢモードの液晶セルにおいて、黒表示時の液晶層ＬＣの残留位相差が打ち消されるように、位相差が所定の視野角依存性を備えたハイブリッド構造の光学素子（位相差層）を組み合わせて液晶表示装置を構成することにより、広い視野角を確保できるのである。
以上のような位相差層（光学素子）は、重合性液晶化合物や界面活性剤等を含む組成物を基板上に塗布した後、光照射や加熱によって重合性液化合物を重合させることによって形成される。また、広い面積にムラなく容易に組成物を塗布することを目的として、組成物の粘土が高く保たれ、室温に放置しても結晶化が析出し難い構成の重合性液晶化合物も提案されている（下記特許文献１参照）。
特開２００５−２７２５６０号公報
しかしながら、上述したハイブリッド構造の位相差層(光学素子）の形成において、位相差の視野角依存性の制御は、位相差層を構成する重合性液晶化合物などの材料選択によってなされている。このため、所望の視野角依存性を得ることが困難である。
また近年においては、上記位相差層を液晶セルの内側に設けてインセル化することにより、装置の薄型化を図る構成が提案されている。このように位相差層をインセル化する構成を実現するには、位相差層に対してある程度の耐熱性が要求されることになる。このため、上述したような材料選択によって、位相差層においての位相差の視野角依存性を制御する方法では、さらに耐熱性を備えた材料選択が求められるため、所望の視野角依存性を有するハイブリッド構造の位相差層を得ることが、ますます困難になってきている。
そこで本発明は、材料選択のみによらずに位相差の視野角依存性の制御が可能なハイブリッド構造の光学素子、およびその製造方法を提供すること、またこれにより位相差が所望の視野角依存性を備えたハイブリッド構造の光学素子（位相差層）のインセル化を実現可能とした液晶表示装置を提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明の光学素子は、重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させてなる光学素子において、配向処理された面に対して一定角度を保って配向する第１の重合性液晶モノマーと、配向処理された面に対してハイブリッド配向する第２の重合性液晶モノマーとを用いて構成される。そして、第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比によって、位相差の視野角依存性が制御されていることを特徴としている。具体的には、配向処理された面の配向方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該配向処理された面に対して一定角度を保って長軸を配向させた棒状液晶からなる第１の重合性液晶モノマーを用いて構成された第１層を備えている。また、第１層を構成する前記第１の重合性液晶モノマーの長軸方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該第１層に対して長軸をハイブリッド配向させた棒状液晶からなる第２の重合性液晶モノマーを用いて構成された第２層を備えている。この第２層は第１層上に積層されている。そして第１層および第２層を合わせた第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比によって位相差の視野角依存性が制御されている。
また本発明は、このような光学素子の製造方法、およびこのような光学素子からなる位相差層が組み込まれた液晶表示装置でもある。
このような光学素子では、第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーの配向性に合わせて、これらの含有比を調整することで位相差の視野角依存性を制御できる。このため、材料選択のみによらずに、重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させてなる光学素子における位相差の視野角依存性が制御される。
以上説明したように本発明によれば、材料選択のみによらずに位相差の視野角依存性の制御が可能となったことにより、光学素子形成における材料選択の自由度が向上し、所望の位相差を有する光学素子の耐熱性の向上を図ることが可能になる。これにより、重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させた光学素子を、耐熱性が要求される液晶セル内に位相差層として設けることが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜光学素子＞
図１は以上の重合性液晶組成物を用いた光学素子の構成を示す模式図である。この図に示すように、光学素子１００は、表面に配向処理された配向基板２００上に設けられる。このような配向基板２００としては、例えば配向処理としてラビング処理が施された配向膜によって表面が覆われたガラス基板や、配向能のある基板であることとする。
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、ラビング処理はレーヨン、綿、ポリアミド、ポリメチルメタアクリレート等の素材からなる選ばれるラビング布を金属ロールに捲きつけ、これをフィルムに接した状態で回転させるか、ロールを固定したままフィルムを搬送することにより、フィルム面をラビングで摩擦する方法が通常採用される。
そして光学素子１００は、配向基板２００の配向処理された面(基板面と記す）上に設けられた第１層１０１と、その上部の第２層１０２とで構成されている。
このうち第１層１０１は、第１の重合性液晶モノマーＭ１が、基板面に対して一定角度を保って配向した状態で３次元に架橋されている層である。この第１層１０１中においては、膜厚方向において第１の重合性液晶モノマーＭ１の長軸と配向基板２００の基板面とのなす角度（プレチルト角）が一定である。また、第１の重合性液晶モノマーＭ１の長軸は、配向基板１００の配向方向に揃って配向している。ここでは、第１の重合性液晶モノマーＭ１が、基板面に対して平行に配向されたホモジニアス配向となっている状態を図示した。しかしながら、第１の重合性液晶モノマーＭ１の配向状態はホモジニアス配向に限定されることはなく、膜厚方向に位置する第１の重合性液晶モノマーＭ１が、基板面に対して一定角度(垂直である場合を除く）であれば良く、例えば基板面に対して所定角度で傾斜した状態で配向されるティルト配向であっても良い。尚、第１の重合性液晶モノマーＭ１の基板面に対する角度は、配向基板１における基板面の配向処理によって制御される。
このような第１層１０１に用いられる第１の重合性液晶モノマーＭ１としては、配向処理された面に対して一定角度を保って配向する材料が用いられ、その中からさらに耐熱性の高い材料を用いることが好ましい。このような第１の重合性液晶モノマーＭ１の具体例としては、下記構造式（１）に示す化合物が好適に用いられる。
Figure 0004207987
またこの他の第１の重合性液晶モノマーＭ１としては、ＬＣ２７０（ＢＡＳＦ製商品名）、ＬＣ１０５７（ＢＡＳＦ製商品名）などであっても良い。
また、第２層１０２は、第２の重合性液晶モノマーＭ２が、ハイブリッド配向した状態で３次元に架橋して固定されている層である。この第２層１０２中においては、第１層１０１側に近いほど、第２の重合性液晶モノマーＭ２の長軸が第１層１０１の表面に対して平行である。一方、第１層１０１から上方に離れるにしたがって、第２の重合性液晶モノマーＭ２の長軸と配向基板２００の基板面とのなす角度（プレチルト角）が大きくなっている。また、第２の重合性液晶モノマーＭ２の長軸は、第１層１０１を構成する第１の重合性液晶モノマーＭ１の長軸方向に揃って配向していることする。
このような第２層１０２に用いられる第２の重合性液晶モノマーＭ２としては、配向面に対してハイブリッド配向する重合性液晶モノマーであり、少なくとも２つの重合性官能基を有している化合物が用いられる。このような第２の重合性液晶モノマーＭ２としては、下記一般式（１）で示される化合物が例示される。
Figure 0004207987
 この一般式（１）中において、Ｗ１およびＷ２はそれぞれ独立的に単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−を表し、Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立的に−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−を表し、ｐ及びｑはそれぞれ独立的に２〜１８の整数を表し、式中に存在する３種の１，４−フェニレン基の水素原子はそれぞれ独立的に、炭素原子数１〜７のアルキル基、アルコキシ基、アルカノイル基、シアノ基またはハロゲン原子で一つ以上置換されていても良い。
また、室温で結晶を析出しにくくする観点から、一般式（１）で表される化合物を２種以上を含有するが、３種以上含有することが好ましい。
さらに、耐熱性を確保する観点から、及び室温で結晶を析出しにくくする観点から、一般式（１）で表される重合性液晶モノマーは、６０質量%以上、好ましくは６５質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上含有させることが好ましい。
また、このような一般式（１）で示される重合性液晶モノマーと共に、下記一般式（２）-1〜一般式（２）-4で示されるネマチック液晶を合わせて用いることにより、重合性液晶モノマーの配向性を向上させても良い。これらの一般式（２）-1〜一般式（２）-4で示されるネマチック液晶のうちの２つ以上を用いても良い。
Figure 0004207987
 ただし、一般式（２）-1〜一般式（２）-4中のｎは、２〜１０であることとする。
尚、上記第１層１０１および第２層１０２には、重合性液晶モノマーＭ１，Ｍ２の他に、光重合開始剤および界面活性剤が含有されていることとする。
光重合開始剤としては、例えば下記一般式（３）または一般式（４）で示される化合物が好適に用いられる。具体的には、一般式（３）の一例である、チバスペシャリティケミカルズ（株）製のＩｒｇａｃｕｒｅ９０７、および一般式（４）の一例である、チバスペシャリティケミカルズ（株）製のＩｒｇａｃｕｒｅ３６９が例示される。
Figure 0004207987
 ただし、一般式（３）および一般式（４）中におけるＲ１〜Ｒ６は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。
この光重合開始剤は、必要に応じて複数種類を合わせて用いて良く、さらに他の光重合開始剤を添加しても良い。また、光重合開始剤の添加量は、一般的に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％の範囲である。
界面活性剤としては、メガファックＦ−０８（大日本インキ製）、ＢＹＫ３６１（ビックケミー）、ポリフロー４６１（共栄社化学）等を用いることができる。またこの他にも、フッ素系の界面活性剤またはアクリル系の界面活性剤が用いられる。フッ素系の界面活性剤としては、ＤＭＡＯＰ（アズマックス社製商品名）等を用いることができる。アクリル系の界面活性剤としてはＢＹＫ３６１（ビックケミー社製商品名）、ポリフロー４６１（共栄社化学社製商品名）等を用いることができる。これらの界面活性剤は、単独で用いても良く、複数種類を用いても良い。
界面活性剤の添加量は、液晶の配向を阻害しない範囲で適宜添加することができるが、一般的には液晶材料に対して０．００１ｗｔ％〜１０ｗｔ％程度が好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｗｔ％〜５ｗｔ％程度が好ましい。
このような界面活性剤は、この重合性液晶組成物を用いた光学素子において、重合性液晶モノマーのチルト角を制御するものであり、面内で傾斜角の均一なチルト角で重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させた光学素子を形成することができる。
以上の第１層１０１と第２層１０２とを積層してなる光学素子１００においては、第1層１０１における第１の重合性液晶モノマーＭ１の含有量と膜厚ｔ１、第２層１０２における第２の重合性液晶モノマーＭ２の含有量と膜厚ｔ２とにより、光学素子１００の全体としての第１の重合性液晶モノマーＭ１と第２の重合性液晶モノマーＭ２との含有比が調整され、これによって、位相差の視野角依存性が制御されていることが特徴的である。
つまり、第１層１０１および第２層１０２における各重合性液晶モノマーＭ１，Ｍ２の組成比は、例えば光学素子１００の耐熱性や製造プロセス上の容易性を考慮して一定値に決められているとする。この場合、光学素子１００全体の膜厚（ｔ１＋ｔ２）により、視野角正面方向における位相差の中央値が所定の値に設定され、膜厚比ｔ１：ｔ２によって視野角方向における位相差の変化量が所定の値に制御されているのである。
以上のように構成された光学素子１００においては、重合性液晶モノマーや他の化合物の材料選択のみによらずに、位相差の視野角依存性が制御されたものとなる。このため、光学素子１００を構成する重合性液晶モノマーや他の化合物の選択の自由度を向上させることが可能になる。
したがって、例えば、耐熱性が高いが視野角方向における位相差の変化量が高すぎたり低すぎる材料を用いて、所望の視野角依存性（位相差）を有する光学素子１００を構成することが可能になり、光学素子１００耐熱性の向上を図ることが可能になる。
尚、以上の実施形態においては、第１層１０１の膜厚と第２層１０２との膜厚ｔ１，ｔ２によって、これらの積層構造からなる光学素子１００中の第１の重合性液晶モノマーＭ１と第２の重合性液晶モノマーＭ２との含有比が調整されている構成を説明した。しかしながら本発明の光学素子は、位相差の視野角依存性が、第１の重合性液晶モノマーＭ１と第２の重合性液晶モノマーＭ２との含有比によって制御されている構成であれば良い。したがって、光学素子は、第１の重合性液晶モノマーＭ１および第２の重合性液晶モノマーＭ２の両方を含有する単層構造であっても良い。
このような単層構造の光学素子においては、第１の重合性液晶モノマーＭ１は、第２の重合性液晶モノマーＭ２の配向状態に影響されて、ハイブリッド配向するようになる。一方、第２の重合性モノマーＭ２は、第１の重合性液晶モノマーＭ１のホモジニアス配向に影響されて、全体的にチルト角が低い方向に配向するようになる。
そして、一定角度で配向する第１の重合性液晶モノマーＭ１の含有量が多い程、これら第１の重合性液晶モノマーＭ１および第２の重合性液晶モノマーＭ２の膜厚方向の傾斜角度の変化量が小さくなり、視野角方向における位相差の変化量が小さくなる。このため、位相差に所望の視野角依存性が得られるように、第２の重合性液晶モノマーＭ２に対する第１の重合性液晶モノマーＭ１の含有量を調整した構成とする。
尚、第１の重合性液晶モノマーＭ１が、それ単独ではティルト配向する場合には、第２の重合性モノマーＭ２は、第１の重合性液晶モノマーＭ１のティルト配向に影響されて、全体的にチルト角が高い方向に配向するようになる。このため、第１の重合性液晶モノマーＭ１の含有量が多いほど、視野角方向における位相差の変化量が大きくなるため、これを考慮して第２の重合性液晶モノマーＭ２に対する第１の重合性液晶モノマーＭ１の含有量が調整されることとする。
さらに、図１を用いて説明した積層構成において、第２層１０２中に第１の重合性液晶モノマーＭ１を所定量で含有させることにより、第２層１０２における位相差の視野角依存性を調整し、さらに第１層１０１の膜厚によっても位相差の視野角依存性を調整する構成であっても良い。
＜光学素子の製造方法＞
次に、図1で示した光学素子１００の製造方法を説明する。
先ず、第１層１０１を形成するための各材料、すなわちａ）第１の重合性液晶モノマーＭ１、ｂ）光重合開始剤、およびｃ）界面活性剤を、上述した所定の割合で溶剤に溶解させ、これを塗布液として調整する。次に、配向基板２００上に、所定膜厚で塗布液を塗布した塗膜を形成する。尚、塗膜の形成方法は、各種コーティング方法を適用して良い。
次いで、配向基板２００上の塗膜中の溶媒を乾燥させた後、液晶相と等方相との間の境界温度＋１０℃度の温度で配向処理をした後、放射線を照射することにより、ａ）第１の重合性液晶モノマーＭ１を３次元架橋させる。
この際、窒素（Ｎ2）などの不活性ガス雰囲気中において、塗膜への放射線の照射を行うことが好ましい。これにより、酸素阻害を受けることなく耐熱性に優れた光学素子１００を作製することができる。
また、塗膜に照射する放射線としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯などの水銀励起光源、およびキセノン光源等を用いることができ、好ましくは、光開始剤の感度の大きい波長帯域に強度のピークを有する光源を選択することが好ましい。
さらに、このような塗膜への放射線の照射は、室温以上、液晶性モノマーの透明点（Ｎ−Ｉ点）以下の温度で行うこととする。これにより、液晶性（異方性）を損なうことなく、架橋密度が大きく耐熱性の優れた光学素子１００を作製することができる。尚、透明点とは、液晶相と液相の相転移の温度である。
以上のような第１層１０１の形成においては、塗布方式によるが、例えばスピンコート方式の場合は溶液中の固形分濃度、スピンコート回転数、回転時間などで調整するこが可能であり、スリットコート、ダイコートなどの押し出し塗布方式の場合は、溶液中の固形分濃度、スリットヘッドまたはダイヘッドと塗布基板との相対速度、塗布量などを調整することにより、膜厚ｔ１を制御する。
次に、第２層１０２を形成するための各材料、すなわちａ）第２の重合性液晶モノマーＭ２、ｂ）光重合開始剤、およびｃ）界面活性剤を、上述した所定の割合で溶剤に溶解させ、これを塗布液として調整する。次に、第１層１０１上に、所定膜厚で塗布液を塗布した塗膜を形成する。尚、塗膜の形成方法は、各種コーティング方法を適用して良い。
次いで、加熱処理によって、塗膜を乾燥させるとともに、塗膜中の第２の重合性液晶モノマーＭ２をハイブリッド配向させる。これにより、配向方向の異なる基板間に塗布膜を挟み込んで処理することなく、ハイブリッド配向させる。この際、第１層１０１が配向膜となり、第２の重合性液晶モノマーＭ２の配向方向が第１層１０１を構成する第１の重合性液晶モノマーＭ１の配向方向に揃う。またここでは、加熱温度により、第２の重合性液晶モノマーＭ２のチルト角を調整することで、光学素子１００の位相差を制御する。
その後、これを室温下に取り出し、第１層１０１の形成と同様に放射線を照射することにより、ａ）第２の重合性液晶モノマーＭ２を３次元架橋させる。
以上のような第２層１０２の形成においては、第１層１０１と同様にして膜厚ｔ２を制御する。
以上のようにして重合性液晶モノマーＭ１，Ｍ２を３次元架橋させた第１層１０１および第２層１０２を形成した後、熱処理を行うことによって、さらに３次元架橋を進める。ここでは、液晶性モノマーの透明点（Ｎ−Ｉ点）以上の温度での熱処理を行うことにより、さらに耐熱性の優れた傾斜配向位相差層を得ることができる。この熱処理は、材料や、位相差成膜工程以降の工程の加熱処理条件にもよるが１００℃以上、２３０℃以下で、１０分〜１２０分の間で行なわれることとする。これにより、以降の工程の熱処理による黄変や位相差量の低下等の劣化を防いだ光学素子１００を得ることができる。
以上の製造方法においては、一般式（３）または一般式（４）で示される光重合開始剤を用いたことにより、重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させた光学素子でありながらも、後の実施例で示すように、耐熱性が向上することが確認された。
これにより、この光学素子１００に対して以降の工程の加熱処理が加わった場合であっても、その加熱処理の前後において、光学素子１００の特性を変化させることなく安定に保つことが可能である。例えば、正面の位相差および極角方向に傾斜した方向からの位相差を、加熱処理の前後において変化させることなく安定に保つことが可能である。
＜液晶表示装置−１＞
図２は、本発明の液晶表示装置の第１実施形態の断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ａは、ＥＣＢモードで駆動される透過型の液晶表示装置１ａであり、液晶分子をハイブリッド配向させた位相差層（以下ハイブリッド位相差層と記す）として上述した光学素子を備えている。このような液晶表示装置１ａは、次のように構成されている。
すなわち液晶表示装置１ａは、電圧が印加されていないときの観察者側の液晶の配向軸と光源側の液晶の配向軸が実質的に等しいＥＣＢ表示モードで駆動される。この液晶表示装置１ａは、駆動基板１０と、この駆動基板１０の素子形成面側に対向配置された対向基板２０と、これらの駆動基板１０と対向基板２０との間に狭持された液晶層ＬＣとを備えている。また駆動基板１０の外側面にはλ／４位相差板３０が密着状態で設けられ、さらに駆動基板１０および対向基板２０の外側面に、クロスニコルに偏光板３１，３２が密着状態で設けられている。また駆動基板１０側に配置された偏光板３１の外側には、バックライト３３、および反射板３４が配置されている。
このうち駆動基板１０は、ガラス基板のような透明基板１１における液晶層ＬＣに向かう面上に、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子およびこれに接続された画素電極などが画素毎に形成された駆動電極層１２が設けられている。そして、この駆動電極層１２を覆う状態で、配向膜１３が設けられている。この配向膜１３は、例えば、駆動基板１０側の偏光板３１の透過軸に対して所定の方向にラビング処理または配向処理されたものであることとする。
一方、対向基板２０は、ガラス基板のような透明基板２１における液晶層ＬＣに向かう面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色のカラーフィルタ２２、配向膜２３、ハイブリッド位相差層２４、対向電極２５、および配向膜２６がこの順に設けられている。さらに、対向電極２５上には、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。この配向膜は、駆動基板１０側に設けられた配向膜と反平行にラビング処理または配向処理されたものであることとする。
そして、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層２４として、図1を用いて説明した積層構造の光学素子１００を用いているところが特徴的である。つまり、このハイブリッド位相差層２４は、黒表示においての液晶層ＬＣの残留位相差が、広い視野角において打ち消されるように、図１を用いて説明したような２種類の重合性液晶モノマーの含有比の調整により、位相差が所定の視野角依存性を備えた構成となっている。
尚、配向膜２３が設けられた透明基板２１が、図1を用いて説明した配向基板に対応する。このため、ハイブリッド位相差層２４にいてハイブリッド配向する第２の重合性液晶モノマーＭ２は、透明基板２１側において基板面と水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。またハイブリッド位相差層２４は、図１を用いて説明した積層構造の光学素子１００に変えて、先に説明した第１の重合性液晶モノマーＭ１と第２の重合性液晶モノマーＭ２とを、所定の組成比で混合した単層構造の光学素子を用いても良い。
また、このハイブリッド位相差層２４の配向方向は、対向電極２５および画素電極に電圧を印加して黒表示を行う際の液晶層ＬＣの残留位相差と、位相差板（λ／４位相差板３０）の位相差を実質的に相殺するように構成されていることとする。
このような構成の液晶表示装置１ａは、ハイブリッド位相差層２４を、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成してインセル化したものになる。
以上説明した構成の液晶表示装置１ａでは、図１を用いて説明した構成の光学素子１００をハイブリッド位相差層２４としてＥＣＢモードの液晶表示装置１ａに組み込んだことにより、黒表示においての液晶層ＬＣの残留位相差が打ち消され、広い視野角を得ることが可能になる。
そして特に、液晶分子のチルト角が膜厚方向で変化した構成であることにより、加熱によって位相差が変化し易かったハイブリッド位相差層２４を、上述したように材料選択性の自由度を向上させたことで耐熱性が確保された光学素子で構成したことにより、インセル化しても十分な耐熱性を発揮し、所期の位相差を保つことが可能である。
この結果、ハイブリッド位相差層２４を設けたＥＣＢモードの液晶表示装置１ａ、およびこの液晶表示装置１ａを用いた電子機器において、ハイブリッド位相差層２４における配向性の向上を図ることが可能になることから、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。
また、このハイブリッド位相差層２４を、カラーフィルタ２２の上部に設けたことにより、ハイブリッド位相差層２４がカラーフィルタ２２の保護層としての機能も兼ね備える。これによりカラーフィルタ２２からの脱ガスを防止することができる。
＜液晶表示装置−２＞
図３は、本発明の液晶表示装置の第２実施形態の断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ｂが、図２に示した液晶表示装置１ａと異なるところは、対向基板２０側の構成である。すなわち液晶表示装置１ｂでは、透明基板２１上のカラーフィルタ２２を平坦化絶縁膜４０で覆い、この上部に配向膜２３およびハイブリッド配向膜２４を設けた構成であり、他の構成は図２の液晶表示装置１ａと同様である。
このように、平坦化絶縁膜４０を設けることにより、平坦な下地面上にハイブリッド配向膜２４を形成することが可能になる。これにより、ハイブリッド位相差層２４の配向性を向上させることが可能である。
＜液晶表示装置−３＞
図４は、本発明の液晶表示装置の第３実施形態の断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ｃが、図２に示した液晶表示装置１ａと異なるところは、対向基板２０側の構成である。すなわち液晶表示装置１ｃでは、配向膜２３およびハイブリッド配向膜２４を、透明基板２１上に直接設けた構成であり、他の構成は図２の液晶表示装置１ａと同様である。
このような構成とすることによっても、ハイブリッド位相差層２４を成膜形成する下地がより平坦であるため、ハイブリッド位相差層２４の配向性をさらに向上させることが可能である。
尚、上述した第1実施形態〜第３実施形態においては、ハイブリッド位相差層２４を視野角補償層として設けたＥＣＢモードの液晶表示装置を例示した構成を説明した。しかしながら、本発明は、ハイブリッド位相差層２４をインセル化して設けたＴＮモードの液晶表示装置にも適用可能である。この場合、実施形態で説明した液晶セル内および外側に配置される偏光板などの光学構成を、ＴＮモードでの駆動表示に適用されるように適宜変更すれば良い。また、ハイブリッド位相差層２４は、上述した各実施形態と同様の位置に設けて良く、各実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述した実施形態においては、透過型の液晶表示装置に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら、本発明の液晶表示装置は、半透過半反射型の液晶表示装置にも適用可能である。この場合、上述した光学素子の作製方法によってハイブリッド位相差層２４を形成する一連の工程において、重合性液晶組成物の塗膜に放射線を照射する際、放射線を透過する領域と遮光または反射する領域を有するマスクを用いて、透過表示部と反射表示部とを放射線による露光部と未露光部とに区別する。これにより、露光部では重合性液晶モノマーを３次元架橋させて所定の位相差とする一方、未露光部では重合性液晶モノマーが３次元架橋させずに位相差を０または所定の低い値とする。
さらに、上述した各実施形態においては、λ／４位相差板３０を液晶セルの外側に配置した構成を説明した。しかしながら、このλ／４位相差層３０も、インセル化しても良い。
この場合、λ／４位相差層３０は、例えばハイブリッド位相差層２４の下層側に配置する構成が例示される。このような構成においては、ハイブリッド位相差層の形成と同様の手法により重合性液晶材料を用いてλ／４位相差層３０を形成し、この表面を配向表面として上部に直接ハイブリッド位相差層２４を設けても良い。また、λ／４位相差層３０上にさらに配向膜を形成し、この上部にハイブリッド位相差層２４を設けても良い。
尚、この場合、インセル化するλ／４位相差層３０はハイブリッド構造である必要はないため、ハイブリッド位相差層２４と比較して耐熱性が得られやすいが、このようなλ／４位相差層３０であっても耐熱性の良好な材料を選択して構成することが重要である。
さらに、本発明は、ハイブリッド位相差層２４がインセル化されていない液晶表示装置への適用も可能であり、ハイブリッド位相差層２４の耐熱性を向上させたことによる効果を得ることができる。
＜実施例１，実施例２＞
図１に示す積層構造の光学素子１００を以下のようにして作製した。
組成物Ａの調整：第１層１０１を形成するための組成物Ａとして、下記（ａ）〜（ｄ）の材料を混合した。
ａ）第１の重合性液晶モノマーＭ１：下記構造式（１）の化合物を２０重量部。
ｂ）光重合開始剤：一般式（３）の１つであるＩｒｇａｃｕｒｅ９０７（チバスペシャリティケミカルズ（株）製商品名）を１重量部。
ｃ）界面活性剤：メガファックF-08（大日本インキ社製商品名）を０．０２重量部
ｄ）溶剤：プロピレングリコールメチルエチルエーテル（ＰＧＭＥＡ）を７８．９８重量部。
Figure 0004207987
組成物Ｂの調整：第２層１０２を形成するための組成物Ｂとして、下記（ａ）〜（ｄ）の材料を混合した。
ａ）第２の重合性液晶モノマーＭ２：下記一般式（１）におけるＹ1，Ｙ2を−ＣＯＯ−、Ｗ1，Ｗ2を−ＯＣＯ−、ｐを４、ｑを４とした化合物を２０重量部。
ｂ）光重合開始剤：上記一般式（３）の１つであるＩｒｇａｃｕｒｅ９０７（チバスペシャリティケミカルズ（株）製商品名）を１重量部。
ｃ）界面活性剤：メガファックF-08を０．０２重量部
ｄ）溶剤：プロピレングリコールメチルエチルエーテル（ＰＧＭＥＡ）を７８．９８重量部。
Figure 0004207987
組成物Ａを、ラビング処理済の配向膜ＡＬ１２５４（ＪＳＲ社製商品名）上にスピンコートにて塗布して塗膜を形成した。その後、減圧乾燥(最終到達真空度０．４Ｔｏｒｒ)にて塗膜中の溶剤を除去し、次にホットプレート上(８０℃)にて１分間の加熱による配向処理を行なった。その後、窒素中（酸素濃度0.1%以下）において、塗膜に対して超高圧水銀灯にて照度３０ｍＷ／ｃｍ2、露光時間２０秒の露光を行い、ホモジニアス配向させた第１の重合性液晶モノマーＭ１の３次元架橋処理を行ない、第１層１０１を形成した。
このような第１層１０１の形成においては、スピンコートの回転数を調整することにより、実施例１では膜厚０．３μｍの第１層１０１を形成し、実施例２では膜厚０．６μｍの第１層１０１を形成した。
次に、組成物Ｂを、第１層１０１上に直接スピンコートにて塗布して塗膜を形成した。その後、減圧乾燥(最終到達真空度０．４Ｔｏｒｒ)にて溶剤を除去し、次にホットプレート上(６０℃)にて１分間の加熱による配向処理を行なった。その後、窒素中（酸素濃度0.1%以下において、塗膜に対して超高圧水銀灯にて照度３０ｍＷ／ｃｍ2、露光時間２０行の露光を行い、第２の重合性液晶モノマーＭ２の２次元架橋処理を行い、第２層１０２を形成した。
このような第２層１０２の形成においては、スピンコートの回転数を調整することにより、実施例１では膜厚０．５μｍの第２層１０２を形成し、実施例２では膜厚０．３μｍの第２層１０２を形成した。
以上の後、窒素雰囲気に保たれたオーブン（２２０℃、酸素濃度１％以下）中にて６０分間の熱処理を行なった。これにより、第１層１０１および第２層１０２内における重合性液晶モノマーの３次元架橋をさらに進めた。
以上のようにして作製した実施例１と実施例２の光学素子(位相差層）について、位相差の視野角依存性を測定した。この結果を図５に示す。
また比較例１〜３として、ハイブリッド配向する第２の重合性液晶モノマーＭ２を用いた第２層１０２のみで構成された光学素子(位相差層)をそれぞれ形成した。この際、ラビング処理済の配向膜ＡＬ１２５４（ＪＳＲ社製商品名）上に、直接組成物Ｂをスピンコートにて塗布して塗膜を形成し、その後は、実施例１,２と同様の手順を行った。そして、比較例１では膜厚１．０μｍの第２層１０２を形成し、比較例２では膜厚０．６μｍの第２層１０２を形成し、比較例３では膜厚０．３μｍの第２層１０２を形成した。
以上のようにして作製した比較例１〜３の光学素子(位相差層）について、位相差の視野角依存性を測定した結果を、図５に合わせて示す。
図５のグラフで明らかなように、第１層１０１と第２層１０２との積層構造からなる実施例１，２の光学素子においては、それぞれの膜厚比によって位相差の視野角依存性が制御されることが確認された。また、実施例１，２の合計膜厚とほぼ膜厚が同じ膜厚の第２層１０２のみで構成された比較例１の光学素子では、視野角正面において位相差は実施例１，２と同じ値であった。この比較例１に対して、実施例１，２では、視野角方向における位相差の変化量が小さくなる方向にシフトしている。このことから、ホモジニアス配向の第１層１０１を、所定膜厚で重ねることにより、視野角方向におけ位相差の変化量を所定状態で小さくできることが確認された。
これに対して、比較例１〜３の結果から、ハイブリッド構造の位相差層である第２層１０２の膜厚のみを変化させた場合には、正面（極角０°）においての位相差も含めて、全体的に位相差が上下し、視野角正面の位相差を所望の値に固定した状態で、位相差の視野角依存性を制御することはできなかった。
＜実施例３＞
第１の重合性液晶モノマーＭ１と第２の重合性液晶モノマーＭ２との含有比を調整した単層構造の光学素子を作製した。
実施例１，２で調製した組成物Ａと組成物Ｂとを、重合性液晶ポリマー中における第２の重合性液晶ポリマーＭ２の割合（ｗｔ％）が１ｗｔ％〜１００ｗｔ％の比率となるように混合し、各組成物Ｃを調整した。
そして、この組成物Ｃを、ラビング処理済の配向膜ＡＬ１２５４（ＪＳＲ社製商品名）上にスピンコートにて塗布して塗膜を形成した。その後、減圧乾燥(最終到達真空度０．４Ｔｏｒｒ)にて塗膜中の溶剤を除去し、次にホットプレート上(１００℃)にて１分間の加熱による配向処理を行なった。その後、窒素中（酸素濃度0.1%以下）において、塗膜に対して超高圧水銀灯にて照度３０ｍＷ／ｃｍ2、露光時間２０秒の露光を行い、重合性液晶モノマーＭ１，Ｍ２の３次元架橋処理を行った。
以上の後、窒素雰囲気に保たれたオーブン（２２０℃、酸素濃度１％以下）中にて６０分間の熱処理を行なった。これにより、重合性液晶モノマーＭ１，Ｍ２の３次元架橋をさらに進めた。
尚、以上の手順においては、スピンコートの回転数を調整することにより、膜厚を変え、正面のリタデーションが９０〜１００ｎｍ程度となるように光学素子を形成した。
以上のようにして作製した各光学素子(位相差層）について、位相差の視野角依存性を測定した結果を、図６に示す。
図６のグラフから明らかなように、配向処理された面に対して一定角度を保って配向する第１の重合性液晶モノマーＭ１と、配向処理された面に対してハイブリッド配向する第２の重合性液晶モノマーＭ２との組成比の調整により、位相差の視野角依存性が制御されることが確認された。
実施形態の光学素子の構成図である。 本発明の液晶表示装置の第１実施形態の断面構成図である。 本発明の液晶表示装置の第２実施形態の断面構成図である。 本発明の液晶表示装置の第３実施形態の断面構成図である。 実施例１，２および比較例１〜３の光学素子における位相差の視野角依存性を示すグラフである。 実施例３の各光学素子における位相差の視野角依存性を示すグラフである。
符号の説明
１ａ，１ｂ，１ｃ…液晶表示装置、１１，２１…透明基板、２３…配向膜、２４…ハイブリッド位相差層（光学素子）、１００…光学素子、ＬＣ…液晶層、Ｍ１…第１の重合性液晶モノマー、Ｍ２…第２の重合性液晶モノマー

Claims (12)

  1. 配向処理された面の配向方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該配向処理された面に対して一定角度を保って長軸を配向させた棒状液晶からなる第１の重合性液晶モノマーを用いて構成された第１層と、
    前記第１層を構成する前記第１の重合性液晶モノマーの長軸方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該第１層に対して長軸をハイブリッド配向させた棒状液晶からなる第２の重合性液晶モノマーを用いて構成された第２層とをこの順に積層してなり、
    前記第１層および第２層を合わせた前記第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比によって位相差の視野角依存性が制御されている
    ことを特徴とする光学素子。
  2. 請求項１記載の光学素子において、
    前記第１層は、前記第１の重合性液晶モノマーの長軸を前記配向処理された面に対して平行に配向させている
    ことを特徴とする光学素子。
  3. 請求項１記載の光学素子において、
    前記第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比は、前記第1層の膜厚と前記第２層の膜厚とによって調整されている
    ことを特徴とする光学素子。
  4. 請求項１記載の光学素子において、
    前記第２層中に前記第１の重合性液晶モノマーが含有されている
    ことを特徴とする光学素子。
  5. 請求項１記載の光学素子において、
    前記第１の重合性液モノマーは、下記構造式（１）に示す化合物である
    ことを特徴とする光学素子。
    Figure 0004207987
  6. 請求項１記載の光学素子において、
    前記第１の重合性液晶モノマーおよび第２の重合性液晶モノマーと共に、重合開始剤および界面活性剤を含有している
    ことを特徴とする光学素子。
  7. 配向処理された面の配向方向に沿って長軸が配向しかつ当該配向処理された面に対して一定角度を保って長軸が配向する棒状液晶からなる第１の重合性液晶モノマーを溶剤に溶解させた溶液を当該配向処理された面上に塗布性膜し、前記配向処理された面上において当該第１の重合性液晶モノマーを配向させた状態で３次元架橋させた第１層を形成し、
    配向処理された面の配向方向に沿って長軸が配向しかつ当該配向処理された面に対して長軸がハイブリッド配向する棒状液晶からなる第２の重合性液晶モノマーを溶剤に溶解させた溶液を前記第１層上に塗布性膜し、前記第１層の表面を配向処理された面として当該第１層上において当該第２の重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させた状態で３次元架橋させた第２層を形成すると共に、
    前記第１層および第２層を合わせた前記第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比によって位相差の視野角依存性を制御する
    ことを特徴とする光学素子の製造方法。
  8. 一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、重合性液晶モノマーをハイブリッド配向させた位相差層とを組み合わせた液晶表示装置において、
    前記位相差層は、
    配向処理された面の配向方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該配向処理された面に対して一定角度を保って長軸を配向させた棒状液晶からなる第１の重合性液晶モノマーを用いて構成された第１層と、
    前記第１層を構成する前記第１の重合性液晶モノマーの長軸方向に沿って長軸を配向させ、かつ当該第１層に対して長軸をハイブリッド配向させた棒状液晶からなる第２の重合性液晶モノマーを用いて構成された第２層とをこの順に積層してなり、
    前記第１層および第２層を合わせた前記第１の重合性液晶モノマーと第２の重合性液晶モノマーとの含有比によって位相差の視野角依存性が制御されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項８記載の液晶表示装置において、
    前記液晶セルは、電界複屈折モードで駆動される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項８記載の液晶表示装置において、
    前記位相差層は、前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶層側に成膜形成されたものである
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項８記載の液晶表示装置において、
    前記位相差層は、前記一方の基板上にカラーフィルタを介して設けられている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項８記載の液晶表示装置において、
    前記位相差層は、前記一方の基板上に平坦化膜を介して設けられている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
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