JP4797320B2

JP4797320B2 - Optical element

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Publication number: JP4797320B2
Application number: JP2003203620A
Authority: JP
Inventors: 崎啓子田; 崎剛司石
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP2004126534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等で用いられる偏光分離素子やカラーフィルター、位相差板等の光学素子に係り、とりわけ、コレステリック液晶やネマチック液晶等の液晶材料からなる液晶層を備えた光学素子に関する。なお、本明細書中において「液晶層」という用語は、光学的に液晶の性質を有する層という意味で用い、層の状態としては、液晶相の持つ分子配列を保って固化された固相の状態を含む。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置は一般に、照明装置（光源）から出射された照明光の偏光状態を画素単位で変化させる液晶セルと、液晶セルを挟むように照明光入射側および照明光出射側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、液晶セルの各画素に対応して形成された各色（赤色、緑色および青色）のカラーフィルターと、液晶セルの視野角等を向上させるための位相差板（光学補償シート）とを備えている。
【０００３】
ここで、このような従来の液晶表示装置において、照明装置から出射された照明光は一般に無偏光光であり、液晶セルの照明光入射側に配置された偏光板を通過することによりその５０％以上の光が吸収される。また、照明装置から出射された照明光は一般に白色光であり、液晶セルの各画素に対応して形成された各色（赤色、緑色および青色）のカラーフィルターを通過することによりその７０％以上の光が吸収される。すなわち、従来の液晶表示装置では、照明装置から出射された照明光の大部分が観察側から出射されるまでに吸収されてしまい、光の利用効率が必ずしも十分ではなかった。
【０００４】
このため、このような従来の液晶表示装置において、十分な明るさの表示を実現するためには、出力の大きな照明装置を用いる必要があり、その結果、必要以上に消費電力がかさんでしまうという問題がある。
【０００５】
このような背景の下で、照明光等の光を効率的に利用するため、液晶層を備えた偏光分離素子やカラーフィルター等の光学素子を用い、光の一部を選択的に透過させながら残りの一部を反射させ、この反射光を反射板等を用いて再利用する方法が提案されている。具体的には例えば、特許第２，５０９，３７２号公報に記載されているように、コレステリック液晶層を備えた偏光分離素子と、偏光分離素子で反射された反射光（円偏光光）の回転方向を逆にして反射する反射板とを用い、照明装置から照射された照明光（無偏光光）を特定の偏光光として効率よく取り出す方法が提案されている。
【０００６】
また、視野角依存性を解消するための位相差板を、ネマチック規則性を有するネマチック液晶層またはコレステリック規則性を有するコレステリック液晶層を用いて実現する試みも提案されている。なお、このような位相差板としては、通常の帯域のλ／４位相差板だけでなく、広帯域のλ／４位相差板も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような光学素子では、光学機能部分が液晶材料からなる液晶層であるので、当該液晶層が固相の状態であるとしても、一般に硬度が非常に低い。このため、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に液晶層に対して外部から衝撃が加えられると、液晶層の表面にへこみ等が生じてしまい、均一な膜厚分布が得られなくなるおそれがあるという問題がある。ここで、上述したような光学素子において、液晶層の膜厚分布が不均一である場合には、光学素子から出射される光の偏光状態が不均一となり、当該光学素子が液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合にその表示品位が著しく低下してしまうという問題がある。また、上述した光学素子が位相差板等として液晶表示装置の液晶セル中に組み込まれて用いられる場合には、液晶セルのギャップを保持するためのスペーサーによって液晶層の膜厚が変わってしまい、その結果、所望の位相差量等が得られなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる、高品質の光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層と、前記液晶層上に形成され、外部からの衝撃により前記液晶層が変形することを防止する高硬度の保護層とを備えたことを特徴とする光学素子を提供する。
【００１０】
なお、本発明において、前記保護層は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であることが好ましい。また、前記保護層は樹脂とモノマーとが混合した材料からなることが好ましい。さらに、前記液晶層を形成する前記液晶材料はコレステリック規則性またはネマチック規則性を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明においては、前記液晶層を支持する配向基材であって、前記液晶層のうち前記保護層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向基材をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記液晶層のうち外周部の少なくとも一部の領域が除去されており、前記保護層が、前記配向基材上に形成された前記液晶層の上面に加えて側面の少なくとも一部を覆うように形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、前記配向基材上に形成された前記液晶層が、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域を有し、前記保護層が、前記液晶層の上面を覆うとともに前記液晶層の前記各領域間の間隙を埋めるように形成されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明においては、前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向膜および電極であって、液晶セル中の液晶を配向および駆動するための配向膜および電極をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、本発明においては、前記液晶層と前記保護層との間、または前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された光吸収型のカラーフィルター層をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
なお、本発明において、前記液晶層は、偏光分離素子、カラーフィルターおよび位相差板からなる群から選択された少なくとも一つの素子として機能することが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層上に、外部からの衝撃により液晶層が変形することを防止する高硬度の保護層を形成しているので、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【００１８】
また、本発明によれば、液晶層のうち外周部の少なくとも一部の領域を除去し、かつ、配向基材上に形成された液晶層の上面に加えて側面の少なくとも一部を覆うように保護層を形成することにより、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその液晶セルのシール部分と液晶層との干渉をなくすことができ、また、液晶層の側面の少なくとも一部を覆うように保護層を形成することで外部の溶液等による液晶層の劣化を効果的に防止することができる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、配向基材上に形成された液晶層に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域を設け、かつ、液晶層の上面を覆うとともに液晶層の各領域間の間隙を埋めるように保護層を形成することにより、液晶層の各領域間の間隙を埋める保護層の部分が柱材のように機能することとなり、外部からの衝撃により液晶層が変形することをより効果的に防止することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明によれば、液晶層と保護層との間、または保護層のうち液晶層の側の表面と反対側の表面上に、光吸収型のカラーフィルター層を配置することにより、高硬度の光吸収型のカラーフィルター層により保護層とともに液晶層を保護することが可能となり、外部からの衝撃により液晶層が変形することをより効果的に防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
まず、図１により、本実施の形態に係る光学素子の全体構成について説明する。
【００２３】
図１に示すように、光学素子１０は、配向基材１１と、配向基材１１上に液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層１２と、液晶層１２上に形成された高硬度の保護層１３とを備えている。
【００２４】
ここで、配向基材１１は、液晶層１２を支持するとともに、液晶層１２中の液晶分子を配向させるためのものであり、液晶層１２のうち保護層１３に接する側の表面と反対側の表面に接するように設けられている。なお、配向基材１１としては、ガラス基板上にポリイミド等の配向材料を成膜してその表面をラビングしたものや、ガラス基板上に光配向膜となる高分子化合物を成膜して偏光ＵＶ（紫外線）を照射したもの、延伸したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等を用いることができる。
【００２５】
液晶層１２は、コレステリック規則性を有する液晶材料からなり、偏光分離素子やカラーフィルター、位相差板としての機能を提供するため、物理的な分子配列（プレーナ配列）に基づいて、一方向の旋光成分（円偏光成分）と、これと逆回りの旋光成分とを分離する旋光選択特性（偏光分離特性）を有している。なお、液晶層１２としては、紫外線や電子線等の照射により重合される液晶分子（液晶性モノマーや液晶性オリゴマー）を用いることができる他、液晶ポリマーを用いることもできる。
【００２６】
なお、光重合可能な液晶性モノマーを用いる場合を例に挙げると、ネマチック液晶相を呈する液晶性モノマー（ネマチック液晶）にカイラル剤を添加することによりカイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）が得られる。
【００２７】
より具体的な例を示すと、ネマチック液晶としては、重合性官能基を２個以上有するものが好ましく、例えば下記の化学式（１）〜（１０）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。なお、下記の化学式（１）〜（１０）において、Ｘは２〜６（整数）であることが好ましい。
【００２８】
【化１】

【００２９】
また、カイラル剤としては、末端に重合性官能基を有するものが好ましく、例えば、下記の化学式（１１）〜（１４）に示されるようなものを用いることができる。その他、特開２０００−９５８８３号公報や、特開平８−２４５９６０号公報、特開平９−５３０７４号公報に記載されたものを用いることも可能である。なお、下記の化学式（１１）〜（１４）において、Ｘは２〜６（整数）であることが好ましい。
【００３０】
【化２】

【００３１】
保護層１３は、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することを防止するためのものである。なお、保護層１３としては、アクリル系やウレタン系等の樹脂や、アクリル系やウレタン系等のモノマーを２種類以上を混合した材料を用いることができる。
【００３２】
ここで、保護層１３は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であり、また、その塑性変形量が０．５μｍ以下であることが好ましい。また、図１に示すような光学素子１０において、ユニバーサル硬度測定法により保護層１３側から液晶層１２に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の、光学素子１０（保護層１３、液晶層１２および配向基材１１の全体）の弾性率は０．６以上であり、また、その塑性変形量は０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
なお、ユニバーサル硬度測定法は、被測定物に圧子を押し込んだ際の押し込み量（すなわち変形量）を測定する方法である（規格：ＤＩＮ５０３５９）。ここで、被測定物に所定の押し込み力（図９では２ｍＮ）で圧子を押し込んだ際には、被測定物は、図９に示すようなヒステリシス曲線（押し込み力−変形量）を描いて変形する。図９に示すように、被測定物は、押し込み力が“０”の初期点Ｏ_１から押し込み力が２ｍＮの中間点Ｏ_２まで変形した後、中間点Ｏ_２から中間点Ｏ_３まで所定の保持時間だけ２ｍＮの押し込み力で保持され、その後、押し込み力が開放される。これにより、最終的に、被測定物の変形量は最終点Ｏ_４に至る。このとき、被測定物が完全弾性体であれば最終点Ｏ_４の変形量は“０”となるが、実際には被測定物が完全弾性体であることはなく、最終点Ｏ_４での変形量は正の量として残る。この量が塑性変形量であり、圧子による押し込みを終了した時点（中間点Ｏ_３）での変形量を総変形量とすれば、この総変形量から前記の塑性変形量を差し引いた分が弾性変形量となる。一般に、このようにして定義される変形量を用いて、弾性率＝（弾性変形量）／（総変形量）として定義することができ、この弾性率により硬度を表すことができる。すなわち、塑性変形量が小さく弾性率が大きくなるほど被測定物は硬く、塑性変形量が大きく弾性率が小さくなるほど被測定物は柔らかいということになる。
【００３４】
なおここでは、保護層１３や光学素子１０全体の硬度をユニバーサル硬度測定法により測定しているが、同様の値は鉛筆硬度測定法やビッカス硬度測定法等の他の方法によっても測定することが可能である。
【００３５】
次に、図２により、図１に示す光学素子１０の製造方法について説明する。なおここでは、紫外線の照射により重合されるコレステリック液晶モノマーを用いて液晶層１２を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
まず、光重合開始剤が添加されたコレステリック液晶モノマーの溶液を準備し、これを配向基材１１上に塗布した後、乾燥することによって未硬化状態の液晶層１２′を形成する（図２(a)）。
【００３７】
次に、未硬化状態の液晶層１２′に対して所定の雰囲気で所定の照射量の紫外線を照射し、硬化状態の液晶層１２を形成する（図２(b)）。
【００３８】
その後、必要に応じて、硬化状態の液晶層１２を所定の温度で加熱して焼成した後（図２(c)）、保護層を形成するための材料を塗布して成膜する（図２(d)）。これにより、最終的な光学素子１０が製造される。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層１２上に高硬度の保護層１３を形成して、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することを防止しているので、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層１２の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、液晶層１２がコレステリック規則性を有する液晶材料からなる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、液晶層１２がネマチック規則性を有する液晶材料からなる場合にも同様にして適用することができる。なお、ネマチック規則性を有する液晶材料からなる液晶層１２は位相差板としての機能を好適に発揮することができる。
【００４１】
また、上述した実施の形態においては、液晶層１２が配向基材１１の全面に亘って形成されている場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、配向基材１１上に形成された液晶層１２を適宜パターニングするようにしてもよい。
【００４２】
具体的には、図３(a)(b)に示すように、配向基材１１上に形成された液晶層１２のうち外周部の領域を除去するように液晶層１２をパターニングし、かつ、配向基材１１上に形成された液晶層１２の上面に加えて側面を覆うように保護層１３を形成するとよい。これにより、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその液晶セルのシール部分と液晶層１２との干渉をなくすことができ、また、液晶層１２の側面を覆うように保護層１３を形成することで外部の溶液等による液晶層１２の劣化を効果的に防止することができる。ここで、図３(a)においては、液晶層１２の外周部のみを除去し、保護層１３の外周部は除去していないが、これに限らず、図３(b)に示すように、保護層１３の外周部も液晶層１２のパターンに合わせて除去するようにしてもよい。なお、図３(a)(b)において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。
【００４３】
また、図４に示すように、配向基材１１上に形成された液晶層１２に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを設けるように液晶層１２をパターニングし、かつ、液晶層１２の上面を覆うとともに液晶層１２の各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ間の間隙を埋めるように保護層１３を形成するとよい。これにより、液晶層１２の各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ間の間隙を埋める保護層１３の部分が柱材のように機能することとなり、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することをより効果的に防止することができる。なお、図４において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。また、図４においては、各画素の赤色、緑色および青色の領域のそれぞれに対して領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが一つずつ対応しているが、これに限らず、各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを間隙をあけた２つ以上の領域に分割することも可能である。
【００４４】
なお、図５に示すように、図３(b)に示す光学素子１０において、保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に、液晶セル中の液晶を配向および駆動するための配向膜１４およびＩＴＯ膜等の透明電極１５を配置するようにしてもよい。ここで、図５においては、図３(b)に示す光学素子１０を例に挙げているが、図１、図３(a)および図４に示す光学素子１０に対しても同様にして配向膜１４および透明電極１５を配置することが可能である。なお、図５において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。
【００４５】
さらに、図６(a)(b)に示すように、液晶層１２と保護層１３との間、または保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する複数の着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを含む光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層１４を配置するようにしてもよい。これにより、高硬度の光吸収型のカラーフィルター層１４により保護層１３とともに液晶層１２を保護することが可能となり、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することをより効果的に防止することができる。なお、図６(a)(b)において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上に形成された配向膜１１ｂとを有している。また、図６(a)(b)において、隣接した複数の着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの間の領域には、クロムまたは樹脂からなるブラックマトリックス１５が形成されている。ここで、ブラックマトリックス１５は、図６(a)(b)に示すように、カラーフィルター層１４の各着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに接触した状態で形成する他、図７(a)(b)に示すように、カラーフィルター層１４の各着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂから離して、配向基材１１の支持基材１１ａ上に形成するようにしてもよい。
【００４６】
なお、図６(a)(b)および図７(a)(b)においては、液晶層１２と保護層１３との間、または保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に光吸収型のカラーフィルター層１４を配置しているが、これに限らず、図８(a)(b)に示すように、液晶層１２の下層側に光吸収型のカラーフィルター層１４を配置するようにしてもよい。この場合には、液晶層１２と配向基材１１との密着性が向上し、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合における表示品位をより向上させることができる。
【００４７】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００４８】
（実施例１）
まず、ガラス基板上にポリイミド膜（ＬＸ１４００（日立化成社製））を０．０２μｍの膜厚で成膜し、次いで、そのポリイミド膜を２５０℃で焼成した後、当該ポリイミド膜に対してラビング処理（配向処理）を施した。
【００４９】
一方、このようにして配向処理が施されたガラス基板のポリイミド膜上に、下記の組成のコレステリック液晶溶液をスピンコーティングにより塗布した。
ネマチック液晶（上記の化学式（８））：９５．４５重量％
カイラル剤（上記の化学式（１４））：４．５５重量％
光重合開始剤（Ｉｒｇ９０７）：５重量％
界面活性剤（下記の化学式（１５））：０．０５重量％
トルエン：１７５重量％
【００５０】
【化３】

【００５１】
上述したように、コレステリック液晶溶液は、ネマチック液晶とカイラル剤とを混合したコレステリック液晶（カイラルネマチック液晶）を含有する。
【００５２】
その後、ガラス基板のポリイミド膜上に塗布された塗布膜を、ホットプレート上で８０℃で１分間乾燥して配向処理を行い、塗布膜がコレステリック相を呈するのを目視にて確認した。
【００５３】
次いで、超高圧水銀灯を用いて、紫外線（２０ｍＷ／ｃｍ^２、３６５ｎｍ）を１０秒照射することにより、コレステリック液晶層を形成した。ここで、コレステリック液晶層の膜厚は、ほぼ１００％の選択反射率を得るため、３．０μｍとした。また、無偏光の分光光度計で透過率スペクトルを測定したところ、コレステリック液晶層の選択反射中心波長は５１５ｎｍであった。
【００５４】
その後、このようにして成膜されたコレステリック液晶層上に、保護層を形成するための材料として、ＪＮＰＣ−８０（ＪＳＲ製）をスピンコーティングにより塗布、乾燥（ホットプレート（９０℃）で１分）した後、超高圧水銀灯を用いて、紫外線（２０ｍＷ／ｃｍ^２、３６５ｎｍ）を２０秒照射して露光した。次いで、クリーンオーブン（２３０℃）により１時間焼成し、最終的な保護層を形成した。ここで、保護層の膜厚は２．０μｍとした。また、同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００５５】
以上により、コレステリック液晶層上に保護層が形成された最終的な光学素子が製造された。なお、このようにして最終的に得られた実施例１に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６５であり、また、その塑性変形量は０．４５μｍであった。
【００５６】
（実施例２）
保護層の膜厚を１．５μｍとした以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例２に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６０であり、また、その塑性変形量は０．４８μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６０であった。
【００５７】
（実施例３）
保護層の材料としてＪＳＳ―３４１（ＪＳＲ製）を用い、その保護層の膜厚を１．５μｍとし、かつ、保護層を形成する際に露光処理を行わないようにした以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例３に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６５であり、また、その塑性変形量は０．４６μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６４であった。
【００５８】
（実施例４）
保護層の表面に透明電極としてのＩＴＯ層（膜厚１５００Å）をスパッタにより成膜した後、そのＩＴＯ層上に配向膜としてのポリイミド膜（ＬＸ１４００（日立化成社製）、膜厚０．０７μｍ）を形成した以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。なお、ＩＴＯ層上のポリイミド膜は、上記実施例１におけるガラス基板上の配向膜と同様の方法により形成した。このようにして得られた実施例４に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６６であり、また、その塑性変形量は０．４６μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００５９】
（比較例Ａ）
液晶層と保護層との間にフォトリソグラフィ法により光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層を形成した以外は、上記実施例４と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた比較例Ａに係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６７であり、また、その塑性変形量は０．５３μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００６０】
（比較例Ｂ）
ガラス基板とその表面にポリイミド膜との間にフォトリソグラフィ法により光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層を形成した以外は、上記実施例４と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた比較例Ｂに係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６４であり、また、その塑性変形量は０．５７μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００６１】
（比較例Ｃ）
保護層の表面にさらに別の保護層としての二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層（膜厚０．３μｍ）をスパッタにより形成した以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた比較例Ｃに係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により、積層された保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６７であり、また、その塑性変形量は０．５４μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した、積層された保護層（ＪＮＰＣ−８０層およびＳｉＯ２層）に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６６であった。
【００６２】
（比較例１）
保護層を形成しない以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた比較例に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．５４であり、また、その塑性変形量は０．７２μｍであった。
【００６３】
（評価結果）
ここで、上記実施例１〜４に係る光学素子を、実際の製造ラインで製造した後、液晶表示装置に組み込んで用いたところ、液晶層の膜厚分布は均一なまま保たれ、表示品位も良好であった。これに対し、上記比較例１に係る光学素子を、実際の製造ラインで製造した後、液晶表示装置に組み込んで用いたところ、液晶層の膜厚分布が不均一となり、表示品位に不良が目立つようになった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子の一実施の形態を説明するための概略断面図。
【図２】図１に示す光学素子の製造方法を説明するための工程図。
【図３】図１に示す光学素子の第１の変形例を示す概略断面図。
【図４】図１に示す光学素子の第２の変形例を示す概略断面図。
【図５】図１に示す光学素子の第３の変形例を示す概略断面図。
【図６】図１に示す光学素子の第４の変形例を示す概略断面図。
【図７】図１に示す光学素子の第５の変形例を示す概略断面図。
【図８】図１に示す光学素子の第６の変形例を示す概略断面図。
【図９】図１に示す光学素子の硬度（弾性率）を説明するための図。
【符号の説明】
１０光学素子
１１配向基材
１１ａ支持基材
１１ｂ配向膜
１２液晶層
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ領域
１３保護層
１４光吸収型のカラーフィルター層
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ着色領域
１５ブラックマトリックス層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element such as a polarization separation element, a color filter, or a retardation plate used in a liquid crystal display device, and more particularly to an optical element provided with a liquid crystal layer made of a liquid crystal material such as cholesteric liquid crystal or nematic liquid crystal. In the present specification, the term “liquid crystal layer” is used to mean a layer having optically liquid crystal properties, and the state of the layer is a solid phase solidified while maintaining the molecular arrangement of the liquid crystal phase. Includes state.
[0002]
[Prior art]
Conventional liquid crystal display devices are generally arranged on the illumination light incident side and illumination light emission side so as to sandwich the liquid crystal cell with the liquid crystal cell changing the polarization state of the illumination light emitted from the illumination device (light source) in units of pixels. A pair of polarizing plates, a color filter for each color (red, green and blue) formed corresponding to each pixel of the liquid crystal cell, and a retardation plate for improving the viewing angle of the liquid crystal cell (optical compensation) Sheet).
[0003]
Here, in such a conventional liquid crystal display device, the illumination light emitted from the illumination device is generally non-polarized light, and 50% of the illumination light passes through the polarizing plate disposed on the illumination light incident side of the liquid crystal cell. The above light is absorbed. The illumination light emitted from the illumination device is generally white light, and 70% or more of the illumination light passes through the color filters of each color (red, green and blue) formed corresponding to each pixel of the liquid crystal cell. Light is absorbed. That is, in the conventional liquid crystal display device, most of the illumination light emitted from the illumination device is absorbed before it is emitted from the observation side, and the light use efficiency is not always sufficient.
[0004]
For this reason, in such a conventional liquid crystal display device, it is necessary to use a lighting device with a large output in order to realize a display with sufficient brightness. As a result, power consumption increases more than necessary. There is a problem.
[0005]
Under such a background, in order to efficiently use light such as illumination light, an optical element such as a polarization separation element or a color filter provided with a liquid crystal layer is used to selectively transmit part of the light. A method has been proposed in which the remaining part is reflected and the reflected light is reused using a reflector or the like. Specifically, for example, as described in Japanese Patent No. 2,509,372, a polarization separation element having a cholesteric liquid crystal layer and rotation of reflected light (circularly polarized light) reflected by the polarization separation element A method has been proposed in which illumination light (unpolarized light) emitted from an illumination device is efficiently extracted as specific polarized light using a reflector that reflects in the opposite direction.
[0006]
There has also been proposed an attempt to realize a retardation plate for eliminating the viewing angle dependency by using a nematic liquid crystal layer having nematic regularity or a cholesteric liquid crystal layer having cholesteric regularity. As such a phase difference plate, not only a λ / 4 phase difference plate in a normal band but also a λ / 4 phase difference plate in a wide band has been proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the optical element as described above, since the optical function portion is a liquid crystal layer made of a liquid crystal material, the hardness is generally very low even if the liquid crystal layer is in a solid state. For this reason, if an external impact is applied to the liquid crystal layer during the manufacturing process or assembly to the liquid crystal display device, a dent or the like is generated on the surface of the liquid crystal layer, and a uniform film thickness distribution cannot be obtained. There is a problem of fear. Here, in the optical element as described above, when the film thickness distribution of the liquid crystal layer is non-uniform, the polarization state of the light emitted from the optical element becomes non-uniform, and the optical element is incorporated into the liquid crystal display device. There is a problem that the display quality is remarkably lowered when used. In addition, when the above-described optical element is used as a retardation plate or the like incorporated in a liquid crystal cell of a liquid crystal display device, the thickness of the liquid crystal layer is changed by a spacer for holding the gap of the liquid crystal cell, As a result, there is a problem that a desired phase difference amount or the like cannot be obtained.
[0008]
The present invention has been made in consideration of such points, and the film thickness distribution of the liquid crystal layer does not become non-uniform due to an impact applied during the manufacturing process or assembly to the liquid crystal display device. An object of the present invention is to provide a high-quality optical element that can maintain high display quality even when incorporated in a display device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a liquid crystal layer formed by depositing and curing a liquid crystal material, and a high-hardness protective layer that is formed on the liquid crystal layer and prevents the liquid crystal layer from being deformed by an external impact. An optical element is provided.
[0010]
In the present invention, the protective layer has an elastic modulus ((elastic deformation amount) / (total deformation amount)) of 0.6 or more when the indenter is pushed with a test force of 2 mN according to the universal hardness measurement method. Is preferred. The protective layer is preferably made of a material in which a resin and a monomer are mixed. Further, the liquid crystal material forming the liquid crystal layer preferably has cholesteric regularity or nematic regularity.
[0011]
Moreover, in this invention, it is an orientation base material which supports the said liquid-crystal layer, Comprising: It further has the orientation base material arrange | positioned on the surface on the opposite side to the surface at the side of the said protective layer among the said liquid-crystal layers. preferable.
[0012]
Here, in the present invention, at least a part of the outer peripheral portion of the liquid crystal layer is removed, and the protective layer is a side surface in addition to the upper surface of the liquid crystal layer formed on the alignment substrate. It is preferable that it is formed so as to cover at least a part thereof.
[0013]
Further, in the present invention, the liquid crystal layer formed on the alignment substrate has a plurality of regions formed at intervals from each other, corresponding to the display regions of each color of red, green and blue, It is preferable that the protective layer is formed so as to cover an upper surface of the liquid crystal layer and fill a gap between the regions of the liquid crystal layer.
[0014]
Furthermore, in the present invention, an alignment film and an electrode disposed on the surface of the protective layer opposite to the surface on the liquid crystal layer side, the alignment layer for aligning and driving the liquid crystal in the liquid crystal cell It is preferable to further comprise a membrane and an electrode.
[0015]
Furthermore, in the present invention, a light absorption type color filter layer disposed between the liquid crystal layer and the protective layer or on the surface of the protective layer opposite to the surface on the liquid crystal layer side is provided. It is preferable to further provide.
[0016]
In the present invention, the liquid crystal layer preferably functions as at least one element selected from the group consisting of a polarization separation element, a color filter, and a retardation plate.
[0017]
According to the present invention, on the liquid crystal layer formed by forming and curing the liquid crystal material, a high-hardness protective layer that prevents the liquid crystal layer from being deformed by an external impact is formed. The film thickness distribution of the liquid crystal layer does not become non-uniform due to the impact applied during the manufacturing process or assembly to the liquid crystal display device, and the display quality is kept high even when used in the liquid crystal display device. be able to.
[0018]
Further, according to the present invention, at least a part of the outer periphery of the liquid crystal layer is removed, and at least a part of the side surface is covered in addition to the upper surface of the liquid crystal layer formed on the alignment substrate. By forming the protective layer, interference between the sealing portion of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer can be eliminated even when used in a liquid crystal display device, and at least a part of the side surface of the liquid crystal layer is covered. By forming the protective layer in this manner, it is possible to effectively prevent the liquid crystal layer from being deteriorated by an external solution or the like.
[0019]
Furthermore, according to the present invention, the liquid crystal layer formed on the alignment substrate is provided with a plurality of regions formed at intervals from each other, corresponding to the display regions of red, green, and blue, and By forming a protective layer that covers the top surface of the liquid crystal layer and fills the gaps between the regions of the liquid crystal layer, the portion of the protective layer that fills the gaps between the regions of the liquid crystal layer functions as a pillar material. Thus, the liquid crystal layer can be more effectively prevented from being deformed by an external impact.
[0020]
Furthermore, according to the present invention, by disposing a light absorption type color filter layer between the liquid crystal layer and the protective layer or on the surface of the protective layer opposite to the surface on the liquid crystal layer side, It is possible to protect the liquid crystal layer together with the protective layer by the light-absorbing color filter layer having high hardness, and it is possible to more effectively prevent the liquid crystal layer from being deformed by an external impact.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0022]
First, the overall configuration of the optical element according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1, the optical element 10 is formed on an alignment substrate 11, a liquid crystal layer 12 formed by depositing and curing a liquid crystal material on the alignment substrate 11, and the liquid crystal layer 12. And a protective layer 13 having high hardness.
[0024]
Here, the alignment substrate 11 is for supporting the liquid crystal layer 12 and for aligning the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 12. The alignment substrate 11 is on the opposite side of the surface of the liquid crystal layer 12 that is in contact with the protective layer 13. It is provided in contact with the surface. In addition, as the alignment substrate 11, an alignment material such as polyimide is formed on a glass substrate and the surface thereof is rubbed, or a polymer compound that becomes a photo-alignment film is formed on a glass substrate to form polarized UV. A film irradiated with (ultraviolet rays), a stretched PET (polyethylene terephthalate) film, or the like can be used.
[0025]
The liquid crystal layer 12 is made of a liquid crystal material having cholesteric regularity, and provides a function as a polarization separation element, a color filter, or a retardation plate. Therefore, the liquid crystal layer 12 is rotated in one direction based on a physical molecular arrangement (planar arrangement). It has an optical rotation selection characteristic (polarization separation characteristic) that separates a component (circularly polarized light component) and a reverse optical rotation component. In addition, as the liquid crystal layer 12, liquid crystal molecules (liquid crystalline monomers and liquid crystalline oligomers) that are polymerized by irradiation with ultraviolet rays or electron beams can be used, and liquid crystal polymers can also be used.
[0026]
For example, when a photopolymerizable liquid crystal monomer is used, a chiral nematic liquid crystal (cholesteric liquid crystal) can be obtained by adding a chiral agent to a liquid crystal monomer exhibiting a nematic liquid crystal phase (nematic liquid crystal).
[0027]
As a more specific example, the nematic liquid crystal preferably has two or more polymerizable functional groups. For example, a liquid crystalline monomer represented by the following chemical formulas (1) to (10) may be used. it can. In the following chemical formulas (1) to (10), X is preferably 2 to 6 (integer).
[0028]
[Chemical 1]

[0029]
Moreover, as a chiral agent, what has a polymerizable functional group at the terminal is preferable, For example, what is shown by following Chemical formula (11)-(14) can be used. In addition, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-95883, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-245960, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-53074 can be used. In the following chemical formulas (11) to (14), X is preferably 2 to 6 (integer).
[0030]
[Chemical 2]

[0031]
The protective layer 13 is for preventing the liquid crystal layer 12 from being deformed by an external impact. In addition, as the protective layer 13, a material in which two or more kinds of acrylic or urethane resins or acrylic or urethane monomers are mixed can be used.
[0032]
Here, the protective layer 13 has an elastic modulus ((elastic deformation amount) / (total deformation amount)) of 0.6 or more when the indenter is pushed in with a test force of 2 mN according to the universal hardness measurement method. The amount of plastic deformation is preferably 0.5 μm or less. Further, in the optical element 10 as shown in FIG. 1, the optical element 10 (protective layer 13 and liquid crystal layer 12 when the indenter is pushed into the liquid crystal layer 12 from the protective layer 13 side by the universal hardness measurement method with a test force of 2 mN. And the whole alignment substrate 11) have an elastic modulus of 0.6 or more, and the amount of plastic deformation is preferably 0.5 μm or less.
[0033]
The universal hardness measurement method is a method of measuring the amount of pressing (that is, the amount of deformation) when the indenter is pressed into the object to be measured (standard: DIN 50359). Here, when the indenter is pushed into the measured object with a predetermined pushing force (2 mN in FIG. 9), the measured object is deformed by drawing a hysteresis curve (pushing force-deformation amount) as shown in FIG. To do. As shown in FIG. 9, the measured object has an initial point O where the pushing force is “0”.₁Intermediate point O with a pushing force of 2mN₂After deformation to the middle point O₂To middle point O₃Until a predetermined holding time is maintained with a pressing force of 2 mN, and then the pressing force is released. As a result, the amount of deformation of the object to be measured finally becomes the final point O.₄To. At this time, if the object to be measured is a complete elastic body, the final point O₄The amount of deformation of “0” is “0”, but in actuality, the object to be measured is not a complete elastic body and the final point O₄The deformation amount at is left as a positive amount. This amount is the amount of plastic deformation, and when the indentation is finished (intermediate point O₃) Is the total deformation amount, the amount obtained by subtracting the plastic deformation amount from the total deformation amount is the elastic deformation amount. In general, using the deformation amount thus defined, it can be defined as elastic modulus = (elastic deformation amount) / (total deformation amount), and hardness can be expressed by this elastic modulus. That is, the measured object is harder as the plastic deformation amount is smaller and the elastic modulus is larger, and the measured object is softer as the plastic deformation amount is larger and the elastic modulus is smaller.
[0034]
Here, the hardness of the protective layer 13 and the entire optical element 10 is measured by the universal hardness measurement method, but the same value can also be measured by other methods such as a pencil hardness measurement method and a Bickus hardness measurement method. Is possible.
[0035]
Next, a method for manufacturing the optical element 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Here, the case where the liquid crystal layer 12 is formed using a cholesteric liquid crystal monomer that is polymerized by irradiation with ultraviolet rays will be described as an example.
[0036]
First, a solution of a cholesteric liquid crystal monomer to which a photopolymerization initiator is added is prepared, applied to the alignment substrate 11, and then dried to form an uncured liquid crystal layer 12 '(FIG. 2 ( a)).
[0037]
Next, the uncured liquid crystal layer 12 ′ is irradiated with a predetermined amount of ultraviolet rays in a predetermined atmosphere to form the cured liquid crystal layer 12 (FIG. 2B).
[0038]
Thereafter, if necessary, the cured liquid crystal layer 12 is heated and baked at a predetermined temperature (FIG. 2C), and then a material for forming a protective layer is applied to form a film (FIG. 2). (d)). Thereby, the final optical element 10 is manufactured.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, the protective layer 13 having a high hardness is formed on the liquid crystal layer 12 formed by forming and curing the liquid crystal material, and the liquid crystal layer 12 is deformed by an external impact. Therefore, the film thickness distribution of the liquid crystal layer 12 does not become non-uniform due to an impact applied during the manufacturing process or assembly to the liquid crystal display device, and is used in the liquid crystal display device. The display quality can be kept high even if it is displayed.
[0040]
In the above-described embodiment, the case where the liquid crystal layer 12 is made of a liquid crystal material having cholesteric regularity has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the liquid crystal layer 12 is made of a liquid crystal material having nematic regularity. In this case, the same can be applied. Note that the liquid crystal layer 12 made of a liquid crystal material having nematic regularity can suitably exhibit a function as a retardation plate.
[0041]
Further, in the above-described embodiment, the case where the liquid crystal layer 12 is formed over the entire surface of the alignment substrate 11 has been described as an example. The liquid crystal layer 12 may be appropriately patterned.
[0042]
Specifically, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the liquid crystal layer 12 is patterned so as to remove the peripheral region of the liquid crystal layer 12 formed on the alignment substrate 11, and In addition to the upper surface of the liquid crystal layer 12 formed on the alignment substrate 11, the protective layer 13 may be formed so as to cover the side surface. Thereby, even when used by being incorporated in a liquid crystal display device, interference between the sealing portion of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer 12 can be eliminated, and the protective layer 13 is formed so as to cover the side surface of the liquid crystal layer 12. By doing so, deterioration of the liquid crystal layer 12 due to an external solution or the like can be effectively prevented. Here, in FIG. 3A, only the outer peripheral portion of the liquid crystal layer 12 is removed, and the outer peripheral portion of the protective layer 13 is not removed. However, the present invention is not limited to this, as shown in FIG. The outer peripheral portion of the protective layer 13 may also be removed according to the pattern of the liquid crystal layer 12. 3 (a) and 3 (b), the alignment base material 11 is matched with the support base material 11a such as a glass substrate and the pattern of the liquid crystal layer 12 on the support base material 11a (pattern from which the outer peripheral portion is removed). The alignment film 11b is formed.
[0043]
In addition, as shown in FIG. 4, a plurality of regions 12 </ b> R formed at intervals from each other on the liquid crystal layer 12 formed on the alignment substrate 11, corresponding to the display regions of red, green, and blue colors. The liquid crystal layer 12 may be patterned so as to provide 12G and 12B, and the protective layer 13 may be formed so as to cover the upper surface of the liquid crystal layer 12 and fill gaps between the

regions

12R, 12G, and 12B of the liquid crystal layer 12. As a result, the portion of the protective layer 13 that fills the gaps between the

regions

12R, 12G, and 12B of the liquid crystal layer 12 functions like a pillar material, and the liquid crystal layer 12 is more effectively deformed by an external impact. Can be prevented. In FIG. 4, the alignment base material 11 is a support base material 11 a such as a glass substrate, and an alignment film formed according to the pattern of the liquid crystal layer 12 (pattern from which the outer peripheral portion is removed) on the support base material 11 a. 11b. In FIG. 4, one

region

12R, 12G, and 12B corresponds to each of the red, green, and blue regions of each pixel. However, the present invention is not limited to this, and the

regions

12R, 12G, and 12B are not limited thereto. Can also be divided into two or more regions with a gap.
[0044]
As shown in FIG. 5, in the optical element 10 shown in FIG. 3B, the liquid crystal in the liquid crystal cell is aligned and driven on the surface of the protective layer 13 opposite to the surface on the liquid crystal layer 12 side. For this purpose, an alignment film 14 and a transparent electrode 15 such as an ITO film may be disposed. Here, in FIG. 5, the optical element 10 shown in FIG. 3 (b) is taken as an example, but the optical element 10 shown in FIG. 1, FIG. 3 (a) and FIG. It is possible to arrange the film 14 and the transparent electrode 15. In FIG. 5, the alignment substrate 11 is formed of a support substrate 11 a such as a glass substrate and an alignment film formed in accordance with the pattern of the liquid crystal layer 12 (a pattern obtained by removing the outer peripheral portion) on the support substrate 11 a. 11b.
[0045]
Further, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), red and green are formed between the liquid crystal layer 12 and the protective layer 13 or on the surface of the protective layer 13 opposite to the liquid crystal layer 12 side. Alternatively, a light absorption type (pigment dispersion type) color filter layer 14 including a plurality of

colored regions

14R, 14G, and 14B corresponding to the display regions of the respective colors of blue and blue may be disposed. This makes it possible to protect the liquid crystal layer 12 together with the protective layer 13 with the light-absorbing color filter layer 14 having high hardness, and more effectively prevent the liquid crystal layer 12 from being deformed by an external impact. Can do. 6A and 6B, the alignment substrate 11 includes a support substrate 11a such as a glass substrate and an alignment film 11b formed on the support substrate 11a. 6A and 6B, a black matrix 15 made of chromium or resin is formed in a region between a plurality of adjacent

colored regions

14R, 14G, and 14B. Here, as shown in FIGS. 6A and 6B, the black matrix 15 is formed in contact with the

colored regions

14R, 14G, and 14B of the color filter layer 14 as well as in FIGS. ), The color filter layer 14 may be formed on the support substrate 11a of the alignment substrate 11 apart from the

colored regions

14R, 14G, and 14B.
[0046]
6A, 6B, and 7A, 7B, the liquid crystal layer 12 and the protective layer 13 or the protective layer 13 on the side opposite to the surface on the liquid crystal layer 12 side. Although the light absorption type color filter layer 14 is disposed on the surface, the present invention is not limited to this, and the light absorption type color filter layer is formed on the lower layer side of the liquid crystal layer 12 as shown in FIGS. 14 may be arranged. In this case, the adhesion between the liquid crystal layer 12 and the alignment substrate 11 is improved, and the display quality when used by being incorporated in a liquid crystal display device can be further improved.
[0047]
【Example】
Next, specific examples of the above-described embodiment will be described.
[0048]
(Example 1)
First, a polyimide film (LX1400 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)) is formed on a glass substrate with a film thickness of 0.02 μm, and then the polyimide film is baked at 250 ° C., and then the polyimide film is rubbed. (Orientation treatment) was performed.
[0049]
On the other hand, a cholesteric liquid crystal solution having the following composition was applied onto the polyimide film of the glass substrate that had been subjected to the alignment treatment in this manner by spin coating.
Nematic liquid crystal (the above chemical formula (8)): 95.45% by weight
Chiral agent (the above chemical formula (14)): 4.55% by weight
Photopolymerization initiator (Irg907): 5% by weight
Surfactant (the following chemical formula (15)): 0.05% by weight
Toluene: 175% by weight
[0050]
[Chemical Formula 3]

[0051]
As described above, the cholesteric liquid crystal solution contains a cholesteric liquid crystal (chiral nematic liquid crystal) in which a nematic liquid crystal and a chiral agent are mixed.
[0052]
Thereafter, the coating film applied on the polyimide film on the glass substrate was dried on a hot plate at 80 ° C. for 1 minute for orientation treatment, and it was visually confirmed that the coating film exhibited a cholesteric phase.
[0053]
Next, using an ultra-high pressure mercury lamp, ultraviolet rays (20 mW / cm²(365 nm) was irradiated for 10 seconds to form a cholesteric liquid crystal layer. Here, the film thickness of the cholesteric liquid crystal layer was set to 3.0 μm in order to obtain a selective reflectance of almost 100%. When the transmittance spectrum was measured with a non-polarized spectrophotometer, the selective reflection center wavelength of the cholesteric liquid crystal layer was 515 nm.
[0054]
Thereafter, JNPC-80 (manufactured by JSR) is applied by spin coating as a material for forming a protective layer on the cholesteric liquid crystal layer thus formed, and dried (hot plate (90 ° C.) for 1 minute. ), And then using an ultra-high pressure mercury lamp, ultraviolet rays (20 mW / cm²(365 nm) for 20 seconds. Subsequently, it baked for 1 hour by the clean oven (230 degreeC), and formed the final protective layer. Here, the film thickness of the protective layer was 2.0 μm. Further, the elastic modulus when the indenter was pushed into the protective layer directly formed on the glass substrate by the same method with a test force of 2 mN by the universal hardness measurement method was 0.62.
[0055]
Thus, the final optical element in which the protective layer was formed on the cholesteric liquid crystal layer was manufactured. In addition, with respect to the optical element according to Example 1 finally obtained in this way, the elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side by the universal hardness measurement method with a test force of 2 mN is The amount of plastic deformation was 0.45 μm.
[0056]
(Example 2)
An optical element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the protective layer was 1.5 μm. With respect to the optical element according to Example 2 obtained in this way, the elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side by a universal hardness measurement method with a test force of 2 mN is 0.60. The amount of plastic deformation was 0.48 μm. Further, when the elastic modulus when the indenter was pushed with a test force of 2 mN was measured by a universal hardness measurement method on the protective layer formed directly on the glass substrate by the same method as in Example 1, the following results were obtained. 60.
[0057]
Example 3
The above example except that JSS-341 (manufactured by JSR) is used as the material of the protective layer, the thickness of the protective layer is 1.5 μm, and the exposure process is not performed when the protective layer is formed. 1 was used to manufacture an optical element. With respect to the optical element according to Example 3 obtained in this way, the elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side by a universal hardness measurement method with a test force of 2 mN is 0.65. The amount of plastic deformation was 0.46 μm. Further, when the elastic modulus when the indenter was pushed with a test force of 2 mN was measured by a universal hardness measurement method on the protective layer formed directly on the glass substrate by the same method as in Example 1, the following results were obtained. 64.
[0058]
(Example 4)
After forming an ITO layer (thickness 1500 mm) as a transparent electrode on the surface of the protective layer by sputtering, a polyimide film (LX1400 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), thickness 0.07 μm) as an alignment film on the ITO layer An optical element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that was formed. The polyimide film on the ITO layer was formed by the same method as the alignment film on the glass substrate in Example 1 above. With respect to the optical element according to Example 4 obtained in this way, the elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side to the cholesteric liquid crystal layer by the universal hardness measurement method is 0.66. The amount of plastic deformation was 0.46 μm. Further, when the elastic modulus when the indenter was pushed with a test force of 2 mN was measured by a universal hardness measurement method on the protective layer formed directly on the glass substrate by the same method as in Example 1, the following results were obtained. 62.
[0059]
(Comparative Example A)
  An optical element was produced in the same manner as in Example 4 except that a light absorption (pigment dispersion) color filter layer was formed between the liquid crystal layer and the protective layer by photolithography. Obtained in this wayComparative Example AWhen the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side with a test force of 2 mN by the universal hardness measurement method, the elastic modulus is 0.67 and the amount of plastic deformation is 0. It was 53 μm. Further, when the elastic modulus when the indenter was pushed with a test force of 2 mN was measured by a universal hardness measurement method on the protective layer formed directly on the glass substrate by the same method as in Example 1, the following results were obtained. 62.
[0060]
(Comparative Example B)
  An optical element was produced in the same manner as in Example 4 except that a light absorption type (pigment dispersion type) color filter layer was formed by photolithography between the glass substrate and the polyimide film on the surface thereof. Obtained in this wayComparative Example BThe elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side with a test force of 2 mN by the universal hardness measurement method is 0.64, and the plastic deformation amount is 0. It was 57 μm. Further, when the elastic modulus when the indenter was pushed with a test force of 2 mN was measured by a universal hardness measurement method on the protective layer formed directly on the glass substrate by the same method as in Example 1, the following results were obtained. 62.
[0061]
(Comparative Example C)
  An optical element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a silicon dioxide (SiO 2) layer (thickness: 0.3 μm) as another protective layer was formed on the surface of the protective layer by sputtering. Obtained in this wayComparative Example CThe elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the laminated protective layer side with a test force of 2 mN by the universal hardness measurement method is 0.67, and its plastic deformation The amount was 0.54 μm. In addition, an indenter is applied to the laminated protective layers (JNPC-80 layer and SiO2 layer) directly formed on the glass substrate by the same method as in Example 1 with a test force of 2 mN by the universal hardness measurement method. It was 0.66 when the elasticity modulus at the time of pushing in was measured.
[0062]
(Comparative Example 1)
An optical element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the protective layer was not formed. With respect to the optical element according to the comparative example thus obtained, the elastic modulus when the indenter is pushed into the cholesteric liquid crystal layer from the protective layer side by the universal hardness measurement method with a test force of 2 mN is 0.54, The amount of plastic deformation was 0.72 μm.
[0063]
(Evaluation results)
  Where aboveExamples 1-4When the optical element according to the above was manufactured on an actual production line and then incorporated into a liquid crystal display device, the film thickness distribution of the liquid crystal layer was kept uniform and the display quality was good. In contrast, the aboveComparative Example 1When the optical element according to the above was manufactured in an actual production line and then incorporated into a liquid crystal display device, the film thickness distribution of the liquid crystal layer became non-uniform, and defects in display quality became conspicuous.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the film thickness distribution of the liquid crystal layer does not become non-uniform due to an impact applied during the manufacturing process or assembly to the liquid crystal display device, and is incorporated into the liquid crystal display device. Even when used, the display quality can be kept high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining one embodiment of an optical element according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the optical element shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the optical element shown in FIG.
4 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the optical element shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a third modification of the optical element shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a fourth modification of the optical element shown in FIG.
7 is a schematic cross-sectional view showing a fifth modification of the optical element shown in FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a sixth modification of the optical element shown in FIG.
FIG. 9 is a view for explaining the hardness (elastic modulus) of the optical element shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
10 Optical elements
11 Oriented substrate
11a Support base material
11b Alignment film
12 Liquid crystal layer
12R, 12G, 12B area
13 Protective layer
14 Light absorption color filter layer
14R, 14G, 14B Colored area
15 Black matrix layer

Claims

In the optical element,
A liquid crystal layer formed by depositing and curing a liquid crystal material;
A protective layer that is formed on the liquid crystal layer and prevents the liquid crystal layer from being deformed by an external impact;
Ratio of elastic deformation amount to total deformation amount ((elastic deformation amount) / (total deformation amount) when an indenter is pushed into the liquid crystal layer from the protective layer side to the liquid crystal layer by a universal hardness measurement method with respect to the optical element. )) is not less than 0.6, and an optical element plastic deformation at that time is 0.5μm or less, and wherein.

The optical element according to claim 1, wherein the protective layer is made of a material in which a resin and a monomer are mixed.

The optical element according to claim 1, wherein the liquid crystal material forming the liquid crystal layer has cholesteric regularity.

The optical element according to claim 1, wherein the liquid crystal material forming the liquid crystal layer has nematic regularity.

An alignment substrate for supporting the liquid crystal layer, further comprising an alignment substrate disposed on a surface opposite to the surface on the protective layer side of both surfaces of the liquid crystal layer. The optical element according to any one of claims 1 to 4.

At least a portion of the outer peripheral portion of the region of the liquid crystal layer is removed, and the protective layer covers at least a portion of the side surface in addition to the upper surface of the liquid crystal layer formed on the alignment substrate. The optical element according to claim 5, wherein the optical element is formed as described above.

The liquid crystal layer formed on the alignment substrate has a plurality of regions formed at intervals from each other corresponding to display regions of red, green, and blue, and the protective layer includes the liquid crystal The optical element according to claim 5, wherein the optical element is formed so as to cover an upper surface of the layer and fill a gap between the regions of the liquid crystal layer.

An alignment film and an electrode disposed on a surface opposite to the surface on the liquid crystal layer side of both surfaces of the protective layer, the alignment film and the electrode for aligning and driving the liquid crystal in the liquid crystal cell The optical element according to claim 1, further comprising:

The optical element according to any one of claims 1 to 8, further comprising a light absorption type color filter layer disposed between the liquid crystal layer and the protective layer.

9. The light absorption type color filter layer disposed on a surface opposite to the surface on the liquid crystal layer side of both surfaces of the protective layer, further comprising: The optical element according to one item.

The optical element according to any one of claims 1 to 10, wherein the liquid crystal layer functions as at least one element selected from the group consisting of a polarization separation element, a color filter, and a phase difference plate. .