KR100796541B1 - 액정 분자를 호메오트로픽 배향시킨 광학 소자 그리고이것을 사용한 액정 표시 장치용 부재 및 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

과제

생산 비용을 억제할 수 있음과 함께, 내열성이 양호하고 넓은 온도 범위에서는 고정화된 액정성 고분자의 배향이 균일하게 유지되고, 확실하게 낮은 헤이즈를 나타내어, 원하는 복굴절 특성을 확실하게 유지할 수 있는 광학 소자를 제공한다.

해결 수단

본 발명은 광투과성을 갖는 기재 상면(上面)에, 말단에 중합성기를 갖는 액정성 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정화하여 이루어지는 구조를 갖는 복굴절률층을 적어도 형성하고, 추가로 상기 복굴절률층 상면에 형성되는 첨가제층을 제거함으로써 형성되는 광학 소자이다.

액정 표시 장치, 복굴절률 기능층, 액정성 모노머

Description

액정 분자를 호메오트로픽 배향시킨 광학 소자 그리고 이것을 사용한 액정 표시 장치용 부재 및 액정 표시 장치{OPTICAL COMPONENT WITH LIQUID CRYSTAL MOLECULE WHICH IS ALIGNED HOMEOTROPICALLY AND MEMBER FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

도 1 은 본 발명의 광학 소자를 설명하는 개념도.

도 2(a) 는 기판 상면에 액정성 모노머와 첨가제를 함유하는 수지 조성물을 도포하여 액정 모노머를 호메오트로픽시킨 상태를 나타내는 개념도. 도 2(b) 는 호메오트로픽 배향한 액정성 모노머를 3 차원 가교시킨 상태를 나타내는 개념도. 도 2(c) 는 복굴절률층을 소성함으로써 표면에 첨가제층이 형성된 것을 나타내는 개념도.

도 3 은 본 발명의 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 4(a) 는 기판에 기능성층을 구비한 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도. 도 4(b) 는 기판에 기능성층을 구비한 광학 소자의 다른 실시예의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 5 는 기능층을 추가로 적층한 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도.

도 6(a) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 단면 구조를 나타내는 개략도. 도 6(b) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 다른 실시예의 단면 구조를 나타내는 개 략도. 도 6(c) 는 착색층을 구비한 광학 소자의 단면 구조의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

도 7(a) 는 제 1 형태의 광학 소자를 구비한 액정 표시 장치용 부재를 나타내는 개략도. 도 7(b) 는 제 1 형태의 광학 소자를, 기판과 액정층 사이에 복굴절률층이 위치하도록 형성시킨 액정 표시 장치용 부재를 나타내는 개략도.

도 8 은 제 3 형태의 광학 소자를 구비한 액정 표시 장치용 부재를 나타내는 개략도.

도 9(a) 는 제 1 형태의 액정 표시 장치를 나타내는 개략도. 도 9(b) 는 제 2 형태의 액정 표시 장치를 나타내는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 본 발명의 광학 소자 2 : 기재

2a : 기판 2b : 기능성층

2c : 기능성층 3, 3a, 3b : 액정성 모노머

4 : 복굴절률층 5 : 첨가제

6 : 첨가제층 7 : 표면층

10 : 수직 배향막 11 : 착색층

12 : 착색 화소부 13 : 차광부

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평5-142531호

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2002-174724호

[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 2002-174725호

[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 2003-121852호

본 발명은 복굴절률 기능층을 갖는 광학 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액정 분자를 배향시키고 고정화시켜서 이루어지는 복굴절률층을 구비하는 복굴절률 기능층을 갖는 광학 소자에 관한 것이며, 또한, 이러한 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치용 부재 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 박형화나 경량화가 용이한 점이나, 소비 전력을 저감시킬 수 있는 점, 플리커를 발생시키기 어려운 점 등의 이점이 있기 때문에, 텔레비전이나 의료 기기 등 여러 가지 분야에 사용되고 있지만, 사용자가 액정 표시 화면을 보는 각도에 따라서는 광 누설이나 계조 반전 현상을 발생시키는 문제, 즉 시야각이 좁다는 문제를 안고 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 액정셀로부터의 출사광이나 액정셀로의 입사광을 제어하는 광학 소자를 형성한 액정 표시 장치가 제안되어 있다.

이 경우, 광학 소자로는, 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름을 1 축 연신이나 2 축 연신 처리한 필름재 외에, 액정 분자를 특정 방향으로 배향시켜 고정한 층을 사용한 광학 소자가 제안되어 있다.

특허문헌 1 에는, 필름면의 법선 방향으로 분자쇄를 배향시킨 고유 굴절률값 이 정 (正) 인 네마틱 액정 폴리머로 이루어지는 시각 보상 필름이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에는, 이 시각 보상 필름은, 유리 기판 등의 표면에 알킬실리콘계나 플루오로알킬실리콘계의 표면 처리제로 수직 배향막을 형성하고, 이것으로 셀을 제작하여, 이 셀에 액정 분자를 밀봉하고 액정 분자를 광중합시켜 얻어지는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, 기판 상에 형성한 수직 배향막 상에 중합성 액정 화합물을 도공함으로써 액정 화합물을 호메오트로픽 배향시킨 액정층을 제조하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 수직 배향막의 형성제로서 장쇄 알킬형 덴드리머 유도체가 사용되고 있다. 또, 특허문헌 2 에는, 이 방법에 의하면, 호메오트로픽 배향시킨 액정층을 구비한 필름재가 얻어지고, 이 필름재는 위상차 필름 등의 광학 필름으로서 사용 가능하다는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판 상에, 액정성 프래그먼트 측쇄를 함유하는 모노머 유닛과 비액정성 프래그먼트 측쇄를 함유하는 모노머 유닛을 함유하는 측쇄형 액정 폴리머를 도공하고, 추가로 당해 액정 폴리머를 액정 상태에서 호메오트로픽 배향시킨 후, 그 배향 상태를 유지한 상태에서 고정화하여 호메오트로픽 배향 액정 필름을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 4 에는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판에, 기판측부터 바인더층, 이어서 앵커 코트층을 형성하고, 앵커 코트층에, 측쇄형 액정 폴리머를 도공하여 호메오트로픽 배향시킨 후, 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지한 채 고정화하여 호메오트로픽 배향 액정 필름을 제조하는 방법이 제안되어 있다. 이 방 법에서는, 측쇄형 액정 폴리머로는, 수직 배향막이 형성되어 있지 않은 기판 상에서 호메오트로픽 배향 액정층을 형성할 수 있는 것이 사용된다.

그러나, 특허문헌 1 의 시각 보상 필름은, 배향막을 갖는 2 장의 기판을 사용하여 셀을 제작하고, 이 공 (空) 셀 내에 액정 분자를 밀봉하여, 액정 분자를 수직 배향시키고, 그 상태를 유지시키면서 액정 분자끼리 광중합한다고 하는 일련의 공정 후에 얻어진다. 이와 같이, 특허문헌 1 의 시각 보상 필름은, 많은 제조 공정을 거쳐 마침내 얻어지는 것이기 때문에, 생산 비용이 현저히 증대된다는 문제가 있다.

특허문헌 2 의 방법에서는, 기판 상에 수직 배향막을 형성하여 호메오트로픽 배향 액정층을 얻을 때, 장쇄 알킬형 덴드리머 유도체라는 특수한 재료를 사용할 필요가 있다. 그래서, 이 방법에 의해 호메오트로픽 배향 액정층을 얻을 경우, 생산 비용이 현저히 증대되어 버린다는 문제가 있다.

특허문헌 3 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은 측쇄형 액정 폴리머로 이루어지고, 호메오트로픽 배향 상태에서 고정되어 있어도 승온에 수반하여 유동성이 증가하고, 열에 의해 복굴절 특성이 용이하게 영향을 받기 때문에, 원하는 복굴절 특성을 유지할 수 있는 온도 범위가 비교적 좁은 데다가, 액정 폴리머를 고정화시킨 부분의 액정 폴리머의 배향성이 불균일화되기 쉽다. 그러면, 이 방법으로 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은, 높은 내열성이 요구되는 액정 표시 장치에 사용하는 것이 곤란하여, 이 액정 필름을 사용할 수 있는 액정 표시 장치가 한정되어 버린다.

또, 이 방법에 의해 얻어진 호메오트로픽 배향 액정 필름을 액정 표시 장치에 사용하는 경우, 이 필름이 고온 환경 하에 놓여지지 않도록 할 필요가 있기 때문에, 이것을 액정 표시 장치의 내부에 배치하기 어렵다. 이 때문에, 특허문헌 3 의 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름에서는, 이것을 액정셀에 설치할 수 있는 위치가 한정되어 버린다는 문제도 있다.

특허문헌 4 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 호메오트로픽 배향 액정 필름은 측쇄형 액정 폴리머로 이루어지기 때문에, 이 방법에서는, 상기한 특허문헌 3 에 기재되어 있는 방법과 동일한 문제를 갖고 있다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 배향이 고정화된 액정성 고분자층으로 이루어지는 복굴절률층을 갖는 광학 소자에 있어서, 상기 복굴절률층이, 가교 가능한 중합성의 액정성 모노머와 상기 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제를 함유하는 액정 조성물을 사용하여 배향시킨 액정성 고분자층을 고정화하여 형성됨으로써, 비용이 저렴하고 내열성이 양호하며 또한 광시야각을 보상할 수 있다는 것을 발견하였다. 단, 확실하게 낮은 헤이즈를 나타내어, 상기 광학 소자를 액정 장치에 사용했을 때 고콘트라스트를 확실하게 실현시키는 것을 가능하게 하는 광학 소자를 제공하는 점에 있어서는, 개량의 여지가 있었다.

본 발명은 상기 기술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 생산 비용을 억제할 수 있음과 함께, 내열성이 양호하고 넓은 온도 범위에서 고정화된 액정성 고분자의 배향이 균일하게 유지되어, 확실하게 낮은 헤이즈, 구체적으로는 0.1 이하의 헤이즈를 나타내며, 원하는 복굴절 특성을 확실하게 유지할 수 있는 광학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 액정 표시 장치의 내부에 설치했을 때, 고정된 액정 분자의 배향성을 충분히 균일한 상태로 유지할 수 있는 광학 소자로서, 고콘트라스트를 확실하게 실현시킬 수 있는 광학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 시야각이 넓은 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

즉, 본 발명은,

(1) 광투과성을 갖는 기재와, 적어도 복굴절률층을 구비하는 복굴절률 기능층을 갖는 광학 소자로서, 상기 복굴절률층이, 말단에 중합성기를 갖는 액정성 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정화하여 이루어지는 구조를 갖고 있고, 상기 복굴절률층 내에는, 상기 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제가 함유되고 있으며, 또한 상기 복굴절률층 상면에 상기 첨가제로 구성되는 첨가제층이 존재하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 광학 소자,

(2) 상기 복굴절률 기능층이, 상기 기재 상면에 형성된 수직 배향막과, 상기 수직 배향막의 상면에 형성된 상기 복굴절률층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자,

(3) 상기 첨가제로서, 상기 수직 배향막에 함유되는 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 하나의 성분 또는 2 이상의 성분이 사용되는 것을 특징으 로 하는 상기 (2) 에 기재된 광학 소자,

(4) 복굴절률층을 구성하는 액정성 모노머가, 모두 거의 균일한 틸트각을 나타내며 배향되어 있는 것을 특징으로 상기 (1) 에 기재된 광학 소자,

(5) 상기 기재와 복굴절률 기능층 사이, 또는 복굴절률 기능층의 상면에 착색층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자,

(6) 광투과성을 갖는 층을 구비한 2 개의 적층 구조체와, 상기 2 개의 적층 구조체 사이에 액정이 밀봉된 액정층을 갖는 액정 표시 장치용 부재에 있어서, 적어도 1 개의 적층 구조체에, 상기 (1) 에 기재된 광학 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 부재,

(7) 광학 소자에 있어서의 복굴절률층이, 상기 액정 표시 장치 부재에 있어서의 액정층측에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (6) 에 기재된 액정 표시 장치용 부재,

(8) 액정을 사이에 두고 양측에 편광판을 구비함과 함께, 전압을 부하 (負荷) 하여 액정층의 배향을 변화시키는 전극부로 이루어지는 층을 구비하는 다층 구조의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 (6) 에 기재된 액정 표시 장치용 부재가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치, 및

(9) 액정을 사이에 두고 양측에 편광판을 구비함과 함께, 전압을 부하하여 액정층의 배향을 변화시키는 전극부로 이루어지는 층을 구비하는 다층 구조의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 (7) 에 기재된 액정 표시 장치용 부재가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 요지로 하는 것이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 광학 소자 (1) 를 나타내는 개념도이다. 광학 소자 (1) 는 기재 (2) 와, 기재 (2) 의 상면에 호메오트로픽 배향한 액정성 모노머 (3) 가 3 차원 가교하고, 이 배향을 고정화시켜 이루어지는 복굴절률층 (4) 으로 형성되어 있다. 복굴절률층 (4) 에는, 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제 (5) 가 함유되어 있으며, 기재 (2) 와 액정성 모노머 (3) 의 계면, 또는 액정성 모노머 (3) 사이에 존재하고 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 광학 소자 (1) 에 있어서의 복굴절률 기능층은 복굴절률층 (4) 만으로 형성되어 있지만, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 있어서의 복굴절률 기능층은 이에 한정되지 않고, 수직 배향막과 복굴절률층으로 구성되어 있어도 된다.

상기 광학 소자 (1) 를 형성하는 공정을 개략적으로 설명하면, 우선, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 기재 (2) 상에, 3 차원 가교 가능한 액정성 모노머 (3) 와, 첨가제 (5) 를 함유하는 복굴절률층 조성액을 도포하고, 기재 (2) 상에 액정성 모노머 (3) 를 호메오트로픽 배향시킨다. 이어서, 활성 방사선을 조사하거나 하여, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 액정성 모노머 (3) 를 3 차원 가교시켜, 상기 호메오트로픽 배향을 기재 (2) 상에 고정화시킨다. 이 때, 첨가제 (5) 는, 기재 (2) 와 액정성 모노머 (3) 의 계면, 또는 액정성 모노머 (3) 사이에 존재하고 있다. 그 후, 복굴절률층 (4) 의 내열성 및 밀착성을 향상시키기 위 해, 상기 도 2(b) 에서 얻어진 형성품을 소성하면, 도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 복굴절률층 (4) 의 표면에, 첨가제 (5) 가 집결되어 첨가제층 (6) 이 형성된다. 또한, 상기 첨가제층 (6) 은 첨가제 (5) 의 비중이 작기 때문에, 소성에 의해 액정성 폴리머 (3) 사이에 존재하고 있던 첨가제 (5) 의 일부가 복굴절률층의 표면에 블리드됨으로써 형성되는 것으로 추찰 (推察) 된다.

본 발명자들은 상기 첨가제층 (6) 의 존재가, 광학 소자의 헤이즈를 높이는 요인이 되고 있으며, 복굴절률층 (4) 에 있어서의 원하는 위상차 제어 기능을 저하시키는 것을 발견하고, 첨가제층 (6) 이 제거된 복굴절률층 (4) 을 구비하는 광학 소자 (1) 를 완성시킨 것이다. 첨가제층 (6) 의 제거 방법은 연마, 에칭 등의 일반적으로 알려져 있는 방법으로 실시할 수 있다. 첨가제층 (6) 은 광학 소자의 표층이 백탁(白濁)되어 있는 사실로부터 그 존재를 확인할 수 있기 때문에, 연마 등의 수단으로 백탁되어 있는 표층을 제거함으로써, 첨가제층 (6) 이 제거된 사실을 확인할 수 있다. 또는, 첨가제층의 두께는, 광학 소자의 설계 및 활성 방사선의 조사량이나 굽기 처리 등의 제조 조건에 따라 결정되기 때문에, 미리, 바람직한 설계 및 제조 조건에서 제조되는 광학 소자에 있어서, 형성되는 첨가제층의 두께를 인식해 두고, 그 두께분만큼 광학 소자의 표면을 연마 또는 에칭 등에 의해 삭제함으로써 첨가제층을 제거해도 된다.

이하에, 본 발명의 광학 소자에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3 에 나타내는 본 발명의 광학 소자 (1a) 는, 광투과성을 갖는 기재 (2) 와, 수직 배향막 (10) 과, 첨가제 (5) 를 내부에 갖는 복굴절률층 (4) 이 순서대로 위치하여 구성된다. 또한, 광학 소자 (1a) 에서는, 복굴절률 기능층은 수직 배향막 (10) 및 복굴절률층 (4) 으로 구성되는데, 본 발명에 있어서의 복굴절률 기능층은, 이에 한정되는 것이 아니라, 첨가제 (5) 에 의해 충분히 액정성 모노머 (3) 의 호메오트로픽 배향이 촉진되는 경우에는, 수직 배향막을 반드시 형성하지 않아도 된다.

기재 (2) 는 광투과성을 갖는 기판 (2a) 으로 이루어지는 층을 구비하고, 기판 단층으로 이루어지는 구조로 구성되어도 되고, 기판 (2a) 을 다수 중첩하여 이루어지는 다층 구조로 구성되어도 되며, 기판 (2a) 으로 이루어지는 층에 소정의 기능을 구비한 기능성층 (2b) 을 적층하여 구성해도 된다. 예를 들어, 기재 (2) 로서, 기판 (2a) 의 양면에 기능성층 (2b) 을 형성해도 되고 (도 4(a)), 기판 (2a) 의 편면에 기능성층 (2b) 을 형성하고 있는 것이어도 되며 (도 4(b)), 기판 (2a) 의 내부에 기능성층 (2b) 을 형성하고 있는 것이어도 된다 (미도시).

또한, 도 4∼도 9 에 나타내는 본 발명은, 편의상, 복굴절률층 (4) 에 존재하는 첨가제의 기재를 생략한다.

기판 (2a) 으로는, 광학적으로 등방성인 것이 사용되는 것이 바람직하지만, 부분적으로 차광성 영역 등을 형성해도 된다. 또, 기판 (2a) 의 광투과율은 적절히 선정할 수 있다. 구체적으로는, 투명 무기 재료 또는 투명 유기 재료에 의해 형성된 판, 시트 또는 필름을 사용할 수 있다.

상기 투명 무기 재료로는, 유리, 규소 또는 석영 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 열 팽창성이 작고 치수 안정성이 양호하며, 또 고온 가열 처리에 있어서의 작업성이 우수한 석영이 바람직하다. 또, 특히 액정 디스플레이용으로서 본 발명의 칼라 필터를 사용하는 경우에는, 유리 중에 알칼리 성분을 함유하지 않는 무알칼리 유리를 기판으로서 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 투명 유기 재료로는, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 트리아세틸셀룰로오스, 또는 신디오택틱ㆍ폴리스티렌 등, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 불소 수지, 또는 폴리에테르니트릴 등, 폴리카보네이트, 변성 폴리페닐렌에테르, 폴리시클로헥센, 또는 폴리노르보르넨계 수지 등, 또는, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리알릴레이트, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 또는 열가소성 폴리이미드 등으로 이루어지는 것을 들 수 있는데, 일반적인 플라스틱으로 이루어지는 것도 사용 가능하다. 특히, 필름으로는, 1 축 연신 또는 2 축 연신한 필름이나, 면내에 리타데이션을 갖는 TAC 필름 등을 사용할 수 있다. 기판 (10) 의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 용도에 따라 0.05㎜∼1.5㎜ 정도로 하는 것이 일반적이다.

기능성층 (2b) 은 광의 상태를 변화시키는 기능을 갖는 층으로서, 복굴절률층 (4) 과는 다른 층으로, 액정 분자를 수평으로 배향시키는 수평 배향막이나 액정 분자를 수직하게 배향시키는 수직 배향막, 착색층, 광을 반사시키는 반사판, 편광판 등이 구체적으로 예시된다. 또, 기능성층 (2b) 은 기판 (2a) 의 전체면에 형성될 뿐만 아니라, 기판 (2a) 면에 부분적으로 형성되고 있어도 된다.

수직 배향막 (10) 은 액정성 모노머의 호메오트로픽을 촉진하는 성분, 예를 들어, 가용성 폴리이미드, 폴리아믹산, 계면 활성제, 커플링제, 또는 이들의 조합 등의 성분을 함유하는 액을 막 조성액으로서 사용하고, 이 막 조성액을 플렉소 인쇄나 스핀코트 등의 방법으로 도포한 것을 경화시켜 형성된다.

수직 배향막 (10) 은 그 막 두께가 0.01∼1㎛ 정도의 범위인 것이 바람직하다. 수직 배향막 (10) 의 막 두께가 0.01㎛ 보다도 얇으면, 액정을 호메오트로픽 배향시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, 수직 배향막 (10) 의 막 두께가 1㎛ 보다도 두꺼우면, 이 수직 배향막 (10) 자체가 광을 난반사시켜 광학 소자의 광투과율이 크게 저하될 우려가 있다.

가용성 폴리이미드, 폴리아믹산 등을 함유하는 막 조성액으로는, 구체적으로는, 닛산화학사 제조의 SE-7511 이나 SE-1211, 또는 JSR 사 제조의 JALS-2021-R2 등을 예시할 수 있다.

또한, 수직 배향막 (10) 을 형성하는 폴리이미드로는, 장쇄 알킬기를 갖는 것이, 광학 소자에 형성되는 복굴절률층 (3) 의 막 두께를 넓은 범위에서 선택할 수 있어 바람직하다.

계면 활성제 및/또는 커플링제를 함유하는 막 조성액을 사용하여 수직 배향막 (10) 을 형성하는 경우, 계면 활성제로는, 분자 형상이 막대 형상인 중합성 액정을 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 것이면 되는데, 단, 복굴절률층의 형성시에 액정을 액정상(相)으로의 전이 온도까지 가열할 필요가 있기 때문에, 복굴절률층과 함께 가열되는 수직 배향막을 형성하는 계면 활성제나 커플링제는, 이러한 전이 온도에서도 분해되지 않을 정도의 내열성을 갖고 있을 것이 필요하다. 또, 복굴 절률층의 형성시, 액정은 유기 용매에 용해시키기 때문에, 복굴절률층에 접하는 수직 배향막을 형성하는 계면 활성제나 커플링제는, 액정을 용해시키는 유기 용매와 친화성이 높은 것이 바람직하다. 이러한 것이라면, 계면 활성제는 비이온계, 양이온계, 음이온계 등의 종류를 한정하지 않고, 1 종류의 계면 활성제만을 사용해도 되고, 복수 종의 계면 활성제를 병용해도 된다. 커플링제도 계면 활성제의 경우와 동일하게 종류에 한정되지 않고, 복수 종을 병용해도 된다.

상기 계면 활성제로는, 예를 들어, (a) 알킬쇄 또는 장쇄 알킬 측쇄를 갖고 있는 것, (b) 알킬쇄 또는 장쇄 알킬 측쇄를 갖고, 또한, 알킬쇄의 적어도 일부, 또는 장쇄 알킬 측쇄의 적어도 일부가 불소 치환되어 있는 것, 또는, (c) 측쇄를 갖는 계면 활성제로서, 측쇄에 불소 원자가 함유되어 있는 것, 등을 들 수 있다. 특히, 복굴절률층 (4) 의 막 두께를 두껍게 해도 중합성 액정을 호메오트로픽 배향시키려면, 계면 활성제는 발수성 또는 발유성이 강한 것이 바람직하다.

구체예에는, 발수성 또는 발유성이 강한 계면 활성제로는, (i) 레시틴, (ii) 옥타데실디메틸(3-트리메톡시실릴프로필)암모늄클로라이드, (iii) 헥사데실아민, (iv) 아데카민 4DAC-85 (아사히덴카 공업사 제조의 계면 활성제의 상품명), (v) 드라이폰 600E (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명), (vi) 드라이폰 Z-7 (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명), 및, (vii) NK 가드 NDN-7E (닛카 화학사 제조의 계면 활성제의 상품명) 등을 들 수 있다.

상기 커플링제로는, 구체적으로는, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 데실트리에톡시실란, n-도데실트리메톡시실란, n-도데 실트리에톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란 등의 실란 화합물을 가수분해하여 얻어지는 실란 커플링제를 들 수 있다.

특히, 복굴절률층 (4) 의 액정 분자를 보다 강하게 호메오트로픽 배향시키는 것으로는, 불소계 실란 커플링제를 들 수 있다.

구체적으로는, 퍼플루오로알킬실란, 펜타플루오로알킬실란, 펜타플루오로페닐트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐트리에톡시실란, 펜타플루오로페닐프로필트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐프로필트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리플루오로프로필트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로데실트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로데실트리에톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로오실트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H,-퍼플루오로오실트리에톡시실란, 3-(헵타플루오로이소프로폭시)프로필트리메톡시실란, 3-(헵타플루오로이소프로폭시)프로필트리에톡시실란 등의 불소계 실란 화합물을 가수분해하여 얻어지는 불소계 실란 커플링제를 들 수 있다.

다음으로, 복굴절률층 (4) 에 대하여 설명한다. 복굴절률층 (4) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 약간 가늘고 긴 분자 형상의 액정성 모노머 (3) 를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 액정성 모노머 (3) 끼리를 가교시켜 이루어지는 가교 고분자 구조를 가지고 형성된다.

또한, 도 3 및 도 5 에서는, 편의상, 액정성 모노머 (3) 끼리의 결합 상태를 나타내는 결합수(手)에 대한 도시를 생략하고 있다.

복굴절률층 (4) 에 있어서, 액정성 모노머 (3) 와 수직 배향막 (10) (또는, 수직 배향막 (10) 을 형성하지 않는 경우에는, 기재 (2)) 과의 계면, 및 액정성 모노머 (3) 사이에 첨가제 (5) 가 존재하고 있다. 첨가제 (5) 로는, 상기 기술한 액정성 고분자의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 성분, 예를 들어, 폴리이미드, 계면 활성제, 커플링제, 또는 이들의 조합 등을 사용할 수 있다. 수직 배향막 (10) 을 형성하지 않고 복굴절률층 (4) 만으로 복굴절률 기능층을 형성할 때에는, 상기 첨가제 (5) 는 폴리이미드, 계면 활성제, 커플링제, 또는 이들의 조합으로부터 임의로 결정할 수 있다. 한편, 수직 배향막 (10) 을 형성하고, 이어서 복굴절률층 (4) 을 형성하여 복굴절률 기능층을 형성하는 경우에는, 첨가제 (5) 는, 수직 배향막 (5) 을 구성하는 성분 (즉, 폴리이미드, 계면 활성제, 커플링제, 또는 이들의 조합 등) 과 동일한 성분을 사용하는 것이 바람직하다.

복굴절률층 (4) 은 액정성 모노머 (3) 의 가교도가 80 이상 정도인 것이 바람직하고, 90 이상 정도인 것이 보다 바람직하다. 복굴절률의 가교도가 80 보다 작으면, 균일한 배향성을 충분히 유지하지 못할 우려가 있다.

복굴절률층 (4) 에서는, 가교 고분자 구조를 구성하는 단위인 액정성 모노머 (3) 의 틸트각에 대하여, 복굴절률층 (4) 의 수직 배향막 (10) 과의 경계면에 가장 가까운 위치에 있는 액정 (예를 들어, 액정성 모노머 (3a)) 분자의 틸트각과, 이 액정 분자에 대해 복굴절률층의 두께 방향 (화살표 L, M 을 따른 방향) 에서 가장 떨어진 위치에 있는 액정 (예를 들어, 액정성 모노머 (3b)) 분자의 틸트각이 대략 동일한 것이 바람직하다 (도 3 참조). 이 경우, 복굴절률층 (4) 에 있어서의 액정성 모노머 (3) 각각의 틸트각은, 이 두께 방향으로 대략 균일하게 되어, 복굴 절률층 (4) 에서 균일한 호메오트로픽 배향이 얻어지게 된다. 또한, 복굴절률층 (4) 은, 복굴절률층 (4) 에 있어서의 액정성 모노머 (3) 의 틸트각을, 두께 방향에 걸쳐 각각 서로 동일하게 하고 있는 것이 보다 바람직하다. 특히 복굴절률층 (4) 에는, 액정성 모노머 (3) 의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제 (5) 가 존재하기 때문에, 복굴절률층 (4) 을 구성하는 각 액정성 모노머 (3) 의 틸트각을 대략 동일하게 하는 것이 가능하다.

복굴절률층 (4) 은, 이것을 구성하는 액정성 모노머 (3) 의 굴절률 이방성에 수반하여, 복굴절률층 (4) 에 입사되는 광 (입사광) 에 대해 리타데이션을 발생시킬 수 있다. 리타데이션은 입사광에 대해 발생하는 상광 (常光) 과 이상광의 광로차로서, 리타데이션의 크기는, 상광의 굴절률 (no) 과 이상광의 굴절률 (ne) 로 하면, 복굴절 (Δn) (no 와 ne 의 차) 과 d (복굴절률층 (4) 의 막 두께) 의 곱으로서 주어진다. 따라서, 복굴절률층 (4) 의 리타데이션 및 배향 특성은, 복굴절 (Δn) 과 막 두께에 의해 결정되기 때문에, 이 관점에서, 복굴절 (Δn) 은 0.03∼0.20 정도가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05∼0.15 정도가 바람직하다. Δn 이 0.03 미만이면, 충분한 리타데이션을 얻기 위해 위상차 제어 기능층의 막 두께를 증대시킬 필요가 있지만, 막 두께가 지나치게 두꺼우면 공기측 계면 부근의 액정성 고분자가 규정되는 배향을 유지시킬 수 없게 될 우려가 있다. 또, 위상차 제어 기능층의 막 두께는 0.1㎛∼5㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 상기 막 두께가 0.1㎛ 미만이면, 충분한 위상차 제어 기능이 발휘되지 않을 우려가 있다. 상기 기술에 의해 얻어지는 복굴절률층 (4) 의 리타데이션의 크기로는, 1㎚ 이하인 것이 바람직하고, 0.1㎚ 이하인 것이 보다 바람직하며, 이상적으로는 제로인 것이 바람직하다.

상기 복굴절의 측정에 대해서는, 리타데이션과 막 두께의 측정에 의해 실시할 수 있다. 리타데이션의 측정으로는, KOBRA-21 시리즈 (오우시 계측 기기) 등의 시판되는 장치를 사용할 수 있다. 측정시에 있어서의 측정 파장은, 가시광역 (380㎚∼780㎚) 인 것이 바람직하고, 비시감도가 가장 큰 550㎚ 부근에서 측정하는 것이 보다 바람직하다. 또, 막 두께 측정에 대해서는, DEKTAK (Sloan) 의 촉침식 단차계 등의 시판되는 장치를 사용할 수 있다.

복굴절률층 (4) 을 구성하는 액정성 모노머 (3) 로는, 실온에서 액정 상태를 고정화시킬 수 있는 것으로, 상세하게는 분자 구조 중에 불포화 2 중 결합을 갖고, 액정 상태에서 가교 가능한 것 (중합성 액정을 포함함) 을 사용할 수 있다. 특히, 중합성 액정으로는 분자의 말단에 불포화 2 중 결합을 갖는 것이 사용된다. 이러한 가교 가능한 액정성 모노머 재료의 일례로는, 예를 들어, 하기 [화학식 1]∼[화학식 2] 에 예시하는 화합물 (Ⅰ) 이나, [화학식 11] 에 나타내는 일반 화학식에 포함되는 화합물 (Ⅱ) 를 들 수 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 액정성 모노머 재료로는, [화학식 1]∼[화학식 10] 에 예시하는 화합물 (Ⅰ) 중 1 종의 화합물 또는 2 종 이상의 혼합물, [화학식 11] 에 나타내는 일반 화학식에 포함되는 화합물 (Ⅱ) 중 1 종의 화합물 또는 2 종 이상의 혼합물, 또는 이들의 조합에 의한 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 일반 화학식 [화학식 11] 에 포함되는 액정성 모노머의 경우, 방향환의 양단에 위치하는 알킬기의 장쇄를 나타내는 X 가 4∼6 ( 정수) 인 것이 바람직하다.

(또한, X 는 4 내지 6 의 정수이다.)

본 발명의 광학 소자에 있어서의 복굴절률층 (4) 은, 상기한 바와 같은 액정성 모노머 (3) 와, 용매와, 첨가제 (5) 를 배합하여 이루어지는 복굴절률층 조성액을 수직 배향막 (10) (또는, 기재 (2)) 에 도공하여 도막을 형성하고, 이 도막 중에 함유되는 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태로 하고, 이 상태를 유지하 면서 액정성 모노머 (3) 끼리를 가교시켜 형성할 수 있다. 또한, 복굴절률층 (4) 은, 각종 인쇄 방법이나 포토리소그래피법을 사용하여 수직 배향막 (10) 상에 패터닝되어 형성되어도 된다. 또, 수직 배향막 (10) 을 형성하지 않고 복굴절률층 (4) 만으로 복굴절률 기능층을 형성하는 경우에는, 복굴절률 조성액을 직접 기재 (2) 상에 도공하여 도막을 형성할 수 있다.

상기 용매로는, 액정을 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 톨루엔 등의 각종 유기 용매를 사용할 수 있다. 단, 용매는, 복굴절률층 조성액을 도공할 때, 수직 배향막 (10) 에 균일한 두께로 도공할 수 있는 것이 바람직하다.

복굴절률층 조성액에 있어서의 액정성 모노머 (3) 의 배합량은 도공 방법, 막 두께, 용매의 종류 등에 따라 다르지만, 10∼50 중량% 의 범위 내인 것이 바람직하다. 복굴절률층 조성액은, 첨가제 (5) 와 액정성 모노머 (3) 의 배합 비율이 중량 비율로 1/7 내지 1/3 이다.

본 발명에 있어서의 첨가제 (5) 로는, 상기 기술한 분자 형상이 막대 형상으로서 중합성의 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진할 수 있는 화합물이라면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 첨가제 (5) 로서, 상기 기술한 폴리이미드, 계면 활성제, 커플링제 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 사용하는 첨가제 (5) 의 배합량은 기재의 재질, 복굴절률층의 막 두께, 사용하는 첨가제의 배향 규제력 등에 따라 다르지만, 예를 들어, 바람직한 배합량으로서 이하의 범위를 들 수 있다.

복굴절률층 조성액에 있어서의 첨가제 (5) 로서 가용성 폴리이미드, 폴리아믹산을 배합하는 경우의 배합량은, 중합성 액정의 총량에 대해 12.5∼25 중량% 로 하는 것이 바람직하고, 15∼22.5 중량% 로 하는 것이 더욱 바람직하다. 첨가제 (5) 인 가용성 폴리이미드, 폴리아믹산의 배합량이 12.5 중량% 보다 작으면, 충분히 균일하게 호메오트로픽 배향된 복굴절률 조성물을 얻기 곤란해질 우려가 있고, 25 중량% 보다도 크면, 광의 투과율이 저하될 우려가 있다.

또, 첨가제 (5) 로서 커플링제 또는 계면 활성제를 배합하는 경우의 배합량은, 중합성 액정의 총량에 대해 0.001∼5 중량% 로 하는 것이 바람직하고, 0.01∼1.0 중량% 로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.05∼0.5 중량% 로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 첨가제 (5) 로서, 상기 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진할 수 있는 화합물을 복수 조합하여 사용할 수도 있다. 조합할 때의 배합량은, 기재의 재질, 복굴절률층의 막 두께, 사용하는 첨가제의 배향 규제력 등에 따라 다르기 때문에, 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제와 실란 커플링제를 조합하여 첨가제 (5) 로 하는 경우에는, 사용하는 실란 커플링제의 배향 규제력 등에 따라 다르지만, 질량비로, 커플링제의 고형분의 1/100∼1/1 정도의 범위 내에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 또, 시판되는 수직 배향막 용액의 희석액을 첨가제 (5) 로서 사용해도 되고, 이 경우에는, 첨가제 (5) 의 배합량은, 이 수직 배향막 용액의 조성 비율을 그대로 채용할 수 있다.

또한, 복굴절률층 조성액에는, 필요에 따라 광중합 개시제, 증감제가 첨가되 어도 된다.

광중합 개시제로는, 예를 들어, 벤질 (또는, 비벤조일), 벤조인이소부틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산메틸, 4-벤조일-4'메틸디페닐술피드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-디메틸아미노벤조에이트, p-디메틸아미노벤조산이소아밀, 3,3'-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메티로벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등을 들 수 있다.

복굴절률층 조성액에 광중합 개시제가 배합되는 경우, 광중합 개시제의 배합량은 0.01∼10 중량% 이다. 또한, 광중합 개시제의 배합량은, 액정 분자의 배향을 가능한 한 손상시키지 않을 정도인 것이 바람직하고, 이 점을 고려하여, 0.1∼7 중량% 인 것이 바람직하고, 0.5∼5 중량% 인 것이 보다 바람직하다.

또, 복굴절률층 조성액에 증감제가 배합되는 경우, 증감제의 배합량은, 액정 분자의 배향을 크게 손상시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있으며, 구체적으로는 0.01∼1 중량% 의 범위 내에서 선택된다.

또, 광중합 개시제 및 증감제는 각각 1 종류만 사용되어도 되고, 2 종류 이 상이 병용되어도 된다.

이하에, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에는, 계면 활성제를 사용하여 형성되는 수직 배향막과, 첨가제로서 수직 배향막과 동일한 성분인 계면 활성제를 함유하는 복굴절률층 조성액을 사용하여 형성되는 복굴절률층으로 형성되는 복굴절률 기능층을 갖는 광학 소자를 사용한다.

우선, 상기한 바와 같은 재료를 사용하여 계면 활성제를 함유하는 막 조성액을 조정하고, 이것을 광투과성을 갖는 기재 (2) 의 상면에, 플렉소 인쇄나 스핀코트 등의 방법으로 도포하여 수직 배향막용 도막을 제작하고, 추가로 이 수직 배향막용 도막을 경화시킴으로써, 기재에 수직 배향막이 형성된 수직 배향막 형성 기재를 얻는다.

다음으로, 중합성 액정인 액정 모노머와 계면 활성제를 용매에 용해시켜 복굴절률층 조성액을 조정하고, 이것을 상기 수직 배향막 형성 기재에 도포하여 복굴절률층용 도막을 제작한다.

우선, 상기 복굴절률층 조성액을 다이코트, 바코트, 슬라이드코트, 롤코트 등과 같은 각종 인쇄법이나 스핀코트 등의 방법으로 상기 수직 배향막 형성 기재 상에 도포하고, 복굴절률층 조성액이 도포된 기재를 건조시킴으로써, 복굴절률층용 도막을 형성한다. 이 때, 복굴절률층 조성액이 도포된 기재는 대기압 하에서 자연 건조시킬 수 있다.

또한, 수직 배향막 형성 기재 표면의 발수성 또는 발유성이 높은 경우에는, 액정을 호메오트로픽 배향시킬 수 있는 범위 내에서 UV 세정이나 플라즈마 처리를 개재시킴으로써, 복굴절률층 조성액을 도포하고자 하는 수직 배향막 형성 기재면의 습윤성을 미리 높여도 된다.

다음으로, 복굴절률층용 도막에 함유되는 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시킨다.

구체적으로는, 복굴절률층용 도막을 가열하여, 복굴절률층용 도막의 온도를, 이 도막 중의 액정이 액정상이 되는 온도 (액정상 온도) 이상, 이 도막 중의 액정이 등방상 (액체상) 이 되는 온도 미만으로 함으로써, 액정을 호메오트로픽 배향시킨다. 이 때, 복굴절률층용 도막의 가열 수단은 특별히 한정되지 않아, 가열 분위기 하에 두는 수단이어도 되고, 적외선으로 가열하는 수단이어도 된다.

또한, 액정을 호메오트로픽 배향시키는 방법은, 상기 방법에 한정되지 않고, 예를 들어, 복굴절률층용 도막에 함유되는 액정 모노머나 이 도막의 상태에 따라, 복굴절률층용 도막을 감압 건조시키는 방법에 의해서도 실현시킬 수 있고, 또는 복굴절률층용 도막에 대해 소정 방향으로부터 전기장이나 자기장을 부하하는 방법에 의해서도 실현시킬 수 있다.

복굴절률층용 도막을 감압 건조시킴으로써, 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시키는 경우에는, 감압 상태로 함으로써 복굴절률층용 도막을 과냉각 상태로 할 수 있으며, 복굴절률층용 도막 중의 액정 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지한 채 이 도막을 실온까지 더욱 냉각시킬 수 있다. 그러면, 액정 모노머를 가교 반응시킬 때까지, 효율적으로 액정을 호메오트로픽 배향시킨 상태가 유지된다.

다음으로, 복굴절률층용 도막 중에 호메오트로픽 배향한 액정을 가교 반응시키고, 이 배향을 고정화시킨다.

이 가교 반응은, 액정 모노머의 감광 파장의 광을 복굴절률층용 도막에 조사함으로써 진행된다. 이 때, 복굴절률층용 도막에 조사하는 광의 파장은, 이 도막 중에 함유되고 있는 액정 모노머의 종류에 따라 적절히 선택된다. 또한, 복굴절률층용 도막에 조사하는 광은, 단색광에 한정되지 않고, 액정의 감광 파장을 포함하는 일정한 파장역을 가진 광이어도 된다. 구체적으로는, 자외선 등의 활성 방사선을 조사하는 것이 일반적이다.

액정의 가교 반응은, 액정이 액정상에서 등방상으로 상전이(相轉移)되는 온도보다도 1∼10℃ 낮은 온도까지 복굴절률층용 도막을 가열하면서 가교 반응을 실시하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 이 가교 반응시에 액정의 호메오트로픽 배향의 흐트러짐을 저감시킬 수 있다. 또, 이 관점에서, 가교 반응을 실시하는 온도는, 액정이 액정상에서 등방상으로 상전이되는 온도보다도 3∼6℃ 낮은 온도인 것이 보다 바람직하다.

액정의 가교 반응은, 불활성 가스 분위기 중에서, 복굴절률층용 도막을 액정상 온도로까지 가열하면서 액정의 감광 파장의 광을 도막에 조사하는 방법으로 실시되어도 된다. 상기 방법에서는, 불활성 분위기 하에서 액정이 가교되어 있고, 공기 분위기 하에서 액정이 가교되는 경우와 비교하여, 수직 배향막으로부터 떨어진 위치에 있는 액정 분자의 호메오트로픽 배향의 흐트러짐을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.

또, 액정의 가교 반응은, 불활성 가스 분위기 중 또는 공기 분위기 중에서, 복굴절률층용 도막을 액정상 온도까지 가열하면서 액정의 감광 파장의 광을 도막에 조사하여 가교 반응을 부분적으로 진행시켜 (부분적 가교 공정이라고 함), 부분적 가교 공정 후, 액정이 결정상이 되는 온도 (Tc) 까지 복굴절률층용 도막을 냉각시키고, 이 상태에서 추가로 감광 파장의 광을 복굴절률층용 도막에 조사하여 가교 반응을 진행시켜 완료시키는 방법으로 실시되어도 된다. 또한, 상기한 온도 Tc 는, 가교 반응을 진행시키기 전의 복굴절률층용 도막에서 액정이 결정상이 되는 온도이다.

부분적 가교 공정에서는, 온도 Tc 까지 복굴절률층용 도막을 냉각시켜도, 그 도막 중에 포함되는 액정의 호메오트로픽 배향성이 유지될 정도로 가교 반응이 진행되고 있다. 따라서, 부분적 가교 공정에 있어서의 가교 반응의 진행의 정도는, 복굴절률층용 도막 중의 액정의 종류나, 그 도막의 막 두께 등에 따라 적절히 선택되지만, 대체로, 부분적 가교 공정에서는 액정의 가교도가 5∼50 이 될 때까지 가교 반응을 진행시키는 것이 바람직하다.

상기 가교 공정을 종료시킴으로써, 기재와, 수직 배향막과, 호메오트로픽 배향하고, 또한 가교함으로써 이 배향이 고정화된 액정성 모노머로 이루어지는 복굴절률층을 구비하는 액정층이 형성된다.

상기 가교 공정에 이어서, 광학 소자를 소성한다. 소성 공정은 복굴절률층의 내열성 및 밀착성을 향상시킬 수 있기 때문에 중요한 공정이다. 그러나 한편, 소성함으로써, 복굴절률층의 표면에, 첨가제로서 사용한 계면 활성제가 블리 드되고 응집되어 첨가제층이 형성된다.

상기 소성 공정은, 가교 공정을 종료시킴으로써 얻어진 상기 광학 소자를 일정 온도로 가온 (加溫) 한 오븐 등에 설치하고, 가열함으로써 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기 소성 공정을, 공기 분위기 하 또한 대기압 하에서, 아즈완 (AS ONE) 의 「열풍 순환 오븐 KLO-60M」을 사용하여 실시할 수 있다. 소성 온도 및 소성 시간은 광학 소자의 두께, 특히 복굴절률층의 두께나, 사용되는 액정성 모노머의 종류 등에 따라 적절히 결정할 수 있는데, 0.5 시간 이상 2.5 시간 이하로서, 200℃ 이상 250℃ 이하인 것이 바람직하다. 소성 공정에서의 소성 시간이 2.5 시간을 초과하면, 광학 소자에 황변 등이 발생하여, 이 광학 소자의 투과율을 낮출 우려가 있고, 또 0.5 시간 미만이면, 밀착성, 내열성, 경화도가 낮아짐으로써, 충분한 내구성이 얻어지지 않을 우려가 있다.

소성 후, 상기 계면 활성제로 구성되는 첨가제층을 제거한다. 첨가제층의 제거 방법은, 첨가제층을 제거할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 연마 장치를 사용하여 연마하는 방법, 스핀코터를 사용하여 용제 처리에 의해 제거하는 방법, 또는 플라즈마 에칭 장치를 사용하여 제거하는 방법 등이 있다. 첨가제층 제거시에 있어서, 하방에 위치하는 복굴절률층의 일부까지도 제거해 버리면, 복굴절률층의 위상차 제어 기능을 저하시키는 원인이 되기 때문에, 제거량을 조정할 수 있는 방법이 바람직하다. 첨가제층의 두께는, 가교 공정에 있어서의 광의 조사량, 첨가제의 종류나 첨가량 등에 의해 결정되기 때문에, 미리 광학 소자를 설계하여 제조할 때, 형성되는 첨가제층의 두께를 인식해 둠으로써, 복굴절률층까지도 깎아내는 것을 방지할 수 있다.

상기 기술한 바와 같이 본 발명의 광학 소자에서는, 액정성 모노머가 호메오트로픽 배향된 상태에서 고정화되어 이루어지는 복굴절률층을 갖고, 또한 이 복굴절률층의 상면에 형성되는 첨가제층이 제거되어 있기 때문에, 우수한 위상차 제어 기능을 발휘하여, 헤이즈를 확실하게 0.1 이하로 할 수 있다. 따라서, 이 광학 소자는, 두께 방향의 투명도를 향상시킨 것으로서, 광학 소자의 두께 방향으로, 굴절률이 불연속인 부분의 발생이 억제되어 있어, 광학 소자를 두께 방향으로 통과하는 광의 산란을 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서의 광학 소자 (1) 에서는, 복굴절률층 (4) 이 액정성 모노머 (3) 를 호메오트로픽 배향시킨 상태를 유지하면서 가교 중합화한 구조를 갖기 때문에, 이 복굴절률층 (4) 의 두께 방향을 z 축으로 하여 xyz 직교 좌표를 상정했을 때, x 축 방향의 굴절률 (nx) 과 y 축 방향의 굴절률 (ny) 은 거의 같은 값이 되고, z 축 방향의 굴절률 (nz) 은, 굴절률 (nx, ny) 보다도 커지도록 할 수 있다. 따라서, 광학 소자 (1) 는, 복굴절률층 (4) 을, 굴절률이 nz＞nx=ny 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 즉 그 두께 방향 (z 축 방향) 으로 광축을 가짐과 함께 1 축성의 복굴절률 특성을 갖는 층으로 할 수 있어, 소위 「+C 플레이트」로서 기능하게 할 수 있으며, 광의 리타데이션에 대해 광학 보상할 수 있는 위상차 제어 기능을 갖는 부재로서 기능시킬 수 있다.

본 발명의 광학 소자는, 액정을 호메오트로픽 배향 상태에서 고정시키고 있기 때문에, 예를 들어, 위상차를 제어하는 소자, 광학 보상 소자 등, 광의 편광 상 태를 제어하기 위한 소자로서 사용할 수 있는 것으로, 상기한 바와 같이 광의 산란을 억제할 수 있는 것과 합치면, 보다 정교하고 치밀하게 위상차를 제어하는 기능을 갖는 소자가 된다. 그래서, 이 광학 소자에 의하면, 보다 정밀하게 광 누설을 저감시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 되어, 시야각이 보다 확대된, 그리고 콘트라스트가 보다 향상된, 게다가 액정 표시 화면의 색편차가 억제된 액정 표시 장치를 제조할 수 있게 된다.

이 광학 소자 (1) 는 복굴절률층 (4) 이 가교된 구조를 갖고 있기 때문에, 복굴절 특성이 열에 의한 영향을 받기 어렵다.

이 광학 소자 (1) 는 기재 (2) 에 막 조성액을 도포하여 수직 배향막 (10) 을 제작하고, 그 막 상에 복굴절률층 조성액을 도포하고, 액정을 배향시켜 액정을 가교시킨다는 비교적 간단한 공정에 의해 복굴절률층 (4) 을 형성할 수 있기 때문에, 그 생산 비용을 억제하기 쉽다.

그리고, 이 광학 소자 (1) 는, 액정성 모노머 (3) 의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제 (5) 를 함유한 복굴절률층 조성액을 사용하여 형성된 복굴절률층 (4) 을 갖는다. 이로 인하여, 광학 소자 (1) 는, 복굴절률층 (4) 을, 기재 (2) 또는 수직 배향막 (10) 으로부터 이간시킨 위치의 액정성 모노머 (3) 의 호메오트로픽 배향의 정도를, 기재 (2) 또는 수직 배향막 (10) 에 근접하는 액정성 모노머 (3) 의 호메오트로픽 배향의 정도로 근접시킨 상태로 할 수 있어, 복굴절률층 (4) 의 두께 방향으로, 액정을 보다 균일하게 호메오트로픽 배향시킨 상태를 형성할 수 있다.

이 광학 소자 (1) 에 의하면, 액정 패널을 구성하는 부재에 일체적으로 적층 형성할 수 있어, 별도로 위상차 제어 부재를 형성하지 않고 광학 기기를 설계하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서의 광학 소자는, 제 1 형태의 광학 소자의 외면 및 기판 표면 중, 적어도 어느 하나의 면에, 광의 상태를 변화시키는 기능을 갖고 복굴절률층과는 다른 기능성층이 적층되어 있는 것이어도 된다 (이하,「제 2 형태」라고 함).

제 2 형태의 광학 소자에 대하여, 제 1 형태의 광학 소자의 외면에, 복굴절률층과는 복굴절률 특성이 다른 층이 기능층으로서 형성되어 있는 경우를 예로서 설명한다. 제 2 형태의 광학 소자로는, 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 기능층 (2c) 을, 기판 (2) 과 수직 배향막 (10) 사이에 위치하도록 하여 형성할 수 있다.

상기 제 2 형태의 광학 소자에 있어서의 기능층 (2c) 은, 제 1 형태에 있어서의 복굴절률층의 복굴절률 특성 (+C 플레이트) 과는 다른 복굴절률 특성을 갖는 층 (이하,「이(異)복굴절률층」이라고 함) 이어도 된다.

구체적으로는, 이복굴절률층은, 상기한 굴절률이 nz=nx＜ny 또는 nz=ny＜nx 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 소위 「+A 플레이트」로서 기능하는 층이어도 되고, 또, 상기한 굴절률이 nz＜nx=ny 인 복굴절률 특성을 갖는 층, 소위 「-C 플레이트」로서 기능하는 층이어도 된다.

또한, 상기한 소위 「+A 플레이트」로서 기능하는 층은, 액정을 수평 배향시킬 수 있는 수지 재료 등에 의해, 기재면 상이나 복굴절률층 상에 수평 배향막 형 성용 도막을 형성하고, 수평 배향막 형성용 도막의 표면을 러빙 처리나 광 배향 처리를 실시함으로써 수평 배향막을 얻고, 액정을 용매에 용해시킨 용액을 수평 배향막 상에 도공하여 호모지니어스 배향 상태로 고정시킴으로써 얻을 수 있다.

또, 상기한 소위 「-C 플레이트」로서 기능하는 층은, 액정과 카이랄제를 용매에 용해시켜 얻어진 용액을 기재면 상이나 복굴절률층 상에 도공하여 고정시킴으로써 형성될 수 있다.

카이랄제는 액정 분자를 나선 형상으로 배향시키기 위해 첨가되는데, 액정 분자가 근자외선 영역의 나선 피치를 취하면, 선택 반대 현상에 의해 특정 색의 반사색을 발생시키기 때문에, 카이랄제의 배합량은, 선택 반대 현상이 자외 영역이 되는 나선 피치가 얻어지는 양으로 하는 것이 바람직하다.

제 2 형태의 광학 소자는, 복굴절률 특성이 다른 층을 적층하기 때문에, 광학 소자를 구비한 액정 표시 장치를 제조한 경우에, 액정 표시 장치를 통과한 통과광을 인식할 때, 통과광의 리타데이션의 크기가 통과광을 보는 사람의 위치에 따라 변화되는 것을 보다 효율적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서의 광학 소자는, 제 1 형태 또는 제 2 형태의 광학 소자에 있어서, 착색층을 형성하고 있어도 된다 (이하,「제 3 형태」라고 함).

제 3 형태의 광학 소자로서, 기재의 기판에, 기능성층으로서 착색층을 형성하고 있는 경우를 예로서 설명한다 (도 6(a)).

도 6(a) 는 제 3 형태의 광학 소자의 실시예에 있어서의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.

광학 소자 (1b) 에서는, 기재로서 기판 (2a) 을 갖고, 그 편면에 착색층 (11) 이 형성되어 있다. 착색층 (11) 은 소정 파장 영역의 가시광을 투과하는 착색 화소부 (12) 와, 차광부 (13) (블랙 매트릭스 또는 BM 이라고 하는 경우가 있음) 로 이루어진다.

착색 화소부 (12) 는 적색, 녹색, 청색 각각에 대하여 각 색의 파장대의 광을 투과시키는 착색 화소 (각각 적색 착색 화소 (12R), 녹색 착색 화소 (12G), 및 청색 착색 화소 (12B) 라고 함) 를 소정의 패턴으로 배치하여 형성된다. 착색 화소부 (12) 를 구성하는 적색 착색 화소 (12R), 녹색 착색 화소 (12G), 청색 착색 화소 (12B) 의 배치 형태로는, 스트라이프형, 모자이크형, 트라이앵글형 등 여러 가지의 배치 패턴을 선택할 수 있다.

또, 이들의 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 를 대신하여, 각 색의 보색의 파장대의 광을 투과시키는 착색 화소를 사용하는 것도 가능하다.

착색 화소부 (12) 는 각 색의 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 마다, 착색 화소의 착색 재료를 용매에 분산시킨 착색 재료 분산액의 도막을, 예를 들어, 포토리소그래피법으로, 소정 형상으로 패터닝함으로써 형성된다.

또한, 착색 화소부 (12) 는 포토리소그래피법 외에, 각 색의 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 마다, 착색 재료 분산액을 소정 형상으로 도포함으로써 형성할 수도 있다.

차광부 (13) 는 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 끼리의 중첩을 방지함과 함께, 착색 화소 사이의 빈틈을 매워, 근접하는 착색 화소 사이로부터의 광의 누설 (누설 광) 을 억제하고, 또 광학 소자를 액티브 매트릭스 구동 방식의 액정 표시 장치용 부재에 사용한 경우에 있어서의 액티브 소자의 광 열화 등을 억제한다.

따라서, 차광부 (13) 는, 기판 (2a) 면상에 착색 화소가 배치되는 위치에 대응하는 영역을, 개개의 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 마다 평면 위에서 보았을 때 구획화되도록 형성된다. 그리고, 각 색의 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 는, 각각 차광부 (13) 에 의해 구획화된 기판 (2) 면상의 영역의 형성 위치에 따라, 평면 위에서 보았을 때 그 영역을 피복하도록 하여 배치된다.

차광부 (13) 는 예를 들어, 금속 크롬 박막이나 텅스텐 박막 등, 차광성 또는 광흡수성을 갖는 금속 박막을 소정 형상으로 기판면에 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 또, 차광부는 흑색 수지 등의 유기 재료를 소정 형상으로 인쇄함으로써 형성하는 것도 가능하다.

착색층 (11) 은 상기한 바와 같이, 착색 화소를 복수색 구비하는 경우에 한정되지 않고, 착색 화소를 단색 구비하여 구성해도 된다. 이 경우, 착색층 (11) 은 차광부 (13) 를 구비하지 않아도 된다.

또한, 제 3 형태의 광학 소자에 있어서, 착색층 (11) 을 구성하는 착색 화소부 (12), 차광부 (13) 모두가 기판에 형성되어 있는 경우를 예로서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 착색층 중 차광부 (13) 만을 기판에 형성하여 기재로 이루고, 여기에 수직 배향막 (10) 과, 복굴절률층 (4) 을 적층하고, 그 위에, 착색 화소부 (12) 를 배치하여 광학 소자를 형성해도 된다. 이러한 경우에는, 착색 화소 (12) 를 배치하기 전에, 복굴절률층 (4) 표면의 첨가 제층을 제거할 필요가 있다.

도 6(a) 에 나타내는 제 3 형태의 광학 소자에 의하면, 복굴절률층 (4) 은, 기재 (2a) 상의 착색층 (11) 을 피복할 수 있다. 그렇게 하면, 복굴절률층 (4) 의 내열성이 비교적 높기 때문에, 수직 배향막 (10) 이나 복굴절률층 (4) 으로 피복되는 착색 화소부 (12) 의 내열성도 향상시킬 수 있다.

또한, 광학 소자가 착색층을 구비하는 경우에 있어서는, 상기한 것 외에, 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이, 착색층 (11) 이 복굴절률층 (4) 상에 적층되어도 된다. 이러한 경우에는, 착색층 (11) 을 형성하기 전에, 복굴절률층 (4) 의 표면의 첨가제층을 제거할 필요가 있다.

다음으로, 제 1 형태 또는 제 2 형태의 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치용 부재 (제 1 형태의 액정 표시 장치용 부재라고 하는 경우가 있음) 에 대하여 상세하게 설명한다.

도 7(a), 7(b) 는 본 발명의 액정 표시 장치용 부재의 실시예를 나타내는 개략도이다.

또한, 액정 표시 장치용 부재의 실시예로서, 적층 구조체의 일방에 있어서 제 1 형태의 광학 소자가 형성되어 있는 경우에 대하여 설명한다.

도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 장치용 부재 (50a) 는, 광투과성을 갖는 2 개의 적층 구조체 (14) (14a, 14b) 를 구비하고 있으며, 적층 구조체 (14a, 14b) 사이에는 액정층 (17) 이 형성되어 있다.

광학 소자가 형성되어 있지 않은 적층 구조체 (14a) 는, 기판 (16) 과 기판 (16) 상에 형성된 배향막 (15) 을 구비하고, 광학 소자 (1a) 가 형성되어 있는 적층 구조체 (14b) 는, 광학 소자 (1a) 를 형성하는 각 층 (2, 10, 4) 과, 배향막 (15) 을 구비하고 있으며, 또한 적층 구조체 (14) 는, 양방의 적층 구조체 (14a, 14b) 의 배향막 (15, 15) 이 대면하도록 배치되어 있다.

액정층 (17) 은 적층 구조체 (14a, 14b) 사이에 액정이 밀봉되어 형성된다. 밀봉되는 액정은 적절히 선택된다.

액정층 (17) 은 다음에 나타내는 바와 같이 형성된다. 즉, 서로 약간 간격을 두고 대향 배치된 적층 구조체 (14a, 14b) 를, 스페이서 (18) (예를 들어, 구 형상 스페이서 또는 기둥 형상 스페이서) 를 사용하여 양자의 이간 간격 (셀갭) 을 고정시킴과 함께, 시일재 (열경화성 수지) 를 사용하여 적층 구조체 (14a, 14b) 사이에 구획화된 공간부를 형성한다. 이 공간부에 액정 재료를 충전함으로써 액정의 밀봉이 이루어져, 액정층 (17) 이 형성된다.

배향막 (15) 은 적층 구조체 (14) 사이에 형성되는 액정층 (17) 중의 액정을 수평 배향시키기 위한 수평 배향막, 또는, 상기의 액정을 수직 배향시키기 위한 수직 배향막이다. 배향막으로서 수평 배향막 및 수직 배향막 중 어느 쪽을 사용할지는 적절히 선택할 수 있다.

제 1 형태의 액정 표시 장치용 부재 (50a) 는, 복굴절률층 (4) 을 구비한 광학 소자 (1a) 를 형성하고 있기 때문에, 비교적 높은 내열성을 갖는 액정 표시 장치를 저비용 아래에서 얻는 것이 가능하게 됨과 함께, 광학 보상을 실시하기 위해 별도로 위상차 제어 필름재를 개재시켜 장착할 필요도 없어, 액정 표시 장치용 부 재를 폭이 얇게 할 수 있으며, 게다가, 위상차 제어 필름재의 개재 장착시에 도포할 필요가 있던 점착재도 불필요해지기 때문에, 표시 특성을 한층 더 향상시킬 수 있으며, 여러 가지의 용도에 사용할 수 있는 투과형 액정 표시 장치를 저렴하게 제공하는 것이 용이해진다.

또한, 액정 표시 장치용 형성 부재는, 상기한 실시예 외에, 서로 대향하는 적층 구조체 어느 것에나 광학 소자를 형성하도록 구성해도 된다.

또, 이 액정 표시 장치용 부재는, 도 7(b) 에 나타내는 액정 표시 장치용 부재 (50a) 와 같이, 기판 (2) 과 액정층 (17) 사이에 복굴절률층 (4) 이 위치하도록 광학 소자 (1a) 를 형성한 것이어도 된다. 이와 같이 함으로써, 복굴절률층 (4) 이 액정 표시 장치용 부재의 외면에 노정하지 않도록 할 수 있고, 이것을 사용하는 과정에서 외부로부터의 작용력에 의해 복굴절률층 (4) 이 손상될 우려를 억제할 수 있다.

다음으로, 제 3 형태의 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치용 부재 (제 2 형태의 액정 표시 장치용 부재라고 함) 에 대하여 설명한다.

도 8 은 본 발명의 제 2 형태의 액정 표시 장치용 부재 (50b) 의 실시예를 나타내는 개략도이다. 또한, 이 액정 표시 장치용 형성 부재에 있어서, 적층 구조체의 일방에 제 3 형태의 광학 소자를 형성하고 있는 경우를 예로 한다.

제 2 형태의 액정 표시 장치용 부재 (50b) 는, 제 1 형태의 액정 표시 장치용 부재와 동일하게, 광투과성을 갖는 2 개의 적층 구조체 (14a, 14c) 를 구비하고 있으며, 이들 적층 구조체 (14a, 14c) 사이에 액정층 (17) 을 형성하고 있어, 광학 소자 (1b) 를 형성하지 않고 있는 적층 구조체 (14a) 는, 기판 (16) 에 배향막 (15) 을 형성하여 이루어진다.

이 액정 표시 장치용 형성 부재 (50b) 에서, 광학 소자 (1b) 를 형성하고 있는 적층 구조체 (14c) 는, 배향막 (15) 을, 이것과 기판 (2a) 사이에 복굴절률층 (4) 이 위치하도록 배치하고 있으며, 적층 구조체 (14a, 14c) 는 배향막 (15, 15) 을 서로 대향시키도록 배치되어 있다.

적층 구조체 (14c) 에는, 제 3 형태의 광학 소자 (1b) 가 형성됨과 함께, 광학 소자 (1b) 와 배향막 (15) 사이에, 배향막 (15) 을 적층 형성하는 면을 평탄화시키고 또한 복굴절률층 (4) 의 내약품성, 내열성, 내 ITO (산화인듐주석) 성 등을 향상시켜 보호하기 위한 보호층 (21) 을 형성하고 있다.

보호층 (21) 으로는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드 등, 여러 가지의 광경화형 수지 또는 열경화형 수지, 또는 2 액 경화형 수지에 의해 형성할 수 있다. 보호층은 그 재료에 따라, 스핀코트, 인쇄, 포토리소그래피 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 보호층 (21) 의 막 두께는 0.3∼5.0㎛ 이고, 0.5∼3.0㎛ 인 것이 바람직하다.

이러한 구조를 갖는 액정 표시 장치용 형성 부재는 예를 들어, 반사형 액정 표시 장치에 있어서의 칼라 표시용 액정 패널에 사용할 수 있다.

다음으로, 제 1 형태의 액정 표시 장치용 부재를 사용한 액정 표시 장치 (100a) (제 1 형태의 액정 표시 장치) 에 대하여 설명한다. 또한, 실시예에서는, 특히 액정 표시 장치가 수평 배향 모드 (In-Plain Switching 모드, IPS 모드) 방식인 경우를 예로서 설명한다.

도 9(a) 에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 장치용 부재 (50a) 의 양 외면에 편광판 (31, 31) 을 구비함과 함께, 액정 표시 장치용 부재 (50a) 의 적층 구조체 (14a) 를 구성하는 기판 (16) 과 배향막 (15) 사이에 개재되어 형성된 평탄 전극부 (25) 와, 광 조사부 (30) 를 형성하고 있다.

편광판 (31, 31) 은 액정 표시 장치용 부재 (50a) 의 양 외표면에 점착되어 있는데, 양 편광판 (31, 31) 은, 서로 직교 니콜의 관계가 되도록 배치할 수도 있고, 서로 평행 니콜의 관계가 되도록 배치할 수도 있다.

평탄 전극부 (25) 는 액정 구동 전극부 (26) 와, 액정 구동 전극부 (26) 에 전기적으로 대응하여 대향하는 공통 전극부 (27) 로 이루어지고, 액정 구동 전극부 (26) 와 공통 전극부 (27) 가 양쪽 모두에 동일한 기판 (16) 과 액정층 (17) 사이에 배치되어 있다. 평탄 전극부 (25) 는, 전압을 부하하여 액정층 (17) 의 액정 분자의 배향을 변화시킨다.

액정 구동 전극부 (26) 는 매트릭스 형상으로 배치된 다수의 액정 구동 전극 (26a) 을 구비하고, 표면을 평탄화하는 평탄화막 (26b) 을 구비하고 있다.

매트릭스 형상으로 배치된 다수의 액정 구동 전극 (26a) 은, 개개의 액정 구동 전극이 배치된 영역마다 1 개의 화소를 구성한다. 액정 구동 전극 (26a) 은 평면 위에서 보았을 때, 대응하는 화소의 거의 중앙부를 종단한다. 액정 구동 전극 (26a) 은 산화인듐주석 (ITO) 등의 투명 전극 재료에 의해 형성되어 있다.

공통 전극부 (27) 는 액정 구동 전극 (26a) 과의 사이에 전기장을 형성할 수 있는 공통 전극 (27a) 을 구비함과 함께, 액정 구동 전극부 (26) 와 물리적으로 접촉되지 않도록 공통 전극을 피복하는 보호층 (27b) 을 형성하고 있으며, 공통 전극 (27a) 은, 매트릭스 형상으로 정렬하는 각 액정 구동 전극 (26a) 으로 형성되는 각 열에 대해 2 개씩 대응하도록 하여, 대응하는 화소열의 양측으로 나뉘어 배치되어 있다.

공통 전극 (27a) 은 예를 들어, 탄탈 (Ta), 티탄 (Ti) 등의 금속에 의해 형성할 수 있다.

이 액정 표시 장치 (100a) 에서는, 각 화소마다 액정층에 전압이 부하되어, 각 화소마다, 광 조사부 (30) 로부터 받은 광 중 편광판을 통과하는 광의 투과량이 제어된다. 그리고, 액정 표시 장치는 이렇게 한 각 화소마다 편광판을 통과하여 외부로 나간 광이 전체적으로 화상을 형성한다.

제 1 형태의 액정 표시 장치 (100a) 는, 액정 표시 장치용 부재 (50a) 에, 호메오트로픽 배향의 균일성을 높인 가교 구조를 갖는 복굴절률층 (4) 을 갖기 때문에, 내열성이 비교적 높고, 비교적 고온 환경에 노출되는 차재용의 액정 표시 장치로서도 사용할 수 있다. 또, 제 1 복굴절률층 (25) 의 생산 비용을 억제하기 쉽기 때문에, 액정 표시 장치를 저렴하게 제공하는 것도 가능하다. 또, 종래의 액정 표시 장치에서는, 시야각이 좁은 것을 보정하기 위해 위상차를 보정하는 필름재 (위상차 제어 필름) 를 별도로 점착제 등을 사용하여 점착했지만, 이 액정 표시 장치에서는, 그러한 필름재를 형성할 필요가 없어져, 점착제를 형성하기 위한 두께가 불필요해져 장치의 두께를 얇게 할 수 있을 뿐만 아니라, 점착제에 의한 광의 난반사나 흡수 등의 우려도 저감시킬 수 있다.

또한, 제 2 형태의 액정 표시 장치용 부재를 사용한 액정 표시 장치 (100b) (제 2 형태의 액정 표시 장치) 에 대하여 설명한다. 실시예에서는, 특히 액정 표시 장치가 액티브 매트릭스 방식인 경우를 예로서 설명한다 (도 9(b)).

이 액정 표시 장치 (100b) 는 액정 표시 장치용 부재 (50b) 의 양측면에 편광판 (31, 31) 을 구비함과 함께, 액정 표시 장치용 부재 (50b) 의 적층 구조체를 구성하는 기판 (16, 2a) 사이에 전극부 (29) 를 개재시켜, 광 조사부 (30) 를 구비하고 있다.

전극부 (26) 는 화소마다 형성되는 화소 전극부 (26) 와, 각 화소 전극부 (26) 에 공통으로 전기적으로 대응하여 대향하는 공통 전극부 (28) 로 이루어지고, 화소 전극부 (26) 와 공통 전극부 (28) 는 양자간에 액정층 (17) 을 개재시키도록 배치된다.

화소 전극부 (26) 는 화소 전극 (26a) 을, 막 두께 방향으로 각 착색 화소 (12R, 12G, 12B) 에 대해 1 개씩 대응하도록 매트릭스 형상으로 배치하고 있으며, 화소 전극마다 형성된 스위칭 회로부 (미도시) 와, 스위칭 회로부에 대해 전기적으로 접속된 신호선 (26c) 및 주사선 (미도시) 과, 신호선 (26c) 및 주사선을 전기적으로 분리하는 층간 절연막 (미도시) 과, 신호선 (26c) 과 화소 전극을 전기적으로 분리하는 보호막 (26d) 과, 보호막 (26d) 과 화소 전극 (26a) 을 피복하여 표면을 평탄화하는 평탄화막 (26b) 을 구비하여 형성되어 있다.

전극부 (29) 에 있어서, 주사선과 신호선 (26c) 은, 서로 이웃하는 화소 전 극 사이에, 격자 형상으로 서로 교차하도록 배치되어 있으며, 주사선, 신호선 (26c) 은, 그 길이 방향을 따라 각각 층간 절연막, 보호막 (26d) 으로 피복되어 있다.

또한, 주사선이나 신호선은 예를 들어, 탄탈 (Ta), 티탄 (Ti) 등의 금속에 의해 형성되고, 층간 절연막은 예를 들어, 규소 산화물 등의 전기 절연성 물질에 의해 형성된다. 또, 보호막은 규소 질화물 등에 의해 형성되어 있다.

매트릭스 형상으로 배치된 다수의 화소 전극은 개개의 화소 전극이 배치된 영역마다 1 개의 화소를 구성한다.

화소 전극은 산화인듐주석 (ITO) 등의 투명 전극 재료에 의해 형성되어 있다.

스위칭 회로부는 화소 전극에 대응하여 배치되고, 화소 전극과, 주사선 및 신호선을 전기적으로 접속시키고 있다. 스위칭 회로부는 주사선으로부터 전기적 신호의 공급을 받아, 신호선과 화소 전극의 통전 상태를 제어한다. 스위칭 회로부로는, 박막 트랜지스터 등의 3 단자형 소자나 MIM (Metal Insulator Metal) 다이오드 등의 2 단자형 소자 등의 액티브 소자가 구체적으로 예시된다.

공통 전극 (28) 은 산화인듐주석 (ITO) 등의 투명 전극 재료에 의해 막 형상으로 형성되어 있다.

제 2 형태의 액정 표시 장치 (100b) 는, 제 1 형태의 액정 표시 장치 (100a) 와 동일하게, 별도로 위상차 제어 필름재를 형성할 필요가 없어져, 조치의 박형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 필름재를 점착할 때에 사용하는 점착제도 불필요 해져, 점착재에 의한 광의 난반사나 흡수의 우려도 저감시킬 수 있다.

(실시예)

다음으로, 실시예 및 비교예를 나타내어, 더욱 상세하게 본 발명을 설명한다.

(유리 기재의 전(前)처리)

적당한 세정 처리를 실시하여, 청정하게 한 기재로서 저팽창률 무알칼리 유리판 (코닝사 제조, 1737 유리, 100㎜×100㎜, 두께 0.7㎜) 을 준비하였다.

(수직 배향막 용액의 조정)

중합성 액정 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 성분으로서 폴리아믹산 등을 함유하는 수직 배향막 용액으로서, JALS-2021-R2 (JSR 사 제조) 를 사용하고, γ-부티로락톤으로 50% 로 희석하였다.

(복굴절률층 조성액의 조제)

복굴절률층의 형성에 사용하는 복굴절률층 조성액을 이하와 같이 조제하였다. 네마틱 액정층을 나타내는 중합 가능한 액정성 모노머 분자로서, [화학식 11] 에 나타나는 화합물 (단, X 의 값은 6 임) 20 중량부와, 광중합 개시제 (치바가이기사 제조, 「이르가큐어 907」) 0.8 중량부와, 용매로서 클로로벤젠 59.2 중량부와, 상기 수직 배향막 형성용 용액 JALS-2021-R2 를 디에틸렌글리콜디메틸에테르로 12.5% 로 희석한 용액 20 중량부를 혼합하여, 복굴절률층 조성액을 조제하였다.

(착색 레지스트의 조제)

블랙 매트릭스 및 적색 (R), 녹색 (G), 청색 (B) 착색 화소의 착색 재료에는 안료 분산형 포토레지스트를 사용하였다. 안료 분산형 포토레지스트는, 착색 재료로서 안료를 사용하고, 분산액 조성물 (안료, 분산제 및 용제를 함유함) 에 비즈를 첨가하여, 분산기로 3 시간 분산시키고, 그 후 비즈를 제거한 분산액과 클리어 레지스트 조성물 (폴리머, 모노머, 첨가제, 개시제 및 용제를 함유함) 을 혼합한 것이다. 그 조성을 하기에 나타낸다. 또한, 분산기로는 페인트 쉐이커 (아사다 철공사 제조) 를 사용하였다.

각 포토레지스트의 조성을 이하에 나타낸다.

(블랙 매트릭스용 포토레지스트)

ㆍ흑안료ㆍㆍㆍㆍㆍ14.0 중량부

(다이니치 정화 공업 (주) 제조, TM 블랙 #9550)

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.2 중량부

(빅케미 (주) 제조, Disperbyk111)

ㆍ폴리머ㆍㆍㆍㆍㆍ2.8 중량부

(쇼와 고분자 (주) 제조, VR60)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ3.5 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ첨가제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.7 중량부

(소켄 화학 (주) 제조, L-20)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.6 중량부

(2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.3 중량부

(4,4'-디에틸아미노벤조페논)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.1 중량부

(2,4-디에틸티오크산톤)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ75.8 중량부

(에틸렌글리콜모노부틸에테르)

(적색 (R) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ적안료ㆍㆍㆍㆍㆍ4.8 중량부

(C. I. PR254 (치바 스페셜리티 케미칼즈사 제조, 클로모프탈 DPP Red BP))

ㆍ황안료ㆍㆍㆍㆍㆍ1.2 중량부

(C. I. PY139 (BASF 사 제조, 파리오톨 옐로우 D1819))

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ3.0 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)

(녹색 (G) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ녹안료ㆍㆍㆍㆍㆍ3.7 중량부

(C. I. PG7 (다이니치세이카 제조, 세이카퍼스트그린 5316P))

ㆍ황안료ㆍㆍㆍㆍㆍ2.3 중량부

(C. I. PY139 (BASF 사 제조, 파리오톨 옐로우 D1819))

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ3.0 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)

(청색 (B) 착색 화소용 포토레지스트)

ㆍ청안료ㆍㆍㆍㆍㆍ4.6 중량부

(C. I. PB15:6 (BASF 사 제조, 헤리오겜블 L6700F))

ㆍ자(紫)안료ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(C. I. PV23 (클라이언트사 제조, 포스터팜 RL-NF))

ㆍ안료 유도체ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 12000)

ㆍ분산제ㆍㆍㆍㆍㆍ2.4 중량부

(제네카 (주) 제조, 솔스패스 24000)

ㆍ모노머ㆍㆍㆍㆍㆍ4.0 중량부

(사토마 (주) 제조, SR399)

ㆍ폴리머 1ㆍㆍㆍㆍㆍ5.0 중량부

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ1.4 중량부

(치바가이기사 제조, 이르가큐어 907)

ㆍ개시제ㆍㆍㆍㆍㆍ0.6 중량부

(2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,5,4',5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸)

ㆍ용제ㆍㆍㆍㆍㆍ80.0 중량부

(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)

또한, 본 명세서에 있어서 기재된 폴리머 1 은, 벤질메타크릴레이트:스티렌:아크릴산:2-히드록시에틸메타크릴레이트=15.6:37.0:30.5:16.9 (몰비) 의 공중합체 100 몰% 에 대해, 2-메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트를 16.9 몰% 부가한 것으로, 중량평균분자량은 42500 이다.

(실시예 1)

상기 수직 배향막 용액을 사용하고, 유리 기재 상면에 플렉소 인쇄 방법에 의해 패터닝하여 두께 600Å 의 막을 형성하고, 180℃, 1 시간 소성하여, 유리 기재 상에 수직 배향막을 형성하였다. 이어서, 상기 수직 배향막이 형성된 기판을 스핀코터 (MIKASA 사 제조,「상품명 1H-360S」) 에 설치하여, 미리 조제한 상기 복굴절률층 조성액을, 건조 후의 막 두께가 1.5㎛ 정도가 되도록 상기 배향막 상면에 스핀코팅하였다. 또한, 본 실시예에서는, 액정 용액을 도포하는 방법으로서 스핀코팅법을 채용했지만, 액정 용액의 도포 방법은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 다이코팅, 슬릿코팅 및 이들을 조합한 수법을 적절히 선택할 수 있다. 이하에 기재하는 실시예에 있어서도 동일하다. 다음으로, 액정 용액이 도포된 기판을 핫플레이트 상에서 100℃, 3 분간 가열하여, 잔존 용제를 제거함과 함께 액정 용액에 함유되는 액정성 모노머를 수직 방향으로 배향 처리하고, 액정 용액에 의해 형성된 막이 백색에서 투명해지는 액정 전이점을 육안으로 확인함으로써 액정 분자의 배향을 확인하였다.

계속해서, 질소 분위기 하에서, 유리 기재 상에 배향된 액정층에 초고압 수은등을 갖는 자외선 조사 장치 (하리손 도시바 라이팅사 제조,「상품명 TOSCURE 751」) 에 의해 20㎽/㎠ 의 자외선을 10 초 조사하고, 액정층을 구성하는 액정성 모노머 분자를 3 차원 가교시켜, 복굴절률층을 구비하는 기재 (1) 를 형성하였다.

그 후, 상기 기재 (1) 에 있어서의 복굴절률층의 내열성 및 밀착성을 높이기 위해, 230℃ 에서 1 시간 소성 처리를 실시하였다.

마지막으로, 기재 (1) 의 표면 (유리 기재와는 반대의 면) 을 플라즈마 건식 에칭에 의해 에칭하고, 표층을 약 1000Å 제거하여, 본 발명의 광학 소자인 실시예 1 을 제조하였다. 또한, 플라즈마 건식 에칭은 아네르바사에서 제조한 DEA-506T 의 장치를 사용하여, 산소 가스를, 유량 60sccm, 가스압 30mTorr 의 조건으로 사용하고, RF 파워 500W, 에칭 시간 3 분의 조건 하에서 실시하였다.

(실시예 2)

실시예 1 과 동일한 방법에 의해 기재 (2) 를 형성하고, 기재 (2) 의 표면 (유리 기재와는 반대측의 면) 을 연마 장치를 사용하여 1000Å 연마한 것 이외에는, 실시예 1 의 방법과 동일하게 실시예 2 를 제조하였다.

(비교예 1)

실시예 1 과 동일한 방법에 의해, 유리 기재 상면에 수직 배향막 및 복굴절률층을 구비하는 기재 (3) 를 형성하고, 이것을 비교예 1 로 하였다.

(평가 1)

상기 기술로 얻어진 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 에 대하여, 헤이즈를 측정하였다. 헤이즈의 측정은, 각 광학 소자를 헤이즈의 계측기에 설치하고, JIS K 7136 에 준거하여 측정하였다. 또한, 헤이즈의 계측기로서, 닛폰덴쇼쿠공업사 제조의 「NDH-2000」을 사용하였다.

그 결과, 실시예 1 및 실시예 2 의 광학 소자의 헤이즈는 0.1 을 하회하여, 0.06 이라는 낮은 값을 나타낸 데 대해, 비교예 1 의 헤이즈는 0.1 을 크게 상회하여, 1.0 이라는 매우 높은 값을 나타냈다.

(평가 2)

실시예 1 및 실시예 2 에 대하여, 기재와는 반대측의 표면에 형성되는 액정층의 구조를 이하의 평가 방법에 의해 확인하였다. 평가 방법은, 기재와는 반대측의 표면을 에칭하여 얻어진 광학 소자의 막 두께 방향의 위상차 (막 법선 방향에서 45°경사진 방향) 와 헤이즈의 분포를 측정함으로써 실시하였다. 또, 에칭한 영역에서의 불순물의 혼재 상태를 분석하였다. 또한, 편광판 크로스니콜 하에서 회전됨으로써 편광 상태를 확인하였다. 또한, 상기 에칭은 아네르바사에서 제조한 DEA-506T 장치를 사용하여, 에칭 가스로서 산소를 사용하고, 에칭 가스 유량 60sccm, 에칭 가스압 30mTorr, 인가하는 전력 500W 의 조건으로 실시하였다. 또, 불순물 혼재 분석 시험에는, 알박파이사가 제조한 TOF-SIMS 에 의해 분석하였다.

이 결과, 실시예 1 및 실시예 2 에서는 모두 표면부터 약 1200Å 까지 에칭해도, 위상차, 헤이즈 모두 변화가 없었다. 또, 이 영역의 불순물 혼재 상태를 조사한 결과, 불순물은 거의 검출되지 않았다. 이 결과로부터, 실시예 1 및 2 의 표면에는, 불순물로서 인식되는 첨가제층이 존재하고 있지 않고, 복굴절률층이 노출되어 있는 것이 확인되었다.

한편, 비교예 1 을 상기 기술과 동일하게 평가한 결과, 표면부터 약 1000Å 까지는 헤이즈가 매우 높고, 또 불순물의 혼재가 확인되었다. 이로 인하여, 표 면부터 약 1000Å 까지는 액정층과는 다른 층, 즉 첨가제층이 존재하고 있는 것이 확인되었다.

이상의 결과로부터, 광학 소자 상면에 첨가제층이 존재하는 비교예 1 에서는, 광학 소자의 헤이즈가 높은 값을 나타내지만, 이 첨가제층이 제거된 실시예 1 및 실시예 2 에서는 0.1 이하라는 매우 낮은 값의 헤이즈가 얻어진다는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

본 발명의 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치로서 도 9(b) 에 나타내는 액정 표시 장치를 제조하여, 실시예 3 으로 하였다.

실시예 3 을 제조하기 위해, 전처리에 의해 세정한 유리 기재와 수직 배향막 사이에 착색층을 형성하는 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 본 발명의 광학 소자를 형성하였다.

상기 착색층을 형성하기 위해, 우선 유리 기재 상면에, 상기 기술에서 조제한 BM 용 포토레지스트를 스핀코트법으로 1.2㎛ 의 두께로 도포하고, 80℃, 3 분간의 조건으로 프리베이크하고, 소정의 패턴으로 형성된 마스크를 사용하여 노광 (100mJ/㎠) 하고, 계속해서 0.05% KOH 수용액을 사용한 스프레이 현상을 50 초 실시한 후, 230℃, 30 분간 포스트베이크하여, BM 기판을 제작하였다.

다음으로, 적색 (R) 의 안료 분산형 포토레지스트를 상기 BM 기판 상에 스핀코트법으로 도포하고, 90℃, 3 분간의 조건으로 프리베이크하고, 소정의 착색 패턴용 포토마스크를 사용하여, 얼라인먼트 노광 (100mJ/㎠) 하였다. 계속해서 0.1% KOH 수용액을 사용한 스프레이 현상을 50 초 실시한 후, 230℃, 30 분간 포스트베이크하고, BM 패턴에 대해 소정의 위치에 막 두께 1.2㎛ 인 적색 (R) 착색 화소 패턴을 형성하였다.

계속해서, 상기 적색 (R) 착색 화소 패턴의 형성 방법과 동일한 방법 및 조건으로, 막 두께 1.2㎛ 인 녹색 (G) 착색 화소 패턴을 형성하였다.

또한, 상기 적색 (R) 착색 화소 패턴의 형성 방법과 동일한 방법 및 조건으로, 막 두께 1.2㎛ 인 청색 (B) 착색 화소 패턴을 형성하였다.

이상에 의해, 기판 상에, BM, 적색 착색 화소, 녹색 착색 화소, 및 청색 착색 화소로 구성되는 착색층을 형성하였다.

다음으로, 상기 착색층의 상면에 실시예 1 과 동일한 방법으로 수직 배향막과 복굴절률층을 구비하는 기재 (4) 를 형성하였다.

그 후, 실시예 1 과 동일한 방법으로 기재 (4) 의 소성 처리를 실시하였다.

이어서, 기재 (1) 와 동일한 방법에 의해, 기재 (4) 의 표면 (유리 기재와는 반대의 면) 을 약 1000Å 제거하여, 착색층을 갖는 본 발명의 광학 소자를 제조하였다.

이어서, 상기 기재 (4) 의 표층을 제거한 광학 소자에 있어서의 복굴절률층의 상면에 아크릴계 수지를 사용하고, 스핀코트법에 의해 막 두께 1.0㎛ 인 보호층을 형성하고, 추가로 그 상면에 산화인듐주석 (ITO) 에 의해 막 형상의 공통 전극부를 형성하였다. 한편, 기재 (4) 에 사용한 것과 동일한 유리 기판 상에 소정의 복수 개소에 박막 트랜지스터 (TFT) 를 형성하고, 각 TFT 의 드레인 전극에 접 속되도록 투명 화소 전극을 산화인듐주석 (ITO) 에 의해 형성하여 대향 전극 기판을 제작하였다.

그리고, 상기 투명 공통 전극면과 투명 화소 전극면 각각을 덮도록 폴리이미드 수지 도료를 도포하여 건조시켜 배향막 (두께 0.07㎛) 을 형성하고, 배향 처리를 실시하였다. 이어서, 이것 배향막이 마주 대하도록 하여 양 기판을 대향시키고, 양 기판 사이를 시일 부재로 밀봉하고, 밀봉된 공간에 액정 (메르크 제펜사 제조, MLC-6846-000) 을 주입하고, 주입구를 밀봉하여 액정 표시 장치를 제작하고, 실시예 3 으로 하였다.

(비교예 2)

실시예 3 에서 형성한 착색층을 갖는 기재 (4) 대신에, 복굴절률층의 상면을 제거하지 않는 (즉, 복굴절률층 상면에 첨가제층이 존재함) 기재 (5) 를 사용한 것 이외에는, 실시예 3 과 동일하게 액정 표시 장치를 제작하여, 비교예 2 를 제조하였다.

(평가 3)

실시예 3 및 비교예 2 의 액정 표시 장치에 대하여 다음에 나타내는 바와 같이 콘트라스트 성능을 측정하였다.

콘트라스트의 성능의 측정은, 상기 제조 장치에서 액정층을 통과한 광이 편광판을 용이하게 통과할 수 있는 상태 (명(明) 상태) 와 용이하게 통과할 수 없는 상태 (암(暗) 상태) 를 형성하고, 명 상태ㆍ암 상태 각각에 대하여 액정층과 편광판을 통과하여 외부로 나간 광의 휘도를 측정하였다. 그리고, 명 상태에 있어 서의 휘도를 암 상태에 있어서의 휘도로 나누어 얻어진 수치를 콘트라스트 성능을 나타내는 지수로 하였다.

그 결과, 실시예 3 의 콘트라스트 성능은, 750 으로 액정 표시 장치로서 충분히 높은 값을 나타냈다. 한편, 비교예 2 의 성능은 450 으로, 실시예 3 과 비교하여 현저히 낮은 값을 나타냈다.

본 발명의 광학 소자에 의하면, 복굴절률층을 형성할 때, 이것을 구성하는 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제를 첨가하여 수직 배향시키기 때문에, 기판측에 근접하는 액정성 모노머뿐만 아니라 기판으로부터 이간되는 액정성 모노머도 양호하면서 또한 균일하게 호메오트로픽 배향시킬 수 있다. 따라서, 복굴절률층의 두께 방향으로, 액정을 보다 균일하게 호메오트로픽 배향시킨 상태를 형성한 복굴절률층을 갖는 광학 소자가 얻어진다. 상기 본 발명의 광학 소자는 예를 들어, 위상차를 제어하는 소자, 광학 보상 소자 등, 광의 편광 상태를 제어하기 위한 소자로서 사용할 수 있으며, 게다가 배향성의 균일성을 높이기 때문에, 보다 정교하고 치밀하게 위상차 제어 기능을 부여할 수 있다.

또, 상기 액정성 모노머가 중합 가능하기 때문에, 호메오트로픽 배향한 이 액정성 모노머를 가교시킨 액정성 고분자로 이루어지는 복굴절률층을 형성할 수 있다. 상기 가교 구조를 갖는 복굴절률층을 구비하는 본 발명의 광학 소자라면, 내열성이 높고, 복굴절 특성이 열에 의한 영향을 받기 어렵기 때문에, 예를 들어, 차내와 같이 비교적 고온이 되기 쉬운 환경 하에서 사용되는 광학 기기에도 사용할 수 있다. 또한, 내열성이 비교적 높기 때문에, 광학 기기에 설치된 액정 패널 중에 형성하는 것도 가능하다. 특히, 상기 가교 구조를 3 차원 가교 구조로 한 본 발명이라면, 상기 기술한 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 복굴절률층에서는, 이 복굴절률층의 표면 (즉, 복굴절률층에 있어서 기판측과는 반대측의 면) 에 형성되는 첨가제층이 제거되어 있기 때문에, 상기 복굴절률층을 구비하는 본 발명의 광학 소자라면, 확실하게 헤이즈를 0.1 이하로 할 수 있어, 보다 양호하게 위상차를 제어할 수 있음과 함께 투명도를 향상시킬 수 있다.

상기 광학 소자에 의하면, 액정 패널을 구성하는 부재에 일체적으로 적층 형성할 수 있어, 별도로 위상차를 제어하는 필름재 등의 부재 (위상차 제어 부재) 를 형성하지 않고 광학 기기를 설계하는 것이 가능해진다. 별도로 위상차 제어 부재를 형성하려면, 점착제 등을 사용하여 이것을 고착시킬 필요가 있지만, 본 발명의 광학 소자에 의하면, 이러한 점착제를 필요로 하지 않게 되어, 점착제에 의한 광의 산란 등의 우려를 저감시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 광학 소자는, 착색층을 형성함으로써, 이것을 액정 표시 장치에 사용한 경우에, 착색층을 갖는 부재와는 별도의 위상차 제어 부재를 형성할 필요가 없어져, 액정 표시 장치를 박형화할 수 있다.

본 발명의 광학 소자는, 기재 상면 또는 기재의 상면막 조성액을 도포하여 형성된 수직 배향막 상면에, 복굴절률층 조성액을 도포하고, 액정을 배향시켜 액정을 가교시킨다는 비교적 간단한 공정에 의해 복굴절률층을 형성할 수 있기 때문에, 그 생산 비용을 억제하기 쉽다.

이 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치용 부재에 의하면, 위상차 제어 기능을 높일 수 있으며, 또 점착제에 의한 광 산란의 우려를 저감시키는 등과 같은 광학 소자의 특징을 구비한 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

그리고, 이 광학 소자를 사용한 액정 표시 장치는, 종래의 광학 보상 필름을 사용하여 형성된 액정 표시 장치와 비교하여 박형화를 도모할 수 있는 데다가, 광을 유효하게 활용할 수 있어, 콘트라스트가 양호하고, 시야각이 넓은 것으로 할 수 있다.

Claims (9)

1. 광투과성을 갖는 기재와, 적어도 복굴절률층을 구비하는 복굴절률 기능층을 갖는 광학 소자로서,

   상기 복굴절률층은 말단에 중합성기를 갖는 액정성 모노머를 호메오트로픽 배향시킨 상태에서 고정화하여 이루어지는 구조를 갖고 있고, 상기 복굴절률층 내에는, 상기 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 첨가제가 함유되고 있으며, 상기 복굴절률층 상면에 상기 첨가제로 구성되는 첨가제층이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복굴절률 기능층은 상기 기재 상면에 형성된 수직 배향막과 상기 수직 배향막의 상면에 형성된 상기 복굴절률층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 수직 배향막에 함유되는 액정성 모노머의 호메오트로픽 배향을 촉진하는 하나의 성분 또는 2 이상의 성분이 상기 첨가제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   복굴절률층을 구성하는 액정성 모노머는 모두 거의 균일한 틸트각을 나타내며 배향되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 기재와 복굴절률 기능층 사이, 또는 상기 복굴절률 기능층의 상면에 착색층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
6. 광투과성을 갖는 층을 구비한 2 개의 적층 구조체와, 상기 2 개의 적층 구조체 사이에 액정이 밀봉된 액정층을 갖는 액정 표시 장치용 부재로서,

   하나 이상의 상기 적층 구조체에, 제 1 항에 기재된 광학 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 부재.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광학 소자에 있어서의 상기 복굴절률층은 상기 액정 표시 장치용 부재에 있어서의 액정층측에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 부재.
8. 액정을 사이에 두고 양측에 편광판을 구비함과 함께, 전압을 부하하여 액정층의 배향을 변화시키는 전극부로 이루어지는 층을 구비하는 다층 구조의 액정 표 시 장치로서,

   제 6 항에 기재된 액정 표시 장치용 부재가 사용되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
9. 액정을 사이에 두고 양측에 편광판을 구비함과 함께, 전압을 부하하여 액정층의 배향을 변화시키는 전극부로 이루어지는 층을 구비하는 다층 구조의 액정 표시 장치로서,

   제 7 항에 기재된 액정 표시 장치용 부재가 사용되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

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