(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、
コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化する選択反射膜。
【請求項２】
一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板の前記液晶層側に設けられた少なくとも一対の電極と、前記一対の基板のうちの一方の基板上に設けられ、前記液晶層を通過した光を反射する反射層とを有し、
前記反射層は、特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、
コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化する選択反射膜である、液晶表示装置。
【請求項３】
特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、
コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化する選択反射膜と、前記選択反射膜を挟持する一対の基板と、前記一対の基板の前記選択反射膜側に設けられた少なくとも一対の電極とを有し、
前記選択反射膜は、前記少なくとも一対の電極の間に印加される電圧に応じて配向状態を変化するコレステリック液晶材料を含み、前記少なくとも一対の電極の間に電圧が印加されていないときに入射光を選択反射し、前記少なくとも一対の電極の間に電圧が印加されたときに入射光を散乱あるいは透過する、液晶表示装置。
【請求項４】
第１方向にねじれた螺旋構造を形成する第１コレステリック液晶材料と、前記第１方向とは反対の第２方向にねじれた螺旋構造を形成する第２コレステリック液晶材料とを含む光重合性混合物を調製する工程と、
前記光重合性混合物を用いて支持体上に前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜に光を照射することによって、前記前駆体膜の厚さ方向に沿って前記第２コレステリック液晶材料の濃度が変化する濃度分布を生じさせる工程とを包含し、
前記光重合性混合物は、ネマチック液晶材料と、前記ネマチック液晶材料に第１方向にねじれた螺旋構造を誘起する第１カイラル剤と、前記ネマチック液晶材料に前記第１方向とは反対の第２方向にねじれた螺旋構造を誘起する第２カイラル剤とを含み、
前記第１カイラル剤及び第２カイラル剤の少なくとも一方は、光重合性を有する選択反射膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の波長領域の光を選択的に反射する選択反射膜およびそれを用いた液晶表示装置ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コレステリック液晶層の選択反射特性を利用した種々の光学素子が開発されており、例えば、偏光分離方式の偏光板や、偏光カラーフィルタ（色分離層）等が提案されている。また、コレステリック液晶層を備えた反射型液晶表示装置も提案されている。
【０００３】
コレステリック液晶層がその螺旋ピッチに応じた波長の光を選択的に反射する現象は、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．７巻９号．ｐ１７２９（１９６８年）、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．５巻９号．ｐ５７７（１９７０年）等の文献に記載されている。
【０００４】
例えば、螺旋構造が右巻き（螺旋構造のねじれ方向が右）のコレステリック液晶層は、ｎｏ・Ｐ＜λ＜ｎｅ・Ｐの範囲の波長λをもつ右回りの円偏光（右円偏光）のみを選択的に反射し、それ以外の波長の右回りの円偏光や全ての波長の左回りの円偏光（左円偏光）を透過する。ここで、ｎｏおよびｎｅは液晶層の常光および異常光に対する屈折率、Ｐは螺旋ピッチ、λは反射波長である。このときの反射中心波長λｍは、液晶層の平均屈折率をｎａとすれば、λｍ＝ｎａ・Ｐで表される。また、コレステリック液晶層が選択反射する波長領域（選択反射帯域）の幅Δλは、Δλ＝（ｎｅ−ｎｏ）・Ｐで表され、液晶層の屈折率異方性Δｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）と螺旋ピッチＰとに依存する。一方、螺旋構造が左巻き（螺旋構造のねじれ方向が左）のコレステリック液晶層は、上述した右巻きの場合とは逆に、特定の波長領域の左回りの円偏光のみを選択的に反射する。なお、本願明細書中において、コレステリック液晶層とは、広義のコレステリック液晶層をいい、ネマチック液晶材料に光学的に活性なカイラル剤を添加したカイラルネマチック液晶層を含む。
【０００５】
このようなコレステリック液晶層を用いた従来の光学素子は、選択反射帯域の幅が狭いという問題および反射率が低いという問題を有している。
【０００６】
選択反射帯域の幅Δλを制御する方法として、Ｂｒｏｅｒらは、ｎａｔｕｒｅ．ｖｏｌ．３７８．ｐ４６７（１９９５）において、光重合性を有するコレステリック液晶材料を含む前駆体を支持体上に塗布した後、紫外線を照射し、コレステリック液晶材料を光重合することによって、螺旋ピッチＰが厚さ方向に連続的に変化するような選択反射膜を製造する方法を提案している。上述の文献に開示されている方法を用いて、可視光全域での偏光分離が可能な素子であるＴｒａｎｓｍａｘ（Ｍｅｒｃｋ社）が製造されている。
【０００７】
さらに、反射率の向上のために、積層選択反射膜を用いる方法が検討されている。コレステリック液晶層は、入射光に含まれている右円偏光および左円偏光のうち、一方の円偏光のみを選択的に反射するので、右円偏光を反射するコレステリック液晶層と、左円偏光を反射するコレステリック液晶層とを積層した構成を有する素子は、入射光に含まれている右円偏光および左円偏光の両方を反射することができる。
【０００８】
右円偏光を反射する第１の選択反射膜と、左円偏光を反射する第２の選択反射膜とを積層した構成を有する積層選択反射膜の製造方法の一例を、図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、以下に説明する。
【０００９】
まず、図１３（ａ）に示すように、光重合性を有し、右巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料を含む第１前駆体１０１Ｒ’を支持体１１０上に塗布する。次に、図１３（ｂ）に示すように、酸素を遮断した状態で上述の第１前駆体１０１Ｒ’に紫外線を照射することにより、右円偏光を選択的に反射する第１選択反射膜１０１Ｒが形成される。酸素を遮断した状態とは、例えば、窒素ガス雰囲気下であってもよいし、剥離可能なフィルムあるいは基板をコレステリック液晶材料の表面に載せておいてもよい。この後、第１選択反射膜１０１Ｒ’の強度を増すために熱処理（熱硬化）を行ってもよい。
【００１０】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、光重合性を有し、左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料を含む第２前駆体１０１Ｌ’を、上述の第１選択反射膜１０１Ｒ上に塗布する。その後、図１３（ｄ）に示すように、酸素を遮断した状態で紫外線を照射することにより、左円偏光を選択的に反射する第２選択反射膜１０１Ｌが形成される。この後、第２選択反射膜１０１Ｌの強度を増すために熱処理（熱硬化）を行ってもよい。
【００１１】
このようにして、図１３（ｅ）に示すように、入射光に含まれている右円偏光および左円偏光の両方の円偏光を反射する積層選択反射膜５００が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の積層選択反射膜の製造方法においては、選択反射帯域の幅が広く、両方の円偏光を反射する積層選択反射膜が得られるものの、第２の膜を形成する新たな工程が増加し、製造効率が低下するという問題がある。また、上述の積層選択反射膜においては、２つの膜の間に界面が形成されるので、この界面に起因する散乱等によって光損失が生じ、反射率が低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射光を高効率で反射する選択反射膜およびそれを用いた液晶表示装置ならびにその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による選択反射膜は、特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化し、このことによって上記目的が達成される。
【００１５】
本発明による液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板の前記液晶層側に設けられた少なくとも一対の電極と、前記一対の基板のうちの一方の基板上に設けられ、前記液晶層を通過した光を反射する反射層とを有し、前記反射層は、特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化し、このことによって上記目的が達成される。
【００１６】
本発明による他の液晶表示装置は、特定の波長領域の光を選択的に反射すると共に、光重合性混合物により形成された選択反射膜であって、コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造を有し、前記螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、前記螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、前記螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値が、前記選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化する選択反射膜と、前記選択反射膜を挟持する一対の基板と、前記一対の基板の前記選択反射膜側に設けられた少なくとも一対の電極とを有し、前記選択反射膜は、前記少なくとも一対の電極の間に印加される電圧に応じて配向状態を変化するコレステリック液晶材料を含み、前記少なくとも一対の電極の間に電圧が印加されていないときに入射光を選択反射し、前記少なくとも一対の電極の間に電圧が印加されたときに入射光を散乱あるいは透過し、このことによって上記目的が達成される。
【００１７】
本発明による選択反射膜の製造方法は、第１方向にねじれた螺旋構造を形成する第１コレステリック液晶材料と、前記第１方向とは反対の第２方向にねじれた螺旋構造を形成する第２コレステリック液晶材料とを含む光重合性混合物を調製する工程と、前記光重合性混合物を用いて支持体上に前駆体膜を形成する工程と、前記前駆体膜に光を照射することによって、前記前駆体膜の厚さ方向に沿って前記第２コレステリック液晶材料の濃度が変化する濃度分布を生じさせる工程とを包含し、前記光重合性混合物は、ネマチック液晶材料と、前記ネマチック液晶材料に第１方向にねじれた螺旋構造を誘起する第１カイラル剤と、前記ネマチック液晶材料に前記第１方向とは反対の第２方向にねじれた螺旋構造を誘起する第２カイラル剤とを含み、前記第１カイラル剤及び第２カイラル剤の少なくとも一方は、光重合性を有し、このことによって上記目的が達成される。
【００１８】
以下、本発明の作用を説明する。
【００１９】
本発明による選択反射膜においては、コレステリック液晶材料から形成された螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、螺旋構造のねじれの向きが左の場合は１を乗じ、螺旋構造のねじれの向きが右の場合は−１を乗じた特性値が、選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化するので、螺旋構造の螺旋ピッチが厚さ方向に沿って連続的に変化しているとともに、右巻きの螺旋構造および左巻きの螺旋構造の両方の螺旋構造が存在している。従って、入射光に含まれる右円偏光および左円偏光の両方の円偏光が反射される。また、２つの膜を積層した場合に問題となる、２つの膜の間の界面に起因した散乱等による光損失が生じることはない。その結果、入射光を高い効率で反射することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、２つの膜を積層した構成に起因する上述の諸問題を解決するため、単層であって、右円偏光および左円偏光の両方の円偏光を反射する選択反射膜の製造方法を検討した。
【００２１】
選択反射膜内において、右巻きの螺旋構造および左巻きの螺旋構造の両方の螺旋構造が存在すれば、両方の円偏光を反射することが可能となると考えられる。しかしながら、Kozawaguchiらは、Molecular Crystal and Liquid Crystal.vol.45.p55(1978)において、右巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料と、左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料との混合物からなるコレステリック液晶層が有する、螺旋構造のねじれ方向および螺旋ピッチは、図１４に示すように、上述の２つの液晶材料の混合比によって決定されることを報告している。
【００２２】
図１４は、横軸を左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料の比率として、縦軸にヘリカルツイストパワー（ＨＴＰ）を示す図である。ＨＴＰは、反射中心波長の逆数に、螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、右の場合は−１を乗じたものである。
【００２３】
図１４から分かるように、右巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料と、左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料との混合物を用いて選択反射膜を製造しても、得られた選択反射膜の膜内において２つの液晶材料の混合比がほぼ均一である場合には、この選択反射膜が反射する光は、その混合比によって決定される一方の円偏光のみであると考えられる。
【００２４】
そこで、本願発明者は、互いに反対の方向にねじれた螺旋構造を形成する２つの液晶材料の混合比が、膜内において変化するような選択反射膜の製造方法を検討し、本発明を想到した。
【００２５】
以下に、図面を参照しながら本発明による実施形態を説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明による選択反射膜の製造方法の各工程を示す図である。
【００２７】
まず、右巻きの螺旋構造を形成する第１コレステリック液晶材料と、左巻きの螺旋構造を形成する第２コレステリック液晶材料とを含む光重合性混合物を調製する。本実施形態においては、光重合性混合物として、ネマチック液晶材料と、このネマチック液晶材料に右巻きの螺旋構造を誘起する第１カイラル剤と、このネマチック液晶材料に左巻きの螺旋構造を誘起し、光重合性を有する第２カイラル剤とを含むものを用いた場合について説明する。
【００２８】
ここでは、ネマチック液晶材料（後述の（化１））と第１カイラル剤（後述の（化２））との混合物が第１コレステリック液晶材料に相当し、ネマチック液晶材料（後述の（化１））と第２カイラル剤（後述の（化３））との混合物が第２コレステリック液晶材料に相当する。第１コレステリック材料と第２コレステリック材料とを別々に準備する必要はない。また、ネマチック液晶材料としては、単一の化合物からなるネマチック液晶材料に限られず、混合物を用いることもできる。勿論、第１および第２コレステリック液晶材料は、カイラルネマチック液晶材料である必要は無く、狭義のコレステリック液晶材料であってもよい。
【００２９】
第１コレステリック液晶材料と第２コレステリック液晶材料との混合物は、重合前の状態では、右螺旋構造または左螺旋構造のみを呈するか、あるいは螺旋構造を呈さない。最終的に得られる選択反射膜が左右両方の円偏光を反射するための右巻きの螺旋構造を形成するために必要な成分が第１コレステリック液晶材料であり、左巻きの螺旋構造を形成するために必要な成分が第２コレステリック液晶材料である。ここでは、第２カイラル剤が光重合性を有する例を示すが、勿論、第１カイラル剤が光重合性を有し、第２カイラル剤として非重合性の化合物を用いてもよい。さらには、第１および第２カイラル剤の両方が光重合性を有してもよい。但し、この場合には、第１および第２カイラル剤との混合比が選択反射膜の厚さ方向に変化する分布を形成するために、これらの重合性（重合速度）は互いに異なることが好ましい。
【００３０】
以下に、光重合性混合物の調製に用いる材料およびその配合量の具体例を示す。
【００３１】
ネマチック液晶材料として、例えば、下記の（化１）で表される化合物を４０重量部用いる。
【００３２】
【化１】
0003676211.tif 000002
第１カイラル剤として、例えば、下記の（化２）で表される光学活性化合物を３０重量部用いる。
【００３３】
【化２】
0003676211.tif 000003
第２カイラル剤として、例えば、下記の（化３）で表される光学活性化合物を３０重量部用いる。
【００３４】
【化３】
0003676211.tif 000004
なお、ネマチック液晶材料、第１カイラル剤および第２カイラル剤の配合量は上述の例に限定されず、ネマチック液晶材料については１０重量部〜９０重量部、第１カイラル剤については２重量部〜７５重量部、第２カイラル剤については２重量部〜７５重量部の範囲内で、これら３つの総計が１００重量部となるように調製することが好ましい。このとき、第１カイラル剤と第２カイラル剤との比は、１：５〜５：１の範囲内であることが好ましい。
【００３５】
さらに、光により活性化される光重合開始剤および膜内における光の強度の勾配を大きくするための色素を、それぞれ適当な量加えることが好ましい。
【００３６】
光重合開始剤として、例えば、紫外線により活性化されるＩｒｇａｃｕｒｅ６５１（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）を用いる。加える量は、０．５重量部〜２重量部の範囲内であることが好ましく、本実施形態においては、１重量部加える。色素として、例えば、下記の（化４）で表されるＴｉｎｕｖｉｎＰ（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）を用いる。加える量は、５重量部以下であることが好ましく、本実施形態においては、１重量部加える。
【００３７】
【化４】
0003676211.tif 000005
なお、選択反射膜の形状を安定化させるために、あるいは自己支持型の膜にするために、形状安定化剤としての重合性化合物をさらに添加してもよい。形状安定化剤として、例えば、下記の（化５）で表されるジアクリレートを用いる。加える量は、０．２重量部〜５０重量部の範囲内であることが好ましい。選択反射膜が電圧を印加されてその配向状態を変化させられるような用途に用いられる場合（例えば、後述の実施形態２）には、電圧に対する応答特性の観点から０．２重量部〜２０重量部の範囲内であることが好ましく、そうでない場合には機械的強度（形状安定性）の観点から２重量部〜５０重量部の範囲内であることが好ましい。本実施形態においては、０．５重量部加える。
【００３８】
【化５】
0003676211.tif 000006
重合性化合物は例示した２官能性化合物に限られず、種々の重合性化合物を用いることができる。選択反射膜に十分な機械的強度（形状安定性）を付与するためには、多官能性重合性化合物を用いることが好ましい。勿論、種類の異なる多官能性重合性化合物の混合物を用いてもよいし、モノマーに限られずオリゴマーを用いてもよい。また、例示したアクリル系の紫外線によって重合するラジカル重合性化合物に限られず、他の光重合性化合物を用いてもよい。さらに、開始剤も、例示した紫外線で分解する開始剤に限られず、可視光や他の放射線で分解するものを用いてもよい。作業性の観点から紫外線で分解する開始剤を用いることが好ましい。
【００３９】
次に、図１（ａ）に示すように、上述の光重合性混合物を用いて支持体１１０上に前駆体膜１００’を形成する。前駆体膜１００’の厚さは、駆動電圧および反射光強度の観点から約３μｍ〜約１００μｍの範囲内であることが好ましく、本実施形態においては、印刷法またはロールコーター法により厚さが約１０μｍとなるように塗布する。また、この工程は、上述の光重合性混合物の液晶−等方性液体転移温度よりも高い、あるいはこの温度に近い、温度条件下で行われることが好ましく、本実施形態においては約８０℃で行う。支持体１１０としては、例えば、ガラス基板を用いることができ、支持体１１０の表面は、螺旋構造の螺旋軸を支持体１１０の表面に対して垂直にするための配向処理が施されていることが好ましい。
【００４０】
その後、図１（ｂ）に示すように、前駆体膜１００’に光を照射することによって、光重合性を有する第２カイラル剤を重合し、前駆体膜１００’の厚さ方向に沿って第２カイラル剤の濃度が変化する濃度分布を生じさせる。例示した光重合性第２カイラル剤はラジカル重合するため、酸素によって重合反応が阻害されるので、前駆体膜１００’が酸素に接しないように、酸素を遮断した状態で光を照射することが好ましい。本実施形態においては、窒素雰囲気下で光を照射する。勿論、例えば、ガラス基板等の照射光を透過する基板によって前駆体膜１００’の表面を覆ってもよく、酸素が前駆体膜１００’に接しない状態であればよい。照射する光の波長領域、照射強度および照射時間は、光重合性混合物の材料や、得られる選択反射膜に所望する選択反射帯域等によって適宜決定すればよい。本実施形態においては、紫外線を約０．１ｍＷ／ｃｍ２の強度で約２０分間照射する。また、光の照射時の温度条件も、適宜決定すればよい。光の照射によって上述のような第２カイラル剤の濃度分布が生じる理由については後述する。
【００４１】
このようにして、図１（ｃ）に示すように、選択反射膜１００を形成することができる。得られた選択反射膜１００の反射率の波長依存性を図２に示す。
【００４２】
図２に示したように、選択反射膜１００は、約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長領域の可視光を反射する。上述の波長領域における反射率は約９０％以上であるため、選択反射膜１００が、入射光に含まれる右円偏光および左円偏光の両方の円偏光を反射していることがわかる。
【００４３】
上述のように、本発明による選択反射膜の製造方法によれば、単層であって、右円偏光および左円偏光の両方の円偏光を反射することができる選択反射膜を製造することができる。従って、得られる選択反射膜においては、２つの膜を積層した場合に問題となる、２つの膜の間の界面に起因した散乱等による光損失が生じることはない。故に、本発明によれば、入射光を高効率で反射する選択反射膜を製造することができる。また、本発明による選択反射膜の製造方法においては、２つ目の膜を形成する工程を必要としないので、入射光を高効率で反射する選択反射膜を効率よく製造することが可能となる。
【００４４】
ここで、光の照射によって濃度分布が形成される理由を説明する。
【００４５】
本発明の選択反射膜は、光重合（より広義には放射線重合）を用いて形成される。このとき、選択反射膜の前駆体膜に垂直方向から光を照射して光重合させることによって、膜の厚さ方向にカイラル剤の濃度分布を容易に形成することができる。この濃度分布は、カイラル剤の重合速度の違いによって形成される。例示したように、一方が光重合性カイラル剤で、他方が非重合性カイラル剤であっても良いし、両方のカイラル剤が光重合性を有し、重合速度が互いに異なるカイラル剤を用いてもよい。
【００４６】
前駆体膜の表面に近い部分には、他の部分よりも強い紫外線が照射されるので、重合反応が優先的に進行する。従って、重合性化合物（あるいは重合速度の速い方の重合性化合物）が重合した構造体は、膜の表面に近いほど多く形成され、厚さ方向の下部に行くに連れて、非重合性化合物（あるいは重合速度の遅い方の重合性化合物が重合した構造体）の量が多くなる。その結果、膜の厚さ方向に沿ってカイラル剤の濃度が変化する濃度分布が形成される。
【００４７】
このカイラル剤の濃度分布は、重合速度を制御することによって、調整され得る。厳密には、それぞれの成分の相溶性や拡散速度も影響するので、照射する光の強度や温度を制御しながら、光照射することが好ましい。
【００４８】
本発明の選択反射膜においては、上述のようなカイラル剤の濃度分布が形成されているため、２つのカイラル剤の混合比は膜の厚さ方向に沿って変化する。従って、この混合比によって決定される螺旋構造の螺旋ピッチも、厚さ方向に沿って変化するので、選択反射帯域の幅Δλが広い。また、互いに反対の方向にねじれた螺旋構造を形成する２つのカイラル剤が存在しているため、２つのカイラル剤の混合比を、左巻きの螺旋構造を形成する混合比から、右巻きの螺旋構造を形成する混合比まで変化させることができる。従って、膜内において左巻きの螺旋構造および右巻きの螺旋構造の両方の螺旋構造を形成し得るので、左右両方の円偏光を反射することが可能となる。
【００４９】
上述のような膜内における螺旋ピッチおよびねじれ方向の変化を、模式的に図３に示す。図３は、本発明による選択反射膜に形成される螺旋構造の螺旋ピッチ（Ｐ）の逆数（１／Ｐ）に、螺旋構造のねじれ方向が左の場合は１を乗じ、螺旋構造のねじれ方向が右の場合は−１を乗じた特性値を縦軸に、選択反射膜の上面からの距離（深さ）を横軸に示す図である。図３に示したように、この特性値は、選択反射膜の厚さ方向に沿って正から負まで連続的に変化していると考えられる。
（実施形態１）
以下に、図４を参照しながら、本発明による実施形態１を説明する。図４は、本発明による実施形態１の液晶表示装置２００を模式的に示す断面図である。
【００５０】
液晶表示装置２００は、第１基板１０と、第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に設けられた液晶層４０と、第１基板１０および第２基板２０の液晶層４０側に設けられた一対の電極１２および２２と、第１基板１０上に設けられ、液晶層４０を通過した光を反射する反射層１００とを有しており、この反射層１００は、本発明による選択反射膜の製造方法によって製造された選択反射膜１００である。
【００５１】
第１基板１０は、絶縁性基板（例えば、ガラス基板）１１の液晶層４０側の表面に設けられた選択反射膜１００を有している。この選択反射膜１００上に、例えばＳｉＯ２からなる保護層３０が形成されており、保護層３０上に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ５０が設けられている。なお、保護層３０は、省略してもよい。
【００５２】
薄膜トランジスタ５０は、例えば、以下のような構成を有する。図４に示すように、保護層３０上に、Ｔａ層からなる走査配線（不図示）およびこの走査配線から分岐されたゲート電極１３が形成されており、走査配線およびゲート電極１３を覆うように、ＳｉＮｘ層からなるゲート絶縁層１４が形成されている。このゲート絶縁層１４上に、ａ−Ｓｉ層からなる半導体層１５、Ｔｉ層からなる信号配線（不図示）とこの信号配線から分岐されたソース電極１７、Ｔｉ層からなるドレイン電極１８などが形成されている。この薄膜トランジスタ５０は、ドレイン電極１８を介して、例えばＩＴＯ層からなる透明電極１２と接続されている。なお、本実施形態においては、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いる場合について説明したが、これに限定されず、公知の種々のスイッチング素子を用いることができる。
【００５３】
第２基板２０は、透明基板（例えば、ガラス基板）２１の液晶層４０側の表面に、例えばＩＴＯ層を用いて形成された透明電極２２を有している。
【００５４】
第１基板１０および第２基板２０の間に設けられた液晶層４０としては、反射層を利用して表示を行うことが可能なモードの液晶層を用いることができ、例えば、ゲストホストモードの液晶層が用いられる。また、用いる液晶層に応じて、第１基板１０および第２基板２０の液晶層４０側に、配向層１９および２９が形成されている。
【００５５】
本実施形態による液晶表示装置２００においては、第１基板１０上に設けられた反射層１００が、本発明による選択反射膜の製造方法によって製造された選択反射膜１００であるので、液晶層４０を通過した光を高効率で反射することができる。その結果、明るい表示を行うことが可能となる。
【００５６】
表１に、本発明による選択反射膜１００の反射率を示す。比較例として、Ａｇ（銀）層やＡｌ（アルミニウム）層を反射層に用いた液晶表示装置の反射率も併せて示している。表１に示したように、本発明による選択反射膜１００の反射率は９５％であり、Ａｇ層を用いた場合（９２％）や、Ａｌ層を用いた場合（７６％）に比べて、入射光を高効率で反射していることがわかる。また、液晶表示装置２００においては、Ａｇ層やＡｌ層等の金属層を用いた場合に見られる反射光の着色がなく、高品位の表示が実現される。
［表１］
反射層                  反射率
本発明の選択反射膜            ９５％
Ａｇ層                  ９２％
Ａｌ層                  ７６％
なお、本実施形態においては、薄膜トランジスタ５０が選択反射膜１００上に設けられている場合について説明したが、この構成に限定されず、薄膜トランジスタ５０を覆うように選択反射膜１００を設けてもよい。図５にこのような構成を有する液晶表示装置３００を模式的に示す。
【００５７】
本発明による液晶表示装置３００は、絶縁性基板１１上に形成された薄膜トランジスタ５０を覆うように選択反射膜１００が設けられており、この選択反射膜１００上に形成された透明電極１２’が、選択反射膜１００に形成されたコンタクトホール１０２を介してドレイン電極１８と接続されている点以外は、液晶表示装置２００と同様の構成を有している。
【００５８】
液晶表示装置３００においては、薄膜トランジスタ５０を覆うように選択反射膜１００が形成されており、この選択反射膜１００上に透明電極１２’が形成されているので、薄膜トランジスタ５０の上方に選択反射膜１００および透明電極１２’を設けることができる。従って、薄膜トランジスタ５０の上方の液晶層７０を表示に寄与させることができる。その結果、開口率を向上することが可能となり、さらに明るい表示が実現される。
【００５９】
コンタクトホール１０２を形成する方法としては、例えば、ドライエッチングやウエットエッチングを用いることができ、製造コストを抑えるため、フォトリソグラフィプロセスを用いてもよい。
【００６０】
以下に、フォトリソグラフィプロセスによりコンタクトホール１０２を形成する工程を、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明による液晶表示装置３００が有する選択反射膜１００に、フォトリソグラフィプロセスによりコンタクトホール１０２を形成する各工程を模式的に示す断面図である。
【００６１】
まず、図６（ａ）に示すように、薄膜トランジスタ５０が設けられた絶縁性基板１１を用意する。薄膜トランジスタ５０は、公知の方法を用いて公知の材料により形成されればよい。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁性基板１１上に、薄膜トランジスタ５０を覆うように、光重合性混合物を用いて前駆体膜１００’を形成する。
【００６３】
続いて、前駆体膜１００’のコンタクトホール１０２となる領域に対応する部分を遮光部としたフォトマスク６０を、図６（ｃ）に示すように配置した後、酸素を遮断した状態で光を照射することによって、選択反射膜１００が形成される。このとき、フォトマスク６０の遮光部のために光が照射されなかった領域は、重合が進行しないので、後の現像工程において用いる現像液に対する溶解度が大きい。
【００６４】
その後、現像を行い、光が照射されなかった領域（重合が進行していない領域）を除去すると、図６（ｄ）に示すように、コンタクトホール１０２が形成される。
【００６５】
上述のようにして、フォトリソグラフィプロセスを用いてコンタクトホール１０２を形成する場合、図６（ｃ）に示した工程において、前駆体膜１００’に濃度分布を生じさせるとともに、コンタクトホール１０２となる領域の現像液に対する溶解度を異ならせることができるので、新たな露光工程を実行することなく、現像液を用いて現像工程を実行することによりコンタクトホール１０２を形成することができる。従って、製造コストを抑えることができる。
【００６６】
また、コンタクトホールを形成する方法としてフォトリソグラフィプロセスを用いる場合、本発明による選択反射膜にコンタクトホールを形成して素子を作成する方が、従来の積層選択反射膜にコンタクトホールを形成して素子を作成するよりも、高性能の素子を作成することができる。この理由を以下に説明する。
【００６７】
まず、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら積層選択反射膜にフォトリソグラフィプロセスを用いてコンタクトホールを形成する工程を説明する。
【００６８】
まず、図７（ａ）に示すように、薄膜トランジスタ５０が設けられた絶縁性基板１１を用意する。薄膜トランジスタ５０は、公知の方法を用いて公知の材料により形成されればよい。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁性基板１１上に、薄膜トランジスタ５０を覆うように、右巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料を含む光重合性混合物を用いて第１前駆体膜１０１Ｒ’を形成する。
【００７０】
続いて、コンタクトホールに対応する部分を遮光部としたフォトマスク６０を図７（ｃ）に示すように配置した後、酸素を遮断した状態で光を照射することによって、右円偏光を選択的に反射する第１選択反射膜１０１Ｒが形成される。
【００７１】
その後、現像を行うと、図７（ｄ）に示すように、第１コンタクトホール１０３が形成される。
【００７２】
引き続いて、図８（ａ）に示すように、第１選択反射膜１０１Ｒ上に、左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料を含む光重合性混合物を用いて第２前駆体膜１０１Ｌ’を形成する。
【００７３】
次に、コンタクトホールに対応する部分を遮光部としたフォトマスク６０を図８（ｂ）に示すように配置した後、酸素を遮断した状態で光を照射することによって、左円偏光を選択的に反射する第２選択反射膜１０１Ｌが形成される。
【００７４】
その後、現像を行うと、図８（ｃ）に示すように、第２コンタクトホール１０４が形成される。このようにして、第１選択反射膜１０１Ｒには第１コンタクトホール１０３が形成され、第２選択反射膜１０１Ｌには第２コンタクトホール１０４が形成され、第１コンタクトホール１０３および第２コンタクトホール１０４からなるコンタクトホール１０２’が形成される。
【００７５】
しかしながら、上述のようにして積層選択反射膜にコンタクトホール１０２’を形成する場合、第１前駆体膜１０１Ｒ’に光を照射する工程と、第２前駆体膜１０１Ｌ’に光を照射する工程とで、フォトマスク６０のアライメントにずれが生じるため、図８（ｃ）に示したように、第１コンタクトホール１０３が形成される位置と、第２コンタクトホール１０４が形成される位置とにはずれが生じる。
【００７６】
これに対して、本発明による選択反射膜１００にコンタクトホール１０２を形成する場合には、このようなずれが生じることはない。従って、本発明による選択反射膜を用いて素子を作成すると、断線が抑制され、且つ、小さなコンタクトホールが実現されて開口率が向上した、高性能な素子が得られる。
（実施形態２）
以下に、図９を参照しながら、本発明による実施形態２を説明する。図９は、本発明による実施形態２の液晶表示装置４００を模式的に示す断面図である。
【００７７】
液晶表示装置４００は、本発明による選択反射膜１００と、選択反射膜１００を挟持する第１基板７０および第２基板８０と、第１基板７０および第２基板８０の選択反射膜１００側に設けられた一対の電極７２および８２とを有している。
【００７８】
第１基板７０は、絶縁性基板（例えば、プラスチック基板）７１上に、例えばＩＴＯ層を用いて形成された透明電極７２を有している。なお、この透明電極７２を覆うように配向層が設けられていてもよい。
【００７９】
第２基板８０は、透明基板（例えば、プラスチック基板）８１上に、例えばＩＴＯ層を用いて形成された透明電極８２を有している。なお、この透明電極８２を覆うように配向層が設けられていてもよい。
【００８０】
選択反射膜１００は、透明電極７２および８２の間に印加される電圧に応じて配向状態を変化するコレステリック液晶材料を含み、透明電極７２および８２の間に電圧が印加されていないときに入射光を選択反射し、透明電極７２および８２の間に電圧が印加されたときに入射光を散乱あるいは透過する。
【００８１】
上述のように選択反射膜１００は、透明電極７２および８２の間に印加した電圧に応じて駆動される液晶層として機能する。選択反射膜１００を駆動するための透明電極７２および８２の構成および駆動方法には、公知の電極構成および駆動方法を用いることができ、液晶表示装置４００は、例えば、アクティブマトリクス型や単純マトリクス型の液晶表示装置であり得る。
【００８２】
この選択反射膜１００として、例えば、本発明の実施形態による選択反射膜の製造方法において、形状安定化剤を０．２重量部〜２０重量部の範囲内で加えることによって製造された選択反射膜を用いることができる。また、選択反射膜１００を形成する際、上述したように、支持体としての第１基板７０（あるいは第２基板８０）上に光重合性混合物を塗布して前駆体膜を形成し、その後光を照射してもよいし、第１基板７０と第２基板８０とを所定の間隙を介して貼合わせた後に、光重合性混合物をこの間隙に真空あるいは真空加圧注入法等によって注入して前駆体膜を形成し、その後光を照射してもよい。
【００８３】
このようにして得られた液晶表示装置４００は、次のようにして表示を行う。まず、電圧無印加時には、選択反射膜１００中に螺旋構造が形成されているので、入射光を選択反射する。次に、電圧印加時には、選択反射膜１００中の螺旋構造が崩れるので、印加された電圧に応じて入射光を散乱あるいは透過する。このようにして、液晶表示装置４００は、印加する電圧を変化させることにより、濃淡表示が可能となる。
【００８４】
本発明による液晶表示装置４００においては、透明電極７２および８２の間に印加された電圧によって駆動される液晶層として、本発明による選択反射膜の製造方法によって製造された選択反射膜１００が用いられているので、電圧無印加時には、入射光を高効率で反射することができる。その結果、明るい表示が可能となる。液晶表示装置４００の、電圧無印加時（Ｖ＝０Ｖ）および電圧印加時（Ｖ＝６０Ｖ）の反射率を図１０に示す。図１０に示したように、液晶表示装置４００は、電圧印加時には、入射光を散乱あるいは透過し、電圧無印加時には、約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長領域の光を選択的に反射する。上述の波長領域における電圧印加時の反射率は約１５％であり、入射光を散乱あるいは透過していることがわかる。一方、電圧無印加時の反射率は約９０％であり、入射光を高効率で反射していることがわかる。
（その他の実施形態）
本発明による選択反射膜の他の製造方法は、例えば、光重合性混合物として、ネマチック液晶材料と、コレステリック液晶材料であって、ネマチック液晶材料との混合比によって螺旋構造のねじれ方向が左右両方になり得るようなコレステリック液晶材料とを含むものを用いる。
【００８５】
上述のようなネマチック液晶材料とコレステリック液晶材料との組み合わせとしては、例えば、ＭＢＢＡと、コレステリルクロリドとの組み合わせが挙げられる。ＭＢＢＡとコレステリルクロリドとの混合物は、図１１に示すように、ネマチック液晶材料（ＭＢＢＡ）の比率が比較的低い場合は右巻きの螺旋構造を形成し、ネマチック液晶材料（ＭＢＢＡ）の比率が比較的高い場合は左巻きの螺旋構造を形成することが知られている。図１１は、横軸をネマチック液晶材料（ＭＢＢＡ）の比率として、縦軸にヘリカルツイストパワー（ＨＴＰ）を示す図である。
【００８６】
光重合性混合物の材料として、上述のような材料を用いる場合にも、濃度分布を形成するため、コレステリック液晶材料は重合性を有することが好ましい。上述の例では、コレステリルクロリドをアクリレート化し、重合性化合物として用いることが好ましい。
【００８７】
上述の材料を用いて調製された光重合性混合物の一例を以下に示す。
【００８８】
まず、ネマチック液晶材料として、下記の（化６）で表されるＭＢＢＡを３５重量部用い、コレステリック液晶材料として、下記の（化７）で表されるコレステリルクロリドのアクリレート化物を６５重量部用いる。
【００８９】
【化６】
0003676211.tif 000007
【００９０】
【化７】
0003676211.tif 000008
そして、光重合開始剤として、Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）を１重量部加え、色素として、（化４）で表されるＴｉｎｕｖｉｎＰ（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）を１重量部加え、形状安定化剤として、（化５）で表されるジアクリレートを３重量部加える。
【００９１】
このようにして調製される光重合性混合物を用いて製造された選択反射膜の反射率の波長依存性を図１２に示す。図１２に示すように、この選択反射膜は、約４００ｎｍ〜約４６０ｎｍの波長領域の光を反射する。上述の波長領域における反射率は約９０％であり、この選択反射膜が入射光を高効率で反射していることがわかる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によると、単層であって、膜内において左巻きの螺旋構造および右巻きの螺旋構造の両方の螺旋構造が存在し、入射光を高効率で反射する、選択反射膜が提供される。また、本発明によると、そのような選択反射膜を効率よく製造できる方法が提供される。さらに、そのような選択反射膜を備え、明るい表示を行うことができる液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施形態による選択反射膜の製造工程を模式的に示す図である。
【図２】  本発明による選択反射膜１００の反射率の波長依存性を示す図である。
【図３】  本発明による選択反射膜１００の厚さ方向に沿った特性値の変化を模式的に示す図である。
【図４】  本発明の実施形態１による液晶表示装置２００を模式的に示す断面図である。
【図５】  本発明の実施形態１による液晶表示装置３００を模式的に示す断面図である。
【図６】  （ａ）〜（ｄ）に、本発明による選択反射膜１００にフォトリソグラフィプロセスによりコンタクトホール１０２を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図７】  （ａ）〜（ｄ）に、積層選択反射膜にフォトリソグラフィプロセスによりコンタクトホール１０２’を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図８】  （ａ）〜（ｃ）に、積層選択反射膜にフォトリソグラフィプロセスによりコンタクトホール１０２’を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図９】  本発明の実施形態２による液晶表示装置４００を模式的に示す断面図である。
【図１０】  液晶表示装置４００の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１１】  ＭＢＢＡとコレステリルクロリドとの混合物のヘリカルツイストパワー（ＨＴＰ）を示す図である。
【図１２】  本発明によるその他の実施形態における選択反射膜の製造方法により製造された選択反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１３】  （ａ）〜（ｅ）に、積層選択反射膜の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】  左巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料と、右巻きの螺旋構造を形成するコレステリック液晶材料との混合物のヘリカルツイストパワー（ＨＴＰ）を示す図である。
【符号の説明】
１０    第１基板
１１    絶縁性基板
１２、１２’  透明電極
１３    ゲート電極
１４    ゲート絶縁層
１５    半導体層
１７    ソース電極
１８    ドレイン電極
１９    配向層
２０    第２基板
２１    透明基板
２２    透明電極
２９    配向層
３０    保護層
４０    液晶層
５０    薄膜トランジスタ
６０    フォトマスク
７０    第１基板
７１    絶縁性基板
７２    透明電極
８０    第２基板
８１    透明基板
８２    透明電極
１００’  前駆体膜
１００    選択反射膜
１０１Ｒ’  第１前駆体膜
１０１Ｒ    第１選択反射膜
１０１Ｌ’  第２前駆体膜
１０１Ｌ    第２選択反射膜
１０２、１０２’  コンタクトホール
１０３    第１コンタクトホール
１０４    第２コンタクトホール
１１０    支持体
２００    液晶表示装置
３００    液晶表示装置
４００    液晶表示装置
５００    積層選択反射膜
【図１】
0003676211.tif 000009
【図２】
0003676211.tif 000010
【図３】
0003676211.tif 000011
【図４】
0003676211.tif 000012
【図５】
0003676211.tif 000013
【図６】
0003676211.tif 000014
【図７】
0003676211.tif 000015
【図８】
0003676211.tif 000016
【図９】
0003676211.tif 000017
【図１０】
0003676211.tif 000018
【図１１】
0003676211.tif 000019
【図１２】
0003676211.tif 000020
【図１３】
0003676211.tif 000021
【図１４】
0003676211.tif 000022