(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレステリック液晶層と、
前記コレステリック液晶層上に設けられたネマチック液晶層とを備え、
前記コレステリック液晶層は前記ネマチック液晶層で用いられる液晶と同一の液晶を主成分として含有することを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
前記コレステリック液晶層は前記主成分とともにカイラル剤を含有することを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
【請求項３】
前記コレステリック液晶層と前記ネマチック液晶層との間の平均屈折率の差が０．０１以下であることを特徴とする請求項１または２記載の偏光分離素子。
【請求項４】
前記コレステリック液晶層と前記ネマチック液晶層とが直接接合されていることを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
【請求項５】
コレステリック液晶層とネマチック液晶層とを接合して偏光分離素子を製造する偏光分離素子の製造方法において、
配向処理が施された基板上にネマチック液晶を塗布して硬化させることによりネマチック液晶層を形成する工程と、
前記基板上に形成されたネマチック液晶層上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層を形成する工程とを含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項６】
コレステリック液晶層とネマチック液晶層とを接合して偏光分離素子を製造する偏光分離素子の製造方法において、
配向処理が施された基板上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層を形成する工程と、
前記基板上に形成されたコレステリック液晶層上にネマチック液晶を塗布して硬化させることによりネマチック液晶層を形成する工程とを含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項７】
前記コレステリック液晶は前記ネマチック液晶と同一の液晶を主成分として含有することを特徴とする請求項５または６記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項８】
前記コレステリック液晶は前記主成分とともにカイラル剤を含有することを特徴とする請求項７記載の偏光分離素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等で用いられる偏光分離素子に係り、とりわけ、光学特性および耐熱特性に優れた偏光分離素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ等のディスプレイとして、液晶パネルをその背面からバックライト装置により照明する液晶表示装置が広く用いられている。このような液晶表示装置では一般に、バックライト装置から照射された光を偏光板により偏光した後、その光を液晶パネルの液晶層で変調させるようにしている。
【０００３】
このような液晶表示装置で用いられる偏光板としては、入射光に含まれる所定の円偏光成分のみを選択的に透過させる円偏光分離層と、この円偏光分離層を透過した透過光に含まれる円偏光成分を直線偏光成分へ変換させる１／４波長位相差層とを備えた偏光分離素子が知られている。なお、このような偏光分離素子は、コレステリック液晶膜（円偏光分離層）と一軸延伸フィルム（１／４波長位相差層）とを接着剤や熱転写等により接着することにより製造されるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の偏光分離素子では、円偏光分離層と１／４波長位相差層との間の平均屈折率の差があり、両層の界面での光の反射によりその光学特性が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
また、上述した従来の偏光分離素子では、円偏光分離層と１／４波長位相差層とが互いに接着層や熱転写等により接着されているので、両層を接着する過程で両層の界面に異物や気泡等が侵入しやすく、これによっても光学特性が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、上述した従来の偏光分離素子では、円偏光分離層と１／４波長位相差層との間の熱的特性（熱膨張率等）の差が大きく、加熱により両層が剥離しやすいという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、円偏光分離層および１／４波長位相差層の界面での光の反射や、当該界面への異物や気泡等の侵入を効果的に防止して光学特性を向上させるとともに、加熱による円偏光分離層および１／４波長位相差層の剥離等を防止して耐熱特性を向上させることができる偏光分離素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その第１の解決手段として、コレステリック液晶層と、前記コレステリック液晶層上に設けられたネマチック液晶層とを備え、前記コレステリック液晶層は前記ネマチック液晶層で用いられる液晶と同一の液晶を主成分として含有することを特徴とする偏光分離素子を提供する。
【０００９】
なお、上述した第１の解決手段において、前記コレステリック液晶層は前記主成分とともにカイラル剤を含有することが好ましい。また、前記コレステリック液晶層と前記ネマチック液晶層との間の平均屈折率の差が０．０１以下であることが好ましい。さらに、前記コレステリック液晶層と前記ネマチック液晶層とが直接接合されていることが好ましい。
【００１０】
本発明は、その第２の解決手段として、コレステリック液晶層とネマチック液晶層とを接合して偏光分離素子を製造する偏光分離素子の製造方法において、配向処理が施された基板上にネマチック液晶を塗布して硬化させることによりネマチック液晶層を形成する工程と、前記基板上に形成されたネマチック液晶層上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層を形成する工程とを含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明は、その第３の解決手段として、コレステリック液晶層とネマチック液晶層とを接合して偏光分離素子を製造する偏光分離素子の製造方法において、配向処理が施された基板上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層を形成する工程と、前記基板上に形成されたコレステリック液晶層上にネマチック液晶を塗布して硬化させることによりネマチック液晶層を形成する工程とを含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法を提供する。
【００１２】
なお、上述した第２および第３の解決手段において、前記コレステリック液晶は前記ネマチック液晶と同一の液晶を主成分として含有することが好ましい。また、前記コレステリック液晶は前記主成分とともにカイラル剤を含有することが好ましい。
【００１３】
本発明の第１の解決手段によれば、ネマチック液晶層上に、ネマチック液晶層で用いられている液晶と同一の液晶を主成分とするコレステリック液晶層を設けているので、コレステリック液晶層とネマチック液晶層との間の平均屈折率の差が非常に小さくなり、両層の界面での反射による光学特性の低下を防止することができる。また、コレステリック液晶層とネマチック液晶層の熱的特性（熱膨張率等）がほぼ同一となるので、加熱によるコレステリック液晶層およびネマチック液晶層の剥離等を防止して耐熱特性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の第２および第３の解決手段によれば、ネマチック液晶層上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層を形成するので、両層の界面に異物や気泡等が侵入しにくく、これを原因とする光学特性の低下を防止することができる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明による偏光分離素子の一実施の形態を示す図である。図１に示すように、偏光分離素子１０は、コレステリック液晶層１と、コレステリック液晶層１上に直接接合されたネマチック液晶層２とを備えている。このうち、コレステリック液晶層１は、入射光（自然光）Ｌに含まれる所定の円偏光成分（例えば右円偏光成分）Ｌ１を反射させて所定の円偏光成分（例えば左円偏光成分）Ｌ２を選択的に透過させる円偏光分離層である。また、ネマチック液晶層２は、コレステリック液晶層１を透過した透過光に含まれる円偏光成分Ｌ２を直線偏光成分Ｌ３へ変換させる１／４波長位相差層である。
【００１７】
なお、コレステリック液晶層１は、ネマチック液晶層２で用いられる液晶（主成分）と、カイラル剤とを含有するものである。なお、カイラル剤の量は、コレステリック液晶層１とネマチック液晶層２との間の平均屈折率の差が０．０１以下となるよう調整されていることが好ましい。
【００１８】
次に、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）により、このような構成からなる偏光分離素子１０の製造方法について説明する。
【００１９】
まず、ガラス基板３上にポリイミド膜４を成膜し（図２（ａ））、次いで、そのポリイミド膜４に対してラビング処理等の配向処理を施す（図２（ｂ））。なお、ポリイミド膜４の膜厚は０．０２μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
その後、このようにして配向処理が施されたガラス基板３のポリイミド膜４上にネマチック液晶をスピンコーティング等により塗布し、紫外線または電子線を用いて硬化させることによりネマチック液晶層２を形成する（図２（ｃ））。なお、ネマチック液晶を塗布する際には、ネマチック液晶を有機溶剤に溶かした状態で塗布することが好ましい。
【００２１】
ここで、ネマチック液晶としては、以下のような化学式のものを用いることができる。
【００２２】
【化１】
0003559214.tif 000002
【００２３】
また、有機溶剤としては、トルエン、テトラヒドロフラン、キシレン、アセトン、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、３−メトキシブチルアセテート等を用いることができ、その希釈濃度は、５〜５０％ｗｗに調整することが好ましい。なお、塗布方法としては、スピンコーティング以外にも、ブレードコーティングや、スライドコーティング、ダイコーティング等を用いることができる。
【００２４】
次に、ガラス基板３のポリイミド膜４上に形成されたネマチック液晶層２上にコレステリック液晶（ネマチック液晶＋カイラル剤）をスピンコーティング等により塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層１を形成する（図２（ｄ））。なお、コレステリック液晶は、上述したネマチック液晶の場合と同様の方法で塗布および硬化させることが好ましい。
【００２５】
ここで、カイラル剤としては、以下のような化学式のものを用いることができる。
【００２６】
【化２】
0003559214.tif 000003
【００２７】
また、カイラル剤の添加量は、中心選択反射波長に応じて適宜調整することが好ましい。なお、コレステリック液晶層１の膜厚は、円偏光成分Ｌ１を反射するのに十分な厚さ（例えば３〜５μｍ）であることが好ましい。
【００２８】
これにより、コレステリック液晶層１とネマチック液晶層２とからなる偏光分離素子１０が製造される。
【００２９】
なお、図１に示す偏光分離素子１０は例えば、図３に示すような液晶表示装置に組み込まれて用いられる。図３において、液晶表示装置は、液晶パネル２０と、液晶パネル２０をその背面から照明するバックライト装置１５とを備えている。このうち、液晶パネル２０は、液晶セル２１と、偏光板２２とを有している。また、バックライト装置１５は、図１に示す偏光分離素子１０に対して光を照射する装置として、光源１１、導光体１２、光散乱体１３および反射シート１４を有している。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、ネマチック液晶層２上に、ネマチック液晶層２で用いられている液晶と同一の液晶を主成分とするコレステリック液晶層１を接合しているので、コレステリック液晶層１とネマチック液晶層２との間の平均屈折率の差が非常に小さくなり、両層の界面での反射による光学特性の低下を防止することができる。また、コレステリック液晶層１とネマチック液晶層２の熱的特性（熱膨張率等）がほぼ同一となるので、加熱によるコレステリック液晶層１およびネマチック液晶層２の剥離等を防止して耐熱特性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施の形態によれば、ネマチック液晶層２上にコレステリック液晶を塗布して硬化させることによりコレステリック液晶層１を形成しているので、両層の界面に異物や気泡等が侵入しにくく、これを原因とする光学特性の低下を防止することができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態によれば、コレステリック液晶層１が形成されるネマチック液晶層２の界面が配向能力を有しているので、ネマチック液晶層２上にコレステリック液晶を塗布および硬化させるだけで、何ら特別な配向処理を施すことなくコレステリック液晶層１を形成することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態においては、ネマチック液晶にカイラル剤を添加することによりコレステリック液晶層１におけるコレステリック相を実現しているが、これに限らず、カイラル剤を用いることなく、ネマチック液晶層に対して所定の配向処理を施すことによりコレステリック相を実現するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態においては、配向処理が施されたガラス基板３のポリイミド膜４上にネマチック液晶層２を形成した後、このネマチック液晶層２上にコレステリック液晶層１を形成しているが、これに限らず、配向処理が施されたガラス基板３のポリイミド膜４上にコレステリック液晶を塗布して硬化することによりコレステリック液晶層１を形成し、さらに、このコレステリック液晶層１上にネマチック液晶を塗布して硬化することによりネマチック液晶層２を形成するようにしてもよい。
【００３５】
さらに、上述した実施の形態においては、ネマチック液晶およびカイラル剤として上記化学式のものを用いるが、これに限らず、特表平１０−５０８８８２号に記載されているような化学式で表される材料を用いることができる。
【００３６】
【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。
【００３７】
まず、ガラス基板３上にポリイミド膜４を０．０２μｍの膜厚で成膜し（図２（ａ））、次いで、そのポリイミド膜４に対してラビング処理等の配向処理を施した（図２（ｂ））。
【００３８】
その後、このようにして配向処理が施されたガラス基板３のポリイミド膜４上にトルエンを溶剤としたネマチック液晶溶液（希釈濃度２５％ｗｗ）をスピンコーティングにより塗布した。塗布後、８０℃で１分間乾燥した後、紫外線を用いて８０℃で硬化させることによりネマチック液晶層２を形成した（図２（ｃ））。なお、ネマチック液晶層２の膜厚は、１２８．７５ｎｍのレタデーションを持つよう、１．３２μｍとした。
【００３９】
次に、ガラス基板３のポリイミド膜４上に形成されたネマチック液晶層２上にコレステリック液晶を塗布および硬化させることによりコレステリック液晶層１を形成した。なお、コレステリック液晶は、上述したネマチック液晶の場合と同様の方法で塗布および硬化させた。また、カイラル剤の添加量は、５１５ｎｍに中心選択反射波長を持つよう、４．５４７％ｗｗとした。さらにコレステリック液晶層１の膜厚は、１００％の選択反射率を得るため、３μｍとした。
【００４０】
これにより、コレステリック液晶層１およびネマチック液晶層２により自然光Ｌから５１５ｎｍの直線偏光成分Ｌ３のみを分離する偏光分離素子１０を製造した。
【００４１】
なお、このようにして製造された偏光分離素子１０では、コレステリック液晶層１およびネマチック液晶層２の界面での反射や、当該界面への異物や気泡等の侵入がなく、既存の偏光分離素子に比べて光学特性を格段に向上させることができた。また、加熱によるコレステリック液晶層１およびネマチック液晶層２の剥離等の問題がなく、既存の偏光分離素子に比べて耐熱特性を格段に向上させることができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円偏光分離層および１／４波長位相差層の界面での光の反射や、当該界面への異物や気泡等の侵入を効果的に防止して光学特性を向上させるとともに、加熱による円偏光分離層および１／４波長位相差層の剥離等を防止して耐熱特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による偏光分離素子の一実施の形態を示す図。
【図２】図１に示す偏光分離素子の製造方法を説明するための工程図。
【図３】図１に示す偏光分離素子が組み込まれた液晶表示装置を示す図。
【符号の説明】
１  コレステリック液晶層
２  ネマチック液晶層
３  ガラス基板
４  ポリイミド膜
【図１】
0003559214.tif 000004
【図２】
0003559214.tif 000005
【図３】
0003559214.tif 000006