(57)【要約】      （修正有）【課題】半透過半反射用の液晶表示装置に用いられる光学素子に関し、等方相部位と液晶相部位とを備える位相差層を有し、且つ該位相差層における段差が平坦化された、位相差制御機能を有する光学素子を提供する。【解決手段】半透過半反射用の液晶表示装置に用いられる光学素子において、基板上面において直接または間接に形成される液晶相部位と、これに隣接して形成される等方相部位と、これら両部位の上面を覆って形成される透過性且つその表面が平坦な平坦化層とから構成される位相差層を形成する。【選択図】図１
2008242001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の基材と前記基材上に形成される位相差層とを備える光学素子であって、
前記位相差層が、前記基板上に直接または間接に形成される架橋性液晶分子を液晶相状態で固定化させてなる液晶相部位と、前記液晶相部位に隣接する架橋性液晶分子を等方相状態で固定化させてなる等方相部位と、前記液晶相部位及び前記等方相部位の上面を被覆して設けられる平坦化層とから構成されることを特徴とする、位相差制御機能を有する光学素子。
【請求項２】
前記平坦化層の表面段差が０．２μｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記基材と前記位相差層との間、あるいは前記位相差層上に直接または間接に、少なくとも２色以上の光透過性の着色部からなる着色層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の光学素子。
【請求項４】
前記平坦化層の上面に直接的にセルギャップ制御用の柱状体が形成されており、前記柱状体の少なくとも一部が平面視上、前記等方相部位領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記基材と前記位相差層との間に反射部が設けられており、前記反射部が前記液晶相部位の下方に選択的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
アレイ基板と対面基板とが一定の距離を維持して対向し、これら基板間内側面に駆動用液晶材料が充填されて駆動用液晶層が形成されるとともに両基板の外側面に偏光板が積層され、且つサブ画素において反射表示領域と透過表示領域とを備える半透過半反射型の液晶表示用装置であって、
上記アレイ基板または対面基板として請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の光学素子を用いることを特徴とする半透過半反射型用の液晶装置。
【請求項７】
光透過性の基材上に少なくとも位相差層を形成して位相差制御機能を有する光学素子を製造する製造方法であって、
前記位相差層を形成する工程が、
少なくとも架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を光透過性の基板上に直接または間接に塗布し塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させて液晶相状態にする配向工程と、
前記塗膜にフォトマスクを介して紫外線または電子線を照射して、液晶相状態にある前記架橋性液晶分子を重合させることにより照射部分における架橋性液晶分子のみを重合させて固定化させ液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、
前記塗膜が形成された基板を加熱して、未硬化の状態にある前記架橋性液晶分子を等方相状態にし、上記加熱した状態で架橋性液晶分子を重合させて固定化させ等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、
少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を、前記液晶相部位及び前記等方相部位上面に直接に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜中に含有される硬化性樹脂を硬化させて平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、
を含んでなることを特徴とする位相差制御機能を有する光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光に位相差を与える光学素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれて透過型表示や反射型表示に応じた位相差を付与する光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の小型化により、携帯電話やＰＤＡ等に液晶表示装置が幅広く用いられるようになってきている。このような小型の液晶表示装置においては、省電力化に加えて、高輝度化や高コントラスト化が重要な課題となる。このような観点から、省電力化のための反射型または半透過型の液晶表示装置の開発や、それら液晶表示装置の輝度及びコントラストを改善するための光学素子が開発されている。
【０００３】
このような半透過型の液晶表示装置の一形態として、アルミニウム等の金属膜に光が透過できる開口部を形成した反射膜を光半透過膜として機能させた液晶表示装置が提案されている。このような半透過型の液晶表示装置では、電圧非印加時の位相のずれが１／４波長となるような液晶層が一対のガラス基板間に狭持されており、バックライト側のアレイ基板を構成する透明ガラス基板の内面には、半透過反射層、インジウム錫酸化物（以下、単に「ＩＴＯ」ともいう）等の透明導電膜からなる透明電極が積層され、透明電極を覆うように配向膜が形成されている。一方、表示面側の表示基板を構成する透明ガラス基板の内面には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極が形成され、この透明電極を覆うように配向膜が形成されている。そして、上のガラス基板の外面側には、基板側から順に、１／４波長板、偏光板が配置され、下のガラス基板の外面側には、基板側から順に、１／４波長板、偏光板が設けられている。なお、１／４波長板は、ある波長帯域において、直線偏光を略円偏光に変換することができる機能を有する光学素子である。
【０００４】
上記のような構成を有する半透過型液晶表示装置においては、バックライトからの光のうち、反射層で反射された光は、反射層の下側（バックライト側）に配置した１／４波長板で偏光軸が変化し、１／４波長板の下側（バックライト側）に設置した偏光板に吸収されてしまうため、光のリサイクルができず十分な輝度が得られない。また、反射層の開口部を通過し、１／４波長板を透過したバックライト光は円偏光であり、透過光の半分は、上の基板上に設けられた偏光板で吸収されてしまうため、十分な明度とコントラストが得られないと言った問題があった。
【０００５】
上記の問題に対して、透過部と反射部とのセルギャップを調整するとともに、１／４波長板を、反射層の部分にのみ設けた構造の半透過型液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置においては、バックライト側と表示側との一対の位相差層を省略できるので、高輝度化に加え、表示装置を薄型化することができる。
【０００６】
このような半透過型の液晶表示装置として、例えば下記特許文献１には、任意形状にパターニングされた反射層を備えた半透過型液晶表示装置であって、その反射表示領域にのみ位相差層（１／４波長板）を設けた構造の液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置によれば、反射層で反射されたバックライトからの光は、位相差層で吸収されることなく、光のリサイクルが可能になる。また、電圧非印加時における、透過表示領域での液晶層の位相のずれが１／２波長で、反射表示領域での液晶層の位相のずれが１／４波長となるように透過表示領域と反射表示領域でのセルギャップを調整することにより、良好な明度とコントラストを実現している。
【０００７】
また、下記特許文献２には、電圧非印加時における、透過表示領域での液晶層の位相のずれが１／２波長で、反射表示領域での液晶層の位相のずれが１／４波長となるように透過表示領域と反射表示領域でのセルギャップを調整し、更に、反射表示領域にあるカラーフィルタ部分にのみ位相差層（１／２波長板）を設けた構造の液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置によれば、該位相差層の遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角を２０度以上２５度以下又は６０度以上７０度以下とすることにより、反射部液晶層と位相差層があわせて広帯域の１／４波長板となるため、良好な明度およびコントラストの実現が可能となる。
このように、反射表示領域にのみに位相差層を設けるためには、任意形状にパターニングされた反射層に対応した形状に位相差層もパターニングする必要がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、位相差層のパターニングは、フォトリソグラフィー法を用いるため、製造工程が複雑であり、その結果、安価に液晶表示装置を製造することが困難であった。すなわち、フォトリソグラフィー法は、位相差層上に感光性樹脂層を設け、その感光性樹脂層をまず任意形状にパターニングした後、その感光性樹脂層をマスクとして使用して位相差層をエッチングし、局所的に位相差層を残存させることによって、任意形状にパターニングされた位相差層を形成させるものであるため、位相差層のパターニングに複数の工程を必要とするものであった。
【０００９】
上記問題を解決するために、本出願人は、今般、フォトリソグラフィー法を用いずにパターニングされた液晶相を備える位相差層を形成する方法（以下、単に「製造方法１」ともいう。）を見出した（下記特許文献３）。かかる方法は、材料として架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を用い、まず、基板面に該液晶組成物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させた後、フォトマスクで覆ってパターン露光し露光部に位置する架橋性液晶分子を固定化させて液晶相を形成する。続いて、液晶温度以外の温度によって、塗膜を加熱し、固定化されていない架橋性液晶分子の配向を等方相状態にするとともにその状態で固定化させて等方相を形成して、液晶相と等方相とからなる位相差層を形成する方法である。上記本出願人の方法によれば、フォトリソグラフィー法と比較して、容易且つ安価に位相差層を形成することができる。
【００１０】
またこのように液晶相と等方相とからなる位相差層を備える半透過半反射型の液晶セルでは、上述に述べた理由と同様に、反射表示領域と透過表示領域とにおけるセルギャップを調整する必要があり、調整方法として、液晶相上面に透明の熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂からなるマルチギャップ層を形成するか、あるいは製造条件を調整することにより、液晶相部分の厚みと等方相部分との厚み（ここでいう「厚み」とは基板面に対して法線方向の寸法を意味する）に段差を設けて形成することが可能である。
【００１１】
【特許文献１】特許第３７８８４２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３３８２５６号公報
【特許文献３】特開２００６−２７６３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記製造方法１の方法によって示された液晶相と等方相とからなる位相差層を備える光学素子についてさらなる研究を行ったところ、透過表示においてのみ表示ムラが発生する場合があることがわかった。本発明者の鋭意研究により、上記位相差層において、等方相部位上面に段差が存在することを見出し、これが上記表示ムラの原因であることをつきとめた。
【００１３】
即ち、上記光学素子は、該光学素子を一方の基板とし、対向する基板と組み合わせて、両基板間に一定のスペースを確保し、該スペースに駆動用液晶材料を充填することによって駆動用液晶層を形成し、液晶装置を製造することができる。このとき、等方相部位の上面が平坦ではなく、段差が存在することから、等方相部位上方における両基板間の距離、即ちセルギャップが均一とならず、表示ムラが発生してしまうという問題があることがわかった。
【００１４】
また上記２つの基板を組み合わせて液晶装置を製造する場合に、両基板間の距離であるセルギャップを一定に維持するために、位相差層上において柱状体が形成され、該柱状体の上面を対向する基板面に当接させる手法が採用される。しかしながら、上記等方相部位上面における段差の存在により、等方相部位上面において柱状体を形成しようとすると、柱状体の上面の高さが不均一になり、対向する基板面における当接状態が不揃いとなる結果、セルギャップを良好に維持することができなくなる。したがって段差が殆ど生じない液晶相部位上面あるいはマルチギャップ層上面にしか柱状体を設けることができず、柱状体のデザイン性が制限されるという問題があった。
【００１５】
以下に、上述する問題についてより詳しく説明する。
図４は、上記製造方法１により製造された光学素子の液晶相部位と等方相部位とのパターニングの一例を示す上面図であって、透明ガラス基板において、配向膜が形成され、さらにその上面にストライプ状にパターン形成された複数の液晶相部位１０１と、これを囲む形で形成される等方相部位１０２よりなる位相差層１０３が形成された光学素子の上面図である（尚、上面図で示したため、図中、透明ガラス基板と配向膜は図示省略した）。
【００１６】
次に、上記図４に示すパターンで形成された光学素子１１０を用いて形成される液晶セル１００を図５に示す。図５は、液晶相部位１０１の長手方向に垂直な断面概略図である。光学素子１１０は、まず透明ガラス基板１０４の上面に配向膜１０５が形成され、その上に、液晶相部位１０１と等方相部位１０２とが形成される。そして上記液晶相部位１０１の上面に反射領域のセルギャップを調整するためのマルチギャップ層１０６が積層され、さらにマルチギャップ層１０６の上面にセルギャップを維持するための柱状体１０７が形成されて光学素子１１０が形成される。液晶セル１００はこの光学素子１１０を一方の基板とし、これに対向する対向基板１０８とを組み合わせて形成されている。一方の基板である光学素子１１０と対向基板１０８との間に確保されるスペースは駆動用液晶材料が充填されるスペースであって、駆動用液晶層１０９を構成している。
液晶セル１００において、反射領域に相当する液晶相部位１０１の上方において確保されるセルギャップを矢印ａ、ａ’およびａ’’（以下、「セルギャップａ」「セルギャップａ’」及び「セルギャップａ’’」という）で、等方相部位１０２及び対向基板１０８間において確保されるセルギャップを矢印ｂ（以下、「セルギャップｂ」という）及び矢印ｃ（以下、「セルギャップｃ」という）で示した。
【００１７】
図５で示すとおり、光学素子１００の液晶相部位１０１の長手方向に垂直な断面図で観察すると、そのセルギャップは、セルギャップａ≒セルギャップａ’≒セルギャップａ’’、セルギャップｂ≠セルギャップｃの関係にある。即ち、液晶相部位１０１の上面は略平坦に形成され、この上に形成されるマルチギャップ層１０６の上面も略平坦に形成されるので、マルチギャップ層１０６の上面と対向基板１０８までの距離であるセルギャップａ、ａ’、ａ’’は等しく形成される。一方、等方相部位１０２の断面は中央が窪んだ凹状になっており上面に段差が形成されているため、該上面から対向基板１０８までのセルギャップは均一ではなく、例えばセルギャップｂとセルギャップｃとの距離は異なって形成される。
【００１８】
また図６は、図５のＸ−Ｘ断面図である。図６における液晶セル１００において、反射表示領域に相当する液晶相部位１０１の上方において確保されるセルギャップをセルギャップａ、また等方相部位１０２及び対向基板１０８間において確保されるセルギャップを矢印ｄ（以下、「セルギャップｄ」という）及び矢印ｅ（以下、「セルギャップｅ」という）で示した。
尚、図５及び図６は、便宜上図４に対し縦横比を変えてある。また図６における柱状体１０７は、その一部の記載を省略した。
【００１９】
図６で示すとおり、液晶セル１００の液晶相部位１０１の短手方向に垂直な断面図で観察すると、そのセルギャップは、マルチギャップ層１０６の上面から対向基板１０８までの距離であるセルギャップａは、任意の地点においていずれも略均一である。一方、等方相部位１０２は上面が凹状に形成されており、セルギャップｄ≠セルギャップｅの関係にある。
【００２０】
上述で例示するように、液晶相部位と等方相部位とからなる位相差層では、特に等方相部位の上面が平坦に形成されず、例えば図４の如くスリット状に液晶相部位が形成された光学素子では、そのスリットの長手方向断面においても短手方向断面においても、等方相部位の中央部分とパターン端部分とでは段差が異なることがあるのである。この段差は、図５及び図６のように、中央部が凹状に形成されるばかりではなく、中央部が盛り上がって、より低い位置に存在する端部と段差を生じる場合もある。かかる段差の発生により、均一なセルギャップが得られがたくなり、結果として液晶表示装置において表示ムラを発生されることになるのである。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、半透過半反射用の液晶表示装置に用いられる光学素子に関し、等方相部位と液晶相部位とを備える位相差層を有し、且つ該位相差層における段差が平坦化された、位相差制御機能を有する光学素子、これを用いた液晶装置及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、基板上面において直接または間接に形成される等方相部位と、これに隣接して形成される液晶相部位と、両部位を覆って形成される平坦化層とから構成される位相差層を備えることを基本的特徴とする。
【００２３】
即ち、本発明は、
（１）光透過性の基材と前記基材上に形成される位相差層とを備える光学素子であって、前記位相差層が、前記基板上に直接または間接に形成される架橋性液晶分子を液晶相状態で固定化させてなる液晶相部位と、前記液晶相部位に隣接する架橋性液晶分子を等方相状態で固定化させてなる等方相部位と、前記液晶相部位及び前記等方相部位の上面を被覆して設けられる平坦化層とから構成されることを特徴とする、位相差制御機能を有する光学素子、
を第一の発明とし、
前記平坦化層の表面段差が０．２μｍ以内であってもよく、あるいは、
前記基材と前記位相差層との間、あるいは前記位相差層上に直接または間接に、少なくとも２色以上の光透過性の着色部からなる着色層が積層されていてもよく、あるいは、
前記平坦化層の上面に直接的にセルギャップ制御用の柱状体が形成されており、前記柱状体の少なくとも一部が平面視上、前記等方相部位領域に形成されていてもよく、あるいは、
前記基材と前記位相差層との間に反射部が設けられており、前記反射部が前記液晶相部位の下方に選択的に形成されていてもよい。
【００２４】
また本発明は、
（２）アレイ基板と対面基板とが一定の距離を維持して対向し、これら基板間内側面に駆動用液晶材料が充填されて駆動用液晶層が形成されるとともに両基板の外側面に偏光板が積層され、且つサブ画素において反射表示領域と透過表示領域とを備える半透過半反射型の液晶表示用装置であって、上記対面基板として前記（１）に記載の第一の発明として記載のいずれかの光学素子を用いることを特徴とする半透過半反射型用の液晶装置、
を第二の発明とするものである。
【００２５】
また本発明は、
（３）光透過性の基材上に少なくとも位相差層を形成して位相差制御機能を有する光学素子を製造する製造方法であって、前記位相差層を形成する工程が、少なくとも架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を光透過性の基板上に直接または間接に塗布し塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜中に存在する架橋性液晶分子を所望の方向に配向させて液晶相状態にする配向工程と、前記塗膜にフォトマスクを介して紫外線または電子線を照射して、液晶相状態にある前記架橋性液晶分子を重合させることにより照射部分における架橋性液晶分子のみを重合させて固定化させ液晶相部位を形成する液晶相部位形成工程と、前記塗膜が形成された基板を加熱して、未硬化の状態にある前記架橋性液晶分子を等方相状態にし、上記加熱した状態で架橋性液晶分子を重合させて固定化させ等方相部位を形成する等方相部位形成工程と、少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を、前記液晶相部位及び前記等方相部位上面に直接に塗布して被覆膜を形成し、前記被覆膜中に含有される硬化性樹脂を硬化させて平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、を含んでなることを特徴とする位相差制御機能を有する光学素子の製造方法、
を第三の発明とするものである。
【００２６】
尚、本発明において「位相差層」とは、光の位相差（リタデーション）変化に対して光学補償することができる位相差制御機能を有する層を意味する。
【００２７】
また本発明の光学素子を構成する構成層において、「上」「上方」「上面」あるいは「下」「下方」「下面」などの上下方向を意味する表現方法は、光学素子の基材が最下層となる向きに配置したときに、任意の構成層において、基材面側を「下」方向とし、基材面とは反対側を「上」方向として表現するものである。
【００２８】
さらにまた本発明の構成層を説明にするにあたり、「平面視上」という場合には、基板面法線方向から観察した場合を意味する。例えば、「平面視上、液晶相部位領域」という場合には、基板面法線方向から観察したときに、液晶相部位と重なる領域を意味する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の光学素子は、透明ガラス基板上に直接又は間接に、液晶相部位と等方相部位と、これらを被覆し上面を平坦化させる平坦化層とからなる位相差層を有している。したがって、等方相部位上面に観察される表面段差が解消され、等方相部位領域におけるセルギャップを均一にすることができる。したがって、反射表示だけでなく、透過表示においても、表示ムラのない良好な画像を提供することができる。
【００３０】
また、上述のとおり、本発明における位相差層は、平坦化層によりその表面が平坦化されているため、液晶相部位上方だけでなく等方相部位上方であっても上面の高さの揃った柱状体を形成することができる。したがって柱状体のデザイン性を高めることができる。
【００３１】
さらに、架橋性液晶分子が固定化してなる液晶相部位または等方相部位は、一般的に他の積層構造部分と比べて非常に硬度が小さいため、液晶相部位または等方相部位上面に直接、柱状体を形成すると、柱状体を介して対向基板と対面させて組み合わせた液晶装置において、柱状体の底面が上記部位にめり込む虞があった。しかしながら本発明の位相差層は、上記柔らかい架橋性液晶分子から構成される液晶相部位及び等方相部位の上面に、該架橋性液晶分子よりも硬度の大きいアクリル系などの硬化性樹脂によって平坦化層が形成されるため、上記柱状体の底面が基材面にめりこむ心配がない。
【００３２】
本願発明の光学素子は、従来のフォトリソグラフィー法と比較して、その製造方法が容易且つ安価であって、表示ムラのない良好な画像表示を可能とする液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、図を用いて本発明の位相差制御用光学部材を実施するための最良の形態について説明する。
【００３４】
（本発明の光学素子の実施形態について）
本発明の光学素子の第一及び第二の実施形態について、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。尚、本発明の光学素子における等方相部位表面は、上述するとおり、凹状または凸状の段差が生じるものであり、本発明は、この段差を平坦化層によって平坦化せしめることを特徴とするものであるが、以下の説明において図示される本発明の光学素子は、便宜的に、等方相部位の上面も平坦状に図示するものとする。
【００３５】
図１（ａ）は、本発明の光学素子１の第一の実施形態の断面構造を示す概略図である。光学素子１は、光透過性の基材２表面上に、等方相部位４と、これより高さの高い液晶相部位５と、これらを上面から被覆してなる平坦化層６が形成されている。上記等方相部位４、液晶相部位５及び平坦化層６により位相差層３が構成される。
一方、図１（ｂ）は、本発明の第二の実施形態である光学素子１’の断面構造を示す概略図である。光学素子１’は、基材２表面上に等方相部位４と、これより高さの低い液晶相部位５と、これらを上面から被覆してなる平坦化層６とが形成されて位相差層３を構成し、さらに平坦化層の上面であって平面視上、液晶相部位５領域においてマルチギャップ層７が形成され、さらにマルチギャップ層上に柱状体３１が、また平坦化層６上であって、平面視上、等方相部位領域内において柱状体３２が形成されてなる。
尚、ここでいう「高さ」とは基板面に対し垂直方向の厚みを意味する。
【００３６】
図１（ａ）、（ｂ）には、本発明の光学素子の実施形態の一例を示したが、本発明の光学素子はこれに限定されず、例えば第三の実施形態として、基材２と位相差層３との間に、少なくとも２種以上の透明着色領域からなる着色層、あるいは透明着色領域を区画するパターニングされた遮光領域と該遮光領域により区画形成された少なくとも２種以上の透明着色領域からなる着色層をさらに設けてもよい（図示せず）。このような光学素子によれば、これが半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれることで、その液晶表示装置をカラー表示可能なものとすることができる。
【００３７】
またさらなる別の態様である第四の実施形態として、基材２と液晶相部位５との間に、光を反射させる反射部分を設けることもできる（図示せず）。このように構成することによって、反射部を設けた半透過半反射型の基板を形成することができ、反射部の設けられた領域、即ち液晶相部位５を反射表示領域、反射部の設けられていない領域、即ち等方相部位４を透過表示領域とすることができる。
【００３８】
本発明の光学素子は、上述する第一〜第四の実施形態などの種々の実施形態において、基材２あるいは位相差層３上にさらにスイッチング回路を設けてもよい（第五の実施形態という）。図２は、第五の実施形態の光学素子の一例を示す概略部分平面図である。
【００３９】
図２に示される第五の実施形態は、スイッチング回路１１が、透過表示領域（即ち等方相部位領域）と反射表示領域（即ち液晶相部位領域）にそれぞれ設けた透明電極部１９と反射電極部１２に対応して基材２ａ上に積層形成されて層状に構成されており、これと電気的に接続された信号線や走査線等の各種素子とともに機能層として素子基板を形成している。
【００４０】
スイッチング回路１１は、走査線１４から電気信号の供給を受けて、信号線１３と電極部１２の通電状態を制御する。スイッチング回路１１としては、薄膜トランジスタ（TFT ( Thin Film Transistor )という）等の３端子型素子やMIM（Metal Insulator Metal）ダイオード等の２端子型素子などのアクティブ素子が具体的に例示される。
【００４１】
スイッチング回路１１が薄膜トランジスタである場合、スイッチング回路１１は、透明電極部１９と反射電極部１２からなる各画素電極１８に接続されたドレイン電極１５と、信号線１３から電気信号の供給を受けるソース電極１６と、ドレイン電極１５とソース電極１６の間に介在して両電極を接続させる半導体とが基材２上に積層され、さらに半導体に対して絶縁層（図示せず）を介して積層されたゲート電極１７積層されて形成されている。なお、ゲート電極は走査線１４に接続している。
【００４２】
電極部１２としては、ITO（Indium Tin Oxide）電極などの透明電極を好ましく用いることができ、これを各画素を形成する領域ほぼ全面に敷設することで形成できる。なお、電極部１２は、各画素領域の端縁部に細長に透明電極を敷設しても形成することができる。
このような光学素子は、半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んで使用できる。
【００４３】
以下、図１（ｂ）を用いて本発明の光学素子の基本的な構成についてより詳細に説明する。
【００４４】
基材２について：
基材２は、光透過性を有する基板形成材からなり、一つの基板形成材により単層で構成されても、複数種類の基板形成材にて多層に構成されてもよい。基材２には、部分的に遮光領域等が設けられてもよい。基材２の光線透過率は、適宜選定可能である。
【００４５】
基板形成材は、光学的に等方性を有するように構成されていることが好ましい。基板形成材としては、ガラス基板などのガラス材の他、種々の材質からなる板状体を適宜選択できる。特に位相差制御部材を液晶ディスプレイ用に用いる場合には、基板形成材は無アルカリガラスであることが好ましい。基材２は用途に応じて、例えば５μｍ〜３ｍｍ程度のものが使用される。
基材２の光透過率は、適宜選定可能である。また基材２には、部分的に遮光性領域等が設けられてもよい。
【００４６】
基材２と位相差層３との間、あるいは基材２の位相差層３とは反対側面には、さらに所定の機能を有する機能性層を積層することができる。例えば、機能性層としては、光の状態を変化させる機能を有する層であって、位相差層３とは構成の異なる層であり、着色層、液晶の配向性の固定されたコレステリック液晶からなる層、光を反射させる反射板、偏光板などが具体的に例示される。上記機能性層は、基材２全面に設けられるのみならず、基材２面に部分的に設けられていてもよい。
さらに、機能性層は、液晶の分子を水平に配向させる水平配向膜や液晶の分子を垂直に配向させる垂直配向膜のような配向膜でもよい。
【００４７】
配向膜について：
配向膜は、位相差層３における液晶相部位５を構成する架橋性液晶分子に望まれる配向方向を規制するための層として基板上に形成される。配向膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等が通常使用される。なお、配向膜としてポリイミドを用いる場合は、長鎖アルキル基を有するものであることが、光学素子に形成される位相差層３の厚みを広い範囲で選択することができて好ましい。
【００４８】
配向膜は、これを構成する膜組成液を調製して、この膜組成液をフレキソ印刷やスピンコート等の方法で基板面上に塗布して塗膜を形成させ、さらにその塗膜を硬化させて形成できる。膜組成液としては、例えばポリイミドを含むものとしては、日産化学社製のＳＥ−７５１１やＳＥ−１２１１、ＪＳＲ（株）社製のＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２、日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社製のＱＬ及びＬＸ等のシリーズ、あるいはチッソ株式会社製のリクソンアライナー等を具体的に例示できる。
【００４９】
配向膜は、その膜厚が０．０１―１μｍ程度の範囲であることが好ましい。配向膜の膜厚が、０．０１μｍよりも薄いと、位相差層の液晶相部位に含まれる液晶に所望の配向を付与することが困難になる虞がある。また、配向膜の膜厚が１μｍよりも厚いと、この配向膜自体が光を乱反射させて光学素子の光透過率が大きく低下する虞がある。
【００５０】
位相差層３について：
位相差層３は、等方相の液晶を含有する等方相部位４と、液晶相の液晶を含有する液晶相部位５と、これらを上面から被覆する平坦化層６とから構成される。液晶相部位５は、等方相部位４に繋がっており、且つ、その液晶相部位５に連続的に繋がる等方相部位４とは厚みが異なって位相差層の厚み方向に段差を形成している。
液晶相部位５及び等方相部位４はいずれもこれらを構成する共通の架橋性液晶分子同士の架橋により高分子化した構造により固定化されて形成されており、これによって、透過される光の位相差を制御することが可能である。より詳しくいうと、液晶相部位５は、これを構成する架橋性液晶分子がネマチック液晶、スメクチック液晶など液晶性を発現する状態で、所謂、正のＣプレート、負のＣプレート、正のＡプレートあるいはハイブリッド配向などとして固定化されており、一方、等方相部位５は、これを構成する架橋性液晶分子が等方性を発現する状態で固定化されている。この固定化された状態により、架橋性液晶の所望の状態（即ち液晶状態であるか等方相状態であるか）を維持することによって、透過光を所望の位相差に制御することができるだけでなく、液晶相部位５及び等方相部位４は熱による影響を受け難いというメリットを有する。
【００５１】
：等方相部位及び液晶相部位について：
光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込まれたとき、液晶相部位５は反射表示領域を構成し、一方、等方相部位４は透過表示領域を構成する。この観点から、液晶相部位５は、光学素子１に入射する光に対し１／４波長板または１／２波長板として機能する厚みであることが好ましく、また所望の位相差制御機能を得るために、等方相部位４及び液晶相部位５の厚みを調整することが望ましい。尚、基材２上の反射表示領域とは、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、反射型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過あるいは反射する基材２上の領域を示し、基材２上の透過表示領域とは、光学素子１を半透過半反射型の液晶表示装置に組み込んだ場合において、透過型表示が行われる際に液晶表示装置に入射される光が透過する基材２上の領域を示すものとする。
【００５２】
望ましい厚みを得るためには、等方相部位４及び液晶相部位５の製造条件を調整して、これら自身の高さを調整することができる。尚、光学素子１における各部の厚みは、触針式段差計等を用いて測定することができ、ＤＥＫＴＡＫ（Ｓｌｏａｎ社製）等の市販の測定機器を好適に使用できる。
【００５３】
あるいは、図１（ｂ）に示すように、等方相部位４及び液晶相部位５の上面に平坦化層６を形成した後、さらにその上面であって、平面視上、液晶相部位５領域において、マルチギャップ層７を形成することによって、液晶相部位５領域の厚みを調整し、液晶相部位５に求められる位相差量を付与することもできる。マルチギャップ層については後述する。
【００５４】
従来は、液晶相部位の高さを調整するためのマルチギャップ層は、等方相部位より突起した液晶相部位上面、あるいは等方相部位より窪んだ液晶相部位城面において直接形成されていた。しかしながらかかる構成では、マルチギャップ層形成位置が液晶相部位上面を少しでもずれると、マルチギャップ層が所望の形状及び高さで形成されない場合があり、マルチギャップ層の一部が等方相部分にまではみ出す虞があった。マルチギャップ層を形成する際の位置合わせがわずかにずれただけであっても、このわずかなずれによって液晶相部位をはみ出すマルチギャップ層構成樹脂に引きずられて、マルチギャップ層の形状崩れが広範囲に及ぶ場合がある。透過領域と反射領域との境界において両領域にまたがって遮光領域が形成される態様では、上記液晶相部位から等方相部位にはみ出す量が、上記遮光領域を超えなければ、このはみ出し部分が液晶表示に悪影響を及ぼすことはない。しかしながら、はみ出し量が多く遮光領域を超えて等方相部位にまで広範囲に及んだり、もとより遮光領域が設けられない態様では、上記マルチギャップ層のはみ出しは液晶表示ムラを起こす原因となり望ましくない。
これに対し、本発明の光学素子では、後述する平坦化層上にマルチギャップ層が設けられるため、平面視上、液晶相部位領域からマルチギャップ層の形成位置が僅かにはみ出たとしても、この僅かなはみ出しによってマルチギャップ層の形成崩れは生じにくく、マルチギャップ層の形状及び高さを乱すことがない。したがって、液晶相部位における所望の位相差量を設計どおり得ることができ望ましい。
【００５５】
また、位相差層３における液晶相部位５の複屈折率Δｎは、０．０３―０．２０程度であるものが好ましく、０．０５―０．１５程度であるものが更に好ましい。
【００５６】
液晶相部位５は、液晶相部位５に入射する光と液晶相部位５を通過した光との間に位相差を生じさせるが、この位相差は、リタデーション量、すなわち、液晶相部位５の複屈折率（Δｎ）と厚みとの積により決定される。従って、所望の位相差を得るには、これに対応するリタデーション量を得る必要がある。Δｎが０．０３以下になると、所望のリタデーション量を得るために厚みを厚くする必要があり、液晶相部位５を構成する液晶の配向性が悪くなる。一方で、Δｎが０．２０を超えると、液晶相部位５の厚みを極度に薄くする必要があり、厚みの制御が困難になる。
【００５７】
なお、複屈折率（Δｎ）は、細長な液晶分子の配向方向に平行な面において、液晶分子の配向方向に直角にＸ軸を、液晶分子の配向方向に平行にＹ軸を仮定した場合に、Ｘ軸方向の屈折率ｎＸとＹ軸方向の屈折率ｎＹとの差を示す。すなわち、Δｎ＝｜ｎＸ−ｎＹ｜である。
【００５８】
また、複屈折率は、リタデーション値と光学素子１’の厚みを測定することにより算出できる。
【００５９】
リタデーション値は、ＲＥＴＳ−１２５０ＶＡ（大塚電子社製）やＫＯＢＲＡ−２１（王子計測機器社製）等の市販の測定装置を用いて測定できる。測定波長は、可視領域（３８０―７８０ｎｍ）であることが好ましく、特に、比視感度の最も大きい５５０ｎｍ付近で測定することがより好ましい。
【００６０】
：架橋性液晶分子について：
液晶相部位５を構成する液晶の分子は、液晶相の状態で固定可能なものであればよく、液晶相の状態でネマチック液晶を形成するような性質を有するものであることが、液晶の分子に対して配向性を容易に付与できることから好ましい。
【００６１】
また液晶としては、その分子構造中に重合性基を有する液晶（架橋性液晶分子ということがある）であって、液晶の分子同士の重合により固定可能であるものが好ましく、重合性基が２つ以上存在して液晶状態で３次元架橋可能なものがより好ましく用いられる。
【００６２】
架橋性液晶分子としては、架橋性液晶分子のモノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれを用いてもよく、これらを適宜組合わせて用いてもよい。
【００６３】
位相差層３を構成するための液晶材料として、正の複屈折異方性を有する液晶材料としては、棒状構造を有するネマチック液晶が、また、負の複屈折異方性を有する液晶材料としては、円盤状構造を有するディスコティック液晶を用いることができる。これらの液晶材料としては、液晶モノマー、液晶オリゴマー、もしくは液晶ポリマーがある。尚、本発明では、便宜的にこられの液晶材料を総称して液晶分子という場合がある。
【００６４】
上記液晶分子の配向状態を保持したまま硬化させることが可能である点で、紫外線や電子線等の照射により重合して硬化する、重合性の液晶分子、特に架橋性液晶分子モノマーであるものを用いることが好ましい。液晶分子の複屈折Δｎと位相差層の厚みにより、リタデーション量および配向特性が決定されるため、Δｎは０．０３〜０．１５程度であることが好ましい。
【００６５】
上記位相差層を形成する際に用いられる液晶組成物に含有される架橋性液晶分子モノマーとしては、例えば特表平１０−５０８８８２号に開示されているようなものを、また、重合性カイラル剤として、例えば特開平７−２５８６３８号に開示されているようなものを使用することができる。より具体的な例として示す重合性のネマチック液晶分子としては、例えば、１分子中に（メタ）アクリロイル基、エポキシ基、オキタセン基、イソシアネート基等の重合性基を少なくとも１個有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。また、このような架橋性液晶分子として、より具体的には、下記化１に示す一般式（１）で表される化合物のうちの１種の化合物（化合物（Ｉ））、下記化２に示す一般式（２）で表される化合物のうちの１種の化合物（化合物（II））もしくは２種以上の混合物、化３、化４に示す化合物（化合物（III））のうちの１種の化合物或いは２種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。
【００６６】
【化１】
2008242001.tif 000003
【００６７】
【化２】
2008242001.tif 000004
【００６８】
【化３】
2008242001.tif 000005
【００６９】
【化４】
2008242001.tif 000006
【００７０】
化１に示す一般式（１）において、Ｒ１およびＲ2は、それぞれに、水素またはメチル基を示すが、架橋性液晶分子が液晶相を示す温度の範囲をより広くするには少なくともＲ１及びＲ2のどちらか一方が水素であることが好ましく、両方が水素であることがより好ましい。また一般式（１）におけるＸ及び化２に示す一般式（２）のＹは、水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基またはニトロ基のいずれであってもよいが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、一般式（１）の分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と芳香環との間のアルキレン基の鎖長を示すａおよびｂ並びに、一般式（２）におけるｄおよびｅは、それぞれ個別に２〜１２の範囲で任意の整数をとり得るが、４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ａ＝ｂ＝０である一般式（１）の化合物（Ｉ）またはｄ＝ｅ＝０である一般式（２）の化合物(ＩＩ)は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物（Ｉ）または(ＩＩ)自体の結晶性が高い。また、ａおよびｂ、あるいはｄおよびｅがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物（Ｉ）または一般式（２）の化合物（ＩＩ）は、等方相転移温度（ＴＩ）が低い。この理由から、これらの化合物は、どちらについても液晶性を安定的に示す温度範囲（液晶相を維持する温度範囲）が狭いものとなり、本発明の液晶組成物として用いるには好ましくない。
【００７１】
液晶組成物に配合される架橋性液晶分子として、上記した化１、化２、化３、化４では重合性を備える液晶（架橋性液晶分子）のモノマーを例示したが、架橋性液晶分子のオリゴマーや架橋性液晶分子のポリマー等を用いてもよく、これらについても、上記した化１、化２、化３、化４などのオリゴマーやポリマーなどといった公知なものを適宜選択して用いることができる。
【００７２】
：光重合開始剤について：
上述する架橋性液晶分子を含有する液晶組成物には、さらに光重合開始剤が添加されていることが好ましい。光重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を好適に使用できる。ラジカル重合性開始剤は、紫外線等のエネルギーによりフリーラジカルを発生するものであり、例えば、ベンジル（ビベンゾイルともいう）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等が挙げることができる。本発明においては、市販の光重合開始剤を適宜使用することもできる。例えば、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製の「イルガキュア１８４（物質名：１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン）」、「イルガキュア３６９（物質名：２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン）」、「イルガキュア６５１（物質名：２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン）」、「イルガキュア９０７（物質名：２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン）」、「ダロキュア1173（物質名：２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン）」等のケトン系化合物や、２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４’−テトラフェニル−１，２’ビイミダゾール（黒金化成株式会社製）等のビイミダゾール系化合物を用いてもよい。
【００７３】
光重合開始剤は、架橋性液晶分子の液晶規則性を大きく損なわない範囲で添加することが好ましい。光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１―１５重量％、好ましくは０．１―１２重量％、より好ましくは、０．５―１０重量％の範囲で架橋性液晶分子剤に添加することができる。
【００７４】
：熱重合開始剤について：
また液晶組成物には、上記光重合開始剤に加えてさらに、あるいは上記光重合開始剤の代わりに、熱重合開始剤が添加されていてもよい。架橋性液晶分子は、加熱によっても重合反応が進行するが、熱重合開始剤を含有することにより、架橋性液晶分子を加熱して等方相の状態にすることで、等方相の状態で効率的に重合させ硬化させて等方相部位４を容易に形成させることができる。
【００７５】
熱重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を好適に使用できる。例えば、２，２’−アゾビスイソブチルニトリル、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、１，１’−アゾビス−１−シクロヘキシルニトリル、ジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート、４，４’−アゾビス−４−シアノバレル酸、１，１’−アゾビス（１−アセトキシ−１−フェニルエタン）等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等の有機過酸化物、を挙げることができる。
【００７６】
熱重合開始剤は、架橋性液晶分子の配向性を大きく損なわない範囲で添加することが好ましい。熱重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１―１５重量％、好ましくは０．１―１２重量％、より好ましくは、０．５―１０重量％の範囲で固定液晶相組成液に添加することができる。
【００７７】
：界面活性剤について：
また液晶組成物には、界面活性剤が添加されていることが好ましい。液晶組成物は界面活性剤を添加されることにより、これを塗布して形成される塗膜において、空気界面での液晶の分子の配向性を制御できる。
【００７８】
界面活性剤としては、架橋性液晶分子の液晶発現性を損なうものでなければ、特に限定されることはない。例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック重合体、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン性界面活性剤、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤等が挙げられる。
【００７９】
界面活性剤の添加量としては、一般的には０．０１―１重量％、好ましくは０．０５―０．５重量％の範囲で液晶組成物に添加することができる。
【００８０】
なお、液晶組成物には、上記添加剤の他にも増感剤等、本発明の目的が損なわれない範囲で他の添加剤を添加することもできる。
【００８１】
：平坦化層について：
平坦化層６は、等方相部位４及び液晶相部位５上の略全面に光透過性の硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を塗布し、光照射あるいは熱照射することによって該樹脂を硬化させて形成することができる。平坦化層６は、等方相部位４上面における段差、あるいは等方相部位４と液晶相部位５との段差等を平坦化させるための層であって、平坦化層６上面（即ち位相差層３の上面）であって、平面視上、等方相部位４の長手方向断面及び短手方向断面における段差、並びに等方相部位４及び液晶相部位５の境界における段差が平坦化層表面においては解消される。
即ち、本発明において「平坦化層の表面段差」とは、平坦化層の任意の2箇所において計測される段差のことを意味し、特に、平坦化層の下面に存在する等方相部位上面における表面段差、あるいは液晶相部位と等方相部位との段差であっても、平坦化層の存在により、位相差層の表面（平坦化層の表面）において解消することができる。
【００８２】
上記平坦化層の表面段差は、０．２μｍ以下となるように形成されることが望ましい。平坦化層６上面の任意の２点間においても段差が０．２μｍ以内であることにより、かかる光学素子を用いて液晶表示装置を作製した場合に、表示ムラのない優れた画像表示可能の液晶表示装置を提供することができる。
また上記段差をより厳密に求め、平坦化層６上面のいずれの領域においても段差が０．１μｍ以内である光学素子であれば、液晶表示装置を作製する場合に液晶相部位の高さを調整するために形成するマルチギャップ層の位置合わせの難易度を下げることができる。マルチギャップ層が液晶相部位上面を少しでもはずれると、液晶相と等方相の成す段差の影響を受けて、マルチギャップ層が所望の形状及び高さで形成されず反射表示にムラが生じない虞があるが、段差０．１μｍ以下の平坦化層上にマルチギャップ層が設けられと、平面視上、液晶相部位領域からマルチギャップ層の形成位置が若干はみ出たとしても、マルチギャップ層の形状及び高さを乱すことがない。したがって、液晶相部位における所望の位相差量を設計どおり得られる、というメリットを得ることができるためより好ましい。
【００８３】
平坦化層６を形成するために用いられる樹脂組成物としては、少なくとも光透過性の硬化性樹脂を含有し、平坦化層６の上面の段差を０．２μｍ以下とすることができれば特に限定されるものではない。上記樹脂組成物としては、アクリル系やウレタン系の樹脂や、アクリル系やウレタン系のモノマーを混合した材料を用いることができる。
【００８４】
また上記樹脂組成物には、必要に応じて、光重合開始剤などのほかの添加物を適宜添加させることができる。また上記樹脂を含有する市販の組成物に対し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＥＧＭＡ）、酢酸３−メトキシブチル（ＭＢＡ）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＤＧ）などの溶媒を一種あるいは２種以上を用いて溶液状態とし、これを等方相部位４及び液晶相部位５を上面に塗布することができる。
市販の樹脂組成物としては、例えば、ザ・インクテック社製ＩＴ−ＭＰ４０８、ＩＴ−ＭＰ４０６、ＩＴ−ＭＰ４１２ＳＣ−１、ＩＴ−ＭＰ４１２ＳＣ−７などを用いることができる。
【００８５】
マルチギャップ層について：
上記マルチギャップ層は、少なくとも光透過性の光硬化性または熱硬化性樹脂組成物により構成される層であって、液晶相部位上面において所望の厚みを満たして形成される。上記樹脂組成物としては、アクリル系やウレタン系の樹脂や、アクリル系やウレタン系のモノマーを混合した材料を用いることができる。
【００８６】
柱状体について：
柱状体３１及び３２は、本発明の光学素子１’が半透過半反射型の液晶表示セルを構成する一基板として用いられ、対向する基板と組み合わされた際に、基板間の距離であるセルギャップを一定の距離に維持するための部材である。また柱状体によって両基板間に確保されたスペースには駆動用液晶材料が充填されることによって、駆動用液晶層が構成される。図１（ｂ）には、マルチギャップ層７上面に形成される柱状体３１と、平坦化層６上面であって、平面視上、等方相部位４領域に形成される柱状体３２とを両方とも図示したが、必ずしも、柱状体は、平面視上、液晶相部位領域及び等方相部位領域に形成される領域の両方に設ける必要はない。光学素子を構成する他の構成層や、対向する基板の構成によって、適宜、パターニングされるデザインを変更することができる。
【００８７】
また従来の平坦化層を備えない、等方相部位及び液晶相部位から構成される位相差層では、架橋性液晶分子から構成されているため、硬度が小さく、等方相部位あるいは液晶相部位上面に直接、柱状体を形成すると、液晶表示装置として組み合わされた後、基板面に対し垂直方向の外力が加わった場合に、柱状体が位相差層にめり込んでしまう虞があったが、本発明の光学素子では、等方相部位あるいは液晶相部位より十分に硬い平坦化層の上面に柱状体が形成されるため、上述のような柱状体のめり込みの心配がない。
【００８８】
柱状体３１及び３２は、一般的には、感光性樹脂組成物の硬化物を用いることができる。他の種々の素材を用いることを除外するものではないが、好ましい硬度を示す柱状体を容易に形成することができるという点、及び柱状体の形成時における形成対象にかかる熱が比較的少なくて済む点からは、上記硬化物を用いることが好ましい。上記感光性樹脂組成物としては、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系などの反応性ビニル基を有する感光性樹脂を用いることができ、特にアクリレート系の感光性樹脂が好適に用いられる。
【００８９】
（本発明の光学素子の製造方法について）
本発明の光学素子１’の製造方法の一例について以下に説明する。
まず位相差層３を積層するための基材２を用意する。予め基材２の表面には、液晶相部位５を構成する架橋性液晶分子に求められる所望の配向方向を規制するために、配向性を付与する処理（配向容易化工程）を行うことができる。
【００９０】
配向膜の形成について：
上記配向容易化工程としては、駆動用液晶材料を所望の方向に配向させるための、従来公知の配向膜形成方法を適宜選択して採用することができる。例えば基材２上面に、１軸延伸フィルムや２軸延伸フィルムを貼り付けるか、あるいは、ポリイミド樹脂組成物などを塗布して塗膜を形成しこれをラビング処理することによって配向膜を形成することができる。また光配向膜を用いて偏光照射することによって基材２表面を処理することもできる。さらに、配向膜表面の撥水性又は撥油性が高い場合には、液晶を配向させることが可能な範囲内でＵＶ洗浄やプラズマ処理を介在させることにより、配向膜表面の濡れ性を予め高めていてもよい。
【００９１】
位相差層の形成について：
：等方相部位及び液晶相部位の形成について：
次に、基材２上面に直接または間接に、架橋性液晶分子を含有する液晶組成物を塗布して塗膜を形成する（塗膜形成工程）。上記液晶組成物は、上述する架橋性液晶分子を適当な溶媒に溶解あるいは懸濁させて溶液状態で用いることによって塗布性を向上させることができるので望ましい。
【００９２】
溶媒としては、架橋性液晶分子を溶解できるものであれば特に限定されるものではなく、有機溶媒を適宜選択できる。なお、基材２上に液晶組成物を塗布して塗膜を形成するにあたりスピンコート法を用いる場合は、溶媒として、酢酸３−メトキシブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン等が好ましく使用される。
【００９３】
塗膜形成工程において、液晶組成物の塗布方法としては、公知の塗布方法を用いることができ、具体的には、スピンコート法、ダイコーティング法、スリットコーティング法、ロールコート法、グラビアコート法、スライドコート法、浸漬法等の各方法や、これらを適宜組合わせた方法により、基材２上に直接または間接に、上記液晶組成物を塗布することができる。なお、基材２と塗膜との密着性を上げるため、特開平８−２７８４９１号公報に記載されているように、基材２上に接着層を設け、さらにその接着剤層上に液晶組成物が塗布されてもよい。
液晶組成物おける架橋性液晶分子の重量比は５重量％―５０重量％である。５０重量％よりも多くなると、位相差層の膜厚分布が大きくなる虞があり、５重量％よりも少なくなると塗布ムラが発生する虞がある。このことを考慮して、液晶の重量比は、５重量部―５０重量部であることが好ましく、１０重量部―３０重量部であることがより好ましい。
【００９４】
上記塗膜形成工程において基材２上に塗膜を形成した後、塗膜に含まれる架橋性液晶分子を所望の方向に配向する液晶相の状態にする（液晶相形成工程という）。この液晶相形成工程は、基材２上に形成した塗膜を架橋性液晶分子が液晶相を発現する温度に保持して、塗膜に含まれる架橋性液晶分子を液晶相の状態にすることで実施される。このとき塗膜には、液晶の分子の種類に応じて、ネマチック液晶など所望の液晶の状態が形成される。
【００９５】
液晶相形成工程の後、塗膜において予め定められた液晶相部位５を形成する液晶相予定部位に選択的に光を照射し、液晶相予定部位に含まれる架橋性液晶分子を液晶相の状態で固定して液晶相部位５を形成する（液晶相部位形成工程という）。より具体的には、液晶相予定部位以外の部分の表面が露光されずに液晶相予定部位の表面が露光可能となるようにパターンを形成したフォトマスクを塗膜上に被覆して、外方からフォトマスク表面に向かって光を照射する。このとき、フォトマスクを通り抜けた光が塗膜に到達し、塗膜上の液晶相予定部位が露光され、液晶相予定部位に含まれる架橋性液晶分子が重合し硬化する。こうして、液晶相予定部位に含まれる液晶は、所望の配向性を付与された状態にて固定され、液晶相部位５が形成される。
【００９６】
このように液晶相部位形成工程が行われると、フォトマスクのマスクパターンに応じて、塗膜の任意の位置に液晶相部位５が形成される。なお、このとき、塗膜において、液晶相部位５以外の部位、すなわち露光を受けなかった部位に含まれる液晶は、液晶相の状態にあっても固定されていない状態にある。
【００９７】
液晶相部位形成工程において、架橋反応は、液晶の感光波長の光を塗膜に向けて照射することで進行するが、塗膜に照射する光の波長は、この塗膜中に含まれている液晶の種類に応じて適宜選択される。なお、塗膜に照射する光は、単色光に限らず、液晶の感光波長を含む一定の波長域を持った光であってもよい。
【００９８】
露光に用いる光としては、励起エネルギーの大きさから紫外線や電子線が好ましく、照射量は使用する架橋性液晶分子に応じて適宜選択されるが、紫外線を使用する場合は、その照射量は、一般に、液晶相予定部位の露光量が１０―１０００ｍＪ／ｃｍ２程度であるように調整されることが好ましく、またその波長は、２００―４５０ｎｍ程度が好ましい。また電子線を使用する場合には、液晶相予定部位に５０―５００Ｇｙ程度の電子線を照射して硬化させることが好ましい。
【００９９】
液晶の架橋反応は、架橋性液晶分子が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも１―１０℃低い温度まで塗膜を加熱しながら架橋反応を行なうことが好ましい。こうすることで、この架橋反応の際に液晶の配向性の乱れを低減することができる。また、この観点から、架橋反応を行なう温度は、液晶が液晶相から等方相へ相転移する温度よりも３―６℃低い温度であることがより好ましい。
【０１００】
液晶相部位形成工程により液晶相部位５が形成された後、液晶相部位５以外の部位に含まれる液晶を、等方相となした上、その等方相の状態で固定して等方相部位４を形成する（等方相部位形成工程）。等方相部位形成工程では、液晶相部位５以外の部位に含まれる架橋性液晶であって硬化せず、且つ液晶状態にあるものを、等方相に転移する温度（等方相転移温度という）以上に加熱することによって、等方状態に転移させ、等方相の状態で重合せしめ固定化する。等方相部位の形成を塗膜の加熱のみにより行う方法は、本工程を実施するための設備を簡略化でき、光学素子の製造コストを抑制できる観点から好ましい。
【０１０１】
ここで等方相転移温度は、ＤＳＣ等の測定装置によって測定できる。また、液晶相から等方相への相転移は、一般に、偏光顕微鏡観察で観察される塗膜の状態の変化によっても確認できる。なお、液晶相部位５は、光照射により液晶分子が重合して固定されているため、等方相部位形成工程において塗膜を等方相転移温度以上に加熱しても、塗膜の液晶相部位５に形成された液晶の配向性は維持される。
【０１０２】
なお、等方相部位形成工程において、等方相予定部位に含まれる液晶の分子が等方相の状態で固定されて等方相部位４となるにつれ、等方相部位４の厚みが変化し、液晶相部位５の表面との間に段差を生じる。等方相部位４の厚みは等方相形成工程の加熱条件により大きく異なり、液晶相部位５の厚みより厚くも薄くもなり得る。このとき、等方相部位４の厚みがいずれに変化しても液晶相部位５に含まれる液晶の配向性は維持される。したがって等方相部位形成工程における加熱条件などを調整することによって、等方相部位４の高さ及び、等方相部位４と液晶相部位５との段差を調整し、透過表示領域と反射表示領域とにおける望ましい位相差量を得るための位相差層３を設計することが可能である。
【０１０３】
ただし本発明者は、上記等方相部位工程において、以下の問題が発生することを見出した。即ち、上記等方相部位形成工程を経て形成された等方相部位を観察してみると、該等方相部位の上面に段差が発生しており、その段差は、上記図５及び図６で説明したとおり、等方相部位の長手方向の断面においても、短手方向の断面においても、観察されるものであった。この段差の発生のメカニズムは明らかではないが、液晶相部位形成工程において一度配向した架橋性液晶分子を、再度加熱することによって等方相状態に戻し、さらに加熱を続けて架橋させる際に、架橋性液晶分子が僅かにではあるが流動し、これによって、等方相部位の上面が盛り上がったり、凹んだりするものと考えられた。
【０１０４】
そして上記等方相部位の上面に発生する段差は、該等方相部位を備える光学素子を液晶表示装置に組み込んだ際に、良好なセルギャップを維持することができず、結果として表示ムラの原因になることを見出した。この段差を解消するために、等方相部位と液晶相部位と、さらにはこれらを覆う上面段差が０．２μｍ以内である平坦化層とを備える位相差層を形成し、本発明を完成したものである。
【０１０５】
上記平坦化層は、以下の通り形成される。
まず等方相部位４及び液晶相部位５の上に、光透過性の硬化性樹脂を含んでなる塗工液を塗布する（平坦化層塗布工程）。該塗工液は、塗膜形成工程における位相差層組成液と同様な塗布方法が選択される。また、位相差層組成液と同様に硬化性樹脂の重量比、溶媒が選択され、光重合開始剤や増感剤などの他の添加剤が添加されていてもよい。
【０１０６】
平坦化層塗布工程の後、塗膜を所定の温度に保持して溶媒を除去し、熱を照射し、或いは塗膜を加熱して塗膜を硬化させ平坦化層６を形成する。（平坦化層硬化工程）。平坦化層６への光の照射は、液晶相形成工程と同様に、塗膜の感光波長の光が適宜選択される。露光に用いる光としては、これも液晶相形成工程同様に、紫外線や電子線が好ましく、紫外線を使用する場合は、その照射量は一般に、露光量が１０―１０００ｍＪ／ｃｍ２程度であるように調整されることが好ましく、またその波長は、２００―４５０ｎｍ程度が好ましい。あるいは、平坦化層塗膜を硬化させる方法としては、平坦化層塗膜に５０―５００Ｇｙ程度の電子線を照射して硬化させる方法を用いてもよい。
【０１０７】
マルチギャップ層の形成について：
続いて、上記平坦化層６の上面であって、平面視上、液晶相部位の領域にマルチギャップ層７を形成する（マルチギャップ層形成工程）。マルチギャップ層形成工程では、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、転写法などの公知の種々の方法を用いることができる。例えば上記フォトリソグラフィー法では、上述する光透過性の光硬化性または熱硬化性樹脂などの使用可能なマルチギャップ層７構成成分を、必要に応じ、溶剤、希釈剤、もしくはモノマー等、さらには、適宜な添加剤と共に混合して、マルチギャップ層７形成用の塗料組成物もしくはインキ組成物を調製して用い、平坦化層６上面に略一様に塗布し、乾燥させた後、平面視上、液晶相部位５領域に沿って形成されるよう所定のパターン露光を行い、その後に現像することによって、所望のパターンのマルチギャップ層７を形成することができる。
またスクリーン印刷法は、インキ組成物を用い、マルチギャップ層７の形成が予定される位置に重ね刷りすることによってマルチギャップ層７を形成することができる。さらにまた転写法は、印刷ロール上にマルチギャップ層７を構成する樹脂を用いて該マルチギャップ層７のパターンを形成し、該印刷ロールを平坦化層６上で回転させて該平坦化層６上にマルチギャップ層７のパターンを転写することにより実施することができる。
【０１０８】
柱状体の形成について：
次いで、柱状体３１、３２を平坦化層６の上面であって等方相部位４の上方、あるいはマルチギャップ層７の上面に形成する（柱状体形成工程）。柱状体形成工程では、上記マルチギャップ層形成工程と同様に、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、転写法などの公知の種々の方法を用いることができる。ただし、柱状体は特に透明性を求められるわけではないので、構成樹脂として用いられる光硬化性あるいは熱硬化性の樹脂は、不透明性の樹脂を用いてもよい。例えば、フォトリソグラフィー法を採用する柱状体形成工程の例としては、先に公開されている特開２００５−３７５０に開示される方法にならって柱状体３１、３２を形成することができる。また、転写方法を採用する柱状体３１、３２の形成工程の例としては従来公知の方法として、特開２００６−１７８４２７が挙げられる。
【０１０９】
本発明における柱状体の高さ（即ち、位相差制御用光学部材の厚み方向における柱状体の寸法）は、一般的には０．５μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。ただし、本発明における柱状体は、上述するとおり、対向する基板間の距離を意味するセルギャップの大きさを所定の距離に確保する趣旨で設けられるものであるため、柱状体の高さは所望される基板間の距離などを勘案して適宜決定することができる。
【０１１０】
なお、本発明の光学素子を用いた液晶セルにおいて、セルギャップを維持するための他の構成（例えば、駆動用液晶相にセルギャップ維持用のビーズを充填する等）が予定されている場合には、上記柱状体は必ずしも設ける必要はない。またマルチギャップ層を設けない本発明の光学素子においては、平坦化層上面であって、平面視上、液晶相部位領域に直接、柱状体を設けることもできる。したがって、本発明の光学素子において柱状体３１，３２は必須の構成ではない。
【０１１１】
以上、基材２上に塗布した架橋性液晶分子の全部分が硬化されて等方相部位４と液晶相部位５とが形成され、ついで、等方相部位４の上面あるいは等方相部位４と液晶相部位５との間に生じる段差を平坦化する平坦化層６が形成され、必要に応じて、マルチギャップ層７及び柱状体３１及び／または３２を備えて光学素子１’を得ることができる。
【０１１２】
上記本発明の光学素子１’の製造方法によれば、基材２に位相差層組成液を塗布して塗膜を形成し、その塗膜のうち液晶相の状態で固定されない部位に含まれる液晶を等方相の状態にして固定する。このとき、固定条件により等方相部位４の上面に段差が生じるが、本発明では、液晶相部位５及び等方相部位４上に平坦化層６を形成して位相差層を構成することで位相差層内の段差を平坦化し、液晶表示装置に使用される際、マルチギャップ層７形成工程及び柱状体形成工程において、等方相部位の表面段差に影響を受けることなく、常に一定なギャップを簡易に形成することのできる光学素子１’を製造することが可能となる。
【０１１３】
（本発明の液晶装置について）
以下に、本発明の液晶装置を例示する実施態様について図面を用いて説明する。
図３(ａ)、（ｂ）は、本発明の半透過半反射型の液晶表示装置の実施例を示す概略図である。なお、以下の記載では、積層部材の一方に、図１（ｂ）で示した本発明の第２の形態の光学素子１’が組み込まれた液晶表示装置について説明する。ただし、柱状体については図示省略した。
【０１１４】
図３(ａ)に示すように、液晶表示装置５０（５０ａ）は、光透過性を有する２つの積層部材２０（２０ａ、２０ｂ）が互いに対向して配設されており、積層部材２０ａ、２０ｂの間には駆動液晶層（以下、単に「液晶層」ということがある）２１が形成されており、基材２２a、２２bを挟み込むように偏光板２３（２３ａ、２３ｂ）が配設されている。
【０１１５】
積層部材２０ａ、２０ｂは、それぞれ基材２２（２２a、２２b）と液晶層２１との間に配向膜２４（２４a、２４b）が形成されており、積層部材２０bにおける基材２２bと配向膜２４bとの間には、予め定められたパターンと形状で反射部２５が形成されており、反射部２５に囲繞されるように開口部２６が形成されて半透過反射層２７が形成されている。反射部２５としては、光をよく反射させる部材が用いられ、具体的には、アルミニウム、銀、これらの合金などの金属薄膜などを用いることができる。
【０１１６】
積層部材２０a、２０bには、基材２２と配向膜２４の間に、それぞれ電極部２８が形成されており、電極部２８は、各画素ごとに形成される画素電極２９と、画素電極２９に対向する対向電極３０とを備えている。なお画素電極２９や対向電極３０は、ITO等の透明導電膜から構成されることが好ましい。尚、図３は、所謂ＴＮ方式の液晶装置に本発明の光学部材が用いられた態様について説明するものであるが、本発明の光学部材を用いた液晶装置はこれに限定されるものではなく、例えば所謂ＩＰＳ方式の液晶装置を構成することもできる。かかる場合には、図３において示す電極部２９（２８）、３０（２８）は、片側の一の基板において隣りあわて設けてよい。
【０１１７】
積層部材２０aには、基材２２ａと配向膜２４aとの間に、液晶相部位５とこれに隣接する等方相部位４と、これらを覆って形成される平坦化層６とからなる位相差層３が形成されている。液晶相部位５は反射部２５と略対向する位置に、等方相部位４は開口部２６と略対向する位置にそれぞれ配置されている。
【０１１８】
また、配向膜２４ａと平坦化層６との間には、位相差層３の液晶相部位５と等方相部位４の各々に対向する液晶層２１のギャップ(厚み)制御のため、マルチギャップ層３１が形成されている。マルチギャップ層３１は、位相差層３の液晶相部位５の形成位置に略対向するように配置されている。
【０１１９】
ここで、積層部材２０ｂにおいて反射部２５の形成された領域は、反射型表示において明暗表示を行う際に液晶層２１内を進行しようとする光を反射させることができる領域としての反射表示領域に対応し、開口部２６の形成された領域は、透過型表示において明暗表示を行う際に液晶層２１内を進行しようとする光を透過させることができる領域としての透過表示領域に対応する。また、積層部材２０ａには、液晶層２１との界面に、積層部材２０ｂの反射部２５や開口部２６それぞれに対して積層部材２０ｂの厚さ方向に対向する位置に、反射表示領域や透過表示領域がそれぞれ形成されている。
【０１２０】
このように位相差層３は、反射表示領域に液晶相部位５を、透過表示領域に等方相部位４を配置させるように形成される。この場合、液晶表示装置５０には、基材２２ａに対して直接位相差層３を形成した光学素子１’が組み込まれた状態が形成されている。
【０１２１】
配向膜２４ａ、２４ｂは、ポリイミド等からなり、積層部材２０の間に形成される液晶層２１中の液晶を、水平配向させるための水平配向膜、又は、前記の液晶を垂直配向させるための垂直配向膜である。配向膜として水平配向膜及び垂直配向膜のどちらを用いるかは、適宜選択可能である。
【０１２２】
液晶層２１は、次に示すように積層部材２０ａ、２０ｂの間に液晶が充填されて形成される。液晶の充填方法としては、例えば、柱状体によって一定の距離（セルギャップ）が確保された積層部材２０ａ、２０ｂ間におけるスペースを固定して空間部を形成するため、シール材（紫外線硬化樹脂又は熱硬化性樹脂）を用いて積層部材２０ａ、２０ｂを貼り合わせる。そしてこの空間部に液晶材料を注入することにより、液晶の封入が行なわれ、液晶層２１が形成される。また別の方法としては、液晶の充填に際し外部から液晶を注入する手段に限定されず、例えば予め対向する積層部材のどちらか一方の対向面に液晶を滴下し、次いで、もう一方の積層基板を重ね合わせ、滴下された液晶が両基板間に適度に広がって液晶相２１をなすよう張り合わせることもできる。
【０１２３】
駆動液晶層である液晶層２１に封入される液晶は、TN（Twisted Nematic）液晶等の液晶が適宜選択され、外部からの電場によって配向性を制御可能に構成されている。
【０１２４】
たとえば液晶層２１に封入されている液晶がTN液晶である場合においては、液晶層２１に電圧が印加された時（電圧印加時）、細長な形状の液晶分子はその長手方向が電界方向に沿うように配向された状態（液晶層２１に対向する積層部材２０の面に対して立った状態）となり、この状態で光が液晶層２１を通過すると、液晶層２１を通過する前後の光の間で、反射表示領域、透過表示領域のいずれを通過する光についても、位相のずれがほぼ０となる。
【０１２５】
これに対し、液晶層２１に電圧が印加されていない時（電圧非印加時）液晶分子が凡そ積層部材２０の面方向に沿うように配向された状態（液晶層２１に対向する積層部材２０の面に対して寝た状態）となる。反射表示領域では、液晶層２１の厚み方向の液晶分子が、互いに捩れた状態となって配置されている。
【０１２６】
このような液晶層２１を光が通過すると、液晶層２１を通過する前後の光の間で位相差が生じる。そして、この位相差が、積層部材２０a、２０bの反射表示領域に挟まれた液晶層２１の部分を通過する光については１／４波長、積層部材２０a、２０bの透過表示領域に挟まれた液晶層２１の部分を通過する光については１／２波長となるように、液晶層２１に封入される液晶の屈折率異方性Δｎおよび液晶層厚ｄが予め設計され、さらに、位相差層３の液晶相部位５に対向するよう配置される、マルチギャップ層の厚みが設定される。
【０１２７】
また、位相差層３では、液晶相部位５の層の厚みは、液晶相部位５を透過する光に対し１／４波長板、または１／２波長板となるように設定される。
【０１２８】
この液晶表示装置５０においては、液晶層２１内を積層部材２０ａに向かって液晶層２１の厚み方向に進行し積層部材２０aを透過して液晶表示装置外部へ出た光が、看者に感得される。
【０１２９】
この液晶表示装置５０では、反射型表示において、光（外光）は積層部材２０aの外側から液晶層２１に向かう方向に入射し、その光は積層部材２０aの反射表示領域を通過すると、液晶層２１を透過し、積層部材２０bの反射表示領域に配設された反射部２５で反射され、そして液晶層２１から積層部材２０aの反射表示領域に向かって進行する。
【０１３０】
また、この液晶表示装置５０では、透過型表示において、光は積層部材２０bから液晶層２１に向かう方向に入射し、この光は積層部材２０bの透過表示領域を通過すると、液晶層２１を積層部材２０aの透過表示領域に向かって進行する。
【０１３１】
なお、この液晶表示装置は、透過型表示において光を積層部材２０b方向に入射させるにあたり、光源と、光源から発せられた光を積層部材２０bの面方向に導くことで広げる導光板と、導光板で導かれた光を積層部材２０b方向に進行させる光反射板とを備えた光照射部を配設し、この光照射部からの光が積層部材２０bに入射するように構成されていてもよい。
【０１３２】
この液晶表示装置５０では、電極部２８の通電状態の変化に伴う液晶層２１への電圧印加状態の変化に応じて、液晶の分子が液晶層２１の略面方向に配向されて隣り合う液晶の分子が互いにねじれた位置に配向されることで、液晶層２１内に封入された液晶は液晶層２１を進行する光に位相差を生じさせ、あるいは、厚み方向に隣り合う液晶の分子が液晶層２１の厚み方向に配向されることで、液晶層２１を進行する光に位相差をほとんど生じさせない。このような液晶層２１への電圧印加状態の変化に伴う液晶層２１内の液晶の配向性の制御により、液晶表示装置５０から看者に到達する光の有無、強弱が制御され、反射型表示や透過型表示における明暗状態が自在に制御されている。
【０１３３】
この液晶表示装置５０においては、反射型表示や透過型表示における明暗状態は次に示すように形成される。先ず反射型表示について説明する。
【０１３４】
積層部材２０aの外側から液晶層２１に向かう方向に入射した光（外光）は、偏光板２３aを透過して偏光板２３aの透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となり、積層部材２０aの反射表示領域を通過する。そして、この直線偏光は、電圧印加時では、位相差層３の液晶相部位５を透過し、その際、液晶相部位５が１／４波長板の場合は１／４波長の位相差が付与され、円偏光に変換される。この円偏光は、その状態をほぼ維持したまま液晶層２１を透過し、さらに半透過反射層２７の反射部２５で反射し、その偏光方向が反転する（回転方向が逆転する）。すなわち左右円偏光が相互に変換される。反射部２５で反射して偏光方向が反転した円偏光は、液晶層２１をその状態をほぼ維持したまま透過し、液晶層２１から積層部材２０aの反射表示領域方向に向かう方向に液晶相部分５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与されて直線偏光に変換される。このとき、この直線偏光は、位相差層３から液晶層２１に向かって進行する際の直線偏光に対して、偏光軸が互いにほぼ垂直な状態となっている。
【０１３５】
また、液晶相部位５が１／２波長板で遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角が２０度以上２５度以下又は６０度以上７０度以下である場合は、直線偏光は偏光軸が略４５度回転する。その後液晶層２１をそのままの状態で透過したこの偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、偏光軸を９０度回転する。反射した直線偏光はさらに前記１／２波長板を通り偏光軸を略４５度移動する。この直線偏光は、位相差層３から液晶層２１に向かって進行する際の直線偏光に対して、偏光軸が互いにほぼ垂直な状態となっている。
【０１３６】
そして、これらの直線偏光は、その状態を維持しつつ液晶層２１を透過する。これらの直線偏光は、偏光板２３aの透過軸に対しても偏光軸が垂直であるから、偏光板２３aを構成する色素に吸収されてしまい、液晶表示装置外部の看者に向かって進行する光がほぼなくなり、看者に暗表示を感得させる。
【０１３７】
一方、電圧非印加時では、積層部材２０aから液晶層２１に向かう方向に進行して直線偏光となった光は、液晶相部位５が１／４波長板の場合は１／４波長の位相差が付与される。さらに液晶層２１を透過すると１／４波長の位相差が付与される。このとき、液晶層２１を透過した光は、これから液晶相部位５に向かって進行しようとする直線偏光に対して１／２波長の位相差の付与されたものとなるから、直線偏光となっている。そして、液晶相部位５を透過した直線偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、光の偏光軸を同じくする直線偏光が形成される。
【０１３８】
そして、反射部２５で反射した光は、液晶層２１、液晶相部位５を透過するが、その際それぞれ１／４波長の位相差が付与されるから、偏光板２３aに到達する位置では、結局1／２波長の位相差が付与されて偏光板２３aの透過軸と平行な偏光軸を有する直線偏光が形成されており、直線偏光は偏光板２３aを透過して液晶表示装置の外部に向かって進行する。
【０１３９】
また、液晶相部位５が１／２波長板で遅相軸方位角が偏光板の透過軸となす角が２０度以上２５度以下又は６０度以上７０度以下である場合には、液晶層２１と液晶相部位５があわせて広帯域の１／４波長板となり、積層部材２０aから液晶層２１に向かう方向に進行して直線偏光となった光は、液晶相部位５及び液晶層２１を透過すると１／４波長の位相差が付与され、円偏光に変換される。この円偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、その偏光方向が反転する（回転方向が逆転する）。すなわち左右円偏光が相互に変換される。反射部２５で反射して偏光方向が反転した円偏光は、液晶層２１から積層部材２０aの反射表示領域方向に向かう方向に液晶層２１及び液晶相部位５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与されて直線偏光に変換される。このとき、この直線偏光は、位相差層３から液晶層２１に向かって進行する際の直線偏光に対して、偏光軸が互いにほぼ垂直な状態となっている。
【０１４０】
こうして、液晶表示装置５０から光が外部に出て、その光が看者に感得され、看者に明表示を感得させる。
【０１４１】
次に、透過型表示について説明する。
透過型表示において、光は、積層部材２０bの外側位置より液晶層２１に向かう方向に入射される。光が入射されると、この光のうち偏光板２３bの光の透過軸に水平な成分が偏光板２３bを透過し、直線偏光が形成され、これが積層部材２０bを通過して透過表示領域に向かい、液晶層２１へと進行する。この直線偏光は、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま、すなわち偏光軸をほぼ一定に保ちつつ、液晶層２１を透過し、位相差層３の等方相部位４へ進行する。このとき直線偏光には位相差がほとんど生じず、直線偏光の状態が維持されて、等方相部位４を透過する。
【０１４２】
ここで、積層部材２１a、２１bの偏光板２３a、２３bは、直交ニコルに配置されており、偏光板２３bを通過した直線偏光の偏光軸は、偏光板２３aに到達するまでほぼ一定に保たれているから、この直線偏光は、偏光板２３aに吸収されてしまい、看者に向かって進行する光がほぼなくなり、看者に暗表示を感得させる。
【０１４３】
一方、電圧非印加時では、液晶層２１へと進む直線偏光は、液晶層２１を透過すると１／２波長の位相差が付与され、その偏光軸が変化する。すなわち、光の偏光軸が液晶層２１の透過前後で互いに略直交するように偏光軸が変化する。そして、偏光板２３a、２３bは直交ニコルに配置されており、液晶層２１を通過した光は、その偏光軸が積層部材２０aの偏光板２３aの透過軸とほぼ平行な状態となるから、偏光板２３aを通過する。したがって、液晶表示装置から看者に向かって光が進行し、看者に明表示を感得させる。
【０１４４】
この液晶表示装置５０は、液晶層２１を挟持する積層部材２０ａの中に位相差層３を積層していることにより光学素子１を組み込んでおり、反射表示領域に１／４波長板や１／２波長板の、偏光を変換する役割を発揮する液晶相部位５を形成するものであるから、フィルム材などの１／４波長板を別途用意して積層部材２０a、２０bに貼付けする必要もなく、貼付けるための接着層を設ける必要もなくなり、薄型化容易なものとなる。
【０１４５】
また、従来の液晶表示装置では１／４波長板を積層部材２０a側の全面に貼付した場合には、透過表示領域を通過する光も１／４波長板を通過してしまうことから、これと対面する積層部材２０b側にも１／４波長板を貼付するように構成していたが、この液晶表示装置５０によれば、反射表示領域のみに１／４波長板の役割を発揮する液晶相部位５を形成するから、そのような積層部材２０b側への１／４波長板の設置を不要とすることができる。
【０１４６】
また、従来の液晶表示装置では、透過型表示を行うにあたり、積層部材２０bから液晶層２１に向かって入射される光の一部が１／４波長板を透過して反射表示領域に向かって進行してしまった場合に、１／４波長板を積層部材２０b側に貼付しているために、その光を再利用できなくなり、光の利用効率の向上に限界があったが、この液晶表示装置５０によれば、１／４波長板の設置を不要とすることができるから、透過型表示を行うにあたり、反射表示領域に向かって進行してしまった光であっても、反射部２５で反射された後の光が偏光板２３bを通過できるから、その光を透過表示領域に向けて進行させるようにすることができ、すなわち光を再利用することができる。
【０１４７】
本発明の液晶表示装置は、第１の形態の液晶表示装置において積層部材２０a側に光学素子１’が組み込まれる場合に限定されず、光学素子１’が積層部材２０ｂ側に組み込まれるように構成してもよい（第２の形態の液晶表示装置という）（図５（b））。
【０１４８】
この場合液晶相部位５の厚みは、液晶相部位５を透過する光に対し１／４波長板となるように設定される。
【０１４９】
この液晶表示装置５０ｂには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ａから位相差層３を取り外して構成される積層部材２０ｃが形成されている。
【０１５０】
また、液晶表示装置５０ｂには、第１の形態の液晶表示装置の説明で示した積層部材２０ｂにおいて、基材２２ｂと配向膜２４ｂとの間に位相差層３を組み込んだ積層部材２０ｄが形成されている。この積層部材２０ｄでは、位相差層３は、反射表示領域、透過表示領域にそれぞれ液晶相部位５、等方相部位４を対応させるように形成される。
【０１５１】
この液晶表示装置５０bは、次に示すように、反射型表示と透過型表示における明暗状態を形成する。  先ず反射型表示について説明する。
【０１５２】
積層部材２０ｃの外側から液晶層２１に向かう方向に入射した光（外光）は、偏光板２３aを透過して偏光板２３aの透過軸に並行な偏光軸を有する直線偏光となり、電圧印加時では、その状態をほぼ維持したまま液晶層２１を透過する。そして、この直線偏光は、積層部材２０ｄの反射表示領域を通過する。位相差層３の液晶相部位５を透過し、その際に１／４波長の位相差が付与され、円偏光に変換される。この円偏光は、半透過反射層２７の反射部２５で反射し、その偏光方向が反転する。反射部２５で反射して偏光方向が反転した円偏光は、位相差層３の液晶相部位５をその厚み方向に液晶層２１に向かって進行し、透過の際、円偏光は１／４波長の位相差を付与され、直線偏光に変換される。そして直線偏光はその状態を維持したまま液晶層２１を透過する。このとき、この直線偏光の偏光軸は、偏光板２３aから位相差層５３に向かって進行する際の直線偏光の偏光軸に対して、ほぼ垂直な状態となっており、偏光板２３aの透過軸に対しても垂直な状態となっている。したがって、この直線偏光は、偏光板２３aを構成する色素に吸収されてしまい、液晶表示装置外部の看者に向かって殆ど進行できず、看者に暗表示を感得させる。
【０１５３】
一方、電圧非印加時では、積層部材２０ｃから液晶層２１に向かう方向に進行して直線偏光となった光は、液晶層２１を透過すると、その際に１／４波長の位相差を付与され、さらに位相差層３の液晶相部位５を透過すると１／４波長の位相差を付与される。このとき、液晶相部位５を通過した光は、液晶層２１を液晶相部位５に向かって透過しようとする光に対して、１／２波長の位相差を付与された状態となっており、直線偏光となっている。そして、その直線偏光は半透過反射層２７の反射部２５で反射し、直線偏光が形成される。このとき、反射部２５での反射前後の直線偏光は、その偏光軸を同じくしている。
そして、反射部２５で反射した直線偏光は、液晶相部位５、液晶層２１を透過するが、その際それぞれ1／４波長の位相差を付与されるから、偏光板２３aに到達する位置では、結局1／２波長の位相差を付与された状態となり、偏光板２３aの透過軸と平行な偏光軸を有する直線偏光となっている。こうして、その直線偏光は偏光板２３aを透過して液晶表示装置５０bの外部に向かって進行でき、液晶表示装置５０bから外部に出た光は看者に感得され、看者に明表示を感得させる。
【０１５４】
次に、透過型表示について説明する。
透過型表示において、光は、積層部材２０ｄの外側より液晶層２１に向かう方向に入射される。光が入射されると、この光のうち偏光板２３bの透過軸に水平な成分が偏光板２３bを透過し、直線偏光が形成され、位相差層３の等方相部位４を透過するが、ここでは直線偏光には位相差がほとんど生じない。等方相部位を透過した直線偏光は液晶層２１内へと進行する。電圧印加時では、この直線偏光は、その状態をほぼ維持したまま、すなわち偏光軸をほぼ一定に保ちつつ、液晶層２１を透過する。そして、その直線偏光は、積層部材２０ｃの偏光板２３aの配設位置まで到達するが、偏光板２３aの透過軸と略垂直な偏光軸を有するから、偏光板２３aを通過できず、したがって液晶表示装置５０bの外部に向かってほとんど出ることなく、看者に暗表示を感得させる。
【０１５５】
一方、電圧非印加時では、積層部材２０ｄ側から液晶層２１に向かって進行する直線偏光は、液晶層２１を透過すると１／２波長の位相差を付与され、その偏光軸が変化して直線偏光が形成される。このとき、液晶層の透過前後における直線偏光は、偏光軸が互いにほぼ直交する。偏光板２３a、２３bは直交ニコルに配置されているから、液晶層２１を通過した直線偏光は、偏光板２３aの透過軸とほぼ平行な偏光軸を有する状態となっており、偏光板２３aを通過できる。したがって、その直線偏光は、液晶表示装置５０bの外部に向かって看者に向かって進行でき、看者に明表示を感得させる。
【０１５６】
第２の形態の液晶表示装置は、第１の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。
【０１５７】
なお、上記第１の形態、第２の形態の液晶表示装置においては、積層部材２０に、機能層としての着色層が組み込まれてもよい。このような液晶表示装置としては、例えば、第１の形態として図３（ａ）に示す液晶表示装置５０（ａ）において、基材２２ａ上に遮蔽領域をパターンニングにより区画形成し、次いで上記遮光領域により示される各区画に１色あるいは２色以上の透明着色領域を形成することによって着色層を形成することができる。そしてこれをアクティブマトリクス方式の装置として実施することができる。
【０１５８】
この液晶表示装置は、第１の形態の液晶表示装置と同様にして、反射型表示や透過型表示を行い、第１の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。
【０１５９】
また第２の形態として図３（ｂ）に示す液晶表示装置５０（ｂ）において、基材２２ａ上に遮蔽領域をパターンニングにより区画形成し、次いで上記遮光領域により示される各区画に１色あるいは２色以上の透明着色領域を形成することによって着色層を形成することができる。そしてこれをアクティブマトリクス方式の装置として実施することができる。この液晶表示装置は、第２の形態の液晶表示装置と同様にして、反射型表示や透過型表示を行い、第２の形態の液晶表示装置と同様の効果を奏する。
【０１６０】
なお、第１の形態、第２の形態、あるいはこれらにさらに着色層を設けた形態の液晶表示装置においては、積層部材２０に、図２を用いて説明したスイッチング回路１１を形成した素子基板層が組み込まれても良い。たとえば、このような液晶表示装置は、積層部材２０bや積層部材２０dの電極部２８を構成する画素電極２９にスイッチング回路１１を接続して素子基板層を形成することで具体的に実施可能である。
【実施例】
【０１６１】
実施例１
次に示すように基板に着色層と配向膜を順次積層して基材を調製し、これに位相差層を形成して本発明の光学素子として実施例１を得た。
【０１６２】
着色層の形成に用いる着色材料分散液の調製
ブラックマトリクス（ＢＭ）及び赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）着色画素の着色材料分散液として、顔料分散型フォトレジストを用いた。顔料分散型フォトレジストは、着色材料として顔料を用い、分散液組成物（顔料、分散剤及び溶剤を含有する）にビーズを加え、分散機で３時間分散させ、その後ビーズを取り除いた分散液とクリアレジスト組成物（ポリマー、モノマー、添加剤、開始剤及び溶剤を含有する）とを混合することにより得られた。得られた顔料分散型フォトレジストは、ＲＧＢ着色画素において反射型表示部の形成に際して用いられるものについては、下記に示すような組成である。着色画素において透過型表示部の形成には、ＲＧＢ顔料分散型フォトレジストとして、反射型表示部に用いた顔料分散型フォトレジストに含まれる顔料の配合量を２倍にしたものを用いた。尚、分散機としては、ペイントシェーカー（浅田鉄工社製）を用いた。
【０１６３】
（ブラックマトリクス用フォトレジスト）
黒顔料・・・・・１４．０重量部
（大日精化工業（株）製、ＴＭブラック＃９５５０）
分散剤・・・・・・１．２重量部
（ビックケミー（株）製、Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ１１１）
ポリマー・・・・・２．８重量部
（昭和高分子（株）製、ＶＲ６０）
モノマー・・・・・３．５重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
添加剤・・・・・・０．７重量部
（綜研化学（株）製Ｌ−２０）
開始剤・・・・・・１．６重量部
（２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１）
開始剤・・・・・・０．３重量部
（４，４´−ジエチルアミノベンゾフェノン）
開始剤・・・・・・０．１重量部
（２，４−ジエチルチオキサントン）
溶剤・・・・・・７５．８重量部
（エチレングリコールモノブチルエーテル）
【０１６４】
（赤色（Ｒ）着色画素用フォトレジスト）
・赤顔料・・・・・・・５．０重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４（チバスペシャリティケミカルズ社製、クロモフタールＤＰＰ  Ｒｅｄ  ＢＰ））
・黄顔料・・・・・・・１．０重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製、パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・・５．０重量部
開始剤・・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
開始剤・・・・・  ０．６重量部
（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール）
溶剤・・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
【０１６５】
（緑色（Ｇ）着色画素用フォトレジスト）
・緑顔料・・・・・・３．８重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＧ７（大日精化製、セイカファストグリーン５３１６Ｐ））
・黄顔料・・・・・・２．２重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９（ＢＡＳＦ社製、パリオトールイエローＤ１８１９））
・分散剤・・・・・・３．０重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・５．０重量部
開始剤・・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
開始剤・・・・・・０．６重量部
（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール）
溶剤・・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
【０１６６】
（青色（Ｂ）着色画素用フォトレジスト）
・青顔料・・・・・・４．６重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＢ１５：６（ＢＡＳＦ社製、ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ））
・紫顔料・・・・・・１．４重量部
（Ｃ．Ｉ．ＰＶ２３（クラリアント社製、フォスタパームＲＬ−ＮＦ））
・顔料誘導体・・・・０．６重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース１２０００）
分散剤・・・・・・２．４重量部
（ゼネカ（株）製、ソルスパース２４０００）
モノマー・・・・・４．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・５．０重量部
開始剤・・・・・・１．４重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
開始剤・・・・・・０．６重量部
（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール）
溶剤・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
【０１６７】
（柱（CS）用フォトレジスト）
モノマー・・・・・９．０重量部
（サートマー（株）製、ＳＲ３９９）
・ポリマー１・・・・８．０重量部
開始剤・・・・・・２．０重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア９０７）
開始剤・・・・・・１．０重量部
（チバガイギー社製、イルガキュア365）
・溶剤・・・・・・８０．０重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
【０１６８】
尚、上記ポリマー１は、ベンジルメタクリレート：スチレン：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝１５．６：３７．０：３０．５：１６．９（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１６．９モル％付加したものであり、重量平均分子量は４２５００である。
【０１６９】
着色層の形成
洗浄処理を施した基板としてのホウケイ酸ガラス基板（コーニング社製、「１７３７材」）を用意し、このホウケイ酸ガラス基板上面に、次に示すように各色ごとに着色材料分散液を塗布し、基板に着色層を積層形成した。
【０１７０】
まず、ガラス基板に、上述で調製したＢＭ用フォトレジストをスピンコート法で塗布し、９０℃、３分間の条件でプリベーク（予備焼成）し、所定のパターンに形成されたマスクを用いて露光（１００ｍＪ／ｃｍ２）し、続いて０．０５％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を６０秒行った後、２００℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、厚さが１．２μｍのＢＭを形成したＢＭ基板を作製した。
【０１７１】
次に、反射型表示部用に調製した赤色（Ｒ）の顔料分散型フォトレジストを上記ＢＭ基板上にスピンコート法で塗布し、８０℃、３分間の条件でプリベークし、反射型表示部のパターンに応じた所定の着色パターン用フォトマスクを用いて、紫外線露光（２００ｍＪ／ｃｍ２）した。さらに、０．１％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を６０秒行った後、２００℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、ＢＭパターンに対して所定の位置に膜厚１．２μｍの赤色（Ｒ）着色画素における反射型表示部のパターンを形成した。
【０１７２】
次に、透過型表示部用に調製した赤色（Ｒ）の顔料分散型フォトレジストを、上記赤色（Ｒ）着色画素における反射型表示部のパターンの形成方法と同様に塗布して、透過型表示部のパターンを形成した。
【０１７３】
続いて、上記赤色（Ｒ）着色画素の反射型表示部や透過型表示部のパターンの形成方法と同様の方法を用いて、緑色（Ｇ）着色画素、青色（Ｂ）着色画素それぞれにつき、反射型表示部や透過型表示部のパターンを形成した。
【０１７４】
こうして、ガラス基板上に、ＢＭ、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素から構成される着色層が形成され、ドット数160×（120×3（ＲＧＢ））、画素サイズ240μｍ×（80×3（ＲＧＢ））μｍ、透過型表示部の開口サイズ140μｍ×４０μｍとなるように着色層を形成した基材を得た。なお、上記（ＲＧＢ）は、各色着色画素について同様であることを示し、例えば、ドット数については、ＲＧＢ各色着色画素について160×120であることを示す。
【０１７５】
基材調製処理
上記カラーフィルタを設置した基板上に、機能性層として配向膜を作製して基材を調製した。
【０１７６】
なお、配向膜を構成する膜組成液としてＪＳＲ（株）社製のAL1254を用い、フレキソ印刷により膜組成液を基板面上に塗工することにより、膜厚７００Åの配向膜を作製した。
【０１７７】
液晶組成物溶液の作製
位相差層における液晶相部位及び等方相部位を構成する架橋性液晶分子として、上記化４（ａ）〜（ｄ）を含有するネマチック液晶相を示す重合可能な液晶組成物であるRMM34（メルク社製）を用い、この液晶組成物25重量部と、光重合開始剤（チバガイギー社製、「イルガキュア907」）1重量部と、溶媒としてトルエン74重量部と混合して、液晶組成物溶液を調製した。
【０１７８】
液晶組成物溶液の塗工
上記基材をスピンコーター（MIKASA製、「商品名1H-360S」）に設置して、配向膜上に液晶組成物溶液をスピンコーティングすることにより、基板に形成された配向膜上に液晶組成物溶液よりなる塗膜を作製した。
【０１７９】
液晶相部位の形成
塗膜の形成された基材をホットプレートを用いて100℃で5分間加熱し、塗膜中に残存する溶媒をほぼ取り除くとともに、塗膜中に含まれる液晶を液晶相の状態にした。
次いで、図４と同様に、幅長さが約１００μｍ、長手方向の長さが３０ｍｍのストライプ形状であって、その間隔が１４０μｍであり、且つ、着色層上の反射部と一致するよう液晶相部位を複数パターニングするためのフォトマスクを基材面に配した。そして、波長が365nmの紫外光を、フォトマスクを介して塗膜に向かって600mJ/cm2の露光量で露光し、液晶相予定部位に含まれる液晶を架橋重合させて液晶相部位を形成した。
【０１８０】
等方相部位の形成
液晶相部位の形成が行われた後、塗膜を積層した基材を２１０℃で３０分間加熱し、塗膜中に液晶相部位が形成されなかった部位（等方相予定部位）に含まれる液晶を等方相に相転移させるとともに、液晶を架橋重合させて等方相部位を形成した。
【０１８１】
平坦化層の形成
平坦化層形成用塗工液としてオーバーコート材（ザ・インクテック社製ＩＴ−ＭＰ４１２ＳＣ−７）をスピンコーティングすることにより、液晶相部位及び等方相部位の上面に塗布して塗膜を作製した。塗膜の形成された基材をホットプレートを用いて９０℃で３分間プリベークした後、３６５ｎｍの紫外線を露光（８０ｍＪ／ｃｍ２）した。さらにこの基材を２３０℃で３０分間ポストベークして厚さ２μｍ（液晶相部位上面における平坦化層の膜厚）の平坦化層を形成し、光学素子である実施例１を得た。
【０１８２】
このようにして得られた実施例１について、次に示すようにしてその表面（すなわち平坦化層上面）の段差形成量を測定した。尚、測定は、任意の異なる３箇所において、３サンプリングずつ、計９サンプルについて行い、得られた各値の平均値を結果として示す。以下、同じ。
【０１８３】
段差形成量の測定
触針式段差計（Ｓｌｏａｎ社製ＤＥＫＴＡＫ  ＦＰＤ−６５０）を用い、測定距離（段差距離）が等方相部位-液晶相部位-等方相部位となるように設定し、荷重５mg、測定時間20秒で等方相部位と液晶相部位との段差を測定し、これをもって等方相部位上面において発生する段差量とした（液晶相部位の高さは略均一であるため、液晶相部位の高さを基準として等方相部位の段差量を測定するものである）。測定位置は、図４のパターン長さ方向の端から２mm、及び１５ｍm(中央)とした。なお、本実施例１の光学素子の同等品について、位相差層を一部基材面まで削り、これもパターン長さ方向の端から２ｍｍ及び中央位置での位相差層の液晶相部分の膜厚を測定した。
【０１８４】
配向特性の観察
得られた光学素子について、次のように配向特性が良好であるか否かについて判定した。
具体的には、偏光板がクロスニコルとなるように設置されるとともに両偏光板の間に光学素子を配設し、偏光板の一方に光を照射した状態にて光学素子を回転させながら他方の偏光板からの透過光の状態を偏光顕微鏡を用いて観察した。この観察において、光学素子の配向軸と、どちらかの偏光板の透過軸を一致させた時に、完全な黒状態（暗状態）を形成し、光学素子の配向軸を偏光板の透過軸に対して45°傾けて光学素子を設置した時に、等方相部位は黒状態であって液晶相部位にのみ白状態（明状態）が形成されたか否かを観察する事で判断した。
【０１８５】
実施例２
つぎに、実施例１の光学素子を用いて、次に示すように半透過半反射型の液晶表示装置を作製し実施例２とした。そしてその透過表示、反射表示を目視で観察することで、実施例１の半透過半反射型の液晶表示装置への適応性を判定した。
【０１８６】
まず、上記にて得られた光学素子である実施例１を用いて、次に示すように液晶表示装置に組み込むための処理を行った。
【０１８７】
マルチギャップ層の形成
実施例１に対し、ＯＣ材(ザ・インクテック社製ＩＴ−ＭＰ４０８)を、スクリーン印刷にて位相差層の液晶相部位に該当するパターンを有する版を通して液晶相部位上に重ね刷りした。さらに９０℃で３分間プリベークし、３６５ｎｍの紫外線を露光（８０ｍＪ／ｃｍ２）した後、２３０℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、所定の位置に高さ１．５μｍのマルチギャップ層を形成した。
尚、マルチギャップ層の高さは、等方相部位の上面における最も凹んだ部分からマルチギャップ層の上面までの距離が１．６μｍ（即ち、液晶相部位と等方相部位との最高段差量＋マルチギャップ層の高さ＝１．６μｍ）となるよう設定した。以下、実施例４、比較例４においても同じ。
【０１８８】
柱状体の形成
マルチギャップ層の形成された光学素子に対し、柱状体用に調製した柱（CS）フォトレジストをスピンコート法で塗布しさらに、８０℃、３分間の条件でプリベークし、ＢＭパターンに応じた所定の柱用フォトマスクを用いて、３６５ｎｍの紫外線を露光（２００ｍＪ／ｃｍ２）した。さらに、０．１％ＫＯＨ水溶液を用いたスプレー現像を６０秒行った後、２３０℃、３０分間ポストベーク（焼成）し、ＢＭパターンに対して所定の位置に高さ１．６μｍの柱パターンを形成した。
【０１８９】
ＩＴＯ製膜
マルチギャップ層及び柱状体を形成した実施例１にさらに、透明電極材料であるＩＴＯを公知のスパッタリング方法により１５００Å程度の膜厚に製膜した。
【０１９０】
配向膜の形成
その後、全面にポリイミド等（日産化学社製のＳＥ−７５１１）を成膜して塗膜を形成し、ラビング処理を施して水平配向膜を形成した。
【０１９１】
このような各処理をなした実施例１をカラーフィルタとして用いた。そして次に、上記実施例１における着色層の着色画素の形成パターンに対応したパターンにてTFTを多数配設したアレイ基板を以下のとおり作製した。
【０１９２】
アレイ基板の作製
洗浄処理を施した基板として無アルカリガラス基板（コーニング社製、「7059材」）を用意し、アルミニウムで被膜を形成することでゲート電極を形成した。このとき、ゲート電極は、着色画素の形成パターンに対応するように形成されたマスクを用いて、パターニング形成した。
【０１９３】
次に、ゲート電極を形成した基板面に対し、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００―２００ｎｍのシリコン窒化膜等のゲート絶縁膜を成膜し、さらにゲート絶縁膜上に膜厚８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を成膜形成した。
【０１９４】
次いで、アモルファスシリコン膜を形成した基板面に対し、着色画素の形成パターンに対応するように形成されたマスクを用いてパターニングして、アモルファスシリコン領域をパターン形成した。さらに、アモルファスシリコン膜の形成された基板面全体に窒化珪素膜を形成して、これについてもアモルファスシリコン膜を製膜したときと同様に、マスクを用いてパターニングし、エッチングストッパーを形成した。
【０１９５】
続いてアモルファスシリコン膜にリンイオンを約５×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオンドーピングにより注入し、Ｎ＋層を形成した。
【０１９６】
その後、Ｎ＋層などの形成された基板面に対し、アクリル樹脂等の感光性の有機樹脂をスピンコート法により約２μｍ成膜し層間絶縁膜を形成した。
【０１９７】
次に、上記ゲート絶縁膜をなすシリコン窒化膜、および層間絶縁膜をなすアクリル樹脂層を開口させて開口部を設け、画素電極とＴＦＴ形成部とを接続するためのコンタクトホールとなした。
【０１９８】
さらに、Ａｌ（アルミニウム）の金属薄膜をスパッタリング法で１００ｎｍ程度の膜厚に形成後、光学素子の反射型表示部の形成パターンに対応するようにパターニングして反射部を形成した。そして、透明導電材料であるＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を、スパッタリング法により１５０ｎｍ程度の膜厚に形成し、その後、光学素子の着色層の形成パターンに対応するようにパターニングして画素電極を形成した。なお、これら金属薄膜及び画素電極の形成におけるスパッタリング法には、公知の方法が用いられた。
【０１９９】
さらにその後、画素電極などの形成された基材面全面にポリイミド等を成膜して塗膜を形成し、カラーフィルタのラビング方向に対して９０°となるようにラビング処理して配向膜を形成し、アレイ基板を得た。
【０２００】
液晶表示装置の作製
上記ＴＦＴを形成したガラス基板（アレイ基板）上に、駆動液晶としてＴＮ液晶（メルク社製ZLI-4792;Δn=0.088）を約15mL滴下し、ＴＮ液晶を挟むように上記にて得られた実施例１であるカラーフィルタを重ね合わせ、ＴＮ液晶が外部に漏れ出さないようにＵＶ硬化性樹脂をシール材として用い、常温で０．３ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をかけながら４００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で露光することによりアレイ基板とカラーフィルタを接合し、アレイ基板とカラーフィルタとの間に液晶の層が形成されたセルを形成した。さらに、このセルに対して、２枚のアレイ基板とカラーフィルタの各々外側面に、２枚の偏光板を、その透過軸がそれぞれカラーフィルタの基板及びアレイ基板のラビング方向とでそれぞれ一致するように配置した。
【０２０１】
こうして、本発明で得られた光学素子である実施例１を用いた液晶表示装置（セルギャップ：透過型表示部3.2μｍ、反射型表示部1.6μｍ）を実施例２として作製した。作製した液晶表示装置について、その透過・反射表示における表示ムラを観察した。
【０２０２】
実施例３
平坦化層のＯＣ材としてＩＴ−ＭＰ４０８を用いた以外は、実施例１と同様に光学素子を作製し実施例３とした。そして、実施例１と同様に、表面段差を測定し、また配向特性を確認した。
【０２０３】
実施例４
実施例１の光学素子のかわりに実施例３の光学素子を用い、液晶相部位と等方相部位との中央部分における段差０．２μｍを勘案して、マルチギャップ層の高さを１．４μｍとした以外は実施例２と同様に液晶表示装置を作製して実施例４とした。そして実施例２と同様に透過反射表示における表示ムラを観察した。
【０２０４】
比較例１
位相差層の形成を次に示すようにして行った他は、実施例１と同様にして光学素子を得て比較例１とした。まず基材面上において液晶組成物を塗布し塗膜を形成し、所望の方向に配向させた液晶状態とした後、液晶相部位として予定されるパターンを示すフォトマスクを被覆させ、紫外線の露光量を１００ｍＪ／ｃｍ２にしてマスク露光を行い、液晶相部位を構成する架橋性液晶分子を重合させて固定化させた。次いで、非液晶相部位（未露光部位）を溶剤で現像し、現像の後、基材を２１０℃で３０分間加熱して位相差層を形成した。上記液晶相部位の上面には平坦化層は設けなかった。液晶相部位の膜厚は１．６μｍであった。
そして、実施例１と同様に、表面段差を測定し、また配向特性を確認した。
【０２０５】
比較例２
実施例１の光学素子を用いる代わりに比較例１の光学素子を用い、マルチギャップ層を設けなかった他は、実施例２と同様にして液晶表示装置を作製して比較例２とし、そして実施例２と同様に透過反射表示における表示ムラを観察した。
【０２０６】
比較例３
平坦化層を形成しなかった他は実施例１と同様にして光学素子を作製し比較例３とした。液晶相部位と等方相部位の段差は、パターン端から２ｍｍは０．４μｍ、中央は０．９μｍであった。なお、液晶相部位の膜厚はいずれも１．６μｍであった。また実施例１と同様に配向特性を確認した。
【０２０７】
比較例４
また、この比較例３の光学素子を用い、液晶相部位と等方相部位との中央部分における段差０．９μｍを勘案して、マルチギャップ層の高さを０．７μｍとした他は実施例１と同様にして液晶表示装置を作製し比較例４とした。その透過・反射表示における表示ムラを観察した。以上の結果を下記表１に示した。
【０２０８】
本発明によれば、位相差層上に平坦化層を設けることで平坦性のある光学素子が得られ、表1に示したように、本発明で得られた光学素子を用いて作製された液晶表示装置は、平坦化層を設けずパターン長さ方向で等方相部位と液晶相部位の段差量が異なる光学素子を用いた液晶表示装置（比較例４）に比してムラのない表示が得られる。しかも、現像処理を行う必要のある従来方法により作製された液晶表示装置（比較例２）と同等の表示が可能である。
したがって、本発明によれば、平坦性のある光学素子を得ることができ、従来方法よりも一層容易に従来と遜色ない水準の液晶表示装置を得ることができる。
【０２０９】
【表１】
2008242001.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】（ａ）（ｂ）本発明の光学素子の実施態様の例を示す断面構造を示す概略図である。
【図２】スイッチング回路を備えた光学素子の一実施態様を示す概略平面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）光学素子を備えた本発明の液晶表示装置の実施態様の例を示す概略図である。
【図４】液晶相部位及び等方相部位のパターニングデザインの一例を示す上面図である。
【図５】従来の液晶セルの断面構造を示す概略図である。
【図６】図５に示される液晶セルのＸ−Ｘ断面から観察した断面構造の概略図である。
【符号の説明】
【０２１１】
１  光学素子
２  基材
３、１０３  位相差層
４、１０２  等方相部位
５、１０１  液晶相部位
６  平坦化層
７、３１、１０６  マルチギャップ層
１１  スイッチング回路
１２  反射電極部
１３  信号線
１４  走査線
１５  ドレイン電極
１６  ソース電極
１７  ゲート電極
１８  各画素電極
１９  透明電極部
２０、２０ａ、２０ｂ  積層部材
２１、１０９  駆動液晶層(液晶層)
２２、２２ａ、２２ｂ  基板
２３、２３ａ、２３ｂ  偏光板
２４、２４ａ、２４ｂ、１０５  配向膜
２５  反射部
２６  開口部
２７  半透過反射層
２８  電極部
２９  画素電極
３０  対向電極
５０、５０ａ、５０ｂ  液晶表示装置
１００  液晶セル
１０４  透明ガラス基板
１０７  柱状体
１０８  対向基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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