(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れ、光の着色現象が効果的に抑制された液晶光学素子、および、高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れる液晶光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】一対の基板１０、２０と、これらの間に設けられた液晶層３０と、基板１０、２０の液晶層３０側に設けられ、液晶層３０を介して互いに対向する一対の電極層１２、２２とを有する液晶光学素子であって、一対の電極層１２、２２間に印加された電圧に応じて液晶層３０の層面に平行な面に沿って配向方向が変化する分子１６ａ、２６ａを含む一対のスイッチング層１６、２６を有する。液晶層３０は、一対のスイッチング層１６および２６に含まれる分子１６ａおよび２６ａの配向方向の変化に応じて配向状態が変化する。一方のスイッチング層１６に含まれる分子１６ａと他方のスイッチング層２６に含まれる分子２６ａとは、互いに鏡像体としての挙動を示す。【選択図】　図１
2004133096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
前記一対の基板の間に設けられた第１の液晶層と、
前記一対の基板の前記第１の液晶層側に設けられ、前記第１の液晶層を介して互いに対向する一対の電極層と、
前記一対の電極層と前記第１の液晶層との間に設けられた一対のスイッチング層であって、前記一対の電極層間に印加された電圧に応じて前記第１の液晶層の層面に平行な面に沿って配向方向が変化する分子を含む一対のスイッチング層と、を有し、
前記第１の液晶層は、前記一対のスイッチング層に含まれる前記分子の配向方向の変化に応じて配向状態が変化する、液晶光学素子であって、
前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、互いに鏡像体としての挙動を示す、液晶光学素子。
【請求項２】
前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、前記一対の電極層間に電圧が印加されたときに、互いに反対方向に配向方向が変化する、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記一対のスイッチング層と前記一対の電極層との間に設けられた一対の配向層を有し、
前記一対の配向層の一方が含む分子と他方が含む分子とは、互いに鏡像体である、請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、互いに鏡像体である、請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記一対のスイッチング層は、液晶材料を含む第２および第３の液晶層である、請求項１から４のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料はスメクチック相を呈する、請求項５に記載の液晶光学素子。
【請求項７】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料は、強誘電性、反強誘電性およびフェリ誘電性の少なくとも１つを示す、請求項５または６に記載の液晶光学素子。
【請求項８】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料は高分子液晶材料である、請求項５から７のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項９】
前記一対のスイッチング層は高分子材料を含む、請求項５から７のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項１０】
前記液晶層はネマチック相を呈する液晶材料を含む、請求項１から９のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項１１】
前記液晶層に含まれる前記液晶材料の誘電異方性が負である、請求項１０に記載の液晶光学素子。
【請求項１２】
前記液晶層に含まれる前記液晶材料の誘電異方性が略ゼロである、請求項１０に記載の液晶光学素子。
【請求項１３】
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、前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極層と、
前記一対の電極層と前記液晶層との間に設けられた一対のスイッチング層であって、前記一対の電極層間に印加された電圧に応じて前記液晶層の層面に平行な面に沿って配向方向が変化する分子を含む一対のスイッチング層と、を有し、
前記液晶層は、前記一対のスイッチング層に含まれる前記分子の配向方向の変化に応じて配向状態が変化する、液晶光学素子の製造方法であって、
液晶材料を含む混合材料を用意する工程と、
表面に前記一対の電極層が形成された前記一対の基板を用意する工程と、
前記用意された一対の基板を所定の間隙を介して貼り合わせる工程と、
前記貼り合わされた一対の基板間に前記混合材料を注入する工程と、
前記注入された混合材料を相分離させることによって、前記一対の電極層上に前記一対のスイッチング層を形成するとともに、前記一対のスイッチング層間に前記液晶層を形成する工程と、
を包含する液晶光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記一対の基板を貼り合わせる工程の前に、
互いに鏡像体である第１および第２の配向層材料を用意する工程と、
前記一対の電極層の一方上に、前記第１配向層材料を用いて第１配向層を形成する工程と、
前記一対の電極層の他方上に、前記第２配向層材料を用いて第２配向層を形成する工程と、
をさらに包含する、請求項１３に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記混合材料は、重合性材料を含み、
前記一対のスイッチング層と前記液晶層とを形成する工程は、
前記重合性材料を前記一対の電極層上において選択的に重合する工程を包含する、請求項１３または１４に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１６】
前記重合性材料を重合する工程は、
前記混合材料に光を照射する工程を包含する、請求項１５に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１７】
前記重合性材料を重合する工程は、
前記混合材料を加熱する工程を包含する、請求項１５に記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記混合材料は、ネマチック液晶材料と、スメクチック液晶材料とを含み、
前記一対のスイッチング層と前記液晶層とを形成する工程は、
前記ネマチック液晶材料を含むように前記液晶層を形成するとともに、前記スメクチック液晶材料を含むように前記一対のスイッチング層を形成する工程である、請求項１３から１７のいずれかに記載の液晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶光学素子および液晶光学素子の製造方法に関し、特に、文字、図形等を表示する表示装置や、入射光の透過光量を変化させる調光装置、光シャッターなどに用いられる液晶光学素子および液晶光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴を生かして、テレビやコンピュータのディスプレイ、あるいは携帯機器の表示部などに広く用いられている。
【０００３】
従来のＴＮ（ツイストネマチック）モード、ＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）モードの液晶表示装置は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために、液晶層の液晶分子が面内スイッチングするモードが提案されている。
【０００４】
液晶分子が面内スイッチングするモードの１つとして、ネマチック液晶層を用い、櫛歯状の電極によって液晶層の層面に平行な電界（横電界）を発生させるモードが提案されている。また、液晶層として強誘電性液晶層や反強誘電性液晶層を用いるモードも提案されている。これらのモードでは、液晶分子の配向方向が液晶層の層面に平行な面に沿って変化するので、これらのモードの液晶表示装置は広視野角特性を有する。
【０００５】
しかしながら、横電界を発生させるモードでは、櫛歯状の電極上には電界が発生せず、電極上の液晶層は表示に寄与しないので、開口率の低下が大きいという問題がある。横電界を発生させるためには、少なくとも２本の電極（隣接する２本の電極には互いに異なる電位が与えられる）を絵素領域内に配置する必要があり、また、電極間距離を短くして十分に強い横電界を発生させるために、通常は、数本の電極が配置されるが、印加電圧に応答して表示に寄与するのは電極間の領域のみである。たとえ透明材料を用いて電極を形成したとしても、電極上には電界が発生しないので、その上の液晶層は印加電圧に対して応答せず、表示に寄与しない。そのため、横電界を用いるモードは、電極上の液晶層を表示に寄与させることができる、縦電界を用いるモードに比べると、原理的に開口率の低下が発生してしまう。
【０００６】
また、強誘電性液晶層や反強誘電性液晶層を用いるモードでは、セル厚を２μｍ程度以下とする必要があり、そのような狭いセル厚で液晶分子の配向を無欠陥状態にしなければコントラスト比の低下が発生するので、製造プロセス上の難点があり、そのために安定な生産が難しいという問題がある。
【０００７】
そこで、このような問題を解決できる液晶光学素子として、特許文献１は、ネマチック液晶材料からなる液晶層と、この液晶層の両側に配置された強誘電性液晶材料からなる２つの液晶層とを備えた液晶光学素子を開示している。図４に、特許文献１に開示されている液晶光学素子１０００を示す。
【０００８】
液晶光学素子１０００は、図４に示したように、一対の基板１０１０および１０２０と、これらの基板１０１０および１０２０間に挟持された第１の液晶層１０１６、第２の液晶層１０３０および第３の液晶層１０２６とを有している。
【０００９】
基板１０１０および１０２０の液晶層（第１、第２および第３の液晶層１０１６、１０３０および１０２６）側の表面に、電極１０１２および１０２２が形成されており、電極１０１２および１０２２を覆うように配向層１０１４および１０２４が形成されている。また、基板１０１０および１０２０の外側に偏光板１０１８および１０２８が設けられている。
【００１０】
配向層１０１４および１０２４上に、第１および第３の液晶層１０１６および１０２６がそれぞれ設けられ、第１の液晶層１０１６と第３の液晶層１０２６との間に第２の液晶層１０３０が設けられている。第１および第３の液晶層１０１６および１０２６は、強誘電性の高分子液晶材料から形成されている。第２の液晶層１０３０は、ネマチック液晶材料から形成されている。
【００１１】
液晶光学素子１０００の動作を図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）は、電極１０１２および１０２２間に所定の電圧が印加された状態を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）とは逆の極性の電圧が印加された状態を示している。
【００１２】
液晶光学素子１０００においては、第１の液晶層１０１６および第３の液晶層１０２６に含まれる液晶分子１０１６ａおよび１０２６ａは、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、電極１０１２と電極１０２２との間に印加された電圧に応じて第２の液晶層１０３０の層面に（基板１０１０および１０２０の基板面に）平行な面に沿って面内スイッチングする。また、第１の液晶層１０１６と第３の液晶層１０２６との間に設けられた第２の液晶層１０３０に含まれる液晶分子１０３０ａは、第１の液晶層１０１６および第３の液晶層１０２６の液晶分子１０１６ａおよび１０２６ａの影響を受けて面内スイッチングする。
【００１３】
このように、液晶光学素子１０００においては、液晶分子１０３０ａが面内スイッチングするので、液晶光学素子１０００を表示装置に用いると広視野角特性が得られる。また、電極１０１２および１０２２としては透明電極を用いることができるので、高開口率が得られる。さらに、液晶光学素子１０００においては、セル厚を狭くする必要がないので、製造プロセス上の制約が少なく、製造が容易である。
【００１４】
液晶光学素子１０００は、例えば以下のようにして製造される。
【００１５】
まず、基板（例えばガラス基板）１０１０上に透明で導電性を有するＩＴＯを用いて電極１０１２を形成する。次に、電極１０１２を覆うようＳｉＯｘを用いて配向層１０１４を形成する。続いて、光重合性を有する液晶材料を用いて第１の液晶層１０１６を形成する。
【００１６】
次に、同様にして、基板１０２０上に電極１０２２、配向層１０２４、第３の液晶層１０２６を形成する。
【００１７】
その後、基板１０１０と基板１０２０とを、第１の液晶層１０１６が形成された表面および第３の液晶層１０２６が形成された表面が内側になるように貼り合わせ、続いて、基板１０１０と基板１０２０との間に真空下で液晶材料を注入することによって第２の液晶層１０３０を形成する。
【００１８】
【特許文献１】
国際公開第００／０３２８８号パンフレット
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４、図５（ａ）および（ｂ）に示した液晶光学素子１０００においては、斜め方向（基板面法線方向から傾斜した方向）から観察したときに着色現象が発生するという問題がある。具体的には、図６（ａ）に示すように液晶分子１０１６ａの長軸方向から観察したときには、光が青色味がかり、図６（ｂ）に示すように液晶分子１０１６ａの短軸方向から観察したときには、光が黄色味がかる。つまり、液晶光学素子１０００においては、第２の液晶層１０３０を斜め（層法線方向から傾斜した方向）に通過する光の青色味化や黄色味化が発生してしまう。これは、液晶分子のリタデーションが波長分散性（波長依存性）を有しているためである。
【００２０】
また、上記特許文献１に開示されている液晶光学素子１０００の製造方法においては、一対の基板１０１０および１０２０のそれぞれの表面に第１の液晶層１１６、第３の液晶層１０２６を形成した後に貼り合わせ、その後に第２の液晶層１０３０となる液晶材料を注入するので、その課程で、第１および第３の液晶層１０１６および１０２６が空気に接触し、その配向状態が乱れてしまう。より具体的には、空気との界面近傍では、液晶分子が、疎水基を空気側に向け、親水基を液晶層の内側に向けようとする（シャボン玉と同様の原理である）結果、垂直に配向してしまう。そのため、第２の液晶層１０３０の液晶分子の一部が、第１および第３の液晶層１０１６および１０２６の影響を受けて垂直に配向してしまう。その結果、その部分が表示（輝度）ムラとなり、表示品位が低下してしまう。
【００２１】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れ、光の着色現象が効果的に抑制された液晶光学素子を提供することにある。また、本発明による他の目的は、高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れる液晶光学素子を、表示品位の低下を伴うことなく製造することができる製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた第１の液晶層と、前記一対の基板の前記第１の液晶層側に設けられ、前記第１の液晶層を介して互いに対向する一対の電極層と、前記一対の電極層と前記第１の液晶層との間に設けられた一対のスイッチング層であって、前記一対の電極層間に印加された電圧に応じて前記第１の液晶層の層面に平行な面に沿って配向方向が変化する分子を含む一対のスイッチング層と、を有し、前記第１の液晶層は、前記一対のスイッチング層に含まれる前記分子の配向方向の変化に応じて配向状態が変化する、液晶光学素子であって、前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、互いに鏡像体としての挙動を示し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２３】
典型的には、前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、前記一対の電極層間に電圧が印加されたときに、互いに反対方向に配向方向が変化する。
【００２４】
前記一対のスイッチング層と前記一対の電極層との間に設けられた一対の配向層を有し、前記一対の配向層の一方が含む分子と他方が含む分子とは、互いに鏡像体である構成としてもよい。
【００２５】
前記一対のスイッチング層の一方に含まれる前記分子と他方に含まれる前記分子とは、互いに鏡像体である構成としてもよい。
【００２６】
典型的には、前記一対のスイッチング層は、液晶材料を含む第２および第３の液晶層である。
【００２７】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料はスメクチック相を呈することが好ましい。
【００２８】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料は、強誘電性、反強誘電性およびフェリ誘電性の少なくとも１つを示すことが好ましい。
【００２９】
前記一対のスイッチング層に含まれる前記液晶材料は高分子液晶材料であってもよい。
【００３０】
前記一対のスイッチング層は高分子材料を含んでもよい。
【００３１】
前記液晶層はネマチック相を呈する液晶材料を含むことが好ましい。
【００３２】
前記液晶層に含まれる前記液晶材料の誘電異方性が負であることが好ましい。
【００３３】
前記液晶層に含まれる前記液晶材料の誘電異方性が略ゼロであることが好ましい。
【００３４】
本発明による液晶光学素子の製造方法は、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、前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極層と、前記一対の電極層と前記液晶層との間に設けられた一対のスイッチング層であって、前記一対の電極層間に印加された電圧に応じて前記液晶層の層面に平行な面に沿って配向方向が変化する分子を含む一対のスイッチング層と、を有し、前記液晶層は、前記一対のスイッチング層に含まれる前記分子の配向方向の変化に応じて配向状態が変化する、液晶光学素子の製造方法であって、液晶材料を含む混合材料を用意する工程と、表面に前記一対の電極層が形成された前記一対の基板を用意する工程と、前記用意された一対の基板を所定の間隙を介して貼り合わせる工程と、前記貼り合わされた一対の基板間に前記混合材料を注入する工程と、前記注入された混合材料を相分離させることによって、前記一対の電極層上に前記一対のスイッチング層を形成するとともに、前記一対のスイッチング層間に前記液晶層を形成する工程と、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００３５】
前記一対の基板を貼り合わせる工程の前に、互いに鏡像体である第１および第２の配向層材料を用意する工程と、前記一対の電極層の一方上に、前記第１配向層材料を用いて第１配向層を形成する工程と、前記一対の電極層の他方上に、前記第２配向層材料を用いて第２配向層を形成する工程と、をさらに包含することが好ましい。
【００３６】
前記混合材料は、重合性材料を含み、前記一対のスイッチング層と前記液晶層とを形成する工程は、前記重合性材料を前記一対の電極層上において選択的に重合する工程を包含してもよい。
【００３７】
前記重合性材料を重合する工程は、前記混合材料に光を照射する工程を包含してもよい。
【００３８】
前記重合性材料を重合する工程は、前記混合材料を加熱する工程を包含してもよい。
【００３９】
前記混合材料は、ネマチック液晶材料と、スメクチック液晶材料とを含み、前記一対のスイッチング層と前記液晶層とを形成する工程は、前記ネマチック液晶材料を含むように前記液晶層を形成するとともに、前記スメクチック液晶材料を含むように前記一対のスイッチング層を形成する工程であることが好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶光学素子およびその製造方法を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
図１および図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による実施形態の液晶光学素子１００の構造と動作とを説明する。図１は、液晶光学素子１００を模式的に示す断面図であり、図２（ａ）および（ｂ）は、液晶光学素子１００を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）は、一対の電極層間に所定の電圧が印加された状態を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）とは逆の極性の電圧が印加された状態を示している。
【００４２】
液晶光学素子１００は、図１に示したように、液晶セル１００ａと、液晶セル１００ａを介して対向するように配置された一対の偏光板１８および２８とを有する。
【００４３】
液晶セル１００ａは、一対の基板１０および２０と、基板１０と基板２０との間に設けられた液晶層３０とを有する。液晶層３０は、典型的には、ネマチック相を呈する液晶材料を含むネマチック液晶層である。
【００４４】
基板１０の液晶層３０側に電極層１２が設けられており、基板２０の液晶層３０側に電極層２２が設けられている。これら一対の電極層１２および２２は液晶層３０を介して互いに対向している。電極層１２および２２は、単一の連続した導電層である必要はなく、電気的に独立した複数の電極をそれぞれ含んでもよい。
【００４５】
一対の電極層１２および２２と液晶層３０との間に、一対のスイッチング層１６および２６が設けられている。スイッチング層１６および２６は、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、電極層１２と電極層２２との間に印加された電圧に応じて液晶層３０の層面に（基板１０および２０の基板面に）平行な面に沿って配向方向が変化する分子１６ａおよび２６ａをそれぞれ含んでいる。つまり、スイッチング層１６および２６に含まれる分子１６ａおよび２６ａは、液晶層３０の層法線方向に沿った電界（縦電界）によって面内スイッチングする。
【００４６】
スイッチング層１６および２６は、典型的には、液晶材料を含む液晶層であり、例えば、ネマチック相、スメクチック相あるいはコレステリック相を呈する液晶材料を含んでいる。スイッチング層１６および２６が含む液晶材料として、強誘電性、反強誘電性およびフェリ誘電性の少なくとも１つを示す液晶材料を用いると、縦電界に応じた液晶分子の面内スイッチングを容易に実現することができる。スメクチック相は、強誘電性や反強誘電性あるいはフェリ誘電性を示しやすいので、スイッチング層１６および２６は、スメクチック相を呈する液晶材料を含んでいることが好ましい。
【００４７】
スイッチング層１６および２６は、配向規制力を有する表面上に設けられていることが好ましい。本実施形態では、電極層１２および２２上に配向層１４および２４が形成されており、スイッチング層１６および２６は、配向層１４および２４上に形成されている。配向層１４および２４は、水平配向性であることが好ましい。配向層１４および２４としては、例えば、ＴＮモードやＳＴＮモードの液晶表示装置等に用いられる通常の配向膜（ポリイミド等からなる）を用いることができる。ポリイミド等の配向膜は、ポリイミド等が溶剤に溶け込んでいる可溶性タイプであってもよいし、焼成することによってポリイミド化する焼成タイプであってもよい。また、配向膜には、十分な配向規制力を得るためにラビング等の配向処理が施されていることが好ましい。あるいは、配向膜としてポリビニルシンナメート、ポリイミド薄膜等の有機薄膜を用い、紫外線を照射することによって光配向処理を施してもよい。さらに、ＳｉＯｘなどを基板面に対して斜め方向から蒸着することによって基板表面に配向規制力を付与してもよい。
【００４８】
なお、強誘電性、反強誘電性、フェリ誘電性を示す相よりも高い温度領域でスメクチックＡ相やネマチック相を呈する液晶材料は、配向制御が容易であるので、スイッチング層１６および２６の配向制御を容易にする観点からは、スイッチング層１６および２６に含まれる液晶材料としてこのような材料を用いることが好ましい。
【００４９】
また、本発明による液晶光学素子１００においては、一対のスイッチング層１６および２６の一方に含まれる分子（例えばスイッチング層１６の分子１６ａ）と他方に含まれる分子（例えばスイッチング層２６の分子２６ａ）とは、互いに鏡像体としての挙動を示す。
【００５０】
従って、一方のスイッチング層１６の分子１６ａと他方のスイッチング層２６の分子２６ａとは、ある極性の印加電圧に対して自発分極が互いに反転しているものとして振る舞う。そのため、スイッチング層１６の分子１６ａと、スイッチング層２６の分子２６ａとは、電極層１２および２２間に電圧が印加されたとき、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、互いに反対方向に配向方向が変化（すなわち面内スイッチング）する。
【００５１】
スイッチング層１６および２６と、液晶層３０との界面近傍では、スイッチング層１６および２６の分子１６ａおよび２６ａの配向方向に沿うように、液晶層３０の液晶分子３０ａが配向する。液晶分子３０ａがこのように配向するのは、排除体積効果などに起因する。排除体積効果とは、分子がその周囲に他の分子を立ち入らせない領域（排除体積）を有しているので、分子同士は排除体積による斥力を小さくするように（エネルギー的に安定になるように）互いに平行に並ぶように配向する現象である。
【００５２】
液晶層３０の中央付近の液晶分子３０ａは、界面近傍の液晶分子３０ａの配向と連続するように（整合するように）配向する。そのため、スイッチング層１６の分子１６ａとスイッチング層２６の分子２６ａとが同じ方位角方向に配向している場合には、図２（ａ）に示したように、液晶層３０の液晶分子３０ａは、ツイスト角がゼロのホモジニアス配向となる。また、スイッチング層１６の分子１６ａとスイッチング層２６の分子２６ａとが異なる方位角方向に配向している場合には、図２（ｂ）に示したように、液晶層３０の液晶分子３０ａは、ツイスト配向となる。
【００５３】
上述したように、スイッチング層１６および２６の間に位置する液晶層３０は、スイッチング層１６および２６に含まれる分子１６ａおよび２６ａの配向方向の変化に応じて配向状態が変化する。
【００５４】
この配向状態の変化を利用して液晶層３０を通過する光を変調することによって表示を行うことができる。例えば、偏光板１８および２８がクロスニコルに配置されている場合、図２（ａ）に示したように液晶層３０がホモジニアス配向をとっている状態で黒表示を行うことができ、図２（ｂ）に示したように液晶層３０がツイスト配向をとっている状態で白表示を行うことができる。
【００５５】
本発明による液晶光学素子１００においては、液晶層３０の液晶分子３０ａが面内スイッチングすることによって表示が行われるので、広視野角特性が得られる。また、スイッチング層１６および２６への電圧の印加を行う電極層１２および２２として透明電極を用いることができるので、高開口率が実現される。さらに、セル厚を薄く（例えば約２μｍ以下程度）する必要がないので、製造プロセス上の難点が少なく、生産性に優れている。また、スイッチング層１６および２６は、液晶層３０の液晶分子３０ａの配向に影響を与えることができる程度の厚さを有せばよく、光学変調に寄与しない程度にスイッチング層１６および２６の厚さを薄くできるので、製造プロセスにおいてスイッチング層１６および２６に配向不良（配向欠陥）が発生しても表示のコントラスト比が低下することがない。
【００５６】
また、本発明による液晶光学素子１００においては、一方のスイッチング層１６の分子１６ａと、他方のスイッチング層２６の分子２６ａとは、電極層１２および２２間に電圧が印加されたとき、互いに反対方向に配向方向が変化する。そのため、液晶層３０がツイスト配向した状態で白表示を行うことができるので、斜め方向から観察したときの光の着色現象が抑制される。これは、液晶層３０がツイスト配向していると、液晶層３０の上側半分と下側半分とが互いに補色の関係を有する色味に光の波長帯域をシフトさせるので、液晶層３０の厚さ方向に沿った光学補償が実現されるからである。例えば、液晶層３０の下側半分が光を青色味がからせる場合には、液晶層３０の上側半分は光を黄色味がからせるので、結果として光の着色が抑制される。
【００５７】
さらに、本発明による液晶光学素子１００においては、一方のスイッチング層１６に含まれる分子１６ａと他方のスイッチング層２６に含まれる分子２６ａとは、互いに鏡像体としての挙動を示す。そのため、着色現象の発生が効果的に抑制された、高品位の表示を行うことができる。以下、さらに詳しく説明する。
【００５８】
スイッチング層の分子が面内スイッチングするときの傾き角θやその応答速度τは、液晶光学素子の表示品位に大きな影響を与えるので、一方のスイッチング層の分子と他方のスイッチング層の分子とで傾き角θや応答速度τは同じであることが好ましい。
【００５９】
ところが、これらは温度などに依存して変化する。例えば液晶材料が強誘電性、反強誘電性、フェリ誘電性などを示す場合、応答速度τはτ＝η／Ｐｓ・Ｅで表される。ここで、η、Ｐｓ、Ｅはそれぞれ粘度、自発分極、電場を示す。一般には、自発分極Ｐｓや傾き角θの温度変化はＰｓ∝θ∝（Ｔｃ−Ｔ）βである（βは理論的には０．５、実験的には０．３〜０．４）ので、傾き角θや応答速度τは温度に依存して変化する。
【００６０】
一方のスイッチング層の分子と他方のスイッチング層の分子とが、傾き角θや応答速度τに関して同じ特性（温度特性等）を有していない場合、ある条件において両方のスイッチング層の分子の傾き角θや応答速度τを互いに同じになるように設定しても、条件が変化（例えば温度が変化）したときには、一方の分子の傾き角θや応答速度τが他方の分子のそれとは異なってしまうので、着色現象を効果的に抑制できず、また、高品位の表示を行うことができない。
【００６１】
互いに鏡像体である分子同士では、傾き角θなどの温度特性等がほぼ同じである。例えば、ＴＦＭＨＰＤＯＰＢと呼ばれる液晶材料では、その傾き角θがＲ体とＳ体とで同じ温度特性を持つ（Ａ．Ｉｋｅｄａ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｊｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌｌ．　Ｐｈｙｓ．　３０，　Ｌ１０３２（１９９１）のＦｉｇ．３（ａ））。
【００６２】
従って、本発明による液晶光学素子１００のように、一方のスイッチング層１６の分子１６ａと、他方のスイッチング層２６の分子２６ａとが、互いに鏡像体としての挙動を示すと、傾き角θなどが同じ特性（温度特性等）を示すので、着色現象を効果的に抑制することができ、また、高品位の表示を行うことができる。
【００６３】
一方のスイッチング層１６の分子１６ａと他方のスイッチング層２６の分子２６ａとが、互いに鏡像体としての挙動を示すためには、例えば、一方のスイッチング層１６の分子１６ａと他方のスイッチング層２６の分子２６ａとが互いに鏡像体であればよい。
【００６４】
また、本願発明者は、スイッチング層１６および２６の下面に設けられた一対の配向層１４および２４の一方が含む分子と他方が含む分子とが互いに鏡像体であると、一方のスイッチング層１６の分子１６ａと他方のスイッチング層２６の分子２６ａとが、互いに鏡像体としての挙動を示すことを見出した。例えば、Ｓ体の分子を含む配向層上に設けられたスイッチング層の分子は、印加電圧（縦電界）に応じてＳ体としての挙動を示し、Ｒ体の分子を含む配向層上に設けられたスイッチング層の分子は、印加電圧（縦電界）に応じてＲ体としての挙動を示す。そのため、Ｓ体の分子を含む配向層上に設けられたスイッチング層の分子と、Ｒ体の分子を含む配向層上に設けられたスイッチング層の分子とは、電圧が印加されたときに、互いに反対方向に面内スイッチングする。
【００６５】
スイッチング層がこのような挙動を示す理由は、配向層の分子が鏡像体（光学異性体）であると、その界面のエネルギー的な対称性が低下するからと考えられる。すなわち、配向層の分子が鏡像体であると、配向層に接して配向しているスイッチング層の分子を左にスイッチングさせる場合と、右にスイッチングさせる場合とでエネルギー差が生じるので、スイッチング層のエネルギー的な対称性も低下していることになり、そのため、スイッチング層の分子が鏡像体と等価な挙動を示すと考えられる。
【００６６】
なお、鏡像体である配向層の分子は、双極子モーメントの大きい官能基を有することが好ましく、スイッチング層の分子も、双極子モーメントの大きい官能基を有することが好ましい。配向層の分子とスイッチング層の分子の両方が双極子モーメントの大きい官能基を有していると、これらの双極子−双極子相互作用によって上述したような挙動が発現しやすくなる。
【００６７】
スイッチング層１６および２６の厚さは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。厚さが１００ｎｍより薄いと、基板表面のアンカリング効果が顕著となるのでスイッチング層１６および２６内の分子１６ａおよび２６ａが動きにくくなることがある。また、厚さが２００ｎｍより厚いと、スイッチング層１６および２６内の分子１６ａおよび２６ａが基板面に垂直な方向に立ち上がるようになることがあり、面内でのスイッチングがしにくくなることがある。また、スイッチング層１６および２６の厚さが可視光の波長より小さい１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度であると、スイッチング層１６および２６が光の変調に光学的に寄与しないので、スイッチング層１６および２６に配向不良が発生してもコントラスト比の低下を招くことがない。
【００６８】
また、スイッチング層１６および２６が液晶材料を含む（液晶層である）場合には、スイッチング層１６および２６が高分子液晶材料や高分子材料を含むことが好ましい。液晶材料自身を高分子化したり、高分子材料のネットワークを液晶層であるスイッチング層１６および２６中に形成したりすることによって、スイッチング層１６および２６と液晶層３０との相溶性を低下させることができるので、これらが混じり合うことによる特性の劣化を防止することができる。
【００６９】
具体的には、例えば、スイッチング層１６および２６の材料として、強誘電性を示す液晶材料に、重合性化合物と重合開始剤とを混入させたものを用いる。このとき、スイッチング層１６および２６の一方の材料にはＳ体の液晶材料を用い、他方の材料にはＲ体の液晶材料を用いる。
【００７０】
重合性化合物としては、液晶性（メタ）アクリレートやエポキシアクリレートなどを用いることが出来る。
【００７１】
液晶性（メタ）アクリレートとしては、液晶骨格と重合性官能基とを分子内に有する化合物であれば、特に制限なく用いることができるが、中間調表示と低電圧駆動を両立するためには、液晶骨格と重合性官能基との間にメチレンスペーサーがない単官能液晶性（メタ）アクリレートを用いることが好ましく、２つの６員環を有する液晶骨格を部分構造として有する環状アルコール、フェノールまたは芳香族ヒドロキシ化合物のアクリル酸またはメタクリル酸エステルである単官能（メタ）アクリレートを用いることがさらに好ましい。このような単官能（メタ）アクリレートは、（メタ）アクリロイルオキシ基と液晶骨格の間に、アルキレン基またはオキシアルキレン基などの柔軟性の連結基がない。そのため、この種の単官能（メタ）アクリレートを重合させて得られる重合体の主鎖には、連結基を介さず直接剛直な液晶骨格が統合し、液晶骨格の熱運動が高分子主鎖により制限されるので、スイッチング層に含まれる液晶分子の配向をより安定化させると考えられる。
【００７２】
このような化合物としては、例えば下記［化１］で表せるものを挙げることができる。特に、［化１］においてＸが水素原子またはメチル基を表し、ｎが０または１の整数を表し、６員環Ａ、ＢおよびＣが、１，４−フェニレン基、または１，４−トランスシクロヘキシル基を表し、Ｙ１およびＹ３が単結合、Ｙ２がハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０のアルキル基またはアルコキシル基を表す化合物が、室温近傍で液晶相を示すため好ましい。
【００７３】
【化１】
2004133096.tif 000003
【００７４】
エポキシアクリレートとしては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、フェノールノボラック型エポキシアクリレートなどを用いることができる。エポキシアクリレートは、１分子中に光照射により重合するアクリル基と加熱により重合するカルボニル基、水酸基を併せ持っているので、硬化法として光照射法と加熱法とを併せて用いることによって、少なくともどちらか一方の官能基が反応して未反応部分がなくなり、十分な重合（硬化）を行うことができる。
【００７５】
スイッチング層１６および２６内における、重合性化合物を含む硬化性組成物の硬化した部分の濃度は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましい。硬化した部分の濃度が０．０５％未満であると、重合性化合物の液晶骨格の配向方向と強誘電性液晶材料の配向方向とのなす平均角度をほぼ同じ方向にすることができず、また１０％より多いと、駆動電圧が増大してしまう。
【００７６】
重合性化合物を光や熱により重合して高分子化するためには、重合開始剤を添加することが好ましい。重合開始剤を添加することによって重合を迅速に行うことができる。重合開始剤としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、キュメンハイドロイドパーオキサイド、ターシャリブチルパーオクトエート、ジクミルパーオキサイドや、ベンゾイルアルキルエーテル系、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系、キサントン系ベンゾインエーテル系、ベンジルケタール系の重合開始材などを用いることができる。市販品では、例えば、メルク社製のダロキュア１１７３、１１１６、チバケミカル社製のイルガキュア１８４、３６９、６５１、９０７、日本化薬社製のカヤキュアＤＥＴＸ、ＥＰＡ、ＩＴＡなどをそのまま、あるいは適宜混合して用いることができる。重合開始剤の添加量は、重合性化合物に対して１０重量％以下であることが好ましい。１０重量％より多く添加すると重合開始剤が不純物として作用し液晶材料の比抵抗が低下する。
【００７７】
また、スイッチング層１６および２６中の液晶材料の安定性を向上させるために安定剤を添加しても良い。安定剤としては、例えば、ヒドロキノン、ヒドロキノンアルキルエーテル類、第３ブチルカテコール類などを用いることができる。安定剤の添加量は、重合性化合物に対して１重量％以下であることが好ましい。１重量％より多く添加すると安定剤が不純物として作用し液晶材料の比抵抗が低下する。
【００７８】
上述したような重合性化合物を含むスイッチング層１６および２６の材料を配向処理が施された基板に塗布した後、光照射、加熱を行うことによって、重合性化合物を高分子化し、スイッチング層１６および２６中に高分子のネットワークを形成することができる。光重合性化合物を光照射により高分子化させる工程における光の照射量は、使用する液晶材料や光重合開始剤の種類、さらにその濃度に応じて適宜設定すればよいが、５０ｍＪ／ｃｍ２〜１００００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内であることが好ましい。照射量が５０ｍＪ／ｃｍ２未満であると光重合性化合物が完全に硬化しないことがあり、また、照射量が１００００ｍＪ／ｃｍ２を超えると液晶材料が著しく光劣化することがある。
【００７９】
スイッチング層１６および２６間に配置される液晶層３０は、典型的にはネマチック液晶材料を含んでいる。液晶層３０に含まれる液晶材料として、誘電異方性が正である液晶材料を用いると、電極層１２および２２間に電圧が印加されたときに、液晶分子３０ａは、スイッチング層１６および２６の分子１６ａおよび２６ａの影響を受けて面内スイッチングするとともに、電圧の影響を受けて面外にもスイッチング（液晶層３０の層面に平行な面に沿わない方向に配向方向が変化）する。これに対して、誘電異方性が負である液晶材料または誘電異方性が略ゼロの液晶材料を用いると、電圧が印加されたときに液晶分子３０ａが面外にスイッチングしないので、液晶分子３０ａの面内スイッチングを好適に行うことができる。特に、誘電異方性が負である液晶材料を用いると、電圧が印加されたときに、液晶分子３０ａに対して液晶分子３０ａを液晶層３０の層面に平行に配向させる配向規制力が働くので、安定した水平配向状態を実現することができる。なお、誘電異方性が略ゼロである液晶材料は、誘電異方性が正の液晶材料と誘電異方性が負の液晶材料とを適宜混合することによって得ることができる。
【００８０】
上述した構造を有する液晶光学素子１００は、例えば、一対の基板１０および２０の表面にスイッチング層１６および２６をそれぞれ形成した後に貼り合わせ、その後に液晶層３０となる液晶材料を注入することによって製造できる。ただし、このようにして製造すると、製造工程において、スイッチング層１６および２６が空気に接触してその配向状態が乱れてしまうことがあり、そのため、表示（輝度）ムラが発生して表示品位が低下することがある。これに対して、以下の製造方法を用いて液晶光学素子１００を製造すると、スイッチング層１６および２６の配向の乱れが抑制され、表示品位の低下が発生しない。
【００８１】
図３（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、本発明による液晶光学素子１００の製造方法を説明する。
【００８２】
まず、図３（ａ）に示すように、表面に電極層１２および２２が形成された基板１０および２０を用意する。基板１０および２０の材料としては、ガラス、プラスチック、金属等を用いることができる。また、カラーフィルタを有する基板を用いたり、顔料や色素等を基板中に分散させたりすることによって、カラー化が実現される。電極層１２および２２の材料としては、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を用いることができる。また、ポリピロールなどの有機導電性薄膜を用いてもよい。
【００８３】
また、互いに鏡像体である第１および第２の配向層材料を用意しておく。第１および第２の配向層材料としては、例えば、側鎖部分に不斉炭素を有するポリイミドなどの高分子材料を用いることができる。側鎖は、強誘電性を示す液晶材料と同じかあるいは類似の構造であることが好ましく、また、大きな双極子モーメントを示す官能基を有することが好ましい。
【００８４】
続いて、図３（ｂ）に示すように、基板１０上に形成された電極層１２上に第１配向層材料を用いて配向層１４を形成し、基板２０上に形成された電極層２２上に第２配向層材料を用いて配向層２４を形成する。本実施形態では、配向層１４および２４には、ラビング方向が互いに平行または反平行になるようにラビング処理を施しておく。このことにより、図２（ａ）に示したようなツイスト角がゼロの状態が実現される。ただし、配向層１４および２４に大きな分極が生じているなどの理由から、電圧無印加時にもラビング方向に対して配向方向が傾いてしまう場合には、あらかじめこの角度を考慮してラビング方向を設定することが好ましい。
【００８５】
次に、図３（ｃ）に示すように、表面に配向層１４が形成された基板１０と表面に配向層２４が形成された基板２０とを所定の間隙を介して貼り合わせる。基板１０と基板２０との間隔は、約１μｍ〜約１０μｍ程度であることが好ましい。間隔が１μｍより小さいと、面内スイッチングによる十分な光学変調が得られないことがある。また、間隔が１０μｍより大きいと、液晶層３０の層法線方向の中央部で面内スイッチングの応答時間が長くなり、動画表示品位が低下してしまうことがある。基板１０と基板２０との間隔を制御するためには、通常の液晶表示装置のセルギャップの制御に用いられるロッド状、球状あるいは柱状のスペーサを用いることができる。本実施形態では、直径が約４μｍの球状スペーサを用いる。
【００８６】
また、任意の時点で、液晶材料を含む混合材料を用意しておく。本実施形態では、ネマチック液晶材料と、スメクチック液晶材料と、重合性材料とを含む混合材料を用意する。
【００８７】
続いて、図３（ｄ）に示すように、貼り合わされた一対の基板１０および２０間に混合材料４０を注入する。
【００８８】
その後、図３（ｅ）に示すように、注入された混合材料４０を相分離させることによって、一対の電極層１２および２２上（ここではより厳密には第１配向層１４および第２配向層２４上）に一対のスイッチング層１６および２６を形成するとともに、一対のスイッチング層１６および２６間に液晶層３０を形成する。つまり、混合材料を単一の相にある状態から相分離させ、分離した状態で固定化（安定化）することによって、一対のスイッチング層１６および２６と液晶層３０とを形成する。本実施形態では、ネマチック液晶材料を含むように液晶層３０を形成するとともに、スメクチック液晶材料を含むように一対のスイッチング層１６および２６を形成する。
【００８９】
混合材料４０の相分離は、例えば、混合材料４０中の成分同士の科学的、物理的性質の差や、これらの成分と基板表面との界面の性質を利用して行われる。また、相分離した状態の固定化は、本実施形態では、混合材料４０中に重合性材料を混入しておき、この重合性材料を電極層１２および２２上（第１配向層１４および第２配向層２４上）において選択的に重合することによって行われる。重合性材料が光重合性材料である場合には、重合性材料を重合する工程は、混合材料４０に光を照射することによって施されるし、重合性材料が熱重合性材料である場合には、混合材料４０を加熱することによって施される。なお、相分離した状態で重合性材料の重合を開始してもよいし、重合を開始することによって、相分離を誘発し、その後重合を続けることによって分離した状態を固定化してもよい。
【００９０】
最後に、図３（ｆ）に示すように、一対の偏光板１８および２８を一対の基板１０および２０の外側（液晶層３０とは反対側）に設けることによって、液晶光学素子１００が完成する。
【００９１】
上述した本発明による液晶光学素子１００の製造方法においては、スイッチング層１６および２６が空気に接触することがないので、スイッチング層１６および２６の配向の乱れが抑制される。そのため、表示（輝度）ムラの発生が抑制され、表示品位の低下が抑制される。
【００９２】
ここで、一対のスイッチング層１６および２６と液晶層３０とを形成する工程における、混合材料４０の相分離と相分離した状態の固定化についてより詳しく説明する。
【００９３】
スメクチック相を呈するスメクチック液晶材料に重合性ネマチック液晶材料を添加する場合、重合性ネマチック液晶材料の割合が多いと、スメクチック相からネマチック相への相転移が起こる。次に、重合性ネマチック液晶材料を重合すると、ネマチック相からスメクチック相への相転移が起こる。例えばこの現象を利用することによって、混合材料４０の相分離を起こすことができる。
【００９４】
より具体的には、スメクチック液晶材料（負の誘電異方性を有することが好ましい）に、ネマチック液晶材料（負の誘電異方性を有することが好ましい）を加えてスメクチック相を不安定化（つまりネマチック相を安定化）させてから、重合性ネマチック液晶材料を加えることによって、混合材料４０を調製する。重合性ネマチック液晶材料は、光重合性を有していてもよいし、熱重合性を有していてもよい。
【００９５】
この混合材料４０を一対の基板１０および２０間に注入した後、電極層１２および２２上（第１配向層１４および第２配向層２４上）において重合性ネマチック液晶材料を選択的に重合すると、重合性ネマチック液晶材料が重合した高分子材料が存在する領域（第１配向層１４および第２配向層２４近傍の領域）が、スメクチック相を呈するスイッチング層１６および２６となり、これらの領域の間の領域がネマチック相を呈する液晶層３０となる。
【００９６】
混合材料４０には、スメクチック相の安定化および自発分極の発現のためにカイラル剤が添加されていることが好ましい。また、混合材料４０は、形成した液晶層３０がネマチック相を呈するように調製されることが好ましく、形成した液晶層３０が負の誘電異方性を有するように調製されることが好ましい。重合性ネマチック液晶材料の添加量が多すぎると、スイッチング層１６および２６を面内スイッチングするためのしきい値電圧の上昇を招くことがあるので、しきい値電圧の低減の観点からは、重合性ネマチック液晶材料の添加量が少ないことが好ましい。また、一般的な重合性ネマチック液晶材料は、誘電異方性が正である場合が多いので、この観点からも添加量が少ないことが好ましいといえる。勿論、負の誘電異方性を有する重合性ネマチック液晶材料を用いることも好ましい。
【００９７】
重合性材料を電極層１２および２２上（第１配向層１４および第２配向層２４上）において選択的に重合する方法、言い換えると、スイッチング層１６および２６内あるいはスイッチング層１６および２６と液晶層３０との界面近傍を選択的に高分子化または高分子安定化（完全に高分子化するのではなく、高分子で例えば網目状組織（ネットワーク）などをつくり部分的に高分子化する）する方法としては、例えば以下の４つの方法が挙げられる。これらを単独であるいは組み合わせて用いることによって、注入された混合材料４０の特定の領域において選択的に重合を行うことができる。
【００９８】
（配向層表面に重合開始剤を塗布）
第１の方法は、配向層１４および２４の表面に重合開始剤を塗布する方法である。例えば、重合開始剤を重合開始剤に対して不活性な溶媒に溶かし、この溶液を配向層１４および２４の表面に薄く塗布した後に溶剤を揮発させることによって、配向層１４および２４の表面に重合開始剤を塗布できる。配向層１４および１４の表面にこのような処理を施しておくと、基板１０および２０間に注入された混合材料に光を照射（あるいは混合材料を加熱）したときに、配向層１４および２４の表面近傍の領域にのみ重合開始剤が存在するためにその領域でのみ重合が行われる。
【００９９】
（配向層に重合開始剤を添加）
第２の方法は、配向層１４および２４に重合開始剤を添加する方法である。例えば、配向層材料を溶媒で希釈するときに重合開始剤を添加しておき、この溶液をスピンコート法などにより基板上に薄く塗布した後に溶媒を揮発させることによって、配向層１４および２４に重合開始剤を添加することができる。このことによって、混合材料に光を照射（あるいは混合材料を加熱）したときに、配向層１４および２４の近傍の領域にのみ重合開始剤が存在するためにその領域でのみ重合が行われる。
【０１００】
（光を基板表面近傍に選択的に照射）
第３の方法は、光を基板１０および２０の表面近傍に選択的に照射する方法である。例えば、照射光に、基板面法線方向に沿った強度分布を生じさせることによって、光を基板１０および２０の表面近傍に選択的に照射することができる。光重合性材料を含む混合材料４０に対して強度分布を有する光を照射した場合、照射強度の強い部分では、光重合性材料の重合速度が速く、液晶材料と高分子材料との相分離速度が速いので、高分子材料が早く析出して液晶材料を照射強度が弱い部分へと押し出す。従って、照射強度が弱い部分ではネマチック相が発現し、照射強度が強い部分では光重合性材料の割合が減少してスメクチック相が発現する。あるいは、基板１０および２０の表面近傍に光吸収性（例えば紫外線吸収性）が高い材料を吸着させることによって実質的に基板１０および２０の表面近傍でのみ光吸収を行わせてもよい。
【０１０１】
（表面自由エネルギーの違いを利用して重合性材料を基板表面に集める）
第４の方法は、液晶材料と重合性材料との表面自由エネルギーの違いを利用して重合性材料を基板表面に集める方法である。
【０１０２】
この方法は、液晶材料と重合性材料とを含む混合材料４０を等方相を示す温度で基板１０および２０間に注入した後、徐冷することによって等方相と液晶相とに相分離させ、その後重合性材料を重合することによってこの状態を固定化する工程を採用する場合に用いることができる。
【０１０３】
このような工程において、等方相と液晶相との相分離が起きているときには、これら２相のうち少なくとも１相の自由エネルギーを制御することによって、相分離に関係している系全体のエネルギーを、等方相を呈する領域と液晶相を呈する領域とが所望の配置・形状となった場合にもっとも低くなるようにすることができる。より具体的には、２相のうちの少なくとも１相の界面に対する自由エネルギーの制御を空間的かつ選択的にパターン化して行うことによって、基板表面近傍に重合性材料を集めることができる。
【０１０４】
例えば、液晶相に対する界面自由エネルギーと等方相に対する界面自由エネルギーとが異なる材料を基板表面（ここでは配向層１４および２４の表面）に塗布する。この材料が塗布されている領域の液晶相に対する界面自由エネルギーおよび等方相に対する界面自由エネルギーと、この材料が塗布されていない領域の液晶相に対する界面自由エネルギーおよび等方相に対する界面自由エネルギーとの関係を適宜設定することによって、等方相を呈する領域と液晶相を呈する領域とを所望の配置・形状とすることができ、このようにして各領域（それぞれの領域で重合性材料の比率が異なる）が配置された状態を重合により固定化することによって、スイッチング層１６および２６と液晶層３０とを形成することができる。具体的には、この材料の表面自由エネルギーをγ１、この材料が塗布されていない領域の表面自由エネルギーをγ２、液晶相の表面自由エネルギーをγＬ、等方相の表面自由エネルギーをγＩとすると、（γ１−γ２）×（γＬ−γＩ）＞０という関係を満足する場合、すなわち、γ１＞γ２且つγＬ＞γＩの場合あるいはγ１＜γ２且つγＬ＜γＩの場合に、基板表面近傍に重合性材料を集めることができる。
【０１０５】
重合性材料の重合速度が重合性材料の移動速度よりも十分に遅い場合、基板表面に液晶材料に対する親和性が異なる領域が存在すると、相分離した液晶材料が親和性のより高い領域に集まり、親和性のより低い領域に重合性材料を押し出すように相分離が進む。
【０１０６】
つまり、この方法は、液晶材料と重合性材料とを表面自由エネルギーの違いにより分離する方法といえる。この方法においては、液晶材料と重合性材料との表面自由エネルギーの高低と、基板表面の表面自由エネルギーの高低とが重要である。液晶材料の表面自由エネルギーが重合性材料の表面自由エネルギーよりも高い場合には、基板表面の表面自由エネルギーが高い領域と低い領域とのうち、低い領域で重合が進む。
【０１０７】
重合性材料中にＦ（フッ素）原子を有する重合性モノマーを添加すると、重合性材料の表面自由エネルギーが低下するので、相分離の効果がより顕著に現れる。また、フッ素原子を有する重合性モノマーと液晶材料との相溶性は一般的に低いので、フッ素原子を有する重合性モノマーを添加すると、液晶層３０とスイッチング層１６および２６との分離を好適に行うことができる。
【０１０８】
また、基板表面の重合を進行させたい領域にフッ素原子を含む高分子材料を塗布することによって、表面自由エネルギーを大きく低下させることができる。あるいは、界面活性剤を添加した高分子材料を塗布することによっても表面自由エネルギーを低下させることができる。
【０１０９】
なお、重合によって相分離を誘発させる前に、液晶材料と重合性材料とを含む混合物を均一化温度以上の温度から、均一化温度以下の温度に徐冷することによって、混合材料に熱的な相分離を起こさせ、液晶材料の比率が高い液晶材料リッチな領域と、重合性材料の比率が高い重合性材料リッチな領域とを予め形成しておく。このようにして予め重合性材料の濃度が高い領域を形成しておいてから重合反応を起こさせると、相分離を明確に行うことができる。このとき、熱的に液晶材料と重合性材料との混合エネルギーが高い、すなわち液晶材料と重合性材料とが混合しにくいほど、液晶材料と重合性材料との分離を行いやすい。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によると、高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れ、光の着色現象が効果的に抑制された液晶光学素子が提供される。また、本発明によると、高開口率で広視野角特性を有し、生産性に優れる液晶光学素子を表示品位の低下を伴うことなく製造することができる液晶光学素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、液晶光学素子１００を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は、一対の電極層間に所定の電圧が印加された状態を示し、（ｂ）は、（ａ）とは逆の極性の電圧が印加された状態を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明による実施形態の液晶光学素子１０００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図４】従来の液晶光学素子１０００を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、液晶光学素子１０００を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は、一対の電極間に所定の電圧が印加された状態を示し、（ｂ）は、（ａ）とは逆の極性の電圧が印加された状態を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、液晶光学素子１０００において発生する光の着色現象を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、２０　基板
１２、２２　電極層
１４、２４　配向層
１６、２６　スイッチング層
１６ａ、２６ａ　分子
１８、２８　偏光板
３０　液晶層
３０ａ　液晶分子
１００　液晶光学素子
１００ａ　液晶セル
【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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