(57)【要約】【課題】液晶セルと偏光板との間に配置した場合でも、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる、位相差光学素子を提供する。【解決手段】位相差光学素子１０は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層１２を備えている。位相差層１２は、分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が、位相差層１２に入射する入射光の波長と異なる範囲（選択反射波長が入射光の波長よりも小さくなるか又は大きくなる範囲）に存在するように分子構造の螺旋ピッチが調整されている。また、位相差層１２は、厚さ方向に直交するように配置された互いに対向する２つの主たる表面（広い方の表面）１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の表面１２Ａの全範囲における液晶分子のダイレクターＤａの方向が実質的に一致するとともに、他方の表面１２Ｂの全範囲における液晶分子のダイレクターＤｂの方向も実質的に一致している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層であって、前記分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在するように前記分子構造の螺旋ピッチが調整された位相差層を備え、
前記位相差層の互いに対向する２つの主たる表面のうち、一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向が実質的に一致するとともに、他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向も実質的に一致していることを特徴とする位相差光学素子。
【請求項２】
前記位相差層の前記一方の表面及び前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向のばらつきの範囲が±１０°以内であることを特徴とする、請求項１に記載の位相差光学素子。
【請求項３】
前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向とが実質的に平行であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の位相差光学素子。
【請求項４】
前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向とがなす角度が±１０°以内であることを特徴とする、請求項３に記載の位相差光学素子。
【請求項５】
前記位相差層は、前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向との間に、実質的に０．５×整数倍のピッチ数の螺旋構造を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の位相差光学素子。
【請求項６】
前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向とがなす角度が±１０°以内であることを特徴とする、請求項５に記載の位相差光学素子。
【請求項７】
前記位相差層の前記螺旋構造は、前記一方の表面及び前記他方の表面に沿った面方向の位置に応じて異なる螺旋ピッチ又はピッチ数を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の位相差光学素子。
【請求項８】
前記位相差層は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する層が順次直接積層されることにより構成されており、
前記複数の層のうち互いに隣接する２つの層の表面における液晶分子のダイレクターの方向が実質的に平行であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の位相差光学素子。
【請求項９】
前記位相差層は、カイラルネマチック液晶が３次元架橋された分子構造を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の位相差光学素子。
【請求項１０】
コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子及び重合性オリゴマー分子のうちの少なくとも一つを含む第１の液晶を、配向規制力の方向が膜上で実質的に同一とされた配向膜上にコーティングし、前記配向膜の表面の配向規制力によって前記第１の液晶を配向させる工程と、
配向された前記第１の液晶を３次元架橋して固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第１の位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、位相差光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされる前記第１の液晶の厚さを調整することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされた前記第１の液晶のうち前記配向膜の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の位相差層上に、コレステリック規則性を有する他の重合性モノマー分子及び重合性オリゴマー分子のうちの少なくとも一つを含む第２の液晶を直接コーティングし、前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって前記第２の液晶を配向させる工程と、
配向された前記第２の液晶を３次元架橋して固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第２の位相差層を形成する工程とを更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされる前記第１の液晶又は前記第２の液晶の厚さをそれぞれ調整することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされた前記第１の液晶又は前記第２の液晶のうち前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも小さくなる範囲に存在する選択反射波長を有するか、又は、前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも大きくなる範囲に存在する選択反射波長を有することを特徴とする、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶が実質的に同一成分であることを特徴とする、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
コレステリック規則性を有する液晶ポリマーを含む第１の液晶を、配向規制力の方向が膜上で実質的に同一とされた配向膜上にコーティングし、前記配向膜の表面の配向規制力によって前記第１の液晶を配向させる工程と、
配向された前記第１の液晶を冷却してガラス状態に固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第１の位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする、位相差光学素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされる前記第１の液晶の厚さを調整することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされた前記第１の液晶のうち前記配向膜の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の位相差層上に、コレステリック規則性を有する他の液晶ポリマーを含む第２の液晶を直接コーティングし、前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって前記第２の液晶を配向させる工程と、
配向された前記第２の液晶を冷却してガラス状態に固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第２の位相差層を形成する工程とを更に含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされる前記第１の液晶又は前記第２の液晶の厚さをそれぞれ調整することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされた前記第１の液晶又は前記第２の液晶のうち前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも小さくなる範囲に存在する選択反射波長を有するか、又は、前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも大きくなる範囲に存在する選択反射波長を有することを特徴とする、請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶が実質的に同一成分であることを特徴とする、請求項２１乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
偏光層と、
前記偏光層の表面に配置された、請求項１乃至９のいずれか一項に位相差光学素子とを備えたことを特徴とする偏光素子。
【請求項２７】
前記位相差光学素子の一方の表面及び他方の表面のうちのいずれかの表面における液晶分子のダイレクターの方向が、前記偏光層の吸収軸と実質的に平行又は直角の関係にあることを特徴とする、請求項２６に記載の偏光素子。
【請求項２８】
液晶セルと、
前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の位相差光学素子とを備え、
前記位相差光学素子は、前記液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２９】
前記位相差光学素子の一方の表面及び他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向が、前記各偏光板の吸収軸と実質的に平行又は直角の関係にあることを特徴とする、請求項２８に記載の偏光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に組み込まれて用いられる位相差光学素子に係り、とりわけ、コレステリック規則性の分子構造を有する位相差層を備え、液晶セルから出射された光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償する位相差光学素子及びその製造方法、並びに位相差光学素子を備えた偏光素子及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の一般的な液晶表示装置を示す概略分解斜視図である。
【０００３】
図１３に示すように、従来の液晶表示装置１００は、入射側の偏光板１０２Ａと、出射側の偏光板１０２Ｂと、液晶セル１０４とを備えている。
【０００４】
このうち、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂは、所定の振動方向の振動面を有する直線偏光のみを選択的に透過させるように構成されたものであり、それぞれの振動方向が相互に直角の関係になるようにクロスニコル状態で対向して配置されている。また、液晶セル１０４は画素に対応する多数のセルを含むものであり、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されている。
【０００５】
ここで、このような液晶表示装置１００において、液晶セル１０４が、負の誘電異方性を有するネマチック液晶が封止されたＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式を採用している場合を例に挙げると、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光は、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を透過する際に、位相シフトされずに透過し、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断される。これに対し、液晶セル１０４のうち駆動状態のセルの部分を透過する際には、直線偏光が位相シフトされ、この位相シフト量に応じた量の光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される。これにより、液晶セル１０４の駆動電圧を各セル毎に適宜制御することにより、出射側の偏光板１０２Ｂ側に所望の画像を表示することができる。なお、液晶表示装置１００としては、上述したような光の透過及び遮断の態様をとるものに限らず、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分から出射された光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される一方で、駆動状態のセルの部分から出射された光が出射側の偏光板１０２Ｂで遮断されるように構成された液晶表示装置も存在している。
【０００６】
ところで、上述したようなＶＡ方式の液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を直線偏光が透過する場合を考えると、液晶セル１０４は複屈折性を有しており、厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なるので、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光のうち液晶セル１０４の法線に沿って入射した光は位相シフトされずに透過するものの、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光のうち液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に入射した光は液晶セル１０４を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。この現象は、ＶＡ方式の液晶セル１０４内のあるセルが非駆動状態であるときに、液晶セル１０４内で垂直方向に配向した液晶分子が、正のＣプレートとして作用することに起因したものである。なお、液晶セル１０４を透過する光（透過光）に対して生じる位相差の大きさは、液晶セル１０４内に封入された液晶分子の複屈折値や、液晶セル１０４の厚さ、透過光の波長等にも影響される。
【０００７】
以上の現象により、液晶セル１０４内のあるセルが非駆動状態であり、本来的には直線偏光がそのまま透過され、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断されるべき場合であっても、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に出射された光の一部が出射側の偏光板１０２Ｂから洩れてしまうことになる。
【０００８】
このため、上述したような従来の液晶表示装置１００においては、正面から観察される画像に比べて、液晶セル１０４の法線から傾斜した方向から観察される画像の表示品位が悪化しやすいという問題（視角依存性の問題）がある。
【０００９】
上述したような従来の液晶表示装置１００における視角依存性の問題を改善するため、現在までに様々な技術が開発されており、その一つとして、例えば特許文献１に記載されているように、コレステリック規則性の分子構造を有する位相差層（複屈折性を示す位相差層）を備えた位相差光学素子を用い、このような位相差光学素子を液晶セルと偏光板との間に配置することにより光学補償を行うようにした液晶表示装置が知られている。
【００１０】
ここで、コレステリック規則性の分子構造を有する位相差光学素子では、λ＝ｎａｖ・ｐ（ｐ：液晶分子の螺旋構造における螺旋（ヘリカル）ピッチ、ｎａｖ：螺旋軸に直交する平面内での平均屈折率）で表される選択反射波長が、例えば特許文献２に記載されているように、透過光の波長よりも小さくなるか又は大きくなるように調整している。
【００１１】
上述したような位相差光学素子においては、上述した液晶セルの場合と同様に、位相差層の法線から傾斜した方向に入射する直線偏光は、位相差層を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。この現象は、コレステリック規則性の分子構造が、負のＣプレートとして作用することに起因したものである。なお、位相差層を透過する光（透過光）に対して生じる位相差の大きさは、位相差層内の液晶分子の複屈折値や、位相差層の厚さ、透過光の波長等にも影響される。
【００１２】
従って、上述したような位相差光学素子を用いれば、正のＣプレートとして作用するＶＡ方式の液晶セルで生じる位相差と、負のＣプレートとして作用する位相差光学素子の位相差層で生じる位相差とが相殺するように、位相差光学素子の位相差層を適宜設計することにより、液晶表示装置の視角依存性の問題を大幅に改善することが可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような位相差光学素子（コレステリック規則性の分子構造を有する位相差層）を液晶セルと偏光板との間に配置場合には、視角依存性の問題を改善することはできるものの、表示画像に明暗模様が発生して、表示品位を著しく低下させることがあることが判明した。
【００１４】
本発明の発明者は、このような現象の原因について実験及びコンピュータシミュレーションを用いて鋭意研究を行った結果、その原因の一つが位相差光学素子の位相差層の表面における液晶分子のダイレクターの方向にあることを突き止めた。
【００１５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、液晶セルと偏光板との間に配置した場合でも、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる、位相差光学素子及びその製造方法、並びに位相差光学素子を備えた偏光素子及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【特許文献１】
特開平３−６７２１９号
【特許文献２】
特開平４−３２２２２３号
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層であって、前記分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在するように前記分子構造の螺旋ピッチが調整された位相差層を備え、前記位相差層の互いに対向する２つの主たる表面のうち、一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向が実質的に一致するとともに、他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向も実質的に一致していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の特徴によれば、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層において、分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在するように前記分子構造の螺旋ピッチを調整し、且つ、位相差層の２つの主たる表面のそれぞれにおいて、液晶分子のダイレクターの方向を実質的に一致させているので、液晶セルと偏光板との間に配置した場合でも、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１９】
ここで、本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子において、前記位相差層の前記一方の表面及び前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向のばらつきの範囲は、±１０°以内、好ましく±５°以内、更に好ましくは±１°以内である。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子において、前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向とが実質的に平行であることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００２１】
なおこのとき、前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向（平均方向）と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向（平均方向）とがなす角度が±１０°以内、好ましく±５°以内、更に好ましくは±１°以内であることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００２２】
更に、本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子において、前記位相差層は、前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向との間に、実質的に０．５×整数倍のピッチ数の螺旋構造を有することが好ましい。これにより、液晶セルと偏光板との間に配置した場合でも、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００２３】
なおこのとき、前記位相差層の前記一方の表面における液晶分子のダイレクターの方向と前記他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向とがなす角度が±１０°以内、好ましくは±５°以内、更に好ましくは±１°度以内である。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。なお、前記位相差層の前記螺旋構造は、前記一方の表面及び前記他方の表面に沿った面方向の位置に応じて異なる螺旋ピッチ又はピッチ数を有していてもよい。
【００２４】
更に、本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子において、前記位相差層は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する層が順次直接積層されることにより構成されており、前記複数の層のうち互いに隣接する２つの層の表面における液晶分子のダイレクターの方向が実質的に平行であることが好ましい。
【００２５】
更にまた、本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子において、前記位相差層は、カイラルネマチック液晶が３次元架橋された分子構造を有することが好ましい。これにより、コレステリック規則性の分子構造を熱的に安定に保つことができる。
【００２６】
本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法は、コレステリック規則性を有する重合性モノマー分子及び重合性オリゴマー分子のうちの少なくとも一つを含む第１の液晶を、配向規制力の方向が膜上で実質的に同一とされた配向膜上にコーティングし、前記配向膜の表面の配向規制力によって前記第１の液晶を配向させる工程と、配向された前記第１の液晶を３次元架橋して固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第１の位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の第２の特徴によれば、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、且つ、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる位相差光学素子を製造することができる。
【００２８】
ここで、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされる前記第１の液晶の厚さを調整することが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされた前記第１の液晶のうち前記配向膜の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００３０】
更に、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層上に、コレステリック規則性を有する他の重合性モノマー分子及び重合性オリゴマー分子のうちの少なくとも一つを含む第２の液晶を直接コーティングし、前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって前記第２の液晶を配向させる工程と、配向された前記第２の液晶を３次元架橋して固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第２の位相差層を形成する工程とを更に含むことが好ましい。これにより、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、且つ、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる、複数の位相差層が積層された位相差光学素子を、第１の位相差層と第２の位相差層との間に配向膜を別途設けることなく簡易に製造することができる。
【００３１】
ここで、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされる前記第１の液晶又は前記第２の液晶の厚さをそれぞれ調整することが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００３２】
また、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされた前記第１の液晶又は前記第２の液晶のうち前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００３３】
更に、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも小さくなる範囲に存在する選択反射波長を有するか、又は、前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも大きくなる範囲に存在する選択反射波長を有することが好ましい。これにより、前記第１の液晶及び前記第２の液晶により形成される第１の位相差層と第２の位相差層との間での物質移動を抑制することができ、より均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子を製造することができ、また、コレステリック規則性の分子構造に起因した旋光作用をより効果的に抑制することができる。
【００３４】
更にまた、本発明の第２の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶が実質的に同一成分であることが好ましい。これにより、第１の液晶及び第２の液晶により形成される第１の位相差層と第２の位相差層との間での物質移動を殆どなくすことができ、更に均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子を製造することができる。
【００３５】
本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法は、コレステリック規則性を有する液晶ポリマーを含む第１の液晶を、配向規制力の方向が膜上で実質的に同一とされた配向膜上にコーティングし、前記配向膜の表面の配向規制力によって前記第１の液晶を配向させる工程と、配向された前記第１の液晶を冷却してガラス状態に固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第１の位相差層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明の第３の特徴によれば、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、且つ、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる位相差光学素子を製造することができる。
【００３７】
ここで、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされる前記第１の液晶の厚さを調整することが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００３８】
また、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面上にコーティングされた前記第１の液晶のうち前記配向膜の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００３９】
更に、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層上に、コレステリック規則性を有する他の液晶ポリマーを含む第２の液晶を直接コーティングし、前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって前記第２の液晶を配向させる工程と、配向された前記第２の液晶を冷却してガラス状態に固化させ、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長と異なる範囲に存在する第２の位相差層を形成する工程とを更に含むことを特徴とする。これにより、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、且つ、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる、複数の位相差層が積層された位相差光学素子を、第１の位相差層と第２の位相差層との間に配向膜を別途設けることなく簡易に製造することができる。
【００４０】
ここで、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされる前記第１の液晶又は前記第２の液晶の厚さをそれぞれ調整することが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００４１】
また、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層を形成する工程及び前記第２の位相差層を形成する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記第１の位相差層又は前記第２の位相差層の対向する２つの主たる表面のうち、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面の配向規制力によって規制されていない側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を規制するように、前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面上にコーティングされた前記第１の液晶又は前記第２の液晶のうち前記配向膜の表面又は前記第１の位相差層の表面から離間している側の表面に他の配向膜を当接させることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制して、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００４２】
更に、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも小さくなる範囲に存在する選択反射波長を有するか、又は、前記第１の液晶及び前記第２の液晶がいずれも、入射光の波長よりも大きくなる範囲に存在する選択反射波長を有することが好ましい。これにより、第１の液晶及び第２の液晶により形成される第１の位相差層と第２の位相差層との間での物質移動を抑制することができ、より均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子を製造することができ、また、コレステリック規則性の分子構造に起因した旋光作用をより効果的に抑制することができる。
【００４３】
更にまた、本発明の第３の特徴に係る位相差光学素子の製造方法においては、前記第１の位相差層及び前記第２の位相差層を形成するためにコーティングされる前記第１の液晶及び前記第２の液晶が実質的に同一成分であることが好ましい。これにより、第１の液晶及び第２の液晶により形成される第１の位相差層と第２の位相差層との間での物質移動を殆どなくすことができ、更に均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子を製造することができる。
【００４４】
本発明の第４の特徴に係る偏光素子は、偏光層と、この偏光層の表面に配置された、上述した本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子とを備えたこと特徴とする。
【００４５】
本発明の第４の特徴によれば、位相差光学素子の少なくとも片面に偏光層を貼合等させているので、位相差光学素子の表面での反射が極端に少なくなり、明暗模様の発生を効果的に抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を効果的に抑制することができる。
【００４６】
ここで、本発明の第４の特徴に係る偏光素子においては、前記位相差光学素子の一方の表面及び他方の表面のうちのいずれかの表面における液晶分子のダイレクターの方向が、偏光層の吸収軸と実質的に平行又は直角の関係にあることが好ましい。これにより、明暗模様の発生をより効果的に抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００４７】
本発明の第５の特徴に係る液晶表示装置は、液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、上述した本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子とを備え、前記位相差光学素子は、前記液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償することを特徴とする。
【００４８】
本発明の第５の特徴によれば、液晶表示装置の液晶セルと偏光板との間に位相差光学素子を配置し、液晶セルから出射された光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償するので、液晶表示装置における明暗模様の発生を抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を抑制することができる。
【００４９】
ここで、本発明の第５の特徴に係る液晶表示装置においては、前記位相差光学素子の一方の表面及び他方の表面における液晶分子のダイレクターの方向が、前記各偏光板の吸収軸と実質的に平行又は直角の関係にあることが好ましい。これにより、液晶表示装置における明暗模様の発生をより効果的に抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を更に抑制することができる。
【００５０】
【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。
【００５１】
まず、図１により、本実施の形態に係る位相差光学素子について説明する。
【００５２】
図１に示されるように、この位相差光学素子１０は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造（螺旋構造）を有する位相差層１２を備えている。
【００５３】
ここで、コレステリック規則性の分子構造を有する位相差層１２は、液晶分子の物理的な分子配列（プレーナ配列）に基づいて、一方向の旋光成分（円偏光成分）と、これと逆回りの旋光成分とを分離する旋光選択特性（偏光分離特性）を有している。このような現象は、円偏光二色性として知られ、液晶分子の螺旋構造における旋回方向を適宜選択すると、この旋回方向と同一の旋光方向を有する円偏光成分が選択的に反射される。
【００５４】
この場合の最大旋光偏光光散乱（選択反射のピーク）は、次式（１）の波長λ０で生じる。
λ０＝ｎａｖ・ｐ　　　　　…　（１）
【００５５】
ここで、ｐは液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチ、ｎａｖは螺旋軸に直交する平面内の平均屈折率である。
【００５６】
一方、このときの選択反射光の波長バンド幅Δλは、次式（２）で表される。
Δλ＝Δｎ・ｐ　　　　　　…　（２）
【００５７】
ここで、Δｎは常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率との差として表される複屈折値である。
【００５８】
即ち、このようなコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層１２において、入射した無偏光は、上述したような偏光分離特性に従って、選択反射波長λ０を中心とした波長バンド幅△λの範囲の光の右旋又は左旋の円偏光成分の一方が反射され、他方の円偏光成分及び選択反射波長以外の他の波長領域の光（無偏光）が透過される。なお、反射された右旋又は左旋の円偏光成分は、通常の反射とは異なり、旋回方向が反転されることなく反射される。
【００５９】
ここで、位相差層１２は、分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が、位相差層１２に入射する入射光の波長と異なる範囲（選択反射波長が入射光の波長よりも小さくなるか又は大きくなる範囲）に存在するように分子構造の螺旋ピッチが調整されている。
【００６０】
なお、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長よりも小さくなるか又は大きくなるように調整したのは、コレステリック規則性の分子構造による選択反射によって入射光が反射されてしまうことを防止するためである。従って、位相差層１２に入射する入射光が可視光（波長バンド幅：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）である場合には、コレステリック規則性の分子構造に起因した選択反射光の選択反射波長が３８０ｎｍ以下か又は７８０ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、位相差層１２に負のＣプレートとしての作用を発現させながら、可視光を反射してしまうことによる着色等の問題を防止することができる。なお、選択反射光の選択反射波長が入射光の波長よりも小さい場合には、旋光作用が小さくなるので、より好ましい。
【００６１】
また、位相差層１２は、図１に示されるように、厚さ方向に直交するように配置された互いに対向する２つの主たる表面（広い方の表面）１２Ａ、１２Ｂを有する。
【００６２】
これらの２つの主たる表面１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の表面１２Ａの全範囲における液晶分子のダイレクターＤａの方向が実質的に一致するとともに、他方の表面１２Ｂの全範囲における液晶分子のダイレクターＤｂの方向も実質的に一致している。なお、位相差層１２の一方の表面１２Ａ及び他方の表面１２Ｂにおける液晶分子のダイレクターの方向のばらつきの範囲は、±１０°以内、好ましく±５°以内、更に好ましくは±１°以内である。
【００６３】
なお、ここでいう「実質的に一致する」とは、液晶分子のダイレクターの方向がほぼ１８０°ずれている場合、即ち液晶分子の頭及び尻が同一の方向にある場合も含むものである。これは、多くの場合、液晶分子の頭と尻とを光学的に区別することができないからである。なお、この関係は、後述する場合（位相差層１２の表面１２Ａ、１２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に平行である場合）も同様である。
【００６４】
ここで、位相差層１２の表面１２Ａ、１２Ｂにおいて、液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に一致しているか否かは、位相差層１２の断面を透過型電子顕微鏡で観察することによって判別することができる。詳細には、透過型電子顕微鏡により、コレステリック規則性の分子構造のまま固化された位相差層１２の断面を観察すると、コレステリック規則性の分子構造特有の、分子螺旋のピッチに相当する明暗模様が観察される。従って、このとき、各表面１２Ａ、１２Ｂにおいて、面に沿って明暗の濃度がばらつきがなくほぼ同程度に見えれば、この面内の液晶分子のダイレクターの方向が実質的に一致しているものと判断することができる。
【００６５】
なお、「液晶分子」という用語は、一般的には液体の流動性と結晶の異方性とを兼ね備えた分子という意味で用いられるが、本明細書においては、流動性を有する状態で有していた異方性を保持しつつ固化された分子についても便宜上、「液晶分子」という用語を用いることとする。分子が流動性を有する状態で有していた異方性を保持しつつ固化させる方法としては、例えば、重合可能な基を有する液晶性分子（重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子）を架橋させる方法や、高分子液晶（液晶ポリマー）をガラス転移温度以下に冷却する方法等がある。
【００６６】
ここで、上述したようなコレステリック規則性の分子構造を有する位相差層１２は、異方性、即ち複屈折性を有しており、厚さ方向の屈折率と面方向の屈折率とが異なるので、負のＣプレートとして作用する。
【００６７】
即ち、３次元直交座標系で、位相差層１２の面方向の屈折率をＮｘ、Ｎｙ、厚さ方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｚ＜Ｎｘ＝Ｎｙの関係となっている。このため、位相差層１２に直線偏光が入射する場合には、位相差層１２の法線１２Ｃの方向に入射した直線偏光は位相シフトされずに透過されるものの、位相差層１２の法線１２Ｃから傾斜した方向に入射した直線偏光は位相差層１２を透過する際に位相差が生じて楕円偏光となる。なお逆に、位相差層１２の法線１２Ｃから傾斜した方向に楕円偏光が入射した場合には、入射した楕円偏光を直線偏光にすることも可能である。
【００６８】
なお、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０の位相差層１２においては、主たる表面１２Ａ、１２Ｂの全範囲における液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に一致しているが、位相差層１２が面内で複数の領域に分けられているような場合には、各領域単位で、主たる表面１２Ａ、１２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に一致していればよい。
【００６９】
次に、図２により、本実施の形態に係る位相差光学素子の変形例について説明する。
【００７０】
図２に示されるように、この位相差光学素子２０は、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造（螺旋構造）を有する位相差層２２を備えている。
【００７１】
ここで、位相差層１２は、図２に示されるように、厚さ方向に直交するように配置された互いに対向する２つの主たる表面（広い方の表面）１２Ａ、１２Ｂを有する。
【００７２】
これらの２つの主たる表面２２Ａ、２２Ｂのうち、一方の表面２２Ａの全範囲における液晶分子のダイレクターＤａの方向が実質的に一致するとともに、他方の表面２２Ｂの全範囲における液晶分子のダイレクターＤｂの方向も実質的に一致している。なお、位相差層２２の一方の表面２２Ａ及び他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターの方向のばらつきの範囲は、±１０°以内、好ましく±５°以内、更に好ましくは±１°以内である。
【００７３】
また、一方の表面２２Ａにおける液晶分子のダイレクターＤａの方向と他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂの方向とは実質的に平行であることが好ましい。なお、位相差層２２の一方の表面２２Ａにおける液晶分子のダイレクターの方向（平均方向）と他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターの方向（平均方向）とがなす角度は、±１０°以内、好ましく±５°以内、更に好ましくは±１°以内である。
【００７４】
なお、位相差光学素子２０の位相差層２２におけるその他の構成は、上述した位相差光学素子１０の位相差層１２の構成と基本的に同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７５】
ここで、このような位相差光学素子２０では、互いに対向する２つの表面２２Ａ、２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向を正確に一致させるため、位相差層２２の厚さを、液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチｐの０．５×整数倍とすることが好ましい。このようにすることにより、例えば図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に模式的に示されるように、光学的に、液晶分子のコレステリック規則性上の螺旋ピッチｐの半分の距離で厚さが割り切れることとなり、単純化された理論式である上式（１）からの光学的なズレ、特に螺旋軸に沿って入射する入射光に対する位相シフト差による偏光状態の乱れが抑制される。
【００７６】
なおこの場合においても、位相差層２２の一方の表面２２Ａにおける液晶分子のダイレクターの方向と他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂの方向とがなす角度は、±１０°以内、好ましくは±５°以内、更に好ましくは±１°度以内である。
【００７７】
なお、上述した実施の形態に係る位相差光学素子２０の位相差層２２においては、主たる表面２２Ａ、２２Ｂの全範囲における液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に一致し、且つ、主たる表面２２Ａ、２２Ｂの全範囲において、一方の表面２２Ａにおける液晶分子のダイレクターＤａの方向と他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂの方向とが実質的に平行となっているが、位相差層２２が面内で複数の領域に分けられているような場合には、各領域単位で、主たる表面２２Ａ、２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向が実質的に一致し、且つ、一方の表面２２Ａにおける液晶分子のダイレクターＤａの方向と他方の表面２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂの方向とが実質的に平行となっていればよい。
【００７８】
ここで、位相差光学素子１０、２０の位相差層１２、２２の材料としては、３次元架橋可能な液晶性モノマー又は液晶性オリゴマー（重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子）を用いることができる他、冷却によりガラス状態に固化することが可能な高分子液晶（液晶ポリマー）を用いることもできる。
【００７９】
このうち、位相差層１２、２２の材料として、３次元架橋可能な重合性モノマー分子を用いる場合は、特開平７−２５８６３８号公報や特表平１０−５０８８８２号公報に開示されているような、液晶性モノマー及びキラル化合物の混合物を用いることができる。また、３次元架橋可能な重合性オリゴマー分子を用いる場合は、特開昭５７−１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等が望ましい。なお、「３次元架橋」とは、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子を互いに３次元的に重合して、網目（ネットワーク）構造の状態にすることを意味する。このような状態にすることにより、液晶分子をコレステリック液晶の状態のままで光学的に固定化することができ、光学膜としての取り扱いが容易な、常温で安定したフィルム状の膜とすることができる。
【００８０】
ここで、３次元架橋可能な重合性モノマー分子を用いる場合を例に挙げると、ネマチック液晶相を呈する液晶性モノマーにカイラル剤を添加することによりカイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）が得られる。より具体的な例を示すと、例えば一般式（１）〜（１１）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。なお、一般式（１１）で示される液晶性モノマーの場合には、Ｘは２〜５（整数）であることが好ましい。
【００８１】
【化１】
2004145268.tif 000003
【００８２】
また、カイラル剤としては、例えば一般式（１２）〜（１４）に示されるようなカイラル剤を用いることが好ましい。なお、一般式（１２）、（１３）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが好ましく、また、一般式（１４）で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜５（整数）であることが好ましい。なお、一般化式（１２）において、Ｒ４は水素又はメチル基を示す。
【００８３】
【化２】
2004145268.tif 000004
【００８４】
一方、位相差層１２、２２の材料として、液晶ポリマーを用いる場合には、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９−１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、特開平１１−２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
【００８５】
次に、このような構成からなる本実施の形態に係る位相差光学素子１０、２０の製造方法について説明する。
【００８６】
（第１の製造方法）
まず、図４（Ａ）〜（Ｃ）により、位相差層の材料として、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子を用いる場合の製造方法について説明する。
【００８７】
この場合には、図４（Ａ）に示されるように、ガラス基板又はＴＡＣ（三酢酸セルロース）フィルム等の高分子フィルム１４上に配向膜１６を形成しておき、その上に、図４（Ｂ）に示されるように、液晶分子としての重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８をコーティングし、配向膜１６の配向規制力によって配向させる。このとき、コーティングされた重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８は液晶層を構成している。
【００８８】
次に、この配向状態のままで、図４（Ｃ）に示されるように、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８を、予め添加しておいた光重合開始剤と外部から照射した紫外線とによって重合を開始させるか、又は電子線で直接重合を開始させることにより、３次元架橋（ポリマー化）して固化すれば、上述したような負のＣプレートとして作用する一層の位相差層１２を備えた位相差光学素子１０が製造される。
【００８９】
ここでは、配向膜１６の配向規制力の方向を配向膜１６上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する液晶分子のダイレクターＤａの方向を、その接触面内で実質的に一致させることができる。
【００９０】
この場合、図１に示されるように、配向膜１６から離間している側の表面１２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂを、表面１２Ｂの全範囲において実質的に一致させるためには、位相差層１２の膜厚を均一にするとよい。また、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示される工程のうち、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８を配向膜１６上にコーティングした後であって、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８を３次元架橋する前に、第２の配向膜１６Ａを、コーティングした重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８上に重ね（図５（Ｃ））、図４（Ｃ）におけると同様に、紫外線又は電子線の照射により配向膜１６と第２の配向膜１６Ａとの間で重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８を３次元架橋するようにしてもよい（図５（Ｄ））。なお、第２の配向膜１６Ａは、紫外線又は電子線の照射の後工程で位相差層１２から剥離してもよい。
【００９１】
ここで、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８は、コーティングし易いように粘度を低下させるため、溶媒に溶かしてコーティング液としてもよく、この場合には、紫外線や電子線の照射により３次元架橋する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。好ましくは、コーティング液をコーティングするコーティング工程を行った後、溶媒を蒸発させる乾燥工程を行い、次いで、液晶を配向させる配向工程を行うようにするとよい。
【００９２】
また、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８を所定の温度で液晶層にした場合には、これがネマチック状態になるが、ここに任意のカイラル剤を添加すれば、カイラルネマチック液晶相（コレステリック液晶相）となる。具体的には例えば、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子に、カイラル剤を数％〜１０％程度入れるとよい。なお、カイラル剤の種類を変えてカイラルパワーを変えるか、あるいは、カイラル剤の濃度を変化させることにより、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子の分子構造に起因する選択反射波長を制御することができる。
【００９３】
なお、配向膜１６及び／又は第２の配向膜１６Ａは、従来から知られている方法で作製することができる。例えば、上述したようなガラス基板又はＴＡＣフィルム等の高分子フィルム１４上にＰＩ（ポリイミド）又はＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を成膜してラビングする方法や、ガラス基板又はＴＡＣフィルム等の高分子フィルム１４上に光配向膜となる高分子化合物を成膜して偏光ＵＶ（紫外線）を照射する方法を用いる他、延伸したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等を用いることもできる。
【００９４】
なお、配向膜１６が形成される基材としてＴＡＣフィルム等の高分子フィルムを用いる場合には、重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８を溶かしたコーティング液中の溶媒で基材が侵されないように、高分子フィルム上にバリア層を設けて、その上にコーティング液をコーティングするようにするとよい。
【００９５】
一方、図２に示されるような位相差光学素子２０を製造する場合には、位相差層２２の厚さを、液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチｐの０．５×整数倍の均一な膜厚とすればよい。この場合には、位相差層２２の厚さを調整する方法の他、上述したような第２の配向膜１６Ａを用い、第２の配向膜１６Ａの配向規制力の方向が配向膜１６の配向規制力の方向と一致させる方法を用いることができる。
【００９６】
なお、以上のようにして製造される位相差光学素子１０、２０において、位相差層１２、２２の表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂ、Ｄｂの方向を、表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの全範囲において実質的に一致させるために、配向膜１６だけでなく第２の配向膜１６Ａを用いる場合には、位相差層１２、２２の表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向がそれぞれ、第１の配向膜１６及び第２の配向膜１６Ａで規制されているので、位相差層１２、２２の膜厚の均一性は、第２の配向膜１６Ａを用いない場合に比べて均一でなくともよい。即ち、位相差層１２、２２の表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂ、Ｄｂの方向が、表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの全範囲において実質的に一致していれば、位相差層１２、２２の螺旋構造における螺旋ピッチｐは、位相差層１２、２２の表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂに沿った面内で一定とならず、膜厚の変動に応じて変化していてもよい。また、同様に、位相差層１２、２２の螺旋構造のピッチ数も、表面１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂに沿った面内で一定とならず、膜厚の変動に応じて変化していてもよい。
【００９７】
（第２の製造方法）
次に、図６（Ａ）〜（Ｃ）により、位相差層の材料として、液晶ポリマーを用いる場合の製造方法について説明する。
【００９８】
この場合には、図６（Ａ）に示されるように、上述したのと同様に、ガラス基板又はＴＡＣフィルム等の高分子フィルム１４上に配向膜１６を形成しておく。
【００９９】
次に、図６（Ｂ）に示されるように、配向膜１６上に、コレステリック規則性を有する液晶ポリマー３４をコーティングし、配向膜１６の配向規制力によって配向させる。このとき、コーティングされた液晶ポリマー３４は液晶層を構成している。
【０１００】
その後、図６（Ｃ）に示されるように、液晶ポリマー３４をガラス転移温度（Ｔｇ）以下に冷却してガラス状態にすれば、一層の位相差層３２を備えた位相差光学素子３０が製造される。
【０１０１】
ここで、液晶ポリマー３４は、コーティングし易いように粘度を低下させるため、溶媒に溶かしてコーティング液としてもよく、この場合には、冷却する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。好ましくは、コーティング液をコーティングするコーティング工程を行った後、溶媒を蒸発させる乾燥工程を行い、次いで、液晶を配向させる配向工程を行うようにするとよい。
【０１０２】
また、配向膜１６が形成される基材としてＴＡＣフィルム等の高分子フィルムを用いる場合には、液晶ポリマー３４を溶かしたコーティング液中の溶媒で基材が侵されないように、高分子フィルムの上にバリア層を設けて、その上に液晶をコーティングするようにするとよい。
【０１０３】
なお、液晶ポリマー３４としては、液晶ポリマーそれ自体にカイラル能を有しているコレステリック液晶ポリマーそのものを用いてもよいし、ネマチック系液晶ポリマーとコレステリック系液晶ポリマーの混合物を用いてもよい。
【０１０４】
このような液晶ポリマー３４は、温度によって状態が変わり、例えばガラス転移温度が９０℃、アイソトロピック転移温度が２００℃である場合は、９０℃〜２００℃の間でコレステリック液晶の状態を呈し、これを室温まで冷却すればコレステリック構造を有したままでガラス状態に固化させることができる。
【０１０５】
なお、液晶ポリマー３４のコレステリック規則性の分子構造に起因する、入射光の選択反射波長を調整する方法としては、コレステリック液晶ポリマー分子を用いる場合には、公知の方法で液晶分子中のカイラルパワーを調整すればよい。また、ネマチック系液晶ポリマーとコレステリック系液晶ポリマーの混合物を用いる場合は、その混合比を調整すればよい。
【０１０６】
ここで、上述した製造方法においても、配向膜１６の配向規制力の方向を配向膜１６上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する位相差層１２の一方の表面１２Ａにおける液晶分子のダイレクターの方向を、その接触面内で実質的に一致させることができる。
【０１０７】
また、配向膜１６から離間している側の表面１２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂを、表面１２Ｂの全範囲において実質的に一致させるためには、位相差層１２の膜厚を均一にしたり、液晶ポリマー３４のうち第１の配向膜１６から離間している側の表面にも図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを設けるようにするとよい。
【０１０８】
更に、位相差層３２における配向膜１６と反対側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を配向膜１６による配向規制力の方向（即ち、配向膜１６と接触する液晶層の表面における液晶分子のダイレクターの方向）と一致させるためには、上述したのと同様に、位相差層３２の厚さが、液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチの０．５×整数倍となるように、コーティングされる液晶の厚さを調整するか、図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを用いるようにするとよい。なお、第２の配向膜１６Ａを用いる場合は、液晶ポリマー３４のうち第１の配向膜１６から離間している側の表面に、その配向規制の方向が配向膜１６の配向規制力の方向と一致するように、第２の配向膜１６Ａを当接させる。
【０１０９】
なお、位相差層３２の表面３２Ａ、３２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂ、Ｄｂの方向を、表面３２Ａ、３２Ｂの全範囲において実質的に一致させるために、配向膜１６だけでなく第２の配向膜１６Ａを用いる場合には、位相差層３２の表面３２Ａ、３２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤａ、Ｄｂの方向がそれぞれ、第１の配向膜１６及び第２の配向膜１６Ａで規制されているので、位相差層３２の膜厚の均一性は、第２の配向膜１６Ａを用いない場合に比べて均一でなくともよい。即ち、位相差層３２の表面３２Ａ、３２Ｂにおける液晶分子のダイレクターＤｂ、Ｄｂの方向が、表面３２Ａ、３２Ｂの全範囲において実質的に一致していれば、位相差層３２の螺旋構造における螺旋ピッチｐは、位相差層３２の表面３２Ａ、３２Ｂに沿った面内で一定とならず、膜厚の変動に応じて変化していてもよい。また、同様に、位相差層３２の螺旋構造のピッチ数も、表面３２Ａ、３２Ｂに沿った面内で一定とならず、膜厚の変動に応じて変化していてもよい。
【０１１０】
なお、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０、２０、３０はいずれも、一層の位相差層からなる単層構成としたが、本実施の形態はこれに限定されるものでなく、多層構成としてもよい。
【０１１１】
具体的には、図７（Ｅ）に示される位相差光学素子４０のように、プレーナー配向されたコレステリック規則性の分子構造を有する複数の位相差層４２、４４が順次直接積層されていてもよい。なお、このような多層構成の位相差光学素子４０においては、各位相差層４２、４４として、複屈折値や螺旋ピッチ等が異なるものを用いることにより、多様な光学補償を実現することができる。
【０１１２】
このような多層構成の位相差光学素子４０においては、液晶層４２、４４の最外面に位置する互いに対向する２つの主たる表面はそれぞれ、図１に示されるように、各表面の全範囲において液晶分子のダイレクターの方向が実質的に一致している。また、液晶層４２、４４の最外面に位置する互いに対向する２つの主たる表面の液晶分子のダイレクターの方向が実質的に平行であることが好ましい。更に、互いに隣接する液晶層４２、４４の界面近傍における液晶分子のダイレクターの方向は実質的に平行であることが好ましい。
【０１１３】
以下、多層構成の位相差光学素子の製造方法について説明する。
【０１１４】
（第１の製造方法）
まず、図７（Ａ）〜（Ｅ）により、位相差層の材料として、重合性モノマー分子又は重合性オリゴマー分子を用いる場合の製造方法について説明する。
【０１１５】
この場合には、図７（Ａ）に示されるように、ガラス基板又はＴＡＣフィルム等の高分子フィルム１４上に配向膜１６を形成しておき、その上に、図７（Ｂ）に示されるように、液晶分子としての重合性モノマー分子（又は重合性オリゴマー分子）１８をコーティングし、配向膜１６の配向規制力によって配向させる。
【０１１６】
次に、この配向状態のままで、図７（Ｃ）に示されるように、上述したのと同様に、光重合開始剤を用いての紫外線の照射又は電子線の単独照射により、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８を３次元架橋して固化すれば、第１の位相差層４２が形成される。
【０１１７】
更に、３次元架橋された第１の位相差層４２上に、図７（Ｄ）に示されるように、別途用意しておいた他の重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１９を直接コーティングし、図８に示されるように、３次元架橋された第１の位相差層４２の表面の配向規制力によって配向させ、この状態で、図７（Ｅ）に示されるように、上述したのと同様に、光重合開始剤を用いての紫外線の照射又は電子線の単独照射により３次元架橋して固化すれば、第２の位相差層４４が形成され、２層構成の位相差光学素子４０が製造される。
【０１１８】
なお、３層以上の多層構成とする場合には、上述したのと同様の工程（図７（Ｄ）（Ｅ））を繰り返し、必要な数だけ順次位相差層を重ねていく。
【０１１９】
なお、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８、１９は、コーティングし易いように粘度を低下させるため、溶媒に溶かしてコーティング液としてもよく、この場合には、紫外線や電子線の照射により３次元架橋する前に溶媒を蒸発させるための乾燥工程が必要となる。好ましくは、コーティング液をコーティングするコーティング工程を行った後、溶媒を蒸発させる乾燥工程を行い、次いで、液晶を配向させる配向工程を行うようにするとよい。
【０１２０】
ここで、上述した製造方法においても、配向膜１６の配向規制力の方向を配向膜１６上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する液晶分子のダイレクターの方向を、その接触面内で実質的に一致させることができる。
【０１２１】
また、配向膜１６から離間している側の表面における液晶分子のダイレクターを、当該表面の全範囲において実質的に一致させるためには、位相差層４２、４４の膜厚を均一にしたり、第１の位相差層４２を３次元架橋して固化する際に、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８のうち第１の配向膜１６の表面から離間している側の表面にも、図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを設けるようにするとよい。また、同様に、第１の位相差層４４を３次元架橋して固化する際に、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１９のうち第１の位相差層４２の表面から離間している側の表面に第２の配向膜を設けるようにしてもよい。なお、３層以上の多層構成の場合においては、３番目以降の位相差層に対して同様の工程を行うことができる。
【０１２２】
更に、第１の位相差層４２における配向膜１６と反対側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を配向膜１６による配向規制力の方向（即ち、配向膜１６と接触する液晶層の表面における液晶分子のダイレクターの方向）と一致させたり、第２の位相差層４４における第１の位相差層４２の表面と反対側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を第１の位相差層４２の表面による配向規制力の方向と一致させるためには、上述したのと同様に、第１の位相差層４２、４４の厚さが、液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチの０．５×整数倍となるように、コーティングされる液晶の厚さを調整するか、図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを用いるようにするとよい。なお、第２の配向膜１６Ａを用いる場合は、第１の位相差層４２における配向膜１６と反対側の表面、又は第２の位相差層４４における第１の位相差層４２の表面に第２の配向膜１６Ａを当接させる。
【０１２３】
ここで、第１の位相差層４２及び第２の位相差層４４を形成するためにコーティングされる液晶はいずれも、入射光の波長よりも小さくなる範囲に存在する選択反射波長を有することが好ましい。これにより、コーティングされる液晶により形成される第１の位相差層４２と第２の位相差層４４との間での物質移動を抑制することができ、より均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子４０を製造することができ、また、コレステリック規則性の分子構造に起因した旋光作用をより効果的に抑制することができる。なお、場合によっては、第１の位相差層４２及び第２の位相差層４４を形成するためにコーティングされる液晶がいずれも、入射光の波長よりも大きくなる範囲に存在するようにしてもよい。
【０１２４】
また、第１の位相差層４２及び第２の位相差層４４を形成するためにコーティングされる液晶が実質的に同一成分であることが好ましい。これにより、コーティングされる液晶により形成される第１の位相差層４２と第２の位相差層４４との間での物質移動を殆どなくすことができ、更に均一な位相差層の積層体としての位相差光学素子４０を製造することができる。
【０１２５】
（第２の製造方法）
次に、図９（Ａ）〜（Ｃ）により、位相差層の材料として、液晶ポリマーを用いる場合の製造方法について説明する。
【０１２６】
この場合には、図９（Ａ）に示されるように、上述したのと同様に、ガラス基板又はＴＡＣフィルム等の高分子フィルム１４上に配向膜１６を形成しておく。
【０１２７】
次に、図９（Ｂ）に示されるように、配向膜１６上に、コレステリック規則性を有する液晶ポリマーをコーティングし、配向膜１６の配向規制力によって配向させた後、液晶ポリマーをガラス転移温度（Ｔｇ）以下に冷却してガラス状態にすることにより、第１の液晶層４２′を形成する。
【０１２８】
その後、図９（Ｃ）に示されるように、第１の液晶層４２′上に、別途用意しておいたコレステリック規則性を有する他の液晶ポリマーを直接コーティングし、ガラス状態にした第１の液晶層４２′の表面の配向規制力によって配向させた後、上述したのと同様に、液晶ポリマーをガラス転移温度（Ｔｇ）以下に冷却してガラス状態にすることにより、第２の液晶層４４′を備えた２層構成の位相差光学素子４０′が製造される。
【０１２９】
なお、３層以上の多層構成とする場合には、上述したのと同様の工程（図９（Ｃ））を繰り返す。
【０１３０】
ここで、上述した製造方法においても、配向膜１６の配向規制力の方向を配向膜１６上の全範囲で実質的に一致させておけば、これと接触する液晶分子のダイレクターの方向を、その接触面内で実質的に一致させることができる。
【０１３１】
また、配向膜１６から離間している側の表面における液晶分子のダイレクターを、当該表面の全範囲において実質的に一致させるためには、位相差層４２′、４４′の膜厚を均一にしたり、第１の位相差層４２′を３次元架橋して固化する際に、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１８のうち第１の配向膜１６の表面から離間している側の表面にも、図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを設けるようにするとよい。また、同様に、第１の位相差層４４′を３次元架橋して固化する際に、重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）１９のうち第１の位相差層４２′の表面から離間している側の表面に第２の配向膜を設けるようにしてもよい。なお、３層以上の多層構成の場合においては、３番目以降の位相差層に対して同様の工程を行うことができる。
【０１３２】
更に、第１の位相差層４２′における配向膜１６と反対側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を配向膜１６による配向規制力の方向（即ち、配向膜１６と接触する液晶層の表面における液晶分子のダイレクターの方向）と一致させたり、第２の位相差層４４′における第１の位相差層４２′の表面と反対側の表面における液晶分子のダイレクターの方向を第１の位相差層４２′の表面による配向規制力の方向と一致させるためには、上述したのと同様に、第１の位相差層４２′、４４′の厚さが、液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチの０．５×整数倍となるように、コーティングされる液晶の厚さを調整するか、図５（Ｃ）（Ｄ）に示されるような第２の配向膜１６Ａを用いるようにするとよい。なお、第２の配向膜１６Ａを用いる場合は、第１の位相差層４２′における配向膜１６と反対側の表面、又は第２の位相差層４４′における第１の位相差層４２′の表面に第２の配向膜１６Ａを当接させる。
【０１３３】
次に、図１０により、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０、２０、３０、４０を備えた偏光素子について説明する。
【０１３４】
図１０に示されているように、偏光素子５０は、偏光層５１Ａと、偏光層５１Ａの入光側の表面に配置された位相差光学素子１０（２０、３０、４０）とを備えている。なお、図１０において、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）と偏光層５１Ａとは互いに離間して描かれているが、これらは互いに貼り合わされた状態で構成されている。
【０１３５】
このようにして、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）に偏光層５１Ａを貼り合わせるようにすれば、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）の表面での反射が極端に少なくなり、明暗模様の発生を効果的に抑制すると共にコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を効果的に抑制することができる。
【０１３６】
ここで、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）の一方の表面（入射側の表面）における液晶分子のダイレクターの方向５２、及び他方の表面（出光側の表面）における液晶分子のダイレクターの方向５３は、偏光層５１Ａの吸収軸５４と実質的に平行又は直角の関係にあることがことが好ましい。
【０１３７】
また、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０、２０、３０、４０は、例えば、図１１に示されるような液晶表示装置６０に組み込んで用いることができる。
【０１３８】
図１１に示す液晶表示装置６０は、入射側の偏光板１０２Ａと、出射側の偏光板１０２Ｂと、液晶セル１０４とを備えている。
【０１３９】
このうち、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂは、所定の振動方向の振動面を有する直線偏光のみを選択的に透過させるように構成されたものであり、それぞれの振動方向が相互に直角の関係になるようにクロスニコル状態で対向して配置されている。また、液晶セル１０４は画素に対応する多数のセルを含むものであり、偏光板１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されている。
【０１４０】
ここで、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）の一方の表面（入射側の表面）における液晶分子のダイレクターの方向５２は、入射側の偏光板１０２Ａの吸収軸５１とは平行の関係にあり、出射側の偏光板１０２Ｂの吸収軸５４とは直角の関係にあることが好ましい。また、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）の他方の表面（出射側の表面）における液晶分子のダイレクターの方向５３は、入射側の偏光板１０２Ａの吸収軸５１とは直交の関係にあり、出射側の偏光板１０２Ｂの吸収軸５４とは平行の関係にあることが好ましい。
【０１４１】
ここで、液晶表示装置６０において、液晶セル１０４は、負の誘電異方性を有するネマチック液晶が封止されたＶＡ方式を採用しており、入射側の偏光板１０２Ａを透過した直線偏光は、液晶セル１０４のうち非駆動状態のセルの部分を透過する際には、位相シフトされずに透過し、出射側の偏光板１０２Ｂで遮断される。これに対し、液晶セル１０４のうち駆動状態のセルの部分を透過する際には、直線偏光が位相シフトされ、この位相シフト量に応じた量の光が出射側の偏光板１０２Ｂを透過して出射される。これにより、液晶セル１０４の駆動電圧を各セル毎に適宜制御することにより、出射側の偏光板１０２Ｂ側に所望の画像を表示することができる。
【０１４２】
このような構成からなる液晶表示装置６０において、液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂ（液晶セル１０４から出射された所定の偏光状態の光を選択的に透過させる偏光板）との間に、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０（２０、３０、４０）が配置されており、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）により、液晶セル１０４から出射された所定の偏光状態の光のうち液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償することができるようになっている。
【０１４３】
以上のとおり、上述した構成からなる液晶表示装置６０によれば、液晶表示装置６０の液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間に、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０（２０、３０、４０）を配置し、液晶セル１０４から出射された光のうち液晶セル１０４の法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償するので、視角依存性の問題を効果的に改善しながら、液晶表示装置６０における明暗模様の発生を抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を抑制することができる。
【０１４４】
なお、図１１に示す液晶表示装置６０は、光が厚さ方向の一方の側から他方の側へ透過する透過型であるが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０（２０、３０、４０）は反射型の液晶表示装置にも同様に組み込んで用いることができる。
【０１４５】
また、図１１に示す液晶表示装置６０では、上述した実施の形態に係る位相差光学素子１０（２０、３０、４０）を液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間に配置しているが、光学補償の態様によっては、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）を液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間に配置してもよい。また、位相差光学素子１０（２０、３０、４０）を液晶セル１０４の両側（液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間、及び液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間）に配置してもよい。なお、液晶セル１０４と入射側の偏光板１０２Ａとの間、又は液晶セル１０４と出射側の偏光板１０２Ｂとの間に配置される位相差光学素子は一つに限らず、複数配置されていてもよい。
【０１４６】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の実施例について、比較例を参照しながら述べる。
【０１４７】
（実施例１）
実施例１では、重合性モノマー分子からなる単層の位相差層の膜厚を一定として、液晶分子のダイレクターの方向を一致させた。なお、実施例１では、単層の位相差層をガラス基板上に形成した。
【０１４８】
両末端に重合可能なアクリレートを有するとともに中央部のメソゲンと前記アクリレートとの間にスペーサーを有する、ネマチック−アイソトロピック転移温度が１１０℃であるモノマー分子（上記化学式（１１）で示されるような分子構造を有するもの）９０部と、両末端に重合可能なアクリレートを有するカイラル剤分子（上記化学式（１４）で示されるような分子構造を有するもの）１０部とを溶解させたトルエン溶液を準備した。なお、前記トルエン溶液には、前記モノマー分子に対して５重量％の光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、イルガキュア（登録商標）９０７）を添加した。（なお、このようにして得られるカイラルネマチック液晶に関しては、配向膜上の配向膜界面側で、±５度の範囲に液晶分子のダイレクターが揃うことを確認している。）
一方、透明なガラス基板上に、溶媒に溶かしたポリイミド（ＪＳＲ株式会社製、オプトマー（登録商標）ＡＬ１２５４）をスピンコータによりスピンコーティングし、乾燥後、２００℃で成膜し（膜厚０．１μｍ）、一定方向にラビングして配向膜として機能するようにした。
【０１４９】
そして、このような配向膜付きのガラス基板をスピンコーターにセットし、前記モノマー分子等を溶解させたトルエン溶液をできるだけ膜厚が一定になるような条件でスピンコーティングした。
【０１５０】
次に、８０℃で前記トルエン溶液中のトルエンを蒸発させ、更に、配向膜上に形成された塗膜がコレステリック相を呈することを目視で選択反射により確認した。
【０１５１】
そして、前記塗膜に紫外線を照射し、塗膜中の光重合開始剤から発生するラジカルによってモノマー分子のアクリレートを３次元架橋してポリマー化し、単層の位相差光学素子を作製した。このときの塗膜の膜厚は２μｍ±１．５％であった。また、分光光度計で測定したところ、塗膜の選択反射波長の中心波長は２８０ｎｍであった。
【０１５２】
また、このようにして作製した位相差光学素子を、自動複屈折測定装置（王子計測機器株式会社製、ＫＯＢＲＡ（商標登録）２１ＡＤＨ）を用いて測定したところ、面方向での位相差は数ｎｍで測定装置の誤差範囲内となり、厚さ方向の位相差は約１００ｎｍとなり、負のＣプレートとして作用していることが確認できた。
【０１５３】
更に、図１２に示されているように、直線偏光板７０Ａ、７０Ｂをクロスニコル状態にして、その間に、作製した位相差光学素子１０を挟んで目視で観察したところ、面内に観察される明暗模様は極僅かだった。
【０１５４】
（実施例２）
実施例２では、重合性モノマー分子からなる単層の位相差層を高分子フィルム上に形成した。即ち、濃度が２重量％となるように純水に溶かしたＰＶＡ溶液を、バーコートによって透明なＴＡＣフィルム上にコーティングし、乾燥後、１００℃で成膜し（膜厚０．２μｍ）、一定方向にラビングして配向膜として機能するようにした以外は、実施例１と同様にして位相差光学素子を作製した。その結果、このようにして作製された位相差光学素子では、実施例１と同様な結果が得られた。
【０１５５】
（比較例１）
比較例１では、重合性モノマー分子からなる単層の位相差層の膜厚を不均一にして、液晶分子のダイレクターの方向を乱した。即ち、スピンコーターの条件を変更して膜厚を２μｍ±５％にした以外は実施例１と同様に作製した位相差光学素子を、同様に観察したところ、面内にははっきりとした明暗模様が観察された。
【０１５６】
（比較例２）
比較例２では、重合性モノマー分子からなる単層の位相差層が形成される配向膜のラビング方向を不均一にして、液晶分子のダイレクターの方向を乱した。即ち、配向膜のラビング方向を面内で不均一にした以外は実施例１と同様に作製した位相差光学素子を、同様に観察したところ、面内にははっきりとした明暗模様が観察された。
【０１５７】
（実施例３）
実施例３では、重合性モノマー分子からなる単層の位相差層の膜厚を一定とし、かつ、ピッチを合わせることにより、位相差層の互いに対向する２つの主たる表面における液晶分子のダイレクターの方向を平行にした。即ち、位相差層の膜厚を、用いる材料の屈折率からコレステリック規則性の分子構造の始点と終点のダイレクターの方向が平行になるような膜厚にした以外は実施例１と同様に作製した位相差光学素子を、同様に観察したところ、そうしなかった場合に比較して、面内に観察される明暗模様は明らかに減少した。
【０１５８】
なお、作製した位相差光学素子２０の両側に配置された直線偏光板７０Ａ、７０Ｂ（図１２参照）のそれぞれを回転させて、位相差光学素子２０におけるコレステリック規則性の分子構造の始点と終点のダイレクターの方向がなす角度を目視で透過光強度で観察したところ、±５度以内に入っていた。
【０１５９】
（実施例４）
実施例４では、重合性モノマー分子からなる多層の位相差層の膜厚を一定として、液晶分子のダイレクターの方向を一致させた。
【０１６０】
実施例１で作製した位相差光学素子を第１の位相差層として、その配向膜と反対側の表面に、実施例１と同様に調整したトルエン溶液を、実施例１よりは速い回転数でスピンコーティングした。
【０１６１】
次に、８０℃で前記トルエン溶液中のトルエンを蒸発させ、更に、第１の位相差層上に形成された塗膜がコレステリック相を呈することを目視で選択反射により確認した。
【０１６２】
そして、前記塗膜に紫外線を照射し、塗膜中の光重合開始剤から発生するラジカルによってモノマー分子のアクリレートを３次元架橋してポリマー化し、第２の位相差層を形成し、多層の位相差光学素子を作製した。このときの総膜厚は３．５μｍ±１．５％であった。また、分光光度計で測定したところ、多層構成の位相差層の塗膜の選択反射波長の中心波長は２８０ｎｍだった。
【０１６３】
作製された複数の位相差層の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、ポリマー化した各位相差層間の明暗模様は互いに平行な状態で（このことから、螺旋軸の方向が一致していることが分かる）、位相差層間には断層が観察されなかった（このことから、近接する位相差層の表面間の、液晶分子のダイレクターの方向が一致していることが分かる）。
【０１６４】
更に、図１２に示されているように、直線偏光板７０Ａ、７０Ｂをクロスニコル状態にして、その間に、作製した位相差光学素子４０を挟んで目視で観察したところ、面内に観察される明暗模様は極僅かだった。
【０１６５】
（比較例３）
比較例３では、重合性モノマー分子からなる多層の位相差層の膜厚を不均一にして、液晶分子のダイレクターの方向を乱した。即ち、スピンコーターの条件を変更して総膜厚を３．５μｍ±５％にした以外は実施例３と同様に作製した位相差光学素子を、同様に観察したところ、面内にははっきりとした明暗模様が観察された。
【０１６６】
（実施例５）
実施例５では、液晶ポリマーからなる多層の位相差層の膜厚を一定として、液晶分子のダイレクターの方向を一致させた。
【０１６７】
ガラス転移温度が８０℃でアイソトロピック転移温度が２００℃であるアクリル系の側鎖型液晶ポリマーを溶解させたトルエン溶液を準備した。（なお、このようにして得られる高分子コレステリック液晶に関しては、配向膜上の配向膜界面側で、±５度の範囲に液晶分子のダイレクターが揃うことを確認している。）
一方、透明なガラス基板上に、溶媒に溶かしたポリイミド（ＪＳＲ株式会社製、オプトマー（登録商標）ＡＬ１２５４）をスピンコータによりスピンコーティングし、乾燥後、２００℃で成膜し（膜厚０、１μｍ）、一定方向にラビングして配向膜として機能するようにした。
【０１６８】
そして、このような配向膜付きのガラス基板をスピンコーターにセットし、前記液晶ポリマーを溶解させたトルエン溶液をできるだけ膜厚が一定になるような条件でスピンコーティングした。
【０１６９】
次に、９０℃で前記トルエン溶液中のトルエンを蒸発させ、更に、配向膜上に形成された塗膜を１５０℃で１０分間保持し、前記塗膜がコレステリック相を呈することを目視で選択反射により確認した。更に、前記塗膜を室温まで冷却して液晶ポリマーをガラス状態にして固定化し、第１の位相差層を形成した。このときの膜厚は２μｍ±１．５％だった。また、分光光度計で測定したところ、第１の位相差層の選択反射波長の中心波長は３７０ｎｍだった。
【０１７０】
更に、ガラス状態にして固定化した第１の位相差層上に、ガラス転移温度が７５℃で、アイソトロピック転移温度が１９０℃であるアクリル系の側鎖型液晶ポリマーを溶解させたトルエン溶液を、前回よりは速い回転数でスピンコーティングした。
【０１７１】
次に、９０℃で前記トルエン溶液中のトルエンを蒸発させ、更に、前記塗膜を１５０℃で１０分間保持し、前記塗膜がコレステリック相を呈することを目視で選択反射により確認した。更に、前記塗膜を室温まで冷却して液晶ポリマーをガラス状態にして固定化し、第２の位相差層を形成し、多層の位相差光学素子を作製した。このときの総膜厚は３．５μｍ±１．５％だった。また、分光光度計で測定したところ、多層構成の位相差層の塗膜の選択反射波長の中心波長は３７０ｎｍだった。
【０１７２】
作製された複数の位相差層の断面を透過型電子顕微鏡で観察したところ、固定化した各位相差層間の明暗模様は互いに平行な状態で（このことから、螺旋軸の方向が一致していることが分かる）、位相差層間には断層が観察されなかった（このことから、近接する液晶層の表面間の、液晶分子のダイレクターの方向が一致していることが分かる）。また、分光光度計で測定したところ、透過率に光学的な特異点は観察されなかった。
【０１７３】
更に、図１２に示されているように、直線偏光板７０Ａ、７０Ｂをクロスニコル状態にして、その間に、作製した位相差光学素子４０を挟んで目視で観察したところ、面内に観察される明暗模様は極僅かだった。
【０１７４】
（比較例４）
比較例４では、液晶ポリマーからなる多層の液晶層の膜厚を不均一にして、液晶分子のダイレクターの方向を乱した。即ち、スピンコーターの条件を変更して総膜厚を３．５μｍ±５％にした以外は実施例５と同様に作製した位相差光学素子を、同様に観察したところ、面内にははっきりとした明暗模様が観察された。
【０１７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、液晶セルと偏光板との間に配置した場合でも、表示画像に明暗模様を発生させることがなく、表示品位が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子の一部を拡大して模式的に示す斜視図。
【図２】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子の変形例の一部を拡大して模式的に示す斜視図。
【図３】コレステリック規則性を有する液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチと位相差層の表面の液晶分子のダイレクターとの関係を示す模式図。
【図４】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子の第１の製造方法を説明するための概略断面図。
【図５】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子の第１の製造方法の変形例を説明するための概略断面図。
【図６】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子の第２の製造方法を説明するための概略断面図。
【図７】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子のうち多層構成の位相差光学素子の第１の製造方法を説明するための概略断面図。
【図８】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子のうち多層構成の位相差光学素子における層間の隣接表面での液晶分子のダイレクターを示す模式図。
【図９】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子のうち多層構成の位相差光学素子の第２の製造方法を説明するための概略断面図。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子を備えた偏光素子を示す概略分解斜視図。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る位相差光学素子を備えた液晶表示装置を示す概略分解斜視図。
【図１２】位相差光学素子を偏光板により挟んで観察する場合の構成を示す概略分解斜視図。
【図１３】従来の液晶表示装置を示す概略分解斜視図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０　位相差光学素子
１２、２２、３２　位相差層
１２Ａ，１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ　表面
１２Ｃ、２２Ｃ　法線
１４　ガラス基板又は高分子フィルム
１６　配向膜
１６Ａ　第２の配向膜
１８、１９　重合性モノマー分子（重合性オリゴマー分子）
３４　液晶ポリマー
４２、４２′　第１の位相差層
４４、４４′　第２の位相差層
５０　偏光素子
５１Ａ　偏光層
５２、５３　ダイレクターの方向
５１、５４　吸収軸
６０、１００　液晶表示装置
７０Ａ、７０Ｂ、１０２Ａ、１０２Ｂ　偏光板
１０４　液晶セル
【図１】
2004145268.tif 000005
【図２】
2004145268.tif 000006
【図３】
2004145268.tif 000007
【図４】
2004145268.tif 000008
【図５】
2004145268.tif 000009
【図６】
2004145268.tif 000010
【図７】
2004145268.tif 000011
【図８】
2004145268.tif 000012
【図９】
2004145268.tif 000013
【図１０】
2004145268.tif 000014
【図１１】
2004145268.tif 000015
【図１２】
2004145268.tif 000016
【図１３】
2004145268.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月7日(2003.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２８】
液晶セルと、
前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の位相差光学素子とを備え、
前記位相差光学素子は、前記液晶セルへ入射及び／又は前記液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償することを特徴とする液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に組み込まれて用いられる位相差光学素子に係り、とりわけ、コレステリック規則性の分子構造を有する位相差層を備え、液晶セルへ入射及び／又は前記液晶セルから出射された光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償する位相差光学素子及びその製造方法、並びに位相差光学素子を備えた偏光素子及び液晶表示装置に関する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本発明の第５の特徴に係る液晶表示装置は、液晶セルと、前記液晶セルを挟むように配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板の少なくとも一方との間に配置された、上述した本発明の第１の特徴に係る位相差光学素子とを備え、前記位相差光学素子は、前記液晶セルへ入射及び／又は前記液晶セルから出射された所定の偏光状態の光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償することを特徴とする。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本発明の第５の特徴によれば、液晶表示装置の液晶セルと偏光板との間に位相差光学素子を配置し、液晶セルへ入射及び／又は前記液晶セルから出射された光のうち当該液晶セルの法線から傾斜した方向に出射される光の偏光状態を補償するので、液晶表示装置における明暗模様の発生を抑制するとともにコントラストを向上させることができ、表示品位の低下を抑制することができる。