(57)【要約】【課題】面積分割型の半透過反射膜に使用するための偏光素子であって、膜厚が薄く、かつ、全可視光領域を反射することができ、液晶表示素子に使用した場合に光学的な斑が発生しない半透過型の偏光素子を提供する。【解決手段】所定方向の円偏光のみを反射する反射層を備え、前記反射層が所定の大きさに画素分割された半透過型の偏光素子であって、前記の各画素中の反射層が、各々所定の波長帯域の円偏光のみを実質的に完全に反射することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向の円偏光のみを反射する反射層を備え、前記反射層が所定の大きさに画素分割された半透過型の偏光素子であって、分割された前記各画素中の反射層が、各々所定の波長帯域の円偏光のみを実質的に完全に反射することを特徴とする、半透過型偏光素子。
【請求項２】
前記反射層が、異なる波長帯域の円偏光を反射する複数のコレステリック液晶層からなり、前記の各画素間で反射波長帯域が異なる、請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記の各画素の大きさが、一辺１００μｍ以下である、請求項１または２に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記の各画素に分割された反射層において、複数の画素から反射される円偏光の波長帯域が、２５０ｎｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項５】
前記反射層が、透過する光に偏光分離作用を及ぼさない領域を含んでなり、前記領域が前記の画素分割された一部に配置されてなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項６】
前記領域が、等方相状態にあるコレステリック液晶層からなる、請求項５に記載の表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に使用される偏光素子に関し、特に、面積分割型の液晶表示装置に使用される偏光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
半透過型液晶表示装置は、消費電力が少ない事や、外光がない場合はバックライトを利用した透過表示が可能であるため、あらゆる環境において使用できるといった特徴を有し、携帯機器等のディスプレイとして広く使用されはじめている。
【０００３】
このような半透過型液晶表示装置として、近年、コレステリック液晶からなる偏光反射層を備える反射型または半透過型の液晶表示装置が開発されている。かかる偏光反射層は、特定方向の円偏光のみを選択的に反射し、反射光と異なる偏光方向を有する光を透過するものである。このような偏光素子を半透過反射層として用いることにより、バックライトの光利用効率を高めることができるため、液晶表示装置への使用が期待されている。
【０００４】
一方、所定方向の円偏光のみを選択的に反射し、反射光と異なる方向の円偏光を透過することができる光学素子が、特開２００１−４８４２号公報に開示されている（特許文献１参照）。かかる円偏光素子は、コレステリック液晶からなり、当該液晶層の厚みを制御することにより、透過／反射光量の割合を任意に調整することができるものである。すなわち、コレステリック液晶層の螺旋ピッチ数を最適化することにより、透過する光の量と反射する光の量とを制御するものである。このような光学素子を円偏光反射板として、半透過型の液晶表示装置に使用することにより、バックライトの光利用効率を高めることができると考えられる。
【０００５】
また、特開２０００−１７１７８９号公報には全反射型のコレステリック液晶からなる偏光反射板を用いた液晶表示装置が開示されている（特許文献２参照）。すなわち、コレステリック液晶の螺旋ピッチｐとコレステリック液晶ポリマーの平均屈折率ｎを乗じた値ｎｐが可視光波長の最短波長から最長波長までを網羅するように、螺旋ピッチが層厚方向に沿って連続的に変化した螺旋構造としたり、またはピッチの異なる２種以上のコレステリック液晶ポリマー層を連続的に積層することにより、当該コレステリック液晶からなる偏光反射板が、全可視光域に渡って良好な偏光反射能を有するようにしたものである。このように、所定の円偏光を有する光を全波長域においてほぼ１００％反射することができるような偏光反射板とカラーフィルタとを用いることにより、加法混色によりフルカラー表示可能な透過型液晶表示装置を得ることができる。
【０００６】
上記の全反射型の偏光反射素子は、当該偏光素子をパターニングして光学的な窓（光透過部）を設けることにより、半透過反射膜として半透過液晶表示装置に使用することができる。すなわち、偏光素子をパターニングして光反射部と光透過部とを形成し、それらの面積比を調整することにより、反射光量と透過光量との比率を任意に制御することができる、いわゆる面積分割型の半透過反射膜を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４８４２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７１７８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−４８４２号公報に開示された光学素子を半透過偏光反射板として半透過型液晶表示装置に組み込んだ場合、当該偏光反射板の膜厚により透過光と反射光とを制御すると、コレステリック液晶のピッチ数が少ない場合、当該偏光反射板の表面の液晶分子方向のばらつきが生じることもあり、光学的な斑が発生する可能性がある。
【０００９】
一方、特開２０００−１７１７８９号公報に開示された全反射型の偏光反射板を面積分割型の半透過反射膜として用いる場合には、反射部（コレステリック液晶層部分）の各波長域の反射率がほぼ１００％になるように螺旋ピッチを複数層設けるため、当該コレステリック層の膜厚が厚くなる。かかる偏光反射板では各波長域に対応したピッチのコレステリック層が複数層ずつ設けられているため、偏光反射板表面の液晶分子方向のばらつきは生じず、表示素子に用いた場合にも光学的な斑は発生しない。
【００１０】
しかしながら、パターニングにより、偏光反射部と光学的窓である光透過部を設けた場合には、当該偏光反射板自体の厚みが厚いため、偏光反射部と当該コレステリック層が除去された光透過部との段差が大きくなる。偏光反射板表面に生じるこのような凹凸は、当該偏光反射板を液晶セルに組み込んだ場合に、視差を生じたり、また、当該偏光反射板上に他部材を形成する際に、断膜の原因になるという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題を解決することに向けられたものであり、より詳細には、面積分割型の半透過反射膜に使用するための偏光素子であって、膜厚が薄く、かつ、全可視光領域を反射することができ、液晶表示素子に使用した場合に光学的な斑が発生しない半透過型の偏光素子を提供することにある。
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の半透過型偏光素子は、所定方向の円偏光のみを反射する反射層を備え、前記反射層が所定の大きさに画素分割された半透過型の偏光素子であって、前記の各画素中の反射層が、各々所定の波長帯域の円偏光を実質的に完全に反射することを特徴とする。このように所定波長帯域の反射率が実質的に１００％である反射領域を画素毎に複数設け、かつ各画素が異なる波長帯域の円偏光を反射する構造にすることにより、偏光素子全体として可視光帯域全体をカバーするとともに、一画素を構成する反射層の厚みを抑えることができる。
【００１３】
本発明の態様としては、前記反射層が異なる波長帯域の円偏光を反射する複数のコレステリック液晶層からなり、前記の各画素間で反射波長帯域が異なるものであることが好ましい。このように、円偏光反射層としてコレステリック液晶層を用い、コレステリック層の螺旋ピッチを調整することにより、所定の反射波長帯域の円偏光を反射することができる。
【００１４】
また、上記の各画素の大きさは、一辺１００μｍ以下であることがより好ましい。各画素をこのような大きさにすることにより、画素毎に異なる反射波長帯域を有していても、観測者は画素間の波長帯域を区別できなくなり結果として全波長帯域の反射光として観測することになる。
【００１５】
このように、複数の画素からの反射光が混在して観測される場合において、当該反射円偏光の波長帯域が２５０ｎｍ以上であることが好ましい。かかる帯域で反射光を観測することにより、液晶表示体などのディスプレイにおいて、自然な色合いを再現することが可能となる。
【００１６】
本発明の態様としては、反射層が、透過する光に偏光分離作用を及ぼさない領域を含んでなり、前記領域が前記の画素分割された一部に配置されていてもよい。また好ましくは、当該領域が、等方相状態にあるコレステリック液晶層からなるものである。このように、等方相状態のコレステリック液晶層からなる領域を設けることにより、より容易に透過光と反射光との光量比を制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半透過型偏光素子について、図を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００１８】
本発明の半透過型偏光素子は、図１に示すように、基材１上に反射層２を設けた構成となっており、当該反射層は、所定方向の円偏光のみを反射することができる。
【００１９】
かかる反射層は、下記に説明するように、コレステリック液晶層からなるものである。コレステリック液晶層では、入射する無偏光の光に対して、所定方向の円偏光（例えば右円偏光）を透過させ、透過光と逆向きの偏光をもつ円偏光（例えば左円偏光）を反射することができる。
【００２０】
反射層２は、図２に示すように、所定の大きさに画素分割されており、画素Ａの部分と画素Ｂの部分とが交互に配置されている。画素Ａと画素Ｂとでは反射層を構成するコレステリック液晶層の反射帯域が異なっている。すなわち、画素Ａの部分の反射層は、図３（１）に示すような反射特性を有するコレステリック液晶層からなり、一方、画素Ｂの部分の反射層は、図３（２）に示すような反射特性を有するコレステリック液晶層からなる。具体的には、図１に示すように、画素Ａ部分の反射層は、ＲＧＢ（全可視光帯域）のうち、Ｂ（青色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ａと、Ｇ（緑色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ｂと、Ｒ（赤色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ｃとが積層された構成となっている。また、画素Ｂ部分の反射層は、Ｂ（青色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｄと、Ｇ（緑色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｅと、Ｒ（赤色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｆとが積層された構成となっている。各反射層中のコレステリック液晶層部分では、各波長帯域において円偏光反射率が実質的に１００％となるようにコレステリック層の螺旋ピッチ数を調整している。
【００２１】
ここで、実質的に１００％の反射率とは、反射波長の中心波長が１００％の反射率を有することを意味する。すなわち、コレステリック液晶の一ピッチあたりの厚さをＰ、液晶の各方向の平均屈折率をｎとすると、反射波長λは、
λ＝ｎＰ　　　（式１）
で表されるが、実際には屈折率にある程度の幅を有すため、反射波長はある帯域幅を有するが、かかる帯域の中心ピーク波長が１００％であることを意味するものである。なお、実質的に１００％の反射率とするためには、コレステリック液晶の螺旋ピッチ数を実質７ピッチ以上にする必要がある。
【００２２】
このように、反射波長帯域を分離することにより、一画素を構成する反射層の厚みは、可視光全波長帯域（４００〜７５０ｎｍ）反射型のコレステリック液晶層を設ける場合に比較して約半分になる。
【００２３】
上記の可視光全波長帯域反射型のコレステリック液晶層を設ける光学素子の膜厚は、液晶材料の屈折率と反射帯域に依存する。すなわち、コレステリック相の選択反射帯域は液晶材料のΔｎに比例し、反射強度はΔｎ／ｎａｖｅ．に比例する。そして１００％選択反射を達成するには、一般には７ピッチ以上必要である。液晶材料のΔｎが大きく、１層の反射帯域が広ければ、各層の膜厚が薄く、さらに可視光領域をカバーするのに必要な層数が減ることになる。一般には、液晶材料の屈折率は広帯域用に開発された特殊なものを除けば、ｎａｖｅ．＝１．５〜１．６、Δｎ＝０．１０〜０．１５程度であり、これに基づくと、積層層数は４〜８層となり、実質の膜厚は１５〜３０μｍ程度となる。前記のような数十μｍの光学素子となると、前述した視差等の問題が発生する。また、各反射波長帯域での反射率を実質的に１００％とすることにより、すなわち、螺旋ピッチ数をある程度増やすことにより、コレステリック層を透過する光が実質的になくなるため、最表面の液晶分子方向のばらつきに起因する偏光方向の斑が観察されなくなる。
【００２４】
上記のような構成を有する本発明の半透過型偏光素子に無偏光の光が入射すると、画素Ａ部分と画素Ｂ部分で、それぞれ異なった波長を有する所定方向（例えば左円偏光）の円偏光のみが実質的に１００％の反射率で反射され、当該反射光と逆向きの偏光を有する円偏光が透過する。しかしながら、反射光を観測する側では、画素Ａと画素Ｂとからそれぞれ反射される反射光の波長帯域を区別できず波長混合が生じるため、結果として、図２（３）に示すように、全可視光領域の光と同様となり反射光は、白色の円偏光となる。この場合、全体としての円偏光反射率は、５０％となる。
【００２５】
上記のように、画素Ａ部分と画素Ｂ部分とからのそれぞれの反射光が、波長混合により観測者により白色に見えるためには、各画素の一辺が１００μｍ以下である必要がある。一画素あたりの大きさをかかる範囲にすることにより、人の目の分解能以下となり、各波長帯域の光が混合して見えるようになる。１００μｍを超えると、各画素の波長混合が起こらず、反射円偏光の斑となってしまう。
【００２６】
また、本発明の他の実施態様としては、図４に示すように、画素Ａの部分と画素Ｂの部分と画素Ｃの部分とに三分割した構造にすることもできる。このように三種の領域に分割した場合、それぞれの画素を構成する反射層は、画素Ａの部分の反射層は、図５（１）に示すような反射特性を有するコレステリック液晶層からなり、画素Ｂの部分の反射層は、図５（２）に示すような反射特性を有するコレステリック液晶層からなり、画素Ｃの部分の反射層は、図５（３）に示すような反射特性を有するコレステリック液晶層からなる。具体的には、図６に示すように、画素Ａ部分の反射層２は、ＲＧＢ（全可視光帯域）のうち、Ｂ（青色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ａ’と、Ｇ（緑色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｄ’とが積層された構成であり、画素Ｂ部分の反射層２は、Ｂ（青色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｂ’とＲ（赤色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ｅ’とが積層された構成であり、また、画素Ｃ部分の反射層２は、Ｇ（緑色の波長帯域）の短波長側を反射するコレステリック液晶層ｃ’と、Ｒ（赤色の波長帯域）の長波長側を反射するコレステリック液晶層ｆ’とが積層された構成となっている。反射層２をこのような構成にすることにより、可視光帯域を三分割でき、各画素の反射層は反射帯域の異なる２種のコレステリック液晶層で構成されるため、さらに反射層の厚みを薄くすることができる。なお、Ａ、ＢおよびＣの画素に三分割した場合においても、各画素の一辺を１００μｍ以下にすることにより、人の目の分解能以下となり、各画素で反射された光はその波長が混じり合って、観測者はあたかも全波長帯域（全可視光領域）の反射光のように見える。かかる場合の円偏光反射率は、図５（４）に示すように、３３％となる。
【００２７】
さらに、本発明の他の実施態様として、反射層の一部に光透過部を設けることにより、反射と透過との光量を調整することもできる。すなわち、図７や図８に示すように画素分割を行い、画素Ｃ部分にコレステリック液晶層の替わりに透明樹脂層等を設けた構成である。また、光透過部として、コレステリック液晶相を等方相に転移させて、かかる部分を等方層として構成することもできる。なお、コレステリック相から等方相への転移は、当該コレステリック相を等方相転移温度以上にすることにより形成することが可能である。別途、透明樹脂等を形成しないので、半透過型偏光素子を製造するのが容易となる。また、反射層を構成する、コレステリック液晶層部と光透過部との材料が同一であるため、両部分の屈折率が等しく、そのため界面反射による偏光の乱れが生じないという利点を有する。このように、任意の面積比率となるように、光透過部を設けることにより、透過光と反射光との光量比を制御することが可能になる。
【００２８】
このような、面積分割による画素形成は、従来の技術を用いて形成することができる。例えば、フォトリソグラフィー等により任意形状の画素を反射層に形成することができる。
【００２９】
次に、本発明の半透過型偏光素子を構成する各要素について説明する。
【００３０】
＜液晶層＞
本発明の半透過型偏光素子は、基材上に液晶層が形成された構造を有している。当該液晶層としては、ネマチック液晶やコレステリック液晶を用いることができ、特に、コレステリック液晶が好適に用いられる。かかる材料としては、これらのみで液晶相を形成した場合に、ネマチック規則性、スメクチック規則性、またはコレステリック規則性を有する液晶相を形成し得る重合性液晶材料であれば特に限定されるものではないが、分子の両末端に重合性官能基があることが、耐熱性のよい光学素子を得る上で好ましい。
【００３１】
このような重合性液晶材料の一例としては、例えば下記の一般式（１）で表わされる化合物（Ｉ）や下記に示す化合物を挙げることができる。化合物（Ｉ）としては、一般式（１）に包含される化合物の２種を混合して使用することも可能である。
【００３２】
重合性液晶材料としては、一般式（１）に包含される化合物や下記の化合物の２種以上を混合して使用することもできる。
【００３３】
【化１】
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【化２】
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化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ水素又はメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ１及びＲ２は共に水素であることが好ましい。Ｘ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、ニトロ基のいずれであっても差し支えないが、塩素又はメチル基であることが好ましい。また、化合物（Ｉ）の分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すａ及びｂは、それぞれ個別に２〜１２の範囲で任意の整数を取り得るが、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）の化合物は、安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物自体の結晶性が高い。また、ａ及びｂがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物は、アイソトロピック転移温度（ＴＩ）が低い。この理由から、これらの化合物はどちらも液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。
【００３４】
上述した例では、重合性液晶モノマーの例を挙げたが、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子等を用いることも可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶高分子としては、従来提案されているものを適宜選択して用いることが可能である。
【００３５】
本発明においては、また、ネマチック液晶にカイラル剤を加えた、コレステリック規則性を有するカイラルネマチック液晶を、好適に使用することもできる。カイラル剤としては、光学活性な部位を有する低分子化合物であり、分子量１５００以下の化合物を意味する。カイラル剤は主として化合物（Ｉ）が発現する正の一軸ネマチック規則性に螺旋ピッチを誘起させる目的で用いられる。この目的が達成される限り、化合物（Ｉ）や上記の化合物と、溶液状態あるいは溶融状態において相溶し、上記ネマチック規則性をとりうる重合性液晶材料の液晶性を損なうことなく、これに所望の螺旋ピッチを誘起できるものであれば、下記に示すカイラル剤としての低分子化合物の種類は特に限定されないが、分子の両末端に重合性官能基があることが耐熱性のよい光学素子を得る上で好ましい。液晶に螺旋ピッチを誘起させるために使用するカイラル剤は、少なくとも分子中に何らかのキラリティーを有していることが必須である。従って、本発明で使用可能なカイラル剤としては、例えば１つあるいは２つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミン、キラルなスルフォキシド等のようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、あるいはクムレン、ビナフトール等の軸不斉を持つ化合物が例示できる。さらに具体的には、市販のカイラルネマチック液晶、例えば、Ｍｅｒｃｋ社製Ｓ−８１１等が挙げられる。
【００３６】
しかし、選択したカイラル剤の性質によっては、化合物（Ｉ）が形成するネマチック規則性の破壊、配向性の低下、あるいは該化合物が非重合性の場合には、液晶性組成物の硬化性の低下、硬化フィルムの信頼性の低下を招くおそれがある。さらに、光学活性な部位を有するカイラル剤の多量使用は、組成物のコストアップを招く。従って、短ピッチのコレステリック規則性を有する円偏光制御光学素子を製造する場合には、本発明の液晶性組成物に含有させる光学活性な部位を有するカイラル剤には、螺旋ピッチを誘発する効果の大きなカイラル剤を選択することが好ましく、具体的には一般式（２）、（３）または（４）で表されるような分子内に軸不斉を有する低分子化合物（ＩＩ）の使用が好ましい。
【００３７】
【化３】
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【化４】
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【化５】
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カイラル剤（ＩＩ）を表わす一般式（２）、（３）又は（４）において、Ｒ４は水素又はメチル基を示す。Ｙは上記に示す式（ｉ）〜（ｘｘｉｖ）の任意の一つであるが、なかでも、式（ｉ），（ｉｉ），（ｉｉｉ），（ｖ）及び（ｖｉｉ）の何れか一つであることが好ましい。また、アルキレン基の鎖長を示すｃ及びｄ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。ｃ又はｄの値が０又は１である一般式（２）又は（３）の化合物は、安定性に欠け、加水分解を受けやすく、結晶性も高い。一方、ｃ又はｄの値が１３以上である化合物は融点（Ｔｍ）が低い。これらの化合物は液晶性を示す化合物（Ｉ）と、もしくは化合物（Ｉ）との相溶性が低下し、濃度によっては相分離等が起きるおそれがある。
【００３８】
本発明の重合性液晶材料に配合されるカイラル剤の量は、螺旋ピッチ誘起能力や最終的に得られる円偏光制御光学素子のコレステリック性を考慮して最適値が決められる。具体的には、用いる重合性液晶材料により大きく異なるものではあるが、重合性液晶材料の合計量１００重量部当り、０．０１〜６０重量部、好ましくは０．１〜４０重量部、さらに好ましくは０．５〜３０重量部、最も好ましくは１〜２０重量部の範囲で選ばれる。この配合量が上記範囲よりも少ない場合は、重合性液晶材料に充分なコレステリック性を付与できない場合があり、上記範囲を越える場合は、分子の配向が阻害され、活性放射線によって硬化させる際に悪影響を及ぼす危惧がある。
【００３９】
本発明においては、このようなカイラル剤としては、特に重合性を有することが必須ではない。しかしながら、得られる光学機能層の熱安定性等を考慮すると、上述した重合性液晶材料と重合し、コレステリック規則性を固定化することが可能な重合性のカイラル剤を用いることが好ましい。特に、分子の両末端に重合性官能基があることが、耐熱性のよい光学素子を得る上で好ましい。
【００４０】
液晶を硬化させる方法としては、三次元架橋方法を用いる場合は、例えば、液晶分子に光重合開始剤を添加して紫外線照射によって硬化させる。また、直接電子線を照射して硬化させる方法を用いることもできる。このようにして液晶分子を三次元架橋して硬化させ液晶層を得ることができる。なお、配向した液晶を形成するに際して、重合性モノマー分子もしくは重合性オリゴマー分子、または液晶ポリマーを溶剤に溶解してコーティング液とし、基材上に塗布するようにしてもよい。その場合には三次元架橋を行うか、または冷却前に乾燥を行う必要がある。
【００４１】
光重合開始剤としては、ベンジル（ビベンゾイルとも言う）、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。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発名の目的が損なわれない範囲で添加することもできる。
【００４２】
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜２０質量％、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは、０．５〜５質量％の範囲で重合性液晶材に添加することができる。
【００４３】
＜基材＞
上記のように、本発明の半透過型偏光素子は、配向能を有する基材上に液晶層を形成することが好ましい。このような配向能を有する基材としては、基材そのものが配向能を有するものである場合と、透明基板上に配向膜が形成されて配向能を有する基材として機能するものとを挙げることができる。
【００４４】
基材そのものが配向能を有するものとして、基材が延伸フィルムである場合を挙げることができる。このように延伸フィルムを用いることにより、その延伸方向に沿って液晶材料を配向させることが可能である。したがって、基材の調製は、単に延伸フィルムを準備することにより行うことができるため、工程上極めて簡便であるという利点を有する。このような延伸フィルムとしては、市販の延伸フィルムを用いることも可能であり、また必要に応じて種々の材料の延伸フィルムを形成することも可能である。
【００４５】
具体的には、ポリカーボネート系高分子、ポリアリレートやポリエチレンテレフタレートの如きポリエステル系高分子、ポリイミド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリエチレンやポリプロピレンの如きポリオレフィン系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、酢酸セルロース系高分子、ポリ塩化ビニル系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子等の熱可塑性ポリマーなどからなるフィルムや、液晶ポリマーからなるフィルムなどを挙げることができる。
【００４６】
本発明においては、中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが、延伸倍率のレンジ幅が広い点、さらには入手のしやすさ等の観点から好ましく用いられる。
【００４７】
本発明に用いられる延伸フィルムの延伸率としては、配向能が発揮し得る程度の延伸率であれば特に限定されるものはない。したがって、２軸延伸フィルムであっても２軸間で延伸率が異なるものであれば用いることが可能である。
【００４８】
この延伸率は、用いる材料により大きく異なるものであり、特に限定されるものではないが、一般的には１５０％〜３００％程度のものを用いることが可能であり、好ましくは２００％〜２５０％のものが用いられる。
【００４９】
また、透明基板上に配向膜が形成されて配向能を有する基材では、配向膜を選択することにより、比較的広範囲の配向方向を選択することが可能であるという利点を有する。透明基板上に塗布する配向膜形成用塗工液の種類を選択することにより、種々の配向方向を実現することが可能であり、かつより効果的な配向を行うことができる。このような配向膜としては、通常、液晶表示装置等において用いられる配向膜を好適に用いることが可能であり、一般的には、基材フィルムに配向膜を積層させるか、または基材フィルムもしくはこれに積層された配向膜をラビングすることにより、基材フィルムに配向能を付与することができる。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。また、ラビング処理は、レーヨン、綿、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート等の材料から選択されるラビング布を金属ロールに巻きつけ、これをフィルムに接した状態で回転させるか、ロールを固定したまま基材フィルムを搬送することにより、フィルム面をラビングで摩擦する方法が通常用いられる。また、光配向膜を用いることも可能である。
【００５０】
なお、透明基材としては、透明材料により形成されたものであれば特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。
【００５１】
【実施例】
実施例１
一辺が１００ｍｍのガラス基板上にポリイミド膜を０．０７μｍ厚で成膜し、ラビング処理を施した支持体を準備した。次に紫外線硬化型ネマチック液晶からなる主剤に所定のカイラル剤を添加したモノマー混合液晶と光重合開始剤とをトルエンに溶解して、以下のコレステリック液晶溶液を調製した。カイラル剤の種類により、それぞれ４２０ｎｍ、４７０ｎｍ、５２０ｎｍ、５８０ｎｍ、６５０ｎｍ、および７２０ｎｍの中心反射波長を有するコレステリック液晶溶液を調整した。
【００５２】
これらのコレステリック液晶溶液を支持体上に塗布し溶剤を除去後、当該コレステリック液晶相の全面に紫外線を照射して硬化させ、コレステリック層を形成した。画素分割は、それぞれ一辺が３０μｍの四角の画素ＡおよびＢが交互に並びあうようにパターニングを行った（図２参照）。画素Ａの部分には、４２０ｎｍの中心反射波長の上記コレステリック液晶を２．５μｍ厚で、５２０ｎｍのものを３．１μｍ厚で、および６５０ｎｍのものを４．４μｍ厚でこの順で支持体上に形成した。また、画素Ｂ部分には、４７０ｎｍのものを２．８μｍ厚で、５８０ｎｍのものを３．８μｍ厚で、および７２０ｎｍのものを４．８μｍ厚でこの順で支持体上に形成し半透過型偏光素子１を得た。
【００５３】
実施例２
実施例１で用いた支持体およびコレステリック液晶溶液と同様のものを用いて、図４に示すような画素分割で、半透過偏光素子２を得た。画素Ａ部分には、４２０ｎｍの中心反射波長を有するコレステリック液晶を２．３μｍ厚で、７２０ｎｍのものを４．８μｍ厚でこの順で支持体上に形成した。画素Ｂ部分には、４７０ｎｍのものを２．８μｍ厚で、６５０ｎｍのものを４．４μｍ厚でこの順で形成した。また、画素Ｃ部分には、５２０ｎｍのものを３．１μｍ厚で、５８０ｎｍのものを３．８μｍ厚でこの順で支持体上に形成した。
【００５４】
実施例３
実施例１で用いた支持体およびコレステリック液晶溶液と同様のものを用いて、図４に示すような画素分割で、半透過偏光素子３を得た。　画素Ａの部分には、４２０ｎｍの中心反射波長の上記コレステリック液晶を２．５μｍ厚で、５２０ｎｍのものを３．１μｍ厚で、および６５０ｎｍのものを４．４μｍ厚でこの順で支持体上に形成した。また、画素Ｂ部分には、４７０ｎｍのものを２．８μｍ厚で、５８０ｎｍのものを３．８μｍ厚で、および７２０ｎｍのものを４．８μｍ厚でこの順で支持体上に形成し、画素Ｃの部分には、コレステリック液晶相の等方相転移温度以上にして、紫外線照射を行って等方層を形成した。
【００５５】
実施例４
実施例１で用いた支持体およびコレステリック液晶溶液と同様のものを用いて、図８に示すような画素分割で、半透過偏光素子４を得た。画素Ａの部分には、４２０ｎｍの中心反射波長の上記コレステリック液晶を２．５μｍ厚で、５２０ｎｍのものを３．１μｍ厚で、および６５０ｎｍのものを４．４μｍ厚でこの順で支持体上に形成した。また、画素Ｂ部分には、４７０ｎｍのものを２．８μｍ厚で、５８０ｎｍのものを３．８μｍ厚で、および７２０ｎｍのものを４．８μｍ厚でこの順で支持体上に形成し、画素Ｃの部分は、直径１５μｍの円形になるようにパターニングを行い、コレステリック液晶部分を除去して形成した。
【００５６】
比較例１
実施例１で用いた支持体およびコレステリック液晶溶液と同様のものを用いて、一辺が５０μｍの四角の画素ＡおよびＢが交互に並びあうようにパターニングを行った（図２参照）。画素Ａの部分には、４２０ｎｍの中心反射波長を有するコレステリック液晶層を２．５μｍ厚で、４７０ｎｍのものを２．８μｍ厚で、５２０ｎｍのものを３．１μｍ厚で、５８０ｎｍのものを３．８μｍ厚で、６５０ｎｍのものを４．４μｍ厚で、さらに７２０ｎｍのものを４．８μｍ厚でこの順に支持体上に形成し、画素Ｂの部分には、パターニングによりコレステリック液晶層を除去し、半透過偏光素子５を得た。
【００５７】
比較例２
比較例１において、画素Ａと画素Ｂとの面積比率が２８：７２となるようにパターニングして画素Ｂ部分のコレステリック液晶層を除去して、半透過偏光素子６を得た。
【００５８】
比較例３
実施例１で用いた支持体およびコレステリック液晶溶液と同様のものを用いて、支持体の全面上に４２０ｎｍの中心反射波長を有するコレステリック液晶層を０．７μｍ厚で、４７０ｎｍのものを０．９μｍ厚で、５２０ｎｍのものを１．０μｍ厚で、５８０ｎｍのものを１．３μｍ厚で、６５０ｎｍのものを１．４μｍ厚で、さらに７２０ｎｍのものを１．６μｍ厚でこの順に形成し、半透過偏光素子７を得た。
【００５９】
実施例１〜４および比較例１〜３で得られた半透過偏光素子の反射層部分の膜厚、４００〜７５０ｎｍの波長帯域での偏光反射率、偏光反射光の光学的斑の有無を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2004138796.tif 000008
本発明の半透過偏光素子では、従来のパターニングによる全波長帯域反射型の偏光素子（比較例１および２）に比較して、約１／２の厚さになる。また、従来の膜厚調整型の偏光素子（比較例３）と同程度の厚みにしても、光学的な斑は発生しない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の半透過型円偏光素子では、所定波長帯域の反射率が実質的に１００％である反射領域を画素毎に複数設け、かつ各画素が異なる波長帯域の円偏光を反射する構造にすることにより、偏光素子全体として可視光帯域全体をカバーするとともに、一画素を構成する反射層の厚みを抑えることができ、また、円偏光反射層としてコレステリック液晶層を用い、コレステリック層の螺旋ピッチを調整することにより、所定の反射波長帯域の円偏光を反射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半透過型偏光素子の概略断面図を示したものである。
【図２】本発明の半透過型偏光素子の一主面図を示したものである。
【図３】本発明の半透過型偏光素子を構成する反射層の偏光反射率特性を示したものである。
【図４】本発明の他の態様である半透過型偏光素子の一主面図を示したものである。
【図５】本発明の他の態様である半透過型偏光素子を構成する反射層の偏光反射率特性を示したものである。
【図６】本発明の他の態様である半透過型偏光素子の概略断面図を示したものである。
【図７】本発明の他の態様である半透過型偏光素子の一主面図を示したものである。
【図８】本発明の他の態様である半透過型偏光素子の一主面図を示したものである。
【符号の説明】
１　基材
２　液晶層（コレステリック液晶層）
【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】
2004138796.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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