(57)【要約】【課題】本発明においては、Ｎ−メチル−２−ピロリドンのような、極性が大きい溶剤を用いることなく、樹脂を溶液化することが可能で、形成の際に、高温でのアニールを要しない配向膜を備えた光学素子を提供することを課題とする。【解決手段】透明樹脂シート上に、配向膜および液晶層が記載順に積層されたものであって、前記配向膜をポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン等のポリアミノ酸で構成し、液晶層を好ましくは重合性液晶組成物の配向硬化物として課題を解決することができた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂シート上に、配向膜および液晶層が記載順に積層されたものであって、前記配向膜がポリアミノ酸で構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記ポリアミノ酸が、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン、または、これらのいずれかの誘導体であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記液晶層が、重合性ネマチック液晶および重合性カイラル剤、または重合性ネマチック液晶が配向し、硬化した配向硬化物で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
透明樹脂シート上に、配向膜および液晶層を順次積層する際に、前記配向膜の形成に樹脂溶液を用いて行なうこと、および前記樹脂溶液として、樹脂成分がポリアミノ酸であり、溶剤成分としてトルエンもしくは酢酸エチルのいずれか、または両方を５０％以上含むものを用いることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記ポリアミノ酸が、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン、または、これらのいずれかの誘導体であることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
偏光光を出射する偏光光源装置、偏光光源装置により照明されて偏光光の明暗表示を制御する液晶セルとを備え、前記液晶セル内に請求項１〜請求項３いずれか記載の光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差基板もしくは選択反射型フィルタ等の光学素子、およびそのような光学素子の製造方法に関するものである。また、本発明はそのような光学素子を用いて構成された液晶表示素子に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置における液晶は、方向によって屈折率の異なる屈折率異方性を有しているため、液晶表示装置を正面から見る場合には問題が生じないが、斜め方向から見る場合には、画像が暗くなる等、表示の品位が低下する、いわゆる視野角依存性を有している。
【０００３】
視野角依存性を改善する方策として、光学補償が可能な位相差層を配置する必要があるが、従来、フィルムを１軸方向もしくは２軸方向に延伸したものを用いていたのに代え、液晶を配向させたものを位相差層として用いることが行なわれるようになってきており、厚みを従来のフィルムにくらべて１／１０程度に薄くでき、また、液晶セル内に配置することが可能になる利点が生じる。
【０００４】
基材上に液晶層を形成して配向させ、位相差層とする際には、基材上に予め配向膜を形成しておくことが望ましく、一般的にはポリイミド等の高分子の溶液を基材上に塗布して塗膜を形成し、形成後、乾燥させ、その後、一定方向にこするラビングを行なって、配向膜を形成している。あるいは、配向膜に偏光紫外線を照射し、偏光方向に配向させる光配向法や、ＳｉＯもしくはＴｉＯ2等を基材上に斜め蒸着し、蒸着方向によった配向を行なわせる蒸着配向法もある。これらの方法のうち、光配向法や蒸着配向法は、装置が複雑化するきらいがあり、一般的な配向膜の形成法である塗布およびラビングの方が製造上有利である。
【０００５】
一般的な方法であるポリイミド系樹脂を用いた配向膜の形成方法においては、ポリイミド系樹脂の前駆体であるポリアミック酸を溶解して溶液とする際に、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いている。Ｎ−メチル−２−ピロリドンは、極性が大きく、溶解性および安全性に優れ、また、ほとんどの有機溶媒と相溶性がある点で、溶剤としての利点が多いものの、基材を溶解したり膨潤する恐れがあり、基材がプラスチックである場合には悪影響を及ぼしやすい。典型的な例が、基材としてＴＡＣフィルムを用いる場合であって、ＴＡＣフィルムは、表面の一部が溶解するので、白化等の外観不良となることがある。また、ポリイミド系樹脂を用いた配向膜の形成方法においては、塗膜を乾燥させた後、２００℃前後の高温でアニールする必要があり、この点も、基材に悪影響を及ぼしやすい。
【０００６】
互いに対向する表面に液晶配向膜が形成された２枚の基板間に液晶が封入された液晶素子において、液晶配向膜がポリアミノ酸からなるものが知られている。（特許文献１、特許文献２）
【特許文献１】特開平７−１１０４８７号公報。
【特許文献２】特開平９−５７５２号公報。
【０００７】
しかし、特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、基板としてはガラス基板を用いており、また、ポリアミノ酸からなる配向膜を用いたことによる効果は、印加電圧に対する高速応答が可能になることである上、位相差板等の光学素子を得ようとする思想は見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明においては、Ｎ−メチル−２−ピロリドンのような、極性が大きい溶剤を用いることなく、樹脂を溶液化することが可能で、形成の際に、高温でのアニールを要しない配向膜を備えた光学素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者の検討により、ポリイミド系樹脂に代えて、ポリアミノ酸を用いることにより、上記した樹脂を溶液化する際の溶剤が基材を侵食する問題や、高温でのアニールにより基材が劣化する問題を解消し得ることが判明し、これらに基づいて本発明に到達することができた。
【００１０】
課題を解決する第１の発明は、透明樹脂シート上に、配向膜および液晶層が記載順に積層されたものであって、前記配向膜がポリアミノ酸で構成されていることを特徴とする光学素子に関するものである。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記ポリアミノ酸が、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン、または、これらのいずれかの誘導体であることを特徴とする光学素子に関するものである。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記液晶層が、重合性ネマチック液晶および重合性カイラル剤、または重合性ネマチック液晶が配向し、硬化した配向硬化物で構成されていることを特徴とする光学素子に関するものである。
【００１３】
第４の発明は、透明樹脂シート上に、配向膜および液晶層を順次積層する際に、前記配向膜の形成に樹脂溶液を用いて行なうこと、および前記樹脂溶液として、樹脂成分がポリアミノ酸であり、溶剤成分としてトルエンもしくは酢酸エチルのいずれか、または両方を５０％以上含むものを用いることを特徴とする光学素子の製造方法に関するものである。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明において、前記ポリアミノ酸が、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン、または、これらのいずれかの誘導体であることを特徴とする光学素子の製造方法に関するものである。
【００１５】
第６の発明は、偏光光を出射する偏光光源装置、偏光光源装置により照明されて偏光光の明暗表示を制御する液晶セルとを備え、前記液晶セル内に請求項１〜請求項３いずれか記載の光学素子が配置されていることを特徴とする液晶表示装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、配向膜をポリアミノ酸で構成することにより、溶液化する際の溶剤として、極性の比較的低いものを用いることが可能になり、また、塗膜を高温でアニールすることが無いので、透明樹脂シートの劣化による欠点が少ない光学素子を提供することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、具体的なポリアミノ酸を特定したので、より実用性の高い光学素子を提供することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、請求項１または請求項２の発明の効果に加えて、液晶層が、重合性液晶が配向し、硬化した配向硬化物で構成されているので、特定の光学的機能を長期にわたって維持することが可能な光学素子を提供することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、樹脂成分がポリアミノ酸、溶剤成分がトルエンもしくは酢酸エチルである樹脂溶液を用いることにより、透明樹脂シートに影響を及ぼすことなく、配向膜を形成することが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、第４の発明の効果に加えて、具体的なポリアミノ酸を特定したので、樹脂溶液としてより実用的なものを用いることが可能な光学素子の製造方法を提供することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、請求項１〜請求項３いずれかの発明の効果を発揮し得る光学素子が液晶セル内に配置された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】
【００２２】
本発明において、配向膜を構成する好ましい素材は、ポリアミノ酸であり、より具体的には、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、もしくはポリアラニン等、または、これらのいずれかの誘導体である。これらのポリアミノ酸、またはポリアミノ酸の誘導体は、１種もしくは１種以上配合して用いることもできる。
【００２３】
これらのポリアミノ酸、またはポリアミノ酸の誘導体は、溶剤に対する溶解性および得られる塗膜の耐久性の点で、分子量が１０００以上であることが好ましく、物性の安定性の面でウレタン等による変性を行なった共重合体であることがより好ましい。
【００２４】
ポリアミノ酸（以降において、「ポリアミノ酸」は、ポリアミノ酸の誘導体も含む意味で用いる。）を用いての配向膜を形成するには、ポリアミノ酸を溶剤で溶解し、塗布用の樹脂溶液を作成する。
【００２５】
ポリアミノ酸を溶解するための溶剤としては、種々の溶剤を使用することができるが、好ましくは比較的極性の小さい溶剤を用い、極性の大きい溶剤を用いる場合においては、極性の大きい溶剤の配合割合を少なくすることが好ましい。この意味で、比較的、溶解性が高く、汎用性があり、他の溶剤との相溶性の高いトルエン、もしくは酢酸エチルのいずれか一方、またはトルエンおよび酢酸エチルの両方を、使用する溶剤中、５０％以上を占めるようにして用いることが好ましく、ポリアミノ酸の溶解性の問題が無ければ、最大１００％まで支障が無い。なお、この明細書中、配合比や溶液の濃度（％）はいずれも質量基準である。
【００２６】
溶剤としては、好ましくは、上記のトルエン、もしくは酢酸エチルの配合割合に従った上で、ポリアミノ酸に対する溶解性の高い溶剤、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、もしくはＤＯＸ（ジオキセタン、もしくはビス（３−メチル−３−オキセタニルメチル）エーテルと言う。）等を配合したものであってもよい。
【００２７】
ポリアミノ酸と上記の溶剤とは、質量比で、ポリアミノ酸と溶剤の合計に対するポリアミノ酸の割合が１％〜５％程度であることが好ましく、下限未満では、均一な配向膜の形成が難しく、また上限を超えると粘度が高くなるため、下限未満の場合と同様に均一な配向膜の形成が難しくなる。
【００２８】
上記の樹脂溶液を用いて配向膜を形成するには、公知の種々の方法を利用して、対象物に適用する。対象物は、後に述べるが、代表的には、無機もしくは有機の基材である。適用の方式としては、スピンコーティング、バーコーティング、もしくはグラビアコーティング等のコーティング法、またはシルクスクリーン印刷、グラビア印刷等の印刷法等のうちから選択することができる。
【００２９】
適用後の塗膜は溶剤を含んでいるので、好ましくは送風による乾燥、より好ましくは熱風を送ることにより乾燥させ、溶剤を蒸発させる。循環式の熱風オーブンもしくは乾燥炉等を利用するとよい。使用するポリアミノ酸や溶剤にもよるが、加熱する場合の温度としては、８０℃〜１２０℃程度であり、時間としては、３０秒〜３分間程度である。
【００３０】
この乾燥により得られた乾燥塗膜は、本発明において配向膜として利用することができる。なお、従来、行なっているラビングを行なってよく、ラビングを行なうことを禁じるものではないが、カイラルネマチック液晶を用いる場合には、一軸の配向性を要求していないため、ラビングなしでよく、本発明においても、好ましくはラビングを行なわないものとする。
【００３１】
このような配向膜を形成する対象の基材（基板とも言うことがある。）として好ましいのは、有機質の透明樹脂シートであり、例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート（＝ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース（＝ＴＡＣ）、もしくはシンジオタクティック・ポリスチレン等、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、もしくはポリエーテルニトリル等、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、もしくはポリノルボルネン系樹脂等、または、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、もしくは熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、ポリプロピレンやその他の一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。透明樹脂シートの厚みには、特に限定は無いが、用途に応じ、例えば、５μｍ〜１ｍｍ程度のものが使用される。
【００３２】
透明樹脂シートは、ガラス板等の無機基材にくらべ、溶剤の種類による溶解や劣化等の問題が目立つものであり、とりわけ、極性の比較的高い樹脂を素材とする透明樹脂シートにおいては、大きな問題となるものである。特に、セルロース樹脂系フィルム、中でもＴＡＣフィルムは、透明性が優れ、光学的異方性が少ないところから、光学素子の基材として使用するのに適しているものの、溶剤に対する溶解性が比較的大きいため、本発明の配向膜を適用する利点が大きい。
【００３３】
透明樹脂シートは、上記の素材で構成された、「透明樹脂シートのみからなるもの」であってもよいが、この種の光学素子が有していることが多い、他の光学要素を備えていてもよく、例えば、カラーフィルタ層をそなえていてもよく、あるいは、カラーフィルタ層と共にブラックマトリックスを備えていてもよい。なお、この説明では、透明樹脂シート上にカラーフィルタ層が積層されているか、または透明樹脂シート上にブラックマトリックスおよびカラーフィルタ層が積層されている、さらに上に配向膜および液晶層を積層することを想定しているが、透明樹脂シート、配向膜、および液晶層が順に積層された液晶層側に、カラーフィルタ層、またはブラックマトリックスおよびカラーフィルタ層が積層されることも差し支えない。
【００３４】
液晶層は、所定の温度で液晶相となり得る液晶材料が、所定の液晶規則性を有して硬化することにより形成されたものである。液晶相を示す温度の上限は、基材の透明樹脂シートおよびポリアミノ酸からなる配向膜がダメージを受けない温度であれば特に限定されるものはない。具体的には、プロセス温度のコントロールの容易性と寸法精度維持の観点から１２０℃以下が好ましく、より好ましくは１００℃以下の温度で液晶相となる液晶材料が好適に用いられる。一方、液晶相を示す温度の下限は、光学素子として用いる際に、液晶材料が配向状態を保持し得る温度であるといえる。
【００３５】
本発明の光学素子が位相差板もしくは位相差シートとして用いられる場合、液晶材料としては、重合性液晶材料を用いることが好ましい。重合性液晶材料は、所定の活性放射線を照射することにより重合させて用いることができ、重合させた状態では配向状態は固定化されているので、重合性液晶材料を用いる場合には、液晶相となる温度の下限は特に限定されるものではない。
【００３６】
重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、もしくは重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができ、相互に混合して用いることもできる。重合性液晶材料は、配向状態を固定化することが可能であるので、液晶の配向を低温で容易に行なうことが可能であり、かつ使用に際しては配向状態が固定化されているので、温度等の使用条件にかかわらす使用することができる。
【００３７】
重合性液晶材料としては、上記のうちでも、特に重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度が高いことから、配向させることが容易だからである。
【００３８】
具体的な重合性液晶モノマーとしては、下記の一般式（１）で表わされる化合物（Ｉ）、および下記の一般式（２）で表わされる化合物（ＩＩ）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種以上を混合して使用することもでき、同様に、化合物（ＩＩ）としては、一般式（２）に包含される化合物の２種以上を混合して使用することもできる。また、化合物（Ｉ）を１種以上と化合物１種以上を混合して使用することもできる。
【化１】
2005140877.tif 000002
【化２】
2005140877.tif 000003
【００３９】
化合物（Ｉ）を表わす一般式（１）において、Ｒ1およびＲ2はそれぞれ水素また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および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、もしくはニトロ基のいずれであっても差し支えないが、塩素また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であるアルキレン基の鎖長を示すａおよび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および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。
【００４０】
化合物（Ｉ）は任意の方法で合成することができる。例えば、Ｘがメチル基である化合物（Ｉ）は、１当量のメチルヒドロキノンと２当量の４−（ｍ−（メタ）アクリロイロキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応により得ることができる。エステル化反応は、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これとメチルヒドロキノンとを反応させるのが通例である。また、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の縮合剤を用いて、カルボン酸単位とメチルヒドロキノンを直接反応させることもできる。これ以外の方法としては、１当量のメチルヒドロキノンと、２当量の４−（ｍ−ベンジルオキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応をまず行ない、次いで得られたエステルを水素添加反応等により脱ベンジル化した後、分子末端をアクリロイル化する方法によっても、化合物（Ｉ）を合成することができる。メチルヒドロキノンと４−（ｍ−ベンジルオキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応を行なうに際しては、メチルヒドロキノンをジアセテートに導入した後、上記の安息香酸と溶融状態で反応させ、直接エステル体を得ることも可能である。一般式（１）のＸがメチル基でない場合の化合物（Ｉ）も、対応する置換基を有するヒドロキノンを、メチルヒドロキノンの代わりに用いて上と同様の反応を行うことにより得ることができる。
【００４１】
化合物（ＩＩ）を表わす一般式（２）において、Ｒ3は水素またはメチル基を示すが、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ3は水素であることが好ましい。アルキレン基の鎖長を示すｃに関して言えば、この値が２〜１２である化合物（ＩＩ）は液晶性を示さない。しかしながら、液晶性を持つ化合物（Ｉ）との相溶性を考慮すると、ｃは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より好ましい。化合物（ＩＩ）も任意の方法で合成可能であり、例えば、１当量の４−シアノフェノールと１当量の４−（ｎ−（メタ）アクリロイロキシアルコキシ）安息香酸とのエステル化反応により化合物（ＩＩ）を合成することができる。このエステル化反応は化合物（Ｉ）を合成する場合と同様に、上記安息香酸を酸クロリドやスルホン酸無水物などで活性化し、これと４−シアノフェノールとを反応させるのが一般的である。また、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の縮合剤を用いて上記安息香酸と４−シアノフェノールを反応させてもよい。
【００４２】
以上の他、本発明においては、重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマー等を用いることが可能である。このような重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーとしては、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。
【００４３】
本発明においては、重合性液晶材料に加え、必要に応じて光重合開始剤を用いてもよい。電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合があるが、一般的に用いられている例えば紫外線（ＵＶ）照射による硬化の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。
【００４４】
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、もしくは１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１％〜２０％が好ましく、より好ましくは０．１％〜１０％であり、もっと好ましくは０．５％〜５％の範囲で、本発明の重合性液晶材料に添加することができる。なお、光重合開始剤の他に、本発明の目的が損なわれない範囲で増感剤を添加することも可能である。
【００４５】
本発明における液晶層の膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、０．２〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。本発明の光学素子を光学補償素子として用いる場合、液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の光学異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の光学異方性が得られない場合があるからである。よって、液晶層の膜厚は、必要な光学異方性に準じて決定すればよい。
【００４６】
重合性液晶材料は、必要に応じて光重合開始剤、増感剤等を配合して液晶層形成用組成物を調製して用い、配向膜上に塗工し、液晶層形成用層を形成する。液晶層形成用層を形成する方法としては、例えばドライフィルム等を予め形成してこれを液晶層形成用層としたものを配向膜上に積層する方法や、液晶層形成用組成物を融解させて配向膜上に塗工する方法等をとることも可能であるが、本発明においては、液晶層形成用組成物としては溶媒を加えて、その他の成分を溶解した塗工用組成物を用いて配向膜上に塗工し、溶媒を除去することにより液晶層形成用層を形成することが好ましい。これは、他の方法と比較して工程上簡便であるからである。
【００４７】
溶媒としては、上述した重合性液晶材料等を溶解することが可能な溶媒であり、かつ配向膜の配向能を阻害しない溶媒であれば特に限定されるものではなく、具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、もしくは２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、もしくはγ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、もしくはジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、もしくはオルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、もしくはブチルセルソルブ等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類等の１種または２種以上が使用可能である。
【００４８】
単一種の溶媒を使用しただけでは、重合性液晶材料等の溶解性が不充分であったり、上述したように配向能を有する配向膜が侵食される場合がある。しかし２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記した溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素系溶媒とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール類との混合系である。溶液の濃度は、重合性液晶材料等の溶解性や製造しようとする液晶層の膜厚に依存するため一概には規定できないが、通常は１％〜６０％が好ましく、より好ましくは３％〜４０％の範囲で調整される。
【００４９】
本発明に用いられる液晶層形成用組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、上記以外の化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族もしくは脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物、またはアクリル基もしくはメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。本発明の液晶層形成用組成物に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択され、一般的には、本発明の液晶層形成用組成物の４０％以下であることが好ましく、より好ましくは２０％以下である。これらの化合物の添加により、本発明における液晶材料の硬化性が向上し、得られる液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【００５０】
また、溶剤を配合した液晶層形成用組成物には、塗工を容易にするために界面活性剤等を加えることができる。添加可能な界面活性剤を例示すると、イミダゾリン、第四級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体等の陽イオン系界面活性剤；ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、第一級あるいは第二級アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコールおよびそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、脂肪族あるいは芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物等の陰イオン系界面活性剤；ラウリルアミドプロピルベタイン、ラウリルアミノ酢酸ベタイン等の両性系界面活性剤；ポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン系界面活性剤；パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基・親水性基含有オリゴマー、パーフルオロアルキル・親油基含有オリゴマーパーフルオロアルキル基含有ウレタン等のフッ素系界面活性剤などが挙げられる。界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、液晶材料の種類、溶媒の種類、さらには溶液を塗工する配向膜の種類にもよるが、通常は溶液に含まれる重合性液晶材料の１０ｐｐｍ〜１０％が好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ〜５％であり、もっと好ましくは０．１〜１％の範囲である。
【００５１】
液晶層形成用組成物を塗工する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、浸漬引き上げ法、ダイコート法、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、もしくは押し出しコート法等が挙げられる。液晶層形成用組成物を塗工した後、溶媒を除去する方法としては、例えば、風乾、加熱除去、もしくは減圧除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行なわれる。溶媒が除去されることにより、液晶層形成用層が形成される。
【００５２】
このようにして形成された液晶層形成用層の層内の液晶材料を、配向膜表面で硬化させ、液晶規則性を有する状態とする。液晶規則性を有する状態とするには、通常はＮ−Ｉ転移点以下で熱処理する。ここで、Ｎ−Ｉ転移点とは、液晶材料が液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。
【００５３】
液晶規則性を有する層となった液晶層形成用層に対して、次に、液晶の配向を固定化するための配向固定化工程が行われる。配向固定化工程は、液晶層形成用層に対して、重合を活性化する活性放射線を照射する工程であり、活性放射線とは、重合性の材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線を言い、必要であれば重合性材料内に重合開始剤が含まれていてもよい。活性放射線としては、重合性液晶材料を重合せさることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍの光が好ましく、より好ましくは２５０〜４５０ｎｍであり、もっと好ましくは３００〜４００ｎｍの波長の紫外線である。
【００５４】
本発明においては、紫外線（ＵＶ）を活性放射線として照射し、紫外線で重合開始剤からラジカルを発生させ、ラジカル重合を行なわせる方法が好ましい。活性放射線としてＵＶを用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。
【００５５】
この紫外線を照射するための光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、もしくはショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）等を挙げることができる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ灯等の使用が推奨される。照射強度は、液晶層を形成している重合性液晶材料の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜に調整すればよい。
【００５６】
活性放射線の照射による配向固定化工程は、上述した液晶層形成用層を形成する工程における処理温度、すなわち重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行なってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行なってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。
【００５７】
本発明の光学素子は、液晶表示装置の液晶セル内に適用することにより、光学的特性が整えられた液晶表示装置とすることができる。液晶表示装置は、基本的には偏光光を出射する偏光光源装置と、一対の基板間に液晶が封止されて構成された液晶セルとから構成され、偏光光源装置からの偏光光によって照明された液晶セルが、両基板の内側に有する電極に信号を流すことにより、偏光光の明暗表示を制御して表示を行なわせるものである。本発明の光学素子は、液晶セルの一方の基板に適用することにより、実際には、一方の基板を光学素子で置き換えることにより、光学素子の液晶層が持つ光学的機能を液晶表示装置に付与することができる。
【実施例１】
【００５８】
基材として、厚みが８０μｍのＴＡＣフィルムを用い、その片面にポリγ−メチル−Ｌ−グルタメートの１０％溶液（溶剤組成；トルエン／酢酸エチル／Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド／ＤＯＸ＝４０／２０／２０／２０）をバーコーティング法により湿潤状態で２μｍの厚みになるよう塗布し、塗布後、温度；１００℃のオーブン中で温風乾燥させ、ラビングは行なわずに、厚み；０．２μｍの配向膜とした。塗布および乾燥の各工程において、基材として用いたＴＡＣフィルムが溶剤により変形することはなく、取り扱い上の問題は生じなかった。
【００５９】
次に、配向膜上に、紫外線硬化型のカイラルネマチック液晶組成物（３０％トルエン溶液）をダイコーティング法により塗布し、塗布後、温度；８０℃のオーブン中で１分間、温風乾燥させ、その後、紫外線照して、カイラルネマチック液晶の硬化塗膜を形成して、光学素子を得た。得られた光学素子は、位相差測定装置（王子計測機器（株）製、自動複屈折計、商品名；「ＫＯＢＲＡ」）により測定したところ、硬化塗膜が位相差層として機能することが確かめられた。
【００６０】
比較例
基材として、厚みが８０μｍのＴＡＣフィルムを用い、その片面に、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸の８％溶液（溶剤はＮ−メチル−２−ピロリドン）を用いて、湿潤状態で１．６μｍの厚みになるよう塗布し、塗布後、温度；１００℃のオーブン中で温風乾燥させ、その後、温度；２００℃のオーブン中で３分間アニール処理して厚み；０．２μｍのポリイミド膜を形成した。ポリイミド膜が形成された段階で、ＴＡＣフィルムは溶剤により変形しており、取り扱い上、支障があった。また、ポリイミド膜上に、実施例１におけるのと同様にしてカイラルネマチック液晶の硬化塗膜を形成して得られた光学素子は、硬化塗膜が位相差層の機能を有しないものであった。