(57)【要約】      （修正有）【課題】半透過半反射液晶表示装置の装置設計に適応して、１／４波長または１／２波長の位相差を有する位相差層を備えた光学素子を提供することを可能とする光学素子の製造方法、及びその製造方法にて得られた光学素子、半透過半反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶化合物の分子構造中のメソゲン基に反応して液晶分子間を架橋させる架橋剤５を含むとともに液晶化合物と光重合開始剤と酸発生剤とを含む液晶組成物を、光透過性を有する基材１を備える支持体３に塗布して液晶塗布膜を作製し、該液晶塗布膜に向けて活性放射線を照射した後、液晶塗布膜を１５０℃以上２４０℃以下の温度範囲且つ３０分以上２４０分以下の時間範囲にて焼成して、該液晶塗布膜を、複屈折の値（Δｎ）が０．０５以上０．２８以下である位相差層９となす、ことを特徴とする光学素子１０の製造方法、半透過半反射液晶表示装置の様々な装置設計に適応した光学素子等。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基材を備える支持体に、重合性官能基を有する液晶化合物を重合してなる構造を備える位相差層を設けてなる光学素子の製造方法であって、
液晶化合物の分子構造中のメソゲン基に反応して液晶分子間を架橋させる架橋剤を含むとともに液晶化合物と光重合開始剤と酸発生剤とを含む液晶組成物を、支持体に塗布して液晶塗布膜を作製し、
該液晶塗布膜に向けて活性放射線を照射した後、液晶塗布膜を１５０℃以上２４０℃以下の温度範囲且つ３０分以上２４０分以下の時間範囲にて焼成して、該液晶塗布膜を、複屈折の値（Δｎ）が０．０５以上０．２８以下である位相差層となす、ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
液晶組成物には、架橋剤として、炭化水素環またはヘテロ環を有するアルキロール化合物が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
液晶塗布膜は、基材と配向膜を備える支持体に対して液晶組成物が塗布されることで作製される、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
液晶塗布膜は、基材と着色層を備える支持体に対して液晶組成物が塗布されることで作製される、請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の製造方法にて作製された光学素子。
【請求項６】
対面する第１の基板と第２の基板の間に、液晶を駆動可能に封入してなる駆動用液晶層を形成し、第２の基板の外側に該第２の基板に向かって光を照射するバックライトを設けるとともに、第２の基板の面内方向所定領域に反射膜を設け、駆動用液晶層を進行した光のうち該反射膜で反射した光にて液晶画面表示を行う反射部と、バックライトから入射された光にて液晶画面表示を行う透過部とを備えてなる半透過半反射型液晶表示装置において、
第１の基板に、請求項５記載の光学素子が組み込まれてなる半透過半反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線偏光を円偏光または光の振動面を異にする直線偏光に変換できる光学素子の製造方法、光学素子、および、該光学素子を備えた半透過半反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の小型化により、携帯電話やＰＤＡ等に液晶表示装置が幅広く用いられるようになってきている。小型の液晶表示装置においては、省電力化、高輝度化や高コントラスト化が重要な課題となる。このような課題につき、省電力化の要請に応えるための反射型または半透過型半反射の液晶表示装置が開発され、さらに、そうした液晶表示装置について、その輝度及びコントラストを改善するため、様々な光学素子が開発されている。
【０００３】
半透過半反射型液晶表示装置の一形態としては、アルミニウム等の金属膜に光が透過できる開口部を形成した反射膜を光半透過膜として機能させた液晶表示装置が提案されている。このような半透過半反射型の液晶表示装置の具体的な構成は、駆動方式をＶＡモードとする液晶表示装置を例とすると、次のようになっている。
【０００４】
半透過半反射型液晶表示装置は、対面する一対の基板（第１の基板、第２の基板）の間に、印加電圧に応じて液晶の光軸の向きを可変に液晶を封入してなる駆動用液晶層を形成しており、基板の外側にバックライトを備えてなる。ここに、一対の基板のうち、液晶表示面に近い基板を第１の基板とし、液晶表示面に対して遠い位置にある基板を第２の基板とする。また、第１の基板、第２の基板から駆動用液晶層に向かう方向が内側方向であり、駆動用液晶層から第１の基板、第２の基板に向かう方向が外側方向であるものとする。半透過半反射型液晶表示装置のバックライトは、第２の基板のさらに外側の位置に、第２の基板に向かって光を入射するように備えられる。
【０００５】
第１の基板、第２の基板は、いずれもガラス基板を備えており、第１の基板は、ガラス基板と駆動用液晶層との間に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極が形成され、この透明電極を覆うように配向膜が形成されており、さらにガラス基板には外側方向に向かって、１／４波長板、偏光板が配置されている。
【０００６】
第２の基板は、ガラス基板と駆動用液晶層との間に、金属膜の所定領域に開口部を形成してなる反射膜、および、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ；Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜からなる透明電極が積層され、さらに、その透明電極を覆うように配向膜が形成されている。また、第２の基板において、ガラス基板には外側方向に向かって、１／４波長板、偏光板が設けられている。なお、１／４波長板は、ある波長帯域において、直線偏光を略円偏光に変換することができる機能を有する光学素子である。
【０００７】
駆動用液晶層は、封入されている液晶の複屈折に応じた厚み（セルギャップ）を備えて形成されている。セルギャップは、電圧無印加時においてその駆動用液晶層内をその厚み方向に進行する光の位相のずれが１／４波長となるように定められる。
【０００８】
上記のような半透過半反射型液晶表示装置は、外光からの光を用いて液晶表示機能を発揮する部分（反射部）により液晶表示を行うのみならず、バックライトからの光を用いて液晶表示機能を発揮する部分（透過部）によっても液晶表示を行うものであるが、透過部にて液晶表示が行われる場合に、つぎのような問題がある。
【０００９】
この半透過半反射型液晶表示装置では、バックライトからの光のうち、一部は反射膜を構成する開口部の周囲の金属膜にて反射されて反射光となる。反射光は、反射層よりも外側（バックライト側）に配置された１／４波長板を通過するが、その際にその偏光軸が変化し、１／４波長板よりも外側（バックライト側）に設置された偏光板に吸収されてしまう。そのため、上記のような半透過半反射型液晶表示装置では、反射光がリサイクルできず、バックライトからの光を十分効率的に使用することができないという問題がある。また、バックライトからの光のうち反射層の開口部を通過した光についてみても、その光は、駆動用液晶層を通過すると直線偏光となってしまい、第１の基板の外側（表示画面側）に配置された１／４波長板にて円偏光となって、その円偏光の光量の半分は、第１の基板の外側（表示画面側）に設けられた偏光板で吸収され、結局、上記のような半透過半反射型液晶表示装置では、バックライトからの光を十分に効果的に用いることができないという問題があった。
【００１０】
こうした問題に対して、半透過半反射型液晶表示装置において、駆動用液晶層の厚み（セルギャップ）を透過部と反射部についてそれぞれに適した厚みに調整するとともに、１／４波長板を、反射膜の部分にのみ設けた構造の半透過半反射型液晶表示装置が提案されている。
【００１１】
例えば、半透過半反射型液晶表示装置として、電圧無印加時において、駆動用液晶層のうち透過部に対応する部分を通過する光に生じる位相差が１／２波長で、駆動用液晶層のうち反射部に対応する部分を通過する光に生じる位相差が１／４波長となるように、透過部と反射部のセルギャップを調整し、更に、反射部にのみ位相差板（１／４波長板）を設けることにより、明度およびコントラストに優れる半透過半反射型液晶表示装置が提案されている（非特許文献１）。
【００１２】
また、半透過半反射型液晶表示装置として、反射部に、反射部の形状に応じてパターニングされた反射層を形成するとともに、その反射部の領域にのみ位相差層として、１／４波長板としての機能を有する層、を設けたものが提案されている（特許文献１）。この液晶表示装置によれば、反射層で反射されたバックライトからの光を偏光板に吸収させないようにすることができ、バックライトからの光のリサイクルが可能になる。なお、特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置についても、電圧無印加時における、駆動用液晶層のうち透過部、反射部に対応する部分を通過する光に生じる位相差が、それぞれ１／２波長、１／４波長となるように、透過部と反射部でのセルギャップが調整されることで、良好な明度とコントラストが実現される。
【００１３】
非特許文献１や特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置によれば、従来の半透過半反射型液晶表示装置と異なり、バックライト側と表示側との一対の位相差層を省略できるので、高輝度化に加え、装置の薄型化を実現することができる。
【００１４】
こうした非特許文献１や特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置を作製するにあたっては、反射部のみに位相差層を設けることが必要であることから、位相差層は、反射部に応じて定められる形状とパターンにてパターニングされた反射層に対応した形状になるように、パターニング形成される必要がある。非特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置については、位相差板の構成は、フォトマスクを介した光照射により、一部の樹脂を硬化させて位相差層のパターニングを行い、その後、未硬化部分の樹脂を光照射により硬化させることで得られるものである。特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置は、反射部に、１／４波長板と同じ機能を発揮させる位相差層をパターニング形成した液晶表示装置である。
【００１５】
そして、非特許文献１や特許文献１の半透過半反射型液晶表示装置において、位相差層が、対面する基板の一方と駆動用液晶層との間（インセル）に設けられる（インセルタイプの位相差層とされる）ことで、位相差層を、１／４波長板としての機能を有する層のみならず、駆動用液晶層における透過部のセルギャップと反射部のセルギャップを調節する機能を有する層となすことができ、装置自体の一層の薄型化が可能となる。
【００１６】
ところで、インセルタイプの位相差層を設けた液晶表示装置としては、液晶材料を利用してインセルに位相差層を形成することが提案されている。例えば、ガラス転移点を有し、ガラス転移温度以下でその液晶構造を凍結することのできる液晶性高分子や、その分子構造中に不飽和結合などの反応性基を有し、不飽和結合が液晶相状態で架橋することにより、同じく液晶構造を凍結することができる重合性液晶を用いることにより、インセルに位相差層を設けることができる。重合性液晶材料としては種々の材料が提案されている。
【００１７】
こうしたことから、特に、液晶化合物を用いた位相差層をインセルに形成したインセルタイプの位相差層を備える半透過半反射型液晶表示装置に期待が集まっており、その汎用性をより大きくすることが望まれている。
【００１８】
【非特許文献１】C.Doornkamo et. al., SDI2004 Digest, 670 (2004)
【特許文献１】特開２００４−４４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
つまり、近年携帯電話やPDA等に使用される半透過半反射型液晶表示装置では輝度向上や駆動速度向上と言った改良検討がより活発化している。そして液晶表示装置には、様々な装置設計に対応した駆動用液晶が開発されており、それに合わせて駆動用液晶層のセルギャップが種々設定されている。そうした状況の上で、液晶表示装置の光学特性改善を目的とし、液晶セルの外側に設置されていた光学補償用の位相差層を、液晶セルの内側、いわゆるインセルに設置する試みも検討され、このようなインセル型の位相差層には重合性の液晶化合物が使われているのである。
【００２０】
ところが、インセル型の位相差層では、位相差性能を安定化させるため、使用される液晶化合物をなす液晶分子には、分子末端に分子間を架橋・固定化させるための架橋性基が導入されており、その液晶分子の分子設計には、駆動用液晶層に使用可能な液晶分子に比べて自由度が著しく低い。また、位相差層を構成する液晶化合物の複屈折は液晶分子に固有の値であることから、位相差層の複屈折の値としてとりうる値の範囲が極めて限定的となり、位相差層の複屈折を様々な値とするには位相差層を構成する液晶化合物として様々なものを用意する必要があり、求められる複屈折の値によっては極めて特殊な液晶化合物を選択する必要に迫られてしまい、様々な複屈折の値の位相差層を容易に得ることができず、半透過半反射型液晶表示装置を多様化ができないという問題があった。
【００２１】
本発明者らは、位相差層を形成する材料として重合性液晶と添加剤とを含む感光性組成物を用い、光照射により重合性液晶の一部を硬化させ、次いで熱処理により未硬化部分を硬化させることにより、位相差層のΔｎを変更することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
本発明は、半透過半反射液晶表示装置の様々な装置設計に適応して、１／４波長または１／２波長の位相差を光に付与する位相差層を備えた光学素子を提供することを可能とする光学素子の製造方法、及びその製造方法にて得られた光学素子、半透過半反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、（１）  光透過性を有する基材を備える支持体に、重合性官能基を有する液晶化合物を重合してなる構造を備える位相差層を設けてなる光学素子の製造方法であって、液晶化合物の分子構造中のメソゲン基に反応して液晶分子間を架橋させる架橋剤を含むとともに液晶化合物と光重合開始剤と酸発生剤とを含む液晶組成物を、支持体に塗布して液晶塗布膜を作製し、該液晶塗布膜に向けて活性放射線を照射した後、液晶塗布膜を１５０℃以上２４０℃以下の温度範囲且つ３０分以上２４０分以下の時間範囲にて焼成して、該液晶塗布膜を、複屈折の値（Δｎ）が０．０５以上０．２８以下である位相差層となす、ことを特徴とする光学素子の製造方法、
（２）  液晶組成物には、架橋剤として、炭化水素環またはヘテロ環を有するアルキロール化合物が含まれることを特徴とする、上記（１）に記載の光学素子の製造方法、
（３）  液晶塗布膜は、基材と配向膜を備える支持体に対して液晶組成物が塗布されることで作製される、上記（１）または（２）に記載の光学素子の製造方法、
（４）  液晶塗布膜は、基材と着色層を備える支持体に対して液晶組成物が塗布されることで作製される、上記（１）から（３）のいずれかに記載の光学素子の製造方法、
（５）  上記（１）から（４）のいずれかに記載の製造方法にて作製された光学素子、
（６）  対面する第１の基板と第２の基板の間に、液晶を駆動可能に封入してなる駆動用液晶層を形成し、第２の基板の外側に該第２の基板に向かって光を照射するバックライトを設けるとともに、第２の基板の面内方向所定領域に反射膜を設け、駆動用液晶層を進行した光のうち該反射膜で反射した光にて液晶画面表示を行う反射部と、バックライトから入射された光にて液晶画面表示を行う透過部とを備えてなる半透過半反射型液晶表示装置において、第１の基板に、上記（５）記載の光学素子が組み込まれてなる半透過半反射型液晶表示装置、を要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の製造方法によれば、液晶塗布膜を位相差層となして光学素子を形成するにあたり、液晶塗布膜に含まれる液晶化合物をなす液晶分子のメソゲン基が、所定の温度と時間下において架橋剤によって架橋反応し、架橋剤による架橋構造を液晶塗布膜中に形成させることで、位相差層として、液晶化合物自体の配向性ができるだけ保持されつつも複屈折の値（Δｎ）を様々な値に制御されたものを作製することが可能となる。
【００２５】
すなわち、本発明の製造方法によれば、液晶化合物を所定の方向に配向させた状態にして固定してなる位相差層を備えた光学素子として、液晶化合物の種類を同じくし且つ液晶化合物の配向性に大きな相違を生じさせずに、位相差層としての複屈折の値（Δｎ）を大きく異ならせた光学素子を得ることが容易になる。したがって、位相差層に求められる複屈折の値のバリエーションに応じて液晶化合物を特別なものに変更せずとも、求められる位相差層を備える光学素子を作成することが可能となる。
【００２６】
本発明の製造方法では、架橋剤として、炭化水素環またはヘテロ環を有するアルキロール化合物が用いられてよく、その場合、より効果的に、位相差層に含まれる液晶化合物の配向性を乱すことなく多様な複屈折の値を有する位相差層を作製することが可能となり、多様な光学素子を作製することが可能となる。
【００２７】
本発明の製造方法によれば、多様な複屈折の光学素子を形成できるので、同一の液晶化合物にてなり同一の厚みを有する位相差層であって、光に異なる位相差量を生じさせるものを作製することが容易となる。したがって、インセルタイプの位相差層を組み込んだ半透過半反射型液晶表示装置を形成するにあたり、様々なセルギャップのものに対応してさまざまな位相差層を形成することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜光学素子１０の構成＞
本発明の製造方法にて製造される光学素子１０は、光透過性を有する支持体３の表面に位相差層９が積層されて構成される（図１（ｆ））。
【００２９】
本発明の光学素子１０は、支持体３上に重合性液晶化合物を含む液晶組成物にて作製される液晶塗布膜に含まれる液晶分子４の光軸を所定の向きに規則的に配向させ、その光軸の向きを保持しつつ液晶分子４同士を重合することでその規則性を固定する重合部７を形成しさらに架橋剤５にて液晶分子間に架橋部８を形成することで強く硬化されて位相差層９を形成してなるものである。
【００３０】
＜支持体３の構成＞
「基材について」
支持体３は、光透過性を有する基材１を備えてなり（図１（ａ）（ｂ））、一種類の基材１にて単層に構成されても、複数種類の基材１を備えて多層に構成されてもよい。基材１の光線透過率は、適宜選定可能である。
【００３１】
基材１は、光学的に等方性を有するように構成されていることが好ましい。基材１としては、ガラス基板などのガラス材の他、種々の材質からなる板状体を適宜選択できる。具体的には、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロースなどからなるプラスチック基板であってもよいし、またさらにポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロプレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンなどのフィルムを用いることもできる。ただし、特に光学素子を液晶ディスプレイ用に用いる場合には、基板は無アルカリガラスであることが好ましい。
【００３２】
支持体３が複数の層でなる多層構造にて構成される場合、支持体３は、基材１のほかに、基材１とは異なる様々な層構造（位相差層を除く）を備えてなる多層構造をなしている。このとき、その基材１と異なる様々な層構造（位相差層を除く）は、位相差層９を積層される際の下地をなす層（下地層２）をなす（図１（ｂ））。
【００３３】
下地層２としては、基材１表面上に積層形成可能な層構造を挙げることができ、具体的には、液晶の分子を所定方向に配向させることを可能にする配向膜によって形成される層のほか、光学素子１０の厚み方向に進行する光を遮断する遮光層をなすブラックマトリクスや光学素子１０の厚み方向に進行する光のうち所定範囲の波長の可視光を通過させる層を有する着色層などといった各種層構造を挙げることができる。
【００３４】
そのほかにも、下地層２は、ＴＦＴなどのスイッチング素子、ＩＴＯ膜などの透明電極で構成される層構造を挙げることができる。なお、透明電極は、スパッタリング法など公知の手段を適宜選択して基材１表面上に適宜パターニングすることで形成できる。
【００３５】
なお、支持体３において、下地層２は、上記に挙げた各種の層構造が複数積層されてなる層構造であってもよい。すなわち、基材１に、着色層と配向膜との積層構造が下地層２として設けられて、支持体３が形成されてもよい。
【００３６】
次に、下地層２が着色層を備える場合と、下地層２が配向膜を備える場合、下地層２が保護層を備える場合について説明する。
【００３７】
「支持体３が下地層２として着色層を備える場合の例」
支持体３において、下地層２が着色層１３である場合について説明する。特に、支持体３につき、基材１の表面上に、色パターン形成層とブラックマトリクスとを有する着色層が形成されている場合を一例として説明する（図２）。図２は、下地層２が着色層１３である場合の支持体３の実施例の一つを説明するための概略断面図である。
【００３８】
支持体３は、基材１の一方の表面に遮光性のブラックマトリクス１５が縦横に格子状（格子縞状）に塗工形成され、これによりブラックマトリクス１５の非形成領域が開口部として平面視上格子点状に多数形成される。このとき、ブラックマトリクス１５の形成領域が光を遮断する遮光部に相当し、開口部が所定波長の光を透過させる部分に相当する。
【００３９】
ブラックマトリクス１５は、例えば、金属クロム薄膜やタングステン薄膜等、遮光性又は光吸収性を有する金属薄膜を基材面にパターニングすることにより、形成することができる。また、ブラックマトリクス１５は、黒色顔料を含む樹脂等の有機材料を所定形状に印刷することにより形成することも可能である。
【００４０】
ブラックマトリクス１５を配置した基材１の上には、開口部を覆うように三色の色パターン形成層１６，１７，１８が短冊状に配列されて、これら色パターン形成層１６，１７，１８とブラックマトリクス１５とで着色層１３が形成されている（図２）。色パターン形成層１６，１７，１８は光透過性を有しており、透過する可視光を分光してそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光となす。このとき、ＲＧＢの三色の色パターン形成層（赤色（Ｒ）の色パターン形成層１６、緑色（Ｇ）の色パターン形成層１７、青色（Ｂ）の色パターン形成層１８）それぞれによって被覆された開口部の部分が、それぞれ画素をなし、そして三色の色パターン形成層１６，１７，１８によって被覆された開口部の部分である三つの画素があわさって、一つの絵素が形成される。
【００４１】
色パターン形成層１６，１７，１８は、色種ごとに、各色種に対応する顔料と樹脂などを配合してなる着色材料を溶媒に分散させた着色材料分散液を基材１に塗布して形成される塗膜を、例えばフォトリソグラフィー法で、例えば短冊状などといった所定形状にパターニングすることで形成されるほか、着色材料分散液を所定形状に基材１に塗布することによっても形成できる。
【００４２】
着色層１３においてブラックマトリクス１５が形成される場合、このブラックマトリクス１５は、遮光部としての機能として、おおよそ短冊状に塗工される色パターン形成層１６，１７，１８の混色を防止する機能と、開口部を平面視上区画化して、絵素の輪郭を鮮明化する機能、さらにまた、光学素子１０が液晶ディスプレイに組み込まれる際に、基板に通常配置され液晶を駆動させるために用いられるＴＦＴなどといった駆動回路などを、透過光から隠蔽する機能を併せもつ。
【００４３】
支持体３において、着色層１３は、色パターン形成層１６，１７，１８とブラックマトリクス１５とで基材１表面を被覆している。
【００４４】
支持体３においては、ブラックマトリクス１５の配置形状は矩形格子状である場合に限定されず、ストライプ状や三角格子状などに形成してもよい。また着色層１３を構成する色パターン形成層についても、ＲＧＢ方式の三色の場合のほか、その補色系であるＣＭＹ方式とすることも可能であり、さらに単色もしくは二色の場合、または四色以上の場合なども採りうる。また色パターン形成層の形状も、短冊状にパターン形成する場合のほか、矩形状や三角形状などの微細パターンを基材１上に多数分散配置するパターンの場合など、目的に応じて種々のパターンを採りうる。
【００４５】
「支持体３が下地層２として配向膜を備える場合の例」
支持体３において、基材１に下地層２として配向膜が設けられる場合、配向膜としては、水平配向膜、垂直配向膜などを適宜用いることができる。
【００４６】
支持体３に設けられる配向膜は、従来公知のポリイミド等の材料を適宜用いて構成される。具体的に配向膜の材料としては、市販の配向膜材料を用いることができ、例えば、日産化学（株）製の配向膜材料（サンエバー）、日立化成デュポンマイクロシステムズ（株）製の配向膜材料（ＱＬ，ＬＸシリーズ）、ＪＳＲ（株）製の配向膜材料（ＡＬシリーズ）、チッソ（株）製の配向剤（リクソンアライナー）などを用いることができる。
【００４７】
配向膜は次のように形成することができる。ここでは配向膜が水平配向膜である場合を例とする。まず、配向膜を構成する材料を選択し、配向膜を形成するための組成物（水平配向膜形成用組成物）を調整する。その水平配向膜形成用組成物を、基材に塗布して塗布膜を作製し、塗布膜を乾燥させる。さらに、塗布膜の露出面に対してラビング布など従前より公知方法にてラビング処理が施される。こうして、その塗布膜が配向膜をなす。
【００４８】
なお、配向膜としては、上記のような材料にてなる材料組成物の塗布にて作製される場合に限定されない。例えば、配向膜は、基材に対して酸化ケイ素を蒸着して形成される酸化ケイ素の膜であってもよい。
【００４９】
次に、配向膜が垂直配向膜である場合については、垂直配向膜を構成する成分を含んだ垂直配向膜組成液（日産化学社製のＳＥ−７５１１やＳＥ−１２１１、あるいはＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−２０２１−Ｒ２等のポリイミドを含む溶液など）をフレキソ印刷やスピンコート等の方法で基材１上に塗布して垂直配向膜形成用塗膜を形成し、この塗膜を硬化させることで形成することができる。
【００５０】
「支持体３が下地層２として保護層を備える場合の例」
保護層は、光透過性を有する樹脂にてなる層である。この保護層は、支持体３の表面を保護するため、あるいは、支持体３に上記着色層１３などの層が積層されている場合において、その着色層１３等の露出面を保護するためなどの目的で、基材１に積層される。支持体３は、このように基材１に保護層を下地層２として積層して構成されていてもよい。
【００５１】
保護層は、多官能アクリレートを含有するアクリル系、アミド系もしくはエステル系ポリマー等の材料からなる透明樹脂材料、または多官能エポキシを含有するアクリル系、アミド系もしくはエステル系ポリマー等の材料からなる透明樹脂塗料を位相差層９の表面に塗布し、さらにこれを乾燥および硬化させて形成することができる。保護層の硬化には、透明樹脂材料の性質に応じて、例えばＵＶ光を照射するなどの方法を採ることができる。
【００５２】
＜位相差層９の構成＞
位相差層９は、それに対して所定の方向から入射される光を複屈折させる光学機能を有する層である。
【００５３】
位相差層９は、その光学機能に応じた屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する層である。例えば、位相差層９が、入射する光に１／４波長分の位相のずれ（いわゆる１／４波長分の位相差）を生じさせるという光学機能を有する層である場合、入射する光に１／２波長分の位相のずれ（いわゆる１／２波長分の位相差）を生じさせるという光学機能を有する層である場合など、その光学機能に応じたｎｘ、ｎｙ、ｎｚとなっている。なお、位相差層９の屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにつき、位相差層９の厚み方向（位相差層９の法線方向）にｚ軸をとり、位相差層９の面内方向（位相差層９の厚み方向に法線を有するような面（平面）についての面内方向（その平面に平行する方向））にｘ軸、ｙ軸を相互に直交するようにとってｘｙｚ空間を想定した場合、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の光の屈折率がそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚであるものとする。
【００５４】
位相差層９の膜厚は特に制限されず、必要に応じて適宜調整可能であるが、製造コストを考慮して、通常、０．５〜１０μｍ程度が好ましい。
【００５５】
位相差層９の膜厚みは、ＥＴ４０００Ａ（ミカサ社製）等の触針式段差計等の市販の装置を用いて具体的にされる。
【００５６】
位相差層９の複屈折の値は、位相差層に要請される光学機能に応じて設定される。
【００５７】
位相差層９の複屈折（Δｎ）の測定については、リタデーション（Ｒｅ）と膜厚（ｄ）の測定より行なうことができ、リタデーションの測定としては、ＫＯＢＲＡ−２１シリーズ（王子計測機器）等の市販の装置を用いることが可能であり、測定波長は可視光域（３８０〜７８０ｎｍ）であることが好ましく、比視感度の最も大きい５５０ｎｍ付近で測定することが好ましい。また膜厚の測定については、上記した触針式段差計等の市販の装置を適宜用いて実施される。そして、Ｒｅをｄで除することで位相差層のΔｎが算出される
【００５８】
位相差層９は、液晶化合物と所定の架橋剤を含んでなる。ここで、位相差層９は、分子構造中に重合性官能基を有する液晶化合物をなす液晶分子（重合性液晶分子という）を重合反応させてなる高分子構造を形成している。さらに、位相差層９は、それを構成する重合性液晶が、所定の架橋剤にて、液晶分子の末端基同士及びメソゲン基同士で架橋されてなる構造を備えている。
【００５９】
ところで、液晶分子は、その分子構造に応じた光軸を有し、その光軸の状態に応じて定まる複屈折特性を備えており、特定の方向に液晶分子を配向させて固定することで、その配向状態に応じた複屈折特性を有する層構造を構成することができる。位相差層９は、液晶分子を特定の方向に配向させた状態にて形成されているので、位相差層という層全体として所定の光軸を有する層をなしており、所定の光学機能を発揮することができる。
【００６０】
「位相差層９に含まれる液晶化合物」
位相差層９に含まれる液晶化合物は、位相差層９に要請される光学機能に応じで適宜選択できる。そのような液晶化合物をなす液晶分子としては、ネマチック液晶相を形成可能な液晶分子やスメクチック液晶相を形成可能な液晶分子を用いることができる。
【００６１】
位相差層９に含まれる液晶化合物をなす液晶分子は、その液晶分子の構造中に不飽和２重結合を重合性官能基として有する重合性液晶分子が好ましい。また、重合性液晶分子には、耐熱性の点から液晶相状態で架橋重合反応可能な重合性液晶分子（架橋重合性液晶分子、あるいは架橋性液晶分子という）がより好ましく用いられ、架橋重合性液晶分子としては分子構造の両末端に不飽和２重結合を有するもの（不飽和２重結合を２以上有するもの）が好ましい。なお、架橋重合性液晶分子を用いて位相差層９が形成される場合、位相差層９には、架橋重合性液晶分子を相互に架橋させてなる架橋高分子構造が形成されることになる。
【００６２】
位相差層９を得るために用いられる架橋重合性液晶分子としては、架橋重合性を有するネマチック液晶分子（架橋性ネマチック液晶分子）などをあげることができる。架橋性ネマチック液晶分子としては例えば、１分子中に（メタ）アクリロイル基、エポキシ基、オキタセン基、イソシアネート基等の重合性基を少なくとも１個有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。また、このような架橋性液晶分子として、より具体的には、下記化１に示す一般式（１）で表される化合物のうちの１種の化合物（化合物（Ｉ））もしくは２種以上の混合物、下記化２に示す一般式（２）で表される化合物のうちの１種の化合物（化合物（ＩＩ））もしくは２種以上の混合物、化３、化４に示す化合物（化合物（ＩＩＩ））のうちの１種の化合物或いは２種以上の混合物、またはこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。
【００６３】
【化１】
2009237459.tif 000003
【００６４】
【化２】
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【００６５】
【化３】
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【００６６】
【化４】
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【００６７】
化１に示す一般式（１）において、Ｒ１およびＲ2は、それぞれに、水素またはメチル基を示すが、架橋性液晶分子が液晶相を示す温度の範囲をより広くするには少なくともＲ１及びＲ2のどちらか一方が水素であることが好ましく、両方が水素であることがより好ましい。また一般式（１）におけるＸ及び一般式（２）のＹは、水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基またはニトロ基のいずれであってもよいが、塩素またはメチル基であることが好ましい。また、一般式（１）の分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と芳香環と間のアルキレン基の鎖長を示すａおよびｂ並びに、一般式（２）におけるｄおよびｅは、それぞれ個別に１〜１２の範囲で任意の整数をとり得るが、４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ａ＝ｂ＝０である一般式（１）の化合物（Ｉ）またはｄ＝ｅ＝０である一般式（２）の化合物(ＩＩ)は安定性に乏しく、加水分解を受けやすい上に、化合物（Ｉ）または(ＩＩ)自体の結晶性が高い。また、ａやｂ、あるいはｄやｅがそれぞれ１３以上である一般式（１）の化合物（Ｉ）または一般式（２）の化合物（ＩＩ）は、等方相転移温度（ＴＩ）が低い。この理由から、これらの化合物は、どちらについても液晶分子が液晶性を安定的に示す温度範囲（液晶相を維持する温度範囲）が狭いものとなり、位相差層９に用いるには好ましくない。
【００６８】
架橋性液晶分子として、上記した化１、化２、化３、化４では重合性官能基を備える液晶化合物（重合性液晶）のモノマーを例示したが、重合性液晶のオリゴマーや重合性液晶のポリマー等を用いてもよく、これらについても、上記した化１、化２、化３、化４などのオリゴマーやポリマーなどといった公知なものを適宜選択して用いることができる。
【００６９】
位相差層９においては、液晶分子の重合度（架橋重合性液晶分子の場合は、架橋重合度）が８０以上程度であることが好ましく、９０以上程度であることがより好ましい。位相差層９を構成する液晶分子の重合度が８０より小さいと、均一な配向性を十分に維持できない虞がある。なお、上記重合度、架橋重合度は、液晶分子の重合性官能基のうち液晶分子同士の重合反応に消費された割合を示す。
【００７０】
「架橋剤について」
位相差層９に含まれる架橋剤としては、重合性液晶分子のメソゲン基同士を架橋可能なものを用いることができ、架橋剤としては、炭化水素環あるいはヘテロ環を有し且つ１つ以上のアルキロール基を有する化合物が用いられる。架橋剤は芳香環への親電子置換反応を起こすようなアルコール類であって、具体的には１，２−ベンゼンジメタノール、１，３−ベンゼンジメタノール、１，４−ベンゼンジメタノール、１，３，５−ベンゼンジメタノール等の多官能アルカノール芳香族化合物、トリメチロールメラミン、トリエチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン等の多官能アルカノールメラミン化合物を挙げることができる。
【００７１】
光学素子１０の製造方法について次に詳細に説明する。
【００７２】
<光学素子１０の製造方法>
光透過性を有するとしての透明基板（基材１）上に下地層２を設けてなるものを支持体３として用い、その支持体３における配向膜の露出面上に位相差層９をパターン形成する光学素子１０の製造方法を例として説明する。図１は本発明の光学素子の製造方法の一例を示す工程断面図であり下地層２が配向膜である場合の例を示す。次に、この図１を用いて本発明の光学素子の製造方法について説明する。
【００７３】
＜支持体の調整＞
基材１として透明基板を準備する（図１（ａ））。透明基板としては、従前よりカラーフィルタなどに用いられているガラス基板（無アルカリガラスなど）や耐熱性の透明樹脂基板が用いられる。次に、この透明基板面上に配向膜が形成される。配向膜を構成する材料としては、上記に例示したような配向膜に使用可能なポリイミド等の材料（配向膜形成用材料）が選択される。選択された配向膜形成用材料を透明基板上に塗布して塗布膜を作製する。その塗布膜の作成方法は、従前より公知な方法（印刷法、スピンコーティング法等）を適宜採用される。塗布膜が作成されると、その塗布膜にラビング処理が施され、塗布膜が配向膜となる。このとき、配向膜は、ラビング方向に液晶分子を配向させる配向性能を付与されている。こうして、透明基板に配向膜を設けた支持体３が調整される（図１（ｂ））。
【００７４】
＜液晶組成物の調整＞
まず、液晶組成物をなす、重合性官能基を有する液晶化合物（重合性液晶化合物）と、架橋剤とが選択される。これらについては、上記に例示したような液晶化合物や架橋剤から適宜選択される。重合性液晶化合物に架橋剤が添加されることで液晶組成物が調整される。
【００７５】
液晶化合物と架橋剤は、液晶化合物７０重量部に対して、架橋剤が１〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部の範囲で添加することができる。
【００７６】
なお、液晶組成物には、液晶化合物の重合効率を向上させる助剤となる光重合開始剤、架橋剤の反応を促進させる触媒となる酸発生剤が含まれることが好ましい。また、液晶組成物には、液晶化合物の塗布にあたり塗布特性を向上させる助剤となる界面活性剤が含まれていてもよい。
【００７７】
「光重合開始剤について」
位相差層を形成する場合には、液晶化合物の配向を大きく損なわない範囲で液晶組成物光重合開始剤が添加される。光重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を使用することができる。ラジカル重合性開始剤は、例えば紫外線のエネルギーによりフリーラジカルを発生する化合物であって、ベンゾイン、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン誘導体又はそれらのエステルなどの誘導体；キサントン並びにチオキサントン誘導体；クロロスルフォニル、クロロメチル多核芳香族化合物、クロロメチル複素環式化合物、クロロメチルベンゾフェノン類などの含ハロゲン化合物；トリアジン類；フルオレノン類；ハロアルカン類；光還元性色素と還元剤とのレドックスカップル類；有機硫黄化合物；過酸化物などがある。好ましくは、イルガキュアー１８４、イルガキュアー３６９、イルガキュアー６５１、イルガキュアー９０７（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製）、ダロキュアー（メルク社製）、アデカ１７１７（旭電化工業株式会社製）、２，２’−ビス（ｏ−クロロェニル）−４，５，４’−テトラフェニル−１，２’−ビイミダゾール（黒金化成株式会社製）などのケトン系及びビイミダゾール系化合物等を挙げることができる。これらの開始剤を１種のみ又は２種以上を組み合わせて用いることができる。２種以上を併用する場合には、吸収分光特性を阻害しないようにするのがよい。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することもできる。
【００７８】
このような光重合開始剤の添加量としては、液晶化合物７０重量部に対して、一般的に０．０１〜１５重量部、好ましくは０．１〜１２重量部、より好ましくは０．５〜１０重量部の範囲で液晶組成物に添加することができる。
【００７９】
「酸発生剤について」
酸発生剤としては、光又は熱により直接もしくは間接的に酸を発生するものであれば特に限定されないが、芳香族ジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルフォニウム塩、トリアリールセレニウム塩等の各種オニウム塩系化合物、スルフォン酸エステル、ハロゲン化合物等があげられる。
【００８０】
具体例として、酸発生剤として使用可能な芳香族ジアゾニウム塩の例としては、クロロベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジメチルアミノベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、ナフチルジアゾニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジメチルアミノナフチルジアゾニウムテトラフルオロボレート等があげられる。
【００８１】
酸発生剤として使用可能なジアリールヨードニウム塩の例としては、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジフェニルヨードニウムトリフレート、４，４’−ジ−ｔ−ブチル−ジフェニルヨードニウムトリフレート、４，４’−ジ−ｔ−ブチル−ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、４，４’−ジ−ｔ−ブチル−ジフェニルヨードニウムトヘキサフルオロフォスフェイト等があげられる。
【００８２】
酸発生剤として使用可能なトリアリールスルフォニウム塩の例としては、トリフェニルスルフォニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリ（ｐ−クロロフェニル）スルフォニウムテトラフルオロボレート、トリ（ｐ−クロロフェニル）スルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリ（ｐ−クロロフェニル）スルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、４−ｔ−ブチルトリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト等があげられる。
【００８３】
酸発生剤として使用可能なトリアリールセレニウム塩の例としては、トリアリールセレニウムテトラフルオロボレート、トリアリールセレニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリアリールセレニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ（クロロフェニル）フェニルセレニウムテトラフルオロボレート、ジ（クロロフェニル）フェニルセレニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジ（クロロフェニル）フェニルセレニウムヘキサフルオロアンチモネート等があげられる。
【００８４】
酸発生剤として使用可能なスルフォン酸エステルの例としては、ベンゾイントシレート、ｐ−ニトロベンジル−９，１０−エトキシアントラセン−２−スルフォネート、２−ニトロベンジルトシレート、２，６−ジニトロベンジルトシレート、２，４−ジニトロベンジルトシレート等があげられる。
【００８５】
酸発生剤として使用可能なハロゲン化合物の例としては、２−クロロ−２−フェニルアセトフェノン、２，２’，４’−トリクロロアセトフェノン、２，４，６−トリス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−メトキシスチリル）−４，６−ビス（クロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−メトキシフェニル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４’−メトキシ−１’−ナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、ビス−２−（４−クロロフェニル）−１，１，１−トリクロロエタン、ビス−１−（４−クロロフェニル）−２，２，２−トリクロロエタノール、ビス−２−（４−メトキシフェニル）−１，１，１−トリクロロエタン等があげられる。
【００８６】
「界面活性剤について」
液晶組成物には、液晶組成物を透明基板に塗布する際の塗布特性を向上させるため、適宜、液晶の配向を大きく損なわない範囲で界面活性剤が好ましく添加される。
【００８７】
界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロック共重合体、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等の非イオン性界面活性剤、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤を用いることができる。
【００８８】
このような界面活性剤の添加量としては、液晶化合物７０重量部に対して、一般的に０．０１〜１重量部、好ましくは０．０５〜０．５重量部の範囲で液晶組成物に添加することができる。
【００８９】
上記にて調整された液晶組成物は、溶剤に溶解されて、溶液の状態にされる。
【００９０】
「溶剤について」
液晶組成液に含まれるは溶剤としては、重合性液晶等を溶解することが可能な溶剤であり、かつ配向性材料を設けた基材上の配向性能を阻害しない溶剤であれば特に限定されるものではない。
【００９１】
溶剤として、具体的に、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、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、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、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、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、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、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、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種又は２種以上が使用可能である。
【００９２】
液晶組成液に使用される溶剤として単一種の溶剤が使用されただけでは、重合性液晶材料等の溶剤に対する溶解性が不充分である場合や、配向膜を有する基板でなる支持体そのものが侵食される場合がある。しかし、液晶組成液に使用される溶剤として２種以上の溶剤を混合してなる混合溶剤が使用されることにより、この不都合を回避することができる場合がある。上記した溶剤のなかにあって、単独溶剤として好ましいものは、炭化水素系溶剤とグリコールモノエーテルアセテート系溶剤であり、混合溶剤として好ましいのは、エーテル類又はケトン類と、グリコール類との混合系である。溶剤の濃度は、液晶性組成物の溶解性や所望する位相差層の膜厚等により異なるが、通常は１〜６０重量％、好ましくは３〜４０重量％の範囲で用いられる。
【００９３】
＜液晶塗布膜の作製＞
上記のような液晶組成物は、液晶組成液の状態にされ、その液晶組成液が、先に調整された支持体３の配向膜の露出面上に塗布される。これにより、支持体３の配向膜面上に塗布膜（液晶塗布膜）が作製される（図１（ｃ））。なお、液晶組成物には、溶剤に溶かす前の状態と、溶剤に溶かした後の溶液の状態のいずれも含まれるが、溶液の状態となった液晶組成物を、便宜上、液晶組成液と呼ぶ。
【００９４】
液晶組成液の塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート法、スライドコート法、印刷法、ダイコート法等が挙げられる。
【００９５】
なお、液晶塗布膜を作製するにあたり、配向膜が撥水性又は撥油性の高いものである場合には、配向膜上に液晶組成物を塗布する前に、液晶分子を配向可能な範囲内でＵＶ洗浄やプラズマ処理を施して、液晶組成液を塗布しようとする配向膜表面の濡れ性を予め高めておいてもよい。
【００９６】
支持体３に液晶塗布膜が形成されると、次いで、液晶塗布膜を有する支持体はプリベーク（pre-baking）され、液晶塗布膜に含まれる溶剤が除去される。このとき、プリベークの加熱による流動性を利用して、液晶塗布膜に含まれる液晶化合物が一定方向に配列される（図１（ｄ））。プリベーク温度、時間は、液晶組成物に含まれる液晶化合物の特性に応じて変動しうるが、通常、７０℃〜１２０℃で数分〜３０分間程度の範囲で行われる。なお、本例に用いる支持体３のように、ラビング処理された配向膜上に液晶塗布膜が形成される場合には、通常、液晶塗布膜は、ラビング方向に沿って液晶化合物をなす液晶分子が配向された状態となっている。
【００９７】
＜露光工程＞
一定方向に配向した状態となった液晶分子４を含む液晶塗布膜に向けて、一定方向に液晶化合物を配列させた状態を維持しつつ、活性放射線６が照射される（露光工程）。この露光工程により、液晶分子４の末端基同士が架橋重合反応して重合部７を形成し、この反応により液晶塗布膜の硬化が生じる（図１（ｅ））。なお、活性放射線６は、紫外線などを含む電磁波、及び電子線などを含み分子を重合し得るエネルギー量子を有する粒子線のいずれをも含む概念である。この露光工程においては、活性放射線６として紫外線が好ましく用いられる。紫外線としては、波長３００〜５００ｎｍ程度の照射光で、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。また、紫外線の照射光量は、重合性液晶化合物の種類や組成、光重合開始剤の種類や量等によって異なるが、通常、１０〜３０００ｍＪ／ｃｍ２程度の範囲である。
【００９８】
＜焼成工程＞
露光処理の後、液晶塗布膜を備える支持体３は焼成される（焼成工程）。焼成工程において、焼成温度、焼成時間は、重合性液晶化合物の液晶分子４の種類や組成、架橋剤５の反応開始温度等に依存して変動する。この焼成処理において、重合した重合性液晶化合物をなす液晶分子４のメソゲン基同士が架橋剤５により架橋される。このとき、架橋剤５の分子が液晶分子４のメソゲン基の間に配置されて、架橋部８が形成されているものと思料される。そして、この焼成処理により、液晶塗布膜は、一定方向に液晶分子４を配列させた状態をなすとともに架橋部を形成して液晶化合物と架橋剤とで全体として３次元構造を形成した状態をなし、位相差層となる。こうして、支持体３上に位相差層９を形成してなる光学素子１０が作製される（図１（ｆ））。
【００９９】
本発明の光学素子の製造方法の１つの例を示す図１では、支持体３上に位相差層９が全体に形成されているが、これに限定されず、支持体３上に位相差層９が部分的に形成されていてもよい。
【０１００】
具体的に位相差層９を部分的に形成する方法としては、例えば各種印刷方法やフォトリソグラフィー法を用いて、支持体３上にパターニング形成する方法などを例示することができる。印刷方法による場合、支持体３上に液晶組成液を所定のパターンで塗布することにより、支持体上に部分的に液晶塗布膜を作製し、これを硬化させて位相差層となすことで具体的に実現できる。また、フォトリソグラフィー法による場合、次のように位相差層を部分的に作製することができる。
【０１０１】
支持体３上に一面に液晶塗布膜を作製し、所定のパターンにてパターン形成されたフォトマスクを介して活性放射線を照射し、液晶化合物の重合反応が十分に進んだ部分と、液晶化合物の重合反応が不十分な部分とを作出する。その後、液晶分子の重合反応が不十分で未硬化な状態にある液晶組成物を溶解可能な溶液に浸漬することにより、液晶塗布膜において液晶分子の重合反応が進まなかった部分を支持体３面から除去する（現像処理）。こうして、支持体３上に液晶相の液晶分子を含む層構造を所定のパターンで形成する（パターニングする）ことが具体的に実現可能である。
【０１０２】
これによれば、光学素子１０において予め所定の領域を定めて、その領域を狙って位相差層９を所定のパターンにてパターン形成することが可能となる。
【０１０３】
上記の例で作製された光学素子１０は、位相差層９の上にブラックマトリックスと色パターンを有する着色層が設けられてもよい。そのように着色層を設けた光学素子１０が液晶表示装置に組み込まれた場合、インセルタイプの位相差層を設けた液晶表示装置が容易に得られる。
【０１０４】
なお、上記に詳述した光学素子１０の製造方法の例では、支持体３は、透明基板の基材１に下地層２として配向膜を形成したものであったが、下地層２は、着色層や保護層などであってもよいし、着色層と配向膜などを積層した多層構造を備えてなるものであってもよい。
【０１０５】
＜本発明の光学素子の製造方法にて得られた光学素子の特性＞
本発明の製造方法にて得られた光学素子では、位相差層は、重合性液晶化合物が一定方向に配向した状態にて重合反応してなる構造を有するとともに、架橋剤により液晶化合物のメソゲン基間が架橋されて３次元構造を形成している。
【０１０６】
焼成工程で、温度条件を１５０℃以上２４０℃以下、及び時間を３０分以上２４０分以下の範囲で変化させることで、位相差層のΔｎを１００％〜５０％の範囲（焼成工程直前の位相差層のΔｎを１００％とした場合）で変化させることができる。
【０１０７】
そして、架橋剤および焼成工程の温度や時間の条件の制御にて、位相差層のΔｎを０．０５以上０．２８以下の範囲で変化させることが可能である。なお、上記Δｎの「０．０５以上０．２８以下の範囲」は、透過部と反射部とのセルギャップを調整する位相差層に求められる厚みの範囲から想定されるΔｎの範囲をカバーできる。なお、透過部と反射部とのセルギャップは、半透過半反射型液晶表示装置において、セルギャップの最大部分におけるそのセルギャップの値（通常、２から６μｍの範囲にある）から検討される。
【０１０８】
＜光学素子１０を組み込んだ液晶表示装置について＞
次に、本発明の製造方法にて作製された光学素子１０を用いた液晶表示装置（半透過半反射型液晶表示装置）について、駆動方式をＶＡモードとする液晶表示装置を例として説明する。
【０１０９】
半透過半反射型液晶表示装置３０は、対面する一対の基板２５（第１の基板２２、第２の基板２３）の間に、印加電圧に応じて液晶４４の光軸の向きを可変に液晶材料２４を封入してなる駆動用液晶層２８を形成しており、基板２５の外側にバックライト（図示せず）を備えてなる。ここに、一対の基板２５のうち、液晶表示面に近い基板を第１の基板２２とし、液晶表示面に対して遠い位置にある基板を第２の基板２３とする。また、第１の基板、第２の基板から駆動用液晶層２８に向かう方向が内側方向であり、駆動用液晶層２８から第１の基板２２、第２の基板２３に向かう方向が外側方向であるものとする。半透過半反射型液晶表示装置３０のバックライトは、第２の基板２３のさらに外側の位置に、第２の基板２３に向かって光を入射するように備えられる。
【０１１０】
第１の基板２２、第２の基板２３は、それぞれガラス基板である基材１、１１を備えており、第１の基板２２は、ガラス基板である基材１上に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極（図示せず）が形成され、この透明電極を覆うように、ブラックマトリクス１５と色パターン形成層１６，１７，１８を備えた着色層１３を積層し、さらにその着色層１３上に配向膜（図示せず）を積層している。さらに、第１の基板２２には、基材１に着色層１３を積層して得られる積層体を見た場合に、画素をなす領域のうち所定の領域に対して重なりあうように、配向膜上に位相差層９がパターン形成されている。この位相差層９は、光に１／４波長の位相差を生じさせる光学機能を発揮する層である。そして、第１の基板２２には、さらにその内側方向に向かって、柱体５０が、その基底部（図３において上方側の部分）を、位相差層９表面上所定の位置（柱体形成予定位置）にフォトリソグラフィー法などの公知方法を用いて分散配置されている。柱体形成予定位置は、位相差層９において画素とする部分に対応する部分を除いた部分（非画素部）内に、適宜定められる。柱体５０は、多官能アクリレートを含有するアクリル系、及びアミド系又はエステル系ポリマー等の光硬化可能な感光性を有する樹脂材料から構成されている。柱体５０の高さは、第１の基板２２と第２の基板２３の間隔に応じて設定される。
【０１１１】
また、第１の基板２２において、ガラス基板である基材１には、外側方向に向かって、偏光板１９が配置されている。
【０１１２】
第２の基板２３は、ガラス基板である基材１１と駆動用液晶層２８との間に、所定領域に光を反射させる反射膜３４を備えるとともに、反射膜３４の非設置領域を光が透過できる部分となしており、さらに駆動用液晶層２８の液晶４４に対する電圧の印加有無のスイッチング駆動する駆動用回路をなすＴＦＴやＩＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極（図示せず）が積層され、そしてその透明電極を覆うように配向膜（図示せず）が形成されている。ここに、第２の基板２３において、反射膜３４の設置領域は、第１の基板２２と第２の基板２３を対面させた際に第１の基板２２の位相差層９の形成されている領域に対して対面するような領域に形成され、反射膜３４の非設置領域は、第１の基板２２と第２の基板２３を対面させた際に第１の基板２２の位相差層９の形成されていない領域（非形成領域）に対して対面するような領域に、形成されている。また、第２の基板２３において、ガラス基板１１には外側方向に向かって、偏光板１９が設けられている。
【０１１３】
第１の基板２２と第２の基板２３は、第１の基板２２の厚み方向に見た場合に、第１の基板２２の位相差層９の非形成領域と第２の基板２３の反射膜３４の非設置領域とを対面させつつ、柱体５０の突出先端を第２の基板２３に当接させて配置される。このとき、第１の基板２２と第２の基板２３との間には所定の間隔が生じており、第１の基板２２の位相差層９の形成領域と第２の基板２３との間隔については、所定の基準光として選択された光の１／４波長分に相当する値となっており、第１の基板２２の位相差層９の非形成領域と第２の基板２３との間隔については、所定の基準光として選択された光の１／２波長分に相当する値となっている。
【０１１４】
なお、この液晶表示装置３０では、第１の基板２２において、基材１とＩＴＯと着色層１３と配向膜を積層した積層体に対して、上記に示すような液晶化合物のメソゲン基を架橋剤にて架橋してなる構造を備えた位相差層９が、積層されている。すなわち、基材１とＩＴＯと着色層１３と配向膜を積層した支持体に、上記に示す位相差層９が積層される。すなわち、液晶表示装置は、支持体上に位相差層９を積層してなる光学素子１０が組み込まれて構成されている。
【０１１５】
この液晶表示装置３０には、必要に応じて、偏光板１９とガラス基板である基材１の間に位相差フィルム３１を介在させて、その位相差フィルム３１にて視野角補償を行うように構成してもよい。位相差フィルムとしては、フィルム面に対して法線方向をｚ軸とし面内方向にｘ軸とｙ軸を有してｘｙｚ３次元空間を張った場合に、ｘｙ軸のいずれか屈折率が他の軸方向の屈折率よりも大きいもの（いわゆる、正のＡプレート）など適宜用いることができる。まお、符合１０１は、屈折率楕円体を示す。
【０１１６】
なお、本明細書において、光学素子１０を組み込む半透過半反射液晶表示装置３０が駆動用液晶層の駆動方式をＶＡモードとする場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【実施例】
【０１１７】
実施例１
＜支持体の調整＞
１００×１００ｍｍのガラス基板（ＮＨテクノグラス社製ＮＡ３５）たる基材に、配向膜を形成可能な組成物（ＪＳＲ（株）製、ＡＬ１２５４）を、スピンコーターを用い塗布して塗布膜（膜厚０．０６５μｍ）を作製し、塗布膜を作製したガラス基板を２３０℃のオーブンにて１時間焼成した。そして、塗布膜面に対してラビング装置（飯沼ゲージ社製、装置名RLYY−3）を用いてラビング処理を施して、塗布膜を配向膜となした。このガラス基板に配向膜を形成したものを支持体とした。
【０１１８】
＜位相差層の作成＞
次にネマチック液晶相を示す重合性液晶としてＲＭＭ３４（メルク社製；１８．７５重量部）、光重合開始剤としてイルガキュアー９０７（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製；１．２５重量部）、架橋剤として１，４−ベンゼンジメタノール（関東化学製；２．５重量部）、酸発生剤としてＭＰ−トリアジン（三和ケミカル社製；２．５重量部）を添加した後、溶剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル（７５重量部）で希釈し、溶液状の液晶組成物（液晶組成液）を調整した。
【０１１９】
そして、先に作製しておいた支持体をスピンコーター（ミカサ社製ＭＳ―Ａ１００）にセットし、調整された液晶組成液をスピンコーティングして、液晶塗布膜を作製した。液晶塗布膜の厚みは、１．５μｍ程度の膜厚（焼成後）であった。
【０１２０】
次に、液晶塗布膜を８０℃で３分間加熱（プリベーク）することで配向処理し、白濁状態が透明状態となる液晶転移点を目視にて確認した。そして、そのまま液晶塗布膜に向けて超高圧水銀灯を有する紫外線照射装置により紫外線を２０ｍＷ／ｃｍ２で５秒照射した。これにより、液晶塗布膜に含まれる液晶化合物を重合反応させた。次いで、支持体に液晶塗布膜を形成した積層体を、２３０℃のオーブンを用いて３０分焼成した（焼成工程）。この焼成工程のとき、架橋剤による液晶塗布膜に含まれる液晶化合物のメソゲン基間の架橋構造の形成が進行し、液晶塗布膜は位相差層である硬化膜となる。これにより、支持体上に位相差層を積層した光学素子が得られた。この光学素子について、位相差層の位相差量（波長５８０ｎｍの光に対する位相差）を、王子計測機器社製ＫＯＢＲＡ−２１を用いて測定したところ、１３５ｎｍであった。さらに、位相差層の膜厚をミカサ社製ＥＴ４０００Ａで測定したところ、１．５０μｍであり、位相差層の複屈折率Δｎ（位相差量／膜厚；複屈折の値）は０．０９であった。液晶塗布膜を位相差層となすまでの処理の過程で、液晶塗布膜が白化せず、また、位相差層の面質が良好であった。なお、ここに、「白化」とは蛍光灯下に光学素子を置いたとき、「光学素子の位相差層が明らかに白く濁った状態になっている」と目視確認される状態を示す。また、「面質」とは、ナトリウムＤ線を光学素子に照射したときに観察される位相差層の状態を示しており、「面質が良好」とは、位相差層を反射する光にムラが見られない状態を示す。
【０１２１】
実施例２
焼成工程の焼成温度を２４０℃にした以外は実施例1と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は１１７ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４７μｍであり、複屈折率Δｎは０．０８であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２２】
実施例３
焼成工程の焼成時間を１２０分にした以外は実施例1と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は１０５ｎｍであった。さらに、膜厚は１．５０μｍであり、複屈折率Δｎは０．０７であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２３】
実施例４
焼成工程の焼成時間を２４０分にした以外は実施例1と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は７０ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４０μｍであり、複屈折率Δｎは０．０５であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２４】
実施例５
焼成工程の焼成温度を１５０℃にした以外は実施例４と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は１６５ｎｍであった。さらに、膜厚は１．５０μｍであり、複屈折率Δｎは０．１１であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２５】
実施例６
本実施例では、架橋剤に１，３−ベンゼンジメタノール（関東化学製；２．５重量部）を用いた以外は実施例1と同様に位相差層を成膜して光学素子を作製した。光学素子の位相差層の位相差は１５０ｎｍであった。さらに、膜厚は１．５１μｍであり、複屈折率Δｎは０．１０であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２６】
実施例７
本実施例では、焼成工程の焼成温度を２４０℃にした以外は実施例６と同様に位相差層を成膜して光学素子を得た。光学素子の位相差層の位相差は１１８ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４８μｍであり、複屈折率Δｎは０．０８であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２７】
実施例８
本実施例では、焼成工程の焼成時間を１２０分にした以外は実施例６と同様に位相差層を成膜して光学素子を得た。光学素子の位相差層の位相差は１００ｎｍであった。さらに、膜厚は１．５０μｍであり、複屈折率Δｎは０．０７であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２８】
実施例９
焼成工程の焼成時間を２４０分にした以外は実施例６と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は７２ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４３μｍであり、複屈折率Δｎは０．０５であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１２９】
実施例１０
焼成工程の焼成温度を１５０℃にした以外は実施例９と同様に位相差層を成膜して光学素子を得たところ、位相差層の位相差は１６４ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４９μｍであり、複屈折率Δｎは０．１１であった。また、液晶塗布膜の白化も起こらず、良好な面質であった。
【０１３０】
比較例１
実施例１の架橋剤を用いなかった以外は実施例１と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１９４ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４９μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１３１】
比較例２
比較例１の焼成工程の焼成温度を２４０℃にした以外は比較例１と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１８８ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４７μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１３２】
比較例３
比較例１の焼成工程の焼成時間を１２０分にした以外は比較例１と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１９０ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４８μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１３３】
比較例４
焼成工程の焼成時間を２４０分にした以外は比較例１と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１８５ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４２μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１３４】
比較例５
焼成工程の焼成温度を１５０℃にした以外は比較例４と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１９４ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４９μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１３５】
比較例６
実施例１の架橋剤にジメチロール尿素（関東化学製；２．５重量部）を用いた以外は実施例１と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、移送差層の位相差は１７７ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４９μｍであり、複屈折率Δｎは０．１２であった。
【０１３６】
比較例７
比較例４の焼成温度を２４０℃にした以外は比較例６と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１７２ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４５μｍであり、複屈折率Δｎは０．１２であった。
【０１３７】
比較例８
比較例４の焼成時間を１２０分にした以外は比較例６と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１７３ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４６μｍであり、複屈折率Δｎは０．１２であった。
【０１３８】
比較例９
焼成工程の焼成時間を２４０分にした以外は比較例６と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１７４ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４５μｍであり、複屈折率Δｎは０．１２であった。
【０１３９】
比較例１０
焼成工程の焼成温度を１５０℃にした以外は比較例９と同様に支持体に位相差層を成膜したところ、位相差層の位相差は１９２ｎｍであった。さらに、膜厚は１．４８μｍであり、複屈折率Δｎは０．１３であった。
【０１４０】
実施例１から５および実施例６から１０と、比較例１から５とを比べることにより、実施例１から５や、実施例６から１０の場合では、液晶化合物の配向の乱れに伴う白化が抑制された状態を保ちつつ、比較例１から５の場合に比べ、架橋剤が含まれると焼成工程の条件に応じて、膜厚を大きく変動させずに様々な位相差量を得ることができることが確認された。
【０１４１】
また、実施例１から５および実施例６から１０と、比較例１から５及び比較例６から１０を比べることにより、実施例１から５や、実施例６から１０の場合では、架橋剤として、炭化水素環またはヘテロ環を有するアルキロール化合物が用いられることで、液晶化合物の配向の乱れに伴う白化が抑制された状態を保ちつつ、比較例６から１０の場合に比べ、膜厚を大きく変動させずに様々な位相差量を得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】（ａ）から（ｆ）  本発明の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】本発明において下地層として着色層を備える支持体の例を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の製造方法にて得られる光学素子を組み込んだ半透過半反射型液晶表示装置の例を説明するための概略分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  基材
２  下地層
３  支持体
４  液晶分子
５  架橋剤
６  活性放射線
７  重合部（液晶分子同士の重合部）
８  架橋部（液晶分子間の架橋部）
９  位相差層
１０  光学素子
１３  着色層
１５  ブラックマトリクス
１６，１７，１８  色パターン形成層
３０  液晶表示装置
【図１】
2009237459.tif 000007
【図２】
2009237459.tif 000008
【図３】
2009237459.tif 000009