JP2004191832A

JP2004191832A - 位相差素子、それを備えた表示素子及び位相差素子の製造方法

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Publication number: JP2004191832A
Application number: JP2002362262A
Authority: JP
Inventors: Goji Ishizaki; 崎剛司石
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US20070252929A1; US7253859B2; US7495731B2; US20040263730A1

Abstract

【課題】赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる場合でも優れた表示特性を呈する位相差素子を提供する。
【解決手段】位相差板１０は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層１４とを備えている。位相差板１０は、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する液晶表示素子５０に組み込まれて用いられるものであり、液晶層１４は、画素の各色の表示領域に対応して複数の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃにパターニングされている。微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは同一の液晶材料からなり、各微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる膜厚を有している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子や有機電界発光素子等の表示素子に組み込まれて用いられる円偏光制御素子等の光学素子に係り、とりわけ、重合型の液晶材料からなる液晶層を備えた位相差素子、それを備えた表示素子及び位相差素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子や有機電界発光素子等の表示素子に組み込まれて用いられる光学素子として、重合型の液晶材料からなる液晶層を備えた位相差フィルム（位相差素子）が知られており、表示素子を構成する吸収型円偏光板の一部をなす部材（λ／４位相差フィルムやλ／２位相差フィルム）として広く用いられている。また、このような位相差フィルムは、直線偏光板や各種の液晶モード用の視野角補償板としても広く用いられている。
【０００３】
ところで、このような位相差フィルムは通常、高分子フィルムを一定方向に延伸することにより作製されており、そのリタデーション量は面内で均一に保たれている。また、特許文献１には、液晶表示素子の構造に関連して、画素領域とそれ以外の非画素領域との間でリタデーション量を変えるようにした位相差フィルムが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５４２１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の位相差フィルムでは、それが組み込まれる表示素子がカラー化されている場合でも、一つの画素内ではリタデーション量が均一に保たれている。このため、表示素子がカラー化されている場合（赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する場合）には、画素の各色の表示領域を通過する各色の光の波長域に起因して光の偏光状態にばらつきが生じてしまう。すなわち、図１０に示すように、おおよそ緑の波長域でλ／４のリタデーション量を有する位相差フィルム１０′を直線偏光板２０と組み合わせて円偏光板として用いる場合を例に挙げると、直線偏光板２０側から入射した無偏光は直線偏光板２０を通過することで直線偏光となり、さらに位相差フィルム１０′を通過することで円偏光となるが、位相差フィルム１０′における直線偏光から円偏光への変換の程度が光の波長域に依存して異なったものとなるので、最終的に得られる円偏光の偏光状態にばらつきが生じてしまう。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる場合でも優れた表示特性を呈することができる、位相差素子、それを備えた表示素子及び位相差素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の解決手段として、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる位相差素子において、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを備え、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする位相差素子を提供する。
【０００８】
なお、上述した第１の解決手段において、前記液晶層は、ネマチック液晶材料、コレステリック液晶材料又はこれらを１つ以上組み合わせた材料からなることが好ましい。また、前記液晶層の前記各微細領域は、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる膜厚を有することが好ましい。さらに、前記液晶層の前記各微細領域は、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる液晶材料からなることが好ましい。さらに、前記液晶層の前記各微細領域の端部の立ち上がり距離ｚがｚ≦１０μｍであることが好ましい。さらに、前記液晶層は、２層以上の液晶層が互いに積層されて構成されていることが好ましい。さらにまた、前記基材は透明基材であることが好ましい。
【０００９】
本発明は、第２の解決手段として、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する液晶セルと、前記各色の表示領域に対応する赤色、緑色及び青色の各色の微細パターンを有するカラーフィルターと、前記液晶セルおよび前記カラーフィルターとともに用いられる位相差素子とを備え、前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子を提供する。
【００１０】
本発明は、第３の解決手段として、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する白色電界発光素子と、前記各色の表示領域に対応する赤色、緑色及び青色の各色の微細パターンを有するカラーフィルターと、前記白色電界発光素子および前記カラーフィルターとともに用いられる位相差素子とを備え、前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子を提供する。
【００１１】
本発明は、第４の解決手段として、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する電界発光素子であって、前記各色の表示領域に対応する赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子を有する電界発光素子と、前記電界発光素子とともに用いられる位相差素子とを備え、前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子を提供する。
【００１２】
本発明は、第５の解決手段として、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる位相差素子を製造する方法において、配向能を有する基材上に、重合型の液晶材料からなる液晶層を成膜する工程と、前記基材上に成膜された前記液晶層に第１の放射線を照射して当該液晶層を硬化させる工程であって、前記基材上に成膜された前記液晶層に照射される第１の放射線の照射量を、当該液晶層における前記画素の前記各色の表示領域に対応する微細領域単位で変える工程と、前記第１の放射線が照射された前記液晶層を有機溶媒に接触させる工程とを含むことを特徴とする、位相差素子の製造方法を提供する。
【００１３】
なお、上述した第５の解決手段において、前記第１の放射線を照射する雰囲気は窒素雰囲気であることが好ましく、また雰囲気の温度は室温よりも高い温度であることが好ましい。
【００１４】
また、上述した第５の解決手段においては、前記有機溶媒に接触させた後の前記液晶層に第２の放射線を照射して当該液晶層を硬化させる工程をさらに含むことが好ましい。なおこのとき、前記第２の放射線を照射する雰囲気は窒素雰囲気であることが好ましく、また雰囲気の温度は室温よりも高い温度であることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、位相差素子を構成する液晶層が、画素の各色の表示領域に対応してパターニングされた微細領域を有し、これらの微細領域が、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つように調整されているので、画素の各色の表示領域を通過する光の偏光状態にばらつきが生じることがない。このため、位相差素子が赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる場合でも優れた表示特性を呈することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
まず、本発明の一実施の形態に係る位相差板（位相差素子）について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る位相差板１０は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２と、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層１４とを備えている。なお、ガラス基板１１及び配向膜１２は透明基材を構成している。
【００１９】
ここで、図１に示す位相差板１０は、図４に示すように、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する液晶表示素子５０に組み込まれて用いられるものであり、位相差板１０の液晶層１４は、画素の各色の表示領域に対応して複数の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃにパターニングされている。
【００２０】
微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃはそれぞれ、赤色用微細領域、緑色用微細領域、青色用微細領域であり、図５に示すように、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持っている。
【００２１】
例えば、反射型液晶表示装置用円偏光板の位相差板として用いる場合には、各色ごとに最適な波長でリタデーション量がλ／４となっていることが好ましい。
【００２２】
具体的には、青色用微細領域では、リタデーション量として１００ｎｍ〜１２５ｎｍをとることが好ましい。吸収型のカラーフィルターとともに用いる場合には、図６に示すようなスペクトルにおいて、用いられるカラーフィルターの透過率のピーク波長付近であることが好ましく、さらに好ましくは、用いられるカラーフィルターの透過率のピーク波長と一致していることが好ましい。
【００２３】
緑色用微細領域では、リタデーション量として１２５ｎｍ〜１４５ｎｍをとることが好ましい。吸収型のカラーフィルターとともに用いる場合には、図６に示すようなスペクトルにおいて、用いられるカラーフィルターの透過率のピーク波長付近であることが好ましく、さらに好ましくは、用いられるカラーフィルターの透過率のピーク波長と一致していることが好ましい。
【００２４】
赤色用微細領域では、リタデーション量として１４５ｎｍ〜１７５ｎｍをとることが好ましい。吸収型のカラーフィルターとともに用いる場合には、図６に示すように、用いられるカラーフィルターの透過率の波長分散が比較的フラットである。このため、図７に示すような比視感度曲線において、その係数が比較的大きい波長領域５８０〜６５０ｎｍであることが好ましく、この場合、リタデーション量は１４５ｎｍ〜１６３ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
なお、図１に示す位相差板１０は、図４に示す液晶表示素子５０において、吸収型円偏光板３５，３６の一部の部材として用いられる。すなわち、図１及び図４に示すように、位相差板１０は、直線偏光板２０と組み合わされて用いられ、通過した光を無偏光から円偏光に変換する。なお、吸収型円偏光板３５の位相差板１０には、微細領域間にブラックマトリックスが設けられている。
【００２６】
ここで、図４により、このような構成からなる位相差板１０が組み込まれて用いられる液晶表示素子５０の概要について説明する。
【００２７】
図４に示すように、液晶表示素子５０は、液晶セル３１と、液晶セル３１を光源側及び観察者側の両側から挟み込むように配置された一対の吸収型円偏光板３５，３６とを備え、光源３８及び反射板３９から投射された光（無偏光）を吸収型円偏光板３５で円偏光に変換した後、液晶セル３１に入射させる。
【００２８】
そして、液晶セル３１を通過する円偏光を液晶セル３１でスイッチングしてその旋光方向を変えることにより観察者側から吸収型円偏光板３６を介して出射される光の明暗表示を制御するようになっている。なお、液晶セル３１は、一対の対向基板３２，３３と、これらの対向基板３２，３３内に配置された液晶３４とを有し、対向基板３２，３３の間に吸収型カラーフィルター３７が配置されている。ここで、吸収型カラーフィルター３７は、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域に対応する微細パターンを有している。これにより、吸収型カラーフィルター３７の各微細パターンを通過した光は、赤色、緑色及び青色の各色の光となり、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素が実現される。なお、吸収型カラーフィルター３７の代わりに、反射型カラーフィルターや、吸収型カラーフィルターと反射型カラーフィルターとを組み合わせたもの等の任意の種類のものを用いることができる。また、吸収型カラーフィルター３７は、液晶表示素子５０内の任意の位置に配置することができる。
【００２９】
図１に戻って説明を続けると、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは同一の液晶材料（ネマチック液晶材料、コレステリック液晶材料又はそれらを１つ以上組み合わせた材料）からなり、各微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる膜厚を有している。なお、図２に示すように、液晶層１４の各微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの端部の立ち上がり距離ｚ（膜厚が０の位置から膜厚が最大値ｄに最初に達するまでの水平方向距離）との関係は、ｚ≦１０μｍであることが好ましい。これにより、各微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間に設けられるブラックマトリックスの線幅を狭くすることができ、高開口率の実現により高精細な表示を得ることができる。
【００３０】
なお、液晶層１４を構成する液晶材料としては、重合可能な基を有するネマチック液晶を用いることができる。具体的には例えば、ネマチック液晶として、下記の化学式（１）〜（１０）で表される化合物を、単独、又は必要に応じて２つ以上混合して用いることが好ましい。
【００３１】
【化１】

【００３２】
なお、液晶層１４を構成する液晶材料は、ある入射角度で入射した光に対して位相差を与える機能を有するものであればよく、上述したネマチック液晶に限らず、カイラルネマチック液晶（ネマチック液晶中にカイラル剤を添加したもの）等の任意の液晶材料を用いることができる。なお、ネマチック液晶は、重合可能な基を有することが好ましい。また、カイラル剤も重合可能な基を有することが好ましい。
【００３３】
ここで、カイラルネマチック液晶については、ネマチック液晶として、上記の化学式（１）〜（１０）で表される化合物を、単独、又は必要に応じて２つ以上混合して用いることが好ましい。また、カイラル剤として、下記の化学式（１１）〜（１３）で表される化合物やキラルドーパント液晶Ｓ−８１１（Merck社製）等を用いることが好ましい。
【００３４】
【化２】

【００３５】
次に、図３により、このような構成からなる位相差板１０の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、配向能を有する基材として、配向膜１２が形成されたガラス基板１１を準備し、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２上に、重合型の液晶材料からなる液晶層１３を成膜し、配向膜１２の配向規制力及び必要に応じて加熱処理を施すことにより液晶層１３中の液晶分子を配向させる（図３(a)）。なお、配向膜１２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、このような配向膜１２にラビング処理を施すことにより配向能が付与される。なお、ラビング処理としては、レーヨン、綿、ポリアミド等の素材から選ばれるラビング布を金属ロールに捲き付け、これがガラス基板１１上に形成された配向膜１２に接した状態で回転させるか、ロールを固定したまま配向膜１２付きのガラス基板１１を搬送することより、配向膜１２をラビング布で摩擦する方法が通常採用される。
【００３７】
次に、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２上に成膜された液晶層１３に所定の照射量の放射線４１を照射して当該液晶層１３を３次元架橋して硬化させる（図３(b)）。なおこのとき、液晶層１３に照射される放射線４１の照射量は、図３(b)に示すように、当該液晶層１３における画素の各色の表示領域に対応する微細領域単位で変えられる。ここで、放射線４１は、放射線重合型の液晶材料に光重合反応等を誘発させるためのものであり、紫外線や電子線、可視光線、赤外線（熱線）等を用いることができる。紫外線を用いて液晶を硬化させる場合には、液晶材料中に光重合開始剤を添加しておくことが好ましい。なお、放射線４１の照射量は光重合開始剤の有無や添加量、又は放射線の種類や照度に応じて変わるが、例えば１ｍＪ／ｃｍ^２〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲程度であることが好ましい。また、放射線４１を照射する雰囲気は窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。これにより、酸素の影響を受けずに硬化させ、液晶層１３の光学特性を安定させることができる。さらに、放射線４１を照射する雰囲気の温度は室温よりも高い温度で均一に制御することが好ましい。これにより、放射線４１の照射時の液晶材料の重合を促進させ、液晶層１３の光学特性を安定化させることができる。ここで、「３次元架橋」とは、重合型のモノマー、オリゴマー又はポリマー等を互いに３次元的に重合して、網目（ネットワーク）構造の状態とすることを意味する。このような状態にすることによって、液晶層１３の液晶材料の状態を光学的に固定することができ、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。
【００３８】
なお、配向能を有する基材としては、配向能を有する支持フィルムを用いることも可能である。このような支持フィルムとしては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルセルロース及びその部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチックフィルムが使用できる。これらのプラスチックフィルムは、２種以上のフィルムを積層させたラミネートフィルムであって差し支えなく、また、一軸延伸又は二軸延伸されたフィルムであって差し支えない。さらに、支持フィルムには親水化処理や疎水化処理等の表面処理を予め施しておくことができる。溶液に含まれる液晶の組成によっては、支持フィルムに配向能を別途付与させる必要はないが、溶液の塗布に先立って支持フィルムに配向能を付与しておくことが好ましい。配向能の付与は、支持フィルムに配向膜を積層させるか、支持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方法で行われる。また、支持フィルム上に酸化ケイ素を斜め蒸着させて配向能を付与することもできる。なお、配向膜やラビング処理の方法の詳細については上述したとおりである。
【００３９】
その後、放射線４１が照射された液晶層１３を有機溶媒４２に接触させる（図３(c)）。なお、液晶層１３に有機溶媒４２を接触させる方法としては、浸漬やスピンシャワー等の各種の現像方法を用いることができる他、スピンコートやダイコート、キャスト法等の各種のコーティング方法等を用いることができる。これにより、液晶層１３の未硬化成分が現像され、画素の各色の表示領域に対応する微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する液晶層１４が形成される。ここで、図３(b)に示す工程で放射線４１が照射される液晶層１３は、放射線４１の照射量が少ないほど未硬化成分が多く、照射量が大きいほど未硬化成分が少なくなるので、現像後の液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、放射線４１の照射量が少ないほど膜厚が薄くなり、照射量が大きいほど膜厚が厚くなる。このため、液晶層１３に照射される放射線４１の照射量を、当該液晶層１３における画素の各色の表示領域に対応する微細領域単位で変えることにより、現像後の液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの膜厚を調整することができる。なおこのとき、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの膜厚は、液晶材料の屈折率波長分散等を考慮して、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つように調整する。
【００４０】
なお、有機溶媒４２としては、液晶層１３が溶解するものであれば任意のものを用いることができる。具体的には例えば、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。単一種の溶剤を使用しただけでは、液晶の溶解性が不十分であったり、あるいは支持フィルムが侵食されるおそれがある場合でも、２種以上の溶剤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。上記した溶剤の中で、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、混合溶剤媒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。溶液の濃度は、液晶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重量％、好ましくは３〜４０重量％の範囲で調整される。液晶の溶液には、塗布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及びそのエステル、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等が挙げられる。界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、硬化型液晶の種類、溶剤の種類、さらには溶液を塗布するガラス基板又は支持フィルムの種類にもよるが、通常は溶液に含まれる液晶の１０重量ｐｐｍ〜１０重量％、好ましくは１００重量ｐｐｍ〜５重量％、さらに好ましくは０．１〜１重量％の範囲にある。
【００４１】
最後に、このようにして有機溶媒４２に接触させた後の液晶層１４を所定の温度に加熱して乾燥処理を行った後、当該液晶層１４に放射線４３を照射して当該液晶層１４を再硬化させ、液晶層１４の光学特性を安定化させる（図３(d)）。なおこのとき、液晶層１４に照射される放射線４３としては、上述した放射線４１と同様に、紫外線や電子線、可視光線、赤外線（熱線）等を用いることができる。また、放射線４３の照射量は、光重合開始剤の有無や添加量、又は放射線の種類に応じて変わるが、例えば１ｍＪ／ｃｍ^２〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲程度であることが好ましい。また、放射線４３を照射する雰囲気は窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。これにより、酸素の影響を受けずに硬化させ、液晶層１４の光学特性が安定させることができる。さらに、放射線４３を照射する雰囲気の温度は室温よりも高い温度で均一に制御することが好ましい。これにより、放射線４３の照射時の液晶材料の重合を促進させ、液晶層１４の光学特性を安定化させることができる。なお、液晶層１４に放射線４３を照射して再硬化させた後、当該液晶層１４を高温で加熱して熱硬化させることも可能であり、この場合には、液晶層１４の光学特性をさらに安定化させることが可能である。
【００４２】
これにより、最終的に、画素の各色の表示領域に対応する微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する液晶層１４が形成された位相差板１０が製造される（図３(e)）。
【００４３】
なお、上述したような製造方法の場合、液晶層１３を成膜する際に、液晶層１３用の液晶材料を溶媒に溶かしてコーティング液としてもよく、その場合には、放射線４１の照射により液晶層を３次元架橋する前に、溶媒を蒸発させるための乾燥工程を行う必要がある。
【００４４】
このように本実施の形態によれば、位相差板１０を構成する液晶層１４が、画素の各色の表示領域に対応してパターニングされた微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有し、これらの微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つように調整されているので、画素の各色の表示領域を通過する光の偏光状態にばらつきが生じることがない。このため、位相差板１０が図４に示すような液晶表示素子５０（赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子）に組み込まれて用いられる場合でも優れた表示特性を呈することができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、ガラス基板１１上に形成された配向膜１２上に成膜された液晶層１３に放射線４１を照射して半硬化部分と未硬化部分とを形成した後、液晶層１３を有機溶媒４２に接触させ、液晶層１３の硬化の程度に応じて液晶層１３の膜厚を調整するようにしているので、現像後の液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの膜厚を放射線４１の照射量に応じて容易に調整することができ、このため、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃのリタデーション量をより精度良くかつ容易に調整することができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態に係る位相差板１０では、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃは同一の液晶材料からなり、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの膜厚を変えることによりリタデーション量を制御しているが、これに限らず、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃを異なる液晶材料から形成することによりリタデーション量を制御するようにしてもよい。なお、この場合には、液晶層１４の微細領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃはフォトリソグラフィーや各種の印刷法等を用いてパターニングする。
【００４７】
また、上述した実施の形態に係る位相差板１０は、液晶層１４を単層で備えているが、これに限らず、互いに積層された２層以上の液晶層を備えていてもよい。ここで、液晶層を積層する際には、上側の液晶層を、下側の液晶層上に直接積層する他、下側の液晶層上に配向膜等を介して積層することができる。またこのとき、液晶層１４を構成する液晶層間の配向膜のラビング方向と基材上の配向膜のラビング方向とを変えることにより、２層以上のネマチック液晶層を遅相軸が異なる状態で積層することも可能である。
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、位相差板１０を液晶表示素子５０に組み込んで用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、図８に示すように、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する有機電界発光表示素子６０に組み込んで用いてもよい。なおこのとき、位相差板１０は、吸収型円偏光板３６の一部の部材として、直線偏光板２０と組み合わされて用いられ、通過した光を無偏光から円偏光に変換する。なお、位相差板１０には、微細領域間にブラックマトリックスが設けられている。
【００４９】
図８に示すように、有機電界発光表示素子６０は、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する白色電界発光素子６１を備えている。なお、白色電界発光素子６１は、対向する金属電極６２及び透明電極６３の間に白色発光素子６４を挟み込んだものである。
【００５０】
また、有機電界発光表示素子６０は、白色電界発光素子６１の観察者側に配置された吸収型カラーフィルター３７と、吸収型カラーフィルター３７の観察者側に配置された吸収型円偏光板３６とを備えている。
【００５１】
ここで、吸収型カラーフィルター３７は、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域に対応する微細パターンを有しており、白色電界発光素子６１から投射された光が吸収型カラーフィルター３７の各微細パターンを通過した後、位相差板１０を有する吸収型円偏光板３６へ入射される。なお、吸収型カラーフィルター３７の代わりに、反射型カラーフィルターや、吸収型カラーフィルターと反射型カラーフィルターとを組み合わせたもの等の任意の種類のものを用いることができる。また、吸収型カラーフィルター３７は、有機電界発光表示素子６０内の任意の位置に配置することができる。
【００５２】
また、位相差板１０は、図９に示すように、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する有機電界発光表示素子６０′に組み込んで用いてもよい。なおこのとき、位相差板１０には、微細領域間にブラックマトリックスが設けられている。図９に示す有機電界発光表示素子６０′は、図８に示す白色電界発光素子６１の代わりに、ＲＧＢ並置型電界発光素子６１′を用いたものであり、ＲＧＢ並置型電界発光素子６１′から投射された光は、カラーフィルター等を介することなく、直接、位相差板１０を有する吸収型円偏光板３６へ入射される。なお、ＲＧＢ並置型電界発光素子６１′は、対向する金属電極６２及び透明電極６３の間に、赤色、緑色及び青色の各色の表示領域に対応する赤色発光素子６５ａ、緑色発光素子６５ｂ及び青色発光素子６５ｃを挟み込んだものである。
【００５３】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００５４】
実施例１
重合可能なネマチック液晶（２５重量部）と、光重合開始剤（１重量部）と、トルエン（７４重量部）とからなる光硬化型ネマチック液晶溶液を準備した。
【００５５】
なお、ネマチック液晶としては、上記の化学式（８）で表される化合物を用いた。また、光重合開始剤としては、Ｉｒｇ６３１（Ciba Speciality Chemicals社製）を用いた。
【００５６】
一方、ガラス基板上にポリイミド（ＰＩ）をコーティングし、一定方向にラビング処理（配向処理）を施すことにより、配向能を有する基材を作製した。
【００５７】
そして、このようなラビング処理が施されたポリイミド（ＰＩ）付きのガラス基板をスピンコータにセットし、前記光硬化型ネマチック液晶溶液を０．１０〜７．００μｍ程度の膜厚（乾燥後）でスピンコーティングした。
【００５８】
次に、８０℃で５分間加熱し、乾燥及び配向処理を行った後、配向膜上に形成された層が液晶相（ネマチック相）を呈することを目視で確認した。
【００５９】
そして、このような液晶層に、超高圧水銀灯を用いた紫外線照射装置により所定の照射量で紫外線を照射し、液晶層を３次元架橋してポリマー化した。なおこのとき、液晶層に照射される紫外線の照射量は、画素の各色の表示領域に対応する微細領域ごとに異なる照射量（１０ｍＪ／ｃｍ^２、２０ｍＪ／ｃｍ^２、１００ｍＪ／ｃｍ^２）とした。
【００６０】
その後、紫外線が照射された液晶層を、アセトン中に５分間浸漬させた。
【００６１】
そして、６０℃で１５分間加熱し、乾燥処理を行った後、超高圧水銀灯を用いた紫外線照射装置で５００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、ネマチック層を再硬化させ、光学特性を安定化させた。
【００６２】
さらに、オーブン（２００℃）中で、ネマチック層を１時間熱硬化させ、光学特性をさらに安定化させた。
【００６３】
これにより、最終的に、パターニングされた液晶層が形成された位相差板が製造された。
【００６４】
ここで、このようにして製造された位相差板の液晶層の各微細領域の膜厚を測定したところ、照射された紫外線の照射量（１０ｍＪ／ｃｍ^２、２０ｍＪ／ｃｍ^２、１００ｍＪ／ｃｍ^２）に応じて、それぞれ、０．８８μｍ、１．０１μｍ、１．２５μｍとなった。
【００６５】
実施例２
重合可能なネマチック液晶（２０重量部）と、カイラル剤（２重量部）と、光重合開始剤（１重量部）と、トルエン（７７重量部）とからなる光硬化型カイラルネマチック液晶溶液を準備した。
【００６６】
なお、ネマチック液晶としては、上記の化学式（８）で表される化合物を用い、カイラル剤としては、キラルドーパント液晶Ｓ−８１１（Merck社製）を用いた。また、光重合開始剤としては、Ｉｒｇ６３１（Ciba Speciality Chemicals社製）を用いた。
【００６７】
一方、ガラス基板上にポリイミド（ＰＩ）をコーティングし、一定方向にラビング処理（配向処理）を施すことにより、配向能を有する基材を作製した。
【００６８】
そして、このようなラビング処理が施されたポリイミド（ＰＩ）付きのガラス基板をスピンコータにセットし、前記光硬化型カイラルネマチック液晶溶液を３．０〜７．０μｍ程度の膜厚（乾燥後）でスピンコーティングした。
【００６９】
次に、８０℃で５分間加熱し、乾燥及び配向処理を行った後、配向膜上に形成された層が液晶相（コレステリック相）を呈することを目視で確認した。
【００７０】
そして、このような液晶層に、超高圧水銀灯を用いた紫外線照射装置により所定の照射量で紫外線を照射し、液晶層を３次元架橋してポリマー化した。なおこのとき、液晶層に照射される紫外線の照射量は、画素の各色の表示領域に対応する微細領域ごとに異なる照射量（１０ｍＪ／ｃｍ^２、２０ｍＪ／ｃｍ^２、１８０ｍＪ／ｃｍ^２）とした。
【００７１】
その後、紫外線が照射された液晶層を、アセトン中に５分間浸漬させた。
【００７２】
そして、６０℃で１５分間加熱し、乾燥処理を行った後、超高圧水銀灯を用いた紫外線照射装置で５００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、コレステリック層を再硬化させ、光学特性を安定化させた。
【００７３】
さらに、オーブン（２００℃）中で、コレステリック層を１時間熱硬化させ、光学特性をさらに安定化させた。
【００７４】
これにより、最終的に、パターニングされた液晶層が形成された位相差板が製造された。
【００７５】
ここで、このようにして製造された位相差板の液晶層の各微細領域の膜厚を測定したところ、照射された紫外線の照射量（１０ｍＪ／ｃｍ^２、２０ｍＪ／ｃｍ^２、１８０ｍＪ／ｃｍ^２）に応じて、それぞれ、３．０２μｍ、３．５２μｍ、３．８９μｍとなった。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる場合でも優れた表示特性を呈することができる。
【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素子を示す概略断面図。
【図２】図１に示す位相差素子の液晶層の詳細を示す部分断面図。
【図３】図１に示す位相差素子の製造方法を説明するための工程図。
【図４】図１に示す位相差素子が組み込まれて用いられる液晶表示素子の一例を示す概略断面図。
【図５】図１に示す位相差素子の液晶層の各微細領域（赤色用、緑色用及び青色用）のリタデーション量を示す図。
【図６】反射型液晶表示装置用のカラーフィルターの透過率スペクトルを示す図。
【図７】比視感度曲線を示す図。
【図８】図１に示す位相差素子が組み込まれて用いられる有機電界発光表示素子の一例を示す概略断面図。
【図９】図１に示す位相差素子が組み込まれて用いられる有機電界発光表示素子の他の例を示す概略断面図。
【図１０】従来の位相差素子の作用を説明するための図。
【符号の説明】
１０位相差板（位相差素子）
１１ガラス基板
１２配向膜
１３液晶層
１４パターニング済みの液晶層
１４ａ赤色用微細領域
１４ｂ緑色用微細領域
１４ｃ青色用微細領域
２０直線偏光板
４１，４３放射線
４２有機溶媒
５０液晶表示素子
６０，６０′ 有機電界発光表示素子

Claims

赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる位相差素子において、
配向能を有する基材と、
前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを備え、
前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする位相差素子。
前記液晶層は、ネマチック液晶材料、コレステリック液晶材料又はこれらを１つ以上組み合わせた材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の位相差素子。
前記液晶層の前記各微細領域は、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる膜厚を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の位相差素子。
前記液晶層の前記各微細領域は、当該各微細領域を通過する光の波長域に応じたリタデーション量を持つよう、互いに異なる液晶材料からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の位相差素子。
前記液晶層の前記各微細領域の端部の立ち上がり距離ｚがｚ≦１０μｍであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の位相差素子。
前記液晶層は、２層以上の液晶層が互いに積層されて構成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の位相差素子。
前記基材は透明基材であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の位相差素子。
赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する液晶セルと、
前記各色の表示領域に対応する赤色、緑色及び青色の各色の微細パターンを有するカラーフィルターと、
前記液晶セルおよび前記カラーフィルターとともに用いられる位相差素子とを備え、
前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子。
赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する白色電界発光素子と、
前記各色の表示領域に対応する赤色、緑色及び青色の各色の微細パターンを有するカラーフィルターと、
前記白色電界発光素子および前記カラーフィルターとともに用いられる位相差素子とを備え、
前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子。
赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素ごとに光の明暗表示を制御する電界発光素子であって、前記各色の表示領域に対応する赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子を有する電界発光素子と、
前記電界発光素子とともに用いられる位相差素子とを備え、
前記位相差素子は、配向能を有する基材と、前記基材上に成膜された重合型の液晶材料からなる液晶層とを有し、前記液晶層は前記画素の前記各色の表示領域に対応してパターニングされた複数の微細領域であって、当該各微細領域を通過する赤色、緑色及び青色の各色の光ごとに異なるリタデーション量を持つ複数の微細領域を有することを特徴とする表示素子。
赤色、緑色及び青色の三色の表示領域からなる画素を有する表示素子に組み込まれて用いられる位相差素子を製造する方法において、
配向能を有する基材上に、重合型の液晶材料からなる液晶層を成膜する工程と、
前記基材上に成膜された前記液晶層に第１の放射線を照射して当該液晶層を硬化させる工程であって、前記基材上に成膜された前記液晶層に照射される第１の放射線の照射量を、当該液晶層における前記画素の前記各色の表示領域に対応する微細領域単位で変える工程と、
前記第１の放射線が照射された前記液晶層を有機溶媒に接触させる工程とを含むことを特徴とする、位相差素子の製造方法。
前記第１の放射線を照射する雰囲気は窒素雰囲気であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
前記第１の放射線を照射する雰囲気の温度は室温よりも高い温度であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
前記有機溶媒に接触させた後の前記液晶層に第２の放射線を照射して当該液晶層を硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の方法。
前記第２の放射線を照射する雰囲気は窒素雰囲気であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
前記第２の放射線を照射する雰囲気の温度は室温よりも高い温度であることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。