JP4625575B2 - 偏光反射素子、これを備えた液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光反射素子、偏光反射素子を用いた液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、螺旋状の分子配列を持ち、その螺旋軸がほぼ法線方向に向いているようなコレステリック液晶膜、或いはカイラルネマティック液晶膜は、円偏光二色性を示すことが知られている。円偏光二色性とは、膜に入射する光のうち特定波長の特定方向の円偏光を反射し、また、反射された円偏光と逆方向の円偏光を透過するような性質を言う。
【０００３】
上記円偏光二色性の反射および透過特性は、用いる液晶の螺旋構造によって決定される。すなわち、反射される円偏光の向きは、液晶の螺旋の向きと同じであり、その波長は螺旋のピッチに依存する。また、反射率および透過率は、液晶膜の厚みによって変わり、厚ければ厚いほど、反射率が高くなる。
【０００４】
このような性質を利用して、液晶膜の螺旋の向きやピッチ、および膜厚を制御することにより、様々な偏光反射特性を有する偏光反射素子を得ることができる。上記偏光反射素子は、円偏光を利用して表示を行う透過型或いは半透過型の液晶表示素子に適用することができるとともに、光源の利用効率を上げるための輝度向上フィルムなどとして有用である。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
このような目的で使用される偏光反射素子は、その性質上、反射および透過する光の円偏光度が重要となってくる。すなわち、反射および透過する光に、所望の方向の円偏光と反対の方向の円偏光が混じると、漏れ光となるため偏光反射素子の機能を低下させてしまう。
【０００６】
しかしながら、従来用いられている偏光反射素子では、上記反射および透過する光の円偏光度が十分に高くなっていない。そのため、偏光反射素子を液晶表示素子に適用した場合には、漏れ光が多くなりコントラストが減少して液晶表示素子の表示品位が低下し、また、輝度向上フィルムとして用いた場合には、光の利用効率が低下してしまう。従って、偏光反射素子の機能が十分に生かされない結果となっている。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の問題点を解決し、反射および透過する光の円偏光度を飛躍的に高め、高い光利用効率を実現するための偏光反射素子、偏光反射素子を用いた液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の態様に係る偏光反射素子は、螺旋状の液晶分子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレステリック液晶層、カイラルネマティック液晶層、あるいはカイラル液晶層の少なくともいずれか１つの液晶層を備えた偏光反射素子において、液晶分子のねじれ角の面内平均値αが、
ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・） の範囲内にあり、
螺旋ピッチの異なる上記液晶層を複数積層して形成され、各液晶層の界面で液晶分子の向きが連続的につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を有していることを特徴とする。
【００１３】
一方、この発明に係る液晶表示素子は、第１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板と、上記第１偏光板と第２偏光板との間に配置された偏光反射素子と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記のように構成された液晶表示素子によれば、光利用効率の高い上述の偏光反射素子を用いることにより、コントラスの高い優れた表示特性を実現することが可能となる。
【００１５】
また、この発明に係る偏光反射素子の製造方法は、基板上に、配向膜を形成する工程と、上記配向膜に液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する液晶層を形成する工程と、上記液晶層の上面の液晶分子を上記配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
更に、この発明に係る他の偏光反射素子の製造方法は、基板上に第１配向膜を形成する工程と、上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工程と、上記第１配向膜上に螺旋構造を有する第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に第２配向膜を形成する工程と、上記第２配向膜に、上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第２配向膜上に第２液晶層を形成する工程と、上記第２液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係る偏光反射素子の製造方法は、第１基板上に第１配向膜を形成する工程と、上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工程と、第２基板上に第２配向膜を形成する工程と、上記第２配向膜に上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と上記第２基板とをスペーサを介して貼り合せて第１セルを作る工程と、上記第１セルに第１液晶を注入し固化させる工程と、上記第２基板を剥離する工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る偏光反射素子およびこの偏光反射素子を備えた液晶表示素子について詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態に係る偏光反射素子８は、透明基板１と、透明基板１上に配置された配向膜２と、配向膜２上に積層された複数のコレステリック液晶層３、４、５、６と、を備えている。
【００１９】
この偏光反射素子８の製造方法は以下の通りである。まず、透明基板１上にポリイミドを印刷し、熱処理により固化させる。透明基板１としては、ここではガラス基板を用いたが、軽量化や耐衝撃性を求める場合には、プラスティック基板を用いることもできる。また、ポリイミドはコレステリック液晶を配向させるものであれば良く、ＴＦＴやＳＴＮ液晶プロセスで用いられる一般的なポリイミドを用いた。
【００２０】
次に、形成されたポリイミド層にラビング処理を施し、配向層２とする。なお、このような配向処理の工程は、ラビング法以外に、制御方位と略等しい方位の直線偏光を照射する光配向法、制御方位と直交する方位、平行する方位の斜め方位から無機材料を蒸着する斜方蒸着法などの工程を用いることもできる。
【００２１】
続いて、配向層２の上に、コレステリック液晶層３をスピンコート法あるいは印刷法などにより塗布し、熱処理により固化しポリマー化する。熱処理に際しては、配向層２のラビング方向と同じ方向に窒素ガスを吹き付けながら、徐々に熱を加えていく。これにより、コレステリック液晶層３の上面部、つまり、最上部の液晶分子は、配向層２のラビング方向、すなわちコレステリック液晶層３の最下部の液晶分子と同じ方向を向くことになる。従って、螺旋状の液晶分子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレステリック液晶層３が形成される。
【００２２】
コレステリック液晶層３の最上部の液晶分子の方向を決める方法は上記に限定されない。すなわち、コレステリック液晶層３を塗布形成後、適度な温度で半固化した状態でラビング処理を施す方法、第２基板に配向膜を形成しラビング処理を施した後、この第２基板をコレステリック液晶層に貼付け、熱処理を行ってから第２基板を剥離する方法、或いは、コレステリック液晶を塗布する前に、透明基板１と配向処理の施された第２基板とをスペーサを介して貼り付けてセルを構成し、その間にコレステリック液晶を注入・熱処理した後、第２基板を剥離する方法などでを用いてもよい。
【００２３】
続いて、同様の方法により、コレステリック液晶層３の上にコレステリック液晶層４、５、６を順次形成していく。このようにして形成されたコレステリック液晶層３〜６は、各層の最上部および最下部の液晶分子が、全て配向膜２のラビング方向と同じ方向を向いたものとなる。
【００２４】
なお、コレステリック液晶層３〜６の螺旋の向きは右回りでも左回りでも構わないが、本実施の形態では左回りの螺旋構造を用いた。より配向を完全にするためには、各コレステリック液晶層を形成後に配向膜を形成してラビングし、その上に次のコレステリック液晶層を形成するというプロセスを繰り返すこともできる。
【００２５】
この場合には、各コレステリック液晶層と配向膜との屈折率の差によって、入射光の界面反射が生ずる。このような界面反射が起こると、出射光の偏光度を悪くする成分が現れるため、界面反射は小さい方が望ましい。
【００２６】
本実施の形態では上記構成とした場合、コレステリック液晶層３〜６の屈折率ｎｃと配向膜の屈折率ｎｐとの比と、左円偏光を入射させたときの出射光の左円偏光成分と右円偏光成分との比（１／ＣＲと表す）の関係を図２に示す。この図から分かるように、ｎｐ／ｎｃ＝１から離れるにつれ１／ＣＲの値が大きくなり、表示品位が悪化する。特に、ｎｐ／ｎｃの値が０．９５以下または１．０５以上の時には、１／ＣＲ＞０．０１（ＣＲ＜１００）となり、著しく偏光特性が悪くなる。従って、コレステリック液晶層３の屈折率に対して、積層する各コレステリック液晶層および配向膜の屈折率は９５％〜１０５％であることが望ましい。
【００２７】
なお、本実施の形態では配向膜２を用いたが、場合によっては配向膜２を省略した構成としてもよい。例えば、透明基板１の表面を直接ラビングすることにより、コレステリック液晶層３の透明基板１側の液晶分子に所望の配向状態を与えることができる場合、配向膜２を形成する必要はない。
【００２８】
また、最上層のコレステリック液晶層６の上には、必要に応じてオーバーコート層を設けてもよい。
コレステリック液晶は、螺旋ピッチＰと屈折率ｎｃとによって定まる特定波長λ（λ＝ｎｃ・Ｐ）の光のうち、螺旋方向と同じ向きの円偏光のみを選択的に反射する。螺旋方向および選択反射波長λは、目的に応じて適当な値になるように設定できるが、本実施の形態では、コレステリック液晶層３〜６を全て左螺旋構造とし、それぞれの選択反射波長λ３、λ４、λ５、λ６をそれぞれ、λ３＝４５０ｎｍ、λ４＝５１０ｎｍ、λ５＝５７０ｎｍ、λ６＝６３０ｎｍとなるように設定した。これにより、偏光反射素子８は、可視光のうち、４２０ｎｍから６６０ｎｍまでの広い範囲の光を選択反射する機能を有した偏光反射素子となる。
【００２９】
また、本実施の形態において、コレステリック液晶層は４層積層としたが、層の数はこれに限定されず、偏光反射素子８を使用する目的に応じて、１〜３層でもよく、あるいは、５層以上としてもよい。
【００３０】
また、コレステリック液晶層の膜厚を十分に厚くした場合には、選択反射波長近傍の光のうち特定円偏光成分（ここでは左円偏光成分）を全て反射するが、膜厚を薄くした場合には、特定円偏光成分の一部は透過することになる。このような反射：透過の比率は、偏光反射素子８の利用目的や環境によって任意に設定することができる。
【００３１】
特に、本実施の形態に係る偏光反射素子８を半透過型の液晶表示素子に利用する場合、様々な外光のもとで見易さに関する調査を行ったところ、一般の半透過型液晶表示素子よりも光の利用効率が高いため、反射：透過の比率の設定自由度が高いことが確認された。具体的には、反射：透過の比率が５：５〜９：１の場合に使用し易い液晶表示素子となることが分かった。
【００３２】
反射、透過の比率が５：５よりも小さい場合、反射表示が十分ではなく、晴れた日の屋外では非常に使いにくい。逆に反射、透過の比率が９：１よりも大きい場合には、透過表示が不十分で、夜、蛍光燈などの光源のすぐ下でないと使用できない。
【００３３】
本実施の形態では、コレステリック液晶層３〜６の反射：透過の比率が、７：３となるように、各層の膜厚を設定した。コレステリック液晶層３〜６の各層の液晶分子は、最上部と最下部とで同一方向を向いているため、そのねじれ角はｎπ（ｎ＝１、２、３、・・・）となっており、本実施の形態では、１４πとなった。
【００３４】
次に、本実施の形態の偏光反射素子８の機能について説明する。ここでは、図３に示すように、偏光反射素子８の一方の側（ここでは透明基板１側）に、左円偏光板７、板状光源９、反射１０を順に配置した構成を想定して説明する。
【００３５】
この場合、左円偏光板７側から入射した光は、左円偏光板７によって、左円偏光となって偏光反射素子８に到達する。この左円偏光は、コレステリック液晶層３〜６によって、それぞれの選択反射波長λ３〜λ６近傍の波長領域の光のうち６０〜７０％が選択的に反射される。一方、コレステリック液晶層３〜６で反射されなかった３０〜４０％の光は、そのまま透過し、偏光反射素子８から出射される。
【００３６】
上述したように、コレステリック液晶層３〜６は、それぞれ液晶分子の方向が、最上部と最下部とで一様に揃っており、そのねじれ角がｎπ（ｎ＝１、２、３、・・・）となっているため、液晶分子の螺旋軸に対して対称な構造となっている。従って、コレステリック液晶層３〜６を透過する左円偏光は、偏光状態を乱されることなく、左円偏光のまま偏光反射素子８から出射されることになる。その結果、偏光反射素子８から出射される光は、円偏光度が極めて高い光となる。
【００３７】
一方、コレステリック液晶層３〜６で反射された光は、左円偏光板７を通って光源９の方向に戻っていく。光源９の後方に反射板１０が設けてある場合、偏光反射素子８で反射された光は、この反射板１０によって反射され、再び偏光反射素子８に左円偏光板７を通して入射し、上述と同じ過程を繰り返すことになる。
【００３８】
従って、上記偏光反射素子８を用いることにより、このような過程を通して、光源９から出射された光の７０％以上を左円偏光として取り出すことが可能になる。
【００３９】
なお、コレステリック液晶層３〜６の各層の液晶分子のねじれ角は、上述のようにｎπ（ｎ＝１、２、３、・・・）で揃っていることが望ましいが、実際の製造に当たっては、多少のばらつきがあっても構わない。
【００４０】
図４に、ねじれ角の面内平均値αと、出射光の右円偏光成分と左円偏光成分との比（１／ＣＲ）の関係を示す。この図から分かるように、平均値αがπの整数倍の時、１／ＣＲは極小値をとり良好な表示が実現される。また、平均値αがｎπ±０．０５π（ｎ：整数）の範囲から外れると、１／ＣＲは０．０１以上（コントラスト比１００以下）となり、表示品位が極めて悪化する。従って、ねじれ角の面内平均値αは、ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ十０．０５πに設定されていることが必要である。
【００４１】
さらに、理想的には各コレステリック液晶層３〜６の最上部の液晶分子について全て同じ方向に配向処理をするのが望ましいが、必ずしも上述のような配向処理をしなくても、本発明の効果が発揮され得る。この場合には、下層のコレステリック液晶層の上に形成するコレステリック液晶層は、その最下部の液晶分子が、下層のコレステリック液晶層の液晶分子と同じ方向を向くように形成する。このようにすることにより、積層されたコレステリック液晶層は、液晶分子の向きが連続的につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を持つため、出射する光の偏光状態の乱れを最小限に止めることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子について説明する。この液晶表示素子は、前述した第１の実施の形態に係る偏光反射素子を利用した半透過型の液晶表示素子として構成されている。
【００４３】
図５および図６に示すように、この液晶表示素子は、対向配置された２枚のガラス基板１３、１４間に液晶層１５を扶持して形成された液晶素子を備え、この液晶素子の観察側、つまり、ガラス基板１３の外面上には、λ／４波長板１２、および偏光板１１が順に設けられている。位相差板１２および偏光板１１は、合わせて右円偏光特性を有する右円偏光板を構成している。
【００４４】
また、他方のガラス基板１４の外面と対向して、λ／４波長板２５、偏光板２６、および背面光源２１が順に設けられている。位相差板２５および偏光板２６は、合わせて左円偏光特性を有する、左円偏光板を構成している。
【００４５】
液晶素子の観察側のガラス基板１３はアレイ基板を構成し、ガラス基板１３の内面には、カラーフィルタ層５０が設けられ、このカラーフィルタ層上に透明なＩＴ０から多数の画素電極１６がマトリクス状に設けられている。
【００４６】
図６ないし図８に示すように、ガラス基板１３上には、信号線３２と、ゲート電極３３を含む走査線３４とがマトリクス状に設けられ、更に、必要に応じて図示しない補助容量電極が設けられる。また、信号線３２と走査線３４との交差部には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）３１が設けられ、それぞれ画素電極１６に接続されている。信号線３２、および走査線３４に重ねて酸化膜３５が形成されている。
【００４７】
各ＴＦＴ３１は、酸化膜３５を介してゲート電極３３上に設けられたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる半導体膜３６、半導体膜上に低抵抗半導体膜３７を介して設けられたソース電極４１およびドレイン電極３９を備え、パッシベーション膜３８によって覆われている。
【００４８】
ゲート電極３３が半導体膜３６の下に配置されたボトムゲート構造のＴＦＴにおいては、アレイ基板１３からＴＦＴ３１に向かって入る外光は、ゲート電極３３で遮断されるため、半導体膜３６に入射しない。その結果、液晶表示装置を屋外で使用する時の光によって発生する光リーク電流に起因するコントラスト比の低下を防止することができる。
【００４９】
各画素電極１６は、カラーフィルタ層５０に形成された１０μｍ角程度のコンタクトホール４０を介してソース電極４１に接続されている。カラーフィルタ層５０は、画素部の全面に配置されている。このカラーフィルタ層５０は、赤、緑、青の３原色もしくはイエロー、マジェンタ、シアンの補色３原色のカラーフィルタ層でなり、マトリクス状に配置された画素電極１６および対向電極１７により液晶層１５を画素単位で電解制御することにより加法混色によるカラー表示を行う。画素電極１６の境界部分には、信号線３２、走査線３４、補助容量線のいずれかの配線が配置され、背面光源２１からの透過光使用時に、背面光源からの光が漏れてコントラスト比を低下させることがない。
【００５０】
一方、図６に示すように、液晶素子の背面側のガラス基板１４は対向基板を構成している。ガラス基板１４の画素電極１６と対向する面に、ＩＴ０等の透明導電膜からなる対向電極１７がほぼ全面に亘って形成されている。ガラス基板１４と対向電極１７との間には、上述した第１の実施の形態で示した偏光反射素子と同等の構成を有したコレステリック液晶層を積層してなる選択反射層１８が設けられている。
【００５１】
なお、対向電極１７は、通常のマスクスパッタ法により成膜とパターニングとを同時に行うことが好ましい。この場合、対向電極１７形成時、選択反射層１８を構成するコレステリック液晶層へのプロセス負荷を極めて小さくすることができる。
【００５２】
また、アレイ基板１３および対向基板１４の液晶層１５と接する面には、それぞれ図示しない配向膜が形成されている。これらの配向膜は、液晶層１５の液晶分子が基板に対して垂直に配向されるような、配向方向をそれぞれ有している。
これにより、アレイ基板１３と対向基板１４との間には、マトリクス状に配列された多数の液晶画素が形成されている。
【００５３】
また、図８に示すように、アレイ基板１３と対向基板１４とは、両基板の周縁部（シール部）４２に沿って塗布されたシール材４３によって、互いに貼り合わされている。この際、シール材４３を対向基板１４の選択反射層１８上に塗布した場合、シール材の付着性が悪く、１万時間以上の長時間の使用に際して、基板同士が剥がれるなどの信頼性低下を招く恐れがある。
【００５４】
あるいは、選択反射層１８上に、シール材に対して付着性に優れたオーバーコート剤を塗布し、このオーバーコート剤を介して選択反射層１８上にシール材を塗布した場合には、信頼性の問題を回避することができる。オーバーコート剤としては、例えば、通常のカラーフィルタに用いるアクリル樹脂を使用することができる。
【００５５】
図５に示すように、ガラス基板１４の背面側に設けられた背面光源２１は、例えばアクリル等の透光性の平板からなる導光体２２と、導光体の側面に配置された線状光源２４と、導光体の裏面に設けられた散乱反射層２３とを備えている。
【００５６】
なお、本実施の形態では、ａ−Ｓｉを用いたＴＦＴを用いたが、液晶を駆動するための駆動素子はこれに限定するものではない。ＭＩＭ等の２端子素子を用いてもよく、あるいは、ｐ−Ｓｉを用いた素子としてもよい。また、上述したアクティブマトリクス型に限らず、単純マトリクス型で電極を形成することも可能である。
【００５７】
次に、上記のように構成された液晶表示素子の動作について説明する。
図５（ａ）に示すように、垂直配向型の液晶層１５に電源２０から電圧が印加されたオン状態、正確には液晶の閾値以上の電圧が印加された状態（Ｖｏｎ時）では、ネマテイツク液晶分子はアレイ基板１３から対向基板１４に向けて基板に平行な方向に配列するホモジニアス配向となる。
【００５８】
この状態において、図の上方の観察側から入射してくる光Ｌｆは、偏光板１１およびλ／４波長板１２を通り、右回りの円偏光として、液晶層１５に入射する。そして、光は、液晶層１５によって位相がλ／２遅延されることにより、左回りの円偏光に変換されて選択反射層１８に到達する。従って、到達した左回りの円偏光は選択反射層１８により反射され、再び液晶層１５により位相がλ／２遅延されることにより、右回りの円偏光に変換されて観察側へ出力される。この光は、再びλ／４波長板１２を通過することにより、偏光板１１の偏光軸に沿った直線偏光となり、偏光板１１を通過して外部に出力される。これにより、明状態の表示が得られる。
【００５９】
また、図５（ｂ）に示すように、液晶層１５に閾値以下の電圧が印加されたオフ状態（零電圧を含む）（Ｖｏｆｆ時）において、液晶層１５の液晶分子はガラス基板１３、１４に対して垂直に配列し、入射光を位相変調しない状態となる。
【００６０】
この状態において、図の上方から入射してくる光は、Ｖｏｎ時と同様に、偏光板１１およびλ／４波長板１２を通り、右回りの円偏光として液晶層１５に入射するが、この液晶層１５では位相変調されず、右回りの円偏光のまま選択反射層１８に到達する。そのため、右回りの円偏光は、選択反射層１８を背面側に向けて透過し、位相差板２５により、偏光板２６の吸収軸に沿った振動成分を持つ直線偏光に変換される。その結果、入射光Ｌｆは観察面に戻らず、暗状態の表示が得られる。
【００６１】
次に、選択反射層１８の背面側に設けられた背面光源２１を作動させた場合の動作について説明する。図５（ａ）に示すＶｏｎ時、背面光源２１から出力された光Ｌｂは、偏光板２６および位相差板２５により左回りの円偏光となり、そのうち所定の割合の光（本実施の形態では３０〜４０％）は選択反射層１８を透過し、残りは、選択反射層によって反射される。
【００６２】
選択反射層１８を通過した光は、液晶層１５によって位相変調され、右回りの円偏光に変換される。そして、この光がλ／４波長板１２を通過することにより、偏光板１１の偏光軸に沿った直線偏光となり、偏光板を通過して観察面側に出力される。上記過程において、選択反射層１８を通過した光は、前述したように偏光度の高い左円偏光であり、右円偏光成分をほとんど含んでいない。従って、光の利用効率が高く、輝度の高い明状態の表示が得られる。
【００６３】
一方、図５（ｂ）に示すＶｏｆｆ時、選択反射層１８を通過した左回りの円偏光は、液晶層１５による位相変調を受けずにそのまま観察側に出力される。そして、この光は、λ／４波長板１２を通過することにより、偏光板１１の偏光軸と直交する振動方向を有する直線偏光となり、偏光板１１により吸収される。前述した理由で、選択反射層１８を通過した光にはほとんど右円偏光成分を含んでいないため、偏光板１１から漏れて出射される光は極めて少ない。従って、極めて輝度が０に近い暗状態の表示が得られる。
【００６４】
以上のように構成された液晶表示素子によれば、選択反射層１８は第１の実施の形態で示したように優れた円偏光度を得られるため、この選択反射層を用いた液晶表示素子は、コントラストが高く、優れた表示性能を発揮することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、λ／４波長板１２および２５、偏光板１１および２６が完全なる円偏光板として機能した場合について説明したが、実際には、これらのフィルムに異なる波長分散があるものを使用することもできる。この場合、位相差板１２と偏光板１１との組合わせは右楕円偏光板として、位相差板２５および偏光板２６の組合わせは左楕円偏光板として機能する。
【００６６】
上記構成によれば、それぞれの楕円偏光板の光軸（楕円軸）と、選択反射層１８および液晶層１５のそれぞれの層の液晶分子の方向とによって、液晶表示素子の表示性能が変わってくる。より良いコントラストを得るためには、Ｖｏｆｆ時に、上記右楕円偏光板および左楕円偏光板を回転させて透過率Ｔを測定し、透過率が最小となるような配置とすればよい。
【００６７】
図９は、本実施の形態に係る液晶表示素子で得られたＶｏｆｆ時の透過率Ｔと、偏光板１１の吸収軸との関係を示している。この図から、本実施の形態の場合、偏光板１１の吸収軸を４５°とした時に、透過率Ｔが最小になり、最良の表示品位となることが分かる。
【００６８】
次に、この発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子について説明する。図１０に示すように、本実施の形態に係る液晶表示素子は、前述した第２の実施の形態に係る液晶表示素子において、偏光板２６と背面光源２１の間に、更に、λ／４波長板５１および偏光反射素子５２を配置した構成を有している。
【００６９】
偏光反射素子５２は、前述した第１の実施の形態と同様に製造されたものを用いることができるが、望ましくは、偏光反射素子の特定円偏光成分（ここでは左円）の反射：透過の比率は１０：０に近い方がよい。
他の構成は、第２の実施の形態に係る液晶表示素子と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７０】
上記のように構成された第３の実施の形態に係る液晶表示素子によれば、背面光源２１から出射された光のうち、右円偏光成分は偏光反射素子５２を透過し、左円偏光成分は反射されて背面光源２１に戻る。背面光源２１に戻った光は散乱反射され、偏光解消されて再び偏光反射素子５２に入射するため、再び右円偏光成分は透過し、左円偏光成分は反射される。このようにして、偏光反射素子５２と背面光源２１の間を光が複数回反射しながら、右円偏光成分のみが偏光反射素子５２を透過する。
【００７１】
偏光反射素子５２を透過した右円偏光は、λ／４波長板５１により直線偏光となり、偏光板２６に向かう。この時、λ／４波長板５１を透過した直線偏光の方向が、偏光板２６の透過軸に合うように配置してあれば、ほとんど全ての光が偏光板２６を透過し、液晶表示素子の表示に利用される。
【００７２】
偏光反射素子５２は、前述したように非常に良好な円偏光二色性を示すため、上記構成の液晶表示素子の光の利用効率は非常に高いものとなる。偏光反射素子５２が配置されていない一般の液晶表示素子では、背面光源２１から出射された光の５０％以下しか表示に利用できないのに対して、本実施の形態に係る液晶表示素子によれば、７０％以上を利用することが可能になる。
【００７３】
特に、光の利用効率が重要となる半透過型の液晶表示素子においては、本実施の形態のように、前述した第２の実施の形態の半透過型液晶表示素子に偏光反射素子を組み合わせにより、飛躍的に表示性能が向上する。従来の一般の半透過型液晶表示素子に対して、本実施の形態の半透過型液晶表示素子では、光の利用効率が約１．６倍になった。
【００７４】
なお、この発明は上述した実施例に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、偏光反射素子の構成要素として、ポリマー化したコレステリック液晶層を用いたが、これに限らず、カイラルネマティツク液晶層、あるいはカイラル液晶層をポリマー化して用いることもできる。なお、上述した説明において、層とは、膜の概念も含むものとして述べている。
【００７５】
また、前述した第２および第３の実施の形態では半透過型の液晶表示素子について説明したが、本発明は透過型の液晶表示素子についても同様な効果が得られる。その場合にも、従来の透過型液晶表示素子の背面光源と液晶パネル裏面の偏光板との間に、本実施の形態と同様な偏光反射素子とλ／４波長板を配置すればよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光の利用効率が高く、偏光特性の優れた偏光反射素子、コントラストの高い優れた表示特性を有する液晶表示素子、および偏光反射素子の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光反射素子の断面図。
【図２】コレステリック液晶層および配向層の屈折率と偏光反射素子のコントラストとの関係を示す図。
【図３】上記偏光反射素子の機能を説明する概念図。
【図４】コレステリック液晶分子のねじれ角と偏光反射素子のコントラストとの関係を示す図。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の液晶側に第１電圧を印加した状態、および上記液晶表示素子の液晶側に第２電圧を印加した状態をそれぞれ模式的に示す図。
【図６】上記液晶表示素子の断面図。
【図７】上記液晶表示素子のアレイ基板を拡大して示す断面図。
【図８】上記アレイ基板を概略的に示す平面図。
【図９】上記液晶表示素子における偏光板の吸収軸角度と透過率との関係を示す図。
【図１０】この発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子を示す断面図。
【符号の説明】
３、４、５、６…コレステリック液晶層
８、５２…偏光反射素子
１１、２６…偏光板
１２、２５、５１…λ／４波長板
１３、１４…透明基板
１５…液晶層
１６、１７…透明電極
１８…選択反射層
２１…背面光源
５０…カラーフィルタ層

Claims (9)

1. 螺旋状の液晶分子配列からなり、略法線方向に螺旋軸を有するポリマー化されたコレステリック液晶層、カイラルネマティック液晶層、あるいはカイラル液晶層の少なくともいずれか１つの液晶層を備えた偏光反射素子において、
   液晶分子のねじれ角の面内平均値αが、
   ｎπ−０．０５π≦α≦ｎπ＋０．０５π （ｎ＝１、２、３、・・・）
   の範囲内にあり、
   螺旋ピッチの異なる上記液晶層を複数積層して形成され、各液晶層の界面で液晶分子の向きが連続的につながり、全体として一つの滑らかな螺旋構造を形成していることを特徴とする偏光反射素子。
2. 第１偏光板と、液晶セルと、第２偏光板と、上記第１偏光板と第２偏光板との間に配置された請求項１に記載の偏光反射素子と、を備えたことを特徴とする半透過型の液晶表示素子。
3. 請求項１に記載の偏光反射素子を、互いに逆回りの円偏光特性を有する一対の楕円偏光板で挟んだ時の透過率が、上記一対の楕円偏光板の光軸をそれぞれ回転させた時に最小となるように、上記偏光反射素子と上記一対の楕円偏光板が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の半透過型の液晶表示素子。
4. 基板上に配向膜を形成する工程と、上記配向膜に液晶分子を面内一方向に制御する配向処理を施す工程と、上記配向膜上に螺旋構造を有する第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上面部を上記配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に、螺旋構造を有する第２液晶層を形成する工程と、上記第２液晶層の上面部を上記配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方法。
5. 基板上に第１配向膜を形成する工程と、上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工程と、上記第１配向膜上に螺旋構造を有する第１液晶層を形成する工程と、上記第１液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、上記第１液晶層の上に第２配向膜を形成する工程と、上記第２配向膜に、上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第２配向膜上に第２液晶層を形成する工程と、上記第２液晶層の上面部を上記第１配向膜の配向処理方向とほぼ同じ方向に配向固化させる工程と、を備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方法。
6. 上記第１配向膜、上記第２配向膜および上記第２液晶層の屈折率が、上記第１液晶層の屈折率の９５％ないし１０５％の値を有していることを特徴とする請求項５に記載の偏光反射素子の製造方法。
7. 第１基板上に第１配向膜を形成する工程と、上記第１配向膜に、液晶分子を面内１方向に制御する配向処理を施す工程と、第２基板上に第２配向膜を形成する工程と、上記第２配向膜に上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と上記第２基板とをスペーサを介して貼り合せて第１セルを作る工程と、上記第１セルに第１液晶を注入し固化させる工程と、上記第２基板を剥離する工程と、を備えたことを特徴とする偏光反射素子の製造方法。
8. 第３基板に第３配向膜を形成する工程と、上記第３配向膜に上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、上記第１基板と上記第３基板とをスペーサを介して貼り合せて第２セルを作る工程と、上記第２セルに第２液晶を注入し固化させる工程と、上記第３基板を剥離する工程と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の偏光反射素子の製造方法。
9. 上記第１液晶の上に第４配向膜を形成する工程と、上記第４配向膜に上記第１配向膜の配向処理方向と同じ方向に配向処理を施す工程と、を備えていることを特徴とする請求項８に記載の偏光反射素子の製造方法。

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