JP2004126534A

JP2004126534A - 光学素子

Info

Publication number: JP2004126534A
Application number: JP2003203620A
Authority: JP
Inventors: Keiko Tazaki; 田　崎　啓　子; Goji Ishizaki; 石　崎　剛　司
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP4797320B2

Abstract

【課題】その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる、高品質の光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子１０は、配向基材１１と、配向基材１１上に液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層１２と、液晶層１２上に形成された高硬度の保護層１３とを備えている。保護層１３は、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することを防止するためのものである。保護層１３は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であり、また、その塑性変形量が０．５μｍ以下であることが好ましい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等で用いられる偏光分離素子やカラーフィルター、位相差板等の光学素子に係り、とりわけ、コレステリック液晶やネマチック液晶等の液晶材料からなる液晶層を備えた光学素子に関する。なお、本明細書中において「液晶層」という用語は、光学的に液晶の性質を有する層という意味で用い、層の状態としては、液晶相の持つ分子配列を保って固化された固相の状態を含む。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置は一般に、照明装置（光源）から出射された照明光の偏光状態を画素単位で変化させる液晶セルと、液晶セルを挟むように照明光入射側および照明光出射側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、液晶セルの各画素に対応して形成された各色（赤色、緑色および青色）のカラーフィルターと、液晶セルの視野角等を向上させるための位相差板（光学補償シート）とを備えている。
【０００３】
ここで、このような従来の液晶表示装置において、照明装置から出射された照明光は一般に無偏光光であり、液晶セルの照明光入射側に配置された偏光板を通過することによりその５０％以上の光が吸収される。また、照明装置から出射された照明光は一般に白色光であり、液晶セルの各画素に対応して形成された各色（赤色、緑色および青色）のカラーフィルターを通過することによりその７０％以上の光が吸収される。すなわち、従来の液晶表示装置では、照明装置から出射された照明光の大部分が観察側から出射されるまでに吸収されてしまい、光の利用効率が必ずしも十分ではなかった。
【０００４】
このため、このような従来の液晶表示装置において、十分な明るさの表示を実現するためには、出力の大きな照明装置を用いる必要があり、その結果、必要以上に消費電力がかさんでしまうという問題がある。
【０００５】
このような背景の下で、照明光等の光を効率的に利用するため、液晶層を備えた偏光分離素子やカラーフィルター等の光学素子を用い、光の一部を選択的に透過させながら残りの一部を反射させ、この反射光を反射板等を用いて再利用する方法が提案されている。具体的には例えば、特許第２，５０９，３７２号公報に記載されているように、コレステリック液晶層を備えた偏光分離素子と、偏光分離素子で反射された反射光（円偏光光）の回転方向を逆にして反射する反射板とを用い、照明装置から照射された照明光（無偏光光）を特定の偏光光として効率よく取り出す方法が提案されている。
【０００６】
また、視野角依存性を解消するための位相差板を、ネマチック規則性を有するネマチック液晶層またはコレステリック規則性を有するコレステリック液晶層を用いて実現する試みも提案されている。なお、このような位相差板としては、通常の帯域のλ／４位相差板だけでなく、広帯域のλ／４位相差板も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような光学素子では、光学機能部分が液晶材料からなる液晶層であるので、当該液晶層が固相の状態であるとしても、一般に硬度が非常に低い。このため、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に液晶層に対して外部から衝撃が加えられると、液晶層の表面にへこみ等が生じてしまい、均一な膜厚分布が得られなくなるおそれがあるという問題がある。ここで、上述したような光学素子において、液晶層の膜厚分布が不均一である場合には、光学素子から出射される光の偏光状態が不均一となり、当該光学素子が液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合にその表示品位が著しく低下してしまうという問題がある。また、上述した光学素子が位相差板等として液晶表示装置の液晶セル中に組み込まれて用いられる場合には、液晶セルのギャップを保持するためのスペーサーによって液晶層の膜厚が変わってしまい、その結果、所望の位相差量等が得られなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる、高品質の光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層と、前記液晶層上に形成され、外部からの衝撃により前記液晶層が変形することを防止する高硬度の保護層とを備えたことを特徴とする光学素子を提供する。
【００１０】
なお、本発明において、前記保護層は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であることが好ましい。また、前記保護層は樹脂とモノマーとが混合した材料からなることが好ましい。さらに、前記液晶層を形成する前記液晶材料はコレステリック規則性またはネマチック規則性を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明においては、前記液晶層を支持する配向基材であって、前記液晶層のうち前記保護層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向基材をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記液晶層のうち外周部の少なくとも一部の領域が除去されており、前記保護層が、前記配向基材上に形成された前記液晶層の上面に加えて側面の少なくとも一部を覆うように形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、前記配向基材上に形成された前記液晶層が、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域を有し、前記保護層が、前記液晶層の上面を覆うとともに前記液晶層の前記各領域間の間隙を埋めるように形成されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明においては、前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向膜および電極であって、液晶セル中の液晶を配向および駆動するための配向膜および電極をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、本発明においては、前記液晶層と前記保護層との間、または前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された光吸収型のカラーフィルター層をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
なお、本発明において、前記液晶層は、偏光分離素子、カラーフィルターおよび位相差板からなる群から選択された少なくとも一つの素子として機能することが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層上に、外部からの衝撃により液晶層が変形することを防止する高硬度の保護層を形成しているので、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【００１８】
また、本発明によれば、液晶層のうち外周部の少なくとも一部の領域を除去し、かつ、配向基材上に形成された液晶層の上面に加えて側面の少なくとも一部を覆うように保護層を形成することにより、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその液晶セルのシール部分と液晶層との干渉をなくすことができ、また、液晶層の側面の少なくとも一部を覆うように保護層を形成することで外部の溶液等による液晶層の劣化を効果的に防止することができる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、配向基材上に形成された液晶層に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域を設け、かつ、液晶層の上面を覆うとともに液晶層の各領域間の間隙を埋めるように保護層を形成することにより、液晶層の各領域間の間隙を埋める保護層の部分が柱材のように機能することとなり、外部からの衝撃により液晶層が変形することをより効果的に防止することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明によれば、液晶層と保護層との間、または保護層のうち液晶層の側の表面と反対側の表面上に、光吸収型のカラーフィルター層を配置することにより、高硬度の光吸収型のカラーフィルター層により保護層とともに液晶層を保護することが可能となり、外部からの衝撃により液晶層が変形することをより効果的に防止することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
まず、図１により、本実施の形態に係る光学素子の全体構成について説明する。
【００２３】
図１に示すように、光学素子１０は、配向基材１１と、配向基材１１上に液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層１２と、液晶層１２上に形成された高硬度の保護層１３とを備えている。
【００２４】
ここで、配向基材１１は、液晶層１２を支持するとともに、液晶層１２中の液晶分子を配向させるためのものであり、液晶層１２のうち保護層１３に接する側の表面と反対側の表面に接するように設けられている。なお、配向基材１１としては、ガラス基板上にポリイミド等の配向材料を成膜してその表面をラビングしたものや、ガラス基板上に光配向膜となる高分子化合物を成膜して偏光ＵＶ（紫外線）を照射したもの、延伸したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等を用いることができる。
【００２５】
液晶層１２は、コレステリック規則性を有する液晶材料からなり、偏光分離素子やカラーフィルター、位相差板としての機能を提供するため、物理的な分子配列（プレーナ配列）に基づいて、一方向の旋光成分（円偏光成分）と、これと逆回りの旋光成分とを分離する旋光選択特性（偏光分離特性）を有している。なお、液晶層１２としては、紫外線や電子線等の照射により重合される液晶分子（液晶性モノマーや液晶性オリゴマー）を用いることができる他、液晶ポリマーを用いることもできる。
【００２６】
なお、光重合可能な液晶性モノマーを用いる場合を例に挙げると、ネマチック液晶相を呈する液晶性モノマー（ネマチック液晶）にカイラル剤を添加することによりカイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）が得られる。
【００２７】
より具体的な例を示すと、ネマチック液晶としては、重合性官能基を２個以上有するものが好ましく、例えば下記の化学式（１）〜（１０）に示されるような液晶性モノマーを用いることができる。なお、下記の化学式（１）〜（１０）において、Ｘは２〜６（整数）であることが好ましい。
【００２８】
【化１】

【００２９】
また、カイラル剤としては、末端に重合性官能基を有するものが好ましく、例えば、下記の化学式（１１）〜（１４）に示されるようなものを用いることができる。その他、特開２０００−９５８８３号公報や、特開平８−２４５９６０号公報、特開平９−５３０７４号公報に記載されたものを用いることも可能である。なお、下記の化学式（１１）〜（１４）において、Ｘは２〜６（整数）であることが好ましい。
【００３０】
【化２】

【００３１】
保護層１３は、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することを防止するためのものである。なお、保護層１３としては、アクリル系やウレタン系等の樹脂や、アクリル系やウレタン系等のモノマーを２種類以上を混合した材料を用いることができる。
【００３２】
ここで、保護層１３は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であり、また、その塑性変形量が０．５μｍ以下であることが好ましい。また、図１に示すような光学素子１０において、ユニバーサル硬度測定法により保護層１３側から液晶層１２に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の、光学素子１０（保護層１３、液晶層１２および配向基材１１の全体）の弾性率は０．６以上であり、また、その塑性変形量は０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
なお、ユニバーサル硬度測定法は、被測定物に圧子を押し込んだ際の押し込み量（すなわち変形量）を測定する方法である（規格：ＤＩＮ５０３５９）。ここで、被測定物に所定の押し込み力（図９では２ｍＮ）で圧子を押し込んだ際には、被測定物は、図９に示すようなヒステリシス曲線（押し込み力−変形量）を描いて変形する。図９に示すように、被測定物は、押し込み力が“０”の初期点Ｏ_１から押し込み力が２ｍＮの中間点Ｏ_２まで変形した後、中間点Ｏ_２から中間点Ｏ_３まで所定の保持時間だけ２ｍＮの押し込み力で保持され、その後、押し込み力が開放される。これにより、最終的に、被測定物の変形量は最終点Ｏ_４に至る。このとき、被測定物が完全弾性体であれば最終点Ｏ_４の変形量は“０”となるが、実際には被測定物が完全弾性体であることはなく、最終点Ｏ_４での変形量は正の量として残る。この量が塑性変形量であり、圧子による押し込みを終了した時点（中間点Ｏ_３）での変形量を総変形量とすれば、この総変形量から前記の塑性変形量を差し引いた分が弾性変形量となる。一般に、このようにして定義される変形量を用いて、弾性率＝（弾性変形量）／（総変形量）として定義することができ、この弾性率により硬度を表すことができる。すなわち、塑性変形量が小さく弾性率が大きくなるほど被測定物は硬く、塑性変形量が大きく弾性率が小さくなるほど被測定物は柔らかいということになる。
【００３４】
なおここでは、保護層１３や光学素子１０全体の硬度をユニバーサル硬度測定法により測定しているが、同様の値は鉛筆硬度測定法やビッカス硬度測定法等の他の方法によっても測定することが可能である。
【００３５】
次に、図２により、図１に示す光学素子１０の製造方法について説明する。なおここでは、紫外線の照射により重合されるコレステリック液晶モノマーを用いて液晶層１２を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
まず、光重合開始剤が添加されたコレステリック液晶モノマーの溶液を準備し、これを配向基材１１上に塗布した後、乾燥することによって未硬化状態の液晶層１２′を形成する（図２（ａ））。
【００３７】
次に、未硬化状態の液晶層１２′に対して所定の雰囲気で所定の照射量の紫外線を照射し、硬化状態の液晶層１２を形成する（図２（ｂ））。
【００３８】
その後、必要に応じて、硬化状態の液晶層１２を所定の温度で加熱して焼成した後（図２（ｃ））、保護層を形成するための材料を塗布して成膜する（図２（ｄ））。これにより、最終的な光学素子１０が製造される。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層１２上に高硬度の保護層１３を形成して、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することを防止しているので、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層１２の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、液晶層１２がコレステリック規則性を有する液晶材料からなる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、液晶層１２がネマチック規則性を有する液晶材料からなる場合にも同様にして適用することができる。なお、ネマチック規則性を有する液晶材料からなる液晶層１２は位相差板としての機能を好適に発揮することができる。
【００４１】
また、上述した実施の形態においては、液晶層１２が配向基材１１の全面に亘って形成されている場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、配向基材１１上に形成された液晶層１２を適宜パターニングするようにしてもよい。
【００４２】
具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、配向基材１１上に形成された液晶層１２のうち外周部の領域を除去するように液晶層１２をパターニングし、かつ、配向基材１１上に形成された液晶層１２の上面に加えて側面を覆うように保護層１３を形成するとよい。これにより、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその液晶セルのシール部分と液晶層１２との干渉をなくすことができ、また、液晶層１２の側面を覆うように保護層１３を形成することで外部の溶液等による液晶層１２の劣化を効果的に防止することができる。ここで、図３（ａ）においては、液晶層１２の外周部のみを除去し、保護層１３の外周部は除去していないが、これに限らず、図３（ｂ）に示すように、保護層１３の外周部も液晶層１２のパターンに合わせて除去するようにしてもよい。なお、図３（ａ）（ｂ）において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。
【００４３】
また、図４に示すように、配向基材１１上に形成された液晶層１２に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを設けるように液晶層１２をパターニングし、かつ、液晶層１２の上面を覆うとともに液晶層１２の各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ間の間隙を埋めるように保護層１３を形成するとよい。これにより、液晶層１２の各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ間の間隙を埋める保護層１３の部分が柱材のように機能することとなり、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することをより効果的に防止することができる。なお、図４において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。また、図４においては、各画素の赤色、緑色および青色の領域のそれぞれに対して領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが一つずつ対応しているが、これに限らず、各領域１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを間隙をあけた２つ以上の領域に分割することも可能である。
【００４４】
なお、図５に示すように、図３（ｂ）に示す光学素子１０において、保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に、液晶セル中の液晶を配向および駆動するための配向膜１４およびＩＴＯ膜等の透明電極１５を配置するようにしてもよい。ここで、図５においては、図３（ｂ）に示す光学素子１０を例に挙げているが、図１、図３（ａ）および図４に示す光学素子１０に対しても同様にして配向膜１４および透明電極１５を配置することが可能である。なお、図５において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上にて液晶層１２のパターン（外周部を除去したパターン）に合わせて形成された配向膜１１ｂとを有している。
【００４５】
さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、液晶層１２と保護層１３との間、または保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する複数の着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを含む光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層１４を配置するようにしてもよい。これにより、高硬度の光吸収型のカラーフィルター層１４により保護層１３とともに液晶層１２を保護することが可能となり、外部からの衝撃により液晶層１２が変形することをより効果的に防止することができる。なお、図６（ａ）（ｂ）において、配向基材１１は、ガラス基板等の支持基材１１ａと、支持基材１１ａ上に形成された配向膜１１ｂとを有している。また、図６（ａ）（ｂ）において、隣接した複数の着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの間の領域には、クロムまたは樹脂からなるブラックマトリックス１５が形成されている。ここで、ブラックマトリックス１５は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、カラーフィルター層１４の各着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに接触した状態で形成する他、図７（ａ）（ｂ）に示すように、カラーフィルター層１４の各着色領域１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂから離して、配向基材１１の支持基材１１ａ上に形成するようにしてもよい。
【００４６】
なお、図６（ａ）（ｂ）および図７（ａ）（ｂ）においては、液晶層１２と保護層１３との間、または保護層１３のうち液晶層１２の側の表面と反対側の表面上に光吸収型のカラーフィルター層１４を配置しているが、これに限らず、図８（ａ）（ｂ）に示すように、液晶層１２の下層側に光吸収型のカラーフィルター層１４を配置するようにしてもよい。この場合には、液晶層１２と配向基材１１との密着性が向上し、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合における表示品位をより向上させることができる。
【００４７】
【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。
【００４８】
（実施例１）
まず、ガラス基板上にポリイミド膜（ＬＸ１４００（日立化成社製））を０．０２μｍの膜厚で成膜し、次いで、そのポリイミド膜を２５０℃で焼成した後、当該ポリイミド膜に対してラビング処理（配向処理）を施した。
【００４９】
一方、このようにして配向処理が施されたガラス基板のポリイミド膜上に、下記の組成のコレステリック液晶溶液をスピンコーティングにより塗布した。
ネマチック液晶（上記の化学式（８））：９５．４５重量％
カイラル剤（上記の化学式（１４））　：４．５５重量％
光重合開始剤（Ｉｒｇ９０７）　　　　：５重量％
界面活性剤（下記の化学式（１５））　：０．０５重量％
トルエン　　　　　　　　　　　　　　：１７５重量％
【００５０】
【化３】

【００５１】
上述したように、コレステリック液晶溶液は、ネマチック液晶とカイラル剤とを混合したコレステリック液晶（カイラルネマチック液晶）を含有する。
【００５２】
その後、ガラス基板のポリイミド膜上に塗布された塗布膜を、ホットプレート上で８０℃で１分間乾燥して配向処理を行い、塗布膜がコレステリック相を呈するのを目視にて確認した。
【００５３】
次いで、超高圧水銀灯を用いて、紫外線（２０ｍＷ／ｃｍ^２、３６５ｎｍ）を１０秒照射することにより、コレステリック液晶層を形成した。ここで、コレステリック液晶層の膜厚は、ほぼ１００％の選択反射率を得るため、３．０μｍとした。また、無偏光の分光光度計で透過率スペクトルを測定したところ、コレステリック液晶層の選択反射中心波長は５１５ｎｍであった。
【００５４】
その後、このようにして成膜されたコレステリック液晶層上に、保護層を形成するための材料として、ＪＮＰＣ−８０（ＪＳＲ製）をスピンコーティングにより塗布、乾燥（ホットプレート（９０℃）で１分）した後、超高圧水銀灯を用いて、紫外線（２０ｍＷ／ｃｍ^２、３６５ｎｍ）を２０秒照射して露光した。次いで、クリーンオーブン（２３０℃）により１時間焼成し、最終的な保護層を形成した。ここで、保護層の膜厚は２．０μｍとした。また、同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００５５】
以上により、コレステリック液晶層上に保護層が形成された最終的な光学素子が製造された。なお、このようにして最終的に得られた実施例１に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６５であり、また、その塑性変形量は０．４５μｍであった。
【００５６】
（実施例２）
保護層の膜厚を１．５μｍとした以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例２に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６０であり、また、その塑性変形量は０．４８μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６０であった。
【００５７】
（実施例３）
保護層の材料としてＪＳＳ―３４１（ＪＳＲ製）を用い、その保護層の膜厚を１．５μｍとし、かつ、保護層を形成する際に露光処理を行わないようにした以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例３に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６５であり、また、その塑性変形量は０．４６μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６４であった。
【００５８】
（実施例４）
保護層の表面に透明電極としてのＩＴＯ層（膜厚１５００Å）をスパッタにより成膜した後、そのＩＴＯ層上に配向膜としてのポリイミド膜（ＬＸ１４００（日立化成社製）、膜厚０．０７μｍ）を形成した以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。なお、ＩＴＯ層上のポリイミド膜は、上記実施例１におけるガラス基板上の配向膜と同様の方法により形成した。このようにして得られた実施例４に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６６であり、また、その塑性変形量は０．４６μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００５９】
（実施例５）
液晶層と保護層との間にフォトリソグラフィ法により光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層を形成した以外は、上記実施例４と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例５に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６７であり、また、その塑性変形量は０．５３μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００６０】
（実施例６）
ガラス基板とその表面にポリイミド膜との間にフォトリソグラフィ法により光吸収型（顔料分散型）のカラーフィルター層を形成した以外は、上記実施例４と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例６に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６４であり、また、その塑性変形量は０．５７μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した保護層に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６２であった。
【００６１】
（実施例７）
保護層の表面にさらに別の保護層としての二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層（膜厚０．３μｍ）をスパッタにより形成した以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた実施例７に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により、積層された保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．６７であり、また、その塑性変形量は０．５４μｍであった。また、上記実施例１と同様の方法によりガラス基板上に直接成膜した、積層された保護層（ＪＮＰＣ−８０層およびＳｉＯ_２層）に対して、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率を測定したところ、０．６６であった。
【００６２】
（比較例１）
保護層を形成しない以外は、上記実施例１と同様の方法で、光学素子を製造した。このようにして得られた比較例に係る光学素子に対して、ユニバーサル硬度測定法により保護層側からコレステリック液晶層に２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率は０．５４であり、また、その塑性変形量は０．７２μｍであった。
【００６３】
（評価結果）
ここで、上記実施例１〜７に係る光学素子を、実際の製造ラインで製造した後、液晶表示装置に組み込んで用いたところ、液晶層の膜厚分布は均一なまま保たれ、表示品位も良好であった。これに対し、上記比較例に係る光学素子を、実際の製造ラインで製造した後、液晶表示装置に組み込んで用いたところ、液晶層の膜厚分布が不均一となり、表示品位に不良が目立つようになった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、その製造過程中や液晶表示装置への組み付け中に加えられる衝撃によって液晶層の膜厚分布が不均一になることがなく、液晶表示装置に組み込まれて用いられた場合でもその表示品位を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子の一実施の形態を説明するための概略断面図。
【図２】図１に示す光学素子の製造方法を説明するための工程図。
【図３】図１に示す光学素子の第１の変形例を示す概略断面図。
【図４】図１に示す光学素子の第２の変形例を示す概略断面図。
【図５】図１に示す光学素子の第３の変形例を示す概略断面図。
【図６】図１に示す光学素子の第４の変形例を示す概略断面図。
【図７】図１に示す光学素子の第５の変形例を示す概略断面図。
【図８】図１に示す光学素子の第６の変形例を示す概略断面図。
【図９】図１に示す光学素子の硬度（弾性率）を説明するための図。
【符号の説明】
１０　光学素子
１１　配向基材
１１ａ　支持基材
１１ｂ　配向膜
１２　液晶層
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ　領域
１３　保護層
１４　光吸収型のカラーフィルター層
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ　着色領域
１５　ブラックマトリックス層

Claims

液晶材料を成膜および硬化させることにより形成された液晶層と、
前記液晶層上に形成され、外部からの衝撃により前記液晶層が変形することを防止する高硬度の保護層とを備えたことを特徴とする光学素子。
前記保護層は、ユニバーサル硬度測定法により２ｍＮの試験力で圧子を押し込んだ際の弾性率（（弾性変形量）／（総変形量））が０．６以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
前記保護層は樹脂とモノマーとが混合した材料からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子。
前記液晶層を形成する前記液晶材料はコレステリック規則性を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層を形成する前記液晶材料はネマチック規則性を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層を支持する配向基材であって、前記液晶層のうち前記保護層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向基材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層のうち外周部の少なくとも一部の領域が除去されており、前記保護層が、前記配向基材上に形成された前記液晶層の上面に加えて側面の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の光学素子。
前記配向基材上に形成された前記液晶層が、赤色、緑色および青色の各色の表示領域に対応する、互いに間隔をあけて形成された複数の領域を有し、前記保護層が、前記液晶層の上面を覆うとともに前記液晶層の前記各領域間の間隙を埋めるように形成されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の光学素子。
前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された配向膜および電極であって、液晶セル中の液晶を配向および駆動するための配向膜および電極をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層と前記保護層との間に配置された光吸収型のカラーフィルター層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子。
前記保護層のうち前記液晶層の側の表面と反対側の表面上に配置された光吸収型のカラーフィルター層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子。
前記液晶層は、偏光分離素子、カラーフィルターおよび位相差板からなる群から選択された少なくとも一つの素子として機能することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子。