JPH0720502A

JPH0720502A - 光学装置

Info

Publication number: JPH0720502A
Application number: JP18736593A
Authority: JP
Inventors: Akio Yasuda; 章夫安田; Eriko Matsui; 恵理子松居; Keiichi Nito; 敬一仁藤; Nobue Kataoka; 延江片岡; Hidehiko Takanashi; 英彦高梨; Shichiyou Hide; 史朝秀; Eiho You; 映保楊
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【構成】対向電極３ａ、３ｂ上に液晶分子の配向膜４
ａ、４ｂが設けられ、対向電極３ａ−３ｂ間に装填され
る強誘電性液晶20は、螺旋の巻き方向が互いに逆である
複数のカイラル分子の混合物からなっていて、螺旋のピ
ッチが予め実質的に無限大となされている液晶素子。【効果】光学デバイスとしてより高速の動作が可能で
あり、しかもメモリ性を発現させるためのパルス幅をよ
り短くすることが可能となり、また、液晶分子の配向状
態が改善され、コントラストが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶（ＦＬ
Ｃ）を用いた液晶表示素子等の光学素子からなる光学装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いた光学デバイス、例
えば液晶表示素子は、図２及び図３に示すように、２枚
のガラス基板２ａ、２ｂの内面に透明電極３ａ及び配向
膜４ａ、透明電極３ｂ及び配向膜４ｂを順次被着したも
のを配向膜側で対向させ、その間に強誘電性液晶20を注
入、装填したセル構造１となっている。

【０００３】そして、電極３ａ、３ｂはストライプ状で
あって、互いにマトリックス状に交差して設けられ、そ
れらの交点領域に時系列に電圧が選択的に印加されるよ
うになっている。また、液晶20が所定の厚さになるよう
に、周囲をシール材５で密封し、ガラスビーズのスペー
サ（図示せず）によってセルギャップを保持している。
配向膜４ａ、４ｂが有機質の場合は、セル１の作製段階
で液晶分子の配向のためのラビング処理が施される。

【０００４】こうした液晶表示素子においては、一般
に、使用する強誘電性液晶20自身が螺旋を巻いた構造を
形成している。そして、対向電極間に逆極性の電圧が印
加されることによって、コーン角に沿って２つの状態に
スイッチングされ、表示素子からの光をオン、オフする
ようになっている。

【０００５】強誘電性液晶は本来、電圧に対する応答性
の良いものであるが、更に高速応答性と共にコントラス
トの向上が要求されている。

【０００６】このような強誘電性液晶について、一対の
対向電極上に設けた液晶分子配向膜の界面規制力によっ
て強誘電性液晶自身の螺旋をほどき、表面安定化を図っ
た強誘電性液晶デバイスが提案されている（米国特許第
4,367,924号）。

【０００７】しかしながら、この公知の液晶デバイスで
は、配向膜表面の分子配向規制力によって螺旋をほどこ
うとしても、実際には、応答性はそれ程向上せず、液晶
の配向性も十分とはならず、上記した要求に応えること
はできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高速
応答性を示し、しかもメモリ性を発現させるためのパル
ス幅を短くでき、液晶分子の配向性を良好にしてコント
ラストを向上させることのできる液晶素子からなる光学
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、螺旋構
造がカイラルスメクチックＣ相において予め実質的に解
消されている強誘電性液晶を用いた液晶素子からなる光
学装置に係るものである。ここで、「光学装置」とは、
液晶表示素子等の液晶素子自体は勿論であるが、同液晶
素子を組み込んだ光学システム、例えば表示装置や撮像
装置も包含するものである。

【００１０】本発明の光学装置によれば、素子に使用す
る強誘電性液晶の螺旋構造を予め（即ち、液晶の装填時
に既に）解かれていることが極めて重要であり、これま
での素子では考えられない全く新規な構成である。

【００１１】本発明者は、このように強誘電性液晶の螺
旋を予め解消して装填することによって、上記した公知
のデバイスのように配向膜表面の分子配向規制力によっ
て螺旋を解くようにしたものに比べて、光学デバイスと
してより高速の動作が可能であり、しかもメモリ性を発
現させるためのパルス幅をより短くすることが可能とな
り、また、液晶分子の配向状態が改善され、コントラス
トが向上することを見出したのである。

【００１２】本発明においては、上記の強誘電性液晶の
螺旋のピッチが予め実質的に無限大となされていること
が不可欠である。ここで、「実質的に」とは、ピッチが
完全に無限大であること以外にも、無限大の場合と同等
の効果が得られる程にピッチが著しく大きいものも意味
する。

【００１３】本発明の光学装置は、少なくとも一方の電
極が光学的に透明である対向電極上に液晶分子の配向膜
が設けられ、前記対向電極間（電極間距離は特に４μｍ
以下、更には 2.5μｍ以下がよい。）に強誘電性液晶が
装填された液晶素子として組み立てられ、その強誘電性
液晶は、螺旋の巻き方向が互いに逆である複数のカイラ
ル分子の混合物からなっていて、螺旋のピッチが予め実
質的に無限大となされていること、また、対向電極間に
装填された強誘電性液晶は螺旋を形成していないことが
望ましい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１５】図１は、本実施例による液晶素子の構造を
概略的に示すものである。図中の２ａ及び２ｂはガラス
基板、３ａ及び３ｂはＩＴＯ（インジウムにスズをドー
プした透明導電性酸化物）透明電極、４ａ及び４ｂはＳ
ｉＯ斜方蒸着膜からなる液晶配向膜、６は真し球、20は
強誘電性カイラル液晶組成物である。本実施例による液
晶素子は、図２及び図３に示した液晶表示素子１や、更
には後述するウォブリング（絵素ずらし）素子用の液晶
素子に組み立てることができる。

【００１６】そして、上記の透明電極３ａ−３ｂ間（実
際には、配向膜４ａ−４ｂ間）に装填される強誘電性液
晶又はその組成物20として、本発明に基いて螺旋（ヘリ
ックス）が装填前に予め解かれた状態にある（即ち、ピ
ッチが予めキャンセルされた）液晶組成物を用い、電極
間距離（パネルギャップ）を４μｍ以下、特に３μｍ以
下、更には 2.5μｍ以下にコントロールした液晶パネル
内に注入している。

【００１７】使用される強誘電性液晶組成物は、通常、
デバイスとして使用する温度範囲が低温から高温にわた
るため、数種類（場合によっては、10種類以上）の液晶
分子をブレンドして使用する。また、強誘電性液晶とし
て、自発分極を持つようにするには、非カイラルのベー
ス液晶に、ある程度の大きさの自発分極を有するカイラ
ル分子をドープして用いる。

【００１８】この場合、ドープするカイラル分子とし
て、螺旋のピッチが異なる（即ち、巻き方向が互いに逆
である）複数のカイラル分子ＡとＢをベース液晶に対し
て同時に混合する。この混合系において、カイラル分子
Ａとカイラル分子Ｂの螺旋のピッチをそれぞれｘ（μ
ｍ）及びｙ（μｍ）、モル分率をそれぞれｍ及び（１−
ｍ）とすると、１／混合系の螺旋ピッチ＝ｍ（１／ｘ）＋（１−ｍ）
（１／ｙ）の関係式を満たすことが知られている。

【００１９】従って、上記の式から、各々のピッチを持
つカイラル分子の濃度をコントロールして（当然、螺旋
の巻き方向は逆のものを選ぶ。）、混合系の螺旋ピッチ
が無限大になるようにすることができる。

【００２０】こうして、本発明に基いて、強誘電性液晶
組成物の螺旋ピッチを予め無限大にした状態で、液晶セ
ル内に注入、装填する。但し、この混合系（液晶組成
物）は注入後も螺旋は巻いていない。

【００２１】次に、本実施例を具体的な例によって更に
詳細に説明する。具体例１液晶組成物を次のようにして調整した。

【００２２】例えば、次の相系列：Ｉ，70℃ Ｎ，60℃ ＳｍＡ，50℃ ＳｍＣ，10℃ Ｋを示す、フェニルピリミジンを主体とする非カイラルベ
ース液晶組成物に、カイラルドーパントとして下記のカ
イラル分子Ａとカイラル分子Ｂとをドープした。

【００２３】カイラル分子Ａ：カイラルスメクチックＣ
相での螺旋ピッチ＝＋0.31μｍを持ち、分子構造として
は、トリフルオロメチル基を置換基としてもつラクトン
環を有する分子量 581のもの。自発分極としては、フェ
ニルピリミジンベースの液晶に２重量％混合することに
より、−2.2nＣ／cm²をもつカイラル分子。

【００２４】カイラル分子Ｂ：カイラルスメクチックＣ
相での螺旋ピッチ＝−0.19μｍを持ち、分子構造として
は、トリフルオロメチル基を置換基としてもつラクトン
環を有する分子量 531のもの。自発分極としては、フェ
ニルピリミジンベースの液晶に２重量％混合することに
より、−3.4nＣ／cm²をもつカイラル分子。

【００２５】これらのカイラル分子のドープ量は、モル
分率（又は重量）で、カイラル分子Ａが0.62（又は3.60
22グラム）、カイラル分子Ｂが0.38（又は1.7248グラ
ム）であり、上記ベース液晶組成物 261.023グラムに混
合した。

【００２６】このようにカイラル分子ＡとＢの濃度を調
整してドープすることにより、上記した関係式から、こ
の混合系の液晶組成物の螺旋ピッチは、バルク状態でカ
イラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^*）において無限大と
なること、即ち、螺旋構造が解消されたものとなった。

【００２７】実際に、この液晶組成物をセルギャップが
200μｍのセル内に注入し、ピッチ測定を行ったとこ
ろ、液晶組成物のスメクチックＣ相での螺旋ピッチは観
測されなかった。

【００２８】具体例２液晶素子を次のようにして作製した。液晶分子の配向膜
としては、真空蒸着法により斜方蒸着して形成した酸化
シリコン膜（ＳｉＯ斜方蒸着膜）を用いた。このＳｉＯ
斜方蒸着膜の成膜条件は、蒸着源と基板とを結ぶ線に対
して85°をなすようにガラス基板を設置し、基板温度 1
70℃、真空度９ｘ10^-6Torr、蒸着速度１Å／sec 、蒸着
膜厚は 500Åとし、成膜後に空気中で 300℃にて１時間
アニールした。

【００２９】基板には、厚さ 400Åで抵抗値が 100Ω／
□のＩＴＯ透明電極をスパッタ法で形成した。セルギャ
ップは、触媒化成（株）製の真し球(1.7μｍφ）をスペ
ーサとして用いて 1.6μｍに調整し、また、液晶セルは
蒸着方向が対向した配向膜間で平行又は反平行となるよ
うに作製した。

【００３０】具体例１で用いた螺旋ピッチが無限大の液
晶組成物を上記したセルギャップ内に等方相温度あるい
はカイラルネマチック相温度の流動性を示す状態で減圧
下で注入した。液晶注入後、徐冷し、注入孔周囲のガラ
ス基板上の液晶を除去したのち、エポキシ系の接着剤で
封止し、強誘電性液晶デバイスを作製した。

【００３１】この液晶デバイスにおいては、注入した上
記強誘電性液晶は螺旋を形成していなかった。この液晶
デバイスについて電気光学効果を測定すると、データ信
号：バイアスが５：１バイアス時でのパルス幅＝ 1.8μ
秒、コントラストは25.4であり、０−90％の立ち上がり
応答時間は 105μ秒と、いずれも良好であった。

【００３２】比較例１具体例１で述べたカイラル分子Ａと、螺旋の向きがカイ
ラル分子Ａと同じでその螺旋ピッチの長さが＋0.60μｍ
のカイラル分子Ｃ（カイラル分子Ａのジアステレオマー
であり、分子量、構造はカイラル分子Ａと全く同じ。上
述したベース液晶組成物に２重量％混合することにより
−2.3nＣ／cm²の自発分極を持つ。）とを各々１％ず
つ、上記と同じフェニルピリミジン主体のベース液晶に
加えた強誘電性液晶組成物を作製した。

【００３３】この液晶組成物について、そのスメクチッ
クＣ相での螺旋ピッチを上記と同様の方法で測定したと
ころ、0.41μｍであった。また、この強誘電性液晶組成
物を上記と同様にして作製した液晶セルに注入し、やは
り同様に電気光学効果の測定を行った。その結果、５：
１バイアス時でのパルス幅は 250μ秒、コントラストは
18.2であり、０−90％の立ち上がり応答時間は 225μ秒
であった。

【００３４】比較例２具体例１で述べたカイラル分子Ａ、Ｂをモル分率で各々
0.76、0.24とし、これらを上記と同じノンカイラルベー
ス液晶混合物に混合した。その時の特性はパルス幅： 3
00μ秒、コントラスト：５、０−90％の応答速度が 275
μ秒であった。また、このときのＳｍＣ相でのピッチは
実測値で0.84μｍであり、計算値としては、 0.8414285
71μｍとなる。基本的には、配向性が低かった。

【００３５】具体例３次に、市販の強誘電性液晶を用い、本発明に基いて螺旋
を解いた強誘電性液晶を実現したものについて、測定を
行った。使用した液晶は、チッソ（株）製のＣＳ−１０
１４とメルク社製のＺＬＩ−４６５５−１００であっ
た。これらの液晶は各々、次の表１に示すような物理特
性をもつ。

【００３６】

【００３７】ここで、これら両者の液晶をＳｍＣ相での
螺旋ピッチを考えて種々の割合でブレンドした。そし
て、ＣＳ−１０１４の濃度によるネマチックおよびスメ
クチックＣ相でのピッチを上記したと同様に測定したと
ころ、図４に示す結果が得られた。

【００３８】これによれば、ネマチック相においては、
ＣＳ−１０１４の濃度がＺＬＩ−４６５５との混合物に
対してほぼ50重量％付近で螺旋ピッチが消失しており、
また、スメクチック相においても30重量％付近の濃度で
螺旋ピッチが消失している（但し、このスメクチック相
での螺旋ピッチの測定は 200μの厚みのセルを用いて行
った）。

【００３９】また、ＣＳ−１０１４の濃度を種々変化さ
せて、コントラスト及びメモリ発現のために必要な最短
のパルス幅を測定し、結果を図５、図６に示した。ディ
スプレイ素子としては、コントラストが高く、駆動に必
要なパルス幅が短いことが好ましいことは言うまでもな
い。

【００４０】図５、図６に示す結果から、コントラスト
及びパルス幅の両方を同時に満たす系が存在することが
分かる。即ち、コントラスト35以上、パルス幅 100μ秒
以下という条件を満たす系（濃度条件）は丁度、スメク
チックＣ相のピッチが無限大となる、ＣＳ−１０１４が
30％付近（図４参照）＝螺旋が解けている状態の強誘電
性液晶であり、コントラスト及びパルス幅の双方とも良
好となる。これらを同時に満足することは、螺旋を巻い
た強誘電性液晶（例えばＣＳ−１０１４が45〜50％付近
のもの）では実現しない。これは、本発明の優位性を顕
著に示している。

【００４１】また、この強誘電性液晶のコーン角のＣＳ
−１０１４依存性を図７に示した。コーン角は45度のと
きに、最も光の透過率が高くなるが、スメクチックＣ相
での螺旋が解けた状態（ＣＳ−１０１４が30％付近）に
おいても、電界を加えた状態でのコーン角〔Ｅ〕、メモ
リコーン角〔Ｍ〕ともに、48度であり、問題はない。

【００４２】以上のように、本発明に基いて、予め螺旋
をほどいたＦＬＣにおいては、螺旋を巻いたＦＬＣに比
較して、より優れた表示特性を持つことが明らかであ
る。

【００４３】本発明による液晶素子は、上述した一般的
な表示素子として使用可能であると共に、図８、図９に
示す表示装置のウォブリング素子（絵素ずらし素子）と
しても使用することができる。

【００４４】即ち、図示した液晶光学表示装置21は、同
一光路中に光の進行方向に沿って順次配置された液晶表
示素子（ＬＣＤ）22と、位相変調光学素子としての強誘
電性液晶素子（ＦＬＣ）23と、水晶板等の透明基板から
なる複屈折媒体24との組み合わせによって構成されてお
り、上記の素子22及び23の少なくとも一方が本発明によ
る液晶素子からなっていてよい。

【００４５】以下の説明では主として、ウォブリング素
子27に用いる素子23が本発明の液晶素子で構成した場合
を述べる。ここで、理解容易のために、各構成素子は、
液晶表示素子ＬＣＤの１つの構成表示画素25に対応した
区画についてそれぞれ示されている（以下、同様）。

【００４６】上記のＬＣＤ22の画素25は全体としてモザ
イク状等の離散的な画素配列からなっており、また、使
用される液晶はＴＮ（ツイストネマチック）、ＳＴＮ
（超ツイストネマチック）、ＳＨ（スーパーホメオトロ
ピック）、更にはＦＬＣ等からなっている。このＬＣＤ
22は、図示省略したが、公知の如くにパネル自身に偏光
板を有し、出力光26は直線偏光を有している。なお、こ
のＬＣＤ22は、図２及び図３で示した本発明に基づく構
成としてもよい。

【００４７】そして、この直線偏光26に対し、上記のＦ
ＬＣ23と複屈折媒体24とで構成されるウォブリング素子
（絵素ずらし素子）27によって平行方向又は垂直方向に
絵素ずらしが行われる。

【００４８】このためには、ＦＬＣ素子23の一つの異常
光軸28を表示画素25の偏光面29と平行あるいは垂直とな
るように配置し、更に、等価的に一軸性の光学軸（一軸
的な光学異方性）を有する透明基板24の異常光軸30のＸ
−Ｙ面（入射側）への射影成分を偏光面29に対し、平行
（Ｙ方向）あるいは垂直（Ｘ方向）に配置している。

【００４９】ＦＬＣ素子23に用いる液晶は、ビデオレー
トで高速スイッチング可能なものであって、本発明に基
づくカイラルスメクチック液晶組成物からなっている。
また、複屈折媒体24には水晶板等が使用可能である。但
し、後述するように、ＦＬＣに代えて反強誘電性液晶
（ＡＦＬＣ）や、電傾効果を示すスメクチック液晶（例
えばスメクチックＡ）も有効であり、また、水晶板以外
の複屈折素子も勿論使用可能である。

【００５０】次に、この表示装置21におけるウォブリン
グ動作を概略的に説明する。

【００５１】まず、図８のように、強誘電性液晶素子23
のスイッチ状態が状態１の場合、表示素子22側から照射
される光26の偏光面29と強誘電性液晶素子23の異常光軸
28が平行のため、透過光31は偏光面を維持したまま複屈
折を有する水晶板24に照射される。水晶板24では、入射
偏光面内に水晶の異常光軸30を含むため、Ｙ軸方向に偏
光している光は水晶板24の異常光軸30の傾いている方向
へ屈折し、再び空気層へ32として出るとき光軸と平行に
なり、入射光の光軸とのずれがＹ方向に生じる。

【００５２】一方、図９のように、強誘電性液晶素子23
のスイッチ状態が状態２の場合、偏光面29と異常光軸28
が約45度の角をなしているため、透過光31は異常光軸の
向きに回転し、直線偏光（Ｙ軸方向）→楕円偏光→円偏
光→楕円偏光→直線偏光（Ｘ軸方向）と強誘電性液晶素
子23内を変化し、偏光面は初期状態から90度回転し、水
晶板24に照射される。水晶板24では、入射偏光面内に水
晶の異常光軸30を含まないため、光31は屈折しないでそ
のままの光軸を維持し、再び空気層へ出射光32として出
る。

【００５３】このように、ＦＬＣ23のスイッチ状態、即
ち、状態１と状態２での水晶板24による屈折の有無で光
軸をずらし、この光軸のずれを絵素ずらしの動作原理と
して用いることができる。

【００５４】上記した例は、偏光を有する表示素子につ
いてのものであるが、本発明は無偏光の表示素子にも勿
論適用できる。表示画素25からの光の偏光度が小さい場
合、偏光にするために、表示素子22と絵素ずらし素子27
を結ぶ光路中に偏光板を挿入すれば良い。光学的配置条
件は上述の液晶表示素子の場合と同様である。

【００５５】ここで使用可能な無偏光ディスプレイ22と
しては、プラズマディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等
の自発光型表示素子がある。

【００５６】本発明は、上記した表示装置に限らず、離
散的な画素から構成されるＣＣＤ等の撮像素子と被写体
とを結ぶ光路中に上述したウォブリング素子27を配置し
た撮像装置にも適用可能である。

【００５７】本発明を図10及び図11に示した撮像装置71
に適用する場合も、上述した表示装置において述べた各
種の条件及び原理、説明が同様にして採用されることが
望ましい。以下においては、上述した表示装置について
の内容と同様のものは特に繰り返して説明しないが、そ
れに比べて、撮像装置に特有のものを主として説明する
こととする。

【００５８】被写体と撮像素子53を結ぶ光路中に、被写
体−偏光子−ＦＬＣ素子−複屈折基板−撮像素子の順序
で配置される。この場合、レンズ系、アイリス、波長制
限フィルタは被写体と撮像素子を結ぶ光路中のどこに配
してもよい。

【００５９】図10、図11に示すように、強誘電性液晶素
子23のスイッチ状態が状態１の場合、被写体50の側から
の照射光成分ａは、レンズ51、絞り52を通った後、偏光
板39により絵素ずらし方向に偏光される。光の偏光面と
強誘電性液晶素子23の異常光軸28が平行のため、透過光
は偏光面を維持したまま複屈折を有する水晶板24に照射
される。水晶板24では、入射偏光面内に水晶の異常光軸
を含むため、Ｙ軸方向に偏光している光は水晶板の異常
光軸の傾いている方向へ屈折し、再び空気層へ出るとき
光軸と平行になり、入射光の光軸とのずれが生じ、ＣＣ
Ｄ撮像素子53の各絵素に照射される。

【００６０】一方、強誘電性液晶素子23のスイッチ状態
が状態２の場合、偏光面と異常光軸28が約45度の角をな
しているため、透過光は異常光軸の向きに回転し、直線
偏光（Ｙ軸方向）→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線
偏光（Ｘ軸方向）と強誘電性液晶素子内を変化し、偏光
面は初期状態から90度回転し、水晶板24に照射される。
水晶板24では、入射偏光面内に水晶の異常光軸を含まな
いため、屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空
気層へ出て、ＣＣＤ撮像素子53の各絵素に照射される。
即ち、被写体のａ’部分を撮像することになる。この状
態１と状態２の光軸のずれを絵素ずらしの動作原理とし
て用いることができる。

【００６１】なお、上述した各例に用いる強誘電性液晶
はチッソ（株）製、メルク（株）製、ＢＤＨ等、公知の
強誘電性液晶化合物又は非カイラル液晶からなる組成物
が使用可能であるが、その制限はなく、また、その相系
列の制限も必要とせず、必要なのは使用温度範囲でカイ
ラルスメクチック液晶相をとることである。

【００６２】更に、カイラルスメクチック液晶以外で
も、スイッチングスピードが高速で有れば、例えば、下
記の反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）や電傾効果を示すスメ
クチックＡ相でも適用可能である。

【００６３】＜反強誘電性液晶＞反強誘電性液晶は、Ｃ
handani らにより1988年に見出されたものであって、次
の３点を特徴としている。（１）反強誘電状態と２つの強誘電状態の３安定状態間
のスイッチングを利用する。（２）明確なしきい値特性を示し、マルチプレクス駆動
した時のコントラストを高くとれる。（３）プラスとマイナスのヒステリシスを交互に使い、
内部分極の発生が抑えられるため、焼き付き現象が起こ
りにくい。

【００６４】この反強誘電性液晶材料の特徴としては、
強誘電性液晶と異なり、カイラル液晶がその組成物のほ
とんどであるということ（自発分極が大きく、強誘電性
液晶のほぼ10倍）、不斉炭素に関する置換基はＣＨ
₃基、ＣＦ₃基、Ｃ₂Ｈ₅基をもつ化合物は容易に反強
誘電性を示し、コア構造が拡張する。例えば、チッソ社
製のＣＳ−４０００がある。

【００６５】＜電傾効果を示すスメクチック液晶＞電傾
効果とは、カイラル分子によって構成されるスメクチッ
クＡ相において、温度を一定としたときに電場によって
配向ベクトルの傾き角が誘起される現象である。スメク
チックＡ相において、配向ベクトルはスメクチック層の
法線方向を向き、長軸回りに自由回転しているが、層に
沿った電場を印加することによって自由回転が阻害さ
れ、電場方向の分極Ｐが誘起される。

【００６６】分極Ｐと傾き角θの線形結合をＰ＝ｋθと
仮定すれば、Ｐ＝（ε⊥^*−ε⊥０）ε_OΕ 従って、θ＝（ε⊥^*−ε⊥０）ε_OΕ／ｋのように、印加電場Ｅに比例した傾き角が生じる。ここ
で、ε⊥^*とε⊥０は光学活性物質のラセミ体の誘電
率、ε_Oは真空の誘電率である。このことから、カイラ
ル液晶のラセミ体のそれぞれの誘電率の差が大きいほ
ど、大きな電傾効果を現す。

【００６７】上記した強誘電性液晶は立ち上がり（10−
90％Ｔ）及び立ち下がり（90−10％Ｔ）とも、いずれも
μsec オーダーの高速応答を示しており、１フィールド
内での十分な応答を保証し、ビデオレートでの有効な絵
素ずらし効果が達成される。

【００６８】特に、ウォブリング（絵素ずらし）では、
立ち上がりと立ち下がりの応答時間がフィールド時間の
１／３以下で、かつ、立ち上がり時間と立ち下がり時間
との比が互いに２倍を越えないものが好ましい。

【００６９】この点、ネマチック液晶を用いた場合は、
高速のものでも電界印加時の立ち上がり時間は比較的短
いが、オフ時の立ち下がり時間は長いために、フィール
ド内でのスイッチングが十分でなく、有効な絵素ずらし
効果が得られない。ツイストネマチックの絵素ずらし素
子では、透過率変化０〜90％での立ち上がり＋立ち下が
り時間は最小で15ｍsec 程度（室温）であり、ＮＴＳＣ
の２：１線飛越走査方式（１フィールド当たり１／60秒
（16.7ｍｓ））でもかなり実現が困難であり、さらにフ
レーム数が同じで４：１線飛越走査方式を適用すれば、
１フィールド当たり１／120 秒(8.3ｍｓ）であり、全く
追従できなくなる。

【００７０】これに対し、強誘電性液晶素子を用いた絵
素ずらし法は、そのスイッチング時間がＴＮ液晶よりも
短いため、有効であることがわかる。ちなみに、強誘電
性液晶素子の立ち上がり＋立ち下がり時間はμsec オー
ダーから、最も遅いものでも数ｍｓ以下である。

【００７１】下記の表２には、各種液晶の応答時間を比
較して示すが、本発明に使用可能な液晶の応答速度は著
しく早い。

【００７２】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。

【００７３】例えば、上述した液晶素子において、使用
する液晶を３種又はそれ以上の混合物としてよいことは
勿論であり、その種類も変えることができる。

【００７４】また、液晶素子をはじめ、各構成部分の構
造、材質や形状、組み立て方法等は種々変更してよい。
基板もガラス板ではなく、他の光学的に透明な材質であ
ればよい。液晶についても、種々のものが採用可能であ
る。対向電極は光出射側さえ透明であればよく、両電極
とも透明であることを要しない。

【００７５】本発明が適用される対象は、上述した表示
装置、撮像装置の如き光学システムと共に、同システム
に組み込み可能な液晶素子やウォブリング素子も包含す
ることは勿論である。

【００７６】

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、強誘電性液
晶の螺旋を予め実質的に解消して装填しているので、公
知のデバイスのように螺旋を巻いたものや配向膜表面の
分子配向規制力によって螺旋を解くようにしたものに比
べて、光学デバイスとしてより高速の動作が可能であ
り、しかもメモリ性を発現させるためのパルス幅をより
短くすることが可能となり、また、液晶分子の配向状態
が改善され、コントラストが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶素子の概略断面図で
ある。

【図２】本発明による液晶表示素子の一例の断面図（図
３のII−II線断面図）である。

【図３】同液晶表示素子の平面図である。

【図４】２種類のカイラル分子を混合した強誘電性液晶
のピッチのカイラル分子配合比依存性を示すグラフであ
る。

【図５】同液晶の動作時のコントラストのカイラル分子
配合比依存性を示すグラフである。

【図６】同液晶の動作時のパルス幅のカイラル分子配合
比依存性を示すグラフである。

【図７】同液晶のコーン角のカイラル分子配合比依存性
を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例による液晶素子を用いた表示装
置の状態１での概略図である。

【図９】同表示装置の状態２での概略図である。

【図10】本発明の実施例による液晶素子を用いた撮像装
置の状態１での概略図である。

【図11】同撮像装置の状態２での概略図である。

【符号の説明】

２ａ、２ｂ・・・ガラス基板３ａ、３ｂ・・・ＩＴＯ透明電極４ａ、４ｂ・・・ＳｉＯ斜方蒸着膜又は液晶配向膜５・・・シール材６・・・真し球 20・・・液晶組成物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片岡延江東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者高梨英彦東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者秀史朝東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者楊映保東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】螺旋構造がカイラルスメクチックＣ相に
おいて予め実質的に解消されている強誘電性液晶を用い
た液晶素子からなる光学装置。
【請求項２】強誘電性液晶の螺旋のピッチが予め実質
的に無限大となされている、請求項１に記載した光学装
置。
【請求項３】少なくとも一方の電極が光学的に透明で
ある対向電極上に液晶分子の配向膜が設けられ、前記対
向電極間に装填される強誘電性液晶は、螺旋の巻き方向
が互いに逆である複数のカイラル分子の混合物からなっ
ていて、螺旋のピッチが予め実質的に無限大となされて
いる、請求項１又は２に記載した光学装置。
【請求項４】対向電極間の距離が４μｍ以下である、
請求項３に記載した光学装置。
【請求項５】対向電極間に装填された強誘電性液晶が
螺旋を形成していない、請求項３又は４に記載した光学
装置。