CN101321844A - 液晶元件、光路偏转元件和图像显示装置 - Google Patents

Abstract

提供一种液晶元件，其包括一对透明基板、填充在该对基板之间并且可以形成垂面取向的手性近晶C相的液晶层、和至少产生方向平行于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极，其中，该液晶层在基础液晶材料中至少包括以下通式(1－I)的手性化合物、或以下通式(2－I)的手性化合物和以下通式(2－II)的手性化合物，该基础液晶材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，其中，式(1－I)中的R¹、A²、Z¹、Z²、m和1，式(2－I)中的X、R¹、R²和*，以及式(2－II)中的X、R³、R⁴、R⁵和*如说明书中的定义。

Description

液晶元件、光路偏转元件和图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶元件、一种光路偏转元件和一种图像显示装置。背景技术

在对常规技术进行描述之前，对本说明书中所用的术语进行定义。

“光路偏转元件”指能够通过使光路偏转，也就是响应外部电信号，使出射光相对于入射光发生平移或使出射光以一定角度旋转，或者结合上述两种情况而改变光的光路的光学元件。在下面的说明中，通过偏移所产生的关于光路偏转的平移程度称作“偏移量”，通过旋转所产生的关于光路偏转的旋转角度称作“旋转角”。而且，“光学偏转器件”指的是使光的光路发生偏转并且包括上述光学偏转元件的器件。

“像素偏移元件(像素偏移元件)”指图像显示装置的光路偏转元件，所述图像显示装置至少包括其中能够根据图像信息调控光的多个像素为二维排列的图像显示元件、照明图像显示元件的光源、用以观察显示在图像显示元件上的图像图案的光学部件、以及光路偏转器件，对于由短暂分割像场而提供的多个子场中的每一个，所述光路偏转器件使图像显示元件与光学部件之间的光路发生偏转，在该装置中，通过显示图像图案而使像素数量明显增加，所述图像图案的显像根据由光路偏转元件提供的各子场的光路偏转而发生位移，从而进行显示。因此，基本上，上述定义的光路偏转元件或光路偏转器件可以用作光学偏转装置(像素偏移元件(像素偏移元件))。

过去已经提出了涉及例如，使用液晶材料的光路偏转元件(或光学偏转元件)或像素偏移元件以及使用其的图像显示装置的各种技术(例如，参见日本专利申请公开No.06-018940、日本专利申请公开No.09-133904、日本专利No.2939826、日本专利申请公开No.05-313116、日本专利申请公开No.06-324320和日本专利申请公开No.10-133135)。但是，在常规光路偏转元件或像素偏移元件中还有各种问题，包括：

-由于构造复杂，器件的成本高、尺寸大、光损失、产生光学噪音例如重影，和/或图像分辨率降低；

-与定位精度、耐用性、振动和声音有关的问题，尤其是在其中使用可移动部件的应用中；和

-与向列型液晶中的响应速度有关的问题等。

在这种情况下，为了提供可以减少常规光路偏转元件中的问题(即例如由于构造复杂，器件的成本高、尺寸大、光损失和产生光学噪音等问题)，并且具有简单而紧凑的构造和低的光损失、低的光学噪音以及低的图像分辨率的降低，并且使其成本降低的光路偏转元件或器件，本发明者或申请人之前已经提出了具有特殊构造的光路偏转元件(参见日本专利申请公开No.2002-328402)。

该光路偏转元件1包括一对透明基板2和3，提供在基板2和3中的至少一个之上的定向膜4，填充在基板2和3之间并且处于手性近晶C相以提供垂面取向的液晶5，和用来向液晶5施加电场的至少一个电极(6a和6b)对6，其中电极对6与电源7连接以便可以向液晶层5施加电场。由于光路偏转元件使用处于手性近晶C相的液晶5，因此可以减轻因构造复杂而引起的问题，例如器件的成本高、尺寸大、光损失和光学噪音，而且与常规的光路偏转元件相比，还可以改善在例如常规近晶A型液晶或向列型液晶中的较慢的响应性，从而可以实现高速响应。

但是，为了用这种光路偏转元件获得几μm-几十μm的实用的光路偏移量，可能需要将液晶层厚度设定为几十μm-几百μm的非常大的厚度(例如，参见“Crystal Optics”，Japan Society ofApplied Physics，Optical Society ofJapan，第198页)。通常，当液晶层厚度增大时，在液晶层的中心部分，来自基板表面的取向调节能力的影响会降低，因此可能难以在整个液晶层保持一致的取向。例如，液晶层中心部分的取向程度可能会降低，从而产生白色混浊。因此，在上述光路偏转元件的整个液晶层中获得并保持均匀取向可能是最重要的问题。

出于这种原因，本发明者或申请人之前已经提出了，例如包括由液晶材料制成的液晶层的光路偏转元件，其中该液晶材料在高于手性近晶C相的温度下不形成近晶A相(参见日本专利申请公开No.2003-280041和日本专利申请公开No.2002-328402)，并提出了包括下述步骤的方法：在液晶层中含有例如聚合材料的单体，使液晶层的温度保持在提供近晶A相的温度下以调节分子的取向，进行光聚合以形成聚合材料的纤维状或网状体系，之后将其冷却至提供手性近晶C相的温度(参见日本专利申请公开No.2004-184522)。但是，根据日本专利申请No.2003-280041中公开的技术，对液晶材料的选择自由度可受到限制，而且根据日本专利申请No.2004-184522中公开的技术，可产生由于聚合体系的存在而导致的副作用，例如对响应速度或光学特性产生影响。

而且，已经提出一种对例如加入的手性化合物的量、类型和相对浓度，以及铁电液晶混合物的向列(N^*)相的螺距进行调节的方法，以及使用这种铁电液晶混合物的显示元件(参见日本专利No.3034024)，其中所述铁电液晶混合物具有针对这种混合物的大的自发极化和优异的取向。该文献中的内容涉及一种使用具有沿面取向的表面稳定铁电液晶的显示元件。

已经公开在表面稳定铁电液晶元件中，通常需要将液晶层的厚度设定为约2μm，以获得均匀的取向(单一的沿面取向：瓦解的螺旋单畴取向)、高速的响应和良好的对比度，尤其，为了实现单一的沿面取向，向列(N^*)相的螺距必须为液晶层厚度的约5倍或更多倍，即，约10μm或更大。而且，还公开了加入掺杂剂来满足这种条件的方法的实例。此外，还公开了对于具有比通常值厚的层的显示装置，例如以宾主模式工作的显示装置，必须增大其螺距，还表明由于文献中公开的混合物，提高螺距可为有效的。而且，由于在表面稳定元件的工作温度范围内，螺距与厚度相比足够大，因此对于近晶C相的螺距对元件工作的影响可以被忽略。

另一方面，不能将用于上述表面稳定液晶材料的设计观念应用于其中手性近晶C相处于垂直取向(螺旋保持取向)，且液晶层的厚度非常大，即约几十μm的液晶元件，例如用在根据本发明的光路偏转元件中的液晶元件中。

也就是说，如日本专利No.3034024中所公开的，仅仅通过调节对于向列(N^*)相的螺距来改善取向或提高自发极化并不够，因此，重要的是通过在工作温度范围内优化对于手性向列C相的螺距来改善这种元件的特性。例如，当使用其中对于向列(N^*)相的螺距足够大的液晶混合物时，对于近晶C相的螺距趋于增大。如果这种材料用于构建具有约几十μm的厚度非常大液晶层的垂直取向液晶元件时，则不一定实现均匀取向，在工作过程中可能很容易产生某液晶畴，以致在畴壁处由于光散射可引起特性退化。

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的一个目的是提供不同于现有技术的液晶元件、光路偏转元件和图像显示装置中的至少一种。

解决问题的方式

根据本发明的一个方面，可以提供一种液晶元件，其包括一对透明基板、填充在该对基板之间并且可以形成垂直取向的手性近晶C相的液晶层，和至少产生方向平行于用于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极，其中该液晶层在基础液晶材料中至少包括以下通式(2-I)的手性化合物

和以下通式(2-II)的手性化合物，

该液晶基础材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，在式(2-I)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，R¹表示碳数为3-12的直链烷基或烷氧基，R²表示碳数为3-12并且可支化的烷基，^*表示手性中心，h和j各自为0、1或2，i和k各自为0或1，l为0、1或2，其中当h和j中的两个或一个为0时i为0，当l为0时k为0，且h+j+l为2或3，A¹和A²各自表示选自式(2-a)的基团，

A³表示选自式(2-b)的基团，

B¹和B²各自为-CO-O-、-O-CO-、-CH₂O-或-OCH₂-，而且在式(2-II)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，R³表示碳数为3-12且可支化的烷基或烷氧基，R⁴和R⁵各自表示碳数为3-5的直链烷基或具有六元环或更多元环结构且其末端彼此键合的烷基，A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，并且其各自可以独立地与式(2-I)中的情况相同或不同。

根据本发明的另一个方面，可以提供一种液晶元件，其包括一对透明基板、填充在该对基板之间并且可以形成处于垂面取向的手性近晶C相的液晶层，和至少产生方向平行于用于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极，其中该液晶层在基础液晶材料中至少包括下列通式(1-I)的手性化合物，

该液晶基础材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，其中R¹为未取代的碳数为1-15的烷基或链烯基，其一个碳被-CN取代，或者其至少一个氢原子被F或Cl代替，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替，A²为1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3，4-噻二唑-2，5-二基或1，2，4-噻二唑-3，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替，Z¹和Z²各自独立地为-CO-O-、-O-CO-或单键，m＝1或2，且1≤l≤9。

根据本发明的另一个方面，可以提供一种使光的光路响应电信号发生偏转的光路偏转元件，其包括上述液晶元件，而且其使入射到液晶元件上的光成为线偏振光，并且将线偏振光的偏振面定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，这样出射光光路对于入射光光路的相对位置就可以发生平移。

根据本发明的另一个方面，可以提供一种图像显示装置，其包括其中能够根据图像信息对光进行调控的多个像素为二维排列的图像显示元件、光源、照明图像显示元件的照明器件、配置以观察显示在图像显示元件上的图像图案的光学器件、形成基于对像场进行短暂分割而得到的多个子场的像场的显示驱动器件、以及使从每个像素出射的光的光路发生偏转的光路偏转元件，在该装置中通过在图像显示元件上显示相应于显像的图像图案而使图象显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由光路偏转元件提供的各子场光路偏转而发生位移，从而进行显示，该装置包括上述光路偏转元件作为光路偏转元件。

本发明的有利效果

根据本发明的一个方面，可以提供与现有技术不同的液晶元件、光路偏转元件和图像显示装置中的至少一种。

附图简述

图1为显示根据本发明的实施方案的液晶元件的结构的截面图。

图2A、2B、2C和2D为显示电场方向以及在图1所示的液晶元件中液晶分子的倾斜方向的示意图。

图3A、3B和3C为模拟处于手性近晶C相的液晶分子的排列的图。

图4A和4B为用液晶分子的取向说明光路偏转原理的示意图。

图5为显示根据本发明实施方案的液晶元件的另一结构的截面图。

图6A和6B为显示图5中的液晶元件的透明线电极的排列和连接的图。

图7为显示根据本发明实施方案的图像显示装置的结构的示意图。

图8为显示用于评价液晶元件特性的器件的结构示意图。

图9为加入到液晶层中的手性化合物的量与响应时间的关系图。

图10为加入到液晶层中的手性化合物的量与MTF比的关系图。

字母或数字的解释

1：液晶元件

2：基板

3：垂直取向膜

4：电极

4L：透明线电极

5：液晶层

5a：液晶分子

6：介电层

7：隔垫物

8：电阻器

10：液晶元件

20：光路偏转元件

21：光源

22：散射板

23：聚光镜

24：透射型液晶面板

25：投影镜头

26：屏幕

27：光源驱动部分

28：驱动部分

30：光路偏转元件-驱动部分

41：灯

42：ND过滤器

43：散射板

44：F 1.450mm镜头

45：偏光板

46：MTF图(MTF chart)

47：显微镜照相机(CCD照相机)

C：理想锥形

E：电场

L0：入射线偏振光

Ps：自发极化

本发明的最佳实施方式

下面参考附图对本发明的优选实施方案进行描述。

首先，基于图1对根据本发明实施方案的液晶元件进行描述。

图1为显示液晶元件的截面示意图。在图中，附图标记1、2、3、4和5分别指液晶元件、基板、垂直定向膜、电极和处于近晶C相的液晶层。

本发明的液晶元件1是通过将一对透明基板2彼此相对放置而得到的。对于透明基板2而言，可以使用例如玻璃、石英和塑料，优选使用没有双折射的透明材料。基板2的厚度可以为几十μm-几百μm以供使用。

垂直定向膜3形成于基板2的内表面(彼此相对的面)上。对于垂直定向膜3的材料没有特别限制，只要其能将液晶分子定向相对于基板2的表面的垂直取向(垂面取向)即可。例如，可以使用用于液晶显示器的垂直定向剂、硅烷偶联剂或SiO或SiO₂沉积膜。在此，本申请中出现的垂直取向(垂面取向)不仅指液晶分子垂直于基板表面的取向，而且指倾斜高达几十度的取向。

两个基板2之间的距离通过隔垫物(spacer)调节，电极4和液晶层5在基板2之间形成。对于隔垫物而言，例如为约几μm-几mm厚的片状部件或具有类似直径的颗粒，而且优选位于元件的有效区域之外。对于电极4而言，可以使用例如金属，如铝、铜和铬，或者由ITO(氧化铟锡)制成的透明电极。而且，为了向液晶层5施加均匀的水平电场，优选使用厚度与液晶层类似的金属片，其中该金属薄片位于该元件的有效区域之外。作为更优选的图1的例子，通常使用金属片部件作为隔垫物部件，并且由金属薄片部件的厚度调节液晶层的厚度。

液晶层5可以使用液晶材料，该液晶材料可以通过向基础液晶材料中加入手性化合物来获得，并且可以在工作温度范围内形成手性近晶C相，所述基础液晶材料具有温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序。当在电极4之间施加电压时，在对于液晶层的水平方向上施加电场。

而且，如图5、6A和6B所示，可以在基板的面上提供多个线形透明电极4L，以在较大区域内施加均匀且水平的电场。之后，可以向各电极4L施加顺序变化的电压，从而有意在水平方向上产生电势梯度并且形成均匀且水平的电场。此外，可以在其上具有线形透明电极4L的基板表面和液晶层5之间提供透明介电层6。作为向各透明电极4L施加顺序变化的电压的方法，优选通过电阻器8将各透明电极4L串联连接起来。在图5、6A和6B所示的构造中，液晶元件10的有效面积可以提高至几平方厘米，其可优选用在其中需要相对较大的表面积的应用，例如图像显示装置中。

接下来，下面描述可以形成手性近晶C相的液晶层5。

此处，“近晶型液晶”是通过对液晶分子长轴方向进行调整使得形成层(近晶层)而得到的液晶层。在这种近晶型液晶中，其中层的法线方向(层法线方向)与液晶分子的长轴方向一致的液晶称作“近晶A相”，其中液晶分子的长轴方向与层法线方向不一致的液晶称作“近晶C相”。通常，处于近晶C相的铁电液晶具有所谓的螺旋结构，在该螺旋结构中，当未施加外加电场时各近晶层的液晶指向矢的方向呈螺旋状扭曲，其称作“手性近晶C相”。另一方面，对于处于手性近晶C相的反铁电液晶而言，液晶指向矢在相邻层之间彼此相对。这些处于手性近晶C相的液晶含有在其分子结构中具有导致自发极化的不对称碳的手性化合物。然后，通过将液晶分子重新定向在由自发极化Ps和外加电场E所确定的方向上来控制其光学特性。此外，尽管提供铁电液晶作为液晶层的说明性实例以解释该实施方案中的液晶元件和光路偏转元件等，但是还可以类似地使用反铁电液晶。

接下来，参考图2A-2D描述根据本发明实施方案的液晶元件的工作原理。

图2A-2D为说明电场方向和图1所示构造中的液晶分子的倾斜方向的示意图。此处，图示液晶分子5a发生倾斜，这样其宽绘制端为纸面的上侧，其窄绘制端为纸面的下侧。而且用箭头示出了液晶的自发极化(用符号Ps表示)。当电场反向时，在基本垂直方向上取向的液晶分子5a的倾斜方向也发生角度反向。图中对自发极化为正时所施加电场的方向与液晶分子的倾斜方向之间的关系进行了说明。当倾斜方向发生角度反向时，可以认为，如图2B和2D的透视图所示，旋转运动将在理想锥面内进行。

此处，图3A、3B和3C中显示了处于手性近晶C相的液晶分子的取向模型。形成了具有螺旋结构的层，其中堆叠了具有倾斜角θ的分子而且这些分子沿旋转方向彼此偏移。如图3A所示，当E＝0时，双向对称螺旋结构在空间上平分液晶指向矢。液晶层5的平均光轴定向在层的法线方向上，其对于平行于平均光轴的入射光是光学各向同性的。如果使用偏光显微镜从层的法线方向观察无电场条件下的这种处于手性近晶C相的液晶层的锥光图像，则十字形图像可位于中心部分，因此可以确定其具有单轴光轴。接下来，当将相对低的电场0＜E＜Es在液晶层的水平方向上施加时，则向液晶分子提供了转动矩，其为电场E对自发极化Ps的作用。因此，如图3B所示，螺旋结构被扭曲为不对称形式，而且平均光轴向一个方向倾斜。在这种情况下，随着电场强度的增大扭曲也增大，相应地，平均光轴的倾斜角也增大。其可以通过锥光偏振图像中十字形图像的运动来得以确认。如图3C所示，当电场强度被进一步提高至等于或大于某电场阈值Es时，螺旋结构可消失并且可提供均匀取向。在这种情况下，光轴的倾斜角可等于液晶指向矢的倾斜角θ。即使在电场进一步增大时，倾斜角θ也不会发生变化，而且光轴的倾斜角可保持恒定。

图4A和4B为说明液晶元件1中的液晶分子5a的取向示意图，其中省略了垂直定向膜3、隔垫物和电极4。为了方便起见，绘制图4A和4B时将电压施加在对于纸面的前-后方向上，电场E作用在纸面的前-后方向上。根据目标光的偏转方向，可以借助图中未示出的电源转换的电场的方向。

当如图4A所示，将电场向着纸面前面施加时，并且如果液晶分子的自发极化为正，则液晶指向矢向右上侧倾斜的分子数增加，而且液晶层5可以用作具有向右上侧方向倾斜的平均光轴的双折射板。在使手性近晶C相的螺旋结构瓦解的电场阈值(下文中称作饱和电场Es)或者更大的情况下，所有液晶指向矢都具有倾斜角θ，而且液晶元件5a可以用作具有向上倾斜θ角的光轴的双折射板。例如，作为异常光从图中液晶元件5a的左侧入射的线偏振光L0可以向图的上方平移。此处，当沿液晶分子5a的长轴方向的折射指数、沿其短轴方向的折射指数和液晶层5的厚度(间隙)分别由ne、no和d表示时，光路的平移量S可以由下式(1)表示(例如，参见“Crystal Optics”，Japan Society of Applied Physics，Optical Society of Japan，第198页)：

S＝[(1/no)²-(1/ne)²]sin(2θ)×d

÷[2(1/ne)²sin²θ+(1/no)²cos²θ)]……(1)

类似地，当如图4B所示，施加在电极4上的电压发生反向以致使电场E向着纸面的后面施加时，并且如果液晶分子5a的自发极化为正，则液晶指向矢向图中的右下侧方向倾斜，而且液晶元件1可以用作具有向下倾斜θ角的光轴的双折射板。类似地，作为异常光从图中液晶元件1的左侧入射的线偏振光L0可以向图的下部平移。因此，通过使施加在液晶元件1上的电场的方向反向可以获得2S的光路偏移量。例如，当式(1)中的no＝1.55，ne＝1.70，d＝30μm，且θ＝35°时，得到光路偏移量2S＝5μm。因此，在通常的手性近晶液晶的情况下，为了获得约几μm-几十μm的光路偏移量，可需要将液晶层的厚度设定为非常大的值，即几十μm-几百μm。

而且，在用于本发明实施方案中的处于具有垂面取向的手性近晶C相的液晶层5中，定向膜3的调节能力可以对液晶指向矢的行为产生较小的影响，而且与均匀取向(其中液晶指向矢的取向平行于基板面)相比，通过调节外加电场的方向可以容易地控制光轴的方向，从而可以存在优点：只需要相对低的电场。另一方面，当液晶层5的厚度增大时，在基板表面上的定向膜3的定向调节能力在液晶层5的中心部分可较弱，因此，可难以在整个液晶层5内保持均匀的取向。例如，在液晶层5的中心部分取向程度可以容易降低，或者可以容易产生白色混浊。在这种情况下，研究了加入到基础液晶材料中的手性化合物的各种组合。结果，可以获得本发明实施方案的液晶元件，其即使在液晶层5的厚度足够大时也具有优异的垂直取向、响应性和光学特性。

下面描述根据本发明具体实施方案的液晶元件。

(具体实施方案1-1)

首先，具体实施方案1-1的特征在于至少含有通式(1-I)的手性化合物

在式(1-I)中，R¹为碳数为1-15的烷基或链烯基，其一个碳可以被-CN取代，或者其至少一个H可以被F或Cl代替。而且，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替。而且，A²为1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3，4-噻二唑-2，5-二基或1，2，4-噻二唑-3，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替。Z¹和Z²各自独立地为-CO-O-、-O-CO-或单键。而且，m＝1或2且1≤l≤9。

而且，优选通式(1-I)的手性化合物为下式(1-II)的化合物

在式(1-II)中，A³和A⁴各自独立地选自1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基和嘧啶-2，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替。而且，式中的R²为碳数为1-15的烷基或链烯基，且1≤l≤9。

而且，作为基础液晶，优选使用例如苯基嘧啶化合物，其被认为由于骨架原因而具有较低的粘度并且提供高速的响应，其可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的晶体相序，尤其可以提供在室温或近室温下稳定的近晶C相。

虽然还未完全理解其原因，但是手性近晶C相的螺距可为适当的从而使其取向稳定，并因此即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件而言也可以获得没有取向缺陷而是具有良好取向的液晶层。

(具体实施方案1-2)

具体实施方案1-2的特征在于具体实施方案(1-1)中的式(1-II)的手性化合物为下式(1-III)的化合物

在式(1-III)中，R³为碳原子数为1-15的烷基或链烯基，且1≤l≤9。虽然并未完全理解其原因，但是手性近晶C相的螺距可为适当的从而使其取向稳定，并因此即使对于具有垂面取向的厚液晶层的液晶元件而言也可以获得没有取向缺陷而是具有良好取向的液晶层。

(具体实施方案1-3)

具体实施方案(1-3)为其中的基础液晶材料含有至少一种具有苯基嘧啶骨架的化合物的具体实施方案(1-1)或具体实施方案(1-2)。

苯基嘧啶化合物可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的晶体相序，且尤其可以提供在室温或近室温下稳定的近晶C相。因此，可以提供可在工作温度范围内形成稳定的铁电液晶层的液晶元件。

此处，作为具有苯基嘧啶骨架的化合物的优选实例，可以提供下式(1-a)的化合物

和下面的(1-b)。

在式(1-a)和(1-b)中，R⁴和R⁵各自为碳数为3-15的直链或支链烷基或链烯基，其至少一个H可以被F或Cl代替。而且，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替。

(具体实施方案2-1)

首先，具体实施方案(2-1)的特征在于至少含有以下通式(2-I)的手性化合物

和以下通式(2-II)的手性化合物

在式(2-I)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，R¹表示碳数为3-12的直链烷基或烷氧基，R²表示碳数为3-12的直链烷基。此外，式中的^*表示手性中心。而且h和j各自为0、1或2，i和k各自为0或1，l为0、1或2，其中当h和j中的两个或一个为0时i为0，当l为0时k为0，且h+j+l为2或3。尤其优选R²的碳数为3-5。

而且，在该式中，A¹和A²各自表示选自式(2-a)的基团

A³表示选自式(2-b)的基团

而且，B¹和B²各自为-CO-O-、-O-CO-、-CH₂O-或-OCH₂-。

在式(2-II)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，而且其各自可以独立地与式(2-I)中的情况相同或不同，R³表示碳数为3-12的直链烷基或烷氧基，R⁴和R⁵各自表示碳数为3-5的直链烷基，或具有六元环或更多元环结构并且其末端彼此键合的烷基。尤其优选A¹、A²和A³之一为嘧啶环，且i和k都为0。

而且，作为基础液晶，优选使用例如苯基嘧啶化合物，其被认为由于骨架原因而具有较低的粘度并且提供高速的响应，其可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的晶体相序，尤其可以提供在室温或近室温下稳定的近晶C相。

环氧基酯基团具有围绕其手性中心的R构型，并且具有顺式构型。其具有下述性质：诱导正的自发极化，并诱发向列(N^*)相中的右手螺旋。由于结构类似的反式构型具有诱导相对小的自发极化的作用，因此具有较大作用的顺式构型是更优选的。

另一方面，式(2-II)中的二氧戊环醚基团具有围绕其手性中心的S构型，并且具有反式构型。其具有下述性质：诱导正的自发极化，并诱发向列(N^*)相中的左手螺旋。也就是，式(2-II)化合物可以具有抵消可以提供螺旋的式(2-I)化合物的作用的效果。而且，由于自发极化的信号相同，因此通过适当调节式(2-II)的化合物与式(2-I)的化合物的含量比可以在小值和大值之间调节向列(N^*)相中的螺距，同时保持大的自发极化。

由于认为向列(N^*)相中的螺距可影响制造液晶元件时的取向，因此通过针对每个元件的特性设定最佳螺距就可以确定地获得取向极好的液晶元件。而且，通过结合式(2-II)的化合物和式(2-I)的化合物可以控制手性近晶C相中的螺距。当手性近晶C相中的螺距小时，在液晶元件的驱动操作停止时可难以在液晶层中产生畴结构，但是用于使光轴倾斜角饱和的电场强度却趋于增大。另一方面，当手性近晶C相中的螺距大时，用于使光轴倾斜角饱和的电场强度趋于减小，但是当液晶元件的驱动操作停止时可以容易在液晶层中产生畴结构。

对于根据本发明实施方案的液晶元件，优选手性近晶C相中的螺距小于液晶层的厚度以保持取向的稳定性。当针对每个元件的特性设定最佳螺距时，可以获得具有下述性质的液晶层：取向稳定性优异，具有用于使光轴倾斜角饱和的相对较弱强度的电场，而且即使在低的电场条件下也可以获得足够的光轴倾斜角。

(具体实施方案2-2)

具体实施方案(2-2)是其中向液晶层中进一步加入以下通式(2-III)的手性化合物的具体实施方案(2-1)的液晶元件。

R⁶-X-Y…(2-III)

在式(2-III)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，Y基团为

A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，而且其各自可以独立地与式(2-I)或式(2-II)中的情况相同或不同，R⁶为碳数为3-12的直链烷基或烷氧基或Y基团，以及R⁷表示碳数为3-12的直链烷基。尤其优选R⁷的碳数为3-5。

由式(2-III)中的Y基团表示的环氧基酯基团具有围绕其手性中心的S构型，并且具有反式构型。其具有诱导正的自发极化和诱发向列(N^*)相中的左手螺旋的性质。因此，与式(2-I)的化合物结合可以控制螺距，尤其是向列(N^*)相中的螺距的作用。对于该构型而言，诱导自发极化的作用可相对小。但是，通过将式(2-I)表示的具有顺式构型的酯型化合物与式(2-III)表示的具有反式构型的醚型化合物结合，可以对向列(N^*)相中的螺距进行调节，另一物理性质也发生少量变化。当将式(2-III)的手性化合物进一步加入到式(2-I)和式(2-II)的手性化合物中时，可以得到具有大的自发极化并且响应性和取向优异的液晶元件。

(具体实施方案2-3)

具体实施方案2-3是具体实施方案(2-2)的液晶元件，其中通式(2-I)的手性化合物为下式(2-IV)的化合物

通式(2-II)的手性化合物为下式(2-V)的化合物

且通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VI)的化合物

在式(2-IV)中，n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值。同样，在式(2-V)中，n为3-12的整数。而且，在式(2-VI)中，n和m各自为3-12的整数。n和m可以为相同的数值。此外，在式(2-IV)-式(2-VI)的任一通式中，n和m可以为彼此独立的数值。而且，在式(2-IV)、(2-V)和(2-VI)中，M¹为介晶和芳香族单元(介晶基团)并且表示选自式(2-c)的基团。

当苯基嘧啶基团用作式(2-IV)中的介晶基团时，尤其，当使用与基础液晶材料中的嘧啶环具有相同方向的基团时，认为相容性得到相对改善，而且可提供改善液晶层的稳定性，例如防止结晶的效果。而且，式(2-V)的特征在于手性部分的端部为环己烷结构。虽然还未完全了解其与分子结构的关系，但是通过使用式(2-V)的化合物可以提供改善和保持垂直取向的效果。此外，由于式(2-VI)的化合物具有两个手性中心，因此可以提供诱导大的自发极化的效果。因此，可以进一步增大自发极化并且可获得响应性优异的液晶元件。

(具体实施方案2-4)

具体实施方案2-4是具体实施方案2-3的液晶元件，其中进一步加入下式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的另一种手性化合物。

在式(2-VII)中，n和m各自为3-12的整数。n和m可以为相同的数值。而且，M²为介晶和芳香族单元(介晶基团)并且表示选自下式(2-d)的基团。

式(2-VII)中的介晶基团具有三环结构，而且加入该基团通常具有改善相转变温度的作用。在本发明的具体实施方案中，当2，5-苯基嘧啶基团被特别地用作式(2-VII)中的介晶基团时，可以提供显著的降低饱和电场的效果。虽然对其原因还未完全了解，但是可以认为这是与另一手性化合物相互作用的特殊效果。因此，可以提供液晶元件，其具有强度非常弱的用于使光轴倾斜角饱和的电场和非常优异的响应性。

(具体实施方案2-5)

具体实施方案2-5是具体实施方案2-2的液晶元件，其中与具体实施方案2-3类似，通式(2-I)的手性化合物为式(2-IV)的化合物，通式(2-II)的手性化合物为式(2-V)的化合物，其特征在于通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VIII)的化合物

在式(2-VIII)中，n和m各自为3-12的整数。n和m可以为相同的数值。此外，在式(2-IV)-式(2-VIII)中的任一通式中，n和m可以为彼此独立的数值。M¹为介晶基团，其可以使用与上述相同的介晶基团。

将式(2-VIII)与上述式(2-VI)进行比较，二者的不同在于前者具有一个手性中心部分。因此，诱导自发极化的作用相对小。但是，当苯基嘧啶基团特别地用作式(2-VIII)的介晶基团时，相容性可以良好，而且因为其结构与另一手性化合物或基础液晶材料类似从而可以提供改善取向的效果。特别可提供在液晶元件的工作过程中，对作为光学性质的MTF(调制传递函数)特性进行改进的效果。

(具体实施方案2-6)

具体实施方案2-6是具体实施方案2-5的液晶元件，其中进一步加入式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的另一种手性化合物。

在式(2-VII)中，n和m各自为3-12的整数。n和m可以为相同的数值。M²为介晶基团，其可以使用上述的那些基团。

式(2-VII)中的介晶基团具有三环结构，而且加入该基团通常具有改善相转变温度的作用。在本发明的具体实施方案中，当2，5-苯基嘧啶基团被特别地用作式(2-VII)中的介晶基团时，可以提供显著的改善垂直取向和响应性的效果。虽然对改善取向作用的原因还未完全了解，但是认为响应性可由于增大自发极化的效果而得到改善。但是，还观察到饱和电场趋于升高，这点与具体实施方案(2-4)的作用相反。虽然对其原因还未完全了解，但是认为即使加入相同化合物也会产生不同的效果，这是因为其与另一手性化合物的相互作用可能产生效果。因此，可以提供具有下述优越性的液晶元件：良好的垂直取向、非常短的响应时间和在电场驱动时的非常优异的MTF特性。

(具体实施方案2-7)

具体实施方案2-7是具体实施方案2-1-具体实施方案2-6中任一项的液晶元件，其中液晶层中含有的手性化合物的比例等于或大于15重量％并等于或小于40重量％。

如果上述手性化合物的比例小于15重量％，换句话说，如果基础液晶的含量等于或大于85重量％，则自发极化可较小，而且响应时间可退化至1.0ms或更大。如果响应时间长于1.0ms，则不可以利用铁电液晶的特性。因此，手性化合物的比例等于或大于15重量％，换句话说，基础液晶的比例小于85重量％，自发极化可大于约40nC/cm²，并且液晶元件的响应时间可等于或小于1.0ms，其意味着高速度。但是，如果为了加速而使手性化合物增加得太多，则可能产生副作用，例如相分离和因结晶而产生的白色混浊。因此，当手性化合物的比例等于或小于40重量％时，则可防止液晶元件光学特性的退化，例如白色混浊的产生。

而且，更优选地，液晶层中含有的手性化合物的比例等于或大于20重量％且等于或小于40重量％。当手性化合物的比例等于或大于20重量％时，自发极化可进一步增大，而且液晶元件的响应时间可等于或小于0.5ms，其意味着高速度。

(具体实施方案2-8)

具体实施方案2-8是具体实施方案2-1-具体实施方案2-7中任一项的液晶元件，其中基础液晶材料至少含有苯基嘧啶化合物。

苯基嘧啶化合物可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的晶体相序，尤其可以提供室温或近室温下的近晶C相。因此，可以提供能在工作温度范围内形成稳定的铁电液晶层的液晶元件。

此处，作为具有苯基嘧啶骨架的化合物的优选实例，可以提供下式(2-e)的化合物

和下式(2-f)的化合物。

在式(2-e)中，R₄和R₅各自为碳数为3-15的直链或支链烷基或链烯基，其至少一个H可以被F或Cl代替。而且，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替。

根据本发明实施方案的光路偏转元件响应电信号而使光路发生偏转，其特征在于包括具体实施方案(1-1)-具体实施方案(1-3)和具体实施方案(2-1)-具体实施方案(2-8)中任一项的液晶元件，使入射至该液晶元件上的光成为线偏振光，而且将线偏振光的偏振面定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，从而使出射光光路对入射光光路的相对位置可以发生平移。也就是说，通过使液晶层5的光轴的倾斜方向或倾斜角反向可以使透射光的光路发生平移。由于如图4A和4B所示，使用铁电液晶材料，使光轴反向的操作可以快速进行，因此可以实现光路的高速偏移。

接下来，描述根据本发明实施方案的图像显示装置。

根据本发明实施方案的图像显示装置包括其中能够根据图像信息调节光的多个像素为二维排列的图像显示元件、光源、照明该图像显示元件的照明器件、用以观察显示在该图像显示元件上的图像图案的光学器件、形成基于对像场进行短暂分割而提供的多个子场的像场的显示驱动器件、以及根据本发明实施方案的使从各像素出射的光的光路发生偏转的上述光路偏转元件，其中，通过在图像显示元件上显示与显像一致的图像图案而使该图象显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由光路偏转元件提供的各子场光路的偏转而发生偏移，从而进行显示。

图像显示装置的构造的实例在图7中示出。在图7中，提供了其中的LED灯排列成二维阵列的光源22，和散射板22、聚光镜23、作为图像显示元件的透射型液晶面板24，和作为用于观察图像图案的光学部件的投影镜头25，上述元件沿着由光源21产生的光的传播方向至屏幕26依次排列。而且，光源21的光源驱动部分和透射型液晶面板24的驱动部分分别由附图标记27和28表示。

而且，沿着位于透射型液晶面板24和投影镜头25之间的光路，在其中间提供起到像素偏移元件作用的光路偏转元件20，并使其与驱动部分30连接。对于这种光路偏转元件20，可以使用上述液晶元件。

通过散射板22将由受光源驱动部分27控制的光源21所发出的照明光变为均匀照明光，其中散射板22受与照明光源同步的液晶驱动部分28控制，并且通过聚光镜23照亮透射型液晶面板24。将通过透射型液晶面板24而经历了空间光调制的照明光作为图像光入射到光路偏转元件20上，通过使用光路偏转元件20使图像显示光在像素排列方向上移动任意距离。经由光路偏转元件20透射的光被放大并且由投影镜头25投射到屏幕26上。

此处，显示与显像相应的图像图案以致透射型液晶面板24的像素数量明显增加：该与显像相应的图像图案相应于多个子场各自的偏移的光路的位置而发生位移，其中所述子场是通过对像场进行短暂分割而提供的。因此，可以将光路偏转元件20的偏移量设定为像素间距的1/2，这是因为在透射型液晶面板24的像素排列方向上放映图像的数量可以增加至2倍。之后，当根据并且通过偏移量对驱动透射-型液晶面板24的图像信号进行校正之后，可以显示明显高度精致的图像。此处，由于使用具有良好取向和优异的高速响应性的光路偏转元件，因此对于子场图像可以获得光路的高速偏转，因此，可以显示明显高度精致的图像。而且，由于高速响应性而可以缩短子场图像的转换时间，因而可以改善光的瞬时利用效率。

[实施例]

下面描述实际实施本发明的实施例(实施例1-1和1-2)。

(实施例1-1)

(1)液晶元件的制造

根据下列步骤制造液晶元件。

首先，在厚度为1.1mm的玻璃基板上以100μm的间距平行形成400条宽度为10μm的透明电极线。该透明电极线的有效长度为10mm。该透明电极线组的有效表面积为40平方毫米，使用紫外线固化粘合剂将厚度为150μm的玻璃板层压在其上。该粘合剂层的厚度为约10μm。这样，透明线电极4L嵌在透明玻璃板内部，如图5的截面图中的液晶元件一样，其用作基板2。

在该基板表面上形成由聚酰亚胺化合物制成的厚度为0.06μm的垂直(垂面)定向膜3。对于聚酰亚胺定向膜而言，通过旋涂来涂敷聚酰胺酸溶液，并且在约180℃下进行热处理作为酰亚胺化处理(imidation treatment)，从而获得聚酰亚胺膜。随后，两个基板通过在上述有效表面积之外夹持50μm的隔垫物片而相对，从而形成盒(cell)。然后，将基板彼此层叠以致当从该盒顶部观看时，在上基板的有效表面区域上的透明电极线相对于下基板的透明电极线交替地放置。之后，当在约95℃下加热该盒时，通过毛细管作用将下述液晶材料注入到介于基板之间的空间内。冷却之后，用粘合剂密封，从而获得液晶厚度为70μm，且有效表面积为4平方厘米的液晶元件10。

此外，通过CrSiO膜沉积成膜而形成电阻器8以便使各透明电极线4L直接与基板2连接，如图6A和6B中所示。当由脉冲发生器和高速AMP构成的电源与电阻器8的两端相连时，电流流过电阻器阵列并因此分配一定的电压，这样在有效表面区域内形成一定的电势分布。

(2)液晶材料

混合下列化合物并在实施例中用作液晶材料。

-以下表1-1中所示的组分比例混合的基础液晶：90重量％

表1-1

-下式中所示的化合物A作为式(1-I)的手性化合物的实例：10重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-15℃，手性近晶C相/近晶A相为81℃，近晶A相/向列相为89℃，向列相/各向同性相为101-103℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为-24nC/cm²。

(3)液晶元件的特性评价

制造了液晶元件试样之后，通过靶向观察和偏振显微镜观察在初始条件下评价其垂直取向。结果，其透射性良好且没有观察到畴或观察到很少的畴，因此其显示出广泛均匀的取向。

接下来，使用图8中所示的器件测量液晶元件的各种特性。

使光源41发出的经过用来设定照射角度的光学系统(ND滤光器42、散射板43、F 4.150mm镜头44)和偏光板45的光照射具有100周期/毫米的空间频率的正弦波密度分布的MTF图46(间距(pitch)：10μm)。然后，用照相机47观察通过液晶元件10的光，所述照相机例如配备有显微镜的高速照相机和高清晰CCD照相机，其中该光被透射过MTF图46。此时，施加具有用于驱动液晶元件10的频率的矩形波交流电压，其频率设定为100Hz。相应地，通过转换液晶层5的光轴而使光路偏移，并且观察MTF图46的图案(MTF图案)位置的偏移。图案的偏移成像在高速照相机47上，之后对所得图像进行分析以得到响应时间。此处，将从最大偏移量的10％偏移至最大偏移量的90％所需的时间定义为响应时间，并在150V/mm的电场强度下进行比较。

而且，如果使用高清晰CCD照相机代替高速照相机，则在CCD照相机所得的图像中应该观察到MTF图案的相对慢的运动，这是由CCD照相机的帧频与液晶元件10的驱动频率之间的差别所致。在这种情况下，在计算机中设置已经向一侧偏移并且处于静止的MTF图案的图像，并且得到液晶元件的MTF值。而且，通过用对参考元件所得到的MTF值对所得MTF值进行标准化，由此得到与液晶层5的部分相关的MTF比。

进一步地，通过比较MTF图案两面的静态部分获得光路偏移量。电场强度进一步提高，并且通过在其下光路偏移量在一定值饱和的电场得到使光轴的倾斜得以饱和的电场强度。

对该实施例的液晶元件的评价结果如下所示。

-响应时间：1.3ms(在电场E＝150V/mm下)

-饱和电场：270V

-MTF比：0.883(当以100Hz驱动时)

该实施例的液晶取向非常好，且MTF为0.883，该值很高。虽然响应时间为1.3ms，其意味着响应相对慢，并且饱和电场为270V，其相对大，但是其作为垂直取向的铁电液晶元件具有实用性能。

(实施例1-2)

制造图7所示的图像显示装置，同时使用实施例1-1的液晶元件作为光路偏转元件。对于图像显示元件(透射型液晶面板24)，使用具有0.9英寸的对角宽和XGA(1024×768点)的多晶硅TFT液晶光阀。此处，像素的间距沿纵向和横向各自为约18μm，像素的数字孔径(numerical aperture)为约50％。而且，为了改善对照明光的光收集率，在图像显示元件(透射型液晶面板24)的光源侧提供显微-镜头阵列。在该实施例中，使用RGB颜色的LED光源作为光源并且利用所谓的场序法，该方法通过高速转换用于照明一个上述液晶面板24的光的颜色而实现彩色显示。

在该实施例中，用于显示图像的帧频为60Hz，通过像素偏移而使像素数量明显提高至原来的4倍的子场频率为240Hz，其为帧频的4倍。而且，为了进一步将一个子帧分割为针对上述颜色的3个帧，在720Hz对相应于各颜色的图像进行转换。通过相应于对液晶面板上显示各个彩色图像的定时，对相应于各颜色的LED光源进行开关转换，从而使观察者能够观看到全色图像。

在该实施例中，使用实施例1-1中的两个液晶元件作为光路偏转元件，其中分别在入光侧和出光侧提供第一光路偏转元件和第二光路偏转元件。上述元件经布置而使其线电极的方向彼此垂直，并且与图像显示元件(透射型液晶面板24)的像素排列方向对应。

而且，在该实施例中，来自液晶光阀的出射光已经成为线偏振光，对光阀进行布置以便偏振方向与第一光路偏转元件的光路偏转方向对应。此外，作为偏振方向控制装置的线偏振板设置在光路偏转元件20的入光侧，以保证入射在光路偏转元件上的光的偏振度。这样，可以防止产生未被第一光路偏转元件偏转而是径直前进的噪音光。

此外，在第一和第二光路偏转元件之间提供偏振面旋转元件。按照下述方法制造偏振面旋转元件。也就是说，将聚酰亚胺型定向材料旋涂在薄的玻璃基板(3cm×4cm，厚度：0.15mm)上，用以形成厚度为约0.1μm的定向膜。在对该玻璃基板进行退火处理之后进行摩擦处理。将厚度为8μm的隔垫物夹在两个玻璃基板之间，并使之位于其边缘部分。之后，将上下基板互相层叠使其摩擦方向彼此正交，从而获得空的盒。将适量的手性物质混入具有正的介电各向异性的向列型液晶中，将所得材料在常压下注入到该盒中，从而获得作为偏振面旋转元件的TN液晶盒，其中液晶分子的取向发生90度扭曲。由于未在该盒上提供电极，因此其起着简单的偏振面旋转元件的作用。

对于偏振面旋转元件的布置，将其夹在两个光路偏转元件之间，以致从第一光路偏转元件出射的光的偏振面与偏振面旋转元件的入射面的摩擦方向对应。由于该偏振面旋转元件，从第一光路偏转元件出射的光的偏振面发生90度旋转并且与第二光路偏转元件的偏振方向对应。如此制造的由第一光路偏转元件、偏振面旋转元件和第二光路偏转元件组成的像素偏移元件就安置在图像显示元件(透射型液晶面板24)之后。

在该实施例中，用于驱动像素偏移元件的矩形波电压为±6keV，其频率为60Hz。而且，设定驱动定时，从而使沿着两个元件各自的纵向和横向的相发生90度偏移，并且得到4个方向的图像偏移。在这种条件下，光路偏转元件偏移量为6μm。

在该实施例中，当在240Hz的条件下重新产生应被显示在图像显示元件上的子场图像时，可以显示高度精致的图像，其中沿两个方向，即纵向和横向的像素数量明显地增加至原像素数量的4倍。光路偏转元件的转换时间为约1.3ms，而且也得到充分的光的利用效率。而且，例如，未观察到闪烁现象。

下面描述实际实施本发明的实施例(实施例2-1和2-8)。

额外地，在本实施例中，加入并且用作液晶材料的手性化合物为选自下表2-1的化合物。

表2-1

(实施例2-1)

(1)液晶元件的制造

根据下列步骤制造液晶元件。

首先，在厚度为1.1mm的玻璃基板上以100μm的距离平行形成400条宽度为10μm的透明电极线。该透明电极线的有效长度为10mm。该透明电极线组的有效表面积为40平方毫米，使用紫外线固化粘合剂将厚度为150μm的玻璃板层压在其上。该粘合剂层的厚度为约10μm。这样，透明线电极4L嵌在透明玻璃板内部，如图5的截面图中液晶元件，其用作基板2。

在该基板表面上形成由聚酰亚胺化合物制成的厚度为0.06μm的垂直(垂面)定向膜3。对于聚酰亚胺定向膜而言，通过旋涂来涂敷聚酰胺酸溶液，并且在约180℃下进行热处理作为酰亚胺化处理，从而获得聚酰亚胺膜。随后，两个基板通过在上述有效表面区域之外夹持50μm的隔垫物片而相对，从而形成盒。然后，将基板彼此层叠，这样当从该盒顶部观看时，在上基板的有效表面区域上的透明电极线相对于下基板的透明电极线交替放置。之后，当在约95℃下加热该盒时，通过毛细管作用将下述液晶材料注入到介于基板之间的空间内。冷却之后，用粘合剂密封，从而获得液晶厚度为70μm，有效表面积为4平方厘米的液晶元件10。

此外，通过CrSiO膜沉积作用成膜而形成电阻器8，从而使每个透明电极线4L直接与基板2连接，如图6A和6B中所示。当由脉冲发生器和高速AMP构成的电源与电阻器8的两端相连时，电流流过电阻器阵列并因此分配一定的电压，这样在有效表面区域内形成一定的电势分布。

(2)液晶材料

混合下列化合物并在实施例中用作液晶材料。

-以下表2-2中所示的组分比例进行混合的基础液晶：87重量％

表2-2

-表2-1中所示的化合物A作为式(2-I)的手性化合物的实例：4重量％

-表2-1中所示的化合物B作为式(2-I)的手性化合物的实例：5重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-II)的手性化合物的实例：4重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为75℃，近晶A相/向列相85℃，向列相/各向同性相为90℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+35nC/cm²。

(3)液晶元件的特性评价

制造了液晶元件试样之后，通过靶向观察和偏振显微镜观察在初始条件下评价其垂直取向。以等级评价的方式进行评价，评价标准如下。

该实施例中的液晶元件的取向属于2级，并允许将其用于实际应用。

(取向评价准则)

-1级：发现有缺陷的取向，以致于不能透射光。

-2级：透射率良好，但是发现轻微的白色混浊。通过电场驱动可以消除白色混浊，因此其可以进行实际应用。

-3级：透射率良好，没有发现白色混浊。但是，观察到几十μm-几百μm的畴。

-4级：透射率良好，未观察到畴或观察到很少的畴。观察到广泛均匀的取向。

接下来，使用图8中所示的器件测量液晶元件的各种特性。

使光源41发出的经过用来设定照射角度的光学系统(ND滤光器42、散射板43、F 4.150mm镜头44)和偏光板45的光照射具有100周期/毫米的空间频率毫米的正弦波密度分布的MTF图46(间距：10μm)。然后，用照相机47观察通过液晶元件10的光，所述照相机例如为配备有显微镜的高速照相机和高清晰CCD照相机，其中该光被透射过MTF图46。

此时，施加具有用于驱动液晶元件10的频率的矩形波交流电压，其频率设定为100Hz。相应地，通过转换液晶层5的光轴使光路偏移，并且观察MTF图46的图案(MTF图案)的位置的偏移。图案的偏移显像在高速照相机47上，之后对所得图像进行分析以获得响应时间。此处，将从最大偏移量的10％偏移至最大偏移量的90％所需的时间定义为响应时间，并在150V/mm的电场强度下进行比较。

而且，如果使用高清晰CCD照相机代替高速照相机，则在CCD照相机所得的图像中应该观察到MTF图案的相对慢的运动，这是由CCD照相机的帧频与液晶元件10的驱动频率之间的差别所致。在这种情况下，在计算机中设置已经向一侧偏移并且处于静止的MTF图案的图像，并且得到该液晶元件的MTF值。而且，用所得到的参考元件的MTF值对所得MTF值进行标准化，由此得到与液晶层5的部分相关的MTF比例。

进一步地，通过比较MTF图案两面的静态部分获得了光路偏移量。电场强度进一步增加，并且通过在其下光路偏移量饱和在一定值的电场得到使光轴的倾斜得以饱和的电场强度。

实施例的液晶元件的评价结果如下所示。

-响应时间：1.2ms(在电场E＝150V/mm下)

-饱和电场：45V

-MTF比：0.6(当以100Hz驱动时)

由于饱和电场为45V，该值很低，因此该实施例的液晶非常优异。虽然取向特性属于2级，其稍低，并且响应时间为1.2ms，其意味着相对较慢，但是其作为垂直取向的铁电液晶元件具有实用性能。

(实施例2-2)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-2所示的基础液晶：82重量％

-表2-1中所示的化合物A作为式(2-I)的手性化合物的实例：5重量％

-表2-1中所示的化合物B作为式(2-I)的手性化合物的实例：5重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-II)的手性化合物的实例：3重量％

-表2-1中所示的化合物C作为式(2-III)的手性化合物的实例：5重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为77℃，近晶A相/向列相为87℃，向列相/各向同性相为93℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+60nC/cm²。

而且，该实施例中的液晶元件的取向属于3级，其相对好。

此外，对该液晶元件特性的评价结果如下。

-响应时间(VAFLC元件)：0.6ms(在电场强度＝150V/mm下)

-饱和电场(VAFLC元件)：40V

-MTF比(VAFLC元件)：0.85(当以100Hz驱动时)

对于实施例2-2的液晶元件，饱和电场为40V，其很小，更进一步地，响应时间被改善至0.6ms。

(比较例)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-2所示的基础液晶：82重量％

-表2-1中所示的化合物A作为式(2-I)的手性化合物的实例：6重量％

-表2-1中所示的化合物B作为式(2-I)的手性化合物的实例：6重量％

-不含有式(2-II)的手性化合物

-表2-1中所示的化合物C作为式(2-III)的手性化合物的实例：6重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为80℃，近晶A相/向列相为86℃，向列相/各向同性相为93℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+77nC/cm²。

而且，由于在有效部分的一部分内产生了由有缺陷的取向引起的白色混浊，因此将该比较例中的液晶元件的取向确定为1级。认为原因是其不含有式(2-II)的化合物，因此使垂直取向发生退化。由于发现对于用于测定自发极化的SSFLC元件具有良好的取向，因此认为该现象是对于具有垂直取向和盒的厚度相对大的元件的特定现象。因产生白色混浊而未进行其它评价。

(实施例2-3)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-2所示的基础液晶：70重量％

-表2-1中所示的化合物H作为式(2-IV)的手性化合物的实例：13重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-V)的手性化合物的实例：4重量％

-表2-1中所示的化合物C作为式(2-VI)的手性化合物的实例：13重量％

此外，液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为67℃，近晶A相/向列相为82℃，向列相/各向同性相为89℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+67nC/cm²。

而且，该实施例中的液晶元件的取向属于3级，其相对好。

此外，对该液晶元件特性的评价结果如下。

-响应时间(VAFLC元件)：0.4ms(在电场强度＝150V/mm下)

-饱和电场(VAFLC元件)：70V

-MTF比(VAFLC元件)：0.80(当以100Hz驱动时)

对于实施例2-3的液晶元件，虽然使光轴倾斜角饱和的电场为70V，其相对较大，但是响应时间为0.4ms，其意味着非常高的速度。

(实施例2-4)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-2所示的基础液晶：72重量％

-表2-1中所示的化合物H作为式(2-IV)的手性化合物的例子：8重量％

-表2-1中所示的化合物B作为式(2-VII)的手性化合物的例子：4重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-V)的手性化合物的例子：4重量％

-表2-1中所示的化合物C作为式(2-VI)的手性化合物的例子：8重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为77℃，近晶A相/向列相为92℃，向列相/各向同性相为95℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+94nC/cm²。

而且，实施例中的液晶元件的取向属于3级，其相对好。

此外，对该液晶元件特性的评价结果如下。

-响应时间(VAFLC元件)：0.4ms(在电场强度＝150V/mm下)

-饱和电场(VAFLC元件)：30V

-MTF比(VAFLC元件)：0.85(当以100Hz驱动时)

对于实施例2-4的液晶元件，响应时间为0.4ms，其很短，使光轴的倾斜角饱和的电场为30V，其很小。另一方面，MTF值为0.85，其已足够，但是还需要进一步改进。

(实施例2-5)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-3所示的基础液晶：70重量％

表2-3

-表2-1中所示的化合物H作为式(2-IV)的手性化合物的实例：13重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-V)的手性化合物的实例：4重量％

-表2-1中所示的化合物I作为式(2-VIII)的手性化合物的实例：13重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-10℃，手性近晶C相/近晶A相为68℃，近晶A相/向列相为90℃，向列相/各向同性相为96℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+50nC/cm²。

而且，实施例中的液晶元件的取向属于3级，其相对好。

此外，对该液晶元件特性的评价结果如下。

-响应时间(VAFLC元件)：0.5ms(在电场强度＝150V/mm下)

-饱和电场(VAFLC元件)：35V

-MTF比(VAFLC元件)：0.90(当以100Hz驱动时)

对于实施例2-5的液晶元件，使光轴的倾斜角饱和的电场为35V，其小，在电场驱动时的MTF值为0.9，其非常好。也就是说，通过使用化合物I使MTF特性得到改善。虽然响应时间为0.5ms，其意味着稍微有些慢，但是在实际使用中该特性并未产生问题。

(实施例2-6)

采用与实施例2-1类似的方法制造液晶元件，只是用下列组合物代替实施例2-1中的液晶材料。

-组分比例如表2-2所示的基础液晶：66重量％

-表2-1中所示的化合物H作为式(2-IV)的手性化合物的实例：13重量％

-表2-1中所示的化合物B作为式(2-VII)的手性化合物的实例：4重量％

-表2-1中所示的化合物E作为式(2-V)的手性化合物的实例：4重量％

-表2-1中所示的化合物I作为式(2-VIII)的手性化合物的实例：13重量％

此外，该液晶材料的相转变温度为，晶体/近晶C相为-17℃，手性近晶C相/近晶A相为69℃，近晶A相/向列相为88℃，向列相/各向同性相为89℃。而且，使用SSFLC元件测量的其自发极化的结果为+86nC/cm²。

而且，该实施例中的液晶元件的取向属于4级，其非常好。

此外，对该液晶元件特性的评价结果如下。

-响应时间(VAFLC元件)：0.3ms(在电场强度＝150V/mm下)

-饱和电场(VAFLC元件)：70V

-MTF比(VAFLC元件)：0.90(当以100Hz驱动时)

对于实施例2-6的液晶元件，初始取向等级为4，其非常好，同时响应时间为0.3ms，其意味着快，且在电场驱动时的MTF值为0.9，其非常好。也就是说，通过加入化合物B使初始取向得到改善。尽管使光轴的倾斜角饱和的电场为75V，其稍微有些大，但是在实际应用中该特性并未产生问题。

所有实施例2-1-实施例2-6的评价结果在表2-4中示出。

表2-4

表2-4(续)

(实施例2-7)

在该实施例中，研究了手性化合物的各种组合各自的总浓度与响应时间之间的关系。具体地说，按照类似于实施例2-1的方法制造液晶元件，只是在实施例2-1中使用通过改变表2-1中所示手性化合物的下述各组合中的手性化合物的总浓度并将其与具有表2-2或表2-3中所示的组成的基础液晶混合而得到的液晶材料：化合物A、B、C和E的组合(符号●)、化合物A、B和E的组合(符号○)、化合物H、B、I和E的组合(符号▲)、化合物H、B、C和E的组合(符号△)、化合物H、C和E的组合(符号×)、和化合物H、I和E的组合(符号□)。然后，当电场E＝150V/mm时测定各液晶元件的响应时间。

关于表2-2或表2-3中所示基础液晶材料的手性化合物的各种组合各自的总浓度与响应时间之间的关系如表9所示，其中所述总浓度是相对于表2-2或表2-3中所示的基础液晶而得到的。

即使改变手性化合物的组合，当液晶的含量等于或大于85重量％时，自发极化很小，而且响应时间退化至等于或大于1.0ms，对于每一个总含量显示出几乎类似的响应时间变化特性。如果响应时间长于1.0ms，则不能利用铁电液晶材料的特性。此处，当手性化合物的比例等于或大于15重量％时，换句话说，当基础液晶的含量小于85重量％时，自发极化大于约40nC/cm²，且液晶元件的响应时间可以等于或小于1.0ms，其意味着高的速度。更优选，当手性化合物的含量等于或大于20重量％时，自发极化进一步增大，而且液晶元件的响应时间等于或小于0.5ms，其意味着高的速度。

接下来，测量液晶元件的MTF值，所述液晶元件是通过改变上述各组合中手性化合物的总浓度而制得。

结果示于图10中。虽然对于某些手性化合物组合而言存在一些偏差，但是随着总浓度升高MTF值还是趋于降低。尤其是当其大于40重量％时，其迅速降低。认为其原因在于相分离或手性化合物的结晶。

因此，在本发明实施方案的液晶元件的液晶层中含有的手性化合物的比例优选等于或大于5重量％并且等于或小于40重量％，更优选，等于或大于20重量％并且等于或小于40重量％。

(实施例2-8)

制造如图7所示的图像显示装置，同时使用实施例2-6中的液晶元件作为光路偏转元件。对于图像显示元件(透射型液晶面板24)，使用具有0.9英寸对角宽和XGA(1024×768点)的多晶硅TFT液晶光阀。此处，像素间距沿纵向和横向各为约18μm，像素的数字孔径为约50％。而且，为了改善针对照明光的光收集率，在图像显示元件(透射型液晶面板24)的光源侧提供微-镜头阵列。在该实施例中，使用RGB颜色的LED光源作为光源并且利用所谓的场序法，该方法通过高速转换用于照射一个上述液晶面板24的光的颜色而实现彩色显示。

在该实施例中，用于显示图像的帧频为60Hz，通过像素偏移而使像素数量明显提高至原来的4倍的子场频率为240Hz，其为帧频的4倍。而且，为了进一步将一个子帧分割为针对上述颜色的3个帧，在720Hz对相应于各颜色的图像进行转换。通过相应于对液晶面板上显示各彩色图像的定时，对相应于各颜色的LED光源进行开关转换，从而使观察者能够看到全色图像。

在该实施例中，使用实施例2-6中的两个液晶元件作为光路偏转元件20，其中分别在入光侧和出光侧提供第一光路偏转元件和第二光路偏转元件。上述元件经布置而使其线电极的方向彼此垂直，并且与图像显示元件(透射型液晶面板24)的像素排列方向对应。

而且，在该实施例中，来自液晶光阀的出射光已经成为线偏振光，对光阀进行布置使其偏振方向与第一光路偏转元件的光路偏转方向对应。此外，作为偏振方向控制装置的线偏振板设置在光路偏转元件20的入光侧，以保证入射在光路偏转元件上的光的偏振度。这样，可以防止产生未被第一光路偏转元件偏转而是径直前进的噪音光。

此外，在第一和第二光路偏转元件之间提供偏振面旋转元件。按照下述方式制造偏振面旋转元件。也就是说，将聚酰亚胺型定向材料旋涂在薄玻璃基板(3cm×4cm，厚度：0.15mm)上，用以形成厚度为约0.1μm的定向膜。对玻璃基板进行退火处理，之后进行摩擦处理。将厚度为8μm的隔垫物夹在两个玻璃基板之间，并使之位于其边缘部分。之后，将上下基板互相层叠，使其摩擦方向彼此垂直，进而获得空的盒。将适量的手性化合物混入具有正的介电各向异性的向列型液晶中所得的材料在常压下注入到该盒中，从而获得作为偏振面旋转元件的TN液晶盒，其中液晶分子的取向发生90度扭曲。由于在该盒中没有电极，因此其起到简单的偏振面旋转元件的作用。

对于偏振面旋转元件的布置，将其夹在两个光路偏转元件之间，这样从第一光路偏转元件出射的光的偏振面与偏振面旋转元件的入射面的摩擦方向对应。由于该偏振面旋转元件，从第一光路偏转元件出射的光的偏振面发生90度旋转并且与第二光路偏转元件的偏振方向对应。如此制造的由第一光路偏转元件、偏振面旋转元件和第二光路偏转元件组成的像素偏移元件就安置在图像显示元件(透射型液晶面板24)之后。

在该实施例中，驱动像素偏移元件的矩形波电压为±6keV，其频率为60Hz。而且，调节驱动定时，从而使沿着两个元件各自的纵向和横向的相发生90度偏移，并且得到4个方向的图像偏移。在这种条件下，光路偏转元件偏移量为9μm。

在该实施例中，当在240Hz条件下重新产生应被显示在显像元件上的子场图像时，可以显示高度精致的图像，其中沿两个方向，即纵向和横向的像素的的数量明显增加至原像素数量的4倍。光路偏转元件的转换时间为约0.3ms，而且得到足够的光的利用效率。而且，例如，未观察到闪烁现象。

附录

下面描述本发明的典型实施方案(1-1)-(1-6)和(2-1)-(2-10)。

典型实施方案中的至少一个实施方案的目的之一是提供一种液晶元件，其包括铁电液晶层，而且取向优异且在工作温度范围内稳定。

典型实施方案中的至少一个实施方案的另一目的是提供一种液晶元件，其取向和响应性和/或光学特性优异，并且在低电场条件下能够驱动光轴。

典型实施方案中的至少一个实施方案的另一目的是提供一种光路偏转元件，其包括上述液晶元件，并且可以高速平移透射光的光路。

典型实施方案中的至少一个实施方案的另一目的是提供一种图像显示装置，其包括上述的光路偏转元件，并且使用具有少量像素的图像显示器件，这样就可以获得高度精致的显示。

实施方案(1-1)是一种液晶元件，其包括一对透明基板、填充在该对基板之间并且可以形成处于垂面取向的手性近晶C相的液晶层，和至少产生方向平行于用于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极，其特征在于在该液晶层在基础液晶材料中至少包括下列通式(1-I)的手性化合物，

该基础液晶材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，其中R¹为未被取代的碳数为1-15的烷基或链烯基，其一个碳原子被-CN取代，或者其至少一个氢原子被F或Cl代替，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替，A²为1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3，4-噻二唑-2，5-二基或1，2，4-噻二唑-3，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替，Z¹和Z²各自独立地为-CO-O-、-O-CO-或单键，m＝1或2且1≤l≤9。

实施方案(1-2)为上述实施方案(1-1)中描述的液晶元件，其特征在于通式(1-I)的手性化合物为下式(1-II)的化合物。

其中，A³和A⁴各自独立地选自1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基和嘧啶-2，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替，R²为碳数为1-15的烷基或链烯基，且1≤l≤9。

实施方案(1-3)为实施方案(1-2)中描述的液晶元件，其特征在于式(1-II)的手性化合物为下式(1-III)的化合物

其中，R³为碳数为1-15的烷基或链烯基，且1≤l≤9。

实施方案(1-4)为上述实施方案(1-1)-(1-3)中任一项描述的液晶元件，其特征在于基础液晶材料包括至少一种苯基嘧啶化合物。

实施方案(1-5)为响应电信号使光的光路发生偏转的光路偏转元件，其特征在于包括上述实施方案(1-1)-(1-4)中任一项描述的液晶元件，使入射到液晶元件上的光成为线偏振光，并且将线偏振光的偏振面定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，从而使出射光光路对入射光光路的相对位置可以发生平移。

实施方案(1-6)是一种图像显示装置，其包括其中能够根据图像信息对光进行调控的多个像素为二维排列的图像显示元件、光源、照明图像显示元件的照明器件、配置以观察显示在图像显示元件上的图像图案的光学器件、形成基于对像场进行短暂分割而得到的多个子场的像场的图像显示驱动器件、以及使从各像素出射的光的光路发生偏转的光路偏转元件，在该装置中通过在图像显示元件上显示相应于显像的图像图案而使图象显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由光路偏转元件提供的各子场光路的偏转而发生位移，从而进行显示，其特征在于包括实施方案(1-5)中描述的光路偏转元件作为光路偏转元件。

实施方案(2-1)为一种液晶元件，其包括一对透明基板、填充在该对基板之间并且可以形成处于垂面取向的手性近晶C相的液晶层，和至少产生平行于用于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极，其特征在于该液晶层在基础液晶材料中至少包括下列通式(2-I)的手性化合物，

和下列通式(2-II)的手性化合物，

该液晶基础材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，在式(2-I)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，R¹表示碳数为3-12的直链烷基或烷氧基，R²表示碳数为3-12并且可支化的烷基，^*表示手性中心，h和j各自为0、1或2，i和k各自为0或1，l为0、1或2，其中当h和j中的两个或一个为0时i为0，当l为0时k为0，且h+j+l为2或3，A¹和A²各自表示选自式(2-a)的基团，

A³表示选自式(2-b)的基团，

B¹和B²各自为-CO-O-、-O-CO-、-CH₂O-或-OCH₂-，在式(2-II)中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，R³表示碳数为3-12并且可支化的烷基或烷氧基，R⁴和R⁵各自表示碳数为3-5的直链烷基，或具有六元环或更多元环结构且其末端彼此键合的烷基，A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，且其可以独立地与式(2-I)中的情况相同或不同。

实施方案(2-2)为上述实施方案(2-1)中描述的液晶元件，其特征在于向液晶层中进一步加入下列通式(2-III)的手性化合物

R⁶-X-Y…(2-III)

其中，X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，Y基团为

A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，而且可以独立地与式(2-I)或式(2-II)中的情况相同或不同，R⁶为碳数为3-12并且可支化的烷基或烷氧基或Y基团，以及R⁷碳数为3-12并且可支化的烷基。

实施方案(2-3)为上述实施方案(2-2)中描述的液晶元件，其特征在于通式(2-I)的手性化合物为下式(2-IV)的化合物，

其中，n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，M¹为介晶和芳香族单元(介晶基团)，并且表示选自式(2-c)的基团，

通式(2-II)的手性化合物为下式(2-V)的化合物，

其中，n为3-12的整数，M¹的定义与式(2-IV)中的定义相同，并且可以与式(2-IV)中的情况相同或不同，以及通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VI)的化合物，

其中，n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，式(2-IV)-式(2-VI)的任一通式中的n和m可以为彼此独立的数值，M¹的定义与式(2-IV)中的定义相同，并且可以与式(2-IV)或式(2-V)中的情况相同或不同。

实施方案(2-4)为上述实施方案(2-3)中描述的液晶元件，其特征在于进一步加入下式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的手性化合物，

其中，n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，M²为介晶和芳香族单元(介晶基团)并且表示选自式(2-d)的基团。

实施方案(2-5)为实施方案(2-2)中描述的液晶元件，其特征在于通式(2-I)的手性化合物为式(2-IV)的化合物，通式(2-II)的手性化合物为式(2-V)的化合物，且通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VIII)的化合物。

其中，n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，式(2-IV)-式(2-VIII)的任一通式中的n和m可以为彼此独立的数值，M¹的定义与式(2-IV)中的定义相同，并且可以与式(2-IV)或式(2-V)中的情况相同或不同。

实施方案(2-6)是上述实施方案(2-5)中描述的液晶元件，其特征在于进一步加入式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的手性化合物。

实施方案(2-7)是上述实施方案(2-1)-(2-6)中任一项所述的液晶元件，其特征在于液晶层中包括的手性化合物的比例等于或大于15重量％且等于或小于40重量％。

实施方案(2-8)是上述实施方案(2-1)-(2-7)中任一项所描述的液晶元件，其特征在于基础液晶材料至少包括苯基嘧啶化合物。

实施方案(2-9)是响应电信号使光的光路发生偏转的光路偏转元件，其特征在于包括上述实施方案(2-1)-(2-8)中任一项所描述的液晶元件，使入射到液晶元件上的光成为线偏振光，并且将线偏振光的偏振面定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，从而使出射光光路对入射光光路的相对位置可以发生平移。

实施方案(2-10)为一种图像显示装置，其包括其中能够根据图像信息对光进行调控的多个像素为二维排列的图像显示元件、光源、照明图像显示元件的照明装置、配置以观察显示在图像显示元件上的图像图案的光学器件、形成基于对像场进行短暂分割而得到的多个子场的像场的图像显示驱动器件、以及使从每个像素出射的光的光路发生偏转的光路偏转元件，在该装置中通过在图像显示元件上显示相应于显像的图像图案而使显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由光路偏转元件提供的各子场光路的偏转而发生位移，从而进行显示，其特征在于包括实施方案(2-9)中描述的光路偏转元件作为光路偏转元件。

根据实施方案(1-1)-(1-3)的任一项，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，从而阻止了光的散射。

根据实施方案(1-4)，通过在室温或近室温下形成稳定的近晶相可以获得具有低粘度和高速响应层的液晶。

根据实施方案(1-5)，通过使液晶层光轴的倾斜角或倾斜方向反向可以使透射光的路径发生平移。然后，由于可以使用上述铁电液晶材料，因此可以高速进行光轴的反向，从而可以获得光路的高速偏移。

根据实施方案(1-6)，由于可以使用具有好的取向和高速响应性的光路偏转元件，因此对于子场图像可以获得光路的高速偏转，从而可以显示明显地高度精致的图像。而且，由于具有高速响应性而可以降低子场图像之间的转换时间，从而可以改善光的瞬时利用效率。

根据实施方案(2-1)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以获得具有相对较弱强度的用于使光轴的倾斜角饱和的电场的液晶元件，以致即使在低的电场条件下也能获得足够的光轴倾斜角。

根据实施方案(2-2)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以获得具有相对较弱强度的用于使光轴的倾斜角饱和的电场和优异的响应性的液晶元件。

根据实施方案(2-3)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以增大液晶层的自发极化，因此获得具有非常优异的响应性的液晶元件。

根据实施方案(2-4)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以获得具有相对弱强度的用于使光轴的倾斜角饱和的电场和非常优异的响应性的液晶元件。尤其是当使用2，5-二苯基嘧啶基团作为介晶基团时，可以显著地降低饱和电场。

根据实施方案(2-5)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以获得具有相对弱强度的用于使光轴的倾斜角饱和的电场并且在电场驱动时具有非常优异的MTF特性的液晶元件。

根据实施方案(2-6)，即使对于具有垂直取向的厚液晶层的液晶元件也可以获得没有取向缺陷的液晶层，以致阻止了光的散射。而且，可以获得具有非常短的响应时间和在电场驱动时具有非常优异的MTF特性的液晶元件。尤其是当使用2，5-二苯基嘧啶基团作为式(2-VII)中的介晶基团时，可以显著改善垂直取向和响应性。

根据实施方案(2-7)，通过使手性化合物的比例等于或大于15重量％可以增大自发极化，以致响应时间等于或小于1.0ms，也就是说，可以获得加速。另一方面，通过使其等于或小于40重量％，可以防止光学性质的退化，例如防止由于相分离而引起的白色混浊的产生。

根据实施方案(2-8)，可以形成在室温或近室温下稳定的近晶相，并且可以获得具有低粘度和高速响应性的液晶层。

根据实施方案(2-9)，通过使液晶层光轴的倾斜角或倾斜方向反向可以使透射光的路径发生平移。然后，由于可以使用上述的铁电液晶材料，因此可以高速进行光轴的反向操作，从而可以获得光路的高速偏移。

根据实施方案(2-10)，由于可使用具有好的取向和高速响应性的光路偏转元件，因而对于子场图像可以获得光路的高速偏转，从而可以显示明显高度精致的图像。而且，由于高速响应性可以降低子场图像之间的转换时间，从而可以改善光的瞬时利用效率。

本发明并不限于具体公开的实施方案，在不偏离本发明的范围的情况下可以进行改变和修改。

本申请要求于2006年3月1日申请的日本专利申请No.2006-054850和于2006年3月1日申请的日本专利申请No.2006-054851的优先权，其申请的全部内容通过引用全部引入本文。

工业实用性

本发明可以应用于通过电信号改变单轴物质的光轴倾斜方向的液晶元件、包括该液晶元件并通过电信号使光的光路发生偏转的光路偏转元件、和包括该光路偏转元件的图像显示装置。该光路偏转元件可以用在，例如放映机、头戴式显示器(head mount display)、光学转换器或光学成像系统中。

Claims (16)

1.一种液晶元件，其包括：

一对透明基板；

填充在该对基板之间并且可以形成处于垂面取向的手性近晶C相的液晶层；和

至少产生方向平行于用于液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极；其中，

该液晶层在基础液晶材料中至少包括以下通式(2-I)的手性化合物

和以下通式(2-II)的手性化合物，

该基础液晶材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，

在式(2-I)中，

X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，

R¹表示碳数为3-12的直链烷基或烷氧基，

R²表示碳数为3-12并且可支化的烷基，

*表示手性中心，

h和j各自为0、1或2，

i和k各自为0或1，

l为0、1或2，

其中当h和j中的两个或一个为0时i为0，当l为0时k为0，且h+j+l为2或3，

A¹和A²各自表示选自式(2-a)的基团

A³表示选自式(2-b)的基团

B¹和B²各自为-CO-O-、-O-CO-、-CH₂O-或-OCH₂-，以及

在式(2-II)中，

X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，

R³表示碳数为3-12且可支化的烷基或烷氧基，

R⁴和R⁵各自表示碳数为3-5的直链烷基，或具有六元环或更多元环结构且其末端彼此键合的烷基，以及

A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，并且其各自可以独立地与式(2-I)中的情况相同或不同。

2.权利要求1的液晶元件，其中将以下通式(2-III)的手性化合物进一步加入到所述液晶层中，

R⁶-X-Y     …(2-III)，

其中，

X基团为-(A¹)_h-(B¹)_i-(A²)_j-(B²)_k-(A³)_l-，

Y基团为

A¹、A²、A³、B¹、B²、h、i、j、k和l各自的定义与式(2-I)中的相同，并且其各自可以独立地与式(2-I)或式(2-II)中的情况相同或不同，

R⁶为碳数为3-12且可支化的烷基或烷氧基，或者为Y基团，以及

R⁷表示碳数为3-12且可支化的烷基。

3.权利要求2的液晶元件，其中

通式(2-I)的手性化合物为下式(2-IV)的化合物

其中，

n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，M¹为介晶和芳香族单元(介晶基团)并且表示选自式(2-c)的基团

通式(2-II)的手性化合物为下式(2-V)的化合物

其中，

n为3-12的整数，以及

M¹的定义与式(2-IV)中的相同，并且可以与式(2-IV)中的情况相同或不同，

以及

通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VI)的化合物，

其中，

n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，

在式(2-IV)-式(2-VI)的任一通式中，n和m可以为彼此独立的数值，以及

M¹的定义与式(2-IV)中的相同，并且可以与式(2-IV)或式(2-V)中的情况相同或不同。

4.权利要求3的液晶元件，其中进一步加入下式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的手性化合物

其中，

n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，以及M²为介晶和芳香族单元(介晶基元)并且表示选自式(2-d)的基团

5.权利要求2的液晶元件，其中通式(2-I)的手性化合物为式(2-IV)的化合物，通式(2-II)的手性化合物为式(2-V)的化合物，以及通式(2-III)的手性化合物为下式(2-VIII)的化合物

其中，

n和m各自为3-12的整数，其中n和m可以为相同的数值，

在式(2-IV)-式(2-VIII)的任一通式中，n和m可以为彼此独立的数值，以及

M¹的定义与式(2-IV)中的相同，并且可以与式(2-IV)或式(2-V)中的情况相同或不同。

6.权利要求5的液晶元件，其中进一步加入式(2-VII)的化合物作为通式(2-I)的手性化合物。

7.权利要求1的液晶元件，其中在所述液晶层中包括的手性化合物的比例等于或大于15重量％且等于或小于40重量％。

8.权利要求1的液晶元件，其中所述基础液晶材料至少包括苯基嘧啶化合物。

9.一种光路偏转元件，其响应电信号使光的光路发生偏转，其包括权利要求1的液晶元件，使入射在所述液晶元件上的光成为线偏振光，并将线偏振光的偏振面设定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，这样出射光光路对于入射光光路的相对位置可发生平移。

10.一种图像显示装置，其包括：

图像显示元件，其中能够根据图像信息对光进行调控的多个像素为二维排列；

光源；

照明该图像显示元件的照明器件；

配置用以观察显示在该图像显示元件上的图像图案的光学器件；

形成像场的显示驱动器件，所述像场基于对像场进行短暂分割而提供的多个子场；以及

使从各像素出射的光的光路发生偏转的光路偏转元件；

在该装置中，通过在该图像显示元件上显示相应于显像的图像图案而使该图象显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由该光路偏转元件提供的各子场光路的偏转而发生位移，从而进行显示，

该装置包括权利要求9的光路偏转元件作为光路偏转元件。

11.一种液晶元件，其包括：

一对透明基板；

填充在该对基板之间并且可以形成处于垂面取向的手性近晶C相的液晶层；和

至少产生方向平行于用于该液晶层的基板主面的电场(平行电场)的电极；其中，

该液晶层在基础液晶材料中至少包括以下通式(1-I)的手性化合物

该基础液晶材料可以提供温度由高到低的各向同性液相、向列相、近晶A相和近晶C相的相序，其中，

R¹为碳数为1-15且未被取代的烷基或链烯基，其一个碳被-CN取代，或者其至少一个氢原子被F或Cl代替，其CH₂基团可以被-O-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-或-O-CO-O-代替，

A²为1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3，4-噻二唑-2，5-二基或1，2，4-噻二唑-3，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替，

Z¹和Z²各自独立地为-CO-O-、-O-CO-或单键，

m＝1或2，以及

1≤l≤9。

12.权利要求11的液晶元件，其中通式(1-I)的手性化合物为下式(1-II)的化合物

其中，A³和A⁴各自独立地选自1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基和嘧啶-2，5-二基，其一个或两个氢原子可以被F代替，

R²为碳数为1-15的烷基或链烯基，以及

1≤l≤9。

13.权利要求12的液晶元件，其中式(1-II)的手性化合物为下式(1-III)的化合物

其中，

R³为碳数为1-15的烷基或链烯基，以及

1≤l≤9。

14.权利要求11的液晶元件，其中所述基础液晶材料包括至少一种苯基嘧啶化合物。

15.一种光路偏转元件，其响应电信号使光的光路发生偏转，其包括权利要求11的液晶元件，使入射到液晶元件上的光成为线偏振光，并且将线偏振光的偏振面设定在与在该元件中所施加的平行电场的方向正交的方向，从而出射光光路对于入射光光路的相对位置可以发生平移。

16.一种图像显示装置，其包括：

图像显示元件，其中能够根据图像信息对光进行调控的多个像素为二维排列；

光源；

照明该图像显示元件的照明器件；

配置以观察显示在该图像显示元件上的图像图案的光学器件；

形成像场的显示驱动器件，其中所述像场基于对像场进行短暂分割而提供的多个子场；和

使从各像素出射的光的光路发生偏转的光路偏转元件，

在该装置中，通过在该图像显示元件上显示相应于显像的图像图案而使该图象显示元件的像素数量明显增加，所述显像根据由该光路偏转元件提供的各子场光路的偏转而发生位移，从而进行显示，

该装置包括权利要求15的光路偏转元件作为光路偏转元件。

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