JP2007231166A - Liquid crystal element, optical path-deflecting element and image display device - Google Patents

Liquid crystal element, optical path-deflecting element and image display device Download PDF

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洋平 ▲高▼野
Yohei Takano
Hiroyuki Sugimoto
浩之 杉本
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
Toshiaki Tokita
才明 鴇田
Hiroshi Fujimura
浩 藤村
Yumi Matsuki
ゆみ 松木
Haruki Amakawa
晴輝 天川
Toshiaki Nonaka
敏章 野中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal element that exhibits excellent orienting properties and forms a stable ferroelectric liquid crystal layer in a service temperature region, to provide an optical path-deflecting element that is comprised of the liquid crystal element and brings about parallel shift of an optical path at a high speed, and to provide an image display device that is capable of highly precise display by incorporation of the optical path-deflecting element though using an image display element with less picture elements. <P>SOLUTION: In the liquid crystal element 1 comprising a pair of transparent substrates 2, a liquid crystal layer 5 filled between the pair of substrates 2 and forming a homeotropically aligned chiral smectic C phase, and an electrode 4 generating an electric field (parallel electric field) applied at least to the liquid crystal layer 5 in the direction parallel to the main surface of the substrate 2, the liquid crystal layer 5 comprises a base liquid crystal material having a phase series, from the higher temperature side, of an isotropic liquid phase, a nematic phase, a smectic A phase, and a smectic C phase and, incorporated therewith, at least one specific chiral compound. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気信号によって一軸性物質の光学軸の傾斜方向を変える液晶素子、及び、その液晶素子からなり電気信号によって光の光路を偏向する光路偏向素子、及び、前記光路偏向素子を備えた画像表示装置に関する。光路偏向素子は、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、光スイッチ、撮像光学系などに用いられる。   The present invention includes a liquid crystal element that changes the tilt direction of the optical axis of a uniaxial substance by an electric signal, an optical path deflecting element that is composed of the liquid crystal element and deflects an optical path of light by an electric signal, and the optical path deflecting element. The present invention relates to an image display device. The optical path deflecting element is used in a projector, a head mounted display, an optical switch, an imaging optical system, and the like.

従来技術の説明に先立って、本明細書で用いる用語を定義しておく。
「光路偏向素子」とは、外部からの電気信号により光の光路を偏向、即ち、入射光に対して出射光を平行にシフトさせるか、或る角度を持って回転させるか、あるいは、その両者を組合せて光路を切換えることが可能な光学素子を意味する。この説明において、平行シフトによる光路偏向に対してそのシフトの大きさを「シフト量」と呼び、回転による光路偏向に対してその回転量を「回転角」と呼ぶものとする。「光路偏向装置」とは、このような光路偏向素子を含み、光の光路を偏向させるデバイスを意味する。
Prior to the description of the prior art, terms used in this specification are defined.
“Optical path deflecting element” means that the optical path of light is deflected by an electrical signal from the outside, that is, the outgoing light is shifted in parallel to the incident light, rotated at a certain angle, or both Means an optical element capable of switching the optical path. In this description, the magnitude of the shift is referred to as “shift amount” with respect to the optical path deflection due to the parallel shift, and the rotation amount is referred to as “rotation angle” with respect to the optical path deflection due to rotation. The “optical path deflecting device” means a device that includes such an optical path deflecting element and deflects the optical path of light.

また、「ピクセルシフト素子(画素ずらし素子)」とは、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学部材と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎に画像表示素子と光学部材の間の光路を偏向する光路偏向手段とを有し、該光路偏向手段によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示させることで、画像表示素子の見掛け上の画素数を増倍して表示する画像表示装置における前記光路偏向手段を意味する。従って、基本的には、上記定義による光路偏向素子や光路偏向装置を光路偏向手段(ピクセルシフト素子(画素ずらし素子))として応用することが可能といえる。   In addition, the “pixel shift element (pixel shift element)” is an image display element in which a plurality of pixels that can control light according to image information is two-dimensionally arranged, a light source that illuminates the image display element, and an image display An optical member for observing an image pattern displayed on the element, and an optical path deflecting unit for deflecting an optical path between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field, An image display in which the apparent number of pixels of the image display element is multiplied and displayed by displaying an image pattern in which the display position is shifted in accordance with the deflection state of the optical path for each subfield by the optical path deflecting means. It means the optical path deflecting means in the apparatus. Therefore, basically, it can be said that the optical path deflecting element and the optical path deflecting device defined above can be applied as optical path deflecting means (pixel shift element (pixel shifting element)).

従来、液晶材料を用いた光路偏向素子(または光偏向素子)やピクセルシフト素子、これらを用いた画像表示装置等に関する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1〜6参照)。しかし、従来の光路偏向素子やピクセルシフト素子においては、
・構成が複雑であることに伴う高コスト、装置の大型化、光量損失、ゴースト等の光学ノイズまたは解像度低下、
・特に可動部を有する構成の場合の位置精度や耐久性、振動や音の問題、
・ネマチック液晶などにおける応答速度の問題、
など種々の問題点がある。
Conventionally, various techniques relating to an optical path deflecting element (or an optical deflecting element) or a pixel shift element using a liquid crystal material, an image display device using these, and the like have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 6). However, in the conventional optical path deflection element and pixel shift element,
・ High cost due to the complicated structure, large equipment, loss of light, optical noise such as ghost, or reduced resolution,
・ Position accuracy and durability, especially in the case of a configuration with moving parts, vibration and sound problems
・ Response speed problem in nematic liquid crystal, etc.
There are various problems.

そこで、本出願人は先に、従来の光路偏向素子における問題点、即ち、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置の大型化、光量損失、光学ノイズ等の問題を改善し、構成が簡単で小型であり、光量損失、光学ノイズ、解像度低下が少なく、低コスト化を図ることができる光路偏向素子や装置の提供を目的として、新規な構成の光路偏向素子を提案した(特許文献7参照)。   Therefore, the applicant first improved the problem in the conventional optical path deflecting element, i.e., the high cost, the large size of the apparatus, the loss of light amount, the optical noise, and the like due to the complicated structure. For the purpose of providing an optical path deflecting element and apparatus that are simple and small in size, have little light loss, optical noise, resolution reduction, and can be reduced in cost, an optical path deflecting element having a novel configuration has been proposed (Patent Document 7). reference).

この光路偏向素子1は、透明な一対の基板2,3と、この一対の基板2,3の少なくとも一方に設けた配向膜4と、一対の基板2,3間に充填されたホメオトロピック配向をなすカイラルスメクチックC相よりなる液晶5と、この液晶5に電界を作用させる少なくとも1組の電極6a,6bからなる電極対6とを備え、該電極対6を電源7に接続して液晶層5に電界を印加する構成としたものである。この光路偏向素子1は、カイラルスメクチックC相よりなる液晶5を利用しているので、従来の光路偏向素子に比して、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置大型化、光量損失、光学ノイズの問題を改善でき、かつ、従来のスメクチックA液晶やネマチック液晶などにおける応答性の鈍さも改善でき、高速応答が可能となるようにしたものである。   The optical path deflecting element 1 has a pair of transparent substrates 2 and 3, an alignment film 4 provided on at least one of the pair of substrates 2 and 3, and a homeotropic alignment filled between the pair of substrates 2 and 3. A liquid crystal layer 5 composed of a chiral smectic C phase, and an electrode pair 6 composed of at least one pair of electrodes 6a and 6b for applying an electric field to the liquid crystal 5; the electrode pair 6 is connected to a power source 7; It is set as the structure which applies an electric field to. Since this optical path deflecting element 1 uses a liquid crystal 5 composed of a chiral smectic C phase, compared to a conventional optical path deflecting element, the cost is increased due to the complicated configuration, the size of the apparatus, the light loss, The problem of optical noise can be improved, and the dullness of responsiveness in conventional smectic A liquid crystals and nematic liquid crystals can also be improved, enabling high-speed response.

このような光路偏向素子で数μmから数十μm程度の実用的な光路シフト量を得るためには、液晶層の厚みを数十μmから数百μmと非常に厚く設定する必要がある(非特許文献1参照)。一般に液晶層が厚くなると、液晶層の中央部では基板表面からの配向規制力の影響が少なくなるため、液晶層全体の均一配向性を維持することが困難になる。例えば液晶層中央部での配向が乱れ、白濁などが生じる場合がある。したがって、上記のような光路偏向素子では、液晶層全体の均一な配向状態を形成・維持することが最重要課題である。   In order to obtain a practical optical path shift amount of about several μm to several tens of μm with such an optical path deflecting element, it is necessary to set the thickness of the liquid crystal layer to a very large value of several tens μm to several hundred μm (non- (See Patent Document 1). In general, when the liquid crystal layer is thicker, the influence of the alignment regulating force from the substrate surface is reduced at the center of the liquid crystal layer, so that it is difficult to maintain uniform alignment of the entire liquid crystal layer. For example, the alignment at the center of the liquid crystal layer may be disturbed, resulting in white turbidity. Therefore, in the optical path deflecting element as described above, it is the most important issue to form and maintain a uniform alignment state of the entire liquid crystal layer.

そこで本出願人は先に、液晶層が、カイラルスメクチックC相より高温においてスメクチックA相を形成しない液晶材料で構成されている光路偏向素子(特許文献8参照)や、液晶層に高分子材料のモノマー等を含ませ、液晶層がスメクチックA相を形成する温度に保持して分子配向を整え、光重合を行って高分子材料から成る繊維状あるいは網目状の組織を形成した後、カイラルスメクチックC相を形成する温度まで冷却する方法(特許文献9参照)などを提案している。しかしながら、特許文献8では液晶材料の選択の幅が限定されることや、特許文献9では高分子組織の存在による応答速度や光学特性への影響など、ある程度の副作用が生じる場合がある。   Therefore, the applicant of the present invention has previously described an optical path deflecting element (see Patent Document 8) in which the liquid crystal layer is formed of a liquid crystal material that does not form a smectic A phase at a higher temperature than the chiral smectic C phase. A monomer or the like is contained, the liquid crystal layer is maintained at a temperature at which a smectic A phase is formed, molecular orientation is adjusted, photopolymerization is performed to form a fibrous or network structure composed of a polymer material, and then a chiral smectic C A method of cooling to a temperature at which a phase is formed (see Patent Document 9) is proposed. However, Patent Document 8 may have some side effects such as a limited range of liquid crystal materials, and Patent Document 9 may have some side effects such as an effect on response speed and optical characteristics due to the presence of a polymer structure.

特開平6−18940号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-18940 特開平9−133904号公報JP-A-9-133904 特許第2939826号公報Japanese Patent No. 2939826 特開平5−313116号公報JP-A-5-313116 特開平6−324320号公報JP-A-6-324320 特開平10−133135号公報JP-A-10-133135 特開2002−328402号公報JP 2002-328402 A 特開2003−280041号公報JP 2003-280041 A 特開2004−184522号公報JP 2004-184522 A

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、配向性に優れ、また使用温度領域で安定した強誘電性液晶層を形成する液晶素子を提供し、該液晶素子からなり高速に透過光路を平行シフトさせる光路偏向素子を提供することを目的とする。また、前記高路偏向素子を備えることにより、画素数の少ない画像表示素子を用いながら、高精細表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and provides a liquid crystal element that forms a ferroelectric liquid crystal layer that is excellent in orientation and stable in the operating temperature range. An object of the present invention is to provide an optical path deflecting element that parallel shifts a transmitted optical path at high speed. Another object of the present invention is to provide an image display device capable of high-definition display while using an image display element having a small number of pixels by providing the high-path deflection element.

前記課題を解決するために提供する請求項1の発明は、透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすカイラルスメクチックC相を形成する液晶層と、少なくとも前記液晶層に対して前記基板主面と平行な方向の電界(平行電界)を発生させる電極とを有する液晶素子において、前記液晶層が、高温側から等方性液体相、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチックC相である相系列を有するベース液晶材料に、少なくとも下記一般式(I)のカイラル化合物を含有することを特徴とする液晶素子である。   The invention of claim 1 provided to solve the above-described problems includes a pair of transparent substrates, a liquid crystal layer forming a chiral smectic C phase having a homeotropic orientation filled between the pair of substrates, and at least the above-mentioned In a liquid crystal element having an electrode for generating an electric field (parallel electric field) in a direction parallel to the main surface of the substrate with respect to the liquid crystal layer, the liquid crystal layer has an isotropic liquid phase, a nematic phase, a smectic A phase from the high temperature side. The base liquid crystal material having a phase series which is a smectic C phase contains at least a chiral compound of the following general formula (I).

Figure 2007231166

(式中Rは炭素数が1から15の非置換、または一つが−CNで置換、もしくは少なくとも一つの水素原子がFかClで置換されたアルキル基またはアルケニル基である。また、CH基が−O−,−CO−,−O−CO−,−CO−O,−O−CO−O−であってもよい。
また、式中Aは、1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル、1,2,4−チアジアゾール−3,5−ジイル、であり、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。Z、Z、は互いに独立に−CO−O−,−O−CO−もしくは単結合である。また、m=1,2であり、1≦l≦9である。)
Figure 2007231166

(Wherein R 1 is an unsubstituted or substituted alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, or one substituted with —CN, or at least one hydrogen atom substituted with F or Cl. CH 2 The group may be —O—, —CO—, —O—CO—, —CO—O, —O—CO—O—.
In the formula, A 2 represents 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,3,4-thiadiazole-2,5-diyl, 1,2,4. -Thiadiazole-3,5-diyl, wherein one or two hydrogens may be replaced by F. Z 1 and Z 2 are each independently —CO—O—, —O—CO— or a single bond. M = 1, 2 and 1 ≦ l ≦ 9. )

また前記課題を解決するために提供する請求項2の発明は、請求項1に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物が下記の式(II)であることを特徴とする液晶素子である。   The invention of claim 2 provided to solve the above-mentioned problems is characterized in that, in the liquid crystal device of claim 1, the chiral compound of the general formula (I) is the following formula (II): It is a liquid crystal element.

Figure 2007231166

(式中A,Aは、それぞれ独立に1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイルから選ばれ、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。
また、式中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。)
Figure 2007231166

(Wherein A 3 and A 4 are each independently selected from a 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, and one or two hydrogens are substituted with F. May be.
In the formula, R 2 is an alkyl group or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9. )

また前記課題を解決するために提供する請求項3の発明は、請求項2に記載の液晶素子において、前記式(II)のカイラル化合物が下記の式(III)であることを特徴とする液晶素子である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the liquid crystal device according to the second aspect, wherein the chiral compound of the formula (II) is the following formula (III): It is an element.

Figure 2007231166

(式中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。)
Figure 2007231166

(Wherein R 3 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9)

また前記課題を解決するために提供する請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の液晶素子において、前記ベース液晶材料が少なくとも1種類のフェニルピリミジン化合物を含有することを特徴とする液晶素子である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the liquid crystal device according to any one of the first to third aspects, wherein the base liquid crystal material contains at least one phenylpyrimidine compound. The liquid crystal element characterized by the above.

前記課題を解決するために提供する請求項5の発明は、電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向素子であって、請求項1〜4のいずれか一つに記載の液晶素子から成り、該液晶素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向素子である。   The invention of claim 5 provided to solve the above-mentioned problem is an optical path deflecting element that deflects the optical path of light in accordance with an electric signal, from the liquid crystal element according to any one of claims 1 to 4. The incident light to the liquid crystal element is linearly polarized light, and the plane of polarization of the linearly polarized light is set in a direction orthogonal to the direction in which the parallel electric field is applied in the element. An optical path deflecting element that is shifted in parallel.

前記課題を解決するために提供する請求項6の発明は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源及び照明装置と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する光路偏向素子を有し、前記光路偏向素子によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態に対応する画像パターンを前記画像表示素子に表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する画像表示装置において、前記光路偏向素子として、請求項5に記載の光路偏向素子を備えたことを特徴とする画像表示装置である。   The invention of claim 6 provided to solve the above-mentioned problems is an image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source and an illumination device for illuminating the image display element An optical device for observing the image pattern displayed on the image display element, display driving means formed by a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field, and deflecting the optical path of the emitted light from each pixel And displaying an image pattern corresponding to a state in which a display position is shifted according to a deflection state of an optical path for each subfield by the optical path deflection element on the image display element. An image display apparatus for multiplying and displaying the apparent number of pixels comprises the optical path deflecting element according to claim 5 as the optical path deflecting element. It is the location.

本発明の効果として、請求項1〜3の発明によれば、液晶層が厚い垂直配向の液晶素子でも配向欠陥が無い液晶層が得られ、光散乱を防止することができる。
また請求項4の発明によれば、室温付近で安定なスメクチック相を形成し、低粘性で高速応答性の液晶層を得ることができる。
請求項5の発明によれば、液晶層の光学軸チルト角の傾斜方向反転動作に伴って透過する光路が平行にシフトする。前述の強誘電性液晶材料を用いるので、光学軸の反転動作が速く、高速な光路シフトを行うことができる。
請求項6の発明によれば、配向性が良好で高速応答性に優れた光路偏向素子を用いているので、サブフィールド画像に対応して、高速な光路の偏向が可能になり、見かけ上高精細な画像表示が可能となる。また、高速応答性によりサブフィールド画像の切換え時間が短くできるので、時間的な光利用効率が向上する。
As an effect of the present invention, according to the first to third aspects of the present invention, a liquid crystal layer having no alignment defect can be obtained even in a vertically aligned liquid crystal element having a thick liquid crystal layer, and light scattering can be prevented.
According to the invention of claim 4, it is possible to form a stable smectic phase near room temperature and to obtain a liquid crystal layer having a low viscosity and a high speed response.
According to the fifth aspect of the invention, the optical path transmitted through the liquid crystal layer is shifted in parallel with the inversion operation of the tilt direction of the optical axis tilt angle of the liquid crystal layer. Since the above-described ferroelectric liquid crystal material is used, the optical axis can be reversed quickly and the optical path can be shifted at high speed.
According to the invention of claim 6, since the optical path deflecting element having good orientation and excellent high-speed response is used, it becomes possible to deflect the optical path at high speed corresponding to the subfield image, and it is apparently high. Fine image display is possible. Further, since the switching time of the subfield image can be shortened by the high-speed response, the temporal light utilization efficiency is improved.

以下に、本発明の構成について説明する。
まず、本発明の液晶素子の形態について、図1に基づいて説明する。
図1は、液晶素子の断面を模式的に示した図である。同図において、符号1は液晶素子、2は基板、3は垂直配向膜、4は電極、5はスメクチックC相からなる液晶層である。
The configuration of the present invention will be described below.
First, the form of the liquid crystal element of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a liquid crystal element. In the figure, reference numeral 1 is a liquid crystal element, 2 is a substrate, 3 is a vertical alignment film, 4 is an electrode, and 5 is a liquid crystal layer composed of a smectic C phase.

本発明の液晶素子1は、一対の透明な基板2が対向配置させて設けられている。透明な基板2としては、ガラス、石英、プラスチックなどを用いることが出来るが複屈折性の無い透明材料が好ましい。基板2の厚みは数十μm〜数mmのモノが用いられる。   The liquid crystal element 1 of the present invention is provided with a pair of transparent substrates 2 arranged to face each other. As the transparent substrate 2, glass, quartz, plastic or the like can be used, but a transparent material having no birefringence is preferable. The substrate 2 has a thickness of several tens of μm to several mm.

基板2の内側面(お互いが対向する面)には垂直配向膜3が形成されている。垂直配向膜3は基板2表面に対して液晶分子を垂直配向(ホメオトロピック配向)させる材料ならば特に限定されないが、液晶ディスプレイ用の垂直配向剤やシランカップリング剤、SiOやSiOの蒸着膜などを用いることが出来る。なお、本発明で言う垂直配向(ホメオトロピック配向)とは、基板面対して液晶分子が垂直に配向した状態だけではなく、数十度程度までチルトした配向状態も含む。 A vertical alignment film 3 is formed on the inner side surfaces (surfaces facing each other) of the substrate 2. The vertical alignment film 3 is not particularly limited as long as it is a material for vertically aligning liquid crystal molecules with respect to the surface of the substrate 2 (homeotropic alignment), but a vertical alignment agent for a liquid crystal display, a silane coupling agent, a deposited film of SiO or SiO 2 Etc. can be used. The vertical alignment (homeotropic alignment) referred to in the present invention includes not only a state in which liquid crystal molecules are aligned perpendicularly to the substrate surface but also an alignment state in which the liquid crystal molecules are tilted to several tens of degrees.

両基板2の間隔をスペーサを挟んで規定し、基板2間に電極4と液晶層5を形成する。スペーサとしては数μmから数mm程度の厚みを持つシート部材あるいは同程度の粒径の粒子、などが用いられ、素子の有効領域外に設けられることが好ましい。電極4としてはアルミ、銅、クロムなどの金属、ITOなどの透明電極などが用いられるが、液晶層5内に均一な水平電界を印加するためには、液晶層厚みと同程度の厚みを持つ金属シートを用いることが好ましく、素子の有効領域外に設けられる。図1ではより好ましい例として、スペーサ部材と金属シート部材が共通であり、金属シート部材の厚みにより液晶層厚みが規定される。   The distance between the two substrates 2 is defined with a spacer in between, and an electrode 4 and a liquid crystal layer 5 are formed between the substrates 2. As the spacer, a sheet member having a thickness of several μm to several mm or particles having the same particle diameter is used, and is preferably provided outside the effective region of the element. As the electrode 4, a metal such as aluminum, copper, or chromium, or a transparent electrode such as ITO is used. However, in order to apply a uniform horizontal electric field in the liquid crystal layer 5, the electrode 4 has a thickness comparable to the liquid crystal layer thickness. A metal sheet is preferably used and is provided outside the effective area of the element. In FIG. 1, as a more preferable example, the spacer member and the metal sheet member are common, and the thickness of the liquid crystal layer is defined by the thickness of the metal sheet member.

液晶層5としては、高温側から等方性液体相、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチックC相である相系列を有するベース液晶材料にカイラル化合物を添加し、実用温度領域でカイラルスメクチックC相を形成する液晶材料が用いられる。上記の電極4間に電圧を印加することで、液晶層の水平方向に電界が印加される。   As the liquid crystal layer 5, a chiral compound is added to a base liquid crystal material having a phase sequence of an isotropic liquid phase, a nematic phase, a smectic A phase, and a smectic C phase from the high temperature side, and the chiral smectic C phase is changed in a practical temperature range. The liquid crystal material to be formed is used. By applying a voltage between the electrodes 4, an electric field is applied in the horizontal direction of the liquid crystal layer.

また、より大面積に均一な水平電界を印加するために、図5および図6のように基板面上に複数本のライン状の透明電極4Lを設け、各透明電極4Lに順次変化する電圧値を印加して水平方向に強制的に電位勾配を形成し、均一な水平電界を形成しても良い。さらに基板2のライン状の透明電極を設けた面と液晶層5との間に透明な誘電体層6を設けても良い。各透明電極4Lに順次変化する電圧値を印加する方法としては、各透明電極4Lを抵抗体8で直列に接続することが好ましい。図5および図6のような構成では液晶素子10の有効面積を数センチ角程度まで大きくすることが出来、画像表示装置のように比較的大面積が必要な用途に適用する場合に好ましい。   Further, in order to apply a uniform horizontal electric field over a larger area, a plurality of line-shaped transparent electrodes 4L are provided on the substrate surface as shown in FIGS. 5 and 6, and a voltage value that sequentially changes to each transparent electrode 4L. May be applied to forcibly form a potential gradient in the horizontal direction to form a uniform horizontal electric field. Further, a transparent dielectric layer 6 may be provided between the surface of the substrate 2 on which the line-shaped transparent electrode is provided and the liquid crystal layer 5. As a method of applying a sequentially changing voltage value to each transparent electrode 4L, it is preferable to connect each transparent electrode 4L in series with a resistor 8. 5 and 6 can increase the effective area of the liquid crystal element 10 to about several centimeter squares, which is preferable when applied to an application that requires a relatively large area, such as an image display device.

ここで、カイラルスメクチックC相を形成する液晶層5に関して説明する。
「スメクチック液晶」は液晶分子の長軸方向を層状(スメクチック層)に配列してなる液晶層である。このような液晶に関し、上記層の法線方向(層法線方向)と液晶分子の長軸方向とが一致している液晶を「スメクチックA相」、法線方向と一致していない液晶を「スメクチックC相」と呼んでいる。スメクチックC相よりなる強誘電液晶は、一般的に外部電界が働かない状態において各スメクチック層毎に液晶ダイレクタ方向が螺旋的に回転しているいわゆる螺旋構造をとり、「カイラルスメクチックC相」と呼ばれる。また、カイラルスメクチックC相反強誘電液晶は各層毎に液晶ダイレクタが対向する方向を向く。これらのカイラルスメクチックC相よりなる液晶は、不斉炭素を分子構造に有するカイラル化合物を含み、これによって自発分極しているため、この自発分極Psと外部電界Eにより定まる方向に液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。なお、本実施の形態等では、液晶層として強誘電液晶を例にとり液晶素子及び光路偏向素子の説明を行うが、反強誘電液晶の場合にも同様に使用することができる。
Here, the liquid crystal layer 5 forming the chiral smectic C phase will be described.
A “smectic liquid crystal” is a liquid crystal layer in which the major axis direction of liquid crystal molecules is arranged in a layered manner (smectic layer). With regard to such a liquid crystal, a liquid crystal in which the normal direction of the layer (layer normal direction) and the major axis direction of the liquid crystal molecules coincide with each other is referred to as “smectic A phase”, and a liquid crystal that does not coincide with the normal direction is referred to as “ It is called “smectic C phase”. A ferroelectric liquid crystal composed of a smectic C phase generally has a so-called spiral structure in which the direction of the liquid crystal director is spirally rotated for each smectic layer in a state where an external electric field does not work, and is called a “chiral smectic C phase”. . Further, the chiral smectic C reciprocal ferroelectric liquid crystal faces the direction in which the liquid crystal directors face each other. Since the liquid crystal composed of these chiral smectic C phases contains a chiral compound having an asymmetric carbon in the molecular structure and is spontaneously polarized by this, the liquid crystal molecules are rearranged in a direction determined by the spontaneous polarization Ps and the external electric field E. By doing so, the optical characteristics are controlled. In the present embodiment and the like, a liquid crystal element and an optical path deflecting element will be described by taking a ferroelectric liquid crystal as an example of the liquid crystal layer. However, the liquid crystal layer can be similarly used in the case of an antiferroelectric liquid crystal.

本発明の液晶素子の動作原理について図2を参照して説明する。
図2は、図1に示した構成に関して電界方向と液晶分子の傾斜方向を模式的に示したものである。液晶分子5aの幅が広く描いてある側が紙面上側、幅が狭く描かれている側が紙面下側に傾いている様子を示している。また、液晶の自発分極(記号Psで記す)を矢印で示してある。電界Eの向きが反転すると、略垂直配向した液晶分子5aのチルト角の方向が反転する。ここでは、自発分極が正の場合について電界印加方向と液晶分子のチルト方向の関係を図示している。ここで、チルト角の方向が反転する際、図2(b),(d)の斜視図に示したような仮想的なコーン状の面内を回転運動すると考えられる。
The operation principle of the liquid crystal element of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 schematically shows the electric field direction and the tilt direction of the liquid crystal molecules in the configuration shown in FIG. The side where the width of the liquid crystal molecules 5a is drawn wide is shown as being inclined to the upper side of the paper, and the side where the width is drawn is inclined to the lower side of the paper. In addition, the spontaneous polarization of the liquid crystal (denoted by the symbol Ps) is indicated by an arrow. When the direction of the electric field E is reversed, the direction of the tilt angle of the substantially vertically aligned liquid crystal molecules 5a is reversed. Here, the relationship between the electric field application direction and the tilt direction of the liquid crystal molecules is shown in the case where the spontaneous polarization is positive. Here, when the direction of the tilt angle is reversed, it is considered that it rotates in a virtual cone-shaped plane as shown in the perspective views of FIGS.

ここで、図3にカイラルスメクチックC相の液晶分子配列のモデルを示す。チルト角θを有する分子層が互いズレながら重なって螺旋構造を形成している。電界E=0では図3(a)のように左右対称な螺旋構造によって液晶ダイレクタ方向は空間的に平均化される。液晶層5の平均化された光学軸は層法線方向を向いており、この光学軸に平行な入射光に対しては光学的に等方的である。このような無電界下のカイラルスメクチックC相の液晶層に対して層法線方向から偏光顕微鏡によるコノスコープ像を観察すると、十字像が中央部に位置しており、一軸性光学軸を有していることが確認できる。次に、液晶層の水平方向に比較的小さな電界0<E<Esを印加すると、自発分極Psへの電界Eの作用で液晶分子に回転モーメントが生じるために、図3(b)のように螺旋構造が歪んで非対称となり、平均的な光学軸が一方向に傾く。この時、電界強度の増加と共に歪みが大きくなって平均的な光学軸の傾斜角も大きくなる。これは、コノスコープ像の十字像の位置が移動することから確認できる。さらに電界強度を増加させると、ある閾値電界Es以上で図3(c)のように螺旋構造が消失して一様な配向状態となる。この時の光学軸の傾斜角は液晶ダイレクタのチルト角θと等しくなる。さらに電界を増加させてもチルト角θは変化せず、光学軸の傾斜角も一定となる。   Here, FIG. 3 shows a model of the liquid crystal molecular arrangement of the chiral smectic C phase. The molecular layers having the tilt angle θ overlap each other while being shifted from each other to form a helical structure. In the electric field E = 0, the liquid crystal director directions are spatially averaged by a symmetrical spiral structure as shown in FIG. The averaged optical axis of the liquid crystal layer 5 faces the normal direction of the layer, and is optically isotropic with respect to incident light parallel to the optical axis. When a conoscopic image is observed with a polarizing microscope from the normal direction of the chiral smectic C phase liquid crystal layer under no electric field, the cross image is located in the center and has a uniaxial optical axis. Can be confirmed. Next, when a relatively small electric field 0 <E <Es is applied in the horizontal direction of the liquid crystal layer, a rotational moment is generated in the liquid crystal molecules due to the action of the electric field E on the spontaneous polarization Ps, as shown in FIG. The spiral structure is distorted and asymmetric, and the average optical axis is tilted in one direction. At this time, distortion increases as the electric field strength increases, and the average tilt angle of the optical axis also increases. This can be confirmed from the movement of the cross image of the conoscopic image. When the electric field strength is further increased, the spiral structure disappears as shown in FIG. 3 (c) above a certain threshold electric field Es and a uniform alignment state is obtained. The tilt angle of the optical axis at this time is equal to the tilt angle θ of the liquid crystal director. Further, even if the electric field is increased, the tilt angle θ does not change, and the tilt angle of the optical axis becomes constant.

図4は、液晶素子1内での液晶分子5aの配向状態を模式的に示したものであり、垂直配向膜3、スペーサ、電極4は省略してある。図4では便宜上紙面表裏方向に電圧印加されるように描き、電界Eは紙面表裏方向に作用する。電界方向は目的とする光の偏向方向に対応して図示しない電源により切換えられる。   FIG. 4 schematically shows the alignment state of the liquid crystal molecules 5a in the liquid crystal element 1, and the vertical alignment film 3, the spacer, and the electrode 4 are omitted. In FIG. 4, for the sake of convenience, a voltage is applied in the front and back direction of the paper, and the electric field E acts in the front and back direction of the paper. The direction of the electric field is switched by a power source (not shown) corresponding to the target light deflection direction.

図4(a)のように紙面手前側への電界が印加された場合、液晶分子5aの自発分極が正ならば液晶ダイレクタが図右上に傾斜した分子数が増加し、液晶層5としての平均的な光学軸も図右上方向に傾斜して複屈折板として機能する。カイラルスメクチックC相のらせん構造が解ける閾値電界(以後、飽和電界Esと呼ぶ)以上では、すべての液晶ダイレクタがチルト角θを示し、この液晶素子5aは光学軸が上側に角度θで傾斜した複屈折板として機能する。例えば、この液晶素子5aの図中左側から異常光として入射した直線偏光L0は図中上側に平行シフトする。ここで、液晶分子5aの長軸方向の屈折率をne、短軸方向の屈折率をno、液晶層5の厚み(ギャップ)をdとする光路の平行シフト量Sは以下の式(1)で表される(例えば、「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、p198参照)。   When an electric field to the front side of the paper is applied as shown in FIG. 4A, if the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules 5a is positive, the number of molecules in which the liquid crystal director is inclined to the upper right of the figure increases, and the average as the liquid crystal layer 5 is increased. A typical optical axis also tilts in the upper right direction of the figure and functions as a birefringent plate. Above the threshold electric field (hereinafter referred to as the saturation electric field Es) at which the chiral smectic C-phase helical structure can be solved, all the liquid crystal directors exhibit a tilt angle θ, and the liquid crystal element 5a has a complex structure in which the optical axis is inclined upward at an angle θ. Functions as a refracting plate. For example, the linearly polarized light L0 incident as extraordinary light from the left side of the liquid crystal element 5a in the figure is shifted in parallel upward in the figure. Here, the parallel shift amount S of the optical path where the refractive index in the major axis direction of the liquid crystal molecules 5a is ne, the refractive index in the minor axis direction is no, and the thickness (gap) of the liquid crystal layer 5 is d is expressed by the following equation (1). (See, for example, “Crystal Optics” Applied Physics Society, Optical Society, p198).

S=[(1/no)2−(1/ne)2]sin(2θ)×d
÷[2((1/ne)2sin2θ+(1/no)2cos2θ)] ………式(1)
S = [(1 / no) 2 − (1 / ne) 2 ] sin (2θ) × d
÷ [2 ((1 / ne) 2 sin 2 θ + (1 / no) 2 cos 2 θ)] ………… Equation (1)

同様に図4(b)のように電極4への印加電圧を反転して紙面奥側への電界Eが印加された場合、液晶分子5aの自発分極が正ならば液晶ダイレクタは図右下に傾斜し、この液晶素子1は光学軸が下側に角度θで傾斜した複屈折板として機能する。同様に液晶素子1の図中左側から異常光として入射した直線偏光L0は図中下側に平行シフトする。したがって、この液晶素子1内に印加する電界方向の反転によって、2S分の光路シフト量が得られる。例えば、式(1)でno=1.55、ne=1.70、d=30μm、θ=35°の場合、2S=5(μm)の光路シフト量が得られる。このように一般的なカイラルスメクチック液晶の場合、数μmから数十μm程度の光路シフト量を得るためには、液晶層の厚みを数十μmから数百μmと非常に厚く設定する必要がある。   Similarly, as shown in FIG. 4B, when the applied voltage to the electrode 4 is reversed and the electric field E is applied to the back side of the paper, the liquid crystal director is located at the lower right of the figure if the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules 5a is positive. The liquid crystal element 1 is inclined and functions as a birefringent plate whose optical axis is inclined downward at an angle θ. Similarly, linearly polarized light L0 incident as extraordinary light from the left side of the liquid crystal element 1 in the figure is shifted in parallel downward in the figure. Therefore, an optical path shift amount of 2S can be obtained by reversing the direction of the electric field applied in the liquid crystal element 1. For example, when no = 1.55, ne = 1.70, d = 30 μm, and θ = 35 ° in Expression (1), an optical path shift amount of 2S = 5 (μm) is obtained. As described above, in the case of a general chiral smectic liquid crystal, in order to obtain an optical path shift amount of about several μm to several tens of μm, it is necessary to set the thickness of the liquid crystal layer to a very large value of several tens μm to several hundred μm. .

また、本発明で用いるホメオロトピック配向のカイラルスメクチックC相よりなる液晶層5は、ホモジニアス配向(液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態)をとる場合に比べて、液晶ダイレクタの動作が配向膜3からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整で光軸方向の制御が行いやすく、必要電界が比較的低いという利点を有する。一方、液晶層5が厚くなると、液晶層5の中央部では基板表面の配向膜3からの配向規制力も小さくなるため、液晶層5全体の均一配向性を維持することが困難になる。例えば液晶層5中央部での配向が乱れや白濁などが生じ易くなる。そこで、本発明では、ベース液晶材料に添加する種々のカイラル化合物の組合せを検討した結果、液晶層5の厚みが十分大きくても垂直配向性に優れ、かつ、応答性や光学特性にも優れた液晶素子を得ることが出来た。   Further, the liquid crystal layer 5 composed of the chiral smectic C phase of homeotopic orientation used in the present invention is more homogeneous than the liquid crystal director when it is in a homogeneous orientation (the liquid crystal director is oriented parallel to the substrate surface). However, it is difficult to receive the regulating force from the alignment film 3, and it is easy to control the direction of the optical axis by adjusting the direction of the external electric field, so that the required electric field is relatively low. On the other hand, when the liquid crystal layer 5 is thick, the alignment regulating force from the alignment film 3 on the substrate surface is also reduced at the center of the liquid crystal layer 5, so that it is difficult to maintain uniform alignment of the entire liquid crystal layer 5. For example, the alignment at the center of the liquid crystal layer 5 is likely to be disturbed or cloudy. Therefore, in the present invention, as a result of examining combinations of various chiral compounds added to the base liquid crystal material, even when the thickness of the liquid crystal layer 5 is sufficiently large, the vertical alignment is excellent, and the responsiveness and optical characteristics are also excellent. A liquid crystal device could be obtained.

以下に、本発明に係る液晶素子の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
まず第1の実施の形態では、少なくとも一般式(I)のカイラル化合物を含有することを特徴とする。
Embodiments of the liquid crystal element according to the present invention will be described below.
(First embodiment)
First, the first embodiment is characterized by containing at least a chiral compound of the general formula (I).

Figure 2007231166
Figure 2007231166

式(I)中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、一つの炭素原子が−CNで置換されている、もしくは、少なくとも一つのHがFかClで置換されていてもよい。また、CH基が−O−,−CO−,−O−CO−,−CO−O,−O−CO−O−であってもよい。また、Aは、1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル、1,2,4−チアジアゾール−3,5−ジイルであり、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。Z、Z、は互いに独立に−CO−O−,−O−CO−もしくは単結合である。また、m=1,2であり、1≦l≦9である。

また、前記一般式(I)のカイラル化合物は下記の式(II)であることが好ましい。
In formula (I), R 1 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and one carbon atom is substituted with —CN, or at least one H is substituted with F or Cl. May be. The CH 2 group may be —O—, —CO—, —O—CO—, —CO—O, —O—CO—O—. A 2 represents 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,3,4-thiadiazole-2,5-diyl, 1,2,4-thiadiazole. -3,5-diyl, wherein one or two hydrogens may be replaced by F. Z 1 and Z 2 are each independently —CO—O—, —O—CO— or a single bond. M = 1, 2 and 1 ≦ l ≦ 9.

The chiral compound of the general formula (I) is preferably the following formula (II).

Figure 2007231166
Figure 2007231166

このとき、式(II)中A,Aは、それぞれ独立に1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイルから選ばれ、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。また、式中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。 At this time, A 3 and A 4 in formula (II) are each independently selected from 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, and one or two hydrogen atoms are It may be substituted with F. In the formula, R 2 is an alkyl group or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9.

また、ベース液晶として、骨格的に粘度が低く、高速応答を示すと考えられ、また、高温側から等方性液体相、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチックC相、結晶相の相系列を有し、特に、室温付近で安定したスメクチックC相を示すフェニルピリミジン化合物等を用いるのが好ましい。   In addition, it is considered that the base liquid crystal has a low skeletal viscosity and exhibits a high-speed response, and has a phase sequence of isotropic liquid phase, nematic phase, smectic A phase, smectic C phase, and crystal phase from the high temperature side. In particular, it is preferable to use a phenylpyrimidine compound exhibiting a stable smectic C phase around room temperature.

理由は明らかではないが、カイラルスメクチックC相の螺旋ピッチが適当であるため、配向が安定し、液晶層が厚い垂直配向の液晶素子でも配向欠陥が無い配向性の良い液晶層が得られる。   Although the reason is not clear, since the spiral pitch of the chiral smectic C phase is appropriate, a liquid crystal layer having a good alignment with stable alignment and no alignment defects can be obtained even with a vertically aligned liquid crystal element having a thick liquid crystal layer.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態において、前記式(II)のキラル化合物が下記の式(III)であることを特徴とする。
(Second Embodiment)
The second embodiment is characterized in that, in the first embodiment, the chiral compound of the formula (II) is the following formula (III).

Figure 2007231166
Figure 2007231166

式(III)中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。理由は明らかではないが、キラルスメクチックC相の螺旋ピッチが適当であるため、配向が安定し、液晶層が厚い垂直配向の液晶素子でも配向欠陥が無い非常に配向性の良い液晶層が得られる。 In the formula (III), R 3 is an alkyl group or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9. The reason is not clear, but since the helical pitch of the chiral smectic C phase is appropriate, a liquid crystal layer having a very good alignment property with stable alignment and no alignment defects can be obtained even in a vertically aligned liquid crystal device with a thick liquid crystal layer. .

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、前記第1の実施の形態または第2の実施の形態の液晶素子において、ベース液晶材料が少なくとも1種類のフェニルピリミジン骨格を有する化合物を含有する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, in the liquid crystal element of the first embodiment or the second embodiment, the base liquid crystal material contains a compound having at least one phenylpyrimidine skeleton.

フェニルピリミジン化合物は、高温側から等方性液体相、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチックC相、結晶相の相系列を有し、特に、室温付近でスメクチックC相を示す。これにより使用温度領域で安定した強誘電性液晶層を形成する液晶素子を提供することができる。   The phenylpyrimidine compound has an isotropic liquid phase, a nematic phase, a smectic A phase, a smectic C phase, and a crystalline phase sequence from the high temperature side, and particularly exhibits a smectic C phase near room temperature. As a result, a liquid crystal element capable of forming a ferroelectric liquid crystal layer that is stable in the operating temperature range can be provided.

ここで、好ましいフェニルピリミジン骨格を有する化合物の例としては下記式(a),(b)のようなものがあげられる。   Here, examples of the compound having a preferred phenylpyrimidine skeleton include those represented by the following formulas (a) and (b).

Figure 2007231166
Figure 2007231166

Figure 2007231166
Figure 2007231166

式(a),(b)中、R、Rは炭素数3から15の直鎖あるいは分岐したアルキルまたはアルケニル基であり、少なくとも一つのHがFかClで置換されていてもよい。また、CH基が−O−,−CO−,−O−CO−,−CO−O,−O−CO−O−であってもよい。 In formulas (a) and (b), R 4 and R 5 are linear or branched alkyl or alkenyl groups having 3 to 15 carbon atoms, and at least one H may be substituted with F or Cl. Further, the CH 2 group may be —O—, —CO—, —O—CO—, —CO—O, —O—CO—O—.

本発明に係る光路偏向素子は電気信号に応じて光の光路を偏向するものであって、前記第1の実施の形態〜第3の実施の形態のいずれかの液晶素子からなり、該液晶素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向素子である。すなわち、液晶層5の光学軸チルト角の傾斜方向反転動作に伴って透過する光路が平行にシフトするものである。前述の図4のように強誘電性液晶材料を用いるので、光学軸の反転動作が速く、高速な光路シフトを行うことができる。   An optical path deflecting element according to the present invention deflects an optical path of light in accordance with an electric signal, and includes the liquid crystal element according to any one of the first to third embodiments, and the liquid crystal element Incident light to the linearly polarized light, and the plane of polarization of the linearly polarized light is set in a direction orthogonal to the direction of application of the parallel electric field in the element, thereby shifting the position of the outgoing optical path with respect to the incident optical path in parallel An optical path deflecting element characterized by That is, the optical path transmitted through the liquid crystal layer 5 is shifted in parallel with the inversion operation of the tilt angle of the optical axis tilt angle. Since the ferroelectric liquid crystal material is used as shown in FIG. 4 described above, the optical axis can be reversed quickly and the optical path can be shifted at high speed.

つぎに、本発明に係る画像表示装置について説明する。
本発明の画像表示装置は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源及び照明装置と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する前述した本発明の光路偏向素子を備え、前記光路偏向素子によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態に対応する画像パターンを前記画像表示素子に表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示するものである。
Next, the image display apparatus according to the present invention will be described.
An image display device of the present invention includes an image display element in which a plurality of pixels that can control light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source and an illumination device that illuminate the image display element, and a display on the image display element An optical device for observing the image pattern, display driving means formed by a plurality of subfields obtained by dividing the image field in time, and the optical path deflection of the present invention described above for deflecting the optical path of the emitted light from each pixel An image pattern corresponding to a state in which a display position is shifted in accordance with a deflection state of an optical path for each subfield by the optical path deflecting element is displayed on the image display element. The display is performed by multiplying the number of pixels.

図7に、画像表示装置の構成例を示す。図7において、21はLEDランプを2次元アレイ状に配列した光源であり、この光源21からスクリーン26に向けて発せられる光の進行方向には拡散板22、コンデンサレンズ23、画像表示素子としての透過型液晶パネル24、画像パターンを観察するための光学部材としての投射レンズ25が順に配設されている。27は光源21に対する光源ドライブ部、28は透過型液晶パネル24に対するドライブ部である。   FIG. 7 shows a configuration example of the image display device. In FIG. 7, reference numeral 21 denotes a light source in which LED lamps are arranged in a two-dimensional array. In the traveling direction of light emitted from the light source 21 toward the screen 26, a diffusion plate 22, a condenser lens 23, and an image display element are used. A transmissive liquid crystal panel 24 and a projection lens 25 as an optical member for observing the image pattern are sequentially arranged. Reference numeral 27 denotes a light source drive unit for the light source 21, and reference numeral 28 denotes a drive unit for the transmissive liquid crystal panel 24.

ここに、透過型液晶パネル24と投射レンズ25との間の光路上にはピクセルシフト素子として機能する光路偏向素子20が介在されており、ドライブ部30に接続されている。このような光路偏向素子20として、前述したような液晶素子が用いられている。   Here, an optical path deflecting element 20 functioning as a pixel shift element is interposed on the optical path between the transmissive liquid crystal panel 24 and the projection lens 25, and is connected to the drive unit 30. As such an optical path deflecting element 20, the liquid crystal element as described above is used.

光源ドライブ部27で制御されて光源21から放出された照明光は、拡散板22により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ23により液晶ドライブ部28で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル24を照明する。この透過型液晶パネル24で空間光変調された照明光は、画像光として光路偏向素子20に入射し、この光路偏向素子20によって画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされる。光路偏向素子20を透過した光は投射レンズ25で拡大されスクリーン26上に投射される。   The illumination light that is controlled by the light source drive unit 27 and emitted from the light source 21 becomes illumination light that is made uniform by the diffusion plate 22, and is controlled by the condenser lens 23 in synchronization with the illumination light source by the liquid crystal drive unit 28 and is transmissive. The liquid crystal panel 24 is illuminated. The illumination light spatially modulated by the transmissive liquid crystal panel 24 enters the optical path deflecting element 20 as image light, and the optical path deflecting element 20 shifts the image light by an arbitrary distance in the pixel arrangement direction. The light transmitted through the optical path deflecting element 20 is magnified by the projection lens 25 and projected onto the screen 26.

ここで、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎の光路のシフト位置に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示させることで、透過型液晶パネル24の見掛け上の画素数を増倍して表示する。このように光路偏向素子20によるシフト量は透過型液晶パネル24の画素の配列方向に対して2倍の画像増倍を行うことから、画素ピッチの1/2に設定される。シフト量に応じて透過型液晶パネル24を駆動する画像信号をシフト量分だけ補正することで、見掛け上高精細な画像を表示することができる。この際、配向性が良好で高速応答性に優れた光路偏向素子を用いているので、サブフィールド画像に対応して、高速な光路の偏向が可能になり、見かけ上高精細な画像表示が可能となる。また、高速応答性によりサブフィールド画像の切換え時間が短くできるので、時間的な光利用効率が向上する。   Here, an apparent pixel of the transmissive liquid crystal panel 24 is displayed by displaying an image pattern in which the display position is shifted according to the shift position of the optical path for each of the plurality of subfields obtained by dividing the image field in time. The number is multiplied and displayed. Thus, the shift amount by the optical path deflecting element 20 is set to ½ of the pixel pitch because the image multiplication is performed twice as much as the pixel arrangement direction of the transmissive liquid crystal panel 24. By correcting the image signal for driving the transmissive liquid crystal panel 24 by the shift amount according to the shift amount, an apparently high-definition image can be displayed. At this time, an optical path deflecting element with good orientation and high-speed response is used, so that high-speed optical path deflection is possible in correspondence with subfield images, and apparently high-definition image display is possible. It becomes. Further, since the switching time of the subfield image can be shortened by the high-speed response, the temporal light utilization efficiency is improved.

以下、本発明を実際に実施した例を説明する。
(実施例1)
(1)液晶素子の作成
つぎの手順で液晶素子を作成した。
まず厚さ1.1mmのガラス基板の表面に幅10μmの透明電極ラインを平行に100μmピッチで400本形成した。透明電極ラインの長さは有効長さが10mmとした。この透明電極ライン群の有効面積は40ミリ角であり、この上に厚み150μmのガラスを紫外線硬化接着剤によって張り合わせた。接着剤の厚みは10μm程度とした。これにより図5の液晶素子断面図のように透明ガラスの内部に透明ライン電極4Lが埋め込まれている形となり、これを基板2とした。
Hereinafter, examples in which the present invention is actually implemented will be described.
Example 1
(1) Preparation of liquid crystal element A liquid crystal element was prepared by the following procedure.
First, 400 transparent electrode lines having a width of 10 μm were formed in parallel at a pitch of 100 μm on the surface of a glass substrate having a thickness of 1.1 mm. The effective length of the transparent electrode line was 10 mm. The effective area of the transparent electrode line group is 40 mm square, and a glass having a thickness of 150 μm is laminated thereon with an ultraviolet curable adhesive. The thickness of the adhesive was about 10 μm. As a result, the transparent line electrode 4L is embedded in the transparent glass as shown in the sectional view of the liquid crystal element in FIG.

この基板表面に厚み0.06μmのポリイミド化合物の垂直(ホメオトロピック)配向膜3を形成した。ポリイミド配向膜は、ポリアミック酸溶液をスピンコートにより塗布し、約180℃に加熱処理よるイミド化処理によりポリイミド膜を得た。ついで50μmのスペーサーシートを有効面積外に挟んで、二枚の基板を対向させて、セルを作成した。この時、上下基板の有効面積内のそれぞれの透明電極ラインが上から見て互いに交互の位置になるように貼り合わせた。つぎにこのセルを約95℃に加熱した状態で、基板間の空間に後述する液晶材料を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、液晶厚み70μm、有効面積4cm角の液晶素子10を作成した。   A vertical (homeotropic) alignment film 3 of a polyimide compound having a thickness of 0.06 μm was formed on the surface of the substrate. As the polyimide alignment film, a polyamic acid solution was applied by spin coating, and a polyimide film was obtained by imidization treatment by heat treatment at about 180 ° C. Then, a cell was created by sandwiching a 50 μm spacer sheet outside the effective area and facing the two substrates. At this time, the transparent electrode lines within the effective area of the upper and lower substrates were bonded to each other so as to be alternately positioned as viewed from above. Next, in a state where the cell was heated to about 95 ° C., a liquid crystal material described later was injected into the space between the substrates by a capillary method. After cooling, it was sealed with an adhesive to prepare a liquid crystal element 10 having a liquid crystal thickness of 70 μm and an effective area of 4 cm square.

なお、図6のように基板2の各透明電極ライン4Lが直接接続されるようにCrSiO蒸着膜による抵抗体8を成膜している。抵抗体8の両端部にパルスジェネレータと高速アンプとからなる電源を接続することで、抵抗アレイに電流が流れて電圧が分配され、有効面積内部に電位分布が形成されるようになる。   As shown in FIG. 6, the resistor 8 made of a CrSiO vapor deposition film is formed so that each transparent electrode line 4L of the substrate 2 is directly connected. By connecting a power source composed of a pulse generator and a high-speed amplifier to both ends of the resistor 8, a current flows through the resistor array, a voltage is distributed, and a potential distribution is formed inside the effective area.

(2)液晶材料
本実施例では液晶材料として次の化合物を混合して用いた。
・下記表1に示した組成比で混合したベース液晶 :90wt%
・式(I)のカイラル化合物の例として、下記式に示した化合物A:10wt%
(2) Liquid crystal material In this example, the following compounds were mixed and used as the liquid crystal material.
-Base liquid crystal mixed at the composition ratio shown in Table 1 below: 90 wt%
As an example of a chiral compound of formula (I), compound A shown by the following formula: 10 wt%

Figure 2007231166
Figure 2007231166

Figure 2007231166
Figure 2007231166

なお、この液晶材料の相転移温度は、結晶/スメクチックC相:−15℃、カイラルスメクチックC相/スメクチックA相:81℃、スメクチックA相/ネマチック相:89℃、ネマチック相/等方相:101〜103℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、−24nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −15 ° C., chiral smectic C phase / smectic A phase: 81 ° C., smectic A phase / nematic phase: 89 ° C., nematic phase / isotropic phase: It was 101-103 degreeC. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was −24 nC / cm 2 .

(3)液晶素子の特性評価
液晶素子サンプル作成後、目標観察および偏光顕微鏡観察により、初期状態での垂直配向性を評価した。その結果、透過率が良好であり、ドメインもほとんど観察されず、広範囲で均一な配向状態を示した。
(3) Characteristic evaluation of liquid crystal element After preparing a liquid crystal element sample, the vertical alignment in an initial state was evaluated by target observation and polarization microscope observation. As a result, the transmittance was good, almost no domain was observed, and a uniform alignment state was exhibited over a wide range.

次に、図8に示す装置を用いて液晶素子の各種特性を測定した。
光源41からの光を、照明角度を設定する光学系(NDフィルタ42、拡散板43、F4.1 50mmレンズ44)と偏光板45を通して、空間周波数100周期/mm(10μmピッチ)の正弦波状濃度分布を有するMTFチャート46に照明した。そして、カメラ47として顕微鏡付き高速度カメラあるいは高精細CCDカメラでMTFチャート46からの透過光が液晶素子10を通ってくる光を観察した。
Next, various characteristics of the liquid crystal element were measured using the apparatus shown in FIG.
The light from the light source 41 passes through an optical system (ND filter 42, diffuser plate 43, F4.1 50mm lens 44) for setting an illumination angle and a polarizing plate 45, and a sinusoidal density with a spatial frequency of 100 periods / mm (10 μm pitch). The MTF chart 46 having a distribution was illuminated. Then, the light transmitted from the MTF chart 46 through the liquid crystal element 10 was observed with a high-speed camera with a microscope or a high-definition CCD camera as the camera 47.

このとき、液晶素子10の駆動周波数を100Hzとした矩形波交流電圧を印加することによって液晶層5の光軸切換えによる光路シフト現象が生じ、MTFチャート46のパターン(MTFパターン)の位置が変位する様子が観察された。このパターンの変位を高速度カメラ47で撮影し、画像を解析することで、応答時間を測定した。なお、最大変位量に対して10%から90%まで変位する時間を応答時間と定義し、電界強度が150V/mmでの応答時間で比較した。   At this time, by applying a rectangular wave AC voltage with a driving frequency of the liquid crystal element 10 of 100 Hz, an optical path shift phenomenon due to switching of the optical axis of the liquid crystal layer 5 occurs, and the position of the pattern (MTF pattern) of the MTF chart 46 is displaced. The situation was observed. The displacement of this pattern was photographed with the high-speed camera 47, and the response time was measured by analyzing the image. The time for displacement from 10% to 90% with respect to the maximum displacement was defined as response time, and the comparison was made with the response time at an electric field strength of 150 V / mm.

また、高速度カメラに代えて高精細CCDカメラを用いた場合、CCDカメラのフレーム周波数と液晶素子10の駆動周波数の違いにより、CCDカメラの画像上ではMTFパターンが比較的ゆっくりと動いて見える。この場合、MTFパターンが片側方向にシフトして静止している状態の画像をコンピュータに取り込み、液晶素子のMTF値を求めた。またMTF値をリファレンス素子によるMTF値で規格化することによって、液晶層5の部分に起因するMTF比を求めた。   When a high-definition CCD camera is used instead of the high-speed camera, the MTF pattern appears to move relatively slowly on the image of the CCD camera due to the difference between the frame frequency of the CCD camera and the driving frequency of the liquid crystal element 10. In this case, an image in which the MTF pattern was shifted in one direction and stopped still was taken into a computer, and the MTF value of the liquid crystal element was obtained. Further, the MTF ratio attributed to the liquid crystal layer 5 was determined by normalizing the MTF value with the MTF value of the reference element.

さらに、MTFパターンの両側の静止位置の比較から光路シフト量を求めた。さらに電界強度を増加させた時、光路シフト量が一定値に飽和する時点の電界から光学軸の飽和電界強度を求めた。   Further, the optical path shift amount was obtained from the comparison of the stationary positions on both sides of the MTF pattern. Further, when the electric field strength was increased, the saturation electric field strength of the optical axis was obtained from the electric field at the time when the optical path shift amount was saturated to a constant value.

本実施例の液晶素子の評価結果を以下に示す。
・応答時間 :1.3msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界 :270V
・MTF比 :0.883(100Hz駆動時)
The evaluation results of the liquid crystal element of this example are shown below.
・ Response time: 1.3 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field: 270V
-MTF ratio: 0.883 (when driving at 100 Hz)

本実施例の液晶は配向性がとてもよく、MTFも0.883と高い。応答時間が1.3msと比較的遅めであり、また、飽和電界強度が270Vと比較的大きいが、垂直配向強誘電性液晶素子として実用的な性能を備えている。   The liquid crystal of this example has very good orientation and MTF is as high as 0.883. Although the response time is relatively slow at 1.3 ms and the saturation electric field strength is relatively large at 270 V, it has practical performance as a vertically aligned ferroelectric liquid crystal element.

(実施例2)
実施例1の液晶素子を光路偏向素子として、図7に示す画像表示装置を作成した。画像表示素子(透過型液晶パネル24)として対角0.9インチXGA(1024×768ドット)のポリシリコンTFT液晶ライトバルブを用いた。このとき、画素ピッチは縦横ともに約18μmであり、画素の開口率は約50%である。また、画像表示素子(透過型液晶パネル24)の光源側にマイクロレンズアレイを設けて照明光の集光率を高める構成とした。本実施例では、光源としてRGB三色のLED光源を用い、上記の一枚の液晶パネル24に照射する光の色を高速に切換えてカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を採用した。
(Example 2)
The image display apparatus shown in FIG. 7 was produced using the liquid crystal element of Example 1 as an optical path deflecting element. A diagonal TFT 0.9 inch XGA (1024 × 768 dots) polysilicon TFT liquid crystal light valve was used as the image display element (transmission type liquid crystal panel 24). At this time, the pixel pitch is about 18 μm both vertically and horizontally, and the aperture ratio of the pixel is about 50%. In addition, a microlens array is provided on the light source side of the image display element (transmission type liquid crystal panel 24) to increase the collection rate of illumination light. In this embodiment, an RGB three-color LED light source is used as a light source, and a so-called field sequential method is adopted in which color display is performed by switching the color of light applied to the one liquid crystal panel 24 at high speed.

本実施例では、画像表示のフレーム周波数を60Hz、ピクセルシフトによる4倍の画素増倍のためのサブフィールド周波数を4倍の240Hzとした。また一つのサブフレーム内をさらに3色分に分割するため、各色に対応した画像を720Hzで切換えた。液晶パネルの各色の画像の表示タイミングに合わせて、対応した色のLED光源をON/OFFすることで、観察者にはフルカラー画像が見えるようになる。   In this embodiment, the frame frequency for image display is 60 Hz, and the subfield frequency for quadruple pixel multiplication by pixel shift is quadruple 240 Hz. Further, in order to further divide one subframe into three colors, images corresponding to the respective colors were switched at 720 Hz. By turning ON / OFF the LED light source of the corresponding color in accordance with the display timing of each color image on the liquid crystal panel, the observer can see a full color image.

本実施例では、実施例1の液晶素子を光路偏向素子20として二組用い、入射側を第一の光路偏向素子、出射側を第二の光路偏向素子とし、互いのライン電極の方向が直交し、画像表示素子(透過型液晶パネル24)の画素の配列方向に一致するように配置した。   In this example, two sets of the liquid crystal elements of Example 1 are used as the optical path deflecting elements 20, the incident side is the first optical path deflecting element, the outgoing side is the second optical path deflecting element, and the directions of the line electrodes are orthogonal to each other. The image display element (transmission type liquid crystal panel 24) is arranged so as to coincide with the pixel arrangement direction.

また本実施例では液晶ライトバルブからの出射光が既に直線偏光であり、その偏光方向が第一の光路偏向素子の光路偏向方向と一致するように配置されているが、光路偏向素子への入射光の偏光度を確実にするために、光路偏向素子20の入射面側に偏光方向制御手段として直線偏光板を設けた。これにより、第一の光偏向素子で偏向されずに直進してしまうノイズ光の発生が防止できる。   Further, in this embodiment, the light emitted from the liquid crystal light valve is already linearly polarized light, and the polarization direction thereof is arranged so as to coincide with the optical path deflection direction of the first optical path deflection element. In order to ensure the degree of polarization of light, a linearly polarizing plate was provided as a polarization direction control means on the incident surface side of the optical path deflecting element 20. Thereby, generation | occurrence | production of the noise light which goes straight without being deflected by the 1st light deflection | deviation element can be prevented.

さらに、第一および第二の光路偏向素子の間に偏光面回転素子を設けた。偏光面回転素子は、つぎのように作成した。すなわち、薄いガラス基板(3cm×4cm、厚さ0.15mm)上にポリイミド系の配向材料をスピンコートし、約0.1μmの配向膜を形成した。ガラス基板のアニール処理後、ラビング処理を行う。二枚のガラス基板の間の周辺部に8μm厚のスペーサを挟み、ラビング方向が直交するように上下基板を張り合わせて空セルを作製する。このセルの中に、誘電率異方性が正のネマチック液晶にカイラル材を適量混合した材料を常圧下で注入し、液晶分子の配向が90度捻じれたTN液晶セルを作成し、これを偏光面回転素子とした。このセルには電極を設けていないため、単なる偏光回転素子として機能する。   Further, a polarization plane rotating element is provided between the first and second optical path deflecting elements. The polarization plane rotating element was prepared as follows. That is, a polyimide-based alignment material was spin-coated on a thin glass substrate (3 cm × 4 cm, thickness 0.15 mm) to form an alignment film having a thickness of about 0.1 μm. A rubbing process is performed after the annealing process of the glass substrate. An empty cell is fabricated by sandwiching an 8 μm thick spacer between the two glass substrates and bonding the upper and lower substrates so that the rubbing directions are orthogonal to each other. In this cell, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy and an appropriate amount of a chiral material mixed with a chiral material is injected under normal pressure to produce a TN liquid crystal cell in which the orientation of liquid crystal molecules is twisted by 90 degrees. A polarization plane rotation element was obtained. Since this cell is not provided with an electrode, it functions as a simple polarization rotation element.

偏光面回転素子の配置に当っては、第一の光路偏向素子から出射した光の偏光面と偏光回転素子の入射面のラビング方向が一致するように、二つの光路偏向手段の間に挟んで配置した。この偏光面回転素子により第一の光路偏向素子からの出射光の偏光面が90度回転し、第二の光路偏向素子の偏向方向に一致するようになる。このようにして作製した第一の光路偏向素子、偏光面回転素子、第二の光路偏向素子からなるピクセルシフト素子を画像表示素子(透過型液晶パネル24)の直後に設置した。   When placing the polarization plane rotation element, the polarization plane of the light emitted from the first optical path deflection element is sandwiched between two optical path deflection means so that the rubbing directions of the incident plane of the polarization rotation element coincide with each other. Arranged. This polarization plane rotating element rotates the polarization plane of the outgoing light from the first optical path deflecting element by 90 degrees to coincide with the deflection direction of the second optical path deflecting element. The pixel shift element composed of the first optical path deflecting element, the polarization plane rotating element, and the second optical path deflecting element thus manufactured was installed immediately after the image display element (transmission type liquid crystal panel 24).

本実施例では、ピクセルシフト素子を駆動する矩形波電圧の電圧を±6kV、周波数を60Hzとし、二枚の縦と横の位相を90度ずらして、4方向に画素シフトするように駆動タイミングを設定した。この条件での光偏向素子のシフト量は6μmであった。   In this embodiment, the rectangular wave voltage for driving the pixel shift element is set to ± 6 kV, the frequency is set to 60 Hz, the vertical and horizontal phases of the two sheets are shifted by 90 degrees, and the drive timing is set so as to shift the pixels in four directions. Set. The shift amount of the light deflection element under this condition was 6 μm.

本実施例では画像表示素子に表示するサブフィールド画像を240Hzで書き換えることで、縦横二方向に見かけ上の画素数が4倍に増倍した高精細画像が表示できた。光路偏向素子の切換え時間は約1.3msecであり、充分な光利用効率が得られた。また、フリッカーなどは観測されなかった。   In this example, the subfield image displayed on the image display element was rewritten at 240 Hz, so that a high-definition image in which the apparent number of pixels was multiplied by four in the vertical and horizontal directions could be displayed. The switching time of the optical path deflecting element was about 1.3 msec, and sufficient light utilization efficiency was obtained. Also, no flicker was observed.

本発明に係る液晶素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the liquid crystal element which concerns on this invention. 図1の液晶素子において電界方向と液晶分子の傾斜方向を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an electric field direction and a tilt direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal element of FIG. 1. カイラルスメクチックC相の液晶分子配列のモデル図である。It is a model figure of the liquid crystal molecular arrangement | sequence of a chiral smectic C phase. 液晶分子の配向状態と光路偏向の原理を示すも模式図である。It is also a schematic diagram showing the alignment state of liquid crystal molecules and the principle of optical path deflection. 本発明に係る液晶素子の別の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the liquid crystal element which concerns on this invention. 図5の液晶素子の透明ライン電極の配列及び接続状態を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence and connection state of the transparent line electrode of the liquid crystal element of FIG. 本発明に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the image display apparatus which concerns on this invention. 液晶素子の特性評価を行う装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the apparatus which performs the characteristic evaluation of a liquid crystal element.

符号の説明Explanation of symbols

1,10 液晶素子
2 基板
3 垂直配向膜
4 電極
4L 透明ライン電極
5 液晶層
5a 液晶分子
6 誘電体層
7 スペーサ
8 抵抗体
20 光路偏向素子
21 光源
22 拡散板
23 コンデンサレンズ
24 透過型液晶パネル
25 投射レンズ
26 スクリーン
27 光源ドライブ部
28 ドライブ部
30 光路偏向素子ドライブ部
41 ランプ
42 NDフィルタ
43 拡散板
44 F1.4 50mmレンズ
45 偏光板
46 MTFチャート
47 顕微鏡カメラ(CCDカメラ)
C 仮想コーン
E 電界
L0 入射直線偏光
Ps 自発分極

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Liquid crystal element 2 Substrate 3 Vertical alignment film 4 Electrode 4L Transparent line electrode 5 Liquid crystal layer 5a Liquid crystal molecule 6 Dielectric layer 7 Spacer 8 Resistor 20 Optical path deflecting element 21 Light source 22 Diffusion plate 23 Condenser lens 24 Transmission type liquid crystal panel 25 Projection lens 26 Screen 27 Light source drive unit 28 Drive unit 30 Optical path deflection element drive unit 41 Lamp 42 ND filter 43 Diffuser plate 44 F1.4 50 mm lens 45 Polarizing plate 46 MTF chart 47 Microscope camera (CCD camera)
C virtual cone E electric field L0 incident linearly polarized light Ps spontaneous polarization

Claims (6)

透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすカイラルスメクチックC相を形成する液晶層と、少なくとも前記液晶層に対して前記基板主面と平行な方向の電界(平行電界)を発生させる電極とを有する液晶素子において、
前記液晶層が、高温側から等方性液体相、ネマチック相、スメクチックA相、スメクチックC相である相系列を有するベース液晶材料に、少なくとも下記一般式(I)のカイラル化合物を含有することを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231166

(式中Rは炭素数が1から15の非置換、または一つが−CNで置換、もしくは少なくとも一つの水素原子がFかClで置換されたアルキル基またはアルケニル基である。また、CH基が−O−,−CO−,−O−CO−,−CO−O,−O−CO−O−であってもよい。
また、式中Aは、1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル、1,2,4−チアジアゾール−3,5−ジイル、であり、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。Z、Z、は互いに独立に−CO−O−,−O−CO−もしくは単結合である。また、m=1,2であり、1≦l≦9である。)
A pair of transparent substrates, a liquid crystal layer forming a chiral smectic C phase having a homeotropic orientation filled between the pair of substrates, and an electric field in a direction parallel to the main surface of the substrate at least with respect to the liquid crystal layer ( In a liquid crystal element having an electrode that generates a parallel electric field)
The liquid crystal layer contains at least a chiral compound of the following general formula (I) in a base liquid crystal material having a phase sequence that is an isotropic liquid phase, a nematic phase, a smectic A phase, and a smectic C phase from the high temperature side. A characteristic liquid crystal element.
Figure 2007231166

(Wherein R 1 is an unsubstituted or substituted alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, or one substituted with —CN, or at least one hydrogen atom substituted with F or Cl. CH 2 The group may be —O—, —CO—, —O—CO—, —CO—O, —O—CO—O—.
In the formula, A 2 represents 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,3,4-thiadiazole-2,5-diyl, 1,2,4. -Thiadiazole-3,5-diyl, wherein one or two hydrogens may be replaced by F. Z 1 and Z 2 are each independently —CO—O—, —O—CO— or a single bond. M = 1, 2 and 1 ≦ l ≦ 9. )
請求項1に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物が下記の式(II)であることを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231166

(式中A,Aは、それぞれ独立に1,4−フェニレン基、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイルから選ばれ、1つか2つの水素がFで置換されていてもよい。
また、式中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。)
2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the chiral compound of the general formula (I) is the following formula (II).
Figure 2007231166

(Wherein A 3 and A 4 are each independently selected from a 1,4-phenylene group, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, and one or two hydrogens are substituted with F. May be.
In the formula, R 2 is an alkyl group or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9. )
請求項2に記載の液晶素子において、前記式(II)のカイラル化合物が下記の式(III)であることを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231166

(式中Rは炭素数が1から15のアルキル基またはアルケニル基であり、1≦l≦9である。)
3. The liquid crystal device according to claim 2, wherein the chiral compound of the formula (II) is the following formula (III).
Figure 2007231166

(Wherein R 3 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 15 carbon atoms, and 1 ≦ l ≦ 9)
請求項1〜3のいずれか一つに記載の液晶素子において、前記ベース液晶材料が少なくとも1種類のフェニルピリミジン化合物を含有することを特徴とする液晶素子。   4. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the base liquid crystal material contains at least one phenylpyrimidine compound. 5. 電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向素子であって、
請求項1〜4のいずれか一つに記載の液晶素子から成り、該液晶素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向素子。
An optical path deflecting element that deflects an optical path of light according to an electrical signal,
5. The liquid crystal device according to claim 1, wherein light incident on the liquid crystal device is linearly polarized light, and a polarization plane of the linearly polarized light is orthogonal to a direction in which a parallel electric field is applied in the device. An optical path deflecting element characterized by shifting the position of the outgoing optical path with respect to the incident optical path in parallel by setting the direction.
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源及び照明装置と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する光路偏向素子を有し、前記光路偏向素子によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態に対応する画像パターンを前記画像表示素子に表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する画像表示装置において、
前記光路偏向素子として、請求項5に記載の光路偏向素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
An image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source and an illumination device that illuminate the image display element, and an image pattern displayed on the image display element An optical device, display driving means formed by a plurality of subfields obtained by dividing an image field in time, and an optical path deflecting element for deflecting an optical path of light emitted from each pixel, and each subfield by the optical path deflecting element An image display device that displays an image pattern corresponding to a state in which the display position is shifted according to the deflection state of the optical path on the image display element, thereby increasing the number of apparent pixels of the image display element. In
An image display device comprising the optical path deflecting element according to claim 5 as the optical path deflecting element.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013073613A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Dic株式会社 Liquid crystal display element
JP5672391B2 (en) * 2011-11-15 2015-02-18 Dic株式会社 Ferroelectric liquid crystal composition and ferroelectric liquid crystal display device
JP2015507672A (en) * 2011-12-29 2015-03-12 蘇州漢朗光電有限公司Halation Photonics Corporation High scattering smectic phase liquid crystal material and display device using the same
US9771517B2 (en) 2012-06-06 2017-09-26 Dic Corporation Liquid-crystal optical modulation element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5871105B2 (en) * 2014-02-14 2016-03-01 Dic株式会社 Light modulation element

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997024351A1 (en) * 1995-12-28 1997-07-10 Hoechst Research & Technology Deutschland Gmbh & Co.Kg Difluorophenyl pyrimidyl pyridine derivatives and the use thereof in liquid crystal mixtures
JP2000505822A (en) * 1995-07-17 2000-05-16 ヘキスト・リサーチ・アンド・テクノロジー・ドイチュラント・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー Ferroelectric liquid crystal mixture
JP2005338804A (en) * 2004-04-30 2005-12-08 Ricoh Co Ltd Optical axis deflection element, optical path deflection element, optical axis deflection method, optical path deflection method, optical axis deflection device, optical path deflection device, picture display device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19731020A1 (en) * 1997-07-18 1999-01-21 Hoechst Ag Ferroelectric liquid crystal display with a wide working temperature range
US7489383B2 (en) * 2005-04-22 2009-02-10 Ricoh Company, Ltd. Optical axis deflecting method, optical axis deflecting element, optical path deflecting unit, method of driving optical axis deflecting element, and image display apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000505822A (en) * 1995-07-17 2000-05-16 ヘキスト・リサーチ・アンド・テクノロジー・ドイチュラント・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー Ferroelectric liquid crystal mixture
WO1997024351A1 (en) * 1995-12-28 1997-07-10 Hoechst Research & Technology Deutschland Gmbh & Co.Kg Difluorophenyl pyrimidyl pyridine derivatives and the use thereof in liquid crystal mixtures
JP2005338804A (en) * 2004-04-30 2005-12-08 Ricoh Co Ltd Optical axis deflection element, optical path deflection element, optical axis deflection method, optical path deflection method, optical axis deflection device, optical path deflection device, picture display device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN7012000452; Proceedings SPIE The International Society for Optical Engineering 1665, 1992, 128-133 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5672391B2 (en) * 2011-11-15 2015-02-18 Dic株式会社 Ferroelectric liquid crystal composition and ferroelectric liquid crystal display device
JPWO2013073572A1 (en) * 2011-11-15 2015-04-02 Dic株式会社 Ferroelectric liquid crystal composition and ferroelectric liquid crystal display device
WO2013073613A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Dic株式会社 Liquid crystal display element
JP5505566B2 (en) * 2011-11-18 2014-05-28 Dic株式会社 Liquid crystal display element
JP2015507672A (en) * 2011-12-29 2015-03-12 蘇州漢朗光電有限公司Halation Photonics Corporation High scattering smectic phase liquid crystal material and display device using the same
JP2018070889A (en) * 2011-12-29 2018-05-10 蘇州漢朗光電有限公司Halation Photonics Corporation High scattering smectic phase liquid crystal material and display device using the same
US9771517B2 (en) 2012-06-06 2017-09-26 Dic Corporation Liquid-crystal optical modulation element

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