JP2007231167A - 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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal element that exhibits excellent orienting properties, permits drive of an optical axis in a low electric field and exhibits excellent response and/or optical properties, 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 two chiral compounds. <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 with respect to the optical path deflection due to the parallel shift is referred to as “shift amount”, and the amount of rotation with respect to the optical path deflection due to rotation as the “rotation angle”. 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.

また、自発分極が大きく配向性の優れた強誘電液晶混合物および表示素子として、カイラル化合物の添加量やカイラル化合物の種類の数と相対濃度、混合物のネマチック(N)相のらせんピッチなどを調整する方法などが提案されている(特許文献10参照)。本文献では平面配向の表面安定型強誘電液晶を用いた表示素子を対象としている。 In addition, for ferroelectric liquid crystal mixtures and display devices with large spontaneous polarization and excellent orientation, the amount of chiral compound added, the number and relative concentration of chiral compounds, and the helical pitch of the nematic (N * ) phase of the mixture are adjusted. And the like have been proposed (see Patent Document 10). In this document, a display element using a plane-aligned surface stable ferroelectric liquid crystal is targeted.

一般に表面安定型強誘電液晶素子では、その配向均一性(単一平面配向:らせんがほどけたモノドメイン配向)、高速応答、及び良好なコントラストを得るために液晶厚みを約2μm程度に設定し、特に単一平面配向を実現するために、ネマチック(N)相中での螺旋ピッチを液晶層の厚さの約5倍以上、すなわち約10μm以上にする必要があることが明記されている。また、そのような条件を満たすためのドーピング剤の添加方法について例示されている。さらに通常よりも更に厚い層、例えばゲスト・ホストモードで作動される表示装置の場合には、螺旋ピッチが相対的に更に大きくならなければならないことが記載されており、本文献の混合物による螺旋ピッチを大きくする効果の有効性が示されている。また、表面安定型素子の使用温度範囲では、厚みに比べて螺旋ピッチが十分に大きいため、スメクチックC相での螺旋ピッチの大小が素子の動作に影響することは殆ど無い。 In general, in a surface stable ferroelectric liquid crystal element, the liquid crystal thickness is set to about 2 μm in order to obtain alignment uniformity (single plane alignment: monodomain alignment with a spiral), fast response, and good contrast. In particular, it is specified that the helical pitch in the nematic (N * ) phase needs to be about 5 times the thickness of the liquid crystal layer, that is, about 10 μm or more in order to realize a single plane alignment. Moreover, it illustrates about the addition method of the doping agent for satisfy | filling such conditions. In addition, it is stated that in the case of display layers operated in a thicker layer than usual, for example in guest-host mode, the helical pitch must be relatively larger, and the helical pitch by the mixture of this document is described. The effectiveness of the effect of increasing the value is shown. Further, since the helical pitch is sufficiently larger than the thickness in the operating temperature range of the surface stable type element, the size of the helical pitch in the smectic C phase hardly affects the operation of the element.

一方、本発明の光路偏向素子として用いる液晶素子のように、カイラルスメクチックC相が垂直配向(らせんのほどけていない配向)しており、その液晶層の厚みが数十μm程度と非常に厚い液晶素子の場合、上記のような表面安定型用の液晶材料の設計思想は当てはまらない。   On the other hand, as in the liquid crystal element used as the optical path deflecting element of the present invention, the chiral smectic C phase is vertically aligned (alignment not untwisted by a helix) and the liquid crystal layer has a very thick liquid crystal thickness of about several tens of μm. In the case of an element, the design concept of the above-described surface-stable liquid crystal material does not apply.

すなわち、特許文献10のように単にネマチック(N)相の螺旋ピッチの調整による配向性向上や自発分極増大の効果だけでは不十分であり、実使用温度範囲でのスメクチックC相の螺旋ピッチの最適化による素子特性の向上が重要である。例えば、ネマチック(N)相の螺旋ピッチが十分長い液晶混合物を用いた場合、スメクチックC相での螺旋ピッチも長くなる傾向がある。このような材料で液晶層の厚みが数十μm程度と非常に厚い垂直配向液晶素子を構成すると、必ずしも配向均一性がとれず、また、動作時に液晶ドメインが発生しやすくなるため、ドメイン壁での光散乱による特性劣化を生じる。 That is, as described in Patent Document 10, it is not sufficient to simply improve the orientation by adjusting the helical pitch of the nematic (N * ) phase or increase the spontaneous polarization, and the spiral pitch of the smectic C phase in the actual operating temperature range is insufficient. It is important to improve device characteristics by optimization. For example, when a liquid crystal mixture having a sufficiently long helical pitch in the nematic (N * ) phase is used, the helical pitch in the smectic C phase tends to be long. When a vertical alignment liquid crystal element having a very thick liquid crystal layer of about several tens of μm with such a material is used, alignment uniformity is not necessarily obtained, and liquid crystal domains are easily generated during operation. Deterioration of characteristics due to light scattering.

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 特許第3034024号公報Japanese Patent No. 3034024 「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、p198“Crystal optics”, Applied Physics Society, Optical Society, p198

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、低電界で光学軸の駆動が可能であり、また応答性及び/又は光学特性に優れた液晶素子を提供し、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、前記光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 is excellent in orientation, can drive an optical axis with a low electric field, and has excellent response and / or optical characteristics. It is an object of the present invention to provide an optical path deflecting element comprising the liquid crystal element and capable of parallel-shifting the transmitted optical path at high speed. It is another object of the present invention 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 optical path deflecting 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)のカイラル化合物および下記一般式(II)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. A liquid crystal element comprising a base liquid crystal material having a phase series which is a smectic C phase and containing at least a chiral compound of the following general formula (I) and a chiral compound of the following general formula (II).

Figure 2007231167

(式中、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基を表す。なお、式中の*はカイラル中心を表す。また、h,jは0か1か2、i,kは0か1、lは0か1か2、ただしhとjが同時もしくは片方が0の時iは0、lが0の時kは0、またh + j + lは2もしくは3である。
また、式中A,Aは式(a)から選択される基を示し、Aは式(b)から選択される基を示す。
また、B,Bは-CO-O-、 -O-CO-、 -CHO-、OCH-である。)
Figure 2007231167

(In the formula, R 1 represents a linear alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 2 represents an optionally branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms. The * in the middle represents the chiral center, and h and j are 0, 1 or 2, i, k is 0 or 1, l is 0 or 1 or 2, if h and j are the same or one is 0 Is 0, and when l is 0, k is 0, and h + j + l is 2 or 3.
In the formula, A 1 and A 2 represent a group selected from the formula (a), and A 3 represents a group selected from the formula (b).
B 1 and B 2 are —CO—O—, —O—CO—, —CH 2 O—, and OCH 2 —. )

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167

(式中、Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、RおよびRは炭素数が3から5の直鎖状のアルキル基、もしくは末端同士が結合した六員環以上の環状構造のアルキル基を表す。A,A,A,B,B,h,i,j,k,lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)と同じであっても異なっても良い。)
Figure 2007231167

(Wherein R 3 represents an optionally branched alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 4 and R 5 are linear alkyl groups having 3 to 5 carbon atoms, or terminal groups. Represents an alkyl group having a cyclic structure of 6 or more members bonded to each other, wherein A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l are the same as defined in the formula (I). And each may independently be the same as or different from formula (I).)

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、前記液晶層にさらに下記一般式(III)のカイラル化合物を添加した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 element according to claim 1, a chiral compound of the following general formula (III) is further added to the liquid crystal layer. It is a liquid crystal element.

Figure 2007231167

(式中、A,A,A,B,B,h,i,j,k,lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)または式(II)と同じであっても異なっても良い。Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基あるいはアルコキシ基または前記Y基であり、R7は炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基を表す。)
Figure 2007231167

(In the formula, A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l have the same definition as in the above formula (I), and each independently represents formula (I) or formula ( II) may be the same as or different from R), R 6 is an optionally branched alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, or the Y group, and R 7 is 3 to 12 carbon atoms. Represents an alkyl group which may be branched.)

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、前記一般式(I)のカイラル化合物が下記の式(IV)であり、かつ、前記一般式(II)のカイラル化合物が下記の式(V)であり、かつ、前記一般式(III)のカイラル化合物が下記の式(VI)であることを特徴とする液晶素子である。   Further, the invention of claim 3 provided to solve the above problem is that in the liquid crystal device according to claim 2, the chiral compound of the general formula (I) is represented by the following formula (IV), and The liquid crystal device is characterized in that the chiral compound of the general formula (II) is the following formula (V), and the chiral compound of the general formula (III) is the following formula (VI).

Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。またMはメソゲニック芳香族単位(メソゲン基)であり、式(c)から選択される基を示す。)
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 1 is a mesogenic aromatic unit (mesogenic group), and a group selected from the formula (c)). Show.)

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167

(式中、nは3から12の整数である。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)と同じであっても異なってもよい。)
Figure 2007231167

(In the formula, n is an integer of 3 to 12. M 1 has the same definition as in the formula (IV) and may be the same as or different from the formula (IV).)

Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VI)でのnとmとは互いに独立した数値でも良い。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)または式(V)と同じであっても異なってもよい。)
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VI) may be independent values). M 1 has the same definition as in formula (IV) and may be the same as or different from formula (IV) or formula (V).

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3に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物として下記の式(VII)の化合物をさらに添加したことを特徴とする液晶素子である。   Further, the invention of claim 4 provided to solve the above-described problem is the liquid crystal device according to claim 3, wherein a compound of the following formula (VII) is further added as the chiral compound of the general formula (I): This is a liquid crystal element.

Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。またMはメソゲニック芳香族単位(メソゲン)であり、式(d)から選択される基を示す。)
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 2 is a mesogenic aromatic unit (mesogen) and represents a group selected from the formula (d)). .)

Figure 2007231167
Figure 2007231167

また、前記課題を解決するために提供する請求項5の発明は、請求項2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前記の式(IV)であり、かつ、前記一般式(II)のカイラル化合物が前記の式(V)であり、かつ、前記一般式(III)のカイラル化合物が下記の式(VIII)であることを特徴とする液晶素子である。   Further, the invention of claim 5 provided to solve the above problem is that in the liquid crystal device according to claim 2, the chiral compound of the general formula (I) is the formula (IV), and The liquid crystal device is characterized in that the chiral compound of the general formula (II) is the above formula (V) and the chiral compound of the general formula (III) is the following formula (VIII).

Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VIII)でのnとmとは互いに独立した数値でも良い。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)または式(V)と同じであっても異なってもよい。)
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VIII) may be independent values). M 1 has the same definition as in formula (IV) and may be the same as or different from formula (IV) or formula (V).

また、前記課題を解決するために提供する請求項6の発明は、請求項5に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物として前記の式(VII)の化合物をさらに添加したことを特徴とする液晶素子である。   The invention of claim 6 provided to solve the above-described problem further adds the compound of the formula (VII) as the chiral compound of the general formula (I) in the liquid crystal device according to claim 5. This is a liquid crystal element.

また、前記課題を解決するために提供する請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の液晶素子において、前記液晶層中に含有されるカイラル化合物の比率が15重量%以上、40重量%以下であることを特徴とする液晶素子である。   Further, the invention of claim 7 provided to solve the above-mentioned problem is that in the liquid crystal element according to any one of claims 1 to 6, the ratio of the chiral compound contained in the liquid crystal layer is 15 wt. % Or more and 40% by weight or less.

また、前記課題を解決するために提供する請求項8の発明は、請求項1〜7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。   The invention of claim 8 provided to solve the above-mentioned problem is the liquid crystal element according to any one of claims 1 to 7, wherein the base liquid crystal material contains at least a phenylpyrimidine compound. A liquid crystal element.

前記課題を解決するために提供する請求項9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1〜8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 9 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 claim 1. 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10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9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 10 provided to solve the above-mentioned problem is an image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, and 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 device that displays an image by multiplying the apparent number of pixels, wherein the optical path deflecting element according to claim 9 is provided as the optical path deflecting element. It is a device.

本発明の効果として、請求項1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、光散乱が防止できる。また、光学軸チルト角の飽和電界強度が比較的小さな液晶層が得られ、低電界でも十分な光学軸のチルト角が得られる。
請求項2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、光散乱が防止できる。また、光学軸チルト角の飽和電界強度が比較的小さく、かつ、応答性に優れた液晶素子が得られる。
請求項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、光散乱が防止できる。また、液晶層の自発分極を大きくすることが出来、応答性に非常に優れた液晶素子が得られる。
請求項4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、光散乱が防止できる。また、光学軸チルト角の飽和電界強度が非常に小さく、かつ、応答性に非常に優れた液晶素子が得られる。特に、メソゲン基として2,5−ジフェニルピリミジン基を用いた場合、飽和電界が小さくなる効果が顕著である。
請求項5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、光散乱が防止できる。また、光学軸チルト角の飽和電界強度が非常に小さく、かつ、電界駆動時のMTF特性が非常に優れた液晶素子が得られる。
請求項6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、光散乱が防止できる。また、応答時間が非常に短く、かつ、電界駆動時のMTF特性が非常に優れた液晶素子が得られる。特に、式(VII)のメソゲン基として2,5−ジフェニルピリミジン基を用いた場合、垂直配向性と応答性が向上する効果が顕著である。
請求項7の発明によれば、カイラル化合物比率を15重量%以上にすることで自発分極が大きくなり、応答時間が1.0ms以下と高速にできる。また、40重量%以下にすることで相分離による白濁発生などの光学特性の悪化を防止することが出来る。
請求項8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が得られる。
請求項9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10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 invention of claim 1, 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. In addition, a liquid crystal layer having a relatively small saturation electric field intensity at the optical axis tilt angle can be obtained, and a sufficient optical axis tilt angle can be obtained even at a low electric field.
According to the invention of claim 2, 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. In addition, a liquid crystal element having a relatively small saturation electric field intensity at the optical axis tilt angle and excellent response can be obtained.
According to the invention of claim 3, 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. In addition, the spontaneous polarization of the liquid crystal layer can be increased, and a liquid crystal element with excellent response can be obtained.
According to the invention of claim 4, 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. In addition, a liquid crystal element having a very small saturation electric field intensity at the optical axis tilt angle and excellent response can be obtained. In particular, when a 2,5-diphenylpyrimidine group is used as the mesogenic group, the effect of reducing the saturation electric field is remarkable.
According to the invention of claim 5, 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. In addition, a liquid crystal element having a very small saturation electric field strength at the optical axis tilt angle and excellent MTF characteristics during electric field driving can be obtained.
According to the invention of claim 6, 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. In addition, a liquid crystal element having a very short response time and excellent MTF characteristics during electric field driving can be obtained. In particular, when a 2,5-diphenylpyrimidine group is used as the mesogenic group of the formula (VII), the effect of improving the vertical alignment and responsiveness is remarkable.
According to the seventh aspect of the present invention, when the chiral compound ratio is 15% by weight or more, the spontaneous polarization is increased, and the response time can be as high as 1.0 ms or less. Moreover, deterioration of optical characteristics, such as generation of white turbidity due to phase separation, can be prevented by setting it to 40% by weight or less.
According to the invention of claim 8, a stable smectic phase is formed near room temperature, and a liquid crystal layer having a low viscosity and a high-speed response can be obtained.
According to invention of Claim 9, the optical path which permeate | transmits is shifted in parallel with the inclination direction inversion operation | movement of the optical axis tilt angle of a 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 10, since the optical path deflecting element having good orientation and excellent high-speed response is used, the optical path can be deflected at high speed corresponding to the subfield image, and 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 formed 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. 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、少なくとも下記一般式(I)のカイラル化合物および一般式(II)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 following general formula (I) and a chiral compound of the general formula (II).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(I)中、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基を表す。なお、式中の*はカイラル中心を表す。また、h、jは0か1か2、i、kは0か1、lは0か1か2、ただしhとjが同時もしくは片方が0の時iは0、lが0の時kは0、またh + j + lは2もしくは3である。特にRの炭素数は3から5が好ましい。
また、式中A,Aは式(a)から選択される基を示し、Aは式(b)から選択される基を示す。また、B,Bは-CO-O-、 -O-CO-、 -CHO-、OCH-である。
In formula (I), R 1 represents a linear alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 2 represents a linear alkyl group having 3 to 12 carbon atoms. In addition, * in a formula represents a chiral center. H and j are 0 or 1 or 2, i and k are 0 or 1, l is 0 or 1 or 2, but when h and j are simultaneous or one is 0, i is 0, and l is 0 Is 0, and h + j + l is 2 or 3. R 2 preferably has 3 to 5 carbon atoms.
In the formula, A 1 and A 2 represent a group selected from the formula (a), and A 3 represents a group selected from the formula (b). B 1 and B 2 are —CO—O—, —O—CO—, —CH 2 O—, and OCH 2 —.

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(II)中、A、A、A、B、B、h、i、j、k、lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)と同じであっても異なっても良く、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、RおよびRは炭素数が3から5の直鎖状のアルキル基、もしくは末端同士が結合した六員環以上の環状構造のアルキル基を表す。特に、A、A、Aのいずれかがピリミジン環であり、i、kが0であることが好ましい。 In the formula (II), A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l have the same definitions as in the formula (I), and each independently represents the formula (I) R 3 represents a linear alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 4 and R 5 represent a linear alkyl group having 3 to 5 carbon atoms. Represents an alkyl group having a cyclic structure of 6 or more members in which the groups or ends are bonded to each other. In particular, any of A 1 , A 2 , and A 3 is a pyrimidine ring, and i and k are preferably 0.

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.

前記式(I)のエポキシドエステル基は、カイラル中心はR配置で、シス体である。プラスの自発分極を誘起し、ネマチック(N)相において右巻きの螺旋方向を誘起する性質を有する。同様な構造のトランス体は自発分極の発現効果が比較的小さく、シス体の方が、効果が大きく、より好ましい。 The epoxide ester group of the above formula (I) has a cis isomer with the R center at the chiral center. It has the property of inducing positive spontaneous polarization and inducing a right-handed spiral direction in the nematic (N * ) phase. A trans isomer having a similar structure has a relatively small effect on the expression of spontaneous polarization, and the cis isomer is more effective and more preferable.

一方、式(II)のジオキソランエーテル基は、カイラル中心はS配置で、トランス体である。プラスの自発分極を誘起し、ネマチック(N)相において左巻きの螺旋方向を誘起する性質を有する。すなわち、式(II)の添加は式(I)の螺旋を巻こうとする効果を打ち消す効果があるが、自発分極の極性は同一であるため、式(I)と式(II)の添加量の比率を適宜調整することで、大きな自発分極を維持したまま、ネマチック(N)相での螺旋ピッチを短めから長めまで調整することができる。 On the other hand, in the dioxolane ether group of the formula (II), the chiral center has an S configuration and is a trans isomer. It has the property of inducing positive spontaneous polarization and inducing a left-handed spiral direction in the nematic (N * ) phase. That is, the addition of the formula (II) has the effect of canceling the effect of winding the spiral of the formula (I), but since the polarities of the spontaneous polarization are the same, the addition amount of the formula (I) and the formula (II) By appropriately adjusting the ratio, the helical pitch in the nematic (N * ) phase can be adjusted from short to long while maintaining a large spontaneous polarization.

ネマチック(N)相での螺旋ピッチは、液晶素子作製時の配向性に影響すると考えられ、各素子の特性にあわせて最適なピッチを設定することで、確実に配向性に優れた液晶素子が得られる。また、式(I)と式(II)の組合せよってカイラルスメクチックC相での螺旋ピッチも調整することが出来る。カイラルスメクチックC相での螺旋ピッチが短いと、液晶素子を駆動状態から停止した状態での液晶層にドメイン構造が発生し難くなるが、光学軸チルト角の飽和電界強度が大きくなる傾向がある。一方、カイラルスメクチックC相での螺旋ピッチが長いと、光学軸チルト角の飽和電界強度が小さくなる傾向があるが、液晶素子を駆動状態から停止した状態での液晶層にドメイン構造が発生し易くなる。 The helical pitch in the nematic (N * ) phase is thought to affect the alignment during the production of liquid crystal elements. By setting the optimal pitch according to the characteristics of each element, the liquid crystal element has excellent reliability Is obtained. Further, the helical pitch in the chiral smectic C phase can be adjusted by the combination of the formulas (I) and (II). When the helical pitch in the chiral smectic C phase is short, a domain structure is hardly generated in the liquid crystal layer when the liquid crystal element is stopped from the driving state, but the saturation electric field strength of the optical axis tilt angle tends to increase. On the other hand, if the helical pitch in the chiral smectic C phase is long, the saturation electric field strength of the optical axis tilt angle tends to decrease, but a domain structure is likely to occur in the liquid crystal layer when the liquid crystal element is stopped from the driven state. Become.

本発明の液晶素子では、配向の安定性を確保するために、カイラルスメクチックC相の螺旋ピッチが液晶層厚みよりも短いことが好ましい。各素子の特性にあわせて最適なピッチを設定することで、配向の安定性に優れ、光学軸チルト角の飽和電界強度が比較的小さな液晶層が得られ、低電界でも十分な光学軸のチルト角が得られる。   In the liquid crystal element of the present invention, it is preferable that the spiral pitch of the chiral smectic C phase is shorter than the thickness of the liquid crystal layer in order to ensure alignment stability. By setting the optimal pitch according to the characteristics of each element, a liquid crystal layer with excellent alignment stability and a relatively small saturation electric field strength at the optical axis tilt angle can be obtained, and sufficient optical axis tilt can be achieved even at low electric fields. A corner is obtained.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、前記第1の実施形態の液晶素子において、液晶層にさらに下記一般式(III)のカイラル化合物を添加する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a chiral compound of the following general formula (III) is further added to the liquid crystal layer in the liquid crystal element of the first embodiment.

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(III)中、A、A、A、B、B、h、i、j、k、lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)または式(II)と同じであっても異なっても良く、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基あるいはアルコキシ基または前記Y基であり、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基を表す。特にRの炭素数は3から5が好ましい。 In formula (III), A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l have the same definitions as those in formula (I), and each independently represents formula (I) or It may be the same as or different from formula (II), R 6 is a linear alkyl group having 3 to 12 carbon atoms or an alkoxy group or the Y group, and R 7 is 3 to 12 carbon atoms. Represents a linear alkyl group. R 7 preferably has 3 to 5 carbon atoms.

式(III)のY基で示したエポキシドエーテル基は、カイラル中心はS配置で、トランス体である。プラスの自発分極を誘起し、ネマチック(N)相において左巻きの螺旋方向を誘起する性質を有する。したがって、上記式(I)との組合せにおいて、特にネマチック(N)相での螺旋ピッチ調整用として効果がある。この構造では、自発分極の発現効果は比較的小さいが、式(I)のようなシス体のエステル系と式(III)のようなトランス体のエーテル系の組合せによって、他の物性値の変化を少なくしたまま、ネマチック(N)相での螺旋ピッチの調整が可能となる。式(I)と式(II)のカイラル化合物に更に式(III)のカイラル化合物を添加することで、自発分極が大きく応答性に優れ、配向性に優れた液晶素子が得られる。 The epoxide ether group represented by the Y group in the formula (III) has a chiral center in the S configuration and is a trans isomer. It has the property of inducing positive spontaneous polarization and inducing a left-handed spiral direction in the nematic (N * ) phase. Therefore, the combination with the above formula (I) is particularly effective for adjusting the helical pitch in the nematic (N * ) phase. In this structure, the effect of spontaneous polarization is relatively small. However, the combination of a cis ester system such as formula (I) and a trans ether group such as formula (III) changes other physical property values. It is possible to adjust the helical pitch in the nematic (N * ) phase while reducing the amount of. By adding the chiral compound of the formula (III) to the chiral compounds of the formulas (I) and (II), a liquid crystal element having a large spontaneous polarization and excellent responsiveness and excellent orientation can be obtained.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、前記第2の実施の形態の液晶素子において、一般式(I)のカイラル化合物が下記式(IV)であり、かつ、一般式(II)のカイラル化合物が下記式(V)であり、かつ、一般式(III)のカイラル化合物が下記式(VI)である。
(Third embodiment)
In the third embodiment, in the liquid crystal element of the second embodiment, the chiral compound of the general formula (I) is the following formula (IV), and the chiral compound of the general formula (II) is the following formula The chiral compound of the general formula (III) that is (V) is the following formula (VI).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(IV)中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。また、式(V)中、nは3から12の整数である。さらに、式(VI)中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VI)でのnとmと互いに独立した数値でも良い。また式(IV),(V),(VI)中、Mはメソゲニック芳香族単位(メソゲン基)であり、下記式(c)から選択される基を示す。 In formula (IV), n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. In the formula (V), n is an integer of 3 to 12. Further, in the formula (VI), n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VI) may be numerical values independent of each other. In formulas (IV), (V), and (VI), M 1 is a mesogenic aromatic unit (mesogenic group), which represents a group selected from the following formula (c).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(IV)のメソゲン基としてフェニルピリミジン基を用い、特にベース液晶材料のピリミジン環の向きと同一のものを用いると、比較的相溶性が良くなり、結晶化防止など液晶層の安定性向上に効果があると考えられる。また、式(V)ではカイラル部位の末端がシクロヘキサン構造であることが特徴である。分子構造との関連は明らかではないが、この式(V)の使用によって垂直配向性の向上と維持に効果がある。さらに式(VI)ではカイラル中心を2つ有するため大きな自発分極を誘発する効果がある。したがって、自発分極を更に大きくすることが出来、応答性に非常に優れた液晶素子が得られる。   When a phenylpyrimidine group is used as the mesogenic group of formula (IV) and the same orientation as the pyrimidine ring of the base liquid crystal material is used, the compatibility is improved and the stability of the liquid crystal layer is improved, such as prevention of crystallization. It is considered effective. In addition, the formula (V) is characterized in that the end of the chiral moiety has a cyclohexane structure. Although the relationship with the molecular structure is not clear, the use of this formula (V) is effective in improving and maintaining the vertical alignment. Furthermore, since the formula (VI) has two chiral centers, it has the effect of inducing large spontaneous polarization. Therefore, the spontaneous polarization can be further increased, and a liquid crystal element with excellent response can be obtained.

(第4の実施の形態)
第4の実施の形態では、前記第3の実施の形態の液晶素子において、一般式(I)の別なカイラル化合物として式(VII)の化合物をさらに添加する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, in the liquid crystal device of the third embodiment, a compound of formula (VII) is further added as another chiral compound of general formula (I).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(VII)中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。またMはメソゲニック芳香族単位(メソゲン基)であり、下記式(d)から選択された基を示す。 In formula (VII), n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 2 is a mesogenic aromatic unit (mesogenic group) and represents a group selected from the following formula (d).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(VII)はメソゲン基が三環構造であり、一般には添加により相転移温度を向上させる効果がある。本発明では、特に、式(VII)のメソゲン基として、2,5−ジフェニルピリミジン基を用いた場合、飽和電界が小さくなる効果が顕著である。この原因は明らかではないが、他のカイラル化合物との相互作用による特異的な効果であると考えられる。これにより、光学軸チルト角の飽和電界強度が非常に小さく、かつ、応答性に非常に優れた液晶素子が得られる。   In formula (VII), the mesogenic group has a tricyclic structure, and generally has the effect of improving the phase transition temperature by addition. In the present invention, in particular, when a 2,5-diphenylpyrimidine group is used as the mesogenic group of the formula (VII), the effect of reducing the saturation electric field is remarkable. The cause of this is not clear, but it is thought to be a specific effect due to interaction with other chiral compounds. As a result, a liquid crystal element having a very small saturation electric field strength at the optical axis tilt angle and a very excellent response can be obtained.

(第5の実施の形態)
第5の実施の形態では、前記第2の実施の形態の液晶素子において、一般式(I)のカイラル化合物が前記の式(IV)であり、かつ、一般式(II)のカイラル化合物が前記の式(V)であり、ここまでは前述の第3の形態と類似しているが、一般式(III)のカイラル化合物が下記式(VIII)であることが特徴である。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, in the liquid crystal element of the second embodiment, the chiral compound of the general formula (I) is the formula (IV), and the chiral compound of the general formula (II) is The formula (V) is similar to the above-described third embodiment, but is characterized in that the chiral compound of the general formula (III) is the following formula (VIII).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(VIII)中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VIII)でのnとmと互いに独立した数値でも良い。Mはメソゲン基であり、前述したメソゲン基と同じものを用いることが出来る。 In formula (VIII), n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VIII) may be numerical values independent of each other. M 1 is a mesogenic group, and the same mesogenic group as described above can be used.

式(VIII)は、前述の式(VI)の構造と比べると、カイラル中心部が1つである点が異なる。そのため自発分極を誘発する効果は比較的小さいが、特に、式(VIII)のメソゲン基としてフェニルピリミジン基を用いた場合、他のカイラル化合物やベース液晶材料と類似した構造であるため、相溶性が良く、配向性が向上する効果がある。特に、液晶素子を駆動中の光学特性であるMTF特性(Modulation Transfer Function:変調伝達関数)が向上する効果がある。   Formula (VIII) differs from the structure of formula (VI) described above in that there is one chiral center. Therefore, the effect of inducing spontaneous polarization is relatively small, but in particular, when a phenylpyrimidine group is used as the mesogenic group of formula (VIII), the structure is similar to other chiral compounds and base liquid crystal materials, so compatibility is improved. It has the effect of improving the orientation. In particular, the MTF characteristic (Modulation Transfer Function) which is an optical characteristic during driving of the liquid crystal element is improved.

(第6の実施の形態)
第6の実施の形態では、前記第5の実施の形態の液晶素子において、一般式(I)の別なカイラル化合物として前記の式(VII)をさらに添加する。この式(VII)中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。Mはメソゲン基であり、前述したものを用いることが出来る。
(Sixth embodiment)
In the sixth embodiment, the formula (VII) is further added as another chiral compound of the general formula (I) in the liquid crystal element of the fifth embodiment. In this formula (VII), n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 2 is a mesogenic group, and those described above can be used.

式(VII)はメソゲン基が三環構造であり、一般には添加により相転移温度を向上させる効果がある。本発明では、特に、式(VII)のメソゲン基として2,5−ジフェニルピリミジン基を用いた場合、垂直配向性と応答性が向上する効果が顕著である。配向性の向上の原因は明らかではないが、自発分極増加の効果により応答性が非常に向上したと考えられる。但し、前述の第4の実施形態での効果とは反対に飽和電界が大きくなる傾向が見られた。この原因は明らかではないが、他のカイラル化合物との相互作用が効いているため、同一の化合物を添加しても異なる効果が生じていると考えられる。垂直配向性が良好で、かつ応答時間が非常に短く、かつ、電界駆動時のMTF特性が非常に優れた液晶素子が得られる。   In formula (VII), the mesogenic group has a tricyclic structure, and generally has the effect of improving the phase transition temperature by addition. In the present invention, in particular, when a 2,5-diphenylpyrimidine group is used as the mesogenic group of the formula (VII), the effect of improving the vertical alignment and responsiveness is remarkable. The cause of the improvement in the orientation is not clear, but it is considered that the responsiveness has been greatly improved by the effect of increasing the spontaneous polarization. However, there was a tendency for the saturation electric field to increase, contrary to the effect of the fourth embodiment described above. Although the cause of this is not clear, it is considered that different effects occur even when the same compound is added because the interaction with other chiral compounds is effective. A liquid crystal element having excellent vertical alignment, a very short response time, and excellent MTF characteristics during electric field driving can be obtained.

(第7の実施の形態)
第7の実施の形態では、前記第1の実施の形態から第6の実施の形態の液晶素子において、液晶層中に含有されるカイラル化合物の比率が15重量%以上、40重量%以下である。
(Seventh embodiment)
In the seventh embodiment, in the liquid crystal elements of the first to sixth embodiments, the ratio of the chiral compound contained in the liquid crystal layer is 15 wt% or more and 40 wt% or less. .

前述のようなカイラル化合物比率が15重量%未満の場合、すなわちベース液晶が85重量%以上の場合、自発分極が小さくなり、応答時間が1.0msec以上に低下しまう。応答時間が1.0msecよりも長いのでは強誘電性液晶材料の特徴を活かしていない。そこでカイラル化合物比率を15重量%以上すなわちベース液晶が85重量%未満にすることで、自発分極が40nC/cm程度よりも大きくなり、液晶素子の応答時間が1.0ms以下と高速にできる。しかし、高速化のためにカイラル化合物を増やし過ぎると相分離や結晶化による白濁などの副作用が発生してしまう。そこで、カイラル40重量%以下にすることで白濁発生などの、液晶素子の光学特性の悪化を防止することが出来る。 When the chiral compound ratio is less than 15% by weight, that is, when the base liquid crystal is 85% by weight or more, the spontaneous polarization becomes small and the response time is lowered to 1.0 msec or more. If the response time is longer than 1.0 msec, the characteristics of the ferroelectric liquid crystal material are not utilized. Therefore, when the chiral compound ratio is 15% by weight or more, that is, the base liquid crystal is less than 85% by weight, the spontaneous polarization becomes larger than about 40 nC / cm 2 and the response time of the liquid crystal element can be increased to 1.0 ms or less. However, if the number of chiral compounds is increased too much for speeding up, side effects such as phase separation and white turbidity due to crystallization will occur. Therefore, when the chiral content is 40% by weight or less, deterioration of the optical characteristics of the liquid crystal element such as generation of white turbidity can be prevented.

また、更に好ましくは液晶層中に含有されるカイラル化合物の比率が20重量%以上、40重量%以下である。カイラル化合物比率を20重量%以上にすることで、自発分極が更に大きくなり、液晶素子の応答時間が0.5ms以下と高速にできる。   More preferably, the ratio of the chiral compound contained in the liquid crystal layer is 20% by weight or more and 40% by weight or less. By setting the chiral compound ratio to 20% by weight or more, the spontaneous polarization is further increased, and the response time of the liquid crystal element can be as high as 0.5 ms or less.

(第8の実施の形態)
第8の実施の形態では、前記第1の実施の形態から第7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フェニルピリミジン化合物を含有する。
(Eighth embodiment)
In the eighth embodiment, in the liquid crystal elements of the first to seventh embodiments, the base liquid crystal material contains at least a phenylpyrimidine compound.

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(e),(f)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 (e) and (f).

Figure 2007231167
Figure 2007231167

Figure 2007231167
Figure 2007231167

式(e)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 the formula (e), 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8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 eighth embodiments. 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。
なお、本実施例では、液晶材料として添加するカイラル化合物は下記表1の化合物から選択して使用した。
Hereinafter, examples in which the present invention is actually implemented will be described.
In this example, the chiral compound added as the liquid crystal material was selected from the compounds shown in Table 1 below.

Figure 2007231167
Figure 2007231167

(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。
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2に示した組成比で混合したベース液晶 :87wt%
・式(I)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物A: 4wt%
および 化合物B: 5wt%
・式(II)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 4wt%
(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 2 below: 87 wt%
As an example of the chiral compound of formula (I), compound A shown in Table 1: 4 wt%
And Compound B: 5 wt%
As an example of the chiral compound of formula (II), compound E shown in Table 1: 4 wt%

Figure 2007231167
Figure 2007231167

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:75℃、スメクチックA相/ネマチック相:85℃、ネマチック相/等方相:90℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+35nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 75 ° C., smectic A phase / nematic phase: 85 ° C., nematic phase / isotropic phase: 90 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +35 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。評価はランク評価とし、評価基準は下記の通りとした。
本実施例の液晶素子の配向性は、ランク2で実用範囲内であった。
(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. The evaluation was rank evaluation, and the evaluation criteria were as follows.
The orientation of the liquid crystal element of this example was within the practical range at rank 2.

(配向性評価基準)
・ランク1:光が透過しないような配向欠陥が存在する。
・ランク2:透過率は良好であるが僅かに白濁している。電界駆動により白濁が解消し、実用可能。
・ランク3:透過率は良好で白濁無し。但し、数十から数百μmサイズのドメインが観察される。
・ランク4:透過率は良好で、ドメインも殆ど観察されず広範囲で均一な配向状態。
(Orientation evaluation criteria)
Rank 1: There is an alignment defect that does not transmit light.
Rank 2: The transmittance is good but slightly cloudy. The white turbidity is eliminated by driving the electric field, making it practical.
Rank 3: Good transmittance and no cloudiness. However, domains of several tens to several hundreds μm are observed.
Rank 4: Good transmittance, almost no domain is observed, and a wide and uniform orientation state.

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 :1.2msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界 :45V
・MTF比 :0.6(100Hz駆動時)
The evaluation results of the liquid crystal element of this example are shown below.
-Response time: 1.2 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field: 45V
-MTF ratio: 0.6 (when driving at 100 Hz)

本実施例の液晶は飽和電界が45Vと小さい点が優れている。しかし、配向性はランク2とやや劣り、応答時間も1.2msと比較的遅めであった。しかし、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 embodiment is excellent in that the saturation electric field is as small as 45V. However, the orientation was slightly inferior to rank 2, and the response time was 1.2 ms, which was relatively slow. However, it has practical performance as a vertically aligned ferroelectric liquid crystal element.

(実施例2)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・表2に示した組成のベース液晶:82wt%
・式(I)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物A: 5wt%
および 化合物B: 5wt%
・式(II)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 3wt%
・式(III)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物C: 5wt%
(Example 2)
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 2: 82 wt%
As an example of the chiral compound of formula (I), compound A shown in Table 1: 5 wt%
And Compound B: 5 wt%
As an example of the chiral compound of formula (II), compound E shown in Table 1: 3 wt%
As an example of a chiral compound of formula (III), compound C shown in Table 1: 5 wt%

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:77℃、スメクチックA相/ネマチック相:87℃、ネマチック相/等方相:93℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+60nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 77 ° C., smectic A phase / nematic phase: 87 ° C., nematic phase / isotropic phase: 93 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +60 nC / cm 2 .

また、本実施例の液晶素子の配向性はランク3で比較的良好であった。
また、液晶素子の特性評価結果は以下の通りであった。
・応答時間(VAFLC素子):0.6msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界(VAFLC素子):40V
・MTF比(VAFLC素子):0.85(100Hz駆動時)
この実施例2の液晶素子は、飽和電界が40Vと小さく、更に応答時間が0.6msに改善された。
Further, the orientation of the liquid crystal element of this example was relatively good at rank 3.
Moreover, the characteristic evaluation result of the liquid crystal element was as follows.
Response time (VAFLC element): 0.6 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field (VAFLC element): 40V
-MTF ratio (VAFLC element): 0.85 (when driven at 100 Hz)
In the liquid crystal element of Example 2, the saturation electric field was as small as 40 V, and the response time was further improved to 0.6 ms.

(比較例)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・表2に示した組成のベース液晶:82wt%
・式(I)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物A: 6wt%
および 化合物B: 6wt%
・式(II)のカイラル化合物は含まない。
・式(III)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物C: 6wt%
(Comparative example)
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 2: 82 wt%
As an example of the chiral compound of formula (I), compound A shown in Table 1: 6 wt%
And Compound B: 6 wt%
-Does not include the chiral compound of formula (II).
As an example of the chiral compound of formula (III), compound C shown in Table 1: 6 wt%

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:80℃、スメクチックA相/ネマチック相:86℃、ネマチック相/等方相:93℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+77nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 80 ° C., smectic A phase / nematic phase: 86 ° C., nematic phase / isotropic phase: 93 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +77 nC / cm 2 .

また、本比較例の液晶素子の配向性は、有効部の一部に配向欠陥による白濁部が発生し、ランク1と判断した。これは式(II)の化合物を含まないために垂直配向性が劣化したためと考えられる。自発分極測定用のSSFLC素子では良好な配向性を示していたことから、この現象は比較的セル厚みが大きな垂直配向の素子に特有な現象であると考えられる。白濁発生のため、その他の評価は行わなかった。   Further, the alignment of the liquid crystal element of this comparative example was determined to be rank 1 because a cloudy portion due to an alignment defect occurred in a part of the effective portion. This is presumably because the vertical alignment was deteriorated because the compound of formula (II) was not included. Since the SSFLC element for spontaneous polarization measurement showed good orientation, this phenomenon is considered to be a phenomenon peculiar to a vertically aligned element having a relatively large cell thickness. Due to the occurrence of white turbidity, no other evaluation was performed.

(実施例3)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・表2に示した組成のベース液晶:70wt%
・式(IV)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物H:13wt%
・式(V)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 4wt%
・式(VI)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物C:13wt%
(Example 3)
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 2: 70 wt%
As an example of the chiral compound of formula (IV), the compound H shown in Table 1: 13 wt%
As an example of the chiral compound of formula (V), compound E shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of the formula (VI), the compound C shown in Table 1: 13 wt%

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:67℃、スメクチックA相/ネマチック相:82℃、ネマチック相/等方相:89℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+67nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 67 ° C., smectic A phase / nematic phase: 82 ° C., nematic phase / isotropic phase: 89 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +67 nC / cm 2 .

また、本実施例の液晶素子の配向性はランク3で比較的良好であった。
また、液晶素子の特性評価結果は以下の通りであった。
・応答時間(VAFLC素子):0.4msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界(VAFLC素子):70V
・MTF比(VAFLC素子):0.80(100Hz駆動時)
この実施例3の液晶素子は、応答時間が0.4msと非常に高速になった。しかし、光学軸チルト角の飽和電界は70Vと比較的大きめであった。
Further, the orientation of the liquid crystal element of this example was relatively good at rank 3.
Moreover, the characteristic evaluation result of the liquid crystal element was as follows.
Response time (VAFLC element): 0.4 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field (VAFLC element): 70V
-MTF ratio (VAFLC element): 0.80 (when driven at 100 Hz)
In the liquid crystal element of Example 3, the response time was as high as 0.4 ms. However, the saturation electric field at the optical axis tilt angle was relatively large at 70V.

(実施例4)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・表2に示した組成のベース液晶:72wt%
・式(IV)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物H: 8wt%
・式(VII)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物B: 4wt%
・式(V)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 4wt%
・式(VI)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物C: 8wt%
Example 4
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 2: 72 wt%
As an example of the chiral compound of formula (IV), the compound H shown in Table 1: 8 wt%
As an example of the chiral compound of formula (VII), compound B shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of formula (V), compound E shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of formula (VI), compound C shown in Table 1: 8 wt%

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:77℃、スメクチックA相/ネマチック相:92℃、ネマチック相/等方相:95℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+94nC/cmであった。 The phase transition temperature of the liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 77 ° C., smectic A phase / nematic phase: 92 ° C., nematic phase / isotropic phase: 95 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +94 nC / cm 2 .

また、本実施例の液晶素子の配向性はランク3で比較的良好であった。
また、液晶素子の特性評価結果は以下の通りであった。
・応答時間(VAFLC素子):0.4msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界(VAFLC素子):30V
・MTF比(VAFLC素子):0.85(100Hz駆動時)
この実施例4の液晶素子は、応答時間が0.4msと短く、かつ、光学軸チルト角の飽和電界が30Vと小さくなった。一方、MTFは0.85と十分ではあるが更なる向上が望まれる。
Further, the orientation of the liquid crystal element of this example was relatively good at rank 3.
Moreover, the characteristic evaluation result of the liquid crystal element was as follows.
Response time (VAFLC element): 0.4 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field (VAFLC element): 30V
-MTF ratio (VAFLC element): 0.85 (when driven at 100 Hz)
In the liquid crystal element of Example 4, the response time was as short as 0.4 ms, and the saturation electric field of the optical axis tilt angle was as small as 30V. On the other hand, although MTF is sufficient as 0.85, further improvement is desired.

(実施例5)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・下記表3に示した組成のベース液晶:70wt%
・式(IV)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物H:13wt%
・式(V)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 4wt%
・式(VIII)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物I:13wt%
(Example 5)
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 3 below: 70 wt%
As an example of the chiral compound of formula (IV), the compound H shown in Table 1: 13 wt%
As an example of the chiral compound of formula (V), compound E shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of formula (VIII), compound I shown in Table 1: 13 wt%

Figure 2007231167
Figure 2007231167

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:−10℃、スメクチックC相/スメクチックA相:68℃、スメクチックA相/ネマチック相:90℃、ネマチック相/等方相:96℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+50nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −10 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 68 ° C., smectic A phase / nematic phase: 90 ° C., nematic phase / isotropic phase: 96 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +50 nC / cm 2 .

また、本実施例の液晶素子の配向性はランク3で比較的良好であった。
また、液晶素子の特性評価結果は以下の通りであった。
・応答時間(VAFLC素子):0.5msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界(VAFLC素子):35V
・MTF比(VAFLC素子):0.90(100Hz駆動時)
この実施例5の液晶素子は、光学軸チルト角の飽和電界が35Vと小さく、かつ、電界駆動時のMTFが0.9と非常に良好になった。すなわち、化合物Iの使用によってMTF特性が向上した。応答時間は0.5msと僅かに遅くなったが、実用上は問題無い特性である。
Further, the orientation of the liquid crystal element of this example was relatively good at rank 3.
Moreover, the characteristic evaluation result of the liquid crystal element was as follows.
Response time (VAFLC element): 0.5 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field (VAFLC element): 35V
-MTF ratio (VAFLC element): 0.90 (at 100 Hz drive)
In the liquid crystal element of Example 5, the saturation electric field of the optical axis tilt angle was as small as 35 V, and the MTF during electric field driving was very good at 0.9. That is, the use of Compound I improved the MTF characteristics. Although the response time is slightly delayed at 0.5 ms, it is a characteristic that is not problematic in practical use.

(実施例6)
実施例1において、液晶材料として以下の組成のものを用い、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製した。
・表2に示した組成のベース液晶:66wt%
・式(IV)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物H:13wt%
・式(VII)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物B: 4wt%
・式(V)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物E: 4wt%
・式(VIII)のカイラル化合物の例として、表1に示した化合物I:13wt%
(Example 6)
In Example 1, a liquid crystal element was produced in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal material having the following composition was used.
-Base liquid crystal having the composition shown in Table 2: 66 wt%
As an example of the chiral compound of formula (IV), the compound H shown in Table 1: 13 wt%
As an example of the chiral compound of formula (VII), compound B shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of formula (V), compound E shown in Table 1: 4 wt%
As an example of the chiral compound of formula (VIII), compound I shown in Table 1: 13 wt%

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:−17℃、スメクチックC相/スメクチックA相:69℃、スメクチックA相/ネマチック相:88℃、ネマチック相/等方相:89℃であった。また、SSFLC素子による自発分極を測定した結果は、+86nC/cmであった。 The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / smectic C phase: −17 ° C., smectic C phase / smectic A phase: 69 ° C., smectic A phase / nematic phase: 88 ° C., nematic phase / isotropic phase: 89 ° C. Moreover, the result of measuring the spontaneous polarization by the SSFLC element was +86 nC / cm 2 .

また、本実施例の液晶素子の配向性はランク4で非常に良好であった。
また、液晶素子の特性評価結果は以下の通りであった。
・応答時間(VAFLC素子):0.3msec (電界E=150V/mm時)
・飽和電界(VAFLC素子):70V
・MTF比(VAFLC素子):0.90(100Hz駆動時)
この実施例6の液晶素子は、初期配向ランクが4と良好で、応答時間が0.3msと速く、かつ、電界駆動時のMTFが0.9と非常に良好であった。すなわち、化合物Bの添加によって初期配向性が向上した。但し、光学軸チルト角の飽和電界は75Vと僅かに大きくなったが、実用上は問題無い特性である。
Also, the orientation of the liquid crystal element of this example was very good at rank 4.
Moreover, the characteristic evaluation result of the liquid crystal element was as follows.
・ Response time (VAFLC element): 0.3 msec (when electric field E = 150 V / mm)
・ Saturation electric field (VAFLC element): 70V
-MTF ratio (VAFLC element): 0.90 (at 100 Hz drive)
The liquid crystal element of this Example 6 had a good initial alignment rank of 4, a fast response time of 0.3 ms, and a very good MTF of 0.9 during electric field driving. That is, the initial orientation was improved by the addition of Compound B. However, although the saturation electric field of the optical axis tilt angle is slightly increased to 75 V, there is no problem in practical use.

表4に、実施例1〜6の評価結果を示す。   Table 4 shows the evaluation results of Examples 1 to 6.

Figure 2007231167
Figure 2007231167

(実施例7)
本実施例では、種々のカイラル化合物の組合せでの合計濃度と応答時間の相関を調査した。具体的には、実施例1において、表1に示すカイラル化合物のうち、化合物A,B,C,Eの組合せ(記号●)、化合物A,B,Eの組合せ(記号○)、化合物H,B,I,Eの組合せ(記号▲)、化合物H,B,C,Eの組合せ(記号△)、化合物H,C,Eの組合せ(記号×)、化合物H,I,Eの組合せ(記号□)ごとに合計濃度を変化させて、表2または表3に示した組成のベース液晶と混合した液晶材料を用いて、それ以外は実施例1と同様な方法で液晶素子を作製し、それぞれの液晶素子の電界E=150V/mm時の応答時間を測定した。
(Example 7)
In this example, the correlation between the total concentration and the response time for various combinations of chiral compounds was investigated. Specifically, in Example 1, among the chiral compounds shown in Table 1, the combination of compounds A, B, C and E (symbol ●), the combination of compounds A, B and E (symbol ○), compound H, Combination of B, I and E (symbol ▲), combination of compounds H, B, C and E (symbol △), combination of compounds H, C and E (symbol x), combination of compounds H, I and E (symbol) The liquid crystal material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the total concentration was changed every time and the liquid crystal material mixed with the base liquid crystal having the composition shown in Table 2 or Table 3 was used. The response time of the liquid crystal element when the electric field E = 150 V / mm was measured.

図9に、表2または表3に示すベース液晶に対する、前記種々のカイラル化合物の組合せでの合計濃度と応答時間の相関を示す。
カイラル化合物の組合せが異なっても合計の添加量に対する応答時間の変化はほぼ類似した特性を示す。前述のようなカイラル化合物比率が15重量%未満の場合、すなわちベース液晶が85重量%以上の場合、自発分極が小さくなり、応答時間が1.0msec以上に低下しまう。応答時間が1.0msecよりも長いのでは強誘電性液晶材料の特徴を活かしていない。そこでカイラル化合物比率を15重量%以上すなわちベース液晶が85重量%未満にすることで、自発分極が40nC/cm程度よりも大きくなり、液晶素子の応答時間が1.0ms以下と高速にできる。更に好ましくは、カイラル化合物比率を20重量%以上にすることで、自発分極が更に大きくなり、液晶素子の応答時間が0.5ms以下と高速にできる。
FIG. 9 shows the correlation between the total concentration and the response time in the combination of the various chiral compounds with respect to the base liquid crystal shown in Table 2 or Table 3.
Even if the combination of chiral compounds is different, the change in response time with respect to the total amount of addition shows almost similar characteristics. When the chiral compound ratio is less than 15% by weight, that is, when the base liquid crystal is 85% by weight or more, the spontaneous polarization becomes small and the response time is lowered to 1.0 msec or more. If the response time is longer than 1.0 msec, the characteristics of the ferroelectric liquid crystal material are not utilized. Therefore, when the chiral compound ratio is 15% by weight or more, that is, the base liquid crystal is less than 85% by weight, the spontaneous polarization becomes larger than about 40 nC / cm 2 and the response time of the liquid crystal element can be increased to 1.0 ms or less. More preferably, when the chiral compound ratio is 20% by weight or more, the spontaneous polarization is further increased, and the response time of the liquid crystal element can be as high as 0.5 ms or less.

次に、前記カイラル化合物の組合せごとに合計濃度を変化させて作製した液晶素子について、MTF比を測定した。
図10にその結果を示す。カイラル化合物の組合せによってバラツキはあるものの、合計濃度の増加と共にMTF比が悪化する傾向がある。特に40重量%より多いと急激に低下するが、これはカイラル化合物の相分離および結晶化によるもの考えられる。
Next, the MTF ratio was measured for the liquid crystal elements manufactured by changing the total concentration for each combination of the chiral compounds.
FIG. 10 shows the result. Although there are variations depending on the combination of the chiral compounds, the MTF ratio tends to deteriorate as the total concentration increases. In particular, when it exceeds 40% by weight, it rapidly decreases, but this is considered to be due to phase separation and crystallization of the chiral compound.

以上のことから、本発明の液晶素子においては液晶層中に含有されるカイラル化合物の比率は15重量%以上、40重量%以下が好ましく、20重量%以上、40重量%以下であることがより好ましい。   From the above, in the liquid crystal element of the present invention, the ratio of the chiral compound contained in the liquid crystal layer is preferably 15% by weight or more and 40% by weight or less, and more preferably 20% by weight or more and 40% by weight or less. preferable.

(実施例8)
実施例6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 8)
The image display apparatus shown in FIG. 7 was produced using the liquid crystal element of Example 6 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6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 6 are used as the optical path deflecting elements 20, the incident side is the first optical path deflecting element, the exit 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9μm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 9 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0.3msec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 0.3 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. 液晶層のカイラル化合物添加量と応答時間の相関図である。It is a correlation diagram of the amount of chiral compound added to the liquid crystal layer and the response time. 液晶層のカイラル化合物添加量とMTF比の相関図である。It is a correlation diagram of the amount of chiral compound added to the liquid crystal layer and the MTF ratio.

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 (10)

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)のカイラル化合物および下記一般式(II)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 2007231167

(式中、Rは炭素数が3から12の直鎖状のアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基を表す。なお、式中の*はカイラル中心を表す。また、h,jは0か1か2、i,kは0か1、lは0か1か2、ただしhとjが同時もしくは片方が0の時iは0、lが0の時kは0、またh + j + lは2もしくは3である。
また、式中A,Aは式(a)から選択される基を示し、Aは式(b)から選択される基を示す。
また、B,Bは-CO-O-、 -O-CO-、 -CHO-、OCH-である。)
Figure 2007231167

Figure 2007231167

Figure 2007231167

(式中、Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基あるいはアルコキシ基を表し、RおよびRは炭素数が3から5の直鎖状のアルキル基、もしくは末端同士が結合した六員環以上の環状構造のアルキル基を表す。A,A,A,B,B,h,i,j,k,lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)と同じであっても異なっても良い。)
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 for generating a parallel electric field)
In the base liquid crystal material in which the liquid crystal layer has a phase series of isotropic liquid phase, nematic phase, smectic A phase, and smectic C phase from the high temperature side, at least a chiral compound of the following general formula (I) and the following general formula ( A liquid crystal device comprising the chiral compound of II).
Figure 2007231167

(In the formula, R 1 represents a linear alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 2 represents an optionally branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms. The * in the middle represents the chiral center, and h and j are 0, 1 or 2, i, k is 0 or 1, l is 0 or 1 or 2, if h and j are the same or one is 0 Is 0, and when l is 0, k is 0, and h + j + l is 2 or 3.
In the formula, A 1 and A 2 represent a group selected from the formula (a), and A 3 represents a group selected from the formula (b).
B 1 and B 2 are —CO—O—, —O—CO—, —CH 2 O—, and OCH 2 —. )
Figure 2007231167

Figure 2007231167

Figure 2007231167

(Wherein R 3 represents an optionally branched alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, and R 4 and R 5 are linear alkyl groups having 3 to 5 carbon atoms, or terminal groups. Represents an alkyl group having a cyclic structure of 6 or more members bonded to each other, wherein A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l are the same as defined in the formula (I). And each may be the same as or different from formula (I).)
請求項1に記載の液晶素子において、前記液晶層にさらに下記一般式(III)のカイラル化合物を添加したことを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231167

(式中、A,A,A,B,B,h,i,j,k,lは前記式(I)と同じ定義であり、それぞれ独立に式(I)または式(II)と同じであっても異なっても良い。Rは炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基あるいはアルコキシ基または前記Y基であり、R7は炭素数が3から12の分岐していても良いアルキル基を表す。)
2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein a chiral compound represented by the following general formula (III) is further added to the liquid crystal layer.
Figure 2007231167

(In the formula, A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , h, i, j, k, and l have the same definition as in the above formula (I), and each independently represents formula (I) or formula ( II) may be the same as or different from R), R 6 is an optionally branched alkyl group or alkoxy group having 3 to 12 carbon atoms, or the Y group, and R 7 is 3 to 12 carbon atoms. Represents an optionally branched alkyl group.)
請求項2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(IV)であり、かつ、前記一般式(II)のカイラル化合物が下記の式(V)であり、かつ、前記一般式(III)のカイラル化合物が下記の式(VI)であることを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。またMはメソゲニック芳香族単位(メソゲン基)であり、式(c)から選択される基を示す。)
Figure 2007231167

Figure 2007231167

(式中、nは3から12の整数である。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)と同じであっても異なってもよい。)
Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VI)でのnとmとは互いに独立した数値でも良い。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)または式(V)と同じであっても異なってもよい。)
The liquid crystal device according to claim 2, wherein the chiral compound of the general formula (I) is the following formula (IV), and the chiral compound of the general formula (II) is the following formula (V): A liquid crystal device wherein the chiral compound of the general formula (III) is the following formula (VI).
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 1 is a mesogenic aromatic unit (mesogenic group), and a group selected from the formula (c)). Show.)
Figure 2007231167

Figure 2007231167

(In the formula, n is an integer of 3 to 12. M 1 has the same definition as in the formula (IV) and may be the same as or different from the formula (IV).)
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VI) may be independent values). M 1 has the same definition as in formula (IV) and may be the same as or different from formula (IV) or formula (V).
請求項3に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物として下記の式(VII)の化合物をさらに添加したことを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。またMはメソゲニック芳香族単位(メソゲン)であり、式(d)から選択される基を示す。)
Figure 2007231167
4. The liquid crystal device according to claim 3, wherein a compound of the following formula (VII) is further added as the chiral compound of the general formula (I).
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. M 2 is a mesogenic aromatic unit (mesogen) and represents a group selected from the formula (d)). .)
Figure 2007231167
請求項2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前記の式(IV)であり、かつ、前記一般式(II)のカイラル化合物が前記の式(V)であり、かつ、前記一般式(III)のカイラル化合物が下記の式(VIII)であることを特徴とする液晶素子。
Figure 2007231167

(式中、nおよびmは3から12の整数である。nとmは同一数値でも良い。なお、式(IV)から式(VIII)でのnとmとは互いに独立した数値でも良い。またMは前記式(IV)と同じ定義であり、式(IV)または式(V)と同じであっても異なってもよい。)
The liquid crystal device according to claim 2, wherein the chiral compound of the general formula (I) is the formula (IV), and the chiral compound of the general formula (II) is the formula (V). And the chiral compound of the said general formula (III) is following formula (VIII), The liquid crystal element characterized by the above-mentioned.
Figure 2007231167

(In the formula, n and m are integers of 3 to 12. n and m may be the same numerical value. Note that n and m in the formulas (IV) to (VIII) may be independent values). M 1 has the same definition as in formula (IV) and may be the same as or different from formula (IV) or formula (V).
請求項5に記載の液晶素子において、前記一般式(I)のカイラル化合物として前記の式(VII)の化合物をさらに添加したことを特徴とする液晶素子。   6. The liquid crystal device according to claim 5, wherein the compound of the formula (VII) is further added as the chiral compound of the general formula (I). 請求項1〜6のいずれか一つに記載の液晶素子において、前記液晶層中に含有されるカイラル化合物の比率が15重量%以上、40重量%以下であることを特徴とする液晶素子。   The liquid crystal element according to claim 1, wherein the ratio of the chiral compound contained in the liquid crystal layer is 15% by weight or more and 40% by weight or less. 請求項1〜7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。   The liquid crystal element according to claim 1, wherein the base liquid crystal material contains at least a phenylpyrimidine compound. 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1〜8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,
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9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 apparatus comprising the optical path deflecting element according to claim 9 as the optical path deflecting element.
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