JP2008191569A - 液晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】良好な明暗比状態を達成可能な温度補償機能を有する液晶デバイスを提供する。
【解決手段】一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイス。該液晶材料は、高速応答が可能で、且つ印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり、電圧印加手段は、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能である。
【選択図】図１１

Description

本発明は、光シャッター装置や、ディスプレイを始めとする種々の表示装置等に好適に使用可能な、軽減された温度依存性を有する液晶デバイスに関する。

近年、いわゆる「ユビキタス社会」を目指す技術の進展とも相まって、ディスプレイ技術全般に対する高速化、小型化、高品質化等の種々のニーズが高度化している。このようなニーズに応えるために、映像表示・表現の分野においても、三次元立体表示、選択的不可視化、調光等の表示画像処理技術の高速・複雑化が急速に進展している。他方では、光ファイバーケーブル等を用いた光通信を始めとする情報転送に関連する環境の整備が進み、データ、情報転送の大容量化および高速化が図られてきている。

一般に、映像表示・表現の分野を始めとする種々の分野において、光のＯＮ／ＯＦＦを行う機械的なスイッチないしシャッター機構としては、従来より、種々の機械的／電気的デバイスが使用されて来ている。これらのデバイスの中でも、モータと、スリットを形成した回転板とからなるチョッパーや、圧電・電歪素子をアクチュエーターとする機械式シャッターは、それらの構造が簡単であることから、一般的に用いられている。

しかしながら、昨今では、いわゆるユビキタス社会における使用に適した特性が特に重視される傾向が強まり、このため、スイッチ／シャッター機構としても、小型化・省電力化・消音化等の点で優れている結晶・液晶等の電気光学効果を利用したデバイスが利用されるようになってきている。

加えて、前述した従来の機械的な機構を有するデバイスにおいては、その程度に差こそあれ、揺動部分に磨耗が起きてしまうため、該機械的デバイスの信頼性が低下する傾向が避けがたい。特に、１秒間に数十回以上シャッターを切るようなレベルの高速で使用する応用／アプリケーションにおいては、揺動部分の磨耗の度合いは、かなり激しいものとなる。加えて、当然のことながら、これらの磨耗部分やモータや圧電・電歪素子等のアクチュエーター部分からの振動や騒音の発生も、かなり激しいものとなる。

上述した問題に加えて、前述した小型化、省電力等の観点から、結晶・液晶等の電気光学効果を利用したデバイスが利用される傾向が、近年において特に強まってきた。

しかしながら、これらの電気光学的デバイスにおいても、問題が無いわけではない。例えば、電気光学効果を有するＰＬＺＴ（ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛）結晶においては、充分な透過率を得るために数百Ｖという駆動電圧を必要とし、光シャッターの電極構造によっては、その高電圧により絶縁破壊してしまう恐れがある。また、結晶という性質上、１００インチもの大型ディスプレイを作成できる液晶に比べて、大型化し難いい傾向が強い。

また、ＴＮ液晶を用いたデバイスにおいては、駆動電圧は数Ｖと低電圧で動作するが、応答速度が数十ｍｓ程度と遅く、高電圧を印加すれば「立ち上がり」は改善されるが、「立ち下がり」は改善されず、やはり高速動作は困難である。高速応答と低電圧という点において、強誘電性液晶を使用することも考えられるが、強誘電性液晶は自発分極を有するため、その駆動にはＴＮ液晶等に比べて多くの電流を必要とするという難点がある。加えて、強誘電性液晶においては、温度に依存して消光位の位置が変化するため、この消光位の変化を補償する機構が必要となる。

このような温度補償の方法として、環境温度によって、その本来の位置から「ずれて」しまった安定位置に合わせて、種々のデバイスが必要となり、液晶デバイスないし光シャッターの構成として複雑になることが避けがたい。安定位置に合わせるために使用されるデバイスないし方法としては、例えば、偏光デバイスや表面安定化強誘電性液晶デバイス位置を調整する機械的な方法（特開昭６２−２０４２２９号公報）、偏光デバイス間に表面安定化強誘電性液晶デバイスとそれと同様な温度依存性をもった液晶デバイスを挟み込み温度依存性を相殺する方法（特開平４−１８６２３０号公報）、前述の温度依存性が同じ液晶デバイスの代わりに、１／２波長板の光学軸方位を表面安定化強誘電性液晶デバイスの温度依存に合わせて位置調整する等の補償デバイスを挿入する方法（特開平４−１８６２２４号公報）等が知られている。

特開昭６２−２０４２２９公報 特開平４−１８６２３０公報 特開平４−１８６２２４公報

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消することができる液晶デバイス（例えば、光シャッターの機能を有するもの）を提供することにある。

本発明の他の目的は、良好な明暗比状態を達成可能な温度補償機能を有する液晶デバイスを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、実質的に、全動作温度範囲にわたって良好な温度補償機能を有する液晶デバイスを提供することにある。

本発明者は鋭意研究の結果、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子（例えば、分極遮蔽型スメクチック液晶（以下「ＰＳＳ−ＬＣＤ」と言う））を用い、偏光素子および電圧印加手段と組み合わせて液晶デバイスを構成することが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。

本発明の液晶デバイスは上記知見に基づくものであり、より詳しくは、透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とするものである。
本発明によれば、更に、透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイスが提供される。
本発明によれば、更に、透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とする液晶デバイスが提供される。
本発明によれば、更に、透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイスが提供される。

上記構成を有する本発明の液晶デバイスにおいては、前述したように、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子を特に制限無く使用することができるが、特に「ＰＳＳ−ＬＣＤ」（分極遮蔽型スメクチック液晶）を使用することが好ましい。このＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、通常は、ラビング方向に液晶分子が並ぶ傾向がある。本発明においては、この光透過量を、例えば、電場の強さでコントロールすることができる。

一般に、ラビング方向に沿って左右に動くアナログ階調ＬＣＤでは、光透過量に温度依存性がある。本発明においては、このような温度依存性を軽減することができる。上記したＰＳＳ−ＬＣＤデバイス（ＰＳＳ−ＬＣＤ）では、液晶分子の動きが迅速であるため、このような温度依存性が比較的に強く出る傾向がある。

従来より使用されている通常の強誘電性ＬＣでは、液晶分子の配向が（ある閾値を超えた電圧により）「２値」間で変化するのみである。これに対して、ＰＳＳ−ＬＣＤでは、液晶分子の配向の「傾き角度」をアナログ的に変化させることが可能である。よって、本発明においては、ＰＳＳ−ＬＣＤが特に好適に使用可能である。

液晶素子を使用する場合、温度変化によって、室内（例えばＴＶ放送局内）と、室外とでは、温度変化により該液晶素子において、いわゆる「黒が浮く」現象が生じる場合がある。このような黒（光透過量の変化においては、いわば、分数における「分母」に相当する）の変化は、特に視覚的に顕著に出ることが知られている。黒以外の色（分数において、「分母」でなく「分子」に相当する）では、光透過量が多少変化しても、画像に与える影響が小さいことが知られている。

本発明は、例えば、以下の態様を含む。

［１］ 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とする液晶デバイス。

［２］ 透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイス。

［３］ 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とする液晶デバイス。

［４］ 透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイス。

［５］ 前記液晶素子が、１０−２Ｖ／μｍのレベルの印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である［１］または［２］に記載の液晶デバイス。
［６］ 前記液晶素子が、１ｍｓ以下のレベルの高速応答が可能な液晶材料である［１］、［２］または［５］に記載の液晶デバイス。

［７］ 光シャッターの機能を有する［１］〜［６］のいずれかに記載の液晶デバイス。
［８］ 前記液晶素子中の液晶分子配向が、前記液晶材料の温度によって表される［１］〜［７］のいずれかに記載の液晶デバイス。
［９］ 前記液晶材料中の液晶分子配向が、前記偏光素子の一方からの出射光の強度によって表される［１］〜［８］のいずれかに記載の液晶デバイス。

［１０］ 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に光を照射する光発生手段と、該液晶素子を透過した光を検出する光検出手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、
前記液晶素子を透過した光の最小強度を、光学軸方位の角度として測定可能としたことを特徴とする液晶デバイス。
［１１］ 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に所望の回転角を与える回転手段と、該液晶素子に光を照射する光発生手段と、該液晶素子を透過した光を検出する光検出手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、
前記液晶素子を透過した光の強度が最小となるように前記回転手段を回転させ、この回転手段の角度を、光学軸方位の角度の角度として測定可能としたことを特徴とする液晶デバイス。

上述したように本発明によれば、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子（例えば、ＰＳＳ−ＬＣＤ）を用いて、このような液晶表示に特有な電気光学応答特性を利用して温度補償を行うことにより、高透過率を実質的に維持しつつ、温度依存性を軽減した液晶デバイスを実現することができる。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。

（液晶デバイスの態様−１）
本発明の一態様においては、液晶デバイスは、透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む。該液晶素子は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり、且つ、液晶材料が、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である。更に、前記電圧印加手段は、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段である。

（液晶デバイスの態様−２）
本発明の他の態様において、液晶デバイスは、透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスである。該液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり、且つ、液晶材料が、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である。更に、前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段である。

（ＰＳＳ−ＬＣＤ）
本発明（例えば、上記した２つの態様を含む）においては、上記液晶材料として、後述する特性を有するＰＳＳ−ＬＣＤ（分極遮蔽型スメクチック液晶）、すなわち、前記液晶材料中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子が特に好適に使用可能である。

（本発明の原理）
以下、本発明の原理を、必要に応じて、従来の温度補償方法との比較で述べる。
（液晶デバイスの一例）
液晶デバイスの実用例として次の一例を挙げる。立体映像表示の技術で、スリット型のインテグラル・フォトグラフィ方式ともいえる表示方法がある。この表示方法においては、短冊状に配置された異なる視点から見た三次元映像を順次表示して、人間の眼の残像時間内に複数の異なる視点の三次元映像を残像させて立体像と認識させる。

このインテグラル・フォトグラフィ技術においては、短冊状に配置された三次元映像を順次表示させるために、短冊状の高速光シャッターを用いている。短冊のピッチは、一般的なＦＰＤ（フラットパネル・ディスプレイ）の画素ピッチと同程度と非常に狭いものであり、また、人間の眼の残像時間である１／３０秒程度に複数枚の映像を順次表示するため、非常に高速なシャッタリング時間に追従するデバイスが必要となる。

例えば、１／３０秒に８枚の異なる視野の映像を順次表示すると、一枚あたり約４．２ミリ秒の透過時間となる。このような微小な領域での高速なシャッター動作を行う用途において、同じく微小な領域での調光により映像表示を行う液晶ディスプレイ技術を応用することが最適である。しかしながら、上記のような約４．２ミリ秒の透過時間を実現するには、立ち上がりと立ち下がり時間が１ミリ秒以下の応答速度が必要となり、従来の一般的なＴＮ液晶を使った光シャッターにおいて実現は困難である。

近年になって開発されたポリマー分散液晶を用いた場合には、数ミリ秒と高速な応答を得ることも可能とされているが、１００Ｖ程度の印加電圧と周囲温度を１００℃程度に上げて液晶粘性を低下させる必要がある。また、散乱により遮光をおこなうため、直視でのコントラスト比は低いという短所がある。

立ち上がりと立ち下がりが数百マイクロ秒と高速である表面安定化強誘電性液晶を使用することにより応答速度の問題は解決することができるとされている。しかしながら、図１の模式平面図、および図２のグラフに示す通り、光シャッタにおいては、一般に、透過と遮光の双安定位置角度（チルト角）が素子温度によって変化してしまうため、このような温度の影響を補償する機構が必要となる。

（ＰＳＳ−ＬＣＤを用いた場合）
本出願人が、先に提案した分極遮蔽型スメクチック液晶表示（ＰＳＳ−ＬＣＤ）技術（このＰＳＳ−ＬＣＤの詳細については、例えば、特表２００６−５１５９３５号公報を参照することができる）においては、例えば、４００マイクロ秒での電気光学応答が可能で、且つ低電圧で連続的階調表示可能な技術である。

また、一般的な強誘電性液晶よりも配向の均一性が良いため、局所的にはコントラストが高くＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、大型化した場合でも面内の光学軸方向のばらつきが少ないという特徴がある。

しかしながら、同じくスメクチック液晶を使用している表面安定化強誘電性液晶表示と似た温度依存性が、このＰＳＳ−ＬＣＤにおいても観察される。図３のグラフは、ＰＳＳ−ＬＣＤ素子に±５Ｖの方形波を印加したときの回転角θの温度依存性の一例を示す。この図３に示すように、前述の表面安定化強誘電性液晶のチルト角の温度依存性に比べて、ＰＳＳ−ＬＣＤにおける回転角θの温度依存性は緩やかではあるが、温度変化に対し回転角が変化していることが理解できよう。

従来の階調表示ＰＳＳ−ＬＣＤにおいて、透過軸が直交した２枚の偏光板間（クロスニコル下）にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置し、図４に示す通り、電場がかかっていないときの光学軸方位と、どちらか一方の偏光板の透過軸と平行になるように配置する。このような系に光を入射したとき、第一の偏光板で直線偏光になった光は、液晶層の複屈折の作用を受けず、第二の偏光板で遮断されてしまい透過光は最小となる。図５で示すように、電場を印加した場合、電場方向により、回転角は、回転角１、あるいは回転角２の状態となり、複屈折の作用により光が透過してくる。

上記の回転角θは電場強度によって決まり、透過率はアナログ階調で制御することができる。このときの透過光量は次の式（１）で与えられ、回転角θが±４５度且つΔｎｄがλ／２の時には最大の透過光量となる。

式（１）

しかしながら、この回転角には前述したように温度依存性があり、同一の電場強度であっても左右の回転角は、図６で示す通り、高温において小さく、低温において大きくなる傾向がある。このため、同一電場強度であっても素子温度により透過率が変化し、高温において明暗比（コントラスト比）が低下してしまう可能性がある。

（光シャッタの動作例）
以下、本発明の光シャッタの好適な一態様の動作について説明する。
例えば、図７（ａ）に示すように、透過軸が直交した２枚の偏光板間にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置し、印加すべき２電場方向の一方の電場が印加されて、その電場強度に応じた回転角θの分だけ回転した光学軸方位と偏光板の一方の透過軸と平行すると、遮光されて透過光が最小となる。このときを光シャッターの「遮光状態」とする。

そして、図７（ｂ）に示すように、上記の「遮光状態」とは逆の電場方向を印加して、その電場強度に応じた回転角θの分だけ回転した光学軸方位をとり、光が透過される。このときを光シャッターの「透過状態」とする。

この透過状態と遮光状態時の液晶配向は、電場無印加状態の液晶配向に比べて極めて良く、透過状態においてより透過光量が増え、遮光状態において遮光率が上昇する。しかしながら、この配置状態において図８で示すように、素子温度が変化すると、印加電場が同じでもＰＳＳ−ＬＣＤ素子の光学軸方位の回転角が変化してしまい、図８（ａ）の遮光状態で光が漏れ、図８（ｂ）の透過状態において透過光量が減る可能性がある。

図９のグラフは、３０℃で遮光状態を合わせたときの温度依存性を示したものであるが、温度が上がるにつれてコントラスト比が低下することがわかる。このようなコントラスト比の低下を解決するため、図１０の模式断面図に示すように、動作温度範囲で最も光学軸方位の回転角θが小さくなる温度に設定し、その時の２電場方向の一方が印加されて回転した光学軸方位と偏光板の一方の透過軸と平行にする。

この図１０のようにすることにより、温度が変化して光学軸方位の回転角θが大きくなっても、印加する電場強度を弱くすることにより回転角θを小さくでき、それにより偏光板の透過軸と光学軸方位をあわせ、遮光状態と透過状態の回転角度を一定にすることができる。

動作温度範囲で最も小さな回転角θの左右の合計が４５度以上である場合、前述の制御をすることにより、全動作温度範囲において光学軸方位の回転角の左右の合計を４５度に調整して透過状態を最大の透過光量に保つことができる。

（回転角θ調整のための構成）
上記の回転角θ調整のための構成として、図１１〜１２の装置構成、および全体動作の詳細を説明する。

先ず、図１１の模式側面図の構成にて一例を説明する。
図１１を参照して、直交に配置された偏光板の間にＰＳＳ−ＬＣＤを配置する。このＰＳＳ−ＬＣＤには、サーミスタや白金抵抗等の温度センサー素子が取り付けられており、逐次ＰＳＳ−ＬＣＤの温度情報を取得する。取得した温度情報は、制御部に記録された測定温度に対するＰＳＳ−ＬＣＤへの印加電場情報と照合する。
この制御部に記録された印加電場情報は、あらかじめ測定温度に対してＰＳＳ−ＬＣＤ素子の遮光状態が最小の透過光量、透過状態が最大の透過光量となる印加電場を測定しておいた情報である。従って、ＰＳＳ−ＬＣＤに照合した電場強度が印加されるように制御することにより、常に遮光状態が最小の透過光量、透過状態が最大の透過光量の状態を再現することができる。

別の一例として図１２の模式側面図の構成について説明する。直交に配置された偏光板の間にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置する。出射光側には、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光センサー素子に透過光が入射するように取り付けられており、逐次透過光量情報を取得する。取得した透過光量が遮光状態時には最小透過光量であるか、透過状態時では最大透過光量であるかを判断し、そうでない場合にはＰＳＳ−ＬＣＤ素子に印加する電場強度を変化させて透過光量を取得するというような、フィードバック制御を行う。このような構成とすることにより、遮光状態と透過状態を定常的に最適状態に保つことができる。

実用的には、光学軸方向と偏光板の透過軸との角度が近くなると透過光量の差が小さくなり、透過状態を見ているような大きなレンジで小さな光量差を感知することの困難性が増大する傾向があるため、遮光状態の透過光量で最小になるように電場印加を調整するほうが、調整精度の点で望ましい。これは、温度センサーも用いた方法で記憶する、印加すべき制御電圧の測定においても同様である。これら、光センサーや温度センサーは、素子温度変化の時間的変化量や頻度から、コストに見合った応答速度のものを選ぶことができる。

透過状態の最大透過光量の変化を意に介する必要がない場合、機械的に回転角θを合わせることにより、遮光状態の透過光量を最小にすることも可能である。直交した２枚の偏光板間にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置した場合、印加する２電場方向の一方が印加されて回転した光学軸方位と偏光板の一方の透過軸と平行となるように、ＰＳＳ−ＬＣＤ素子を回転させる図１３（ｂ）のような機械機構、または直交の関係を保ったまま２枚の偏光板を回転させる図１３（ｃ）のような機械機構にすることにより、遮光状態の透過光量を最小にすることが出来る。

（回転機構）
上記の回転機構の構成として、図１４〜１６の装置構成、および全体動作の詳細を説明する。

例えば、回転機構として、図１６に示すようなサーボモータにより回転させる方法、圧電素子により傾ける方法等をとることができる。この場合の回転角の調整の一例について、図１４の模式側面図の構成の一例である図１６のサーボモータを用いた例を説明する。
図１６を参照して、直交に配置された偏光板の間にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置する。このＰＳＳ−ＬＣＤ素子には、サーミスタや白金抵抗等の温度センサー素子が取り付けられており、逐次ＰＳＳ−ＬＣＤ素子の温度情報を取得する。取得した温度情報は、制御部に記録された測定温度に対する直交した偏光板のＰＳＳ−ＬＣＤ素子に対する角度情報と照合する。

この制御部に記録された角度情報は、あらかじめ測定温度に対してＰＳＳ−ＬＣＤ素子の遮光状態が最小の透過光量となる角度を測定しておいた情報である。従って、直交した偏光板が照合した角度になるようにサーボモータ回転を制御することにより、遮光状態が最小の透過光量の状態を再現することができる。

別の一例として、図１５の模式側面図の構成について説明する。直交に配置された偏光板の間にＰＳＳ−ＬＣＤ素子を配置する。出射光側には、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光センサー素子に透過光が入射するように取り付けられており、逐次透過光量情報を取得する。取得した透過光量から、遮光状態が最小の透過光量であるかを判断し、そうでない場合にはＰＳＳ−ＬＣＤ素子をアクチュエーターにより回転させて、再度透過光量を取得するというようなフィードバック制御を行う。このような構成とすることにより、遮光状態を定常的に最適状態に保つことができる。

素子温度変化が急激でない場合は、制御動作頻度が少なくなるため、機械的機構揺動による磨耗・振動・騒音の点で、実質的に問題にはならない。

（外形が変位する素子の利用）
上記機械式に加えて、温度に依存して外形が変位する素子を利用することにより、温度測定と同時に、偏光板、あるいは液晶素子を回転させ、ないしは傾けることができる。

このような外形が変位する素子を利用する構成の一例として、図１７の模式図の構成について説明する。

図１７を参照して、図１４や図１５のＰＳＳ−ＬＣＤや偏光板を回転させるアクチュエーターとして、バイメタルを利用する。バイメタルは、熱膨張率が違う２枚の金属板を張り合わせた素子で、温度によって変形する性質がある。この変形量は温度に依存するため、温度計や温度調節装置に利用されている。

これらの装置と同様に、温度による変形をアクチュエーターとすることにより、温度測定と同時に、偏光板、あるいはＰＳＳ−ＬＣＤを回転ないしは傾けることができる。

図１７の模式図では、温度によってバイメタルが変位してピストンを上下させるように配置している。このまま、偏光板、あるいはＰＳＳ−ＬＣＤへ伝達して回転させても、バイメタルとＰＳＳ−ＬＣＤの温度依存性が合わずに遮光状態で最小の透過光量に制御することができない。そこで、ピストンとＰＳＳ−ＬＣＤとの間に、バイメタル変位とＰＳＳ−ＬＣＤの温度依存性曲線を対応させる、温度依存曲線変換板を挿入する。このような構成とすることにより、温度補償部分において電気信号回路を一切廃した形で遮光状態を最小の透過光量に制御することができる。この方法は、構造が単純であり、電気回路関係の故障を一切排除できるため、信頼性が高いという利点がある。

（手動による調整）
また、素子温度の変化の頻度が低い場合、目視にて遮光状態の透過光量を見ながら、手動にて偏光板、あるいは液晶素子を回転および／又は傾けることにより、遮光状態の透過光量を最小にすることもできる。また、使用素子温度が決まっている場合、偏光板、あるいは液晶素子をあらかじめ使用素子温度に合わせて回転・傾けておき、使用素子温度に合わせて付け替えることにより、遮光状態の透過光量を最小にすることができる。

上述した本発明の液晶デバイスの基本概念は、使用する液晶材料（例えば、ＰＳＳ−ＬＣＤ）の特有な電気光学応答を用いて、例えば、液晶デバイス（例えば、光シャッターの機能を有する）構成にすることにより、高速応答性は保ちつつ、高透過率・高遮光率・高コントラスト比の光シャッターを可能とすることにある。上述した説明においては、説明の便宜上、主にＰＳＳ−ＬＣＤを用いる態様について述べてきたが、上述した本発明の方式を適用するために印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転を有する電気光学素子を構成可能な液晶材料であれば、ＰＳＳ−ＬＣＤに関わらず、本発明の方法を適用することが可能である。本発明の効果を更に効果的に発揮させる点からは、充分な速度での応答時間が可能な液晶材料であることが好ましい。

（偏光素子）
本発明に使用可能な偏光素子としては、従来より液晶デバイスを構成するために使用されている偏光素子を、特に制限なく使用することができる。また、その形状、サイズ、構成要素等も、特に制限されない。

（好適な偏光素子）
本発明において好適に使用可能な偏光素子としては、例えば、以下のものを挙げることができる。

π−セル：Molecular Crystals and Liquid Crystals誌、Ｖｏｌ．１１３，３２９ページ（１９８４），Phil Bos and K.R.Kehler-Beran

（液晶素子）
本発明の態様による液晶素子は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む。

（液晶材料）
本発明においては、本発明の方式を適用するために、および印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転を有する電気光学素子を構成可能な液晶材料である限り、特に制限なく使用することができる。本発明において、ある液晶材料が使用可能か否かは、以下の「光学軸方位の回転の確認方法」で確認することができる。また、本発明において所定の高速応答が可能な観点から好適に使用可能であるように、ある液晶材料が充分な速度での応答が可能か否かは、以下の「応答時間の確認方法」で確認することができる。

（光学軸方位の回転の確認方法）
液晶素子としての光学軸方位の回転の測定方法としては、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶素子を置く場合、光学軸が検光子の吸収軸と一致する場合に透過光の強度が最小になる。従って、クロスニコル配置中で透過光の最小強度が得られる角度が光学軸方位の角度となる。この時、液晶素子には電場が印加されていない状態にある。これを基準角度として、液晶素子に電場を印加して、クロスニコル配置中での透過光量の最小強度が得られる角度を探す。電場印加して最小強度になる角度が存在し、上述の基準角度からずれた角度にその最小強度になる角度となり、電場の大きさ又は方向を変化させた時に変化量に応じた回転角の増減が見られれば、光学軸方向が回転していると確認できる。確認するための装置例としては、光学軸方位の確認方法と同様に図２４の構成で確認することができる。

（応答時間の確認方法）
液晶素子に光学軸方位の回転が見られる場合、この回転の速さが応答時間にあたる。偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に透過光量が最小になるような角度で液晶素子を配置し、液晶素子に電場を印加する。電場印加によって光学軸方位が回転するため、透過光量が変化する。従って、この透過光量の変化度合いが回転の変化度合いとなる。電場を印加しない状態の透過光量を０％として、電場印加によって変化して最終的に定常状態となった透過光量を１００％とした時、電場を印加しない状態から電場を印加して透過光量が１０％から９０％になるまでの時間を立ち上がり応答時間、電場を印加した状態から電場の印加をやめて透過光量が９０％から１０％になるまでの時間を立ち下がり応答時間とする。例えば、ＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、立ち上がり応答時間、立ち下がり応答時間ともに４００μｓ程度である。確認するための装置例としては、後述する「光学軸方位の確認方法」の場合と同様に、図２４の構成で確認することができる。

（ＰＳＳ−ＬＣＤ）
本発明において好適に使用可能な液晶材料は、ＰＳＳ−ＬＣＤ、すなわち、該液晶材料中の初期分子配向が配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、実質的に、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して少なくとも垂直な自発分極を全く示さないものである。

（初期分子配列）
本発明において、液晶材料中の初期分子配向（または方向）では、液晶分子の長軸は液晶分子に対する配向処理方向にほぼ平行な方向を有する。液晶分子の長軸が配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有するという事実は、例えば、以下のやり方で確認することができる。本発明による液晶素子が望ましい表示性能を示すことを可能とするために、以下の方法により測定されるラビング方向と液晶分子の配向方向間の角度（絶対値）は、好ましくは、３°以下、更に好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。厳密な意味で、ポリイミド膜等のポリマー配向膜がラビングを受ける場合、複屈折がポリイミド最表層に誘発され、それによって遅相軸を与えることは知られている。更に、一般に、液晶分子の長軸は遅相軸に平行に配向することは知られている。ポリマー配向膜の殆どすべてに関して、ある種の角度ずれがラビング方向と遅相軸間で起こることは知られている。一般に、ずれは比較的小さく、約１〜７度であることが可能である。しかしながら、この角度のずれは、極端な例として、ポリスチレンの場合のように９０度であることができる。従って、本発明において、ラビング方向と液晶分子の長軸（すなわち、光軸）の配向方向間の角度は、好ましくは、３°以下であることが可能である。この時点で、液晶分子の長軸と、ラビング等によりポリマー（ポリイソミド等）、ポリマー配向膜中に提供される遅相軸の配向方向は、好ましくは、３°以下、更に好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。

上述のように、本発明において、配向処理方向は、液晶分子長軸の配向方向を決める遅相軸（ポリマー最表層における）の方向を指す。

＜液晶分子に対する初期分子配向状態を測定する方法＞
一般に、液晶分子の長軸は、光軸とよく一致する。従って、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶パネルを置く場合、透過光線の強度は、液晶の光軸が検光子の吸収軸とよく一致する場合に最小となる。初期配向軸の方向は、液晶パネルが透過光線の強度を測定しつつクロスニコル配置中で回転する方法により測定することができ、それによって、透過光線の最小強度を与える角度を測定することができる。

＜液晶分子長軸方向と配向処理方向との平行度を測定する方法＞
ラビング方向は設定角により決定され、ラビングにより提供されるポリマー配向膜最表層の遅相軸は、ポリマー配向膜の種類、膜製造方法、ラビング強度、等により決定される。従って、消光位が遅相軸の方向と平行に提供される場合、分子長軸、すなわち、分子光軸が遅相軸の方向に平行にあることが確認される。

（自発分極）
本発明において、初期分子配向では、自発分極（強誘電性液晶の場合の自発分極に類似している）は、少なくとも、基板に垂直である方向に対しては発生しない。本発明において、「実質的に自発分極を提供しない初期分子配向は、自発分極が発生しないものである」は、例えば、以下の方法により確認することができる。

＜基板に垂直な自発分極の存在を測定する方法＞
液晶セル中の液晶が自発分極を有する場合、特に、自発分極が初期状態における基板方向、すなわち、初期状態における電場方向（すなわち、外部電場がない場合の）に垂直な方向に発生する場合において、低周波数三角波電圧（約０．１Ｈｚ）が液晶セルに印加される時、印加電圧の正から負へ、または負から正への極性変化と共に、自発分極の方向は上方方向から下方方向へ、または下方方向から上方方向へ反転する。こうした反転と共に、実際の電荷が輸送される（すなわち、電流が発生する）。自発分極は、印加電場の極性が反転する時だけ反転する。従って、図２０に示されるようにピーク状電流が現れる。ピーク状電流の積分値は、輸送しようとする全量電荷、すなわち、自発分極の強度に対応する。この測定で非ピーク状電流が観察される場合、自発分極反転の発生がないことは、直接、こうした現象により証明される。更に、図２１に示されるような電流の直線的な増加が観察される場合、液晶分子の長軸が、電場強度の増加に応じて、それらの分子配向方向において連続的にまたは引き続き変化することが見出される。換言すれば、図２１に示されるようなこのケースでは、印加される電場強度に応じて、誘導分極等のために分子配向方向の変化が起こることが見出されてきた。

（基板）
本発明において使用可能な基板は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する基板は、ＬＣＤの使用法または用途、その材料およびサイズ、等の観点から適切に選択することができる。本発明において使用可能な特定例としては、以下のものが挙げられる。

その上にパターン化透明電極（ＩＴＯ等）を有するガラス基板
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
低温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
高温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
単結晶シリコンアレイ基板

（好ましい基板例）
これらの中で、本発明が大型液晶表示パネルに適用される場合において、以下の基板を用いることは好ましい。

非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板

（ＰＳＳ−ＬＣＤ材料）
本発明において好適に使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ液晶材料は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する液晶材料は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の液晶材料（種々の強誘電性または非強誘電性液晶材料を含む）は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした液晶材料の特定の好ましい例には、以下が挙げられる。

（好ましい液晶材料の例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の液晶材料を用いることが好ましい。

（配向膜）
本発明において使用可能な配向膜は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する配向膜は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の配向膜は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした配向膜の特定の好ましい例には、以下が挙げられる。

ポリマー配向膜：ポリイミド、ポリアミド、ポリアミド−イミド
無機配向膜：ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、等

（好ましい配向膜例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の配向膜を用いることは好ましい。
無機配向膜

本発明において、上述の基板、液晶材料、および配向膜として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）に記載されているそれぞれの項目に対応する材料、成分または構成要素を用いることは可能である。

（他の構成要素）
本発明による液晶ディスプレイを構成するために用いられる透明電極、電極パターン、マイクロカラーフィルタ、スペーサ、および偏光子等の他の材料、構成要素または成分は、それらが本発明の目的に反しない限り（すなわち、それらが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り）、特に限定されない。加えて、本発明において使用可能である液晶表示素子を製造するための方法は、液晶表示素子が上述の特定「初期分子配向状態」を与えるために構成されるべきであることを除き、特に限定されない。液晶表示素子を構成するための種々の材料、構成要素または成分の詳細に関しては、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）を参照することは可能である。

（特定の初期配向を実現するための手段）
こうした配向状態を実現するための手段または方策は、それが上述の特定の「初期分子配向状態」を実現することができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する特定の初期配向を実現するための手段または方策は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。

以下の手段は、好ましくは、本発明が大型テレビパネル、小型高解像度表示パネル、および直視型ディスプレイに適用される場合に用いることが可能である。

（初期配向を与えるための好ましい手段）
本発明者らの知見によれば、上述の適する初期配向は、以下の配向膜（焼成により形成される配向膜の場合、その厚さは焼付け後の厚さで示される）およびラビング処理を用いることにより、容易に実現することが可能である。他方、通常の強誘電性液晶ディスプレイにおいて、配向膜の厚さは３，０００Ａ（オングストローム）以下、ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）は０．３ｍｍ以下である。

配向膜の厚さ：好ましくは４，０００Ａ以上、更に好ましくは５，０００Ａ以上（特に、６，０００Ａ以上）

ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）：好ましくは０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．４ｍｍ以上（特に、０．４５ｍｍ以上）

上述の配向膜厚さおよびラビング強度は、例えば、後述する製造例１に記載されるような方法で測定することが可能である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様１）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

少なくとも一対の基板と、一対の基板の間に配置された液晶材料と、一対の基板の外側に配置された一対の偏光フィルムを含む液晶素子であって；該一対の偏光フィルムの一つは液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な初期分子配向を有し、一対の偏光フィルムの他方は液晶材料に対する配向処理方向に垂直な偏光吸収方向を有し、且つ

液晶素子は外部印加電圧の不存在下で消光角を示すＰＳＳ−ＬＣＤ。

こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えてその消光位が実質的に温度依存性を有しないという利点を有する。従って、この態様において、コントラスト比の温度依存性を比較的小さくすることが可能である。

偏光フィルムの偏光吸収軸方向が実質的に液晶材料の配向処理方向に並べられる上述の関係において、偏光フィルムの偏光吸収軸と液晶材料の配向処理方向間の角度は、好ましくは２°以下、更に好ましくは１°以下、特に０．５°以下であることが可能である。

加えて、液晶素子が外部印加電圧の不存在下での消光位を示す現象は、例えば、以下の方法により確認することが可能である。

＜消光位を確認する方法＞
試験しようとする液晶パネルを、クロスニコル関係において配置される偏光子と検光子の間に挿入し、透過光の最小光量を与える角度を、液晶パネルが回転している間に測定する。このように測定された角度が消光位の角度である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様２）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；該一対の基板を通過する電流は、実質的に、連続的、線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合、ピーク状電流を全く示さないＰＳＳ−ＬＣＤ。

一対の基板を通過する電流が、実質的に、その強度が連続的、線形に変化する電圧波形の印加下でピーク状電流を示さないことは、例えば、以下の方法により確認することが可能である。この態様において、「電流が実質的にピーク状電流を示さない」は、液晶分子配向変化において、自発分極が少なくとも直接的なやり方で液晶分子配向変化に関与しないことを意味する。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えて、それが能動駆動素子の中でも非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子等の最低の電子移動度を有する素子においてさえ、充分な液晶駆動を可能とする利点を有する。

液晶それ自体がかなり高い表示性能を示すことができる時でさえ、その能力が比較的大きい場合、こうした液晶を、電子移動度に関する限定を有する非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子を用いることによって駆動することは難しい。結果として、高品質表示性能を与えることは実際上不可能である。このケースにおいてさえ、液晶を駆動する能力の観点から、非晶質シリコンよりも大きな電子移動度を有する低温ポリシリコンおよび高温ポリシリコンＴＦＴアレイ素子、または、最大電子移動度を与えることができる単結晶シリコン（シリコンウエハー）を用いることにより、充分な表示性能を与えることは可能である。他方、非晶質シリコンＴＦＴアレイは、製造コストの観点から経済的に有利である。更に、パネルのサイズが増大する場合、非晶質シリコンＴＦＴアレイの経済的利点は、他のタイプの能動素子よりも一段と大きい。

＜ピーク状電流を確認する方法＞
約０．１Ｈｚの極端に低い周波数を有する三角波電圧を、試験しようとする液晶パネルに印加する。液晶パネルは、こうした印加電圧を、ＤＣ電圧がほぼ線形に増大し減少するように感じるであろう。パネル中の液晶が強誘電性液晶相を示す場合、光学応答、および電荷移動状態は、三角波電圧の極性に応じて決まるが、しかしながら、実質的に三角波電圧の頂点値（またはｐ−ｐ値）には依存しない。換言すれば、自発分極の存在のために、液晶の自発分極は、印加電圧の極性が負から正へ、または正から負へ変わる場合のみに、外部印加電圧と連結される。自発分極が反転する場合、電荷は、パネル内部でピーク状電流を生成するように一時的に移動する。反対に、自発分極の反転が起こらない場合、ピーク状電流は全く見られず、電流は単調増加、減少または一定値を示す。従って、パネルの分極は、低周波数三角波電圧をパネルに印加し、正確に得られる電流を測定し、それによって電流波形のプロファイルを測定することにより決定することが可能である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様３）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

液晶材料用の液晶分子配向処理が低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われるＰＳＳ−ＬＣＤ。

この態様において、プレチルト角は、好ましくは１．５°以下、更に好ましくは１．０°以下（特に０．５°以下）であることが可能である。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それが広い面における均一な配向、および広視野角を与えることができるという利点を有する。何故広視野角が提供されるかという理由は以下の通りである。

本発明による液晶分子配向において、液晶分子は円錐様領域内に動くことが可能であり、それらの電気光学応答は同じ平面内に留まらない。一般に、平面から離れるこうした分子挙動が起こる場合、複屈折の入射角依存が起こり、視野角が狭くなる。しかしながら、本発明による液晶分子配向において、液晶分子の分子光軸は、常に、図２２に示すように、円錐の上部に関して、時計回りまたは反時計周りに、対称的に且つ高速で動くことが可能である。高速対称運動のために、極端な対称画像を時間平均の結果として得ることが可能である。従って、視野角の観点から、この態様は高対称および小さな角依存性を有する画像を与えることができる。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様４）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

液晶材料が強誘電性液晶相転移系列に対してスメクチックＡ相を示す液晶素子。

この態様において、液晶材料が「スメクチックＡ相−強誘電性液晶相転移系列」を有する現象は、例えば、以下の方法により確認することができる。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それがそのために保存温度のより高い上限値を与えることができるという利点を有する。更に詳細には、液晶表示用保存温度の上限値を決定しようとする場合、温度が強誘電性液晶相からスメクチックＡ相への転移温度を超える時でさえ、それは、温度がスメクチックＡ相からコレステリック相への転移温度を超えない限り、初期分子配向を取り戻すために強誘電性液晶相に戻ることができる。

＜相転移系列を確認する方法＞
スメクチック液晶の相転移系列は以下のように確認することが可能である。

クロスニコル関係下で、液晶パネルの温度を等方性相温度から下げる。この時、ラビング方向を検光子に平行にする。偏光顕微鏡による観測の結果として、花火様形状が円形状に変わる複屈折変化が最初に見られる。温度を更に下げる場合、消光方向はラビング方向に平行に起こる。温度を更に下げると、相はいわゆる強誘電性液晶相に変換する。この相において、パネルが消光位の近傍３〜４°の角度で回転する場合、温度低下と共に消光位から位置が外れる時に透過光強度が増大することが見出される。

本明細書において、強誘電性液晶相のヘリカルピッチおよび基板のパネルギャップを、例えば、以下の方法により確認することは可能である。

＜ヘリカルピッチを確認する方法＞
互いに平行にある配向処理を与えるためにラビングされた基板を有するセルにおいて、液晶材料を期待ヘリカルピッチの少なくとも５倍であるセルギャップを有するパネル間に注入する。結果として、ヘリカルピッチに対応する縞模様がディスプレイ表面に現れる。

＜パネルギャップを確認する方法＞
液晶材料の注入前に、光干渉を用いる液晶パネルギャップ測定装置を用いることにより、パネルギャップを測定することは可能である。

（光学軸方位の角度の測定方法と装置構成）
液晶素子としての光学軸方位の厳密な測定方法としては、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶素子を置く場合、光学軸が検光子の吸収軸と一致する場合に透過光の強度が最小になる。従って、クロスニコル配置中で透過光の最小強度が得られる角度が光学軸方位の角度となる。測定装置として、偏光顕微鏡の鏡筒部にＰＭＴ（光電子増倍管）などの光検出素子を取り付けたものを例としてあげる。

図２４の模式斜視図に、光学軸方位の厳密な測定に好適な要素の一例の構成を示す。偏光顕微鏡の偏光子と検光子をクロスニコル配置として、サンプルステージ上に検光子の吸収軸と測定する液晶素子の基準角度と同一になるように配置し、ＰＭＴにて検出した光量が最小になるようにサンプルステージを回転させる。このときのサンプルステージ角度がすなわち、液晶素子の基準角度に対する光学軸方位の角度となる。

以下、製造例および実施例により本発明を更に具体的に説明する。

製造例１
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク（Merck）：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア（Darocur）１１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号（特願平０９−１７４４６３号）に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＴ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア１１７３を有した。

ここで用いる基板は、その上にＩＴＯフィルムを有するガラス基板（ナノロア社（Nono Loa Inc.）より市販されているホウケイ酸ガラス、厚さ０．７ｍｍ、サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）であった。

スピンコーター使用によりポリイミド配向材料を塗布し、次に、得られる膜を予備的に焼き、得られる生成物を最終的にクリーンオーブン中で焼成することにより、ポリイミド配向膜を形成した。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter ６を参照することが可能である。

液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布（Yoshikwa Kako製、商品名１９ＲＹ）により、図２３に示すように基板の中心方向に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。

＜ラビング条件＞
ラビングの押し込み量：０．５ｍｍ
ラビング数：１回
ステージ移動速度：２ｍｍ／秒
ローラー回転周波数：１０００ｒｐｍ（Ｒ＝４０ｍｍ）

スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０Ｖ、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した（ＮＦ Circuit Block 社製のファンクション・ジェネレータ、商品名：ＷＦ１９４６Ｆの使用による）。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した（ＵＶＰ 社製紫外光、商品名：ＵＶＬ−５６の使用による）。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ²であった。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter ６を参照することが可能である。

このパネルの初期分子配向方向は、ラビング方向と同じであった。このパネルの電気応答測定は、三角波電圧の印加によりアナログ階調を示した。

ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“The Optics of Thermotropic Liquid Crystals”Taylor and Francis：１９９８，英国ロンドン；Chapter ８およびChapter ９を参照することが可能である。

製造例２
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図２３に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野においてラビング方向と同じであったが、しかしながら、極めて限定された面では＋／−２０度を示しラビング角からずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。

この製造例において、徐冷の段階での大きすぎる電圧印加が初期ＦＬＣ分子配向を低下させることが見出された。例えば、スメクチックＡ相を示す温度で、＋／−５Ｖ程度の電圧を印加すると、ラビング方向に沿って筋状の配向欠陥が示される。一旦このタイプの欠陥が発生すると、カイラルスメクチックＣ相（強誘電性液晶相）は欠陥を排除しない。徐冷での電圧印加は有効であるが、しかしながら、その条件は厳しく制御されるべきである。これらの製造例において、スメクチックＡにおいて１Ｖ／μｍ以下、スメクチックＡ相から、スメクチックＡ相からカイラルＳｍＣ相への転移温度の１０℃下までで１．５Ｖ／μｍ以下、相転移温度から２０℃下までで５Ｖ／μｍ以下、これより低い温度範囲で７．５Ｖ／μｍ以下が良好な結果を得るために好ましいことが示された。

製造例３
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図２３に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．６ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Molecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ混合物材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ｍｍであった。

液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に１℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（９０℃から５０℃まで）において、＋／−１Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が５０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−７Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面において、ラビング方向と同じであった。小さくわずかな面のみにラビング角からの＋／−１７度のずれが見られた。このパネルの電気応答測定は、図１９に示すように、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。この製造例において、徐冷の間の印加電圧は三角波に限定されず、正弦波、矩形波でもラビング方向に平行な初期分子配向を安定化させるために有効であることも、また、見出された。

上記製造例において得られた結果を以下の表１にまとめる。

製造例の要約

実施例１
本発明の実施例として、電圧制御方式の一例を示す。大きさ３５ｍｍ×３５ｍｍ厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、そのガラス基板上に直径１５ｍｍの円形の透明電極ＩＴＯをパターニングした。このガラス基板を図２５の模式斜視図に示すように互いに透明電極が向かい合うように張り合わせて、ＰＳＳ−ＬＣＤセルを作成した。
２枚のガラス基板を対向させ、液晶層のギャップを一定に大きさにするため、粒径が１．８μｍのシリカスペーサーを用いた。２枚のガラス基板表面にポリイミドを塗布、焼成した後、お互いに重ね合わせた時にラビングを方向が平行となるようにおこなった。その後、片側のガラス基板上にエタノールに分散した上記スペーサーを１平方ｍｍあたり１００個の割合で分散した。そして、２枚のガラス基板を透明電極が向かい合うように重ねあわせ、重なった部分に２液性エポキシ樹脂を充填・固定し空セルを作製した。
このセルに、ＰＳＳ−ＬＣＤ用液晶材料（ナノロア社製）を１１０℃等方相にて注入し、ＰＳＳ−ＬＣＤセルを作製した。このパネルの光学軸方位の角度は、光学軸方位の角度の確認の結果、ラビング方向とほぼ平行であった。

上記により得たパネルに電圧±５Ｖで周波数２００Ｈｚの方形波を印加して、−５Ｖの電圧を印加した時に透過光量が最小となるような角度、すなわち光学軸方位を測定した。このとき、周囲温度を３０〜６０℃まで変化させて、光学軸方位回転の温度依存性として測定をおこなった。３０〜６０℃の測定周囲温度中、６０℃の時の光学軸方位の回転角が２１．５°で最小となった。この角度が温度依存補償の基準角度となる。

図２４のように偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中にこのＰＳＳ−ＬＣＤセルを配置する。このとき、検光子の吸収軸に対して、基準角度２１．５°と平行となるように配置する。
この構成で、上述で測定した光学軸方位回転の温度依存性から導き出した図２６の曲線に従って制御した。換言するとこの曲線は、周囲温度によって透過光量が最小となる電圧の曲線である。結果を図１８に示す。図９のように全く制御をしない状態に比べ、明らかにコントラスト比の変動を抑えることが確認された。

実施例２
本発明において、機械的回転を利用した制御の一例を示す。
実施例１と同様に、大きさ３５ｍｍ×３５ｍｍ厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、そのガラス基板上に直径１５ｍｍの円形の透明電極ＩＴＯをパターニングした。このガラス基板を図２５のように互いに透明電極が向かい合うように張り合わせてＰＳＳ−ＬＣＤセルを作成した。２枚のガラス基板を対向させ、液晶層のギャップを一定に大きさにするため、粒径が１．８μｍのシリカスペーサーを用いた。２枚のガラス基板表面にポリイミドを塗布、焼成した後、お互いに重ね合わせた時にラビングを方向が平行となるようにおこなった。その後、片側のガラス基板上にエタノールに分散した上記スペーサーを１平方ｍｍあたり１００個の割合で分散した。そして、２枚のガラス基板を透明電極が向かい合うように重ねあわせ、重なった部分に２液性エポキシ樹脂を充填・固定し空セルを作製した。このセルに、ＰＳＳ−ＬＣＤ用液晶材料（ナノロア社製）を１１０℃等方相にて注入し、ＰＳＳ−ＬＣＤセルを作製した。このパネルの光学軸方位の角度は、光学軸方位の角度の確認の結果、ラビング方向とほぼ平行であった。

上記により得たパネルに電圧±５Ｖで周波数２００Ｈｚの方形波を印加して、−５Ｖの電圧を印加した時に透過光量が最小となるような角度、すなわち光学軸方位を測定した。このとき、周囲温度を３０〜６０℃まで変化させて、光学軸方位回転の温度依存性として測定をおこなった。結果を図２７に示す。

図２４のように偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中にこのＰＳＳ−ＬＣＤセルを配置する。そして、検光子の吸収軸に対して、ＰＳＳ−ＬＣＤセルの電圧を印加していないときの光学軸方位を基準として図２７に従って周囲温度によって回転角を制御した。結果を図１９に示す。実施例１と同様に、図９のように全く制御をしない状態に比べ、明らかにコントラスト比の変動を抑えることが確認された。

表面安定化強誘電性液晶における電場無印加状態の光学軸方位と温度依存性を示す模式平面図である。 表面安定化強誘電性液晶におけるチルト角の温度依存性の一例を示すグラフである。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける回転角θの温度依存性の一例を示すグラフである。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける電場無印加状態の光学軸方位を示す模式平面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤの電場印加方向と光学軸方位の回転角と回転方向を示す模式平面図および模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける温度依存性を示す模式平面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける光シャッターの遮光状態と透過状態を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける光シャッターの温度依存性を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤにおける光シャッターの温度依存性によるコントラスト比率低下の一例を示すグラフである。 ＰＳＳ−ＬＣＤ光シャッターにおける電圧制御による温度依存性改善方法の一例を示す模式平面面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッターの一例を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッターの他の例を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤ光シャッターにおける素子回転制御による温度依存性改善の原理の一例を示す模式平面面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター（機械的駆動を利用した例）の一例を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター（機械的駆動を利用した例）の他の例を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター機械式温度依存性改善の構成の一例を示す模式斜視図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター機械式温度依存性改善の構成の他の例を示す模式断面図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター印加電圧制御による温度依存性改善実施例結果１ ＰＳＳ−ＬＣＤによる光シャッター印加電圧制御による温度依存性改善の一例を示すグラフである。 三角波電圧印加の下での分子配向スイッチングの間の分極スイッチング電流の例を示すグラフである。 従来のＳＳＦＬＣＤパネルの場合におけるスイッチングの間の分極スイッチングピーク電流の例を示すグラフである。 ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤのｃ−ダイレクタプロファイルを説明するための模式図である。 積層パネルのラビング角を説明するための模式図である。 本発明において使用可能な、光学軸方位の厳密な測定に好適な要素の一例の構成を示す模式斜視図である。 本発明の実施例において作製したＰＳＳ−ＬＣＤセルの一例を示す模式斜視図である。 本発明の実施例において得られた制御電圧曲線の一例を示すグラフである。 本発明の実施例において得られた制御回転角曲線の一例を示すグラフである。

Claims (9)

1. 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
   前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
   前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とする液晶デバイス。
2. 透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
   前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含み；且つ、印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子であり；且つ、
   前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイス。
3. 透過軸が互いに直交する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子に電圧を印加する電圧印加手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
   前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
   前記電圧印加手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、該電圧印加手段から液晶素子に印加すべき電圧を制御可能な電圧印加手段であることを特徴とする液晶デバイス。
4. 透過軸が互いに交差する一対の偏光素子と、該一対の偏光素子の間に配置された液晶素子と、該液晶素子と偏光素子との間の角度を調整するための角度調整手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
   前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子であり；且つ、
   前記角度調整手段が、前記液晶材料中の液晶分子配向に応じて、液晶素子と偏光素子との間の角度を制御可能な角度調整手段であることを特徴とする液晶デバイス。
5. 前記液晶素子が、１０〜２Ｖ／μｍのレベルの印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である請求項１または２に記載の液晶デバイス。
6. 前記液晶素子が、１ｍｓ以下のレベルの高速応答が可能な液晶材料である請求項１、２または５に記載の液晶デバイス。
7. 光シャッターの機能を有する請求項１〜６のいずれかに記載の液晶デバイス。
8. 前記液晶素子中の液晶分子配向が、前記液晶材料の温度によって表される請求項１〜７のいずれかに記載の液晶デバイス。
9. 前記液晶材料中の液晶分子配向が、前記偏光素子の一方からの出射光の強度によって表される請求項１〜８のいずれかに記載の液晶デバイス。