JP2803230B2 - 液晶素子及びそれを用いた偏光変換素子及びその駆動法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高速でオン、オフを繰り返す液晶素子及び
それを用いた偏光変換素子及びその駆動法に関するもの
である。

［従来の技術］ 高速でオン、オフを繰り返す液晶素子としては、二周
波駆動法によるプリンターヘッド装置が知られている。

この二周波駆動法においては、数KHzまでの低周波と
数十KHzの高周波が用いられている。このため、高周波
領域では透明電極基板の電極抵抗を低くしなければ液晶
に印加される有効電圧が低下することとなり、大面積を
駆動することが難しいという欠点を有する。

また、二周波駆動に適する液晶材料は、液晶分子の分
子軸に対して横方向の相互作用が強くなるため、通常の
ネマチック液晶に比べ粘性が非常に高くなっている。こ
のため、高速応答を得るためには、高電圧が必要とな
り、ひいては消費電力が大きくなる欠点を有していた。

そこで、数KHzまでの低周波単一信号による駆動方式
が望まれている。

この従来の低周波単一信号による駆動方式では、通常
のツイストネマチック（TN）モードにおいては、その電
圧印加（オン）時の応答性は、電圧を高くすることによ
り速くすることができる。しかし、その電圧を切った
（オフ）時の応答性は、電圧によって速くすることがで
きなく、セルの基板間隙を薄くしたり、液晶を低粘性化
することにより多少は速くできるが、この応答速度は０
℃でせいぜい数十msec程度にすぎなかった。また、この
基板間隙の薄型化及び液晶の低粘性化により、液晶素子
自体の偏光変換効率が低下してしまうこともあり、偏光
変換効率が良くかつ高速応答で視野角の広い液晶素子は
得られていなかった。

［発明の解決しようとする問題点］ これを解決するために、本発明者らは、既に一対の水
平配向処理された透明電極付の透明電極基板を、その配
向処理方向がほぼ直交するように配置して、その間にネ
マチック液晶を挟持し、そのネマチック液晶層よりも入
射光側に偏光軸を入射光側の基板面の液晶分子の配向方
向にほぼ平行またはこれにほぼ直交するように偏光板を
配置し、ネマチック液晶のピッチｐと基板間隙ｄとの関
係d/pが0.5＜d/p＜１とし、両透明電極間に液晶のしき
い値電圧以上の電圧を印加することにより液晶分子が縦
配向状態を取り、その後、電圧をオフすることにより、
液晶分子がその自然のねじれ状態である270゜への緩和
状態であるほぼ90゜の中間ねじれ状態とされ、この液晶
分子の縦配向状態と液晶分子の中間ねじれ状態との２つ
の状態を利用して入射光の偏光方向を90゜変える液晶素
子を提案している（例えば、特開平１−9419号公報参
照）。

これにより、低消費電力の低周波単一信号による駆動
方式で、偏光変換効率の低下なしに高速応答が可能な液
晶素子を得ることができた。

しかし、その後、垂直方向では偏光変換率は良いが斜
め方向から見た場合に偏光変換効率が低下する欠点が見
出された。このため、視野角が広く偏光変換効率が高い
液晶素子が望まれており、本発明はそれを得ることを目
的としたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はかかる問題点を解決すべくなされたものであ
り、一対の水平配向処理された透明電極付の透明電極基
板を両透明電極基板間では相互にその水平配向方向がほ
ぼ直交するように配置し、その間にネマチック液晶を挟
持し、そのネマチック液晶層よりも入射光側に偏光板を
配置し、入射光側の偏光板の偏光軸を入射光側の基板面
の液晶分子の配向方向にほぼ平行またはこれにほぼ直交
するように配置し、ネマチック液晶のピッチｐと基板間
隙ｄとの関係d/pを、0.5×ｎ＜d/p＜0.5×（ｎ＋１）
（n:n≧１の整数）とし、両透明電極間に液晶のしきい
値電圧以上の電圧を印加することにより液晶分子が縦配
向状態を取り、その後、電圧をオフすることにより、液
晶分子がその自然のねじれ状態への緩和状態であるほぼ
90゜＋180゜×ｍ（m:n＞ｍ≧０の整数）の中間ねじれ状
態とされ、この液晶分子の縦配向状態と液晶分子の中間
ねじれ状態との２つの状態を利用して入射光の偏光方向
を90゜変える液晶素子において、複屈折板の３個の主屈
折率をn_x、n_y、n_zとし、n_zを複屈折板の厚み方向の屈折
率とした場合、n_x＝n_y＞n_zであり、液晶の屈折率異方性
Δn₁と基板間隙d₁との積Δn₁・d₁に対して、複屈折板の
屈折率異方性Δn₂と複屈折板の厚みd₂との積を総合した
複屈折板のΔn₂・d₂の値が、0.1×Δn₁・d₁＜Δn₂・d₂
＜1.5×Δn₁・d₁になるような１軸性の複屈折板を液晶
層の外側に配置したことを特徴とする液晶素子、及び、
その液晶素子において、液晶分子のd/pが0.5＜d/p＜１
とされ、自然のねじれ状態が270゜とされ、液晶分子の
縦配向状態と90゜の中間ねじれ状態との２つの状態を利
用して入射光の偏光方向を90゜変えることを特徴とする
液晶素子、及び、それらの液晶素子において、複屈折板
が液晶層の両側に配置されていることを特徴とする液晶
素子、及び、それらの液晶素子において、液晶分子の配
向状態が自然のねじれ状態で水平配向によるプレティル
ト角と整合するようにされることを特徴とする液晶素
子、及び、それらの液晶素子において、ネマチック液晶
層の出射光側にも偏光板を配置することを特徴とする液
晶素子、及び、それらの液晶素子を表示体の前に配置し
たことを特徴とする偏光変換素子、及び、それらの液晶
素子を駆動する液晶素子の駆動方法において、液晶分子
のねじれ状態が中間ねじれ状態となった後、液晶のしき
い値未満の電圧を印加することを特徴とする液晶素子の
駆動方法を提供するものである。

本発明は、通常の液晶で使用される電圧オン時とオフ
時の２つの安定状態のみを利用して光の透過率を変える
のではなく、長時間電圧オフによる完全なオフ時で通常
の液晶よりもより大きくねじれた自然のねじれ状態への
緩和状態であるほぼ90゜＋180゜×ｍ（m:n＞ｍ≧０の整
数）の中間ねじれ状態と、しきい値電圧以上の電圧を印
加した縦配向状態との２つの状態を利用して入射光の偏
光方向を90゜変えるものであり、高速応答でかつ高い偏
光変換効率が得られる。

また本発明では、斜め方向からみた場合の偏光変換効
率を改善したものであり、複屈折板の３個の主屈折率を
n_x、n_y、n_zとし、n_zを複屈折板の厚み方向の屈折率とし
た場合、n_x＝n_y＞n_zとなるような１軸性の複屈折板を液
晶層の外側に配置したものであり、これにより、視野角
が広く優れた偏光変換性能を得ることができる。従来、
液晶表示素子の白黒補償のための１軸性の複屈折板とし
てn_x＞n_y＝n_zのものが知られているが、本発明で用いる
複屈折板はn_x＝n_y＞n_zであって、白黒用のものとは光学
特性が異なる。

さらに本発明では、中間ねじれ状態の安定性を改善す
るために、電圧をオフにし、液晶分子のねじれ状態が中
間ねじれ状態となった後、液晶のしきい値未満の電圧を
印加するものである。これにより、液晶分子の中間ねじ
れ状態が長く続くものであり、優れた偏光変換性能を得
ることができる。

本発明は、この中間ねじれ状態である準安定状態を使
用しているため、数msec〜数secのある程度高速で液晶
に入射した偏光の偏光方向を繰り返して変化させる用途
に適している。

本発明の液晶素子の配向処理方向は、２枚の基板間で
ほぼ直交されるようにする。この基板間に挟持されるネ
マチック液晶のピッチｐと基板間隙ｄとの関数d/pが0.5
×ｎ＜d/p＜0.5×（ｎ＋１）（n:n≧１の整数）とされ
る。これにより、電圧を長い間オフにしておいた状態で
ある自然のねじれ状態ではｎ＝１の場合270゜となり、
ｎ＝２の場合450゜となる。

本発明では、これに液晶のしきい電圧以上の電圧を印
加することにより、液晶分子を縦配向状態にする。この
状態は、従来の通常の90゜ツイストの液晶表示素子にし
きい電圧以上の電圧を印加した場合と同様である。

この２つの安定状態間での変化は、本発明の液晶素子
でも、従来の液晶素子でも同じである。本発明では、こ
のようにしてしきい値以上の電圧を印加して液晶分子を
縦配向状態にした後、電圧をオフにした際の挙動が従来
の液晶素子と異なる。

本発明では、電圧をオフにすると、液晶分子のねじれ
角が大きいため、上記２つの安定状態の外に、短時間で
あるが完全な電圧オフ時の自然のねじれ状態であるほぼ
90゜＋180゜×ｎ（n:n≧１の整数）への緩和状態である
ほぼ90゜＋180゜×ｍ（m:n＞ｍ≧０の整数）の準安定な
中間ねじれ状態をとる。

この中間ねじれ状態は、液晶分子自身のねじれようと
する力が強いため、縦配向状態から極めて速く、具体的
には室温で１〜数msec程度と高速で到達し、かつある程
度の時間保持された後、自然のねじれ状態に到達する。

本発明では、電圧をオフにしてこの中間ねじれ状態に
なった後、液晶のしきい値以下の電圧を印加することに
より、この中間ねじれ状態を安定して長く継続させるこ
とができる。

本発明では、このしきい値電圧以上の電圧を印加した
時の縦配向状態と、準安定な中間ねじれ状態との２つの
状態の間で駆動し、高速でオンオフするものである。

本発明ではこの中間ねじれ状態が90゜とされることが
好ましく、高速応答が得られ円偏光等の欠点を生じにく
い。特に、d/pを0.5＜d/p＜１とし、液晶の自然のねじ
れ状態を270゜として、縦配向状態と90゜の中間ねじれ
状態との間で変化させることが好ましい。

これは、ねじれ角が大きくなると中間ねじれ状態への
移行の応答速度は向上する傾向はあるが、駆動に要する
電圧が高くなり、円偏光性が増加し、偏光変換率が低下
し、コントラスト比が低下してくるためであり、270゜
とすることが好ましい。また、ねじれ角を大きくする
と、リターデーション色が強くなる傾向もあり、好まし
くない色が生じることがある。

また、この場合、液晶分子の配向状態が自然のねじれ
状態で水平配向によるプレティルト角と整合するように
しておくことにより、中間ねじれ状態で整合の場合よ
り、高速でこの中間状態に移行し好ましい。このように
すると、中間ねじれ状態から自然ねじれ状態へも速く移
行し易くなるが、この場合には、液晶のしきい値未満の
電圧を印加することにより、この中間ねじれ状態が安定
して継続する。

この整合状態の例を、自然ねじれの状態が270゜であ
って、上から見て反時計方向に液晶がねじれている場合
の例で説明する。

この場合に、上から見て反時計方向に液晶が270゜ね
じれている場合に整合状態となるようにされる。具体的
には、上側の基板では基板に液晶分子の左端が接してお
り、下側の基板では基板に液晶分子の手前側が接してい
る。これにより液晶のピッチが液晶分子のどちら側でも
同一となり、安定した整合状態となる。即ち、上側の基
板に接していた液晶分子の左端は、液晶が反時計方向に
90゜ねじれたことにより手前側に来ることになり、奥側
（液晶分子の右端）が下側の基板に接すれば整合した状
態である安定な状態になる。しかし、下側の基板では逆
の手前側が基板に接しているため、液晶分子の左端側と
右端側で液晶分子のピッチが異なることになり、不整合
状態となる。逆に、270゜ねじれた場合は整合状態とな
り、液晶のピッチが同一となる。そのため、270゜ねじ
れを自然のねじれ状態とする液晶素子の場合に適してお
り、準安定な中間ねじれ状態の90゜に速く到達すること
となる。

以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明の液晶素子の基本的構成を示す断面図
である。

第１図において、1A、1Bはガラス、プラスチック等の
透明基板であり、その内面には酸化スズ、酸化インジウ
ム−酸化スズ等の透明電極2A、2Bが必要に応じて所望の
パターンにパターニングされて形成されている。この透
明電極の表面には、液晶分子が一方向に水平配向するよ
うにラビングまたは斜め蒸着等により水平配向処理がな
され、この水平配向方向が２枚の基板でお互いに直交す
るように向い合せて、周辺をシール材３によりシール
し、内部にネマチック液晶４を封入して液晶セルを形成
する。

本発明においては、この液晶セルの外側に少なくとも
１枚の１軸性複屈折板を配置する。この図の例において
は、液晶セルの両側に複屈折板5A、5Bを配置している。
本発明では、液晶層の片側に１枚ないし複数枚の１軸性
複屈折板を配置してもよいし、液晶層の両側に夫々１枚
ないし複数枚の１軸性複屈折板を配置してもよいが、液
晶層の両側に配置する方が視野角が広くなるので好まし
い。さらに、この液晶セルの入射光側に偏光板6Aを、そ
の偏光板の偏光軸を入射光側基板面の液晶分子の配向方
向にほぼ平行またはこれにほぼ直交するように配置す
る。

このようにすることにより、高速応答で、視野角が広
く偏光変換能の優れた偏光変換用液晶素子が得られる。
この偏光変換用液晶素子は、例えば、左右で偏光軸の異
なる偏光板を設けたメガネを使用し、偏光変換用液晶素
子をテレビ等の表示体の前に配置して、表示体の表示に
同期して液晶素子をオンオフして偏光を切り替えて、立
体画像を見るようにすることができる。例えば、NTSC方
式のテレビの場合には、60Hzの速度で電圧をオンオフす
ることによって、フレーム毎に画像の偏光を90゜変化さ
せ、左右で偏光軸の異なる偏光板を設けたメガネを使用
し、立体画像を見るようにすることができる。このメガ
ネは単に２枚の偏光板のみでよく、従来の立体表示用の
液晶メガネのように、表示体の表示に同期して液晶メガ
ネを駆動する必要がないので、多人数でも同じ表示体の
立体画像を容易に見ることができるようになる。本発明
では、特定の複屈折板を用いて視野を拡大しているの
で、多人数が広がって見ることができるので、この偏光
変換素子としての用途に好適である。

また、用途によっては、この液晶セルの出射光側に偏
光板6Bを、その偏光板の偏光軸を出射光側基板面の液晶
分子の配向方向にほぼ平行またはこれにほぼ直交するよ
うに配置し、２枚の偏光板の偏光軸が直交するように配
置して使用してもよい。

この例としては、従来の立体表示用の場合と同様に、
テレビ側では60Hzで単に画像を変化させ、メガネ側に２
枚の偏光板を使用した本発明の液晶素子を使用して、60
Hzで左右の液晶素子を透明−不透明制御をすることによ
り立体画像を見るようにすることができる。

なお、この説明においては省略したが、一般の液晶表
示装置で行われているような応用、例えば、透明電極に
金属リードを形成したり、光の透過率を変化させる部分
を除いて無電解Niメッキ、Cr、Al蒸着等により不透明の
マスクを形成したり、カラーフィルターを形成したり、
ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、シリコン樹
脂、シリカ、アルミナ等の配向膜用のオーバーコートを
透明電極上に形成したり、液晶セル内に基板間隙を正確
に保つためのガラス繊維、アルミナ粒子、プラスチック
粒子等のスペーサーを散布もしくはそれらスペーサー入
りのシール材を点付けしたりする等してもよい。

第２図は、本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義
を示す斜視図である。

本発明の１軸性の複屈折板は、複屈折板の面内方向を
ｘ軸方向、ｙ軸方向とし、厚み方向をｚ軸方向とする。
この夫々の方向の屈折率をn_x、n_y、n_z、とする。本発明
では、n_x＝n_yであり、n_x＞n_zとなり、その複屈折板の屈
折率異方性Δn₂はΔn₂＝n_x−n_z＝n_y−n_zで表される。こ
の場合、この複屈折板の光軸方向はｚ軸方向となる。な
お、d₂は複屈折板の厚みである。

また、本発明においては、この複屈折板のΔn₂・d₂と
液晶層のΔn₁・d₁との関係は、総合したΔn₂・d₂の値
が、0.1×Δn₁・d₁＜Δn₂・d₂＜1.5×Δn₁・d₁となるよ
うに設定することにより、視野角が広い液晶素子が得ら
れる。

なお、この複屈折板を複数枚重ねて使用する場合や、
液晶層の片側にのみ複屈折板を複数枚使用する場合に
は、総合したΔn₂・d₂の値が上記範囲になるようにすれ
ばよい。もっとも、前述したように、液晶層の両側に夫
々１枚以上の複屈折板を配置する方が、視野角が広くな
り好ましい。

本発明の複屈折板は、上述の複屈折性を示す透明板で
あれば使用でき、プラスチックフィルム、無機の結晶板
等が使用可能である。

所望の複屈折効果を得るために、Δn₂・d₂＝（n_x−
n_z）・d₂を調整して使用するか、１枚では調整できない
場合には、同じ１軸性の複屈折板または異なる１軸性の
複屈折板を複数枚組み合わせてもよい。

なお、複屈折板は液晶層と偏光板との間に設ければよ
く、例えば、液晶層と電極の層に層状に設けたり、電極
と基板の間に層状に設けたり、基板自体を複屈折板とし
たり、基板と偏光板との間に層状に設けたり、それらを
組み合わせて設けたりすれば良い。なお、片面にのみ偏
光板を設ける場合には、複屈折板を液晶層の偏光板と反
対側に設けても良い。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々本発明の電圧オフ時の
後半に、液晶のしきい値未満の電圧を印加する液晶素子
の駆動波形図及び相対光透過特性図であり、第４図
（Ａ）、（Ｂ）は、夫々電圧オフ時には、単に電圧をオ
フにするのみの液晶素子の駆動波形図及び相対光透過特
性図である。

なお、この相対光透過特性図は、液晶素子の出射光側
に、もう１枚の偏光板を入射光側の偏光板の偏光軸とそ
の偏光板の偏光軸が直交するように配置して測定した。

第４図において、当初の時間t₁の間は、液晶のしきい
値電圧以上の電圧が印加され、液晶分子は立ち上がり、
縦配向状態となり、光が透過してこない。次に、時間t₂
において、この印加していた電圧をオフにすると、液晶
分子はまず中間ねじれ状態に移行し、ほぼ90゜＋180゜
×ｍのねじれとなるため、光が透過してくる。この場
合、一旦中間ねじれ状態となるが、徐々にこれが自然の
ねじれ状態になろうとするため、光の透過率が徐々に低
下してくることとなる。このため、オンオフの繰り返し
サイクルによっては、液晶の応答速度を速めても、偏光
変換が不十分になることがある。

第３図は、本発明の好ましい駆動方法の例によるもの
である。

この場合も、第４図の例と同様、当初の時間t₁の間
は、液晶のしきい値電圧以上の電圧が印加され、液晶分
子は立ち上がり、縦配向状態となり、光が透過してこな
い。次に、時間t₂において、この印加していた電圧をオ
フにすると、液晶分子はまず中間ねじれ状態に移行し、
ほぼ90゜＋180゜×ｍのねじれとなるため、光が透過し
てくる。この過程も第４図の例と同様である。

しかし、本発明では、この中間ねじれ状態に移行して
後、液晶のしきい値電圧未満の電圧を印加する。即ち、
時間t₂の内、液晶が中間ねじれ状態に移行して後、時間
t₃の間、液晶のしきい値電圧未満の電圧を印加する。こ
れにより、液晶が中間ねじれ状態で安定して保持され、
偏光が保持されるため、ほぼ一定の光の透過率が得られ
る。このため、液晶の応答速度を速めることにより、よ
り高い偏光変換が行われることになる。

また、その後、再び液晶のしきい値電圧以上の電圧を
印加した際に、液晶の応答速度が速くなる傾向がある。
これは、その直前において液晶が中間ねじれ状態となっ
ているためである。

この電圧をオフにする時間、即ち、t₃−t₂の時間は、
通常は液晶が中間ねじれ状態になる時間程度でよく、光
の透過率で見ればほぼ90％以上の透過率になった後であ
ればよい。もちろん光の透過率が最も高くなった後、し
ばらく放置してもよい。

その後、時間t₃の間、液晶のしきい値電圧未満の電圧
を印加する。この電圧も液晶のしきい値未満の電圧であ
ればよく、中間ねじれ状態が最も安定に保持される電圧
を実験的に求めて印加すればよい。

また、この例では、この液晶のしきい値未満の電圧を
一定としたが、段階的に２以上の異なる電圧を印加した
り、２以上の周波数としてもよい。

なお、この配向方向の交差角並びに配向方向と偏光軸
の関係は、正確に平行または直交とするのみに限られな
く、例えば５゜、10゜、20゜程度ずらすこともできる。

また、出射光側の偏光板と液晶セルとの間に1/4波長
板を、その光軸が配向処理方向とほぼ45゜ずれるように
配置してもよい。

また、本発明に使用する液晶の屈折率異方性Δn₁と基
板間隙d₁との積Δn₁・d₁は0.3〜2.5μｍとすることが好
ましく、これにより高コントラスト比を得ることができ
る。

本発明では、この偏光変換が高速で繰り返される用途
に向いており、立体テレビのように60Hz〜120Hz程度ま
で偏光変換または透明−不透明を繰り返す用途に好適で
ある。

［作 用］ 液晶にしきい値電圧以上の電圧を印加した時の液晶分
子が縦配向状態おいて、斜め方向から見た場合に光がも
れ、偏光変換効率が低下する理由を説明する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の効果を説明する斜
視図である。

第５図（Ａ）において、ｚ軸を基板の垂直方向、２枚
の偏光板の偏光軸7A、7Bをそれぞれ、ｘ軸、ｙ軸方向と
する。充分に電圧が印加された状態では液晶分子はほぼ
ｚ軸方向に向いている。この液晶中を第５図（Ｂ）で示
される角度で光が進む場合の光の透過率を計算する。液
晶の屈折率を分子軸方向でn_o、分子軸に直角方向でn
_e（n_e＞n_o）とすると、液晶が（θ、ψ）方向から示す
複屈折性Δn_effは となる。この複屈折性よって生じる位相差αは、液晶の
厚さをｄとして となり、この場合の透過率Ｉは Ｉ＝sin²2ψ・sin²（α/2） （３） となる。

θ＝０゜においては、Δn_eff＝０であるため複屈折性
を示さないが、θが大きくなるに従い、Δn_effは大きく
なり、透過率が増す。この現象はψ＝45゜、135゜、225
゜、315゜で最も顕著になる。

この複屈折性をなくすには、（２）式の位相を打ち消
す位相差をくわえてやればよい。この位相差を与える位
相差板として用いるのが本発明における複屈折板の役割
である。この複屈折板は光学異方性が液晶と逆の符号を
持つ、即ち、複屈折板の３個の主屈折率をn_x、n_y、n_zと
し、n_zを複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、n_x＝
n_y＞n_zとなるような１軸性の複屈折板を用いることによ
り、斜め方向から見た場合に光がもれ、偏光変換効率が
低下するのを防止することができる。これにより、視野
角が広い液晶素子が可能となる。

また、液晶分子が十分に立ち上がらない電圧で駆動す
る場合においても電圧印加時の液晶分子の平均的な光軸
方向と、複屈折板の光軸方向を一致させるように配置す
れば、同様に視野角が広い液晶素子が得られる。

［実施例］ 実施例１、２、比較例１、２ ガラス基板上にパターニングされた透明電極を有する
表側基板と裏側基板との夫々の電極面側に配向膜用オー
バーコートとしてポリイミドを塗布し、熱硬化後の膜厚
を約80nmとした。これらポリイミド膜の表面をラビング
法により、水平配向処理し、270゜で整合状態となるよ
うにラビング方向が直交するように２枚の基板を配置
し、周辺を注入口部を除きシール材でシールしてセルを
形成した。このセルの液晶注入前のセル間隙は6.0μｍ
であり、Δn₁・d₁は1.2μｍであった。

このセルに、らせんピッチが8.0μｍとなるようにカ
イラル成分としてコレステリルノナネートを添加したネ
マチック液晶を注入して、注入口を封止した。

このセルの両面に一枚ずつ、第１表及び第２表に示す
ような屈折率を持つ種々の１軸性の複屈折板を貼付け
（比較例１＝複屈折板なし、実施例１＝0.40μｍの複屈
折板計２枚、実施例２＝0.50μｍの複屈折板計２枚、比
較例１＝1.00μｍの複屈折板計２枚）、さらにその上下
に一対の偏光板をその偏光軸がセルのラビング方向に平
行となるように設置して液晶素子を製造した。

このようにして製造した液晶素子は、電圧を印加しな
い状態では液晶分子が270゜ねじれた状態となってい
た。

この液晶素子をt₁＝t₂＝1/60sec、即ち、60Hzで駆動
した。次に、しきい値電圧以上の電圧である12Vを印加
すると、液晶分子が縦配向状態となっていた。この状態
では液晶セルは光に対して等方的となり、液晶セルに入
射した光は入射偏光を保ったまま出て来る。このため、
光はほとんど透過してこない。

次に、電圧を切ると、セル内で液晶分子は瞬時に90゜
ねじれた中間ねじれ状態となり、入射側偏光板を通った
入射光はセル内を液晶のねじれ構造に従ってその偏光成
分は90゜ねじられ、光が透過してきた。

この中間ねじれ状態になった後、しきい値電圧未満の
電圧である3Vの電圧をt₃＝0.6t₂の時間印加した。この
結果、この中間ねじれ状態が安定して継続し、光の透過
率はほとんど変化しなかった。

比較のために、時間t₂の間、電圧をオフにしたまま放
置した場合には、光の透過率が徐々に低下し、最大15％
程度低下してしまうものであった。このため、中間ねじ
れ状態になった後、しきい値電圧未満の電圧を印加した
場合には、印加しない場合に比して、時間平均したコン
トラスト比が向上した。

そこで、中間ねじれ状態になった後、しきい値電圧未
満の電圧である3Vの電圧をt₃＝0.6t₂の時間印加して視
野角の広さを比較し、その結果を、第６図（比較例
１）、第７図（実施例１）、第８図（実施例２）及び第
９図（比較例２）に示す。

なお、第６図〜第11図は、等コントラスト曲線と呼ば
れるもので、セルの観察方向を極座標表示し、その角度
を（θ、ψ）と表した場合、この（θ、ψ）により、液
晶セルのコントラスト比がどの様に変化しているかをθ
を０〜50゜で変化させ、ψを０〜360゜で変化させて示
したものである。なお、ψは図の主視野角方向（下方）
を０゜とし、反時計回りに０〜360゜とし、θは中心を
０゜とし、同心円状に０〜50゜とした。コントラスト比
の曲線は１、２、10、20のみを示した。

本発明の実施例では、第１表に示すように、n_x＝n_y＞
n_zであり、0.1×Δn₁・d₁＜Δn₂・d₂＜1.5×Δn₁・d₁と
なるような複屈折板を使用している。このため、複屈折
板を使用しない場合（比較例１、第６図）より、斜線で
示したコントラスト比が１以下、即ち、白黒のコントラ
ストが逆転してしまう領域が非常に小さいものであっ
た。また、コントラスト比が高い領域（10以上）も広く
なり、視野角が広く偏光変換能の優れた液晶素子が可能
となった。

一方、n_x＝n_y＞n_zとなるような複屈折板を使用して
も、総合したΔn₂・d₂、の値が液晶層のΔn₁・d₁の値の
1.5倍より大きくなった場合、即ち、比較例２の場合
（第９図）には、本発明のものより視野角が狭く、か
つ、コントラスト比が高い領域も狭いことがわかった。

実施例３、実施例４ 実施例１と同様にして製造した液晶セルの片面に第２
表に示すような複屈折板を２枚積層して貼付け、さらに
その上下に一対の偏光板をその偏光軸がセルのラビング
方向に平行となるように設置した。

実施例１と同様に駆動した際の、等コントラスト曲線
を第10図（実施例３）及び第11図（実施例４）に示す。

本発明では、第２表に示すように、n_x＝n_y＞n_zであ
り、0.1×Δn₁・d₁＜Δn₂・d₂＜1.5×Δn₁・d₁となるよ
うな複屈折板を使用しているので、前述の複屈折板を使
用しない場合（比較例１、第６図）より、斜線で示した
コントラスト比が１以下、即ち、白黒のコントラストが
逆転してしまう領域が非常に小さいものであった。ま
た、コントラスト比が高い領域（10以上）も広くなり、
視野角が広く偏光変換能の優れた液晶素子が可能となっ
た。

実施例５ 実施例１と同様にして製造した両側に偏光板を配置し
た液晶セルをメガネの両方に配置し、テレビの画面に同
期して60Hzで左右のメガネの液晶素子を相互に透明−不
透明となるように制御したところ、はっきりした立体的
な画像が得られた。

実施例６ 実施例１と同様にして製造した大型液晶セルの入射光
側にのみ偏光板を積層してテレビの前に配置し、テレビ
の画面に同期して120Hzで液晶素子を駆動し、偏光変換
を行った。観察者側は左右で偏光軸が直交した偏光メガ
ネをかけて見たところ、はっきりした立体的な画像が得
られた。

［発明の効果］ 本発明は、誘導異方性が正であり、その液晶のピッチ
ｐと基板間隙ｄとの関係d/pが0.5×ｎ＜d/p＜0.5×（ｎ
＋１）とされるネマチック液晶を用い、電圧が印加され
ない時はセル内で液晶分子がほぼ90゜＋180゜×ｎの自
然のねじれ状態をとり、電圧を印加した時には液晶分子
が縦配向状態を取り、その後の電圧を切った時には液晶
分子が自然のねじれ状態への緩和状態であるほぼ90゜＋
180゜×ｍの中間ねじれ状態をとり、この電圧を印加し
た時の縦配向状態と電圧を切った時の液晶分子のほぼ90
゜のねじれ状態との２つの状態を利用して入射光の偏光
方向を90゜変えることにより、従来のTNモードの液晶素
子に比してはるかに速くスイッチングが可能であるとい
う優れた効果を有する。

また、本発明では、この液晶素子の液晶層に隣接して
少なくとも１枚の複屈折板を使用し、その複屈折板の３
個の主複屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_zを複屈折板の厚み
方向の屈折率とした場合、n_x＝n_y＞n_zであり、液晶のΔ
n₁・d₁に対して、複屈折板のΔn₂・d₂の値が、0.1×Δn
₁・d₁＜Δn₂・d₂＜1.5×Δn₁・d₁となるような１軸性の
複屈折板を液晶層の外側に配置したものであり、これに
より、視野角が広く優れた偏光変換性能を得ることがで
きる。

さらに本発明では、電圧をオフにし、液晶分子のねじ
れ状態が中間ねじれ状態となった後、液晶のしきい値未
満の電圧を印加することにより、液晶分子の中間ねじれ
状態が長く続くものであり、優れた偏光変換性能を得る
ことができる。

特に、自然のねじれ状態で整合するように配向処理す
ることにより、中間ねじれ状態への移行も速くなる。従
来のように、電圧をオフ状態にし続けると、この中間ね
じれ状態から自然のねじれ状態へも速く移行し易い。し
かし、本発明のように電圧をオフにして、液晶分子のね
じれが中間ねじれ状態となった後、液晶のしきい値未満
の電圧を液晶に印加することにより、この中間ねじれ状
態が安定して長く継続する。これにより高速応答と、高
コントラスト比という２つの利点が得られる。

また、電圧が印加されないときの自然のねじれ状態で
ある大きくねじれた状態を使用しないことにより、ねじ
れが大きいものにもかかわらずコントラスト比の低下が
少なく、リターデーションによる悪影響も少ない。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で種々な応
用が可能なものであり、プロジェクション型立体テレビ
の画像選択素子等の高速変換が要求される用途に応用が
可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶素子の基本的構成を示す断面図
である。 第２図は、本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義を
示す斜視図である。 第３図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々本発明の電圧オフ時の後
半に液晶のしきい値未満の電圧を印加する液晶素子の駆
動波形図及び相対光透過特性図である。 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々電圧オフ時には単に電圧
をオフにするのみの液晶素子の駆動波形図及び相対光透
過特性図である。 第５図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の効果を説明する斜視
図である。 第６図〜第11図は、実施例及び比較例の等コントラスト
曲線を示した図である。 透明基板:1A、1B 透明電極:2A、2B シール材:3 ネマチック液晶:4 複屈折板:5A、5B 偏光板:6A、6B 偏光軸:7A、7B

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の水平配向処理された透明電極付の透
   明電極基板を両透明電極基板間では相互にその水平配向
   方向がほぼ直交するように配置し、その間にネマチック
   液晶を挟持し、そのネマチック液晶層よりも入射光側に
   偏光板を配置し、入射光側の偏光板の偏光軸を入射光側
   の基板面の液晶分子の配向方向にほぼ平行またはこれに
   ほぼ直交するように配置し、ネマチック液晶のピッチｐ
   と基板間隙ｄとの関係d/pを、0.5×ｎ＜d/p＜0.5×（ｎ
   ＋１）（n:n≧１の整数）とし、両透明電極間に液晶の
   しきい値電圧以上の電圧を印加することにより液晶分子
   が縦配向状態を取り、その後、電圧をオフすることによ
   り、液晶分子がその自然のねじれ状態への緩和状態であ
   るほぼ90゜＋180゜×ｍ（m:n＞ｍ≧０の整数）の中間ね
   じれ状態とされ、この液晶分子の縦配向状態と液晶分子
   の中間ねじれ状態との２つの状態を利用して入射光の偏
   光方向を90゜変える液晶素子において、複屈折板の３個
   の主屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_zを複屈折板の厚み方向
   の屈折率とした場合、n_x＝n_y＞n_zであり、液晶の屈折率
   異方性Δn₁と基板間隙d₁との積Δn₁・d₁に対して、複屈
   折板の屈折率異方性Δn₂と複屈折板の厚みd₂との積を総
   合した複屈折板のΔn₂・d₂の値が、0.1×Δn₁・d₁＜Δn
   ₂・d₂＜1.5×Δn₁・d₁になるような１軸性の複屈折板を
   液晶層の外側に配置したことを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】請求項１の液晶素子を表示体の前に配置し
   たことを特徴とする偏光変換素子。
3. 【請求項３】請求項１の液晶素子を駆動する液晶素子の
   駆動方法において、液晶分子のねじれ状態が中間ねじれ
   状態となった後、液晶のしきい値未満の電圧を印加する
   ことを特徴とする液晶素子の駆動方法。