JPH0267519A - 液晶光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強誘電性液晶組成物を用いた光変調素子及び
液晶光変調置に係り、特に光学的性質を電気的に制御す
る表示素子などに好適な液晶光変調素子及び光変調装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、量産性が優れているセル厚（２枚の基板間にはさ
まれる液晶層の厚さ、以下同じ）の厚いセルでメモリー
性をもつ強誘電性液晶表示素子として、ネマチックＮ＊
相からスメクチックＳｃ−相へ直接転移し、傾き角の大
きな液晶材料を用いて。

色素を混入するゲスト−ホストモードによりコントラス
１〜を付与した素子が提案されている（特開昭６２−２
７７２１号）、。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、表示品質の点、特にコントラスト比を
上げることが困難であるという問題があった。上記従来
技術では液晶材料の傾き角が大きなことから、コントラ
ストを付与する手段として、色素をゲストとして混入す
るゲスト−ホストモードを用いている。このゲスト−ホ
ストモードにおいてコントラスト比を上げる方法として
は、混入する色素濃度を上げる方法や、セル厚を厚くす
る方法などが知られている。しかし、前者の方法では液
晶性が低下するなどの問題から色素濃度をあまり高くで
きず、また後者では駆動電圧の上昇や応答性の低下を招
くという問題がある。こうした理由から上記のゲスト−
ホス１〜モードでは、例えば１０を戴えるような高コン
１−ラスト比を得ることは困難であった。

液晶素子に高いコン１−ラス１−を付与する方法として
、上記のゲスト−ホス１〜モードの他に、２枚の偏光板
を用いる複屈折モードが知られている。

この方法は小さな傾き角（原理的には２２．５°が最適
値）の液晶材料を用いることにより、容易にゲスト−ホ
ス１−モードより高い、例えば１０以上のコントラスト
比を得ることができる。

しかし、従来複屈折モードでは、白黒性の高い表示を行
うためにはセル厚を１〜２μｍ程度と薄くしなければな
らず、小さな塵埃が入っても、容易に上下電極が短絡す
るなどの問題がありＩ２造が困難であった。また、この
ように薄いセルにおいては僅かなギャップムラによって
も濃度ムラや色ムラが発生し、均一な表示を得ることが
非常に困難である。

一方、複屈折モードで色ムラを少なくする方法として、
上下基板のラビング方向をねじることで強誘電性液晶分
子をセル厚み方向にねじれた構造を安定化し、電界ゼロ
におけるねじれ構造で明状態を、電界印加時の一様状態
で暗状態を表示する方法が提案されている（特開昭６２
−５０７３５号）。

しかし、この方法はメモリー性が得られず、マトリック
ス電極での表示ができない。

以上のように従来技術では、製造が容易でなおかつ均一
な表示状態が得られる厚いセル（３μｍ以上）において
安定なメモリー性を発現させ、かつ高コントラスト比と
高い白黒性を両立させることができなかった。

本発明の目的は、安定なメモリー性を付与した厚いセル
（３μｍ以上）において、高コントラスト比と高い白黒
性を両立させた強誘電性液晶光変調素子及び液晶光変調
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、以下に説明する発明によって達成でき
る。

第１の発明は、電極を有し少なくとも一方が透明である
一対の基板をスペーサを介して形成したセルと、 該セル内に封入され強誘電相（スメクチックＣ工相、Ｓ
ｃ申相）のすぐ高温側にネマチック（Ｎ−相）あるいは
等六相（Ｉ相）を示す相系列を有する強誘電性液晶層と
、 １）汀記セルを挟持する２枚の偏光板を有し、前記液晶
と前記基板との一方における液晶分子が他方の界面にお
ける液晶分子よりも弱く固定されている液晶光変調素子
であって、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に前記
弱く固定されている液晶分子の自発分極の反転が生じる
程度に固定されており、該自発分極の反転により一方の
界面と他方の界面での液晶分子の配向が互いにほぼ平行
な状態（、）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
を取り得、かつ、挟持している２枚の偏光板を上記（ａ
）状態が上記（ｂ）状態より光の透過率が低くなるよう
に配置したことを特徴とする液晶光変調素子に関する。

第２の発明は、電極を有し少なくとも一方が透明である
一対の基板をスペーサを介させて対向して形成したセル
と、 該セル内に封入され強誘電相（スメクチックＣＩ相、Ｓ
ｅｔ相）のすぐ高温側にネマチック相（Ｎ＊相）あるい
は等六相（１相）を示す相系列を有する強誘電性液晶層
と、 前記セルを挟持する２枚の偏光板と。

前記電極を介して前記液晶層に所定の電界を所定の画素
に印加する手段とを有し、 前記液晶層と前記基板との一方の界面における液晶分子
が他方の界面における液晶分子よりも基板に対し弱く固
定されている液晶光変調′！Ａ置であって、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
の界面と他方の界面で液晶の分子の配向が互いにほぼ平
行な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれ
かを取り得、偏光板を上記（ａ）状態が上記（ｂ）状態
より光の透過率が低くなるように配置されていることを
特徴とする液晶光変調置に関する。

第３図は本発明による液晶光変調置の構成を示す斜視図
であり、強誘電性液晶層１０．電極１３．１３’　を有
する透明基板２０．２０’の間に挟む。基板２０．２０
’の間にはスペーサ（図示せず）を介在させ、かつ、基
板の周辺にはシール（図示せず）を形成して液晶層を外
界から遮断する。

基板および液晶層の界面には配向制御膜（図示せず）を
塗布し、ラビングしである。液晶層１０゜電極１３．１
３’　および基板２０．２０’　によって構成されたセ
ルを上下から挟むように偏光板９゜９′を配置する。偏
光板の偏光軸１１．１１’は互いに直交するように配置
される。

電極１３．１３’　に対しては、所定の画素に対し所定
のシーケンスで電圧が印加されるように駆動回路１４．
１４’が接続される。図において、電極はマトリクス電
極であり、その電極によって構成される画素に対し、所
定のシーケンスで電圧が印加される。

次に第１図により本発明の詳細な説明する。図は液晶素
子内部の上下基板間の液晶分子の自発分極の方向の分布
を示す模式図である。

図においてベクトル２は分子長軸方向のベクトルを基板
間に挟持された液晶層に平行な面に射影したベクトル（
Ｃ−ダイレクタ）であり、ベクトル３はベクトル２に直
交する自発分極の方向を表わす。

本発明においては、液晶分子は一方の界面５において弱
く固定され、他方の界面６においては、より強く固定さ
れている。

第１図（ａ）は、界面５の分子配向方向と、界面６の分
子配向の方向がほぼ等しい場合を示す。

この場合上下基板間の液晶分子の配向方向は一様となる
。

第１図（ｂ）または（ｃ）は、液晶層に一定振幅を持ち
、極性が（、）の場合とは逆の電界が印加されると、界
面５においてより弱く固定されている液晶分子の自発分
極は反転し、界面６において強く固定されている液晶分
子の自発分極は元のままである。

本発明においては、Ｓｃ＊相のすぐ高温側にＮ＊相或い
はＩ相を示す強誘電性液晶組成物を、一方の基板上で分
子が固定され、他方の基板上で分子がスイッチングする
ように界面処理をしたセル中に充てんし、上下界面上で
の液晶分子が互いに平行、或いはほぼ平行になる状態で
暗状態となるように、液晶セルを挟む２枚の偏光板をセ
ットすることで得られる。この時、より望ましい偏光板
の配置は、２枚の偏光板が互いに直角でなおかつ一方の
偏光板の偏光軸と、固定界面に於ける分子長軸方向とが
平行か直角のいずれかに設定した状態である。ここで、
固定界面とは例えばポリイミド系高分子のような配向制
御膜を塗布しラビングなどのような一軸配向処理をした
ものをいう。

白黒性を良好にするには基板に垂直に伝播し、波長λの
光に関する上記強誘電性液晶組成物の２種の屈折率ｎｅ
、ｎｏの差で定義される屈折率異方性をΔｎ、セルギャ
ップをｄとした時のパラメータΔｎ−ｄ／λが、光変調
素子として使用する波長領域において、 ０．２５＜ｄ・Δｎ／λ＜０．７５ となるようにセルギャップｄを設定すれば良い。

ここで、ｎｅは光の進行方向と分子長軸との成す角度に
よりその値が変わり、直交するときに最も大きくなり、
ｎと等しくなる。

また、光の進行方向と分子長軸との成す角度がゼロ、即
ち、平行になると最低の値をとりｎと等しくなり、Δｎ
はゼロとなる。

例えば、表示素子のような可視光領域の光変調素子にお
いては、この波長領域は、０．４５μｍ〜０．６０μｍ
と考えれば十分である。また、より厚いセルで白黒性を
良好にするには、液晶の自発分極をＢ５、弾性定数をＢ
２、液晶分子長軸に直交する方向の誘電率をε上、セル
ギャップをｄとするとき、 ＥＩＢ２ となるように、材料の選定並びにセルギャップを設定す
れば良い。

次に、上述の弾性定数８２の定義及び測定方法について
述べる。

従来、多くの場合弾性定数は、ネマチック液晶からの類
推によりダイレクタ　（分子長軸方向を表わす単位ベク
トル）の変形に対して定義したものを用いて種々の理論
が展開されていた。弾性定数としてはダイレクタのスプ
レィ、ライス１−．ベンドの変形に対して定義した３種
が扱われ、多くの場合に１．Ｋｚ、に３で表わされてい
る。

しかしながら、この定義では層構造の存在が無視される
と共に、それぞれの変形を独立に発生させることが不可
能で、かつ、測定手段がない。それに対し、層構造の存
在及びチルト角一定で種／／のスイッチングが起こると
いう実験事実に基づき、本発明ではダイレクタの層面へ
の斜影であるＣ−ダイレクタの変形で定義した弾性定数
を扱い、上述の場合と同様にスプレィ、ベンド、ツイス
トに対しそれぞれＢ１．Ｂ２．Ｂ３で表わす。８１１８
２は層内での変形に対する固さを表わし、Ｂ３は層間で
発生する変形に対する固さを表わすことになり、物理的
な意味が明確になる。更に、Ｂｌ、　８２１まいずれも
ひとつの層内で発生する変形に関するもので、お互いに
関連しておりほとんど同じ値である。従って、材料定数
としてはＢ２（＝ＢＩ）と８３の２つを求めれば十分で
ある。

このうちＢ３は垂直配向（層は基板に平行）したセル中
で層に平行に直流電界を印加した時の、コノスコープ像
の中心軸のズレ角βの測定から求めればよい。変形が十
分に小さい場合には、弾性定数８３とβの間には、次式
の関係が成立する。

８π２β ここで、Ｐｓは自発分極、Ｅは印加電界、Ｑｏはら族ピ
ッチ、θは傾き角を表わす。

Ｐｓはソーヤ・タワ法により、Ｑｏは偏光顕微鏡による
直接観測により、そしてＯは液晶に正、負の直流電圧を
印加しつつ直交ニコル間にセルを置いた時の消光位の測
定から求められる。なお、ｎｏが顕微鏡の分解能の１μ
ｍよりも短い場合は、垂直配向セルの透過スペクトルか
ら得られる特性反射波長を平均屈折率の１，６で割って
求めればよい。

一方、Ｂ２は平行配向（層は基板にほぼ垂直）したくさ
び形セル中で、ら旋が消失し始める臨界セル厚ｄｃを測
定し、上記の方法で求めたＢ２の値とから次式により求
められる。

Ｂｚ＝４（ｄ　ｃ／　Ｑｏ）２・Ｂａ 〔作用〕 まず、本発明の端成要件である、■・Ｓｃ＊またはＮ傘
・Ｓｃ＊の相系列を示す強誘電性液晶を用い、上下基板
の配向制御能に差異をつけ、一方で固定し、他方でスイ
ッチングすることの作用について説明する。

相系列が工・Ｓｃ＊あるいはＮ傘・Ｓｃ＊を示す液晶を
、一方の基板に例えばポリイミドのような配向膜を設け
、ラビング等により液晶分子に一軸配向制御をする処理
を行い界面上で分子を強く固定し、もう一方の基板では
例えば先のような処理をまったく行わない等により配向
制御力を弱めた基板を設け、このセルを前者の基板での
配向方向が安定となるような電界等を印加しつつ徐冷し
てＳｃ拳相とすると、徐冷時に得られたようなラビング
方向に平行な配向がより安定化し、逆極性電界を印加し
た時に得られる配向は相対的に不安定となる。

この２つの配向の安定度の違いは、上下基板の配向制御
能の差異のつけ方により制御できる。この上下基板の配
向制御能の差異を適当に制御すると、無電界時には徐冷
時の配向状態のみが安定に実現し、逆極性を印加した時
に得られる配向は不安定となり、逆極性を印加した後、
電界を除去すると、側基板上で分極ベクトルの方向がほ
ぼ逆となったスプレィ状態に遷移する。このようなスプ
レィ状態はセル厚が厚いほど生じやすく安定である。こ
のセルでは、配向制御と電界等印加による規制下での徐
冷、Ｓｃ傘傘形形成よりラビング方向にほぼ−様な配向
状態の安定度が高くなり、また、セルを厚くすることに
よりスプレィ状態の安定度も高くなる。

以上のような作用により第１図に示すようなラビング方
向のほぼ−様な配向状態（ａ）と、スプレィ状態（ｂ）
あるいは（ｃ）の２つの状態が双安定状態となった厚い
セルでも、安定なメモリー性を有する強誘電性液晶素子
が得られる。

尚、Ｓｃ本和のすぐ高温側にＮ＊相あるいは等労相を示
す相系列を持つ組成物の成分としては、以下に示すよう
なＳ＾相をとらない化合物が有効である。

ここでｎは、ｍ＝３においては６，７，８，９゜１０、
ｍ＝５においては、７，８，９．１０である。

ここでｎは、６，７，８，９，１０，１２である。

ここでｎは、５，６，７，８，９，１０である。

ここでｎは、ｍ＝３においては８，９．ｍ＝５において
は７，８，９．１０である。

ここでｎは、７，８，９．１０である。

ここでｎは、７，８，９，１０である。

以上、本発明に有効である化合物を列挙したが、本発明
を達成する成分はこれらの化合物に限定されるものでは
なく、Ｓ＾をとらない化合物であれば有効である。

次に厚いセルでのコントラスト比の白黒性の両方が、パ
ラメータ　（Ｐｓｄ）”／ε上ＢＺを大きくシ。

偏光軸が交差する２枚の偏光板によりコントラストを付
与することにより改善される理由について説明する。

前述の構成要件を達成する手段を用いることにより、分
子長軸がラビング方向にほぼ−様、平行に配向した状態
と、スプレィ状態とが安定な強誘電性液晶素子が得られ
る。

後者のスプレィ状態において、電気的結合によるトルク
と弾性トルクの比を表わすパラメータ（Ｐｓｄ）”／Ｅ
ＩＢＺを大きくすると、自発分極のつくる分極電場効果
により第２図のようにセル中央部付近に方位角がπ／２
で−様となる領域（７と８によって囲まれた領域）が生
じ、その全体に占める割合が大きくなる。第２図はセル
厚方向の変化のみ考えた液晶の連続体理論より得られた
セル厚方向の方位角の分布である。

この結果よりセル厚全体の６０％以上で方位角がπ／２
±５％となるためには ε上Ｂ２ とすれば良いことが判る。

上の条件が成り立つとした本発明のセルでは方位角０或
いはπのほぼ−様な状態と、方位角π／２（あるいは−
π／２）のほぼ−様状態の双安定状態を示すと考えられ
る。この本発明のセルと、従来の方位角０とπの２つの
ほぼ一様状態、即ち液晶分子が界面に平行な２つの状態
が双安定状態となっているセルの双方について偏光軸が
交差する２枚の偏光板を用いてコントラストを付与した
場合のコントラスト比と白黒性について比較する。

まずコントラスト比については、本発明のセルにおいて
は、従来セルの２倍の傾き角４５°で最大コントラスト
が得られる点が異なるのを除けば原理的に同じであり、
傾き角の大きな（例えば４５°）液晶材料を用いること
により従来の複屈折モードと同程度の高い例えば１０以
上のコントラスト比が得られる。

次に白黒性については第３図のように交差する２枚の偏
光板９，９′を用いてコントラストを付与する場合、白
黒表示の条件として、屈折率異方性Δｎとセル厚ｄの積
、 Δｎ−ｄ−０．２８μｍ が知られている。これは１人間の目の感度が最も良い波
長０．５６μｍの光において、液晶内での２種の光線（
常光線、異常光線）間の位相差πｄ・Δｎ／λがπ／２
となる条件である。従来のメモリー素子では、液晶分子
長軸とが平行な２状態で表示を行っていた為、屈折率異
方性Δｎの値は液晶分子長軸方向に振動する光に対する
屈折率ｎ〃と垂直方向の屈折率ｎ上の差そのものに等し
く、この値は一般的に０．１０〜０．２０程度である。

より厚にセルで白黒表示を実現するには、ｎ１１ｎ工が
より低い値をとる材料を用いれば良いが、この値を下げ
るには限界があり、せいぜい０．１０ａ度までしか下げ
られない。従って、セル厚としては２．８μｍ程度が上
限となる。

本発明では２種の安定状態のうちで暗い表示をする場合
は光の伝播方向と液晶分子とのなす角が直角、即ち液晶
分子と界面とが平行であるのに対し、明るい表示をする
場合は界面から傾き、異常光線の屈折率ｎｅ（ｆｌｉｔ
）はより常光線の屈折率ｎｏ（”ｎ上）に近づき、次式
で示されるように見かけの複屈折は傾いた分だけ小さく
なる。

Δｎ＝ｎｅ（θｔ）　　ｎ＋） ｎｌＩｎ上 尚、ここでθｔは液晶分子長軸と界面とがなす角度を表
わし、次式のように、傾き角０と方位角φで記述できる
。

Ｏｔ　＝　５ｉｎ−’　（ｓｉｎθｓｉｎφ）本発明で
はφ＝π／２でＯｔ　＝　０、従来方法ではφ＝０また
はπでθｔ＝ｏである。

次に、液晶分子が界面から傾くことで、どの程度までセ
ルが厚くできるかを第４図により説明する。第４図は、
セル界面近傍の変形した部分の体積が、セル中央部の方
位角がπ／２で一様である領域の体積に比べ十分に小さ
く無視できるものとして、白黒表示の最適セルギャップ
をｎ上が１．５の場合について計算したものである。傾
き角θを大きくする程、そして液晶材料の屈折率異方性
ｎ　ｌ／　−ｎ上を小さくする程白黒表示に適したセル
ギャップが厚くなる。θを太くきすることによる最適セ
ルギャップの増大は本発明の効果であり、０＝４５°の
液晶材料を用いると、従来方式に比べて２倍以上も増大
化が可能である。例ればｎ上が１．５、ｎ／／−ｎｉが
０．１０でｏ＝４５°の液晶材料を用いると最適ギャッ
プは約５．９μｍ　となり、製造がより容易となる。ま
た、セルギャップが変動しても、色変化があまりなく１
色ムラもほとんど発生しなくなる。

本発明は以上で述べた表示素子のような可視光の光変調
素子に限らず、紫外光や赤外光の光変調素子としても有
効であり、いずれの素子においても、広に波長領域に対
して光透過率変動が少なく、また、セルギャップの変動
に対しても光透過率の変動が少ない特性が得られる。

素子の使用波長領域内において、すべての波長の光の透
過率が最大値の５０％を越えるようにするには、 ０．２５＜ｄ−Δｎ／λ＜０．７５ となるようにセルギャップなどを設定すれば良い。

以上のような作用により本発明では厚い（３μｍ以上）
セルにおいて高コントラストと高い白黒性の両立が可能
となる。

〔実施例１〕 酸化インジウム系透明電極を設けた２枚のガラス基板の
うち一方の基板上に、ポリイミド系配向制御膜（ＰＩＱ
ワニス、日立化成工業（株）製）をスピンコードし、こ
れを加熱硬化した後にラビング処理した。溝尻光学所製
エリプソメータで膜厚を測定したところ、約１００人で
あった。２枚の基板間隔が３．２μｍ　となるようにガ
ラスファイバー粉末をスペーサとして、液晶セルを組み
立て、下記液晶組成物を真空封入した。

（４０重量％） （４０重量％） （２０重量％） 上記組成物の相系列を示すと次の通りである。

尚、この組成物の室温に於ける傾き角は３２゜自発分極
は４１ｎＣ／ａｄ、弾性定数Ｂ２は０．８×１Ｏ−ＩＯ
Ｎ、屈折率異方性ｎ／／−ｎ上は、波長０．６０μｍの
単色光に対して０．１６０．０．４５μｍの単色光に対
して０．１８５　であった。本組成物を上記セルに真空
封入した後に、−旦６１℃以上まで加熱した後、直流電
圧２０Ｖを印加しながら、０．５℃／分程度の速度で室
温まで徐冷した。次に、２枚の偏光板間にこの素子を挟
み。

方の偏光板をラビング方向にほぼ平行（傾き角の温度変
化分である約１０°ずらした）にセットし。

他方の偏光板を一方の偏向板にほぼ直角にセットした。

こうして出来た素子に、幅が２　ｍ　ｓ、波高値が４０
Ｖで、徐冷した時と同一極性のパルス電圧を印加した後
に、電圧無印加の状態で光透過率を測定した。０．４５
μｍ、０．５５μｍ、０．６０μｍの３色の単色光源を
用いて測定したが、いずれに於ても５％以下であった０
次に、極性のみが逆である同様のパルスを印加したとこ
ろ、ラビング処理しない界面に於てのみ分子の自発分極
が反転した。

同様に電圧無印加の状態で、波長０．４０μｍ〜０．７
０μｍの範囲で光透過率を測定したところ、０．６０μ
ｍ付近で最大値をとり、０．４５μｍ、０．５５μｍ、
０．６０μｍの光に対してはそれぞれ７３％、８７％、
１００％となり、コントラスト比として１０以上の値を
得た。また、タングステンランプによる白色光源で目視
したところ、十分に白い色がＩＩ察された。

〔実施例２〕 実施例１と同様の構成で、電極構造のみ第５図（ａ）に
示すような３Ｘ３のマトリクス状をなす素子に、第５図
（ｂ）に示すような電圧波形を印加した。ここで、まず
初期化期間内１７に於て、全画素の状態を一様にし、走
査期間１８に於て各走査電極ＶＸ１．　ＶＸ２．ＶＸ３
のそれぞれごとに時間を割当てて、−ラインごとに信号
電極Ｖｖｘ、　ＶｖｔｐＶｖａからの信号情報の乗った
波形との差電圧により、順次書き込んでゆく、第５図に
示した叩動波形の例ではスイッチングさせる際の電圧を
Ｖｏとし、他のライン上を書き込んでいる時にかかるパ
ルス電圧をＶｏ／３　　となる也うに設定した。ここで
、Ｖｏというパルス電圧はその印加により、弱く固定し
た界面上の分子のみが反転し、より強く固定した界面上
での分子は反転しないような値である１５ボルトに設定
した。その結果、各画素に於て白黒の表示ができた。

〔比較例〕

実施例１と同様の構成で、界面処理のみ上下同一とした
。ただし、ＰＩＱワニスの濃度を１７１０とし、極めて
薄い膜とした。この素子に於ては明るい状態での光透過
率の波長依存性が大きく、約０．４０μｍの波長の光で
最大値、０．５１μｍ付近で最小値をとり、最大値の５
％以下となった。

タングステンランプによる白色光源で目視したところ紫
色の色がＩｌ察された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、３μｍ以上の厚いにセルに於て、安定
な一メモリー性を付与できる。そして、高コントラスト
比と高い白黒性とを両立させることが可能となる。これ
により、液晶光変調素子の表示品質を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶光変調素子の液晶分子及び自発分
極の配向状態を説明する模式図、第２図は物性値と変形
状態の関係を示すグラフ、第３図は本発明の素子構造を
示す斜視図、第４図は傾き角、屈折率異方性と最適セル
厚の関係を示すグラフ、第５図（ａ）はマトリクス構成
及び第５図（ｂ）はその北動波形を示グラフである。 １・・・ガラス基板、２・・・液晶分子長軸方向を表す
ベクトルを基板間に挟持された液晶層に平行な面への斜
影を示すベクトル（Ｃ−ダイレクタ）、３・・・自発分
極、４・・・Ｃ−ダイレクタの方位角、５・・・自由界
面、６・・・固定界面、９・・・偏光板、１ｏ・・・液
晶セル、１１・・・偏光板の偏光軸、１２・・・ラビン
グ方向、１３・・・マトリクス電極、１４・・・駆動回
路、１５・・・本発明方法の最適セル厚、１６・・・従
来方法の最適セル厚、１７・・・初期化期間、１８・・
・走査期間。 鳥２０ ｔ−１し戸！、’ｉ’＄１（Ｘ）　［［ｔ（ｘｄＪ（Ｃ
） 率 Ｓ 日 （ｂ） 応午図 圧群キ暑方、１里 ｎ、、−ｎ工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極を有し少なくとも一方が透明である一対の基板
   をスペーサを介して対向させ形成したセルと、 該セル内に封入され強誘電相（スメクチツクＣ＊相、Ｓ
   ｃ＊相）のすぐ高温側にネマチツク相（Ｎ＊相）あるい
   は等方相（ I 相）を示す相系列を有する強誘電性液晶
   層と、 前記セルを挟持する２枚の偏光板とを有し、前記液晶層
   と前記基板との一方の界面における液晶分子が他方の界
   面における液晶分子よりも基板に対し弱く固定されてい
   る液晶光変調素子であつて、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
   記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
   る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
   の界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行
   な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
   を取り得、前記偏光板は上記（ａ）状態が上記（ｂ）状
   態より光の透過率が低くなるように配置されたことを特
   徴とする液晶光変調素子。 ２、電極を有し少なくとも一方が透明である一対の基板
   をスペーサを介した対向させ形成したセルと、 該セル内に封入され強誘電相（スメクチツクＣ＊相、Ｓ
   ｃ＊相）のすぐ高温側にネマチツク相（Ｎ＊相）あるい
   は等方相（ I 相）を示す相系列を有する強誘電性液晶
   層と、 前記セルを挟持する２枚の偏光板と、 前記電極を介して前記液晶層に所定の電界を所定の画素
   に印加する手段とを有し、 前記液晶層と前記基板との一方の界面における液晶分子
   が他方の界面における液晶分子よりも基板に対し弱く固
   定されている液晶光変調装置であつて、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
   記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
   る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
   の界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行
   な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
   を取り得、前記偏光板を上記（ａ）状態が上記（ｂ）状
   態より光の透過率が低くなるように配置されていること
   を特徴とする液晶光変調装置。 ３、請求項第２項において、電極がマトリクス電極であ
   り、前記光の透過率が低い状態から高い状態にスイッチ
   ングする際の印加電圧を、より弱く分子を固定した方の
   界面上での分子の自発分極が反転する電圧よりも高く、
   より強く分子を固定した方の界面上での分子が反転する
   しきい値電圧よりも低い電圧を選択された画素に与える
   手段を有することを特徴とする液晶光変調装置。 ４、請求項第２項において、前記基板に垂直に伝播し、
   波長λの光に対する上記強誘電性液晶の２種の屈折率ｎ
   ＿ｅ，ｎ＿ｏの差で定義される屈折率異方性をΔｎ、セ
   ルギャップをｄとした時のパラメータｄ・Δｎ／λが、
   光変調素子として使用する波長領域において、 ０．２５＜ｄ・Δｎ／λ＜０．７５ となるセルギャップを有することを特徴とする液晶光変
   調装置。 ５、請求項第３項または第４項において、前記波長領域
   が、 ０．４５μｍ≦λ≦０．６０μｍ であることを特徴とする液晶光変調装置。 ６、請求項第２項ないし第４項のいずれかにおいて、液
   晶の自発分極をＰ＿ｓ、弾性定数をＢ＿２、液晶分子長
   軸に直交する方向の誘電率をε＿⊥、セルギツプをｄと
   するとき （Ｐ＿ｓｄ）＾２／（ε＿⊥Ｂ＿２）＞３．０×１０＾
   ２という条件を満たすようにしたことを特徴とする液晶
   光変調装置。 ７、請求項第２項ないし第６項のいずれかにおいて、２
   枚の偏光板の偏光軸が互いにほぼ直交していることを特
   徴とする液晶光変調置。 ８、請求項第２項ないし第６項のいずれかにおいて、２
   枚の偏光板を光透過率がより低くなるように設定した状
   態での２つの界面のいずれかにおける液晶分子長軸の平
   均の方向が、該２枚の偏光板のうちいずれか一方の偏光
   板を通過した光の電気ベクトルとほぼ平行或いはほぼ直
   角となるように設定したことを特徴とする液晶光変調装
   置。 ９、請求項第２項ないし第８項のいずれかにおいて、基
   板の少なくとも一方が一軸配向処理した液晶配向制御膜
   が形成されていることを特徴とする液晶光変調装置。