JPH09113864A - 液晶シャッター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 液晶層を構成する液晶材料がネマティッ
ク液晶であり、かつ液晶層の厚さｄと液晶材料のツイス
トピッチｐとの比ｄ／ｐと、液晶層の液晶分子に対し一
対の配向膜により設定されるツイスト角θとが、θ／３
６０°＜ｄ／ｐの関係を満足する液晶シャッター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光透過率の高い開
状態と、光透過率の低い閉状態とを高速で交互に繰り返
す液晶シャッターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶シャッターとしては、ネマティック
液晶に一定の周期でしきい値以上の電圧を印加し、光透
過率の高い開状態と、光透過率の低い閉状態を交互に実
現するものが知られている。ネマティック液晶は、ＳＴ
Ｎモード及びＴＮモードに一般に用いられる。ＳＴＮモ
ードは通常１８０°以上ツイストして用いられる。液晶
シャッターは、通常一対の透明基板に挟まれ、透明基板
上に形成された透明電極によって電圧が印加される。透
明電極の上には、配向膜が形成されており、この配向膜
により、液晶分子は所定の角度にツイストしている。

【０００３】電圧が印加されていないときには、所定の
ツイスト角となるように液晶分子が配向膜の間でツイス
トしている。ツイスト角２７０°のＳＴＮ型液晶を用い
た液晶シャッターの場合には、配向膜の間において、液
晶分子は分子間力により２７０°ツイストしている。こ
のような状態の液晶分子にしきい値以上の電圧を印加す
ると、液晶の誘電率異方性が正（Δε＞０）であれば、
液晶分子はその長軸を上下にして電界方向に対し垂直に
配向する。このような液晶分子の電圧印加による状態変
化を利用して、光透過率が高い開状態と、光透過率の低
い閉状態とを実現する。

【０００４】通常２枚の偏光板が液晶層の両側に設けら
れる。電圧を印加しない状態において光透過率が最も高
くなるＮＯ（ノーマリーオープン）モードにおいては、
偏光板の偏光軸は、近接する配向膜のラビング方向と平
行または垂直になるように設けられる。従って、ツイス
ト角２７０°の液晶シャッターであれば、２枚の偏光板
の偏光軸はその偏光軸が互いに垂直になるように設けら
れる。このようなＮＯモードでは、液晶に電圧が印加さ
れていないとき、光透過率が高くなり、開状態となる。
一方、液晶に電圧が印加されると、光透過率が低くなり
閉状態となる。

【０００５】ＮＣ（ノーマリークローズ）モードにおい
ては、一方の偏光板の偏光軸が他方の偏光板の偏光軸と
平行になるように配置される。これにより、電圧を印加
していないとき、光透過率が低くなる閉状態となり、電
圧を印加したとき、光透過率が高くなる開状態となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１６は、ＮＯモード
の従来のＳＴＮ型液晶シャッターに、一定周期で電圧を
印加し、開状態と閉状態を交互に繰り返したときの液晶
に印加する電圧と光透過率の関係を示す図である。図１
６を参照して、（ａ）は液晶に印加される電圧を示して
おり、（ｂ）は液晶の可視光の光透過率を示している。
図１６（ａ）に示すように、開始時刻４から電圧の印加
が開始され、まず１６．７ｍ秒の間、正の電圧が印加さ
れる。この期間が電圧印加期間５である。次に１６．７
ｍ秒の間、電圧が印加されない。この期間が０電圧期間
７となる。次に、１６．７ｍ秒の間、負の電圧が印加さ
れる。この期間が、再び電圧印加期間５となる。次に、
再び０電圧期間７が与えられる。このように、一定の周
期で、交互に逆の電圧が印加される。この印加電圧の周
波数は、周波数ｆ＝１秒／（１６．７ｍ秒＋１６．７ｍ
秒）＝３０Ｈｚである。

【０００７】図１６（ｂ）に示されるように、電圧印加
期間５においては光透過率が低下し閉状態となり、０電
圧期間７においては光透過率が上昇し開状態となる。図
１６（ｂ）に示されるように、従来の液晶シャッターに
おいては、電圧印加期間５が終了し０電圧期間７となる
ときの、光透過率６の応答が非常に遅く、０電圧期間７
において光透過率の上昇が緩慢であるという問題があっ
た。このように０電圧期間７における光透過率の上昇が
緩慢であると、０電圧期間における光透過率の平均値
は、開始時刻４以前の光透過率より小さくなる。従っ
て、液晶シャッターを駆動させると、駆動前の状態に比
べ、駆動中の開状態が暗くなるという問題を生じる。特
に、画像表示装置の１垂直走査期間と液晶シャッターの
開状態を同期させて用いる場合、画像表示装置の画面上
部において暗い画像部分が観察されるという問題があっ
た。

【０００８】図１６は、ＮＯモードの液晶シャッターの
場合であり、ＮＣモードの場合は、０電圧期間において
十分に暗くすることができないという問題を生じる。本
発明の主たる目的は、ＮＯモードの液晶シャッターにお
いては、閉状態から開状態への液晶の応答速度が速く、
かつ開状態での光透過率の高い液晶シャッターを提供す
ることにあり、ＮＣモードの液晶シャッターにおいて
は、開状態から閉状態への液晶の応答速度が速く、かつ
閉状態での光透過率の低い液晶シャッターを提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の他の目的は、透過光の色つきを減
少させることができる液晶シャッターを提供することに
ある。本発明のさらに他の目的は、透過光の色つきを減
少させ、位相差板を用いる必要のない液晶シャッターを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶シャッター
は、一対の透明基板と、該一対の透明基板の内側に対向
して設けられる一対の透明電極と、該一対の透明電極の
間に配置される液晶層と、該液晶層を挟む両側に設けら
れる、液晶層の液晶分子を配向させるための一対の配向
膜とを備え、液晶層を構成する液晶材料がネマティック
液晶であり、かつ液晶層の厚さｄと液晶材料のツイスト
ピッチｐとの比ｄ／ｐと、液晶層の液晶分子に対し一対
の配向膜により設定されるツイスト角θとが、θ／３６
０°＜ｄ／ｐの関係を満足するものである。

【００１１】ここで、液晶層の厚みｄは、一対の透明基
板間の距離を調整することにより調整することができ
る。液晶材料のツイストピッチｐは、液晶分子の長軸の
方向がセルの厚み方向に向かって１回転するのに必要な
距離である。ツイストピッチｐは、分子内に不整炭素原
子を有する光学活性物質（カイラル物質）のネマティッ
ク液晶に対する添加量または光学活性物質の種類により
調整することができる。ツイスト角θは、一対の配向膜
のそれぞれの配向方向を調整することにより調整するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の液晶シャッターは、液晶
層のしきい値電圧以上の電圧を印加する電圧印加期間
と、電圧を印加しない０電圧期間とを交互に繰り返すよ
うに駆動される。電圧印加期間の印加電圧は、液晶層の
液晶材料の種類、液晶層の厚みなどにより異なるが、一
般に、しきい値電圧の２倍以上の電圧が印加される。

【００１３】以下、本発明をＮＯモードに適用した実施
形態について説明する。本発明の好ましい実施形態に従
えば、電圧印加期間が光透過率の低い閉状態に、０電圧
期間が光透過率の高い開状態にそれぞれ対応しており、
０電圧期間の光透過率が、液晶シャッターを駆動する前
の初期状態の光透過率よりも高くなるように、液晶層の
厚みｄ、液晶材料のツイストピッチｐ及びツイスト角θ
が設定される。

【００１４】本発明のさらに好ましい実施形態において
は、０電圧期間の光透過率が０電圧期間内で液晶シャッ
ターを駆動する前の初期状態の光透過率まで低下しない
ように、電圧印加期間と０電圧期間を１周期とする印加
電圧の周波数ｆが設定される。本発明のさらに好ましい
実施形態においては、０電圧期間の光透過率が０電圧期
間内で実質的に低下しないように、電圧印加期間と０電
圧期間を１周期とする印加電圧の周波数ｆが設定され
る。

【００１５】また、本発明においては、電圧印加期間と
０電圧期間を１周期とする印加電圧の周波数ｆと、液晶
材料の弾性係数の比Ｋ３３／Ｋ１１／との比ｆ／（Ｋ３
３／Ｋ１１）を所定の値以上に設定することにより、０
電圧期間の光透過率が初期状態の光透過率よりも高くな
るようにすることができる。また、本発明においては、
０電圧期間ｔと、液晶材料の粘度ηとの積ｔ・ηを所定
の値以下に設定することにより、０電圧期間の光透過率
が初期状態の光透過率よりも高くなるようにすることが
できる。

【００１６】本発明の液晶シャッターにおいては、液晶
層の液晶分子は、電圧印加期間においてツイスト角０で
ほぼ垂直に配向しており、０電圧期間においてツイスト
角θ以上の角度でツイストしていると考えられる。この
ように０電圧期間においてツイスト角θ以上の角度でツ
イストしていることにより、０電圧期間の光透過率が、
初期状態の光透過率よりも高くなるものと考えられる。

【００１７】本発明の液晶シャッターは、液晶シャッタ
ーメガネの左目用シャッター及び右目用シャッターとし
て設けることができる。このようにして設けられた左目
用シャッター及び右目用シャッターは、所定の周期で交
互に閉じるように駆動される。このような液晶シャッタ
ーメガネは、左目用画像と右目用画像を交互に表示する
画像表示ディスプレイと組み合わせて用いることができ
る。すなわち、画像表示ディスプレイが左目用画像を表
示している期間においては、液晶シャッターメガネの右
目用シャッターを閉じ、画像表示ディスプレイが右目用
画像を表示している期間においては、液晶シャッターの
左目用シャッターを閉じるように、液晶シャッターメガ
ネを駆動し、液晶シャッターメガネを通して画像表示デ
ィスプレイの画像を観察する。このようにして、左目用
画像を左目のみで、右目用画像を右目のみで観察するこ
とにより、例えば、立体的に画像を観察することが可能
になる。

【００１８】図５は、本発明に従う一実施例の画像表示
観察システムを示す模式図である。図５に示す画像表示
観察システムにおいては、左目１２用の液晶シャッター
と、右目１３用の液晶シャッターからなる液晶シャッタ
ーメガネを用い、表示装置１４で表示される画像を観察
する。左目１２用の液晶シャッター及び右目１３用の液
晶シャッターとして、いずれも本発明に従う液晶シャッ
ターが用いられている。

【００１９】一対の透明電極１０の間に、ＳＴＮ型液晶
層１１が配置されている。透明電極１０は、図示しない
一対の透明基板の内側に対向して設けられている。透明
電極１０の内側には、配向膜が形成されており、この配
向膜によって、液晶層１１の液晶分子のツイスト角が制
御されている。図６Ａ及び図６Ｂは、このような液晶分
子２のツイストされた状態を示す斜視図である。図６Ａ
及び図６Ｂに示すように、液晶分子２は、上方の配向膜
１と下方の配向膜３の間に配置している。上方の配向膜
１は、図面の左から右方向へラビングされている。この
結果、配向膜１に沿って、配向膜１上の液晶分子２は、
その配向方向が固定され、一定の傾きで配向膜１上の液
晶分子２が配向する。この角度は、一般に、プレチルト
角と呼ばれている。

【００２０】下方の配向膜３は、図面手前から奥方向に
向かってラビングされている。従って、下方の配向膜３
上の液晶分子２は、上方の配向膜１上の液晶分子と同様
に配向される。液晶分子２は、液晶分子に電圧が印加さ
れていない状態においては、図６に示すように、下方の
配向膜３の配向方向に沿う位置から、上方の配向膜１の
配向方向に沿う位置まで、ツイストする。従って、ツイ
スト角θは、上方の配向膜１の配向方向と、下方の配向
膜３の配向方向により設定することができる。通常、Ｓ
ＴＮ型液晶は、ツイスト角が１８０°以上となるように
設定される。図６Ａ及び図６Ｂにおいては、ツイスト角
が左回りに２７０°となるように設定されている。

【００２１】また、液晶材料は、固有のツイストピッチ
ｐを有しており、従来、液晶層の厚さｄと液晶材料のツ
イストピッチｐとの比ｄ／ｐと、ツイスト角θは、θ／
３６０°＝ｄ／ｐの関係となるように、液晶層の厚さ
ｄ、液晶材料のツイストピッチｐ及びツイスト角θが設
定されている。なお、液晶材料のツイストピッチｐは、
上述のように、カイラル物質の種類及びその添加量を調
整することにより調整されている。

【００２２】本発明に従えば、液晶層の厚さｄ、液晶材
料のツイストピッチｐ、及びツイスト角θが、θ／３６
０°＜ｄ／ｐの関係となるように設定される。図５を再
び参照して、以上のように、液晶層の厚さｄ、ツイスト
ピッチｐ、及びツイスト角θを設定したＳＴＮ型液晶層
１１が本実施例において用いられる。ＳＴＮ型液晶層１
１には、透明電極１０により所定の電圧が印加されるよ
うに電源がオンオフ可能な状態で接続される。ＳＴＮ型
液晶層１１の両側には、後偏光板１５及び前偏光板１６
が配置される。後偏光板１５の偏光軸は、後偏光板１５
側の配向膜のラビング方向と平行または垂直になるよう
に配置される。前偏光板１６の偏光軸は、前偏光板１６
側の配向膜の配向方向と平行または垂直になるように配
置される。従って、本実施例の液晶シャッターは、ＮＯ
モードの液晶シャッターである。

【００２３】以上のようにして構成される液晶シャッタ
ーが、左目１２用と、右目１３用にそれぞれ設けられて
いる。左目用液晶シャッター及び右目用液晶シャッター
は、一方のＳＴＮ液晶層１１に電圧が印加されている期
間は、他方に電圧が印加されていないように駆動するこ
とによって、交互に開状態と閉状態を実現する。表示装
置１４は、右目用画像と左目用画像を交互に表示する表
示装置である。表示装置１４としては、例えば、ＣＲ
Ｔ、ＬＣＤ、プロジェクターなどの画像表示装置から選
択して用いられる。

【００２４】図１は、図５に示す液晶シャッターにおい
て、液晶層の厚さｄを８μｍ、液晶材料のツイストピッ
チｐを１０μｍとし、ツイスト角θを２７０°として設
定した液晶シャッターにおける、液晶への印加電圧の変
化及びそれに伴う光透過率の変化を示す図である。従っ
て、ｄ／ｐ＝８／１０＝０．８となり、２７０°／３６
０°＝０．７５よりも大きく、θ／３６０°＜ｄ／ｐの
関係を満足している。

【００２５】電圧印加期間５は、１６．７ｍ秒であり、
０電圧期間７は１６．７ｍ秒であり、電圧印加期間５で
は、正の電圧と負の電圧を交互に印加している。従っ
て、周波数ｆは、ｆ＝１秒／（１６．７ｍ秒＋１６．７
ｍ秒）＝３０Ｈｚとなる。図１に示されるように、光透
過率６は、電圧印加期間５から０電圧期間７に移行する
とき、図１６に示す従来の場合に比べ、その変化が急峻
になっている。０電圧期間７から電圧印加期間５に変化
するときの応答時間（立ち上がり時間）τｏｎは０．５
ｍ秒であり、電圧印加期間５から０電圧期間７に変化す
るときの応答時間（立ち下がり時間）τｏｆｆは４．１
ｍ秒であった。また、開始時刻以前の光透過率、すなわ
ち初期状態の光透過率Ｔｎｏは３２％であり、駆動中の
０電圧期間の光透過率Ｔｏｆｆは３２％であった。ま
た、電圧印加期間５における光透過率Ｔｏｎは０．１％
であった。従って、コントラスト比Ｔｏｆｆ／Ｔｏｎ
は、３２／０．１５＝２１３であった。

【００２６】なお、図１における液晶分子のプレチルト
角は５°であった。なお、ここで用いた液晶材料の粘度
ηは、１９ｃＰ（２０℃）であり、弾性係数の比Ｋ３３
／Ｋ１１は１．２７であった。なお、図１６に示す従来
の液晶シャッターにおいては、ツイスト角θは２７０°
であり、液晶層の厚さｄは８μｍであり、液晶材料のツ
イストピッチｐは１０．７μｍである。従って、θ／３
６０°＝ｄ／ｐの関係を有している。図１６に示す従来
の液晶シャッターにおいて、電圧印加期間から０電圧期
間への変化の応答時間τｏｆｆは６ｍ秒であった。従っ
て、図１に示す実施例においては、応答時間が約２／３
程度に小さくなっているため、表示装置の画面上部に生
じていた暗い画像部分が低減された。

【００２７】なお、本発明において、０電圧期間は、１
Ｖ（１垂直走査期間）の整数倍に設定することが好まし
い。特に、周波数が高く高精細な画像表示装置の１Ｖ程
度に設定することが好ましい。図２は、本発明に従う他
の実施例の液晶シャッターにおける液晶への印加電圧の
変化と、それに伴う光透過率の変化を示す図である。本
実施例では、液晶層の厚さｄを６．５μｍとし、液晶材
料のツイストピッチｐを７μｍとし、ツイスト角θを２
７０°としている。従って、ｄ／ｐは６．５／７＝０．
９３であり、θ／３６０°は２７０°／３６０°＝０．
７５である。従って、θ／３６０°＜ｄ／ｐの関係が満
足されている。なお、液晶分子のプレチルト角は５°で
あった。

【００２８】図２に示されるように、光透過率６は、電
圧印加期間５から０電圧期間７に変化する際、急峻に変
化していることがわかる。さらに、本実施例では、０電
圧期間７の初期において、光透過率６が高くなり、増加
分１８を示している。従って、０電圧期間７における光
透過率は、初期状態の光透過率よりも高くなっている。

【００２９】なお、電圧印加期間５及び０電圧期間７
は、いずれも１６．７ｍ秒であり、印加電圧の周波数
は、図１と同様に、３０Ｈｚとした。０電圧期間から電
圧印加期間への応答時間τｏｎは０．３ｍ秒であり、電
圧印加期間５から０電圧期間７への応答時間τｏｆｆは
３．０ｍ秒であり、初期の光透過率Ｔｎｏは２５％であ
り、０電圧期間の平均光透過率Ｔｏｆｆは３２％であ
り、電圧印加期間５の光透過率Ｔｏｎは０．１５％であ
った。従って、コントラスト比Ｔｏｆｆ／Ｔｏｎは３２
／０．１５＝２１３であった。従って、本実施例の液晶
シャッターは、応答時間τｏｆｆが約半分程度に小さく
なるだけではなく、光透過率が２８％向上した。

【００３０】なお、ここで用いた液晶の粘度ηは１９．
７ｃＰ（２０℃）であり、弾性係数の比Ｋ３３／Ｋ１１
は１．４６であった。図３は、図２を参照して説明した
ＳＴＮ型液晶を用いた液晶シャッターをより速い周波数
で駆動した場合の液晶への印加電圧の変化と、それに伴
う光透過率の変化を示す図である。図３に示す実施例で
は、電圧印加期間５及び０電圧期間７を、それぞれ８．
３ｍ秒としている。従って、電圧印加期間５と０電圧期
間７を１周期とする印加電圧の周波数は６０Ｈｚであ
る。

【００３１】図３に示されるように、駆動周波数を３０
Ｈｚから、６０Ｈｚとすることにより、図２に示される
ような０電圧期間７における光透過率の時間経過による
減少が認められなくなる。従って、０電圧期間７におい
ては、実質的に光透過率が低下しておらず、より安定な
かつ高い光透過率を得ることができたので、表示装置の
画面上部に生じていた暗い画像部分が解消された。

【００３２】応答時間τｏｎは０．３ｍ秒であり、応答
時間τｏｆｆは３．０ｍ秒であり、初期光透過率Ｔｎｏ
は２５％、０電圧期間の光透過率Ｔｏｆｆは３５％、電
圧印加期間の光透過率Ｔｏｎは０．１５％であった。従
って、コントラスト比Ｔｏｆｆ／Ｔｏｎは、３５／０．
１５＝２３３であった。従って、応答時間Ｔｏｆｆを従
来の６ｍ秒に比べ、約半分程度に小さくすることがで
き、かつ光透過率を４０％向上させることができた。

【００３３】以上の実施例では、ネマティック液晶を用
いたＳＴＮモードの実施例について説明したが、ネマテ
ィック液晶を用いたＴＮモードの場合にも、同様の効果
を得ることができる。液晶層の厚さｄを４μｍとし、ツ
イストピッチｐを１５μｍ、ツイスト角θを９０°とし
たＴＮ型液晶シャッターを構成した。従って、ｄ／ｐは
４／１５＝０．２７であり、θ／３６０°は９０°／３
６０°＝０．２５となる。従って、θ／３６０°＜ｄ／
ｐの関係を満足している。

【００３４】図３に示す実施例と同様に、６０Ｈｚの周
波数で駆動することにより、図３に示すのと同様に、０
電圧期間７における光透過率が、初期状態の光透過率よ
りも高くなることが観察された。また、０電圧期間７に
おける光透過率の実質的な低下は認められなかった。応
答時間τｏｎは０．２ｍ秒であり、応答時間τｏｆｆは
５．８ｍ秒であった。また初期状態の光透過率Ｔｎｏは
２６％であり、０電圧期間の光透過率Ｔｏｆｆは２８％
であり、電圧印加期間における光透過率Ｔｏｎは０．０
９％であった。従って、コントラスト比Ｔｏｆｆ／Ｔｏ
ｎは、２８／０．０９＝３１１であった。従来のθ／３
６０°＝ｄ／ｐを満足する液晶シャッターでは、応答時
間Ｔｏｎは１１ｍ秒であるので、本発明に従えば、約半
分程度の応答時間にすることができた。また、光透過率
は７％向上させることができた。

【００３５】なお、ここで用いた液晶の粘度ηは１４ｃ
Ｐ（２０℃）であり、弾性係数の比Ｋ３３／Ｋ１１は
１．２３であった。ＴＮモードと、ＳＴＮモードを比較
すると、ＴＮモードでは応答時間τｏｆｆが５．８ｍ秒
であるのに対し、ＳＴＮモードでは３．０ｍ秒である。
また０電圧期間の光透過率は、ＴＮモードが２８％であ
るのに対し、ＳＴＮモードは３５％である。従って、液
晶シャッターとしては、ＴＮモードよりも、ＳＴＮモー
ドの方がより好ましい特性を示すことがわかる。

【００３６】図４は、図３を参照して説明したＳＴＮモ
ードを用いた液晶シャッターにおける液晶への印加電圧
と、光透過率との関係を示す図である。図４に示すよう
に、液晶への印加電圧を５Ｖ以上にすると、電圧印加期
間の光透過率９は１％以下となり、一方０電圧期間の光
透過率８は３５％程度になり、より高いコントラストが
得られることがわかる。

【００３７】図４から明らかなように、駆動が開始され
る前の初期状態の光透過率は約２５％であり、駆動中に
おける０電圧期間の透過率８が、初期状態の光透過率よ
りも高くなっている。０電圧期間の光透過率と印加電圧
との関係をみると、印加電圧３．７Ｖから４Ｖまでは、
一旦光透過率８が低下し、４Ｖから４．８Ｖの間に光透
過率８が上昇し、５Ｖ以上で光透過率８は３５％の一定
の値となる。

【００３８】一方、電圧印加期間における光透過率９
は、４Ｖ近傍から低くなり、ＳＴＮ液晶が電圧印加によ
り垂直に配向し、光透過率が低下することがわかる。５
Ｖ以上の印加電圧で光透過率１％となり、２０Ｖの印加
電圧では０．２％以下となり、ほぼ飽和していることが
わかる。０電圧期間における光透過率が、初期状態の光
透過率よりも高くなる現象は、本発明に従う好ましい実
施形態の特徴である。以下、このような現象が発生する
理由、並びに電圧印加期間から０電圧期間への応答速度
が速くなる本発明の作用効果について説明する。

【００３９】図７は、液晶層の液晶分子のツイスト状態
を、ばねの伸び縮みとして説明するための図である。本
発明に従えば、θ／３６０°＜ｄ／ｐの関係を満足する
ように液晶層の厚さｄ、液晶材料のツイストピッチｐ、
及びツイスト角θが設定される。この関係は、液晶材料
本来のツイストピッチｐからすれば、より大きなツイス
ト角として設定されるべきものを、より小さなツイスト
角に設定していることを意味する。これは、図７（ａ）
に示すように、力が加わらない状態において２７０°に
相当する長さよりも長くなるばねを、図７（ｂ）に示す
ように、強制的に２７０°に相当する長さにして用いる
ことに相当している。図７（ｂ）に示される状態が、液
晶シャッターの初期状態に対応している。このような状
態で液晶層に電圧を印加すると、液晶分子はツイスト角
０°のほぼ垂直方向に配向する状態となる。この状態
は、図７（ｃ）に示すように、ばねの長さがほとんど０
になるように大きな力を加え圧縮した状態に相当する。

【００４０】次に、電圧の印加を止め、０電圧期間に移
行すると、ばね自体の弾性力により元の長さに戻ろうと
する。このとき、ばね自体は２７０°に相当する長さよ
りも長い長さが本来の長さであるので、一旦、２７０°
に相当する長さよりも長くなり、しばらくして、図７
（ｂ）に示す２７０°に相当する長さに戻るものと推測
される。このように、０電圧期間に移行する際、一旦２
７０°に相当する長さよりも長くなるため、光透過率
は、初期状態の光透過率よりも高くなるものと考えられ
る。従って、図２に示すように、０電圧期間において、
一旦光透過率が増加するのは、このような現象に基づい
ており、光透過率が０電圧期間において徐々に低下する
のは、再びばねが２７０°に相当する長さに戻ることに
対応しているものと考えられる。

【００４１】図３に示すように、周波数を高くすれば、
０電圧期間における光透過率の減少が実質的に無くなる
のは、一旦２７０°に相当する長さよりも長くなった
後、２７０°に相当する長さに戻る前に、次の電圧印加
期間になるためであり、このようなばねの伸縮運動をよ
り速い周期で行うことに対応するものと考えられる。図
８は、図７を参照して説明した現象を、液晶分子のツイ
スト状態として説明するための平面図である。図８を参
照して、液晶分子２０ａは、上方の配向膜に接している
液晶分子を示しており、液晶分子２０ｂは下方の配向膜
に接している液晶分子を示している。図８に示すよう
に、液晶層中の液晶分子は、液晶層の厚み方向に沿っ
て、液晶分子２０ａの状態から、液晶分子２０ｂの状態
に２７０°ツイストしている。液晶分子２０ｃは、液晶
分子２０ｂより上方の液晶分子を示しており、この液晶
分子２０ｃは配向膜の影響を直接に受けていないため、
液晶分子２０ｂに比べより動き易い状態である。液晶シ
ャッターを駆動させる前の初期状態においては、液晶分
子２０ｃは液晶分子２０ｂよりもツイスト角の小さなＡ
の状態に位置している。液晶シャッターに所定の電圧を
所定の周波数で印加して駆動させると、電圧印加期間か
ら０電圧期間に移行する際、液晶分子本来はより大きな
ツイスト角の状態を示そうとするものであるため、初期
状態におけるＡの位置を通り過ぎ、より大きなツイスト
角のＢの位置までツイストするものと考えられる。この
ような現象により、０電圧期間における光透過率が、初
期状態における光透過率よりも高くなるものと考えられ
る。

【００４２】また、０電圧期間に移行する際、液晶分子
が元の状態に戻る速度が、速くなるので、従来よりも応
答速度が速くなるものと考えられる。図９は、図３を参
照して説明したＳＴＮモードを用いた場合の液晶シャッ
ターの透過光の波長スペクトルを示す図である。Ａは液
晶シャッターを駆動させる前の初期状態の波長スペクト
ルを示しており、Ｂは駆動中の０電圧期間における波長
スペクトルを示している。図９に示されるように、０電
圧期間における波長スペクトルＢは、緑色光に相当する
５５０ｎｍ付近での光透過率が高くなっている。また、
初期状態の波長スペクトルＡと比べると可視光の領域
（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、０電圧期間の波
長スペクトルＢは均一な分布の光透過率を有しているの
に対し、初期状態の波長スペクトルＡは赤色光の光透過
率が高くなる不均一なスペクトル分布を示している。従
って、このようなことからも、本発明に従う液晶シャッ
ターの透過光は、色つきを生じ難い、無彩色な透過光で
あることがわかる。

【００４３】さらに、初期状態の波長スペクトルＡは、
可視光の領域外の赤外光の領域において高い透過率を示
しており、これに比べ０電圧期間の波長スペクトルＢは
可視光の領域内で高い光透過率を示すことがわかる。こ
のようなことから、本発明に従う好ましい実施形態の液
晶シャッターにおいては、０電圧期間の光透過率が、初
期状態の光透過率よりも高くなるものと考えられる。

【００４４】図１０は、液晶層の厚さｄと液晶材料のツ
イストピッチｐとの比ｄ／ｐを０．５から１．０まで変
化させたときの、波長５５０ｎｍの光の透過率変化の応
答時間を示す図である。波長５５０ｎｍの光は、人の目
に対し最も視感度の高い波長の光である。液晶として
は、ツイストピッチｐが７μｍであるＳＴＮモードを用
い、配向膜上の液晶分子のプレチルト角が温度２０℃で
５°となるように配向させ、ｄ／ｐは、液晶層の厚みを
変化させることにより変化させた。

【００４５】図１０から明らかなように、ｄ／ｐの比を
０．７５より大きくすると、応答時間が短くなることが
わかる。ツイスト角θは２７０°であるので２７０°／
３６０°＝０．７５であり、本発明に従いθ／３６０°
＜ｄ／ｐの関係を満足することにより、応答時間τｏｆ
ｆを短くし、液晶シャッターの開閉動作をより高速に行
うことができることがわかる。

【００４６】図１１は、本発明に従う液晶シャッターの
透過光のＣＩＥ標準色度座標系を示す図である。図１１
において、左下のＢが青色光、左上のＧが緑色光、右側
中央のＲは赤色光を示している。Ｂ、Ｇ、及びＲから図
面の中央に向かう３本の線分が交わるところが、白色光
に対応しており、Ｗで示している。図１１においては、
Ｗの近傍をさらに拡大して示している。本発明に従う液
晶シャッターの透過光は○印で示し、従来の液晶シャッ
ターの透過光は□印で示している。図１１から明らかな
ように、本発明に従う液晶シャッターの透過光の方が、
従来のものよりも白色光Ｗに近いことがわかる。ＣＩＥ
標準色度座標系（ｘ，ｙ）で示すと、本発明に従う実施
例のものは、（０．３１６，０．３４２）であり、ほぼ
無彩色であるのに対して、従来例のものは、（０．３０
９，０．３３７）であり、やや青色がかって見えること
がわかる。

【００４７】従って、本発明の液晶シャッターを用いる
場合には、従来は必要であった位相差板を用いる必要が
なくなる。図２および図３で用いた液晶のスプレイの弾
性係数Ｋ１１は、１．２１×１０ ^-11Ｎであり、ベンド
の弾性係数Ｋ３３は１．７７×１０^-11Ｎであった。

【００４８】光透過率５０％のときの電圧をＶ５０、光
透過率１０％のときの電圧をＶ１０とすると、急峻定数
γは、γ＝Ｖ５０／Ｖ１０で表される。急峻定数γが小
さいほど、液晶に対する印加電圧に対して光透過率が急
激に変化する。急峻定数γは、ＴＮモードよりＳＴＮモ
ードの方が小さい。また急峻定数γは、弾性係数の比Ｋ
３３／Ｋ１１に反比例する。従って、弾性係数の比Ｋ３
３／Ｋ１１の大きな液晶を用いることにより、急峻定数
γを小さくすることができる。

【００４９】実験によれば、０．６≦Ｋ３３／Ｋ１１≦
２．９の間で、液晶の駆動周波数ｆが、ｆ／（Ｋ３３／
Ｋ１１）＞１秒／（８．３ｍ秒＋８．３ｍ秒）／（１．
７７×１０^-11／１．２１×１０^-11＝４１．２Ｈｚを満
たす周波数以上とすることにより、急峻定数γが小さく
なることがわかった。また、０電圧期間ｔと粘度ηに関
しては、３≦η≦３５ｍＰａ・秒の間で、０電圧期間ｔ
と粘度ηとの積ｔ・ηを、８．３ｍ秒×１９．７ｃＰ＝
８．３×１０ ^-3秒×１９．７×１０^-2×１０^-1Ｐａ・秒
＝１．６４×１０^-4Ｐａ・秒²以下にすることにより、
液晶シャッターを高速に駆動できることがわかった。

【００５０】図１２は、本発明に従う液晶シャッターを
用いた液晶シャッターメガネを示す正面図である。図１
２を参照して、液晶シャッターメガネ２１には、本発明
に従う液晶シャッターからなる左目用シャッター２３及
び右目用シャッター２２がそれぞれ設けられている。左
目用シャッター２３と右目用シャッター２２の間の領域
には、画像表示装置からのコード信号を受光するための
赤外線センサ２４が設けられている。また左側の側部フ
レームには、接続ワイヤでコード信号を受け取るための
ピンジャック２５が設けられている。

【００５１】図１３は、図１２に示す液晶シャッターメ
ガネの内部構造を説明するための斜視図である。図１３
に示すように、左目用シャッター２３及び右目用シャッ
ター２２を駆動するための駆動回路２６が、周辺枠部分
及び側部フレームの部分に設けられている。また側部フ
レームには、電池２７が設けられている。図１４は、液
晶シャッターメガネの開閉動作を駆動するための信号を
画像表示装置から液晶シャッターメガネに与えるための
回路を示す回路ブロック図である。ＶＴＲ３０の映像信
号から、同期分離回路３１により、垂直同期信号を抽出
する。例えば、この信号が６０Ｈｚの場合、それぞれを
右目用及び左目用の信号に分けると、同期信号は３０Ｈ
ｚになるので、倍速制御回路３２により周波数を２倍に
する。このようにして右目用信号であるＲ識別信号と左
目用信号であるＬ識別信号をコード発生回路３３に与え
コード化信号とする。このコード化信号によりＬＥＤ駆
動回路３４を駆動させ、ＬＥＤ３５から赤外線信号とし
てセンサであるフォトダイオード４０にコード化信号を
与える。このコード化信号を増幅回路４１で増幅し、コ
ード判別回路４２に与える。また直接接続ワイヤによっ
てコード化信号を与える場合には、コード発生回路３３
からの信号をコード判別回路４２に直接与える。コード
判別回路によりＬ信号及びＲ信号を液晶駆動タイミング
回路４３に与え、液晶駆動タイミング回路４３により、
液晶駆動回路４４を駆動し、液晶シャッターであるＬ液
晶４６及びＲ液晶４７に電圧を印加し駆動する。なお、
駆動電圧を高めるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５から
液晶駆動回路４４に電圧が与えられている。

【００５２】以上のように、本発明の液晶シャッターメ
ガネは、画像表示装置で表示される右目用画像を右目の
みで、左目用画像を左目のみで観察することができるよ
うに、画像表示装置から与えられる同期信号に同期して
開閉動作が行われる。上記実施例では、液晶に電圧を印
加した状態で光透過率が低くなる閉状態となるＮＯモー
ドの液晶シャッターについて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、液晶に電圧を印加した状態
で光透過率の高い開状態となるＮＣモードの液晶シャッ
ターにも用いることができるものである。

【００５３】また、上述のように、液晶層を挟む一対の
配向膜のラビング方向は、通常、互いに垂直方向に形成
されているが、ラビング方向をこのような角度から１０
°以内でずらせた場合でも、同様に高速な応答を得るこ
とができる。ただし、この場合、図１５に示すように、
ＳＴＮ型液晶１１と前偏光板１６との間に位相差板１７
を用いる必要があるかもしれない。

【００５４】本発明に従う液晶シャッターを用いること
により、より高速な応答を得ることができ、開閉状態に
おけるコントラストを従来よりも高めることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明に従えば、電圧印加期間から０電
圧期間に移行したときの液晶の応答速度を速くすること
ができる。またＮＯモードの場合、０電圧期間における
光透過率を従来の液晶シャッターよりも高くすることが
できる。また本発明に従えば、透過光の色つきを減少さ
せることができる。従って、例えば従来必要であった位
相差板を用いる必要がなくなる。従って、液晶シャッタ
ーの部品点数を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う一実施例の液晶シャッターにおけ
る液晶への印加電圧の変化及びそれに伴う光透過率の変
化を示す図である。

【図２】本発明に従う他の実施例の液晶シャッターにお
ける液晶への印加電圧の変化及びそれに伴う光透過率の
変化を示す図である。

【図３】本発明に従うさらに他の実施例の液晶シャッタ
ーにおける液晶への印加電圧の変化及びそれに伴う光透
過率の変化を示す図である。

【図４】本発明における液晶への印加電圧と光透過率の
関係を示す図である。

【図５】本発明に従う一実施例の液晶シャッターを説明
するための模式図である。

【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、ＳＴＮ型液晶のねじれ状
態を説明するための斜視図である。

【図７】本発明における液晶のねじれ状態を説明するた
めの図である。

【図８】本発明の液晶シャッターにおける０電圧期間内
におけるツイスト角θ以上の角度でのツイストを説明す
るための平面図である。

【図９】本発明に従う液晶シャッターにおける初期状態
の透過光の波長スペクトルと駆動時の０電圧期間におけ
る透過光の波長スペクトルを示す図である。

【図１０】液晶の厚さ／ツイストピッチの比と、光透過
率変化の応答時間との関係を示す図である。

【図１１】本発明の液晶シャッターの透過光のＣＩＥ標
準色度座標系を示す図。

【図１２】本発明の液晶シャッターを用いる液晶シャッ
ターメガネの一実施例を示す正面図である。

【図１３】図１２に示す液晶シャッターメガネの内部構
造を説明するための斜視図である。

【図１４】図１２及び図１３に示す液晶シャッターメガ
ネの駆動回路を示すブロック図である。

【図１５】本発明に従う他の実施例の液晶シャッターの
構造を説明するための図である。

【図１６】従来の液晶シャッターにおける液晶への印加
電圧の変化とそれに伴う光透過率の変化を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の透明基板と、 前記一対の透明基板の内側に対向して設けられる一対の
   透明電極と、 前記一対の透明電極の間に配置される液晶層と、 前記液晶層を挟む両側に設けられる、前記液晶層の液晶
   分子を配向させるための一対の配向膜とを備え、 前記液晶層を構成する液晶材料がネマティック液晶であ
   り、かつ前記液晶層の厚さｄと前記液晶材料のツイスト
   ピッチｐとの比ｄ／ｐと、前記液晶層の前記液晶分子に
   対し前記一対の配向膜により設定されるツイスト角θと
   が、θ／３６０°＜ｄ／ｐの関係を満足する液晶シャッ
   ター。
2. 【請求項２】 前記液晶シャッターが、前記液晶層のし
   きい値電圧以上の電圧を印加する電圧印加期間と、前記
   電圧を印加しない０電圧期間とを交互に繰り返すように
   駆動される液晶シャッターである請求項１の液晶シャッ
   ター。
3. 【請求項３】 前記電圧印加期間の印加電圧が、前記し
   きい値電圧の２倍以上の電圧である請求項２の液晶シャ
   ッター。
4. 【請求項４】 前記電圧印加期間が光透過率の低い閉状
   態に、前記０電圧期間が光透過率の高い開状態にそれぞ
   れ対応しており、前記０電圧期間の光透過率が、前記シ
   ャッターを駆動する前の初期状態の光透過率よりも高く
   なるように、前記液晶層の厚みｄ、前記液晶材料のツイ
   ストピッチｐ及び前記ツイスト角θが設定されている請
   求項２の液晶シャッター。
5. 【請求項５】 前記０電圧期間の光透過率が前記初期状
   態の光透過率よりも高くなるように、前記電圧印加期間
   と前記０電圧期間を１周期とする印加電圧の周波数ｆ
   と、前記液晶材料の弾性係数の比Ｋ３３／Ｋ１１との比
   ｆ／（Ｋ３３／Ｋ１１）が所定の値以上に設定されてい
   る請求項４の液晶シャッター。
6. 【請求項６】 前記０電圧期間の光透過率が前記初期状
   態の光透過率よりも高くなるように、前記０電圧期間ｔ
   と、前記液晶材料の粘度ηとの積ｔ・ηが所定の値以下
   に設定されている請求項４の液晶シャッター。
7. 【請求項７】 前記０電圧期間の光透過率が前記０電圧
   期間内で実質的に低下しないように、前記電圧印加期間
   と前記０電圧期間を１周期とする印加電圧の周波数ｆが
   設定されている請求項４の液晶シャッター。
8. 【請求項８】 前記０電圧期間の光透過率が前記０電圧
   期間内で前記初期状態の光透過率まで低下しないよう
   に、前記電圧印加期間と前記０電圧期間を１周期とする
   印加電圧の周波数ｆが設定されている請求項４の液晶シ
   ャッター。
9. 【請求項９】 前記液晶層の前記液晶分子は、前記電圧
   印加期間においてツイスト角０°でほぼ垂直に配向して
   おり、前記０電圧期間においてツイスト角θ以上の角度
   でツイストしている請求項２の液晶シャッター。
10. 【請求項１０】 前記液晶層の前記ツイスト角θが約２
    ７０°に設定されている請求項１の液晶シャッター。
11. 【請求項１１】 前記液晶層の前記ツイスト角θが約９
    ０°に設定されている請求項１の液晶シャッター。
12. 【請求項１２】 前記液晶シャッターが、液晶シャッタ
    ーメガネの左目用シャッター及び右目用シャッターとし
    て設けられており、前記左目用シャッターと前記右目用
    シャッターが所定の周期で交互に閉じるように駆動され
    る請求項１の液晶シャッター。
13. 【請求項１３】 請求項１２の液晶シャッターメガネ
    と、 左目用画像と右目用画像を交互に表示する画像表示ディ
    スプレイとを備え、 前記画像表示ディスプレイが左目用画像を表示している
    期間においては、前記液晶シャッターメガネの前記右目
    用シャッターを閉じ、前記画像表示ディスプレイが右目
    用画像を表示している期間においては、前記液晶シャッ
    ターメガネの前記左目用シャッターを閉じるように、前
    記液晶シャッターメガネが駆動されている画像表示観察
    システム。
14. 【請求項１４】 前記画像表示観察システムが立体的に
    画像を観察するためのシステムである請求項１３の画像
    表示観察システム。