JPWO2010146948A1 - 液晶シャッターおよび液晶シャッターめがね - Google Patents

Abstract

高速応答性を実現し、かつ、光漏れを軽減することができないという問題を解決した液晶シャッターを提供する。各液晶素子（２ａ、２ｂ）において、基板（５ａ）および（５ｂ）のうちの、他の液晶素子と隣接する基板５ａに塗布された配向膜が水平配向膜（７ａ）であり、その基板とは別の基板５ｂに塗布された配向膜が垂直配向膜（７ｂ）である。また、偏光子（３）が設けられた液晶素子（２ｂ）の基板（５ａ）に塗布された水平配向膜は、検光子（４）の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われ、検光子（４）が設けられた液晶素子（２ａ）の基板（５ａ）に塗布された水平配向膜は、偏光子（４）の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われる。そして、各液晶素子（２ａ、２ｂ）が有する各液晶材料（６）は、正の誘電率異方性を有し、かつ、互いに逆向きのねじれを有する。

Description

本発明は、液晶シャッターおよび液晶シャッターめがねに関し、特には、複数の画像を時分割して表示する時分割表示ディスプレイを観察するための液晶シャッターめがねに関する。

複数の画像を時分割して表示する時分割表示ディスプレイと、液晶シャッターめがねとを有する時分割表示システムが提案または開発されている。

時分割表示システムとしては、例えば、観察者に立体画像を知覚させるための立体表示システムがある。

図１は、立体表示システムの一例を示した模式図である。図１において、立体表示システムは、時分割表示ディスプレイである液晶表示装置１００と、液晶シャッターめがね１０１とを含む。また、液晶シャッターめがね１０１は、右眼用液晶シャッター１０１ａと左眼用液晶シャッター１０１ｂとを有する。

液晶表示装置１００は、右眼用画像と左眼用画像とを交互に表示する。右眼用液晶シャッター１０１ａおよび左眼用液晶シャッター１０１ｂのそれぞれは、右眼用画像および左眼用画像のそれぞれの表示に同期して、光を透過する透過状態と、光を遮断する遮蔽状態とを切り替える。これにより、観察者１０２の右目に右眼用画像が入射され、観察者１０２の左目に左眼用画像が入射される。これにより、右眼用画像および左眼用画像が右目および左目の視差に応じた画像であれば、観察者に立体画像を知覚させることが可能になる。

また、時分割表示システムとしては、複数の観察者のそれぞれに異なる画像を知覚させるためのマルチビュー表示システムがある。マルチビュー表示システムは、特許文献１に記載されている。なお、マルチビュー表示システムの構成は、図１に示す立体表示システムと同様である。

マルチビュー表示システムでは、液晶表示装置１００は、複数の観察者のそれぞれに向けた画像を順番に表示する。複数の観察者のそれぞれが使用する液晶シャッターめがね１０１は、自観察者に向けた画像の表示に同期して、透過状態と遮断状態とを切り替える。これにより、複数の観察者のそれぞれに異なる画像を知覚させることが可能になる。

図２は、マルチビュー表示システムの動作の一例を説明するための説明図である。図２では、３人の観察者１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれが液晶シャッターめがね１０１を使用している。

液晶表示装置１００は、画像Ａ１、画像Ｂ１、画像Ｃ１および画像Ａ２の順で画像を表示する。観察者１０２ａの液晶シャッターめがね１０１は、画像Ａ１およびＡ２が表示されているときに透過状態になり、他の画像が表示されているときには遮蔽状態になる。これにより、観察者１０２ａは、画像Ａ１およびＡ２を連続的に知覚することになる。

また、観察者１０２ｂの液晶シャッターめがね１０１は、画像Ｂ１が表示されているときに透過状態になり、他の画像が表示されているときには遮蔽状態になる。さらに、観察者１０２ｃの液晶シャッターめがね１０１は、画像Ｃ１が表示されているときに透過状態になり、他の画像が表示されているときには遮蔽状態になる。これにより、観察者１０２ｂは、画像Ｂ１を知覚することになり、観察者１０２ｃは、画像Ｃ１を知覚することになる。

したがって、観察者１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれが異なる画像を知覚することになる。

さらに、時分割表示システムとしては、液晶シャッターめがねの使用者のみに表示画像を知覚させるためのセキュア表示システムがある。セキュア表示システムでは、時分割表示ディスプレイとして、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯情報端末のディスプレイを用いることで、秘匿性の高い携帯情報端末を実現することができる。

図３は、セキュア表示システムの一例を示した模式図である。

図３において、携帯情報端末１０３の時分割表示ディスプレイ１０４は、例えば、画像Ａ、画像Ａの反転画像Ａ’、画像Ｂおよび画像Ｂの反転画像Ｂ’のように、画像とその反転画像とを交互に表示する。

この場合、液晶シャッターめがね１０１を装着していない観察者には、その画像と反転画像とが積分されて無彩色化された画像が知覚されるので、画像ＡおよびＢを知覚することができない。

また、液晶シャッターめがね１０１が、画像ＡおよびＢの表示に同期して透過状態になり、反転画像Ａ’およびＢ’の表示に同期して遮蔽状態になれば、その液晶シャッターめがね１０１を装着した観察者１０２は、画像ＡおよびＢを知覚することができる。

したがって、液晶シャッターめがね１を使用している観察者のみに画像ＡおよびＢを知覚させることが可能になる。

上記の時分割表示システムにおける液晶シャッターめがねでは、透過状態と遮蔽状態とで透過される光の光量の差が大きい高コントラスト特性と、透過状態と遮蔽状態とが素早く切り替えられる高速応答性とが求められている。これらの特性がないと、本来遮蔽されるべき表示画像が透けて観察者に知覚される現象（クロストーク）や表示画像が暗く見える現象が生じ、良好な表示画像を観察者に提供することができない。

また、液晶シャッターでは、液晶シャッターに使用される液晶に電圧を印加したときの液晶の配向状態（ＯＮ状態）と、その液晶に電圧を印加していないとき液晶の配向状態（ＯＦＦ状態）とが変化して、光透過率が変化する。このため、液晶シャッターでは、液晶のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り替えられることにより、透過状態と遮蔽状態とが切り替えられる。

しかしながら、液晶がＯＮ状態のときに電圧の印加を停止した場合に、液晶がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移するまでの時間（ＯＦＦ時応答時間）は、液晶がＯＦＦ状態のときに電圧を印加した場合に、液晶がＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するまでの時間（ＯＮ時応答時間）よりも長い。このため、液晶シャッターでは、透過状態から遮蔽状態になる時間と、遮蔽状態から透過状態になる時間とに差が生じる。このような時間差があると、クロストークなどが発生して、良好な表示画像を観察者に提供することができないという問題がある。

上記の問題を解決することが可能な技術には、特許文献２に記載の液晶表示装置と、特許文献３に記載の光制御装置とがある。

特許文献２に記載の液晶表示装置では、ネマティック液晶を水平配向させた２つの液晶セルが、その液晶セルの配向処理方向が互いに直交するように積層され、その積層した液晶セルの両側に偏光層が配置される。

液晶表示装置は、両方の液晶セルに電圧が印加されていない場合、遮蔽状態となり、一方の液晶セルにだけ電圧が印加されている場合、透過状態になり、両方の液晶セルに電圧が印加されている場合、遮蔽状態になる。

このため、両方の液晶セルに電圧が印加されていない場合における遮蔽状態を初期状態とすると、液晶表示装置は、一方の液晶セルに電圧を印加することで、遮蔽状態を透過状態し、その後、もう一方の液晶セルに電圧を印加することで、透過状態を遮蔽状態にする。そして、液晶表示装置は、両方の液晶セルに印加している電圧を停止することで、初期状態に戻す。

これにより、遮蔽状態を透過状態にする時間も、透過状態を遮蔽状態にする時間もＯＮ時応答時間と同程度になるので、透過状態から遮蔽状態になる時間と、遮蔽状態から透過状態になる時間とを同じにすることが可能になる。

また、特許文献３に記載の光制御装置では、２つのＴＮ型液晶セルが、その液晶セルに電圧を印加していない電圧無印加時に、その液晶セルの配向処理方向が直交するように積層され、その積層されたＴＮ型液晶セルの両側に偏光層が配置される。この光制御装置においても、特許文献２に記載の液晶表示装置と同様に駆動することで、透過状態から遮蔽状態になる時間と、遮蔽状態から透過状態になる時間とを同じにすることが可能になる。

また、これらとは別に、高コントラスト特性を実現するための技術には、特許文献４に記載の液晶表示装置がある。

特許文献４に記載の液晶表示装置では、２つのＴＮ型液晶セルが、それらの液晶セルの視認側の配向軸が互いに１０°以内になるよう積層され、その積層されたＴＮ型液晶セルの上下およびその積層されたＴＮ型液晶セル間のそれぞれに偏光層が配置される。これにより、ＴＮ型液晶セルが二段に重ね合わせられた構成となり、一つのＴＮ型液晶セルで構成される場合より高いコントラスト特性を実現することが可能になる。

また、高速応答性を実現するための技術には、特許文献５に記載の液晶素子がある。

特許文献５に記載の液晶素子では、対向する２枚の基板間に、ネマティック液晶分子からなる液晶層が挟まれている。液晶素子は、ネマティック液晶分子が、一方の基板付近では、その基板に対して垂直配向し、他方の基板付近では、その基板に対して水平配向するように、連続的にチルト角が変化するハイブリット配列を有する。また、液晶素子は、ネマティック液晶分子が２枚の基板間においてねじれを持つツイスト配列を有する。

上記の液晶素子では、通常のツイステッドネマティック（ＴＮ）型の液晶表示装置よりも、高速応答性が良いことが実験結果から分かっている。

特開２００６‐１８６７６８号公報 特開平５‐２９７４０２号公報 特開昭５０‐１４１３４４号公報 特開２００４‐２５８３７２号公報 特開２０００−３３８４９２号公報

特許文献２に記載された液晶表示装置では、ネマティック液晶を水平配向させた液晶セルが積層されている。このような液晶セルは、一般的に、駆動電圧が高いので、電池で駆動することが多い液晶シャッターめがねに使用することは困難である。また、ＯＦＦ時応答時間が長いため、両方の液晶セルに印加している電圧を停止して初期状態に戻るまでに長い時間がかかり、高速応答性が得られない。したがって、特許文献２に記載の技術を液晶シャッターめがねに適用することは困難である。

特許文献３に記載の光制御装置では、水平配向させたネマティック液晶の代わりに、ＴＮ型液晶セルが用いられている。ＴＮ型液晶セルでは、ＯＦＦ時応答時間が短く、かつ、低電圧で駆動が可能であるので、高速応答性を実現することが可能になる。

しかしながら、特許文献３の図８および１３頁に記載されているように、２つのＴＮ型液晶の両方をＯＦＦ状態にする際に光漏れが発生する。

特許文献４に記載の液晶表示装置では、液晶のスタティック駆動時のコントラストを改善しているが、遮蔽状態およびＯＦＦ時間における光漏れについての記載はない。なお、特許文献４に記載の液晶表示装置の駆動方法は、特許文献２および３に記載の技術における駆動方法と大きく異なる。

また、特許文献５に記載の液晶表示装置では、高速応答性を実現することができるが、遮蔽状態およびＯＦＦ時間における光漏れについての記載はない。また、この液晶表示装置では、ＯＮ時応答時間は速いが、ハイブリッド配向となるため、液晶分子の方向あるいは傾きの角度依存性がＴＮ型液晶表示素子よりも大きくなり、ＴＮ型液晶表示素子よりも視野角が狭くなるという問題もある。

したがって、特許文献２〜４に記載の技術では、高速応答性を実現し、かつ、光漏れを軽減することができないという問題があった。

なお、特許文献３に記載されている光漏れは、液晶シャッターの正面から入射された光の光漏れである。しかしながら、液晶シャッターでは、光が入射される入射角に応じて光漏れの光量が異なる。このため、液晶シャッターが液晶シャッターめがねに用いられた場合、観察者の目に入る光漏れの光量が観察者の視線の向きに応じて異なるという視野角特性を有する。観察者の視線は、上下方向よりも左右方向に動きやすいので、遮蔽状態の場合に液晶シャッターの左右方向からの光漏れを軽減することが望ましい。しかしながら、特許文献２および３には、液晶シャッターの視野角特性に関する記載はない。

本発明の目的は、上記の課題である、高速応答性を実現し、かつ、光漏れを軽減することができないという問題を解決した液晶シャッターおよび液晶シャッターめがねを提供することである。

本発明による液晶シャッターは、配向膜が塗布された一対の基板と各基板間に封入された液晶材料とを有する一対の液晶素子が積層された積層構造体と、前記積層構造体の両側のうちの一方に設けられた偏光子と、前記積層構造体の両側のうちの他方に設けられた検光子と、を有し、前記偏光子の光透過軸と前記検光子の光透過軸とが交差し、各液晶素子において、前記一対の基板のうち、他の液晶素子と隣接する基板に塗布された配向膜が水平配向膜であり、当該基板とは別の基板に塗布された配向膜が垂直配向膜であり、前記積層構造体内の前記偏光子が設けられた液晶素子の水平配向膜は、前記検光子の光透過軸と平行な方向に配向処理され、各液晶素子が有する各液晶材料は、正の誘電率異方性を有し、かつ、互いに逆向きのねじれを有する。

また、本発明による液晶シャッターめがねは、前記液晶シャッターを備える。

本発明によれば、高速応答性を実現し、かつ、光漏れを軽減することが可能になる。

立体表示システムの一例を示した模式図である。 マルチビュー表示システムの動作の一例を説明するための説明図である。 セキュア表示システムの一例を示した模式図である。 本発明の一実施形態の液晶シャッターを模式的に示した断面図である。 液晶材料の構成例を示した斜視断面図である。 液晶材料の他の構成例を示した斜視断面図である。 液晶材料の他の構成例を示した斜視断面図である。 液晶シャッターめがねを模式的に示した外観図である。 液晶シャッターめがねに用いられる液晶シャッターの構成例を示した模式図である。 液晶シャッターの配向処理方向およびプレティルト角方向を示した模式図である。 ９０°Ｈ−ＴＮ型液晶素子を用いた液晶シャッターの動作を説明するための説明図である。 電圧印加状態から電圧無印加状態へ変化する際の液晶分子の動きを示した模式図である。 液晶シャッターめがねが液晶シャッターを駆動するための構成を示したブロック図である。 ９０°Ｈ−ＴＮ型液晶素子を用いた液晶シャッターめがねを示した模式図である。 電圧印加遮蔽時における液晶シャッターめがねの輝度分布の一例を示した説明図である。 電圧ＯＦＦ時における液晶シャッターめがねの輝度分布の一例を示した説明図である。 電圧ＯＦＦ時における液晶シャッターめがねの輝度分布の他の例を示した説明図である。 電圧ＯＦＦ時における液晶シャッターめがねの輝度分布の他の例を示した説明図である。 液晶シャッターの正面方向の光漏れを説明するための説明図である。 観察者側に配置された液晶素子に電圧を印加した場合の輝度分布を示した説明図である。 観察者側の反対側に配置された液晶素子に電圧を印加した場合の輝度分布を示した説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図４は、本発明の一実施形態の液晶シャッターを模式的に示した断面図である。図４において、液晶シャッター１は、一対の液晶素子２ａおよび２ｂが積層された積層構造体２と、積層構造体２の両側のうちの一方に形成された偏光子３と、積層構造体２の両側のうちの他方に形成された検光子４と、を有する。

なお、液晶シャッター１は、複数の積層構造体２を有し、各積層構造体２が積層されていてもよい。この場合、偏光子３は、最上層の積層構造体２の上面に形成され、検光子４は、最下層の積層構造体２の下面に形成される。

積層構造体２内の液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれは、一対の互いに対向する基板５ａおよび５ｂと、基板５ａおよび５ｂ間に封入されている液晶材料６と、を有する。なお、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの基板５ａが互いに隣接しているものとする。

液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれにおいて、基板５ａおよび５ｂの互いに対向する面には、配向膜が塗布されている。より具体的には、基板５ａおよび５ｂの一方に形成されている配向膜は、水平配向膜７ａであり、他方に形成されている配向膜は、垂直配向膜７ｂである。さらに言えば、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれにおいて、他の液晶素子と隣接する基板５ａに塗布された配向膜が水平配向膜７ａであり、基板５ａとは別の基板５ｂに塗布された配向膜が垂直配向膜７ｂである。

なお、基板５ａおよび５ｂのそれぞれには、液晶素子２ａまたは２ｂに電圧を印加するための電極（不図示）が備わっているものとする。また、上記の積層構造体２の両側とは、積層構造体２内の液晶素子２ａおよび２ｂの基板５ａおよび５ｂに平行な表面である。

液晶素子２ａおよび２ｂが有する液晶材料６のそれぞれは、正の誘電率異方性を有する。

偏光子３および検光子４は、予め定められた光透過軸に平行な偏光面を有する光を透過する偏光素子であり、偏光子３の光透過軸と検光子４の光透過軸とは、互いに交差する。交差する角度は、９０°であることが好ましい。つまり、偏光子３および検光子４は、偏光子３の透過軸と検光子４の透過軸とが直交するクロスニコルの関係となることが好ましい。

次に、液晶材料６についてより詳細に説明する。

図５Ａは、液晶素子２ａの液晶材料６を模式的に示した斜視断面図であり、図５Ｂは、液晶素子２ｂの液晶材料６を模式的に示した斜視断面図であり、図５Ｃは、液晶シャッター１の液晶材料６を模式的に示した斜視断面図である。

図５Ａ〜図５Ｃで示されたように、液晶素子２ａおよび２ｂが有する液晶材料６のそれぞれは、互いに逆向きのねじれを有する。

図５Ａ〜図５Ｃで示された液晶素子２ａおよび２ｂを有する液晶シャッター１は、例えば、以下のように形成することができる。

先ず、透明電極を有する２枚の基板を２組用意し、それらの基板を、液晶素子２ａの基板５ａおよび５ｂと、液晶素子２ｂの基板５ａおよび５ｂとする。その後、各基板５ａの表面に水平配向膜７ａを塗布し、各基板５ｂの表面に垂直配向膜７ｂを塗布する。

続いて、水平配向膜７ａおよび垂直配向膜７ｂのそれぞれに対して配向処理を行う。ここで、同一の液晶素子に含まれる水平配向膜７ａおよび垂直配向膜７ｂの配向処理方向が所定の角度で交差するように配向処理が行われる。

また、偏光子３が設けられた液晶素子２ａの基板５ａに塗布された水平配向膜は、検光子４の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われる。さらに、検光子４が設けられた液晶素子２ｂの基板５ａに塗布された水平配向膜は、偏光子４の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われる。

その後、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの基板５ａおよび５ｂ間に正の誘電率異方性を有する液晶材料６を注入する。

このとき、液晶材料６のねじれ方向は、水平配向膜７ａおよび垂直配向膜７ｂの配向処理方向にて規定されるねじれ方向と、液晶材料６の自然なねじれ方向と、に応じて決定される。

本実施形態では、水平配向膜７ａおよび垂直配向膜７ｂの配向処理方向にて規定されるねじれ方向と、液晶材料６の自然なねじれ方向とが一致するように、液晶材料６が注入される。これにより、液晶材料６のねじれ方向、配向処理方向にて規定されるねじれ方向および液晶材料６の自然なねじれ方向のそれぞれは、一致する。

上記のように形成された液晶素子２ａおよび２ｂを積層することで液晶シャッター１を形成することができる。ここで、液晶素子２ａおよび２ｂは、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの基板５ａが互いに隣接するように積層される。また、液晶素子２ａおよび２ｂは、液晶素子２ａおよび２ｂが有する液晶材料６のそれぞれが互いに逆向きのねじれを有するように積層される。

なお、垂直配向膜７ｂに対しては配向処理が行われなくてもよい。この場合、基板５ａおよび５ｂの間に注入された液晶材料６のねじれ方向は、液晶材料６の自然なねじれ方向のみで規定される。

図５Ａ〜図５Ｃでは、各液晶素子２ａおよび２ｂの各基板５ａおよび５ｂの配向処理方向１１ａ〜１１ｄが示されている。具体的には、配向処理方向１１ａは、液晶素子２ａの基板５ａの配向処理方向であり、配向処理方向１１ｂは、液晶素子２ａの基板５ｂの配向処理方向であり、配向処理方向１１ｃは、液晶素子２ｂの基板５ａの配向処理方向であり、配向処理方向１１ｄは、液晶素子２ｂの基板５ｂの配向処理方向である。

配向処理方向１１ａおよび１１ｂは、互いに交差し、配向処理方向１１ｃおよび１１ｄは、互いに交差する。また、配向処理方向１１ａおよび１１ｄは、互いに同じ方向であり、配向処理方向１１ｂおよび１１ｃは、互いに逆向きである。

ここで、配向処理方向１１ａおよび１１ｂは、互いに直交することが好ましい。この場合、配向処理方向１１ｃおよび１１ｄも互いに直交することが好ましい。

また、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶材料６の厚さと、その液晶材料６の屈折率異方性Δｎの積（ｄ・Δｎ）のそれぞれが、等しいまたは略等しいことが好ましい。

さらに、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶材料６のカイラルピッチが、等しいまたは略等しいことが好ましい。

次に、液晶シャッターを有する液晶シャッターめがねについて説明する。

図６Ａは、液晶シャッターを有する液晶シャッターめがねを模式的に示した外観図である。図６Ａにおいて、液晶シャッターめがね２０は、液晶シャッター２１と、めがねフレーム２２とを有する。

液晶シャッター２１は、右目用の液晶シャッター２１ａと、左目用の液晶シャッター２１ｂとを有する。

液晶シャッター２１ａおよび２１ｂのそれぞれは、めがねフレーム２２のレンズ部分に装着されている。また、液晶シャッター２１ａおよび２１ｂは、積層構造体２を含む液晶シャッター１と同じ構成を有する。

図６Ｂは、液晶シャッターめがね２０に用いられる液晶シャッター２１ａおよび２１ｂの構成を示した模式図である。図６Ｂでは、液晶素子２ａが液晶シャッターめがね２０の背面側（観察者側）に配置され、液晶素子２ｂが液晶シャッターめがね２０の前面側（観察者側の反対側）に配置されている。

液晶素子２ｂが有する水平配向膜７ａは、液晶シャッターめがね２０の幅方向（左右方向：図６ＡのＡ−Ｂ方向）に配向処理されている。つまり、配向処理方向１１ｃが液晶シャッターめがね２０の幅方向を向いている。これにより、配向処理方向１１ｃが、観察者の顔の中心線１６と直交する。

図６Ｃは、液晶シャッターめがね２０における液晶シャッター１の配向処理方向およびプレティルト角を示した模式図である。

図６Ｃで示したように、水平配向膜７ａを有する基板５ａ上（基板５ａの界面）の液晶分子１３の長軸は、液晶シャッターめがね２０の内側（図６Ａの矢印Ｃの方向）に向かうにつれ基板５ａから離れている。これにより、その基板５ａのプレティルト角１５の向きが観察者の顔の中心を向くこととなり、観察者に対して横方向の視野角特性を改善することができる。

次に、液晶シャッター１の動作について説明する。

図７および図８は、液晶シャッター１の動作を説明するための説明図である。偏光子３は液晶素子２ｂの上面に形成され、偏光子３の光透過軸の方向は紙面に垂直な方向２３である。一方、検光子４は液晶素子２ａの下面に形成され、検光子４の光透過軸の方向は紙面に平行な方向２４である。すなわち、偏光子３および検光子４はクロスニコルの関係に配置されている。

図７は、液晶シャッター１内の液晶分子１３の配向状態である状態４Ａ〜４Ｄが示されている。

液晶シャッター１が、液晶素子２ａおよび２ｂの両方に電圧が印加されていない両方ＯＦＦ状態の場合、液晶分子１３は状態４Ａとなる。状態４Ａでは、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶分子１３の長軸は、基板５ａの界面で基板５ａと平行な方向を向いている。また、液晶分子１３の長軸は、基板５ｂに向かうほど、ねじれながら基板５ａおよび５ｂに対して垂直な方向に傾いていき、基板５ｂの界面で基板５ａおよび５ｂに対して垂直な方向を向く。

以下、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの配向膜の配向処理方向は、互いに直交しているものとする。つまり、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶材料６は、９０°ねじれているものとする。また、このような液晶素子を９０°Ｈ−ＴＮ型液晶素子と称することもある。

状態４Ａでは、液晶シャッター１への入射光２５は、偏光子３を透過して偏光光となり、液晶素子２ａおよび２ｂに入射される。入射光２５が液晶素子２ａおよび２ｂを透過する際に、入射光２５の偏光面は、液晶材料６のねじれ方向に沿って回転する。液晶素子２ａおよび２ｂに封入された液晶材料６のそれぞれは、互いに逆方向にねじれているので、入射光２５の偏光面は、液晶素子２ｂで９０°回転し、その後、液晶素子２ａで元に戻る。

偏光子３および検光子４がクロスニコルの関係に配置されているので、入射光２５は、検光子４を透過できず検光子４で吸収される。このため、液晶シャッター１は、光を遮蔽する遮蔽状態となる。

液晶シャッター１が、両ＯＦＦ状態から、液晶素子２ａおよび２ｂの一方に飽和電圧以上の電圧が印加された片ＯＦＦ状態に遷移すると、液晶分子１３は、状態４Ｂとなる。なお、飽和電圧は、液晶材料６内の液晶分子１３の向きが変化する最小の電圧であり、液晶材料６に応じて決定される。

状態４Ｂでは、液晶素子２ａの液晶分子１３の長軸が基板５ａに対して垂直に向き、液晶素子２ａ内の液晶材料６のねじれが解消される。なお、液晶素子２ｂの液晶分子内の液晶材料６のねじれは、状態４Ａと同じである。

この場合、入射光２５の偏光面は、液晶素子２ａで回転しなくなる。このため、入射光２５は、偏光面が９０°回転した状態で検光子４に入射され、検光子４を透過する。このため、液晶シャッター１は、光を透過する透過状態になる。

液晶シャッター１が、片ＯＦＦ状態から、液晶素子２ａおよび２ｂの両方に飽和電圧以上の電圧が印加された両ＯＮ状態に遷移すると、液晶分子１３は、状態４Ｃとなる。

状態４Ｃでは、液晶素子２ａおよび２の両方の液晶分子１３の長軸が基板５ａに対して垂直に配向され、液晶素子２ｂの液晶材料６のねじれが解消される。

この場合、入射光２５の偏光面は、液晶素子２ａおよび２ｂで回転しなくなり、入射光２５は、検光子４を透過できず、液晶シャッター１は遮蔽状態となる。

このように液晶シャッター１に電圧を印加させることにより、液晶シャッター１の状態を遮蔽状態から透過状態にし、かつ、透過状態から遮蔽状態にすることができる。このため、液晶シャッター１の状態を高速に切り替えることが可能になる。なお、液晶素子２ｂ、２ａの順に電圧が印加されてもよいが、上記のように液晶素子２ａ、２ｂの順に電圧が印加されることが好ましい。

液晶シャッター１が、両ＯＮ状態から、液晶素子２ａおよび２ｂに印加された電圧が停止された両ＯＦＦ状態に遷移すると、液晶分子１３は、状態４Ｄになる。

状態４Ｄでは、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶材料６が互いに逆向きにねじれた状態になる。このとき、液晶シャッター１では、遮蔽状態が維持される。

図８は、状態４Ｃから状態４Ｄに遷移する際の液晶分子１３の動きを示した模式図である。

図８で示したように、状態４Ｃにおける、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶分子１３である液晶分子１３ａは、基板５ａに対して垂直に配向している。また、状態４Ｄにおける、液晶素子２ａの液晶分子１３ｂと、液晶素子２ｂの液晶分子１３ｃとは、互いに逆向きにねじれている。

このため、状態４Ｃから状態４Ｄに遷移する際には、状態４Ｃにおける液晶分子１３ａは、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれで基板５ａの法線を軸として対称にねじれていく。したがって、遮蔽状態を維持したまま、状態４Ｃから状態４Ｄに遷移させることが可能になるので、光漏れを軽減することが可能になる。

次に、液晶シャッターめがね２０において、液晶シャッター２１を駆動するための構成について詳細に説明する。

図９は、液晶シャッターめがね２０が液晶シャッター２１を駆動するための構成を示したブロック図である。図９において、液晶シャッターめがね２０は、液晶シャッター２１と、受信部２６と、駆動部２７とを有する。

受信部２６は、液晶シャッター２１の透過状態と遮蔽状態とを切り替えるタイミングを示す同期信号を受信する。受信部２６は、例えば、めがねフレーム２２に設けられ、画像を表示する表示装置などから無線通信方式で同期信号を受信してもよいし、配線を介して所定の制御装置から有線通信方式で同期信号を受信してもよい。

駆動部２７は、受信部２６が受信した同期信号に応じて液晶シャッター２１に電圧を印加して、液晶シャッター２１の透過状態と遮蔽状態とを切り替える。

具体的には、液晶シャッター２１が両ＯＦＦ状態の場合、受信部２６が同期信号を受信すると、駆動部２７は、液晶素子２ａまたは２ｂに飽和電圧以上の電圧を印加して、液晶シャッター２１を、透過状態である片ＯＦＦ状態にする。このとき、駆動部２７は、液晶素子２ａに電圧を印加することが好ましい。以下、駆動部２７は、液晶素子２ａに電圧を印加して状態４Ｂに切り替えたものとする。

また、液晶シャッター２１が片ＯＦＦ状態の場合、受信部２６が同期信号を受信すると、駆動部２７は、液晶素子２ｂに飽和電圧以上の電圧を印加して、液晶シャッター２１を、遮蔽状態である両ＯＮ状態にする。その後、駆動部２７は、液晶素子２ａおよび２ｂへの電圧の印加を停止して、液晶シャッター２１を、遮蔽状態を維持したまま、両ＯＦＦ状態にする。

なお、積層構造体２が複数ある場合、各積層構造体２の液晶素子２ａおよび２ｂに対して上記と同じ処理を行えばよい。

以上説明した光漏れを軽減する仕組みは、液晶シャッター１または２１の正面から入射される光に対する光漏れを軽減する仕組みである。

液晶シャッター１および２１には、遮蔽状態における光漏れや、透過状態および遮蔽状態で透過される光の光量の差であるコントラストなどが、観察者の視線の向きに応じて異なる視野角特性がある。また、観察者の視線は、液晶シャッターめがね２０の幅方向を向きやすい。

したがって、液晶シャッター１および２１には、液晶シャッターめがね２０の幅方向からの光漏れを軽減する仕組みが備わっていることが好ましい。特に、観察者の視線は、顔の外側よりも内側を向きやすいので、液晶シャッター１および２１には、液晶シャッターめがね２０の内側からの光漏れを軽減する仕組みが備わっていることが好ましい。以下、液晶シャッターめがね２０の幅方向からの光漏れを、横方向の光漏れと称する。

液晶シャッター１が遮蔽状態である時（遮蔽時）と、ＯＦＦ時（両ＯＮ状態から両ＯＦＦ状態への変化時）における横方向の光漏れについて検討した結果、以下のことが分かった。

液晶素子２ａおよび２ｂのうち、液晶シャッターめがね２０の前面側にある液晶素子２ｂの水平配向膜７ａの配向処理方向が液晶シャッターめがね２０の幅方向と平行な場合（図６Ａおよび図６Ｂ）、つまり、配向処理方向１１ｃが観察者の顔の中心線に対して直交する方向の場合に、横方向の光漏れが軽減される。

特に、液晶素子２ｂの水平配向膜７ａを有する基板５ａ上の液晶分子の長軸が、液晶シャッターめがね２０の内側に向かうにつれその基板５ａから離れるように、その液晶分子が傾いている場合（図６Ａおよび図６Ｃ）に、液晶シャッターめがね２０の内側からの光漏れが軽減される。

さらに、両ＯＦＦ状態において、液晶素子２ａおよび２ｂのうち、液晶シャッターめがね１の背面側にある液晶素子２ａに電圧を印加して、液晶シャッター２１を片ＯＦＦ状態とすることにより、観察者が感じるちらつきが軽減される。

これは、透過状態の液晶シャッター２１において、光透過率が最も高い領域である最大輝度領域の方向と、遮蔽状態の液晶シャッター２１において、光透過率が高くなる光漏れ領域の方向とが一致するためである。

次に効果を整理する。

本実施形態によれば、各液晶素子２ａおよび２ｂにおいて、基板５ａおよび５ｂのうちの、他の液晶素子と隣接する基板５ａに塗布された配向膜が水平配向膜７ａであり、その基板とは別の基板５ｂに塗布された配向膜が垂直配向膜７ｂである。また、偏光子３が設けられた液晶素子２ｂの基板５ａに塗布された水平配向膜は、検光子４の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われ、検光子４が設けられた液晶素子２ａの基板５ａに塗布された水平配向膜は、偏光子４の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われる。そして、各液晶素子２ａおよび２ｂが有する各液晶材料６は、正の誘電率異方性を有し、かつ、互いに逆向きのねじれを有する。

この場合、液晶素子２ａおよび２ｂが両ＯＮ状態から両ＯＦＦ状態に遷移するＯＦＦ時において、液晶素子２ａの液晶分子１３ａと、液晶素子２ｂの液晶分子１３ｂとが逆向きにねじれていく。このため、遮蔽状態を維持したまま両ＯＦＦ状態に遷移させることが可能になるので、ＯＦＦ時の光漏れを軽減することが可能になる。また、液晶材料６として、ＯＦＦ時応答時間が短いＴＮ型液晶材料を用いることができる。

したがって、高速応答性を実現し、かつ、光漏れを軽減することが可能になる。

また、本実施形態では、互いに隣接する各基板５ａに塗布された水平配向膜７ａは、互いに直交されている。

この場合、液晶シャッター１の透過状態と遮蔽状態とで透過される光の光量の差であるコントラストを高くすることが可能になる。

また、本実施形態では、液晶素子２ａおよび２ｂに封入された各液晶材料６の厚さとその液晶材料の屈折率異方性との積のそれぞれが、等しいまたは略等しい。この場合、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれにおいて、入射光の偏光面が略等しい量だけ、互いに逆向きに回転されるので、遮蔽時における光漏れをさらに軽減することが可能になる。

また、本実施形態では、液晶素子２ａおよび２ｂに封入された各液晶材料６のカイラルピッチは等しいまたは略等しい。この場合、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれにおいて、入射光の偏光面が略等しい割合で回転されるので、遮蔽時における光漏れをさらに軽減することが可能になる。

また、本実施形態では、液晶シャッターめがね２０の前面側にある液晶素子２ｂにおける水平配向膜７ａが液晶シャッターめがね２０の幅方向（Ａ−Ｂ方向）に配向処理されている。この場合、横方向の光漏れを軽減することが可能になる。

また、本実施形態では、液晶シャッターめがね２０の前面側にある液晶素子２ｂの水平配向膜７ａにおいて、液晶シャッターめがね２０の幅方向に配向処理された水平配向膜７ａを有する基板５ａ上の液晶分子の長軸が、液晶シャッターめがね２０の内側に向かうにつれその基板５ａから離れるように、その液晶分子が傾いている。この場合、ディスプレイ等を視認する際に視線が向きやすい顔中心方向からの光漏れを軽減することが可能になる。

また、本実施形態では、駆動部２７は、液晶素子２ａおよび２ｂのうち、液晶シャッターめがね２０の背面側にある液晶素子２ａに電圧を印加して、液晶シャッター２１を透過状態にする。

この場合、液晶シャッター２１が透過状態のときに最も光透過率が高くなる領域である最大輝度領域の方向と、液晶シャッター２１が遮蔽状態のときに光が漏れる光漏れ方向とが一致する。このため、観察者が感じるちらつき感を軽減することが可能になる。

（実施例１）
本発明の実施例１として、液晶シャッターめがね２０の輝度分布について、図１０、図１１Ａ〜図１１Ｄを用いて説明する。

液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの水平配向膜７ａおよび垂直配向膜７ｂの両方に対して配向処理が行われている。また、液晶素子２ａおよび２ｂのそれぞれの液晶材料６として、厚さｄが２．４μｍであり、屈折率異方性Δｎが０．２１であり、カイラルピッチｐが８μｍの液晶材料を用いる。これらの条件を満たす９０°Ｈ−ＴＮ型液晶素子を用いた液晶シャッター２１を作製した。

なお、液晶シャッター２１では、図１０で示したように、液晶シャッターめがね２０の前面にある液晶素子２ｂの水平配向膜７ａの配向処理方向１１ｃが、液晶シャッターめがね２０の幅方向と平行であるとする。また、基板５ａのプレティルト角１５の向きが観察者の顔の中心を向いているものとする。

図１１Ａは、図１０で示した液晶シャッター２１における液晶素子２ａおよび２ｂに電圧（５Ｖ）を印加した場合の輝度分布を示した説明図である。この輝度分布は、図７に示した状態４Ｃに相当する。この場合、液晶素子２ａおよび２ｂの両方がＯＮ状態となり、液晶シャッター２１が遮蔽状態になる。なお、φは方位角、θは極角を表し、φ＝０°−１８０°の線は、液晶シャッターめがね２０の幅方向となる。

液晶シャッター２１の輝度が低い領域である遮蔽領域３１は、方位角φ＝０°−１８０°およびφ＝９０°−２７０°の線付近に拡がっている。また、液晶シャッター２１の輝度が高い領域である光漏れ領域３２は、観察者の眼の動きからはずれた方位角φ＝４５°、１３５°、２２５°および３１５°のそれぞれにおける、極角θ＝４０°〜６０°付近に拡がっている。

したがって、遮蔽状態において、観察者の視線が向きやすい、液晶シャッターめがね２０の幅方向からの光漏れを軽減することが可能になる。

図１１Ｂ〜図１１Ｄは、液晶素子２ａおよび２ｂのＯＦＦ時（両ＯＮ状態から両ＯＦＦ状態への変化時）の輝度分布を示した説明図である。この輝度分布は、図７に示した状態４Ｃから状態４Ｄに変化する場合に相当する。なお、図１１Ｂは、電圧が３Ｖ相当の輝度分布を示し、図１１ｃは、電圧が２Ｖ相当の輝度分布を示し、図１１Ｄは、電圧が０Ｖ（両ＯＦＦ状態）相当の輝度分布を示す。

図１１Ｂでは、方位角φ＝１３５°、２２５°および３１５°において、極角θ＝４０〜６０°付近に光漏れ領域３２拡がっているが、方位角φ＝４５°および極角θ＝４０〜６０°付近からの光漏れは少なくなっている。

図１１Ｃおよび図１１Ｄでは、方位角φ＝９０°、１８０°および２７０°のそれぞれにおける、極角θ＝４０°〜６０°付近には、光漏れ領域３２が広がっているが、方位角φ＝０°およびφ＝１８０°における、極角θ＝０°〜４０°付近には、遮蔽領域３１が広がっている。

上記のいずれの場合でも、光漏れ領域３２は観察者の視線が向きやすい顔の中心に向かう方向に存在しないので、横方向からの光漏れが軽減される。

（実施例２）
実施例２として、実施例１で説明した液晶シャッターめがねの応答時間とＯＦＦ時の光漏れについて、図１２を用いて説明する。

遮蔽状態から透過状態に遷移するまでの応答時間（透過率１０％から透過率９０％への変化に要する時間）は、０．４ｍＳであった。また、透過状態から遮蔽状態に遷移するまでの応答時間（透過率９０%から透過率１０%への変化に要する時間）は、遮蔽状態から透過状態に遷移するまでの応答時間と同じ０．４ｍＳであった。

図１２は、液晶シャッター１の正面方向の光漏れを示した説明図である。図１２では、横軸は、時間（Ｔｉｍｅ）［ｍＳ］を示し、縦軸は、光透過率（Ｔ）［％］と電圧（Ｖ）[Ｖ]とを示す。また、図１２において、電圧４１は、最初の液晶素子に印加される電圧を示し、電圧４２は、２番目の液晶素子に印加される電圧を示す。電気光学応答４３は、液晶シャッター１の電気光学応答（光透過率）を示す。

図１２で示されたように、液晶シャッター１が遮蔽状態である両ＯＮ状態および両ＯＦＦ状態のときでも、両ＯＮ状態から両ＯＦＦ状態に遷移するＯＦＦ時でも、光透過率は０％付近であり、これらの場合において光透過率に顕著な差がない。したがって、遮蔽状態およびＯＦＦ時において、液晶シャッター１の正面方向の光漏れの少ない電気光学応答が得られることが分かる。

（実施例３）
実施例３として、実施例１で説明した液晶シャッターめがね２０の透過状態での輝度分布について図１３および図１４を用いて説明する。この輝度分布は、図７に示した状態４Ｂに相当する。

図１３は、図１０で示した液晶シャッター１の前面側にある液晶素子２ａに電圧（５Ｖ）を印加した場合の輝度分布を示した説明図である。

この場合、液晶素子２ａがＯＮ状態となり、液晶シャッター１が透過状態になる。最大輝度領域３３は、方位角φ＝１３５°かつ極角θ＝２５°付近にあり、実施例１で示した遮蔽時の光漏れ領域３２の方向と一致する。これにより、透過状態と遮蔽状態とを切り替える際に、観察者に対するちらつき感を低減させることができる。

図１４は、図１０で示した液晶シャッター１の背面側にある液晶素子２ｂに電圧（５Ｖ）を印加した場合の輝度分布を示した説明図である。

この場合、最大輝度領域３３は方位角φ＝２１０°かつ極角θ＝３０°付近にあり、実施例１で示した遮蔽時の光漏れ領域３２の方向とは一致しなかった。

したがって、観察者側に位置する液晶素子２ａに電圧を印加し、液晶シャッターを透過状態とすることが、観察者に対するちらつき感の低減の面から好ましい。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されたものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。

なお、本発明は、時分割表示システムに用いる液晶シャッターめがねなどに適応することができる。

この出願は、２００９年６月１９日に出願された日本出願特願２００９−１４６４９５号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

1. 配向膜が塗布された一対の基板と各基板間に封入された液晶材料とを有する一対の液晶素子が積層された積層構造体と、前記積層構造体の両側のうちの一方に設けられた偏光子と、前記積層構造体の両側のうちの他方に設けられた検光子と、を有し、
   前記偏光子の光透過軸と前記検光子の光透過軸とが交差し、
   各液晶素子において、前記一対の基板のうち、他の液晶素子と隣接する基板に塗布された配向膜が水平配向膜であり、当該基板とは別の基板に塗布された配向膜が垂直配向膜であり、
   前記積層構造体内の前記偏光子が設けられた液晶素子の水平配向膜が、前記検光子の光透過軸と平行な方向に配向処理が行われ、かつ、前記積層構造体内の検光子が設けられた液晶素子の水平配向膜が、前記偏光子の光透過軸と平行な方向に配向処理され、
   各液晶素子が有する各液晶材料は、正の誘電率異方性を有し、かつ、互いに逆向きのねじれを有する、液晶シャッター。
2. 請求項１に記載の液晶シャッターにおいて、
   前記偏光子の光透過軸と前記検光子の光透過軸とが直交し、
   前記互いに隣接する各基板に塗布された水平配向膜は、互いに直交する方向に配向処理されている、液晶シャッター。
3. 請求項１または２に記載の液晶シャッターにおいて、
   各液晶素子に封入された各液晶材料の厚さと、当該液晶材料の屈折率異方性との積のそれぞれが、等しいまたは略等しい、液晶シャッター。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶シャッターにおいて、
   各液晶素子に封入された各液晶材料のカイラルピッチが、互いに等しいまたは略等しい、液晶シャッター。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶シャッターを有する液晶シャッターめがね。
6. 請求項５に記載の液晶シャッターめがねにおいて、
   前記一対の液晶素子のうち、前記液晶シャッターめがねの前面側にある液晶素子が有する水平配向膜が、前記液晶シャッターめがねの幅方向に配向処理されている、液晶シャッターめがね。
7. 請求項６に記載の液晶シャッターめがねにおいて、
   前記幅方向に配向処理された水平配向膜を有する基板上の液晶分子の長軸が、前記液晶シャッターめがねの内側に向かうにつれ当該基板から離れている方向に、当該液晶分子が傾いている、液晶シャッターめがね。
8. 請求項５ないし７のいずれか１項に記載の液晶シャッターめがねにおいて、
   前記液晶シャッターは、前記一対の液晶素子に電圧が印加されていない場合、光を遮蔽する遮蔽状態となり、
   前記一対の液晶素子のうち、前記液晶シャッターめがねの背面側にある液晶素子に電圧を印加して、前記液晶シャッターを、光を透過する透過状態にする駆動手段をさらに有する、液晶シャッターめがね。

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