(57)【要約】【課題】安定な応答が実現できる偏光スイッチング素子を提供する。【解決手段】それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子。前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する。【選択図】図１
2009282410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と、
該一対の透明基板間に配置された液晶材料と、
前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；
前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整することを特徴とする偏光スイッチング素子。
【請求項２】
前記液晶材料が、分極遮蔽型スメクチック液晶または強誘電性液晶からなる請求項１に記載の偏光スイッチング素子。
【請求項３】
前記液晶材料に電圧を印加することにより、一対の透明基板の光入射側から入射された光の第１の偏光状態を、該第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる請求項１または２に記載の偏光スイッチング素子。
【請求項４】
前記液晶材料への印加電圧を調整することにより、前記第１の偏光状態の光を維持して出力する請求項３に記載の偏光スイッチング素子。
【請求項５】
前記第１の偏光状態が直線偏光であり、前記第２の偏光状態が前記直線偏光の振動面を９０°回転させた直線偏光である請求項３または４に記載の偏光スイッチング素子。
【請求項６】
前記偏光状態検出手段は、少なくとも１つの偏光手段と該偏光手段を透過した光の強度を検出する光検出器を備える請求項１〜５のいずれかに記載の偏光スイッチング素子。
【請求項７】
前記電圧印加手段は、前記偏光状態検出手段からの信号を検出するセンサ信号検出手段と、偏光状態を指定する命令を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力した命令とセンサ信号検出手段によって検出した信号に基づいて前記液晶に印加する電圧を決定する制御手段と、前記制御手段からの信号に基づいて前記透明電極に電圧を印加する電圧出力手段を備える請求項１〜６のいずれかに記載の偏光スイッチング素子。
【請求項８】
前記制御手段は、記憶手段を備え；該記憶手段には、前記第１の偏光状態の光を維持して出力する場合に、前記偏光状態検出手段からの信号強度が最大になるように、前記透明電極に印加する電圧値を決定し、その電圧出力のための信号を前記電圧出力手段に送る制御プログラムが記憶されている請求項７に記載の偏光スイッチング素子。
【請求項９】
入力される映像信号を表示するための空間光変調素子と、照明光学系と、光学ユニットと、該光学ユニットを通過した光を拡大投射するための投影光学系と、空間光変調素子とを少なくとも含むプロジェクタであって；
前記光学ユニットが偏光スイッチング素子を含み；且つ、該偏光スイッチング素子が、
それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光スイッチング素子であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
入力される映像信号を表示するための表示装置と、偏光スイッチング素子とを少なくとも含むテレビジョンであって；
前記偏光スイッチング素子が、
それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光スイッチング素子であることを特徴とするテレビジョン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光スイッチング素子、および偏光スイッチング素子を用いたプロジェクタおよびテレビジョンに関し、特に、液晶を用いた偏光スイッチング素子および偏光スイッチング素子を用いたプロジェクタおよびテレビジョンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶素子は、該液晶の光透過率が電圧で制御可能であることを利用してディスプレイとして応用されてきた。一方、液晶素子のディスプレイ以外の用途として、入射光の偏光面を回転して出射する偏光スイッチング素子が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
偏光スイッチング素子は、一般には、直線偏光光の偏光方向を９０°旋回するあるいは旋回しないという２つの作用をし、そのような２つの偏光状態を電圧等を印加することによって切り替える動作をする素子である。この偏光スイッチング素子には、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶材料を用いたものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２１８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の液晶を用いた偏光スイッチング素子においては、偏光スイッチング素子を構成する液晶に印加すべき電圧による応答が、比較的に不安定であるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、安定なスイッチング応答が容易に実現できる偏光スイッチング素子を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記偏光スイッチング素子を用いたプロジェクタおよびテレビジョンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意研究の結果、液晶を用いた偏光スイッチング素子における、該偏光状態自体に関する情報を、液晶に印加すべき電圧にフィードバックすることが、上記目的の達成に極めて効果的なことを見出した。
【０００９】
本発明の偏光スイッチング素子は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；  前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、例えば、以下の態様を含む。
【００１１】
［１］  それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と、
該一対の透明基板間に配置された液晶材料と、
前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；
前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整することを特徴とする偏光スイッチング素子。
【００１２】
［２］  前記液晶材料が、分極遮蔽型スメクチック液晶または強誘電性液晶からなる［１］に記載の偏光スイッチング素子。
【００１３】
［３］  前記液晶材料に電圧を印加することにより、一対の透明基板の光入射側から入射された光の第１の偏光状態を、該第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる［１］または［２］のいずれかに記載の偏光スイッチング素子。
【００１４】
［４］  前記液晶材料への印加電圧を調整することにより、前記第１の偏光状態の光を維持して出力する［３］に記載の偏光スイッチング素子。
【００１５】
［５］  前記第１の偏光状態が直線偏光であり、前記第２の偏光状態が前記直線偏光の振動面を９０°回転させた直線偏光である［３］または［４］に記載の偏光スイッチング素子。
【００１６】
［６］  前記偏光状態検出手段は、少なくとも１つの偏光手段と該偏光手段を透過した光の強度を検出する光検出器を備える［１］〜［５］のいずれかに記載の偏光スイッチング素子。
【００１７】
［７］  前記電圧印加手段は、前記偏光状態検出手段からの信号を検出するセンサ信号検出手段と、偏光状態を指定する命令を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力した命令とセンサ信号検出手段によって検出した信号に基づいて前記液晶に印加する電圧を決定する制御手段と、前記制御手段からの信号に基づいて前記透明電極に電圧を印加する電圧出力手段を備える［１］〜［６］のいずれかに記載の偏光スイッチング素子。
【００１８】
［８］  前記制御手段は、記憶手段を備え；該記憶手段には、前記第１の偏光状態の光を維持して出力する場合に、前記偏光状態検出手段からの信号強度が最大になるように、前記透明電極に印加する電圧値を決定し、その電圧出力のための信号を前記電圧出力手段に送る制御プログラムが記憶されている［７］に記載の偏光スイッチング素子。
【００１９】
［９］  入力される映像信号を表示するための空間光変調素子と、照明光学系と、光学ユニットと、該光学ユニットを通過した光を拡大投射するための投影光学系と、空間光変調素子とを少なくとも含むプロジェクタであって；
前記光学ユニットが偏光スイッチング素子を含み；且つ、該偏光スイッチング素子が、
それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する、［１］〜［８］のいずれかに記載の偏光スイッチング素子であることを特徴とするプロジェクタ。
【００２０】
［１０］  入力される映像信号を表示するための表示装置と、偏光スイッチング素子とを少なくとも含むテレビジョンであって；
前記偏光スイッチング素子が、
それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子であって；前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する、［１］〜［８］のいずれかに記載の偏光スイッチング素子であることを特徴とするテレビジョン。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、偏光スイッチング素子を構成する液晶を透過してくる光の偏光状態を検出し、その検出信号を電圧印加手段にフィードバックすることにより、安定なスイッチング応答を可能とする偏光スイッチング素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（偏光スイッチング素子）
本発明の偏光スイッチング素子は、それぞれの表面上に透明電極を有する、一対の透明基板と；該一対の透明基板間に配置された液晶材料と；前記一対の透明電極を介して前記液晶材料に電圧を印加する電圧印加手段と；前記一対の透明基板の光出射側に設けた偏光状態検出手段とを少なくとも有する偏光スイッチング素子である。本発明においては、前記偏光状態検出手段からの信号の、前記電圧印加手段へのフィードバックに基づき、前記電圧印加手段から前記液晶材料に印加する電圧を調整する。
【００２３】
（消光比）
本発明において、上記した「安定なスイッチング応答」の程度は、消光比を指標として測定し、該消光比を最適な状態に維持するように調整することが好ましい。通常、ＬＣＤで用いられる消光比は、最も透過光量（もしくは反射光量）が小さくなる場合の光量と、最も透過光量（もしくは反射光量）が大きくなる場合の光量比を意味している。しかしながら、ここで用いる「消光比」（extinction ratio）とは、所定の直線偏光を素子に入射したときの、その素子からの出射光のうちの、所定の直線偏光の強度に対する、偏光方向が９０°旋回した直線偏光の強度との比をいう。
【００２４】
この消光比が低下すると、他の偏光光が「漏れる」傾向がある。このような点からは、消光比を出来る限り高く維持することが好ましい。
【００２５】
（消光比の測定方法）
消光比は、図２で示される偏光状態検出部２２によって測定することができる。図２を参照して、素子の光出射側に偏光状態検出部２２を設置する。偏光板３１には、所定の直線偏光を透過するものを用い、偏光板３２には、９０°旋回した直線偏光を透過するものを用いる。所定の直線偏光を素子に入射し、素子から出射する光のうち、所定の直線偏光の強度は光検出器３３によって測定することができ、９０°旋回した直線偏光の強度は光検出器３４によって測定することができる。そして、光検出器３３によって測定された光強度（＊＊すなわち、所定の直線偏光の強度）に対する、光検出器３４によって測定された光強度（＊＊すなわち、９０°旋回した直線偏光の強度）の比を計算することにより、消光比を得ることができる。
【００２６】
（「消光比」維持の好ましい態様）
上記光検出器３３、３４で得られた信号を、後述の電圧制御部等で常にモニターし、得られた信号から演算される消光比が＊＊所定の値＊＊以上に維持されるように素子に電圧を印加することにより、常に消光比を高い値に保つことができる。
【００２７】
（基本的な態様）
図１は、本発明の態様に係る一態様（基本的な態様）の偏光スイッチング素子１０を示す模式断面図である。図１を参照して、偏光スイッチング素子１０は、例えば低膨張ガラスからなる２枚の透明基板１１，１２上に、例えばＩＴＯ（indium-tin oxide）からなる透明電極１３，１４が設けられ、さらにその上に液晶配向膜１５，１６として、ポリイミド膜またはＳｉＯ斜方蒸着が形成されている。このような液晶配向膜１５，１６が形成された透明基板１１，１２は、目的のギャップに均一になるように、ガラスビーズ等からなるスペーサ部材１９を間に挟み、液晶注入口（図示せず）を除く周囲を、例えばＵＶ硬化型接着剤からなるシール材１７でシールし、その後、液晶注入口からＰＳＳ（分極遮蔽スメクチック）液晶材料または強誘電性液晶材料等の液晶材料２１を注入後、液晶注入口をエポキシ系接着剤等の接着剤で硬化封止している。
【００２８】
また、偏光スイッチング素子１０は、出射光の偏光状態を検出する偏光状態検出部２２と、その偏光状態検出部２２からの信号をフィードバックするフィードバック手段２４と、フィードバック手段２４からの信号に基づいて電極１３，１４に印加する電圧を制御する電圧制御部２３を備えている。
【００２９】
上記構成の偏光スイッチング素子１０は、透明電極１３，１４間に電圧を印加しない状態では、入射する直線偏光の光をそのまま透過し、所定の電圧を印加したときには、入射する直線偏光の偏光方向を９０°回転させて透過させ、それにより、偏光スイッチとして動作する。このとき、液晶にはＰＳＳ液晶または強誘電性液晶を用いているので高速にスイッチングすることができる。また、このとき、出射する光の偏光状態を偏光状態検出部２２によって検出し、その信号をフィードバック手段２４によって電圧制御部２３に入力して、その信号に基づいて電圧制御部２３は、電極１３，１４に印加するので、安定な応答をすることができる。
【００３０】
（偏光状態検出部）
図２は、偏光状態検出部（センサ）２２の構成を示すブロック図である。偏光状態検出部２２は、第１の直線偏光状態の光を透過する偏光板３１と第１の直線偏光状態と９０°回転した第２の直線偏光状態の光を透過する偏光板３２と、偏光板３１を透過した光強度を検出する光検出器３３と、偏光板３２を透過した光強度を検出する光検出器３４を備え、光検出器３３，３４からの信号は電圧制御部２３にフィードバックされる。
【００３１】
上記光検出器３３、３４としては、例えば、応用物理ハンドブック、応用物理学会編、丸善、第２版、第３６頁〜４０頁に記載される装置を用いることができる。
【００３２】
この偏光状態検出部２２に、例えば、第１の直線偏光状態の光が入射されると、偏光板３１を透過し、その透過した光が光検出器３３によって検出され、信号がフィードバック手段２４を介して電圧制御部２３に送られる。一方、第２の直線偏光状態の光が入射されると、偏光板３２を透過し、その透過した光が光検出器３４によって検出され、信号がフィードバック手段２４を介して電圧制御部２３に送られる。
【００３３】
（電圧制御部）
図３は、電圧制御部２３の構成を示すブロック図である。電圧制御部２３は、偏光状態検出部（センサ）２２からのフィードバック手段２４を介して入力されるセンサ信号検出部４１と、電圧出力部４２と、入力装置４３と制御部４４を備えている。入力装置４３は、出射光の偏光状態を指定するための信号を入力する装置である。制御部４４は、入力装置４３から入力された指定した信号と、センサ信号検出部４１からの信号に基づいて、電極１３，１４に印加する電圧を決定し、電圧出力部４２に指令信号を送る。電圧出力部４２は電源を有し、その電源からの出力電圧を、制御部４４からの指令信号に基づいて制御＊＊し＊＊、電極１３、１４に所定の電圧を印加する。
【００３４】
センサ信号検出部４１は、増幅回路等を有し、偏光状態検出部２２からの信号を増幅して制御部４４に出力する。なお、光検出部３３、３４からの信号が充分大きい場合には、センサ信号検出部４１で信号の増幅を行わずに、制御部４４に光検出部３３、３４からの信号を入力するように構成してもよい。
【００３５】
（制御部）
図４は、制御部４４のブロック構成図である。制御部４４はマイクロコンピュータ等から構成され、ＣＰＵ５１と入力部５２と出力部５３と記憶部５４を備えている。また、記憶部５４には、制御プログラムを記憶する記憶領域５５と第１の偏光状態を得るために印加する電圧である第１の電圧値を記憶する記憶領域５６と、第２の偏光状態を得るために印加する電圧である第２の電圧値を記憶する記憶領域５７を備えている。
【００３６】
制御部４４は、次のように動作する。入力装置４３から例えば第１の偏光状態を指定する信号を入力部５２に入力する。ＣＰＵ５１は、制御プログラム５５に従って、入力部５２に入力された信号と記憶部５４に記憶された第１の電圧値を読み取り、出力部５３から電圧出力部４２に出力する。電圧出力部４２は、電極に第１の電圧値の電圧を印加する。偏光状態検出部によって検出されたセンサ信号は、入力部５２から入力され、ＣＰＵは、そのセンサ信号が最大になるように、出力部５３から調整信号を出力し、電圧出力部４２を調整する。これにより、安定した第１の偏光状態を得ることができる。また、入力装置４３から例えば第２の偏光状態を指定する信号を入力部５２に入力する。ＣＰＵ５１は、制御プログラム５５に従って、入力部５２に入力された信号と記憶部５４に記憶された第２の電圧値を読み取り、出力部５３から電圧出力部４２に出力する。電圧出力部４２は、電極に第２の電圧値の電圧を印加する。偏光状態検出部によって検出されたセンサ信号は、入力部５２から入力され、ＣＰＵは、そのセンサ信号が最大になるように、出力部５３から調整信号を出力し、電圧出力部４２を調整する。これにより、安定した第２の偏光状態を得ることができる。
【００３７】
（偏光スイッチング素子の動作）
図５と図６を参照して、図１に示す態様に係る偏光スイッチング素子の動作を説明する。
【００３８】
図５を参照して、基板１２側から第１の偏光状態（直線偏光６１）の光６０を入射する。電圧制御部２３の入力装置４３から例えば第１の偏光状態を指定する信号を入力部５２に入力する。ＣＰＵ５１は、制御プログラム５５に従って、入力部５２に入力された信号と記憶部５４に記憶された第１の電圧値を読み取り、出力部５３から電圧出力部４２に出力する。電圧出力部４２は、電極に第１の電圧値の電圧を印加する。偏光状態検出部によって検出されたセンサ信号は、入力部５２から入力され、ＣＰＵは、そのセンサ信号が最大になるように、出力部５３から調整信号を出力し、電圧出力部４２を調整する。これにより、安定した第１の偏光状態（直線偏光６３）を得ることができる。
【００３９】
図６を参照して、入力装置４３から例えば第２の偏光状態を指定する信号を入力部５２に入力する。ＣＰＵ５１は、制御プログラム５５に従って、入力部５２に入力された信号と記憶部５４に記憶された第２の電圧値を読み取り、出力部５３から電圧出力部４２に出力する。電圧出力部４２は、電極に第２の電圧値の電圧を印加する。偏光状態検出部によって検出されたセンサ信号は、入力部５２から入力され、ＣＰＵは、そのセンサ信号が最大になるように、出力部５３から調整信号を出力し、電圧出力部４２を調整する。これにより、安定した第２の偏光状態（直線偏光６５）を得ることができる。
【００４０】
（安定な応答）
上記した図１の態様においては、液晶を透過してくる光の偏光状態を検出する偏光状態検出手段を有し、その検出信号をフィードバック手段により、電圧印加手段により調整した電圧を液晶に印加するため、安定な応答をすることができるという効果を奏する。
【００４１】
（液晶材料）
本発明の趣旨に反しない限り、本発明の素子等に使用可能な液晶材料は特に制限されない。一般的に、液晶の応答速度は、該液晶を用いた偏光スイッチング素子のスイッチング速度に影響する。このスイッチング速度の点からは、例えば、ＴＮ液晶よりも、後述するようなＰＳＳ液晶、または強誘電性液晶を用いることが好ましい。
【００４２】
（強誘電性液晶）
本発明の趣旨に反しない限り、本発明の素子等に使用可能な強誘電性液晶材料は特に制限されない。応答速度の点からは、下記の強誘電性液晶材料が好適に使用可能である。
【００４３】
（ＰＳＳ液晶または強誘電性液晶を用いた素子）
以上のように、本態様に係る偏光スイッチング素子は、液晶材料としてＰＳＳ液晶または強誘電性液晶を用いることが、液晶の応答速度が速くなる点から好ましい。このような態様においては、更に、液晶のスイッチング速度が速くなるという効果を奏する。このような液晶のスイッチング速度の増大を、上記した本発明の「安定な応答」と組み合わせることにより、高速かつ安定してスイッチングできるので、例えば、立体映像を見るための３次元ディスプレイ等に応用した場合、交互に右目用の映像と左目用の映像をスイッチングすることが見る人にとって違和感なく、立体映像を自然な感覚で見ることができる、という相乗効果を得ることができる。
【００４４】
（プロジェクタ）
次に、本発明の態様に係る偏光スイッチング素子を用いたプロジェクタを図７に基づいて説明する。図７は、本発明の態様に係るプロジェクタを示す模式断面図である。このプロジェクタ６０は、上述した本発明に係る偏光スイッチング素子１０を用いたプロジェクタで、入力される映像信号を表示するための空間光変調素子６１と、照明光学系６２と、偏光スイッチング素子１０を含む光学ユニット６３と、光学ユニット６３を通過した光をスクリーン６４へ拡大投射するための投影光学系６５と、空間光変調素子６１を駆動する変調素子駆動回路６６と、偏光スイッチング素子１０を駆動する偏光スイッチング素子駆動回路６７とを備えている。
【００４５】
このプロジェクタ６０は、空間光変調素子６１からの光を、偏光スイッチング素子１０を通過する。このとき、変調素子駆動回路６６からの信号をうけて、偏光スイッチング素子駆動回路６７によって、偏光スイッチング素子１０を動作させる。それにより、偏光状態がスイッチングされ、その偏光状態がスイッチングされている光をスクリーンに投影する。その投影された映像を、左右異なる偏光方向の光を透過する偏光板を備えためがねによって見ることで、立体映像を見ることができる。このとき、本態様での偏光スイッチング素子が高速にスイッチングし、安定に応答するため、品質の良い映像を見ることができる。
【００４６】
（テレビジョン）
次に、本発明の態様に係る偏光スイッチング素子を用いたテレビジョンを図８に基づいて説明する。図８は、本発明の態様に係るテレビジョンを示すブロック図（概略構成図）である。このテレビジョン７０は、上述した本発明に係る偏光スイッチング素子１０を用いたテレビジョンで、入力される映像信号を表示するための表示装置７１と、偏光スイッチング素子１０と、表示装置７１を駆動する表示装置駆動回路７２と、偏光スイッチング素子１０を駆動する偏光スイッチング素子駆動回路７３とを備えている。
【００４７】
このテレビジョン７０は、表示装置７１からの光を、偏光スイッチング素子１０を通過する。このとき、表示装置駆動回路７２からの信号をうけて、偏光スイッチング素子駆動回路７３によって、偏光スイッチング素子１０を動作させる。それにより、偏光状態がスイッチングされ、右目用の映像と左目用の映像を時分割で交互に異なる偏光状態で出射する。その映像を、左右異なる偏光方向の光を透過する偏光板を備えためがねによって見ることで、立体映像を見ることができる。このとき、本態様での偏光スイッチング素子が高速にスイッチングし、安定に応答するため、品質の良い映像を見ることができる（このような立体映像テレビジョンの原理の詳細に関しては、例えば文献：特開平９−２１９８７６号公報を参照することができる）。
【００４８】
（液晶素子）
本発明の態様による液晶素子（液晶スイッチング素子）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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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１３の構成で確認することができる。
【００５１】
（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１３の構成で確認することができる。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
＜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。
【００５６】
＜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。
【００５７】
（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。
【００５８】
＜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９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１０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２７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。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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。
【００６１】
【化１】
2009282410.tif 000003
【００６２】
【化２】
2009282410.tif 000004
【００６３】
（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。
【００６４】
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
【００６５】
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。
【００６６】
（他の構成要素）
本発明による液晶スイッチング素子を構成するために用いられる透明電極、電極パターン、スペーサ、および偏光板等の他の材料、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スイッチング素子を製造するための方法は、液晶スイッチング素子が上述の特定「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。液晶スイッチング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。
【００６７】
（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。
【００６８】
（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素子において、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。
【００６９】
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）
【００７０】
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）
【００７１】
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。
【００７２】
本発明においては、特願２００７−２８１８２号に記載される他の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。
【実施例】
【００７３】
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、特開平１１−２１５５４号（特願平０９−１７４４６３号）に基づき、液晶素子を組み立てた。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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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２９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。
【００７７】
＜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）
【００７８】
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。出来上がりのセ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℃温度等方においてセルに注入した。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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１２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。出来上がりのセルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このセルにおいて、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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１２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。出来上がりのセルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このセルにおいて、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。
【００８３】
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、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。
【００８４】
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。
【００８５】
製造例の要約
【表１】
2009282410.tif 000005
【００８６】
以上の態様で説明された構成、配置関係等については本発明が理解・実施できる程度に例示したものにすぎない。従って本発明は、説明された態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
上記したように、本発明の偏光スイッチング素子は、安定な応答が容易に得られるという優れた特徴を有する。このため、本発明の偏光スイッチング素子は、例えば、好適な消光比をも、容易に与えることができる。
【００８８】
本発明の偏光スイッチング素子は、上記特徴（すなわち、安定な応答および／または好適な消光比）に基づき、立体映像を見るための偏光スイッチング素子としても好適に利用することができ、立体映像を見るためのプロジェクタおよびテレビジョンとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の態様に係る偏光スイッチング素子を示す模式断面図である。
【図２】本発明の態様に係る偏光スイッチング素子の偏光状態検出部のブロック構成図である。
【図３】本発明の態様に係る偏光スイッチング素子の電圧制御部のブロック構成である。
【図４】本発明の態様に係る偏光スイッチング素子の電圧制御部の制御部のブロック構成図である。
【図５】偏光スイッチング素子の動作を説明する図である。
【図６】偏光スイッチング素子の動作を説明する図である。
【図７】本発明の態様に係るプロジェクタを示す模式断面図である。
【図８】本発明の態様に係るテレビジョンを示す模式断面図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【符号の説明】
【００９０】
１０    偏光スイッチング素子
１１，１２    透明基板
１３，１４    透明電極
１５，１６    液晶配向膜
１７    シール材
１９    スぺーサ部材
２１    液晶材料
２２    偏光状態検出部（センサ）
２３    電圧制御部
２４    フィードバック手段
３１，３２    偏光板
３３，３４    光検出器
４１    センサ信号検出部
４２    電圧出力部
４３    入力装置
４４    制御部
６０    プロジェクタ
７０    テレビジョン
【図１】
2009282410.tif 000006
【図２】
2009282410.tif 000007
【図３】
2009282410.tif 000008
【図４】
2009282410.tif 000009
【図５】
2009282410.tif 000010
【図６】
2009282410.tif 000011
【図７】
2009282410.tif 000012
【図８】
2009282410.tif 000013
【図９】
2009282410.tif 000014
【図１０】
2009282410.tif 000015
【図１１】
2009282410.tif 000016
【図１２】
2009282410.tif 000017
【図１３】
2009282410.tif 000018