JPH0720474A - Liquid crystal oriented film for phase control element and formation of the same and phase control element - Google Patents
Liquid crystal oriented film for phase control element and formation of the same and phase control elementInfo
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Landscapes
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶、プラズマ、EL
(エレクトロルミネッセンス)等の如く画素が離散的な
ディスプレイや、撮像画素が離散的なCCD(電荷結合
素子)により代表される固体撮像素子等のウォブリング
(絵素ずらし)に好適な位相制御素子用の液晶配向膜、
その形成方法、及び位相制御素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to liquid crystal, plasma, EL
For a phase control element suitable for wobbling (picture element shifting) such as a display with discrete pixels such as (electroluminescence) or a solid-state image sensor represented by a CCD (charge coupled device) with discrete imaging pixels. Liquid crystal alignment film,
The present invention relates to a forming method thereof and a phase control element.
【0002】[0002]
【従来の技術】液晶、プラズマ、EL等の如くモザイク
状、ドット状等の離散的な画素配列を持った表示素子に
対して、NTSC方式等で線順次走査の画素表示を行う
際、本来アナログ信号であるべき輝度信号が粗くサンプ
リングされて水平方向の位置情報が欠落してしまう。ま
た、垂直方向の画素分解能が走査線数だけ実装できない
場合、走査線の情報を欠落するか、あるいは同一画素上
に上書きするために、輝度信号等の位置分解能(即ち、
ディスプレイの解像度)を低下させていた。2. Description of the Related Art When a line-sequential scanning pixel display is carried out by the NTSC system or the like for a display device having a discrete pixel array such as a liquid crystal, plasma, EL or the like in a mosaic pattern, a dot pattern, etc. The luminance signal, which should be a signal, is roughly sampled and the position information in the horizontal direction is lost. If the vertical pixel resolution cannot be implemented by the number of scanning lines, the positional resolution of the luminance signal or the like (that is,
Display resolution) was reduced.
【0003】例えば、NTSC方式で駆動するTFT(T
hin-Film-Transistor)−TN(Twisted Nematic)の液晶
ビューファインダーにおいて、NTSC方式では、1フ
レーム(つまり、ビューファインダーが表示する一枚の
絵)は、偶数本目の走査線と奇数本目の走査線からそれ
ぞれ成る二つのフィールドで形成され、フレーム周波数
は30Hz(つまり、フィールド周波数は60Hz)である。現
状のTFTビューファインダーは、NTSC方式の走査
線数 525本を実装できないため、奇数フィールドと偶数
フィールドを同一画素に書き込む等の方法をとってい
る。このため、垂直分解能がNTSC方式の原理よりも
低下しているのが現状である。For example, a TFT (T
In the hin-Film-Transistor) -TN (Twisted Nematic) liquid crystal viewfinder, in the NTSC system, one frame (that is, one picture displayed by the viewfinder) is an even scan line and an odd scan line. The frame frequency is 30 Hz (that is, the field frequency is 60 Hz). Since the current TFT viewfinder cannot mount 525 scanning lines of the NTSC system, the method of writing the odd field and the even field in the same pixel is adopted. For this reason, the vertical resolution is currently lower than that of the NTSC principle.
【0004】また、画素サイズが大きく、さらにブラッ
クマトリックス等の非表示画素部分のつなぎ目の存在に
より、離散的画素配列のモザイク状の画面が目立ち、画
面の質感を低下させていた。Further, due to the large pixel size and the presence of joints of non-display pixel portions such as a black matrix, a mosaic-like screen having a discrete pixel array is conspicuous, and the texture of the screen is deteriorated.
【0005】上記の現象は、CCDによる撮像において
も同様に生じる。即ち、CCDを構成している撮像画素
が離散的なために、被写体の画像情報が構成画素ピッチ
でサンプリングされてしまうため、水平及び垂直の空間
分解能を低下させていた。The above phenomenon similarly occurs in the image pickup by the CCD. That is, since the image pickup pixels forming the CCD are discrete, the image information of the subject is sampled at the constituent pixel pitch, which lowers the horizontal and vertical spatial resolution.
【0006】そこで、ウォブリング技術を採用して、絵
素ずらし素子を導入し、奇数フィールドと偶数フィール
ドの画像を空間的にずらすことにより、垂直分解能を向
上させる方法が提案されている。これは、水平方向にも
適用され、水平分解能の向上も可能である。Therefore, a method has been proposed in which the wobbling technique is adopted to introduce a pixel shifting element and spatially shift the images of the odd field and the even field to improve the vertical resolution. This is also applied in the horizontal direction, and the horizontal resolution can be improved.
【0007】こうした絵素ずらし素子は、液晶素子が位
相制御素子として用いられることが知られている。即
ち、この液晶素子を水晶板等の複屈折媒体と組み合わせ
て、ウォブリングされるべき表示素子等の光路中に配
し、印加電圧の切り換えによって液晶素子への入射光の
位相を変調して偏光面を回転させ、この回転の有無によ
って液晶素子からの出射光を複屈折媒体の複屈折効果で
光軸を選択的に所定方向(ウォブリング方向)へずらす
ようにしている。It is known that a liquid crystal element is used as a phase control element in such a pixel shifting element. That is, this liquid crystal element is combined with a birefringent medium such as a quartz plate and placed in the optical path of a display element or the like to be wobbled, and by switching the applied voltage, the phase of the incident light to the liquid crystal element is modulated to change the polarization plane. The optical axis is selectively shifted in the predetermined direction (wobbling direction) by the birefringence effect of the birefringent medium depending on the presence or absence of this rotation.
【0008】この場合、液晶素子においては、理想的に
は位相を素子内全域で可視光全波長領域に於いて 180度
ずらせば良いが、液晶媒体が複屈折率波長分散性を持つ
ため、例えば 400〜700nm の全領域において直線偏光を
得るのは困難である。従って、人間の視覚特性を考慮し
て、He−Ne光源を用いた場合に位相差が約 260nm生
じるように設計するのが好ましい。In this case, in the liquid crystal device, the phase should ideally be shifted by 180 degrees in the entire visible light wavelength region throughout the device, but since the liquid crystal medium has birefringence wavelength dispersion, for example, It is difficult to obtain linearly polarized light in the entire region of 400 to 700 nm. Therefore, in consideration of human visual characteristics, it is preferable to design so that a phase difference of about 260 nm occurs when a He-Ne light source is used.
【0009】しかし、液晶素子の位相差は、液晶媒体の
複屈折率(更にはセルギャップ)に依存する(これにつ
いては後で改めて詳述する)ので、位相差の素子内及び
経時的ばらつきがあると、位相制御性が劣化してしま
う。この原因として、液晶配向膜が不安定であると、液
晶のプレチルト角が変化し、配向膜の表面状態が変化
し、液晶配向が変化する、等の問題が生じ、これらは位
相制御特性を大きく変化させてしまう。However, since the phase difference of the liquid crystal element depends on the birefringence index (and further the cell gap) of the liquid crystal medium (this will be described in detail later), variations in the phase difference within the element and over time occur. If so, the phase controllability deteriorates. The cause of this is that if the liquid crystal alignment film is unstable, the pretilt angle of the liquid crystal changes, the surface condition of the alignment film changes, and the liquid crystal alignment changes, which causes a large phase control characteristic. Change it.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、特に上記
したウォブリング素子用として非常に有効であって、膜
安定性が良好で均一に形成可能であり、位相制御特性を
大きく向上させ得る液晶配向膜を見出し、本発明を案出
するに至ったのである。The present inventors have found that the present invention is very effective especially for the above-mentioned wobbling element, has good film stability and can be uniformly formed, and can significantly improve phase control characteristics. The inventors have found an alignment film and have devised the present invention.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、光学的
に透明である対向電極間に、強誘電性液晶と反強誘電性
液晶と電傾効果を示すスメクチック液晶とから選ばれた
少なくとも1種からなる液晶が充填されている位相制御
素子において前記電極上に形成され、ポリイミドからな
っている、位相制御素子用の液晶配向膜に係るものであ
る。That is, according to the present invention, at least one of a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, and a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect is provided between opposing electrodes that are optically transparent. The present invention relates to a liquid crystal alignment film for a phase control element, which is formed on the electrode in a phase control element filled with one type of liquid crystal and is made of polyimide.
【0012】本発明による液晶配向膜は、ポリイミドを
主体とするものであって、配向膜分子のCH伸縮に帰属
される赤外吸収ピークを2830cm-1以上に少なくとも1つ
もち、かつ、前記配向膜分子のカルボニル基に帰属され
る赤外吸収ピークを1600cm-1から1800cm-1の範囲内にも
つことが望ましい。The liquid crystal alignment film according to the present invention is mainly composed of polyimide, and has at least one infrared absorption peak at 2830 cm -1 or more, which is attributed to CH stretching of the alignment film molecule, and has the above-mentioned alignment. it is desirable to have an infrared absorption peak attributable to the carbonyl group of membrane molecules from 1600 cm -1 in the range of 1800 cm -1.
【0013】また、本発明は、光学的に透明である対向
電極間に、強誘電性液晶と反強誘電性液晶と電傾効果を
示すスメクチック液晶とから選ばれた少なくとも1種か
らなる液晶が充填されており、前記電極上にポリイミド
からなる液晶配向膜が形成されている位相制御素子であ
って、ウォブリング又は高解像度化されるべき光学素子
の光路中(特に表示素子と観察位置との間、又は被写体
と撮像素子との間の光路中)に、複屈折媒体と組み合わ
されて配置され、前記表示素子又は前記撮像素子等の光
学素子を一次元又は二次元にウォブリングするのに使用
される位相制御素子も提供するものである。Further, according to the present invention, a liquid crystal composed of at least one selected from a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, and a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect is provided between the counter electrodes which are optically transparent. A phase control element which is filled and in which a liquid crystal alignment film made of polyimide is formed on the electrode, and is in the optical path of an optical element to be wobbling or high resolution (especially between the display element and the observation position). , Or in the optical path between the subject and the image sensor) and is arranged in combination with a birefringent medium, and is used for wobbling an optical element such as the display element or the image sensor in one dimension or two dimensions. A phase control element is also provided.
【0014】本発明による上記の液晶配向膜はポリイミ
ド(特に、分子の平均重合度は50以上であるのが好まし
い。)からなっているために、非常に安定な膜であり、
経時的にも変化し難く、その表面状態を維持し、また均
一膜厚に形成可能であるので、液晶のプレチルト角及び
配向性を保持し、位相制御特性、特にウォブリングされ
るべき表示素子等の解像度を向上させる上で極めて有効
な配向膜である。The liquid crystal alignment film according to the present invention is a very stable film because it is made of polyimide (particularly, the average degree of polymerization of molecules is preferably 50 or more).
It does not easily change over time, maintains its surface state, and can be formed with a uniform film thickness, so it maintains the pretilt angle and orientation of the liquid crystal, and has phase control characteristics, especially for display elements such as wobbling. It is an alignment film that is extremely effective in improving resolution.
【0015】この液晶配向膜は、本発明に基づく方法、
即ち、少なくとも電極上に赤外線(特に近赤外線)を照
射する工程と、この光照射面をポリイミド前駆体で被覆
する工程と、このポリイミド前駆体を熱処理してイミド
化する工程とを有する方法によって形成することが望ま
しい。この方法によって、ポリイミド膜を均一膜厚に形
成することが可能となる。This liquid crystal alignment film is obtained by the method according to the present invention,
That is, it is formed by a method having at least a step of irradiating the electrode with infrared rays (particularly near infrared rays), a step of coating the light irradiation surface with a polyimide precursor, and a step of heat-treating the polyimide precursor to imidize it. It is desirable to do. By this method, the polyimide film can be formed to have a uniform film thickness.
【0016】液晶配向膜としては、CH(炭化水素基)
を有するポリビニルアルコールも考えられるが、ポリビ
ニルアルコールは製膜工程が容易であるものの、安定性
が悪いことが判明している。これに対して、CHとカル
ボニル基を有することを特徴とする本発明によるポリイ
ミド配向膜は安定性が良好であり、更に均一な膜厚を得
ることが可能となり、表面性も一層向上した。As the liquid crystal alignment film, CH (hydrocarbon group) is used.
Although polyvinyl alcohol having ## STR3 ## is also conceivable, it has been found that polyvinyl alcohol has a poor stability, though the film forming process is easy. On the other hand, the polyimide alignment film according to the present invention characterized by having CH and a carbonyl group has good stability, a uniform film thickness can be obtained, and the surface property is further improved.
【0017】ウォブリング素子用の位相制御素子では、
配向膜の安定性とプレチルト角の空間的均一性が要求さ
れ、極めて厳しい基準を満たさなくてはならない。In the phase control element for the wobbling element,
Alignment film stability and pretilt angle spatial uniformity are required, and extremely strict standards must be met.
【0018】本発明による液晶配向膜は、そうした要求
を十二分に満たすことができ、特に、基板に対する液晶
分子のプレチルト角の液晶素子内での偏差、経時変化、
及び−30℃〜70℃以内においての変動が50%以内であ
り、また、素子内の膜厚の偏差も50%以内である。The liquid crystal alignment film according to the present invention can sufficiently satisfy such requirements, and in particular, the deviation of the pretilt angle of liquid crystal molecules with respect to the substrate in the liquid crystal element, the change with time,
And, the variation within −30 ° C. to 70 ° C. is within 50%, and the deviation of the film thickness within the element is also within 50%.
【0019】また、本発明に用いる強誘電性液晶等の液
晶はいずれも、電界の作用に対して液晶ダイレクタの方
向が変化し易く、応答速度が非常に速い(例えば、立ち
上がり及び立ち下がり時間ともにμsec オーダーであっ
て、ツイストネマチック液晶の特に立ち下がり時間に比
べてはるかに速い)ので、ビデオレートでの駆動が十分
可能となる。Further, in any liquid crystal such as a ferroelectric liquid crystal used in the present invention, the direction of the liquid crystal director easily changes in response to the action of an electric field, and the response speed is very fast (for example, both rise time and fall time). Since it is on the order of μsec, which is much faster than the fall time of twisted nematic liquid crystals), it can be driven at video rates.
【0020】なお、本発明において、高解像度化される
べき表示素子又は撮像素子等の光学素子は、離散的画素
から構成されるツイストネマチック液晶、強誘電性液晶
又は反強誘電性液晶等の液晶表示素子、発光ダイオード
等の自発光型表示素子又はCCD等であってよい。In the present invention, an optical element such as a display element or an image pickup element which is to have a high resolution is a liquid crystal such as a twisted nematic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal composed of discrete pixels. It may be a display element, a self-luminous display element such as a light emitting diode, or a CCD or the like.
【0021】[0021]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
【0022】まず、図1について、本実施例によるウォ
ブリング用の位相制御素子としての液晶セル3を説明す
る。即ち、透明ガラス基板20、21上に透明電極(例えば
100Ω/□のITO)13、14が設けられ、さらにその上
に、液晶配向膜として本発明によるポリイミド膜22、23
が形成されている。このポリイミド配向膜は、後述する
方法で製膜され、所定のラビング処理が施されている。First, referring to FIG. 1, a liquid crystal cell 3 as a phase control element for wobbling according to this embodiment will be described. That is, transparent electrodes (for example,
100 Ω / □ ITO) 13 and 14 are provided on the polyimide films 22 and 23 according to the present invention as a liquid crystal alignment film.
Are formed. This polyimide alignment film is formed by the method described below and is subjected to a predetermined rubbing treatment.
【0023】このような配向膜付きの基板は、その配向
処理方向が対向面で例えば反平行となるように組まれ、
そのスペーサとして、目的ギャップ長に応じたガラスビ
ーズ(真糸球:直径 0.8〜3.0 μm(触媒化成製))24
が用いられる。スペーサは、透明基板の大きさにより、
小さい面積の場合は周囲を接着するシール材(UV硬化
型の接着材(例えばフォトレック:セキスイ化学(株)
製))25中に例えば 0.3wt%程度分散させることによ
り、基板間のギャップが制御されている。基板面積が大
きい場合には、上記真糸球を基板上に平均密度で 100個
/mm2 散布したのち、ギャップをとり、セルの周囲に液
晶の注入孔を確保して上記シール材でセル周囲が接着さ
れる。A substrate having such an alignment film is assembled so that the alignment treatment directions thereof are, for example, antiparallel on the opposing surfaces,
As the spacer, glass beads (true yarn ball: diameter 0.8 to 3.0 μm (Catalyst Kasei)) according to the target gap length 24
Is used. The spacer depends on the size of the transparent substrate.
If the area is small, the sealing material that adheres to the surrounding area (UV-curable adhesive material (eg Photorec: Sekisui Chemical Co., Ltd.)
The gap between the substrates is controlled by dispersing, for example, about 0.3 wt% in (M. If the substrate area is large, sprinkle the above-mentioned true thread balls on the substrate at an average density of 100 / mm 2 and then make a gap to secure a liquid crystal injection hole around the cell and use the above sealing material to surround the cell. Are glued together.
【0024】その後、強誘電性液晶(例えばチッソ
(株)製のCS−1014)が等方相温度あるいはカイ
ラルネマチック相温度の流動性を示す状態で減圧下で注
入される。液晶注入後、徐冷され、注入孔周囲のガラス
基板上の液晶が除去されたのち、エポキシ系の接着剤で
封止され、強誘電性液晶素子が作製される。用いる強誘
電性液晶はチッソ(株)製、メルク(株)製、BDH社
製、あるいは他の公知の強誘電性液晶化合物又は非カイ
ラル液晶からなる組成物でも可能であるが、その制限は
なく、また、その相系列の制限も必要とせず、必要なの
は使用温度範囲でカイラルスメクチック液晶相をとるこ
とである。After that, a ferroelectric liquid crystal (for example, CS-1014 manufactured by Chisso Corporation) is injected under reduced pressure in a state showing fluidity at an isotropic phase temperature or a chiral nematic phase temperature. After injecting the liquid crystal, the liquid crystal is gradually cooled to remove the liquid crystal on the glass substrate around the injection hole and then sealed with an epoxy adhesive to manufacture a ferroelectric liquid crystal element. The ferroelectric liquid crystal used may be Chisso Corp., Merck Ltd., BDH Corp., or any other known ferroelectric liquid crystal compound or non-chiral liquid crystal composition, but there is no limitation thereto. Moreover, it is not necessary to limit the phase sequence, and what is necessary is to take a chiral smectic liquid crystal phase in the operating temperature range.
【0025】ここで用いるカイラルスメクチック液晶素
子の液晶層構造は、配向処理方向の組み合せにより、反
平行でブックシェルフ構造、平行でシェブロン構造ある
いは疑似ブックシェルフ構造を有している。The liquid crystal layer structure of the chiral smectic liquid crystal element used here has a bookshelf structure in antiparallel, a chevron structure in parallel, or a pseudo bookshelf structure depending on the combination of the alignment treatment directions.
【0026】上記したポリイミド配向膜22、23は、図2
に示す如き赤外スペクトルを示すことが望ましい。The polyimide alignment films 22 and 23 described above are shown in FIG.
It is desirable to show an infrared spectrum as shown in.
【0027】即ち、配向膜分子のCH伸縮に帰属される
赤外吸収ピークを2830cm-1以上に少なくとも1つもち、
かつ、前記配向膜分子のカルボニル基に帰属される赤外
吸収ピークを1600cm-1から1800cm-1の範囲内にもってい
る。That is, at least one infrared absorption peak attributed to CH stretching of the alignment film molecule is present at 2830 cm -1 or more,
And it has in the range of 1800 cm -1 The infrared absorption peak attributable to the carbonyl group of the alignment layer molecules from 1600 cm -1.
【0028】ここでは、ポリアミド酸RN−721(日
産化学工業(株)製)から得られるポリイミドの赤外ス
ペクトルを示した。赤外スペクトルの測定は次の手法で
行った。通常の方法でポリイミド膜をガラス基板上に製
膜し、この膜をカッターナイフを用いて基板から取り除
き、粉末にした。ポリイミドの粉とKBr(臭化カリウ
ム)の粉を混ぜ合わせ、型に入れ、圧力を加え、錠剤を
作製した。ポリイミドの量はKBrに対して微量である
が、KBrは赤外で透明なので、この錠剤の試料で測定
を行うことにより、微量のポリイミドでも赤外スペクト
ルが得られる。KBrはナカライテスク株式会社製の赤
外吸収測定用特製試薬を用いた。Here, the infrared spectrum of the polyimide obtained from polyamic acid RN-721 (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) is shown. The infrared spectrum was measured by the following method. A polyimide film was formed on a glass substrate by a usual method, and this film was removed from the substrate using a cutter knife to give a powder. The polyimide powder and KBr (potassium bromide) powder were mixed, placed in a mold, and pressure was applied to produce tablets. Although the amount of polyimide is very small with respect to KBr, KBr is transparent in the infrared, and therefore infrared spectrum can be obtained even with a very small amount of polyimide by performing measurement with a sample of this tablet. As KBr, a special reagent for infrared absorption measurement manufactured by Nacalai Tesque, Inc. was used.
【0029】こうしたポリイミド液晶配向膜は平均重合
度50以上のポリイミドからなっていて、非常に安定な膜
であり、経時的にも変化し難く、その表面状態を維持す
る。このため、液晶のプレチルト角及び配向性を保持
し、位相制御特製、特に後述するウォブリングされるべ
き表示素子等の解像度を大幅に向上させることができ
る。Such a polyimide liquid crystal alignment film is made of polyimide having an average degree of polymerization of 50 or more, is a very stable film, does not easily change over time, and maintains its surface state. Therefore, the pretilt angle and the orientation of the liquid crystal can be maintained, and the resolution of the phase control special feature, in particular, the display element to be wobbled which will be described later, can be significantly improved.
【0030】本実施例の如き位相制御素子には、ポリイ
ミド以外にも、ポリビニルアルコール等のCHを含む材
料が液晶配向膜に使用することも考えられるが、位相制
御素子特有の安定性、均一性条件を満たすには、カルボ
ニル基を含むポリイミドが適していることが分かったの
である。For the phase control element according to the present embodiment, a material containing CH such as polyvinyl alcohol may be used for the liquid crystal alignment film in addition to polyimide. However, the stability and uniformity peculiar to the phase control element may be used. It has been found that a polyimide containing a carbonyl group is suitable for satisfying the conditions.
【0031】図3には、このポリイミド配向膜の製膜及
びラビング処理を含む液晶セル3の作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of the liquid crystal cell 3 including film formation of this polyimide alignment film and rubbing treatment.
【0032】ポリイミドを製膜するには、ポリイミド前
駆体であるポリアミド酸を基板上に塗布し、それをイミ
ド化することにより、製膜が容易になる。但し、ポリア
ミド酸溶液の、基板に対する濡れ性が悪い場合は、ポリ
アミド酸の塗布の直前に基板に赤外線を照射することに
より、濡れ性が極めて良好になり、均一なポリイミド膜
が容易かつ低コストに得られる。これは、ポリイミド膜
を均一な膜厚に形成する上で極めて有利となるものであ
る。To form a polyimide film, a polyimide precursor, polyamic acid, is applied onto a substrate and imidized to facilitate film formation. However, when the wettability of the polyamic acid solution to the substrate is poor, by irradiating the substrate with infrared rays immediately before the application of the polyamic acid, the wettability becomes extremely good, and a uniform polyimide film is easily and inexpensively produced. can get. This is extremely advantageous in forming the polyimide film with a uniform film thickness.
【0033】即ち、図3に示した工程において注目すべ
きことは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸(又
はポリアミック酸)を透明電極上にスピンコートする前
に、赤外線(特に近赤外線)を照射していることであ
る。That is, what should be noted in the step shown in FIG. 3 is that infrared rays (particularly near infrared rays) are irradiated before the polyamic acid (or polyamic acid) which is a precursor of polyimide is spin-coated on the transparent electrode. Is what you are doing.
【0034】この光照射によって導電膜の表面が活性化
され、この表面活性化により、導電膜に対するポリアミ
ド酸の濡れ性又は吸着性が一層良好になり、塗布斑の無
い均一膜厚の塗膜が確実かつ容易に得られることが見出
された。但し、ポリイミド膜の製膜条件(例えば湿度)
によっては、近赤外線照射を行わなくても、均一膜厚が
得られることが確認されている。The surface of the conductive film is activated by this light irradiation, and by this surface activation, the wettability or adsorptivity of the polyamic acid to the conductive film is further improved, and a coating film having a uniform film thickness without coating unevenness is obtained. It was found to be reliable and easy to obtain. However, polyimide film forming conditions (eg humidity)
It has been confirmed that a uniform film thickness can be obtained without irradiation of near-infrared rays.
【0035】この赤外線照射においては、特に、分光分
布の 0.5〜6.0 μm(更には、 0.5〜3.0 μm)の範囲
内にある成分が10mW/cm2 以上(更には、50mW/cm2 以
上)のエネルギーで到達するように、少なくとも前記電
極上に1〜3分間の光照射を行うことが望ましい。In this infrared irradiation, in particular, if the component within the range of 0.5 to 6.0 μm (further, 0.5 to 3.0 μm) of the spectral distribution is 10 mW / cm 2 or more (further, 50 mW / cm 2 or more). It is desirable to perform light irradiation for at least 1 to 3 minutes so that the energy is reached.
【0036】また、ポリアミド酸の塗布は、スピンコー
ト法によって行うのが生産性の観点から有利である。そ
して、上記の赤外光照射の直後にスピンコートを行うの
が望ましい。このように、光照射の直後に上記の塗布を
行うことにより、塗布面の活性化状態が十分に保たれて
良好な濡れ性を示しているうちに塗布がなされるため、
より好結果が得られるものと考えられる。Further, the application of the polyamic acid is preferably carried out by the spin coating method from the viewpoint of productivity. Then, it is desirable to perform spin coating immediately after the above infrared light irradiation. In this way, by performing the above-mentioned coating immediately after light irradiation, the coating is performed while the activated state of the coated surface is sufficiently maintained and good wettability is exhibited,
It is thought that better results will be obtained.
【0037】これに反し、ポリイミド膜の膜厚に空間的
ばらつき(膜厚不均一)がある場合、つまり膜表面の表
面粗度が高いと、液晶の配向状態に空間的なばらつきが
生じるので、位相制御特性が劣化し、好ましくない。し
かし、本発明に基づくポリイミド膜は、特にその製膜時
にポリアミド酸の濡れ性を向上させるときには、膜厚を
確実に均一化し、液晶の配向性、プレチルト角の空間的
均一性が向上するのである。なお、このポリイミド配向
膜の膜厚は 400nm以下にすることにより、光の干渉を防
ぐことが可能となる。Contrary to this, when there is a spatial variation (non-uniform thickness) in the film thickness of the polyimide film, that is, when the surface roughness of the film surface is high, the alignment state of the liquid crystal varies spatially. The phase control characteristic is deteriorated, which is not preferable. However, the polyimide film according to the present invention, particularly when improving the wettability of the polyamic acid during the film formation, surely makes the film thickness uniform, and improves the orientation of the liquid crystal and the spatial uniformity of the pretilt angle. . By setting the thickness of this polyimide alignment film to 400 nm or less, it becomes possible to prevent light interference.
【0038】こうして、本発明に基づく上記のポリイミ
ド液晶配向膜は、配向膜の安定性と同時にプレチルト角
の空間的均一性とを同時に実現し、位相制御素子に要求
される厳しい基準を満たすことができるものとなる。Thus, the above-mentioned polyimide liquid crystal alignment film according to the present invention can simultaneously realize the stability of the alignment film and the spatial uniformity of the pretilt angle, and satisfy the strict standards required for the phase control element. It will be possible.
【0039】なお、液晶配向膜としてSiO斜方蒸着膜
が知られているが、本発明に基づく上記の配向膜はポリ
イミド膜にラビング処理を施したラビング膜であるた
め、製造工程が安価であり、また配向特性が優れている
ために工業的利用価値が高い。Although a SiO oblique vapor deposition film is known as a liquid crystal alignment film, the above-mentioned alignment film according to the present invention is a rubbing film obtained by subjecting a polyimide film to a rubbing treatment, so that the manufacturing process is inexpensive. Also, it has high industrial utility value due to its excellent orientation characteristics.
【0040】また、液晶素子内のセルギャップを均一に
すると、位相差の空間的偏差を減少させ、素子全領域内
において指定した位相差を出す基準を満たすことがで
き、これも位相制御特性を向上させる上で望ましい。特
に、強誘電性液晶を用いた素子は通常、10μm以下の、
TN液晶(ツイストネマチック液晶)に比べて小さいセ
ルギャップが要求されるが、このセルギャップを確保す
ることが望ましい。Further, if the cell gap in the liquid crystal element is made uniform, the spatial deviation of the phase difference can be reduced, and the criteria for producing the specified phase difference in the entire area of the element can be satisfied. Desirable for improvement. In particular, an element using a ferroelectric liquid crystal is usually 10 μm or less,
A cell gap smaller than that of TN liquid crystal (twisted nematic liquid crystal) is required, but it is desirable to secure this cell gap.
【0041】なお、本発明によるポリイミド液晶配向膜
は、ポリアミド酸のイミド化によって得られるが、この
イミド化の一般的な反応スキームを下記式に示す。ポリ
アミド酸1が熱処理工程で脱水閉環し、ポリイミド2と
なる。The polyimide liquid crystal alignment film according to the present invention is obtained by imidization of polyamic acid. A general reaction scheme of this imidization is shown in the following formula. The polyamic acid 1 is dehydrated and ring-closed in the heat treatment step to become the polyimide 2 .
【0042】[0042]
【化1】 [Chemical 1]
【0043】ここで、上記式中のR1 、R2 で表した部
分の構造は、生成するポリイミドの特性に大きく影響す
るため、液晶配向膜として液晶素子の要求特性や製造プ
ロセスに見合う構造を選択することが必要である。例え
ば下記表1に示すような構造を有する材料が挙げられ
る。Here, since the structure of the portions represented by R 1 and R 2 in the above formula has a great influence on the characteristics of the polyimide to be formed, a structure suitable for the required characteristics of the liquid crystal element and the manufacturing process is used as the liquid crystal alignment film. It is necessary to choose. For example, a material having a structure shown in Table 1 below can be given.
【0044】[0044]
【化2】 表1 [Table 2]
【0045】本発明によるポリイミド液晶配向膜はカイ
ラルスメクチック強誘電性液晶(FLC)に対して好適
であるが、これ以外にも、スイッチングスピードが高速
であれば、例えば、下記の反強誘電性液晶(AFLC)
や電傾効果を示すスメクチックA相でも適用可能であ
る。The polyimide liquid crystal alignment film according to the present invention is suitable for a chiral smectic ferroelectric liquid crystal (FLC), but in addition to this, if the switching speed is high, for example, the following antiferroelectric liquid crystal is used. (AFLC)
It is also applicable to the smectic A phase exhibiting the electroclinic effect.
【0046】<反強誘電性液晶>反強誘電性液晶は、C
handani らにより1988年に見出されたものであって、次
の3点を特徴としている。 (1)反強誘電状態と2つの強誘電状態の3安定状態間
のスイッチングを利用する。 (2)明確なしきい値特性を示し、マルチプレクス駆動
した時のコントラストを高くとれる。 (3)プラスとマイナスのヒステリシスを交互に使い、
内部分極の発生が抑えられるため、焼き付き現象が起こ
りにくい。<Anti-ferroelectric liquid crystal> The anti-ferroelectric liquid crystal is C
It was discovered by handani et al. in 1988 and is characterized by the following three points. (1) Utilizes switching between an antiferroelectric state and two stable states of three stable states. (2) A clear threshold value characteristic is exhibited, and a high contrast when driven by multiplex can be obtained. (3) Use positive and negative hysteresis alternately,
Since the occurrence of internal polarization is suppressed, the image sticking phenomenon is unlikely to occur.
【0047】この反強誘電性液晶材料の特徴としては、
強誘電性液晶と異なり、カイラル液晶がその組成物のほ
とんどであるということ(自発分極が大きく、強誘電性
液晶のほぼ10倍)、不斉炭素に関する置換基はCH
3 基、CF3 基、C2 H5 基をもつ化合物は容易に反強
誘電性を示し、コア構造が拡張する。例えば、チッソ社
製のCS−4000がある。The characteristics of this antiferroelectric liquid crystal material are:
Unlike ferroelectric liquid crystals, chiral liquid crystals are the majority of the composition (spontaneous polarization is large, almost 10 times that of ferroelectric liquid crystals), and the substituent for the asymmetric carbon is CH.
3 group, CF 3 group, compounds having C 2 H 5 group is readily indicates the antiferroelectric, the core structure is expanded. For example, there is CS-4000 manufactured by Chisso Corporation.
【0048】<電傾効果を示すスメクチック液晶>電傾
効果とは、カイラル分子によって構成されるスメクチッ
クA相において、温度を一定としたときに電場によって
配向ベクトルの傾き角が誘起される現象である。スメク
チックA相において、配向ベクトルはスメクチック層の
法線方向を向き、長軸回りに自由回転しているが、層に
沿った電場を印加することによって自由回転が阻害さ
れ、電場方向の分極Pが誘起される。<Smectic liquid crystal exhibiting electroclinic effect> The electroclinic effect is a phenomenon in which the tilt angle of the orientation vector is induced by the electric field in the smectic A phase composed of chiral molecules when the temperature is constant. . In the smectic A phase, the orientation vector points in the normal direction of the smectic layer and rotates freely around the major axis. However, application of an electric field along the layer inhibits the free rotation, and the polarization P in the electric field direction is Induced.
【0049】分極Pと傾き角θの線形結合をP=kθと
仮定すれば、 P=(ε⊥* −ε⊥0)εO Ε 従って、θ=(ε⊥* −ε⊥0)εO Ε/kのように、
印加電場Eに比例した傾き角が生じる。ここで、ε⊥*
とε⊥0は光学活性物質のラセミ体の誘電率、εO は真
空の誘電率である。このことから、カイラル液晶のラセ
ミ体のそれぞれの誘電率の差が大きいほど、大きな電傾
効果を現す。Assuming that the linear combination of the polarization P and the tilt angle θ is P = kθ, P = (ε⊥ * −ε⊥0) ε O Ε Therefore, θ = (ε⊥ * −ε⊥0) ε O Like Ε / k,
A tilt angle proportional to the applied electric field E is generated. Where ε⊥ *
And ε⊥0 are the permittivity of the racemate of the optically active substance, and ε O is the permittivity of vacuum. From this, the larger the difference in the dielectric constants of the racemic chiral liquid crystals, the greater the electroclinic effect.
【0050】次に、本発明に基づく上記のポリイミド液
晶配向膜、及びこれを用いた液晶素子によるウォブリン
グについて具体例を挙げて説明する。Next, the above-mentioned polyimide liquid crystal alignment film based on the present invention and the wobbling by the liquid crystal device using the same will be described with reference to specific examples.
【0051】具体例1 本発明に基づくポリイミドの液晶配向膜と、比較のため
のポリビニルアルコールの液晶配向膜とをそれぞれ、以
下に述べるようにしてテスト基板上に製膜し、ラビング
処理後、セルギャップを 1.6μmに調製し、対応する反
平行テストセルをそれぞれ作製した。膜厚は各配向膜と
も約50nmであった。この例では、ポリイミド膜及びポリ
ビニルアルコール膜の膜厚を米国Tencor Instruments社
製のalpha-step200 表面形状測定装置で測定した。ま
た、用いたテストセル基板は、寸法40mm×25mm×2.5mm
のガラス板であり、その片面にはパターニングされない
透明電極ITOを被着した。 Example 1 A polyimide liquid crystal alignment film according to the present invention and a polyvinyl alcohol liquid crystal alignment film for comparison were respectively formed on a test substrate as described below, and after rubbing treatment, a cell was prepared. The gap was adjusted to 1.6 μm and the corresponding antiparallel test cells were prepared. The thickness of each alignment film was about 50 nm. In this example, the film thicknesses of the polyimide film and the polyvinyl alcohol film were measured with an alpha-step 200 surface shape measuring device manufactured by Tencor Instruments, Inc., USA. The test cell substrate used is 40 mm x 25 mm x 2.5 mm.
The glass plate of No. 1 was coated with a transparent electrode ITO, which was not patterned, on one surface thereof.
【0052】上記のポリイミド液晶配向膜の材料には、
日産化学工業株式会社製のポリアミド酸:サンエバーR
N−721(0621)を用いた。このポリアミド酸
に、同社製の21型シンナーを混ぜ、最終の膜厚が50nm
になるように調製した。このポリアミド酸混合液を基板
上に 0.5ml垂らし、毎分1000回転で4秒間、更にこれに
続けて毎分3500回転で30秒間、スピンコートを行った。
その後、溶媒除去のために80℃で15分、ポリアミド酸の
イミド化のために 240℃で60分の熱処理を行った。これ
により、ポリイミド膜が得られた。この赤外スペクトル
は図2に示した通りであり、その測定法も既述した。As the material of the above-mentioned polyimide liquid crystal alignment film,
Nissan Chemical Industries, Ltd. polyamic acid: San Ever R
N-721 (0621) was used. This polyamic acid is mixed with 21 type thinner manufactured by the same company, and the final film thickness is 50 nm.
Was prepared. 0.5 ml of this polyamic acid mixed solution was dropped on the substrate, and spin coating was performed at 1000 rpm for 4 seconds, and subsequently, at 3500 rpm for 30 seconds.
Then, heat treatment was carried out at 80 ° C. for 15 minutes to remove the solvent, and at 240 ° C. for 60 minutes to imidize the polyamic acid. As a result, a polyimide film was obtained. This infrared spectrum is as shown in FIG. 2, and its measuring method has already been described.
【0053】他方、上記のポリビニルアルコールは、和
光純薬工業株式会社製の和光一級試薬(n=1500〜180
0)を用いた。ポリビニルアルコールは水溶性なので、
純水に溶かし、最終の膜厚が50nmになるように濃度を調
製した。このポリビニルアルコール/水混合液を基板上
に 0.5ml垂らし、毎分1000回転で4秒間、さらにこれに
続けて毎分3500回転で30秒間、スピンコートを行った。
その後、60℃で30分、 180℃で30分の熱処理を行った。On the other hand, the above polyvinyl alcohol is a Wako first-class reagent (n = 1500-180) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
0) was used. Since polyvinyl alcohol is water-soluble,
It was dissolved in pure water and the concentration was adjusted so that the final film thickness was 50 nm. 0.5 ml of this polyvinyl alcohol / water mixed solution was dropped on the substrate, and spin coating was performed at 1000 rpm for 4 seconds, and subsequently, at 3500 rpm for 30 seconds.
Then, heat treatment was performed at 60 ° C. for 30 minutes and 180 ° C. for 30 minutes.
【0054】上記において、ポリアミド酸混合液のガラ
ス基板に対する濡れ性が不十分であり、膜厚が厚い箇所
や膜厚が薄い箇所、及び濡れなかったために基板の透明
電極が露出している箇所、等が生じる場合があること
が、目視及び表面形状測定により明らかになった。従っ
て、上述した手法に従い、スピンコート直前にガラス基
板に対して近赤外線を90秒間照射した。この近赤外線照
射には、岩崎電気社製のR100/110V 250WRH赤外線ラン
プを使用した。In the above, the wettability of the polyamic acid mixed solution with respect to the glass substrate is insufficient, the portion where the film thickness is thick or the film thickness is thin, and the portion where the transparent electrode of the substrate is exposed due to no wetting, It was revealed by visual inspection and surface shape measurement that such problems may occur. Therefore, according to the method described above, the glass substrate was irradiated with near infrared rays for 90 seconds immediately before spin coating. For this near infrared irradiation, an R100 / 110V 250WRH infrared lamp manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd. was used.
【0055】この近赤外線照射の直後に、上記したポリ
アミド酸溶液を同様にスピンコートした結果、ポリアミ
ド酸の濡れ性が大きく向上した。そして、上記したと同
様にイミド化して得られたポリイミド膜の表面形状測定
から、近赤外線を照射した基板上のポリイミド膜は膜厚
がほぼ均一であるが、近赤外線を照射しない基板上のポ
リイミド膜は均一になり難かった。測定結果を下記の表
2にまとめた(但し、ポリイミド膜の製膜中は湿度を60
%に保持したとき)。Immediately after this near-infrared irradiation, the above polyamic acid solution was similarly spin-coated, and as a result, the wettability of the polyamic acid was greatly improved. Then, from the surface shape measurement of the polyimide film obtained by imidization in the same manner as described above, the polyimide film on the substrate irradiated with near infrared rays has a substantially uniform film thickness, but the polyimide on the substrate not irradiated with near infrared rays The film was difficult to be uniform. The measurement results are summarized in Table 2 below (however, the humidity was 60% during the formation of the polyimide film).
% When held).
【0056】 [0056]
【0057】次に、上記のように製膜されたポリイミド
膜及びポリビニルアルコール膜に対し、液晶分子を一定
方向に配向させるためにラビング処理を行った。即ち、
ローラーにバフ材としてベンベルグCFやレーヨンを巻
付け、真空チャックした基板を押し込み量 0.1〜0.2mm
、ステージ速度 150mm/分、ローラー回転速度95rpmの
条件で2回ラビングを行った。Next, the polyimide film and the polyvinyl alcohol film formed as described above were subjected to a rubbing treatment in order to align the liquid crystal molecules in a fixed direction. That is,
Bemberg CF or rayon is wound around the roller as a buff material, and the vacuum chucked substrate is pushed in by 0.1 to 0.2 mm.
Rubbing was performed twice under the conditions of a stage speed of 150 mm / min and a roller rotation speed of 95 rpm.
【0058】そして、スペーサ(真絲球、触媒化成株式
会社製)を 0.3wt%含んだ紫外線硬化型接着剤(フォト
レック:積水ファインケミカル株式会社製)を用いて、
配向膜のラビング方向が互いに反平行となるように、上
記のラビング処理された各2枚のガラス基板を対向させ
た。この場合、セルギャップが 1.6μmとなるようにテ
ストセルを組み、紫外線照射によって接着剤を硬化させ
た。Then, an ultraviolet curable adhesive (Photorec: manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) containing 0.3 wt% of spacers (manufactured by Catalysis Kasei Co., Ltd.) was used.
Each of the two rubbing-treated glass substrates faced each other so that the rubbing directions of the alignment films were antiparallel to each other. In this case, a test cell was assembled so that the cell gap was 1.6 μm, and the adhesive was cured by irradiation with ultraviolet rays.
【0059】このテストセルにチッソ社製の強誘電性液
晶:CS−1014を真空注入し、注入口を閉塞してセ
ルを完成させた。Ferroelectric liquid crystal CS-1014 manufactured by Chisso Corp. was vacuum-injected into this test cell, and the injection port was closed to complete the cell.
【0060】こうして作製されたFLC液晶セルを後述
するウォブリング(絵素ずらし)用の液晶素子として用
い、液晶表示素子の解像度を測定した。また、各種配向
膜の安定性を比較するため、液晶注入直後に解像度を測
定した後、温度24℃、湿度60%に保たれている恒温槽に
30日間保管し、再び解像度測定を行った。なお、ここで
の解像度評価は、NTSCの解像度評価用パターン(ビ
デオシグナルパターンジェネレータ:ソニー社製MTS
G−1000)からの信号をビデオ入力し、白黒のライ
ンの解像性を観測により判別した。結果をまとめて下記
の表3に示した。The FLC liquid crystal cell thus produced was used as a liquid crystal element for wobbling (picture element shifting) described later, and the resolution of the liquid crystal display element was measured. In addition, in order to compare the stability of various alignment films, we measured the resolution immediately after injecting liquid crystal and then placed it in a constant temperature bath kept at a temperature of 24 ° C and a humidity of 60%.
It was stored for 30 days, and the resolution was measured again. It should be noted that the resolution evaluation here is an NTSC resolution evaluation pattern (video signal pattern generator: MTS manufactured by Sony Corporation).
The signal from G-1000) was video-input and the resolution of black and white lines was determined by observation. The results are summarized in Table 3 below.
【0061】 [0061]
【0062】この結果から次のことが明らかである。ま
ず、絵素ずらし素子が無い状態での解像度が 240本であ
るので、ポリビニルアルコール配向膜を有する素子は、
当初は高解像度させる効果をもつものの、配向膜の不安
定性のために経時的に解像度が劣化することが分かる。
これに対し、ポリイミド膜では、特に近赤外線照射によ
り膜厚の均一性が向上したものは、経時的に安定してお
り、高解像度が保持されることが明らかである。また、
近赤外線照射を行わない場合でも、ポリイミド膜は、経
時的に安定しているために、ポリビニルアルコール膜よ
りも経時的にみて解像度がむしろ良くなっている。From this result, the following is clear. First, since the resolution without a pixel shifting element is 240, the element with a polyvinyl alcohol alignment film is
Although it initially has the effect of increasing the resolution, it can be seen that the resolution deteriorates over time due to the instability of the alignment film.
On the other hand, it is clear that the polyimide film, in particular, the film whose uniformity of film thickness is improved by irradiation with near infrared rays, is stable over time and maintains high resolution. Also,
Even when the near-infrared irradiation is not performed, the polyimide film is stable over time, so that the resolution is rather better than that of the polyvinyl alcohol film over time.
【0063】具体例2 上記の表2に示したポリイミド膜の膜厚データは、ポリ
アミド酸を基板上に塗布して製膜する際の湿度を60%と
した場合のものであった。ところが、この湿度を20%と
して具体例1と同様に製膜した場合には、下記の表4に
示すように、近赤外線照射の有無に関係なくほぼ均一な
膜が作製できることが分かった。 Concrete Example 2 The film thickness data of the polyimide film shown in Table 2 above was obtained when the humidity at the time of applying the polyamic acid on the substrate to form the film was 60%. However, when this humidity was set to 20% and a film was formed in the same manner as in Example 1, it was found that, as shown in Table 4 below, a substantially uniform film can be formed regardless of the presence or absence of near infrared irradiation.
【0064】 [0064]
【0065】従って、製膜中の湿度によっては、近赤外
線を照射しないでもほぼ均一な膜を作製できることは、
有利である。Therefore, depending on the humidity during film formation, a substantially uniform film can be prepared without irradiating near infrared rays.
It is advantageous.
【0066】次に、本発明による液晶素子を用いたウォ
ブリング(絵素ずらし)について説明する。図4及び図
5は、ウォブリング素子を組み込んだ光学装置の一例を
概略的に示すものである。Next, wobbling (picture element shifting) using the liquid crystal element according to the present invention will be described. 4 and 5 schematically show an example of an optical device incorporating a wobbling element.
【0067】この例は、本発明を液晶光学表示装置1に
適用したものであって、同一光路中に光の進行方向に沿
って順次配置された液晶表示素子(LCD)2と、位相
変調光学素子(位相制御素子)としての強誘電性液晶素
子(FLC)3と、水晶板等の透明基板からなる複屈折
媒体4との組み合わせによって構成されている。ここ
で、理解容易のために、各構成素子は、液晶表示素子L
CDの1つの構成表示画素5に対応した区画についてそ
れぞれ示されており、また、ポリイミド液晶配向膜等は
図示省略している(以下、同様)。In this example, the present invention is applied to a liquid crystal optical display device 1, in which a liquid crystal display element (LCD) 2 sequentially arranged in the same optical path along the light traveling direction and a phase modulation optical device. A ferroelectric liquid crystal element (FLC) 3 as an element (phase control element) and a birefringent medium 4 made of a transparent substrate such as a quartz plate are combined. Here, for easy understanding, each constituent element is a liquid crystal display element L.
Each section corresponding to one constituent display pixel 5 of the CD is shown, and the polyimide liquid crystal alignment film and the like are omitted (the same applies hereinafter).
【0068】上記のLCD2の画素5は全体としてモザ
イク状等の離散的な画素配列からなっており、また、使
用される液晶はTN(ツイストネマチック)、STN
(超ツイストネマチック)、SH(スーパーホメオトロ
ピック)、更にはFLC等からなっている。このLCD
2は、図示省略したが、公知の如くにパネル自身に偏光
板を有し、出力光6は直線偏光を有している。The pixels 5 of the LCD 2 are composed of a discrete pixel array such as a mosaic as a whole, and the liquid crystal used is TN (twisted nematic) or STN.
(Super twist nematic), SH (super homeotropic), FLC, etc. This LCD
Although not shown, reference numeral 2 has a polarizing plate on the panel itself as is well known, and the output light 6 has a linearly polarized light.
【0069】そして、この直線偏光6に対し、上記のF
LC3と複屈折媒体4とで構成されるウォブリング素子
(絵素ずらし素子)7によって平行方向又は垂直方向に
絵素ずらしが行われる。For the linearly polarized light 6, the above F
The wobbling element (picture element shifting element) 7 composed of the LC 3 and the birefringent medium 4 shifts the picture element in the parallel direction or the vertical direction.
【0070】このためには、FLC素子3の一つの異常
光軸8を表示画素5の偏光面9と平行あるいは垂直とな
るように配置し、更に、等価的に一軸性の光学軸(一軸
的な光学異方性)を有する透明基板4の異常光軸10のX
−Y面(入射側)への射影成分を偏光面9に対し、平行
(Y方向)あるいは垂直(X方向)に配置している。To this end, one extraordinary optical axis 8 of the FLC element 3 is arranged so as to be parallel or perpendicular to the polarization plane 9 of the display pixel 5, and the equivalent uniaxial optical axis (uniaxial X of the extraordinary optical axis 10 of the transparent substrate 4 having various optical anisotropy)
The projection component on the −Y plane (incident side) is arranged in parallel (Y direction) or perpendicular (X direction) with respect to the polarization plane 9.
【0071】FLC素子3に用いる液晶は、ビデオレー
トで高速スイッチング可能なものであって、カイラルス
メクチック液晶等が挙げられ、また、複屈折媒体4には
水晶板等が使用可能である。但し、FLCに代えて反強
誘電性液晶(AFLC)や、電傾効果を示すスメクチッ
ク液晶(例えばスメクチックA)も有効であり、また、
水晶板以外の複屈折素子も勿論使用可能である。The liquid crystal used for the FLC element 3 is capable of high-speed switching at a video rate, and examples thereof include chiral smectic liquid crystal, and the birefringent medium 4 can be a crystal plate or the like. However, an antiferroelectric liquid crystal (AFLC) or a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect (for example, smectic A) is also effective instead of FLC, and
Of course, birefringent elements other than the quartz plate can be used.
【0072】次に、この表示装置1におけるウォブリン
グ動作を概略的に説明する。Next, the wobbling operation of the display device 1 will be briefly described.
【0073】まず、図4のように、強誘電性液晶素子3
のスイッチ状態が状態1の場合、表示素子2側から照射
される光6の偏光面9と強誘電性液晶素子3の異常光軸
8が平行のため、透過光11は偏光面を維持したまま複屈
折を有する水晶板4に照射される。水晶板4では、入射
偏光面内に水晶の異常光軸10を含むため、Y軸方向に偏
光している光は水晶板4の異常光軸10の傾いている方向
へ屈折し、再び空気層へ12として出るとき光軸と平行に
なり、入射光の光軸とのずれがY方向に生じる。First, as shown in FIG. 4, the ferroelectric liquid crystal element 3
When the switch state of 1 is the state 1, since the polarization plane 9 of the light 6 emitted from the display element 2 side and the extraordinary optical axis 8 of the ferroelectric liquid crystal element 3 are parallel, the transmitted light 11 maintains the polarization plane. The crystal plate 4 having birefringence is irradiated. Since the crystal plate 4 includes the extraordinary optical axis 10 of the crystal in the plane of incident polarization, the light polarized in the Y-axis direction is refracted in the direction in which the extraordinary optical axis 10 of the crystal plate 4 is tilted, and the air layer is again formed. When it goes out to 12, it becomes parallel to the optical axis, and a deviation from the optical axis of the incident light occurs in the Y direction.
【0074】一方、図5のように、強誘電性液晶素子3
のスイッチ状態が状態2の場合、偏光面9と異常光軸8
が約45度の角をなしているため、透過光11は異常光軸の
向きに回転し、直線偏光(Y軸方向)→楕円偏光→円偏
光→楕円偏光→直線偏光(X軸方向)と強誘電性液晶素
子3内を変化し、偏光面は初期状態から90度回転し、水
晶板4に照射される。水晶板4では、入射偏光面内に水
晶の異常光軸10を含まないため、光11は屈折しないでそ
のままの光軸を維持し、再び空気層へ出射光12として出
る。On the other hand, as shown in FIG. 5, the ferroelectric liquid crystal element 3
When the switch state of is the state 2, the polarization plane 9 and the extraordinary optical axis 8
Since the light has an angle of about 45 degrees, the transmitted light 11 rotates in the direction of the extraordinary optical axis and becomes linearly polarized light (Y-axis direction) → elliptically polarized light → circularly polarized light → elliptically polarized light → linearly polarized light (X-axis direction). The polarization plane is changed by 90 degrees from the initial state by changing the inside of the ferroelectric liquid crystal element 3, and the crystal plate 4 is irradiated with the polarized plane. In the crystal plate 4, since the extraordinary optical axis 10 of the crystal is not included in the plane of incident polarization, the light 11 is not refracted but maintains the optical axis as it is, and again exits to the air layer as outgoing light 12.
【0075】このように、FLC3のスイッチ状態、即
ち、状態1と状態2での水晶板4による屈折の有無で光
軸をずらし、この光軸のずれを絵素ずらしの動作原理と
して用いることができる。As described above, the optical axis is shifted depending on the presence or absence of refraction by the quartz plate 4 in the switch state of the FLC 3, that is, in the state 1 and the state 2, and the shift of the optical axis can be used as the operation principle of the pixel shift. it can.
【0076】ここで、FLC3における上記スイッチ状
態を決める液晶のコーン角について説明する。強誘電性
液晶(反強誘電性液晶でも同様)では、電界印加による
液晶ダイレクタのスイッチング挙動としては、「液晶辞
典」(培風館発行)のP150に記載されている南部−ゴ
ールドストーンモードに従って液晶分子が仮想的なコー
ン上を動く。さらに、電傾効果を有するスメクチックA
液晶(同液晶辞典のP145)では、同液晶辞典のP119 に
記載されているソフトモードを利用した場合でも、コー
ン角に類似した各液晶組成物に固有のコーン角を有して
いる。Here, the cone angle of the liquid crystal that determines the switch state in the FLC 3 will be described. In the ferroelectric liquid crystal (the same applies to the anti-ferroelectric liquid crystal), the switching behavior of the liquid crystal director due to the application of the electric field is that liquid crystal molecules follow the South-Goldstone mode described in P150 of "Liquid Crystal Dictionary" (published by Baifukan). Move on a virtual cone. Furthermore, smectic A having an electroclinic effect
The liquid crystal (P145 of the same liquid crystal dictionary) has a cone angle unique to each liquid crystal composition similar to the cone angle even when the soft mode described in P119 of the same liquid crystal dictionary is used.
【0077】即ち、図6に示すようなITO(インジウ
ムにスズをドープしたIndium tin oxide) からなる透明
電極13−14間に挟まれた液晶15のコーンモデルを考え
る。コーンの開き角をコーン角θrと呼び、このコーン
角の透明電極の付いたガラス基板への投影を見かけのコ
ーン角θと呼ぶ。光学的にはこの見かけのコーン角θに
ついて考えれば良い。That is, consider the cone model of the liquid crystal 15 sandwiched between the transparent electrodes 13-14 made of ITO (Indium tin oxide in which indium is doped with tin) as shown in FIG. The opening angle of the cone is called the cone angle θr, and the projection of this cone angle on the glass substrate with the transparent electrode is called the apparent cone angle θ. Optically, the apparent cone angle θ may be considered.
【0078】図7に示すノーマリーホワイトのTN液晶
表示素子の場合、TN液晶に電界が印加されない状態で
光源からの光が透過するものである。ここでは、バック
ライト17−偏光板18−TN液晶2−偏光板19の組み合わ
せ、或いは、反射板−偏光板18−TN液晶2−偏光板19
の組み合わせが従来と同様のTN液晶表示素子を示す。
そして、TN液晶素子2、強誘電性液晶素子3にはそれ
ぞれ、透明電極がその両面に配置してあるのは言うまで
もない。In the normally white TN liquid crystal display device shown in FIG. 7, light from a light source is transmitted without applying an electric field to the TN liquid crystal. Here, a combination of the backlight 17-polarizing plate 18-TN liquid crystal 2-polarizing plate 19 or reflection plate-polarizing plate 18-TN liquid crystal 2-polarizing plate 19 is used.
Shows the same TN liquid crystal display element as the conventional one.
Needless to say, the TN liquid crystal element 2 and the ferroelectric liquid crystal element 3 are provided with transparent electrodes on both sides thereof.
【0079】この場合、電界強度が増大するにつれてT
N液晶2のねじれが解除され、徐々に偏光板を通して光
がもれ、階調表示が実現されるが、いずれの透過光も強
誘電性液晶素子3の前で偏光板19により同一の直線偏光
になるため、上述した動作原理に従って絵素ずらしを行
うことができる。In this case, as the electric field strength increases, T
The twist of the N liquid crystal 2 is released, and light is gradually leaked through the polarizing plate to realize gradation display, but any transmitted light is polarized by the polarizing plate 19 in front of the ferroelectric liquid crystal element 3 and has the same linear polarization. Therefore, the pixel shifting can be performed according to the above-described operation principle.
【0080】図8に示すノーマリーブラックのTN液晶
表示素子の場合、TN液晶に電界が印加された状態で光
が透過するモードであり、電界強度が減少するにつれて
TN液晶2のねじれが徐々に復帰し、徐々に暗くなり、
階調表示が実現されるが、いずれの透過光も強誘電性液
晶素子3の前で偏光板19により同一の直線偏光になるた
め、上述した動作原理に従って絵素ずらしを行うことが
できる。In the normally black TN liquid crystal display element shown in FIG. 8, light is transmitted in a state where an electric field is applied to the TN liquid crystal, and the twist of the TN liquid crystal 2 gradually increases as the electric field strength decreases. It returns, it gets darker gradually,
Although gradation display is realized, since any transmitted light becomes the same linearly polarized light by the polarizing plate 19 in front of the ferroelectric liquid crystal element 3, the pixel shifting can be performed according to the above-described operation principle.
【0081】このように、どのようなタイプの液晶表示
素子でも、表示素子から出てくる光がほぼ直線偏光であ
れば、本発明を適用できることが明確である。As described above, it is clear that the present invention can be applied to any type of liquid crystal display element as long as the light emitted from the display element is substantially linearly polarized light.
【0082】上述した例は、偏光を有する表示素子につ
いてのものであるが、本発明は無偏光の表示素子にも勿
論適用できる。Although the above-mentioned example relates to a display element having polarized light, the present invention can of course be applied to a non-polarized display element.
【0083】図9に示すように、表示画素5からの光の
偏光度が小さい場合、偏光にするために、表示素子2と
絵素ずらし素子7を結ぶ光路中に偏光板19を挿入すれば
良い。光学的配置条件は上述の液晶表示素子の場合と同
様である。As shown in FIG. 9, when the polarization degree of the light from the display pixel 5 is small, a polarizing plate 19 may be inserted in the optical path connecting the display element 2 and the pixel shifting element 7 for polarization. good. The optical arrangement conditions are the same as in the case of the liquid crystal display element described above.
【0084】ここで使用可能な無偏光ディスプレイ2と
しては、プラズマディスプレイ、LEDディスプレイ等
の自発光型表示素子がある。The non-polarizing display 2 that can be used here is a self-luminous display element such as a plasma display or an LED display.
【0085】上述した如く、本発明に基いて、ビデオレ
ートで駆動可能なカイラルスメクチック液晶をはじめと
した位相変調素子(強誘電性液晶、反強誘電性液晶、あ
るいは電傾効果を有するスメクチックA液晶)3を用い
たウォブリング素子7を離散的な画素から構成される液
晶、プラズマ、LED等のディスプレイと観測者の網膜
とを結ぶ光路中に配置し、ウォブリング(絵素ずらし)
を行うことができるが、ここで、位相変調素子3として
は下記の〔1〕、複屈折媒体としては下記の〔2〕が挙
げられる。As described above, based on the present invention, a phase modulation element such as a chiral smectic liquid crystal that can be driven at a video rate (ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, or smectic A liquid crystal having an electroclinic effect). ) 3 is used to arrange the wobbling element 7 in the optical path connecting the display such as liquid crystal, plasma, LED, etc., which is composed of discrete pixels, and the retina of the observer, and wobbling (pixel shifting).
The following [1] can be used as the phase modulation element 3 and the following [2] can be used as the birefringent medium.
【0086】〔1〕ビデオレートで駆動可能な強誘電性
液晶、反強誘電性液晶あるいは電傾効果を有するスメク
チックA液晶のスイッチ状態において、少なくとも2つ
の状態が存在し、そのうち少なくとも2つの状態の異常
光軸が26〜64度の角をなすカイラルスメクチック液晶素
子で偏光面を回転できるように光学配置した素子。[1] At least two states exist in the switch state of the ferroelectric liquid crystal, the antiferroelectric liquid crystal or the smectic A liquid crystal having the electroclinic effect, which can be driven at the video rate, and at least two of them exist. A chiral smectic liquid crystal device with an extraordinary optical axis forming an angle of 26 to 64 degrees, which is optically arranged so that the polarization plane can be rotated.
【0087】〔2〕入射された光の偏光方向により光軸
のずれを与える透明基板であり、具体的には(a)ウォ
ブリング方向に等価的に一軸性の異常光軸の成分を有す
るように配置したもの(b)光が透過する基板対向面が
平行でない基板であり、見かけの異常光軸が両平面に垂
直な平面に平行あるいは垂直である素子。[2] A transparent substrate that shifts the optical axis depending on the polarization direction of the incident light, and specifically, (a) has an equivalent uniaxial extraordinary optical axis component in the wobbling direction. Arranged (b) A device in which the substrate facing surface through which light is transmitted is not parallel, and the apparent extraordinary optical axis is parallel or perpendicular to a plane perpendicular to both planes.
【0088】上記したウォブリング動作にとって、液晶
の偏光面を90度回転させるためには位相を 180度ずらせ
ば良い。複屈折率(ne −no )、セルギャップdと位
相差δの間には以下の関係がある。 δ=2πd(ne −no )/λFor the above wobbling operation, the phase may be shifted by 180 degrees in order to rotate the polarization plane of the liquid crystal by 90 degrees. Birefringence (n e -n o), the following relationship exists between a cell gap d and the phase difference [delta]. δ = 2πd (n e −n o ) / λ
【0089】ここで、δ=πとすればよい。このために
は、セルギャップdを d=λ/2(ne −no ) とすれば良いことになる。しかし実際には、液晶分子の
基板とのなす角α(プレチルト角)は0度でないため
に、ne は小さくなり、ギャップ長dをさらに長くとら
なければならない。Here, it is sufficient to set δ = π. For this purpose, the cell gap d should be set to d = λ / 2 (n e −n o ). However, in reality, since the angle α (pretilt angle) formed by the liquid crystal molecules with the substrate is not 0 degree, n e becomes small and the gap length d must be made longer.
【0090】ここで、常光no は入射角に依存せず、液
晶分子短軸方向の屈折率n⊥に等しい。即ち、no =n
⊥である。Here, the ordinary ray no is independent of the incident angle and is equal to the refractive index n⊥ in the short axis direction of the liquid crystal molecule. In other words, n o = n
It is ⊥.
【0091】具体的にはne はプレチルト角αの関数で
あり、Specifically, n e is a function of the pretilt angle α,
【数1】 [Equation 1]
【0092】dは次のようにプレチルト角αに依存す
る。 d=λ/2〔ne (α)−no 〕D depends on the pretilt angle α as follows. d = λ / 2 [n e (α) -n o]
【0093】即ち、配向膜の種類によりαを求め、上記
関係式をもとに最適ギャップdを計算できる。さらに、
プレチルト角αが90度では、上記式によりギャップ長d
は無限大となってしまうため、0〜89度のプレチルト角
が必要である。但し、プレチルト角を45度を超えて制御
するのは難しいため、実用的には0〜45度のプレチルト
角が好ましい。That is, α can be obtained from the type of alignment film, and the optimum gap d can be calculated based on the above relational expression. further,
When the pretilt angle α is 90 degrees, the gap length d is calculated by the above equation.
Is infinite, so a pretilt angle of 0 to 89 degrees is required. However, since it is difficult to control the pretilt angle beyond 45 degrees, a pretilt angle of 0 to 45 degrees is practically preferable.
【0094】ウォブリング(絵素ずらし)では、立ち上
がりと立ち下がりの応答時間がフィールド時間の1/3
以下で、かつ、立ち上がり時間と立ち下がり時間との比
が互いに2倍を越えないものが好ましい。In wobbling (picture element shifting), the response time of rising and falling is 1/3 of the field time.
It is preferable that the ratio of the rising time and the falling time does not exceed twice each other.
【0095】この点、ネマチック液晶を用いた場合は、
高速のものでも電界印加時の立ち上がり時間は比較的短
いが、オフ時の立ち下がり時間は長いために、フィール
ド内でのスイッチングが十分でなく、有効な絵素ずらし
効果が得られない。ツイストネマチックの絵素ずらし素
子では、透過率変化0〜90%での立ち上がり+立ち下が
り時間は最小で15msec 程度(室温)であり、NTSC
の2:1線飛越走査方式(1フィールド当たり1/60秒
(16.7ms))でもかなり実現が困難であり、さらにフ
レーム数が同じで4:1線飛越走査方式を適用すれば、
1フィールド当たり1/120 秒(8.3ms)であり、全く
追従できなくなる。In this respect, when a nematic liquid crystal is used,
Even at a high speed, the rise time when an electric field is applied is relatively short, but the fall time when off is long, so switching in the field is not sufficient, and an effective pixel shifting effect cannot be obtained. The twisted nematic pixel shifting element has a minimum rise / fall time of about 15 msec (room temperature) when the transmittance change is 0 to 90%.
2: 1 line interlace scanning method (1/60 second (16.7 ms) per field) is quite difficult to realize, and if the 4: 1 line interlace scanning method is applied with the same number of frames,
It is 1/120 seconds (8.3 ms) per field, and it becomes impossible to follow at all.
【0096】これに対し、強誘電性液晶素子を用いた絵
素ずらし法は、そのスイッチング時間がTN液晶よりも
短いため、有効であることがわかる。ちなみに、強誘電
性液晶素子の立ち上がり+立ち下がり時間はμsec オー
ダーから、最も遅いものでも数ms以下である。On the other hand, the pixel shifting method using the ferroelectric liquid crystal element is effective because its switching time is shorter than that of the TN liquid crystal. By the way, the rise and fall times of the ferroelectric liquid crystal element are in the order of μsec, and even the slowest one is several ms or less.
【0097】下記の表5には、各種液晶の応答時間を比
較して示すが、本発明に使用可能な液晶の応答速度は著
しく早い。 Table 5 below shows the response times of various liquid crystals for comparison, and the response speed of the liquid crystals usable in the present invention is extremely fast.
【0098】上記した高解像度化技術(ウォブリング技
術)は直視型、反射型、投射型等、様式を問わずに使用
できる。このうち、図10〜図11に投射型ディスプレイの
二例をそれぞれ示した。The above-described high resolution technique (wobbling technique) can be used in any form such as a direct-view type, a reflection type and a projection type. Of these, FIGS. 10 to 11 show two examples of projection displays.
【0099】図10の例では、ハロゲンランプ17からの光
をコールドフィルタ43を通してバックライトとして表示
素子2に導き、上述したウォブリング処理後にレンズ系
44からスクリーン45へと画像が投影される。In the example of FIG. 10, the light from the halogen lamp 17 is led to the display element 2 as a backlight through the cold filter 43, and after the above wobbling process, the lens system is moved.
An image is projected from 44 to screen 45.
【0100】図11はミラー型ディスプレイを示し、光源
17からの光をフィルタ46を通し、各ダイクロイックミラ
ー47によって所定の波長光(R、G、B)にそれぞれ分
離し、コンデンサーレンズ48から各ウォブリング素子に
入射され、ここでウォブリングされた後、再び合成され
てスクリーン45上に投影される。FIG. 11 shows a mirror type display, which is a light source.
The light from 17 is passed through the filter 46, separated into predetermined wavelength lights (R, G, B) by the respective dichroic mirrors 47, made incident on the respective wobbling elements from the condenser lens 48, wobbled there, and then again. The combined image is projected on the screen 45.
【0101】上述した高解像度化技術は、ディスプレイ
として応用するため、可視光の波長範囲で使用する。The above-mentioned high resolution technique is used in the visible light wavelength range for application as a display.
【0102】本発明は、上述した表示素子2に限らず、
離散的な画素から構成されるCCD等の撮像素子と被写
体とを結ぶ光路中に上述したウォブリング素子7を配置
する場合にも適用される。The present invention is not limited to the display element 2 described above,
It is also applied to the case where the above-mentioned wobbling element 7 is arranged in the optical path that connects the image pickup device such as CCD including discrete pixels and the object.
【0103】本発明を図12及び図13に示した撮像装置71
に適用する場合も、上述した表示装置において述べた各
種の条件及び原理、説明が同様にして採用されることが
望ましい。以下においては、上述した表示装置について
の内容と同様のものは特に繰り返して説明しないが、そ
れに比べて、撮像装置に特有のものを主として説明する
こととする。The imaging device 71 shown in FIGS. 12 and 13 according to the present invention.
Also in the case of applying to, the various conditions, principles, and explanations described in the above-mentioned display device are preferably adopted in the same manner. In the following, the contents similar to those of the above-described display device will not be particularly described repeatedly, but in comparison therewith, the description will be mainly given to those specific to the imaging device.
【0104】撮像素子、例えばCCDを用いるとき、被
写体と撮像素子53を結ぶ光路中に、被写体−偏光子−F
LC素子−複屈折基板−撮像素子の順序で配置される。
この場合、レンズ系、アイリス、波長制限フィルタは被
写体と撮像素子を結ぶ光路中のどこに配してもよい。When an image sensor such as a CCD is used, the object-polarizer-F is placed in the optical path connecting the object and the image sensor 53.
The LC element, the birefringent substrate, and the image pickup element are arranged in this order.
In this case, the lens system, the iris, and the wavelength limiting filter may be arranged anywhere in the optical path connecting the subject and the image sensor.
【0105】図12、図13に示すように、強誘電性液晶素
子3のスイッチ状態が状態1の場合、被写体50の側から
の照射光成分aは、レンズ51、絞り52を通った後、偏光
板19により絵素ずらし方向に偏光される。光の偏光面と
強誘電性液晶素子3の異常光軸8が平行のため、透過光
は偏光面を維持したまま複屈折を有する水晶板4に照射
される。水晶板4では、入射偏光面内に水晶の異常光軸
を含むため、Y軸方向に偏光している光は水晶板の異常
光軸の傾いている方向へ屈折し、再び空気層へ出るとき
光軸と平行になり、入射光の光軸とのずれが生じ、CC
D撮像素子53の各絵素に照射される。As shown in FIGS. 12 and 13, when the switching state of the ferroelectric liquid crystal element 3 is the state 1, the irradiation light component a from the object 50 side passes through the lens 51 and the diaphragm 52, It is polarized by the polarizing plate 19 in the pixel shifting direction. Since the plane of polarization of light and the extraordinary optical axis 8 of the ferroelectric liquid crystal element 3 are parallel, the transmitted light is applied to the quartz plate 4 having birefringence while maintaining the plane of polarization. In the crystal plate 4, since the extraordinary optical axis of the crystal is included in the plane of incident polarization, the light polarized in the Y-axis direction is refracted in the direction in which the extraordinary optical axis of the crystal plate is inclined, and when it goes out to the air layer again. It becomes parallel to the optical axis, and there is a deviation from the optical axis of the incident light.
Each picture element of the D image sensor 53 is irradiated.
【0106】一方、強誘電性液晶素子3のスイッチ状態
が状態2の場合、偏光面と異常光軸8が約45度の角をな
しているため、透過光は異常光軸の向きに回転し、直線
偏光(Y軸方向)→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線
偏光(X軸方向)と強誘電性液晶素子内を変化し、偏光
面は初期状態から90度回転し、水晶板4に照射される。
水晶板4では、入射偏光面内に水晶の異常光軸を含まな
いため、屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空
気層へ出て、CCD撮像素子53の各絵素に照射される。
即ち、被写体のa’部分を撮像することになる。この状
態1と状態2の光軸のずれを絵素ずらしの動作原理とし
て用いることができることは理解されるであろう。On the other hand, when the switch state of the ferroelectric liquid crystal element 3 is the state 2, the transmitted light is rotated in the direction of the extraordinary optical axis because the polarization plane and the extraordinary optical axis 8 form an angle of about 45 degrees. , Linearly polarized light (Y-axis direction) → elliptically polarized light → circularly polarized light → elliptically polarized light → linearly polarized light (X-axis direction), the polarization plane changes 90 degrees from the initial state, and the crystal plate 4 changes. Is irradiated.
Since the crystal plate 4 does not include the extraordinary optical axis of the crystal in the plane of incident polarization, the optical axis is maintained as it is without refraction, and it exits to the air layer again and is irradiated to each pixel of the CCD image pickup element 53. .
That is, the a'portion of the subject is imaged. It will be understood that the shift of the optical axis between the state 1 and the state 2 can be used as the operation principle of the pixel shifting.
【0107】ビデオカメラ、スチルビデオカメラ等の光
学系の場合、外界からの入射光は概ね偏光していないの
で、外界(被写体)と強誘電性スイッチング素子の間に
偏光板を入れることを特徴とし、レンズ、絞りに対して
の位置関係を問わない。その他の光学配置は、被写体−
レンズ−絞り−偏光板−強誘電性スイッチング素子−一
軸的な光学異方性を有する透明基板−撮像素子の順であ
る。ここで組み合わせる撮像素子としては、CCD、M
OS型素子等、その種類を問わない。In the case of an optical system such as a video camera or a still video camera, since incident light from the outside world is not substantially polarized, a polarizing plate is inserted between the outside world (subject) and the ferroelectric switching element. It does not matter the positional relationship with respect to the lens and the diaphragm. Other optical arrangements are subject-
The order is lens-diaphragm-polarizing plate-ferroelectric switching element-transparent substrate having uniaxial optical anisotropy-imaging element. The image pickup elements to be combined here are CCD, M
The type of the OS element or the like does not matter.
【0108】こうした撮像素子は、表示素子とは異な
り、受光素子であるために、被写体の空間解像度(空間
分離能)を向上させることができる。ここでは、表示素
子のように順次方式ではなく、同時方式で行えるため、
FLC素子3のスイッチング部はCCD素子全面に同時
に作用してよく、位相変調素子3の空間的な電極分割を
必要としない。Since such an image pickup device is a light receiving device unlike a display device, it is possible to improve the spatial resolution (spatial separation ability) of a subject. Here, since it can be performed by the simultaneous method instead of the sequential method like the display element,
The switching part of the FLC element 3 may act on the entire surface of the CCD element at the same time and does not require spatial electrode division of the phase modulation element 3.
【0109】即ち、例えばCCD撮像素子の画素も、離
散的なために光軸のずれがない場合には各画素にa、
b、cの位置分解能しかないが、フレームを分割し、ま
ずこのa、b、cの情報を同時方式で蓄積後、転送し、
次のフィールドで強誘電性液晶素子3の絵素ずらしによ
り、a’、b’、c’の位置情報を同時方式で蓄積後、
転送し、最初のフィールドとの再合成を行うことによ
り、垂直分解能が2倍に向上する。That is, for example, the pixels of the CCD image pickup element are discrete, and if there is no deviation of the optical axis, a is
Although there are only b and c position resolutions, the frame is divided, and the information of a, b, and c are first accumulated in the simultaneous method and then transferred.
In the next field, the position information of a ', b', and c'is accumulated by the pixel shift of the ferroelectric liquid crystal element 3 by the simultaneous method,
By transferring and recombining with the first field, the vertical resolution is doubled.
【0110】上記したセルのビデオカメラ:ハンディカ
ムTR−1(ソニー社製)への具体的実装例を説明する
が、まず、それに使用可能な赤外カットフィルタ及びロ
ーパスフィルタについて説明する。A specific mounting example of the above-mentioned video camera of the cell: Handycam TR-1 (manufactured by Sony Corporation) will be described. First, an infrared cut filter and a low pass filter which can be used therein will be described.
【0111】〔1〕通常の可視光の撮像の場合 CCD撮像素子などの半導体撮像素子は、その感度域が
380〜1200nmにまで広がっている。通常の可視光の画像
を撮像する場合には、本来人間の眼で感知できない近赤
外光域まで撮像してしまうため、画像に対して悪影響を
及ぼす。従って、図14のように赤外カットフィルタ61を
被写体50とCCD53との間に入れる必要がある。[1] Normal Imaging of Visible Light A semiconductor imaging device such as a CCD imaging device has a sensitivity range of
It extends to 380-1200nm. When a normal visible light image is captured, the near-infrared light region, which cannot be sensed by the human eye, is captured, which adversely affects the image. Therefore, it is necessary to insert the infrared cut filter 61 between the subject 50 and the CCD 53 as shown in FIG.
【0112】ここでは、絵素ずらし素子に赤外カットフ
ィルタ(700nm以上の波長をカットする。)61を組み合わ
せる場合の例を示す。さらに、ウォブリング素子に用い
られている水晶板だけでは、高周波成分のカットが不十
分であるため、光学ローパスフィルタが必要である。そ
こで、一般に高画質のCCDビデオカメラに用いられて
いる7点ボケ用の水晶ローパスフィルタ(複数の水晶板
64からなる。)を組み込んだ(図14、図15)。Here, an example in which an infrared cut filter (cuts a wavelength of 700 nm or more) 61 is combined with the pixel shifting element is shown. Further, since the quartz plate used for the wobbling element is insufficient in cutting high frequency components, an optical low pass filter is required. Therefore, a crystal low-pass filter (a plurality of crystal plates) for 7-point blur that is generally used in a high-quality CCD video camera
It consists of 64. ) Was incorporated (Fig. 14, Fig. 15).
【0113】このローパスフィルタは、1枚の水晶板中
で入射光をその複屈折を利用して2点ボケにし、さらに
光軸の周りに回転させた他の水晶板の積層により2点像
を4点像に、さらに3枚目の水晶板で7点像としてぼか
し、ローパスフィルタ特性を向上させることができるも
のである。In this low-pass filter, incident light is made into a two-point blur by utilizing its birefringence in one crystal plate, and a two-point image is formed by stacking another crystal plate rotated around the optical axis. It is possible to improve the low-pass filter characteristics by blurring the four-point image into a seven-point image on the third crystal plate.
【0114】即ち、このように入射光をぼかすことによ
り、画像情報の空間周波数の高い成分を除去でき、モア
レ縞及び色偽信号等の問題を回避することができる。但
し、水晶板1枚の場合は、y方向のみ高周波成分をカッ
ト若しくは分散できるが、上記ではx、yの両方向にお
いて高周波成分をカット若しくは分散でき、低周波成分
の感度を保持したまま高周波成分の画像への影響(結像
した画像出力にモアレ縞パターンや色偽信号が生じるこ
と)を一層なくすことができる。That is, by blurring the incident light in this manner, it is possible to remove a component of image information having a high spatial frequency, and avoid problems such as moire fringes and color false signals. However, in the case of one crystal plate, the high frequency component can be cut or dispersed only in the y direction, but in the above, the high frequency component can be cut or dispersed in both the x and y directions, and the high frequency component of the high frequency component can be retained while maintaining the sensitivity of the low frequency component. It is possible to further eliminate the influence on the image (the generation of a moire fringe pattern or a color false signal in the image output of the formed image).
【0115】こうしたローパスフィルタを用いない実装
例を図16に、同ローパスフィルタを用いた実装例を図17
に示した。いずれも、絵素ずらし素子(ウォブリング素
子)7はCCD53の前位に設けられている。FIG. 16 shows an implementation example in which such a low pass filter is not used, and FIG. 17 shows an implementation example in which the low pass filter is used.
It was shown to. In each case, the picture element shifting element (wobbling element) 7 is provided in front of the CCD 53.
【0116】ローパスフィルタ64を用いる場合、ローパ
スフィルタの第1の異常光軸がウォブリング時の偏光と
30〜60°の角度をなすときは、ローパスフィルタの効果
は得られるが、それ以外ではローパスフィルタ特性がフ
ィールドで変化してしまう。このとき、絵素ずらし素子
7と光学ローパスフィルタとの間にλ/4板(図示せ
ず)を入れることにより、フィールド間でのローパスフ
ィルタ特性の差を低減し、ローパスフィルタ特性を十分
発揮できるようになる。When the low-pass filter 64 is used, the first extraordinary optical axis of the low-pass filter is the polarization at the time of wobbling.
When the angle is 30 to 60 °, the effect of the low pass filter is obtained, but in other cases, the low pass filter characteristic changes in the field. At this time, by inserting a λ / 4 plate (not shown) between the picture element shifting element 7 and the optical low-pass filter, the difference in the low-pass filter characteristics between fields can be reduced and the low-pass filter characteristics can be sufficiently exhibited. Like
【0117】図18には、CCDを3つ用いた色分解カメ
ラシステムを示している。但し、CCDドライブ回路、
ウォブリング素子ドライブ回路は省略した。FIG. 18 shows a color separation camera system using three CCDs. However, CCD drive circuit,
The wobbling element drive circuit is omitted.
【0118】〔2〕赤外光の撮像の場合 CCD撮像素子などの半導体撮像素子の近赤外光域を利
用し、本来人間の眼で感知できない近赤外光域のみを撮
像することができる。この場合、敢えて、赤外カットフ
ィルタを入れる必要はない。[2] In the case of imaging infrared light By utilizing the near infrared light region of a semiconductor image pickup device such as a CCD image pickup device, it is possible to image only the near infrared light region which cannot be sensed by the human eye. . In this case, it is not necessary to intentionally insert an infrared cut filter.
【0119】この場合、赤外光だけを撮像するには、可
視光カットフィルタ(760nm以下をカットする。)を被写
体とCCDとの間に入れる必要がある。これにより、被
写体の温度分布等を撮像することができる。このときの
撮像波長は 700〜1200nmにまで及ぶため、絵素ずらし素
子の位相差はその半波長の 350〜600nm が必要である。In this case, to image only infrared light, it is necessary to insert a visible light cut filter (cuts 760 nm or less) between the subject and the CCD. Accordingly, the temperature distribution of the subject can be imaged. Since the imaging wavelength at this time extends to 700 to 1200 nm, the phase difference of the pixel shift element needs to be 350 to 600 nm, which is half the wavelength.
【0120】以上に述べたように、本発明に基づく位相
制御素子の使用によって、離散的画素からなるディスプ
レイや、離散的受光画素からなる固体撮像素子等に対し
て高速のウォブリング(絵素ずらし)を可能にし、高解
像度化を効率よく達成でき、モザイク状の点描画的画面
等を継ぎ目のない連続的な画面に向上させることができ
る。As described above, by using the phase control element according to the present invention, a high-speed wobbling (picture element shifting) is applied to a display including discrete pixels, a solid-state image sensor including discrete light-receiving pixels, and the like. It is possible to achieve high resolution efficiently, and it is possible to improve a mosaic dot-drawing screen or the like into a seamless continuous screen.
【0121】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments can be further modified based on the technical idea of the present invention.
【0122】例えば、上述した液晶素子をはじめ、各構
成部分の構造、材質や形状、形成方法、組み立て方法等
は種々変更してよい。基板もガラス板ではなく、他の光
学的に透明な材質であればよい。液晶についても、種々
のものが採用可能である。配向膜も、SiO斜方蒸着膜
その他の配向膜は、本発明によるポリイミド配向膜を用
いた液晶素子以外の液晶素子(例えば上述のLCD用)
に使用しても差支えない。For example, the structure, material and shape of each component, the forming method, the assembling method, and the like, including the above-mentioned liquid crystal element, may be variously changed. The substrate is not limited to the glass plate and may be any other optically transparent material. Various liquid crystals can be adopted. The alignment film, the SiO oblique vapor deposition film, and other alignment films are liquid crystal devices other than the liquid crystal device using the polyimide alignment film according to the present invention (for example, for the LCD described above).
You can use it for.
【0123】本発明が適用される対象は、上述した表示
装置、撮像装置の如き光学システムと共に、同システム
に組み込み可能なウォブリング素子も包含することは勿
論である。The object to which the present invention is applied includes, of course, the optical system such as the display device and the image pickup device described above and the wobbling element which can be incorporated in the system.
【0124】[0124]
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、光学的に透
明である対向電極間に、強誘電性液晶と反強誘電性液晶
と電傾効果を示すスメクチック液晶とから選ばれた少な
くとも1種からなる液晶が充填されている位相制御素子
において前記電極上に形成される液晶配向膜がポリイミ
ドからなっているので、この液晶配向膜は非常に安定な
膜であり、経時的にも変化し難く、その表面状態を維持
し、また均一膜厚に形成可能であるので、液晶のプレチ
ルト角及び配向性を保持し、位相制御特性、特にウォブ
リングされるべき表示素子等の解像度を向上させること
ができる。As described above, the present invention provides at least one kind selected from the ferroelectric liquid crystal, the antiferroelectric liquid crystal, and the smectic liquid crystal exhibiting the electroclinic effect between the counter electrodes which are optically transparent. Since the liquid crystal alignment film formed on the electrode in the phase control element filled with the liquid crystal is made of polyimide, this liquid crystal alignment film is a very stable film and is hard to change over time. Since the surface state can be maintained and the film can be formed to have a uniform film thickness, the pretilt angle and orientation of the liquid crystal can be maintained, and the phase control characteristics, particularly the resolution of the display element or the like to be wobbled can be improved. .
【0125】そして、上記の強誘電性液晶等の液晶はい
ずれも、電界の作用に対して液晶ダイレクタの方向が変
化し易く、応答速度が非常に早いので、ビデオレートで
の駆動が十分可能となる。In any of the above-mentioned liquid crystals such as the ferroelectric liquid crystal, the direction of the liquid crystal director is easily changed in response to the action of the electric field and the response speed is very fast, so that it can be sufficiently driven at the video rate. Become.
【図1】本発明の実施例による位相制御素子としての液
晶セルの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal cell as a phase control element according to an exemplary embodiment of the present invention.
【図2】同液晶セルに用いるポリイミド液晶配向膜の赤
外スペクトル図である。FIG. 2 is an infrared spectrum diagram of a polyimide liquid crystal alignment film used in the liquid crystal cell.
【図3】同液晶セルの作製のプロセスフロー図である。FIG. 3 is a process flow diagram for manufacturing the same liquid crystal cell.
【図4】同液晶セルをウォブリング素子に用いた表示装
置の状態1での概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram in state 1 of a display device using the liquid crystal cell as a wobbling element.
【図5】同表示装置の状態2での概略図である。FIG. 5 is a schematic view of the same display device in a second state.
【図6】同表示装置に用いる強誘電性液晶(FLC)の
コーン角の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a cone angle of a ferroelectric liquid crystal (FLC) used in the display device.
【図7】同表示装置にノーマリーホワイトのTN液晶表
示素子を用いた場合の概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a case where a normally white TN liquid crystal display element is used in the display device.
【図8】同表示装置にノーマリーブラックのTN液晶表
示素子を用いた場合の概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a case where a normally black TN liquid crystal display element is used in the display device.
【図9】偏光度の小さい表示素子を用いた表示装置の概
略図である。FIG. 9 is a schematic view of a display device using a display element having a small degree of polarization.
【図10】上記表示装置を適用したディスプレイの断面図
である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a display to which the display device is applied.
【図11】ディスプレイへの他の適用例の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of another application example to a display.
【図12】上記液晶セルをウォブリング素子に用いた撮像
装置の状態1での概略図である。FIG. 12 is a schematic diagram in state 1 of an imaging device using the liquid crystal cell as a wobbling element.
【図13】同撮像装置の状態2での概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram of the imaging device in a second state.
【図14】水晶光学ローパスフィルタの実装状態の概略図
である。FIG. 14 is a schematic diagram of a mounted state of a crystal optical low-pass filter.
【図15】同水晶フィルタ3枚により生じるボケを説明す
る原理図である。FIG. 15 is a principle diagram illustrating blurring caused by three crystal filters of the same.
【図16】上記撮像装置の実装例の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of a mounting example of the imaging device.
【図17】他の実装例の断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view of another mounting example.
【図18】更に他の実装例の断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of still another mounting example.
1・・・(液晶光学)表示装置 2・・・(液晶)表示素子 3・・・強誘電性液晶素子 4・・・複屈折媒体 5・・・表示画素 7・・・ウォブリング素子(絵素ずらし素子) 8、10・・・異常光軸 9・・・偏光方向 13、14・・・透明電極 15・・・液晶 17・・・光源 18、19・・・偏光板 20、21・・・透明基板 22、23・・・配向膜 50・・・被写体 53・・・CCD素子 61・・・赤外カットフィルタ 64・・・光学ローパスフィルタ 71・・・撮像装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... (Liquid crystal optical) display device 2 ... (Liquid crystal) display element 3 ... Ferroelectric liquid crystal element 4 ... Birefringent medium 5 ... Display pixel 7 ... Wobbling element (picture element Shifting element) 8, 10 ... Extraordinary optical axis 9 ... Polarization direction 13, 14 ... Transparent electrode 15 ... Liquid crystal 17 ... Light source 18, 19 ... Polarizing plate 20, 21 ... Transparent substrates 22, 23 ... Alignment film 50 ... Subject 53 ... CCD element 61 ... Infrared cut filter 64 ... Optical low-pass filter 71 ... Imaging device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松居 恵理子 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 高梨 英彦 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 片岡 延江 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 楊 映保 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Eriko Matsui Eriko Matsui 6-735 Kitashinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Hidehiko Takanashi 6-735 Kitashinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Nobue Kataoka 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Yang Eiho 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni -Inside the corporation
Claims (4)
電性液晶と反強誘電性液晶と電傾効果を示すスメクチッ
ク液晶とから選ばれた少なくとも1種からなる液晶が充
填されている位相制御素子において前記電極上に形成さ
れ、ポリイミドからなっている、位相制御素子用の液晶
配向膜。1. A liquid crystal comprising at least one selected from a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal and a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect is filled between optically transparent counter electrodes. A liquid crystal alignment film for a phase control element, which is formed on the electrode in the phase control element and is made of polyimide.
吸収ピークを2830cm-1以上に少なくとも1つもち、か
つ、前記配向膜分子のカルボニル基に帰属される赤外吸
収ピークを1600cm-1から1800cm-1の範囲内にもつ、請求
項1に記載した液晶配向膜。Wherein at least one Tsumochi infrared absorption peak attributed to CH stretching of the alignment film molecules 2830Cm -1 or more, and an infrared absorption peak attributable to the carbonyl group of the alignment film molecules 1600 cm - The liquid crystal alignment film according to claim 1, having a range of 1 to 1800 cm -1 .
電性液晶と反強誘電性液晶と電傾効果を示すスメクチッ
ク液晶とから選ばれた少なくとも1種からなる液晶が充
填されており、前記電極上にポリイミドからなる液晶配
向膜が形成されている位相制御素子であって、ウォブリ
ングされるべき光学素子の光路中に、複屈折媒体と組み
合わされて配置され、前記光学素子をウォブリングする
のに使用される位相制御素子。3. A liquid crystal composed of at least one selected from a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, and a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect is filled between optically transparent counter electrodes. A phase control element in which a liquid crystal alignment film made of polyimide is formed on the electrode, the optical element being arranged in combination with a birefringent medium in the optical path of the optical element to be wobbled, and wobbling the optical element. Phase control element used for.
程と、この光照射面をポリイミド前駆体で被覆する工程
と、このポリイミド前駆体を熱処理してイミド化する工
程とを有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載した
液晶配向膜の形成方法。4. A method comprising: irradiating at least an electrode with infrared rays; coating the light-irradiated surface with a polyimide precursor; and heat-treating the polyimide precursor to imidize it. 4. The method for forming a liquid crystal alignment film according to any one of 3 above.
Priority Applications (1)
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JP19194093A JP3271384B2 (en) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | Method for forming liquid crystal alignment film for phase control element |
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Publication number | Publication date |
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JP3271384B2 (en) | 2002-04-02 |
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