JPH041888B2 - - Google Patents

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JPH041888B2
JPH041888B2 JP54071335A JP7133579A JPH041888B2 JP H041888 B2 JPH041888 B2 JP H041888B2 JP 54071335 A JP54071335 A JP 54071335A JP 7133579 A JP7133579 A JP 7133579A JP H041888 B2 JPH041888 B2 JP H041888B2
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liquid crystal
layer
crystal material
parallel
facing surfaces
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Eru Fuaagason Jeemusu
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AMERIKAN RIKUIDO KURISUTARU CHEM CORP
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AMERIKAN RIKUIDO KURISUTARU CHEM CORP
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明のネマチツク液晶シヤツターは1973年5
月8日付発行の米国特許第3731986号に示される
ような電界効果液晶光シヤツターデイスプレイに
使用するために適するものであるが、必ずしもこ
れに限定されるものではない。
[Detailed Description of the Invention] The nematic liquid crystal shutter of the present invention was developed in May 1973.
It is suitable, but not necessarily limited, for use in field effect liquid crystal light shutter displays such as those shown in U.S. Pat.

このタイプの光シヤツターは一対の平行な透明
板の間に挟持されたネマチツク液晶物質の層を備
え、α−数字のデイスプレイを形成するために前
記透明板の選定された区域に透明な導電性物質が
被覆されている。液晶物質に接触した前記透明板
の表面は互に直角にこすらされて、液晶物質にね
じれたネマチツク構造を生じさせてある。前記透
明な導電性物質被膜間に電位を印加することによ
つてネマチツク構造が回転或はねじれがほどけ
る。このデイスプレイの両側に偏光板を備えるこ
とによつて偏光板が互に交さしたり或は平行であ
るかどうかに応じて偏光がネマチツク構造体を通
過できたり妨げられたりする。
This type of light shutter comprises a layer of nematic liquid crystal material sandwiched between a pair of parallel transparent plates, with a transparent conductive material coated in selected areas of the plates to form a display of alpha numerals. has been done. The surfaces of the transparent plates in contact with the liquid crystal material are rubbed at right angles to each other, creating a twisted nematic structure in the liquid crystal material. The nematic structure is rotated or untwisted by applying an electrical potential between the transparent conductive material coatings. By providing polarizers on both sides of the display, polarized light is allowed to pass through the nematic structure or is blocked depending on whether the polarizers cross or are parallel to each other.

上述したタイプの液晶デイスプレイをデイスプ
レイの軸に沿つて(すなわち前述の透明板に直角
に)観覧すると、α−ネマチツクデイスプレイに
よつて形成される表示は前記デイスプレイを360°
回転しても容易に観覧できるが、しかし液晶は一
般に複屈折性であるから、デイスプレイの軸から
外れた(off−axis)ところでの性能はデイスプ
レイが360°回転すると、どこでも一様というわけ
ではない。例えばデイスプレイの軸に対して45°
の角度でデイスプレイ装置を観覧すると仮定す
る。さて装置を360°回転すると、デイスプレイ上
の前部偏光板の軸に平行および垂直である軸外方
向では表示がよく見えるが、これらの位置の中
間、特に偏光板の軸に垂直または平行な観覧角度
の場所から45°デイスプレイが回転した時に像は
多かれ少かれぼんやりとなり、観覧が非常に困難
となる。
When a liquid crystal display of the type described above is viewed along the axis of the display (i.e. at right angles to the aforementioned transparent plate), the display formed by the α-nematic display will rotate said display 360°.
It can be easily viewed even when rotated, but since liquid crystals are generally birefringent, the off-axis performance of the display is not uniform throughout the 360° rotation of the display. . For example, 45° to the display axis
Assume that the display device is viewed at an angle of . Now, if you rotate the device 360°, the display will look good in off-axis directions that are parallel and perpendicular to the axis of the front polarizer on the display, but it will look better in the middle of these positions, especially when viewing perpendicular or parallel to the axis of the polarizer. When the display is rotated 45 degrees from its angular location, the image becomes more or less blurred, making viewing very difficult.

この効果は前述の透明板の表面に直角に配向し
ている液晶物質の複屈折により生ずることが決定
された。この効果は適当な厚さをもつデイスプレ
イにおいては非常に邪魔なことである。この効果
は薄いデイスプレイを造ることによつて減少でき
るが、このような薄いデイスプレイは異なる波長
の屈折率が異なるために光の散乱を生ずる傾向が
あり、デイスプレイが付活されないときに色彩が
ずれる原因となる。
It has been determined that this effect is caused by the birefringence of the liquid crystal material oriented perpendicular to the surface of the aforementioned transparent plate. This effect is very disturbing in displays of moderate thickness. This effect can be reduced by making thinner displays, but such thinner displays tend to cause light scattering due to the different refractive indexes of different wavelengths, which can cause color shift when the display is not activated. becomes.

本発明は線形配向液晶セル(複屈折液晶セルと
しても知られる)および該液晶セルから造られる
光シヤツター変調器およびデイスプレイのような
光制御装置にも関する。この種の装置においては
セル表面は液晶のほぼ平行配向を生ずるように平
行に処理されて(例えばこすられて)いる。電界
を印加すると液晶は電界に沿つて配向する。
The present invention also relates to linearly aligned liquid crystal cells (also known as birefringent liquid crystal cells) and light control devices, such as light shutter modulators and displays, made from the liquid crystal cells. In devices of this type, the cell surfaces are treated (eg, rubbed) parallel to each other to produce a nearly parallel alignment of the liquid crystals. When an electric field is applied, the liquid crystal aligns along the electric field.

本発明は線形に配向した液晶装置を使用する高
速度光変調器において色の散乱が減少もしくは除
去でき、均一なリタデーシヨン(位相差もしくは
おくれ)を改善できるとの知見に基づくものであ
る。液晶セルは、表面が互に平行にこすらされた
ように配向していて、偏光が液晶装置に向けられ
て該装置が電場などによつて該装置の相対的に心
部において液晶の配向を維持し装置の表面近くの
液晶の配向を変えるように駆動されると、例えば
装置を通つて伝達される偏光の偏光方向は表面に
おける液晶の配向に均一に且つ少なくとも実質上
色散乱なく依存することになる。
The present invention is based on the discovery that color scattering can be reduced or eliminated and uniform retardation can be improved in high speed light modulators using linearly aligned liquid crystal devices. The liquid crystal cell is oriented so that its surfaces are rubbed parallel to each other, and polarized light is directed toward a liquid crystal device that maintains the orientation of the liquid crystal in the relative center of the device by means of an electric field or the like. When driven to change the orientation of the liquid crystal near the surface of the device, for example, the polarization direction of the polarized light transmitted through the device will depend uniformly and at least substantially without color scattering on the orientation of the liquid crystal at the surface. Become.

セルの観覧孔はネマチツク液晶のリタデーシヨ
ン(位相差)に等しい2枚の波長板(リタデーシ
ヨンプレート)をセルの次に互に直角に且つ2枚
の直交する偏光板とそれぞれ平行に置くことによ
つて著しく拡大できる。さらに、液晶のこすらさ
れた方向に対して直角に配向され、かつ偏光板に
対して45°の角度で配向した第3の波長板を付設
することによつて、ゼロ次での動作ができなかつ
たこのタイプの装置の特性を、所望の平均駆動レ
ベルでの液晶の複屈折率を前記付設した波長板の
リタデーシヨンに等しいように更に修正すること
ができる。
The observation hole of the cell is made by placing two wave plates (retardation plates) equal to the retardation (phase difference) of the nematic liquid crystal next to the cell at right angles to each other and parallel to two orthogonal polarizing plates. Therefore, it can be expanded significantly. Furthermore, by adding a third wave plate oriented perpendicularly to the direction in which the liquid crystal is rubbed and oriented at an angle of 45° to the polarizing plate, zero-order operation is not possible. The characteristics of the octopus type device can be further modified such that the birefringence of the liquid crystal at the desired average drive level is equal to the retardation of the attached wave plate.

本発明は液晶光制御装置において、該装置が、 正の誘電異方性をもつネマチツク液晶物質の層
と、 前記液晶物質の層を挟んで配置され該層を支持
する一対の大体平行な液晶対向表面であつて、該
液晶対向表面に隣接する液晶物質を配向させるた
めの一対の大体平行な液晶対向表面とを備え、 前記液晶物質の層は心部と表面境界部とを備
え、前記心部は前記表面境界部の間にあつて、該
表面境界部の各々はそれら各々の表面境界部と接
触した前記各液晶対向表面から前記心部に向かつ
て延び、 前記一対の液晶対向表面は、前記それぞれの表
面境界部における液晶物質を前記それぞれの液晶
対向表面に対してほぼ平行に配向させるように処
理され且つ該表面境界部における液晶物質と共働
するように動作可能であり、且つ前記一対の液晶
対向表面はそれぞれの表面境界部中の少なくとも
若干の液晶物質のほぼ線形の配向方向に並列に配
置され、該装置はさらに、 前記液晶物質の層の心部のリタデーシヨンを急
速に変えることなしに、電界の印加に応答して液
晶物質の層の主として表面境界部における液晶組
織の配向を変えることによつて該液晶物質の層の
リタデーシヨン特性をゼロ次方向に急速に変える
ための手段を備え、それによつて液晶物質の層の
光リタデーシヨン特性が該層の表面境界部の配向
に従つて変化する、液晶光制御装置に関し、 さらに本発明は正の誘電異方性をもつ液晶物質
の層と該層を支持するための該層を挟んで配置さ
れた2枚の大体平行な液晶対向表面であつて、液
晶物質を該液晶対向表面に平行に配向するように
処理された液晶対向表面とを備えた光変調装置に
よる偏光を制御する方法において、該方法が (a) 前記液晶物質のそれぞれの第1表面境界部に
それぞれの前記液晶対向表面により1つの第1
平行配向を付与し、 (b) 前記第1表面境界部間の液晶物質の第2部分
を前記第1平行配向とは異なる方向に配向さ
せ、 (c) 前記それぞれの第1表面境界部に主として働
く電界を液晶物質の層に印加して液晶物質のそ
れぞれの第1表面境界部の配向を急速に変え、
それによつて液晶物質の層のリタデーシヨン特
性をゼロ次方向に変えることからなる、 光変調装置による偏光を制御する方法に関する。
The present invention provides a liquid crystal light control device comprising: a layer of a nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy; and a pair of generally parallel liquid crystal opposing layers disposed with the layer of liquid crystal material sandwiched therebetween and supporting the layer. a pair of generally parallel liquid crystal facing surfaces for orienting a liquid crystal material adjacent the liquid crystal facing surfaces, the layer of liquid crystal material having a core and a surface boundary, and the layer of liquid crystal material having a core and a surface boundary; are between the surface boundaries, each of the surface boundaries extending toward the core from each of the liquid crystal opposing surfaces in contact with the respective surface boundaries, and the pair of liquid crystal opposing surfaces are the pair of liquid crystal materials are treated to orient the liquid crystal material at each surface boundary substantially parallel to the respective liquid crystal opposing surfaces, and are operable to cooperate with the liquid crystal material at the surface boundary; The liquid crystal facing surfaces are disposed in parallel with the generally linear alignment direction of at least some of the liquid crystal material in the respective surface boundaries, and the apparatus further comprises: , comprising means for rapidly changing the retardation properties of the layer of liquid crystal material in the zero order direction by changing the orientation of the liquid crystal structure primarily at the surface boundaries of the layer of liquid crystal material in response to the application of an electric field; The invention relates to a liquid crystal light control device whereby the optical retardation properties of a layer of liquid crystal material vary according to the orientation of the surface boundaries of said layer; two generally parallel liquid crystal facing surfaces disposed across the layer for supporting the layer, the liquid crystal facing surfaces being treated to orient the liquid crystal material parallel to the liquid crystal facing surfaces; A method for controlling polarization by a light modulator according to the present invention, wherein the method comprises: (a) adding one first surface to each first surface boundary of said liquid crystal material by each said liquid crystal facing surface;
(b) orienting a second portion of the liquid crystal material between said first surface boundaries in a direction different from said first parallel orientation; applying a working electric field to the layer of liquid crystal material to rapidly change the orientation of each first surface boundary of the liquid crystal material;
A method for controlling the polarization of light by a light modulation device, comprising thereby changing the retardation properties of a layer of liquid crystal material in the zero-order direction.

この発明の上述の、および他の目的および特長
はこの明細書の一部をなす添付図面に関連した下
記の詳細な記述から明らかとなるであろう。
The above and other objects and features of the invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, which form a part of this specification.

さて図について、特に第1図について述べる
と、米国特許第3731986号に記載の電界効果光シ
ヤツター型の液晶セルが示される。それはガスケ
ツト14によつて分離された一対の透明板10お
よび12を備え、該ガスケツト14は前記一対の
透明板を約0.013mm(0.0005インチ)を隔てて隔
離する。透明板10と12の間のガスケツト14
によつて囲まれた空間には液晶物質の層が配置さ
れる。ここでの説明のためには、液晶物質はフア
ーガソンに許与された米国特許第3918796号に教
示されているような正の誘電異方性をもつネマチ
ツク型のものであると仮定する。第1図に示すよ
うに、透明板10および12の向かい合つた表面
上には酸化スズまたは酸化インジウムのような透
明な導電性物質膜のパターンが形成されている。
透明板12には透明な導電性物質の4個のパツチ
16,18,20および22が備えられ、他方の
透明板10には一般に参照数字24,26,28
および30で示す4組の相互間は絶縁された透明
導電性物質のストリツプを備える。板10および
12をガスケツト14の両側に結合すると、透明
な導電性パツチ16〜22は透明板10上のスト
リツプ24〜30の4組と位置合わせされるよう
に配置されている。点または小数点32が板10
上のストリツプのセツトの各々に備えられ、これ
らは板12上の対応する点34と位置合わせされ
る。
Referring now to the drawings, and particularly to FIG. 1, there is shown a field effect light shutter type liquid crystal cell described in US Pat. No. 3,731,986. It comprises a pair of transparent plates 10 and 12 separated by a gasket 14 which separates the pair of transparent plates approximately 0.0005 inches apart. Gasket 14 between transparent plates 10 and 12
A layer of liquid crystal material is disposed in the space surrounded by. For purposes of this discussion, it will be assumed that the liquid crystal material is of the nematic type with positive dielectric anisotropy as taught in U.S. Pat. No. 3,918,796 to Ferguson. As shown in FIG. 1, a pattern of a film of a transparent conductive material, such as tin oxide or indium oxide, is formed on opposing surfaces of transparent plates 10 and 12.
The transparent plate 12 is provided with four patches 16, 18, 20 and 22 of transparent conductive material, the other transparent plate 10 is generally designated by the reference numerals 24, 26, 28.
The four pairs shown at 30 and 30 are provided with insulated strips of transparent conductive material between them. When plates 10 and 12 are bonded to opposite sides of gasket 14, transparent conductive patches 16-22 are positioned to align with the four sets of strips 24-30 on transparent plate 10. Point or decimal point 32 is board 10
Each of the upper sets of strips is provided and these are aligned with corresponding points 34 on plate 12.

液晶セルの動作を以下に説明する。しかしパツ
チ(セツト)24のストリツプの全部が例えば不
透明となつて、その周りの区域が光を透過すれ
ば、それに生ずる像形は数字の「8」を表すこと
を理解されたい。同様に例えばパツチ(セツト)
24のストリツプの選定されたストリツプが不透
明となることによつて、1から0までの数字を見
えるようにすることができる。
The operation of the liquid crystal cell will be explained below. However, it will be appreciated that if the entire strip of patch 24 were made opaque, for example, and the area around it transparent, the resulting image would represent the number "8". Similarly, for example, patch (set)
Selected strips of the 24 strips are rendered opaque, thereby allowing the numbers 1 to 0 to be visible.

セツト24〜30における相互間が絶縁された
種々の導電性ストリツプは透明な導電性物質36
の多数の相互に絶縁されたストリツプを通して外
部の導線(図示せず)に接続するように取付けら
れる。この点について導電性ストリツプ36を外
部電気回路に接続するためにストリツプ36を備
えた板10の下端が液晶セルの下方に延びて適当
な電気接点が板10の下部を滑動できるようにな
つていることを理解されたい。ストリツプ36A
は板10の底部からその頂部の水平部40まで延
びていることに留意されたい。この水平部40は
板12上の導電性物質のパツチ16に接続した対
応する水平部42の真向いにある。導電性エポキ
シ樹脂または類似の物質がガスケツト14中の孔
44につめられ、水平部40および42を接続す
る。この配列のために電位源の一方の端子を導電
性ストリツプ36Aに接続でき、従つて液晶物質
の一方側の導電パツチに接続でき、他方では残り
の導電性ストリツプ36の選定されたストリツプ
を同じ電位源の他方の端子に接続でき、ストリツ
プ36のどれか(すなわち電位源の他方の端子に
接続されたストリツプ)に付勢されるかによつて
電位勾配を生じ選定された区域における液晶物質
を通る電界を生ずる。
The various electrically conductive strips insulated from one another in sets 24-30 are made of a transparent electrically conductive material 36.
is mounted for connection to external conductors (not shown) through a number of mutually insulated strips. In this regard, in order to connect the conductive strip 36 to an external electrical circuit, the lower end of the plate 10 with the strip 36 extends below the liquid crystal cell so that a suitable electrical contact can slide under the plate 10. I hope you understand that. Strip 36A
Note that it extends from the bottom of the plate 10 to the horizontal portion 40 at its top. This horizontal section 40 is directly opposite a corresponding horizontal section 42 connected to the patch 16 of conductive material on the plate 12. A conductive epoxy or similar material is filled into holes 44 in gasket 14 to connect horizontal sections 40 and 42. Because of this arrangement, one terminal of the potential source can be connected to the conductive strip 36A, and thus to the conductive patch on one side of the liquid crystal material, and on the other hand select strips of the remaining conductive strips 36 can be connected to the same potential. can be connected to the other terminal of the potential source and, depending on which of the strips 36 (i.e. the strip connected to the other terminal of the potential source) is energized, creates a potential gradient across the liquid crystal material in a selected area. Generates an electric field.

液晶ユニツトを造るに際してはネマチツク相液
晶物質と接触している透明な導電性物質の層を、
木綿布で一方向(すなわち第1図における矢印1
0aおよび12aで示す方向)にこすることによ
つて、造ることができる。この効果は透明板間に
介在する液晶物質に平行に配向したネマチツク構
造を造るにある。板10と接触して第1偏光板4
6があり、板12の裏側には第2偏光板48があ
る。これら2枚の偏光板46および48の偏光面
は互に直交し、第1偏光板46の偏光面は板10
上の透明導電性物質のこすり方向に45°をなし、
第2偏光板48の偏光面は板12上のこすり方向
に45°である。最後に第2偏光板48の後ろに反
射板50があり、これは1975年5月6日付で発行
された米国特許第3881809号の主題である。要す
るに、反射板はデイスプレイの前方から液晶フイ
ルム中を通つて反射板50から散乱される周囲の
光でデイスプレイが観覧できるように偏光した光
を偏光解消なしに散乱させる。或はまた、反射板
50を除いて、業界において周知のように裏側か
らの光源によつてデイスプレイを照明してもよ
い。
In making a liquid crystal unit, a layer of transparent conductive material in contact with a nematic phase liquid crystal material is
Cotton cloth in one direction (i.e. arrow 1 in Figure 1)
0a and 12a). The effect is to create a nematic structure oriented parallel to the liquid crystal material interposed between the transparent plates. The first polarizing plate 4 is in contact with the plate 10.
6, and on the back side of the plate 12 is a second polarizing plate 48. The polarization planes of these two polarizing plates 46 and 48 are orthogonal to each other, and the polarization plane of the first polarizing plate 46 is
45° to the rubbing direction of the transparent conductive material on top,
The plane of polarization of the second polarizing plate 48 is 45° in the direction of rubbing on the plate 12. Finally, behind the second polarizer 48 is a reflector 50, which is the subject of US Pat. No. 3,881,809, issued May 6, 1975. In short, the reflector scatters polarized light from in front of the display through the liquid crystal film without depolarization so that the display can be viewed with ambient light scattered from the reflector 50. Alternatively, the reflector 50 may be omitted and the display may be illuminated by a backside light source as is well known in the industry.

この装置の操作においては、第1偏光板46の
前面上に衝突する周囲の光は板10の透明導電物
質上のこすり方向に偏光した光として板10を通
る。この偏光方向は第1図の矢印51により示さ
れている。第2偏光板48の偏光面は第1偏光板
46の偏光面に対して90°の角度であり、第1図
において矢印53によつて示される。従つて板1
0および12上の導電性物質膜間に電位がかけら
れていないと、偏光した光は液晶セルの前面を通
り、反射板50から散乱され、第2偏光板48、
液晶セルおよび第1偏光板46を再び通る。これ
らの環境の下で、デイスプレイが実質上全部白色
に見られる。
In operation of this device, ambient light impinging on the front surface of the first polarizer 46 passes through the plate 10 as polarized light in the direction of the rubbing on the transparent conductive material of the plate 10. This polarization direction is indicated by arrow 51 in FIG. The plane of polarization of the second polarizer 48 is at a 90° angle to the plane of polarization of the first polarizer 46 and is indicated by arrow 53 in FIG. Therefore, board 1
When no potential is applied between the conductive material films on 0 and 12, the polarized light passes through the front surface of the liquid crystal cell, is scattered from the reflector 50, and is reflected by the second polarizer 48,
It passes through the liquid crystal cell and the first polarizing plate 46 again. Under these circumstances, the display appears virtually all white.

さて、5ボルト程度またはそれ以上の電位が板
10および12上の導電性物質膜間にかけられる
と、第2偏光板48は電位がかけられている区域
では光をさえぎり、電位源に接続した付勢された
ストリツプは白色の地上で暗色に見える。付勢さ
れたストリツプに応じて1〜0の任意の数を見え
るようにすることができる。
Now, when a potential of the order of 5 volts or more is applied between the films of conductive material on plates 10 and 12, the second polarizer plate 48 blocks light in the area where the potential is applied and attaches a The applied strips appear dark on the white ground. Any number from 1 to 0 can be made visible depending on the energized strip.

いま記述した、この操作態様におけるように交
さした偏光板を備える代りに、平行な偏光板を備
えることも可能で、その場合には液晶層を通して
電位がかけられないときに光がさえぎられる。電
位がかけられると、白色の数字を黒い地の上に見
ることができる。
Instead of providing crossed polarizers as in this mode of operation just described, it is also possible to provide parallel polarizers, in which case the light is blocked when no potential is applied through the liquid crystal layer. When an electric potential is applied, white numbers can be seen on a black background.

上に説明したように、第1図に示すようなデイ
スプレイに使用される液晶は複屈折性のものであ
る。この作用は観覧する四分円に応じたパターン
を生ずることである。これは例えば第2図に説明
される。図において液晶セルは参照番号54によ
り示される。前部偏光板の偏光軸は参照番号56
により示される。α−数字デイスプレイ上の数字
は前部偏光板の表面に対して45°の角度で広い範
囲が見える場所58から見ると仮定し、さらに、
液晶セル(デイスプレイ)54がその中心点60
のまわりに回転すると仮定すると、わかりやすく
見える場所58と中心点60との間の線62が偏
光軸56に垂直である場合および平行である場合
にはα−数字デイスプレイ上の数字は例えば明瞭
に見えることに気付かれよう。しかしデイスプレ
イの四つの四分円のこれらの点の間では数字はぼ
やけてきて、ほとんど見えなくなり、最悪の条件
は偏光軸56に関して45°の角度であることであ
る。その結果、45°の位置での偏光軸56に対す
る視角αは通常20°より大きくない。
As explained above, the liquid crystals used in displays such as that shown in FIG. 1 are birefringent. The effect of this is to produce a pattern depending on the viewing quadrant. This is illustrated for example in FIG. In the figure, the liquid crystal cell is indicated by reference number 54. The polarization axis of the front polarizer is reference number 56
It is shown by. It is assumed that the numbers on the α-number display are viewed from a wide viewing location 58 at an angle of 45° to the surface of the front polarizer, and
The liquid crystal cell (display) 54 is at its center point 60
Assuming rotation about the Notice what you see. However, between these points in the four quadrants of the display the numbers become blurry and almost invisible, the worst case being at an angle of 45° with respect to the polarization axis 56. As a result, the viewing angle α with respect to the polarization axis 56 at the 45° position is typically not greater than 20°.

本発明によれば、上述の状態はデイスプレイが
オンの時に複屈折の垂直成分を補償
(compensate)することによつて軽減される。こ
のことは前部透明板10と第1偏光板46との間
に挿入される2枚の波長板64および66(第1
図参照)の使用によつて達成される。波長板64
および66は互に直交する遅い光軸をもち、一方
の軸は矢印68により示され、これは偏光板46
の偏光方向に平行で、他方の波長板64は遅い光
軸70をもち、この軸は第2偏光板48の偏光方
向に平行である。矢印68と70とはそれぞれの
透明な板10および12上の摩擦方向に平行であ
る。波長板64と66との各々の正味のリタデー
シヨンは液晶セルの正味のリタデーシヨンに等し
いか或はより小さい。このことは第2図に示した
視角を20°未満から少なくとも45°に増大させる効
果をもつ。この正味の効果の結果はるかに広い角
度に亘つて観覧できる表示が得られることであ
る。各波長板は一方の偏光板に平行で、他方に垂
直であるから、垂直入射光に対しては波長板の効
果はなく、視角については実質上増大した性能の
表示となす。
According to the present invention, the above-mentioned condition is alleviated by compensating for the vertical component of birefringence when the display is on. This means that the two wavelength plates 64 and 66 (the first
(see figure). Wave plate 64
and 66 have mutually orthogonal slow optical axes, one axis being indicated by arrow 68, which is connected to polarizer 46.
The other wave plate 64 has a slow optical axis 70 that is parallel to the polarization direction of the second polarizer 48 . Arrows 68 and 70 are parallel to the direction of friction on the respective transparent plates 10 and 12. The net retardation of each of wave plates 64 and 66 is less than or equal to the net retardation of the liquid crystal cell. This has the effect of increasing the viewing angle shown in FIG. 2 from less than 20° to at least 45°. The net effect is a display that can be viewed from a much wider angle. Since each wave plate is parallel to one polarizer and perpendicular to the other, there is no wave plate effect for normally incident light, resulting in a substantially increased performance display in terms of viewing angle.

波長板64および66は例えば波長板を造るた
めに市販のフイルムによつて使用されるような2
枚の配向プラスチツクフイルム(例えばポリビニ
ルアルコール)である。しかし波長板は比較的薄
いから、それらを前部偏光板(第1偏光板)46
に積層して、その一部として加工して例えばデイ
スプレイ装置の全体の厚さの変化を0.025mm(1
ミル)以下とすることができる。この目的に使用
できる材料は線形に配向しているポリビニルブチ
ロール、配向しているビニルアルコール、配向し
ているマイラー(デユポン社製、ポリエチレング
リコールテレフタレートフイルムの商品名)のよ
うなポリエステル、酢酸セルロースおよび酪酸セ
ルロースの配向したフイルム、配向したポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、またはフイルムに垂
直な偏光の方向の屈折率がフイルムの配向方向に
おける偏光の屈折率より小さい任意の配向したフ
イルムである。大抵の場合光学的に正の一軸フイ
ルムが使用される。しかしフイルムの配向が2軸
方向であるマイラーのような材料も液晶セルの偏
光板に対して適正に配向していれば使用できる。
補償効果は板に垂直な光学軸をもつように配向し
た負の光学符号をもつ材料を使用することによつ
ても得ることができる。
The waveplates 64 and 66 are, for example, two
A sheet of oriented plastic film (eg polyvinyl alcohol). However, since the wave plates are relatively thin, they are separated from the front polarizing plate (first polarizing plate) 46.
For example, by laminating it into layers and processing it as part of it, the change in overall thickness of a display device can be reduced to 0.025 mm (1 mm).
mill) or less. Materials that can be used for this purpose are linearly oriented polyvinyl butyrol, oriented vinyl alcohol, oriented polyesters such as mylar (manufactured by Dupont, trade name for polyethylene glycol terephthalate film), cellulose acetate, and An oriented film of cellulose butyrate, oriented polypropylene, polycarbonate, or any oriented film whose refractive index in the direction of polarized light perpendicular to the film is less than the refractive index of polarized light in the direction of orientation of the film. In most cases optically positive uniaxial films are used. However, materials such as Mylar, whose film is biaxially oriented, can also be used as long as they are properly oriented with respect to the polarizing plates of the liquid crystal cell.
A compensation effect can also be obtained by using a material with negative optical sign oriented with its optical axis perpendicular to the plate.

第1図の装置について上述した原理は線形配向
した(複屈折性の)液晶装置を使用する比較的広
角度な、高速度の第3図に示すモデユレータおよ
びデイスプレイ99を造るのに使用できる。ダツ
シユ付き(′)参照数字は第1図に対応する部分
を示すために第3図で使用した。もし第3図に示
す液晶セル100が導電性透明板10′,12′の
液晶対向表面101,102が平行に摩擦されて
いるように配向していると、セル100を比較的
厚く0.05〜0.075mm(2〜3ミル)程度に造るこ
とができ、板10′,12′間は配置されている液
晶の層104を横切つて電源103により高電圧
をかけることができる。この場合には表示装置の
厚さの重要性は小さいものとなり、電界の相互作
用は主として表面で働く。もし比較的大きい複屈
折率の液晶物質を使用すると、光変調器またはデ
イスプレイの有効厚さはあたかも液晶対向表面1
01,102におけるおよびその近くの液晶の相
互作用表面厚さだけのように働くから、従つて、
そのような有効表面は比較的薄いから液晶セルは
偏光を実質上色散乱なしに偏光を変化させること
ができる。また、光変調器またはデイスプレイの
応答が極めて迅速になり、10〜100マイクロ秒の
ような短時間に応答する。一示例の実施例では、
このことは板10′,12′の液晶対向表面10
1,102における、および液晶対向表面10
1,102の近くにおける液晶層の表面境界部間
の液晶物質層104の心部における少なくとも若
干の液晶を配向させるために、デイスプレイに固
定バイアスを印加できるから、光変調器またはデ
イスプレイの音声変調を容易に可能とし、任意の
変調手段を固定バイアスの上に重ねて液晶対向表
面における液晶の配向を決定もしくは変化させる
ことができる。主要な光学効果は液晶層104の
薄い表面層部分で得られるから動作は迅速、均一
で、実質上色散乱はみられない。ここに記載した
ような配向の効果は液晶セルの心部における印加
電界と大体平行である高誘電係数(これは液晶対
向表面に従つて液晶が配向している液晶表面部分
すなわち境界部における電圧を降下させる)によ
つて助勢される。電源103は上述したように液
晶セル100を動作すなわち駆動する任意の電
源、すなわち、一般に液晶層104の心部の液晶
の配向を維持するが表面における液晶の配向は上
述のようにスイツチ(切替える)ことができる任
意の電源であることができる。
The principles described above for the device of FIG. 1 can be used to create a relatively wide angle, high speed modulator and display 99, shown in FIG. 3, using a linearly oriented (birefringent) liquid crystal device. Dashed (') reference numerals have been used in FIG. 3 to indicate parts corresponding to FIG. If the liquid crystal cell 100 shown in FIG. 3 is oriented so that the liquid crystal facing surfaces 101 and 102 of the conductive transparent plates 10' and 12' are rubbed parallel to each other, the cell 100 will have a relatively thick thickness of 0.05 to 0.075. mm (2 to 3 mils), and a high voltage can be applied by a power supply 103 across a layer 104 of liquid crystal disposed between the plates 10' and 12'. In this case, the thickness of the display becomes less important and the electric field interaction acts mainly at the surface. If a relatively high birefringence liquid crystal material is used, the effective thickness of the light modulator or display will be as if the liquid crystal facing surface 1
Since only the interaction surface thickness of the liquid crystal at and near 01,102 acts as
Because such effective surfaces are relatively thin, the liquid crystal cell is able to change the polarization of light without substantially color scattering. Additionally, the response of the optical modulator or display becomes extremely rapid, responding in short periods of time, such as 10 to 100 microseconds. In one illustrative embodiment,
This means that the liquid crystal facing surface 10 of the plates 10' and 12'
1,102, and the liquid crystal facing surface 10
A fixed bias can be applied to the display to orient at least some of the liquid crystal in the core of the liquid crystal material layer 104 between the surface boundaries of the liquid crystal layer near the surface boundaries of the liquid crystal layer 102 near the light modulator or the audio modulation of the display. Any modulation means can be easily superimposed on the fixed bias to determine or change the orientation of the liquid crystal at the liquid crystal facing surface. Since the main optical effect is obtained in the thin surface layer of the liquid crystal layer 104, the operation is rapid, uniform, and virtually free of color scattering. The effect of alignment as described here is due to the high dielectric constant that is approximately parallel to the applied electric field at the core of the liquid crystal cell (this means that the voltage at the liquid crystal surface area or boundary where the liquid crystal is oriented according to the liquid crystal facing surfaces) is approximately parallel to the applied electric field. lowering). The power supply 103 is any power supply that operates or drives the liquid crystal cell 100 as described above, i.e., generally maintains the alignment of the liquid crystal in the core of the liquid crystal layer 104, but switches the orientation of the liquid crystal at the surface as described above. It can be any power source that can be used.

しかし前述の型の表示装置99は二つの欠点を
もつ。第1の欠点は、垂直に入射する光線にゼロ
次ではあり得ないことはできない(液晶対向表面
101,102における分子は印加された電圧に
関係なく導電性透明板の表面に対して決して垂直
ではあり得ないから)。
However, display device 99 of the type described above has two drawbacks. The first drawback is that a ray of light incident perpendicularly cannot be of zero order (the molecules at the liquid crystal facing surfaces 101, 102 are never perpendicular to the surface of the conductive transparent plate, regardless of the applied voltage). Because it's impossible).

第2の欠点は液晶セル表面に垂直なセルの心部
における複屈折率が比較的大きく、これは角度に
関して大きな位相のずれを生じ、これは非常に小
な孔すなわち観覧角度(すなわち第2図における
角度α)の装置を生ずる。この孔は上に説明した
補償原理を適用(すなわち波長板を使用)するこ
とによつて著しく拡大できる。こうしてネマチツ
ク液晶のリタデーシヨン(位相差)に等しい2枚
のリタデーシヨンプレート(波長板)64′,6
6′を該液晶セルの隣に、互に直角に、かつ前部
(第1)および後部(第2)偏光板46′,48′
にそれぞれ平行におくことによつて、非常に広角
度の、または大きな孔の、非常に迅速なシヤツタ
ーが得られる。この装置は例えばホトコンダク
タ、薄膜トランジスター、または多数の多くの類
似の装置により駆動することができ、非常に高速
度な動作を生ずる。大きな非直線性のために、こ
の装置はマルチプレツクス化に適応させることが
できる。
The second drawback is that the birefringence in the center of the cell perpendicular to the liquid crystal cell surface is relatively large, which results in a large phase shift with respect to angle, which is caused by a very small hole or viewing angle (i.e., yielding a device with an angle α) at . This hole can be significantly enlarged by applying the compensation principle described above (ie using a wave plate). In this way, two retardation plates (wavelength plates) 64', 6 equal to the retardation (phase difference) of the nematic liquid crystal are
6' next to the liquid crystal cell, at right angles to each other, and front (first) and rear (second) polarizing plates 46', 48'.
By placing them parallel to each other, a very wide-angle or large-aperture, very rapid shutter is obtained. This device can be driven, for example, by photoconductors, thin film transistors, or many similar devices, resulting in very high speed operation. Due to the large nonlinearity, this device can be adapted to multiplexing.

線形配向液晶装置に対する他の難点は上述のよ
うにゼロ次で働くことができないことである。こ
れは所望の平均駆動レベルでの液晶の複屈折が付
設した波長板のリタデーシヨン(位相差)に等し
いように、第3の波長板を使用することによつて
修正される。こうすることによつてデイスプレイ
を白色および黒色用に使用できる。第3の波長板
は液晶セルの導電性透明板10′,12′のこすり
方向10a,12aに対し直角に配向している。
一方、例えば第3図における透明板10′および
12′は偏光板に45°のこすり方向で配向してい
る。或はまた、第3波長板は例えば矢印51′に
平行に延びる遅い軸をもち、板10′および1
2′がそれらの頂部表面および底部表面に対して
45°の角度でこすられている。広角表示装置に対
する全システムは(第3図について)下記のよう
であることができる:前部偏光板(第1偏光板)
46′、2枚の波長板64′および66′(但し一
方の板66′は偏光板46′の偏光方向51′に平
行に配向した軸をもち、他方の波長板は矢印5
1′に垂直に配向している)、平均変調レベルに等
しいリタデーシヨン(位相差)をもち、矢印5
1′に対して45°で配向している第3波長板106
(第1図には示してないが第3図に示してある)、
偏光板46′に45°で配向し、第3位相板(第1図
には示してない)に直角に配向した液晶セルおよ
び偏光板46′に垂直に配向した第2偏光板。こ
の装置は上述したねじれたネマチツク装置よりも
高レベル(すなわちより高速度)でマルチプレツ
クス化できる。
Another drawback to linearly aligned liquid crystal devices is their inability to operate in zero order, as discussed above. This is corrected by using a third wave plate so that the birefringence of the liquid crystal at the desired average drive level is equal to the retardation of the attached wave plate. This allows the display to be used for white and black colors. The third wave plate is oriented perpendicular to the rubbing direction 10a, 12a of the conductive transparent plates 10', 12' of the liquid crystal cell.
On the other hand, for example, the transparent plates 10' and 12' in FIG. 3 are oriented in a rubbing direction of 45° to the polarizing plate. Alternatively, the third wave plate may have a slow axis running parallel to arrow 51', for example, with plates 10' and 1
2′ to their top and bottom surfaces.
It is rubbed at a 45° angle. The entire system for a wide-angle display can be as follows (referring to Figure 3): Front polarizer (first polarizer)
46', two wave plates 64' and 66', where one plate 66' has an axis oriented parallel to the polarization direction 51' of polarizer 46', and the other wave plate has an axis oriented parallel to the polarization direction 51' of polarizer 46'.
1'), with retardation equal to the average modulation level, and with arrow 5
a third wave plate 106 oriented at 45° to 1′;
(Not shown in Figure 1 but shown in Figure 3)
A liquid crystal cell oriented at 45 degrees to polarizer 46' and perpendicular to a third phase plate (not shown in FIG. 1) and a second polarizer oriented perpendicular to polarizer 46'. This device can be multiplexed to a higher level (ie, at a higher speed) than the twisted nematic device described above.

本発明を要約すれば下記のとおりである。 The present invention can be summarized as follows.

本発明は、複屈折性である液晶物質自体による
位相差による観覧作業の角度を改善した、色の散
乱が減少もしくは除かれ、均一性が改善されたネ
マチツク液晶光シヤツターもしくは変調器であつ
て、液晶物質自体は互に平行にこすられた平行な
板の間に大体線形に配向し、電界に応答して液晶
心部では前記平行な板に対する配向を維持し前記
板の表面近くでは液晶の配向を変えられ、搬送さ
れた偏光の方向は印加電圧、従つて表面における
液晶物質の配向により生ずる位相差の関数として
変化できる、ネマチツク液晶シヤツターもしくは
変調器に関する。
The present invention is a nematic liquid crystal light shutter or modulator with improved viewing angles due to phase differences due to the birefringent liquid crystal material itself, reduced or eliminated color scattering, and improved uniformity. The liquid crystal material itself is oriented roughly linearly between parallel plates rubbed parallel to each other, and in response to an electric field maintains its orientation with respect to said parallel plates in the liquid crystal core and changes its orientation near the surfaces of said plates. nematic liquid crystal shutters or modulators in which the direction of the transmitted polarized light can be varied as a function of the applied voltage and thus the phase difference caused by the orientation of the liquid crystal material at the surface.

以上この発明をある特定の実施例について示し
たが、本発明の精神および範囲を逸脱することな
く構成部材の形状および配列における改変ができ
ることは当業者には明らかであろう。この点につ
いて、波長板の性質は光の伝播方向とは無関係で
あるから、それらを液晶セルの後方ならびに前方
にも設置できることは明らかである。
Although the invention has been described with respect to certain specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made in the shape and arrangement of the components without departing from the spirit and scope of the invention. In this regard, since the nature of the wave plates is independent of the direction of light propagation, it is clear that they can be placed behind as well as in front of the liquid crystal cell.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は平行に配向されたネマチツクセル組織
に適用したときの本発明の実施例の装置の分解
図、第2図は本発明によつて修正される慣用の液
晶セルの軸外特性を説明する図、第3図は線形に
配向した液晶セル構造物を使用する本発明の実施
例の分解図である。図中、 10……透明板(板)、12……透明板(板)、
10a,10b,12a……こすり方向、14…
…ガスケツト、16,18,20,22……(透
明、導電性物質の)パツチ、24,26,28,
30……(透明、導電性物質の)ストリツプ、3
2,34……点、36……透明な導電性物質(ス
トリツプ)、40,42……水平部、44……
(ガスケツト14の)孔、46……第1偏光板
(前部偏光板)、48……第2偏光板(後部偏光
板)、50……反射板、51……偏光方向、53
……偏光方向、54……液晶セル、56……前部
偏光板偏光軸、58……視点、60……中心点、
64,64′,66,66′……波長板、99……
デイスプレイ、101,102……液晶対向表
面、103……電源、104……液晶物質の層。
FIG. 1 is an exploded view of the device of an embodiment of the present invention when applied to a parallel oriented nematic cell structure, and FIG. 2 illustrates the off-axis properties of a conventional liquid crystal cell as modified by the present invention. FIG. 3 is an exploded view of an embodiment of the invention using a linearly oriented liquid crystal cell structure. In the figure, 10...Transparent plate (plate), 12...Transparent plate (plate),
10a, 10b, 12a...rubbing direction, 14...
...Gasket, 16, 18, 20, 22...Patch (of transparent, conductive material), 24, 26, 28,
30...(transparent, conductive material) strip, 3
2, 34... point, 36... transparent conductive material (strip), 40, 42... horizontal part, 44...
Hole (of gasket 14), 46... First polarizing plate (front polarizing plate), 48... Second polarizing plate (rear polarizing plate), 50... Reflecting plate, 51... Polarizing direction, 53
... Polarization direction, 54 ... Liquid crystal cell, 56 ... Front polarizing plate polarization axis, 58 ... Viewpoint, 60 ... Center point,
64, 64', 66, 66'... Wave plate, 99...
Display, 101, 102...liquid crystal opposing surface, 103...power supply, 104...layer of liquid crystal material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液晶光制御装置において、該装置が、 正の誘電異方性をもつネマチツク液晶物質の層
と、 前記液晶物質の層を挟んで配置され該層を支持
する一対の大体平行な液晶対向表面であつて、該
液晶対向表面に隣接する液晶物質を配向させるた
めの一対の大体平行な液晶対向表面とを備え、 前記液晶物質の層は心部と表面境界部とを備
え、前記心部は前記表面境界部の間にあつて、該
表面境界部の各々はそれら各々の表面境界部と接
触した前記各液晶対向表面から前記心部に向かつ
て延び、 前記一方の液晶対向表面は、前記それぞれの表
面境界部における液晶物質を前記それぞれの液晶
対向表面に対してほぼ平行に配向させるように処
理され且つ該表面境界部における液晶物質と共働
するように動作可能であり、且つ前記一対の液晶
対向表面はそれぞれの表面境界部中の少なくとも
若干の液晶物質のほぼ線形の配向方向に並列に配
置され、該装置はさらに、 前記液晶物質の層の心部のリタデーシヨンを急
速に変えることなしに、電界の印加に応答して液
晶物質の層の主として表面境界部における液晶組
織の配向を変えることによつて該液晶物質の層の
リタデーシヨン特性をゼロ次方向に急速に変える
ための手段を備え、それによつて液晶物質の層の
光リタデーシヨン特性が該層の表面境界部の配向
に従つて変化する、液晶光制御装置。 2 正の誘電異方性をもつ液晶物質の層と該層を
支持するための該層を挟んで配置された2枚の大
体平行な液晶対向表面であつて、液晶物質を該液
晶対向表面に平行に配向するように処理された液
晶対向表面とを備えた光変調装置による偏光を制
御する方法において、該方法が (a) 前記液晶物質のそれぞれの第1表面境界部に
それぞれの前記液晶対向表面により1つの第1
平行配向を付与し、 (b) 前記第1表面境界部間の液晶物質の第2部分
を前記第1平行配向とは異なる方向に配向さ
せ、 (c) 前記それぞれの第1表面境界部に主として働
く電界を液晶物質の層に印加して液晶物質のそ
れぞれの第1表面境界部の配向を急速に変え、
それによつて液晶物質の層のリタデーシヨン特
性をゼロ次方向に変えることからなる、 光変調装置による偏光を制御する方法。
[Scope of Claims] 1. A liquid crystal light control device comprising: a layer of a nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy; and a pair of main bodies arranged to sandwich the layer of the liquid crystal material and supporting the layer. a pair of generally parallel liquid crystal facing surfaces for orienting a liquid crystal material adjacent to the liquid crystal facing surfaces, the layer of liquid crystal material having a core and a surface boundary; , the core is between the surface boundaries, each of the surface boundaries extending toward the core from each of the liquid crystal facing surfaces in contact with the respective surface boundaries, and the one liquid crystal facing the surfaces are treated and operable to cooperate with the liquid crystal material at the respective surface boundaries to orient the liquid crystal material at the respective surface boundaries substantially parallel to the respective liquid crystal facing surfaces; and the pair of liquid crystal opposing surfaces are arranged in parallel in a substantially linear alignment direction of at least some of the liquid crystal material in the respective surface boundaries, the apparatus further comprising: rapidly retardating the core of the layer of liquid crystal material; for rapidly changing the retardation properties of a layer of liquid crystal material in the zero-order direction by changing the orientation of the liquid crystal structure primarily at the surface boundaries of the layer of liquid crystal material in response to the application of an electric field without changing the retardation properties of the layer of liquid crystal material; A liquid crystal light control device comprising means by which the light retardation properties of a layer of liquid crystal material vary according to the orientation of the surface boundaries of the layer. 2. Two approximately parallel liquid crystal facing surfaces disposed with a layer of a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy and a layer for supporting the layer sandwiched therebetween, wherein the liquid crystal material is placed on the liquid crystal facing surfaces. a method for controlling polarization by a light modulating device comprising liquid crystal facing surfaces treated to align in parallel; one first by the surface
(b) orienting a second portion of the liquid crystal material between said first surface boundaries in a direction different from said first parallel orientation; applying a working electric field to the layer of liquid crystal material to rapidly change the orientation of each first surface boundary of the liquid crystal material;
A method of controlling the polarization of light by means of a light modulation device, which consists in thereby changing the retardation properties of a layer of liquid crystal material in the zero-order direction.
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