JP2001033842A - 液晶光ダイオードを用いた光演算素子の製造方法 - Google Patents
液晶光ダイオードを用いた光演算素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高速度応答を持ち、連続階調応答を示し、かつ
電気光学応答が印加電圧の極性に対し非対称となるよう
な液晶光ダイオード素子を製造する。液晶光ダイオード
を二層に積層し、Ｖ字型電気光学応答を示す素子、およ
び光論理素子の製造する。 【解決の手段】強誘電性液晶（ＦＬＣ）セルに光重合性
液晶モノマーを数％添加し、電圧を印加しながら紫外光
照射をすることにより側鎖型液晶高分子によりＦＬＣを
安定化する。この際、印加電圧を４Ｖから１５Ｖへと高
くする、紫外光照射時間を長くする、およびパルス的に
電圧を印加し、それと同期して紫外光を照射する等の方
法をとることによって、非対称性の液晶光ダイオード素
子を製造する。さらに、特に選んだ液晶光ダイオードを
組み合わせて二層に積層することにより光論理素子（ゲ
ート）を作製することができる。
電気光学応答が印加電圧の極性に対し非対称となるよう
な液晶光ダイオード素子を製造する。液晶光ダイオード
を二層に積層し、Ｖ字型電気光学応答を示す素子、およ
び光論理素子の製造する。 【解決の手段】強誘電性液晶（ＦＬＣ）セルに光重合性
液晶モノマーを数％添加し、電圧を印加しながら紫外光
照射をすることにより側鎖型液晶高分子によりＦＬＣを
安定化する。この際、印加電圧を４Ｖから１５Ｖへと高
くする、紫外光照射時間を長くする、およびパルス的に
電圧を印加し、それと同期して紫外光を照射する等の方
法をとることによって、非対称性の液晶光ダイオード素
子を製造する。さらに、特に選んだ液晶光ダイオードを
組み合わせて二層に積層することにより光論理素子（ゲ
ート）を作製することができる。
Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】本発明は高分子安定強誘電性
液晶電気光学素子およびそれらを用いた液晶光演算素子
の製造方法に関する。とくに高分子安定強誘電性素子に
おいて光透過率または反射率が印加電圧の極性に著しく
依存して電気光学特性における非対称をとくに強くした
素子を「液晶光ダイオード」と呼び、このような素子の
製造方法および二枚の液晶光ダイオードを重ねて用いる
ことにより行うことができる対称的Ｖ字型電気光学素
子、さらに液晶光ダイオードを二層構造として用いた光
論理素子の製造方法に関する。
液晶電気光学素子およびそれらを用いた液晶光演算素子
の製造方法に関する。とくに高分子安定強誘電性素子に
おいて光透過率または反射率が印加電圧の極性に著しく
依存して電気光学特性における非対称をとくに強くした
素子を「液晶光ダイオード」と呼び、このような素子の
製造方法および二枚の液晶光ダイオードを重ねて用いる
ことにより行うことができる対称的Ｖ字型電気光学素
子、さらに液晶光ダイオードを二層構造として用いた光
論理素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来知られている強誘電性液晶電気光学
素子は（１）双安定型であり、また（２）ドメインスウ
ィッチング型であるため空間的に連続な中間表示はでき
ない。また反強誘電性液晶は二重ヒステリシスを示し電
気駆動が複雑になり、かつ反強誘電性液晶では高いコン
トラスト比を得るための界面配向技術が確立されていな
い。さらに反強誘電性液晶の研究から派生した（ねじれ
たスメクティックＣ＊と解釈されている）Ｖ字型特性素
子は連続中間調を示すが、電圧除去時の時定数が大きい
（数値的には数ミリ秒〜数１０ミリ秒）、また反強誘電
性液晶やＶ字型特性を示す自発分極型の液晶物質は自発
分極がＰｓ〜２００ｎＣ／ｃｍ２位と大きく高速スウィ
ッチしたとき、たとえばゲートパルス幅２〜５マイクロ
秒のＴＦＴなどで充分スウィッチができない。一方、光
論理素子については、双安定型の強誘電性液晶セルの二
層構造の素子は発表されている（Ｙ．Ｇ．Ｊｉｎ，Ｔ．
Ｙａｍａｚａｋｉ，Ｍ．Ｉｔｏｈ，Ｙ．Ｉｉｍｕｒａ，
ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ：“Ｏｐｔｉｍｉｚａ
ｔｉｏｎ ｏｆ ＥＯ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｈａｌｆ−
ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＦＬＣＤ”Ｐｒｏｃ．Ｊａｐａｎ
Ｄｉｓｐｌａｙ ’９２，Ｏｃｔ．，Ｈｉｒｏｓｈｉ
ｍａ，ｐｐ．１６３−１６５，（１９９２））。しかし
この発表ではすべての論理演算動作にはふれていなく、
ただ１／４波長板としての作用に限定されている。そし
て、この場合素子は双安定であるため光情報処理能力は
極めて限定されていて、論理としてはＡＮＤまたはＮＡ
ＮＤのみである。そして、また連続中間調が出せないた
め多値論理対応もできない。また一方、高分子安定強誘
電性液晶素子に関しては弱い非対称性を示すＳ字状型の
素子の製造方法はすでに知られている（Ｈ．Ｆｕｒｕ
ｅ，Ｔ．Ｍｉｙａｍａ，Ｙ．Ｉｉｍｕｒａ，Ｈ．Ｈａｓ
ｅｂｅ，Ｈ．Ｔａｋａｔｓｕ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙ
ａｓｈｉ：“Ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓ
ｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｆｃｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌ
ｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ”Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３６，Ｐｔ．２，ｐ
ｐ．Ｌ１５１７−Ｌ１５１９（１９９７）および特願平
１０−１２６３７３）。
素子は（１）双安定型であり、また（２）ドメインスウ
ィッチング型であるため空間的に連続な中間表示はでき
ない。また反強誘電性液晶は二重ヒステリシスを示し電
気駆動が複雑になり、かつ反強誘電性液晶では高いコン
トラスト比を得るための界面配向技術が確立されていな
い。さらに反強誘電性液晶の研究から派生した（ねじれ
たスメクティックＣ＊と解釈されている）Ｖ字型特性素
子は連続中間調を示すが、電圧除去時の時定数が大きい
（数値的には数ミリ秒〜数１０ミリ秒）、また反強誘電
性液晶やＶ字型特性を示す自発分極型の液晶物質は自発
分極がＰｓ〜２００ｎＣ／ｃｍ２位と大きく高速スウィ
ッチしたとき、たとえばゲートパルス幅２〜５マイクロ
秒のＴＦＴなどで充分スウィッチができない。一方、光
論理素子については、双安定型の強誘電性液晶セルの二
層構造の素子は発表されている（Ｙ．Ｇ．Ｊｉｎ，Ｔ．
Ｙａｍａｚａｋｉ，Ｍ．Ｉｔｏｈ，Ｙ．Ｉｉｍｕｒａ，
ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ：“Ｏｐｔｉｍｉｚａ
ｔｉｏｎ ｏｆ ＥＯ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｈａｌｆ−
ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＦＬＣＤ”Ｐｒｏｃ．Ｊａｐａｎ
Ｄｉｓｐｌａｙ ’９２，Ｏｃｔ．，Ｈｉｒｏｓｈｉ
ｍａ，ｐｐ．１６３−１６５，（１９９２））。しかし
この発表ではすべての論理演算動作にはふれていなく、
ただ１／４波長板としての作用に限定されている。そし
て、この場合素子は双安定であるため光情報処理能力は
極めて限定されていて、論理としてはＡＮＤまたはＮＡ
ＮＤのみである。そして、また連続中間調が出せないた
め多値論理対応もできない。また一方、高分子安定強誘
電性液晶素子に関しては弱い非対称性を示すＳ字状型の
素子の製造方法はすでに知られている（Ｈ．Ｆｕｒｕ
ｅ，Ｔ．Ｍｉｙａｍａ，Ｙ．Ｉｉｍｕｒａ，Ｈ．Ｈａｓ
ｅｂｅ，Ｈ．Ｔａｋａｔｓｕ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙ
ａｓｈｉ：“Ｍｅｓｏｇｅｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓ
ｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｆｃｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌ
ｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ”Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３６，Ｐｔ．２，ｐ
ｐ．Ｌ１５１７−Ｌ１５１９（１９９７）および特願平
１０−１２６３７３）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】請求項１〜５に記載す
る液晶電気光学素子において非対称性を強くし液晶光ダ
イオードと呼べるような素子を製造する。請求項６〜１
０に記載する対称的なＶ字型電気光学素子および光論理
素子の製造。
る液晶電気光学素子において非対称性を強くし液晶光ダ
イオードと呼べるような素子を製造する。請求項６〜１
０に記載する対称的なＶ字型電気光学素子および光論理
素子の製造。
【０００４】
上にのり、その上をスウイッチング過程で動く。円錐を
基板に投写すると図１（ロ）に示す三角形２Ｂとなる。
θ０はチルト角３で物質固有の量である。また、θｍは
高分子安定化によるメモリ角４である。分子のふれ角φ
５とする。直交偏光板の偏光子Ｐ６Ａをｂに平行すると
セルの光透過率の強さＩは、 で表される。ここにΔｎ、ｄ、λはそれぞれ複屈折率、
液晶層の厚さおよび光の波長である。また６Ｂは検光子
である。 図２に示すようなセル透過率曲線７となる。高分子安定
化時の印加電圧の符号を変えることにより図１（ロ）の
ｂまたはｂ’の角度となるように安定化できる。図２は
図１（ロ）のｂで安定化したときの電気光学特性であ
る。この場合−側で若干の光漏れが生じている。このよ
うな光の漏れが小さく図３のように非対称を強くした特
性曲線８を得ることが課題である。そのためには、強誘
電性液晶分子の高分子安定状態を図１（ロ）のｂをａま
たはｂ’をａ’にする必要がある。その方法として、 １）図４のように高分子硬化時において直流印加電圧Ｖ
ｓを高くする。印加電圧を４Ｖ→１０Ｖ→１５Ｖとする
と特性は９→１０→１１と改善される。この際液晶分子
の電界印加による尖化を防ぐためには双極性パルス電圧
を印加し、それらパルスが＋または−の一方の電圧とな
るときに同期して紫外光を照射する。 ２）液晶が尖化しない範囲で紫外光の照射強度を増し、
また照射時間を長くする。 ３）高分子安定化前に液晶にＡＣ電圧を印加してあらか
じめブックシエルフ構造に近づけておいた液晶（たとえ
ば、Ｈ．Ｓｕｅｎａｇａ，Ｓ．Ｍａｅｄａ，Ｔ．Ｉｉｊ
ｉｍａ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ：“ＡＣ Ｆ
ｉｅｌｄ ａｎｄ Ｆｒｅｇｕｅｎｃｙ−Ｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄ ＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃＳｗｉｔｃｈｉｎ
ｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ Ｔｙｐｅ
Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙ
ｓｔａｌ”Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓ
ｔ．，１４４，１９９−１９８（１９８６））を用い
る。 ４）ブックシエルフ構造を持つ強誘電性材料（たとえ
ば、Ａ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙ
ａｓｈｉ：“Ｎａｐｈｔａｌｅｎｃｅ ＢａｓｅＦｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ
ａｎｄ Ｉｔｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃ
ｒｙｓｔ．２４３，７７−９０（１９９４））を用いる
などの方法がある。 上記のようにして製造された液晶光ダイオードを二層構
造にして用いることにより光論理素子（ゲート）を製造
する。先ず二層型素子を構成する前に、図５の（イ）お
よび（ロ）に示すように二種類の液晶光ダイオードタイ
プＡ，１２とタイプＢ，１３を作製する。Ａはたとえば
光硬化時に＋の直流電圧を、またＢは−の直流電圧を印
加することにより作製する。つぎに、図６に示すように
上セル，１４と下セル，１５を重ねて二層型セルとし、
偏光板、ＰＡ，１６；ＰＢ，１７；ＰＣ，１８を用い
る。液晶光ダイオードのタイプＡとＢの組合せにより、
二層型素子はタイプＩ〜Ｖ（１９〜２３）の５種類の形
が可能である。これらＩ〜Ｖの形の光演算素子を用いた
演算の結果を表１にまとめて示す。表１で上セル＋、下
セル＋の組合せは上セルに＋の入力電圧、下セルにも＋
の入力電圧の印加を示す。同様に上セル−，下セル＋は
上セルに−、下セルに＋の入力電圧印加を意味する。理
論的にはタイプＩ−ＩＶの光論理素子において、実効的
なセルの枚数が一枚の時、透過率Ｔは 実効的なセルの枚数が二枚の時、透過率Ｔは また、タイプＶの光論理素子においては透過率Ｔは となることが光学理論から導かれる。さらにまた、図６
のＩＩＩまたはＩＶの配置（または図７の配置）にする
ことにより図８に示す様な対称的なＶ字特性２４を持た
せることができる。この配置の素子は表示素子としても
有効に用いることができる。
基板に投写すると図１（ロ）に示す三角形２Ｂとなる。
θ０はチルト角３で物質固有の量である。また、θｍは
高分子安定化によるメモリ角４である。分子のふれ角φ
５とする。直交偏光板の偏光子Ｐ６Ａをｂに平行すると
セルの光透過率の強さＩは、 で表される。ここにΔｎ、ｄ、λはそれぞれ複屈折率、
液晶層の厚さおよび光の波長である。また６Ｂは検光子
である。 図２に示すようなセル透過率曲線７となる。高分子安定
化時の印加電圧の符号を変えることにより図１（ロ）の
ｂまたはｂ’の角度となるように安定化できる。図２は
図１（ロ）のｂで安定化したときの電気光学特性であ
る。この場合−側で若干の光漏れが生じている。このよ
うな光の漏れが小さく図３のように非対称を強くした特
性曲線８を得ることが課題である。そのためには、強誘
電性液晶分子の高分子安定状態を図１（ロ）のｂをａま
たはｂ’をａ’にする必要がある。その方法として、 １）図４のように高分子硬化時において直流印加電圧Ｖ
ｓを高くする。印加電圧を４Ｖ→１０Ｖ→１５Ｖとする
と特性は９→１０→１１と改善される。この際液晶分子
の電界印加による尖化を防ぐためには双極性パルス電圧
を印加し、それらパルスが＋または−の一方の電圧とな
るときに同期して紫外光を照射する。 ２）液晶が尖化しない範囲で紫外光の照射強度を増し、
また照射時間を長くする。 ３）高分子安定化前に液晶にＡＣ電圧を印加してあらか
じめブックシエルフ構造に近づけておいた液晶（たとえ
ば、Ｈ．Ｓｕｅｎａｇａ，Ｓ．Ｍａｅｄａ，Ｔ．Ｉｉｊ
ｉｍａ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ：“ＡＣ Ｆ
ｉｅｌｄ ａｎｄ Ｆｒｅｇｕｅｎｃｙ−Ｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄ ＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃＳｗｉｔｃｈｉｎ
ｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ Ｔｙｐｅ
Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙ
ｓｔａｌ”Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓ
ｔ．，１４４，１９９−１９８（１９８６））を用い
る。 ４）ブックシエルフ構造を持つ強誘電性材料（たとえ
ば、Ａ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ ａｎｄ Ｓ．Ｋｏｂａｙ
ａｓｈｉ：“Ｎａｐｈｔａｌｅｎｃｅ ＢａｓｅＦｅｒ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ
ａｎｄ Ｉｔｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃ
ｒｙｓｔ．２４３，７７−９０（１９９４））を用いる
などの方法がある。 上記のようにして製造された液晶光ダイオードを二層構
造にして用いることにより光論理素子（ゲート）を製造
する。先ず二層型素子を構成する前に、図５の（イ）お
よび（ロ）に示すように二種類の液晶光ダイオードタイ
プＡ，１２とタイプＢ，１３を作製する。Ａはたとえば
光硬化時に＋の直流電圧を、またＢは−の直流電圧を印
加することにより作製する。つぎに、図６に示すように
上セル，１４と下セル，１５を重ねて二層型セルとし、
偏光板、ＰＡ，１６；ＰＢ，１７；ＰＣ，１８を用い
る。液晶光ダイオードのタイプＡとＢの組合せにより、
二層型素子はタイプＩ〜Ｖ（１９〜２３）の５種類の形
が可能である。これらＩ〜Ｖの形の光演算素子を用いた
演算の結果を表１にまとめて示す。表１で上セル＋、下
セル＋の組合せは上セルに＋の入力電圧、下セルにも＋
の入力電圧の印加を示す。同様に上セル−，下セル＋は
上セルに−、下セルに＋の入力電圧印加を意味する。理
論的にはタイプＩ−ＩＶの光論理素子において、実効的
なセルの枚数が一枚の時、透過率Ｔは 実効的なセルの枚数が二枚の時、透過率Ｔは また、タイプＶの光論理素子においては透過率Ｔは となることが光学理論から導かれる。さらにまた、図６
のＩＩＩまたはＩＶの配置（または図７の配置）にする
ことにより図８に示す様な対称的なＶ字特性２４を持た
せることができる。この配置の素子は表示素子としても
有効に用いることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明は高分子安定強誘電性液晶
電気光学素子において、印加電圧の極性に対して著しい
非対称を持たせた液晶光ダイオードを二層構造として用
いた素子を光論理素子および対称性特性の素子として用
いるための製造方法に関するものである。
電気光学素子において、印加電圧の極性に対して著しい
非対称を持たせた液晶光ダイオードを二層構造として用
いた素子を光論理素子および対称性特性の素子として用
いるための製造方法に関するものである。
【０００６】以下、まずはじめに具体的な液晶光ダイオ
ードの製造方法に沿って説明する。そして、つぎに二層
構造素子の製造方法を説明する。
ードの製造方法に沿って説明する。そして、つぎに二層
構造素子の製造方法を説明する。
【０００７】（実施例１−液晶光ダイオードの製造）図
９に示すように一対のガラス基板２５，２６を用意し、
夫々の基板表面に所定パターンのＩＴＯ透明電極２７，
２８を形成した。ここでは、下側のガラス基板２５上に
形成した透明電極層２７を直線状の複数のストライプパ
ターンとし、上側のガラス基板２６の透明電極層２８を
前記透明電極層２７と直交する複数のストライプパター
ンとしてマトリクスを形成する。基本的な動作確認等の
ためにはマトリクスとしなくてもよく、任意のパターン
でも良い。ＩＴＯ透明電極２７，２８の上に図示しない
配向膜を形成した。配向膜としては日産化学工業製のＲ
Ｎ−１１９９を用い、パラレル配向となるようにラビン
グを施した。図９においては、基板２５および基板２６
の両基板とも図面左側から右側に向かってラビング処理
を実施している。両基板２５，２６をＩＴＯ透明電極２
７，２８が対向するように配置し、そのギャップが約２
ミクロンとなるように制御した状態で液晶層２９を液体
相状態で注入し、シール剤３０にて完全に封止して液晶
セル３１を形成した。また各々のピクセルはａ−ｓｉま
たはｐ−ｓｉを用いてＴＦＴを配置している。基本的動
作確認は市販のＦＥＴを用いて駆動することができる。
９に示すように一対のガラス基板２５，２６を用意し、
夫々の基板表面に所定パターンのＩＴＯ透明電極２７，
２８を形成した。ここでは、下側のガラス基板２５上に
形成した透明電極層２７を直線状の複数のストライプパ
ターンとし、上側のガラス基板２６の透明電極層２８を
前記透明電極層２７と直交する複数のストライプパター
ンとしてマトリクスを形成する。基本的な動作確認等の
ためにはマトリクスとしなくてもよく、任意のパターン
でも良い。ＩＴＯ透明電極２７，２８の上に図示しない
配向膜を形成した。配向膜としては日産化学工業製のＲ
Ｎ−１１９９を用い、パラレル配向となるようにラビン
グを施した。図９においては、基板２５および基板２６
の両基板とも図面左側から右側に向かってラビング処理
を実施している。両基板２５，２６をＩＴＯ透明電極２
７，２８が対向するように配置し、そのギャップが約２
ミクロンとなるように制御した状態で液晶層２９を液体
相状態で注入し、シール剤３０にて完全に封止して液晶
セル３１を形成した。また各々のピクセルはａ−ｓｉま
たはｐ−ｓｉを用いてＴＦＴを配置している。基本的動
作確認は市販のＦＥＴを用いて駆動することができる。
【０００８】液晶層２９は、強誘電性液晶としてＨｏｅ
ｃｈｓｔ社製のＺＬＩ−４８５１−１００を用い、該強
誘電性液晶に対して光硬化性液晶を２重量％添加した。
光硬化性液晶には大日本インキ化学工業社製ＵＣＬ−０
０１を用いた、またそれに対して１重量％のフォトイニ
シエータ（光開始剤）が添加してある。
ｃｈｓｔ社製のＺＬＩ−４８５１−１００を用い、該強
誘電性液晶に対して光硬化性液晶を２重量％添加した。
光硬化性液晶には大日本インキ化学工業社製ＵＣＬ−０
０１を用いた、またそれに対して１重量％のフォトイニ
シエータ（光開始剤）が添加してある。
【０００９】次に、上記のようにして製造した液晶セル
３１をスメクティックＣ＊相に保ちながら該セルに直流
電圧１５Ｖを印加した状態のまま、紫外線を照射して光
硬化性液晶を硬化させて、いわゆる高分子安定化強誘電
性液晶の液晶セル３１を作成した。なお、このとき用い
た紫外線は、波長３６５ｎｍの光線をエネルギー密度６
０ｍＪ／ｃｍ２で照射している。
３１をスメクティックＣ＊相に保ちながら該セルに直流
電圧１５Ｖを印加した状態のまま、紫外線を照射して光
硬化性液晶を硬化させて、いわゆる高分子安定化強誘電
性液晶の液晶セル３１を作成した。なお、このとき用い
た紫外線は、波長３６５ｎｍの光線をエネルギー密度６
０ｍＪ／ｃｍ２で照射している。
【００１０】また、該高分子安定化強誘電性液晶セル３
１を偏光顕微鏡にて観察したところ、ジグザグ欠陥等の
配向不良のないＣ−２一様配向層構造をもつシェブロン
配向を示していた。
１を偏光顕微鏡にて観察したところ、ジグザグ欠陥等の
配向不良のないＣ−２一様配向層構造をもつシェブロン
配向を示していた。
【００１１】続いて強誘電性液晶のダイレクタ方向と偏
光軸が平行となるようにして偏光フィルムからなる偏光
層３２および偏光層３３を配置し、他方の偏光層の偏光
軸をこれと直交するように配置して液晶電気光学素子３
４とした。
光軸が平行となるようにして偏光フィルムからなる偏光
層３２および偏光層３３を配置し、他方の偏光層の偏光
軸をこれと直交するように配置して液晶電気光学素子３
４とした。
【００１２】この液晶電気光学素子３４について電圧
（Ｖ）対光透過率特性を求めたところ、従来の強誘電性
液晶とは異なり、図２、３、４に示すような印加電圧に
より液晶電気光学素予３４の透過光量Ｔを容易にかつ連
続的制御できることが判った。また得られた電気光学特
性は非対称的であった。また得られたコントラスト比の
最良値は２３０：１であった。そこにおいて、光硬化時
に印加する電圧Ｖｓの値に特性がいかに依存するかは図
４に示す通りである。また擬似ブックシエルフ構造を持
たせて処理することで図３にほど近い特性が得られた。
そこで、０Ｖから４Ｖの電圧を用いて８階調の制御を行
ったところ、応答速度は階調間でも１００マイクロ秒〜
２００マイクロ秒の範囲であり、階調を設けない場合は
立上り４０マイクロ秒、立下り２００マイクロ秒程度で
あった。
（Ｖ）対光透過率特性を求めたところ、従来の強誘電性
液晶とは異なり、図２、３、４に示すような印加電圧に
より液晶電気光学素予３４の透過光量Ｔを容易にかつ連
続的制御できることが判った。また得られた電気光学特
性は非対称的であった。また得られたコントラスト比の
最良値は２３０：１であった。そこにおいて、光硬化時
に印加する電圧Ｖｓの値に特性がいかに依存するかは図
４に示す通りである。また擬似ブックシエルフ構造を持
たせて処理することで図３にほど近い特性が得られた。
そこで、０Ｖから４Ｖの電圧を用いて８階調の制御を行
ったところ、応答速度は階調間でも１００マイクロ秒〜
２００マイクロ秒の範囲であり、階調を設けない場合は
立上り４０マイクロ秒、立下り２００マイクロ秒程度で
あった。
【００１３】（実施例２）光硬化の照射量は好ましくは
４０〜１５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間は好ましくは３０
秒〜１分３０秒であった。
４０〜１５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間は好ましくは３０
秒〜１分３０秒であった。
【００１４】（実施例３）強誘電性液晶に対する光硬化
性液晶の添加量を変更した液晶層２９とした以外は、実
施例１と同一条件にて液晶セル３１を作成して、液晶素
子３４を作製した。光硬化性液晶の添加量を４重量％よ
り多く添加した場合には、液晶層２９のネマティック−
スメクティックもしくはアイソトロピック−スメクティ
ック相転移温度が低くなる傾向があった。よって、材料
により異なるが相転移温度の変化量の少ない１０重量％
以下の添加量が好ましいものと思われる。また、光硬化
性液晶の添加量が少なすぎる場合には配向の安定性が悪
くなる。これは、光硬化性液晶がポリマー化することに
より生じるポリマー鎖、特に側鎖の密度が不十分なため
に配向性が不安定になったものと考えられる。従って
０．１〜４重量％程度が適当で、さらに好ましくは１〜
２重量％とすると、液晶層の相移転温度の変化も殆どな
く、安定した配向を示した。
性液晶の添加量を変更した液晶層２９とした以外は、実
施例１と同一条件にて液晶セル３１を作成して、液晶素
子３４を作製した。光硬化性液晶の添加量を４重量％よ
り多く添加した場合には、液晶層２９のネマティック−
スメクティックもしくはアイソトロピック−スメクティ
ック相転移温度が低くなる傾向があった。よって、材料
により異なるが相転移温度の変化量の少ない１０重量％
以下の添加量が好ましいものと思われる。また、光硬化
性液晶の添加量が少なすぎる場合には配向の安定性が悪
くなる。これは、光硬化性液晶がポリマー化することに
より生じるポリマー鎖、特に側鎖の密度が不十分なため
に配向性が不安定になったものと考えられる。従って
０．１〜４重量％程度が適当で、さらに好ましくは１〜
２重量％とすると、液晶層の相移転温度の変化も殆どな
く、安定した配向を示した。
【００１５】（実施例４）Ｖ字型対称特性を示す二層セ
ルの構造を図７に示す、また用いた上セルおよび下セル
も図７に示す。実施例のテストはＴＦＴなしの１ピクセ
ルで行った。得られた特性を図８に示す。良好なＶ字型
対称特性が得られた。またＦＥＴを用いて駆動したとき
ゲートパルス幅を狭くして行き、その下限３マイクロ秒
でもスウイッチングができた。
ルの構造を図７に示す、また用いた上セルおよび下セル
も図７に示す。実施例のテストはＴＦＴなしの１ピクセ
ルで行った。得られた特性を図８に示す。良好なＶ字型
対称特性が得られた。またＦＥＴを用いて駆動したとき
ゲートパルス幅を狭くして行き、その下限３マイクロ秒
でもスウイッチングができた。
【００１６】（実施例５）液晶論理回路として図６に示
すＩ〜Ｖの構成をもつ二層型光演算素子を作製し、各上
セルおよび下セルにパルス幅１ミリ秒、±４Ｖのパルス
入力電圧を印加した。この電圧により個々のセルにおけ
る振れ角度φは０度と｜４５｜度で変化する。図１０に
本実施例により得られるセル透過光の波長依存性を示
す。Δｎ＝０．１５、ｄ＝２．５マイクロメータのセル
を用いた場合である。可視域において領域Ｉは光波長が
４２８．６ナノメータ以下、領域ＩＩは４２８．６〜５
００ナノメータ、領域ＩＩＩは５００〜６００ナノメー
タ、そして領域ＩＶは６００ナノメータ以上の領域であ
る。これらの領域の光を用いることにより、それぞれ異
なった演算素子として機能する。ただし、この例ではＨ
状態とＬ状態の境界は最大透過率を１とした場合におけ
る０．５の位置とした。このような諸条件で、演算素子
として用いた場合に確認された動作を表１に示す。また
ＦＥＴで素子を駆動したところゲートパルス幅を狭くし
ていき、その下限３マイクロ秒以下でも動作させること
ができた。Ｖ字型電気光学特性を示す自発分極型の強誘
電性液晶は連続階調は示すが自発分極が大きくＰｓ〜２
００ｎＣ／ｃｍ２である。そのため外部スウィッチング
素子による高速スウィッチングができない。それに対し
て本発明の方法ではＰｓ〜１０−２０ｎＣ／ｃｍ２と小
さくとも中間調を示しかつスウィッチング素子で高速ス
ウイッチングが可能となる。
すＩ〜Ｖの構成をもつ二層型光演算素子を作製し、各上
セルおよび下セルにパルス幅１ミリ秒、±４Ｖのパルス
入力電圧を印加した。この電圧により個々のセルにおけ
る振れ角度φは０度と｜４５｜度で変化する。図１０に
本実施例により得られるセル透過光の波長依存性を示
す。Δｎ＝０．１５、ｄ＝２．５マイクロメータのセル
を用いた場合である。可視域において領域Ｉは光波長が
４２８．６ナノメータ以下、領域ＩＩは４２８．６〜５
００ナノメータ、領域ＩＩＩは５００〜６００ナノメー
タ、そして領域ＩＶは６００ナノメータ以上の領域であ
る。これらの領域の光を用いることにより、それぞれ異
なった演算素子として機能する。ただし、この例ではＨ
状態とＬ状態の境界は最大透過率を１とした場合におけ
る０．５の位置とした。このような諸条件で、演算素子
として用いた場合に確認された動作を表１に示す。また
ＦＥＴで素子を駆動したところゲートパルス幅を狭くし
ていき、その下限３マイクロ秒以下でも動作させること
ができた。Ｖ字型電気光学特性を示す自発分極型の強誘
電性液晶は連続階調は示すが自発分極が大きくＰｓ〜２
００ｎＣ／ｃｍ２である。そのため外部スウィッチング
素子による高速スウィッチングができない。それに対し
て本発明の方法ではＰｓ〜１０−２０ｎＣ／ｃｍ２と小
さくとも中間調を示しかつスウィッチング素子で高速ス
ウイッチングが可能となる。
【００１７】
【発明効果】本発明は、以上説明したような形態で実施
され、以下に記すような効果を奏する。
され、以下に記すような効果を奏する。
【００１８】高速度応答（時定数４０マイクロ秒〜数１
００マイクロ秒）、高コントラスト比（２３０：１）、
単安定で中間調特性可能、印加電圧の極性に対する強い
非対称性を示す電気光学素子（これを液晶光ダイオード
と呼ぶ）の製造が可能である。
００マイクロ秒）、高コントラスト比（２３０：１）、
単安定で中間調特性可能、印加電圧の極性に対する強い
非対称性を示す電気光学素子（これを液晶光ダイオード
と呼ぶ）の製造が可能である。
【００１９】液晶光ダイオードのマトリクスをＦＥＴ
（ＴＦＴ）を用いて電気的に駆動する際、単色で４８０
０（＝１６００×３）（Ｈ）×１２００（Ｖ）［ＳＸＧ
Ａ］ピクセルのマトリクスをフレーム周期６０Ｈｚのマ
トリクス型電気光学パネルとして動作させるときゲート
電圧パルス幅は１３．９マイクロ秒となる。このような
ゲート電圧パルス幅に対しても本発明の本実施例ではス
ウィッチング可能である。
（ＴＦＴ）を用いて電気的に駆動する際、単色で４８０
０（＝１６００×３）（Ｈ）×１２００（Ｖ）［ＳＸＧ
Ａ］ピクセルのマトリクスをフレーム周期６０Ｈｚのマ
トリクス型電気光学パネルとして動作させるときゲート
電圧パルス幅は１３．９マイクロ秒となる。このような
ゲート電圧パルス幅に対しても本発明の本実施例ではス
ウィッチング可能である。
【００２０】液晶光ダイオードの特性を選びそれらを二
層に重ねて組合せることにより、印加電圧に対して対称
的特性を示す電気光学素子が実現できる。この素子は高
速、高コントラストの画像表示にも用いることができ
る。
層に重ねて組合せることにより、印加電圧に対して対称
的特性を示す電気光学素子が実現できる。この素子は高
速、高コントラストの画像表示にも用いることができ
る。
【００２１】液晶光ダイオードの特性を選びそれらを特
別に組合せた二層型電気光学素子として用いることによ
り、５種類の光論理（光ゲート）素子を構成できる。こ
れら素子を用いて高速、高コントラスト、マトリクス
型、および多値論理可能な光論理素子を構成できる。光
論理としてはＡＮＤ、ＮＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＲ、ＸＯ
Ｒ、ＸＮＯＲのすべての二値の論理演算が可能である。
別に組合せた二層型電気光学素子として用いることによ
り、５種類の光論理（光ゲート）素子を構成できる。こ
れら素子を用いて高速、高コントラスト、マトリクス
型、および多値論理可能な光論理素子を構成できる。光
論理としてはＡＮＤ、ＮＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＲ、ＸＯ
Ｒ、ＸＮＯＲのすべての二値の論理演算が可能である。
【図１】（イ）強誘電性液晶の分子が円錐上にのってい
る様子と自発分極 （ロ）円錐の基板への投写図と液晶分子の角度関係およ
び偏光板の配置。
る様子と自発分極 （ロ）円錐の基板への投写図と液晶分子の角度関係およ
び偏光板の配置。
【図２】弱い非対称性を示す高分子安定強誘電性液晶素
子の電気光学特性
子の電気光学特性
【図３】強い非対称性を示す液晶電気光学素子の特性、
このような特性を示す素子を（理想的な）液晶光ダイオ
ードと呼ぶ。
このような特性を示す素子を（理想的な）液晶光ダイオ
ードと呼ぶ。
【図４】高分子安定化のために行われる光硬化時に印加
される直流電圧の値により得られる電気光学特性の変化
を示す。
される直流電圧の値により得られる電気光学特性の変化
を示す。
【図５】液晶光ダイオードのうちタイプＡとＢの比較。
【図６】液晶光ダイオードを二層に重ねて作った液晶光
ゲート（論理）素子の構成（方式Ｉ〜Ｖ）
ゲート（論理）素子の構成（方式Ｉ〜Ｖ）
【図７】対称的Ｖ字型電気光学特性を示す二層型素子の
構成図
構成図
【図８】対称的Ｖ字型電気光学特性
【図９】液晶セルと液晶電気光学素子の断面図
【図１０】光演算素子（ゲート）の光透過率対波長依存
性
性
１ 液晶分子のダイレクター １９ 液晶光ゲ
ート（Ｉ） ２Ａ 円錐、 ２０ 液晶光ゲ
ート（ＩＩ） ２Ｂ 基板に投写された三角形 ２１ 液晶光ゲ
ート（ＩＩＩ） ３ チルト角 ２２ 液晶光ゲ
ート（ＩＶ） ４ メモリ角 ２３ 液晶光ゲ
ート（Ｖ） ５ ふれ角 ２４ Ｖ字型特
性 ６Ａ，６Ｂ 偏光板 ２５ ガラス基
板 ７ 光透過率曲線（弱非対称） ２６ ガラス基
板 ８ 光透過率曲線（強い非対称） ２７ ＩＴＯ透
明導電膜 ９ 光透過率曲線（弱い非対称） ２８ ＩＴＯ透
明導電膜 １０ 光透過率曲線（中位の非対称） ２９ 液晶層 １１ 光透過率曲線（強い非対称） ３０ シール剤 １２ 光透過率曲線 ３１ 液晶セル １３ 光透過率曲線 ３２ 偏光板
（上側） １４ 上セル ３３ 偏光板
（下側） １５ 下セル ３４ 液晶電気
光学素子 １６ 偏光板（上側） ３５ 液晶光ゲートの透過率対 １７ 偏光板（中側） 波長特性（光学的に １８ 偏光板（下側） セルが１枚の時） ３６ 液晶光ゲートの透過率対 波長特性（光学的に セルが２枚の時）
ート（Ｉ） ２Ａ 円錐、 ２０ 液晶光ゲ
ート（ＩＩ） ２Ｂ 基板に投写された三角形 ２１ 液晶光ゲ
ート（ＩＩＩ） ３ チルト角 ２２ 液晶光ゲ
ート（ＩＶ） ４ メモリ角 ２３ 液晶光ゲ
ート（Ｖ） ５ ふれ角 ２４ Ｖ字型特
性 ６Ａ，６Ｂ 偏光板 ２５ ガラス基
板 ７ 光透過率曲線（弱非対称） ２６ ガラス基
板 ８ 光透過率曲線（強い非対称） ２７ ＩＴＯ透
明導電膜 ９ 光透過率曲線（弱い非対称） ２８ ＩＴＯ透
明導電膜 １０ 光透過率曲線（中位の非対称） ２９ 液晶層 １１ 光透過率曲線（強い非対称） ３０ シール剤 １２ 光透過率曲線 ３１ 液晶セル １３ 光透過率曲線 ３２ 偏光板
（上側） １４ 上セル ３３ 偏光板
（下側） １５ 下セル ３４ 液晶電気
光学素子 １６ 偏光板（上側） ３５ 液晶光ゲートの透過率対 １７ 偏光板（中側） 波長特性（光学的に １８ 偏光板（下側） セルが１枚の時） ３６ 液晶光ゲートの透過率対 波長特性（光学的に セルが２枚の時）
フロントページの続き (72)発明者 高橋 泰樹 山口県小野田市住吉本町１−５−３ ロー ズハイツ201 Ｆターム(参考） 2H088 GA10 HA08 JA19 KA18 MA10 2H089 HA04 HA24 HA29 KA08 RA13 SA04 SA12 SA13 TA09 TA15 UA09 2H093 NA12 NC33 ND32 NF19 NG17 2K002 AB23 BA06 CA14 HA06
Claims (11)
- 【請求項１】 一対の透明基板と、前記一対の透明基板
の内面に対向に設けられる透明対向電極と、前記対向電
極の間に配置される液晶層とを備えた液晶素子であっ
て、前記液晶層は、強誘電性液晶に、光硬化性液晶モノ
マーが添加されており、かつ、該液晶がカイラルスメク
チック相となる温度で、実質的な直流電圧を印加した状
態で前記硬化性液晶モノマーを紫外光照射により硬化
（高分子化）し、側鎖型高分子液晶により安定化された
強誘電性液晶層であることを特徴とする電気光学素子と
それを用いた光演算素子。 - 【請求項２】前記液晶層は、シエブロン層構造、擬似ブ
ックシエルフ構造またはブックシエルフ構造をもつこと
を特徴とする請求事項１に記載の液晶電気光学素子とそ
れらを用いた光演算素子。 - 【請求項３】一層型または二層型の液晶電気光学素子に
関して、素子の両外面に偏光軸が略垂直になるように配
置した一対の偏光層を備えており、一方の偏光層の偏光
軸が請求項１に記載する強誘電性液晶の安定方向のダイ
レクターと略平行になるようにされていることを特徴と
する請求項１、２のいずれかに記載の液晶電気光学素子
とそれらを用いた光演算素子。ここにおいて二枚の偏光
板は平行の配置を用いてもよい。 - 【請求項４】透明電極を設けた一対の透明基板を、透明
電極が対向するように配置する工程と、前記対向透明電
極間に、強誘電性液晶に光硬化性液晶が添加してある液
晶層を設ける工程と、前記液晶層に、実質的直流電圧を
印加しながら紫外光照射することにより強誘電性液晶に
一つの安定状態を与える工程とを順に行うことを特徴と
する請求項１、２、および３に記載の液晶電気光学素子
の製造方法。 - 【請求項５】高分子安定化をすることにより、一層型の
素子の光透過率または反射率が素子への印加電圧の極性
に依存する非対称を示す。とくにこの非対称を強くした
素子を「液晶光ダイオード」と呼ぶ。液晶光ダイオード
の条件として、明状態の透過率Ｔｍａｘと暗状態の透過
率Ｔｍｉｎの比Ｔｍｉｎ／Ｔｍａｘをなるべく小さくす
ることである。数値的には印加電圧１０Ｖに対してＴｍ
ｉｎ／Ｔｍａｘが望ましくは０．２またはそれ以下の特
性を持つ電気光学素子。 - 【請求項６】請求項１〜５に記載する液晶電気光学素子
を二層型として用い、それらを同時に駆動することによ
り電気光学特性における正負印加電圧に対し対称な特性
を示す電気光学素子。 - 【請求項７】請求項１〜５に記載する液晶光ダイオード
を二層に重ねることにより該二層素子に対する印加電圧
を入力としその極性により光透過率または反射率の変化
により論理和（ＯＲ）、論理積（ＡＮＤ）、排他的論理
和（ＸＯＲ）、論理積の否定（ＮＡＮＤ）、および排他
的論理和の否定（ＸＮＯＲ）などの光演算を行う液晶光
演算素子の製造方法。 - 【請求項８】請求項７に記載する構造をとるが、セルの
リターディション（Ｒ＝２πΔｎｄ／λ、Δｎ 複屈折
率、ｄ 合計の液晶層の厚さ、λ 光の波長）の値いか
んにより異なった論理演算結果を得ることができる液晶
光演算素子の製造方法。 - 【請求項９】請求項７に記載の光演算素子において、リ
ターディションの値によりセルが呈色する。これらの色
の変化を用いた光論理素子の製造方法。 - 【請求項１０】光論理素子の中間調特性を利用して、二
値論理のみならず多値論理にも用いることができる液晶
演算素子。 - 【請求項１１】請求項１から請求項１０に記載した液晶
電気光素子および液晶光演算素子において、印加電圧に
対し立上り時定数が数１０マイクロ秒〜数１００マイク
ロ秒で印加電圧を除去するとき時定数略１ミリ秒以下で
速やかに初期状態に戻る特性を持ち、自発分極を有する
液晶を用いた液晶電気光学素子および液晶演算素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23306399A JP2001033842A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 液晶光ダイオードを用いた光演算素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23306399A JP2001033842A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 液晶光ダイオードを用いた光演算素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033842A true JP2001033842A (ja) | 2001-02-09 |
| JP2001033842A5 JP2001033842A5 (ja) | 2006-11-02 |
Family
ID=16949229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23306399A Pending JP2001033842A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 液晶光ダイオードを用いた光演算素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001033842A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007240578A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 液晶光変調素子およびその製造方法 |
| JP2008123007A (ja) * | 2001-10-02 | 2008-05-29 | Sharp Corp | 液晶表示装置およびその製造方法 |
| JP2009036861A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 液晶表示素子 |
| KR101492047B1 (ko) | 2013-11-11 | 2015-02-10 | 한국과학기술연구원 | Dna 기반 나노구조체를 이용한 광 논리 회로 및 논리 신호 생성 방법 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04216532A (ja) * | 1990-12-17 | 1992-08-06 | Tokyo Noukou Univ | 光演算装置 |
| JPH05341271A (ja) * | 1992-06-05 | 1993-12-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 強誘電性液晶素子およびその製造方法 |
| JPH09211463A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-08-15 | Shunsuke Kobayashi | 液晶表示素子の製造方法 |
| JPH09211462A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-08-15 | Shunsuke Kobayashi | 液晶表示素子 |
| JPH1121554A (ja) * | 1997-06-30 | 1999-01-26 | Shunsuke Kobayashi | 液晶表示素子の製造方法 |
| JP2000250020A (ja) * | 1999-02-24 | 2000-09-14 | Stanley Electric Co Ltd | 液晶シャッターおよび感光装置 |
-
1999
- 1999-07-15 JP JP23306399A patent/JP2001033842A/ja active Pending
Patent Citations (6)
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| JP4633128B2 (ja) * | 2001-10-02 | 2011-02-16 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置の製造方法 |
| JP2007240578A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 液晶光変調素子およびその製造方法 |
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| KR101492047B1 (ko) | 2013-11-11 | 2015-02-10 | 한국과학기술연구원 | Dna 기반 나노구조체를 이용한 광 논리 회로 및 논리 신호 생성 방법 |
| US9746750B2 (en) | 2013-11-11 | 2017-08-29 | Korea Institute Of Science And Technology | Optical logic gates and method for generating logic signals using DNA-based nanostructure |
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