JP2003156745A

JP2003156745A - 光変調装置

Info

Publication number: JP2003156745A
Application number: JP2001355611A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Ishihara; 將市石原; Kazuhiro Nishiyama; 和廣西山; Shinji Ogawa; 慎司小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性が危惧されるカイラル材料の添加が
必須である。プレチルト角変動による閾値電圧の変動
が大きい、基板として段差の大きなアレイ基板を用い
る場合には、（制御性、あるいは製造マージンの小さ
い）高プレチルト配向膜を使う必要がある。【解決手段】その透過軸方向がお互いに直交する２枚
の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマテ
ィック液晶（あるいは、ｎ型ネマティック液晶）が封入
され水平配向（あるいは、垂直配向）している液晶セル
を含み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と
略平行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調
装置、あるいは対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、電界印加により前記ｐ型ネマティック液晶の配向方
位が電界の印加方向から変位することを特徴とする光変
調装置を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光変調装置、更に具
体的には製造容易であり、かつ低電圧駆動可能な光変調
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子を含む光変調装置は薄型、軽量
であり、低消費電力を特徴としており、電卓、パーソナ
ルコンピュータ、テレビ等のディスプレイに広く用いら
れている。また、表示用途以外にも外部電界により制御
可能なレンズ、フィルター、光演算素子としても用いら
れており、今後ますますその需要は増すものと思われ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特に、光通信関連への
応用を考えた場合には、低電圧駆動が可能であること、
高信頼性であること、製造が容易であること（低コス
ト）等が重要視される。現在、液晶表示素子として広く
用いられている捻れネマティック型（以下ＴＮ (Twiste
d Nematic) 型と略する）液晶表示素子は、高輝度、高
コントラストの表示を得ることが出来るものの、信頼
性が危惧されるカイラル材料の添加が必須である、プ
レチルト角変動による閾値電圧の変動が大きい、基板
として段差の大きなアレイ基板を用いる場合には、（制
御性、あるいは製造マージンの小さい）高プレチルト配
向膜を使う必要がある、などの課題を有している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、その第１の解決手段として、その透過軸
方向がお互いに直交する２枚の偏光板、及び対向する２
枚の電極基板間にｐ型ネマティック液晶が封入され水平
配向している液晶セルを含み、前記液晶の配向方位が前
記偏光板透過軸方位と略平行、あるいは略垂直であるこ
とを特徴とする光変調装置を用いるものであり、その第
２の解決手段として、その透過軸方向がお互いに直交す
る２枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｎ型
ネマティック液晶が封入され垂直配向している液晶セル
を含み、前記液晶屈折率楕円体を基板面へ正射影したと
きの長軸方向が前記偏光板透過軸方位と略平行、あるい
は略垂直であることを特徴とする光変調装置を用いるも
のであり、その第３の解決手段として、対向する２枚の
電極基板間にｐ型ネマティック液晶が封入され水平配向
している液晶セルを含み、電界印加により前記ｐ型ネマ
ティック液晶の配向方位が電界の印加方向から変位する
ことを特徴とする光変調装置を用いるものであり、その
第４の解決手段として、少なくとも１枚の偏光板、及び
対向する２枚の電極基板間に色素あるいは顔料の添加さ
れたｐ型ネマティック液晶が封入され水平配向している
液晶セルを含み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過
軸方位と略平行、あるいは略垂直であることを特徴とす
る光変調装置を用いるものであり、その第５の解決手段
として、少なくとも１枚の偏光板、及び対向する２枚の
電極基板間に色素あるいは顔料の添加されたｎ型ネマテ
ィック液晶が封入され垂直配向している液晶セルを含
み、前記液晶屈折率楕円体を基板面へ正射影したときの
長軸方向が前記偏光板透過軸方位と略平行、あるいは略
垂直であることを特徴とする光変調装置を用いるもので
ある。

【０００５】そして、これらの前記光変調装置の製造方
法においては、配向膜面内での光照射エネルギー分布を
不均一とし、前記電極基板表面に配設された配向膜に光
照射を行うプロセスを含んでも良く、前記電極基板表面
を２つ以上のお互いに異なった配向処理条件で配向処理
を行うプロセスを含んでも良く、前記電極基板表面を２
つ以上のお互いに異なった配向処理プロセスで配向処理
を行う工程を含んでも良く、前記電極基板表面に配設さ
れた配向膜をラビング処理により配向処理するプロセス
を含んでも良く、前記電極基板表面上にダイアモンドラ
イクカーボンを製膜した後、イオンビーム照射を行うこ
とによって配向処理する工程を含んでも良い。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の態様につい
て図面を参照しつつ詳述する。

【０００７】（実施例１）図１は本発明液晶光変調装置
に用いる液晶セルの構成外観図である。

【０００８】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上に有機材料である日産化学工業（株）製ポリイ
ミド配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗
布し、恒温槽中１８０℃、１時間乾燥硬化させて配向膜
３、６とする。その後、レーヨン製ラビング布を用いて
基板の配向処理を行ったのち、対向する基板上の液晶配
向方位が反平行（アンチパラレル配向）となるよう、積
水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラ
クトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂
の商品名）を用いて基板間隔が５．０μｍとなるように
貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＡとする）を作製し
た。

【０００９】次に、作製した液晶セルＡに液晶層４とし
て４’−シアノ−４−ペンチルビフェニル（メルク社
製）を真空注入法にて注入し、偏光板１０、１１を貼合
し、テストセルＡとした。偏光板の軸方向及び液晶配向
の方向との関係を図２に示す。先述のように出射光側基
板の配向処理方向１４と入射光側基板の配向処理方向１
５は反平行であり、入射光側偏光板の透過軸方向１３を
入射光側基板の液晶配向処理方向と略平行に設定し、出
射光側偏光板の透過軸方向１２を入射光側偏光板の透過
軸方向１３に略垂直に設定している。

【００１０】図３はテストセルＡに３０Ｈｚ矩形波を印
加した時の電圧−透過率特性を表している。この時、テ
ストセルAは１．１Ｖ以上の電圧で光変調が可能であっ
た。

【００１１】本実施例では液晶材料として４’−シアノ
−４−ペンチルビフェニルを用いたが、これにより何ら
本発明を限定するものではない。更に、応答特性改善の
ためには、二周波駆動液晶材料も適格な材料である。ま
た液晶としては色素あるいは顔料の添加されたものを用
いることもできる。

【００１２】またガラス基板のかわりにプラスチック基
板を用いることもできる。

【００１３】なお、図３の特性は特定の光波長に対する
電圧―透過率特性であるが、光の波長が異なると電圧―
透過率特性も異なる。このことを利用して、電圧を制御
することにより透過する光の波長すなわち周波数を制御
することも可能である。

【００１４】本発明の液晶光変調装置を透過型表示装置
として用いる場合には、液晶セル９の外部にバックライ
ト光源を配し、液晶セル基板法線に平行に光源からの光
が入射するように構成する。あるいはバックライトと液
晶セルの間に拡散板を配置して拡散光を液晶セルに入射
させるように構成する。

【００１５】また反射型液晶表示装置として用いる場合
には、液晶セル９の内部、あるいは外部に光反射層を設
ける。

【００１６】また本発明の液晶光変調セルを複数個タイ
ル状に配置することにより大面積の表示装置とすること
もできる。

【００１７】（比較例）液晶配向方位が９０度捻れであ
ること以外、実施例１と全く同様にして液晶セルＲＡを
作製した。次に、作製した液晶セルＲＡに４’−シアノ
−４−ペンチルビフェニル（メルク社製）を真空注入法
にて注入し、偏光板を貼合し、テストセルＲＡとした。
入射光側偏光板の透過軸方向を入射光側基板の液晶配向
処理方向と平行にし、出射光側偏光板の透過軸方向を入
射光側偏光板の透過軸方向に平行にした時、テストセル
ＲＡは１．４Ｖ以上の電圧で光変調が可能であった。

【００１８】以上、実施例１および比較例１より明らか
なように、本発明光変調装置に含まれるセルは低電圧駆
動が可能であり、その実用的価値は大きい。

【００１９】（実施例２）液晶配向方位が異なること以
外は、実施例１と全く同様にしてテストセルＢを作製し
た。偏光板の軸方向及び液晶配向の方向との関係を図４
に示す。この例では出射光側基板の配向処理方向１４と
入射光側基板の配向処理方向１５が平行（パラレル配
向）になるように設定している。次に、テストセルＢに
３０Ｈｚ矩形波を印加しながらその電圧−透過率特性を
測定したところ、実施例１とほぼ同様の結果が得られ
た。

【００２０】実施例１及び実施例２で用いた液晶セル
は、それぞれアンチパラレルおよびパラレルセルであ
り、ＴＮ型液晶セルのようにカイラル材を含んでいない
ため本質的に高信頼性を有している。また、液晶配向が
捻れを含んでいないため、（ＴＦＴアレイのような）基
板段差に起因する配向乱れに基づくリバースツイストド
メインの発生もなく、高歩留まりを達成することが出来
る。

【００２１】尚、本実施例１及び実施例２における液晶
分子のプレチルト角を定法に従い測定したところ、それ
ぞれ５．２度、および５．０度であった。

【００２２】本発明光変調装置に用いられる液晶セルが
何故低電圧駆動可能であるかを以下に説明する。従来、
対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマティック液晶を有
し、図２あるいは図４の光学配置を有する液晶セルに外
部電界を印加しても、入射した光は透過してこないと信
じられていた。また、数値計算によっても光透過は起こ
り得ないと考えられていた。

【００２３】しかしながら、本発明者らは前記構成にお
いて、電圧印加により透過光量を制御できることを発見
し、本発明を構築するに至った。

【００２４】本発明光変調装置に用いられる液晶セル基
板上の液晶配向の状態の一例を図５に示す。領域Ａは相
対的にプレチルト角の高い領域であり、領域Ｂは相対的
にプレチルト角の低い領域を表している。いま、基板上
下方向に外部電界が印加された場合には、全ての領域に
おいて液晶分子は電界方向に揃うように立ち上がってい
くが、その時の液晶分子の傾き角は領域によって異な
る。即ち、領域Ａでの液晶分子の傾き角は、領域Ｂでの
液晶分子の傾き角よりも大きくなる。この時、領域Ａお
よび領域Ｂにおいては液晶分子の配向方位と偏光板透過
軸方向とは平行になっているため検光子によってセル透
過光は完全に遮られる。しかしながら、領域Ａと領域Ｂ
との境界領域においては、図６の如く液晶分子の配向方
位が配向処理方向（ラビング処理の方向）から変位する
ため、その複屈折性のためセルに入射した光の一部分は
検光子を透過する。

【００２５】上記は領域Ａと領域Ｂとの違いを、プレチ
ルト角の違いでもって説明したが、必ずしもプレチルト
角の違いである必要はない。即ち、電圧印加による液晶
分子の立ち上がりかたが異なることが重要であり、２つ
の領域においてプレチルト角、表面アンカリングエネル
ギー、安息角、表面エネルギー、配向膜膜厚、あるいは
液晶層厚が異なっていても同様の効果が得られることは
言うまでもない。

【００２６】（実施例３）下記の如く、図１と同様の構
成を有する液晶セルＣ〜液晶セルＧを作製した。

【００２７】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上にロリック社製配向膜塗料ＬＰＰ−Ｆ３０１Ｃ
Ｐをスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１
５分乾燥硬化させる。その後、基板法線方向から３０°
の角度で波長３１３ｎｍの偏光紫外線光を、各基板ペア
ごとに照射光量を変化させながら照射した。表１に各基
板ペアに対する紫外線の照射光量を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】その後、対向する基板上の液晶配向方位が
反平行となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペ
ーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化
学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が
５．０μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶
セルＣ〜液晶セルＧとする）を作製した。

【００３０】次に、作製した液晶セルＣ〜Ｇに液晶層４
としてメルク社製液晶ＺＬＩ−４７９２を真空注入法に
て注入し、偏光板を貼合し、テストセルＣ〜液晶セルＧ
とした。偏光板の軸方向及び液晶配向の方向との関係は
図２と同じとした。

【００３１】図７はテストセルＣ〜テストセルＧに３０
Ｈｚ矩形波を印加した時の各電圧−透過率特性を表して
いる。図７より明らかなように、本発明光変調装置に含
まれるセルは低電圧駆動が可能であり、その実用的価値
は大きい。

【００３２】また、表２は各テストセルでの表面アンカ
リングエネルギの測定結果を表している。

【００３３】

【表２】

【００３４】図７及び表２より、１．０×１０−６ J/m
２以上の表面アンカリングエネルギを有する配向膜基板
を用いたセルにおいては、外部電界を制御することによ
り透過光を変調することが出来ることが分かる。ここに
おいて、表面アンカリングエネルギは飽和閾値法（例え
ば、石原ら、電子情報通信学会論文誌Ｃ、Ｖｏｌ．Ｊ８
３−Ｃ、Ｎｏ．２、ｐｐ．１５１−１５９、２０００）
にて測定した。

【００３５】表面アンカリングエネルギが１．０×１０
−６ J/m２よりも小さい場合には、２領域間での液晶分
子の立ち上がりかたに大きな差が生じないため、その境
界領域での液晶配向方位の変位が殆どなくテストセルか
らの光の出射は認められない。

【００３６】（実施例４）本発明液晶光変調装置に用い
る液晶セルの構成外観図は図１と同様である。

【００３７】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上にＪＳＲ（株）製ポリイミド配向膜塗料ＪＡＬ
Ｓ−２０４をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８
０度、１時間乾燥硬化させる。その後、基板法線方向か
ら３０°の角度で波長３６５ｎｍの偏光紫外線光を５分
間照射した。

【００３８】その後、対向する基板上の液晶配向方位が
反平行方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製
スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東
圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔
が６．０μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液
晶セルＨとする）を作製した。

【００３９】同様にして、前記偏光紫外光の照射時間が
それぞれ１０分、１５分、２０分、２５分、３０分であ
る液晶セルＩ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、及びＭを作製した。

【００４０】次に、これらの液晶セルＨ〜Ｍに液晶層４
としてメルク社製液晶ＺＬＩ−２２９３を真空注入法に
て注入し、図２と同様の光学配置で偏光板を貼合後、テ
ストセルＨ〜Ｍとした。

【００４１】また、上記それぞれの液晶セル製造条件に
て、プレチルト角評価用の液晶層厚１５μｍのアンチパ
ラレル配向セルＨＨ〜ＨＭを作製し、定法にてプレチル
ト角を測定した。

【００４２】次に、各テストセルＨ〜Ｍに、矩形波を印
加しながら電圧−透過率特性を観察したところ、液晶プ
レチルト角が４５度未満の場合には外部電界を制御する
ことにより透過光量を制御出来ることが分かった。表３
にプレチルト角の測定結果と併せて、観察結果を示す。

【００４３】

【表３】

【００４４】表３より明らかなように、液晶プレチルト
角が４５度未満である本発明光変調素子は低電圧で透過
光を変調することが出来、その実用的価値は大きい。

【００４５】（実施例５）図８は本発明液晶光変調装置
に用いる液晶セルの構成外観図である。

【００４６】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上に日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料
ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中
１８０℃、１時間乾燥硬化させる。その後、レーヨン製
ラビング布を用いて基板の配向処理を行ったのち、対向
する基板上の液晶配向方位が反平行となるよう、積水フ
ァインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクト
ボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商
品名）を用いて基板間隔が５．０μｍとなるように貼り
合わせ、液晶セル９（液晶セルＮとする）を作製した。

【００４７】次に、作製した液晶セルＮに液晶層４とし
て４’−シアノ−４−ペンチルビフェニル（メルク社製
液晶）を真空注入法にて注入し、偏光板を貼合し、テス
トセルＮとした。偏光板の軸方向及び液晶配向の方向と
の関係は図２と同様である。

【００４８】いま、図８の如く赤外発光ダイオード１６
からの光をプリズムカプラー１７によりテストセルＮに
導入するシステムを構成した。テストセルＮに電圧が印
加されていない場合には、セル中を光が導波するのみで
あり（一部は上下偏光板に吸収される）、光検知器１８
に光出力は検知されなかったが、テストセルＮに１．１
Ｖの電圧を印加した時には、検光子から光は出射し光検
知器１８によって光出力が検知された。

【００４９】本実施例より明らかなように、本発明光変
調素子は液晶表示素子のみならず、外部電界によりその
光学特性を制御可能な他の光学素子、例えば、光分波
器、光結合器などの光部品や空間変調素子等、への応用
も可能であり、その実用的価値は極めて大きい。また１
個あるいは複数の本光変調素子と他の空間変調素子ある
いは光集積回路とを組み合わせた光変調装置とすること
によりさらに用途を広げることができる。

【００５０】また、本実施例では被変調光として発光ダ
イオードからの赤外光を用いたが、紫外光、あるいは可
視光であっても良いことは言うまでもない。更に、使用
する光源としては、発光ダイオード、エレクトロルミネ
ッセンス発光素子、レーザ、冷陰極線管等の何れの光源
を用いても適格である。

【００５１】（実施例６）図９は本発明液晶光変調装置
に用いる液晶セルの構成外観図である。

【００５２】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上にＪＳＲ（株）製ポリイミド配向膜塗料ＪＡＬ
Ｓ−６５０をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８
０℃、１時間乾燥硬化させる。その後、ナイロン製ラビ
ング布を用いて基板の配向処理を行ったのち、対向する
基板上の液晶配向方位が反平行となるよう、積水ファイ
ンケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボン
ド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品
名）を用いて基板間隔が５．５μｍとなるように貼り合
わせ、液晶セル９（液晶セルＯとする）を作製した。

【００５３】次に、作製した液晶セルＯに液晶層４とし
てＭＬＣ−２０３８（メルク社製液晶）を真空注入法に
て注入し、偏光板１０、１１および正の一軸性フィルム
位相差板１９、２０を貼合し、テストセルＯとした。偏
光板及びフィルム位相差板の軸方向及び液晶配向の方向
との関係を図１０に示す。正の一軸性フィルム位相差板
１９、２０の遅相軸方向２１、２２は液晶配向方向１
４，１５と垂直に設置する。ここにおいて、フィルム位
相差板の正面位相差Ｒｅは５０ｎｍとした。

【００５４】図１１はテストセルＯに３０Ｈｚ矩形波を
印加した時の電圧−透過率特性を表している。図１１よ
り明らかなように、本発明光変調装置に含まれるセルは
低電圧駆動が可能であるうえ、電圧無印加時に透過光量
が最小となる構成であるため相対的に高いコントラスト
比が期待でき、その実用的価値は大きい。

【００５５】本実施例では正の一軸性フィルム位相差板
を、その遅相軸方向が液晶配向方向に対して垂直となる
ように配置したが、使用するフィルム位相差板の位相差
Ｒｅを制御することにより駆動電圧を調整することも可
能である。

【００５６】（実施例７）本発明液晶光変調装置に用い
る液晶セルの構成外観図は図１と同様である。

【００５７】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上に配向膜３、６として無機材料であるダイアモ
ンドライクカーボンをＣＶＤ法にて１００Ａ膜厚で製膜
したのち、図１２の如く１μｍ間隔でＡｒイオンビーム
を照射角度１５度、および７０度で照射することにより
基板の配向処理を行ったのち、対向する基板上の液晶配
向方位が反平行となるよう、積水ファインケミカル
（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ
（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて
基板間隔が５．０μｍとなるように貼り合わせ、液晶セ
ル９（液晶セルＰとする）を作製した。

【００５８】次に、作製した液晶セルＰに液晶層４とし
てメルク社製液晶ＺＬＩ−４７９２を真空注入法にて注
入し、偏光板を貼合し、テストセルＰとした。偏光板の
軸方向及び液晶配向の方向との関係を図１３に示す。

【００５９】図１４はテストセルＰに３０Ｈｚ矩形波を
印加した時の電圧−透過率特性を表している。図１４よ
り明らかなように、本発明光変調装置に含まれるセルは
低電圧駆動が可能であり、その実用的価値は大きい。

【００６０】尚、Ａｒイオンビーム照射角度が１５度、
および７０度の時の液晶プレチルト角は、別途作製した
全面均一配向処理の施されたプレチルト角測定用セルを
用いて測定したところ、それぞれ０．５度および９．７
度であった。

【００６１】本実施例では２領域を形成する手段とし
て、イオンビーム照射法を用いたが、電子線等の他の光
を用いても良いことは言うまでもない。また、スタンプ
法や転写法等の配向処理プロセスを用いることによって
も複数領域を形成することが可能である。

【００６２】また、本実施例では、プレチルト角の異な
る２領域のピッチを１μｍとしたが、これによって本発
明を何ら限定するものではない。このピッチは小さけれ
ば小さいほど光変調の効果は大きいが、プロセス性およ
び生産性の観点からは０．１μｍ〜１０μｍが好まし
い。

【００６３】（実施例８）本発明液晶光変調装置に用い
る液晶セルの構成外観図は図１と同様である。

【００６４】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上に日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料
ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中
１８０℃、１時間乾燥硬化させる。その後、レーヨン製
ラビング布を用いて基板の配向処理を行ったのち、再度
コットン製ラビング布を用いて基板の配向処理を行う。
そして、対向する基板上の液晶配向方位が反平行となる
よう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およ
びストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シ
ール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が５．０μｍとな
るように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＱとする）
を作製した。

【００６５】次に、作製した液晶セルＱに液晶層４とし
て４’−シアノ−４−ペンチルビフェニル（メルク社製
液晶）を真空注入法にて注入し、偏光板を貼合し、テス
トセルＱとした。偏光板の軸方向及び液晶配向の方向と
の関係は図２と同様である。

【００６６】次に、テストセルＱに３０Ｈｚ矩形波を印
加しながらその電圧−透過率特性を測定したところ、図
１５の結果が得られた。

【００６７】配向膜のラビング処理としては、実施例１
の如く、レーヨン製ラビング布によるラビング処理のみ
でも充分な効果が得られるが、本実施例のように、更に
異なった配向処理条件でのラビング処理を行うことによ
りより大きな効果が得られる。本実施例では、配向処理
条件として、使用するラビング布の異なる２つの配向処
理条件を採用したが、同一ラビング布を用いながらも異
なったラビング条件（例えば、ラビングローラー回転
数、押し込み量、ステージ移動速度など）で配向処理を
行っても同様の効果が得られた。

【００６８】（実施例９）実施例８で作製した液晶セル
Ｑにその主軸が連続的に変化している負の一軸性フィル
ム位相差板、および偏光板を貼合してその電圧−透過率
特性を測定した。本実施例で用いた負の一軸性フィルム
位相差板はディスコティック液晶の配向を固定化したも
のであり、この時のセル構成を図１６に示す。同図に示
すように、本実施例では負の一軸性フィルム位相差板２
５、２６が液晶セル９を挟んでおり、位相差板２５、２
６においては、それを構成するディスコチック液晶分子
２３の光軸方向が入射側から出射側に向かって連続的に
変化している。ここにおいて、黒レベル電圧は１．１
Ｖ、白レベル電圧は２．０Ｖであり、正面コントラスト
比は１２０：１であった。

【００６９】なお、負の一軸性フィルム位相差板として
は本例に示したものに限定されないが、その光軸は基板
法線に対して傾斜していることが望ましい。

【００７０】（実施例１０）図１７は本発明液晶光変調
装置に用いる液晶セルの構成外観図である。本実施例で
は偏光板を１枚のみ用いている。

【００７１】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上にロリック社製配向膜塗料ＬＰＰ−Ｆ３０１Ｃ
Ｐをスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１
５分乾燥硬化させる。その後、レーヨン製ラビング布で
もって配向処理した後、基板法線方向から４０°の角度
で波長３１３ｎｍの偏光紫外線光を、５０ｍＪ／ｃｍ２
の照射光量でもって照射した。

【００７２】その後、対向する基板上の液晶配向方位が
反平行となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペ
ーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化
学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が
５．０μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶
セルＲとする）を作製した。

【００７３】次に、作製した液晶セルＲにメルク社製ゲ
ストホスト液晶ＺＬＩ−３７３５を真空注入法にて注入
し、偏光板１１を貼合し、テストセルＲとした。偏光板
の軸方向１２及び液晶配向の方向１４，１５との関係を
図１８に示す。

【００７４】テストセルＲに３０Ｈｚ矩形波を印加した
時の電圧−透過率特性は図１９の通りであり、低電圧駆
動が可能であるなど光変調装置として、その実用的価値
は大きい。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明は、その透過軸方
向がお互いに直交する２枚の偏光板、及び対向する２枚
の電極基板間にｐ型ネマティック液晶（あるいは、ｎ型
ネマティック液晶）が封入され水平配向（あるいは、垂
直配向）している液晶セルを含み、前記液晶の配向方位
が前記偏光板透過軸方位と略平行、あるいは略垂直であ
ることを特徴とする光変調装置、あるいは対向する２枚
の電極基板間にｐ型ネマティック液晶が封入され水平配
向している液晶セルを含み、電界印加により前記ｐ型ネ
マティック液晶の配向方位が電界の印加方向から変位す
ることを特徴とする光変調装置であり、製造が容易であ
るうえ低電圧駆動が可能な高信頼性光変調装置を提供す
ることが可能であるなど、その実用的価値は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる光変調素子の第１実施例に用い
たテストセルＡの断面構成を概念的に示す図

【図２】本発明に係わる光変調素子の第１実施例に用い
たテストセルＡの各要素の光学配置を説明するための図

【図３】本発明に係わる光変調素子の第１実施例に用い
たテストセルＡの電圧−透過率特性を説明するための図

【図４】本発明に係わる光変調素子の第２実施例に用い
た液晶セルＢの各要素の光学配置を説明するための図

【図５】本発明に係わる光変調素子に用いられる液晶セ
ル基板上の液晶配向の状態を説明するための図

【図６】本発明において、透過光変調が行われる原理を
説明するための図

【図７】本発明に係わる光変調素子の第３実施例に用い
たテストセルＣ〜テストセルＧの電圧−透過率特性を説
明するための図

【図８】本発明に係わる光変調素子の第５実施例に用い
たテストセルＮの断面構成を概念的に示す図

【図９】本発明に係わる光変調素子の第６実施例に用い
たテストセルＯの断面構成を概念的に示す図

【図１０】本発明に係わる光変調素子の第６実施例に用
いた液晶セルＯの各要素の光学配置を説明するための図

【図１１】本発明に係わる光変調素子の第６実施例に用
いたテストセルＯの電圧−透過率特性を説明するための
図

【図１２】本発明に係わる光変調素子の第７実施例に用
いた液晶セルＰの基板の配向処理法を説明するための図

【図１３】本発明に係わる光変調素子の第７実施例に用
いた液晶セルＰの各要素の光学配置を説明するための図

【図１４】本発明に係わる光変調素子の第７実施例に用
いたテストセルＰの電圧−透過率特性を説明するための
図

【図１５】本発明に係わる光変調素子の第８実施例に用
いたテストセルＱの電圧−透過率特性を説明するための
図

【図１６】本発明に係わる光変調素子の第９実施例に用
いた液晶セルＱの断面構成を概念的に示す図

【図１７】本発明に係わる光変調素子の第１０実施例に
用いた液晶セルＲの断面構成を概念的に示す図

【図１８】本発明に係わる光変調素子の第１０実施例に
用いた液晶セルＲの各要素の光学配置を説明するための
図

【図１９】本発明に係わる光変調素子の第１０実施例に
用いたテストセルＲの電圧−透過率特性を説明するため
の図

【符号の説明】

１，８ガラス基板２，７電極３，６配向膜４液晶層５スペーサ９液晶セル１０，１１偏光板１２偏光子の偏光軸方向１３検光子の偏光軸方向１４出射光側基板の配向処理方向１５入射光側基板の配向処理方向１６赤外発光ダイオード１７プリズムカプラー１８光検知器１９，２０正の一軸性フィルム位相差板２１入射光側に配設された正の一軸性フィルム位相差
板の遅相軸方向２２出射光側に配設された正の一軸性フィルム位相差
板の遅相軸方向２３ディスコティック液晶分子２４ｐ型ネマティック液晶分子２５，２６負の一軸性フィルム位相差板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13363 Ｇ０２Ｆ 1/13363 (72)発明者小川慎司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA13 BA02 CA05 DA08 EA13 HA12 KA05 KA18 2H090 HB06Y HB08Y HC05 HC08 JB02 JB03 KA04 MA02 MA11 MA15 MB01 MB12 MB14 2H091 FA11X FA11Z FA43Z FA44Z FA45Z FA46Z FB02 FD06 GA01 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その透過軸方向がお互いに直交する２枚
の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマテ
ィック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装
置。
【請求項２】前記液晶セルが、アンチパラレル配向セ
ルであることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項３】前記液晶セルが、パラレル配向セルであ
ることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項４】その透過軸方向がお互いに直交する２枚
の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｎ型ネマテ
ィック液晶が封入され垂直配向している液晶セルを含
み、前記液晶屈折率楕円体を基板面へ正射影したときの
長軸方向が前記偏光板透過軸方位と略平行、あるいは略
垂直であることを特徴とする光変調装置。
【請求項５】光反射層を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項〜第４項記載の光変調装置。
【請求項６】前記ネマティック液晶が、二周波駆動液
晶であることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５
項記載の光変調装置。
【請求項７】前記ネマティック液晶のプレチルト角が
４５度未満であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第３項記載の光変調装置。
【請求項８】前記液晶セル基板界面での表面アンカリ
ング強度が１．０×１０−６［Ｊ／ｍ２］以上であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光
変調装置。
【請求項９】前記液晶セル基板表面に配設された配向
膜が有機配向膜であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項１０】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜が無機配向膜であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項１１】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜がラビング処理により配向処理されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装
置。
【請求項１２】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜がスタンプ法により配向処理されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装
置。
【請求項１３】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜がイオンビーム照射、あるいは電子線照射により配
向処理されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項１４】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜が光照射により配向処理されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項１５】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜がポリイミド配向膜であることを特徴とする特許請
求の範囲第９項、及び第１１項〜第１３項記載の光変調
装置。
【請求項１６】前記液晶セル基板表面に配設された配
向膜表面が配向状態の異なる２つ以上の領域に分割さ
れ、かつ各領域の液晶配向方位が略同一であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装
置。
【請求項１７】前記配向状態の異なる２つ以上の領域
が、プレチルト角の異なる２つ以上の領域であることを
特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の光変調装置。
【請求項１８】前記配向状態の異なる２つ以上の領域
が、表面アンカリング強度の異なる２つ以上の領域であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の光変
調装置。
【請求項１９】前記配向状態の異なる２つ以上の領域
が、表面自由エネルギの異なる２つ以上の領域であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の光変調装
置。
【請求項２０】前記配向状態の異なる２つ以上の領域
が、安息角の異なる２つ以上の領域であることを特徴と
する特許請求の範囲第１６項記載の光変調装置。
【請求項２１】前記配向状態の異なる２つ以上の領域
が、液晶層厚の異なる２つ以上の領域であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装
置。
【請求項２２】位相補償層を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項２３】前記位相補償層がフィルム位相差板で
あることを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載の光
変調装置。
【請求項２４】前記位相補償層が正の一軸性位相補償
層であることを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載
の光変調装置。
【請求項２５】前記位相補償層が負の一軸性位相補償
層であることを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載
の光変調装置。
【請求項２６】前記負の一軸性位相補償層の光軸が、
基板法線に対して傾斜していることを特徴とする特許請
求の範囲第２５項記載の光変調装置。
【請求項２７】前記負の一軸性位相補償層の光軸方向
が、入射光側から出射光側に向かって連続的に変化して
いることを特徴とする特許請求の範囲第２５項記載の光
変調装置。
【請求項２８】可視光領域での光の変調を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調
装置。
【請求項２９】紫外光領域での光の変調を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調
装置。
【請求項３０】赤外光領域での光の変調を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調
装置。
【請求項３１】光源がＬＥＤ、ＥＬ、レーザー、ある
いは冷陰極線管であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項３２】前記液晶セル基板法線に平行に光源か
らの光が入射することを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項３３】光拡散板を有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項３４】印加電圧を制御することにより透過光
量を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
第５項記載の光変調装置。
【請求項３５】印加電圧を制御することにより表示を
行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記
載の光変調装置。
【請求項３６】印加電圧を制御することにより透過光
周波数を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項３７】前記光変調装置が空間変調素子、ある
いは光集積回路を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第５項記載の光変調装置。
【請求項３８】前記光変調装置が複数の液晶セルを含
むことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項記載
の光変調装置。
【請求項３９】前記液晶セルがタイル状に配列されて
いることを特徴とする特許請求の範囲３８項記載の光変
調装置。
【請求項４０】前記基板がプラスチックスであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３９項記載の光
変調装置。
【請求項４１】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面を２つ以上のお
互いに異なった配向処理条件で配向処理を行う工程を含
むことを特徴とする光変調装置の製造方法。
【請求項４２】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面を２つ以上のお
互いに異なった配向処理プロセスで配向処理を行う工程
を含むことを特徴とする光変調装置の製造方法。
【請求項４３】前記配向処理プロセスがラビング処理
配向プロセスおよび光照射配向処理プロセスを含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第４２項記載の光変調装置
の製造方法。
【請求項４４】前記配向処理プロセスがラビング処理
配向プロセスおよびイオンビーム照射配向処理プロセス
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４２項記載の
光変調装置の製造方法。
【請求項４５】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、配向膜面内での光照射エネルギー
分布を不均一とし、前記電極基板表面に配設された配向
膜に光照射を行うプロセスを含むことを特徴とする光変
調装置の製造方法。
【請求項４６】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｎ型ネマ
ティック液晶が封入され垂直配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、配向膜面内での光照射エネルギー
分布を不均一とし、前記電極基板表面に配設された配向
膜に光照射を行うプロセスを含むことを特徴とする光変
調装置の製造方法。
【請求項４７】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面に配設された配
向膜をラビング処理により配向処理するプロセスを含む
ことを特徴とする光変調装置の製造方法。
【請求項４８】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｎ型ネマ
ティック液晶が封入され垂直配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面に配設された配
向膜をラビング処理により配向処理するプロセスを含む
ことを特徴とする光変調装置の製造方法。
【請求項４９】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面上にダイアモン
ドライクカーボンを製膜した後、イオンビーム照射を行
うことによって配向処理する工程を含むことを特徴とす
る光変調装置の製造方法。
【請求項５０】その透過軸方向がお互いに直交する２
枚の偏光板、及び対向する２枚の電極基板間にｎ型ネマ
ティック液晶が封入され垂直配向している液晶セルを含
み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位と略平
行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変調装置
の製造方法において、前記電極基板表面上にダイアモン
ドライクカーボンを製膜した後、イオンビーム照射を行
うことによって配向処理する工程を含むことを特徴とす
る光変調装置の製造方法。
【請求項５１】対向する２枚の電極基板間にｐ型ネマ
ティック液晶が封入され水平配向している液晶セルを含
み、電界印加により前記ｐ型ネマティック液晶の配向方
位が電界の印加方向から変位することを特徴とする光変
調装置。
【請求項５２】少なくとも１枚の偏光板、及び対向す
る２枚の電極基板間に色素あるいは顔料の添加されたｐ
型ネマティック液晶が封入され水平配向している液晶セ
ルを含み、前記液晶の配向方位が前記偏光板透過軸方位
と略平行、あるいは略垂直であることを特徴とする光変
調装置。
【請求項５３】少なくとも１枚の偏光板、及び対向す
る２枚の電極基板間に色素あるいは顔料の添加されたｎ
型ネマティック液晶が封入され垂直配向している液晶セ
ルを含み、前記液晶屈折率楕円体を基板面へ正射影した
ときの長軸方向が前記偏光板透過軸方位と略平行、ある
いは略垂直であることを特徴とする光変調装置。