JP2009098163A - Liquid crystal optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細光学素子の技術、特には微細光学素子の光学特性を必要に応じて電気的に制御する液晶光学素子に関する。また、特には一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子においてその回折特性を電気的に制御する液晶光学素子に関する。また、可視光域で波長程度以下の一次元の微細光学構造を備えた液晶光学素子に属する。 The present invention relates to a technique of a micro optical element, and more particularly to a liquid crystal optical element that electrically controls the optical characteristics of the micro optical element as necessary. In particular, the present invention relates to a liquid crystal optical element that electrically controls the diffraction characteristics of a one-dimensional multilevel binary diffraction element. Moreover, it belongs to the liquid crystal optical element provided with the one-dimensional fine optical structure below the wavelength in visible light range.
曲率半径のみで規定される緩やかな構造変化をもつ球面光学素子から、より複雑な構造を持つ非球面光学素子、更には回折光学素子のような微細な光学構造を持つ素子の実用化により、光学システムは簡素化や高機能化がなされてきた。近年では、液晶光学素子に代表される光学特性を電気的に制御できる素子も実用化され、DVD装置等の光ピックアップの高機能化に貢献している。 From the practical use of spherical optical elements with gradual structural changes defined only by the radius of curvature, aspherical optical elements with more complex structures, and elements with fine optical structures such as diffractive optical elements. Systems have been simplified and enhanced. In recent years, elements capable of electrically controlling optical characteristics typified by liquid crystal optical elements have been put into practical use, contributing to higher functionality of optical pickups such as DVD devices.
そして最近では、微細光学構造としてブレーズド格子を階段近似した複雑な構造を持つマルチレベルバイナリー型回折格子やモスアイ構造も実用化された。また、それら微細光学構造を内在させた液晶光学素子も提案されている(例えば、特許文献1参照)。この液晶光学素子は、ガラス基板の液晶層側に一次元のモスアイ構造を構成し、無反射の機能を持たせているので、素子に入射する入射光がレーザー光のような干渉性の高い光であっても、素子の内部反射による光の共振現象を生じないようにすることができる。
しかしながら、マルチレベルバイナリー型回折素子の場合、その特性は形状に対して敏感で階段状のエッジが少しでも崩れてしまうと、その機能は著しく低下してしまう。モスアイ構造も同様でエッジ形状が少しでも崩れてしまうと、その機能は低下する。ここで、特許文献1に示した微細光学構造としてモスアイ構造を取り込んだ液晶光学素子において、液晶を配向する過程において配向処理を施さなくてはならない。この配向処理として最も実用的な方法は、有機配向膜をラビング配向処理する方法であり、これは配向軸を作りたい方向に配向膜を繊維で擦って行う。この様な手法で配向処理を行うと、特に微細光学構造における配向軸方向に微細な損傷を与えやすい。このラビング配向処理に代わる手段として知られている光配向処理や蒸着配向処理においても、程度の差こそあれ同様の現象が生じる。したがって、上記配向処理の過程で、微細光学構造が特には配向方向に損傷を受ける可能性がある。 However, in the case of a multi-level binary type diffraction element, its characteristics are sensitive to the shape, and if the stepped edge is broken even a little, its function is significantly degraded. The moth-eye structure is the same, and if the edge shape collapses even a little, its function deteriorates. Here, in the liquid crystal optical element incorporating the moth-eye structure as the fine optical structure shown in Patent Document 1, the alignment process must be performed in the process of aligning the liquid crystal. The most practical method for this alignment treatment is a method of rubbing the organic alignment film, which is performed by rubbing the alignment film with fibers in a direction in which an alignment axis is desired. When the alignment treatment is performed by such a method, it is easy to cause fine damage particularly in the alignment axis direction in the fine optical structure. In the photo-alignment process and the vapor deposition alignment process, which are known as an alternative to the rubbing alignment process, the same phenomenon occurs to some extent. Therefore, in the course of the alignment treatment, the fine optical structure may be damaged particularly in the alignment direction.
本発明の目的は上記問題点を解決し、回折特性を電気的に制御できるマルチレベルバイナリー型回折素子を内在した液晶素子や微細光学構造を内在し、構造劣化が少ない、ひいては性能劣化の少ない液晶光学素子を提供するものである。 The object of the present invention is to solve the above problems and to provide a liquid crystal element or a micro optical structure with a multi-level binary diffraction element capable of electrically controlling diffraction characteristics, and a liquid crystal with little structural deterioration and hence little performance deterioration. An optical element is provided.
上記課題を解決するために本発明の液晶光学素子は、基本的には下記記載の内容を採用するものである。 In order to solve the above problems, the liquid crystal optical element of the present invention basically employs the following contents.
本発明による液晶光学素子は、2枚の透明基板間に液晶を挟持する液晶光学素子において、この2枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板に、液晶分子の配向軸方向と、一次元の光学構造が変化する方向とを直交させた微細光学構造を備えることを特徴とするもの
である。
The liquid crystal optical element according to the present invention is a liquid crystal optical element in which liquid crystal is sandwiched between two transparent substrates. At least one transparent substrate of the two transparent substrates has an alignment axis direction of liquid crystal molecules and one-dimensional optics. It is characterized by having a fine optical structure in which the direction in which the structure changes is orthogonal.
また、本発明の液晶光学素子は、上記微細光学構造が、一次元のマルチレベルバイナリー型回折格子であり、液晶分子の配向軸方向と格子ベクトルの方向とを直交させることで、上記一次元の光学構造の変化する方向を設定したことを特徴とするものである。 In the liquid crystal optical element of the present invention, the fine optical structure is a one-dimensional multilevel binary diffraction grating, and the one-dimensional one is obtained by making the alignment axis direction of the liquid crystal molecules and the direction of the lattice vector orthogonal to each other. The direction in which the optical structure changes is set.
また、本発明の液晶光学素子は、上記微細光学構造が、一次元のモスアイ構造でることを特徴とするものである。 In the liquid crystal optical element of the present invention, the fine optical structure is a one-dimensional moth-eye structure.
また、本発明の液晶光学素子は、上記液晶が、平行配向型の液晶であることを特徴とするものである。 The liquid crystal optical element of the present invention is characterized in that the liquid crystal is a parallel alignment type liquid crystal.
本発明におけるマルチレベルバイナリー型回折素子の構造を内在する液晶光学素子は、マルチレベルバイナリー型回折素子の回折特性を電気的に制御可能で、更に、配向処理による回折素子構造の損傷を少なくし、最大回折効率を高くすることができる。 The liquid crystal optical element having the structure of the multi-level binary diffraction element in the present invention can electrically control the diffraction characteristics of the multi-level binary diffraction element, and further reduces the damage of the diffraction element structure due to the alignment treatment. The maximum diffraction efficiency can be increased.
また、本発明における波長程度以下の一次元微細光学構造(モスアイ構造)を内在する液晶光学素子において、配向処理による微細光学構造の損傷を少なくし、共振現象の少ない光学素子とすることができる。 In addition, in the liquid crystal optical element having a one-dimensional fine optical structure (moth eye structure) of about the wavelength or less in the present invention, the damage of the fine optical structure due to the alignment treatment can be reduced, and an optical element with less resonance phenomenon can be obtained.
本発明における液晶光学素子は、素子を構成する少なくとも一方の透明基板に一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子または一次元のモスアイ構造の微細光学構造を備え、その微細光学構造における一次元の構造変化の方向と、液晶分子の配向軸方向を直交した構成としている。また、この一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子は、この素子に入射する入射光の波長程度以下の一次元の微細光学構造を内在する形態とし、微細光学構造の構造変化方向と液晶分子の配向軸方向を直交させている。モスアイ構造についても同様である。以下に、本発明における液晶光学素子の具体的な構成について説明をする。 The liquid crystal optical element according to the present invention includes a one-dimensional multilevel binary diffraction element or a one-dimensional moth-eye micro-optical structure on at least one transparent substrate constituting the element, and the one-dimensional structural change in the micro-optical structure. And the orientation axis direction of the liquid crystal molecules are orthogonal to each other. In addition, this one-dimensional multilevel binary diffraction element has a form in which a one-dimensional fine optical structure equal to or less than the wavelength of incident light incident on this element is contained, and the direction of structural change of the fine optical structure and the orientation of liquid crystal molecules The axial directions are orthogonal. The same applies to the moth-eye structure. The specific configuration of the liquid crystal optical element in the present invention will be described below.
図1に、本発明における一次元の微細光学構造に相当するマルチレベルバイナリー型回折素子の構造を内在した液晶光学素子の断面構造を示す。 FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a liquid crystal optical element having a multilevel binary diffraction element structure corresponding to a one-dimensional fine optical structure in the present invention.
図1に示す様に、本発明の液晶光学素子100aは、透明基板101aに、微細光学構造からなるマルチレベルバイナリー型回折素子102の構造が付加され、更に、回折素子の表面に、透明電極103a及びポリイミドからなる配向膜104aを有して構成されている。ここで、マルチレベルバイナリー型回折素子102は、後に述べる一次元の構造を持ち、その格子ベクトルの方向はY軸方向で、一段あたりの高さをdとした4段の階段構造を持つとする。また、回折素子表面に設けた配向膜104aの配向軸105はX軸方向であり、マルチレベルバイナリー型回折格子102における格子ベクトルの方向と直交となる様に設定されている。この格子ベクトルの方向とは、本発明における一次元の光学構造が変化する方向(本図のY軸方向)に相当する。
As shown in FIG. 1, in the liquid crystal
また、このマルチレベルバイナリー型回折素子102が形成された透明基板101aと対向する透明基板101b表面には、透明電極103b、配向膜104bが形成されている。この透明電極103bは全面ベタ電極であって、配向膜104bは配向膜104aと平行となる様に、ラビング配向処理がされた、ポリイミドにより形成された有機配向膜である。この様に配向膜104a、104bを平行配向の形態とすることにより、電圧を与える前後で、入射光106の入射直線偏光の方位が変わらずに素子から出射するため、本
発明の液晶光学素子100aによって、純粋な位相変調を実現することができる。
A
また、本図面では、4段の階段構造を持つマルチレベルバイナリー型回折格子102毎に、透明電極103aが複数個に分割して形成された例を示しており、これら各透明電極103aに個別に給電が行えるようになっている。
In addition, this drawing shows an example in which a
この様な構成とすることで、透明電極103aへ給電する領域と、給電しない領域とを任意に形成することができ、透明基板101a、101b間に挟持された液晶層112に含まれる液晶分子を、本図紙面と垂直方向を向いた液晶分子107aと、水平方向に向いた液晶分子107bの姿勢とすることができる。
With such a configuration, it is possible to arbitrarily form a region that supplies power to the
次に、この液晶光学素子100aの構成要素の一つである一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子102の構造と特徴を記述する。図2は、マルチレベルバイナリー型回折素子102のY軸断面構造を表した図で、X軸方向には構造変化のない一次元回折格子を示している。
Next, the structure and characteristics of a one-dimensional multilevel
図2に示す様に、マルチレベルバイナリー型回折素子102は、先に示した様に、高さ方向であるZ軸方向に階段状の構造を持っている。ここでは、4段の場合を表している。この4段を一組とする階段構造が、Y軸方向にピッチPの周期で繰り返す回折格子となり、これが光学構造が変化する方向となり、このときのY軸方向を格子ベクトルの方向と定義する。
As shown in FIG. 2, the multilevel
図2において、階段高さ108はdで一定である。このとき、マルチレベルバイナリー型回折素子102を構成する媒質の屈折率をnとすれば、階段一段あたりの媒質部分の光路長はn×dである。一方で、空気の屈折率を1とすれば、階段一段あたりの空気部分での光路長はdであるから、両者の光路長差は(n−1)×dとなり、階段状の光路長分布を持つことがわかる。
In FIG. 2, the
また、階段構造は4段からなるため、最大の光路長差は4×(n−1)×dで表される。このとき段数が十分多ければ、階段構造は滑らかに直線的に変化する三角プリズム形状になることがわかる。これは、特定波長に対して理論上100%の回折効率を実現できるブレーズド格子となる。 Moreover, since the staircase structure is composed of four steps, the maximum optical path length difference is represented by 4 × (n−1) × d. If the number of steps is sufficiently large at this time, it can be seen that the staircase structure has a triangular prism shape that smoothly and linearly changes. This is a blazed grating that can theoretically realize 100% diffraction efficiency for a specific wavelength.
ここで、図2に示されるマルチレベルバイナリー型回折素子102に、波長λ1の入射光106が垂直に入射したとする。このときmを任意の自然数として下記に示す(1)式の関係を満たせば、理論上は100%の一次回折光109を得ることができる。(1)式において、記号||は絶対値を表す。このときの一次回折光109の回折角θは、先の周期Pを用いて(2)式で表される。
Here, it is assumed that the
m×λ1 =4×|(n−1)|×d ・・・(1)
P×sin(θ)=λ1 ・・・(2)
m × λ 1 = 4 × | (n−1) | × d (1)
P × sin (θ) = λ 1 (2)
ここで、図2で示すマルチレベルバイナリー型回折素子102に、波長λ2の入射光106が垂直に入射したとする。このとき、Lを任意の自然数として(3)式に示すように、階段一段あたりの空気との光路長差が波長λ2と同じか、もしくはその整数倍なら、その光に対しては階段構造がないことと同じとみなすことができる。なぜなら、光は波長を周期として繰り返す波であるからである。したがって、このときの入射光106は、液晶光学素子100aをそのまま透過し、0次光110となる。
Here, it is assumed that the
L×λ2=|(n−1)|×d ・・・(3) L × λ 2 = | (n−1) | × d (3)
このように、バイナリー型回折素子102では、特定の波長λ1に対して100%機能し、別の特定の波長λ2に対しては全く機能しない光学特性を実現することができる。
As described above, the
次に、本発明の液晶光学素子100aの構造と作用について図3を用いて簡単に説明する。図3(a)に、図1に示した方向から90°回転させた方向から見た液晶光学素子100aにおける液晶分子の挙動を示し、図3(b)に、図1と同じ方向から見たときの液晶分子の様子を示した。
Next, the structure and operation of the liquid crystal
図3(a)(b)に示す様に、一対の透明基板101a、101bには透明電極103a、103bが形成され、一方の透明基板101aに形成された透明電極103aは、本図では上下に電気的に二分割されている。また、透明電極103a上には更に配向膜104aが塗布され、その配向軸105はX軸方向となる様に設定されているとする。
As shown in FIGS. 3A and 3B,
図3(a)(b)において、図中の上側の領域において透明電極103a、103bに挟まれた液晶層112には、電位差が与えられていないとする。このとき、ラグビーボール形状をした液晶分子107aは、配向膜104aの近辺でその分子長軸111を配向軸105の方向にそろえる。従って、連続体として振る舞う液晶分子107aの集団は、分子長軸111をX軸方向にほぼ平行に揃えた液晶層112を形成する。ここで、図3(a)に示す液晶分子107aが、X軸(配向軸105)に対し若干傾いているのは、プレチルト角が設定されているからであって、その角度は数度程度である。この領域において、X軸方向の直線偏光成分を有する入射光106は、およそ分子長軸111の屈折率neを見ながら液晶層112を伝搬する。
3A and 3B, it is assumed that no potential difference is given to the
これに対し、両図面の下側の領域において透明電極103a、103bに挟まれた液晶層112に十分に高い電圧が掛けられると、液晶分子107bは、分子長軸111を電界の方向であるZ軸方向にそろえて静止する。このとき入射光106は、およそ分子短軸113の屈折率noを見ながら伝搬する。そして、透明電極103a、103bに掛ける電圧を調整することで、液晶分子107bの傾きを調整することが可能で、この電圧により液晶層112の入射光106に対する屈折率を、およそneからnoまで連続に変化させることができる。
On the other hand, when a sufficiently high voltage is applied to the
したがって、透明基板101aの表面に形成した透明電極103aの形状に応じた屈折率分布を与えることが可能で、屈折率分布の深さを電圧で制御することができる。また、ここで入射光106の偏光方向は、配向軸105の方向、正確には電圧を加える前の分子長軸111の方向と同じにする、本図ではX軸方向とする必要がある。これは、X軸方向の直線偏光に対しては液晶分子107bの傾きに関係なく、分子短軸113の屈折率noを見ながら伝搬するからである。
Therefore, it is possible to give a refractive index distribution according to the shape of the
この現象は、空気層を液晶層112に置き換えたことと同じである。従って、マルチレベルバイナリー型回折素子102を構成する媒質の屈折率をnとすれば、前述した(1)(3)式において、空気の屈折率1の代わりに、neからnoまでの任意の屈折率を電気的に選択でき、設計波長を電気的に変えることができることが判る。
This phenomenon is the same as replacing the air layer with the
一例として代表的な値であるnが1.5、neが1.7、noが1.5、そしてdが2ミクロンとすると、液晶光学素子100aに電圧を与えないときは、(3)式よりLが1の場合として400nmの波長は素通りし、(1)式よりmが2の場合として、800nmの波長に対してほぼ100%の一次回折光を得ることができる。
N is 1.5, which is a typical value as an example, n e is 1.7, n o is 1.5, and d is 2 microns, if not give voltage to the liquid crystal
また、液晶光学素子100aに電圧を与え、入射光106に対する液晶分子107a、
107bの実効屈折率を1.6にすれば、同様に200nmの波長を持つ光は素通りし、400nmの波長を持つ光に対してはほぼ100%の一次回折光を得ることができる。
Further, a voltage is applied to the liquid crystal
If the effective refractive index of 107b is set to 1.6, similarly, light having a wavelength of 200 nm passes through, and almost 100% primary diffracted light can be obtained for light having a wavelength of 400 nm.
正確には、透明電極103a、103bや配向膜104a、104bの屈折率と厚みを考慮しなければならないが、それらの厚みは200nm程度以下のため、ここでは無視した。
To be exact, the refractive indexes and thicknesses of the
また、先に記述したように、マルチレベルバイナリー型回折素子102では、ブレーズド形状すなわち三角プリズム形状のスロープ(図2では破線で表示)を階段近似している。このときに得られる理論上の最大回折効率は、図2に示す4段の場合は約82%、8段の場合は約95%であることが知られている。
Further, as described above, in the multi-level
ここで、本発明の効果の一例として、ピッチ10ミクロン、段差dが0.285ミクロン、段数が8段のマルチレベルバイナリー型回折素子102を内在した液晶光学素子100aの最大回折効率を測定した。この測定では、波長650nmのレーザー光を液晶光学素子100aに垂直に入射し、入射光強度に対する一次回折光強度を測定し割合を求めた。光強度の測定にあたっては、市販のレーザーパワーメーターを用いた。その結果、本発明の液晶光学素子100aでは、設計波長に対する一次回折光は82%の値が得られ、理論最大効率の95%に比較的近い値となったが、この配向方向と直交する方向に配向処理を施した従来の液晶光学素子では、60%程の一次回折光しか得られなかった。
Here, as an example of the effect of the present invention, the maximum diffraction efficiency of the liquid crystal
この様にして、本発明の液晶光学素子100aを、配向膜104aにおける配向軸105がマルチレベルバイナリー型回折素子102の格子ベクトルの方向と直交となる様に設定すれば、ラビング配向処理だけでなく、光配向処理や蒸着配向処理等による配向処理において、マルチレベルバイナリー型回折格子102の段差構造を損傷し難くし、従来のものよりも最大回折効率を飛躍的に向上することが確認できた。
In this way, if the liquid crystal
なお、上記説明では、配向膜104a、104bを平行に配向した液晶光学素子100aの形態を示したが、配向膜104aにおける配向軸105の方向と、一次元の構造変化の方向とを直交する方向とする条件さえ満たせば、配向膜104bの配向方向を変えて、ツイスト配向型またはハイブリッド配向型の光学素子形態としても、本発明と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the configuration of the liquid crystal
また、上記説明では、透明基板101aのみにマルチレベルバイナリー型回折素子102を配した例を示しているが、これを必要に応じて、透明基板101a、101bの両方の表面にそれぞれ設けても構わない。この様に、両方の透明基板101a、101b表面に、同じ格子で同じピッチのマルチレベルバイナリー型回折素子102を設けることで、各格子に刻む深さを半分にでき、素子の製造が容易となる。また、両基板に異なる回折格子を設ける場合は、一つの素子で2種類の回折機能を持たせることができる。
In the above description, an example in which the multi-level
次に、本発明の液晶光学素子の他の構成例について図4を用いて説明する。図4では、可視光の波長程度以下の微細光学構造(モスアイ構造)を内在した液晶光学素子の断面構造を示している。 Next, another configuration example of the liquid crystal optical element of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a liquid crystal optical element having a fine optical structure (moth eye structure) having a wavelength equal to or smaller than the wavelength of visible light.
図4に示す様に、本実施例に示す液晶光学素子100bは、透明基板101aにモスアイ構造114が付加され、更にそのモスアイ構造114の表面に、透明電極103a及び配向膜104aが形成されている。ここでモスアイ構造114は、後に説明する図5に示す一次元のモスアイ構造114となっている。このモスアイ構造114の光学構造が変化する方向は、図中のY軸方向である。
As shown in FIG. 4, in the liquid crystal optical element 100b shown in this embodiment, a moth-
また、このモスアイ構造114のピッチPは、400nm程度より小さくなる様に設定されているので、400nm以上の可視光を含む波長の入射光に対して無反射特性を示すことができ、液晶光学素子100bの内部反射による光の共振現象が生じない。したがって、液晶分子107aの傾きが駆動により変化しても、透過率変動の少ない液晶光学素子100bを実現することができる。
Further, since the pitch P of the moth-
ここで、本発明においてモスアイ構造114側に塗布される配向膜104aの配向軸105は実施例1と同様にX軸方向であり、モスアイ構造114の構造が変化しない方向に設定されている。また、これと対向して設けられる配向膜104bは、配向膜104aの配向軸105の方向と平行配向処理がされた有機配向膜である。したがって、本実施例における構成も実施例1と同様に、配向処理によるモスアイ構造114への損傷がおこりに難く、結果として共振現象の少ない液晶光学素子100bを実現することができる。
Here, in the present invention, the
次に、本実施例に適用したモスアイ構造114の作用について説明する。図5は、本発明の構成要素であるモスアイ構造114のY軸断面図を表した図で、X軸方向には構造変化のない一次元回折格子を示している。
Next, the operation of the moth-
図5から判る様に、モスアイ構造114の断面は、ピッチPで繰り返す二等辺三角形の構造となっており、図中のY軸方向のグレーティングベクトルを持つ。このピッチPが入射光106の波長λよりも小さいとする。このときの一次光の回折角も、実施例1で示した(2)式で計算することができるが、sin(θ)が1以上となってしまい実数解が存在しない。これは、一次回折光以上の回折光が存在せず、そのまま透過する0次光110のみになるからである。この0次光110のことを特に0次回折光という。
As can be seen from FIG. 5, the cross-section of the moth-
この0次光110はエバネセント波を伴い、特異な振る舞いをすることが知られ、たとえば図5の場合は、入射光106が無反射で入射側の境界を透過することとなる。これは、定性的には波長程度以下の光学構造に対し光は不感であり、平均的にその構造を関知するからである。
The zero-
ここで、モスアイ構造114を構成する媒質の屈折率を1より大きいnとし、このモスアイ構造114が空気中に置かれているとする。このとき、入射光106は空気中を進み、透明基板101aに入射する。そして、一次元のモスアイ構造114の境界である二等辺三角形の底辺部分(図5では破線表示)に達すると、入射光106の見る屈折率はnとなる。入射光106がこの底辺部分を越えて進むにつれ、平均的に感じる屈折率が減少する。それは、屈折率nを持つ領域の割合が徐々に減少するためであり、入射光106が頂点116を越えたときには、入射光106の見る屈折率は1となる。従って、入射光106の見る屈折率は、nから1まで連続的に徐々に変化するため屈折率の不連続がなくなり、無反射で入射光106は伝搬して、0次光110を出射する。
Here, it is assumed that the refractive index of the medium constituting the moth-
なお、入射光106がモスアイ構造114の頂点116側から入射した場合は、透明基板101aを通過後は屈折率が1からnまで連続的に徐々に変化する。
In addition, when the
また、両面無反射コートとする必要がある場合には、透明基板101a、101bの両面にモスアイ構造114を形成すればよい。
Further, when it is necessary to form a double-sided non-reflective coating, the moth-
また、本実施例で示した形態においても、実施例1と同様に、平行配向型だけでなく、ツイスト配向型またはハイブリッド配向型の光学素子形態としても、本発明と同様の効果を得ることができる。 Also in the embodiment shown in this embodiment, the same effects as those of the present invention can be obtained not only in the parallel alignment type but also in the twist alignment type or hybrid alignment type optical element as in the first embodiment. it can.
また、実施例1及び実施例2で示した液晶光学素子100a、100bに入射する、直線偏光である入射光106の偏光方位は、光学構造が変化しない方向に限られる。すなわち、この方向が液晶分子の長軸方向となり、電気的に実効屈折率を可変にできるからである。しかし、特に微細な光学構造の場合には、偏光の方位により光学特性が著しく変わることが知られている。よって、入射直線偏光の方位を微細光学構造が変化する方位にしたければ、液晶分子の短軸が配向方向に揃う性質を持つ液晶物質を用いれば良い。
In addition, the polarization direction of the incident light 106 that is linearly polarized light and is incident on the liquid crystal
また、正確には配向膜界面近傍の液晶分子は、強いアンカリングフォースで界面に束縛され電圧を与えても全く動かない。しかし、一般に全く動かない領域は10nm程度以下の厚みであり、実験的にもほぼ無視できる結果が得られているので、ここでは無視した。 More precisely, the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment film interface are bound to the interface by a strong anchoring force and do not move at all even when a voltage is applied. However, in general, a region that does not move at all has a thickness of about 10 nm or less, and an experimentally negligible result has been obtained.
100a、100b 液晶光学素子
101a、101b 透明基板
102 マルチレベルバイナリー型回折素子
103a、103b 透明電極
104a、104b 配向膜
105 配向軸
106 入射光
107a、107b 液晶分子
108 階段高さ
109 一次回折光
110 0次光
111 分子長軸
112 液晶層
113 分子短軸
114 モスアイ構造
116 頂点
100a, 100b Liquid crystal
Claims (4)
前記2枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板に、液晶分子の配向軸方向と、一次元の光学構造が変化する方向とを直交させた微細光学構造を備える
ことを特徴とする液晶光学素子。 In a liquid crystal optical element that sandwiches liquid crystal between two transparent substrates,
A liquid crystal optical element comprising: at least one of the two transparent substrates, a fine optical structure in which an alignment axis direction of liquid crystal molecules and a direction in which a one-dimensional optical structure changes are orthogonal to each other.
前記液晶分子の配向軸方向と格子ベクトルの方向とを直交させることで、前記一次元の光学構造の変化する方向を設定した
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶光学素子。 The fine optical structure is a one-dimensional multilevel binary diffraction grating,
2. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the direction in which the one-dimensional optical structure changes is set by making the alignment axis direction of the liquid crystal molecules and the direction of the lattice vector orthogonal to each other.
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the fine optical structure is a one-dimensional moth-eye structure.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the liquid crystal is a parallel alignment type liquid crystal.
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2007
- 2007-10-12 JP JP2007266486A patent/JP2009098163A/en active Pending
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WO2011074318A1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-23 | シャープ株式会社 | Liquid-crystal display panel and method for manufacturing liquid-crystal display panel |
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