JP3144011B2 - 液晶位相格子 - Google Patents
液晶位相格子Info
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- JP3144011B2 JP3144011B2 JP04000036A JP3692A JP3144011B2 JP 3144011 B2 JP3144011 B2 JP 3144011B2 JP 04000036 A JP04000036 A JP 04000036A JP 3692 A JP3692 A JP 3692A JP 3144011 B2 JP3144011 B2 JP 3144011B2
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Description
らなる液晶位相格子に関するものであって、透過方式ま
たは反射方式によって特定の方向の光を制御すること
で、文字、図形等をカラー表示する表示装置等に利用さ
れる。
利用したねじれ液晶(TN)型やその応答特性を改良し
たスーパーツイストネマチック(STN)型のものが実
用化されている。しかし、これらの液晶光学素子を用い
てカラー表示を実現するためには染料等を分散したカラ
ーフィルタ等が必要である。
示が可能な方法として電圧制御複屈折方式があるがこの
方法は偏光に対してしか効果がないため光の利用効率が
悪いという欠点を有している。
された回折格子と液晶材料からなる光学フィルタは、印
加電圧にともなう液晶の屈折率の変化を利用したカラー
フィルタとして機能することが述べられている。この技
術では、2枚の回折格子を重ね合わせることによって非
偏光についても機能する素子を作製できる。
晶素子においては、透過光が波長の関数として与えられ
るため、特定の波長のみ透過させることができず透過光
の色純度が十分ではないという欠点を有している。
なされたものであり、色純度が高い液晶位相格子を提供
するものである。
子は、規則的な凹凸を有する固体材料11とその凹凸を
満たす液晶材料12が、透明電極13a、13bが形成
された2枚の基板14a、14bの間に挟まれた構造を
有する液晶位相格子において、固体材料の溝深さを制御
する等の方法によって固体材料が2種以上の光学的位相
差を与える構造を有するものである。
の中の特定波長の光を特定の方向に回折する構造を有し
ている。0次回折光(=透過光)については、、近似的
に液晶材料と透明固体材料の屈折率の差とそれらよりな
る層の厚さの積(反射型の場合はその2倍)が、波長の
整数倍の波長成分については透過し、波長の半整数倍
(1/2、3/2、5/2等)の波長成分については干
渉作用によって消光する。さらに詳しくは、公知の液晶
位相格子の透過率T(λ)(反射型として使用するとき
は反射率)は次式 T(λ)=cos2 (2πΔnd/λ) (1) (λ:波長Δn:液晶層と固体材料の屈折率の差、d:
溝深さ)によって与える(ただし、反射型ではΔnが液
晶層と固体材料の屈折率の差の2倍、あるいは液晶の屈
折率となる。)。液晶位相回折格子においては、透明電
極間に印加する電圧による液晶分子の配向方向が変化
し、Δnが連続的に変化するためT(λ)が変化する。
しかし、T(λ)はλの関数として緩やかに変化するた
め、透過光の色調は純度の低いものとなる。たとえば、
透過光が赤色の場合(最大透過率の波長λ max=6
40nm)透過光が、低波長側に裾を引くためオレンジ
がかった色となる。
を2つ以上の光学位相差を与える構造とする(溝深さを
変化させる)ことで、たとえば透過率が異なる溝深さd
1 、d2 を有する(1)色の積 T(λ)=cos2 (2πΔnd1 /λ)・cos2 (2πΔnd2 /λ) (2) として与えられる。これにより透過光−波長の関係は裾
を引かないシャープなものとなり透過光の色純度が向上
する。2つ以上の光学位相差を与える構造としては、一
方の基板に2つ以上の光学位相差を与える構造を形成す
ることもできるし、2枚の基板それぞれに異なる光学位
相差を与える構造を形成し重ねることもできる。この場
合、これらの位相格子が直接接していてもよいし、透明
物質で区切られるなど異なる構造として存在していても
良い。また、これらの溝は同様の方向に向いていてもよ
いし、垂直等の角度を有して配置されていても良い。
を有するものであれば特に制限はないが、具体的には高
分子材料、ガラス等が使用される。本発明の液晶位相格
子透過型として使用する場合には固体材料は透明である
必要があるが、反射型として使用する場合には不透明の
材料を用い、反射膜等を付けることができる。また、特
定の波長域で本発明の液晶位相回折格子を透過型として
使用する場合には、その波長域で透明であればよい。固
体材料の形状を作製する方法としては、フォトリソグラ
フィ、エッチング等の方法、或いはそれらの方法で作製
した原型を高分子材料等のレプリカで写し取って作製す
ることもできる。
晶性化合物でもよいし、2種以上の液晶性化合物や液晶
性化合物以外の物質を含んだ混合物であってもよい。液
晶材料としてはネマティク液晶、スメクチック液晶、コ
レステリック液晶のどれを用いてもよいが、特にネマチ
ック液晶が望ましい。また、これらの混合物であっても
よい。液晶材料の誘電異方性は正であっても負であって
もよく、また周波数を変化させることにより誘電異方性
が正負両方の値をとることのできる液晶材料であっても
よい。本発明の液晶光学素子は、液晶材料の屈折率の変
化によって散乱状態と透過状態を制御するため、液晶材
料の2つの屈折率(常光線屈折率と異常光線屈折率)の
差が大きいものが望ましいが、2つの屈折率が等しくな
い限りとくにこれによって制限されるものではない。
電極層を有す少なくとも一方が透明な基板であり、ガラ
ス、プラスチック、金属等が使用できる。本発明の液晶
回折格子は、透過型として使用する場合と反射型として
使用する場合が可能である。透過型として使用する場合
には2枚の基板は透明であることが必要である。反射型
の場合は基板の一方に金属等の反射率の大きな材料を用
いるが、表面を反射率の大きな材料でコーティングす
る。
(ITO)付きガラス基板14bに、ポリメチルメタク
リレート(固有粘度=1.25)のエチルセルソルブア
セテート溶液をスピンコートし、厚さ4.6μmの膜を
得た。ディープUV露光機を用いて、フォトリソグラフ
ィーで図2に示す固体材料を形成する。10μm周期で
5μm角の穴のあいたクロミウムマスクを使い、露光量
を2段階にして、マスクを移動して3回露光した。ポリ
メチルメタクリレートはポジ型レジストである。図2の
領域20は厚さ4.6μmにしたいので露光しない。領
域22、24は厚さ2.3μmにしたいので同じ露光量
でマスクを移動してしそれぞれ露光する。領域26はレ
ジストが存在しなにようにしたいのでマスクを移動し、
露光量を増加して露光する。現像液はメチルイソブチル
ケトンとイソブロパノールの混合溶液を用いた。電子顕
微鏡観察により、図2のような2次元的な周期の位相格
子が形成されていることを確認した。このあとITO付
きガラス基板14aをもう一枚用意し、ガラス基板14
bと対向させ、間にシアノ系ネマッチック液晶E8を注
入した。このようにして図1に断面を示すような素子を
作製した。この素子の電圧OFFにおける透過光の波長
依存性を図3に示した。図中(c)がこの素子の透過
率、(a)、(b)は図2の位相格子でなくそれぞれ厚
さ2.3μm、4.6μmのポリメチルメタクリレート
の5μmのライン&スペースを位相格子とした従来の素
子の透過率を示す。本発明の素子は透過光のピークがシ
ャープであり、また白色光を透過させたときの透過光も
あざやかであった。この素子に電圧を印加すると、ピー
クはこの形状を保ちながら、低波長側に移動した。色度
図上での「x」と「y」の移動範囲が従来より広かっ
た。
チルメタクリレート(固有粘度=1.25)のエチルセ
ルソルブアセテート溶液をスピンコートし、厚さ2.3
μmの膜を得た。ラインとスペースの間隔がそれぞれ5
μmのクロミウムマスクを用いてディープUV露光でパ
ターニングした。電子顕微鏡観察より、得られた位相回
折格子はマスクのパターンを写し取った断面矩形の回折
格子となっていることが確認された。また、同様の方法
で厚さ4.6μmの位相回折格子を作製した。それぞれ
の位相回折格子に透明電極付きの対向電極を張り合わせ
2つの位相格子の溝を直行させて2枚の位相格子付きの
基板を張り合わせた素子を作製し、シアノ系ネマッチッ
ク液晶E8を注入した。
を測定すると実施例1と同様にシャープな透過率曲線で
あった。また色度図上での「x」と「y」の移動範囲も
従来より広かった。
晶位相格子では得られない色純度の優れた液晶素子を提
供するものである。本発明の液晶位相回折格子は鮮やか
な色調の要求される、文字、図形等を表示する表示装
置、光スイッチ等に利用される。
る固体材料の斜視図である。
よる液晶位相格子の透過率の波長依存性を示す図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 電極を有する2枚の基板間に液晶材
料が挟まれた構造を有し、前記電極に印加する電圧によ
って液晶層の屈折率を変化させて透過光の色調を変化さ
せる液晶位相格子において、前記基板の少なくとも一方
に凹凸を有する固体材料を有し、前記凹凸が2種以上の
光学的位相差を与える構造を有していることを特徴とす
る液晶位相格子。 - 【請求項2】 前記規則的な凹凸が2次元的に複数
の溝方向を有することを特徴とする請求項1に記載の液
晶位相格子。 - 【請求項3】 前記規則的な凹凸を有する固体材料
は、前記基板上にそれぞれ設けられ、それらの規則的な
凹凸が与える光学的位相差が異なることを特徴とする請
求項1または2に記載の液晶位相格子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04000036A JP3144011B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 液晶位相格子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04000036A JP3144011B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 液晶位相格子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05210012A JPH05210012A (ja) | 1993-08-20 |
JP3144011B2 true JP3144011B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=11463110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04000036A Expired - Lifetime JP3144011B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 液晶位相格子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3144011B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6172792B1 (en) * | 1997-01-31 | 2001-01-09 | Mary Lou Jepsen | Method and apparatus for forming optical gratings |
JP5987384B2 (ja) * | 2012-03-21 | 2016-09-07 | 凸版印刷株式会社 | 三次元構造体、及びその製造方法 |
JP6969560B2 (ja) * | 2016-08-30 | 2021-11-24 | 大日本印刷株式会社 | 偏光解消素子 |
-
1992
- 1992-01-06 JP JP04000036A patent/JP3144011B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05210012A (ja) | 1993-08-20 |
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