JP4143202B2 - ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ - Google Patents
ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4143202B2 JP4143202B2 JP1176999A JP1176999A JP4143202B2 JP 4143202 B2 JP4143202 B2 JP 4143202B2 JP 1176999 A JP1176999 A JP 1176999A JP 1176999 A JP1176999 A JP 1176999A JP 4143202 B2 JP4143202 B2 JP 4143202B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- liquid crystal
- transmission
- cells
- polarizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、一般に使用されているカラーフィルタは、透過波長が固定されたものである。つまり、赤のフィルタは赤色光のみ、緑のフィルタは緑色光のみ、青のフィルタは青色光のみというように特定の波長のみ透過し、透過波長を変えるにはフィルタを交換する必要がある。この不便さを解消する技術として、ネマティック液晶の複屈折効果をリオフィルタ(Lyot-filter )の原理に応用した波長可変カラーフィルタが知られている。
【0003】
リオフィルタは、例えば図4(a)に示すように、平行ニコルの偏光子10,10間(平行偏光子間)に複屈折板(一軸結晶)11を光軸と透過軸との角度が45°になるように配置してなる積層板F1,F2,F3を透過順に重ね、複屈折が2の累乗倍で増加するよう、各複屈折板11の厚さを1つ前の2倍にして構成される。なお、隣り合う複屈折板ではその間の偏光子を共有することができる(以下同じ)。
【0004】
F1,F2,F3の透過スペクトルは図4(b),(c),(d)に示すように、特定波長λ0 (相対波長λ0 /λ=1)のところで透過率1のピークを保ちながらピーク間隔が順次半減するような挙動を呈する。これらを重ね合わせると図4(e)に示すように、特定波長λ0 のところで透過率1の鋭いピークが得られる(B.Lyot : Comptes Rendus 197, 1953(1933) )。すなわち、この構成によりバンドパスフィルタとして良好な特性が得られる。なお、フィルムの枚数は4以上であってもよい。
【0005】
前記リオフィルタの原理にネマティック液晶の複屈折効果を応用した波長可変カラーフィルタとして、修正型液晶リオフィルタが提案されている(K.Sato, N.Kato, Y.Hanazawa and T.Uchida : Proc.Japan Display,392(1989); Proc.SID 32,183(1991) )。
これは、例えば図5に示すように、複屈折板として、1軸結晶の代わりに、ネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セル(Electrically Controlled Birefringence Cell;ECBセルと略称する)1を使用するもので、ECBセル1を平行偏光子間に光軸と透過軸との角度が45°になるように配置してなる平行ニコル液晶セルC1,C2を透過順に重ね、さらにC2の次に、所望の波長以外の波長を可視領域から排除するために、ECBセル1を垂直偏光子間に光軸と透過軸(偏光子10の透過軸)との角度が45°になるように配置してなる垂直ニコル液晶セルC3を付加して構成される。
【0006】
ECBセル1の厚さ(セル厚)dはどれも同じとし、各ECBセル1には個別に電圧印加装置30が接続される。
この構成によれば、平行ニコル液晶セルC1,C2、および垂直ニコル液晶セルC3に印加する電圧をリオフィルタの複屈折条件に適合するように調整することで鋭いピークの透過スペクトルが得られ、また、これら電圧の組合せを変えることで透過ピーク波長(透過スペクトルの主波長)を変えることができ、十分な量のR(赤),G(緑),B(青)の透過光が得られる。なお、平行ニコル液晶セルの枚数は3以上であってもよい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記修正型液晶リオフィルタには次のような課題が残されている。まず、電圧印加装置がセルの枚数分必要となる。また、液晶の複屈折効果に依存するため温度の影響を受けやすい。すなわち、温度変動により透過率や透過ピーク波長が変動する。そして温度の影響を電圧により補償しようとしても、セル毎の補償が必要なため回路が複雑になる。
【0008】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタにおいて1つの電圧印加装置を全セルで共有できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために、まず、液晶層の光学特性を検討した。この検討内容を説明する。
複屈折の大きさを示すリタデーションδ(V)は数1式(1) で表される。すなわち、δ(V)は、光軸に平行方向の屈折率ne と光軸に垂直方向の屈折率no の差にセル厚dを掛けたものである。ここでno は一定であるが、ne は各液晶分子配向状態によって異なり、数1式(2) で表される。また、n(θ)は、各液晶分子が透過方向に垂直な面となす角θにより数1式(3) で与えられる。
【0010】
【数1】
【0011】
一方、ネマティック液晶の配向は、弾性連続体理論により求められる。弾性連続体理論によれば、各液晶分子が透過方向に垂直な面となす角θとセル厚方向距離xとの関係は微分方程式(数2式(4) )で表される(P.Sheng : RCA Review 35,(1974)p.408 )。
【0012】
【数2】
【0013】
前記式(1) 〜式(4) を解くと、電圧印加時のリタデーションδ(V)は数3式(5) で表される。ここでθM は電圧の関数であり、それ以外の変数は液晶または液晶セルの固有値である。したがって、電圧を変えればリタデーションを変えることができるが、ここで着目すべき点は、δ(V)がセル厚dに比例している点である。これは、セル厚の違う複数のセルに同じ電圧を印加したとき、個々のリタデーションの比はセル厚の比に等しくなることを示している。
【0014】
【数3】
【0015】
このことから、前記修正型液晶リオフィルタにおいて、各セルに同じ電圧を印加するという条件下でリオフィルタの複屈折条件が満たされるようなセル厚の組合せを採用すれば、1つの電圧印加装置でRGBの各色光を選択透過可能な波長可変カラーフィルタが実現できると考えられる。
そこで、そのようなセル厚の組合せを計算により求めると、セル厚を平行偏光子間でd,2d、垂直偏光子間で 1.5dとすればよいことがわかった。
【0016】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、透過軸を直交させて透過順に配置した第1、第2の偏光子間に、ネマティック液晶を用いた複数のECBセルを、該セルの光軸が第1の偏光子の透過軸となす角度を45°としセル間に透過軸を第1の偏光子と平行にした第3の偏光子を介在させて、透過順に配置してなり、配置順のセル厚が最後を除き公比2の等比数列をなし、最後のセル厚が最初の1.5 倍であって、全セルに共通の電圧制御装置から印加される各セルで同じ制御電圧の電圧レベルの3段以上の多段的あるいは連続的切替えに応じて透過色光が変化することを特徴とするネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタにある。
【0017】
本発明では、前記45°に代えて22.5〜67.5°とし、前記公比2に代えて公比1.6 〜2.4 とし、前記1.5 倍に代えて1.1 〜1.9 倍とすることができる。また、前記ECBセルは、ベンドセルに位相差フィルムを重ねてなるOCBセルが好ましい。ECBセルにOCBセルを用いる場合、用いる複数のOCBセル相互間で、ベンドセル厚と位相差フィルムリタデーションの比を同じ値とすることが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明試作例のセル構造を示す模式図である。セル厚の異なる3枚のECBセル1を垂直偏光子(透過軸を直交させて透過順に配置した第1の偏光子10と第2の偏光子10A)間に透過順に配置し、セル間には、この例では透過軸を第1の偏光子10と平行にした第3の偏光子10Bを介在させ、最初(平行偏光子間)のセル厚をd、次(平行偏光子間)のセル厚を2d、最後(垂直偏光子間)のセル厚を 1.5dとしている。各セルは、光軸が第1の偏光子10の透過軸と45°の角度をなすように配置されている。各セルは共通の電圧印加装置30に並列接続され、各セルには同じ制御電圧が印加される。
【0019】
この例では、ECBセル1の液晶としてチッソ(株)製のLIXON GR41を用い、セル厚は、透過順に4μm (=d),8μm (=2d),6μm (= 1.5d)とした。
この試作例を用いて透過特性を調査した。その結果を図2に示す。制御電圧を1.4 V,1.7 V,1.9 Vと変えていくと、順次、R,G,Bの波長のところで透過率のピークが現れる。なお、図中の点線は理論値、実線は実測値である。
【0020】
ここで、2枚目のセル(セル厚2d)を省略(片隣の偏光子10Bも省略)した場合、ピークがややブロード化し、一方、2枚目と3枚目(最後)のセル間にセル厚16μm (=4d)のセルを挿入(片隣の偏光子10Bも共に挿入)した場合、ピークがさらに先鋭化するが、いずれにしても、1つの電圧操作により透過スペクトルの主波長を連続的に変更することができる。すなわち、本発明では、ECBセルの枚数は3枚に限定されるものではなく、2枚以上であればよい。
【0021】
このように、最後のセルを除き透過順のセル厚が公比2の等比数列をなすように構成し、最後のセル厚を最初の1.5 倍(より一般的には半整数倍)にすることで、1つの電圧操作により透過スペクトルの主波長を連続的に変更可能な波長可変カラーフィルタが実現する。
なお、各セルの光軸と第1又は第3の偏光子の透過軸とのなす角度は、45°を中心に±22.5°の範囲内で変化させてもフィルタとして許容できる透過特性が得られるが、この範囲を逸脱するとピーク値の低下が著しくなる。また、前記公比は2を中心に、最後のセル厚の最初に対する倍率は 1.5を中心に、それぞれ±0.4 の範囲内で変化させてもフィルタとして許容できる透過特性が得られるが、この範囲を逸脱すると可視領域内の複数の透過ピークが現れ、ピーク値が著しく低下する。
【0022】
このため、本発明では、前記45°に代えて22.5〜67.5°とし、前記公比2に代えて公比1.6 〜2.4 とし、前記1.5 倍に代えて1.1 〜1.9 倍とすることができる。
また、本発明では、液晶セルとこれを挟む偏光子との相対的な位置関係を変えない限り、透過順を変更してもよい。例えば、基準セル厚をdとして、透過順に、平行偏光子間2d、垂直偏光子間 1.5d、平行偏光子間dとしてもよい。
【0023】
また、セル厚 1.5dは、一般にはdの半整数倍、すなわち(m+1/2 )dのセル厚であればよい。m=1の場合が 1.5dである。mが小さいと相対波長λ0 以外の波長を遮断する効果(遮断効果)が大であるが、スペクトルを先鋭にする効果(先鋭化効果)は小である。逆にmが大きいと遮断効果は小であるが先鋭化効果は大である。この点を考慮して、用途に応じてmを決定すればよい。
【0024】
すなわち、本発明のさらに一般化した要旨は、透過軸を直交させて透過順に配置した第1、第2の偏光子間に、複数のECBセルを、該セルの光軸が第1の偏光子の透過軸となす角度を45°(許容範囲は22.5〜67.5°)としセル間に透過軸を第1の偏光子と平行または垂直にした第3の偏光子を介在させて、透過順に配置してなり、平行偏光子間のセル厚が互いに2(許容範囲は1.6 〜2.4 )の累乗倍の関係にあり、垂直偏光子間のセル厚が互いに半整数倍( (m+1/2)倍;mは自然数、1/2 (=0.5)の許容範囲は0.1 〜0.9 )の関係にあることを特徴とする液晶を用いた波長可変カラーフィルタにある。
【0025】
以上のように、本発明によれば、各セルの制御電圧を共通の値にすることができ、これによって透過スペクトルの主波長を任意に調整できるバンドパスフィルタを構成することができる。したがって、電圧操作が1つで足りる。また、3枚のECBセルで波長可変カラーフィルタを構成する場合、従来の修正型液晶リオフィルタではセル厚の比が最大4であるのに対し本発明では高々略2であるから、本発明によれば厚み過剰を回避できて現実的なセル厚設計が可能となる。そして、液晶の特性が系の温度変化により変動しても、電圧操作を1つで行えることから温度補償回路の構成も容易である。
【0026】
ところで、前記ECBセルは、ベンドセル(ベンド配向を有する液晶セル)に位相差フィルムを重ねてなるOCBセル(optically compensated bend cell )が好ましい。というのは、OCBセルは、応答が速く視野角が広いという長所を有するからである(例えば、T.Miyashita, P.Vetter, M.Suzuki, Y.Yamaguchi and T.Uchida: Proc.Eurodisplay,p.149(1993) 、特開平7−84254 号公報等参照)。
【0027】
なお、OCBセルを用いる場合、リオフィルタの複屈折条件に適合させるために、ベンドセルと位相差フィルムは、各々の厚さ条件を全体の厚さ条件と同じにしておくことが望ましい。すなわち、本発明で用いる厚さの異なるOCBセルは厚さ方向に関して相似なものであることが好ましい。
【0028】
【実施例】
図3は、OCBセルを用いた本発明実施例のセル構成を示す模式図である。ECBセルとしてベンドセル2Aに位相差フィルム2Bを重ねてなるOCBセル2を用いた。ベンドセル2Aに用いた液晶は、チッソ(株)製のTD6004XXである。この液晶の物性は、弾性定数比:κ=0,誘電率比:γ=1.88,フレデリクス閾値:Vc =1.405 Vである。位相差フィルム2Bには日東電工(株)製の一軸性フィルムを用いた。
【0029】
ベンドセル2Aと位相差フィルム2Bは、それぞれの光軸と第1の偏光子10の透過軸との角度が45°になるように配置した。ベンドセルのセル厚と位相差フィルムのフィルム厚は本発明に従い表1に示す通りとした。この実施例では印加電圧に対する透過スペクトルの主波長の理論値は表2の通りである。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
この実施例の波長可変カラーフィルタの背面側から白色光を当て、電圧印加装置30を操作して印加電圧を12.6〜2.3 Vの範囲で変更すると、正面側では、表2の関係に則って各種主波長の色光が交番的に透過してくるのを視認することができる。
【0033】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、1つの電圧操作で各種色光を交番的に透過させることがきるバンドパスフィルタが実現するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明試作例のセル構造を示す模式図である。
【図2】本発明試作例の透過特性を示す透過スペクトル図である。
【図3】本発明実施例のセル構成を示す模式図である。
【図4】リオフィルタの原理説明図である。
【図5】修正型液晶リオフィルタの構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 ECBセル(電界制御複屈折セル)
2 OCBセル
2A ベンドセル
2B 位相差フィルム
10 偏光子(第1の偏光子)
10A 偏光子(第2の偏光子)
10B 偏光子(第3の偏光子)
11 複屈折板(一軸結晶)
30 電圧印加装置
Claims (4)
- 透過軸を直交させて透過順に配置した第1、第2の偏光子間に、ネマティック液晶を用いた複数のECBセルを、該セルの光軸が第1の偏光子の透過軸となす角度を45°としセル間に透過軸を第1の偏光子と平行にした第3の偏光子を介在させて、透過順に配置してなり、配置順のセル厚が最後を除き公比2の等比数列をなし、最後のセル厚が最初の1.5 倍であって、全セルに共通の電圧制御装置から印加される各セルで同じ制御電圧の電圧レベルの3段以上の多段的あるいは連続的切替えに応じて透過色光が変化することを特徴とするネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ。
- 前記45°に代えて22.5〜67.5°とし、前記公比2に代えて公比1.6 〜2.4 とし、前記1.5 倍に代えて1.1 〜1.9 倍とした請求項1記載の波長可変カラーフィルタ。
- 前記ECBセルが、ベンドセルに位相差フィルムを重ねてなるOCBセルである請求項1または2に記載の波長可変カラーフィルタ。
- 前記OCBセルのベンドセル厚と位相差フィルムリタデーションの比を、相異なるOCBセル間で同じ値とした請求項3記載の波長可変カラーフィルタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1176999A JP4143202B2 (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-20 | ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11-7307 | 1999-01-14 | ||
JP730799 | 1999-01-14 | ||
JP1176999A JP4143202B2 (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-20 | ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000267127A JP2000267127A (ja) | 2000-09-29 |
JP4143202B2 true JP4143202B2 (ja) | 2008-09-03 |
Family
ID=26341582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1176999A Expired - Fee Related JP4143202B2 (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-20 | ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4143202B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100442104C (zh) * | 2005-03-23 | 2008-12-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 电光双折射晶体的傅立叶合成器及其制备方法 |
JP2008216479A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Tohoku Univ | 波長可変フィルタ分光装置 |
JP2009069519A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Epson Toyocom Corp | 波長フィルタ及び光学装置 |
MX2007013953A (es) * | 2007-10-18 | 2009-04-17 | Inst Nac De Astrofisica Optica | Filtro birrefringente en dos longitudes de onda. |
JP5086815B2 (ja) * | 2008-01-09 | 2012-11-28 | 富士フイルム株式会社 | 表示デバイス |
JP4961581B2 (ja) * | 2008-02-14 | 2012-06-27 | 富士フイルム株式会社 | 表示デバイス |
JP2010091318A (ja) * | 2008-10-06 | 2010-04-22 | Seiko Epson Corp | 生体内薬剤濃度分布測定装置およびこれに用いる波長可変フィルタ、生体内薬剤濃度分布測定方法 |
JP5682124B2 (ja) * | 2010-03-12 | 2015-03-11 | セイコーエプソン株式会社 | 生体物質測定装置、生体物質測定方法および生体内循環腫瘍細胞測定方法 |
GB2498726A (en) * | 2012-01-25 | 2013-07-31 | 3M Innovative Properties Co | Automatic welding filter with tunable spectral transmission |
-
1999
- 1999-01-20 JP JP1176999A patent/JP4143202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000267127A (ja) | 2000-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6549335B2 (ja) | 広視角を有する電気光学ゲストホスト液晶可変透過フィルタ | |
US20160238869A1 (en) | High contrast electro-optic liquid crystal camera iris providing angle independent transmission for uniform gray shades | |
JP4143202B2 (ja) | ネマティック液晶を用いた波長可変カラーフィルタ | |
US9316865B2 (en) | Rapid switching optical shutter alternately transmitting visible radiation and near infrared radiation | |
US20180321529A1 (en) | High contrast electro-optic liquid crystal camera iris including liquid crystal material mixed with a dye to improve achromatic performance | |
US20110279744A1 (en) | Short wave infrared multi-conjugate liquid crystal tunable filter | |
EP2251736A1 (en) | Liquid crystal display device | |
US20140098309A1 (en) | Short-Wavelength Infrared (SWIR) Multi-Conjugate Liquid Crystal Tunable Filter | |
CN101617269B (zh) | 视场角控制装置以及具有该视场角控制装置的显示器 | |
EP0393191A4 (en) | Liquid crystal display | |
JP2009503608A (ja) | デジタル的に切り替え可能なバンドパスフィルタ | |
EP3049864B1 (en) | High contrast electro-optic liquid crystal camera iris | |
TW200831998A (en) | Liquid crystal display device | |
KR100237404B1 (ko) | 컬러액정표시장치 | |
EP0368554B1 (en) | Twisted nematic liquid crystal display device | |
EP0816904B1 (en) | Liquid crystal devices | |
JPH03282417A (ja) | 波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ | |
KR20020079821A (ko) | 색 스위치 | |
JP3789765B2 (ja) | ダブルパス複屈折フィルタ及びその操作方法 | |
JP2005195891A (ja) | 液晶表示装置 | |
JPH043018A (ja) | フルカラー液晶表示装置 | |
JP2006053497A (ja) | カラー表示装置 | |
JP2006317645A (ja) | 半値幅制御型波長可変液晶フィルタ | |
JPH0750269B2 (ja) | 液晶装置 | |
JPH10104654A (ja) | 反射型白黒液晶表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050801 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060418 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060725 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060908 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060928 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20061110 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080507 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080616 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130620 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |