JPH01284829A - 液晶位相格子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液晶位相格子に関し、特に液晶に印加する電界
状態を制御することにより液晶の配列状態を変化させて
位相格子を形成し、透過光束の光変調を行う場合に好適
な液晶位相格子に関するものである。

（従来の技術） 従来より液晶を利用した液晶位相格子として第５図に示
す構成のものがある。同図において第１透明電極７４と
複数の格子状の透明電極７５、．７５□より成る第２透
明電極７５との間に液晶層７３を形成している。そして
第１．第２透明電極７４．７５を各々ガラス基板７１．
７２の表面に対向配置し、該ガラス基板７１．７２を不
図示のシール部材により第１．第２透明電極間が一定の
間隔となるようにし、この第１．第２透明電極間に液晶
を注入して液晶位相格子を構成している。

一般に液晶分子はその分子長軸方向の偏光光に対しては
異常屈折率ｎ８を、又分子短軸方向の偏光光に対しては
常屈折率ｎ。を示す。即ち液晶分子は光学的に長袖が２
１ｅ、短軸が２ｎｏなる回転楕円体として表わすことが
できる。

第６図は液晶分子の回転状態により分子長軸方向の偏光
光に対する液晶の屈折率が異常屈折率ｎ、から常屈折率
ｎ。に変化する状態を示した説明図である。

尚、同図は液晶としてネマチック液晶ＺＬＩ−１６９４
（ｎ、−１，６３３，ｎｏ−１，５０３，メルク社製）
を用いたときを示している。

第７図は液晶分子の断面と屈折率との関係を示す説明図
である。図中９１は電界無印加のときの液晶分子、９２
は電界印加のときの液晶分子で、その誘電異方性により
電界の方向にその長軸を角度θ０向けたときの配列状態
を示している。このときの液晶分子の配列状態の変化角
θは印加電界の強さに比例している。

今、光束が２軸方向から入射するとする。この入射光束
はＸ軸と直交するｙ軸方向（紙面に垂直な方向）の偏光
成分とＸ軸方向の成分とに分割して取扱うことができ、
例えば自然光の場合は各々等量となる。このうちｙ軸方
向の偏光光に対しては液晶分子の回転状態によらず、常
に常屈折率ｎｏを示す。Ｘ軸方向の偏光光に対しては液
晶分子の回転に伴って屈折率ｎ。が変化する。

このときの屈折率ｎ。は液晶分子の長袖がｘＩＮＩと交
わう点の値として求めることができる。

そして液晶分子が角度θだけ回転したときは新たなＸ′
軸とＺ′軸への屈折率ｎ。の射影を各々Ｘ　ｅ、　Ｚ　
ｅとすると断面が楕円であるからｎｏ２＝　ｘ　２＋　
Ｚθ２ θ これより となる。即ち液晶分子の回転に伴って屈折率ｎ。

は第６図に示すように異常屈折率ｎａ（θ＝０°）から
常屈折率ｎ。（θ＝９０°）まで変化する。

従って液晶層への印加電圧を制御し、液晶分子を所定量
回転させれば、回転角に応じた屈折率の異った領域を形
成することができる。

例えば第５図において第１．第２透明電極間に電圧を印
加することにより、領域７６、．７６２内の液晶分子を
初期配向状態より変化させ、これにより液晶分子の回転
量に比例した位相変化を与え位相格子を形成している。

しかしながら第５図に示す液晶位相格子において第２透
明電極７５の格子状の透明電極７５１゜７５２の間隔が
、例えば５αＯμｍ程度以下になってくると、位相変化
を与えたくない領域７７＋、７７２にも位相変化が生じ
てしまう問題があった。

これは一般に液晶が誘電体であり、かつその誘電率が液
晶分子長軸方向と短軸方向で異なっている誘電異方体で
あること。そしてこのような誘電体を２つの電極間に配
置することは、即ちコンデンサーを形成することに相当
することを原因としている。

更にコンデンサーにおいては２つの電極間に電圧を印加
した場合、単に２つの電極間のみに電界が発生するにと
どまらず、電極端部より電界がしみ出してくることにも
原因がある。尚、このときの電界のしみ出し現象につい
ては電磁見学（卯木重部著、昭晃堂発行）第１４５頁に
詳細が記載されている。

このようなしみ出し電界は電極間に印加する電圧が高け
れば、それに比例して大きくなり、本来なら静止させて
おくべき液晶分子を回転させてしまい、結果として位相
変化を起こし、所望の位相格子を形成することが難しく
なる原因となフている。

この他電極間のパターン周期が小さくなると、それに伴
い電極幅が小さくなる為、電気抵抗が増加し、セルの周
辺部と中心部とで位相変化量が異ってくるという問題点
があった。この為、例えば電極幅が５０μｍ程度以下の
小さいパターン周期を持ち、しかも５０ｍｍＸ５０ｍｍ
程度の大型のセルを達成することは大変能しかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は対向する電極の少なくとも一方の電極面上に所
定のパターンの非絶縁層部が残存するように絶縁層部を
設けることにより、電界印加のときの電界のしみ出し現
象を積極的に利用することにより、従来では難しかった
周期が５０μｍ程度以内の微細なピッチ構造で比較的大
きな、例えば５０ｍｍＸ　５０ｍｍ程度の位相格子を容
易に形成することのできる液晶位相格子の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 電界印加により液晶分子の配列状態が変化する液晶層と
、該液晶層に電界を印加する為に対向して配置した電極
とを有し、該液晶に電界を印加し、液晶分子を回転させ
ることにより位相格子を形成する際、該対向する電極の
少なくとも一方の電極面上に所定のパターンの非絶縁層
部が残存するように絶縁層部を設け、該非絶縁層部を介
して該液晶に電界を印加したとき非電極領域に位相変化
が生ずるようにしたことである。

（実施例） 第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の断面概略図である
。同図において６，７は各々透明電極、３は液晶層、１
，２は各々第１．第２透明電極で全面一様の透明な電極
より成っている。５は絶縁層であり第１透明電極１面上
に、例えば第１図（Ｂ）に示すように所定のパターンの
非絶縁層部５０が残存するように設けている。尚、同図
において５１は絶縁層部である。

本実施例において非絶縁層部５０は円形状であり、直径
約５μｍで各々３０μｍ周期で形成されている。

液晶としてはネマチック液晶Ｚ　Ｌ　Ｉ　−１６９４（
ｎ、−１，６３３，ｎｏ−１，５０３，メルク社製）を
厚さが１５μｍ程度となるようにして用いている。絶縁
層５としてはＴａ２Ｏ，をマグネトロンスパッタリング
法により５μｍの厚さで形成しノた。このときのバター
ニングはリフトオフ法で行った。

液晶の初期配向は透明電極及び絶縁層上に形成した配向
膜（不図示）をラビング処理によって行い上下面とも同
方向となるようにしている。位相格子形成部は１００ｍ
ｍ；　６００１＋１１の大きさより形成している。

本実施例において第１透明電極１と第２透明電極２との
間に周波数１にＨ２の矩形電圧をそのｐ−ｐ値で２０Ｖ
を印加した。このとき第２透明電極２と対向する非絶縁
層部５０とで形成される電極領域には電界が形成される
。それと共に第２透明電極２と対向する絶縁層部５１と
で形成される非電極領域には電界のしみ出しが生じてく
る。

このような構成のもとて電極領域と非電極領域における
液晶の屈折率を変化させ、本実施例では全面一様に最大
０．０３の屈折率変化量を示す位相格子を得ている。

本実施例では対向する電極のうち少なくとも一方の電極
面上に所定のパターンの非絶縁層部が形成されるように
絶縁層を設け、該非絶縁層部を介して液晶に電界を印加
することにより、非電極領域に電界のしみ出しを形成し
、これにより微細なるピッチを有する良好なる位相格子
を得ている。

尚、本実施例において第２透明電極２面上に第１透明電
極１面上に設けたパターンと同様のパターンを形成する
ように絶縁層を設けても良い。

第２図は本発明の第２実施例の一方の電極面上に形成し
た非絶縁層部パターンの説明図である。

本実施例では第１透明電極面上に電圧印加電極１１の他
にアース電極１２を形成している。各々の電極幅は約１
２μｍである。同図において５０は非絶縁層部で円形状
のパターンを形成している。２１は電圧印加電極引き出
し部、２２はアース電極引き出し部である。

本実施例においては非絶縁層部５０の円形部の直径は第
１実施例と同様約５μｍであり、各々３０μｍ周期で形
成されている。又、位相格絡子（セル）構造は第１実施
例と同様である。絶縁像厚は４μｍ、液晶層厚は１５μ
ｍ、位相格子形成部は８０ＩＩＩＩ１１×８０ｆｆｉｆ
ｆｉの大きさより形成している。

液晶としては商品名ＲＯ−ＴＮ−２１０８（ロツシュ社
製）を用いている。液晶の配向は配向膜（不図示）をラ
ビング処理して行い、上下面ともに同方向とした。

周波数１にＨｚの矩形電圧をｐ−ｐ値で２０Ｖを第１電
極群中の電圧印加電極１１とアース電極１２及び第２電
極間に印加させた。このとき電極領域と非電極領域（非
絶縁層部）間で最大０．０６の液晶の屈折率変化量を示
す位相格子が得られた。

第３図は本発明の第３実施例の液晶位相格子構造の断面
概略図である。

本実施例ではりフトオフ法により絶縁層５と略同じ厚さ
に透明電８ｉ１０を形成している。透明電８ｉ１０の電
極パターン及び絶縁層５によるパターンは第２図に示す
第２実施例と同様である。絶縁層５はＡ　Ｉ　２０３を
用い電子ビーム蒸着法を用いて４μｍの厚さに形成した
。透明電極１０はＩＴＯ（Ｔｎ２０ｓに約５％のＳｎＯ
□をドーピングしたもの）をイオンブレーティング法を
用いて絶縁層と同じ厚さに形成した。作成時、及び条件
を適切に制御することにより絶縁層５及びＩＴＯＩＯの
屈折率が共に略１．７程度となるように設定した。液晶
は商品名ＲＯ−ＴＮ−２１０８（ロツシュ社製）を用い
た。

尚、本実施例において液晶の配向は配向膜（図示せず）
をラビング処理して行い、上下面とも同方向とした。周
波数Ｉ　ＫＨ，の矩形波で１５Ｖ（ｐ−ｐ値）を第１電
極群中の電位印加電極と第１電極群中のアース電極及び
第２電極間に印加して駆動させたとき、全面−様に各絶
縁層非形成部間で最大０．０５の屈折率変化量を示す位
相格子が形成できた。

未実施例においては、絶縁部と追加形成した透明電極部
の屈折率をほぼ等しく構成したため、これらの部分での
位相変化が小さく素通し時での見えが向上した。又、絶
縁部とＩＴＯ部との段差がほとんどない為に配向膜が薄
くても配向むらを起こすことが少なくなり１０００人の
厚さの配向膜においても良好な配向処理が可能となった
。

第４図は本発明の第４実施例の液晶位相格子の構造の断
面概略図である。同図に右いて４２はスルホール及び透
明電極１を有する絶縁基板であり、スルホール部に透明
電極材料４１を形成することにより第１電極とした。電
極パターンは第２．第３実施例と同様に円形部の直径は
約５μｍであり、各々３０μｍ周期で形成されている。

液晶は商品名ＲＯ−ＴＮ−２１０８（ロツシュ社製）を
用いた。液晶の配向方法は第２．第３実施例と同様に行
っている。液晶層の厚さは２０μｍである。

周波数１にＨ２の矩形波で２０Ｖ（Ｐ−Ｐ値）を第１電
極群中の電位印加電極と第１電極群中のアース電極及び
第２電極間に印加して駆動させたとき、全面−様に各絶
縁層非形成部間で最大０．１２の屈折率変化量を示す位
相格子が形成できた。

（発明の効果） 本発明によれば液晶層を挟持する対向電極のうち、少な
くとも一方の電極面上に前述の構成の絶縁層を設けるこ
とにより、電極幅が小さく、かつ電極長が大きい場合に
顕著に現われる屈折率変化量の位置による差を抑制する
ことができ、かつ液晶層に電圧を印加したとき、非電極
領域にしみ出し電界を形成することにより、例えば５０
μｍ以内の所望の周期の微細な良好なる位相格子を形成
することのできる液晶位相格子を達成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の第１実施例の断面
概略図と電極側の平面図、第２図は本発明の第２実施例
の電極側の平面図、第３．第４図は各々本発明の第３．
第４実施例の断面概略図、第５図は従来の液晶位相格子
の概略図、第６図は液晶分子の回転角と屈折率との関係
を示す説明図、第７図は液晶分子の回転状態と屈折率と
の関係を示す説明図である。 図中、６．７は透明基板、３は液晶、１，２゜１０．４
１は透明電極、５は絶縁層、５１は絶縁層部、５０は非
絶縁層部、４２はスルホール、１１は電圧印加電極、１
２はアース電極である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第　　　　１　　　　図　（Ａ） 第　　　　１　　　　図　（Ｂ） 第　　　　２　　　　図 第３図 第　　　　４　　　　図 気　　５　　　以

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界印加により液晶分子の配列状態が変化する液
   晶層と、該液晶層に電界を印加する為に対向して配置し
   た電極とを有し、該液晶に電界を印加し、液晶分子を回
   転させることにより位相格子を形成する際、該対向する
   電極の少なくとも一方の電極面上に所定のパターンの非
   絶縁層部が残存するように絶縁層部を設け、該非絶縁層
   部を介して該液晶に電界を印加したとき非電極領域に位
   相変化が生ずるようにしたことを特徴とする液晶位相格
   子。
2. （２）前記非絶縁層部に前記絶縁層部と略同じ厚さでし
   かも略等しい屈折率の導電物質を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の液晶位相格子。