JPH01922A - 光変調装置 - 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） 本発明は光変調装置に関し、特に回折格子と液晶等の屈
折率可変物質を利用して光の通過や遮光等の光変調を行
フた光表示用、光記録用、光結合用、光通信用そして光
演算用等の装置に好適な光変調装置に関するものである
。

（従来の技術、） 従来から良く知られている光変調を利用した表示素子と
しては、互いに偏光方向が直交する様に配した一対の偏
光板と、この一対の偏光板間に配され一対の透明基板の
相対する基板面に互いに直交する配向処理を施して液晶
を封入した素子とから成り、この液晶の配向状態をねじ
れた状態と基板面に垂直に向いた状態との間でスイッチ
ングを行い入射光の変調をする所謂ＴＮ（ツウィストネ
７チック）型の液晶表示素子がある。この種の表示素子
は構成が簡便で、駆動が容易なことから多岐に亘り利用
されているが、２枚の偏光板を利用して光束の透過及び
遮断を行う為に消光時、即ち光透過時の透過率が悪く光
束利用効率の面からは好ましい表示素子とは言えなかワ
た。

又、液晶を利用した同種の表示素子として、液晶分子に
色素を混入させて用いる所謂ゲスト・ホストモードの液
晶表示素子があるが、この表示素子に於いても色素が介
在する為に消光時の透過率は良くても７０％程度であっ
た。

一方、特公昭５３−３９２８号公報やＵＳＰ４，２５１
，１３７等に於いて反射型や透過型の位相回折格子と液
晶とを組合わせた表示素子や可変減色フィルター素子が
開示されている。これらで開示されている素子は確かに
光束利用効率は優れているが、特公昭５３−３９２８号
公報に開示されている素子は単なる装飾効果を示すのみ
であり、文字や画像を表示する表示素子や光束の透過、
遮断を行う表示素子としては・満足出来るものではなか
った。

又、ＵＳＰ４，２５１，１３７に開示されている可変減
色フィルター素子は少なくとも一方が光学的に等方性の
回折格子構造を有する基板間に屈折率可変物質、例えば
液晶を充填し、該液晶に電界を印加することにより液晶
の屈折率を変化させ、回折格子を成す材質と液晶との屈
折率差を変えている。そしてこのとき回折格子による回
折効果を利用して。

分光透過率特性を可変とすると共に光の透過、遮光等の
光変調を行ワている。

回折格子と液晶を利用した表示素子においては格子溝に
液晶を充填するときに回折格子領域以外の領域に液晶注
入時のフローアライメント（液晶の流れる方向に配向す
る。）が発生する。この領域では入射光が散乱したり干
渉したりして透過光の分光特性が変化し、色付きが発生
し、表示品位が著しく低下してくる。

従来のセル厚く一般には透明電極間）８〜１０μｍ程度
のＴＮ型の液晶表示素子に液晶を注入する工程では一対
の基板で構成される空間はシール材の併用により減圧さ
れる。そして減圧の解除と共に液晶を注入している。こ
の減圧状態では大気圧によって一対の基板は押し曲げら
れて近づきあうので何らかのスペーサーが基板間に必要
となってくる。このスペーサーが適当量存在すれば基板
が接近することが防止され、セル厚のギャップ寸法は高
精度に維持することができる。

一般に回折格子の格子溝に液晶を充填して、電界印加に
より該液晶の屈折率を制御して、入射光の光変調を行い
所望の分光特性のフィルター色を得る為には回折格子の
格子高さは液晶の常屈折率と異常屈折率との差及び液晶
の配向等を考慮すれば１〜２μｍ程度必要となる。

又、駆動電圧の制御及び回折格子の格子溝以外に存在す
る液晶から生ずる偏光の発生を防止する為には表示素子
としてのセル厚を格子高さに対して極めて精度良く制御
する必要がある。

しかしながらこのような微少量を高精度に制御するスペ
ーサーは製作上大変困難である。又、スペーサーを分散
しようとすると工数増加や歩留低下環の原因となってく
る。

（を明が解決しようとする問題点） 本発明は回折格子の格子溝に液晶を充填するときに回折
格子領域以外の領域に生ずるフローアライメントによる
表示品位の低下を防止すると共に高精度なスペーサーの
形成を可能とした信頼性の高い高精度のセル厚制御が可
能な液晶表示素子を利用した光変調装置の提供にある。

（問題点を解決するための手段） ２枚の基板と該２枚の基板間の相対する基板面の一方に
レリーフ型の回折格子を設け、該回折格子と該基板との
間に液晶を充填し、該液晶の配向状態を制御することに
より光変調を行った光変調装置において、該基板面上の
該回折格子が形成されている回折格子領域以外の領域に
、該回折格子の格子高と略同一高さの部材より成る非回
折格子を設けたことである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の斜視図である。

図中１２は使用波長に対して透明なガラス等の基板、１
３はＩＴＯ，等の透明電極であり、双方の基板１２の一
方の面上に各々形成されている。１５は回折格子であり
透明型［１３の一方の面上に、例えば商品名０ＤＵＲ１
０１３（東京応化社製、屈折率ｎ　、＝１．５７）等を
用い形成している。

１４は非回折格子であり回折格子１５の格子高さと略同
一高さの部材より成り回折格子領域以外に形成している
。又、本実施例では非回折格子１４の部材を回折格子１
５と同一材質より形成し、双方の屈折率差をなくし表示
品質の向上を図ワでいる。

更に非回折格子１４を高精度なスペーサーとする為に回
折格子と同時に形成するようにしている。１６は接着剤
である。

本実施例では回折格子１５の格子溝に、例えば商品名Ｒ
Ｏ−ＴＮ４０３　（ロツシュ社製、ネマチック液晶、ｎ
　６＝１．７９、ｎ　、−１，５３）等を充填して、両
基板をＩＴＯ面が対向するように接着剤１６を介して貼
り合わせている。

このように本実施例では回折格子領域以外の領域に前述
の構成の非回折格子を設けることにより、回折格子領域
以外に液晶が充填されないようにして非回折格子領域に
おけるフローアライメントによる表示品位の低下を防止
している。

そして非回折格子にスペーサーの役割を兼ねさせること
により、セル厚を高精度に制御することを可能にしてい
る。

次に本実施例において液晶の屈折率を変化させることに
より入射光の光変調を行う動作原理について説明する。

第２図は本発明に係る光変調装置の光変調機能を示す一
実施例の説明図である。図中１は液晶、２は回折格子、
３は透明電極、４は基板、５は任７αの偏光成分を有す
る入射光、６．６′は入射光５のうちの互いに偏光成分
が直交する偏光成分で、偏光成分６は紙面に垂直方向、
偏光成分６′は紙面に平行方向の成分である。

本実施例では回折格子２の両側に対向して設けた透明電
極３．３を介して回折格子２の凹部に充填した液晶１に
電界を印加し、液晶１のチルト角を変化させ、該液晶１
の屈折率を制御することにより、入射光５に所望の回折
効果を生じせしめて光変調を行っている。

次に本実施例における光変調装置の光変調原理について
説明する。

第２図において液晶１に電界が印加されていない静的状
態においては同図に示すように液晶１が回折格子２の凹
部２ａ内において格子方向に、即ち紙面に垂直方向に配
向されたホモジ・ニアス配向の状態を維持しているもの
とする。この静的状態の光変調装置に入射光５を入射さ
せたとき、入射光５の偏光成分６．６′のうち、液晶１
の配向方向と直交する偏光成分６′は液晶１の常屈折率
ｎｏを感じ、液晶１の配向方向と平行な偏光成分６は液
晶１の異常屈折率ｎ６を感じる。

ここで回折格子２を成す物質の屈折率をｎｇ。

入射光５の波長をλ、回折格子２の厚さをＴとすれば、
矩形状の回折格子の場合、入射光５の偏光成分６，６′
の夫々に対する零次透過回折光の回折効率η。は、近似
的に次の（１）式で表わされる。

但し、Δｎは回折格子２の屈折率ｎ６と液晶１の屈折率
ｎｅ若しくはｎ。どの屈折率差を示しており、入射光５
の偏光成分６に対してはΔｎ＝＋　ｎ、−ｎｇ　ｌ、偏
光成分６′に対してはΔｎ＝１ｎ、−ｎ、）ｌとなる。

従って、（１）式からΔｎ＝ｏ即ちｎａ＝ｎ。

又はｎ。＝ｎ、の時に零次透過回折光の回折効率η。は
η。＝１となり、又、 ΔｎＴ＝　（１／２　＋ｍ）λ （ｍ−０，１，２，３，＝） の時に回折効率η。はη。＝０となる。

次に透明電極３．３を介して液晶１に電界を印加すると
液晶１の配向方向（光学軸方向）が徐々に変化する。こ
れに伴い入射光５のうち偏光成分６′は電界印加の存無
に無関係に常時、液晶１の常屈折率ｎ。を感じる。

これに対して偏光成分６は電界印加量に従って液晶１の
異常屈折率ｎｅと常屈折率ｎ０とが所定の比率で合成さ
れた合成屈折率ｎ。を感じる。ここで合成屈折率ｎ。は
液晶１の配向方向の変化−に伴なって変化する。

更に電界印加量を強めると液晶！は基板４（透明電極３
）に垂直に配向され、ホメオトロピック配向状態となる
。このとき入射光５の偏光成分６．６′は共に液晶１の
常屈折率ｎ０を感じ飽和する。そしてこの状態において
入射光５は（１）式に従い回折され、即ち光変調される
。

本実施例ではこのような機能を有する液晶表示素子を利
用して光変調を行う際、回折格子領域以外の領域に前述
の形状の非回折格子を設けることにより表示品位の低下
を防止すると共にセル厚を高精度に制御した表示素子を
得ている。

（発明の効果） 本発明によれば回折格子以外の領域に回折格子の格子高
さと略凹−の好ましくは同一の材質の部材より成る非回
折格子を設けることにより、液晶注入時によるフローア
ライメントの発生を防止して液晶表示素子としての色付
きをなくし表示品質の向上を図り、更に非回折格子に高
精度のスペーサー機能を併用させることによりセル厚を
高精度に制御した、高性能な光変調が可能な光変調装置
を達成している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は本発明の
光変調装置の動作原理を示す説明図である。 図中、１は液晶、２．１５は回折格子、３゜１３は透明
電極、４，１２は基板、１６は接着剤、１４は非回折格
子、５は入射光、６．６′は各々偏光成分である。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の基板と該２枚の基板間の相対する基板面の
   一方にレリーフ型の回折格子を設け、該回折格子と該基
   板との間に液晶を充填し、該液晶の配向状態を制御する
   ことにより光変調を行った光変調装置において、該基板
   面上の該回折格子が形成されている回折格子領域以外の
   領域に、該回折格子の格子高と略同一高さの部材より成
   る非回折格子を設けたことを特徴とする光変調装置。
2. （２）前記非回折格子の部材は前記回折格子と同一材質
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   変調装置。