JPH0296717A - 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） 本発明は液晶層Ｓ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透明電棒７４と
複数の格子状の透明電極７５、．７５．より成る第２透
明電Ｖｉ７５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、該カラス基板７１．７２を
・ト図丞のシール部材により第１、第２透明電極間か一
定の間隔となるようにし、この第１．第２遣明電極間に
液晶を注入して液晶位相格子を構成している。

殻に液晶分子はその分子長軸方向の偏光光に対しては穴
常屈折率ｎｃを、又分子短軸方向の偏光光に対しては常
屈１１１率ｎ。を示す。即ち液晶分子は光学的に長袖が
２０６、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ｚｔ、１−１６９
４（ｎｅｉ、６３３．ｎ、−１，５０：Ｉ、メルク社製
）を用いたときをボしている。

第６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６０は電界無印加のときの液晶分子、６０
．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ｚ％力方向ら入射するとする。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ｙ１１
ｉｔｈ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ｎ、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。は液晶分子の長軸かＸ軸と交わう
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Ｘｏ、Ｚｏとす
ると断面が楕円であるからｎ　　’＝　　Ｘ　　２＋　
　２θ θ　　　　　　　　θ これより となる。即ち液晶分子の回転に伴って屈折率ｎＢは第６
図に示すように異常屈折率ｎ　ｅ　（θ＝００）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４
１回転させれば、回転角に応じた屈折率の異った領域を
形成することかできる。

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７Ｂ、、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ｆにおいて第２透
明電極７５の格子状の透明電極７５．。

７５２の間隔が、例えば５００μｍ程度以下になってく
ると、領１７７１．７７、にも位相変化か生じてくる。

これは一般に液晶が誘電体であり、かつその話電率が液
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８ｉｉ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　目５
頁に詳細か記載されている。

又、液晶位相格子部の面積が大きくなってくると格子状
電極の直線状電極の長さか増大してくる為に′工圧降ト
により、引き出し電極部近傍と格子状電極の先端部近傍
とでは液晶層に印加される電圧が均一でなくなってくる
。この為、液晶位相格ｆ仝体にわたり所望の位相変化か
得られなくなるという問題点が生じてくる。

このような傾向は、例えば格゛ｒ状′６ｉ棒を構成する
直線状電極の線幅を３μｍ、厚さを１０００人のＩＴＯ
で形成した際には直線状電極の長さを約３ｃｍ以上にす
ると表われてくる。特に第１゜第２透明電極の両室極面
とも格子状電極より構成した場合には、このような傾向
は顕著に表われてくる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は液晶層を挟持し対向する電極のパターン及び電
極の引き出し部を適切に設定することにより、又電界印
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　
５０＋ｎｍｐｉ度の位相絡ｆ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） 印加される電界強度により基板面にほぼ７行な配列と基
板面にほぼ垂直な配列との間で配列が変化する液晶層と
、該液晶層を挟持するように形成された１対の電極とで
構成され、該電極に印加される電圧により液晶層の′？
ｒＬｐ１間部に発生する電界と、該電極の端部から液晶
層の非電極間部に漏洩する電界との双方により位相変化
を生じさせる液晶位相格子において、該１対の電極のう
ち少なくとも一方の電極を格子状に形成し、該格子状電
極の両端に個々に電極の引き出し部を接続したことであ
る。

（実施例） 第１図（Ａ）は本発明の液晶位相格子の第１実施例の断
面概略図である。第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の液晶位
相格子の一方の電極面の要部概略図である。

同図において１，２は各々透明基板、３は液晶層（液晶
）、５は第２の格子状電極であり、透明の複数の直線状
電極を紙面と垂直方向に配置し格子状校様を形成してい
る。４は第１の格子状′ｆｆ、Ｖｉ１であり、透明の複
数の直線状ｔ「極１１ａ、Ｉｌｂを紙面と・ト行方向に
配置し格ｆ状模様を形成している。

？、ｉ図（Ｂ）は第１図（Ａ）の第１の格子状電極面を
示し・でいる。

１２ａ、１２ｂは各々引き出し電極部、１３は２つの引
き出し′Ｉｉｆ棒部の間に形成された絶縁層である。

本実施例においては直線状電Ｖｉｌｌａ、ｌｌｂの電極
幅は３μｍ、直線状電極間の距薦は７μｍとし直線状電
極の長さは約４ｃｍとした。液晶にはロッシュ社のネマ
チック液晶１（０−ＴＮ−２１０８＜登録商標）を用い
、配向膜のラビング処理により各々の直線状′Ｉｆｉ４
，５と４５°をなす方向に透明基板１．２と平行に配向
させた。又、液晶層３のＪ７さは１０μｍとし、上下の
電極部４，５はその直線状電極の線幅、長さ、そして厚
さを略等しく構成し各々の格子状電極方向がほぼ９０°
をなす方向に配置して全体として４ｃｍＸ４ｃｍの位相
格子形成部を持つ液晶位相格子を作製した。尚、絶縁層
はＴａ、Ｏ，を３μｍの厚さにイオンブレーティング法
を用いて作製した。又、ＩＴＯ電極もイオンブレーティ
ング法を用いて作製し、リフトオフ法により所望のパタ
ーンを形成した。尚、ＩＴＯ電極の厚さは１５００人と
した。

このようにして構成した液晶位相格子において両室極面
４．５の両端の電極引き出し部１２ａを接地し、両端の
電極引き出し部１２ｂにはｐ−ｐ値でＩＯＶの１にＨｚ
の矩形波を印加したところ全領域にわたり、均一な位相
変化が得られ、最大屈折率変化量は０゜工２が得られた
。

この液晶位相格子を一眼レフレックスカメラの焦点板と
して用いたところ拡散状態と非拡散状態の切り換えか可
能な、良好なる拡散特性か得られた。

７ＪＴ、２図は本発明に係る液晶位相格子の一方の電極
面上の格子状電極を構成する１つの直線状電極を示す′
ｆ、２実施例の要部概略図である。

第２図において２１は直線状電極、２２は抵抗部、２３
は電極引き出し部である。

格子状′ＩｔＶｊの構成及び作製法は前述の第１実施例
の場合と同様である。直線状電極の幅は４μｍ、直線状
電極間の距離は１０μｍである。又、曲線状電極の長さ
及び格子状７に極か形成されている幅は一方で４ｃｍ及
び２ｃｍ、他方で２ｃｍ及び４ｃｍとし、全体として４
ｃｍＸ２ｃｍの位相格子形成部を作製した。

又、抵抗部は直線状電極の短い方の電極面上の直線状電
極の両端に形成し、その長さは各々０．５ｃｍとし線幅
を直線状Ｔｉ極の線幅より狭く２μｍとした。

尚、液晶は口う・シュ社のネマチック液晶ＲＯ−ＴＮ−
２＋０８（登録商標）を用い、配向１ｑのうどンク処理
により各々の直線状電極と４５０をなす方向に基板と平
行に配向させた。又、液晶層の厚さハ１４μｍとした。

第１実施例と同様の駆動をさせたところ全領域にわたり
均一な位相変化が得られ、最大屈折率変化量は０．１４
であった。

尚、この第２実施例における抵抗部の作製法は抵抗部を
作製しない場合と同し工程で行うことかできるという効
果かある。

第３図は本発明に係る液晶位相格子の一方の７ｆｆ棒而
の格子状電極を構成する直線状電極の第３実Ｉｒ１例の
要部断面図である。

第３図において３１は直線状７「極でそのｊγさは第１
実施例と同様約１５００人である。３２は抵抗部、３３
は電極引き出し部、３４は透明基板である。直線状電極
の構成及び作製法は第１実／ｉｈ例と同様である。直線
状電極の幅は３μｍ、直線状電極間の距離は７μｍとし
た。又、直線状″准棒の長さ及び格子状電極が形成され
る幅は、一方で３６ｍｍ及び２４　ｍｍ、他方で２４ｍ
ｍ及び３６ｍｍとし、全体として３６ｍｍＸ２４ｍｍの
位相格子形成部を作製した。又、抵抗部は直線状電極長
の短い方の電極面の直線状電極の両端に形成し、その長
さは各々１．２ｍｍとし厚さは直線状電極の厚さよりも
薄く３００人とした。尚、この抵抗部は電極パターン作
製後、エツチング法を用いて形成した。液晶はロッシュ
社のネマチック液晶＋（０−ＴＮ−２１０８（登録商標
）を用い、配向膜のラビング処理により各々の直線状電
極と４５°をなす方向に基板と平行に配向させた。又、
液晶層３の厚さは１０μｍとした。第１実施例と同様の
駆動をさせたところ全領域にわたり均一な位相変化がＩ
Ｆられ、最大屈折率変化者は０．１２であった。

この液晶位相格子を一眼レフレックスカメラの焦点板と
して用いたところ拡散状態と非拡散状態の切り換えが可
能な良好なる拡散特性が得られた。

尚、抵抗部の線幅を２μｍとし、その長さを０．８ｍｍ
としても同様の効果が得られた。尚、この第３実施例に
おける抵抗部の作製法は、溶液によるエツチング工程を
用いて行うことかでき、蒸着等の真空系を扱う工程によ
り簡便であるという効果がある。

第４図は本発明の液晶位相格子の作製途中の方の電極面
の格子状電極を構成する直線状７「棒の第４実施例の要
部概略図である。

第４図において４１はＩＴＯより成る直線状電極、４２
は５ｎ０２より成る抵抗部、４３はＩＴＯより成る電極
引き出し部、４４は透明基板である。抵抗部４２はｓｂ
を５％ドーピングしたＳｎＯ２ベレットを用い、イオン
ブレーティング法を用いて７５０人の厚さに形成した。

この後、絶縁層を作製し、さらに１７０部、抵抗部を作
製し第１図と同じ構成とした。尚、ＳｎＯ２以外の層は
第１実施例と同様に作製した。ＳｎＯ□の抵抗は透明基
板の温度、雰囲気等の作製条件により変えることができ
る。

本実施例ではシート抵抗で１７０部の約１０倍となるよ
うに設定した。この抵抗部を格子状電極の短い方の電極
面トの直線状７ｉＩＰｊｉの一部に設けた。このときの
長さは各７１０．３ｍｍ、ａ幅を３μｍとした。この他
の条件は第３実施例と同様にして駆動させたところ同様
の効果か得られた。

（発明の効果） 本発明によればｎＭ述のように格子状電極を構成する直
線状電極の両端に引き出し部を設けることにより、直線
状電極による電圧降下を抑制し、又同時に位置による印
加ｔ「位の分布を抑え、直線状？「棒を長くした大面積
の液晶位相格子においても均一なイク相分Ｊｊｉを容易
に形成することがｉＪＩ能となる液晶位相格子を達成す
ることができる。

又、画電極面とも格子−状電極より形成し、全体として
正方形状で位相路ｆ部を構成する場合には透明７．１極
部材、その線幅、長さ、厚さを両面で等しくすることに
より、大面積の位相格子においても均一・な位相分布を
容易形成できる効果かある。

さらに位相路ｆ部が正方形でない場合には格子長の短い
方の電極面の両端の直線状電極の引き出し部に抵抗部を
設けることにより、同様の効果を得ることができる。

又、このとき設ける抵抗部を作製する際、直線状電極の
線幅を小さくするか、Ｈさを小さくするか、あるいはそ
の双方を採用することにより抵抗部の作製工程を簡易化
することが出来る等の効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の液晶位相格子のＺｌ実施例の断
面概略図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の一方の電極面
の要部概略図、第２．第３．第４図は各々本発明の液晶
位相格子の一方の電極面の格子状電極を構成する直線状
電極の第２．第３゜第４実施例の要部概略図、第５図は
従来の液晶位相格子の断面概略図、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、１，２は透明電極、３は液晶層、４゜５は各々第
１．第２の格子状電極、１ｌａｌ。 １１ｂ！、２１，３１．４１は直線状ＴＬ極、１２ａ、
１２ｂ、２３，３３．４３は引き出し電極部、１３は絶
縁層、２２，３２．４２は抵抗部である。 第　１　図（Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）印加される電界強度により基板面にほぼ平行な配
   列と基板面にほぼ垂直な配列との間で配列が変化する液
   晶層と、該液晶層を挟持するように形成された１対の電
   極とで構成され、該電極に印加される電圧により液晶層
   の電極間部に発生する電界と、該電極の端部から液晶層
   の非電極間部に漏洩する電界との双方により位相変化を
   生じさせる液晶位相格子において、該１対の電極のうち
   少なくとも一方の電極を格子状に形成し、該格子状電極
   の両端に個々に電極の引き出し部を接続したことを特徴
   とする液晶位相格子。 （２）前記１対の電極の双方を同じ材質の格子状電極よ
   り構成し、該格子状電極を構成する各々の直線状電極の
   線幅、長さ、そして厚さを略等しく構成したことを特徴
   とする請求項１記載の液晶位相格子。 （３）前記１対の電極の双方を格子状電極より構成し、
   該１対の電極のうち少なくとも一方の電極の引き出し部
   に抵抗部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。（４）前記抵抗部を前記格子状電極と同じ材
   質で構成し、該抵抗部の線幅を該格子状電極を構成する
   直線状電極の線幅より狭くして構成したことを特徴とす
   る請求項３記載の液晶位相格子。 （５）前記抵抗部を前記格子状電極と同じ材質で構成し
   、該抵抗部の厚さを該格子状電極を構成する直線状電極
   の厚さよりも薄くして構成したことを特徴とする請求項
   ３記載の液晶位相格子。