JPS587613A - 高速ねじれネマチツク液晶セル - Google Patents

高速ねじれネマチツク液晶セル

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JPS587613A
JPS587613A JP56106002A JP10600281A JPS587613A JP S587613 A JPS587613 A JP S587613A JP 56106002 A JP56106002 A JP 56106002A JP 10600281 A JP10600281 A JP 10600281A JP S587613 A JPS587613 A JP S587613A
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comb
liquid crystal
crystal cell
nematic liquid
electrodes
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JP56106002A
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Suteo Tsutsumi
堤 捨男
Yasumasa Itakura
板倉 安正
Hiroshi Seki
関 廣
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343Electrodes
    • G02F1/134309Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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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】 本発明は両面くし形電極構造となる高速ねじれネマチッ
ク液晶セルに関し、詳しくは高速に応答すること、電極
の光の透過特性に依存をしない動作が可能であること及
びくし形透明電極の偏光子として作用を利用する高速ね
じれネマチック液晶セルに係わるものである。
近時、液晶セルの開発も著しく、該液晶セルの高速応答
を可能にするだめの工夫が多くなされている。例えば、
(1)粘性を減少させる物質を混入する方法、(2)高
周波電界を印加する方法、(3)第3電極を付加する方
法等が提案さ−れている。しかし乍ら、上記方法にあっ
ては小型且省力で超高速スイッチングを行なう液晶セル
とはなっていないものである。
本発明は上記実情に鑑み、上記第3電極を付加する方法
を基にし、上下両面ともに第3電極を付加して更に高速
な応答を可能にしだものである。
即ら、本発明は2枚のくし形彫状を有する透明電極を上
下面において直交として配すと共に、その間にネマチッ
ク液晶を挿入し、該液晶分子自体も直角に馨ように配向
させた液晶セルとし、赤外線の通過(光電式)により高
速スイッチングを行なう如くしたものである。
以下、本発明を実施例の図面について詳述すれば次の通
りである。
第1図はくし形透明電極の配列を示す正面図で、第2図
は該くし形透明電極対を用いた本発明の高速ねじれネマ
チック液晶セルの透過型の場合の原理的構成を示す斜面
図で、くし形透明電極1,2の並びが上側基板3の内面
と下側基板4の内面で互いに直交するように配列してな
り、該しく形透明電極1.2間にネマチック液晶(該ネ
マチック液晶は、正の誘電異方性を有するネマチック液
晶全てを言う。以下同じ)を挿入するが、この場合液晶
分子7はそれぞれのくし形透明電極の並びに直角になる
ように配向してなり、該液晶セルは通常のねじれネマチ
ック液晶セル構造を有している。
ここにおいて、いまそれぞれのくし形透明電極1,2を
同電位とし、両面間に電圧を印加すると、電界は液晶セ
ル面に略垂直に発生する。
即ち、第1図及び第2図にあって、各電極A。
B、C及びDの電位をVa 、Vb 、Vc 、Vdと
すると、Va =Vb、 Vc =Vd、f Va−V
c l≧vth  である。ここにvthはねじれネマ
チック液晶セルの駆動閾値電圧である。このとき液晶分
子7の多くはその長軸を電界方向、即ち、面に略垂直な
方向に並ぶものとなる。この状態をいまON 状態と呼
ぶ。液晶セルをはさむ偏光子5,6の配列状態によって
入射する可視光8ば透過状態になったり、不透過状態に
なったりする。次に、各くし形透明電極1,2間に電圧
を印加すると、電界は主に面に平行に発生するものであ
る。このとき、I Va −vb l > vth 、
 I Vc −va l > vthである。この状態
をOFF状態と呼ぶ。
一般にねじれネマチック液晶セルにおいては、液晶分子
の長軸が電界方向に並び、その応答時間tは η t= □     ・・・(1) εa E2− x2に33/ d” ここで η:粘性係数、に、:弾性定数。
εa:誘電率異方性、d:液晶セルの 厚み、E:電界の強さ で与えられる。εaE2))π2に一/d2とすると応
答時間tは印加電界の2乗に比例して小さくなる。
然るに、従来の液晶セルはON状態にのみ電界が存在し
、OFF状態には存在しなかったため、OFF状態での
応答時間が極めて遅かった。しかし、本発明の液晶セル
ではOFF状態にも電界が存在するため、応答時間が速
くなるものである。
第3図はこの応答時間が速くなる事を実証するために行
った実験結果を示している。この場合、使用した液晶セ
ルは厚みd = + O/Jm y電極幅w=10μm
、電極間隔5=20μmであった。
印加型[Eの上昇に伴って略V に比例して応答時間が
小さくなっているのが明白である。同図中直線は、立上
り時電界を縦方向のみEr1立下り時は横力向−E、の
みとし、 と近似して求めた前記式(1)による計算値であって、
よく実験値と一致していることがわかる。
また、第4図は本発明の液晶セルの優秀性を示すため、
両面全面電極構造セル(従来のセル)と片面くし形電極
構造セルを同一液晶に対して比較したものである。同図
より本発明液晶セルが高い駆動周波数においてフントラ
スト比力蔓れていることが明白である。
尚、第2図では便宜上液晶セルを構成する基板を上面、
下面として述べたが、すでに多くの液晶セルにおいてそ
うであるように、この配置は上下という関係にある必要
はなく、例えば左右面又は前後面というように両面が平
行であればよいことは言うまでもない。
上記にあっては、くし形電極を透明電極として扱ってき
た。これは可視光に対する「透明」を意味してきた。一
般に、透明電極はIn又はSnの酸化物が使用されるが
、これらの物質が透明である波長域は限定される。即ち
、液晶セルの使用可能波長域は電極を支える基板3゜4
もさることながら、透明電極によって支配されることが
多い。
ところで、本発明液晶セルを上から見ると第5図のよう
になり、一部電極が重ならない領域(同図中斜線部分)
がある。この領域のON 。
OFF状態における光量変化は電極の光の透過特性には
依存しないものである。即ち、可視光だけでなく偏光子
、液晶及び基板を透過する電磁波(ここでは光と呼ぶ)
に対して有効に作動する。例えば、液晶の代表的な光の
透過特性は第6図に示す通りであって、赤外域として有
用な波長域(大気の吸収の小さい波長域)である3、6
〜5μm、8〜14μm帯域に透過特性を有しているか
ら、基板及び偏光子が赤外線を透過するならば、本発明
の液晶セルは可銃以燭赤外光にも利用できることになる
。この場合、電極部分は不透明であるから透過光量の損
失は避けられない。まだ、この液晶セルは格子状のパタ
ーンを有することになるため、結像面でこのセルを使用
するときは空間フィルタとしての作用を果たすことにも
なる。結像面以外の光束中では一般の光断続器として使
用できる。
尚、赤外光のように波長の長い光を対象にするときは、
液晶セル厚さdの選定に注意を払わねばならない。即ち
、dが波長スと同程度になると液晶セルはファプリー・
ペロー共振器として作用し、波長に対する透過特性が一
様でなくなる。この液晶セルの構成を第7図のように考
えると、液晶での吸収を無視して(吸収の強い波長域は
使用しないとして)、透過率τは次式%式%) 垂直入射θ=0のとき、基板と液晶面の反射率R&よ 液晶間を1往復するときの位相遅れδはλ である。第8図は基板3,4に赤外透過ガラス(KH2
−5)の窓材を使用し、d=10.20amとしたとき
の垂直入射光に対する分光透過率を示している。同図よ
り波長が10μm付近のときは透過率を高めるためにd
の選定に充分留意しなければならないことがわがる。
また、上記該液晶セルが赤外線波長域で作動する場合、
赤外光の波長が長いために、入射光とくし形電極との相
互作用によって偏光が生じる。くし形電極構造(ワイヤ
ー格子と同等である)はくし形電極(即ち格子)間隔よ
り長い波長の光に対して、その並びに垂直な電気ベクト
ルの光を透過し、平行な成分は反射する性質、即ち、偏
光作用を有するものである。第1図に示す如きくし形透
明電極は、入射光の波長をλとして、λ/s−5の場合
、w/sに対して第9図に示す特性を有する。同図中、
T上は電極並び(格子)に垂直な入射光の電気ベクトル
成分に対する透過率、T//は同じく水平成分に対する
透過率であって、Pは偏光度で で定義される量である。即ち、w/s−0,5〜0.7
の範囲でTI 、 P共に1に近く、くし形透明電極は
優れた偏光子となることがわかる。
従って、高速応答のために形成したくし形透明電極は、
その幅及び間隔より長い波長の光、例えば赤外光に対し
偏光子として、の作用を有することになる。ここにおい
て、 OFF状態即ち横方向電界が主である場合、液晶
分子はくし形透明電極並びに垂直に並んでいるから、こ
の向きは直線偏光された入射光の電気ベクトル成分の向
きと同しであって、従来のねじれネマチック液晶セルと
同様の動作をさせるのに好都合である。
このように、くし形透明電極が偏光子として作用する場
合には、第2図に示す偏光子5,6は不要であって、本
発明による液晶セルは偏光作用と高速応答のための電界
発生の両方を兼ね備えていて透過率の向上と高速応答を
可能とするものである。
上述の様に本発明の高速ねじれネマチック液晶セルは、
上下面にくし形の並びを直交とするくし形透明電極とそ
の間にネマチック液晶を介在させ、且この液晶分子の配
向も直角になるようにした両面くし形電極構造液晶セル
としたことにより、従来の両面全面電極1片面くし形電
極構造セル等に比し高駆動周波数におけるコントラスト
比が優れ、高速のスイッチングが可能となる。特に赤外
光にあってくし形電極の間隔を適当に選ぶことにより、
ある赤外波長光の特定の偏光成分だけを通すことも可能
となり、従来この種のもので必要であった偏光千対を省
略し得、この点からも小型化に寄与する等の効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図はくし形透
明電極の正面図、第2図はねじれネマチック液晶セルの
要部を示す斜面図、第3図は実験結果を示す説明図、第
4図は各種構造セルのフントラスト比を示す比較図、第
6図はくし形電極の重なりを示す説明図、第6図は液晶
の透過特性図、第7図は液晶セルファプリー・ペロー光
共振器の説明図、第8図は第7図の特性図、第9図はく
し形電極の偏光特性図である。 1.2・・・くし形透明電極、3・・・上側基板、4・
・・下側基板、6,6・・・偏光子、7・・・液晶分子
、8・・・可視光。 特許出願人  堤    捨 男 同      板  倉  安  正 量      関          廣代  理  
人   尾  股  行  椎間      茂  見
      積置      荒  木  友之助 111図        @3e 114図 駐動昨表軟Hz

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 2枚のくし形透明電極をそのくし形の並びが直交
    するように上面と下面に配置し、その間に正の誘電異方
    性を有するネマチック液晶を挿入し、該液晶分子がそれ
    ぞれのくし形透明電極のくし形の並びに直角になるよう
    に配向させたねじれネマチック液晶セルを形成すると共
    に、それぞれの面のくし形透明電極を同電位として上面
    と下面に電圧を印加し面に垂直に電界を発生させる状態
    と、それぞれの面のくし形透明電極間に電圧を印加して
    面に平行に電界を発生させる状態とによって直線偏光子
    を通過した可視光の透過光量差又は反射光量差を派生さ
    せることを特徴とした高速ねじれネマチック液晶セル。 22枚のくし形透明電極をそのくし形の並びが直交する
    ように上面と下面に配置し、その間にネマチック液晶を
    挿入し、該液晶分子がそれぞれのくし形透明電極のくし
    形の並びに直角になるように配向させたねじれネマチッ
    ク液晶セルを形成すると共に、この上下両面のくし形透
    明電極が重ならない領域を利用し上記と同様の電界印加
    によってくし形透明電極の光の透過特性に依存しないで
    光の透過光量差又は反射光量差を派生させることを特徴
    とした高速ねじれネマチック液晶セル。 3.2枚のくし形透明電極をそのくし形の並びが直交す
    るように上面と下面に配置し、その間にネマチック液晶
    を挿入し、該液晶分子がそれぞれのくし形透明電極のく
    し形の並びに ・直角になるように配向させたねじれネ
    マチック液晶セルを形成すると共に、前記くし形透明電
    極の幅及び間隔を入射光の波長と同程度以下に小さくシ
    、該くし形透明電極がワイヤー格子型偏光子となること
    を利用して、偏光作用と高速応答のための電界発生の両
    方を兼ね備えることを特徴とした高速ねじれネマチツク
    液晶セル。
JP56106002A 1981-07-07 1981-07-07 高速ねじれネマチツク液晶セル Pending JPS587613A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4957350A (en) * 1987-11-24 1990-09-18 Hitachi, Ltd. Liquid crystal display device
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