JPS60175027A - 電気光学スイツチング装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は電気光学スイッチング装置、特に刊偏光光源を
用いる広視角型のオプチカルスイッチング方法及び装置
に関する。

〔従来技術〕

液晶セルの如く複屈折特性を生じる電気光学素子を用い
るオプチカルスイッチングシステム（以下Ｏ８Ｓという
）はその出力光を伝達光の光路（又は光軸）に関して測
定した角度（アジマス角）で定まる視角の異なる場所で
観測すると均一な光強度が得られない。この不均一光強
度は表示コントラストを変化させ、この原因は視角円錐
に沿ったアジマス角の関数で強度が変化する汚染（コン
タミナント）光のスプリアス伝達にある。異なる２色光
学伝達状態を生じるＯ８Ｓの場合には、複屈折の結果、
これら光学伝達状態のいずれかでシステムから出射する
光線は他の光学伝達状態の色である汚染光線を含み、そ
の強度は視角円錐の場所により異なる。

そこで複屈折材料より成る電気光学デバイスを使用する
Ｏ８Ｓの光軸外の視角特性を改善する方法が種々提案さ
れている。ＴＮ液晶表示装置の視角特性を改善する方法
及び装置に関する特許分類がある。

特に、ファーガノン発明の米国特許第４，３８５，８０
６号公報には少なくとも２つのリタデーション板を特殊
方法で配列し、その光軸外の視角特性を改善するＴＮ液
晶構体が開示されている。

ワシズカ等の発明に係る米国特許第４，１９２，０６０
号公報には、その透明電極に水平方向の摩擦処理を行な
い、所定のディレクタ配向を生じさせて液晶セルの視角
特性を改善するＴＮ液晶セルを開示している。

また、フナダ等の発明による米国特許第４．１８３，６
３０号公報は１対の基板の一方の外面近傍に配した複数
の光学ファイバを含むファイバプレートを使用し、その
基板間にＴＮ液晶体層を含むものを開示している。ファ
イバプレートの使用により、液晶セルの印加した電圧が
低下した際忙表示コントラストが維持できると述べてい
る。

グツドマン等の発明による米国特許第４，１２０，５７
６号公報はＴＮ液晶セルに印加した電圧とそのスレッシ
ョルド電圧比を増加することにより、その視角を増加す
る方法を開示している。

更にまたヤング発明に係る米国特許第３，９６６．３０
５号公報はＴＮ液晶表示装置のディレクタ配向膜とパタ
ーン状導電層間Ｋｎ電体層を被着して表示装置の視角特
性の改善を試みている。

また特許の別のクラスには、不必要な外光をフィルタす
るが背後に光源を設けて表示コントラストを増強する技
術が開示されている。

特にキッチンズ発明の米国特許第３，８８７，７９１号
はケース内に配置した表示セル上にプリズムを使用して
表示画像の光伝達角を変えて視角を改善することを開示
している。しかし、プリズムを使用しても表示装置の光
伝達方向を変え不必要な外光をフィルタするのみであっ
て、プリズムは特定の視角円錐の異なるアジマス角から
表示を観る場合のコントラスト不均一性を補正すること
はできな〜１゜ アルドリッチ等の発明による米国特許第３．８６９，１
９５号は液晶表示装置にセグメント化した背面光を使用
して、その視角特性を改善する技術を開示している。こ
のセグメント背面光源としてＥＬ層を用い、このＥＬ材
料に被着した透明電極の一方を液晶パネルのセグメント
と一致させている。

その結果、能動表示セグメントと不動作エリア間の強度
コントラストを周囲の照明状態の広範囲にわたり高くす
ることができる。

更に他の特許クラスには、補助光学コンポーネントを使
用してＯＳＳの表示コントラストを増強する技術がある
。

このクラスに属するものとして、アソーライン等の発明
に係る米国特許第４，０８８，４００号公報があり、こ
れはその出口偏光子の近傍に散乱素子（ディフューザ）
を他の偏光子と関連付けて配置した電気光学表示デバイ
スを開示し、コントラストの低下を生じることなく表示
の視角を改善する。１対のイ波長プレートをこの散乱素
子のいずれかの側に配置して外光が後方散乱により観者
の目に入るのを軽減する。このアソーライン等の方法は
反射型液晶表示装置のコントラスト増加には適用できな
い。

クマダ発明に係る米国特許第３，８３８，９０６号は電
気光学クリスタルと複屈折りリスタルとをカスケード接
続するＯＳＳを開示し、前者の複屈折極性が後者のそれ
と逆関係になるようにしている。この構成の電気光学デ
バイスではその不透明出力状態では太き、さ３０の入射
角の光を効果的Ｋ１１１１止できるとしている。

〔発明の目的〕

本発明の１つの目的は、略一定最大値の伝達特性を有し
且つ実質的に汚染光のない光学伝達状態を視角に関係な
く生じるＯＳＳ、及びそれを得る方法を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、円偏光を生じ、システム内の１対
の電気光学デバイス間を伝播する光線から円偏光を除き
システムの伝達特性を変化することな（、いずれか一方
の電気光学デバイスに関連する汚染光強度パターンの方
向を変えて他方の電気光学デバイスに関連する汚巣光の
伝達を阻止する方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、異なるタイプの電気光学デバ
イスを使用するＯＳＳの視角特性を改善する方法を提供
することである。

本発明の別の目的はＯ８Ｓにおいて視角に関係なく実質
的に汚染色光のない２つのシステム光学伝達状態を有す
るＯ８Ｓ及びそれを得る方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、その伝達特性な略一定に維持
し、実質的に汚染色のないシステム光伝達状態が得られ
るＯ８Ｓを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明のＯ８Ｓ及び方法によると、その視角に関係なく
実質的に汚染光のない光学伝達状態とし、伝達特性な略
その最大値の一定値に維持できる。

本発明は通過する光の偏光状態の方向が変化できる第１
電気光学デバイスを含む光ゲートを使用する。この第１
光ゲートは光源と光学的に結合され、極大極小点を有す
る汚染光強度パターンを有する光学伝達状態を生じる。

また通過する光の偏光方向が変化できる第２電気光学デ
バイス手段を有する第２光ゲートを使用する。この第２
光ゲートは第１光ゲートからの出射光が入射する光路に
配され、夫々積大・極小点のある汚染色強度パターンを
有する光学伝達状態を生じる。

本発明の好適実施例によると、第１及び第２電気光学デ
バイスはリニア偏光光線の方向を回転する。この第１及
び第２電気光学デバイス間を伝播する光線に円偏光（波
）を生じさせるか取り去るかを行う。好適実施例では、
円偏光の発生及び除去は夫々第１電気光学デバイスの下
流に第１の２波長プレートを、また第２電気光学デバイ
スの上流に第２の／波長プレートを配して実現している
。

第１及び第２光ゲートの汚染光強度パターンは一方の元
ゲートの汚染光強度パターンの極大・極小点が夫々他方
の光ゲートの汚染光強度パターンの極小・極大点と略一
致するように回転配置している。両パターンの方向付け
は、Ｏ８Ｓを第１及び第２セクシヨンに分け、光路を中
心にして両セクションの相対角度を調整することにより
実現できる。第１セクシヨンは第１″ａ気光学デバイス
及び第１のイ波長プレートより成り、第２セクシヨンは
第２電気光学デバイス及び第２の気波長プレートより成
る。

円偏光光は第１セクシヨンから出射して第２セクシヨン
に入射する。円偏光光線の強度は光路な中心とする総て
のアジマスにつき同じであるので、このセクションの角
度方向を変化して汚染光強度パターンに合わせてもＯ８
Ｓの伝達特性には影醤を与えない。

従って、汚染光強度パターンを合わせる上述の方法は、
伝達特性がその最大値で略一定となるシステムで実質的
に汚染のない光の光学伝達状態が視角に関係なく得られ
る。

本発明の好適実施例は第１及び第２光ゲートより成り、
各々直交偏光軸を有する少なくとも１個のリニア偏光フ
ィルタ手段と、通過光線の偏光方向が変更できる１個の
電気光学デバイス手段とを有する。第２光ゲートは第１
光ゲートと類似設計であり、第１光ゲートの出射光が入
射する光路中に配置している。第１及び第２光ゲート間
に対面して１対の名波長プレートデバイス（リターダ）
を配して第１光ゲートより出射する光線に円偏光を生じ
させ、第２光ゲートへの入射光線から円偏光を除去する
。この切換え可能な伝達システムは各々１個の光ゲート
とン波長プレートとを有する２セクシヨンに区分けして
いる。両セクションの相対角位置は光軸のまわりに回転
させて、光ゲートの一方の汚染光強度の最大減衰点が他
方の光ゲートの汚染光強度の最低減衰点と略重なるよう
にし、両光ゲートからの汚染光が阻止（遮断）されるよ
うにする。両セクションを両者間で円偏光光線が伝播す
るインターフェース部でアライメントしてＯ８Ｓの総合
伝達特性がその最大値に維持されるようにする。

好適実施例では、電気光学デバイス手段は実質的に等し
い汚染光強度パターンを有する可変光学リターダ（以下
ＶＯＲという）より成る。光ゲートが色選択性リニア偏
光フィルタ手段より構成されると、Ｏ８Ｓは視角に関係
なく異なる純粋カラーの２つの光学伝達状態を生じる。

また、光ゲートがニュートラルのリニア偏光フィルタ手
段のみから成る場合には、とのｏｓｓは視角に関係なく
実質的にスプリアス光が伝達されない不透明のシステム
光学伝達状態と実質的に汚染光のないシステム光学伝達
状態とを生じる。

本発明装置の動作原理は、例えばＴＮ液晶デバイスの如
きＶＯＲ以外の電気光学デバイスを全体又は一部として
有するＯ８Ｓに゛も適用できる。しかし、同じタイプの
電気光学デバイスより成るＯ８Ｓを用いるとき最適動作
が得られる。

〔実施例〕

本発明の方法による動作原理は、第２Ａ図を参照して、
異なる色の２つの光学伝達状態を生じるｏｓｓａαの一
例に基づき説明する。０８８（１（ｌは類似設計の１対
の光ゲー）　ｔＹ３−　（１２Ｊを含み、光路（又は光
軸）（１３１＆Ｃ？８って直列配置している。詳細は後
述するとおり、光ゲートａ’ａ　−（１２１は一方の光
学コンポーネントと他方のそれらが光学軸ａ３を中心に
相対角度が回転している点で相違するのみである。従っ
て、光ケートａｚの光学コンポーネント及び動作に関す
る次の説明はそのまま光ゲートａ２１＆ｃも適用できる
ので、光ゲート０の光ゲート０と対応する部分について
は同じ参照番号を用い、後にプライムを附している。

光ゲートａ′ＩＪは各々直交配置の偏光軸を有する１対
の偏光フィルタ又は手段（１６１−ａε間に配置したＶ
ＯＲ（１４１を含む。ＶＯＲ（１４１はる遇する光線の
偏光状態の方向が変化できる電気光学デバイス手段より
成る。偏光フィルタａｅは色□選択水平偏光軸（２）と
垂直偏光軸のとを有し、夫々例えば緑の第１色Ｃ１の光
線と例えば赤の第２色Ｃ２の光線を通過させる。

偏光フィルタ（１８１はニュートラル偏光フィルタであ
って、白色光縁を通過させる水平偏光軸（至）と光を通
過させない光吸収垂直偏光軸（ハ）とを有する。

ＶＯＲＱ４１はネマチック液晶セルであって、ゼロ乃至
略半波光学リターダを構成し、制御回路（ハ）からセル
に印加したＡＣ電圧の振幅の変化に応じて選択的にあら
ゆる色の法線入射光な略ゼロリタデーションするか、予
め選択した色の法線入射光な略半波すタデーションする
。視角により汚染光が存在する為ではなく、単に後述す
る光ゲートの動作により、ＶＯＲＱ４１は緑色光に略半
波光学リタ−シヨンを生じるよう設計され、光ゲート叩
の出力に異なる純粋色の２つの光学伝達状態を生じる。

ＶＯＲ（１４１の光学軸の両党結合面Ｏａ　−ＣＭＩへ
の投影（至）は偏光フィルタｕｓ　−（１８１の各偏光
軸に対して略４５で配置している。

偏光フィルタ（へ）−賭及びＶＯＲＱ４１で構成される
光ゲー）（１２１は緑及び赤を含む多くの波長の光を発
光する光源ないし光像源０６）の前に配置する。光源（
７）は例えば陰極線管又は投影装置（グロジエクタ）で
あって、その螢光スクリーン−上に白黒画像を表示する
。

ＶＯＲα４１は２つの光学リタデーション状態間で切換
えられる。その１つは「ＯＮ」状態であって法線入射光
に略ゼロリタデーションを生じ、他の１つはｒＯＦＦｊ
状態であって特定予定波長の法線入射光に略半波すタデ
ーションを生じる。この両光学すタデーション状態は光
ゲートａ２に異なる色の光を生じる２つの光学伝達状態
を生じる。

ＶＯＲ（１４１が制御回路（至）の出力導体１４１に印
加した電圧信号により「ＯＮ」光学リタデーション状態
にされると、通過する緑及び赤色光線の偏光方向は不変
のままである。偏光フィルタａＱの垂直偏光軸のを通過
する法線入射赤色光線は偏光フィル２０秒の垂直偏光軸
（至）により吸収される。偏光フィルタ（１６１の水平
偏光軸■を通過する緑色の法線入射光線は、偏光フィル
タ鰻の水平偏光軸（２４１を通って光ゲートＬＩ２１か
ら出射する。緑色光は第１晃学伝達状態の光ゲート（１
２１を通過する。

ＶＯＲ（１４＋が制御回路（至）の出力導体−に印加さ
れた電圧信号により「０ＦＦＪ光学状態にされると、偏
光フィルタ（１６１の水平偏光軸■を通過する緑色光線
の偏光方向はＶＯＲ（１４１により９０回転される。緑
色光線は偏光フィルタｔｔｓの垂直偏光軸（２）により
吸収される。

（’−０ＦＦＪ光学リタデーション状態のＶＯＲＱ４１
は縁取外の光線に略半波すタデーションは生じさせない
ので、偏光フィルタＱｅの垂直偏光軸のを通過する赤色
の偏光方向はＶＯＲｕ４１Ｋよって９０とは僅かに異な
る角度に回転される。従って、赤色光線は偏光フィルタ
囮の垂直及び水平偏光軸にまたがる成分に分離される。

この赤色光線は偏光フィルタａδの水平偏光軸Ｃ！４１
に投影され伝達される多数成分と、垂直偏光軸−に投影
され吸収される少数成分とに分離される。よって、赤色
光線は光ゲートａｚの第２光学伝達状ａｆそれから出射
される。偏光フィルタ時の垂直偏光軸（４）で吸収され
た僅かの赤色光線は、第１光学伝達状態の緑色光強度に
対して、第２光学伝達状態の赤色光強度に実質的に知覚
し得る減少は生じない。

〔汚染及び公称光強度バター／〕

第１及び第２光学伝達状態における光ゲートα力の偏光
フィルタＯｅから出射する光線は、視線又は視角が偏光
フィルタαｇの表面に法線方向である観者には純粋の色
品質に見える。しかし、偏光フィルタ１８１０表面に法
線方向以外の視角から見ると。

光ゲート任ｚをその光伝達状態のいずれかで出射する光
線は他の光学伝達状態における色の汚染光線を含むこと
となる。

第２Ｂ図は偏光フィルタａ＆を出射する光線の観者用の
４０の観視円錐（４４）の極角度（４邊を示す。第３の
関数で表わした汚染色と公称（ノミナル）色光強度を重
ね合わせた図である。第３Ａ図、第３Ｂ図のＺ及びＹ軸
は夫々ＶＯＲＱ４１の光軸の投影（至）とそれに垂直な
軸の投影−に対応する。

第３Ａ図は光ゲートｔ１２１がその第１光学伝達状態に
あるとき偏光フィルタｔｔｔｕから出射する緑及び赤色
光の強度パターンを１畳したものである。ノくターン（
佃は緑色（ノミ。ナル色）の光強度ノくターンであり、
パターン（碍は汚染赤色の光強度）くターンを示す。パ
ターン（４８は１対の直交配置の８の字形６０）。

１５３をＺ及びＹ軸のまわりに略対称に配列したものと
似ている。８０字形６αは極大点５４１−５ｆｉｌを有
し、８０字形５４は極大点−一−）を有する。８０字形
弘６４０両方共にＺ及びＹ軸の交点６カ付近に極小点を
有する。交点−はパターン囮の４つのロープ（葉状部）
の強度ゼロ点の収束点である。強度はアジマス角の関数
で変化するので、強度ゼロの点は２及びＹ軸に対して略
４５で測定したアジマス角において生じる。８０字字形
５０１の極太点（ロ）、印の汚染赤色光強度は目的とす
る（ノミナル）緑色光出力強度と等しいことが容易に判
る。パターン（４６１とｔ、４８の形状は各種タイプの
液晶にみられる特性である。

第３Ｂ図は光ゲートが第２光伝達状態にあるときに、偏
光フィルタａ＆を出射する緑及び赤色光の強度パターン
を重畳した図である。パターンｉ４１は意図する赤色光
の強度を示し、パターンＴｈ＋は汚染緑色光の強度パタ
ーンを示す。パターン−は略Ｙ軸を中心に配した８の字
形であり、極大点Ｎ　−ｆｆ（ＩＩとＺ及びＹ軸の略交
点＠付近の極小点とを有する。

交点のはパターン岐の２つのロープの強度ゼロ点の収束
点である。極大点から汚染光強度が減少する割合は、第
１光学伝達状態に比２して第２光学伝達状態では緩慢で
あることが判る。パターンーー輪）の外周内圧含まれる
ロープの数、方向及び形状はＶＯＲの好適実施例に液晶
セルに特有であって、それらについては後述する。

〔光強度パターンの整合〕

第２Ａ図を参照して、本発明の方法は光ゲート（１２１
の出力であってその光路ａ３に沿って光グー）０２１を
配置して、光ゲートａｚからの出射光を光ゲートａ４に
入射させるステップを含んでいる。制御回路ＶＯＲＱ４
１と同期して「ＯＮ」及び［０ＦＦｊ光学リタデーシヨ
ン状態にする。光ゲー）　（１２１−（１２＋の対応す
る光学コンポーネントは同様設計であるので、色また偏
光軸（２２１を介して赤色光を通過させ、ニュートラル
フィルタｔｔ８１は偏光軸（２４Ｉを介して総ての波長
の光を通過させ、偏光軸−により総ての波長の光を吸収
する。また、ＶＯＲ圓は緑色光に対して集電的に半波光
学リタデーションを与える。後述するとおり、光ゲート
ａ４は第１及び第２光学伝達状態で夫々縁及び赤色光出
力を生じる。

光ゲート０フと光ゲー）（１２１との相対関係は、ＶＯ
Ｒて４５の角度であり、偏光フィルタ（１６１−（１８
１の偏光軸が偏光軸に対して４５′に配置されるように
する。光ゲー）Ｑ２１の光学コンポーネントの光軸の投
影と偏光軸を、上述の関係を図示する為に光ゲー）（１
２１の対応光学コンポーネント中に破線で示している。

ＶＯＲ（１４１−（１４１がｒＯＮＪ光学リすデーショ
ン状態にされると、緑色光線が偏光フィルタａ８１の水
平偏光軸（ハ）を介して光ゲートＱ２＋から出射して光
ゲート偏光軸（２）に入射する緑色光成分は偏光フィル
タ（１６１を通過する。（”ＯＮＪ光学リタす−ション
状態のＶＯＲ（１４１はそれを通過する光線の偏光方向
を変化させないので、緑色の光線はニュートラル偏光フ
ィｏｓｓ　ａαを通過することとなる。

本発明によると光ゲー）　ａｚ　−ａ６の４５’の相対
回転関係により、緑色光線の５０％は偏光フィルタる０
８８（１（Ｉの出カ忙は緑色光強度の５０％低減が生じ
ることが明らかである。

ＶＯＲ０４１−（１４１がｌ’−０ＦＦＪ　光学リタデ
ーション状態にされると、赤色光線が偏光フィルタａ＆
の水平偏光軸（至）を介して光ゲート（１２＋から出射
し、光ゲートする成分は偏光フィルタ叫を通過する。「
０ＦＦＪ光学リタデーシヨン状態のＶＯＲα４）は線以
外の光線に略半波すタデーションを生じることはないの
で、回転される。従って、赤色光線は偏光フィルタａ＆
の両側光軸にまたがる成分に分離される。赤色光る多数
成分と、偏光軸■で吸収される小数成分とを含む。

本発明の光グー）　（１２１−［１２＋の相対方向によ
ると、吸収され、よって第２光学伝達状態の０８Ｓ（１
（ｌの出力には赤色光強度の５０％琳下が生じることが
明もだ赤色光の僅かの量は第２光学伝達状態の赤色光強
度を大幅忙減少することはない。

第４Ａ図夛Ｂ図は夫々第２Ａ図の構成の光ゲー）　＋１
２１−　（１２１が第１及び第２光学伝達状態のときの
汚染色と公称色光強度パターンを重畳して示す。光ゲー
トａ５の光強度パターンの□特長点で光ゲートα２のそ
れらと対応するもの虻は第４Ａ図、第４Ｂ図中同じ参照
番号を用い、後にプライムを附している。

第４Ａ図において、光グー）Ｄ−（１１の第１光学伝達
状ＢＫ関する光強度パターンは、８０字形ωの極大点←
ａ−６６１と８の字形６４の極大点回−一とが極小点−
と略アライメントされるようにする。同様に、８０字形
−の極大点（財）−（至）と８の字形６４の極大点−−
一とが極小点匈と略アライメントされる。光強度パター
ンの翫小点は光強度が大幅に減衰される点であり、両党
ゲートの一方の高強度の汚染光の点を他方の光ゲートの
最大光強度減衰点と一致させることにより、０８Ｓ（Ｉ
ｌｌの偏光フィルタ鰻かも汚染赤色光が出射するのを効
果的に阻止できることとなる。

第４Ｂ図を参照する。光グー）　（１２１−１１２１の
第２光学伝達状態に関連する光強度パターンを、８の字
゛Ｉ 形輸の極大点−−σ〔が極小点σ々と略アライメントさ
れるようＫしている。同様に、８０字形−の極大点１［
９−ｆｆｌが極小点σ２と略アライメントされるように
なっている。ｇｌ光学伝達状態で上述したと同様に、一
方の光ゲートの極小点を他方のそれの極大点と一致させ
ることにより、Ｏ８ＳαＯの偏光フィルタａ≦から汚染
緑色光−が通過するのを胎止する。

両光強度パターンは第１光学伝達状態で０８８（１（１
を出る汚染光を最小にするようアライメントするのか好
ましい。そうすると、第２光学伝達状態では、光ゲー）
　（１７３−＋１２１の各々から伝達される汚染光の量
は少ないので、最終的な汚染光の低減が可能である。

次に第５Ａ図、第５Ｂ図を参照する。Ｚ及びＹ軸の交点
に示す光強度パターンｆｆ４１−　（ｌＩｆ９は夫々０
８Ｓ（１（１の第１及び第２光学伝達状態における最終
的な汚染光強度パターンである。従って、０８８（１（
１から出射する汚染光強度は第１及び第２光学伝達状態
において０乃至最低４０の視角で目的とする色の光強度
に対して無視し得ることが明らかである。５５という広
い視角でも本発明によると良好な特性が得られることが
実鉦できた。パターンσ〜−一は夫々ｏｓｓｎαの第１
光学伝達状態の緑色光強度パターン及び第２光学伝達状
態の赤色光強度パターンを示す。

上述の説明は偏光フィルタａυ−〇［ｉとして色選択性
のものを使用して、異なる２色の表示を得るシステムに
つき説明したが、本発明は不透明−透明伝達状態を得る
０８８（ＩＯｌにも適用し得ること勿論である。その場
合には、色選択性偏光フィルタ（１Ｇ＋−（ｌｌ１１を
ニュートラルのリニア偏光フィルタに置換すればよい。

この置換変更０８Ｓ（ｌαは単一の出力光学伝達状態と
不透明状態とが得られる。光ゲートの置換したニュート
ラル偏光フィルタの吸収＠１は同じ光ゲートの出力側の
ニュートラル偏光フィルタのそれと直交配置される。両
ＶＯＲは可視光スペクトラムの中間レンジの光波長で略
半波すタデーションを生じるようにする。

ＶＯＲが「ＯＮ」光学リタデーション状態であれば、こ
の代替Ｏ８Ｓはそのフィルタから何ら光の出射を行わな
い（不透明）。ＶＯＲがｌ’−ＯＦ　ＦＪ光学状態であ
れば、この代替Ｏ８Ｓは白色光を出射する。

分離した各光ゲートは汚染光の存在を単一光学伝達状態
におけるコントラストの低下、また不透明光学伝達状態
におけるスプリアス光の存在として扱う。本発明の光ゲ
ートの構成によれば、両光伝達状態における汚染光の存
在を実質的に排除できる。

上述した汚染光強度の補償方法は伝達（透過）型のみな
らず反射型Ｏ８Ｓにも応用可能であること当業者には容
易に理解できよう。

〔最大伝達特性の維持〕

上述した光ゲート［１２１−（１２１の相対方向性によ
り、第１及び第２光学伝達状態における０８８（１０１
の出力側の光強度が半減する代償として視角特性の改善
が行われることが判る。この光強度の低減は、光ゲート
α２の出力側と光ゲー）（１２１の入力側間に半波長プ
レート（リターダ）侶２を配置することにより修正でき
る。半波プレー）　１８２ｉは好ましくは緑と赤の中間
波長の光線を半波リタデーションするよう同調させる。

第８図は半波プレート６カの光学軸（財）の方向と偏光
フィルタ（１８−０６１の偏光軸を半波プレートの３上
に破線で示している。光学軸（財）を夫々偏光板α１Ｇ
　−Ｏ６１の特定角により０８Ｓ（１０１の光伝達特性
を最大価１ｃ維持することを第９Ａ図−第９Ｄ図と次式
で示す。

第９Ａ図−第９Ｄ図を参照するに、偏光フィルタ０８の
水平偏光軸Ｇ４１を出射する光線強度「Ｉ」は電界ベク
トル江を有しく第９Ａ図）、これが半波プレー）１２１
０表面に投影され、旧交成分に分離される（第９Ｂ図）
。半波プレート侶ｚの光軸（財）に入射する成分の振幅
はＪ　ｉ−００３２２，５°となり、光軸（財）に垂直
方向への入射光成分の振幅はＪＴ　ｓｉｎ　２２．５で
ある。半波プレート＠ｚを出射した後、後者の成分はそ
の方向を１８０変化しく第９Ｃ図）、両成分を沿った電
界ベクトルとなる（第９Ｄ図）。最終合成電−界ベクト
ルの振幅は次式で与えられる。

はＩとなり、偏光フィルタ餞な出射したものと同じであ
る。ＶＯＲＱ４１を通過する光線の偏光方向は偏光フィ
ルタ饅の偏光軸を光ゲー）（１２１の偏光フィルタ（１
８１に入射するのと同様に入射する。よって、偏光フィ
ルタａ０の偏光軸に８って等しい成分に光線が分離され
ることはなくなる。

（ＯＳＳの好適実施例〕 第１図は第２Ａ図に示した動作原理を用いるＯＳＳの好
適実施例を示１゜第２Ａ図の場合に生じた光強度の低減
を克服する為に、１対の光ゲート間に円偏光板を用いて
システムの光伝達特性を最大に維持すると共に両光ゲー
ト間の相九角を調整して汚染光の伝達を阻止するように
している。

第１図を参照すると、Ｏ８Ｓ＠は光路（１０６）に沿っ
て直列配置した１対の光ゲー）　（１０２）−（１０４
）を含んでいる。光ゲート（１０２）は第２Ａ図の光ゲ
ー）（１２＋と同様設計のものである。光ゲー）　（１
０２）は光源（図示せず）からの光が入射し、各々直交
配置の偏光軸を有するリニア偏光フィルタ（１１０）　
−（１１２）間に配したＶＯＲ（１０８）を含んでいる
。偏光フィルタ（１１０）　−（１１２）は光ゲート（
１０２）の光偏光システムより成る。偏光フィルタ（１
１０）は例えば緑である第１色Ｃ１色選択性の水平偏光
軸（１１４）と、例えば赤である第２色Ｃ２の色選択性
の垂直偏光軸とを有する。偏光フィルタ（１１２）はニ
ュートラルの偏光フィルタであり、白色光を通過させる
光透過水平偏光軸（１１Ｂ）とを通過させない光吸収垂
直偏光軸（１２０）を有する。ＶＯＲ（１０Ｂ）は０乃
至略半波光学リーダより成り、制御回路（１２２）の出
力信号に応じて法線絵入射光を選択的に略半波のリタデ
ーションを生じる。ＶＯＲ（１０８）の光軸の光結合面
（１２６）　−（１２８）への投影（１２４）は偏光フ
ィルタ（１１０）　−（１１２）の偏光軸に対して４５
０角度である。

光ゲート（１０４）はＶＯＲ（１３０）と色選択リニア
偏光フィルタ（１３２）を含んでいる。偏光フィルタ（
１３２）は光グー）　（１０４）の光偏光システムをな
す。

光ゲー）　（１０４）は第２Ａ図の例のニュートラル偏
ある。光ゲート（１０４）の形状は１対の偏光フィルタ
間に配置した電気光学デバイスを有する光ゲートの相互
補償特性を積極的に活用している。即ち、色選択偏光フ
ィルタ（１３２）を光グー）　（１０４）及び０８８　
＠の出力側に配置している。更に後述するとおり、光グ
ー）　（１０２）と（１０４）の接合面に１対のン波プ
レートを配することＫより、光ゲートａ２の偏光フィル
タ（１８１１／ｃ対応するニュートラル偏光フィルタを
光ゲー）　（１０４）では不要とする。

従って、光ゲートは光学スイッチを構成し、光ゲー）　
（１０２）の如く入射光を偏光するか、光ゲー）　（１
０４）のように偏光された入射光を受ける。各光ゲート
は少なくとも１個の電気光学デバイス手段を有し、それ
への入射光の偏光方向を変更し、またアナライザ（検光
子）として作用する光偏光手段を有する。

ＶＯＲ（１３０）はＶＯＲ（１０８）と同期して緑色光
に対して選択的に半波リタデーションを生じるゼロ乃至
略半波光学リターダを構成する。偏光フィルタ（１３２
）は直交配置の色選択偏光軸（１３８）　−（１４０）
を有し夫々縁及び赤色光線を伝達する。偏光軸（１３８
）　−（１４０）はＶＯＲ（１３０）の光結合面（１４
４）　−（１４６）への投影（１４２）　Ｋ対して４５
０角度である。

ＶＯＲ（１０８）と（１３０）とは夫々の光ゲート（１
０２）及び（１０４）の為に第３Ａ図、第３Ｂ図に示し
たと同様の光強度パターンを生じる。上述した方法によ
りｏｓｓｔｍで汚染光のない光学伝達状態を得る為に、
偏光フィルタ（１３２）の偏光軸は偏光フィルタ（１１
２）−（１１６）の偏光軸に対して４５の角度であり、
ＶＯＲ（１３０）の光軸の投影（１４２）はＶＯＲ（１
０８）の光軸の投影（１２４）に対して略４５である。

光ゲート（１０２）の光学コンポーネントの光軸の投影
と偏光軸とは光ゲー）　（１０４）の対応コンポーネン
トに破線で示して上述の相対関係を明らかにしている。

／波ブレー）　（１３４）　−（１３６）は光ゲート（
１０２）−（１０４）間に向い合って配置して０８Ｓ（
ロ）の伝達特性を最大値に維持するようにする。４波プ
レート（１３４）　−（１３６）は好ましくは緑と赤の
中間色の光線で半波リタデーションを生じるように同調
している。同調ミスにより生じる光強度の無視し得る低
減は０８Ｓ（ロ）の出力に生じる赤及び緑光線に略等し
く配分される。／波プレート（１３４）の光軸（１４８
）は偏光フィルタ（１１２）の偏光軸（１１８）と（１
２０）に対して４５に配置され、／波プレート（１３６
）の光軸（１５０）は偏光フィルタ（１３２）の偏光軸
（１３８）　−（１４０）　Ｉｃ対して４５に配置され
ている。

光グー）　ｆ１２１の動作と類似方法で、緑及び赤色光
線は光グー）　（１０２）で作られ夫々第１及び第２光
学伝達状態下で偏光フィルタ（１１２）の水平偏光軸（
１１８）を介して出力される。

ＶＯＲ（１０８）　ト（１３０）が制御回路（１２２）
　（ｒ）　出力ｍ体（１５２）に印加した電圧信号で「
ＯＮ」光学リタデーション状態にされると、緑色のリニ
ア偏光光線は光ゲー）　（１０２）の水平偏光軸（１１
８）を出射してに波プレート（１３４）に光軸（１４８
）に対して４５の角度で入射−電る。緑色の左手円偏光
光線は／４波プレート（１３４）を出射してイ波プレー
ト（１３６）に入射し、両光ゲート間を伝播する光から
円偏光を除く。イ波プレー）　（１３６）から出射する
緑色のりニア偏光光線の方向は光軸（１５０）に対して
反時計方向にＩｌｌって４５の角に配置される。

「ＯＮ」光学リタデーション状態のＶＯＲ（１３０）は
それを通過する光線に何ら偏光方向の変化を生じない。

従って、緑色のｌＪニア偏光光線は／波プレ−　）　（
１３６）から入射し、第１光学伝達状態の偏光軸（１３
８）を介して光ゲー）　（１０４）及びｏｓｓ（２）か
ら出射する。ＶＯＲ（１３０）を通過する光線は偏光フ
ィルタ（１３２）の偏光軸（１３Ｂ）のみに入射するの
で、システムの伝達特性はその最大値のままである。

［０ＦＦＪ光学リタデーシヨン状態＜Ｆ）　ＶＯＲ（１
３０）は緑色以外の光線に略半波すタデーションを生じ
ないので、イ波グレート（１３６）から赤色光線の偏光
方向はＶＯＲ（１３０）により９０とは僅かに異なる角
度に回転される。従って、赤色光線は偏光フィルタ（１
３２）の両側光軸にまたがる成分に分けられる。

赤色光線は偏光フィルタ（１３２）の偏光軸（１４０）
に入射し伝達される多数成分と偏光軸（１３Ｂ）で吸収
される少数成分を含む。偏光フィルタ（１３２）の偏光
軸（１３８）で吸収される赤色光の僅かの量は偏光軸（
１４０）で伝達される赤色光強度に比べ実質的に無視し
得る値である。

従って、赤色のリニア偏光光線はイ波プレート（１３６
）から入射して第２光学伝達状態の偏光軸（１４０）を
介して光グー）　（１０４）及びｏｓｓＯＩＮを出力す
る。ＶＯＲ（１３０）を通過する光線の殆んど総てが偏
光フィルタ（１３２）の偏光軸（１３Ｂ）のみに入射す
るので、システムの伝達特性はその最大値のままである
。

光ゲート（１０２）の光学コンポーネントと／波プレー
ト（１３４）及び光ゲート（１０４）の光学コンポーネ
ントとン波プレート（１３６）とは夫々０８Ｓ（２）の
第１及び第２セクシヨンを栴成し、その間を円偏光光線
が伝播する。円偏光光の電界ベクトルは総てのアジマス
角で同じ振幅を有するので、第１及び第２セクシヨンは
光軸（１０６）のまわりに相対回転させてシステム伝達
特性は最大値に維持しつつ汚染光強度パターンを所望回
転することができる。

本システムの動作は、イ波プレート（１３４）をＶＯＲ
（１０８）の下流に配置すること九より、それに悪影響
を受けない。光グー）　（１０４）にニュートラル偏光
フィルタを使用することは、４波プレート（１３６）の
存在により不要となし得る。／波プレー）　（１３６）
の光軸は、そこから現われる光線の偏光方向が光ゲー）
　（１０４）の偏光フィルタ（１３２）の偏光軸（１３
８）　−（１４０）に直接入射するようになっている。

光グー）　（１０４）内のに波プレー）　（１３６）の
位置の制約は、それがＶＯＲ（１３０）の上流（光源側
）にあることである。

〔液晶ＶＯＲ］ 本発明の装置の好適実施例は０乃至略半波光学リターダ
（１０８）　−（１３０）として動作する１対の液晶セ
ルを使用する。各液晶セルの各々はセルの電極構体に印
加する電圧の励起により生じる電界強度に応じて通過す
る光のリタデーションを制御する。ここに説明する液晶
セルは第３Ａ図、第３Ｂ図に示した光強度パターンを生
じる。

次に第６図を参照して、液晶セル（２００）は１対の略
平行且つ離間した電極構体（２０２）　−（２０４）と
その間に充填したネマチック液晶体（２０６）とを含む
。電極構体（２０２）はガラス製誘電体基板（２０８）
より成り、その内面には透明導電性の例えば酸化インジ
ウム錫層（２１０）を有する。この導電体層（２１０）
上にディレクタ配向膜（２１２）を設けて電極構体（２
０２）と液晶体（２０６）との境界をなす。液晶体と接
する膜（２１２）の表面は以下に説明する２つの方法の
うちのいずれかで処理を行い、それに接する液晶体のデ
ィレクタの好適配向をするのが好ましい。ディレクタ配
向膜（２１２）の材料と処理方法の詳細は後述する。電
極構体（２０４）は電極橋体（２０２）のそれと同様で
あって対応する素子には同じ参照番号を用い後にプライ
ムを附している。

電極構体（２０２）　−（２０４）の短脚端は相互にオ
フセットさせて、導電層（２１０）、（２１０）に制御
回路（１２２）からの出力導体を接続する為アクセスで
きるようにする。スペーサ（２１４）はガラスファイバ
等の好適材料を用いて両電極構体（２０２）　−（２０
４）が略平行関係になるようにする。

第７Ａ図、第７Ｂ図を参照する。液晶セル（２００）内
の配向膜（２１２）？（２１２’）のネマチックディレ
クタ配ｍ形状はボイド等の発明に係る米国特許第４．３
３３，７０８号公報の第７ａ第４８〜５５行に解説して
いる。しかし、この特許の液晶セル譬、交互傾斜ジェオ
メトリであって、セル（２００）のディレクタのアライ
メントがただ一部に形成されるのみであるという点で本
発明に使用する液晶セルと相違する。ボイド等の特許発
明のセルはセル内でディスクリネーション運動を促進し
て二安定スイッチングデバイスを提供しようとしている
。

電極構体（２０２）の配向膜（２１２）は電極構体面接
触ディレクタ（２１６）が配向膜（２１２）の表面を基
準にして反時計方向に測るとき相互忙傾斜バイアス角十
〇で平行となるよ５に配向処理されている。

電極構体（２０４）の配向膜（２１２）は電極構体面接
触ディレクタ（２１８）が配向膜（２１２）の表面を基
準圧して時計方向に側るとき傾斜バイアス角−θで相互
に平行整列するように配向処理している。よって、液晶
セル（２００）は電極構体（２０２）、（２０４）の対
向面にディレクタ配向＠　（２１２）、（２１２）が夫
々逆方向に傾斜バイアスされている。

面接触ディレクタを配向する好適方法の第１は、材料と
してポリイミドを用いて電極構体（２０２）と（２０４
）の内面に配向膜（２１２）と（２１２）とを夫々形成
する。各配向膜を摩擦して傾斜バイアス角１幀を得る。

この１θ１の好適レンジは２°〜５°である。

第２の方法は電極構体（２０２）と（２０４）内面の配
向膜（２１２）、（２１２）として夫々−酸化珪素（Ｓ
ｉｎ）を用い今。このＳｉＯ４は蒸発して電極面から測
って５０角度で蒸着させて、その量を加減して１０〜３
０、好ましくは１５°〜２５°のレンジの傾斜バイアス
角１θ１を得る。

ＳｉＯや他の配向材を被着して液晶セルの分子を所定方
向に配向ないし整列することは既に公知であって、当業
者は容易になし得るものと考える。

１例を挙げれば、ジャニング発明に係る米国特許第４，
１６５，９２３号公報がある。

第７Ａ図は約２ＩＧ（ｚで２０ＶｒｍｓのＡＣ信号■ｌ
を夫に印加した場合の面非接触ディレクタ（２２０）の
方向を模型的に示す。電極（２１０’）上の信号■ｌは
第１スイツチング状態をなすべく制御回路（１２２）の
出力から供給され、電極構体（２０２）及び（２０４）
間の液晶セル（２００）内に交番電界Ｅを生じ、セルを
「ＯＮ」光学リタデーション状態にする。正の誘電異方
性を有する液晶体（２０６）の面非接触ディレクタ（２
２０）の多くはセル内で電気力線の方向である矢印方向
（２２１）に沿って略−列縦隊に整列する。

この方向は電極構体の処理面に対して略法紛方向である
。よって、セル（２００）が「ＯＮ」光学リタデーショ
ン状態に刺激されると、面非接触ディレクタ（２２０）
はセル表面に垂直に整列する。

第７Ｂ図は信号■１を取り去った後の面非接触ディレク
タ（２２０）の方向を図示する。これにより面非接触デ
ィレクタの配向が電極構体（２０２）　−（２０４）間
のセル内に生じた電界に影響されず、「ＯＮ」光学リタ
デーション状態の縦隊構造から面非接触ディレクタがリ
ラックスさせる分子間の弾性力により影響な受けるよう
にする。信号■ｌを取り去るのは制御回路（１２２）の
出力に生じた第２スイツチング状態である。第７Ｂ図に
示すディレクタ方向はセルの［ＯＦ　ＦＪ光学リすデー
ション状態に対応する。

セル（２００）をｌ−ＯＦ　ＦＪ光学状態にスイッチン
グ　′するには、セルに制御回路（１２２）から信号ｖ
ｌの電圧レベルより低い約ｏ、ｉｖのＡＣ信号■２を印
加しても実現できる。この信号■２の周波数は一般に信
号Ｖｉと同じである。

液晶セルの光学リタデーション状態が「ＯＮ」からｒＯ
ＦＦＪへ移行する際に、面非接触ディレクタは電極構体
表面に法線方向の縦隊部列からＩＩＩ次鼠接ディレクタ
と略平行状態に退却する。よって、面非接触ディレクタ
（２２０ａ）と（２２０ｂ）とは図中矢印（２２２ａ）
で示す時計方向忙回転してディレクタ（２１６）と（２
２０ａ）が夫々近平行状態になり、一方面非接触ディレ
クタ（２２０ｃ）、（２２０ｄ）は矢印（２２２ｂ）に
示す反時計方向に回転してディレクタ（２１Ｂ）と（２
２０Ｃ）とが近平行関係になるようにする。よって、セ
ル（２００）が「０ＦＦＪ光学リタデーシヨン状態にリ
ラックスすると、多くの面非接触ディレクタの各々が、
セルの表面に大きなディレクタ成分を投影するよう整列
される。しかし、面非接触ディレクタ（２２０ｅ）はセ
ルの面に垂直な状態のままである。

液晶セル（２１，ｒＯ）を０乃至略半波光学リターダと
して動作する方法は第７Ａ図に示した電界整列状態、即
ち「ＯＮ」光学リタデーション状態から第７Ｂ図に示し
た面ないし層状態、即ち［ＯＦ　ＦＪ光学リすデーショ
ン状態になるディスクリネーションのない面非接触ディ
レクタのレラクセーションに関係する。

本発明にあっては、液晶セル（２００）は０乃至略半波
光学リターダとして動作し、その光軸は面非□　接触デ
ィレクタ（２２０）の整列方向に対応する。

電極構体（２０２）　−（２０４）の面に法線方向（２
２６）Ｋ伝播するリニア偏光光線はその液晶セルが「Ｏ
Ｎ」光学リタデーション状態にある面非接触ディレクタ
（２２０）の方向と一致する。ディレクタ（２２０）は
「ＯＮＪ光学リすデーション状態ではセルの電極構体面
への光軸の投影が無視し得るような方向にある。この条
件下では、液晶セル（２００）は方向（２２６）へ伝播
する入射光に対して大幅に減少した光学リタデーション
を生じる。

電極構体（２０２）　−（２０４）に法線方向（２２６
）に伝播するリニア偏光光線は、液晶セルがｌ’−０Ｆ
ＦＪ光学リタデーシヨン状態であるときの面非接触ディ
レクタの配向方向と不一致である。ディレクタ（２２０
）は、「ＯＦＦ」光学リタデーション状態では、セルの
電極構体面に多くの投影を生じる方向である。これらの
条件下では、液晶セル（２００）は略法線入射光罠対し
て実効複屈折を生じる。面非接触ディレクタ（２２０）
のこの方向は次の数式を満足するどき実負的に半波光学
リタデーションを生じる。

Δｎｄ／λ＝　／ ここでｄはセルの岸さであり、八〇はセルの実効複屈折
率、λは光の波長である。

以上、本発明の電気光学スイッチング装置及び方法につ
き説明したが、上述の例は単産本発明を説明する為の好
適実施例にすぎず、何ら本発明を限定するものではない
。本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可
能であること当業者には容易に理解できょう。

〔発明の効果〕

本発明によると、比較的簡単な構成により意図する色の
光出力を最大圧したままで、広い視角にわたり最小汚染
光の異なる２色出方を得るか、高いコントラストを維持
し且つスプリアス出力のない出力が得られる。よって、
広い視角が要求される液晶グラフィックディスプレイ等
の液晶表示装置に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気光学スイッチング装置の好適一実
施例を示す構成図、第２図は本発明の動作説明図、第３
図〜第５図は本発明に使用する光ゲートの光強度パター
ンを示す線図、第６図及び第７図は本発明に使用する可
変光学リターダの説明図、第８及び第９図は本発明の餉
；気光学スイッチング装置の特性補償説明図を示す。 図中（１０２）、（１０４）は光ゲート、（１０８）、
（１３０）は可変光学リターダ、姉１（１３４）はリタ
ーダ、（１２２）は制御回路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　光軸に沿って配置した第１光ゲート及び第２光ゲ
   ートと、上記第１及び第２光ゲート間に配置したリター
   ダ手段と、上記第１及び第２光ゲートの光伝達特性を制
   御する制御手段とを具え、上記第１及び第２光ゲートの
   偏光軸の相対関係を選択して汚染光を軽減することを特
   徴とする電気光学スイッチング装置。 ２、上記第１及び第２光ゲートは赤及び線通過偏光軸を
   有する色選択性偏光フィルタを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項の電気光学スイッチング装置。