JPS6020102Y2 - 電気光学装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はネマティック液晶を用いて光を変調する電気
光学装置の改良に関するものであり、特に偏光板と反射
面との有効な組合わせによって、性能の向上を計るもの
である。

ネマティック液晶を用いるこの種の装置は従来すでにい
くつか提案されている。

その一つは少くとも一方が透明な一対の電極に挾まれた
負の誘電異方性をもつ液晶物質に直流または交流の電界
を印加し、動的散乱と呼ばれる現象によって入射する光
を散乱させることにより透過光または反射光の強度を制
御して表示等を行なうものである。

他の一つは上記と同様の構造でネマティック液晶に多色
性色素を混合し、電界を印加した時に液晶分子の配列方
向の変化に伴って色素分子の配列方向が変化し、それに
よる色素分子の特定の波長の光の吸収を利用して色表示
等を行なうゲストホスト効果と呼ばれるものである。

しかし上記のような動的散乱を利用するものでは実用的
な１０μ程度の液晶層厚の素子で種々のパターン表示等
を行なうには少くともＩＯＶ以上の電圧が必要であり、
さらに表示する色は光源の色で定まってしまう。

またゲストホスト効果によるものでは混合される色素の
種類によって表示される色が固定され複数の色で表示等
を行なうことは不可能である。

この考案による電気光学装置では全ての液晶分子がそれ
らを保持する面に対して光軸をある所定の方向に揃えて
配列する性質をもつネマティック液晶を用い、これに偏
光板と反射面とを組合わせて、動的散乱が生じるよりも
低い電界で単色または複数の色による表示等を、反射面
の一側で行なうことができる特徴をもっている。

以下この考案の詳細を実施例によって説明する。

実施例 Ｉ 第１図はこの考案による電気光学装置の一つの基本的な
実施例である。

光変調素子１０は、透明なガラス基板１上に酸化錫によ
る透明電極層２を形成させたネサガラスＩＡと、反射面
３ａを有し鏡の作用をもたせた金属電極３とを電極層２
と反射面３ａとが相対向するように配置し、これらの間
にネマティック液晶物質４を挾んだものである。

ネマティック液晶物質４はメトキシベンジリデン−ｐ−
ｎブチルアニリンとエトキシベンジリデン−ｐ−ｎブチ
ルアニリンとを重量比１：ｌで混合した物質である。

電極層２と金属電極３はリード線５によって電源２０に
接続されており、２つの電極によってはさまれている部
分の液晶物質４に電界を印加できるようになっている。

液晶層厚は必要な厚さのマイラーフィルムなどをスペー
サ６として二枚の電極の間に挿入することによって定め
ることができる。

なお数字や文字の表示等を行なう電気光学装置として用
いる場合には例えば第２図の如くこの変調素子の少くと
も一方の電極をいくつかのセグメント電極１０１に分け
、各セグメント電極を各々独立して電界を制御できるよ
うリード線１０２と電源１０３を配置すればよく、また
第３図のように一対の電極を各々帯状電極１１１にし、
それが互いに交差するように配置することによってＸ−
Ｙマトリックス型の電極構造にすれば、適当な走査回録
１１２によってカラーの画像表示を行うことができる。

液晶物質４における液晶分子の配列はそれを保持してい
る壁面の影響を強く受け、前記のような特性をもつ液晶
物質では層厚があまり大きくなると分子の一様な配列が
得られなくなる。

また液晶物質の種類によっても一様な配列が得られやす
い層厚がある。

当実施例に於て使用されたメトキシベンジリデン−ｐ−
ｎブチルアニリンおよびエトキシベンジリデン−ｐ−ｎ
ブチルアニリンを重量比１：１で混合したネマティック
液晶の場合、６μ前後の層厚にした場合に壁面即ち電極
２，３の表面に対して分子の光軸（これらの液晶では分
子長軸方向と一致する）を直角にして全ての分子が一様
に配列する。

第１図に於て変調素子１０の前面即ちネサガラスＩＡ側
には円偏光板３０と半透明鏡４０が配置されている。

円偏向板３０は直線偏光板とｌ／４波長板とを重ねて構
成される。

光源５０から出た光は半透明鏡４０で反射され円偏光板
３０によって円偏光になり変調素子１０に到達する。

前記２戊分系ネマティック液晶に於ては、電界が印加さ
れていない状態では光軸方向と分子長軸が一致し電極２
，３の壁面に対して直角になっており、この方向から入
射した円偏光はそのまま通過し、その後反射面３ａ反射
され円偏光板３０で遮断されるので観測者６０には光は
みえない。

電界が液晶層に印加されると液晶層の見かけの光軸が壁
面に対して直角ではなくなる。

液晶分子の配向の変化は電界強度に依存する。

このような状態に上記の電界が零の場合と同じ方向から
円偏光が入射すると液晶層の見かけの複屈折性のため光
は楕円偏光となり、反射面３ａから円偏光板３０への光
の一部は透過してくることになる。

液晶物質４に対して電界が印加されていない部分と印加
されている部分があればそれに応じて光の透過してこな
い部分と透過してくる部分とができパターンの表示が行
なえることになる。

第１図のような光学系に於て波長λの光が円偏光板３０
を通して変調素子に入射した時円偏光板３０から透過し
てくる反射光強度ＩｏｕｔはＩｏｃｔ＝Ｉｏｓｉｎ”Ｎ
＝（イ）入 で与えられる。

ここで■０は入射光強度、入は入射光の波長、モしてＲ
は複屈折性を示す物質中を光が通る時に生ずるリターデ
ーション （ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）で、物質の屈折率と光の物
質中の通過距離に依存する量である。

なお、この素子は、電界で液晶分子の配向を変化させ、
リターデーションＲを変化させることができる。

液晶物質４に印加される電界が零の時、当実施例では円
偏光板３０を通過してきた円偏光は液晶層の見かけの光
軸方向に入射することになりＲは零で（イ）式の透過光
強度Ｉｏｕｔは零となり、変調素子からの反射光は円偏
光板３０で遮断される。

電界を印加し液晶分子の配向方向が変化し、ＲがＲ＝Ｎ
入（但しＮは正の整数）の条件を満した時、波長入の光
の検光子からの透過強度は（イ）式から零となりＲ＝（
Ｎ−１／２）λ（但しＮは正の整数）の時波長入の光の
透過光強度１０ｕｔは（イ）式からＩｏ即ち最大となる
。

かくして電界によって種々の波長の光の透過光強度を制
御できることになる。

入射光が白色光の場合は可視領域の全ての波長の光を含
んでおり、電界によって液晶分子の配力が変化し、リタ
ーデーションＲが零でなくなると、Ｒ＝（Ｎ−１７２）
入を満足する波長入近辺の波長の光が円偏光板３０か
ら透過してくることになる。

即ち電界強度を変化させるとそれに応じて透過してくる
光の波長が変化することになり、カラーの表示を行うこ
とができる。

この実施例の場合電界を零から増加させるにしたがって
透過光が暗黒から青→緑→赤といった色変化を示す。

第４図は上記実施例即ち第１図の電気光学装置に於て光
源５０が白色光で変調素子１０の液晶層厚を６μとした
時の透過光強度Ｉｏｕｔと液晶層への印加電圧■の関係
を３つの波長の光（４５０ｍμ。

５５０ｍμ、 ６７２ｍμ）について測定した結果で、
ＩＫＨｚの正弦波の場合、５Ｖから６Ｖの電圧で種々の
色での表示を行なうことができる。

もし光源が単色光であれば同じ電圧範囲で単色表示が行
なえる。

Ｉｏｕｔと■との関係は電圧が直流でも交流でも本質的
な変化はなく、また交流の場合も５０ＫＨｚの高周波で
も第４図の関係はほとんど変化しない。

実施例 ■ 第５図はこの考案の他の実施例で変調素子１０は実施例
（Ｉ）と全く同じ液晶を用い同じ構造をしており電源２
０によって液晶に電界が印加できるようになっている。

変調素子の前面には円偏光板３０が配置されており、光
源５０から出た光は円偏光板３０を透過し変調素子の反
射面３ａで入射方向と異なった方向に反射されるような
っている。

この実施例では液晶の光軸以外の方向から光が入射する
ので白色光を光源に用いた場合は電界が零でもある特定
の波長の反射光が円偏光板３０から透過してくる。

電界を印加した時は、実施例（Ｉ）と同様の機能で表示
が行なえる。

実施例 ■ 第６図はこの考案の他の実施例の構成国である。

変調素子１０、電源２０、円偏光板３０、半透明鏡４０
、光源５０が第１図の実施例と全く同様に配置されてお
り、液晶物質には実施例（Ｉ）と同じものを用いた。

観測側にはスリガラスのような光の拡散板７０が配置さ
れており、検光子を透過しできた光は拡散板７０を通し
て観測者８０により観察される。

この実施例に於て拡散板７０を配置する以外は全〈実施
例（Ｉ）と同じ構成で、基本的な機能も変らず、同じ原
理によって単色または複数の色で表示をすることができ
る。

また第２図が第３図のような電極構造にすれば任意のパ
ターンが表示できる。

このような拡散板７０を通して表示することによって上
記実施例（Ｉ）のような直視型よりも広い角度の方向か
らの表示パターンの認識が可能となる。

もちろん実施例（ｎ）の第５図のような形式のものにも
本実施例を応用できることは明白である。

実施例 ■ 第７図はこの考案のさらに他の実施例の構成国である。

この実施例は上記の３つの実施例と異なり、投写型の表
示装置に関するもので、実施例（Ｉ）の表示装置にレン
ズ系を配置したものである。

第７図に於て光源５０からの光は集光レンズ系８０を通
り半透明鏡４０で反射されて円偏光板３０で円偏光にな
って変調素子１０に入射する。

この変調素子は実施例（Ｉ）の場合と全く同じものであ
る。

変調素子１０の機能は実施例（Ｉ）と全く同じで、液晶
層に印加される電界を制御する。

ことによって変調素子１０で反射された光の一部は円偏
光板３０を透過し投影用のレンズ系９０によってスクリ
ーン１００上に投写される。

このような投写型にすることによって上記の２つの実施
例では得るのが困難な大型図形で単色または複数の色の
表示が行なえる。

このような投写型の表示装置によれば第２図や第３図に
示したような電極構造を用いてカラーの数字や文字や画
像の大型表示ができるだけでなく、室の壁面等に投写す
ることによって壁面等のカラーの装飾装置として用いる
こともできる。

この実施例も第５図のような形式のものにも応用できる
ことは勿論である。

以上の実施例に於ては光源に対して特に制限を設けてい
ないが平行度の悪い光線の場合には適当なレンズ等の光
学系を配置して平行光線にしたり、また変調素子が大き
な面積である場合は全面に均一に光が当るよう入射光の
ビーム径を拡げるため適当なレンズ系を配置すればよい
。

また光源が点光源かそれに近いような場合は光の拡散板
を光源と変調素子の間に設置すること等によって表示パ
ターンを見やすくすることも必要となる。

また使用する液晶物質の液晶相温度領域が室温より高に
場合は、変調素子の外側をさらに別の２枚のネサガラス
ではさみ、この透明導電層に電流を流して素子全体を一
定の温度に保つようにしたりまた光線が通過するようガ
ラス窓をつけたオーブン内に変調素子を入れ一定の温度
に保つようにすればよい。

なお以上の実施例では金属電極３は反射鏡の機能をもた
せるため金属板を用いているが、透明なガラス基板上に
金属膜を蒸着して、電極３を構成することもできる。

以上のようにこの考案は、分子の光軸が所定方向に揃っ
て配列する性質を持ったネマティック液晶物質に対して
円偏光板を組合わせたものであり、円偏光板を設けたこ
とによって充分低い電界をネマティック液晶物質に印加
するだけで、充分な光変調を行なうことができ、また入
力光を白色等にすれば色相の変調も簡単に遠戚すること
ができる。

またこの考案は更に反射面を組合わせたものであり、こ
の反射面は円偏光板からの光がネマティック液晶に与え
られた後にこれを反射して再び上記円偏光板に与えるよ
う°に作用し、結局一つの円偏光板を２度使用して、２
つの円偏光板を設けるものと同等の機能を与えるもので
あり、構成の簡単化を計り得ると共に、入力光と出力光
が共に反射面の一側で取扱うことを可能にし、全体の装
置をコンパクトになし得る。

更にこの考案は一方の電極により反射面を形成したので
、特別な反射器を設ける必要がなくなり、この点からも
構成を簡単化できる。

しかも光が液晶層を２度通過することになり、ある印加
電圧の変化に対し、リターデーションを大きく変化させ
ることができ、変調度を透過型のものより大きくとれる
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成図、第２図は数字表
示を行なう場合の変調素子の構成図、第３図は任意の形
の図形等の表示を行なう場合の変調素子の構成図、第４
図は印加電圧に対する透過光強度の変化を示す特性図、
第５〜７図は夫々この考案の他の実施例の構成図である
。 図中、１はガラス基板、２は電極層、３は金属電極、４
はネマティック液晶物質、５はリード線、１ｏは変調素
子、２０は電源、３０は偏光板、４ｏは半透明鏡、５０
は光源、６０は観測者、７０は拡散板、８０．９０はレ
ンズ系、１００はスクリーンである。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 透明な第１の電極、この電極に対向して配置されその対
   向側に反射面を形成した第２の電極、上記各電極間に挾
   んで配置された常態で上記電極の表面に対して分子の光
   軸が所定方向にほぼ揃って配列し、また電界印加時に分
   子の配列方向がほぼ揃って変化する性質を持ったネマテ
   ィック液晶物質、上記第１の電極側に配置された一枚の
   円偏光板、及び上記各電極間に電界を印加する電界印加
   手段を備え、入力光が上記円偏光板、第１の電極、液晶
   物質をこの順序で通過して上記第２の電極の反射面に至
   り、ここで反射されて上記液晶物質、第１の電極、円偏
   光板をこの順序で通過して出力光となるように光路を構
   威し、上記電界印加手段により上記液晶物質の分子の配
   列方向を変えて上記入力光に対して上記出力光を変調す
   るようにした電気光学装置。