JPS6041102B2 - electro-optical device - Google Patents

electro-optical device

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JPS6041102B2
JPS6041102B2 JP6998676A JP6998676A JPS6041102B2 JP S6041102 B2 JPS6041102 B2 JP S6041102B2 JP 6998676 A JP6998676 A JP 6998676A JP 6998676 A JP6998676 A JP 6998676A JP S6041102 B2 JPS6041102 B2 JP S6041102B2
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electro
cell
cyanobiphenyl
liquid
optical
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JP6998676A
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凉市 山本
将市 石原
和久 森本
茂 早川
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、2次の電気光学効果により大きな複屈折性を
示す材料を用いた光変調器、光偏向器等の電気光学装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to electro-optical devices such as optical modulators and optical deflectors using materials that exhibit large birefringence due to second-order electro-optic effects.

これらの電気光学装置は、いずれも2枚の電極間に2次
の電気光学効果を有する液体材料を満たしたセルを共通
の構成要素としている。
These electro-optical devices all have a cell filled with a liquid material having a secondary electro-optic effect between two electrodes as a common component.

このような電気光学装置は、光変調器の場合はカーセル
として公知であり、光偏向器の場合もUWEKR−UG
ER達の報告〔Proc.lEEE.Vol.61.N
o.7.PP.992〜1007(1973)〕にある
ごとく公知である。これらの電気光学装置に用いられる
液体材料として、通常はニトロベンゼンが使われること
が多いが、ニトロベンゼンを使用した光変調器(カーセ
ル)では、例えばHe−Neレーザ光(波長633nm
)を変調しようとする場合、電極間隔1肌、電極長(光
路長)1仇血のものでは、100%変調に要する電圧(
半波長電圧)は約必Vである。液体のカー効果を利用し
たデジタル偏向器の場合も同様である。このような高い
電圧は、これら電気光学装贋の駆動回路の設計製作上不
利な点が多く、特に小型化を必要とする実用的な袋瞳に
は不適当である。ニトロベンゼン以外の2次電気光学効
果を有する液体としては、例えば、前記UWEKRUG
ER達は、メチルアセトアミド7咳容積%、エチルアセ
トアミド30容積%の混合物をあげている。
Such an electro-optical device is known as a Kersel in the case of an optical modulator and is also known as a UWEKR-UG in the case of an optical deflector.
ER's report [Proc. lEEE. Vol. 61. N
o. 7. PP. 992-1007 (1973)]. Nitrobenzene is usually used as the liquid material used in these electro-optical devices, but optical modulators (Kersel) using nitrobenzene can be used, for example, with He-Ne laser light (wavelength: 633 nm).
), the voltage required for 100% modulation (
half-wave voltage) is approximately required V. The same applies to digital deflectors that utilize the Kerr effect of liquid. Such a high voltage has many disadvantages in the design and manufacture of drive circuits for these electro-optical devices, and is particularly unsuitable for practical blind pupils that require miniaturization. Examples of liquids having a secondary electro-optic effect other than nitrobenzene include the above-mentioned UWEKRUG.
The ERs listed a mixture of 7% methylacetamide by volume and 30% ethylacetamide by volume.

しかし、この液体のカー係数はニトロベンゼンの約3倍
であって、半波長電圧もニトロベンゼンの約60%にし
か減少せず、実用にはまだ不十分である。これに対し、
最近、2次電気光学効果を有する液体として等方性液体
の状態にあるP型ネマチック液晶が注目されてきた。一
般に大きな2次電気光学効果(カー効果)が期待される
液体として、高い双極子能率を持つこと、大きな光学異
万性を持つこと、双極子能率と光学異万性の方向が一致
すること、等が要求されるが、ネマチツク一等方相転移
温度付近のp型ネマチック液晶がこれらの条件に合致す
ることから注目されはじめたものである。例えば、p−
〔(pーブトキシベンジリデン)アミノ〕ーベンゾニト
リル、p一〔(pーヘキシルオキシベンジリデン)アミ
ノ〕ーベンゾニトリル、およびp−〔(p−オクチルオ
キシベンジリデン)アミノ〕−ペンゾニトリルの1:1
:1混合物は、93.3qoにおいてニトロベンゼンの
約1′12の半波長電圧を示すことが知られている。本
発明は、シアノビフェニル系液晶を用いれば前述のシア
ノシッフベース系の混合液晶より大きいカー係数が得ら
れることを見出したことに基づいている。本発明の目的
は、2次電気光学効果(カー効果)材料として、これま
でに使用されていないシアノビフェニル系のp型ネマチ
ック液晶を使った光変調器、光偏向器等の電気光学装置
を提供せんとするものである。
However, the Kerr coefficient of this liquid is about three times that of nitrobenzene, and the half-wavelength voltage is also reduced to only about 60% of that of nitrobenzene, which is still insufficient for practical use. On the other hand,
Recently, P-type nematic liquid crystal in an isotropic liquid state has attracted attention as a liquid having a secondary electro-optic effect. As a liquid that is generally expected to have a large secondary electro-optic effect (Kerr effect), it must have a high dipole efficiency, a large optical anisotropy, and the directions of the dipole efficiency and optical anisotropy match. However, p-type nematic liquid crystals, which have a temperature near the nematic isotropic phase transition temperature, have begun to attract attention because they meet these conditions. For example, p-
1:1 of [(p-butoxybenzylidene)amino]-benzonitrile, p-[(p-hexyloxybenzylidene)amino]-benzonitrile, and p-[(p-octyloxybenzylidene)amino]-penzonitrile
:1 mixture is known to exhibit a half-wave voltage of about 1'12 of nitrobenzene at 93.3 qo. The present invention is based on the discovery that a larger Kerr coefficient can be obtained by using a cyanobiphenyl liquid crystal than the above-mentioned cyanoschiff-based mixed liquid crystal. An object of the present invention is to provide electro-optical devices such as optical modulators and optical deflectors that use cyanobiphenyl-based p-type nematic liquid crystal, which has not been used so far, as a secondary electro-optic effect (Kerr effect) material. This is what I am trying to do.

以下に本発明の実施の態様を図面を参照して詳細に説明
する。第1図は本発明の電気光学装置に含まれているセ
ルの一例を示す斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a cell included in the electro-optical device of the present invention.

同図において、11はセル21の本体で、その内部には
長さが1、高さがhの一対の電極12a,12bが間隙
dをもって対向して配され、それらは本発明の主部をな
す2次電気光学効果を持つ譲亀性液体13により満たさ
れている。このセル21の前面14、背面15は被変調
または被偏向光線の通過を必要とするので、この光線に
対して高い透過率を有する材料(例えば透明ガラス)等
で構成されている。側面16,17は本実施例では絶縁
怪物質であるが電極自体を側面と共用させることも可能
である。また、図示の例では説明の便宜上、上面は関口
となっているが、実施の際には適当な方法で密封して使
用する。第2図は第1図のセル21を含む光変調器の一
例を示す図である。
In the figure, 11 is the main body of the cell 21, and inside thereof a pair of electrodes 12a and 12b with a length of 1 and a height of h are disposed facing each other with a gap d, and these electrodes constitute the main part of the present invention. It is filled with a compromising liquid 13 which has a secondary electro-optic effect. Since the front surface 14 and rear surface 15 of this cell 21 require passage of a modulated or deflected light beam, they are made of a material (for example, transparent glass) that has a high transmittance for this light beam. Although the side surfaces 16 and 17 are insulating materials in this embodiment, it is also possible to share the electrodes with the side surfaces. Further, in the illustrated example, for convenience of explanation, the top surface is a gate, but in actual use, it is sealed in an appropriate manner. FIG. 2 is a diagram showing an example of an optical modulator including the cell 21 of FIG. 1.

同図において、セル21は変調電源22より電力の供給
を受ける。23,24は偏光板(ただし、以下は24を
検光子を称する)であり、それらの偏向軸は互いに直交
した位置関係にあり、また、セル21の電界印加方向と
は45度傾けて配置している。
In the figure, a cell 21 receives power from a modulated power supply 22. 23 and 24 are polarizing plates (hereinafter, 24 will be referred to as an analyzer), and their polarization axes are perpendicular to each other, and are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the electric field application direction of the cell 21. ing.

セル21に電界が加わらない場合、誘電性液体13は等
方的であるから、光線26は偏光方向を変えないでセル
21中を通過するため、偏光板の配置から考えて検知器
25に光線26は達しない。
When no electric field is applied to the cell 21, the dielectric liquid 13 is isotropic, so the light beam 26 passes through the cell 21 without changing its polarization direction. 26 is not reached.

セル21に電界が加われば譲雷性液体13は複屈折性を
示し、電界印加方向と、それに垂直な方法との屈折率に
差異が生じるため、それぞれの方向の電界成分の位相速
度が異なり、位相差が生じる。このため、セル21を通
過した光は、一般にはだ円偏光となっている。したがっ
て、一部の成分は検光子24を通過できるようになり、
検知器25には光線が到達するようになる。前記の位相
差が中ラジアン(半波長に相当)になったとき、セル2
1を通過した光は検光子24と同一の偏光方向を持つ直
線偏向に変化し、光線26はほぼ100%検知器25に
到達するようになる。このときのセル21に加わる電圧
を半波長電圧Vmという。第3図は第1図のセル21を
含むデジタル光偏向器の一例である。同図において、3
2は方解石のような自然複屈折を示す材料によって作ら
れたプリズムで、その光軸は紙面に垂直である。セル2
1の電界印加の方向は、入射被偏向光線の偏光面の方向
と45度の角度をなしている。今、紙面に平行な電界方
向をもつ直線偏光の光線33をセル21に入射させると
、セル21に電界が加わっていない場合は偏光方向が変
らず、そのままセル21を通過する。
When an electric field is applied to the cell 21, the flexible liquid 13 exhibits birefringence, and since there is a difference in the refractive index in the direction of electric field application and in the direction perpendicular to it, the phase velocity of the electric field components in each direction is different. A phase difference occurs. Therefore, the light that has passed through the cell 21 is generally elliptical polarized light. Therefore, some components are allowed to pass through the analyzer 24,
The light beam reaches the detector 25. When the above phase difference becomes medium radian (corresponding to half a wavelength), cell 2
The light that has passed through the detector 1 changes into a linearly polarized light having the same polarization direction as the analyzer 24, and almost 100% of the light ray 26 reaches the detector 25. The voltage applied to the cell 21 at this time is called a half-wavelength voltage Vm. FIG. 3 is an example of a digital optical deflector including the cell 21 of FIG. In the same figure, 3
2 is a prism made of a material that exhibits natural birefringence, such as calcite, and its optical axis is perpendicular to the plane of the paper. cell 2
The direction of electric field application in No. 1 makes an angle of 45 degrees with the direction of the polarization plane of the incident deflected light beam. Now, when a linearly polarized light beam 33 having an electric field direction parallel to the plane of the paper is made to enter the cell 21, if no electric field is applied to the cell 21, the polarization direction will not change and it will pass through the cell 21 as it is.

セル21に半波長電圧に相当する電圧が加えられると、
前述したごとく、入射した光線33の偏光方向は90度
回転し、紙面に垂直になる。したがって、電圧が印加さ
れない場合は常光線折率に従って第3図に示す34の方
向に屈折し、電圧が加えられた場合は異常光線屈折率に
従って第3図に示す35の方向に屈折するため、光偏向
が可能となる。上述の本発明の電気光学装置中のセル2
1に含まれている誘電性液体13は一般式:〔ここに、
Rは炭素原子数が約10までの飽和鎖状アルコキシ基を
示す。
When a voltage corresponding to a half-wavelength voltage is applied to the cell 21,
As described above, the polarization direction of the incident light beam 33 is rotated by 90 degrees and becomes perpendicular to the plane of the paper. Therefore, when no voltage is applied, the ray is refracted in the direction 34 shown in FIG. 3 according to the ordinary ray refractive index, and when a voltage is applied, it is refracted in the direction 35 shown in FIG. 3 according to the extraordinary ray refractive index. Light deflection becomes possible. Cell 2 in the electro-optical device of the present invention described above
The dielectric liquid 13 contained in 1 has the general formula: [where,
R represents a saturated chain alkoxy group having up to about 10 carbon atoms.

〕:で表わされる化合物および、それらの混合物からな
る等万性液体である。以下にその実施例を示す。実施例
1 第1図のセルにおいて、電極間隙dを1側とし、光線通
過方向の長さ1を1仇吻とする。
] : It is an isomerial liquid consisting of the compounds represented by and mixtures thereof. Examples are shown below. Example 1 In the cell shown in FIG. 1, the electrode gap d is defined as 1 side, and the length 1 in the light beam passing direction is defined as 1 side.

このセルに、4一n−ブロポキシ−4′−シアノビフヱ
ニルを満たして約6400に保ち、第2図に示したごと
く配置した。被変調光線26としてHe−Neレーザ光
(63地肌)を用い、セルに電圧を加えていくと検知器
25の出力は650Vで最高に達した。この値は前記光
学位相差が汀ラジアンに達したことを示すもので、半波
長電圧V竹に相当する。また、カー係数Bは、Bニd2
/2 IV中2 として計算され、この場合は118×10‐lo伽′V
2である。
The cell was filled with 4-n-propoxy-4'-cyanobiphenyl and maintained at about 6,400 and arranged as shown in FIG. When a He-Ne laser beam (63 background) was used as the modulated light beam 26 and voltage was applied to the cell, the output of the detector 25 reached its maximum at 650V. This value indicates that the optical phase difference has reached radians, and corresponds to a half-wavelength voltage V. In addition, the Kerr coefficient B is Bd2
/2 IV in 2, in this case 118×10-lo 伽′V
It is 2.

この値はニトロベンゼンの4の苦弱に相当する大きな値
である。実施例 2 実施例1と同様の方法を用いて、4−nープトキシ−4
′ーシアノビフェニルのカー効果を観測し(70.7q
0)、半波長電圧460V、カー係数236×10‐1
0肌/V2を得た。
This value is a large value corresponding to 4 points of bitterness and weakness of nitrobenzene. Example 2 Using a method similar to Example 1, 4-n-poxy-4
'-cyanobiphenyl Kerr effect was observed (70.7q
0), half-wave voltage 460V, Kerr coefficient 236×10-1
Obtained 0 skin/V2.

実施例 3 実施例1と同様の方法を用いて、4−n−ベンチルオキ
シ−4−シアノビフェニルのカー効果を観測し(66.
9qo)、半波長電圧320V、カー係数488×10
の弧/V2を得た。
Example 3 Using the same method as in Example 1, the Kerr effect of 4-n-bentyloxy-4-cyanobiphenyl was observed (66.
9qo), half-wave voltage 320V, Kerr coefficient 488×10
The arc/V2 was obtained.

実施例 4 実施例1と同様の方法を用いて、4−n−へキシルオキ
シ−4′ーシアノビフヱニルのカー効果を観測し(71
.が0)、半波長電圧430V、カー係数270×10
‐10肌/V2を得た。
Example 4 Using the same method as in Example 1, the Kerr effect of 4-n-hexyloxy-4'-cyanobiphenyl was observed (71
.. is 0), half-wave voltage 430V, Kerr coefficient 270×10
- Obtained 10 skins/V2.

実施例 5 実施例1と同様の方法を用いて、ヘプチルオキシ−4′
−シアノビフェニル系のカー効果を観測し(68.0『
0)、半波長電圧445V、カー係数252×10‐l
o肌/V2を得た。
Example 5 Using a method similar to Example 1, heptyloxy-4'
- observed the Kerr effect of cyanobiphenyl (68.0'
0), half-wave voltage 445V, Kerr coefficient 252×10-l
o skin/V2 was obtained.

実施例 6 実施例1と同様の方法を用いて、4一n−オクチルオキ
シ−4′ーシアノビフェニルのカー効果を観測し(78
.がo)、半波長電圧485V、カー係数213×10
‐10弧/V2を得た。
Example 6 Using the same method as in Example 1, the Kerr effect of 4-n-octyloxy-4'-cyanobiphenyl was observed (78
.. is o), half-wave voltage 485V, Kerr coefficient 213×10
-10 arc/V2 was obtained.

実施例 7 実施例1と同様の方法を用いて、4一n−プロポキシー
4′ーシアノビフエニル、4−n−ベンチルオキシー4
−シアノビフエニル、および、4−nーヘプチルオキシ
−4ーシアノビフエニルのモル比1:1:1混合物のカ
ー効果を観測し(65.500)、半波長電圧280V
、カー係数638×10‐lo肌′V2を得た。
Example 7 Using a method similar to Example 1, 4-n-propoxy-4'-cyanobiphenyl, 4-n-benthyloxy-4
The Kerr effect of a mixture of -cyanobiphenyl and 4-n-heptyloxy-4-cyanobiphenyl in a molar ratio of 1:1:1 was observed (65.500), and the half-wave voltage was 280 V.
, a Kerr coefficient of 638×10-lo skin'V2 was obtained.

この値は、混合物中のどの単一化合物よりもすぐれてい
る。上記実施例のセルはすべての例において、少なくと
もIM比までの周波数には応答することが測定結果より
明らかとなっている。
This value is better than any single compound in the mixture. It is clear from the measurement results that the cells of the above embodiments respond to frequencies at least up to the IM ratio in all examples.

また、前述したごとく、実施例1に示したと同様の構成
で誘電性液体としてニトロベンゼンを使用した場合、半
波長電圧は4100Vとなる。最もすぐれている実施例
7では半波長電圧は280Vであるから、ニトロベンゼ
ンの1/14.6に相当し、実用的効果が大きいことは
明らかである。
Furthermore, as described above, when nitrobenzene is used as the dielectric liquid in the same configuration as shown in Example 1, the half-wavelength voltage is 4100V. In Example 7, which is the most excellent, the half-wave voltage is 280 V, which corresponds to 1/14.6 of nitrobenzene, and it is clear that the practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の電気光学装置に共通要素として含まれ
る等万性液体に電界を加えるためのセルの一例を示す斜
視図、第2図は第1図のセルを含む変調器の一例を示す
図、第3図は第1図のセルを含むデジタル光偏向器の一
例を示す図である。 12a,12b…・・・電極、13…・・・譲電性液体
、21・・.・・・セル。 第1図 第2図 第3図
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a cell for applying an electric field to an isomerotic liquid, which is included as a common element in the electro-optical device of the present invention, and FIG. 2 shows an example of a modulator including the cell shown in FIG. The figure shown in FIG. 3 is a diagram showing an example of a digital optical deflector including the cell of FIG. 1. 12a, 12b...electrode, 13...conductive liquid, 21... ···cell. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電界印加時に2次の電気光学効果により複屈折を生
ずる誘電性液体を含み、前記誘電性液体は一般式:▲数
式、化学式、表等があります▼ 〔ここに、Rは炭素原子数が約10までの飽和鎖状アル
コキシ基を示す。 〕:で表わされる化合物および、それらの混合物から成
り、同液体は等方性液体であることを特徴とする電気光
学装置。2 特許請求の範囲第1項において、混合物は
、4−n−プロポキシ−4′−シアノビフエニル、4−
n−ペンチルオキシ−4′−シアノビフエニル、および
4−n−ヘプチルオキシ−4′−シアノビフエニルのモ
ル比1:1:1混合物から成る等方性液体であることを
特徴とする電気光学装置。
[Claims] 1. Contains a dielectric liquid that causes birefringence due to a second-order electro-optic effect when an electric field is applied, and the dielectric liquid has a general formula: ▲ A mathematical formula, a chemical formula, a table, etc. ▼ [Here, R represents a saturated linear alkoxy group having up to about 10 carbon atoms. ]: An electro-optical device comprising a compound represented by and a mixture thereof, wherein the liquid is an isotropic liquid. 2 In claim 1, the mixture includes 4-n-propoxy-4'-cyanobiphenyl, 4-n-propoxy-4'-cyanobiphenyl,
An electro-optical device characterized in that it is an isotropic liquid comprising a mixture of n-pentyloxy-4'-cyanobiphenyl and 4-n-heptyloxy-4'-cyanobiphenyl in a molar ratio of 1:1:1.
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