JPS61128228A - 液晶光スイツチ - Google Patents
液晶光スイツチInfo
- Publication number
- JPS61128228A JPS61128228A JP25016584A JP25016584A JPS61128228A JP S61128228 A JPS61128228 A JP S61128228A JP 25016584 A JP25016584 A JP 25016584A JP 25016584 A JP25016584 A JP 25016584A JP S61128228 A JPS61128228 A JP S61128228A
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- JP
- Japan
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- liquid crystal
- liquid
- cell
- crystal
- optical switch
- Prior art date
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- Pending
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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。
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〕
本発明は液晶光スイッチに関する。詳しくは高速応答な
液晶光スイッチに関する。
液晶光スイッチに関する。
従来の液晶光スイッチは特開昭５９−７５５７号、特開
昭５９−１７５２８号に示さるように一対の基板間にホ
モジニアス配列したネマチック液晶を充填し、該液晶に
外部から電界または加熱といった物理的な刺激を与える
ことにより液晶に構造変化を誘起させ、それに伴う光学
的特性の変化、例えば屈折率変化、を用いて光のスイッ
チングを行うというものである。この液晶光スイッチは
入射光の液晶相に入射する角度とその偏光面を適当に設
定することにより、入射光がホモジニアス配列した液晶
相において全反射を起し、また印加電界によりて液晶分
子が電界方向にそって立ち上りた液晶相（電気光学効果
）もしくは加熱によって等方性となった液晶相（ネマチ
ック−アイソトロピック相転移）においては入射光が透
過する。
昭５９−１７５２８号に示さるように一対の基板間にホ
モジニアス配列したネマチック液晶を充填し、該液晶に
外部から電界または加熱といった物理的な刺激を与える
ことにより液晶に構造変化を誘起させ、それに伴う光学
的特性の変化、例えば屈折率変化、を用いて光のスイッ
チングを行うというものである。この液晶光スイッチは
入射光の液晶相に入射する角度とその偏光面を適当に設
定することにより、入射光がホモジニアス配列した液晶
相において全反射を起し、また印加電界によりて液晶分
子が電界方向にそって立ち上りた液晶相（電気光学効果
）もしくは加熱によって等方性となった液晶相（ネマチ
ック−アイソトロピック相転移）においては入射光が透
過する。
上記のような電気光学効果、ネマチック−アイ、ソトロ
ビック相転移に伴う屈折率変化によって入射光を全反射
光あるいは透過光とする光スイッチングは０Ｎ−０７７
比が高いという利点がある。
ビック相転移に伴う屈折率変化によって入射光を全反射
光あるいは透過光とする光スイッチングは０Ｎ−０７７
比が高いという利点がある。
しかしながら上記従来技術においては光スイッチングの
応答速度が遅いという問題点を有している。これは印加
電界による液晶分子のホモジニアス配列から電界方向に
そった配列への応答速度が遅い、あるいはホモジニアス
配列の液晶層を加熱して相転移を起すまでの応答速度が
遅いということに帰因している。本発明は上記の問題点
を解決するもので目的とするところは、高速スイッチン
グ性を有する液晶光スイッチを提供することにある。
応答速度が遅いという問題点を有している。これは印加
電界による液晶分子のホモジニアス配列から電界方向に
そった配列への応答速度が遅い、あるいはホモジニアス
配列の液晶層を加熱して相転移を起すまでの応答速度が
遅いということに帰因している。本発明は上記の問題点
を解決するもので目的とするところは、高速スイッチン
グ性を有する液晶光スイッチを提供することにある。
本発明の液晶光スイッチは液晶相での全反射により直ｓ
ｉ光を遮断する手段を有する液晶光スイッチにおいて一
対の透明基板間に一方の基板界面上の液晶分子のプレチ
ルト方向と対向する基板界面上の液晶分子のプレチルト
方向が上記基板間の中心面に対して面対称な位置関係に
なる準平行配向した液晶を充填した液晶セル（πセル）
を設けたことを特徴とする。更に、上記液晶分子が異常
光線の屈折率ｎｅと上記配向した液晶セル（πセル）の
過渡的な安定状態における実効的な屈折率ｎｔと透明基
板の屈折率ｎｇとの間にｎｅ （■およびｎｔ＜ｎｇの
関係を有する液晶であることを特徴とする。
ｉ光を遮断する手段を有する液晶光スイッチにおいて一
対の透明基板間に一方の基板界面上の液晶分子のプレチ
ルト方向と対向する基板界面上の液晶分子のプレチルト
方向が上記基板間の中心面に対して面対称な位置関係に
なる準平行配向した液晶を充填した液晶セル（πセル）
を設けたことを特徴とする。更に、上記液晶分子が異常
光線の屈折率ｎｅと上記配向した液晶セル（πセル）の
過渡的な安定状態における実効的な屈折率ｎｔと透明基
板の屈折率ｎｇとの間にｎｅ （■およびｎｔ＜ｎｇの
関係を有する液晶であることを特徴とする。
本発明の上記の構成によればπセルの電気光学効果を電
界制御することにより高速度で入射光を全反射光と透過
光に切シ換える液晶光スイッチを得ることができる。以
下図２を使って本発明の詳細な説明する。πセルは電界
を印加し液晶分子が電界方向に配向したＯＮ状態５と無
電界時の過渡的な安定状態（ｏｙｙ状態）４との応答速
度がツイストネマチック液晶のような他の構造転移の応
答速度に比較して著しく速いことが知られている（ Ｐ
ｈ１ｌｉｐ １． Ｂｏｓ ｅｔ ａｌ 、 （１９８
３） 、 ＪａｐａｎＤｉｓｐｌａｙ Ｄｉｇｅｓｔ
Ｐ ４７ Ｂ ） 。従ってπセルの液晶分子軸方向
に同−又は略同−の透過軸方向を有する直ｓｉ光を入射
光とした場合、各入射角度においてπセルの屈折率をｎ
（ＯＮ）１とｎｔ（ｏｙｙ）２の間で高速に変換できる
。ＯＮ状態５と０７？状態４での実効的な屈折率ｎ（Ｏ
Ｎ）１とｎｔ（０７１１’）２は図２に示されるように
入射角度θに依存する。入射角が９０°のときｎ（ＯＮ
）は最大値となりその値はｎｅ と等しい。ｎｔ（Ｑ７
ＩＰ）もまた９０°で最大となるが、その値はｎｅより
小さい。すなわち本発明の構成においてはｎ（ＯＮ）≦
ｎｅ ＜ｎｇ 、 ｎｔ （０’Ｆ１Ｆ ） （ｎｏ
＜ｎｇである。上記条件下では上記入射直線偏光の入射
角θがＯＮ状態、０ＩＦＩＦ状態において各々、Ｓイ’
（） ｅ ３ｉｎ−’ （”厚Ｒ１す）より大きい角
度であｎ（ＯＮ） ｎｇ ｎｇ れば上記入射直線偏光は全反射し、小さい角度で・ 劇
ふむ くθ（ｓｔｆ’（） 又はｓｉｒ’ （二） ＜ 、
σＩｔ〈５ｉｎ−’ｎｇ
ｎｇ＜、尻ユだ）の条件を満すように設定し光を全反射
光ｇ と透過光とに切シ換えることにより光スイッチングでき
る。以上のようにπセルの電気光学効果を電界制御し入
射光を全反射光と透過光に変換することによりスイッチ
ング速度が速く高い０Ｎ−０７７比を有する液晶光スイ
ッチを得ることができる。
界制御することにより高速度で入射光を全反射光と透過
光に切シ換える液晶光スイッチを得ることができる。以
下図２を使って本発明の詳細な説明する。πセルは電界
を印加し液晶分子が電界方向に配向したＯＮ状態５と無
電界時の過渡的な安定状態（ｏｙｙ状態）４との応答速
度がツイストネマチック液晶のような他の構造転移の応
答速度に比較して著しく速いことが知られている（ Ｐ
ｈ１ｌｉｐ １． Ｂｏｓ ｅｔ ａｌ 、 （１９８
３） 、 ＪａｐａｎＤｉｓｐｌａｙ Ｄｉｇｅｓｔ
Ｐ ４７ Ｂ ） 。従ってπセルの液晶分子軸方向
に同−又は略同−の透過軸方向を有する直ｓｉ光を入射
光とした場合、各入射角度においてπセルの屈折率をｎ
（ＯＮ）１とｎｔ（ｏｙｙ）２の間で高速に変換できる
。ＯＮ状態５と０７？状態４での実効的な屈折率ｎ（Ｏ
Ｎ）１とｎｔ（０７１１’）２は図２に示されるように
入射角度θに依存する。入射角が９０°のときｎ（ＯＮ
）は最大値となりその値はｎｅ と等しい。ｎｔ（Ｑ７
ＩＰ）もまた９０°で最大となるが、その値はｎｅより
小さい。すなわち本発明の構成においてはｎ（ＯＮ）≦
ｎｅ ＜ｎｇ 、 ｎｔ （０’Ｆ１Ｆ ） （ｎｏ
＜ｎｇである。上記条件下では上記入射直線偏光の入射
角θがＯＮ状態、０ＩＦＩＦ状態において各々、Ｓイ’
（） ｅ ３ｉｎ−’ （”厚Ｒ１す）より大きい角
度であｎ（ＯＮ） ｎｇ ｎｇ れば上記入射直線偏光は全反射し、小さい角度で・ 劇
ふむ くθ（ｓｔｆ’（） 又はｓｉｒ’ （二） ＜ 、
σＩｔ〈５ｉｎ−’ｎｇ
ｎｇ＜、尻ユだ）の条件を満すように設定し光を全反射
光ｇ と透過光とに切シ換えることにより光スイッチングでき
る。以上のようにπセルの電気光学効果を電界制御し入
射光を全反射光と透過光に変換することによりスイッチ
ング速度が速く高い０Ｎ−０７７比を有する液晶光スイ
ッチを得ることができる。
第１図は本発明の実施例における液晶光スイッチを示し
たものであり、第２図は上記液晶光スイッチの液晶相の
屈折率変化を示したものである。
たものであり、第２図は上記液晶光スイッチの液晶相の
屈折率変化を示したものである。
以下図を用いて本実施例を説明する。
一対の透明ガラス基板２に透明電極１１を設けその基板
上に配向膜としてポリイミド膜を製膜した。ここで配向
膜はポリイミド膜に限定されるものでばない。例えばポ
リアミド膜、ポリビニルアルコール膜などがある。上記
基板を第１図に示されるラビング方向１２に綿布を用い
てラビング処理し、スペーサー１０を介して液晶を充填
しπセルを得た。上記配向処理はＳｉＯ又はＴｉｅ、を
ガラス基板２に斜め蒸着することによっても実現されつ
るものである。
上に配向膜としてポリイミド膜を製膜した。ここで配向
膜はポリイミド膜に限定されるものでばない。例えばポ
リアミド膜、ポリビニルアルコール膜などがある。上記
基板を第１図に示されるラビング方向１２に綿布を用い
てラビング処理し、スペーサー１０を介して液晶を充填
しπセルを得た。上記配向処理はＳｉＯ又はＴｉｅ、を
ガラス基板２に斜め蒸着することによっても実現されつ
るものである。
上記πセルに透明ガラス板２と等しい屈折率を有するプ
リズム１３を貼り合せ該プリズム１５に液晶分子軸方向
に同−又は略同−の透過軸３を有する直線偏光板１を設
は液晶光スイッチを得た。
リズム１３を貼り合せ該プリズム１５に液晶分子軸方向
に同−又は略同−の透過軸３を有する直線偏光板１を設
は液晶光スイッチを得た。
本発明の液晶光スイッチにおいては電界が印加された時
の液晶分子の配向状態８における実効的な屈折率ｎ（Ｏ
Ｎ）は第２図中の１に示されるように入射角θに依存し
、入射角度９０°で液晶分子の異常光線の屈折率ｎｅ（
最大値）となり、入射角度０°で常光線の屈折率ｎｏ
（最小値）となる。−力無電界時の過渡的な安定状態
９での実効的な屈折率ｎｔ（ｏｙｙ）は第２図中の２に
示されるように入射−匹θに依存し入射角度９０° 、
０６で最大値と′最小値を示すがその値はそれぞれｎｅ
より小さく、ｎｏより大きい。上記のｎ（ＣＩＮ）とｎ
ｔ（ｏｙｙ） のθ依存性を考慮しθがｓｉｘ→（ユ
ニＱす！ユ、 ）θ〉５ｉｎ−１（凪旦剪）の条件を溝
すよｎｇ＜＜ ｎｇ うに設定することにより入射光を全反射光と透過光に切
）換る光スィッチが可能となる。本実施例において使用
した透明ガラス基板２とプリズム１３の屈折率ｎｇは１
．６５であり液晶の屈折率ｎθは１．６０．ｎｏは１．
４９であった。ｎ（ＯＮ）とｎｔ（ｏ］Ｆｒ） のθ
依存性を求め、上記のｎｇ値を用いて入射角度θの適性
範囲を求めたところ７ＣＬ５°くθく７Ｓ、２°の範囲
で入射直ＩＩ！偏光をπセルに入射せしめればπセルの
０Ｎ−０７？によって光をスイッチングできることか判
明した。
の液晶分子の配向状態８における実効的な屈折率ｎ（Ｏ
Ｎ）は第２図中の１に示されるように入射角θに依存し
、入射角度９０°で液晶分子の異常光線の屈折率ｎｅ（
最大値）となり、入射角度０°で常光線の屈折率ｎｏ
（最小値）となる。−力無電界時の過渡的な安定状態
９での実効的な屈折率ｎｔ（ｏｙｙ）は第２図中の２に
示されるように入射−匹θに依存し入射角度９０° 、
０６で最大値と′最小値を示すがその値はそれぞれｎｅ
より小さく、ｎｏより大きい。上記のｎ（ＣＩＮ）とｎ
ｔ（ｏｙｙ） のθ依存性を考慮しθがｓｉｘ→（ユ
ニＱす！ユ、 ）θ〉５ｉｎ−１（凪旦剪）の条件を溝
すよｎｇ＜＜ ｎｇ うに設定することにより入射光を全反射光と透過光に切
）換る光スィッチが可能となる。本実施例において使用
した透明ガラス基板２とプリズム１３の屈折率ｎｇは１
．６５であり液晶の屈折率ｎθは１．６０．ｎｏは１．
４９であった。ｎ（ＯＮ）とｎｔ（ｏ］Ｆｒ） のθ
依存性を求め、上記のｎｇ値を用いて入射角度θの適性
範囲を求めたところ７ＣＬ５°くθく７Ｓ、２°の範囲
で入射直ＩＩ！偏光をπセルに入射せしめればπセルの
０Ｎ−０７？によって光をスイッチングできることか判
明した。
で液晶相を通過し透過光６となる。一方０？７状態９に
入射した直線偏光５は７２°〉Ｓイ１（先■ｍ！２）ｎ
ｇ であるので全反射し反射光７となる。このような光スィ
ッチの切プ換え速度はπセルの０Ｎ−０１？１速度と実
質的に等しい。πセルの０Ｎ−０１ＦＩＦの応答速度は
ツイストネマチック液晶の応答速度、ホメオトロピック
ーホモジニアス配列の応答速度より１ケタル２ケタ程度
高速である。本実施例における光スィッチの切シ換え速
度は約２ ｍ ｇであり非常に高速な応答性を有する液
晶光スイッチを得ることができた。更に全反射、透過と
いう切シ換えモードを実現できたため０Ｎ−０７１Ｆ比
も非常に高いものとなった。
入射した直線偏光５は７２°〉Ｓイ１（先■ｍ！２）ｎ
ｇ であるので全反射し反射光７となる。このような光スィ
ッチの切プ換え速度はπセルの０Ｎ−０１？１速度と実
質的に等しい。πセルの０Ｎ−０１ＦＩＦの応答速度は
ツイストネマチック液晶の応答速度、ホメオトロピック
ーホモジニアス配列の応答速度より１ケタル２ケタ程度
高速である。本実施例における光スィッチの切シ換え速
度は約２ ｍ ｇであり非常に高速な応答性を有する液
晶光スイッチを得ることができた。更に全反射、透過と
いう切シ換えモードを実現できたため０Ｎ−０７１Ｆ比
も非常に高いものとなった。
〔効果〕
以上述、べたように本発明によればπセルの電気光学効
果を電界制御しπセル内の液晶相の屈折率を変化させる
ことにより高速スイッチング性を有する液晶光スイッチ
を得ることができるという効果を有する。更に入射光を
全反射光と透過光に切υ換える光スイッチングができる
ため本発明の液晶光スイッチは０Ｎ−０７？比が、高い
という効果も有する。
果を電界制御しπセル内の液晶相の屈折率を変化させる
ことにより高速スイッチング性を有する液晶光スイッチ
を得ることができるという効果を有する。更に入射光を
全反射光と透過光に切υ換える光スイッチングができる
ため本発明の液晶光スイッチは０Ｎ−０７？比が、高い
という効果も有する。
第１図は本発明の液晶光スイッチの実施例を示す断面図
。 １・・・・・・直線偏光板 ２・・・・・・透明ガラス基板 ３・・・・・・偏光板の透過軸 ４・・・・・・入射直線漏光 ５・・・・・・入射直線開光 ６・・・・・・透過光 ７・・・・・・反射光 ８・・・・・−ＯＮ状態の液晶分子配列９・・・−７７
０’Ｉｆ Ｆ状態の液晶分子配列１０・・・スペーサー １１・・・透明電極 １２・・・ラビング方向 １３・・・プリズム 第２図は実効的屈折率の入射角依存性を示す。 １・・・・・・ＯＮ状態での実効的な屈折率２・・・・
・−ｏｙｙ状態で９実効的な屈折率３・・・・ζ透明基
板の実効的な屈折率４・・・・・・０？７状態の液晶相 ５・・・・・・ＯＮ状態の液晶相 以 上
。 １・・・・・・直線偏光板 ２・・・・・・透明ガラス基板 ３・・・・・・偏光板の透過軸 ４・・・・・・入射直線漏光 ５・・・・・・入射直線開光 ６・・・・・・透過光 ７・・・・・・反射光 ８・・・・・−ＯＮ状態の液晶分子配列９・・・−７７
０’Ｉｆ Ｆ状態の液晶分子配列１０・・・スペーサー １１・・・透明電極 １２・・・ラビング方向 １３・・・プリズム 第２図は実効的屈折率の入射角依存性を示す。 １・・・・・・ＯＮ状態での実効的な屈折率２・・・・
・−ｏｙｙ状態で９実効的な屈折率３・・・・ζ透明基
板の実効的な屈折率４・・・・・・０？７状態の液晶相 ５・・・・・・ＯＮ状態の液晶相 以 上
Claims (2)
- （１）液晶相での全反射により直線偏光を遮断する手段
を有する液晶光スイッチにおいて、一対の透明基板間に
一方の基板界面上の液晶分子のプレチルト方向と対向す
る基板界面上の液晶分子のプレチルト方向が上記両基板
間の中心面に対して面対称な位置関係になる準平行配向
した液晶を充填した液晶セル（πセル）を設けたことを
特徴とする液晶光スイッチ。 - （２）上記液晶が異常光線の屈折率ｎｅと上記配向した
液晶セル（πセル）の過渡的な安定状態における実効的
な屈折率ｎｔと透明基板の屈折率ｎｇとの間にｎｅ＜ｎ
ｇおよびｎｔ＜ｎｇの関係を有する液晶であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25016584A JPS61128228A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | 液晶光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25016584A JPS61128228A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | 液晶光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61128228A true JPS61128228A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17203785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25016584A Pending JPS61128228A (ja) | 1984-11-27 | 1984-11-27 | 液晶光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61128228A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01307727A (ja) * | 1988-06-06 | 1989-12-12 | Stanley Electric Co Ltd | 液晶表示装置 |
| JP2009529149A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | リアル・ディ | 立体視画像投写用の定常状態表面モードデバイス |
-
1984
- 1984-11-27 JP JP25016584A patent/JPS61128228A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01307727A (ja) * | 1988-06-06 | 1989-12-12 | Stanley Electric Co Ltd | 液晶表示装置 |
| JP2009529149A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | リアル・ディ | 立体視画像投写用の定常状態表面モードデバイス |
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