JPS62238519A - 光変調装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光変調装置に関し、特に回折格子と液晶等の屈
折率可変物質を利用して光の通過や遮光等の光変調を行
った光表示用、光記録用、光結合用、光通信用そして光
演算用等の装置に好適な光ｆ調装置に関するものである
。

（従来の技術） 従来から良く知れれている光変調素子としては、互いに
偏光方向が直交する様に配した一対の偏光板と、この一
対の偏光板間に配され一対の透明基板の相対する基板面
に互いに直交する配向処理を施して液晶を封入した素Ｙ
−とから成り、この液晶の配向状態をねしれた状態と基
板面に垂直に向いた状態との間でスイッチングを行ない
入射光の変調をする所謂ＴＮ（ツウィストネマチック）
型の液晶表示素子がある。この種の表示素子は構成が簡
便で、駆動が容易なことから多岐に■り利用されている
か、２枚の偏光板を利用して光束の透過及び遮断を行な
う為に消光時、即ち光透過時の透過率が悪く光束利用効
率の面からは好ましい光度：Ａ素子とは言えなかった。

又、液晶を利用した同種の表示素子として、液晶分子−
に色素を混入させて用いる所謂ゲスト・ホストモートの
液晶表示素子があるが、この表示素子に於ても色素が介
在する為に消光時の透過率は良くても７５％程度であっ
た。

一方、特公昭５：１１−３９２８号公報やｔｌｓＰ４，
２５１，１３７等に於て反射型や透過型の位相回折格子
と液晶とを組合わせた表示素子や可変減色フィルター素
子が開示されている。これらで開示されている素子は確
かに光束利用効率は優れているが、特公昭５３−３９２
８号公報に開示されている素子は単なる装飾効果を示す
のみであり、文字や画像を表示する表示素子や光束の透
過、遮断を行なう光変調素子としては満足出来るもので
はなかった。又ＵＳＰ４，２５１，１３７に開示されて
いる可変減色フィルター素子は少なくとも一方が光学的
に等方性の回折格子構造を有する基板間に屈折率可変物
質、例えば液晶な充填し、該液晶に電界を印加すること
により液晶の屈折率を変化させ、回折格子による回折効
果を利用して光の変調を行う第１の装置及び任意の偏光
成分を有する入射光の変調を行う為に一対の対向する基
板面に互いに配列方向が直交する様に回折格子を形成し
、この基板間に液晶を充填して液晶分子の配向状態を制
御することにより屈折率を変え、回折格子を成す物質と
液晶との屈折率差を変えることで分光透過率特性を可変
にする第２の装置であり、第１の装置においては光の利
用効率が高く可変減色フィルターとして高性能を有する
が、任意の偏光成分を有する入射光の変調には対応でき
ず、第２の装置が開示されている。

しかしながら第１の装置、第２の装置においても屈折率
可変物質である液晶は静的状態、即ち屈折率制御手段で
ある、例えば電界無印加時において、ＵＳＰ４，２５６
，７８７で開示される様に回折格子の溝方向にホモジニ
アス配向し、光学的異方性を示し、任意の偏光成分を有
する入射光に対して光回折状態、即ちノーマリ−クロー
ズである。上記光変調装置を特に表示装置として用いる
場合は電界を印加しない状態では何も表示されない状態
、即ちノーマリ−オーブンとなり、電界を印加した状態
で表示される状態となるのが電力消費効率及び信頼性の
点から好ましい。しかしながら何も表示されない状態を
維持するには常時電界を印加していなければならなく、
電力消費効率及び信頼性の点が必ずしも充分ではなかっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は液晶等の屈折率可変物質と回折格子を利用して
光の通過や遮光を行う際、液晶に電界を印加しない状態
で非表示状態となるようにし、電力消費効率か良く、し
かもイル顕性の高い高品位の光変調装置の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 基板と藷基板の相対する基板の面の一方に配置した回折
格子と藷回折格子と首記基板との間を充填する屈折率５
丁亥物質と該屈折率可変物質を制御する制御手段とを灯
した光変調装置において、前記回折格子を１夜晶島分子
材料より構成したことである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されている
。

（実施例） 第１図　（Ａ）、　（Ｂ）は本発明の一実ｈＫ例の光変
調装置における動作原理の説明図である。同図（八）は
後述するネマチック液晶ｌに電界を印加しない場合、同
図（Ｂ）は電界を印加した場合である。

図中１は誘電異方性が正のネマチック液晶、２は回折格
子であり、これらの各要素より格子部材を構成している
。同図では示していないが格子部材の外側には順に絶！
ｊ’ｌ１５！、透明電極そして透明基板が設けられてお
り、これらの各要素は光変調装置８０）一部を構成して
いる。

３は入射光、５０．５．５’は出射光である。

本実施例では回折格子２は液晶１と略同様の構造をイｆ
した液晶高分子材料より成り、例えば熱可塑性成形材料
である光学異方性を有する芳香族コポリエステルから成
っている。この回折格子２は格ｆの型に溶融状態の芳香
族コポリエステル等の液晶高分子材料を入れて冷却する
ことにより成形している。このとき液晶高分子材料の分
子軸は格子溝に沿って配向する為、回折格子２は光学的
な異方性を有するようになフている。

又、本実施例の光変調装置８における液晶１は誘電異方
性が正のネマチック液晶より成っており、回折格子２の
材料である芳香族コポリエステルと略同等の光学異方性
を有している。

本実施例において第１図（Ａ）に示す液晶ｌに電界を印
加しないときは誘電異方性が正のネマチック液晶１は回
折格子２の溝方向（紙面に垂直方向）と平行にホモジニ
アス配向している。

今、光変調装置８に液晶ｌのディレクタと同方向（紙面
に垂直方向）に偏光した光３１を入射させる。そうする
と入射光３１のうち回折格子２の溝部分を通過した光は
液晶１の異常屈折率ｎｅを感じ回折格子２の凸部を通過
した光は回折格子２の異常屈折″＊　ｎ　ｇｏを感じる
。

ここで液晶ｌと回折格子２は互いに光学異方性が略同等
となるような材質で構成している為、即ちｎ　ｅ＃　ｎ
　ｇｅとなるように構成している為、光変調装置８は入
射光３１に対しては略等方体とみなされる。この結果、
入射光３１は回折されずに光変調装置８からそのまま出
射光５１として通過する。即ち光変調装置８は液晶ｌに
電界を印加しない場合は、入射光３１は何んら変化せず
非表示状態となっている。即ちノーマリ−オープンであ
る。

次に第１図（Ｂ）に示すように液晶１に不図示の制御手
段の一部である透明電極により電界を印加した場合は液
晶１はホメオトロピック配向する。

この為、光変調装置８に回折格子２の溝方向と同方向（
紙面に垂直方向）に偏光した光３１を入射させると、こ
の光のうち回折格子２の溝部分を通過した光は液晶１の
常屈折率ｎ。を感じ、回折格子２の凸部を通過した光は
回折格子２の異常屈折率ｎｇ（２を感じる。ここでｎ　
ｇ６　＃　ｎ　□となるように設定されている為、液晶
ｌと回折格子２より成る格子材料は回折格子として作用
をし、入射光３１は回折されて出射し、出射光５，５′
となる。即ち光変調装置８は液晶ｌに電界を印加した場
合は、入射光３１の直進光はなくなり表示状態とするこ
とができる。

尚本実施例において光変調装置８に液晶１のディレクタ
と直交する方向（紙面に平行方向）に偏光して入射する
光３２のうち回折格子２の溝部分を通過する光は液晶１
に電界を印加する前後でいずれも液晶１の常屈折率ｎ。

を感じ、又回折格子２の凸部を通過した光は液晶１への
電界の印加の有無にかかわらず常に回折格子２の常屈折
率〇ｇ。

を感じる。本実施例ではｎ　ｇ□　＝　ｎ　□となるよ
うに構成している為、格子材料は回折格子として作用せ
ず、光３２は液晶１への電界の印加の前後において、い
ずれも回折されずに、光変調装置８からそのまま出射光
５０として通過する。従って本実施例では光３２は光変
調として制御することができないので、液晶ｌのディレ
クタと同方向に偏光した光３１を利用するようにしてい
る。

第２図〜第４図は本発明に係る光変調素子の他の実施例
を示す模式図で、図中第１図と同部材には同符号を符し
である。又９及び９′は液晶の如き屈折率可変物質１の
光学軸の方向を示しており、９は紙面垂直方向、９′は
紙面と平行で方向９に直交する方向を示す。更に２′は
回折格子（不図示）、６′は透明電極、７′は透明基板
を示している。

第２図は回折格子２．２′を配列方向が直交する様に重
畳して構成した素子を示し、第１図の光度：Ｊｊ４素子
を一対用いて形成したものである。この様な構成にする
ことで第１図で示した入射光３の偏光成分３１．３２を
同時に変調することが可能である。

第３図及び第４図は第１図に示した光変調素子に於て回
折格子２の形態を変えた素子を示し、第３図は三角波状
、第４図は正弦波状の回折格子を具備する光変調素子で
ある。

この様に本光変調素子の回折格子の形状は矩形状に限ら
ず種々の形状を用いることが出来る。但し、回折効率は
回折格子の形状により異なる。

尚、本実施例に於ては透過型の光変調素子を示している
か、例えば一方の基板に光反射膜を施して反射型の素子
とすることも可能である。但し、反射型の場合、素ｒ−
内に於る回折光の挙動が複雑となる為、設計や実際の表
示素子等の応用面を考慮すれば、本発明では透過型の光
変調素子とするのが望ましい。この場合は、当然の事な
がら、回折格子、屈折率可変物質、及び基板等は使用波
長に対して透過性を有する部材を用いる。

（発明の効果） 本発明によれば液晶と回折格子を利用して光変調を行う
際、回折格子を液晶と略同様な光学異方性のある液晶高
分子材料で構成することにより、液晶に電界を印加しな
い状態で非表示状態とすることかできる１）、電力消費
効率が良く、しかも信頼性の高い、特に表示装置に好適
な光変調装置を達成することかできる。

又フォトレジストや５ｉ０２等の無機材料より回折格子
を形成するのに比へて容易にしかも高精度に回折格子を
作成することが出来る特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部分の動作の説明図であ
る。第２．第３．第４図は各々本発明の一実施例の説明
図である。第１図において（八）は液晶１に電界を印加
しない場合、（Ｂ）は液晶１に電界を印加した場合であ
る。図中２．２′は回折格子、３は入射光、４は絶縁膜
、５．５″は出射光、６．６′は透明電極、７．７′は
透明基板、８は光変調装置、９．９′は液晶の光学軸方
向である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と該基板の相対する基板の面の一方に配置し
   た回折格子と該回折格子と前記基板との間を充填する屈
   折率可変物質と該屈折率可変物質を制御する制御手段と
   を有した光変調装置において、前記回折格子を液晶高分
   子材料より構成したことを特徴とする光変調装置。
2. （２）前記屈折率可変物質が液晶であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光変調装置。
3. （３）前記液晶高分子材料の光学軸の方向と前記液晶の
   光学軸の方向とを一致させたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の光変調装置。
4. （４）前記基板と前記屈折率可変物質、前記回折格子が
   使用波長に対して透明であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光変調装置。
5. （５）前記液晶の配向方向を電界により変化せしめるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光変調装置
   。