JPS63271228A - 光学変調素子及び光学変調方法 - 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〕 本発明は簡単な構成で、かつ高感度な表示が行えるよう
にした光学変調素子及び該光学変調素子に適した光学変
調方法に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

複屈折を有する記録媒体に、電界をかけて該複屈折の変
化を利用して表示を行うものとしては、ＰＬＺＴ。

Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　０３等の強誘電体を用いたもの、液晶
及び強誘電性液晶を用いたものが知られている。これら
の表示方法として、具体的に行われているのは、偏光板
等によって得る直線偏光を入射させ、該記録媒体の複屈
折と光軸の変化によって偏光方向を変化させ、それを再
度偏光板等を通過させることによりコントラストとして
読み取る方法である。

しかし、この方法では、表示状態を読みとるためには、
十分な複屈折効果を得るだけの光学厚みが必要となり、
これは感度の点で好ましくなかった。

又、この方法を用いると２枚の偏光板を用いることから
透過光量が減少しコントラストが下がるという問題点も
あった。

〔発明の目的〕

よって本発明は、高透過光量、高コントラストな表示を
可能とする新しい光学変調素子、及びこれに適した光学
変調方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は屈折
率の異方性を電界により制御することが可能な化合物を
光学変調層とし、該光学変調層の光学厚み（ｎｄ：　ｎ
は屈折率、ｄは厚み）を制御して表示を行う手段を有す
る光学変調素子を提供することにある。

詳しくは、光学変調層と該光学変調層の両側に直接もし
くは絶縁性配向制御層を介して反射層を配置してなる光
学変調素子を提供し、かつ、前記光学変調素子の光学変
調層の光学厚みを制御して、光学変調層に入射した読み
取り光の反射率の違いを識別する手段を有する光学変調
素子を提供することである。

前記光学変調層の光学厚みを制御する手段は、該光学変
調層の屈折率もしくは屈折率の異方性を変化させること
により提供され条。具体的には、光学変調層の相転移に
よって屈折率を変化させること、電界・磁界により屈折
率の異方性を変化させることが行われる。

電界により屈折率の異方性を変化させる方法は、高速で
変調することが可能である上に、消費エネルギーも少な
いために特に好ましい。

前記屈折率の異方性を電界により制御できる化合物とは
、具体的に下記に示すような、液晶、強誘電性液晶、高
分子液晶があげられる。

本発明に用いる液晶層は、３ｍ０本、ＳｍＪ（＊。

ＳｍＦ木、ＳｍＪ木、ＳｍＫ＊、ＳｍＩ＊もしくはＳ　
ｍ　Ｇ　木などのカイラルスメクテイツク相又はネマテ
ィック相とすることができる。

Δε〉Ｏのネマチック液晶 ＣｎＨｚｎ＋＋　＋◎−ＣＮ　　　　　　　（５）△さ
くＯのネマチック液晶 強誘電性液晶 △ε〉０のネマチック相を有する高分子液晶テＨ３ △さく０のネマチック相を有する高分子液晶？Ｈ３ 強誘電性高分子液晶 そこで本発明は前述した化合物を有する光学変調層を第
１図のように配置して、光学変調素子を形成する。

第１図中、付号１は光学変調層、２は絶縁性配向制御層
、３は半透過性反射層、４は電極、５は透明基板、６は
偏光板、７はスペーサー、８は反射層である。

本発明に用いる光学変調層は一度加熱をした後徐冷をす
ると電極に対して水平配向した光学変調層を形成するこ
とができる（第２図（ａ）参照）。

次に４の電極間に電界を印加すると、光学変調層は第２
図（ｂ）のように変化する。そこで本発明は上記２つの
光学変調状態の差を利用して表示を行う。

具体的には以下のステップをふむようにする（第３図参
照）。

まず第１に偏光板６の側から光を入射させる。するとそ
の光は半透過性反射層３を通過し電極兼反射層９に達す
る。反射層９では光は反射するようになっており、その
結果、反射光は再び半透過性反射層３へ戻って（る。こ
の場合に、入射光と電極兼反射層９によって反射される
光が干渉しあうように３と９の間の光学厚みを制御する
と、光は半透過性反射層３を通過せずに該層３でも反射
をおこし、半透過性反射層３と電極兼反射層９の間で往
復し、著しく光路長が増大したのちに、３を通過して、
反射光として検出される。本発明において、このような
状態を多重反射状態とよぶ。該多重反射状態は、半透過
性反射層３が存在しない状態であっても可能であるが、
効率よく多重反射状態を得るためには、存在することが
好ましい。３が存在しない場合には、４の屈折率と２．
　１の屈折率にて無反射条件を満足するように設定（４
の屈折率×９の屈折率＝（２゜１．２の平均の屈折率）
すしてやれば、４と９の間で多重反射状態が生じる。

多重反射状態は光学厚みの値から任意に定まる入射光の
波長（λ）にも関係しており、著しく光路長が増加する
ことから、多重反射を行う層のなかにわずかでも入射光
を吸収するものが存在すれば、該入射光に対する反射光
として検知できる光量を極小におさえることができる（
つまり反射率を極小にすることができる。）。

そして第２に第１の状態を基準として電界により光学変
調層の分子状態を変化させると、反射光が半透過性反射
層３を通過できる状態になる。そして、その時の光量を
反射率として識別しこれを第１状態の時とのコントラス
トの差として表わすと、表示を行うことができる。以上
のようにして、第１状態と第２状態のコントラストを比
較すると、従来にない高感度な識別状態を得ることがで
きる。

前記における表示方法は反射率が極小時におけるものと
、反射率を増加させていった時のコントラストのちがい
で表示を行う例であったが、本発明では、その逆に初め
に反射率の高い状態を選択し、徐々に反射率を下げてい
った時のコントラストのちがいで表示を行ってもよい。

又、複屈折を有し、かつ電界により該複屈折を変化させ
ることが可能な化合物の△εが負のものを光学変調層と
して用いる場合は垂直配向にした方が好ましい。

本発明における光学厚みの変化量△ｎｄの値は、実験の
結果、好ましくは０．２μｍ以下、さらに好ましくは０
．００１−０．２μｍで用いられる。すなわち通常の屈
折率の異方性を有する化合物（△ｎ＝０．００１〜０．
５）において物理的な厚みｄを非常に小さな値で使用し
ても、高感度と高コントラストが得られる。△ｎが大き
いほど物理的な厚みｄは小さくすることが可能となり、
好ましくはｄ＝１μｍ以下、より好ましくは１００〜８
０００人で用いられる。

又、コントラストをより明確にするため、表示層内に色
素を添加させてもよく、例えばその添加剤としては、以
下のものをあげることができる。

但し例示色素に限るものではない。

本発明でいう半透過性反射層３とは透過率５〜９５％で
あって膜厚ｌＯλ〜２０００人、より好ましくは膜厚５
０〜８００人のアルミ、金、銀、銅等の金属薄膜の層、
もしくは膜厚１０〜５０００人の無機酸化膜、ＺｎＳ等
の高屈折率化合物を用いることができる。

第１図において、透明基板５には、夫々Ｉｎ２Ｏ３゜５
ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　　０ｘ
ｉｄｅ）等の薄膜から成る透明電極又は電極４が被覆さ
れている。その上にポリイミドの様な高分子の薄膜をガ
ーゼやアセテート植毛布等でラビングして、液晶をラビ
ング方向に並べる絶縁性配向制御層２が形成されている
。また絶縁層として例えばシリコン酸化物、水素を含有
するシリコン炭化物、シリコン酸化物、硼素窒化物、水
素を含有する硼素窒化物、セリウム酸化物、アルミニウ
ム酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物やフッ化
マグネシウムなどの無機物質絶縁層を形成し、その上に
ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド
、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリエステ
ル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン
、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂、アクリ
ル樹脂やフォトレジスト樹脂などの有機絶縁物質を配向
制御層として、２層で絶縁性配向制御層が形成されてい
てもよ（、また、無機物質絶縁性配向制御層あるいは有
機物質絶縁性配向制御層単層であっても良い。又、基板
に配置する配向制御層は片側基板にのみ設けてもかまわ
ない。この絶縁性配向制御層が無機系ならば蒸着法など
で形成でき、有機系ならば、有機絶縁物質を溶解させた
溶液またはその前駆体溶液（溶剤に０．１〜２０重量％
、好ましくは０．２〜１０重量％）を用いて、スピンナ
ー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、スプレー塗
布法、ロール塗布法等で塗布し、所定の硬化条件下（例
えば加熱）下で硬化させ形成させることができる。絶縁
性配向制御層の層の厚みは通常２０人〜１μ、好ましく
は３０人〜５０００人、さらに好ましくは５０人〜３０
００人が適している。

第１図中、透明基板５と反射層８はスペーサー７によっ
て任意の間隔に保たれている。例えば、所定の直径を持
つシリカビーズ、アルミナビーズをスペーサーとして透
明基板５と反射層８をはさみ周囲をシール材、例えばエ
ポキシ系接着材を用いて密封する方法がある。その他、
スペーサーとじて高分子フィルムやガラスファイバー等
を用いても良い。

又、電極４からはリード線によって外部電源に接続され
ている。また透明基板５の外側には偏光板６が貼り合わ
せである。

又、反射層８は例えば金属基板とし、電極４としての機
能及び本来の反射層としての機能を兼ねるように形成す
ることができる。（第３図）同様に反射層８側に設けら
れる電極４の表面を反射層上しての機能をもたせるよう
にすれば、反射層８を設けな（てもよい。

一方、電極４のうち、少なくとも光が入射して（る側の
電極は透明電極とする必要がある。

又、電極４は第４図（ａ）に示すようにマトリクス状に
構成させてもよい。その際、光学変調層での表示変化部
位は第４図（ｂ）でいう８部（選択画素）であり、その
時の分子状態をＮ部（非選択画素）と比較して示すと、
第４図（ｃ）のようになる。

第５図は本発明の別の実施体型で、図に示す通り、光学
変調素子内に光導電層を設けて、本発明を実施すること
も可能である。この例示の素子では、反射層として誘電
体ミラーを用いている。

以下実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例１〕 ガラス基板５にＩＴＯからなる透明電極４が形成され、
さらに５００Å以下の半透明状の約４００人のＡｕ層３
を蒸着により形成されたものへポリアミック酸溶液（日
立化成工業■−ＰＩＱ　：不揮発分濃度３ｗｔ％）を３
００Ｏｒｐｍで回転するスピナー塗布機で３０秒間かけ
て塗布し、１２０℃で３０分間、２００℃で６０分間、
３５０℃で３０分間加熱した。得られたポリイミド膜の
厚みは約５００人であった。

次に感光性ポリイミドをスピンコードして、ストライプ
状に感光させ、余分なところをアルカリ液にてエツチン
グした。２００〜３５０℃で焼成し厚みが約２０００人
のものを得た。

このポリイミド配向膜をラビング法によって一軸配向処
理した。

次に平滑なアルミニウム基板９に前記と同様にポリアミ
ック酸溶液をスピンコードしたのち焼成してポリイミド
配向膜を得た。この配向膜にもラビング法により一軸配
向処理を加え、前記処理したガラス−ＩＴＯ基板５の側
と配向処理方向が一致するように接着した。

このセルにＢＤＨ社のＥ７ネマチツク液晶に前述の例示
染料（Ｅ）０．１ｗｔ％を添加したものをセル内を脱気
することにより大気圧にて封入した。（第３図） このセルを等方層まで加熱したのち徐冷することにより
一軸に水平配向した光学変調層を得た。この光学変調層
の厚みは約２０００人であった。この状態で５００ｎｍ
の直線偏光に対する反射率を測定したところ約５％であ
った。

次にＩＴＯ透明電極とアルミニウム基板間に電圧１０Ｖ
を印加して５００ｎｍの光に対する反射率を測定したと
ころ反射率は１５％となった。

〔実施例２〕 実施例１と同様にして作成したセルにチッソ社製Ｃ５−
１０１１強誘電性液晶に実施例１と同様の色素を０．１
ｗｔ％加えたものを封入した。等古層まで昇温し、徐冷
することにより配向サンプルを得た。

このとき偏光板の位置を電圧１０Ｖを印加したｃＳ−１
０１１の光軸と一致するようにはり合わせた。このとき
の反射率は５００ｎｍで３％であった。

次に前記と逆電圧を印加したところ、反射率は１０％と
なった。

〔実施例３〕 ストライプ状にパターンニングされたＩＴＯからなる透
明電極４が形成されたガラス基板５にＳｉＯ□をスパッ
タによって蒸着した。このＳｉＯ□膜２の上に５００Å
以下の半透明状の約４００人の膜厚のＡｕ層３を蒸着に
より形成した。次にポリアミック酸溶液（不揮発分濃度
　１．５ｗｔ％）をスピナー塗布し１２０〜３５０℃で
焼成しポリイミド配向膜を形成した。これにラビング法
により一軸配向処理を加えた。

次にガラス基板上ｌＯにＡｆをストライブ状に蒸着した
ものへポリアミック酸溶液（不揮発分濃度ｔ、ｓｗｔ％
）をスピンナー塗布し１２０〜３５０℃で焼成すること
によりポリイミド配向膜２を得た。

次に実施例１と同様に感光性ポリイミドにてスペーサ７
を形成したのち、焼成し、−軸配向処理した。

上記２枚の基板を配向処理方向が一致するように接着し
たものへ、ＢＤＨ社Ｅ７ネマチツク液晶に実施例１と同
様の染料を０，１ｗｔ％添加したものをセル内を脱気す
ることにより大気圧゛で封入し、さらに光軸と一致する
よう偏光板をはり合わせた。（第４図（ａ）） 透明電極とＡｊ？電極に電圧ｌＯｖを印加したところ、
第４図（ｂ）に示すＳ部分で５００ｎｍの反射率が１５
％であり、Ｎ部分で５％であった。

〔実施例４〕 ガラス基板５にＩＴＯからなる透明電極４が形成され、
さらに５００Å以下の半透明状のＡｕ層３を蒸着により
形成したものへポリアミック酸溶液をスピナー塗布し、
１２０℃〜３５０℃で焼成しポリイミド配向膜２を得た
。このポリイミド配向膜２にラビング法により一軸配向
処理を加えた。

次に別の、ガラス基板ｌＯにＩＴＯ透明電極４が形成さ
れたものへＣｄＳからなる光導電体１４をポリマーへ分
散したものを塗布し、乾燥した。その上に蒸着により誘
電体ミラー１３を形成し、感光性ポリイミドにてスペー
サ７を形成した。

上記２枚の基板を接着し、ＢＤＨ社Ｅ７ネマチツク液晶
に実施例１と同様の染料を０．１ｗｔ％を添加したもの
をセル内を脱気することにより大気圧で封入し、さらに
光軸と一致するように偏光板をはり合わせた。（第５図
） 上下基板のＩＴＯ電極４に電圧１０Ｖを印加し、光導電
層側から書きこみ光を照射し、表示層の状態を変化させ
、偏光板側から読みとり光を入射させたところ、書き込
み光照射部の液晶層・は反射率が１０％となり、非照射
部は５％となった。

〔発明の効果〕 以上のように本発明により、偏光板を１枚しか必要とし
ないために光量のロスの少ない、かつコントラストのす
ぐれた光学変調素子を得ることが可能となった。しかも
本発明の光学変調素子では光学変調層を従来の液晶素子
と比較して薄くしてもコントラストは低下しないことか
ら、駆動電圧を低減することが可能となる。

又、本発明はさらに本発明の光学変調素子に適した光学
変調方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学変調素子の１例を示す断面図、 第２図は本発明における光学変調層の分子状態を表わし
た図、 第３図および第４図（ａ）は、本発明の光学変調素子の
別の実施例図、 第４図（ｂ）はマトリクス状に配置した走査電極と信号
電極の構成図、 第４図（ｃ）は第４図（ａ）の素子中での光学変調層の
分子状態を表わした図、 第５図は本発明光学変調素子の別の実施例図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）複屈折を有し、かつ該複屈折を変化させることが
   可能な化合物を有する光学変調層が多重反射状態をとり
   うる光学厚みになっており、該光学変調層の光学厚みを
   変化する手段、ならびに光を照射したときの反射光量を
   識別する手段を有することを特徴とする光学変調素子。
2. （２）前記化合物がネマチツク液晶である特許請求の範
   囲第１項記載の光学変調素子。
3. （３）前記化合物がカイラルスメクチツク液晶である特
   許請求の範囲第１項記載の光学変調素子。
4. （４）前記カイラルスメクチツク液晶が、カイラルスメ
   クチツクＣ相、カイラルスメクチツクＦ相、カイラルス
   メクチツクＩ相、カイラルスメクチツクＨ相、カイラル
   スメクチツクＪ相、カイラルスメクチツクＧ相、カイラ
   ルスメクチツクＫ相を有する液晶であるところの特許請
   求の範囲第３項記載の光学変調素子。
5. （５）前記化合物が高分子液晶であるところの特許請求
   の範囲第１項記載の光学変調素子。
6. （６）前記光学変調層の光学厚みの変化量が０．２μｍ
   以下であるところの特許請求の範囲第１項記載の光学変
   調素子。
7. （７）複屈折を有し、かつ該複屈折を変化させることが
   可能な化合物を有する光学変調層を多重反射状態をとり
   うる光学厚みに設定し、該光学変調層の光学厚みを変化
   させることにより多重反射状態を変化させ、入射光に対
   する反射光量を制御することを特徴とする光学変調方法
   。