JPS6338917A - 液晶光変調器 - Google Patents

液晶光変調器

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JPS6338917A
JPS6338917A JP61181938A JP18193886A JPS6338917A JP S6338917 A JPS6338917 A JP S6338917A JP 61181938 A JP61181938 A JP 61181938A JP 18193886 A JP18193886 A JP 18193886A JP S6338917 A JPS6338917 A JP S6338917A
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Yasuyuki Watabe
渡部 泰之
Chiori Mochizuki
千織 望月
Takayuki Ishii
隆之 石井
Masato Yamanobe
山野辺 正人
Kazuya Ishiwatari
和也 石渡
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ 本発明は液晶光変調器に関し、特に液晶分子の配向制御
を利用した透過型の液晶表示器もしくは液晶光変調器に
関するものである。
[従来の技術] 従来1回折格子と液晶を組合せる技術は2〜3の異なる
目的において知られている。
例えば、基板表面に周期的規則性のある溝を形成し、こ
の上に液晶を配設したものか、液晶の配向能を示すこと
て知られている。しかし、これは特に回折格子として機
能させることを目的としていないのて、極めて浅い溝を
形成したものである。
次に、反射特性の異なる材質て微小な格子を形成させ、
この格子の偏光機渣を利用して液晶と組合せるものが知
られている。これも格子そのものの厚みか特に強調され
るものではない。
更に、透明部材て格子を形成し、この格子間の溝に液晶
を配設した位相回折格子か知られている。例えば、特公
昭5:l−3928号公報や米国特許節4.251,1
37号明細書等に於て、表示素子や可変減色フィルター
素子として開示されている。しかしながら、前者の特公
昭53−3928号公報に開示されている素子は巾なる
装飾効果を示すためのものであり、文字や画像を表示す
る表示素子や、光束の透過、遮断を行う光変調素子とし
て満足できるものではなかった。
また、後者の米国特許第4,251,137号明細書に
開示されている可変減色フィルター素子は、回折格子間
に配列した液晶を電界によってそのダイレクタを変えて
、一定角度でセルを透過する光について格子と液晶間の
屈折率差か変化し、回折効果か変化するのを利用するも
のである。しかしながら、この妻子は第1に作成する上
での技術上の困難を有し、第2に動作上の特性が悪い欠
点を有していた。
即ち、現実に使用可能な液晶で比較的大きなΔnを用い
ても、充分な回折効果なキIIるためには、格子ピッチ
に対し溝の深さか大きな格子を形成しなければならない
。特に31Lffi以下のピッチと同等の深さを有する
格子の形成か光学的には有効であるか、このような大き
さの格子の加工技術は、現在、半導体デバイスの最先端
技術を要し、容易に作成することか困難である。
次に、動作機能上の17!1題としては、このように深
い溝の中に入った液晶は基板上下面から面拘束力を受け
るたけてなく、格子による溝の左右の壁面からの拘束を
強く受ける点である。このことは、液晶分子の長袖が溝
方向に安定して配列するか、逆に外力によって異なる配
向状懲に変化させようとする時大きな抵抗力を持つこと
となる。これは、外力、即ちセル内に印加される電界に
よって容易に初期の配向か壊されないことを意味し、時
分割特性て必要とする急峻な電圧透過率特性か得難いこ
とを示唆している。
また、従来、液晶セルに直流電圧を加え、しきい値電圧
を越えると“ウィリアムズドメイン(Williao+
s domain)”が発生し、電界強度を強めるとこ
のドメインの巾、あるいはピッチか小さくなり回折格子
か得られることが知られている。例えば、ソファ−、エ
ト アル「オプティカル コンピユーテイング ウィズ
 バリアプル グレイティング モー1− リフイツト
 クリスタル デバイス」プロシーデング ニス・ピー
・アイ・イー、第 2185.81頁、 1980年(
5OFFER,et al:”0ptical  co
mputing  with  variable  
gratingmode 1iquid crysut
al devices″Proc、 5PIE。
19811、2リー、 P、81)等に開示されている
これによる回折格子は、電圧の変化に伴って格子ピッチ
か変化し、従って回折光の分光特性か変化する。しかし
なから、この回折格子は一定の回折条件を維持すること
と、バイアス電圧を付与する時分割駆動にとっては不利
益となる。
[発明か解決しようとする問題点] 本発明の目的は、上述の如き従来の欠点を解決した新規
な液晶光変調器を提供するものである。
さらに、未発明の目的は高生産性と同時に高信傾性の液
晶光変調器を提供するものである。
又、本発明による液晶光変調器は高時分割性を得ると同
時に犬面縫表示の光変調器の製造プロセスを可能にずろ
ものである。
[問題点を解決するための手段]及び[作用]即ち、本
発明は表面に透明電極を有する二枚の基板間に液晶な挟
持してなる液晶光変調器において、少なくとも一方の基
板がその同一基板面内に二種以上の相異なる液晶配向能
を有する微細な配向処理領域を配列して形成されてなる
ことを特徴とする液晶光変調器である。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明に係る液晶光変調器は、少なくとも二種以」二の
相異なる液晶配向能を有する微細な配向処理領域を同一
基板面に配列配置してなるものである。
二種以上の相異なる液晶配向能は、典型的には一方かホ
メオトロピック配向であり、他方かホモシニアス配向を
持つものか挙げられる。但し、これ等は06〜9()6
の範囲の任意のプレティルト角を持つ二種以上の配向能
を持つものをM!合せるもので、上記ホメオトロビウク
/ホモジニアスな配向の11合せに限定するものてはな
い。
第1図は本発明に係る液晶光変調器の一例を示す基本構
成図である。第1図(a)は液晶光変調器の微細な配向
処理領域を配列した基板の一例を示す部分平面図て、二
種の相異なる液晶配向能を有する微細な配向処理領域(
以下、配向能領域と略記する)を示す。
例えば、14はホモジニアス配向能領域てあり。
15はホメオトロピック配向能領域である。第1図(b
)は、このような配向処理を行った面を有する基板と、
ホモシニアスな配向を持つ他方の基板とを対向せしめ、
その基板間に液晶を挟持した液晶セルの断面図である。
11、11’はガラス等の透明基板、13.13’は透
明電極、14.14’はホモジニアス配向能領域、15
はホメオトロピック配向能領域である。このような構成
の基板10と12をこの配列ピッチPに対して、同等も
しくはそれ以下のセルギャップdで向い合せる。この間
隙に液晶を注入する。液晶を16、16’、16”て示
す。第1図(b)は本発明の一つの典型的配向状態を示
している。液晶16’及び16″は液晶のダイレクタが
紙面に垂直なホモジニアス配向を示しており、液晶16
はホメオトロピック配向能領域15の配向処理面の近傍
でホメオトロピックな配向を示している。木)A明ては
、この二つの配白状愈の入射偏光に対する実質的屈折率
差に基いて動作するものである。
本発明においては、電圧を印加しない初期状態の配向で
回折か発生しているものと、電圧を印加すると回折か現
われてくるモートか、使用する正の誘電異方性液晶(N
、)と負の誘電異方性液晶(No)の各々に応じてあり
、これ等のモートを表1に示す。
表   1 (2)土:ホメオトロピック配向 (3) * :高い電圧では回折なし 第1図(a)、(b)の例はモードl−1の場合を示す
。以下、モード1−1を用いた場合の動作説明を行う。
i1図(b)の液晶16’、16″で示される如く、紙
面に垂直なホモジニアス配向悌領域では、この光変調素
子に入射する入射光5の偏光成分6.6′か、液晶と平
行な偏光成分6では、この液晶の異常屈折率n8を感じ
、液晶のダイレクタと直行する偏光成分6′では常屈折
率n。を感じる。
ここて入射光5の波長を人、異なる配向の領域が持つ厚
さをTとすれば、今これを矩形状の断面を持つ領域とし
た場合、入射光5の偏光成分6゜6′の夫1(に対する
零次透過回折光の回折効率η。は概路次の(1)式で表
わせる。
但し、6口は液晶の屈折率n8とn。どの屈折率差を示
している。従って偏光成分6′に対しては液晶16.1
6’、16”のいずれも屈折率n。を感じ、領域間での
屈折率差は0であり、(1)式はη。=lで回折しない
一方、偏光成分6に対しては、液晶16′や16″ては
neを感じ、液晶16に於いてはn。となり、従って6
の偏光成分は回折する。
■ この時のΔnT=(m+−)入 (m==0.l、2.3・・・・)を満す時に回折効率
η。はη。二〇となり最大の回折状況を示す。
次に、透明電極1:]、 13′間に゛電界を印加する
と、+6’、+6″のN、液晶の配向か徐々に変化し、
電界か犬きくなるに従ってホメオトロピック配向に近す
き、前述で回折を生していた6の偏光成分はnoのみを
感じることになり、回折か消滅してゆく。
このセルは基本的に6の偏光成分のみ回折するので、充
分な暗視野を得るには同しセルを90°回転して2枚重
ね合わせて用いることが有効である。
モート1−1は見掛上の初期の配向に於て異なる配向領
域かあり1回折を生しる状況にあるか、モートl−2は
見掛上初期の異なる配向能領域か潜在化して、回折する
条件とならない場合に生じるもので、初期配向によるΔ
nTか入に対して充分小さい範囲の時である。この見掛
上均一な状態に対し異なる配向処理領域、外部電界の付
与によって明確な配向スオ望域を作り出し、前記回折条
件を満す方向に変化するものがモートl−2である。但
し、このモードl−2ては電圧か充分太きい時は初期の
配向処理領域にかかわらず全分子かホメオトロピック配
向となり、いずれの入射偏光に対しても回折を生しない
。即ち非回折−回折一非回折という変化を印加電界の大
きさに伴って受ける。
以上モート1−■、モートl−2はいずれもN2液晶を
使用する例として説明したか、モート2−1.モート2
−2はNn液晶を使用するものである。No液晶ては初
期状態で垂直配向させたものか、電界印加によって倒れ
る現象を利用している点かN2液晶と異なるか、回折を
生じる原理面てはN9液晶と同様である。
モートl−2及びモート2−2ては異なる配向能を基板
に付与したにもかかわらず、一方の配向能による配向か
潜在化するものである。
次に1個別に異なるが、−膜内に、このモートになり易
い各種パラメーターを以下に記す。
セルギャップdに対して配列ピッチPか充分大きい時の
方か領域は安定化する。逆にPかdに近すいてくると初
期配向領域か潜在化する。15と14の配向能領域の面
積比で、一方の面積か小となると、この小になった方の
配向が潜在化する。15゜14各々の配向能領域の配向
能力の大小及び差異で、一方か他方に比較して充分大き
な配向力を示すものても潜在化し、又両者の配向能力差
か小さずぎても初期の回折は生じない。
これ等は使用する液晶材料や添加剤、又ストライプ状に
形成した加エバターンの厚みや表面状態、更には駆動時
の温度や電圧にも影響される。
これ等のモート1−2やモート2−2を用いるならば潜
在的に適度に大きな配向能力差を持ち、電界印加時には
明確な配向力差か生じるものでなければならない。前者
のモードでは初期状態として視認てきる表示か現われて
いて、電圧印加によってこれを消すことによって利用す
るが、後者のモードては電圧を印加しない初期状態に透
明であるものか、電圧印加て表示状態となる通常点灯型
の表示として用いられる。
次に本発明に使用する相異なる液晶配向能の例としては
、水平配向処理には高分子膜か用いられ、例えばボリイ
ミ1〜.ポリアミl−,ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコ
ール等かある。
垂直配向処理としてはフッ素化炭素鎖を有する界面活性
剤(ダイキンFS 150)やフッ素化炭素鎖を右する
ケイ素酸エステル(ダイキンFS 116) 。
又4級アンモニウム塩界面活性剤(DMOAP) 、レ
シチン、ヘキサデシルアミン等がある。
この他、表面状!懲や使用する液晶によって水平、垂直
のいずれかの配向をとるものに無機被膜、例えばSin
□、 Tie。、 Zr2O:++ In2oz、チッ
化シリコン等がある。又全屈被膜もこの部類に近い材料
てもある。
相異なる配向能の形成は特に限定されないか、一方の配
向膜を下地として他方の配向膜をその上にパターン形成
する方法が用いられ、フォトリノグラフィックな手法や
印刷か適用できる。
本発明のセル化については、大行通常のTN表示で用い
る手法か適用てきるか、ホモジニアス配向部てのリバー
スティルトを避ける目的でラビンクか適用される。第1
図(a)の7で示す矢印は、このラビング方向を示して
いる。この対向基板ての配向をラビング方向7と向いあ
う方向にすると、−軸性の配向か得られる。
[実施例コ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1 厚さ、1.1mm 、たて 300mm、よこ :10
0mmの青板ガラス面に In2O,を主成分とする透
明導電膜300〜500人、この上にポリイミド 30
0〜800人かIIIT次積層された基板上にフォトレ
ジストAZ−1:150J(シュプレー社製)又は0F
PR−77(東京応化製)等のポジタイプレジストをス
ピン塗布し、80°Cて10分加熱してから、第1図(
a)に示すパターンてピッチ8μ重、ストライク°の巾
4涛而として露光、焼付け、所定の現像液にて現像、乾
燥し、この表面をFS−116,0,5wt%ダイフロ
ン溶液で浸漬塗布し、 100°Cで20分間乾爆した
この後、残されたフォトレジスト部をFS−116と共
にアセトン、MEK等の剥離液を用いて溶解除去し、更
に +50°C〜200°Cで1時間加熱し焼き付けた
この基板とポリイミドのみを処理した対向基板を用い、
互いに向き合う方向にラビング処理したり、(板を、ギ
ャップか3#L11になるようスペース材を設けて対向
設置し、内部にホフマン・う・ロツシュ製ネマティック
液晶RO−TM01:lを導入し、周囲を密閉してセル
を製作した。
このセルは電圧無印加で回折を示し、2vてほぼ完全に
消滅した。電圧に対する透過特性は急峻て、3桁の時分
割駆動か可能な特性であった。
実施例2 実施例1と同様の材料構成において、パターンピッチ3
μ履、ストライプ巾 1.5gm、セルキャップ1 、
5gmにてセルを構成したところ、初期状態において回
折か無く、1.5v付近で強い回折を示した。
このセルに対し3vまて電圧を上昇させたところ回折か
消滅した。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の液晶光変調器は二種以上
の相異なる液晶配向能を有する微細な配向処理領域を同
一基板内に微細化して配列した基板を少なくとも一方の
基板に使用しているのて、下記の様な優れた効果がある
■従来の格子形成と比較して、加工か容易となり生産性
が高くなる。
■格子材等を介在することなく、従来より良く知られた
化学的に安定な配向剤が使用でき、高い信頼性か得らK
る。
■液晶自身の屈折率差を利用するため充分大きなΔn値
を活用でき、従来と比較して厚いセル厚て所定の光学特
性が得られる。
■狭い格子間に液晶を封じること無く、界面の配向処理
のみであり、液晶の閾値電圧か低く又電圧に対する光学
変化の急峻性が大で、時分割駆動に適している。
■微細な配向能領域の配列、形成は印刷等の表面パター
ニング形成のみで良いため、大面格処理や、一枚の基板
での多面採りが可能で生産性かよい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明に係わる液晶光変調器の微細な
配向処理領域を配列した基板の一例を示す部分平面図お
よび第1図(b)は本発明に係わる液晶光変調器の一例
を示す断面図である。 10、12・・・基板     11.11’・・・透
明基板13、1:l’・・・透明電極 14、14’・・・ホモジニアス配向能領域15・・・
ホメオトロピック配向能領域16.16’、16’・・
・液晶 5・・・入射光      6.6′・・・偏光成分7
・・・ラビング方向   d・・・セルギャップP・・
・配列ピッチ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面に透明電極を有する二枚の基板間に液晶を挟
    持してなる液晶光変調器において、少なくとも一方の基
    板がその同一基板面内に二種以上の相異なる液晶配向能
    を有する微細な配向処理領域を配列して形成されてなる
    ことを特徴とする液晶光変調器。
  2. (2)前記の二種以上の相異なる液晶配向能が、一方が
    ホメオトロピックな配向能で、他方がホモジニアスな配
    向能である特許請求の範囲第1項記載の液晶光変調器。
  3. (3)前記基板面に配列された配向処理領域の表面に対
    して配列方向にラビング処理が施されている特許請求の
    範囲第1項記載の液晶光変調器。
JP61181938A 1986-08-04 1986-08-04 液晶光変調器 Expired - Lifetime JPH0616139B2 (ja)

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JP61181938A JPH0616139B2 (ja) 1986-08-04 1986-08-04 液晶光変調器
US07/080,892 US4878742A (en) 1986-08-04 1987-08-03 Liquid crystal optical modulator

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