JPS6338918A

JPS6338918A - 液晶光変調器

Info

Publication number: JPS6338918A
Application number: JP18193986A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Okubo; 大久保　幸俊; 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
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-08-04
Filing date: 1986-08-04
Publication date: 1988-02-19
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH0616140B2

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、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
で知られている。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で、極めて浅い溝で
、光学的差異、特に屈折率差等を問題としていない。

次に、反射特性の異なる材質で微小な格子を形成させ、
この格子の偏光機能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が特に強調され
るものではない。

更に、透明部材で格子を形成し、この格子間の溝に液晶
を配設した位相回折格子が知られている６例えば、特公
昭５：ｌ−３９２８号公報や米国特許第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、荊者の特公
昭Ｓ：ｌ−：Ｉ’１２８号公報に開示されている素子は
弔なる装飾効果を示すためのものであぐ２、文字やｌ１
Ｔｉ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ろものではなかった。

また、後者の米国特許第４，２５１，１：１７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タイレクタを変え
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、この素子は第１に作成する
上での技術上の困難を有し、第２に動作上の特性か悪い
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、充分な回折効果を得るためには、格子ピッチに対
し溝の深さが大きな格子を形成しなければならない。特
に３ｇｍ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が困難である。

次に、動作機能上の問題としては、このように深い）１
■の中に入った液晶は基板上下面から面拘束力を受ける
たけでなく、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が、逆に外力によって異なる配向
状態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が壊されないことを、仕法し、時
分割特性で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′ｉ［圧を加え、しきい値
′１［圧を越えると“ウィリアムズドメイン（Ｗｉｌｌ
ｉａｍｓ　ｄｏｍａｉｎ）”か発生し、電界強度を強め
るとこのドメインの巾、あるいはピッチが小さくなり回
折格子か得られることか知られている。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　モート　リクイ
ラド　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　２１８巻、　８１頁、　１９８
０年（５ＯＦＦＥＲ，ｅｔ　ａｌ：“Ｏｐｔ、１ｃａｌ
　　ｃｏｍｐｕｌ：ｉｎｇ　　ｗｉｔｈ　　ｖａｒｉａ
ｂｌｅ　　ｇｒａｔｉｎｇｍｏｄｅ　　１ｉｑｕｉｄ　
　ｃｒｙｓｕｔａｌ　　ｄｅｖｉｃｅｓ″　Ｐｒｏｃ、
５ＰＩＥ。

１９８０、皿、　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
ながら、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ｙＡＷＩＡ動にとって
は不利益となる。

［発明が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、本発明の目的は高生産性と同時に高信頼性の液
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
時に大面積表示の光変調器の製造プロセスを可能にする
ものである。

［問題点を解決するための手段］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、かっ該配向処理領域が一軸対称性であることを特徴
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。

未発ＩＪＪに係る液晶光変調器は、少なくとも二種以上
の相異なる液晶配向能を有する一軸対称性の微細な配向
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、典型的には一方がホ
メオトロピック配向であり、他方がホモジニアス配向を
持つものか挙げられる。但し、これ等は０°〜９０′″
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
を持つものを組合せるもので、上記ホメオトロピック／
ホモジニアスな配向の組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）は液晶光変調器の一軸対称性
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はホモシ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て、第１図（ａ
）の基板のＡＡ’線の断面構成セルを示す。

＋１．１１’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。

第１図（Ｃ）は第１図（ｂ）のＣＣ′線断面図で、第１
図（ａ）の基板のＢＢ’線の断面構成セルを示す。１６
．１６’、１５″は液晶分子である。液晶分子のタイレ
クタの方向を細長く書くことにより示し、円形に近いも
のは紙面に垂直で、その中間状態を中間の長さで示す。

第１図（ａ）のホメオトロピック配向能領域１５はＢＢ
’線の軸に対して対称て、隣接パターンとピッチＰて配
列している。このパターンはＡＡ′線の袖に対して非対
称て、ＢＢ’線に向う方向性を持っている。この−軸対
称パターンの繰り返し中位をρて示している。対向基板
ｔｔ’はホモシニアスな配向能を示す処理面として示し
ているか、ホメオトロピックとすることもてきる。

第１図（ｂ）のセル断面構成図では、１５のホメオトロ
ピック配向能領域の近傍ては、分子が垂直方向に近い配
列を示し、これ以外のホモシニアス配向能領域面では水
平な配向状ｙ８となる。ネマティック液晶分子の配列は
隣接分子間の相互作用によって大旨同一方向に揃う性質
を有することから、微細な相異なる配向処理面かあって
も、この面の形状に沿って不連続的に配列を変えること
は無く、連続的に一分子毎に少しずつ異なる配向方向を
とる。

従って、第１図（ａ）の如き配向処理ては、第１に分子
は対称軸の方向に配列し易く、第２にホメオトロピック
配向能領域の面積か広がる方向にプレティルト角を持つ
配列となる。第１図（Ｃ）では第１図（ａ）の処理パタ
ーンによって分子の平均的傾きであるプレティルト角が
０となった状態を模式的に示す。

第１図（ｂ）において、この様な液晶分子の配列かなさ
れると、紙面に垂直な直線偏光は回折格子としてのピッ
チＰて、液晶の屈折率異方性Δｎと、この時の液晶分子
の配列の分布によって決まる光学厚みをパラメータとし
て回折を生じる。

第１図の例では充分な電圧が透明電極１３．１３’に与
えられると、使用する正の誘電異方性を持つＮ、Ｍ晶は
セル全面で基板に垂直な配向を示し、均一な透明状態と
なる。

従って、この例では電圧を印加しない初期状態で回折が
生じ、電圧印加によって、回折が消滅する液晶光変調器
となる。

この基本的構成に対して、使用する液晶を負の誘電異方
性液晶（Ｎ、液晶）に変えても類似の効果を得ることか
てきる。また、パターンのピッチや方向性に対する繰り
返し単位の形状変化、セルギヤ・シブ、使用液晶および
その添加剤等の組合せを変えることて、初期に一様配向
していた液晶か電圧を印加して回折を示す状態のものを
得ることもてきる。

次に、第２図（ａ）、＜ｂ）、　（ｃ）は第１図（ａ）
に示したパターンに限定されず、方向性を持った一輛対
称性パターンの配列、配置方法の他の例を示す説明図で
ある。

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が用いられ、例えばポリイ
ミド、ポリアミド、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。

６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有する
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かある。

この他、表面状態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ｊ１！２、例えば５
ｉＯｚ、　ＴｉＯ□、　Ｚｒ２０ｘ、　Ｉｎ２Ｏ：＋、
チッ化シリコン等かある。又全屈被膜もこの部類に近い
材料でもある。

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■Ｑ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、フすトリソゲラフイックな手法
や印刷が適用てきる。

本発明のセル化については、大行通常のＴＮ表示て用い
る手法か適用できるが、本発明の方向性を持つ一軸対称
性パターンは、特にプレティルト角を一定方向に設はリ
バースティルトを形成し難い特徴を持つ。対向する基板
についても第１図（ａ）に示す様な基板を用いることが
できるが、この場合には上下基板の位置合せが必要とな
る。実際上、必要な回折を得るためには、特に上下基板
の位置合せを要しないものが好ましい。従って、プレテ
ィルト角か互いに向いあう配置で上下基板を組合せる・
バによりセルを構成するのがよい。

［作用］本発明液晶光変調器は、少なくとも一方の基板かその同
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いるのて、配列
による規則性により回折ピッチか得られ、かつ前記配向
処理領域か方向性のある一軸対称性パターンからなるた
めに液晶分子に一定の方向から立上るプレティルト角を
付惧することかてきるものと推定される。

［実施例］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、１．１ｎｍ　、たて　：１００ｍｍ、よこ　３０
１１１ｍｍの青板ガラス面に　ＩｎｚＯｚを主成分とす
る透明導電膜３００〜５００人、この上にポリイミド　
３００〜８００人が順次桔層された基板上にフォトレジ
ストΔＺ−１３５０Ｊ（シュプレー社製）又は０ＦＰＲ
−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で１０分加熱してから、第１図（ａ）
に示すパターンでピッチ８Ｂ、ストライブの巾；最大７
．２　ｕ−ＩＬ最小０．８鉢■、作り返し単位り；　１
０ｐｍとして露光、焼付け、所定の現像液にて現像、乾
煙し、この表面をＦＳ−１１６，０，５ｗｔ％ダイフロ
ン溶液で浸ｖＬ塗布し、　１００℃て２０分間乾燥した
。

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　１５０°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基板を用い、ポリ
イミド基板をラビング処理し、プレティルト角が揃うよ
うに配置し、ギャップが３ｐｍになるようスペース材を
設けて対向配置し、内部にホフマン・う・ロツシュ製ネ
マティック液晶ＲＯ−ＴＮ４０３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、２．２ｖて回折か
ほぼ消滅し透明状態となった。回折の消滅は一様で、リ
バースティルト等に基ずく乱れは観測されなかった。

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
ｇｍ、ストライプの巾：最大２．４μ１．最小０．６　
ｐ、ｍ、繰り返し単位４ＩＬ１１、セルギャップ１．５
１にてセルを構成したところ、初期状態において回折が
無く、マイクロドメイン等の欠陥も無いセルを得た。こ
れに１．８Ｖの電圧を印加したところ強い回折を示した
。

実施例３実施例２で用いた配列パターン基板２枚を用いて、ラビ
ングを行なわずにプレティルト角か向き合うようにセル
ギャップ２ＩＬｌのセルを構成したところ、初期状態に
おいて回折を生じていた。これに２．３ｖの電圧を印加
したところ全体が均一な透明状態となった。

［発明の効果］以上説明したように１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一軸対称性の微細な配向
処理領域を同一基板内に配列した基板を、少なくとも一
方の基板に使用しているので、下記の様な優れた効果が
ある。

■従来の格子形成による回折格子と比較して、加工か容
易となり生産性が高くなる。

（り格子材等を介在することなく、（ヒ学的に安定な配
向剤のみを使用でき、高いイ３頼性か得られる。

■液晶自身の屈折率差を利用するため充分大きなΔｎ値
を活用てき、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、液晶の闇値電圧が低く、又電圧に対する光
学変化の急峻性か大で、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、大面積処理や、一枚の基板
での多面採りか可能で生産性が−い。

■格子パターンの形成のみによりプレティルト角か設定
でき、ラビングを行うのに比較して、キズやゴミの混入
か少なく、均一性の良いセルを作成てきる。

【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、
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、第１図（Ｃ）は第１図（ｂ）のＣＣ′線断面
図および第２図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は基板に配
列される微細な配向処理領域の他の例を示す説明図であ
る。１０、１２・・・基板＋１．１１’・・・透明基板１３、１３’・・・透明電極１４、１４’・・・ホモシニアス配向能領域１５・・・
ホメオトロピック配向能領域１６．１６’　、１６’・
・・液晶分子Ｐ・・・ピッチ

Claims

【特許請求の範囲】

（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、かつ
該配向処理領域が一軸対称性であることを特徴とする液
晶光変調器。
（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。