KR0162680B1 - 액정광변조소자 - Google Patents

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KR0162680B1
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유까리 사까이
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고다 시게노리
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Abstract

복수의 액정셀들중 하나로 구성되는 액정소자와 상기 액정소자와 전기적으로 접속되는 전압신호입력수단으로 된 본 발명의 액정광변조소자로서 상기 액정셀은 각가 치랄스멕틱액정물질층을 내장하며, 또한 그 액정소자에 전압신호를 입력할 경우, 액정소자에 의해 투과된 광의 편광방향이 전압신호를 입력하지 않을 경우에 비해 약 90°변경되며, 그에 의해 고속광로변경과 고속광로 개/폐(온/오프)동작(광스위칭시간 : 1msec 이하)이 가능하다.

Description

액정광변조소자
제1도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제1실시예를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제2실시예를 나타내는 개략도.
제3도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제3실시예를 나타내는 개략도.
제4도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제4실시예를 나타내는 개략도.
제5도는 본 발명에 의한 액정광스위칭소자용 액정소자의 일예를 나타내는 개략단면도.
제6도는 본 발명에 의한 액정광변조소자용 액정셀의 일예를 나타내는 개략단면도.
제7도는 본 발명에 의한 액정광변조소자용 액정셀이 또다른 일예를 나타내는 개략 단면도.
제8도는 본 발명에 의한 액정광변조소자내의 전압신호입력수단과 액정소자간의 전기접속을 나타내는 도면.
제9a도는 반강유전성 액정분자의 배향상태를 나타내는 개략도.
제9b도는 본 발명에 의한 액정광변조소자용 반강유전성 액정재료층의 전계광학 특성도.
제10a도는 강유전액정분자의 배향상태를 나타내는 개략도.
제10b도는 강유전액정분자의 또다른 배향상태를 나타내는 개략도.
제11a도는 제4도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력되지 않을 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제11b도는 제4도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력될 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제12a도는 제3도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력되지 않을 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제12b도는 제3도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력될 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제13a도는 제4도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력되지 않을 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제13b도는 제4도에 나타낸 본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정소자에 전압신호가 입력될 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제14도는 실시예 1의 액정광변조소자내의 액정셀을 통한 투과광의 변화를 나타내는 도면.
제15도는 실시예 5의 액정광변조소자내의 액정셀을 통한 투과광의 변화를 나태는 도면.
제16a도는 종래의 액정광스위칭소자의 액정소자에 전압신호가 입력되지 않을 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
제16b도는 종래의 액정광스위칭소자의 액정소자에 전압신호가 입력될 때 주어지는 광스위칭 성능을 나타내는 개략도.
본 발명은 액정광변조소자에 관한 것이며, 특히 광로(광경로)의 고속변경용으로 사용되는 광스위칭소자에 적합하고, 또한 광로의 고속개폐(온-오프)용으로 사용되는 광셔터에 적합한 광변조소자에 관한 것이다.
광통신기술, 실체상표시(stereoscopic image)기술등의 분야에서는 광로를 고속으로 변경하고, 또한 광로를 고속으로 개폐할 수 있는 광변조소자의 출현을 소망하고 있다.
이하 광통신기술분야에서 사용하기 의한 본 발명이 광변조소자의 기술배경을 설명한다.
광통신기술분야에서 광스위칭소자는 광섬유 또는 박막광도파관과 같은 광전송선로상에서 전달되는 광신호의 온오프용 또는 광전달 방향의 변경용으로 사용된다.
광통신기술 분야에서 종래에 사용되고 있는 것은 기계식 광스위칭방식, 예를들어 광섬유의 접속부를 다른 광섬유를 변경하도록 광섬유를 기계적으로 이동시키는 방식 또는 광로를 변경하기 위해 프리즘, 반사경 또는 렌즈등의 광학부재를 이동시키는 방식이다.
그러나, 기계식 광스위칭 방식에서는 스위칭 시간이 예를들어 수 msec정도로 느리며, 더욱이 구동부품의 특성이 마모되어 스위칭 소자의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
그 때문에 최근에 상술한 바와같은 기계식 광스위칭방식 대신 전기광학효과(electrooptic ; EO), 음향광학효과(acoustooptic; AO) 또는 자기광학효과(magnetooptic; MO) 등을 이용하여 광로를 변경하는 비기계식 광스위칭 방식을 제안한바 있다.
비기계식 광스위칭 방식으로서 R. E. Wagner J. Cheng, 응용물리, Vol. 19, 2921(1980)에 기재된 바와같은 네마틱 액정물질의 EO 효과를 사용하는 광스위칭 방식을 예를 들 수 있다.
제16a 및 16b도에는 R. E. Wagner에 의해 제안된 액정광스위칭소자(1')가 도시되어 있고, 제16a도의 광스위칭소자와 제16b도의 광스위칭소자는 광(2)의 출력방향이 서로 다르다.
액정광스위칭소자(1')에서는 평관빔스플리터(31, 31)와 전반사경(3, 3) 양자가 액정셀(11')의 앞과 뒤에 배치되고, 액정셀(11')은 제16a 및 16b도에 도시하지 않은 전압신호입력 수단과 접속되어 있다.
액정셀(11')내에는 네마틱 액정물질이 내장된다. 액정셀(11')에 전압이 걸리지 않으면 액정셀(11')을 통해 투과된 광(2)의 편광방향이 90° 만큼 변경하도록 되어 있다.
제16a 및 16b도에 나타낸 광스위칭소자(1')에서는 레이저등으로부터 방출된 입사광은 입사측에 위치된 편광빔스플리터(31)에 의해 수직편광광(↕)과 수평편광광(·)으로 분할된다. 그 다음 수평편광광(·)은 입사측의 전바나경(3)에 의해 직각으로 반사되어 액정셀(11')에 의해 투과된다. 한편, 수직편광광(↕)은 액정셀에 의해 투과된 다음 출사측이 전반사경(3)에 의해 직각으로 반사된다.
제16a도에 나타낸 바와같이 액정셀(11')에 전계를 가하지 않으면 액정셀(11')을 통해 투과된 입사광의 수평편광광성분(·)과 수직편광광성분(↕)은 각각 액정분자의 트위스트 배향에 따라 편광면에 대해 90°만큼 회전된 다음 출사측의 편광빔스플리터(31)로부터 출력(A)(출력강도 IA)로서 함께 방출된다. 액정셀(11')에 전계를 가하면 네마틱액정분자들은 기판에 대해 수직한 방향으로 배향되고, 또한 입사광의 편광광은 아무런 변경없이 액정셀(11')을 통해 투과된다. 투과된 광은 출사측에서 편광빔스플리터(31)로부터 출력(B)(출력강도 IB)으로서 방출된다.
광학스위칭소자(1')에서는 상술한 바와같이 액정셀(11')에 전압이 걸리지 않은 경우, 액정셀(11')을 통해 투과된 광이편광면은 액정셀(11')에 전압이 걸린 경우와 90° 다르므로 네마틱액정분자들의 방향을 변경할 수 있다. 이와같이 액정셀을 통해 투과된 광의편광면의 차를 이용하여 광로변경, 즉 광스위칭을 행할 수 있다.
상기 광스위칭에서는 액정셀(11')내에 내장된 네마틱액정분자들의 배향방향을 변경시키기 위해 액정셀(11')에 전압을 걸어주면 광빔(2)과 동일한 강도를 갖는 광이 광출사측의 편광빔스플리터(31)로부터 상술한 출력(B)의 방향으로 방출되지만 실질적으로 출력(A) 방향으로 광누설이 있다.
또한 액정셀(11')에 전압이 걸리지 않으면 출사측의 편광빔스플리터(31)로 부터 출력(B) 방향으로 광누설이 생긴다. 결과적으로 광도(IA)를 갖는 광이 광출력측의 편광빔스플리터(31)로부터 출력(A) 방향으로 방출되고 광도(IB)를 갖는 광이 출력(B) 방향으로 방출된다.
광스위칭성능을 나타내는 누설치(crosstalk value : CR)는 액정셀에 전압을 걸지 않을 때 주어지는 출력광도[IA(off)와 IB(off)]를 사용하여 다음식으로 나타낼 수 있다.
종래의 광로를 변경하기 위한 기계식 광스위칭소자에서는 스위칭 시간이 수 msec 이상이다. 또한 기계식이기 때문에 구동부품이 마모되어 광스위칭소자에 요구되는 신뢰성 저하의 문제가 있다. 한편 상술한 네마틱 액정물질의 EO 효과를 사용하는 광스위칭 소자는 네마틱액정물질에 전압을 가하거나 가하지 않음에 따라 동작하며 기계적으로 동작하지 않는다. 그러므로 이러한 형의 광스위칭소자는 수명이 길다. 그러나 액정스위칭소자(1')는 액정셀(11')내의 액정물질층의 네마틱액정물질로 구성되기 때문에 긴(느린) 스위칭시간(예, 수 msec)을 갖는 문제점이 있다.
광통신기술분야에서 광로를 변경하기 위해 사용되는 광스위칭소자는 상술한 바와 같다.
또한 광로의 개폐동작에 의해 광전송선로상에서 전송된 광신호의 온/오프 용으로 사용되는 네마틱액정스위칭소자에는 스위칭시간이 수 msec 이상으로 느린 문제점이 있다.
따라서 광로의 고속변경 및 고속개/폐(온/오프)를 실현할 수 있는 광스위칭소자의 출현이 강력히 요망되고 있다.
그다음 실체상 표시기술 분야에서 사용되는 본 발명의 광셔터의 기술배경에 대해 설명한다.
종래의 실체상 표시기술분야에서는 오른쪽과 왼쪽눈에 의해 각각 관측되는 상을 주사에 의해 CRT 또는 액정표시판넬 등의 화상표시 화면상에 형성한 다음 광셔터 조작과 동시에 각 주사필드(field)에 따라 교호로 변경하고 광셔터의 개/폐(온/오프) 동작을 상기 화상변경과 동기하여 수행하여 줌으로써 실체상을 시분할로 관측할 수 있게 하는 실체상 표시방법을 사용하고 있다.
상술한 바와 같이 시분할로 실체상을 관측자가 관측하기 위한 방식으로서 하기 2방식을 사용할 수 있다.
(a) 렌즈 대신 광셔터를 사용하여 안경과 같은 광셔터를 관측자의 눈과 화상표시화면간에 위치시키는 방식
(b) 투과광의 편광방향을 교대로 변경시키기 위한 광셔터를 화상표시화면과 관측자간에 위치시며 그 광셔터를 통해 관측자가 화상표시화면을 관측할 수 있고, 또한 광셔터의 동작에 의해 화상표시화면을 수평편광광과 수직편광광을 교대로 관측할 수 있고, 또한 상이한 광 예를들어 수평편광광과 수직편광광을 렌즈대신 편광방향으로 투과하는 편광판들을 사용하는 안경들을 부착하는 방식,
실체상 화상표시 방법에 사용할 수 있는 광셔터를 예를들면 기계식 광셔터와 비기계식 광셔터를 포함한다. 그들은 상술한 관측방식에 따라 적합하게 사용되지만 네마틱액정물질을 사용하는 액정셀을 사용하는 광셔터에 많은 관심이 집중되고 있다. 왜냐하면 상술한 2방식(a)와 (b)용으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 저잔압과 저전력으로 구동될 수 있기 때문이다.
그러나 실체상이 표시에서는 오른쪽과 왼쪽눈으로 관측되는 화상들은 약 30msec 이하의 간격으로 변경되어야 할 필요가 있으며, 화상변경과 동기하여 광셔터의 개/폐(온/오프) 동작을 행하기 위해 광셔터의 응답시간을 약 1msec 이하가 되게 해야한다.
더욱이 표시화상을 잘 볼 수 있는 각도 범위(이하 시계라 함)을 고품질의 실체상을 얻기 위해 CRT와 마찬가지로 넓게 할 필요가 있다.
상술한 바와같은 관점에서 네마틱액정물질층을 갖는 액정셀을 사용하는 광셔터는 여러 가지 문제점, 예를들어 광셔터의 개/폐(온/오프) 동작에 대한 응답시간 즉, 광로의 개/폐(온/오프) 동작이 예를들어 수 msec 정도로 길고, 응답시간을 짧게 하면 콘트라스트가 감소하거나 또는 시계가 좁아진다.
따라서 상술한 바와같이 광통신 기술분야와 실체상 표시기술 분야에서는 고속광로변경 및 고속광로 개/폐(온/오프) 동작을 실현할 수 있는 광변조소자가 강력하게 요망되고 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 치랄스멕틱액정물질 특히 반강유전성 또는 강유전성액정 물질을 사용하여 넓은 시계를 가지며, 또한 고속광로변경 및 고속광로개/폐(온/오프)동작 능력을 갖는 액정광변소자와 넓은 시계를 가지며 또한 입사광의 편광면을 약 90°고속으로 회전시킬 수 있는 액정광변조소자를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면 하나 이상의 액정셀들로 구성되는 액정소자와 이 액정소자와 전기적으로 접속되는 전압신호 입력수단을 포함하며, 상기 액정셀들 각각은 투명전극과 투명배향제어막이 상기 순서로 적층된 한쌍의 투명기판을 가지며, 상기 투명전극들은 상기 액정소자를 상기 전압신호 입력수단과 전기적으로 접속하기 위해 상기 전압신호 입력수단과 전기적으로 접속되며, 상기 배향제어막은 그들간에 치랄스멕틱액정물질층을 샌드위치 시키도록 일정간격을 두고 격리되며, 상기 액정소자는 상기 전압신호 입력수단으로부터 액정소자에 소정의 전압신호가 입력될 때, 액정소자에 의해 투과된 광의 편광방향이 약 90°만큼 변경되는 액정소자인 것이 특징인 액정광변조소자가 제공된다.
만일 치랄스멕틱액정물질층이 반강유전성액정물질층일 경우, 이 반강유전성액정물질층은 21°~24°의 틸트각(tilt angle) 또는 42°~48°의 틸트각을 갖는 액정분자로 형성되는 것이 좋다.
만일 치랄스멕틱 액정물질층이 강유전성 액정물질층일 경우, 이 강유전성액정물질층은 21°~24°이 틸트각을 갖는 액정분자로 형성되는 것이 좋다.
또한 액정소자상에 입사되는 광의 파장(λ)이 0.8㎛ 이하일 경우, 치랄스멕틱 액정물질층이 두께(d) (만일 액정소자가 복수의 치랄스멕틱 액정물질층을 가질 경우, d는 그 층들의 전체 두께를 의미함)는 3~9㎛의 범위내가 좋다. 파장(λ)이 0.4~0.7㎛의 범위내일 경우, 두께(d)는 1.5~4㎛의 범위내가 좋다.
본 발명이 액정광변조소자에 대해 첨부도면을 참조하여 이하에 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제1실시예를 대략적으로 나타낸다.
이 액정광변조소자(1)는 액정소자(10)와 이 액정소자(10)와 전기적으로 접속된 전압신호 입력수단(20)을 갖고 있다.
제2도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제2실시예를 대략적으로 나타낸다.
액정광변조소자(1)는 액정소자(10), 상기 액정소자(10)와 전기적으로 접속된 전압신호 입력수단(20) 및 상기 액정소자(10)의 광(2)이 입사측에 액정소자(10)와 평행하게 놓인 편광제어수단(30)을 갖고 있다.
제3도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제3실시예를 대략적으로 나타낸다. 액정광변조소자(1)는 액정소자(10), 상기 액정소자(10)와 전기적으로 접속된 전압신호 입력수단(20) 및 상기 액정소자(20)의 광(2)의 출사측에 액정소자(10)와 평행하게 놓인 편광제어수단(30)을 갖고 있다.
제4도는 본 발명에 의한 액정광변조소자의 제4실시예를 대략적으로 나타낸다. 액정광변조소자(1)는 액정소자(10), 상기 액정소자(10)와 전기적으로 접속된 전압신호 입력수단(20) 및 상기 액정소자(10)이 광(2)의 입사측과 출사측에 액정소자(10)와 평행하게 놓인 편광제어수단들(30)을 갖고 있다.
상술한 바와같이 본 발명의 액정광변조소자(1)는 액정소자(10)와 전압신호입력수단(20) 및 상기 액정소자(10)의 광입사측과 출사측중 적어도 한측에 임의로 배치되는 편광제어수단(30)을 포함한다.
본 발명의 액정광변조소자(1)에서는 액정소자(10)를하나의 액정셀로 구성할 수도 있고, 또는 제5도에 나타낸 바와같이 복수의 액정셀들로 구성할 수도 있다.
제5도에서 제1도에 나타낸 액정광변조소자(1)의 액정소바(10)는 3개의 액정셀들(11)로 구성되며, 이 잭정셀들(11)은 이들 셀들을 통해 광이 하나씩 투과하도록 평행하게 배치된다. 이 셀들(11)은 서로 분리될 수도 있고, 또는 투명접착물질에 의해 서로 접속될 수도 있다. 제5도에 도시안된 기판의 표면상에는 반사보호막을 형성하는 것이 좋으며, 상술한 접착물질은 액정셀의 기판과 거의 동일한 굴절률을 갖고 있다. 만일 반사 보호막이 기판의 표면상에 형성될 경우 또는 접착물질이 굴절률이 기판과 거의 동일할 경우, 기판의 표면상의 광반사가 방지될 수 있으며, 그에 의해 액정소자(10)로의 입사광이 각 액정셀들(11)을 통해 투과될 때, 소실되는 광량이 감소된다.
3액정셀들(11) 각각은 제6도에 나타낸 바와 같이 유리, 수지등으로 된 한쌍의 투명기판(11a)을 갖는다. 각 투명기판(11a) 상에는 투명전극(11b)과 투명배향제어막(11c)이 상기 순으로 액정셀(11)의 내부에 적층된다.
배향제어막(11c)은 소정방향으로 문지른 수지막(예, 폴리이미드막), 예를들어 식각에 의해 형성된 수백~수천옹스트롬의 폭을 갖는 대량의 미세한 평행홈들을 갖는 수지막들 및 SiO막과 SiO2막 등의 경사증착에 의해 얻은 무기막들 중 어느 하나로 제조된다.
배향제어막들(11c) 간에는 지랄스멕틱액정물질층(11d)이 샌드위치된다. 투명기판들(11a)의 주위부분들은 배향제어막들을 서로 일정간격 분리시키도록 예를들어 간격부재(11e)를 거쳐 에폭시수지등의 접착물질을 사용하여서로 접합한다. 접착물질의 경화에 의해 액정셀(11)은 그 내부에 거의 일정한 두께를 갖는 치랄스멕틱 액정물질층(11d)을 밀봉시킨다.
상술한 복수의 액정셀들(11)로 구성되는 액정소자(10)대신 하나의 액정셀(11)로 구성되는 액정소자(10)를 제6도에 나타낸 바와 같이 사용할 수 있다.
제7도에 나타낸 액정셀(11)에서는 제6도에 나타낸 액정셀(11)의 배향제어막들(11c)간에 2투명기판들(11a', 11a)을 서로 일정간격을 두고 배치한다.
투명기판(11a')의 양면상에는 투명전극들(11b')과 투명배향제어막들(11c')이 기재순으로 적층된다. 마찬가지로 투명기판(11a)의 양면상에는 투명전극들(11b)과 투명배향제어막들(11c)이 기재순으로 적층된다.
또한 배향제어막들(11c. 11c')간에, 배향제어막들(11c', 11c)간에 그리고 배향제어막들(11c, 11c)간에는 제6도에 나타낸 액정소자(11)에서와 같이 예를들어 간격부재(11e)에 의해 일정간격을 두고 그들간에 치랄스멕틱액정물질층(11d)이 샌드위치된다.
제6도에 보인 액정셀(11)과 마찬가지로, 액정셀(11)의 투명기판들(11a)의 주변부분들은 예를들어 간격부재(11e)를 사이에 두고, 에폭시수지등의 접착물질을 사용하여 접합한다. 접착물질의 경화에 의해 셀(11)내에는 일정두께를 갖는 치랄스멕틱액정물질층(11d)이 밀봉된다.
제8도에서 액정소자(10)는 복수의 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 양측에 배치된 투명전극쌍들(11b) 각각에 동일 전압신호를 입력할 수 있도록 전압신호 입력수단(20)과 전기적으로 접속된다.
전압신호입력수단(20)과 전기적으로 접속된 액정소자(10) 즉, 제5도에 나타낸 바와 같은 복수의 액정셀들(11) 또는 제7도에 나타낸 바와같은 액정셀(11)로 구성되는 액정소자(10)는 다음과 같은 경우에 사용되는 것이 유리하다.
만일 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 두께가 3㎛ 이하일 경우, 3배향 제어막들중 하나의 배향제어력이 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 내부까지 미치지 않으며, 그에의해 치랄스멕틱액정물질층내의 액정분자의 배향이 불충분해진다.
액정소자(10)내에 내장된 액정물질층이 그 배향에 있어 열화되면, 액정광변조소자(1)의 광출사측으 광누설이 커지므로 액정광변조소자(1)에 의해 만족스러운 광셔터링을 행할 수 없다.
특히 광통신기술분야에서 사용되는 0.8㎛이하의 단파장을 갖는 반도체 레이져 빔의 광스위칭의 경우에 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 두께는 후술하는 바와 같이 3~9㎛이 범위내로 하는 것이 요망된다.
제5도에 나타낸 바와 같은 복수의 액정셀들(11) 또는 제7도에 나타낸 바와 같은 액정셀들(11)로 구성되는 액정소자(10)는 복수의 치랄스멕틱액정물질층(11d)을 내장하므로 각 액정물질층의 두께가 1~3㎛의 범위내로 세트될 경우, 그 층들의 총두께를 3~9㎛의 소망하는 범위내로 세트할 수 있다.
따라서 액정소자(10)내에 내장된 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 배향을 충분히 증대시킬 수 있으므로, 만족스러운 광셔터링을 실현할 수 있는 우수한 액정광변조소자(1)가 얻어질 수 있다.
치랄스멕틱액정물질층(11d)의 두께가 3㎛이하일 경우 치랄스멕틱액정물질층(11d)내의 배향제어가 어려운 문제점이 있지만, 이 문제는 액정소자(10)내에 예를들어 2~4개이 치랄스멕틱액정물질층(11d)을 평행하게 배치함으로써 해결될 수 있다.
만일 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 배향에 관한 문제점이 해결될 경우, 치랄스멕틱액정물질층(11d)의 EO 효과를 이용하는 본 발명의 액정광변조소자(1), 특히 반강유전성 또는 강유전성 액정물질이 아주 유리해진다.
왜냐하면 광스위칭시간이 종래의 네마틱 액정 광변조소자를 사용할 때 보다 약 1/1000 정도로 짧아질 수 있기 때문이다.
본 발명에 의한 액정광변조소자의 액정셀(11)용으로 사용되는 치랄스멕틱액정물질층(11d)은 강유전성 액정물질층 또는 반강유전성액정물질층 어느 하나일 수 있다.
그러나, 반강유전성액정물질층으로 하는 것이 좋다. 왜냐하면 액정분자이 균일한 배향을 쉽게 얻을 수 있고, 또한 액정셀(11)의 외부로 부터의 충격에도 배향이 거의 흐트러지지 않으므로 고콘트라스트를 얻을 수 있기 때문이다.
반강유전성액정은 예를들어 찬다니등의 일본잡지응용물리학 28, L1261, 1989에 상세히 기재되어 있다. 제9a도에 도시된 바와 같은 반강유전성액정에서는 액정에 전압이 걸리지 않으면 한 분자층내의 자발분극 방향이 스멕틱액정의 인접 분자층내의 것과 반대이다.
즉, 액정은 반강유전성 상태에 있다. 전압이 걸리면 인가된 전계(E)와 자발분극간에 강한 상호작용이 유발되므로 자발분극이 고속으로 전계방향으로 배향된다. 그러한 반강유전성액정은 일반 네마틱액정의 경우에 비하여 전계로 부터의 토오크는 1000배 이상 크다. 그러므로 응답시간이 약 1/1000로 급격히 단축될 수 있다. 제9b도에 통상이 반강유전성액정물질의 전압(삼각파)과 투과광량간의 관계를 나타낸다.
본 발명은 전압신호입력수단(20)에 의해 소정의 전압신호가 일력될 경우, 광(2)의 편광방향을 약 90°변경하는 한편 광(2)을 액정소자(10)를 통해 투과하는 치랄스멕틱액정물질 특히 반강유전성 또는 강유전성액정물질을 사용하는 그러한 액정소자(10)를 사용한다.
그러한 액정소자(10)는 예를들어 하기 방식으로 얻을 수 있다.
우선, 제6도에 나타낸 바와 같은 하나의 액정셀(11)로 구성되며, 그 액정셀(11)내에 치랄스멕틱액정물질층(11d)로서 반강유전성액정물질층을 내장하는 액정소자(10)에 관해 후술한다.
제9b도에서 소정전압으로서 나타낸 +V0(온) 볼트이하의 전압이 투명전극들(11d)간에 인가되면 투명전극들(11d)간에 인가한 전압이 0~V0(오프) 볼트의 범위내에 있는 경우에 비해 액정셀(11)내의 반강유전성액정물질층을 형성하는 액정분자들이 스멕틱액정물질층의 평면에 대해 직각으로 액정분자의 경사각(θ)(이후 틸트각 θ라 함)만큼 경사지므로 반강유전성 액정물질층(11d)이 편광특성을 변경시킨다. 결과적으로, 네마틱액정물질을 사용하는 경우와 달리 입사광은 타원편광, 원편광 및 직선편광등으로 편광상태를 여러 가지로 변화시키면서 액정셀을 투과한다.
반강유전성액정물질층(11d)을 갖는 액정셀을 통해 투광된 광의 편광상태를 이론적으로 분석한 결과 액정셀(11)을 통해 투과된 광은 직선편광되고, 편광방향은 입사광의 방향에 직각이고, 치랄스멕틱액정이 동시에 하기 2식(2)와 (3)을 만족시킬 때 편광면이 90°회전한다.
상기 식에서 ne는 이상 광선에 대한 치랄스멕틱액정물질층(반강유전성액정물질층 포함)의 굴절률이고, no는 정상광성에 대한 상기 동일층의 굴절률이고, ng는 유리기판의 굴절률이고, d는 치랄스멕틱액정물질층(반강유전성액정물질층 포함)의 두께이고, Ω는 상술한 반강유전성층을 함유하는 액정셀에 전압이 인가될 때 틸트각(θ)와 동일한 각으로서 액정셀에 전압을 인가하여 얻은 액정분자의 경사각을 나타내며, λ는 액정셀에 입사되는 광파장이다.
광통신기술분야에서는 최근에 0.8㎛이상, 특히 1.31㎛ 또는 1.55㎛의 파장을 갖는 광을 방출하는 레이저 다이오드 또는 반도체 레어저가 광원으로서 사용되었다.
본 발명의 액정광변조소자(1)에 의해 0.8㎛ 이하의 파장을 갖는 입사광의 편광방향을 약 90℃ 만큼 변경시키기 위해 반강유전성액정물질층(11d)의 두께가 상기식(2)에서 3~9㎛의 범위내가 좋으며, 틸트각(θ)은 상기식(3)으로부터 유도된 하기식(4)을 만족시키는 것이 좋다.
실체상 표시기술 분야에서는 가시광(0.4~0.7㎛)을 광변조하는 것이 필요하다. 본 발명의 액정광변조소자(1)에 의해 0.4~0.7㎛의 파장을 갖는 광을 변조할 때, 반강유전성액정물질층(11d)의 두께로 상술한 식(2)에서 1.5~4㎛의 범위내가 좋다.
액정소자(10)를 제5도에 나타낸 액정소자(10)에서와 같이 복수의 액정셀들(11)로 구성하는 경우 또는 제7도에 나타낸 액정소자(10)에서와 같이 복수의 반강유전성액정물질층(11d)을 갖는 하나의 액정셀(11)로 구성하는 경우, 반강유전성액정물질층(11d) 각각의 두께는 액정소자(10)내에 함유된 복수의 반강유전성액정물질층(11d)의 전체 두께가 상기식(2)으로부터 얻은 값이 되도록 적당히 조정하는 것이 좋다.
그다음 제9b도에 소정전압으로 나타낸 임계양전압 +V0(온)볼트 이상의 전압, 즉 +V 볼트를 투명전극들(11d)간에 인가한 다음 -V0(온)볼트 이하의 전압, 즉 -V 볼트를 투명전극들(11d)간에 입력하여 액정소자(10)를 통과하는 광(2)의 편광방향을 약 90° 변경한다.
투명전극들(11d)간에 인가된 전압이 0~+V0(온)볼트 이하로부터 +V 볼트로 변동되면 액정소자(11)내의 반강유전성액정물질층(11d)을 구성하는 액정분자들이 틸트각(θ)까지 경사진다. 그러므로 투명전극들(11d)간에 인가된 전압이 +V에서 -V로 변경되면 액정분자의 장축방향의 경사각(Ω)이 2θ만큼 변경된다.
따라서 액정소자(10)를 통과하는 광(2)의 편광방향으로 90° 변경시키는데 필요한 틸트각(θ)은 상기식(4)으로 나타낸 값의 절반이 되므로 틸트각(θ)은 하기식(5)으로 나타낼 수 있다.
반강유전성액정물질층(11d)은 상술한 경우에서와 같이 식(2)으로 나타낸 두께를 갖는다.
따라서 액정소자(10)를 통과하는 광(2)의 편광방향을 약 90°변경하는 경우에 전술한 두께가 좋다. 즉, 0.8㎛ 이상의 파장을 갖는 광을 본 발명이 액정광변조소자(1)에 의해 변조할 경우 반강유전성액정물질층(11d)의 두께는 3~9㎛의 범위내가 좋으며, 0.4~0.7㎛의 파장을 갖는 광을 본 발명의 액정광변조소자(1)에 의해 변조할 경우, 반강유전성액정물질층(11d)의 두께는 1.5~4㎛의 범위내가 좋다.
액정을 통해 투과되는 광의 편광면을 90°회전시키기 위한 조건인 상기식(2)와 (3)을 상기 액정이 만족하도록 반강유전성액정물질층(11d)의 두께를 설정하고, 또한 상술한 바와 같이 상기식(4) 또는 (5)에 의해 주어진 틸트각을 갖는 반강유전성액정을 사용함으로써 작은 누설치를 갖는 액정광변조소자는 반강유전성액정의 신속한 응답을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 강유전성액정물질을 사용하는 액정변조소자를 반강유전성액정광변조소자와 동일한 방식으로 제조할 수 있다.
강유전성액정물질은 예를들어 일특공소 63-22287에 상세히 기재되어 있다. 제10a 및 10b도에 나타낸 바와같이 강유전성액정에서는 각각의 스멕틱액정분자층내의 자발분극 방향이 서로 동일하다. 즉, 액정물질이 강유전상태에 있다.
전압이 인가되면 인가된 전계(E)와 자발분극간에 강한 상호작용을 유발하게 되므로, 자발분극을 고속으로 전계 방향으로 배향되며, 이 상태는 전계인가 정지후에도 계속 유지된다. 따라서 강유전성액정을 인가된 전계의 방향에 따라 2안정상태를 갖는다.
반강유전성액정과 마찬가지로 강유전성액정은 입사광의 편광면을 90°회전시키는 기능을 갖고 있다.
지금까지 배향제어막은 액정에 인가된 전압이 오프되면 액정광축의 방향(1 안정상태에서 분자의 주축방향)이 입사광의 편광방향과 평행해지도록 하여 그에 의해 강유전성액정이 배향되게 하는 전술한 방법으로 형성된다. 그렇게 배향된 강유전성액정에 전압이 인가되지 않으면 입사광은 편광상태에 아무런 변동없이 액정셀을 통해 투과된다. 한편 적당한 극성전압이 인가되면, 액정분자는 2θ만큼 경사진다. 따라서 입사광은 그의 편광상태를 예를들어 타원편광, 원편광 및 직선편광으로 변화시키면서 액정셀(11)을 통해 투과한다.
액정셀내에 투과된 광의 편광상태에 관해 강유전성액정을 참조하여 이하에 상세히 설명한다.
액정셀을 통해 투과된 광이 직선편광이 되고, 편광방향이 입사광의 방향에 직각이고, 편광면이 90°회전되는 조건은 강유전성액정이 상기식(2)와 (5)을 동시에 만족할 때 달성된다.
본 발명의 액정광변조소자(1)에서는 필요할 경우 액정소자(10)의 광입사측과 출사측중 적어도 한쪽에 편광제어수단(30)을 임의로 배치할 수도 있다.
광입사측 편광제어수단(30)으로부터 액정소자(10)에 입사되는 광을 직선편광으로 변경하는 편광제어수단, 예를들어 편광빔스플리터와 직선편광판을 사용할 수 있다. 편광빔스플리터는 광로를 따라 소정의 편광방향을 갖는 편광된 입사광을 방출하고, 또한 상기 편광된 입사광과 직각으로 만나는 편광방향을 갖는 편광된 입사광을 광로의 직각 방향으로 방출하는 편광제어수단이다.
광출사측 편광제어수단(30)으로서 액정광변조소자(1)의 사용목적에 따라 다음과 같은 편광제어수단을 사용할 수 있다.
(a) 액정소자(10)로 부터 방출된 편광의 편광방향이 약 90°변동되는지 여부에 따라 출사광로를 예를들어 액정소자의 입사광로와 동일한 방향의 광로 또는 액정소자의 입사광로의 직각방향이 광로로 변경하는 편광제어수단, 예 편광빔스플리터.
(b) 액정소자(10)로 부터 방출된 편광의 편광방향이 약 90°변동되는지 여부에 따라 하나의 편광을 차단하고, 다른 하나의 편광을 투과하는 편광제어수단, 예 직선편광판.
(c) 액정소자(10)로 부터 방출된 편광의 편광방향이 약 90° 변동되는지 여부에 따라 하나의 편광을 우측선회의 원편광으로 변경하고, 또한 다른 하나의 편광을 좌측선회의 원편광으로 변경해주는 편광제어수단, 예 1/4파편광판, 만일 1/4파 편광판을 사용하여 액정광변조소자(1)로 부터 우측선회 또는 좌측선회 원편광을 선택적으로 출력할 경우, 1/4파편광판은 광축이 액정소자의 광진행방향을 나타내는 축주위에서 +45° 또는 -45° 회전되도록 세트된다(제13도에서 편의상 광축은 액정소자의 편광면에 대해 45° 경사져 보임).
본 발명에서는 광로상에 투과되는 광신호의 고속광로변경 또는 고속온/오프 동작을 시계를 좁히지 않고, 상술한 편광제어수단을 단독 또는 조합하여 사용하여 행한다.
예를들어 제16a 및 16b도에 나타낸 종래의 액정광스위칭소자(1')의 네마틱액정소자(10')를 제11a 및 제11b도에 나타낸 바와 같이 치랄스멕틱액정물질 구체적으로 반강유전성 또는 강유전성액정물질을 사용하는 액정광변조소자(1)로 치환되면 누설치가 네마틱액정광스위칭소자(1')에 비해 작아지며, 네마틱액정광스위칭소자(1')에서와 동일한 광로변경을 1msec 이하의 고속으로 행할 수 있다.
제11a 및 11b도에 나타낸 액정광변조소자(1)는 제4도에 보인 본 발명이 액정광변조소자의 제4실시예의 일예이다.
제12a 및 12b도에서는 편광방향들이 직각으로 만나도록 액정소자(10)의 광입사측과 출사측에 직선편광판들(32)을 배치함으로써 제12a도에 나타낸 바와 같이 액정소자(10)에 전압신호가 입력될 경우 수평편광(·)을 출력하고, 또한 제12b도에 나타낸 바와 같이 액정소자(10)에 전압신호가 입력되지 않을 경우 광을 출력하지 않는 것이 가능해진다.
제12a도에 나타낸 바와같이 수평편광(·)과 수직편광↕)을 함유하는 광(2)은 액정소자(10)의 광입사측의 직선편광판(32)에 의해 수직편광(↕)만으로 변경된 다음 이 수직편광(↕)은 액정소자(10)을 통해 투과될 때 수평편광(·)으로 변경되며, 또한 이 수평편광(·)은 출사측 직선 편광판(32)을 통해 출력된다.
제12b도에 나타낸 바와같이 수직편광(↕)은 제12a도에서와 같이 액정소자(10)상에 입사되며, 이 수직편광(↕)은 수평편광(·)으로 변경된이 없이 액정소자(10)를 통해 투과되며 또한 수직편광(↕)은 출사측직선편광판(32)에 의해 차단된다.
플리커(flicker)없는 실체상은 하기 방식으로 관측될 수 있다. 입사측직선편광판(32), 액정소자(10) 및 전압신호입력수단(20)을 사용하여 제2도에 나타낸 액정광변조소자(1)를 구성하고, 액정광변조소자(1)를 표시화면앞에 배치하므로써 관측자가 액정소자(10)를 통해 표시화면을 볼 수 있고, 우측 및 좌측 눈에 의해 관측된 화상이 시분할로 교대로 표시화면상에 표시되고, 광변조소자(1)의 개/폐(온/오프) 동작이 그 화상과 동기하여 실행되도록 하고, 또한 편광방향이 입사측직선 편광판의 편광방향과 직각에서 만나는 렌즈를 관측자의 우측눈에 설치하고, 편광방향이 입사측직선편광판의 편광방향과 직각에서 만나는 렌즈를 관측자의 좌측눈에 설치함으로써, 표시화상을 상술한 방식으로 관측할 경우, 관측자는 플리커 없는 실체상을 관측할 수 있다.
상술한 액정광변조소자(10는 제2도에 나타낸 본 발명의 액정광변조소자의 제2실시예의 일예이다.
제13a 및 13b도에 나타낸 바와 같이 직선 편광판(32)은 액정소자(10)의 광입사측에 배치하고, 1/4파 편광판(33)은 광축이 액정소자의 광진행방향을 나타내는 축 주위로 +45° 또는 -45° 회전되도록 액정소자(10)의 출사측에 배치한다.
이러한 배치에서 액정소자(10)에 전압신호가 입력되지 않으면 좌측 선회편광이 출력될 수 있고, 또한 전압신호가 입력되면 우측선회편광이 출력될 수 있다.
제13a도에 나타낸 바와 같이 액정소자(10)로부터 방출된 수평편광(·)은 1/4파 편광판(33)을 통해 좌측선회 편광으로서 출력된다.
제13b도에 나타낸 바와같이 액정소자(10)로부터 방출된 수직편광(↕)은 1/4파 편광판(33)을 통해 우측선회 편광으로서 출력된다.
플리커 없는 실체상은 다음과 같은 방식으로 관측될 수 있다. 입사측 직선편광판(32), 액정소자(10), 전압신호 입력수단(20) 및 1/4파편광판(33)을 사용하여 제2도에 나타낸 액정광변조소자(1)을 구성하고, 그렇게 구성된 액정광변조소자(1)을 표시화면 정면에 배치함으로써 관측자가 액정소자(10)를 통해 표시화면을 볼 수 있고, 우측 및 좌측눈에 의해 관측된 화상이 시분할로 교대로 표시화면상에 표시되고, 광변조소자(1)의 개/폐(온/오프) 동작이 화상과 동기하여 실행되도록 하고, 또한 관측자의 우측눈에 좌측선회편광만을 투과시키는 원편광필터를 설치하고, 또한 좌측눈에 우측선회편광만을 투과시키는 원편광필터를 설치함으로써, 실체상 표시소자상에 표시되는 화상을 상술한 방식으로 관측할 경우, 관측자는 플리커 없는 실체상을 관측할 수 있다.
제13a 및 13b도에 나타낸 액정광스위칭소자(1)는 제3도에 나타낸 본 발명의 액정광변조소자의 제3실시예의 다른예이다.
제13a 및 13b도에서 광입사측직선편광판(32)을 광원의 출력위치에 배치하고, 또한 액정소자(10), 전압신호입력수단(20) 및 1/4파편광판(33)으로 액정광변조소자(1)를 구성하면, 이 액정광스위칭소자(1)는 제3도에 나타낸 본 발명의 액정광변조소자의 제3실시예의 일예이다.
다른 방법으로 제13a, 13b도에 나타낸 액정광변조소자(1)대신에 직선광편광판(32)이 광원의 방출부를 구비할 경우, 실체상 관측용 액정광변조소자는 액정소자(10)와 광편광제어수단(20)으로 구성될 수 있다.
플리커 없는 실체상은 하기 방식으로 관측할 수 있다.
액정광변조소자(1)를 표시화면 정면에 배치함으로써 관측자가 액정소자(10)를 통해 표시화면을 볼 수 있고, 우측 및 좌측눈에 의해 관측된 화상이 시분할로 교대로 표시화면상에 표시되고, 광변조소자(1)의 개/폐(온/오프)동작이 화상과 동기하여 실행되도록 하고, 또한 편광방향이 광입사측 직선편광판이 편광방향과 직각으로 만나게 하는 렌즈를 관측자의 우측눈에 배치하고, 또한 편광방향이 광입사측 직선편광판의 편광방향과직각으로 만나게 하는 렌즈를 관측자의 좌측눈에 배치하여 줌으로써 표시화상을 상기 방식으로 관측할 때 관측자는 플리커없는 실체상을 관측할 수 있다.
제12a 및 12b도에 나타낸 상기 액정광변조소자(1)는 제1도에 나타낸 본 발명의 액정광변조소자의 제1실시예의 일예이다.
본 발명에 의한 액정광변조소자는 시계를 좁힘이 없이 광로상의 투과 광신호를 고속광로변경 및 고속 온/오프 동작 할 수 있다.
[실시예 2]
한 표면상에 형성된 투명 ITO 전극을 갖는 2유리기판을 그의 ITO측 표면상에 폴리이미드(일본합성고무사제)로 스핀코팅한 다음 180℃에서 1시간동안 열처리했다.
각 유리기판의 폴리이미드측표면을 폴리아미드섬유천으로 강하게 문지른(굴곡깊이 : 0.7mm) 다음, 2 기판을 문지르는 방향이 서로 평행하게 한 후 후술되는 최적셀두께에 상응하는 5.5㎛의 평균직경을 갖는 구형실리카(쇼꾸바이가세이 고교사제)로 된 간격부재에 의해 서로 격리시켜 접합하여 셀을 제조했다.
그후, 하기식으로 나타낸 액정화합물을 가열액체로 다음 셀속에 넣고 1℃/min의 냉각 속도로 60℃까지 서서히 냉각시켰다.
상술한 액정화합물은 제9b도에 나타낸 바와 같은 투과량과 전압곡선간의 관계를 갖고 있기 때문에 반강유전성액정인 것으로 확인되었다.
크로스니콜스(Crossed Nicols) 하에서 소광위치를 관찰했을 때, 전압을 인가한 경우 주어진 소광위치는 전압을 인가하지 않은 경우 주어진 소광위치를 기준으로 인가전압의 극성에 따라서, +45° 또는 -45°셀을 회전시킨 위치로 관축되었다. 이는 상기 액정분자이 틸트각이 약 45°임을 나타낸다.
직선편광판을 액정셀이 입사측에 배치하고 액정셀의 방향을 조정하여 셀내의 반강유전성액정물질층의 광축이 액정셀에 전압을 인가하지 않았을 때 직선편광판을 통과하는 액정셀의 입사광의 편광면에 포함되도록 조정했다. 그러나, 액정셀의 출사측에는 직선편광판가 같은 편광제어수단을 배치하지 않았다.
액정셀에 전압이 인가될 때 또는 인가되지 않을때의 액정셀로부터 방출된 광에 관해, 직선편광판이 광축방향으로 편광된 광의 강도(I1)와 직선편광판의 광축에 직각방향으로 편광된 광의 온도(I2)를 측정했다.
광원으로서, 할로겐램프를 사용했다. 광원으로부터 방출된 광을 분광기에 의해 1.0~1.5㎛의 단색광을 제공하도록 스펙트럼식으로 처리했다. 이렇게 처리된 단색광을 액정셀에 입사시켰다.
측정결과를 제14도에 나타내었다. 제14도는 I1과 I2가 나타내었다. 제14도는 I1과 I2가 파장에 의존함을 나타내며, 파장이 1.3㎛ 부근에 있을 때, I1의 값은 최소인반면 I2값은 최대이다.
위로부터 명백한 바와 같이, 액정셀을 통해 투과된 광의 편광면은 액정셀에 전압을 인가한 경우와 전압을 인가하지 않을 경우간의 비교시에 약 90°회전된다.
또한 상술한 반강유전성액정화儺물은 0.12의 복굴절이방성값을 갖고 있었다. λ가 1.31㎛일때(즉 1.31㎛의 λ를 갖는 반도체레이저 또는 다이오드레이저를 광원으로서 사용할 때) 상기식(2)에 의해 결정된 셀의 최적두께는 5.46㎛이다.
위에서와같이 제조된 하나의 액정셀을 제11a 및 11b도에 나타낸바와 같은 한쌍이 편광빔스플리터들간에 배치하여 광변조소자를 제조했다. 이 광변조소자에 반도체 레이저빔(파장 ; 1.31㎛)으로 조사했을 때, 상기식(1)에 의해 결정된 누설치는 -15dB이었다. 또한 전압을 인가했을 때 출력(A)을 얻었으며, 전압을 인가하지 않았을 때 출력(B)을 얻었다.
[실시예 2]
1.7㎛의 두께를 갖는 3개이 액정셀들을 실시예 1과 동일한 액정물질을 사용하여 1.7㎛의 평균직경을 갖는 구형실리카로된 간격부재를 사용하여 실시예 1과 동일방식으로 제조했다.
폴리아미드 섬유천으로 실시예 1 보다 약한 조건(굴곡깊아 ; 0.5mm)하에서 문질렀다.
그렇게 제조된 액정셀들을 실시예 1의 액정셀과 비교할 때 결점이 감소된 좀 더 균일한 배향을 나타낸다.
위에서와 같이 제조된 3액정셀들을 한쌍의 편광빔스플리터들간에 일련으로 배치하여 제11도에 나타낸바와 같은 액정광변조소자를 제조했다.
상기식(1)으로 주어지는 누설값을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 바 -20dB이었다. 또한 전압을 인가했을 때 출력(A)을 얻었으며, 전압을 인가하지 않았을 때 출력(B)을 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1의 광변조소자와 동일 구성을 가지며 강유전성액정물질(머크사제, ZLI3489)을 사용한 광변조소자를 제조하여 상기식(1)으로 주어지는 누설값을 측정한 바 -10dB이었다.
[실시예 4]
실시예 2의 광변조소자와 동일 구성을 가지며, 강유전성액정물질(머그사제 ZLI 3489)을 사용한 광변조소자를 제조하여 상기식(1)으로 주어지는 누설값을 측정한 바 -15dB이었다.
[실시예 5]
2.4㎛의 평균직경을 갖는 구형실리카로된 간격부재를 사용하는 것을 제외하고 실시예1의 절차를 반복하여 셀을 제조했다.
그후, 하기식으로 나타낸 반강유전성액정화합물을 가열 액체로 한다음 셀속에 넣고 1℃/min의 냉각속도로 43℃까지 서서히 냉각시켰다.
크로스니콜스(Crossed Nicols)하에서 소광위치를 관찰했을 때, 전압을 인가한 경우 주어진 소광위치는 전압을 인가하지 않은 경우 주어진 소광위치를 기준으로 인가전압의 극성에 따라서 +22.5° 또는 -22.5° 셀을 회전시킨 위치로 관측되었다. 이는 상기 액정분자의 틸트각이 약 22.5°임을 나타낸다.
직선편광판을 액정셀의 입사측에 배치하고, 액정셀의 방향을 조정하여 셀내의 반강유전성액정물질층의 광축이 액정셀에 양극성의 전압(+15V/㎛)을 인가하지 않았을 때 직선편광판을 통과하는 액정셀의 입사광의 편광면에 포함되도록 조정했다. 그러나, 액정셀이 출사측에는 직선편광판과 같은 편광제어수단을 배치하지 않았다.
액정셀에 양전압(+15V/㎛)이 인가될 때 또는 음전압(-15V/㎛)이 인가될 때의 액정셀로부터 방출된 광에 관해 직선편광판의 광축방향으로 편광된 광의 강도(I1)와 직선편강판의 광축에 직각방향으로 편광된 광의 강도(I2)을 측정했다. 광원으로서 활로겐램프를 사용했다. 광원으로부터 방출된 광을 분광기에 의해 0.4~0.7㎛의 단색광을 제공하도록 스펙트럼식으로 처리했다. 이렇게 처리된 단색광을 액정셀에 입사시켰다.
측정결과를 제15도에 나타내었다. 제15도는 I1과 I2가 파장에 의존함을 나타내며, 파장이 0.63㎛ 부근에 있을 때, I1의 값은 최소인 반면 I2값은 최대이다.
상기에서 명백한 바와같이 액정셀을 통해 투과된 광의 편광면은 액정셀에 양전압(+15V/㎛)을 인가한 경우와 음전압(-15V/㎛)을 인가한 경우간의 비교시 약 90°회전된다.
상기 액정셀의 정면에 하나의 직선편광판을 배치하고, 양전계(+15V/㎛)가 인가됐을 때 반강유전성액정물층내에 형성되는 광축이 직선편광판을 통한 액정셀의 입사광이 편광면에 포함되도록 액정셀의 방향을 조정했다.
또한 상술한 광입사측 직선편광판에 대해 크로스니콜스 방향으로 액정셀이 광출사측에 다른 직선편광판을 배치했다. 그다음 입사측의 직선편광판, 액정셀 및 출사측의 직선편광판을 나열순서로 투과된 광의 강도를 측정했다. 광원으로서 할로겐램프를 사용했으며, 분광기에 의해 광원으로부터 방출된 광을 스펙트럼식으로 처리하여 얻은 630nm의 광을 입력광으로서 사용했다.
측정결과로서 반강유전성액정물질층내에 음전계(-15V/㎛)를 인가했을 때 주어진 출사광강도(I(-)]와 반강유전성액정물질층내에 양전계(+15V/㎛)를 인가했을때 주어진 출사광 강도[I(+)]의 비[I(-)/I(+)]가 78이었다.
이 비는 콘트라스트에 해당한다. 전압극성 변동후 출사광 강도의 변동완료에 필요한 시간이 200μsec이었다.
[실시예 6]
액정셀에 양(+)전압을 인가했을 때 주어진 반강유전성액정물질층의 광축과 음(-)전압을 인가했을 때 반강유전성액정물질층의 광축간의 중심에 1/4파 편광판을 배치하도록, 출사광측직선편광판 대신 1/4파 편광판을 배치하는 것 이외에 실시예 5와 동일 방식으로 출사광강도를 측정했다.
그 결과로서 I(+)는 I(-)와 거의 동일하였다. 그다음 원편광필터를 전술한 파의 편광판의 출사측에 배치하고, 그의 출사광강도를 측정하여 비(I(-)/I(+)]를 얻은 결과 78이었다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 액정셀로 구성되는 액정소자와, 상기 액정소자와 전기적으로 접속되는 전압신호입력수단을 포함하는 액정광변조소자에 있어서, 상기 각 액정셀은 투명전극과 투명배향제어막이 상기 순서로 적층된 한쌍이 투명기판을 가지며; 상기 각 투명전극은 상기 액정소자를 상기 전압신호입력수단과 전기적으로 접속하기 위해 상기 전압신호입력수단과 전기적으로 접속되며; 상기 배향제어막은 그 사이에 치랄스멕틱액정물질층이 샌드위치되도록 서로 일정간격으로 두고 격리되며; 상기 액정소자는 상기 전압신호입력수단으로부터 소정의 전압신호가 상기 액정소자에 입력될 때, 액정소자에 의해 투과된 직선 단색광의 편광방향이 약 90°만큼 변경되도록 하며; 상기 액정소자를 형성하기 위해 액정셀내에 충전되는 치랄스멕틱액정물질층의 두께 d(㎛)(액정소자가 하나 또는 복수의 치랄스멕틱액정물질층을 가질 때 d는 그들층의 전체 두께임)가
    (여기서, ne는 액정소자에 소정의 전압신호가 입력되는 경우 주축방향으로의 치랄스멕틱액정물질층이 액정분자이 굴절률이고, no는 상기 경우에 부축방향으로의 치랄스멕틱액정물질층의 액정분자의 굴절률이며, λ(㎛)는 액정소자의 입사광 파장임)을 만족하는 것이 특징인 액정광변조소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정셀은 복수의 상기 치랄스멕틱액정물질층을 포함하는 것이 특징인 액정광변조소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 치랄스멕틱액정물질층은 반강유전성액정물질층인 것이 특징인 액정광변조소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반강유전성액정물질층은 42°~48°의 틸트각을 갖는 액정분자로부터 형성되는 것이 특징인 액정광변조소자.
  5. 제3항에 있어서, 상기 반강유전성액정물질층은 21°~24°의 틸트각을 갖는 액정분자로부터 형성되는 것이 특징인 액정광변조소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 치랄스멕틱액정물질층은 강유전성액정물질층인 것이 특징인 액정광변조소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 강유전성액정물질층은 21°~24°의 틸트각을 갖는 액정분자로부터 형성되는 것이 특징인 액정광변조소자.
  8. 제1항에 있어서, λ는 0.8㎛이상이고, d는 3~9㎛의 범위내인 것이 특징인 액정광변조소자.
  9. 제1항에 있어서, λ는 0.4~0.7㎛의 범위내이고, d는 1.5~4㎛의 범위내인 것이 특징인 액정광변조소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액정소자의 광입사측과 광출사측중 적어도 한쪽에 광편광제어수단이 배치되는 것이 특징인 액정광변조소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광편광제어수단은 상기 액정소자의 광입사측에 배치되는 직선편광판인 것이 특징인 액정광변조소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 광편광제어수단은 상기 액정소자의 광입사측과 광출사측 양측에 배치되는 편광빔스플리터인 것이 특징인 액정광변조소자.
  13. 제10항에 있어서, 상기 광편광제어수단은 상기 액정소자의 광출사측에 배치되는 1/4파 편광판인 것이 특징인 액정광변조소자.
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