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JPH03267916A - 高速液晶可変光学リターダ - Google Patents

高速液晶可変光学リターダ

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JPH03267916A
JPH03267916A JP2266186A JP26618690A JPH03267916A JP H03267916 A JPH03267916 A JP H03267916A JP 2266186 A JP2266186 A JP 2266186A JP 26618690 A JP26618690 A JP 26618690A JP H03267916 A JPH03267916 A JP H03267916A
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surface non
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JP2266186A
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フィリップ・ジェイ・ボス
Jr Philip A Johnson
フィリップ・エイ・ジョンソン・ジュニア
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Tektronix Inc
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Publication date
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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］ 本発明は光学リターダ、特に液晶を用い、これを通過す
る光線の光学リタデーション（遅延）を電気的に変化さ
せる高速液晶可変光学リターダに関する。
［従来技術と発明が解決しようとする課題］液晶表示装
置（ＬＣＤ）は構造が簡単で且つ低消費電力で動作する
ので電気光学シャッター、文字／図形表示装置、或はカ
ラーフィルタ等として広く使用されている。これらＬＣ
Ｄは、対向して配置した２枚の絶縁支持板（少なくとも
一方は透明）の内面に電極を設けると共に配向膜を形成
し、その間に液晶（ＬＣ）体を充填封止して形成される
。この電極間に電圧を選択的に印加することにより生じ
る電界で液晶分子の状態を制御する。ツイスティッドネ
マチノク（ＴＮ）型液晶にあっては配向膜の配向方向を
９０°　（π／２ラジアン）とするのが普通である。
斯るＴＮ型液晶表示装置は電極を夫々互に直交するマト
リクス状に構成し、順次（シーケンシャル）モートで動
作する液晶表示装置は米国特許箱４．０１９，８０８号
、第４，２３９，３４９号、第４．００３，０８１号及
び第４，２９５，０９３号公報等に開示されている。し
かし、斯る従来の液晶表示装置は２枚の支持板間のすべ
ての液晶体の分子が電界により回転動作するので、ター
ンオフ時間が比較的遅い為に通常のテレビジョンの如き
数十Ｈｚのフレームレートでシーケンシャル動作（フレ
ーム順次）するフリツカのない表示装置への応用には通
さなかった。このことは、液晶分子のうち配向膜に接す
るものが、電界の変化により互に逆方向に流れる為であ
ると説明することができる（パン・トーン著’Ｔｒａｎ
ｓｉｅｎｔ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆＴｗｉｓｔｅｄ　
Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｌａ
ｙｅｒ　ｉｎ　ａｎＥｌｅｃｔｒｉｃ　ＦｉｅｌｄＪＪ
ｏｕｒｎｏｌ　Ｄｅ　Ｐｈｙｓｉｑｕｅνｏ１．３６第
Ｃ１−２６１〜２６３参照。）。従来のＴＮネマチンク
液晶表示装置にあっては、この流れか光学的バウンドを
生しディレクタに逆トルクヲ与よるので応答速度が遅く
なる。
したがって、本発明の目的は、斯る液晶装置を用い、そ
れを通過する光線の光学リタデーションを電気的に制御
する、高速スインチング動作の可能な高速液晶可変光学
リターダを提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］本発明の高速液
晶可変光学リターダは、内面に導電層と配向膜を有する
１対の電極構体間に液晶体を充填封止し、両配向膜に接
触する面接触ディレクタが互いに平行且つ配向膜に対し
て鋭い角度で逆回転方向に傾斜するように配向処理して
いる。
導電層に印加する交流電圧をＯＶ近くにすると、１対の
電極構体の中央部の面非接触ディレクタは、画電極構体
間に略垂直な状態を維持し、この中央部の面非接触ディ
レクタの両側の面非接触ディレクタは、逆回転方向に回
転し、各側において面非接触ディレクタの傾斜角度は、
面接触ディレクタの傾斜角度に近づくように配列される
。この面非接触ディレクタの回転により、面非接触ディ
レクタの配向膜への投影成分が変化して、この光学リタ
ーダを通過する光線の光学リタデーションを実質的にＯ
から例えば半波長まで変化させることができる。この際
、中央部の面非接触ディレクタは電極構体に垂直な状態
を維持し、この中央部の面非接触ディレクタの両側の面
非接触ディレクタか、逆回転方向に回転するので、面非
接触ディレクタに光学的バウンドを生じたり逆トルクを
与えないで、応答が極めて迅速である。
［実施例］ 以下、添付図を参照して本発明の高速液晶可変光学リタ
ーダの一実施例を説明する。高速液晶可変光学リターダ
の一例の簡単な模型断面図を第２図に示す。高速液晶可
変光学リターダ（１００）は略平行に対向して配した１
対の電極構体（１０２）、（１０４）間に充填した液晶
体（１０６）を含む。
各電極構体（１０２）又は（１０４）ははその内面にイ
ンジウム錫の如き透明導電Ｎ（電極）（１１０）を有す
誘電体ガラス基板（１０８）より成る。ディレクタ配向
膜（１１２）を導電層（１１０）に設は電極構体（１０
２）と液晶体（１０６）間の境界をなす。この配向膜（
１１２）の表面は液晶体（１０６）に接触し、液晶仕分
子の面接触ディレクタを後述する如く所望方向シこ配向
処理する。電極構体（１０２）、（１０４）は例えば互
に左右にずらせて導電層（１１０）、（１１０１に夫々
電極駆動端子（１１３）を接続する。また、電極構体間
はガラスファイバ等のスペーサ（１１４）により略一定
間隔に維持する。
次に、第１図Ａ乃至りは、本発明による高速液晶可変光
学リターダの配向膜の配向方向及び各動作状態下での液
晶分子のネマチック・ディレクタ配同形状を示す模型図
である。
電極構体（１０２）の配向膜（１１２）は、面接触ディ
レクタ（１１６）が互に平行で且つ配向面を基準にして
反時計方向を正とする（以下同し）とキ（ＩＱ　斜バイ
アス角＋θとなるよう配向処理している。一方、電極構
体（１０４）の配向膜（１１２’）は面接触ディレクタ
（１１Ｂ）が互に平行で且つ傾斜バイアス角−θとなる
よう配向処理をする。
よって、ディレクタ配向層（１１２）、（１１２′）の
面接触ディレクタ（１１６）、（１１８）は夫々互に逆
方向に傾斜バイアスされることに注目されたい。
面接触ディレクタを希望する配向にする第１の方法は、
ポリイミドを配向膜（１１２）、（１１２’）の材料と
して用い、夫々電極構体（１０２）、（１０４）の内面
に被着形成することである。次に、この配向膜を摩擦し
て傾斜バイアス角１θを２°乃至５°の範囲とするのが
好適である。面接触ディレクタの配向を行なう第２の方
法は、夫々配向膜（１１２）、（１１２′）の材料とし
て一酸化硅素（Ｓｉｎ）を使用する。このＳｉＯを１発
させて電極構体面から測定して好ましくは５゜の角度で
蒸着させて、その量を調整して１θｉを１０”乃至３０
°、好ましくは１５°乃至２５゜の傾斜バイアスとする
。
所望方向に液晶分子を配向する為に一酸化硅素又はその
他の配向材料を被着する方法は例えば米国特許第４，１
６５，９２３号公報等に開示されており、当業者には周
知であるので、これ以上の説明は省略する。
第１図Ａは約２ｋＨｚ、実効値２０ボルトの交流信号Ｖ
ｌを電極構体（１０２）、（１０４）の導電層（１１０
）、（１１０′）に印加した場合の面非接触ディレクタ
（１２０）の方向を図示する。導電層（１１０’）の信
号■１は駆動器（２６）の出力において生じる第１スイ
ツチング状態であって、電極構体（１０２）、（１０４
）間の液晶体（１０６）中に交流電界Ｅを発生してセル
をオンとし、正異方値を有する液晶体（１０６）の面非
接触ディレクタ（１２０）の多くは電束方向（１２１）
に沿って略−列縦隊に整列する。この方向は、電極構体
の配向面に対して法線方向である。よって、液晶セル（
１００）が「オン」状態に刺激されると、面非接触ディ
レクタ（１２０）はセル面に垂直に配列する。セルの２
つのトポロジー状態中、面接触ディレクタ（１１６）及
び（１１８）は実質的に同し傾斜バイアス角ｌθを維持
し続けることに注目されたい。尚、第１状態を第１図中
Ａ乃至Ｃに示し、第２状態を第１図りに示す。
第１図Ｂは信号■１を取り除いた直後の面非接触ディレ
クタ（１２０）の方向を示し、面非接触ディレクタの配
向はセル内の電極構体（１０２）及び（１０４）間に生
じる電界には影響されないが、液晶分子間の弾性力によ
り影響を受けて「オン」状態の一列縦隊配列から面非接
触ディレクタのリラックスを生じさせる。信号■１を取
り除くと駆動器（２６）の出力に第２スイツチング状態
が生じ、第１図Ｂのディレクタ方向がセルの「オフ」状
態に対応する。
液晶セル（１００）を「オフ」状態にスイッチングする
には駆動器（２６）の出力に信号■ｌ以下で０ボルトに
近い交流電圧■２を印加しても達成できる。信号■２の
周波数は一般に信号■１のそれと同じである。
液晶セル（１００）の「オン」から「オフ」状態への転
移中、面非接触ディレクタ（１２０）は電極構体表面に
垂直の一列紺隊から退却して隣接したディレクタ同士が
略平行関係になろうとする。
よって、面非接触ディレクタ（１２０ａ）及び（１２０
ｂ）は矢印（１２２ａ）で示す方向に時計方向に回転し
、ディレクタ（１１６）及び（１２０ａ）が平行に近い
関係になり、面非接触ディレクタ（１２０ｃ）及び（１
２０ｄ）は矢印（１２２ｂ）で示す反時計方向に回転し
て、ディレクタ（１１Ｂ）と（１２０ｃ）が平行に近い
関係になる。よって、セル（１００）が「オフ」状態に
リラックスすると、面非接触ディレクタの多くは夫々配
列してディレクタ成分をセル表面に投影する。しかし、
面非接触成分（１２０ｅ）はセル面に略垂直な状態にと
どまる。
液晶セル（１００）の表面ジェオメトリは従来の液晶セ
ルとは異なる点に注意されたい。即ち、従来セルでは傾
斜バイアス角は電極構体の内面から測って同し回転方向
である。この液晶セル（１００）の面接触ディレクタ形
状により、面非接触ディレクタを光学的バウンドを生し
ることなく「オン」状態から「オフ」状態へ迅速にリラ
・ノクスできる。この迅速且つ光学的バウンドを生じな
いリラクセーションは液晶体の流れがセルの配向処理し
た表面に沿って同し方向（１２４）である為だと現段階
では考えられている。この単方向の流れは上述した従来
例セルにあっては生じ得す、配向処理した面に沿って互
に逆方向に流れる。このセル（１００）内での液晶体の
単方向流動による効果として、リラックスしているセル
内の流れにより中間位置の面非接触ディレクタ（１２０
ｅ）には何ら逆トルクが生じない点にある。その結果、
バウンドのない迅速な電子光学スイッチングが実現でき
る。
第１図Ｃは第１図Ｂの「オフ」状態から液晶セル（１０
０）を更にリラックスさせた期間Ｔ１のディレクタの方
向を示す。この状態は一般に電界を取り除いた後約５０
ｍ５経過してもセル内Ｓこ電界を再び生しさせない場合
に生しる。第１図Ｃに示すセル内のディレクタ形状は、
面非接触ディレクタ（１２０）が面形状を放棄して、い
わゆるπラジアンねじれ又はら旋形状をとることを特徴
とする。更にリラックスすると、πラジアンねじれ形状
のセルはディスクリネーション運動を生し、約数分間の
期間Ｔ２を超すと第１図りに示すスプレィ状態へと進行
する。約１ボルトの交流信号■りを周期的にセルに印加
すると、面非接触ディレクタがπラジアンねじれ状態か
ら更にスプレィ状態へ進行しないことに注目されたい。
液晶セル（１００）を０乃至半波可変リターダとして動
作する方法は、ディスクリネーションのない面非接触デ
ィレクタを第１図Ａに示す電界整列即ち「オン」状態か
ら第１図Ｂに示す面即ち「オフ」状態にすることである
。液晶セル（］　００）は、光学軸が面非接触ディレク
タ（１２０）の整列方向に対応するＯ乃至半波可変リタ
ーダとして動作される。
電極構体（１０２）、（１０４）の面に法線方向（１２
６）に進行する線形偏光光線は液晶セルが「オン」状態
のとき面非接触ディレクタ（１２０）の方向と一致する
。ディレクタ（１２０）が「オン」状態になると、ディ
レクタのセルの電極構体表面への投影は無視し得る。こ
の状態下では、液晶セル（１００）は方向（１２６）に
進行する入射光線に対し光学リタデーションをかなり減
少する。線形偏光光線が電極構体（１０２）、（１０４
）の面に法線方向（１２６）に進行すると、液晶セル（
１００）が「オフ」状態であれば面非接触ディレクタの
整列方向と不一致である。ディレクタ（１２０）がこの
「オフ」状態にあると、セルの電極構体面への投影成分
は多くなる。この状態下では液晶セル（１００）は略法
線方向の入射光線に対して実効複屈折を有する。面非接
触ディレクタ（１２０）の方向はΔｎｄ／λ−１／２の
数式を満足する波長の光に対して実質的に半波光学リタ
デーションを生じる。ここで、ｄは液晶体（１０６）の
層厚（１２Ｂ）、Δｎはセルの実効複屈折、λは光の波
長である。
次に、第３図は本発明による高速液晶可変光学リターダ
の光学特性曲線を示す。液晶セルの「オン」と「オフ」
間の移転時間は約］、　、　Ｏｍ　Ｓの高速であること
が判かる。この応答特性は英国プルのＢ　Ｄ　Ｈケミカ
ルズリミテット製Ｅ−４４型液晶体を３μの厚さとし、
実効値＋２０ホル［・の２ｋＨｚの駆動パルスで駆動し
た場合に得た実測値である。この高速光応答特性は液晶
セルの「オン」から「オフ」状態への転移期間中に生し
る面非接触ディレクタの再配列中に液晶体流動を単方向
とすることにより光学的バウンドを軽減するためである
と説明できる。
［発明の効果］ 本発明の高速液晶可変光学リターダによると、１対の電
極構体内面の配向膜の配向方向を内表面を基準として互
に逆方向とすることにより液晶分子に略πラジアンのね
じれ状態を生しるようにし、「オン」から「オフ」へ動
作させたとき、面非接触ディレクタのうち略中央部の面
非接触ディレクタは電極構体に垂直な状態に維持し、且
つ中央部の両側の面接触ディレクタは互いに逆回転方向
に回転することにより、液晶体の流れは単方向となり光
学的バウンドが軽減されるので、従来の高速液晶可変光
学リターダに比して極めて高速（Ｉｍｓ程度）となる。
従って、フレーム順次方式のカラー表示装置等に適用し
、例えば白黒用陰極線管と共に使用して超高解像度のカ
ラー表示装置が実現できる等の実用上極めて顕著な効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図Ａ乃至りは本発明による高速液晶可変光学リター
ダの各動作状態におけるディレクタの運動を模型的に示
す動作状態図、第２図は本発明による高速液晶可変光学
リターダの概略構成図、第３図は本発明による高速液晶
可変光学リターダの光学応答特性図を示す。 回申において、（１０２）、（１０４）は電極構体、（
１０６）は液晶体、（１１０）は導電層、（１１２）は
配向膜、（１１６）、（１１８）は面接触ディレクタ、
（１２０）は面非接触ディレクタを示す。 第２図 第３図 １１９−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 夫々内面に透明の導電層及び配向膜を有し、相互に略一
    定間隔で対向させた１対の電極構体と、該電極構体間に
    充填したネマチック型液晶体とを具え、 配向膜に接触する上記液晶体の面接触ディレクタは一様
    に配置され、上記各配向膜面への投影が互いに平行であ
    り、且つ上記各配向膜の表面から夫々鋭い角度で逆回転
    方向に傾斜するように配向処理され、上記電極構体の上
    記導電層間に第１制御電圧を印加すると、上記配向膜に
    接触しない面非接触ディレクタが上記電極構体の内面に
    対し略垂直な状態に配列され、続いて上記導電層間に第
    ２制御電圧を印加すると、上記１対の電極構体の中央部
    の上記面非接触ディレクタは上記電極構体に略直角な状
    態を維持し、上記中央部の面非接触ディレクタの両側の
    上記面非接触ディレクタは逆回転方向に回転し、各側に
    おいて上記面非接触ディレクタの傾斜角度は、上記面接
    触ディレクタの傾斜角度に近づくように配列されること
    を特徴とする高速液晶可変光学リターダ。
JP2266186A 1983-05-09 1990-10-03 高速液晶可変光学リターダ Expired - Lifetime JPH0656464B2 (ja)

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