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JPH0656464B2 - 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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Publication number
JPH0656464B2
JPH0656464B2 JP2266186A JP26618690A JPH0656464B2 JP H0656464 B2 JPH0656464 B2 JP H0656464B2 JP 2266186 A JP2266186 A JP 2266186A JP 26618690 A JP26618690 A JP 26618690A JP H0656464 B2 JPH0656464 B2 JP H0656464B2
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liquid crystal
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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
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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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〜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ＬＣＤ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
スティッドネマチック（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）モードで動
作する液晶表示装置は米国特許第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）するフリッカのない表示装置への応用には
適さなかった。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（バン・ドーン著「Transi
ent Behavior of Twisted Nematic Liquid Crystal Lay
er in an Electric Field」Journol De Physique Vol.
３６第Ｃ１−２６１〜２６３参照。）。従来のＴＮネマ
チック液晶表示装置にあっては、この流れが光学的バウ
ンドを生じディレクタに逆トルクを与えるので応答速度
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、高速スイッ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０
Ｖ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、両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０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が、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
の一例を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（１０
４）はその内面にインジウム錫の如き透明導電層（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）
に設け電極構体（１０２）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（１０
６）に接触し、液晶体分子の面接触ディレクタを後述す
る如く所望方向に配向処理する。電極構体（１０２）、
（１０４）は例えば互に左右にずらせて導電層（１１
０）、（１１０′）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Ｄ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・ディレクタ配向形状を示す模型図
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膜を基準にして
反時計方向を正とする（以下同じ）とき傾斜バイアス角
＋θとなるよう配向処理している。一方、電極構体（１
０４）の配向膜（１１２′）は面接触ディレクタ（１１
８）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）、（１１
８）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｜θ｜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（ＳｉＯ）を使用する。このＳｉＯを蒸
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｜θ｜を１０゜乃至３
０゜、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
Ｉを電極構体（１０２）、（１０４）の導電層（１１
０）、（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Ｖ１は駆動器（２６）の出力において生じる第１ス
イッチング状態であって、電極構体（１０２）、（１０
４）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（１２
１）に沿って略一列縦隊に整列する。この方向は、電極
構体の配向膜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（１１
６）及び（１１８）は実質的に同じ傾斜バイアス角｜θ
｜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Ｄに示す。
第１図Ｂは信号Ｖ１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Ｖ１を取
り除くと駆動器（２６）の出力に第２スイッチング状態
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」状態はスイッチングする
には駆動器（２６）の出力に信号Ｖ１以下で０ボルトに
近い交流電圧Ｖ２を印加しても達成できる。信号Ｖ２の
周波数は一般に信号Ｖ１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
垂直の一列縦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（１２０ｂ）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（１２０ｄ）は矢印（１２２
ｄ）で示す反時計方向に回転して、ディレクタ（１１
８）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（１２０
ｅ）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じ回転方向
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じ
ることなく「オン」状態から「オフ」状態へ迅速にリラ
ックスできる。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
表面に沿って同じ方向（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ず、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
ｍｓ経過してもセル内に電界を再び生じさせない場合に
生じる。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じ、約数分間の期
間Ｔ２を超すと第１図Ｄに示すスプレイ状態へと進行す
る。約１ボルトの交流信号Ｖ＋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
更にスプレイ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（１００）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０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）、（１０
４）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（１２８）、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１．０ｍｓの高速であることが判か
る。この応答特性は英国プールのＢＤＨケミカルズリミ
テッド製Ｅ−４４型液晶体を３μの厚さとし、実効値＋
２０ボルトの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じる面非接触
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
じれ状態を生じるようにし、「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（１ｍｓ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Ｄ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。 図中において、（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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】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)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/493,106 US4582396A (en) 1983-05-09 1983-05-09 Field sequential color display system using optical retardation
US493106 1983-05-09

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59091715A Division JPS59208993A (ja) 1983-05-09 1984-05-08 カラ−表示装置

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