JPH0585886B2 - - Google Patents
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- JPH0585886B2 JPH0585886B2 JP58060826A JP6082683A JPH0585886B2 JP H0585886 B2 JPH0585886 B2 JP H0585886B2 JP 58060826 A JP58060826 A JP 58060826A JP 6082683 A JP6082683 A JP 6082683A JP H0585886 B2 JPH0585886 B2 JP H0585886B2
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
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Description
〔発明の利用分野〕
本発明は光学装置に係り、特に表示装置や光ス
イツチとして好適で応答性に優れた光学装置に関
する。 〔発明の背景〕 応答性に優れた光学装置として強誘電性液晶素
子のような光機能材を用いた装置が近年注目され
ている。この液晶は従来液晶に比べて２桁以上の
高速応答を示し、表示素子に溜らない多くの応用
が期待できる。しかし、このような光学装置を交
流駆動させるような報告はまだ無い。その理由は
この種の光機能材に特有の透過光（または反射
光）強度変化にあり、光機能材に印加する外場の
極性の反転に伴つて光学素子から出る光の強度が
異なるからである。例えば、交流矩形波を印加し
たとすると透過光（反射光）強度は、正極パルス
印加時には大きく（または小さく）なり、負極パ
ルス印加時はその逆に小さく（または大きく）な
るため、結局平均化されてしまう。電圧印加時の
透過光（反射光）強度は、従つて電圧無印加時の
透過光（反射光）強度とほとんど区別できなくな
つてしまうのである。 例えば特開昭56−107216号公報は強誘電性液晶
を用いた光学装置を開示しているが、このように
強誘電性液晶素子を直流で駆動することは望まし
くない。一般に、直流電界によつて液晶層中のイ
オンが流れて電気化学的反応が生じ、液晶が変質
する恐れがあり、また理由は明らかではないが液
晶分子を配列させる配向制御膜が損傷する可能性
も高いからである。経験上、直流動作に基づく液
晶素子では、実用に適した信頼性を確認すること
はできない。 以上の理由により強誘電性液晶のように本質的
に直流で駆動する光機能材料を用いた実用的な光
学装置を開発する上で交流駆動化が望まれてい
た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、応答性に優れ、高コントラス
トの得られる交流駆動可能な光学装置を提供する
にある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は対向面に電極を有する一対の基
板間に強誘電性液晶を狭持してなる光学素子を交
流駆動させ、透過光あるいは反射光の強度を変調
する点にある。 （光学素子の基本構造） 本発明の光学装置は２つの光学素子より構成さ
れ、その第１の光学素子は対向面に電極を有する
一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した構造であ
る。強誘電性液晶は電極基板間に直接的に挟持さ
れなくとも、例えば下地膜、絶縁膜、配向制御
膜、プロトン供与体層等によつて間接的に挟持し
てかまわない。基板の少なくとも一方は透明であ
るが、光を透過し得る程度のものであれば特に限
定されない。本発明は反射型であつても透過型で
あつても差し支えない。光学素子は後記実施例の
如く第２の光学素子とを組み合わせた複層式構造
（つまり電極基板が３層以上重層された構造）で
あつても良い。また基板周辺のシール機構は基板
同士を直接的に接合しても、或いは有機系接着剤
やガラスフリツトなどの接着剤によつて間接的に
接合しても良い。基板自体の材質はガラス、プラ
スチツク等適宜選択可能である。表示コントラス
トを得るために基板の外側（両側）に偏光子を付
設されている、あるいは、液晶自体に２色性を持
たせ、偏光子を片側のみに配列した構成とする。
更に基板自体に偏光板機能を持たせたりすること
も本発明の適用範囲である。 （交流駆動） 本発明における“交流”は次のように定義され
る。すなわち、第１の光学素子に印加する電圧波
形はある定まつた周期で変化する。１周期内の電
圧平均値が零となる、つまり直流電流が零となる
波形であるとき、ここでは“交流”と定義する。 例えば電圧波形として、１周期が正、負各１矩
形パルスより構成され、第１のパルス電圧と第２
のパルスとがパルス幅、波高値共に等しい電圧波
形が考えられる。また別の例としては、同様に
正、負２パルスより１周期が構成されており、パ
ルス幅と波高値との積が互いに等しい例である。 （光強度の切り替えと第２の光学素子） 本発明の第１方式、第２方式の単なる交流駆動
波形を印加したのみではコントラストが得られな
い。そこで、明暗状態（階調された中間状態も含
む）を定めるための第２の光学素子を具備せしめ
る。 この第２の光学素子は第１の光学素子を通過す
る光の通路上に配置され、光を断続させる機能を
有する。この光の断続とパルス電圧の印加とを同
期させることが重要であり、そのための制御回路
を有する。この第２の光学素子は、機械的なチヨ
ツパであつたり、電界によつて明暗を切り替えら
れる液晶素子であつたり、あるいはその他の電気
光学材料（ポツケルス素子、カー素子等）であ
る。チヨツパを例にとると、第１の光学素子の透
過光強度が大となるパルス電圧の印加とチヨツパ
の光路開放とを同期させ、かつ、透過光強度が小
となるパルス電圧の印加と光路遮断とを同期させ
るとトータルの透過光（反射光）を明状態とでき
る。逆に透過光強度大と遮断、小と開放の組み合
せは暗状態となる。こうして、チヨツパとの同期
の取り方で明暗両状態の切り替え機能を有する。
またチヨツパをパルス電圧の印加時期と光の通過
時期とを一部重複させて同期させることにより光
学素子から出る透過光（反射光）の階調機能を実
現するような態様もある。チヨツパとしては、透
光部を有する回転体でも振動体であつても良い
し、前述したように同様の機能をもつ光学素子で
あれば良い。このようなチヨツパは特に本発明の
第１駆動方式に有効である。なお、チヨツパ位置
は素子の光源側とは限定されない。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例とその図面に従つて説明
する。以下の実施例で用いた強誘電性液晶は第１
表から選ばれたものである。
イツチとして好適で応答性に優れた光学装置に関
する。 〔発明の背景〕 応答性に優れた光学装置として強誘電性液晶素
子のような光機能材を用いた装置が近年注目され
ている。この液晶は従来液晶に比べて２桁以上の
高速応答を示し、表示素子に溜らない多くの応用
が期待できる。しかし、このような光学装置を交
流駆動させるような報告はまだ無い。その理由は
この種の光機能材に特有の透過光（または反射
光）強度変化にあり、光機能材に印加する外場の
極性の反転に伴つて光学素子から出る光の強度が
異なるからである。例えば、交流矩形波を印加し
たとすると透過光（反射光）強度は、正極パルス
印加時には大きく（または小さく）なり、負極パ
ルス印加時はその逆に小さく（または大きく）な
るため、結局平均化されてしまう。電圧印加時の
透過光（反射光）強度は、従つて電圧無印加時の
透過光（反射光）強度とほとんど区別できなくな
つてしまうのである。 例えば特開昭56−107216号公報は強誘電性液晶
を用いた光学装置を開示しているが、このように
強誘電性液晶素子を直流で駆動することは望まし
くない。一般に、直流電界によつて液晶層中のイ
オンが流れて電気化学的反応が生じ、液晶が変質
する恐れがあり、また理由は明らかではないが液
晶分子を配列させる配向制御膜が損傷する可能性
も高いからである。経験上、直流動作に基づく液
晶素子では、実用に適した信頼性を確認すること
はできない。 以上の理由により強誘電性液晶のように本質的
に直流で駆動する光機能材料を用いた実用的な光
学装置を開発する上で交流駆動化が望まれてい
た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、応答性に優れ、高コントラス
トの得られる交流駆動可能な光学装置を提供する
にある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は対向面に電極を有する一対の基
板間に強誘電性液晶を狭持してなる光学素子を交
流駆動させ、透過光あるいは反射光の強度を変調
する点にある。 （光学素子の基本構造） 本発明の光学装置は２つの光学素子より構成さ
れ、その第１の光学素子は対向面に電極を有する
一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した構造であ
る。強誘電性液晶は電極基板間に直接的に挟持さ
れなくとも、例えば下地膜、絶縁膜、配向制御
膜、プロトン供与体層等によつて間接的に挟持し
てかまわない。基板の少なくとも一方は透明であ
るが、光を透過し得る程度のものであれば特に限
定されない。本発明は反射型であつても透過型で
あつても差し支えない。光学素子は後記実施例の
如く第２の光学素子とを組み合わせた複層式構造
（つまり電極基板が３層以上重層された構造）で
あつても良い。また基板周辺のシール機構は基板
同士を直接的に接合しても、或いは有機系接着剤
やガラスフリツトなどの接着剤によつて間接的に
接合しても良い。基板自体の材質はガラス、プラ
スチツク等適宜選択可能である。表示コントラス
トを得るために基板の外側（両側）に偏光子を付
設されている、あるいは、液晶自体に２色性を持
たせ、偏光子を片側のみに配列した構成とする。
更に基板自体に偏光板機能を持たせたりすること
も本発明の適用範囲である。 （交流駆動） 本発明における“交流”は次のように定義され
る。すなわち、第１の光学素子に印加する電圧波
形はある定まつた周期で変化する。１周期内の電
圧平均値が零となる、つまり直流電流が零となる
波形であるとき、ここでは“交流”と定義する。 例えば電圧波形として、１周期が正、負各１矩
形パルスより構成され、第１のパルス電圧と第２
のパルスとがパルス幅、波高値共に等しい電圧波
形が考えられる。また別の例としては、同様に
正、負２パルスより１周期が構成されており、パ
ルス幅と波高値との積が互いに等しい例である。 （光強度の切り替えと第２の光学素子） 本発明の第１方式、第２方式の単なる交流駆動
波形を印加したのみではコントラストが得られな
い。そこで、明暗状態（階調された中間状態も含
む）を定めるための第２の光学素子を具備せしめ
る。 この第２の光学素子は第１の光学素子を通過す
る光の通路上に配置され、光を断続させる機能を
有する。この光の断続とパルス電圧の印加とを同
期させることが重要であり、そのための制御回路
を有する。この第２の光学素子は、機械的なチヨ
ツパであつたり、電界によつて明暗を切り替えら
れる液晶素子であつたり、あるいはその他の電気
光学材料（ポツケルス素子、カー素子等）であ
る。チヨツパを例にとると、第１の光学素子の透
過光強度が大となるパルス電圧の印加とチヨツパ
の光路開放とを同期させ、かつ、透過光強度が小
となるパルス電圧の印加と光路遮断とを同期させ
るとトータルの透過光（反射光）を明状態とでき
る。逆に透過光強度大と遮断、小と開放の組み合
せは暗状態となる。こうして、チヨツパとの同期
の取り方で明暗両状態の切り替え機能を有する。
またチヨツパをパルス電圧の印加時期と光の通過
時期とを一部重複させて同期させることにより光
学素子から出る透過光（反射光）の階調機能を実
現するような態様もある。チヨツパとしては、透
光部を有する回転体でも振動体であつても良い
し、前述したように同様の機能をもつ光学素子で
あれば良い。このようなチヨツパは特に本発明の
第１駆動方式に有効である。なお、チヨツパ位置
は素子の光源側とは限定されない。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例とその図面に従つて説明
する。以下の実施例で用いた強誘電性液晶は第１
表から選ばれたものである。
【表】
【表】
これ等の強誘電性液晶分子の印加電界に対する
状態を第１図に示す。 第１図ｂに示す様に、電界Ｅを印加しない場
合、強誘電性液晶分子１は、螺旋軸２に対してθ
（例えば、DOBAMBCでは、20〜25度である）
の角度を有して螺旋状に配向する。 このように配向した強誘電性液晶分子１にしき
い値電界Vc以上の電界Ｖを印加すると、第１図
ａに示す様に、強誘電性液晶分子１は、電界Ｖの
方向と垂直な平面状に螺旋軸２に対してθの角度
を有して配向する。また、第１図ａの電界Ｖの極
性を反転させると、第１図ｃに示す様に、強誘電
性液晶分子１は電界Ｖの方向と垂直な平面上に螺
旋軸２に対してθの角度を有して配向する。 この現象は非常に高速であることが特徴で、充
分な大きさの電界を印加すればμsオーダのパルス
幅を持つ電圧パルスに応答することが知られてお
り、画素数が多くなる大型デイスプレイ、光シヤ
ツタ、偏光器等への適用が期待されるが、従来、
印加電圧と光透過状態との関係が明らかにされ
ず、強誘電性液晶を具体的にどのような電圧を印
加して駆動すれば良いか明らかにされていなかつ
た。 第２図に示す様に、ガラス、プラスチツク等の
一対の基板３の対向面に厚さ500〜1000ÅのIn2
O3，SnO2、及びこれらの混合物等から成る表示
電極４を設け、更に厚さ100〜1000Åの有機樹脂
（例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ン膜）、SiO2等の配向制御膜５を必要に応じて設
け、基板３のギヤツプ（約10μm）間に、強誘電
性液晶層６を73〜93℃で挟持する。本実施例にお
いて強誘電性液晶はｐ−デシロキシペンジリデン
−p′−アミノ−２−メチルブチルシンナメート
（通称DOBAMBC）である。尚、７は強誘電性
液晶層１０を封入するための封止剤であり、８は
交流電源である。このとき、強誘電性液晶の螺旋
軸２が、各基板３に略平行になるように配向制御
膜５を形成する。更に、各基板３の各表示電極４
が設けられていない面に偏光板９１，９２を隣接
される。 このとき、第３図に示す様に偏光板９１の偏光
軸方向９１１と偏光板９２の偏光軸方向９２１と
を略直交させ、さらに一方の偏光板の偏光軸方向
を、強誘電性液晶のしきい値電界｜Vc｜以上の
電界を印加したときの強誘電性液晶分子１の配向
方向と略一致させる。第３図では、偏光板９１の
偏光軸方向９１１を、紙面の手前から紙面を貫く
方向に電界を印加したときの螺旋軸２の方向と一
致させている。尚、以後、この方向の電界を負の
符号をつけて−Ｖと表わし、更に、第２図に示す
構造の液晶素子を例にとつて説明するが、本発明
はこれに限定させるものではない。例えば、第２
図に於いて、偏光板９２の代わりに反射板を基板
３に隣接させ、強誘電性液晶層６に二色性色素を
混入したものを使用した場合にも適用できる。こ
の場合、螺旋軸２に対する強誘電性液晶分子１の
角度θは45度が最適となる。 第３図ａは−Ｖの電界を印加した場合を示して
おり、このとき紙面手前から入射した光（自然
光）は、上側偏光板９１により偏光軸方向９１１
に偏光され、強誘電性液晶分子１の長軸方向にの
み振動成分を持つ直線偏光となり、長軸方向の屈
折率ｎに従つて直線偏光のまま強誘電性液晶層
６を通過する。 その後、下側偏光板９２に入射するが、この偏
光板９２偏光軸方向９２１と偏光板１３１の偏光
軸方向３１は垂直であるから、光は遮断され、表
示素子では暗く見える。 なお、第３図ｂは＋Ｖを印加した場合を示して
おり、このとき強誘電性液晶分子１の長軸は、上
下の偏光板９１，９２の偏光軸方向９１１，９２
１のとちらとも一致しない方向を向いている。こ
の場合、上側偏光板９１により直線偏光となつた
光のうち、強誘電性液晶分子１の長軸方向の成分
は、長軸方向の屈折率ｎ、短軸方向の成分は短
軸方向の屈折率ｎ⊥に従つて強誘電性液晶層６を
透過するので、強誘電性液晶層６を出た光は、だ
円偏光となる。従つて、下側偏光板９２を透過す
る光成分を有するため、表示素子では明るく見え
る。 このようにして、＋Ｖ，−Ｖの印加により明暗の
切替ができ、表示素子、光シヤツタ、偏光素子と
して機能し得る。なお電界が印加されない場合
は、両者のほぼ中間の明るさになつている。また
本現象をここでは、強誘電性液晶の電気光学効果
と呼ぶことにする。 この電気光学効果を詳しく調べた結果、この素
子の場合第４図に示すような特性を持つことが明
らかになつた。 すなわち、強誘電性液晶に加わる印加電圧VLC
を例から上昇させると光強度（透過型素子なら透
過光強度、反射型素子なら反射光強度、以下同
じ）Ｉは増加して行き、しきい値電圧＋Vcを超
えると光強度Ｉは一定値になる。同様にして印加
電圧VLCを負の方向に増加すると、光強度Ｉは減
少し、しきい値電圧−Vcを超えると飽和する。
印加電圧がＹの場合は光強度がIYとなる。先述し
た最初の例に示したような、交流電界印加では印
加電圧はＸとＹとの間を往復することになるから
素子から出る光強度はIXとIYとが平均化されてIZ
となる。IZは印加電圧が零の場合の光強度とほぼ
等しい。従つて何の手段も講じなければ電圧印加
時と電圧無印加時とでは光強度（明るさ）が区別
できずコントラストがとれない。 第５図は本発明の第１方式の代表的な実施例を
示す。 液晶素子１０の構成は第２図の通りである。配
向制御膜５はポリイミドイソインドロキナゾリン
ジオン膜であり、電極４は酸化インジウム透明電
極である。また基板３はガラス製であり、配向制
御膜５を形成後一定方向にラビングしてある。そ
して２枚の基板３がラビング方向を反平行方向と
するように直径6μmのガラスフアイバーをスペー
サとする封止剤７を介して組み合わせられてい
る。強誘電性液晶材料はDOBAMBCであり、液
晶素子中に真空封入されている。封入後、一旦等
方性液体温度まで加熱後液晶層になるまで除冷し
（１℃／mmの速度で冷却）、一様に配列した素子を
得た。この液晶素子１０に偏光板９１，９２を貼
りつける。本実施例では偏光板としてポラロイド
HN−38を用いた。 液晶の螺旋軸を基板面に平行なある優先方位に
揃える手段としては強磁場中で等方性液体の状態
から液晶層に相転移するまで除冷する方法、機械
的な剪断を与える方法も可能であるが、実用的で
はない。有機或いは無機の薄膜を形成し、一定な
方向に布等で、ラピングする方法は実用的であ
り、ネマチツク液晶を一様に配列する手段として
広く用いられている。但し、強誘電性を示す液晶
化合物の場合、一般にネマチツク液晶の場合より
一様配列が得られにくく、ネマチツク液晶の場合
に有効な全ての膜が適用できるわけではない。し
かし、現時点でもポリイミド系の有機膜に一様配
向が得られるものが見つかつている。ラビングに
よる場合には２枚の基板のラビング方向が反平行
方向となるようにする。 液晶素子１０と光源１９との間にはチヨツパ２
０を設ける。本実施例においてはチヨツパ２０と
して透光部２１を等間隔に８ケ有する回転円板を
用いた。透光部２１の直径と透光部２１間隔とは
等距離である。チヨツパ２０の駆動はパルスモー
タ２２により行う。２３はパルスモータ２２の駆
動装置であり２４はパルス発振器である。パルス
発振器２４から発振されたクロツクパルスCP1は
駆動装置２３とフリツプフロツプ回路２５に入
る。２６は制御装置であり、クロツクパルスCP3
を発振し、フリツプフロツプ回路２５から出るク
ロツクパルスCP2と制御装置２６から出るクロツ
クパルスCP3とは排他的オアゲート１１に入る。
排他的オアゲート１１から出たクロツクパルス
CP4は液晶素子用駆動装置２７に入り、クロツク
パルスCP5として液晶素子１０に至る。CP1，
CP2，CP5の関係は第６図の通りであり、図中ａ
はCP1を、ｂはチヨツパを通過する光を、ｃは
CP2を夫々示す。またｄはCP5によるon（光透過）
状態を、ｅはCP5によるoff（光遮蔽）状態を示
す。更にCP2〜CP5と透過光との関係を次表第２
表に示す。このようにしてチヨツパ２０は光源１
９からの光を断続させて液晶素子１０に入射させ
る。
状態を第１図に示す。 第１図ｂに示す様に、電界Ｅを印加しない場
合、強誘電性液晶分子１は、螺旋軸２に対してθ
（例えば、DOBAMBCでは、20〜25度である）
の角度を有して螺旋状に配向する。 このように配向した強誘電性液晶分子１にしき
い値電界Vc以上の電界Ｖを印加すると、第１図
ａに示す様に、強誘電性液晶分子１は、電界Ｖの
方向と垂直な平面状に螺旋軸２に対してθの角度
を有して配向する。また、第１図ａの電界Ｖの極
性を反転させると、第１図ｃに示す様に、強誘電
性液晶分子１は電界Ｖの方向と垂直な平面上に螺
旋軸２に対してθの角度を有して配向する。 この現象は非常に高速であることが特徴で、充
分な大きさの電界を印加すればμsオーダのパルス
幅を持つ電圧パルスに応答することが知られてお
り、画素数が多くなる大型デイスプレイ、光シヤ
ツタ、偏光器等への適用が期待されるが、従来、
印加電圧と光透過状態との関係が明らかにされ
ず、強誘電性液晶を具体的にどのような電圧を印
加して駆動すれば良いか明らかにされていなかつ
た。 第２図に示す様に、ガラス、プラスチツク等の
一対の基板３の対向面に厚さ500〜1000ÅのIn2
O3，SnO2、及びこれらの混合物等から成る表示
電極４を設け、更に厚さ100〜1000Åの有機樹脂
（例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ン膜）、SiO2等の配向制御膜５を必要に応じて設
け、基板３のギヤツプ（約10μm）間に、強誘電
性液晶層６を73〜93℃で挟持する。本実施例にお
いて強誘電性液晶はｐ−デシロキシペンジリデン
−p′−アミノ−２−メチルブチルシンナメート
（通称DOBAMBC）である。尚、７は強誘電性
液晶層１０を封入するための封止剤であり、８は
交流電源である。このとき、強誘電性液晶の螺旋
軸２が、各基板３に略平行になるように配向制御
膜５を形成する。更に、各基板３の各表示電極４
が設けられていない面に偏光板９１，９２を隣接
される。 このとき、第３図に示す様に偏光板９１の偏光
軸方向９１１と偏光板９２の偏光軸方向９２１と
を略直交させ、さらに一方の偏光板の偏光軸方向
を、強誘電性液晶のしきい値電界｜Vc｜以上の
電界を印加したときの強誘電性液晶分子１の配向
方向と略一致させる。第３図では、偏光板９１の
偏光軸方向９１１を、紙面の手前から紙面を貫く
方向に電界を印加したときの螺旋軸２の方向と一
致させている。尚、以後、この方向の電界を負の
符号をつけて−Ｖと表わし、更に、第２図に示す
構造の液晶素子を例にとつて説明するが、本発明
はこれに限定させるものではない。例えば、第２
図に於いて、偏光板９２の代わりに反射板を基板
３に隣接させ、強誘電性液晶層６に二色性色素を
混入したものを使用した場合にも適用できる。こ
の場合、螺旋軸２に対する強誘電性液晶分子１の
角度θは45度が最適となる。 第３図ａは−Ｖの電界を印加した場合を示して
おり、このとき紙面手前から入射した光（自然
光）は、上側偏光板９１により偏光軸方向９１１
に偏光され、強誘電性液晶分子１の長軸方向にの
み振動成分を持つ直線偏光となり、長軸方向の屈
折率ｎに従つて直線偏光のまま強誘電性液晶層
６を通過する。 その後、下側偏光板９２に入射するが、この偏
光板９２偏光軸方向９２１と偏光板１３１の偏光
軸方向３１は垂直であるから、光は遮断され、表
示素子では暗く見える。 なお、第３図ｂは＋Ｖを印加した場合を示して
おり、このとき強誘電性液晶分子１の長軸は、上
下の偏光板９１，９２の偏光軸方向９１１，９２
１のとちらとも一致しない方向を向いている。こ
の場合、上側偏光板９１により直線偏光となつた
光のうち、強誘電性液晶分子１の長軸方向の成分
は、長軸方向の屈折率ｎ、短軸方向の成分は短
軸方向の屈折率ｎ⊥に従つて強誘電性液晶層６を
透過するので、強誘電性液晶層６を出た光は、だ
円偏光となる。従つて、下側偏光板９２を透過す
る光成分を有するため、表示素子では明るく見え
る。 このようにして、＋Ｖ，−Ｖの印加により明暗の
切替ができ、表示素子、光シヤツタ、偏光素子と
して機能し得る。なお電界が印加されない場合
は、両者のほぼ中間の明るさになつている。また
本現象をここでは、強誘電性液晶の電気光学効果
と呼ぶことにする。 この電気光学効果を詳しく調べた結果、この素
子の場合第４図に示すような特性を持つことが明
らかになつた。 すなわち、強誘電性液晶に加わる印加電圧VLC
を例から上昇させると光強度（透過型素子なら透
過光強度、反射型素子なら反射光強度、以下同
じ）Ｉは増加して行き、しきい値電圧＋Vcを超
えると光強度Ｉは一定値になる。同様にして印加
電圧VLCを負の方向に増加すると、光強度Ｉは減
少し、しきい値電圧−Vcを超えると飽和する。
印加電圧がＹの場合は光強度がIYとなる。先述し
た最初の例に示したような、交流電界印加では印
加電圧はＸとＹとの間を往復することになるから
素子から出る光強度はIXとIYとが平均化されてIZ
となる。IZは印加電圧が零の場合の光強度とほぼ
等しい。従つて何の手段も講じなければ電圧印加
時と電圧無印加時とでは光強度（明るさ）が区別
できずコントラストがとれない。 第５図は本発明の第１方式の代表的な実施例を
示す。 液晶素子１０の構成は第２図の通りである。配
向制御膜５はポリイミドイソインドロキナゾリン
ジオン膜であり、電極４は酸化インジウム透明電
極である。また基板３はガラス製であり、配向制
御膜５を形成後一定方向にラビングしてある。そ
して２枚の基板３がラビング方向を反平行方向と
するように直径6μmのガラスフアイバーをスペー
サとする封止剤７を介して組み合わせられてい
る。強誘電性液晶材料はDOBAMBCであり、液
晶素子中に真空封入されている。封入後、一旦等
方性液体温度まで加熱後液晶層になるまで除冷し
（１℃／mmの速度で冷却）、一様に配列した素子を
得た。この液晶素子１０に偏光板９１，９２を貼
りつける。本実施例では偏光板としてポラロイド
HN−38を用いた。 液晶の螺旋軸を基板面に平行なある優先方位に
揃える手段としては強磁場中で等方性液体の状態
から液晶層に相転移するまで除冷する方法、機械
的な剪断を与える方法も可能であるが、実用的で
はない。有機或いは無機の薄膜を形成し、一定な
方向に布等で、ラピングする方法は実用的であ
り、ネマチツク液晶を一様に配列する手段として
広く用いられている。但し、強誘電性を示す液晶
化合物の場合、一般にネマチツク液晶の場合より
一様配列が得られにくく、ネマチツク液晶の場合
に有効な全ての膜が適用できるわけではない。し
かし、現時点でもポリイミド系の有機膜に一様配
向が得られるものが見つかつている。ラビングに
よる場合には２枚の基板のラビング方向が反平行
方向となるようにする。 液晶素子１０と光源１９との間にはチヨツパ２
０を設ける。本実施例においてはチヨツパ２０と
して透光部２１を等間隔に８ケ有する回転円板を
用いた。透光部２１の直径と透光部２１間隔とは
等距離である。チヨツパ２０の駆動はパルスモー
タ２２により行う。２３はパルスモータ２２の駆
動装置であり２４はパルス発振器である。パルス
発振器２４から発振されたクロツクパルスCP1は
駆動装置２３とフリツプフロツプ回路２５に入
る。２６は制御装置であり、クロツクパルスCP3
を発振し、フリツプフロツプ回路２５から出るク
ロツクパルスCP2と制御装置２６から出るクロツ
クパルスCP3とは排他的オアゲート１１に入る。
排他的オアゲート１１から出たクロツクパルス
CP4は液晶素子用駆動装置２７に入り、クロツク
パルスCP5として液晶素子１０に至る。CP1，
CP2，CP5の関係は第６図の通りであり、図中ａ
はCP1を、ｂはチヨツパを通過する光を、ｃは
CP2を夫々示す。またｄはCP5によるon（光透過）
状態を、ｅはCP5によるoff（光遮蔽）状態を示
す。更にCP2〜CP5と透過光との関係を次表第２
表に示す。このようにしてチヨツパ２０は光源１
９からの光を断続させて液晶素子１０に入射させ
る。
【表】
上記構成の光学装置に印加電圧として第７図ａ
のような交流矩形波を印加した時、この液晶素子
１０に入射した強度一定の光は第７図ｂのように
変調される。一方第５図におけるチヨツパ２０は
一定の強度の光を第８図のように断続させる働き
を持つている。ここで、第５図のようにチヨツパ
２０と液晶素子１０を配置し、光源１９から一定
の強度I0の光がチヨツパ２０、液晶素子１０を透
過してどのように変調されるかを第９図に示す。
１はON状態つまり透過状態を示し、２はOFF状
態つまり遮蔽状態を示す。またａはチヨツパを透
過した光の強度を示し、ｂは液体素子に印加する
電圧波形を示し、ｃは最終的に得られる光の強度
Ｉを示す。 １に示したように、ちようど光がチヨツパ８を
通過する時に正の電界（ここでは液晶素子を透過
する光量が大きくなる方を正に取ることにした）
を、遮蔽した時に負の電界を印加するようにする
と、最終的に透過する光強度Ｉはｃ左図のように
なる。これとは逆に２に示したように電界の符号
を反転させると最終的は光強度Ｉはｃ右図のよう
になる。両者を比較すると明らかに明暗のコント
ラストがついており、光スイツチとしての機能を
有していることがわかる。すなわち、第５図の構
成にすることによつて第９図ｂに示したような交
流により強誘電性を有する液晶を用いた液晶素子
１０を駆動し、光をスイツチすることができるよ
うになつた。 上記液晶が強誘電性を示す75℃で透過する光の
波形を観測した。観測した特性曲線を第１０図に
示した。この時のon，offのコントラストとして
4.8：１が得られた 第１１図は本発明の第２の実施例であり、前記
第１の実施例と異なる点は(1)液晶層中に二色性色
素を含有せしめた点、(2)偏光板を素子の片側のみ
に設けた点の２点にある。二色性色素は１，４−
ジアミノ−２−（ｐ−ｍ−ブチルフエノキシカル
ボニル）アントラキノンであり、液晶
（BOBANBC）には3wt％混合させた。他の構
成、製法は第６の実施例に準ずる。 第１の実施例に準じて75℃での透過光測定を行
つたところ、第１２図に示した透過光の波形を得
た。この場合のコントラスト比は2.6：１であつ
た。 二色性を持たせる為には通常上記のような化合
物に少量の（数％程度）二色性色素を添加する手
法を用いる。二色性色素は液晶デイスプレイ用と
して数多くの物質が合成されている。アゾ系、ア
ゾメチン系、アントラキノン系、キノフタレイン
系等の二色性色素が有り、一種あるいは二種以上
混合して用いる。 第１３図は本発明の第３の実施例を示す。本実
施例では第２図或いは第１１図の液晶素子１０を
２つ作成し、ラビング方向が平行になるように重
ねあわせた。本実施例はプリンタ用の光スイツチ
として有効ならしめるようにクロツクパルスCP2
を用いて明暗状態を切り替えるようにしている。
２８は制御用の信号発生器であり、２９は電子ス
イツチである。一方、電子スイツチ２９には入力
側に２つの端子ａ，ｂが設けられており、いずれ
もパルス信号器２４と接続されている。パルス発
振器２４はクロツクパルスCP1を発生する。クロ
ツクパルスCP1は直接端子ａに入るようになつて
いるが、端子ｂには反転回路のインバータ２５を
介して入るようになつている。従つて反転回路の
インバータ２５を経て端子ｂに入るクロツクパル
スはCP1である。CP1とCP2との関係は第１４図
の通りである。第１４図においてaCP1を、ｂは
CP1を示す。 ２つの液晶素子１０を駆動させON状態、OFF
状態それぞれの透過した光の波形を第１の実施例
と同じ条件で測定した結果を第１４図に示す。
ON状態とOFF状態はCP2により電子スイツチ２
９の接続を切り替えることにより実現される。第
３表はスイツチの切り替えによる透過光状態をま
とめたものである。
のような交流矩形波を印加した時、この液晶素子
１０に入射した強度一定の光は第７図ｂのように
変調される。一方第５図におけるチヨツパ２０は
一定の強度の光を第８図のように断続させる働き
を持つている。ここで、第５図のようにチヨツパ
２０と液晶素子１０を配置し、光源１９から一定
の強度I0の光がチヨツパ２０、液晶素子１０を透
過してどのように変調されるかを第９図に示す。
１はON状態つまり透過状態を示し、２はOFF状
態つまり遮蔽状態を示す。またａはチヨツパを透
過した光の強度を示し、ｂは液体素子に印加する
電圧波形を示し、ｃは最終的に得られる光の強度
Ｉを示す。 １に示したように、ちようど光がチヨツパ８を
通過する時に正の電界（ここでは液晶素子を透過
する光量が大きくなる方を正に取ることにした）
を、遮蔽した時に負の電界を印加するようにする
と、最終的に透過する光強度Ｉはｃ左図のように
なる。これとは逆に２に示したように電界の符号
を反転させると最終的は光強度Ｉはｃ右図のよう
になる。両者を比較すると明らかに明暗のコント
ラストがついており、光スイツチとしての機能を
有していることがわかる。すなわち、第５図の構
成にすることによつて第９図ｂに示したような交
流により強誘電性を有する液晶を用いた液晶素子
１０を駆動し、光をスイツチすることができるよ
うになつた。 上記液晶が強誘電性を示す75℃で透過する光の
波形を観測した。観測した特性曲線を第１０図に
示した。この時のon，offのコントラストとして
4.8：１が得られた 第１１図は本発明の第２の実施例であり、前記
第１の実施例と異なる点は(1)液晶層中に二色性色
素を含有せしめた点、(2)偏光板を素子の片側のみ
に設けた点の２点にある。二色性色素は１，４−
ジアミノ−２−（ｐ−ｍ−ブチルフエノキシカル
ボニル）アントラキノンであり、液晶
（BOBANBC）には3wt％混合させた。他の構
成、製法は第６の実施例に準ずる。 第１の実施例に準じて75℃での透過光測定を行
つたところ、第１２図に示した透過光の波形を得
た。この場合のコントラスト比は2.6：１であつ
た。 二色性を持たせる為には通常上記のような化合
物に少量の（数％程度）二色性色素を添加する手
法を用いる。二色性色素は液晶デイスプレイ用と
して数多くの物質が合成されている。アゾ系、ア
ゾメチン系、アントラキノン系、キノフタレイン
系等の二色性色素が有り、一種あるいは二種以上
混合して用いる。 第１３図は本発明の第３の実施例を示す。本実
施例では第２図或いは第１１図の液晶素子１０を
２つ作成し、ラビング方向が平行になるように重
ねあわせた。本実施例はプリンタ用の光スイツチ
として有効ならしめるようにクロツクパルスCP2
を用いて明暗状態を切り替えるようにしている。
２８は制御用の信号発生器であり、２９は電子ス
イツチである。一方、電子スイツチ２９には入力
側に２つの端子ａ，ｂが設けられており、いずれ
もパルス信号器２４と接続されている。パルス発
振器２４はクロツクパルスCP1を発生する。クロ
ツクパルスCP1は直接端子ａに入るようになつて
いるが、端子ｂには反転回路のインバータ２５を
介して入るようになつている。従つて反転回路の
インバータ２５を経て端子ｂに入るクロツクパル
スはCP1である。CP1とCP2との関係は第１４図
の通りである。第１４図においてaCP1を、ｂは
CP1を示す。 ２つの液晶素子１０を駆動させON状態、OFF
状態それぞれの透過した光の波形を第１の実施例
と同じ条件で測定した結果を第１４図に示す。
ON状態とOFF状態はCP2により電子スイツチ２
９の接続を切り替えることにより実現される。第
３表はスイツチの切り替えによる透過光状態をま
とめたものである。
以上説明したように本発明によれば、光学素子
から出る光の強度が光機能材に印加する外場の極
性の反転に従つて強弱逆転する特性を有するにも
かかわらず、交流駆動によつて高コントラストが
得られるという効果がある。
から出る光の強度が光機能材に印加する外場の極
性の反転に従つて強弱逆転する特性を有するにも
かかわらず、交流駆動によつて高コントラストが
得られるという効果がある。
第１図は強誘電性液晶の印加電界に対する状態
を示す図、第２図、第１１図は本発明が適用でき
る液晶素子の実施例を示す断面図、第３図は強誘
電性液晶分子の螺旋軸方向と冒光板の偏光軸方向
との関係を示す説明図、第４図、第７図は強誘電
性液晶の光透過特性図、第５図、第１３図は本発
明の光学装置の実施例の構成を示す模式図、第６
図は第５図の実施例で用いるパルス電圧の説明
図、第８図は第５図の実施例のチヨツパの特性
図、第９図は第５図の実施例の駆動原理説明図、
第１０図、第１２図、第１５図は夫々本発明の光
学装置の実施例の駆動波形図、第１４図は第１３
図の実施例で用いるパルス電圧の説明図、第１６
図は本発明の光学装置の実施例で階調表示を行う
際の駆動波形図である。 １……強誘電性液晶分子、２……螺旋軸、３…
…基板、４……表示電極、５……配向制御膜、６
……強誘電性液晶層、８……交流電源、９１，９
２……偏光板、１０……液晶素子、１９……光
源、２０……チヨツパ、２１……透光部、２３，
２７……駆動装置、２４……パルス発信器、２９
……電子スイツチ、Ｉ……光強度、VLC……印加
電圧。
を示す図、第２図、第１１図は本発明が適用でき
る液晶素子の実施例を示す断面図、第３図は強誘
電性液晶分子の螺旋軸方向と冒光板の偏光軸方向
との関係を示す説明図、第４図、第７図は強誘電
性液晶の光透過特性図、第５図、第１３図は本発
明の光学装置の実施例の構成を示す模式図、第６
図は第５図の実施例で用いるパルス電圧の説明
図、第８図は第５図の実施例のチヨツパの特性
図、第９図は第５図の実施例の駆動原理説明図、
第１０図、第１２図、第１５図は夫々本発明の光
学装置の実施例の駆動波形図、第１４図は第１３
図の実施例で用いるパルス電圧の説明図、第１６
図は本発明の光学装置の実施例で階調表示を行う
際の駆動波形図である。 １……強誘電性液晶分子、２……螺旋軸、３…
…基板、４……表示電極、５……配向制御膜、６
……強誘電性液晶層、８……交流電源、９１，９
２……偏光板、１０……液晶素子、１９……光
源、２０……チヨツパ、２１……透光部、２３，
２７……駆動装置、２４……パルス発信器、２９
……電子スイツチ、Ｉ……光強度、VLC……印加
電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 対向面に電極を有する少なくとも一方が透明
な一対の基板間に強誘電性液晶を狭持し、前記基
板の少なくとも一方の基板の外側に偏光子が設置
されてなる光学素子と、前記光学素子を通過する
光の通路上に配置されて光を断続させる機能を有
する素子と、前記光学素子を駆動させるための駆
動装置とからなり、該駆動装置から発生される駆
動電圧が1μ秒〜１秒の所定の周期を持つたくり
返し波形を有し、かつ該１周期の間の電圧平均値
が略零であり、かつ前記駆動電圧と前記光の遮断
とを同期させることにより光強度を変調しうるこ
とを特徴とする光学装置。 ２ 前記の駆動電圧は所定の１周期が正及び負極
性のパルスの組合せにより構成されており、正極
性パルスが前記光学素子に印加されている期間
と、前記光を断続させる機能を有する素子は所定
の周期で光路を開放、遮断させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学装置。 ３ 前記の駆動電圧は所定の１周期が正及び負極
性のパルスの組合せにより構成されており、前記
光学素子への各極性パルスの印加時期と光を断続
させる機能を有する素子の光路の開放及び遮断の
時期のタイミングを変化させることで光強度を２
段階以上変調しうることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光学装置。 ４ 前記の光を断続させる機能を有する素子が透
光部を有する回転体であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光学装置。 ５ 前記の光を遮断させる機能を有する素子が強
誘電性液晶を電極を有する一対の基板間に狭持し
てなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の光学装置。 ６ 強誘電性液晶が多色性を示すことを特徴とす
る特許請求の範囲第５項記載の光学装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58060826A JPS59187324A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 光学装置 |
| DE8484103810T DE3484827D1 (de) | 1983-04-08 | 1984-04-06 | Elektrooptischeeinrichtung. |
| KR1019840001808A KR890005338B1 (ko) | 1983-04-08 | 1984-04-06 | 광학장치 |
| EP84103810A EP0123181B1 (en) | 1983-04-08 | 1984-04-06 | Electrooptical device |
| US06/597,746 US4634226A (en) | 1983-04-08 | 1984-04-06 | Optical apparatus using ferroelectric liquid crystal and switching unit for emitted light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58060826A JPS59187324A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59187324A JPS59187324A (ja) | 1984-10-24 |
| JPH0585886B2 true JPH0585886B2 (ja) | 1993-12-09 |
Family
ID=13153540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58060826A Granted JPS59187324A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 光学装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4634226A (ja) |
| EP (1) | EP0123181B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59187324A (ja) |
| KR (1) | KR890005338B1 (ja) |
| DE (1) | DE3484827D1 (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697887A (en) * | 1984-04-28 | 1987-10-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid crystal device and method for driving the same using ferroelectric liquid crystal and FET's |
| JPS6117127A (ja) * | 1984-07-04 | 1986-01-25 | Hitachi Ltd | 光スイツチ素子の駆動方法 |
| US4709995A (en) * | 1984-08-18 | 1987-12-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Ferroelectric display panel and driving method therefor to achieve gray scale |
| JPS6167833A (ja) * | 1984-09-11 | 1986-04-08 | Citizen Watch Co Ltd | 液晶表示装置 |
| JPS6167832A (ja) * | 1984-09-12 | 1986-04-08 | Canon Inc | 液晶素子 |
| JPS6211829A (ja) * | 1985-03-28 | 1987-01-20 | Toshiba Corp | アクテイブマトリツクス形液晶表示装置 |
| EP0205188B1 (en) * | 1985-06-14 | 1994-09-28 | Sel Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | An information writing and reading method comprising an optical disc memory with liquid crystal |
| US4855976A (en) * | 1985-06-14 | 1989-08-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Information writing method for an optical disc memory system utilizing a smectic chiral liquid crystal |
| JPS626225A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 液晶表示装置 |
| JPH0712717B2 (ja) * | 1985-07-29 | 1995-02-15 | 富士写真フイルム株式会社 | 網点画像形成方法 |
| JPH0792562B2 (ja) * | 1985-07-30 | 1995-10-09 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置の駆動方法 |
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