JP3155549B2 - 一次電気光学効果を用いる液晶装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 デバイスの原理および実施例の説明 偏光面の回転がハイ・コントラスト−ハイ・ブライト
ネス効果を作るのに十分でないならば、これは反射器を
用いてセルに光を二度通させることによって克服され
る。この場合、11.25゜の傾斜(チルト)角θを有する
材料の半波長板でなければならない四分の一波長板(遅
延装置)を反射鏡と液晶との間に挿入すると最適の条件
が回復される。そのような傾斜の値、すなわち見掛の傾
斜は、多くのSSFLCセルに実際共通している。この設計
に伴う困難な問題は、四分の一波長板の半波である特性
が一定の波長λについてしか満たされない点である。も
し適正に作られないならば、複合セルの設計は部品の色
度を増加すると思われるので、セルはいずれの成分より
も色度が強くなる。これに反して、軸方向を慎重に選択
すると、波長依存の補償が達成されるので、組合せはほ
ぼ無色となり、すなわちフラットな波長透過特性を有
し、こうして白色光すら良く処理されるようになる。
ネス効果を作るのに十分でないならば、これは反射器を
用いてセルに光を二度通させることによって克服され
る。この場合、11.25゜の傾斜(チルト)角θを有する
材料の半波長板でなければならない四分の一波長板(遅
延装置)を反射鏡と液晶との間に挿入すると最適の条件
が回復される。そのような傾斜の値、すなわち見掛の傾
斜は、多くのSSFLCセルに実際共通している。この設計
に伴う困難な問題は、四分の一波長板の半波である特性
が一定の波長λについてしか満たされない点である。も
し適正に作られないならば、複合セルの設計は部品の色
度を増加すると思われるので、セルはいずれの成分より
も色度が強くなる。これに反して、軸方向を慎重に選択
すると、波長依存の補償が達成されるので、組合せはほ
ぼ無色となり、すなわちフラットな波長透過特性を有
し、こうして白色光すら良く処理されるようになる。
偏光面の不十分な回転を増加させる第2の方法は、結
局1つの単体に接着された数個の液晶セルを直列に使用
することである。この場合もまた、これが正確に反復的
な方法で行われるならば、素子の波長依存は不要な色度
まで増加するが、光軸を平行ではなく直交するように選
べば、二重セルにおいて既に本質的に無色とする組合せ
を作ることができる。
局1つの単体に接着された数個の液晶セルを直列に使用
することである。この場合もまた、これが正確に反復的
な方法で行われるならば、素子の波長依存は不要な色度
まで増加するが、光軸を平行ではなく直交するように選
べば、二重セルにおいて既に本質的に無色とする組合せ
を作ることができる。
以下に説明される(反射性、二重または多重セル)デ
バイスの実施に強誘電または電気クリニック材料が使用
されるならば、かいつまんで言えば、それはこれらのデ
バイスの光学設計を変更しない。それらの使用および性
能は利用材料によって異なる。いずれも極めて迅速な
(サブマイクロ秒)電気光学レスポンスを与える。
バイスの実施に強誘電または電気クリニック材料が使用
されるならば、かいつまんで言えば、それはこれらのデ
バイスの光学設計を変更しない。それらの使用および性
能は利用材料によって異なる。いずれも極めて迅速な
(サブマイクロ秒)電気光学レスポンスを与える。
SSFLCセルは公表されたしきい値を有することを特徴
とし、かつ2つの双安定状態間をスイッチすることがで
きるが、SMFLCセルはしきい値、印加電界Eと共に直線
的に増加する誘導傾斜角(第2図参照)、およびその結
果の電気制御式連続グレー・スケールを持たない。もち
ろん、デバイスのこれらの特性を増加したり混ぜ合わせ
て、それぞれ強電体および電気クリニックのような異な
る材料で異なる成分セルを満たすことも可能である。
とし、かつ2つの双安定状態間をスイッチすることがで
きるが、SMFLCセルはしきい値、印加電界Eと共に直線
的に増加する誘導傾斜角(第2図参照)、およびその結
果の電気制御式連続グレー・スケールを持たない。もち
ろん、デバイスのこれらの特性を増加したり混ぜ合わせ
て、それぞれ強電体および電気クリニックのような異な
る材料で異なる成分セルを満たすことも可能である。
リアル・タイム光学処理、インコヒーレント−コヒー
レント、および像のフーリエ変換用の最も魅力的なデバ
イスの1つは、液晶に作用する光アドレス式光導電体層
またはピクセル・パターンを持つ空間光変調器である。
そのようなデバイスは高速および低電力で作動し、メモ
リを必要とせず、連続グレー・スケールから大きく利益
を受ける。さらに、この応用における液晶は反射モード
で作動することが望ましい。こうして、単一セル反射性
ソフト・モードのデバイスが理想と思われる。傾斜スメ
クティックを用いる表面安定デバイスは同じ方法で作動
するが、グレー・スケールを持たない最大のコントラス
トを持つ。
レント、および像のフーリエ変換用の最も魅力的なデバ
イスの1つは、液晶に作用する光アドレス式光導電体層
またはピクセル・パターンを持つ空間光変調器である。
そのようなデバイスは高速および低電力で作動し、メモ
リを必要とせず、連続グレー・スケールから大きく利益
を受ける。さらに、この応用における液晶は反射モード
で作動することが望ましい。こうして、単一セル反射性
ソフト・モードのデバイスが理想と思われる。傾斜スメ
クティックを用いる表面安定デバイスは同じ方法で作動
するが、グレー・スケールを持たない最大のコントラス
トを持つ。
反射性デバイスを配列する1つの可能性は、2つの交
差した偏光子(以下、偏光器と呼ぶ)の間に1つのλ/2
セルから成る透過性デバイスをとり、鏡の前方に全配列
を置くことである。次に、我々はセルを通る光の単一通
路に比較されるコントラストを得るが、同時に我々は光
度を失う。最大の光度変調についてのゼロ・フィールド
・プリセット角0は、簡単な透過性デバイスの22.5゜に
比べて30゜となる。±10゜の傾斜角の振れでは、我々は
そのとき最適波長で入る直線偏光の光度に関して測定さ
れた17%の反射と94%の反射との間でスイッチすること
ができる。
差した偏光子(以下、偏光器と呼ぶ)の間に1つのλ/2
セルから成る透過性デバイスをとり、鏡の前方に全配列
を置くことである。次に、我々はセルを通る光の単一通
路に比較されるコントラストを得るが、同時に我々は光
度を失う。最大の光度変調についてのゼロ・フィールド
・プリセット角0は、簡単な透過性デバイスの22.5゜に
比べて30゜となる。±10゜の傾斜角の振れでは、我々は
そのとき最適波長で入る直線偏光の光度に関して測定さ
れた17%の反射と94%の反射との間でスイッチすること
ができる。
より良い配列は、第3B図に示される通り、鏡に次ぐ偏
光器をλ/4遅延装置に代えることである。このデバイス
では、我々は光の偏光の状態を変える鏡の能力を使用す
る。法線入射で鏡によって反射される直線偏光は、同じ
面内で依然として直線偏光されるが、円偏光はその利き
手を変える。こうして、鏡の前方に直線偏光器が置かれ
ると、鏡像を見ることができる。もしその代わりに円偏
光器が鏡の前方に置かれるならば、鏡は黒く見える。強
誘電性液晶デバイスの完全変調を得るためには、こうし
て、直線偏光から円偏光になるように鏡に入る光をスメ
ッチ膣値し得ることが必要である。これは、第3A図に示
されるλ/4セルによって達成されるが、完全変調を得る
には光軸を45゜振れるようにしなければならない。これ
は、SMFLCではまだ達成されていないSSFLCとしてのみこ
れまでに入手し得た22.5度の材料を必要とすることを意
味する。しかし、固定式λ/4遅延装置と共にλ/2セルを
使用すると、第3B図のセットアップに見られる通り、デ
バイスは例えばC*またはA*材料で実現することがで
き、この場合傾斜(C*)または最大誘導傾斜(A*)
は11.25度である。我々は偏光器、SMFLCセル、および遅
延板の配向をいろいろな方法で配列し得るが、比較する
と第3B図に示される配列が最適の波長特性を与えること
が分かる。もしソフト・モードのセルの場合の低速軸が
偏光器の透過方向に関して0゜と22.5゜との間で回転す
るようにされているならば、λ/4板の低速軸は偏光器に
関して45゜の角度でなければならない。こうして、活性
セルおよび固定遅延板の遅延効果は、ある程度まで中和
されなければならない。そのようなデバイスのスペクト
ル特性は第4図に示されている。波長の推移は、最大の
反射でより良い無色度を有するが最小の反射では消光が
それほど良好ではない二重電気クリニック・セル(下記
参照)の推移に比べることができる。この特性はΔnの
分散に合わせることによってさらに最適化される。
光器をλ/4遅延装置に代えることである。このデバイス
では、我々は光の偏光の状態を変える鏡の能力を使用す
る。法線入射で鏡によって反射される直線偏光は、同じ
面内で依然として直線偏光されるが、円偏光はその利き
手を変える。こうして、鏡の前方に直線偏光器が置かれ
ると、鏡像を見ることができる。もしその代わりに円偏
光器が鏡の前方に置かれるならば、鏡は黒く見える。強
誘電性液晶デバイスの完全変調を得るためには、こうし
て、直線偏光から円偏光になるように鏡に入る光をスメ
ッチ膣値し得ることが必要である。これは、第3A図に示
されるλ/4セルによって達成されるが、完全変調を得る
には光軸を45゜振れるようにしなければならない。これ
は、SMFLCではまだ達成されていないSSFLCとしてのみこ
れまでに入手し得た22.5度の材料を必要とすることを意
味する。しかし、固定式λ/4遅延装置と共にλ/2セルを
使用すると、第3B図のセットアップに見られる通り、デ
バイスは例えばC*またはA*材料で実現することがで
き、この場合傾斜(C*)または最大誘導傾斜(A*)
は11.25度である。我々は偏光器、SMFLCセル、および遅
延板の配向をいろいろな方法で配列し得るが、比較する
と第3B図に示される配列が最適の波長特性を与えること
が分かる。もしソフト・モードのセルの場合の低速軸が
偏光器の透過方向に関して0゜と22.5゜との間で回転す
るようにされているならば、λ/4板の低速軸は偏光器に
関して45゜の角度でなければならない。こうして、活性
セルおよび固定遅延板の遅延効果は、ある程度まで中和
されなければならない。そのようなデバイスのスペクト
ル特性は第4図に示されている。波長の推移は、最大の
反射でより良い無色度を有するが最小の反射では消光が
それほど良好ではない二重電気クリニック・セル(下記
参照)の推移に比べることができる。この特性はΔnの
分散に合わせることによってさらに最適化される。
今日の傾向はバックライト表示装置に向っているが、
主として反射で作動するスクリーンの必要性が必ず存在
すると思われるのは、所要電力を最小にしたり周囲照明
を強くする必要があるからである。高解像度またはビデ
オ応用の場合、多重化された単一セルC*反射性デバイ
ス、または単一セルA*反射性デバイスは、薄膜トラン
ジスタと組み合わされて、最も強力な解決法を与える。
超反射性反射鏡の後の適当な偏光器によって拡大される
説明された配列は透過の際に同時に作動することが指摘
される。正当かつ簡単な選択は、反射モードで輝度を最
適にすることであり、これは透過モードで50%の光損失
を覚悟しなければならないが、バックライト、パワーに
よって必ず補償することができる。
主として反射で作動するスクリーンの必要性が必ず存在
すると思われるのは、所要電力を最小にしたり周囲照明
を強くする必要があるからである。高解像度またはビデ
オ応用の場合、多重化された単一セルC*反射性デバイ
ス、または単一セルA*反射性デバイスは、薄膜トラン
ジスタと組み合わされて、最も強力な解決法を与える。
超反射性反射鏡の後の適当な偏光器によって拡大される
説明された配列は透過の際に同時に作動することが指摘
される。正当かつ簡単な選択は、反射モードで輝度を最
適にすることであり、これは透過モードで50%の光損失
を覚悟しなければならないが、バックライト、パワーに
よって必ず補償することができる。
我々が見たように、単一液晶セルは反射モードでの偏
光面の回転を適切に増幅するのに十分である。透過モー
ドでは、二重セルが必要になる。2つのセルを直列にし
た二重パスのように、我々は偏光の回転の量を述べると
き、傾斜角θを値Sθまで増幅することができる。各セ
ルは4θの回転に貢献し、こうして10゜の誘導傾斜角は
2つのセルを用いて偏光面を80゜だけ回転させ、また前
述の通り、我々が90゜の理想値を達成しようとするなら
ば11.25゜の誘導傾斜が必要である。
光面の回転を適切に増幅するのに十分である。透過モー
ドでは、二重セルが必要になる。2つのセルを直列にし
た二重パスのように、我々は偏光の回転の量を述べると
き、傾斜角θを値Sθまで増幅することができる。各セ
ルは4θの回転に貢献し、こうして10゜の誘導傾斜角は
2つのセルを用いて偏光面を80゜だけ回転させ、また前
述の通り、我々が90゜の理想値を達成しようとするなら
ば11.25゜の誘導傾斜が必要である。
傾斜角の可能な変更は最大傾斜角の2倍であるので、
我々は偏光面を最大回転させるように最大傾斜角を8倍
にしなければならないと見ている。さらに、効果をより
大きくするためにそのような対を積み重ねることができ
る。旋光はデバイスの数に伴って直線状に成長する。
我々は偏光面を最大回転させるように最大傾斜角を8倍
にしなければならないと見ている。さらに、効果をより
大きくするためにそのような対を積み重ねることができ
る。旋光はデバイスの数に伴って直線状に成長する。
実際に光バルブ・デバイスを得るために、我々は2つ
のSMFLCセルが2つの交差偏光器の間に置かれるものと
想定し、かつ我々は制御電圧の値を制限する1つでのゼ
ロ透過を望み、また他の1つでの最大透過を望む。次に
好適な選択は、2つの同じλ/2セルを相互に重ねて置く
ことであり、そのような方法によって2つのセルの低速
光軸が、第5図と第6A図に示される通り、それぞれ偏光
器および(検光子)の方向と一致して、相互に垂直であ
るときにゼロ透過状態が得られる。印加電圧を変えると
き、第1セルの光軸は偏光器の透過方向に関して測定さ
れた角ψまで半時計方向に振れ、かつ第2セルの光軸は
角90゜−ψまで時計方向に回転する。次に光軸間の角度
は90゜−2ψとなり、こうして偏光面は4倍の倍率を与
える角度180゜−4ψだけ回転され、傾斜角は+11.25゜
振れる必要があり、こうして2つのセルのゼロ重なり
(filed)方位角はそれぞれ11.25゜および78.75゜とし
て選択されるべきである。この傾斜角の振れは、本材料
によって達成し得る範囲内にある。原則として、2つの
セルの低速光軸が初度状態で並列であれば同じ動作が可
能となる(第5図参照)。我々がそれらを垂直に選ぶ理
由は、λ/2状態が1つの規定波長λについてのみ満足さ
れるからであるが、できるだけ大きな波長領域にわたっ
て所定のモードでデバイスを作動させることが明らかに
望ましい。セルの1つの高速および低速方向を互換する
ことによって、色度は増加せずに一部補償するので、組
合せは全く平らな波長特性を、特にスペクトルの赤−赤
外線部分に向って示す。計算された透過スペクトルは2
つの場合を比較する第6図に示されている。我々がその
ような2対を相互に重ねるならば(この組合せはそのと
き全変調深さについて各1つのセルで11.25゜の傾斜角
の半分しか必要としない)、波長特性は一様にもう少し
平らになる。以下に見られる通り、2つのソフト・モー
ド・セルのこの組合せは、色スイッチング・デバイスに
含まれるのにも適している。
のSMFLCセルが2つの交差偏光器の間に置かれるものと
想定し、かつ我々は制御電圧の値を制限する1つでのゼ
ロ透過を望み、また他の1つでの最大透過を望む。次に
好適な選択は、2つの同じλ/2セルを相互に重ねて置く
ことであり、そのような方法によって2つのセルの低速
光軸が、第5図と第6A図に示される通り、それぞれ偏光
器および(検光子)の方向と一致して、相互に垂直であ
るときにゼロ透過状態が得られる。印加電圧を変えると
き、第1セルの光軸は偏光器の透過方向に関して測定さ
れた角ψまで半時計方向に振れ、かつ第2セルの光軸は
角90゜−ψまで時計方向に回転する。次に光軸間の角度
は90゜−2ψとなり、こうして偏光面は4倍の倍率を与
える角度180゜−4ψだけ回転され、傾斜角は+11.25゜
振れる必要があり、こうして2つのセルのゼロ重なり
(filed)方位角はそれぞれ11.25゜および78.75゜とし
て選択されるべきである。この傾斜角の振れは、本材料
によって達成し得る範囲内にある。原則として、2つの
セルの低速光軸が初度状態で並列であれば同じ動作が可
能となる(第5図参照)。我々がそれらを垂直に選ぶ理
由は、λ/2状態が1つの規定波長λについてのみ満足さ
れるからであるが、できるだけ大きな波長領域にわたっ
て所定のモードでデバイスを作動させることが明らかに
望ましい。セルの1つの高速および低速方向を互換する
ことによって、色度は増加せずに一部補償するので、組
合せは全く平らな波長特性を、特にスペクトルの赤−赤
外線部分に向って示す。計算された透過スペクトルは2
つの場合を比較する第6図に示されている。我々がその
ような2対を相互に重ねるならば(この組合せはそのと
き全変調深さについて各1つのセルで11.25゜の傾斜角
の半分しか必要としない)、波長特性は一様にもう少し
平らになる。以下に見られる通り、2つのソフト・モー
ド・セルのこの組合せは、色スイッチング・デバイスに
含まれるのにも適している。
制御電圧を連続的に変えると、グレー・スケール・ダ
イナミクスを十分に利用するだけの買いコントラスト
(偏光器およびセル品質によりセットされる)を有する
優れたグレー・スケール・デバイスが得られる。我々が
払うべき代償は、2個のセルおよび4個の電極の複雑さ
である。原則として、1個のスメクティック−A混合物
で1個のセルを充填し、またその光アンチポードで他の
セルを充填することによって、同じ符号の電圧が2個の
セルにわたって使用され、次に原則として2個の電極の
みを持つ構造が可能である。この理想ら実際のデバイス
を作るために、スメクティック−A*または−C*重合
体のシートは合板状の構造物に積層化される。これによ
って光アンチポードの混合なしに閉パックが可能とな
る。この状況で、電気クリニック効果の基本的必須条件
に関する基礎的な疑問を予測することができる。おそら
く、我々はスメクティック層構造物でなくても、電子ク
リニック効果を期待できると思う。おそらく重合バック
ボーンがあるときでも、スメクティック層構造物を対照
ブレーキング・エレメント(breaking etemet)として
置き換えることができる。
イナミクスを十分に利用するだけの買いコントラスト
(偏光器およびセル品質によりセットされる)を有する
優れたグレー・スケール・デバイスが得られる。我々が
払うべき代償は、2個のセルおよび4個の電極の複雑さ
である。原則として、1個のスメクティック−A混合物
で1個のセルを充填し、またその光アンチポードで他の
セルを充填することによって、同じ符号の電圧が2個の
セルにわたって使用され、次に原則として2個の電極の
みを持つ構造が可能である。この理想ら実際のデバイス
を作るために、スメクティック−A*または−C*重合
体のシートは合板状の構造物に積層化される。これによ
って光アンチポードの混合なしに閉パックが可能とな
る。この状況で、電気クリニック効果の基本的必須条件
に関する基礎的な疑問を予測することができる。おそら
く、我々はスメクティック層構造物でなくても、電子ク
リニック効果を期待できると思う。おそらく重合バック
ボーンがあるときでも、スメクティック層構造物を対照
ブレーキング・エレメント(breaking etemet)として
置き換えることができる。
こうして我々は単一電子クリニック・セルと同じ速さ
の光成分を得ることができるが、光の完全変調を与えた
り、別法として偏光面を90゜だけ回転させる可能性を持
つ。我々は小さな傾斜角を利用するので、スメクティッ
クC相への相転移から遠く離れて、スメクティックA相
のもう少し内側でセルの温度を選ぶことができ、かつ小
さいが速く、しかも温度に依存しない電気クリニック効
果を利用することができる。多重電子クリニック・セル
の付加特性は、アナログまたは論理加算にも使用され
る。セルが偏光に敏感な偏光光学系を通る光路を制御す
るように偏光に敏感な偏光光構成部品と組み合わされ
る。利用できる偏光に敏感な偏向光学デバイスには数種
類ある。そのような構成部品は、適当に配列された光
軸、格子、特に複屈折材料で作られたもの、ブルースタ
ー窓、複屈折材料の内部全反射、1次元導体の反射特性
などを有する複屈折板を使用することができる。電気ク
リニック・セル組合せおよびこれ以外の構造部品を1行
に交互順に置くことによって、我々は偏向が生じる場所
を制御することができる。この方法により、我々は他の
方法では困難な問題となる光ビームの横位置を制御しか
つ走査することができる。また我々は高速でかつ光損失
が比較的少ない光交換台を作ることもできる。これらの
光交換台は、電気クリニック・セル対を厚さの違う複屈
折板および第7図に示されるような斜光軸と共に積み重
ねることによって作られる。そのようなデバイスは光ビ
ームを多数の出線の内のどれにでも向かうことができ、
あるいはその逆も成り立つ。もし液晶セル対が直線アレ
イとして配列されているならば、多数のλ線は全く簡単
で、コンパクトな、速い組立てによって作られる。この
種の交換台の光吸収は、材料の不完全によってのみ生
じ、作動原理自体によっては生じないが、こうして光損
失はごく小量に保たれる。
の光成分を得ることができるが、光の完全変調を与えた
り、別法として偏光面を90゜だけ回転させる可能性を持
つ。我々は小さな傾斜角を利用するので、スメクティッ
クC相への相転移から遠く離れて、スメクティックA相
のもう少し内側でセルの温度を選ぶことができ、かつ小
さいが速く、しかも温度に依存しない電気クリニック効
果を利用することができる。多重電子クリニック・セル
の付加特性は、アナログまたは論理加算にも使用され
る。セルが偏光に敏感な偏光光学系を通る光路を制御す
るように偏光に敏感な偏光光構成部品と組み合わされ
る。利用できる偏光に敏感な偏向光学デバイスには数種
類ある。そのような構成部品は、適当に配列された光
軸、格子、特に複屈折材料で作られたもの、ブルースタ
ー窓、複屈折材料の内部全反射、1次元導体の反射特性
などを有する複屈折板を使用することができる。電気ク
リニック・セル組合せおよびこれ以外の構造部品を1行
に交互順に置くことによって、我々は偏向が生じる場所
を制御することができる。この方法により、我々は他の
方法では困難な問題となる光ビームの横位置を制御しか
つ走査することができる。また我々は高速でかつ光損失
が比較的少ない光交換台を作ることもできる。これらの
光交換台は、電気クリニック・セル対を厚さの違う複屈
折板および第7図に示されるような斜光軸と共に積み重
ねることによって作られる。そのようなデバイスは光ビ
ームを多数の出線の内のどれにでも向かうことができ、
あるいはその逆も成り立つ。もし液晶セル対が直線アレ
イとして配列されているならば、多数のλ線は全く簡単
で、コンパクトな、速い組立てによって作られる。この
種の交換台の光吸収は、材料の不完全によってのみ生
じ、作動原理自体によっては生じないが、こうして光損
失はごく小量に保たれる。
多数の偏差器、ビーム分割器、ビーム切換器、移相
器、および偏光スイッチは、SSFLCまたはSMFLC二重セル
を用いて、プリズムならびに位相遅延器と組み合わせ設
計される。ビーム分割器のある例が第7図に示されてい
る。第9図には、前方に二重セルを持つ光交換台と、複
屈折の変化およびそれによって屈折ならびに全反射の変
化を能動制御するただ1個のセルを持つデビエータまた
は通信スイッチの簡単な例が示されている。
器、および偏光スイッチは、SSFLCまたはSMFLC二重セル
を用いて、プリズムならびに位相遅延器と組み合わせ設
計される。ビーム分割器のある例が第7図に示されてい
る。第9図には、前方に二重セルを持つ光交換台と、複
屈折の変化およびそれによって屈折ならびに全反射の変
化を能動制御するただ1個のセルを持つデビエータまた
は通信スイッチの簡単な例が示されている。
二重セルを用いる偏光スイッチのある例が第10図に示
されている。ゼロ・フィールド状態が第10A図に示され
ている。現在の1つの符号はψからゼロまで回転して入
り垂直偏光を垂直に保たせるが、、他の符号は偏光を90
゜だけ回転する。ゼロ・フィールド状態は円偏光を与え
る。逆遅相器を45゜回転させることによって、直線偏光
は円となり、またその逆も成り立つ。
されている。ゼロ・フィールド状態が第10A図に示され
ている。現在の1つの符号はψからゼロまで回転して入
り垂直偏光を垂直に保たせるが、、他の符号は偏光を90
゜だけ回転する。ゼロ・フィールド状態は円偏光を与え
る。逆遅相器を45゜回転させることによって、直線偏光
は円となり、またその逆も成り立つ。
光計算素子は第11図によって一般に示されるLC技術の
いろいろな形で得られる。異なるしきい値特性は、液晶
によれだけではなく非直線素子とのその組合せによって
も選択することによっても選ぶことができる。異なる論
理は振幅または偏光論理のように選ぶことができるが、
後者の偏光論理は上述のような2進または3進状態を使
用している。
いろいろな形で得られる。異なるしきい値特性は、液晶
によれだけではなく非直線素子とのその組合せによって
も選択することによっても選ぶことができる。異なる論
理は振幅または偏光論理のように選ぶことができるが、
後者の偏光論理は上述のような2進または3進状態を使
用している。
既述の応用に加えて、SMFLC効果は高速色スイッチ用
として研究される。セルはほぼ一定の位相差8および光
軸のフィールドに敏感な方向を持つ複屈折板のように作
動する。それを追加の複屈折板と組み合わせて、白と黒
との間のスイッチングに代わる各色間のスイッチングを
得ることができる。1個のセルの光軸の位置の可能な変
化は目下±10゜程度であり、我々はここで電気クリニッ
ク効果のある制限された角度範囲にかかわらず重要な色
変化を得る可能性を検討してみたい。より高い傾斜値が
誘導される今後の材料では、色走査領域はしたがって増
加する。だが既に利用できる材料では、1つの電気クリ
ニック・セルの2つまたは3つの十分に異なる色の間の
スイッチングを伴う色発生の極めて興味ある可能性が存
在する。2個のフィルタを直列に組み合わせると、生理
的な色スペクトルの大部分をカバーする多数の異なる色
の間のスイッチングを得ることができる。
として研究される。セルはほぼ一定の位相差8および光
軸のフィールドに敏感な方向を持つ複屈折板のように作
動する。それを追加の複屈折板と組み合わせて、白と黒
との間のスイッチングに代わる各色間のスイッチングを
得ることができる。1個のセルの光軸の位置の可能な変
化は目下±10゜程度であり、我々はここで電気クリニッ
ク効果のある制限された角度範囲にかかわらず重要な色
変化を得る可能性を検討してみたい。より高い傾斜値が
誘導される今後の材料では、色走査領域はしたがって増
加する。だが既に利用できる材料では、1つの電気クリ
ニック・セルの2つまたは3つの十分に異なる色の間の
スイッチングを伴う色発生の極めて興味ある可能性が存
在する。2個のフィルタを直列に組み合わせると、生理
的な色スペクトルの大部分をカバーする多数の異なる色
の間のスイッチングを得ることができる。
固定式複屈折板を含みかつ透過中に作動するソフト・
モードのセル組合せの2つの例を我々は示す。色座標は
透過スペクトルから計算される。セルの厚さがある波長
でλ/Zの位相遅延を与えるように選ばれたのは、ほぼこ
の厚さが最小印加電圧で最大の光レスポンスおよび速度
を与えるからである。
モードのセル組合せの2つの例を我々は示す。色座標は
透過スペクトルから計算される。セルの厚さがある波長
でλ/Zの位相遅延を与えるように選ばれたのは、ほぼこ
の厚さが最小印加電圧で最大の光レスポンスおよび速度
を与えるからである。
第1の組合せは滑動最小のフィルタを意味する(第12
A図参照)。我々はこの組合せを、偏光器および5460Å
の光通路差の固定式複屈折板すなわち45゜回転された垂
直λ板で開始することによって作る。(すべての角度は
偏光器の透過方向に関して測定される)。次に我我は、
路差1365Åで偏光器に平行なλ/4板をとる。このセルの
光軸が電界によって−10゜から+10゜まで駆動されるな
らば、第12B図に示される透過曲線が得られるが、この
場合我々は最小透過の位置がどのように電界によって移
動されるかを見ることができる。最小からはるかに離れ
た波長での光が第12B図に示される通りフィルタによっ
てブロックされるならば、我々は第12C図に示されるCIE
図に示されるトレースに沿って色を作ることができる。
縁がかった青からオレンジ色までの途中で、紫と赤が現
われる。パラメータは完全に最適化されないが、何が得
られるかを示すために選択される。セルを通る偏光の透
過(目の感度により量られる)は、5%〜7%変化す
る。
A図参照)。我々はこの組合せを、偏光器および5460Å
の光通路差の固定式複屈折板すなわち45゜回転された垂
直λ板で開始することによって作る。(すべての角度は
偏光器の透過方向に関して測定される)。次に我我は、
路差1365Åで偏光器に平行なλ/4板をとる。このセルの
光軸が電界によって−10゜から+10゜まで駆動されるな
らば、第12B図に示される透過曲線が得られるが、この
場合我々は最小透過の位置がどのように電界によって移
動されるかを見ることができる。最小からはるかに離れ
た波長での光が第12B図に示される通りフィルタによっ
てブロックされるならば、我々は第12C図に示されるCIE
図に示されるトレースに沿って色を作ることができる。
縁がかった青からオレンジ色までの途中で、紫と赤が現
われる。パラメータは完全に最適化されないが、何が得
られるかを示すために選択される。セルを通る偏光の透
過(目の感度により量られる)は、5%〜7%変化す
る。
第2の例として我々は、セル間の偏光器をも有する直
列に接続された2対の電気クリニック・セルを含む組合
せを選ぶ。セルの一方が青−黄のコントラストを制御
し、他方が緑−赤のコントラストを制御することが理想
的である。2個の色スイッチを直列に置くことによっ
て、1個のスイッチは青と黄との間を絶えずスイッチし
て赤と緑で無色を透過し、もう1個のスイッチは緑と赤
との間を絶えずスイッチして青と黄で無色を透過し、す
べての色相が得られなければならない。次に我々は、各
セルがCIEダイヤグラムでほぼ直線を作ることを望み、
したがって滑動最小組合せは不適当である。その代わり
我々は、「ピボット・フィルタ」と称するものによって
作業することができる。もし我々が薄い青、濃い黄およ
び濃い青、薄い黄の透過の間を移動したいと思うなら
ば、ピボット点、すなわち緑のある波長で電気クリニッ
ク・セルの光軸の位置に無関係な透過が行われる点、を
有する透過曲線を捜すのが適当である。もしこの固定点
での導関数の変化を最小にするならば、我々は全く良好
な感度を達成すると思われる。我々は青−黄フィルタの
ユニトラル緑−赤特性を与えるスペクトルの赤部分に固
定点を置くこともある。これを実現するために、我々は
偏光器、λ=5300Å(緑)で偏光器に対して45゜の軸を
持つ光路差2.25λの複屈折板、次にソフト・モードのセ
ル対、そして最後にアナライザを、直列に置く(第13A
図参照)。各電気クリニック・セルの厚さは1.93μm
で、またその対は第5図でセル対について前に説明した
方法と同じ方法で配列されかつ制御されなければならな
い。この組合せはいま青−黄フィルタとして作用しよう
としている。緑−赤フィルタは同じ組合せであるが、λ
=5750Å(黄)であり、かつ各電気セルの厚さは2.17μ
mである。もちろん、ピボット・フィルタは共通な1個
のアナライザ/偏光器を有することがある。両電気クリ
ニック・セル対の光軸は、各セルについて22.5゜の振れ
を有する独自制御式と思われる。透過スペクトルは第13
(B、CおよびD)図に示されている。第13D図はCIEダ
イヤグラムにカバーされる面積を示す。それはカラー陰
極線管のそれに比較され、またCRTの場合のように色は
完全に飽和されていないが、すべての異なる色相が得ら
れる。全体の組合せの透過は5%〜37%の間で変化す
る。フィルタ組合せは、可能な応用の要求により、なお
一段と良好な特性を与えるようにさらに最適化される。
特に、固定式複屈折板の分散は使用できる波長範囲を拡
大するように合わされる。また、滑動最小フィルタもは
るかに良好となるが、同時に二重電気クリニック・セル
と共により厚い遅相板を使用するならば一段と複雑にな
る。次に我々は加えられる電界により波長軸に沿って移
動される最大および最小の透過を持つ「滑動最大フィル
タ」を得る。この場合もまた、もちろん色形成のこれら
の一般的なアイデアも、より大きな傾斜角を利用できる
キラル・スメクティックC相に強誘電性液晶を含むデバ
イスにも使用される。我々は狭帯域複屈折色フィルタの
設計において多重セルを含めることが可能であり、かつ
この方法でリオ−オーマン(Lyot−hman)フィルタま
たは同調式ソルク(Solc)フィルタを得ることができる
ことも指摘できる。これらは、簡単で、コンパクトで、
丈夫な設計であるとともに速度が魅力的なので、各種科
学測定器具に使用される。
列に接続された2対の電気クリニック・セルを含む組合
せを選ぶ。セルの一方が青−黄のコントラストを制御
し、他方が緑−赤のコントラストを制御することが理想
的である。2個の色スイッチを直列に置くことによっ
て、1個のスイッチは青と黄との間を絶えずスイッチし
て赤と緑で無色を透過し、もう1個のスイッチは緑と赤
との間を絶えずスイッチして青と黄で無色を透過し、す
べての色相が得られなければならない。次に我々は、各
セルがCIEダイヤグラムでほぼ直線を作ることを望み、
したがって滑動最小組合せは不適当である。その代わり
我々は、「ピボット・フィルタ」と称するものによって
作業することができる。もし我々が薄い青、濃い黄およ
び濃い青、薄い黄の透過の間を移動したいと思うなら
ば、ピボット点、すなわち緑のある波長で電気クリニッ
ク・セルの光軸の位置に無関係な透過が行われる点、を
有する透過曲線を捜すのが適当である。もしこの固定点
での導関数の変化を最小にするならば、我々は全く良好
な感度を達成すると思われる。我々は青−黄フィルタの
ユニトラル緑−赤特性を与えるスペクトルの赤部分に固
定点を置くこともある。これを実現するために、我々は
偏光器、λ=5300Å(緑)で偏光器に対して45゜の軸を
持つ光路差2.25λの複屈折板、次にソフト・モードのセ
ル対、そして最後にアナライザを、直列に置く(第13A
図参照)。各電気クリニック・セルの厚さは1.93μm
で、またその対は第5図でセル対について前に説明した
方法と同じ方法で配列されかつ制御されなければならな
い。この組合せはいま青−黄フィルタとして作用しよう
としている。緑−赤フィルタは同じ組合せであるが、λ
=5750Å(黄)であり、かつ各電気セルの厚さは2.17μ
mである。もちろん、ピボット・フィルタは共通な1個
のアナライザ/偏光器を有することがある。両電気クリ
ニック・セル対の光軸は、各セルについて22.5゜の振れ
を有する独自制御式と思われる。透過スペクトルは第13
(B、CおよびD)図に示されている。第13D図はCIEダ
イヤグラムにカバーされる面積を示す。それはカラー陰
極線管のそれに比較され、またCRTの場合のように色は
完全に飽和されていないが、すべての異なる色相が得ら
れる。全体の組合せの透過は5%〜37%の間で変化す
る。フィルタ組合せは、可能な応用の要求により、なお
一段と良好な特性を与えるようにさらに最適化される。
特に、固定式複屈折板の分散は使用できる波長範囲を拡
大するように合わされる。また、滑動最小フィルタもは
るかに良好となるが、同時に二重電気クリニック・セル
と共により厚い遅相板を使用するならば一段と複雑にな
る。次に我々は加えられる電界により波長軸に沿って移
動される最大および最小の透過を持つ「滑動最大フィル
タ」を得る。この場合もまた、もちろん色形成のこれら
の一般的なアイデアも、より大きな傾斜角を利用できる
キラル・スメクティックC相に強誘電性液晶を含むデバ
イスにも使用される。我々は狭帯域複屈折色フィルタの
設計において多重セルを含めることが可能であり、かつ
この方法でリオ−オーマン(Lyot−hman)フィルタま
たは同調式ソルク(Solc)フィルタを得ることができる
ことも指摘できる。これらは、簡単で、コンパクトで、
丈夫な設計であるとともに速度が魅力的なので、各種科
学測定器具に使用される。
色発生の場合にも、反射デバイスが大きな関心を持た
れるのは、反射モードで能動セル部品の数を減らす可能
性があるからである。原則として、第13A図のピボット
・フィルタ組合せのアナログはわずか2個の電気クリニ
ック・セルで作られる。我々は4個の電気クリニック・
セルによるとピボット・フィルタ組合せに比較される色
飽和を失うと思うが、もしフィルタが鏡と共に薄いパッ
ケージに組み合わされるならば、光の2つの通路は色飽
和の損失を一部補償すると思われる。同時に我々は輝度
を失い、またそれはバックライト透過の場合よりも反射
デバイスにとって一段と重要である。もし色選択性の部
分偏光器が含まれるならば、構造は有利となる。そのよ
うな偏光器は黄と青でのみ、または赤と緑でのみ吸収す
る。(また、透過性ピボット色フィルタはそのようなフ
ィルタから利益を得ることができる。しかし、この制限
により光学構造部品は印加された制御電圧により入射光
の異なる色成分を反射し得る、高速カラー・ミラーとし
て作用する。第3B図の単一2パス・セルおよびTFTアド
レッシングを組み合わせると、それは周囲の光でのみ作
動する、色と形の連続した、高解像度カラー・ビデオ・
スクリーンに使用される。もし双安定強誘電性液晶がそ
れに代わって使用されるならば、固定数の色を持つ対応
するコンピュータ表示が作られる。
れるのは、反射モードで能動セル部品の数を減らす可能
性があるからである。原則として、第13A図のピボット
・フィルタ組合せのアナログはわずか2個の電気クリニ
ック・セルで作られる。我々は4個の電気クリニック・
セルによるとピボット・フィルタ組合せに比較される色
飽和を失うと思うが、もしフィルタが鏡と共に薄いパッ
ケージに組み合わされるならば、光の2つの通路は色飽
和の損失を一部補償すると思われる。同時に我々は輝度
を失い、またそれはバックライト透過の場合よりも反射
デバイスにとって一段と重要である。もし色選択性の部
分偏光器が含まれるならば、構造は有利となる。そのよ
うな偏光器は黄と青でのみ、または赤と緑でのみ吸収す
る。(また、透過性ピボット色フィルタはそのようなフ
ィルタから利益を得ることができる。しかし、この制限
により光学構造部品は印加された制御電圧により入射光
の異なる色成分を反射し得る、高速カラー・ミラーとし
て作用する。第3B図の単一2パス・セルおよびTFTアド
レッシングを組み合わせると、それは周囲の光でのみ作
動する、色と形の連続した、高解像度カラー・ビデオ・
スクリーンに使用される。もし双安定強誘電性液晶がそ
れに代わって使用されるならば、固定数の色を持つ対応
するコンピュータ表示が作られる。
直交系キラル・スメクティック液晶は、高性能ポテン
シャルを持つ電気光学材料の現在研究されていないクラ
スである。それらは傾斜キラル・スメクティックにとっ
て重要な補足物であり、その物理的デバイスの特性およ
び使用は最近5年間にわたる大きな研究開発の目的であ
った。
シャルを持つ電気光学材料の現在研究されていないクラ
スである。それらは傾斜キラル・スメクティックにとっ
て重要な補足物であり、その物理的デバイスの特性およ
び使用は最近5年間にわたる大きな研究開発の目的であ
った。
スメクティックA*相の物理および電気光学特性の研
究は最も代表的な重要性を有するが、これまでは実際に
利用できる直交系スメクティックのクラスは、その適用
が重複のある区域と共にスメクティックC*相の適用と
少し違った区域にあることを示したに過ぎない。C*相
における双安定電気光学効果の存在は、このクラスの材
料を一般にもっと有用にする。他方では、A*相におけ
る電気光学効果はこれまでに液晶に発見されたものの内
で最も高速である。応答時間は現在、室温で500nsまで
の程度であり、温度を上げるとはるかに減少され、また
今後の重合体A*材料でさえ、我々は100μs未満の値
と予想する。変調直線度および利用できる連続グレイ・
シェードは、紫外線および赤外線領域でもそれを使用す
る可能性と共に、効果の有用さに加わる。負側では、多
くの透過が要求されるならば、制限された変調深度また
はコントラストである。これは、下にある基本効果(電
気クリニック効果)である誘導傾斜における制限された
振幅による。広帯域スメクティックA*混合物の予想さ
れる今後の急速な開発は、この状況を変えると思われ
る。
究は最も代表的な重要性を有するが、これまでは実際に
利用できる直交系スメクティックのクラスは、その適用
が重複のある区域と共にスメクティックC*相の適用と
少し違った区域にあることを示したに過ぎない。C*相
における双安定電気光学効果の存在は、このクラスの材
料を一般にもっと有用にする。他方では、A*相におけ
る電気光学効果はこれまでに液晶に発見されたものの内
で最も高速である。応答時間は現在、室温で500nsまで
の程度であり、温度を上げるとはるかに減少され、また
今後の重合体A*材料でさえ、我々は100μs未満の値
と予想する。変調直線度および利用できる連続グレイ・
シェードは、紫外線および赤外線領域でもそれを使用す
る可能性と共に、効果の有用さに加わる。負側では、多
くの透過が要求されるならば、制限された変調深度また
はコントラストである。これは、下にある基本効果(電
気クリニック効果)である誘導傾斜における制限された
振幅による。広帯域スメクティックA*混合物の予想さ
れる今後の急速な開発は、この状況を変えると思われ
る。
1つの電気光学構成部品として、スメクティックA*
およびC*デバイスの性能は、電気光学、磁気光学およ
び音響光学効果を用いる利用可能な材料の性能に比べら
れなければならない。例えば、二重A*セルは少なくと
も約2MHzまで、ファラデー旋光器よりもはるかに簡単か
つ多能なデバイスであることが明らかである。A*およ
びC*デバイスはいずれも、パッケルス、カー、および
音響光学変調器と具合よく比較される。一般に、液晶の
独自な特徴は、光軸の方向のみを制御する印加電圧に無
関係な複屈折Δnを有することである。キラル・スメク
ティック液晶では、2つのオプションがあり、すなわち
A*相(その他の直交相)ではEの直線関数である軸方
向を有するが、スイッチング速度はEに無関係であり、
またはC*相(その他のキラル傾斜相)でははるかに大
きな角度偏光がおもにEに無関係であるが、スイッチン
グ速度は本質的にEに直線である。複屈折の値(0.1〜
0.3)は、ポッケルスおよび特にカー効果によって導か
れるΔnに比較される大きな値である。これは極めて薄
い層の使用を可能にするとともに、低い電圧(<100V)
のが加えられると同時に正規の偏光板または遅相板のよ
うな、極めて小さい構造の構成部品を与える。さらに、
入射光を受ける角度はポッケルス・セルのそれよりもは
るかに大きい。共に、これらの特性を持つFLC(強誘電
性液晶)デバイス、特にA*相でソフト・モードを用い
るデバイスは、約100KHz(C*)または約2mKz(A*)
までの安価でコンパクトなシャッタおよび変調器のあら
ゆる種類にとって極めて魅力的である音響光学変調器に
比べると、FLCデバイスは、全体的にコンパクトである
にもかかわらず、特にビーム偏光器としてあるいはそれ
に似た応用で、はるかに高いアパーチャを持つ利点があ
る。それらは音響光学変調器、例えば相関、スペクトル
分析などの像走査器、プリンタ、およびリアルタイム信
号処理装置、と同じ応用に極めて広く適しているように
思われる。
およびC*デバイスの性能は、電気光学、磁気光学およ
び音響光学効果を用いる利用可能な材料の性能に比べら
れなければならない。例えば、二重A*セルは少なくと
も約2MHzまで、ファラデー旋光器よりもはるかに簡単か
つ多能なデバイスであることが明らかである。A*およ
びC*デバイスはいずれも、パッケルス、カー、および
音響光学変調器と具合よく比較される。一般に、液晶の
独自な特徴は、光軸の方向のみを制御する印加電圧に無
関係な複屈折Δnを有することである。キラル・スメク
ティック液晶では、2つのオプションがあり、すなわち
A*相(その他の直交相)ではEの直線関数である軸方
向を有するが、スイッチング速度はEに無関係であり、
またはC*相(その他のキラル傾斜相)でははるかに大
きな角度偏光がおもにEに無関係であるが、スイッチン
グ速度は本質的にEに直線である。複屈折の値(0.1〜
0.3)は、ポッケルスおよび特にカー効果によって導か
れるΔnに比較される大きな値である。これは極めて薄
い層の使用を可能にするとともに、低い電圧(<100V)
のが加えられると同時に正規の偏光板または遅相板のよ
うな、極めて小さい構造の構成部品を与える。さらに、
入射光を受ける角度はポッケルス・セルのそれよりもは
るかに大きい。共に、これらの特性を持つFLC(強誘電
性液晶)デバイス、特にA*相でソフト・モードを用い
るデバイスは、約100KHz(C*)または約2mKz(A*)
までの安価でコンパクトなシャッタおよび変調器のあら
ゆる種類にとって極めて魅力的である音響光学変調器に
比べると、FLCデバイスは、全体的にコンパクトである
にもかかわらず、特にビーム偏光器としてあるいはそれ
に似た応用で、はるかに高いアパーチャを持つ利点があ
る。それらは音響光学変調器、例えば相関、スペクトル
分析などの像走査器、プリンタ、およびリアルタイム信
号処理装置、と同じ応用に極めて広く適しているように
思われる。
液晶デバイスの事実上無制限なアパーチャは、カメラ
・シャッタのSMFLC応用(高速写真)の基礎でもあり、
時間積分として露出を許すだけではなく、時間のアパー
チャ関数(方形波、のこぎり波など)の制御を与え、か
つアパーチャ・フィールドのすべての部分は同時に露出
される。例えば直交偏光状態間の高速スイッチングを用
いる立体表示の応用、ならびに自動溶接ガラスおよびレ
ーザならびに閃光めがねにおける応用は似ている。
・シャッタのSMFLC応用(高速写真)の基礎でもあり、
時間積分として露出を許すだけではなく、時間のアパー
チャ関数(方形波、のこぎり波など)の制御を与え、か
つアパーチャ・フィールドのすべての部分は同時に露出
される。例えば直交偏光状態間の高速スイッチングを用
いる立体表示の応用、ならびに自動溶接ガラスおよびレ
ーザならびに閃光めがねにおける応用は似ている。
利用できる大きな能動区域も、直線シャッタ・アレイ
の製造を簡単にするが、このアレイはおそらく、例えば
レーザ・プリンタの回転ミラーに機械装置が用いられる
多くの光学設計にとって代わるものと思われる。直線ア
レイの一段と多能な制御の可能性は、新しい設計概念を
利用できるようにする。この場合もまた、2つのキラル
・スメクティック・オプション、すなわち連続グレイ・
スケールを持つ直接駆動高速A*相デバイス、または固
有のグレー・スケールを持たない複合C*相デバイスが
利用できる。
の製造を簡単にするが、このアレイはおそらく、例えば
レーザ・プリンタの回転ミラーに機械装置が用いられる
多くの光学設計にとって代わるものと思われる。直線ア
レイの一段と多能な制御の可能性は、新しい設計概念を
利用できるようにする。この場合もまた、2つのキラル
・スメクティック・オプション、すなわち連続グレイ・
スケールを持つ直接駆動高速A*相デバイス、または固
有のグレー・スケールを持たない複合C*相デバイスが
利用できる。
ソフト・モード・デバイスに記憶装置がないので、こ
れらは2次元不連続アレイを作るために電気的にまたは
光学的に能動マトリックス・アドレスされなければなら
ない。薄膜トランジスタおよびスメクティックA*セル
を反射モードで使用するそのようなアレイは、おそらく
液晶を用いる光計算の性能において極限となるであろう
が、それは高速であるとともに連続グレイ・シェードの
極めて重要な深さであることによる(第11図参照)。同
じことがシリコン・アドレス式空間光変調器のような連
続光処理装置についても言える。
れらは2次元不連続アレイを作るために電気的にまたは
光学的に能動マトリックス・アドレスされなければなら
ない。薄膜トランジスタおよびスメクティックA*セル
を反射モードで使用するそのようなアレイは、おそらく
液晶を用いる光計算の性能において極限となるであろう
が、それは高速であるとともに連続グレイ・シェードの
極めて重要な深さであることによる(第11図参照)。同
じことがシリコン・アドレス式空間光変調器のような連
続光処理装置についても言える。
色発生のいくつかの例は既に上記に指摘されている。
電気クリニック・カラー・スイッチの1つの応用は白黒
陰極線管と共に行われるが、この種のカラー・スイッチ
は高解像度を一段と容易に得られるようにするが、立体
ビジョン用の偏光変調器との統合をも可能にする。もう
1つの例は、「順次バックライト」法の強誘電体表示装
置であり、この場合情報は速い時間順序で一度に1つの
色をスクリーンに書かれる、またスクリーンは着色フラ
ッシの同期順序によって照射される。そのような装置で
は、適当な電気クリニック・フィルタを含有すること
は、所要のフラッシ・ランプが3個ではなく1個で済む
ことを意味する。最後に、我々の信じることが特に電気
クリニック・カラー・フィルタの興味ある応用であるこ
とを強調したい。色走査器および一般色センサにおける
色分離とは別に、それは電荷結合デバイス(CCD)と共
に、赤、緑、青の3色が電気走査される極めて簡単でコ
ンパクトな、安いカラーテレビジョン・カメラを可能に
し、この場合、赤、緑、青の3色は電気的に走査され
る。
電気クリニック・カラー・スイッチの1つの応用は白黒
陰極線管と共に行われるが、この種のカラー・スイッチ
は高解像度を一段と容易に得られるようにするが、立体
ビジョン用の偏光変調器との統合をも可能にする。もう
1つの例は、「順次バックライト」法の強誘電体表示装
置であり、この場合情報は速い時間順序で一度に1つの
色をスクリーンに書かれる、またスクリーンは着色フラ
ッシの同期順序によって照射される。そのような装置で
は、適当な電気クリニック・フィルタを含有すること
は、所要のフラッシ・ランプが3個ではなく1個で済む
ことを意味する。最後に、我々の信じることが特に電気
クリニック・カラー・フィルタの興味ある応用であるこ
とを強調したい。色走査器および一般色センサにおける
色分離とは別に、それは電荷結合デバイス(CCD)と共
に、赤、緑、青の3色が電気走査される極めて簡単でコ
ンパクトな、安いカラーテレビジョン・カメラを可能に
し、この場合、赤、緑、青の3色は電気的に走査され
る。
図面の簡単な説明 図面において、 第1図はガラス板上の誘導変調傾斜角θの射影θを示
す電極化されたガラス板間の液晶の概略図である。ニュ
ートラル(電界E=0)の場合における分子配向(およ
び光軸)の射影も示されている。図示の場合には、液晶
は傾斜された書架の形をしている。
す電極化されたガラス板間の液晶の概略図である。ニュ
ートラル(電界E=0)の場合における分子配向(およ
び光軸)の射影も示されている。図示の場合には、液晶
は傾斜された書架の形をしている。
第2図はガラス板上の誘導分子の傾斜の射影を、25℃
での印加電圧の関数として示す。この例に用いられる液
晶混合物はマーカ(Merck)による88−158である。
での印加電圧の関数として示す。この例に用いられる液
晶混合物はマーカ(Merck)による88−158である。
第3図は反射性単一SMFLCセル・デバイスであり、
(a)完全変調のためには光軸を45゜回転させる必要が
ある簡単な組立てであるが、(b)複屈折λ/4板を含む
ので光軸のゼロから22.5度までの回転で完全変調を与え
る。
(a)完全変調のためには光軸を45゜回転させる必要が
ある簡単な組立てであるが、(b)複屈折λ/4板を含む
ので光軸のゼロから22.5度までの回転で完全変調を与え
る。
第4図は液晶セルでλ/2の条件がそして遅相板でλ/4
の条件が波長λ=5460Åで満足される、第3B図によるデ
バイスの遷移特性の波長分散を示す。
の条件が波長λ=5460Åで満足される、第3B図によるデ
バイスの遷移特性の波長分散を示す。
第5図は交差した偏光器間の最適化された二重電気ク
リニック・セルの概略図であり、その中のψは第1セル
および偏光器の光軸間の角度を表わし、また同時に−ψ
は第2セルおよびアナライザの光軸間の角度を表わす。
ψは消光を与える0度と、完全透過につながる22.5度と
の間で変化する。
リニック・セルの概略図であり、その中のψは第1セル
および偏光器の光軸間の角度を表わし、また同時に−ψ
は第2セルおよびアナライザの光軸間の角度を表わす。
ψは消光を与える0度と、完全透過につながる22.5度と
の間で変化する。
第6図は代表的な光学特質(屈折率の複屈折および波
長依存)の液晶物質(キラル・スメクティックC*相に
おけるマークによるZLI−3774)を含む電気クリニック
セル対について、2つのセット・アップに関しかつ算出
された透過および誘導された電気クリニック角ψならび
に波長の関数としての算出された透過を示す。セット・
アップは、ケース(a)ではゼロ電界で相互に直角に2
個の電気クリニック・セルの光軸を持つ配列であり、ケ
ース(b)ではセルの光軸が相互に平行に配列されてい
る。示されている通り、セルの光軸の回転は反対方向に
起こるべきである。光の可視範囲にわたり、セットアッ
プ(a)はほぼ理想の無色動作を生じるように思われ
る。
長依存)の液晶物質(キラル・スメクティックC*相に
おけるマークによるZLI−3774)を含む電気クリニック
セル対について、2つのセット・アップに関しかつ算出
された透過および誘導された電気クリニック角ψならび
に波長の関数としての算出された透過を示す。セット・
アップは、ケース(a)ではゼロ電界で相互に直角に2
個の電気クリニック・セルの光軸を持つ配列であり、ケ
ース(b)ではセルの光軸が相互に平行に配列されてい
る。示されている通り、セルの光軸の回転は反対方向に
起こるべきである。光の可視範囲にわたり、セットアッ
プ(a)はほぼ理想の無色動作を生じるように思われ
る。
第7図は、おのおの厚い複屈折板と共に電気クリニッ
ク・セル組合せ(第5図のそれに似ている)から成る1
個以上の二重ユニット(b)により組み立てられる、光
線マルチプレクサ(a)の概略図を示す。各複屈折板に
分離することによる光成分の相対強度は、電気クリニッ
ク・セルにより制御される入射光の偏光状態によって決
定される。
ク・セル組合せ(第5図のそれに似ている)から成る1
個以上の二重ユニット(b)により組み立てられる、光
線マルチプレクサ(a)の概略図を示す。各複屈折板に
分離することによる光成分の相対強度は、電気クリニッ
ク・セルにより制御される入射光の偏光状態によって決
定される。
第8図は分離および偏光ビームの相対強度を電気制御
し得る、単一複屈折プリズムの上に接着された二重SMFL
Cセルの例を示す。
し得る、単一複屈折プリズムの上に接着された二重SMFL
Cセルの例を示す。
第9図は組み合わされたSMFLCセルおよび二重複屈折
(第9A、B、C図)または普通(第9図)プリズムで作
られた光交換台の例を示し、これによって複屈折の変化
が電気制御されかつそれによって2個(または4個)の
出成分の相対強度(および全反射の状態)が電気制御さ
れる。
(第9A、B、C図)または普通(第9図)プリズムで作
られた光交換台の例を示し、これによって複屈折の変化
が電気制御されかつそれによって2個(または4個)の
出成分の相対強度(および全反射の状態)が電気制御さ
れる。
第10図は二重SMFLCセルと遅相器を組み合わせる偏光
スイッチの概略例を示し、第10A図では1つの特定なセ
ットアップについて、偏光器、遅相器およびSMFLCセル
のゼロ電界(ダッシュ線)またはスイッチされた角ψま
たは−ψ)SMFLCセルの光軸が示されている。第10B図お
よびC図では、(ゼロ電界の)円偏光状態(反対方向
の)を介して(ゼロ電界)の直線偏光状態を経て直交さ
れる状態間のスイッチングが図示の通りスイッチングを
与える配列が見られる。
スイッチの概略例を示し、第10A図では1つの特定なセ
ットアップについて、偏光器、遅相器およびSMFLCセル
のゼロ電界(ダッシュ線)またはスイッチされた角ψま
たは−ψ)SMFLCセルの光軸が示されている。第10B図お
よびC図では、(ゼロ電界の)円偏光状態(反対方向
の)を介して(ゼロ電界)の直線偏光状態を経て直交さ
れる状態間のスイッチングが図示の通りスイッチングを
与える配列が見られる。
第11図は、おのおのが薄膜トランジスタにより援助さ
れかつ間にいろいろな従来式光素子を持つ2個の部分被
覆されたSMFLC反射デバイスから成る、光計算素子の一
般アウトラインである。
れかつ間にいろいろな従来式光素子を持つ2個の部分被
覆されたSMFLC反射デバイスから成る、光計算素子の一
般アウトラインである。
第12A図は色制御配列の1つの例、ここでは滑動最小
波長フィルタの概略図を示す。第12A図に見られる通
り、偏光器、全波および1/4波板の後にSMFLCセル、アナ
ライザ、そして最後に受動カラー・フィルタが続き、光
軸の相対配向は各成分を表わす。その結果生じる透過対
波長は第12B図に示され、これはSMFLC光軸傾斜角(ψ=
10.5、0、−5または−10度)による滑動最小位置を示
す。第12C図には、対応する色変化がCIEダイヤグラムに
示されている。
波長フィルタの概略図を示す。第12A図に見られる通
り、偏光器、全波および1/4波板の後にSMFLCセル、アナ
ライザ、そして最後に受動カラー・フィルタが続き、光
軸の相対配向は各成分を表わす。その結果生じる透過対
波長は第12B図に示され、これはSMFLC光軸傾斜角(ψ=
10.5、0、−5または−10度)による滑動最小位置を示
す。第12C図には、対応する色変化がCIEダイヤグラムに
示されている。
第13図は色の連続変化を与える2個のピボット・フィ
ルタの組合せから成る色スイッチング・フィルタを示す
(第13A図)。第13B図およびC図には、それぞれ波長53
00Åおよび5750Åでのピボット点を示す2個のピボット
・フィルタの透過スペクトルが見られる。第13D図に
は、2個のピボット・フィルタが独自に変化された場合
に得られる異なる色相に対応するCIEダイヤグラムの
「窓」が示されている。星印は、陰極線管に使用される
青リン、緑リンおよび赤リンを示す。
ルタの組合せから成る色スイッチング・フィルタを示す
(第13A図)。第13B図およびC図には、それぞれ波長53
00Åおよび5750Åでのピボット点を示す2個のピボット
・フィルタの透過スペクトルが見られる。第13D図に
は、2個のピボット・フィルタが独自に変化された場合
に得られる異なる色相に対応するCIEダイヤグラムの
「窓」が示されている。星印は、陰極線管に使用される
青リン、緑リンおよび赤リンを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステブラー ベングト スウェーデン国エス―41266 ゴーテボ ルグ,カールベルグスガタン 19 (72)発明者 コミトブ ラケザル スウェーデン国エス―41129 ゴーテボ ルグ,ランダラベルゲン 14 (72)発明者 スカルプ ケント スウェーデン国エス―42700 リンドー ム,ブラッカベーゲン 45 (72)発明者 ラガーウォール スベン トールブヨル ン スウェーデン国エス―41475 ゴーテボ ルグ,スナックベーゲン 30ビー (56)参考文献 特開 昭59−129837(JP,A) 特開 昭61−52630(JP,A) 特開 昭64−3632(JP,A) Applied Physics L etters,vol.51,No.9, August 1987,p.640−642 Ferroelectrics,vo l.84 1988,p.285−315 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/141 G02F 1/1335 G02F 1/1347
Claims (19)
- 【請求項1】電極間に強誘電体又は電気クリニック応答
式液晶板を有する液晶装置で、液晶の分子軸が印加電界
に応答して入射光方向に相当する方向の周りで回転可能
であり、液晶は書架の形状のスメクティック相にあり、 液晶の電気的に選択可能な分子軸方向の1つの方向であ
って電極間の所定印加電界に応答して選択された該1つ
の分子軸方向と平行に設定された偏光方向を持つ入射偏
光面を発生する偏光子と; 1/4波長板及びミラーであって、入射光が偏光子から液
晶板及び1/4波長板を通過させられてからミラーによっ
て逆方向に1/4波長板及び液晶板を戻って出射光として
反射させられるように構成された前記1/4波長板及びミ
ラーとを有し; 前記1つの電気的に選択可能な分子軸方向の液晶の低速
軸に対して45度または135度傾斜させられた低速軸を前
記1/4波長板が持つことと; 前記液晶板は1/2波長板であることによって前記液晶装
置は前記所定印加電界に応答して前記1つの分子軸方向
に垂直な第1の出射偏光面を発生することと; 前記液晶は前記所定印加電界の反転に際して光軸方向は
2θの角度差を生じる材料であり、θは液晶のチルト角
であることにより、前記第1の出射偏光面に対して8θ
の角度だけ回転される第2の出射偏光面を前記液晶装置
が発生するように構成されたこととを特徴とする液晶装
置。 - 【請求項2】電界の反転により液晶の低速軸は偏光子の
伝達方向に対して零度方向と22.5度方向との間で回転さ
せられて、1/4波長板の低速軸は前記偏光子に対して同
じ測定で135度又は45度だけ傾かせることを特徴とする
請求項1の液晶装置。 - 【請求項3】電極間に第1の強誘電体又は電気クリニッ
ク応答式液晶1/2波長板を有し、液晶の分子軸が印加電
界に応答して入射光方向に相当する方向の周りで回転可
能であり、液晶は書架の形式のスメクティック相にあ
る、前記液晶1/2波長板を有する液晶装置であって、 電極間の第2の強誘電体又は電気クリニック応答式液晶
1/2波長板を有して、前記第1の1/2波長板に所定電界が
印加されるときに入射偏光の偏光面と前記第1の1/2波
長板の電気的に選択可能な分子方向の1つとが平行にさ
れる前記第2の1/2波長板によって特徴づけられて; 偏光は前記第1の1/2波長板と前記第2の1/2波長板とを
通過して出射光を提供するようになり; 前記第1の1/2波長板と第2の1/2波長板とは互に垂直な
方向の低速光軸を持つように前記印加電界が選択される
ときに、前記出射光の第1の偏光面を提供し; 前記第1の1/2波長板の液晶分子の光軸は印加電界の反
転に際して前記第2の1/2波長板の液晶分子の光軸の移
動と対向する角度方向に移動するように構成されてお
り、個別の1/2波長板の液晶分子の光軸は前記印加電界
の反転に際して2θの角度だけ回転して、出射光の第2
の偏光面を提供し、θは液晶のチルト角であり、前記第
2の偏光面は前記第1の偏光面に対して8θの角度だけ
回転させられることを特徴とする液晶装置。 - 【請求項4】前記第1の液晶1/2波長板の前部及び前記
第2の液晶1/2波長板の後部に偏光子が装着されること
を特徴とする請求項3の液晶装置。 - 【請求項5】前記液晶1/2波長板の各々は印加電界反転
に際して22.5度の光軸方向において2θの角度差を与え
ることが出来る材料から成ることを特徴とする請求項3
の液晶装置。 - 【請求項6】複数のn対の液晶1/2波長板が直列に配置
されて、液晶材料は各セルに対する印加電界の反転に際
して22.5/n度の2θの光軸の回転を可能とすることを特
徴とする請求項3の液晶装置。 - 【請求項7】印加電界反転に際して1対の1/2波長板の
光軸の対向する回転が個々のセルに対向方向電圧を印加
することによって達成されることを特徴とする請求項3
乃至6のいずれかの液晶装置。 - 【請求項8】1対の個々のセルには同一極性の電圧が印
加されて、前記1対の2つのセル内で反極性材料を使用
することにより光軸の対向方向の回転が達成されること
を特徴とする請求項3乃至6のいずれかの液晶装置。 - 【請求項9】各1/2波長板の背後に1/4波長板が設置され
て、1/2波長板の対の光軸に対して45度で振動する直線
偏光入射光の偏光状態を出射光の3つの異なる電気的に
選択可能な偏光状態とすることを特徴とする請求項3、
5、7又は8のいずれかの液晶装置。 - 【請求項10】2θ=22.5度及び印加電界をEとする
と、入射偏光に対して1/4波長板の光軸が平行に向けら
れているか、又は45度傾けられているかに依存して、前
述の場合は±Eに関して2つの円偏光状態を与え且つE
=0に関しては直線偏光状態を与え、また後述の場合は
±Eに関して2つの直交する直線偏光状態を与え且つE
=0に関しては1つの円偏光状態を与えることを特徴と
する請求項9の液晶装置。 - 【請求項11】前記1/2波長液晶板は隣接する光導電体
によって電気的にアドレスされることを特徴とする請求
項1、3、5または6のいずれかの液晶装置。 - 【請求項12】前記液晶を通過した光ビームを偏光状態
に従って空間的に変位するための複屈折板が前記液晶に
続いて配置されることを特徴とする請求項3、5または
6のいずれかの液晶装置。 - 【請求項13】前記液晶に続けてグラントムソンプリズ
ム又はこれと等価なプリズムが配置されて印加制御電圧
の符号に対応して方向性を有する光分割及び異なる偏光
状態を得ることにより、マルチチャネルの電気光学スイ
ッチを形成することを特徴とする請求項3、5または6
のいずれかの液晶装置。 - 【請求項14】前記液晶に続けて1つ以上の複屈折プリ
ズムが配置されて、電気的に制御されるビーム分割器を
形成することを特徴とする請求項3、5また6のいずれ
かの液晶装置。 - 【請求項15】前記液晶は2重プリズム部品によって封
入されて、液晶軸方向を電気的に制御して2重プリズム
の内部ガラス表面の反射を電気的に制御することによっ
てビーム分割器又はビームスイッチとして動作すること
を特徴とする請求項3、5または6のいずれかの液晶装
置。 - 【請求項16】前記液晶は単量体又は重合体状態のスメ
クティック液晶であることを特徴とする請求項1乃至15
のいずれかの液晶装置。 - 【請求項17】SMFLC材料から形成された前記液晶板の
対及び2.25波長板が交差した偏光子間に装着された第1
の結合と同様の第2の結合が第1の結合に対して90度回
転させられて装着されて、夫れ夫れの偏光子及びSMFLC
光軸の共通方向に対して45度をなす光軸を持つ夫れ夫れ
の2.25波長板が装着されていることを特徴とする請求項
3、5または6のいずれかの液晶装置。 - 【請求項18】TVカメラ内に装着用のカラーフィルタで
あって、請求項17の液晶装置を含み、赤、青、緑の3つ
の異なる色を順次に走査するためのカラーフィルタ。 - 【請求項19】電極間に第1の電気クリニック応答式液
晶1/2波長板を有して液晶の分子軸が印加電界に応答し
て入射光方向に対応する方向の周りで回転可能であり、
液晶は書架形状のスメクティック相にあり、入射光を偏
光するための偏光子と、第1の複屈折板と、検光子とを
有する液晶装置であって; 分子軸の電気的に選択可能な1つの方向に平行に設定さ
れた偏光方向を前記偏光子が有することと; 前記1つの方向に対して45度傾けられた光軸を持つ1波
長板から前記第1複屈折板が成ることと; 前記1つの方向と平行に設定された光軸を持つ1/4波長
板から成る第2の複屈折板を有することと; 前記1つの方向に対して90度傾けられた光軸を前記検光
子が有することと; 前記液晶1/2波長板は前記偏光子と前記第1及び第2の
複屈折板と前記検光子と協同関係に配置されて選択され
た波長の光に関して最小の伝達を生じるように入射光の
伝達に影響して、最小伝達波長が前記印加電界に応答し
て変位可能であることを特徴とする液晶装置。
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