JPH03209431A - 空間光変調素子 - Google Patents

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］ この発明は、光情報処理、光コンピユーテイング、マシ
ンビジョン、デイスプレィ端末等に用いられる液晶空間
光変調素子に関する。

［発明の概要］ この発明は、光情報処理、光コンピユーテイング、マシ
ンビジョン、デイスプレィ端末等に用いられる液晶空間
光変調素子に関し、一対の、電極を有する基板間の一方
の電極上に光導電層及び誘電体多層膜ミラーを具備し、
両基板に液晶分子を配向させる膜として、基板の法線方
向に対して７５０から８５°の範囲の角度で一酸化珪素
を斜方蒸着したものを用い、これを一定の間隙に制御し
て対間させ、間隙に封入する液晶組成物として、強誘電
性液晶組成物を用いた液晶素子において、該液高空間光
変調素子の読み出し光に波長λの単色光を用い、強誘電
性液晶層の間隙ｄを、ｄ＝ａ・λ／４・Δｎ（Δｎは強
誘電性液晶組成物の屈折率異方性、ａは整数）なる関係
を満足するかまたはその近傍±１０％であるように制御
したうえで、光導電層及び誘電体多層膜ミラーを形成し
ない側の基板表面に、偏光板の変更軸と斜方蒸着の入射
方向が２２．５　’±２．５　　’の角度をなすように
偏光板を貼付する事により、光学系を小型化し、もって
光情報処理、光コンピユーテイング、マシンビジョン、
デイスプレィ端末等のシステムへの応用を容昌ならしめ
るものである。

［従来の技術］ 従来、強誘電性液晶を用いた空間光変調素子は、素子外
部に偏光子及び検光子及びハーフミラ−またはキューブ
ビームスプリンター等を配置し、読みだし光を偏光子を
通して照射し、反射光を検光子を通して読み出す事によ
り、変調された像を得ていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の方法では、光学系中に偏光子及び
検光子及びハーフミラ−またはキューブビームスプリン
ター等を配置するため、大きな光学系のスペースを必要
とするという課題があった。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は、光情報処理、
光コンピユーテイング、マシンビジョン、デイスプレィ
端末等に用いられる強誘電性液晶空間光変調素子の読み
出し光に波長λの単色光を用い、強誘電性液晶層の間隙
ｄを、ｄ＝ａ・λ／４・Δｎ（Δｎは強誘電性液晶組成
物の屈折率異方性、ａは整数）なる関係を満足するかま
たはその近傍±１０％であるように制御したうえで、光
導電層及び誘電体多層膜ミラーを形成しない側の基板表
面に、偏光板の変更軸と斜方蒸着の入射方向が２２．５
　＠±２．５＠の角度をなすように偏光板を貼付した。

〔作用〕

二つの安定状態間の角度は強誘電性液晶のコーン角に対
応し、光軸は一酸化珪素の斜方蒸着方向からそれぞれ２
２．５°（光軸間で４５’）の角度を有しており、偏光
板の変更軸と斜方蒸着の入射方向が２２．５　＠の角度
をなすように偏光板を貼付したことにより、二つの安定
状態のうちの一方は強誘電性液晶分子の光軸と偏光板の
変更軸が一致し、他方は強誘電性液晶分子の光軸と偏光
板の変更軸が４５″の角度を有する。そのため、強誘電
性液晶分子の光軸と偏光板の変更軸が一致している安定
状態では入射光は強誘電性液晶層で何等の変調も受けず
に反射されて明状態となる。また、強誘電性液晶分子の
光軸と偏光板の変更軸が４５６の角度を有する安定状態
では、入射光は強誘電性液晶層内で変調され、位相差φ
＝２π・Δｎ・２ｄ／λで出てくる。このとき、φ＝ａ
π（ａは整数）ならば、反射光は偏波面が９０°回転し
た直線偏光となり、貼付した偏光板によって遮断されて
暗状態となる。即ち、ｄ＝ａλ／４Δｎ　（ａは整数）
を満たすとき最大のコントラストが得られ、その近傍で
ある程度のコントラストを得ることができる。

［実施例］ 以下に本発明の内容を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る液晶空間光変調素子の概念図であ
る。液晶分子を挟持するための基板１１ａ、１１ｂとし
て、透明ガラス基板を用いた。両基板の表面にはＩＴＯ
透明電極層１２ａ　、１２ｂを設けた。ここでＩＴＯ電
極１２ａ　、１２ｂは、酸化錫アンチモン等でも問題な
い。さらに両基板の表面には基板の法線方向から８５＠
の入射角で、かつ、組み合わせた状態で書き込み側及び
読みだし側の基板上の入射方向が一致するように一酸化
珪素を斜方蒸着した配向膜層１３ａ　、１３ｂを設けた
。−酸化珪素を斜方蒸着した配向膜層１３ａ　、１３ｂ
の基板の法線方向からの入射角度は７５°から８５＠の
範囲で特性を考慮して選択すればよい、光による書き込
み側の透明電極層１２ａ上にはアモルファスシリコン光
導電層１５を、５ｉＦａを主体とするガスを放電分解し
て、２μｍの厚さのａ−５ｉ：１層とすることにより形
成した。ここで該アモルファスシリコン光導電層１５は
、放電分解時にＰ、Ｎ等を添加した膜組成でも良く、ま
た、ａ−５ｉ：８層上にｎ型、あるいはｐ型の、他の組
成の半導体膜を積層した構成であっても差し支えない。

さらに前記膜上に、投影光が光導電層１５に入射しない
ように遮光層１６を設け、さらに、ＳｉＯ□とＳｉを交
互に計１５層積層した誘電体ミラー１７を積層、形成し
た。さらに、基板１１ａとｌｌｂはその配向膜層１３ａ
　、１３ｂ側を対向させ、直径０．８５μｍのＳｉＯ□
球を加えた接着剤よりなるスペーサ１９を介して間隙を
制御、形成し、強誘電性液晶層１４を挟持するようにし
た形成された間隙ｄは約０．９μｍであった。封入した
強誘電性液晶組成物としては、５ＣＥ−６（ＢＤＨ社製
）を用いた。その屈折率異方性Δｎは０．１８であった
。さらに、光導電層を形成しない側の基板表面に、偏光
板の変更軸と斜方蒸着の入射方向が２２．５　＠の角度
をなすように偏光板を貼付した。

上記の強誘電性液晶空間光変調素子は、外部から両基板
の透明電極間に直流電界を印加する事により強誘電性液
晶分子が基板表面からみて一軸に整列した安定状態とな
る。また、印加電界の極性を反転することにより、もう
一方の、強誘電性液晶分子が基板表面からみて一軸に整
列した安定状態となる。この二状態間の電界による反転
は、強誘電性液晶層に印加される電界に対して、非線形
性と明確なしきい値を有する。印加電界は、直流に交流
を重畳したものであっても差し支えない。

二つの安定状態間の角度は強誘電性液晶のコーン角に対
応し、本実施例では光軸は一酸化珪素の斜方蒸着方向か
らそれぞれ２２．５’　　（光軸間で４５°）の角度を
有していた。偏光板の変更軸と斜方蒸着の入射方向が２
２．５　’の角度をなすように偏光板を貼付したことに
より、二つの安定状態のうちの一方は強誘電性液晶分子
の光軸と偏光板の変更軸が一致し、他方は強誘電性液晶
分子の光軸と偏光板の変更軸が４５″の角度を有する。

そのため、強誘電性液晶分子の光軸と偏光板の変更軸が
一致している安定状態では入射光は強誘電性液晶層で何
等の変調も受けずに反射されて明状態となる。また、強
誘電性液晶分子の光軸と偏光板の変更軸が４５６の角度
を有する安定状態では、入射光は強誘電性液晶層内で変
調され、位相差φ＝２π・Δｎ・２ｄ／λで出て（る。

このとき、φ＝ａπ（ａは整数）ならば、反射光は偏波
面が９０″回転した直線偏光となり、貼付した偏光板に
よって遮断されて暗状態となる。即ち、ｄ＝ａλ／４Δ
ｎ（ａは整数）を満たすとき最大のコントラストが得ら
れ、その近傍である程度のコントラストを得ることが出
来る。ただし、間隙ｄは強誘電性液晶材料の固有ピッチ
よりも小さくなければならず、その条件を満たすａの値
を選択しなければならない。本実施例で用いた強誘電性
液晶組成物は、Δｎ＝０゜１８であり、読み出し光はＨ
ｅ−Ｎｅレーザー（λ−６３２８人）であるため、ａ＝
１を選択し、φ−πとするために間隙ｄを０．８８μｍ
近傍に設定した。実際の間隙ｄは、約０．９μｍであっ
た。

なお、斜方蒸着方向と偏光板の変更軸のなす角度は、強
誘電性液晶のコーン角に合わせて、一方の安定状態の光
軸と変更軸が一致するように設定すればよいが、コーン
角が４５°からずれるに従ってコントラストは低下する
。本実施例に於いては、コーン角はほぼ４５°であった
ので、良好なコントラストを示した。

上記のような強誘電性液晶空間光変調素子によれば、強
誘電性液晶素子のもつ双安定性により、消去電界印加に
よる消去後に消去電界と逆方向の、液晶層に分圧される
電圧が光導電層が暗時には閾値以下であり引時には闇値
以上であるような電界を印加しながらセル外面からの書
き込み光２０によって光学像を照射、または半導体レー
ザーを変調しつつポリゴンミラーやガルバノミラ−を用
いて走査を行なうことにより、光が照射された部分での
み液晶分子の反転がおこり、また、それが安定に保持さ
れるため、強誘電性液晶層１４に像の書き込み、形成を
行なうことができた。また、書き込みにより形成された
像は、投影光２１の照射により読み出すことが出来る。

前記印加電圧は、交流波形を重畳した直流でもよい。さ
らに、前記書き込み時の電界方向とは逆方向の、液晶層
に分圧される電圧が光導電層が暗時には閾値以下であり
引時には闇値以上であるような電界を印加しながら、半
導体レーザーを変調しつつポリゴンミラーやガルバノミ
ラ−を用いて走査を行なうことにより、強誘電性液晶層
のレーザー光が照射された部分でのみ液晶分子の反転が
おこり、また、それが安定に保持されるため、像の部分
消去も行なうことができた。

第２図に従来の強誘電性液晶空間光変調素子を用いた場
合の読みだし光学系を、第３図に本発明に係る強誘電性
空間光変調素子を用いた場合の読みだし光学系を示す。

第２図では、読みだし光２１は検光子２２を通った後、
ハーフミラ−２３（またはビームスプリンター）で反射
されて強誘電性液晶素子２４へ入射し、素子により変調
を受けて反射され、ハーフミラ−２３、検光子２５を通
って像として読み出される。第３図では、本発明に係る
強誘電性液晶空間光変調素子２６を用いることにより、
外部に偏光子、ハーフミラ−またはキューブビームスプ
リッタ−１検光子を配置する必要がなく、光学系を小型
化することができることがわかるー。

［発明の効果］ このように、本発明に係る強誘電性液晶空間光変調素子
を用いることにより、光学系を小型化し、もって光情報
処理、光コンピユーテイング、マシンビジョン、デイス
プレィ端末等のシステムへの応用を容易ならしめること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る強誘電性液晶空間光変調素子の
構造を示す断面図、第２図は、従来の強誘電性液晶空間
光変調素子を用いた場合の読みだし光学系を示す模式図
、第３図は、本発明に係る強誘電性液晶空間光変調素子
を用いた場合の読みだし光学系を示す模式図である。 １０・・・偏光板 １１ａ、ｌｌｂ・・・透明基板 １２ａ、１２ｂ・・・透明電極 １３ａ、１３ｂ・・−配向膜 １４・・・強誘電性液晶層 １５・・・光導電膜 １６・・・遮光膜 １７　・　・ １９　・　・ ２０　・　・ ２１　・　・ ２２　・　・ ２３　・ ２４　・　・ ２５　・　・ ２６　・　・ ・誘電体ミラー ・スペーサー 書き込み光 ・読み出し光 偏光子 ・ハーフミラ− ・従来の強誘電性液晶空間光変調素子 ・検光子 ・本発明に係る強誘電性液晶空間光変 調素子 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の、電極を有する基板間の一方の電極上に光
   導電層及び誘電体多層膜ミラーを具備し、両基板に液晶
   分子を配向させる膜として、基板の法線方向に対して７
   ５°から８５°の範囲の角度で一酸化珪素を斜方蒸着し
   たものを用い、これを一定の間隙に制御して対向させ、
   間隙に封入する液晶組成物として、強誘電性液晶組成物
   を用いた液晶素子において、光導電層及び誘電体多層膜
   ミラーを形成しない側の基板の外面に偏光板を貼付する
   事を特徴とする液晶空間光変調素子。
2. （２）該液晶空間光変調素子の読み出し光は波長λの単
   色光を用い、強誘電性液晶層の間隙ｄは、ｄ＝ａ・λ／
   ４・Δｎ（Δｎは強誘電性液晶組成物の屈折率異方性、
   ａは整数）なる関係を満足するかまたはその近傍±１０
   ％であり、貼付する偏光板の変更軸と斜方蒸着の入射方
   向は２２．５°±２．５°の角度をなすように設定した
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶空間光変調素子。