JPH10311975A - 偏光非依存型光位相変調器 - Google Patents
偏光非依存型光位相変調器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気光学変調器、位相差板および反射板等の
光学素子間の視差の影響が少なく、使用可能な入射角範
囲が広い偏光非依存型光位相変調器を提供する。 【解決手段】 偏光非依存型光学位相変調器は、第１お
よび第２の基板を含む。反射板は第１および第２の基板
の間に設けられ、１／４波長板は反射板と第１の基板と
の間に設けられる。偏光依存型電気光学層は、１／４波
長板と第１の基板との間に設けられる。１／４波長板
は、偏光に対して４５度の角度で配向する光学軸を有
し、偏光の位相は電気光学層によって変調される。
光学素子間の視差の影響が少なく、使用可能な入射角範
囲が広い偏光非依存型光位相変調器を提供する。 【解決手段】 偏光非依存型光学位相変調器は、第１お
よび第２の基板を含む。反射板は第１および第２の基板
の間に設けられ、１／４波長板は反射板と第１の基板と
の間に設けられる。偏光依存型電気光学層は、１／４波
長板と第１の基板との間に設けられる。１／４波長板
は、偏光に対して４５度の角度で配向する光学軸を有
し、偏光の位相は電気光学層によって変調される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調器に関
し、特に、偏光非依存型光位相変調器に関する。
し、特に、偏光非依存型光位相変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】Eschlerらの"Liquid Crystal Light Val
ves for Schlieren Optical Projection"、Displays、
第１６巻、３５頁、（１９９５年）は、電気光学変調
器、リターダまたは静的波長板、およびミラーを含む偏
光非依存型光位相変調器を開示している。このような変
調器を回折ベースの投射システムに使用することもまた
開示されている。電気光学変調器は、位相変調器として
作用するネマティック液晶装置を有する。ネマティック
液晶は、ねじれておらず、反平行の配向を有するため、
電界が液晶層に印加されると、分子が、層を透過する光
のリタデーテョンが変化するように、層に直交する平面
内でチルトする。
ves for Schlieren Optical Projection"、Displays、
第１６巻、３５頁、（１９９５年）は、電気光学変調
器、リターダまたは静的波長板、およびミラーを含む偏
光非依存型光位相変調器を開示している。このような変
調器を回折ベースの投射システムに使用することもまた
開示されている。電気光学変調器は、位相変調器として
作用するネマティック液晶装置を有する。ネマティック
液晶は、ねじれておらず、反平行の配向を有するため、
電界が液晶層に印加されると、分子が、層を透過する光
のリタデーテョンが変化するように、層に直交する平面
内でチルトする。
【０００３】波長板は、光学軸がネマティック液晶の配
向方向に対して４５度で配向される静的１／４波長板で
ある。１／４波長板は、電気光学変調器とミラーとの間
に設けられる。
向方向に対して４５度で配向される静的１／４波長板で
ある。１／４波長板は、電気光学変調器とミラーとの間
に設けられる。
【０００４】位相変調器の動作を、添付の図１および図
２に示す。動作をより明確に説明するために、反射光の
光路が折れ目面ＦＰ回りにおいて「折れ曲がっていな
い」状態で示されている。矢印１は装置を通過する光の
伝搬方向を示す。非偏光ビームの単一の任意の偏光状態
は、互いに位相差φを有する直交偏光成分２および３で
示される。光は参照符号４で示す電気光学変調器を通過
し、垂直偏光成分２は水平偏光成分に対して２π△ｎｄ
／λだけ遅延する。ここで、△ｎは変調器４の電気光学
材料の複屈折率であり、ｄは変調器４の厚み、λは光の
波長である。
２に示す。動作をより明確に説明するために、反射光の
光路が折れ目面ＦＰ回りにおいて「折れ曲がっていな
い」状態で示されている。矢印１は装置を通過する光の
伝搬方向を示す。非偏光ビームの単一の任意の偏光状態
は、互いに位相差φを有する直交偏光成分２および３で
示される。光は参照符号４で示す電気光学変調器を通過
し、垂直偏光成分２は水平偏光成分に対して２π△ｎｄ
／λだけ遅延する。ここで、△ｎは変調器４の電気光学
材料の複屈折率であり、ｄは変調器４の厚み、λは光の
波長である。
【０００５】ミラーおよび１／４波長板は、光学軸が変
調器４の配向方向に対して４５度で配向される静的１／
２波長板５として作用する。そのため、成分２および３
の偏光は、１／４波長板と反射板とによって形成される
１／２波長板を通過する結果、光学軸回りに「反射」さ
れる。その後、光は参照符号６で示す電気光学変調器を
再び通過する。ここで、垂直偏光成分３の位相は２π△
ｎｄ／λだけ遅延する。従って、成分２および３は共
に、同一の位相遅延を経験し且つ直交したままである
が、波長板の軸まわりに反射される。このように、電気
光学変調器は、偏光依存型位相変調を行うが、１／２波
長板５によって生成された偏光の変化は、両方の偏光成
分に同一の位相変調を引き起こす。そのため、装置は偏
光非依存型光位相変調器として作用する。特に、非偏光
の入射光は常に、各々２つの直交偏光ビームによって示
される偏光状態の線形和に分解され得る。上記のよう
に、素子は、その状態にかかわらず任意の偏光状態を位
相変調し、それにより同一の量ですべての状態を変調す
る。そのため、装置は、非偏光に作用する。
調器４の配向方向に対して４５度で配向される静的１／
２波長板５として作用する。そのため、成分２および３
の偏光は、１／４波長板と反射板とによって形成される
１／２波長板を通過する結果、光学軸回りに「反射」さ
れる。その後、光は参照符号６で示す電気光学変調器を
再び通過する。ここで、垂直偏光成分３の位相は２π△
ｎｄ／λだけ遅延する。従って、成分２および３は共
に、同一の位相遅延を経験し且つ直交したままである
が、波長板の軸まわりに反射される。このように、電気
光学変調器は、偏光依存型位相変調を行うが、１／２波
長板５によって生成された偏光の変化は、両方の偏光成
分に同一の位相変調を引き起こす。そのため、装置は偏
光非依存型光位相変調器として作用する。特に、非偏光
の入射光は常に、各々２つの直交偏光ビームによって示
される偏光状態の線形和に分解され得る。上記のよう
に、素子は、その状態にかかわらず任意の偏光状態を位
相変調し、それにより同一の量ですべての状態を変調す
る。そのため、装置は、非偏光に作用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この公知の位相変調器
において、電気光学変調器、１／４波長板および反射板
は、別々の光学素子として具現化されている。装置は、
空間位相変調を提供するために、複数の個々に制御可能
な画素（ピクセル）として配置され、その結果たとえば
回折特性が制御可能な回折光学装置となる。しかし、別
々の光学素子間の視差の影響のため、使用可能な入射角
範囲を許容するためには、比較的大きな画素が必要とな
る。公知の装置のこの問題を添付の図２に示す。位相変
調器が、例えば投射ディスプレイの一部を形成する光学
システム７と共に用いられる場合、直交偏光成分は、異
なる平面に像形成される。偏光成分２は、位置４にある
電気光学変調器により光学的に変調され、他方成分３は
位置６にある電気光学変調器により変調される。そのた
め、２つの直交偏光の像は、参照符号８および９で示す
別々の像形成平面内に形成される。
において、電気光学変調器、１／４波長板および反射板
は、別々の光学素子として具現化されている。装置は、
空間位相変調を提供するために、複数の個々に制御可能
な画素（ピクセル）として配置され、その結果たとえば
回折特性が制御可能な回折光学装置となる。しかし、別
々の光学素子間の視差の影響のため、使用可能な入射角
範囲を許容するためには、比較的大きな画素が必要とな
る。公知の装置のこの問題を添付の図２に示す。位相変
調器が、例えば投射ディスプレイの一部を形成する光学
システム７と共に用いられる場合、直交偏光成分は、異
なる平面に像形成される。偏光成分２は、位置４にある
電気光学変調器により光学的に変調され、他方成分３は
位置６にある電気光学変調器により変調される。そのた
め、２つの直交偏光の像は、参照符号８および９で示す
別々の像形成平面内に形成される。
【０００７】米国特許第３，９１２，３６９号には、液
晶セル、１／４波長板および反射板を有する反射型液晶
ディスプレイが開示されている。液晶セル、波長板およ
び反射板は別々の素子として設けられ、波長板および反
射板は液晶セルの外側に設けられる。
晶セル、１／４波長板および反射板を有する反射型液晶
ディスプレイが開示されている。液晶セル、波長板およ
び反射板は別々の素子として設けられ、波長板および反
射板は液晶セルの外側に設けられる。
【０００８】強誘電性液晶技術を用いた空間光変調器
が、M. J. O'CallaghanおよびM. A. Handschyによる論
文、"Diffractive Ferroelectric Liquid Crystal Shut
ters for Unpolarized Light"、Optics Letters、第１
６巻、第１０号（１９９５年５月）、７７０〜７７２頁
に開示されている。この論文に開示されている空間光変
調器は、入射光を透過する第１の状態と、位相回折格子
として作用する第２の状態との間で切り換え可能であ
る。
が、M. J. O'CallaghanおよびM. A. Handschyによる論
文、"Diffractive Ferroelectric Liquid Crystal Shut
ters for Unpolarized Light"、Optics Letters、第１
６巻、第１０号（１９９５年５月）、７７０〜７７２頁
に開示されている。この論文に開示されている空間光変
調器は、入射光を透過する第１の状態と、位相回折格子
として作用する第２の状態との間で切り換え可能であ
る。
【０００９】別の空間光変調器が、M. A. A. Ncalおよ
びE. G. S. Pageによる論文、"Improved Transmission
in a Two-Level, Phase Only, Spatial Light Modulato
r"、Electron Lett.３０（５）４６５〜４６６頁（１９
９４年）に開示されている。この論文は、透過モードと
回折モードとの間で切り換え可能な空間光変調器を開示
している。回折モードにおいては、変調器の交互のスト
リップが非偏光を±４５度回転させ、関連する１／２波
長リターダが光のすべての偏光成分をさらに回転させる
ことにより、位相のみの変調を提供する。
びE. G. S. Pageによる論文、"Improved Transmission
in a Two-Level, Phase Only, Spatial Light Modulato
r"、Electron Lett.３０（５）４６５〜４６６頁（１９
９４年）に開示されている。この論文は、透過モードと
回折モードとの間で切り換え可能な空間光変調器を開示
している。回折モードにおいては、変調器の交互のスト
リップが非偏光を±４５度回転させ、関連する１／２波
長リターダが光のすべての偏光成分をさらに回転させる
ことにより、位相のみの変調を提供する。
【００１０】添付の図３および図４は、英国特許出願第
９６１１９９３.８号（英国特許公開公報第２，３１
３，９２０号）に開示されているタイプの、反射モード
回折空間光変調器（ＳＬＭ）を示す。ＳＬＭは矩形また
は実質的に矩形である画素の矩形アレイを含み、図３お
よび図４には１画素のみを示す。ＳＬＭは上下ガラス基
板１１および１２を含む。上部基板１１は、エッチング
により細長い櫛形の互いに対向する電極１３を形成する
インジウム酸化第一錫（ＩＴＯ）の透明導電膜でコーテ
ィングされている。電極１３は、強誘電性液晶材料用の
配向層１４で覆われている。
９６１１９９３.８号（英国特許公開公報第２，３１
３，９２０号）に開示されているタイプの、反射モード
回折空間光変調器（ＳＬＭ）を示す。ＳＬＭは矩形また
は実質的に矩形である画素の矩形アレイを含み、図３お
よび図４には１画素のみを示す。ＳＬＭは上下ガラス基
板１１および１２を含む。上部基板１１は、エッチング
により細長い櫛形の互いに対向する電極１３を形成する
インジウム酸化第一錫（ＩＴＯ）の透明導電膜でコーテ
ィングされている。電極１３は、強誘電性液晶材料用の
配向層１４で覆われている。
【００１１】ミラーと電極との組合せ１５がガラス基板
１２上に形成され、静的１／４波長板１６がシルバーミ
ラーと電極との組み合わせ１５上に形成される。波長板
１６の厚みは、波長板１６が、たとえば中心が約６３３
ナノメータである可視スペクトル内の所定の帯域幅に対
して１／４波長板として作用するように制御される。
１２上に形成され、静的１／４波長板１６がシルバーミ
ラーと電極との組み合わせ１５上に形成される。波長板
１６の厚みは、波長板１６が、たとえば中心が約６３３
ナノメータである可視スペクトル内の所定の帯域幅に対
して１／４波長板として作用するように制御される。
【００１２】さらなる配向層１７が１／４波長板１６上
に形成される。基板１１および１２は、その後、間隔を
あけて配置され貼りつけられ、強誘電性液晶材料で充填
されて層１８を形成するセルを形成する。この間隔によ
り、１／２波長のリタデーションを提供する強誘導性液
晶層が設けられる。これにより、液晶層が、光学軸が以
下に述べるように切り換え可能な１／２波長リターダと
して作用する。
に形成される。基板１１および１２は、その後、間隔を
あけて配置され貼りつけられ、強誘電性液晶材料で充填
されて層１８を形成するセルを形成する。この間隔によ
り、１／２波長のリタデーションを提供する強誘導性液
晶層が設けられる。これにより、液晶層が、光学軸が以
下に述べるように切り換え可能な１／２波長リターダと
して作用する。
【００１３】各画素に対して、電極１５は、画素におい
て表示されるデータをストローブする、基準電圧線に接
続可能な共通電極として作用する。基準電圧線は、たと
えばゼロ電圧を供給する。細長い電極１３は１つおきに
接続されて、平行な櫛形で互いに対向する電極の第１お
よび第２のセットを形成する。第１および第２のセット
は、適切なデータ信号を受信するために接続される。各
画素は、以下に述べる反射状態と回折状態との間で切り
換え可能である。
て表示されるデータをストローブする、基準電圧線に接
続可能な共通電極として作用する。基準電圧線は、たと
えばゼロ電圧を供給する。細長い電極１３は１つおきに
接続されて、平行な櫛形で互いに対向する電極の第１お
よび第２のセットを形成する。第１および第２のセット
は、適切なデータ信号を受信するために接続される。各
画素は、以下に述べる反射状態と回折状態との間で切り
換え可能である。
【００１４】添付の図５は、画素が回折モードにあると
きの、図３および図４に示す画素の互いに隣接するスト
リップの動作を示す。各画素を通過する光路はミラー１
５による反射により折れ曲がるが、簡略化のため図５で
は光路は折れていない状態で示す。ＳＬＭは非偏光に作
用し、非偏光はＳＬＭの動作を説明するために、直交偏
光成分に分割される。偏光成分の１つは、図５において
参照符号２０で示され、所定の方向２１に対して−φの
角度を有する。
きの、図３および図４に示す画素の互いに隣接するスト
リップの動作を示す。各画素を通過する光路はミラー１
５による反射により折れ曲がるが、簡略化のため図５で
は光路は折れていない状態で示す。ＳＬＭは非偏光に作
用し、非偏光はＳＬＭの動作を説明するために、直交偏
光成分に分割される。偏光成分の１つは、図５において
参照符号２０で示され、所定の方向２１に対して−φの
角度を有する。
【００１５】電極１５の基準電圧に対して対称な電圧
が、櫛形で互いに対向する１つおきの電極の第１および
第２のセット１３ａおよび１３ｂに印加される。従っ
て、電極１３ａ／１３ｂと電極１５との間に設けられる
強誘電性液晶材料ストリップ１８ａおよび１８ｂは、そ
れぞれ方向２１に対して−θおよび＋θの角度で配向さ
れた光学軸を有する。ここで、θは好適には２２．５度
にほぼ等しい。強誘電性液晶材料の各ストリップ１８ａ
は、ストリップ１８ａを離れる偏光成分は方向２１に対
してφ−２θの角度となるように、１／２波長リターダ
として作用する。その後、光成分は静的１／４波長板１
６を通過し、ミラー１５により反射され、再び静的１／
４波長板１６を通過する。その結果、１／４波長板１６
とミラー１５との組み合わせは、光学軸が方向２１に平
行である１／２波長リターダとして作用する。１／４波
長板１６を離れて強誘電性液晶材料に向かう光の偏光方
向は、１／４波長板の光学軸回りに「反射」され、方向
２１に対して２θ−φの角度を形成する。その後、光成
分は、参照符号２４で示す出力偏光が方向２１に対して
φ−４θの角度となるように、強誘電性液晶材料のスト
リップ１８ａを再び通過する。このように、任意の偏光
方向−φの各入力成分に対して、強誘電性液晶材料のス
トリップ１８ａの各々を介してＳＬＭを通過する光路
は、偏光方向が−４θだけ回転した光路になる。そのた
め、この光路は非偏光の偏光を−４θだけ回転させる。
−４θは実質的に−９０度に等しい。強誘電性液晶材料
の各ストリップ１８ｂは１／２波長リターダとして作用
し、偏光方向をφ＋２θに回転させる。１／４波長板１
６とミラー１５との組合せにより形成される固定１／２
波長リターダは、方向２１に対して−２θ−φの角度に
なるように、偏光成分の偏光方向を回転させる。ストリ
ップ１８ｂを最終的に通過することにより、偏光方向は
参照符号２５で示すようにφ＋４θまで回転する。直交
偏光も同様に偏光が回転される。従って、ストリップ１
８ｂを通過する非偏光は、その偏光が＋４θだけ回転さ
れる。＋４θは実質的に＋９０度に等しい。
が、櫛形で互いに対向する１つおきの電極の第１および
第２のセット１３ａおよび１３ｂに印加される。従っ
て、電極１３ａ／１３ｂと電極１５との間に設けられる
強誘電性液晶材料ストリップ１８ａおよび１８ｂは、そ
れぞれ方向２１に対して−θおよび＋θの角度で配向さ
れた光学軸を有する。ここで、θは好適には２２．５度
にほぼ等しい。強誘電性液晶材料の各ストリップ１８ａ
は、ストリップ１８ａを離れる偏光成分は方向２１に対
してφ−２θの角度となるように、１／２波長リターダ
として作用する。その後、光成分は静的１／４波長板１
６を通過し、ミラー１５により反射され、再び静的１／
４波長板１６を通過する。その結果、１／４波長板１６
とミラー１５との組み合わせは、光学軸が方向２１に平
行である１／２波長リターダとして作用する。１／４波
長板１６を離れて強誘電性液晶材料に向かう光の偏光方
向は、１／４波長板の光学軸回りに「反射」され、方向
２１に対して２θ−φの角度を形成する。その後、光成
分は、参照符号２４で示す出力偏光が方向２１に対して
φ−４θの角度となるように、強誘電性液晶材料のスト
リップ１８ａを再び通過する。このように、任意の偏光
方向−φの各入力成分に対して、強誘電性液晶材料のス
トリップ１８ａの各々を介してＳＬＭを通過する光路
は、偏光方向が−４θだけ回転した光路になる。そのた
め、この光路は非偏光の偏光を−４θだけ回転させる。
−４θは実質的に−９０度に等しい。強誘電性液晶材料
の各ストリップ１８ｂは１／２波長リターダとして作用
し、偏光方向をφ＋２θに回転させる。１／４波長板１
６とミラー１５との組合せにより形成される固定１／２
波長リターダは、方向２１に対して−２θ−φの角度に
なるように、偏光成分の偏光方向を回転させる。ストリ
ップ１８ｂを最終的に通過することにより、偏光方向は
参照符号２５で示すようにφ＋４θまで回転する。直交
偏光も同様に偏光が回転される。従って、ストリップ１
８ｂを通過する非偏光は、その偏光が＋４θだけ回転さ
れる。＋４θは実質的に＋９０度に等しい。
【００１６】各ストリップ１８ｂを介して反射された光
は、電極１３ｂおよび１３ａが逆極性のデータ信号を受
信するために接続されると、各ストリップ１８ａを通過
する光に対して位相が１８０度ずれる。この状態におい
て、画素は位相のみの回折格子として作用し、回折モー
ドで動作する。強誘電性液晶の双安定特性のため、スト
リップ１８ａおよび１８ｂを図５に示す異なるモードに
切り換えるには、データ信号を供給するだけでよい。
は、電極１３ｂおよび１３ａが逆極性のデータ信号を受
信するために接続されると、各ストリップ１８ａを通過
する光に対して位相が１８０度ずれる。この状態におい
て、画素は位相のみの回折格子として作用し、回折モー
ドで動作する。強誘電性液晶の双安定特性のため、スト
リップ１８ａおよび１８ｂを図５に示す異なるモードに
切り換えるには、データ信号を供給するだけでよい。
【００１７】画素が反射モードで動作するためには、ス
トリップ１８ａおよび１８ｂのいずれか又は両方のセッ
トを、光学軸が互いに平行になるように切り換える必要
がある。これにより、画素に入射する非偏光は、実質的
に強誘電性液晶材料および１／４波長板１６の影響を受
けず、且つミラーと電極との組み合わせ１５によって鏡
面反射される。このため各画素は、光が鏡面反射される
又はゼロ次回折に「回折」される透過モードと、画素に
入射する光が非ゼロ次回折に回折される回折モードとの
間で切り換え可能である。
トリップ１８ａおよび１８ｂのいずれか又は両方のセッ
トを、光学軸が互いに平行になるように切り換える必要
がある。これにより、画素に入射する非偏光は、実質的
に強誘電性液晶材料および１／４波長板１６の影響を受
けず、且つミラーと電極との組み合わせ１５によって鏡
面反射される。このため各画素は、光が鏡面反射される
又はゼロ次回折に「回折」される透過モードと、画素に
入射する光が非ゼロ次回折に回折される回折モードとの
間で切り換え可能である。
【００１８】このような回折ＳＬＭは、非偏光に用いる
ことができ、偏光を必要とするＳＬＭに比較して改善さ
れた光学変調効率を提供する。
ことができ、偏光を必要とするＳＬＭに比較して改善さ
れた光学変調効率を提供する。
【００１９】添付の図６は、図３および図４に示すタイ
プのＳＬＭ３０を用いた投射型ディスプレイを示す。Ｓ
ＬＭ３０は、ミラー３２を介して非偏光光源３１によっ
て照射される。投射型光学系３３は、ＳＬＭ３０によっ
て表示される像をスクリーン３４上に投射する。
プのＳＬＭ３０を用いた投射型ディスプレイを示す。Ｓ
ＬＭ３０は、ミラー３２を介して非偏光光源３１によっ
て照射される。投射型光学系３３は、ＳＬＭ３０によっ
て表示される像をスクリーン３４上に投射する。
【００２０】光源３１からの光は、ミラー３２によって
反射されて、ＳＬＭ上に法線方向から入射される。反射
モードにある各画素は、逆にミラー３２に対して法線方
向に光を反射し、反射光は光学系３３によって投射され
ない。従って「暗い」画素は、光学系３３によってスク
リーン３４上に像形成される。回折モードにある各画素
は、入射光をゼロ次回折、主に光ビーム３５および３６
で示す正および負の一次に偏向する。従って、このよう
な各画素からの光はスクリーン３４上の「明るい」画素
に像形成される。
反射されて、ＳＬＭ上に法線方向から入射される。反射
モードにある各画素は、逆にミラー３２に対して法線方
向に光を反射し、反射光は光学系３３によって投射され
ない。従って「暗い」画素は、光学系３３によってスク
リーン３４上に像形成される。回折モードにある各画素
は、入射光をゼロ次回折、主に光ビーム３５および３６
で示す正および負の一次に偏向する。従って、このよう
な各画素からの光はスクリーン３４上の「明るい」画素
に像形成される。
【００２１】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
ものであり、電気光学変調器、位相差板および反射板等
の光学素子間の視差の影響が少なく、使用可能な入射角
範囲が広い偏光非依存型光位相変調器を提供することを
目的とする。
ものであり、電気光学変調器、位相差板および反射板等
の光学素子間の視差の影響が少なく、使用可能な入射角
範囲が広い偏光非依存型光位相変調器を提供することを
目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明による偏光非依存
型光位相変調器は、第１および第２の基板と、該第１お
よび第２の基板間に設けられる反射板と、該第１の基板
と該反射板との間に設けられ、ｎをゼロ以上の整数とし
λを可視光の所定の波長とする場合に（ｎ＋１）λ／４
のリタデーテョンを生成し、かつ光学軸を有する波長板
と、該波長板と該第１の基板との間に設けられ、該波長
板の該光学軸に対して実質的に４５度の偏光を有する光
位相を変調する偏光依存型電気光学層とを含む。
型光位相変調器は、第１および第２の基板と、該第１お
よび第２の基板間に設けられる反射板と、該第１の基板
と該反射板との間に設けられ、ｎをゼロ以上の整数とし
λを可視光の所定の波長とする場合に（ｎ＋１）λ／４
のリタデーテョンを生成し、かつ光学軸を有する波長板
と、該波長板と該第１の基板との間に設けられ、該波長
板の該光学軸に対して実質的に４５度の偏光を有する光
位相を変調する偏光依存型電気光学層とを含む。
【００２３】１／４波長の奇数のリタデーションを提供
する波長板はいずれも使用し得るが、ｎ＝０で、λ／４
のリタデーション提供する１／４波長板が好適である。
する波長板はいずれも使用し得るが、ｎ＝０で、λ／４
のリタデーション提供する１／４波長板が好適である。
【００２４】一実施形態において、前記波長板は、配向
されて硬化された反応性メソゲンの層を含む。
されて硬化された反応性メソゲンの層を含む。
【００２５】一実施形態において、前記電気光学層は、
面外切り換えを行うように配置された液晶層を含む。
面外切り換えを行うように配置された液晶層を含む。
【００２６】一実施形態において、前記液晶はネマティ
ック液晶である。
ック液晶である。
【００２７】一実施形態において、前記液晶は正の誘電
異方性を有し、反平行配向を規定する配向層間に設けら
れる。
異方性を有し、反平行配向を規定する配向層間に設けら
れる。
【００２８】一実施形態において、前記液晶は正の誘電
異方性を有し、平行配向を規定する配向層間に設けられ
る。
異方性を有し、平行配向を規定する配向層間に設けられ
る。
【００２９】一実施形態において、前記液晶は正の誘電
異方性を有し、ハイブリッド配向を規定する配向層間に
設けられる。
異方性を有し、ハイブリッド配向を規定する配向層間に
設けられる。
【００３０】一実施形態において、前記液晶は負の誘電
異方性を有し、ホメオトロピック配向を規定する配向層
間に設けられる。
異方性を有し、ホメオトロピック配向を規定する配向層
間に設けられる。
【００３１】一実施形態において、前記液晶は負の誘電
異方性を有し、互いに平行な配向層間に設けられる。
異方性を有し、互いに平行な配向層間に設けられる。
【００３２】一実施形態において、前記電気光学層はニ
オブ酸リチウムの層を含む。
オブ酸リチウムの層を含む。
【００３３】一実施形態において、変調器は、複数の画
素を含み、該画素の各々が前記第１の基板と前記電気光
学層との間に設けられる、少なくとも１つの透明な第１
の電極と、前記第２の基板と該電気光学層との間に設け
られる、少なくとも１つの第２の電極とを含む。
素を含み、該画素の各々が前記第１の基板と前記電気光
学層との間に設けられる、少なくとも１つの透明な第１
の電極と、前記第２の基板と該電気光学層との間に設け
られる、少なくとも１つの第２の電極とを含む。
【００３４】一実施形態において、前記第２の電極は前
記反射板を含む。
記反射板を含む。
【００３５】一実施形態において、前記画素のすべての
前記第１の電極は、導電体の連続層を含む。
前記第１の電極は、導電体の連続層を含む。
【００３６】一実施形態において、前記第２の基板は、
前記第２の電極に接続されたアクティブアドレシングマ
トリクスを保持する。
前記第２の電極に接続されたアクティブアドレシングマ
トリクスを保持する。
【００３７】一実施形態において、前記各画素は、細長
くて平行な複数の第２の電極を有する。
くて平行な複数の第２の電極を有する。
【００３８】以下、作用について説明する。
【００３９】偏光依存型電気光学層は、層に印加される
電界の関数として第１の直線偏光の光位相を変調する
が、第１の偏光に直交する第２の直線偏光の光位相には
影響を及ぼさない電気光学材料の層である。従って、こ
のような電気光学層を通過する光の場合、すべての値の
印加電界に関して、同一の直交偏光状態の振幅は、偏光
が層を出るときに変化しないままである。平面配向ネマ
ティック液晶層の場合、ネマティック液晶の配向方向に
対して平行および垂直に配向された直線偏光状態は維持
される。電界が液晶分子の長軸に平行な直線偏光状態の
みが、印加電界の関数として位相変調される。
電界の関数として第１の直線偏光の光位相を変調する
が、第１の偏光に直交する第２の直線偏光の光位相には
影響を及ぼさない電気光学材料の層である。従って、こ
のような電気光学層を通過する光の場合、すべての値の
印加電界に関して、同一の直交偏光状態の振幅は、偏光
が層を出るときに変化しないままである。平面配向ネマ
ティック液晶層の場合、ネマティック液晶の配向方向に
対して平行および垂直に配向された直線偏光状態は維持
される。電界が液晶分子の長軸に平行な直線偏光状態の
みが、印加電界の関数として位相変調される。
【００４０】本発明によると、光が位相変調器によって
反射されると、２つの直交偏光のうちの一方が反射板に
向かう途中で電気光学層によって変調される。他方、も
う一方の直交偏光は反射板によって反射された後に変調
される。特に、波長板と反射板とは協働して、光を波長
板の光学軸回りに反射する、（ｎ＋１）λ／２のリタデ
ーションを有する波長板を形成する。これにより、２つ
の偏光状態の変調が、光学分離が波長板の厚さの２倍に
実質的に等しい状態で起こる。光路差は、光の波長のオ
ーダーで形成され得る。このような光学位相変調器を図
２に示すような光学系と共に使用すると、このような変
調器の多くの応用、たとえば図６に示すタイプの投射型
ディスプレイにおいて、像平面８と９との間の間隔は無
視できる程度である。
反射されると、２つの直交偏光のうちの一方が反射板に
向かう途中で電気光学層によって変調される。他方、も
う一方の直交偏光は反射板によって反射された後に変調
される。特に、波長板と反射板とは協働して、光を波長
板の光学軸回りに反射する、（ｎ＋１）λ／２のリタデ
ーションを有する波長板を形成する。これにより、２つ
の偏光状態の変調が、光学分離が波長板の厚さの２倍に
実質的に等しい状態で起こる。光路差は、光の波長のオ
ーダーで形成され得る。このような光学位相変調器を図
２に示すような光学系と共に使用すると、このような変
調器の多くの応用、たとえば図６に示すタイプの投射型
ディスプレイにおいて、像平面８と９との間の間隔は無
視できる程度である。
【００４１】光学素子を２つの基板の間に設けることに
よって、公知の装置において生じる視差による問題は大
幅に低減される。これは、光位相変調器が発光ダイオー
ドおよび白色光源などの非偏光コヒーレント光源と共に
用いられる場合に特に好適である。
よって、公知の装置において生じる視差による問題は大
幅に低減される。これは、光位相変調器が発光ダイオー
ドおよび白色光源などの非偏光コヒーレント光源と共に
用いられる場合に特に好適である。
【００４２】上述したようなEschlerが開示する構成
は、本発明と同一の動作モードを用いるが異なる構成を
有する。特に、Eschlerは、個々に独立した素子の使用
を開示している。本発明の構成によると、上述したよう
に視差の影響を低減することが可能になる。シャープな
像形成が可能になり、高解像度の装置が提供され得る。
さらに本発明の構成によると、第２の基板がアクティブ
基板および反射基板として具現化されることが可能とな
る。これにより、装置の光学的性能を向上する高いフィ
ルファクタを達成する可能性が得られる。Eschlerが開
示する構成は、たとえばシリコン大規模集積（ＬＳＩ）
バックプレーンを使用する反射型アドレス装置として形
成されることができない。
は、本発明と同一の動作モードを用いるが異なる構成を
有する。特に、Eschlerは、個々に独立した素子の使用
を開示している。本発明の構成によると、上述したよう
に視差の影響を低減することが可能になる。シャープな
像形成が可能になり、高解像度の装置が提供され得る。
さらに本発明の構成によると、第２の基板がアクティブ
基板および反射基板として具現化されることが可能とな
る。これにより、装置の光学的性能を向上する高いフィ
ルファクタを達成する可能性が得られる。Eschlerが開
示する構成は、たとえばシリコン大規模集積（ＬＳＩ）
バックプレーンを使用する反射型アドレス装置として形
成されることができない。
【００４３】英国特許出願第９６１１９９３.８号は、
本発明の構成と類似ではあるが上述したように異なるモ
ードで動作する構成を開示している。特に、英国特許出
願第９６１１９９３.８号の液晶は層の面内で切り換え
を行うが、他方、本発明の光位相変調器として液晶が使
用される場合、液晶は面外で切り換えを行う。また、英
国特許出願第９６１１９９３.８号の液晶は、上で定義
し且つ本発明で必要とされる偏光依存型ではない。さら
に英国特許出願第９６１１９９３.８号における波長板
の方向は、液晶の配向に対して固定されていない。
本発明の構成と類似ではあるが上述したように異なるモ
ードで動作する構成を開示している。特に、英国特許出
願第９６１１９９３.８号の液晶は層の面内で切り換え
を行うが、他方、本発明の光位相変調器として液晶が使
用される場合、液晶は面外で切り換えを行う。また、英
国特許出願第９６１１９９３.８号の液晶は、上で定義
し且つ本発明で必要とされる偏光依存型ではない。さら
に英国特許出願第９６１１９９３.８号における波長板
の方向は、液晶の配向に対して固定されていない。
【００４４】この構成により、２つの基板のうちの一方
として反射型アドレス基板を使用することが可能にな
る。空間位相変調の応用の多くは、１つの基板上に、し
ばしばアクティブ素子と共に、パターニングされたアド
レス電極を必要とする。高い画素開口率及び／又は高解
像度を得るために、このような下層にある構造は、ほぼ
連続的な反射面の下に埋設してもよい。そのため、この
構成は、適宜位相変調を行いながら、このような装置を
構成することを可能にする。
として反射型アドレス基板を使用することが可能にな
る。空間位相変調の応用の多くは、１つの基板上に、し
ばしばアクティブ素子と共に、パターニングされたアド
レス電極を必要とする。高い画素開口率及び／又は高解
像度を得るために、このような下層にある構造は、ほぼ
連続的な反射面の下に埋設してもよい。そのため、この
構成は、適宜位相変調を行いながら、このような装置を
構成することを可能にする。
【００４５】たとえば回折格子がオンまたはオフにのみ
切り換えら得るバイナリー動作モードではなく、連続的
な又はアナログの位相変調を行うことが可能である。こ
のように、高性能単一ビーム回折が必要な場合に使用す
るための、ブレーズ格子が達成され得る。さらに、例え
ばディスプレイへの応用において、各画素内で中間調が
達成され得る。
切り換えら得るバイナリー動作モードではなく、連続的
な又はアナログの位相変調を行うことが可能である。こ
のように、高性能単一ビーム回折が必要な場合に使用す
るための、ブレーズ格子が達成され得る。さらに、例え
ばディスプレイへの応用において、各画素内で中間調が
達成され得る。
【００４６】波長板が十分に無色である場合、異なる波
長に同一の装置を用いてもよい。装置が用いられる波長
は単に、所望の位相変調範囲を達成するために電気光学
層に印加されなければならない電界の範囲を決定するに
過ぎない。
長に同一の装置を用いてもよい。装置が用いられる波長
は単に、所望の位相変調範囲を達成するために電気光学
層に印加されなければならない電界の範囲を決定するに
過ぎない。
【００４７】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して本発明を説
明する。同一の構成要素には同一の参照符号を付す。
明する。同一の構成要素には同一の参照符号を付す。
【００４８】
【実施例】図７および図８は、矩形または実質的に矩形
である画素の矩形アレイを含む偏光非依存型光学位相変
調器を示す。図７および図８には、１つの画素のみが示
される。変調器は、上下ガラス基板１１および１２を含
む。上部基板１１は、例えばインジウム酸化第一錫（Ｉ
ＴＯ）などの透明導電層でコーティングされており、透
明導電層は画素の電極を形成する。電極１３は、ネマテ
ィック液晶用の配向層１４で覆われており、例えばブラ
ッシング処理されたポリイミド層を含む。
である画素の矩形アレイを含む偏光非依存型光学位相変
調器を示す。図７および図８には、１つの画素のみが示
される。変調器は、上下ガラス基板１１および１２を含
む。上部基板１１は、例えばインジウム酸化第一錫（Ｉ
ＴＯ）などの透明導電層でコーティングされており、透
明導電層は画素の電極を形成する。電極１３は、ネマテ
ィック液晶用の配向層１４で覆われており、例えばブラ
ッシング処理されたポリイミド層を含む。
【００４９】基板１２は、例えばアルミニウムを約１０
０ナノメータの厚さに堆積してエッチングにより所望の
電極パターンを形成することにより形成される、平行な
細長いストリップという形態の反射アドレス電極１５を
保持する。たとえば、ブラッシング処理されたポリイミ
ド層を含む配向層１９は、反射電極１５上に形成され
る。静的１／４波長板１６は、たとえば反応性メソゲン
ジアクリレートと光重合開始剤との混合物をスピンコー
トすることにより配向層１９上に形成される。上記反応
性メソゲンは、例えばＲＭ２５８として知られているも
のであり、ＲＭ２５８は英国、PooleのMerck社からクロ
ロベンジンなどの適切な溶剤に溶解した形態で入手可能
である。配向層１９は、反応性メソゲンを配向する。反
応性メソゲンは、その後、窒素雰囲気中で約１０分間紫
外線下で硬化される。静的１／４波長板１６の厚みは、
たとえば材料の混合割合およびスピン速度を変化させる
ことにより制御される。その結果、静的１／４波長板１
６は、例えば６３３ナノメータを中心とする可視スペク
トル内の所定の帯域幅に対して１／４波長板として作用
する。厚みｄは式、ｄ＝λ/(４△ｎ)により与えられ
る。ここで、λは帯域の中心波長であり、△ｎは１／４
波長板１６の材料の常光屈折率と異常光屈折率との間の
差である。そのため、１／４波長板１６は、典型的には
約８００ナノメータのオーダーの厚みを有する。さらな
る配向層１７は、たとえば配向層１４に関して上述した
様式で、１／４波長板１６上に形成される。配向層１４
および１７は、その下の表面にスピンコートされ、１／
４波長板１６の配向方向に対して４５度にラビングされ
たポリイミド材料を含む。配向層１４および１７のラビ
ング方向は、反平行配向を提供するように互いに逆であ
る。
０ナノメータの厚さに堆積してエッチングにより所望の
電極パターンを形成することにより形成される、平行な
細長いストリップという形態の反射アドレス電極１５を
保持する。たとえば、ブラッシング処理されたポリイミ
ド層を含む配向層１９は、反射電極１５上に形成され
る。静的１／４波長板１６は、たとえば反応性メソゲン
ジアクリレートと光重合開始剤との混合物をスピンコー
トすることにより配向層１９上に形成される。上記反応
性メソゲンは、例えばＲＭ２５８として知られているも
のであり、ＲＭ２５８は英国、PooleのMerck社からクロ
ロベンジンなどの適切な溶剤に溶解した形態で入手可能
である。配向層１９は、反応性メソゲンを配向する。反
応性メソゲンは、その後、窒素雰囲気中で約１０分間紫
外線下で硬化される。静的１／４波長板１６の厚みは、
たとえば材料の混合割合およびスピン速度を変化させる
ことにより制御される。その結果、静的１／４波長板１
６は、例えば６３３ナノメータを中心とする可視スペク
トル内の所定の帯域幅に対して１／４波長板として作用
する。厚みｄは式、ｄ＝λ/(４△ｎ)により与えられ
る。ここで、λは帯域の中心波長であり、△ｎは１／４
波長板１６の材料の常光屈折率と異常光屈折率との間の
差である。そのため、１／４波長板１６は、典型的には
約８００ナノメータのオーダーの厚みを有する。さらな
る配向層１７は、たとえば配向層１４に関して上述した
様式で、１／４波長板１６上に形成される。配向層１４
および１７は、その下の表面にスピンコートされ、１／
４波長板１６の配向方向に対して４５度にラビングされ
たポリイミド材料を含む。配向層１４および１７のラビ
ング方向は、反平行配向を提供するように互いに逆であ
る。
【００５０】その後、基板１１および１２が、例えばス
ペーサーボールで互いに間隔をあけられ貼り合わされ
て、ネマティック液晶で充填されて層１８を形成しセル
を形成する。ネマティック液晶材料は、英国、PooleのM
erck社から入手可能である、Ｅ７として知られているも
のであり得る。層１８の厚みは、層により提供されるリ
タデーションが電極１３と１５との間に印加される電圧
の受容可能範囲に関する所望の範囲に亘って制御され得
るような厚みである必要があり、典型的には１.５と２.
５マイクロメータとの間である。
ペーサーボールで互いに間隔をあけられ貼り合わされ
て、ネマティック液晶で充填されて層１８を形成しセル
を形成する。ネマティック液晶材料は、英国、PooleのM
erck社から入手可能である、Ｅ７として知られているも
のであり得る。層１８の厚みは、層により提供されるリ
タデーションが電極１３と１５との間に印加される電圧
の受容可能範囲に関する所望の範囲に亘って制御され得
るような厚みである必要があり、典型的には１.５と２.
５マイクロメータとの間である。
【００５１】ディスプレイの輝度を最適化するために、
各界面の反射率は好適には、たとえば基板１１に反射防
止コーティングを塗布することにより低下されるべきで
ある。
各界面の反射率は好適には、たとえば基板１１に反射防
止コーティングを塗布することにより低下されるべきで
ある。
【００５２】正の誘電異方性の層１８にネマティック液
晶を反平行配向したものを用いると、フレデリックセル
構成が形成される。印加電界が無い場合、ネマティック
液晶は、分子長軸に平行な光学軸がセル表面の面に対し
て小さい角度を有する、ほぼ均一な平行配向層を形成す
る。小さい角度は、配向層１４および１７により誘導さ
れるプレチルトにより決定される。
晶を反平行配向したものを用いると、フレデリックセル
構成が形成される。印加電界が無い場合、ネマティック
液晶は、分子長軸に平行な光学軸がセル表面の面に対し
て小さい角度を有する、ほぼ均一な平行配向層を形成す
る。小さい角度は、配向層１４および１７により誘導さ
れるプレチルトにより決定される。
【００５３】図９は、図７および図８に示す変調器の簡
略された断面図であり、層１８に異なる大きさの電界を
印加する効果を示す。電極１３と１５との間に適切な電
位差を供給することにより電圧を印加すると、液晶分子
は強制的に回転されてセル面外に追い出される。その結
果、液晶の配向方向に沿った偏光により、屈折率に変化
が生じる。光が層１８の、異なる印加電界を有し、従っ
て異なる平面外液晶分子配向を有する領域内を伝播する
結果、空間的に変化するアナログ位相変調が行われ、従
って空間的に変化するアナログ位相回折が行われる。
略された断面図であり、層１８に異なる大きさの電界を
印加する効果を示す。電極１３と１５との間に適切な電
位差を供給することにより電圧を印加すると、液晶分子
は強制的に回転されてセル面外に追い出される。その結
果、液晶の配向方向に沿った偏光により、屈折率に変化
が生じる。光が層１８の、異なる印加電界を有し、従っ
て異なる平面外液晶分子配向を有する領域内を伝播する
結果、空間的に変化するアナログ位相変調が行われ、従
って空間的に変化するアナログ位相回折が行われる。
【００５４】以上述べたように、１／４波長板１６およ
び電極１５により形成された反射板は、入射光の直交偏
光成分の偏光方向を置換する１／２波長板として作用す
る。従って図１を参照して上に述べたように、その後光
が層１８を伝搬すると、同一の変調が直交成分に対して
行われる。そのため、変調器は入射光すべてに対して偏
光非依存型光学位相変調器として作用する。
び電極１５により形成された反射板は、入射光の直交偏
光成分の偏光方向を置換する１／２波長板として作用す
る。従って図１を参照して上に述べたように、その後光
が層１８を伝搬すると、同一の変調が直交成分に対して
行われる。そのため、変調器は入射光すべてに対して偏
光非依存型光学位相変調器として作用する。
【００５５】図９は、電極１５に、電極１３に対する異
なる電圧Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を印加した場合の、ネマ
ティック液晶の分子長軸上に対する影響を示す。Ｖ３
は、比較的低い電圧であり、層１８の領域４０に示すよ
うに、軸にほとんど影響を及ぼさない。Ｖ２はＶ３より
も高く、層１８の領域４１に示すように、軸がセルの平
面から離れた方向にチルトするという結果になる。Ｖ２
よりも高い電圧Ｖ１を印加すると、層１８の領域４２に
示すように、分子軸がセル表面に対して実質的に直交す
るようにチルトする。
なる電圧Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を印加した場合の、ネマ
ティック液晶の分子長軸上に対する影響を示す。Ｖ３
は、比較的低い電圧であり、層１８の領域４０に示すよ
うに、軸にほとんど影響を及ぼさない。Ｖ２はＶ３より
も高く、層１８の領域４１に示すように、軸がセルの平
面から離れた方向にチルトするという結果になる。Ｖ２
よりも高い電圧Ｖ１を印加すると、層１８の領域４２に
示すように、分子軸がセル表面に対して実質的に直交す
るようにチルトする。
【００５６】図１０は、図７〜図９に示すタイプの画素
の矩形アレイを含む、光学位相変調器用のアクティブマ
トリクスアドレス構成を示す。この構成は、基板１２を
構成するアクティブバックプレーンとして構成され得
る。但し図７〜図９と比較すると、「平面」電極１３と
櫛形で互いに対向する電極１５の位置が置換されてい
る。
の矩形アレイを含む、光学位相変調器用のアクティブマ
トリクスアドレス構成を示す。この構成は、基板１２を
構成するアクティブバックプレーンとして構成され得
る。但し図７〜図９と比較すると、「平面」電極１３と
櫛形で互いに対向する電極１５の位置が置換されてい
る。
【００５７】上部基板１１は、たとえばインジウム酸化
第一錫（ＩＴＯ）により形成された、２セットの櫛形で
互いに対向する透明電極を有する。電極１３は細長いま
たはストリップ状であり、互いに平行である。各セット
の電極は互いに接続されて他方のセットの電極と櫛形に
対向する。そのため、上部基板１１に対しては２つの接
続のみしか必要でない。
第一錫（ＩＴＯ）により形成された、２セットの櫛形で
互いに対向する透明電極を有する。電極１３は細長いま
たはストリップ状であり、互いに平行である。各セット
の電極は互いに接続されて他方のセットの電極と櫛形に
対向する。そのため、上部基板１１に対しては２つの接
続のみしか必要でない。
【００５８】下部基板１２は、参照符号１５で示すよう
な反射型画素電極の矩形アレイを保持する。各画素電極
１５は、櫛形で互いに対向した複数の透明電極１３と対
向する。アクティブマトリクスアドレシングスキーム
は、画素電極１５を個々に制御するために設けられ、ア
ドレス構成の画素は、参照符号６１で示す円内に拡大し
て示される。図示する構成において、各画素電極１５
は、画素電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）という形態
の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のソースに接続されてい
る。各ＦＥＴは、関連する画素に対するゲートとして作
用する。画素は、行および列という形態で配列される。
各列のトランジスタのドレインは、データ信号発生器
（図示せず）に接続される対応する列、例えばデータ電
極６２に接続される。各行のトランジスタのゲートは、
ストロボ信号発生器（図示せず）に接続される対応する
行、例えば走査電極６３に接続される。従って、画素は
一度に１つの行をイネーブルにし、行全体の像データが
同時に書き込まれる。このように、図１０に模式的に示
すアドレス構成は、従来のダイナミックランダムアクセ
スメモリ（ＤＲＡＭ）タイプであり、シリコン下部基板
上に形成され得る。アドレス構成は、実質的に従来型で
あり得、実質的に従来の技術を用いて形成され得る。
な反射型画素電極の矩形アレイを保持する。各画素電極
１５は、櫛形で互いに対向した複数の透明電極１３と対
向する。アクティブマトリクスアドレシングスキーム
は、画素電極１５を個々に制御するために設けられ、ア
ドレス構成の画素は、参照符号６１で示す円内に拡大し
て示される。図示する構成において、各画素電極１５
は、画素電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）という形態
の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のソースに接続されてい
る。各ＦＥＴは、関連する画素に対するゲートとして作
用する。画素は、行および列という形態で配列される。
各列のトランジスタのドレインは、データ信号発生器
（図示せず）に接続される対応する列、例えばデータ電
極６２に接続される。各行のトランジスタのゲートは、
ストロボ信号発生器（図示せず）に接続される対応する
行、例えば走査電極６３に接続される。従って、画素は
一度に１つの行をイネーブルにし、行全体の像データが
同時に書き込まれる。このように、図１０に模式的に示
すアドレス構成は、従来のダイナミックランダムアクセ
スメモリ（ＤＲＡＭ）タイプであり、シリコン下部基板
上に形成され得る。アドレス構成は、実質的に従来型で
あり得、実質的に従来の技術を用いて形成され得る。
【００５９】別の構成においては、櫛形で互いに対向す
る電極は、下部基板１２上に設けられ、反射型であり得
る。
る電極は、下部基板１２上に設けられ、反射型であり得
る。
【００６０】図１０に示すアクティブアドレス光位相変
調器は、例えば図６またはシュリーレン光学投射システ
ムに示される投射ディスプレイシステムでの使用に特に
適している。シュリーレン光学投射システムは、たとえ
ばM. W. Fritschの、"Schlieren Optical System Using
Liquid Crystal Phase Gratings for Large ScreenPro
jection"、Displays、第１３巻、第１号、４５〜６０頁
（１９９２年）に開示されている。電極１３および１５
に印加される電圧は、各画素を位相のみの回折格子とし
て作用させる電圧である。図７において参照符号１８ａ
および１８ｂで示すような、液晶層１８の互いに隣接す
る領域を通過する光の間の相対的位相シフトが１８０度
である場合、画素により生成される回折は最大になる。
他方、互いに隣接する領域１８ａと１８ｂとの間にゼロ
位相シフトがある場合、画素は回折格子として動作する
ことを有効に停止する。２セットの櫛形で互いに対向す
る電極１３は、異なる電圧ＶａおよびＶｂ、たとえば０
ボルトおよび１０ボルトを受け取るように配置される。
各画素電極１５に印加される電圧Ｖｃは、回折を制御す
るように変化し、従って画素により生成される中間調を
制御するように変化する。電圧Ｖｃが電圧ＶａおよびＶ
ｂのうち１つに等しい場合、たとえば０ボルトの場合、
画素は最大の回折を生成する回折格子として作用する。
電圧Ｖｃが実質的に電圧ＶａとＶｂとの間にある場合、
たとえば５ボルトである場合、格子は「消去」され、画
素は最小の回折を生成する。中間の電圧は、中間の中間
調を生成するために回折を様々に変化させる。そのた
め、このような位相変調器を用いる投射型ディスプレイ
の動作は、実質的に図６を参照して上に述べた通りであ
る。
調器は、例えば図６またはシュリーレン光学投射システ
ムに示される投射ディスプレイシステムでの使用に特に
適している。シュリーレン光学投射システムは、たとえ
ばM. W. Fritschの、"Schlieren Optical System Using
Liquid Crystal Phase Gratings for Large ScreenPro
jection"、Displays、第１３巻、第１号、４５〜６０頁
（１９９２年）に開示されている。電極１３および１５
に印加される電圧は、各画素を位相のみの回折格子とし
て作用させる電圧である。図７において参照符号１８ａ
および１８ｂで示すような、液晶層１８の互いに隣接す
る領域を通過する光の間の相対的位相シフトが１８０度
である場合、画素により生成される回折は最大になる。
他方、互いに隣接する領域１８ａと１８ｂとの間にゼロ
位相シフトがある場合、画素は回折格子として動作する
ことを有効に停止する。２セットの櫛形で互いに対向す
る電極１３は、異なる電圧ＶａおよびＶｂ、たとえば０
ボルトおよび１０ボルトを受け取るように配置される。
各画素電極１５に印加される電圧Ｖｃは、回折を制御す
るように変化し、従って画素により生成される中間調を
制御するように変化する。電圧Ｖｃが電圧ＶａおよびＶ
ｂのうち１つに等しい場合、たとえば０ボルトの場合、
画素は最大の回折を生成する回折格子として作用する。
電圧Ｖｃが実質的に電圧ＶａとＶｂとの間にある場合、
たとえば５ボルトである場合、格子は「消去」され、画
素は最小の回折を生成する。中間の電圧は、中間の中間
調を生成するために回折を様々に変化させる。そのた
め、このような位相変調器を用いる投射型ディスプレイ
の動作は、実質的に図６を参照して上に述べた通りであ
る。
【００６１】このような応用における位相変調器の利点
は、中間調を達成することができるということである。
特に、１８ａおよび１８ｂのような互いに隣接する領域
を通過する光ビーム間の相対的位相シフトを変化させる
ように、電極１３および１５に印加する電圧を変化させ
ることによって、画素は、可変の回折効率を有する回折
格子として作用する。従って、投射用の回折光が収集さ
れる図６に示すタイプの投射型ディスプレイシステムの
場合には、ゼロ次から回折される光の量は、電極１５に
供給される信号を電極１３に供給される信号に対して変
化させることにより、変化させることができる。
は、中間調を達成することができるということである。
特に、１８ａおよび１８ｂのような互いに隣接する領域
を通過する光ビーム間の相対的位相シフトを変化させる
ように、電極１３および１５に印加する電圧を変化させ
ることによって、画素は、可変の回折効率を有する回折
格子として作用する。従って、投射用の回折光が収集さ
れる図６に示すタイプの投射型ディスプレイシステムの
場合には、ゼロ次から回折される光の量は、電極１５に
供給される信号を電極１３に供給される信号に対して変
化させることにより、変化させることができる。
【００６２】位相変調器の他の用途には、光学印刷に必
要なビームステアリング、および、例えば光学スキャナ
において距離が時間および／または位置の関数として変
化する平面に光源をフォーカスする適応光学が含まれ
る。
要なビームステアリング、および、例えば光学スキャナ
において距離が時間および／または位置の関数として変
化する平面に光源をフォーカスする適応光学が含まれ
る。
【００６３】図１１に示すように、光の１次元回折を提
供するために図７〜図１０に示すように細長い電極を使
用する場合は、ネマティック液晶を電極の長手方向軸に
対して９０度に配向することが、偏光維持の局面から好
ましい。これは図１１に示される。図１１において、電
極１５がネマティック液晶分子の、参照符号６５で示す
長軸に直交する。この構成により、電極間で生じ得る面
内の電界は、液晶層１８内の分子を強制的にねじ曲げる
ことはなく、かつ２次偏光混合が導入されることもな
い。しかしこの構成の場合、ネマティック液晶は電極の
１端において、図１２に示すようなプレチルト角とは逆
方向に配向される。特に参照符号６６で示す電極１５間
の電界線が、配向層により決定されるような分子の自然
なプレチルトと比較して基板に対して逆方向のチルトを
有する場合、円内に示すように、液晶内の欠陥が起こ
る。このような欠陥は、散乱欠陥として作用して偏光混
合を引き起こし、偏光状態が維持されなくなる。
供するために図７〜図１０に示すように細長い電極を使
用する場合は、ネマティック液晶を電極の長手方向軸に
対して９０度に配向することが、偏光維持の局面から好
ましい。これは図１１に示される。図１１において、電
極１５がネマティック液晶分子の、参照符号６５で示す
長軸に直交する。この構成により、電極間で生じ得る面
内の電界は、液晶層１８内の分子を強制的にねじ曲げる
ことはなく、かつ２次偏光混合が導入されることもな
い。しかしこの構成の場合、ネマティック液晶は電極の
１端において、図１２に示すようなプレチルト角とは逆
方向に配向される。特に参照符号６６で示す電極１５間
の電界線が、配向層により決定されるような分子の自然
なプレチルトと比較して基板に対して逆方向のチルトを
有する場合、円内に示すように、液晶内の欠陥が起こ
る。このような欠陥は、散乱欠陥として作用して偏光混
合を引き起こし、偏光状態が維持されなくなる。
【００６４】このような欠陥を防ぐ１つの技術を図１３
に示す。この場合、分子の配向６５は、電極１５の長手
方向軸に対して０度と９０度との間の角度である。
に示す。この場合、分子の配向６５は、電極１５の長手
方向軸に対して０度と９０度との間の角度である。
【００６５】別の方法として、スペーサ層を電極１５と
ネマティック液晶との間に設けてもよい。この結果、電
極１５に隣接する液晶層の表面の電界の大きさが低下
し、液晶層表面に対してより垂直になる。その結果、欠
陥形成の可能性が減少する。図１４は、上述したよう
に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶のフレデ
リック配向を、反平行配向と共に示す。図１４の右側
は、電界が印加されていない状態のネマティック液晶の
分子配向を示し、他方左側は、分子を回転させるために
十分な電界を印加した場合の分子配向を示す。しかし、
以下に述べるように、図７〜図１０に示すタイプの装置
において、他の液晶配向も用いられ得る。
ネマティック液晶との間に設けてもよい。この結果、電
極１５に隣接する液晶層の表面の電界の大きさが低下
し、液晶層表面に対してより垂直になる。その結果、欠
陥形成の可能性が減少する。図１４は、上述したよう
に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶のフレデ
リック配向を、反平行配向と共に示す。図１４の右側
は、電界が印加されていない状態のネマティック液晶の
分子配向を示し、他方左側は、分子を回転させるために
十分な電界を印加した場合の分子配向を示す。しかし、
以下に述べるように、図７〜図１０に示すタイプの装置
において、他の液晶配向も用いられ得る。
【００６６】図１５は、負の誘電異方性を有するネマテ
ィック液晶のホメオトロピック配向を示す。電界が印加
されていない状態において、ネマティック液晶分子は、
所定の方向に僅かにチルトしながら、セル表面に対して
実質的に垂直に配向される。このような材料に交流電界
を印加することによって、分子は、長軸が、図１５の左
側に示すように電界に対して垂直になるように回転しよ
うとする。この結果、上述したものと同様な位相変調が
行われるが、印加電界に対する依存性は逆になる。
ィック液晶のホメオトロピック配向を示す。電界が印加
されていない状態において、ネマティック液晶分子は、
所定の方向に僅かにチルトしながら、セル表面に対して
実質的に垂直に配向される。このような材料に交流電界
を印加することによって、分子は、長軸が、図１５の左
側に示すように電界に対して垂直になるように回転しよ
うとする。この結果、上述したものと同様な位相変調が
行われるが、印加電界に対する依存性は逆になる。
【００６７】図１６は、正の誘電異方性ネマティック液
晶が、たとえば同一方向にラビングされた配向層１４お
よび１７を用いることにより、平行（反平行ではなく）
配向で使用される、πセル配向を示す。この配向によ
り、ネマティック液晶は、２つの可能性のある緩和した
状態を形成する。セルに対して少なくともいくらかの電
圧を維持することにより、Ｖ状態が与えられ、フレデリ
ックセルと同様の様式で切り換えを行うことができる
が、応答時間は早くなる。
晶が、たとえば同一方向にラビングされた配向層１４お
よび１７を用いることにより、平行（反平行ではなく）
配向で使用される、πセル配向を示す。この配向によ
り、ネマティック液晶は、２つの可能性のある緩和した
状態を形成する。セルに対して少なくともいくらかの電
圧を維持することにより、Ｖ状態が与えられ、フレデリ
ックセルと同様の様式で切り換えを行うことができる
が、応答時間は早くなる。
【００６８】図１７は、ハイブリッド配向ネマティッ
ク、すなわちＨＡＮ構造として知られる面外ネマティッ
ク液晶切り換えの別の例を示す。この例において、図１
７の右側に示すように、一方の表面においては平面配向
され、他方の表面においてはホメオトロピック配向され
る。その結果得られる液晶層１８は、図１４および図１
６に示す構成に比較して約２倍の厚みを有さなければな
らない。なぜなら、面外切り換えが、緩和状態にある層
の一部に存在するからである。しかし、この配向の利点
は、平面配向を実現するために、セル表面の１つにブラ
ッシング処理または等価な処理を施す必要がないことで
ある。
ク、すなわちＨＡＮ構造として知られる面外ネマティッ
ク液晶切り換えの別の例を示す。この例において、図１
７の右側に示すように、一方の表面においては平面配向
され、他方の表面においてはホメオトロピック配向され
る。その結果得られる液晶層１８は、図１４および図１
６に示す構成に比較して約２倍の厚みを有さなければな
らない。なぜなら、面外切り換えが、緩和状態にある層
の一部に存在するからである。しかし、この配向の利点
は、平面配向を実現するために、セル表面の１つにブラ
ッシング処理または等価な処理を施す必要がないことで
ある。
【００６９】図１８は、スプレー複屈折デバイス（ＳＢ
Ｄ）モードとして知られる面外ネマティック液晶切り換
えの別の例を示す。これは国際特許出願公報９７／１２
２７５に記載されている。ネマティック液晶層１８は、
第１および第２の互いに平行な配向層（図示せず）の間
に設けられている。配向層は、液晶層１８の表面領域内
の液晶分子に高プレチルト角（好適には約８０度〜９０
度）を与える。
Ｄ）モードとして知られる面外ネマティック液晶切り換
えの別の例を示す。これは国際特許出願公報９７／１２
２７５に記載されている。ネマティック液晶層１８は、
第１および第２の互いに平行な配向層（図示せず）の間
に設けられている。配向層は、液晶層１８の表面領域内
の液晶分子に高プレチルト角（好適には約８０度〜９０
度）を与える。
【００７０】ネマティック液晶層１８は、負の誘電異方
性を有する。そのため、液晶分子は、その短軸を印加電
界に平行に配向しようとする。その結果、及び配向層の
互いに平行な配向方向の結果、印加電圧がゼロである状
態において、液晶層１８内の液晶分子は、液晶層１８の
厚み方向にベンド構造をとる。電界が印加されると、液
晶分子は、印加電界方向に沿った方向に短軸を再配向
し、それにより、スプレー状態を生成する。分子が電界
方向に沿って短軸を再配向すると、液晶層１８の複屈折
率は増加する。
性を有する。そのため、液晶分子は、その短軸を印加電
界に平行に配向しようとする。その結果、及び配向層の
互いに平行な配向方向の結果、印加電圧がゼロである状
態において、液晶層１８内の液晶分子は、液晶層１８の
厚み方向にベンド構造をとる。電界が印加されると、液
晶分子は、印加電界方向に沿った方向に短軸を再配向
し、それにより、スプレー状態を生成する。分子が電界
方向に沿って短軸を再配向すると、液晶層１８の複屈折
率は増加する。
【００７１】液晶層１８には、液晶以外の電気光学材料
を使用することも可能である。たとえば、電気光学材料
はニオブ酸リチウムを含み得る。
を使用することも可能である。たとえば、電気光学材料
はニオブ酸リチウムを含み得る。
【００７２】本発明の装置には、無色の波長板技術が使
用され得る。たとえば、このような技術は、Pancharatn
umらのProc. Ind. Acad. Sci.（１９９５年）４１Ａ、
１３０頁および１３７頁、"Achromatic Combinations o
f Birefringent Plates"に開示されている。装置は、
「静的」無色波長板１６を使用すること、および駆動電
圧を調整し、従って電気光学材料に印加する電界を調整
することによって、異なる波長で動作するようにするこ
とができる。たとえば、本発明のタイプの位相変調器を
用いたカラー投射ディスプレイの場合、このような同一
の３つの変調器を赤色、緑色および青色の光を変調する
ために用いてもよい。この場合、各装置に印加される電
圧は、変調する必要のある色の性能を最適化するように
選択される。従って、１種類の装置のみを製造すればよ
く、そのためコストが低下され得る。
用され得る。たとえば、このような技術は、Pancharatn
umらのProc. Ind. Acad. Sci.（１９９５年）４１Ａ、
１３０頁および１３７頁、"Achromatic Combinations o
f Birefringent Plates"に開示されている。装置は、
「静的」無色波長板１６を使用すること、および駆動電
圧を調整し、従って電気光学材料に印加する電界を調整
することによって、異なる波長で動作するようにするこ
とができる。たとえば、本発明のタイプの位相変調器を
用いたカラー投射ディスプレイの場合、このような同一
の３つの変調器を赤色、緑色および青色の光を変調する
ために用いてもよい。この場合、各装置に印加される電
圧は、変調する必要のある色の性能を最適化するように
選択される。従って、１種類の装置のみを製造すればよ
く、そのためコストが低下され得る。
【００７３】
【発明の効果】上述したように、本発明によると、電気
光学変調器、位相差板および反射板等の光学素子間の視
差の影響が少なく、使用可能な入射角範囲が広い偏光非
依存型光位相変調器が提供される。
光学変調器、位相差板および反射板等の光学素子間の視
差の影響が少なく、使用可能な入射角範囲が広い偏光非
依存型光位相変調器が提供される。
【００７４】本発明の偏光非依存型光位相変調器は、適
応型の光位相変調を行って、これにより、たとえば干渉
法、ビームステアリングなどの偏向、フレネルレンズ形
成などのイメージング、および、たとえば回折ベースの
投射ディスプレイを提供するための回折光のアナログ変
調などの用途のための光のアクティブな操作を可能にす
るために用いられ得る。
応型の光位相変調を行って、これにより、たとえば干渉
法、ビームステアリングなどの偏向、フレネルレンズ形
成などのイメージング、および、たとえば回折ベースの
投射ディスプレイを提供するための回折光のアナログ変
調などの用途のための光のアクティブな操作を可能にす
るために用いられ得る。
【図１】公知のタイプの位相変調器の動作を示す図であ
る。
る。
【図２】図１の変調器の欠点を示す図である。
【図３】別の公知の変調器の分解図である。
【図４】図３の変調器の断面図である。
【図５】図３および図４の変調器の動作を示す図であ
る。
る。
【図６】位相のみの回折格子変調器を用いた投射型ディ
スプレイの模式図である。
スプレイの模式図である。
【図７】本発明の実施形態を構成する、光位相変調器の
分解図である。
分解図である。
【図８】図７の変調器の断面図である。
【図９】図７の変調器の動作を示す、簡略された断面図
である。
である。
【図１０】本発明のさらなる実施形態を構成する、アク
ティブにアドレスされる光位相変調器の平面図である。
ティブにアドレスされる光位相変調器の平面図である。
【図１１】１次元の回折の応用に関する９０度平面配向
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】図１１に示す配向による欠陥の形成を示す図
である。
である。
【図１３】１次元の回折の応用に関する平面角配向を示
す図である。
す図である。
【図１４】反平行配向を示す断面図である。
【図１５】ホメオトロピック配向を示す断面図である。
【図１６】πセル配向を示す断面図である。
【図１７】ハイブリッドネマティック配向を示す断面図
である。
である。
【図１８】スプレー配向を示す断面図である。
１１ 上部ガラス基板 １２ 下部ガラス基板 １５ 反射板 １６ 静的１／４波長板 １８ 偏光依存型強誘性電液晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダンカン ジェームズ アンダーソン イギリス国 オーエックス14 １ディーダ ブリュー オックスフォードシャー， ア ビンドン，ボストック ロード 34 (72)発明者 クレイグ トンブリング イギリス国 オーエックス44 ７ユーアー ル オックスフォードシャー， スタダン プトン， ベアー レーン， ジャスミン コテージ （番地なし) (72)発明者 マイケル ジョン タウラー イギリス国 オーエックス２ ９エイエル オックスフォード， ボトレー， ザ ガース 20 (72)発明者 ハリー ガース ウォルトン イギリス国 オーエックス33 １エヌジー オックスフォード， ウィトレー， ウ エストフィールド ロード 32 (72)発明者 マーティン デービッド ティリン イギリス国 オーエックス14 ２ピージー オックスフォードシャー， アビンド ン， サマー フィールズ 11
Claims (16)
- 【請求項１】 偏光非依存型光位相変調器であって、 第１および第２の基板と、 該第１および第２の基板間に設けられる反射板と、 該第１の基板と該反射板との間に設けられ、ｎをゼロ以
上の整数としλを可視光の所定の波長とする場合に（ｎ
＋１）λ／４のリタデーテョンを生成し、かつ光学軸を
有する波長板と、 該波長板と該第１の基板との間に設けられ、該波長板の
該光学軸に対して実質的に４５度の偏光を有する光位相
を変調する偏光依存型電気光学層とを含む、偏光非依存
型光位相変調器。 - 【請求項２】 ｎ＝０である、請求項１に記載の変調
器。 - 【請求項３】 前記波長板が、配向されて硬化された反
応性メソゲンの層を含む、請求項１または２に記載の変
調器。 - 【請求項４】 前記電気光学層が、面外切り換えを行う
ように配置された液晶層を含む、請求項１から３のいず
れかに記載の変調器。 - 【請求項５】 前記液晶がネマティック液晶である、請
求項４に記載の変調器。 - 【請求項６】 前記液晶が正の誘電異方性を有し、反平
行配向を規定する配向層間に設けられる、請求項５に記
載の変調器。 - 【請求項７】 前記液晶が正の誘電異方性を有し、平行
配向を規定する配向層間に設けられる、請求項５に記載
の変調器。 - 【請求項８】 前記液晶が正の誘電異方性を有し、ハイ
ブリッド配向を規定する配向層間に設けられる、請求項
５に記載の変調器。 - 【請求項９】 前記液晶が負の誘電異方性を有し、ホメ
オトロピック配向を規定する配向層間に設けられる、請
求項５に記載の変調器。 - 【請求項１０】 前記液晶が負の誘電異方性を有し、互
いに平行な配向層間に設けられる、請求項５に記載の変
調器。 - 【請求項１１】 前記電気光学層がニオブ酸リチウムの
層を含む、請求項１から３のいずれかに記載の変調器。 - 【請求項１２】 複数の画素を含み、該画素の各々が前
記第１の基板と前記電気光学層との間に設けられる、少
なくとも１つの透明な第１の電極と、前記第２の基板と
該電気光学層との間に設けられる、少なくとも１つの第
２の電極とを含む、請求項１から１１のいずれかに記載
の変調器。 - 【請求項１３】 前記第２の電極が前記反射板を含む、
請求項１２に記載の変調器。 - 【請求項１４】 前記画素のすべての前記第１の電極
が、導電体の連続層を含む、請求項１２または１３に記
載の変調器。 - 【請求項１５】 前記第２の基板が、前記第２の電極に
接続されたアクティブアドレシングマトリクスを保持す
る、請求項１２から１４のいずれかに記載の変調器。 - 【請求項１６】 前記各画素が、細長くて平行な複数の
第２の電極を有する、請求項１２から１５のいずれかに
記載の変調器。
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