JP4438497B2 - Optical deflection element - Google Patents
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Description
本発明は、電気信号によって光の方向を変える光偏向素子、特に液晶の電気光学効果を利用した液晶プリズムに関する。本発明は、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの電子ディスプレイ装置、レーザービームプリンタの光書込み装置、レーザーレーダーシステム等に応用される。 The present invention relates to an optical deflection element for changing the direction of light by an electrical signal, and more particularly to a liquid crystal prism using an electro-optical effect of liquid crystal. The present invention is applied to electronic display devices such as projection displays and head mounted displays, optical writing devices for laser beam printers, laser radar systems, and the like.
例えば、特許文献1である「2次元フェーズド・アレイ光ビーム指向装置」には以下の技術が示されている。即ち、光学ビーム偏向器が、共通電極を有する第1のウインドウと、電気的に分離された平行なストライプ形態の複数の電極を有する第2のウインドウと、該第1および第2のウインドウ間の液晶分子層とを含む液晶セル要素と、前記複数のストライプ電極と、前記共通電極間で複数の制御信号を個々に結合することにより前記液晶層における屈折率の選択可能な局部的変化を生じさせる手段とを含む光学ビーム偏向器である(図9参照)。
For example, the following technique is disclosed in “Two-dimensional phased array light beam directing device” disclosed in
又、例えば、特許文献2である「効率的な液晶の波面変調の為の電極構造」には以下の技術が示されている。即ち、光学ビームを波面変調する装置において、光学的に透明な共通電極を有する第1窓と、電気的に束ねた平行ストライプ形状をした多数の透明導電電極を有する第2窓と、第1窓と第2窓の中間に設けられた液晶分子層とを含む光学要素を備え、光学装置は、光学ビームが第1窓に入射して第2窓により反射または透過されるように位置決めされ、さらに、制御信号を各セルの外側の電極に個々に印加する手段を備えることにより、接合電極に沿いまたセル領域を通して直線情報の電圧傾度を発生させ、LCの電子光学特性の直線または非直線部分により液晶層に屈折率の局部的な変化を生ぜしめるように構成されていることを特徴とする光学ビームを波面変調する装置である(図10参照)。
Further, for example, the following technique is shown in “Electrode structure for efficient wavefront modulation of liquid crystal” disclosed in
更に、例えば、特許文献3である「液晶光変調装置およびその駆動方法」には以下の技術が示されている。即ち、液晶を用いた光変調装置において、平行ストライプ形状をした多数の導電電極を一つ若しくは複数の接続用導電ストライプ電極で電気的に束ねた複合電極を有する第1の基板と、共通電極を有する第2の基板と、第1の基板と第2の基板に挟持した液晶分子層を含む光学要素を備え、接続用ストライプ電極には所定の間隔で制御信号を印加するための信号電極を有し、各信号電極に所定の電圧を印加することで各信号電極間の接続用導電ストライプ電極に直線上の電位傾斜を発生させ、それによりホモジニアス配向した液晶の電気光学特性の曲線変調領域により液晶分子層に屈折率の変調を生じさせるように構成されていることを特徴とする液晶光変調装置である(図11参照)。
上記の公知技術では、図12(a)及び(b)のように各ストライプ電極に印加する電圧値を段階的に変化させて、対向する共通電極との間の電界強度を段階的に変化させている。入射する直線偏向に対する液晶層の屈折率は電界強度に応じて変化するので、図12(c)のように素子内の屈折率分布も段階的になる。この種の光偏向素子は液晶層内の屈折率分布によるプリズム効果あるいはレンズ効果によって光を偏向するため、段階的な屈折率分布は収差発生の原因となる。 In the above known technique, the voltage value applied to each stripe electrode is changed stepwise as shown in FIGS. 12A and 12B, and the electric field strength between the opposing common electrodes is changed stepwise. ing. Since the refractive index of the liquid crystal layer with respect to the incident linear deflection changes according to the electric field strength, the refractive index distribution in the element also becomes stepwise as shown in FIG. Since this type of light deflection element deflects light by the prism effect or lens effect due to the refractive index distribution in the liquid crystal layer, the graded refractive index distribution causes the generation of aberrations.
ストライプ電極の幅とピッチを短くして本数を増やし、細かな段階で電圧を印加することにより、比較的連続的な屈折率分布が得られるが、ストライプ電極本数の増加による基板の複雑化や回折光発生などの不具合が生じる。 Reducing the width and pitch of the stripe electrodes to increase the number and applying a voltage at a fine level can provide a relatively continuous refractive index distribution. However, the increase in the number of stripe electrodes increases the complexity and diffraction of the substrate. Problems such as light generation occur.
本発明は、ストライプ電極の本数が比較的少なくても液晶層中の屈折率分布を連続的に制御でき、収差の発生や液晶配向欠陥の発生を低減できる光偏向素子を得ることを目的とする。 The invention, and purpose that the number of stripe electrodes be relatively small can continuously control the refractive index distribution of the liquid crystal layer to obtain a light deflection element that can reduce the occurrence of generation or liquid crystal alignment defects aberrations To do.
請求項1記載の発明は、平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、共通透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加するとともに共通透明電極に所定電圧を印加し、液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記第二の基板が有する前記共通透明電極が前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状であり、前記第二の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に前記誘電体層を形成したことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a first substrate having a plurality of transparent stripe electrode groups arranged in parallel and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other and spaced apart from each other. A liquid crystal layer is formed between the two substrates, a stepwise voltage is applied to each transparent stripe electrode of the first substrate, a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode, and an electric field strength distribution is generated in the liquid crystal layer. In a light deflection element formed and deflected according to the refractive index distribution of the liquid crystal layer with respect to incident light generated by the electric field strength distribution, a dielectric is provided between the transparent stripe electrode group of the first substrate and the liquid crystal layer. Forming the body layer, the common transparent electrode of the second substrate having the same shape as the transparent stripe electrode of the first substrate, the transparent stripe electrode group of the second substrate and the liquid crystal layer During the dielectric Characterized in that to form a layer.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光偏向素子において、前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical deflection element according to the first aspect , the transparent stripe electrodes on the respective substrates are alternately arranged as viewed from the optical path .
請求項3記載の発明は、平行に配置された複数の透明ストライプ電極群を有する第一の基板と、前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状の透明電極を有する第二の基板とが透明電極面を対向させて間隔を設けて設置され、両基板間に液晶層を形成し、第一の基板の各透明ストライプ電極及び第二基板の各透明ストライプ電極に電圧を印加して液晶層内に電界強度分布を形成し、電界強度分布によって生じた入射光に対する液晶層の屈折率分布に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層との間及び前記第二の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に誘電体層を形成し、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極を所定電位とし、対応する前記第一および前記第二の透明ストライプ電極間に印加する電位差を段階的に変化させて前記液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と前記第一および前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極群に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、各基板の隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして液晶層の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態形成することを特徴とする。
The invention according to
請求項4記載の発明は、請求項3記載の光偏向素子において、前記各基板上での前記透明ストライプ電極は、光路から見て交互に配置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical deflection element according to the third aspect, the transparent stripe electrodes on the substrates are alternately arranged as viewed from the optical path .
請求項5記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、共通透明電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第2の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the first substrate having the stripe-shaped transparent electrode group and the second substrate having the common transparent electrode are disposed with the transparent electrode surfaces facing each other and maintaining a predetermined interval. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate. In the light deflection element that forms an electric field intensity distribution in the liquid crystal layer and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field intensity distribution, the transparent stripe electrode group, the liquid crystal layer, A dielectric layer is formed between the electrodes, and voltages applied to the transparent stripe electrodes of the first substrate are individually set .
請求項6記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、共通透明電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第2の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記第二の基板の前記共通透明電極を接地することを特徴とする。 According to the sixth aspect of the present invention, the first substrate having the stripe-shaped transparent electrode group and the second substrate having the common transparent electrode are disposed with the transparent electrode surfaces facing each other and maintaining a predetermined interval. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate. In the light deflection element that forms an electric field intensity distribution in the liquid crystal layer and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field intensity distribution, the transparent stripe electrode group, the liquid crystal layer, A dielectric layer is formed between and the common transparent electrode of the second substrate is grounded .
請求項7記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、共通透明電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第2の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。 According to the seventh aspect of the present invention, the first substrate having the stripe-shaped transparent electrode group and the second substrate having the common transparent electrode are disposed with the transparent electrode surfaces facing each other and maintaining a predetermined interval. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate. In the light deflection element that forms an electric field intensity distribution in the liquid crystal layer and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field intensity distribution, the transparent stripe electrode group, the liquid crystal layer, When the electric field strength distribution formed in the liquid crystal layer is changed by forming a dielectric layer between the transparent stripe electrodes, the potential difference between the transparent stripe electrodes is reduced, and after passing through a substantially no electric field state, the transparent stripe electrodes Change in stages And applying a pressure.
請求項8記載の発明は、請求項7記載の光偏向素子において、前記各透明ストライプ電極間における電位差が小さい状態を経て前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the optical deflection element according to
請求項9記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、共通透明電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記透明ストライプ電極群に、段階的に変化する電圧を印加するとともに前記第2の基板の前記共通透明電極には所定の電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記透明ストライプ電極及び前記透明共通電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする。 According to the ninth aspect of the present invention, the first substrate having the stripe-shaped transparent electrode group and the second substrate having the common transparent electrode are disposed with the transparent electrode surfaces facing each other and maintaining a predetermined interval. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate. In the light deflection element that forms an electric field intensity distribution in the liquid crystal layer and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field intensity distribution, the transparent stripe electrode group, the liquid crystal layer, Before applying a voltage for forming a predetermined electric field strength distribution in the liquid crystal layer, and at least one of the transparent stripe electrode and the transparent common electrode in the liquid crystal layer. The orientation state of And applying a voltage to straight.
請求項10記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、前記第一の基板に設けられたストライプ状の透明電極と同形状のストライプ電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記ストライプ電極群に電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極には段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記第一の電界印加状態において前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能としたことを特徴とする。
The invention according to
請求項11記載の発明は、ストライプ状の透明電極群を有する第1の基板と、前記第一の基板に設けられたストライプ状の透明電極と同形状のストライプ電極を有する第2の基板とが、透明電極面同士を対向させて所定の間隔を保持して設置され、該基板間には液晶層が形成されており、前記ストライプ電極群に電圧を印加して前記液晶層内に電界強度分布を形成し、該電界強度分布に応じて生じた液晶層内の配向状態に応じて光を偏向する光偏向素子において、前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能とする前記第一の電界印加状態と、前記第一の電界印加状態の電圧パターンを前記透明ストライプ電極の配列方向に対して左右対称に反転させた形の電圧パターンを印加する前記第二の電界印加状態とを切替えることを特徴とする。 The invention according to claim 11 includes a first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group, and a second substrate having a stripe electrode having the same shape as the stripe-shaped transparent electrode provided on the first substrate. The transparent electrode surfaces are opposed to each other and are maintained at a predetermined interval, a liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage is applied to the stripe electrode group to distribute the electric field strength in the liquid crystal layer. And a transparent stripe electrode group provided on the first substrate and the second substrate, in the light deflection element that deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field intensity distribution; A dielectric layer is formed between the liquid crystal layer, a first voltage pattern that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrodes of the first substrate, and the transparent stripes of the second substrate are applied. A second electric power that changes in steps to the electrode A first electric field application state in which a pattern is applied and an electric field can be formed in a vertical direction or an oblique direction in the liquid crystal layer according to a difference between the first and second voltage patterns; and the first electric field The second electric field application state in which a voltage pattern in a form in which the voltage pattern in the application state is reversed symmetrically with respect to the arrangement direction of the transparent stripe electrodes is switched .
本発明によれば、透明ストライプ電極群と液晶層の間に誘電体層を形成しているので、透明電極端部や電極間部で生じる不均一電界が液晶層中に印加されるのを防止できる。また液晶層中の電界強度分布を均一あるいは滑らかにできるので、屈折率分布も滑らかになり収差の発生を低減できる。 According to the present invention, since the dielectric layer is formed between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer, it is possible to prevent a non-uniform electric field generated at the end of the transparent electrode or between the electrodes from being applied to the liquid crystal layer. it can. Further, since the electric field intensity distribution in the liquid crystal layer can be made uniform or smooth, the refractive index distribution is also smoothed, and the occurrence of aberration can be reduced.
本発明によれば、両基板上に透明ストライプ電極群を形成し、個々に電圧印加状態を設定できるので、液晶層内の電界分布や方向を自在に設定できる。また、透明ストライプ電極群と液晶層の間に誘電体層を形成しているので、電極端部の不均一電界を鈍らせて液晶層内での電界均一性も向上する。従って、液晶層内の屈折率分布を任意に設定でき、収差の発生を効果的に低減できる。 According to the present invention, the transparent stripe electrode group can be formed on both the substrates and the voltage application state can be individually set, so that the electric field distribution and direction in the liquid crystal layer can be freely set. In addition, since the dielectric layer is formed between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer, the non-uniform electric field at the electrode end is dulled, and the electric field uniformity in the liquid crystal layer is also improved. Therefore, the refractive index distribution in the liquid crystal layer can be arbitrarily set, and the occurrence of aberration can be effectively reduced.
本発明によれば、上下基板の透明ストライプ電極を交互に配置しているので、透明電極による透過率低下の影響が均一になる。また、電界強度の周期構造が緩和されるので、液晶層厚み方向および層方向の電界を均一化できる。 According to the present invention, since the transparent stripe electrodes on the upper and lower substrates are alternately arranged, the influence of the decrease in transmittance due to the transparent electrodes becomes uniform. Further, since the periodic structure of the electric field strength is relaxed, the electric fields in the liquid crystal layer thickness direction and the layer direction can be made uniform.
本発明によれば、上下基板の透明ストライプ電極群への電圧印加状態を切り換えることによって、液晶層の厚み方向の電界と層方向の電界を切り換えることができる。また光偏向動作OFF時も静電的に液晶分子の配向方向を切り換えるので、応答速度を速くすることができる。 According to the present invention, the electric field in the thickness direction and the electric field in the layer direction of the liquid crystal layer can be switched by switching the voltage application state to the transparent stripe electrode group on the upper and lower substrates. Further, since the orientation direction of the liquid crystal molecules is electrostatically switched even when the light deflection operation is OFF, the response speed can be increased.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係る光偏向素子に関する説明図である。その構成を図1(a)に示す。ガラスや樹脂などの透明基板からなる第一の基板1面に透明電極材料からなるストライプ電極2を形成してある。透明電極材料としてはITO膜などを用い、フォトリソグラフィーとエッチングによってストライプ形状に加工する。ストライプ電極2の幅と間隔は、所望の光偏向角度、液晶の複屈折、液晶層の厚みなどに応じて適宜設定される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 1D are explanatory diagrams relating to an optical deflection element according to the first embodiment of the present invention. The configuration is shown in FIG. A
本発明では透明ストライプ電極2上に誘電体層3を形成していることが特徴である。誘電体層3としては、ガラスや樹脂など透明性の高いものを用いることができる。誘電体層3に液晶配向膜を形成する場合には、配向膜の加熱処理工程が必要なため、耐熱性に優れたガラスを誘電体層3とすることが好ましい。
The present invention is characterized in that the
誘電体層3の厚みは1μm〜200μm程度が好ましく、透明ストライプ電極2の幅やピッチなどに応じて最適化されるが、この範囲よりも薄いと液晶層4中での電界均一化効果が少なく、これよりも厚いと液晶層4の駆動に必要な電圧が増加してしまう。第一の基板1と誘電体層3の接着にはUV硬化型などの光学接着剤を用いることができる。
The thickness of the
誘電体層3の表面には図示しない液晶配向膜を形成しても良い。液晶配向膜としてはポリイミド系材料などをスピンコート法などで塗布し、ホモジニアス配向を生じさせるためのラビング処理を行っても良い。ラビング処理の方向は入射光の直線偏向面に平行であることが好ましい。また、配向膜種とラビング条件を制御してプレチルト角を与えることが好ましい。
A liquid crystal alignment film (not shown) may be formed on the surface of the
また、使用する液晶材料の特性によっては、誘電体層3の表面にホメオトロピック配向性の配向膜を形成してもよい。その場合、ホメオトロピック配向膜上での液晶分子に数度以下の僅かなプレチルト角を与えるために弱いラビング処理を行ってもよい。ホメオトロピック配向に対して僅かなプレチルト角を与えることで無電界時および電界駆動時の液晶分子の配向方向の均一性が向上し、ドメインの発生を低減できる。さらに、一方の基板にホモジニアス配向処理を行い、他方の基板にホメオトロピック配向処理を行い、両者を組み合わせてハイブリッド配向にしてもよい。
Depending on the characteristics of the liquid crystal material to be used, a homeotropic alignment film may be formed on the surface of the
第二の基板5上には共通電極6としてITO膜が形成されている。ITO膜上には図示しない液晶配向膜が形成されていても良い。図示しないスペーサーを挟んで二つの基板の誘電体層3とITO膜を対面させてセルを形成する。スペーサーとしては粒子形状やフィルム形状のものを用い、光が透過する有効領域外に配置することが好ましい。
An ITO film is formed as a common electrode 6 on the
スペーサーは接着剤に混合して塗布しても良い。スペーサーの粒子径や厚みは液晶層4の厚みに応じて設定される。スペーサーの形成方法としては、基板上にスペーサー部材となる厚膜を塗布形成し、フォトリソグラフィー法によって所望の形状に加工形成してもよい。または、別途金型を形成し、基板上にスペーサー部材を転写形成してもよい。転写形成部材としてはフォトポリマーなどを用いることができる。
The spacer may be mixed with an adhesive and applied. The particle diameter and thickness of the spacer are set according to the thickness of the
スペーサー部の高さによって規定される液晶層4の厚みdは、狙いの光偏向角度に対して必要な位相差Δn・dと、液晶層4内の電界分布によって決まる実効的な屈折率分布の差Δnとによって設定される。
The thickness d of the
セル内に液晶材料を注入後、接着剤で封止して光偏向素子が得られる。液晶材料としては、ネマチック液晶やスメクチック液晶を用いることができるが、比較的配向性がよく、一般的な液晶素子に用いられるような、上下基板間での電界印加に対して液晶分子がホモジニアス配向からホメオトロピック配向に変化する正の誘電異方性を持つネマチック液晶が好ましい。または、前述のように基板面にホメオトロピック配向膜を形成した場合には、上下基板間での電解印加に対して液晶分子がホメオトロピック配向からホモジニアス配向に変化する負の誘電異方性を持つネマチック液晶を用いることもできる。一般に、スメクチック液晶は均一な配向性を得ることが比較的難しいが、液晶材料注入後の降温過程において電界を印加することで液晶分子に静電力が働き、配向性を向上させることができる。 A liquid crystal material is injected into the cell and then sealed with an adhesive to obtain an optical deflection element. As the liquid crystal material, nematic liquid crystal or smectic liquid crystal can be used, but the liquid crystal molecules are homogeneously aligned with respect to the electric field applied between the upper and lower substrates as used in general liquid crystal elements because of relatively good alignment. A nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy that changes from a homeotropic orientation to a homeotropic orientation is preferred. Alternatively, when the homeotropic alignment film is formed on the substrate surface as described above, the liquid crystal molecules have a negative dielectric anisotropy that changes from homeotropic alignment to homogeneous alignment with the application of electrolysis between the upper and lower substrates. Nematic liquid crystals can also be used. In general, it is relatively difficult to obtain uniform orientation of smectic liquid crystals, but by applying an electric field in the temperature lowering process after the liquid crystal material is injected, electrostatic force acts on the liquid crystal molecules, and the orientation can be improved.
第一の基板1の各ストライプ電極群にはストライプ電極の幅方向に向かって段階的に異なる電圧が印加される。ネマチック液晶の場合は、数十〜数百ヘルツの周波数で±数ボルト〜数十ボルト程度の交流電圧が印加される。図1(a)では7本のストライプ電極の例を示した。ここで、基板面のホモジニアス配向膜に入射光の直線偏光面に平行なラビング処理が施してある場合、無電界時の液晶配向方向は、紙面左右方向になる。V1は電圧値が小さく液晶分子はラビングによるホモジニアス配向に近い状態であり、V7では比較的電圧値が大きく正の誘電異方性を有する液晶分子は分子長軸を電界方向に向ける静電力によってホメオトロピック配向に変化する。
Different voltage is applied stepwise to each stripe electrode group of the
ここで紙面上の左右方向に平行な偏光面を持つ入射光に対して、ホモジニアス配向的な部分では屈折率が大きく、ホメオトロピック配向的な部分では屈折率が小さく感じられる。この屈折率差によって位相差Δn・dが生じて図1(d)のように出射光が偏向される。 Here, with respect to incident light having a plane of polarization parallel to the left-right direction on the paper surface, the refractive index is high in the homogeneously oriented part, and the refractive index is low in the homeotropically oriented part. Due to this difference in refractive index, a phase difference Δn · d is generated, and the emitted light is deflected as shown in FIG.
ストライプ電極2近傍では、電極の不連続性のために電位分布も不連続で段階的になっているが、液晶層4内では誘電体層3中で電位分布が鈍ってくるので図1(b)のように連続的な電位分布となる。従って、液晶層中の屈折率分布も図1(c)のように連続的になり、プリズムとしての収差が低減する。なお、図1では1つの屈折率分布を描いているが、ストライプ電極本数を増やして電圧印加パターンを繰り返し、周期的な鋸歯形状のように屈折率分布を変化させても良い。
In the vicinity of the
各ストライプ電極2に段階的に異なる電位を印加する方法としては、個々の電極に独立した電源を接続する方法や、各ストライプ電極を抵抗材料でつなぎ、電極群の両端あるいは一定間隔毎に比較的大きな電圧を印加して抵抗分割する方法がある。その場合、抵抗材料は各基板のストライプ電極面上に形成することが好ましい。
As a method of applying different potentials stepwise to each
第二の基板5上の電極が共通電極6の場合、液晶層4中の電気力線は共通電極6に垂直な方向となるので、図1(a)の中央部のように液晶分子が斜めに配向した状態を作るには静電的な力と液晶層の弾性による力のバランスが重要になる。従って、温度変化などによって液晶層の粘弾性が変化すると液晶分子の配向状態が変化する恐れがある。
When the electrode on the
図2は本発明の第2の実施形態に係る光偏向素子の構成図である。第2の実施形態では、図2のように第二の基板5上の電極もストライプ電極2で電気的に独立して形成していることを特徴とする。例えば、図2のように第一および第二の基板1、5上の各ストライプ電極2に独立に電位を与えることで、液晶層4の厚み方向への電位差と同時に層方向への電位差も与えることができるので、液晶層内の斜め方向に電界を印加することができる。
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical deflection element according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the electrodes on the
図2以降では簡単のためプラス極性が印加されている状態を示しているが、全体的に極性が反転した状態と切り換る交流電界を印加することが好ましい。従って、液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることができるので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することができる。 In FIG. 2 and subsequent figures, a state in which a positive polarity is applied is shown for simplicity, but it is preferable to apply an AC electric field that switches to a state in which the polarity is reversed overall. Therefore, since an electrostatic force can be applied to align the liquid crystal molecules obliquely, a stable refractive index distribution can be formed even with a temperature change.
また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待される。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することができ、比較的大きな光偏向角度を得ることが期待できる。 In addition, it is expected that the characteristic of refractive index change with respect to the applied voltage changes linearly by applying an electric field in an oblique direction. Accordingly, a relatively large refractive index difference can be used even under voltage application conditions in which no aberration occurs, and a relatively large light deflection angle can be expected.
各電極近傍での不均一電界は誘電体層によって鈍り、液晶層4中では連続的な電界分布が得られる。また、第二の基板5の各ストライプ電極2を同電位あるい接地しても良く、上述の第一の実施形態と同様な特性を得ることができる。各ストライプ電極2に段階的に異なる電位を印加する方法としては、個々の電極に独立した電源を接続する方法や、各ストライプ電極を抵抗材料でつなぎ、電極群の両端あるいは一定間隔毎に比較的大きな電圧を印加して抵抗分割する方法がある。抵抗材料は各基板のストライプ電極面上に形成することが好ましい。
A nonuniform electric field in the vicinity of each electrode is blunted by the dielectric layer, and a continuous electric field distribution is obtained in the
図2のように第一と第二の基板1、5での電位分布を変えるためには、各基板に形成する抵抗体の抵抗値と印加電圧値を変える。個々のストライプ電極に印加する電圧値のパターンは、使用する液晶材料の特性や抵抗体の特性に応じて、所望の光偏光特性との相関を予め実験的に決定しておく。ストライプ電極2を形成する透明電極は、完全な透明ではなくわずかに透過率が低下する。第一と第二の基板1、5上のストライプ電極の位置が重なっている場合、透過率の低下は顕著になってしまう。
In order to change the potential distribution between the first and
図3は本発明の第3の実施形態に係る光偏向素子の構成図である。第3の実施形態では、図3のように上下基板1、5の透明ストライプ電極2を交互に配置しているので、透明電極による透過率低下の影響が均一になる。
FIG. 3 is a configuration diagram of an optical deflection element according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, since the
また、上下電極の位置が一致している場合、液晶層3中央付近に対して作用する電極ピッチはストライプ電極ピッチと等しいが、上下電極の位置が交互に配置されている場合、液晶層中央付近に対して作用する電極ピッチはストライプ電極ピッチの1/2と等価になる。従って、電極ピッチに伴う電界強度の周期構造が小さくなって緩和されるため、液晶層内の電界がより均一化される。
Further, when the positions of the upper and lower electrodes coincide with each other, the electrode pitch acting on the vicinity of the center of the
上記の光偏向素子にネマチック液晶を用いた場合、電圧ON時の液晶分子の応答は静電的エネルギーによる力が働いているため比較的速いが、電圧OFF時の液晶分子の応答は液晶層の粘弾性や配向規制力に起因しているため比較的遅いという問題がある。 When nematic liquid crystal is used for the above-mentioned light deflection element, the response of the liquid crystal molecules when the voltage is on is relatively fast because of the force of electrostatic energy, but the response of the liquid crystal molecules when the voltage is off is the response of the liquid crystal layer. There is a problem that it is relatively slow due to viscoelasticity and orientation regulating force.
図4(a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係る光偏向素子に関する説明図である。第4の実施形態では、図4(a)のように第一の基板1の各透明ストライプ電極2に段階的に変化する電圧を印加し、第二の基板5の各透明ストライプ電極2を同電位とするか接地して、対応する第一および第二の透明ストライプ電極2間に印加する電位差を段階的に変化させて液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と、図4(b)のように第一および第二の基板1、5の各透明ストライプ電極2に同様に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、上下電極間の電位差を小さく、隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして、液晶層4の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態を有する。
4A to 4C are explanatory diagrams relating to an optical deflection element according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4A, a voltage that changes stepwise is applied to each
第二の電界印加状態によって本来の液晶層4の粘弾性や配向規制力に加えて静電的にもホモジニアス配向に戻る力が働くため比較的高速化できる。また、本発明の第5の実施形態では、第一の電界印加状態は図4(a)のような片側が同電位もしくは接地されている場合に限らず、第二の実施形態の図2のように両基板に段階的な電圧が印加される場合でも良い。この場合、第1の電界印加状態において液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることができるので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することができる。また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待できる。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することができため、大きな光変更角度を得ることができる。
Since the second electric field application state exerts a force for returning to homogeneous alignment electrostatically in addition to the original viscoelasticity and alignment regulating force of the
一方、第二の電界印加状態は図4(b)のような上下対象の電極配置に限らず、図4(c)のように第三の実施形態のような電極配置にして印加電圧値が上下の電極で交互に段階的な変化するように電圧を印加しても良い。さらに、段階的に電圧値を増加していくのでは無く、図5のように各基板1、5のストライプ電極2に交互に電圧を印加しても良い。この場合、ストライプ電極2の本数が多い場合でも比較的小さな電圧値で全面に均一な水平電界を印加することができる。したがって、屈折率分布の最適化による収差の低減と水平方向への電界印加による通常のネマチック液晶を用いた二周波駆動的な高速駆動が可能となる。
On the other hand, the second electric field application state is not limited to the upper and lower target electrode arrangement as shown in FIG. 4B, and the applied voltage value is changed to the electrode arrangement as in the third embodiment as shown in FIG. 4C. A voltage may be applied so that the upper and lower electrodes alternately change stepwise. Further, instead of increasing the voltage value stepwise, a voltage may be applied alternately to the
図4(a)と図4(b)の切替では、図1(d)のような入射光に対して出射光がある一方向に偏光する状態と直進する状態を切り替えているが、本発明の第6の実施形態では、図4(a)を左右対称に反転させた形の印加電圧パターンに切り替えることで、液晶相中の屈折率分布を対象に反転させ、図6(a)と図6(b)のように紙面の左右方向に大きな偏向角度を得ることができる。 In the switching between FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b), the incident light as shown in FIG. 1 (d) is switched between the state in which the outgoing light is polarized in one direction and the state in which it goes straight. In the sixth embodiment, the refractive index distribution in the liquid crystal phase is inverted with respect to the object by switching to an applied voltage pattern in which FIG. 4A is reversed symmetrically, and FIG. 6A and FIG. As shown in FIG. 6B, a large deflection angle can be obtained in the left-right direction of the paper.
しかし、図6(a)から図6(b)の状態に直接電圧印加パターンを切り替える場合を考えると、素子右側の液晶部では無電界状態から厚み方向への電界が印加されるため、静電力によって高速に配向を変化させることができるが、素子左側の液晶部は厚み方向の電界印加状態から無電界状態になるので、配向変化の応答が遅くなってしまう場合がある。 However, considering the case where the voltage application pattern is directly switched from the state shown in FIG. 6A to the state shown in FIG. 6B, an electric field in the thickness direction from the no-field state is applied in the liquid crystal portion on the right side of the element. However, since the liquid crystal portion on the left side of the device is changed from the electric field application state in the thickness direction to the no electric field state, the response of the alignment change may be delayed.
そこで、本発明の第7の実施形態では、印加電圧パターンの反転時において、図6(c)中の矢印で示したように液晶素子の有効領域の水平方向(ストライプ電極の配列方向)において、大きな水平電界印加領域(ストライプ電極間の電位差が大きい状態)から小さな水平電界印加領域(ストライプ電極間の電位差が小さい状態)へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に変化するように印加電圧パターンを制御することを特徴とする。図6(a)の状態が図4(a)と同一電圧パターンであるとすると、光路偏向方向の切替え時において図4(c)に例示した電圧パターンにように個々の電極の電圧値を制御する。この場合、前述の素子左側を水平配向状態に切り替えるための静電力が働くため、全ての領域で高速に図6(b)の状態に切替えることができる。あるいは、図6(c)の電圧パターンを中間状態として一時的に印加するのではなく、図6(c)のパターンを定常状態とし、それを左右反転させたパターンを直接切替えても良い。 Therefore, in the seventh embodiment of the present invention, when the applied voltage pattern is reversed, as shown by the arrows in FIG. 6C, in the horizontal direction of the effective area of the liquid crystal element (stripe electrode arrangement direction), It changes from a large horizontal electric field application region (a state in which the potential difference between the stripe electrodes is large) to a small horizontal electric field application region (a state in which the potential difference between the stripe electrodes is small). The applied voltage pattern is controlled so as to continuously change to the vertical electric field application region. If the state of FIG. 6A is the same voltage pattern as FIG. 4A, the voltage value of each electrode is controlled as in the voltage pattern illustrated in FIG. 4C when the optical path deflection direction is switched. To do. In this case, since the electrostatic force for switching the left side of the element to the horizontal alignment state works, the entire region can be switched to the state of FIG. 6B at high speed. Alternatively, instead of temporarily applying the voltage pattern shown in FIG. 6C as an intermediate state, the pattern shown in FIG.
図6のように素子内の液晶配向状態を紙面の左右対称に切替える場合は、電界強度やプレチルト角によっては、素子内に液晶配向欠陥が生じる場合がある。ここで、図7は図6の素左側近傍の配向状態を拡大して示している。図7(a)左端には垂直方向の電界が印加されているが、図6(c)のように水平電界が印加された場合、垂直配向した液晶分子は図中矢印のように右回りあるいは左回りに回転するように水平配向状態に変化する。この時、右回りに回転すると図7(b)のように既に左回りに配向していた領域との境界に欠陥が生じる。この欠陥は光散乱の原因となり好ましくない。一方、左回りに回転した場合は図7(c)のように欠陥は生じない。このような垂直配向状態から水平配向状態に切り替わる時の回転方向は配向処理によるプレチルト角の付与によっても制御は可能である。本発明の第八の形態では、光路偏向方向の切替え時において、一時的に素子全面の液晶配向状態を均一にする電圧パターンを印加した後、光路偏向状態の電圧パターンを印加することを特徴とする。例えば、図6(a)から図6(b)の状態に切替える中間状態として、図8(a)のような全面水平電界、あるいは図8(b)のような全面垂直電界を与える電圧パターンを印加した後、所望の電圧パターンを印加する。例えば、図4(b)、図4(c)、及び図5のような電圧パターンで均一な水平電界を印加することが出来る。あるいは、第一の基板面のストライプ電極郡と第二の基板面のストライプ電極郡のそれぞれが一定の電圧が印加されるように切替え、両電極郡間に電位差を印加することで、第一と第二の基板間に均一な垂直電界を印加することが出来る。ここで、使用する液晶がネマチック液晶の場合は交流電圧を印加することが好ましい。このように一度素子全体の液晶配向を一方向に均一に揃えた後に連続的な配向分布を形成するので、図7(b)のような液晶回転方向の不一致による非連続的な配向欠陥の発生を防止できる。 When the liquid crystal alignment state in the element is switched to left-right symmetry as shown in FIG. 6, a liquid crystal alignment defect may occur in the element depending on the electric field strength and the pretilt angle. Here, FIG. 7 shows an enlarged alignment state in the vicinity of the left side of FIG. Although a vertical electric field is applied to the left end of FIG. 7A, when a horizontal electric field is applied as shown in FIG. 6C, vertically aligned liquid crystal molecules are rotated clockwise or as indicated by arrows in the figure. It changes to a horizontal alignment state to rotate counterclockwise. At this time, when rotating clockwise, a defect occurs at the boundary with the region that has already been oriented counterclockwise as shown in FIG. This defect causes light scattering and is not preferable. On the other hand, when rotated counterclockwise, no defect occurs as shown in FIG. The rotation direction when switching from the vertical alignment state to the horizontal alignment state can also be controlled by applying a pretilt angle by an alignment process. According to an eighth aspect of the present invention, when the optical path deflection direction is switched, a voltage pattern for temporarily uniforming the liquid crystal alignment state on the entire surface of the element is applied, and then the voltage pattern in the optical path deflection state is applied. To do. For example, as an intermediate state for switching from the state shown in FIG. 6A to the state shown in FIG. 6B, a voltage pattern that gives a full horizontal electric field as shown in FIG. 8A or a full vertical electric field as shown in FIG. After the application, a desired voltage pattern is applied. For example, a uniform horizontal electric field can be applied with a voltage pattern as shown in FIGS. 4B, 4C, and 5. FIG. Alternatively, each of the stripe electrode group on the first substrate surface and the stripe electrode group on the second substrate surface is switched so that a constant voltage is applied, and a potential difference is applied between the two electrode groups, A uniform vertical electric field can be applied between the second substrates. Here, when the liquid crystal to be used is a nematic liquid crystal, it is preferable to apply an alternating voltage. As described above, since the continuous alignment distribution is formed after the liquid crystal alignment of the entire device is uniformly aligned in one direction, the occurrence of discontinuous alignment defects due to the mismatch of the liquid crystal rotation direction as shown in FIG. Can be prevented.
なお、本発明は所望の電圧パターンを印加可能なストライプ電極郡と誘電体層の組合せによって、液晶層中に所望の滑らかな電界強度分布あるいは均一水平電界や均一垂直電界を自在に印加可能である光学素子を用いることを特徴としており、上記図中の例示した電圧値やその組合せに限定されない。 In the present invention, a desired smooth electric field intensity distribution or a uniform horizontal electric field or a uniform vertical electric field can be freely applied to the liquid crystal layer by a combination of stripe electrode groups and dielectric layers capable of applying a desired voltage pattern. It is characterized by using an optical element, and is not limited to the voltage values exemplified in the above figure or a combination thereof.
大きさ3cm×4cm、厚さ1mmの2枚のガラス基板上にスパッタリング装置を用いて厚さ1000ÅのITO膜を形成した。第一の基板のITO膜をフォトリソグラフィーとウェットエッチングによってストライプ形状に加工した。ストライプ電極の有効領域内での幅は50μm、長さ2mm、非電極部の幅は50μmで電極ピッチは100μmとした。有効幅2mm中に20本のストライプ電極を形成した。基板上の有効領域外では電極の幅を200μmと太くして電気配線の取出しを容易にした。 An ITO film having a thickness of 1000 mm was formed on two glass substrates having a size of 3 cm × 4 cm and a thickness of 1 mm using a sputtering apparatus. The ITO film of the first substrate was processed into a stripe shape by photolithography and wet etching. The width of the stripe electrode in the effective region was 50 μm, the length was 2 mm, the width of the non-electrode portion was 50 μm, and the electrode pitch was 100 μm. Twenty stripe electrodes were formed in an effective width of 2 mm. Outside the effective area on the substrate, the width of the electrode was increased to 200 μm to facilitate the extraction of the electrical wiring.
第一の基板の有効領域のITO面上に、大きさ1cm角、厚み20μmのガラスシート(誘電体層)を紫外線硬化型接着剤を用いて接着した。ガラスシート面上に厚み600Åのポリイミド系配向膜をスピンコートで塗布した。配向膜表面をストライプ電極の配列方向に並行(ストライプ電極の長手方向に直交)にラビング処理を行った。プレチルト角は約1度に設定した。 A glass sheet (dielectric layer) having a size of 1 cm square and a thickness of 20 μm was bonded onto the ITO surface of the effective area of the first substrate using an ultraviolet curable adhesive. A polyimide alignment film having a thickness of 600 mm was applied on the glass sheet surface by spin coating. The alignment film surface was rubbed in parallel with the arrangement direction of the stripe electrodes (perpendicular to the longitudinal direction of the stripe electrodes). The pretilt angle was set to about 1 degree.
第二の基板のITO膜上にも同様に配向膜を形成し、同様にラビング処理をした。二枚の基板のラビング方向がアンチパラレル方向になるようにスペーサー粒子を挟んで接着してセルを作成した。粒子径20μmのスペーサーを接着剤に混合して有効領域外に塗布して硬化させた。セル内にネマチック液晶を注入して封止し、光偏向素子を作成した。 An alignment film was similarly formed on the ITO film of the second substrate, and was similarly rubbed. Cells were formed by adhering spacer particles so that the rubbing direction of the two substrates was in the antiparallel direction. A spacer having a particle size of 20 μm was mixed with an adhesive, applied outside the effective area, and cured. A nematic liquid crystal was injected into the cell and sealed to prepare an optical deflection element.
第一の基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を100Ωの抵抗で直列に接続した。また、第二の基板の共通電極を接地した。ビーム径1mmのHe−Neレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。 Conductive wires made of a flexible substrate were connected to the stripe electrodes of the first substrate, and the conductive wires were connected in series with a resistance of 100Ω. The common electrode of the second substrate was grounded. A He—Ne laser beam having a beam diameter of 1 mm was applied to the effective area through a linear deflection plate, and the deflection angle was measured from the change in the projection position of the beam.
第一基板のストライプ電極群を結んだ直列抵抗の両端の一方に±4V、他方に±2Vの交流電圧(50Hz)を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。素子温度30℃における電圧印加による偏向角度は2分で、応答速度は電圧印加時が約10msec、電圧OFF時が約30msecであった。この時、透過した光のビーム形状の変化は無く、収差の少ない光偏向素子が得られた。 When an AC voltage (50 Hz) of ± 4 V and ± 2 V are applied to both ends of the series resistor connecting the stripe electrode group of the first substrate with the same polarity, the voltage value divided by resistance is applied to each stripe electrode. Were applied individually, and a refractive index distribution of the liquid crystal layer was generated in the arrangement direction of the stripe electrodes. The deflection angle by voltage application at an element temperature of 30 ° C. was 2 minutes, and the response speed was about 10 msec when the voltage was applied and about 30 msec when the voltage was OFF. At this time, there was no change in the beam shape of the transmitted light, and an optical deflection element with little aberration was obtained.
しかし、素子温度40℃で同様な電圧印加条件にしたところ、偏向角度は同様であったが僅かにビーム形状の変化が見られ、温度変化により僅かな収差が発生することが分かった。 However, under the same voltage application conditions at an element temperature of 40 ° C., it was found that although the deflection angle was the same, a slight change in the beam shape was observed, and a slight aberration occurred due to the temperature change.
(比較例)
第一の基板上に誘電体層であるガラスシートを貼り付けなかったこと以外は実施例1同様にして光偏向素子を作成した。比較例では誘電体層が無いために印加電圧値が小さく設定できるので、第一基板のストライプ電極群を結んだ直列抵抗の両端の一方に±2V、他方に±1Vの交流電圧(50Hz)を極性を揃えて印加した。素子温度30℃における電圧印加による偏向角度は2分と同様であったが、透過した光のビーム形状が大きくなり、収差が発生していることが分かった。
(Comparative example)
An optical deflection element was produced in the same manner as in Example 1 except that the glass sheet as the dielectric layer was not attached on the first substrate. In the comparative example, since there is no dielectric layer, the applied voltage value can be set small. Therefore, an alternating voltage (50 Hz) of ± 2 V is applied to one end of the series resistor connecting the stripe electrode group of the first substrate and ± 1 V is applied to the other end. Applied with the same polarity. The deflection angle by voltage application at an element temperature of 30 ° C. was the same as 2 minutes.
第二の基板にも実施例1の第一の基板と同様なストライプ電極と誘電体層と配向膜を形成した。両基板のストライプ電極の位置が一致するように、20μmのスペーサーを挟んで貼りあわせてセルを作成した。実施例1と同様のネマチック液晶を注入し、両基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を100Ωの抵抗で直列に接続した。 The same stripe electrode, dielectric layer and alignment film as the first substrate of Example 1 were also formed on the second substrate. A cell was prepared by attaching a 20 μm spacer so that the positions of the stripe electrodes on both substrates coincided. Nematic liquid crystal similar to that in Example 1 was injected, and conductive wires made of a flexible substrate were connected to the stripe electrodes of both substrates, and the conductive wires were connected in series with a resistance of 100Ω.
ビーム径1mmのHe−Neレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。図2のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には12Vと0V、第二の基板のストライプ電極群の両端部には6Vと0Vの交流電圧を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。 A He—Ne laser beam having a beam diameter of 1 mm was applied to the effective area through a linear deflection plate, and the deflection angle was measured from the change in the projection position of the beam. As shown in FIG. 2, alternating voltages of 12V and 0V are applied to both ends of the stripe electrode group of the first substrate and 6V and 0V are applied to both ends of the stripe electrode group of the second substrate with the same polarity. Each stripe electrode was individually applied with a resistance-divided voltage value, and a refractive index distribution of the liquid crystal layer was generated in the stripe electrode arrangement direction.
素子温度30℃における電圧印加による偏向角度は2.5分で、応答速度は電圧印加時が約10msec、電圧OFF時が約30msecであった。さらに、素子温度40℃でも、透過した光のビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差の少ない安定した光偏向素子が得られた。 The deflection angle by voltage application at an element temperature of 30 ° C. was 2.5 minutes, and the response speed was about 10 msec when the voltage was applied and about 30 msec when the voltage was OFF. Further, there was no change in the beam shape of the transmitted light even at an element temperature of 40 ° C., and a stable light deflection element with little aberration with respect to the temperature change was obtained.
しかし、素子の有効領域を透過光による顕微鏡観察を行うと、ITOのストライプ電極が有る部分と無い部分が透過率の違いとして明確に観察された。この透過率の違いは光偏向素子の応用分野によっては不具合となる場合が懸念される。 However, when the effective region of the device was observed with a microscope using transmitted light, a portion with and without an ITO stripe electrode was clearly observed as a difference in transmittance. There is a concern that this difference in transmittance may be a problem depending on the application field of the optical deflection element.
実施例2と同様に両基板にストライプ電極と誘電体層と配向膜を形成した。両基板のストライプ電極の位置が交互に位置するように、20μmのスペーサーを挟んで貼りあわせてセルを作成した。実施例2と同様のネマチック液晶を注入し、両基板の各ストライプ電極にフレキシブル基板による導線を接続し、各導線間を100Ωの抵抗で直列に接続した。 In the same manner as in Example 2, a stripe electrode, a dielectric layer, and an alignment film were formed on both substrates. A cell was prepared by attaching a 20 μm spacer so that the stripe electrodes on both substrates were alternately positioned. Nematic liquid crystal similar to that in Example 2 was injected, and conductive wires made of a flexible substrate were connected to the stripe electrodes of both substrates, and the conductive wires were connected in series with a resistance of 100Ω.
ビーム径1mmのHe−Neレーザー光を直線偏向板を通して有効領域に照射し、ビームの投射位置の変化から偏向角度を測定した。実施例2と同様に第一の基板のストライプ電極群の両端部には12Vと0V、第二の基板のストライプ電極群の両端部には6Vと0Vの交流電圧を極性を揃えて印加したところ、各ストライプ電極には抵抗分割された電圧値が個々に印加され、ストライプ電極の配列方向に液晶層の屈折率分布が生じた。 A He—Ne laser beam having a beam diameter of 1 mm was applied to the effective area through a linear deflection plate, and the deflection angle was measured from the change in the projection position of the beam. As in Example 2, alternating voltages of 12 V and 0 V were applied to both ends of the stripe electrode group on the first substrate and 6 V and 0 V were applied to both ends of the stripe electrode group on the second substrate with the same polarity. Each stripe electrode was individually applied with a resistance-divided voltage value, and a refractive index distribution of the liquid crystal layer was generated in the stripe electrode arrangement direction.
素子温度30℃における電圧印加による偏向角度は2.5分で、応答速度は電圧印加時が約10msec、電圧OFF時が約30msecであった。さらに、素子温度40℃でも、透過した光のビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差の少ない安定した光偏向素子が得られた。 The deflection angle by voltage application at an element temperature of 30 ° C. was 2.5 minutes, and the response speed was about 10 msec when the voltage was applied and about 30 msec when the voltage was OFF. Further, there was no change in the beam shape of the transmitted light even at an element temperature of 40 ° C., and a stable light deflection element with little aberration with respect to the temperature change was obtained.
素子の有効領域を透過光による顕微鏡観察を行うと、全体にITOストライプ電極が配置されているように観察された。従って、均一な透過率の光偏向素子が得られた。 When the effective area of the device was observed with a microscope using transmitted light, it was observed that the ITO stripe electrode was disposed throughout. Therefore, an optical deflecting element having a uniform transmittance was obtained.
実施例2と同様な光偏向素子を用いて、図2のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には12Vと0V、第二の基板のストライプ電極群の両端部には6Vと0Vの交流電圧を極性を揃えて印加した第一の電界印加状態と、図3のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には12Vと0V、第二の基板のストライプ電極群の両端部にも12Vと0Vの交流電圧を極性を揃えて印加した第二の電界印加状態とを切り換えた。 Using the same optical deflection element as in Example 2, 12 V and 0 V are applied to both ends of the stripe electrode group of the first substrate, and 6 V is applied to both ends of the stripe electrode group of the second substrate as shown in FIG. A first electric field application state in which an AC voltage of 0 V is applied with the same polarity and 12 V and 0 V at both ends of the stripe electrode group of the first substrate as shown in FIG. The second electric field application state in which alternating voltages of 12 V and 0 V were applied to both ends with the same polarity was switched.
液晶がホモジニアス配向状態から第一の電界印加状態により図9の配向分布状態に変化するまでの時間は約10msecで他の実施例と同様であったが、第二の電界印加状態によりホモジニアス配向状態に戻るまでの時間が約10msecに短縮した。これは、第二の電界印加状態によって本来の液晶層の粘弾性や配向規制力に加えて静電的にもホモジニアス配向に戻る力が働くためと考えられる。また、素子温度が30℃の場合と40℃の場合とを比較したが、透過した光ビーム形状の変化は無く、温度変化に対しても収差が少なかった。従って、応答時間が高速化され、温度変化に対する安定性にも優れた光偏向素子が得られた。 The time required for the liquid crystal to change from the homogeneous alignment state to the alignment distribution state of FIG. 9 by the first electric field application state was about 10 msec, which was the same as the other examples, but the homogeneous alignment state by the second electric field application state. The time to return to has been reduced to about 10 msec. This is considered to be due to the fact that, in addition to the original viscoelasticity and alignment regulating force of the liquid crystal layer, a force to return to homogeneous alignment also acts electrostatically by the second electric field application state. Further, when the element temperature was 30 ° C. and 40 ° C., the shape of the transmitted light beam was not changed, and the aberration was small even with respect to the temperature change. Accordingly, an optical deflection element having a high response time and excellent stability with respect to a temperature change is obtained.
実施例2と同様な光偏向素子を用いて、図2のように第一の基板のストライプ電極群の両端部には12Vと0V、第二の基板のストライプ電極群の両端部には6Vと0Vの交流電圧を極性を揃えて印加した第一の電界印加状態と、図2の電圧値を紙面左右方向に対称に変更した第二の電界印加状態とを切換えた。その結果、図6(a)と(b)のような液晶配向状態を切換えていると考えられ、偏向角度が5.0分と比較的大きな偏向角度が得られた。 Using the same optical deflection element as in Example 2, 12 V and 0 V are applied to both ends of the stripe electrode group of the first substrate, and 6 V is applied to both ends of the stripe electrode group of the second substrate as shown in FIG. A first electric field application state in which an AC voltage of 0 V was applied with the same polarity and a second electric field application state in which the voltage values in FIG. As a result, it was considered that the liquid crystal alignment states as shown in FIGS. 6A and 6B were switched, and a relatively large deflection angle of 5.0 minutes was obtained.
但し、透過光のビーム形状を観察すると、偏向方向切換え時の形状の乱れが比較的大きく、正常なビーム形状を形成して切り替わるまでの時間は約30msecと比較的遅くなった。これは素子端部の液晶の応答速度が比較的遅いためと考えられる。 However, when the beam shape of the transmitted light was observed, the disturbance of the shape at the time of switching the deflection direction was relatively large, and the time until switching after forming a normal beam shape was relatively slow, about 30 msec. This is presumably because the response speed of the liquid crystal at the end of the element is relatively slow.
実施例2と同様な光偏向素子を用いて、図6(c)に示すような液晶素子の有効領域の水平方向(ストライプ電極の配列方向)において、大きな水平電界印加領域(ストライプ電極間の電位差が大きい状態)から小さな水平電界印加領域(ストライプ電極間の電位差が小さい状態)へと変化し、略無電界領域を経て、小さな垂直電界印加領域から大きな垂直電界印加領域へと連続的に変化するように電圧パターンを印加した。上記の過程により図6(c)に示す第一の電圧印加状態を紙面の左右対称の電圧パターンを印加する第二の電圧印加状態へ切り替えた。その結果、偏向角度は5.0分と大きく、応答時間も約10msecと高速応答となった。しかし、切換え時の液晶層を観察すると、素子端部に配向欠陥によるものと推測される光散乱が発生した。 By using the same optical deflecting element as in Example 2, a large horizontal electric field application region (potential difference between stripe electrodes) in the horizontal direction of the effective region of the liquid crystal element as shown in FIG. Changes from a large electric field application region to a small horizontal electric field application region (a state in which the potential difference between the stripe electrodes is small), and continuously changes from a small vertical electric field application region to a large vertical electric field application region through a substantially no electric field region. A voltage pattern was applied as follows. Through the above process, the first voltage application state shown in FIG. 6C was switched to the second voltage application state in which a symmetrical voltage pattern on the paper surface was applied. As a result, the deflection angle was as large as 5.0 minutes, and the response time was about 10 msec. However, when the liquid crystal layer at the time of switching was observed, light scattering that was presumed to be due to alignment defects occurred at the end of the element.
実施例6と同様な光偏向素子と電圧印加手段を用いて、偏向方向の切換え時に中間状態として図8(c)に示したパルス状の電圧パターンを約5msecの間印加するように電圧印加手段を設定した。その結果、偏向角度は5.0分、応答時間は約13msecの特性が得られた。実施例6に比べて応答時間が遅くなったが、切換え時の光散乱は発生しなかった。 Using the same optical deflection element and voltage application means as in the sixth embodiment, the voltage application means is applied so that the pulsed voltage pattern shown in FIG. 8C is applied for about 5 msec as an intermediate state when the deflection direction is switched. It was set. As a result, characteristics with a deflection angle of 5.0 minutes and a response time of about 13 msec were obtained. Although the response time was delayed as compared with Example 6, no light scattering occurred during switching.
上記発明により、以下の効果が得られる。 According to the above invention, the following effects can be obtained.
本発明によれば、第一の電界印加状態において、液晶分子を斜めに配向させるために静電的な力も働かせることが出来るので、温度変化などにも安定した屈折率分布を形成することが出来る。また、斜め方向への電界印加によって印加電圧に対する屈折率変化の特性が直線的に変化することも期待される。これによって収差が発生しない電圧印加条件でも比較的大きな屈折率差を利用することが出来、比較的大きな光偏向角度を得ることが期待できる。 According to the present invention, in the first electric field application state, an electrostatic force can be applied to obliquely align the liquid crystal molecules, so that a stable refractive index distribution can be formed even with a temperature change. . In addition, it is expected that the characteristic of refractive index change with respect to the applied voltage changes linearly by applying an electric field in an oblique direction. Accordingly, a relatively large refractive index difference can be used even under voltage application conditions in which no aberration occurs, and a relatively large light deflection angle can be expected.
また、本発明によれば、液晶層中の屈折率分布を対称に反転させるので、大きな偏向角度を得ることが出来る。 In addition, according to the present invention, since the refractive index distribution in the liquid crystal layer is reversed symmetrically, a large deflection angle can be obtained.
また、本発明によれば、大きな偏向角度が得られ、かつ高速応答性を示す光偏向素子を提供する。 In addition, according to the present invention, there is provided an optical deflection element that can obtain a large deflection angle and exhibits high-speed response.
また、本発明によれば、光路偏向方向の切替え時において、一時的に素子全体の液晶配向を水平配向状態あるいは垂直配向状態の一方向に均一に揃えた後に連続的な配向分布を形成するので、液晶回転方向の不一致による非連続的な配向欠陥の発生を防止できる。 In addition, according to the present invention, when the optical path deflection direction is switched, a continuous alignment distribution is formed after the liquid crystal alignment of the entire element is temporarily uniformly aligned in one direction of the horizontal alignment state or the vertical alignment state. In addition, it is possible to prevent the occurrence of discontinuous alignment defects due to the mismatch of the liquid crystal rotation directions.
また、本発明によれば、所望の電圧パターンを印加可能なストライプ電極郡と誘電体層の組合せによって、液晶層中に所望の滑らかな電界強度分布あるいは均一水平電界や均一垂直電界を自在に印加可能である。以上により、液晶層内の電界分布を所望のパターンに制御可能な光学素子を提供する。 Further, according to the present invention, a desired smooth electric field strength distribution or a uniform horizontal electric field or a uniform vertical electric field can be freely applied to the liquid crystal layer by a combination of a stripe electrode group capable of applying a desired voltage pattern and a dielectric layer. Is possible. As described above, an optical element capable of controlling the electric field distribution in the liquid crystal layer to a desired pattern is provided.
1 第一の基板
2 ストライプ電極
3 誘電体層
4 液晶層
5 第二の基板
6 共通電極
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第一の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記第二の基板が有する前記共通透明電極が前記第一の基板の前記透明ストライプ電極と同様な形状であり、
前記第二の基板の前記透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に前記誘電体層を形成したことを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a plurality of transparent stripe electrode groups arranged in parallel and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other, and a liquid crystal layer is provided between the substrates. A stepwise voltage is applied to each transparent stripe electrode of the first substrate and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode to form an electric field strength distribution in the liquid crystal layer. In an optical deflection element that deflects light according to the refractive index distribution of the liquid crystal layer with respect to incident light,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group of the first substrate and the liquid crystal layer ;
The common transparent electrode of the second substrate has the same shape as the transparent stripe electrode of the first substrate;
An optical deflection element , wherein the dielectric layer is formed between the transparent stripe electrode group on the second substrate and the liquid crystal layer .
前記第一の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層との間及び前記第二の基板の透明ストライプ電極群と前記液晶層の間に誘電体層を形成し、
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加し、前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極を所定電位とし、対応する前記第一および前記第二の透明ストライプ電極間に印加する電位差を段階的に変化させて前記液晶層厚み方向の電界に強度分布を形成させる第一の電界印加状態と前記第一および前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極群に電極配列方向に段階的に変化する電圧を印加し、各基板の隣接する透明ストライプ電極間の電位差を大きくして液晶層の層方向に電界を形成させる第二の電界印加状態形成することを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a plurality of transparent stripe electrode groups arranged in parallel and a second substrate having a transparent electrode having the same shape as the transparent stripe electrode of the first substrate are opposed to the transparent electrode surface. A liquid crystal layer is formed between the two substrates, and a voltage is applied to each transparent stripe electrode on the first substrate and each transparent stripe electrode on the second substrate to generate an electric field strength distribution in the liquid crystal layer. In the light deflection element that deflects light according to the refractive index distribution of the liquid crystal layer with respect to incident light generated by the electric field strength distribution,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group of the first substrate and the liquid crystal layer and between the transparent stripe electrode group of the second substrate and the liquid crystal layer;
A voltage that changes stepwise is applied to each transparent stripe electrode of the first substrate, the transparent stripe electrodes of the second substrate are set to a predetermined potential, and the corresponding first and second transparent stripes are applied. In the first electric field application state in which the potential difference applied between the electrodes is changed stepwise to form an intensity distribution in the electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer, and in each of the transparent stripe electrode groups of the first and second substrates A voltage that changes stepwise in the electrode arrangement direction is applied to increase the potential difference between adjacent transparent stripe electrodes of each substrate, thereby forming a second electric field application state in which an electric field is formed in the layer direction of the liquid crystal layer. light deflection element shall be the.
前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に印加する電圧を個別に設定することを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other with a predetermined interval, and a liquid crystal is interposed between the substrates. A layer is formed, and a voltage changing stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate, whereby an electric field strength is applied in the liquid crystal layer. In an optical deflection element that forms a distribution and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field strength distribution,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer;
A light deflection element , wherein a voltage applied to each transparent stripe electrode of the first substrate is individually set .
前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記第二の基板の前記共通透明電極を接地することを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other with a predetermined distance therebetween, and a liquid crystal is interposed between the substrates. A layer is formed, and a voltage that changes stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate to generate an electric field strength in the liquid crystal layer. In an optical deflection element that forms a distribution and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field strength distribution,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer ;
An optical deflection element , wherein the common transparent electrode of the second substrate is grounded .
前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記液晶層に形成された電界強度分布を変更するとき、
前記各透明ストライプ電極間における電位差を小さくし、略無電界状態を経て、前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する電圧を印加することを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other with a predetermined interval, and a liquid crystal is interposed between the substrates. A layer is formed, and a voltage changing stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate, whereby an electric field strength is applied in the liquid crystal layer. In an optical deflection element that forms a distribution and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field strength distribution,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer;
When changing the electric field strength distribution formed in the liquid crystal layer,
The smaller the potential difference between the transparent stripe electrodes, substantially through the field-free state, the optical deflection element you and applying a voltage which changes stepwise with each transparent stripe electrodes.
前記透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記液晶層に所定の電界強度分布を形成するための電圧を印加する前に、前記透明ストライプ電極及び前記透明共通電極の少なくともいずれかに、前記液晶層内の配向状態を平行又は垂直とするための電圧を印加することを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a common transparent electrode are placed with the transparent electrode surfaces facing each other with a predetermined interval, and a liquid crystal is interposed between the substrates. A layer is formed, and a voltage changing stepwise is applied to the transparent stripe electrode group, and a predetermined voltage is applied to the common transparent electrode of the second substrate, whereby an electric field strength is applied in the liquid crystal layer. In an optical deflection element that forms a distribution and deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to the electric field strength distribution,
Forming a dielectric layer between the transparent stripe electrode group and the liquid crystal layer;
Before applying a voltage for forming a predetermined electric field strength distribution in the liquid crystal layer, the alignment state in the liquid crystal layer is made parallel or perpendicular to at least one of the transparent stripe electrode and the transparent common electrode. optical deflection element you and applying a voltage.
前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、
前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極には段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、
前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記第一の電界印加状態において前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能としたことを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a stripe electrode having the same shape as the stripe-shaped transparent electrode provided on the first substrate are opposed to each other. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage is applied to the stripe electrode group to form an electric field strength distribution in the liquid crystal layer. In the light deflection element that deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to
Forming a dielectric layer between the liquid crystal layer and the transparent stripe electrode group provided on the first substrate and the second substrate;
Applying a first voltage pattern that changes stepwise to each transparent stripe electrode of the first substrate;
Applying a second voltage pattern that changes stepwise to each transparent stripe electrode of the second substrate,
Wherein the difference between the first and the second voltage pattern, the first optical deflecting elements you characterized in that the electric field application state to allow an electric field in the vertical direction or an oblique direction of the liquid crystal layer.
前記第一の基板及び第二の基板に設けられた透明ストライプ電極群と前記液晶層との間に誘電体層を形成し、
前記第一の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第一の電圧パターンを印加し、
前記第二の基板の前記各透明ストライプ電極に段階的に変化する第二の電圧パターンを印加し、
前記第一および前記第二の電圧パターンの差によって、前記液晶層内の垂直方向あるいは斜め方向に電界を形成可能とする前記第一の電界印加状態と、前記第一の電界印加状態の電圧パターンを前記透明ストライプ電極の配列方向に対して左右対称に反転させた形の電圧パターンを印加する前記第二の電界印加状態とを切替えることを特徴とする光偏向素子。 A first substrate having a stripe-shaped transparent electrode group and a second substrate having a stripe electrode having the same shape as the stripe-shaped transparent electrode provided on the first substrate are opposed to each other. A liquid crystal layer is formed between the substrates, and a voltage is applied to the stripe electrode group to form an electric field strength distribution in the liquid crystal layer. In the light deflection element that deflects light according to the alignment state in the liquid crystal layer generated according to
Forming a dielectric layer between the liquid crystal layer and the transparent stripe electrode group provided on the first substrate and the second substrate;
Applying a first voltage pattern that changes stepwise to each transparent stripe electrode of the first substrate;
Applying a second voltage pattern that changes stepwise to each of the transparent stripe electrodes of the second substrate;
The voltage pattern of the first electric field application state in which the electric field can be formed in the vertical direction or the oblique direction in the liquid crystal layer by the difference between the first and second voltage patterns, and the voltage pattern of the first electric field application state the second optical deflecting elements you characterized by switching the electric field application state of applying a voltage pattern of the shape obtained by inverting symmetrically with respect to the arrangement direction of the transparent stripe electrodes.
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