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JPH02146526A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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Publication number
JPH02146526A
JPH02146526A JP63302020A JP30202088A JPH02146526A JP H02146526 A JPH02146526 A JP H02146526A JP 63302020 A JP63302020 A JP 63302020A JP 30202088 A JP30202088 A JP 30202088A JP H02146526 A JPH02146526 A JP H02146526A
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JP
Japan
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liquid crystal
electrodes
transparent electrodes
crystal element
glass substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP63302020A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadao Iwaki
忠雄 岩城
Hiroshi Kuroda
浩 黒田
Junko Yamanaka
山中　順子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP63302020A priority Critical patent/JPH02146526A/ja
Priority to EP89312169A priority patent/EP0371695B1/en
Priority to DE68920976T priority patent/DE68920976T2/de
Priority to KR1019890017284A priority patent/KR0143420B1/ko
Priority to US07/443,717 priority patent/US5168383A/en
Publication of JPH02146526A publication Critical patent/JPH02146526A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を電気的に変調する液晶空間光変調器
に関する。
〔発明の概要〕
本発明はガラス基板上に液晶を介して誘電体多層膜鏡に
よりファブリペローエタロンを構成し、透明電極を格子
状に配し、透明電極間ギヤツブ幅を約１．５〜２．５μ
ｍとした液晶素子を構成するこ°とにより、高コントラ
ストで高解像度の液晶空間光変調器を提供するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来よりレーザ光を電気的に変調することが可能な液晶
素子としては、液晶テレビに用いられている液晶デイス
プレィが実験的に多用されてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら従来の液晶素子は液晶テレビ用であるため
解像度が２〜２．５１ｐ／ｍｍと低く、光情報処理で必
要な解像度ｌＯ〜１００１　ｐ／　ｍ　ｍの要求には答
えることができなかった。また、コントラスト比も１１
５〜１／２０と低く、光情報処理で必要なコントラスト
比１　／１００〜１　／１０００の要求に答えることは
できなかった。また従来の液晶素子は用いられている基
板の平面度が悪いため特にアナログ光情報処理を行う場
合は変調後の波面歪みが大きく、マツチングオイルや位
相共役波を用いた波面補正が必要であった。このように
従来の液晶素子はレーザ光を用いた光情報処理において
多くの問題点を有していた。
〔！ｌ！題を解決するための手段〕
本発明による液晶素子は、反射率５０％以上の誘電体多
層膜鏡を形成した上に寸法（５〜２０μｍ）×（５〜２
０．ｃａｍ）の透明電極を格子状に配し、さらに金属電
極で上記透明電極を列状に結線した後この金属電極上に
膜厚１．５〜２．５μｍで寸法（５〜１０μｍ）Ｘ　（
５〜１０μｍ）の絶縁膜を格子状に多くとも透明電極の
数だけ形成し、さらにＳｉＯ斜め蒸着膜を形成した平面
度０．０５μｍ以下のガラス基板と、反射率５０％以上
の誘電体多層膜鏡を形成した上に寸法（５〜２０μｍ）
Ｘ　（５〜２０μｍ）の透明電極を格子状に配し、さら
に金属電極で上記透明電極を列状に結線した後、さらに
ＳｉＯ斜め蒸着膜を形成したガラス基板を液晶を介して
互いの透明電極が内側対向し金属電極が直交するように
押し付け固定することにより、解像度が１０〜１００１
　ｐ　／　ｍ　ｍでコントラスト比が１／１００〜１／
１ｏｏｏであり、しかもレーザ光変調後の波面歪みが極
めて少ない液晶空間光変調器とすることができ上記問題
点を解決した。
〔作用〕
本発明による液晶素子の一対の誘電体多層膜鏡は液晶を
介してファブリペローエタロンを形成し液晶に電圧が印
加されている場合とされていない場合における透過光量
比を増大させる作用を有しており、コントラスト比を増
大させる。また格子状透明電極は（５〜２０μｍ）Ｘ　
（５〜２０μｍ）の微小な画素部分の液晶にのみ外部か
らの電気信号を伝達するため１０〜１００１　ｐ　／　
ｍ　ｍという高解像度を実現させる作用を有する。金属
電極は格子状の透明電極に外部からの電気信号を少ない
電圧損失で伝達すると同時にこの液晶素子と外部電気制
御Ｈ系との接続部としての作用をも有する。また金属電
極上に格子状に形成した絶縁膜は透明電極間ギャップが
適性な値になるようにギャップ調節をする作用を有する
。さらにＳｉＯ斜め蒸着膜は液晶を効率良く配向させる
作用を有する。
〔実施例〕
次に本発明の液晶素子の一実施例を図面を参照しながら
説明する。第１図は本発明の液晶素子の電極構造の断面
図であり、ｌａ、ｌｂはガラス基板、２ａ、２ｂは誘電
体子１ｉｌｌ！！鏡、３ａ、３ｂは透明電極、４ａ、４
ｂは金属電極、５は絶縁膜、６は液晶、７ａ、７ｂはＳ
ｉＯ膜である。また第２図は本発明の液晶素子の電極構
造の平面図であり、８は電極接合部である。ガラス基板
１ａ、１ｂはソーダガラスやホウケイ酸ガラスなどの一
般のガラス材料やフリントガラスやクラウンガラスなど
の光学ガラスや石英ガラスなどを用いることができる。
本実施例ではＢＫ７として知られている光学ガラスを用
いた。またガラス基板の平面度は情報表示部内で０．０
５μｍ以下とした。可視光においてガラス基板の平面度
が０．０５μｍ以上に悪くなると本発明の液晶素子のコ
ントラストむらが著しくなることが分かっており平面度
は０．０５μｍ以下が望ましい。ただし光情報処理に使
用する光の波長が近赤外光のような比較的長い波長の場
合は平面度が０．１　μｍ程度の大きな値であってもコ
ントラストむらが小さくなる。誘電体多Ｊｉｌｌ’ＪＨ
１ａ２ｂは屈折率の異なる２種あるいは３種の誘電体薄
膜を交互に真空蒸着法で形成することにより作製した。
良く知られている誘電体多層膜鏡の構造としてはＨを高
屈折率材料のλ／４膜、Ｌを低屈折率材料のλ／４膜と
しくただしλは使用するレーザ光の波長）、Ｎを４以上
の整数とするとき（ＨＬ）ｓ　Ｌ／ガラス基板がある。
ただし〔ＨＬ）Ｎは（ＨＬ）の構造をＮ図繰り返すこと
を意味するものとする。本実施例ではＨとしてＴｊ０２
を、ＬとしてＳｉｎｇを用い、５≦Ｎ≦１０とし、λ＝
４８８ｎｍとした。ＨとしてはＴｉＯ□の他にＺｎＳ、
Ｚｒ０ｔ　、Ｙｚ　０３　、ＳｉＯなどを用いることが
でき、ＬとしてはＳｉＯ□の他にＭｇＦ２、氷晶石など
を用いることができる。透明電極３ａ、３ｂとしてはＩ
ＴＯ電極を真空蒸着法で約１２００人形成した。ＩＴＯ
電極の形成法としてはスパッタ法でもよい。またＩＴＯ
電極のｒｆＪ、厚は成膜条件にも依存するが所定の電気
特性が得られるならば２００〜２０００人の間の任意の
値を選定できる。
金属電極４ａ、４ｂはＭｏ、　Ｃｒ、　Ａｌ、　Ｃｕ。
Ｗ、Ａｕ／Ｃｒなどをスパッタ法で膜厚１８００〜２５
００人形成した。また幅は５〜１０μｍとした。絶縁膜
５は金属電極４の上に膜厚１，５〜２．５μｍのＳｔ　
ＮＫ　　（Ｘ　−０，８〜１．３）あるいはＴａ２Ｏ，
あるいはＳｉｎｇをスパッタ法で形成した。ＳｉＯ膜７
ａ、７ｂは斜め蒸着法で形成した。蒸着源と基板のなす
角度は５８〜６４度であり金属？ｉｔ極の列に並行な方
向から斜め蒸着を行った。液晶６はＴＮ液晶、強誘電性
液晶などを用いることができるが、本実施例ではＴＮ液
晶を用いた。また、第２図に示すように透明電極３ａと
金属型ｆｆ１４ａ、又は透明型ｐｉ３ｂと金属電極４ｂ
は電極接合部８で電気的に結合されている。また透明電
極３ａ、３ｂと絶縁膜５は格子状に配置した。第２図で
は絶縁膜５は透明電極３ａ、３ｂと同じ数だけ配置しで
あるが、むしろもっと少ない数の絶縁膜を配した方が好
ましい。絶縁膜５の格子間隔は１００〜１０００μｍが
適当である。さらに両ガラス基＋７ｉ１ａ、１．ｂに形
成されている金属電極４ａ、４ｂ列は互いに交差するよ
うに配置するほうが電極の位置決めが容易であり取り出
し電極部も含めてコンパクトになる。なお、絶縁膜５の
寸法は（５〜１０μｍ）×（５〜１０μｍ）とした、第
３図に本発明の液晶素子の全体構成図を示す、第３図に
おいて９は取り出し電極部、１０は液晶シール部、１１
は液晶注入口、１２は表示部である。液晶シール部１０
はガラス基板ｌａ、ｌｂを互いの電極形成部を内側にし
て対向させ固定するためにエポキシ系接着材を充填しで
ある。液晶注入口１１は表示部１２に液晶を注入するた
めに設けられた隙間であり、液晶注入後エポキシ系樹脂
で封入しである。表示部１２は第１図および第２図に示
されている電橋構造が施されている。
取り出し電極部９は金属電極に液晶駆動電圧を供給する
ための取り出し電極を配した領域である。
外部信号線との結合は電極線間隔が表示部１２における
ように１０〜２０μｍと狭い場合は不可能であり、取り
出し電極部で電極線間隔を２００〜１０００μｍに広げ
である。
次に本発明の液晶素子の動作特性を説明する。
第４図は、本発明の液晶素子駆動電圧と透過率の関係を
示した図であり、曲線１３は第１図の絶縁膜の膜厚を１
．５μｍとした場合であり、曲線１４は絶縁膜の膜厚を
２．５μｍとした場合の特性である。
なお、第４図のｉ３過率は波長４８８ｎｍのアルゴンレ
ーザ光に対して取った特性である。このように本発明の
液晶素子は通常の液晶素子とは甚だしく異なった特性を
示すことがわかり、ある特定の駆動電圧に対して透過率
は鋭いピークを持つことがわかる。またこのピークの駆
動電圧に対する位置は第１図に示す絶縁膜の膜厚によっ
て変化し、さらに同一の絶８！膜の膜厚においても液晶
素子の組み立て条件によっても多少変化することがわか
っている。またさらに使用する光の波長によってピーク
の位置は変化する。従って、本発明の液晶素子は作製さ
れた一つ一つの液晶素子特性を評価した後にその動作駆
動電圧領域を決めることになる。
例えば第４図の曲線１３に示す特性の液晶素子はＯＮ時
には駆動電圧３．５ボルト、ＯＦＦ時には駆動電圧５．
２ボルトを印加し駆動させることになる。
このようにして設定された本発明の液晶素子のコントラ
スト比は１：１５０〜１　：　１８００と極めて大きな
値を示した。液晶材料として強誘電性液晶を用いた方が
大きなコントラスト比が得られることがわかっているが
、この場合は第１図に示すＳｉＯ斜め蒸着膜の形成は蒸
着入射角養８０度近傍にしなければならない。強誘電性
液晶を用いた場合はコントラスト比はｔ：３ｏｏ〜１：
２０００と大きくなりメモリ性も有しているため優れた
動作特性を示したが第４図に示すピークの半値幅はＴＮ
液晶の約１／３〜１／７と小さくなるため駆動電圧の制
御ｎが難しくなるという欠点がある。
次に本発明の液晶素子の解像度について説明する。解像
度の評価は液晶素子に解像度テストチャートを入力しそ
のＯＴＦを評価することにより行った。第５図は本発明
の液晶素子の解像度特性を示した図であり、横軸に解像
度テストチャートの空間周波数を、縦軸にＯＴＦを示し
である。第５図において曲線１５は第１図および第２図
に示す透明電極３として５μｍ×５μｍ透明電極を用い
た場合の特性、１６は１０μ×１０μｍ透明電極を用い
た場合、１７は２０μｍＸ２０μｍ透明電極を用いた場
合の特性を示す、なお、解像度の評価に用いた光の波長
は４８８ｎｍであった。第５図に示すように本発明の液
晶素子の解像度は透明電極の大きさを小さくすることに
よって著しく良くなることがわかる。また液晶素子のコ
ントラスト比が良いために透明電極の大きさが小さくな
ってもＯＴＦはそれ程小さくならない。このように本発
明の液晶素子は２０１　ｐ　／ｍｍ　〜１００１ｐ　／
ｍｍの解像度を持ツコとがわかった。
次に本発明の液晶素子に用いられているガラス基板の平
面度と波面歪みとの関係について説明する。一般に液晶
空間光変調器はコヒーレント性の良い光情報の波面を制
御するために用いられる場合が多いため、液晶空間光変
調器を透過した後の光の波面の歪みは光演算の性能を著
しく１員なうためこれを除去する必要がある。発明者は
本発明の液晶素子を用いて画像の差算を行い、液晶素子
全面にわたって−様な差算が可能なガラス基板の平面度
を求めたところ、ガラス基板の平面度が０．０５μｍ以
下である必要があることがわかった。
なお、ガラス基板の平面度の評価には４８８ｎｍの光を
用いたが、Ｈｅ−ＮｅレーザやＹＡＧレーザや半導体レ
ーザなどの４８８ｎｍよりも波長の長いレーザ光源を用
いる場合はガラス基板の平面度はさらに悪い値であって
も良い。またガラス基板の平面度は液晶素子のコントラ
ストむらにも影響を与えることが予想されるが、ガラス
基板の平面度が０．０５μｍ以下の場合はほとんどコン
トラストむらはなかった。
次に液晶素子の開口率について説明する。本発明の液晶
素子は金属電極を用いているため開口率が小さくなり極
めて暗い液晶空間光変調器になる恐れがあったが、金属
電極の線幅を５〜ｌＯμｍとすることにより開口率を４
５〜６０％と従来の液晶素子と同程度の値にすることが
できた。
次に誘電体多層膜鏡の反射率とコントラスト比の関係に
ついて説明する。第６図は本発明の液晶素子に用いる誘
電体多層膜鏡の反射率とコントラスト比の関係を示す図
である。第６図かられかるように誘電体多層膜の反射率
が約６０％以上になるとコントラスト比が急激に良くな
ることがわかり、反射率が５０％以上で充分使用可能で
あることがわかる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の液晶素子は、解像度が１０〜
１００１　ｐ　／　ｍ　ｍでコントラスト比が１：１０
０〜１　：　１０００であり、しかもレーザ光変調後の
波面歪みが極めて少ない液晶空間光変調器とすることが
でき画像処理や光コンピユーテイングなどの光情報処理
に対する効果は極めて大きい。特に、処理すべき情報を
電気的に人力して光情報処理を行う場合にはその効果は
太きくＣＧＨ（ＣＯｍｐｕｔｏｒ　　Ｇｅｎｅｒａｔｅ
ｄ　　Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いたマツチドフィルター
などに有効に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の液晶素子の電照構造の断面図、第２図
は液晶素子の電極構造の平面図、第３図は液晶素子の全
体構成図、第４図は液晶素子駆動電圧と透過率の関係を
示す説明図、第５図は液晶素子の解像度特性を示す説明
図、第６図は誘電体多層膜鏡の反射率とコントラスト比
の関係を示す説四国である。 １・・・ガラス基板 ２・・・誘電体多Ｎ膜鏡 ３・・・透明電極 ４・・・金属電極 ５・・・絶縁膜 ６・・・液晶 ７・・・ＳｉＯ膜 ８・・・電極接合部 ９・・・取り出し電極部 １０・・・液晶シール部 １１・・・液晶注入口 １２・・・表示部 １３・・・絶縁膜が１．５　μｍの場合１４・・・砲！
！膜が２．５μｍの場合１５・・・５μｍｘ５μｍ透明
電掻の場合１６・・・１０μｍ×１０μｍ透明電極の場
合１７・・・２０Ｉ！ｍ×２０μｍ透明電極の場合以 ＩＩ我示部 液晶素子の金イ本携仄図 第　３　図 電ＰＬ（ボルト） オ、素７あｇｒａｙ辷とＭシ連千の関〃［セ示寸参月図
第４図 空藺周漕彼（４％ｍ） Ａ＆を手の解Ｊｕ襞・跣襲示１乞帆図 第　５　図 反射竿（Ｚ） 艶１シ本汐、’１ｆｌｌ鏡Ｏ反肘率とコントラスト比の
関イ辰乞示す悦明囚発６　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 使用する光の波長に比べ十分小さな凹凸を有する第１の
    ガラス基板と、前記第１のガラス基板上に第１の誘電体
    多層膜鏡を形成した上に第１の透明電極を格子状に配し
    、 さらに第１の金属電極で上記第１の透明電極を列状に結
    線した後、 この金属電極上に所定の液晶の厚みとなるような膜厚で
    寸法が前記金属電極幅よりも小さい（５〜１０μｍ）×
    （５〜１０μｍ）の絶縁膜を格子状に多くとも前記透明
    電極の数だけ形成し、 さらにＳｉＯ斜め蒸着膜を形成した第２のガラス基板と
    、 前記第２のガラス基板上に第２の誘電体多層膜鏡を形成
    した上に、 前記第１の透明電極に対向する位置に第２の透明電極を
    格子状に配し、 さらに第２の金属電極で上記第２の透明電極を列状に結
    線し、 前記第１及び第２のガラス基板を液晶を介して互いの透
    明電極が内側対向し金属電極が直交するように押し付け
    固定したことを特徴とする液晶素子。
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