(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶と高分子とによりホログラム層が形成されてなり、前記ホログラム層の下面に反射特性を有する電極とが形成されてなり、前記ホログラム層によって形成された干渉縞が、前記ホログラム層に水平な面に対して傾くように形成され、
前記ホログラム層は、入射光を前記干渉縞及び前記電極により折り返されるように反射して前記ホログラムに水平な面に対して垂直な方向に反射することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置に係わり、特に高分子分散型液晶を用いたものである。また、ホログラム層を薄くすることが可能で駆動電圧を低減可能なホログラフィック高分子分散型液晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタを用いずに特定色を表示する機能を有する従来のホログラフィック高分子分散型液晶については、例えば、「ＳＩＤ９５  ＤＩＧＥＳＴ２６７〜２７０：Optimizatin of Holographic PDLC for Reflective Color」等の文献にその内容が詳細に記載されている。
【０００３】
図２を参照してこのホログラフィック高分子分散型液晶の概要について説明する。液晶分子と高分子とを混ぜたものの上・下方向から光を照射すると、高分子の密度の大きなところと密度の小さなところとが発生して干渉縞２が形成されたホログラム層１が製造される。
【０００４】
このホログラム層１に電圧を印加しない状態では、入射光のうちの特定色の光のみが反射されると共にこの特定色を除いた色の光は透過される。例えば、入射光ａを白色として、反射光（信号光）を緑とすることができる。
【０００５】
一方、ホログラム層１に印加する電圧（駆動電圧）の値を大きくしていくと、ホログラム層１内での液晶分子の向きが変わり、液晶分子と高分子との屈折率差が無い状態となって干渉縞２が消滅してしまい、入射光がそのままホログラム層１を透過する。このように、印加電圧を制御して、所定時のみ、特定の色を反射させるようにして、カラーフィルタを用いないカラー液晶を実現していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のホログラフィック高分子分散型液晶では、ホログラム層１の厚さが１０（μｍ）と厚くなっている。
【０００７】
この結果、入射光を全て透過させるためにホログラム層１に印加する電圧は７０（Ｖ）にもなってしまい、この電圧値を低減することが望まれていた。
【０００８】
このような駆動電圧の低減の要請は、液晶を各種情報処理装置に適用する際には、切実なこととなっていた。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、駆動電圧の小さなホログラフィック高分子分散型液晶を用いた液晶装置を提供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、液晶と高分子とによりホログラム層が形成されてなり、前記ホログラム層の下面に反射特性を有する電極とが形成されてなり、前記ホログラム層によって形成された干渉縞が、前記ホログラム層に水平な面に対して傾くように形成され、前記ホログラム層は、入射光を前記干渉縞及び前記電極により折り返されるように反射して前記ホログラムに水平な面に対して垂直な方向に反射することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明によれば、液晶分子と高分子とによりホログラム層が形成されてなり、前記ホログラム層の下面に反射特性を有する電極とが形成されてなり、前記ホログラム層によって形成された干渉縞が、前記ホログラム層に水平な面に対して傾くように形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、入射光が干渉縞の傾きで定まる方向に反射され、さらに、この反射光が反射部材で折り返されて信号光として出射されるので、ホログラム層の厚みを従来より薄くして構成することができ、ひいては、駆動電圧を低減することが可能となる。
【００１２】
なお、反射部材としては、適当な部材の表面に鏡面を形成して構成しておけばよい。
【００１３】
また、前記ホログラム層へ入射光が入射すると、これに対応して発生する信号光が、前記ホログラム層表面に対して垂直な方向に進むように、前記干渉縞が前記ホログラム層に水平な面に対して傾いていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、信号光がホログラム層表面に対して垂直な方向に進み、特定色の光がホログラム層から垂直に出射され、カラーディスプレイ等に応用した場合の表示品質が向上するという効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態にかかるホログラフィック高分子分散型液晶の構造の模式的な説明図である。
【００１７】
このホログラフィック高分子分散型液晶は、液晶分子と高分子とで干渉縞２０が形成されたホログラム層１０と、このホログラム層１０の下面に設けられた反射部材３０とを有し、干渉縞２０が、ホログラム層１０に水平な面に対して縞傾き角度φで傾くように形成されている。反射部材３０は、適当な部材の表面に鏡面を形成して構成すればよく、また、φは、０°、１８０°でないようにする。
【００１８】
本実施形態では、反射部材はＡｌ、もしくはＣｒを用いている。また、図では基板全面に反射部材を形成しているが、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のようなスイッチング素子を形成し、各スイッチング素子に接続して反射特性を有するＡｌやＣｒを画素電極兼用として配置し、反射部材としての役割を果たすように形成している。このように反射部材を形成することによって、この反射部材から電圧を印加することが可能となる。なお、当然、全面に反射性の電極を形成しても問題はない。
【００１９】
液晶層はフィルム状に形成されていたり、一対の基板間に液晶層を挟持する形で構成してもかまわない。本実施形態では前者のよう、基板上に液晶層を形成した構成で以下に説明する。
【００２０】
今、緑色の光を信号光として反射するホログラフィック高分子分散型液晶を用いた液晶装置の動作を説明する。まず、ホログラム層１０に電圧を印加しない状態で、白色光である入射光Ａが入射すると、干渉縞２０によって緑色の信号光Ｂが上方に反射されると共に、反射部材３０の反射作用によってマゼンタ色の正反射光Ｃが鏡面反射される。
【００２１】
一方、ホログラム層１０に印加する電圧の値を大きくしていくと、ホログラム層１０内での液晶分子の向きが変わって液晶分子と高分子との屈折率差が無い状態となって干渉縞２０が消滅してしまい、白色光である入射光Ａを入射しても信号光Ｂが得られず、反射部材３０の反射作用によってマゼンタ色の正反射光Ｃが鏡面反射される。このように、特定の色を反射させるようにして、カラーフィルタを用いないカラー液晶を実現できる。
【００２２】
なお、干渉縞２０のピッチ、ホログラム層１０の厚さ等を調整すれば、所望の色を信号光として反射させることが可能となる。例えば、緑色の他に、赤色、青色の信号光を出射させるようにすれば、カラーフィルタを用いないカラーディスプレイが実現可能になる。カラーディスプレイとして用いた電子機器の構成を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。これらは、反射型の携帯機器であり、（ａ）は携帯電話、（ｂ）は時計、（ｃ）はパソコンであり、これらの電子機器に本願の液晶装置を適用することができる。本願発明は反射型の液晶装置であり、しかも低消費電力を特徴とするものであり、このような携帯型の電子機器に用いることが可能である。
【００２３】
さて、本発明の特徴は、従来技術に比較して駆動電圧を低減できる点にあり、これは、従来技術に比べてホログラム層１０の厚さを薄くできることによる。そこで、図１に示す構成のホログラフィック高分子分散型液晶が、従来技術に比べて、そのホログラム層１０の厚さを薄くできる理由について図３を参照して説明する。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、干渉縞２０が、ホログラム層１０に水平な面に対して縞傾き角度φで傾き、回折光Ａ’の光線がホログラム層１０に水平な面に対して９０°傾くように形成されているので、入射光Ａが干渉縞２０に対して入射したとすると、回折光Ａ’の光線がホログラム層１０に水平な面に対して９０°傾くように発生する。
【００２５】
そして、幾何光学でのレイトレースを考慮し、この回折光Ａ’を鏡面で折り返すとすれば、図３（ｂ）に示すように、従来のホログラム層１０の厚さ「ｄ」の半分の厚さ「ｄ／２」でも、信号光を出射することが可能になる。
【００２６】
このように、入射光Ａが干渉縞の傾き（縞傾き角度φ）で定まる方向に反射され、さらに、回折光Ａ’が反射部材３０で折り返されて信号光として出射されるので、ホログラム層の厚みを従来より薄くして構成でき、ひいては、駆動電圧を低減することが可能となる。
【００２７】
また、入射光Ａがホログラム層１０に対してある入射角で入射した時、干渉縞２０による反射光の進行方向がホログラム層１０の表面に水平な面に対して垂直な方向になるように、干渉縞２０の縞傾き角度φを設定すれば、この反射光は反射部材３０で折り返されて、ホログラム層１０の表面に水平な面に対して垂直な方向に出射される。したがって、特定色の光がホログラム層１０から垂直に出射され、カラーディスプレイ等に応用した場合の表示品質が向上するという効果が得られる。
【００２８】
さらに、図４の説明図を参照して本発明の作用を定量的に説明すると以下のようになる。一般に、入射光を反射させる反射型ホログラムの回折効率（μR ）と入射光を透過させる透過型ホログラムの回折効率（μT ）は、例えば、「Kogelnik (Bell System Technical Journal,vol.48.P2909〜2947(1969)」等の文献に記載されているように、下式で与えられる。
【００２９】
μR ＝（ｅx −ｅ-x）2 ／（ｅx ＋ｅ-x）2 、μT ＝ｓｉｎ2 ｘであり、ｘ＝（π・Δｎ・ｔ）／（λ・ｃｏｓθ）である。但し、Δｎはホログラム媒体中の屈折率変調成分、ｔは媒体厚さ、λは入射光の波長、θは入射角である。上式から、最大回折効率（μR ＝１、μT ＝１）を与える条件は、反射型ホログラムでは「ｘ＝π」、透過型ホログラムでは「ｘ＝π／２」となる。
【００３０】
ここで、ｘにおいて、反射型ホログラムと透過型ホログラムとで、Δｎ、λ、θを同一の値にすることが可能であるので、透過型ホログラムの厚みｔ’は、反射型ホログラムの厚みｔの「１／２」とすることができる。この様子を図４（ａ）、（ｂ）に示す。なお、図中の符号Ｐは干渉縞のピッチである。
【００３１】
このことは、図４（ｃ）に示すように干渉縞を傾けて形成した場合にも成り立ち、この場合にも、ホログラム厚みｔ’を反射型ホログラムの厚みｔの「１／２」とすることができる。そこで、図４（ｄ）に示すように、透過型ホログラムを鏡４０上に形成すれば、鏡面の作用によって光はホログラム層中を往復するので、さらに、膜厚ｔ’’をｔ’の「１／２」にすることができる。このようにして、従来技術に比べてホログラム層の厚さを薄くできる。
【００３２】
（実験例）
以下、本発明の効果を具体的な実験結果を示して説明する。なお、液晶材料中に光を照射してホログラムを形成するものとし、この時の光の波長λを「０．５０（μｍ）（緑色）」、入射角θを「４５°」とする。さらに、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における縞傾き角度φを夫々、「０°」、「９０°」、「６７．５°（回折光が真下に進むようにした角度）」、「６７．５°（回折光が真上に進むようにした角度）」と定める。これらの条件から、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における干渉縞ピッチＰは夫々、「０．３５（μｍ）」、「０．３５（μｍ）」、「０．６６（μｍ）」、「０．６６（μｍ）」となる。
【００３３】
また、上述したように、最大回折効率を与えるｘ（液晶の厚みｔに比例）は、夫々「π」、「π／２」、「π／２」、「π／４」であるので、液晶中に形成されたホログラムをオン・オフするための駆動電圧Ｖは、液晶の厚みｔと駆動電圧Ｖとの間に比例関係があるとすれば、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の夫々のものに対して、「Ｖ0 」、「Ｖ0 ／２」、「Ｖ0 ／２」、「Ｖ0 ／４」となる。前述の従来技術によれば、液晶厚み５（μｍ）の時、駆動電圧２０（Ｖ）を要したとの報告があり、したがって、本発明によれば、「２０／４＝５（Ｖ）」程度の駆動電圧でホログラムをオン・オフすることが可能となり、液晶装置製造上、実用的な駆動電圧となる。
【００３４】
図５に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の夫々のものに対する、干渉縞ピッチＰ、縞傾き角度φ、厚みｔ、駆動電圧Ｖの値を纏めて記載する。なお、ホログラム形成時の光波長λを「０．５０（μｍ）」、入射角「４５°」、さらに、従来技術において、ｘ＝πとなる厚みを「５（μｍ）」、Δｎを「０．０７」としている。図５に示すように、本発明によれば、従来の駆動電圧２０（Ｖ）をその１／４の５（Ｖ）程度にまで低減することができることが確認された。
【００３５】
以上述べてきたように、本発明の実施の形態によれば、ホログラム層の厚みを従来より薄くして、駆動電圧を低減することが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、入射光が干渉縞の傾きで定まる方向に反射され、さらに、この反射光が反射部材で折り返されて信号光として出射されるので、ホログラム層の厚みを従来より薄くすることでき、ひいては、駆動電圧を低減することが可能となる。
【００３７】
また、請求項２に係る発明によれば、信号光がホログラム層表面に対して垂直な方向に進み、特定色の光がホログラム層から垂直に出射され、カラーディスプレイ等に応用した場合の表示品質が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるホログラフィック高分子分散型液晶の構造の模式的な説明図である。
【図２】従来技術の説明図である。
【図３】本発明の作用の説明図である。
【図４】本発明の作用の説明図である。
【図５】本発明の効果の説明図である。
【図６】本発明の液晶装置を搭載した電子機器を示した図である。
【符号の説明】
１  ホログラム層
２  干渉縞
１０  ホログラム層
２０  干渉縞
３０  反射部材
４０  鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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