Die vorliegende Erfindung betrifft einen Phasenmodulator für polarisiertes Licht, umfassend ein erstes Substrat mit einer ersten Oberfläche und ein zweites Substrat mit einer zweiten Oberfläche, einer Liquid Crystal Schicht (auch Flüssigkristallschicht oder LC Schicht genannt) zwischen den beiden Substraten und einer

Elektrodenanordnung, basierend auf einem LC-Alignment (LC = Liquid Crystal = Flüssigkristall) mit einem großem Pretilt-Winkel, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Phasenmodulators. In der WO 201 1/067265 A1 wird ein Phasenmodulator zum Modulieren von mit dem Phasenmodulator wechselwirkendem Licht beschrieben. Der in der WO 201 1 /067265 A1 beschriebene Phasenmodulator zum Modulieren der Phase von zirkulär polarisierten Licht enthält unter anderem ein erstes und ein zweites Substrat und eine Liquid Crystal Schicht zwischen den zwei Substraten, wobei die Oberflächen der Substrate ausgebildet sind, um die zur ersten Oberfläche benachbarten Liquid Crystal Moleküle in einer Richtung zu orientieren, die im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche ist, und die zur zweiten Oberfläche benachbarten Liquid Crystal Moleküle in einer Richtung zu orientieren, die im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Oberfläche ist. Eine solche Orientierung wird auch als hybrides Alignment eines nematischen (HAN) Liquid Crystal bezeichnet.

Wie der WO 201 1 /067265 A1 zu entnehmen ist, wird eine solche HAN Konfiguration verwendet, um in Abhängigkeit vom Vorzeichen des an den Elektroden angelegten elektrischen Feldes wahlweise eine Drehung der in-plane Komponente der Liquid Crystal Molekülorientierung von z.B. 0 bis + 90 Grad oder 0 bis - 90 Grad zu erreichen, und damit durch Steuerung des angelegten Feldes insgesamt eine

Phasenmodulation von 0 bis 2π zu erreichen. Die Dicke der LC Schicht wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass ihre optische Funktion einer K/2 Platte entspricht.

Die vorzeichenabhängige Drehung im elektrischen Feld basiert dabei auf einer flexo- elektrischen Polarisation. Diese Polarisation basiert auf einer mechanischen

Deformation des LC bzw. der LC-Moleküle durch das hybride Alignment.

l Die WO 201 1/067265 A1 beschreibt auch einen solchen Phasenmodulator, der derart ausgebildet ist, dass das mit dem Phasenmodulator wechselwirkende Licht aufgrund von Beugung in einer vorgebbaren Richtung veränderbar ablenkbar ist, und dass hiermit die Funktion eines variabel einstellbaren Ablenkgitters erzielbar ist. Ein auf Phasenmodulation basierendes variables Ablenkgitter, vergleichbar eingesetzt wie in der DE 10 2009 028 626 A1 beschrieben, kann durch individuelle Ansteuerung einzelner in-plane Elektroden realisiert werden.

Durch das hybride Alignment sind die LC Moleküle teilweise out-of-plane orientiert, und zwar als Mittelwert über die Schichtdicke ca. unter 45 Grad, bei einer linearen Variation zwischen ungefähr 0 und 90 Grad von der einen zur anderen Oberfläche der Liquid Crystal Schicht.

Die effektive Doppelbrechung für Licht, das durch eine LC Schicht hindurchtritt, wobei die LC Moleküle um einen Winkel ß zur Durchgangsrichtung des Lichtes gekippt sind, beträgt

An _eff = n ₂

wobei ni und n ₂ der ordentliche bzw. außerordentliche Brechungsindex des

Flüssigkristalls mit der Doppelbrechung An = n ₂ -ni sind.

Für ein hybrides Alignment ändert sich der Winkel ß über die Schichtdicke zwischen 0 und 90 Grad, und folglich ändert sich auch das An _e ff über die Schichtdicke der LC Schicht. Der effektive optische Weg unterschied (opd), der bei gleichmäßiger LC Orientierung üblicherweise als opd = d An mit der Schichtdicke d und der

Doppelbrechung An geschrieben wird, ist in diesem Fall

Für die hybride Orientierung ist näherungsweise eine mittlere effektive

Doppelbrechung über die Schichtdicke An und der optische Weg unterschied opd 0.5 d An Der effektive optische Weg unterschied für durch die Liquid Crystal Schicht senkrecht durchtretendes Licht ist geringer als es der Fall wäre bei einer Liquid Crystal Schicht, bei der die Liquid Crystal Moleküle in-plane orientiert sind. Um die optische Funktion einer K/2 Platte zu erreichen, muss das Produkt aus Schichtdicke der LC Schicht und Doppelbrechung des LC Materials daher relativ groß sein. Im Fall einer Schichtdicke von 3 Mikrometer wird ungefähr ein Δη von 0.18 benötigt, um eine K/2 Platte für grünes Licht einzustellen. Mit diesen Zahlenwerten ist nämlich opd _HAN « 0.5 ^■ 0.18 ^■ 3 μτη = 0.27μτη , was ungefähr dem halben Wert der Wellenlänge von grünem Licht entspricht. Üblicherweise ist es schwierig, diese Doppelbrechung von 0.18 oder einem

ähnlichen Wert als Materialeigenschaft in Kombination mit gleichzeitig niedriger Viskosität zu realisieren. Die Verwendung eines LC Materials mit erhöhter Viskosität geht aber zu Lasten der maximal einstellbaren Einstellungsgeschwindigkeit des variabel einstellbaren Phasenmodulators. Die vorzeichenabhängige Drehung der Liquid Crystal Moleküle im elektrischen inplane Feld basiert auf einer flexo-elektrischen Polarisation. Die Wechselwirkung der Polarisation mit dem Feld ist linear. Neben der flexo-elektrischen Polarisation findet auch eine quadratische Wechselwirkung der dielektrischen Anisotropie Δε mit dem Feld statt. Insbesondere kann die dielektrische Wechselwirkung dazu führen, dass bei höheren Feldern neben der gewünschten Drehung der in-plane Komponente der LC- Molekülorientierung auch eine damit gekoppelte ungewünschte Drehung der out-of- plane Komponente der LC-Molekülorientierung im Feld stattfindet. Diese Drehung der out-of-plane Komponente der LC-Molekülorientierung führt dazu, dass die LC Schicht die optische Funktion einer K/2 Platte nicht mehr erfüllt. Schlimmstenfalls kann sich der optische Weg durch die LC Schicht verdoppeln. Wenn alle LC

Moleküle in-plane also parallel zu den Substraten orientiert sind, wäre nämlich der optische Weg opd _parallel = d Δη = 2 ^■ opd _HAN

Eine Änderung des optischen Weges mit dem in-plane Drehwinkel führt

insbesondere bei einer Verwendung des Phasenmodulators als variables

Ablenkgitter zu einer verminderten Beugungseffizienz des Ablenkgitters. Es gelangt also weniger Licht in die gewünschte Beugungsordnung und unter Umständen unerwünschtes Störlicht in andere Beugungsordnungen.

Die ordnungsgemäße Funktion des HAN Phasenmodulators als variables

Ablenkgitter erfordert daher ein Liquid Crystal Material mit hohen flexo-elektrischen Koeffizienten und gleichzeitig kleiner dielektrischer Anisotropie Δε. Bevorzugt liegt Δε im Bereich kleiner 2, idealerweise kleiner 0.2. Wie oben beschrieben, wird dies benötigt in Kombination mit einer hohen Doppelbrechung Δη des Liquid Crystal Materials bevorzugt im Bereich 0.15 bis 0.2.

Wünschenswert wäre ein Phasenmodulator, der auch als variables Ablenkgitter eingesetzt werden kann, der die beschriebenen Nachteile vermeidet und der insbesondere die Verwendung von Liquid Crystal Materialien erlaubt, deren

Materialparameter näher an Standardwerten heute verwendeter Materialien liegen.

Beispielsweise liegt die Doppelbrechung Δη von derzeit in Displays eingesetzten Liquid Crystal Materialien typischerweise im Bereich 0.08 bis 0.10 und die

dielektrische Anisotropie Δε typischerweise im Bereich 5 bis 10.

In der US 7,564,510 B2 wird ein Liquid Crystal Display Device beschrieben, das Pixel enthält, wobei jedes Pixel in eine Anzahl Regionen unterteilt ist und die Richtung eines elektrischen Feldes - im Wesentlichen parallel zu den Substraten - in einer der Regionen entgegengesetzt ist zur Feldrichtung in einer anderen Region, bei dem außerdem eine Polarisation in der Liquid Crystal Schicht vorhanden ist, wenn kein Feld anliegt. Die US 7,564,510 B2 beschreibt somit eine Pixelstruktur, die für einen großen Betrachterwinkel einen gleichmäßigen Helligkeitseindruck erzeugt, indem unterschiedliche Regionen eines Pixels sich für verschiedene Blickrichtungen in der Gesamthelligkeit des Pixels gegenseitig kompensieren. Beispielsweise wirkt aus einer bestimmten Richtung betrachtet eine erste Region des Pixels heller und eine zweite dunkler. Aus einer anderen Richtung betrachtet ist es umgekehrt. Da das Auge aber die Regionen des Pixels nicht einzeln auflösen kann, entsteht ein gleichmäßiger Helligkeitseindruck.

Zu diesem Zweck wird in der US 7,564,510 B2 eine Drehung der Liquid Crystal Molekülorientierung in Abhängigkeit vom Vorzeichen des elektrischen Feldes verwendet, so dass also die Liquid Crystal Moleküle in unterschiedlichen Regionen eines Pixels entgegengesetzt drehen. Es wird beschrieben, dass diese vorzeichenabhängige Drehung ebenfalls auf flexo-elektrischer Polarisation basieren kann.

Beschrieben wird in Figur 3 der US 7,564,510 B2 eine Ausgestaltung mit einem parallelen Rubbing auf beiden Oberflächen der Substrate. Dadurch entsteht eine spiegelbildlich gleiche Ausrichtung der LC Moleküle auf beiden Substraten (mit einer Spiegelebene parallel zu den Substraten in der Mitte der LC Schicht) und eine Splay- Deformation in der LC Schicht zwischen beiden Substraten. Diese Splay- Deformation erzeugt die flexo-elektrische Polarisation.

Die in der US 7,564,510 B2 beschriebene Anordnung wäre aber nicht als

Phasenmodulator verwendbar, da die unterschiedlichen Regionen eines Pixels jeweils unterschiedliche Phasenwerte generieren würden, so dass ein gesamtes Pixel keine einheitliche Phasenmodulation aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Phasenmodulator zu beschreiben, der die oben benannten Nachteile vermeidet, der zudem auch als variables Ablenkgitter eingesetzt werden kann, und für dessen Herstellung

insbesondere heute übliche Liquid Crystals Materialien eingesetzt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Phasenmodulator gemäß Anspruch 1 . Ein Phasenmodulator, der insbesondere dem Modulieren der Phase von mit dem

Phasenmodulator wechselwirkendem polarisiertem Licht dient, das in der Regel zirkulär polarisiert ist, umfasst ein erstes Substrat, das eine erste Oberfläche aufweist und ein zweites Substrat, das eine zweite Oberfläche aufweist, wobei beide

Substrate einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine Liquid Crystal Schicht, die zwischen den beiden Substraten angeordnet ist und Liquid Crystal Moleküle enthält, eine Elektrodenanordnung auf mindestens einem der Substrate, wobei die beiden Oberflächen der Substrate ausgebildet sind, um der jeweiligen Oberfläche benachbarte Liquid Crystal Moleküle in einer Richtung zu orientieren, welche jeweils einen out-of-plane Winkel zur jeweiligen Oberfläche des jeweiligen Substrates bildet.

Im erfindungsgemäßen Phasenmodulator ist dessen Betrag größer als 0 Grad aber kleiner oder gleich 45 Grad. Der out-of-plane Winkel bzw. Polarwinkel, also der Winkel, den die optische Langachse der Liquid-Crystal Moleküle mit der Oberfläche des jeweiligen Substrates bildet, wird auch Pretilt-Winkel genannt, sofern damit der Ausgangszustand der Orientierung dieser Liquid Crystal Moleküle bezüglich des jeweiligen Substrates - also ohne Reorientierung durch ein Anlegen eines

elektrischen Feldes mittels der Elektrodenanordnung - beschrieben wird. Unter Orientierung ist hier immer die Ausrichtung der optischen Langachse des Liquid Crystal Materials oder eines anderen ausrichtbaren doppelbrechenden Materials zu verstehen.

Im erfindungsgemäßen Phasenmodulator ist zudem die Elektrodenanordnung derart ansteuerbar, dass eine in-plane-Komponente <P, auch Azimut-Komponente genannt, der Liquid Crystal Molekül-Orientierung in einem Winkelbereich von bis zu 180 Grad einstellbar ist, und dass der Drehsinn der Liquid Crystal Moleküle, die benachbart zur ersten Oberfläche sind, dem Drehsinn der Liquid Crystal Moleküle, die benachbart zur zweiten Oberfläche sind, entgegengesetzt ist.

Mit anderen Worten ist ein Phasenmodulator, bei welchem die oben genannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert sind, wie folgt ausgebildet:

Er umfasst ein erstes und ein zweites Substrat, eine Elektrodenanordnung und eine Liquid Crystal Schicht mit Liquid Crystal Molekülen. Das erste Substrat ist

gegenüberliegend zum zweiten Substrat angeordnet. Die Liquid Crystal Schicht ist zwischen den zwei Substraten angeordnet. Das erste Substrat weist eine erste Oberfläche auf und das zweite Substrat weist eine zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche ist ausgebildet, um die zur ersten Oberfläche benachbarten Liquid Crystal Moleküle in einer Richtung zu orientieren, welche einen ersten out-of-plane Winkel a(0) bzw. einen Polar-Winkel zur ersten Oberfläche des ersten Substrates bildet. Der Betrag von a(0) ist hierbei größer als 0 Grad aber kleiner oder gleich 45 Grad. Die zweite Oberfläche ist ausgebildet, um die zur zweiten Oberfläche benachbarten Liquid Crystal Moleküle in einer Richtung zu orientieren, welche einen zweiten out-of- plane Winkel a(d) bzw. einen Polar-Winkel zur zweiten Oberfläche des zweiten Substrates bildet. Der Betrag von a(d) ist ebenfalls größer als 0 Grad aber kleiner oder gleich 45 Grad. Erfindungsgemäß ist dabei der Drehsinn der out-of-plane Winkel a(0) und a(d) und somit der zu den Oberflächen benachbarten Liquid Crystal Moleküle relativ zur Oberfläche entgegengesetzt. Mit anderen Worten, die

Vorzeichen der Winkel a(0) und a(d) unterscheiden sich. Der Winkel α entspricht im Übrigen dem oben beschriebenen Winkel ß für den Spezialfall, dass das Licht senkrecht durch den Phasenmodulator tritt. Im bevorzugten Fall der Nutzung des erfinderischen Phasenmodulators tritt das Licht senkrecht in den Phasenmodulator ein, jedoch sind auch jegliche andere Eintrittswinkel denkbar.

Dabei ist die Elektrodenanordnung derart ansteuerbar, dass eine in-plane

Komponente bzw. eine Azimut-Komponente der Liquid Crystal Molekülorientierung in einem Winkelbereich von bis zu ungefähr 180 Grad einstellbar ist.

Dies garantiert, dass die Liquid Crystal Moleküle mit ihrer in-plane Komponente jede nur mögliche Lage einnehmen können, da es sich bei Liquid Crystal Molekülen um optisch symmetrische Moleküle handelt, die bezüglich ihrer optischen Eigenschaften also ein Ellipsoid bilden. Bei der durch den Phasenmodulator erfolgenden Phasenmodulation des polarisierten Lichtes kann auch eine Deflektion des Lichts erfolgen. Der hier beschriebene

Lichtmodulator kann also auch als Phasendeflektor eingesetzt werden.

In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenmodulators enthält dabei die„Liquid Crystal Schicht", die zwischen den beiden Substraten angeordnet ist, anstelle der Liquid Crystal Moleküle oder neben den Liquid Crystal Molekülen ein anderes ausrichtbares doppelbrechendes Material. Häufig werden Phasenmodulatoren mit einem Liquid Crystal Material (Flüssigkristallmaterial) ausgeführt, was für derartige optische Zwecke die am besten charakterisierten Materialgruppe ist, zu der eine Vielzahl konkreter Flüssigkristallmaterialien gehört. Prinzipiell können an dieser Stelle jedoch auch andere ausrichtbare

doppelbrechende Materialien eingesetzt werden, wie beispielsweise nicht-sphärische Nano-Partikel unterschiedlicher Materialien, d.h. unterschiedlicher dielektrischer Materialien oder auch Metalle, insbesondere auch Kohlenstoff-Nano-Röhrchen. Diese können dann analog der hier beschriebenen Liquid Crystal Moleküle verwendet werden. Sie sind ebenfalls symmetrisch bezüglich ihrer optischen

Eigenschaften.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenmodulators ist die in- plane-Komponente zwischen -Φι und +Φ ₂ Grad, mit ι , Φ ₂ < 90 Grad, bezogen auf eine vorgebbare mittlere Orientierung, die der Orientierung ohne Anliegen einer

Spannung entspricht, einstellbar. Bevorzugt sind dabei Werte für ι , Φ ₂ mit 70 Grad < Φι , Φ ₂ < 90 Grad. In einem besonders bevorzugten, erfindungsgemäßen Phasenmodulator ist die in- plane-Komponente zwischen -90 und +90 Grad, bezogen auf eine vorgebbare mittlere Orientierung einstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Winkel a(0) und a(d) vom Betrag her gleich, unterscheiden sich jedoch im Vorzeichen, so dass sich an beiden Oberflächen eine zueinander spiegelbildliche Orientierung der LC Moleküle ergibt.

Setzt sich diese zueinander spiegelbildliche Orientierung der Liquid Crystal Moleküle auf den beiden Oberflächen fort über zu diesen Oberflächen parallele Ebenen mit jeweils gleichen Abständen von den beiden Oberflächen, und kann hinsichtlich der spiegelbildlichen Orientierung eine Spiegel- oder Symmetrieebene in der Mitte der Liquid Crystal Schicht zwischen den beiden Oberflächen der beiden Substrate gedacht werden, so weist der erfindungsgemäße Phasenmodulator in einer bevorzugten Ausführungsform eine Splay Deformation über die Liquid Crystal Schicht auf. Der Betrag der Winkel a(0) und a(d) in einer besonders bevorzugten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenmodulators liegt jeweils in einem Bereich zwischen 20 Grad und 40 Grad. Insbesondere können die Beträge der Winkel a(0) und a(d) im Wesentlichen gleich sein.

Ganz besonders bevorzugt ist der Phasenmodulator derart ausgebildet, dass das mit dem Phasenmodulator wechselwirkende Licht aufgrund von Beugung in eine vorgebbaren Richtung veränderbar ablenkbar ist. Der erfindungsgemäße

Phasenmodulator, insbesondere wenn er so ausgebildet und angesteuert wird, dass er wie ein Phasendeflektor arbeitet, kann in vergleichbarer Weise wie der in der WO 201 1/039286 A1 beschriebene Phasendeflektor eingesetzt werden. Daher wird der Offenbarungsgehalt der WO 201 1/039286 A1 vollumfänglich hier einbezogen.

Diffraktive Elemente, wie beispielsweise Phasenmodulatoren bzw.

Phasendeflektoren, die in holografischen Displays für die Betrachternachführung (auch„Tracken" genannt) eingesetzt werden können, werden beispielsweise in der DE 10 2009 028 626 A1 bzw. in der WO 2010/149587 A2, dort als

Beugungseinrichtung bezeichnet, beschrieben. Da der erfindungsgemäße

Phasenmodulator bzw. Phasendeflektor unter anderem in vergleichbarer Weise wie die in der DE 10 2009 028 626 A1 bzw. die in der WO 2010/149587 A2 beschriebene Beugungseinrichtung eingesetzt werden kann, wird der Offenbarungsgehalt der DE 10 2009 028 626 A1 sowie der der WO 2010/149587 A2 vollumfänglich hier einbezogen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung, bei welcher ein Phasenmodulator, bei dem a(0) und a(d) vom Betrag her gleich sind, sich aber im Vorzeichen unterscheiden, so dass sich auf beiden Oberflächen eine zueinander spiegelbildliche Orientierung der LC

Moleküle ergibt, und bei dem der Betrag von a(0) und a(d) im Bereich zwischen 20 Grad und 40 Grad liegt, weist folgende Vorteile auf:

Der Mittelwert über die LC Schichtdicke des Betrages des out-of-plane Winkels der LC Orientierung entspricht bei dieser Anordnung dem halben Betrag von a(0). Bei einem a(0) =30° sind zum Beispiel die LC Moleküle im Mittel 15 Grad out-of-plane orientiert.

Bei einem Winkel von 15 Grad ist zum Beispiel An _eff « 0.95 An

Der optische Weg unterschied, der sich wieder als Integral über die Dicke der LC Schicht ergibt opd = J ₀ ^d An _eff (z) dz , ist deutlich größer als bei einer hybriden Orientierung.

Das Produkt aus Schichtdicke und Doppelbrechung, das zum Einstellen einer K/2 Platte benötigt wird, weicht also nicht wesentlich ab von dem eines vollständig inplane orientierten LC. Beispielsweise würde bei einer vollständigen in-plane Orientierung der Liquid Crystal Moleküle eine Schichtdicke von 3 Mikrometer und ein An von 0.09 benötigt, um eine K/2 Platte für grünes Licht zu realisieren. Bei der beschrieben Anordnung mit a(0) von 30 Grad (und mit a(d) von -30 Grad) würde stattdessen ein An von ca. 0.095 benötigt, um eine K/2 Platte für grünes Licht zu realisieren. Dieses An liegt in einem Bereich, der typisch ist für LC Mischungen in Displays.

Die Orientierung der Liquid Crystal Moleküle mit unterschiedlichem Vorzeichen des Winkels an beiden Oberflächen erzeugt eine Splay Deformation. Durch die

Deformation wird eine flexo-elektrische Polarisation erzeugt. Diese erlaubt ein vorzeichenabhängiges Schalten bzw. Ausrichten der LC-Moleküle. Die flexo-elektrische Polarisation ist definiert als Dabei ist n der Direktor das heißt ein Vektor in Richtung der Längsachse der LC Moleküle, V ist der Nabla Operator, V-n ist die Divergenz des Direktors n, x bezeichnet das Kreuzprodukt, V x n ist die Rotation des Direktors n, e _s ist der splay flexo-elektrische Koeffizient, e _b ist der bend flexo-elektrische Koeffizient.

Die flexo-elektrischen Koeffizienten e _s und e _b stellen Material konstanten dar, deren Größe von der geometrischen Form der LC Moleküle sowie von den elektrischen Dipol- und Quadrupolmomenten dieser LC Moleküle abhängt.

In theoretischen Modellen zur flexo-elektrischen Polarisation wird beispielsweise beschrieben, dass ein elektrisches Quadrupolmoment auch bei einem ideal reiskornförmigen LC Molekül zu beiden Koeffizienten e _s und e _b beiträgt.

Elektrische Dipolmomente tragen bei, wenn eine Abweichung der Form der LC Moleküle von dem Modell eines Reiskorns vorliegt. Eine eher birnenförmige

Molekülform in Kombination mit einem longitudinalen (also in Richtung der langen Molekülachse gelegenen) elektrischen Dipolmoment begünstigt einen hohen splay flexo-elektrischen Koeffizienten e _s . Eine eher bananenförmige Molekülform in Kombination mit einem transversalen elektrischen Dipolmoment (quer zur langen Molekülachse gelegen) begünstigt einen höheren bend flexo-elektrischen

Koeffizienten e _b Ein Beitrag des splay flexo-elektrischen Koeffizenten e _s zur flexo-elektrischen Polarisation tritt gemäß der obigen Gleichung insbesondere dann auf, wenn die Divergenz des Direktors V-n ungleich null ist.

Bei einer LC Orientierung mit einem out-of-plane Winkel a(0) auf einem Substrat und einem von a(0) (im Vorzeichen und/oder Betrag) verschiedenen Winkel a(d) auf dem anderen Substrat liegt eine solche von null verschiedene Divergenz des Direktors n vor.

Hingegen ist die Rotation V x n des Direktors n bei einer solchen Orientierung der LC Moleküle klein, so dass der bend flexo-elektrische Koeffizient e in diesem Fall nur wenig zur flexo-elektrischen Polarisation beiträgt. Vorteilhaft werden also in dieser Anordnung solche LC Moleküle eingesetzt, die einen hohen splay flexo-elektrischen Koeffizienten e _s aufweisen.

In Abhängigkeit vom Vorzeichen des elektrischen Feldes erfolgt wahlweise eine Drehung der in-plane Komponente der Liquid Crystal Molekülorientierung von z.B. 0 bis + 90 Grad oder 0 bis -90 Grad.

Für festes LC Material nimmt aber die Splay Deformation und damit auch die flexo- elektrische Polarisation vorteilhaft mit dem Betrag der Winkel a(0) und a(d) zu.

Kleine Winkel von beispielsweise 5 Grad würden typischerweise nur zu einer kleinen Polarisation führen. Bei großen Winkeln von beispielsweise 45 Grad liegt zwar eine große flexo-elektrische Polarisation vor. Nachteiligerweise wird bei großen Winkeln aber das An _eff kleiner. Der bevorzugte Bereich von 20 bis 40 Grad von a(0) und a(d) stellt einen Kompromiss zwischen beiden Faktoren dar.

Auch in diesem Fall erfolgt die Wechselwirkung mit einem elektrischen Feld sowohl über eine flexo-elektrische Polarisation als auch über eine dielektrische Anisotropie. Die dielektrische Anisotropie Δε kann dazu führen, dass bei einem starken in-plane Feld sich die out-of-plane Orientierung der Flüssigkristalle ändert.

Da, wie oben gezeigt, jedoch der Unterschied im optischen Weg zwischen einer vollständigen Liquid Crystal in-plane Orientierung und einer Orientierung mit z.B. +/- 30 Grad an den Oberflächen klein ist, ist die negative Auswirkung der dielektrischen Wechselwirkung auf die optische Funktion als Phasenmodulator und insbesondere auch als variables Ablenkgitter gering. Das heißt die Beugungseffizienz eines variablen Ablenkgitters wird durch das Δε nur unwesentlich reduziert.

Umgekehrt erlaubt eine etwas höhere dielektrische Anisotropie Δε vorteilhaft die Verwendung kleinerer Spannungen bei der Ansteuerung des Phasenmodulators. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Liquid Crystal Schicht verwendet, die ein Liquid Crystal Material mit einer dielektrischen Anisotropie von Δε > 5 enthält. Daher liegen in der bevorzugten Ausgestaltung sowohl die

Doppelbrechung Δη (wie oben beschrieben) als auch die dielektrische Anisotropie Δε in einem Bereich, der typisch ist für Liquid Crystal Materialien, wie sie in Displays eingesetzt werden. Zusätzlich werden allerdings weiterhin erhöhte flexo-elektrische Koeffizienten bevorzugt, insbesondere ein erhöhter splay-flexo-Koeffizient e _s, von beispielsweise e _s > 5 pC/m (pico-Coulomb/Meter) oder sogar von e _s > 10.pC/m.

In einer Ausführungsform sind die Elektroden nur auf einem ersten Substrat angeordnet. Die Elektroden auf dem ersten Substrat sind bevorzugt individuell ansteuerbar.

In einer weiteren Ausführungsform werden auf beiden Substraten in-plane

Elektroden verwendet, wobei die Elektroden auf dem einen Substrat in einem Winkel von ungefähr 90 Grad relativ zu den Elektroden auf dem anderen Substrat orientiert sind.„In-plane" Elektroden bzw.„in-plane" Elektrodenanordnung bedeutet dabei, dass es sich um eine zur Substratoberfläche parallele Elektrodenanordnung handelt.

Auch hier wird bevorzugt eine erhöhte dielektrische Anisotropie Δε verwendet. Die Elektroden auf dem ersten Substrat dienen dann dem vorzeichenabhängigen

Einschalten des elektrischen Felds durch eine Kombination von flexo-elektrischer und dielektrischer Wechselwirkung. Mit erhöhtem Drehwinkel nimmt bei erhöhtem Δε dabei auch die flexo-elektrische Polarisation ab, da die LC Moleküle durch die dielektrische Wechselwirkung stärker in plane orientiert sind. Die Elektroden auf dem zweiten Substrat dienen dem aktiven Ausschalten des elektrischen Felds. Das Zurückdrehen der LC Moleküle erfolgt dominiert von der dielektrischen

Wechselwirkung. Hiermit kann ein schnelles Schalten in beiden Richtungen erfolgen. Insbesondere kann ein solcher Phasenmodulator, der sowohl eine

Elektrodenanordnung auf dem ersten Substrat als auch eine Elektrodenanordnung auf dem zweiten Substrat enthält, vorteilhafterweise eine Elektrodenanordnung auf dem zweiten Substrat in Form zweier ineinander verschränkter Kämme oder kammähnlichen Strukturen aufweisen, zwischen denen ein globaler Spannungswert einstellbar ist. Damit ist eine individuelle Ansteuerung der Elektroden auf dem zweiten Substrat unnötig. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht ein schnelles Schaltverhalten: Beide Schaltvorgänge, sowohl das Ein- als auch das Ausschalten, können damit jeweils aktiv durch ein elektrisches Feld gesteuert werden. In einer anderen, weniger bevorzugten, Ausführungsform kann auch ein LC Material mit einem sehr hohen splay flexo-elektrischen Koeffizienten e _s > 20 pC/m und einer sehr kleinen dielektrischen Anisotropie Δε < 0.2 verwendet werden. In diesem Fall würde die Wechselwirkung der flexo-elektrischen Polarisation mit dem elektrischen Feld auch für große in-plane Drehwinkel der LC Moleküle dominieren, und ein aktives Ausschalten kann durch ein elektrisches Feld mit entgegengesetztem

Vorzeichen erfolgen. Auf diese Weise kann ebenfalls ein Phasenmodulator mit schnellen Schaltzeiten realisiert werden. Die Ausführungsform benötigt vorteilhaft nur Elektroden auf einem Substrat. Sie ist lediglich deswegen weniger bevorzugt, weil ein LC Material mit den beschriebenen Eigenschaften schwieriger zu realisieren ist.

Ein erfindungsgemäßer Phasenmodulator ist nun in einem räumlichen

Lichtmodulator einsetzbar. Darin sind eine Vielzahl von Pixeln regulär nebeneinander angeordnet, wobei jeweils über die gesamte Fläche eines Pixels durch Nutzung des vorbeschriebenen Aufbaus des erfindungsgemäßen Phasenmodulators ein einheitlicher einstellbarer Phasenwert erzeugt wird.

Vorteilhafterweise ist dabei jedes Pixel in zwei Regionen aufgeteilt, die jeweils eine spiegelbildlich entgegengesetzte Orientierung der LC Moleküle nahe der Oberflächen der Substrate aufweisen.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Phasenmodulators wird ein Verfahren verwendet, bei dem auf einem ersten und einem zweiten Substrat eine Oberfläche derart ausgebildet wird, dass ein Alignment Layer entsteht, durch den Liquid Crystal Moleküle, die auf diese bzw. in die Nähe dieser Oberfläche gelangen, eine

vorgesehene Orientierung mit einem gewünschten out-of-plane Winkel einstellen. Anschließend werden beide Substrate einander entgegengesetzt unter Verwendung von Abstandhaltern zusammengefügt und der Zwischenraum wird mit Liquid Crystal Material befüllt. Dabei wird erfindungsgemäß der out-of-plane Winkel, der in dieser Ausgangsorientierung auch Pretilt Winkel genannt wird, wie auch die

Verankerungsenergie auf beiden Substraten durch eine Kombination aus

chemischen Eigenschaften des Alignment Layers, Prozessparametern der

Herstellung des Alignment Layers, und den chemischen Eigenschaften des Liquid Crystal Materials eingestellt, wobei der jeweilige out-of-plane Winkel bzw. Pretilt Winkel auf beiden Substraten im Bereich zwischen 0 und 45 Grad, bevorzugt zwischen 20 und 40 Grad, liegt. Das bekannteste und in der industriellen Produktion von LC Displays übliche

Verfahren zur Einstellung einer bestimmten Orientierung (alignment) und

Oberflächenverankerung (surface anchoring) von LC Molekülen auf einem Substrat ist das mechanische Reiben (englisch Rubbing oder Buffing) einer

Orientierungsschicht (alignment layer). Typischerweise werden Polyimide als

Orientierungsschicht eingesetzt.

Durch eine Kombination aus chemischen Eigenschaften des Alignment Layers und Parametern des Rubbing-Prozesses (wie zum Beispiel Anpressdruck) werden die Verankerungsenergie wie auch der Pretilt-Winkel eingestellt. Der Pretilt Winkel hängt weiterhin auch von den chemischen Eigenschaften des LC Materials ab.

In der erfindungsgemäß beschriebenen Anordnung würde also der Pretilt Winkel auf einem ersten Substrat dem out-of-plane Winkel a(0) entsprechen, der Pretilt Winkel auf einem zweiten Substrat dem out-of-plane Winkel a(d). Diese Winkel stellen sich dann ein, wenn die zuvor durch Rubbing behandelten Substrate unter Verwendung von Abstandshaltern (Spacern) zusammengefügt und der Zwischenraum mit LC befüllt wird.

Mit den herkömmlicherweise verwendeten Polyimid-Alignmentmaterialien und Rubbing sind typischerweise Pretilt-Winkel im Bereich von ca 1 Grad bis 8 Grad zugänglich. Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Winkel a(0) und a(d) mit

herkömmlichem mechanischem Rubbing von Polyimid eingestellt werden, würde bevorzugt ein Polyimid verwenden, das einen Winkel am oberen Ende des mit Rubbing zugänglichen Bereiches einstellt, also einen Pretilt Winkel von 7 - 8 Grad. Bekannt ist auch, dass chemische Eigenschaften des LC Materials Einfluss auf den Pretilt Winkel haben. Bevorzugt werden solche LC Mischungen verwendet, deren chemische Zusammensetzung einen etwas höheren Pretilt-Winkel begünstigt.

Vorteilhaft für die Schaltgeschwindigkeit eines erfindungsgemäßen

Phasenmodulators ist es allerdings, wenn ein höherer Winkel eingestellt werden kann als der mit herkömmlichem mechanischem Rubbing zugängliche Bereich. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden daher die out-of-plane Winkel a(0) und a(d) nicht mittels Rubbing sondern mittels Photoalignment eingestellt. Anstelle des herkömmlichen Polyimid Alignment Layers für Rubbing wird stattdessen ein Photo-orientierbarer Alignment Layer eingesetzt. Dieser Alignment Layer wird mittels UV Licht belichtet. Der out-of-plane bzw.Pretilt-Winkel kann dabei eingestellt werden, indem die Belichtungsdosis des UV Lichtes angepasst wird. Zwei mit einer entsprechend angepassten Belichtungsdosis belichtete Substrate werden dann zu einer Zelle zusammengefügt, so dass sich an beiden Substraten die Winkel a(0) und a(d) einstellen.

Weitere Verfahren mit denen hohe Pretilt Winkel eingestellt werden können, die damit für andere Ausgestaltungen der Erfindung verwendbar sind, sind - Die Verwendung von Alignment Layern aus schräg aufgedampften SiO2 oder SiNx Schichten

- Die Verwendung einer Mischung aus je einem Polyimid für vertikales

Alignment und einem für horizontales Alignment. Über ein geeignetes

Mischungsverhältnis kann in diesem Fall auch mit herkömmlichem Rubbing ein erhöhter Pretilt eingestellt werden.

- Die Verwendung einer dotierten Polyimidschicht, bei der mittels eines

Dotierstoffes die Oberflächenenergie des Polyimides geändert wird und mittels dieser Beeinflussung der Oberflächenenergie der Pretilt eingestellt wird. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 und 15 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der

Erfindung anhand der Figuren zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In den Figuren zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung: Fig. 1 a eine Schnittansicht eines Phasenmodulators nach dem Stand der Technik,

Fig. 1 b eine um 90 Grad gedrehten Schnittansicht des Phasenmodulators aus

Fig. 1 a, Fig. 2a eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Phasenmodulators,

Fig. 2b eine um 90 Grad gedrehte Schnittansicht des Phasenmodulators aus

Fig. 2a bei ausgeschaltetem elektrischen Feld,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Phasenmodulators bei eingeschaltetem elektrischen Feld,

Fig. 4a eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Phasenmodulators,

Fig. 4b eine um 90 Grad gedrehte Schnittansicht des Phasenmodulators aus

Fig. 4a bei ausgeschaltetem elektrischen Feld,

Fig. 4c eine Schnittansicht des Phasenmodulators aus den Fig. 4a bzw. 4b bei eingeschaltetem elektrischen Feld, und

Fig. 5a bis 5d verschiedene Schnittansichten eines dritten

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Phasenmodulators. In den Figuren sind gleiche Komponenten bzw. Elemente mit den selben

Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 a zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Phasenmodulator 1 nach dem Stand der Technik. Dieser Phasenmodulator 1 weist zwei Glassubstrate 2, 3 auf. Grundsätzlich kann auch mindestens eines der Glassubstrate 2, 3 durch ein anderes Substratmaterial ersetzt werden. Eines der Substrate könnte z.B. auch optisch reflektiv ausgebildet sein. Mindestens ein Substrat wird in der Regel jedoch optisch transparent für das mit ihm wechselwirkende Licht ausgebildet sein. Auf dem ersten Glassubstrat 2 sind Elektroden 4 angeordnet. Schematisch dargestellt ist eine Elektrode 4 in der Zeichenebene. Zwischen dieser Elektrode 4 und weiteren (nicht dargestellen) Elektroden, die vor bzw. hinter der Zeichenebene angeordnet sind, kann ein elektrisches Feld angelegt werden, welches im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene liegt. Fig. 1 a zeigt die LC-Moleküle 10 jeweils in„Reiskornform", wobei die LC Orientierung bei ausgeschaltetem elektrischen Feld dargestellt ist. Die

Glassubstrate 2, 3 weisen jeweils eine Oberfläche 5, 6 auf. In diesem Beispiel sind die Oberflächen der Glassubstrate 2, 3 jeweils mit Polyimid 7, 8 (PI) beschichtet, so dass die Oberfläche 5, 6 der jeweiligen Polyimidschicht 7, 8 als Begrenzungsschicht für die LC Moleküle 10 bzw. für die LC Schicht 9 wirkt. Nahe der unteren

Polyimidschicht 7 werden die LC Moleküle 10 der LC Schicht 9 aufgrund der

Oberflächenstruktur der Polyimidschicht 7 so orientiert, dass sie ungefähr parallel zu der Oberfläche 5 stehen. Der Ausdruck ungefähr parallel kann auch einen kleinen Winkel a(0) im Bereich von ca. 1 bis 3 Grad beinhalten. Die Oberflächenstruktur der Polyimidschicht 7 wird hier mittels„Rubbing", also einem mechanischen Bürsten der Polyimidschicht 7, erzeugt. Nahe der Oberfläche 6 der oberen Polyimidschicht 8 werden die LC Moleküle 10 aufgrund der Oberflächeneigenschaft der

Polyimidschicht 8 ungefähr senkrecht zur Oberfläche 6 orientiert.

Fig. 1 b zeigt zum besseren Verständnis einen Ausschnitt aus einer im Vergleich zur Fig. 1 a um 90 Grad gedrehten Ansicht desselben Phasenmodulators 1 nach dem Stand der Technik. Hier sind schematisch drei nebeneinander liegende Elektroden 4 an dem unteren Substrat 2 gezeigt. Die tatsächliche Zahl von Elektroden 4, insbesondere in einem variablen Ablenkgitter, kann jedoch beträchtlich größer sein. In dieser Ansicht würde das elektrische Feld, das zwischen den Elektroden 4 angelegt werden kann, in der Zeichenebene liegen. Durch individuelle Ansteuerung der einzelnen Elektroden 4 kann beispielsweise ein variables Ablenkgitter realisiert werden.

Fig. 2a zeigt vergleichbar zu Fig. 1 a eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Phasenmodulators 1 . Diese Ausgestaltung weist ebenfalls zwei Glassubstrate 2, 3 und Elektroden 4 an dem unteren Glassubstrat 2 auf. Die Elektroden 4 und der Verlauf des elektrischen Felds entsprechen im Wesentlichen der des

Phasenmodulators 1 aus der Fig. 1 a.

Die Ausgestaltung weist ebenfalls zwei Polyimidschichten 7, 8 und eine

Flüssigkristallschicht 9 auf. Die Orientierung der LC Moleküle (= Liquid Crystal Moleküle = Flüssigkristallmoleküle) 10 nahe der beiden Oberflächen 5, 6 unterscheidet sich aber erfindungsgemäß von der des in der Fig. 1 gezeigten

Standes der Technik. Die LC Moleküle 10 nahe der unteren Oberfläche 5 sind in einem Winkel a(0) orientiert, die LC Moleküle 10 nahe der oberen Oberfläche 6 in einem Winkel a(d). Der Drehsinn (d.h., das Vorzeichen) des Winkels a(0), a(d) an der unteren und an der oberen Oberfläche 6, 5 ist entgegengesetzt.

In dem Ausführungsbeispiel ist der Betrag des Winkels a(0), a(d) an beiden

Oberflächen 5, 6 gleich. Dies entspricht einer gespiegelten Orientierung der LC Moleküle 10 an der oberen Oberfläche 6 im Vergleich zur unteren Oberfläche 5, wobei eine gedachte Spiegelebene 1 1 durch die Mitte der Flüssigkristallschicht 9 und parallel zu den Substraten 2, 3 bzw. zu deren Oberflächen 5, 6 verläuft. Zur

Veranschaulichung ist auch diese Spiegelebene 1 1 als gestrichelte Linie

eingezeichnet.

In anderen (weniger bevorzugten) Ausgestaltungen können die Winkel a(0) und a(d) auch unterschiedliche Beträge aufweisen. Beispielsweise könnte |a(0)| = 20 ° und |a(d)| = 40 ° sein.

Fig. 2b zeigt vergleichbar zu Fig. 1 b einen Ausschnitt der um 90 Grad gedrehten Ansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Phasenmodulators 1 . Auch hier sind schematisch nur drei Elektroden 4 eingezeichnet, stellvertretend für eine größere Anzahl von Elektroden. In der WO 201 1 /067265 A1 beschreibt die dortige Fig. 1 die Phasenmodulation von zirkulär polarisiertem Licht und einer Anordnung, die als K/2 Platte wirkt. Die dortige Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit individuell ansteuerbaren Elektroden für ein variables Ablenkgitter. Die dortige Fig. 5 zeigt ein Polarisationsgitter mit fester Gitterperiode nach dem Stand der Technik. Die dortigen Fig. 9 und 10 zeigen Beispiele für

Spannungen, die an den Elektroden anliegen, um Ablenkgitter einer bestimmten Gitterperiode zu realisieren. Diese Abbildungen können sinngemäß auch zur

Erläuterung der vorliegenden Erfindung herangezogen werden. Insoweit wird hinsichtlich weiterer Ausführungen auf die WO 201 1 /067265 A1 verwiesen, wobei der Offenbarungsgehalt der WO 201 1 /067265 A1 vollumfänglich hier einbezogen wird.

Die Fig. 3 zeigt grob schematisch die vorzeichenabhängige Drehung der LC- Moleküle 10 im elektrischen Feld, die von der flexo-elektrischen Polarisation induziert wird. In diesem Beispiel liegt die mittlere Elektrode 4 auf 0 Volt, die linke und rechte Elektrode 4 jeweils auf der gleichen Spannung V1 . Das Vorzeichen des elektrischen Feldes unterscheidet sich daher in der linken und rechten Hälfte. Entsprechend unterscheidet sich auch der Drehsinn der LC Moleküle 10 in diesen Hälften des in Fig. 3 gezeigten Ausschnitts des Phasenmodulators 1 . Analog zur Fig. 9 der WO 201 1/067265 A1 kann eine Spannungsabfolge über viele Elektroden 4 angelegt werden, um ein variables Ablenkgitter zu realisieren.

Die Fig. 4a und 4b zeigen in zwei verschiedenen Ansichten eine Anordnung ähnlich den Fig. 2a und 2b. Zusätzlich enthält hier das obere Substrat 3 weitere Elektroden 12, die in einem Winkel von ungefähr 90 Grad zu den Elektroden 4 an dem unteren Substrat 2 angeordnet sind. Ein Feld zwischen den Elektroden 12 auf dem oberen Substrat 3 würde also in Fig. 4a ungefähr in der Zeichenebene liegen und in Fig. 4b ungefähr senkrecht zur Zeichenebene. Fig. 4b zeigt die Orientierung der

Flüssigkristalle 10, wenn weder an den unteren Elektroden 4 noch an den oberen Elektroden 12 ein elektrisches Feld anliegt.

Fig. 4c zeigt in der gleichen Ansicht wie Fig. 4b schematisch die Orientierung der Flüssigkristalle 10, wenn zwischen den Elektroden 4 an dem unteren Substrat 2 ein elektrisches Feld anliegt. In diesem Ausführungsbeispiel werden die

Materialparameter des Flüssigkristalls so eingestellt, dass dieser eine dielektrische Anisotropie von Δε > 5 aufweist. Der flexo-elektrische Koeffizient e _s liegt

beispielsweise bei ungefähr 10 pC/m. Bei anliegendem elektrischen Feld findet eine in-plane Drehung der LC Moleküle 10 statt. Aufgrund der flexo-elektrischen

Polarisation ist die Drehrichtung der LC Moleküle 10 abhängig vom Vorzeichen des elektrischen Feldes. Dies gilt auch bei einer Kombination von dielektrischer und flexo-elektrischer Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld. Dies liegt daran, dass das Drehmoment auf die LC Moleküle 10 durch flexo-elektrische Wechselwirkung sich proportional zum Kosinus des Winkels zwischen dem Polarisatonsvektor der flexo-elektrischen Polarisation der LC-Moleküle 10 und dem E-Feld Vektor verhält, also groß ist, wenn dieser Winkel 90 Grad beträgt. Das Drehmoment, bedingt durch die dielektrische Wechselwirkung, ist aber proportional zum Produkt aus Kosinus mal Sinus des Winkels zwischen dem elektrischen Feld und der Orientierung der LC Moleküle 10. Dieses Drehmoment hat bei einem Winkel von exakt 90 Grad einen Wert von Null. Das Verhältnis beider Drehmomente ändert sich aber mit dem Sinus des Winkels. Außerdem nimmt bei steigendem elektrischen Feld die Dominanz der dielektrischen Wechselwirkung zu. Abhängig vom Verhältnis Δε / e _s dominiert also ab einem bestimmten Drehwinkel die dielektrische Wechselwirkung. Zusätzlich bewirkt die dielektrische Wechselwirkung bei stärkerem elektrischen Feld vorteilhaft auch eine Änderung der out-of-plane Orientierung der LC Moleküle 10. Durch diese Änderung der out-of-plane Orientierung wird mit wachsendem in-plane Drehwinkel auch die Splay-Deformation kleiner und damit auch die flexo-elektrische Polarisation kleiner. Bei hinreichend großem Δε bzw. ausreichend großem

Quotienten A /e _s sind dann für Drehwinkel nahe 90 Grad die LC Moleküle fast vollständig in-plane orientiert und die flexo-elektrische Polarisation ist sehr klein.

Ein schnelles aktives Zurückdrehen der LC Moleküle 10 an ihre ursprüngliche Orientierung erfolgt dann mit einem elektrischen Feld, das an den Elektroden 12 an dem oberen Substrat 3 angelegt wird. Wenn die Parameter des LC Materials Δε und e _s so eingestellt sind, dass die Polarisation mit wachsendem Drehwinkel kleiner wird, dominiert vorteilhaft (auch trotz eines geänderten Winkels von nahe 90 Grad zwischen elektrischem Feld und LC Orientierung durch die geänderte Richtung des elektrischen Felds) für das Zurückdrehen die dielektrische Wechselwirkung. In Kombination mit den elastischen Kräften im Flüssigkristall und der

Oberflächenverankerung werden die LC Moleküle 10 unabhängig vom Vorzeichen des elektrischen Feldes dann in ihre ursprüngliche Orientierung zurückgedreht.

Vorteilhaft können die Elektroden 12 an dem oberen Substrat 3 die Struktur zweier ineinander verschränkter Kämme aufweisen. Es ist also keine individuelle

Ansteuerung der Elektroden 12 auf diesem Substrat 3 nötig, sondern es muss lediglich ein globaler Spannungswert zwischen den Kämmen angelegt werden.

Vorteilhaft weist eine solche Ausgestaltung ein auch schnelles Schaltverhalten auf, da beide Schaltvorgänge, Ein- und Ausschalten, jeweils aktiv durch ein elektrisches Feld gesteuert werden.

Anderseits ist die Änderung des optischen Weges von Licht durch die LC Schicht, die bedingt wird durch eine geänderte out-of-plane Orientierung, hinreichend klein, dass die LC Schicht 9 unabhängig von in-plane Drehwinkel näherungsweise sich wie eine K/2 Platte verhält. Die Beugungseffizienz eines variablen Ablenkgitters bzw. des Phasenmodulators 1 wird also durch die beschriebene Ausgestaltung nur

unwesentlich vermindert.

Die Fig. 5a bis 5d zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Phasenmodulators 1 , welcher in der Funktion eines räumlichen Lichtmodulators eingesetzt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Phasenmodulator 1 also nicht als

Ablenkgitter verwendet, sondern als räumlicher Lichtmodulators (SLM = Spatial Light Modulator) mit mehreren regulär angeordneten Pixeln 13 und mit einem über die Fläche eines Pixels 13 möglichst einheitlichen einstellbaren Phasenwert. Die Fig. 5a und 5b zeigen jeweils einen Schnitt entlang den Linien 5a-5a bzw. 5b-5b gemäß Fig. 5d eines phasenmodulierenden Pixels 13 des Phasenmodulators 1 . Fig. 5d zeigt eine Schnittansicht des Pixels 13 entlang der Linie 5d-5d gemäß Fig. 5c, wobei in Fig. 5d ein elektrisches Feld an den Elektroden 4 angelegt ist, welches auch die Ausrichtung der in Fig. 5c gezeigten LC Moleküle 10 in den Regionen 14, 15 erzeugt. Das phasenmodulierende Pixel 13 ist in zwei Regionen 14, 15 aufgeteilt, die jeweils eine spiegelbildlich entgegengesetzte Orientierung der LC Moleküle 10 nahe der Oberfläche 5 bzw. 6 aufweisen. Die ungefähre Trennung der Regionen 14, 15 ist durch die vertikal gestrichelte Linie in den Fig. 5c und 5d angedeutet. In der Region 14 sind die LC Moleküle 10 an der Unterseite an der Oberfläche 5 unter einem

Winkel a(0) und an der Oberseite an der Oberfläche 6 unter einem Winkel a(d) angeordnet bzw. ausgerichtet. In der Region 15 sind die LC Moleküle 10 an der

Unterseite an der Oberfläche 5 unter einem Winkel -a(0) und an der Oberseite an der Oberfläche 6 unter einem Winkel -a(d) angeordnet bzw. ausgerichtet.

Fig. 5c zeigt eine um 90 Grad gedrehte Ansicht eines Pixels 13 (entlang der Linie 5c- 5c in Fig. 5d) bei anliegendem elektrischen Feld. Im linken Teil der Fig. 5c ist die Region 14 der Schnittansicht aus Fig. 5a zu sehen. Im rechten Teil der Fig. 5c ist eine Region 15 eines des zweiten Schnitts aus Fig. 5b zu sehen.

Trotz einer geänderten Richtung des elektrischen Feldes erfolgt in beiden Regionen des Pixels 13 eine einheitliche Drehung der LC Moleküle 10, siehe die mittig zwischen den Oberflächen 5, 6 eingezeichneten Pfeile. Damit wird im gesamten Pixel 13 ein einheitlicher Phasenwert erzeugt. Vorteilhaft kann eine herkömmliche Elektrodenstruktur für das Pixel 13 eingesetzt werden. Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausgestaltungen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausgestaltungen einschränken. Insbesondere könnten die oben beschriebenen Ausgestaltungen - soweit möglich - miteinander kombiniert werden.