JP2001033743A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
- Publication number
- JP2001033743A JP2001033743A JP20403799A JP20403799A JP2001033743A JP 2001033743 A JP2001033743 A JP 2001033743A JP 20403799 A JP20403799 A JP 20403799A JP 20403799 A JP20403799 A JP 20403799A JP 2001033743 A JP2001033743 A JP 2001033743A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- waveguide
- excited
- waveguides
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2852—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using tapping light guides arranged sidewardly, e.g. in a non-parallel relationship with respect to the bus light guides (light extraction or launching through cladding, with or without surface discontinuities, bent structures)
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界、電流を使わずに、光強度だけで励起し
て、光自らを制御し、コントラスト比の高い高品質な表
示機能を有し、大画面化が可能であり、更には集合発光
演算も行える光学装置を提供すること。 【解決手段】 複数の第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）１と、これらの第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）に直交又は略直交した複数の第２の光導波路（又は
光ファイバー）２とを具備し、第１及び第２の光導波路
（又は光ファイバー）１、２の交差部には各光導波路
（又は光ファイバー）内でそれぞれ導かれる光４と５の
光強度によって励起される被励起素子３が配され、水平
導波路（又は光ファイバー）としての第１の光導波路
（又は光ファイバー）１内の光５の光強度によって被励
起素子３がライン毎に選択されると共に、垂直導波路
（又は光ファイバー）としての第２の光導波路（又は光
ファイバー）２内の強度変調されたデータ信号光４が選
択された被励起素子３を介して外部に取出される。
て、光自らを制御し、コントラスト比の高い高品質な表
示機能を有し、大画面化が可能であり、更には集合発光
演算も行える光学装置を提供すること。 【解決手段】 複数の第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）１と、これらの第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）に直交又は略直交した複数の第２の光導波路（又は
光ファイバー）２とを具備し、第１及び第２の光導波路
（又は光ファイバー）１、２の交差部には各光導波路
（又は光ファイバー）内でそれぞれ導かれる光４と５の
光強度によって励起される被励起素子３が配され、水平
導波路（又は光ファイバー）としての第１の光導波路
（又は光ファイバー）１内の光５の光強度によって被励
起素子３がライン毎に選択されると共に、垂直導波路
（又は光ファイバー）としての第２の光導波路（又は光
ファイバー）２内の強度変調されたデータ信号光４が選
択された被励起素子３を介して外部に取出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学装置、例えば少
なくとも画像の光学的表示機能を有するディスプレイデ
バイスあるいは２次元光演算装置などの光学装置に関す
るものである。
なくとも画像の光学的表示機能を有するディスプレイデ
バイスあるいは２次元光演算装置などの光学装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ディスプレイデバイスは、マン−
マシンインターフェースとして、ますます需要が高まっ
てきており、一般的には、自発光型と受光型とに分類さ
れている。自発光型としては、CRT(cathode ray tub
e）、PDP(プラズマディスプレイ）、ELD(エレクトロル
ミネセッセンスディスプレイ）、VFD(蛍光表示管）、LE
D(発光ダイオード) などが挙げられる。一方、受光型と
してはLCD(液晶ディスプレイ）、ECD(エレクトロクロミ
ックディスプレイ) などが挙げられる。これらのディス
プレイはすべて、エレクトロニクスの発展によって高性
能化してきており、品質、価格ともに既に成熟段階にあ
ったり、或いは、早晩成熟段階に入るものと予想され
る。
マシンインターフェースとして、ますます需要が高まっ
てきており、一般的には、自発光型と受光型とに分類さ
れている。自発光型としては、CRT(cathode ray tub
e）、PDP(プラズマディスプレイ）、ELD(エレクトロル
ミネセッセンスディスプレイ）、VFD(蛍光表示管）、LE
D(発光ダイオード) などが挙げられる。一方、受光型と
してはLCD(液晶ディスプレイ）、ECD(エレクトロクロミ
ックディスプレイ) などが挙げられる。これらのディス
プレイはすべて、エレクトロニクスの発展によって高性
能化してきており、品質、価格ともに既に成熟段階にあ
ったり、或いは、早晩成熟段階に入るものと予想され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のようなエレクト
ロニクスを駆使したディスプレイにおいては、ディスプ
レイ画面に電界、電流を使用するため、電極を用いる必
要があり、ディスプレイパネルの大型化を図る場合に電
極又はその配線による電気抵抗の上昇が不可避的に生
じ、この制約がパネルの大型化を阻む最大の要因であ
り、ディスプレイの画面サイズには制約がある。加え
て、ディスプレイの使用材料が硬質なものが多いため、
ディスプレイ形状に自由度が乏しく、種々の任意形状や
コンパクトなサイズにすることが困難である。
ロニクスを駆使したディスプレイにおいては、ディスプ
レイ画面に電界、電流を使用するため、電極を用いる必
要があり、ディスプレイパネルの大型化を図る場合に電
極又はその配線による電気抵抗の上昇が不可避的に生
じ、この制約がパネルの大型化を阻む最大の要因であ
り、ディスプレイの画面サイズには制約がある。加え
て、ディスプレイの使用材料が硬質なものが多いため、
ディスプレイ形状に自由度が乏しく、種々の任意形状や
コンパクトなサイズにすることが困難である。
【０００４】そこで、本発明の目的は、従来技術とは根
本的に異なって、電界、電流を使わずに、光強度だけで
励起して、光自らを制御し、コントラスト比の高い高品
質な表示機能を有し、大画面化が可能であり、更には集
合発光演算も行える光学装置を提供することにある。
本的に異なって、電界、電流を使わずに、光強度だけで
励起して、光自らを制御し、コントラスト比の高い高品
質な表示機能を有し、大画面化が可能であり、更には集
合発光演算も行える光学装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した従
来のエレクトロニクス（electronics)に対抗して、フォ
トニクス（photonics)と称される技術が21世紀に向けて
中心を担ってくるものと考えている。エレクトロニクス
が電子のプロセスを対象とし、電界を用いるのに対し、
フォトニクスは電界を用いずに光のプロセスを取り扱
う。
来のエレクトロニクス（electronics)に対抗して、フォ
トニクス（photonics)と称される技術が21世紀に向けて
中心を担ってくるものと考えている。エレクトロニクス
が電子のプロセスを対象とし、電界を用いるのに対し、
フォトニクスは電界を用いずに光のプロセスを取り扱
う。
【０００６】電磁波である光は、振動電場が分子内の荷
電粒子と強い相互作用を示す。分子中の荷電粒子は電子
と陽子であるが、陽子と中性子が詰まった核は質量が多
いため、光との相互作用においては静止しているとみな
してよい。つまり、光と物質の相互作用を考える場合
は、光と核との相互作用は考慮しなくてよいことにな
る。一方、電子は陽子と比較してその質量は二千分の１
程度であり、光の如き高い振動数領域でも十分に振動電
場に対して追随できる。従って、光と物質の相互作用は
光と分子中の電子との相互作用とみなせる。分子中には
多くの電子が存在するが、核に弱く束縛されている外殻
の電子の方が光との相互作用を受けやすい。
電粒子と強い相互作用を示す。分子中の荷電粒子は電子
と陽子であるが、陽子と中性子が詰まった核は質量が多
いため、光との相互作用においては静止しているとみな
してよい。つまり、光と物質の相互作用を考える場合
は、光と核との相互作用は考慮しなくてよいことにな
る。一方、電子は陽子と比較してその質量は二千分の１
程度であり、光の如き高い振動数領域でも十分に振動電
場に対して追随できる。従って、光と物質の相互作用は
光と分子中の電子との相互作用とみなせる。分子中には
多くの電子が存在するが、核に弱く束縛されている外殻
の電子の方が光との相互作用を受けやすい。
【０００７】光の吸収は、光と分子中の電子との相互作
用におけるＳo →Ｓn 遷移であり、フェムト秒オーダで
完了する。この不安定状態（Frank-Condon状態) は長続
きせず、質量の大きい正電荷を帯びた核が、バランスを
とるために座標を変えて緩和が起きる。この緩和が起こ
る時間スケールは、ピコ秒オーダである。核配置の緩和
と平行して、比較的安定な励起状態であるＳ1 が生成す
るが、その寿命はナノ秒程度であるため、光の吸収によ
って起きる励起状態に関与する過程はほとんどすべてこ
の時間が支配していると考えてよい。
用におけるＳo →Ｓn 遷移であり、フェムト秒オーダで
完了する。この不安定状態（Frank-Condon状態) は長続
きせず、質量の大きい正電荷を帯びた核が、バランスを
とるために座標を変えて緩和が起きる。この緩和が起こ
る時間スケールは、ピコ秒オーダである。核配置の緩和
と平行して、比較的安定な励起状態であるＳ1 が生成す
るが、その寿命はナノ秒程度であるため、光の吸収によ
って起きる励起状態に関与する過程はほとんどすべてこ
の時間が支配していると考えてよい。
【０００８】本発明は、特に、２１世紀に向けて、この
フォトニクスを駆使した新規で有用なディスプレイを提
案するものである。即ち、本発明は、第１の光導波路
（又は光ファイバー）と；この第１の光導波路（又は光
ファイバー）に交差した第２の光導波路（又は光ファイ
バー）と；前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイ
バー）の交差部に配され、前記第１及び第２の光導波路
（又は光ファイバー）内でそれぞれ導かれる光（例えば
光の光強度）によって励起される被励起素子と；を具備
し、少なくとも光学的表示機能を有する光学装置に係る
ものである。
フォトニクスを駆使した新規で有用なディスプレイを提
案するものである。即ち、本発明は、第１の光導波路
（又は光ファイバー）と；この第１の光導波路（又は光
ファイバー）に交差した第２の光導波路（又は光ファイ
バー）と；前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイ
バー）の交差部に配され、前記第１及び第２の光導波路
（又は光ファイバー）内でそれぞれ導かれる光（例えば
光の光強度）によって励起される被励起素子と；を具備
し、少なくとも光学的表示機能を有する光学装置に係る
ものである。
【０００９】本発明の光学装置によれば、従来のエレク
トロニクスは使わずに、主としてフォトニクスの技術を
用いて、第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）
の交差部においてそれぞれの導波光によって素子を励起
しているので、この素子を介して光の選択的な導出又は
遮断が可能となる。従って、光源である半導体レーザ等
は別として、ディスプレイ画面に電界、電流を一切使用
せず、光励起だけで表示可能であるため、高コントラス
トの高品質表示が可能であり、しかも、この光学的表示
機能と同時に光学的演算機能も実現できる。また、従来
のように電極（これは、パネルの大型化を阻む最大の要
因であった。）を使用しないので、この光導波路（又は
光ファイバー）型のディスプレイの画面サイズには制約
がなく、大画面化など任意のサイズとすることができ
る。加えて、使用材料が柔軟であると、ディスプレイ形
状も任意なものに作成可能である。
トロニクスは使わずに、主としてフォトニクスの技術を
用いて、第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）
の交差部においてそれぞれの導波光によって素子を励起
しているので、この素子を介して光の選択的な導出又は
遮断が可能となる。従って、光源である半導体レーザ等
は別として、ディスプレイ画面に電界、電流を一切使用
せず、光励起だけで表示可能であるため、高コントラス
トの高品質表示が可能であり、しかも、この光学的表示
機能と同時に光学的演算機能も実現できる。また、従来
のように電極（これは、パネルの大型化を阻む最大の要
因であった。）を使用しないので、この光導波路（又は
光ファイバー）型のディスプレイの画面サイズには制約
がなく、大画面化など任意のサイズとすることができ
る。加えて、使用材料が柔軟であると、ディスプレイ形
状も任意なものに作成可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の光学装置においては、前
記被励起素子が、光励起によって屈折率変調する素子、
屈折率分布変調する素子、発光強度変調する素子、着色
濃度変調する素子、誘電率変調する素子、液晶配向状態
を変える液晶素子、及び光散乱する素子からなる群より
選ばれた１種、又は２種以上の組み合わせからなるり、
前記光励起によって前記交差部において選択的に光が導
出又は遮断され、これによって光学的表示及び／又は演
算が行われるように構成することができる。
記被励起素子が、光励起によって屈折率変調する素子、
屈折率分布変調する素子、発光強度変調する素子、着色
濃度変調する素子、誘電率変調する素子、液晶配向状態
を変える液晶素子、及び光散乱する素子からなる群より
選ばれた１種、又は２種以上の組み合わせからなるり、
前記光励起によって前記交差部において選択的に光が導
出又は遮断され、これによって光学的表示及び／又は演
算が行われるように構成することができる。
【００１１】また、具体的には、前記第１及び第２の光
導波路（又は光ファイバー）がそれぞれ複数個配列さ
れ、これらの複数の光導波路（又は光ファイバー）に光
源が直接又は間接的に光学結合（カップリング）してい
る（但し、直接的に光学結合している場合には、前記光
導波路（又は光ファイバー）と前記光源とが一対一に対
応して設けられ、間接的に光学結合している場合には、
前記光源と少なくとも１つの前記光導波路（又は光ファ
イバー）とが光導波部材によって連結されている。）。
導波路（又は光ファイバー）がそれぞれ複数個配列さ
れ、これらの複数の光導波路（又は光ファイバー）に光
源が直接又は間接的に光学結合（カップリング）してい
る（但し、直接的に光学結合している場合には、前記光
導波路（又は光ファイバー）と前記光源とが一対一に対
応して設けられ、間接的に光学結合している場合には、
前記光源と少なくとも１つの前記光導波路（又は光ファ
イバー）とが光導波部材によって連結されている。）。
【００１２】そして、実際のディスプレイ用として、複
数の前記第１の光導波路（又は光ファイバー）と、これ
らの第１の光導波路（又は光ファイバー）に直交又は略
直交した複数の前記第２の光導波路（又は光ファイバ
ー）とを具備し、前記第１及び第２の光導波路（又は光
ファイバー）の交差部は光学結合しておらず、前記第１
及び第２の光導波路（又は光ファイバー）内でそれぞれ
導かれる光の光強度によって励起される前記被励起素子
が前記交差部に配され、水平導波路（又は光ファイバ
ー）としての前記第１の光導波路（又は光ファイバー）
内の光の光強度によって前記被励起素子がライン毎に選
択されると共に、垂直導波路（又は光ファイバー）とし
ての前記第２の光導波路（又は光ファイバー）内の光が
データ信号に応じて強度変調され、この強度変調された
データ信号光が、選択された前記被励起素子を介して外
部に取出されるように構成するのがよい。
数の前記第１の光導波路（又は光ファイバー）と、これ
らの第１の光導波路（又は光ファイバー）に直交又は略
直交した複数の前記第２の光導波路（又は光ファイバ
ー）とを具備し、前記第１及び第２の光導波路（又は光
ファイバー）の交差部は光学結合しておらず、前記第１
及び第２の光導波路（又は光ファイバー）内でそれぞれ
導かれる光の光強度によって励起される前記被励起素子
が前記交差部に配され、水平導波路（又は光ファイバ
ー）としての前記第１の光導波路（又は光ファイバー）
内の光の光強度によって前記被励起素子がライン毎に選
択されると共に、垂直導波路（又は光ファイバー）とし
ての前記第２の光導波路（又は光ファイバー）内の光が
データ信号に応じて強度変調され、この強度変調された
データ信号光が、選択された前記被励起素子を介して外
部に取出されるように構成するのがよい。
【００１３】或いは、複数の前記第１の光導波路（又は
光ファイバー）と、これらの第１の光導波路（又は光フ
ァイバー）に直交又は略直交して前記第１の光導波路
（又は光ファイバー）と同一面内に配された複数の前記
第２の光導波路（又は光ファイバー）とを具備し、前記
第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）内でそれ
ぞれ導かれる光の光強度によって励起される前記被励起
素子が前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイバ
ー）の交差部に配され、水平導波路（又は光ファイバ
ー）としての前記第１の光導波路（又は光ファイバー）
内の光の光強度によって前記被励起素子がライン毎に選
択されると共に、垂直導波路（又は光ファイバー）とし
ての前記第２の光導波路（又は光ファイバー）内の光が
データ信号に応じて強度変調され、この強度変調された
データ信号光が、選択された前記被励起素子を介して外
部に取出されるように構成するのもよい。
光ファイバー）と、これらの第１の光導波路（又は光フ
ァイバー）に直交又は略直交して前記第１の光導波路
（又は光ファイバー）と同一面内に配された複数の前記
第２の光導波路（又は光ファイバー）とを具備し、前記
第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）内でそれ
ぞれ導かれる光の光強度によって励起される前記被励起
素子が前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイバ
ー）の交差部に配され、水平導波路（又は光ファイバ
ー）としての前記第１の光導波路（又は光ファイバー）
内の光の光強度によって前記被励起素子がライン毎に選
択されると共に、垂直導波路（又は光ファイバー）とし
ての前記第２の光導波路（又は光ファイバー）内の光が
データ信号に応じて強度変調され、この強度変調された
データ信号光が、選択された前記被励起素子を介して外
部に取出されるように構成するのもよい。
【００１４】また、前記被励起素子に、素子温度を制御
可能な素子又は高周波電界を印加可能な素子が設けられ
ていると、特に液晶素子の場合には、温度が高いときや
高周波電界印加時に液晶の分極反転が均一に生じ易くな
る。
可能な素子又は高周波電界を印加可能な素子が設けられ
ていると、特に液晶素子の場合には、温度が高いときや
高周波電界印加時に液晶の分極反転が均一に生じ易くな
る。
【００１５】次に、本発明の好ましい実施の形態を説明
する。
する。
【００１６】本実施の形態による光導波路（又は光ファ
イバー）型ディスプレイは、構成材料としてプラスチッ
ク等の柔軟な材料を使用し、図１０に示す如く、迫力の
ある画面となる１２０度曲面ディスプレイ（Ａ）や、半
球型ディスプレイ（Ｂ）、全球型ディスプレイ（Ｃ）、
コクーン型ディスプレイなどが可能な他、使用しないと
きは巻き上げるタイプ（Ｄ）などとして、コンパクトな
サイズにすることができる。
イバー）型ディスプレイは、構成材料としてプラスチッ
ク等の柔軟な材料を使用し、図１０に示す如く、迫力の
ある画面となる１２０度曲面ディスプレイ（Ａ）や、半
球型ディスプレイ（Ｂ）、全球型ディスプレイ（Ｃ）、
コクーン型ディスプレイなどが可能な他、使用しないと
きは巻き上げるタイプ（Ｄ）などとして、コンパクトな
サイズにすることができる。
【００１７】このディスプレイの画素部は、図１に例示
するように構成してよい。即ち、各画素では２本の光導
波路（又は光ファイバー）１と２を直交又は略直交に交
差させる。これらの光導波路（又は光ファイバー）は、
導波効率の良い通信用石英ファイバやプラスチックファ
イバからなっていてよく、或いは、十字型のパターンと
なるように３次元高分子導波路（又は光ファイバー）を
フォトリソ法でフィルム基板上に作製してもよい。光源
には、例えば半導体レーザを使用する。
するように構成してよい。即ち、各画素では２本の光導
波路（又は光ファイバー）１と２を直交又は略直交に交
差させる。これらの光導波路（又は光ファイバー）は、
導波効率の良い通信用石英ファイバやプラスチックファ
イバからなっていてよく、或いは、十字型のパターンと
なるように３次元高分子導波路（又は光ファイバー）を
フォトリソ法でフィルム基板上に作製してもよい。光源
には、例えば半導体レーザを使用する。
【００１８】光導波路（又は光ファイバー）の交差する
部分は光学結合（カップリング）していないが、その交
差部分には、照射光の光強度に対してしきい値を持ち、
その強度によって励起される素子３を光スイッチとして
配置する。即ち、屈折率を変える素子、発光強度を変え
る素子、着色濃度を変える素子、誘電率を変える素子、
透磁率を変える素子、及び屈折率分布を変える素子から
なる群より選ばれた１種、又は２種以上の組み合わせで
ある有機又は無機或いはその複合材料を光スイッチ（変
調素子）３として配する。例えば、下記に説明するよう
な屈折率変調を生じるフォトクロミック材料などであ
る。
部分は光学結合（カップリング）していないが、その交
差部分には、照射光の光強度に対してしきい値を持ち、
その強度によって励起される素子３を光スイッチとして
配置する。即ち、屈折率を変える素子、発光強度を変え
る素子、着色濃度を変える素子、誘電率を変える素子、
透磁率を変える素子、及び屈折率分布を変える素子から
なる群より選ばれた１種、又は２種以上の組み合わせで
ある有機又は無機或いはその複合材料を光スイッチ（変
調素子）３として配する。例えば、下記に説明するよう
な屈折率変調を生じるフォトクロミック材料などであ
る。
【００１９】フォトクロミック分子は、励起状態におい
て化学結合を組替えるチャンネルを持つため、光を受け
取り、電子状態の異なる別の異性体へ変換する。２つの
異性体は、分子量は同じであるが、化学結合様式が異な
っていることから、異なった分子物性を持ち、色のみな
らず、屈折率、誘電率、立体構造などが異なっている。
これらの分子単独の結晶、アモルファス膜、或いはこれ
らの分子を含む高分子膜の光物性及び電気的性質は、外
部から光を照射するだけで、可逆的に変化することにな
る。上述したように、光反応は電子の励起状態の寿命
（ナノ秒）で完了するが、通常のフォトクロミック材料
は吸収した光子数に比例して反応するため、光反応にし
きい値がない。従って、本発明に基づくディスプレイの
ためには、特殊なフォトクロミック材料を使用する必要
がある。
て化学結合を組替えるチャンネルを持つため、光を受け
取り、電子状態の異なる別の異性体へ変換する。２つの
異性体は、分子量は同じであるが、化学結合様式が異な
っていることから、異なった分子物性を持ち、色のみな
らず、屈折率、誘電率、立体構造などが異なっている。
これらの分子単独の結晶、アモルファス膜、或いはこれ
らの分子を含む高分子膜の光物性及び電気的性質は、外
部から光を照射するだけで、可逆的に変化することにな
る。上述したように、光反応は電子の励起状態の寿命
（ナノ秒）で完了するが、通常のフォトクロミック材料
は吸収した光子数に比例して反応するため、光反応にし
きい値がない。従って、本発明に基づくディスプレイの
ためには、特殊なフォトクロミック材料を使用する必要
がある。
【００２０】最も望ましい方法は、２段階２光子反応を
生じる材料を用いることである。例えば、図４に示すよ
うに、ナフトピラン誘導体には、そのような２光子反応
する分子が見出されている（内田学及び入江正浩”ナフ
トピラン誘導体のフォトクロミック反応”，「染料と薬
品」、第４２巻第６号、Ｐ１１〜１７（1997），M. Uch
ida and M. lrie; J. Am. Chem. Soc., 115, 6442 (199
3)）。
生じる材料を用いることである。例えば、図４に示すよ
うに、ナフトピラン誘導体には、そのような２光子反応
する分子が見出されている（内田学及び入江正浩”ナフ
トピラン誘導体のフォトクロミック反応”，「染料と薬
品」、第４２巻第６号、Ｐ１１〜１７（1997），M. Uch
ida and M. lrie; J. Am. Chem. Soc., 115, 6442 (199
3)）。
【００２１】この分子系では、図４の左側のピラン構造
が着色しており、右のビシクロ構造になると色は消え
る。ピラン構造は例えば波長４０５ｎｍの紫外光の１光
子を受けると、ケト中間体へ変換し、この中間体は基底
状態にあるが、比較的不安定であって、熱戻り反応で直
ちにもとのピラン体に戻る。光照射強度が弱い時は、こ
れらの２状態でのフォトクロミック反応が起こるのみで
あり、光を切るとすべての分子が元のピラン構造に戻
る。即ち、弱い光強度の時は、恒常的な変化は起こらな
い。光照射強度を上げると、ケト中間体が更に１光子吸
収して、右側の無色のビシクロ構造に変換する。この構
造は安定であり、光強度に関して、しきい値を持つ変換
が起きることになる。そして、このビシクロ構造は、例
えば波長３３４ｎｍの紫外光の照射によってケト中間体
へ戻り、その後、ケト中間体は熱的にピラン構造へ戻
る。
が着色しており、右のビシクロ構造になると色は消え
る。ピラン構造は例えば波長４０５ｎｍの紫外光の１光
子を受けると、ケト中間体へ変換し、この中間体は基底
状態にあるが、比較的不安定であって、熱戻り反応で直
ちにもとのピラン体に戻る。光照射強度が弱い時は、こ
れらの２状態でのフォトクロミック反応が起こるのみで
あり、光を切るとすべての分子が元のピラン構造に戻
る。即ち、弱い光強度の時は、恒常的な変化は起こらな
い。光照射強度を上げると、ケト中間体が更に１光子吸
収して、右側の無色のビシクロ構造に変換する。この構
造は安定であり、光強度に関して、しきい値を持つ変換
が起きることになる。そして、このビシクロ構造は、例
えば波長３３４ｎｍの紫外光の照射によってケト中間体
へ戻り、その後、ケト中間体は熱的にピラン構造へ戻
る。
【００２２】この２段階２光子反応によって、ナフトピ
ラン誘導体はピラン構造からビシクロ構造へと変換する
（即ち、図５に示すように、光強度に応じて屈折率がｎ
1 からｎ1 ＋Δｎへと変化する）ことになる。
ラン誘導体はピラン構造からビシクロ構造へと変換する
（即ち、図５に示すように、光強度に応じて屈折率がｎ
1 からｎ1 ＋Δｎへと変化する）ことになる。
【００２３】このような変調現象を光スイッチとして利
用し、例えば、図１において、画素部の上方に位置する
視認者からみて反対側にある光導波路（又は光ファイバ
ー）２（屈折率ｎ1 ）には、可視光のレーザ光４を例え
ばデータ信号で変調されたデータ信号光として常時導波
しておく一方、視認者からみて近い方の光導波路（又は
光ファイバー）１（屈折率ｎ1 ）には、紫外光５をオン
オフさせながら導波させておく。この紫外光５は、図中
の（Ａ）のように、例えば１６．７ｍｓｅｃのインター
バルで６０Ｈｚの周波数のパルスとしてよい。或いは
（Ｂ）のように、図３に示した波長４０５ｎｍ（２光子
分に対応）及び３３４ｎｍ（１光子分に対応）の紫外光
を交互にパルス照射してもよく、この場合は上記のピラ
ン構造→ビシクロ構造への変化（屈折率上昇）とビシク
ロ構造→ケト中間体→ピラン構造への戻り反応が繰り返
されることになる。
用し、例えば、図１において、画素部の上方に位置する
視認者からみて反対側にある光導波路（又は光ファイバ
ー）２（屈折率ｎ1 ）には、可視光のレーザ光４を例え
ばデータ信号で変調されたデータ信号光として常時導波
しておく一方、視認者からみて近い方の光導波路（又は
光ファイバー）１（屈折率ｎ1 ）には、紫外光５をオン
オフさせながら導波させておく。この紫外光５は、図中
の（Ａ）のように、例えば１６．７ｍｓｅｃのインター
バルで６０Ｈｚの周波数のパルスとしてよい。或いは
（Ｂ）のように、図３に示した波長４０５ｎｍ（２光子
分に対応）及び３３４ｎｍ（１光子分に対応）の紫外光
を交互にパルス照射してもよく、この場合は上記のピラ
ン構造→ビシクロ構造への変化（屈折率上昇）とビシク
ロ構造→ケト中間体→ピラン構造への戻り反応が繰り返
されることになる。
【００２４】こうして、光導波路（又は光ファイバー）
１の紫外光の照射によって、その波長に吸収を持つ交差
部の変調素子３（光スイッチ部分）の例えば屈折率をｎ
1 からｎ1 ＋Δｎに変調させて、可視光の光導波路（又
は光ファイバー）２の全反射角を変調させることによ
り、図２に破線で示すように視認者側に可視光を取り出
すことができる。
１の紫外光の照射によって、その波長に吸収を持つ交差
部の変調素子３（光スイッチ部分）の例えば屈折率をｎ
1 からｎ1 ＋Δｎに変調させて、可視光の光導波路（又
は光ファイバー）２の全反射角を変調させることによ
り、図２に破線で示すように視認者側に可視光を取り出
すことができる。
【００２５】こうして、光導波路（又は光ファイバー）
１の紫外光５をセレクト信号としてライン選択し、光導
波路（又は光ファイバー）２の可視光を両光導波路（又
は光ファイバー）の交差部（画素部）から外部へ取り出
すことにより、データ信号に応じた信号光を表示画像と
して識別することができるようになる。また、この画像
表示機能はデータ信号光を光導波路（又は光ファイバ
ー）のセレクトによって選択的に取出すものであるた
め、光信号を出力する演算機能も併せ持つこと（或い
は、いずれか一方の機能を有すること）になり、集合発
光表示素子としてのみならず、集合発光演算素子又は２
次元光演算装置としても有用である。
１の紫外光５をセレクト信号としてライン選択し、光導
波路（又は光ファイバー）２の可視光を両光導波路（又
は光ファイバー）の交差部（画素部）から外部へ取り出
すことにより、データ信号に応じた信号光を表示画像と
して識別することができるようになる。また、この画像
表示機能はデータ信号光を光導波路（又は光ファイバ
ー）のセレクトによって選択的に取出すものであるた
め、光信号を出力する演算機能も併せ持つこと（或い
は、いずれか一方の機能を有すること）になり、集合発
光表示素子としてのみならず、集合発光演算素子又は２
次元光演算装置としても有用である。
【００２６】また、上記の光導波路に代えて、図３
（Ａ）で示す２種の光ファイバー１、２を使用して、図
３（Ｂ）のような画素部、或いは図３（Ｃ）のような画
素部を構成しても、上記と同様の光スイッチ機能を発揮
することができる。
（Ａ）で示す２種の光ファイバー１、２を使用して、図
３（Ｂ）のような画素部、或いは図３（Ｃ）のような画
素部を構成しても、上記と同様の光スイッチ機能を発揮
することができる。
【００２７】上記においては、光照射によって屈折率が
上昇する例を述べたが、逆に屈折率が低下する変調素子
を設けることもできる。
上昇する例を述べたが、逆に屈折率が低下する変調素子
を設けることもできる。
【００２８】例えば、図６に示すように、十字型の３次
元光導波路（又は光ファイバー）として構成し、交差部
が光学結合した両方の導波路（又は光ファイバー）１
１、１２に同じ波長のレーザ光１４、１５をそれぞれ導
波させておき、その光強度の足し合わせで、しきい値以
上になった場合には、同図（Ｂ）の状態から（Ａ）のよ
うに例えば屈折率を低下させるように変調させ、その可
視光を視認者側に取り出すことができる。
元光導波路（又は光ファイバー）として構成し、交差部
が光学結合した両方の導波路（又は光ファイバー）１
１、１２に同じ波長のレーザ光１４、１５をそれぞれ導
波させておき、その光強度の足し合わせで、しきい値以
上になった場合には、同図（Ｂ）の状態から（Ａ）のよ
うに例えば屈折率を低下させるように変調させ、その可
視光を視認者側に取り出すことができる。
【００２９】この屈折率変調を生じさせるためには、例
えばｎw ＝１．４９０、ｎw −Δｎ＝１．４８５、ｎw
＋Δｎ’＝１．４９５とすると、θ0 ＝４２．１５５
°、θ1 ＝４７．８４５°、θ2 ＝４８．０５８°、θ
3 ＝４１．９４２°、θ4 ＝８２．９９５°、θ’1 ＝
４７．８４５°、θ’2 ＝４７．６３４°となる。これ
によって、図７（Ｂ）のように、交差部１３に一方のレ
ーザ光１５が入射しないときには本来の屈折率（ｎW ＋
Δｎ’）によって導波光１４はそのまま通過するが、レ
ーザ光１５が入射したときにはその光強度がレーザ光１
４の光強度に足し合され、図７（Ａ）のように、交差部
１３の屈折率がｎW −Δｎと低下して入射レーザ光１４
が外部へ導出されることになる。なお、ここではレーザ
光１５をセレクト用、レーザ光１４をデータ信号光とし
てよい。
えばｎw ＝１．４９０、ｎw −Δｎ＝１．４８５、ｎw
＋Δｎ’＝１．４９５とすると、θ0 ＝４２．１５５
°、θ1 ＝４７．８４５°、θ2 ＝４８．０５８°、θ
3 ＝４１．９４２°、θ4 ＝８２．９９５°、θ’1 ＝
４７．８４５°、θ’2 ＝４７．６３４°となる。これ
によって、図７（Ｂ）のように、交差部１３に一方のレ
ーザ光１５が入射しないときには本来の屈折率（ｎW ＋
Δｎ’）によって導波光１４はそのまま通過するが、レ
ーザ光１５が入射したときにはその光強度がレーザ光１
４の光強度に足し合され、図７（Ａ）のように、交差部
１３の屈折率がｎW −Δｎと低下して入射レーザ光１４
が外部へ導出されることになる。なお、ここではレーザ
光１５をセレクト用、レーザ光１４をデータ信号光とし
てよい。
【００３０】なお、図６に示したような十字型光導波路
において、その交差部１３に光励起で屈折率が上昇する
材料を用いると、図７とは逆の現象により、光励起され
ないときには光を導出し、光励起されたときには屈折率
上昇により光を遮断することができる。
において、その交差部１３に光励起で屈折率が上昇する
材料を用いると、図７とは逆の現象により、光励起され
ないときには光を導出し、光励起されたときには屈折率
上昇により光を遮断することができる。
【００３１】また、上記の十字型光導波路に代えて、図
８に示すように、光ファイバー１１、１２によって十字
型スイッチ素子を構成してもよい。これも、上記と同様
の光スイッチ機能を示すものである。
８に示すように、光ファイバー１１、１２によって十字
型スイッチ素子を構成してもよい。これも、上記と同様
の光スイッチ機能を示すものである。
【００３２】次に、上記した表示素子を画素部に用いた
本発明に基づくディスプレイを図９について説明する。
本発明に基づくディスプレイを図９について説明する。
【００３３】例えば、図６及び図７、図８に示した十字
型光導波路（又は光ファイバー）を同一面内にてディス
プレイの１画素として配し、垂直方向に光導波路（又は
光ファイバー）１２を１６００本、水平方向に光導波路
（又は光ファイバー）１１を１２００本並べると、その
交点は１９２万個になり、つまり１９２万画素のディス
プレイを作製できる。その際、図９に例示するように、
光強度を制御する信号としては、例えば、垂直方向から
は、個々の光導波路（又は光ファイバー）１２へ各光源
１６から各画素の表示に合った光強度を持つデータ信号
光１４を送り、また水平方向からは、個々の光導波路
（又は光ファイバー）１１へ各光源１７からのセレクト
信号光１５によって単に各光導波路（又は光ファイバ
ー）全体を選択する（このセレクト信号光は光強度しき
い値と同値又はゼロ強度でオンオフ）。なお、光源１
６、１７はそれぞれ、図示のように各光導波路（又は光
ファイバー）に一対一に対応して直接的に光学結合して
配される以外に、例えば光ファイバーの如き光導波部材
を介して光導波路（又は光ファイバー）に接続（間接的
に光学結合）してもよく、共通の光源から光導波部材を
介して個々の光導波路（又は光ファイバー）に接続して
もよく、更には直接、間接の光学結合方式を併用しても
よい。
型光導波路（又は光ファイバー）を同一面内にてディス
プレイの１画素として配し、垂直方向に光導波路（又は
光ファイバー）１２を１６００本、水平方向に光導波路
（又は光ファイバー）１１を１２００本並べると、その
交点は１９２万個になり、つまり１９２万画素のディス
プレイを作製できる。その際、図９に例示するように、
光強度を制御する信号としては、例えば、垂直方向から
は、個々の光導波路（又は光ファイバー）１２へ各光源
１６から各画素の表示に合った光強度を持つデータ信号
光１４を送り、また水平方向からは、個々の光導波路
（又は光ファイバー）１１へ各光源１７からのセレクト
信号光１５によって単に各光導波路（又は光ファイバ
ー）全体を選択する（このセレクト信号光は光強度しき
い値と同値又はゼロ強度でオンオフ）。なお、光源１
６、１７はそれぞれ、図示のように各光導波路（又は光
ファイバー）に一対一に対応して直接的に光学結合して
配される以外に、例えば光ファイバーの如き光導波部材
を介して光導波路（又は光ファイバー）に接続（間接的
に光学結合）してもよく、共通の光源から光導波部材を
介して個々の光導波路（又は光ファイバー）に接続して
もよく、更には直接、間接の光学結合方式を併用しても
よい。
【００３４】具体的には、垂直方向の光導波路（又は光
ファイバー）１２を可視光である赤、緑、青の順に合計
４８００本並べれば、１９２万画素のフルカラーディス
プレイとなる。水平方向の光導波路（又は光ファイバ
ー）１１は、そのライン全体を選択するため、光スイッ
チとしては、例えば現行のＵＸＧＡプログレッシブ表示
方式の場合、約１４μ秒（１／６０／１２００秒）の駆
動時間が与えられる。この場合、ナノ秒でスイッチする
フォトニクスを使用しているので、スイッチングは十二
分に可能であり、フォトニクスならではの駆動方法であ
ることは明らかである。また、上記した材料とは異なっ
て電子密度分布を変調させるような、メモリ性のない材
料（例えばポリジアセチレン）を光スイッチに使用した
場合でも、約１４μ秒間光を取り出すことができれば、
主にナノ秒間しか発光していない現在のＣＲＴディスプ
レイから考えて、人間の眼には十分な表示時間である。
また、１フレーム時間（１／６０秒間）点灯しつづける
ために問題となっている、液晶ディスプレイにおけるよ
うな動画ぼけも発生しない。
ファイバー）１２を可視光である赤、緑、青の順に合計
４８００本並べれば、１９２万画素のフルカラーディス
プレイとなる。水平方向の光導波路（又は光ファイバ
ー）１１は、そのライン全体を選択するため、光スイッ
チとしては、例えば現行のＵＸＧＡプログレッシブ表示
方式の場合、約１４μ秒（１／６０／１２００秒）の駆
動時間が与えられる。この場合、ナノ秒でスイッチする
フォトニクスを使用しているので、スイッチングは十二
分に可能であり、フォトニクスならではの駆動方法であ
ることは明らかである。また、上記した材料とは異なっ
て電子密度分布を変調させるような、メモリ性のない材
料（例えばポリジアセチレン）を光スイッチに使用した
場合でも、約１４μ秒間光を取り出すことができれば、
主にナノ秒間しか発光していない現在のＣＲＴディスプ
レイから考えて、人間の眼には十分な表示時間である。
また、１フレーム時間（１／６０秒間）点灯しつづける
ために問題となっている、液晶ディスプレイにおけるよ
うな動画ぼけも発生しない。
【００３５】要は、本発明に基づくディスプレイは、電
界、電流を使わずに、光強度だけで、光自らを制御で
き、コントラスト比の高い高品質な表示装置（更には集
合発光演算装置）として新規かつ有用である。なお、図
９に示した如きレイアウトは、図１に示した構成の画素
部についても同様に適用してよい。
界、電流を使わずに、光強度だけで、光自らを制御で
き、コントラスト比の高い高品質な表示装置（更には集
合発光演算装置）として新規かつ有用である。なお、図
９に示した如きレイアウトは、図１に示した構成の画素
部についても同様に適用してよい。
【００３６】ここで、交差部（画素）において使用可能
な変調素子としては、光励起によって屈折率変調する素
子、屈折率分布変調する素子、発光強度変調する素子、
着色濃度変調する素子、誘電率変調する素子、透磁率変
調する素子、液晶配向状態を変える液晶素子、及び光散
乱する素子からなる群より選ばれた１種、又は２種以上
の組み合わせが適用可能である。これらのうち、いくつ
かの変調について更に詳述する。
な変調素子としては、光励起によって屈折率変調する素
子、屈折率分布変調する素子、発光強度変調する素子、
着色濃度変調する素子、誘電率変調する素子、透磁率変
調する素子、液晶配向状態を変える液晶素子、及び光散
乱する素子からなる群より選ばれた１種、又は２種以上
の組み合わせが適用可能である。これらのうち、いくつ
かの変調について更に詳述する。
【００３７】（１）屈折率変調について 有機化合物の屈折率（ｎ）は、次式で表される。
【数１】 （ここで、Ｍ：分子量、ｄ：密度、Ｒ：分子屈折、Ｎ：
アボガドロ数、α：分極率である。） （＊）化学大辞典８、昭和３７年発行、共立出版株式会
社、ｐ１８６による。
アボガドロ数、α：分極率である。） （＊）化学大辞典８、昭和３７年発行、共立出版株式会
社、ｐ１８６による。
【００３８】この式から示されるように、分極率を上げ
ることにより屈折率を大きくし、また分極率を下げるこ
とにより屈折率を小さくすることができる。有機化合物
の分極率を上げるためには、新たな原子や原子団と新た
に結合させるなどで可能であり、上述したようなナフト
ピラン誘導体がその一例である。また、分極率を下げる
ためには、逆に、共役部位などの結合を切断することが
容易に考えられる。特に光エネルギーによって屈折率を
変化させるには、例えば図１１に示すように、環状ケト
ンの開裂、オレフィンの付加反応、芳香族置換ケトンの
エノール化など、多数種類が存在する。
ることにより屈折率を大きくし、また分極率を下げるこ
とにより屈折率を小さくすることができる。有機化合物
の分極率を上げるためには、新たな原子や原子団と新た
に結合させるなどで可能であり、上述したようなナフト
ピラン誘導体がその一例である。また、分極率を下げる
ためには、逆に、共役部位などの結合を切断することが
容易に考えられる。特に光エネルギーによって屈折率を
変化させるには、例えば図１１に示すように、環状ケト
ンの開裂、オレフィンの付加反応、芳香族置換ケトンの
エノール化など、多数種類が存在する。
【００３９】一方、無機化合物の場合は、Δｎ＜０とな
るためには、光で励起された自由電子により、屈折率は
文献（"Heterostructure Lasers",H.C.Casey,Jr.and M.
B.Panish,Academic Press,New York,1978)にあるよう
に、
るためには、光で励起された自由電子により、屈折率は
文献（"Heterostructure Lasers",H.C.Casey,Jr.and M.
B.Panish,Academic Press,New York,1978)にあるよう
に、
【数２】 （ここで、ｎは自由電子濃度、ｑは電荷、ｍn は電子の
有効質量である。）に従って減少する。これは、ホール
についても同様である。ｐ型材料の場合には、ホール濃
度をｐ、ホールの有効質量をｍp で表す。
有効質量である。）に従って減少する。これは、ホール
についても同様である。ｐ型材料の場合には、ホール濃
度をｐ、ホールの有効質量をｍp で表す。
【００４０】一例として、赤外光に透明なＧａＡｓを例
にとると、
にとると、
【数３】
【００４１】また、Δｎ＞０となるためには、公知のよ
うに、バンドギャップＥｇに等しい光を入射することに
より、屈折率を５〜１０％程度上昇させることができ
る。
うに、バンドギャップＥｇに等しい光を入射することに
より、屈折率を５〜１０％程度上昇させることができ
る。
【００４２】（２）各種の画素形成材料について 本発明に使用可能な上記した材料を含めた各種の画素形
成材料（光導波路（又は光ファイバー）の交差部に用い
る材料）のうち、いくつかを構造式と共に図１２に示
す。
成材料（光導波路（又は光ファイバー）の交差部に用い
る材料）のうち、いくつかを構造式と共に図１２に示
す。
【００４３】ナフトピラン誘導体については上述した通
りであるが、その他に、光強度に応じて屈折率変化を生
じる三次非線形光学材料として知られるポリジアセチレ
ン系の有機高分子は、主鎖方向のπ電子共役系により導
電性、非線形光学特性といった機能を発現するので、異
方性が大きく、主鎖方向には大きな機能を示すが、主鎖
と直交する方向にはほとんど機能を示さないという特徴
がある。
りであるが、その他に、光強度に応じて屈折率変化を生
じる三次非線形光学材料として知られるポリジアセチレ
ン系の有機高分子は、主鎖方向のπ電子共役系により導
電性、非線形光学特性といった機能を発現するので、異
方性が大きく、主鎖方向には大きな機能を示すが、主鎖
と直交する方向にはほとんど機能を示さないという特徴
がある。
【００４４】その他、光強度に応じて変色するスピロベ
ンゾピラン（無色⇔青色）、アゾベンゼン（淡黄色⇔橙
色）、フルギド（淡黄色⇔橙色）、ジアリールエテン
（無色⇔赤色）などが使用可能である。また、液晶配向
膜材料であるベンゾフェノン系ポリイミドは、光照射に
よって構造が変化し、液晶配向状態を変化させる。
ンゾピラン（無色⇔青色）、アゾベンゼン（淡黄色⇔橙
色）、フルギド（淡黄色⇔橙色）、ジアリールエテン
（無色⇔赤色）などが使用可能である。また、液晶配向
膜材料であるベンゾフェノン系ポリイミドは、光照射に
よって構造が変化し、液晶配向状態を変化させる。
【００４５】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。実施例１ 図１３（Ａ）に示すように、ポリシロキサン（東レ株式
会社製：屈折率１．４９）を用いて、ガラス基板上に十
字型の光導波路（又は光ファイバー）１１、１２をその
交差部を除いて印刷法で作製した。そして、図１３
（Ｂ）に示すように、十字の中央部分（交差部となる凹
所）にポリビニルアルコール（屈折率１．５１）の２０
％水溶液にジアゾ系色素（図１２に示したアゾベンゼ
ン）を１０％分散させたものを滴下し、９０℃で数時間
乾燥させた。このジアゾ系色素含有層１３の膜厚が、ポ
リシロキサン層１１、１２と同程度となるまで積層を繰
り返した。
する。実施例１ 図１３（Ａ）に示すように、ポリシロキサン（東レ株式
会社製：屈折率１．４９）を用いて、ガラス基板上に十
字型の光導波路（又は光ファイバー）１１、１２をその
交差部を除いて印刷法で作製した。そして、図１３
（Ｂ）に示すように、十字の中央部分（交差部となる凹
所）にポリビニルアルコール（屈折率１．５１）の２０
％水溶液にジアゾ系色素（図１２に示したアゾベンゼ
ン）を１０％分散させたものを滴下し、９０℃で数時間
乾燥させた。このジアゾ系色素含有層１３の膜厚が、ポ
リシロキサン層１１、１２と同程度となるまで積層を繰
り返した。
【００４６】こうして作製したサンプルにおいて、図１
３（Ｃ）に示すように、半導体レーザ（波長５１０ｎ
ｍ）１４、１５をプリズムを用いて光導波路（又は光フ
ァイバー）１１と１２へ導き、交差部１３にてカップリ
ングさせた。レーザは１μ秒ずつのパルスで照射した。
中央の光スイッチ部分１３からは緑色の導波光がオン、
オフされるのが観測された。
３（Ｃ）に示すように、半導体レーザ（波長５１０ｎ
ｍ）１４、１５をプリズムを用いて光導波路（又は光フ
ァイバー）１１と１２へ導き、交差部１３にてカップリ
ングさせた。レーザは１μ秒ずつのパルスで照射した。
中央の光スイッチ部分１３からは緑色の導波光がオン、
オフされるのが観測された。
【００４７】実施例２ 図１４に示すように、光照射によってその構造を変える
（液晶の配向状態を変える）図１２に示したベンゾフェ
ノン系ポリイミドを配向膜１８としてガラス基板１９に
スピンコートし、ラビングはせずに２枚合わせ、ギャッ
プ１．７μｍのセル１３を作製し、このセルを実施例１
のように図１３に示した光導波路（又は光ファイバー）
１１、１２の交差部に配した。セル中には、チッソ社製
の強誘電性液晶材料（ＣＳ−１０２５）２３を等方相で
注入して、室温まで徐冷した。また、セルには、熱電対
などの液晶温度検出素子２０（但し、この検出素子は必
ずしも必要ではない。）を接続し、この検出温度に基づ
いて液晶温度を制御するヒーター素子２１が接続されて
いる。
（液晶の配向状態を変える）図１２に示したベンゾフェ
ノン系ポリイミドを配向膜１８としてガラス基板１９に
スピンコートし、ラビングはせずに２枚合わせ、ギャッ
プ１．７μｍのセル１３を作製し、このセルを実施例１
のように図１３に示した光導波路（又は光ファイバー）
１１、１２の交差部に配した。セル中には、チッソ社製
の強誘電性液晶材料（ＣＳ−１０２５）２３を等方相で
注入して、室温まで徐冷した。また、セルには、熱電対
などの液晶温度検出素子２０（但し、この検出素子は必
ずしも必要ではない。）を接続し、この検出温度に基づ
いて液晶温度を制御するヒーター素子２１が接続されて
いる。
【００４８】このようなセルを４種用意し、１０℃、２
０℃、３０℃、４０℃の各温度に設定し、それぞれに図
１３と同様に光導波路（又は光ファイバー）を通して高
圧水銀ランプ光（波長３６６ｎｍ）２２を照射した。こ
の結果、光照射によって図１４に示すように配向膜１８
が構造変化して液晶配向状態を変え、光２２が選択的に
外部に導出されると共に、セル温度が高いほど、光の導
出が十分となり、液晶の分極反転が均一に起きているこ
とが判明した。
０℃、３０℃、４０℃の各温度に設定し、それぞれに図
１３と同様に光導波路（又は光ファイバー）を通して高
圧水銀ランプ光（波長３６６ｎｍ）２２を照射した。こ
の結果、光照射によって図１４に示すように配向膜１８
が構造変化して液晶配向状態を変え、光２２が選択的に
外部に導出されると共に、セル温度が高いほど、光の導
出が十分となり、液晶の分極反転が均一に起きているこ
とが判明した。
【００４９】実施例３ 図１５に示すように、実施例２と同様に、ベンゾフェノ
ン系ポリイミドからなる配向膜１８をＩＴＯ（Indium t
in oxide) からなる透明電極２４付きのガラス基板１９
にスピンコートし、ラビングはせずに２枚合わせ、ギャ
ップ１．７μｍのセルを２種作製した。セル中には、チ
ッソ社製の強誘電性液晶材料（ＣＳ−１０２５）を等方
相で注入して、室温まで徐冷した。
ン系ポリイミドからなる配向膜１８をＩＴＯ（Indium t
in oxide) からなる透明電極２４付きのガラス基板１９
にスピンコートし、ラビングはせずに２枚合わせ、ギャ
ップ１．７μｍのセルを２種作製した。セル中には、チ
ッソ社製の強誘電性液晶材料（ＣＳ−１０２５）を等方
相で注入して、室温まで徐冷した。
【００５０】一方のセルには、高周波電源２５を接続
し、このセルには±０．５Ｖの電圧を周波数１０ｋＨｚ
の矩形波として印加しながら、また他方のセルには電圧
を印加せずに、それぞれのセルに光導波路（又は光ファ
イバー）からの高圧水銀ランプ光（波長３６６ｎｍ）２
２を照射した。その結果、光励起により配向膜１８の液
晶配向状態を変えて光を導出する際、高周波の電界を印
加したセルの方が、電界を印加しなかったセルよりも、
光の導出が十分となり、強誘電性液晶の分極反転が均一
に（セルギャップムラ等に依存せず）起きていることが
判明した。
し、このセルには±０．５Ｖの電圧を周波数１０ｋＨｚ
の矩形波として印加しながら、また他方のセルには電圧
を印加せずに、それぞれのセルに光導波路（又は光ファ
イバー）からの高圧水銀ランプ光（波長３６６ｎｍ）２
２を照射した。その結果、光励起により配向膜１８の液
晶配向状態を変えて光を導出する際、高周波の電界を印
加したセルの方が、電界を印加しなかったセルよりも、
光の導出が十分となり、強誘電性液晶の分極反転が均一
に（セルギャップムラ等に依存せず）起きていることが
判明した。
【００５１】以上に説明した本発明の実施の形態及び実
施例は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能
である。
施例は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能
である。
【００５２】例えば、無機材料の屈折率変調や、無機・
有機ハイブリッド材を用いるなどして光スイッチ機能を
生ぜしめることができる。また、入射光の強度以外に
も、偏光や位相などを利用して光スイッチ動作を行わせ
ることができる。
有機ハイブリッド材を用いるなどして光スイッチ機能を
生ぜしめることができる。また、入射光の強度以外に
も、偏光や位相などを利用して光スイッチ動作を行わせ
ることができる。
【００５３】
【発明の作用効果】本発明の光学装置によれば、主とし
てフォトニクスの技術を用いて、第１及び第２の光導波
路（又は光ファイバー）の交差部においてそれぞれの導
波光によって素子を励起しているので、この素子を介し
て光の選択的な導出又は遮断が可能となる。従って、デ
ィスプレイ画面に電界、電流を一切使用せず、光励起だ
けで表示可能であるため、高コントラストの高品質表示
が可能であり、しかも、この光学的表示機能と同時に光
学的演算機能も実現できる。また、電極を使用しないの
で、この光導波路（又は光ファイバー）型のディスプレ
イの画面サイズには制約がなく、大画面化など任意のサ
イズとすることができる。加えて、使用材料が柔軟であ
ると、ディスプレイ形状も任意なものに作成可能であ
る。
てフォトニクスの技術を用いて、第１及び第２の光導波
路（又は光ファイバー）の交差部においてそれぞれの導
波光によって素子を励起しているので、この素子を介し
て光の選択的な導出又は遮断が可能となる。従って、デ
ィスプレイ画面に電界、電流を一切使用せず、光励起だ
けで表示可能であるため、高コントラストの高品質表示
が可能であり、しかも、この光学的表示機能と同時に光
学的演算機能も実現できる。また、電極を使用しないの
で、この光導波路（又は光ファイバー）型のディスプレ
イの画面サイズには制約がなく、大画面化など任意のサ
イズとすることができる。加えて、使用材料が柔軟であ
ると、ディスプレイ形状も任意なものに作成可能であ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態によるディスプレイ
画素部の拡大一部破断斜視図とその駆動例を示す概略図
である。
画素部の拡大一部破断斜視図とその駆動例を示す概略図
である。
【図２】同、光導波路（又は光ファイバー）から光が導
出される原理を説明する概略断面図である。
出される原理を説明する概略断面図である。
【図３】同、光ファイバー（Ａ）を用いたディスプレイ
画素部（Ｂ）又は（Ｃ）を示す概略断面図である。
画素部（Ｂ）又は（Ｃ）を示す概略断面図である。
【図４】同、ディスプレイ画素部の変調素子に使用可能
な有機化合物の２段階２光子反応例を示すスキームであ
る。
な有機化合物の２段階２光子反応例を示すスキームであ
る。
【図５】同、変調素子の光強度に対する屈折率変化を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるディスプレイ
画素部の拡大斜視図とその駆動例を示す概略図である。
画素部の拡大斜視図とその駆動例を示す概略図である。
【図７】同、光導波路（又は光ファイバー）から光が導
出される原理を説明する概略断面図である。
出される原理を説明する概略断面図である。
【図８】同、光ファイバーを使用したディスプレイ画素
部の拡大斜視図である。
部の拡大斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるディスプレイ
の概略レイアウトである。
の概略レイアウトである。
【図１０】本発明に基づく各種ディスプレイの概略図で
ある。
ある。
【図１１】本発明に使用可能な変調素子用の有機化合物
の光による構造変化を示す化学式である。
の光による構造変化を示す化学式である。
【図１２】本発明に使用可能な変調素子用の有機化合物
の構造式である。
の構造式である。
【図１３】本発明の実施例による光導波路（又は光ファ
イバー）の作成例とその駆動例を示す斜視図である。
イバー）の作成例とその駆動例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施例による光導波路（又は光
ファイバー）から光が導出される原理を説明する概略断
面図である。
ファイバー）から光が導出される原理を説明する概略断
面図である。
【図１５】本発明の更に他の実施例による光導波路（又
は光ファイバー）から光が導出される原理を説明する概
略断面図である。
は光ファイバー）から光が導出される原理を説明する概
略断面図である。
１、２、１１、１２…光導波路（又は光ファイバー）、
３、１３…交差部（変調素子）、４、５、１４、１５…
光、１６、１７…光源、１８…配向膜、１９…ガラス基
板、２１…ヒータ、２３…液晶、２４…透明電極、２５
…高周波電源
３、１３…交差部（変調素子）、４、５、１４、１５…
光、１６、１７…光源、１８…配向膜、１９…ガラス基
板、２１…ヒータ、２３…液晶、２４…透明電極、２５
…高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 芳文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H079 AA08 AA12 BA01 CA02 CA21 DA07 DA08 EA03 EA09 GA05 HA06 HA13 KA11 2H088 EA46 EA68 GA04 HA13 HA21 JA25 KA02 KA05 MA03 5C094 AA06 AA14 AA60 BA21 CA19 ED01 FB02 FB16 FB20
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の光導波路（又は光ファイバー）
と；この第１の光導波路（又は光ファイバー）に交差し
た第２の光導波路（又は光ファイバー）と；前記第１及
び第２の光導波路（又は光ファイバー）の交差部に配さ
れ、前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）
内でそれぞれ導かれる光によって励起される被励起素子
と；を具備し、少なくとも光学的表示機能を有する光学
装置。 - 【請求項２】 前記被励起素子が、光励起によって屈折
率変調する素子、屈折率分布変調する素子、発光強度変
調する素子、着色濃度変調する素子、誘電率変調する素
子、透磁率変調する素子、液晶配向状態を変える液晶素
子、及び光散乱する素子からなる群より選ばれた１種、
又は２種以上の組み合わせからなり、前記光励起によっ
て前記交差部において選択的に光が導出又は遮断され、
これによって光学的表示及び／又は演算が行われるよう
に構成した、請求項１に記載した光学装置。 - 【請求項３】 前記第１及び第２の光導波路（又は光フ
ァイバー）がそれぞれ複数個配列され、これら複数の光
導波路（又は光ファイバー）に光源が直接又は間接的に
光学結合している（但し、直接的に光学結合している場
合には、前記光導波路（又は光ファイバー）と前記光源
とが一対一に対応して設けられ、また、間接的に光学結
合している場合には、前記光源と少なくとも１つの前記
光導波路（又は光ファイバー）とが光導波部材によって
連結されている。）、請求項１に記載した光学装置。 - 【請求項４】 複数の前記第１の光導波路（又は光ファ
イバー）と、これらの第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）に直交又は略直交した複数の前記第２の光導波路
（又は光ファイバー）とを具備し、前記第１及び第２の
光導波路（又は光ファイバー）の交差部は光学結合して
おらず、前記第１及び第２の光導波路（又は光ファイバ
ー）内でそれぞれ導かれる光によって励起される前記被
励起素子が前記交差部に配され、水平導波路（又は光フ
ァイバー）としての前記第１の光導波路（又は光ファイ
バー）内の光の光強度によって前記被励起素子がライン
毎に選択されると共に、垂直導波路（又は光ファイバ
ー）としての前記第２の光導波路（又は光ファイバー）
内の光がデータ信号に応じて強度変調され、この強度変
調されたデータ信号光が、選択された前記被励起素子を
介して外部に取出される、請求項１に記載した光学装
置。 - 【請求項５】 複数の前記第１の光導波路（又は光ファ
イバー）と、これらの第１の光導波路（又は光ファイバ
ー）に直交又は略直交して前記第１の光導波路（又は光
ファイバー）と同一面内に配された複数の前記第２の光
導波路（又は光ファイバー）とを具備し、前記第１及び
第２の光導波路（又は光ファイバー）内でそれぞれ導か
れる光の光強度によって励起される前記被励起素子が前
記第１及び第２の光導波路（又は光ファイバー）の交差
部に配され、水平導波路（又は光ファイバー）としての
前記第１の光導波路（又は光ファイバー）内の光の光強
度によって前記被励起素子がライン毎に選択されると共
に、垂直導波路（又は光ファイバー）としての前記第２
の光導波路（又は光ファイバー）内の光がデータ信号に
応じて強度変調され、この強度変調されたデータ信号光
が選択された前記被励起素子を介して外部に取出され
る、請求項１に記載した光学装置。 - 【請求項６】 前記被励起素子に、素子温度を制御可能
な素子又は高周波電界を印加可能な素子が設けられてい
る、請求項１に記載した光学装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20403799A JP4235862B2 (ja) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | 光学装置 |
| US09/616,687 US6438298B1 (en) | 1999-07-19 | 2000-07-14 | Optical device using photonics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20403799A JP4235862B2 (ja) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033743A true JP2001033743A (ja) | 2001-02-09 |
| JP4235862B2 JP4235862B2 (ja) | 2009-03-11 |
Family
ID=16483720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20403799A Expired - Fee Related JP4235862B2 (ja) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | 光学装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6438298B1 (ja) |
| JP (1) | JP4235862B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004341367A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ディスプレイ方法及びディスプレイ装置 |
| US7489841B2 (en) | 2000-12-22 | 2009-02-10 | Schleifring Und Apparatebau Gmbh | Device for transferring optical signals by means of planar optical conductors |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6914802B2 (en) * | 2000-02-11 | 2005-07-05 | Axon Technologies Corporation | Microelectronic photonic structure and device and method of forming the same |
| DE10106297A1 (de) * | 2000-06-08 | 2002-01-03 | Schleifring Und Appbau Gmbh | Optisches Datenübertragungssystem |
| US20030110809A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-06-19 | Corning, Inc. | Characterization of optical preforms |
| US7409132B2 (en) * | 2006-07-27 | 2008-08-05 | National Taiwan University | Plastic waveguide for terahertz wave |
| US8021020B2 (en) | 2007-07-16 | 2011-09-20 | Cambridge International Inc. | Lighted architectural mesh |
| US20100017735A1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-01-21 | Unisys Corporation | Decentralized hardware partitioning within a multiprocessing computing system |
| GB0913376D0 (en) * | 2009-07-31 | 2009-09-16 | Photonic Designs Ltd | Solar reflective fibre |
| US8451211B2 (en) * | 2010-01-13 | 2013-05-28 | Mediatek Inc. | Dimming control apparatus and method for generating dimming control signal by referring to distribution information/multiple characteristic values derived from pixel values |
| CA2735531A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-09-30 | Queen's University At Kingston | Four-coordinate boron compounds for use as photochromic dyes |
| KR101643919B1 (ko) * | 2014-12-17 | 2016-07-29 | 광주과학기술원 | 전기변색을 이용한 광자극기 |
| WO2019187681A1 (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイスおよび光検出システム |
| US11467341B2 (en) * | 2020-11-10 | 2022-10-11 | Globalfoundries U.S. Inc. | Waveguide crossings including a segmented waveguide section |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2583480B2 (ja) * | 1983-12-23 | 1997-02-19 | 株式会社日立製作所 | 光スイッチ及び光スイッチアレイ |
| US4578709A (en) * | 1984-08-03 | 1986-03-25 | Allen Jensen | Flat optical TV screen |
| US5796884A (en) * | 1996-06-26 | 1998-08-18 | Mci Communications Corporation | Optical cross connect device |
| US6031511A (en) * | 1997-06-10 | 2000-02-29 | Deluca; Michael J. | Multiple wave guide phosphorous display |
| US5962967A (en) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Kiryuschev; Irina | Electroluminescent device and method of manufacturing same |
-
1999
- 1999-07-19 JP JP20403799A patent/JP4235862B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-07-14 US US09/616,687 patent/US6438298B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7489841B2 (en) | 2000-12-22 | 2009-02-10 | Schleifring Und Apparatebau Gmbh | Device for transferring optical signals by means of planar optical conductors |
| JP2004341367A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ディスプレイ方法及びディスプレイ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6438298B1 (en) | 2002-08-20 |
| JP4235862B2 (ja) | 2009-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001033743A (ja) | 光学装置 | |
| JP3487782B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
| KR102294757B1 (ko) | 고분자 분산형 액정을 갖는 표시 장치 | |
| US6243151B1 (en) | Liquid crystal display with polarization layer interior to substrates | |
| CN106291943B (zh) | 一种显示面板及显示装置 | |
| CN102235607B (zh) | 照明装置和显示装置 | |
| CN105242441B (zh) | Pdlc显示装置的制作方法及pdlc显示装置 | |
| JP2004212673A (ja) | 平面表示素子及びその駆動方法 | |
| US20110109854A1 (en) | Color-Tunable Plasmonic Device with a Partially Modulated Refractive Index | |
| JP2003029170A (ja) | 光変調素子及び表示素子、並びに露光素子 | |
| Meng et al. | Color-switchable liquid crystal smart window with multi-layered light guiding structures | |
| JP2004205973A (ja) | 平面表示素子及びその駆動方法 | |
| JP2002031788A (ja) | 光学装置 | |
| JP2005533270A (ja) | 面内スイッチング電気泳動ディスプレイ装置 | |
| JP2019525211A (ja) | Ｐｄｌｃ表示パネル、ｐｄｌｃ表示装置及びその駆動方法 | |
| JP4348806B2 (ja) | 光学装置 | |
| JP2003344831A (ja) | 表示装置 | |
| JPH07502602A (ja) | 光導波管表示装置 | |
| JP2004205974A (ja) | ２次元マトリクス素子、２次元マトリクス平面表示素子及びその駆動方法 | |
| JPH055882A (ja) | 表示装置 | |
| JP2005283673A (ja) | 液晶表示装置 | |
| US20020008841A1 (en) | Flat display device having a liquid crystal panel | |
| KR20120009740A (ko) | 디스플레이 패널 및 이의 제조 방법 | |
| Han et al. | Ultrafast Response Organic Photoswitch Materials and Their Application in Volumetric 3D Display | |
| JPH0731332B2 (ja) | 平面表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060227 |
|
| RD13 | Notification of appointment of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433 Effective date: 20070125 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081002 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081031 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081120 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081203 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111226 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |