JP2002357802A - Optical switching element, spatial light modulator and picture display device - Google Patents

Optical switching element, spatial light modulator and picture display device

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JP2002357802A
JP2002357802A JP2001163856A JP2001163856A JP2002357802A JP 2002357802 A JP2002357802 A JP 2002357802A JP 2001163856 A JP2001163856 A JP 2001163856A JP 2001163856 A JP2001163856 A JP 2001163856A JP 2002357802 A JP2002357802 A JP 2002357802A
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JP
Japan
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light
optical switching
spatial light
light modulator
liquid crystal
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JP2001163856A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Tomono
英紀 友野
Hitoshi Kondo
均 近藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switching element with a high utilization factor of light and capable of switching at a high speed, a spatial light modulator and a picture display device using it. SOLUTION: The optical switching element has a light transmission member 10 provided with a light incident plane 11, light-emitting planes 12, 13 and a total reflection surface 14 totally reflecting incident light, a reflection member (in this case, a reflection electrode 23) disposed opposite to the total reflection surface 14 of the light transmission member 10 and having at least one reflection plane fixed with at least an angle not in parallel with the total reflection surface 14 and a member 30 with a variable refractive index sandwiched between the reflection member and the light transmission member and containing a dual frequency drive liquid crystal. The refractive index of the member 30 with the variable refractive index is varied with an electric field produced between a transparent electrode 15 and the reflection electrode 23 and corresponding to the variation, the reflection plane of the incident light from the light incident plane 11 is switched either to the total reflection surface 14 or to the reflection electrode 23 so as to control the light-emitting planes of the outgoing light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチング素
子、空間光変調器及び画像表示装置に関し、より詳細に
は、光の利用効率が高く高速でスイッチングすることが
できる光スイッチング素子、空間光変調器及びそれを用
いた画像表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switching element, a spatial light modulator, and an image display device. More specifically, the present invention relates to an optical switching element having high light use efficiency and capable of high-speed switching, and a spatial light modulation. The present invention relates to a container and an image display device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光スイッチング素子としては液晶を使っ
たものが知られており、透過型及び反射型のものがあ
る。透過型では、通常1枚目の偏光板で直線偏光にした
光を液晶層に入射せしめ、印加電圧によって液晶分子の
配向方向を制御することで光の偏向方向を変える。液晶
を透過した光の偏向方向が二枚目の偏光板を透過する方
向の場合には光出力がONとなり、二枚目の偏光板を透
過しない方向の場合には光出力がOFFとなる。このよ
うな構成では2枚の偏光板が必要であり、そのため光利
用効率が低下するという問題がある。また反射型の場合
でも、偏光板と波長板を組み合わせるので光利用効率が
低い。さらに、これらの方式ではOFFの場合に光を偏
光板によって遮断するので、偏光板の温度が光のエネル
ギーによって上昇するという問題もある。
2. Description of the Related Art As an optical switching element, one using liquid crystal is known, and there are a transmission type and a reflection type. In the transmission type, light that has been linearly polarized by the first polarizing plate is usually incident on the liquid crystal layer, and the orientation of liquid crystal molecules is controlled by an applied voltage to change the direction of light deflection. The light output is ON when the direction of deflection of the light transmitted through the liquid crystal is the direction transmitting the second polarizing plate, and is OFF when the light is not transmitted through the second polarizing plate. In such a configuration, two polarizing plates are required, and there is a problem that the light use efficiency is reduced. Also, in the case of the reflection type, the light use efficiency is low because the polarizing plate and the wavelength plate are combined. Further, in these systems, when the light is OFF, the light is blocked by the polarizing plate, so that there is a problem that the temperature of the polarizing plate is increased by the energy of the light.

【0003】上記のごとくの問題を解決する技術とし
て、特開2000−171813号公報が開示されてい
る。図29は、上記特開2000−171813号公報
に開示された光スイッチング素子を示す図である。図2
9において、101は導光体、102は透明電極、10
3は液晶駆動用IC基板、104は凹凸構造、105は
反射電極、107,108は液晶分子、112は電極端
子である。透明電極102と反射電極105の間に電圧
を印加した場合と印加しない場合とで液晶の配向方向
が、図29の液晶分子107と液晶分子108に示す状
態間で変化する。液晶分子107,108のどちらが電
圧印加時に対応するのかは液晶分子の誘電異方性によっ
て変わる。例えば液晶分子107のように配向した場合
に、入射光109に対する液晶層の屈折率が小さくなる
とすると、入射光は透明電極と液晶との界面で図中出力
光110に示すように全反射する。
As a technique for solving the above-mentioned problems, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-171813 is disclosed. FIG. 29 is a diagram showing an optical switching element disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171813. FIG.
9, 101 is a light guide, 102 is a transparent electrode, 10
Reference numeral 3 denotes a liquid crystal driving IC substrate, 104 denotes an uneven structure, 105 denotes a reflective electrode, 107 and 108 denote liquid crystal molecules, and 112 denotes an electrode terminal. The orientation of the liquid crystal changes between the state shown by the liquid crystal molecules 107 and the state shown by the liquid crystal molecules 108 in FIG. 29 depending on whether or not a voltage is applied between the transparent electrode 102 and the reflective electrode 105. Which of the liquid crystal molecules 107 and 108 responds when a voltage is applied depends on the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules. For example, when the liquid crystal molecules 107 are oriented like the liquid crystal molecules 107, if the refractive index of the liquid crystal layer with respect to the incident light 109 becomes small, the incident light is totally reflected at the interface between the transparent electrode and the liquid crystal as shown by output light 110 in the figure.

【0004】一方、例えば液晶108のように配向した
場合に入射光109に対する液晶層の屈折率が大きくな
るとすると、入射光は液晶層を透過して反射電極によっ
て反射された後、図中、出力光111に示すように、図
29の上方に進行する。出力光110あるいは出力光1
11に示す光の一方をONとすると、他方の光はOFF
となり、これによって光をスイッチングする。この特開
2000−171813号公報では光の方向を切り替え
ることによって光をスイッチングするので、前述した透
過型もしくは反射型のような、光利用効率の低下や偏光
板の温度上昇といった問題を解決することができるとし
ている。
On the other hand, if the refractive index of the liquid crystal layer with respect to the incident light 109 increases when the liquid crystal is oriented like the liquid crystal 108, the incident light passes through the liquid crystal layer and is reflected by the reflective electrode. As shown by light 111, it travels upward in FIG. Output light 110 or output light 1
When one of the lights shown in 11 is turned on, the other light is turned off.
, Thereby switching light. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171813, light is switched by switching the direction of light. Therefore, it is possible to solve problems such as a decrease in light use efficiency and a rise in temperature of a polarizing plate, such as the above-described transmission type or reflection type. It can be done.

【0005】しかし、上記特開2000−171813
号公報の発明では液晶材料として通常のネマティック液
晶を使った場合で数10msで、応答速度が速いといわ
れている強誘電液晶を使った場合でも数100μsであ
って、数10μs以下といった高速な光スイッチング動
作を行うことはできないという問題点がある。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171813 describes
According to the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-229, a high speed light such as several tens of milliseconds when a normal nematic liquid crystal is used as a liquid crystal material, and several hundreds of microseconds even when a ferroelectric liquid crystal which is said to have a fast response speed is used. There is a problem that the switching operation cannot be performed.

【0006】また、液晶や導光体の屈折率は入射光の波
長に依存し、その屈折率変化量は材料によって異なるた
め、例えばある波長の光に対して導光材と液晶の屈折率
が同じように変化するとは限らない。そのため上記特開
2000−171813号公報の発明では、図30に示
すように入射光が透明電極102と液晶分子107,1
08との界面を透過して反射電極105で反射される場
合に、入射光の波長によって屈折角が変化し、その結果
出射光線の出射方向が変化するという問題がある。
The refractive index of the liquid crystal or the light guide depends on the wavelength of the incident light, and the amount of change in the refractive index varies depending on the material. It does not always change in the same way. Therefore, in the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171813, as shown in FIG.
In the case where the light passes through the interface with the reflection electrode 08 and is reflected by the reflective electrode 105, the angle of refraction changes depending on the wavelength of the incident light, and as a result, the exit direction of the exit light beam changes.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のごとき
の実情に鑑みてなされたもので、入射光の波長によらず
光の出射方向を安定させ、光の利用効率が高く高速でス
イッチングすることができる光スイッチング素子を提供
することを目的とする。また、この光スイッチング素子
を使うことで信頼性の高い空間光変調器、及び色ずれの
発生しない画像表示装置を提供することを目的とする。
個々の請求項に対応する目的を以下に記す。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, stabilizes the light emitting direction regardless of the wavelength of incident light, and performs high-speed switching with high light use efficiency. It is an object of the present invention to provide an optical switching element capable of performing the above. It is another object of the present invention to provide a spatial light modulator with high reliability and an image display device free from color misregistration by using this optical switching element.
The purpose corresponding to each claim is described below.

【0008】請求項1の発明は、構造が簡単で耐久性が
高く、応答速度が速い光スイッチング素子を提供するこ
とを目的とする。請求項2の発明は、さらに応答速度が
速い光スイッチング素子を提供することを目的とする。
請求項3の発明は、S/N比が高く、信頼性の高い光ス
イッチング素子を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an optical switching element having a simple structure, high durability and a high response speed. Another object of the present invention is to provide an optical switching element having a higher response speed.
A third object of the present invention is to provide an optical switching element having a high S / N ratio and high reliability.

【0009】請求項4の発明は、簡単な構造でS/N比
と信頼性の高い光スイッチング素子を提供することを目
的とする。請求項5の発明は、応答速度の速い空間光変
調器を提供することを目的とする。請求項6の発明は、
応答速度が速く低コストな空間光変調器を提供すること
を目的とする。請求項7の発明は、上記に加え、さらに
低コストで小型な空間光変調器を提供することを目的と
する。
Another object of the present invention is to provide an optical switching element having a simple structure and high S / N ratio and high reliability. A fifth object of the present invention is to provide a spatial light modulator having a high response speed. The invention of claim 6 is
It is an object of the present invention to provide a low-cost spatial light modulator with a high response speed. Another object of the present invention is to provide a low-cost and small-sized spatial light modulator in addition to the above.

【0010】請求項8の発明は、大画面に高精細な表示
を行うことができる低コストな画像表示装置を提供する
ことを目的とする。請求項9の発明は、大画面に高精細
な表示を行うことができる低コストな画像表示装置を提
供することを目的とする。請求項10の発明は、上記に
加え、さらに低コストで小型な画像表示装置を提供する
ことを目的とする。請求項11の発明は、入射光の波長
によらず光の出射方向が安定している光スイッチング素
子を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen. It is an object of the present invention to provide a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen. Another object of the present invention is to provide a low-cost and small-sized image display apparatus in addition to the above. It is an object of the present invention to provide an optical switching element in which the light emission direction is stable regardless of the wavelength of the incident light.

【0011】請求項12の発明は、複雑な制御機構を必
要とせずに出射方向が安定している光スイッチング素子
を提供することを目的とする。請求項13の発明は、環
境温度が変化しても波長によらず出射方向を一定に制御
できる光スイッチング素子を提供することを目的とす
る。請求項14の発明は、上記に加えて応答速度の速い
光スイッチング素子を提供することを目的とする。請求
項15の発明は、入射光の波長によらず光の出射方向が
安定している空間光変調器を提供することを目的とす
る。
A further object of the present invention is to provide an optical switching element whose emission direction is stable without requiring a complicated control mechanism. A further object of the invention is to provide an optical switching element capable of controlling the emission direction to be constant regardless of the wavelength even when the environmental temperature changes. It is another object of the present invention to provide an optical switching element having a high response speed in addition to the above. It is an object of the present invention to provide a spatial light modulator in which the light emission direction is stable regardless of the wavelength of the incident light.

【0012】請求項16の発明は、上記に加えて、低コ
ストな空間光変調器を提供することを目的とする。請求
項17の発明は、上記に加え、さらに低コストで小型な
空間光変調器を提供することを目的とする。請求項18
の発明は、大画面に高精細な表示を行うことができる低
コストな画像表示装置を提供することを目的とする。請
求項19の発明は、大画面に高精細な表示を行うことが
できる低コストな画像表示装置を提供することを目的と
する。請求項20の発明は、上記に加え、さらに低コス
トで小型な画像表示装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a low-cost spatial light modulator in addition to the above. A further object of the present invention is to provide a low-cost and small spatial light modulator in addition to the above. Claim 18
An object of the present invention is to provide a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen. It is an object of the present invention to provide a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen. In addition to the above, it is an object of the present invention to provide a low-cost and compact image display device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、光の
入射面、出射面、及び入射した光を全反射することがで
きる領域を少なくとも有する全反射面とを備えた導光部
材と、該導光部材の前記全反射面に対向して設けられ、
少なくとも前記全反射面と平行ではない角度に固定され
た少なくともひとつの反射面を有する反射部材と、該反
射面と前記導光部材との間に狭持された、少なくとも2
周波駆動液晶を含む屈折率可変部材とを有することを特
徴としたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light guide member including a light incident surface, a light exit surface, and a total reflection surface having at least a region capable of totally reflecting incident light. , Provided to face the total reflection surface of the light guide member,
A reflecting member having at least one reflecting surface fixed at an angle which is not parallel to at least the total reflecting surface; and at least two reflecting members sandwiched between the reflecting surface and the light guide member.
A variable-refractive-index member including a frequency-driven liquid crystal.

【0014】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記屈折率可変部材は、2周波駆動液晶を高分子マ
トリクス中に分散保持した液晶/高分子複合体であるこ
とを特徴としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the variable refractive index member is a liquid crystal / polymer composite in which a two-frequency driving liquid crystal is dispersed and held in a polymer matrix. Things.

【0015】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明において、前記2周波駆動液晶は、予め特定の方向に
配向していることを特徴としたものである。
A third aspect of the present invention is the liquid crystal display device according to the first or second aspect, wherein the two-frequency driving liquid crystal is oriented in a specific direction in advance.

【0016】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、前記2周波駆動液晶を予め特定の方向に配向させる
手段として、配向膜を設けたことを特徴としたものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, an alignment film is provided as means for previously aligning the two-frequency driving liquid crystal in a specific direction.

【0017】請求項5の発明は、請求項1ないし4のい
ずれか1に記載の光スイッチング素子が二次元アレイ状
に配列されてなることを特徴としたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the optical switching elements according to any one of the first to fourth aspects are arranged in a two-dimensional array.

【0018】請求項6の発明は、請求項1ないし4のい
ずれか1に記載の光スイッチング素子が一次元アレイ状
に配列されてなることを特徴としたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, the optical switching elements according to any one of the first to fourth aspects are arranged in a one-dimensional array.

【0019】請求項7の発明は、請求項6の発明におい
て、光スイッチング素子を一次元配列させた平面を、該
光スイッチング素子の整列方向に平行な軸を中心として
回転可能に構成し、該空間光変調器を回転駆動させる駆
動手段を設けたことを特徴としたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the plane on which the optical switching elements are arranged one-dimensionally is configured to be rotatable about an axis parallel to the alignment direction of the optical switching elements. A driving means for rotating and driving the spatial light modulator is provided.

【0020】請求項8の発明は、請求項5に記載の空間
光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段
と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーンに
投影し表示する手段とを有することを特徴としたもので
ある。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the fifth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected on a screen and displayed. And means for performing the following.

【0021】請求項9の発明は、請求項6に記載の空間
光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段
と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調器
の光スイッチング素子の整列方向に対して垂直な方向に
走査する走査手段と、該走査手段から出射した光線をス
クリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴と
したものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the sixth aspect, a means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and a light beam emitted from the spatial light modulator. Scanning means for scanning in a direction perpendicular to the arrangement direction of the optical switching elements, and means for projecting a light beam emitted from the scanning means onto a screen for display.

【0022】請求項10の発明は、請求項7に記載の空
間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手段
と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーンに
投影し表示する手段とを有することを特徴としたもので
ある。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the seventh aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected on a screen and displayed. And means for performing the following.

【0023】請求項11の発明は、光の入射面、出射
面、及び入射した光を全反射することができる領域を少
なくとも有する全反射面を備えた導光部材と、該導光部
材の前記全反射面に対向して設けられ、少なくとも前記
全反射面と平行ではない角度に固定された少なくともひ
とつの反射面を有する反射部材と、該反射面と前記導光
部材との間に狭持された、液晶材料を含む屈折率可変部
材とを有する光スイッチング素子において、入射光の波
長に応じて出射光方向を制御する手段を有することを特
徴としたものである。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a light guide member including a light incident surface, a light exit surface, and a total reflection surface having at least a region capable of totally reflecting incident light; A reflecting member that is provided to face the total reflection surface and has at least one reflection surface fixed at least at an angle that is not parallel to the total reflection surface, and is sandwiched between the reflection surface and the light guide member; An optical switching element having a variable-refractive-index member containing a liquid crystal material, characterized in that the optical switching element has means for controlling the direction of emitted light according to the wavelength of incident light.

【0024】請求項12の発明は、請求項11の発明に
おいて、前記入射光の波長に応じて出射光方向を制御す
る手段は、入射光の前記導光部材への入射角及び入射位
置を入射光の波長に応じて調節する機能を有することを
特徴としたものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect of the present invention, the means for controlling the direction of the outgoing light in accordance with the wavelength of the incident light includes an input angle and an incident position of the incident light to the light guide member. It has a function of adjusting according to the wavelength of light.

【0025】請求項13の発明は、請求項11の発明に
おいて、前記入射光の波長に応じて出射光方向を制御す
る手段は、入射光の波長に応じて屈折率可変部材にバイ
アス電圧を印加する機能を有することを特徴としたもの
である。
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect, the means for controlling the direction of the outgoing light according to the wavelength of the incident light applies a bias voltage to the refractive index variable member in accordance with the wavelength of the incident light. It has the function of performing

【0026】請求項14の発明は、請求項11ないし1
3のいずれか1の発明において、前記屈折率可変部材
は、液晶材料を高分子マトリクス中に分散保持した液晶
/高分子複合体であることを特徴としたものである。
The invention of claim 14 is the invention of claims 11 to 1
3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the variable refractive index member is a liquid crystal / polymer composite in which a liquid crystal material is dispersed and held in a polymer matrix.

【0027】請求項15の発明は、請求項11ないし1
4のいずれか1に記載の光スイッチング素子が二次元ア
レイ状に配列されてなることを特徴としたものである。
[0027] The invention of claim 15 is the invention of claims 11 to 1
4. The optical switching element according to any one of 4), wherein the optical switching element is arranged in a two-dimensional array.

【0028】請求項16の発明は、請求項11ないし1
4のいずれか1に記載の光スイッチング素子が一次元ア
レイ状に配列されてなることを特徴としたものである。
[0028] The invention of claim 16 is the invention of claims 11 to 1
4. The optical switching element according to any one of 4), wherein the optical switching element is arranged in a one-dimensional array.

【0029】請求項17の発明は、請求項16の発明に
おいて、光スイッチング素子を一次元配列させた平面
を、該光スイッチング素子の整列方向に平行な軸を中心
として回転可能に構成し、該空間光変調器を回転駆動さ
せる駆動手段を設けたことを特徴としたものである。
According to a seventeenth aspect, in the sixteenth aspect, a plane in which the optical switching elements are arranged one-dimensionally is configured to be rotatable around an axis parallel to the alignment direction of the optical switching elements. A driving means for rotating and driving the spatial light modulator is provided.

【0030】請求項18の発明は、請求項15に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーン
に投影し表示する手段とを有することを特徴としたもの
である。
According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided the spatial light modulator according to the fifteenth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected on a screen and displayed. And means for performing the following.

【0031】請求項19の発明は、請求項16に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調
器の光スイッチング素子の整列方向に対して垂直な方向
に走査する走査手段と、該走査手段から出射した光線を
スクリーンに投影し表示する手段とを有することを特徴
としたものである。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the sixteenth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and a light beam emitted from the spatial light modulator. Scanning means for scanning in a direction perpendicular to the arrangement direction of the optical switching elements, and means for projecting a light beam emitted from the scanning means onto a screen for display.

【0032】請求項20の発明は、請求項17に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーン
に投影し表示する手段とを有することを特徴としたもの
である。
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the seventeenth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected on a screen and displayed. And means for performing the following.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
された図面を参照して具体的に説明する。なお、実施の
形態を説明するための全図において、同様の機能を有す
る部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略
する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings for describing the embodiments, portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

【0034】〔実施の形態1〕図1は、本発明による光
スイッチング素子の構成例を説明するための図で、図
中、1は光スイッチング素子、10は導光部材、11は
入射面、12は第1の出射面、13は第2の出射面、1
4は全反射面、15は透明電極、20は反射面、21は
基板、22は斜面形成面部材、23は反射電極、30は
屈折率可変部材(可変屈折率層)である。図1に示した
光スイッチング素子1は、光の入射面11、出射面1
2,13及び入射した光を全反射することができる部分
(領域)を有する面(全反射面)14とを備えた導光部
材10と、該導光部材10の全反射面14に対向して設
けられ、少なくとも前記全反射面と平行ではない角度に
固定された少なくともひとつの反射面20を有する反射
部材(ここでは、反射電極23を指す)と、該反射面2
0と前記導光部材10との間に狭持された、少なくとも
二周波駆動液晶を含む屈折率可変部材30とを有してな
る。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a view for explaining a configuration example of an optical switching element according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical switching element, 10 denotes a light guide member, 11 denotes an incident surface, 12 is a first exit surface, 13 is a second exit surface, 1
4 is a total reflection surface, 15 is a transparent electrode, 20 is a reflection surface, 21 is a substrate, 22 is a slope forming surface member, 23 is a reflection electrode, and 30 is a refractive index variable member (variable refractive index layer). The optical switching element 1 shown in FIG.
2, a light guide member 10 having a surface (total reflection surface) 14 having a portion (region) capable of totally reflecting incident light, and a light guide member 10 facing the total reflection surface 14 of the light guide member 10. A reflecting member (here, indicating the reflecting electrode 23) having at least one reflecting surface 20 fixed at an angle which is not parallel to the total reflecting surface;
And a variable-refractive-index member 30 including at least a dual-frequency drive liquid crystal sandwiched between the light guide member 10 and the light guide member 10.

【0035】さらに導光部材10の全反射面14には透
明電極15が設けられ、また反射部材23は金属材料で
形成されており、透明電極15との間に電圧を印加する
ことで屈折率可変部材30の屈折率を制御できるように
反射電極23としている。反射電極23は反射部材と下
部電極というように別々に設けても構わない。
Further, a transparent electrode 15 is provided on the total reflection surface 14 of the light guide member 10, and the reflection member 23 is formed of a metal material. The reflective electrode 23 is provided so that the refractive index of the variable member 30 can be controlled. The reflection electrode 23 may be provided separately such as a reflection member and a lower electrode.

【0036】動作原理について図2を参照して説明す
る。図示しない光源からの光が導光部材10の入射面1
1から入射する。入射した光は導光部材10の内部を透
過して、導光部材10の全反射面14に設けられた透明
電極15に入射する。透明電極15の屈折率は導光部材
10の屈折率よりも大きく、光は透明電極15に入射す
る。後述するように、屈折率可変部材30の屈折率は、
透明電極14と反射電極23との間に印加された電圧が
発生させる電界によって変化する。導光部材10の屈折
率をn1、屈折率可変部材30の屈折率をn2、導光部材
10と透明電極15との界面での導光部材10側からの
光の入射角をθ1、透明電極15と屈折率可変部材30
との界面での屈折率可変部材30の屈折角をθ2とする
と、透明電極15の屈折率に関係なく、 n1sinθ1=n2sinθ2 となる。屈折率可変部材30の屈折率n2が、
The operation principle will be described with reference to FIG. Light from a light source (not shown) is incident on the incident surface 1 of the light guide member 10.
Light enters from 1. The incident light passes through the inside of the light guide member 10 and enters the transparent electrode 15 provided on the total reflection surface 14 of the light guide member 10. The refractive index of the transparent electrode 15 is larger than the refractive index of the light guide member 10, and light enters the transparent electrode 15. As described later, the refractive index of the refractive index variable member 30 is
The voltage applied between the transparent electrode 14 and the reflective electrode 23 is changed by an electric field generated. The refractive index of the light guide member 10 is n 1 , the refractive index of the variable refractive index member 30 is n 2 , and the incident angle of light from the light guide member 10 at the interface between the light guide member 10 and the transparent electrode 15 is θ 1. , Transparent electrode 15 and variable refractive index member 30
Assuming that the refractive angle of the refractive index variable member 30 at the interface with is θ 2 , n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 regardless of the refractive index of the transparent electrode 15. The refractive index n 2 of the refractive index variable member 30 is

【0037】[0037]

【数1】 (Equation 1)

【0038】を満足する場合には、導光部材10から入
射した光は透明電極15と屈折率可変部材30との界面
で全反射する。全反射した光は図2の(I)のように導
光部材10内を透過して第1の出射面12から出射す
る。また、屈折率可変部材30の屈折率n2が上記式1
を満足しない場合には、導光部材10から入射した光は
屈折率可変部材30に入射する。屈折率可変部材30に
入射した光は反射電極15によって反射され、図2の
(II)に示すように向きを変えて透明電極15及び導
光部材10を透過して第2の出射面13から出射する。
When the above condition is satisfied, the light incident from the light guide member 10 is totally reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the refractive index variable member 30. The totally reflected light passes through the light guide member 10 and exits from the first exit surface 12 as shown in FIG. Further, the refractive index n 2 of the refractive index variable member 30 is given by the above equation (1).
Is not satisfied, the light incident from the light guide member 10 enters the variable refractive index member 30. The light that has entered the refractive index variable member 30 is reflected by the reflective electrode 15, changes its direction, passes through the transparent electrode 15 and the light guide member 10 and changes from the second exit surface 13, as shown in FIG. Emit.

【0039】以上のように、屈折率可変部材30の屈折
率を電圧で制御することによって、例えば第1の出射面
12から出射する場合をON、第2の出射面13から出
射する場合をOFFというように、あるいは逆に第1の
出射面12から出射する場合をOFF、第2の出射面1
3から出射する場合をONというように、光をスイッチ
ングすることができる。
As described above, by controlling the refractive index of the refractive index variable member 30 by the voltage, for example, ON when the light is emitted from the first emission surface 12 and OFF when the light is emitted from the second emission surface 13. And vice versa, OFF when the light is emitted from the first emission surface 12, and the second emission surface 1
The light can be switched such that the light emitted from 3 is ON.

【0040】なお、反射電極15で反射されて第2の出
射面13から出射する光は、透明電極15と屈折率可変
部材30との界面、透明電極15と導光部材10との界
面、及び第2の出射面13に対して垂直になると、各界
面及び出射面での反射が最小となる。したがって反射電
極23の傾斜αを式2のように設定するのがより好まし
い。
The light reflected by the reflection electrode 15 and emitted from the second emission surface 13 is reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the variable refractive index member 30, the interface between the transparent electrode 15 and the light guide member 10, and When perpendicular to the second exit surface 13, reflection at each interface and exit surface is minimized. Therefore, it is more preferable to set the inclination α of the reflection electrode 23 as in Expression 2.

【0041】[0041]

【数2】 (Equation 2)

【0042】次に屈折率可変部材30について説明す
る。屈折率可変部材30は、少なくとも二周波駆動液晶
を含む構成となっている。二周波駆動液晶とは液晶に印
加する電圧の周波数によって液晶の誘電異方性の符号が
異なる液晶で、高速な配向動作に特徴がある。誘電異方
性とは液晶分子の長軸方向と短軸方向で誘電率が異なる
性質で、電界を印加したときに誘電率の大きい方向が電
界方向に向く。液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向
の誘電率よりも大きい時を誘電異方性が正とするので、
誘電異方性が正の場合には液晶分子の長軸が電界方向に
配向し、誘電異方性が負の場合には液晶分子の短軸が電
界方向に配向する。
Next, the refractive index variable member 30 will be described. The refractive index variable member 30 is configured to include at least a two-frequency driving liquid crystal. The dual-frequency drive liquid crystal is a liquid crystal having a different sign of dielectric anisotropy of the liquid crystal depending on the frequency of a voltage applied to the liquid crystal, and is characterized by a high-speed alignment operation. Dielectric anisotropy is a property in which the dielectric constant differs between the major axis direction and the minor axis direction of liquid crystal molecules. When an electric field is applied, the direction in which the dielectric constant is larger is oriented in the direction of the electric field. Since the dielectric anisotropy is positive when the dielectric constant in the major axis direction of the liquid crystal molecules is larger than the dielectric constant in the minor axis direction,
When the dielectric anisotropy is positive, the major axis of the liquid crystal molecules is oriented in the direction of the electric field, and when the dielectric anisotropy is negative, the minor axis of the liquid crystal molecules is oriented in the direction of the electric field.

【0043】図3は、二周波駆動液晶の誘電異方性の周
波数特性の一例を示す図である。印加電圧の周波数が高
くなり、クロスオーバー周波数fcを越えると誘電異方
性が負となる。例えば図4(A)に示すようにクロスオ
ーバー周波数以下の周波数f 1の電圧を印加した場合に
は液晶分子が電界方向に配向する。液晶の長軸方向の屈
折率をn//、短軸方向の屈折率をn(<n//)とする
と、液晶分子の長軸が電界方向にそろうため、z軸方向
の屈折率はn//となり、x軸方向及びy軸方向の屈折率
はnとなる。クロスオーバー周波数以上の周波数f2
の電圧を印加した場合には、液晶分子の短軸が電界方向
に配向する。このとき、xy面内で液晶分子の方向を規
制する力は作用しないので、液晶分子の長軸は図4
(B)に示すようにxy面内でランダムな方向を向く。
従ってxy面内方向の屈折率はnとn//の平均値とな
り、z軸方向の屈折率はnとなる。
FIG. 3 is a graph showing the dielectric anisotropy of the dual frequency driven liquid crystal.
It is a figure showing an example of a wave number characteristic. High frequency of applied voltage
When the frequency exceeds the crossover frequency fc, dielectric anisotropy occurs.
Sex becomes negative. For example, as shown in FIG.
Frequency f 1When the voltage of
The liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field. Long axis bending of liquid crystal
Folding rate n//, The refractive index in the minor axis direction is n(<N//)
And the long axis of the liquid crystal molecules is aligned with the direction of the electric field,
Has a refractive index of n//And the refractive index in the x-axis direction and the y-axis direction
Is nBecomes Frequency f above the crossover frequencyTwo
When the voltage is applied, the short axis of the liquid crystal molecules
Orientation. At this time, the direction of the liquid crystal molecules is regulated in the xy plane.
Since no controlling force acts, the major axis of the liquid crystal molecule is shown in FIG.
As shown in (B), they are oriented in random directions in the xy plane.
Therefore, the refractive index in the xy plane direction is nAnd n//The average value of
And the refractive index in the z-axis direction is nBecomes

【0044】二周波液晶では、長軸を電界方向に配向さ
せる場合でも、短軸を電界方向に配向させる場合でも、
液晶分子にローレンツ力が作用するため、ネマチック液
晶など通常の液晶材料に比べて配向運動が高速に行われ
る。そのためスイッチング速度の速い光スイッチング素
子を作ることができる。
In the dual-frequency liquid crystal, whether the long axis is oriented in the direction of the electric field or the short axis is oriented in the direction of the electric field,
Since the Lorentz force acts on the liquid crystal molecules, the alignment movement is performed at a higher speed as compared with a normal liquid crystal material such as a nematic liquid crystal. Therefore, an optical switching element having a high switching speed can be manufactured.

【0045】次に入射光に対する屈折率変化について説
明する。前述したように、入射光が屈折率可変部材30
と透明電極15との界面で全反射するかどうかは、屈折
率可変部材30の屈折率によって決まり、より厳密には
入射光の電場ベクトル方向の屈折率によって決まる。液
晶分子の屈折率は図5に示すような屈折率楕円体Eで表
すことができる。入射角βで光が入射したとき、P偏光
(電場ベクトルが入射面に平行な直線偏光)に対する屈
折率は、図5に示すように屈折率可変部材30の屈折率
楕円体Eと入射光に垂直な平面とが交差して作る楕円の
P偏光と平行なnPとなり、また、S偏光(電場ベクト
ルが入射面に垂直な直線偏光)に対する屈折率は、屈折
率可変部材30の屈折率楕円体Eと入射光に垂直な平面
とが交差して作る楕円のS偏光と平行なnSとなる。
Next, the change in the refractive index with respect to the incident light will be described. As described above, the incident light is reflected by the refractive index variable member 30.
Whether or not the light is totally reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the transparent electrode 15 is determined by the refractive index of the refractive index variable member 30, more strictly, by the refractive index of the incident light in the electric field vector direction. The refractive index of the liquid crystal molecule can be represented by a refractive index ellipsoid E as shown in FIG. When light is incident at an incident angle β, the refractive index with respect to P-polarized light (linearly polarized light whose electric field vector is parallel to the plane of incidence) is equal to the refractive index ellipsoid E of the refractive index variable member 30 and the incident light, as shown in FIG. The refractive index with respect to the S-polarized light (linearly polarized light whose electric field vector is perpendicular to the plane of incidence) is n P , which is parallel to the P-polarized light of the ellipse formed by crossing the vertical plane. N S is parallel to the elliptical S-polarized light formed by the intersection of the body E and a plane perpendicular to the incident light.

【0046】x、y、z軸方向の屈折率をそれぞれ
x、ny、nzとすると、周波数f1の電圧を印加して、
二周波駆動液晶の長軸が図4(A)のようにz軸方向に
配向しているときに光が入射した場合には、nz
//、nx=ny=nとなり、P偏光及びS偏光に対す
る屈折率nP、nSは、
The x, y, the refractive index of the z-axis direction n x, n y, When n z, by applying a voltage of a frequency f 1,
When light enters when the long axis of the dual-frequency drive liquid crystal is oriented in the z-axis direction as shown in FIG. 4A, nz =
n //, n x = n y = n ⊥ , and the refractive index n P for P-polarized light and S-polarized light, n S is

【0047】[0047]

【数3】 (Equation 3)

【0048】となる。また周波数f2の電圧を印加し
て、液晶分子の短軸をz軸方向に配向させたときには液
晶分子の長軸がxy面内でランダムであるのでnz=n
、nx=ny=(n//+n)/2となり、P偏光及び
S偏光に対する屈折率nP′、nS′は、
Is as follows. When a voltage of frequency f 2 is applied to orient the short axis of the liquid crystal molecules in the z-axis direction, the long axis of the liquid crystal molecules is random in the xy plane, and nz = n
⊥, n x = n y = (n // + n ⊥) / 2 , and the refractive index n P for P-polarized light and S-polarized light ', n S' is

【0049】[0049]

【数4】 (Equation 4)

【0050】となる。駆動電圧の周波数をf1とf2もし
くはf2とf1で切り替えたときに光の出射方向が第1の
出射面と第2の出射面とで切り替わるためには、導光部
材の屈折率n1に対して (nP>n1、nP′<n1) ・・・(5) 及び/または (nS<n1、nS′>n1) ・・・(6) となればよい。入射光がP偏光の場合には上記式(5)
を満足すればよく、S偏光の場合には上記式(6)を満
足すればよい。式(5)及び式(6)を満足していれば
どのような偏光方向でも対応できる。
Is as follows. In order for the light emission direction to be switched between the first emission surface and the second emission surface when the frequency of the drive voltage is switched between f 1 and f 2 or between f 2 and f 1 , the refractive index of the light guide member is required. For n 1 , (n P > n 1 , n P ′ <n 1 ) (5) and / or (n S <n 1 , n S ′> n 1 ) (6) I just need. When the incident light is P-polarized light, the above equation (5) is used.
Is satisfied, and in the case of S-polarized light, the above expression (6) may be satisfied. As long as the expressions (5) and (6) are satisfied, any polarization direction can be used.

【0051】この素子の透明電極及び下部電極にクロス
オーバー周波数fcよりも低い周波数f1で電圧を印加
した場合で、例えば、図4(A)に示したようにP偏光
が入射した場合には、屈折率可変部材30のP偏光に対
する屈折率が導光部材10の屈折率よりも大きくなっ
て、入射光は全反射せずに屈折率可変部材30を透過し
て反射部材で反射されて第2の出射面13から出射す
る。またfcよりも高い周波数f2で駆動した場合でP
偏光が入射した場合には、P偏光に対する屈折率可変部
材30の屈折率は導光部材10の屈折率よりも小さくな
って透明電極15と屈折率可変部材30との界面で全反
射して第1の出射面から出射する。S偏光に対しては屈
折率変化が逆になるため出射面がP偏光の場合とは逆に
なる。
When a voltage is applied to the transparent electrode and the lower electrode of this device at a frequency f 1 lower than the crossover frequency fc, for example, when P-polarized light is incident as shown in FIG. The refractive index of the variable-refractive-index member 30 for P-polarized light is larger than the refractive index of the light-guiding member 10, and the incident light is transmitted through the variable-refractive-index member 30 without being totally reflected and reflected by the reflecting member. The light exits from the second exit surface 13. Also, when driving at a frequency f 2 higher than fc, P
When polarized light is incident, the refractive index of the refractive index variable member 30 with respect to the P-polarized light is smaller than the refractive index of the light guide member 10, and is totally reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the refractive index variable member 30. The light exits from the first exit surface. Since the change in the refractive index is reversed for S-polarized light, it is opposite to the case where the exit surface is P-polarized light.

【0052】二周波駆動液晶としては、例えば、2,3
−ジシアノ−4−ペンチルオキシフェニル−4−(トラ
ンス−4−エチルシクロヘキシル)ベンゾアート、2,
3−ジシアノ−4ペンチルオキシフェニル−トランス−
4−プロピル−1−シクロヘキサンカルボキシラート、
2,3−ジシアノ−4−エトキシフェニル−4−(トラ
ンス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゾアート、
2,3−ジシアノ−4−エトキシフェニル−4−(トラ
ンス−4−ブチルシクロヘキシル)ベンゾアート、2,
3−ジシアノ−4−ブトキシフェニル−4−(トランス
−4−ブチルシクロヘキシル)ベンゾアートなどを用い
ることができる。
As the two-frequency driving liquid crystal, for example,
-Dicyano-4-pentyloxyphenyl-4- (trans-4-ethylcyclohexyl) benzoate, 2,
3-dicyano-4pentyloxyphenyl-trans-
4-propyl-1-cyclohexanecarboxylate,
2,3-dicyano-4-ethoxyphenyl-4- (trans-4-pentylcyclohexyl) benzoate,
2,3-dicyano-4-ethoxyphenyl-4- (trans-4-butylcyclohexyl) benzoate,
3-dicyano-4-butoxyphenyl-4- (trans-4-butylcyclohexyl) benzoate and the like can be used.

【0053】導光部材10は、入射光に対して透過率の
高いガラスやプラスチックや結晶で作られる。内部の屈
折率のばらつきが小さく等方的な材料が望ましい。具体
的にはガラスとしてはフリントガラス、重フリントガラ
ス、クラウンガラス、重クラウンガラス、軽クラウンガ
ラス、硼硅クラウンガラス、石英ガラスなどが挙げら
れ、プラスチックとしてはポリカーボネイト、ポリアク
リル酸メチル、ポリメタクリル酸メチルなどが挙げられ
る。作製方法は、型による成形法や研磨による整形法な
ど一般的な方法を用いることができる。
The light guide member 10 is made of glass, plastic, or crystal having high transmittance for incident light. It is desirable to use an isotropic material having a small variation in the internal refractive index. Specific examples of the glass include flint glass, heavy flint glass, crown glass, heavy crown glass, light crown glass, borosilicate glass, quartz glass, and the like, and plastics such as polycarbonate, polymethyl acrylate, and polymethacrylic acid. Methyl and the like. As a manufacturing method, a general method such as a molding method using a mold or a shaping method using polishing can be used.

【0054】斜面形成部材22の形成方法は、シリコン
プロセスによる方法、熱硬化性もしくは熱可塑性樹脂を
金型によって成形する方法などを用いることができる。
反射電極23はアルミなど反射率が高く、導電率もよい
材料をスパッタ、蒸着などの方法で斜面形成部材22の
表面に形成する。
The slope forming member 22 can be formed by a method using a silicon process, a method of molding a thermosetting or thermoplastic resin with a mold, or the like.
The reflective electrode 23 is formed on the surface of the slope forming member 22 by a material such as aluminum having high reflectivity and good conductivity by sputtering, vapor deposition, or the like.

【0055】また基板21に駆動回路などを組み込んだ
場合には、斜面形成部材22にエッチングなどの方法で
コンタクトホールを設け、反射電極23と基板21とを
電気的に接続する必要がある。
When a drive circuit or the like is incorporated in the substrate 21, it is necessary to provide a contact hole in the slope forming member 22 by etching or the like, and to electrically connect the reflective electrode 23 and the substrate 21.

【0056】図6は、本発明による光スイッチング素子
の他の構成例を模式的に説明するための図で、反射部材
は省略してある。屈折率可変部材30に含まれる二周波
駆動液晶31の長軸が、電界が印加されていないときに
入射面11に対して垂直な方向を向くよう、予め配向制
御されている(請求項3の発明)。
FIG. 6 is a view for schematically explaining another example of the configuration of the optical switching element according to the present invention, and the reflection member is omitted. The orientation control is performed in advance so that the major axis of the dual-frequency driving liquid crystal 31 included in the refractive index variable member 30 is oriented in a direction perpendicular to the incident surface 11 when no electric field is applied. invention).

【0057】例えば、誘電異方性が正の二周波駆動液晶
31の長軸が、xy面内ではx軸方向に配向するように
予め配向処理が施されているものとする。クロスオーバ
ー周波数以下の周波数f1で電圧を印加すると、二周波
駆動液晶31の長軸は図6(A)のように、電界方向に
配向するため、z軸方向の屈折率はnz=n//、x軸及
びy軸方向の屈折率はnx=ny=nとなる。このとき
P偏光及びS偏光に対する屈折率nP、nSは、
For example, it is assumed that the long axis of the two-frequency driving liquid crystal 31 having a positive dielectric anisotropy has been subjected to an alignment process in advance so as to be aligned in the x-axis direction in the xy plane. When a voltage is applied at the crossover frequency below the frequency f 1, two long axis of frequency driving liquid crystal 31, as in FIG. 6 (A), for orienting in the direction of the electric field, the refractive index in the z-axis direction is n z = n //, the refractive index of the x-axis and y-axis direction is n x = n y = n ⊥ . At this time, the refractive indexes n P and n S for P-polarized light and S-polarized light are

【0058】[0058]

【数5】 (Equation 5)

【0059】となる。これは式(3)と同じである。ク
ロスオーバー周波数以上の周波数f2で電圧を印加する
と、二周波駆動液晶31の長軸は電界に垂直な方向すな
わち全反射面14に平行な方向に配向するが、配向処理
によって全反射面14に平行な面内ではx軸方向に配向
するので、結果として二周波駆動液晶31はx軸方向に
配向する。そのためnz=ny=n//、nx=nとな
る。この場合のP偏光及びS偏光に対する屈折率nP
及びnS″は、
Is as follows. This is the same as equation (3). When a voltage is applied in a cross-over frequency or higher frequency f 2, the long axis of the dual frequency addressable liquid crystal 31 is aligned in the direction parallel to the vertical direction, ie, the total reflection surface 14 on the field, the total reflection surface 14 by alignment treatment Since the liquid crystal 31 is oriented in the x-axis direction in a parallel plane, the dual-frequency drive liquid crystal 31 is oriented in the x-axis direction as a result. Therefore, nz = ny = n // and nx = n } . In this case, the refractive index n P ″ for P-polarized light and S-polarized light
And n S "is,

【0060】[0060]

【数6】 (Equation 6)

【0061】となる。駆動電圧の周波数をf1とf2もし
くはf2とf1で切り替えたときに光の出射方向が第1の
出射面12と第2の出射面13とで切り替わるために
は、導光部材10の屈折率n1に対して、 (nP>n、nP″<n) ・・・(9) 及び/または、 (nS<n、nS″>n) ・・・(10) となればよい。入射光がP偏光の場合には式(9)を満
足すればよく、S偏光の場合には式(10)を満足すれ
ばよい。式(9)及び式(10)を満足していればどの
ような偏光方向でも対応できる。
Is obtained. In order to switch the light emission direction between the first emission surface 12 and the second emission surface 13 when the frequency of the drive voltage is switched between f 1 and f 2 or between f 2 and f 1 , the light guide member 10 relative refractive index n 1 of, (n P> n 1, n P "<n 1) ··· (9) and / or, (n S <n 1, n S"> n 1) ··· (10) When the incident light is P-polarized light, equation (9) may be satisfied, and when the incident light is S-polarized light, equation (10) may be satisfied. As long as the expressions (9) and (10) are satisfied, any polarization direction can be used.

【0062】式(8)を式(4)と比べると、nP′<
P″、nS′<nS″である。すなわち入射面11に対
して垂直な方向に配向処理した場合は屈折率の変化量が
大きくなる。従って、周波数f1と周波数f2の電圧を印
加したときの屈折率差を大きくすることができ、光スイ
ッチング動作に対する入射角βの余裕度を大きくするこ
とができる。すなわち、入射光の平行度や入射角の誤差
に対する余裕が大きくなり、また入射角β自体を小さく
することも可能となる。
When comparing equation (8) with equation (4), n P ′ <
n P is a ", n S '<n S ". That is, when the orientation treatment is performed in a direction perpendicular to the incident surface 11, the amount of change in the refractive index increases. Therefore, it is possible to increase the difference in refractive index upon application of a voltage of a frequency f 1 and frequency f 2, it is possible to increase the margin of the incident angle β with respect to the light switching operation. That is, a margin for the error of the parallelism and the incident angle of the incident light is increased, and the incident angle β itself can be reduced.

【0063】図7は、本発明による光スイッチング素子
の更に他の構成例を示す図である。本実施例の構成は、
液晶分子の長軸方向を予め配向させる手段として配向膜
16,25を設けることを特徴としている(請求項4の
発明)。配向膜16,25の作製方法としては、有機高
分子膜表面を、液晶分子の長軸を配向させたい方向に綿
布やブラシなどで数回こする(ラビング処理)ラビング
法、SiOなどの無機物を斜めから蒸着する斜方蒸着
法、エッチングその他でグレーティングを形成する方法
など既存の様々な方法を用いることができる。配向膜1
6,25は屈折率可変部材30を挟持する表面、すなわ
ち導光部材10の全反射面14の最表面及び反射部材の
最表面にそれぞれ設けられる。
FIG. 7 is a diagram showing still another configuration example of the optical switching element according to the present invention. The configuration of this embodiment is
The present invention is characterized in that alignment films 16 and 25 are provided as means for aligning the major axis direction of liquid crystal molecules in advance (the invention of claim 4). As a method of forming the alignment films 16 and 25, a rubbing method in which the surface of the organic polymer film is rubbed several times with a cotton cloth or a brush in a direction in which the long axis of the liquid crystal molecules is desired to be aligned (rubbing treatment); Various existing methods can be used, such as a method of forming a grating by an oblique evaporation method in which evaporation is performed obliquely, an etching method, or the like. Alignment film 1
Reference numerals 6 and 25 are provided on the surface sandwiching the refractive index variable member 30, that is, the outermost surface of the total reflection surface 14 of the light guide member 10 and the outermost surface of the reflection member.

【0064】本発明の更に他の構成例を説明する。本構
成の光スイッチング素子は、図2と同様の構成を有する
ものであるが、屈折率可変部材30が、二周波駆動液晶
材料を高分子マトリクス中に分散保持した液晶/高分子
複合体であることを特徴としている(請求項2の発
明)。このような構造体としては、例えば液晶材料を高
分子被膜で包含した微小なカプセルをバインダー樹脂を
用いて接合したものや、液晶材料と高分子材料(あるい
はその前駆体)の混合体から液晶材料を相分離させた、
いわゆる高分子分散液晶などがある。以下に高分子分散
液晶を例にさらに詳しく述べる。
A description will be given of still another configuration example of the present invention. The optical switching element of this configuration has the same configuration as that of FIG. 2, but the refractive index variable member 30 is a liquid crystal / polymer composite in which a two-frequency driving liquid crystal material is dispersed and held in a polymer matrix. (The invention of claim 2). Examples of such a structure include a structure in which fine capsules containing a liquid crystal material covered with a polymer film are bonded using a binder resin, or a mixture of a liquid crystal material and a polymer material (or a precursor thereof). Phase-separated,
There is a so-called polymer dispersed liquid crystal. Hereinafter, a polymer-dispersed liquid crystal will be described in more detail as an example.

【0065】高分子マトリクス材料としては入射光に対
して透明なポリマーが好ましく、熱可塑性樹脂、熱硬化
性樹脂、光硬化性樹脂のいずれであってもよい。高分子
分散液晶の製法としては、(1)液晶と熱あるいは光硬
化(重合)性モノマーやオリゴマーで溶液を作り、重合
によって相分離させる重合相分離法、(2)液晶と高分
子と溶剤で溶液を作り、溶剤を蒸発させることによって
相分離させる溶媒蒸発相分離法、(3)液晶と熱可塑性
高分子を加熱溶解させた後、冷却によって相分離させる
熱相分離法などを用いることができる。
The polymer matrix material is preferably a polymer transparent to incident light, and may be any of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a photocurable resin. The polymer-dispersed liquid crystal is produced by (1) a polymer phase separation method in which a solution is formed from the liquid crystal and a thermosetting or photocurable (polymerizable) monomer or oligomer and phase separation is performed by polymerization; A solvent evaporation phase separation method in which a solution is formed and the solvent is evaporated to cause phase separation, and (3) a thermal phase separation method in which a liquid crystal and a thermoplastic polymer are heated and dissolved and then phase separated by cooling can be used. .

【0066】ポリマーとしては、製造工程の容易さ、液
晶相との分離性等の点から紫外線硬化型の樹脂を用いる
のが好ましい。具体的な例として紫外線硬化性アクリル
系樹脂が例示され、特に紫外線照射によって重合硬化す
るアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含有するも
のが好ましい。このようなモノマーまたはオリゴマーと
しては(ポリ)エステルアクリレート、(ポリ)ウレタ
ンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエ
ンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンア
クリレート、(ポリ)ホスファゼンメタクリレート等が
ある。その他の例として、チオール−エン系も光硬化速
度が速いことから好適に使用できる。
As the polymer, it is preferable to use a UV-curable resin from the viewpoint of easiness in the production process, separation from the liquid crystal phase, and the like. As a specific example, an ultraviolet curable acrylic resin is exemplified, and a resin containing an acrylic monomer or acrylic oligomer which is polymerized and cured by irradiation with ultraviolet light is particularly preferable. Examples of such a monomer or oligomer include (poly) ester acrylate, (poly) urethane acrylate, epoxy acrylate, polybutadiene acrylate, silicone acrylate, melamine acrylate, and (poly) phosphazene methacrylate. As another example, a thiol-ene system can be suitably used because of its high photocuring speed.

【0067】重合を速やかに行うために光重合開始剤を
用いてもよく、この例としてジクロロアセトフェノンや
トリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類、1−
ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェ
ノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾインアルキ
ルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノサルファ
イド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリルヨード
ニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス(トリク
ロロメチル)トリアジン化合物等を挙げることができ
る。
A photopolymerization initiator may be used in order to carry out the polymerization promptly. Examples thereof include acetophenones such as dichloroacetophenone and trichloroacetophenone;
Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzophenone, Michler's ketone, benzoyl, benzoin alkyl ether, benzyldimethyl ketal, monosulfide, thioxanthones, azo compounds, diallyliodonium salts, triallylsulfonium salts, bis (trichloromethyl) triazine compounds and the like. Can be.

【0068】この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を均
一に溶解させた液状物を反射部材(ここでは反射電極2
3)と導光部材10との間に注入した後、紫外線照射を
行うことによって紫外線硬化性化合物を硬化させると同
時に液晶材料を相分離させ、高分子分散液晶層を形成す
る。
A liquid material in which a liquid crystal material is uniformly dissolved in the ultraviolet curable compound is used as a reflection member (here, the reflection electrode 2).
After the light is injected between 3) and the light guide member 10, the ultraviolet curable compound is cured by irradiating ultraviolet rays, and at the same time, the liquid crystal material is phase-separated to form a polymer dispersed liquid crystal layer.

【0069】本構成の場合には、屈折率変化量を大きく
するために液晶を予め配向させる方法として、図7の構
成で説明したごとくの配向膜16,25を形成する方法
を用いることのほかに、以下に示すような方法を用いる
ことも可能である。
In the case of this configuration, as a method of pre-aligning the liquid crystal in order to increase the amount of change in the refractive index, in addition to using the method of forming the alignment films 16 and 25 as described in the configuration of FIG. Alternatively, the following method can be used.

【0070】屈折率可変部材30の高分子マトリクスを
重合する際に、屈折率可変部材30に電界を印加するこ
とで、液晶を一方向に配向することができる。このと
き、液晶に接している高分子マトリクス材料は液晶の配
向に引きずられて同じ方向に配向する。この状態で高分
子マトリクス材料を重合すると液晶との界面は液晶の配
向にならった形で固定される。この界面構造は液晶に対
して配向膜として機能するため、高分子マトリクス材料
が硬化した後に電界を解除しても、液晶は重合時に印加
していた電界方向にそろうことになる。
When polymerizing the polymer matrix of the variable-refractive-index member 30, an electric field is applied to the variable-refractive-index member 30, whereby the liquid crystal can be oriented in one direction. At this time, the polymer matrix material in contact with the liquid crystal is aligned in the same direction by being dragged by the alignment of the liquid crystal. When the polymer matrix material is polymerized in this state, the interface with the liquid crystal is fixed in a form following the orientation of the liquid crystal. Since this interface structure functions as an alignment film for the liquid crystal, even if the electric field is released after the polymer matrix material is cured, the liquid crystal aligns with the direction of the electric field applied during polymerization.

【0071】図8は、屈折率可変部材30の構造と、そ
の動作の説明のために、反射部材などを省略した構成と
を模式的に示す図である。屈折率可変部材30は紫外線
硬化樹脂中に微小な粒径の二周波駆動液晶を分散保持し
た構造であり、紫外線硬化樹脂を硬化する際に、図示し
ない手段によって図のx軸方向に静電界を印加して二周
波駆動液晶の長軸をx軸方向に配向させて硬化させたも
のである。この素子の透明電極15及び下部電極23′
にクロスオーバー周波数fcよりも低い周波数f1で電
圧を印加した場合には図8(A)のように二周波駆動液
晶分子はz軸方向に配向するため、例えば図に示したよ
うにP偏光が入射した場合には屈折率可変部材30のP
偏光に対する屈折率が導光部材10の屈折率よりも大き
くなって、入射光は全反射せずに屈折率可変部材30を
透過して、図示しない反射部材で反射されて第2の出射
面から出射する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the structure of the refractive index variable member 30 and a configuration in which a reflecting member and the like are omitted for the purpose of explaining the operation. The refractive index variable member 30 has a structure in which a two-frequency driving liquid crystal having a fine particle diameter is dispersed and held in an ultraviolet curable resin. When the ultraviolet curable resin is cured, an electrostatic field is applied in the x-axis direction in the drawing by means (not shown). The two-frequency drive liquid crystal is applied and the long axis is oriented in the x-axis direction and cured. The transparent electrode 15 and the lower electrode 23 'of this device
For dual frequency addressable liquid crystal molecules as shown in FIG. 8 (A) in the case of applying a voltage at a low frequency f 1 than crossover frequency fc is oriented in the z-axis direction, P-polarized light as shown in FIG example Is incident, the P of the refractive index variable member 30
The refractive index for the polarized light is larger than the refractive index of the light guide member 10, and the incident light passes through the refractive index variable member 30 without being totally reflected, is reflected by a reflection member (not shown), and is reflected from the second emission surface. Emit.

【0072】一方、上記素子をfcよりも高い周波数f
で駆動した場合には、図8(B)に示すように、液晶
分子の長軸は図のx軸方向に配向し、例えばP偏光に対
する屈折率可変部材30の屈折率は導光部材10の屈折
率よりも小さくなって透明電極15と屈折率可変部材3
0との界面で全反射して第1の出射面12から出射す
る。S偏光に対しては屈折率変化が逆になるため、出射
面がP偏光の場合とは逆になる。なお、図8(A)にお
いて光がほとんど散乱することなく屈折率可変部材30
中を透過するためには、液晶ドロップレットの粒径は入
射光の波長の1/5より好ましくは1/10以下とする
のがよい。また液晶がこのように微小なドロップレット
になるとその応答速度が非常に高速になることが実験的
にわかっており、より高速な応答速度の光スイッチング
素子を形成することができる。
On the other hand, the above-mentioned element is operated at a frequency f higher than fc.
When driven at 2, as shown in FIG. 8 (B), the long axis of the liquid crystal molecules are oriented in the x-axis direction in the figure, for example, the refractive index light-guiding member 10 of the refractive index variable member 30 with respect to P-polarized light Electrode 15 and the refractive index variable member 3
The light is totally reflected at the interface with 0 and exits from the first exit surface 12. Since the change in the refractive index is reversed for s-polarized light, it is reversed for the case where the exit surface is p-polarized. In FIG. 8A, the refractive index variable member 30 is hardly scattered.
In order to allow the liquid crystal to pass through the inside, the particle diameter of the liquid crystal droplet is preferably 5 of the wavelength of the incident light, more preferably 1/10 or less. It has been experimentally found that the response speed becomes extremely high when the liquid crystal becomes such a minute droplet, so that an optical switching element having a higher response speed can be formed.

【0073】図9は、本発明の更に他の構成例(請求項
6の発明)を説明するための図で、光スイッチング素子
の斜視概略図を図9(A)に、図9(A)の光スイチン
グ素子のx方向断面概略図を図9(B)に、同y方向断
面概略図を図9(C)に示すものである。本構成例の構
成は、反射部材及び個別電極としての反射電極を一次元
方向に配列し、導光部材10と反射電極23との間に屈
折率可変部材30を挟持している。導光部材10の全反
射面には共通電極として透明電極15が設けられてい
る。基板21には個別電極である反射電極23が接続さ
れ、それらに選択的に信号を供給するための駆動素子が
設けられるのが好ましい。アレイ状に配列した各個別電
極(反射電極23)に選択的に電圧信号を印加すること
によって、屈折率可変部材30の屈折率が空間変調さ
れ、ライン状の光のON/OFF(空間光変調)ができ
る。また、個別電極が配列している方向と垂直な方向に
走査する走査装置と組み合わせることで二次元の空間光
変調ができる。
FIG. 9 is a view for explaining still another example of the configuration of the present invention (the invention of claim 6). FIG. 9A is a schematic perspective view of an optical switching element, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of the optical switching element of FIG. 9A, and FIG. 9C is a schematic cross-sectional view of the same in the y-direction. In the configuration of this configuration example, the reflection members and the reflection electrodes as individual electrodes are arranged in a one-dimensional direction, and the refractive index variable member 30 is sandwiched between the light guide member 10 and the reflection electrode 23. A transparent electrode 15 is provided on the total reflection surface of the light guide member 10 as a common electrode. It is preferable that the substrate 21 is connected to the reflection electrode 23 which is an individual electrode, and a driving element for selectively supplying a signal to the reflection electrode 23 is provided. By selectively applying a voltage signal to each individual electrode (reflecting electrode 23) arranged in an array, the refractive index of the refractive index variable member 30 is spatially modulated, and ON / OFF of linear light (spatial light modulation) is performed. ) Can be. Also, two-dimensional spatial light modulation can be performed by combining with a scanning device that scans in a direction perpendicular to the direction in which the individual electrodes are arranged.

【0074】また図10は、本発明による空間光変調器
を用いて構成した画像表示装置の構成例の一例を模式的
に示す概略図で、図中、40は空間光変調器、41は光
源、42はコリメートレンズ、43は走査機構、44は
投影レンズ、45はスクリーン、46は二次元空間変調
データである。本構成例では、空間光変調器40の個別
の反射電極の駆動と走査装置の駆動を画像信号によって
制御し、得られた2次元空間光変調された光線をスクリ
ーンに投影することで画像表示装置を形成することがで
きる(請求項9の発明)。図10では空間光変調器40
の全反射面で全反射して第1の出射面から出射した出射
光をONの場合として投影しているが、反射部材で反射
して第2の出射面から出射した光をONとして投影して
も良い。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing an example of the configuration of an image display device using the spatial light modulator according to the present invention. In FIG. 10, reference numeral 40 denotes a spatial light modulator, and 41 denotes a light source. , 42 are a collimating lens, 43 is a scanning mechanism, 44 is a projection lens, 45 is a screen, and 46 is two-dimensional spatial modulation data. In this configuration example, the driving of the individual reflection electrodes of the spatial light modulator 40 and the driving of the scanning device are controlled by an image signal, and the obtained two-dimensional spatial light-modulated light beam is projected on a screen to thereby display the image display device. Can be formed (the invention of claim 9). In FIG. 10, the spatial light modulator 40
The outgoing light totally reflected by the total reflection surface and emitted from the first emission surface is projected as ON, but the light reflected by the reflection member and emitted from the second emission surface is projected as ON. May be.

【0075】図11は、本発明に係わる画像表示装置の
他の構成例を説明するための図である。図11に示すよ
うに、一次元の空間光変調器40そのものに走査機構4
7を設けて、反射部材が配列している方向と垂直な方向
に走査することで、よりコンパクトな二次元空間光変調
器を形成することができる(請求項7の発明)。
FIG. 11 is a diagram for explaining another configuration example of the image display device according to the present invention. As shown in FIG. 11, the one-dimensional spatial light modulator 40 itself includes a scanning mechanism 4.
7 and scanning in a direction perpendicular to the direction in which the reflection members are arranged, a more compact two-dimensional spatial light modulator can be formed (the invention of claim 7).

【0076】図12は、本発明に係わる画像表示装置の
更に他の構成例を説明するための図である。本構成例で
は、一次元の空間光変調器40そのものに走査機構47
を設けて、反射部材が配列している方向と垂直な方向に
走査することで、コンパクトな画像表示装置を提供でき
る(請求項10の発明)。このような一次元空間光変調
器40を走査することで2次元化する方式の場合、光源
41からの光線の空間光変調器40への入射角は走査に
したがって変化していくが、本発明では、入射角が変化
しても全反射条件(式1)が満足されていれば光スイッ
チング素子として機能する。なお、図9、図10、図1
1及び図12の構成例においては、一次元アレイの導光
部材10を共通にして一つにしているが、導光部材10
を各光スイッチング素子ごとに分割しても構わない。走
査機構43,47はローレンツ力を利用するガルバノ方
式、静電気力を利用する方式、電歪や磁歪を利用する方
式など既存の方式を用いることができる。
FIG. 12 is a diagram for explaining still another example of the configuration of the image display device according to the present invention. In this configuration example, the scanning mechanism 47 is attached to the one-dimensional spatial light modulator 40 itself.
Is provided, and scanning is performed in a direction perpendicular to the direction in which the reflecting members are arranged, whereby a compact image display device can be provided (the invention of claim 10). In the case of the two-dimensional system by scanning the one-dimensional spatial light modulator 40, the incident angle of the light beam from the light source 41 to the spatial light modulator 40 changes according to the scanning. Does function as an optical switching element if the total reflection condition (Equation 1) is satisfied even if the incident angle changes. 9, 10, and 1.
In the configuration examples of FIGS. 1 and 12, the one-dimensional array of light guide members 10 is shared and one light guide member 10 is used.
May be divided for each optical switching element. The scanning mechanisms 43 and 47 can use an existing method such as a galvano method using Lorentz force, a method using electrostatic force, and a method using electrostriction or magnetostriction.

【0077】図13は、本発明に係わる空間光変調器の
他の構成例を説明するための斜視概略図である。図13
に示すように、反射部材(ここでは反射電極23)を2
次元アレイ状に配列することで、二次元の空間光変調器
を形成することもできる(請求項5の発明)。この場
合、空間光変調器だけで二次元の空間光変調ができるた
め、図10や図12の構成例のように走査機構43,4
7を設けることなく画像表示装置を形成することができ
る(請求項8の発明)。なお、図13では導光部材10
を共通にして一つにしているが、導光部材10を各光ス
イッチング素子ごとに分割しても構わない。
FIG. 13 is a schematic perspective view for explaining another configuration example of the spatial light modulator according to the present invention. FIG.
As shown in FIG. 3, the reflection member (here, the reflection electrode 23) is
By arranging them in a dimensional array, a two-dimensional spatial light modulator can be formed (the invention of claim 5). In this case, since two-dimensional spatial light modulation can be performed only by the spatial light modulator, the scanning mechanisms 43 and 4 as in the configuration examples of FIGS.
The image display device can be formed without providing the image display device 7 (the invention of claim 8). It should be noted that in FIG.
Are common, but the light guide member 10 may be divided for each optical switching element.

【0078】上記の一次元アレイ状の空間光変調器もし
くは二次元アレイ状の空間光変調器を使った画像表示装
置では、赤、緑、青など複数の波長の入射光を使い、時
分割で各色の画像を表示したり(フィールドシーケンシ
ャル方式)や、複数の空間光変調器を設けて各色の画像
を同時に投影することで、フルカラー画像を表示するこ
ともできる。
In an image display apparatus using the above-described one-dimensional array spatial light modulator or two-dimensional array spatial light modulator, incident light of a plurality of wavelengths such as red, green, and blue is used, and time division is performed. A full-color image can be displayed by displaying an image of each color (field sequential method) or by providing a plurality of spatial light modulators and projecting the images of each color simultaneously.

【0079】以下に上述したごとくの実施の形態1に係
わる本発明の光スイッチ素子を具体化した実施例につい
て説明する。 (実施例1)図14は、光スイッチング素子の作製工程
の一例を説明するための図である。 (A)反射制御部材の作製 図14(A)に示すごとくに、Si基板21の表面にM
OSFETによる駆動素子26を形成し、その上にCV
D法により5μm厚の酸化シリコンによる酸化膜27を
堆積した。次に面積階調のパターンを形成したフォトマ
スクを用いてパターンニングしてドライエッチングを行
うことによって傾斜面w及びコンタクトホール24を形
成した。メタルCVDによる穴埋めを行った後、スパッ
タリングによりアルミニウムを0.1μm厚で堆積し、
反射部材兼下部電極(反射電極23)となるようにパタ
ーンニングして反射制御部材28を得た。
An example in which the optical switch element according to the first embodiment of the present invention as described above is embodied will be described below. (Embodiment 1) FIG. 14 is a view for explaining an example of a manufacturing process of an optical switching element. (A) Production of reflection control member As shown in FIG.
A driving element 26 of OSFET is formed, and a CV
An oxide film 27 of silicon oxide having a thickness of 5 μm was deposited by Method D. Next, the inclined surface w and the contact hole 24 were formed by performing patterning using a photomask on which an area gradation pattern was formed and performing dry etching. After filling the hole by metal CVD, aluminum was deposited to a thickness of 0.1 μm by sputtering.
The reflection control member 28 was obtained by patterning so as to be a reflection member and a lower electrode (reflection electrode 23).

【0080】(B)セル作製 図14(B)に示すごとくに、フリントガラス(F2、
n=1.615 at633nm)からなる導光部材1
0の全反射面に50nm厚のITOからなる透明電極1
5を形成したものと、上記図14(A)で得られた反射
制御部材28とをエポキシ樹脂からなるシール材29を
用いて張り合わせ、空セルを作製した。シール材の一部
には注入孔(図示せず)を設けた。
(B) Cell Production As shown in FIG. 14B, flint glass (F2,
n = 1.615 at 633 nm)
0 transparent electrode 1 made of 50 nm thick ITO on the total reflection surface
5 and the reflection control member 28 obtained in FIG. 14A were bonded together using a sealing material 29 made of an epoxy resin, thereby producing an empty cell. An injection hole (not shown) was provided in a part of the sealing material.

【0081】(C)注入 図14(C)に示すごとくに、図14(B)で得られた
空セル内を真空排気した後、該空セルに二周波駆動液晶
(メルク社製、MX001543、n=no=1.4
978、n//=ne=1.7192、Δn=0.221
4)による屈折率可変部材30を注入し、注入孔を封止
した。このようにして作製された光スイッチング素子に
レーザ光(波長670nm)をP偏光として入射面より
入射させ、透明電極及び下部電極との間に波高値20V
の片極性矩形波を印加した。印加した矩形波の周波数を
1kHz及び100kHzで切り替えると、印加周波数
に応じて第1の出射面12からの出射光を高速でスイッ
チングすることができた。
(C) Injection As shown in FIG. 14 (C), the inside of the empty cell obtained in FIG. 14 (B) was evacuated, and then the dual-frequency driving liquid crystal (MQ001543, manufactured by Merck Ltd.) was placed in the empty cell. n⊥ = no = 1.4
978, n // = ne = 1.7192, Δn = 0.221
The variable refractive index member 30 according to 4) was injected, and the injection hole was sealed. Laser light (wavelength: 670 nm) is incident as P-polarized light from the incident surface onto the optical switching element thus manufactured, and a peak value of 20 V is applied between the transparent electrode and the lower electrode.
Was applied. When the frequency of the applied rectangular wave was switched between 1 kHz and 100 kHz, the light emitted from the first emission surface 12 could be switched at high speed in accordance with the applied frequency.

【0082】(実施例2)図15は、光スイッチング素
子の作製工程の他の例を説明するための図である。 (A)反射制御部材の作製 図15(A)に示すごとくに、Si基板21の表面にM
OSFETによる駆動素子26を一次元に複数個形成
し、その上にCVD法により5μm厚の酸化シリコンに
よる酸化膜27を堆積した。次に面積階調のパターンを
形成したフォトマスクを用いてパターンニングしてドラ
イエッチングを行うことによって傾斜面w及びコンタク
トホール24を形成した。そしてメタルCVDによる穴
埋めを行った後、スパッタリングによりアルミニウムを
0.1μm厚で堆積し、反射部材兼下部電極(反射電極
23)となるようにパターンニングした。反射部材兼下
部電極表面にポリイミド前駆体を塗布して、ストライプ
状フォトマスクを使ってフォトリソグラフィー法でパタ
ーニングした後250℃で加熱してイミド化してピッチ
1μm平均深さ0.5μmのグレーティングが形成され
たポリイミド膜を形成して配向膜25とした。
(Example 2) FIG. 15 is a view for explaining another example of the manufacturing process of the optical switching element. (A) Production of reflection control member As shown in FIG.
A plurality of driving elements 26 formed by OSFETs were formed one-dimensionally, and an oxide film 27 of silicon oxide having a thickness of 5 μm was deposited thereon by CVD. Next, the inclined surface w and the contact hole 24 were formed by performing patterning using a photomask on which an area gradation pattern was formed and performing dry etching. Then, after filling the holes by metal CVD, aluminum was deposited to a thickness of 0.1 μm by sputtering, and patterning was performed so as to be a reflecting member and a lower electrode (reflecting electrode 23). A polyimide precursor is coated on the surface of the reflecting member and the lower electrode, patterned by a photolithography method using a striped photomask, heated at 250 ° C. and imidized to form a grating with a pitch of 1 μm and an average depth of 0.5 μm. An oriented film was formed by forming the polyimide film thus obtained.

【0083】(B)セル作製 図15(B)に示すごとくに、フリントガラス(F2、
n=1.615 at633nm)からなる導光部材1
0の全反射面に50nm厚のITOからなる透明電極1
5を形成し、さらに、ポリイミド前駆体を塗布して、ス
トライプ状フォトマスクを使ってフォトリソグラフィー
法でパターニングした後250℃で加熱してイミド化し
てピッチ1μm平均深さ0.5μmのグレーティングが
形成されたポリイミド膜を形成して配向膜16としたも
のと、上記図15(A)の反射制御部材28とをエポキ
シ樹脂からなるシール材29を用いて張り合わせ、空セ
ルを作製した。シール材29の一部には図示しない注入
孔を設けた。
(B) Cell Production As shown in FIG. 15B, flint glass (F2,
n = 1.615 at 633 nm)
0 transparent electrode 1 made of 50 nm thick ITO on the total reflection surface
5 is further coated with a polyimide precursor, patterned by a photolithography method using a striped photomask, and then heated at 250 ° C. to imidize to form a grating with a pitch of 1 μm and an average depth of 0.5 μm. An alignment cell 16 formed by forming the polyimide film thus obtained and the reflection control member 28 shown in FIG. 15A were bonded together by using a sealing material 29 made of an epoxy resin to produce an empty cell. An injection hole (not shown) was provided in a part of the sealing material 29.

【0084】(C)注入 図15(C)に示すごとくに、図15(B)の空セル内
を真空排気した後、該空セルに二周波駆動液晶(メルク
社製、MX001543、n=no=1.4978、
//=ne=1.7192、Δn=0.2214)による
屈折率可変部材30を注入し、注入孔を封止した。
[0084] (C) in as shown in infusion diagram 15 (C), FIG. 15 after evacuating the inside air cells (B), dual frequency addressable liquid crystal (manufactured by Merck & Co. in the air cell, MX001543, n = no = 1.4978,
n // = ne = 1.7192, Δn = 0.2214), and the injection hole was sealed.

【0085】上記のようにして作製された光スイッチン
グ素子にレーザ光(波長670nm)をP偏光として入
射面より入射させ、透明電極15及び個別電極である下
部電極(反射電極23)との間に波高値20Vの片極性
矩形波を印加した。印加した矩形波の周波数を選択的に
1kHz及び100kHzで切り替えると、印加周波数
に応じて第2の出射面からの出射光を高速で空間光変調
することができた。
Laser light (wavelength 670 nm) is incident on the optical switching element manufactured as described above as P-polarized light from the incident surface, and is interposed between the transparent electrode 15 and the lower electrode (reflective electrode 23) which is an individual electrode. A unipolar rectangular wave having a peak value of 20 V was applied. When the frequency of the applied rectangular wave was selectively switched between 1 kHz and 100 kHz, the light emitted from the second emission surface could be spatially modulated at high speed in accordance with the applied frequency.

【0086】(実施例3)図16は、光スイッチング素
子の作製工程の他の例を説明するための図である。 (A)反射制御部材の作製 図16(A)に示すように、Si基板21の表面にMO
SFETによる駆動素子26を二次元的に複数個形成
し、その上にCVD法により5μm厚の酸化シリコンを
堆積して酸化膜27とした。次に面積階調のパターンを
形成したフォトマスクを用いてパターンニングしてドラ
イエッチングを行うことによって傾斜面w及びコンタク
トホール24を形成した。メタルCVDによる穴埋めを
行った後、スパッタリングによりアルミニウムを0.1
μm厚で堆積し、反射部材兼下部電極(反射電極23)
となるようにパターンニングした。
(Embodiment 3) FIG. 16 is a view for explaining another example of the manufacturing process of the optical switching element. (A) Production of reflection control member As shown in FIG.
A plurality of drive elements 26 formed of SFETs were formed two-dimensionally, and a 5 μm thick silicon oxide was deposited thereon by a CVD method to form an oxide film 27. Next, the inclined surface w and the contact hole 24 were formed by performing patterning using a photomask on which an area gradation pattern was formed and performing dry etching. After filling the hole by metal CVD, aluminum was sputtered to 0.1.
Deposited in a thickness of μm, and a reflection member and lower electrode (reflection electrode 23)
Patterned so that

【0087】(B)セル作製 図16(B)に示すように、フリントガラス(F2、n
=1.615 at633nm)からなる導光部材10
の全反射面に50nm厚のITOからなる透明電極15
を形成したものと、図16(A)の反射制御部材とをエ
ポキシ樹脂からなるシール材29を用いて張り合わせ、
空セルを作製した。シール材29の一部には注入孔(図
示せず)を設けた。
(B) Cell Production As shown in FIG. 16B, flint glass (F2, n
= 1.615 at 633 nm)
Transparent electrode 15 made of 50 nm thick ITO on the total reflection surface of
And the reflection control member of FIG. 16A are bonded together using a sealing material 29 made of epoxy resin.
An empty cell was prepared. An injection hole (not shown) was provided in a part of the sealing material 29.

【0088】(C)注入 上記図16(B)に示すように、空セル内を真空排気し
た後、二周波駆動液晶(メルク社製、MX00154
3、n=no=1.4978、n//=ne=1.719
2、Δn=0.2214)と紫外線硬化性化合物(NO
RLAND社製NOA81、アクリルモノマー)の混合
物(液晶濃度40wt%)を注入し、注入孔を封止し
た。
(C) Injection As shown in FIG. 16B, after evacuating the inside of the empty cell, a two-frequency driving liquid crystal (MX00154 manufactured by Merck & Co., Ltd.) is used.
3, n ⊥ = no = 1.4978 , n // = ne = 1.719
2, Δn = 0.2214) and an ultraviolet curable compound (NO
A mixture (liquid crystal concentration: 40% by weight) of a mixture of NOA81 (manufactured by RAND, acrylic monomer) was injected, and the injection hole was sealed.

【0089】(D)硬化 図16(D)に示すように、図16(D)の紙面に垂直
な方向に静電界を印加しながら高圧水銀ランプによりU
V光(50mW/cm2)を照射し、高分子分散液晶を
形成した。
(D) Curing As shown in FIG. 16 (D), while applying an electrostatic field in a direction perpendicular to the plane of FIG.
V light (50 mW / cm 2 ) was applied to form a polymer dispersed liquid crystal.

【0090】このようにして作製された光スイッチング
素子にレーザ光(波長670nm)をP偏光として入射
面より入射させ、透明電極15及び個別電極である下部
電極(反射電極23)との間に波高値20Vの片極性矩
形波を印加した。印加した矩形波の周波数を選択的に1
kHz及び100kHzで切り替えると、印加周波数に
応じて第2の出射面からの出射光を高速で空間光変調す
ることができ、投影レンズを使ってスクリーンに画像を
表示することができた。
Laser light (wavelength: 670 nm) is incident as P-polarized light from the incident surface on the optical switching element thus manufactured, and a wave is generated between the transparent electrode 15 and the lower electrode (reflective electrode 23) which is an individual electrode. A unipolar rectangular wave having a high value of 20 V was applied. Selectively change the frequency of the applied rectangular wave to 1
By switching between kHz and 100 kHz, the light emitted from the second emission surface could be spatially modulated at high speed in accordance with the applied frequency, and an image could be displayed on the screen using the projection lens.

【0091】〔実施の形態2〕本発明は、入射光の波長
に応じて出射光の方向を制御することを特徴としている
(請求項11)。波長に応じて出射光の方向を制御する
方法としては、出射した光の方向を波長に応じて偏向さ
せる偏向手段を設ける、入射光の波長に応じて入射角を
制御することで出射光の方向を制御する、または出射方
向が一定となるように入射光の波長に応じて屈折率を制
御する、といった方法を挙げることができる。これによ
って入射光の波長によらず出射光の方向を一定にするこ
とが可能となる。
[Second Embodiment] The present invention is characterized in that the direction of outgoing light is controlled according to the wavelength of incident light (claim 11). As a method of controlling the direction of the emitted light according to the wavelength, a deflecting means for deflecting the direction of the emitted light according to the wavelength is provided. The direction of the emitted light is controlled by controlling the incident angle according to the wavelength of the incident light. Or controlling the refractive index according to the wavelength of the incident light so that the emission direction is constant. This makes it possible to make the direction of the emitted light constant regardless of the wavelength of the incident light.

【0092】図17は、本発明による光スイッチング素
子の機能を説明するための図で、説明に不用な駆動素子
などは省略して示している。本構成の光スイッチング素
子では、光源41からの入射光の波長λがλ1>λ2>
λ3である3種類の光源があるとき、出射光の位置及び
方向が同一となるように、各光源から導光部材10へ入
射する入射光の入射位置及び入射角を波長によって変え
ている。これによって簡単な構成によって入射光の波長
によらず出射光の方向を一定にすることができる。
FIG. 17 is a diagram for explaining the function of the optical switching element according to the present invention, in which drive elements and the like that are unnecessary for the description are omitted. In the optical switching element having this configuration, the wavelength λ of the incident light from the light source 41 is λ1>λ2>.
When there are three types of light sources of λ3, the incident position and the incident angle of the incident light incident on the light guide member 10 from each light source are changed according to the wavelength so that the position and the direction of the emitted light become the same. Thus, the direction of the outgoing light can be made constant regardless of the wavelength of the incident light with a simple configuration.

【0093】図18は、本発明の光スイッチング素子の
更に他の構成例を示す図である。図18に示した光スイ
ッチング素子は、光の入射面11、出射面12、入射し
た光を全反射することができる部分を有する面(全反射
面14)とを備えた導光部材10と、該導光部材10の
全反射面14に対向して設けられ、少なくとも前記全反
射面と平行ではない角度に固定された少なくともひとつ
の反射面からなる反射部材(ここでは反射電極23)
と、該反射面を有する反射部材と導光部材10との間に
狭持された、液晶材料を含む屈折率可変部材30とから
なる。さらに導光部材10の全反射面には透明電極15
が設けられ、また、反射部材は金属材料で形成されてお
り、透明電極15との間に電圧を印加することで屈折率
可変部材30の屈折率を制御できるように反射電極23
としている。反射電極23は反射部材と下部電極という
ように別々に設けても構わない。
FIG. 18 is a diagram showing still another configuration example of the optical switching element of the present invention. The light switching element shown in FIG. 18 includes a light guide member 10 including a light incident surface 11, a light exit surface 12, and a surface having a portion capable of totally reflecting incident light (a total reflection surface 14); A reflecting member (here, a reflecting electrode 23) that is provided to face the total reflection surface 14 of the light guide member 10 and includes at least one reflection surface fixed at least at an angle that is not parallel to the total reflection surface.
And a variable-refractive-index member 30 containing a liquid crystal material sandwiched between the light-guiding member 10 and the reflecting member having the reflecting surface. Further, a transparent electrode 15 is provided on the total reflection surface of the light guide member 10.
The reflective member is formed of a metal material, and the reflective electrode 23 is controlled so that the refractive index of the refractive index variable member 30 can be controlled by applying a voltage between the reflective member and the transparent electrode 15.
And The reflection electrode 23 may be provided separately such as a reflection member and a lower electrode.

【0094】動作原理について図19を参照して説明す
る。図示しない光源からの光が導光部材10の入射面1
1から入射する。入射した光は導光部材10の内部を透
過して、導光部材10の全反射面14に設けられた透明
電極15に入射する。透明電極15の屈折率は導光部材
10の屈折率よりも大きく、光は透明電極15に入射す
る。後述するように、屈折率可変部材30の屈折率は、
透明電極15と反射電極23との間に印加された電圧が
発生させる電界によって変化する。導光部材10の屈折
率をn1、屈折率可変部材30の屈折率をn2、導光部材
10と透明電極15との界面での導光部材10側からの
光の入射角をθ1、透明電極15と屈折率可変部材30
との界面での屈折率可変部材30での屈折角をθ2とす
ると、透明電極15の屈折率に関係なく、 n1sinθ1=n2sinθ2 ・・・(11)とな
る。
The operating principle will be described with reference to FIG. Light from a light source (not shown) is incident on the light incident surface 1 of the light guide member 10.
Light enters from 1. The incident light passes through the inside of the light guide member 10 and enters the transparent electrode 15 provided on the total reflection surface 14 of the light guide member 10. The refractive index of the transparent electrode 15 is larger than the refractive index of the light guide member 10, and light enters the transparent electrode 15. As described later, the refractive index of the refractive index variable member 30 is
The voltage changes between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23 due to the electric field generated. The refractive index of the light guide member 10 is n 1 , the refractive index of the variable refractive index member 30 is n 2 , and the incident angle of light from the light guide member 10 at the interface between the light guide member 10 and the transparent electrode 15 is θ 1. , Transparent electrode 15 and variable refractive index member 30
Assuming that the refraction angle of the refractive index variable member 30 at the interface with is θ 2 , n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 (11) regardless of the refractive index of the transparent electrode 15.

【0095】屈折率可変部材30の屈折率n2が、The refractive index n 2 of the refractive index variable member 30 is

【0096】[0096]

【数7】 (Equation 7)

【0097】を満足する場合には、導光部材10から入
射した光は、透明電極15と屈折率可変部材30との界
面で全反射する。全反射した光は図19(A)のように
導光部材10内を透過して第1の出射面12から出射す
る。また、屈折率可変部材30の屈折率n2が上記式
(11)を満足しない場合には、導光部材10から入射
した光は屈折率可変部材30に入射する。屈折率可変部
材30に入射した光は反射電極23によって反射され、
図19(B)のように向きを変えて透明電極15及び導
光部材10を透過して第2の出射面13から出射する。
When the above condition is satisfied, the light incident from the light guide member 10 is totally reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the refractive index variable member 30. The totally reflected light passes through the light guide member 10 and exits from the first exit surface 12 as shown in FIG. If the refractive index n 2 of the variable refractive index member 30 does not satisfy the above expression (11), the light incident from the light guide member 10 enters the variable refractive index member 30. Light incident on the refractive index variable member 30 is reflected by the reflective electrode 23,
As shown in FIG. 19B, the light passes through the transparent electrode 15 and the light guide member 10 while changing its direction, and exits from the second exit surface 13.

【0098】以上のように、屈折率可変部材30の屈折
率を電圧で制御することによって、出力光である第2の
出射面13からの光をスイッチングすることができる。
なお、第1の出射面12からの光を出力光とすることも
可能ではあるが、OFFとした場合でもわずかに反射成
分が出力されるためにS/N比が悪くなるので、本発明
では第2の出射面13からの光のみを出力光として利用
する。
As described above, by controlling the refractive index of the refractive index variable member 30 with the voltage, it is possible to switch the light from the second emission surface 13 which is the output light.
Although it is possible to use the light from the first exit surface 12 as output light, even if the light is turned off, a slight reflection component is output, so that the S / N ratio deteriorates. Only light from the second exit surface 13 is used as output light.

【0099】なお、反射電極23で反射されて第2の出
射面13から出射する出力光は、透明電極15と屈折率
可変部材30との界面、及び透明電極15と導光部材1
0との界面、及び第2の出射面13に対して垂直になる
と、各界面及び出射面での反射が最小となる。従って反
射電極の傾斜角αを式(12)のように設定するのがよ
り好ましい。
The output light reflected by the reflection electrode 23 and emitted from the second emission surface 13 is reflected at the interface between the transparent electrode 15 and the refractive index variable member 30 and between the transparent electrode 15 and the light guide member 1.
When it is perpendicular to the interface with 0 and the second exit surface 13, the reflection at each interface and the exit surface is minimized. Therefore, it is more preferable to set the inclination angle α of the reflection electrode as shown in Expression (12).

【0100】[0100]

【数8】 (Equation 8)

【0101】屈折率可変部材30の屈折率は入射光の波
長に依存し、その変化率・変化量は材料によって異なる
ため、例えばある波長の光に対して導光部材10と屈折
率可変部材30の屈折率が同じように変化するとは限ら
ない。そのため一定の入射角で光が入射してもその屈折
角は波長によって変化し、その結果、出射方向が波長に
よって変わってしまう。そこで、本発明では図18に示
すように反射電極23に電圧を印加して液晶の屈折率を
変化させる駆動電圧発生装置51の他に、入射光の波長
に応じて一定のバイアス電圧を印加するためのバイアス
電圧発生装置52を設け、入射光源の波長に応じてバイ
アス電圧を重畳することで屈折率可変部材30の屈折率
を制御して、出射光の角度を一定にするようにしてい
る。
The refractive index of the variable refractive index member 30 depends on the wavelength of the incident light, and the rate of change and the amount of change vary depending on the material. For example, the light guide member 10 and the variable refractive index Does not necessarily change in the same way. Therefore, even if light is incident at a constant incident angle, the refraction angle changes depending on the wavelength, and as a result, the emission direction changes depending on the wavelength. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 18, a constant bias voltage is applied according to the wavelength of the incident light, in addition to the drive voltage generator 51 that changes the refractive index of the liquid crystal by applying a voltage to the reflective electrode 23. Voltage generator 52 is provided for controlling the refractive index of the refractive index variable member 30 by superimposing a bias voltage in accordance with the wavelength of the incident light source so as to make the angle of the emitted light constant.

【0102】例えば入射光の波長によらず光の出射方向
を図19(B)の方向にするための屈折率可変部材30
の屈折率をnaとし、入射光の波長がλの時の駆動電圧
発生装置51からの信号による屈折率変化をn2
(λ)′とすると、波長λの光を入射したときには、 δn(λ)=na―n2(λ)′ ・・・(14) に相当する屈折率変化を与えるようなバイアス電圧を印
加することになる。以上のように請求項13の発明によ
って、印加するバイアス電圧を変えることでどのような
波長の入射光に対しても出射光の方向を一定に保つこと
が可能となる。また、環境温度が変化して屈折率特性が
変化した場合でもバイアス電圧の調整で柔軟に対応する
ことができる。
For example, the refractive index variable member 30 for setting the light emission direction to the direction shown in FIG. 19B regardless of the wavelength of the incident light.
And the change in the refractive index due to the signal from the drive voltage generator 51 when the wavelength of the incident light is λ is n2.
Assuming that (λ) ′, when a light having a wavelength λ is incident, a bias voltage that gives a change in refractive index corresponding to δn (λ) = na−n2 (λ) ′ (14) is applied. become. As described above, according to the thirteenth aspect, by changing the applied bias voltage, it is possible to keep the direction of the outgoing light constant for incident light of any wavelength. Further, even when the refractive index characteristic changes due to a change in the environmental temperature, it is possible to flexibly cope with the adjustment of the bias voltage.

【0103】図20は、本発明の光スイッチング素子の
更に他の構成例を説明するための図で、屈折率可変部材
30が液晶/高分子複合体であることを特徴としている
(請求項14の発明)。このような構造体としては、例
えば液晶材料を高分子被膜で包含した微小なカプセルを
バインダー樹脂を用いて接合したものや、液晶材料と高
分子材料(あるいはその前駆体)の混合体から液晶材料
を相分離させた、いわゆる高分子分散液晶などがある。
以下に高分子分散液晶を例にさらに詳しく述べる。
FIG. 20 is a view for explaining still another configuration example of the optical switching element of the present invention, wherein the variable refractive index member 30 is a liquid crystal / polymer composite. Invention). Examples of such a structure include a structure in which fine capsules containing a liquid crystal material covered with a polymer film are bonded using a binder resin, or a mixture of a liquid crystal material and a polymer material (or a precursor thereof). There is a so-called polymer-dispersed liquid crystal obtained by phase separation.
Hereinafter, a polymer-dispersed liquid crystal will be described in more detail by way of example.

【0104】液晶材料としてはネマティック液晶、スメ
クティック液晶、コレステリック液晶等を用いることが
でき、単一もしくは2種類以上の液晶性化合物や液晶性
化合物以外の物質も含んだ混合物であってもよい。高分
子マトリクス材料としては入射光に対して透明なポリマ
ーが好ましく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性
樹脂のいずれであってもよい。高分子分散液晶の製法と
しては、(1)液晶と熱あるいは光硬化(重合)性モノ
マーやオリゴマーで溶液を作り、重合によって相分離さ
せる重合相分離法、(2)液晶と高分子と溶剤で溶液を
作り、溶剤を蒸発させることによって相分離させる溶媒
蒸発相分離法、(3)液晶と熱可塑性高分子を加熱溶解
させた後、冷却によって相分離させる熱相分離法などを
用いることができる。
As the liquid crystal material, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, or the like can be used. A single or two or more liquid crystal compounds or a mixture containing a substance other than the liquid crystal compound may be used. As the polymer matrix material, a polymer transparent to incident light is preferable, and any of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a photocurable resin may be used. The polymer-dispersed liquid crystal is produced by (1) a polymer phase separation method in which a solution is formed from the liquid crystal and a thermosetting or photocurable (polymerizable) monomer or oligomer and the phases are separated by polymerization; (2) a liquid crystal, a polymer and a solvent are used. A solvent evaporation phase separation method in which a solution is formed and the solvent is evaporated to cause phase separation, and (3) a thermal phase separation method in which a liquid crystal and a thermoplastic polymer are heated and dissolved and then phase separated by cooling can be used. .

【0105】ポリマーとしては、製造工程の容易さ、液
晶相との分離性等の点から紫外線硬化型の樹脂を用いる
のが好ましい。具体的な例として紫外線硬化性アクリル
系樹脂が例示され、特に紫外線照射によって重合硬化す
るアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含有するも
のが好ましい。このようなモノマーまたはオリゴマーと
しては(ポリ)エステルアクリレート、(ポリ)ウレタ
ンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエ
ンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンア
クリレート、(ポリ)ホスファゼンメタクリレート等が
ある。その他の例として、チオール−エン系も光硬化速
度が速いことから好適に使用できる。
As the polymer, it is preferable to use a UV-curable resin from the viewpoint of easiness in the production process, separation from the liquid crystal phase, and the like. As a specific example, an ultraviolet curable acrylic resin is exemplified, and a resin containing an acrylic monomer or acrylic oligomer which is polymerized and cured by irradiation with ultraviolet light is particularly preferable. Examples of such a monomer or oligomer include (poly) ester acrylate, (poly) urethane acrylate, epoxy acrylate, polybutadiene acrylate, silicone acrylate, melamine acrylate, and (poly) phosphazene methacrylate. As another example, a thiol-ene system can be suitably used because of its high photocuring speed.

【0106】また、重合を速やかに行うために光重合開
始剤を用いてもよく、この例としてジクロロアセトフェ
ノンやトリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン
類、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベ
ンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾイ
ンアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノ
サルファイド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリ
ルヨードニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス
(トリクロロメチル)トリアジン化合物等を挙げること
ができる。
Further, a photopolymerization initiator may be used in order to quickly carry out the polymerization. Examples thereof include acetophenones such as dichloroacetophenone and trichloroacetophenone, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, benzophenone, Michler's ketone, benzoyl and benzoinalkyl. Examples include ether, benzyldimethyl ketal, monosulfide, thioxanthones, azo compounds, diallyliodonium salts, triallylsulfonium salts, and bis (trichloromethyl) triazine compounds.

【0107】上記の紫外線硬化性化合物中に液晶材料を
均一に溶解させた液状物を反射部材と導光部材との間に
注入した後、紫外線照射を行うことによって紫外線硬化
性化合物を硬化させると同時に液晶材料を相分離させ、
高分子分散液晶層を形成する。
A liquid material in which a liquid crystal material is uniformly dissolved in the above-mentioned ultraviolet-curable compound is injected between the reflecting member and the light-guiding member, and then the ultraviolet-curable compound is cured by performing ultraviolet irradiation. At the same time, the liquid crystal material is phase separated,
A polymer dispersed liquid crystal layer is formed.

【0108】上記構成の動作を説明する。図21は、図
20に示す実施例における動作を説明するための模式図
で、図中、32は、屈折率可変部材30を構成する液晶
ドロップレットである。透明電極15と下部電極23′
との間に電圧を印加していない場合には、図21(A)
に示すように液晶ドロップレット32内の液晶分子はバ
ラバラな方向を向いており、結果として光学的に等方的
になっている。電極間に電圧を印加した場合には図21
(B)に示すようにドロップレット内の液晶分子の長軸
もしくは短軸が電場方向に配向する。液晶分子の長軸と
短軸のどちらが電場方向に配向するかは、液晶分子の誘
電異方性によって異なり、誘電異方性が正(長軸方向の
誘電率が短軸方向の誘電率よりも大きい)の場合には長
軸が電場方向に配向し、誘電異方性が負(短軸方向の誘
電率が長軸方向の誘電率よりも大きい)の場合には短軸
が電場方向に配向する。液晶の配向によって屈折率可変
部材30の屈折率が変化し、例えばP偏光(電場ベクト
ルの方向が入射面に平行)が入射したとすると、電極
(透明電極15と下部電極23′)間に電圧を印加して
いない時には図21(A)に示したように透明電極15
と屈折率可変部材30との界面で全反射して第1の出射
面12から出射する。また、上記の電極間に電圧を印加
した時には、図21(B)に示したように入射光は全反
射せずに屈折率可変部材30を透過して図示していない
反射部材で反射されて第2の出射面13から出射する。
The operation of the above configuration will be described. FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the operation in the embodiment shown in FIG. 20, and in the figure, 32 is a liquid crystal droplet constituting the refractive index variable member 30. Transparent electrode 15 and lower electrode 23 '
21A, when no voltage is applied between
As shown in (1), the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplet 32 are oriented in different directions, and as a result, are optically isotropic. When a voltage is applied between the electrodes, FIG.
As shown in (B), the major axis or minor axis of the liquid crystal molecules in the droplet is oriented in the direction of the electric field. Whether the major axis or the minor axis of the liquid crystal molecules is oriented in the direction of the electric field depends on the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules. The dielectric anisotropy is positive (the dielectric constant in the major axis direction is larger than the dielectric constant in the minor axis direction). In the case of (large), the major axis is oriented in the direction of the electric field, and when the dielectric anisotropy is negative (the permittivity in the minor axis is larger than the permittivity in the major axis), the minor axis is oriented in the direction of the electric field. I do. If the refractive index of the refractive index variable member 30 changes depending on the orientation of the liquid crystal, and, for example, P-polarized light (the direction of the electric field vector is parallel to the incident surface) is incident, a voltage is applied between the electrodes (the transparent electrode 15 and the lower electrode 23 '). Is not applied, the transparent electrode 15 is applied as shown in FIG.
The light is totally reflected at the interface between the light emitting element and the refractive index variable member 30 and exits from the first exit surface 12. Further, when a voltage is applied between the above-mentioned electrodes, as shown in FIG. 21B, incident light is transmitted through the variable refractive index member 30 without being totally reflected and reflected by a reflecting member (not shown). The light exits from the second exit surface 13.

【0109】なお、図21(B)において、入射光がほ
とんど散乱することなく屈折率可変部材30中を透過す
るためには、液晶ドロップレット32の粒径は、入射光
の波長の1/5以下とし、より好ましくは1/10以下
とするのがよい。また液晶がこのように微小なドロップ
レットになるとその応答速度が非常に高速になることが
実験的にわかっており、より高速な応答速度の光スイッ
チング素子を形成することができる。
In FIG. 21B, in order for the incident light to pass through the variable refractive index member 30 without being scattered, the particle size of the liquid crystal droplet 32 should be 1/5 of the wavelength of the incident light. It is better to be less than or equal to 1/10 or less. It has been experimentally found that the response speed becomes extremely high when the liquid crystal becomes such a minute droplet, so that an optical switching element having a higher response speed can be formed.

【0110】図22は、本発明の光スイッチング素子の
更に他の構成例(請求項16の発明)を説明するための
図で、光スイッチング素子の斜視概略図を図22(A)
に、図22(A)の光スイチング素子のx方向断面概略
図を図22(B)に、同y方向断面概略図を図22
(C)に示すものである。図22(A)に示したよう
に、反射部材及び個別電極としての反射電極23を一次
元方向に配列し、導光部材10と反射電極23との間に
屈折率可変部材30を挟持している。導光部材10の全
反射面には共通電極として透明電極15が設けられてい
る。基板21には個別電極である反射電極23が接続さ
れ、それらに選択的に信号を供給するための駆動素子が
設けられるのが好ましい。アレイ状に配列した各個別電
極に選択的に電圧信号を印加することによって、屈折率
可変部材の屈折率が空間変調され、ライン状の光のON
/OFF(空間光変調)ができる。また、個別電極が配
列している方向と垂直な方向に走査する走査装置と組み
合わせることで二次元の空間光変調ができる。
FIG. 22 is a view for explaining still another configuration example (the invention of claim 16) of the optical switching element of the present invention. FIG. 22 (A) is a schematic perspective view of the optical switching element.
FIG. 22B is a schematic cross-sectional view of the optical switching element of FIG. 22A in the x direction, and FIG.
This is shown in FIG. As shown in FIG. 22A, the reflection member and the reflection electrode 23 as an individual electrode are arranged in a one-dimensional direction, and the variable refractive index member 30 is sandwiched between the light guide member 10 and the reflection electrode 23. I have. A transparent electrode 15 is provided on the total reflection surface of the light guide member 10 as a common electrode. It is preferable that the substrate 21 is connected to the reflection electrode 23 which is an individual electrode, and a driving element for selectively supplying a signal to the reflection electrode 23 is provided. By selectively applying a voltage signal to each of the individual electrodes arranged in an array, the refractive index of the refractive index variable member is spatially modulated, thereby turning on the linear light.
/ OFF (spatial light modulation). Also, two-dimensional spatial light modulation can be performed by combining with a scanning device that scans in a direction perpendicular to the direction in which the individual electrodes are arranged.

【0111】また図23に示すように、空間光変調器4
0の個別の反射電極の駆動と走査装置(走査機構43)
の駆動を画像信号によって制御し、得られた2次元空間
光変調された光線(二次元空間変調データ46)をスク
リーン45に投影することで画像表示装置を形成するこ
とができる(請求項19の発明)。図23では全反射し
て第1の出射面12からの出射光をONの場合として投
影しているが、反射部材で反射して第2の出射面13か
ら出射した光をONとして投影しても良い。
As shown in FIG. 23, the spatial light modulator 4
Driving and scanning device for individual reflection electrodes of 0 (scanning mechanism 43)
Is controlled by an image signal, and the obtained two-dimensionally spatially modulated light beam (two-dimensionally spatially modulated data 46) is projected on a screen 45 to form an image display device. invention). In FIG. 23, the light emitted from the first emission surface 12 is totally reflected and projected as ON, but the light reflected by the reflecting member and emitted from the second emission surface 13 is projected as ON. Is also good.

【0112】図24に示すように一次元空間光変調器4
0そのものに走査機構47を設けて、反射部材が配列し
ている方向と垂直な方向に走査することで、よりコンパ
クトな二次元空間光変調器を形成することができる(請
求項17の発明)。さらに、図25に示すように一次元
空間光変調器そのものに走査機構47を設けて、反射部
材が配列している方向と垂直な方向に走査することで、
コンパクトな画像表示装置を提供できる(請求項20の
発明)。上記のような一次元空間光変調器40を走査す
ることで2次元化する方式の場合、光源41からの光線
の空間光変調器40への入射角は走査にしたがって変化
していくが、本発明では、入射角が変化しても全反射条
件(式11)が満足されていれば光スイッチング素子と
して機能する。なお、図22、図23、図24及び図2
5は、一次元アレイの導光部材10を共通にして一つに
しているが、導光部材10を各光スイッチング素子ごと
に分割しても構わない。走査機構はローレンツ力を利用
するガルバノ方式、静電気力を利用する方式、電歪や磁
歪を利用する方式など既存の方式を用いることができ
る。
As shown in FIG. 24, the one-dimensional spatial light modulator 4
A more compact two-dimensional spatial light modulator can be formed by providing the scanning mechanism 47 on the zero itself and scanning in a direction perpendicular to the direction in which the reflecting members are arranged (the invention of claim 17). . Further, as shown in FIG. 25, by providing a scanning mechanism 47 in the one-dimensional spatial light modulator itself and scanning in a direction perpendicular to the direction in which the reflecting members are arranged,
A compact image display device can be provided (the invention of claim 20). In the case of the two-dimensional system by scanning the one-dimensional spatial light modulator 40 as described above, the incident angle of the light beam from the light source 41 to the spatial light modulator 40 changes according to the scanning. In the present invention, the optical switching element functions as long as the total reflection condition (Equation 11) is satisfied even when the incident angle changes. In addition, FIG. 22, FIG. 23, FIG.
5 is a single one-dimensional array of light guide members 10, but the light guide member 10 may be divided for each optical switching element. As the scanning mechanism, an existing method such as a galvano method using Lorentz force, a method using electrostatic force, a method using electrostriction or magnetostriction can be used.

【0113】図26に示すように反射部材(ここでは反
射電極23)を2次元アレイ状に配列することで、二次
元の空間光変調器を形成することもできる(請求項15
の発明)。この場合、空間光変調器だけで二次元の空間
光変調ができるため、図10や図12のように走査機構
を設けることなく画像表示装置を形成することができる
(請求項18の発明)。なお、図13では導光部材を共
通にして一つにしているが、導光部材を各光スイッチン
グ素子ごとに分割しても構わない。
As shown in FIG. 26, a two-dimensional spatial light modulator can be formed by arranging the reflecting members (here, the reflecting electrodes 23) in a two-dimensional array.
Invention). In this case, since two-dimensional spatial light modulation can be performed only by the spatial light modulator, an image display device can be formed without providing a scanning mechanism as shown in FIGS. 10 and 12 (the invention of claim 18). In FIG. 13, the light guide member is shared by one, but the light guide member may be divided for each optical switching element.

【0114】上記の一次元アレイ状の空間光変調器もし
くは二次元アレイ状の空間光変調器を使った画像表示装
置では、赤、緑、青など複数の波長の入射光を使い、時
分割で各色の画像を表示したり(フィールドシーケンシ
ャル方式)や、複数の空間光変調器を設けて各色の画像
を同時に投影することで、フルカラー画像を表示するこ
ともできる。
In the image display device using the one-dimensional array spatial light modulator or the two-dimensional array spatial light modulator, incident light of a plurality of wavelengths such as red, green, and blue is used, and time division is performed. A full-color image can be displayed by displaying an image of each color (field sequential method) or by providing a plurality of spatial light modulators and projecting the images of each color simultaneously.

【0115】以下に上記実施の形態2に係わる本発明の
光スイッチ素子を具体化した実施例について説明する。
An example in which the optical switch element according to the second embodiment of the present invention is embodied will be described below.

【0116】(実施例2−1)図27は、本発明に係わ
る光スイッチング素子の作成工程例を説明するための図
である。 (A)反射電極の作製 図27に示すように、Si基板21の表面にMOSFE
Tによる駆動素子を形成し、その上にCVD法により5
μm厚の酸化シリコンを堆積して酸化膜27とした。次
に面積階調のパターンを形成したフォトマスクを用いて
パターンニングしてドライエッチングを行うことによっ
て傾斜角32°の傾斜面w及びコンタクトホール24を
形成した。そしてメタルCVDによる穴埋めを行った
後、スパッタリングによりアルミニウムを0.1μm厚
で堆積させ、反射部材兼下部電極(反射電極23)とな
るようにパターンニングした。反射部材兼下部電極表面
にポリイミド前駆体を塗布して、ストライプ状フォトマ
スクを使ってフォトリソグラフィー法でパターニングし
た後250℃で加熱してイミド化してピッチ1μm平均
深さ0.5μmのグレーティングが形成されたポリイミ
ド膜を形成して配向膜25bとした。
(Example 2-1) FIG. 27 is a view for explaining an example of a manufacturing process of an optical switching element according to the present invention. (A) Production of Reflective Electrode As shown in FIG.
A drive element is formed by T, and 5
An oxide film 27 was formed by depositing silicon oxide having a thickness of μm. Next, patterning was performed using a photomask on which an area gradation pattern was formed, and dry etching was performed to form an inclined surface w having an inclination angle of 32 ° and a contact hole 24. Then, after filling the holes by metal CVD, aluminum was deposited to a thickness of 0.1 μm by sputtering, and patterning was performed so as to become a reflecting member and a lower electrode (reflecting electrode 23). A polyimide precursor is coated on the surface of the reflecting member and the lower electrode, patterned by a photolithography method using a striped photomask, and then heated at 250 ° C. to imidize to form a grating with a pitch of 1 μm and an average depth of 0.5 μm. The polyimide film thus formed was formed as an alignment film 25b.

【0117】(B)セル作製 図27(B)に示すように、フリントガラス(F2、λ
=635nmでn=1.615、λ=488nmでn=
1.632)からなる導光部材(入射面11と全反射面
14とのなす角が70°、及び全反射面14と第2の出
射面13が平行な構造)10の全反射面に50nm厚の
ITOからなる透明電極15を形成し、さらに、ポリイ
ミド前駆体を塗布して、ストライプ状フォトマスクを使
ってフォトリソグラフィー法でパターニングした後25
0℃で加熱してイミド化してピッチ1μm平均深さ0.
5μmのグレーティングが形成されたポリイミド膜を形
成して配向膜25aとしたものと、図27(A)の反射電
極23とをエポキシ樹脂からなるシール材29を用いて
張り合わせ、空セルを作製した。シール材29の一部に
は注入孔(図示せず)を設けた。
(B) Cell Production As shown in FIG. 27B, flint glass (F2, λ
= 635 nm, n = 1.615, λ = 488 nm, n =
1.632) (a structure in which the angle between the incident surface 11 and the total reflection surface 14 is 70 ° and the total reflection surface 14 and the second emission surface 13 are parallel) 50 nm on the total reflection surface of the light guide member 10 After forming a transparent electrode 15 made of thick ITO, further applying a polyimide precursor and patterning it by a photolithography method using a stripe-shaped photomask, 25
Heat at 0 ° C. to imidize, pitch 1 μm average depth 0.1
An alignment cell 25a formed by forming a polyimide film having a 5 μm grating formed thereon and the reflective electrode 23 of FIG. 27A were bonded together using a sealing material 29 made of an epoxy resin, thereby producing an empty cell. An injection hole (not shown) was provided in a part of the sealing material 29.

【0118】(C)注入 図27(C)に示すように、図27(B)で空セル内を
真空排気した後、ネマチック液晶(λ=635nmでn
o=1.49、ne=1.69、λ=488nmでno=
1.49、ne=1.72)を注入し、注入孔を封止し
た。
(C) Injection As shown in FIG. 27 (C), after evacuating the empty cell in FIG. 27 (B), the nematic liquid crystal (λ = 635 nm, n
o = 1.49, ne = 1.69, λ = 488 nm and no =
1.49, ne = 1.72) and the injection hole was sealed.

【0119】上記のようにして作製された光スイッチン
グ素子に3つの波長のレーザ光(R:波長635nm、
G:532nm、B:488nm)をP偏光として入射
面11より入射させた。このとき、導光部材10の入射
面11に対するレーザ光の入射角がRのレーザ光で0
°、Gのレーザ光で0.5°、Bのレーザ光で2.2°と
なるように各レーザ光を配置した。
Laser light of three wavelengths (R: 635 nm,
G: 532 nm, B: 488 nm) was incident on the incident surface 11 as P-polarized light. At this time, the incident angle of the laser beam on the incident surface 11 of the light guide member 10 is 0 for the R laser beam.
The laser beams were arranged so as to be 0.5 ° for the laser beam of G, 0.5 ° for the laser beam of G, and 2.2 ° for the laser beam of B.

【0120】透明電極15及び反射電極23との間に電
圧を印加しない状態で各レーザ光を導光部材10の入射
面11に順次入射させると、レーザ光は導光部材10の
全反射面14で全反射して第1の出射面12から出射し
た。次に透明電極15と反射電極23間に20Vの電圧
を印加した状態で各レーザ光を導光部材10の入射面1
1に順次入射させたところ、各レーザ光は屈折率可変部
材30の内部へ屈折して反射電極23で反射されて第2
の出射面13より出射した。このとき、各レーザ光の出
射角度は全反射面14及び第2の出射面13に対して垂
直となっており、そのため屈折率可変部材30と導光部
材10の界面、及び導光部材10と空気との界面での反
射を最小にすることができた。以上のように、入射光の
波長によらずに出射方向を曲げることなく光をスイッチ
ングすることができた。
When each laser beam is sequentially incident on the incident surface 11 of the light guide member 10 in a state where no voltage is applied between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23, the laser light is applied to the total reflection surface 14 of the light guide member 10. , And was emitted from the first emission surface 12. Next, while applying a voltage of 20 V between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23, each laser beam is applied to the incident surface 1 of the light guide member 10.
1 are sequentially incident, each laser beam is refracted into the refractive index variable member 30 and is reflected by the
Out of the light exit surface 13. At this time, the emission angle of each laser beam is perpendicular to the total reflection surface 14 and the second emission surface 13, so that the interface between the refractive index variable member 30 and the light guide member 10 and the light guide member 10 The reflection at the interface with air could be minimized. As described above, light could be switched without bending the emission direction regardless of the wavelength of the incident light.

【0121】(実施例2―2)上記実施例2−1で作製
した光スイッチング素子に、図18に示すように駆動電
圧発生装置51及びバイアス電圧発生装置52を接続し
た。実施例2−1と同じR、G、Bのレーザを導光部材
10の入射面に入射角0°で順次入射させた。透明電極
15と反射電極23の間に電圧を印加していない場合に
はR、G、B全てのレーザ光は導光部材10の全反射面
14で全反射して第1の出射面12より出射した。透明
電極15と反射電極間23に20Vの電圧を印加し、入
射光がRの時にはバイアス電圧なし、Gの時には−3V
のバイアス電圧、Bの時には−5Vのバイアス電圧を重
畳した。このとき、各レーザ光は屈折率可変部材30の
内部へ屈折して反射電極23で反射されて第2の出射面
13より出射した。各レーザ光の出射角度は全反射面1
4及び第2の出射面13に対して垂直となっており各レ
ーザ光で同じになっていた。そのため屈折率可変部材3
0と導光部材10の界面及び導光部材10と空気との界
面での反射を最小にすることができた。以上のように、
入射光の波長によらずに出射方向を曲げることなく光を
スイッチングすることができた。
Example 2-2 A drive voltage generator 51 and a bias voltage generator 52 were connected to the optical switching element manufactured in Example 2-1 as shown in FIG. The same R, G, and B lasers as in Example 2-1 were sequentially incident on the incident surface of the light guide member 10 at an incident angle of 0 °. When no voltage is applied between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23, all of the R, G, and B laser beams are totally reflected by the total reflection surface 14 of the light guide member 10 and are reflected from the first emission surface 12. Emitted. A voltage of 20 V is applied between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23, no bias voltage is applied when the incident light is R, and -3 V when the incident light is G.
, And in the case of B, a bias voltage of -5 V was superimposed. At this time, each laser beam was refracted into the refractive index variable member 30, reflected by the reflection electrode 23, and emitted from the second emission surface 13. The emission angle of each laser beam is the total reflection surface 1
4 and the second exit surface 13 were perpendicular to each other, and were the same for each laser beam. Therefore, the refractive index variable member 3
The reflection at the interface between the light guide member 10 and the light guide member 10 and the interface between the light guide member 10 and the air could be minimized. As mentioned above,
The light could be switched without bending the emission direction regardless of the wavelength of the incident light.

【0122】(実施例2−3)図28は、本発明に係わ
る光スイッチング素子の作成工程の他の例を説明するた
めの図である。 (A)反射電極の作製 図28(A)に示すように、Si基板21の表面にMO
SFETによる駆動素子26を二次元的に複数個形成
し、その上にCVD法により5μm厚の酸化シリコンを
堆積した。次に面積階調のパターンを形成したフォトマ
スクを用いてパターンニングしてドライエッチングを行
うことによって傾斜角32°の傾斜面w及びコンタクト
ホール24を形成した。メタルCVDによる穴埋めを行
った後、スパッタリングによりアルミニウムを0.1μ
m厚で堆積し、反射部材兼下部電極となるようにパター
ンニングした。
(Example 2-3) FIG. 28 is a view for explaining another example of the process of producing the optical switching element according to the present invention. (A) Production of Reflective Electrode As shown in FIG.
A plurality of SFET-based driving elements 26 were formed two-dimensionally, and 5 μm thick silicon oxide was deposited thereon by CVD. Next, patterning was performed using a photomask on which an area gradation pattern was formed, and dry etching was performed to form an inclined surface w having an inclination angle of 32 ° and a contact hole 24. After filling the hole by metal CVD, aluminum was sputtered to 0.1μ.
It was deposited to a thickness of m and patterned so as to serve as a reflection member and a lower electrode.

【0123】(B)セル作製 図28(B)に示すように、フリントガラス(F2、λ
=635nmでn=1.615、λ=488nmでn=
1.632)からなる導光部材(入射面11と全反射面
14とのなす角が70°、及び全反射面14と第2の出
射面13が平行な構造)10の全反射面14に50nm
厚のITOからなる透明電極15を形成したものと、上
記(A)で作成した反射電極部とをエポキシ樹脂からな
るシール材29を用いて張り合わせ、空セルを作製し
た。シール材29の一部には図示しない注入孔を設け
た。
(B) Cell Production As shown in FIG. 28B, flint glass (F2, λ
= 635 nm, n = 1.615, λ = 488 nm, n =
1.632) (a structure in which the angle between the incident surface 11 and the total reflection surface 14 is 70 ° and the total reflection surface 14 and the second emission surface 13 are parallel to each other) 10 50 nm
An empty cell was produced by laminating a transparent electrode 15 formed of thick ITO and the reflective electrode portion prepared in (A) above using a sealing material 29 made of epoxy resin. An injection hole (not shown) was provided in a part of the sealing material 29.

【0124】(C)注入 図28(C)に示すように、上記(B)の空セル内を真
空排気した後、ネマティック液晶(λ=635nmでn
o=1.49、ne=1.69、λ=488nmでno=
1.49、ne=1.72)と紫外線硬化性化合物(NO
RLAND社製NOA81、アクリルモノマー)の混合
物(液晶濃度30wt%)30'を注入し、注入孔を封
止した。
(C) Injection As shown in FIG. 28 (C), after evacuating the empty cell of (B), the nematic liquid crystal (n = λ = 635 nm)
o = 1.49, ne = 1.69, λ = 488 nm and no =
1.49, ne = 1.72) and an ultraviolet curable compound (NO
A mixture (liquid crystal concentration: 30 wt%) 30 ′ of NOA81 (acrylic monomer, manufactured by RLAND) was injected, and the injection hole was sealed.

【0125】(D)硬化 図28(D)に示すように、紙面に垂直な方向に静電界
を印加しながら高圧水銀ランプによりUV光(50mW
/cm2)を照射し、高分子分散液晶を形成し、屈折率
可変部材30を得た。
(D) Curing As shown in FIG. 28 (D), UV light (50 mW) was applied by a high-pressure mercury lamp while applying an electrostatic field in a direction perpendicular to the paper surface.
/ Cm 2 ) to form a polymer-dispersed liquid crystal, whereby a refractive index variable member 30 was obtained.

【0126】このようにして作製された光スイッチング
素子に3つの波長のレーザ光(R:波長635nm、
G:532nm、B:488nm)をP偏光として入射
面11より入射させた。このとき、導光部材10の入射
面11に対するレーザ光の入射角がR、G、Bの各レー
ザ光で0°となるようにした。透明電極15と反射電極
23との間に電圧を印加していない状態ではR、G、B
全てのレーザ光は導光部材10の全反射面14で全反射
して第1の出射面12より出射した。次に透明電極15
と反射電極23との間に20Vの電圧を印加し、入射光
がRの時にはバイアス電圧なし、Gの時には−3Vのバ
イアス電圧、Bの時には−5Vのバイアス電圧を重畳し
た。このとき、各レーザ光は屈折率可変部材30の内部
へ屈折して反射電極23で反射されて第2の出射面13
より出射した。各レーザ光の出射角度は全反射面14及
び第2の出射面13に対して垂直となっており、出射方
向が各レーザ光で同じになっていた。そのため屈折率可
変部材30と導光部材10の界面、及び導光部材10と
空気との界面での反射を最小にすることができた。以上
のように、入射光の波長によらずに出射方向を曲げるこ
となく光をスイッチングすることができた。
The laser light having three wavelengths (R: 635 nm,
G: 532 nm, B: 488 nm) was incident on the incident surface 11 as P-polarized light. At this time, the incident angle of the laser beam on the incident surface 11 of the light guide member 10 was set to 0 ° for each of the R, G, and B laser beams. R, G, B when no voltage is applied between the transparent electrode 15 and the reflective electrode 23
All the laser beams were totally reflected by the total reflection surface 14 of the light guide member 10 and emitted from the first emission surface 12. Next, the transparent electrode 15
A voltage of 20 V was applied between the reflective electrode 23 and the reflective electrode 23. When the incident light was R, no bias voltage was applied. At this time, each laser beam is refracted into the refractive index variable member 30 and is reflected by the reflection electrode 23 so that the second emission surface 13
Emitted. The emission angle of each laser beam was perpendicular to the total reflection surface 14 and the second emission surface 13, and the emission direction was the same for each laser beam. Therefore, reflection at the interface between the refractive index variable member 30 and the light guide member 10 and at the interface between the light guide member 10 and air could be minimized. As described above, light could be switched without bending the emission direction regardless of the wavelength of the incident light.

【0127】(実施例2−4)実施例2−1に示した作
製方法で反射電極23が2次元に配列された光スイッチ
ング素子を作製した。ハロゲンランプの光をコリメート
し、ダイクロイックフィルタで分光してR、G、Bに分
解した光を上記光スイッチング素子の入射面11の大き
さに合わせて成形して、順次照射した。このとき、入射
している光の波長に応じて画像情報に対応した信号を個
別の反射電極に印加し、さらに実施例2−2に示したよ
うに入射する光のR、G、Bに応じたバイアス電圧を重
畳した。第2の出射面13から出力される信号光を投射
レンズを通してスクリーンに投影することで、画像を表
示することができた。得られた画像はR、G、B各色の
画像のずれがなく、良好なフルカラー画像であった。
(Example 2-4) An optical switching element in which the reflection electrodes 23 are two-dimensionally arranged was produced by the production method shown in Example 2-1. The light of the halogen lamp was collimated, separated by a dichroic filter, separated into R, G, and B, and shaped into the size of the incident surface 11 of the optical switching element, and irradiated sequentially. At this time, a signal corresponding to the image information is applied to the individual reflective electrode according to the wavelength of the incident light, and further, according to the R, G, and B of the incident light as described in Embodiment 2-2. Bias voltage was superimposed. An image could be displayed by projecting the signal light output from the second exit surface 13 onto a screen through a projection lens. The obtained image was a good full-color image with no deviation of the R, G, and B images.

【0128】[0128]

【発明の効果】請求項1の発明の効果:光の入射面、出
射面及び入射した光を全反射することができる部分を有
する面(全反射面)とを備えた導光部材と、該導光部材
の全反射面に対向して設けられ、少なくとも前記全反射
面と平行ではない角度に固定された少なくともひとつの
反射面からなる反射部材と、該反射面と前記導光部材と
の間に、少なくとも二周波駆動液晶を含む屈折率可変部
材を狭持するので、構造が簡単で耐久性が高く、応答速
度が速い光スイッチング素子を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a light guide member including a light incident surface, a light exit surface, and a surface having a portion capable of totally reflecting incident light (total reflection surface); A reflecting member that is provided to face the total reflection surface of the light guide member, and that includes at least one reflection surface that is fixed at least at an angle that is not parallel to the total reflection surface; and between the reflection surface and the light guide member In addition, since the refractive index variable member including at least the two-frequency driving liquid crystal is sandwiched, an optical switching element having a simple structure, high durability, and high response speed can be provided.

【0129】請求項2の発明の効果:請求項1の発明に
おいて、屈折率可変部材が、二周波駆動液晶材料を高分
子マトリクス中に分散保持した液晶/高分子複合体であ
るので、さらに応答速度が早い光スイッチング素子を提
供することができる。
Effect of the second aspect of the invention: In the first aspect of the invention, since the variable-refractive-index member is a liquid crystal / polymer composite in which a dual-frequency driving liquid crystal material is dispersed and held in a polymer matrix, the response is further improved. An optical switching element having a high speed can be provided.

【0130】請求項3の発明の効果:請求項1または2
の発明において、二周波駆動液晶があらかじめ特定の方
向に配向しているので、S/N比が高く、信頼性の高い
光スイッチング素子を提供することができる。
Effect of the invention of claim 3: claim 1 or 2
According to the invention, since the two-frequency driving liquid crystal is oriented in a specific direction in advance, an optical switching element having a high S / N ratio and high reliability can be provided.

【0131】請求項4の発明の効果:請求項3の発明に
おいて、二周波駆動液晶をあらかじめ特定の方向に配向
させる手段として、配向膜を設けるので、簡単な構造で
S/N比と信頼性の高い光スイッチング素子を提供する
ことができる。
Effect of the invention of claim 4 In the invention of claim 3, since an alignment film is provided as a means for previously aligning the dual frequency driving liquid crystal in a specific direction, the S / N ratio and the reliability are simple. Optical switching element having a high density can be provided.

【0132】請求項5の発明の効果:請求項1ないし4
のいずれか1に記載の光スイッチング素子が二次元アレ
イ状に配列されているので、応答速度の速い空間光変調
器を提供することができる。
Effect of the invention of claim 5: claims 1 to 4
Since the optical switching elements according to any one of the above are arranged in a two-dimensional array, a spatial light modulator having a high response speed can be provided.

【0133】請求項6の発明の効果:請求項1ないし4
のいずれか1に記載の光スイッチング素子が一次元アレ
イ状に配列されているので、応答速度が速く低コストな
空間光変調器を提供できる。
Advantages of the invention of claim 6: claims 1 to 4
Since the optical switching elements according to any one of the above are arranged in a one-dimensional array, a spatial light modulator having a high response speed and a low cost can be provided.

【0134】請求項7の発明の効果:光スイッチング素
子を一次元配列させた平面を、該光スイッチング素子の
整列方向に平行な軸を中心として回転可能に設けた請求
項6記載の空間光変調器と、該空間光変調器を回転駆動
させる駆動機構とを設けたので、応答速度が速くさらに
低コストで小型な空間光変調器を提供することができ
る。
According to the seventh aspect of the present invention, the plane in which the optical switching elements are arranged one-dimensionally is provided rotatably about an axis parallel to the alignment direction of the optical switching elements. Since the device and the driving mechanism for rotating and driving the spatial light modulator are provided, it is possible to provide a small spatial light modulator having a high response speed, a low cost, and a low cost.

【0135】請求項8の発明の効果:請求項5に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリーン
に投影し表示する手段とを有するので、大画面に高精細
な表示を行うことができる低コストな画像表示装置を提
供できる。
According to the eighth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the fifth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected onto a screen. Since the display device includes a display unit, a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen can be provided.

【0136】請求項9の発明の効果:請求項6に記載の
空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる手
段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光変調
器の光スイッチング素子の整列方向に対して垂直な方向
に走査する走査機構と、走査機構から出射した光線をス
クリーンに投影し表示する手段とを有するので、大画面
に高精細な表示を行うことができる低コストな画像表示
装置を提供できる。
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator according to the sixth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and a light beam emitted from the spatial light modulator being subjected to the spatial light modulation. Since it has a scanning mechanism for scanning in a direction perpendicular to the alignment direction of the optical switching elements of the device, and means for projecting and displaying light beams emitted from the scanning mechanism on a screen, high-definition display can be performed on a large screen. And an inexpensive image display device.

【0137】請求項10の発明の効果:請求項7に記載
の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させる
手段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリー
ンに投影し表示する手段とを有するので大画面に高精細
な表示を行うことができ、低コストで小型な画像表示装
置を提供できる。
According to the tenth aspect of the present invention, the spatial light modulator according to the seventh aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected on a screen. Display means, high-definition display can be performed on a large screen, and a low-cost and small-sized image display device can be provided.

【0138】請求項11の発明の効果:光の入射面、出
射面、及び入射した光を全反射することができる部分を
有する面(全反射面)とを備えた導光部材と、該導光部
材の全反射面に対向して設けられ、少なくとも前記全反
射面と平行ではない角度に固定された少なくともひとつ
の反射面からなる反射部材と、該反射面と前記導光部材
との間に、液晶材料を含む屈折率可変部材を狭持する光
スイッチング素子において、入射光の波長に応じて出射
光方向を制御するので、入射光の波長によらず光の出射
方向が安定している光スイッチング素子を提供すること
ができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a light guide member including a light incident surface, a light exit surface, and a surface having a portion capable of totally reflecting incident light (total reflection surface); A reflecting member that is provided to face the total reflection surface of the light member, and includes at least one reflection surface fixed at an angle that is not parallel to at least the total reflection surface, and between the reflection surface and the light guide member. In an optical switching element that holds a refractive index variable member including a liquid crystal material, the direction of emitted light is controlled in accordance with the wavelength of incident light, so that the light emitting direction is stable regardless of the wavelength of incident light. A switching element can be provided.

【0139】請求項12の発明の効果:請求項11の発
明において、入射光の波長に応じて出射光方向を制御す
る手段として、入射光の導光部材への入射角、及び入射
位置を入射光の波長に応じて調節するので、複雑な制御
機構を必要とせずに出射方向が安定している光スイッチ
ング素子を提供することができる。
According to the twelfth aspect, in the eleventh aspect, the means for controlling the direction of the outgoing light according to the wavelength of the incident light includes the incident angle and the incident position of the incident light to the light guide member. Since the adjustment is performed in accordance with the wavelength of light, an optical switching element whose emission direction is stable can be provided without requiring a complicated control mechanism.

【0140】請求項13の発明の効果:請求項11の発
明において、入射光の波長に応じて出射光方向を制御す
る手段として、入射光の波長に応じて屈折率可変部材に
バイアス電圧を印加するので、環境温度が変化しても波
長によらず出射方向を一定に制御できる光スイッチング
素子を提供することができる。
According to the thirteenth aspect, in the eleventh aspect, a bias voltage is applied to the variable-refractive-index member according to the wavelength of the incident light as means for controlling the direction of the outgoing light according to the wavelength of the incident light. Therefore, it is possible to provide an optical switching element capable of controlling the emission direction to be constant regardless of the wavelength even when the environmental temperature changes.

【0141】請求項14の発明の効果:請求項11ない
し13のいずれか1の発明において、屈折率可変部材
が、液晶材料を高分子マトリクス中に分散保持した液晶
/高分子複合体であるので、上記に加えて応答速度の速
い光スイッチング素子を提供することができる。
Effect of the invention of claim 14: In any one of the inventions of claims 11 to 13, the variable refractive index member is a liquid crystal / polymer composite in which a liquid crystal material is dispersed and held in a polymer matrix. In addition to the above, an optical switching element having a high response speed can be provided.

【0142】請求項15の発明の効果:請求項11ない
し14のいずれか1に記載の光スイッチング素子が二次
元アレイ状に配列されているので、入射光の波長によら
ず光の出射方向が安定している空間光変調器を提供する
ことができる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, since the optical switching elements according to any one of the eleventh to fourteenth aspects are arranged in a two-dimensional array, the light emission direction can be changed regardless of the wavelength of the incident light. A stable spatial light modulator can be provided.

【0143】請求項16の発明の効果:請求項11ない
し14のいずれか1に記載の光スイッチング素子が一次
元アレイ状に配列されているので、上記に加えて低コス
トな空間光変調器を提供できる。
According to the sixteenth aspect, since the optical switching elements according to any one of the eleventh to fourteenth aspects are arranged in a one-dimensional array, in addition to the above, a low-cost spatial light modulator can be provided. Can be provided.

【0144】請求項17の発明の効果:光スイッチング
素子を一次元配列させた平面を、該光スイッチング素子
の整列方向に平行な軸を中心として回転可能に設けた請
求項16に記載の空間光変調器と、該空間光変調器を回
転駆動させる駆動機構とを設けたので、応答速度が速く
さらに低コストで小型な空間光変調器を提供することが
できる。
According to the seventeenth aspect of the present invention, the spatial light according to the sixteenth aspect, wherein the plane on which the optical switching elements are arranged one-dimensionally is provided rotatably about an axis parallel to the alignment direction of the optical switching elements. Since the modulator and the driving mechanism for driving the spatial light modulator to rotate are provided, it is possible to provide a small spatial light modulator with a high response speed, a low cost, and a low cost.

【0145】請求項18の発明の効果:請求項15に記
載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させ
る手段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリ
ーンに投影し表示する手段とを有するので、大画面に高
精細な表示を行うことができる低コストな画像表示装置
を提供できる。
According to the eighteenth aspect of the present invention, the spatial light modulator according to the fifteenth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected onto a screen. Since the display device includes a display unit, a low-cost image display device capable of performing high-definition display on a large screen can be provided.

【0146】請求項19の発明の効果:請求項16に記
載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させ
る手段と、該空間光変調器から出射した光線を該空間光
変調器の光スイッチング素子の整列方向に対して垂直な
方向に走査する走査機構と、走査機構から出射した光線
をスクリーンに投影し表示する手段とを有するので、大
画面に高精細な表示を行うことができる低コストな画像
表示装置を提供できる。
According to the nineteenth aspect of the present invention, the spatial light modulator according to the sixteenth aspect, means for making a light beam incident on the spatial light modulator, and a light beam emitted from the spatial light modulator being subjected to the spatial light modulation Since it has a scanning mechanism for scanning in a direction perpendicular to the alignment direction of the optical switching elements of the device, and means for projecting and displaying light beams emitted from the scanning mechanism on a screen, high-definition display can be performed on a large screen. And an inexpensive image display device.

【0147】請求項20の発明の効果:請求項17に記
載の空間光変調器と、該空間光変調器に光線を入射させ
る手段と、該空間光変調器により形成した画像をスクリ
ーンに投影し表示する手段とを有するので大画面に高精
細な表示を行うことができ、低コストで小型な画像表示
装置を提供できる。
According to the twentieth aspect, the spatial light modulator according to the seventeenth aspect, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and an image formed by the spatial light modulator is projected onto a screen. Display means, high-definition display can be performed on a large screen, and a low-cost and small-sized image display device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による光スイッチング素子の構成例を
説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical switching element according to the present invention.

【図2】 図1に示す光スイッチング素子の動作原理に
ついて説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation principle of the optical switching element shown in FIG.

【図3】 二周波駆動液晶の誘電異方性の周波数特性の
一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a frequency characteristic of dielectric anisotropy of a two-frequency driving liquid crystal.

【図4】 印加電圧に応じた液晶分子の配向変化につい
て説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a change in alignment of liquid crystal molecules according to an applied voltage.

【図5】 屈折率楕円体によって液晶分子の作用を説明
するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the action of liquid crystal molecules by an index ellipsoid.

【図6】 本発明による光スイッチング素子の他の構成
例を模式的に説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the optical switching element according to the present invention.

【図7】 本発明による光スイッチング素子の更に他の
構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing still another configuration example of the optical switching element according to the present invention.

【図8】 屈折率可変部材の構造と、その動作の説明の
ために、反射部材などを省略した構成とを模式的に示す
図である。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a structure of a variable refractive index member and a configuration in which a reflection member and the like are omitted for the purpose of describing the operation thereof.

【図9】 本発明の更に他の構成例(請求項6の発明)
を説明するための図である。
FIG. 9 shows still another configuration example of the present invention (the invention of claim 6).
FIG.

【図10】 本発明による空間光変調器を用いて構成し
た画像表示装置の構成例の一例を模式的に示す概略図で
ある。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a configuration example of an image display device configured using the spatial light modulator according to the present invention.

【図11】 本発明に係わる画像表示装置の他の構成例
を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining another configuration example of the image display device according to the present invention.

【図12】 本発明に係わる画像表示装置の更に他の構
成例を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining still another configuration example of the image display device according to the present invention.

【図13】 本発明に係わる空間光変調器の他の構成例
を説明するための斜視概略図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view illustrating another configuration example of the spatial light modulator according to the present invention.

【図14】 光スイッチング素子の作製工程の一例を説
明するための図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of an optical switching element.

【図15】 光スイッチング素子の作製工程の他の例を
説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining another example of the manufacturing process of the optical switching element.

【図16】 光スイッチング素子の作製工程の他の例を
説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining another example of the manufacturing process of the optical switching element.

【図17】 本発明による光スイッチング素子の機能を
説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a function of the optical switching element according to the present invention.

【図18】 本発明の光スイッチング素子の更に他の構
成例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing still another configuration example of the optical switching element of the present invention.

【図19】 本発明に係る光スイッチング素子の動作例
を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining an operation example of the optical switching element according to the present invention.

【図20】 本発明の光スイッチング素子の更に他の構
成例を説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram for explaining still another configuration example of the optical switching element of the present invention.

【図21】 図20に示す実施例における動作を説明す
るための模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the operation in the embodiment shown in FIG. 20;

【図22】 本発明の光スイッチング素子の更に他の構
成例(請求項16の発明)を説明するための図である。
FIG. 22 is a diagram for explaining still another configuration example (the invention of claim 16) of the optical switching element of the present invention.

【図23】 本発明による空間光変調器を用いて構成し
た画像表示装置の構成例の一例を模式的に示す概略図で
ある。
FIG. 23 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a configuration example of an image display device configured using the spatial light modulator according to the present invention.

【図24】 本発明に係わる画像表示装置の他の構成例
を説明するための図である。
FIG. 24 is a diagram for explaining another configuration example of the image display device according to the present invention.

【図25】 本発明に係わる画像表示装置の更に他の構
成例を説明するための図である。
FIG. 25 is a diagram for explaining still another configuration example of the image display device according to the present invention.

【図26】 本発明に係わる空間光変調器の他の構成例
を説明するための斜視概略図である。
FIG. 26 is a schematic perspective view illustrating another configuration example of the spatial light modulator according to the present invention.

【図27】 本発明に係わる光スイッチング素子の作成
工程例を説明するための図である。
FIG. 27 is a diagram for explaining an example of a manufacturing process of the optical switching element according to the present invention.

【図28】 本発明に係わる光スイッチング素子の作成
工程の他の例を説明するための図である。
FIG. 28 is a diagram for explaining another example of the manufacturing process of the optical switching element according to the present invention.

【図29】 特開2000−171813号公報に開示
された光スイッチング素子を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing an optical switching element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171813.

【図30】 特開2000−171813号公報の構成
における問題点について説明するための図である。
FIG. 30 is a diagram for describing a problem in the configuration of JP-A-2000-171813.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光スイッチング素子、10…導光部材、11…入射
面、12…第1の出射面、13…第2の出射面、14…
全反射面、15…透明電極、16,25,25a,25
b…配向膜、20…反射面、21…基板、22…斜面形
成面部材、23…反射電極、23′…下部電極、24…
コンタクトホール、26…駆動素子、27…酸化膜、2
8…反射制御部材、29…シール部材、30…屈折率可
変部材(可変屈折率層)、31…二周波駆動液晶、32
…液晶ドロップレット、40…空間光変調器、41…光
源、42…コリメートレンズ、43…走査機構、44…
投影レンズ、45…スクリーン、46…二次元空間変調
データ、47…走査機構、51…駆動電圧発生装置、5
2…バイアス電圧発生装置、101…導光体、102…
透明電極、103…液晶駆動用IC基板、104…凹凸
構造、105…反射電極、107,108…液晶分子、
109…入射光、110…出力光、111…出力光、1
12…電極端子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical switching element, 10 ... Light guide member, 11 ... Incident surface, 12 ... 1st emission surface, 13 ... 2nd emission surface, 14 ...
Total reflection surface, 15 ... Transparent electrode, 16, 25, 25a, 25
b: alignment film, 20: reflection surface, 21: substrate, 22: slope forming surface member, 23: reflection electrode, 23 ': lower electrode, 24 ...
Contact hole, 26: drive element, 27: oxide film, 2
8: Reflection control member, 29: Seal member, 30: Variable refractive index member (variable refractive index layer), 31: Dual frequency drive liquid crystal, 32
... liquid crystal droplet, 40 ... spatial light modulator, 41 ... light source, 42 ... collimating lens, 43 ... scanning mechanism, 44 ...
Projection lens, 45 screen, 46 two-dimensional spatial modulation data, 47 scanning mechanism, 51 driving voltage generator, 5
2. Bias voltage generator, 101 light guide, 102
Transparent electrode, 103: IC substrate for driving liquid crystal, 104: uneven structure, 105: reflective electrode, 107, 108: liquid crystal molecules,
109 ... incident light, 110 ... output light, 111 ... output light, 1
12 ... electrode terminals.

フロントページの続き Fターム(参考) 2H088 EA40 GA10 HA03 HA06 HA21 HA30 2H089 HA04 TA04 TA07 TA17 TA20 2H090 JA03 KA11 LA20 MA06 2H093 NA17 NB29 NE04 NE06 NF11Continued on the front page F term (reference) 2H088 EA40 GA10 HA03 HA06 HA21 HA30 2H089 HA04 TA04 TA07 TA17 TA20 2H090 JA03 KA11 LA20 MA06 2H093 NA17 NB29 NE04 NE06 NF11

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光の入射面、出射面、及び入射した光を
全反射することができる領域を少なくとも有する全反射
面とを備えた導光部材と、該導光部材の前記全反射面に
対向して設けられ、少なくとも前記全反射面と平行では
ない角度に固定された少なくともひとつの反射面を有す
る反射部材と、該反射面と前記導光部材との間に狭持さ
れた、少なくとも2周波駆動液晶を含む屈折率可変部材
とを有することを特徴とする光スイッチング素子。
1. A light guide member comprising: a light incident surface, a light exit surface, and a total reflection surface having at least a region capable of totally reflecting incident light; A reflecting member having at least one reflecting surface fixed to an angle that is not parallel to at least the total reflecting surface, and at least two reflecting members sandwiched between the reflecting surface and the light guide member; An optical switching element comprising: a refractive index variable member including a frequency-driven liquid crystal.
【請求項2】 請求項1に記載の光スイッチング素子に
おいて、前記屈折率可変部材は、2周波駆動液晶を高分
子マトリクス中に分散保持した液晶/高分子複合体であ
ることを特徴とする光スイッチング素子。
2. The optical switching element according to claim 1, wherein the variable refractive index member is a liquid crystal / polymer composite in which a two-frequency driving liquid crystal is dispersed and held in a polymer matrix. Switching element.
【請求項3】 請求項1または2に記載の光スイッチン
グ素子において、前記2周波駆動液晶は、予め特定の方
向に配向していることを特徴とする光スイッチング素
子。
3. The optical switching device according to claim 1, wherein the two-frequency driving liquid crystal is oriented in a specific direction in advance.
【請求項4】 請求項3に記載の光スイッチング素子に
おいて、前記2周波駆動液晶を予め特定の方向に配向さ
せる手段として、配向膜を設けたことを特徴とする光ス
イッチング素子。
4. The optical switching element according to claim 3, wherein an alignment film is provided as means for previously aligning the two-frequency driven liquid crystal in a specific direction.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1に記載の
光スイッチング素子が二次元アレイ状に配列されてなる
ことを特徴とする空間光変調器。
5. A spatial light modulator, wherein the optical switching elements according to claim 1 are arranged in a two-dimensional array.
【請求項6】 請求項1ないし4のいずれか1に記載の
光スイッチング素子が一次元アレイ状に配列されてなる
ことを特徴とする空間光変調器。
6. A spatial light modulator, wherein the optical switching elements according to claim 1 are arranged in a one-dimensional array.
【請求項7】 請求項6に記載の空間光変調器におい
て、光スイッチング素子を一次元配列させた平面を、該
光スイッチング素子の整列方向に平行な軸を中心として
回転可能に構成し、該空間光変調器を回転駆動させる駆
動手段を設けたことを特徴とする空間光変調器。
7. The spatial light modulator according to claim 6, wherein a plane on which the optical switching elements are arranged one-dimensionally is configured to be rotatable about an axis parallel to an alignment direction of the optical switching elements. A spatial light modulator comprising a driving means for rotating and driving the spatial light modulator.
【請求項8】 請求項5に記載の空間光変調器と、該空
間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器
により形成した画像をスクリーンに投影し表示する手段
とを有することを特徴とする画像表示装置。
8. A spatial light modulator according to claim 5, comprising: means for causing a light beam to enter the spatial light modulator; and means for projecting and displaying an image formed by the spatial light modulator on a screen. An image display device characterized by the above-mentioned.
【請求項9】 請求項6に記載の空間光変調器と、該空
間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調器
から出射した光線を該空間光変調器の光スイッチング素
子の整列方向に対して垂直な方向に走査する走査手段
と、該走査手段から出射した光線をスクリーンに投影し
表示する手段とを有することを特徴とする画像表示装
置。
9. The spatial light modulator according to claim 6, means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and a light beam emitted from the spatial light modulator to an optical switching element of the spatial light modulator. An image display device comprising: a scanning unit that scans in a direction perpendicular to an alignment direction; and a unit that projects a light beam emitted from the scanning unit onto a screen and displays the screen.
【請求項10】 請求項7に記載の空間光変調器と、該
空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変調
器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する手
段とを有することを特徴とする画像表示装置。
10. A spatial light modulator according to claim 7, comprising means for causing a light beam to enter the spatial light modulator, and means for projecting and displaying an image formed by the spatial light modulator on a screen. An image display device characterized by the above-mentioned.
【請求項11】 光の入射面、出射面、及び入射した光
を全反射することができる領域を少なくとも有する全反
射面を備えた導光部材と、該導光部材の前記全反射面に
対向して設けられ、少なくとも前記全反射面と平行では
ない角度に固定された少なくともひとつの反射面を有す
る反射部材と、該反射面と前記導光部材との間に狭持さ
れた、液晶材料を含む屈折率可変部材とを有する光スイ
ッチング素子において、入射光の波長に応じて出射光方
向を制御する手段を有することを特徴とする光スイッチ
ング素子。
11. A light guide member comprising a light incident surface, a light exit surface, and a total reflection surface having at least a region capable of totally reflecting incident light, and opposing the total reflection surface of the light guide member. A reflecting member having at least one reflecting surface fixed at an angle that is not parallel to at least the total reflecting surface, and a liquid crystal material sandwiched between the reflecting surface and the light guide member. An optical switching element having a variable refractive index member including: means for controlling an outgoing light direction according to the wavelength of incident light.
【請求項12】 請求項11に記載の光スイッチング素
子において、前記入射光の波長に応じて出射光方向を制
御する手段は、入射光の前記導光部材への入射角及び入
射位置を入射光の波長に応じて調節する機能を有するこ
とを特徴とする光スイッチング素子。
12. The optical switching device according to claim 11, wherein the means for controlling the direction of the outgoing light according to the wavelength of the incident light determines the incident angle and the incident position of the incident light on the light guide member. An optical switching element having a function of adjusting the wavelength according to the wavelength.
【請求項13】 請求項11に記載の光スイッチング素
子において、前記入射光の波長に応じて出射光方向を制
御する手段は、入射光の波長に応じて屈折率可変部材に
バイアス電圧を印加する機能を有することを特徴とする
光スイッチング素子。
13. The optical switching element according to claim 11, wherein the means for controlling the direction of the emitted light according to the wavelength of the incident light applies a bias voltage to the refractive index variable member according to the wavelength of the incident light. An optical switching element having a function.
【請求項14】 請求項11ないし13のいずれか1に
記載の光スイッチング素子において、前記屈折率可変部
材は、液晶材料を高分子マトリクス中に分散保持した液
晶/高分子複合体であることを特徴とする光スイッチン
グ素子。
14. The optical switching element according to claim 11, wherein the variable refractive index member is a liquid crystal / polymer composite in which a liquid crystal material is dispersed and held in a polymer matrix. Characteristic optical switching element.
【請求項15】 請求項11ないし14のいずれか1に
記載の光スイッチング素子が二次元アレイ状に配列され
てなることを特徴とする空間光変調器。
15. A spatial light modulator, wherein the optical switching elements according to claim 11 are arranged in a two-dimensional array.
【請求項16】 請求項11ないし14のいずれか1に
記載の光スイッチング素子が一次元アレイ状に配列され
てなることを特徴とする空間光変調器。
16. A spatial light modulator, wherein the optical switching elements according to claim 11 are arranged in a one-dimensional array.
【請求項17】 請求項16に記載の空間光変調器にお
いて、光スイッチング素子を一次元配列させた平面を、
該光スイッチング素子の整列方向に平行な軸を中心とし
て回転可能に構成し、該空間光変調器を回転駆動させる
駆動手段を設けたことを特徴とする空間光変調器。
17. The spatial light modulator according to claim 16, wherein a plane in which the optical switching elements are one-dimensionally arranged is:
A spatial light modulator characterized by being rotatable about an axis parallel to the direction in which the optical switching elements are arranged, and having driving means for rotationally driving the spatial light modulator.
【請求項18】 請求項15に記載の空間光変調器と、
該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変
調器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する
手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
18. The spatial light modulator according to claim 15,
An image display apparatus comprising: means for causing a light beam to enter the spatial light modulator; and means for projecting and displaying an image formed by the spatial light modulator on a screen.
【請求項19】 請求項16に記載の空間光変調器と、
該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変
調器から出射した光線を該空間光変調器の光スイッチン
グ素子の整列方向に対して垂直な方向に走査する走査手
段と、該走査手段から出射した光線をスクリーンに投影
し表示する手段とを有することを特徴とする画像表示装
置。
19. The spatial light modulator according to claim 16,
Means for causing a light beam to enter the spatial light modulator; scanning means for scanning a light beam emitted from the spatial light modulator in a direction perpendicular to an alignment direction of optical switching elements of the spatial light modulator; Means for projecting a light beam emitted from the means on a screen for display.
【請求項20】 請求項17に記載の空間光変調器と、
該空間光変調器に光線を入射させる手段と、該空間光変
調器により形成した画像をスクリーンに投影し表示する
手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
20. The spatial light modulator according to claim 17,
An image display apparatus comprising: means for causing a light beam to enter the spatial light modulator; and means for projecting and displaying an image formed by the spatial light modulator on a screen.
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