JP2005531041A - 電気的に構成可能なフォトニック結晶 - Google Patents

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Abstract

液晶内においてバイアス化された液晶領域のネットワークの構成によって、液晶をフォトニック結晶として機能させる。液晶は電極プレートおよびガラスプレートを有する誘電面と、ガラスプレートおよび複数の電極画素を有する誘電面の間に置かれる。ネットワークは、電極プレートと1または2以上の電極画素間への1または2以上の電位の選択的印加によって作られる。

Description

本発明は全般にフォトニック結晶を用いた各種装置に関する。本発明は特に電磁波と液晶を用いた媒体との相互作用の制御に関する。
従来技術のフォトニック結晶は空間を支配するものとして定義され、誘電体または磁性体の特性の繰り返し空間分布を制限する。フォトニック結晶内に閉じ込められた光エネルギー分布は「エネルギーバンド」を有し、この形状は伝播モードを特徴付け、フォトニック結晶を通る光または電磁波の形のエネルギー伝播を選択的に反射、透過および吸収する。このエネルギーバンド形状は、フォトニック結晶の繰り返し空間誘電的分布の関数である。従って空間の繰り返し誘電的分布の変化によってエネルギーバンドギャップの形状は変化し、それによりフォトニック結晶の各種伝播モードを構成することができる。
本発明は複数の伝播モードのうち電気的に構成することの可能なフォトニック結晶に関する。本発明の各種態様は新しく、自明でない多くの利点を提供する。
ここに示される本発明の実際の性質は、添付の請求項を参照することよってのみ定められるが、ここに開示された実施例の特徴的態様を以下に簡略に示す。
本発明の電気的に構成可能なフォトニック結晶は、液晶、電極プレートおよび複数の電極画素を有する。ある態様では、電極プレートと電極画素は、電極プレートと1または2以上の電極画素間への1または2以上の選択的電位印加に応じて、液晶をフォトニック結晶として構成するよう作動する。第2の態様では、電極プレートと1または2以上の電極画素の間の電気的相互作用によって、液晶内に1または2以上のバイアス化された液晶領域が構成される。第3の態様では、電極プレートと第1の電極画素は、電極プレートと第1の電極画素間への第1の電位の印加に応じて、液晶内にバイアス化された液晶領域を構成するよう作動する。
前述の態様は、本発明の他の態様、特徴および利点と同様、添付図面と合わせて参酌される好適実施例の詳細な記載によってより明らかとなろう。詳細な説明および図面は本発明の単なる例示であって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲は添付の請求項およびそれと等価な範囲によって定められる。
図1乃至3には本発明の電磁波との相互作用装置10を示す。図1乃至3の範囲ではデカルト座標系が示されているが、これは電磁波との相互作用装置10の記述を容易にするためであって、従って本発明の電磁波との相互作用装置10の範囲を限定するものではない。
電磁波との相互作用装置10は第1の誘電面20および第2の誘電面21を有する。第1の誘電面20は電極プレート30（例えばアルミニウム）およびガラスプレート40（例えば二酸化珪素）によって定められる。第2の誘電面21はガラスプレート41（例えば二酸化珪素）および電極画素51a乃至59i（例えばアルミニウム）の9×9の正方形マトリクスによって定められる。電磁波との相互作用装置10はさらに、誘電面20と21の間に設けられた液晶60を有する。電磁波との相互作用装置10は当業者には明らかな従来の方法で製作することができる。
ある実施例において、誘電面20と21の距離dcは0.7μmであり、電極プレート30、ガラスプレート40と41、および電極画素51a乃至59iの誘電厚さは0.15μmである。さらに各電極画素51a乃至59iの径rは0.15μmであり、隣接する画素51a乃至59iの中心間の距離は1.5μmである。図1乃至3における電磁波との相互作用装置10の図は前述の寸法を正確には反映しない尺度で示されている。
電磁波との相互作用装置10の別の実施例では、より多くの若しくはより少ない電極画素を用い、および／または誘電面21内の電極画素の異なる配置（例えば六角形の基本セル、長方形基本セル、菱形の基本セル等）を用いる。さらに別の電磁波との相互作用装置10の実施例では、より多くの電極プレート30を用いる。従って、本発明の電磁波との相互作用装置10の誘電面の構造的具体例の数には本質的に制限がないことが当業者には理解される。
図1乃至3を参照すると、液晶60でフォトニック結晶を構成することができ、このフォトニック結晶は、例えば光若しくは電磁波の形の電磁（「EM」）波のような、液晶60により受信した±X並びに／または±Y方向における電磁波の伝播を選択的に反射、透過および吸収するよう作動する。液晶60によるフォトニック結晶の構成は、電極プレート30と各電極画素51a乃至59iの間への電位の選択的印加という形での、電極プレート30と1または2以上の電極画素51a乃至59iの間の電気的相互作用に基づく。次の表1には対応する電極画素51a乃至59iに関する電位を電圧の形で示す。
Figure 2005531041
 図4および図5には、電極プレート30と各電極画素間への表1に掲載された各電位の印加による液晶60（図1乃至3）でのフォトニック結晶の構成例を示す。各電位V51a乃至V59iは同じ値、異なる値またはセル毎にグループ化された値（すなわち同じ値の電位V51a乃至V59iのサブセット）にすることができる。電位V51a乃至V59iの印加によってバイアス化された液晶領域61a乃至69iのネットワークが作られ、この領域では例えば図5に示すEM波のような、±X並びに／または±Y方向における光若しくは電磁波の形の電磁エネルギー流束は選択的に反射、透過および吸収される。バイアス化された液晶領域61a乃至69iのネットワークによる電磁エネルギー流束の選択的な反射、透過および吸収の作動性は、ネットワークによって構成される液晶60における一定の繰り返し誘電的分布に基づく。
図6にはフォトニック結晶11の規格化された周波数分布に対する規格化された電磁波エネルギー状態密度を表すグラフの一例を示す。各種エネルギーバンドのバンド幅（すなわち状態密度がゼロのときの周波数範囲）はネットワークによって構成された液晶60の一定の誘電的分布の大きさの関数であり、このネットワークは各種電位V51a乃至V59iの電圧レベルの関数である。
図7および8には、電極プレート30と各電極画素間への表2に掲載された各電位の印加による液晶60（図1乃至3）でのフォトニック結晶の構成の別の例を示す。
Figure 2005531041
 電位V51a乃至V54i、V55f乃至V56d、V56f乃至V57d、V57f乃至V58d、V58f乃至V59dおよびV59f乃至V59iは、同じ値、異なる値またはセル毎にグループ化された値（すなわち同じ値の電位V51a乃至V59iのサブセット）にすることができる。
表2に掲載された電位の印加によって、バイアス化された液晶領域61a乃至64i、65f乃至66d、66f乃至67d、67f乃至68d、69f乃至69d、69f乃至69iの不完全なネットワークが作られる。不完全なネットワークは、例えば図8に示すEM波のような、±X並びに／または±Y方向における光若しくは電磁波の形の電磁エネルギー流束を選択的に反射、透過および吸収する。不完全なネットワークによる電磁エネルギー流束の選択的な反射、透過および吸収の作動性は、不完全なネットワークによって構成される液晶60における不均一な空間の誘電的分布に基づく。
図9にはフォトニック結晶12の規格化された周波数分布に対する規格化された電磁波エネルギー状態密度を表すグラフの一例を示す。各種エネルギーバンドのバンド幅（すなわち状態密度がゼロのときの周波数範囲）はネットワークによって構成された液晶60の一定の誘電的分布の大きさの関数であり、このネットワークは表2に掲載された各種電位の電圧レベルの関数である。
液晶60によるフォトニック結晶の構成例についての前述の記載から、本発明の電磁波との相互作用装置には多くの利点および優位性があることは当業者には明らかである。第1の利点は、液晶60によるフォトニック結晶の構成数が、電極プレート30と1または2以上の電極画素51a乃至59iの間に印加された各種電位によって構成される範囲の広さに比例することである。従って液晶60によるフォトニック結晶の構成数は、電位印加の範囲の広さの増大とともに増大し、逆も同様である。
第2の利点は、液晶60のエネルギーバンドのバンド幅の調節が可能であることであって、これは、バイアス化された液晶領域で構成されたネットワークに対応するコントラスト比を局部的かつ選択的に修正してフォトニック結晶を構成することにより行う。この調節は、電極プレート30とネットワークを構成する電極画素51a-59iの間の電位の大きさを増大および／または減少することで行うことができる。この調節の代わりにまたはこの調節に加えて、電極プレートと電極画素51a乃至59i間により大きな若しくはより小さな電位を印加して、構成されるバイアス化液晶領域の数を増大若しくは減少させる調節を行い、液晶60の空間の誘電的分布を変化させることができる。
開示された本発明の実施例は現時点では好適実施例であると考えられるが、本発明の観念および範囲から逸脱しないで多くの変更および修正を行うことができる。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に示されており、目的範囲内および等価物の範囲内にある全ての変更は特許請求の範囲に包含されることを意味する。
本発明の電磁波との相互作用装置のある実施例の側面図である。 図1の電磁波との相互作用装置の下面図である。 図1の電磁波との相互作用装置の上面図である。 電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な図1の本発明の電磁波との相互作用装置の第1の構成の側面図である。 図4の電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な装置の上面図である。 図4の電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な装置の規格化された周波数分布に対する規格化された電磁エネルギー状態密度の一例を示すグラフである。 本発明の電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な図1の電磁波との相互作用装置の第2の構成の側面図である。 図7の電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な装置の上面図である。 図7の電気的にフォトニック結晶を構成することの可能な装置の規格化された周波数分布に対する規格化された電磁波エネルギー状態密度の一例を示すグラフである。

Claims (12)

  1. 液晶；
    電極プレート；
    複数の電極画素；
    を有する電磁波との相互作用装置であって、前記電極プレートと前記複数の電極画素は、前記電極プレートと1以上の前記電極画素間への1または2以上の選択的電位印加に応じて、前記液晶をフォトニック結晶として構成するよう作動する電磁波との相互作用装置。
  2. 前記電極プレートは第1の誘電面を定め、前記複数の電極画素は第2の誘電面を定め、前記液晶は前記第1の誘電面と前記第2の誘電面の間に置かれることを特徴とする請求項1に記載の電磁波との相互作用装置。
  3. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記電極プレートは共同で前記第1の誘電面を定めることを特徴とする請求項2に記載の電磁波との相互作用装置。
  4. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記複数の電極画素は共同で前記第2の誘電面を定めることを特徴とする請求項2に記載の電磁波との相互作用装置。
  5. 液晶；
    電極プレート；
    複数の電極画素；
    を有する電磁波との相互作用装置であって、前記電極プレートと1以上の前記複数の電極画素との間の電気的相互作用によって、前記液晶内にバイアス化された液晶領域のネットワークを作るように作動する電磁波との相互作用装置。
  6. 前記電極プレートは第1の誘電面を定め、前記複数の電極画素は第2の誘電面を定め、前記液晶は前記第1の誘電面と前記第2の誘電面の間に置かれることを特徴とする請求項5に記載の電磁波との相互作用装置。
  7. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記電極プレートは共同で第1の誘電面を定めることを特徴とする請求項6に記載の電磁波との相互作用装置。
  8. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記複数の電極画素は共同で前記第2の誘電面を定めることを特徴とする請求項6に記載の電磁波との相互作用装置。
  9. 液晶；
    電極プレート；
    複数の電極画素；
    を有する電磁波との相互作用装置であって、前記電極プレートと第1の電極画素は、前記電極プレートと前記第1の電極画素間への第1の電位の印加に応じて、前記液晶内に第1のバイアス化された液晶領域を構成するよう作動する電磁波との相互作用装置。
  10. 前記電極プレートは第1の誘電面を定め、前記複数の電極画素は第2の誘電面を定め、前記液晶は前記第1の誘電面と前記第2の誘電面の間に置かれることを特徴とする請求項9に記載の電磁波との相互作用装置。
  11. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記電極プレートは共同で第1の誘電面を定めることを特徴とする請求項10に記載の電磁波との相互作用装置。
  12. ガラスプレートをさらに有し、前記ガラスプレートと前記複数の電極画素は共同で前記第2の誘電面を定めることを特徴とする請求項11に記載の電磁波との相互作用装置。
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