JP2013120388A - 電気光学位相変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光されない光にも適している電気光学位相変調器を提供する。
【解決手段】２つの基板（９ａ，９ｂ）の間に設けられる多数の素子（５ａ）及び両方の基板（９ａ，９ｂ）上に設けられる電極（８ａ，８ｂ）を持つ電気光学位相変調器において、素子が光学的に等方性の材料（７）から製造されており、電界を印加する際この材料が不等方性になり、少なくとも一方の基板（９ａ又は９ｂ）に、個々の素子のために別々の電極（８ａ，８ｂ）が設けられて、それぞれ個別に始動可能である。
【選択図】図３

Description

光学位相変調器は光学において多数の応用を持っている。それらは電気的に調節可能なレンズとして、又は電気光学三次元光変調器として使用することができる。三次元光変調器により、例えばホログラムが再構成される。位相変調器は、振幅変調器と比べて、光を全く又は僅かしか吸収しないか又は反射せず、それにより非常に高い光効率を得ることができる。

しかし今まで使用可能な光位相変調器は、位相変調器を光が透過する際、複屈折が行われるのを確実にするために、偏光の使用に指定されている。公知の位相変調器の古典的構造は、透明な導電層及び配向層をそれぞれ備えている２つのガラス基板を含み、両方のガラス基板の間に複屈折液晶がある。電極の間にかかる電圧を介して、ガラス基板に対する液晶分子の傾斜面が調節される。液晶分子の縦軸に対して直角又は平行でないように偏光される光は、常に複屈折を受ける。従って液晶へ入り込む光と他方の側で出て行く光との位相差を適切に調節できるようにするため、偏光される光の使用が必要である。

本発明の基礎になっている課題は、偏光されない光にも適している電気光学位相変調器を提供することである。

この課題は、２つの基板の間に設けられる多数の素子及び両方の基板上に設けられる電極を持つ電気光学位相変調器であって、素子が光学的に等方性の材料から製造されており、電界を印加する際この材料が不等方性になり、少なくとも一方の基板に、個々の素子のために別々の電極が設けられて、それぞれ個別に始動可能であることによって解決される。

電圧のない状態で光学的に等方性であり、かつ電界を印加する際屈折率が変化して、生じる屈折率楕円体が電界に対して回転対称となり、即ち光学的に異方性となる電気光学的に活性の材料を使用することによって、変調器を通る際偏光されない光の複屈折を回避することができる。上述した電気光学的に活性の材料から成る多数のこのような素子を設けることにより、位相変調器を空間的な課題のためにも使用することができる。これは個々に始動可能な多数のセルから成っている。

光の伝搬方向が電極の間の電界の方向に少なくとも大体一致しているのがよい。

好ましい構成では、特にいわゆる青い相にある液晶が適している。青い相にある液晶は、従来の液晶と比較して著しく小さい応答時間を持っている。液晶の青い相がなるべくポリマ安定化されている。

電極が、基板に設けられる非直線部品により始動可能であると、別の利点が生じる。これらの非直線部品により、セルに印加される電圧が一層長い期間にわたっても安定に保たれる。例えばアクティブマトリクス液晶画面においても使用されるような部品のマトリクス状配置が特に好ましい。

非直線部品が例えば高い光透過を示す薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタの製造は、位相変調器の製造過程へ非常によく統合される。所望の高い光透過は、例えば酸化物半導体の使用によって行われる。

しかし非直線部品がダイオード特にＭＩＭダイオードであることもできる。ここで“ＭＩＭ”は“金属−絶縁物−金属”を表す。

妨げられない光透過のために、更に透明な基板材料の使用が有利である。

本発明による位相変調器の特性及び作用が実施例により添付図面に関して以下に詳細に説明される。

棒状液晶の屈折率楕円体の概略図を示す。 従来技術による位相変調器の概略図を示す。 本発明による位相変調器の回路図の一部を示す。 図２の位相変調器の素子の概略断面図を示す。

図１ａは棒状液晶１において有効な屈折率を示す。液晶は、その縦軸に対して平行に偏光された光に対して屈折率ｎ_ｐａｒを持っている。これに反し縦軸に対して直角に偏光された光に対して、屈折率はすべての方向にｎ_ｐｅｒｐである。

図１ｂには、従来技術による位相変調器のセルの構造が概略的に示されている。透明な導電層３及び配向層４をそれぞれ備えた２つのガラス基板２の間に、複屈折液晶５があり、その若干の分子５ａが示されている。導電層３により形成される電極の間に電圧Ｕが印加される。この電圧Ｕにより、ガラス基板２に対する液晶分子５ａの傾斜角θが調節される。電圧Ｕは、アクティブマトリクス（図示せず）によりしばしば電極３上に供給される。ガラス基板２へ液晶分子５ａの縦軸の投影に対して直角に偏光されている光１０は、屈折率ｎ_ｐａｒを取る。ガラス基板２へ液晶分子５ａの縦軸の投影に対して平行に偏光されている光は、角θに関係してｎ_ｐａｒとｎ_ｐｅｒｐとの間にある屈折率を取る。これに反し任意の他の偏向方向を持つ光は、複屈折する。液晶層５へ入る光１０と他方の側から出る光１０との位相差を適切に調節できるようにするため、偏光される光の使用が必要である。光の偏光のために吸収する偏光子が使用されると、光の少なくとも５０％が失われる。

図２は、本発明による位相変調器の好ましい実施例の電気回路図を示す。位相変調器の各セルは、第１の基板９ａ（図３）上に実現される薄膜トランジスタ６を含み、このトランジスタの第１のドレイン−ソース電極６ａは行導線１１に接続されている。第２のドレイン−ソース電極６ｂは電極８ａに接続されている。トランジスタ６のゲートは行導線１２に接続されている。電極８は更に逆電極８ｂを持ち、両方の電極８ａ，８ｂがコンデンサを形成しているので、電極８ａ，８ｂ間に電圧差があると、ガラス基板９ａ，９ｂに対して実質的に直角に向けられている電界が生じる。

図３に示すように、基板９ａ，９ｂの間に、電気光学的に活性のなるべく青い相のポリマを安定化された液晶が設けられている。この電気光学的に活性の媒質７は、電極８ａ，８ｂ間に電界の作用を受けて、屈折率の変化を受け、即ち光学的に不等方性になり、生じる屈折率楕円体が電界の方向に対して回転対称である。それにより複屈折なしの偏光されない光も媒質７を通過する。位相変調器の素子へ入る光と素子から出る光との位相差は、それにより問題なく制御される。

Claims (10)

1. ２つの基板（９ａ，９ｂ）の間に設けられる多数の素子（５ａ）及び両方の基板（９ａ，９ｂ）上に設けられる電極（８ａ，８ｂ）を持つ電気光学位相変調器であって、素子が光学的に等方性の材料（７）から製造されており、電界を印加する際この材料が不等方性になり、少なくとも一方の基板（９ａ又は９ｂ）に、個々の素子のために別々の電極（８ａ，８ｂ）が設けられて、それぞれ個別に始動可能である、電気光学位相変調器。
2. 光の伝搬方向が電極（８ａ，８ｂ）の間の電界の方向に少なくとも大体一致していることを特徴とする、請求項１に記載の電気光学位相変調器。
3. 光学的に等方性の材料（７）が液晶であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気光学位相変調器。
4. 材料（７）が青い相にある液晶であり、青い相がなるべくポリマを安定化されていることを特徴とする、請求項３に記載の電気光学位相変調器。
5. 電極（８ａ，８ｂ）が、基板に設けられる非直線部品により始動可能であることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の電気光学位相変調器。
6. 非直線部品が薄膜トランジスタであることを特徴とする、請求項５に記載の電気光学位相変調器。
7. 薄膜トランジスタが高い光透過を示すことを特徴とする、請求項６に記載の電気光学位相変調器。
8. 非直線部品がダイオードであることを特徴とする、請求項５に記載の電気光学位相変調器。
9. 非直線部品がＭＩＭダイオードであることを特徴とする、請求項８に記載の電気光学位相変調器。
10. 基板（９ａ，９ｂ）が透明であることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の電気光学位相変調器。

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