JP2939072B2 - Spatial light modulator - Google Patents

Spatial light modulator

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JP2939072B2
JP2939072B2 JP32515292A JP32515292A JP2939072B2 JP 2939072 B2 JP2939072 B2 JP 2939072B2 JP 32515292 A JP32515292 A JP 32515292A JP 32515292 A JP32515292 A JP 32515292A JP 2939072 B2 JP2939072 B2 JP 2939072B2
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昭雄 宮田
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光を空間的に並列に変
調することができ、光演算や画像認識に応用可能な空間
光変調素子に関するものである。
The present invention relates, can modulate the light in parallel spatially, but about the applicable spatial light modulation element to the optical operation or an image recognition.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速で大容量処理に対応できる情報処理
技術として、光を用いた情報処理があり、光演算の中核
的役割を果すのが光変調素子である。特に、画像のよう
な二次元情報を並列に処理するためには、空間光変調素
子が必要となる。現在提案されている空間光変調素子と
しては、音響光学変調素子、電気光学変調素子等がある
が、最も活発に研究されているのは、液晶を用いた空間
光変調素子である。
2. Description of the Related Art Information processing technology using light is known as an information processing technology capable of coping with high-capacity processing at high speed. An optical modulation element plays a central role in optical calculation. In particular, to process two-dimensional information such as an image in parallel, a spatial light modulator is required. Currently proposed spatial light modulators include acousto-optic modulators and electro-optic modulators, and the most actively studied are spatial light modulators using liquid crystals.

【0003】従来の液晶を用いた空間光変調素子の構造
としては、液晶の配向状態をツイストネマティック(Ap
plied Optics,vol.26,p.241,1987)あるいは、スーパー
ツイストネマティック(電子通信情報学会技術研究報
告,Vol.90,No.431,p.23,1990)としたもの、あるいは記
憶機能を有する強誘電性液晶を用いたもの(特開平2−
289827号)が知られている。
As a structure of a conventional spatial light modulator using a liquid crystal, a twisted nematic (Ap.
plied Optics, vol.26, p.241, 1987) or Super Twisted Nematic (IEICE Technical Report, Vol.90, No.431, p.23, 1990), or has a memory function Using ferroelectric liquid crystal (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 289827).

【0004】従来例として、図3に強誘電性液晶を用い
た空間光変調素子の構造を示す。図3において、11及
び11'は透明基板、12及び12'は透明電極、13及
び13'は液晶配向膜、14は強誘電性液晶、19は光
導電膜、20は誘電体ミラー、16は書き込み光、17
は読み出し光である。図3の構造においては、光導電膜
19として水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)
が用いられ、誘電体ミラー20を介して強誘電性液晶1
4が充填されている。
FIG. 3 shows a structure of a spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal as a conventional example. In FIG. 3, 11 and 11 'are transparent substrates, 12 and 12' are transparent electrodes, 13 and 13 'are liquid crystal alignment films, 14 is a ferroelectric liquid crystal, 19 is a photoconductive film, 20 is a dielectric mirror, and 16 is a dielectric mirror. Writing light, 17
Is a reading light. In the structure of FIG. 3, hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) is used as the photoconductive film 19.
Is used, and the ferroelectric liquid crystal 1 is passed through the dielectric mirror 20.
4 are filled.

【0005】書き込み光16が照射された部分では、光
導電膜19の比抵抗が低下し強誘電性液晶14にかかる
電圧が増加し、液晶のしきい値電圧を越えるため、強誘
電性液晶14の配列状態が変化する。このため、直線偏
光の読み出し光17では偏光面が回転する。一方、書き
込み光16が照射されていない部分では、強誘電性液晶
14の配列状態が変化しないため、読み出し光17の偏
光面が回転しない。このため、図示しない検出器を通し
て読み出せば、書き込みパターンに応じたパターンを読
み出すことができる。
In the portion irradiated with the writing light 16, the specific resistance of the photoconductive film 19 decreases, the voltage applied to the ferroelectric liquid crystal 14 increases, and exceeds the threshold voltage of the liquid crystal. Changes the state of the array. For this reason, the plane of polarization of the linearly polarized readout light 17 rotates. On the other hand, in the portion where the writing light 16 has not been irradiated, the arrangement state of the ferroelectric liquid crystal 14 does not change, so that the polarization plane of the reading light 17 does not rotate. Therefore, by reading through a detector (not shown), a pattern corresponding to the write pattern can be read.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術における液晶を用いた空間光変調素子では、光
による液晶層への書き込みを行うのに、光導電膜を介さ
なければならなかった。すなわち、従来の液晶を用いた
空間光変調素子では、直接光により液晶の配列状態を変
化させることはできなかった。従って、変調後の読み出
しパターンの分解能には、光導電膜による限界があり、
液晶が本来もち得る高分解能が十分に発揮されていなか
った。また、光導電膜が必要であるということは、素子
の作製プロセスにおいてその成膜工程を必要とするばか
りか、コストを増大させる原因となっていた。
However, in the spatial light modulator using a liquid crystal in the above-mentioned prior art, writing to the liquid crystal layer by light had to be performed through a photoconductive film. That is, in the conventional spatial light modulator using liquid crystal, the arrangement state of the liquid crystal could not be changed by direct light. Therefore, the resolution of the read pattern after modulation is limited by the photoconductive film,
The high resolution inherent to liquid crystals has not been sufficiently exhibited. Further, the necessity of a photoconductive film not only requires a film forming step in a device manufacturing process, but also causes an increase in cost.

【0007】本発明は、空間光変調素子において、液晶
層への書き込みに必要だった光導電膜を不要として、変
調後の読み出しパターンの高分解能化を可能とし、また
素子の作製プロセスを低減させることができる空間光変
調素子を提供することを目的とする。
According to the present invention, in a spatial light modulator, a photoconductive film required for writing to a liquid crystal layer is not required, thereby enabling a high-resolution read pattern after modulation and a reduction in the process of manufacturing the device. and to provide a spatial light modulator element capable.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、透明電極を有する二枚の透明基板上に
液晶配向膜を配置し相対向させ両液晶配向膜の間隙に
液晶を充填した空間光変調素子において、前記液晶が
側鎖に複数のフォトクロミック基ならびに液晶分子を有
するディスコティック液晶である空間光変調素子として
いる。
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a liquid crystal alignment film is disposed on two transparent substrates having transparent electrodes so as to face each other , and a liquid crystal is filled in a gap between the two liquid crystal alignment films. In the filled spatial light modulator, the liquid crystal is :
Multiple photochromic groups and liquid crystal molecules on the side chain
The spatial light modulator is a discotic liquid crystal.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、空間変調素子において、フォ
トクロミック基を有する液晶分子からなるディスコティ
ック液晶を採用しているので、空間光変調素子に電圧を
印加しながら光照射を行うと、液晶分子のフォトクロミ
ック基の構造変化がトリガーとなり、液晶の配列状態の
変化を誘起することができる。
According to the present invention, in the spatial light modulator, discotic liquid crystal composed of liquid crystal molecules having a photochromic group is employed. The change in the structure of the photochromic group serves as a trigger to induce a change in the alignment state of the liquid crystal.

【0012】フォトクロミック基としてスピロピラン基
を有する液晶分子からなるディスコティック液晶を用い
た場合、空間光変調素子に紫外線を照射するとスピロピ
ラン基の構造変化が生じ、これによりディスコティック
液晶の配列状態を変化させることができる。そして、こ
の状態で空間光変調素子に、スピロピラン基の構造変化
に影響しない波長の光を透過させれば、液晶の複屈折性
を利用して、変調された光を得ることができる。
When a discotic liquid crystal composed of liquid crystal molecules having a spiropyran group is used as a photochromic group, the structure of the spiropyran group changes when the spatial light modulator is irradiated with ultraviolet rays, thereby changing the arrangement state of the discotic liquid crystal. be able to. Then, in this state, if light having a wavelength that does not affect the structural change of the spiropyran group is transmitted through the spatial light modulator, modulated light can be obtained by utilizing the birefringence of the liquid crystal.

【0013】従って、本発明によれば、空間光変調素子
での書き込み光による液晶層への書き込みにおいて、光
導電膜を介することなく、直接光で書き込みができるの
で、変調後の読み出しパターンの高分解能化が可能とな
る。
Therefore, according to the present invention, in writing to the liquid crystal layer by the writing light in the spatial light modulator, writing can be performed by direct light without passing through the photoconductive film, so that the height of the read pattern after modulation is high. It is possible to increase the resolution.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明に基づく一実施例の空間光
変調素子の断面図である。透明電極2及び2'を有する
透明基板1及び1'に液晶配向膜3及び3'を形成した
後、これらを図示しないスペーサを介してギャップを形
成し、この間隙にフォトクロミック基を有する液晶分子
を含むディスコティック液晶4を充填し、空間光変調素
子5を作製した。本実施例では透明基板としてガラス基
板を、透明電極としてITO薄膜を用いた。
FIG. 1 is a sectional view of a spatial light modulator according to an embodiment of the present invention. After the liquid crystal alignment films 3 and 3 'are formed on the transparent substrates 1 and 1' having the transparent electrodes 2 and 2 ', a gap is formed therebetween through a spacer (not shown), and liquid crystal molecules having a photochromic group are formed in the gap. The discotic liquid crystal 4 containing the liquid crystal was filled to produce a spatial light modulator 5. In this embodiment, a glass substrate was used as a transparent substrate, and an ITO thin film was used as a transparent electrode.

【0016】そして、ディスコティック液晶として、下
記の分子構造式化1に示す構造の液晶分子を用いた。
As the discotic liquid crystal, liquid crystal molecules having the structure shown in the following molecular structural formula 1 were used.

【0017】[0017]

【化1】 Embedded image

【0018】上記の分子構造式中において、SPはスピ
ロピラン基であり、
In the above molecular structural formula, SP is a spiropyran group,

【0019】[0019]

【化2】 Embedded image

【0020】を示し、またLCは、And LC is:

【0021】[0021]

【化3】 Embedded image

【0022】を示す。Is shown.

【0023】すなわち、本実施例で用いたディスコティ
ック液晶は、フォトクロミック基としてスピロピラン基
を有する液晶分子を含む。また、この液晶化合物は、環
状(ペンタメチルヒドロ)シクロキサン、シアノビフェ
ニル−(アリロキシ)ベンゾエート、及びニトロベンゾ
スピロピランメソーゲンの組み合わせで、ヒドロシリル
化反応で合成することができる。
That is, the discotic liquid crystal used in this embodiment contains liquid crystal molecules having a spiropyran group as a photochromic group. Further, this liquid crystal compound can be synthesized by a hydrosilylation reaction using a combination of cyclic (pentamethylhydro) cycloxane, cyanobiphenyl- (allyloxy) benzoate, and nitrobenzospiropyran mesogen.

【0024】なお、上記のディスコティック液晶をなす
液晶分子の場合は、スピロピラン基を三箇所に導入した
が、これに限定されるものではない。
In the case of the liquid crystal molecules forming the discotic liquid crystal, spiropyran groups are introduced at three positions, but the present invention is not limited to this.

【0025】次に、本実施例の空間光変調素子の動作実
験について図1により説明する。測定系は、上記のよう
に作製した空間光変調素子5に、電圧を印加しながら書
き込み光6を照射し書き込み行い、直線偏光の読み出し
光7を照射し空間光変調素子5を透過した後、図示しな
い検出器によって旋光度を検出する構成となっている。
本実施例では、書き込み光6には水銀ランプからの光を
フィルタを通して得られる紫外光の366nmの光を、
読み出し光7にはスピロピラン基の構造変化に影響しな
い波長である633nmのHe−Neレーザを用いた。
また、変化したディスコティック液晶の配列状態を元に
戻すため、スピロピラン基の構造を初期状態に戻す波長
の580nmであるAr励起色素レーザを、消去光8と
して用いた。
Next, an operation experiment of the spatial light modulator of this embodiment will be described with reference to FIG. The measurement system irradiates the spatial light modulation element 5 manufactured as described above with the writing light 6 while applying a voltage, performs writing, irradiates the linearly polarized reading light 7 and transmits through the spatial light modulation element 5, The optical rotation is detected by a detector (not shown).
In this embodiment, the writing light 6 is ultraviolet light having a wavelength of 366 nm obtained by passing light from a mercury lamp through a filter.
As the reading light 7, a He-Ne laser having a wavelength of 633 nm, which does not affect the structural change of the spiropyran group, was used.
In addition, in order to restore the changed arrangement state of the discotic liquid crystal, an Ar-excited dye laser having a wavelength of 580 nm for returning the structure of the spiropyran group to the initial state was used as the erasing light 8.

【0026】書き込み光6と消去光8とを交互に空間光
変調素子5に照射し、変調後の読み出し光7の旋光度を
測定した結果を図2に示す。図2において、紫外光とは
水銀ランプから得られる366nmの光すなわち書き込
み光であり、可視光とは消去光580nmのAr励起色
素レーザ光すなわち消去光である。この結果から、変調
後の読み出し光の旋光度の値は、紫外光照射時に高くな
り、可視光照射時に低くなっている。これは、空間光変
調素子5に電圧を印加しながら紫外線照射を行うと、液
晶分子のスピロピラン基の構造変化がトリガーとなり、
ディスコティック液晶の配列状態の変化を誘起でき、可
視光照射により初期の配列状態に戻すことができたこと
を示している。
FIG. 2 shows the results obtained by irradiating the spatial light modulator 5 with the writing light 6 and the erasing light 8 alternately and measuring the optical rotation of the read light 7 after modulation. In FIG. 2, ultraviolet light is light at 366 nm obtained from a mercury lamp, ie, writing light, and visible light is Ar excitation dye laser light at 580 nm of erasing light, ie, erasing light. From this result, the value of the optical rotation of the readout light after the modulation is higher when irradiating ultraviolet light, and lower when irradiating visible light. This is because when ultraviolet irradiation is performed while applying a voltage to the spatial light modulation element 5, a structural change of a spiropyran group of a liquid crystal molecule becomes a trigger,
This indicates that a change in the alignment state of the discotic liquid crystal can be induced, and the alignment state can be returned to the initial state by irradiation with visible light.

【0027】上述のように、本実施例の空間光変調素子
は、電圧を印加すると共に366nmの光の照射するこ
とにより情報の書き込みができ、633nmの光による
情報の読み出し、及び580nmの光による情報の消去
ができることが明らかである。
As described above, the spatial light modulator of this embodiment can write information by applying a voltage and irradiating it with 366 nm light, reading information with 633 nm light, and using 580 nm light. It is clear that information can be erased.

【0028】なお、本実施例では、フォトクロミック基
として、スピロピラン基を用いたが、これに限定される
ものでなく、アゾベンゼン基、ジアリールエテン基等の
フォトクロミック基を用いても良い。また、本実施例で
は、フォトクロミック基を有する液晶分子として、分子
構造式化1に示す液晶分子を用いたが、これに限定され
るものでなく、スピロピラン基等のフォトクロミック基
を有し、ディコティック液晶の配列をなす液晶分子であ
れば良い。
In this embodiment, a spiropyran group is used as a photochromic group. However, the present invention is not limited to this, and a photochromic group such as an azobenzene group and a diarylethene group may be used. In this example, the liquid crystal molecules having a photochromic group were the liquid crystal molecules represented by the molecular structural formula 1. However, the present invention is not limited to this, and the liquid crystal molecules having a photochromic group such as a spiropyran group may be used. Any liquid crystal molecules that form a liquid crystal array may be used.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、空間光
変調素子において、側鎖に複数のフォトクロミック基
らびに液晶分子を有するディスコティック液晶を用いる
ことにより、光導電膜を介することなく光による書き
込みができるため、変調後の読み出しパターンの高分解
能化が可能となる。また、光導電膜を必要としないとい
うことは、高分解能の読み出しを可能にするばかりでな
く、素子の作製プロセスにおいて、光導電膜の作製工程
を無くすこととなり、作製コストを低減することが可能
となる。さらに、側鎖に複数のフォトクロミック基を結
合したディスコティック液晶を用いているので、空間光
変調素子の感度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, in the spatial light modulator , a plurality of photochromic groups are provided on the side chain.
By using the discotic liquid crystal having liquid crystal molecules Rabbi, without passing through the photoconductive film, since it is writing with light, thereby enabling high resolution of the readout pattern after modulation. In addition, the fact that a photoconductive film is not required means that high-resolution reading can be performed, and also that a photoconductive film is not required in the element manufacturing process, thereby reducing manufacturing costs. Becomes Furthermore, multiple photochromic groups are linked to the side chain.
Because the combined discotic liquid crystal is used,
The sensitivity of the modulation element can be improved.

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

【図1】本発明の一実施例の空間光変調素子の構造を示
す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a spatial light modulator according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるの空間光変調素子の旋光度を測定
した結果を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the result of measuring the optical rotation of the spatial light modulator according to the present invention.

【図3】従来の空間光変調素子の構造を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional spatial light modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1',11,11' 透明基板 2,2',12,12' 透明電極 3,3',13,13' 液晶配向膜 4 ディスコティック液晶 5 空間光変調素子 6,16 書き込み光 7,17 読み出し光 1, 1 ', 11, 11' Transparent substrate 2, 2 ', 12, 12' Transparent electrode 3, 3 ', 13, 13' Liquid crystal alignment film 4 Discotic liquid crystal 5 Spatial light modulation element 6, 16 Writing light 7, 17 Readout light

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 透明電極を有する二枚の透明基板上に液
晶配向膜を配置し相対向させ両液晶配向膜の間隙に液
晶を充填した空間光変調素子において、 前記液晶が、側鎖に複数のフォトクロミック基ならびに
液晶分子を有するディスコティック液晶であることを特
徴とする空間光変調素子。
1. A liquid crystal alignment film is arranged opposite to each other with the two transparent substrates having transparent electrode, in the spatial light modulator filled with liquid crystal in the gap between the two liquid crystal alignment film, the liquid crystal is, the side chain A spatial light modulation device, which is a discotic liquid crystal having a plurality of photochromic groups and liquid crystal molecules.
JP32515292A 1992-12-04 1992-12-04 Spatial light modulator Expired - Lifetime JP2939072B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9400486B2 (en) 2013-03-13 2016-07-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Spatial light modulator, holographic three-dimensional image display including the same, and method for modulating spatial light

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9400486B2 (en) 2013-03-13 2016-07-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Spatial light modulator, holographic three-dimensional image display including the same, and method for modulating spatial light

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