JP5119446B2 - 光変調素子 - Google Patents

Description

本発明は、電気光学結晶材料から成る複数の光変調要素をマトリクス状に配設した光変調素子に関し、詳しくは、複数の光変調要素に対する配線数を減らして、光変調要素の稠密度を向上しようとする光変調素子に係るものである。

従来のこの種の光変調素子は、電気光学結晶材料から成る細長部材の光学軸に平行な側面に対向して一対の電極を設けた複数個の光変調要素を、その両端面を光源からの光の入射端面及び射出端面として二次元的に並べたものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３１０２５１号公報

しかし、このような従来の光変調素子においては、各光変調要素の電極に駆動用電圧を供給する具体的な配線は示されていないが、一般には、光の入射側又は射出側の面にて互いに隣接する各光変調要素間の縦領域又は横領域に、各光変調要素の電極に夫々接続する複数の配線が施されることになり、各光変調要素間の間隔を狭めることができず、光変調要素の稠密度を向上させることができなかった。したがって、各光変調要素を個別に駆動して所定のパターンを形成する場合、斜め線や曲線を含むパターンの縁を滑らかに形成することができなかった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、複数の光変調要素に対する配線数を減らして、光変調要素の稠密度を向上しようとする光変調素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による光変調素子は、柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面に夫々電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配設した素子組立体と、前記各光変調要素の一方の電極に電圧を供給する駆動用配線と、前記各光変調要素の他方の電極を接地する接地用配線とを備えた光変調素子であって、前記駆動用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の各縦領域及び横領域に対応して形成された縦配線及び横配線と、該縦配線及び横配線の交差する部分に配設され、前記各配線の電気信号に応じて前記各光変調要素の一方の電極に対する電圧の供給及び供給停止の切換をするスイッチング素子とから成り、透明な基板上に形成されて、該基板を前記素子組立体の一方の面に接着することにより、前記各光変調素子の前記一方の電極の端面に対して電気的に接続され、前記接地用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の各縦領域又は横領域に対応して透明な別の基板上に形成され、該別の基板を前記素子組立体の他方の面に接着することにより、前記各光変調素子の前記他方の電極の端面に対して電気的に接続されたものである。

このような構成により、柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面に夫々電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配設した素子組立体の一方の面にて、互いに隣接する各光変調要素間の各縦領域及び横領域に対応して形成された縦配線及び横配線と、該縦配線及び横配線の交差する部分に配設されたスイッチング素子とから成り、透明な基板上に形成された駆動用配線を、上記基板を上記素子組立体の一方の面に接着することにより、各光変調素子の一方の電極の端面に対して電気的に接続させ、該駆動用配線で、各配線の電気信号に応じて各光変調要素の一方の電極に対する電圧の供給及び供給停止し、素子組立体の他方の面にて、互いに隣接する各光変調要素間の各縦領域又は横領域に対応して透明な別の基板上に形成され、該別の基板を上記素子組立体の他方の面に接着することにより、各光変調素子の他方の電極の端面に対して電気的に接続された接地用配線で、各光変調要素の他方の電極を接地する。

本発明によれば、複数の光変調要素の各電極に接続される駆動用配線及び接地用配線は、互いに隣接する各光変調要素間の各縦領域及び横領域に夫々一本形成されるだけであるので、配線のために必要な縦領域及び横領域を狭くすることができる。したがって、隣接する各光変調要素間を狭めて光変調要素の稠密度を向上することができる。これにより、斜め線や曲線を含むパターンの縁を滑らかにすることができる。また、光変調要素の対向する電極間には、電界が光変調素子の一方の面側から他方の面側に向かって各光変調要素内に斜めに発生するため、光変調要素の利用効率を向上することができる。したがって、コントラストの高いパターンを形成することができ、パターンの分解能を向上することができる。さらに、素子組立体の入射側の面及び射出側の面に駆動用配線及び接地用配線を容易に形成することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による光変調素子の実施形態を示す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面Ｂ矢視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面Ｃ矢視図である。この光変調素子は、電気光学結晶材料からなる複数の光変調要素をマトリクス状に配設し、各光変調要素を個別に駆動して所定のパターンを形成するもので、素子組立体１と、駆動用配線基板２と、接地用配線基板３とからなる。

上記素子組立体１は、図４に示すように、四角柱状に形成された例えばＬｉＮｂＯ_３等の電気光学結晶材料４の光学軸に平行で互いに対向する二側面に夫々電極を設けて一方を駆動用電極５とし、他方を接地用電極６としており、上記四角柱状の電気光学結晶材料４の両端面を夫々光の入射側端面７及び射出側端面８とした複数の光変調要素９を、上記両端面７，８が夫々略同一平面を成すように所定の間隔でマトリクス状に配設して構成されている。そして、各光変調要素９が個別に駆動されて、入射する直線偏光の偏波面が回転制御されるように成っている。なお、各光変調要素９間の領域は、有機又は無機の物質で埋められている。

上記素子組立体１の一方の面（図１においては、下面（光射出側の面））には、駆動用配線基板２が透明な接着剤を使用して接着されている。この駆動用配線基板２は、上記各光変調要素９の駆動用電極５に所定の電圧を供給するためのものであり、図２に示すように透明な基板１０上に縦配線としてのデータ線１１と、横配線としてのゲート線１２と、スイッチング素子１３とを形成して成る。

互いに隣接する上記各光変調要素９間の各縦領域に対応して、データ線１１が夫々一本ずつ形成されている。このデータ線１１は、後述のスイッチング素子１３のドレイン１４（図４参照）にデータ信号を供給するもので、電源電圧が供給されるようになっており、基板１０の側縁部に外部のデータ回路と接続する電極パッド１５を設けている。なお、基板１０の側縁部にデータ回路を設けてもよい。

また、互いに隣接する上記各光変調要素９間の各横領域に対応して、ゲート線１２が夫々一本ずつ形成されている。このゲート線１２は、後述のスイッチング素子１３のゲート１６（図４参照）にアドレス信号を供給するもので、絶縁層を介して上記データ線１１と絶縁されており、基板１０の側縁部に外部のアドレス回路と接続する電極パッド１７を設けている。なお、基板１０の側縁部にアドレス回路を設けてもよい。

そして、上記データ線１１とゲート線１２との交差部分には、スイッチング素子１３が設けられている。このスイッチング素子１３は、各光変調要素９の一方の電極（駆動用電極５）に対する電圧の供給及び供給停止の切換をするもので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、図４に示すようにソース１８上に各光変調要素９の駆動用電極５の光射出側の端面５ａに接続する電極パッド１９を設けている。

上記素子組立体１の他方の面（図１においては、上面（光入射側の面））には、接地用配線基板３が透明な接着剤を使用して接着されている。この接地用配線基板３は、上記各光変調要素９の接地用電極６を接地させるためのもので、図３に示すように透明な基板２０上に、複数の光変調要素９の互いに隣接する光変調要素９間の複数の縦領域又は横領域（図３においては、縦領域）に対応して接地用配線２１が夫々一本ずつ形成されており、図４に示すように各光変調要素９の接地用電極６の光入射側の端面６ａに接続する電極パッド２２を設けており、基板２０の縁部側の端部は互いに接続されて共通の電極パッド２３を設けて接地されるように成っている。

次に、このように構成された光変調素子の動作について説明する。
先ず、データ線１１の電極パッド１５によりデータ線１１が外部のデータ回路に接続され、ゲート線１２の電極パッド１７によりゲート線１２が外部のアドレス回路に接続されている。

このような状態において、例えば、図５に示すように、データ回路からデータ線１１に“0010”の信号が供給され、アドレス回路からゲート線１２に“0100”の信号が供給されると、同図においてスイッチング素子１３ａがＯＮ駆動され、光変調要素９ａの駆動用電極５と接地用電極６間に所定の電圧が付与される。これにより、光変調要素９ａがＯＮ駆動され、光変調素子に入射した直線偏光は、上記光変調要素９ａを通過中にその偏波面が９０度回転されて光変調素子から射出する。

なお、他のスイッチング素子１３はＯＦＦ駆動のままであるので、他の光変調要素９の駆動用電極５と接地用電極６との間には電圧が付与されず、他の光変調要素９はＯＦＦ駆動のままである。したがって、光変調素子に入射した直線偏光は、他の光変調要素９を通過中にその偏波面が回転されず、そのまま光変調素子から射出する。

ここで、図６に示すように、光変調素子の光路上に光変調素子（同図においては、光変調要素９で代表して示す）を間にして、偏光軸２４ａ，２５ａが互いに直交するように一対の偏光素子２４，２５を配置すれば、光源から放射された光Ｌ_０は、偏光素子２４で直線偏光Ｌ_１にされて光変調素子（光変調要素９）に入射する。この場合、光変調要素９がＯＮ駆動されているときには、同図（ａ）に示すように直線偏光Ｌ_１は、光変調要素９を通過中にその偏波面が９０度回転されて光変調素子（光変調要素９）から射出し、その後偏光素子２５に入射する。このＯＮ駆動された光変調要素９を通過した直線偏光Ｌ_１は、その偏波面が９０度回転されることにより偏光素子２５の偏光軸２５ａと一致することになり、偏光素子２５を通過していく。

一方、光変調要素９がＯＦＦ駆動されているときには、図６（ｂ）に示すように直線偏光Ｌ_１は、光変調要素９を通過中にその偏波面が回転されず、そのまま光変調素子（光変調要素９）から射出し、その後偏光素子２５に入射する。この場合、この光変調要素９を通過した直線偏光Ｌ_１の偏波面は、偏光素子２５の偏光軸２５ａと直交することになり、直線偏光Ｌ_１はこの偏光素子２５で遮断される。

したがって、光変調素子の各光変調要素９を適当にＯＮ／ＯＦＦ駆動することにより、ＯＮ駆動された光変調要素９及び偏光素子２５を通過した光により所定のパターンを形成することができる。

なお、以上の説明においては、素子組立体１の入射側の面及び射出側の面に夫々駆動用配線基板２及び接地用配線基板３を接着した場合について述べたが、本発明はこれに限られず、素子組立体１の入射側の面及び射出側の面の夫々に駆動用配線（データ線１１、ゲート線１２及びスイッチング素子１３）及び接地用配線２１を直接形成してもよい。

本発明による光変調素子の実施形態を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面Ｂ矢視図である。 図１のＡ−Ａ線断面Ｃ矢視図である。 本発明の光変調素子を構成する光変調要素に対する配線について示す要部拡大斜視図である。 本発明の光変調素子を構成する複数の光変調要素の駆動について示す説明図である。 上記光変調要素の動作を示す説明図であり、（ａ）光変調要素がＯＮ駆動状態を示す、（ｂ）は光変調要素がＯＦＦ駆動状態を示す。

符号の説明

１…素子組立体
２…駆動用配線基板
３…接地用配線基板
４…電気光学結晶材料
５…駆動用電極（一方の電極）
５ａ…駆動用電極の端面
６…接地用電極（他方の電極）
６ａ…接地用電極の端面
９…光変調要素
１０…透明な基板
２０…透明な基板（別の基板）
１１…データ線（縦配線）
１２…ゲート線（横配線）
１３…スイッチング素子
２１…接地用配線

Claims (1)

1. 柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面に夫々電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配設した素子組立体と、前記各光変調要素の一方の電極に電圧を供給する駆動用配線と、前記各光変調要素の他方の電極を接地する接地用配線とを備えた光変調素子であって、
   前記駆動用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の各縦領域及び横領域に対応して形成された縦配線及び横配線と、該縦配線及び横配線の交差する部分に配設され、前記各配線の電気信号に応じて前記各光変調要素の一方の電極に対する電圧の供給及び供給停止の切換をするスイッチング素子とから成り、透明な基板上に形成されて、該基板を前記素子組立体の一方の面に接着することにより、前記各光変調素子の前記一方の電極の端面に対して電気的に接続され、
   前記接地用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の各縦領域又は横領域に対応して透明な別の基板上に形成され、該別の基板を前記素子組立体の他方の面に接着することにより、前記各光変調素子の前記他方の電極の端面に対して電気的に接続された、
   ことを特徴とする光変調素子。

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