JPH0743663A - Optical switching element - Google Patents

Optical switching element

Info

Publication number
JPH0743663A
JPH0743663A JP18632893A JP18632893A JPH0743663A JP H0743663 A JPH0743663 A JP H0743663A JP 18632893 A JP18632893 A JP 18632893A JP 18632893 A JP18632893 A JP 18632893A JP H0743663 A JPH0743663 A JP H0743663A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
liquid crystal
path length
optical path
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP18632893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3150827B2 (en
Inventor
Yoshihisa Usami
由久 宇佐美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP18632893A priority Critical patent/JP3150827B2/en
Publication of JPH0743663A publication Critical patent/JPH0743663A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3150827B2 publication Critical patent/JP3150827B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide an optical switching element capable of efficiently using an incident light and obtaining a transmission light with a high contrast ratio. CONSTITUTION:This element is a laminated body provided with plural liquid crystal layers 163 whose optical path is varied by applying external field and which are laminated through at least one interference layer 165 and whose refractive index anisotropy is suppressed, transparent electrodes 155, 157 applying the external field to the liquid crystal layer 163 and the interference layer 159 or 161 formed at least on one side of the liquid crystal layer 163 and having the refractive index different from the refractive index of the liquid crystal layer 163, and is constituted so that the interference of the light transmitting through the laminated body is controlled by varying the optical path length of the liquid crystal layer 163, and the light with required intensity is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光の干渉を利用して
光透過率が制御可能な光スイッチング素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switching element whose light transmittance can be controlled by utilizing light interference.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光変調を行う手段として、液晶素
子を用いたものが知られている。このうち、例えば、捩
じれネマチック型液晶素子を用いたものは、一対の偏光
板を備えることを必須とする。しかし、偏光板を備えた
系においては、偏光板での透過光量の損失が大きいた
め、該損失を考慮して光変調を行う必要がある。
2. Description of the Related Art Recently, a liquid crystal element is known as a means for performing light modulation. Of these, for example, those using a twisted nematic liquid crystal element are required to include a pair of polarizing plates. However, in a system provided with a polarizing plate, since the loss of the amount of transmitted light in the polarizing plate is large, it is necessary to perform light modulation in consideration of the loss.

【0003】また、上記光変調手段として、液晶の透過
率を変化させて所定波長域で透過光強度の明暗2値状態
を得る光スイッチング素子があり、例えば、ネマチック
型液晶の層の複屈折を制御して得られる複屈折効果を利
用するものが考えられる。該液晶は、互いに異なる屈折
率の隣接層を有し、電界の印加により、層の屈折率が変
化することを利用するものである。
Further, as the light modulating means, there is an optical switching element for changing the transmittance of the liquid crystal to obtain a bright / dark binary state of the transmitted light intensity in a predetermined wavelength range. For example, the birefringence of a layer of a nematic liquid crystal is changed. It is conceivable to utilize the birefringence effect obtained by control. The liquid crystal has adjacent layers having different refractive indexes, and utilizes the fact that the refractive index of the layers changes due to application of an electric field.

【0004】このような光スイッチング素子を、露光用
のシャッタとして利用した場合、光量の損失分を考慮し
て光源の光量を増やすか若しくは露光時間を延ばさなけ
ればならない。特に、露光時間を延ばして対処する場合
は、プリンタ等のスループットを落とす原因となる。
When such an optical switching element is used as a shutter for exposure, it is necessary to increase the light amount of the light source or extend the exposure time in consideration of the loss of the light amount. In particular, when the exposure time is extended to cope with the problem, it causes a drop in the throughput of the printer or the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、偏光板
を用いた光学系では、偏光板での光量の損失は避けられ
ず光を効率良く変調しているとは言い難い。また、ネマ
チック液晶の干渉効果を利用したものにおいては、所望
の干渉効果を得るために、複数の層の屈折率を考慮しな
ければならず、注目波長において所望の干渉効果を得る
構造を設計することは困難である。
As described above, in an optical system using a polarizing plate, it cannot be said that the loss of the amount of light in the polarizing plate is unavoidable and the light is efficiently modulated. Further, in the case of utilizing the interference effect of nematic liquid crystal, in order to obtain the desired interference effect, it is necessary to consider the refractive indexes of a plurality of layers, and a structure for obtaining the desired interference effect at the wavelength of interest is designed. Is difficult.

【0006】一方、ネマチック型液晶を用いて光を効率
良く利用するスイッチング手段が、例えば、特開平4−
140714号公報に開示されている。該手段は、複屈
折プリズムで入射光をP偏光とS偏光に分離するととも
に、1/2波長板でS偏光をP偏光に偏向させ、2つの
P偏光をネマチック型液晶に入射するようにしたもので
ある。該手段によれば、2方向の偏光を利用して光の利
用効率を高めることができるものの、これら偏光変換系
での光の損失及び偏光変換系を備えたことによる構造の
複雑化は避けられない。
On the other hand, a switching means for efficiently utilizing light using a nematic liquid crystal is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
It is disclosed in Japanese Patent No. 140714. The means separates the incident light into P-polarized light and S-polarized light with a birefringent prism, and deflects the S-polarized light into P-polarized light with a half-wave plate so that the two P-polarized lights enter the nematic liquid crystal. It is a thing. According to the means, it is possible to enhance the light utilization efficiency by utilizing polarized light in two directions, but it is possible to avoid the loss of light in these polarization conversion systems and the complication of the structure due to the provision of the polarization conversion system. Absent.

【0007】そこでこの発明は、上記事情に鑑みて成さ
れたもので、入射光を効率良く利用して高いコントラス
ト比の透過光を得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。
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical switching element capable of efficiently utilizing incident light to obtain transmitted light having a high contrast ratio.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係わる光スイ
ッチング素子は、外場の印加により光路長が変化すると
ともに、少なくとも一層の光路長不変層を介して積層さ
れる屈折率異方性が抑制された複数の光路長可変層と、
前記外場を前記光路長可変層に印加する外場印加手段
と、前記光路長可変層の少なくとも一側に形成され、前
記光路長可変層の屈折率とは異なる屈折率の光路長不変
層とを有する積層体であって、前記光路長可変層の光路
長を可変して前記積層体を透過する光の干渉を制御し、
所要強度の光を得るようにしたものであり、さらに、前
記光路長可変層が、ツイスト液晶であり、若しくは、前
記光路長可変層が、散乱効果を有する光変調手段であ
り、若しくは、前記光スイッチング素子が、光源と、該
光源の光が照射される原画と、該原画の画像光が露光さ
れる感光材料とを有する光学系に配置され、前記光スイ
ッチング素子に印加される電圧を制御して、所要光量を
有する画像光を前記感光材料に露光するようにしたもの
である。
In the optical switching element according to the present invention, the optical path length is changed by the application of an external field and the refractive index anisotropy laminated via at least one optical path length invariant layer is suppressed. A plurality of variable optical path length layers,
An external field applying means for applying the external field to the optical path length variable layer, and an optical path length invariant layer formed on at least one side of the optical path length variable layer and having a refractive index different from the refractive index of the optical path length variable layer. Wherein the optical path length of the variable optical path length layer is varied to control interference of light passing through the laminated body,
The optical path length variable layer is a twisted liquid crystal, or the optical path length variable layer is a light modulating means having a scattering effect, or The switching element is arranged in an optical system having a light source, an original image irradiated with the light of the light source, and a photosensitive material to which the image light of the original image is exposed, and controls a voltage applied to the optical switching element. Then, the photosensitive material is exposed to image light having a required light amount.

【0009】[0009]

【作用】この発明に係わる前記手段によれば、積層体に
入射された光は干渉し、互いに強め合い、若しくは互い
に弱め合う。積層体を透過する光の干渉特性は、各層の
光路長に依存する。従って、光路長可変層の光路長を変
えて、積層体の光路長を変えることにより干渉光を制御
することができる。
According to the above-mentioned means according to the present invention, the lights incident on the laminated body interfere with each other and mutually strengthen or weaken each other. The interference characteristics of light transmitted through the stacked body depend on the optical path length of each layer. Therefore, it is possible to control the interference light by changing the optical path length of the variable optical path length layer and changing the optical path length of the laminated body.

【0010】光路長可変層は、自然光を変調するため、
その屈折率異方性が抑制され、この結果、平均的屈折率
異方性が略0に設定されている。透過光の干渉特性は、
波長域毎に異なるが、所定波長域においては、良好なコ
ントラスト比が得られる。従って、特定波長域におい
て、コントラスト比が良好に得られるように各層の光路
長を決定することにより、良好なスイッチング特性が得
られる。さらに、干渉光の制御により、明暗2値以外の
中間強度の光が得られる。
Since the variable optical path length layer modulates natural light,
The refractive index anisotropy is suppressed, and as a result, the average refractive index anisotropy is set to about zero. The interference characteristics of transmitted light are
Although different for each wavelength range, a good contrast ratio can be obtained in a predetermined wavelength range. Therefore, a good switching characteristic can be obtained by determining the optical path length of each layer so that a good contrast ratio can be obtained in a specific wavelength range. Further, by controlling the interference light, light having an intermediate intensity other than the light and dark binary values can be obtained.

【0011】光路長可変層は、電場、磁場、若しくは音
場等の外場の印加に対応して光路長が変化する層であ
る。考慮する波長(以下、注目波長と記す)において所
望の干渉効果を得るための積層体の光路長範囲は、公知
の手法(H.A.Macleod 著: 光学薄膜,PP47 〜51(1989)参
照)に基づいて算出される。そして、該算出結果に基づ
き、さらに、良好な干渉効果を得るために各層の光路長
が設定される。上記積層体は、例えば、ガラス基板に挟
持されるが、算出の前提として、基板表面で生じる入射
光の反射を無視するものとする。
The variable optical path length layer is a layer whose optical path length changes in response to the application of an external field such as an electric field, a magnetic field, or a sound field. The optical path length range of the laminate for obtaining the desired interference effect at the wavelength to be considered (hereinafter referred to as the wavelength of interest) is calculated based on a known method (see HAMacleod: Optical Thin Film, PP47-51 (1989)). To be done. Then, based on the calculation result, the optical path length of each layer is set in order to obtain a better interference effect. The laminated body is sandwiched between glass substrates, for example. However, as a premise of calculation, reflection of incident light on the substrate surface is ignored.

【0012】光スイッチング素子を構成する光路長可変
層を複数にすると、ピーク波長の半値幅を変えることが
できる。半値幅は、光路長可変層の層数に依存し、層数
が増えるに従いピーク特性が平坦に変化する。従って、
所要数の層を積層させることにより、各種フィルタ特性
が得られる。複数の光路長可変層は、互いに少なくとも
一層の光路長不変層を介して積層される。これは、光学
系の設計を容易にするためであり、かつ積層構造の設計
を容易にするためである。
When the optical path length variable layers constituting the optical switching element are plural, the half value width of the peak wavelength can be changed. The full width at half maximum depends on the number of layers of the optical path length variable layer, and the peak characteristic changes flat as the number of layers increases. Therefore,
By laminating the required number of layers, various filter characteristics can be obtained. The plurality of optical path length variable layers are laminated with each other with at least one optical path length invariant layer interposed therebetween. This is to facilitate the design of the optical system and to facilitate the design of the laminated structure.

【0013】前記光路長可変層としては、ツイスト液晶
がある。該液晶は、層の一側から他側に連続的に液晶分
子を捩れ配向させたものである。捩れ配向させることに
より屈折率異方性を抑制することができる。捩れ角の範
囲は、種々設定可能であるが、高コントラスト比を得る
には、捩れ角が、180°の整数倍であることが好まし
い。なお、捩れの向きは、右捩れ若しくは左捩れの何れ
でも良い。
As the variable optical path length layer, there is twist liquid crystal. The liquid crystal is one in which liquid crystal molecules are continuously twisted and aligned from one side of the layer to the other side. The refractive index anisotropy can be suppressed by twisting the orientation. The range of the twist angle can be set variously, but in order to obtain a high contrast ratio, the twist angle is preferably an integral multiple of 180 °. The twist direction may be either right twist or left twist.

【0014】また、散乱効果を有する光変調手段を適用
しても屈折率異方性を抑制することができる。該光変調
手段としては、光散乱性液晶複合体若しくは動的散乱型
液晶が挙げられる。光散乱性液晶複合体は、ポリマー中
に粒状液晶を散在させたもの、ポリマー中に粒状液晶を
連結させたもの、若しくは液晶中にポリマー網を形成さ
せたものである。
Further, the refractive index anisotropy can be suppressed even if the light modulating means having the scattering effect is applied. Examples of the light modulator include a light-scattering liquid crystal composite or a dynamic scattering liquid crystal. The light-scattering liquid crystal composite is one in which granular liquid crystals are dispersed in the polymer, one in which the granular liquid crystals are linked to the polymer, or one in which a polymer network is formed in the liquid crystals.

【0015】上記手段を有する光スイッチング手段は、
また、光源と、光源の光が照射される原画と、原画の画
像光が露光される感光材料とを有する光学系に配置され
る。光スイッチング素子に印加される電圧を制御する
と、光スイッチング素子の透過率を変えることをができ
るので、露光条件に応じて印加電圧を制御し、所要光量
を有する画像光が前記感光材料に露光されるようにす
る。
The optical switching means having the above means is
Further, it is arranged in an optical system including a light source, an original image irradiated with light from the light source, and a photosensitive material to which the image light of the original image is exposed. By controlling the voltage applied to the optical switching element, it is possible to change the transmittance of the optical switching element, so the applied voltage is controlled according to the exposure conditions and the image light having the required light quantity is exposed to the photosensitive material. To do so.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1はこの発明の基本となる光スイッチン素子
を示している。図1に示されるように、光スイッチング
素子は、一対のガラス基板101、103にそれぞれ所
要パターンに配置されたITO(Indium Tin Oxcide )
透明電極105、107、及び干渉層109、111
を、該順序で対向させ、干渉層109、111に、ガラ
ス基板101、103と平行配向する液晶層113を挟
持させたものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an optical switching element which is the basis of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical switching element is an ITO (Indium Tin Oxcide) arranged in a required pattern on a pair of glass substrates 101 and 103.
Transparent electrodes 105 and 107 and interference layers 109 and 111
And the liquid crystal layer 113 which is aligned in parallel with the glass substrates 101 and 103 is sandwiched between the interference layers 109 and 111.

【0017】液晶層113の配向状態は、干渉層10
9、111の液晶側表面の配向処理、例えば、ラビング
処理、配向膜塗布後にラビング処理、表面処理としてシ
ランカップリング剤処理、若しくはこれらが組み合わさ
れた処理により得られる。液晶層113は、均一厚のス
ペーサを所定パターンに配置して得られる間隙に液晶を
注入して形成される。
The alignment state of the liquid crystal layer 113 depends on the interference layer 10.
Alignment treatment of the liquid crystal side surface of 9, 111, for example, rubbing treatment, rubbing treatment after coating the alignment film, silane coupling agent treatment as the surface treatment, or a combination thereof. The liquid crystal layer 113 is formed by injecting liquid crystal into a gap obtained by arranging spacers having a uniform thickness in a predetermined pattern.

【0018】以下、光スイッチング素子を構成する各層
の光路長について説明する。各層の光路長は、注目波長
λに依存し、この実施例では、注目波長を427nmと
している。まず、ガラス基板101、103の屈折率n
s、及び層厚dsは、それぞれ1.5、及び1mmに設
定され、透明電極105、107の屈折率nc、及び層
厚dcは、それぞれ1.5、及び300nmに設定され
る。
The optical path length of each layer forming the optical switching element will be described below. The optical path length of each layer depends on the wavelength of interest λ, and in this embodiment, the wavelength of interest is 427 nm. First, the refractive index n of the glass substrates 101 and 103
s and the layer thickness ds are set to 1.5 and 1 mm, respectively, and the refractive indexes nc and the layer thickness dc of the transparent electrodes 105 and 107 are set to 1.5 and 300 nm, respectively.

【0019】液晶層113は、電圧印加時及び電圧無印
加時のいずれか一方の光路長が、注目波長427nmの
n/8倍(nは正整数)を満足するときに良好なコント
ラスト比が得られる。液晶層113の適正層厚は、干渉
層109、111の光学条件に依存し、注目波長のn/
8倍の条件下で選択される。この実施例では、電界無印
加時の屈折率nh、電界印加時の屈折率nvが、それぞ
れ1.7242及び1.5212、層厚dlが、526
nm、誘電率異方性Δεが、15.8に設定される。該
仕様の液晶として、ZLI−3926(メルク社製)の
ネマチック型液晶を用いることができる。
The liquid crystal layer 113 has a good contrast ratio when the optical path length when voltage is applied or when no voltage is applied satisfies n / 8 times (n is a positive integer) of the wavelength of interest 427 nm. To be The appropriate layer thickness of the liquid crystal layer 113 depends on the optical conditions of the interference layers 109 and 111, and is n / n of the wavelength of interest.
Selected under 8-fold conditions. In this example, the refractive index nh when no electric field is applied and the refractive index nv when an electric field is applied are 1.7242 and 1.5212, respectively, and the layer thickness dl is 526.
nm and dielectric anisotropy Δε are set to 15.8. As the liquid crystal having the specifications, a nematic liquid crystal of ZLI-3926 (manufactured by Merck & Co., Inc.) can be used.

【0020】ここで、液晶層113の単位分子の屈折率
異方性Δn(=ne−no)は、0.1以上、さらには
0.2以上が好ましい。つぎに、干渉層109、111
は、それぞれ酸化チタンで形成された第1の干渉層10
9a、111a及びフッ化カルシウムで形成された第2
の干渉層109b、111bが交互に5段積層されてい
る。これら各干渉層は、抵抗加熱烝着、電子ビーム烝
着、スパッタ、イオンビームスパッタ等の真空成膜、若
しくはスピンコート法、バーコート法、スプレー法等に
より層厚が制御されて形成される。
Here, the refractive index anisotropy Δn (= ne-no) of the unit molecule of the liquid crystal layer 113 is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. Next, the interference layers 109 and 111
Is a first interference layer 10 formed of titanium oxide.
Second formed of 9a, 111a and calcium fluoride
The interference layers 109b and 111b are alternately stacked in five stages. Each of these interference layers is formed by controlling the layer thickness by vacuum film formation such as resistance heating deposition, electron beam deposition, sputtering, ion beam sputtering, or spin coating, bar coating, spraying, or the like.

【0021】ガラス基板101、103、干渉層10
9、111、及び液晶層113から成る積層体におい
て、干渉層109、111の干渉特性を得るための光路
長は、公知の手法により得られる。この実施例に係わる
条件において、干渉層109a、111aの屈折率n1
は、液晶層113の電界無印加時の屈折率nh(=1.
7242)より大であるn1=2.2〜2.7、また、
干渉層109b,111bの屈折率n2は、液晶層11
3の電界印加時の屈折率nv(=1.5212)より小
であるn2=1.23〜1.26を取り得る。
Glass substrates 101 and 103, interference layer 10
In the laminated body including the liquid crystal layer 113 and the liquid crystal layer 113, the optical path length for obtaining the interference characteristics of the interference layers 109 and 111 can be obtained by a known method. Under the conditions according to this example, the refractive index n1 of the interference layers 109a and 111a is
Is the refractive index nh of the liquid crystal layer 113 when no electric field is applied (= 1.
7242) and n1 = 2.2 to 2.7, and
The refractive index n2 of the interference layers 109b and 111b is determined by the liquid crystal layer 11
N2 = 1.23 to 1.26, which is smaller than the refractive index nv (= 1.5212) when the electric field is applied, can be obtained.

【0022】なお、干渉層109a、111aは、酸化
チタンの他に、二酸化ハフニウム(屈折率2.0〜2.
1)、五酸化タンタル(屈折率2.1〜2.2)、二酸
化チタン(屈折率2.2〜2.7)、二酸化ジルコニウ
ム(屈折率2.0〜2.1)が挙げられ、また干渉層1
09b、111bは、フッ化カルシウムの他に、酸化シ
リコン(屈折率1.4〜2.0)、酸化アルミニウム
(屈折率1.5〜1.7)、フッ化マグネシウム(屈折
率1.3〜1.4)が挙げられる。各材料の屈折率は、
成膜方法、成膜条件、及び注目波長に依存する。
The interference layers 109a and 111a are made of hafnium dioxide (having a refractive index of 2.0-2.
1), tantalum pentoxide (refractive index 2.1 to 2.2), titanium dioxide (refractive index 2.2 to 2.7), zirconium dioxide (refractive index 2.0 to 2.1), and Interference layer 1
09b and 111b are, in addition to calcium fluoride, silicon oxide (refractive index 1.4 to 2.0), aluminum oxide (refractive index 1.5 to 1.7), magnesium fluoride (refractive index 1.3 to 1.4). The refractive index of each material is
It depends on the film forming method, the film forming conditions, and the wavelength of interest.

【0023】干渉効果を得るための酸化チタン、フッ化
カルシウムの干渉層109、111の屈折率は、上記範
囲に設定可能であるが、以下、この実施例では、n1=
2.5、n2=1.25に設定した場合について説明す
る。また、上記屈折率の設定とともに、注目波長427
nmで所望の干渉効果を得るために、干渉層109a、
111aの層厚d1を、40nmに設定し、干渉層10
9b、111bの層厚d2を、80nmに設定した。
The refractive indexes of the interference layers 109 and 111 of titanium oxide and calcium fluoride for obtaining the interference effect can be set within the above range, but in this embodiment, n1 =
A case where 2.5 and n2 = 1.25 are set will be described. In addition to the setting of the refractive index, the wavelength of interest 427
In order to obtain the desired interference effect in nm, the interference layer 109a,
The layer thickness d1 of 111a is set to 40 nm, and the interference layer 10
The layer thickness d2 of 9b and 111b was set to 80 nm.

【0024】ここで、干渉層109、111の層厚は、
注目波長427nmのn/4(nは正整数)倍±30%
以下が好ましく、さらには±10%以下が好ましい。上
述のように公知の手法に基づいて積層体の光学系を設計
することにより、理想的な透過率特性が得られる。以
下、図2を参照して図1に示した光スイッチング素子の
透過率特性について説明する。図2(a)、(b)は、
ぞれぞれ電界無印加時、及び電界印加時の理想的な透過
率特性を示しており、縦軸及び横軸は、それぞれ透過率
及び波長を示している。
Here, the layer thickness of the interference layers 109 and 111 is
N / 4 (n is a positive integer) times the wavelength of interest 427 nm ± 30%
The following is preferable, and ± 10% or less is more preferable. By designing the optical system of the laminated body based on the known method as described above, ideal transmittance characteristics can be obtained. The transmittance characteristics of the optical switching element shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG. 2 (a) and 2 (b),
The ideal transmittance characteristics are shown respectively when no electric field is applied and when an electric field is applied, and the vertical axis and the horizontal axis respectively show the transmittance and the wavelength.

【0025】図2に示すように、光スイッチング素子の
透過率は、電界の制御により分子配向が変化する液晶層
113の光路長に依存し、注目波長427nm近傍にお
いて、電界無印加時及び電界印加時に、それぞれ略50
%、及び略0%の透過率が得られる。従って、波長42
7nm近傍においては、良好なコントラスト比のスイッ
チング特性が得られる。
As shown in FIG. 2, the transmittance of the optical switching element depends on the optical path length of the liquid crystal layer 113 whose molecular orientation changes due to the control of the electric field. Sometimes about 50 each
%, And a transmittance of approximately 0% is obtained. Therefore, the wavelength 42
In the vicinity of 7 nm, a good contrast ratio switching characteristic can be obtained.

【0026】以下、各層の光路長の範囲について説明す
る。図1に示した実施例の条件において、液晶層113
の光路長を注目波長λの1/8に設定すると、若干のコ
ントラスト比が得られ、1/4に設定すると、概ね1
0:1のコントラスト比が得られる。さらに、1/2に
設定すると概ね50:1以上のコントラスト比が得られ
る。従って、若干の余裕を考慮すると、光路長を注目波
長λの1/6以上、さらに1/3以上に設定すると良好
なコントラスト比のスイッチング特性が得られる。
The range of the optical path length of each layer will be described below. Under the conditions of the embodiment shown in FIG. 1, the liquid crystal layer 113
When the optical path length of is set to 1/8 of the wavelength of interest λ, a slight contrast ratio is obtained, and when set to 1/4, it is about 1
A contrast ratio of 0: 1 is obtained. Further, when set to 1/2, a contrast ratio of about 50: 1 or more can be obtained. Therefore, considering a slight margin, when the optical path length is set to 1/6 or more, and further 1/3 or more of the wavelength of interest λ, a switching characteristic with a good contrast ratio can be obtained.

【0027】一方、光路長を16λに設定すると、注目
波長400nmにおける半値幅は、略11nm、32λ
に設定すると、半値幅は略5nm、64λに設定する
と、半値幅は、略2nmになり、光路長が長くなるにつ
れて急峻度が高くなる。従って、光路長16をλ以下に
設定すると、適当急峻度のスイッチング特性が得られ
る。
On the other hand, when the optical path length is set to 16λ, the full width at half maximum at the wavelength of interest of 400 nm is about 11 nm and 32λ.
When set to, the half-value width is about 5 nm, and when set to 64λ, the half-value width is about 2 nm, and the steepness increases as the optical path length increases. Therefore, when the optical path length 16 is set to λ or less, switching characteristics with an appropriate steepness can be obtained.

【0028】上記のコントラスト比及び急峻度特性よ
り、液晶層113のとり得る光路長の範囲は、好ましく
は、注目波長をλとすると、λ/8以上64λ以下、さ
らに好ましくはλ/6以上32λ以下、最も好ましくは
λ/3以上16λ以下に設定される。光スイッチング素
子のコントラスト比は、また、干渉層109a(111
a)の屈折率n1と干渉層109b(111b)の屈折
率n2との屈折率差に依存する。
From the above contrast ratio and steepness characteristics, the range of the optical path length that the liquid crystal layer 113 can take is preferably λ / 8 or more and 64λ or less, more preferably λ / 6 or more and 32λ, where λ is the wavelength of interest. Below, it is most preferably set to λ / 3 or more and 16λ or less. The contrast ratio of the optical switching element also depends on the interference layer 109a (111
It depends on the refractive index difference between the refractive index n1 of a) and the refractive index n2 of the interference layer 109b (111b).

【0029】図3(a)〜(d)は、上記屈折率差をそ
れぞれ0.15、0.23、0.43、及び0.63に
設定したときの透過率特性を示しており、縦軸及び横軸
は、それぞれ透過率及び波長を示している。また、実線
及び点線は、それぞれ電界無印加時及び電界印加時の透
過率を示している。図示のように、屈折率差を0.1
5、0.23、0.43、及び0.63に設定した場
合、注目波長におけるコントラスト比は、概ね、1.
4:1、2:1、10:1、及び50:1(矢印範囲)
となる。このように屈折率差が大きくなる程、良好なコ
ントラスト比が得られる。従って、略満足なスイッチン
グ効果を得るには、屈折率差を0.2以上100以下、
好ましくは0.4以上、さらに好ましくは0.6以上に
設定する。
FIGS. 3A to 3D show the transmittance characteristics when the above-mentioned refractive index differences are set to 0.15, 0.23, 0.43, and 0.63, respectively. The axis and the horizontal axis indicate the transmittance and the wavelength, respectively. Further, the solid line and the dotted line indicate the transmittances when no electric field is applied and when an electric field is applied, respectively. As shown in the figure,
When set to 5, 0.23, 0.43, and 0.63, the contrast ratio at the wavelength of interest is approximately 1.
4: 1, 2: 1, 10: 1, and 50: 1 (arrow range)
Becomes As the difference in refractive index increases, a better contrast ratio can be obtained. Therefore, in order to obtain a substantially satisfactory switching effect, the refractive index difference is 0.2 or more and 100 or less,
It is preferably set to 0.4 or more, and more preferably set to 0.6 or more.

【0030】なお、図3(a)〜(d)の特性を示す素
子の光学条件は以下に示される。すなわち、図3(a)
の特性を示す素子を構成する干渉層109a(111
a)の屈折率は、1.61、層厚は、86nmであり、
干渉層109b(111b)の屈折率は、1.46、層
厚は、95nmである。また、図3(b)の特性を示す
素子を構成する干渉層109a(111a)の屈折率
は、1.7、層厚は、83nmであり、干渉層109b
(111b)の屈折率は、1.46、層厚は、95nm
である。
The optical conditions of the device having the characteristics shown in FIGS. 3A to 3D are shown below. That is, FIG. 3 (a)
The interference layer 109a (111) forming the element exhibiting the characteristics of
The refractive index of a) is 1.61, the layer thickness is 86 nm,
The interference layer 109b (111b) has a refractive index of 1.46 and a layer thickness of 95 nm. Further, the interference layer 109a (111a) constituting the element exhibiting the characteristics shown in FIG. 3B has a refractive index of 1.7 and a layer thickness of 83 nm.
The refractive index of (111b) is 1.46, and the layer thickness is 95 nm.
Is.

【0031】また、図3(c)の特性を示す素子を構成
する干渉層109a(111a)の屈折率は、1.9、
層厚は、73nmであり、干渉層109b(111b)
の屈折率は、1.46、層厚は、95nmである。ま
た、図3(d)の特性を示す素子を構成する干渉層10
9a(111a)の屈折率は、2.1、層厚は、66n
mであり、干渉層109b(111b)の屈折率は、
1.46、層厚は、95nmである。
Further, the refractive index of the interference layer 109a (111a) constituting the element having the characteristics shown in FIG. 3C is 1.9,
The layer thickness is 73 nm, and the interference layer 109b (111b)
Has a refractive index of 1.46 and a layer thickness of 95 nm. In addition, the interference layer 10 constituting the element having the characteristics shown in FIG.
9a (111a) has a refractive index of 2.1 and a layer thickness of 66n.
m, and the refractive index of the interference layer 109b (111b) is
1.46, the layer thickness is 95 nm.

【0032】また、ガラス基板101、103の屈折率
は、全て1.52に設定されており、1.5と1.6の
屈折率を有する光路長可変層のスイッチングにより、上
記各特性が得られる。図1に示した実施例の条件におい
て、液晶層113の両側にそれぞれ干渉層109a、及
び111aから成る、2層の干渉層を形成すると、若干
のコントラスト比が得られ、液晶層113の両側にそれ
ぞれ干渉層109a、109b、109a、及び111
a、111b、111aから成る、6層の干渉層を形成
すると、概ね10:1のコントラスト比が得られる。さ
らに、図1に示した10層の干渉層を形成すると、概ね
50:1以上のコントラスト比が得られる。
Further, the refractive indexes of the glass substrates 101 and 103 are all set to 1.52, and the above characteristics can be obtained by switching the optical path length variable layers having the refractive indexes of 1.5 and 1.6. To be Under the conditions of the embodiment shown in FIG. 1, when two interference layers, that is, interference layers 109a and 111a are formed on both sides of the liquid crystal layer 113, a slight contrast ratio is obtained, and both sides of the liquid crystal layer 113 are obtained. Interference layers 109a, 109b, 109a, and 111, respectively
When six interference layers of a, 111b, and 111a are formed, a contrast ratio of about 10: 1 is obtained. Further, when the ten interference layers shown in FIG. 1 are formed, a contrast ratio of about 50: 1 or more can be obtained.

【0033】従って、干渉層の層数を10層以上に設定
すると、良好なコントラスト比のスイッチング特性が得
られる。ここで、干渉層は、少なくとも液晶層113の
いずれか一側に形成されていれば良いが、上記のコント
ラスト特性により、干渉層109、111のとり得る層
数範囲は、好ましくは、2層以上、さらに好ましくは6
層以上、最も好ましくは10層以上に設定される。
Therefore, if the number of interference layers is set to 10 or more, a good contrast ratio switching characteristic can be obtained. Here, the interference layer has only to be formed on at least one side of the liquid crystal layer 113, but the number of layers that the interference layers 109 and 111 can take is preferably two or more layers due to the above contrast characteristics. , And more preferably 6
The number of layers is set to 10 or more, and most preferably 10 or more.

【0034】また、光スイッチング素子の透過光の干渉
特性は、各層の順番、層数、及び光路長に依存する。各
層の順番は、一般に隣接層と異なる屈折率の層の組み合
わせとなる。以上説明した光スイッチング素子は、特定
波長において、良好なスイッチング特性を示す。従っ
て、該波長の光のみを抽出するフィルタを用いることに
より、特定波長以外の光の影響を回避することができ
る。
The interference characteristics of the transmitted light of the optical switching element depend on the order of each layer, the number of layers, and the optical path length. The order of each layer is generally a combination of layers having different refractive indexes from the adjacent layers. The optical switching element described above exhibits good switching characteristics at a specific wavelength. Therefore, by using a filter that extracts only the light of the wavelength, it is possible to avoid the influence of light other than the specific wavelength.

【0035】以下、図4を参照してフィルタを用いた場
合の効果を説明する。図4(a)は、フィルタの透過率
特性を示しており、図4(b)、(c)は、それぞれ光
スイッチング素子の透過率特性を示し、図4(d)は、
感光材料の分光感度を示し、図4(e)、(f)は、そ
れぞれ図4(a)に示すフィルタと図4(b)、(c)
に示す光スイッチング素子とを組み合わせたときの透過
率特性を示している。
The effect of using the filter will be described below with reference to FIG. 4A shows the transmittance characteristic of the filter, FIGS. 4B and 4C show the transmittance characteristics of the optical switching element, and FIG.
4 (e) and 4 (f) show the spectral sensitivity of the photosensitive material, and FIG. 4 (e) and FIG. 4 (f) show the filter shown in FIG. 4 (a) and FIG.
9 shows the transmittance characteristics when combined with the optical switching element shown in FIG.

【0036】図4(d)に示す分光特性を有する感光材
料に、例えば、図4(b)、(c)に示す透過率特性を
有する光スイッチング素子の透過光が照射されると、感
光材料には一様な波長を有する光が照射されコントラス
トの欠けた画像が露光されてしまう。一方、図4(a)
に示す透過率特性を有するフィルタを組み合わせたとき
の透過光は、図4(e)、(f)に示すように、特定波
長域のみが抽出されている。従って、該波長域の光が図
4(d)に示す特性の感光材料に照射されると、コント
ラストの優れた画像が露光される。
When the photosensitive material having the spectral characteristic shown in FIG. 4D is irradiated with the transmitted light of the optical switching element having the transmittance characteristic shown in FIGS. 4B and 4C, the photosensitive material is irradiated. Is irradiated with light having a uniform wavelength to expose an image lacking contrast. On the other hand, FIG.
In the transmitted light when the filters having the transmittance characteristics shown in FIG. 4 are combined, only the specific wavelength region is extracted as shown in FIGS. 4 (e) and 4 (f). Therefore, when the light in the wavelength range is applied to the photosensitive material having the characteristics shown in FIG. 4D, an image with excellent contrast is exposed.

【0037】上記光スイッチング素子を構成する液晶層
113は、ガラス基板101、103にそれぞれ対向配
置された透明電極105、107により電界が印加され
る。しかし、例えば、図5に示すように、ガラス基板1
01、103のいずれか一方に所要間隙を有して所要パ
ターンに配置された電極405により、液晶層113に
電界を印加するようにしても良い。
An electric field is applied to the liquid crystal layer 113 constituting the optical switching element by the transparent electrodes 105 and 107 which are arranged to face the glass substrates 101 and 103, respectively. However, for example, as shown in FIG.
An electric field may be applied to the liquid crystal layer 113 by the electrode 405 arranged in a required pattern with a required gap in either 01 or 103.

【0038】上記構成の光スイッチング素子は、電極4
05の間隙領域に相当する液晶分子の配列を変え、該間
隙領域を透過する光の透過率特性を制御している。従っ
て、該間隙領域以外が遮光されても良いため、透明電極
を必要としない。透明電極は、紫外線に対する耐久性に
問題を有するものがあるため、透明電極を要しないこと
により、素子の耐久性を高めることができる。また、パ
ターン配置された電極は、面抵抗が小さいため、電圧印
加時に信号波形の鈍化がなくなり、これによりスイッチ
ング素子の高速応答が可能となる。
The optical switching element having the above-mentioned structure is composed of the electrode 4
The arrangement of the liquid crystal molecules corresponding to the gap region of No. 05 is changed to control the transmittance characteristic of the light passing through the gap region. Therefore, the transparent electrode may not be required because the area other than the gap area may be shielded from light. Since some transparent electrodes have a problem with durability against ultraviolet rays, the durability of the device can be improved by not requiring the transparent electrode. Further, since the pattern-arranged electrodes have a small surface resistance, the signal waveform is not blunted when a voltage is applied, which enables a high-speed response of the switching element.

【0039】以上説明した実施例では、光路長可変層に
ネマチック型液晶の層を用い、電場の印加により生じる
電気光学効果により光路長を変えて理想的なスイッチン
グ特性を得る場合について説明した。以下、さらに光路
長可変層に他の変調手段を適用した場合について説明す
る。以後、各光スイッチング素子は、干渉層109a、
111aに層厚85nmの二酸化シリコン、干渉層10
9b、111bに層厚54nmの二酸化チタンが用いら
れている。
In the embodiments described above, the case where a nematic liquid crystal layer is used as the optical path length variable layer and the optical path length is changed by the electro-optical effect generated by the application of an electric field to obtain an ideal switching characteristic has been described. Hereinafter, the case where another modulation means is further applied to the variable optical path length layer will be described. After that, each optical switching element includes an interference layer 109a,
Interference layer 10 with silicon dioxide having a thickness of 85 nm on 111a
Titanium dioxide having a layer thickness of 54 nm is used for 9b and 111b.

【0040】図6は、捩れネマチック液晶を用いた光ス
イッチング素子を示している。図6(a)に示されるよ
うに、捩れネマチック液晶501は、ガラス基板10
1、103、電極105、107及び干渉層109、1
11の積層体により挟持される。捩れネマチック液晶5
01は、液晶分子の長軸を、層間で連続的に所定角度α
で捩じれ配列させたものである。
FIG. 6 shows an optical switching element using a twisted nematic liquid crystal. As shown in FIG. 6A, the twisted nematic liquid crystal 501 is formed on the glass substrate 10.
1, 103, electrodes 105, 107 and interference layers 109, 1
It is sandwiched by 11 laminated bodies. Twisted nematic liquid crystal 5
01 is the long axis of the liquid crystal molecules, which is a predetermined angle α between the layers.
It is a twisted array.

【0041】以下、捩れネマチック液晶501の形成条
件を挙げる。 基板形成: ガラス基板(厚1.1mm)をアルコール
中で超音波洗浄(約10分)、純水洗浄、乾燥 電極形成: ITOをスパッタにより成膜(厚約200
nm、面積抵抗約100Ω/□) 配向層形成: N−メチル−2ビロリジノン、2−(2
−エトキシ)エタノール、2−n−ブトキシエタノール
が混合比1:2:2で混合された混合溶媒に対し、LQ
1800(日立化成(株)製)が混合比1:0.2で溶
解された溶液をスピンコートにより塗布(硬化温度29
5°C、60分) ラビング処理: ナイロン起毛布により回転塗布(50
0rpm×30秒、2500rpm×25秒、500r
pm×10秒)ラビング方向は、捩れ角に応じて設定 組立: 直径1.0μmのしんし球(触媒化成(株)
製)を介して接着剤SE4500(Haven社製)に
より貼合される(硬化方法:真空パックにより加圧熱硬
化(60°C、30分、130°C、30分) 液晶注入: ヘリカルピッチが捩れ角に適するようにカ
イラル剤CB15(メルク社製)が所要量(カイラル剤
10%添加に付きヘリカルピッチ1.3μmを得る)添
加された液晶E8(メルク社製)を常温注入 光スイッチング素子を構成する捩れネマチック液晶50
1に電界が印加されていないときは、液晶分子503
は、所定角度αで捩じれた配列状態となる。入射される
自然光は、複数方向の偏光を有しており、この状態で入
射された光は、干渉し、透過光のピーク波長が電界印加
時のピーク波長に比べて移動する。ここで、電界無印加
時の自然光に対する捩れネマチック液晶層の屈折率nh
は、あたかも2つの主屈折率ne、noの中間値である
かのように振るまう。
The conditions for forming the twisted nematic liquid crystal 501 will be described below. Substrate formation: Ultrasonic cleaning (about 10 minutes) of glass substrate (thickness 1.1 mm) in alcohol, pure water cleaning and drying Electrode formation: ITO film is formed by sputtering (thickness about 200)
nm, area resistance about 100 Ω / □) Alignment layer formation: N-methyl-2 virolidinone, 2- (2
-Ethoxy) ethanol and 2-n-butoxyethanol were mixed at a mixing ratio of 1: 2: 2 with respect to the mixed solvent LQ.
A solution in which 1800 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was dissolved at a mixing ratio of 1: 0.2 was applied by spin coating (curing temperature 29
5 ° C, 60 minutes) Rubbing treatment: Spin coating with a nylon brushed cloth (50
0 rpm x 30 seconds, 2500 rpm x 25 seconds, 500r
The rubbing direction is set according to the twist angle. Assembly: Shinshin sphere with a diameter of 1.0 μm (Catalyst Kasei Co., Ltd.)
(Made by Haven) via an adhesive SE4500 (made by Haven Co., Ltd.) (curing method: thermosetting under pressure by vacuum packing (60 ° C, 30 minutes, 130 ° C, 30 minutes)) Liquid crystal injection: helical pitch Liquid crystal E8 (manufactured by Merck) to which a necessary amount of chiral agent CB15 (manufactured by Merck) is added (a helical pitch of 1.3 μm is obtained for 10% addition of chiral agent) so as to be suitable for the twist angle. Constituting twisted nematic liquid crystal 50
When the electric field is not applied to the liquid crystal molecule 1, liquid crystal molecules 503
Becomes a state of being twisted at a predetermined angle α. The incident natural light has polarized light in a plurality of directions, and the light incident in this state interferes and the peak wavelength of the transmitted light moves as compared with the peak wavelength when the electric field is applied. Here, the refractive index nh of the twisted nematic liquid crystal layer with respect to natural light when no electric field is applied
Acts as if it is an intermediate value between the two main refractive indices ne and no.

【0042】一方、図6(b)に示されるように、捩れ
ネマチック液晶501に電界が印加されると、液晶分子
503は、電界印加方向に配列する。この状態で入射さ
れた自然光は、液晶層の実層厚と屈折率とにより一義的
に定まる光路長に基づき干渉する。ここで、電界印加時
の自然光に対する捩れネマチック液晶層の屈折率nv
は、あたかも主屈折率noと等しいかの様に振るまう。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, when an electric field is applied to the twisted nematic liquid crystal 501, the liquid crystal molecules 503 are aligned in the electric field application direction. Natural light incident in this state interferes based on the optical path length uniquely determined by the actual thickness of the liquid crystal layer and the refractive index. Here, the refractive index nv of the twisted nematic liquid crystal layer with respect to natural light when an electric field is applied
Behaves as if it were equal to the main refractive index no.

【0043】このことは、液晶の屈折率異方性が抑制さ
れ、これにより平均的屈折率異方性が略0であることを
意味する。捩れネマチック液晶501の電界印加時の屈
折率nvは、主屈折率no で表される。電界無印加時の
屈折率nh(nv<nh)は、液晶分子503の捩れ角
に依存し、これら2つの屈折率nh、nv(nv<n
h)が、電界印加により変化することによりスイッチン
グ特性を得ることができる。
This means that the refractive index anisotropy of the liquid crystal is suppressed, and the average refractive index anisotropy is substantially zero. The refractive index nv of the twisted nematic liquid crystal 501 when an electric field is applied is represented by the main refractive index no. The refractive index nh (nv <nh) when no electric field is applied depends on the twist angle of the liquid crystal molecule 503, and these two refractive indices nh and nv (nv <nh
Switching characteristics can be obtained by changing h) by applying an electric field.

【0044】上述のように捩れネマチック液晶501の
電界無印加時の屈折率nhは、液晶分子503の捩れ角
に依存し、このためスイッチング特性も捩れ角に依存し
たものとなる。以下、図7及び図8を参照して液晶分子
の捩れ角とスイッチング特性との関係を説明する。図7
(a)〜(d)は、液晶分子の捩れ角αを、それぞれ0
°、45°、90°、及び180°に設定したときの透
過率特性を、図8(a)〜(c)は、液晶分子の捩れ角
αを、270°、360°、及び450°に設定したと
きの透過率特性を示しており、縦軸及び横軸は、それぞ
れ透過率及び波長を示している。
As described above, the refractive index nh of the twisted nematic liquid crystal 501 when no electric field is applied depends on the twist angle of the liquid crystal molecules 503, and therefore the switching characteristics also depend on the twist angle. Hereinafter, the relationship between the twist angle of the liquid crystal molecules and the switching characteristics will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Figure 7
(A) to (d) show that the twist angle α of liquid crystal molecules is 0, respectively.
8 (a) to 8 (c) show the transmittance characteristics when the angles are set to °, 45 °, 90 °, and 180 °, the twist angle α of the liquid crystal molecules is set to 270 °, 360 °, and 450 °. The transmittance characteristics when set are shown, and the vertical axis and the horizontal axis respectively show the transmittance and the wavelength.

【0045】図7及び図8において、実線及び点線は、
それぞれ電界無印加時及び電界印加時の各透過率特性を
示しており、電界印加に伴いピーク波長が低波長側に移
る。ここで着目する点は、液晶分子を捩れ配向させるこ
とにより特定波長において大きいコントラスト比を得る
ことができ、また、捩れ角αを180°、360°に設
定すると、電界無印加時の波形を保持した状態で透過率
特性が移ることにある。このことから、捩れ角αを18
0°×n(n:正整数)に設定すると良好なスイッチン
グ特性が得られることが分かる。なお、180°×nに
設定された捩れ角αの許容範囲は、±30%以下が好ま
しく、さらには±10%以下が好ましい。
In FIGS. 7 and 8, the solid and dotted lines are
The transmittance characteristics are shown respectively when no electric field is applied and when an electric field is applied, and the peak wavelength shifts to the lower wavelength side as the electric field is applied. The point to be noted here is that by twisting the liquid crystal molecules, a large contrast ratio can be obtained at a specific wavelength, and when the twist angle α is set to 180 ° and 360 °, the waveform is maintained when no electric field is applied. The transmittance characteristic shifts in the state of From this, the twist angle α is 18
It can be seen that good switching characteristics can be obtained by setting 0 ° × n (n: positive integer). The allowable range of the twist angle α set to 180 ° × n is preferably ± 30% or less, more preferably ± 10% or less.

【0046】上記透過率特性は、以下の条件で測定され
る。 スペクトルメータ: IMUC7000(大塚電子
(株)製) 光源: キセノンランプ 電界: 波形発生器NF1930(NF回路ブロック
(株)製)、アンプNF4005(NF回路ブロック
(株)製)により振幅20V矩形波1kHz印加 なお、ネマチック液晶は、ハイブリッド分子配列された
液晶を捩れ配向させるようにしても良い。
The above transmittance characteristics are measured under the following conditions. Spectrum meter: IMUC7000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) Light source: Xenon lamp Electric field: Waveform generator NF1930 (manufactured by NF Circuit Block Co., Ltd.), amplifier NF4005 (manufactured by NF Circuit Block Co., Ltd.) applied a rectangular wave of 1 V with a frequency of 20 V As the nematic liquid crystal, liquid crystal in which hybrid molecules are arranged may be twisted and aligned.

【0047】図9は、ポリマー分散型液晶を用いた光ス
イッチング素子を示している。図9(a)に示されるよ
うに、光散乱効果を有するポリマー分散型液晶801
は、電極105、107及び干渉層109、111の積
層体により挟持される。ポリマー分散型液晶801は、
ポリマー803に粒状のネマチック液晶805を散在さ
せたものである。
FIG. 9 shows an optical switching element using a polymer dispersion type liquid crystal. As shown in FIG. 9A, a polymer dispersed liquid crystal 801 having a light scattering effect.
Are sandwiched by a stack of electrodes 105, 107 and interference layers 109, 111. The polymer dispersed liquid crystal 801 is
It is a polymer 803 in which granular nematic liquid crystals 805 are scattered.

【0048】上記光スイッチング素子は、液晶層を除い
て先の図6に示した捩れネマチック液晶と同一条件で形
成される。ポリマー分散型の液晶層は、混合比2:1で
液晶E8(メルク社製)と紫外線硬化性樹脂とをセル中
に分散注入後、紫外線照射(1分間)により硬化させた
ものである。光スイッチング素子を構成するポリマー分
散型液晶801に電界が印加されていないときは、ネマ
チック液晶805の分子は、それぞれ異なる方向を向い
ている。この状態では、ネマチック液晶805とポリマ
ー803との屈折率差が大きく、入射された自然光は、
散乱若しくは反射の影響を受け、これにより入射光の透
過率が減少する。一方、散乱の影響を受けなかった光
は、屈折率nhを有するポリマー分散型液晶層の影響を
受ける。
The optical switching element is formed under the same conditions as the twisted nematic liquid crystal shown in FIG. 6 except for the liquid crystal layer. The polymer-dispersed liquid crystal layer is obtained by dispersing and injecting liquid crystal E8 (manufactured by Merck & Co., Inc.) and an ultraviolet curable resin into a cell at a mixing ratio of 2: 1 and then curing by ultraviolet irradiation (1 minute). When an electric field is not applied to the polymer dispersed liquid crystal 801 which constitutes the optical switching element, the molecules of the nematic liquid crystal 805 are oriented in different directions. In this state, the difference in refractive index between the nematic liquid crystal 805 and the polymer 803 is large, and the incident natural light is
It is affected by scattering or reflection, which reduces the transmittance of incident light. On the other hand, the light not affected by the scattering is affected by the polymer dispersed liquid crystal layer having the refractive index nh.

【0049】また、図9(b)に示されるように、ポリ
マー分散型液晶801に電界が印加されると、ネマチッ
ク液晶805の分子は、電界印加方向に配列する。この
状態では、ネマチック液晶805とポリマー803との
屈折率差が小さくなるため、入射された自然光は、ネマ
チック液晶805の界面の影響を受けることなく透過す
る。
Further, as shown in FIG. 9B, when an electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal 801, the molecules of the nematic liquid crystal 805 are aligned in the electric field application direction. In this state, the difference in refractive index between the nematic liquid crystal 805 and the polymer 803 is small, and thus incident natural light is transmitted without being affected by the interface of the nematic liquid crystal 805.

【0050】ネマチック液晶に代表される一軸性結晶
は、2つの異なる主屈折率no 、neを有し、ポリマー
分散型液晶801の電界無印加時の屈折率nhは、(2
no +ne )/3で表され、電界印加時の屈折率nv
は、no で表される。電界印加により、これら2つの屈
折率nh、nv(nv<nh)が変化すると、入射光
は、素子の干渉効果による影響と液晶層の散乱効果によ
る影響とを受ける。これにより入射光の透過率が変化す
るてめ、スイッチング特性が得られる。
A uniaxial crystal represented by a nematic liquid crystal has two different main refractive indices no and ne, and the refractive index nh of the polymer dispersion type liquid crystal 801 when no electric field is applied is (2
No. + ne) / 3, and the refractive index nv when an electric field is applied
Is represented by no. When these two refractive indices nh and nv (nv <nh) are changed by applying an electric field, the incident light is affected by the interference effect of the element and the scattering effect of the liquid crystal layer. As a result, the transmittance of the incident light changes, so that switching characteristics can be obtained.

【0051】ポリマー分散型液晶801の層は、硬化型
のポリマーであれば、スピンコート等の均一膜形成手段
により薄膜を形成することができる。従って、ギャップ
に液晶を注入する場合に比して容易に層を形成すること
ができる。ポリマーの硬化形態は種々あり、例えば、塗
布したポリマーに紫外線を照射して硬化させる紫外線硬
化型、塗布したポリマーを熱、若しくは風等の溶媒乾燥
手段により乾燥させて硬化させる溶媒乾燥型、高温状態
で塗布したポリマーを冷却させて硬化させる熱軟化型、
又は塗布したポリマーに熱を印加して硬化させる熱硬化
型でれば均一層厚の薄膜が容易に形成できる。
The layer of the polymer dispersed liquid crystal 801 can be formed into a thin film by a uniform film forming means such as spin coating if it is a curable polymer. Therefore, the layer can be formed more easily than when the liquid crystal is injected into the gap. There are various curing forms of the polymer, for example, an ultraviolet curing type in which the applied polymer is cured by irradiating ultraviolet rays, a solvent drying type in which the applied polymer is dried by a solvent drying means such as heat or wind, and cured, a high temperature state. Thermal softening type that cools and cures the polymer applied with
Alternatively, a thermosetting type in which heat is applied to the applied polymer to cure the polymer can easily form a thin film having a uniform layer thickness.

【0052】図10は、ポリマー分散型液晶を用いた光
スイッチング素子の透過率特性を示している。図10に
おいて、縦軸及び横軸は、それぞれ透過率及び波長を示
しており、実線及び点線は、それぞれ電界無印加時及び
電界印加時の各透過率特性を示している。上記特性を有
する光スイッチング素子では、波長570nm近傍にお
いて良好なスイッチング特性が得られる。なお、この波
長は、層厚等の光学条件に依存することは勿論である。
FIG. 10 shows the transmittance characteristics of the optical switching element using the polymer dispersion type liquid crystal. In FIG. 10, the vertical axis and the horizontal axis indicate the transmittance and the wavelength, respectively, and the solid line and the dotted line respectively indicate the transmittance characteristics when no electric field is applied and when the electric field is applied. With the optical switching element having the above characteristics, good switching characteristics can be obtained near the wavelength of 570 nm. It goes without saying that this wavelength depends on optical conditions such as the layer thickness.

【0053】また、光散乱効果を有する変調手段とし
て、強誘電性液晶とポリマーとを複合させてポリマー中
に強誘電性液晶を分散させ、液晶分子をランダム配向さ
せた液晶複合体若しくは動的散乱型液晶を用いても良
い。なお、光路長可変層は、上記液晶の他にも、ポリフ
ッ化ビニデンのポリマー若しくはコポリマー、PZT、
PLZT、BTO、STO、若しくBSTO等の強誘電
性無機材料、又は電界誘起強誘電性材料が挙げら、これ
らの材料は電気光学効果を有する。電界誘起強誘電性材
料は、電界印加により、反強誘電等の強誘電以外の相か
ら強誘電相へ転移する物質であり、光路長変化が大きい
という特徴がある。
Further, as a modulation means having a light scattering effect, a ferroelectric liquid crystal and a polymer are compounded to disperse the ferroelectric liquid crystal in the polymer, and liquid crystal molecules in which liquid crystal molecules are randomly aligned or dynamic scattering. Type liquid crystal may be used. In addition to the above liquid crystal, the variable optical path length layer may be a polymer or copolymer of polyvinylidene fluoride, PZT,
Ferroelectric inorganic materials such as PLZT, BTO, STO, BSTO, etc., or electric field induced ferroelectric materials are mentioned, and these materials have an electro-optical effect. The electric field induced ferroelectric material is a substance that changes from a phase other than ferroelectric such as antiferroelectric to a ferroelectric phase when an electric field is applied, and is characterized by a large change in optical path length.

【0054】また、光路長可変層は、電場の他にも、磁
場若しくは音場の印加により光路長が変化する層であっ
ても良い。さらに、液晶相、液体相、若しくは気体相で
形成される光路長可変層は、一対の基板で挟持され、固
体相で形成される光路長可変層は、片側基板で支持可能
である。以上、単層の光路長可変層を有する光スイッチ
ング素子について述べた。以下、上記光スイッチング素
子に基づいて、この発明に係わる複数の光路長可変層を
有する光スイッチング素子について述べる。なお、複数
の光路長可変層は、少なくとも一層の光路長不変層を介
して積層されている。
Further, the variable optical path length layer may be a layer whose optical path length is changed by applying a magnetic field or a sound field in addition to the electric field. Further, the variable optical path length layer formed of a liquid crystal phase, a liquid phase, or a gas phase is sandwiched between a pair of substrates, and the variable optical path length layer formed of a solid phase can be supported by one side substrate. The optical switching element having a single-layer variable optical path length layer has been described above. An optical switching element having a plurality of variable optical path length layers according to the present invention will be described below based on the above optical switching element. It should be noted that the plurality of optical path length variable layers are laminated via at least one optical path length invariant layer.

【0055】以下、図11を参照して複数の光路長可変
層を有する光スイッチング素子について説明する。図1
1(a)は、単層の光路長可変層を有する光スイッチン
グ素子の構成と、その透過光特性を示しており、図11
(b)は、複数の光路長可変層を有する光スイッチング
素子の構成と、その透過光特性を示している。また、各
特性図において、縦軸及び横軸は、それぞれ透過率Tr
及び波長λを示しており、実線及び点線は、それぞれ電
界無印加時及び電界印加時の透過率特性を示している。
An optical switching element having a plurality of variable optical path length layers will be described below with reference to FIG. Figure 1
FIG. 11A shows the configuration of an optical switching element having a single optical path length variable layer and its transmitted light characteristics.
FIG. 3B shows the configuration of an optical switching element having a plurality of variable optical path length layers and the transmitted light characteristics thereof. In each characteristic diagram, the vertical axis and the horizontal axis respectively show the transmittance Tr.
And the wavelength λ are shown, and the solid line and the dotted line respectively show the transmittance characteristics when the electric field is not applied and when the electric field is applied.

【0056】図11(a)に示される光スイッチング素
子は、ガラス基板151、153、透明電極155、1
57、干渉層159a、159b、干渉層161a、1
61bから成る積層体であり、干渉層159a、161
aに光路長可変層として液晶層163を挟持させたもの
である。ここで、干渉層159a、161aには二酸化
チタンが、また干渉層159b、161bには二酸化シ
リコンが、また液晶層163には高分子分散型液晶が用
いられている。
The optical switching element shown in FIG. 11A is composed of glass substrates 151, 153, transparent electrodes 155, 1
57, interference layers 159a and 159b, interference layers 161a and 1
61b, which is a laminated body including interference layers 159a and 161.
The liquid crystal layer 163 is sandwiched between a and the variable optical path length layer. Here, titanium dioxide is used for the interference layers 159a and 161a, silicon dioxide is used for the interference layers 159b and 161b, and polymer dispersed liquid crystal is used for the liquid crystal layer 163.

【0057】また、図11(b)に示される光スイッチ
ング素子は、ガラス基板151、153、透明電極15
5、157、干渉層159a、159b、干渉層161
a、161b、干渉層165a、165bから成る積層
体であり、干渉層159a、165aに光路長可変層と
して液晶層163を挟持させるとともに、干渉層165
a、161aに液晶層163を挟持させたものである。
ここで、干渉層165aには二酸化チタンが、また干渉
層165bには二酸化シリコンが用いられている。
The optical switching element shown in FIG. 11 (b) has the glass substrates 151 and 153, the transparent electrode 15
5, 157, interference layers 159a, 159b, and interference layer 161.
a 161b and interference layers 165a and 165b, the liquid crystal layer 163 is sandwiched between the interference layers 159a and 165a as variable optical path length layers, and the interference layer 165 is also included.
The liquid crystal layer 163 is sandwiched between a and 161a.
Here, titanium dioxide is used for the interference layer 165a, and silicon dioxide is used for the interference layer 165b.

【0058】液晶層163の電界無印加時の屈折率n
h、及び電界印加時の屈折率nvは、それぞれnh=
1.6、nv=1.5に設定され、液晶層163の層厚
d1は、d1=800nmに設定されている。また、干
渉層159a、161aの屈折率n2、及び層厚d2
は、それぞれn2=2.42(>nh)、d2=58n
mに設定され、干渉層159b、161bの屈折率n
3、及び層厚d3は、それぞれn3=1.46(<n
v)、d3=95nmに設定されている。
Refractive index n of liquid crystal layer 163 when no electric field is applied
h and the refractive index nv when an electric field is applied are nh =
1.6 and nv = 1.5 are set, and the layer thickness d1 of the liquid crystal layer 163 is set to d1 = 800 nm. Further, the refractive index n2 of the interference layers 159a and 161a and the layer thickness d2
Are n2 = 2.42 (> nh) and d2 = 58n, respectively.
m, the refractive index n of the interference layers 159b and 161b
3 and the layer thickness d3 are n3 = 1.46 (<n
v), d3 = 95 nm is set.

【0059】なお、図11(b)に示されるように、光
路長可変層を複数積層させた場合、光路長可変層の間に
積層される各光路長不変層の光路長は、注目波長λのn
/4(nは正整数)倍±30%以下の範囲に設定され、
好ましくは±10%以下の範囲に設定される。また、光
路長可変層を複数積層させた場合、光路長不変層である
干渉層159、161を単層で構成しても所要の光学特
性を得ることができる。
As shown in FIG. 11B, when a plurality of optical path length variable layers are laminated, the optical path length of each optical path length invariant layer laminated between the optical path length variable layers is the wavelength of interest λ. N
/ 4 (n is a positive integer) times ± 30% or less,
It is preferably set within a range of ± 10% or less. Further, when a plurality of optical path length variable layers are laminated, the required optical characteristics can be obtained even if the interference layers 159 and 161 which are the optical path length invariant layers are composed of a single layer.

【0060】上記構成の各光スイッチング素子の電界無
印加時の透過光特性は、実線で示され、電界印加時の透
過光特性は点線で示されており、電界印加に伴い、波形
が低波長側に移動する。ここで、各スイッチング素子の
特性を比較すると、液晶層163が複層積層された素子
の特性波形は、液晶層163が単層積層された素子の特
性波形に比べて、そのピーク波長の半値幅が広いことが
分かる。この傾向は、積層する液晶層の層数が増えるに
つれて顕著になる。従って、波長域に応じて各層の光路
長ととももに、光路長可変層の層数を設計することによ
り、帯域通過フィルタ等の各種フィルタ特性が得られ
る。
The transmitted light characteristic of each optical switching element having the above-mentioned structure when no electric field is applied is shown by a solid line, and the transmitted light characteristic when an electric field is applied is shown by a dotted line. Move to the side. Here, comparing the characteristics of the respective switching elements, the characteristic waveform of the element in which the liquid crystal layer 163 is laminated in multiple layers is larger than the characteristic waveform of the element in which the liquid crystal layer 163 is laminated in a single layer. You can see that is wide. This tendency becomes remarkable as the number of laminated liquid crystal layers increases. Therefore, by designing the number of layers of the optical path length variable layer together with the optical path length of each layer according to the wavelength range, various filter characteristics such as a bandpass filter can be obtained.

【0061】以下、図12を参照して、光スイッチング
素子をND(Neutral Density )フィルタに適用した場
合を説明する。図12は、素子の層構成と透過光特性を
示している。特性図において、縦軸及び横軸は、それぞ
れ透過率Tr及び波長を示している。図12に示される
層構成は、透明電極255、257を支持した一対のガ
ラス基板251、253に、二酸化チタンから成る3層
の干渉層259と、光路長可変層である2層の液晶層2
65、267(高分子分散型液晶)とが交互に積層され
たものである。
The case where the optical switching element is applied to an ND (Neutral Density) filter will be described below with reference to FIG. FIG. 12 shows the layer structure of the element and the transmitted light characteristics. In the characteristic diagram, the vertical axis and the horizontal axis represent the transmittance Tr and the wavelength, respectively. The layer structure shown in FIG. 12 includes a pair of glass substrates 251, 253 supporting transparent electrodes 255, 257, three interference layers 259 made of titanium dioxide, and two liquid crystal layer 2 which is an optical path length variable layer.
65 and 267 (polymer dispersed liquid crystal) are alternately laminated.

【0062】液晶層265、267の電界無印加時の屈
折率nh、及び電界印加時の屈折率nvは、それぞれn
h=1.6、nv=1.5に設定され、液晶層265の
層厚は、375nmに設定され、液晶層267の層厚
は、210nmに設定されている。また、干渉層25
9、261、263の各屈折率は、それぞれ2.42に
設定され、干渉層259、261、263の各層厚は、
それぞれ110nm、21nm、27nmに設定されて
いる。
The refractive index nh of the liquid crystal layers 265 and 267 when no electric field is applied and the refractive index nv when an electric field is applied are n.
h = 1.6 and nv = 1.5 are set, the layer thickness of the liquid crystal layer 265 is set to 375 nm, and the layer thickness of the liquid crystal layer 267 is set to 210 nm. In addition, the interference layer 25
The respective refractive indices of 9, 261, 263 are set to 2.42, and the respective layer thicknesses of the interference layers 259, 261, 263 are
It is set to 110 nm, 21 nm, and 27 nm, respectively.

【0063】なお、各光路長可変層の間に積層される光
路長不変層の光路長は、注目波長λのn/4(nは正整
数)倍±30%以下の範囲に設定され、好ましくは±1
0%以下の範囲に設定される。図12に示される特性図
は、電界印加時の透過光特性を示しており、可視帯域で
ある500nm〜600nm近傍において平坦な透過光
特性が得られる。
The optical path length of the optical path length invariable layer laminated between the optical path length variable layers is set within a range of n / 4 (n is a positive integer) times ± 30% or less of the wavelength of interest λ, preferably. Is ± 1
It is set in the range of 0% or less. The characteristic diagram shown in FIG. 12 shows transmitted light characteristics when an electric field is applied, and flat transmitted light characteristics are obtained in the vicinity of the visible band of 500 nm to 600 nm.

【0064】上記光スイッチング素子への電界印加を断
つと、液晶層265、267の屈折率が大きくなるた
め、透過光の干渉スペクトルが変化する。また、液晶層
265、267が散乱状態に変化するため、入射光が散
乱される。従って、入射光は、積層体の干渉効果による
影響と、液晶層の散乱効果による影響とを受けるため、
その透過率が小さくなる。なお、印加される電界レベル
を可変することにより、可視帯域で所要透過率が得られ
る。
When the application of the electric field to the optical switching element is cut off, the refractive indices of the liquid crystal layers 265 and 267 increase, so that the interference spectrum of the transmitted light changes. Further, since the liquid crystal layers 265 and 267 change to the scattering state, the incident light is scattered. Therefore, since the incident light is affected by the interference effect of the laminate and the scattering effect of the liquid crystal layer,
Its transmittance becomes small. The required transmittance can be obtained in the visible band by changing the applied electric field level.

【0065】以下、図13を参照して、上記NDフィル
タの特性を有する光スイッチング素子を露光装置に適用
した場合を説明する。光源351から出射された光は、
リフレクタ353で反射されてNDフィルタ355に入
射される。NDフィルタ355は、後述する駆動部37
5の駆動により変調制御され、所要光量を出射する。N
Dフィルタ355から出射された光は、シャッタ357
及び拡散箱359を直列に介しネガフィルム361に入
射する。ネガフィルム361で得られる画像光は、レン
ズ363で集光されたのち、印画紙365に照射され
る。
The case where the optical switching element having the characteristics of the ND filter is applied to the exposure apparatus will be described below with reference to FIG. The light emitted from the light source 351 is
The light is reflected by the reflector 353 and is incident on the ND filter 355. The ND filter 355 is a driving unit 37 described later.
The modulation is controlled by the driving of No. 5, and the required amount of light is emitted. N
The light emitted from the D filter 355 is released by the shutter 357.
Then, the light enters the negative film 361 through the diffusion box 359 in series. The image light obtained by the negative film 361 is condensed by the lens 363, and then is irradiated onto the photographic printing paper 365.

【0066】一方、画像光は、ハーフミラー367で分
岐されてイメージエリアセンサ369に入射されて測光
される。イメージエリアセンサ369で得れる測光信号
は、露光量演算部371に入力されて露光量が演算され
る。演算結果は、制御部373に入力される。制御部3
73は、演算結果に基づき、所要露光量を得るための電
圧信号を得、該電圧信号を駆動部375に入力する。駆
動部375は、電圧信号に基づきNDフィルタ355に
所要電圧を供給する。
On the other hand, the image light is split by the half mirror 367 and is incident on the image area sensor 369 for photometry. The photometric signal obtained by the image area sensor 369 is input to the exposure amount calculation unit 371 to calculate the exposure amount. The calculation result is input to the control unit 373. Control unit 3
73 obtains a voltage signal for obtaining the required exposure amount based on the calculation result, and inputs the voltage signal to the drive unit 375. The driving unit 375 supplies the required voltage to the ND filter 355 based on the voltage signal.

【0067】上述のようにNDフィルタ355は帰還制
御され、これにより印画紙365には、適当光量が照射
される。なお、B、G、Rの各波長を独立にフィルタ制
御可能なようにNDフィルタ355の各層の光路長を設
計することにより、露光時の色補正も可能になる。ま
た、上記NDフィルタをカメラの絞りに適用することが
できる。すなわち、図14に示されるように、NDフィ
ルタ401が、レンズ403の前段若しくは後段に配置
され、これによりカメラ405の光学系が構成される。
NDフィルタ401の作用は、光量が多い場合は、その
透過率を小さくし、光量が少ない場合は、その透過率を
大きくして所要光量を得るようにするものである。この
ような透過率の制御は、印加される電界を可変すること
により得られる。
As described above, the ND filter 355 is feedback-controlled, so that the photographic printing paper 365 is irradiated with an appropriate amount of light. By designing the optical path length of each layer of the ND filter 355 so that each wavelength of B, G, and R can be independently filter-controlled, color correction at the time of exposure also becomes possible. Further, the ND filter can be applied to the aperture of the camera. That is, as shown in FIG. 14, the ND filter 401 is arranged in the front stage or the rear stage of the lens 403, and thereby the optical system of the camera 405 is configured.
The function of the ND filter 401 is to reduce the transmittance when the amount of light is large and to increase the transmittance when the amount of light is small to obtain the required amount of light. Such control of the transmittance is obtained by changing the applied electric field.

【0068】例えば、周囲の光量の感知手段として、光
電変換手段である太陽電池を利用し、光量に応じた電圧
が、NDフィルタ401に印加されるようにする。な
お、この場合に適用される光路長可変層は、電界無印加
時に透過率が小さく、電界印加時に透過率が大きくなる
ようにする。以上説明した光スイッチング素子は、各層
を順次積層することにより形成可能であるが、特に、各
層が有機物から成る場合は、同時多層塗布により形成可
能である。また、光路長可変層が、固体相である場合
は、基板による支持を要しないため、容易に製造可能で
ある。固体相の光路長可変層としては、ポリマー分散型
液晶、強誘電体無機材料、強誘電体ポリマー、若しくは
電界誘起強誘電体材料等が挙げられる。
For example, a solar cell, which is a photoelectric conversion means, is used as a means for sensing the amount of ambient light, and a voltage corresponding to the amount of light is applied to the ND filter 401. The variable optical path length layer applied in this case has a small transmittance when no electric field is applied and a large transmittance when an electric field is applied. The optical switching element described above can be formed by sequentially laminating each layer, but particularly when each layer is made of an organic material, it can be formed by simultaneous multilayer coating. Further, when the variable optical path length layer is in a solid phase, it does not need to be supported by the substrate and can be easily manufactured. Examples of the solid phase variable optical path length layer include polymer dispersion type liquid crystal, ferroelectric inorganic material, ferroelectric polymer, electric field induced ferroelectric material and the like.

【0069】以下、光スイッチング素子の駆動方式につ
いて説明する。駆動方式は、公知の光アドレス駆動方
式、薄膜トランジスタ駆動方式、若しくは単純マトリク
ス駆動方式を適用することができる。光アドレス駆動方
式は、空間光変調素子の層構造を利用する。すなわち、
図15に示されるように、光導電層191、干渉層10
9、液晶層113、及び干渉層111を、透明電極10
5、107備えた一対のガラス基板101、103で挟
持したものである。
The driving method of the optical switching element will be described below. As a driving method, a known optical address driving method, a thin film transistor driving method, or a simple matrix driving method can be applied. The optical address driving method uses a layered structure of the spatial light modulator. That is,
As shown in FIG. 15, the photoconductive layer 191, the interference layer 10
9, the liquid crystal layer 113, and the interference layer 111, the transparent electrode 10
It is sandwiched by a pair of glass substrates 101 and 103 provided with 5, 107.

【0070】ガラス基板101側から入射された書き込
み光が光導電層191に照射されると、照射部分の光導
電層191のインピーダンスが低下する。すると、イン
ピーダンス低下部分に相当する液晶層113に電界が印
加され、液晶分子が、電界印加方向に配列する。液晶分
子の配列に依り、液晶層113には、反射率の異なるパ
ターン領域が形成される。一方、ガラス基板103側か
ら入射された読み出し光は、上述のようにして形成され
た液晶層113のパターン領域で反射されて導出され
る。読み出し光の反射導出を制御することによりスイッ
チング効果が得られる。
When the photoconductive layer 191 is irradiated with the writing light incident from the glass substrate 101 side, the impedance of the photoconductive layer 191 in the irradiated portion is lowered. Then, an electric field is applied to the liquid crystal layer 113 corresponding to the portion where the impedance is lowered, and the liquid crystal molecules are aligned in the electric field application direction. Pattern regions having different reflectances are formed in the liquid crystal layer 113 depending on the arrangement of the liquid crystal molecules. On the other hand, the reading light incident from the glass substrate 103 side is reflected by the pattern region of the liquid crystal layer 113 formed as described above and is led out. A switching effect is obtained by controlling the reflection and derivation of the reading light.

【0071】薄膜トランジスタ駆動方式は、マトリクス
配列された薄膜トランジスタを線順次走査し、これによ
り各素子のスイッチング効果が得られる。単純マトリク
ス方式は、複数の行電極を時分割走査し、これより各素
子のスイッチング効果が得られる。また、誘電異方性が
周波数に依存する液晶を、二周波駆動することにより、
高速スイッチング特性が得られる。
In the thin film transistor driving method, thin film transistors arranged in a matrix are line-sequentially scanned to obtain a switching effect of each element. In the simple matrix method, a plurality of row electrodes are time-divisionally scanned, and the switching effect of each element can be obtained from this. In addition, by driving the liquid crystal whose dielectric anisotropy depends on the frequency by two frequencies,
High-speed switching characteristics can be obtained.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明した発明によれば、光路長可変
層の屈折率異方性を抑制したことにより、偏光方向に依
存せずに光を変調することができる。また、積層された
干渉層の干渉効果により、特に、特定波長に注目した場
合は、高いコントラスト比で入射光を制御できる。従っ
て、入射光を効率良く利用して良好なスイチング特性を
得ることができる。また、偏光方向に依存しないため、
偏光板を必要としない。従って、偏光板を備えたことに
よる素子の耐久性の悪化を回避することができる。
According to the invention described above, since the refractive index anisotropy of the optical path length variable layer is suppressed, the light can be modulated without depending on the polarization direction. Further, due to the interference effect of the stacked interference layers, the incident light can be controlled with a high contrast ratio particularly when attention is paid to a specific wavelength. Therefore, it is possible to efficiently use the incident light and obtain good switching characteristics. Also, because it does not depend on the polarization direction,
Does not require a polarizing plate. Therefore, it is possible to avoid deterioration of durability of the element due to the provision of the polarizing plate.

【0073】光スイッング素子の光学特性は、素子を構
成する光路長可変層を複数積層させることにより、ピー
ク波長の半値幅を制御できる。これにより、所要数の光
路長可変層を積層させることにより良好なスイッチング
特性を有して各種フィルタ特性を得ることができる。こ
こで、注目波長において所望の干渉効果を得るための構
造は、光路長可変層の光路長とエンハンス効果を有する
光路長不変層の光路長とを考慮することにより容易に設
計される。
Regarding the optical characteristics of the optical switching element, the half value width of the peak wavelength can be controlled by stacking a plurality of optical path length variable layers constituting the element. Thus, by stacking the required number of optical path length variable layers, various switching characteristics can be obtained with good switching characteristics. Here, the structure for obtaining the desired interference effect at the wavelength of interest is easily designed by considering the optical path length of the optical path length variable layer and the optical path length of the optical path length invariant layer having the enhancement effect.

【0074】さらに、光路長可変層が複数積層された光
スイッチング素子を、露光光学系に配置して、電圧印加
により波長帯域が変わる波長可変フィルタとして利用す
ることにより、露光条件に応じて所要光量が得られる。
Furthermore, by arranging an optical switching element having a plurality of variable optical path length layers stacked in an exposure optical system and utilizing it as a wavelength tunable filter whose wavelength band is changed by applying a voltage, a required light amount according to the exposure condition can be obtained. Is obtained.

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

【図1】この発明の概念を示す構成図。FIG. 1 is a block diagram showing the concept of the present invention.

【図2】図1に示した光スイッチング素子の透過率を示
す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the transmittance of the optical switching element shown in FIG.

【図3】図1に示した光スイッチン素子の透過率を示す
特性図。
3 is a characteristic diagram showing the transmittance of the optical switching element shown in FIG.

【図4】フィルタを組み合わせたときの効果を説明する
ための特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining an effect when a filter is combined.

【図5】電極の他の実施例を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing another embodiment of the electrode.

【図6】捩れネマチック液晶を用いた光スイッチング素
子を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an optical switching element using a twisted nematic liquid crystal.

【図7】図6に示した光スイッチング素子の透過率を示
す特性図。
7 is a characteristic diagram showing the transmittance of the optical switching element shown in FIG.

【図8】図6に示した光スイッチング素子の透過率を示
す特性図。
8 is a characteristic diagram showing the transmittance of the optical switching element shown in FIG.

【図9】ポリマー分散型液晶を用いた光スイッチング素
子を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an optical switching element using polymer dispersed liquid crystal.

【図10】図9に示した光スイッチング素子の透過率を
示す特性図。
10 is a characteristic diagram showing the transmittance of the optical switching element shown in FIG.

【図11】光路長可変層の層数の異なる光スイッチング
素子を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an optical switching element having different number of optical path length variable layers.

【図12】フィルタ特性を有する光スイッチング素子を
示す図。
FIG. 12 is a diagram showing an optical switching element having a filter characteristic.

【図13】光スイッチング素子を有する露光装置を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing an exposure apparatus having an optical switching element.

【図14】光スイッチング素子を有するカメラを示す
図。
FIG. 14 is a diagram showing a camera having an optical switching element.

【図15】光スイッチング素子の駆動方式を説明するた
めの図。
FIG. 15 is a diagram for explaining a driving method of an optical switching element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、103、151、153、251、253 ガ
ラス基板 105、107、155、157、255、257 透
明電極 109、111、159、161、165、259、2
61、263 干渉層 113、163、265、267、501、801 液
晶層 351 光源 353 リフレクタ 355 NDフィルタ 357 シャッタ 359 拡散箱 361 ネガフィルム 363 レンズ 365 印画紙 367 ハーフミラー 369 イメージエリアセンサ 371 露光量演算部 373 制御部 375 駆動部 401 NDフィルタ 405 電極 803 ポリマー 805 ネマチック液晶
101, 103, 151, 153, 251, 253 Glass substrate 105, 107, 155, 157, 255, 257 Transparent electrode 109, 111, 159, 161, 165, 259, 2
61, 263 interference layer 113, 163, 265, 267, 501, 801 liquid crystal layer 351 light source 353 reflector 355 ND filter 357 shutter 359 diffusion box 361 negative film 363 lens 365 photographic paper 367 half mirror 369 image area sensor 371 exposure amount calculator 373 Control part 375 Drive part 401 ND filter 405 Electrode 803 Polymer 805 Nematic liquid crystal

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外場の印加により光路長が変化するとと
もに、少なくとも一層の光路長不変層を介して積層され
る屈折率異方性が抑制された複数の光路長可変層と、 前記外場を前記光路長可変層に印加する外場印加手段
と、 前記光路長可変層の少なくとも一側に形成され、前記光
路長可変層の屈折率とは異なる屈折率の光路長不変層と
を有する積層体であって、 前記光路長可変層の光路長を可変して前記積層体を透過
する光の干渉を制御し、所要強度の光を得るようにした
ことを特徴とする光スイッチング素子。
1. A plurality of variable optical-path-length layers whose optical path length is changed by application of an external field and whose refractive index anisotropy is suppressed by laminating at least one optical-path-length invariant layer, and the external field. A laminate having an external field applying means for applying to the variable optical path length layer, and an optical path length constant layer formed on at least one side of the variable optical path length layer and having a refractive index different from the refractive index of the variable optical path length layer. An optical switching element, wherein the optical path length of the variable optical path length layer is varied to control interference of light passing through the laminated body and obtain light of a required intensity.
【請求項2】 前記光路長可変層が、ツイスト液晶であ
ることを特徴とする請求項1記載の光スイッチング素
子。
2. The optical switching element according to claim 1, wherein the variable optical path length layer is a twisted liquid crystal.
【請求項3】 前記光路長可変層が、散乱効果を有する
光変調手段であることを特徴とする請求項1記載の光ス
イッチング素子。
3. The optical switching element according to claim 1, wherein the variable optical path length layer is an optical modulator having a scattering effect.
【請求項4】 前記光スイッチング素子が、光源と、該
光源の光が照射される原画と、該原画の画像光が露光さ
れる感光材料とを有する光学系に配置され、前記光スイ
ッチング素子に印加される電圧を制御して、所要光量を
有する画像光を前記感光材料に露光するようにしたこと
を特徴とする請求項1記載の光スイッチング素子。
4. The optical switching element is arranged in an optical system having a light source, an original image irradiated with the light of the light source, and a photosensitive material to which the image light of the original image is exposed. 2. The optical switching element according to claim 1, wherein the applied voltage is controlled to expose the photosensitive material with image light having a required light amount.
JP18632893A 1993-07-28 1993-07-28 Optical switching element Expired - Lifetime JP3150827B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18632893A JP3150827B2 (en) 1993-07-28 1993-07-28 Optical switching element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18632893A JP3150827B2 (en) 1993-07-28 1993-07-28 Optical switching element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0743663A true JPH0743663A (en) 1995-02-14
JP3150827B2 JP3150827B2 (en) 2001-03-26

Family

ID=16186429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18632893A Expired - Lifetime JP3150827B2 (en) 1993-07-28 1993-07-28 Optical switching element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3150827B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007532958A (en) * 2004-04-16 2007-11-15 ディ.ケイ. アンド イー.エル. マクフェイル エンタープライジーズ プロプライエタリー リミテッド Optically active substrate with a cavity structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007532958A (en) * 2004-04-16 2007-11-15 ディ.ケイ. アンド イー.エル. マクフェイル エンタープライジーズ プロプライエタリー リミテッド Optically active substrate with a cavity structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP3150827B2 (en) 2001-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2818335B2 (en) Liquid crystal device, display device, photodetector, color copier, printing plate making device, image input / output device, image operation device, lighting device, and method of manufacturing liquid crystal device
EP0448124B1 (en) Optical modulation device and display apparatus
KR20070003794A (en) Non-absorbing polarization color filter and liquid crystal display incorporating the same
JP3816467B2 (en) Liquid crystal display
JP3144607B2 (en) Optical switching element
JP2001330844A5 (en)
JP2564626B2 (en) Optical writing type spatial light modulator
JP2000258760A (en) Liquid crystal display device
JP3150827B2 (en) Optical switching element
JP4625575B2 (en) Polarization reflection element, liquid crystal display element including the same, and method of manufacturing polarization reflection element
US5745204A (en) Liquid crystal color display device
JPH09171164A (en) Deflecting element
JPS59218423A (en) Optical printer
JP3276249B2 (en) Slant complex permittivity type spatial light modulator
JPH11326911A (en) Reflection type liquid crystal display element and its production
JP2001100253A (en) Liquid crystal display device
JP3276238B2 (en) Resistive gradient spatial light modulator
JPH04116515A (en) Reflective liquid crystal electro-optical device
JPH04149519A (en) Optical modulating element and display device using the same
JPH11119238A (en) Reflection type liquid crystal display device
JP2003262860A (en) Liquid crystal display element
JPH08234195A (en) Spatial optical modulation element
JPH10311969A (en) Light transmissive medium, space light modulation method and space light modulation element
JPH0862624A (en) Stepped complex dielectric constant type spatial optical modulation element
JPH1184129A (en) Sheet-like polarizing element and liquid crystal display element using the same

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080119

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080119

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 8

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090119

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100119

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120119

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 11

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 13

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140119

EXPY Cancellation because of completion of term