JPS6186727A - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
- Publication number
- JPS6186727A JPS6186727A JP20925784A JP20925784A JPS6186727A JP S6186727 A JPS6186727 A JP S6186727A JP 20925784 A JP20925784 A JP 20925784A JP 20925784 A JP20925784 A JP 20925784A JP S6186727 A JPS6186727 A JP S6186727A
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- Japan
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- liquid crystal
- electric field
- incident
- light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）技術分野
本発明は、光記録用１光結合用９元表示用、光通信用等
各種装置に好適な光制御素子に関する。
各種装置に好適な光制御素子に関する。
（２）従来技術
従来、液晶を利用した光学素子として代表的なものには
、互いに直交する方向に配向処理を施した透明電極間に
液晶を充填し、液晶をらせん状に配向させた素子におい
て、静的状態では互いに直交する偏光板を通過して光束
が透過し、電界印加時は液晶の配向方向が電界方向と一
致して、光束が偏光板で遮断され透過が不可能となる事
を利用したものや、同じ方向に配向処理を施した電極間
に液晶を充填し、電界印加の有無によって該液晶の配向
方向を変化させて屈折率を変え、所定の角度で光束を入
射させることにより入射光の全反射。
、互いに直交する方向に配向処理を施した透明電極間に
液晶を充填し、液晶をらせん状に配向させた素子におい
て、静的状態では互いに直交する偏光板を通過して光束
が透過し、電界印加時は液晶の配向方向が電界方向と一
致して、光束が偏光板で遮断され透過が不可能となる事
を利用したものや、同じ方向に配向処理を施した電極間
に液晶を充填し、電界印加の有無によって該液晶の配向
方向を変化させて屈折率を変え、所定の角度で光束を入
射させることにより入射光の全反射。
全透過のスイッチングを行なう元スイッチ等がある。こ
れらの素子は、通常液晶の配向をラビング処理やＳ ｉ
Ｏ，Ｍｇ Ｆｔなどの斜方蒸着等の方法で行ない、し
かも液晶セルの厚さが比較的厚いために、液晶の配向秩
序度が小さく、スイッチング応答速度や温度安定性など
機能面に多くの問題があった。
れらの素子は、通常液晶の配向をラビング処理やＳ ｉ
Ｏ，Ｍｇ Ｆｔなどの斜方蒸着等の方法で行ない、し
かも液晶セルの厚さが比較的厚いために、液晶の配向秩
序度が小さく、スイッチング応答速度や温度安定性など
機能面に多くの問題があった。
又、コントラスト比や光束利用効率なども充分に満足で
きるものではなかった。
きるものではなかった。
（，３）発明の概要
本発明の目的は、上記従来例の欠点を除去すると共に、
簡便な構成を有して、且つ高度な多くの機能を持つ光制
御素子を提供することである。
簡便な構成を有して、且つ高度な多くの機能を持つ光制
御素子を提供することである。
本発明に係る光制御素子は、少なくとも一方がグレーテ
ィング構造を有する透明基板間に液晶を充填し、該液晶
層に電界を印加することにより入射光に対する該液晶の
屈折率を変化させて、該グレーティングの位相変化を制
御することによって回折光の透過制御を行なうことが、
可能である。
ィング構造を有する透明基板間に液晶を充填し、該液晶
層に電界を印加することにより入射光に対する該液晶の
屈折率を変化させて、該グレーティングの位相変化を制
御することによって回折光の透過制御を行なうことが、
可能である。
上記透明基板は、透明電極もしくは透明電極と透明絶縁
体によって構成され、グレーティング構造は該透明電極
、該透明絶縁体のどちらに設けても構わない。又、該グ
レーティングの断面形状は、一般に矩形状で６るが他の
形状でｈ−ｚでも本光制御素子の機能に変化はない。
体によって構成され、グレーティング構造は該透明電極
、該透明絶縁体のどちらに設けても構わない。又、該グ
レーティングの断面形状は、一般に矩形状で６るが他の
形状でｈ−ｚでも本光制御素子の機能に変化はない。
（４） 実施例
第１図は本発明に係る光制御素子の基本構成を示してい
る。ｌは透明支持体、２は透明電極、３は透明絶縁体、
４は液晶、２′はグレーティング構造を有する透明電極
、３′はグレーティング構造を有する透明絶縁体、５は
電源を示す。
る。ｌは透明支持体、２は透明電極、３は透明絶縁体、
４は液晶、２′はグレーティング構造を有する透明電極
、３′はグレーティング構造を有する透明絶縁体、５は
電源を示す。
第１図（ａ）の素子は、ガラス等の透明支持体ｌの上に
透明電極２が設けられ、該透明電極２の上部に透明絶縁
板３及びグレーティング構造を有する透明絶縁体３′が
形成され友一対の透明基板を、透明絶縁体３及び３′が
相対するように近接させて、間隙部に液晶４を充填させ
ている。又、第１図（ｂ）の素子は、透明支持体１の上
部に透明電極２及びグレーティング構造を有する透明電
極２′が形成された一対の透明基板を、両透明電極２及
び２′が相対するように近接させて、間隙部に液晶４を
充填させている。
透明電極２が設けられ、該透明電極２の上部に透明絶縁
板３及びグレーティング構造を有する透明絶縁体３′が
形成され友一対の透明基板を、透明絶縁体３及び３′が
相対するように近接させて、間隙部に液晶４を充填させ
ている。又、第１図（ｂ）の素子は、透明支持体１の上
部に透明電極２及びグレーティング構造を有する透明電
極２′が形成された一対の透明基板を、両透明電極２及
び２′が相対するように近接させて、間隙部に液晶４を
充填させている。
本光制御素子に使用する液晶は、通常正の誘電性を有す
るネマチック液晶であり屈折率差Δｎが大きいことが望
ましい。又、強誘電性液晶を利用して本光制御素子を構
成することも可能である。
るネマチック液晶であり屈折率差Δｎが大きいことが望
ましい。又、強誘電性液晶を利用して本光制御素子を構
成することも可能である。
なお上記液晶の配向は、透明電極もしくは透明絶縁体に
施されたグレーティングによって行なわれる。
施されたグレーティングによって行なわれる。
以下第１図（ａ） の素子を用いて本光制御素子の機能
を説明する。第２図は本発明に係る光制御素子の機能を
図示したものである。ここで、６は入射光、７は高次回
折光、８はＯ次透過元を示し、その他の番号は第１図と
同様の意味を持つ。なお液晶４として、正の話′亀性を
有するネマチック液晶を用いるとする。
を説明する。第２図は本発明に係る光制御素子の機能を
図示したものである。ここで、６は入射光、７は高次回
折光、８はＯ次透過元を示し、その他の番号は第１図と
同様の意味を持つ。なお液晶４として、正の話′亀性を
有するネマチック液晶を用いるとする。
最初に、透明電極２０間に電界を印加していない静的状
態で、液晶４は透明絶縁体より成るグレーティング３′
の溝方向に配向されており、該グレーティング溝方向に
偏光し九元束６を入射させた時、入射光６の偏光方向と
液晶４の配向方向が一致して液晶４の実効屈折率は異常
屈折率ｎ。ｌ！：なる。
態で、液晶４は透明絶縁体より成るグレーティング３′
の溝方向に配向されており、該グレーティング溝方向に
偏光し九元束６を入射させた時、入射光６の偏光方向と
液晶４の配向方向が一致して液晶４の実効屈折率は異常
屈折率ｎ。ｌ！：なる。
この時透明絶縁体：３′の屈折率を 入射光６の”ｇ
ｍ 波長をλ。、グレーティング溝の深さ’ｋＴとして、こ
れらの値が矢の（１）式の条件を満足すれば、第２図（
ａ）に示すように、入射光６はグレーティングの作用で
全て尚欠回折光７となり０次透過光８は発生しない。
ｍ 波長をλ。、グレーティング溝の深さ’ｋＴとして、こ
れらの値が矢の（１）式の条件を満足すれば、第２図（
ａ）に示すように、入射光６はグレーティングの作用で
全て尚欠回折光７となり０次透過光８は発生しない。
（ｎｅ−ｎｇ） 、Ｔ ＝λ０／２・・・・・・・・・
（１）次に、透明電極２の間に所定の電界を印加すると
、液晶４は電界方向つまり透明電極面に垂直に配向され
て、液晶４０入射光６に対する実効屈折率は常屈折″ａ
Ｅｎ□となる。この詩人の（２）式の条件を満足すれば
、第２図（ｂ）に示すように、入射光６は回折作用を受
けずに素通りして全て０次透過光８となる。
（１）次に、透明電極２の間に所定の電界を印加すると
、液晶４は電界方向つまり透明電極面に垂直に配向され
て、液晶４０入射光６に対する実効屈折率は常屈折″ａ
Ｅｎ□となる。この詩人の（２）式の条件を満足すれば
、第２図（ｂ）に示すように、入射光６は回折作用を受
けずに素通りして全て０次透過光８となる。
ｎ□ ＝ ｎｇ ・・・・・・・・・（
２］上記第２図を用いた説明では、静的状態で０次光遮
断、電界印加時で０次光透過の場合を示したが、静的状
態で０次光透過、電界印加時で０次元遮断も可能である
事は言うまでもない。この時の条件は次の（３） 、
Ｌ４）式で表わす事ができる。
２］上記第２図を用いた説明では、静的状態で０次光遮
断、電界印加時で０次光透過の場合を示したが、静的状
態で０次光透過、電界印加時で０次元遮断も可能である
事は言うまでもない。この時の条件は次の（３） 、
Ｌ４）式で表わす事ができる。
ｎｇ ” ｎｇ ・・・・・・・・・、３）
以上説明したように本光制御素子は電界印加の有無によ
り０次透過光の透過、遮断のスイッチングを可能にする
。又、適当に電界量を調節する事により０次透過量を制
御する事が可能であり、高次の回折光を利用すれば、入
射光の分配、偏向等もできる。
以上説明したように本光制御素子は電界印加の有無によ
り０次透過光の透過、遮断のスイッチングを可能にする
。又、適当に電界量を調節する事により０次透過量を制
御する事が可能であり、高次の回折光を利用すれば、入
射光の分配、偏向等もできる。
上記回折光の特性は、主にグレーティングのピッチによ
って変わり、該ピッチを小さくする事により出射する回
折光の数を減少させる事が可能で、０次回折元のみを出
射させる事もできる。通常該グレーティング、ピッチは
１０μｍ以下であり、オリ用したい褐次回折元及びＯ次
回折光との分離角等を考慮して、使用目的に応じて決定
する必要がある。又、該グＶ−ティングの厚さＴは通常
１．０〜２．０μｍで良いが、やはり使用目的に応じて
適当な厚みを選択子べきである。
って変わり、該ピッチを小さくする事により出射する回
折光の数を減少させる事が可能で、０次回折元のみを出
射させる事もできる。通常該グレーティング、ピッチは
１０μｍ以下であり、オリ用したい褐次回折元及びＯ次
回折光との分離角等を考慮して、使用目的に応じて決定
する必要がある。又、該グＶ−ティングの厚さＴは通常
１．０〜２．０μｍで良いが、やはり使用目的に応じて
適当な厚みを選択子べきである。
以下、本発明に係る光制御素子の作成過程と性能評果の
結果を示す。第３図は水元制御素子の作成過程を示し、
９は引き出し電極、ｌＯはスペーサー、１１は接着層金
示す。他の番号は第１図及び第２図と同様の意味を持っ
ている。
結果を示す。第３図は水元制御素子の作成過程を示し、
９は引き出し電極、ｌＯはスペーサー、１１は接着層金
示す。他の番号は第１図及び第２図と同様の意味を持っ
ている。
パイレックス・ガラス板（コーニング社製 ２５ｘ ｚ
ｓ ｘ ｚ ｍ’）の片面をニー−トンリング数本以内
の平面度に研磨した後、メタノール、トリクレン。
ｓ ｘ ｚ ｍ’）の片面をニー−トンリング数本以内
の平面度に研磨した後、メタノール、トリクレン。
アセトン、純水による超音波洗浄を行ない、窒素ガスに
よって乾燥させ窒素中１２０℃、 ２０分間のベーキン
グを行なっ几。その後イオン・ブレーティング法を用い
てＩＴＯ膜を１６０ＯＡの厚さに成膜した。該ＩＴＯ膜
の面抵抗は２０Ω／ｓｑ、 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（λ。
よって乾燥させ窒素中１２０℃、 ２０分間のベーキン
グを行なっ几。その後イオン・ブレーティング法を用い
てＩＴＯ膜を１６０ＯＡの厚さに成膜した。該ＩＴＯ膜
の面抵抗は２０Ω／ｓｑ、 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（λ。
＝ ６３２８ Ａ）の透過率は８６チであった。
続いてレジスト塗布、マスク露光、エツチングを行ない
該ＩＴＯ膜を第３図（ａ）に示すようなパターン形状と
し、一端にＭ膜を形成して電極取り出し口とした。次に
、該ＩＴＯ膜面にＲＤ −２ＵＯＯＮ（日立裏作所製ネ
ガ屋レジスト）をスピナー塗布し、１．５μｍ厚のレジ
スト膜を形成後１４０℃、２０分間のプリベーキングを
行ない、１．３μｍピッチの回折格子が５Ｘ５■ の領
域にわたって形成されている露光用マスクを、該レジス
ト膜面の所定の位置に密着し遠紫外光を三秒間照射した
。その後現像液及びリンス液中で６０秒間の浸漬攪拌し
て１．３μｍピッチのレジストによるグレーティングを
得た。続いて電子ビーム蒸着法によりＳＦ６ガラス（不
凍光学硝子製作所製、λ＝７８００Ｈに対して屈折率１
．７８）を全面に膜厚１．５１／ｊｙｘで成膜した。
該ＩＴＯ膜を第３図（ａ）に示すようなパターン形状と
し、一端にＭ膜を形成して電極取り出し口とした。次に
、該ＩＴＯ膜面にＲＤ −２ＵＯＯＮ（日立裏作所製ネ
ガ屋レジスト）をスピナー塗布し、１．５μｍ厚のレジ
スト膜を形成後１４０℃、２０分間のプリベーキングを
行ない、１．３μｍピッチの回折格子が５Ｘ５■ の領
域にわたって形成されている露光用マスクを、該レジス
ト膜面の所定の位置に密着し遠紫外光を三秒間照射した
。その後現像液及びリンス液中で６０秒間の浸漬攪拌し
て１．３μｍピッチのレジストによるグレーティングを
得た。続いて電子ビーム蒸着法によりＳＦ６ガラス（不
凍光学硝子製作所製、λ＝７８００Ｈに対して屈折率１
．７８）を全面に膜厚１．５１／ｊｙｘで成膜した。
次に７０℃に熱しｆｆ１ＲＤＩＪムーバ−中で上記基板
を浸漬攪拌した後、湯洗を行ないＳＦ６ガラスのリフト
・オフを行なった。その結果第３図（ｂ）に示すように
ＩＴＯ導電膜上にＳＦ６ガラスによる矩形状グレーティ
ングが形成された。次に相対する基板金得るために、パ
イレックス・ガラス板（コーニング製、２５Ｘ２５Ｘ２
ｆｌ）ｆ用いて同様の工程により第３図（ｃ）の形状を
持つ基板を得た。続いて第３図（ｂ）と（ｃ）の基板を
第３図（ｄ）に不すように、蒸着ガラス面が向き合う形
に相対させ、元硬化性エポキシｍ月ばを用いて液晶をシ
ールした。なお液晶層の厚みはマ１ラー・スペーサーに
より６μｍとした。ここで使用した液晶は、常屈折率ｎ
。＝ １．５２３５゜異常屈折率ｎｅ＝１．７８２の正
誘電性液晶ＲＯ−ＴＮ４０３（ロシー製）である。最後
に第３図（ｄ）に示すようにＡｎ電極部にリード綴金ポ
ンディングし電源と接続した。
を浸漬攪拌した後、湯洗を行ないＳＦ６ガラスのリフト
・オフを行なった。その結果第３図（ｂ）に示すように
ＩＴＯ導電膜上にＳＦ６ガラスによる矩形状グレーティ
ングが形成された。次に相対する基板金得るために、パ
イレックス・ガラス板（コーニング製、２５Ｘ２５Ｘ２
ｆｌ）ｆ用いて同様の工程により第３図（ｃ）の形状を
持つ基板を得た。続いて第３図（ｂ）と（ｃ）の基板を
第３図（ｄ）に不すように、蒸着ガラス面が向き合う形
に相対させ、元硬化性エポキシｍ月ばを用いて液晶をシ
ールした。なお液晶層の厚みはマ１ラー・スペーサーに
より６μｍとした。ここで使用した液晶は、常屈折率ｎ
。＝ １．５２３５゜異常屈折率ｎｅ＝１．７８２の正
誘電性液晶ＲＯ−ＴＮ４０３（ロシー製）である。最後
に第３図（ｄ）に示すようにＡｎ電極部にリード綴金ポ
ンディングし電源と接続した。
以上の方法で作成した光制御素子に、グレーティング溝
方向に偏光し九半導体レーザ光（λ＝７８００Ｘ）を垂
直入射させたところ、静的状態では入射光は素通りし高
次回折光は発生せず、０次透過元の入射光に対する割合
は８５％であった。
方向に偏光し九半導体レーザ光（λ＝７８００Ｘ）を垂
直入射させたところ、静的状態では入射光は素通りし高
次回折光は発生せず、０次透過元の入射光に対する割合
は８５％であった。
又、２０ Ｖｐｐ、 １０ ｋＨｚのＡＣ電界を印加
した時、入射光は殆んど高次回折光となり０次透過光の
入射光に対する割合は０．５チ以下となった。従ってコ
ントラスト比は１７０ ： １以上である。
した時、入射光は殆んど高次回折光となり０次透過光の
入射光に対する割合は０．５チ以下となった。従ってコ
ントラスト比は１７０ ： １以上である。
（５）発明の効果
以上設問したように、本発明に係る光制御素子は簡便な
構成で極めて光束利用効率、コントラスト比が高い実用
的な素子である。
構成で極めて光束利用効率、コントラスト比が高い実用
的な素子である。
第１図は本発明に係る光制御素子の基本構成を示す図。
第２図は水元制御素子の機能を示す図。
第３図は水元制御素子の作成過程を示す図。
ｌ・・・透明支持体、 ２・・・透明電極。
３・・・透明絶縁体、 ４・・・液晶。
２′・・・グレーティング構造を有する透明電極。
３′・・・グレーティング傳造を有する透明絶縁体。
５・・・電源、 ６・・・入射光、 ７・・・高次
回折光。 ８１．・０次透過光、 ９・・・引き出し電極。 ＩＯ・・・スペーサー、 ｌｌ・・・接着層。
回折光。 ８１．・０次透過光、 ９・・・引き出し電極。 ＩＯ・・・スペーサー、 ｌｌ・・・接着層。
Claims (1)
- （１）少なくとも一方の基板がグレーティング構造を有
する基板間に液晶を充填した液晶素子と、前記液晶の屈
折率を変化させる手段とを備え、前記液晶の屈折率を変
化させることにより、前記グレーティングに基づく入射
光束の回折状態を制御することを特徴とする光制御素子
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20925784A JPS6186727A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 光制御素子 |
| US06/782,558 US4729640A (en) | 1984-10-03 | 1985-10-01 | Liquid crystal light modulation device |
| DE19853535391 DE3535391A1 (de) | 1984-10-03 | 1985-10-03 | Fluessigkristall-lichtmodulationsvorrichtung |
| GB8524445A GB2166562B (en) | 1984-10-03 | 1985-10-03 | Liquid crystal light modulation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20925784A JPS6186727A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 光制御素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6186727A true JPS6186727A (ja) | 1986-05-02 |
Family
ID=16569954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20925784A Pending JPS6186727A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-04 | 光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6186727A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326604A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-04 | Nec Corp | 偏光ビ−ムスプリツタ |
| US4850681A (en) * | 1986-04-07 | 1989-07-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical modulation device |
| US5930044A (en) * | 1997-01-09 | 1999-07-27 | U.S. Philips Corporation | Deflecting element having a switchable liquid crystalline material |
| JP2002372611A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Asahi Glass Co Ltd | 回折素子および光ヘッド装置 |
| JP2005353207A (ja) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Ricoh Co Ltd | 偏光ホログラム素子、光ピックアップ装置及びこれらの製造方法 |
| WO2006011530A1 (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-02 | Asahi Glass Company, Limited | 偏光性回折型フィルタおよび積層偏光性回折型フィルタ |
| JPWO2016185692A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2017-11-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学デバイス |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP20925784A patent/JPS6186727A/ja active Pending
Cited By (10)
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| US7623291B2 (en) | 2004-07-29 | 2009-11-24 | Asahi Glass Company, Limited | Polarized diffractive filter and layered polarized diffractive filter |
| JPWO2016185692A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2017-11-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学デバイス |
| US10345675B2 (en) | 2015-05-21 | 2019-07-09 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical device |
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