JPS6186728A - 光スイツチ - Google Patents

光スイツチ

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JPS6186728A
JPS6186728A JP20925984A JP20925984A JPS6186728A JP S6186728 A JPS6186728 A JP S6186728A JP 20925984 A JP20925984 A JP 20925984A JP 20925984 A JP20925984 A JP 20925984A JP S6186728 A JPS6186728 A JP S6186728A
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JP
Japan
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liquid crystal
refractive index
lights
incident
grating
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JP20925984A
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English (en)
Inventor
Hajime Sakata
肇 坂田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to US06/782,558 priority patent/US4729640A/en
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Priority to GB8524445A priority patent/GB2166562B/en
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)技術分野 本発明は液晶を利用した元スイッチに関する。
(2)  従来技術 従来、元スイッチとしてL i Nb 03等の結晶の
電気光学効果、熱光学効果及び磁気光学効果、あるいは
液晶の電気光学効果や熱光学効果を利用したものなどが
ある。結晶を用いた元スイッチは、応答速度が優れてい
る反面、光束利用効率やコントラスト比に問題があり、
又液晶を用い友光スイッチは、構成が簡便でコントラス
ト比が優れている反面、応答特性や光束利用効率に問題
がある。
最近報告式れた比較的優れた元スイッチとして、例えば
特公昭59−808 、電気通信学会技術研究報告0Q
Esl−t16.オプティカル・ノサイエティー・オブ
・アメリカ1980春号p、147などに示されている
ように、ラビング処理やS i O,Mg Ft等の斜
方蒸着処理などの配向処理を施し九電極間に液晶を充填
し、液晶の配向方向を電界で制御することにより入射光
が感じる屈折率を変化させて、光束の全反射、全透過の
スイッチングを行なうものがある。しかし前記配向処理
法では液晶の配向秩序度が小さく、温度安定性に欠は液
晶の異常屈折率と常屈折率の差(屈折率差)Δnが小さ
い。又、応答特性や光束利用効率に問題があり、元スイ
ッチとして実用化するにはまだ不充分である。
(3)  発明の概要 本発明の目的は、従来の欠点を除去すると共に、より簡
便で高度な機能を有する実用的な光スィッチを提供する
ことにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る元スイッチは
、少なくとも一万に微細なグレーティング′Jt施した
透明基板間に液晶を充填し、該グレーティングにより液
晶を配向せしめた構造を有する。
該透明基板は透明電極、もしくは透明電極と透明絶縁体
により構成され、該透明電極間に電界を印加すると、静
的状態において前記グレーティングの4万同に配向して
いた液晶は、電界方向へ配向方向が変化する。従って、
電界印加の有無により、該グレーティング溝方向に偏光
した入射光に対する該液晶の屈折率は変化し、該入射光
を所定の角度で入射させることによって全反射、全透過
のスイッチングが可能となる。又、電界の印加量を適当
に変えることにより反射光及び透過光の光量を制御する
ことができることは言5までもない。 ′(4)実施例 第1図は本発明に係る元スイッチの基本構成を示す。l
は透明電極、2は透明絶縁体、3は液晶を示す。第1図
(a)は一方の透明電極にグレーティングを施した透明
電極lの間に液晶3を充填し几もの、第1図(b)は相
対する透明電極lに透明絶縁体2による層を設け、その
一方にグレーティングを施して液晶3を充填し友もの、
第1図(c)は第1図(b)において、相対する透明絶
縁体2の両方にグレーティングを施したものである。
g1図(a)〜(C)に図示されたグレーティングは全
て鋸歯状であるが、該グレーティングの形状は、例えば
矩形状や正弦波状であっても構わない。但し該グレーテ
ィングは液晶の配向機能を有していなければならない。
よって該グレーティングの大きさには制約が生じる。本
発明の際め検討では、該グレーティングの厚さは数百A
以上は必要であり、グレーティング・ピッチは、数βm
以下が適当だと考えられる。又、使用する液晶は正の誘
電性?有するネマチック液晶もしくは強誘電性液晶が好
適で、透明電極にはI T O、5n02 、 Int
 Os等の材料、透明絶縁体はガラス、 5102 、
 Tt02 、 A−ex Os等の材料で良い。
次に第1図(b)の素子を用いて本元スイッチの機能を
説明する。第2図は本発明に係る光スィッチの機能を図
示したものであり、4は入射光、5は反射光、6は透過
光、7は電源を示す。
本元スイッチに、グレーティングの溝方向(紙面に垂直
)に偏光した光束を所定の角度で入射させる時、静的状
態では入射光4の偏光方向と液晶3の配向方向が一致し
、入射光4に対する液晶3の実効屈折率は異常屈折率n
eとなる。ここで透明電極1の屈折率J、透明絶縁体n
g及び液晶3の異常屈折率ne 7に一致させておけば
、第2図(a)のように入射光4は全て透過光6となり
出射する。
次に透明電極lの間に電界を印加すると、液晶3に電界
方向へと傾き始める。この時液晶3の屈折率は異常屈折
率n。と常屈折率n0の間で変化し、第2図(b)のよ
うに入射光4は反射光5と透過光6に分配ちれる。最後
に、印加する電界量がある値に達すると、液晶3は電界
方向つまり電極面に垂直に配向され、入射光4に対する
液晶3の屈折率は常屈折率n。となる。よって入射光4
が入射角θiで入射した時、次の(1)式の条件を満足
すれば第2図(c)のように入射光4は液晶3と透明絶
縁体2の界面で全反射され、反射+、5となる。
sin 61 > nQ/ng++++++++ (1
)本発明で用いた微細グV−ティンダによる液晶配向法
は、通常のラビング処理やSin、 MgF’2等の斜
方蒸着による配向法と比較して、液晶の屈折率差Δnや
温度安定性の機能を向上することが可能になる。第3図
にグレーティングによって配向された液晶の屈折率n6
. n□と前記通常の配向法による液晶の屈折率n@、
nQの温度特性を示す。第3図より明らかなように、常
屈折率K。、n0idあまり変化がないが異常屈折率n
6はn。に比べて大きくなっており、又温度安定性も良
好である。
以下水元スイッチの作成過程と性能評価の結果を示す。
第4図は本発明に係る元スイッチの立体図上水す。図に
記載された番号は第1因及び第2図における番号と同じ
ものを示す。なお、8は引き出し電極、9はグレーティ
ング電極領域を示している。
SF4ガラス(不凍光学硝子製作所製、波長b3za;
に対して屈折率1.75)を第4図に示すような六面体
に切削し、底面及び両側面をニエ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、純水により超音波洗浄を行なった。次に窒素ガス
により乾燥させ、窒素中120℃、20分間のベーキン
グを行ない、真空装置内で該六面体の底面にイオン・グ
レーティング法により、ITO膜を電極として1000
 Aの厚さに成膜した。該ITO膜の面抵抗は18Ω/
sqで、波長6328 Aの元に対する屈折率は1.8
0であった。さらに光束が入出射する両側面に、電子ビ
ーム蒸着法によってMgF2膜を1146Hの厚さに成
膜し、該MgF2膜面にMe−Neレーザ光を垂直入射
したところ反射は殆んど生じなかった。続いて該ITO
膜面にマイクロポジット1350  (シグレー製ゼジ
型レジスト)をスピナー塗布し、90℃20分間のプリ
ベーキング後4000 Aのレジスト膜を成膜し友。
次にHe−Cdレーザ光(λ= 3250 りを交差角
38°で該レジスト膜上に干渉露光させることにより、
電極中心部に0.5μmピッチのレジストから形成され
たグレーティングを得た。続いて真空装置内に設置し、
Arを用いたイオン・ミリング法によってITO膜を2
0OAの深さまでダレ−ティング状に食刻した後、アセ
トン中でマイクロボジッ) 1350を溶解し、He−
Cdレーザ光入射部のみが浅いグレーティング形状を持
つITO膜電極をガラス六面体の底面に施した。
上記ガラス六面体を二個製作し、両グレーティング電極
面を、該グレーティング溝方向を一致させて向かい合わ
せ、間隙部に正誘電性液晶RO−TN701  (ロシ
5J1)を充填した。又、間隔はマイラースペーサーを
用い5μ風とした。上記液晶RO−TN701の公称屈
折率は常屈折II n□ = 1.498゜異常屈折率
n6=1.648であり、本発明のグレーティングによ
り配向した該液晶は、測定の結果n□ = 1.49、
ne=1.75であった。よって屈折率差Δn (=n
6−n□)が向上し、温度安定性も良好であっ九。
以上の方法で作成した素子にリード線をボンディングし
、電源と接続して第4図に示す元スイッチを構成した。
該光スィッチに対して、60°の入射角でグレーティン
グの溝方向に偏光したHe −Neレーザ光全入射させ
たところ、静的状態で、入射光4は該元スイッチを素通
りして透過光6となり、この時の入射光4に対する透過
光60割合は90係以上ニモ達した。又、10 Vp−
p 、  1 kHzのAC電界を印加した場合、入射
光4は全反射されて反射光5となり、この時の入射光4
に対する反射光6の割合は、やはり90チ以上であつ几
次に、スイッチング応答時間を確認するために、10V
のステップ電圧を加えて出力飽和値の90%に達する時
間を測定したところ1.0 m5ecとなった。
又、電圧を切って立ち下がり時間を測定したところ1.
5 m5ecとなった0 第5図は本光スィッチの応用例である元スイッチング・
アレイを示す。以下、第5図に示す元スイッチング・了
レイの作成過程を述べる。SF6ガラス(不凍光学硝子
裏作断裂、波長6328λに対して屈折率1.80)f
fi二つの異なる半円柱状に成形して前記元スイッチと
同様の研磨、洗浄を行なった。
続いて該二つの半円柱ガラスの腹面に、イオン・ブレー
ティング法によって第5図(a)に示すような短冊状の
ITO膜パターンを得友。該短冊状ITOノ莫電極電極
隔は50μmとし、該ITO膜の屈折率は1.80、面
抵抗は180/aqであった。次に、該二つの半円柱ガ
ラスの背面に電子ビーム蒸着法によt) N1g Ft
 is t” 1146大の厚さに成膜した。該Mg 
Ft膜に垂直に白色光を入射させ几ところ、面からの反
射は殆んど生しなかつ念。
以下前記光スイッチと同様の方法で、第5図(a)に示
すようにITO膜電膜面極面レーティング9を形成した
。次に上記半円柱ガラスをグレーティング領域9を同か
い合わせて、中心軸を重ねて対向させ間隙部に正誘電性
液晶ZLI 1285 (メルク製)を充填した。液晶
層の厚さにマイラースペーサーにより5μmとした。最
後に短冊状電極及び対向する電極にリード線をポンディ
ングし、電源7と接続して第5図(b)に示す光スイッ
チング・プレイを構成した。ここで、ノ10ゲンランプ
光?シリンドリカル・レンズによってシート・ビーム状
とし、本元スイッチング・アレイに入射させ機能測定を
行なったところ、分解能、出力光強度、コントラスト比
、応答速度等の測定結果は、プリンター等に応用するの
に十分な性能であっ九。
(5)発明の詳細 な説明したように、本発明に係る元スイッチは構成が簡
便であるにもかかわらず光束利用効率が高く、コントラ
スト比に優れており、応答速度及び温度安定性も良好で
あり、元記録用、ft、表示用1元結合用1元通信用等
の各種装置に好適な光学装置である。
【図面の簡単な説明】
M1図は本発明に係る元スイッチの基本構成図。 第2図は本光スィッチの機能を示す図。第3図は通常及
び本発明の配向処理法による液晶の屈折率の温度特性を
示す図。第4図は水元スイッチの立体図。第5図は水元
スイッチの応用例である光スイッチング・アレイを示す
図。 1・・・透明電極、 2・・・透明絶縁体、 3・・・
液晶、4・・・入射光、 5・・・反射光、 6・・・
透過光、7・−・電源、 8・・・引き出し電極、8・
・・グレーティング領域、 no、 ne・・・通常の配向法による液晶の常屈折率
と異常屈折率、no、 ne・・・微細なルーティング
によって配向された液晶の常屈折率と異常屈折率。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも一方がグレーティング構造を有する基
    板間に液晶を充填し、前記液晶の屈折率を変化させるこ
    とにより、前記基板に所定の角度を成して入射する光束
    の、前記基板と液晶との界面での反射もしくは透過の状
    態を制御することを特徴とする液晶を利用した光スイッ
    チ。
JP20925984A 1984-10-03 1984-10-04 光スイツチ Pending JPS6186728A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20925984A JPS6186728A (ja) 1984-10-04 1984-10-04 光スイツチ
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)

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JP20925984A JPS6186728A (ja) 1984-10-04 1984-10-04 光スイツチ

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JPS6186728A true JPS6186728A (ja) 1986-05-02

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ID=16569986

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JP20925984A Pending JPS6186728A (ja) 1984-10-03 1984-10-04 光スイツチ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002031788A (ja) * 2000-07-18 2002-01-31 Sony Corp 光学装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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