WO2012164893A1 - 光偏向素子 - Google Patents

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WO2012164893A1
WO2012164893A1 PCT/JP2012/003428 JP2012003428W WO2012164893A1 WO 2012164893 A1 WO2012164893 A1 WO 2012164893A1 JP 2012003428 W JP2012003428 W JP 2012003428W WO 2012164893 A1 WO2012164893 A1 WO 2012164893A1
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WO
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substrate
transparent electrode
transparent
deflection element
optical deflection
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Application number
PCT/JP2012/003428
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English (en)
French (fr)
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裕一 神林
小川　裕之
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1345—Conductors connecting electrodes to cell terminals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering

Definitions

  • the present invention relates to an optical deflection element, and more particularly to an optical deflection element using liquid crystal.
  • An optical deflection element using liquid crystal is configured to emit incident light with its deflection direction changed by forming a predetermined electric field distribution in a liquid crystal layer provided between a pair of substrates.
  • Patent Document 1 discloses a first transparent substrate having a plurality of individual electrodes made of transparent conductors arranged in a stripe shape, a second transparent substrate having a common electrode made of a transparent conductor, And an optical deflecting device including a liquid crystal optical phase modulation element constituted by a liquid crystal layer sandwiched between second transparent substrates.
  • the optical deflection element using liquid crystal as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, specifically, the first substrate in which a plurality of transparent electrodes are provided in stripes and the first substrate face each other.
  • a second substrate provided with a transparent common electrode, and a horizontal alignment type liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, for example, grounding the common electrode,
  • a spatial refractive index modulation region is induced in the liquid crystal layer, and a blazed diffraction grating is formed in the liquid crystal layer.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce the manufacturing cost and achieve high-speed response in the optical deflection element.
  • the present invention provides signal wirings corresponding to the number of first transparent electrodes arranged in each element grid defined according to the maximum length in the cross section of light incident on the first substrate side. Is provided.
  • the optical deflection element includes a plurality of element gratings that are provided at a predetermined pitch d so as to extend in parallel with each other in a predetermined number N adjacent to each other in an effective region functioning as a diffraction grating.
  • a first substrate having a first transparent electrode
  • a second substrate having a second transparent electrode provided in the effective region, and facing each first transparent electrode side of the first substrate.
  • a liquid crystal layer provided between the second transparent electrode side of the second substrate and an ineffective region around the effective region of the first substrate, parallel to each other in a direction intersecting the first transparent electrodes.
  • N signal wirings provided so as to extend and connected in a one-to-one correspondence to N first transparent electrodes adjacent to each of the element lattices, and the liquid crystal layer of the first substrate; Cross section of light incident on opposite surface When the maximum length of definitive and phi, is a N ⁇ d ⁇ ⁇ / 2.
  • the pitch of each first transparent electrode is d
  • the number of the plurality of first transparent electrodes provided in each element lattice is N
  • the maximum length is ⁇ , N ⁇ d ⁇ ⁇ / 2. Therefore, the length of the element grating (in the maximum length (for example, diameter) ⁇ in the cross section of light incident on the first substrate side ( 2 or more of N ⁇ d).
  • the length of the element grating in the maximum length (for example, diameter) ⁇ in the cross section of light incident on the first substrate side ( 2 or more of N ⁇ d).
  • the number N of signal wirings is not only the total number of the plurality of first transparent electrodes provided on the first substrate but also the number of the plurality of first transparent electrodes provided in each element lattice. As a result, the number of signal wirings is suppressed, so that the manufacturing cost of the optical deflection element is suppressed. Further, N signal wirings are connected to the N first transparent electrodes adjacent to each other in a one-to-one correspondence in each element grid, so that the N first transparent electrodes in each element grid.
  • the blazed diffraction grating whose diffraction angle is variable according to the signal voltage application pattern is the liquid crystal.
  • the optical deflection element formed in the layer high-speed response is achieved. Therefore, in the optical deflection element, the manufacturing cost can be suppressed and high-speed response can be achieved.
  • N ⁇ d ⁇ / sin ⁇ min
  • odd-numbered first transparent electrodes are drawn to one end side of the effective region, and even-numbered first transparent electrodes are drawn to the other end side of the effective region,
  • the plurality of signal wirings may be provided separately for an invalid area on one end side of the effective area and an invalid area on the other end side of the effective area.
  • the odd-numbered first transparent electrodes are drawn out to one end side of the effective region
  • the even-numbered first transparent electrodes are drawn out to the other end side of the effective region
  • a plurality of signal wirings are connected to the effective region. Since the ineffective area on one end side of the active area and the ineffective area on the other end side of the effective area are provided separately, in each ineffective area on the one end side and the other side of the effective area, one first transparent electrode is provided.
  • a connection structure between each first transparent electrode and each signal wiring is disposed. Thereby, the pitch of the plurality of first transparent electrodes can be reduced by maintaining the size of the connection structure between each first transparent electrode and each signal wiring and by narrowing the width and interval of each first transparent electrode.
  • An insulating film is provided so as to cover each signal wiring, and the insulating film is provided with a contact hole for connecting each signal wiring and each first transparent electrode.
  • the first transparent electrode may be connected via a metal layer provided so as to fill the contact hole.
  • a transparent conductive film for forming each first transparent electrode for example, an ITO (IndiumideTin Oxide) film or an IZO (IndiumideZinc Oxide) film
  • ITO IndiumideTin Oxide
  • IZO IndiumideZinc Oxide
  • a metal layer using a metal film for example, a molybdenum film or a titanium film
  • the contact between each first transparent electrode and each signal wiring is provided. The resistance can be lowered.
  • the manufacturing cost can be suppressed and high-speed response can be achieved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the first substrate constituting the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of a part of the first substrate constituting the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the first substrate along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the contact hole width and the contact resistance in the first substrate constituting the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view showing the relationship between the width of the element grating and the diameter of incident light in the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a diffraction grating formed by the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the electrode pitch and the diffraction angle in the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the grating pitch and the diffraction angle in the optical deflection element according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view of the first substrate constituting the optical deflection element according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of a part of the first substrate constituting the optical deflection element according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the first substrate along the line XII-XII in FIG. FIG.
  • FIG. 13 is an enlarged plan view of a part of a modification of the first substrate constituting the optical deflection element according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a part of the first substrate constituting the optical deflection element according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the first substrate along the line XV-XV in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an optical deflection element according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an optical deflection element according to the fifth embodiment.
  • Embodiment 1 of the Invention 1 to 9 show Embodiment 1 of an optical deflection element according to the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the light deflection element 50a of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the first substrate 20a constituting the light deflection element 50a, and
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of a part of the first substrate 20a.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the first substrate 20a taken along line IV-IV in FIG.
  • the optical deflection element 50a includes a first substrate 20a and a second substrate 30a provided so as to face each other, and a horizontal alignment type provided between the first substrate 20a and the second substrate 30a.
  • the liquid crystal layer 40, the first substrate 20a and the second substrate 30a are bonded to each other, and a sealing material provided in a frame shape for sealing the liquid crystal layer 40 between the first substrate 20a and the second substrate 30a (Not shown).
  • an effective area A that functions as a diffraction grating and an ineffective area R that does not function as a diffraction grating are defined around the effective area A (see FIG. 2).
  • the first substrate 20a is provided on a transparent insulating substrate 10a such as a glass substrate, a drive circuit D mounted on the invalid region R on the transparent substrate 10a, and the transparent substrate 10a.
  • a transparent insulating substrate 10a such as a glass substrate
  • the drive circuit D mounted on the invalid region R on the transparent substrate 10a
  • the transparent substrate 10a In the invalid region R, the N signal wirings 11a extending in parallel with each other in the vertical direction in FIG. 2, the inorganic insulating film 12 provided so as to cover each signal wiring 11a, and the inorganic insulating film 12 are provided.
  • the effective area A a plurality of first transparent electrodes 13a extending in parallel with each other at a predetermined electrode pitch d in FIG. 2 and an alignment film (not shown) provided so as to cover each first transparent electrode 13a. I have.
  • the first substrate 20a as shown in FIG.
  • an element lattice E is defined for every N adjacent first transparent electrodes 13a.
  • N first transparent electrodes 13a are connected via the respective contact holes 12c formed in the insulating film 12.
  • the N signal lines 11a are connected to the N signal lines 11a in a one-to-one correspondence, and the N signal lines 11a are connected to the drive circuit D.
  • a metal film such as a titanium film or a molybdenum film is formed on the entire substrate of the insulating substrate 10a by a sputtering method to a thickness of about 50 nm to 500 nm, and then photolithography is performed on the metal film. It is formed by performing wet etching or dry etching, and removing and cleaning the resist.
  • the insulating film 12 is formed, for example, by depositing an inorganic insulating film such as a silicon oxide film to a thickness of about 100 nm to 1000 nm by, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method over the entire substrate on which the signal wiring 11a is formed.
  • the inorganic insulating film is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • an inorganic insulating film is exemplified as the insulating film 12, but the insulating film 12 may be an organic insulating film.
  • the first transparent electrode 13a is formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film on the entire substrate on which the insulating film 12 is formed, for example, by sputtering, to a thickness of about 100 nm to 150 nm.
  • the film is formed by photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • region A of the 1st transparent electrode 13a is about 400 micrometers or more.
  • region A is about 800 micrometers or more.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the contact hole and the width Sya (see FIG. 3) of the contact hole 12c in the first substrate 20a.
  • the solid line indicates the case where the length Sx of the contact hole 12c (see FIG. 3) is 20 ⁇ m
  • the broken line indicates the case where the length Sx of the contact hole 12c is 10 ⁇ m. Shows a case where the length Sx of the contact hole 12c is 5 ⁇ m.
  • the contact resistance between the signal line 11a and the first transparent electrode 13a increases exponentially as the width Sya of the contact hole 12c becomes narrower. Therefore, the width Sya of the contact hole 12c becomes wider.
  • the contact resistance becomes lower as much as possible, considering the electrode pitch d, about 2.0 ⁇ m is appropriate as shown in FIG.
  • the width Syb (see FIG. 3) between the peripheral edge of the contact hole 12c and the side edge of the first transparent electrode 13a is about 0.2 ⁇ m, and the distance c between the first transparent electrodes 13a is about 0.8 ⁇ m
  • the electrode pitch d of the formed first transparent electrode 13a is about 3.2 ⁇ m.
  • the second substrate 30a covers a transparent insulating substrate 10b such as a glass substrate, a second transparent electrode 16a provided in an effective area A on the transparent substrate 10b, and the second transparent electrode 16a.
  • An alignment film (not shown) is provided.
  • the second transparent electrode 16a is formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film on the entire substrate of the insulating substrate 10b to a thickness of about 100 nm to 150 nm by sputtering, for example. Then, it is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film
  • the liquid crystal layer 40 is made of a nematic liquid crystal material having positive electro-optic characteristics with positive dielectric anisotropy. Further, as the liquid crystal mode, ECB (Electrically-Controlled Birefringence), OCB (Optically-Compensated Bend), IPS (In-Plane-Switching), or the like is used.
  • ECB Electro-Controlled Birefringence
  • OCB Optically-Compensated Bend
  • IPS In-Plane-Switching
  • FIG. 6 is a plan view showing the relationship between the width P of the element grating E and the diameter ⁇ of the incident light B in the light deflection element 50a.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the diffraction gratings Ga and Gb formed by the light deflection element 50a.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the electrode pitch d and the diffraction angle ⁇ in the light deflection element 50a.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the grating pitch p and the diffraction angle ⁇ in the optical deflection element 50a.
  • the relational expression N ⁇ d ⁇ ⁇ / 2 is established, which is 1/2 or less of ⁇ .
  • the laser beam B whose cross section is circular is exemplified, and the maximum length in the cross section is the diameter of the laser beam B.
  • the cross section of the laser beam B has a triangular shape, a quadrangular shape, or the like. It may be a polygon.
  • a signal voltage of 0V is applied to the first transparent electrode 13a 1 , the first transparent electrode 13a 3 , the first transparent electrode 13a 5 and the second transparent electrode 16a,
  • a signal voltage of 5 V is applied to the transparent electrode 13 a 2 , the first transparent electrode 13 a 4 and the first transparent electrode 13 a 6 .
  • a spatial refractive index modulation region is induced in the liquid crystal layer 40, and the liquid crystal layer 40 is blazed.
  • a type diffraction grating Ga is formed. Then, in the optical deflection element 50a, as shown in FIG.
  • the incident light Bi is emitted as the outgoing light Bo by changing the deflection direction at the diffraction angle (deflection angle) ⁇ by the diffraction grating Ga.
  • the diffraction angle ⁇ increases as the electrode pitch d of the first transparent electrode 13a decreases.
  • a laser beam B having a wavelength ⁇ of 550 nm is used.
  • the first transparent electrode 13a 1 a signal voltage of 0V is applied to the first transparent electrode 13a 4 and the second transparent electrode 16a, the first transparent electrode 13a 2 and A spatial refractive index is applied to the liquid crystal layer 40 by applying a signal voltage of 2.5 V to the first transparent electrode 13 a 5 and applying a signal voltage of 5 V to the first transparent electrode 13 a 3 and the first transparent electrode 13 a 6.
  • the solid line indicates the case where the wavelength ⁇ of the laser beam B is 550 nm
  • the broken line indicates the case where the wavelength ⁇ of the laser beam B is 473 nm
  • the one-dot chain line indicates that the wavelength ⁇ of the laser beam B is This is the case of 635 nm.
  • the electrode pitch d is 1.0 ⁇ m
  • the number of the first transparent electrodes 13a in the element lattice E is 64
  • the wavelength ⁇ of the laser beam B is 550 nm
  • the diameter ⁇ of the laser beam B is 300 ⁇ m
  • the electrode pitch d is 3.0 ⁇ m
  • the number of the first transparent electrodes 13 a in the element lattice E is 48
  • the wavelength ⁇ of the laser beam B is 550 nm
  • the diameter ⁇ of the laser beam B is 300 ⁇ m.
  • the electrode pitch of each first transparent electrode 13a is d
  • the number of the plurality of first transparent electrodes 13a provided in each element lattice E is set as follows.
  • N is N
  • the diameter of the laser beam B incident on the first substrate 20a side is ⁇
  • N ⁇ d ⁇ ⁇ / 2 so that the diameter ⁇ of the laser beam B incident on the first substrate 20a side is within the diameter ⁇ .
  • the laser beam B incident on the first substrate 20a side is caused by the blazed diffraction grating formed on the liquid crystal layer 40. It is possible to reliably emit light from the second substrate 30a side by changing the deflection direction.
  • the number N of the signal wirings 11a is not limited to the total number of the plurality of first transparent electrodes 13a provided on the first substrate 20a, but also the plurality of first transparent electrodes 13a provided in each element lattice E. Since the number of the signal wirings 11a can be suppressed by being only the number, the manufacturing cost of the optical deflection element 50a can be suppressed.
  • the N signal wirings 11a are connected to the N first transparent electrodes 13a adjacent to each other in the element grid E in a one-to-one correspondence. Since the signal voltage from the drive circuit D can be independently applied to the first transparent electrode 13a via the N signal wirings 11a, the blazed type in which the diffraction angle ⁇ is variable according to the application pattern of the signal voltage. In the optical deflection element 50a in which the diffraction grating is formed in the liquid crystal layer 40, high-speed response can be achieved. Therefore, in the optical deflection element 50a, it is possible to suppress the manufacturing cost and achieve a high speed response.
  • FIG. 10 is a plan view of the first substrate 20b constituting the light deflection element of this embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of a part of the first substrate 20b
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the first substrate 20b taken along line XII-XII in FIG.
  • FIG. 13 is an enlarged plan view of a part of a modification of the first substrate 20b.
  • the same parts as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the light deflection element 50a including the first substrate 20a from which the plurality of first transparent electrodes 13a are drawn out to one side is illustrated.
  • the plurality of first transparent electrodes 13a are provided on both sides.
  • An example of an optical deflection element including the drawn first substrate 20b will be described.
  • the optical deflection element of the present embodiment includes a first substrate 20b and a second substrate (30a) provided so as to face each other, and a horizontal alignment type provided between the first substrate 20b and the second substrate (30a).
  • the liquid crystal layer (40) and the first substrate 20b and the second substrate (30a) are bonded to each other, and a frame is used to enclose the liquid crystal layer (40) between the first substrate 20b and the second substrate (30a).
  • a sealing material provided in a shape.
  • the first substrate 20b is provided on a transparent insulating substrate 10a such as a glass substrate, a drive circuit D mounted in the invalid region R on the transparent substrate 10a, and the transparent substrate 10a.
  • N / 2 in this embodiment, N: even number
  • signal wirings 11ao extending in parallel with each other in the vertical direction in the figure in the middle left invalid area R and the invalid area on the right side in the figure are provided on the transparent substrate 10a.
  • Transparent electrode 13a It includes a plurality of first transparent electrode 13a, and the first transparent electrode 13ao and the alignment film provided so as to cover the first transparent electrode 13Ae (not shown) made of.
  • N / 2 first transparent electrodes 13ao are interposed through the contact holes 12c formed in the insulating film 12.
  • N / 2 signal wirings 11ao are connected in a one-to-one correspondence
  • N / 2 signal wirings 11ao are connected to the drive circuit D, respectively.
  • the signal wirings 11ao and 11ae are formed on the entire substrate of the insulating substrate 10a by, for example, sputtering to form a metal film such as a titanium film or a molybdenum film to a thickness of about 50 nm to 500 nm. It is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • the insulating film 12 is formed by forming an inorganic insulating film such as a silicon oxide film to a thickness of about 100 nm to 1000 nm on the entire substrate on which the signal wirings 11ao and 11ae are formed by, for example, a plasma CVD method.
  • the insulating film is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • the first transparent electrodes 13ao and 13ae are formed on the entire substrate on which the insulating film 12 has been formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film to a thickness of about 100 nm to 150 nm by sputtering, for example.
  • the transparent conductive film is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • the end of the first transparent electrode 13ae (and 13ao) is formed in a T shape as shown in FIG.
  • the width Sya is about 2.0 ⁇ m and the width Syb is about 0.2 ⁇ m, as in the first embodiment.
  • the width g in the effective area A of the first transparent electrode 13ao and the first transparent electrode 13ae is 0.8 ⁇ m. Since the electrode pitch d of the first transparent electrode 13a is 1.6 ⁇ m, it becomes 1/2 of the electrode pitch d on the first substrate 20a of the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG.
  • the electrode structure in which the end portion of the first transparent electrode 13ae (and 13ao) is formed in a T shape is illustrated, but the first transparent electrode 13ae (and 13ao) is illustrated.
  • the end of may have an electrode structure formed in an L shape.
  • the optical deflection element including the first substrate 20b of the present embodiment, according to the diameter ⁇ of the laser beam (B) incident on the first substrate 20b side, as in the first embodiment. Since the signal wirings 11ao and 11ae are provided by the number of the first transparent electrodes 13ao and 13ae arranged in each element lattice (E) defined in the above, in the optical deflection element, the manufacturing cost is suppressed and the high-speed operation is performed. Response can be achieved.
  • the odd-numbered first transparent electrodes 13ao are drawn out to one end side of the effective region A, and the even-numbered first transparent electrodes 13ae are effective. Since the plurality of signal wirings 11ao and 11ae are drawn out to the other end side of the area A and are divided into the invalid area R on one end side of the effective area A and the invalid area R on the other end side of the effective area A. In each ineffective region R on one end side and the other side of the effective region A, a connection structure between each first transparent electrode 13ao and each signal wiring 11ao, or each first transparent electrode, every other first transparent electrode 13a.
  • a connection structure between the electrode 13ae and each signal wiring 11ae is arranged. Accordingly, the size of the connection structure between each first transparent electrode 13ao and each signal wiring 11ao and the connection structure between each first transparent electrode 13ae and each signal wiring 11ae is maintained, and each first transparent electrode in the effective region A is maintained. By reducing the width and interval of the electrodes 13a, the pitch of the plurality of first transparent electrodes 13a can be reduced.
  • each first transparent electrode 13ao and each signal wiring 11ao are connected to each first transparent electrode 13ao and each signal wiring 11ao and the connection structure between each first transparent electrode 13ae and each signal wiring 11ae.
  • the contact resistance with the signal wiring 11ao and the contact resistance between each first transparent electrode 13ae and each signal wiring 11ae can be lowered.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a part of the first substrate 20c constituting the light deflection element of this embodiment
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the first substrate 20c taken along line XV-XV in FIG. FIG.
  • the optical deflection element including the first substrate in which the first transparent electrode is directly connected to the signal wiring via the contact hole 12c is illustrated.
  • the optical deflection element is provided via the contact hole 12c.
  • An optical deflection element including a first substrate in which a first transparent electrode is indirectly connected to a signal wiring is illustrated.
  • the optical deflection element of this embodiment includes a first substrate 20c and a second substrate (30a) provided to face each other, and a horizontal alignment type provided between the first substrate 20c and the second substrate (30a).
  • the liquid crystal layer (40) and the first substrate 20c and the second substrate (30a) are bonded to each other, and a frame is used to enclose the liquid crystal layer (40) between the first substrate 20c and the second substrate (30a).
  • a sealing material provided in a shape.
  • the first substrate 20c includes a transparent insulating substrate 10a such as a glass substrate, a drive circuit (D) mounted on an ineffective area (R) on the transparent substrate 10a, and a transparent substrate.
  • N / 2 signal wirings (11ao, see FIG. 10) provided in parallel on each other in the invalid region (R) on one side, and on the transparent substrate 10a and in the invalid region R on the other side.
  • N / 2 signal wirings 11ae see FIG.
  • each signal wiring (11ao) and the insulating film 12 provided so as to cover each signal wiring 11ae, and provided on the insulating film 12,
  • a plurality of first transparent electrodes 13b extending in parallel with each other at a predetermined electrode pitch (d) in the effective region (A) and including odd-numbered first transparent electrodes 13bo and even-numbered first transparent electrodes 13be, 1 Transparent electrode 13bo and the alignment film provided so as to cover the first transparent electrode 13be and a (not shown) and.
  • an element lattice (E) is defined for every N adjacent first transparent electrodes 13b. Further, in the first substrate 20c, in each element lattice (E), as shown in FIGS.
  • N / 2 first transparent electrodes 13be are formed in the contact holes 12c formed in the insulating film 12.
  • N / 2 signal wirings 11ae are connected to the drive circuit (D ) Is connected to each.
  • N / 2 first transparent electrodes 13bo are provided with metal layers (so as to fill the contact holes 12c formed in the insulating film 12).
  • N / 2 signal wirings (11ao) are connected in a one-to-one correspondence with N / 2 signal wirings (11ao), and N / 2 signal wirings (11ao) are connected to the drive circuit (D), respectively. Has been.
  • the metal layer 14a is formed on the entire substrate on which the insulating film 12 has been formed by depositing a metal film such as a titanium film or a molybdenum film to a thickness of about 50 nm to 200 nm by sputtering, for example. , Photolithography, wet etching or dry etching, and resist removal cleaning.
  • a metal film such as a titanium film or a molybdenum film
  • the first transparent electrodes 13bo and 13be are formed on the entire substrate on which the metal layer 14a is formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film to a thickness of about 100 nm to 150 nm by, for example, sputtering.
  • the transparent conductive film is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • the overlapping length h of the metal layer 14a and the first transparent electrodes 13bo and 13be is 10 nm to 200 nm.
  • the optical deflection element including the first substrate 20c of the present embodiment, according to the diameter ⁇ of the laser beam (B) incident on the first substrate 20c side as in the above embodiments.
  • the manufacturing cost can be reduced in the optical deflection element. Fast response can be achieved.
  • the first transparent electrodes 13bo and the first transparent electrodes 13be are formed in the contact holes 12c of the insulating film 12.
  • a metal layer 14a using a metal film (for example, a molybdenum film or a titanium film) having a lower electrical resistance than the transparent conductive film (for example, an ITO film or an IZO film) is provided. Therefore, the contact resistance between each first transparent electrode 13bo and each signal wiring (11ao) and the contact resistance between each first transparent electrode 13be and each signal wiring 11ae can be lowered.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the light deflection element 50d of this embodiment.
  • the optical deflection element including the second substrate 30a provided with the single second transparent electrode 16a is exemplified.
  • the second transparent electrode 16b provided with a plurality of second transparent electrodes 16b is provided.
  • An optical deflection element 50d provided with two substrates 30d is illustrated.
  • the optical deflection element 50d includes a first substrate 20a and a second substrate 30d provided to face each other, and a horizontal alignment type provided between the first substrate 20a and the second substrate 30d.
  • the liquid crystal layer 40, the first substrate 20a and the second substrate 30d are bonded to each other, and a sealing material provided in a frame shape for sealing the liquid crystal layer 40 between the first substrate 20a and the second substrate 30d ( (Not shown).
  • the second substrate 30d overlaps the transparent insulating substrate 10b such as a glass substrate and the first transparent electrodes 13a of the first substrate 20a in the effective area (A) on the transparent substrate 10b.
  • a plurality of second transparent electrodes 16b provided so as to extend in parallel and an alignment film (not shown) provided so as to cover each second transparent electrode 16b are provided.
  • the second transparent electrode 16b is formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film on the entire substrate of the insulating substrate 10b to a thickness of about 100 nm to 150 nm by sputtering, for example. Then, it is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film
  • the optical deflection element 50d configured as described above applies a signal voltage of 0 V to the first transparent electrode 13a 1 , the first transparent electrode 13a 3 , the second transparent electrode 16b 1 and the second transparent electrode 16b 3 , for example.
  • a signal voltage of 5V By applying a signal voltage of 5V to the electrode 13a 2 , the first transparent electrode 13a 4 , the second transparent electrode 16b 2 and the second transparent electrode 16b 4 , a spatial refractive index modulation region is induced in the liquid crystal layer 40.
  • a blazed diffraction grating (n 2) is formed in the liquid crystal layer 40, and a signal of 0V is applied to the first transparent electrode 13a 1 , the first transparent electrode 13a 4 , the second transparent electrode 16b 1, and the second transparent electrode 16b 4.
  • a voltage is applied, a signal voltage of 2.5 V is applied to the first transparent electrode 13a 2 (and the first transparent electrode 13a 5 (not shown)), and the second transparent electrode 16b 2 (and the second transparent electrode 16b 5 (and (Not shown) -2.
  • a signal voltage of ⁇ 5V to (not shown)
  • the potential difference applied to the liquid crystal layer 40 can be made larger than in the above embodiments, so that the phase modulation amount can be increased and the diffraction efficiency can be increased. it can.
  • optical deflection element 50d in which the second substrate 30d is combined with the first substrate 20a of the first embodiment is illustrated, but the first substrate 20b of the second embodiment and the first of the third embodiment.
  • An optical deflection element in which the second substrate 30d is combined with the substrate 20c may be used.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the light deflection element 50e of this embodiment.
  • the optical deflection element including the first substrate in which a plurality of first transparent electrodes are provided in a single layer structure is illustrated.
  • the plurality of first transparent electrodes are provided in a two-layer structure.
  • An example of the optical deflection element 50e including the first substrate 20e is shown.
  • the optical deflection element 50e includes a first substrate 20e and a second substrate 30a provided so as to face each other, and a horizontal alignment type provided between the first substrate 20e and the second substrate 30a.
  • the liquid crystal layer 40, the first substrate 20e, and the second substrate 30a are bonded to each other, and a sealing material provided in a frame shape to enclose the liquid crystal layer 40 between the first substrate 20e and the second substrate 30a ( (Not shown).
  • the first substrate 20e includes a transparent insulating substrate 10a such as a glass substrate and a plurality of lower-layer first transparent layers provided so as to extend in parallel with each other in an effective area (A) on the transparent substrate 10a.
  • a plurality of upper first transparent electrodes 15e provided and an alignment film (not shown) provided so as to cover each upper first transparent electrode 15e are provided.
  • an element lattice (E) is defined for every N adjacent first layers of the plurality of lower layer first transparent electrodes 13e and the plurality of upper layer first transparent electrodes 15e. Further, in the first substrate 20e, in each element lattice (E), the N lower first transparent electrodes 13e and the N signal wirings 11a are respectively connected in a one-to-one correspondence, and N The upper first transparent electrode 15e and the N other signal wirings 11a are connected in a one-to-one correspondence.
  • the lower first transparent electrode 13e is formed by applying a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film to a thickness of about 100 nm to 150 nm on the entire substrate on which the signal wiring (11a) and the insulating film (12) are formed by, for example, sputtering. After the film is formed, the transparent conductive film is formed by photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film
  • the insulating film 9 is formed, for example, by depositing an inorganic insulating film such as a silicon oxide film to a thickness of about 100 nm to 1000 nm on the entire substrate on which the lower first transparent electrode 13e is formed, for example, by plasma CVD.
  • the inorganic insulating film is formed by performing photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling cleaning.
  • the upper first transparent electrode 15e is formed by forming a transparent conductive film such as an ITO film or an IZO film on the entire substrate on which the insulating film 9 is formed to a thickness of about 100 nm to 150 nm by, for example, sputtering.
  • the conductive film is formed by photolithography, wet etching or dry etching, and resist peeling and cleaning.
  • the light deflection element 50e having the above-described configuration has, for example, 0V applied to the lower first transparent electrode 13e 1 , the lower first transparent electrode 13e 3 , the upper first transparent electrode 15e 1 , the upper first transparent electrode 15e 3 and the second transparent electrode 16a. Is applied to the lower layer first transparent electrode 13e 2 , the lower layer first transparent electrode 13e 4 , the upper layer first transparent electrode 15e 2, and the upper layer first transparent electrode 15e 4 to apply a signal voltage of 5V.
  • a signal voltage of 2.5 V is applied to the first transparent electrode 15 e 3
  • a signal voltage of 5 V is applied to the lower first transparent electrode 13 e 3 , the upper first transparent electrode 15 e 2, and the upper first transparent electrode 15 e 4.
  • each element defined according to the diameter ⁇ of the laser beam (B) incident on the first substrate 20e side as in the above embodiments. Since the signal wiring (11a) is provided by the number of the lower layer first transparent electrode 13e and the upper layer first transparent electrode 15e arranged in the lattice (E), in the optical deflection element 50e, the manufacturing cost is suppressed, High speed response can be achieved.
  • the substantial electrode pitch is reduced, so that the diffraction angle can be increased.
  • the width of the lower first transparent electrode 13e and the upper first transparent electrode 15e can be increased, so that the electrical resistance of the lower first transparent electrode 13e and the upper first transparent electrode 15e. Can be reduced.
  • an optical deflecting element having a horizontal alignment type liquid crystal layer using a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is illustrated.
  • the present invention is not limited to a ferroelectric liquid crystal material.
  • the present invention can also be applied to an optical deflection element including the liquid crystal layer used, an optical deflection element including a vertical alignment type liquid crystal layer using a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy.
  • the present invention realizes a light deflection element with a high diffraction angle, so that beam steering to both eyes in a 3D display capable of following in accordance with the position of an observer, a tracking device in all displays, optical It is useful as a scanner and an optical switch for optical communication.

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Abstract

　第１基板（２０ａ）において、回折格子として機能する有効領域（Ａ）に互いに平行に延びるようにピッチｄで設けられ、隣り合う本数Ｎ毎に要素格子（Ｅ）がそれぞれ規定された複数の第１透明電極（１３ａ）と、有効領域（Ａ）の周囲の無効領域（Ｒ）に各第１透明電極（１３ａ）と交差する方向に互いに平行に延びるように設けられ、各要素格子（Ｅ）の隣り合うＮ本の第１透明電極（１３ａ）に１対１で対応づけてそれぞれ接続されたＮ本の信号配線（１１ａ）とを備え、第１基板（２０ａ）に入射する光（Ｂ）の横断面における最大長さをφとするとき、Ｎ×ｄ≦φ／２である。

Description

光偏向素子
　本発明は、光偏向素子に関し、特に、液晶を用いた光偏向素子に関するものである。
　液晶を用いた光偏向素子は、一対の基板の間に設けられた液晶層に所定の電界分布を形成することにより、入射する光をその偏向方向を変えて出射するように構成されている。
　例えば、特許文献１には、ストライプ状に配置された透明導電体からなる複数の個別電極を有する第１の透明基板と、透明導電体からなる共通電極を有する第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板の間に挟持された液晶層とにより構成された液晶光位相変調素子を備えた光偏向装置が開示されている。
特開２００８－１３４６５２号公報
　ところで、液晶を用いた光偏向素子は、上記特許文献１に開示されているように、具体的に、複数の透明電極がストライプ状に設けられた第１基板と、第１基板に互いに対向するように配置され、透明な共通電極が設けられた第２基板と、第１基板及び第２基板の間に設けられた水平配向型の液晶層と備え、例えば、共通電極を接地して、各透明電極に所定の電圧を印加することにより、液晶層に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層にブレーズド型の回折格子を形成するように構成されている。
　この液晶を用いた光偏向素子において、高速応答化を実現するためには、各透明電極に独立して駆動回路からの信号電圧を印加する必要があるので、複数の透明電極の本数分だけの信号配線が必要となり、製造コストが増大してしまう。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光偏向素子において、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、第１基板側に入射する光の横断面における最大長さに応じて規定された各要素格子内に配置する第１透明電極の本数分だけ信号配線を設けるようにしたものである。
　具体的に本発明に係る光偏向素子は、回折格子として機能する有効領域において、互いに平行に延びるように所定のピッチｄで設けられ隣り合う所定の本数Ｎ毎に要素格子がそれぞれ規定された複数の第１透明電極を有する第１基板と、上記第１基板に対向するように設けられ、上記有効領域に第２透明電極を有する第２基板と、上記第１基板の各第１透明電極側、及び上記第２基板の第２透明電極側の間に設けられた液晶層と、上記第１基板の有効領域の周囲の無効領域において、上記各第１透明電極と交差する方向に互いに平行に延びるように設けられ、上記各要素格子の隣り合うＮ本の第１透明電極に１対１で対応づけてそれぞれ接続されたＮ本の信号配線とを備え、上記第１基板の上記液晶層と反対側の表面に入射する光の横断面における最大長さをφとするとき、Ｎ×ｄ≦φ／２である。
　上記の構成によれば、各第１透明電極のピッチをｄとし、各要素格子内に設けられた複数の第１透明電極の本数をＮとし、第１基板側に入射する光の横断面における最大長さをφとするとき、Ｎ×ｄ≦φ／２であるので、第１基板側に入射する光の横断面における最大長さ（例えば、直径）φの中に要素格子の長さ（Ｎ×ｄ）が２つ以上入ることになる。これにより、光が入射する部分に１つの要素格子が必ず配置することになるので、第１基板側に入射した光が液晶層に形成されるブレーズド型の回折格子により偏向方向を変えて第２基板側から確実に出射される。また、信号配線の本数Ｎが、第１基板に設けられた複数の第１透明電極の総本数分だけでなく、各要素格子内に設けられた複数の第１透明電極の本数分だけになっていることにより、信号配線の本数が抑制されるので、光偏向素子の製造コストが抑制される。さらに、Ｎ本の信号配線が各要素格子における隣り合うＮ本の第１透明電極に１対１で対応づけてそれぞれ接続されていることにより、各要素格子内では、Ｎ本の第１透明電極にＮ本の信号配線を介して独立して駆動回路からの信号電圧を印加することが可能になっているので、信号電圧の印加パターンに応じて回折角が可変なブレーズド型の回折格子が液晶層に形成される光偏向素子において、高速応答化が図られる。したがって、光偏向素子において、製造コストを抑制して、高速応答化が図られる。
　上記第１基板側に入射する光の波長をλとし、上記第２基板側で出射する光の回折角の最小角度をθminとするとき、Ｎ×ｄ＝λ／ｓｉｎθminであってもよい。
　上記の構成によれば、Ｎ×ｄ＝λ／ｓｉｎθminという関係式により、要素格子の長さ（Ｎ×ｄ）が、第１基板側に入射する光の波長λ、及び信号電圧の印加パターンに応じて回折角が可変なブレーズド型の回折格子における回折角の最小角度θminに基づいて規定される。
　上記複数の第１透明電極のうち、奇数番目の第１透明電極は、上記有効領域の一方端側に引き出され、偶数番目の第１透明電極は、上記有効領域の他方端側に引き出され、上記複数の信号配線は、上記有効領域の一方端側の無効領域と、上記有効領域の他方端側の無効領域とに分けて設けられていてもよい。
　上記の構成によれば、奇数番目の第１透明電極が有効領域の一方端側に引き出され、偶数番目の第１透明電極が有効領域の他方端側に引き出され、複数の信号配線が有効領域の一方端側の無効領域と有効領域の他方端側の無効領域とに分けて設けられているので、有効領域の一方端側及び他方側の各無効領域では、１本の第１透明電極おきに、各第１透明電極と各信号配線との接続構造が配置される。これにより、各第１透明電極と各信号配線との接続構造のサイズを維持して、各第１透明電極の幅及び間隔を狭くすることにより、複数の第１透明電極のピッチを小さくしたり、各第１透明電極と各信号配線との接続構造のサイズを大きくして、各第１透明電極と各信号配線とのコンタクト抵抗を低くしたりすることが可能になる。
　上記各信号配線を覆うように絶縁膜が設けられ、上記絶縁膜には、上記各信号配線と上記各第１透明電極とを接続するためのコンタクトホールが設けられ、上記各信号配線と上記各第１透明電極とは、上記コンタクトホールを埋めるように設けられた金属層を介して接続されていてもよい。
　上記の構成によれば、絶縁膜のコンタクトホールの内部には、各第１透明電極を形成するための透明導電膜（例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜など）でなく、その透明導電膜よりも低い電気抵抗を有する金属膜（例えば、モリブデン膜やチタン膜など）を用いた金属層が設けられているので、各第１透明電極と各信号配線とのコンタクト抵抗を低くすることが可能になる。
　本発明によれば、第１基板側に入射する光の横断面における最大長さに応じて規定された各要素格子内に配置する第１透明電極の本数分だけ信号配線が設けられているので、光偏向素子において、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
図１は、実施形態１に係る光偏向素子の断面図である。 図２は、実施形態１に係る光偏向素子を構成する第１基板の平面図である。 図３は、実施形態１に係る光偏向素子を構成する第１基板の一部を拡大した平面図である。 図４は、図３中のIV－IV線に沿った第１基板の断面図である。 図５は、実施形態１に係る光偏向素子を構成する第１基板におけるコンタクトホールの幅とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。 図６は、実施形態１に係る光偏向素子における要素格子の幅と入射する光の直径との関係を示す平面図である。 図７は、実施形態１に係る光偏向素子で形成される回折格子を示す説明図である。 図８は、実施形態１に係る光偏向素子における電極ピッチと回折角との関係を示すグラフである。 図９は、実施形態１に係る光偏向素子における格子ピッチと回折角との関係を示すグラフである。 図１０は、実施形態２に係る光偏向素子を構成する第１基板の平面図である。 図１１は、実施形態２に係る光偏向素子を構成する第１基板の一部を拡大した平面図である。 図１２は、図１１中のXII－XII線に沿った第１基板の断面図である。 図１３は、実施形態２に係る光偏向素子を構成する第１基板の変形例の一部を拡大した平面図である。 図１４は、実施形態３に係る光偏向素子を構成する第１基板の一部を拡大した平面図である。 図１５は、図１４中のXV－XV線に沿った第１基板の断面図である。 図１６は、実施形態４に係る光偏向素子の断面図である。 図１７は、実施形態５に係る光偏向素子の断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。
　《発明の実施形態１》
　図１～図９は、本発明に係る光偏向素子の実施形態１を示している。具体的に、図１は、本実施形態の光偏向素子５０ａの断面図である。また、図２は、光偏向素子５０ａを構成する第１基板２０ａの平面図であり、図３は、第１基板２０ａの一部を拡大した平面図である。さらに、図４は、図３中のIV－IV線に沿った第１基板２０ａの断面図である。
　光偏向素子５０ａは、図１に示すように、互いに対向するように設けられた第１基板２０ａ及び第２基板３０ａと、第１基板２０ａ及び第２基板３０ａの間に設けられた水平配向型の液晶層４０と、第１基板２０ａ及び第２基板３０ａを互いに接着すると共に、第１基板２０ａ及び第２基板３０ａの間に液晶層４０を封入するために枠状に設けられたシール材（不図示）とを備えている。また、光偏向素子５０ａでは、回折格子として機能する有効領域Ａ、及び有効領域Ａの周囲に回折格子として機能しない無効領域Ｒがそれぞれ規定されている（図２参照）。
　第１基板２０ａは、図１～図４に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ａと、透明基板１０ａ上の無効領域Ｒに実装された駆動回路Ｄと、透明基板１０ａ上に設けられ、無効領域Ｒにおいて図２中縦方向に互いに平行に延びるＮ本の信号配線１１ａと、各信号配線１１ａを覆うように設けられた無機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１２上に設けられ、有効領域Ａにおいて図２中横方向に所定の電極ピッチｄで互いに平行に延びる複数の第１透明電極１３ａと、各第１透明電極１３ａを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。また、第１基板２０ａでは、図２に示すように、複数の第１透明電極１３ａの隣り合うＮ本毎に要素格子Ｅが規定されている。さらに、第１基板２０ａでは、各要素格子Ｅ内において、図２～図４に示すように、Ｎ本の第１透明電極１３ａが、絶縁膜１２に形成された各コンタクトホール１２ｃを介して、Ｎ本の信号配線１１ａに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ本の信号配線１１ａが駆動回路Ｄにそれぞれ接続されている。具体的に、第１基板２０ａの各要素格子Ｅ内では、図２に示すように、図中上からｎ（ｎ＝１～Ｎ）番目の第１透明電極１３ａが図中左からｎ（１～Ｎ）番目の信号配線１１ａにそれぞれ接続されている。
　信号配線１１ａは、絶縁基板１０ａの基板全体に、例えば、スパッタリング法により、チタン膜やモリブデン膜などの金属膜を厚さ５０ｎｍ～５００ｎｍ程度に成膜した後に、その金属膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。
　絶縁膜１２は、信号配線１１ａが形成された基板全体に、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、例えば、酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を厚さ１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度に成膜した後に、その無機絶縁膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。なお、本実施形態では、絶縁膜１２として、無機絶縁膜を例示したが、絶縁膜１２は、有機絶縁膜であってもよい。
　第１透明電極１３ａは、絶縁膜１２が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。なお、第１透明電極１３ａの有効領域Ａにおける長さＬ（図２参照）は、４００μｍ程度以上であることが好ましい。なお、有効領域Ａの幅Ｗ（図２参照）は、８００μｍ程度以上であることが好ましい。
　ここで、絶縁膜１２のコンタクトホール１２ｃのサイズと、コンタクトホール１２ｃを介して接続される信号配線１１ａと第１透明電極１３ａとのコンタクト抵抗との関係について図５を用いて説明する。なお、図５は、第１基板２０ａにおけるコンタクトホール１２ｃの幅Ｓｙａ（図３参照）と、コンタクト抵抗との関係を示すグラフである。そして、図５において、実線は、コンタクトホール１２ｃの長さＳｘ（図３参照）が２０μｍである場合を示し、破線は、コンタクトホール１２ｃの長さＳｘが１０μｍである場合を示し、１点鎖線は、コンタクトホール１２ｃの長さＳｘが５μｍである場合を示している。
　信号配線１１ａと第１透明電極１３ａとのコンタクト抵抗は、図５に示すように、コンタクトホール１２ｃの幅Ｓｙａが狭くなるにつれて、指数関数的に高くなるので、コンタクトホール１２ｃの幅Ｓｙａは、広い程コンタクト抵抗が低くなるものの、電極ピッチｄを考慮すると、図５に示すように、２．０μｍ程度が適当である。このとき、コンタクトホール１２ｃの周端と第１透明電極１３ａの側端との幅Ｓｙｂ（図３参照）を０．２μｍ程度とし、第１透明電極１３ａの間隔ｃを０．８μｍ程度とすると、形成される第１透明電極１３ａの電極ピッチｄは、３．２μｍ程度となる。
　第２基板３０ａは、図１に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ｂと、透明基板１０ｂ上の有効領域Ａに設けられた第２透明電極１６ａと、第２透明電極１６ａを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。
　第２透明電極１６ａは、絶縁基板１０ｂの基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。
　液晶層４０は、誘電率異方性が正の電気光学特性を有するネマチックの液晶材料などにより構成されている。また、液晶モードとしては、ＥＣＢ（Electrically-Controlled Birefringence）、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）、ＩＰＳ（In-Plane-Switching）などが用いられる。
　次に、本実施形態の光偏向素子５０ａの動作について図６～図９を用いて説明する。ここで、図６は、光偏向素子５０ａにおける要素格子Ｅの幅Ｐと入射する光Ｂの直径φとの関係を示す平面図である。また、図７は、光偏向素子５０ａで形成される回折格子Ｇａ及びＧｂを示す説明図である。また、図８は、光偏向素子５０ａにおける電極ピッチｄと回折角θとの関係を示すグラフである。また、図９は、光偏向素子５０ａにおける格子ピッチｐと回折角θとの関係を示すグラフである。
　ここで、光偏向素子５０ａの第１基板２０ａ側には、図６に示すように、直径φのレーザービームＢが光として入射し、要素格子Ｅの幅Ｐ（＝Ｎ×ｄ）は、直径φの１／２以下であり、Ｎ×ｄ≦φ／２、という関係式が成立している。なお、本実施形態では、横断面が円形のレーザービームＢを例示し、横断面における最大長さがレーザービームＢの直径であったが、レーザービームＢの横断面の形状は、三角形や四角形などの多角形であってもよい。
　光偏向素子５０ａにおいて、図７に示すように、第１透明電極１３ａ１、第１透明電極１３ａ３、第１透明電極１３ａ５及び第２透明電極１６ａに０Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ２、第１透明電極１３ａ４及び第１透明電極１３ａ６に５Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子Ｇａが形成される。そして、光偏向素子５０ａでは、図７に示すように、入射光Ｂｉが回折格子Ｇａにより回折角（偏向角）θで偏向方向を変えて出射光Ｂｏとして出射される。このとき、回折格子Ｇａの格子ピッチｐ（ｎ＝２）は、図１に示すように、電極ピッチｄの２倍の２ｄである。
　回折角θは、図８に示すように、第１透明電極１３ａの電極ピッチｄが小さくなるにつれて大きくなる。なお、図８のグラフでは、波長λが５５０ｎｍのレーザービームＢを用いている。
　また、光偏向素子５０ａにおいて、図７に示すように、第１透明電極１３ａ１、第１透明電極１３ａ４及び第２透明電極１６ａに０Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ２及び第１透明電極１３ａ５に２．５Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ３及び第１透明電極１３ａ６に５Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子Ｇｂが形成される。このとき、回折格子Ｇｂの格子ピッチｐ（ｎ＝３）は、図１に示すように、電極ピッチｄの３倍の３ｄである。
　回折角θは、図９に示すように、液晶層４０に形成される回折格子の格子ピッチｐが大きくなるにつれて小さくなる。そして、回折角θの最小角度θminを用いて、要素格子Ｅの幅Ｐについて、Ｐ（＝Ｎ×ｄ）＝λ／ｓｉｎθminという関係式が成立する。なお、図９において、実線は、レーザービームＢの波長λが５５０ｎｍの場合であり、破線は、レーザービームＢの波長λが４７３ｎｍの場合であり、１点鎖線は、レーザービームＢの波長λが６３５ｎｍの場合である。また、図９のグラフでは、第１透明電極１３ａの電極ピッチｄが１．０μｍであり、要素格子Ｅ内の第１透明電極１３ａの本数が６４本である光偏向素子を用いている。さらに、回折角θは、図９に示すように、θ＝ｓｉｎ－１（λ／ｐ）という関係式に基づいて、レーザービームＢの波長λが長くなるにつれて大きくなる。
　以上の知見を踏まえると、例えば、
　電極ピッチｄが１．０μｍであり、要素格子Ｅ内の第１透明電極１３ａの本数が６４本であり、レーザービームＢの波長λが５５０ｎｍであり、レーザービームＢの直径φが３００μｍであれば、
　最大回折角θmaxが１６．０°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（１．０μｍ×２）））であり、
　最小回折角θminが０．５°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（１．０μｍ×６４）））であり、
　可変ステップが０．５°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（１．０μｍ×６４）））であり、
　要素格子Ｅの幅Ｅが６４μｍ（＝１．０μｍ×６４）である、光偏向素子５０ａが具体的に構成される。
　また、電極ピッチｄが３．０μｍであり、要素格子Ｅ内の第１透明電極１３ａの本数が４８本であり、レーザービームＢの波長λが５５０ｎｍであり、レーザービームＢの直径φが３００μｍであれば、
　最大回折角θmaxが５．３°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（３．０μｍ×２）））であり、
　最小回折角θminが０．２°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（３．０μｍ×４８）））であり、
　可変ステップが０．２°（＝ｓｉｎ－１（５５０ｎｍ／（３．０μｍ×４８）））であり、
　要素格子Ｅの幅Ｅが１４４μｍ（＝３．０μｍ×４８）である、光偏向素子５０ａが具体的に構成される。
　以上説明したように、本実施形態の光偏向素子５０ａによれば、各第１透明電極１３ａの電極ピッチをｄとし、各要素格子Ｅ内に設けられた複数の第１透明電極１３ａの本数をＮとし、第１基板２０ａ側に入射するレーザービームＢの直径をφとするとき、Ｎ×ｄ≦φ／２であるので、第１基板２０ａ側に入射するレーザービームＢの直径φの中に要素格子Ｅの長さＰ（＝Ｎ×ｄ）が２つ以上入ることになる。これにより、レーザービームＢが入射する部分に１つの要素格子Ｅが必ず配置することになるので、第１基板２０ａ側に入射したレーザービームＢを液晶層４０に形成されるブレーズド型の回折格子により偏向方向を変えて第２基板３０ａ側から確実に出射させることができる。また、信号配線１１ａの本数Ｎが、第１基板２０ａに設けられた複数の第１透明電極１３ａの総本数分だけでなく、各要素格子Ｅ内に設けられた複数の第１透明電極１３ａの本数分だけになっていることにより、信号配線１１ａの本数を抑制することができるので、光偏向素子５０ａの製造コストを抑制することができる。さらに、Ｎ本の信号配線１１ａが各要素格子Ｅにおける隣り合うＮ本の第１透明電極１３ａに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていることにより、各要素格子Ｅ内では、Ｎ本の第１透明電極１３ａにＮ本の信号配線１１ａを介して独立して駆動回路Ｄからの信号電圧を印加することができるので、信号電圧の印加パターンに応じて回折角θが可変なブレーズド型の回折格子が液晶層４０に形成される光偏向素子５０ａにおいて、高速応答化を図ることができる。したがって、光偏向素子５０ａにおいて、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
　《発明の実施形態２》
　図１０～図１４は、本発明に係る光偏向素子の実施形態２を示している。具体的に、図１０は、本実施形態の光偏向素子を構成する第１基板２０ｂの平面図である。また、図１１は、第１基板２０ｂの一部を拡大した平面図であり、図１２は、図１１中のXII－XII線に沿った第１基板２０ｂの断面図である。さらに、図１３は、第１基板２０ｂの変形例の一部を拡大した平面図である。なお、以下の各実施形態において、図１～図９と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　上記実施形態１では、複数の第１透明電極１３ａが片側に引き出された第１基板２０ａを備えた光偏向素子５０ａを例示したが、本実施形態では、複数の第１透明電極１３ａが両側に引き出された第１基板２０ｂを備えた光偏向素子を例示する。
　本実施形態の光偏向素子は、互いに対向するように設けられた第１基板２０ｂ及び第２基板（３０ａ）と、第１基板２０ｂ及び第２基板（３０ａ）の間に設けられた水平配向型の液晶層（４０）と、第１基板２０ｂ及び第２基板（３０ａ）を互いに接着すると共に、第１基板２０ｂ及び第２基板（３０ａ）の間に液晶層（４０）を封入するために枠状に設けられたシール材とを備えている。
　第１基板２０ｂは、図１０に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ａと、透明基板１０ａ上の無効領域Ｒに実装された駆動回路Ｄと、透明基板１０ａ上に設けられ、図中左側の無効領域Ｒにおいて図中縦方向に互いに平行に延びるＮ／２本（本実施形態では、Ｎ：偶数）の信号配線１１ａｏと、透明基板１０ａ上に設けられ、図中右側の無効領域Ｒにおいて図中縦方向に互いに平行に延びるＮ／２本（Ｎ：偶数）の信号配線１１ａｅと、各信号配線１１ａｏ及び各信号配線１１ａｅを覆うように設けられた無機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１２上に設けられ、有効領域Ａにおいて図中横方向に所定の電極ピッチｄで互いに平行に延び、図中上から奇数番目の第１透明電極１３ａｏ、及び図中上から偶数番目の第１透明電極１３ａｅからなる複数の第１透明電極１３ａと、各第１透明電極１３ａｏ及び各第１透明電極１３ａｅを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。また、第１基板２０ｂでは、複数の第１透明電極１３ａの隣り合うＮ本毎に要素格子（Ｅ）が規定されている。さらに、第１基板２０ｂでは、各要素格子（Ｅ）内において、図１０～図１２に示すように、Ｎ／２本の第１透明電極１３ａｅが、絶縁膜１２に形成された各コンタクトホール１２ｃを介して、Ｎ／２本の信号配線１１ａｅに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ／２本の信号配線１１ａｅが駆動回路Ｄにそれぞれ接続されている。具体的に、第１基板２０ｂの各要素格子Ｅ内では、図１０に示すように、図中上からｎ（ｎ＝１～Ｎ／２）番目の第１透明電極１３ａｅが図中左からｎ（１～Ｎ／２）番目の信号配線１１ａｅに接続されている。また、第１基板２０ｂでは、各要素格子（Ｅ）内において、図１０に示すように、Ｎ／２本の第１透明電極１３ａｏが、絶縁膜１２に形成された各コンタクトホール１２ｃを介して、Ｎ／２本の信号配線１１ａｏに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ／２本の信号配線１１ａｏが駆動回路Ｄにそれぞれ接続されている。具体的に、第１基板２０ｂの各要素格子Ｅ内では、図１０に示すように、図中上からｎ（ｎ＝１～Ｎ／２）番目の第１透明電極１３ａｏが図中左からｎ（１～Ｎ／２）番目の信号配線１１ａｏに接続されている。
　信号配線１１ａｏ及び１１ａｅは、絶縁基板１０ａの基板全体に、例えば、スパッタリング法により、チタン膜やモリブデン膜などの金属膜を厚さ５０ｎｍ～５００ｎｍ程度に成膜した後に、その金属膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。
　絶縁膜１２は、信号配線１１ａｏ及び１１ａｅが形成された基板全体に、例えば、プラズマＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を厚さ１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度に成膜した後に、その無機絶縁膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。
　第１透明電極１３ａｏ及び１３ａｅは、絶縁膜１２が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。
　第１透明電極１３ａｅ（及び１３ａｏ）の端部は、図１１に示すように、Ｔ字状に形成されている。ここで、コンタクトホール１２ｃのサイズは、上記実施形態１と同様に、幅Ｓｙａが２．０μｍ程度であり、幅Ｓｙｂが０．２μｍ程度である。そして、第１透明電極１３ａｏと第１透明電極１３ａｅとの間隔ｅ及びｆを０．８μｍ程度とすると、第１透明電極１３ａｏ及び第１透明電極１３ａｅの有効領域Ａにおける幅ｇが０．８μｍとなり、第１透明電極１３ａの電極ピッチｄが１．６μｍとなるので、上記実施形態１の第１基板２０ａにおける電極ピッチｄの１／２になる。なお、本実施形態では、図１１に示すように、第１透明電極１３ａｅ（及び１３ａｏ）の端部がＴ字状に形成された電極構造を例示したが、第１透明電極１３ａｅ（及び１３ａｏ）の端部は、例えば、図１３に示すように、Ｌ字状に形成された電極構造であってもよい。
　以上説明したように、本実施形態の第１基板２０ｂを備えた光偏向素子によれば、上記実施形態１と同様に、第１基板２０ｂ側に入射するレーザービーム（Ｂ）の直径φに応じて規定された各要素格子（Ｅ）内に配置する第１透明電極１３ａｏ及び１３ａｅの本数分だけ信号配線１１ａｏ及び１１ａｅが設けられているので、光偏向素子において、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
　また、本実施形態の第１基板２０ｂを備えた光偏向素子によれば、奇数番目の第１透明電極１３ａｏが有効領域Ａの一方端側に引き出され、偶数番目の第１透明電極１３ａｅが有効領域Ａの他方端側に引き出され、複数の信号配線１１ａｏ及び１１ａｅが有効領域Ａの一方端側の無効領域Ｒと有効領域Ａの他方端側の無効領域Ｒとに分けて設けられているので、有効領域Ａの一方端側及び他方側の各無効領域Ｒでは、１本の第１透明電極１３ａおきに、各第１透明電極１３ａｏと各信号配線１１ａｏとの接続構造、又は各第１透明電極１３ａｅと各信号配線１１ａｅとの接続構造が配置される。これにより、各第１透明電極１３ａｏと各信号配線１１ａｏとの接続構造、及び各第１透明電極１３ａｅと各信号配線１１ａｅとの接続構造のサイズを維持して、有効領域Ａにおける各第１透明電極１３ａの幅及び間隔を狭くすることにより、複数の第１透明電極１３ａのピッチを小さくすることができる。また、各第１透明電極１３ａｏと各信号配線１１ａｏとの接続構造、及び各第１透明電極１３ａｅと各信号配線１１ａｅとの接続構造のサイズを大きくすることにより、各第１透明電極１３ａｏと各信号配線１１ａｏとのコンタクト抵抗、及び各第１透明電極１３ａｅと各信号配線１１ａｅとのコンタクト抵抗を低くすることができる。
　《発明の実施形態３》
　図１４は、本実施形態の光偏向素子を構成する第１基板２０ｃの一部を拡大した平面図であり、図１５は、図１４中のXV－XV線に沿った第１基板２０ｃの断面図である。
　上記各実施形態では、コンタクトホール１２ｃを介して信号配線に第１透明電極が直接的に接続された第１基板を備えた光偏向素子を例示したが、本実施形態では、コンタクトホール１２ｃを介して信号配線に第１透明電極が間接的に接続された第１基板を備えた光偏向素子を例示する。
　本実施形態の光偏向素子は、互いに対向するように設けられた第１基板２０ｃ及び第２基板（３０ａ）と、第１基板２０ｃ及び第２基板（３０ａ）の間に設けられた水平配向型の液晶層（４０）と、第１基板２０ｃ及び第２基板（３０ａ）を互いに接着すると共に、第１基板２０ｃ及び第２基板（３０ａ）の間に液晶層（４０）を封入するために枠状に設けられたシール材とを備えている。
　第１基板２０ｃは、図１４及び図１５に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ａと、透明基板１０ａ上の無効領域（Ｒ）に実装された駆動回路（Ｄ）と、透明基板１０ａ上に設けられ、一方側の無効領域（Ｒ）において互いに平行に延びるＮ／２本の信号配線（１１ａｏ、図１０参照）と、透明基板１０ａ上に設けられ、他方側の無効領域Ｒにおいて互いに平行に延びるＮ／２本の信号配線１１ａｅ（図１０参照）と、各信号配線（１１ａｏ）及び各信号配線１１ａｅを覆うように設けられた絶縁膜１２と、絶縁膜１２上に設けられ、有効領域（Ａ）において所定の電極ピッチ（ｄ）で互いに平行に延び、奇数番目の第１透明電極１３ｂｏ、及び偶数番目の第１透明電極１３ｂｅからなる複数の第１透明電極１３ｂと、各第１透明電極１３ｂｏ及び各第１透明電極１３ｂｅを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。また、第１基板２０ｃでは、複数の第１透明電極１３ｂの隣り合うＮ本毎に要素格子（Ｅ）が規定されている。さらに、第１基板２０ｃでは、各要素格子（Ｅ）内において、図１４及び図１５に示すように、Ｎ／２本の第１透明電極１３ｂｅが、絶縁膜１２に形成された各コンタクトホール１２ｃを埋めるように設けられた金属層１４ａを介して、Ｎ／２本の信号配線１１ａｅに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ／２本の信号配線１１ａｅが駆動回路（Ｄ）にそれぞれ接続されている。また、第１基板２０ｃでは、各要素格子（Ｅ）内において、Ｎ／２本の第１透明電極１３ｂｏが、絶縁膜１２に形成された各コンタクトホール１２ｃを埋めるように設けられた金属層（１４ａ）を介して、Ｎ／２本の信号配線（１１ａｏ）に１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ／２本の信号配線（１１ａｏ）が駆動回路（Ｄ）にそれぞれ接続されている。
　金属層１４ａは、絶縁膜１２が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、チタン膜やモリブデン膜などの金属膜を厚さ５０ｎｍ～２００ｎｍ程度に成膜した後に、その金属膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。
　第１透明電極１３ｂｏ及び１３ｂｅは、金属層１４ａが形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。ここで、金属層１４ａと第１透明電極１３ｂｏ及び１３ｂｅとの重なり長さｈは、１０ｎｍ～２００ｎｍである。
　以上説明したように、本実施形態の第１基板２０ｃを備えた光偏向素子によれば、上記各実施形態と同様に、第１基板２０ｃ側に入射するレーザービーム（Ｂ）の直径φに応じて規定された各要素格子（Ｅ）内に配置する第１透明電極１３ａｏ及び１３ａｅの本数分だけ信号配線（１１ａｏ及び）１１ａｅが設けられているので、光偏向素子において、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
　また、本実施形態の第１基板２０ｃを備えた光偏向素子によれば、絶縁膜１２のコンタクトホール１２ｃの内部には、各第１透明電極１３ｂｏ及び各第１透明電極１３ｂｅを形成するための透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜など）でなく、その透明導電膜よりも低い電気抵抗を有する金属膜（例えば、モリブデン膜やチタン膜など）を用いた金属層１４ａが設けられているので、各第１透明電極１３ｂｏと各信号配線（１１ａｏ）とのコンタクト抵抗、及び各第１透明電極１３ｂｅと各信号配線１１ａｅとのコンタクト抵抗を低くすることができる。
　《発明の実施形態４》
　図１６は、本実施形態の光偏向素子５０ｄの断面図である。
　上記各実施形態では、単一の第２透明電極１６ａが設けられた第２基板３０ａを備えた光偏向素子を例示したが、本実施形態では、複数の第２透明電極１６ｂが設けられた第２基板３０ｄを備えた光偏向素子５０ｄを例示する。
　光偏向素子５０ｄは、図１６に示すように、互いに対向するように設けられた第１基板２０ａ及び第２基板３０ｄと、第１基板２０ａ及び第２基板３０ｄの間に設けられた水平配向型の液晶層４０と、第１基板２０ａ及び第２基板３０ｄを互いに接着すると共に、第１基板２０ａ及び第２基板３０ｄの間に液晶層４０を封入するために枠状に設けられたシール材（不図示）とを備えている。
　第２基板３０ｄは、図１６に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ｂと、透明基板１０ｂ上の有効領域（Ａ）に第１基板２０ａの各第１透明電極１３ａと重なり、互いに平行に延びるように設けられた複数の第２透明電極１６ｂと、各第２透明電極１６ｂを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。
　第２透明電極１６ｂは、絶縁基板１０ｂの基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。
　上記構成の光偏向素子５０ｄは、例えば、第１透明電極１３ａ１、第１透明電極１３ａ３、第２透明電極１６ｂ１及び第２透明電極１６ｂ３に０Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ２、第１透明電極１３ａ４、第２透明電極１６ｂ２及び第２透明電極１６ｂ４に５Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子（ｎ＝２）を形成し、第１透明電極１３ａ１、第１透明電極１３ａ４、第２透明電極１６ｂ１及び第２透明電極１６ｂ４に０Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ２（及び第１透明電極１３ａ５（不図示））に２．５Ｖの信号電圧を印加し、第２透明電極１６ｂ２（及び第２透明電極１６ｂ５（不図示））に－２．５Ｖの信号電圧を印加し、第１透明電極１３ａ３（及び第１透明電極１３ａ６（不図示））に５Ｖの信号電圧を印加し、第２透明電極１６ｂ３（及び第２透明電極１６ｂ６（不図示））に－５Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子（ｎ＝３）を形成するように構成されている。
　以上説明したように、本実施形態の光偏向素子５０ｄによれば、上記各実施形態と同様に、第１基板２０ａ側に入射するレーザービーム（Ｂ）の直径φに応じて規定された各要素格子（Ｅ）内に配置する第１透明電極１３ａの本数分だけ信号配線（１１ａ）が設けられているので、光偏向素子５０ｄにおいて、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
　また、本実施形態の光偏向素子５０ｄによれば、液晶層４０に印加される電位差を上記各実施形態よりも大きくすることができるので、位相変調量を大きくでき、回折効率を高くすることができる。
　なお、本実施形態では、上記実施形態１の第１基板２０ａに第２基板３０ｄを組み合わせた光偏向素子５０ｄを例示したが、上記実施形態２の第１基板２０ｂ及び上記実施形態３の第１基板２０ｃに第２基板３０ｄをそれぞれ組み合わせた光偏向素子であってもよい。
　《発明の実施形態５》
　図１７は、本実施形態の光偏向素子５０ｅの断面図である。
　上記各実施形態では、複数の第１透明電極が一層構造で設けられた第１基板を備えた光偏向素子を例示したが、本実施形態では、複数の第１透明電極が２層構造で設けられた第１基板２０ｅを備えた光偏向素子５０ｅを例示する。
　光偏向素子５０ｅは、図１７に示すように、互いに対向するように設けられた第１基板２０ｅ及び第２基板３０ａと、第１基板２０ｅ及び第２基板３０ａの間に設けられた水平配向型の液晶層４０と、第１基板２０ｅ及び第２基板３０ａを互いに接着すると共に、第１基板２０ｅ及び第２基板３０ａの間に液晶層４０を封入するために枠状に設けられたシール材（不図示）とを備えている。
　第１基板２０ｅは、図１７に示すように、ガラス基板などの透明な絶縁基板１０ａと、透明基板１０ａ上の有効領域（Ａ）に互いに平行に延びるように設けられた複数の下層第１透明電極１３ｅと、各下層第１透明電極１３ｅを覆うように設けられた絶縁膜９と、絶縁膜９上の有効領域（Ａ）に各下層第１透明電極１３ｅの間に互いに平行に延びるように設けられた複数の上層第１透明電極１５ｅと、各上層第１透明電極１５ｅを覆うように設けられた配向膜（不図示）とを備えている。ここで、第１基板２０ｅでは、複数の下層第１透明電極１３ｅ及び複数の上層第１透明電極１５ｅの隣り合うＮ本毎に要素格子（Ｅ）が規定されている。さらに、第１基板２０ｅでは、各要素格子（Ｅ）内において、Ｎ本の下層第１透明電極１３ｅ及びＮ本の信号配線１１ａに１対１で対応づけてそれぞれ接続されていると共に、Ｎ本の上層第１透明電極１５ｅ及びＮ本の他の信号配線１１ａに１対１で対応づけてそれぞれ接続されている。
　下層第１透明電極１３ｅは、信号配線（１１ａ）及び絶縁膜（１２）が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。
　絶縁膜９は、下層第１透明電極１３ｅが形成された基板全体に、例えば、プラズマＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を厚さ１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度に成膜した後に、その無機絶縁膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより形成される。
　上層第１透明電極１５ｅは、絶縁膜９が形成された基板全体に、例えば、スパッタリング法により、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜などの透明導電膜を厚さ１００ｎｍ～１５０ｎｍ程度に成膜した後に、その透明導電膜に対して、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング又はドライエッチング、及びレジストの剥離洗浄を行うことにより、形成される。
　上記構成の光偏向素子５０ｅは、例えば、下層第１透明電極１３ｅ１、下層第１透明電極１３ｅ３、上層第１透明電極１５ｅ１、上層第１透明電極１５ｅ３及び第２透明電極１６ａに０Ｖの信号電圧を印加し、下層第１透明電極１３ｅ２、下層第１透明電極１３ｅ４、上層第１透明電極１５ｅ２及び上層第１透明電極１５ｅ４に５Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子（ｎ＝２）を形成し、下層第１透明電極１３ｅ１、上層第１透明電極１５ｅ１及び上層第１透明電極１５ｅ３に２．５Ｖの信号電圧を印加し、下層第１透明電極１３ｅ３、上層第１透明電極１５ｅ２及び上層第１透明電極１５ｅ４に５Ｖの信号電圧を印加し、下層第１透明電極１３ｅ２、下層第１透明電極１３ｅ４及び第２透明電極１６ａに０Ｖの信号電圧を印加することにより、液晶層４０に空間的な屈折率変調領域を誘起させて、液晶層４０にブレーズド型の回折格子（ｎ＝３）を形成するように構成されている。
　以上説明したように、本実施形態の光偏向素子５０ｅによれば、上記各実施形態と同様に、第１基板２０ｅ側に入射するレーザービーム（Ｂ）の直径φに応じて規定された各要素格子（Ｅ）内に配置する下層第１透明電極１３ｅ及び上層第１透明電極１５ｅの本数分だけ信号配線（１１ａ）が設けられているので、光偏向素子５０ｅにおいて、製造コストを抑制して、高速応答化を図ることができる。
　また、本実施形態の光偏向素子５０ｅによれば、実質的な電極ピッチが小さくなるので、回折角を大きくすることができる。
　また、本実施形態の光偏向素子５０ｅによれば、下層第１透明電極１３ｅ及び上層第１透明電極１５ｅの幅を広くできるので、下層第１透明電極１３ｅ及び上層第１透明電極１５ｅの電気抵抗を小さくすることができる。
　なお、上記各実施形態では、誘電率異方性が正のネマチックの液晶材料を用いた水平配向型の液晶層を備えた光偏向素子を例示したが、本発明は、強誘電性液晶材料を用いた液晶層を備えた光偏向素子、誘電率異方性が負のネマチックの液晶材料を用いた垂直配向型の液晶層を備えた光偏向素子などにも適用することができる。
　以上説明したように、本発明は、高回折角の光偏向素子が実現するので、観察者の位置に応じて追従が可能な３Ｄディスプレイにおける両眼へのビームステアリング、ディスプレイ全般におけるトラッキングデバイス、光学スキャナー、光通信用の光スイッチなどとして有用である。
Ａ　　　　有効領域
Ｂ　　　　レーザービーム（光）
Ｅ　　　　要素格子
Ｇａ，Ｇｂ　　　　回折格子
Ｒ　　　　無効領域
１１ａ，１１ａｏ，１１ａｅ　　信号配線
１２　　　絶縁膜
１２ｃ　　コンタクトホール
１３ａ，１３ａｏ，１３ａｅ　　第１透明電極
１３ｅ　　下層第１透明電極
１５ｅ　　上層第１透明電極
１６ａ，１６ｂ　　第２透明電極
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅ　　第１基板
３０ａ，３０ｄ　　第２基板
４０　　　液晶層
５０ａ，５０ｄ，５０ｅ　　　　光偏向素子

Claims (4)

  1. 　回折格子として機能する有効領域において、互いに平行に延びるように所定のピッチｄで設けられ、隣り合う所定の本数Ｎ毎に要素格子がそれぞれ規定された複数の第１透明電極を有する第１基板と、
    　上記第１基板に対向するように設けられ、上記有効領域に第２透明電極を有する第２基板と、
    　上記第１基板の各第１透明電極側、及び上記第２基板の第２透明電極側の間に設けられた液晶層と、
    　上記第１基板の有効領域の周囲の無効領域において、上記各第１透明電極と交差する方向に互いに平行に延びるように設けられ、上記各要素格子の隣り合うＮ本の第１透明電極に１対１で対応づけてそれぞれ接続されたＮ本の信号配線とを備え、
    　上記第１基板の上記液晶層と反対側の表面に入射する光の横断面における最大長さをφとするとき、Ｎ×ｄ≦φ／２である、光偏向素子。
  2. 　上記第１基板側に入射する光の波長をλとし、
    　上記第２基板側で出射する光の回折角の最小角度をθminとするとき、
    　Ｎ×ｄ＝λ／ｓｉｎθminである、請求項１に記載の光偏向素子。
  3. 　上記複数の第１透明電極のうち、奇数番目の第１透明電極は、上記有効領域の一方端側に引き出され、偶数番目の第１透明電極は、上記有効領域の他方端側に引き出され、
    　上記複数の信号配線は、上記有効領域の一方端側の無効領域と、上記有効領域の他方端側の無効領域とに分けて設けられている、請求項１又は２に記載の光偏向素子。
  4. 　上記各信号配線を覆うように絶縁膜が設けられ、
    　上記絶縁膜には、上記各信号配線と上記各第１透明電極とを接続するためのコンタクトホールが設けられ、
    　上記各信号配線と上記各第１透明電極とは、上記コンタクトホールを埋めるように設けられた金属層を介して接続されている、請求項１乃至３の何れか１つに記載の光偏向素子。
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