JP3147957B2 - 光スイッチ素子 - Google Patents
光スイッチ素子Info
- Publication number
- JP3147957B2 JP3147957B2 JP31481191A JP31481191A JP3147957B2 JP 3147957 B2 JP3147957 B2 JP 3147957B2 JP 31481191 A JP31481191 A JP 31481191A JP 31481191 A JP31481191 A JP 31481191A JP 3147957 B2 JP3147957 B2 JP 3147957B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- optical switch
- switch element
- light
- optical
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
-
- 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
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
-
- 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
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/315—Digital deflection, i.e. optical switching based on the use of controlled internal reflection
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光を光導波路の主面外側
方向に出射させる制御を行う新規な光スイッチ素子、よ
り具体的には特定の液晶セルを用いて構成した２次元マ
トリクス配置の多素子を一体化した光スイッチ素子に関
する。
方向に出射させる制御を行う新規な光スイッチ素子、よ
り具体的には特定の液晶セルを用いて構成した２次元マ
トリクス配置の多素子を一体化した光スイッチ素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報処理の大容量化、高密度化、
高速化にともない、光配線をはじめとする光技術の開発
実用化が急速に進んでいる。光による情報の伝送、処理
は電磁障害がないので、多重通信や多重スイッチングな
どの高密度情報処理に極めて有効である。
高速化にともない、光配線をはじめとする光技術の開発
実用化が急速に進んでいる。光による情報の伝送、処理
は電磁障害がないので、多重通信や多重スイッチングな
どの高密度情報処理に極めて有効である。
【０００３】このような処理を行うためには、光素子、
とくに、複数の光素子を一つにまとめた光素子、たとえ
ば、光導波路とスイッチング素子を一体化した光スイッ
チ素子が必要であり、種々の提案がなされている。たと
えば、強誘電体単結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）を基板として、その上に、たとえばＴｉ拡散層
を形成して光導波路とし、電気光学効果を用いて電圧印
加の有無により光のスイッチを行わせる光スイッチ素子
や光変調器が開発され、一部に実用化されはじめてい
る。
とくに、複数の光素子を一つにまとめた光素子、たとえ
ば、光導波路とスイッチング素子を一体化した光スイッ
チ素子が必要であり、種々の提案がなされている。たと
えば、強誘電体単結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ3 ）を基板として、その上に、たとえばＴｉ拡散層
を形成して光導波路とし、電気光学効果を用いて電圧印
加の有無により光のスイッチを行わせる光スイッチ素子
や光変調器が開発され、一部に実用化されはじめてい
る。
【０００４】このような強誘電体単結晶を用いる光スイ
ッチ素子は耐環境性に優れ、かつ、高速動作ができるな
どの点で大きな長所があり、用途によってはその将来性
が大いに注目されている。
ッチ素子は耐環境性に優れ、かつ、高速動作ができるな
どの点で大きな長所があり、用途によってはその将来性
が大いに注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の強
誘電体単結晶を用いる光スイッチ素子は、一般に製造技
術が難しく、また、多数のスイッチング素子をマトリク
ス状に配置して多重処理することが困難であるといった
問題があり、その解決が求められていた。
誘電体単結晶を用いる光スイッチ素子は、一般に製造技
術が難しく、また、多数のスイッチング素子をマトリク
ス状に配置して多重処理することが困難であるといった
問題があり、その解決が求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、透明電極と配向膜をそれぞれ積層した２
枚の透明基板を対面配置して形成された液晶注入空間
に、基板界面近傍では強誘電層を形成し中間部では常誘
電層を形成する液晶を注入して液晶セルを構成し、液晶
層の側面から光を入射させ、透明電極間に印加する電圧
を制御して、液晶層中を導波される光と液晶層の主面方
向に出射する光の間で制御を行うことを特徴とする光ス
イッチ素子を提供する。
に、本発明は、透明電極と配向膜をそれぞれ積層した２
枚の透明基板を対面配置して形成された液晶注入空間
に、基板界面近傍では強誘電層を形成し中間部では常誘
電層を形成する液晶を注入して液晶セルを構成し、液晶
層の側面から光を入射させ、透明電極間に印加する電圧
を制御して、液晶層中を導波される光と液晶層の主面方
向に出射する光の間で制御を行うことを特徴とする光ス
イッチ素子を提供する。
【０００７】この構成によれば、電極をＸ−Ｙマトリッ
クス配置してそのＸ−Ｙマトリッスクの交点において外
側層の屈折率を選択的に変化させ、その選択点で光スイ
ッチすることができる。また、本発明の好ましい態様で
は、前記液晶を動作温度範囲においてネマティック相で
あり、かつ、少なくともその１成分としてダイマー形成
能力を有するネマチック液晶で構成する。また、前記コ
ア層の側面から光を入力する手段、前記光スイッチ素子
から出力する光を受ける手段、前記電極に電圧を印加す
る手段を含むことができる。
クス配置してそのＸ−Ｙマトリッスクの交点において外
側層の屈折率を選択的に変化させ、その選択点で光スイ
ッチすることができる。また、本発明の好ましい態様で
は、前記液晶を動作温度範囲においてネマティック相で
あり、かつ、少なくともその１成分としてダイマー形成
能力を有するネマチック液晶で構成する。また、前記コ
ア層の側面から光を入力する手段、前記光スイッチ素子
から出力する光を受ける手段、前記電極に電圧を印加す
る手段を含むことができる。
【０００８】さらに本発明の光スイッチ素子は複数個を
組合せて多段処理に利用できる。
組合せて多段処理に利用できる。
【０００９】
【作用】中心部の屈折率より十分に小さい屈折率を有す
る層で外側を覆えば、中心部内の光は外側層との境界面
で全反射されること、外側層の屈折率が中心部の屈折率
と同等あるいはより大きくなれば中心部内の光は外側層
を通過することは知られている。従って、外側層（又は
中心部）の屈折率を電気光学効果で変化させることによ
って、中心部内の光を外側層で反射させたり、またその
主面から出力するようにスイッチングすることが可能で
ある。また、外側層の一部分だけを電気光学効果（電圧
印加）で屈折率変化させれば、一体の素子内において複
数の箇所でスイッチ操作することが可能になる。本発明
者は、基板界面近傍では強誘電層を形成し中間部では常
誘電層を形成する液晶を注入して構成した液晶セルで
は、強誘電性液晶層の屈折率が常誘電性液晶層の屈折率
よりも小さいことを今回見出したので、この液晶セルを
用いて上記の光スイッチ素子を構成することにより、素
子の製造が容易であり、かつ低電圧駆動できる。
る層で外側を覆えば、中心部内の光は外側層との境界面
で全反射されること、外側層の屈折率が中心部の屈折率
と同等あるいはより大きくなれば中心部内の光は外側層
を通過することは知られている。従って、外側層（又は
中心部）の屈折率を電気光学効果で変化させることによ
って、中心部内の光を外側層で反射させたり、またその
主面から出力するようにスイッチングすることが可能で
ある。また、外側層の一部分だけを電気光学効果（電圧
印加）で屈折率変化させれば、一体の素子内において複
数の箇所でスイッチ操作することが可能になる。本発明
者は、基板界面近傍では強誘電層を形成し中間部では常
誘電層を形成する液晶を注入して構成した液晶セルで
は、強誘電性液晶層の屈折率が常誘電性液晶層の屈折率
よりも小さいことを今回見出したので、この液晶セルを
用いて上記の光スイッチ素子を構成することにより、素
子の製造が容易であり、かつ低電圧駆動できる。
【００１０】
【実施例】本発明の光学スイッチ素子は上記の如く特定
のタイプの液晶セルで構成する。本発明者らは既にネマ
チック液晶セルの基板界面近傍での液晶分子配向につい
て基礎的検討を行い、ある特定の液晶材料および液晶分
子配向膜を用いた場合にはパネル基板界面部と液晶層中
間部で液晶の分子配向に大きな差があることを発見して
いる（Jap.J.Appl.Phys., Vol.29, L322, 1990）。すな
わち、図１（イ）に示すごとく基板界面近傍では液晶分
子が垂直配向をなし、一方、液晶層中間部では水平配向
をなすような分子配向をとる現象である。
のタイプの液晶セルで構成する。本発明者らは既にネマ
チック液晶セルの基板界面近傍での液晶分子配向につい
て基礎的検討を行い、ある特定の液晶材料および液晶分
子配向膜を用いた場合にはパネル基板界面部と液晶層中
間部で液晶の分子配向に大きな差があることを発見して
いる（Jap.J.Appl.Phys., Vol.29, L322, 1990）。すな
わち、図１（イ）に示すごとく基板界面近傍では液晶分
子が垂直配向をなし、一方、液晶層中間部では水平配向
をなすような分子配向をとる現象である。
【００１１】図１はこの態様の原理構成を示す図で、同
図（イ）は電圧無印加時、同図（ロ）は電圧印加時を示
した。図中、４１，４２は透明基板、４３，４４は透明
電極、４５，４６は配向膜、４７は液晶、４８は電源、
４９はスイッチである。同図（イ）の電圧無印加時にお
いて、上記の如くある特定の条件を満たすと、液晶層中
間部でダイマーを形成している液晶４７は基板界面近傍
では配向膜４５，４６との相互作用によりモノマーに分
離し、かつ、分極方向を揃えて、たとえば、配向膜４
５，４６にマイナス極側を接するように分子配列して、
それぞれの界面に強誘電性液晶層（Ａ）を形成する。こ
れに対して、中間部のダイマーを形成している液晶は常
誘電性液晶層（Ｂ）を形成している。
図（イ）は電圧無印加時、同図（ロ）は電圧印加時を示
した。図中、４１，４２は透明基板、４３，４４は透明
電極、４５，４６は配向膜、４７は液晶、４８は電源、
４９はスイッチである。同図（イ）の電圧無印加時にお
いて、上記の如くある特定の条件を満たすと、液晶層中
間部でダイマーを形成している液晶４７は基板界面近傍
では配向膜４５，４６との相互作用によりモノマーに分
離し、かつ、分極方向を揃えて、たとえば、配向膜４
５，４６にマイナス極側を接するように分子配列して、
それぞれの界面に強誘電性液晶層（Ａ）を形成する。こ
れに対して、中間部のダイマーを形成している液晶は常
誘電性液晶層（Ｂ）を形成している。
【００１２】今回、本発明者らはこの強誘電性液晶層
（Ａ）の屈折率（ｎA ）が常誘電性液晶層（Ｂ）の屈折
率（ｎB ）よりも小さいことを見出した。したがって、
図示した如く液晶４７層の側面から光を入射させると、
強誘電性液晶層（Ａ）と常誘電性液晶層（Ｂ）との界面
で全反射を繰り返しながら液晶層の中を伝播して行く。
すなわち、液晶層が光導波路を形成することになる。
（Ａ）の屈折率（ｎA ）が常誘電性液晶層（Ｂ）の屈折
率（ｎB ）よりも小さいことを見出した。したがって、
図示した如く液晶４７層の側面から光を入射させると、
強誘電性液晶層（Ａ）と常誘電性液晶層（Ｂ）との界面
で全反射を繰り返しながら液晶層の中を伝播して行く。
すなわち、液晶層が光導波路を形成することになる。
【００１３】一方、この状態でスイッチ４を閉じると同
図（ロ）に示したごとく、スイッチを閉状態にした瞬
間、バネルに印加する電圧の極性に応じて強誘電性液晶
層（Ａ）の部分の分極が反転する。たとえば、印加する
電圧がプラスの場合、図１（ロ）に示したＢ′部分の分
極した液晶分子のうちの一部が分極反転を生じる。これ
に伴って、Ｂ′部分全体の平均屈折率（ｎB ′）はｎA
よりも大きくなり、ほぼｎB と同程度の大きさになる。
したがって、入射した光は界面で全反射せずにパルの外
に出射していくことになる。
図（ロ）に示したごとく、スイッチを閉状態にした瞬
間、バネルに印加する電圧の極性に応じて強誘電性液晶
層（Ａ）の部分の分極が反転する。たとえば、印加する
電圧がプラスの場合、図１（ロ）に示したＢ′部分の分
極した液晶分子のうちの一部が分極反転を生じる。これ
に伴って、Ｂ′部分全体の平均屈折率（ｎB ′）はｎA
よりも大きくなり、ほぼｎB と同程度の大きさになる。
したがって、入射した光は界面で全反射せずにパルの外
に出射していくことになる。
【００１４】図２は本発明の基本動作特性を示す図で、
縦軸に液晶セルの主面方向に出射する光強度を、横軸に
印加電圧をとってある。一般に、電圧印加にともなって
分極反転する液晶分子の数は印加電圧の大きさにしたが
って多くなるが、通常の液晶ディスプレイと同様に図示
した如くしきい値電圧が存在する。すなわち、ある電圧
に達するまでは殆ど透過光は得られず、しきい値電圧を
越えると印加電圧に対応して透過光強度が増加し、たと
えば、強誘電性液晶層の分極が全て分極反転すると透過
光強度は飽和する。
縦軸に液晶セルの主面方向に出射する光強度を、横軸に
印加電圧をとってある。一般に、電圧印加にともなって
分極反転する液晶分子の数は印加電圧の大きさにしたが
って多くなるが、通常の液晶ディスプレイと同様に図示
した如くしきい値電圧が存在する。すなわち、ある電圧
に達するまでは殆ど透過光は得られず、しきい値電圧を
越えると印加電圧に対応して透過光強度が増加し、たと
えば、強誘電性液晶層の分極が全て分極反転すると透過
光強度は飽和する。
【００１５】すなわち、この態様によれば極めて簡単な
素子構成で光導波路と一体化された光スイッチ素子、と
くに、２次元マトリクス配置の光スイッチ素子アレイが
構成されるので、並列光情報処理が可能となる。しか
も、液晶セルを用いているのでＣ−ＭＯＳレベルでの低
電圧駆動ができ極めて低価格で製造することができる。
液晶セルを用いたデバイスとしては液晶表示素子が広く
実用化され、すでに６４０×４００ドット以上の大型Ｘ
−Ｙマトリクス構成の液晶表示装置が既に普及してお
り、大型・大容量の液晶セルの製造技術は高度の域に達
している。
素子構成で光導波路と一体化された光スイッチ素子、と
くに、２次元マトリクス配置の光スイッチ素子アレイが
構成されるので、並列光情報処理が可能となる。しか
も、液晶セルを用いているのでＣ−ＭＯＳレベルでの低
電圧駆動ができ極めて低価格で製造することができる。
液晶セルを用いたデバイスとしては液晶表示素子が広く
実用化され、すでに６４０×４００ドット以上の大型Ｘ
−Ｙマトリクス構成の液晶表示装置が既に普及してお
り、大型・大容量の液晶セルの製造技術は高度の域に達
している。
【００１６】図３は本発明の実施例を示す図で、同図
（イ）は素子構成の概略を示す斜視図、同図（ロ）は光
スイッチの状態を示す図であり、この実施例は３×３の
マトリクス構成の光スイッチ素子の場合である。図中、
５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）は透明電極で、走査電
圧を入力する３本のストライプ状電極から構成され、一
方、５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）は透明電極で、信
号電圧を入力する３本のストライプ状電極から構成され
ている。
（イ）は素子構成の概略を示す斜視図、同図（ロ）は光
スイッチの状態を示す図であり、この実施例は３×３の
マトリクス構成の光スイッチ素子の場合である。図中、
５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）は透明電極で、走査電
圧を入力する３本のストライプ状電極から構成され、一
方、５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）は透明電極で、信
号電圧を入力する３本のストライプ状電極から構成され
ている。
【００１７】具体的には、ガラス製の基板５３および５
４の上に、巾５mm、間隔２mmの透明導電膜、たとえば、
ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2)からなるストライプ状の
透明電極５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）および５２
（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）をそれぞれ形成する。その
上に図示してない配向膜として、たとえば、ポリイミド
樹脂をスピンコートし約３５０℃で焼成したあと、両基
板の透明電極５３，５４を交叉させてマトリクス配置に
構成したときに互いに平行あるいは反平行になるように
ラビング処理を施す。
４の上に、巾５mm、間隔２mmの透明導電膜、たとえば、
ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2)からなるストライプ状の
透明電極５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）および５２
（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）をそれぞれ形成する。その
上に図示してない配向膜として、たとえば、ポリイミド
樹脂をスピンコートし約３５０℃で焼成したあと、両基
板の透明電極５３，５４を交叉させてマトリクス配置に
構成したときに互いに平行あるいは反平行になるように
ラビング処理を施す。
【００１８】配向膜は表面極性の高い膜、特にダイマー
をモノマーに分離することが可能な膜が好ましく、例え
ばアルキルアミン基を持つポリマーからなる膜を焼き付
けたものを挙げることができる。配向膜として有効なそ
の他の例はポリビニルアルコール、ポリアミドイミド、
ポリアミド、ポリピロリドン、ポリｐ−ビニルフェノー
ル、ポリビニルアセテート、これらの共重合体等であ
る。
をモノマーに分離することが可能な膜が好ましく、例え
ばアルキルアミン基を持つポリマーからなる膜を焼き付
けたものを挙げることができる。配向膜として有効なそ
の他の例はポリビニルアルコール、ポリアミドイミド、
ポリアミド、ポリピロリドン、ポリｐ−ビニルフェノー
ル、ポリビニルアセテート、これらの共重合体等であ
る。
【００１９】両基板を上記のごとき配置でセルギャップ
３０μｍになるように液晶セルを形成し、セル空間に液
晶２として、たとえば、ダイマーを形成し易いシアノビ
フェニルを主成分とする混合ネマチック液晶組成物を注
入封止する。液晶セルに封入すべき液晶の好ましい例
は、ダイマーを形成可能な液晶である。ある液晶分子が
ダイマーを形成する能力は分子の構造から予見でき、か
つダイマーを形成したか否かは液晶セルに封入後容量を
測定することによって検知可能である。このような液晶
の例には４−アルキル−４−シアノビフェニル（例、４
−ペンチル−４−シアノビフェニル、４−ヘプチル−４
−シアノビフェニル、４−ヘキシル−４−シアノビフェ
ニル）、４−アルコキシ−４−シアノビフェニル、４−
アルキル−ジオキサン−４−シアノベンゼン（４−ペン
チル−ジオキサン−４−シアノベンゼン）、４−アルコ
キシ−ジオキサン−４−シアノベンゼン、４−アルキル
−４−フルオロビフェニル（４−ペンチル−４−フルオ
ロビフェニル）、４−アルコキシ−４−フルオロビフェ
ニル等がある。勿論、このような液晶の他、他の液晶や
溶媒を混合できる。
３０μｍになるように液晶セルを形成し、セル空間に液
晶２として、たとえば、ダイマーを形成し易いシアノビ
フェニルを主成分とする混合ネマチック液晶組成物を注
入封止する。液晶セルに封入すべき液晶の好ましい例
は、ダイマーを形成可能な液晶である。ある液晶分子が
ダイマーを形成する能力は分子の構造から予見でき、か
つダイマーを形成したか否かは液晶セルに封入後容量を
測定することによって検知可能である。このような液晶
の例には４−アルキル−４−シアノビフェニル（例、４
−ペンチル−４−シアノビフェニル、４−ヘプチル−４
−シアノビフェニル、４−ヘキシル−４−シアノビフェ
ニル）、４−アルコキシ−４−シアノビフェニル、４−
アルキル−ジオキサン−４−シアノベンゼン（４−ペン
チル−ジオキサン−４−シアノベンゼン）、４−アルコ
キシ−ジオキサン−４−シアノベンゼン、４−アルキル
−４−フルオロビフェニル（４−ペンチル−４−フルオ
ロビフェニル）、４−アルコキシ−４−フルオロビフェ
ニル等がある。勿論、このような液晶の他、他の液晶や
溶媒を混合できる。
【００２０】なお、液晶セルの封止部の、少なくとも、
一面側には光を入射させる透明窓を設けてある（図示せ
ず）。上記図示してない左側の透明窓から、たとえば、
３本の光ビームを液晶層に入射させると透明電極５１，
５２のマトリクス交点に印加される電圧により、図１で
示した基板界面近傍での強誘電体的液晶層Ａから常誘電
体的液晶層Ｂ′への相転換にともなって、光は液晶セル
の主面下側への光（５１ａ、５２ｃ）や上側への光（５
１ｂ，５２ｂ）および光（５１ｃ，５２ａ）へと光スイ
ッチが行われる。すなわち、本実施例の構成により液晶
層を光導波路とし液晶層の主面方向に光ビームを取り出
す３×３のマトリクス型の光スイッチ素子が得られるの
である。
一面側には光を入射させる透明窓を設けてある（図示せ
ず）。上記図示してない左側の透明窓から、たとえば、
３本の光ビームを液晶層に入射させると透明電極５１，
５２のマトリクス交点に印加される電圧により、図１で
示した基板界面近傍での強誘電体的液晶層Ａから常誘電
体的液晶層Ｂ′への相転換にともなって、光は液晶セル
の主面下側への光（５１ａ、５２ｃ）や上側への光（５
１ｂ，５２ｂ）および光（５１ｃ，５２ａ）へと光スイ
ッチが行われる。すなわち、本実施例の構成により液晶
層を光導波路とし液晶層の主面方向に光ビームを取り出
す３×３のマトリクス型の光スイッチ素子が得られるの
である。
【００２１】本実施例の場合、直径２０μｍφ以下に絞
った光ビームを３本並列に入射させ光スイッチングを行
わせたところ、液晶層の主面方向で光強度のＯＮ／ＯＦ
Ｆ比として５０：１以上の光スイッチが可能であること
を確認した。以上の実施例では３×３のマトリクス構成
のものを示したが、ストライプ状の透明電極数を多くす
ることにより、さらに並列処理数をふやした光スイッチ
素子が実現できることは言うまでもない。
った光ビームを３本並列に入射させ光スイッチングを行
わせたところ、液晶層の主面方向で光強度のＯＮ／ＯＦ
Ｆ比として５０：１以上の光スイッチが可能であること
を確認した。以上の実施例では３×３のマトリクス構成
のものを示したが、ストライプ状の透明電極数を多くす
ることにより、さらに並列処理数をふやした光スイッチ
素子が実現できることは言うまでもない。
【００２２】図４はこの態様の実施例の駆動方法の例を
示す図で、図３の３×３のマトリクス構成の場合を例に
とってある。たとえば、走査側の透明電極５１（５１
ａ，５１ｂ，５１ｃ）に図示したごとき±２Ｖの走査電
圧パルス列を印加し、一方、信号側の透明電極５２（５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ）には＋１８Ｖの信号電圧を前記
走査電圧パルス列の，，の各パルスにそれぞれ同
期させて印加すると、マトリクス交点の（１１ａ，２１
ｃ）、（１１ｂ，２１ｂ）、（１１ｃ，２１ａ）で選択
電圧＋２０となって光は、たとえば、上側に反射スイッ
チされ、その他の交点では非選択もしくは半選択（＋１
６Ｖ）となって光はそのまま液晶層の中を伝播される。
示す図で、図３の３×３のマトリクス構成の場合を例に
とってある。たとえば、走査側の透明電極５１（５１
ａ，５１ｂ，５１ｃ）に図示したごとき±２Ｖの走査電
圧パルス列を印加し、一方、信号側の透明電極５２（５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ）には＋１８Ｖの信号電圧を前記
走査電圧パルス列の，，の各パルスにそれぞれ同
期させて印加すると、マトリクス交点の（１１ａ，２１
ｃ）、（１１ｂ，２１ｂ）、（１１ｃ，２１ａ）で選択
電圧＋２０となって光は、たとえば、上側に反射スイッ
チされ、その他の交点では非選択もしくは半選択（＋１
６Ｖ）となって光はそのまま液晶層の中を伝播される。
【００２３】なお、ある信号電極の信号電圧を−１８Ｖ
とすればその交点では光は反対側、すなわち、下側に反
射スイッチされることは言うまでもない。図５に本発明
の光スイッチ装置の具体的な例を示す。光スイッチ装置
１１の光スイッチ素子１２は、コア層及び外側層又はク
ラッド層（図示せず）の外に、４×４マトリックスから
なるＸ−Ｙマトリックス状に配置されたストリップ状透
明電極１３，１４を有する。光スイッチ素子１２には信
号入力用光ファイバアレイ１５が接続され、この光ファ
イバアレイ１５は透明電極１３の４本の平行ストリップ
にそれぞれ対応するように配置された４本の光ファイバ
を含む。同様に、光スイッチ素子１２にはもう１つ信号
出力用光ファイバアレイ１６が接続され、この光ファイ
バアレイ１６も透明電極１３の４本の平行ストリップに
それぞれ対応するように配置された４本の光ファイバを
含む。
とすればその交点では光は反対側、すなわち、下側に反
射スイッチされることは言うまでもない。図５に本発明
の光スイッチ装置の具体的な例を示す。光スイッチ装置
１１の光スイッチ素子１２は、コア層及び外側層又はク
ラッド層（図示せず）の外に、４×４マトリックスから
なるＸ−Ｙマトリックス状に配置されたストリップ状透
明電極１３，１４を有する。光スイッチ素子１２には信
号入力用光ファイバアレイ１５が接続され、この光ファ
イバアレイ１５は透明電極１３の４本の平行ストリップ
にそれぞれ対応するように配置された４本の光ファイバ
を含む。同様に、光スイッチ素子１２にはもう１つ信号
出力用光ファイバアレイ１６が接続され、この光ファイ
バアレイ１６も透明電極１３の４本の平行ストリップに
それぞれ対応するように配置された４本の光ファイバを
含む。
【００２４】光ファイバ素子１２は透明電極１３，１４
が交差する１６のスポットを有し、各スポットにおいて
光は３方向にスイッチされることができる。光スイッチ
装置１１は、さらに、電極Ｘ−Ｙマトリックスの１６個
のスポットに対応する１６個の光センサを有する光セン
サアレイ１７，１８を有し、これらの光センサアレイ１
７，１８は１６本の信号出力用光ファイバを含む光ファ
イバアレイ１９，２０にそれぞれ接続されている。光セ
ンサアレイ１７，１８は光スイッチ素子１２から空間的
に離れている必要はないし、また電極Ｘ−Ｙマトリック
スの１６個のスポットにそれぞれ対応する光ファイバが
直接に接続されていてもよい。さらに、光センサは光信
号を電気信号に変換できるものでもよく、この場合光セ
ンサアレイ１７，１８には電気ケーブルアレイが接続さ
れる。
が交差する１６のスポットを有し、各スポットにおいて
光は３方向にスイッチされることができる。光スイッチ
装置１１は、さらに、電極Ｘ−Ｙマトリックスの１６個
のスポットに対応する１６個の光センサを有する光セン
サアレイ１７，１８を有し、これらの光センサアレイ１
７，１８は１６本の信号出力用光ファイバを含む光ファ
イバアレイ１９，２０にそれぞれ接続されている。光セ
ンサアレイ１７，１８は光スイッチ素子１２から空間的
に離れている必要はないし、また電極Ｘ−Ｙマトリック
スの１６個のスポットにそれぞれ対応する光ファイバが
直接に接続されていてもよい。さらに、光センサは光信
号を電気信号に変換できるものでもよく、この場合光セ
ンサアレイ１７，１８には電気ケーブルアレイが接続さ
れる。
【００２５】光スイッチ素子１２、光センサアレイ１
９，２０は支持体２１によって一体に支持されている。
この光スイッチ素子１２が多段に接続されることができ
ることは明らかである。すなわち、１つの光スイッチ素
子でスイッチされた出力信号たる光を、さらに別の光ス
イッチ素子に入力信号として入力し、そこでさらにスイ
ッチするわけである。
９，２０は支持体２１によって一体に支持されている。
この光スイッチ素子１２が多段に接続されることができ
ることは明らかである。すなわち、１つの光スイッチ素
子でスイッチされた出力信号たる光を、さらに別の光ス
イッチ素子に入力信号として入力し、そこでさらにスイ
ッチするわけである。
【００２６】以上述べた実施例は例を示したもので、本
発明の趣旨に添うものである限り、その他使用する素材
や構成など上記以外の適宜好ましいもの、あるいはそれ
らの組み合わせを用いてよいことは言うまでもない。
発明の趣旨に添うものである限り、その他使用する素材
や構成など上記以外の適宜好ましいもの、あるいはそれ
らの組み合わせを用いてよいことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば極
めて簡単な素子構成で光導波路と一体化された光スイッ
チ素子、とくに、２次元マトリクス配置の光スイッチ素
子アレイが構成されるので、並列光情報処理が可能とな
る。しかも、液晶セルを用いているので、Ｃ−ＭＯＳレ
ベルでの低電圧駆動が可能で極めて低価格で製造するこ
とができ、並列処理型の光スイッチ装置の性能の向上と
低価格化に寄与するところが極めて大きい。
めて簡単な素子構成で光導波路と一体化された光スイッ
チ素子、とくに、２次元マトリクス配置の光スイッチ素
子アレイが構成されるので、並列光情報処理が可能とな
る。しかも、液晶セルを用いているので、Ｃ−ＭＯＳレ
ベルでの低電圧駆動が可能で極めて低価格で製造するこ
とができ、並列処理型の光スイッチ装置の性能の向上と
低価格化に寄与するところが極めて大きい。
【図１】本発明の液晶セルを用いた光スイッチ素子の原
理構成を示す図である。
理構成を示す図である。
【図２】図１の態様の基本動作特性を示す図である。
【図３】本発明の光スイッチ素子の具体例を示す図であ
る。
る。
【図４】図３の具体例の駆動方法の例を説明する図であ
る。
る。
【図５】本発明の光スイッチ素子の具体的例を示す図で
ある。
ある。
１１…光スイッチ装置 １２…光スイッチ素子 １３，１４…透明電極 １５，１６…光ファイバアレイ １７，１８…光センサアレイ １９，２０…光ファイバアレイ ３１…コア層（常誘電体） ３２…外側層（強誘電体） ３３…透明電極 ３４…透明基板 ４１，４２…透明基板 ４３，４４…透明電極 ４５，４６…配向膜 ４７…液晶 Ａ…強誘電体液晶層 Ｂ…常誘電体液晶層 Ｂ′…強誘電体液晶層 ４８…電源 ４９…電源スイッチ ５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）、５２（５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ）…透明電極５３，５４…透明基板
ｂ，５２ｃ）…透明電極５３，５４…透明基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−20931（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−185692（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−56328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153577（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02F 1/31
Claims (4)
- 【請求項１】 透明電極と配向膜をそれぞれ積層した２
枚の透明基板を対面配置して形成された液晶注入空間
に、基板界面近傍では強誘電層を形成し中間部では常誘
電層を形成する液晶を注入して液晶セルを構成し、 前記液晶層の側面から光を入射させ、前記透明電極間に
印加する電圧を制御して、前記液晶層中を導波される光
と、前記液晶層の主面外側方向に出射する光との間で制
御を行うことを特徴とする光スイッチ素子。 - 【請求項２】 前記液晶が動作温度範囲においてネマテ
ィック相であり、かつ、少なくともその１成分としてダ
イマー形成能力を有するネマチック液晶を含むことを特
徴とした請求項１記載の光スイッチ素子。 - 【請求項３】 前記コア層の側面から光を入力する手
段、前記光スイッチ素子から出力する光を受ける手段、
前記電極に電圧を印加する手段を含む請求項１または２
記載の光スイッチ素子。 - 【請求項４】 請求項１〜３記載の光スイッチ素子の１
つから出力される光を別の光スイッチ素子でさらにスイ
ッチして多段に処理するように構成された光スイッチ素
子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32751890 | 1990-11-28 | ||
| JP2-327518 | 1990-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052157A JPH052157A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3147957B2 true JP3147957B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=18200012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31481191A Expired - Fee Related JP3147957B2 (ja) | 1990-11-28 | 1991-11-28 | 光スイッチ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5317429A (ja) |
| EP (1) | EP0488708B1 (ja) |
| JP (1) | JP3147957B2 (ja) |
| DE (1) | DE69124487T2 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384650A (en) * | 1992-04-06 | 1995-01-24 | Hughes Aircraft Company | Light valve with twisted perpendicular liquid crystal with a negative dielectric anisotropy |
| US5561735A (en) * | 1994-08-30 | 1996-10-01 | Vortek Industries Ltd. | Rapid thermal processing apparatus and method |
| US5750214A (en) * | 1995-12-13 | 1998-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid crystal device |
| US5726730A (en) * | 1996-12-19 | 1998-03-10 | Xerox Corporation | Optical equivalents of fiber optic face plates using reactive liquid crystals and polymers |
| US5928819A (en) * | 1996-12-19 | 1999-07-27 | Xerox Corporation | Methods to fabricate optical equivalents of fiber optic face plates using reactive liquid crystals and polymers |
| US6160606A (en) * | 1997-08-05 | 2000-12-12 | Xerox Corporation | Optical equivalents of fiber optic face plates using irradiation sensitive glass |
| DE19816674A1 (de) * | 1998-04-15 | 1999-10-28 | Fraunhofer Ges Forschung | Optisches Bauelement und Verfahren zum Schalten oder Modulieren von Licht |
| US6661942B1 (en) | 1998-07-20 | 2003-12-09 | Trans Photonics, Llc | Multi-functional optical switch (optical wavelength division multiplexer/demultiplexer, add-drop multiplexer and inter-connect device) and its methods of manufacture |
| US6303411B1 (en) | 1999-05-03 | 2001-10-16 | Vortek Industries Ltd. | Spatially resolved temperature measurement and irradiance control |
| US6157753A (en) * | 1999-05-21 | 2000-12-05 | Agilent Technologies, Inc. | Programmable light path device |
| US6862380B2 (en) * | 2000-02-04 | 2005-03-01 | At&T Corp. | Transparent optical switch |
| GB2359898A (en) * | 2000-03-04 | 2001-09-05 | Bookham Technology Ltd | An integrated optical waveguide |
| WO2002033005A2 (en) | 2000-10-19 | 2002-04-25 | Trans Photonics, L.L.C. | Novel substituted-polyaryl chromophoric compounds |
| US6594446B2 (en) * | 2000-12-04 | 2003-07-15 | Vortek Industries Ltd. | Heat-treating methods and systems |
| US7445382B2 (en) * | 2001-12-26 | 2008-11-04 | Mattson Technology Canada, Inc. | Temperature measurement and heat-treating methods and system |
| AU2003287837A1 (en) | 2002-12-20 | 2004-07-14 | Vortek Industries Ltd | Methods and systems for supporting a workpiece and for heat-treating the workpiece |
| JP5630935B2 (ja) * | 2003-12-19 | 2014-11-26 | マトソン テクノロジー、インコーポレイテッド | 工作物の熱誘起運動を抑制する機器及び装置 |
| KR101027876B1 (ko) * | 2003-12-29 | 2011-04-07 | 엘지디스플레이 주식회사 | 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 제조방법 |
| US7576814B2 (en) * | 2004-03-29 | 2009-08-18 | Lg. Display Co., Ltd. | Liquid crystal display device of in-plane switching mode, method of fabricating the same, and method of driving the same |
| KR101066028B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2011-09-20 | 엘지디스플레이 주식회사 | 면 구동 액정표시장치 |
| JP4855065B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2012-01-18 | 克己 中津原 | 光フィルタ及び光フィルタの製造方法 |
| JP5967859B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2016-08-10 | マトソン テクノロジー、インコーポレイテッド | 熱処理中の被加工物を支持するシステムおよび方法 |
| WO2009137940A1 (en) | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Mattson Technology Canada, Inc. | Workpiece breakage prevention method and apparatus |
| CN102492208A (zh) * | 2011-12-13 | 2012-06-13 | 黑龙江省科学院技术物理研究所 | 一种利用热塑性聚酯弹性体改性线性低密度聚乙烯的方法 |
| CN112882308B (zh) * | 2019-11-29 | 2023-10-03 | 北京小米移动软件有限公司 | 面板、显示模组及显示模组的显示视角控制方法 |
| JP7824808B2 (ja) * | 2022-04-21 | 2026-03-05 | Tdk株式会社 | 光検知素子 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5421100B2 (ja) * | 1974-06-13 | 1979-07-27 | ||
| US4066334A (en) * | 1975-01-06 | 1978-01-03 | National Research Development Corporation | Liquid crystal light deflector |
| JPS5855485B2 (ja) * | 1979-02-21 | 1983-12-09 | スペリ− コ−ポレ−シヨン | 液晶スイツチングマトリクス |
| JPS57147618A (en) * | 1981-03-10 | 1982-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical switch matrix |
| GB8313484D0 (en) * | 1983-05-16 | 1983-06-22 | King L H | Optical waveguide |
| JPS6120931A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光制御装置 |
| DE3601742A1 (de) * | 1985-06-13 | 1987-07-23 | Merck Patent Gmbh | Organosiliciumverbindungen |
| JPS6232419A (ja) * | 1985-08-05 | 1987-02-12 | Nec Home Electronics Ltd | 表示装置 |
| JPS62127829A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 導波路形液晶光マトリツクススイツチ |
| DD268785A1 (de) * | 1988-02-08 | 1989-06-07 | Zeiss Jena Veb Carl | Aktives anzeigeelement auf fluessig-kristalliner basis |
| JP2674600B2 (ja) * | 1988-05-07 | 1997-11-12 | コニカ株式会社 | 液晶表示装置 |
| US5153761A (en) * | 1990-03-20 | 1992-10-06 | Everex Systems, Inc. | High performance light valve having double layer photoconductor |
-
1991
- 1991-11-27 US US07/798,968 patent/US5317429A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-28 EP EP91310983A patent/EP0488708B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-28 DE DE69124487T patent/DE69124487T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-28 JP JP31481191A patent/JP3147957B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69124487D1 (de) | 1997-03-13 |
| JPH052157A (ja) | 1993-01-08 |
| DE69124487T2 (de) | 1997-05-22 |
| EP0488708B1 (en) | 1997-01-29 |
| US5317429A (en) | 1994-05-31 |
| EP0488708A2 (en) | 1992-06-03 |
| EP0488708A3 (en) | 1992-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3147957B2 (ja) | 光スイッチ素子 | |
| US5276747A (en) | Polarization-independent optical switch/attenuator | |
| CN1318885C (zh) | 液晶可变波长滤波装置及其驱动方法 | |
| KR920009824B1 (ko) | 액정표시장치 | |
| US6433849B1 (en) | High reflectivity bistable liquid crystal display | |
| Hirabayashi et al. | Free-space optical interconnections with liquid-crystal microprism arrays | |
| US4836657A (en) | Optical change-over switch utilizing ferroelectric liquid crystal material | |
| US6438298B1 (en) | Optical device using photonics | |
| CN111142300A (zh) | 显示装置、显示装置的制作方法以及控制方法 | |
| CA2123259C (en) | Liquid crystal light modulation device | |
| Feenstra et al. | A video‐speed reflective display based on electrowetting: principle and properties | |
| JPH0369921A (ja) | 電気導電性高分子及び電気導電性高分子を用いた液晶スイッチ及びディスプレー素子における配向層 | |
| JPH0618940A (ja) | 光ビームシフタ | |
| D'ALESSANDRO et al. | Realisation and characterisation of a ferroelectric liquid crystal bistable optical switch | |
| Gros et al. | Ferroelectric liquid crystal optical waveguide switches using the double-refraction effect | |
| JPS6214114A (ja) | 表示装置およびその駆動方法 | |
| Skinner et al. | A low crosstalk microoptic liquid crystal switch | |
| JPH0750284B2 (ja) | 光路切換器 | |
| JPH04181231A (ja) | 導波路型電気光学デバイス | |
| CA2077132A1 (en) | Liquid crystal display | |
| JPH023009A (ja) | 液晶表示装置 | |
| JPH03204621A (ja) | 光マトリックススイッチ | |
| JP2665331B2 (ja) | 強誘電性液晶表示素子の駆動方法 | |
| JPH0430005B2 (ja) | ||
| TW366434B (en) | Liquid crystal display device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001128 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |