JPH06250153A - 光学素子 - Google Patents

光学素子

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JPH06250153A
JPH06250153A JP3172193A JP3172193A JPH06250153A JP H06250153 A JPH06250153 A JP H06250153A JP 3172193 A JP3172193 A JP 3172193A JP 3172193 A JP3172193 A JP 3172193A JP H06250153 A JPH06250153 A JP H06250153A
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敬二 田中
Shinji Tsuru
信二 津留
Kinya Kato
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の反射または直進を制御する光学素子にお
いては光の反射効率を高くし、回折または直進を制御す
る光学素子においては回折効率または回折角を大きく制
御できる光学素子を提供する。 【構成】 屈折率が異なる複数の液晶よりなる領域と複
数の高分子材料よりなる領域からなり、電界によって液
晶の屈折率を変化させることにより、入射光の回折また
は直進、もしくは反射または直進の制御が可能な光学素
子において、高分子材料として、付加重合が可能な多官
能性炭素−炭素不飽和化合物(ポリエン)と多官能性チ
オール(ポリチオール)を少なくとも含む樹脂の硬化生
成物からなる高分子材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表示素子および光通
信、光信号処理等に用いられる光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明者らは、先に反射形カラー表示素
子および光スイッチの開発を目的として、電圧によって
光の反射または直進、あるいは回折または直進を制御で
きる光学素子を提案した〔特開平4−178623号公
報および特願平3−341531号〕。図4(a)に光
の回折または直進を制御する光学素子の構造を、図4
(b)に光の反射または直進を制御する光学素子の構造
を模式的に示す。この光学素子は、透明電極3および4
の間に、高分子材料5の領域と液晶6の領域からなる周
期構造を形成してある。液晶6は電界によって屈折率が
変化するため、液晶6と高分子材料5の屈折率差を変化
させることができる。図4(a)において、液晶6と高
分子材料5の屈折率差が大きい場合には、位相形回折格
子の原理〔例えば、光学の原理〔ボルン、ウオルフ著:
東海大学出版(1989年第7刷),p.610を参照〕にした
がって光を回折する。また、電圧を印加し液晶6の屈折
率を変えて高分子材料5と液晶6の屈折率差を小さくす
ると回折格子の構造が消失し光をそのまま直進させるこ
とができる。したがって、光の回折または直進を制御す
ることができる。一方、図4(b)において、液晶6と
高分子材料5の屈折率差が大きい場合には、多層膜の光
学的性質から特定波長の光を反射する。また、電圧を印
加し液晶6の屈折率を変え、高分子材料5と液晶6の屈
折率差を小さくすると多層構造が消失し光をそのまま直
進させることができる。したがって、光の反射または直
進を制御することができる。また、これらの光学素子
は、レーザ光の干渉パタンを利用した手法を用いて極め
て容易に作製することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の光学素子の性能の向上をはかるものであっ
て、光の反射または直進を制御する光学素子においては
光の反射効率を高くし、光の回折または直進を制御する
光学素子においては回折効率または回折角を大きく制御
することが可能な高性能の光学素子を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】光の反射または直進を制
御する光学素子では光の反射効率を高くし、さらに光の
回折または直進を制御する光学素子において回折効率ま
たは回折角を大きく制御するためには、100nm程度
の微細な間隔において液晶と高分子材料との分離性をよ
くし、液晶と高分子材料との屈折率差を大きく取れる構
造とする必要がある。本発明者らは、高分子材料として
付加重合が可能な多官能性炭素−炭素不飽和化合物(ポ
リエンと言う)と、多官能性チオール(ポリチオールと
言う):〔例えば“最新UV硬化技術”技術情報協会発
行(1991年),p.20を参照〕を少なくとも含む樹脂(ポ
リエンとポリチオール系樹脂と言う)の硬化生成物から
なる高分子材料を用いれば、100nm程度の微細な間
隔であっても液晶と高分子材料との分離性を極めて良好
にすることができ、かつ液晶と高分子材料との屈折率差
を大きく取れることを見い出した。本発明は、屈折率の
異なる複数の領域を有し、この複数の領域が液晶の領域
と高分子材料の領域からなり、電界によって上記液晶の
屈折率を変化させることにより、入射光の回折または直
進、あるいは反射または直進の制御が可能な光学素子に
おいて、上記液晶の領域と高分子材料の領域を微細な間
隔となし、両者の領域の分離性を良くし、かつ液晶と高
分子材料の屈折率差を大きく取るために、高分子材料と
してポリエンとポリチオール系樹脂の硬化生成物からな
る高分子材料を用いるものである。
【0005】
【作用】本発明の光学素子においては、高分子材料とし
てポリエンとポリチオール系樹脂の硬化生成物を用いる
ため、液晶と高分子材料の領域が100nm程度の微細
な間隔であっても液晶と高分子材料との境界を明確に分
離することができ、かつ微細な間隔で大きな屈折率変調
を実現することができる。したがって、光の反射または
直進を制御する光学素子においては反射効率が高く、光
の回折または直進を制御する光学素子においては回折効
率の向上または回折角を大きく制御することが可能とな
る。また、本発明の光学素子を簡便に作る方法として、
例えば複数のレーザ光を上記液晶と高分子材料の原料と
の混合物に照射し、レーザ光の干渉パタンによる光の強
弱層によって屈折率の異なる領域を形成させる手法を用
いることにより、極めて容易に反射効率が高く光の反射
または直進を制御することができる光学素子、および回
折効率または回折角の大きい光の回折または直進を制御
できる光学素子を得ることができる。
【0006】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例1〉図1は本実施例において例示する光の回折
または直進を制御する光学素子の構造を示す模式図であ
る。この構造は、図4(a)に示す従来の光学素子とほ
ぼ同様であるが、高分子材料の領域にポリエンとポリチ
オール系樹脂の硬化生成物からなる高分子材料12を用
いたところに特徴がある。例えば、膜厚500ÅのIT
O(InとSnとOの化合物)膜からなる2つの透明電
極3と4の間に、屈折率n3のポリエンとポリチオール
系樹脂(例えば、ノーランド社製NOA65:n3
1.52,NEA121)の硬化生成物である高分子材
料の領域12と、屈折率が電界によってn1からn2(n
1<n2,n2<n3)まで可変なネマティック液晶(例え
ばメルク社製E−7:n1=1.75,n2=1.52)
13の領域を回折格子の構造に周期的に配列させた。さ
らに、屈折率が可変な透明な液晶13の領域の屈折率を
変化させるための電源7を設けている。この光学素子の
動作原理は、本発明者らの特願平3−341531号に
よる光学素子と同様で、液晶の電界による屈折率の違い
を利用して回折格子構造の発現と消去を制御し、光の回
折または直進を制御することができる。表1に、ポリエ
ンとポリチオール系樹脂(ノーランド社製:NOA6
5)の硬化生成物である高分子材料で作製した試料と、
それと同様な構造をアクリル系樹脂(ICI社製:ラッ
クストラックLCR0208)の硬化生成物で作製した
試料の回折光の強度を示す。なお、試料の作製は、レー
ザ光の干渉パタンに応じて樹脂を硬化させ、高分子材料
と液晶を分離する従来の作製手法に基づいた。回折光強
度は、波長488nmの回折光を測定した。回折光は、
入射光に対する回折光の角αが60°と極めて大きい角
度で回折するように、屈折率変調の周期(1つの高分子
材料の領域と液晶の領域の和)が約500nmになるよ
うに配置した。ポリエンとポリチオール系樹脂を使用し
た場合、アクリル系樹脂で作製した試料に比べ約2倍高
い回折光強度が得られた。
【0007】
【表1】
【0008】〈実施例2〉図2は、本実施例で例示した
光の反射または直進を制御する光学素子の構成を示す模
式図である。構造は、図4(b)に示す従来の光学素子
と同様であるが、高分子材料にポリエンとポリチオール
系樹脂からなる高分子材料を用いた。例えば、膜厚50
0ÅのITO膜による2つの透明電極3と4の間に、屈
折率n3のポリエンとポリチオール系樹脂(例えば、ノ
ーランド社製NOA65:n3=1.52,NEA12
1)の硬化生成物である高分子材料の領域(薄層)12
と、屈折率が電界によってn1からn2(n1<n2,n2
<n3)まで可変のネマティック液晶(例えばメルク社
製E−7:n1=1.75,n2=1.52)13の領域
(薄層)を積層している。また、屈折率が可変な透明な
液晶13の領域の屈折率を変化させるための電源7が設
けられている。この光学素子の動作原理は、特開平4−
178623号公報に示した本発明者らの先願の光学素
子と同様で、液晶の電界による屈折率の違いを利用し多
層構造の発現または消去を制御し、特定波長帯の光の反
射強度を制御するものである。表2に、ポリエンとポリ
チオール系樹脂(ノーランド社製:NOA65)の硬化
生成物である高分子材料で作製した試料と、それと同様
な構造をアクリル系樹脂(ICI社製:ラックストラッ
クLCR0208)の硬化生成物で作製した試料の反射
光の強度を示す。なお、試料の作製はレーザ光の干渉パ
タンに応じて樹脂を硬化させ、高分子材料と液晶を分離
させる従来の作製手法に基づいた。反射光の波長は48
8nmである。波長488nmの反射光を得るために、
屈折率変調の周期(高分子材料の1層の厚さと液晶の1
層の厚さの和)を150nm程度に設定した。このよう
に、ポリエンとポリチオール系樹脂を使用した場合、ア
クリル系樹脂で作製した試料に比べ約3倍高い反射強度
を得ることができた。
【0009】
【表2】
【0010】以上の実施例で示したように、ポリエンと
ポリチオール系樹脂を高分子材料の原料として使用した
場合には、反射効率や回折効率を著しく増加させること
ができた。また、本発明の光学素子の形成方法によれ
ば、ホログラムの原理により2つのレーザ光の照射方向
を変えることにより干渉パタンの方向、間隔を任意に変
えることができ、このため屈折率が異なる領域を任意の
間隔で任意の方向に作製することができる〔例えば、大
越孝敬著:ホログラフィ,電子通信学会編,(1977年),
p.34を参照〕。このため、種々の波長帯域の回折光、
反射光および種々の方向への回折光、反射光が得られる
光学素子を簡便に作製することができた。なお、本実施
例では、液晶にメルク社製E−7を使用したが、これに
限ることなく、液晶の主屈折率n1、n2のどちらかが高
分子材料の屈折率n3とほぼ等しくなる液晶を使用し、
電界によって多層構造の発現または消去を制御できるも
のであればよい。また、屈折率が変化する材料としてネ
マティック液晶を用いたが、これに限定されるものでは
なく、電圧によって屈折率が変化する高分子液晶あるい
は強誘電性液晶であってもよい。また、本実施例ではポ
リエンとポリチオール系樹脂に、市販品であるノーラン
ド社製NOA65、およびNEA121を使用したが、
これに限定するものではなく、逐次的に重合する性質の
あるポリエンとポリチオール系樹脂を用いることが本発
明の基本とするところであり、他のポリエンとポリチオ
ール系樹脂を用いてもよい。また、本実施例では液晶と
高分子材料とが層上に分離した例を示してあるが、この
ように層状に分離していることが本質ではなく、図3
(a)、(b)に示すように液晶ドロップレット13の
ように、液晶が粒として存在してもよく、高分子材料と
液晶とにより周期的に屈折率を変調できる構造であれば
よい。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
は、高分子材料にポリエンとポリチオール系樹脂による
硬化生成物を用いているため、100nm程度の微細な
間隔で液晶領域と高分子領域とを明確に分離することが
でき、光の反射または直進を制御する素子においては反
射効率が高く、また光の回折または直進を制御する素子
においては回折効率の向上もしくは回折角を大きく制御
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で示した光の回折または直進
を制御する光学素子の構造の一例を示す模式図。
【図2】本発明の実施例2で示した光の反射または直進
を制御する光学素子の構造の一例を示す模式図。
【図3】本発明の他の実施例である光学素子の構造の一
例を示す模式図。
【図4】従来の光の回折または直進を制御する光学素子
(a)の構造および光の反射または直進を制御する光学
素子(b)の構造を示す模式図。
【符号の説明】
1、2…ガラス基板 3、4…透明 5…高分子材料 6…液晶 7…電源 8…入射光 9…回折光 10…直進光 11…反射光 12…ポリエンとポリチオール系樹脂の硬化生成物であ
る高分子材料 13…液晶(または液晶ドロップレット)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】屈折率の異なる複数の領域を有し、該領域
    は液晶の領域と高分子材料の領域からなり、電界によっ
    て上記液晶の屈折率を変化させることにより、入射光の
    回折または直進、もしくは反射または直進の制御が可能
    な構造の光学素子であって、上記高分子材料は、付加重
    合が可能な多官能性炭素−炭素不飽和化合物と多官能性
    チオールを少なくとも含む樹脂の硬化生成物からなるこ
    とを特徴とする光学素子。
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