JPH0876149A - Light modulation element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 負の誘電率異方性を示す低分子の液晶材料２
が高分子マトリックス３の連続した孔４内に充填された
構造の複合膜からなる液晶層１を、垂直配向処理を施し
た一対の透明電極５で挟着した。
【効果】 電圧を印加していない時に光を透過し、かつ
その状態で自動的に光透過状態であるため、フェイルセ
ーフモードへの対応が可能である。また、液晶層１が低
分子の液晶材料４からなるため、駆動電圧が低くかつ長
寿命である。
(57) [Summary] [Structure] Low-molecular liquid crystal material 2 with negative dielectric anisotropy 2
The liquid crystal layer 1 composed of the composite film having a structure in which the continuous pores 4 of the polymer matrix 3 were filled was sandwiched between a pair of vertically aligned transparent electrodes 5. [Effect] Since the light is transmitted when no voltage is applied and the light is automatically transmitted in that state, it is possible to cope with the fail-safe mode. Further, since the liquid crystal layer 1 is made of the low molecular weight liquid crystal material 4, the driving voltage is low and the life is long.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光変調素子に関し、より
詳しくは、例えば光ファイバー間の光伝達強度を制御す
るための光変調素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light modulator, and more particularly to a light modulator for controlling the light transmission intensity between optical fibers.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバーによる通信網の発達
に伴って、光通信の機器に用いられる各種光機能素子の
開発が進められている。各種光機能素子の中でも、光強
度を時間的に変化させて光信号に情報を付与したり、光
強度を検出器の最適感度領域に調整したりする光変調素
子はとりわけ重要な光機能素子である。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of optical fiber communication networks, various optical functional elements used in optical communication devices have been developed. Among various optical functional elements, the optical modulation element that changes the light intensity over time to add information to the optical signal and adjusts the light intensity to the optimum sensitivity region of the detector is an especially important optical functional element. is there.
【０００３】従来、光変調素子としては、図３に示すよ
うなマッハツェンダー型光変調素子Ｂが最もよく使われ
ている。これは、ＬｉＮｂＯ3 などの単結晶基板１１上
に、断面積が数μｍ2 の矩形状に近い光導波路１２を形
成したものである。この光変調素子Ｂによれば、２つの
光導波路１２ａ，１２ｂによって光を２つに分け、電極
１３による電気光学効果によってその位相を相対的に変
化させた後、２つの光を合波すると、光の干渉作用によ
ってその光強度が変化する。Conventionally, a Mach-Zehnder type optical modulator B as shown in FIG. 3 is most often used as the optical modulator. This is a single crystal substrate 11 made of LiNbO 3 or the like, on which an optical waveguide 12 having a rectangular cross-sectional area of several μm 2 is formed. According to the light modulation element B, the light is divided into two by the two optical waveguides 12a and 12b, the phase is relatively changed by the electro-optic effect by the electrode 13, and then the two lights are combined. The light intensity changes due to the interference effect of light.
【０００４】しかし、この光変調素子Ｂは、(1) 偏光依
存性が強いために偏波保存型ファイバーが必要になり、
さらに(2) 波長依存性が強いために多波長を同時に制御
できない、(3) 光ファイバーとの光結合損失が大きい、
(4) 光変調素子自体のサイズが大きいなどの問題を有し
ている。そこでこれらの問題を解決すべく、図４に示す
ような光制御部に液晶を利用した光変調素子Ｃが開発さ
れた〔第３９回応用物理学会関係連合講演会講演予稿
集、９８５頁、（ポリマー分散型液晶を用いた超小型・
低損失光ファイバー変調器）１９９２年発行〕。However, this optical modulator B requires (1) a polarization-maintaining fiber because of its strong polarization dependence,
Furthermore, (2) multiple wavelengths cannot be controlled simultaneously due to strong wavelength dependence, (3) large optical coupling loss with optical fiber,
(4) There is a problem that the size of the light modulation element itself is large. Therefore, in order to solve these problems, an optical modulator C using a liquid crystal as shown in FIG. 4 has been developed [Proceedings of the 39th Joint Lecture of the Applied Physics Society, 985, ( Ultra-small size using polymer dispersed liquid crystal
Low-loss optical fiber modulator) issued in 1992].
【０００５】この光変調素子Ｃは、２本の光ファイバー
７’（コア７'a，グラッド７'b）の平面状の出射端面
８’が筒状のスリーブ９’中で相対するように配置さ
れ、フェルール１０’で固定されている。前記出射端面
８’上には透明電極５’が形成されており、出射端面
８’間には、高分子マトリックス中に独立した液滴状の
低分子の液晶材料が分散している高分子分散液晶（ＰＤ
ＬＣ）の液晶層１’が形成されている。This optical modulator C is arranged so that the plane emission end faces 8'of two optical fibers 7 '(core 7'a, glad 7'b) face each other in a cylindrical sleeve 9'. , Fixed with ferrule 10 '. A transparent electrode 5'is formed on the emission end face 8 ', and a polymer dispersion in which independent low-molecular liquid crystal materials in the form of droplets are dispersed in a polymer matrix between the emission end faces 8'. Liquid crystal (PD
LC) liquid crystal layer 1'is formed.
【０００６】光変調素子Ｃは、透明電極５’間に加える
電圧を制御することにより、高分子分散液晶中の液晶分
子の配向状態をランダムな状態と電場方向に配向した状
態およびその中間状態とに制御することが可能であるた
めに、一方の光ファイバーから他方の光ファイバーへの
光の伝達強度を任意に制御することができる。また、光
変調素子Ｃは、光制御部に高分子分散液晶を用いたため
に、(1) 偏光依存性がないために偏波保存型ファイバー
などの特殊な装置が不要になり、さらに(2) 波長依存性
がない、(3) 光結合損失が小さい、(4) 光変調素子自体
のサイズを小型化できるなどの特徴を有しており、安価
で製作が容易であるために大量生産の用途に好適であ
る。The light modulation element C controls the voltage applied between the transparent electrodes 5'to change the alignment state of liquid crystal molecules in the polymer dispersed liquid crystal to a random state, a state aligned in the electric field direction and an intermediate state thereof. Therefore, the transmission intensity of light from one optical fiber to the other optical fiber can be arbitrarily controlled. Further, since the light modulation element C uses the polymer dispersed liquid crystal for the light control section, (1) there is no polarization dependence, so that a special device such as a polarization preserving fiber is not required, and (2) It has features such as no wavelength dependence, (3) small optical coupling loss, and (4) miniaturization of the size of the optical modulator itself. It is inexpensive and easy to manufacture, so it is used for mass production. Suitable for
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
変調素子Ｃの液晶層１’は、電圧を印加している時に透
明化し、電圧を印加していない時には白濁化するため
に、フェイルセーフモードに対応できない、または無瞬
断切替用光スイッチへの適用ができないなどの問題を有
している。However, the liquid crystal layer 1'of the light modulation element C is transparent when a voltage is applied and becomes opaque when a voltage is not applied, which corresponds to the fail-safe mode. There is a problem that it cannot be applied or cannot be applied to an optical switch for switching without interruption.
【０００８】一方、フェールセーフモードへの対応が可
能な液晶材料として、低分子の液晶材料に相当する側鎖
をポリマーの骨格鎖に結合し、かつ正の誘電率異方性を
有するものが知られている。かかる側鎖型液晶性高分子
には、本来的に正の誘電率異方性を示すものと、低周波
数下で正の誘電率異方性を示す２周波駆動型のものとが
ある。On the other hand, as a liquid crystal material capable of supporting the fail-safe mode, one having a side chain corresponding to a low molecular weight liquid crystal material bonded to a skeleton chain of a polymer and having a positive dielectric anisotropy is known. ing. Such side chain type liquid crystalline polymers include those that inherently show positive dielectric anisotropy and those that exhibit dual-frequency drive type that show positive dielectric anisotropy at low frequencies.
【０００９】しかし、上記側鎖型液晶性高分子はいずれ
も粘度が高いために、素子の駆動電圧が高くなるという
問題がある。また、２周波駆動型の側鎖型液晶性高分子
は、低周波数下で使用した際の劣化が早いという問題も
ある。そこで、本発明の目的は、フェイルセーフモード
に対応させることができ、しかも、駆動電圧が低く、か
つ長寿命の光変調素子を提供することである。However, since the above side chain type liquid crystalline polymers have high viscosities, there is a problem that the driving voltage of the device becomes high. Further, the dual-frequency driving type side chain type liquid crystalline polymer also has a problem that it deteriorates quickly when used at a low frequency. Therefore, an object of the present invention is to provide an optical modulator that can be adapted to the fail-safe mode, has a low driving voltage, and has a long life.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための本発明の光変調素子は、負の誘電率異方性
を示す低分子の液晶材料が高分子マトリックスの連続し
た孔内に充填された構造の複合膜を、前記低分子の液晶
材料がホメオトロピック配向するための配向処理を施し
た一対の透明電極で挟着してなり、前記透明電極に電圧
を印加していない時に光を透過し、電圧を印加している
時に光を散乱することを特徴とするものである。Means and Actions for Solving the Problems In the light modulating element of the present invention for solving the above problems, a low molecular liquid crystal material exhibiting a negative dielectric anisotropy is provided in continuous pores of a polymer matrix. The composite film having a filled structure is sandwiched between a pair of transparent electrodes that have been subjected to an alignment treatment for the low-molecular liquid crystal material to perform homeotropic alignment, and light is generated when no voltage is applied to the transparent electrodes. It is characterized in that it transmits light and scatters light when a voltage is applied.
【００１１】また、本発明の光変調素子の製造方法は、
負の誘電率異方性を示す低分子の液晶材料と、高分子材
料とを溶媒に溶解させた溶液または分散させた分散液
を、配向処理が施された一対の透明電極の一方に塗布す
るか、あるいは一対の透明電極間に注入した後、溶媒を
蒸発させることにより低分子の液晶材料と高分子材料と
を相分離させて、低分子の液晶材料が高分子マトリック
スの連続した孔内に充填された構造の複合膜を形成する
ことを特徴とするものである。Further, the method for manufacturing an optical modulator of the present invention is
A low-molecular liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy and a polymer material are dissolved or dissolved in a solvent to be applied to one of a pair of alignment-treated transparent electrodes. Alternatively, after injecting between a pair of transparent electrodes, the low-molecular liquid crystal material is phase-separated by evaporating the solvent to separate the low-molecular liquid crystal material into the continuous pores of the polymer matrix. It is characterized by forming a composite membrane having a filled structure.
【００１２】以下に、本発明の光変調素子の一例を模式
的に示した図面を参照してさらに詳細に説明する。本発
明の光変調素子は、例えば図２に示すように、出射端面
８が相対するように２本の光ファイバー７を配し、前記
出射端面８に形成された一対の透明電極５間に液晶層１
を形成したものである。透明電極５の表面には、垂直配
向膜６などを形成することにより、液晶層１を構成する
低分子の液晶材料２がホメオトロピック配向するための
配向処理が施されている。Hereinafter, an example of the optical modulator of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the light modulation element of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, two optical fibers 7 are arranged so that the emission end faces 8 face each other, and a liquid crystal layer is formed between a pair of transparent electrodes 5 formed on the emission end faces 8. 1
Is formed. By forming a vertical alignment film 6 or the like on the surface of the transparent electrode 5, an alignment treatment for homeotropic alignment of the low-molecular liquid crystal material 2 forming the liquid crystal layer 1 is performed.
【００１３】尚、図２において、符号９は２本の光ファ
イバー７を固定するためのスリーブであり、セラミッ
ク、ガラスなどの筒状部材からなる。また、符号１０は
光ファイバー７をスリーブ９に対して確実に固定するた
めのフェルールであり、その外径とスリーブ９の内径と
が一致するように形成された金属、セラミックスなどの
筒状部材からなる。In FIG. 2, reference numeral 9 is a sleeve for fixing the two optical fibers 7, which is made of a cylindrical member such as ceramic or glass. Further, reference numeral 10 is a ferrule for surely fixing the optical fiber 7 to the sleeve 9, and is made of a cylindrical member such as metal or ceramics formed so that the outer diameter of the optical fiber 7 and the inner diameter of the sleeve 9 coincide with each other. .
【００１４】液晶層１は、負の誘電率異方性を示す低分
子の液晶材料２が高分子マトリックス３の連続した孔４
内に充填された構造の複合膜からなり、前記低分子の液
晶材料２が配向処理を施した透明電極５の表面と接して
いる。尚、配向処理が垂直配向膜６によりなされる場合
は、図１に示すように、その垂直配向膜６が低分子の液
晶材料２と接している。In the liquid crystal layer 1, a low molecular weight liquid crystal material 2 having a negative dielectric anisotropy is formed by a continuous pore 4 of a polymer matrix 3.
The low molecular weight liquid crystal material 2 is in contact with the surface of the transparent electrode 5 that has been subjected to the alignment treatment. When the alignment treatment is performed by the vertical alignment film 6, the vertical alignment film 6 is in contact with the low-molecular liquid crystal material 2 as shown in FIG.
【００１５】液晶層１を挟着している一対の透明電極５
に電圧を印加していない時は、その透明電極５の表面に
施された配向処理により、高分子マトリックス３の連続
した孔４内に充填された低分子の液晶材料２がホメオト
ロピック配向して均一な屈折率を示す。従って、この時
の液晶層は光透過状態になり、出射端面８が相対するよ
うに配された２本の光ファイバー７間に光が伝達され
る。A pair of transparent electrodes 5 sandwiching the liquid crystal layer 1
When no voltage is applied to the transparent electrode 5, the low-molecular liquid crystal material 2 filled in the continuous holes 4 of the polymer matrix 3 is homeotropically aligned by the alignment treatment applied to the surface of the transparent electrode 5. It exhibits a uniform refractive index. Therefore, the liquid crystal layer at this time is in a light transmitting state, and the light is transmitted between the two optical fibers 7 arranged so that the emission end faces 8 face each other.
【００１６】一方、透明電極５に電圧を印加している時
は、低分子の液晶材料２が負の誘電率異方性を有するた
めに、高分子マトリックス３の連続した孔４内における
低分子の液晶材料２のホメオトロピック配向が乱されて
しまい、低分子の液晶材料２と高分子マトリックス３と
の界面、あるいは低分子の液晶材料２の内部で光が散乱
する。従って、この時の液晶層は光散乱状態になり、出
射端面８が相対するように配された２本の光ファイバー
７間の光の伝達が遮断される。On the other hand, when a voltage is applied to the transparent electrode 5, the low-molecular liquid crystal material 2 has a negative dielectric anisotropy, so that the low-molecular liquid molecules in the continuous pores 4 of the polymer matrix 3 are The homeotropic alignment of the liquid crystal material 2 is disturbed, and light is scattered at the interface between the low molecular weight liquid crystal material 2 and the polymer matrix 3 or inside the low molecular weight liquid crystal material 2. Therefore, the liquid crystal layer at this time is in a light-scattering state, and transmission of light between the two optical fibers 7 arranged so that the emitting end faces 8 face each other is blocked.
【００１７】また、透明電極５に上記両状態の中間の電
圧を印加した時の液晶層１は、その印加電圧の大きさに
応じて両状態の中間の光透過率を示す。さらに、停電な
どにより透明電極５への電圧の印加が停止された時は、
自動的に電荷を印加しない時の光透過状態に戻る。液晶
層１は、電圧の印加により動作する液晶材料が低分子量
であるため、従来の液晶性高分子を用いた素子に比べ
て、液晶層１の配向状態を変化させるために要する駆動
電圧を低くできる。また、前記液晶材料（低分子の液晶
材料２）は、従来の２周波駆動型の液晶性高分子のよう
に短時間で劣化することがなく、長寿命である。The liquid crystal layer 1 when an intermediate voltage between the above two states is applied to the transparent electrode 5 exhibits a light transmittance between the two states depending on the magnitude of the applied voltage. Furthermore, when the voltage application to the transparent electrode 5 is stopped due to a power failure or the like,
It automatically returns to the light transmission state when no charge is applied. In the liquid crystal layer 1, since the liquid crystal material that operates by applying a voltage has a low molecular weight, the driving voltage required to change the alignment state of the liquid crystal layer 1 is lower than that of a device using a conventional liquid crystalline polymer. it can. Further, the liquid crystal material (low-molecular liquid crystal material 2) does not deteriorate in a short time unlike a conventional two-frequency drive type liquid crystalline polymer, and has a long life.
【００１８】上記液晶層１の構造は、低分子の液晶材料
２と、高分子マトリックス３を構成する高分子材料とを
含む溶液または分散液から溶媒を蒸発させる際に、両者
が相分離することによって形成される。上記低分子の液
晶材料２の誘電率異方性（Δε）は、負の値を有してい
ればよいが、液晶層１の光散乱時における白濁化の効果
を十分なものにするためには、上記Δεが−５以下であ
ることが好ましい。The structure of the liquid crystal layer 1 is such that, when a solvent is evaporated from a solution or a dispersion liquid containing a low molecular weight liquid crystal material 2 and a polymer material constituting the polymer matrix 3, both of them are phase-separated. Formed by. The dielectric constant anisotropy (Δε) of the low-molecular liquid crystal material 2 may have a negative value, but in order to make the effect of white turbidity at the time of light scattering of the liquid crystal layer 1 sufficient. It is preferable that Δε is −5 or less.
【００１９】また、透明電極５に電圧を印加しない時の
液晶層１の透明度を高くするためには、前記低分子の液
晶材料２の屈折率が高分子マトリックス３の屈折率に近
いことが好ましい。屈折率の好ましい範囲の一例として
は、低分子の液晶材料２が１．５０〜１．５１、高分子
マトリックス３が１．４９〜１．５０である。さらに、
低分子の液晶材料２の屈折率異方性（Δｎ）は、液晶層
１の光透過時と光散乱時とでの透明度の差を明確にする
ために、より大きい値であることが好ましい。尚、上記
Δｎが０．０５以上でないと十分な透明性が得られな
い。In order to increase the transparency of the liquid crystal layer 1 when no voltage is applied to the transparent electrode 5, it is preferable that the low molecular weight liquid crystal material 2 has a refractive index close to that of the polymer matrix 3. . As an example of a preferable range of the refractive index, the low molecular weight liquid crystal material 2 is 1.50 to 1.51 and the polymer matrix 3 is 1.49 to 1.50. further,
The refractive index anisotropy (Δn) of the low-molecular liquid crystal material 2 is preferably a larger value in order to clarify the difference in transparency between the light transmission state and the light scattering state of the liquid crystal layer 1. If Δn is not 0.05 or more, sufficient transparency cannot be obtained.
【００２０】低分子の液晶材料２の具体例としては、例
えばネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリッ
ク液晶などの従来公知の液晶材料が挙げられる。また、
負の誘電率異方性が大きい液晶材料としては、分子の短
軸方向に大きな双極子モーメントを導入したものが例示
され、具体的には、例えばシアノスチルベン系ネマチッ
ク液晶や、主鎖を構成するベンゼン環の２位、３位にシ
アノ基を導入したエステル系ネマチック液晶などの分子
の短軸方向にシアノ基を導入した化合物が挙げられる。Specific examples of the low-molecular liquid crystal material 2 include conventionally known liquid crystal materials such as nematic liquid crystal, smectic liquid crystal and cholesteric liquid crystal. Also,
Examples of the liquid crystal material having a large negative dielectric anisotropy include those in which a large dipole moment is introduced in the minor axis direction of the molecule. Specifically, for example, a cyanostilbene nematic liquid crystal or a main chain is formed. Examples thereof include a compound having a cyano group introduced in the minor axis direction of a molecule such as an ester nematic liquid crystal having a cyano group introduced at the 2- and 3-positions of a benzene ring.
【００２１】尚、液晶材料における「低分子」とは、側
鎖液晶性基を有する液晶性高分子のような主鎖構造およ
び側鎖構造を有していないことを示しており、分子量で
規定しているのではない。上記高分子マトリックス３を
構成する高分子材料としては、ポリメタクリル酸メチル
（ＰＭＭＡ）に代表される（メタ）アクリル系高分子
や、エポキシ系高分子、ウレタン系高分子などが挙げら
れる。また、透明電極６やスリーブ９への複合膜の密着
性を向上させたり、光ファイバー７の位置ずれなどを確
実に防止するために、接着性高分子や粘着性高分子を併
用することもできる。接着性高分子や粘着性高分子とし
ては、高分子マトリックス３の透明性を維持するため
に、当該高分子マトリックス３との相溶性に優れたもの
を使用するのが好ましく、例えば高分子マトリックス３
にＰＭＭＡを使用する場合には、（メタ）アクリル系の
接着性高分子または粘着性高分子が好適に使用される。The "low molecular weight" in the liquid crystal material means that it does not have a main chain structure and a side chain structure like a liquid crystalline polymer having a side chain liquid crystalline group, and is defined by a molecular weight. I'm not. Examples of the polymer material forming the polymer matrix 3 include (meth) acrylic polymers represented by polymethylmethacrylate (PMMA), epoxy polymers, urethane polymers, and the like. Further, in order to improve the adhesion of the composite film to the transparent electrode 6 or the sleeve 9 and to prevent the positional deviation of the optical fiber 7 with certainty, an adhesive polymer or an adhesive polymer may be used in combination. As the adhesive polymer or the tacky polymer, it is preferable to use one having excellent compatibility with the polymer matrix 3 in order to maintain the transparency of the polymer matrix 3, for example, the polymer matrix 3
When PMMA is used for (1), (meth) acrylic adhesive polymer or adhesive polymer is preferably used.
【００２２】高分子マトリックス３は架橋構造を有して
いてもよい。架橋構造の形成は、高分子材料である未架
橋高分子を、多官能性架橋剤などの適当な架橋剤を介し
て架橋させる方法などによって行われる。未架橋高分子
としては、例えば前記例示の高分子材料のうちで分子中
に水酸基を含有するものが挙げられ、多官能性架橋剤と
しては、例えばイソシアネート類が挙げられる。The polymer matrix 3 may have a crosslinked structure. The crosslinked structure is formed by a method of crosslinking an uncrosslinked polymer, which is a polymer material, through an appropriate crosslinking agent such as a polyfunctional crosslinking agent. The non-crosslinked polymer includes, for example, one of the above-exemplified polymer materials having a hydroxyl group in the molecule, and the polyfunctional crosslinking agent includes, for example, isocyanates.
【００２３】前述のような低分子の液晶材料２と高分子
材料との相分離が起こるのは、両者の分子量の違いが主
たる原因である。高分子材料の分子量が大きい場合は、
液晶材料との分子量の差が大きくなるので２つの相の分
離が明確になり、その結果、相分離後の低分子の液晶材
料２の屈折率と高分子マトリックス３の屈折率との差が
大きくなり、光散乱状態における複合膜の白濁度が高く
なる。従って、高分子マトリックス３の架橋構造の有無
は規定されないものの、架橋構造を有していることが好
ましく、さらに架橋構造を有する場合は、高分子マトリ
ックス３の自己保持性が向上するために、より好まし
い。The cause of the phase separation between the low molecular weight liquid crystal material 2 and the polymer material as described above is mainly due to the difference in the molecular weights of the two. If the molecular weight of the polymeric material is large,
Since the difference in the molecular weight from the liquid crystal material becomes large, the separation of the two phases becomes clear, and as a result, the difference between the refractive index of the low molecular weight liquid crystal material 2 and the refractive index of the polymer matrix 3 after phase separation is large. Therefore, the white turbidity of the composite film in the light scattering state becomes high. Therefore, the presence or absence of a crosslinked structure in the polymer matrix 3 is not specified, but it is preferable that the polymer matrix 3 has a crosslinked structure. In the case where the polymer matrix 3 further has a crosslinked structure, the self-holding property of the polymer matrix 3 is improved. preferable.
【００２４】高分子材料の架橋は、上記のように多官能
性架橋剤の添加によって成し得るが、この他にも、高分
子材料に紫外線硬化型樹脂を用いた場合は紫外線の照射
によって、熱硬化型高分子を用いた場合は加熱によって
それぞれ架橋構造が得られる。また、架橋は相分離と同
時に行っても、あるいは相分離後に行ってもよい。低分
子の液晶材料２と高分子材料との溶液または分散液に用
いる溶媒としては、沸点が低く気化しやすいもの（蒸気
圧の高いもの）が好ましく、例えばジクロロメタン、ジ
クロロエタンなどが挙げられる。The cross-linking of the polymer material can be carried out by adding a polyfunctional cross-linking agent as described above. In addition to this, when an ultraviolet-curable resin is used as the polymer material, it is irradiated with ultraviolet rays. When a thermosetting polymer is used, a crosslinked structure is obtained by heating. Further, the crosslinking may be carried out simultaneously with the phase separation or after the phase separation. The solvent used for the solution or dispersion of the low-molecular liquid crystal material 2 and the polymer material is preferably a solvent having a low boiling point and easily vaporized (high vapor pressure), and examples thereof include dichloromethane and dichloroethane.
【００２５】上記の溶液または分散液の組成は、低分子
の液晶材料２が５０〜９０重量％（溶液または分散液の
総量に対する重量％、以下同じ）、好ましくは６０〜８
０重量％で含有され、高分子材料としての未架橋高分子
が５０〜１０重量％、好ましくは４０〜２０重量％で含
有される。また、多官能性架橋剤は、その官能基が未架
橋高分子の官能基に対して当量比になるように用いるこ
とができる。The composition of the above solution or dispersion is such that the low molecular weight liquid crystal material 2 is 50 to 90% by weight (% by weight relative to the total amount of the solution or dispersion, the same applies hereinafter), preferably 60 to 8%.
The content of the non-crosslinked polymer as the polymer material is 50 to 10% by weight, preferably 40 to 20% by weight. Further, the polyfunctional crosslinking agent can be used so that the functional group has an equivalent ratio to the functional group of the uncrosslinked polymer.
【００２６】上記透明電極５としては、例えばインジウ
ム−チン−オキサイド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2 、ＩｎＯ2
などが挙げられ、蒸着法、スパッタリング法、塗布法な
どの公知の方法によって形成される。透明電極５に施す
配向処理としては、ラビング処理や、ＳｉＯ2 などを透
明電極の表面に斜方蒸着するなどの方法が挙げられる
が、透明電極上に垂直配向膜６を形成することが好まし
い。As the transparent electrode 5, for example, indium-tin-oxide (ITO), SnO 2 , InO 2
And the like, and is formed by a known method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a coating method. Examples of the alignment treatment applied to the transparent electrode 5 include a rubbing treatment and a method of obliquely depositing SiO 2 or the like on the surface of the transparent electrode, but it is preferable to form the vertical alignment film 6 on the transparent electrode.
【００２７】上記垂直配向膜６の材料としては、例えば
ポリイミドやシランカップリング剤が挙げられ、透明電
極５の表面にコーティング法やキャスティング法によっ
て塗布して形成される。上記材料を用いた垂直配向膜６
を形成することにより表面張力を低くすることができる
ために、上記低分子の液晶材料が垂直方向に配向しやす
くなる。Examples of the material of the vertical alignment film 6 include polyimide and silane coupling agent, which are formed by coating the surface of the transparent electrode 5 by a coating method or a casting method. Vertical alignment film 6 using the above material
Since the surface tension can be lowered by forming the above, the low molecular weight liquid crystal material is easily aligned in the vertical direction.
【００２８】透明電極５間に液晶層１を形成する方法と
しては、上記低分子の液晶材料と高分子材料との溶液ま
たは分散液を、透明電極５上に塗布する方法や透明電極
５間に注入する方法などがある。光変調素子が図２に示
すような構造の場合には、例えばスリーブ９に、孔やそ
の全長にわたるスリットなどを形成しておき、そこか
ら、上記溶液または分散液を注入すればよい。As a method of forming the liquid crystal layer 1 between the transparent electrodes 5, a solution or dispersion liquid of the low molecular weight liquid crystal material and the polymer material is applied on the transparent electrodes 5, or between the transparent electrodes 5. There is a method of injecting. In the case where the light modulation element has a structure as shown in FIG. 2, for example, a hole or a slit over the entire length thereof may be formed in the sleeve 9, and the solution or dispersion liquid may be injected from there.
【００２９】尚、この発明の光変調素子は、図２のよう
に、透明電極５で挟着された液晶層１の部分と、２本の
光ファイバー７とが一体化されていなくてもよい。例え
ば液晶層１を挟着する一対の透明電極５のうちの少なく
とも一方をガラス板などの透明基材の表面に形成して、
光ファイバー７と別体化し、それを光ファイバー７など
の光導波路と組み合わせてもよい。その他、この発明の
要素を変更しない範囲で、種々の変更を施すことができ
る。In the light modulation element of the present invention, the portion of the liquid crystal layer 1 sandwiched by the transparent electrodes 5 and the two optical fibers 7 may not be integrated as shown in FIG. For example, at least one of a pair of transparent electrodes 5 that sandwich the liquid crystal layer 1 is formed on the surface of a transparent substrate such as a glass plate,
It may be separated from the optical fiber 7 and combined with an optical waveguide such as the optical fiber 7. In addition, various changes can be made without changing the elements of the present invention.
【００３０】[0030]
【実施例】以下に、実施例を挙げて、本発明の光変調素
子を説明する。 （１）光変調素子の作製 実施例１ シングルモード光ファイバー７（コア７a 部、グラッド
７b 部）の出射端面８にＩＴＯからなる透明電極５を形
成した。また、この透明電極５上にポリイミド系の垂直
配向膜用塗布液（日産化学工業社製のＳＥ７５１１）を
塗布し、１８０℃で１時間加熱して、垂直配向膜６を形
成した。さらに、こうして形成した２本の光ファイバー
７の出射端面８が相対するようにして、スリーブ９中に
フェルール１０を用いて固定した。EXAMPLES The optical modulator of the present invention will be described below with reference to examples. (1) Fabrication of Light Modulator Example 1 A transparent electrode 5 made of ITO was formed on the emission end face 8 of a single mode optical fiber 7 (core 7a portion, glad 7b portion). Further, a polyimide-based coating liquid for vertical alignment film (SE7511 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was applied onto the transparent electrode 5 and heated at 180 ° C. for 1 hour to form a vertical alignment film 6. Further, the two optical fibers 7 thus formed were fixed by using the ferrule 10 in the sleeve 9 so that the emission end faces 8 of the two optical fibers 7 face each other.
【００３１】次いで、負の誘電率異方性を示す低分子の
液晶材料（チッソ製のＥＮ−３８、Δε＝−７．５、Δ
ｎ＝０．０７１）とアクリル系の高分子材料（帝国化学
産業社製のＷＳ０２３）を３：７の重量比となるように
ジクロロエタン中に加え、さらにイソシアネート系架橋
剤（武田薬品工業社製のＡ５０）を高分子材料の官能基
と等量比で加えて、固形分濃度１０％の溶液を得た。こ
うして得られた溶液を、前記スリーブ９に形成された、
その全長にわたるスリットから、光ファイバー７の出射
端面８間に注入した後、１００℃で５分間加熱して硬化
させ、図１に示すように、高分子マトリックス３の連続
した孔４内に低分子の液晶材料２が充填された構造の複
合膜からなる液晶層１を形成した。 実施例２ 透明電極５上にシランカップリング剤（信越化学工業社
製のＬＳ−９００）を塗布し、８０℃で１時間加熱して
垂直配向膜を形成した他は、実施例１と同様にして光変
調素子を作製した。 （２）光透過率の測定 実施例１で得られた光変調素子(a) および実施例２で得
られた光変調素子(b)と、比較例として波長１ｋＨｚ以
下で正の誘電率異方性を示す側鎖型液晶性高分子を用い
た２周波駆動型の光変調素子(c) および正の誘電率異方
性を示す側鎖型液晶性高分子を用いた光変調素子(d) と
において、光の透過率と印加電圧との関係を調べた。そ
の結果を図５に示す。Next, a low-molecular liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy (EN-38 manufactured by Chisso, Δε = −7.5, Δ)
n = 0.071) and an acrylic polymer material (WS023 manufactured by Teikoku Kagaku Sangyo Co., Ltd.) were added to dichloroethane in a weight ratio of 3: 7, and an isocyanate cross-linking agent (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) was added. A50) was added in an equal ratio to the functional groups of the polymer material to obtain a solution having a solid content concentration of 10%. The solution thus obtained was formed on the sleeve 9,
After being injected between the emission end faces 8 of the optical fiber 7 through the slits over the entire length, it is heated at 100 ° C. for 5 minutes to be cured, and as shown in FIG. A liquid crystal layer 1 composed of a composite film having a structure filled with a liquid crystal material 2 was formed. Example 2 A silane coupling agent (LS-900 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was applied on the transparent electrode 5 and heated at 80 ° C. for 1 hour to form a vertical alignment film. A light modulation element was produced. (2) Measurement of light transmittance The light modulation element (a) obtained in Example 1 and the light modulation element (b) obtained in Example 2 and a positive dielectric anisotropy at a wavelength of 1 kHz or less as a comparative example. -Frequency drive type optical modulator using side chain type liquid crystalline polymer (c) and optical modulator using side chain type liquid crystalline polymer showing positive dielectric anisotropy (d) In and, the relationship between the light transmittance and the applied voltage was examined. The result is shown in FIG.
【００３２】透過率の測定には、島津社製のＵＶ１６０
を使用し、測定波長は０．６３３μｍで行った。また、
素子の駆動には５００Ｈｚの矩形波を使用した。図５中
の曲線(a) は本発明の実施例１の光変調素子の結果であ
り、曲線(b) は本発明の実施例２の光変調素子の結果、
曲線(c) は側鎖型液晶性高分子を用いた２周波駆動型の
光変調素子（比較例）の結果、曲線(d) は正の誘電率異
方性を示す側鎖型液晶性高分子を用いた光変調素子（比
較例）の結果である。UV160 manufactured by Shimadzu was used for measuring the transmittance.
Was used, and the measurement wavelength was 0.633 μm. Also,
A rectangular wave of 500 Hz was used to drive the device. Curve (a) in FIG. 5 is the result of the light modulation element of Example 1 of the present invention, and curve (b) is the result of the light modulation element of Example 2 of the present invention.
The curve (c) is the result of a two-frequency drive type optical modulator using a side chain type liquid crystalline polymer (comparative example), and the curve (d) is a side chain type liquid crystalline compound showing a positive dielectric anisotropy. It is a result of the light modulation element (comparative example) using a molecule.
【００３３】本発明の実施例の光変調素子〔図５の曲線
(a) および(b) 〕は比較例の光変調素子〔図５の曲線
(c) および(d) 〕に比べて、印加電圧を大きくすれば急
激に透過率が減少することから、駆動電圧を低くできる
ことがわかる。すなわち液晶層を白濁させるのに要する
印加電圧が小さい。The optical modulator of the embodiment of the present invention [curve of FIG. 5
(a) and (b)] are light modulation elements of comparative examples [curve of FIG. 5]
Compared to (c) and (d)], it can be seen that the driving voltage can be lowered because the transmittance is rapidly decreased by increasing the applied voltage. That is, the applied voltage required to make the liquid crystal layer cloudy is small.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明の光変調素子Ａは、負の誘電率異
方性を示す低分子の液晶材料が、高分子マトリックスの
連続した孔内に充填された構造の複合膜からなる液晶層
を備えるとともに、この液晶層中の低分子の液晶材料が
透明電極の表面と接しており、前記液晶材料をホメオト
ロピック配向させるため配向処理が前記透明電極に施さ
れている。The light modulation element A of the present invention is a liquid crystal layer comprising a composite film having a structure in which a low molecular weight liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy is filled in continuous pores of a polymer matrix. In addition, the low-molecular liquid crystal material in the liquid crystal layer is in contact with the surface of the transparent electrode, and the transparent electrode is subjected to alignment treatment for homeotropic alignment of the liquid crystal material.
【００３５】従って、電圧を印加していない時に光を透
過し、電圧を印加している時に光を散乱する。さらに、
フェールセーフモードへの対応が可能である。また、本
発明の光変調素子Ａは、低分子の液晶材料を液晶層に用
いているために、従来のフェイルセーフモード対応の液
晶性高分子を用いた光変調素子に比べて駆動電圧を低く
することができるとともに、液晶層の長寿命化を図るこ
とができる。Therefore, light is transmitted when no voltage is applied, and scattered when voltage is applied. further,
Supports fail-safe mode. Further, since the light modulation element A of the present invention uses a low molecular weight liquid crystal material for the liquid crystal layer, the driving voltage is made lower than that of the conventional light modulation element using the liquid crystal polymer corresponding to the fail safe mode. In addition, the life of the liquid crystal layer can be extended.
【図１】本発明の光変調素子における液晶層の一例を示
す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a liquid crystal layer in a light modulation element of the present invention.
【図２】本発明の光変調素子の実施例の一例を示す模式
図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of an embodiment of a light modulation element of the present invention.
【図３】マッハツェンダー型光変調素子Ｂを示す模式図
である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator B.
【図４】光制御部に高分子分散型液晶を用いた従来の光
変調素子Ｃを示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional light modulation element C using a polymer-dispersed liquid crystal in a light control section.
【図５】各実施例および各比較例の光変調素子における
印加電圧と光透過率との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between applied voltage and light transmittance in the light modulation elements of Examples and Comparative Examples.
１ 液晶層 ２ 低分子の液晶材料 ３ 高分子マトリックス ４ 孔 ５ 透明電極 ６ 垂直配向膜 Ａ 光変調素子 ７ 光ファイバー ８ 出射端面 1 Liquid crystal layer 2 Low molecular weight liquid crystal material 3 Polymer matrix 4 Hole 5 Transparent electrode 6 Vertical alignment film A Light modulation element 7 Optical fiber 8 Emitting end face
Claims (7)
が高分子マトリックスの連続した孔内に充填された構造
の複合膜を、前記低分子の液晶材料がホメオトロピック
配向するための配向処理を施した一対の透明電極で挟着
してなり、前記透明電極に電圧を印加していない時に光
を透過し、電圧を印加している時に光を散乱することを
特徴とする光変調素子。1. A composite film having a structure in which a low-molecular liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy is filled in continuous pores of a polymer matrix, because the low-molecular liquid crystal material is homeotropically aligned. A light which is sandwiched between a pair of transparent electrodes which have been subjected to the alignment treatment, transmits light when a voltage is not applied to the transparent electrode, and scatters light when a voltage is applied. Modulation element.
下、屈折率異方性が０．０５以上である請求項１記載の
光変調素子。2. The light modulation element according to claim 1, wherein the low-molecular liquid crystal material has a dielectric anisotropy of −5 or less and a refractive index anisotropy of 0.05 or more.
求項１記載の光変調素子。3. The light modulation element according to claim 1, wherein the polymer matrix has a crosslinked structure.
シランカップリング剤からなる垂直配向膜を透明電極上
に形成してなされている請求項１記載の光変調素子。4. The light modulation element according to claim 1, wherein the alignment treatment of the transparent electrode is performed by forming a vertical alignment film made of polyimide or a silane coupling agent on the transparent electrode.
形成し、その出射端面が相対するように２本の光ファイ
バーを配するとともに、前記出射端面間を満たすように
複合膜が形成されている請求項１記載の光変調素子。5. A transparent electrode subjected to an orientation treatment is formed on an emission end face, two optical fibers are arranged so that the emission end faces face each other, and a composite film is formed so as to fill the space between the emission end faces. The light modulation element according to claim 1.
と、高分子材料とを溶媒に溶解させた溶液または分散さ
せた分散液を、配向処理が施された一対の透明電極の一
方に塗布するか、あるいは一対の透明電極間に注入した
後、溶媒を蒸発させることにより低分子の液晶材料と高
分子材料とを相分離させて、低分子の液晶材料が高分子
マトリックスの連続した孔内に充填された構造の複合膜
を形成することを特徴とする光変調素子の製造方法。6. A pair of transparent electrodes in which a liquid crystal material having a low dielectric constant anisotropy and a polymer material are dissolved or dissolved in a solvent to obtain an alignment treatment. After being applied to one of the transparent electrodes or injected between a pair of transparent electrodes, the low molecular weight liquid crystal material is phase-separated by evaporating the solvent, so that the low molecular weight liquid crystal material is a polymer matrix. A method for manufacturing an optical modulator, comprising forming a composite film having a structure in which continuous holes are filled.
相分離時あるいは相分離後に前記架橋性高分子を架橋さ
せる請求項６記載の光変調素子の製造方法。7. A crosslinkable polymer is used as the polymer material,
The method for producing a light modulation element according to claim 6, wherein the crosslinkable polymer is crosslinked during or after phase separation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20895894A JPH0876149A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Light modulation element and manufacturing method thereof |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP20895894A JPH0876149A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Light modulation element and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0876149A true JPH0876149A (en) | 1996-03-22 |
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ID=16564972
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20895894A Pending JPH0876149A (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Light modulation element and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0876149A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH1152339A (en) * | 1997-07-30 | 1999-02-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Variable optical attenuator and manufacturing method thereof |
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1994
- 1994-09-01 JP JP20895894A patent/JPH0876149A/en active Pending
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