JPS63100423A - 電気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気光学効果を有する光変調素子等の電気光学
素子に関するものである。

電気光学効果とは、光学媒体に電界を印加した場合にこ
の媒体の屈折率が変化する現象であり、これには線形電
気光学効果（ポッケルス効果）と２次電気光学効果（カ
ー効果）とがある。

例えば、公知の電気光学効果を有する材料のうち、ＫＨ
ｇＰＯ＊　（ＫＤＰ）、ＮＨＪ＊ＰＯｅ（ＡＤＰ）　、
ＬｉＮｂ０＊、ＰＬＺＴ等の中心対称性のない無機結晶
はポッケルス効果及びカー効果を共に有するが、一般に
ポッケルス効果の方が大きい、一方、ＢａＪａＪｂｓＯ
＋ｓ等の中心対称性を有する無機物や成る組成のＰＬＺ
Ｔ等セラミックス、ニトロベンゼン、アセトフェノン、
ベンジルアルコール、二硫化炭素等の有機液体、ニトロ
スチレン、ニトロアニソール等の極性物質を溶媒に溶解
した溶液等の微結晶集合体や液体は主としてカー効果を
有している。

これらの物質を光変調素子等の電気光学素子として利用
するに当り、単結晶材料の場合には結晶自身が複屈折性
を有し且つその複屈折率が温度により大きく変化するの
で、これを光学変調系に使用した場合、光出力が温度変
化によりドリフトして伝達情報に対するノイズとなり、
情報品質の低下をもたらす為、好ましくないとされてい
る。また、結晶自体の複屈折により生じる透過光の抑制
作用（リターデイシッン）を打消す為に、わざわざ波長
板を挿入せねばならず、この為、光学系が複雑になると
いう欠点もある。

更に、これは単結晶材料のみでなく　ＰＬＺＴ等のセラ
ミックスについても言えることであるが、無機固体は一
般に硬質で脆く、光学的に均一で大きな形状のものを得
ることが難しい、この為にその価格が効果になるという
ことも欠点である。

次に電気光学効果を示す有機物であるが、従来のものは
それ自身が液体であるか又は適当な溶媒中に溶解されて
液体の形で使用に供されるものであった。この為、電気
光学素子として利用する場合には、これらが光学的に等
方体である為に複屈折を持たない点では優れている。し
かしながら、変調素子としての構成上、２枚の平行電極
を封入したガラスセル中にこれらの物質を封入して使用
せねばならぬ為、素子に余分の厚みが加わり、従って小
型化に制限を受けるばかりでなく、ガラスセルや電極が
機械的に弱く、変形、破損等による性能の劣化若しくは
完全な破壊が生じるという欠点があつた。

もし熱可塑性樹脂のような成形の容易な材料で且つ高度
の電気光学効果を有するものがあるならば、上述した公
知の無機物や液状有機物等の電気光学材料の欠点を有し
ない優れた電気光学素子が得られると考えられる。しか
しながら、公知の熱可塑性樹脂で、電気光学効果が大き
くしかも実用性のあるものは未だ得られていない、なお
フッ化ビニルやフン化ビニリデン等を主体とする重合体
若しくは共重合体等の圧電性フィルムが大きな電気光学
効果を示すことが見出されている。しかしこれらは延伸
配向されたフィルムに電圧を印加した時に生ずる逆圧電
によりフィルム歪が生じ、この歪によりフィルムの複屈
折率が変化して見掛上大きな電気光学効果を生ずるもの
と推定される。

事実、延伸配向されない為に大きな圧電性を持たないフ
ィルムやその他の成形物では、その電気光学効果は極め
て小さい、またこのような圧電性フィルムの電気光学効
果は温度の影響による変化が大きいという欠点もあった
。

本発明者等は鋭意研究の結果、電気光学効果を有する比
較的分子量の小さい極性物質を、これに対して相溶性を
有する高分子物質、例えば熱可塑性樹脂中に均一に分散
させた固溶体が極めて高度の電気光学効果を有すること
を見出し、このような固溶体を用いて有用な電気光学素
子を得ることに成功した。

本発明者等の研究によれば、有機低分子化合物として大
きな電気光学効果を有するものはニトロベンゼン以外に
も数多く存在するが、これらの多くは常温で固体である
。ところが、有機化合物の結晶は一般に機械的強度が弱
く、この為固体状態で光学素子として必要な表面平滑性
を有するように仕上げることは比較的困難である。この
ような理由からか、常温で固体の有機物が電気光学素子
として実用化された例はなく、また電気光学効果が測定
されたものも極めて少ない。

本発明は、電気光学効果を有する比較的分子量の小さい
極性物質に対して相溶性を有する高分子物質中に前記極
性物質を均一に分散させることによって得られ。た固溶
体を成形した成形体と、電圧を印加する為にこの成形体
に設けられた少なくとも一対の電極とを夫々具備し、且
つ前記一対の電極のうちの少なくとも一方が透明電極で
ある電気光学素子に係るものである。

本発明において、電気光学効果を示す上記極性低分子物
質としては、電子吸引性の大きなニトロ基を有し且つ極
性の大きいニトロ系芳香族化合物を用いる。特に、ニト
ロ基の他に電子供与性基をも有する芳香族化合物は、電
子吸引性を有するニトロ基と電子供与性基との相互作用
により分子の極性が一層増大し、これによって電気化学
的性能が大となるので一層好ましい、このニトロ系芳香
族化合物としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基
、インデン基、テトラリン基、ナフタレン基、アンスラ
セン基、ジフェニルアルキル基その他の１乃至数個のフ
ェニル基を有する芳香族化合物又はその置換体のニトロ
化誘導体を用いることができる。また、電子供与性基と
しては、例えば、メチル、エチル等のアルキル基、アミ
ノ基、アゾ基、アミノアルキル基、水酸基、メトキシ基
、エトキシ基、シアノ基、アルデヒド基等が挙げられる
。これらのニトロ系芳香族化合物の例を挙げると、例エ
バ、ニトロベンゼン、ニトロトルエン、ニトロナフタリ
ン、ニトロテトラリン、ニトロアニリン、ニトロスチレ
ン、ニトロトルイジン、ニトロフェノール、ニトロベン
ジルアミン、ジアミノニトロベンゼン、アミノニトロナ
フタリン、クロルニトロアニリン、ニトロジフェニルア
ミン、ニトロカルバソール、その他多くのニトロ系芳香
族化合物がある。

一方、本発明に用いられる高分子物質としては、使用す
る低分子極性物質に対して相溶性を有し、且つその低分
子極性物質により可塑化されて透明な組成物を作る樹脂
であるのが特に好ましい０例えば、ポリメチルメタクリ
レート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレ
ート等のアルキルアクリレート系樹脂、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体、その他数多くの熱可塑性樹脂を用いること
ができる。

また、透明電極は、例えばＩＴＯ（酸化インジウム−錫
）等の透明導電箔で構成することができる。

以下、本発明を実施例につき図面を参照して説明する。

第１図は直方体形状の電気光学素子１を示し、電気光学
特性を有する低分子化合物としてバラニトロアニリンを
、また熱可塑性樹脂としてポリメチルメタクリレートを
夫々用いている。そして電気光学性樹脂層２は、これら
両者を２：８の重量比で均一に混合した樹脂組成物を溶
融成形し、更にその表面を光学研磨して形成されている
。５ｍ／ｓｘ　３ｍ／ｓ　ｘ　２ｉｅ／−の大きさの直
方体形状の電気光学性樹脂Ｎ２の相対する２面（５ｍ／
ｓ　Ｘ　３＋／ｍの面）に夫々電極３．４が設けられ、
これらの電極３．４に電源５（直流又は交流）からの電
気配線６．７が夫々接続されている。電極３．４はその
一方若しくは両方がＩＴＯから成る透明電極に構成され
ている。

第２図はプリズム状の電気光学素子１１を示し、電気光
学性樹脂組成物１２はその直交する２辺１３．１４が各
５鶴で且つその厚さが２ｍの直角プリズム状であり、そ
の相対する平行な２面に夫々電極１５．１６が設けられ
ている。電極１５．１６の一方又は両方が透明電極であ
る。

第３図は正三角柱形状の電気光学素子２１を示し、電気
光学性樹脂組成物２２はその各辺２３．２４．２５の長
さが３鶴の性三角柱形状で、軸心方向の長さがｌＯｎで
ある。そして、その隣接する２辺２３．２４に互いに独
立の一対の透明電極２６．２７が夫々設けられている。

第４図はフィルム状の電気光学素子３１を示し、フィル
ム状に成形された電気光学性樹脂組成物３２の両面に電
極３３．３４が夫々設けられている。

電極３３．３４のうちの一方若しくは両方が透明電極で
ある。

これらの第１図〜第４図に示す電気光学素子１．１１．
２１．３１は、従来の電気光学素子と同様に光の強度変
調装置に用いる素子として有用である０例えば、第１図
の電気光学素子ｌは、第５図に示すような光の強度変調
装置に組込むことができる。この場合、電極３．４の両
方が透明電極である。電気配線６．７により両極３．４
が電源５に接続された素子１は、光源３７からポーララ
イザ３８を通って偏光となった光の光路に対してその入
射面（電極形成面）を直角に（光が屈折しないように）
して配される。従って電気光学性樹脂層２を通過した光
はアナライザ３９を経てその後方の受光素子４０により
受光され、この受光素子４０で光電変換された光量は電
気信号としてレコーダ４１に記録される。まず、素子１
に電圧を印加しない状態で光を通し、ポーラライザ３８
とアナライザ３９とを互いに直交させて、アナライザ３
９を通過する光量が最小となるようにセントしておき、
次いで両種３．４間に電圧を印加すると、素子１を通る
光線のりターデイジョンが変化してアナライザ３９を通
過する光の強度が大きくなるように変調される。

従って、電源５が直流電源の場合にはこの素子ｌは光の
強度調節素子となり、また交流電源の場合にはそのサイ
クルに応じて明暗の変化する信号波が得られる。

この第５図の強度変調装置において、素子１を第４図の
フィルム状素子３１に代えることもできる。この場合に
は、例えば両面の電極３３．３４を透明電極として素子
３１を光路に対して傾斜させて配置し、一方の電極３３
又は３４を通った光が電気光学性樹脂層３２内を斜行し
た後、他方の電極３４又は３３から出るようにすれば、
上述の例と同様に、電極３３．３４間に印加する電圧の
変化により素子３１を通る光線のりターデイジョンが変
化して、光線の強度変調を行うことができる。また、こ
のフィルム状素子３１の一方の電極例えば電極３４を不
透明で光を反射する電極とした場合には、透明電極３３
から入射した光は電気光学性樹脂層３２を通って不透明
電極３４により反射され、再び樹脂層３２を通って透明
電極３３から外部に出る。従って、この場合には、アナ
ライザ３９及び受光素子４０を反射光の光路内に配すれ
ば、上述した透過光の場合と同様に光の強度変調を行う
ことができる。なお、このように入射光がフィルム面に
対して直角でない場合には、光がフィルム内で屈折して
電気光学効果による偏向も生じるが、薄いフィルムでは
この角度の変化は少なく、従って、一般に光の強度変調
のみを実質的に行うことができる。

第２図及び第３図の電気光学素子１１．２１も同様に光
の強度変調に使用することができる。

なお、第１図〜第３図の電気光学素子ｌ、１１．２１に
おいても、一方の電極のみを透明電極とし、他方の電極
で光を反射させるように構成することもできる＝ また、電極は一対に限られず、二対以上に分割した電極
を用いることもできる。

以上説明したように、本発明は、比較的分子量の小さい
ニトロ系芳香族化合物を、これに対して相溶性を有する
高分子物質中に均一に分散させることによって得られた
固溶体を成形した成形体と、この成形体に設けられた少
なくとも一対の電極とを夫々具備し、前記一対の電極の
うちの少なくとも一方が透明電極である電気光学素子に
係るものである。

このように構成することにより、透明電極の形成された
成形体の面から光を入射させて、本発明の素子を光強度
変調素子として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による電気光学素子の概
略斜視図、第２図は本発明の第２の実施例による電気光
学素子の概略斜視図、第３図は本発明の第３の実施例に
よる電気光学素子の概略斜視図、第４図は本発明の第４
の実施例による電気光学素子の概略斜視図、第５図は第
１図の電気光学素子を組込んだ強度変調装置を示す概略
図である。 なお図面に用いた符号において、 １−・−・・・・・−・・・・・−・・・電気光学素子
２−・・−・−・・−−ｍ−−・−電気光学性樹脂組成
物３．４・・−・−・・・−電極 １１−・・−・−・−・・・・・−電気光学素子１２−
・−・・−・・・−・−・〜・電気光学性樹脂組成物１
５．１６−・−・−・−・電極 ２１・−−一−−・−・・−・・−・・−電気光学素子
２２・・−・−・・−・−・−電気光学性樹脂組成物２
６．２７−−・−・・・−・−電極 ３１・・・・−・−・−・−・−電気光学素子３２・・
−・−・・・−・・・・−・−電気光学性樹脂組成物３
３．３４・・−・−・−・電極 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的分子量の小さいニトロ系芳香族化合物を、こ
   れに対して相溶性を有する高分子物質中に均一に分散さ
   せることによって得られた固溶体を成形した成形体と、 この成形体に設けられた少なくとも一対の電極とを夫々
   具備し、 前記一対の電極のうちの少なくとも一方が透明電極であ
   る電気光学素子。 ２、前記成形体が直方体形状であり、この直方体状成形
   体の相対する一対の面に夫々前記電極が形成された特許
   請求の範囲第１項に記載の電気光学素子。 ３、前記成形体がフィルム状であり、このフィルム状成
   形体の両面に夫々前記電極が設けられている特許請求の
   範囲第１項に記載の電気光学素子。