JPH0688968A - 光導波路、それを用いる光入力装置、これらを用いた表示装置及びこれらの製造方法 - Google Patents

光導波路、それを用いる光入力装置、これらを用いた表示装置及びこれらの製造方法

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JPH0688968A
JPH0688968A JP5078377A JP7837793A JPH0688968A JP H0688968 A JPH0688968 A JP H0688968A JP 5078377 A JP5078377 A JP 5078377A JP 7837793 A JP7837793 A JP 7837793A JP H0688968 A JPH0688968 A JP H0688968A
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JP
Japan
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light
optical waveguide
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optical
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Mitsuhiro Shigeta
光浩 繁田
Hirosaku Nonomura
啓作 野々村
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光損失を低減した光導波路、構成が簡便であ
って小型化された光入力装置、構成が簡便で小型化さ
れ、表示品位が向上され、高速表示と長寿命化とを併せ
て図ることができる表示装置及び、製造工程が簡略化で
きる製造方法を提供する。 【構成】 光導波基幹路２において複数の光スイッチ素
子３が設けられており、各光スイッチ素子３毎に行光導
波路４が接続されている。この光スイッチ素子３は、液
晶をクラッディング材として用いている。複数の光スイ
ッチ素子３の中の選択された１個の光スイッチ素子３の
みが光学的に導通することによって、選択された１個の
行方向の行光導波路４に、光源１から発生した光のほと
んど全てが導かれる。この光の一部は、行光導波路４上
に設けられた複数の光出力部６から取り出され、光導電
体膜７を照射し、光導電体素子５を導通する。この光出
力部６と、光導電体膜７を有する光導電体素子５とは、
表示装置において行列状に配列されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路、それを用い
る光入力装置、これらを用いた表示装置及びこれらの製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】平面ディスプレイ装置として、ＥＬＰ
（エレクトロルミネッセンスパネル）、ＰＤＰ（プラズ
マディスプレイパネル）、ＬＣＤ（液晶表示装置）等が
用いられている。これらの中で、フルカラー化の容易性
及びＬＳＩ（大規模集積回路）との整合性の点に関し
て、ＬＣＤが有望視されており、その技術進歩も著し
い。そして、ＬＣＤに関して、大型、大容量表示等に伴
う信号の遅延等の問題を解消するために、光を信号伝達
に用いる技術が検討されている。
【０００３】光を信号伝達に用いるには、光源からの光
信号を所定の場所まで伝達して、スイッチ素子などに入
力する光入力装置が必要になる。従来、このような光入
力を行う技術として、光ファイバーを利用した技術や、
基板上に形成した光導波路を利用した技術がある。
【０００４】また、液晶表示装置において光を信号伝達
に用いるために、光入力装置からの入力光を検知してス
イッチングを行うトランジスタが必要となる。従来か
ら、ｐｎ接合を用いたフォトトランジスタが用いられて
いる。これに用いる光電変換材料として、可視光領域の
用途の場合、Ｓｉ単結晶及びａ−Ｓｉ等が用いられ、赤
外光領域の用途の場合、Ｇｅ及び鉛カルコゲナイド等が
用いられている。
【０００５】さらに、液晶表示装置で光信号を用いるた
めに、光源と光入力装置との配置を決める必要がある。
絵素が行列状に配列された従来の表示基板に於て、行方
向または列方向に沿って相互に平行に配置された複数の
光導波路に、一個ずつ光源が取り付けられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光入力装置に光ファイ
バーを利用する場合、他の光部品との接続が繁雑になる
という問題がある。これに対し、基板上に形成した光導
波路を利用することによって上記の接続を簡単にするこ
とが考えられるが、この光導波路に適した入出力構造が
未だ見いだされていないのが現状である。
【０００７】光導波路は、他の光素子と複合化すること
によって、通信や制御に用いられる光機能素子を構成す
る際の骨格的な役割を果たすものと期待されている。光
導波路は、石英基板上や多成分ガラス基板又はプラスチ
ック基板上に形成される。この光導波路の形成方法とし
て、石英基板上では火炎堆積法、多成分ガラス基板上で
はイオン交換法が一般に用いられていて、共に単一モー
ドまたは多モードの光導波路を形成することができる。
火炎堆積法は、原料となるシランガスを燃焼反応させ
て、基板上に堆積させる方法である。また、イオン交換
法は、ソーダライムまたはボロシリケイトガラスに、Ａ
ｇ、ＴｌまたはＫ等のイオンを含む溶融塩をイオン源と
して加熱処理によって拡散させる方法である。多成分ガ
ラス基板上では、スパッタ法を用いることもできる。
【０００８】一方、有機材料であるプラスチック基板の
場合の光導波路の作成方法として、選択光重合法または
ホトロッキング法などが知られている。選択光重合法
は、ポリカーボネイトを母材とし、アクリル酸メチルを
モノマーとして、紫外線を選択的に照射することによっ
て重合反応を生じさせ、重合反応物を固定する方法であ
る。モノマーは、重合することによって屈折率が低下す
るので、未照射部分が高屈折率の光導波路となる。
【０００９】光導波路は、上記のように石英基板上での
火炎堆積法や、多成分ガラス基板上でのイオン交換法等
によって製造される。従来の直線状の光導波路におい
て、光損失は０．１ｄＢ／ｃｍのような大きな値とな
り、曲線状の光導波路において、さらに高い値となる。
このため、従来技術に於て、１０ｃｍ以上の長さの光導
波路は実用化できなかった。
【００１０】このように光導波路において光ファイバー
に比べて光損失が大きい理由は、光導波路の側面の境界
部分に荒れが発生するからである。例えば１μｍ径の光
導波路の側面に１０ｎｍ程度の荒れが１ヶ所ある場合を
想定する。このとき、該側面において、光強度に関して
５％程度に相当する光が散乱によって失われる。そし
て、光導波路の従来の製造方法において、このような側
面の荒れは避け得ないものである。従って、光信号の伝
達に光導波路を用いる場合、光を導波路の中心に集中さ
せ、光導波路の側面での光強度を小さくすることによっ
て、前記光損失をできるだけ減少させる必要がある。
【００１１】一方、前記光導波路における光損失は、導
波方向の屈折率の不均一性をも原因として発生する。例
えば、１００μｍ径の円形ファイバーに、不均一部分と
して径が１００μｍ、長さが１００μｍの不均一部分が
ある場合を想定する。該不均一部分の屈折率と円形ファ
イバーの残余の部分の屈折率との間の変化が１％であっ
たとき、該不均一部分によって、光の総量のうち５％が
散乱される。ファイバー内を伝達する光の伝達特性は、
前記屈折率の不均一に関して、このように敏感である。
このため、液晶表示装置のように、３０００を超える数
の絵素電極に対し、光導波路によって光を等しい強度で
分配するためには、光導波路の形成に関して１μｍのオ
ーダーの加工精度が要求される。
【００１２】従来のｐｎ型フォトダイオードを流れる電
流の値は、該フォトダイオードへの印加電圧の極性に対
応して異なる。このようなフォトダイオードを液晶表示
装置の絵素電極毎に接続されているスイッチ素子として
用いると、液晶の駆動時に於て、フォトダイオードへの
印加電圧の極性が一方の極性である場合と他方の極性で
ある場合とで、電流値が非対称となる。従って、液晶表
示素子の表示明度が変動し、制御が困難になるという問
題がある。
【００１３】さらに、単一の光源に対し複数の光導波路
を接続する構造とすれば、光源の数を減らし装置構成を
簡略化できるが、逆に光源から複数の光導波路への分波
構造が複雑になるという問題がある。
【００１４】本発明は、上記問題点を解決しようとして
なされたものであり、光損失を低減した光導波路、構成
が簡便であって小型化された光入力装置、構成が簡便で
小型化され、表示品位が向上され、高速表示と長寿命化
とを併せて図ることができる表示装置及び、製造工程が
簡略化できる製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願発明の光導波路にお
いて、光導波路の導波中心から外方に向けて、複数の低
屈折率層と複数の高屈折率層とが交互に積層され、光導
波路内の屈折率が層状分布となっている。この低屈折率
層と高屈折率層とにおいて、少なくともいずれか一方の
層厚が１ｎｍ以上で１０μｍ以下の場合がある。また、
光導波路は、該複数の低屈折率層と複数の高屈折率層と
を積層してなる積層的構成を含むことがある。該積層的
構成は非周期的構造を備える場合がある。該非周期的構
造とは、該積層的構成における各層が、層厚または屈折
率の少なくともいずれか一方に関して、該積層的構成の
他の層と異なることである。
【００１６】本願発明の第１の光入力装置において、光
導波路上に該光導波路内の屈折率よりも大きい屈折率を
有する光出力部が設けられている。この光出力部は、例
えば光導波路の周囲を覆っていて、光導波路の屈折率よ
りも屈折率の小さい材料の一部を除去することによっ
て、または該除去部を光導波路内の屈折率よりも大きい
屈折率を有する材料で被覆することによって形成出来
る。そして、該除去部から取り出される光量は、除去部
の面積に比例する。
【００１７】本願発明の第２の光入力装置は、光導波路
上に光出力部として光散乱部が設けられていることを特
徴とする。この光散乱部は、基板内に設けられ、円柱状
または半球状とすると容易に形成できる。この光散乱部
内の屈折率は、光導波路内の屈折率と基板の屈折率との
中間の屈折率とし、内部で屈折率を均一もしくは変化を
つける。好ましくは、光導波路から光の取り出し方向に
向かって屈折率が大きくなるようにする場合がある。こ
の光出力部から取り出される光量は、光散乱部の体積に
比例する。
【００１８】本願発明の第３の光入力装置は、光導波路
上に光出力部としてマイクロレンズが設けられている。
このマイクロレンズは、セルフォックレンズである場合
がある。この時、光導波路中の光のモード角とセルフォ
ックレンズの開口角との和が９０°以上となるように定
める場合がある。このような光出力部は、上記光散乱部
の屈折率を変えることで形成できる。この場合、セルフ
ォックレンズと光導波路との間に上記光散乱部を設ける
場合がある。
【００１９】以上のような光出力部の大きさは、光源か
ら離れた位置にある光出力部ほどその大きさが等比級数
的に大きくなるようにする。即ち、上記大きい屈折率の
光出力部の場合、除去面積を大きくし、上記光散乱部の
場合、その体積を大きくし、上記マイクロレンズの場
合、レンズ径を大きくする。また、光導波路上にセルフ
ォックレンズを設ける場合、該セルフォックレンズ上に
光源を配置し、前記光導波路中の光のモード角とセルフ
ォックレンズの開口角との和が９０°以上となるように
定める場合がある。
【００２０】上記光導波路又は光入力装置を利用した本
願発明の表示装置は、表示媒体と、該表示媒体を表示駆
動する行列状に配列された複数の絵素電極と、行方向又
は列方向のいずれかの方向に沿って配置された複数の信
号線と、前記複数の絵素電極毎にそれぞれ設けられ、前
記信号線と該絵素電極とを電気的に接続又は遮断するた
めの複数の光導電体と、該光導電体に選択的に光を照射
する位置に配置され、該光導電体の該接続または遮断を
制御する複数の光入力装置とを具備していて、該光導波
路上に、該光導波路内の光を外部に取り出すための光出
力部を有している。
【００２１】上記光導電体は、ｎｐｎまたはｐｎｐまた
はｎｐｎｐまたはｐｎｐｎまたはｎｉｐｉｎまたはｐｉ
ｎｉｐ構造のいずれかの構造に選ばれる。光源からの光
の波長が１μｍ以上の赤外光領域の場合には、鉛カルコ
ゲナイド化合物を用いる場合がある。鉛カルコゲナイド
には、ｐｎｐｎ接合が出来易いという利点もある。ま
た、鉛カルコゲナイド化合物を赤外光検出器として用い
る場合には、暗電流を小さくするため電極間の距離を長
くすると共に、照射面積を大きくする。
【００２２】また、上記絵素電極形成のために、光出力
部以外の光導波路上に直接透明電極を設ける場合におい
て、該透明電極の厚みが上記光源から発する光の波長よ
り小さく選ばれる。
【００２３】また、単一の光源が接続された光導波路に
液晶をクラッディング材料としたスイッチ素子を介して
複数の光入力装置が設けられた構造とした場合、光源の
数を減少することができ、しかも製造が簡単な表示装置
となり、導波路を用いて光で表示駆動する表示装置を実
現できる。
【００２４】光導波路を製造する本願発明は、透明基板
内において、周囲の領域の屈折率と異なる屈折率を有す
る領域を形成するための方法であり、湿式電界イオン交
換法を用い、イオン槽内に電場と共に磁場を印加する。
磁場の方向は、イオンを走らせたい方向（例として、透
光性基板表面に於ける正確な円形の範囲内にイオンを注
入し、かつ透光性基板と垂直に透光性基板内部に更にイ
オンを侵入させて、イオンが注入された領域を円柱形状
にする場合には、該透光性基板の該表面に垂直な方向）
と同一とする。さらに、この際、透光性基板を平坦に研
磨しておく場合がある。
【００２５】光入力装置を製造するための本願発明は、
透明基板内において、周囲の領域の屈折率と異なる屈折
率を有する領域を形成するための方法であり、湿式電界
イオン交換法を用い、イオン槽内に電場と共に磁場を印
加する。磁場の方向は、イオンを走らせたい方向（例と
して、透光性基板表面に於ける正確な円形の範囲内にイ
オンを注入し、かつ透光性基板と垂直に透光性基板内部
に更にイオンを侵入させて、イオンが注入された領域を
円柱形状にする場合には、該透光性基板の該表面に垂直
な方向）と同一とする。該光導波路上に、該光導波路内
の光を外部に取り出すための光出力部を設ける。このと
き、光導波路の製造時と同様に、透光性基板を平坦に研
磨しておく場合がある。
【００２６】
【作用】本願発明の光導波路において、この光導波路を
進む光が導波中心から外方に移行する際に、何度か高屈
折率層から低屈折率層への境界を通過する必要がある。
従って、光は外部への広がりを抑制され、光導波路の導
波中心付近に集中する。これにより、光導波路外方側の
側面における光強度が小さくなるので、該側面における
光損失を低減させることができる。ただし、これら高屈
折率層と低屈折率層の層厚が、光導波路内の光の波長の
数百分の１以下の場合、前記光を導波中心付近に閉じ込
める効果を期待できない。一方、前記層厚があまりに厚
い場合、光導波路の幅や深さが過大になり、光導波路を
微細構造として形成することができない。従って、前記
光屈折率層と低屈折率層との少なくともいずれか一方の
層厚が、例として１ｎｍ以上であって、かつ、１０μｍ
以下であるようにする場合がある。
【００２７】また、この低屈折率層と高屈折率層とを繰
り返し積層して得られる積層的構成のいずれかの層が、
その層厚と屈折率との少なくとも一方に関して、他の層
と異なるように構成される非周期的構成とする場合があ
る。これにより、電場の波形の広がりを抑制できるの
で、より効果的に側面での光強度を小さくして光損失を
減少させることができる。
【００２８】本願発明の第１の光入力装置では、光導波
路内を伝わってきた光が光出力部に達すると、光出力部
の屈折率が高いので全反射できずに透過屈折して、光が
光出力部から取り出される。従って、光出力部の面積が
大きいほど、光出力部に入射する光が増大し外部への光
の入力量が増大する。
【００２９】本願発明の第２の光入力装置において、光
散乱部内の屈折率が、光導波路から前記光の取り出し方
向に向かって大きくなっているので、光散乱部に一旦導
波路内から光が取り出され、ここで前記取り出された光
が光散乱部内で散乱された後に、更に外部へ取り出され
る。従って、取り出された光の量は光散乱部の体積で決
まり、該体積が大きくなるほど光の量は多くなる。ま
た、光散乱部内の屈折率を前記光の取り出し方向に向か
って大きくすると、光導波路から取り出された光が、光
散乱部内で徐々に屈折し、透光性基板に対して大きな角
度で光が出力される。このような光散乱部がない場合、
光導波路から取り出された光は、通常、基板法線方向に
対して１０°程度の角度で、外部に出力される。
【００３０】本願発明の第３の光入力装置において、光
導波路に光出力部としてマイクロレンズを用いた場合、
光導波路内の光のモード角と前記マイクロレンズの開口
角との和が９０°以上となって初めて、光は導波路内か
ら外部に取り出される。そして、取り出された光は基板
に対して垂直に出力される。
【００３１】光導波路内に伝わる光信号が複数の光出力
部から同時に取り出される場合、光源に近い光出力部と
光源から離れた光出力部とにおいて、光出力部に到達し
た光の光強度が異なる。これは、光出力部を通る度に少
しずつ光が取り出されていくためである。そこで、光出
力部の大きさを等比級数的に変えると、各光出力部から
同じ強度の光が取り出される。
【００３２】本願発明の第４の光入力装置では、本願第
３の光入力装置の逆で、光導波路上のマイクロレンズ上
に、光導波路と垂直に光を出射するように光源を配置す
る。これにより、光源からの光が光導波路内に導かれ
る。
【００３３】本願発明の製造方法によれば、磁力線に対
して水平方向成分を有する速度を持ったイオンが、磁力
線に対して、サイクロトロンと同様に引き寄せられ、イ
オン進行方向の広がりが抑制される。これにより、イオ
ン種のランダムな動きが抑制され、また、対象物への拡
散が助長される。
【００３４】本願発明の表示装置において、ｎｐｎ構造
等の構造を有する光導電体を用いると、表示装置に付随
したコンデンサー等への蓄積電荷量が絵素電極の電位の
正負によらず対称になる。
【００３５】また、透明電極の厚さを、光源から発生さ
れる光の波長よりも小さく、例として該波長の１／１０
以下等に選ぶと、光導波路上に光導波路内の屈折率より
も大きな透明電極が用いられても、透明電極のさらに外
側に屈折率の小さい材料が形成されておれば、透明電極
によって光が散乱されて外側に不必要に光が漏れること
が防げる。
【００３６】また、単一の光源が接続された光導波路に
液晶をクラッディング材料としたスイッチ素子を介して
複数の光入力装置が設けられた構造において、該一つの
光源から光導波路に入力された光信号が、上記スイッチ
素子を介して所定の光入力装置に入力され、光入力装置
の光出力部から光導電体に光信号が入力される。
【００３７】
【実施例】以下、図面を参照し、液晶表示装置の実施例
を用いて本発明を説明する。
【００３８】図１は本実施例の液晶表示装置（以下、表
示装置）の構造を説明する平面図であり、図２は図１の
切断面線Ａ１−Ａ２から見た断面図であり、図３は光走
査信号発生部１９を説明するための光導波基幹路２に沿
った方向の断面図である。本表示装置において、半導体
レーザー素子又はＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いて
構成され、光走査に用いる光源１から発生した光は、ガ
ラス基板１３内に形成された光導波基幹路２に入射され
る。光源１から発生される光源光は、雑音防止の点で単
色光が好ましい。
【００３９】光導波基幹路２には、複数の光スイッチ素
子３が設けられており、各光スイッチ素子３毎に行光導
波路４が接続されている。この光スイッチ素子３は、液
晶をクラッディング材として用いている。複数の光スイ
ッチ素子３の中の選択された１個の光スイッチ素子３の
みが光学的に導通することによって、選択された１個の
行方向の行光導波路４に、光源１から発生した光のほと
んど全てが導かれる。この光の一部は行光導波路４上に
設けられた複数の光出力部６から取り出され、光導電体
膜７を照射し、光導電体素子５を導通する。この光出力
部６と、光導電体膜７を有する光導電体素子５とは、本
実施例の表示装置に於て、行列状に配列されている。
【００４０】以下、本実施例の表示装置の前記光スイッ
チ素子３の構成を説明する。
【００４１】本表示装置は、光走査信号発生部１９と表
示部２０の２ブロックに区分され、これら２つのブロッ
クは、前記複数の行光導波路４を形成したガラス基板１
１によって連結されている。このような構成が可能とな
ったのは、光スイッチ素子３に液晶をクラッディング材
料とした構成を採用したからである。このような表示装
置は、容易に製造でき、小型、簡便な構成にできるとい
う特徴を有している。ガラス基板１１、１３には、プラ
スチック基板を用いることも可能である。ガラスの屈折
率は、組成を調整して１．４５〜１．９５程度の範囲で
選ぶ。光導波基幹路２及び行光導波路４の屈折率は、ガ
ラス基板１１、１３の屈折率より０．５〜５％程度大き
くする。この屈折率差によって光を光導波基幹路２及び
行光導波路４に閉じ込める。光スイッチ素子３に用いる
液晶１７の屈折率は、その組成又は光軸に対する液晶分
子の配向方向によって、最大屈折率ｎ2と最小屈折率ｎ1
との間で変化する。この最大屈折率ｎ2と最小屈折率ｎ1
とは、それぞれ１．４５＜ｎ1＜ｎ2＜１．８程度の範囲
に選ばれ、前記最小及び最大屈折率ｎ1、ｎ2の屈折率差
は０．１〜０．２程度に選ばれる。光導波路２、４と液
晶１７との屈折率が、上記必要条件を満たすように、ガ
ラス基板１１、１３、１５と液晶１７との組成を選定す
る。
【００４２】本実施例では、ガラス基板１３としてＫＢ
７ガラス（屈折率ｎA0＝１．５２）を選んだ。湿式電界
イオン交換法によって、Ａｇ+をガラス基板１３の光導
波路２に相当する部分に拡散させ、屈折率ｎA1＝１．５
５の帯状の光導波基幹路２を、幅５０μｍ、深さ５０μ
ｍに形成した。ガラス基板１１として、ＫｚＦ１ガラス
（屈折率ｎB0＝１．５５）を選び、Ｔｌを各行光導波路
４に相当する部分に拡散させて、屈折率ｎB1＝１．６３
の帯状の行光導波路４を幅５０μｍ〜７０μｍ、深さ３
０μｍに形成した。また、透明セグメント電極２１及び
透明共通電極２２は、Ｉｎ2Ｏ3を５０ｎｍの厚さに蒸着
した後、フォトエッチング処理によって、該Ｉｎ2Ｏ3層
をパターンニングして形成した。前記透明セグメント電
極２１及び透明共通電極２２がそれぞれ形成されている
ガラス基板１１、１３、１５の表面に、電気絶縁性を有
する絶縁膜（図示せず）が形成されている。前記絶縁膜
に配向処理が施され、配向膜として用いられる。
【００４３】液晶分子が接する前記絶縁膜の壁面への配
向処理は、ＳｉＯ2の斜め蒸着によって行われた。又、
液晶１７として、強誘電性液晶（３Ｍ２ＣＰＯＯＢ：(2
S,3S)-3-methyl-2-chloropentanoic acid-4',4''-octyl
oxybiphenylester;屈折率ｎ1'＝１．４９、ｎ2'＝１．
６０）を使用した。本液晶１７において、電界を印加し
た場合、印加される電界の方向（正電界又は負電界）に
よって、液晶分子が配向軸に対し±３０°回転する。こ
のような材料で構成した本光スイッチ素子３において、
光の入射方向に対し、液晶分子が垂直になるように、正
電界の電圧を印加すると、最大屈折率ｎ2'＝ｎ2＝１．
６０となった。負電界の電圧を印加すると、液晶分子は
前記回転方向と逆方向の負の方向へ６０°回転する。こ
の時の最小屈折率ｎ1は、下記第１式、
【００４４】
【数１】
【００４５】によって定められ、最小屈折率ｎ1＝１．
５２となる。すなわち、前記屈折率の比ｎ1：ｎA1：ｎ
2：ｎB1は、下記第２式、
【００４６】
【数２】 ｎ1：ｎA1：ｎ2：ｎB1＝１．５２：１．５５：１．６０：１．６３ となり、前記必要条件が満たされている。
【００４７】液晶１７が、最小屈折率ｎ1（＝１．５
２）を有する時（光スイッチ素子３が光学的にオフ状
態）の光走査信号発生部１９の状態は、図３に示され
る。この時、光導波基幹路２、ガラス基板１３、及び液
晶１７の屈折率ｎA1、ｎA0、ｎ1の関係は、ｎA0＜ｎA
1、ｎA1＞ｎ1となり、図３に示すように、光は光導波基
幹路２の中に閉じ込められ、全反射を繰り返し直進す
る。
【００４８】液晶１７の屈折率が最大屈折率ｎ2（＝
１．６０）の時（光スイッチ素子３が光学的にオン状
態）の光走査信号発生部１９の状態は、図４に示され
る。この時、光導波基幹路２、行光導波路４、ガラス基
板１１、ガラス基板１３及び液晶１７の屈折率ｎA1、ｎ
B1、ｎB0、ｎA0の関係は、ｎA0＜ｎA1、ｎA1＜ｎ2＜ｎB
1、ｎB1＞ｎB0となる。この関係が成立することによっ
て、図４に示すように、光導波基幹路２を直進して来た
光は、全反射されず液晶１７内を直進し、対応する行光
導波路４に侵入して閉じ込められる。
【００４９】このような光スイッチ素子３を用いる場
合、表示装置の絵素数がｍ個（横）×ｎ個（縦）であれ
ば、表示装置のｎ本の行光導波路４に１個ずつ、合計ｎ
個の光スイッチ素子３を、光導波基幹路２に設ける。表
示部２０に於ける表示動作時には、前記複数の光スイッ
チ素子３の中の１個の光スイッチ素子３を、垂直走査方
向、即ち図１の上から下へ順次導通させ、他の光スイッ
チ素子３は遮断させる動作を行う。この動作によって、
光源１からのほとんど全部の光が、目的とする行光導波
路４に順次導かれ、効率良く光走査を行うことができ
る。
【００５０】図５は、表示部２０の平面図であり、図６
は絵素電極９と信号線８との接続部分を説明するための
斜視図であり、図７は図６の切断面線Ｃ1−Ｃ2から見た
断面図であり、図８は図５の光走査基板１０１を組み込
んだ表示装置の一例を示す図５の切断面線Ｂ1−Ｂ2から
見た断面図である。これらの図を用いて表示部２０の構
成を説明する。本実施例の表示装置の絵素数は、ｍ個
（横）×ｎ個（縦）であり、液晶の表示モードは、ＴＮ
（ツイストネマチック）モードである。図５に示すよう
に、ガラス基板１１上に於いて、列方向（図５の横方
向）にｍ個、行方向（図５の縦方向）にｎ個の絵素電極
（参照符号は９、個々の絵素電極を示す場合には、符号
Ｐi,j（i＝1〜m、j＝1〜n）で示す）Ｐ1,1〜Ｐm,nがマ
トリクス状に配置されている。
【００５１】これら絵素電極Ｐ1,1〜Ｐm,n毎に、光導電
体素子（参照符号は５、個々の光導電体素子を示す場合
には符号Ｓi,j（i＝1〜m、j＝1〜n）で示す）Ｓ1,1〜Ｓ
m,nがそれぞれ設けられている。絵素電極Ｐ1,1〜Ｐm,n
の各列、即ち絵素電極Ｐ1,1〜Ｐ1,n、Ｐ2,1〜Ｐ2,n、
…、Ｐm,1〜Ｐm,nに対応して、列方向に延びるデータ信
号線（参照符号は８、個々の信号線を示す場合には、符
号Ｘi,j（i＝1〜m、j＝1〜n）で示す）Ｘ1〜Ｘmが、同
一のガラス基板１１上に形成されている。データ信号線
Ｘ1〜Ｘmは、前記各光導電体素子列Ｓ1,1〜Ｓ1,n、Ｓ2,
1〜Ｓ2,n、…、Ｓm,1〜Ｓm,nをそれぞれ介して、対応す
る絵素電極列Ｐ1,1〜Ｐ1,n、Ｐ2,1〜Ｐ2,n、Ｐm,1〜Ｐ
m,nの各絵素電極Ｐi,jに結合されている。
【００５２】光導電体素子Ｓ1,1〜Ｓm,nは、通常、高イ
ンピーダンス状態であるが、光が照射されると低インピ
ーダンス状態に変化し、データ信号線Ｘ1〜Ｘmと、絵素
電極Ｐ1,1〜Ｐm,nとを選択的に電気的に接続する。絵素
電極Ｐ1,1〜Ｐm,nの各行、即ち各光導電体素子行Ｓ1,1
〜Ｓm,1、Ｓ1,2〜Ｓm,2、…、Ｓ1,n〜Ｓm,nにそれぞれ
対応して、行方向に延びる行光導波路（参照符号は４、
個々の行光導波路を示す場合には、符号Ｙj（j＝1〜n）
で示す）Ｙ1〜Ｙnが、同一のガラス基板１１内に形成さ
れている。
【００５３】これら行光導波路Ｙ1〜Ｙnは、光導電体素
子Ｓ1,1〜Ｓm,nに行単位で選択的に光を照射するため
に、光導電体素子Ｓ1,1〜Ｓm,n及び絵素電極Ｐ1,1〜Ｐ
m,nの下部に設けられている。図６及び図７に示すよう
に、ガラス基板１１上に於いて、行方向に延びる複数の
行光導波路４が設けられている。この行光導波路４の上
に絵素電極９と、前記列方向に延びるデータ信号線８と
の電気的に接続及び遮断の間のスイッチングを行う光導
電体素子５を構成する光導電体膜７が、図７に示すよう
に行光導波路４上に、絵素電極９、光導電体膜７及びデ
ータ信号線８の順で積層されている。各行光導波路Ｙ1
〜Ｙnへ、光スイッチ素子３に連結された走査用光信号
が所定のタイミングで伝送され、この走査用光信号によ
って光導電体素子５が照射される。
【００５４】以下に光導電体素子５の構造および作成法
についてさらに説明する。光導電体素子５は、図７に示
す構造以外に、図１８に示すような変形例とすることも
可能である。図１８に示す構造とする場合、光散乱部９
１の上に光導電体膜７を配置し、列方向信号線１２８は
絶縁物１２２を介して、光導電体膜７の上に作成され
る。光導電体膜７は列方向信号線１２８と絵素電極１２
９との間で、光の照射／遮断によって電気信号の導通／
遮断を制御するスイッチの作用を実現する。
【００５５】入射光の波長が１μｍ以下の場合におい
て、光導電体膜７の材料として、多結晶Ｓｉ、あるいは
ａ−Ｓｉを用いることが可能であり、光導電体素子５の
構造として、図５及び図６に示すようなｎｐｎ、ｐｎ
ｐ、ｎｐｎｐ、ｐｎｐｎ接合、または、ｎｉｐｉｎ接合
のいずれかの接合を有するフォトダイオードとするのが
良い。一方、入射光が近赤外光の場合、光導電体膜７の
材料として多結晶ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｔｅまたはそれら
の混晶を材料として用いる。そのさい、光導電体膜７に
流れる電流量を調整するため、ｐ型もしくはｎ型不純物
を添加する。
【００５６】このように、光導電体膜７の材料として、
前記多結晶ＰｂＳ等を用いる場合、本実施例の光導電体
膜７の変形例として、効率良く光電変換が行えるよう
に、光導電体膜７における受光面積を大きくし、かつ暗
抵抗を大きくできるように、光導電体膜７を、図１９に
示すように帯状とし、しかもクランク状に屈曲した形状
にパターン形成する。また、図１９のように光導電体膜
１３１の両端に金などの材料からなる電極１３２をそれ
ぞれ設け、列方向に延びているデータ信号線８に一方の
電極１３２を接続し、絵素電極９に他方の電極１３２を
接続して、該データ信号線８と絵素電極９とを接続す
る。これにより光導電体膜１３１において、各電極１３
２の間の電極間距離を長くすることができる。従って、
光導電帯膜１３１における受光面積を増大することがで
き、また暗抵抗を増大することができる。
【００５７】このような光導電体膜１３１によって、絵
素電極９と接続されているデータ信号線８にデータ信号
を供給すると、データ信号線８と絵素電極９とに電位差
を生じる。この時、該光導電体膜１３１に光を照射する
と、前記材料からなる光導電体膜１３１における抵抗値
が減少する。従って、光導電体膜１３１を介して、デー
タ信号線８から絵素電極９に電流が流れ、絵素電極９に
データ信号が供給される。
【００５８】従って、前記多結晶ＰｂＳ等を用いて形成
される光導電体膜１３１を用いても本発明の表示装置を
実現することができる。なお、ａ−ＳｉＣやａ−ＳｉＮ
も、光導電体膜７の材料として用いることができる。
【００５９】次に、本実施例の液晶表示装置を構成する
行光導波路４及び光出力部６を有する光入力装置につい
て説明する。
【００６０】図９は行光導波路４の作成方法を説明する
ための断面図である。ガラス基板１１に対し、湿式電界
イオン交換法を用いて、ガラス中に屈折率増大イオン種
８１を拡散させる。ガラス基板１１としては、アルカリ
酸化物を有するソーダライムあるいはホウケイ酸ガラス
を用いる。イオン交換槽の温度は、２００〜７００°Ｃ
に保持される。ガラス基板１１に対し、ガラス基板１１
の表面における凹凸が０．１μｍ以下になるように研磨
をした後、ガラス基板１１の該表面にＴｉ等の金属やそ
れらの酸化物からなるマスク５０を形成する。
【００６１】前記のようにガラス基板１１の表面の平坦
性が要求される理由は、表面に印加される電界の均一性
を向上して、形成される行光導波路４の形状を平滑にす
るためである。これにより、行光導波路４の側面におけ
る不要な光の散乱をなくし、伝達される光の減衰を出来
るだけ少なくすることができる。前記表面の粗さ０．１
μｍは、可視光に対してこの目的を達成するために十分
な値である。伝達される光が赤外光の場合、ガラス基板
１１の表面におけるこれほどの平坦性は必要ない。次に
溶液中に白金電極を陽極８０として挿入し、電界を印加
することにより陽極８０側からＡｇ+、Ｔｌ+、Ｋ+等の
イオン種８１を、選択的にガラス基板１１に向けて拡散
する。
【００６２】イオン交換槽内において、電場はガラス基
板１１の該表面に垂直方向に印加されている。この時、
該イオン交換槽内に於て、外部磁場を前記電場と平行に
印加する。この磁場によりガラス基板１１表面へのイオ
ン種８１の拡散が助長され、ガラス基板１１の深さ方向
あるいは深さ方向と垂直方向に沿って、屈折率が均一な
行光導波路４を形成できる。また、前記拡散におけるイ
オンの移動方向が、前記磁場の方向と平行な方向に規制
されるので、効率的に、且つ作成される行光導波路４の
外形サイズ及び形成位置に関して、極めて高精度に行光
導波路４を形成することができる。
【００６３】上記のように外部磁場を印加する理由は、
以下の通りである。イオン交換槽内に於て、イオンはそ
の速度に関して、ガラス基板１１の表面に垂直な第１方
向に沿う第１方向成分と、該第１方向に対して垂直な第
２方向に沿う第２方向成分とを有している。このような
速度成分を有しているイオンに於て、外部磁場による前
記第１方向に平行な磁力線に対して交差する前記第２方
向に沿う第２成分を有する速度を持ったイオンが、該磁
力線に対して、サイクロトロンと同様に引き寄せられ、
イオンの進行方向の広がりが抑制される。これにより、
イオン種の任意な方向への動きが抑制され、また、対象
物へのイオンの拡散が助長される。
【００６４】また、行光導波路４に於ける屈折率分布
を、図２１に示すように、低屈折率層４１と高屈折率層
４２とを複数回積層した積層状分布となるようにするこ
ともできる。即ち、ガラス基板１１として、上記図９を
参照した説明と同様に、アルカリ酸化物を有するソーダ
ライムあるいはホウケイ酸ガラスを用い、湿式電界イオ
ン交換法により、該ガラス基板１１中に、屈折率増大イ
オン種と屈折率減少イオン種とを交互に拡散させる。イ
オン交換槽の温度は、本実施例においても、２００〜７
００°Ｃに保持される。
【００６５】一方、Ｔｉ等の金属やそれらの酸化物から
なり、前記マスク５０と同様な形状のマスクとして、線
状であるスリットのサイズが、長さが共通に１ｍｍであ
り、幅が１００μｍ、９０μｍ、８０μｍ及び７０μｍ
などのように、順次１０μｍずつ減少した複数種類のマ
スクを、前述のように表面を研磨後のガラス基板１１の
表面に順に形成する。そして、各マスクを形成する毎
に、溶液中に白金電極を陽極として挿入し、前述のよう
に電界を印加することにより、該イオン種を該陽極側か
ら選択的にガラス基板１１の表面に向けて拡散する。
【００６６】このイオン種として、Ａｇ+、Ｔｌ+、Ｋ+
等の屈折率増大イオン種と、ガラス基板１１を構成する
材料と同一のイオン種とが交互に切り替えて用いられ
る。すると、図２１に示すように、全体の断面が略半円
弧状の行光導波路４を、膜厚がそれぞれ５μｍである低
屈折率層４１と高屈折率層４２とが交互に積層されてい
る積層構造として形成することができる。なお、本実施
例に於て、該積層構造の行光導波路４を作成するために
イオン交換法を用いたが、他の方法を用いることもでき
る。
【００６７】上記のようにして行光導波路４を、低屈折
率層４１と高屈折率層４２とが複数回積層された積層構
造として形成すると、この行光導波路４を進む光が導波
中心から側面に移行するには、何度か高屈折率層４２か
ら低屈折率層４１への境界を通過する必要がある。導波
中心から側面に向かって移行しようとする光は、該複数
の境界においてそれぞれ反射される。従って、光は導波
中心付近に集中するので、側面での光強度が小さくな
る。このため、この行光導波路４の側面に表面荒れが存
在しても、表面荒れの箇所における光散乱を抑制するこ
とができ、行光導波路４内を進行する光の損失を低減す
ることができる。
【００６８】ただし、これら高屈折率層４２と低屈折率
層４１との各膜厚が、行光導波路４内の光の波長の数百
分の１以下の場合、光は高屈折率層４２と低屈折率層４
１とを透過することが確認されており、前記光を行光導
波路４の中心付近に閉じ込める効果を達成することがで
きない。一方、前記膜厚があまりに厚い場合、行光導波
路４の幅や深さが過大になり、行光導波路４を微細構造
として形成することができない。従って、前記高屈折率
層４２と低屈折率層４１との少なくともいずれか一方の
層厚は、例として１ｎｍ以上であって、かつ、１０μｍ
以下であるように定められる。
【００６９】さらに、行光導波路４を、図２２に示すよ
うに、低屈折率層４３と高屈折率層４４とが複数回積層
され多積層構造とし、この積層構造を非周期的にするこ
ともできる。この場合、前記マスク５０と同様な形状の
マスクとして、線状であるスリットのサイズが、長さが
共通に１ｍｍであり、幅が例えば１００μｍ、９５μ
ｍ、８５μｍ、８０μｍ、７５μｍ及び６５μｍという
ように順次減少し、しかもこの減少の幅が非周期的な複
数のマスクを使用する。
【００７０】このようなマスクを使用すると、図２２に
示すように、断面が略半円弧状の行光導波路４を、低屈
折率層４１と高屈折率層４２とが複数回積層された積層
構造として形成できる。一方、低屈折率層４１と高屈折
率層４２との各層厚は部分的に異なり、非周期的にな
る。なお、本実施例に於て、低屈折率層４１と高屈折率
層４２との各層厚が非周期的である構造としたが、本実
施例の変形例として、低屈折率層４１と高屈折率層４２
との各層厚は一定にして、低屈折率層４１と高屈折率層
４２とにおける屈折率の変化を非周期的にし、又は、層
厚及び屈折率を共に非周期的にすることもできる。屈折
率を変えるには、低屈折率層４１と高屈折率層４２とを
前述のように形成する際のイオン種のドーパント量を、
相互に異なるように調整すればよい。
【００７１】このように、低屈折率層４３と高屈折率層
４４の複数回の積層による積層構造における層厚又は屈
折率の少なくとも一方を非周期的にすることにより、行
光導波路４内を伝達する光に関して、電場の波形が行光
導波路４の表面から外方に広がらないようにできる。従
って、行光導波路４内の光が、行光導波路４の側面に向
けて広がることを抑制できるので、該側面に於ける光強
度を更に小さくして、前記光損失を減少させることがで
きる。
【００７２】本発明の他の実施例として、図１０に示す
ように光出力部６として光散乱部９１を、行光導波路４
と同時に形成する場合、ガラス基板１１中に屈折率増大
イオン種８１の拡散に続き、屈折率減少イオン種を拡散
させる。つまり、行光導波路４を前述したように形成す
る際に、前記絵素電極９の配列間隔と同じ間隔で、行光
導波路４から光を取り出す部分が被覆されずに残るよう
にマスクを形成する。この後、屈折率増大イオン種８１
を拡散して行光導波路４を形成した後、ガラス基板１１
の構成材料と同一材料のイオン種を、ガラス基板１１に
更に拡散する。これにより、例として図１０に示すよう
に、断面が円形の行光導波路４および断面が半球状の光
散乱部９１が形成される。
【００７３】光出力部６として光散乱部９１を用いる場
合について、さらに説明する。上記のような製造工程に
よって作成された光散乱部９１は、その断面が図１０に
示すように半球状となり、もしくは図１１に示すような
円柱状となる。一つの光源１からの光を、同時に３００
０個程度の光散乱部９１から取り出す場合、各光散乱部
９１の大きさは行光導波路４に対し、行光導波路４と垂
直方向の高さが行光導波路４のコア径の１／１０以下、
行光導波路４に沿った長さは絵素電極９相互の間隔の１
／５以下とする。
【００７４】これによって、行光導波路４の内を伝達さ
れる光から、伝達される光の全光エネルギーの約０．１
％以下のエネルギーに相当する光を、行光導波路４の外
に拡散させるようにできることが、本願出願人によって
確認された。そして、体積がこの程度に小さい光散乱部
９１の場合、光散乱部９１で外部に散乱される光のエネ
ルギーは、光散乱部９１の該体積にほぼ正比例すること
が、本願出願人によって確認された。従って、全ての光
散乱部９１から取り出される光の強度を均一にするため
には、光源１から離れた光散乱部９１ほど、行光導波路
４内の体積を等比級数的に大きくする。
【００７５】光散乱部９１と行光導波路４との接続構造
の複数の実施例を図１２〜図１７に示す。図１２〜図１
４は各実施例におけるガラス基板１１の導波方向に垂直
な断面図であり、図１５〜図１７は各実施例におけるガ
ラス基板１１の導波方向に平行な断面図である。光散乱
部９１は、それぞれ図１２及び図１５に示されるような
円柱状、図１３及び図１６に示されるような半球状、及
び図１４及び図１７に示されるような逆半球状のいずれ
かあるいはそれ以外の形状のいずれかの形状に形成され
る。
【００７６】光散乱部９１の屈折率は、ガラス基板１１
の屈折率と行光導波路４の屈折率との間の値に選ばれ、
各光散乱部９１に亘って共通な一定値でもよく、あるい
は各光散乱部９１毎に変化していても良い。屈折率が各
光散乱部９１に亘って一定の場合、光の散乱方向が行光
導波路４のモード角とほぼ同じ１０°程度と比較的小さ
いが、光散乱部９１の内部における屈折率を、屈折率分
布型レンズ（セルフォックレンズ）のように分布させる
ことで、行光導波路４から光をほぼ垂直方向に取り出す
ことができる。
【００７７】なお、行光導波路４の形状は、断面が円形
でも、四角等の多角形でも良い。平面導波路の場合、上
で述べた導波路のコア径は平面導波路の幅に対応する。
さらに、行光導波路４と、光散乱部９１とを同時に形成
せず、光散乱部９１を、行光導波路４の形成後に作成し
ても良い。なお、光導波基幹路２も同様にして作成され
る。
【００７８】次に光源１と、光導波基幹路２との接続構
造について説明する。ここでは、光源１として可視光Ｌ
ＥＤ（発光ダイオード）を用いた場合を例示して説明す
る。図２０は行光導波路４とセルフォックレンズ１４１
との接続構造を説明する断面図である。ガラス基板１１
に於て、光導波基幹路２に開口したセルフォックレンズ
１４１が形成される。光源１は、セルフォックレンズ１
４１上に取り付けられる。セルフォックレンズ１４１の
開口角βと行光導波路４中の光のモード角αとの和が９
０°以上でなければ、光を有効に導波路に対して入力あ
るいは出力できない。ガラス基板１１に作成したセルフ
ォックレンズ１４１において、開口角βを３５〜７０°
程度にできることが、本願出願人によって確認された。
本実施例において、モード角αが０〜５５°の光導波基
幹路２にセルフォックレンズ１４１が接続され、その開
口角βは６０°に選ばれた。このようなセルフォックレ
ンズ１４１に光源１を接続したとき、光の接続損失は３
ｄＢであった。
【００７９】本実施例の表示装置は、以上に説明された
構成を有する。次に図６〜図８に基づいて、表示部２０
の作成方法を説明する。光走査基板１０１は、ガラス基
板１１の全面にＩｎ2Ｏ3を５０ｎｍの厚さに蒸着後、フ
ォトエッチング操作により、絵素電極９及び図３に示す
各光スイッチ素子３の透明共通電極２２を同時に形成す
る。この絵素電極９は、上記行光導波路４に部分的に重
なっており、この重なっている部分に光導電体素子５を
形成する。絵素電極９（Ｉｎ2Ｏ3）は、光導電体素子５
の一方の電極の機能も兼ねる。
【００８０】次にａ−ＳｉをプラズマＣＶＤによって１
〜２μｍ程度の厚さで蒸着後、同様にフォトエッチング
操作によって光導電体膜７を形成する。この上にＮｉ、
Ａｌ等の金属を２００〜５００ｎｍ程度の膜厚で蒸着
後、エッチング操作によってデータ信号線８及び図３に
示す複数の透明共通電極２２を相互に連結するための複
数の共通金属電極２３を同時に形成する。
【００８１】さらに全面にＳｉＯ2を蒸着する。このＳ
ｉＯ2膜は次に蒸着する配向膜の下地膜５７であり、液
晶の分子配向を良くするための膜となる。液晶材料によ
ってはなくても良い場合がある。つぎに、下地膜５７上
に、例としてポリイミド膜などを塗布して配向膜５８を
形成する。この配向膜５８の液晶分子が接する壁面への
配向処理は、ＳｉＯ2の斜め蒸着として施した。このＳ
ｉＯ2膜には、光走査信号発生部１９における強誘電体
液晶１７のガラス基板１１側の配向処理効果も併用させ
ることができる。
【００８２】この構造において行光導波路４は、絵素電
極９（Ｉｎ2Ｏ3）を介して光導電体膜７（ａ−Ｓｉ）及
び配向下地膜５７（ＳｉＯ2）、配向膜（ＳｉＯ2）５８
及び液晶１６と接している。これらの材料の屈折率は、
Ｉｎ2Ｏ3：２．０、ａ−Ｓｉ：３．５、ＳｉＯ2：１．
４６、液晶：１．５２〜１．６０、行光導波路４：１．
６３である。従って、行導波路４に接触している絵素電
極９の屈折率は、該行導波路４の屈折率よりも大きい。
【００８３】しかし、絵素電極９であるＩｎ2Ｏ3の膜厚
は５０ｎｍと薄く、光の波長と比べると１０分の１程度
である。このような絵素電極９の膜厚は、行光導波路４
のクラッディング材料を考える上で無視されてもよい程
度である。従って、行導波路４内の光の一部の光が、前
述したように、絵素電極９を介して、ａ−Ｓｉ膜からな
る前記光導電体膜７を照射する。しかし、絵素電極９に
おいて光導電体膜７と接触していない部分は、前記下地
膜５７、配向膜５８と接触しており、また、行光導波路
４は、前記下地膜５７、配向膜５８あるいは液晶１６と
接触する。これら下地膜５７、配向膜５８及び液晶１６
の屈折率は、行光導波路４の屈折率よりも小さい。
【００８４】従って、前記のように絵素電極９を介して
光導電体膜７を照射する光以外の光が、行光導波路４の
周囲の構成要素によって散乱されることが防止されてい
る。前記絵素電極９を形成するＩｎ2Ｏ3の膜厚を、この
ように光の波長の１／１０以下程度とすることによっ
て、行光導波路４内の光が、図１に示す光出力部６以外
の位置で、行光導波路４から漏れて、行光導波路４を伝
達される光の損失が増大する事態が防止される。
【００８５】一方、この光走査基板１０１に対向する対
向基板１０２には、ガラス基板１５上に、Ｉｎ2Ｏ3を１
５０ｎｍの厚さに蒸着後、エッチング操作によって対向
電極５５を形成する。さらに対向電極１０２の表面に於
て、液晶１６の水平配向材としてポリイミド膜５８を約
５０ｎｍの厚さで塗布し、ラビング処理を施す。
【００８６】これら光走査基板１０１及び対向基板１０
２は、例として粒径５μｍの真球形のスペーサ（図示せ
ず）によって所定の間隔が保持され状態で、シール材１
８によって貼り合わされる。そして、これら両基板１０
１、１０２の間において、表示媒体として例としてＰＣ
Ｈ（フェニルシクロヘキサン）系の液晶１６（例とし
て、ＺＬＩ１１３２、メルク社製）が真空注入され、前
記シール材１８によって封止される。これによって本実
施例の液晶表示装置の表示部２０が完成する。
【００８７】以下に、本実施例の液晶表示装置の動作に
ついて説明する。
【００８８】図３の透明セグメント電極２１及び透明共
通電極２２間に電圧を印加する。光源１から発生して光
導波基幹路２を通過して来た光は、該電圧の印加によっ
て光を通過させるように切り換えられたいずれか一つの
光スイッチ素子３を介して、行光導波路４に導かれる。
行光導波路４内の光は、行光導波路４上に形成された光
導電体素子Ｓ1,1〜Ｓm,1を照射する。光導電体素子Ｓ1,
1〜Ｓm,1は、図７に示す前述した構成を有し、各光導電
体素子Ｓ1,1〜Ｓm,1に備えられる光導電体膜７は、この
光を受けるとそのインピーダンスが低下して導通状態と
なる。従って、データ信号線Ｘ1〜Ｘmと、各データ信号
線Ｘ1〜Ｘmに対応する絵素電極Ｐ1,1〜Ｐm,1とがそれぞ
れ電気的に導通状態になる。
【００８９】従って、データ信号線Ｘ1〜Ｘmにそれぞれ
入力された表示画像に対応するデータ信号は、前述した
ように、光スイッチ素子３によって選択された行光導波
路４に接続されている複数の絵素電極Ｐ1,1〜Ｐm,1に同
時に与えられる。
【００９０】このような動作を各行導波路４毎に、順次
的に行うことによって、各行の行光導波路４に、光源１
からの光を順次的に導き入れることができる。これによ
り、データ信号線Ｘ1〜Ｘmに、各行の絵素電極Ｐ1,1〜
Ｐm,1、Ｐ1,2〜Ｐm,2、…、Ｐ1,n〜Ｐm,nが、順次電気
的に接続される。これによって、データ信号線Ｘ1〜Ｘm
にそれぞれ入力された表示画像に対応するデータ信号
が、各行の絵素電極９に、行毎に同時に与えられる。
【００９１】各行毎の光導電体素子５を、光スイッチ素
子３からの光が照射することによって、前記各行毎の光
導電体素子５が順次的に選択状態となる。一つの行の選
択期間が経過した後、非選択期間（非照射時）になる
と、光導電体素子５が高インピーダンス状態となる。こ
のため、絵素電極９に一度充電された電荷は、絵素電極
９毎の液晶１６の等価容量であるコンデンサー１０内
に、次の選択期間まで保持される。
【００９２】この駆動方法は、従来から用いられている
ＴＦＴ等の３端子型非線形素子を用いたアクティブマト
リックス駆動型ＬＣＤの駆動方法と同一である。一方、
本実施例の表示装置において、データ信号線と走査信号
線との２組の信号線群の一方の走査信号線が、前述した
光導波路３、４で形成されている。このため、従来のＴ
ＦＴ−ＬＣＤのように、各絵素毎に設けられているＴＦ
Ｔに各走査信号線から供給されるゲート信号が、ＴＦＴ
のゲート電極と、絵素電極９に結合されているＴＦＴの
ドレイン電極との間の寄生容量によって、絵素電極９に
漏洩するという不都合が完全に解消される。従って、前
記寄生容量による電圧の漏洩によって、ＴＦＴを通過す
る電圧に直流成分が生じ、液晶１６に印加される電圧の
正負極性に関して、対称な電圧波形であるデータ信号の
波形が、絵素電極９上で歪むことが防止される。これに
より、データ信号波形の歪に基づくコントラストの低
下、残像の発生、寿命の低下等は全く発生しない。
【００９３】さらに、従来のＴＦＴ−ＬＣＤのいずれの
走査信号線においても、各走査信号線に固有の前記寄生
容量及び配線抵抗によって走査信号の減衰及び走査信号
への雑音の混入が生じ、コントラストの低下や表示の不
均一化を招く結果となっていた。これに対し、本実施例
の表示装置において、光導波路２、４を用いる光走査方
式が採用されているため、前記寄生容量及び配線抵抗に
よって発生する前記諸問題は全く生じない。
【００９４】なお、本実施例の表示装置において、行光
導波路４の図１に於ける行方向一方側だけに光走査信号
発生部１９を設けたが、行光導波路４の前記行方向両端
に光走査信号発生部１９を設けてもよい。また、前記実
施例に於て、単一個の光源１が、表示装置の図１におけ
る行方向一方側上部だけに設けられている。これに対
し、図１に示す光走査信号発生部１９を例として、図１
の上下方向に沿って２分割し、分割された各光走査信号
発生部１９毎に光源１を１個ずつ計２個設けるようにし
てもよい。皿に、該上下方向に２分割された各光走査信
号発生部１９を、表示部２０の図１における右側端部に
も設け、この表示部２０の左右両側にそれぞれ各２個ず
つ計４個設けられた光走査信号発生部１９にそれぞれ光
源１を設けるようにしてもよい。この場合、合計４個の
光源１が設けられる。
【００９５】更に、対向基板１０２として、カラーフィ
ルタを装着した基板を使用し、液晶としてゲストホスト
モード液晶のようなカラー表示モードが可能な液晶を採
用すれば、反射型あるいは透過型の液晶表示装置をも構
成することが可能となり、これらのいずれの液晶表示装
置においても、フルカラーまたはマルチカラー表示が可
能となる。
【００９６】
【発明の効果】以上のように、本発明の光導波路におい
て、光損失を格段に低減することができる。本願発明の
光入力装置によれば、基板上に形成された光導波路を用
いて簡単な接続構造で光信号を所定の光部品に入力でき
る。さらに、光散乱部を用いれば、基板に対する出力角
を大きくできるので効率良く入力できる。さらに、セル
フォックレンズを用いれば、より効率良く入力出来る。
また、セルフォックレンズを用いることによって、基板
に直接光源を取り付けることが可能となり、接続構造を
簡略化できる。
【００９７】また、本発明の光入力装置は損失が少な
く、伝達効率も良いので、液晶表示装置に利用すること
によって、大容量で高速の液晶表示装置を作成出来る。
また、本発明の表示装置に於て、構成が簡便にでき小型
化され、表示品位が向上され、高速表示と長寿命化とを
併せて図ることができる。本発明の液晶表示装置は制御
が容易である。また、本発明の製造方法によれば、製造
工程が簡略化され、しかもそのような製造方法によっ
て、光損失の少ない光入力装置及び表示装置を製造する
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の液晶表示装置の構造を説明
する図である。
【図２】図１の切断面線Ａ1−Ａ2から見た断面図であ
る。
【図３】光走査信号発生部１９の光スイッチ素子３がオ
フ時の構成を説明する断面図である。
【図４】光走査信号発生部１９の光スイッチ素子３がオ
ン時の構成を説明する断面図である。
【図５】本実施例の表示部２０の平面図である。
【図６】本実施例の絵素電極９と信号線８との接続構造
を説明する斜視図である。
【図７】図６の切断面線Ｃ1−Ｃ2から見た断面図であ
る。
【図８】光走査基板１０１を組み込んだ図５の表示部２
０の切断面線Ｂ1−Ｂ2から見た断面図である。
【図９】光導波路の作成方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の一実施例の半球状の光散乱部１９を
示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例の円柱状の光散乱部１９
を示す断面図である。
【図１２】円柱状の光散乱部１９と行光導波路４との接
続構造を示す導波方向に垂直な断面図である。
【図１３】半球状の光散乱部１９と行光導波路４との接
続構造を示す導波方向に垂直な断面図である。
【図１４】逆半球状の光散乱部１９と行光導波路４との
接続構造を示す導波方向に垂直な断面図である。
【図１５】円柱状の光散乱部１９と行光導波路４との接
続構造を示す導波方向に平行な断面図である。
【図１６】半球状の光散乱部１９と行光導波路４との接
続構造を示す導波方向に平行な断面図である。
【図１７】逆半球状の光散乱部１９と行光導波路４との
接続構造を示す導波方向に平行な断面図である。
【図１８】光導電体素子５構造を示す断面図である。
【図１９】本発明の他の実施例の光導電体素子５の構造
を示す断面図である。
【図２０】行光導波路４とセルフォックレンズ１４１と
の接続構造を説明する断面図である。
【図２１】本発明の他の実施例の積層構造とした行光導
波路４の断面図である。
【図２２】本発明の更に他の実施例において非周期的な
積層構造とした行光導波路４の断面図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 光導波基幹路 ３ 光スイッチ素子 ４ 行光導波路 ５ 光導電体素子 ６ 光出力部 ７、１３１ 光導電体膜 ８ データ信号線 ９、１２９ 絵素電極 １１、１３、１５ ガラス基板 １６、１７ 液晶 １９ 光走査信号発生部 ２０ 表示部 ４１、４３ 低屈折率層 ４２、４４ 高屈折率層 ５０ マスク ８０ 陽極 ９１ 光散乱部 １０１ 光走査基板 １４１ セルフォックレンズ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導波中心から外方に向けて第１の屈折率
    を有する複数の低屈折率層と、該第１の屈折率よりも高
    い第２の屈折率を有する複数の高屈折率層とが交互に積
    層され、該屈折率が導波中心から外方に向けて層状分布
    となっている光導波路。
  2. 【請求項２】 前記複数の低屈折率層と複数の高屈折率
    層との少なくともいずれか一方の層厚が、それぞれ１ｎ
    ｍ以上、１０μｍ以下である請求項１に記載の光導波
    路。
  3. 【請求項３】 前記複数の低屈折率層と複数の高屈折率
    層とは、相互に層厚が異なる層を含む請求項１に記載の
    光導波路。
  4. 【請求項４】 前記複数の低屈折率層と複数の高屈折率
    層とは、相互に屈折率が異なる層を含む請求項１に記載
    の光導波路。
  5. 【請求項５】 前記複数の低屈折率層と複数の高屈折率
    層とが交互に積層された構成を含み、該構成は長手方向
    に沿って延びている請求項１に記載の光導波路。
  6. 【請求項６】 光導波路上に、該光導波路内の光を外部
    に取り出すために、該光導波路内部の屈折率よりも大き
    い屈折率を有する光出力部が設けられている光入力装
    置。
  7. 【請求項７】 光導波路上に、該光導波路内の光を外部
    に取り出すために、光出力部として、光導波路内の光を
    散乱する光散乱部が設けられている光入力装置。
  8. 【請求項８】 前記光散乱部は、前記光導波路から光の
    取り出し方向に向かって屈折率が大きくなる屈折率分布
    を有している請求項７に記載の光入力装置。
  9. 【請求項９】 光導波路上に、該光導波路内の光を外部
    に取り出すために、光出力部としてマイクロレンズが設
    けられている光入力装置。
  10. 【請求項１０】 前記マイクロレンズは、セルフォック
    レンズであり、光導波路中の光のモード角とセルフォッ
    クレンズの開口角との和が９０°以上に定められる請求
    項９に記載の光入力装置。
  11. 【請求項１１】 前記セルフォックレンズ上に光源が配
    置されている請求項９に記載の光入力装置。
  12. 【請求項１２】 表示媒体と、該表示媒体を表示駆動す
    る行列状に配列された複数の絵素電極と、行方向又は列
    方向のいずれかの方向に沿って配置された複数の信号線
    と、前記複数の絵素電極毎にそれぞれ設けられ、前記複
    数の信号線の一つと該複数の絵素電極の一つとを電気的
    に接続又は遮断するための複数の光導電体と、該光導電
    体に選択的に光を照射する位置に配置され、該光導電体
    の該接続又は遮断を制御する複数の光入力装置とを具備
    し、 該光導波路上に、該光導波路内の光を外部に取り出すた
    めの光出力部を設けた表示装置。
  13. 【請求項１３】 単一の光源が接続された前記光導波路
    に、液晶をクラッディング材料とし、該光導波路内の光
    を出力または遮断するように切り換えるスイッチ素子を
    介して、複数の前記光入力装置が設けられている請求項
    １２に記載の表示装置。
  14. 【請求項１４】 前記光導電体が、ｎｐｎまたはｐｎｐ
    またはｎｐｎｐまたはｐｎｐｎまたはｎｉｐｉｎまたは
    ｐｉｎｉｐのいずれかの構造に選ばれている請求項１２
    に記載の表示装置。
  15. 【請求項１５】 前記光導波路において、前記光入力装
    置及び前記光出力部以外の位置に、透明である絵素電極
    が光導波路に接触して配置され、前記透明な絵素電極の
    層厚が、前記光源より発生される光の波長より小さく選
    ばれる請求項１２に記載の表示装置。
  16. 【請求項１６】 透明基板内に湿式電界イオン交換法に
    よって光導波路を形成する方法であって、該透明基板に
    対して、電場と共に磁場を印加する光導波路の製造方
    法。
  17. 【請求項１７】 湿式電界イオン交換法を用い、透明基
    板に対して電場と共に磁場を印加して光導波路を製造
    し、 該光導波路上に、該光導波路内の光を外部に取り出すた
    めの光出力部を設ける光入力装置の製造方法。
JP5078377A 1992-04-07 1993-04-05 光導波路、それを用いる光入力装置、これらを用いた表示装置及びこれらの製造方法 Pending JPH0688968A (ja)

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