(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の基板と、これら基板の周縁部どうしを接続するシール部材と、前記一対の基板と前記シール部材とで囲まれる領域に封入された液晶とが具備され、前記一方の基板と前記他方の基板の対向面に複数の変換領域が画定され、各変換領域が隔壁部材により区画され、前記変換領域に対応するように前記基板に電極部が形成されるとともに、前記変換領域に光の波長に相当する周期で誘電体からなる複数の柱状体が形成された周期構造部が形成される一方、前記隔壁により区画された各変換領域における液晶が電界印加の有無により各変換領域毎に独自に誘電率を変化自在とされてなり、前記シール部材の少なくとも一部と前記隔壁部材の少なくとも一部が透光性とされてなり、
前記液晶へ電界を印加しない場合のバンドギャップの帯域と、電界を印加した場合のバンドギャップの帯域とが異なり、前記２つのバンドギャップの帯域のうち、一方は導光させようとする光を通過させる帯域であり、他方は前記光を通過させない帯域であり、前記隔壁部材が透光性の材料から構成され、前記複数の変換領域のうち、所定の変換領域にこれら変換領域に対応する電極部から電界を印加することで前記所定の変換領域に添って導光自在とされてなることを特徴とする光導波路装置。
【請求項２】
前記シール材の少なくとも一部に光導入部が前記シール材の少なくとも一部に光導出部が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
【請求項３】
前記一対の基板のうち、一方の基板に形成された電極部が前記変換領域の全てに対応する共通電極とされ、他方の基板に形成された電極部が前記各変換領域に個々に対応する駆動電極とされ、前記駆動電極が個々に薄膜トランジスタ素子により駆動自在に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路装置。
【請求項４】
前記共通電極が形成された側の基板がＳｉ基板からなり、該Ｓｉ基板の蝕刻により前記複数の柱状体が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の光導波路装置。
【請求項５】
前記個々の変換領域に対応して前記他方の基板上に複数の駆動電極が縦横に間欠的に整列形成され、各駆動電極に対応して薄膜トランジスタ素子が形成されるとともに、各薄膜トランジスタを駆動するための配線が前記間欠的に配列形成された複数の駆動電極の間に配線されてなることを特徴とする請求項３または４に記載の光導波路装置。
【請求項６】
前記基板周縁部のシール材の外方に光源が設置されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界の有無により誘電率を変化させてバンドギャップを可変することで光の透過状態と反射状態を制御することができるフォトニック結晶装置及びそれを備えた光導波路と光合分岐回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光の波長程度の屈折率変化周期構造を持つ物質はフォトニック結晶として知られており、その中ではその周期に対応する波長の光の存在が禁止される光に対する禁止帯、いわゆるフォトニックバンドギャップが現れ、特定の波長域の光の存在と伝搬が不可能となる。このことからフォトニック結晶は光を自由自在に制御できる可能性があるとして、次世代のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス材料として注目されている。
このフォトニック結晶という新しい概念は、１９８７年に初めてS.JohnとE.Yablonovitch により理論的に提唱されたものであり、実験的には現在種々の手法が研究されている状況にある。
【０００３】
３次元的周期構造のフォトニック結晶を作製する手法としては、半導体素子、デバイス作製のための微細加工技術、積層技術などの方法が研究されており、光の波長程度の大きさの粒子を構造単位としてこれを２次元的にあるいは３次元的に積み上げて製造する方法が研究されている。一例として、数１００ｎｍのＳｉＯ2の球形微粒子を積み上げてフォトニック結晶を作製した例が知られており、このような周期構造を有する結晶は角度によって色が微妙に変化する非常に美しい虹色を呈することになるため、この種のフォトニック結晶は人工オパールとも呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者はこの種のフォトニック結晶について研究を行っており、２次元周期構造あるいは３次元的周期構造のフォトニック結晶に対して本発明者が発見した工夫を施すことによって従来では知見されていない全く新しいタイプのフォトニック結晶装置を知見した結果なされた発明である。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、２次元的あるいは３次元的な周期構造と誘電率電界変化型物質との組み合わせによって、電界印加の有無によりフォトニックバンドギャップが波長ずれして現れることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成した。
本発明は、電界印加の有無によりフォトニックバンドギャップの波長域を調整して特定波長の伝播光の通過と遮断を切り替えることができるフォトニック結晶装置及びそれを備えた光導波路装置と光合分岐装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対向配置された一対の基板と、これら基板の周縁部どうしを接続するシール部材と、前記一対の基板と前記シール部材とで囲まれる領域に封入された液晶とが具備され、前記一方の基板と前記他方の基板の対向面に複数の変換領域が画定され、各変換領域が隔壁部材により区画され、前記変換領域に対応するように前記基板に電極部が形成されるとともに、前記変換領域に光の波長に相当する周期で誘電体からなる複数の柱状体が形成された周期構造部が形成される一方、前記隔壁により区画された各変換領域における液晶が電界印加の有無により各変換領域毎に独自に誘電率を変化自在とされてなり、前記シール部材の少なくとも一部と前記隔壁部材の少なくとも一部が透光性とされてなり、
前記液晶へ電界を印加しない場合のバンドギャップの帯域と、電界を印加した場合のバンドギャップの帯域とが異なり、前記２つのバンドギャップの帯域のうち、一方は導光させようとする光を通過させる帯域であり、他方は前記光を通過させない帯域であり、前記隔壁部材が透光性の材料から構成され、前記複数の変換領域のうち、所定の変換領域にこれら変換領域に対応する電極部から電界を印加することで前記所定の変換領域に添って導光自在とされてなることを特徴とする。
周期構造部を構成する複数の誘電体の柱状体を備え、それらの周囲に誘電率電界変化型物質としての液晶を介在させた２次元的あるいは３次元的な周期構造を備え、誘電率電界変化型物質としての液晶に電極から電界を印加するか、電界を印加しないことで、誘電率電界変化型物質としての液晶の誘電率が変化し、これに応じてフォトニックバンドギャップの発生波長変位が生じる。前記誘電率電界変化型物質としての液晶へ電界を印加しない場合のバンドギャップの帯域と、電界を印加した場合のバンドギャップの帯域とが異なり、前記２つのバンドギャップの帯域のうち、一方は導光させようとする光を通過させる帯域であり、他方は前記光を通過させない帯域となる。
よってこのフォトニックバンドギャップにより存在が禁止される波長帯域の光を伝搬用として用い、その光の伝搬特性を容易に制御することができる。具体的には、電極に電圧を印加するか印加しないかに応じて誘電率電界変化型物質としての液晶への誘電率を変化せしめ、これにより周期構造部におけるフォトニックバンドギャップの波長を動かすことで特定波長の光の伝搬特性を制御できる。
【０００９】
本発明は、前記誘電率電界変化型物質が液晶からなることを特徴とする。
誘電率電界変化型物質の一例として液晶を用いることができ、液晶に電極から電界を印加するか印加しないことにより、フォトニックバンドの発生波長に相違が生じ、これに応じて光の伝搬特性を制御できる。また、誘電率電界変化型物質が液晶であるならば、光の透過性も良好であるので、光の透過効率に優れさせることができると同時に、電界印加の有無により大きな誘電率の変化を得ることができ、フォトニックバンドギャップの変位としても明瞭な変位が得られる。
【００１０】
本発明は、前記周期構造部における誘電体部材としての柱状体の配列周期が特定の光の波長に相当する周期とされてなることを特徴とする。誘電体部材としての柱状体の配列周期が特定の光の波長に相当する周期とされることで、光の伝搬特性を制御するための周期構造が完成する。これらの配列周期は、光の波長に相当する周期であることが好ましいが、一致している必要は無く、光の数倍程度の周期を有するものであっても良い。
【００１１】
本発明は、前記誘電体部材としての柱状体の誘電率と、前記誘電率電界変化型物質としての液晶に対する電界印加の有無に応じた誘電率の変動に伴い発生するバンドギャップにより、前記周期構造部における特定波長の光の通過あるいは不通が切り替え自在とされたことを特徴とする。本発明により、光の通過あるいは不通を切り替える光シャッタを提供できる。
【００１４】
本発明によれば、任意の位置の変換領域に対応する液晶に電極から電界を印加することで、任意の位置の変換領域における周期構造部のフォトニックバンドギャップの発生を自由に変更できるので、任意の変換領域に添った自由な方向への光の伝搬をなし得る。よって、自由方向に光の導波を行うことができる光導波路装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の光導波路装置は、前記シール材の少なくとも一部に光導入部が形成され、前記シール材の少なくとも一部に光導出部が形成されてなることを特徴とする。
シール材の光導入部から任意の変換領域の周期構造部に光を導入することができ、その光を導入した変換領域の液晶とそれに隣接する他の変換領域の液晶に順次電極により電界を印加することで、電界を印加した変換領域に対応するように光の導波路を形成できる。
【００１６】
本発明の光導波路装置は、前記隔壁部材の全部が透光性の材料から構成され、前記複数の変換領域のうち、所定の変換領域にこれら変換領域に対応する電極部から電界を印加することで前記所定の変換領域に添って導光自在とされてなることを特徴とする。この構成により基板に沿ういずれの方向に対しても光を自由に伝搬させることができる光導波路装置を提供できる。
本発明の光導波路装置は、前記一対の基板のうち、一方の基板に形成された電極部が前記変換領域の全てに対応する共通電極とされ、他方の基板に形成された電極部が前記各変換領域に個々に対応する駆動電極とされ、前記駆動電極が個々に薄膜トランジスタ素子により駆動自在に構成されていることを特徴とする。
本発明の光導波路装置は、前記共通電極が形成された側の基板がＳｉ基板からなり、該Ｓｉ基板の蝕刻により前記複数の柱状体が形成されてなることを特徴とする構成でも良い。
本発明の光導波路装置は、前記個々の変換領域に対応して前記他方の基板上に複数の駆動電極が縦横に間欠的に整列形成され、各駆動電極に対応して薄膜トランジスタ素子が形成されるとともに、各薄膜トランジスタを駆動するための配線が前記間欠的に配列形成された複数の駆動電極の間に配線されてなることを特徴とする構成でも良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の各形態を詳細に説明する。
なお、本発明は以下に説明する形態に限定されるものではないことは勿論であるとともに、以下の図面においては各構成部分の縮尺について図面に表記することが容易となるように構成部分毎に縮尺を変えて記載している。
図１は、本発明に係る第１の基本形態のフォトニック結晶装置を示すもので、この形態のフォトニック結晶装置Ａは、ほぼ平行に対向して離間配置された導電性の基板１、２と、これらの基板１、２の周縁部間に介在されて基板１、２間の間隙を取り囲む透明のシール材５と、これら基板１、２の間に光の波長程度の周期で立設された複数の円柱状の柱状体（誘電体部材）３と、これら柱状体３の周囲であって基板１、２とシール材５とに囲まれた空間部に充填された誘電率電界変化型物質の１種である液晶６とを具備して構成されている。また、透明のシール材５の外部には所望の波長の光を発光自在なレーザ発光装置等の光源４がフォトニック結晶装置Ａとは別個に設置され、この光源４から特定波長の光（例えば波長１５５０ｎｍの光）を基板１、２間の間隙に透明のシール材５を介して入射できるように構成されている。
【００１８】
前記基板１、２はイオンドープした導電性の高いＳｉ等の高誘電体材料から構成され、これらの基板１、２の対向側の面にはＳｉ基板の表面酸化処理等で形成された酸化層７、８が形成されている。なお、基板１、２の構成材料は、高誘電体材料であれば良いので、Ｓｉの他にＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＴｅ、Ｇｅ等の導電性を備えた高誘電体材料から構成しても良い。
Ｓｉの置き換え材料として使用できるこれらの材料においては、誘電率εが屈折率ｎ2と等価であると定義すると、ＧａＰ＝３.４５2＝１１.９０、ＧａＡｓ＝３.５2＝１２.２５、ＩｎＰ＝３.２９2＝１０.８２、ＺｎＴｅ＝９.６１2、Ｇｅ＝４.１2＝１６.８１となり、いずれの材料も高誘電率を示している。また、これら高誘電率側の材料として、８〜１３の範囲の誘電率であることが本発明においては好ましい。
また、これらの材料はいずれも半導体材料として使用されるものであり、イオンドーピング等の手段によって導電性を付与可能であるので、電極としての利用も可能となる。
【００１９】
前記誘電体部材である柱状体３…は、基板１、２のうちのどちらか一方をエッチング等の手段で蝕刻して形成されたもので、本形態においては先の光源４から発光される特定の光の波長に相当する間隔、あるいは数倍程度の間隔で複数形成されてこれら複数の柱状体３…の集合により周期構造部３Ａが構成されている。本形態において例えば波長１５５０ｎｍの光を用いてこの波長の光の透過と反射を制御しようとする場合、例えば隣接する円柱の中心の間隔を０.３〜１.１μｍの範囲、円柱状の柱状体３の半径を０.０７〜０.２５の範囲で選択することができる。
【００２０】
前記基板１、２には、接続線９Ａ、９Ｂを介して電源装置１０が接続され、接続線９Ｂに組み込まれたスイッチ装置１１をオン（入）することにより基板１、２に通電して基板１、２間の液晶６に基板１、２から規定の電圧を印加できるように、あるいは、スイッチ装置１１をオフ（切）することで電圧印加を停止できるように構成されている。
前記液晶６は、電界が印加された状態と電界が印加されていない状態において誘電率が異なるものである。例えば具体的に誘電率が２〜３のネマチック液晶を用いることができ、このネマチック液晶において、通常２.３４の誘電率を有するものに対して電界を印加すると誘電率を２.５６とすることができる。
【００２１】
図１に示すフォトニック結晶装置Ａを製造するには、イオンドープを行って導電性を付与した一方側のＳｉの基板１に対し、この基板１の表面を酸化処理して表面酸化層７を形成する。次に、例えば図２に示すように基板１の表面酸化層７を形成した側の面の周縁部に添って環状に透明のシール材５を配置する。
また、イオンドープを行って導電性を付与した他方側のＳｉの基板２に対し、化学的エッチング、あるいは、イオンビームエッチング等の物理的エッチング手段を用いて基板２の表面を蝕刻して図３に示すような多数の柱状体（誘電体部材）３…を基板２の表面上に形成する。
【００２２】
化学的なエッチングを行うには、基板２の表面にレジストを塗布し、それに露光装置等で柱状体の周期構造に対応するように露光して描画し、描画部分のみのレジストを現像液で溶かし取り、多数の穴部をあけ、これらの穴部を利用してエッチング液に浸漬する化学的なエッチングを行えば良い。物理的なエッチングを行うには、Ｓｉ基板をＳＦ6ガスのプラズマ等でエッチングして蝕刻し、複数の柱状体３…を形成する方法で行うことができる。
【００２３】
また、これらの方法の他に高く切り立った円柱状のＳｉ柱状体を形成する方法として、以下の方法を採用しても良い。
まず、Ｓｉウエハ上に電子ビーム露光に感応性を有する例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のレジストを塗布し、それに電子ビームで周期構造を描画し、電子ビーム描画部分のＰＭＭＡを現像液で溶かし取り、窓をあけ、厚さ１ｎｍ程度の鉄の原子を蒸着し、その後にＰＭＭＡレジストをリフトオフにより除去する。これにより、基板表面で鉄原子が凝集し、電子ビームで描画して窓あけした部分のみに鉄のクラスタを形成できる。次にこれをＳＦ6ガスのプラズマでエッチングし、試料温度やガス圧等のエッチング条件を選定すると、鉄のクラスタの周辺部分のみがエッチングされずに残り、大きさの揃ったＳｉの柱状体を多数加工することができる。この時に鉄のクラスタはそれ自身がエッチングマスクとして機能するのではなく、プラズマからＳXＦXなどの反応生成物を凝縮し、大きさの揃ったエッチングマスクを形成する核としての機能を奏する。このように鉄のクラスタはエッチング耐性の高いマスクを形成する能力があり、この機能を利用することで大きさの揃ったＳｉの円柱を加工することができる。
この方法により例えば、直径４０ｎｍで高さ１μｍのＳｉの柱状体を２７０ｎｍの間隔で平面視正方格子の頂点位置あるいは三角格子の頂点位置に多数配列した周期構造部を確実に作製することができる。
【００２４】
図１に示す構成のフォトニック結晶装置Ａに対して光源４から、例えば波長１５５０ｎｍの光を入射すると、複数の柱状体３…が形成する周期構造部３Ａとその周囲を囲んで存在されている液晶６とからフォトニック結晶が構成されているので、このフォトニック結晶は光に対するバンドギャップを生成し、このバンドギャップは液晶６に電界を印加した場合と、電界を印加していない場合でシフトする。ここで光のバンドギャップとは、特定振動数の光が伝搬できない振動数領域を示す。
図４は縦軸に光エネルギーを、横軸にフォトニックバンドギャップをとって光の振動モードをＴＥモードとした場合に、Γ〜Χまでの間の光エネルギー状態を示す図である。（Γ、Χはフォトニック結晶逆格子空間内での特徴的点を表す。）
ここでＴＥモードとは図３に示すように入射光Ｌの電気ベクトルが柱状体３に対して垂直の場合のモードを示し、ＴＭモードとは入射光の電気ベクトルが柱状体３に対して平行の場合のモードを示す。
【００２５】
図４から、例えば、ネマチック液晶がランダム配向の時、即ち電界を印加していない状態の時、液晶屈折率：ｎＬＣ＝１.５３の場合に液晶誘電率εＬＣ＝ｎ2ＬＣ＝２.３４であるので、図４のＸ点におけるフォトニックバンドギャップは例えば１５１７ｎｍ〜１７０８ｎｍ（０.８２〜０.７３ｅＶ）となる。従って柱状体３…と液晶６からなる周期構造であるフォトニック結晶は１５１７ｎｍ〜１７０８ｎｍの範囲の波長の光を反射して透過させない。
【００２６】
これに対し、液晶を入射光の電場ベクトルに対して平行となるように配向させた場合、換言すると、液晶分子の長軸を基板１、２に対して垂直方向に配向させた場合、即ち、液晶屈折率：ｎＬＣ＝１.６の場合に液晶誘電率εＬＣ＝ｎ2ＬＣ＝２.５６であるので、図４のＸ点におけるフォトニックバンドギャップは例えば１５８０ｎｍ〜１７７６ｎｍ（０.７８〜０.ｅＶ）となり、フォトニックバンドギャップの位置が先の帯域からシフトする結果、この範囲の光を透過させないが、この範囲外の光、例えば１５５０ｎｍの波長の光を透過することができる。従って、液晶６に電界を印加させていない場合に液晶６が注入されている柱状体３…の周期構造部３Ａは波長１５５０ｎｍの光を反射して遮り、液晶６に電界を印加した場合に液晶６が注入されている柱状体３…の周期構造部３Ａは波長１５５０ｎｍの光を透過する。
【００２７】
以上のことから、図１に示すフォトニック結晶装置Ａは、スイッチ１１をオンにするかオフにするかによって光源４から出射された光を周期構造部３Ａを介して光源４を配置した側と反対側に図１の矢印ａに示すように透過させるか、あるいは遮断するかを切り替えることができ、波長１５５０ｎｍの光に対する光シャッタとして機能させることができる。
なお、このような背景から、シール材５において光源４から光が入射される部分は少なくとも透光性好ましくは透明である必要があり、シール材５において光が出射される部分（光源４の設置側と反対側に位置するシール材５の部分）は透光性好ましくは透明である必要がある。このような背景から、シール材５は全体が透明であることが好ましい。
【００２８】
ところで図１に示す構造のフォトニック結晶装置Ａにあっては複数の柱状体３のみを高誘電率材料から形成すれば良いので、基板１、２の全体を高誘電率材料で形成する必要はなく、基板１、２を高誘電率ではない他の一般的な基板材料で形成し、柱状体３…のみを高誘電率材料から形成しても良いのは勿論である。また、基板１、２の液晶６側の面に金属電極や透明電極層層などの電極層を別途形成し、この電極層から液晶６に電界を印加できる構成とするならば目的を達成することができるので、イオンドープしたＳｉ基板等の導電体で基板１、２を形成する必然性はない。従って基板１、２を高誘電体材料ではない絶縁体で形成し、絶縁体基板の対向面側にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）層、金属電極層などの電極層を別途形成し、絶縁体基板間に高誘電率材料からなる複数の柱状体を配置した構造を採用することも可能である。
【００２９】
ところで、本形態においては周期構造部３Ａが高誘電材料製の柱状体３の集合体から構成されているので、２次元的な周期構造部とされているが、周期構造部は３次元的な構造とされていても差し支えない。例えば、単純な柱状体を配列したのみの構造ではなく、柱状体を井桁状に組み上げた３次元立体構造の周期構造部からなる構成でも良い。また、ここでの３次元立体構造は、枝分かれ立体形状や網目立体構造あるいは不定形誘電体部材の組み上げ立体形状など種々の立体形状で差し支えない。
【００３０】
図５と図６は本発明を光導波路装置に適用した形態を示すもので、この形態の光導波路装置Ｂは先の形態のフォトニック結晶装置Ａとほぼ同等の構成とされているが、先の形態のフォトニック結晶装置Ａと異なるのは周期構造部３Ａの一部に欠陥を導入した点であり、その他の構造において先の形態のフォトニック結晶装置Ａの構成要素と同じ要素には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。この形態の光導波路装置Ｂにおいて、基板１、２とシール材５によって囲まれた領域に柱状体（誘電体部材）３の集合体である周期構造部３Ａが形成され、柱状体３の周囲に液晶６が満たされている構造については先の形態の構造と同等である。
【００３１】
この形態の光導波路装置Ｂにおいては、複数の柱状体３…の一部が平面視Ｌ字型に省略されてＬ字型の導波路Ｌが形成されている点に特徴を有する。この導波路Ｌにおいては、基板２の短辺側の中央部に光の導入部Ｌ１が形成され、基板２の長辺側の一部に光の導出部Ｌ２が形成され、導入部Ｌ１から基板２の平面視中央部に向かって直線状に至り、９０゜右曲がりで基板２の長辺側の端部の導出部Ｌ２に至る平面視横向きのＬ字型の導波路Ｌとされている。
このように周期構造部３Ａにおいて複数の柱状体３の一部を略した構造においては、周期構造部３Ａに欠陥を導入したことと等価となり、この欠陥部分においては先に説明したフォトニックバンドギャップの影響を受けることがない。
【００３２】
即ち、先の形態の場合と同様にネマチック液晶がランダム配向の時、即ち電界を印加していない状態の時、フォトニックバンドギャップは１５１７ｎｍ〜１７０８ｎｍとなるので柱状体３…と液晶６からなるフォトニック結晶は１５１７ｎｍ〜１７０８ｎｍの範囲の波長の光を反射して透過させない。これに対して柱状体３を略した導波路Ｌの部分では光が存在できる、換言すると通過可能であるので、導入部Ｌ１から光を入射すると、導波路Ｌから外れた領域では光が存在し得ないのに対して、導波路Ｌに添って光は存在し得るので、光は導波路Ｌに沿って透過することとなる。また、導波路Ｌの途中において導波路Ｌから光が外れようとしても、導波路Ｌの周囲に存在する複数の柱状体３からなる周期構造部３Ａが光を反射するので光は確実に導波路Ｌのみに添って伝搬され、導出部Ｌ２から確実に導出される。よってこの形態の構造においては導波路Ｌを光導波路として利用することができる。
【００３３】
これに対し、液晶を入射光の電場ベクトルに対して平行となるように配向させた場合、換言すると、液晶分子の長軸を基板１、２に対して垂直方向に配向させた場合、フォトニックバンドギャップは１５８０ｎｍ〜１７７６ｎｍとなり、フォトニックバンドギャップの位置が先の帯域からシフトする結果、この範囲の光を透過させないが、この範囲外の光、例えば１５５０ｎｍの波長の光を透過させるようになる。
従って、導入部Ｌ１から入射された波長１５５０ｎｍの光は導光路Ｌには限らず、周期構造部３Ａの全体に添って導入部Ｌ１から入射方向に直進する。換言すると、波長１５５０ｎｍの光は導入部Ｌ１から直進して基板２の対向側の短辺部に至る。ここで、この部分のシール部材５を透明にしておけば、光は基板２の外部へ導出され、この部分のシール部材５を不透明にしておけば光はシール部材５の外部へは漏出しないようにできる。
【００３４】
以上の構成の光導波路装置Ｂにあっては複数の柱状体３…のうちの一部を略することにより導波路Ｌを形成でき、しかもこの導波路Ｌはミクロンオーダーあるいはサブミクロンオーダー（例えば前記したように２７０ｎｍの間隔）で形成した柱状体３…の間隔に対応させた経路と幅の光導波路とすることができる。これに対して従来の石英系導波路においては、石英系導波路を構成する光ファイバの曲げ半径の限界から、数１００ミクロンを要する曲げ半径が必要であったが、この形態の構造であれば目的のミクロンオーダーあるいはサブミクロンオーダーのカーブに添って柱状体３を省略すれば良いのでミクロン単位あるいはサブミクロン単位でカーブした導波路が実現可能であり、任意の角度で折れ曲がることが可能な光導波路を実現できる。更に、この形態において導波路Ｌの形状は複数の柱状体３を必要に応じて略することによって任意の形状とすることができるので、従来の光ファイバ等の導波路においては実現できなかった複雑な形状の導波路であっても実現することができる。
【００３５】
図７は本発明に係るフォトニック結晶装置の他の形態を示すもので、この形態のフォトニック結晶装置Ｃは、ほぼ平行に対向して離間配置された基板２１、２２と、これらの基板２１、２２間に介在されたＳｉ等の高誘電材料からなる板状の本体部２５と、この本体部２５に光の波長程度の周期で穿設された複数の穴部２３と、これら穴部２３の内部に充填された誘電率電界変化型物質の一種である液晶２６とを具備して構成されている。更に、本体部２５と基板２１との間に電極層２７が形成され、周期構造体２５と基板２２との間に電極層２８が形成され、電極層２７、２８には先の実施の形態において説明したものと同等の接続線８、９と電源１０とスイッチ１１とが接続されている。また、本体部２５の外部には所望の波長の光を発光自在なレーザ発光装置等の光源２４がフォトニック結晶装置Ｃとは別個に設置されている。
【００３６】
この形態のフォトニック結晶装置Ｃは、Ｓｉ等の高誘電材料からなる板状の本体部２５に光の波長程度の周期で穿設された複数の穴部２３を形成することで周期構造部２５Ａが構成され、各穴部２３に液晶２６を充填することでフォトニック結晶が形成されている。
この形態のフォトニック結晶装置Ｃにおいても先のフォトニック結晶装置Ａと同等の作用効果を得ることができ、特定波長の光のシャッタとして利用することができる。
また、この形態のフォトニック結晶装置Ｃにおいて穴部２３を一部略するならば、穴部２３を略した部分を欠陥部分とすることができ、この欠陥部分を光導波路として利用することができるので、光導波路装置を構成することもできるのは勿論である。
【００３７】
図８は本発明に係るフォトニック結晶装置を適用したプレーナ光波回路を示すもので、この形態のプレーナ光波回路（光合分岐装置）Ｄは、基板３０、３１の間に平面視Ω状の光導波路３２、３３を一部重なるように、かつ、一部外れるように平面視Ω型の縦方向にずらして形成し、一方の光導波路３２の一側の導入部３２ａから波長λ１、λ２の合成光を導入した場合に光導波路３２、３３の他側の導出部３２ｂ、３３ｂから波長毎（λ１、λ２）の光を別個に取り出し得るように構成されたものである。なお、平面視Ω状の光導波路３２、３３を平面視縦方向に一部重なるように形成した部分ではマッハツェンダ干渉計が構成される。
【００３８】
この形態のプレーナ型光回路Ｄにおいて先の第１の形態のフォトニック結晶装置Ａに適用された柱状体３…を複数形成し、柱状体３…の一部を平面視Ω型に略した構成の周期構造部３Ａを適用すれば良く、平面視Ω状の光導波路３２、３３に先の柱状体３を略した構造を適用すればよい。勿論、平面視Ω状の光導波路３２、３３に先の第３の形態の本体部２５に穴部２３を複数設けた周期構造部２５Ａを採用しても良い。
【００３９】
図９は本発明に係るフォトニック結晶装置を適用した光スプリッタを示すもので、この形態の光スプリッタ（光合分岐装置）Ｅは、基板４０、４１の間に枝分かれ状に光導波路４２を形成し、光導波路４２の一側の導入部４２ａから波長λ１、λ２の合成光を導入した場合に光導波路４２の他側の導出部４２ｂから波長毎の光を取り出し得るように構成されたものである。この形態の光スプリッタＥにおいて先の第１の形態のフォトニック結晶装置Ａに適用された柱状体３…を一部略して複数形成した周期構造部３Ａを適用すれば良い。
【００４０】
図１０〜図１２は本発明に係るマルチチャンネル型の光導波路装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の光導波路装置Ｆは、所定の間隔をあけて対向配置された一対の基板５０、５１と、これら基板５０、５１の周縁部どうしを接続する環状のシール部材５２と、前記一対の基板５０、５１と前記シール部材５２とで囲まれる空間（領域）に封入された誘電率電界変化型物質の１種である液晶５３とを具備して構成されている。
【００４１】
前記一方の基板５０は、薄膜トランジスタアレイ基板とされており、Ｓｉ基板等からなる基板本体５０Ａ上に、複数のゲート配線Ｇ・・・と複数のソース配線Ｓ・・・とが平面視マトリクス状に配設され、ゲート配線Ｇ・・・とソース配線Ｓ・・・とで囲まれた領域が個々に１つの駆動領域Ｋとされている。そして、これらの駆動領域Ｋ毎にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、あるいは金属などの導電材料からなる駆動電極５５が基板５０上に位置した状態で設けられ、各駆動電極５５とゲート配線Ｇとソース配線Ｓとの境界部分に３端子型のスイッチング素子としての薄膜トランジスタ素子Ｔが設けられ、更にこれらの素子や配線等が平坦化膜５６にて覆われている。
【００４２】
前記他方の基板５１はＳｉ基板からなる共通電極用基板とされており、基板５１において液晶５３側の面には先の基板５０側の全ての駆動領域Ｋに対応する大きさの電極層５７が形成され、電極層５７の上には先の基板５０側に形成されている各駆動領域Ｋを個々に仕切ることが可能な平面視格子状の隔壁部材５８が形成されている。また、格子状に形成された隔壁部材５８の各壁部の内側にはＳｉ基板自体を蝕刻して形成した複数の柱状体（誘電体部材）５９が集合された周期構造部６０が形成されている。
【００４３】
前記構造の基板５０、５１は、隔壁部材５８の各壁部を各駆動領域Ｋの境界部に位置させて隔壁部材５８を基板５１側の平坦化膜５６に当接させ、シール材５２を基板５０の周縁部に当接させ、図１１に示すごとく隔壁部材５８の内部側に各駆動領域Ｋに対応するように変換領域Ｈを形成して貼り合わせられ、これらの各変換領域Ｈに液晶５３が満たされている。以上の構成により、基板５０、５１間において隔壁部材５８が区画する変換領域Ｈに複数の柱状体５９が配列され、これら複数の柱状体５９の周囲に液晶５３が存在されて各変換領域Ｈにフォトニック結晶が構成されている。
【００４４】
なお、図１０においては説明の簡略化のために駆動領域Ｋを３列３行分、合計９個のみ表示したが実際にはマルチチャンネル型として必要なチャンネル数分の駆動領域Ｋを設けることとする。
図１２は、図１０と図１１に示す基板５０、５１の周縁部に駆動用ＬＳＩを取り付けてマルチチャンネル型として完成させた駆動ユニットＵの全体構成を示すものである。この図において駆動ユニットＵは先の基板５０、５１を組みつけ、必要数の駆動領域Ｋと変換領域Ｈと必要本数のソース線Ｓ1〜Ｓnとゲート線Ｇ1〜Ｇnを設けたものに対し、基板５０、５１の外側周縁部の左側部側に走査線（ゲート線）駆動用の複数のゲートドライバＧｄ1〜Ｇｄ2が、上辺側と下辺側にそれぞれ信号線（ソース線）駆動用の複数のソースドライバＳｄ1〜Ｓｄ8が取り付けられている。
【００４５】
これらのゲートドライバおよびソースドライバにはそれぞれ端子線が数百本装備されていて、１個のソースドライバによりソース線に換算して数百本分の駆動を行うことができ、１個のゲートドライバによりゲート線に換算して数百本分の駆動を行うことができるように構成されている。
更に基板５０、５１の外側周縁部の右側部側にはマルチチャンネル型の光源４０が設置され、基板５０、５１の縦幅に相当する幅を有する発光部４１の部分から、例えば波長１５５０ｎｍ等の光を入射できるように構成されている。
【００４６】
図１２に示すマルチチャンネル型の駆動ユニットＵでは、ゲートドライバＧｄ1〜Ｇｄ2とソースドライバＳｄ1〜Ｓｄ8のいずれから必要な位置の変換領域Ｈに対し通電して各変換領域Ｈの液晶５３に電界を印加するか、印加しないかを切り替えることができる。
以上の構成により、例えば図１２に示すゲート線Ｇ1の延長方向に位置する光源４０の発光部４１から出射された光をゲート線Ｇ1に添って直進方向に導光するには、基板５１側の共通の電極層５７に通電しておき、ゲートドライバＧｄ1により基板５０側のゲート線Ｇ1に添って存在する全ての変換領域Ｈの薄膜トランジスタＴのゲート電極に通電すると同時にソースドライバＳｄ1〜Ｓｄ8により先の薄膜トランジスタＴのソース電極に通電すると、ゲート線Ｇｄ1に添って存在する変換領域Ｈの全てのフォトニックバンドギャップを光を導光可能とすることができ、通電を停止すると光の導光を阻止することができる。
【００４７】
また、光源４０の発光部４１から出射された光を任意の方向に導光するには、導光したい方向に添った変換領域Ｈの電極に電圧を印加して各変換領域Ｈの液晶５３に電界を印加すれば良い。これにより、１組の基板５０、５１の一辺側に設けた光源４０の発光部４１のいずれから出射された光であっても、１組の基板５０、５１の残り３辺側のいずれの方向にも導光することができる。
従って図１２に示す駆動ユニットＵでは、光源４０から入射させた特定波長の光を１組の基板６０、５１の３辺のいずれの方向にでも自由に導くことができる光導波路装置を提供できる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては３端子素子としての薄膜トランジスタＴにより駆動電極５５に通電を切り替える構成としたが、金属層の間に絶縁層を挟んだ構成の２端子素子として知られている薄膜ダイオード型のスイッチング素子（ＭＩＭ素子）を駆動電極５５用のスイッチング素子として適用しても良い。
また、一方の基板に短冊状の電極を相互に平行に複数形成し、他方の基板に短冊状の電極を相互に平行に複数形成し、基板どうしの電極を互いに９０゜で対向するように配置してなる構成を採用し、上下の電極で挟まれた各領域を変換領域として個々に隔壁部材で囲み、上下の電極に選択的に通電し、通電した電極どうしで挟まれた領域の液晶の誘電率を変更して変換領域毎にフォトニックバンドギャップの制御を行い、光導波を行う構成としても良い。
【００４９】
【実施例】
Ｓｉ基板の一面をフォトリソグラフィ工程により蝕刻してＳｉの柱状体を多数形成し、それらの柱状体の間に屈折率１.５３、誘電率２.３４のネマチック液晶を充填して満たした周期構造部を有するフォトニック結晶装置を作製した。
また、ここで用いたネマチック液晶は入射光の電場ベクトルに対して平行となるように配向させた場合に屈折率は１.６、誘電率は２.５６となるものである。
図１３は平面視正方格子状に並べた（正方格子の４つの頂点に位置するように柱状体を並べた場合）Ｓｉ円柱の中心間の間隔（ａ）を０.３５０〜１.０３２（μｍ）の間で適切な値を選定し、Ｓｉの柱状体の半径（ｒ）を０.０７６〜０.２３６（μｍ）の間で適切な値を選定した場合の、規格化光エネルギーとｒ／ａの値の関係をＴＭモードにおいて、液晶に電界を印加した場合と、液晶に電界を印加してない場合のそれぞれについて測定した結果を示す。
【００５０】
図１３に示す結果から、液晶への印加電界の有無においてフォトニックバンドギャップが変動することが明らかになった。図１３においてフォトニックバンドギャップを示す横に細長く囲んだ図形線に対して、縦軸と平行な補助線Ｊを先の図形線を縦割りするように描いた場合、この補助線Ｊにおいて図１３の上側の交点をλlongと記載し、下側の交点をλshortと記載し、それぞれの場合に液晶に電界を印加した場合をλlong（ＯＮ）あるいはλshort（ＯＮ）と記載し、液晶に電界を印加していない場合をλlong（ＯＦＦ）あるいはλshort（ＯＦＦ）と記載すると、第１のバンドギャップλmidgap（液晶ＯＦＦ時にバンドギャップ中心に相当する入射波長）を１.６３０μｍとした場合、以下の表１に示す結果が得られた。
【００５１】
0003828426.tif 000002
【００５２】
この表１に示す結果から明らかなように、例えば波長１５５０ｎｍの光を選択して伝搬用に用いた場合、ａ＝０.４４９μｍとａ＝０.４１３μｍの場合に、液晶に電界をを印加していない場合のλlong(OFF)とλshort(OFF)の間に波長１５５０ｎｍの光が位置するので、このλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の波長の光に対してフォトニックバンドギャップが作用する結果として波長１５５０ｎｍの光はフォトニック結晶では存在し得ない波長帯域となり、通過できないこととなる。
これに対して液晶に電界を印加した場合のλlong(ON)とλshort(ON) の間の波長帯域から、波長１５５０ｎｍの光は外れるようになるので、波長１５５０ｎｍの光をフォトニック結晶は通過させる。従って本発明の目的を達成することができる。
なお、この観点から、表１に示すλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の帯域と、表１に示すλlong(ON)とλshort(ON) の間の帯域がずれている場合に、このずれの帯域に相当する波長の光を伝搬用に利用すれば、液晶に対して電界を印加するか、印加しないかに応じて伝搬用の光の通過、遮断を切り替え可能であることが判明した。
【００５３】
次に、第２バンドギャップλmidgap（バンドギャップは複数生じるため本願明細書ではエネルギーの低い方から順に第１、第２…とした。）を１.５５０μｍとした場合、以下の表２に示す結果が得られた。
0003828426.tif 000003
【００５４】
表２に示すλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の帯域と、表２に示すλlong(ON)とλshort(ON) の間の帯域がずれている場合に、このずれの帯域に相当する波長の光を伝搬用に利用すれば、液晶に対して電界を印加するか、印加しないかに応じて、伝搬用の光の通過、遮断を切り替え可能であることが判明した。
例えば波長１５５０ｎｍの光を選択して伝搬用に用いた場合、ａ＝０.６６４μｍとａ＝０.６０４μｍの場合に、液晶に電界を印加していない場合のλlong(OFF)とλshort(OFF)の間に波長１５５０ｎｍの光が位置するので、このλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の波長の光に対してフォトニックバンドギャップが作用する結果として波長１５５０ｎｍの光はフォトニック結晶では存在し得ない波長帯域となり、通過できないこととなる。これに対して液晶に電界を印加した場合のλlong(ON)とλshort(ON) の間の波長帯域から、波長１５５０ｎｍの光は外れるようになるので、波長１５５０ｎｍの光をフォトニック結晶は通過させる。従って本発明の目的を達成することができる。
【００５５】
次に、第３バンドギャップλmidgap（バンドギャップは複数生じるため本願明細書ではエネルギーの低い方から順に第１、第２、第３…とした。）を１.５７０μｍとした場合、以下の表３に示す結果が得られた。
0003828426.tif 000004
【００５６】
表３に示すλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の帯域と、表３に示すλlong(ON)とλshort(ON) の間の帯域がずれている場合に、このずれの帯域に相当する波長の光を伝搬用に利用すれば、液晶に対して電界を印加するか、印加しないかに応じて、伝搬用の光の通過、遮断を切り替え可能であることが判明した。
例えば波長１５５０ｎｍの光を選択して伝搬用に用いた場合、ａ＝０.９４８μｍとａ＝０.９３１μｍの場合に、液晶に電界を印加していない場合のλlong(OFF)とλshort(OFF)の間に波長１５５０ｎｍの光が位置するので、このλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の波長の光に対してフォトニックバンドギャップが作用する結果として波長１５５０ｎｍの光はフォトニック結晶では存在し得ない波長帯域となり、通過できないこととなる。これに対して液晶に電界を印加した場合のλlong(ON)とλshort(ON) の間の波長帯域から、波長１５５０ｎｍの光は外れるようになるので、波長１５５０ｎｍの光をフォトニック結晶は通過させる。従って本発明の目的を達成することができる。
【００５７】
図１４は平面視三角格子状に並べた（三角格子の３つの頂点に位置するように並べた場合）Ｓｉ円柱の中心間の間隔（ａ）を０.５１４〜０.５６１（μｍ）の範囲で適切な値を選定し、Ｓｉの柱状体の半径（ｒ）を０.０５６〜０.１０３（μｍ）の範囲で適切な値を選定した場合の、規格化光エネルギーとｒ／ａの値の関係をＴＭモードにおいて、液晶に電界を印加した場合と、液晶に電界を印加してない場合のそれぞれについて測定した結果を示す。
図１４に示す結果から、液晶への印加電界の有無においてフォトニックバンドギャップが変動することが明らかになった。
【００５８】
また、先の図１３の場合と同様に、第１のバンドギャップλmidgapを１.６６０μｍとした場合、以下の表４に示す結果が得られた。
0003828426.tif 000005
【００５９】
表４に示すλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の帯域と、表４に示すλlong(ON)とλshort(ON) の間の帯域がずれている場合に、このずれの帯域に相当する波長の光を伝搬用に利用すれば、液晶に対して電界を印加するか、印加しないかに応じて、伝搬用の光の通過、遮断を切り替え可能であることが判明した。
例えば波長１５５０ｎｍの光を選択して伝搬用に用いた場合、ａ＝０.５６１μｍの場合に、液晶に電界を印加していない場合のλlong(OFF)とλshort(OFF)の間に波長１５５０ｎｍの光が位置するので、このλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の波長の光に対してフォトニックバンドギャップが作用する結果として波長１５５０ｎｍの光はフォトニック結晶では存在し得ない波長帯域となり、通過できないこととなる。これに対して液晶に電界を印加した場合のλlong(ON)とλshort(ON) の間の波長帯域から波長１５５０ｎｍの光は外れるようになるので、波長１５５０ｎｍの光をフォトニック結晶は通過させる。従って本発明の目的を達成することができる。
【００６０】
Ｓｉ基板の一面をフォトリソグラフィ工程により蝕刻して円柱状に刳り貫いた形状の穴部を多数形成し、それらの穴部に屈折率１.５３、誘電率２.３４のネマチック液晶を充填して満たした構成の周期構造部を有するフォトニック結晶を形成した。
また、ここで用いたネマチック液晶は入射光の電場ベクトルに対して平行となるように配向させた場合に屈折率は１.６、誘電率は２.５６となるものである。
図１５は平面視正方格子状に穴部を並べた（正方格子の４つの頂点に位置するように並べた場合）穴部の中心間の間隔（ａ）を０.３８４〜０.４３９（μｍ）の間で適切な値を選定し、穴部の半径（ｒ）を０.１７３〜０.２２０（μｍ）の間で適切な値を選定した場合の、規格化光エネルギーとｒ／ａの値の関係をＴＭモードにおいて、液晶に電界を印加した場合と、液晶に電界を印加してない場合のそれぞれについて測定した結果を示す。
【００６１】
図１５に示す結果から、液晶への印加電界の有無においてフォトニックバンドギャップが変動することが明らかになった。図１５においてフォトニックバンドギャップを示す横に細長く囲んだ図形線に対して、縦軸と平行な補助線Ｊを先の図形線を縦割りするように引いた場合、この補助線Ｊにおいて図１３の上側の交点をλlongと記載し、下側の交点をλshortと記載し、それぞれの場合に液晶に電界を印加した場合をλlong（ＯＮ）あるいはλshort（ＯＮ）と記載し、液晶に電界を印加していない場合をλlong（ＯＦＦ）あるいはλshort（ＯＦＦ）と記載すると、第１のバンドギャップλmidgapを１.６３０μｍとした場合、以下の表５に示す結果が得られた。
【００６２】
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【００６３】
表５に示すλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の帯域と、表５に示すλlong(ON)とλshort(ON) の間の帯域がずれている場合に、このずれの帯域に相当する波長の光を伝搬用に利用すれば、液晶に対して電界を印加するか、印加しないかに応じて、伝搬用の光の通過、遮断を切り替え可能であることが、Ｓｉ基板の穴部に液晶を充填した構造のフォトニック結晶において判明した。
例えば波長１５５０ｎｍの光を選択して伝搬用に用いた場合、ａ＝０.４２８μｍとａ＝０.４３９μｍの場合に、液晶に電界を印加していない場合のλlong(OFF)とλshort(OFF)の間に波長１５５０ｎｍの光が位置するので、このλlong(OFF)とλshort(OFF)の間の波長の光に対してフォトニックバンドギャップが作用する結果として波長１５５０ｎｍの光はフォトニック結晶では存在し得ない波長帯域となり、通過できないこととなる。これに対して液晶に電界を印加した場合のλlong(ON)とλshort(ON) の間の波長帯域から波長１５５０ｎｍの光は外れるようになるので、波長１５５０ｎｍの光をフォトニック結晶は通過させる。従って本発明の目的を達成することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、周期構造部を構成する複数の誘電体部材の柱状体の周囲に誘電率電界変化型物質としての液晶を介在させた２次元的あるいは３次元的な周期構造を備え、誘電率電界変化型物質としての液晶に電極から電界を印加するか、電界を印加しないことで、誘電率電界変化型物質としての液晶の誘電率を変化させ、これに応じてフォトニックバンドギャップの発生波長変位を生じさせることができる。前記誘電率電界変化型物質としての液晶へ電界を印加しない場合のバンドギャップの帯域と、電界を印加した場合のバンドギャップの帯域とが異なり、前記２つのバンドギャップの帯域のうち、一方は導光させようとする光を通過させる帯域であり、他方は前記光を通過させない帯域となる。
よってこのフォトニックバンドギャップの波長変位に応じて、その存在が禁止されるか、禁止されないかを選択できる波長帯域に相当する光を伝搬用として用いることで、その光の伝搬特性を容易に制御することができる。具体的には、電極に電圧を印加するか印加しないかに応じて特定波長の光の伝搬特性を制御できる。  
【００６６】
本発明において誘電率電界変化型物質として液晶を用いているので、液晶に電極から電界を印加するか印加しないことにより、フォトニックバンドの発生波長に相違を生じさせることができ、これに応じて光の伝搬特性を制御できる。また、誘電率電界変化型物質が液晶であるならば、光の透過性も良好であるので、光の透過効率に優れさせることができると同時に、電界印加の有無により大きな誘電率の変化を得ることができ、フォトニックバンドギャップの変位としても明瞭な変位が得られ易い。
【００６８】
本発明において、一対の基板間に封入された液晶からなる複数の変換領域を形成し、これら変換領域に隔壁部材により区画され、前記変換領域に対応するように前記基板に電極部が形成されるとともに、前記変換領域に光の波長に相当する周期で複数の柱状体が形成された周期構造部を備えた構成としたので、任意の位置の変換領域に対応する液晶に電極から電界を印加することで、任意の位置の変換領域における液晶へ電界を印加しない場合のバンドギャップの帯域と、電界を印加した場合のバンドギャップの帯域とが異なり、前記２つのバンドギャップの帯域のうち、一方は導光させようとする光を通過させる帯域であり、他方は前記光を通過させない帯域であり、周期構造部のフォトニックバンドギャップの発生波長を自由に変更できるので、任意の変換領域に添った自由な方向への光の伝搬をなし得る。よって、複数の変換領域に沿った自由方向に光の導波を行うことができる光導波路装置を提供することができる。
本発明において、シール材に光導入部と光導出部を形成することにより、光源からの光をシール材の光導入部から任意の変換領域の周期構造部に光を導入することができ、その光を導入した変換領域の液晶とそれに隣接する他の変換領域の液晶に順次電極により電界を印加することで、電界を印加した変換領域に対応するように光の導波路を形成でき、この構成により基板に沿ういずれの方向に対しても光を自由に伝搬させ、光導出部から光を導出することができる光導波路装置を提供できる。
本発明において、一対の基板のうち、一方の基板に形成された電極部を変換領域の全てに対応する共通電極とし、他方の基板に形成された電極部を各変換領域に個々に対応する駆動電極とし、前記駆動電極を個々に薄膜トランジスタ素子により駆動自在に構成することにより、任意の変換領域に光の導波路を形成し、光を導出することができる光導波路装置を提供することができる。
本発明において、前記共通電極が形成された側の基板がＳｉ基板からなり、該Ｓｉ基板の蝕刻により前記複数の柱状体が形成されてなることを特徴とする構成により、任意の変換領域に光の導波路を形成し、光を導出することができる光導波路装置を提供することができる。
本発明において、前記個々の変換領域に対応して前記他方の基板上に複数の駆動電極が縦横に間欠的に整列形成され、各駆動電極に対応して薄膜トランジスタ素子が形成されるとともに、各薄膜トランジスタを駆動するための配線が前記間欠的に配列形成された複数の駆動電極の間に配線されてなることにより、任意の変換領域に光の導波路を形成し、光を導出することができる光導波路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明に係る第１の形態のフォトニック結晶装置の断面図である。
【図２】 図２は図１に示すフォトニック結晶装置を構成する一方の基板の分解斜視図である。
【図３】 図３は図１に示すフォトニック結晶装置を構成する他方の基板の分解斜視図である。
【図４】 図４はフォトニックバンドギャップが生成する状態を説明するための図である。
【図５】 図５は本発明に係る光導波路装置の一形態を示す平面図である。
【図６】 図６は本発明に係る光導波路装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図７】 図７は本発明に係る第２の形態のフォトニック結晶装置の断面図である。
【図８】 図８は本発明に係るフォトニック結晶装置を適用したプレーナ光波回路を示す斜視図である。
【図９】 図９は本発明に係るフォトニック結晶装置を適用したビームスプリッタを示す斜視図である。
【図１０】 図１０は本発明に係る光導波路装置の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１１】 図１１は図１０に示す光導波路装置の部分断面図である。
【図１２】 図１２は図１０に示す光導波路装置に駆動ドライバを備えた駆動ユニットの構成図である。
【図１３】 図１３は正方格子の頂点位置に並べたＳｉ円柱の間に液晶を充填してなるフォトニック結晶装置において規格化光エネルギーとｒ／ａとの関係を示す図である。
【図１４】 図１４は三角格子の頂点位置に並べたＳｉ円柱の間に液晶を充填してなるフォトニック結晶装置において規格化光エネルギーとｒ／ａとの関係を示す図である。
【図１５】 図１５は正方格子の頂点位置に穴部を形成したＳｉ基板の穴部に液晶を充填してなるフォトニック結晶装置において規格化光エネルギーとｒ／ａとの関係を示す図である。
【図１６】 図１４は三角格子の頂点位置に穴部を形成したＳｉ基板の穴部に液晶を充填してなるフォトニック結晶装置において規格化光エネルギーとｒ／ａとの関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ…フォトニック結晶装置、１、２…基板（電極）、３…柱状体（誘電体部材）、４…光源、５…シール部材、６…誘電率電界変化型物質（液晶）、Ｂ、Ｃ…フォトニック結晶装置、２３…穴部、２５…本体部、２５Ａ…周期構造部、２６…誘電率電界変化型物質（液晶）、２７、２８…電極層、Ｄ、Ｅ…光合分岐装置、３２、３３、４２…導波路、Ｆ…光導波路装置、Ｋ…駆動領域、５０、５１…基板、５２…シール材、５３…誘電率電界変化型物質（液晶）、５５…駆動電極、５７…電極層、５８…隔壁部材、５９…誘電体部材（柱状体）、６０…周期構造部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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