JP2006220746A - Light controller and structural body used therefor - Google Patents

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剛 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light controller in which a transparent electrode is used as an electrode material. <P>SOLUTION: The light controller 8 is equipped with a plurality of pixels 10 arrayed in two dimensions. A first reflection layer 32 is formed on a substrate 30. An optical modulation film 34 is arranged on an upper surface of the first reflection layer 32. An electro-optic material, such as PLZT, whose refractive index varies according to an applied electric field, is selected as a material of the optical modulation film 34. A protective layer 50 is equipped on an upper surface of the optical modulation film 34. The transparent electrode 36 is equipped on the upper surface of the optical modulation film 34 with the protective layer 50 interposed in between. A second reflection layer 40 is formed on an upper surface of the transparent electrode 36. The second reflection layer 40 is formed of a dielectric multilayer film comprising a first dielectric film 42 and a second dielectric film 44 with mutually different refractive indexes alternately laminated. The first reflection layer 32, the optical modulation film 34, and the second reflection layer 40 construct a resonator. The transparent electrode 36 and the first reflection layer 32 form an electrode pair, and control reflectance of the light controller 8 with the electric field applied to the optical modulation film 34. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光制御装置に関し、特にその電極形成技術に関する。   The present invention relates to a light control device, and more particularly to an electrode forming technique thereof.

近年、大容量の記録方式として、ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムが知られている（たとえば特許文献１）。   In recent years, as a large-capacity recording method, a digital information recording system using the principle of a hologram is known (for example, Patent Document 1).

ホログラム記録装置の空間光変調器の材料としては、たとえばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（以下、ＰＬＺＴという）等の電気光学効果を有するものを用いることができる。ＰＬＺＴは、（Ｐｂ1-yＬａy）（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3の組成を有する透明セラミックスである。電気光学効果とは、物質に電界を印加するとその物質に分極が生じ屈折率が変化する現象をいう。電気光学効果を利用すると、印加電圧をオン、オフすることにより光の位相を切り替えることができる。そのため、電気光学効果を有する光変調材料を空間光変調器等の光シャッターに適用することができる。 As a material for the spatial light modulator of the hologram recording apparatus, a material having an electro-optic effect such as lead lanthanum zirconate titanate (hereinafter referred to as PLZT) can be used. PLZT is a transparent ceramic having a composition of (Pb 1-y La y ) (Zr 1-x Ti x ) O 3 . The electro-optic effect is a phenomenon in which when an electric field is applied to a substance, the substance is polarized and the refractive index changes. When the electro-optic effect is used, the phase of light can be switched by turning on and off the applied voltage. Therefore, a light modulation material having an electro-optic effect can be applied to an optical shutter such as a spatial light modulator.

こうした光シャッター等の素子への適用においては、従来、バルクのＰＬＺＴが広く利用されてきた（特許文献２）。しかし、バルクＰＬＺＴを用いた光シャッターは、微細化、集積化の要請や、動作電圧の低減や低コスト化の要請に応えることは困難である。また、バルク法は、原料となる金属酸化物を混合した後、１０００℃以上の高温で処理する工程を含むため、素子形成プロセスに適用した場合、材料の選択や素子構造等に多くの制約が加わることとなる。   Conventionally, bulk PLZT has been widely used for such applications as optical shutters (Patent Document 2). However, it is difficult for optical shutters using bulk PLZT to meet demands for miniaturization and integration, as well as reductions in operating voltage and cost. In addition, since the bulk method includes a process of processing at a high temperature of 1000 ° C. or higher after mixing raw material metal oxides, when applied to an element formation process, there are many restrictions on material selection, element structure, and the like. Will join.

こうしたことから、バルクＰＬＺＴに代え、基材上に形成した薄膜のＰＬＺＴを光制御素子へ応用する試みが検討されている。特許文献３には、ガラス等の透明基板上にＰＬＺＴ膜を形成し、その上に櫛形電極を設けた表示装置が記載されている。この表示装置は、ＰＬＺＴ膜が形成された表示基板の両面に偏光板が設けられた構成を有する。ここで、各画素の電極端子部が外部の駆動回路と接続されることにより、所望の画素が駆動され、表示基板の一面側に設けられた光源からの透過光により所望の表示をすることができるようになっている。
特開２００２−２９７００８号公報 特開平５−２５７１０３号公報 特開平７−１４６６５７号公報 For this reason, attempts are being made to apply PLZT, which is a thin film formed on a substrate, to a light control element instead of bulk PLZT. Patent Document 3 describes a display device in which a PLZT film is formed on a transparent substrate such as glass and a comb-shaped electrode is provided thereon. This display device has a configuration in which polarizing plates are provided on both surfaces of a display substrate on which a PLZT film is formed. Here, by connecting the electrode terminal portion of each pixel to an external drive circuit, a desired pixel is driven, and a desired display can be performed by transmitted light from a light source provided on one surface side of the display substrate. It can be done.
JP 2002-297008 A JP-A-5-257103 Japanese Patent Laid-Open No. 7-146657

ここで、特許文献３に記載されるような薄膜のＰＬＺＴを利用した光制御素子への電界の印加方法について考察する。ＰＬＺＴの表面にＡｕ、ＩｒＯ２、Ａｌなどを材料として電極を形成する場合、その電極部分については光が透過しないため、開口率、光の利用効率の低下は避けられない。そこで、本発明者は、光の利用効率をさらに改善するために、ＰＬＺＴ上に形成する電極を、透明電極を用いて形成するという改良を試みた。 Here, a method of applying an electric field to the light control element using the thin film PLZT as described in Patent Document 3 will be considered. When an electrode is formed on the surface of PLZT using Au, IrO 2 , Al, or the like as a material, light does not pass through the electrode portion, and thus the aperture ratio and light utilization efficiency are unavoidable. Therefore, the present inventor has tried to improve the electrode formed on the PLZT by using a transparent electrode in order to further improve the light utilization efficiency.

代表的な透明電極の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などが知られている。本発明者は、このＩＴＯを電極材料としてＰＬＺＴ膜上に電極を形成し、その電気的特性を測定した。図７は、ＩｒＯ２を用いて不透明な電極を形成した場合と、ＩＴＯを用いて透明電極を形成した場合の印加電界と分極の関係を示す図である。いずれの材料についても、スパッタ法により電極を形成している。 As a typical transparent electrode material, ITO (Indium Tin Oxide) or the like is known. The inventor formed an electrode on the PLZT film using this ITO as an electrode material, and measured the electrical characteristics. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between applied electric field and polarization when an opaque electrode is formed using IrO 2 and a transparent electrode is formed using ITO. For any material, electrodes are formed by sputtering.

この図７から明らかなように、電極をＩＴＯで形成した場合、Ｉｒ／ＩｒＯ２で形成した場合に比べて、同一の電界を印加したときの分極量が大きく減少していることが分かる。
また、比誘電率について実測したところ、Ｉｒ／ＩｒＯ２により電極を形成したときの比誘電率がε＝１２７０であったのに対し、ＩＴＯで形成した場合、ε＝８２０にまで低下していることが明らかとなった。 As can be seen from FIG. 7, when the electrode is formed of ITO, the amount of polarization when the same electric field is applied is greatly reduced as compared with the case of forming the electrode with Ir / IrO 2 .
Further, when the relative permittivity was measured, the relative permittivity when the electrode was formed with Ir / IrO 2 was ε = 1270, whereas when formed with ITO, it decreased to ε = 820. It became clear.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電極材料として透明電極を用いても電気的特性の劣化しない光制御装置の提供にある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a light control device in which electrical characteristics are not deteriorated even when a transparent electrode is used as an electrode material.

本発明のある態様は、光制御装置に関する。この光制御装置は、基板と、基板上に設けられた第１の反射層と、第１の反射層上に設けられ、印加した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、光変調膜上に設けられた保護層と、保護層上に設けられ、光変調膜に電界を印加する透明電極と、を備える。   One embodiment of the present invention relates to a light control apparatus. The light control device includes a substrate, a first reflection layer provided on the substrate, a light modulation film provided on the first reflection layer, the refractive index of which can be controlled by an applied electric field, and a light modulation film And a transparent electrode provided on the protective layer and applying an electric field to the light modulation film.

この態様によると、光変調膜と、透明電極の間に保護層を形成することにより、光変調膜の電気的特性が悪化するのを防止することができ、電気的特性の優れた光制御装置を構成することができる。   According to this aspect, by forming the protective layer between the light modulation film and the transparent electrode, it is possible to prevent the electrical characteristics of the light modulation film from deteriorating, and the light control device having excellent electrical characteristics Can be configured.

保護層は、酸化イリジウムＩｒＯ２で形成されてもよい。酸化イリジウムは導電性を有するため、透明電極により光変調膜に印加される電界に対して影響を及ぼすことなく、好適に光変調膜を保護することができる。 Protective layer may be formed by iridium oxide IrO 2. Since iridium oxide has conductivity, the light modulation film can be suitably protected without affecting the electric field applied to the light modulation film by the transparent electrode.

保護層の厚みは、１ｎｍから５０ｎｍの範囲であってもよい。保護膜を酸化イリジウムで形成した場合、光制御装置の特性として、１ｎｍから５０ｎｍの範囲において有意な効果が認められ、より好適には３ｎｍから２５ｎｍとすることでさらに有意な効果を得ることができる。   The thickness of the protective layer may be in the range of 1 nm to 50 nm. When the protective film is formed of iridium oxide, a significant effect is recognized in the range of 1 nm to 50 nm as a characteristic of the light control device, and a more significant effect can be obtained by setting the thickness to 3 nm to 25 nm more preferably. .

保護層は、ルテニウム酸ストロンチウムＳｒＲｕＯ３で形成されていてもよく、また、ランタンストロンチウムコバルト酸化物Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３で形成されていてもよい。
酸化イリジウムに代えて、これらの導電性酸化物を用いた場合においても、保護層として好適に機能する。 The protective layer may be formed of strontium ruthenate SrRuO 3 or may be formed of lanthanum strontium cobalt oxide La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 .
Even when these conductive oxides are used instead of iridium oxide, they function suitably as a protective layer.

透明電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で形成されていてもよい。また、透明電極は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成されていてもよい。   The transparent electrode may be formed of indium tin oxide (ITO). The transparent electrode may be formed of zinc oxide (ZnO).

光変調膜は、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ３）またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛ＰＬＺＴ（（Ｐｂ1-yＬａy）（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3）で形成されてもよい。 The light modulating film is composed of lead zirconate titanate PZT (Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 ) or lead lanthanum zirconate titanate PLZT ((Pb 1-y La y ) (Zr 1-x Ti x ) O. 3 ) may be formed.

光制御装置は、透明電極上に設けられた第２の反射層をさらに備えてもよい。
当該透明電極と第１の反射層とが、電極対を形成してもよい。この場合、光変調膜の厚み方向に電界が印加されることになるため、光変調膜の内部に生ずる電界を均一にすることができる。 The light control device may further include a second reflective layer provided on the transparent electrode.
The transparent electrode and the first reflective layer may form an electrode pair. In this case, since an electric field is applied in the thickness direction of the light modulation film, the electric field generated inside the light modulation film can be made uniform.

第２の反射層は、屈折率の異なる複数の誘電体膜を含む積層構造を有してもよい。誘電体多層膜により第２の反射層を形成することにより、多層膜の材料、層数、厚みの選択によって反射率を好適に制御することができる。第１の反射層と第２の反射層の反射率は略同一であってもよい。   The second reflective layer may have a laminated structure including a plurality of dielectric films having different refractive indexes. By forming the second reflective layer with a dielectric multilayer film, the reflectance can be suitably controlled by selecting the material, number of layers, and thickness of the multilayer film. The reflectances of the first reflective layer and the second reflective layer may be substantially the same.

本発明の別の態様は、構造体に関する。この構造体は、電気光学材料を用いて形成される光変調膜と、光変調膜上に設けられた保護層と、保護層上に設けられ、光変調膜に電界を印加する透明電極層と、を備える。この構造体は、光変調膜に電界を印加し、その屈折率変化を利用して光を変調する光制御装置に設けられる。   Another aspect of the present invention relates to a structure. The structure includes a light modulation film formed using an electro-optic material, a protective layer provided on the light modulation film, a transparent electrode layer provided on the protective layer and applying an electric field to the light modulation film, . This structure is provided in a light control device that modulates light by applying an electric field to the light modulation film and using a change in the refractive index thereof.

この態様によると、保護層により光変調膜に電界を印加するための透明電極を形成する際に、光変調膜の電気的特性が悪化するのを防止することができる。   According to this aspect, it is possible to prevent the electrical characteristics of the light modulation film from deteriorating when forming a transparent electrode for applying an electric field to the light modulation film by the protective layer.

上記構造体の保護層の材料としては、導電性酸化膜を好適に用いることができ、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウム、またはランタンストロンチウムコバルト酸化物などで形成されてもよい。   As a material for the protective layer of the structure, a conductive oxide film can be preferably used, and it may be formed of iridium oxide, strontium ruthenate, lanthanum strontium cobalt oxide, or the like.

上記構造体の透明電極層は、酸化インジウムスズまたは酸化亜鉛で形成されてもよい。   The transparent electrode layer of the structure may be formed of indium tin oxide or zinc oxide.

上記構造体の光変調膜は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛で形成されていてもよい。   The light modulation film of the structure may be formed of lead zirconate titanate or lead lanthanum zirconate titanate.

本発明に係る光制御装置によれば、電気的特性の悪化を抑制しつつ、開口率を向上することができる。   According to the light control device of the present invention, it is possible to improve the aperture ratio while suppressing deterioration of electrical characteristics.

本実施の形態に係る光制御装置の概要を説明する。この光制御装置は、たとえばホログラム記録再生装置における空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）として使用される。
図１は、本実施の形態における光制御装置を空間光変調器として用いた場合のホログラム記録装置を示す図である。ホログラム記録装置７０は、空間変調器ＳＬＭ（光制御装置８）、制御部６０、レーザ光源７２、ビームエキスパンダ７４、フーリエ変換レンズ７６、記録媒体７８とを含む。 An outline of the light control apparatus according to the present embodiment will be described. This light control device is used, for example, as a spatial light modulator in a hologram recording / reproducing device.
FIG. 1 is a diagram showing a hologram recording device when the light control device according to the present embodiment is used as a spatial light modulator. The hologram recording device 70 includes a spatial modulator SLM (light control device 8), a control unit 60, a laser light source 72, a beam expander 74, a Fourier transform lens 76, and a recording medium 78.

ホログラム記録装置７０において、レーザ光源７２から発せられたレーザ光は、図示しないビームスプリッタで２つの光に分割される。このうち一方の光は、参照光として用いられ、記録媒体７８内に導かれる。もう一方の光は、ビームエキスパンダ７４でビーム径が拡大され、平行光として空間変調器ＳＬＭ（光制御装置８）に照射される。   In the hologram recording device 70, the laser light emitted from the laser light source 72 is split into two lights by a beam splitter (not shown). One of these lights is used as reference light and guided into the recording medium 78. The other light is expanded in beam diameter by the beam expander 74 and irradiated to the spatial modulator SLM (light control device 8) as parallel light.

光制御装置８は、マトリクス状に配置された画素を有し、各画素毎に反射率が変化するように構成されている。制御部６０は、制御信号ＣＮＴによって光制御装置８の各画素の反射率を制御する。空間変調器ＳＬＭに照射された光は、画素毎に異なる強度を有する信号光として空間変調器ＳＬＭから反射される。この信号光は、フーリエ変換レンズ７６を通過してフーリエ変換され、記録媒体７８内に集光される。記録媒体７８内において、ホログラムパターンを含む信号光と参照光の光路とが交差して光干渉パターンを形成する。光干渉パターン全体が屈折率の変化（屈折率格子）として記録媒体７８に記録される。   The light control device 8 has pixels arranged in a matrix, and is configured such that the reflectance changes for each pixel. The control unit 60 controls the reflectance of each pixel of the light control device 8 using the control signal CNT. The light applied to the spatial modulator SLM is reflected from the spatial modulator SLM as signal light having different intensities for each pixel. This signal light passes through the Fourier transform lens 76 and is Fourier transformed and collected in the recording medium 78. In the recording medium 78, the signal light including the hologram pattern and the optical path of the reference light intersect to form an optical interference pattern. The entire optical interference pattern is recorded on the recording medium 78 as a change in refractive index (refractive index grating).

図２（ａ）は、本実施の形態に係る光制御装置８の平面図を示す。光制御装置８は、基板３０上に８行８列の２次元状に配列された複数の画素１０を備える。各画素１０は、２０μｍ×２０μｍ程度のサイズにて構成される。各画素１０には、図１の制御部６０から出力される制御信号ＣＮＴが入力される。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光制御装置のＡ−Ａ’線断面図を示す。光制御装置８は、基板３０、第１反射層３２、光変調膜３４、保護層５０、透明電極３６、配線３８、第２反射層４０を含む。 Fig.2 (a) shows the top view of the light control apparatus 8 which concerns on this Embodiment. The light control device 8 includes a plurality of pixels 10 arranged in a two-dimensional form of 8 rows and 8 columns on a substrate 30. Each pixel 10 has a size of about 20 μm × 20 μm. A control signal CNT output from the control unit 60 in FIG. 1 is input to each pixel 10.
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the light control device shown in FIG. The light control device 8 includes a substrate 30, a first reflective layer 32, a light modulation film 34, a protective layer 50, a transparent electrode 36, a wiring 38, and a second reflective layer 40.

本実施の形態に係る光制御装置８は、基板３０上に形成される。この基板３０の材料としては、表面が平坦なガラス、シリコンなどを好適に用いることができる。
基板３０上には、第１反射層３２が形成される。第１反射層３２の材料としては、たとえばＰｔなどの金属材料を好適に用いることができる。第１反射層３２の厚みは、２００ｎｍ程度とする。本実施の形態において、第１反射層３２はＰｔで形成され、この第１反射層３２は、後述するように光変調膜３４に電界を印加する電極として機能する。
第１反射層３２をＰｔで形成した場合、第１反射層３２の反射率は６０％から８０％程度となる。 The light control device 8 according to the present embodiment is formed on the substrate 30. As a material for the substrate 30, glass, silicon, or the like having a flat surface can be suitably used.
A first reflective layer 32 is formed on the substrate 30. As a material of the first reflective layer 32, for example, a metal material such as Pt can be suitably used. The thickness of the first reflective layer 32 is about 200 nm. In the present embodiment, the first reflective layer 32 is made of Pt, and the first reflective layer 32 functions as an electrode for applying an electric field to the light modulation film 34 as will be described later.
When the first reflective layer 32 is formed of Pt, the reflectance of the first reflective layer 32 is about 60% to 80%.

第１反射層３２の上面には光変調膜３４が設けられる。この光変調膜３４の材料としては、印加した電界に応じて屈折率が変化する固体の電気光学材料を選択する。このような電気光学材料としては、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡ−ＭＱＷ、ＳＢＮ（（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ２Ｏ６）等を用いることができるが、特にＰＬＺＴが好適に用いられる。光変調膜３４の厚みｔは、入射光の入射角および波長に応じて決定され、たとえば入射光を６５０ｎｍ付近の赤色光とした場合、５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。後述のように、光変調膜３４に印加される電界は、厚み方向に印加されるため、膜厚が１５００ｎｍ以上であると、十分な屈折率変化を得るための電界を印加することが困難となる。また、膜厚が５００ｎｍ以下であると、十分な光学膜厚変化Δｎｔを得にくくなる。 A light modulation film 34 is provided on the upper surface of the first reflective layer 32. As the material of the light modulation film 34, a solid electro-optic material whose refractive index changes according to the applied electric field is selected. As such an electro-optic material, PLZT, PZT, LiNbO 3 , GaA-MQW, SBN ((Sr, Ba) Nb 2 O 6 ) and the like can be used, and PLZT is particularly preferably used. The thickness t of the light modulation film 34 is determined according to the incident angle and wavelength of the incident light. For example, when the incident light is red light near 650 nm, it is preferably formed in the range of 500 nm to 1500 nm. As will be described later, since the electric field applied to the light modulation film 34 is applied in the thickness direction, it is difficult to apply an electric field for obtaining a sufficient refractive index change when the film thickness is 1500 nm or more. Become. Further, when the film thickness is 500 nm or less, it becomes difficult to obtain a sufficient optical film thickness change Δnt.

本実施の形態に係る光制御装置８においては、光変調膜３４の上面には保護層５０が形成される。この保護層５０は、その上面に形成される透明電極３６によって光変調膜３４の電気的特性が悪化するのを防止する役割を果たす。
保護層５０の材料としては、導電性酸化膜である酸化イリジウムＩｒＯ２、ルテニウム酸ストロンチウムＳｒＲｕＯ３、またはランタンストロンチウムコバルト酸化物Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３などを好適に用いることができる。本実施の形態においては、酸化イリジウムＩｒＯ２を用いる場合について説明する。 In the light control device 8 according to the present embodiment, the protective layer 50 is formed on the upper surface of the light modulation film 34. The protective layer 50 serves to prevent the electrical characteristics of the light modulation film 34 from being deteriorated by the transparent electrode 36 formed on the upper surface thereof.
As a material of the protective layer 50, iridium oxide IrO 2 which is a conductive oxide film, strontium ruthenate SrRuO 3 , lanthanum strontium cobalt oxide La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 or the like can be preferably used. In this embodiment, the case of using iridium oxide IrO 2 will be described.

保護層５０は、スパッタ法により形成することができる。酸素雰囲気中に、ＰＬＺＴ膜が形成された基板３０と、イリジウムＩｒのターゲットを配置し、イリジウムＩｒのターゲットにアルゴンイオンを照射する。その結果、スパッタされたイリジウムが酸素と結合し、酸化イリジウムＩｒＯ２としてＰＬＺＴ上に堆積されていく。
保護層５０の膜厚ｔｐについては、後述するが、１ｎｍから５０ｎｍの範囲であることが望ましく、より好適には３ｎｍから２５ｎｍの範囲であることが望ましい。 The protective layer 50 can be formed by a sputtering method. A substrate 30 on which a PLZT film is formed and an iridium Ir target are placed in an oxygen atmosphere, and the iridium Ir target is irradiated with argon ions. As a result, the sputtered iridium combines with oxygen and is deposited on PLZT as iridium oxide IrO 2 .
Although the film thickness tp of the protective layer 50 will be described later, it is preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and more preferably in the range of 3 nm to 25 nm.

光変調膜３４上に形成された保護層５０の上層には、透明電極３６が形成される。透明電極３６は、たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯなどにより形成することができる。透明電極３６をＩＴＯやＺｎＯで形成した場合、その厚みは１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とする。この透明電極３６は、抵抗値と透過率がトレードオフの関係となるため、その厚みは実験的に定めてもよい。
透明電極３６は、保護層５０と同様にスパッタ法により形成することができる。この透明電極３６は、画素１０ごとにマトリクス状に配置して形成される。 A transparent electrode 36 is formed on the protective layer 50 formed on the light modulation film 34. The transparent electrode 36 can be formed of, for example, ITO (Indium Tin Oxide), ZnO, or the like. When the transparent electrode 36 is formed of ITO or ZnO, the thickness is about 100 nm to 150 nm. Since the transparent electrode 36 has a trade-off relationship between the resistance value and the transmittance, the thickness thereof may be determined experimentally.
The transparent electrode 36 can be formed by sputtering as with the protective layer 50. The transparent electrode 36 is formed in a matrix for each pixel 10.

透明電極３６の上面には、第２反射層４０が形成される。この第２反射層４０は、誘電体多層膜によって形成され、屈折率の異なる第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４が交互に積層される。第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料の組み合わせとしては、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）、Ｓｉ３Ｎ４（ｎ＝２．０）を用いることができる。 A second reflective layer 40 is formed on the upper surface of the transparent electrode 36. The second reflective layer 40 is formed of a dielectric multilayer film, and first dielectric films 42 and second dielectric films 44 having different refractive indexes are alternately stacked. As a combination of materials of the first dielectric film 42 and the second dielectric film 44, SiO 2 (n = 1.48) and Si 3 N 4 (n = 2.0) can be used.

誘電体多層膜をシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜で形成する場合、シリコン半導体集積回路の製造プロセスおよび製造装置をそのまま使用することができる。
誘電体多層膜は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。ＳｉＯ２膜は、ＴＥＯＳ、Ｏ２雰囲気中で温度２００℃の条件で成長させ、Ｓｉ３Ｎ４膜は、ＳｉＨ４、ＮＨ３雰囲気中で温度２００℃の条件で好適に成長させることができる。
また、誘電体多層膜は、イオンビームスパッタ法により形成してもよい。 When the dielectric multilayer film is formed of a silicon oxide film and a silicon nitride film, the manufacturing process and manufacturing apparatus for the silicon semiconductor integrated circuit can be used as they are.
The dielectric multilayer film can be formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The SiO 2 film can be grown in a TEOS, O 2 atmosphere at a temperature of 200 ° C., and the Si 3 N 4 film can be preferably grown in a SiH 4 , NH 3 atmosphere at a temperature of 200 ° C.
The dielectric multilayer film may be formed by ion beam sputtering.

第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４のそれぞれの厚みｔ１、ｔ２は、光制御装置８に入射する光の波長の１／４となるように設計する。すなわち、光制御装置８に入射する光の波長をλ、誘電体膜の屈折率をｎとすると、各誘電体膜１層分の厚みｔは、ｔ＝λ／（ｎ×４）となるように調節する。   The thicknesses t1 and t2 of the first dielectric film 42 and the second dielectric film 44 are designed to be ¼ of the wavelength of light incident on the light control device 8. That is, assuming that the wavelength of light incident on the light control device 8 is λ and the refractive index of the dielectric film is n, the thickness t of each dielectric film is t = λ / (n × 4). Adjust to.

たとえば、光制御装置８に波長λ＝６３３ｎｍの赤色のレーザ光が用いられる場合には、第１誘電体膜４２の厚みｔ１は、その材料としてＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）とした場合、ｔ１＝６３３／（４×１．４８）＝１０６ｎｍ程度とする。また、第２誘電体膜４４の厚みｔ２は、材料としてＳｉ３Ｎ４（ｎ＝２．０）を用いた場合、ｔ２＝６３３／（４×２）＝７９ｎｍ程度とする。第２反射層４０を構成する誘電体膜の厚みｔ１、ｔ２は、必ずしも厳密にλ／４に設計されている必要はない。 For example, when a red laser beam having a wavelength λ = 633 nm is used for the light control device 8, the thickness t1 of the first dielectric film 42 is SiO 2 (n = 1.48) as the material. t1 = 633 / (4 × 1.48) = about 106 nm. The thickness t2 of the second dielectric film 44 is about t2 = 633 / (4 × 2) = 79 nm when Si 3 N 4 (n = 2.0) is used as the material. The thicknesses t1 and t2 of the dielectric films constituting the second reflective layer 40 are not necessarily designed to be strictly λ / 4.

誘電体膜の材料としてはシリコン窒化膜に替えて、ＴｉＯ３（ｎ＝２．２）を用いてもよい。この場合、第２誘電体膜４４の厚みｔ２は、ｔ２＝６３３／（４×２．２）＝７２ｎｍ程度とする。 As a material of the dielectric film, TiO 3 (n = 2.2) may be used instead of the silicon nitride film. In this case, the thickness t2 of the second dielectric film 44 is about t2 = 633 / (4 × 2.2) = 72 nm.

図２（ｂ）において、光変調膜３４から第２反射層４０に入射する光の反射率Ｒ２は、光変調膜３４から第１反射層３２に入射する光の反射率Ｒ１と等しくなるように設計する。反射率Ｒ１は、第１反射層３２に用いる金属材料によって定まり、Ｐｔを選択する場合、５０〜８０％となる。
従ってこのとき、反射率Ｒ２も５０〜８０％となるように設計する。第２反射層４０の反射率Ｒ２は、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料および厚みによって調節することができる。本実施の形態においては、図２に示すように、第２反射層４０は、第１誘電体膜４２および第２誘電体膜４４をそれぞれ３層づつ交互に積層している。第２反射層４０において、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４を積層する順番は逆であってもよい。また、反射率Ｒ２を微調節するために、第３の誘電体膜をさらに積層してもよい。 In FIG. 2B, the reflectance R2 of light incident on the second reflective layer 40 from the light modulation film 34 is equal to the reflectance R1 of light incident on the first reflective layer 32 from the light modulation film 34. design. The reflectance R1 is determined by the metal material used for the first reflective layer 32, and is 50 to 80% when Pt is selected.
Therefore, at this time, the reflectance R2 is designed to be 50 to 80%. The reflectance R2 of the second reflective layer 40 can be adjusted by the material and thickness of the first dielectric film 42 and the second dielectric film 44. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the second reflective layer 40 is formed by alternately laminating three first dielectric films 42 and two second dielectric films 44. In the second reflective layer 40, the order of stacking the first dielectric film 42 and the second dielectric film 44 may be reversed. In order to finely adjust the reflectance R2, a third dielectric film may be further laminated.

第２反射層４０は開口されており、ビアおよび配線３８を介して透明電極３６が外部に引き出されている。配線３８の材料としてはＡｌなどが好適に用いられる。
配線３８の上面には、さらに保護層を形成してもよい。 The second reflective layer 40 is opened, and the transparent electrode 36 is drawn out through the via and the wiring 38. As the material of the wiring 38, Al or the like is preferably used.
A protective layer may be further formed on the upper surface of the wiring 38.

本実施の形態においては、透明電極３６と第１反射層３２とが電極対を形成する。第１反射層３２の電位はたとえば接地電位に固定され、各画素の透明電極３６の電位は制御信号ＣＮＴによって制御される。   In the present embodiment, the transparent electrode 36 and the first reflective layer 32 form an electrode pair. The potential of the first reflective layer 32 is fixed, for example, to the ground potential, and the potential of the transparent electrode 36 of each pixel is controlled by a control signal CNT.

以上のように構成された光制御装置８の動作について説明する。
図３は、光制御装置８の１画素の動作状態を模式的に示す。同図において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、簡略化のため、透明電極３６などの構成要素は省略している。
光制御装置８の上方から、強度Ｉｉｎのレーザ光が入射される。光制御装置８の第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０は、ファブリーペロー型の共振器を構成し、入射された光の一部が閉じこめられ、その一部が反射される。入射するレーザ光の強度をＩｉｎとし、光制御装置８によって反射されるレーザ光の強度をＩｏｕｔとするとき、光制御装置８の反射率Ｒは、Ｒ＝Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎで定義される。
図４は、光制御装置８に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す。 The operation of the light control device 8 configured as described above will be described.
FIG. 3 schematically shows an operation state of one pixel of the light control device 8. In the figure, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. For simplification, components such as the transparent electrode 36 are omitted.
Laser light having an intensity Iin is incident from above the light control device 8. The first reflection layer 32, the light modulation film 34, and the second reflection layer 40 of the light control device 8 constitute a Fabry-Perot resonator, in which part of the incident light is confined and part of it is reflected. The When the intensity of the incident laser beam is Iin and the intensity of the laser beam reflected by the light control device 8 is Iout, the reflectance R of the light control device 8 is defined by R = Iout / Iin.
FIG. 4 shows the relationship between the wavelength λ of light incident on the light control device 8 and the reflectance R.

第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０により構成されるファブリーペロー型の共振器は、λｍ＝２ｎｔｃｏｓθ／ｍの共振波長を有する。ここで、ｍは次数、ｎは光変調膜３４の屈折率、ｔは光変調膜３４の厚み、θは、レーザ光の入射角を表す。図４に示すように、光制御装置８の反射率Ｒは、共振波長λｍにおいて最小値をとる。   A Fabry-Perot resonator composed of the first reflective layer 32, the light modulation film 34, and the second reflective layer 40 has a resonance wavelength of λm = 2nt cos θ / m. Here, m represents the order, n represents the refractive index of the light modulation film 34, t represents the thickness of the light modulation film 34, and θ represents the incident angle of the laser light. As shown in FIG. 4, the reflectance R of the light control device 8 takes the minimum value at the resonance wavelength λm.

上述のように、光変調膜３４の屈折率ｎは、電極対に印加される電界に依存する。いま、第１反射層３２を接地電位とし、図示しない透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔを印加すると、光変調膜３４には、厚み方向に電界Ｅ＝Ｖｃｎｔ／ｔが印加される。光変調膜３４の屈折率ｎの変化量Δｎと、印加される電界Ｅとの間には、Δｎ＝１／２×ｎ３×Ｒ×Ｅ２の関係が成り立つ。ここでＲは電気光学定数（カー定数）である。 As described above, the refractive index n of the light modulation film 34 depends on the electric field applied to the electrode pair. Now, when the first reflective layer 32 is set to the ground potential and the control voltage Vcnt is applied to the transparent electrode 36 (not shown), an electric field E = Vcnt / t is applied to the light modulation film 34 in the thickness direction. The relationship Δn = 1/2 × n 3 × R × E 2 is established between the change amount Δn of the refractive index n of the light modulation film 34 and the applied electric field E. Here, R is an electro-optic constant (Kerr constant).

図４の（Ｉ）は、制御電圧Ｖｃｎｔを印加しないときの反射特性を示す。
いま、各画素１０の透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔとして電圧Ｖ１を印加すると、光変調膜３４の屈折率が変化し、共振器の共振波長がλｍ１からλｍ２にシフトする。このときの反射特性を図４に（ＩＩ）で示す。
光制御装置８に入射するレーザ光の波長をλｍ１とした場合、制御電圧Ｖｃｎｔを接地電位からある電圧値Ｖ１に変化させると、共振波長がシフトすることにより、光制御装置８の反射率はＲｍ１からＲｍ２に変化する。 FIG. 4I shows the reflection characteristic when the control voltage Vcnt is not applied.
Now, when the voltage V1 is applied as the control voltage Vcnt to the transparent electrode 36 of each pixel 10, the refractive index of the light modulation film 34 changes, and the resonance wavelength of the resonator shifts from λm1 to λm2. The reflection characteristic at this time is shown by (II) in FIG.
When the wavelength of the laser light incident on the light control device 8 is λm1, when the control voltage Vcnt is changed from the ground potential to a certain voltage value V1, the resonance wavelength is shifted, and thus the reflectance of the light control device 8 is Rm1. To Rm2.

ここで、電圧を印加しない場合の反射率Ｒｏｎと、電圧を印加した場合の反射率Ｒｏｆｆの比をオンオフ比と定義する。入射光の強度Ｉｉｎが一定のとき、反射光の強度Ｉｏｕｔは、反射率に比例することになる。したがって、オンオフ比が大きい方が反射光の強度Ｉｏｕｔをより精度良く制御できることを意味する。
共振波長λｍにおける光制御装置８の反射率Ｒは、第１反射層３２での反射率Ｒ１および第２反射層４０での反射率Ｒ２が近い程低くなる。したがって、上述のように、第２反射層４０の誘電体多層膜の層数、材料を調節し、第１反射層３２での反射率Ｒ１と第２反射層４０での反射率Ｒ２を等しく設計することにより、オフ時の反射率Ｒ１を低く設定し、オンオフ比を高くとることができる。 Here, the ratio between the reflectance Ron when no voltage is applied and the reflectance Roff when a voltage is applied is defined as an on / off ratio. When the intensity Iin of the incident light is constant, the intensity Iout of the reflected light is proportional to the reflectance. Therefore, a larger on / off ratio means that the intensity Iout of the reflected light can be controlled more accurately.
The reflectance R of the light control device 8 at the resonance wavelength λm becomes lower as the reflectance R1 at the first reflective layer 32 and the reflectance R2 at the second reflective layer 40 are closer. Therefore, as described above, the number and material of the dielectric multilayer films of the second reflective layer 40 are adjusted, and the reflectance R1 in the first reflective layer 32 and the reflectance R2 in the second reflective layer 40 are designed to be equal. As a result, the off-time reflectance R1 can be set low, and the on / off ratio can be increased.

このように、本実施の形態に係る光制御装置８においては、光変調膜３４に印加する電界を変化させることにより、反射率を変化させ、反射光Ｉｏｕｔの強度を制御する光スイッチ素子を実現することができる。また、光変調膜３４の屈折率を変化させることにより、反射光の位相も制御することができるため、ホログラム記録装置などに好適に用いることができる。
この光制御装置８は反射型の構成となっているため、入射光Ｉｉｎを基板３０を透過させる必要がない。その結果、従来の透過型の光制御装置に比べて、光の利用効率を向上することができる。 As described above, in the light control device 8 according to the present embodiment, an optical switch element that changes the reflectance and controls the intensity of the reflected light Iout by changing the electric field applied to the light modulation film 34 is realized. can do. In addition, since the phase of the reflected light can be controlled by changing the refractive index of the light modulation film 34, it can be suitably used for a hologram recording apparatus or the like.
Since the light control device 8 has a reflective configuration, it is not necessary to transmit the incident light Iin through the substrate 30. As a result, the light use efficiency can be improved as compared with the conventional transmission type light control device.

本実施の形態に係る光制御装置８においては、複数の画素１０がマトリクス状に配置されており、各画素１０ごとに電極対を有するため、画素毎に反射率を制御することができ、空間光変調器ＳＬＭとして用いることができる。   In the light control device 8 according to the present embodiment, since the plurality of pixels 10 are arranged in a matrix and each pixel 10 has an electrode pair, the reflectance can be controlled for each pixel. It can be used as an optical modulator SLM.

本実施の形態に係る光制御装置８では、第１反射層３２と透明電極３６により電極対を形成するため、光変調膜３４の厚み方向に一様に電界を印加することができ、光変調膜３４の内部の屈折率を均一に変化させることができる。   In the light control device 8 according to the present embodiment, since the electrode pair is formed by the first reflective layer 32 and the transparent electrode 36, an electric field can be applied uniformly in the thickness direction of the light modulation film 34, and the light modulation is performed. The refractive index inside the film 34 can be changed uniformly.

さらに、本実施の形態に係る光制御装置８によれば、反射型の変調器を構成するため、基板３０として、不透明な材料を用いることができる。たとえば、基板３０としてシリコンを用いた場合、シリコン内にトランジスタ素子などを形成することができるため、画素毎に制御電圧Ｖｃｎｔの制御手段を設けるアクティブマトリクス駆動を行うこともできる。   Furthermore, according to the light control device 8 according to the present embodiment, an opaque material can be used as the substrate 30 in order to constitute a reflective modulator. For example, when silicon is used as the substrate 30, transistor elements and the like can be formed in the silicon, so that active matrix driving in which a control means for the control voltage Vcnt is provided for each pixel can also be performed.

また、光変調膜３４に電界を印加するための上部電極として透明電極３６を用いることにより、開口率を向上することができ、また回折を最小限に抑えることができるため、光の利用効率が向上する。光の利用効率の向上は、入射するレーザ光の強度Ｉｉｎを低くするできることを意味し、消費電力の低減を図ることが可能となる。   Further, by using the transparent electrode 36 as an upper electrode for applying an electric field to the light modulation film 34, the aperture ratio can be improved and diffraction can be minimized, so that the light utilization efficiency is improved. improves. The improvement of the light utilization efficiency means that the intensity Iin of the incident laser light can be lowered, and the power consumption can be reduced.

さらに、本実施の形態に係る光制御装置８では、光変調膜３４の上層に透明電極３６を形成し、その上に第２反射層４０を形成している。その結果、第２反射層４０の上層に透明電極３６を形成した場合に比べて、上部電極と下部電極間の距離を短くすることができるため、光変調膜３４に印加される電界Ｅを高くすることができる。これは、別の観点からは、同一の電界を印加するために電極間に印加すべき電圧を低くできることを意味し、これにより光制御装置８を低電圧動作させることが可能となる。   Further, in the light control device 8 according to the present embodiment, the transparent electrode 36 is formed on the light modulation film 34 and the second reflective layer 40 is formed thereon. As a result, the distance between the upper electrode and the lower electrode can be shortened as compared with the case where the transparent electrode 36 is formed on the upper layer of the second reflective layer 40, so that the electric field E applied to the light modulation film 34 is increased. can do. From another point of view, this means that the voltage to be applied between the electrodes in order to apply the same electric field can be lowered, whereby the light control device 8 can be operated at a low voltage.

また、本実施の形態に係る光制御装置８では、反射率Ｒを制御することによって反射光の強度Ｉｏｕｔを変化させるため、偏向板や検光子を必要とせず、光の利用効率が高いという利点を有する。   Further, in the light control device 8 according to the present embodiment, since the intensity Iout of the reflected light is changed by controlling the reflectance R, there is an advantage that a deflecting plate and an analyzer are not required and the light use efficiency is high. Have

図５は、保護層５０厚みｔｐと、ＰＬＺＴの比誘電率εの関係を示す図である。同図は、ＰＬＺＴ上に保護層５０としてＩｒＯ２膜を形成し、その上層にＩＴＯを用いて透明電極３６を形成した場合の比誘電率εをＩｒＯ２膜の膜厚ｔｐをパラメータとして測定したものである。
保護層５０の膜厚ｔｐが０ｎｍのとき、すなわち、ＰＬＺＴ上にＩＴＯの透明電極３６を直接形成した場合、比誘電率は８００程度となる。ここで、保護層５０の厚みを５ｎｍ、１０ｎｍと厚くしていくことにより、比誘電率は大きくなっていく。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the protective layer 50 thickness tp and the relative dielectric constant ε of PLZT. In this figure, the relative dielectric constant ε was measured using an IrO 2 film thickness tp as a parameter when an IrO 2 film was formed as a protective layer 50 on PLZT and the transparent electrode 36 was formed using ITO as an upper layer. Is.
When the thickness tp of the protective layer 50 is 0 nm, that is, when the ITO transparent electrode 36 is directly formed on the PLZT, the relative dielectric constant is about 800. Here, the relative dielectric constant increases as the thickness of the protective layer 50 is increased to 5 nm and 10 nm.

ＰＬＺＴ上の電極を、膜厚５０ｎｍ程度のＩｒＯ２のみを用いて形成し、その上面にＩＴＯによる電極を形成しない場合、ＰＬＺＴの比誘電率は１２００程度であった。すなわち、保護層５０の厚みｔｐを厚くしていくことにより、ＰＬＺＴの比誘電率を、ＩｒＯ２のみで電極を形成した場合の比誘電率に近づけることができる。
このことから、ＩＴＯとＰＬＺＴの間にＩｒＯ２の薄膜を形成することにより、このＩｒＯ２が、保護層として機能していると考えられる。 When the electrode on PLZT was formed using only IrO 2 with a film thickness of about 50 nm and the electrode made of ITO was not formed on the upper surface, the relative dielectric constant of PLZT was about 1200. That is, by increasing the thickness tp of the protective layer 50, the relative permittivity of PLZT can be made closer to the relative permittivity when an electrode is formed only with IrO 2 .
From this, it is considered that this IrO 2 functions as a protective layer by forming a thin film of IrO 2 between ITO and PLZT.

ＩｒＯ２が保護層として機能する理由としては、以下の２つが考えられる。まずひとつは、ＩＴＯがＰＬＺＴ上に堆積される際に、ＰＺＬＴの界面に加わるダメージが、ＩｒＯ２の保護層を設けることにより緩和されることが考えられる。もうひとつは、ＩｒＯ２の保護層の形成により、ＩＴＯの電極形成後、このＩＴＯがＰＬＺＴの内部に拡散して電気的特性を悪化させるのを防止していることも一因として考えられる。 There are two possible reasons why IrO 2 functions as a protective layer. First, it is considered that when ITO is deposited on PLZT, the damage applied to the interface of PZLT is alleviated by providing an IrO 2 protective layer. Another reason is that the formation of an IrO 2 protective layer prevents the ITO from diffusing into the PLZT and deteriorating the electrical characteristics after the ITO electrode is formed.

ＰＬＺＴを光変調膜３４として用いる際には比誘電率が高い方がよい。一方、保護層５０を形成するＩｒＯ２の光の透過率はＩＴＯ程高くないため、保護層５０を厚くすることにより光の透過率が低下してしまう。そこで、保護層５０の厚みｔｐは、透過率とＰＬＺＴの電気的特性との両方から定める必要がある。図５に示すように、保護層５０の厚みｔｐを厚くするほど比誘電率は改善されていき、比誘電率ε＝１２００程度でほぼ一定値をとることがわかる。したがって、保護層５０をＩｒＯ２にて形成する場合、その厚みは１ｎｍ以上あれば有意な効果を認めることができ、さらに３ｎｍ〜５ｎｍとすることで比誘電率を１００以上改善することができる。さらに膜厚を厚くし、１０ｎｍから２５ｎｍの範囲とすると、ＩＴＯを用いず、ＩｒＯ２のみで電極形成を行った場合と同等の比誘電率を得ることができる。保護層５０の厚みは、厚くするほどＰＬＺＴの電気的特性は改善されるが、製造コスト、製造時間も考慮し、５０ｎｍ以下とすることが望ましい。 When using PLZT as the light modulation film 34, it is preferable that the relative dielectric constant is high. On the other hand, since the light transmittance of IrO 2 forming the protective layer 50 is not as high as that of ITO, increasing the thickness of the protective layer 50 decreases the light transmittance. Therefore, the thickness tp of the protective layer 50 needs to be determined from both the transmittance and the electrical characteristics of PLZT. As shown in FIG. 5, it can be seen that as the thickness tp of the protective layer 50 is increased, the relative dielectric constant is improved and takes a substantially constant value at a relative dielectric constant ε = 1200. Therefore, when the protective layer 50 is formed of IrO 2, a significant effect can be recognized if the thickness is 1 nm or more, and the relative dielectric constant can be improved by 100 or more by setting the thickness to 3 nm to 5 nm. When the film thickness is further increased to a range of 10 nm to 25 nm, a relative dielectric constant equivalent to that obtained when electrodes are formed using only IrO 2 without using ITO can be obtained. As the thickness of the protective layer 50 is increased, the electrical characteristics of the PLZT are improved. However, in consideration of manufacturing cost and manufacturing time, it is desirable that the thickness is 50 nm or less.

図４に示すように、光制御装置８は電極間に電圧を印加することにより、反射率の周波数特性が波長シフトする。図６は、光制御装置８における保護層５０の厚みｔｐと波長シフト量Δλｍ（＝λｍ２−λｍ１）の関係を示す図である。図６は、同一の電界を印加したときの波長シフト量を保護層の厚みをパラメータとして示している。   As shown in FIG. 4, the light control device 8 applies a voltage between the electrodes, so that the frequency characteristic of the reflectance shifts in wavelength. FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the thickness tp of the protective layer 50 and the wavelength shift amount Δλm (= λm2−λm1) in the light control device 8. FIG. 6 shows the wavelength shift amount when the same electric field is applied, with the thickness of the protective layer as a parameter.

保護層５０の膜厚が０ｎｍのとき、すなわち、ＰＬＺＴ上にＩＴＯの透明電極３６を直接形成した場合、波長シフト量Δλｍは２．４ｎｍ程度となる。保護層５０の厚みを５ｎｍ、２０ｎｍと厚くしていくことにより、波長シフト量Δλｍは大きくなっていく。波長シフト量Δλｍと保護層の厚みは、図５の比誘電率と同様の傾向を示しており、その厚みは、１ｎｍ以上あれば有意な効果を認めることができ、さらに３ｎｍ〜５ｎｍとすることで波長シフト量を１ｎｍ程度を大きくすることができる。さらに膜厚を厚くし、１０ｎｍから２５ｎｍの範囲とすると、１．５ｎｍ程度改善することができる。
図４に示すように、波長シフト量Δλｍが大きいほど、光制御装置８の反射率のオンオフ比を高くとることができるため、３ｎｍ〜２５ｎｍの範囲とすることが望ましい。
保護層５０の厚みをこの範囲に設定することにより、光の透過率の低下を抑制しつつ、光制御装置８として光の利用効率を高めることができる。 When the thickness of the protective layer 50 is 0 nm, that is, when the ITO transparent electrode 36 is directly formed on the PLZT, the wavelength shift amount Δλm is about 2.4 nm. As the thickness of the protective layer 50 is increased to 5 nm and 20 nm, the wavelength shift amount Δλm increases. The wavelength shift amount Δλm and the thickness of the protective layer show the same tendency as the relative dielectric constant of FIG. 5, and if the thickness is 1 nm or more, a significant effect can be recognized, and further 3 nm to 5 nm. The wavelength shift amount can be increased by about 1 nm. Furthermore, when the film thickness is increased to a range of 10 nm to 25 nm, it can be improved by about 1.5 nm.
As shown in FIG. 4, the larger the wavelength shift amount Δλm is, the higher the on / off ratio of the reflectance of the light control device 8 is. Therefore, the range of 3 nm to 25 nm is desirable.
By setting the thickness of the protective layer 50 within this range, it is possible to increase the light use efficiency as the light control device 8 while suppressing a decrease in light transmittance.

このように、光変調膜３４、保護層５０、透明電極３６を含む構造体を使用することにより、電極による光透過率の低下を抑制しつつ、良好な変調が可能な光制御装置８を実現することができる。   As described above, by using the structure including the light modulation film 34, the protective layer 50, and the transparent electrode 36, the light control device 8 capable of good modulation while suppressing the decrease in light transmittance due to the electrode is realized. can do.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。この実施の形態はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is merely an example, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible and that such modifications are also within the scope of the present invention.

実施の形態においては、光変調膜３４、保護層５０、透明電極３６の組み合わせとして、ＰＬＺＴ、ＩｒＯ２、ＩＴＯの場合について説明したが、これには限定されない。ＰＬＺＴに代えてＰＺＴを用いてもよいし、ＩＴＯに代えてＺｎＯを用いてもよい。また、保護層５０としては、ＳｒＲｕＯ３、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３を用いてもよい。これらの任意の組み合わせにおいて、実施の形態で説明した効果を得ることができる。 In the embodiment, the case of using PLZT, IrO 2 , and ITO as a combination of the light modulation film 34, the protective layer 50, and the transparent electrode 36 has been described, but the present invention is not limited to this. PZT may be used instead of PLZT, or ZnO may be used instead of ITO. Further, as the protective layer 50, SrRuO 3 or La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 may be used. In these arbitrary combinations, the effects described in the embodiment can be obtained.

実施の形態では、上部電極となる透明電極３６および下部電極となる第１反射層３２により電極対を形成する場合について説明したが、これには限定されず、たとえば、光変調膜３４に電界を印加するための電極対は保護層５０の上面に櫛形電極として形成してよい。このとき、電界は光変調膜３４に対して横方向に印加される。
この場合においても、櫛形電極は、ＩＴＯなどで形成された透明電極とすることが望ましく、透明電極３６と光変調膜３４であるＰＬＺＴ膜との間には、保護膜を形成することにより、光変調膜３４の電気的特性の劣化を抑制することができる。 In the embodiment, the case where the electrode pair is formed by the transparent electrode 36 serving as the upper electrode and the first reflective layer 32 serving as the lower electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an electric field is applied to the light modulation film 34. The electrode pair for application may be formed as a comb-shaped electrode on the upper surface of the protective layer 50. At this time, the electric field is applied laterally with respect to the light modulation film 34.
Even in this case, the comb-shaped electrode is preferably a transparent electrode made of ITO or the like, and a protective film is formed between the transparent electrode 36 and the PLZT film, which is the light modulation film 34, so that the optical Degradation of the electrical characteristics of the modulation film 34 can be suppressed.

第２反射層４０は、金属薄膜で形成されるハーフミラーとしてもよい。この場合、誘電体多層膜を形成する場合に比べて製造工程を簡易化することができる。また、保護層５０によって、ハーフミラーの金属薄膜が光変調膜３４へ及ぼす影響の低減も期待できる。   The second reflective layer 40 may be a half mirror formed of a metal thin film. In this case, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the dielectric multilayer film is formed. In addition, the protective layer 50 can be expected to reduce the influence of the metal thin film of the half mirror on the light modulation film 34.

実施の形態では、光制御装置８をホログラム記録装置７０の光空間変調器として用いる場合について説明したがこれには限定されず、表示装置、光通信用スイッチ、光通信用変調器、光演算装置、および暗号化回路等にも使用することができる。   In the embodiment, the case where the light control device 8 is used as the spatial light modulator of the hologram recording device 70 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the display device, the optical communication switch, the optical communication modulator, and the optical arithmetic device are used. , And an encryption circuit.

実施の形態では、光変調膜３４として電気光学材料を用い、光変調膜３４に電界を印加する電極対を備える場合について説明した。本発明は、光変調膜３４に磁気光学材料を用いた場合にも用いることができ、この場合、電界を印加する電極対を磁界を印加するための磁界印加手段に置換すればよい。   In the embodiment, the case where an electro-optic material is used as the light modulation film 34 and an electrode pair for applying an electric field to the light modulation film 34 is provided has been described. The present invention can also be used when a magneto-optical material is used for the light modulation film 34. In this case, the electrode pair for applying an electric field may be replaced with a magnetic field applying means for applying a magnetic field.

実施の形態における光制御装置を空間光変調器として用いた場合のホログラム記録装置を示す図である。It is a figure which shows the hologram recording device at the time of using the light control apparatus in embodiment as a spatial light modulator. 図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る光制御装置の構造を示す図である。2A and 2B are diagrams illustrating the structure of the light control device according to the embodiment. 光制御装置の画素の動作状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the operation state of the pixel of a light control apparatus. 光制御装置に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between wavelength (lambda) and the reflectance R of the light which injects into a light control apparatus. 光制御装置における保護層の厚みｔｐと、ＰＬＺＴの比誘電率εの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between thickness tp of the protective layer in light control apparatus, and the dielectric constant (epsilon) of PLZT. 光制御装置における保護層の厚みｔｐと波長シフト量Δλｍの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between thickness tp of the protective layer in light control apparatus, and wavelength shift amount (DELTA) (lambda) m. ＩｒＯ２を用いて不透明電極の電極を形成した場合と、ＩＴＯを用いて透明電極を形成した場合の印加電界と分極の関係を示す図である。In the case of forming the electrodes of the non-transparent electrode using IrO 2, a diagram illustrating the relationship between polarization and an applied electric field in the case of forming a transparent electrode using ITO.

符号の説明Explanation of symbols

８ 光制御装置、 ３０ 基板、 ３２ 第１反射層、 ３４ 光変調膜、 ３６ 透明電極、 ３８ 配線、 ４０ 第２反射層、 ４２ 第１誘電体膜、 ４４ 第２誘電体膜、 ５０ 保護層。   8 light control device, 30 substrate, 32 first reflection layer, 34 light modulation film, 36 transparent electrode, 38 wiring, 40 second reflection layer, 42 first dielectric film, 44 second dielectric film, 50 protective layer.

Claims (15)

基板と、
前記基板上に設けられた第１の反射層と、
前記第１の反射層上に設けられ、印加した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、
前記光変調膜上に設けられた保護層と、
前記保護層上に設けられ、前記光変調膜に電界を印加する透明電極と、
を備えることを特徴とする光制御装置。 A substrate,
A first reflective layer provided on the substrate;
A light modulation film provided on the first reflective layer, the refractive index of which can be controlled by an applied electric field;
A protective layer provided on the light modulation film;
A transparent electrode provided on the protective layer and applying an electric field to the light modulation film;
A light control device comprising: 前記保護層は、酸化イリジウムで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, wherein the protective layer is made of iridium oxide. 前記保護層の厚みは、１ｎｍから５０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光制御装置。   The light control apparatus according to claim 2, wherein the protective layer has a thickness in a range of 1 nm to 50 nm. 前記保護層は、ルテニウム酸ストロンチウムで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, wherein the protective layer is made of strontium ruthenate. 前記保護層は、ランタンストロンチウムコバルト酸化物で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control apparatus according to claim 1, wherein the protective layer is made of lanthanum strontium cobalt oxide. 前記透明電極は、酸化インジウムスズで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, wherein the transparent electrode is made of indium tin oxide. 前記透明電極は、酸化亜鉛で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, wherein the transparent electrode is made of zinc oxide. 前記光変調膜は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, wherein the light modulation film is made of lead zirconate titanate or lead lanthanum zirconate titanate. 前記透明電極上に設けられた第２の反射層をさらに備え、当該透明電極と前記第１の反射層とが、前記電極対を形成することを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 1, further comprising a second reflective layer provided on the transparent electrode, wherein the transparent electrode and the first reflective layer form the electrode pair. . 電気光学材料を用いて形成される光変調膜と、
前記光変調膜上に設けられた保護層と、
前記保護層上に設けられ、前記光変調膜に電界を印加する透明電極層と、
を備え、前記光変調膜に電界を印加し、その屈折率変化を利用して光を変調する光制御装置に設けられることを特徴とする構造体。 A light modulation film formed using an electro-optic material;
A protective layer provided on the light modulation film;
A transparent electrode layer provided on the protective layer and applying an electric field to the light modulation film;
The structure is provided in a light control device that applies an electric field to the light modulation film and modulates light using a change in refractive index thereof. 前記保護層は、酸化イリジウムで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の構造体。   The structure according to claim 10, wherein the protective layer is made of iridium oxide. 前記保護層は、ルテニウム酸ストロンチウムで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の構造体。   The structure according to claim 10, wherein the protective layer is made of strontium ruthenate. 前記保護層は、ランタンストロンチウムコバルト酸化物で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の構造体。   The structure according to claim 10, wherein the protective layer is made of lanthanum strontium cobalt oxide. 前記透明電極層は、酸化インジウムスズで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の構造体。   The structure according to claim 10, wherein the transparent electrode layer is made of indium tin oxide. 前記光変調膜は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光制御装置。   The light control device according to claim 10, wherein the light modulation film is made of lead zirconate titanate or lead lanthanum zirconate titanate.
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