JP2808380B2 - 空間光変調素子の駆動方法 - Google Patents
空間光変調素子の駆動方法Info
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- G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィ−テレビジョンあるいは光演算装置等に用
いられる空間光変調素子の駆動方法に関するものであ
る。
ホログラフィ−テレビジョンあるいは光演算装置等に用
いられる空間光変調素子の駆動方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、大画面、高密度画素からなる高品
位テレビが、様々な方式で開発され実用化されている。
中でも従来のブラウン管方式に変わって、液晶技術を使
った投写型ディスプレイの開発が盛んである。ブラウン
管方式であると高密度画素に対して画面の輝度が低下し
暗くなる。又ブラウン管自身の大型化が困難である。ま
た、トランジスタ駆動方式の液晶素子による投写型ディ
スプレイ装置は有力な方法ではあるが、開口率が大きく
ならないこと、素子が高価であることが欠点として上げ
られている。
位テレビが、様々な方式で開発され実用化されている。
中でも従来のブラウン管方式に変わって、液晶技術を使
った投写型ディスプレイの開発が盛んである。ブラウン
管方式であると高密度画素に対して画面の輝度が低下し
暗くなる。又ブラウン管自身の大型化が困難である。ま
た、トランジスタ駆動方式の液晶素子による投写型ディ
スプレイ装置は有力な方法ではあるが、開口率が大きく
ならないこと、素子が高価であることが欠点として上げ
られている。
【０００３】一方、ＣＲＴを入力装置として液晶ライト
バルブと組み合わせた方式は、従来より素子形状が簡単
で且つＣＲＴと液晶素子の利点を組み合わせた装置とし
て注目されている（例えば特開昭６３−１０９４２
２）。近年は高感度な受光層アモルファスシリコン材料
と液晶を組合せ、１００インチ以上の大画面で動画像を
映し出すことが可能となった。また液晶材料も高速応答
可能な強誘電性液晶を用いて、より高解像度な液晶ライ
トバルブができるようになった。この素子は強誘電性液
晶の持つメモリ−性と２値化特性を利用して、次世代の
並列演算装置、光コンピュ−ティング装置の核としても
期待されている。
バルブと組み合わせた方式は、従来より素子形状が簡単
で且つＣＲＴと液晶素子の利点を組み合わせた装置とし
て注目されている（例えば特開昭６３−１０９４２
２）。近年は高感度な受光層アモルファスシリコン材料
と液晶を組合せ、１００インチ以上の大画面で動画像を
映し出すことが可能となった。また液晶材料も高速応答
可能な強誘電性液晶を用いて、より高解像度な液晶ライ
トバルブができるようになった。この素子は強誘電性液
晶の持つメモリ−性と２値化特性を利用して、次世代の
並列演算装置、光コンピュ−ティング装置の核としても
期待されている。
【０００４】強誘電性液晶層及び光導電層を有する空間
光変調素子は、例えば図６に示すようにリセットパルス
２０１、第一の低電圧印加期間２０２、書き込みパルス
２０３、第二の低電圧印加期間２０４からなる周期の繰
り返しによって駆動される。この駆動方法において、ま
ず、リセットパルス２０１によりそれまでの書き込み内
容がリセットされ（例えば液晶が暗状態）、読み出し光
がオフ状態になる。この状態は強誘電性液晶のメモリー
性により、第一の低電圧印加期間２０２中保持される。
次に書き込みパルス２０３が印加されたとき、書き込み
光が十分に大きな強度を持つ場合には、光導電層のその
部分が低電気抵抗となって、その書き込みパルス２０３
により強誘電性液晶の配位を反転させ（すなわち、液晶
が明状態）、読み出し光がオン状態に変化し、次のリセ
ットパルス２０１が印加されるまで強誘電性液晶のメモ
リー性によりその状態が保持される。このようにしてオ
ン・オフが繰り返されたときの読み出し光強度の時間的
平均が観察者の感じる明るさとなる。この場合第一及び
第二の低電圧印加期間２０２，２０４は等しい長さにと
られる。
光変調素子は、例えば図６に示すようにリセットパルス
２０１、第一の低電圧印加期間２０２、書き込みパルス
２０３、第二の低電圧印加期間２０４からなる周期の繰
り返しによって駆動される。この駆動方法において、ま
ず、リセットパルス２０１によりそれまでの書き込み内
容がリセットされ（例えば液晶が暗状態）、読み出し光
がオフ状態になる。この状態は強誘電性液晶のメモリー
性により、第一の低電圧印加期間２０２中保持される。
次に書き込みパルス２０３が印加されたとき、書き込み
光が十分に大きな強度を持つ場合には、光導電層のその
部分が低電気抵抗となって、その書き込みパルス２０３
により強誘電性液晶の配位を反転させ（すなわち、液晶
が明状態）、読み出し光がオン状態に変化し、次のリセ
ットパルス２０１が印加されるまで強誘電性液晶のメモ
リー性によりその状態が保持される。このようにしてオ
ン・オフが繰り返されたときの読み出し光強度の時間的
平均が観察者の感じる明るさとなる。この場合第一及び
第二の低電圧印加期間２０２，２０４は等しい長さにと
られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の空間光変調素子
を例えば投射型ディスプレイとして用いる場合、十分な
コントラストがとれることが必要である。
を例えば投射型ディスプレイとして用いる場合、十分な
コントラストがとれることが必要である。
【０００６】しかしながら、従来の空間光変調素子の駆
動方法では、強誘電性液晶層のチャージアップによる経
時変化を避けるため、駆動パルス波形は書き込みパルス
２０３に対して対称でなければならず、前述したように
第一及び第二の低電圧印加期間２０２、２０４が等しい
長さに設定されていた。従って第一の低電圧期間２０２
が１周期中（リセットパルスから次のリセットパルスま
で）に占める割合が大きいため（約１／２）実効的に読
み出し光の明るさが小さくなり、コントラストが低下す
るという課題がある。
動方法では、強誘電性液晶層のチャージアップによる経
時変化を避けるため、駆動パルス波形は書き込みパルス
２０３に対して対称でなければならず、前述したように
第一及び第二の低電圧印加期間２０２、２０４が等しい
長さに設定されていた。従って第一の低電圧期間２０２
が１周期中（リセットパルスから次のリセットパルスま
で）に占める割合が大きいため（約１／２）実効的に読
み出し光の明るさが小さくなり、コントラストが低下す
るという課題がある。
【０００７】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、読み出し光の明るさを大きくでき、コントラストを
高めることができる空間光変調素子の駆動方法を提供す
ることを目的とするものである。
し、読み出し光の明るさを大きくでき、コントラストを
高めることができる空間光変調素子の駆動方法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、導
電性の配向膜に接する強誘電性液晶層及び光導電層を有
する空間光変調素子の駆動方法において、強誘電性液晶
層を駆動するための印加電圧パルスとして、リセットパ
ルスと書き込みパルスとを交互に印加する際、リセット
パルスから直後の書き込みパルスまでの第１低電圧印加
期間の長さが、その書き込みパルスから直後のリセット
パルスまでの第２低電圧印加期間の長さより短い空間光
変調素子の駆動方法である。
電性の配向膜に接する強誘電性液晶層及び光導電層を有
する空間光変調素子の駆動方法において、強誘電性液晶
層を駆動するための印加電圧パルスとして、リセットパ
ルスと書き込みパルスとを交互に印加する際、リセット
パルスから直後の書き込みパルスまでの第１低電圧印加
期間の長さが、その書き込みパルスから直後のリセット
パルスまでの第２低電圧印加期間の長さより短い空間光
変調素子の駆動方法である。
【０００９】請求項２の本発明は、配向膜が、少なくと
も下記の化学式で示す構造を有する材料を使用したもの
である請求項１記載の空間光変調素子の駆動方法であ
る。
も下記の化学式で示す構造を有する材料を使用したもの
である請求項１記載の空間光変調素子の駆動方法であ
る。
【００１０】
【化２】
【００１１】（但し、ｎ≧２、 Ｘ：Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのいずれか Ｙ：芳香族或は置換芳香族基 Ｚ：芳香族を含む基）
【００１２】
【作用】本発明は、強誘電性液晶層が、導電性の配向膜
に接しているため、リセットパルスから直後の書き込み
パルスまでの第１低電圧印加期間の長さを、その書き込
みパルスから直後のリセットパルスまでの第２低電圧印
加期間の長さより短くでき、光導電層がオン状態の場合
に、強誘電性液晶層のオン状態をオフ状態より長くでき
る。
に接しているため、リセットパルスから直後の書き込み
パルスまでの第１低電圧印加期間の長さを、その書き込
みパルスから直後のリセットパルスまでの第２低電圧印
加期間の長さより短くでき、光導電層がオン状態の場合
に、強誘電性液晶層のオン状態をオフ状態より長くでき
る。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【００１４】図１は、本発明にかかる一実施例の空間光
変調素子の駆動方法の駆動パルス波形を示す図である。
すなわち、あるリセットパルス１０１から次の書き込み
パルス１０３までの第一の低電圧印加期間１０２の長さ
は、その書き込みパルス１０３から次のリセットパルス
１０１までの第二の低電圧印加期間１０４の長さよりも
短い時間に設定されている。ここでは強誘電性液晶のス
イッチング時間は、リセットパルス１０１の印加時間及
び書き込みパルス１０３の印加時間に比べて十分短いと
し、また、それらパルスのデューティー比（リセットパ
ルス１０１及び書き込みパルス１０３の印加時間の和の
波形周期に対する比）は１に比べて十分小さい（例えば
１／１００）とする。上記において、第一の低電圧印加
期間１０２が第１低電圧印加期間であり、第二の低電圧
印加期間１０４が第２低電圧印加期間である。
変調素子の駆動方法の駆動パルス波形を示す図である。
すなわち、あるリセットパルス１０１から次の書き込み
パルス１０３までの第一の低電圧印加期間１０２の長さ
は、その書き込みパルス１０３から次のリセットパルス
１０１までの第二の低電圧印加期間１０４の長さよりも
短い時間に設定されている。ここでは強誘電性液晶のス
イッチング時間は、リセットパルス１０１の印加時間及
び書き込みパルス１０３の印加時間に比べて十分短いと
し、また、それらパルスのデューティー比（リセットパ
ルス１０１及び書き込みパルス１０３の印加時間の和の
波形周期に対する比）は１に比べて十分小さい（例えば
１／１００）とする。上記において、第一の低電圧印加
期間１０２が第１低電圧印加期間であり、第二の低電圧
印加期間１０４が第２低電圧印加期間である。
【００１５】又、空間光変調素子としては、図２に示す
ような、強誘電性液晶層３０９、ｐｉｎ構造の整流性を
有する光導電層及び金属反射層３０７等により構成され
た空間光変調素子（詳細は後述）を用い、例えば光導電
層への光入力の強弱によって強誘電性液晶をオン・オフ
し、強誘電性液晶層３０９側から入射する光を、金属反
射層３０７で反射させて、強誘電性液晶層３０９側から
出射したりしなかったり制御する。上記の整流性を有す
る光導電層は、そのスイッチング速度を著しく向上させ
ることができる。また整流特性を持つ光導電層に対し
て、順方向に電圧を印加することで、強誘電性液晶層３
０９に大きな電界を印加して強制的に初期状態に戻すこ
とができ、又、逆方向に電圧を印加することで、光入力
のある画素は低電気抵抗状態となり、強誘電性液晶が配
位を反転し、例えば読み出し光はオン状態になりメモリ
状態にはいる。光入力のない画素部分は高抵抗のままで
あり反転しない。
ような、強誘電性液晶層３０９、ｐｉｎ構造の整流性を
有する光導電層及び金属反射層３０７等により構成され
た空間光変調素子（詳細は後述）を用い、例えば光導電
層への光入力の強弱によって強誘電性液晶をオン・オフ
し、強誘電性液晶層３０９側から入射する光を、金属反
射層３０７で反射させて、強誘電性液晶層３０９側から
出射したりしなかったり制御する。上記の整流性を有す
る光導電層は、そのスイッチング速度を著しく向上させ
ることができる。また整流特性を持つ光導電層に対し
て、順方向に電圧を印加することで、強誘電性液晶層３
０９に大きな電界を印加して強制的に初期状態に戻すこ
とができ、又、逆方向に電圧を印加することで、光入力
のある画素は低電気抵抗状態となり、強誘電性液晶が配
位を反転し、例えば読み出し光はオン状態になりメモリ
状態にはいる。光入力のない画素部分は高抵抗のままで
あり反転しない。
【００１６】その後、次のリセットパルス１０１が印加
されると、強誘電性液晶は初期状態（オフ状態）にリセ
ットされる。従って、光入力のある画素においては第二
の低電圧印加期間１０４のみオン状態が保たれる。
されると、強誘電性液晶は初期状態（オフ状態）にリセ
ットされる。従って、光入力のある画素においては第二
の低電圧印加期間１０４のみオン状態が保たれる。
【００１７】この場合に、光入力のある画素の時間的平
均としての読み出し光強度Ｉを強誘電性液晶がオン状態
での読み出し光強度Ｉ0で規格化した値は次式で表され
る。
均としての読み出し光強度Ｉを強誘電性液晶がオン状態
での読み出し光強度Ｉ0で規格化した値は次式で表され
る。
【００１８】Ｉ／Ｉ0＝Ｍｒ／（ｒ＋１） ここで、ｒは第二の低電圧印加期間１０４の長さの、第
一の低電圧印加期間１０２の長さに対する比である。ま
た、Ｍはメモリ率であり、第二の低電圧印加期間１０４
での画素中の実際にオン状態になっている部分の面積の
割合の時間的平均で定義される。第二の低電圧印加期間
１０４が強誘電性液晶のメモリ保持時間に比べて十分小
さい範囲ではＭはｒには依存しない一定値をとる。従っ
て、この範囲内ではｒが大きいほど読み出し光強度が大
きくなる。例えば、ｒ＝１００とすれば、従来の場合
（ｒ＝１）に比較して約２倍の明るさが得られることに
なる。なお、後述するようにｒが１０００を越えると第
二の低電圧印加期間１０４が強誘電性液晶のメモリ保持
時間より大きくなってメモリ率Ｍが減少し、コントラス
トは低下する。
一の低電圧印加期間１０２の長さに対する比である。ま
た、Ｍはメモリ率であり、第二の低電圧印加期間１０４
での画素中の実際にオン状態になっている部分の面積の
割合の時間的平均で定義される。第二の低電圧印加期間
１０４が強誘電性液晶のメモリ保持時間に比べて十分小
さい範囲ではＭはｒには依存しない一定値をとる。従っ
て、この範囲内ではｒが大きいほど読み出し光強度が大
きくなる。例えば、ｒ＝１００とすれば、従来の場合
（ｒ＝１）に比較して約２倍の明るさが得られることに
なる。なお、後述するようにｒが１０００を越えると第
二の低電圧印加期間１０４が強誘電性液晶のメモリ保持
時間より大きくなってメモリ率Ｍが減少し、コントラス
トは低下する。
【００１９】図２は、同実施例の駆動方法に用いる金属
反射層を画素とする空間光変調素子の断面図である。す
なわち、空間光変調素子の構成は、透明絶縁性の例えば
ガラス基板３０１上に画素間からの光書き込み用の入射
光３１４が漏れるのを防ぐ遮光膜３０２（例えばクロム
層）、及び透明導電性電極３０３（例えばＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏｘ）が形成され、その上に光導電層として例えばダイ
オ−ド構造を有するアモルファスシリコン層が３層（ｐ
型層３０４、ｉ型層３０５及びｎ型層３０６）積層さ
れ、ｎ型層３０６の上に金属反射層３０７（例えばアル
ミニウム、クロム、チタン等の金属薄膜）が形成されて
いる。ｐ型層３０４、ｎ型層３０６及び金属反射層３０
７は分離された画素を形成するようにパタ−ン形成され
る。金属反射層３０７及び画素を形成しない部分のｉ型
層３０５の上には、液晶を配向させるための配向膜３０
８（例えばポリイミド等の高分子薄膜、あるいはＳｉＯ
2斜方蒸着膜）が形成されている。配向膜３０８の上に
は、スペ−サ−のビーズ３１０によってセル厚が制御さ
れる強誘電性液晶層３０９が形成され、その上に配向膜
３１１が形成されている。配向膜３１１の上には透明導
電性電極３１２が形成され、その上にガラス基板３１３
が設けられている。又、偏光子３１６および検光子３１
７は偏向方向が直交するように配置されている。
反射層を画素とする空間光変調素子の断面図である。す
なわち、空間光変調素子の構成は、透明絶縁性の例えば
ガラス基板３０１上に画素間からの光書き込み用の入射
光３１４が漏れるのを防ぐ遮光膜３０２（例えばクロム
層）、及び透明導電性電極３０３（例えばＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏｘ）が形成され、その上に光導電層として例えばダイ
オ−ド構造を有するアモルファスシリコン層が３層（ｐ
型層３０４、ｉ型層３０５及びｎ型層３０６）積層さ
れ、ｎ型層３０６の上に金属反射層３０７（例えばアル
ミニウム、クロム、チタン等の金属薄膜）が形成されて
いる。ｐ型層３０４、ｎ型層３０６及び金属反射層３０
７は分離された画素を形成するようにパタ−ン形成され
る。金属反射層３０７及び画素を形成しない部分のｉ型
層３０５の上には、液晶を配向させるための配向膜３０
８（例えばポリイミド等の高分子薄膜、あるいはＳｉＯ
2斜方蒸着膜）が形成されている。配向膜３０８の上に
は、スペ−サ−のビーズ３１０によってセル厚が制御さ
れる強誘電性液晶層３０９が形成され、その上に配向膜
３１１が形成されている。配向膜３１１の上には透明導
電性電極３１２が形成され、その上にガラス基板３１３
が設けられている。又、偏光子３１６および検光子３１
７は偏向方向が直交するように配置されている。
【００２０】以上の構成において、ガラス基板３０１側
からの入射光３１４によって、光導電層の電気抵抗値が
変化し、強誘電性液晶層３０９の液晶の配位が制御さ
れ、別に設けた光源から他方のガラス基板３１３に入射
する入射光３１４を、金属反射層３０７により反射させ
たり反射させなかったりして、読み出し光である照射光
３１５を変調する。
からの入射光３１４によって、光導電層の電気抵抗値が
変化し、強誘電性液晶層３０９の液晶の配位が制御さ
れ、別に設けた光源から他方のガラス基板３１３に入射
する入射光３１４を、金属反射層３０７により反射させ
たり反射させなかったりして、読み出し光である照射光
３１５を変調する。
【００２１】図３は、前述の空間光変調素子とは別の構
造を持つ、誘電体反射層を画素とする空間光変調素子の
断面図である。すなわち、前述の図２と同様、分離され
たｐｉｎアモルファスシリコン光導電層がｉ層中に分布
する。異なる点は金属反射層３０７に替わって誘電体反
射膜４０７が光導電層の上側全面に形成されていること
である。駆動方法は前述と同様である。
造を持つ、誘電体反射層を画素とする空間光変調素子の
断面図である。すなわち、前述の図２と同様、分離され
たｐｉｎアモルファスシリコン光導電層がｉ層中に分布
する。異なる点は金属反射層３０７に替わって誘電体反
射膜４０７が光導電層の上側全面に形成されていること
である。駆動方法は前述と同様である。
【００２２】次にそれらの空間光変調素子の具体的な構
成について説明する。
成について説明する。
【００２３】まず、光導電層に使用する材料は、例えば
ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｇａ
Ａｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の化合
物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-x
Ｃx(0<x<1)の多結晶または非晶質半導体、また、（１）
フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）例えば無金属Ｐｃ，
ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，Ｍｇ，Ｓｉ
（ＯＨ）2など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯＣｌＰｃ
Ｃｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，ＩｎＢｒＰｃ
Ｂｒなど、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素などのア
ゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物およびペニレン酸
イミドなどのペニレン系顔料、（４）インジゴイド染
料、（５）キナクリドン顔料、（６）アントラキノン
類、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シアニ
ン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／ＴＮＦ
などの電荷移動錯体、（１０）ビリリウム塩染料とポリ
カーボネイト樹脂から形成される共晶錯体、（１１）ア
ズレニウム塩化合物など有機半導体がある。また、非晶
質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-x
Ｃx（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇｅ，ａ−Ｓｉ1-xＣx，ａ
−Ｓｉ1-xＧｅx，ａ−Ｇｅ1-xＣxのように略す）を光導
電層に使用する場合、水素またはハロゲン元素を含めて
もよく、誘電率を小さくするため及び抵抗率の増加のた
め酸素または窒素を含めてもよい。
ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｇａ
Ａｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の化合
物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-x
Ｃx(0<x<1)の多結晶または非晶質半導体、また、（１）
フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）例えば無金属Ｐｃ，
ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，Ｍｇ，Ｓｉ
（ＯＨ）2など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯＣｌＰｃ
Ｃｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，ＩｎＢｒＰｃ
Ｂｒなど、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素などのア
ゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物およびペニレン酸
イミドなどのペニレン系顔料、（４）インジゴイド染
料、（５）キナクリドン顔料、（６）アントラキノン
類、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シアニ
ン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／ＴＮＦ
などの電荷移動錯体、（１０）ビリリウム塩染料とポリ
カーボネイト樹脂から形成される共晶錯体、（１１）ア
ズレニウム塩化合物など有機半導体がある。また、非晶
質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-x
Ｃx（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇｅ，ａ−Ｓｉ1-xＣx，ａ
−Ｓｉ1-xＧｅx，ａ−Ｇｅ1-xＣxのように略す）を光導
電層に使用する場合、水素またはハロゲン元素を含めて
もよく、誘電率を小さくするため及び抵抗率の増加のた
め酸素または窒素を含めてもよい。
【００２４】光導電層の抵抗率の制御にはｐ型不純物で
あるＢ，Ａｌ，Ｇａなどの元素、またはｎ型不純物であ
るＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加してもよい。このよ
うに不純物を添加した非晶質材料を積層してｐ／ｎ，ｐ
／ｉ，ｉ／ｎ，ｐ／ｉ／ｎなどの接合を形成し、光導電
層内に空乏層を形成するようにして誘電率および暗抵抗
あるいは動作電圧極性を制御する。このような非晶質材
料だけでなく、上記の材料を２種類以上積層してヘテロ
接合を形成して光導電層内に空乏層を形成してもよい。
光導電層膜厚は０．１〜１０μｍが望ましい。
あるＢ，Ａｌ，Ｇａなどの元素、またはｎ型不純物であ
るＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加してもよい。このよ
うに不純物を添加した非晶質材料を積層してｐ／ｎ，ｐ
／ｉ，ｉ／ｎ，ｐ／ｉ／ｎなどの接合を形成し、光導電
層内に空乏層を形成するようにして誘電率および暗抵抗
あるいは動作電圧極性を制御する。このような非晶質材
料だけでなく、上記の材料を２種類以上積層してヘテロ
接合を形成して光導電層内に空乏層を形成してもよい。
光導電層膜厚は０．１〜１０μｍが望ましい。
【００２５】次に、配向膜３０８，３１１，４０８，４
１１は強誘電性液晶分子の配向を層方向と平行になるよ
うに設定してある。配向膜３０８，３１１，４０８，４
１１は、少なくとも（化１）の構造を有する導電性の高
分子（ナイロン、ポリイミド等）を使用する。配向膜３
０８，３１１，４０８，４１１の厚みは１０００Å以下
であり、望ましくは１００Å以下である。
１１は強誘電性液晶分子の配向を層方向と平行になるよ
うに設定してある。配向膜３０８，３１１，４０８，４
１１は、少なくとも（化１）の構造を有する導電性の高
分子（ナイロン、ポリイミド等）を使用する。配向膜３
０８，３１１，４０８，４１１の厚みは１０００Å以下
であり、望ましくは１００Å以下である。
【００２６】以上の高分子配向膜は導電性を持っていて
チャージアップに対する耐性に優れているので、非対称
な駆動パルス波形を印加しても経時変化が生じにくいと
いう特徴がある。
チャージアップに対する耐性に優れているので、非対称
な駆動パルス波形を印加しても経時変化が生じにくいと
いう特徴がある。
【００２７】従って、この導電性高分子の配向膜を用い
ることによって経時変化に対する耐性は改善される。こ
の場合に、パルス自体の非対称性および光導電層が整流
性を持つことによる非対称性によりわずかに経時変化が
生じることがあるが、これは、第一及び第二の２つの低
電圧印加期間における電圧値を調整することにより防ぐ
ことができる。
ることによって経時変化に対する耐性は改善される。こ
の場合に、パルス自体の非対称性および光導電層が整流
性を持つことによる非対称性によりわずかに経時変化が
生じることがあるが、これは、第一及び第二の２つの低
電圧印加期間における電圧値を調整することにより防ぐ
ことができる。
【００２８】強誘電性液晶層３０９，４０９の液晶材料
としては、強誘電性液晶のカイラルスメクティックＣ液
晶を用いる。強誘電性液晶層３０９，４０９の厚みは反
射型空間光変調素子の場合およそ１μｍに設定すると、
出力光のコントラストが高い。
としては、強誘電性液晶のカイラルスメクティックＣ液
晶を用いる。強誘電性液晶層３０９，４０９の厚みは反
射型空間光変調素子の場合およそ１μｍに設定すると、
出力光のコントラストが高い。
【００２９】次に、図２に示す空間光変調素子を作製す
る工程について説明する。
る工程について説明する。
【００３０】工程（１） まず、５５ｍｍ×４５ｍｍ×
１．１ｍｍのガラス基板３０１上に１０００Å厚のクロ
ム膜をスパッタ法により成膜し遮光膜３０２を形成す
る。分離した画素間に相当する４０μｍ角の窓を縦横方
向４５μｍピッチでフォトリソグラフィ−によって開け
た。この上より透明導電性電極３０３を形成した。
１．１ｍｍのガラス基板３０１上に１０００Å厚のクロ
ム膜をスパッタ法により成膜し遮光膜３０２を形成す
る。分離した画素間に相当する４０μｍ角の窓を縦横方
向４５μｍピッチでフォトリソグラフィ−によって開け
た。この上より透明導電性電極３０３を形成した。
【００３１】工程（２） 次に、プラズマＣＶＤ法によ
り２．２μｍ厚でｐ／ｉ／ｎダイオ−ド構成のアモルフ
ァスシリコン層を光導電層として積層する。有効面積は
３５ｍｍ×３５ｍｍである。まずこの有効面積内にボロ
ンを１０００ｐｐｍ添加したｐ型層３０４を５００Å膜
厚で形成する。一度成膜装置より取り出しフォトリソグ
ラフィ−によって遮光膜３０２上部分の画素間のｐ型層
を除去するためレジスト膜パタ−ンを形成する。
り２．２μｍ厚でｐ／ｉ／ｎダイオ−ド構成のアモルフ
ァスシリコン層を光導電層として積層する。有効面積は
３５ｍｍ×３５ｍｍである。まずこの有効面積内にボロ
ンを１０００ｐｐｍ添加したｐ型層３０４を５００Å膜
厚で形成する。一度成膜装置より取り出しフォトリソグ
ラフィ−によって遮光膜３０２上部分の画素間のｐ型層
を除去するためレジスト膜パタ−ンを形成する。
【００３２】工程（３） 再びプラズマＣＶＤ装置に基
板をセットし、無添加ｉ型層３０５を２μｍ膜厚と、そ
の上にリン添加のｎ型層３０６の２０００Å膜厚を連続
成膜する。この基板膜上に電子ビ−ム蒸着法によりアル
ミニウム薄膜１５００Åを金属反射層３０７として形成
した。分離した画素形成のためのレジストパタ−ンを形
成する。
板をセットし、無添加ｉ型層３０５を２μｍ膜厚と、そ
の上にリン添加のｎ型層３０６の２０００Å膜厚を連続
成膜する。この基板膜上に電子ビ−ム蒸着法によりアル
ミニウム薄膜１５００Åを金属反射層３０７として形成
した。分離した画素形成のためのレジストパタ−ンを形
成する。
【００３３】工程（４） 金属反射層３０７のアルミニ
ウム薄膜は酸性液によってウェットエッチングする。ア
モルファスシリコンｎ型層３０６の除去はフッ酸系の溶
液によるウェットエッチング若しくは、ＣＦ4と酸素に
よるリアクティブ・イオン・エッチングにより行なっ
た。この上に配向膜３０８として塗布法により（化１）
の構造を有するポリイミド薄膜を積層した。ポリイミド
の前駆体であるポリアミック酸をスピナ−により基板面
にほぼ２００Å塗布し、基板を熱処理炉に入れ、２３０
℃１時間の加熱処理を施す。この過程でイミド化しポリ
イミド薄膜が形成される。
ウム薄膜は酸性液によってウェットエッチングする。ア
モルファスシリコンｎ型層３０６の除去はフッ酸系の溶
液によるウェットエッチング若しくは、ＣＦ4と酸素に
よるリアクティブ・イオン・エッチングにより行なっ
た。この上に配向膜３０８として塗布法により（化１）
の構造を有するポリイミド薄膜を積層した。ポリイミド
の前駆体であるポリアミック酸をスピナ−により基板面
にほぼ２００Å塗布し、基板を熱処理炉に入れ、２３０
℃１時間の加熱処理を施す。この過程でイミド化しポリ
イミド薄膜が形成される。
【００３４】工程（５） 他方のガラス基板３１３上に
は、ＩＴＯの透明導電性電極３１２を形成し、同様にポ
リイミド薄膜の配向膜３１１を積層した。配向膜３０
８、３１１の配向処理はナイロン布で表面を一定方向に
擦ることで行なう。片側のガラス基板３１３上におよそ
１μｍの液晶層厚みを実現するのにイソプロピ−ルアル
コ−ル中に分散させた直径１μｍのビ−ズ３１０をスプ
レ−によって撒く。その後、両ガラス基板３０１，３１
３を合わせて、ＵＶ硬化樹脂で基板周囲を封入し液晶セ
ルを作製した。このセルに真空中で強誘電液晶ＺＬＩ−
３６５４（メルク社製）を注入する。注入後均一配向を
得るため、ＺＬＩ−３６５４の相転移温度（６２℃）以
上の温度に加熱した後、１℃／分以下の徐冷速度で室温
にもどし再配向させた。
は、ＩＴＯの透明導電性電極３１２を形成し、同様にポ
リイミド薄膜の配向膜３１１を積層した。配向膜３０
８、３１１の配向処理はナイロン布で表面を一定方向に
擦ることで行なう。片側のガラス基板３１３上におよそ
１μｍの液晶層厚みを実現するのにイソプロピ−ルアル
コ−ル中に分散させた直径１μｍのビ−ズ３１０をスプ
レ−によって撒く。その後、両ガラス基板３０１，３１
３を合わせて、ＵＶ硬化樹脂で基板周囲を封入し液晶セ
ルを作製した。このセルに真空中で強誘電液晶ＺＬＩ−
３６５４（メルク社製）を注入する。注入後均一配向を
得るため、ＺＬＩ−３６５４の相転移温度（６２℃）以
上の温度に加熱した後、１℃／分以下の徐冷速度で室温
にもどし再配向させた。
【００３５】このようにして作製した空間光変調素子に
図１で示す駆動電圧波形を印加したときの読み出し光強
度を測定した。
図１で示す駆動電圧波形を印加したときの読み出し光強
度を測定した。
【００３６】ここで駆動パルスの幅は、リセットパルス
１０１及び書き込みパルス１０３の幅が１μｓｅｃ〜１
０ｍｓｅｃ、第一の低電圧印加期間１０２が１μｓｅｃ
〜１００ｍｓｅｃ、第二の低電圧印加期間１０４が１μ
ｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの範囲になるように設定し、パ
ルスのデューティー比は１／１００００〜１／１０の範
囲になるように設定した。またパルスの高さは、リセッ
トパルス１０１及び書き込みパルス１０３の電圧値が１
０ｍＶ〜３０Ｖになるように設定した。第一及び第二の
低電圧印加期間１０２，１０４の電圧は等しい値に設定
し、その範囲は−５Ｖ〜５Ｖになるようにした。この場
合、２つの低電圧印加期間１０２，１０４の電圧値は異
なっていてもよい。
１０１及び書き込みパルス１０３の幅が１μｓｅｃ〜１
０ｍｓｅｃ、第一の低電圧印加期間１０２が１μｓｅｃ
〜１００ｍｓｅｃ、第二の低電圧印加期間１０４が１μ
ｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの範囲になるように設定し、パ
ルスのデューティー比は１／１００００〜１／１０の範
囲になるように設定した。またパルスの高さは、リセッ
トパルス１０１及び書き込みパルス１０３の電圧値が１
０ｍＶ〜３０Ｖになるように設定した。第一及び第二の
低電圧印加期間１０２，１０４の電圧は等しい値に設定
し、その範囲は−５Ｖ〜５Ｖになるようにした。この場
合、２つの低電圧印加期間１０２，１０４の電圧値は異
なっていてもよい。
【００３７】以上の条件により、第二の低電圧印加期間
１０４の長さの、第一の低電圧印加期間１０２の長さに
対する比ｒを変化させたときのメモリ率とコントラスト
比を測定したところ表１に示す結果を得た。
１０４の長さの、第一の低電圧印加期間１０２の長さに
対する比ｒを変化させたときのメモリ率とコントラスト
比を測定したところ表１に示す結果を得た。
【００３８】
【表１】
【００３９】ｒが１より大きく１０００より小さい範囲
内では従来例（ｒ＝１の場合）に比べてコントラスト比
が改善されている。また、ｒ＝１０００を越えるとメモ
リ率が低下するためコントラスト比が低下することがわ
かる。
内では従来例（ｒ＝１の場合）に比べてコントラスト比
が改善されている。また、ｒ＝１０００を越えるとメモ
リ率が低下するためコントラスト比が低下することがわ
かる。
【００４０】次に、上記の空間光変調素子を投射型ディ
スプレイに組み込み、図１の駆動電圧波形を印加するこ
とによりその性能の評価を行なった。
スプレイに組み込み、図１の駆動電圧波形を印加するこ
とによりその性能の評価を行なった。
【００４１】図４は、同実施例の駆動方法を利用した投
写型ディスプレイ装置の模式図である。すなわち、空間
光変調素子５０１への光書き込みをＣＲＴディスプレイ
５０２によって行なう。素子の画素数は縦４８０横６５
０である。読み出しのための光源５０５（メタルハライ
ドランプ）の光を、コンデンサーレンズ５０４により偏
光ビームスプリッタ５０３を介して空間光変調素子５０
１に照射する。空間光変調素子５０１により変調された
出力像は、偏光ビームスプリッタ５０３で方向が直角に
曲げられ、レンズ５０６により拡大投影されてスクリー
ン５０７に映し出される。
写型ディスプレイ装置の模式図である。すなわち、空間
光変調素子５０１への光書き込みをＣＲＴディスプレイ
５０２によって行なう。素子の画素数は縦４８０横６５
０である。読み出しのための光源５０５（メタルハライ
ドランプ）の光を、コンデンサーレンズ５０４により偏
光ビームスプリッタ５０３を介して空間光変調素子５０
１に照射する。空間光変調素子５０１により変調された
出力像は、偏光ビームスプリッタ５０３で方向が直角に
曲げられ、レンズ５０６により拡大投影されてスクリー
ン５０７に映し出される。
【００４２】ＣＲＴ５０２画面上の各ドットが空間光変
調素子５０１の各画素内に書き込まれると、スクリーン
５０７上では四角形状に変換される。そのため開口率は
８０％と大きく明るい映像が得られ、１００インチ相当
の大きさに拡大した像はスクリーン５０７上で２０００
ルーメンの照度を持つ。この時の画像はコントラストが
２５０：１、解像度は縦方向６５０本ＴＶライン数が確
認された。更に動画像を出力したところ、ビデオレート
の動きに対して残像はなく鮮明な高輝度画像が得られ
た。又カラー画像を得るために、ＲＧＢそれぞれに対応
したＣＲＴ管と空間光変調素子をセットにしたものを３
組用意して、スクリーン上で合成することによって実現
できた。
調素子５０１の各画素内に書き込まれると、スクリーン
５０７上では四角形状に変換される。そのため開口率は
８０％と大きく明るい映像が得られ、１００インチ相当
の大きさに拡大した像はスクリーン５０７上で２０００
ルーメンの照度を持つ。この時の画像はコントラストが
２５０：１、解像度は縦方向６５０本ＴＶライン数が確
認された。更に動画像を出力したところ、ビデオレート
の動きに対して残像はなく鮮明な高輝度画像が得られ
た。又カラー画像を得るために、ＲＧＢそれぞれに対応
したＣＲＴ管と空間光変調素子をセットにしたものを３
組用意して、スクリーン上で合成することによって実現
できた。
【００４３】次に、比較のために図６の従来の駆動電圧
波形を印加することにより、上述の投射型ディスプレイ
の出力画像を評価した。この時コントラストは１２０：
１と劣っていた。
波形を印加することにより、上述の投射型ディスプレイ
の出力画像を評価した。この時コントラストは１２０：
１と劣っていた。
【００４４】次に同様の空間光変調素子を用いて、図５
に示すホログラフィーテレビジョン装置を組み立てて、
その実時間表示される立体画像の再生を確認した。コヒ
ーレント光としてＨｅ−Ｎｅレーザー６０１ａを用い、
そのレーザ光をハーフミラー６０３により２つに分割
し、一方のレーザ光を反射ミラー６０２及びレンズ６０
４を介して被写体６０６に照射し、他方のレーザ光を反
射ミラー６０２、レンズ６０４及びコリメータ６０５ａ
を介して参照光とし、被写体６０６に照射したレーザ光
と参照光とをハーフミラー６０３により重ね合わせ、Ｃ
ＣＤ６０７の撮像面上に干渉縞パターンを形成する。こ
の画像データをＴＶ信号路６０８を介してＣＲＴ６０９
に転送し、ＣＲＴの画像をレンズ６０４により空間光変
調素子６１０に光書き込みして干渉縞パターンを再現す
る。
に示すホログラフィーテレビジョン装置を組み立てて、
その実時間表示される立体画像の再生を確認した。コヒ
ーレント光としてＨｅ−Ｎｅレーザー６０１ａを用い、
そのレーザ光をハーフミラー６０３により２つに分割
し、一方のレーザ光を反射ミラー６０２及びレンズ６０
４を介して被写体６０６に照射し、他方のレーザ光を反
射ミラー６０２、レンズ６０４及びコリメータ６０５ａ
を介して参照光とし、被写体６０６に照射したレーザ光
と参照光とをハーフミラー６０３により重ね合わせ、Ｃ
ＣＤ６０７の撮像面上に干渉縞パターンを形成する。こ
の画像データをＴＶ信号路６０８を介してＣＲＴ６０９
に転送し、ＣＲＴの画像をレンズ６０４により空間光変
調素子６１０に光書き込みして干渉縞パターンを再現す
る。
【００４５】一方、読み出しにはコヒーレント光のＨｅ
−Ｎｅレーザー６０１ｂを使い、そのレーザ光を反射ミ
ラー６０２、レンズ６０４、コリメータ６０５ｂ、偏光
ビームスプリッタ６１１及びコリメータ６０５ｃを通し
て、観測者６１２側から反射モードで立体像を観測す
る。以上の構成により被写体６０６を動きのある物体と
して実時間ホログラムを実証した。なお、空間光変調素
子６１０の画素パターンは８μｍの画素に１０μｍピッ
チの１００ｌｐ／ｍｍの素子（素子内には３２００×３
２００＝１０7画素を有する）とした。
−Ｎｅレーザー６０１ｂを使い、そのレーザ光を反射ミ
ラー６０２、レンズ６０４、コリメータ６０５ｂ、偏光
ビームスプリッタ６１１及びコリメータ６０５ｃを通し
て、観測者６１２側から反射モードで立体像を観測す
る。以上の構成により被写体６０６を動きのある物体と
して実時間ホログラムを実証した。なお、空間光変調素
子６１０の画素パターンは８μｍの画素に１０μｍピッ
チの１００ｌｐ／ｍｍの素子（素子内には３２００×３
２００＝１０7画素を有する）とした。
【００４６】以上のように本発明は、高輝度、大画面の
映像を映し出す投写型ディスプレイ装置に最適な空間光
変調素子の駆動方法を提供し、又この素子及び駆動方法
を用いたホログラフィーテレビジョン装置は、実時間で
鮮明な立体像が得られる。
映像を映し出す投写型ディスプレイ装置に最適な空間光
変調素子の駆動方法を提供し、又この素子及び駆動方法
を用いたホログラフィーテレビジョン装置は、実時間で
鮮明な立体像が得られる。
【００４７】なお、上記実施例では、導電性の配向膜と
して（化１）で示される構造を有する高分子を用いた
が、これに限らず、チャージアップによる経時変化が防
止できれば、他の導電性の配向膜でもよい。
して（化１）で示される構造を有する高分子を用いた
が、これに限らず、チャージアップによる経時変化が防
止できれば、他の導電性の配向膜でもよい。
【００４８】また、上記実施例では、投射型ディスプレ
イ装置、又はホログラフィーテレビジョン装置に利用す
る例を示したが、これに限らず、空間光変調素子を用い
る装置、例えば光演算装置などに応用できることは勿論
である。
イ装置、又はホログラフィーテレビジョン装置に利用す
る例を示したが、これに限らず、空間光変調素子を用い
る装置、例えば光演算装置などに応用できることは勿論
である。
【００４９】また、上記実施例では、光導電層に整流性
を持たせたが、これに限らず、整流性はなくてもよい。
を持たせたが、これに限らず、整流性はなくてもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、読み出し光の明るさを大きくでき、コントラス
トを高めることができるという長所を有する。
発明は、読み出し光の明るさを大きくでき、コントラス
トを高めることができるという長所を有する。
【図１】本発明にかかる一実施例の空間光変調素子の駆
動方法の駆動パルス波形を示す図である。
動方法の駆動パルス波形を示す図である。
【図２】同実施例の駆動方法に用いる金属反射層を画素
とする空間光変調素子の断面図である。
とする空間光変調素子の断面図である。
【図３】同実施例の駆動方法に用いる誘電体反射層を画
素とする空間光変調素子の断面図である。
素とする空間光変調素子の断面図である。
【図４】同実施例の駆動方法を利用した投写型ディスプ
レイ装置の模式図である。
レイ装置の模式図である。
【図５】同実施例の駆動方法を利用したホログラフィー
テレビジョン装置の模式図である。
テレビジョン装置の模式図である。
【図６】従来の空間光変調素子の駆動方法の駆動パルス
波形を示す図である。
波形を示す図である。
１０１、２０１ リセットパルス １０２、２０２ 第一の低電圧印加期間 １０３、２０３ 書き込みパルス １０４、２０４ 第二の低電圧印加期間 ３０８、３１１、４０８、４１１ 配向膜 ３０９、４０９ 強誘電性液晶層 ５０１、６１０ 空間光変調素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/133 G02F 1/1337 G02F 1/135 G09G 3/36
Claims (5)
- 【請求項１】 導電性の配向膜に接する強誘電性液晶層
及び光導電層を有する空間光変調素子の駆動方法におい
て、前記強誘電性液晶層を駆動するための印加電圧パル
スとして、リセットパルスと書き込みパルスとを交互に
印加する際、リセットパルスから直後の書き込みパルス
までの第１低電圧印加期間の長さが、その書き込みパル
スから直後のリセットパルスまでの第２低電圧印加期間
の長さより短いことを特徴とする空間光変調素子の駆動
方法。 - 【請求項２】 配向膜は、少なくとも下記の化学式で示
す構造を有する材料を使用したものであることを特徴と
する請求項１記載の空間光変調素子の駆動方法。 【化１】 （但し、ｎ≧２、 Ｘ：Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのいずれか Ｙ：芳香族或は置換芳香族基 Ｚ：芳香族を含む基） - 【請求項３】 光導電層は、整流性を有することを特徴
とする請求項１又は２記載の空間光変調素子の駆動方
法。 - 【請求項４】 第１低電圧印加期間の長さは、前記第２
低電圧印加期間の長さに対して、その比が１より大きく
１０００より小さいことを特徴とする請求項１又は２記
載の空間光変調素子の駆動方法。 - 【請求項５】 第１低電圧印加期間に印加される電圧
は、前記第２低電圧印加期間に印加される電圧と異なる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の空間光変調素子
の駆動方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4098216A JP2808380B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 空間光変調素子の駆動方法 |
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