JP2816425B2 - ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子 - Google Patents
ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素化アモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のスパッタ膜（ＳＰ膜）などの
光導電素子と液晶又は電気光学結晶などの光変調素子と
を組み合せ光情報を並列に処理できる空間光変調素子に
関するもので、これにより安価で高性能な並列光演算素
子を提供し、大規模な並列情報演算処理装置（光コンピ
ュータ）の製作を可能とするにある。
リコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のスパッタ膜（ＳＰ膜）などの
光導電素子と液晶又は電気光学結晶などの光変調素子と
を組み合せ光情報を並列に処理できる空間光変調素子に
関するもので、これにより安価で高性能な並列光演算素
子を提供し、大規模な並列情報演算処理装置（光コンピ
ュータ）の製作を可能とするにある。
【０００２】
【従来の技術】従来、光コンピュータを実現するために
は、光情報を並列に処理できる素子が必要である。その
処理を行える素子の１つに、ＣｄＳやａ−Ｓｉ：Ｈ（水
素化アモルファスシリコン）などの光導電素子と液晶や
電気光学結晶などの光変調素子を組み合わせた空間光変
調素子がある。本発明は、安価なａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化
アモルファスシリコン）スパッタ膜（ＳＰ膜）とねじれ
ネマティック液晶素子（ＴＮＬＣＤ）とを用いた空間光
変調素子に関するものである。この素子構造を図１に示
す。
は、光情報を並列に処理できる素子が必要である。その
処理を行える素子の１つに、ＣｄＳやａ−Ｓｉ：Ｈ（水
素化アモルファスシリコン）などの光導電素子と液晶や
電気光学結晶などの光変調素子を組み合わせた空間光変
調素子がある。本発明は、安価なａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化
アモルファスシリコン）スパッタ膜（ＳＰ膜）とねじれ
ネマティック液晶素子（ＴＮＬＣＤ）とを用いた空間光
変調素子に関するものである。この素子構造を図１に示
す。
【０００３】図１において、１はガラス基板、２はこの
上に設けたインジウム錫酸化物電極（以下ＩＴＯ電極と
言う）、３はａ−Ｓｉ：Ｈの薄膜より成る光導電層、４
は光導電層に設けたＡｌ電極よりなる光反射層、５は光
反射層上に設けたネマティック液晶よりなる液晶層、６
は透明なインジウム錫酸化物電極（ＩＴＯ電極）、７は
透明ガラス基板、８は偏光板、９は書き込み光、10は読
み出し光、11は印加電極端子を示す。
上に設けたインジウム錫酸化物電極（以下ＩＴＯ電極と
言う）、３はａ−Ｓｉ：Ｈの薄膜より成る光導電層、４
は光導電層に設けたＡｌ電極よりなる光反射層、５は光
反射層上に設けたネマティック液晶よりなる液晶層、６
は透明なインジウム錫酸化物電極（ＩＴＯ電極）、７は
透明ガラス基板、８は偏光板、９は書き込み光、10は読
み出し光、11は印加電極端子を示す。
【０００４】この空間光変調素子の基本動作を模式化し
たものを図２に示す。これはａ−Ｓｉ：Ｈより成る光導
電層薄膜に当たる書き込み光強度を変えることにより、
液晶にかかる電圧を変え、読み出し光強度を変化させる
ものである。これを２次元のマトリックス状に作製する
と、２次元の光情報（読み出し光）を２次元の光信号
（書き込み光）によって処理できる素子が作製できる。
たものを図２に示す。これはａ−Ｓｉ：Ｈより成る光導
電層薄膜に当たる書き込み光強度を変えることにより、
液晶にかかる電圧を変え、読み出し光強度を変化させる
ものである。これを２次元のマトリックス状に作製する
と、２次元の光情報（読み出し光）を２次元の光信号
（書き込み光）によって処理できる素子が作製できる。
【０００５】この空間光変調素子で並列処理系を構成す
る場合、変調素子の非線形な入出力特性を利用した画像
処理に応用できる。この画像処理の例を図３に示すＡＮ
Ｄ演算とＯＲ演算について説明する。Ｄａｔａ ＡとＤ
ａｔａ Ｂの光強度を図３（Ａ）に示すようにとると、
Ｄａｔａ Ａの明状態の部分とＤａｔａ Ｂの明状態の
部分が重なった所のみ明状態をとるＡＮＤ演算を行うこ
とができる。またＤａｔａ ＡとＤａｔａ Ｂの光強度
を図３（Ｂ）に示すようにとると、Ｄａｔａ Ａの暗状
態とＤａｔａ Ｂ暗状態の重なった所のみが暗状態をと
るＯＲ演算を行うことができる。
る場合、変調素子の非線形な入出力特性を利用した画像
処理に応用できる。この画像処理の例を図３に示すＡＮ
Ｄ演算とＯＲ演算について説明する。Ｄａｔａ ＡとＤ
ａｔａ Ｂの光強度を図３（Ａ）に示すようにとると、
Ｄａｔａ Ａの明状態の部分とＤａｔａ Ｂの明状態の
部分が重なった所のみ明状態をとるＡＮＤ演算を行うこ
とができる。またＤａｔａ ＡとＤａｔａ Ｂの光強度
を図３（Ｂ）に示すようにとると、Ｄａｔａ Ａの暗状
態とＤａｔａ Ｂ暗状態の重なった所のみが暗状態をと
るＯＲ演算を行うことができる。
【０００６】図４はその並列光演算処理システムを示
す。図４において、書き込み用レーザー光12の前面に設
けた液晶素子（ＬＣＤ (1)）13及びハーフミラー14、空
間光変調素子15、及び偏光ビームスプリッタ16を介して
スクリーン17を配設する。18は液晶素子（ＬＣＤ (2)）
である。19は書き込み用レーザー光、20は読み出し用レ
ーザー光を示す。
す。図４において、書き込み用レーザー光12の前面に設
けた液晶素子（ＬＣＤ (1)）13及びハーフミラー14、空
間光変調素子15、及び偏光ビームスプリッタ16を介して
スクリーン17を配設する。18は液晶素子（ＬＣＤ (2)）
である。19は書き込み用レーザー光、20は読み出し用レ
ーザー光を示す。
【０００７】図５に示したＤａｔａ Ａ、Ｄａｔａ Ｂ
をそれぞれの液晶素子13及び18に表示させると、図５の
下の図に示すようなＡＮＤ、ＯＲ並列光演算を行うこと
ができる。
をそれぞれの液晶素子13及び18に表示させると、図５の
下の図に示すようなＡＮＤ、ＯＲ並列光演算を行うこと
ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＡＮＤ、ＯＲ演算の選
択は液晶素子13，18の透過光強度を変化させることによ
り行える。今日までａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜とツイ
ステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（以下ＴＮＬ
ＣＤと略称する）を組み合わせた空間光変調素子に用い
ているａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜は、スパッタ装置で
は作製できず、プラズマＣＶＤ装置でのみ作製されてき
た。その理由は、ＴＮＬＣＤにかかる電圧を変化させる
ためにはａ−Ｓｉ：Ｈの薄膜の膜厚が25μｍ以上必要で
あるに対して、スパッタ装置で作製できる最大膜厚が約
１μｍしかないのに対して、プラズマＣＶＤ装置では数
10μｍの膜厚が作製できるためである。しかし、プラズ
マＣＶＤ装置で作製したａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜自
体が高価であるうえ、数10μｍもの膜厚を必要とするた
めに、非常に高価なものとなっていた。
択は液晶素子13，18の透過光強度を変化させることによ
り行える。今日までａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜とツイ
ステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（以下ＴＮＬ
ＣＤと略称する）を組み合わせた空間光変調素子に用い
ているａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜は、スパッタ装置で
は作製できず、プラズマＣＶＤ装置でのみ作製されてき
た。その理由は、ＴＮＬＣＤにかかる電圧を変化させる
ためにはａ−Ｓｉ：Ｈの薄膜の膜厚が25μｍ以上必要で
あるに対して、スパッタ装置で作製できる最大膜厚が約
１μｍしかないのに対して、プラズマＣＶＤ装置では数
10μｍの膜厚が作製できるためである。しかし、プラズ
マＣＶＤ装置で作製したａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層薄膜自
体が高価であるうえ、数10μｍもの膜厚を必要とするた
めに、非常に高価なものとなっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ＳＰ膜）の光導電層薄膜の膜厚１μｍ以下で、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（ＳＰ膜）とツイステッド・ネマティック液晶デ
ィスプレイ（ＴＮＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素
子を作製する手段を提供するものである。また、本発明
の方法で作製された空間光変調素子はａ−Ｓｉ：Ｈの光
導電層薄膜を１μｍ以下と非常に薄くできるために、安
価で、高感度、高解像度の素子が実現できることの知見
による。
（ＳＰ膜）の光導電層薄膜の膜厚１μｍ以下で、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（ＳＰ膜）とツイステッド・ネマティック液晶デ
ィスプレイ（ＴＮＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素
子を作製する手段を提供するものである。また、本発明
の方法で作製された空間光変調素子はａ−Ｓｉ：Ｈの光
導電層薄膜を１μｍ以下と非常に薄くできるために、安
価で、高感度、高解像度の素子が実現できることの知見
による。
【００１０】本発明の目的は、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）
とツイステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（ＴＮ
ＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素子を作製する方法
を示し、これにより高性能の並列光演算素子を実現する
ことである。本発明を適用できる製品名は投写型液晶表
示素子、並列光演算素子である。
とツイステッド・ネマティック液晶ディスプレイ（ＴＮ
ＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素子を作製する方法
を示し、これにより高性能の並列光演算素子を実現する
ことである。本発明を適用できる製品名は投写型液晶表
示素子、並列光演算素子である。
【００１１】本発明は上記の課題を解決するために、上
記の知見に基づき考えられたもので、１対の透明ガラス
基板間に上下１対のインジウム錫酸化物電極を配設し、
この電極間にａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層とＡｌ電極
よりなる光反射層とネマティック液晶を配設し、読み出
し光側に偏光板を設けた空間光変調素子において、Ａｌ
電極とこれに対する下面ＩＴＯ電極との電極面積比を
１：１／５〜１：１／25としたことを特徴とするａ−Ｓ
ｉ：Ｈを用いた空間光変調素子にある。
記の知見に基づき考えられたもので、１対の透明ガラス
基板間に上下１対のインジウム錫酸化物電極を配設し、
この電極間にａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層とＡｌ電極
よりなる光反射層とネマティック液晶を配設し、読み出
し光側に偏光板を設けた空間光変調素子において、Ａｌ
電極とこれに対する下面ＩＴＯ電極との電極面積比を
１：１／５〜１：１／25としたことを特徴とするａ−Ｓ
ｉ：Ｈを用いた空間光変調素子にある。
【００１２】本発明の他の目的とする所は、前記ａ−Ｓ
ｉ：Ｈよりなる光導電層の膜厚は１μｍ以下であるａ−
Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子にある。
ｉ：Ｈよりなる光導電層の膜厚は１μｍ以下であるａ−
Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子にある。
【００１３】本発明は、透明ガラス基板間の２個の電極
にはさまれてａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層薄膜と、光
反射層と、ネマティック液晶層を配設した空間光変調素
子の１側に設けたハーフミラー及びこれに直交する２個
の液晶素子を配して書き込み用レーザー光源をそれぞれ
受けるようにし、空間光変調素子の他側に偏光ビームス
プリッタを設け、その１側にスクリーンを設け、前記偏
光ビームスプリッタに対して直交する位置に読み出し用
レーザー光源を設けて書き込み側と直交する２個のレー
ザー光源よりそれぞれのデータ信号を空間光変調素子に
投光し、他側に設けた偏光ビームスプリッタにより読み
出し用レーザー光を前記空間光変調素子に当て、その液
晶層よりの反射波を前記スクリーンに投影するよう構成
し、前記液晶層を通過する書き込み用レーザー光の反射
率の変化で濃淡の画像をスクリーンに映写するよう構成
したことを特徴とするａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調
素子にある。本発明において、空間光変調素子は、Ａｌ
電極とこれに対する下面のインジウム錫酸化物電極（Ｉ
ＴＯ）との電極面積比を１：１／５〜１：１／25と小さ
くすることが必要である。また本発明の前記空間光変調
素子において、ａ−Ｓｉ：Ｈよりなる導電層の膜厚は１
μｍ以下であることが必要である。
にはさまれてａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層薄膜と、光
反射層と、ネマティック液晶層を配設した空間光変調素
子の１側に設けたハーフミラー及びこれに直交する２個
の液晶素子を配して書き込み用レーザー光源をそれぞれ
受けるようにし、空間光変調素子の他側に偏光ビームス
プリッタを設け、その１側にスクリーンを設け、前記偏
光ビームスプリッタに対して直交する位置に読み出し用
レーザー光源を設けて書き込み側と直交する２個のレー
ザー光源よりそれぞれのデータ信号を空間光変調素子に
投光し、他側に設けた偏光ビームスプリッタにより読み
出し用レーザー光を前記空間光変調素子に当て、その液
晶層よりの反射波を前記スクリーンに投影するよう構成
し、前記液晶層を通過する書き込み用レーザー光の反射
率の変化で濃淡の画像をスクリーンに映写するよう構成
したことを特徴とするａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調
素子にある。本発明において、空間光変調素子は、Ａｌ
電極とこれに対する下面のインジウム錫酸化物電極（Ｉ
ＴＯ）との電極面積比を１：１／５〜１：１／25と小さ
くすることが必要である。また本発明の前記空間光変調
素子において、ａ−Ｓｉ：Ｈよりなる導電層の膜厚は１
μｍ以下であることが必要である。
【００１４】以下図について、本発明の具体例を詳細説
明する。図６は本発明のａ−Ｓｉ：Ｈを用いた液晶空間
光変調素子を示す図であり、図７は本発明の液晶空間光
変調素子の動作を読み出し光を偏光ビームスプリッタに
より偏光させて測定したデータである。
明する。図６は本発明のａ−Ｓｉ：Ｈを用いた液晶空間
光変調素子を示す図であり、図７は本発明の液晶空間光
変調素子の動作を読み出し光を偏光ビームスプリッタに
より偏光させて測定したデータである。
【００１５】図６においては、１は約１mm厚の前面ガラ
ス基板、２はその上面に設けたインジウム錫酸化物（Ｉ
ＴＯ電極）、３はａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層、４は
Ａｌ電極よりなる光反射層、５はネマティック液晶より
成る液晶層、６はＩＴＯ電極、７は後面ガラス基板を示
す。本発明においては、ＩＴＯ電極２をＡｌ電極４に比
して電極面積を１／５〜１／25として、ＩＴＯ電極の厚
さを0.1 〜５μとするものである。
ス基板、２はその上面に設けたインジウム錫酸化物（Ｉ
ＴＯ電極）、３はａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層、４は
Ａｌ電極よりなる光反射層、５はネマティック液晶より
成る液晶層、６はＩＴＯ電極、７は後面ガラス基板を示
す。本発明においては、ＩＴＯ電極２をＡｌ電極４に比
して電極面積を１／５〜１／25として、ＩＴＯ電極の厚
さを0.1 〜５μとするものである。
【００１６】ａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）の膜厚を１μｍに
し、ＩＴＯ電極２の面積を光反射層であるＡｌ電極４の
面積に対して１／５〜１／25と小さくすることによっ
て、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）３とねじれネマティック液
晶層５（ＴＮＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素子23
を作製した。液晶層５の表示モードは45゜のねじれモー
ドで、液晶層５の上端と下端の液晶分子のダイレクター
方向が45゜変わるように表面処理を施している。液晶層
５の厚さはΔｎｄ／λ＝0.433 になるように設定する。
そのときの素子構造を図６に示す。
し、ＩＴＯ電極２の面積を光反射層であるＡｌ電極４の
面積に対して１／５〜１／25と小さくすることによっ
て、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）３とねじれネマティック液
晶層５（ＴＮＬＣＤ）を組み合わせた空間光変調素子23
を作製した。液晶層５の表示モードは45゜のねじれモー
ドで、液晶層５の上端と下端の液晶分子のダイレクター
方向が45゜変わるように表面処理を施している。液晶層
５の厚さはΔｎｄ／λ＝0.433 になるように設定する。
そのときの素子構造を図６に示す。
【００１７】この空間光変調素子の動作を測定したとき
の測定系を図７に示す。図７において、21は書き込み用
レーザー光、22は偏光板、23は空間光変調素子、24は偏
光ビームスプリッタ、25はフォトダイオード、26は読み
出し用レーザー光を示す。偏光ビームスプリッタ24は、
ｐ偏光成分のみ透過させ、ｓ偏光成分は反射させる性質
を持っている。この空間光変調素子23の配置としては、
偏光ビームスプリッタ24で反射されたｓ偏光が、液晶分
子の配向方向に平行になるように設置する。22の２つの
偏光板の角度をかえることにより書き込み光21の光強度
を変化させる。
の測定系を図７に示す。図７において、21は書き込み用
レーザー光、22は偏光板、23は空間光変調素子、24は偏
光ビームスプリッタ、25はフォトダイオード、26は読み
出し用レーザー光を示す。偏光ビームスプリッタ24は、
ｐ偏光成分のみ透過させ、ｓ偏光成分は反射させる性質
を持っている。この空間光変調素子23の配置としては、
偏光ビームスプリッタ24で反射されたｓ偏光が、液晶分
子の配向方向に平行になるように設置する。22の２つの
偏光板の角度をかえることにより書き込み光21の光強度
を変化させる。
【００１８】このとき、書き込み光21なしの状態では、
入射したｓ偏光は液晶分子に沿って進行し、可逆的に反
射され、この光はフォトダイオード25に入射されず読み
出し光26は暗状態となる。この空間光変調素子23に当た
る書き込み光21の強度を強くしていくと、液晶層に電圧
が印加され、入射された直線偏光は液晶分子の複屈折効
果によって位相差が生じ楕円偏光となっていく。したが
って、空間光変調素子23の液晶層を通過した偏光成分に
ｐ偏光成分を含むようになり、フォトダイオード25に当
たる光強度が上昇する。この動作結果を書き込み光21の
強度に対する読み出し光26の強度の変化として図８に示
す。
入射したｓ偏光は液晶分子に沿って進行し、可逆的に反
射され、この光はフォトダイオード25に入射されず読み
出し光26は暗状態となる。この空間光変調素子23に当た
る書き込み光21の強度を強くしていくと、液晶層に電圧
が印加され、入射された直線偏光は液晶分子の複屈折効
果によって位相差が生じ楕円偏光となっていく。したが
って、空間光変調素子23の液晶層を通過した偏光成分に
ｐ偏光成分を含むようになり、フォトダイオード25に当
たる光強度が上昇する。この動作結果を書き込み光21の
強度に対する読み出し光26の強度の変化として図８に示
す。
【００１９】ａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層３もねじれ
ネマティック液晶層５（ＴＮＬＣＤ）も安価であるし、
またａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層３の膜厚が１μｍと非常に
薄いため、最も安価な空間光変調素子23が作製できる。
ネマティック液晶層５（ＴＮＬＣＤ）も安価であるし、
またａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層３の膜厚が１μｍと非常に
薄いため、最も安価な空間光変調素子23が作製できる。
【００２０】空間光変調素子の感度は、どの程度弱い書
き込み光強度で動作できるかを示すものである。それは
書き込み光を当てたときにａ−Ｓｉ：Ｈの導電層３の膜
全体を光導電性にするしやすさによって決まる。よっ
て、ａ−Ｓｉ：Ｈの導電層３の膜厚が厚いほど、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜の奥まで光が当たるような強い光強度を必要と
するために感度が下がることになる。本発明ではａ−Ｓ
ｉ：Ｈの光導電層３の膜厚は１μｍと非常に薄くできる
ため、高感度の空間光変調素子が得られる。
き込み光強度で動作できるかを示すものである。それは
書き込み光を当てたときにａ−Ｓｉ：Ｈの導電層３の膜
全体を光導電性にするしやすさによって決まる。よっ
て、ａ−Ｓｉ：Ｈの導電層３の膜厚が厚いほど、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜の奥まで光が当たるような強い光強度を必要と
するために感度が下がることになる。本発明ではａ−Ｓ
ｉ：Ｈの光導電層３の膜厚は１μｍと非常に薄くできる
ため、高感度の空間光変調素子が得られる。
【００２１】また空間光変調素子の解像度は、どの程度
細かな光情報を処理できるかを示すものである。それは
ＩＴＯ電極から出た電子群がＡｌ電極に着くまでにどれ
だけ広がるかによって決まる。よって、ａ−Ｓｉ：Ｈの
膜厚が厚いほど、電子群の広がりが大きくなり解像度が
落ちる。本発明ではａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚は１μｍ以下と
非常に薄くできるため、高解像度の空間光変調素子が得
られる。
細かな光情報を処理できるかを示すものである。それは
ＩＴＯ電極から出た電子群がＡｌ電極に着くまでにどれ
だけ広がるかによって決まる。よって、ａ−Ｓｉ：Ｈの
膜厚が厚いほど、電子群の広がりが大きくなり解像度が
落ちる。本発明ではａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚は１μｍ以下と
非常に薄くできるため、高解像度の空間光変調素子が得
られる。
【００２２】1.はじめに 光を利用した情報処理は、光の並列性、高速性を最大に
利用できる点で有望である。この情報処理を行うために
は、２次元の光情報を並列に処理できる素子が必要であ
る。その処理を行う素子の１つに、空間光変調素子があ
る。本発明者等は低電圧で、大きな屈折率制御が得られ
る液晶を光変調材料として用い、暗抵抗が高く、大面積
が得やすいＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層を光検出材料に
用いて図６に示す空間光変調素子23を作製した。本発明
者等はＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）を光導電層として用
いた場合の空間光変調素子の作製方法について検討し、
その素子性能と応用について検討した。
利用できる点で有望である。この情報処理を行うために
は、２次元の光情報を並列に処理できる素子が必要であ
る。その処理を行う素子の１つに、空間光変調素子があ
る。本発明者等は低電圧で、大きな屈折率制御が得られ
る液晶を光変調材料として用い、暗抵抗が高く、大面積
が得やすいＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの光導電層を光検出材料に
用いて図６に示す空間光変調素子23を作製した。本発明
者等はＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ（ＳＰ膜）を光導電層として用
いた場合の空間光変調素子の作製方法について検討し、
その素子性能と応用について検討した。
【００２３】2.空間光変調素子の構造と動作原理 空間光変調素子の構造を図６に示す。透明ガラス基板１
上にストライプ状のＩＴＯ電極基板２を設け、この上に
ＲＦスパッタリング装置で作製したＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ薄
膜３とアイランド状のＡｌドット電極よりなる光反射層
４を形成し、光検出部を作製する。これとストライプ状
のＩＴＯ電極基板６をＩＴＯ電極２と６とが直交するよ
うにセル組みし、ネマティック液晶５を封入することに
よって空間光変調素子23を作製する。この素子23の動作
は、ＩＴＯ電極２，６の両端に電圧をかけておき、ＳＰ
ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜３に照射される書き込み光強度によっ
て液晶５にかかる電圧を変化させ、読み出し光26の偏光
状態を変化させるものである。
上にストライプ状のＩＴＯ電極基板２を設け、この上に
ＲＦスパッタリング装置で作製したＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ薄
膜３とアイランド状のＡｌドット電極よりなる光反射層
４を形成し、光検出部を作製する。これとストライプ状
のＩＴＯ電極基板６をＩＴＯ電極２と６とが直交するよ
うにセル組みし、ネマティック液晶５を封入することに
よって空間光変調素子23を作製する。この素子23の動作
は、ＩＴＯ電極２，６の両端に電圧をかけておき、ＳＰ
ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜３に照射される書き込み光強度によっ
て液晶５にかかる電圧を変化させ、読み出し光26の偏光
状態を変化させるものである。
【００２４】3.光変調部の動作 本発明者等が作製した空間光変調素子23の表示モード
は、偏光板１枚で表示できる45゜ＴＮモードであり、液
晶セルに100 Ｈｚの方形波電圧を印加したときの電気光
学特性を図９に示す。透過率変化の10％、90％をとる電
圧値をＶ10，Ｖ90とすると、電圧応答の急峻性を表すＶ
90／Ｖ10＝1.348 となった。
は、偏光板１枚で表示できる45゜ＴＮモードであり、液
晶セルに100 Ｈｚの方形波電圧を印加したときの電気光
学特性を図９に示す。透過率変化の10％、90％をとる電
圧値をＶ10，Ｖ90とすると、電圧応答の急峻性を表すＶ
90／Ｖ10＝1.348 となった。
【００２５】4.光検出部の検討 光検出部に用いられているＳＰａ−Ｓｉ：Ｈは、ＲＦス
パッタリング装置を用いて作製した。このＳＰａ−Ｓ
ｉ：Ｈの膜厚に対する比誘電率を測定し、それを図10に
示す。これより、約１μｍの膜厚までＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ
の誘電率である11を保っており、これ以上の膜厚では、
ａ−Ｓｉ：Ｈよりも絶縁性の水素の抜けたａ−Ｓｉが主
体になることが分かった。よって、ＲＦスパッタリング
装置で作製できるＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの最大膜厚は１μｍ
であるとした。次に実際、膜厚１μｍでＳＰａ−Ｓｉ：
Ｈを作製し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光（632.8 ｎｍ）の光
強度に対する抵抗率の変化を図11に示す。
パッタリング装置を用いて作製した。このＳＰａ−Ｓ
ｉ：Ｈの膜厚に対する比誘電率を測定し、それを図10に
示す。これより、約１μｍの膜厚までＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ
の誘電率である11を保っており、これ以上の膜厚では、
ａ−Ｓｉ：Ｈよりも絶縁性の水素の抜けたａ−Ｓｉが主
体になることが分かった。よって、ＲＦスパッタリング
装置で作製できるＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの最大膜厚は１μｍ
であるとした。次に実際、膜厚１μｍでＳＰａ−Ｓｉ：
Ｈを作製し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光（632.8 ｎｍ）の光
強度に対する抵抗率の変化を図11に示す。
【００２６】5.空間光変調素子の設計法 液晶とＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの比誘電率と抵抗率をＬＣＲメ
ータとｐＡメータによって測定し、空間光変調素子の等
価回路を作製した。それを図12に示す。次に液晶を駆動
させるのに必要なＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚について検討
した。作製する空間光変調素子の液晶層の厚さは、表示
モードの条件により決まり、今回用いた液晶ＺＬＩ−22
93では5.0 μｍになる。この値と先ほど求めた物性値か
ら、暗状態に液晶にかかる電圧と明るい状態に液晶にか
かる電圧の比がＶ90／Ｖ10を越えるようにＳＰａ−Ｓ
ｉ：Ｈの膜厚を求めると、4.77μｍ以上となった。上述
したように、ＲＦスパッタリングで作製できるＳＰａ−
Ｓｉ：Ｈの最大膜厚が１μｍであるため、4.77μｍとい
う膜厚は作製不可能であった。これをＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ
の方のＩＴＯ電極面積をＡｌ電極面積に比べ１／５と小
さくすることによって補なった。
ータとｐＡメータによって測定し、空間光変調素子の等
価回路を作製した。それを図12に示す。次に液晶を駆動
させるのに必要なＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚について検討
した。作製する空間光変調素子の液晶層の厚さは、表示
モードの条件により決まり、今回用いた液晶ＺＬＩ−22
93では5.0 μｍになる。この値と先ほど求めた物性値か
ら、暗状態に液晶にかかる電圧と明るい状態に液晶にか
かる電圧の比がＶ90／Ｖ10を越えるようにＳＰａ−Ｓ
ｉ：Ｈの膜厚を求めると、4.77μｍ以上となった。上述
したように、ＲＦスパッタリングで作製できるＳＰａ−
Ｓｉ：Ｈの最大膜厚が１μｍであるため、4.77μｍとい
う膜厚は作製不可能であった。これをＳＰａ−Ｓｉ：Ｈ
の方のＩＴＯ電極面積をＡｌ電極面積に比べ１／５と小
さくすることによって補なった。
【００２７】6.空間光変調素子の素子性能 感 度 ２μＪ／cm2 コントラスト 6.6 ：１ 書き込み時間 ２９ｍｓ 消去時間 １６ｍｓ
【００２８】7.空間光変調素子の応用 マトリックス状に画素分割された空間光変調素子は、読
み出し光強度を電圧と書き込み光の両方で制御できるた
め、電気と光を用いた並列処理を行える。 並列理論演算 ２つの光情報の書き込み光強度を図13及び図14に示すよ
うにとり、次段でしきい値処理を施すと、印加電圧によ
ってＯＲ、ＮＯＲなどの論理を選択できる並列論理演算
素子ができる。また、この空間光変調素子は各画素にか
かる電圧を任意に変えることができるため、空間光変調
素子の全画素を任意の領域に分割し、それぞれの領域で
異なる論理演算を行わせることができる。
み出し光強度を電圧と書き込み光の両方で制御できるた
め、電気と光を用いた並列処理を行える。 並列理論演算 ２つの光情報の書き込み光強度を図13及び図14に示すよ
うにとり、次段でしきい値処理を施すと、印加電圧によ
ってＯＲ、ＮＯＲなどの論理を選択できる並列論理演算
素子ができる。また、この空間光変調素子は各画素にか
かる電圧を任意に変えることができるため、空間光変調
素子の全画素を任意の領域に分割し、それぞれの領域で
異なる論理演算を行わせることができる。
【００２９】8.まとめ 光変調材料にネマティック液晶を用い、光検出材料にＳ
Ｐａ−Ｓｉ：Ｈを用いて空間光変調素子を作製した。こ
のとき、ＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの作製できる膜厚に制限があ
るため、ＩＴＯ電極面積２をＡｌ電極４の面積に比べて
少くとも１／５以下（好ましくは１／５〜１／25）に小
さくしなければならないことが判った。
Ｐａ−Ｓｉ：Ｈを用いて空間光変調素子を作製した。こ
のとき、ＳＰａ−Ｓｉ：Ｈの作製できる膜厚に制限があ
るため、ＩＴＯ電極面積２をＡｌ電極４の面積に比べて
少くとも１／５以下（好ましくは１／５〜１／25）に小
さくしなければならないことが判った。
【００３０】
【発明の効果】本発明によると、ａ−Ｓｉ：Ｈによる光
導電層とツイススッド・ネマティック液晶ディスプレイ
（ＴＮＬＣＤ）とによって電気と光で制御できる並列演
算素子が安価で高性能にできるため、大規模な並列情報
処理装置の製作を可能とする工業上大なる効果がある。
導電層とツイススッド・ネマティック液晶ディスプレイ
（ＴＮＬＣＤ）とによって電気と光で制御できる並列演
算素子が安価で高性能にできるため、大規模な並列情報
処理装置の製作を可能とする工業上大なる効果がある。
【図１】図１は従来の空間光変調素子の構造を示す図面
である。
である。
【図２】図２は図１に示す従来の空間光変調素子の動作
説明用等化回路図である。
説明用等化回路図である。
【図３】図３は従来の空間光変調素子で並列処理系を構
成するＡＮＤ演算とＯＲ演算についての説明図である。
成するＡＮＤ演算とＯＲ演算についての説明図である。
【図４】図４は従来の空間光変調素子の並列演算処理シ
ステムを示す図である。
ステムを示す図である。
【図５】図５は従来の同並列演算処理システムによりデ
ータＡ、データＢをＡＮＤ及びＯＲの並列演算をした状
態を示す説明図である。
ータＡ、データＢをＡＮＤ及びＯＲの並列演算をした状
態を示す説明図である。
【図６】図６は本発明のａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を用いた液晶
空間変調素子を示す図である。
空間変調素子を示す図である。
【図７】図７は本発明のａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を用いた液晶
空間光変調素子の基本的動作の特性を測るための偏光ビ
ームスプリッタを用いた測定系を示す図である。
空間光変調素子の基本的動作の特性を測るための偏光ビ
ームスプリッタを用いた測定系を示す図である。
【図８】図８は本発明の空間光変調素子の書き込み光強
度と読み出し光強度との関係を示す特性図である。
度と読み出し光強度との関係を示す特性図である。
【図９】図９は本発明の空間光変調素子を使用したとき
の45゜ＴＮの電気光学特性図である。
の45゜ＴＮの電気光学特性図である。
【図１０】図10は本発明のａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜の膜厚に対
する比誘電率の測定結果を示す図である。
する比誘電率の測定結果を示す図である。
【図１１】図11は本発明に使用するａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜の
抵抗率の光強度依存性を示す特性図である。
抵抗率の光強度依存性を示す特性図である。
【図１２】図12は本発明の空間光変調素子の等価回路図
である。
である。
【図１３】図13は本発明の空間光変調素子による情報処
理装置の書き込み光強度と読み出し光強度との関係を示
す特性図である。
理装置の書き込み光強度と読み出し光強度との関係を示
す特性図である。
【図１４】図14は本発明の空間光変調素子による情報処
理装置の書き込み光強度と読み出し光強度との関係を示
す特性図である。
理装置の書き込み光強度と読み出し光強度との関係を示
す特性図である。
１ 透明ガラス基板 ２ ＩＴＯ電極（インジウム錫酸化物電極） ３ ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜よりなる光導電層 ４ Ａｌ電極よりなる光反射層 ５ 液晶層 ６ ＩＴＯ電極 ７ 透明ガラス ８ 偏光板 ９ 書き込み光 １０ 読み出し光 １１ ＩＴＯ電極端子 １２ 書き込み用レーザー光 １３ 液晶表示素子（ＬＣＤ (1)） １４ ハーフミラー １５ 空間光変調素子 １６ 偏光ビームスプリッタ １７ スクリーン １８ 液晶表示素子（ＬＣＤ (2)） １９ 書き込み用レーザー光 ２０ 読み出し用レーザー光 ２１ 書き込み用レーザー光 ２２ 偏光板 ２３ 空間変調素子 ２４ 偏光ビームスピリッタ ２５ フォトダイオード ２６ 読み出し用レーザー光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−19287（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/135
Claims (2)
- 【請求項１】 １対の透明ガラス基板間に上下１対のイ
ンジウム錫酸化物電極を配設し、この電極間にａ−Ｓ
ｉ：Ｈよりなる光導電層とＡｌ電極よりなる光反射層と
ネマティック液晶を配設し、読み出し光側に偏光板を設
けた空間光変調素子において、Ａｌ電極とこれに対する
下面ＩＴＯ電極との電極面積比を１：１／５〜１：１／
25としたことを特徴とするａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光
変調素子。 - 【請求項２】 前記ａ−Ｓｉ：Ｈよりなる光導電層の膜
厚は１μｍ以下である請求項１記載のａ−Ｓｉ：Ｈを用
いた空間光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17347795A JP2816425B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17347795A JP2816425B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10053617A Division JP3094095B2 (ja) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子による情報処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0926597A JPH0926597A (ja) | 1997-01-28 |
| JP2816425B2 true JP2816425B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=15961223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17347795A Expired - Lifetime JP2816425B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた空間光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816425B2 (ja) |
-
1995
- 1995-07-10 JP JP17347795A patent/JP2816425B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0926597A (ja) | 1997-01-28 |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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