JP5281522B2

JP5281522B2 - Spatial light modulator

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Publication number: JP5281522B2
Application number: JP2009207525A
Authority: JP
Inventors: 信彦船橋; 賢一青島; 賢司町田; 淳久我
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: JP2011059279A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spatial light modulator wherein a light modulating element constituting a pixel can perform grayscale display even independently. <P>SOLUTION: In a magneto-optical spatial light modulator 10 for controlling modulation of light by magneto-optical effects, each of pixels 20 constituting the spatial light modulator 10 includes a light modulating element 13, and the light modulating element 13 is smaller in size than the pixel 20, and the top surface and bottom surface of the light modulating element 13 have areas equal to or larger than the area of a circle having a diameter of 100 nm, and the light modulating element 13 takes a single-magnetic domain state or a multi-magnetic domain state as a magnetic domain state in accordance with the magnitude of a current flowing in the light modulating element 13 and assigns the single-magnetic domain state and the multi-magnetic domain state to gradation of light. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気光学効果により光の変調を制御する空間光変調器に係り、特に、光変調の階調を制御する空間光変調器に関する。 The present invention relates to a spatial light modulator that controls light modulation by a magneto-optic effect, and more particularly to a spatial light modulator that controls gradation of light modulation.

従来、空間光変調器（ＳＬＭ；Spatial Light Modulator）として、液晶を画素として用いたものが知られている。このような液晶を用いたＳＬＭでは、例えば「１」で示す明状態と「０」で示す暗状態との間の光の階調を、印加電圧の大きさにより制御している。しかし、液晶を用いたＳＬＭでは、画素サイズ（画素ピッチ）を数μｍ以下とする微細化が困難であり、また、印加電圧に対する応答時間が数十μｓ程度と比較的長いために、近時、ＳＬＭに対して要望されている画素サイズの微細化と応答時間の短縮（つまり、応答性の向上）への対応が困難であるという問題がある。 Conventionally, a spatial light modulator (SLM) using a liquid crystal as a pixel is known. In an SLM using such a liquid crystal, for example, the light gradation between the bright state indicated by “1” and the dark state indicated by “0” is controlled by the magnitude of the applied voltage. However, in an SLM using a liquid crystal, it is difficult to reduce the pixel size (pixel pitch) to several μm or less, and the response time to an applied voltage is relatively long, about several tens μs. There is a problem that it is difficult to cope with the reduction in the pixel size and the reduction in response time (that is, improvement in responsiveness) required for the SLM.

これに対して、画素サイズの微細化と応答時間の短縮を可能とする磁気光学ＳＬＭ（ＭＯＳＬＭ；Magneto-optic ＳＬＭ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＭＯＳＬＭでは、磁性薄膜で素子が構成されており、磁気光学効果（ファラデー効果）を利用するものである。ＭＯＳＬＭでは、磁化方向の向き（所定方向とその反対方向）に対応した２状態を、印加磁界の向きによって回転させたり、圧電素子によって回転させたりすることによって、相互に変化させる。 On the other hand, a magneto-optic SLM (MOSLM) that can reduce the pixel size and shorten the response time has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this MOSLM, an element is composed of a magnetic thin film and utilizes a magneto-optic effect (Faraday effect). In MOSLM, two states corresponding to the direction of magnetization direction (predetermined direction and the opposite direction) are changed by rotating according to the direction of an applied magnetic field or rotating by a piezoelectric element.

このような磁気光学効果により光の変調を制御する磁気光学型の空間光変調器は、磁化反転を利用することから、超高速動作が可能である。また、磁化反転にスピン注入磁化反転を適用することで、超高精細化も期待できる。さらに、磁性体が持つヒステリシス特性により、画素自体がメモリ機能を持つため、明暗状態の保持に電力が必要ないという特徴もある。 A magneto-optical spatial light modulator that controls light modulation by such a magneto-optical effect uses magnetization reversal, and thus can operate at a very high speed. In addition, by applying spin-injection magnetization reversal to magnetization reversal, ultrahigh definition can be expected. Further, since the pixel itself has a memory function due to the hysteresis characteristic of the magnetic material, there is a feature that no electric power is required for maintaining a bright and dark state.

しかしながら、このＭＯＳＬＭでは、１画素は磁化方向の向きに対応した２状態しか取ることができず、１画素の光の階調が例えば「１」で示す明状態と「０」で示す暗状態との２階調となるために、映像等の精密な階調表示は困難である。そこで、このような問題を解決するために、１画素内に形状の異なる複数の素子（磁性薄膜を備えた素子）を配置することで、明状態と暗状態との中間状態を作り出すことができるＭＯＳＬＭが提案されている（例えば、特許文献２参照）。 However, in this MOSLM, one pixel can take only two states corresponding to the direction of the magnetization direction, and the light gradation of one pixel is, for example, a bright state indicated by “1” and a dark state indicated by “0”. Therefore, it is difficult to display a precise gradation such as an image. Therefore, in order to solve such a problem, an intermediate state between a bright state and a dark state can be created by arranging a plurality of elements having different shapes (elements having a magnetic thin film) in one pixel. MOSLM has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開２００６−８４８７１号公報（段落０００２、０００３、図５等）JP 2006-84871 A (paragraphs 0002, 0003, FIG. 5 etc.) 特開２００８−６４８２５号公報（段落０００６、０００７、図６、図７等）JP 2008-64825 A (paragraphs 0006, 0007, FIG. 6, FIG. 7, etc.)

しかしながら、光の明暗を割り当てる素子の磁化状態は２値（２状態）が基本となり、前記のような複数の素子により１画素を構成した面積階調（複数の素子による磁化状態を階調に割り当てる階調表示手法）であっても、それぞれの素子は、２値の磁化状態を取ることしかできない。そのため、階調表示を実現するには、時間分割が必要となる。また、素子構造が複雑となるという問題や、表示可能な階調数の増加を期待することができないという問題がある。 However, the magnetization state of the element to which light contrast is assigned is basically binary (two states), and the area gradation in which one pixel is constituted by a plurality of elements as described above (the magnetization state by a plurality of elements is assigned to the gradation). Even in the gradation display method, each element can only take a binary magnetization state. Therefore, time division is required to realize gradation display. In addition, there is a problem that the element structure becomes complicated and an increase in the number of gradations that can be displayed cannot be expected.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、画素を構成する光変調素子が、単独でも階調表示を行うことが可能な空間光変調器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a spatial light modulator that can perform gradation display even if the light modulation element constituting the pixel is used alone.

本発明に係る空間光変調器は、磁気光学効果により光の変調を制御する磁気光学型の空間光変調器であって、前記空間光変調器を構成する画素が、光変調素子を備え、前記光変調素子は、前記画素のサイズよりも小さく、かつ、前記光変調素子の上面および下面が、それぞれ直径１００ｎｍの円の面積以上の面積を有し、前記光変調素子は、当該光変調素子に流れる電流の大きさにより、１つの光変調素子において単独に磁区の状態を単磁区状態または多磁区状態として、当該単磁区状態および多磁区状態を光の階調に割り当てることを特徴とする。 A spatial light modulator according to the present invention is a magneto-optical spatial light modulator that controls light modulation by a magneto-optic effect, and a pixel that constitutes the spatial light modulator includes a light modulation element, The light modulation element is smaller than the size of the pixel, and the upper surface and the lower surface of the light modulation element each have an area equal to or greater than the area of a circle having a diameter of 100 nm. According to the magnitude of the flowing current, the single magnetic domain state and the multiple magnetic domain state are assigned to the light gray scale by independently changing the magnetic domain state into a single magnetic domain state or a multiple magnetic domain state in one light modulation element .

このような空間光変調器の構成によれば、画素を構成する１つの光変調素子が、当該光変調素子に流れる電流の大きさにより、単磁区状態および多磁区状態を光の階調に割り当てることができるため、１つの光変調素子が、単独で階調表示を行うことができる。これにより、１画素を単一素子により構成した場合であっても、階調表示を実現することができる。
なお、単磁区状態とは、光変調素子に形成される磁区が１つのみ状態をいい、多磁区状態とは、光変調素子に形成される磁区が複数ある状態をいう。 According to such a configuration of the spatial light modulator, one light modulation element constituting a pixel assigns a single domain state and a multi-domain state to light gradations according to the magnitude of a current flowing through the light modulation element. Therefore, one light modulation element can perform gradation display independently. Thereby, even if one pixel is constituted by a single element, gradation display can be realized.
The single magnetic domain state refers to a state in which only one magnetic domain is formed in the light modulation element, and the multi-domain state refers to a state in which there are a plurality of magnetic domains formed in the light modulation element.

本発明に係る空間光変調器は、前記光変調素子において、前記上面および下面のそれぞれの形状において、長軸と短軸が、それぞれ１００ｎｍ以上であることが好ましい。また、前記上面および下面のそれぞれの形状において、長軸と短軸とのアスペクト比が、それぞれ１．２以上であることが好ましい。さらには、前記長軸側の側面に、前記上面と下面とを貫くように、ノッチが形成されていることが好ましい。
このような空間光変調器の構成によれば、光変調素子が多磁区状態となりやすくなる。すなわち、光変調素子の磁区状態を、単磁区状態から多磁区状態へと、変移させやすくなる。 In the spatial light modulator according to the present invention, in the light modulation element, it is preferable that a major axis and a minor axis are each 100 nm or more in each shape of the upper surface and the lower surface. Further, in each of the shapes of the upper surface and the lower surface, the aspect ratio between the major axis and the minor axis is preferably 1.2 or more. Furthermore, it is preferable that a notch is formed on the side surface on the long axis side so as to penetrate the upper surface and the lower surface.
According to such a configuration of the spatial light modulator, the light modulation element is likely to be in a multi-domain state. That is, it becomes easy to change the magnetic domain state of the light modulation element from the single magnetic domain state to the multiple magnetic domain state.

本発明に係る空間光変調器は、前記画素内に、複数の光変調素子を備えることが好ましい。
このような空間光変調器の構成によれば、開口率が向上し、また、割り当て可能な階調数が増加する。 The spatial light modulator according to the present invention preferably includes a plurality of light modulation elements in the pixel.
According to such a configuration of the spatial light modulator, the aperture ratio is improved, and the number of gradations that can be assigned increases.

本発明に係る空間光変調器は、前記光変調素子が、スピン注入磁化反転素子であることが好ましい。
このような空間光変調器の構成によれば、スピン注入磁化反転素子を用いることにより、高精細でしかも高速駆動が可能になる。 In the spatial light modulator according to the present invention, the light modulation element is preferably a spin injection magnetization reversal element.
According to the configuration of such a spatial light modulator, high-definition and high-speed driving is possible by using the spin injection magnetization reversal element.

本発明に係る空間光変調器によれば、所定の画素においてその光状態を決める光変調素子が、当該光変調素子に流れる電流の大きさにより、単独で階調表示を行うことができるため、時間分割動作なしで、階調表示を行うことが可能となる。また、複数の素子による磁化状態を階調に割り当てる階調表示手法と比べて、表示可能な階調数の増加を図ることができる。また、１画素に１つの光変調素子を用いることで、素子構造の単純化を図ることができる。
さらに、１画素に複数の光変調素子を用いることで、開口率を向上させることができ、また、割り当て可能な階調数の増加を図ることができる。
そして、画素が具備する光変調素子としてスピン注入磁化反転素子を用いることで、高速変調が可能となり、また、画素の微細化により高精細な映像や画像を表現することができるようになる。そして、これらにより、映像等の精密な階調表現が可能となる。 According to the spatial light modulator according to the present invention, the light modulation element that determines the light state in a predetermined pixel can perform gradation display independently by the magnitude of the current flowing through the light modulation element. Gray scale display can be performed without time division operation. In addition, the number of gradations that can be displayed can be increased as compared with a gradation display method that assigns magnetization states of a plurality of elements to gradations. Further, by using one light modulation element per pixel, the element structure can be simplified.
Furthermore, by using a plurality of light modulation elements per pixel, the aperture ratio can be improved and the number of gradations that can be assigned can be increased.
By using a spin-injection magnetization reversal element as the light modulation element included in the pixel, high-speed modulation becomes possible, and high-definition video and images can be expressed by miniaturization of the pixel. With these, precise gradation expression such as video can be expressed.

本発明の一実施形態に係る空間光変調器を用いて構成された映像表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the video display apparatus comprised using the spatial light modulator which concerns on one Embodiment of this invention. 空間光変調器の構造を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a spatial light modulator typically. （ａ）は画素の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。(A) is a top view which shows the structure of a pixel, (b) is arrow BB sectional drawing of (a), (c) is arrow CC sectional view of (a). （ａ）〜（ｆ）は、光変調素子の上面形状および配置を示す模式図である。(A)-(f) is a schematic diagram which shows the upper surface shape and arrangement | positioning of a light modulation element. （ａ）〜（ｉ）は、所望の形状の光変調素子の製造方法の一例についての説明図である。(A)-(i) is explanatory drawing about an example of the manufacturing method of the light modulation element of a desired shape. 光変調素子による光変調の形態（空間光変調器の動作の形態）を模式的に示す説明図であり、（ａ）は明状態を示し、（ｂ）は暗状態を示す。It is explanatory drawing which shows typically the form of light modulation by a light modulation element (form of operation | movement of a spatial light modulator), (a) shows a bright state, (b) shows a dark state. 光変調素子が多磁区状態を取る場合の光変調の形態（空間光変調器の動作の形態）について、中間状態を示す場合を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the case where an intermediate state is shown about the form of light modulation (form of operation | movement of a spatial light modulator) in case a light modulation element takes a multi-domain state. （ａ）〜（ｃ）は、光変調素子の磁化の回転を説明するための説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing for demonstrating rotation of magnetization of a light modulation element. （ａ）は、実施例の光変調素子におけるパルス電流の大きさと、素子抵抗変化率（ＭＲ比）の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例の光変調素子におけるパルス電流の大きさと、カー楕円率の関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the magnitude | size of the pulse current in the light modulation element of an Example, and element resistance change rate (MR ratio), (b) is the magnitude | size of the pulse current in the light modulation element of an Example. And a graph showing the relationship between the Kerr ellipticity.

以下、本発明の空間光変調器を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、ここでは本発明に係る空間光変調器を用いて構成された映像表示装置を例に挙げて、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, with regard to a mode for implementing the spatial light modulator of the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”), here, an image display device configured using the spatial light modulator according to the present invention is taken as an example, This will be described in detail with reference to the drawings.

≪映像表示装置の概略構造≫
図１に本発明の一実施形態に係る空間光変調器を用いて構成された映像表示装置の概略構成図を示し、図２に図１に示した空間光変調器の構造を模式的に表した平面図を示す。映像表示装置１は、レーザ光源２と、スクリーン３と、偏光フィルタ４ａ，４ｂと、空間光変調器１０とを備えている。空間光変調器１０は、その駆動制御を行うための制御部１８を備えている。 ≪Schematic structure of video display device≫
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an image display apparatus configured using a spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows the structure of the spatial light modulator shown in FIG. A plan view is shown. The video display device 1 includes a laser light source 2, a screen 3, polarization filters 4 a and 4 b, and a spatial light modulator 10. The spatial light modulator 10 includes a control unit 18 for performing drive control thereof.

空間光変調器１０は、磁気光学効果により光の変調を制御する磁気光学型の空間光変調器であり、空間光変調器１０を構成する画素２０が、光変調素子１３を備えている。そして、空間光変調器１０は、ここでは反射型変調器であり、映像表示装置１では、レーザ光源２から照射された光が偏光フィルタ４ａを介して空間光変調器１０に入射し、その反射光が偏光フィルタ４ｂを介してスクリーン３に出射されることで、スクリーン３に映像が表示される。 The spatial light modulator 10 is a magneto-optical spatial light modulator that controls light modulation by the magneto-optical effect, and the pixels 20 constituting the spatial light modulator 10 include a light modulation element 13. The spatial light modulator 10 is a reflection type modulator here, and in the image display device 1, the light emitted from the laser light source 2 is incident on the spatial light modulator 10 via the polarizing filter 4a and reflected. The light is emitted to the screen 3 through the polarizing filter 4b, whereby an image is displayed on the screen 3.

空間光変調器１０では、光変調素子１３として、スピン注入磁化反転素子（磁気光学素子）を用いることが好ましく、これによりスクリーン３に映し出される映像の高精細化と高速表示が可能となる。空間光変調器１０は、磁気光学素子のカー効果を利用する場合には、空間光変調器１０のように反射型変調器となり、磁気光学素子のファラデー効果を利用する場合には透過型（図示せず）となる。したがって、本発明の別の実施形態に係る空間光変調器として、透過型のものを用いて映像表示装置を構成することができる。なお、本実施形態では、光変調素子１３として、スピン注入磁化反転素子を用い、かつ磁化方向が垂直方向（層表面と直交する方向）の場合について説明する。 In the spatial light modulator 10, it is preferable to use a spin-injection magnetization reversal element (magneto-optical element) as the light modulation element 13, thereby enabling high-definition and high-speed display of the image displayed on the screen 3. The spatial light modulator 10 is a reflective modulator like the spatial light modulator 10 when the Kerr effect of the magneto-optical element is used, and is a transmission type (see FIG. 5) when the Faraday effect of the magneto-optical element is used. Not shown). Therefore, a video display device can be configured using a transmissive type spatial light modulator according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a case where a spin-injection magnetization reversal element is used as the light modulation element 13 and the magnetization direction is a vertical direction (a direction perpendicular to the layer surface) will be described.

≪空間光変調器の概略構造≫
図１に示すように、空間光変調器１０は、図示しない基板上に設けられた下部電極１２と、下部電極１２上に一定の間隔で設けられた光変調素子１３と、光変調素子１３上に設けられた上部電極１１とを備えている。 ≪Schematic structure of spatial light modulator≫
As shown in FIG. 1, the spatial light modulator 10 includes a lower electrode 12 provided on a substrate (not shown), a light modulation element 13 provided on the lower electrode 12 at regular intervals, and a light modulation element 13 on the light modulation element 13. The upper electrode 11 is provided.

［下部電極］
下部電極１２は、光変調素子１３を駆動するための一対の電極のうちの一方であり、図２に示すように、短冊状の形状を有し、その幅方向に一定間隔で平行に配置されている。下部電極１２は、例えば、Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｃｕ等の一般的な電極用金属材料で構成することができる。 [Lower electrode]
The lower electrode 12 is one of a pair of electrodes for driving the light modulation element 13, and as shown in FIG. 2, has a strip shape and is arranged in parallel in the width direction at regular intervals. ing. The lower electrode 12 can be made of a general electrode metal material such as Ta, Cr, Au, Pt, Al, or Cu.

［上部電極］
上部電極１１は、光変調素子１３を駆動するための一対の電極のうちの他方であり、図２に示すように、短冊状の形状を有し、その幅方向に一定間隔で平行に、かつ、その長手方向が下部電極１２の長手方向と直交するように、配設されている。上部電極１１には、入射光が光変調素子１３に効率よく到達できるように、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（Indium Zinc Oxide；ＩＺＯ）等の透明電極材料が用いられる。なお、空間光変調器を透過型とする場合には、下部電極１２としても、透明電極材料を用いる。 [Upper electrode]
The upper electrode 11 is the other of the pair of electrodes for driving the light modulation element 13, has a strip shape, as shown in FIG. 2, and is parallel to the width direction at a constant interval. The longitudinal direction of the lower electrode 12 is perpendicular to the longitudinal direction of the lower electrode 12. The upper electrode 11 is made of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) so that incident light can efficiently reach the light modulator 13. . When the spatial light modulator is a transmissive type, a transparent electrode material is also used as the lower electrode 12.

［画素］
空間光変調器１０は、図２に示すように、一例として、４本の下部電極１２と４本の上部電極１１とをそれぞれ直交させた構造を有しており、図２の平面視における下部電極１２と上部電極１１とが交差する１６カ所の領域部がそれぞれ、画素２０となる。すなわち、空間光変調器１０は、１６個の画素２０が、互いに直交する行方向（４行）と列方向（４列）とに一定間隔で配置された二次元マトリックスパターンで配置された構造を有しており、１つの画素２０が、レーザ光源２から入射する光を変調して出射する１つのユニットとなっている。なお、後記するように、光変調素子１３の上面および下面の平面視形状を、長方形、角のない長方形、楕円形等の形状とする場合、これらの形状に合わせて、下部電極１２の幅と上部電極１１の幅とに差を設け、画素２０の形状が平面視で長方形となるようにしてもよい。 [Pixel]
As shown in FIG. 2, the spatial light modulator 10 has, for example, a structure in which four lower electrodes 12 and four upper electrodes 11 are orthogonal to each other. Each of the 16 region portions where the electrode 12 and the upper electrode 11 intersect becomes the pixel 20. That is, the spatial light modulator 10 has a structure in which 16 pixels 20 are arranged in a two-dimensional matrix pattern in which the pixels 20 are arranged at regular intervals in a row direction (4 rows) and a column direction (4 columns) orthogonal to each other. One pixel 20 is one unit that modulates and emits light incident from the laser light source 2. As will be described later, when the plan view shape of the upper and lower surfaces of the light modulation element 13 is a rectangle, a rectangle without corners, an ellipse, or the like, the width of the lower electrode 12 and A difference may be provided between the width of the upper electrode 11 and the shape of the pixel 20 may be a rectangle in plan view.

［光変調素子］
図３（ａ）に画素の構成を表した平面図を示し、図３（ｂ）に図３（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図を示し、図３（ｃ）に図３（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図を示す。ここで、画素２０内の光変調素子１３は、１つでもよいし、複数であってもよい。ここでは、１つの画素２０内に、２つの光変調素子１３ａ，１３ｂを備えるものとする。なお、図３では、光変調素子１３ａ，１３ｂはそれぞれ、実質的に同じ形状および構造を有しており、ここでは平面視で長方形のものを例示している。
各画素２０には、１組の光変調素子１３ａ，１３ｂが配設されており、１つの画素２０において、光変調素子１３ａ，１３ｂは、上部電極１１および下部電極１２に対して並列接続された状態となっている（適宜、図１，２参照）。 [Light modulation element]
3A is a plan view showing the configuration of the pixel, FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 3A, and FIG. The arrow CC view of FIG. Here, the light modulation element 13 in the pixel 20 may be one or plural. Here, it is assumed that two light modulation elements 13 a and 13 b are provided in one pixel 20. In FIG. 3, each of the light modulation elements 13a and 13b has substantially the same shape and structure, and here, a rectangular shape is illustrated in plan view.
Each pixel 20 is provided with a set of light modulation elements 13 a and 13 b, and in one pixel 20, the light modulation elements 13 a and 13 b are connected in parallel to the upper electrode 11 and the lower electrode 12. It is in a state (see FIGS. 1 and 2 as appropriate).

光変調素子１３はスピン注入磁化反転素子であり、具体的には、ＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance）素子およびＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance）素子が挙げられる。そして、光変調素子１３ａ，１３ｂはそれぞれ、下部電極１２上に設けられた固定層（磁化固定層）１０１と、固定層１０１上に設けられた中間層１０２と、中間層１０２上に設けられた反転層（磁化反転層）１０３とを備えており、反転層１０３上に上部電極１１が設けられている。画素２０の領域内において光変調素子１３ａ，１３ｂが形成されている空間以外の空間は、絶縁体（封止材）１０４で占有されている。 The light modulation element 13 is a spin injection magnetization reversal element, and specifically includes a CPP (Current Perpendicular to the Plane) -GMR (Giant MagnetoResistance) element and a TMR (Tunneling MagnetoResistance) element. The light modulation elements 13a and 13b are provided on the fixed layer (magnetization fixed layer) 101 provided on the lower electrode 12, the intermediate layer 102 provided on the fixed layer 101, and the intermediate layer 102, respectively. The inversion layer (magnetization inversion layer) 103 is provided, and the upper electrode 11 is provided on the inversion layer 103. A space other than the space where the light modulation elements 13 a and 13 b are formed in the region of the pixel 20 is occupied by an insulator (sealing material) 104.

（固定層）
固定層１０１は、強磁性材料からなり、磁化方向が所定方向（高さ方向と平行な方向（垂直な方向）の一方の向き）に固定されている。
固定層１０１には、例えば、遷移金属と希土類金属との磁性合金であるＧｄ−ＦｅやＴｅ−Ｆｅ−ＣｏやＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等が好適に用いられる。また、これらにＣｏ−Ｆｅ磁性合金を積層した積層構造としてもよい。Ｃｏ−Ｆｅ磁性合金は、中間層１０２と固定層１０１界面におけるスピン偏極率を増大させるために用いるものであるが、必ずしも必要ではない。その他、例えば、遷移金属と非磁性金属の積層による人工格子多層膜であるＣｏ／ＰｔやＣｏ／ＰｄやＦｅ／Ｐｔ等（左側から記載の材料から順に積層）、あるいは、ホイスラー合金（Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｕ_２ＭｎＡｌ等）等の磁性合金を用いることもでき、これとＩｒ−Ｍｎ等のスピン固着層とを組み合わせた積層構造としてもよい。 (Fixed layer)
The fixed layer 101 is made of a ferromagnetic material, and the magnetization direction is fixed in a predetermined direction (one direction in a direction parallel to the height direction (a perpendicular direction)).
For example, Gd—Fe, Te—Fe—Co, Tb—Fe—Co, which are magnetic alloys of transition metals and rare earth metals, are preferably used for the fixed layer 101. Moreover, it is good also as a laminated structure which laminated | stacked these on Co-Fe magnetic alloy. The Co—Fe magnetic alloy is used to increase the spin polarization at the interface between the intermediate layer 102 and the fixed layer 101, but is not necessarily required. In addition, for example, Co / Pt, Co / Pd, Fe / Pt, etc. (laminated in order from the materials described from the left side), which are artificial lattice multilayer films formed by laminating transition metals and nonmagnetic metals, or Heusler alloys (Co ₂ FeSi , Cu ₂ MnAl, etc.) can also be used, and a laminated structure in which this is combined with a spin pinned layer such as Ir—Mn may be used.

（中間層）
中間層１０２は、非磁性材料からなる非磁性層または絶縁材料からなる絶縁層であり、光変調素子１３をＣＰＰ−ＧＭＲ素子で構成する場合には、中間層１０２は非磁性層であり、ＴＭＲ素子で構成する場合には、中間層１０２は絶縁層である。
光変調素子１３がＣＰＰ−ＧＭＲ素子である場合には、中間層１０２には、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｕ合金等の非磁性金属または合金が好適に用いられる。このうちＣｕは電気抵抗が小さくバリア効果が高いので、特に好適に用いられる。光変調素子１３がＴＭＲ素子である場合には、中間層１０２は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やマグネシア（ＭｇＯ）等の絶縁材料から構成され、その厚さは、スピン偏極電子がトンネルできる程度の厚さである数ｎｍ以下とされる。 (Middle layer)
The intermediate layer 102 is a nonmagnetic layer made of a nonmagnetic material or an insulating layer made of an insulating material. When the light modulation element 13 is composed of a CPP-GMR element, the intermediate layer 102 is a nonmagnetic layer, and TMR In the case of an element, the intermediate layer 102 is an insulating layer.
When the light modulation element 13 is a CPP-GMR element, a nonmagnetic metal such as Au, Al, Cu, or Cu alloy or an alloy is preferably used for the intermediate layer 102. Of these, Cu is particularly preferably used because of its low electrical resistance and high barrier effect. In the case where the light modulation element 13 is a TMR element, the intermediate layer 102 is made of an insulating material such as alumina (Al ₂ O ₃ ) or magnesia (MgO), and the thickness thereof is determined by spin-polarized electrons. The thickness is several nm or less, which is a thickness that allows tunneling.

（反転層）
反転層１０３は、上部電極１１と下部電極１２との間に印加される電圧の向きに応じて（つまり、光変調素子１３を流れる電流の向きに応じて）、注入される電子のスピンと反転層１０３内の電子スピンとの相互作用により反転層１０３内の磁化の向きが反転するものである。すなわち、反転層１０３は、固定層１０１によって弁別された偏極スピンによって自身の磁化の向きを反転させることができる。反転層１０３は、固定層１０１と同じ材料で構成することもできるが、スピン注入により容易に磁化方向が反転することができる材料であって、磁気光学カー効果の大きい材料（偏極率が比較的高い強磁性材料）を選択することが好ましい。なお、偏極率が低いほど磁化反転に必要な電流の値が大きくなるため、偏極率は５０％以上であることが好ましい。反転層１０３としては、固定層１０１で示した材料の他、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ等を用いることができる。 (Inversion layer)
The inversion layer 103 spins and inverts the injected electrons according to the direction of the voltage applied between the upper electrode 11 and the lower electrode 12 (that is, according to the direction of the current flowing through the light modulation element 13). The magnetization direction in the inversion layer 103 is inverted by the interaction with the electron spin in the layer 103. That is, the inversion layer 103 can invert the direction of its magnetization by the polarized spin discriminated by the fixed layer 101. The inversion layer 103 can be made of the same material as that of the fixed layer 101. However, the inversion layer 103 is a material whose magnetization direction can be easily reversed by spin injection and has a large magneto-optic Kerr effect (the polarization ratio is compared). It is preferable to select a highly ferromagnetic material. In addition, since the value of an electric current required for magnetization reversal becomes so large that a polarization rate is low, it is preferable that a polarization rate is 50% or more. For the inversion layer 103, for example, Co, Ni, or the like can be used in addition to the material shown for the fixed layer 101.

なお、基板としては、シリコン（Ｓｉ）基板、プラスチック基板、石英（ＳｉＯ_２）基板、ガラス基板、セラミックス基板、マグネシア（ＭｇＯ）基板等を用いることができる。また、空間光変調器１０は反射型構造であるため、反転層１０３は透光性の高い材料で構成されることが好ましく、固定層１０１および中間層１０２は、入射光に対する反射率の大きい材料で構成されることが好ましい。また、空間光変調器を透過型とする場合には、固定層１０１、中間層１０２および反転層１０３のみならず、これらを支持する基板についても、透光性の高い材料で構成することが好ましい。 As the substrate, a silicon (Si) substrate, a plastic substrate, a quartz (SiO ₂ ) substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a magnesia (MgO) substrate, or the like can be used. In addition, since the spatial light modulator 10 has a reflective structure, the inversion layer 103 is preferably made of a material having high translucency, and the fixed layer 101 and the intermediate layer 102 are materials having a high reflectance with respect to incident light. It is preferable that it is comprised. When the spatial light modulator is a transmissive type, it is preferable that not only the fixed layer 101, the intermediate layer 102, and the inversion layer 103 but also the substrate that supports them be made of a highly transparent material. .

［光変調素子の形状］
光変調素子１３は、画素２０のサイズよりも小さく、かつ、光変調素子１３の上面および下面が、それぞれ直径１００ｎｍの円の面積以上の面積を有する。適切なサイズは材料により異なるが、一般的に強磁性体薄膜は、その上下面の面積が、円とした場合に直径数十ｎｍ程度で単磁区状態（単磁区構造）となるため、光変調素子１３を多磁区状態（多磁区構造）とするために、それよりも大きくて、画素サイズよりも小さい、上面および下面が、それぞれ直径１００ｎｍの円の面積以上の面積を有する大きさの任意形状とする。 [Shape of light modulation element]
The light modulation element 13 is smaller than the size of the pixel 20, and the upper and lower surfaces of the light modulation element 13 each have an area equal to or larger than the area of a circle having a diameter of 100 nm. The appropriate size varies depending on the material, but in general, ferromagnetic thin films have a single domain state (single domain structure) with a diameter of several tens of nanometers when the area of the upper and lower surfaces is a circle. In order to make the element 13 in a multi-domain state (multi-domain structure), an arbitrary shape larger than that and smaller than the pixel size and having an upper surface and a lower surface each having an area equal to or larger than the area of a circle having a diameter of 100 nm. And

すなわち、光変調素子１３は、立体構造（立体形状）をとるが、ここでは、その上面の面積および下面の面積で、その大きさを規定し、多磁区状態を形成できる多磁区状態形成形状とし、画素２０内に収まる大きさとする。なお、通常、光変調素子１３において、上面と下面の面積および形状は、同じであるが、前記した条件を満たすものであれば、上面と下面の面積および形状が、多少異なっても、多磁区状態を形成できるものであれば、本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、光変調素子１３の高さや、反転層１０３の厚みは特に限定されるものではなく、通常用いられる光変調素子１３のサイズでよい。
光変調素子１３の大きさをこのように規定することで、光変調素子１３に流れる電流の大きさにより、１つの光変調素子１３において、単独に、磁区の状態を単磁区状態または多磁区状態に制御することができる。なお、上下面の面積は、画素２０のサイズ等を考慮し、それぞれ直径５００ｎｍの円の面積以下するのが好ましい。 That is, the light modulation element 13 has a three-dimensional structure (three-dimensional shape). Here, the size is defined by the area of the upper surface and the area of the lower surface, and a multi-domain state forming shape capable of forming a multi-domain state is formed. , And a size that fits within the pixel 20. Normally, in the light modulation element 13, the area and shape of the upper surface and the lower surface are the same. However, if the area and shape of the upper surface and the lower surface are slightly different as long as the above-described conditions are satisfied, Anything that can form a state does not depart from the spirit of the present invention. Further, the height of the light modulation element 13 and the thickness of the inversion layer 103 are not particularly limited, and may be the size of the light modulation element 13 that is normally used.
By defining the size of the light modulation element 13 in this manner, the state of the magnetic domain in the single light modulation element 13 is changed to a single domain state or a multi-domain state depending on the magnitude of the current flowing through the light modulation element 13. Can be controlled. Note that the area of the upper and lower surfaces is preferably less than or equal to the area of a circle having a diameter of 500 nm in consideration of the size of the pixel 20 and the like.

ここで、光変調素子１３は、前記上面および下面のそれぞれの形状において、長軸と短軸が、それぞれ１００ｎｍ以上であることが好ましい。
すなわち、光変調素子１３の上面の形状をおよび下面の形状を、それぞれ、長軸と短軸の長さで規定する。これにより、長軸（縦方向）と短軸（横方向）がともに所定の長さを有する大きさの光変調素子１３とすることができる。なお、この場合、長軸は、画素２０の長辺よりも短い長さとし、短軸は、画素２０の短辺よりも短い長さとし、また、上下面それぞれの面積が、直径５００ｎｍの円の面積以下の面積となるような長さとするのが好ましい。例えば、長軸と短軸が、それぞれ４００ｎｍ以下である。
なお、画素２０のサイズは、一辺の長さが、１１０〜１０００ｎｍ程度である。 Here, the light modulation element 13 preferably has a major axis and a minor axis of 100 nm or more, respectively, in the shapes of the upper surface and the lower surface.
That is, the shape of the upper surface and the shape of the lower surface of the light modulation element 13 are defined by the lengths of the major axis and the minor axis, respectively. Thereby, the light modulation element 13 having a size in which both the long axis (vertical direction) and the short axis (horizontal direction) have a predetermined length can be obtained. In this case, the long axis is a length shorter than the long side of the pixel 20, the short axis is a length shorter than the short side of the pixel 20, and the area of each of the upper and lower surfaces is an area of a circle having a diameter of 500 nm. The length is preferably the following area. For example, the major axis and the minor axis are each 400 nm or less.
The pixel 20 has a side length of about 110 to 1000 nm.

また、光変調素子１３は、その上面および下面のそれぞれの形状において、長軸と短軸とのアスペクト比が、それぞれ１．２以上とするのが好ましい。
すなわち、光変調素子１３の上面の形状において、長軸（長手方向）と短軸（幅方向）の比において、短軸を１としたとき、長軸を１．２以上とする。光変調素子１３の下面の形状についても同様である。このような形状とすることで、多磁区状態（多磁区構造）をとりやすくする。なお、より多磁区状態をとりやすくするため、長軸と短軸とのアスペクト比は、好ましくは、２以上、より好ましくは、２．５以上である。また、アスペクト比は、画素２０のサイズ等を考慮し、５以下とするのが好ましい。なお、この場合も、長軸は、画素２０の長辺よりも短い長さとし、短軸は、画素２０の短辺よりも短い長さとする。 The light modulation element 13 preferably has an aspect ratio of 1.2 or more for the major axis and the minor axis in each of the shapes of the upper surface and the lower surface.
That is, in the shape of the upper surface of the light modulation element 13, the ratio of the major axis (longitudinal direction) to the minor axis (width direction) is set to 1.2 or more when the minor axis is 1. The same applies to the shape of the lower surface of the light modulation element 13. By adopting such a shape, a multi-domain state (multi-domain structure) is easily obtained. Note that the aspect ratio between the major axis and the minor axis is preferably 2 or more, and more preferably 2.5 or more in order to make it easier to take a multi-domain state. The aspect ratio is preferably 5 or less in consideration of the size of the pixel 20 and the like. In this case as well, the long axis is shorter than the long side of the pixel 20, and the short axis is shorter than the short side of the pixel 20.

ここで、図４を参照して、光変調素子１３の形状および配置の具体例について説明する。なお、前記した空間光変調器１０では、１つの画素２０に、２つの光変調素子１３ａ，１３ｂを配置した場合について説明したが、ここでは、１つの画素２０に、１つの光変調素子１３を配置した場合も取り上げて説明する。また、制御部１８については後記する。 Here, a specific example of the shape and arrangement of the light modulation element 13 will be described with reference to FIG. In the spatial light modulator 10 described above, the case where two light modulation elements 13 a and 13 b are arranged in one pixel 20 has been described. Here, one light modulation element 13 is provided in one pixel 20. The case where it is arranged will be taken up and explained. The control unit 18 will be described later.

図４（ａ）〜（ｆ）に、光変調素子の上面形状および配置の模式図を示す。
光変調素子１３の形状としては、その上下面の形状（ここでは上面の形状を説明する）において、具体的には、図４（ａ）に示すような長方形（すなわち、光変調素子１３の形状は、立方体ではない直方体）や、図４（ｂ）に示すような角のない長方形や、図４（ｃ）に示すような楕円形が挙げられる。また、図４（ｄ）に示すように、長軸側の側面に、上面と下面とを貫くように、ノッチＰが形成されていることが好ましい。このように、上面から下面まで、側面の一部が凹むように、ノッチＰを形成することも、多磁区状態の制御には効果的であり、より多磁区状態をとりやすくなる。 4A to 4F are schematic views of the top surface shape and arrangement of the light modulation elements.
As the shape of the light modulation element 13, in the shape of the upper and lower surfaces (here, the shape of the upper surface will be described), specifically, a rectangle as shown in FIG. 4A (that is, the shape of the light modulation element 13). Is a rectangular parallelepiped which is not a cube), a rectangle without corners as shown in FIG. 4B, or an ellipse as shown in FIG. 4C. Moreover, as shown in FIG.4 (d), it is preferable that the notch P is formed in the side surface by the side of a long axis so that the upper surface and a lower surface may be penetrated. Thus, forming the notch P so that a part of the side surface is recessed from the upper surface to the lower surface is also effective in controlling the multi-domain state, and it becomes easier to take the multi-domain state.

このように、アスペクト比を所定にしたり、ノッチＰを形成したりすることで、多磁区状態をとりやすくなるのは、光変調素子１３が円形の場合に比べ、光変調素子１３に流れる電流の流れ方が、不均一になるためと考えられる。なお、光変調素子１３の形状は、前記のような多磁区状態をとることができる形状であれば、画素２０の形状に応じて、適宜、好適な形状を選択することができる。 As described above, by setting the aspect ratio to a predetermined value or forming the notch P, the multi-domain state can be easily obtained as compared with the case where the light modulation element 13 is circular. This is thought to be because the flow becomes uneven. In addition, as long as the shape of the light modulation element 13 is a shape that can take a multi-domain state as described above, a suitable shape can be appropriately selected according to the shape of the pixel 20.

図４（ａ）〜（ｄ）では、１つの画素２０内に、１つの光変調素子１３を備える場合について図示しているが、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、１つの画素２０内に複数の光変調素子１３ａ，１３ｂを備えてもよい（図４（ｅ）、（ｆ）では２つ）。これにより、開口率を向上させることができ、また、割り当て可能な階調数を増加させることができる。
ここで、画素２０内に同一形状の複数の光変調素子１３ａ，１３ｂを配置してもよいが（図４（ｅ））、反転特性を調整した複数の光変調素子１３ａ，１３ｂを配置してもよい（図４（ｆ））。このように、形状の異なる２種類の光変調素子１３ａ，１３ｂを用いることにより、光の階調数をさらに増やすことができる。例えば、図４（ｆ）に示すように、長方形のもの（１３ｂ）と、長方形で、かつ側面にノッチＰを有するもの（１３ａ）を配置した場合、所定条件下、どちらか一方の光変調素子１３のみが多磁区状態をとることにより、１つの画素２０で、階調数を４つにすることができる。さらに、両方の光変調素子１３ａ，１３ｂが異なる条件で多磁区状態をとることにより、１つの画素２０で、階調数を５つにすることができる。なお、画素２０内に複数の光変調素子１３を配置する場合にも、複数の光変調素子１３が画素２０内に収まるように、光変調素子１３のサイズを、画素２０のサイズよりも小さくする。 4A to 4D show the case where one light modulation element 13 is provided in one pixel 20, but as shown in FIGS. 4E and 4F, A plurality of light modulation elements 13a and 13b may be provided in the pixel 20 (two in FIGS. 4E and 4F). Thereby, the aperture ratio can be improved, and the number of gradations that can be assigned can be increased.
Here, a plurality of light modulation elements 13a and 13b having the same shape may be disposed in the pixel 20 (FIG. 4 (e)), but a plurality of light modulation elements 13a and 13b with adjusted inversion characteristics are disposed. It is also possible (FIG. 4 (f)). Thus, the number of light gradations can be further increased by using two types of light modulation elements 13a and 13b having different shapes. For example, as shown in FIG. 4 (f), when a rectangular one (13b) and a rectangular one (13a) having a notch P on the side face are arranged, either one of the light modulation elements under a predetermined condition Since only 13 has a multi-domain state, the number of gradations can be made four by one pixel 20. Furthermore, the number of gradations can be set to five in one pixel 20 by taking the multi-domain state under different conditions for both of the light modulation elements 13a and 13b. Even when a plurality of light modulation elements 13 are arranged in the pixel 20, the size of the light modulation element 13 is made smaller than the size of the pixel 20 so that the plurality of light modulation elements 13 can be accommodated in the pixel 20. .

なお、光変調素子１３の形状は、前記したように、その上下面が、それぞれ直径１００ｎｍの円の面積以上の面積を有する大きさであれば、上下面が円形（すなわち、光変調素子１３の形状は、円柱）であっても構わない。 Note that, as described above, the shape of the light modulation element 13 is circular when the upper and lower surfaces are larger than the area of a circle having a diameter of 100 nm. The shape may be a cylinder).

［空間光変調器の製造方法］
次に、空間光変調器の製造方法の一例について説明する。
まず、例えば、シリコン（Ｓｉ）、石英または石英ガラス（ＳｉＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）等の基板上に、下部電極１２としての金属層（例えば、Ｃｕ等）を、蒸着法やスパッタリング法等により成膜する。次に、この金属層をフォトリソグラフィ法と、イオンビームミリングやドライエッチング法等によって、短冊状（図２参照）にパターニングし、その後、下部電極１２間をＳｉＯ_２等の絶縁材料で埋める。なお、この下部電極１２の形成には、所謂、リフトオフ法を用いてもよい。 [Method of manufacturing spatial light modulator]
Next, an example of a method for manufacturing the spatial light modulator will be described.
First, for example, a metal layer (for example, Cu or the like) as the lower electrode 12 is deposited on a substrate such as silicon (Si), quartz or quartz glass (SiO ₂ ), or magnesia (MgO) by vapor deposition or sputtering. Form a film. Next, the metal layer is patterned into a strip shape (see FIG. 2) by photolithography, ion beam milling, dry etching, or the like, and then the space between the lower electrodes 12 is filled with an insulating material such as SiO ₂ . The lower electrode 12 may be formed by a so-called lift-off method.

続いて、下部電極１２上に、固定層１０１、中間層１０２および反転層１０３を逐次成膜し、素子膜９１（図５参照）を形成する。ここでは、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法やスパッタリング法等を用いることができる。なお、光変調素子１３の特性を向上させ、また、後のプロセス中における光変調素子の特性変化を抑制するため、必要に応じて加熱処理等を行ってもよい。 Subsequently, the fixed layer 101, the intermediate layer 102, and the inversion layer 103 are sequentially formed on the lower electrode 12 to form the element film 91 (see FIG. 5). Here, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a sputtering method, or the like can be used. In addition, in order to improve the characteristics of the light modulation element 13 and to suppress changes in the characteristics of the light modulation element during the subsequent process, heat treatment or the like may be performed as necessary.

こうして反転層１０３が形成された後に、光変調素子１３を形成すべき領域を電子線描画によるレジストパターン等でマスクし、露出面を下部電極１２の上面の高さまでドライエッチング等により掘り下げる。こうして形成された溝（空間）をＳｉＯ_２等の絶縁材料にて封止することで、絶縁体１０４を形成する。続いて、レジストパターンを除去し（リフトオフ）、必要に応じてＣＭＰ等の平坦化処理を施す。その後、上部電極１１を成膜することにより、１６カ所に画素２０が形成される。上部電極１１間には、下部電極１２間と同様に、ＳｉＯ_２等の絶縁材料が充填される。 After the inversion layer 103 is formed in this way, the region where the light modulation element 13 is to be formed is masked with a resist pattern or the like by electron beam drawing, and the exposed surface is dug down to the height of the upper surface of the lower electrode 12 by dry etching or the like. The insulator 104 is formed by sealing the groove (space) thus formed with an insulating material such as SiO ₂ . Subsequently, the resist pattern is removed (lift-off), and a planarization process such as CMP is performed as necessary. Thereafter, the upper electrode 11 is deposited to form pixels 20 at 16 locations. As between the lower electrodes 12, an insulating material such as SiO ₂ is filled between the upper electrodes 11.

光変調素子１３の形状については、例えば、レジストを所定の形状にすることで調整すればよい。図５（ａ）〜（ｉ）に、所望の形状の光変調素子の製造方法の一例についての説明図を示す。
例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、光変調素子１３の上下面の形状を長方形にする場合には、素子膜９１上に配置されるレジスト９０の上下面形状を長方形とし（図５（ａ））、このレジスト９０のパターンにしたがって、露出面を下部電極１２の上面の高さまでドライエッチングを行い（図５（ｂ））、その後、絶縁体１０４の堆積、リフトオフ等を順次行えばよい（図５（ｃ））。また、図５（ｄ）〜（ｆ）に示すように、光変調素子１３の上下面の形状を楕円形にする場合には、レジスト９０の上下面の形状を楕円形とし（図５（ｄ））、このレジスト９０のパターンにしたがって、ドライエッチングを行い（図５（ｅ））、その後、絶縁体１０４の堆積、リフトオフ等を順次行えばよい（図５（ｆ））。また、図５（ｇ）〜（ｉ）に示すように、光変調素子１３を、側面にノッチＰを有する形状にする場合には、ノッチＰを形成したレジスト９０を使用し（図５（ｇ））、このレジスト９０のパターンにしたがってドライエッチングを行い（図５（ｈ））、その後、絶縁体１０４の堆積、リフトオフ等を順次行えばよい（図５（ｉ））。 The shape of the light modulation element 13 may be adjusted by making the resist a predetermined shape, for example. FIGS. 5A to 5I are explanatory views illustrating an example of a method for manufacturing a light modulation element having a desired shape.
For example, as shown in FIGS. 5A to 5C, when the shape of the upper and lower surfaces of the light modulation element 13 is rectangular, the upper and lower surfaces of the resist 90 disposed on the element film 91 are rectangular. (FIG. 5A), according to the pattern of the resist 90, the exposed surface is dry-etched up to the height of the upper surface of the lower electrode 12 (FIG. 5B), and then the insulator 104 is deposited, lifted off, and the like. What is necessary is to carry out sequentially (FIG.5 (c)). Further, as shown in FIGS. 5D to 5F, when the shape of the upper and lower surfaces of the light modulation element 13 is elliptical, the shape of the upper and lower surfaces of the resist 90 is elliptical (FIG. 5D )), Dry etching is performed in accordance with the pattern of the resist 90 (FIG. 5E), and then the insulator 104 is deposited, lifted off, and the like are sequentially performed (FIG. 5F). Further, as shown in FIGS. 5G to 5I, when the light modulation element 13 has a shape having a notch P on the side surface, a resist 90 in which the notch P is formed is used (FIG. 5G). )), Dry etching is performed in accordance with the pattern of the resist 90 (FIG. 5H), and thereafter, the insulator 104 is deposited, lift-off, etc. are sequentially performed (FIG. 5I).

［制御部］
次に、図２を参照して、制御部について説明する。
制御部１８は、４本の上部電極１１から電流を流す上部電極を選択する上部電極選択部１４と、４本の下部電極１２から電流を流す下部電極を選択する下部電極選択部１５と、上部電極選択部１４および下部電極選択部１５に電流を供給する電流源１６と、上部電極選択部１４、下部電極選択部１５および電流源１６を制御する電流制御手段１７とを備えている。 [Control unit]
Next, the control unit will be described with reference to FIG.
The control unit 18 includes an upper electrode selection unit 14 that selects an upper electrode that allows current to flow from the four upper electrodes 11, a lower electrode selection unit 15 that selects a lower electrode that allows current to flow from the four lower electrodes 12, A current source 16 for supplying a current to the electrode selection unit 14 and the lower electrode selection unit 15 and a current control means 17 for controlling the upper electrode selection unit 14, the lower electrode selection unit 15 and the current source 16 are provided.

上部電極選択部１４は、電流制御手段１７からの指令（信号）を受けて、１６カ所の画素２０の中から図２に示した縦方向に配置された画素を選択し、下部電極選択部１５は、電流制御手段１７からの指令（信号）を受けて、横方向に配置した画素を選択する。これら上部電極選択部１４および下部電極選択部１５によって、１個の画素２０が特定されることとなる。電流源１６は、電流制御手段１７からの指令（信号）を受けて、画素２０にパルス電流（または直流電流）を供給する。電流制御手段１７は、所謂、コンピュータであり、各画素２０に流れる電流の方向および大きさを決定し、制御する。 The upper electrode selection unit 14 receives a command (signal) from the current control unit 17, selects the pixels arranged in the vertical direction shown in FIG. 2 from the 16 pixels 20, and the lower electrode selection unit 15. Receives a command (signal) from the current control means 17 and selects pixels arranged in the horizontal direction. One pixel 20 is specified by the upper electrode selection unit 14 and the lower electrode selection unit 15. The current source 16 receives a command (signal) from the current control unit 17 and supplies a pulse current (or direct current) to the pixel 20. The current control means 17 is a so-called computer, and determines and controls the direction and magnitude of the current flowing through each pixel 20.

［光変調素子による光変調（空間光変調器の動作）］
図６に光変調素子による空間光変調の形態（空間光変調器の動作の形態）を模式的に表した説明図を示す。ここで、図６（ａ）は明状態を示し、図６（ｂ）は暗状態を示している。「明状態」とは、光変調素子１３からの反射光が偏光フィルタ４ｂを通過してスクリーン３に照射される状態をいい、このとき「光変調素子１３が明状態にある」ということとする。また、「暗状態」とは、光変調素子１３からの反射光が偏光フィルタ４ｂによって遮光されて、スクリーン３に照射されない状態をいい、このとき「光変調素子１３が暗状態にある」ということとする。 [Light modulation by light modulation element (operation of spatial light modulator)]
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the form of spatial light modulation by the light modulation element (the form of operation of the spatial light modulator). Here, FIG. 6A shows a bright state, and FIG. 6B shows a dark state. The “bright state” means a state in which reflected light from the light modulation element 13 passes through the polarizing filter 4b and is irradiated on the screen 3, and at this time, “the light modulation element 13 is in a bright state”. . The “dark state” means a state in which the reflected light from the light modulation element 13 is shielded by the polarizing filter 4b and is not irradiated on the screen 3. At this time, “the light modulation element 13 is in the dark state”. And

レーザ光源２から照射された光は様々な偏光成分を含んでいるが、偏光フィルタ４ａによって、ある方向の偏光成分だけを含むようにフィルタリングされる。こうしてフィルタリングされた光が透明な上部電極１１を透過して光変調素子１３に入射し、光変調素子１３で反射される。光変調素子１３の固定層１０１における磁化方向は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上向き矢印で示される向きに固定されているとする。また、反転層１０３における磁化方向は、初期状態としては、ここでは上向き矢印で示される向きであるものとする。電流制御手段１７は光変調素子１３に流す電流の大きさや向きを変えることで、光変調素子１３にスピン注入を行い、反転層１０３の磁化方向の向きを制御する。 The light emitted from the laser light source 2 includes various polarization components, but is filtered by the polarization filter 4a so as to include only the polarization component in a certain direction. The light thus filtered passes through the transparent upper electrode 11, enters the light modulation element 13, and is reflected by the light modulation element 13. It is assumed that the magnetization direction in the fixed layer 101 of the light modulation element 13 is fixed in the direction indicated by the upward arrow as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). In addition, the magnetization direction in the inversion layer 103 is assumed to be the direction indicated by the upward arrow here as an initial state. The current control unit 17 controls the direction of the magnetization direction of the inversion layer 103 by performing spin injection into the light modulation element 13 by changing the magnitude and direction of the current flowing through the light modulation element 13.

図６（ａ）に示す明状態では、光変調素子１３には、電流源１６によって、上部電極１１から光変調素子１３を通して下部電極１２へ向かう方向にパルス電流もしくは直流電流が流される。この状態では、反転層１０３の磁化方向は上向きの矢印で示される向きとなっており、反射光は偏光面を変えることなく、光変調素子１３で反射され、偏光フィルタ４ｂ（偏光フィルタ４ａと同特性）を通過して、スクリーン３に到達する。その結果、スクリーン３には明るい映像が表示されることとなる。 In the bright state shown in FIG. 6A, a pulse current or a direct current flows through the light modulation element 13 from the upper electrode 11 through the light modulation element 13 toward the lower electrode 12 by the current source 16. In this state, the magnetization direction of the inversion layer 103 is the direction indicated by the upward arrow, and the reflected light is reflected by the light modulation element 13 without changing the polarization plane, and is the same as the polarization filter 4b (the same as the polarization filter 4a). Characteristic) and reach the screen 3. As a result, a bright image is displayed on the screen 3.

一方、図６（ｂ）に示す暗状態では、電流源１６によって、下部電極１２から光変調素子１３を通して上部電極１１へ向かう方向にパルス電流もしくは直流電流が流される。この電流によって、上部電極１１から反転層１０３と中間層１０２を介して固定層１０１に流れる電子は、スピンの方向が固定層１０１の磁化と同じ方向に揃えられるため、反転層１０３の磁化と電子のスピンの間でトルクの受け渡しが行われることにより、反転層１０３の磁化方向は、固定層１０１と逆の下向きの矢印の向きとなるように回転（反転）する。この反転状態では、反転層１０３の磁化方向（下向きの矢印）にしたがう磁気光学的カー効果により、反射光の偏光面が回転する。こうして、反射光は入射光とは異なる偏光成分を有することとなるために、偏光フィルタ４ｂを通過することができない。その結果、スクリーン３は暗くなることとなる。 On the other hand, in the dark state shown in FIG. 6B, a pulse current or a direct current flows from the lower electrode 12 to the upper electrode 11 through the light modulation element 13 by the current source 16. Due to this current, electrons flowing from the upper electrode 11 to the fixed layer 101 via the inversion layer 103 and the intermediate layer 102 have the spin direction aligned with the same direction as the magnetization of the fixed layer 101. When the torque is transferred between the spins, the magnetization direction of the inversion layer 103 rotates (inverts) so that the direction of the downward arrow is opposite to that of the fixed layer 101. In this inversion state, the polarization plane of the reflected light rotates due to the magneto-optical Kerr effect according to the magnetization direction (downward arrow) of the inversion layer 103. Thus, since the reflected light has a polarization component different from that of the incident light, it cannot pass through the polarization filter 4b. As a result, the screen 3 becomes dark.

また、反転層１０３における磁化方向を、初期状態として、下向き矢印で示される向きであるものとした場合には、光変調素子１３に、電流源１６によって、上部電極１１から光変調素子１３を通して下部電極１２へ向かう方向にパルス電流もしくは直流電流が流されると、この電流によって、固定層１０１から中間層１０２を介して反転層１０３へ電子がスピンを保ったまま注入される。そのため、反転層１０３の磁化方向は、固定層１０１と同じ上向きの矢印の向きとなるように回転（反転）する。この状態では、図６（ａ）に示す明状態とすることができる。一方、電流源１６によって、下部電極１２から光変調素子１３を通して上部電極１１へ向かう方向にパルス電流もしくは直流電流が流されると、反転層１０３の磁化方向は下向きの矢印で示される向きのままである。この状態では、図６（ｂ）に示す暗状態とすることができる。 In addition, when the magnetization direction in the inversion layer 103 is assumed to be the direction indicated by the downward arrow as an initial state, the current source 16 is connected to the light modulation element 13 from the upper electrode 11 through the light modulation element 13. When a pulse current or a direct current flows in the direction toward the electrode 12, electrons are injected from the fixed layer 101 to the inversion layer 103 via the intermediate layer 102 while maintaining the spin. Therefore, the magnetization direction of the inversion layer 103 rotates (inverts) so that the direction of the upward arrow is the same as that of the fixed layer 101. In this state, the bright state shown in FIG. On the other hand, when a pulse current or a direct current flows from the lower electrode 12 to the upper electrode 11 through the light modulation element 13 by the current source 16, the magnetization direction of the inversion layer 103 remains in the direction indicated by the downward arrow. is there. In this state, the dark state shown in FIG.

このように、下部電極１２と上部電極１１との間で流す電流の向きを切り替えることによって、光変調素子１３における、光を検出可能な明状態と光を検出不能な暗状態とを切り替えることができる。
また、後記するように、電流の大きさを大きくすることでも、反転層１０３の磁化方向を反転させることができる。 In this way, by switching the direction of the current flowing between the lower electrode 12 and the upper electrode 11, the light modulation element 13 can be switched between a bright state where light can be detected and a dark state where light cannot be detected. it can.
Further, as will be described later, the magnetization direction of the inversion layer 103 can also be inverted by increasing the magnitude of the current.

次に、光変調素子の多磁区状態について説明する。なお、ここでは、一例として、反転層１０３が上向きおよび下向きの２つの磁区を形成している場合について、説明する。図７に、光変調素子が多磁区状態（ここでは、２つの磁区）を取る場合の光変調の形態（空間光変調器の動作の形態）について、中間状態を示す場合の模式的な説明図を示す。 Next, the multi-domain state of the light modulation element will be described. Here, as an example, a case where the inversion layer 103 forms two upward and downward magnetic domains will be described. FIG. 7 is a schematic explanatory diagram in the case of showing an intermediate state with respect to the form of light modulation (the form of operation of the spatial light modulator) when the light modulation element takes a multi-domain state (here, two magnetic domains). Indicates.

図７に示すように、光変調素子１３は、その上面および下面が長方形である立体形状（立方体ではない直方体）をとることにより、電流源１６から供給される電流の大きさや向きによって、反転層１０３において、上向きの磁化を有する部位（反転層１０３の一側）Ｌと、下向きの磁化を有する部位（反転層１０３の他側）Ｒとが形成されている。この状態において、レーザ光源２から照射され、偏光フィルタ４ａによってフィルタリングされて光変調素子１３に入射した光は、反転層１０３の一側Ｌでは、反射光は偏光面を変えることなく、光変調素子１３で反射され、偏光フィルタ４ｂ（偏光フィルタ４ａと同特性）を通過する。一方、反転層１０３の他側Ｒでは、反射光の偏光面が回転し、反射光は入射光とは異なる偏光成分を有することとなるために、偏光フィルタ４ｂを通過することができない。そのため、このような状態の光変調素子１３では、明状態と暗状態との中間状態を作り出すことができる。すなわち、この中間状態では、スクリーン３に表示される映像の明るさは、上向きの磁化のみを有する単磁区状態の場合に比べ、１／２になる。 As shown in FIG. 7, the light modulation element 13 has an inversion layer depending on the magnitude and direction of the current supplied from the current source 16 by taking a solid shape (a rectangular parallelepiped that is not a cube) whose upper and lower surfaces are rectangular. In FIG. 103, a portion L having an upward magnetization (one side of the inversion layer 103) L and a portion having a downward magnetization (the other side of the inversion layer 103) R are formed. In this state, the light emitted from the laser light source 2, filtered by the polarization filter 4 a and incident on the light modulation element 13 is reflected on the side L of the inversion layer 103 without changing the polarization plane of the light modulation element. 13 passes through the polarizing filter 4b (same characteristics as the polarizing filter 4a). On the other hand, on the other side R of the inversion layer 103, the polarization plane of the reflected light rotates, and the reflected light has a polarization component different from that of the incident light, and therefore cannot pass through the polarization filter 4b. Therefore, the light modulation element 13 in such a state can create an intermediate state between the bright state and the dark state. That is, in this intermediate state, the brightness of the image displayed on the screen 3 is ½ compared to the case of the single domain state having only upward magnetization.

このように、画素を構成する１つの光変調素子１３が、単独で単磁区状態または多磁区状態を作り出すことで、光変調素子１３に流れる電流の大きさにより、画素２０を構成する光変調素子１３が、単独で、このような単磁区状態および多磁区状態を光の階調に割り当てることができる。 In this way, the single light modulation element 13 constituting the pixel independently creates a single magnetic domain state or a multi-domain state, so that the light modulation element constituting the pixel 20 is determined by the magnitude of the current flowing through the light modulation element 13. 13 can independently assign such a single domain state and a multi-domain state to the light gradation.

［光変調素子の磁区状態の変移］
次に、光変調素子の磁区状態の変移について、図８を参照して説明する。
図８（ａ）〜（ｃ）に、光変調素子の磁化の回転を説明するための説明図を示す。
前記したように、初期状態で、反転層１０３の磁化方向が、固定層１０１の磁化方向と同じ方向（平行：Ｐａｒａｌｌｅｌ）（上向きの方向）であるときに、逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、すなわち電流を下部電極１２から光変調素子１３を通って上部電極１１へ供給することにより、反転層１０３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転）させて、反転層１０３の磁化方向を、１８０°異なる方向（反平行：Ａｎｔｉ−Ｐａｒａｌｌｅｌ）にすることができる（図６（ｂ））。一方、初期状態で、固定層１０１と反転層１０３の磁化方向が反平行であるときに、電流を上部電極１１から光変調素子１３を通って下部電極１２へ供給することにより、反転層１０３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転）させて、反転層１０３の磁化方向を、固定層１０１の磁化と平行にすることができる（図６（ａ））。
また、電流の大きさを大きくすることにより、反転層１０３の磁化方向を、固定層１０１の磁化方向と平行または反平行にすることができる。 [Transition of magnetic domain state of light modulator]
Next, the transition of the magnetic domain state of the light modulation element will be described with reference to FIG.
FIGS. 8A to 8C are explanatory diagrams for explaining the rotation of magnetization of the light modulation element.
As described above, in the initial state, when the magnetization direction of the inversion layer 103 is the same as the magnetization direction of the fixed layer 101 (parallel: parallel) (upward direction), electrons having spins in the reverse direction are injected. In other words, by supplying current from the lower electrode 12 through the light modulation element 13 to the upper electrode 11, the magnetization direction of the inversion layer 103 is inverted (spin injection magnetization inversion), and the magnetization direction of the inversion layer 103 is reversed. Can be in directions different by 180 ° (anti-parallel) (FIG. 6B). On the other hand, in the initial state, when the magnetization directions of the fixed layer 101 and the inversion layer 103 are antiparallel, by supplying current from the upper electrode 11 to the lower electrode 12 through the light modulation element 13, By reversing the magnetization direction (spin injection magnetization reversal), the magnetization direction of the inversion layer 103 can be made parallel to the magnetization of the fixed layer 101 (FIG. 6A).
Further, by increasing the magnitude of the current, the magnetization direction of the inversion layer 103 can be parallel or antiparallel to the magnetization direction of the fixed layer 101.

ここで、例えば、下部電極１２から光変調素子１３を通って上部電極１１へ流れる電流の向きを正方向として「＋Ｉ」で示し、逆に、上部電極１１から光変調素子１３を通って下部電極１２へ流れる電流の向きを負方向として「−Ｉ」で示すこととする。また、電流の大きさは、「−Ｉ」の場合は、「−Ｉ１〜−Ｉ６」、「＋Ｉ」の場合は、「＋Ｉ１〜＋Ｉ６」の順に大きくなるものとする。 Here, for example, the direction of the current flowing from the lower electrode 12 through the light modulation element 13 to the upper electrode 11 is indicated as “+ I” as the positive direction, and conversely, the lower electrode passes from the upper electrode 11 through the light modulation element 13. The direction of the current flowing to 12 is indicated by “−I” as a negative direction. The magnitude of the current is assumed to increase in the order of “−I1 to −I6” in the case of “−I” and “+ I1 to + I6” in the case of “+ I”.

図８（ａ）に示すように、電流の大きさが、「−Ｉ６〜＋Ｉ２」の場合は、光変調素子１３は、磁化反転せずに反転層１０３の磁化方向が上向きの単磁区状態を示す。そして、このような磁化が平行な状態の光変調素子１３に、電流を正方向に次第に大きくしながら供給すると、電流の大きさが「＋Ｉ３〜＋Ｉ４」になった時点で、反転層１０３の片側（他側Ｒ）のみ磁化方向が１８０°回転して、図８（ｃ）に示すように、反転層１０３の他側Ｒにおいて、磁化が反転する。このとき、反転層１０３の一側Ｌにおいて、磁化はそのままである。そして、さらに電流を大きくしていき、電流の大きさが「＋Ｉ５〜＋Ｉ６」になると、反転層１０３の一側Ｌにおいても、磁化が反転して、図８（ｂ）に示すように光変調素子１３の固定層１０１と反転層１０３の磁化方向は、反平行になる。反対に、図８（ｂ）に示すように、電流の大きさが、「−Ｉ２〜＋Ｉ６」の場合は、光変調素子１３は、反転層１０３の磁化方向が下向きの単磁区状態を示す。そして、このような磁化方向が反平行な状態の光変調素子１３に、電流の大きさを負方向に次第に大きくしながら供給すると、電流の大きさが「−Ｉ４〜−Ｉ３」になった時点で、反転層１０３の片側（一側Ｌ）のみ磁化方向が１８０°回転して、図８（ｃ）に示すように、反転層１０３の一側Ｌにおいて、磁化が反転する。このとき、反転層１０３の他側Ｒにおいて、磁化はそのままである。そして、さらに電流を大きくしていき、電流の大きさが「−Ｉ６〜−Ｉ５」になると、反転層１０３の他側Ｒにおいても、磁化が反転して、図８（ａ）に示すように光変調素子１３の固定層１０１と反転層１０３の磁化方向は、平行になる。このような磁化反転は、電流を次第に大きくするだけではなく、単一のパルス電流もしくは直流電流を光変調素子１３に印加することで制御することができる。 As shown in FIG. 8A, when the magnitude of the current is “−I6 to + I2”, the light modulation element 13 does not undergo magnetization reversal and has a single domain state in which the magnetization direction of the inversion layer 103 is upward. Show. When the current is gradually increased in the positive direction and supplied to the light modulation element 13 in such a state where the magnetizations are parallel, one side of the inversion layer 103 is obtained when the current becomes “+ I3 to + I4”. Only the (other side R) is rotated by 180 °, and the magnetization is reversed on the other side R of the inversion layer 103 as shown in FIG. 8C. At this time, the magnetization remains as it is on one side L of the inversion layer 103. Then, when the current is further increased and the magnitude of the current reaches “+ I5 to + I6”, the magnetization is also reversed on one side L of the inversion layer 103, and light modulation is performed as shown in FIG. The magnetization directions of the fixed layer 101 and the inversion layer 103 of the element 13 are antiparallel. On the contrary, as shown in FIG. 8B, when the magnitude of the current is “−I2 to + I6”, the light modulation element 13 shows a single magnetic domain state in which the magnetization direction of the inversion layer 103 is downward. When the current magnitude is gradually increased in the negative direction and supplied to the light modulation element 13 in such a state where the magnetization directions are antiparallel, the current magnitude becomes “−I4 to −I3”. Thus, only one side (one side L) of the inversion layer 103 rotates the magnetization direction by 180 °, and the magnetization is inverted on one side L of the inversion layer 103 as shown in FIG. At this time, the magnetization remains the same on the other side R of the inversion layer 103. Then, when the current is further increased and the magnitude of the current becomes “−I6 to −I5”, the magnetization is also reversed on the other side R of the inversion layer 103, as shown in FIG. The magnetization directions of the fixed layer 101 and the inversion layer 103 of the light modulation element 13 are parallel to each other. Such magnetization reversal can be controlled not only by gradually increasing the current but also by applying a single pulse current or direct current to the light modulation element 13.

このように、磁区状態は、光変調素子１３に流す電流の大きさや向きを変化させることで変移（変化）させることができる。そのため、光変調素子１３は、光変調素子１３に流れる電流の大きさにより、単独に磁区の状態を単磁区状態または多磁区状態として、この単磁区状態および多磁区状態を光の階調に割り当てることがでる。これにより、画素２０を１つの光変調素子１３で構成しても、階調表示することが可能となる。 Thus, the magnetic domain state can be changed (changed) by changing the magnitude and direction of the current flowing through the light modulation element 13. For this reason, the light modulation element 13 sets the single magnetic domain state or the multiple magnetic domain state to a single magnetic domain state or a multiple magnetic domain state depending on the magnitude of the current flowing through the optical modulation element 13, and assigns the single magnetic domain state and the multiple magnetic domain state to the light gradation. It comes out. As a result, even if the pixel 20 is constituted by one light modulation element 13, gradation display is possible.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した形態に限定されるものではない。例えば、空間光変調器１０を構成する光変調素子１３の多磁区状態として、上方向および下方向の２つの磁化を有する場合について取り上げたが、さらに多くの磁区が形成されるようにしてもよい。例えば、４つの磁区が形成されるようにした場合、４つの磁区のうち、２つの磁区が上向きの磁化を有する場合（固定層１０１と磁化方向が平行の場合）には、スクリーン３に表示される映像の明るさは、上向きの磁化のみを有する単磁区状態の場合に比べ、１／２になる。また、４つの磁区のうち、１つの磁区が上向きの磁化を有する場合には、スクリーン３に表示される映像の明るさは、上向きの磁化のみを有する単磁区状態の場合に比べ、１／４になる。
なお、このような磁区の数は、アスペクト比を大きくするか、ノッチの数を増やすことにより、増加させることができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to an above described form. For example, although the case where the light modulation element 13 constituting the spatial light modulator 10 has two magnetizations in the upward direction and the downward direction has been taken up as a multi-domain state, more magnetic domains may be formed. . For example, when four magnetic domains are formed, when two magnetic domains out of the four magnetic domains have upward magnetization (when the magnetization direction is parallel to the fixed layer 101), it is displayed on the screen 3. The brightness of the image is ½ compared to the case of a single domain state having only upward magnetization. In addition, when one of the four magnetic domains has upward magnetization, the brightness of the image displayed on the screen 3 is ¼ that of a single domain state having only upward magnetization. become.
Note that the number of such magnetic domains can be increased by increasing the aspect ratio or increasing the number of notches.

また、空間光変調器１０を構成する画素２０として、２個の光変調素子１３ａ，１３ｂを備えたものを取り上げたが、１画素は、さらに多くの光変調素子１３を備えていてもよく、各画素２０を、光変調素子１３に流す電流の向きと大きさにしたがって、明状態から暗状態（または暗状態から明状態）へと段階的に変化させることで、複数の異なる中間状態を作り出すことが可能となる。このような画素２０を備えた空間光変調器１０を用いて構成された映像表示装置１では、映像等の階調表示の精密さを、さらに高めることができる。また、開口率をさらに向上させることができる。 In addition, although the pixel 20 included in the spatial light modulator 10 is provided with two light modulation elements 13a and 13b, one pixel may include a larger number of light modulation elements 13. A plurality of different intermediate states are created by changing each pixel 20 stepwise from the bright state to the dark state (or from the dark state to the bright state) according to the direction and magnitude of the current flowing through the light modulation element 13. It becomes possible. In the video display device 1 configured using the spatial light modulator 10 provided with such pixels 20, the precision of gradation display of video and the like can be further increased. In addition, the aperture ratio can be further improved.

さらに、前記した光変調素子１３としては、磁化方向が垂直方向（層表面と直交する方向）のものを示したが、磁化方向が平行方向（層表面に平行な方向）であるスピン注入磁化反転素子を用いてもよい。また、図６では、図６（ａ）に示す状態を明状態とし、図６（ｂ）に示す状態を暗状態としたが、偏光フィルタ４ａ，４ｂの特性を変更することにより、光変調素子１３が図６（ａ）に示した状態にあるときに、反射光が偏光フィルタ４ｂを通過できないようにして暗状態とすることができ、光変調素子１３が図６（ｂ）に示した状態にあるときに、反射光が偏光フィルタ４ｂを通過できるようにして明状態とすることができる。 Further, as the light modulation element 13 described above, the magnetization direction is a perpendicular direction (a direction perpendicular to the layer surface), but the spin injection magnetization reversal in which the magnetization direction is a parallel direction (a direction parallel to the layer surface). An element may be used. In FIG. 6, the state shown in FIG. 6A is a bright state and the state shown in FIG. 6B is a dark state. However, by changing the characteristics of the polarization filters 4a and 4b, the light modulation element When 13 is in the state shown in FIG. 6A, the reflected light cannot pass through the polarizing filter 4b and can be in a dark state, and the light modulation element 13 is in the state shown in FIG. 6B. In this case, the reflected light can pass through the polarizing filter 4b to be in a bright state.

その他、必要に応じて、反転層１０３の上側、すなわち、反転層１０３と上部電極１１との間に、保護層を設けてもよい。保護層は、反転層１０３の酸化等のダメージを防止する役割を担う層であり、特に、光変調素子１３を形成する際の熱処理における反転層１０３の酸化を防止する。なお、保護層を構成する材料には、熱処理の際に反転層１０３を構成する材料と反応しない性質が求められる。さらに、保護層には、透光性に優れ、反転層１０３の磁気カー効果を低下させない特性（換言すれば、入射光と反射光の偏光面を散乱させない特性）を有していることが要求される。このような要求を満たす材料として、Ｔａ、Ｒｕ等を用いることができる。特にＲｕは、それ自体が酸化されても抵抗率が増大しないため、光変調素子１３に用いることが好ましい。 In addition, if necessary, a protective layer may be provided above the inversion layer 103, that is, between the inversion layer 103 and the upper electrode 11. The protective layer plays a role of preventing damage such as oxidation of the inversion layer 103, and in particular prevents oxidation of the inversion layer 103 during heat treatment when forming the light modulation element 13. Note that the material constituting the protective layer is required to have a property of not reacting with the material constituting the inversion layer 103 during heat treatment. Further, the protective layer is required to have excellent translucency and characteristics that do not reduce the magnetic Kerr effect of the inversion layer 103 (in other words, characteristics that do not scatter the polarization planes of incident light and reflected light). Is done. Ta, Ru, or the like can be used as a material that satisfies such requirements. In particular, Ru is preferably used for the light modulation element 13 because its resistivity does not increase even if it is oxidized itself.

さらに、必要に応じて、固定層１０１の下側、すなわち、固定層１０１と下部電極１２との間に、例えばＰｔからなる下地層を設けてもよい。固定層１０１の下地として下地層を挿入することで、固定層１０１の保磁力を増大させることができ、より安定したスピン注入磁化反転動作をさせることができる。 Further, if necessary, an underlayer made of Pt, for example, may be provided below the fixed layer 101, that is, between the fixed layer 101 and the lower electrode 12. By inserting the base layer as the base of the fixed layer 101, the coercive force of the fixed layer 101 can be increased, and a more stable spin injection magnetization reversal operation can be performed.

そして、本実施形態では、空間光変調器１０は、光変調素子１３に、さらに制御部１８、すなわち、上部電極選択部１４と、下部電極選択部１５と、電流源１６と、電流制御手段１７とを備える構成としたが、これらの構成は、空間光変調器１０と別の構成としてもよい。 In this embodiment, the spatial light modulator 10 includes the light modulation element 13, the control unit 18, that is, the upper electrode selection unit 14, the lower electrode selection unit 15, the current source 16, and the current control unit 17. However, these configurations may be different from those of the spatial light modulator 10.

次に本発明に係る空間光変調器の実施例について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, embodiments of the spatial light modulator according to the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.

試験に供するサンプルの製造においては、前記記載の空間光変調器の製造方法に従った。まず、表面を熱酸化したシリコン基板上に、下部電極としてＣｕ電極を形成し、この上に、固定層、中間層、反転層、の順に、スパッタリング法を用いて、真空中で一貫して製膜した。その後、上部にＩＺＯからなる透明電極を、上部電極として形成した。
固定層は、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ（１０ｎｍ）／Ｃｏ−Ｆｅ（１ｎｍ）（左側から記載の材料から順に積層）とし、中間層は、Ｃｕ（６ｎｍ）とした。反転層は、Ｃｏ（０．２ｎｍ）／Ｎｉ（０．６ｎｍ）（左側から記載の材料から順に積層）を４組積層し、その上に、さらに、Ｇｄ−Ｆｅ（７ｎｍ）を積層した。光変調素子の形状は、上下面を、それぞれ１００ｎｍ×２８０ｎｍの長方形とした直方体とした。 In the manufacture of the sample used for the test, the method for manufacturing the spatial light modulator described above was followed. First, a Cu electrode is formed as a lower electrode on a silicon substrate whose surface has been thermally oxidized, and a fixed layer, an intermediate layer, and an inversion layer are formed on this in a consistent manner in a vacuum using a sputtering method. Filmed. Thereafter, a transparent electrode made of IZO was formed on the upper portion as the upper electrode.
The fixed layer was Tb-Fe-Co (10 nm) / Co-Fe (1 nm) (laminated in order from the materials described from the left side), and the intermediate layer was Cu (6 nm). As the inversion layer, four sets of Co (0.2 nm) / Ni (0.6 nm) (laminated in order from the materials described from the left side) were laminated, and Gd—Fe (7 nm) was further laminated thereon. The shape of the light modulation element was a rectangular parallelepiped whose upper and lower surfaces were each 100 nm × 280 nm rectangles.

そして、１画素１素子として、作製したサンプルについて、光変調素子のスピン注入磁化反転による、素子抵抗変化率（ＭＲ比）のパルス電流依存性、および、カー楕円率のパルス電流依存性を調べた。
なお、素子抵抗変化率は、反転層の磁化状態を反映するものであり、カー楕円率は、磁気光学型の光変調素子において、光の変調度（明るさ）に比例的に相関するパラメータである。 For each sample manufactured as one element per pixel, the pulse current dependence of the element resistance change rate (MR ratio) and the pulse current dependence of the Kerr ellipticity due to the spin injection magnetization reversal of the light modulation element were examined. .
The element resistance change rate reflects the magnetization state of the inversion layer, and the Kerr ellipticity is a parameter that is proportionally correlated with the degree of light modulation (brightness) in a magneto-optic light modulation element. is there.

ＭＲ比については、４端子法による測定で、ロックインアンプにより微小な交流電流（０．０５ｍＡ）を印加して出力電圧を測定し、そこから算出される素子抵抗および素子抵抗変化からＭＲ比を算出した。カー楕円率測定については、マイクロ極カー効果測定装置（ネオアーク社製）を使用し、円偏光変調法により測定したカー楕円率に比例するロックインアンプの電圧出力を規格化したものをグラフとした。なお、初期状態では、反転層の磁化方向が固定層の磁化方向と反平行な状態とし、パルス電流は、下部電極側から、素子を通って上部電極側へ、素子の垂直方向に流す方向を正として、負の電流の大きさを徐々に大きくしていった。 The MR ratio is measured by a four-terminal method, a small alternating current (0.05 mA) is applied by a lock-in amplifier, the output voltage is measured, and the MR ratio is calculated from the element resistance and the element resistance change calculated therefrom. Calculated. For the car ellipticity measurement, a graph was used to standardize the voltage output of the lock-in amplifier proportional to the car ellipticity measured by the circular polarization modulation method using a micro polar Kerr effect measuring device (manufactured by Neoarc). . In the initial state, the magnetization direction of the inversion layer is antiparallel to the magnetization direction of the fixed layer, and the pulse current flows in the direction perpendicular to the element from the lower electrode side through the element to the upper electrode side. As positive, the magnitude of the negative current gradually increased.

これらの結果を図９に示す。図９（ａ）は、光変調素子におけるパルス電流の大きさと、素子抵抗変化率（ＭＲ比）の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、光変調素子におけるパルス電流の大きさと、カー楕円率の関係を示すグラフである。なお、図９（ｂ）の右側に、これらのグラフに対応する光変調素子の磁区状態を示す。
図９（ａ）に示すように、ＭＲ比においては、明瞭な２段階の遷移を示している。これは、反転層の磁化方向が固定層の磁化方向と反平行な状態、反転層の磁化の一部が反転している状態、反転層の磁化の全てが反転して、固定層の磁化方向と平行な状態が、パルス電流により制御されていることを示している。また、図９（ｂ）に示すように、カー楕円率の変化は、パルス電流により素子抵抗変化と同様に変化しており、多磁区状態の制御により、光の階調表示を行うことが可能であることを示している。 These results are shown in FIG. FIG. 9A is a graph showing the relationship between the magnitude of the pulse current in the light modulation element and the element resistance change rate (MR ratio), and FIG. 9B shows the magnitude of the pulse current in the light modulation element and the Kerr ellipse. It is a graph which shows the relationship of a rate. The magnetic domain state of the light modulation element corresponding to these graphs is shown on the right side of FIG.
As shown in FIG. 9A, the MR ratio shows a clear two-stage transition. This is because the magnetization direction of the inversion layer is antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer, a part of the magnetization of the inversion layer is inverted, and the magnetization of the inversion layer is all reversed. The state in parallel with is shown to be controlled by the pulse current. Further, as shown in FIG. 9B, the Kerr ellipticity changes in the same manner as the element resistance change due to the pulse current, and light gradation display can be performed by controlling the multi-domain state. It is shown that.

１映像表示装置
２レーザ光源
３スクリーン
４ａ，４ｂ偏光フィルタ
１０空間光変調器
１１上部電極
１２下部電極
１３（１３ａ，１３ｂ）光変調素子
１４上部電極選択部
１５下部電極選択部
１６電流源
１７電流制御手段
１８制御部
２０画素
９０レジスト
９１素子膜
９２基板
１０１固定層
１０２中間層
１０３反転層
１０４絶縁体（封止材）
Ｐノッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Laser light source 3 Screen 4a, 4b Polarizing filter 10 Spatial light modulator 11 Upper electrode 12 Lower electrode 13 (13a, 13b) Light modulation element 14 Upper electrode selection part 15 Lower electrode selection part 16 Current source 17 Current control Means 18 Control unit 20 Pixel 90 Resist 91 Element film 92 Substrate 101 Fixed layer 102 Intermediate layer 103 Inversion layer 104 Insulator (sealing material)
P notch

Claims

A magneto-optic spatial light modulator that controls light modulation by a magneto-optic effect,
A pixel constituting the spatial light modulator includes a light modulation element,
The light modulation element is smaller than the size of the pixel, and the upper surface and the lower surface of the light modulation element each have an area equal to or greater than the area of a circle having a diameter of 100 nm,
According to the magnitude of the current flowing through the light modulation element, the light modulation element is configured to change the single magnetic domain state and the multiple magnetic domain state to a single magnetic domain state or a multiple magnetic domain state independently in one optical modulation element. A spatial light modulator characterized by being assigned to a gradation.

2. The spatial light modulator according to claim 1, wherein the light modulation element has a major axis and a minor axis of 100 nm or more in each of the shapes of the upper surface and the lower surface.

3. The space according to claim 1, wherein the light modulation element has an aspect ratio of a major axis and a minor axis of 1.2 or more in each of the shapes of the upper surface and the lower surface. Light modulator.

4. The spatial light modulator according to claim 2, wherein the light modulation element has a notch formed on a side surface on the long axis side so as to penetrate the upper surface and the lower surface.

The spatial light modulator according to claim 1, further comprising a plurality of light modulation elements in the pixel.

The spatial light modulator according to claim 1, wherein the light modulation element is a spin injection magnetization reversal element.