JP7482202B1 - 空間光変調器及び立体映像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素ピッチが狭く高効率の空間光変調器を提供する。【解決手段】空間光変調器は、第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含み、各画素が、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有する。各画素と前記第１の透明基板との間に、開口を有するマスク層を含んでもよい。あるいは、各画素と前記第２の透明基板との間に、開口を有するマスク層を含んでもよい。光変調層より光の出射側のいずれかの面に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。あるいは、光変調層より光の入射側のいずれかの面に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、空間光変調器（Spatial Light Modulator（ＳＬＭ））及び立体映像装置（ホログラム装置ともいう）に関する。

空間光変調器（ＳＬＭ）は、画像信号などにより、光源からの光ビームの空間的分布、すなわち、強度、偏光又は位相等を空間毎に制御して、光を変調する。特にホログラフィ技術に空間光変調器が利用される。また他には、レーザー加工、顕微鏡、光ピンセット等に利用される。

なお、駆動回路を形成したシリコン上に液晶層を積層した空間光変調装置（Liquid Crystal on Silicon（ＬＣｏＳ））が実用化されている（非特許文献１（１表）参照）。

ホログラフィによる立体表示における課題の一つに、視野角の拡大がある。視野角の拡大のためには、狭い画素ピッチ（例えば１μｍ程度）の空間光変調器が必要とされる。しかし、ＬＣｏＳにおいては画素ピッチを狭くするのに伴い、コンデンサ容量が不足し、さらに、光路に与える液晶厚の影響が大きくなって、目的の特性が得られない。

"ホログラフィ基盤技術 特集号" ＮＨＫ技研、2013年、第138巻、p.8-21 (https://www.nhk.or.jp/strl/publica/rd/138/pdf/rd138.pdf)。

本開示は、画素ピッチが狭く高効率の空間光変調器を提供する。

本開示に係る空間光変調器は、第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含み、各画素が、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有する。

各画素と前記第１の透明基板との間に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。あるいは、各画素と前記第２の透明基板との間に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。
光変調層より光の出射側のいずれかの面に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。あるいは、光変調層より光の入射側のいずれかの面に、開口を有するマスク層をさらに含んでもよい。
各画素のための画素電極の形状が長方形又は楕円形、前記開口の形状が長方形又は楕円形のうちの組み合わせであってもよい。なお、長方形は正方形を、楕円形は円形を含むものとする。
前記開口の面積が各画素の位置によって変化してもよい。

前記画素回路がトランジスタをさらに備え、前記トランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記トランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記トランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第１の電極は前記ドレイン電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第２の電極はＲｅＲＡＭラインに接続してもよい。

前記画素回路が第１のトランジスタと第２のトランジスタをさらに備え、前記第１のトランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記第１のトランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記第１のトランジスタのドレイン電極は前記抵抗変化型メモリの第１の電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第２の電極は前記第２のトランジスタのゲート電極及びＲｅＲＡＭラインに接続し、前記第２のトランジスタのソース電極は電圧供給ラインに接続し、前記第２のトランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続してもよい。
各画素のための第２の画素電極が前記ＲｅＲＡＭラインに接続してもよい。
あるいは、前記画素回路が第１のトランジスタと第２のトランジスタをさらに備え、
前記第１のトランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記第１のトランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記第１のトランジスタのドレイン電極は前記第２のトランジスタのゲート電極に接続し、
前記抵抗変化型メモリの第１の電極は前記第２のトランジスタのゲート電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第２の電極はＲｅＲＡＭラインに接続し、
前記第２のトランジスタのソース電極は電圧供給ラインに接続し、前記第２のトランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続してもよい。

前記画素回路が直列又は並列に接続された複数の前記抵抗変化型メモリを含んでもよい。

本開示に係る立体映像装置は、コヒーレント（可干渉性）光源と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含む空間光変調器とを含む。各画素は、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有する。

図１は、実施形態に係る空間光変調器の全体構成を示す図である。 図２Ａは、図１のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。 図２Ｂは、図１のＡ－Ａ’線に沿った図２Ａとは別の断面図である。 図３Ａは、実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素回路の第１の例を示す図である。 図３Ｂは、実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素回路の第２の例を示す図である。 図３Ｃは、抵抗変化型メモリの構造の例を説明するための図である。 図３Ｄは、図３Ａの画素回路の駆動動作例を示す図である。 図３Ｅは、図３Ｂの画素回路の駆動動作例を示す図である。 図３Ｆは、図３Ｂの画素回路の変形例を示す図である。 図３Ｇは、図３Ｂの画素回路の別の変形例を示す図である。 図３Ｈは、図３Ｂの画素回路のさらに別の変形例を示す図である。 図４は、図２Ａに示す断面図と図３Ａに示す画素回路とを有する空間光変調器の下面図である。 図５は図４のＢ－Ｂ’線に沿った断面図である。 図６は、図２Ａに示す断面図と図３Ｂに示す画素回路とを有する空間光変調器の下面図である。 図７Ａは図６のＣ－Ｃ’線に沿った断面図である。 図７Ｂは図６のＤ－Ｄ’線に沿った断面図である。 図８Ａは上側からの透過光を説明するための図である。 図８Ｂは実施形態に係る空間光変調器による上側からの透過光を説明するための図である。 図９Ａは下側からの透過光を説明するための図である。 図９Ｂは実施形態に係る空間光変調器による下側からの透過光を説明するための図である。 図１０は実施形態に係る開口形状の様々な例を示す図である。 図１１は実施形態に係る開口形態の変形例を示す図である。 図１２Ａは、実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素回路の第３の例を示す図である。 図１２Ｂは、実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素回路の第４の例を示す図である。 図１３Ａは、画素回路の模擬回路の例を示す図である。 図１３Ｂは、図１３Ａに示す回路の出力を示す図である。 図１４は、実施形態に係る立体映像装置を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。一実施形態について記載した特定の説明が他の実施形態についても当てはまる場合には、他の実施形態においてはその説明を省略している場合がある。

図１は、本実施形態に係る空間光変調器（ＳＬＭ）１０の全体構成を示す図である。
図１に示す空間光変調器１０は、二枚の基板を有する空間光変調器である。なお、二枚の基板のうちの少なくとも一枚は透明である。反射型の場合は、二枚の基板のうちの一枚が透明である。
図１に示す空間光変調器１０が透過型であるときは、二枚の基板はどちらも透明であって、それぞれ第１の透明基板１１０と第２の透明基板１２０である。以下の説明では空間光変調器１０は透過型とするが、反射型であってもよい。
空間光変調器１０は、第１の透明基板１１０と第２の透明基板１２０との間のコンタクト１９０と、シール材１９５とを備える。
なお、空間光変調器１０の、第１の透明基板１１０側を下部とし、第２の透明基板１２０側を上部として、第１の透明基板１１０を下部透明基板１１０とも呼び、第２の透明基板１２０を上部透明基板１２０とも呼ぶ。
なお、しばしば、第１の透明基板１１０から第２の透明基板１２０の方向にｚ軸を取る。第１の透明基板１１０及び第２の透明基板１２０に平行で、互いに直交する２方向（特に画素が整列する２方向であって空間光変調器の縦方向と横方向）にｘ軸及びｙ軸を取る。

空間光変調器１０はアクティブ領域ＡＡを含む。アクティブ領域ＡＡは画素Ｐｉｘが配置される領域である。アクティブ領域ＡＡの周辺（非アクティブ領域）には、画素Ｐｉｘを駆動するためのゲートドライバ及びソースドライバ（データドライバともいう）と、電気信号を空間光変調器１０の外部から供給するためのパッドＰａｄを設けることができる。

画素Ｐｉｘは第１の透明基板１１０と第２の透明基板１２０の間に形成される。各画素は画素電極、画素回路、及び、光の偏光、位相又は散乱等を変調することで、透過強度、反射強度又は散乱度を変化させる光変調素子を含む。画素電極は透明電極とし得る。図示しないが、例えば吸収や干渉等によりもたらされる光の強度変化を利用する場合には、偏光板や部分透過ミラー等の追加の要素が利用できる。
第１の透明基板１１０と第２の透明基板１２０は、それらの間にコンタクト１９０を置き、シール材１９５により接着され、アクティブ領域ＡＡの画素Ｐｉｘが封止されている。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示す空間光変調器１０のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。

図２Ａを参照すると、図１に示す空間光変調器１０は第１の透明基板１１０から、マスク層１３０、平坦化層１０１、画素電極層１４０、第１のアライメント層１０３、光変調層１５０、第２のアライメント層１０５、共通電極層１６０、及び第２の透明基板１２０の順に積層している。
光変調層１５０は画素電極層１４０に印加される画像信号に応じて、反射、散乱又は干渉現象等による光変調により画像を形成する。光変調層１５０は画素Ｐｉｘの光変調素子に対応する。
光変調層１５０は典型的には液晶分子を含むので、以下では単に液晶層１５０として説明する。

画素電極層１４０は画素Ｐｉｘ毎の画素電極を与え、ＴＦＴ及び記憶素子等を含んだ画素回路、及び、配線のための多層構造を有する。
第１のアライメント層１０３及び第２のアライメント層１０５はそれぞれ配向膜を含み、液晶層１５０の分子に接触して配向させる。
共通電極層１６０は各画素Ｐｉｘに共通の電極を与える。共通の電極は透明電極とし得る。
マスク層１３０は透過光の一部を遮断する。平坦化層１０１はマスク層１３０上に平坦面を提供する。

ネマティック液晶においては微細化に伴い、液晶のクロストークが大きくなる(漏れ電界効果：fringing field effect)。
ホログラム用途の空間光変調器１０については、液晶層１５０として強誘電性液晶を使用することができる。強誘電性液晶は漏れ電界の効果が小さく、画素がぼやけにくい。
強誘電性液晶を使用することで画素ピッチは実用水準である１μｍに近付く。

反射型の空間光変調器のうちＬＣｏＳに代表される液晶素子では、液晶層１５０に対して角度の大きい光は変調量誤差が大きくなり、また、その影響は画素間のピッチを狭くするほど大きくなる。よって、ノイズの原因になったり部分的に画像が暗くなって目的の特性が得られない。透過型の空間光変調器にすることで画素間のピッチを狭くしても、隣接する画素への光の漏れの影響が小さくなり、目的の特性が得られる。
本開示では、空間光変調器１０の画素Ｐｉｘを透過型素子にして、さらに、変調量が最大／最小の領域のみをマスク層１３０の開口で切り出すことで変調量誤差が大きくならないようにする。マスク層１３０については後述する。

図２Ｂを参照すると、図１に示す空間光変調器１０は第１の透明基板１１０から、画素電極層１４０、第１のアライメント層１０３、液晶層１５０、第２のアライメント層１０５、共通電極層１６０、平坦化層１０１、マスク層１３０及び第２の透明基板１２０の順に積層している。

図２Ａにおいてはマスク層１３０が第１の透明基板１１０側に形成されている。つまり、各画素と第１の透明基板１１０との間にマスク層１３０を含む。それに対して、図２Ｂにおいてはマスク層１３０が第２の透明基板１２０側に形成されている。つまり、各画素と第２の透明基板１２０との間にマスク層１３０を含む。
透明基板は、石英ガラス、サファイヤガラス、等のガラスを用いることができる。また、映像光の波長よりもバンドギャップが広い半導体を用いることもできる。基板に半導体を用いた場合には、基板を用いてトランジスタを形成することができる。
透明基板と空気の界面は、単層もしくは多層の誘電体薄膜による低反射膜等の光学薄膜を有していてもよい。

マスク層１３０は光が出ていく側に設けられるのが好ましい。図２Ａの断面図を有する空間光変調器１０は、第２の透明基板１２０に入射した光が第１の透明基板１１０から出て行くように用いるのがよい。図２Ｂの断面図を有する空間光変調器１０は、第１の透明基板１１０に入射した光が第２の透明基板１２０から出て行くように用いるのがよい。
マスク層１３０は光が入射する側にも設けられていてもよい。入射する側にマスク層を設けることにより、画素回路による光の回析や散乱を防ぐことができる。また、トランジスタをマスクすることで、光電流の発生やトランジスタの劣化を抑制することができる。
マスク層１３０の置かれる位置は、空間光変調器１０のいずれの面であってもよい。空間光変調器１０の内部や、第１の透明基板１１０又は第２の透明基板１２０の光が入射する側の面に設けられていても、光が出ていく側の面に設けられていてもよく、また、第１の透明基板１１０及び第２の透明基板１２０に接していなくてもよい。マスク層１３０は光学薄膜に接していてもよい。

図３Ａは、本実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素Ｐｉｘのための画素回路の第１の例を示す図である。
図３Ａの画素回路は、上部破線で示す画素Ｐｉｘに対応して、トランジスタ（Ｔｒ）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）及び画素電極１４１を含んでいる。
液晶のためのアクティブ・マトリクス駆動方式の画素回路では表示を維持するためにコンデンサを使用している。しかし、ホログラムに使用される空間光変調器においては微細化のために、コンデンサの面積すなわち容量が不足する。

本開示では画素回路の記憶素子にＲｅＲＡＭを用いる。図３Ｃは、ＲｅＲＡＭの構造の例を説明するための図である。図３ＣのＲｅＲＡＭは、電極（例として第１の電極に白金、第２の電極に白金を用いる）で遷移金属酸化膜（例として酸化ニッケルを用いる）や金属ハロゲン化物（例として三臭化鉛セシウムを用いる）等の活性層を挟んだ単純な構成の不揮発メモリである。
ＲｅＲＡＭは電圧による抵抗状態の書き込み及び電流電圧特性による抵抗状態の読み出しができ、不揮発で抵抗状態を保持する。ＲｅＲＡＭは素子面積が小さいので、ＲｅＲＡＭを用いることで画素回路の微細化が可能になる。さらに、消費電力を抑え、しかも高速である。また、透明なＲｅＲＡＭを使用してもよい。透明なＲｅＲＡＭは画素開口部に使用することができる。

トランジスタＴｒのゲート電極はゲートラインに接続し、ソース電極はソースラインに接続し、ドレイン電極は画素電極１４１に接続する。ＲｅＲＡＭの第１の電極はトランジスタＴｒのドレイン電極に接続し、第２の電極はＲｅＲＡＭに電圧を与えて記憶させるためのＲｅＲＡＭラインに接続する。

図３Ｂは、本実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素Ｐｉｘのための画素回路の第２の例を示す図である。
図３Ｂの画素回路は、上部破線で示す画素Ｐｉｘに対応して、第１のトランジスタ（Ｔｒ１）、第２のトランジスタ（Ｔｒ２）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）、分割用抵抗及び画素電極１４１を含んでいる。
第１のトランジスタＴｒ１のゲート電極はゲートラインに接続し、ソース電極はソースライン（セレクトラインともいう）に接続し、ドレイン電極はＲｅＲＡＭの第１の電極に接続する。
ＲｅＲＡＭの第２の電極は第２のトランジスタＴｒ２のゲート電極及びメモリライン（ＲｅＲＡＭライン）に接続する。
第２のトランジスタＴｒ２のソース電極は電圧供給ライン（ＶＤＤ）に接続し、前記第２のトランジスタのドレイン電極は画素電極１４１に接続する。
つまり、図３Ａの画素回路は１トランジスタ構成であるのに対し、図３Ｂの画素回路は２トランジスタ構成である。
なお、図３Ｂでは、ＲｅＲＡＭの第２の電極は分割用抵抗を介してＲｅＲＡＭラインに接続する。図３Ｂの画素回路ではＲｅＲＡＭラインとは別に、画素駆動用の電圧供給ラインを使用することが可能になっている。なお、図３Ｂの画素回路において、電圧供給ライン（ＶＤＤ）がＲｅＲＡＭラインを兼ねていてもよい。なお、電圧供給ラインは必ずしも正側とは限らず、負側であってもよい。

図３Ｂの構成の変形例のいくつかを図３Ｆ、図３Ｇ及び図３Ｈに示す。
図３Ｆでは、画素電極１４１に対向する第２の画素電極が負電源（ＶＳＳ／ＧＮＤ）に接続する。なお、ＶＳＳ／ＧＮＤがＲｅＲＡＭラインを兼ねている。第１の画素電極と第２の画素電極は共に画素電極層内に設けることができ、同一の面内に設けても、異なる面に設けてもよい。第１の画素電極と第２の画素電極が共に、一方の透明基板の側に設けられた場合には、共通電極は省略できる場合があり、また、画素電極層よりも下部透明基板側に設けることもできる。
図３Ｇでは、ＶＤＤがＲｅＲＡＭラインを兼ねている。

図３Ｈでは、第１のトランジスタＴｒ１のゲート電極はゲートラインに接続し、ソース電極はソースラインに接続し、ドレイン電極は第２のトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続する。
抵抗変化型メモリの第１の電極は第２のトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続し、第２の電極はＲｅＲＡＭラインに接続する。
第２のトランジスタＴｒ２のソース電極は電圧供給ライン（ＶＤＤ）に接続し、ドレイン電極は画素電極１４１に接続する。
なお、図３Ｈでは、第１のトランジスタＴｒ１のドレイン電極は分割用抵抗を介して、第２のトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続する。また、ＶＤＤがＲｅＲＡＭラインを兼ねている。

図３Ｄを参照して図３Ａの画素回路の駆動動作例を説明する。
図３Ｄの（１）においては、画素の行に対して、その１行にある全ての画素回路の抵抗変化型メモリＲｅＲＡＭをリセットする、つまり、ＲｅＲＡＭにＬＲＳ（低抵抗）状態＜０＞を書き込む動作を示す。
そのためには、その行に対するゲートラインをＨｉｇｈにし、ソースラインをＬＲＳ状態書き込み電圧に応じた値にする。これにより、トランジスタＴｒのドレイン電極がＬＲＳ状態書き込み電圧になり、ＲｅＲＡＭにＬＲＳ状態＜０＞が書き込まれる。

図３Ｄの（２）においては、（１）の動作に引き続いて、その画素の行に対して、全ての画素Ｐｉｘをリセットさせる、つまり画素ＰｉｘをＤｏｗｎ状態＜０＞にする動作を示す。
そのためには、その行に対するゲートラインをＬｏｗにし、トランジスタＴｒのドレイン電極の状態をソースラインから切り離す。また、ＲｅＲＡＭラインにＤｏｗｎ状態のパルスを与えて、各ＲｅＲＡＭの状態を画素電極１４１に反映する。（１）の動作では、ＲｅＲＡＭはＬＲＳ状態＜０＞であるから、画素電極１４１及び画素Ｐｉｘの状態はＤｏｗｎ状態＜０＞になる。

図３Ｄの（３）においては、（２）の動作に引き続いて、その画素の行に対して、画素回路のＲｅＲＡＭに目的のデータを記録する、つまり、各画素Ｐｉｘに対応するＲｅＲＡＭにＵｐ状態＜１＞又はＤｏｗｎ状態＜０＞を書き込む動作を示す。
そのためには、その行に対するゲートラインをＨｉｇｈにし、目的のデータにおいてＤｏｗｎ状態にすべき画素Ｐｉｘに対応するソースラインをＨＲＳ（高抵抗）状態書き込み電圧に応じた値にする。これにより、トランジスタＴｒのドレイン電極もがＨＲＳ状態書き込み電圧になり、ＲｅＲＡＭにＨＲＳ状態＜１＞が書き込まれる。一方、目的のデータにおいてＵｐ状態にすべき画素Ｐｉｘに対応するソースラインをＬＲＳ状態書き込み電圧に応じた値にする。これにより、トランジスタＴｒのドレイン電極もがＬＲＳ状態書き込み電圧になり、ＲｅＲＡＭのＬＲＳ状態＜０＞が保持され、もしくは、書き込まれる。特定のＲｅＲＡＭに対し、ＲｅＲＡＭの状態を遷移させる必要が無い場合には、記録動作を行わないことが望ましい。記録動作回数を削減することで、ＲｅＲＡＭの劣化を抑制することができる。

図３Ｄの（４）においては、（３）の動作に引き続いて、その画素の行に対して、ＲｅＲＡＭに記録された目的のデータに応じて、対応する画素ＰｉｘをＵｐ状態＜１＞又はＤｏｗｎ状態＜０＞にする動作を示す。
そのためには、その行に対するゲートラインをＬｏｗにし、トランジスタＴｒのドレイン電極の状態をソースラインから切り離す。また、各ＲｅＲＡＭラインにＵｐ状態のパルスを与えて、各ＲｅＲＡＭの状態を画素電極１４１に反映する。（３）の動作では、目的のデータに応じてＲｅＲＡＭはＨＲＳ状態＜１＞又はＬＲＳ状態＜０＞であるから、画素電極１４１及び画素Ｐｉｘの状態もＵｐ状態＜１＞又はＤｏｗｎ状態＜０＞になる。
このように（１）から（４）の動作によって、１行毎に目的のデータに応じてＲｅＲＡＭにＨＲＳ状態＜１＞又はＬＲＳ状態＜０＞を書き込み、さらに画素Ｐｉｘの状態もＵｐ状態＜１＞又はＤｏｗｎ状態＜０＞とすることができる。
例えば（４）の動作に引き続いて（１）の動作に戻ることで、異なるデータに対しての動作を行うことができる。

図３Ｅを参照して図３Ｂの画素回路の駆動動作例を説明する。図３Ｅでは説明を簡単にするために１つの画素について説明をする。画素の各行に対して、全ての画素回路のＲｅＲＡＭをリセットする動作（図３Ｄの（１）参照）、及び、全ての画素Ｐｉｘをリセットさせる動作（図３Ｄの（２）参照）については説明を省略する。

図３Ｅの（３）においては、画素回路のＲｅＲＡＭに目的のデータを記録する動作を示す。ゲートラインＧＬをＨｉｇｈにし、目的のデータに応じてソースラインＳＬをＨｉｇｈ又はＬｏｗにする。これにより、第１のトランジスタＴｒ１のドレイン電極もＨｉｇｈになり、ＲｅＲＡＭにＨＲＳ状態又はＬＲＳ状態が書き込まれる。

図３Ｅの（４）においては、（３）の動作に引き続いて、その画素の行に対して、ＲｅＲＡＭに記録された目的のデータに応じて、対応する画素ＰｉｘをＵｐ状態又はＤｏｗｎ状態にする動作を示す。
Ｕｐ状態のパルスを与えて、ＲｅＲＡＭの状態を画素電極に反映する。なお、画素電極は電圧供給ライン（ＶＤＤ）に接続し液晶の駆動はＶＤＤにより行う（図３Ｇ、図３Ｈも参照）。

図４は、図２Ａに示す断面図と図３Ａに示す画素回路とを有する空間光変調器１０の下面図である。図５は図４のＢ－Ｂ’線に沿った断面図である。
前述のとおり、図２Ａにおいてはマスク層１３０が第１の透明基板（下部透明基板）１１０側に形成されている。また、図２Ａで説明したように下部透明基板１１０の上部にはマスク層１３０があり、さらにその上部には順に、画素電極層１４０、液晶層１５０、共通電極層１６０及び上部透明基板１２０があり、画素Ｐｉｘを形成している。
図４及び図５を参照すると、画素Ｐｉｘにおいてはマスク層１３０と画素電極層１４０（画素電極１４１）との間に、トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒ、ＲｅＲＡＭが形成されている。ＴＦＴの各電極（ゲート、ソース及びドレインの各電極）、ＲｅＲＡＭの各電極、及び、画素電極１４１は、ゲートライン、ソースライン及びＲｅＲＡＭラインと、図３Ａの画素回路を形成するように接続している。

図４及び図５に示すように、画素電極１４１の一部に対応して、マスク層１３０に開口１３１が設けられており、透過光が下部透明基板１１０から出るようになっている。すなわち、マスク層１３０は、画素の一部分からの光が出るようにした開口１３１が設けられた光遮断マスク（開口マスクとも呼ぶ）を含んでいる。開口１３１については、さらに後述する。
なお、マスク層１３０はゲートライン、ソースライン及びＲｅＲＡＭラインをはじめとする配線やトランジスタもマスクするようにしてもよい。

図６は、図２Ａに示す断面図と図３Ｂに示す画素回路とを有する空間光変調器１０の下面図である。図７Ａは図６のＣ－Ｃ’線に沿った断面図である。図７Ｂは図６のＤ－Ｄ’線に沿った断面図である。
図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、画素Ｐｉｘにおいてはマスク層１３０と画素電極層１４０（画素電極１４１）との間に、第１のトランジスタ（ＴＦＴ１）Ｔｒ１、第２のトランジスタ（ＴＦＴ２）Ｔｒ２、ＲｅＲＡＭ及び分割用抵抗が形成されている。ＴＦＴ１及びＴＦＴ２の各電極（ゲート、ソース及びドレインの各電極）、ＲｅＲＡＭの各電極、分割用抵抗及び、画素電極１４１は、ゲートライン、ソースライン、ＲｅＲＡＭライン及び電圧供給ライン（ＶＤＤ）と、図３Ｂの画素回路を形成するように接続している。

図６に示すように、画素電極１４１の一部に対応して、マスク層１３０に開口１３１が設けられており、透過光が下部透明基板１１０から出るようになっている。すなわち、マスク層１３０は、画素の一部分からの光が出るようにした開口１３１が設けられた光遮断マスク（開口マスク）を含んでいる。
さらに、マスク層１３０はゲートライン、ソースライン、ＲｅＲＡＭライン及び電圧供給ラインをはじめとする配線やトランジスタが露出しないようしてもよい。または、配線やトランジスタが露出しないように他の適切な遮光手当をしてもよい。

図８Ａ及び図８Ｂを参照して、本実施形態に係る空間光変調器による上側（第２の透明基板側）からの透過光について説明する。
図８Ａは空間光変調器における上側からの透過光の回析や散乱を説明するための図である。上部透明基板１２０から平行光線が入った場合、液晶層１５０、及び、配線やスイッチング素子（画素電極層１４０参照）を通る際に、界面又は構造により回析や散乱を生じ、下部透明基板１１０から出る光の波面が乱れて、映像ノイズを生じることがある。

本実施形態に係る空間光変調器による透過光について、図８Ｂを参照して説明する。図８Ｂの空間光変調器は、図２Ａのように下部透明基板１１０側にマスク層１３０を有する。
本実施形態に係る空間光変調器の上部透明基板１２０から入った平行光線は、液晶層１５０及び画素電極層１４０の界面又は構造により回析や散乱を生じる。しかし、下部透明基板１１０側に設けられたマスク層１３０により、その開口１３１から出る光においては、乱れた波面成分がマスクされて、理想的な波面のみが下部透明基板１１０から出る。これにより、ノイズの少ない映像が得られる。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、本実施形態に係る空間光変調器による下側（第１の透明基板側）からの透過光について説明する。
図９Ａは空間光変調器における透過光の回析や散乱を説明するための図である。下部透明基板１１０から光線が入った場合、画素電極層１４０及び液晶層１５０を通る際に、界面又は構造により回析や散乱を生じ、上部透明基板１２０から出る光の波面が乱れて、映像ノイズを生じることがある。

本実施形態に係る空間光変調器による透過光について、図９Ｂを参照して説明する。図９Ｂの空間光変調器は、図２Ｂのように上部透明基板１２０側にマスク層１３０を有する。
本実施形態に係る空間光変調器に下部透明基板１１０から平行光線が入った場合、上部透明基板１２０側に設けられたマスク層１３０により、その開口１３１から出る光は乱れた波面成分がマスクされて、理想的な波面のみが上部透明基板１２０から出る。これにより、ノイズの少ない映像が得られる。

すなわち、本実施形態の空間光変調器は、マスク層及び画素ごとの開口により、波面成型、すなわち収束性を向上させて、ノイズを低減させる。さらに、開口の寸法を小さくするに伴い、映像の輝度の平坦化ができる。

以上のように、本実施形態の空間光変調器は、各画素のＯＮ／ＯＦＦの保持に、コンデンサよりも微細化が可能なＲｅＲＡＭを用いる。また、従来の反射型素子ではなく透過型素子とし、かつ開口のあるマスクを設けることで、目的の変調を与えた光(領域)のみを切り出す。そして、液晶層には強誘電性液晶を利用し、屈折率変調(もしくは偏光板を利用した振幅変調)を与える。
これにより、狭画素ピッチかつ高効率の空間光変調器が実現でき、実用的な視野角を持ったホログラムディスプレイを実現できる。

図１０は本実施形態に係る開口形状の様々な例、（１）から（４）を示す図である。なお、図１０においては、図２Ａのようにマスク層１３０が下部透明基板１１０側に形成されている場合について、下面図（図４又は図６参照）を用いて説明する。図２Ｂのようにマスク層１３０が上部透明基板１２０側に形成されている場合も同様である。
図１０の（１）から（４）においては、一例として、それぞれ４つのＰｉｘを示している。各Ｐｉｘについて、開口１３１の中心位置と、画素電極１４１の中心位置とは、下面図において略一致する。
さらに、下面図において、開口１３１は画素電極１４１の一部に対応している。つまり、画素電極１４１は開口１３１を被覆する。

図１０の（１）では画素電極１４１が正方形で、開口１３１も正方形である。
図１０の（２）では画素電極１４１が正方形で、開口１３１は円形である。
図１０の（３）では画素電極１４１が長方形で、開口１３１も長方形である。
図１０の（４）では画素電極１４１が円形で、開口１３１も円形である。
開口形状は図８の（１）～（４）の例に限られない。特に画素電極の形状は長方形（正方形は長方形に含まれる）又は楕円形（円形は楕円形に含まれる）であって、開口１３１の形状も画素電極の形状とは独立に長方形又は楕円形であり、それら４通り（正方形と長方形を、円形と楕円形を区別するならば１６通り）の組み合わせについても本開示の範囲である。
画素電極１４１及び開口１３１の形状により変調される光及び透過した光の形状が変化するので、空間光変調器１０からの映像の輝度等を調整することができる。

図１１は本実施形態に係る開口形態の変形例を示す図である。図１１の例では、開口１３１の面積又は形状が画素Ｐｉｘの位置によって変化する。特に、アクティブ領域ＡＡの中心をｘｙ平面の原点として、ある画素Ｐｉｘの中心座標が（ｘ、ｙ）であるときに、そのＰｉｘの開口１３１の面積はｘ及びｙに応じて変化することができる。例えば、開口１３１の面積（Ｓ（ｘ、ｙ）とする）はｘ^２に比例しｙ^２に比例して変化し得る。つまり、ある定数Ａを用いて、Ｓ（ｘ、ｙ）＝Ａｘ^２ｙ^２としてよい。
開口１３１の面積を画素Ｐｉｘの位置によって変化するようにして、空間光変調器１０からの映像の輝度等を調整することができる。例えば、後述するようにホログラム用途では光源からの光が空間光変調器を透過する。そのため、中心部と周辺部では輝度等が異なる場合がある。開口１３１の面積を画素Ｐｉｘの位置によって変化するようにして輝度の均一性を調整することができる。
また、開口１３１の中心位置と、画素電極１４１の中心位置とは、一致していなくともよい。開口１３１の中心位置の間隔が一定でない構成とすることで、中心位置の間隔が一定の場合には表現できない空間周波数を表現できるようになる。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、本実施形態に係る空間光変調器に使用することのできる、画素回路の第３及び第４の例を示す図である。
抵抗変化型メモリＲｅＲＡＭの１個当たりの変調性能が不足する場合には、図１２Ａ又は図１２Ｂに記載のように、ＲｅＲＡＭを並列又は直列に複数接続することができる。
それに加えて、又は、それに代えて、フィラメント生成又はイオン伝導パス生成等を目的として、ＲｅＲＡＭについて異なった材料を選択することができる。
これらにより、各画素に対する変調性能を調整することができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、本実施形態に係る空間光変調器の動作例（図３Ｄの（４）参照）について説明する。
図１３Ａは、２つの画素を有する画素回路の模擬回路の例を示す図である。図１３Ａでは、画素については液晶の自発分極分のコンデンサＣと抵抗Ｒの並列で置換する。抵抗変化型メモリＲｅＲＡＭは、低抵抗状態（Ｒｏｎ）及び高抵抗状態（Ｒｏｆｆ）の二値とする。
Ｒｏｎに対する電圧ＶＭ１及び電流ＡＭ１、Ｒｏｆｆに対する電圧ＶＭ２及び電流ＡＭ２に対して、液晶の閾値電圧ＶｔｈがＶＭ１＞Ｖｔｈ＞ＶＭ２となるように、オン時間τが選択される。そして、オン時間τ内に複数個の電圧パルスＶＧ１を含むようにする。

図１３Ｂは、図１３Ａに示す回路の出力を示す図である。画素については液晶はＣ＝５．６２ｆＦとＲ＝１００ＴΩの並列で置換する。ＲｅＲＡＭについては、Ｒｏｎ＝１ｋΩ及びＲｏｆｆ＝２ＭΩの二値とする。
画素面積はホログラム用途の空間光変調器のために１μｍ四方とする。図１３Ｂにおいては、電圧パルスＶＧ１が、ピーク値＝１Ｖ、周波数＝４００ＭＨｚ、デューティー比＝０．２５のとき、ＶＭ１（実効値）＝４４７．２ｍＶであり、ＶＭ２＝２１５．０ｍＶとなる。よって液晶のＶｔｈは、２１５．０ｍＶから４４７．２ｍＶの間にする。もしくは、液晶の反転に十分な閾値電圧や周波数を選択する。

図１４は、実施形態に係る立体映像装置（ホログラム装置とも呼ぶ）１を示す図である。立体映像装置１は本開示の空間光変調器１０と、光源２０とを含む。立体映像装置１は空間光変調器１０と光源２０との間にレンズ等からなる光学系３０を含んでもよい。立体映像のために、光源２０はレーザーやスーパールミネッセントダイオード等のコヒーレントな光源である。二次元表示に使用するのであれば光源２０は発光ダイオード等であってもよい。空間光変調器１０を透過した画像は、ユーザ４０には三次元イメージ５０に見える。
図示しないが、０次光を除去するためのフィルター等を有していてもよい。
光路には、さらに映像光に反映される情報の多重化のための素子が追加されていてもよい。例えば角度多重のための光偏向素子等が挙げられる。
本開示に係る空間光変調器１０を使用することで、狭画素ピッチかつ高効率であって、実用的な視野角を持った立体映像装置が実現される。

上記した形態以外にも、本開示の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態及び各変形例で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
なお、本説明において用いられた「ＡとＢが接続」という用語は、Ａ及びＢが直接的に接続されていることに限らず、ＡとＢの間に１以上の素子（抵抗など）が介在していて間接的に接続されていてもよい。

１ 立体映像装置
１０ 空間光変調器（ＳＬＭ）
１０１ 平坦化層
１０３ 第１のアライメント層
１０５ 第２のアライメント層
１１０ 第１の透明基板
１２０ 第２の透明基板
１３０ マスク層
１３１ 開口
１４０ 画素電極層
１４１ 画素電極
１５０ 液晶層（光変調層）
１６０ 共通電極層
１９０ コンタクト
１９５ シール材
２０ 光源
３０ 光学系
４０ ユーザ
５０ 三次元イメージ
ＡＡ アクティブ領域
Ｐｉｘ 画素

Claims (10)

1. 第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含み、各画素が、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有し、
   前記画素回路がトランジスタをさらに備え、
   前記トランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記トランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記トランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続し、
   前記抵抗変化型メモリの第１の電極は前記ドレイン電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第２の電極はＲｅＲＡＭラインに接続する、空間光変調器。
2. 第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含み、各画素が、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有し、
   前記画素回路が第１のトランジスタと第２のトランジスタをさらに備え、
   前記第１のトランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記第１のトランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記第１のトランジスタのドレイン電極は前記抵抗変化型メモリの第１の電極に接続し、
   前記抵抗変化型メモリの第２の電極は前記第２のトランジスタのゲート電極及びＲｅＲＡＭラインに接続し、
   前記第２のトランジスタのソース電極は電圧供給ラインに接続し、前記第２のトランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続する、空間光変調器。
3. 各画素のための第２の画素電極が前記ＲｅＲＡＭラインに接続する、請求項２に記載の空間光変調器。
4. 第１の透明基板と第２の透明基板との間に複数の画素を含み、各画素が、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）を含む画素回路を前記第１の透明基板の側に有し、強誘電性液晶を含む光変調層を前記第２の透明基板の側に有し、
   前記画素回路が第１のトランジスタと第２のトランジスタをさらに備え、
   前記第１のトランジスタのゲート電極はゲートラインに接続し、前記第１のトランジスタのソース電極はソースラインに接続し、前記第１のトランジスタのドレイン電極は前記第２のトランジスタのゲート電極に接続し、
   前記抵抗変化型メモリの第１の電極は前記第２のトランジスタのゲート電極に接続し、前記抵抗変化型メモリの第２の電極はＲｅＲＡＭラインに接続し、
   前記第２のトランジスタのソース電極は電圧供給ラインに接続し、前記第２のトランジスタのドレイン電極は各画素のための画素電極に接続する、空間光変調器。
5. 前記光変調層より光の出射側のいずれかの面又は前記光変調層より光の入射側のいずれかの面に、開口を有するマスク層をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
6. 各画素と前記第１の透明基板との間又は各画素と前記第２の透明基板との間に、開口を有するマスク層をさらに含む、請求項５に記載の空間光変調器。
7. 各画素のための前記画素電極の形状が長方形又は楕円形であって、前記開口の形状が長方形又は楕円形である、請求項５に記載の空間光変調器。
8. 前記開口の面積が各画素の位置によって変化する、請求項５に記載の空間光変調器。
9. 前記画素回路が直列又は並列に接続された複数の前記抵抗変化型メモリを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
10. 請求項１から４のいずれか一項に記載の空間光変調器と、コヒーレント光源とを含む、立体映像装置。