JPH049009A - 空間光変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プロジェクションテレビやビデオプロジェク
タなどに用いられる空間光変調素子にかかるものであり
、特にそのセル間隔を保持するスペーサの改良に関する
ものである。

［従来の技術］ 空間光変調素子としては、例えば第５図に示すものがあ
る。これは、１９８９年、第２０回１画像工学コンファ
レンスで公表されたものである。

同図において、ポリマーとネマティック液晶からなる高
分子液晶複合体１０には、誘電体ミラー１２を挟んで、
ＢＳＯによる光導電層１４が積層されている。そして、
これらは、ＩＴＯによる透明電極１６．１８に挟まれて
おり、透明電極１８側には、ガラス基板２０が積層され
ている。

透明電極１６．１８間には、駆動用の電源２２が接続さ
れている。

情報書き込み時には、Ａｒレーザなどの書き込み光が矢
印Ｆ１で示すように光導電層１４に対して照射され、レ
ーザ光に含まれている光学情報が電荷像として蓄積され
る。他方、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどの読み出し光は、矢印
Ｆ２で示すように高分子液晶複合体１０に入射する。こ
の高分子液晶複合体１０には、光導電層１４の電荷像に
よる電界が作用している。このため、読み出し光は、電
荷像に相当する変調を受けるようになる。読み出し光は
、誘電体ミラー１２で反射されて、矢印Ｆ３で示すよう
に出力される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した高分子液晶複合体１０の膜厚は２０
ＬＬｍに設定されており、そのセルのスペーサとしては
少なくとも２０μｍのものが用いられる。また、光導電
層１４は、ＢＳＯ結晶によって研磨により形成されてお
り、数１１００ＬＬの厚さとなっている。この従来例の
空間分解能はあまり高くないため、スペーサについての
格別な条件は必要とされない。

しかし、薄膜作成法で形成されるような場合、例えば、
ａ−３ｉ；Ｈ（水素化アモルファスシリコン）によって
光導電層１４が形成される場合には、空間分解能が２０
μｍ以下となる。このように空間分解能が高い場合に前
記従来例のような２０μｍのスペーサを用いると、実際
に拡大投影したときにスペーサの陰影が見えるようにな
り、表示品質は悪いものとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、高分解能
を有する場合であっても良好な表示品質を得ることがで
きる空間光変調素子を提供することを、その目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、スペーサによってセル間隔が保持された光変
調層に入射した読出し光を、ミラー層で反射して情報の
読出しを行なう空間光変調素子において、前記スペーサ
は、素子の空間分解能を考慮した大きさの球形のもので
あって、１００個／ｍｍ２以下の量でセル内に存在する
ことを特徴とするものである。

［作用］ 本発明によれば、スペーサとして素子の空間分解能を考
慮した大きさのものが使用されるので、その陰影は表示
されない。また、スペーサは球形の形状であるので、読
出し光を直接反射する領域は他の形状と比較して最も小
さい。更に、１００個／ｍｍ２以下の量でセル内に分布
するので、画像のざらつき感も低減される。

［実施例］ 以下、本発明にかかる空間光変調素子の一実施例につい
て、添付図面を参照しながら説明する。

〈実施例〉 第１図には、本実施例の構成が示されている。

同図において、光変調素子３０には、矢印ＦＡで示す方
向から情報の書込みを行なう書込み光が入射するように
なっており、矢印ＦＢで示す方向から情報の読出しを行
なう読出し光が入射するようになっている。そしてこの
読出し光は、反射されて矢印ＦＣの方向に出力されるよ
うになっている。

書込み光入射側には、まずガラス基板３２が設りられて
おり、このガラス基板３２には透明電極３４が積層され
ている。他方、読出し光入射側にも、同様にガラス基板
３６が設けられており、このガラス基板３６には透明電
極３８が積層されている。そして、透明電極３４．３８
間には、光導電層４０．ミラー層４２．光変調層４４が
、その順で積層して形成されている。また、透明電極３
４．３８間には、適宜の電源によって必要な駆動電圧が
印加されるＪ：うになっている（図示せず）。

以上の各部のうち、光導電層４０は、薄膜作成法で形成
されるものである。また、光変調層４４は、高分子７ト
リクス中に液晶が分散保持されており、所定の間隔を維
持するためのスペーサ４６が混入されている。このスベ
〜す４６には、表示品質を向上させるために、次のよう
な条件が付は加えられる。

ａ、スペーサ４６の形状について 本実施例にかかる光変調層４４は、高分子マトリックス
中に分散された液晶による散乱効果を利用して光変調を
行なうものである。従って、スペーサ４６による光の散
乱があると、画質に悪い影響を与える。本実施例では、
スペーサ４６を球形とすることによって、かかる影響が
低減されている。

詳述すると、第３図（Ａ）には、駆動電界が印加されて
いないときの光変調層４４のスペーサ部分における読出
し光の状態が示されている。この図に示すように、スペ
ーサ４６の頂点部分に入射した光り、　Ａは、はぼその
まま元の方向に反射される。スベー力４６の頂点から離
れた位置に入射した光Ｌ　Ｂは、スペーサ４６によって
反射散乱される。また、更に離れた位置に入射した光Ｌ
Ｃは、液晶による散乱やスペーサ４６による反射によっ
て散乱される。

これを画面子てみると、同図ＣＢ）に示すように、スペ
ーサ４６の内外の何れの部分ＳＡ。

８Ｂも暗く表示される。しかし、スペーサ４６の頂点部
分４６Ｐに一ついては、白く明るく表示されることとな
る。これは、スペーサ４６が透明電極３８とミラー層４
２との間に接して存在することから生じ、黒地に白く見
えるために非常に目立−つ。これを低減するためには、
スペーサと透明電極との接触部分の面積を小さくする必
要がある。

次に、駆動電界印加時は第４図（Ａ）に示すようになる
。まず、スペーサ４６の頂点部分に入射した光Ｌ　Ｄに
ついては、同様に元の方向に反射される。スベーｇ’　
４６の頂点から離れた位置に入射した光ＬＥは、スペー
サ４６によって反射散乱される。しかし、更に離れた位
置に入射した光Ｌ　Ｐは、液晶による散乱やスペーサ４
６による反射を受けないので、そのまま誘電体ミラー１
２に入射し、ここで元の方向に反射されるようになる。

このため、画面上では、同図（Ｂ）に示すように、スペ
ーサ４６の外側の部分ＳＣは誘電体ミラー１２による反
射のため明るく表示され、内側の部分ＳＤはスペーサ４
６による散乱のため多少暗（表示される。また、スペー
サ４６の頂点部分４６Ｐについては、同様に明るく表示
されることとなる。

このように、駆動電界印加時では、スペーサ４６の部分
がやや暗く表示されるので、読出し側からみたスペーサ
４６の形状は小さいほうがよい。

以上のような観点から、本実施例では、スペサ４６は球
形となっている。

本実施例では、薄膜作成法で光導電層４０が形成されで
おり、空間分解能が４０１ｐ／ｍｒｎ程度はある。この
ような高い分解能では、１２，５μｍ程度のものは見え
てしまうことになる。従って、スペーサ４６としてはこ
れ以下の大きさである必要があり、ｌＯｕｍ以下である
ことが好ましい。

Ｃ，スベーづ４６の　　　について 次に、スペーサ４６を以上のような空間分解能以下の大
きさとしても、その数が多くなると拡大投影した時の映
像にざらつき感が生ずる。従って、大きさのみならずそ
の量も所定限度以下にする必要があり、１００個／ｍｍ
２程度がその限界となる。好ましくは、３０個／　ｍ　
ｍ　２程度がよい。

〈実験例〉 次に、以−トのような実施例に関連して行なった実験例
について説明する。

ａ、ザンブル１ パイレックスのガラス基板３２上にＩＴＯを透明電極３
４として形成する。その上に、光導電層４０として、ａ
−３ｉ（アモルファスシリコン）をＣＶＤ法により１１
０１Ｌ形成する。更にその上に、ミラー層４２として、
ＳｉとＳｉＯ□とを交互に＾／４ずつ（えは読出し光の
波長）合計１７層積層する。他方、ＩＴＯによる透明電
極３８が形成されたガラス基板３６が別に用意される。

そして、これらの各ガラス基板３２．３６間で通常の組
立ての方法によって液晶セルが形成される。このとき、
スペーサ材として、大きさが１０　ｉｚ　ｍで球形の触
媒化成工業■製の真緋球５Ｗ−１，０μが用いられる。

このようなスペーサ４６を適宜の有機溶剤中に分散させ
たものが、スピンコード法によってセル対応面に散布さ
れる。

次に、スペーサ４６によって液晶セルのすき間には高分
子液晶溶液が注入される。この溶液は、例えば、液晶と
してＢ　Ｄ　Ｈ社の商品名Ｅ−９，モノマとして２−エ
チルへキシルアクリレート、オリゴマとして日本化薬■
社の商品名ＫＡＹＡＲＡＤ（７）ＨＸ−６２０を、７：
１．２：１．８（７）重量比で混合したものに、重合開
始剤としてメルク社の商品名ｄａｒｏｃｕｒｌ　１７３
を３重量％加えたものである。

そして、この溶液に紫外線を照射して硬化させ、光変調
層４４が形成される。このときの紫外線の波長は３００
〜４００ｎｍ、強度は３ｍＷ／ｃｍ２．照射時間は３分
間である。

なお、スペーサ４６の散布量は、有機溶剤中に分散させ
る量を調整することで、上述した値となるように設定さ
れる。また、このスペーサ４６の散布量は、顕微鏡を用
いて観察することで定量化することができる。この実験
例について測定を行なったところ、スペーサ４６の散布
量は約３０個／ｍｍ”であった。

以上のようにして得られた光変調素子３０に情報の記録
を行なうとともに、記録された情報をシュリーレン光学
系（図示せず）を用いて拡大投影したところ、素子の分
解能は１２μｍであり、スペーサ４６の陰影は表示され
ず、高い表示品質が得られた。

ｂ、サンプル２〜サンプル５ 次に、上述したサンプル１と同様であって、サベーサ４
６の散布量を変えたサンプル２〜サンプル５を製作した
。そして、上述した場合と同様に拡大投影を行なうと、
次の第１表のような結果となった。

第１表 布置が多いと表示品質が低下することが分かる。

Ｃ，サンプルに のサンプル６では、スペーサ４６としてガラスファイバ
が用いられた。その他の部分は、上述したサンプル１と
同様である。ガラスファイバの直径は１０μｍ、長さは
５０〜７０μｍである。

サンプル１のスペーサが第２図（Ａｌに示す大きさであ
るとすると、このサンプル６のガラスファイバは概略同
図（Ｂ）に示す大きさとなる。ガラスファイバとしては
、■住田光学硝子製造所製の液晶ファイバを使用した。

このサンプル６について同様に拡大投影を行なったとこ
ろ、ガラスファイバが限界分解能（１２μｍ）より大き
いためにはっきりと観察され、表示品質の悪いものとな
った。

ｄ、サンプル７ このサンプル７では、スペーサ４６として１５μｍの球
形のものが用いられた。その他の部分は、上述したサン
プル１と同様である。その散布量は、約３０個／　ｍ　
ｍ　２でサンプル１と同様である。サンプル１のスペー
サが第２図（Ａｌに示す大きさであるとすると、このサ
ンプル７のスペーサは概略同図（Ｃ）に示す大きさとな
る。スペーサ材としては、積木ファインケミカル■社製
の液晶用スペーサ、ミクロバール５Ｐ−２１５を使用し
た。

この場合は、スペーサ４６の径が大きいためにセルがや
や厚くなり、限界分解能は１３μｍとなった。同様に拡
大投影を行なったところ、スペーサ４６の存在が認識で
き、表示品質の悪いものとなった。

これらの実験例から明らかなように、本実施例によれば
、 （１１スペーサを素子の空間分解能以下の大きさとした
ため、光導電層が薄膜法で形成された高分解能の空間光
変調素子であっても、高い表示品質を得ることができる
。

（２）特に、スペーサーの形状を球形とし、かつ、その
散布量を１００個／　ｍ　ｍ　”以下にすることで、ざ
らつき感のない良好な表示を得ることができる。これは
、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）１３（青）の各画像をカラ
ー合成するような場合に特に効果的である。

〈他の実施例〉 なお、本発明は、何らＬ記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、上述した実験例で示した材料や条件など
は、同様の作用を奏するように種々変更可能であり、こ
れらのものも本発明に含まれる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかる空間光変調素子に
よれば、液晶セルのスペーサとして球形のものを用いる
とともに、その大きさ、量を一定の値以下に設定するこ
ととしたので、素子が高分解能を有する場合であっても
良好な表示品質を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる空間光変調素子の一実施例を示
す構成図、第２図は各サンプルにおけるスペーサを示す
説明図、第３図及び第４図はスベサによる光の反射、散
乱の様子を示す説明図、第５図は従来例を示す説明図で
ある。 ３０・・・空間光変調素子、３２．３６・・・ガラス基
板、３４．３８・・・透明電極、４０・・・光導電層、
４２・・・ミラー層、４４・・・光変調層、４６・・・
スペーサ。 特許出願人　　日本ビクター株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スペーサによってセル間隔が保持された光変調層に入射
   した読出し光を、ミラー層で反射して情報の読出しを行
   なう空間光変調素子において、前記スペーサは、素子の
   空間分解能を考慮した大きさの球形のものであって、１
   ００個／ｍｍ＾２以下の量でセル内に存在することを特
   徴とする空間光変調素子。