JPH05173174A

JPH05173174A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH05173174A
Application number: JP34147191A
Authority: JP
Inventors: Akio Takimoto; 昭雄滝本; Junko Asayama; 純子朝山; Koji Akiyama; 浩二秋山; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】少なくとも光導電層、反射層、強誘電性液晶
層及び強誘電性液晶を配向させる配向膜を備えた空間光
変調素子であって、光導電層において整流性を有する光
導電体が画素単位に分離して形成されており、且つ画素
単位に分離された光導電体の間に絶縁層が形成されてい
ることにより、高解像度の画像表示が可能な空間光変調
素子を提供する。【構成】透明絶縁性基板１１の上に透明導電性電極１
２が形成され、その上に光導電層１３が積層され、更に
その上に金属薄膜又は多層誘電体薄膜等の反射層１４
と、液晶を配向させるポリイミド等の高分子薄膜又はＳ
ｉＯ₂斜方蒸着膜等の配向膜１５が、同一平面状に微小
な形状で画素単位に分割されて形成され、画素の間には
絶縁層２８が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィーテレビジョン、光演算装置等の画像表示
装置や画像演算装置に用いられる空間光変調素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大画面且つ高密度画素を備え
た高品位テレビが様々な方式で開発されており、一部実
用化されている。中でも、従来のブラウン管方式の代替
手段として液晶技術を使った投写型ディスプレイの開発
が盛んである。従来のブラウン管方式は、画素の高密度
化を狙うと画面の輝度が低下して画像全体が暗くなる傾
向にあり、またブラウン管自体の大型化が困難であると
いう課題がある。

【０００３】また、薄膜トランジスタ駆動方式の液晶素
子を使った投写型ディスプレイ装置は軽量小形化や低消
費電力等の点で有力な方法ではあるが、開口率が大きく
ないこと、素子自体が複雑で高価であること等が解決す
べき課題として挙げられている。

【０００４】一方、ＣＲＴを入力とした光書込み型液晶
素子との組合せは、従来より装置構造が簡単で且つＣＲ
Ｔと液晶素子の利点を組み合わせた装置として注目され
ており（特開昭６３−１０９４２２号公報等）、近年は
高感度な受光層としてアモルファスシリコン薄膜を備え
た液晶素子を使って、１００インチ以上の大画面で動画
像を映し出すことが可能となった。また、液晶材料につ
いても、高速応答が可能な強誘電性液晶を用いて、より
高解像度な液晶ライトバルブが実現できるようになっ
た。更に、このような光書込み型液晶素子は、強誘電性
液晶が持つメモリー特性と２値化特性を利用することに
より、次世代の並列演算装置や光コンピューティング装
置の核としても期待されている。

【０００５】他方、３次元立体動画映像を眼鏡なしに見
ることのできる装置としてホログラフィーテレビジョン
が注目されており、特に書換え可能なホログラム記録媒
体として液晶素子が期待されている。現在のトランジス
タ駆動方式の液晶素子の解像度は１２〜２５（ｌｐ／ｍ
ｍ）であり、今後２００（ｌｐ／ｍｍ）以上の高解像度
の実現が望まれている。

【０００６】このような画像表示装置や画像演算装置に
用いられる空間光変調素子は、液晶層、光導電層、反射
層、液晶を配向させるための配向膜等を備えており、従
来の空間光変調素子では、光導電層の中に整流性を有す
る光導電体が素子全体に渡って均一に成膜されるのが一
般的であり、このような光導電層の存在により高速応答
が可能となると共に、電気信号のみで素子の各画素又は
全面の状態を初期状態に戻すことが可能である（特開昭
６４−１８１３０号公報）。

【０００７】一方、従来の空間光変調素子において、光
書き込み後の変調された光出力を読み出すために、液晶
層と光導電層との間に金属反射層を分離して設けられた
素子構造（特開昭６２−１６９１２０号公報）や、金属
反射層の代わりに誘電体反射薄膜層が設けられた素子構
造が提案されている。このような素子構造において、高
密度な画像入力を書き込む限界解像度は、例えば次式に
よって与えられる。

【０００８】

【数１】

【０００９】式(1) において、ｆは解像度、ρは受光層
の体積抵抗率、Ｃは受光層と液晶層の容量和、τは液晶
の応答時間である。代表的な数値例として、ρ＝１０¹⁰
Ω・ｃｍ、Ｃ＝１０ｎＦ／ｃｍ²、τ＝１００μｓか
ら、ｆ＝１００（ｌｐ／ｍｍ）を得る。現在、誘電体反
射膜を設けた場合は、最大１２５（ｌｐ／ｍｍ）の解像
度が確認されている（１９９０年秋季応用物理学会予稿
集２６ａ−Ｈ−９）。

【００１０】一方、出力画像が鮮明な画素を有する金属
反射膜の場合は１００（ｌｐ／ｍｍ）以上の微細画素形
成が要求される。現在のシリコン半導体技術における微
細加工技術として、パターン線幅がμｍオーダー以下の
加工が可能なフォトリソグラフィー技術が開発されてお
り、この技術を用いることにより、１画素が１０μｍ角
で且つ画素間の幅１μｍ以下のパターン形成が可能であ
る。

【００１１】特に、後者の空間光変調素子は各画素形状
が鮮明であり、ハイビジョンテレビ等の大画面且つ高密
度ディスプレイに応用される光書き込み型素子として、
開口率が大きく且つ高輝度画面を表示可能な空間光変調
素子の実現が期待されている。また、強誘電性液晶の持
つ閾値特性による２値化処理能力を利用した光演算素子
は、個々の要素（画素に相当）が明瞭な閾値と画素形状
を有するため、光情報による並列演算装置の主要素子と
して提案されている（特願平３−１１４５号、特願平３
−１１４６号）。

【００１２】また、少なくとも光導電層と強誘電性液晶
層を備えた空間光変調素子において、出力光のコントラ
ストを高くするために、透過型空間光変調素子の場合、
強誘電性液晶層の厚さを約２μｍに、反射型空間光変調
素子の場合、約１μｍに設定することが好ましく、空間
光変調素子を製造する際には、強誘電性液晶層を均一且
つ高精度のセル厚を実現することが重要となる。従来の
空間光変調素子においては、直径１μｍ〜２μｍのビー
ズ球を基板上の強誘電性液晶層の中に分散させて、対向
基板に対して均一な間隙を形成することにより、均一な
セル厚を有する強誘電性液晶層を形成するのが一般的な
方法である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】高解像度を有する画像
表示素子、又は高密度情報を有する２次元情報処理を行
う光演算素子として、強誘電性液晶を用いた空間光変調
素子があり、その解像度の限界を与える要因として、
(1) 受光層で発生した光キャリアの面内方向の拡散長、
(2) 整流性を持つことによる受光層内部の各接合界面に
おける電荷のドリフト、(3) 隣接画素間の電界強度漏れ
によるクロストーク、(4) 強誘電性液晶の最小ドメイン
の大きさ、等が考えられる。

【００１４】特に、分離された金属反射層が設けられた
素子構造では、要因(1) と要因(2)の影響による解像度
劣化が大きく、これらの要因で決定される解像度限界に
より、分離された反射面を有するタイプの空間光変調素
子の画素密度が決定される。従って、受光層内の光キャ
リアの面内方向の拡散を抑制と共に、受光層内部の各接
合界面における電荷のドリフトの減少を実現することが
解決すべき課題の一つであった。

【００１５】一方、高密度画素を持つ空間光変調素子の
製造工程において、強誘電性液晶層を形成する際に、従
来の製造方法であるビーズを分散させる方法を用いた場
合、ビーズの誘電率が周囲の液晶より大きいため、ビー
ズが付着した画素部分の静電容量成分が大きくなって、
その画素の応答速度が低下するという課題があった。ま
た、強誘電性液晶層の厚さの均一性に対する許容誤差も
厳しくなりつつあり、従来のビーズ分散方法では、高精
度の膜厚均一性の実現には限界があるという課題があっ
た。

【００１６】本発明は、前記課題を解決するため、液晶
層、光導電層、液晶を配向させる配向膜等を備えた空間
光変調素子において、前述したような光導電層内で生ず
る解像度劣化を防止した素子構造を備えることにより、
高密度化された情報を忠実に表示することができる空間
光変調素子を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の空間光変調素子は、少なくとも光導電層、
反射層、強誘電性液晶層及び強誘電性液晶を配向させる
配向膜を備えた空間光変調素子であって、光導電層にお
いて整流性を有する光導電体が画素単位に分離して形成
されており、且つ画素単位に分離された光導電体の間に
絶縁層が形成されていることを特徴とする。

【００１８】前記構成において、整流性を有する光導電
体が、ダイオ−ド構造を有するアモルファスシリコン半
導体であることが好ましい。また、前記構成において、
反射層が、整流性を有する光導電体の上部に、画素単位
に分割されていることが好ましい。

【００１９】また、前記構成において、反射層が、金属
薄膜であることが好ましい。また、前記構成において、
絶縁層の少なくとも一部の膜厚が、整流性を有する光導
電体の膜厚より大きいことが好ましい。

【００２０】また、前記構成において、絶縁層と光導電
体の膜厚の差が、０．５μｍから３．０μｍの範囲であ
ることが好ましい。

【００２１】

【作用】前記構成によれば、少なくとも光導電層、反射
層、強誘電性液晶層及び強誘電性液晶を配向させる配向
膜を備えた空間光変調素子であって、光導電層に整流性
を有する光導電体が形成されていることにより、そのス
イッチング速度を著しく向上させることができる。ま
た、バイアス光が無い状態で、整流性を有する光導電体
に順方向に電圧を印可することにより、強誘電性液晶層
に大きな電界を印可して、画像メモリ状態を強制的に初
期状態に戻すことができる。一方、何らかの画像パター
ンが受光された状態で、整流性を有する光導電体に逆方
向に電圧が印可される場合、光入力のある画素は低抵抗
状態となるため、その部分の強誘電性液晶の配位が反転
すると共に、光入力のない画素部分は高抵抗のままであ
って強誘電性液晶の配位は反転しない。

【００２２】また、光導電層において、整流性を有する
光導電体が画素単位に分離して形成され、且つ画素単位
に分離された光導電体の間に絶縁層が形成されているこ
とにより、受光層で発生した光キャリアの面内方向の拡
散、及び整流性を持つことによる受光層内部の各接合界
面における電荷のドリフトを防ぐことができるため、こ
れらの影響による解像度劣化を抑制することができる。

【００２３】また、整流性を有する光導電体が、ダイオ
ード構造を有するアモルファスシリコン半導体であるこ
とにより、大面積の成膜が容易で且つ光電流発生の量子
効率が良好な受光層を容易に形成することができる。

【００２４】また、反射層が、整流性を有する光導電体
の上部に画素単位に分割されていることにより、画素間
の領域における光反射を抑制することができ、画素間の
コントラストが向上して、画像のにじみやぼけを向上さ
せることができる。

【００２５】また、反射層が金属薄膜であることによ
り、光反射率が良好な反射層を形成することが容易とな
る。また、絶縁層の少なくとも一部の膜厚が、整流性を
有する光導電体の膜厚より大きいことにより、絶縁層の
膜厚と光導電体の膜厚の膜厚制御により、強誘電性液晶
層のセル厚さを決定することができるため、従来のビー
ズ分散方法を用いたことによる課題を解決して、高精度
のセル厚均一性を実現することができる。

【００２６】また、絶縁層と光導電体の膜厚の差が、
０．５μｍから３．０μｍの範囲であることにより、出
力光のコントラストが高い透過型空間光変調素子又は反
射型空間光変調素子を実現することができる。

【００２７】以下、図面を参照しながら、本発明の作用
について具体的に説明する。図１は本発明の空間光変調
素子の一実施例の断面図であり、図１を用いて上述した
解像度劣化が改善される様子を説明する。

【００２８】光導電層１３は、画素単位ごとに整流性の
あるｐｉｎ型ダイオードを構成しており、その上に金属
薄膜からなる反射層１４が画素単位に分離されて形成さ
れている。なお、光導電層１３は、大面積に成膜が容易
で、且つ光電流発生の量子効率がほぼ理想的な１に近い
値を有するアモルファスシリコン層とすることが好まし
い。一方、画素の間には絶縁層２８が形成される。この
ような素子構造により、画素に相当する部分のｐｉｎ構
造が柱状に平面内に二次元的に分布すると共に、その画
素の間の領域は絶縁層２８によって充填された画素パタ
ーン形状となる。このような空間光変調素子１に逆バ
イアス電圧を印可しながら光を照射すると、光電流がｉ
層で発生し、そのうち電子はｎ層の側に、正孔はｐ層の
側にドリフトする。画素の間の領域は、光導電層１３が
無く絶縁層２８のみが形成されているため、低抵抗な界
面のチャンネル層が無く、画素の間の部分は常に高抵抗
領域となり、画素単位で発生した電子や正孔等の電荷が
隣りの画素まで移動することが抑制され、画素間のクロ
ストークが解消される。

【００２９】図２は本発明の空間光変調素子の他の実施
例の断面図である。画素を分離する絶縁層２８の膜厚
が、画素部の光導電層１３の膜厚より厚い素子構造であ
るため、絶縁層２８と光導電層１３の膜厚差によって液
晶層の厚みが決定されることになる。従って、従来のビ
ーズ分散方法では膜厚制御のために分散されたビーズが
画素上に付着して該画素の応答や解像度を劣化させてい
たが、図２では画素上にビーズが付着することが無くな
り、液晶が異常配向する欠陥画素の発生を解消すること
ができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明の空間光変調素子の
一実施例の断面図である。ガラス等の透明絶縁性基板１
１の上に、各画素の間の部分にクロム等からなる遮光膜
２７が形成され、画像書き込みの際に、光が画素の間に
入射すること及び素子の反対側への光漏れを防いでい
る。その表面に、ＩＴＯやＳｎＯ_x等の透明導電性電極
１２が形成され、更にその上に水素化アモルファスシリ
コン半導体等からなる光導電層１３がダイオード構造で
ｐ層、ｉ層及びｎ層の順で積層されて、画素単位に分離
して形成される。

【００３１】光導電層１３に使用される材料は、例えば
ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ等の化合
物半導体や、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体や、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ_1-xＣ_x、Ｓｉ_1-xＧｅ_x、Ｇ
ｅ_1-xＣ_x（０＜ｘ＜１）の多結晶又は非晶質半導体等
の半導体、又は(1) フタロシアニン顔料（以下、「Ｐ
ｃ」と略す）、例えば無金属Ｐｃ、ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｏ、ＴｉＯ、Ｍｇ、Ｓｉ（ＯＨ）₂等）、Ａｌ
ＣｌＰｃＣｌ、ＴｉＯＣｌＰｃＣｌ、ＩｎＣｌＰｃＣ
ｌ、ＩｎＣｌＰｃ、ＩｎＢｒＰｃＢｒ等、(2) モノアゾ
色素、ジスアゾ色素等のアゾ系色素、(3) ペニレン酸無
水化物、ペニレン酸イミド等のペニレン系顔料、(4) イ
ンジゴイド染料、(5) キナクリドン顔料、(6) アントラ
キノン類、ピレンキノン類等の多環キノン類、(7) シア
ニン色素、(8) キサンテン染料、(9）ＰＶＫ／ＴＮＦ等
の電荷移動錯体、(10)ビリリウム塩染料とポリカーボネ
イト樹脂から形成される共晶錯体、(11)アズレニウム塩
化合物等の有機半導体がある。

【００３２】また、非晶質のＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ
_1-xＣ_x、Ｓｉ_1-xＧｅ_x、Ｇｅ_1-xＣ_x（以下、ａ−
Ｓｉ、ａ−Ｇｅ、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x、ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ
_x、ａ−Ｇｅ _1-xＣ_xのように略す）を光導電層１３に
使用する場合、水素又はハロゲン元素を含めても構わ
ず、誘電率の低減や抵抗率の増加のため酸素又は窒素を
含めても構わない。また、抵抗率の制御にはｐ型不純物
であるＢ、Ａｌ、Ｇａ等の元素を、又はｎ型不純物であ
るＰ、Ａｓ、Ｓｂ等の元素を添加しても構わない。

【００３３】このように不純物を添加した非晶質材料を
積層してｐ／ｎ、ｐ／ｉ、ｉ／ｎ、ｐ／ｉ／ｎ等の接合
を形成し、光導電層１３内に空乏層を形成するようにし
て誘電率、暗抵抗率又は動作電圧極性を制御しても構わ
ない。このような非晶質材料だけでなく、上記の材料を
２種類以上積層してヘテロ接合を形成して光導電層１３
内に空乏層を形成しても構わない。また、光導電層１３
の膜厚は０．１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。

【００３４】光導電層１３の上には、アルミニウム、ク
ロム、チタン等の金属薄膜からなる反射層１４が形成さ
れ、更にその上に、ナイロンやポリイミド等の高分子薄
膜やＳｉＯ₂斜方蒸着膜などからなり液晶を配向するた
めの配向膜１５が形成される。従って、光導電層１３、
反射層１４及び配向膜１５は、画素単位に分離された画
素パターンとして形成される。なお、配向膜１５は、強
誘電性液晶分子の配向を層方向と平行になるように形成
されており、その厚さは１０００オングストローム以下
であり、特に１００オングストローム以下が好ましい。

【００３５】一方、画素の間の領域には、各画素間の電
気的絶縁のために、酸化シリコン等からなる絶縁層２８
が埋め込まれる。強誘電性液晶層１６は樹脂製ビーズ等
のスペーサ１７によってセル厚が決定される。特に、出
力光のコントラストが高くするために、透過型空間光変
調素子の場合は、強誘電性液晶層１６の厚さは約２μｍ
に、反射型空間光変調素子の場合は、約１μｍに設定す
ることが好ましい。また、強誘電性液晶層１６の材料
は、強誘電性液晶であるカイラルスメクティックＣ液晶
が好ましい。

【００３６】同様に、ガラス等の透明絶縁性基板２０の
上にも、ＩＴＯやＳｎＯ_x等の透明導電性電極１９が形
成され、その上にも、配向膜１５と同様な配向層１８が
素子全面に渡って一様に形成される。

【００３７】次に、空間光変調素子１の動作について説
明する。光導電層１３が積層された基板側から入射光２
１によってパターン情報が記録される。素子の反対側に
おいて、読み出し光２２が偏光子２３を介して照射さ
れ、記録されたパターン情報に対応して変調された出力
光２４が検光子２５を介して出力される。なお、偏光子
２３と検光子２５の偏光方向は直交している。

【００３８】図２は、本発明の空間光変調素子の他の実
施例の断面図である。本実施例の空間光変調素子１は、
図１に示したものとほぼ同様であるが、強誘電性液晶層
１６のセル厚を決定するために、ビーズを画素上に分散
させる代わりに、絶縁層２８の膜厚が光導電層１３の膜
厚より厚い素子構造を採用している点が相違する。従っ
て、絶縁層２８と光導電層１３の膜厚差を制御すること
により、高精度で且つ均一性が良好なセル厚みを有する
強誘電性液晶層１６を形成することができる。

【００３９】図３は図２の空間光変調素子の上方から見
た絶縁層のパターン形状の一例である。画素７０の間の
領域に形成された絶縁層２８の一部が対向側の配向膜１
８と密着せず、液晶が通過可能なトンネル部７１が形成
されている。このトンネル部７１は、空間光変調素子の
製造工程において、液晶を各画素セルに注入する際の通
過路として機能する。

【００４０】図８は、本発明の空間光変調素子の他の実
施例であって、図８ａは空間光変調素子の上方から見た
絶縁層のパターン形状の他の例であり、図８ｂはその断
面図である。この例では、画素７０の間の領域に形成さ
れた絶縁層２８の一部が、柱状の突起部２８ａとして、
数画素の間隔ごとに形成されており、この突起部２８ａ
の先端までの高さから配向膜１５の高さの差により強誘
電性液晶層１６のセル厚が決定される。

【００４１】以下、本発明に係る空間光変調素子の具体
的な実施例について詳説する。（実施例１）本実施例において、図１に示した空間光変
調素子の製造について、図４を参照しながら説明する。

【００４２】（ａ）工程において、透明絶縁性基板１１
として、５５ｍｍ×４５ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板
を用いて、その上に５００オングストロームの厚さのク
ロム膜を蒸着法により全面に渡って成膜する。次に、フ
ォトリソグラフィーを用いて、１画素に相当する４０μ
ｍ角の窓を、縦横方向に４５μｍピッチの画素パターン
で、画素間に相当する部分の遮光膜２７を形成する。更
に、その上に１０００オングストローム厚のＩＴＯをス
パッタ法により成膜し、透明導電性電極１２を全面に渡
って形成する。

【００４３】次に、２．３μｍ厚のｐ／ｉ／ｎダイオー
ド構成の水素化アモルファスシリコン膜を積層して、有
効面積が３５ｍｍ×３５ｍｍである光導電層１３を形成
するために、プラズマＣＶＤ法により、先ず有効面積内
にボロンを１０００ｐｐｍ添加したｐ層を膜厚５００オ
ングストロームに成膜し、更に膜厚２μｍの無添加ｉ層
と、膜厚２０００オングストロームのリン添加ｎ層を連
続成膜する。

【００４４】次に、この基板上に電子ビーム蒸着法によ
りアルミニウム薄膜を膜厚１５００オングストロームに
成膜して、反射層１４を形成する。更に、その上に、ス
ピンコートを用いて、ポリイミド薄膜を膜厚２００オン
グストロームに成膜して、配向膜１５を形成する。な
お、本工程後に、配向膜１５をナイロン布によりラビン
グして配向処理することができるが、後工程で配向処理
しても構わない。

【００４５】（ｂ）工程において、フォトリソグラフィ
ーを用いて、４０μｍ角の画素を縦横方向４５μｍピッ
チで画素パターンで、各画素に相当する部分にレジスト
膜３０をパターン形成する。

【００４６】（ｃ）工程において、各画素の間に相当す
る部分のポリイミド薄膜の配向膜１５を酸素プラズマに
よりドライエッチングし、更にアルミニウム薄膜の反射
層１４を酸性液によるウェットエッチングで除去する。
続いて、水素化アモルファスシリコンは、フッ酸系の溶
液によるウェットエッチング、又はＣＦ₄と酸素による
リアクティブ・イオン・エッチングにより各画素の間が
除去されて、光導電層１３の画素パターンが形成され
る。

【００４７】（ｄ）工程において、熱ＣＶＤ法による酸
化シリコン膜の形成方法、又はスピンコートによる酸化
シリコン高分子膜の形成方法により、光導電層１３の表
面及び分離された画素の間の部分に絶縁層２８を形成し
及び埋め込む。

【００４８】（ｅ）工程において、フッ酸系の溶液によ
るウェットエッチング又はＣＨＦ₃のリアクティブ・イ
オン・エッチングにより、画素部分の配向膜１５のポリ
イミド膜が露出するように、余分の酸化シリコン膜が除
去されることにより、画素間の絶縁層２８が形成され
る。このようにして、図１の空間光変調素子の一方の基
板側が形成される。

【００４９】一方、図１に示す片側の透明絶縁性基板２
０の上にはＩＴＯの透明導電性電極１９をスパッタ法に
より全面に形成した後、前述の方法と同様にポリイミド
の配向膜１８を全面に積層した。そして、配向膜１５、
１８の表面をナイロン布で一定方向に擦ることにより、
配向膜の配向処理を行なう。

【００５０】次に、強誘電性液晶層１６の形成について
説明する。厚さが約１μｍの強誘電性液晶層１６を実現
するため、片側の基板の配向膜１５の表面に、イソプロ
ピールアルコール中に分散させた直径１μｍのビーズか
らなるスペーサ１７をスプレーによって撒いた後、透明
絶縁性基板１１、２０の周囲にＵＶ硬化樹脂を塗布しお
互いに接着させることにより液晶セルを作製した。この
液晶セルの中に真空中で強誘電液晶（商品名「ＺＬＩ−
３６５４」、メルク社製）を注入した後、均一配向を得
るために強誘電液晶の相転移温度（６２℃）以上の温度
に加熱し、１℃／分以下の徐冷速度で室温にもどし再配
向させた。このようにして本発明に係る空間光変調素子
１を得ることができた。

【００５１】次に、得られた空間光変調素子１の特性評
価について説明する。図６は、空間光変調素子の評価に
用いた投写型ディスプレイ装置の概略構成図である。空
間光変調素子１に光書き込みを行う手段として、縦が４
８０画素、横が６５０画素の分解能を有するＣＲＴディ
スプレイ４３を用いた。読み出し光は、メタルハライド
ランプの光源４０から出射して、コンデンサーレンズ４
１により集光され、偏光ビームスプリッタ４２を介して
空間光変調素子１に照射される。出力像は、偏光ビーム
スプリッタ４２で反射されて、レンズ４４で拡大されス
クリーン４５に結像される。ＣＲＴディスプレイ４３の
画面上の各画素が、空間光変調素子１の分割された画素
内に書き込まれると、スクリーン４５では四角形状の画
素に変換される。

【００５２】その結果、開口率が８０％と大きく、且つ
１００インチ相当の大きさに拡大した像はスクリーン４
５上で２０００ルーメンの照度を持つ明るい画像が得ら
れる。更に、画像のコントラストは２５０：１、解像度
は縦方向６５０本ＴＶライン数が確認された。

【００５３】また、動画像を出力したところビデオレー
トの動きに対して残像が無く、鮮明な高輝度画像が得ら
れた。また、ＲＧＢの３原色に対応したＣＲＴディスプ
レイ４３と空間光変調素子１の組み合わせを３組用意し
て、スクリーン上で合成することにより、カラー画像を
得ることができた。

【００５４】（実施例２）本実施例において、図２及び
図３に示した空間光変調素子の製造について、図５を参
照しながら説明する。実施例１に示した同様の製造方法
を用いるが、強誘電性液晶層１６のセル厚さを制御する
ためのビーズ等のスペーサの代わりに、画素間の絶縁層
２８がセル厚さを決定している点が相違する。また、図
３に示したように画素分離の絶縁層２８の一部を除去し
たのは、全ての画素に強誘電性液晶を注入するトンネル
部７１を確保するためである。

【００５５】本実施例では画素の形状が８μｍ角で、画
素ピッチが１０μｍで、縦３２００画素×横３２００画
素の画素パターンを有する空間光変調素子を作製した。
従って、全画素数は１０⁷個以上となる。

【００５６】実施例１の工程と同様に、遮光膜２７、透
明性導電膜１２、水素化アモルファスシリコンの光導電
層１３、反射層１４及び配向膜１５を連続して成膜後
（ａ工程）、レジスト膜３０を塗布してパターン形成し
（ｂ工程）、各種エッチングを用いて光導電層１３、反
射層１４及び配向膜１５を画素単位に分離形成する（ｃ
工程）。

【００５７】次に、（ｄ）工程において、絶縁層２８と
して、酸化シリコン膜を形成し埋め込んだ後、強誘電性
液晶層１６のセル厚さを制御するための突起部２８ａを
形成するために、突起部２８ａの位置に対応したレジス
ト膜３１をパターン形成する。

【００５８】（ｅ）工程において、酸化シリコン膜の絶
縁層２８をレジスト膜３１が無い部分について除去し、
画素部分の配向膜１５を露出させる。その結果、画素間
の絶縁層２８の突起部２８ａの高さと、画素の配向膜１
５の高さとの差が約１μｍとなり、反射型空間光変調素
子において最大コントラストが得られる強誘電性液晶層
のセル厚を形成することができた。

【００５９】得られた空間光変調素子の特性は、解像度
評価用の写真画像を記録した後、記録画像を読み出した
ところ、１００（ｌｐ／ｍｍ）の解像度を確認すること
ができた。

【００６０】次に、本実施例の空間光変調素子をホログ
ラフィーテレビジョン装置として特性評価した結果を説
明する。図９は、空間光変調素子の評価に用いたホログ
ラフィーテレビジョン装置の概略構成図である。空間光
変調素子に光書き込みを行う手段として、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ５１からのコヒーレント光がハーフミラー５２で分
割されて、一方の光束がレンズ５６を介して被写体５０
を通ってＣＣＤ５８に照射され、他方の光束がレンズ５
４、５５からなるビームエキスパンダを通り、ハーフミ
ラー５７を介してＣＣＤ５８に参照光として照射され、
ＣＣＤ５８の撮像面上に干渉縞パターンが形成される。
干渉縞パターンの画像データは電気信号に変換され、Ｃ
ＲＴ６５に転送され再生される。

【００６１】ＣＲＴ６５の画面上で再生された干渉縞パ
ターンの画像データは、レンズ６６により空間光変調素
子１に光書き込みされ記録される。なお、空間光変調素
子１の画素パターンは８μｍ角の画素が１０μｍピッチ
で３２００×３２００＝約１０⁷画素のものを使用し
た。

【００６２】画像の読み出しは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６１
からのコヒーレント光がレンズ６２、６３からなるビー
ムエキスパンダを通り、偏光ビームスプリッタ６４を介
して空間光変調素子１に照射され、変調された出力光が
偏光ビームスプリッタ６４を通過してレンズ６７によ
り、反射モードによる立体像を肉眼６８で観察される。

【００６３】その結果、実時間表示される立体画像を再
生することができ、被写体５０の動きを実時間ホログラ
ムで観察することができた。また、開口率は６４％で、
画像のコントラストは２００：１、解像度は１００ライ
ン／ｍｍの各性能が確認された。

【００６４】（実施例３）本実施例において、図７に示
した空間光変調素子の製造について、図４を参照しなが
ら説明する。実施例１に示した同様の製造方法を用いる
が、画素間の絶縁層２８として、高分子のポリイミド膜
を塗布形成する点が相違する。図４に示した（ａ）工程
から（ｃ）工程までは同様であるが、（ｄ）工程におい
て、ポリイミド膜をスピンコートし、（ｅ）工程におい
て、酸素プラズマエッチングによって画素部分の反射層
１４が露出するまで除去する。そして、再び配向膜１５
としてのポリイミド層を全面に渡って２００オングスト
ロームの膜厚で成膜した後、ラビング処理等の配向処理
を行う。その後の製造工程は実施例１に示したものと同
様である。

【００６５】次に、得られた空間光変調素子を図６の投
写型ディスプレイ装置として特性評価した結果、実施例
１と同様に、水平解像度６５０本以上の高解像度で１５
００ルーメンの高輝度な画像を得ることができた。

【００６６】（実施例４）本実施例において、図８に示
した空間光変調素子の製造について、図５を参照しなが
ら説明する。実施例２に示した同様の製造方法を用いる
が、強誘電性液晶層１６のセル厚さを制御するためのビ
ーズ等のスペーサの代わりに、画素間の絶縁層２８の柱
状の突起部２８ａが部分的に形成されて、セル厚さを決
定している点が相違する。従って、製造工程は図５と同
様であるが、（ｄ）工程において突起部２８ａ形成のた
めのレジスト膜３１のパターンが異なるだけとなる。な
お、突起部２８ａは縦横それぞれ６画素ごとに画素間領
域の交差点に形成した。

【００６７】得られた空間光変調素子のセル厚さは、画
素の存在する有効面積の範囲において、１μｍ±０．０
２μｍという高い精度を示した。また、突起部２８ａが
存在する交差点近傍の画素における応答特性は、突起部
２８ａが無い交差点近傍の画素と同等であり、投写型デ
ィスプレイ装置の１００インチ画像において均質な画質
が得られた。

【００６８】

【発明の効果】以上詳説したように、本発明の空間光変
調素子は、少なくとも光導電層、反射層、強誘電性液晶
層及び強誘電性液晶を配向させる配向膜を備えた空間光
変調素子であって、光導電層として整流性を有する光導
電体が画素単位に分離して形成され且つ画素単位に分離
された光導電体の間に絶縁層が形成されていることによ
り、光キャリアの面内方向の拡散及び各接合界面におけ
る電荷のドリフトを防止して、これらの影響による解像
度劣化を抑制することができるため、高解像度の画像を
記録し表示可能な空間光変調素子を得ることができる。

【００６９】また、整流性を有する光導電体が、ダイオ
ード構造を有するアモルファスシリコン半導体であるこ
とにより、大面積の成膜が容易で且つ光電流発生の量子
効率が良好な受光層を容易に形成することができるた
め、製造コストの安価な空間光変調素子を得ることがで
きる。

【００７０】また、反射層が、整流性を有する光導電体
の上部に画素単位に分割されていることにより、高いコ
ントラストの画像を記録し表示可能な空間光変調素子を
得ることができる。

【００７１】また、反射層が金属薄膜であることによ
り、光反射率が良好な反射層を形成することが容易とな
り、空間光変調素子の製造工程が簡略になる。また、絶
縁層の少なくとも一部の膜厚が、整流性を有する光導電
体の膜厚より大きいことにより、絶縁層の膜厚と光導電
体の膜厚の膜厚制御により、強誘電性液晶層のセル厚さ
の精度及び均一性が良くなり、光量ムラの少ない画像を
記録し表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調素子の一実施例の断面図で
ある。

【図２】本発明の空間光変調素子の他の実施例の断面図
である。

【図３】図２の空間光変調素子の上方から見た絶縁層の
パターン形状の一例である。

【図４】本発明の空間光変調素子の製造方法の一例を説
明するための断面図である。

【図５】本発明の空間光変調素子の製造方法の他の例を
説明するための断面図である。

【図６】空間光変調素子の評価に用いた投写型ディスプ
レイ装置の概略構成図である。

【図７】本発明の空間光変調素子の他の実施例の断面図
である。

【図８】本発明の空間光変調素子の他の実施例であっ
て、図８ａは空間光変調素子の上方から見た絶縁層のパ
ターン形状の他の例であり、図８ｂはその断面図であ
る。

【図９】空間光変調素子の評価に用いたホログラフィー
テレビジョン装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１空間光変調素子１１、２０透明絶縁性基板１２、１９透明導電性電極１３光導電層１４反射層１５、１８配向膜１６強誘電性液晶層１７スペーサ２１入射光２２読み出し光２３偏光子２４出力光２５検光子２７遮光層２８絶縁層２８ａ突起部３０、３１レジスト膜４０光源４１コンデンサーレンズ４２偏光ビームスプリッタ４３ＣＲＴディスプレイ４４レンズ４５スクリーン５１、６１Ｈｅ−Ｎｅレーザ５２、５７ハーフミラー５３ミラー５４、５５、５６、６２、６３、６６、６７レンズ５８ＣＣＤ６４偏光ビームスプリッタ６５ＣＲＴ６８肉眼７０画素７１トンネル部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藏富靖規大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川久仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも光導電層、反射層、強誘電性
液晶層及び前記強誘電性液晶を配向させる配向膜を備え
た空間光変調素子であって、前記光導電層において整流
性を有する光導電体が画素単位に分離して形成されてお
り、且つ画素単位に分離された光導電体の間に絶縁層が
形成されていることを特徴とする空間光変調素子。
【請求項２】整流性を有する光導電体が、ダイオ−ド
構造を有するアモルファスシリコン半導体である請求項
１に記載の空間光変調素子。
【請求項３】反射層が、整流性を有する光導電体の上
部に、画素単位に分割されている請求項１又は２に記載
の空間光変調素子。
【請求項４】反射層が、金属薄膜である請求項３に記
載の空間光変調素子。
【請求項５】絶縁層の少なくとも一部の膜厚が、整流
性を有する光導電体の膜厚より大きい請求項１に記載の
空間光変調素子。
【請求項６】絶縁層と光導電体の膜厚の差が、０．５
μｍから３．０μｍの範囲である請求項５に記載の空間
光変調素子。