JPH0519289A - 空間光変調素子 - Google Patents
空間光変調素子Info
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- JPH0519289A JPH0519289A JP3340600A JP34060091A JPH0519289A JP H0519289 A JPH0519289 A JP H0519289A JP 3340600 A JP3340600 A JP 3340600A JP 34060091 A JP34060091 A JP 34060091A JP H0519289 A JPH0519289 A JP H0519289A
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- photoconductive layer
- spatial light
- light modulator
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/135—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied
- G02F1/1354—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied having a particular photoconducting structure or material
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
- G06N3/067—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using optical means
- G06N3/0675—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using optical means using electro-optical, acousto-optical or opto-electronic means
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/10—Materials and properties semiconductor
- G02F2202/103—Materials and properties semiconductor a-Si
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高感度、高速応答の空間光変調素子を実現す
る。 【構成】 ｐｉｎ接合を有する光導電層103と液晶層107
を透明導電性電極102,106ではさんだ構造で、光導電層1
03に空間光変調素子114の駆動に必要な逆バイアス電圧
が光導電層103に印加されるとｉ層全体に空乏層が形成
される。
る。 【構成】 ｐｉｎ接合を有する光導電層103と液晶層107
を透明導電性電極102,106ではさんだ構造で、光導電層1
03に空間光変調素子114の駆動に必要な逆バイアス電圧
が光導電層103に印加されるとｉ層全体に空乏層が形成
される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理装置あるい
はディスプレイに用いられる空間光変調素子に関するも
のである。
はディスプレイに用いられる空間光変調素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】空間光変調素子は、光論理演算や光ニュ
−ロコンピュ−ティングなどの光情報処理を実現するた
めの重要な素子である。空間光変調素子は光書き込み型
のものと、電気書き込み型のものとに二分できる。電気
書き込み型は、表示内容を電気的に書き換えるため制御
しやすい利点があるが、線順次に内容を書き込むため表
示容量が大きくなると全体を書き換えるのに長い時間を
要する欠点がある。一方、光書き込み型は、表示内容を
２次元並列の光情報によって書き換えるため、表示内容
量に書き込み時間は依存しない。そのため、光書き込み
型の空間光変調素子は、２次元の光情報を並列に、かつ
高速に処理することを特長とする光演算に欠かせない素
子として期待されている。このような光書き込み型の空
間光変調素子で最も一般的になものは、光導電層と液晶
層を組み合わせた構造をしている。例えば、図６に示す
ような透明導電性電極604,605を形成した２枚のガラス
基板606,607で非晶質Ｓｉ光導電層602と強誘電性液晶層
603をサンドイッチしたものが報告されている（参考文
献 ジ−．モデル 他、アプライド フィジックス レ
ター５５巻 ６号 ５３７−５３９頁 １９８９年、G.
Moddel et al.:Appl.Phys.Lett. 55(6) (1989) pp.537-
539.）。
−ロコンピュ−ティングなどの光情報処理を実現するた
めの重要な素子である。空間光変調素子は光書き込み型
のものと、電気書き込み型のものとに二分できる。電気
書き込み型は、表示内容を電気的に書き換えるため制御
しやすい利点があるが、線順次に内容を書き込むため表
示容量が大きくなると全体を書き換えるのに長い時間を
要する欠点がある。一方、光書き込み型は、表示内容を
２次元並列の光情報によって書き換えるため、表示内容
量に書き込み時間は依存しない。そのため、光書き込み
型の空間光変調素子は、２次元の光情報を並列に、かつ
高速に処理することを特長とする光演算に欠かせない素
子として期待されている。このような光書き込み型の空
間光変調素子で最も一般的になものは、光導電層と液晶
層を組み合わせた構造をしている。例えば、図６に示す
ような透明導電性電極604,605を形成した２枚のガラス
基板606,607で非晶質Ｓｉ光導電層602と強誘電性液晶層
603をサンドイッチしたものが報告されている（参考文
献 ジ−．モデル 他、アプライド フィジックス レ
ター５５巻 ６号 ５３７−５３９頁 １９８９年、G.
Moddel et al.:Appl.Phys.Lett. 55(6) (1989) pp.537-
539.）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】空間光変調素子の基本
的な動作原理は、光導電層への光照射により、液晶層の
電圧を変化させて液晶層を通過する光を変調することで
ある。従って、空間光変調素子の感度および応答速度を
決める要因は液晶の応答速度の他に、光導電層に流れる
光電流の大きさである。理想的な光電流は光照射強度が
一定であれば、量子効率１の光電流である。従って、量
子効率１を実現すれば、使用している液晶に対して、最
も高い光感度および最も速い応答速度を達成することが
できるということである。
的な動作原理は、光導電層への光照射により、液晶層の
電圧を変化させて液晶層を通過する光を変調することで
ある。従って、空間光変調素子の感度および応答速度を
決める要因は液晶の応答速度の他に、光導電層に流れる
光電流の大きさである。理想的な光電流は光照射強度が
一定であれば、量子効率１の光電流である。従って、量
子効率１を実現すれば、使用している液晶に対して、最
も高い光感度および最も速い応答速度を達成することが
できるということである。
【０００４】しかし、従来例の空間光変調素子601の場
合、量子効率１の光電流が流れるように設計されておら
ず、高感度および高速応答を実現できていなかった。
合、量子効率１の光電流が流れるように設計されておら
ず、高感度および高速応答を実現できていなかった。
【０００５】本発明による空間光変調素子は、上記の問
題点を解決するべく、ほぼ量子効率１の光電流を流せる
光導電層を用いることにより、素子の光感度及び応答速
度の向上を図るものである。
題点を解決するべく、ほぼ量子効率１の光電流を流せる
光導電層を用いることにより、素子の光感度及び応答速
度の向上を図るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の空間光変調素子は、ｐ型領域、ｉ型領域およ
びｎ型領域を有する光導電層と液晶層を対向する２つの
導電性電極ではさんだ構造を有し、空間光変調素子を動
作するために２つの導電性電極間に印加される電圧を光
導電層に逆バイアスになるように印加した時に、光導電
層のｉ型領域全体に空乏層が発生することを特徴とす
る。
に本発明の空間光変調素子は、ｐ型領域、ｉ型領域およ
びｎ型領域を有する光導電層と液晶層を対向する２つの
導電性電極ではさんだ構造を有し、空間光変調素子を動
作するために２つの導電性電極間に印加される電圧を光
導電層に逆バイアスになるように印加した時に、光導電
層のｉ型領域全体に空乏層が発生することを特徴とす
る。
【０００７】
【作用】量子効率１の状態は、言い替えれば、光照射に
よって生成したキャリヤの損失がまったく無い状態であ
る。つまり、深いトラップや再結合によるキャリヤの損
失が無く、光導電層をキャリヤが走りきることである。
キャリヤの損失を防止する方法として最も有効であるの
が、先ず、トラップや再結合中心となるような欠陥のな
い薄膜を形成することである。欠陥を少なくすることに
より局在準位を介した再結合は減少できるが、電子と正
孔が直接再結合してしまう場合もある。このようなキャ
リヤの損失をなくすためには、光生成した電子・正孔対
を分離し、すばやく電極に走行させなければならない。
つまり、キャリヤを生成、走行させる部分の電界を大き
くし、電界によりキャリヤの分離を行うとともに、キャ
リヤの移動速度を加速して再結合する前に光導電層を走
りきってしまうようにする必要がある。そのためには、
光導電層全体に空乏層を形成し、外部電界が光導電層に
効果的にかかるようにすればよい。
よって生成したキャリヤの損失がまったく無い状態であ
る。つまり、深いトラップや再結合によるキャリヤの損
失が無く、光導電層をキャリヤが走りきることである。
キャリヤの損失を防止する方法として最も有効であるの
が、先ず、トラップや再結合中心となるような欠陥のな
い薄膜を形成することである。欠陥を少なくすることに
より局在準位を介した再結合は減少できるが、電子と正
孔が直接再結合してしまう場合もある。このようなキャ
リヤの損失をなくすためには、光生成した電子・正孔対
を分離し、すばやく電極に走行させなければならない。
つまり、キャリヤを生成、走行させる部分の電界を大き
くし、電界によりキャリヤの分離を行うとともに、キャ
リヤの移動速度を加速して再結合する前に光導電層を走
りきってしまうようにする必要がある。そのためには、
光導電層全体に空乏層を形成し、外部電界が光導電層に
効果的にかかるようにすればよい。
【０００８】空間光変調素子に用いられる光導電層は半
導体で構成される。半導体は不純物の添加により、その
電気特性を著しく変化させることができる。つまり、半
導体の自由キャリヤが電子に比べて正孔が多いｐ型半導
体、反対に電子が多いｎ型半導体、および不純物添加し
ていない真性（ｉ型ともいう）半導体である。これらの
半導体をつないでｐｎ接合、ｐｉｎ接合を形成すること
により、これらの接合部分に空乏層を発生させることが
できる。これらの接合に逆バイアスを印加した時は、キ
ャリヤが吐き出され空乏層領域は両側に広がっていき、
このバイアスは主にこの空乏層にかかる。従って、空間
光変調素子を動作させている電圧において、光導電層内
部全体に空乏層が形成されるように光導電層を設計すれ
ば、光キャリヤの損失がなく、空間光変調素子の光感度
および応答速度を高めることができる。
導体で構成される。半導体は不純物の添加により、その
電気特性を著しく変化させることができる。つまり、半
導体の自由キャリヤが電子に比べて正孔が多いｐ型半導
体、反対に電子が多いｎ型半導体、および不純物添加し
ていない真性（ｉ型ともいう）半導体である。これらの
半導体をつないでｐｎ接合、ｐｉｎ接合を形成すること
により、これらの接合部分に空乏層を発生させることが
できる。これらの接合に逆バイアスを印加した時は、キ
ャリヤが吐き出され空乏層領域は両側に広がっていき、
このバイアスは主にこの空乏層にかかる。従って、空間
光変調素子を動作させている電圧において、光導電層内
部全体に空乏層が形成されるように光導電層を設計すれ
ば、光キャリヤの損失がなく、空間光変調素子の光感度
および応答速度を高めることができる。
【０００９】
【実施例】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に本発明の一実施例として作製した空
間光変調素子の断面図を示す。素子の構成は、透明絶縁
性基板101（例えばガラス板）上に透明導電性電極（例
えば、ＩＴＯまたはＳｎＯx）102を形成しており、その
上に光導電層103、および金属電極104を積層し、これと
透明導電性電極106を形成した透明絶縁性基板105で液晶
層107をサンドイッチしている。また、液晶層107の両側
にはＳｉＯ2斜法蒸着膜またはラビング処理を施した高
分子薄膜からなる配向膜108を配置し、スペーサ109を用
いて液晶層107を封入している。
ら説明する。図１に本発明の一実施例として作製した空
間光変調素子の断面図を示す。素子の構成は、透明絶縁
性基板101（例えばガラス板）上に透明導電性電極（例
えば、ＩＴＯまたはＳｎＯx）102を形成しており、その
上に光導電層103、および金属電極104を積層し、これと
透明導電性電極106を形成した透明絶縁性基板105で液晶
層107をサンドイッチしている。また、液晶層107の両側
にはＳｉＯ2斜法蒸着膜またはラビング処理を施した高
分子薄膜からなる配向膜108を配置し、スペーサ109を用
いて液晶層107を封入している。
【００１０】光導電層103は、透明導電性電極102側より
ｐｉｎダイオ−ド構造を形成してあり、整流性を持つ。
光導電層103を構成する具体的な材料としては、水素を
含んだ非晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧ
ｅx，Ｇｅ1-xＣx（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｇｅ：
Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＣx：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＧｅx：Ｈ，ａ−
Ｇｅ 1-xＣx：Ｈのように略す）が挙げられる。また、こ
のような材料を用いた場合、ｐ型不純物としてはＢ，Ａ
ｌ，Ｇａなどの元素、ｎ型不純物としてはＰ，Ａｓ，Ｓ
ｂ，Ｓｅなどの元素が用いられる。次に、空乏層が光導
電層全体に広がる条件について、上記の材料の中で最も
代表的なａ−Ｓｉ：Ｈを取り上げて考える。先ず、ｐｉ
ｎ構造のうちｐ／ｉ接合に注目する。ｐ層のアクセプタ
密度（Ｎa）およびｉ層のドナ−密度（Ｎd）が各層中で
一定であり、ドナ−もアクセプタもすべてイオン化して
いるとし、しかも不純物密度が接合部分で階段状に変化
しているものと仮定すると、ｐ層中に形成される空乏層
幅ｄp、ｉ層中に形成される空乏層幅ｄiは、それぞれ
（数１）および（数２）のように表される（例えば、和
田正信著 半導体工学 朝倉書店 pp.76-78 参照）。
ｐｉｎダイオ−ド構造を形成してあり、整流性を持つ。
光導電層103を構成する具体的な材料としては、水素を
含んだ非晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧ
ｅx，Ｇｅ1-xＣx（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｇｅ：
Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＣx：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＧｅx：Ｈ，ａ−
Ｇｅ 1-xＣx：Ｈのように略す）が挙げられる。また、こ
のような材料を用いた場合、ｐ型不純物としてはＢ，Ａ
ｌ，Ｇａなどの元素、ｎ型不純物としてはＰ，Ａｓ，Ｓ
ｂ，Ｓｅなどの元素が用いられる。次に、空乏層が光導
電層全体に広がる条件について、上記の材料の中で最も
代表的なａ−Ｓｉ：Ｈを取り上げて考える。先ず、ｐｉ
ｎ構造のうちｐ／ｉ接合に注目する。ｐ層のアクセプタ
密度（Ｎa）およびｉ層のドナ−密度（Ｎd）が各層中で
一定であり、ドナ−もアクセプタもすべてイオン化して
いるとし、しかも不純物密度が接合部分で階段状に変化
しているものと仮定すると、ｐ層中に形成される空乏層
幅ｄp、ｉ層中に形成される空乏層幅ｄiは、それぞれ
（数１）および（数２）のように表される（例えば、和
田正信著 半導体工学 朝倉書店 pp.76-78 参照）。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】ここで、εは比誘電率、ε0は真空中の誘
電率、Ｖdは拡散電位、Ｖ0は外部からの印加電圧（但
し、ｐ層が負の時Ｖ0＜０）である。通常、ａ−Ｓｉ：
Ｈのｐ層のアクセプタ密度は、通常１ｘ１０17〜１ｘ１
０20ｃｍ-3であり、ｉ層のドナ−密度は１ｘ１０16ｃｍ
-3以下である。従って、Ｎa》Ｎdとすることができ、ま
た、Ｖdは０．９Ｖ以下でありＶd《Ｖ0とすることがで
きるため、ｄp及びｄiは、それぞれ（数３）及び（数
４）のように近似できる。
電率、Ｖdは拡散電位、Ｖ0は外部からの印加電圧（但
し、ｐ層が負の時Ｖ0＜０）である。通常、ａ−Ｓｉ：
Ｈのｐ層のアクセプタ密度は、通常１ｘ１０17〜１ｘ１
０20ｃｍ-3であり、ｉ層のドナ−密度は１ｘ１０16ｃｍ
-3以下である。従って、Ｎa》Ｎdとすることができ、ま
た、Ｖdは０．９Ｖ以下でありＶd《Ｖ0とすることがで
きるため、ｄp及びｄiは、それぞれ（数３）及び（数
４）のように近似できる。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】ここで、光を吸収して光キャリヤを発生
し、キャリヤを輸送するのはｉ層であるから、ｉ層での
空乏層幅が光導電層103の光電流に対して最も影響が大
きいと考えられる。そこで、ｉ層に注目してｉ層の空乏
層幅ｄiを求める。（数４）においてε＝１２、ε0＝
８．８５ｘ１０-14（Ｆ／ｃｍ）、５（Ｖ）≦（−Ｖ0）
≦１５（Ｖ）、ｅ＝１．６ｘ１０-19（Ｃ）、Ｎd＝１ｘ
１０16ｃｍ-3とおくと、ｄiは（数５）の範囲をとる。
但し、Ｖ0の設定は、空間光変調素子に印加される外部
電圧は逆バイアス時はほとんど光導電層103にかかるこ
とから、実際に空間光変調素子を駆動する場合に用いる
外部電圧とした。
し、キャリヤを輸送するのはｉ層であるから、ｉ層での
空乏層幅が光導電層103の光電流に対して最も影響が大
きいと考えられる。そこで、ｉ層に注目してｉ層の空乏
層幅ｄiを求める。（数４）においてε＝１２、ε0＝
８．８５ｘ１０-14（Ｆ／ｃｍ）、５（Ｖ）≦（−Ｖ0）
≦１５（Ｖ）、ｅ＝１．６ｘ１０-19（Ｃ）、Ｎd＝１ｘ
１０16ｃｍ-3とおくと、ｄiは（数５）の範囲をとる。
但し、Ｖ0の設定は、空間光変調素子に印加される外部
電圧は逆バイアス時はほとんど光導電層103にかかるこ
とから、実際に空間光変調素子を駆動する場合に用いる
外部電圧とした。
【００１７】
【数５】
【００１８】また、ｉ／ｎ接合でもｐ／ｉ接合の場合と
同様に考えることができて、ｉ層にできる全空乏層幅は
（数６）で表される。
同様に考えることができて、ｉ層にできる全空乏層幅は
（数６）で表される。
【００１９】
【数６】
【００２０】これより、ｉ層全体に空乏層を形成するに
は少なくともｉ層の膜厚を２．８μｍ以下にする必要が
あり、特に、１．６μｍ以下に設定すると、空間光変調
素子を動作させ得る如何なる外部電圧Ｖ0が印加された
ときでも、空乏層はｉ層全体に広がっており、高感度お
よび高速応答を実現できる。
は少なくともｉ層の膜厚を２．８μｍ以下にする必要が
あり、特に、１．６μｍ以下に設定すると、空間光変調
素子を動作させ得る如何なる外部電圧Ｖ0が印加された
ときでも、空乏層はｉ層全体に広がっており、高感度お
よび高速応答を実現できる。
【００２１】実際に、上記の見積りが正否を調べるため
に、アクセプタ密度の分かっているｐ型低抵抗単結晶Ｓ
ｉ基板およびドナー密度の分かっているｎ型低抵抗単結
晶Ｓｉ基板にそれぞれｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を積層し、
電圧−容量（Ｃ−Ｖ）特性を測定した。その結果、それ
ぞれの場合で、±０．１μｍ誤差で（数５）に示す値と
一致することを確認した。一方、ｄiの下限について
は、光導電層103のｐｉｎ接合破壊の電界強度から決定
されることがわかった。つまり、上記の材料を用いてｐ
ｉｎダイオ−ドを構成した場合、接合のブレークダウン
の電界強度は５ｘ１０5Ｖ／ｃｍであることからｉ層の
膜厚は少なくとも０．１μｍ以上必要である。ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ以外の他の材料ａ−Ｇｅ：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＣx：
Ｈ，ａ−Ｓｉ1- xＧｅx：Ｈ，ａ−Ｇｅ1-xＣx：Ｈの場合
は、（数４）において、比誘電率εの値が個々の材料に
依って値が異なるだけで、ａ−Ｓｉ：Ｈの場合と同様に
求めることができる。
に、アクセプタ密度の分かっているｐ型低抵抗単結晶Ｓ
ｉ基板およびドナー密度の分かっているｎ型低抵抗単結
晶Ｓｉ基板にそれぞれｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を積層し、
電圧−容量（Ｃ−Ｖ）特性を測定した。その結果、それ
ぞれの場合で、±０．１μｍ誤差で（数５）に示す値と
一致することを確認した。一方、ｄiの下限について
は、光導電層103のｐｉｎ接合破壊の電界強度から決定
されることがわかった。つまり、上記の材料を用いてｐ
ｉｎダイオ−ドを構成した場合、接合のブレークダウン
の電界強度は５ｘ１０5Ｖ／ｃｍであることからｉ層の
膜厚は少なくとも０．１μｍ以上必要である。ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ以外の他の材料ａ−Ｇｅ：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＣx：
Ｈ，ａ−Ｓｉ1- xＧｅx：Ｈ，ａ−Ｇｅ1-xＣx：Ｈの場合
は、（数４）において、比誘電率εの値が個々の材料に
依って値が異なるだけで、ａ−Ｓｉ：Ｈの場合と同様に
求めることができる。
【００２２】また、上述のように光導電層103の光電流
を大きくするには、ｉ層における空乏層の幅だけでな
く、キャリアを捕獲または再結合させる欠陥の数を減少
させることも重要であった。このような欠陥の数を知る
一つの目安として、ダンングリングボンド密度がある。
このダングリングボンド密度は、電子スピン共鳴（ＥＳ
Ｒ）によって測定されるが、少なくともｉ層において、
この値を１０16ｃｍ-3以下にする必要がある。このダン
グリングボンドの密度を減らすために、光導電層103中
に、水素原子と同様にダングリングボンドを終端する働
きを持つ酸素原子または窒素原子を微量、例えば０．０
５〜０．１ｗｔ％添加してもよい。
を大きくするには、ｉ層における空乏層の幅だけでな
く、キャリアを捕獲または再結合させる欠陥の数を減少
させることも重要であった。このような欠陥の数を知る
一つの目安として、ダンングリングボンド密度がある。
このダングリングボンド密度は、電子スピン共鳴（ＥＳ
Ｒ）によって測定されるが、少なくともｉ層において、
この値を１０16ｃｍ-3以下にする必要がある。このダン
グリングボンドの密度を減らすために、光導電層103中
に、水素原子と同様にダングリングボンドを終端する働
きを持つ酸素原子または窒素原子を微量、例えば０．０
５〜０．１ｗｔ％添加してもよい。
【００２３】液晶層107に用いる材料としては、ネマテ
ィック液晶、強誘電性液晶、ポリマー中に液晶を分散さ
せた分散型液晶が挙げられる。強誘電性液晶用いた場
合、液晶層の厚みを小さくできることから電気インピー
ダンスを小さくでき、光導電層の膜厚を薄く設定できる
とともに、高速応答が可能で、メモリ機能ももつことか
ら、非常に有用である。また、強誘電性液晶の透過特性
は電圧に対し急峻な閾値特性を有するため、入力光に対
する閾値処理を行う上では最適な材料である。また、分
散型液晶を用いた場合は偏光板および配向膜が不用とい
う利点がある。
ィック液晶、強誘電性液晶、ポリマー中に液晶を分散さ
せた分散型液晶が挙げられる。強誘電性液晶用いた場
合、液晶層の厚みを小さくできることから電気インピー
ダンスを小さくでき、光導電層の膜厚を薄く設定できる
とともに、高速応答が可能で、メモリ機能ももつことか
ら、非常に有用である。また、強誘電性液晶の透過特性
は電圧に対し急峻な閾値特性を有するため、入力光に対
する閾値処理を行う上では最適な材料である。また、分
散型液晶を用いた場合は偏光板および配向膜が不用とい
う利点がある。
【００２４】図１の空間光変調素子は反射型で動作す
る。入力光110は透明絶縁性基板101より入射し、出力光
113は読み出し光112を偏光ビームスプリッター111を通
して透明絶縁性基板105側より入射することにより得ら
れる。金属電極104は光導電層103に流れる光電流を集め
る電極として働くと同時に、読み出し光112を反射する
鏡として作用する。金属電極104を構成する材料は、反
射率の高い金属薄膜で、例えば、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏなどである。図２に示すように金属電極104の
代わりに屈折率の異なる誘電体を交互に積層した多層誘
電体ミラー201を使用してもよい。この場合、入力光と
しては画像を扱うことができ、入力画像202に対し液晶
層107で変調された出力画像203を得ることができる。ま
た、上述の材料を光導電層103に用いる場合は、光導電
層103の表面反射率が３０−４０％程度あるので、多層
誘電体ミラー201を用いなくても同様な動作を実現する
ことができる。但し、この場合、光導電層103の最も液
晶層107に近いｎ層は出力画像203の解像度を上げるため
に、ｎ層でのキャリヤの横方向への拡散を抑える必要が
ある。そのため、抵抗率の小さいａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｇ
ｅ：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＧｅx：Ｈ，ａ−Ｇｅ1-xＣx：Ｈな
どの材料でｎ層を構成する場合は、抵抗率を高める目的
で、酸素または窒素を０．０１〜０．１ｗｔ％添加す
る、あるいは水素含有量をｉ層の値に対して５％以上２
０％以下の割合で増加させるのがが好ましい。
る。入力光110は透明絶縁性基板101より入射し、出力光
113は読み出し光112を偏光ビームスプリッター111を通
して透明絶縁性基板105側より入射することにより得ら
れる。金属電極104は光導電層103に流れる光電流を集め
る電極として働くと同時に、読み出し光112を反射する
鏡として作用する。金属電極104を構成する材料は、反
射率の高い金属薄膜で、例えば、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏなどである。図２に示すように金属電極104の
代わりに屈折率の異なる誘電体を交互に積層した多層誘
電体ミラー201を使用してもよい。この場合、入力光と
しては画像を扱うことができ、入力画像202に対し液晶
層107で変調された出力画像203を得ることができる。ま
た、上述の材料を光導電層103に用いる場合は、光導電
層103の表面反射率が３０−４０％程度あるので、多層
誘電体ミラー201を用いなくても同様な動作を実現する
ことができる。但し、この場合、光導電層103の最も液
晶層107に近いｎ層は出力画像203の解像度を上げるため
に、ｎ層でのキャリヤの横方向への拡散を抑える必要が
ある。そのため、抵抗率の小さいａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｇ
ｅ：Ｈ，ａ−Ｓｉ1-xＧｅx：Ｈ，ａ−Ｇｅ1-xＣx：Ｈな
どの材料でｎ層を構成する場合は、抵抗率を高める目的
で、酸素または窒素を０．０１〜０．１ｗｔ％添加す
る、あるいは水素含有量をｉ層の値に対して５％以上２
０％以下の割合で増加させるのがが好ましい。
【００２５】図１の空間光変調素子は反射型であるが、
図３に示すように金属電極104をＩＴＯ，ＳｎＯxなどの
透明導電性電極301に置き換え、偏光子302と検光子303
を両側に配置すると透過型で動作する。入力光304と同
一方向から読み出し光305を入射し、読み出し光305の透
過光として出力光306を得る。また、光導電層103を可視
光を透過する禁止体幅をもつ材料で構成した場合は、透
明導電性電極301をなくすこともでき、この場合は入力
光304および出力光306として画像を扱うことができる。
以下に具体的な実施例について説明する。
図３に示すように金属電極104をＩＴＯ，ＳｎＯxなどの
透明導電性電極301に置き換え、偏光子302と検光子303
を両側に配置すると透過型で動作する。入力光304と同
一方向から読み出し光305を入射し、読み出し光305の透
過光として出力光306を得る。また、光導電層103を可視
光を透過する禁止体幅をもつ材料で構成した場合は、透
明導電性電極301をなくすこともでき、この場合は入力
光304および出力光306として画像を扱うことができる。
以下に具体的な実施例について説明する。
【００２６】（実施例１）図１の断面図に示すように、
ガラス基板101上に0.05〜0.2μｍ厚のＩＴＯをスパッタ
法により成膜し、透明導電性電極102を形成した。次
に、プラズマＣＶＤ法によりｐ（0.01〜0.1μｍ）／ｉ
（0.5〜1.6μｍ）／ｎ（0.05〜0.5μｍ）ダイオ−ド構
造のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を積層して光導電層103を作製し
た。続いて、0.05〜0.5μｍ厚のＡｌ金属電極104を形成
した。続いて、ラビング処理を施したポリイミド配向膜
108を積層した。これとＩＴＯの透明導電性電極パター
ン106およびポリイミド配向膜108を積層したガラス基板
105との間に0.5〜2μｍ厚の強誘電性液晶層107をサンド
イッチして反射型空間光変調素子（１）114を作製し
た。
ガラス基板101上に0.05〜0.2μｍ厚のＩＴＯをスパッタ
法により成膜し、透明導電性電極102を形成した。次
に、プラズマＣＶＤ法によりｐ（0.01〜0.1μｍ）／ｉ
（0.5〜1.6μｍ）／ｎ（0.05〜0.5μｍ）ダイオ−ド構
造のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を積層して光導電層103を作製し
た。続いて、0.05〜0.5μｍ厚のＡｌ金属電極104を形成
した。続いて、ラビング処理を施したポリイミド配向膜
108を積層した。これとＩＴＯの透明導電性電極パター
ン106およびポリイミド配向膜108を積層したガラス基板
105との間に0.5〜2μｍ厚の強誘電性液晶層107をサンド
イッチして反射型空間光変調素子（１）114を作製し
た。
【００２７】また、これとは別に光導電層103のｉ層の
膜厚を2.5〜3.5μｍとした素子（２）も作製した。これ
らの素子に、図４に示すような交流電圧波形（Ｖp＝７
Ｖ、Ｔp：Ｔ＝１：１０、Ｔ＝３３３μｓ）を２つの透
明導電性電極102,106間に印加し、入力光110に緑色ＬＥ
Ｄ光（中心波長565nm）、読みだし光112にＨｅ−Ｎｅレ
ーザ(633nm)を用いて動作を調べた。ここで簡単に素子
の動作について、図４を用いて説明する。但し、印加電
圧は、透明導電性電極106が＋になるように設定した。
入力光110は光導電層103が逆バイアスされる＋のパルス
印加時に照射され、これによって液晶層107にかかる電
圧が増加して液晶はＯＦＦ状態からＯＮ状態へスイッチ
し、出力光113が出力される。その後、光導電層103が順
バイアスされる−のパルスが印加されると液晶層107に
は光照射如何にかかわらず、液晶はＯＦＦ状態にスイッ
チされる。
膜厚を2.5〜3.5μｍとした素子（２）も作製した。これ
らの素子に、図４に示すような交流電圧波形（Ｖp＝７
Ｖ、Ｔp：Ｔ＝１：１０、Ｔ＝３３３μｓ）を２つの透
明導電性電極102,106間に印加し、入力光110に緑色ＬＥ
Ｄ光（中心波長565nm）、読みだし光112にＨｅ−Ｎｅレ
ーザ(633nm)を用いて動作を調べた。ここで簡単に素子
の動作について、図４を用いて説明する。但し、印加電
圧は、透明導電性電極106が＋になるように設定した。
入力光110は光導電層103が逆バイアスされる＋のパルス
印加時に照射され、これによって液晶層107にかかる電
圧が増加して液晶はＯＦＦ状態からＯＮ状態へスイッチ
し、出力光113が出力される。その後、光導電層103が順
バイアスされる−のパルスが印加されると液晶層107に
は光照射如何にかかわらず、液晶はＯＦＦ状態にスイッ
チされる。
【００２８】上記のような動作条件で、素子（１）の光
感度は９μＷ、立ち上がり時間は３０μｓであるのに対
し、素子（２）の方は光感度１５μＷ、立ち上がり時間
５０μｓであった。
感度は９μＷ、立ち上がり時間は３０μｓであるのに対
し、素子（２）の方は光感度１５μＷ、立ち上がり時間
５０μｓであった。
【００２９】また、素子（１）のｉ層のダングリングボ
ンド密度を測定したところ、５ｘ１ 15０〜１ｘ１０16ｃ
ｍ-3であることがわかった。
ンド密度を測定したところ、５ｘ１ 15０〜１ｘ１０16ｃ
ｍ-3であることがわかった。
【００３０】（実施例２）実施例１で作製した空間光変
調素子114においてＡｌ金属電極104を1000x1000の２次
元アレイ状に多数形成した空間光変調素子501と、書き
込み光源502としてＣＲＴ（陰極線管）、投射用光源503
として反射鏡付きハロゲンランプ、投射用レンズ系50
4、偏光ビームスプリッター505、スクリーン506を用い
て図５に示すような投射型ディスプレイ装置を作製し
た。この装置において、ＣＲＴ502上に映し出された映
像が、スクリーン506上に拡大投影されることを確認し
た。
調素子114においてＡｌ金属電極104を1000x1000の２次
元アレイ状に多数形成した空間光変調素子501と、書き
込み光源502としてＣＲＴ（陰極線管）、投射用光源503
として反射鏡付きハロゲンランプ、投射用レンズ系50
4、偏光ビームスプリッター505、スクリーン506を用い
て図５に示すような投射型ディスプレイ装置を作製し
た。この装置において、ＣＲＴ502上に映し出された映
像が、スクリーン506上に拡大投影されることを確認し
た。
【００３１】（実施例３）図２の断面図に示すように、
ガラス基板101上に0.05〜0.2μｍ厚のＩＴＯをスパッタ
法により成膜し、透明導電性電極102を形成した。次
に、プラズマＣＶＤ法によりｐ（0.01〜0.3μｍ）／ｉ
（0.1〜1.2μｍ）／ｎ（0.05〜0.3μｍ）ダイオ−ド構
造のａ−Ｓｉ0.8Ｃ0.2：Ｈ膜を積層して光導電層103を
作製した。続いて、Ｓｉ3Ｎ4薄およびＴａ2Ｏ5薄膜を交
互に多数積層した多層誘電体鏡201を形成した後、ラビ
ング処理を施したポリイミド配向膜108を積層した。こ
れとＩＴＯの透明導電性電極パターン106およびポリイ
ミド配向膜108を積層したガラス基板105との間に0.5〜2
μｍ厚の強誘電性液晶層107をサンドイッチして反射型
空間光変調素子（１）114を作製した。
ガラス基板101上に0.05〜0.2μｍ厚のＩＴＯをスパッタ
法により成膜し、透明導電性電極102を形成した。次
に、プラズマＣＶＤ法によりｐ（0.01〜0.3μｍ）／ｉ
（0.1〜1.2μｍ）／ｎ（0.05〜0.3μｍ）ダイオ−ド構
造のａ−Ｓｉ0.8Ｃ0.2：Ｈ膜を積層して光導電層103を
作製した。続いて、Ｓｉ3Ｎ4薄およびＴａ2Ｏ5薄膜を交
互に多数積層した多層誘電体鏡201を形成した後、ラビ
ング処理を施したポリイミド配向膜108を積層した。こ
れとＩＴＯの透明導電性電極パターン106およびポリイ
ミド配向膜108を積層したガラス基板105との間に0.5〜2
μｍ厚の強誘電性液晶層107をサンドイッチして反射型
空間光変調素子（１）114を作製した。
【００３２】また、これとは別に光導電層103のｉ層の
膜厚を2.5〜3.0μｍとした素子（２）も作製した。これ
らの素子に、図４に示すような交流電圧波形（Ｖp＝７
Ｖ、Ｔp：Ｔ＝１：１０、Ｔ＝３３３μｓ）を２つの透
明導電性電極102,106間に印加し、緑色の入力画像202を
入力し、読みだし光112に白色光を用いて出力画像203を
観察した。その結果、素子（１）は、コントラストが３
００：１以上の美しい出力画像が得られたのに対し、素
子（２）は、不鮮明な出力像しか得られなかった。素子
（２）の電圧をＶp＝１５Ｖのにすると出力像は改善さ
れたが、数分の駆動で液晶層の破壊を生じてしまった。
膜厚を2.5〜3.0μｍとした素子（２）も作製した。これ
らの素子に、図４に示すような交流電圧波形（Ｖp＝７
Ｖ、Ｔp：Ｔ＝１：１０、Ｔ＝３３３μｓ）を２つの透
明導電性電極102,106間に印加し、緑色の入力画像202を
入力し、読みだし光112に白色光を用いて出力画像203を
観察した。その結果、素子（１）は、コントラストが３
００：１以上の美しい出力画像が得られたのに対し、素
子（２）は、不鮮明な出力像しか得られなかった。素子
（２）の電圧をＶp＝１５Ｖのにすると出力像は改善さ
れたが、数分の駆動で液晶層の破壊を生じてしまった。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、高感度で、高速動作で
可能な空間光変調素子が得られる。
可能な空間光変調素子が得られる。
【図１】本発明の一実施例における空間光変調素子の断
面図
面図
【図２】本発明の一実施例における空間光変調素子の断
面図
面図
【図３】本発明の一実施例における空間光変調素子の断
面図
面図
【図４】本発明における空間光変調素子の一実施例で使
用した印加電圧、入力光、出力光のタイミングの一例を
示す図
用した印加電圧、入力光、出力光のタイミングの一例を
示す図
【図５】本発明における空間光変調素子の一実施例で使
用した投射型表示装置の構成図
用した投射型表示装置の構成図
【図６】従来例の空間光変調素子の断面図
１０１，１０５ 透明絶縁性基板
１０２，１０６ 透明導電性電極
１０３ 光導電層
１０４ 金属電極
１０７ 液晶層
１０８ 配向膜
１０９ スペーサ
１１０ 入力光
１１１ 偏光ビームスプリッター
１１２ 読み出し光
１１３ 出力光
１１４ 空間光変調素子
Claims (8)
- 【請求項１】ｐ型領域、ｉ型領域およびｎ型領域を有す
る光導電層と液晶層を対向する２つの導電性電極ではさ
んだ構造を有する空間光変調素子において、前記空間光
変調素子を動作するために前記２つの導電性電極間に印
加される電圧を前記光導電層に逆バイアスになるように
印加した時に、前記光導電層のｉ型領域全体に空乏層が
発生することを特徴とする空間光変調素子。 - 【請求項２】光導電層と液晶層の間に導電性電極を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調素子。 - 【請求項３】光導電層が、炭素、珪素またはゲルマニウ
ムの元素のうち少なくとも１種類以上と水素原子を含む
非晶質半導体で形成されることを特徴とする請求項１に
記載の空間光変調素子。 - 【請求項４】液晶層が強誘電性液晶から成ることを特徴
とする請求項１に記載の空間光変調素子。 - 【請求項５】光導電層のｉ型領域の厚みが０．１μｍ以
上１．６μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記
載の空間光変調素子。 - 【請求項６】光導電層が酸素または窒素の元素のうち少
なくとも１種類以上含むことを特徴とする請求項３に記
載の空間光変調素子。 - 【請求項７】光導電層のｎ型領域の水素含有量がｉ型領
域に比べて多いことを特徴とする請求項３に記載の空間
光変調素子。 - 【請求項８】光導電層のｎ型領域に酸素または窒素の原
子の含有量が多いことを特徴とする請求項３に記載の空
間光変調素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-1146 | 1991-01-09 | ||
| JP114691 | 1991-01-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0519289A true JPH0519289A (ja) | 1993-01-29 |
| JP2762808B2 JP2762808B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=11493301
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3340601A Expired - Fee Related JP2795015B2 (ja) | 1991-01-09 | 1991-12-24 | 空間光変調素子および神経ネットワーク回路 |
| JP3340600A Expired - Fee Related JP2762808B2 (ja) | 1991-01-09 | 1991-12-24 | 空間光変調素子および投写型ディスプレイ装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3340601A Expired - Fee Related JP2795015B2 (ja) | 1991-01-09 | 1991-12-24 | 空間光変調素子および神経ネットワーク回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5428711A (ja) |
| EP (2) | EP0494666B1 (ja) |
| JP (2) | JP2795015B2 (ja) |
| DE (2) | DE69221171T2 (ja) |
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| JP2011257581A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光学材料 |
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| JP3583535B2 (ja) * | 1994-12-12 | 2004-11-04 | ゼロックス コーポレイション | 光学的にアドレスされたニューラルネットワーク |
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