JPH05333368A

JPH05333368A - 空間光変調素子およびその製造方法

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Publication number: JPH05333368A
Application number: JP14239492A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tanaka; 幸生田中; Akio Takimoto; 昭雄滝本; Kuni Ogawa; 久仁小川; Koji Akiyama; 浩二秋山; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Junko Asayama; 純子朝山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1993-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】画素間に配置された、読み出し光の光導電層
への漏れを低減するための出力遮光膜により、読み出し
光が反射して出力されることによる像のコントラスト低
下を低減する。【構成】少なくとも光導電層１０８と液晶層１１２、
及びそれらの層間の同一平面内に微小形状に分割された
金属反射膜１１０とで構成される空間光変調素子におい
て、金属からなる出力遮光膜１０９が、前記微小形状の
金属反射膜１１０とは異なる一平面内にあり、かつ光導
電層１０８の内部に埋め込まれた構造にする。透明導電
性電極を被覆した透明絶縁性基板に不純物の添加された
第１の光導電層および暗伝導度が暗伝導度が１０^-13Ｓ
ｃｍ^-1より大きく１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい第２の光導
電層を順に成膜し、一様に金属反射膜を成膜し、フォト
リソグラフィ−によって出力遮光膜のパタ−ンを成形し
た後、暗伝導度が１０^-13Ｓｃｍ^-1より大きく１０^-8Ｓ
ｃｍ^-1より小さい第３の光導電層および不純物の添加さ
れた第４の光導電層を順に成膜する。

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−テレビジョンあるいは光演算装置に用い
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】大画面、高密度画素からなる高品位テレ
ビが様々な方式で開発され実用化されている。中でも従
来のブラウン管方式に変わって液晶技術を使った投写式
ディスプレイの開発が盛んである。ブラウン管方式であ
ると高密度画素に対して画面の輝度が低下し暗くなる。
又ブラウン管自身、大型化が困難である。一方、トラン
ジスタ駆動方式の液晶素子による投写型ディスプレイ装
置は有力な方法ではあるが、開口率が大きくならないこ
と、素子が高価であることが欠点として上げられてい
る。一方ＣＲＴを入力とした液晶ライトバルブは従来よ
り素子形状が簡単で且つＣＲＴ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いる。（例えば特開昭６
３−１０９４２２）近年は高感度な受光層アモルファ
スシリコンと液晶を組合せ、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
も高速応答可能な強誘電性液晶を用いて、より高速・高
解像度な液晶ライトバルブができるようになった。この
液晶ライトバルブは、強誘電性液晶の持つメモリ−性と
２値化特性を使った次世代の並列演算装置、光コンピュ
−ティング装置の核としても期待されている。

【０００３】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−テレビジョンが注目
されている。特に書換え可能なホログラム記録媒体とし
て液晶表示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１２〜２５ｌｐ／ｍｍで
あり、今後２００ｌｐ／ｍｍを有する素子の実現が望ま
れている。

【０００４】液晶層と光導電層からなる空間光変調素子
あるいは液晶ライトバルブにおいて、微小電極と遮光膜
を設ける従来例として特開昭６２−４０４３０号公報、
同６２−１６９１２０号公報に記載のものがある。微小
電極は多層誘電体薄膜の反射層に対して製造が容易であ
ることと、入射角度依存性の無いこと及び反射能が高い
ことが上げられる。また投写型ディスプレイの空間光変
調素子として用いられた場合は、開口率が大きく画素形
状が鮮明であることから高品位なテレビ画像が得られ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この素子に於いて遮光
膜は変調を受ける入射光が出力光に重畳されるのを防ぐ
ために設けられる入力遮光膜と、読み出し光が光導電層
に漏れ込んで、スイッチングさせるのを防ぐ出力遮光膜
の２種類が必要である。これらの遮光層が光導電層と反
射層の間に設けられる場合は、隣接する金属反射膜間の
電荷移動を抑えるために電気絶縁性の膜が使われる。直
接透明性電極上に設けられる場合は電気絶縁性である必
要はない。

【０００６】電気絶縁性材料で一様な遮光膜を光導電層
と反射層の間に設置する構造（例えば特開昭６２−４０
４３０号公報における素子構造）は、入力遮光膜と出力
遮光膜を兼用する。この場合製造方法は容易であるが、
光導電層と金属反射面の間に絶縁層が介在し、駆動時の
電荷蓄積による光導電特性、スイッチング特性の劣化を
伴う。一方画素に相当する部分に遮光膜の存在しない素
子構造、例えば特開昭６２−１６９１２０号公報の第３
図あるいは第４図は電気的絶縁層の介在はない。遮光膜
用の電気絶縁性材料としては、高分子中に色素あるいは
カ−ボンを含有させたものが用いられる。しかし、高分
子に対する含有量は膜形成のための条件から上限があ
り、従って遮光度にも限界がある。また第３図の出力遮
光層の場合は、遮光膜の幅が可視光の波長程度になって
くると回折により読み出し光が遮光膜の下方に回り込
み、光導電層に漏れ込んでしまうという問題もある。

【０００７】金属薄膜を遮光膜として用いた場合、膜厚
数千Åで可視光領域全域に渡ってほぼ完全に遮光するこ
とが可能である。出力遮光膜として金属薄膜を用いるこ
とのできる素子構造の例を第３図に示す。これは画素間
の光導電層３０７のｎ層部分３０６をエッチングにより
除去した跡に金属の出力遮光膜３０８を形成したもので
ある。この構造を用いれば、隣接する金属反射膜３０９
間の電荷移動を防ぎ、かつ読み出し光の光導電層３０７
への漏れを低減することができる。しかしこの構造を用
いると出力遮光膜の電位が不定となるため、液晶層３１
１がすべての画素に関してオフ状態の時でも画素間の液
晶層３１１がオフ状態にならないことがある。従って読
み出し光が出力遮光膜で反射して出力されることにより
像のコントラストが低下するという問題が生じる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】少なくとも光導電層と液
晶層、及びそれらの層間の同一平面内に微小形状に分割
された金属反射膜とで構成される空間光変調素子におい
て、金属からなる出力遮光膜が、前記微小形状の金属反
射膜とは異なる一平面内にあり、かつ光導電層の内部に
埋め込まれた構造にする。

【０００９】透明導電性電極を被覆した透明絶縁性基板
に不純物の添加された第１の光導電層および暗伝導度が
１０^-13Ｓｃｍ^-1より大きく１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい
第２の光導電層を順に成膜し、一様に金属反射膜を成膜
し、フォトリソグラフィ−によって出力遮光膜のパタ−
ンを成形した後、暗伝導度が１０^-13Ｓｃｍ^-1より大き
く１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい第３の光導電層および不純
物の添加された第４の光導電層を順に成膜する。

【００１０】

【作用】光導電層はが十分な厚みをもっていればこの部
分に入射する読み出し光は出力遮光膜によって反射して
再び出力されるまでには十分減衰しており、読み出され
た像のコントラストの低下は生じない。また、画素部分
の金属反射膜と出力遮光膜は高抵抗の層を介しているた
め電気的に分離されていて、画素間のクロストークは生
じない。

【００１１】

【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。

【００１２】図１に本発明の空間光変調素子の一実施例
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）上に入力遮光膜１０２（例えばアルミ
ニウム、クロム、チタン等の金属薄膜）及び透明導電性
電極１０３（例えばＩＴＯ、ＳｎＯｘ）があり、光導電
層１０８（例えばダイオ−ド構造を有するアモルファス
シリコン半導体）が積層され、画素に相当する分離した
微小形状の金属反射層１１０（例えばアルミニウム、ク
ロム、チタン等の金属薄膜）と液晶を配向する配向膜１
１１（例えばポリイミド等の高分子薄膜）が配置され
る。この画素間の光導電層１０９中に読み出し光の遮光
膜として出力遮光膜１０９がある。強誘電性液晶層１１
２はスペ−サ−としての分散されたビ−ズ１１３によっ
てセル厚が制御される。対抗側の透明導電性電極１１４
上にも配向膜１１１が一様に成膜される。光導電層の成
膜される基板１０１側から書き込み光１２１によって光
書き込みされ、他方より読み出し光１１９が液晶層１１
２で変調され、金属反射層１１０より出力光１２０がで
る。偏光子１１７および検光子１１８は直交する配置と
する。

【００１３】光導電層１０７に使用する材料は例えば、
ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｇａ
Ａｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の化合
物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-x
Ｃ_x(0<x<1)の多結晶または非晶質半導体、また、（１）
フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）例えば無金属Ｐｃ，
ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，Ｍｇ，Ｓｉ
（ＯＨ）₂など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯＣｌＰｃ
Ｃｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，ＩｎＢｒＰｃ
Ｂｒなど、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素などのア
ゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物およびペニレン酸
イミドなどのペニレン系顔料、（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、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シアニ
ン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／ＴＮＦ
などの電荷移動錯体、（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など有機半導体がある。また、非晶
質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-x
Ｃ_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103に使用する場合、水素またはハロゲン元素を含
めてもよく、誘電率を小さくするおよび抵抗率の増加の
ため酸素または窒素を含めてもよい。抵抗率の制御には
ｐ型不純物であるＢ，Ａｌ，Ｇａなどの元素を、または
ｎ型不純物であるＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加して
もよい。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などの接合を
形成し、光導電層１０７内に空乏層を形成するようにし
て誘電率および暗抵抗あるいは動作電圧極性を制御して
もよい。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１
０７内に空乏層を形成してもよい。また、光導電層１０
７の膜厚は０．１〜１０μｍが望ましい。

【００１４】光導電層１０８中の出力遮光膜１０９の形
状は入力遮光膜１０２と全く同じとしてあるが、これら
の開口部分の大きさは異なってもよい。また、金属反射
膜１１０は出力遮光膜１０９上を完全に覆ってしまう大
きさとしてある。また金属薄膜１１０の厚みは１００〜
２０００Å、最適には５００〜１５００Åである。出力
遮光膜１０９上のｉ層（ｂ）１０６は、薄すぎると読み
出し光が十分に減衰しないし、逆に厚すぎるとこの部分
のｉ層（ｂ）１０６の光導電性により画素間のクロスト
ークが生じ、出力遮光膜としての意味をなさなくなる。
望ましい厚さは１０００Å〜２００００Åである。

【００１５】配向膜１１１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設定してある。配向膜の厚み
は１０００Å以下であり、望ましくは１００Å以下であ
る。配向膜としてはナイロン、ポリイミド等の高分子膜
あるいはＳｉＯ₂斜方蒸着膜がある。特に電気的特性の
優れた配向膜としては例えば特願平３−１１４５があ
る。偏光子１１７および検光子１１８の偏光方向は互い
に直交である。液晶層１１２の液晶材料としては、強誘
電性液晶のカイラルスメクティックＣ液晶を用いる。強
誘電性液晶層の厚みは、反射型空間光変調素子の場合で
あるのでおおよそ１μｍに設定すると出力光のコントラ
ストが高い。

【００１６】図１の本発明の空間光変調素子の一例の作
用を説明する。本発明の空間光変調素子１１６は書き込
み光１２１で光導電層１０８に情報を書き込む。光導電
層１０８はアモルファスシリコンのｐｉｎ接合からなっ
ている。書き込み光１２１の強度に応じて光導電層１０
８の電気抵抗は減少し、各画素に相当する微小形状の金
属反射膜１１０と対抗する透明導電性電極１１４に挟ま
れた液晶層１１２に印加される電圧が増大する。この電
圧の大きさに応じて液晶層１１２の配向が変化する。こ
の液晶層を通過する直線偏光の読み出し光１１９は、各
画素の金属反射膜１１０で反射し再び液晶層を通過した
後、検光子１１８を通り、偏向光１２０でその光強度変
化が読み出される。

【００１７】ここで、書き込み光１２１の出力側への漏
れの防止と、書き込み光によって画素間の光導電層１０
８が低抵抗になることによる画素間のクロストークの防
止のために、書き込み側に入力遮光膜１０２を形成す
る。また、読み出し光１１９の照射によって光導電層１
０８がスイッチングしないように出力遮光膜を設ける必
要がある。各画素においては、金属反射膜１１０が遮光
膜を兼ねる。一方画素間には新たに遮光膜として出力遮
光膜１０９を設ける。この遮光膜は図４の場合と異な
り、光導電層のｉ層部分１０５、１０６の内部に埋め込
まれた構造になっている。アモルファスシリコンは可視
光に対して比較的大きな吸収係数をもっている（約１０
⁵cm^-1）ため、画素間のｉ層（ｂ）１０６が十分な厚み
をもっていればこの部分に入射する読み出し光１１９は
出力遮光膜１０９によって反射して再び出力されるまで
には十分減衰しており、読み出された像のコントラスト
の低下は生じない。また、画素部分の金属反射膜１１０
と出力遮光膜１０９は高抵抗のｉ層（ｂ）１０６を介し
ているため電気的に分離されていて、画素間のクロスト
ークは生じない。このｉ層（ｂ）の導電度が大きくなる
とクロストークの増加の原因となり、解像度が劣化す
る。また、画素間のｉ層（ｂ）の厚みが大きすぎる場合
も抵抗が減少し、解像度の劣化につながる。

【００１８】図１の光導電層１０８はｐ層１０４、ｉ層
（ａ）１０５、ｉ層（ｂ）１０６、及びｎ層１０７から
なっている。２種類のｉ層からなっているのは、工程の
上で出力遮光膜１０９を形成する前後２回にわたってｉ
層を堆積するためである。画素間の光導電層は少なくと
もｎ層１０７は除去することでｉ／ｎ界面を除去してい
る。これによってｉ／ｎ界面のチャネルを通して流れる
リ−ク電流がなくなり、隣接画素間のクロスト−クを大
幅に低減することを可能としている。

【００１９】次に、図１の空間光変調素子１１６の作製
工程について述べる。工程図を図２及び図３に示す。
（１）一方のガラス基板２０１上に入力遮光膜２０２を
フォトリソグラフィーにより形成し、その上に透明導電
性電極２０３を成膜する。次にアモルファスシリコン光
導電層１０８のｐ層２０４、ｉ層（ａ）２０５をプラズ
マＣＶＤ法により堆積する。（２）全面に出力遮光膜１
０９用の金属薄膜２０６を堆積し、レジストを全面に塗
布した後フォトリソグラフィーによりレジストのパター
ン２０７を形成する。（３）ウェットエッチングにより
画素部分の金属薄膜を除去する。（４）残ったレジスト
２０７を除去する。（５）この上から再びプラズマＣＶ
Ｄ法によりｉ層（ｂ）２０８、ｎ層２０９を一様に堆積
する。（６）全面にレジストを塗布し、フォトリソグラ
フーによりｎ層エッチング用のレジストのパターン２１
０を形成する。（７）エッチングにより少なくとも画素
間のｎ層２０９を除去する。（８）レジスト２１０を除
去する。（９）全面に金属反射膜１１０用の金属薄膜２
１１を堆積する。（１０）フォトリソグラフィーにより
金属反射膜１１０に対応するレジストのパターン２１２
を形成する。（１１）ウェットエッチングにより金属反
射膜１１０のパターンを形成する。（１２）レジスト２
１２を除去する。（１３）配向膜２１３を塗布する。こ
の様にして図１のような、出力遮光膜１０９が光導電層
１０８のｉ層中に埋め込まれた構造を得ることができ
る。

【００２０】この工程において、出力遮光膜１０９を形
成する過程でアモルファスシリコンのｉ層（ａ）２０５
が大気に触れることにより、出力遮光膜１０９以外の露
出部分（画素部分）の表面に薄いシリコンの酸化膜が生
じることがある。これは画素部分の、基板面に対して垂
直方向の電気抵抗を増大させる原因となる。これを除去
するには、ｉ層（ｂ）２０８を堆積する直前に出力遮光
膜２０６をマスクとしてｉ層（ｂ）２０８の露出部分を
エッチングすればよい。

【００２１】（実施例１）図１に示す空間光変調素子１
１６を作製し、評価を行なった。画素ピッチは２５μ
ｍ、１画素の大きさは２０μｍ×２０μｍ、各画素間の
距離は５μｍ、画素数は１０２４×１０２４とした。

【００２２】以下、図２及び図３を参照しながら空間光
変調素子１１６の具体的な作製方法について述べる。

【００２３】（１）まず入力遮光膜の形成を行った。５
５ｍｍ×４５ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板２０１上に
画素に対応するポジレジストのパターンをフォトリソグ
ラフィーにより形成し、その上から真空蒸着法によりア
ルミニウム薄膜１０００Åとクロム５００Åを連続して
積層した。アルミニウムは遮光用の膜、クロムはその上
部に成膜されるアモルファスシリコン膜との密着性を向
上するための膜である。リフトオフ法により画素部分の
レジストをアセトン中で除去して入力遮光膜２０２のパ
タ−ンが形成された。開口部分の大きさは１８μｍ×１
８μｍであった。この膜上に１０００Å厚のＩＴＯをス
パッタ法により成膜して透明導電性電極２０３を形成し
た。次に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコ
ン膜のｐ層２０４及びｉ層（ａ）２０５を光導電層１０
８として積層した。ｐ層２０４の膜厚は１０００Å、ｉ
層（ａ）２０５の膜厚は１．２μｍとした。

【００２４】（２）次に出力遮光膜２０６を形成した。
真空蒸着法を用いて有効面積内にクロム薄膜５００Å、
アルミニウム薄膜２０００Å、再びクロム薄膜５００Å
を全面に形成した。アルミニウムはクロムよりも遮光度
が高いが、アモルファスシリコンとの密着性を向上させ
るためアルミニウムをクロムでサンドイッチした構造に
なっている。この上からポジレジストを用いて出力遮光
膜１０９に対応するレジストのパターン２０７を形成し
た。フォトマスクは、先に入力遮光膜２０２を形成する
ときに用いたものとポジネガが逆のものを用いた。

【００２５】（３）画素部分のクロムおよびアルミニウ
ムをウェットエッチングにより除去した。クロムのエッ
チングには過塩酸等を含む酸（(NH₄)₃Ce(NO₃)₆:HClO₄:H
₂O=150g:60ml:1l）を用い、アルミニウムのエッチング
には硝酸、燐酸、酢酸等を含む混酸エッチング液を用い
た。クロム、アルミニウム、クロムの順にエッチング
し、画素部分の金属薄膜を完全に除去した。

【００２６】（４）基板を発煙硝酸に浸すことによりレ
ジストのパターン２０７を除去した。これにより出力遮
光膜１０９が形成された。この膜の開口部の大きさは１
８μｍ×１８μｍであった。

【００２７】（５）次にｉ層（ｂ）２０８を堆積するの
であるが、その前にｉ層（ａ）２０５の露出部分の酸化
シリコン皮膜を除去するためにウェットエッチングを行
なった。エッチング液としては弗酸と弗化アンモニウム
の１：５混合液を用い、エッチング時間は３秒とした。
このとき出力遮光膜１０９の表面のクロムはエッチング
されない。その上からアモルファスシリコンのｉ層
（ｂ）２０８およびｎ層２０９の堆積を再びプラズマＣ
ＶＤ法によって全面に行った。ｉ層（ｂ）２０８は６０
００Å、ｎ層２０９は３０００Åとした。

【００２８】（６）ｎ層を除去するためのマスクとして
のレジストのパターン２１０をフォトリソグラフィーに
より形成した。

【００２９】（７）画素間のｎ層２０９およびｉ層
（ｂ）２０８の一部を、ウェットエッチングにより除去
した。エッチングは弗酸と硝酸の１：５０混合駅を用
い、１０秒間行なった。画素間のｎ層２０９は完全に除
去され、更にｉ層（ｂ）２０８が約２０００Å掘り込ま
れた。

【００３０】（８）発煙硝酸により残ったレジストの２
１０パターンを除去した。（９）次に、金属反射膜２１１用のクロムおよびアルミ
ニウムを真空蒸着法により全面に堆積した。これにより
出力遮光膜上２０６のｉ層（ｂ）２０８の厚さは４００
０Åとなった。

【００３１】（１０）これに、画素パターンに対応する
レジスト２１２をフォトリソグラフィーにより形成し
た。

【００３２】（１１）画素間のクロム及びアルミニウム
をウェットエッチングにより除去した。エッチング液と
しては（３）の工程と全く同じものを用いた。これによ
り金属反射膜１１０のパターンが形成された。なお、こ
のときのクロムとアルミニウムの厚さはそれぞれ５００
Å、１０００Åとした。また、金属反射膜１１０の大き
さは２０μｍ×２０μｍであり、出力遮光膜１０９の開
口部分の面積よりもわずかに大きくして遮光の効果を高
めた。

【００３３】（１２）発煙硝酸により残ったレジストの
パターン２１２を除去した。（１３）ポリイミド配向膜２１３を積層し、配向処理は
ナイロン布で表面を一定方向に擦って行なった。

【００３４】以上がアモルファスシリコン光導電層１０
８側のガラス基板１０１に関する工程である。もう一方
のガラス基板１１５に関しては、ＩＴＯをスパッタ法に
より堆積し、透明導電性電極１１４とした。

【００３５】ガラス基板１１５の透明導電性電極１１４
上におよそ１μｍの液晶層厚みを実現するのにイソプロ
ピ−ルアルコ−ル中に分散させた直径１μｍのビ−ズ１
１３をスプレ−によって撒く。その後、両ガラス基板を
ＵＶ硬化樹脂で基板周囲を封入し液晶セルを作製した。
このセルに真空中で強誘電液晶ＺＬＩ−３６５４（メル
ク社製）を注入する。注入後均一配向を得るため、ＺＬ
Ｉ−３６５４の相転移温度（６２℃）以上の温度に加熱
した後、１℃／分以下の徐冷速度で室温にもどし再配向
させた。

【００３６】実際に空間光変調素子を駆動するに先立
ち、ｉ層（ａ）２０５およびｉ層（ｂ）２０８の暗伝導
度を測定したところ、いずれも１０^-11Ｓｃｍ^-1であっ
た。

【００３７】偏光方向が互いに直交となるように偏光子
１１７および検光子１１８を配置して、空間光変調素子
１１６を評価した。空間光変調素子１１６の２つの透明
導電性電極１０３、１１４間に駆動パルス電圧を印加し
て、読み出し光１１９に白色光を用いて動作を確認し
た。この時の印加電圧波形は図５に示すように、リセッ
トパルス４０１、第１の低電圧印加期間４０２、書き込
みパルス４０３、第２の低電圧印加期間４０４の繰り返
しである。パルスの極性は、光導電層１０８側の透明導
電性電極１０３を正とし、強誘電性液晶１１２側の透明
導電性電極１１４を接地側とした。リセットパルス４０
１、第１の低電圧印加期間４０２、書き込みパルス４０
３、第２の低電圧印加期間４０４の電圧値および時間を
それぞれＶ ₁、Ｔ₁、Ｖ₂、Ｔ₂、Ｖ₃、Ｔ₃、Ｖ₄、Ｔ₄とす
ると、Ｖ₁＝１０Ｖ、Ｖ₃＝−１０Ｖ、Ｖ₂＝Ｖ₄＝０Ｖ、
Ｔ₁＝Ｔ₃＝１００μｓｅｃ、Ｔ₂＝Ｔ₄＝９００μｓｅｃ
となるように設定した。

【００３８】空間光変調素子１１６にリセットパルス４
０１が印加されると光導電層１０８は順方向の電圧が印
加され低抵抗状態となり、画素部分の金属反射膜１１０
の電位は書き込み光１２１の有無にかかわらずほぼＶ₁
に近い値となる。すると強誘電性液晶１１２にはほぼＶ
₁の電圧が印加され強制的に２つの安定状態のうちの一
方に配向する。この状態で出力光１２０が暗状態になる
ように偏光子１１７、検光子１１８の方向を設定してお
く。このときの強誘電性液晶１１２の配向状態をオフ状
態と呼ぶ。次の第１の低電圧印加期間４０２ではこの状
態が継続される。書き込みパルス４０３が印加される
と、十分な書き込み光１２１が入射している画素では光
導電層１０８が低抵抗状態となり金属反射膜１１０の電
位はＶ₃に近い値まで降下して強誘電性液晶１１２は反
転し、読み出し光１２０は明状態となる。このときの配
向状態をオン状態と呼ぶ。一方、書き込み光１２１の無
い画素では光導電層１０８は高抵抗のままなので金属反
射膜１１０の電位は十分降下せず強誘電性液晶１１２は
オフ状態のままである。この状態は次のリセットパルス
１０１が来るまでの間保持される。以上のようにして書
き込み光１２１のある画素では出力光１２０は明状態
に、書き込み光１２１のない画素では暗状態になる。

【００３９】読み出し光１１９の明るさを１００ｌｘと
し、実際に書き込み光１２１の強度を変化させて出力光
１２０の強度を測定してみたところ、書き込み光１２１
の強度が数十μＷ／ｃｍ²以下では出力光１２０の強度
はほぼ０であるが、この強度付近から出力光１２０の強
度が立ち上がり、書き込み光強度１２１が数ｍＷ／ｃｍ
²になると出力光１２０の強度は飽和傾向を示すように
なる。出力光１２０の強度を飽和値で規格化した値の書
き込み光１２１の強度に対する変化を図７に示す。これ
からわかるように、出力光１２０は中間調をもっている
ことがわかる。また、この中間調の応答特性は連続駆動
しても変化はなく安定であった。これは、この素子が諧
調を有する投射型ディスプレイの空間光変調素子として
使えることを示している。

【００４０】この空間光変調素子１１６のコントラスト
を測定したところ、３００：１と高かった。比較のため
に図４の空間光変調素子を同様に駆動し、コントラスト
を測定した場合１８０：１であった。出力遮光膜１０９
を光導電層に埋め込むことにより、確かに出力遮光膜１
０９からの反射光によるコントラストの低下が避けられ
たことを示している。

【００４１】次にオンまたはオフのメモリ状態の安定性
を調べるために、駆動を止めて暗状態でこの空間光変調
素子１１６を放置した。１ヶ月経過してもオンまたはオ
フのメモリ状態に変化はなかった。

【００４２】読み出し光１１９の強度が１０⁴ｌｘ、１
０⁵ｌｘの各場合について、出力光１２０の強度の書き
込み光強度に対する依存性を測定した。その結果、いず
れの場合も図６の１００ｌｘの場合の特性に比べて大き
な変化はなかった。これは、読み出し光１１９が１０⁵
ｌｘという明るさでも出力遮光膜１０９が有効に作用
し、空間光変調素子として正常に動作することを示して
いる。

【００４３】（実施例２）本発明の別の実施例として、
図１の素子よりも簡単な構造の素子を作製した。この素
子の断面図を図７に示す。これは、図１の素子におい
て、入力遮光膜１０２を省略し、さらに画素間のｎ層１
０７を除去せずに残したものである。この素子の作製工
程としては、ガラス基板６０１上に透明導電性電極６０
２を堆積し、図２及び図３の工程の例と同様に光導電層
６０７のｐ層６０３およびｉ層（ａ）６０４を形成す
る。その後フォトリソグラフィーにより金属の出力遮光
膜６０８を形成し、その上からｉ層（ｂ）６０５及びｎ
層６０６を堆積する。その上から出力遮光膜６０８を覆
う位置に、フォトリソグラフィーを用いて金属反射膜６
０９を形成する。この後の工程は図１の素子と全く同じ
である。なお、画素のピッチは２５μｍ、金属反射膜は
２０μｍ×２０μｍである。また、光導電層６０７の各
層や出力遮光膜６０８、及び金属反射膜６０９等の厚さ
は実施例１で述べた図１の素子の場合と同じとした。

【００４４】この素子を実施例１と同様の方法で駆動
し、動作を確認した。入力遮光膜が無いために画素間の
光導電層６０７が低抵抗状態となり多少のクロストーク
が生じて解像度は劣化するものの、読み出し光が１０⁵
ｌｘと大きい場合でも金属反射膜６０９の下方に光が漏
れ込んで誤動作をするということはなかった。

【００４５】（実施例３）実施例１と同様にして作製し
た空間光変調素子を投写型ディスプレイに組み込んで評
価した。図８に投写型ディスプレイ装置の模式図を示
す。本発明の空間光変調素子７０１に光書き込みをＣＲ
Ｔディスプレイ７０２によって行う。表示に用いた素子
の画素数は縦４８０横６５０である。読み出しの為の光
源７０５（メタルハライドランプ）をコンデンサ−レン
ズ７０４で偏光ビ−ムスプリッタ７０３によって照射す
る。出力像はレンズ７０６で拡大されスクリ−ン７０７
に映し出される。ＣＲＴ画面上の各ドットが空間光変調
素子の分離された画素内に書き込まれると、スクリ−ン
上では各画素は四角形状に変換される。開口率は８０％
と大きく明るい画像が得られ、１００インチ相当の大き
さに拡大した像はスクリ−ン上で２０００ル−メンの照
度を持つ。画像はコントラスト２５０：１、解像度は縦
方向６５０本ＴＶライン数が確認された。空間光変調素
子に於いては５０ｌｐ／ｍｍの解像度があることを意味
する。動画像を出力したところビデオレ−トの動きに対
して残像はなく鮮明な高輝度画像が得られた。カラ−画
像をえるため、ＲＧＢそれぞれに対応したＣＲＴ管と空
間光変調素子をセットにしたものを３組用意して、スク
リ−ン上で合成した。良好なカラ−映像がきめ細かく再
現されており、画素間の領域は漏れ光はほとんどなく画
素部分の最大照度に対して１／１０⁴以下であった。

【００４６】（実施例４）実施例１の空間光変調素子を
用いて、図９に示すホログラフィーテレビジョン装置を
組み立てて、その実時間表示される立体画像の再生を確
認した。コヒーレント光としてＨｅ−Ｎｅレーザー８０
１を用いて被写体８０６を照射し、コリメータ８０５を
通しての参照光とともにＣＣＤ８０７の撮像面上に干渉
縞パターンを形成する。この画像データをＣＲＴ８０９
に転送し空間光変調素子８１０に光書き込みして干渉縞
パターンを再現する。読み出しにはコヒーレント光のＨ
ｅ−Ｎｅレーザー８０１を使い反射モードで立体像を観
測する。被写体８０６を動きのある物体として実時間ホ
ログラムを実証した。なお、空間光変調素子８１０の画
素パターンは８μｍの画素に１０μｍピッチの１００ｌ
ｐ／ｍｍの素子（素子内には３２００×３２００＝１０
⁷画素を有する）とした。

【００４７】（実施例５）ｉ層の暗伝導度の違いによっ
て解像度がどのように変化するかについて測定を行なっ
た。空間光変調素子としては実施例１と全く同じ仕様の
ものを用い、ｉ層（ａ）１０５、ｉ層（ｂ）１０６の暗
伝導度のみを変化させてみた。暗伝導度の制御は、ｉ層
をプラズマＣＶＤ法で堆積するときにホウ素を添加する
ことにより行なった。その結果を表１にまとめる。な
お、画素ピッチは２５μｍであるので、最大解像度は２
０ｌｐ／ｍｍとなる。

【００４８】

【表１】

【００４９】これからわかるように、ｉ層の暗伝導度が
１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい範囲では最大解像度２０ｌｐ
／ｍｍという値を得た。これは互いに隣接する２つの画
素がそれぞれオン・オフ状態で正常に動作し、クロスト
ークが存在しないことを示している。１０^-7Ｓｃｍ^-1程
度になるとクロストークの影響が生じてくる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、高解像度で高輝度、大
画面の映像を映し出す投写型ディスプレイ装置にとっ
て、読み出し光強度が強くでき、かつコントラスト比の
高い空間光変調素子を提供する。また単純な構成と少な
い工程で素子を作製できる方法を提供する。この素子を
用いたホログラフィ−テレビジョン装置は、実時間で鮮
明な立体像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調素子の一例の断面図

【図２】本発明の空間光変調素子光変調素子の製造方法
を示す工程図

【図３】本発明の空間光変調素子光変調素子の製造方法
を示す工程図

【図４】従来の空間光変調素子の一例の断面図

【図５】空間光変調素子の２つの透明導電性電極の間に
印加されるパルスの波形図

【図６】本発明の空間光変調素子の別の一例の断面図

【図７】本発明の空間光変調素子の光応答特性図

【図８】本発明の空間光変調素子を用いて作製した投写
型ディスプレイ装置の模式図

【図９】本発明の空間光変調素子を用いて作製したホロ
グラフィ−テレビジョン装置の模式図

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２入力遮光膜１０３透明導電性電極１０４ｐ層１０５ｉ層（ａ）１０６ｉ層（ｂ）１０７ｎ層１０８光導電層１０９出力遮光膜１１０金属反射膜１１１配向膜１１２強誘電性液晶層１１３ビ−ズ１１４透明導電性電極１１５ガラス基板１１６空間光変調素子１１７偏光子１１８検光子１１９読み出し光１２０出力光１２１書き込み光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山浩二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)発明者朝山純子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と液晶層、及びそれら
の層間の同一平面内に微小形状に分割された金属反射膜
とで構成される空間光変調素子において、金属からなる
出力遮光膜が、前記微小形状の金属反射膜とは異なる一
平面内にあり、かつ光導電層の内部に埋め込まれた構造
を有する空間光変調素子。
【請求項２】出力遮光膜を、それが含まれる平面に対し
て垂直な方向に、金属反射膜の存在する平面上へ射影し
た像が、微小形状に分割された金属反射膜の間隙部分を
少なくとも完全に覆うことを特徴とする請求項１記載の
空間光変調素子。
【請求項３】光導電層が整流性を有するアモルファスシ
リコン層からなり、微小形状に分割された金属反射膜は
少なくとも不純物が添加された光導電層と接し、かつ出
力遮光膜の両面に接する光導電層の暗伝導度が１０^-13
Ｓｃｍ^-1より大きく１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さいことを特
徴とする請求項２記載の空間光変調素子。
【請求項４】金属反射膜の間隙部分において、液晶層と
出力遮光膜に挟まれた部分の光導電層の厚さが１０００
Å以上２００００Å以下であることを特徴とする請求項
３記載の空間光変調素子。
【請求項５】透明導電性電極を被覆した透明絶縁性基板
に不純物の添加された第１の光導電層および暗伝導度が
１０^-13Ｓｃｍ^-1より大きく１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい
第２の光導電層を順に成膜し、一様に金属反射膜を成膜
し、フォトリソグラフィ−によって出力遮光膜のパタ−
ンを成形した後、暗伝導度が１０^-11Ｓｃｍ^-1より大き
く１０^-8Ｓｃｍ^-1より小さい第３の光導電層および不純
物の添加された第４の光導電層を順に成膜する請求項２
記載の空間光変調素子の製造方法。
【請求項６】第３の光導電層を成膜する直前に、出力遮
光膜パターンをマスクとして第２の光導電層をエッチン
グする請求項５記載の空間光変調素子の製造方法。