JPH06258657A

JPH06258657A - 空間光変調素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06258657A
Application number: JP4776693A
Authority: JP
Inventors: Akio Takimoto; 昭雄滝本; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Koji Akiyama; 浩二秋山; Yukio Tanaka; 幸生田中; Junko Asayama; 純子朝山; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】金属反射膜と金属の出力遮光膜とを共に整流
性を有する光導電層に接触させることにより、画素欠陥
の少ない空間光変調素子及びその製造方法を提供する。【構成】まず、ガラス基板１上に、透明導電性電極３
と入力遮光膜２を形成する。ｐ／ｉ／ｎダイオ−ド構成
のアモルファスシリコン受光層を積層し、光導電層７を
形成する。光導電層７上にクロムを成膜し、金属反射膜
８をパターン形成し、金属反射膜８をエッチングマスク
として等方的なエッチングを施すことにより、ｎ層６の
一部を除去する。基板全面に金属反射膜のアルミニウム
を成膜し、出力遮光膜９を画素間の窪みの低部に形成す
る。金属反射膜８及び出力遮光膜９をエッチングマスク
として光導電層７を除去し、ｎ層６が連続しないように
堀込みを形成する。このようにして得られた基板と他方
の基板の上にポリイミド配向膜１０を積層し、両基板間
に、１μｍ厚の液晶層１０を形成する。

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、
ホログラフィーテレビジョン又は光演算装置などに用い
られる空間光変調素子及びその製造方法に関する。

【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（ＣＲＴ）方式に代えて液晶技術を使
った投写型ディスプレイの開発が盛んである。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。また、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等の問題が
ある。また、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かつ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。

【０００３】液晶ライトバルブのアイデアは、ＺｎＳ＋
ツイストネマチック（ＴＮ）液晶を用いたものとしてヒ
ューズによって提案された［アプライド・フィジックス
・レター、１７巻（１９７０年）５１ページ（Ａｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１７（１９７０）５１）］。次
に、ＣｄＳ＋ＴＮ液晶を用いたものが、アプライド・フ
ィジックス・レター、２２巻（１９７３年）９０ページ
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２２（１９７３）９
０）で発表された。その後、単結晶シリコン＋ＴＮ液晶
を用いたものが、米国特許第４９１３５３１号明細書、
特開平３−１９２３３２号公報、ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス、５巻（１９８５年）１３５６
ページ（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５（１９８５）１３
５６）で発表された。

【０００４】近年では、高感度なアモルファスシリコン
受光層と液晶とを組み合わせることにより、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。解像度を改善するためにアモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）とＴＮ液晶とからなる空間光変調素子（ＳＬ
Ｍ）を使うことを初めて示したのは、アシェイ（Ａｓｈ
ｅｙ）等の米国特許第４６９３５６１号明細書、アプラ
イド・オプティックス、２６巻（１９８７年）２４１ペ
ージ（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６（１９８７）２４１）及
び米国特許第４５３８８８４号明細書である。また、ａ
−ＳｉとＣｄＴｅの二重層からなる光導電層を使った空
間光変調素子は、米国特許第４７９９７７３号明細書と
エス・アイ・ディ・インターナショナル・シンポジウム
・１９９０・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペイパ
ーズ１７Ａ．２ｐ３２７（ＳＩＤ′９０１７
Ａ．２ｐ３２７）で発表されている。

【０００５】液晶材料として高速応答可能な強誘電性液
晶を用いることによって、より高速・高解像度の液晶ラ
イトバルブを実現することが可能となった。この液晶ラ
イトバルブは、強誘電性液晶の持つメモリー性と２値化
特性を使った次世代の並列演算装置、光コンピューティ
ング装置の核としても期待されている。ダイオード構造
ａ−Ｓｉ＋ＦＬＣの空間光変調素子は、アプライド・フ
ィジックス・レター、５１巻（１９８７年）１２３２ペ
ージ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１９８
７）１２３２）で初めて発表されたものであるが、アイ
デア自体はＳＰＩＥ７５４（１９８７）２０７に記載
されていた。他に、アプライド・フィジックス・レタ
ー、５５巻（１９８９年）５３７ページ（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５５（１９８９）５３７）と米国特
許第４９４１７３５号明細書がある。テレビ画像の書き
込み投写システムはエス・アイ・ディ・インターナショ
ナル・シンポジウム・１９９１・ダイジェスト・オブ・
テクニカル・ペイパーズ１３．３ｐ２５４（ＳＩ
Ｄ′９１１３．３、ｐ２５４）で発表されている。

【０００６】３次元立体動画映像を眼鏡なしで見ること
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
されている。特に、書換え可能なホログラム記録媒体と
しては液晶表示素子が期待されている。例えば、橋本等
は、高密度ＬＣＤを位相変調型空間光変調素子として電
子ホログラフィーシステムを構築している［エス・ピー
・アイ・イー・プロシーディング・ボリューム１４６１
・プラクティカル・ホログラフィー・Ｖ・１９９１・ｐ
ｐ．２９１−３０２（ＳＰＩＥＰｒｏｃ．Ｖｏｌ．１
４６１、ＰｒａｃｔｉｃａｌＨｏｌｏｇｒａｐｈｙ
Ｖ（１９９１）ｐｐ．２９１−３０２））］。現在のト
ランジスタ駆動方式の液晶素子の解像度は１２〜２５ｌ
ｐ／ｍｍであり、今後２００ｌｐ／ｍｍを有する素子の
実現が望まれている。

【０００７】微小電極を画素として持つ単結晶シリコン
受光素子と液晶の組合せからなる空間光変調素子は、前
記の米国特許第４９１３５３１号明細書、特開平３−１
９２３３２号公報、及びアプライド・フィジックス・レ
ター、５巻（１９８５年）１３５６ページ（Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．５（１９８５）１３５６）で発表されて
いる。この空間光変調素子においては、隣接画素間の光
クロストークの低減化を図り、解像度を向上させるため
に、受光層表面に窪みを形成し、液晶層で埋め込んで電
位障壁を設けるようにされている。また、受光層はＭＯ
Ｓ形（金属−酸化絶縁層−半導体）あるいはショットキ
ー接合に限定した構造となっており、画素における読み
出し光の遮光は画素の電極が兼ねている。さらに、画素
間の遮光は別の金属で行なう構造となっている。

【０００８】単結晶シリコンの表面に窪みを設け、電気
光学結晶と組み合わせて解像度を向上させるようにした
空間光変調素子は、米国特許第４６１９５０１号明細書
で発表されている。単結晶シリコンを受光層とする場
合、その厚みは１００μｍ相当が標準であること、裏面
を研磨しても数μｍの膜厚うねりがあることから、達成
できる解像度には限界がある。このため、高感度で光学
研磨を施したガラス基板に成膜でき、数μｍの膜厚で設
計可能なアモルファスシリコン層を受光層とする空間光
変調素子が、高解像度を実現するものとして期待されて
いる。

【０００９】すでに本発明者等は、ダイオード構造のア
モルファスシリコン層を受光層とし、微小な金属反射膜
を画素として設ける空間光変調素子において、画素間の
受光層の構造を、最上部のｎ層を除去すること、あるい
は底部のｐ層及び最上部のｎ層を設けないことで画素間
のクロストークを低減する構造を提案している（特願平
３−３４４５２１号、特願平４−１２５８４６号、特願
平４−１３６５８０号、特願平４−１３６５８１号）。

【００１０】液晶層と光導電層と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
膜とを設ける従来例として特開昭６２−４０４３０号、
特開昭６２−１６９１２０号の各公報がある。これらの
素子の利点としては、微小電極が多層誘電体薄膜の反射
層に対して作製が容易であること、入射角度依存性の無
いこと及び反射能が高いことが挙げられる。また、投写
型ディスプレイの空間光変調素子として用いれば、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
レビ画像を得ることができる。これらの素子において
は、遮光膜として、変調を受ける入射光が出力光に重畳
されるのを防止するための入力遮光膜と、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止する
ための出力遮光膜との２種類が必要である。これらの遮
光膜が光導電層と反射層との間に設けられる場合には、
電気絶縁性の膜が用いられる。但し、透明性電極上に直
接設けられる場合には電気絶縁体である必要はない。

【００１１】一方、本発明者等は、遮光膜を形成する以
下の方法を提案している（前記した特願平３−３４４５
２１号、特願平４−１２５８４６号、特願平４−１３６
５８０号、特願平４−１３６５８１号）。（１）光導電層と、液晶層と、反射膜とにより構成され
る空間光変調素子において、光導電層上に一様に金属反
射膜を形成し、その上に一様に高分子配向膜を形成す
る。次いで、微小形状の画素パターンをレジスト膜で前
記した一様な高分子配向膜上に形成し、画素間の配向膜
を除去する。次いで、陽極酸化法によって画素間の金属
反射膜を酸化し、絶縁性の遮光膜を形成する。（２）光導電層と、液晶層と、これらの層の間の同一平
面内に微小形状に分割された金属反射膜とにより構成さ
れる空間光変調素子において、金属の出力遮光膜を前記
微小形状の金属反射膜とは異なる平面内に設ける。（３）光導電層と、液晶層と、微小形状に分割された金
属反射膜と、これら全ての金属反射膜と電気的に分離さ
れた金属の出力遮光膜とにより構成される空間光変調素
子において、前記各々の分離された金属反射膜の一部と
前記出力遮光膜の一部とを絶縁層を介して接触させる。（４）光導電層と、液晶層と、微小形状に分割された金
属反射膜と、これら全ての金属反射膜と電気的に分離さ
れた金属の出力遮光膜とにより構成される空間光変調素
子において、前記各々の分離された金属反射膜の一部と
前記出力遮光膜の一部とを有機高分子膜を介して接触さ
せる。そして、この有機高分子に、特定の波長域の光を
吸収する炭素、有機色素又は無機物質を含有させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】電気絶縁性材料で一様
な遮光膜を光導電層と金属反射膜との間に設ける構造
（例えば、特開昭６２−４０４３０号公報における素子
構造）は、入力遮光膜と出力遮光膜とを兼用する。この
場合、作製は容易であるが、光導電層と金属反射膜との
間に絶縁層が介在することとなるため、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招く。

【００１３】一方、画素に相当する部分に遮光膜が存在
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図のものは、電気的絶縁層が
介在しないものとなっている。しかし、遮光膜形成には
導電性の材料は不向きであり、高分子中に色素あるいは
カーボンを含有させたものが用いられる。一般に、含有
量の増加に伴って遮光度も増加するが、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、遮光度に
も限界がある。金属薄膜を遮光膜として用いた場合、膜
厚数千オングストロームで可視光全領域にわたってほぼ
完全に遮光することが可能となる。しかし、出力光側の
遮光膜としては導電層を用いることのできない素子構造
であった。また、本発明者等の第一の提案の方法のよう
に陽極酸化膜を遮光膜として用いる場合も遮光度が不足
する。

【００１４】本発明者等の第二の提案の方法を採用すれ
ば、作製が容易でかつ遮光度も良好な素子を得ることが
できる。しかし、画素間の出力遮光膜が金属反射膜であ
るため、読み出し光を画素部分同様に反射してしまう。
このため、画素間部分においても光導電層と出力遮光膜
との間に電荷が蓄積するのを防ぐ必要がある。駆動時間
によらず本来黒状態を維持することが望ましい画素間部
分の表示状態が、時間と共に変化するからである。

【００１５】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、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画素欠陥の少ない空間光変
調素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る空間光変調素子は、整流性を有する光
導電層と、液晶層と、これらの層の間の同一平面内に設
けられ、かつ微小形状に分割された金属反射膜と、この
平面とは異なる平面内に位置する金属の出力遮光膜とを
少なくとも備えた空間光変調素子であって、前記金属反
射膜及び出力遮光膜が前記光導電層に接することを特徴
とする。

【００１７】前記構成においては、整流性を有する光導
電層が非晶質シリコンであるのが好ましい。また、前記
構成においては、金属反射膜に接する光導電層と出力遮
光膜に接する光導電層との間に、整流特性が不連続な光
導電層を介在させるのが好ましい。

【００１８】また、本発明に係る空間光変調素子の製造
方法は、整流性を有する光導電層上に微小形状に分割し
た金属反射膜を形成し、この金属反射膜をエッチングマ
スクとする第一のエッチング工程で光導電層の一部を除
去し、その後全面に金属反射膜を成膜して出力遮光膜を
形成し、前記微小形状に分割した金属反射膜と出力遮光
膜をエッチングマスクとする第二のエッチング工程で再
び光導電層の一部を除去するものである。

【００１９】前記本発明方法の構成においては、整流性
を有する光導電層が非晶質シリコンで形成され、周期律
表３族元素又は５族元素を不純物として含む層の一部を
第二のエッチング工程で除去するのが好ましい。

【００２０】

【作用】前記本発明の構成によれば、駆動時に出力遮光
膜上に電荷蓄積が発生することはなく、その結果、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
レイ装置にとって画素欠陥の少ない空間光変調素子を実
現することができる。

【００２１】また、前記構成において、金属反射膜に接
する光導電と出力遮光膜に接する光導電層との間に、整
流特性が不連続な光導電層を介在させるという好ましい
構成によれば、ｉ／ｎ又はｉ／ｐ界面のチャンネルを通
して流れるリーク電流がなくなり、隣接画素間のクロス
トークを大幅に低減することができる。

【００２２】前記本発明方法の構成によれば、前記構成
を備えた空間光変調素子を効率良く合理的に作製するこ
とができる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。（実施例１）図１は本発明に係る空間光変調素子の一実
施例を示す断面図である。

【００２４】図１に示すように、透明絶縁性基板１（例
えば、ガラス）上には、書き込み光１６に対する入力遮
光膜２（例えば、アルミニウム、クロム、チタン等の金
属薄膜）と、透明導電性電極３（例えば、ＩＴＯ（イン
ジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ_x）と、整流性を有する
光導電層７（例えば、ダイオード構造を有する非晶質シ
リコン層；ｐ層４、ｉ層５及びｎ層６）とが順次積層さ
れている。ここで、入力遮光膜２は、画素間の入射光の
漏れによるクロストークと読み出し側への漏れを防止す
るためのものである。また、ｎ層６の上には、画素に相
当する分離した微小形状の金属反射膜８（例えば、アル
ミニウム、クロム、チタン等の金属薄膜）と、液晶層１
０を配向する配向膜１２（例えば、ポリイミド等の高分
子薄膜）とが順に配置されている。また、この画素間に
は、読み出し光１９に対する出力遮光膜９が設けられて
いる。このように金属反射膜８及び出力遮光膜９はいず
れも整流性を有する光導電層７に接しているため、駆動
時に出力遮光膜９上に電荷蓄積が発生することはなく、
その結果、画素欠陥の少ない空間光変調素子を実現する
ことができる。尚、出力遮光膜９の設けられる平面は金
属反射膜８の設けられる平面の下部に位置しており、こ
れにより遮光の効果を向上させることができる。すなわ
ち、金属反射膜８と出力遮光膜９に接する光導電層７の
厚みを変えて段差を設け、出力遮光膜９を金属反射膜８
の下側に入り込ませた構造となっている。また、画素上
の金属反射膜８と画素間の出力遮光膜９とは電気的に分
離されており、隣接画素間でのクロストークはない。さ
らに、これら金属反射膜８、出力遮光膜９の下部の光導
電層７は、その境界で少なくともｎ層６を除去すること
により、ｉ／ｎ界面が除去されている。これにより、ｉ
／ｎ界面のチャネルを通して流れるリーク電流がなくな
り、隣接画素間のクロストークを大幅に低減することが
できる。ｎ層６を完全に除去しない場合には、隣接画素
は金属反射膜８によってｎ層−Ｍ（金属）−ｎ層が構成
され、逆に画素間のクロストークが増加する。尚、光導
電層としてはｎ／ｉ／ｐ構成であってもよく、この場合
にはｐ層を除去することにより、隣接画素間のクロスト
ークを低減することができる。また、金属薄膜の厚みは
１００〜５０００オングストロームであるのが好まし
く、さらには５００〜１５００オングストロームである
のが好ましい。

【００２５】液晶層１０は、スペーサーとして分散され
たビーズ１１によってそのセル厚が制御される。特に液
晶層１０として強誘電性液晶を用いる場合には、セル厚
は１〜２μｍに制御するのが好ましい。また、対向側の
透明導電性電極１３上にも配向膜１２が一様に成膜され
ている。尚、図１中、１４は透明絶縁性基板（例えば、
ガラス）である。また、偏光子１７と検光子１８とは直
交した状態で配置されている。

【００２６】光導電層７に使用する材料としては、例え
ば、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、
ＧａＡｓ、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、Ｇ
ｅ_1-xＣ_x（０＜ｘ＜１）等の多結晶又は非晶質半導
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）、ＡｌＣｌＰｃＣ
ｌ、ＴｉＯＣｌＰｃＣｌ、ＩｎＣｌＰｃＣｌ、ＩｎＣｌ
Ｐｃ、ＩｎＢｒＰｃＢｒ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
物及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）Ｐ
ＶＫ／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。

【００２７】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７とし
て使用する場合には、水素又はハロゲン元素を含めても
よく、誘電率を小さくしたり抵抗率を増加させるために
酸素又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、又は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７内に空乏層を形成して誘電率及び暗抵抗ある
いは動作電圧極性を制御することもできる。また、この
ような非晶質材料だけではなく、上記の材料を２種類以
上積層してヘテロ接合を形成し、光導電層７内に空乏層
を形成してもよい。尚、光導電層７の膜厚は０．１〜１
０μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００２８】配向膜１２は、強誘電性液晶分子の配向が
層方向と平行になるように設定してある。配向膜１２の
厚みは１０００オングストローム以下であるのが好まし
く、さらには１００オングストローム以下であるのが好
ましい。配向膜１２としては、ナイロン、ポリイミド等
の高分子膜あるいはＳｉＯ₂斜方蒸着膜等が有用であ
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号に記載されているものがある。

【００２９】液晶層１０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液晶を用いるのが好ま
しい。液晶層１０の厚みは、反射型空間光変調素子の場
合であるので、約１μｍに設定するのが出力光のコント
ラストを高くできて好ましい。

【００３０】本空間光変調素子１５の駆動は、両透明導
電性電極３、１３間にパルス電圧２１を印加することに
よってなされる。そして、光導電層７が成膜されている
透明絶縁性基板１側からの書き込み光１６によって光導
電層７に情報が書き込まれる。書き込み光１６の強度に
応じて光導電層７の電気抵抗が減少し、各画素に相当す
る微小形状の金属反射膜８と対向する透明導電性電極１
３とに挟まれた液晶層１０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１０の配向が変化
する。この液晶層１０を通過する直線偏光の読み出し光
１９は、各画素の金属反射膜８で反射し再び液晶層１０
を通過した後、検光子１８を通り、偏向光２０としてそ
の光強度変化が読み出される。この場合、読み出し光１
９の照射によって光導電層７がスイッチングしないよう
に、光導電層７上に遮光膜を設ける必要があるが、本実
施例１においては、金属反射膜８が遮光膜を兼ねてい
る。

【００３１】次に、上記構成を有する空間光変調素子の
製造方法の一実施例について説明する。まず、５５ｍｍ
×４５ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板１上に、スパッタ
蒸着法によってＩＴＯを０．１μｍの膜厚で成膜し、透
明導電性電極３を形成する。次いで、真空蒸着法によっ
てクロムを５００オングストロームの膜厚で成膜し、入
力遮光膜２をパターン形成する。このクロム層は、その
上部に成膜されるアモルファスシリコン層との密着性を
向上させるための層でもある。次いで、プラズマＣＶＤ
法によってｐ／ｉ／ｎダイオ−ド構成のアモルファスシ
リコン受光層を１．５μｍの膜厚で積層し、光導電層７
を形成する。ここで、ｐ層４には周期律表３族元素であ
るボロンが５ｐｐｍだけドーピングされており、ｎ層６
には周期律表５族元素であるリンが５０ｐｐｍだけドー
ピングされている。また、ｐ層４の膜厚は５００オング
ストローム、ｉ層５の膜厚は１．０μｍ、ｎ層６の膜厚
は４５００オングストロームであり、有効面積は３５ｍ
ｍ×３５ｍｍである。次いで、この有効面積内の膜上
に、真空蒸着法によってクロムを２０００オングストロ
ームの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィーによって金
属反射膜８をパターン形成する。すなわち、各画素の大
きさを２３μｍ×２３μｍ、ピッチを２５μｍとして、
１０００×１０００画素の互いに分離された金属反射膜
８を形成する（以上、図５（ａ））。尚、クロム膜の膜
厚は、軒形状を維持するために少なくとも１０００オン
グストローム以上であるのが好ましい。

【００３２】次いで、金属反射膜８をエッチングマスク
とし、ケミカルドライエッチング法によりＣＦ₄と酸素
の混合ガスを用いて等方的なエッチングを施し、ｎ層６
の一部を除去する。エッチングの深さは０．４μｍであ
る。尚、この際、金属反射膜８の下部の一部もアンダー
エッチする（以上、図５（ｂ））。

【００３３】次いで、基板全面に金属反射膜のアルミニ
ウムを３０００オングストロームの膜厚で成膜し、出力
遮光膜９を画素間の窪みの低部に形成する（図５
（ｃ））。次いで、再び金属反射膜８及び出力遮光膜９
をエッチングマスクとして光導電層７を除去し、ｎ層６
が連続しないように堀込みを形成する（図５（ｄ））。
以上により、図１に示す空間光変調素子１５のうち光導
電層７を有する一方の基板が得られる。

【００３４】次いで、このようにして得られた基板と他
方の基板の上にポリイミド配向膜１０を積層する。配向
処理（ラビング処理）はナイロン布で表面を一定方向に
擦ることによって行う。次いで、他方のガラス基板１４
上に、イソプロピールアルコール中に分散させた直径１
μｍのビーズ１１をスプレーによって撒く。その後、両
ガラス基板１、１４の周囲をＵＶ硬化樹脂で封入し、液
晶セルを作製する。そして、この液晶セルに真空中で強
誘電液晶ＺＬＩ−３６５４（メルク社製）を注入し、そ
の後、均一配向を得るためにＺＬＩ−３６５４の相転移
温度以上の温度に加熱し、１℃／分以下の徐冷速度で室
温に戻し、再配向させる。これにより、両基板間に、１
μｍ厚の液晶層１０が形成される。

【００３５】以上により、図１の構造を有する空間光変
調素子１５が得られる。（実施例２）図２は本発明に係る空間光変調素子の他の
実施例を示す断面図である。

【００３６】図２に示す空間光変調素子２２の構成にお
いては、上記実施例１とは逆に、出力遮光膜２３の設け
られる平面が金属反射膜２４の設けられる平面の上部に
位置している。そして、この構成によっても、遮光の効
果を上げることができる。

【００３７】この構成を有する空間光変調素子２２は、
図６に示す工程によって作製することができる。図５と
図６は工程の手順に差はなく、フォトマスクパターンが
異なるだけである。

【００３８】（実施例３）図３、図４は本発明に係る空
間光変調素子のさらに他の実施例を示す断面図である。

【００３９】図３、図４に示す空間光変調素子２５、２
６の構成は、図１、図２の空間光変調素子の構成に加
え、画素間の溝形状内に読み出し光１９に対する吸収層
２７、２８を導入したものである。尚、吸収層２７、２
８としては、例えば、カーボン含有の高分子が適切であ
る。このように吸収層２７、２８を導入することによ
り、遮光の効果をさらに向上させることができる。

【００４０】次に、このような構成を有する空間光変調
素子の製造方法について説明する。図３に示す空間光変
調素子２５の製造方法は、図１に示す空間光変調素子１
５のうち光導電層７を有する一方の基板を得るところま
では同じである（図５（ａ）〜（ｄ））。

【００４１】さらに、この基板全面に、カーボン含有の
高分子（フジハント製、ＣＫ−２０００）２９をスピナ
ーにより２μｍの膜厚で塗布する（図７（ａ））。次い
で、酸素ガスを用いたリアクチブイオンエッチング法に
よって全面エッチバックし、画素間の溝形状内に吸収層
２７を形成する（図７（ｂ））。これにより、金属反射
膜８の表面が現れ、図３の素子の基板が得られる。尚、
金属反射膜８の表面の高分子残部を除去するために、酸
に浸漬した状態で擦り、その後、水洗を施す。

【００４２】また、図４に示す空間光変調素子２６の基
板も図２に示す基板から同様にして作製することができ
る（図７（ｃ）、（ｄ））。（実施例４）以上のようにして作製した空間光変調素子
を投写型ディスプレイとして評価した。

【００４３】図８に投写型ディスプレイ装置の模式図を
示す。上記実施例１によって得られた空間光変調素子１
５に、液晶ディスプレイ３０によって光書き込みを行
う。液晶ディスプレイ３０の画像はセルフォックレンズ
アレイ３５（日本板ガラス製、４４×４４個（１ｍｍ径
ファイバー）、有効面積５０ｍｍ×５０ｍｍ）によって
空間光変調素子１５の画素に書き込まれる。表示に用い
た液晶ディスプレイ３０の画素数は縦４８０横６５０で
ある（画素ピッチ縦８０μｍ、横６０μｍ、開口率４０
％）。読み出し用の光源３６（メタルハライドランプ、
効率８０ｌｍ／Ｗ、２５０Ｗ）をコンデンサーレンズ３
１、偏光ビームスプリッタ３２を介して空間光変調素子
１５に照射する。空間光変調素子１５の表面での照度は
１００万ｌｘを超える。出力像はレンズ３３で拡大され
スクリーン３４に映し出される。ここで、スクリーンゲ
インは１とした。尚、図８中、４４は書き込み用の光源
である。

【００４４】空間光変調素子１５の開口率は８５％と大
きく、全面白の状態を１００インチ相当の大きさに拡大
した像はスクリーン３４上で２０００ｌｍの光束を持
つ。よってその光効率は８ｌｍ／Ｗと大きな値を実現し
た。光源３６の効率が８０ｌｍ／Ｗであるから、投入光
の１０％を表示できる高効率システムであることが分か
る。液晶表示の画像を映し出すと、２０００ｌｍ×０．
４（液晶ディスプレイ３０の開口率）＝８００ｌｍであ
った。従って、効率は３．２ｌｍ／Ｗである。また、ス
クリーン３４上での動画像のコントラストは１５０：
１、解像度は縦方向６５０本ＴＶライイ数であることが
確認された。このことは、空間光変調素子１５の解像度
が５０ｌｐ／ｍｍであることを意味している。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
像はなく鮮明な高輝度画像が得られた。

【００４５】次いで、図２〜図４の空間光変調素子２
２、２５、２６についても同様にして評価した。表１
に、図１、図２、図３、図４の空間光変調素子を用いた
場合の画像表示特性を示す。尚、遮光度は、スクリーン
上での画像コントラストを維持できる最大読み出し照射
光の照度として定義した。

【００４６】

【表１】

【００４７】（実施例５）画素の大きさが１０μｍ×１
０μｍ、画素間幅が２μｍのパターン形成を行なった。
また、画素数は２００００×２００００＝４×１０⁸と
した。一画素ごとの光駆動を確認し、解像度も１００ｌ
ｐ／ｍｍを実現した。

【００４８】この空間光変調素子３７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たとこ
ろ、実時間で表示される立体画像の再生を確認した。コ
ヒーレント光のＨｅ−Ｎｅレーザー３８ａを用いて被写
体３９を照射し、コリメータ４０を通しての参照光と共
にＣＣＤ４１の撮像面上に干渉縞パターンを形成した。
この画像デ−タをＣＲＴ４２に転送し空間光変調素子３
７に光書き込みして干渉縞パターンを再現した。読み出
しにはコヒーレント光のＨｅ−Ｎｅレーザー３８ｂを使
用し反射モードで立体像を観測した。尚、図９中、４３
は偏光ビームスプリッタである。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、駆動時に出力遮光膜上に電荷蓄積が発生すること
はなく、その結果、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画素欠陥の少
ない空間光変調素子を実現することができる。また、こ
の空間光変調素子を用いてホログラフィ−テレビジョン
装置を作製すれば、実時間で鮮明な立体像を得ることが
できる。

【００５０】また、前記構成において、金属反射膜に接
する光導電層と出力遮光膜に接する光導電層との間に、
整流特性が不連続な光導電層を介在させるという好まし
い構成によれば、ｉ／ｎ又はｉ／ｐ界面のチャンネルを
通して流れるリーク電流がなくなり、隣接画素間のクロ
ストークを大幅に低減することができる。

【００５１】前記本発明方法の構成によれば、前記構成
を備えた空間光変調素子を効率良く合理的に作製するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空間光変調素子の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る空間光変調素子の他の実施例を示
す断面図である。

【図３】本発明に係る空間光変調素子のさらに他の実施
例を示す断面図である。

【図４】本発明に係る空間光変調素子のさらに他の実施
例を示す断面図である。

【図５】図１に示す空間光変調素子の製造方法を示す工
程図である。

【図６】図２に示す空間光変調素子の製造方法を示す工
程図である。

【図７】図３、図４の空間光変調素子の製造方法を示す
工程図である。

【図８】本発明に係る空間光変調素子を用いて作製した
投射型ディスプレイ装置の模式図である。

【図９】本発明に係る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である。

【符号の説明】

１、１４透明絶縁性基板２入力遮光膜３、１３透明導電性電極４ｐ層５ｉ層６ｎ層７光導電層８金属反射膜９出力遮光膜１０液晶層１１ビ−ズ１２配向膜１５空間光変調素子１６書き込み光１７偏光子１８検光子１９読み出し光２０出力光２１パルス電圧

フロントページの続き (72)発明者田中幸生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 (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】整流性を有する光導電層と、液晶層と、
これらの層の間の同一平面内に設けられ、かつ微小形状
に分割された金属反射膜と、この平面とは異なる平面内
に位置する金属の出力遮光膜とを少なくとも備えた空間
光変調素子であって、前記金属反射膜及び出力遮光膜が
前記光導電層に接す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層が非晶質シリコ
ンである請求項１に記載の空間光変調素子。
【請求項３】金属反射膜に接する光導電層と出力遮光
膜に接する光導電層との間に、整流特性が不連続な光導
電層が介在する請求項１に記載の空間光変調素子。
【請求項４】整流性を有する光導電層上に微小形状に
分割した金属反射膜を形成し、この金属反射膜をエッチ
ングマスクとする第一のエッチング工程で光導電層の一
部を除去し、その後全面に金属反射膜を成膜して出力遮
光膜を形成し、前記微小形状に分割した金属反射膜と出
力遮光膜をエッチングマスクとする第二のエッチング工
程で再び光導電層の一部を除去する空間光変調素子の製
造方法。
【請求項５】整流性を有する光導電層が非晶質シリコ
ンで形成され、周期律表３族元素又は５族元素を不純物
として含む層の一部を第二のエッチング工程で除去する
請求項４に記載の空間光変調素子の製造方法。