JPH07110491A

JPH07110491A - 空間光変調素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07110491A
Application number: JP15353494A
Authority: JP
Inventors: Koji Akiyama; 浩二秋山; Akifumi Ogiwara; 昭文荻原; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】明るく、高コントラストで高解像度の画像を
出力できる投射型ディスプレイに使用できる空間光変調
素子を提供する。【構成】ガラス基板101上に透明導電性電極102と導電
率の小さい非晶質半導体層103と導電率の大きい非晶質
半導体層104からなる光導電体層105と島状反射鏡106と
を積層し、島状反射鏡106間の光導電体層105を除去し、
非晶質半導体層103の方が非晶質半導体層104に比べて幅
広の溝部を設け、この溝部底部にＡｌ遮光膜117を形成
し、溝部内にポリイミド絶縁膜118と炭素粒子を分散し
たレジストを充填して光吸収層109を形成後、ポリイミ
ド配向膜108を積層する。これと透明導電性電極110とポ
リイミド配向膜111を積層したガラス基板112との間に1
〜2μｍ厚の強誘電性液晶層107を密封する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光演算装置、プロジェ
クションディスプレイ等に用いられる空間光変調素子お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた光書き込み型の空間光変調
素子（以下、空間光変調素子といえば特別にことわらな
い限りこの光書き込み型のものを指す）の基本的な構造
は、光導電体層と電界の印加により光の透過率が変化す
る液晶層を対向する２つの透明導電性電極で挟み込んだ
ものである。この素子の駆動は、両透明導電性電極間に
外部から電圧を印加することによってなされる。そし
て、この状態で光導電体層に書き込み光を照射すると、
光導電体層の電気抵抗が変化して液晶層に印加される電
圧が変化し、この電圧の大きさによって液晶層を通過す
る読み出し光が変調される。この動作を使って、光のし
きい値処理、波長変換、インコヒーレント／コヒーレン
ト変換、画像メモリなどの機能を実現することができる
ため、空間光変調素子は光情報処理のキー・デバイスと
して位置づけられている。また、光強度の大きい読み出
し光を書き込み光とは反対方向から入射し、書き込んだ
内容を反射型で読み出せば光増幅機能をも実現すること
ができることため、プロジェクションディスプレイとし
ても応用することができる。

【０００３】現在、実用化されているプロジェクション
ディスプレイの方式としては、この光書き込み型空間光
変調素子を用いたものの他に、高輝度３管ＣＲＴによる
投射する構成のものや、アクティブマトリックス液晶ラ
イトバルブを高輝度光源で投射するものがある。ＣＲＴ
による方法は、対角５〜７インチのＲ，Ｇ，Ｂ３本の高
輝度ＣＲＴに画像を表示し、その画像を３本の投射レン
ズでスクリーン上に投射して合成し、カラー画像を得る
もので、投影装置の重量が重い、高輝度表示のため解像
度が低いなどの問題がある。アクティブマトリックス液
晶ライトバルブの方法は、Ｒ，Ｇ，Ｂ３枚の液晶パネル
あるいはＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルターを一体化した１枚
の液晶パネルに画像を表示し、メタルハライドランプや
ハロゲンランプなどの高輝度のバックライト光源で読み
だし、スクリーン上に投影するもので、ＣＲＴによる方
法に対し、投影装置を小型軽量にできる利点がある。し
かし、高解像度の画像を得るためには、液晶パネルの画
素サイズを小さくせねばならず、このため、画素の大き
さに対する遮光領域（アクティブマトリックス駆動のた
めのトランジスタ部分）の割合が大きくなり画素の開口
率が低下して画像が暗くなるという問題がある。

【０００４】以上のように、解像度と明るさはトレード
・オフの関係にあり、ＣＲＴおよびアクティブマトリッ
クス液晶ライトバルブを用いたプロジェクションディス
プレイではこれらを両立することができなかった。一
方、光書き込み型空間光変調素子を用いた場合は、光導
電体層にＣＲＴで画像を入力し、その画像を液晶層側か
ら高輝度光源によって反射型で読み出し、投射レンズに
よってスクリーン上に投影する方式である。この方式
は、小型軽量で、かつ高解像度で明るい画面を提供で
き、従来のディスプレイがもつ、明るさと解像度の問題
を解決できる画期的な方法である。

【０００５】このように光書き込み型の空間光変調素子
は、高解像度で明るい画面が得られるのであるが、空間
光変調素子を反射型で画像を出力するようにするために
は、光導電体層と液晶層との間に屈折率の異なる誘電体
を１／４波長の膜厚で交互に幾重にも積層した誘電体反
射鏡、あるいは島状の金属膜を２次元マトリックス状に
配列した島状反射鏡が設けられる。誘電体反射鏡を用い
た場合、反射率を高めるためには誘電体の層数を増やす
必要があるが、誘電体反射鏡の厚みが増加することにな
る。誘電体反射鏡の厚みが増加すると、誘電体反射鏡中
での電界強度が減少するため、誘電体反射鏡内にトラッ
プされた電荷は吐き出されにくくなる。この電荷は、素
子を動作していると時間とともに誘電体反射鏡中に蓄積
していくため、液晶層にかかる電圧が不安定になり、素
子の動作条件が変動したり、残像を生じたりする問題が
ある。

【０００６】一方、島状金属反射鏡の場合はこのような
問題点は無いが、反射鏡のない部分では光導電体層が読
み出し光に対してさらされており、光導電体層に読み出
し光が洩れてしまうため、読み出し光によって液晶層が
スイッチングしてしまうという望ましくない状態を生じ
てしまう。そのため、島状反射鏡の無い部分には読み出
し光が洩れてこない様に、遮光構造を設ける必要があ
る。この一例として、島状反射鏡と光導電体層の間に光
吸収層を設けた構造（特開昭６２ー４０４３０号公
報）、および図８のように島状金属反射鏡８０１間およ
び反射鏡の下の光導電体層８０２をエッチングで除去
し、さらに光吸収層８０３として黒色顔料を分散した有
機高分子ポリマーを充填した構造が提案されている（特
願平４ー１３６５８１号）。後者の構造は、島状反射鏡
８０１下の光導電体層８０２の一部を除去することによ
り、斜めに入射してくる読み出し光に対しても、読み出
し光が光導電体層８０２に届かないように工夫したもの
である。なお、図８中、８０４，８０５はガラス基板、
８０６，８０７は透明導電性電極、８０８は液晶層、８
０９は配向膜である。

【０００７】空間光変調素子の光導電体層を構成する材
料として、可視光に感度を有する水素化非晶質シリコン
（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと略記する）膜が通常用いられ
る。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜にはプラズマ化学的気相成長
法（以下、ＣＶＤと略記する）が用いられるが、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜の光導電性は、成膜時の基板温度に強く依存す
る。衆知なことであるが、ａ−Ｓｉ：Ｈの成膜時の基板
温度は、２００〜３００℃の範囲に設定されるのが最も
好ましく、３００℃以上または１５０℃以下では膜中の
ダングリングボンド密度が増加してしまうため好ましく
ない。何故なら、ダングリングボンドは、キャリヤをト
ラップまたは再結合させる欠陥として働くため、ダング
リングボンド密度の増加は、光導電性を著しく低下させ
るからである。空間光変調素子における光導電体層の機
能は、書き込み光の照射により光励起キャリヤを発生し
て液晶層側へ輸送することであり、光導電体層は空間光
変調素子の感度および応答速度を決める重要な構成要素
である。従って、光導電体層には、高い光導電性が要求
される。そのため、ａ−Ｓｉ：Ｈは、プラズマＣＶＤ法
において、基板を２００〜３００℃の範囲に加熱した状
態で成膜されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例
（特開昭６２−４０４３０号公報）の空間光変調素子に
用いられている光吸収層としては、有機体層に黒色染料
を染色したもの、あるいは炭素または炭化珪素の層が使
用されているが、黒色に染色した有機体層では、透過率
がせいぜい１％程度と高く、１００万ルックス以上の読
み出し光に対して、１万ルックスの洩れ光が光導電体層
に入射することになり、これでは液晶層が完全に誤動作
する。誤動作を防ぐためには、読み出し光強度を小さく
しなければならず、結局明るい画面を得ることができな
くなってしまう。また、炭素または炭化珪素を光吸収層
に使用した場合では、これらの材料の禁止帯幅が狭いた
め、導電率が大きく、電荷の横流れを生じ、画像の解像
度が著しく低下してしまう。従って、従来例では、ディ
スプレイとして重要な、明るい高解像度の画像を得るこ
とはできないという問題があった。

【０００９】また、もう一方の例（特願平４ー１３６５
８１号）では、図８に示すように島状反射鏡８０１間の
光導電体層８０２及び島状反射鏡８０１の下の光導電体
層８０２が除去されて溝が形成されており、その溝に光
吸収層８０３として黒色顔料を分散した有機高分子ポリ
マーを充填している。島状反射鏡８０１の下の光導電体
層８０２は、島状反射鏡８０１の端から２μｍ以上内側
に削られているため、２０００〜３０００Å厚の島状反
射鏡８０１を構成する金属薄膜は折れ曲がってしまう。
島状反射鏡８０１が折れ曲がると折れ曲がり部分で読み
出し光が散乱され、この散乱成分は投射レンズで集光で
きなくなるため、投射画像が暗くなる問題があった。ま
た、ひどい場合には折れ曲がり部分が完全に切断してし
まい、結局読み出し光の斜め成分の光導電体層８０２へ
の入射を除去できなくなって、液晶層８０８が誤動作し
て出力画像が白く浮き上がった状態になって画像のコン
トラストが著しく低下してしまう問題があった。

【００１０】コントラストを上げるためには読み出し光
の強度を下げなければならず、明るい画像は得られな
い。さらに、切断された反射鏡が、液晶層８０８に混入
して液晶層８０８を短絡したり、隣接する島状反射鏡８
０１と接触して、その画素の動作を不能にしたりするた
め、正常動作する素子を作製できないという問題があっ
た。

【００１１】この島状反射鏡８０１の折れ曲がりを防止
するためには、島状反射鏡８０１を構成する金属薄膜の
厚みを少なくとも１μｍ以上に増加するとよいのである
が、このように厚みを増加すると微細な島状反射鏡８０
１のパターンを形成することが困難になり、高解像度の
画像を出力できなくなってしまうとともに、厚みを増し
たことによって金属薄膜の応力が大きくなり島状反射鏡
が剥がれてしまう問題を生じてしまう。以上のように、
特願平４ー１３６５８１号に記載の発明では、明るくて
高コントラストで、かつ高解像度の画像が得られないと
ともに、素子作製の歩留まりが非常に悪いという問題が
あった。

【００１２】一方、空間光変調素子の光導電体層を構成
するａ−Ｓｉ：Ｈ膜のプラズマＣＶＤ法による成膜プロ
セスの大きな流れは、先ず成膜する基板を真空容器内に
配置して２００〜３００℃の温度に加熱し、所定膜厚の
ａ−Ｓｉ：Ｈを成膜した後、室温付近まで冷却して取り
出す、というものである。しかし、このプロセスにおい
て、基板の加熱と冷却にそれぞれ１時間以上の時間を要
しており、成膜に要する時間と同じあるいはそれ以上の
時間を費やしてしまっている。加熱時間を減少するに
は、ヒーターに流す電流を増加して温度上昇速度を速め
てやれば良いが、空間光変調素子の均一な画像出力を実
現するために、光導電体層には均一な光感度が要求され
るため、基板の温度の均一性はおろそかにできない。

【００１３】結局、均一な基板温度を得るためには、ど
うしても１時間程度の加熱時間が必要であり、温度上昇
速度を速めてやっても時間短縮はできない。また、冷却
時間を短縮するために、水冷を使って基板を急冷する
と、膜の応力が大きくなって、膜剥がれやクラックを生
じてしまう、高温時の高ダングリングボンド密度が膜内
に凍結されてしまうため、ａ−Ｓｉ：Ｈの光導電性が低
下する問題があった。そのため、成膜後の基板は徐冷す
る必要があり、冷却にも少なくとも１時間程度の時間を
要してしまっていた。そのため、成膜に要する時間を短
くするためにａ−Ｓｉ：Ｈの成膜速度を速めても、加熱
・冷却時間に律速されてしまい、空間光変調素子の量産
性は低く、実用的でないという問題があった。

【００１４】本発明は、かかる点に鑑み、島状反射鏡の
厚みが薄くても折れ曲がりや折れの無い、明るく、かつ
高コントラストで高解像度の画像を出力できる空間光変
調素子を提供すると共に、プラズマＣＶＤ法において加
熱・冷却時間を殆ど必要としない光導電体層の作製を可
能とした空間光変調素子の製造方法の提供を目的とする
ものである。

【００１５】

【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、透明導電性電極を具備
した２枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域に導電率の小
さい非晶質半導体層と導電率の大きい非晶質半導体層を
順次積層してなる光導電体層と液晶層とこれらの層の間
に同一平面内に設けられた複数個の島状反射鏡とを少な
くとも具備し、前記島状反射鏡間の前記光導電体層に溝
部を設け、前記溝部の幅が前記導電率の大きい非晶質半
導体層に比べて前記導電率の小さい非晶質半導体層の方
を広くした構成である。

【００１６】また、前記構成においては、導電率の小さ
い非晶質半導体層の禁止帯幅が、導電率の大きい非晶質
半導体層の禁止帯幅より広くなっているほうが好まし
い。また、前記構成においては、光導電体層が整流性を
有するのが好ましい。また、前記構成においては、光導
電体層が、シリコンを主成分とするのが好ましい。

【００１７】また、前記構成においては、溝部に可視光
を吸収する遮光物質が充填されているのが好ましい。

【００１８】また、前記構成においては、導電率の大き
い非晶質半導体層が、ゲルマニウムを主成分とするのが
好ましい。

【００１９】また、本発明に係わる空間光変調素子の第
１の製造方法は、透明導電性電極を具備した２枚の透明
絶縁性基板で挟まれた領域に非晶質半導体からなる光導
電体層と液晶層とこれらの層の間に同一平面内に設けら
れた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光変
調素子の製造方法であって、減圧にし得る真空容器内に
所定のガスを導入して所定の内圧とし、前記真空容器内
において放電現象を生起させてプラズマを形成し、１５
０℃以下の低温で透明導電性電極上に光導電体層を形成
し、島状反射鏡を形成した後、少なくとも有機薄膜を塗
布し１５０℃を越える温度で熱処理を行う工程を経た
後、液晶層を形成することを特徴とする。

【００２０】また、本発明に係わる空間光変調素子の第
２の製造方法は、透明導電性電極を具備した２枚の透明
絶縁性基板で挟まれた領域に非晶質半導体からなる光導
電体層と液晶層とこれらの層の間に誘電体反射鏡とを少
なくとも備えた空間光変調素子の製造方法であって、減
圧にし得る真空容器内に所定のガスを導入して所定の内
圧とし、前記真空容器内において放電現象を生起させて
プラズマを形成し、１５０℃以下の低温で透明導電性電
極上に光導電体層を形成し、誘電体反射鏡を１５０℃を
越える温度で形成した後、液晶層を形成することを特徴
とする。

【００２１】

【作用】以上のように本発明の構成によれば、島状反射
鏡と接する導電率の大きい非晶質半導体層は、島状反射
鏡の無い部分は完全に除去されているが、島状反射鏡下
の導電率の大きい非晶質半導体層は殆ど除去されていな
いので、膜厚が薄くても島状反射鏡が折れ曲がることは
ない。従って、散乱により投射画像が暗くなることがな
く、また、折れた破片を発生することもないので、液晶
層の短絡および隣合う画素の動作不良もない。さらに
は、島状反射鏡の厚みが薄くできるので、島状反射鏡の
膜剥がれも無く、微細な島状反射鏡パターンを精度良く
形成することができるので、高解像度の画像を出力でき
る。

【００２２】また、島状反射鏡の間から読み出し光の斜
め成分が入射してきても、導電率の大きい非晶質半導体
層は、空乏層が非常に薄い上に、光励起キャリヤ以上の
自由キャリヤが存在するため、導電率変化は無視でき
る。斜め入射の読み出し光が導電率の大きい非晶質半導
体層を通過して、導電率の小さい非晶質半導体層に入射
しても、斜め成分が入射する領域内の導電率の小さい非
晶質半導体層は除去されている上に、この部分に遮光物
質を充填しておれば、斜め成分の光は殆ど問題が無い迄
に吸収されてしまうので、光導電体層の導電率変化はな
く、読み出し光の洩れによって液晶層が誤動作すること
はない。従って、高輝度の読み出し光によって画像を読
みだしても、液晶層の誤動作によるコントラストの低下
を招くことなく、明るい画像を投射することができる。
以上のことから、本発明の空間光変調素子は、島状反射
鏡の厚みが薄くても折れ曲がりや折れが無く高歩留まり
であり、かつ明るく、高コントラストで高解像度の画像
を提供することができる。

【００２３】次に、前記本発明の方法の第１および第２
の方法によれば、加熱・冷却時間を殆ど必要としない光
導電体層を得ることができるかについて説明する。ａ−
Ｓｉ：Ｈ膜の応力、禁止帯幅や光導電性などの物性は、
膜中に存在する水素含有量およびＳｉＨ,ＳｉＨ₂,(Ｓｉ
Ｈ₂)_n（ここでｎ＝２,３,４,…）などの水素結合状態に
依存することは衆知の通りである。従って、水素結合状
態に影響を与える成膜時の基板温度によってａ−Ｓｉ：
Ｈの物性が変化することも明かである。一般に基板温度
を１５０℃以下の低温で成膜すると、膜中の水素含有量
が多く、膜の圧縮応力は低下し膜の基板に対する密着性
は向上するが、光導電性は著しく低下する。また、２０
０℃以上の高温時での成膜は、水素の熱的挙動が水素結
合状態を決める大きな要因となるが、１５０℃以下の低
温時の成膜では、膜質は基板温度よりも膜を形成するラ
ジカルの状態に依存する。

【００２４】従って、従来の空間光変調素子を構成する
ａ−Ｓｉ：Ｈ層の成膜時に要求される基板温度の均一性
は、基板温度が２００〜３００℃と高いために±５℃以
下とされなければならなかったが、本発明の方法によれ
ば、基板温度が１５０℃以下と低いため、±２０℃程度
の均一性でもよい。そのため、基板の加熱時間を短くし
ても膜質の均一性には問題が無い。

【００２５】また、水冷によって冷却時間を短くして
も、膜の密着性が高いため剥がれることはない。しか
し、この状態ではａ−Ｓｉ：Ｈ膜の光導電性は低く、空
間光変調素子を作製しても感度が小さくて動作できな
い。しかし、ａ−Ｓｉ：Ｈ成膜後、空間光変調素子を作
製する過程の中で、ポリイミドやポリビニルアルコール
などの液晶層の配向膜を形成する際に１５０〜３００℃
の温度に加熱する、またはスパッタ法や電子ビーム蒸着
法により誘電体反射鏡を形成する際に同様の温度に加熱
する工程がある。低基板温度で作製された光導電性の低
いａ−Ｓｉ：Ｈでも、基板温度以上の温度に再加熱する
と膜内で水素原子の離脱および結合状態の変化を生じる
ため、光導電性が著しく向上し、空間光変調素子として
動作できるようになる。すなわち、低い基板温度で光導
電体層を形成し、空間光変調素子を作製すれば、加熱お
よび冷却時間を大幅に短縮でき、量産性を高めることが
できる。

【００２６】

【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。図１は本発明に係わる空間光変調素子の一
実施例を示す断面図である。

【００２７】図１に示すように、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、ＩＴ
Ｏ（インジウム−スズ酸化膜）、ＺｎＯまたはＳｎＯ₂
等の導電性酸化物）１０２と、導電率の小さい非晶質半
導体層１０３及び導電率の大きい非晶質半導体層１０４
からなる光導電体層１０５とが順次積層されている。ま
た、光導電体層１０５上には、島状反射鏡１０６と液晶
層１０７を配向する配向膜１０８とが順に配置されてお
り、島状反射鏡１０６間の光導電体層１０５は除去され
て溝が形成されている。この溝は、図１に示すように導
電率の大きい非晶質半導体層１０４に比べて導電率の小
さい非晶質半導体層１０３の方が幅が広くなっており、
この溝の部分には光吸収層１０９が充填されている。ま
た、対向側の透明導電性電極１１０にも配向膜１１１が
一様に成膜されている。なお、図１中、１１２は透明絶
縁性基板（例えば、ガラス基板）である。

【００２８】この空間光変調素子の駆動は、両透明導電
性電極１０２，１１０間に外部から電圧を印加すること
によってなされる。そして、この状態で光導電体層１０
５に書き込み光１１３が照射されると、光が照射されて
いる部分の液晶層１０７にかかる電圧が増大し、この電
圧の大きさに応じて液晶分子の配向状態が変化する。こ
の配向状態の変化は偏光子１１４と検光子１１５を組み
合わせた光学系を用いて、書き込み光１１３とは反対の
方向から読み出し光１１６を入射することにより、島状
反射鏡１０６からの反射光として観測することができ
る。

【００２９】液晶層１０７に用いる材料としては、ネマ
ティック液晶、スーパーツイストネマティック液晶、強
誘電性液晶、反強誘電性液晶、ポリマー中に液晶を分散
させた分散型液晶等が挙げられる。強誘電性液晶又は反
強誘電性液晶を用いた場合、液晶層１０７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
導電体層１０５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。

【００３０】一方、分散型液晶を用いた場合は偏光子１
１４、検光子１１５および配向膜１０８，１１１が不用
になり、出力光が明るくなるとともに、素子および光学
系が簡単になるという利点がある。また、分散型液晶以
外の液晶材料を用いた場合には、液晶層１０７は樹脂に
よって密封されるとともに、層厚を調整するためにスペ
ーサー（図１には示していない）が液晶層１０７中に混
入される。このスペーサーとしては通常、アルミナや石
英のビーズあるいはガラスファイバーの粉末が使用され
る。また、これらのスペーサーは液晶層１０７を密封す
る樹脂中にも混入される。液晶を配向するための配向膜
１０８，１１１は、ＳｉＯ_x 斜法蒸着膜またはラビング
処理を施したポリイミド、ポリビニルアルコールなどの
有機高分子薄膜からなっている。

【００３１】導電率の小さい非晶質半導体層１０３は、
書き込み光１１３の入射に対し効率よく光キャリヤを発
生し、液晶層側へ輸送する機能が要求されていることか
ら、可視光に対し高い光導電性を有する材料で使用され
る。例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈ（水素
化非晶質シリコンカーバイド），ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x：Ｈ
（水素化非晶質シリコンゲルマニウム）などが挙げられ
る。衆知のことではあるが、上記の水素化非晶質半導体
には、キャリヤトラップとして働くダングリングボンド
を効果的に減少させるために、Ｆ，Ｃｌなどのハロゲン
原子を水素と同様に添加してもよいし、および／または
微量（例えば、0.１〜１０原子％）の酸素（Ｏ）原子を
含有させてもよい。また、導電率をより小さくするため
にホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）、インジウム（Ｉｎ）などの元素を０．１〜１０ｐ
ｐｍ程度添加してもよい。これらの中では、ａ−Ｓｉ：
Ｈが最も光導電性が優れており、素子の感度を上げるこ
とができ有用である。

【００３２】導電率の大きい非晶質半導体層１０４に使
用する材料としては、上記ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ_1-x
Ｃ_x：Ｈ，ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x：Ｈに燐（Ｐ）、砒素（Ａ
ｓ）アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）を１０〜１
０，０００ｐｐｍ程度添加したものが上げられる。導電
率の小さな非晶質半導体層１０３にａ−Ｓｉ：Ｈを使用
した場合、導電率がａ−Ｓｉ：Ｈより大きく、禁止帯幅
がａ−Ｓｉ：Ｈより小さい水素化非晶質窒化ゲルマニウ
ム（ａ−Ｇｅ_1ーxＮ_x：Ｈ、ｘ≦０．５）または水素化非
晶質窒化シリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ_1ーx-yＧｅ_xＮ
_y：Ｈ、但し、０.５≦ｘ，ｙ≦０．５）を導電率の大き
い非晶質半導体層１０４として用いると、読み出し光１
１６の洩れ光を効率よく吸収してくれるので、より好ま
しい。また、ａ−Ｇｅ_1ーxＮ_x：Ｈおよびａ−Ｓｉ_1ーx-y
Ｇｅ_xＮ_y：Ｈ中には禁止帯幅が広がらない程度に酸素原
子を含有しても問題は無い。具体的には、それぞれＯ／
Ｇｅ≦３０％およびＯ／（Ｓｉ＋Ｇｅ）≦３０％であ
る。

【００３３】光導電体層１０５に整流性をもたせると、
書き込み光１１３の入射に対して、効率的な光キャリヤ
発生および輸送が可能になるとともに、液晶層１０７に
書き込んだ画像を順方向電流を流すことによって消去で
きる。導電率の小さい非晶質半導体層１０３に上記の材
料を使用し、導電率の大きい非晶質半導体層１０４に上
記のｎ型不純物（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｅなど）の元素を
添加した材料を使用することで、光導電体層１０５はｉ
／ｎ構造が形成されているため、整流性をもつことがで
きる。光導電体層１０５をより高光感度にし、より大き
な順方向電流を流せるように、導電率の小さい非晶質半
導体層１０３と透明導電性電極１０２との間にｐ型不純
物（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎなど）を１０〜１０，０００
ｐｐｍ添加したｐ型のａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：
Ｈ（但し、０＜ｘ＜０．４が望ましい）を膜厚５０〜１
０００Å、好ましくは１００〜３００Åで形成するとよ
い（但し、図１には図示していない）。光導電体層１０
５の膜厚は、液晶層１０７との関係で決められるが、通
常０．５〜１０μｍである。このうち、導電率の大きい
非晶質半導体層１０４の膜厚としては、島状反射鏡１０
６が折れ曲がらないように０．３μｍ以上必要であり、
導電率の小さい非晶質半導体層１０３の膜厚としては、
書き込み光１１３を十分吸収できるように０．５μｍ以
上に設定されることが望ましい。

【００３４】島状反射鏡１０６は、反射率の大きなＡ
ｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｔｉなどの金属の
うち１種類あるいは２種類以上積層した薄膜からなり、
２次元マトリックス状またはモザイク状に配列される。
島状反射鏡１０６は図１のように分離していなければな
らないが、その形状の如何は問わない。島状反射鏡１０
６がこのように分離している理由は、これらが連続して
いると同一電位になって電位差を生じないため、作像が
不可能になるためである。また、個々の反射鏡１０６
が、それぞれ、出力画像における１個の画素に対応して
いる。キャリヤの横方向への拡散を防止し、素子の高解
像度化を図る目的で島状反射鏡１０６間の導電率の大き
い非晶質半導体層１０４は少なくともエッチングして除
去する必要がある。こうすることにより、島状反射鏡１
０６間でのキャリヤの横流れは抑制され、素子の高解像
度化が可能になる。

【００３５】しかし、このままでは強度の大きな光で読
みだした場合に、島状反射鏡１０６間の間隙から読み出
し光１１６が光キャリヤの発生を司る導電率の小さい非
晶質半導体層１０３に入射し、液晶層１０７を誤動作さ
せてしまう。これを防ぐために、導電率の大きい非晶質
半導体層１０４だけでなく島状反射鏡１０６間の導電率
の小さい非晶質半導体層１０３も除去している。読み出
し光１１６の斜め成分が、導電率の小さい非晶質半導体
層１０３に入射するのを防ぐため、この層１０３では導
電率の大きい非晶質半導体層１０４に比べて横方向に広
く除去されている。溝の深さは光導電体層１０５の膜厚
と同じであることが望ましいが、図１に示すように、可
視光を殆ど吸収せずに透過できる程度の膜厚、好ましく
は１μｍ以下、最適には０．５μｍ以下の光導電体層１
０５を残すように設定されてもよい。

【００３６】さらに、この溝の部分には、可視光を吸収
する材料で構成される光吸収層１０９（例えば、炭素粒
子を分散した有機高分子ポリマー、黒色顔料を配合した
有機高分子ポリマー、またはａ−Ｃ：Ｈ、ａ−Ｇｅ：
Ｈ、ａ−Ｇｅ_1ーxＮ_x：Ｈから成る）を形成されており、
島状反射鏡１０６の間隙から洩れてくる読み出し光１１
６を吸収する。また、読み出し光１１６の遮光をより完
全なものにするため、Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，
Ｍｇなどの金属遮光膜１１７を穴の底部に形成してもよ
い。

【００３７】島状反射鏡１０６間の電気的絶縁を完全に
するために、ＳｉＯ_x，ＳｉＮ_x，ＳｉＣ_x，ＧｅＯ_x，Ｇ
ｅＮ_x，ＧｅＣ_x，ＡｌＯ_x，ＡｌＮ_x，ＢＣ_x，ＢＮ_x等の
無機絶縁物またはポリイミド，ポリビニルアルコール，
ポリカーボネート，ポリパラキシレン，ポリエチレンテ
レフタレート，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，ポリ
塩化ビニリデン，ポリスチレン，ポリ四弗化エチレン，
ポリ三弗化塩化エチレン，ポリ弗化ビニリデン，六弗化
プロピレン−四弗化エチレンコポリマー，三弗化エチレ
ン−弗化ビニリデンコポリマー，ポリブテン，ポリビニ
ルブチラール，ポリウレタンなどの有機絶縁物からなる
絶縁膜１１８を溝の部分に形成してもよい。

【００３８】島状反射鏡１０６を構成する材料として、
上記金属薄膜の代わりにＴａＯ₂ 、Ｓｉのように屈折率
の大きな薄膜とＭｇＦ、ＳｉＯ₂ のように屈折率の小さ
な薄膜を交互に多層に積層した多層誘電体反射鏡を使用
してもよい。

【００３９】光導電体層１０５膜は、図２に示すような
プラズマＣＶＤ装置において作製される。電源２０１
は、直流または高周波（１kHz〜１００MHz）またはマイ
クロ波（１ＧHz以上）電源であって、真空容器２０２内
の電極２０３にマッチング回路２０４を介して接続され
ている（但し、直流の場合はマッチング回路２０４は不
用である）。電極２０３にはシャワー状に多数の穴が設
けてあり、原料ガスボンベ２０５、希釈ガスボンベ２０
６、不純物ガスボンベ２０７，２０８からこれらのガス
がマスフローコントローラー２０９〜２１２によって所
定の流量に調節されてこれらの穴から真空容器２０２内
に導入される（但し、図２では便宜上、これら４本のガ
スボンベおよびガス系統しか記載されていないが、これ
らは形成する膜の種類に応じて増減される）。光導電体
層１０５を形成するための基板２１３は、ヒーター２１
４上に配置され所定の温度に加熱される。なお、図２
中、２１５は真空ポンプ、２１６はバルブ、２１７は水
冷装置である。

【００４０】以下、成膜手順を説明する。先ず、高真空
に排気された真空容器２０２内に、ある所定の流量の原
料ガス及び希釈ガス（必要とあれば不純物ガス）を導入
し、真空ポンプ２１５とバルブ２１６によって所定の圧
力となるように調整した後、電極２０３と接地された基
板２１３間に電界を印加しプラズマを発生させ基板２１
３上に所定の膜厚の光導電体層１０５を形成する。

【００４１】例えば、光導電体層１０５にａ−Ｓｉ：Ｈ
を用いた場合、使用される原料ガスは、ガス分子内にダ
ングリングボンドを終端する働きを持つ水素原子を含ん
でいることが必要であり、具体的には、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂
Ｈ₆，Ｓｉ₃Ｈ₈，Ｓｉ₄Ｈ₁₀，ＳｉＨ_4ーnＦ_n，ＳｉＨ_4ーn
Ｃｌ_n（但し、ｎ＝１,２,３）のうち１種類またはこれ
らの組合せからなる混合ガス、またはこれらのガスとＳ
ｉＦ₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，ＳｉＣｌ₄のうちの１種類または２種
類以上を混合したガスが挙げられる。

【００４２】また、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈを成膜する場合
は、これらのシリコン化合物ガスにＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆，Ｃ₃
Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀，Ｃ₂Ｈ₄，Ｃ₃Ｈ₆，Ｃ₄Ｈ₈，Ｃ₂Ｈ₂，Ｃ₃
Ｈ₄，Ｃ₄Ｈ₆，Ｃ₆Ｈ₆などの炭化水素ガス、ＣＨ₃Ｆ，Ｃ
Ｈ₃Ｃｌ，ＣＨ₃Ｂｒ，ＣＨ₃Ｉ，Ｃ₂Ｈ₅Ｃｌ，Ｃ₂Ｈ₅Ｂ
ｒ，Ｃ₂Ｈ₅Ｉ等のハロゲン化アルキル、Ｃ₃Ｈ₅Ｆ，Ｃ₃
Ｈ₅Ｃｌ，Ｃ₃Ｈ₅Ｂｒ等のハロゲン化アリル、ＣＣｌ
Ｆ₃，ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₈などのフロンガ
ス、Ｃ₆Ｈ_6-mＦ_m（ｍ＝１〜６）の弗化ベンゼンなどの
ガスを混合すればよい。また、（ＣＨ₃）₄Ｓｉガスを単
独で使用しても、上記のガスと混合してもよい。

【００４３】ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x：Ｈを成膜する場合は、
上記シリコン化合物ガスにＧｅＨ₄，Ｇｅ₂Ｈ₆，Ｇｅ₃Ｈ
₈，ＧｅＦ₄，ＧｅＣｌ₄，ＧｅＢｒ₄，ＧｅＩ₄，Ｇｅ
Ｆ₂，ＧｅＣｌ₂，ＧｅＢｒ₂，ＧｅＩ₂，ＧｅＨＦ₃，Ｇ
ｅＨ₂Ｆ₂，ＧｅＨ₃Ｆ，ＧｅＨＣｌ₃，ＧｅＨ₂Ｃｌ₂，Ｇ
ｅＨ₃Ｃｌ，ＧｅＨＢｒ₃，ＧｅＨ₂Ｂｒ₂，ＧｅＨ₃Ｂ
ｒ，ＧｅＨＩ₃，ＧｅＨ₂Ｉ₂，ＧｅＨ₃Ｉなどのガスを混
合すればよい。ａ−Ｇｅ_1- _xＮ_x：Ｈ膜を形成する場合
は、上記のゲルマニウム化合物ガスにＮ₂，ＮＨ₃，Ｈ ₂
ＮＮＨ₂，ＨＮ₃，ＮＨ₄Ｎ₃，Ｆ₃Ｎ，Ｆ₄Ｎ₂などの窒素
化合物ガスを混合すればよい。ａ−Ｓｉ_1ーx-yＧｅ
_xＮ_y：Ｈ膜を形成する場合には、上記のシリコン化合物
ガスおよびゲルマニウム化合物ガスの混合ガスに、上記
の窒素化合物ガスを混合して使用すればよい。

【００４４】また、これらの原料ガスを希釈するガスに
は、Ｈ₂，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどが使用さ
れる。また、膜の電気伝導度を変化させるためにｎ型伝
導を与える不純物（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｅ）を添加する
には、ＰＨ₃，ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＰＣｌ₂Ｆ，ＰＣｌ₂Ｆ₃，
ＰＣｌ₃，ＰＢｒ₃，ＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＦ₅，Ａｓ
Ｃｌ₃，ＡｓＢｒ₃，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₃，ＳｂＣｌ₃，Ｈ₂
Ｓｅ等のガスを上記原料ガス及び希釈ガスに混合すれば
よく、ｐ型伝導を与える不純物（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ）を添加するには、Ｂ₂Ｈ₆，ＢＦ₃，ＢＣｌ₃，ＢＢｒ
₃，（ＣＨ₃）₃Ａｌ，（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｌ，（ｉＣ₄Ｈ₉）₃
Ａｌ，（ＣＨ₃）₃Ｉｎ，（ＣＨ₃）₃Ｇａ，（Ｃ₂Ｈ₅）₃
Ｉｎ，（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ等のガスを上記の原料ガスおよ
び希ガスに混合すればよい。以下に、具体的実施例を挙
げて、本発明をより詳細に説明する。

【００４５】（実施例１）図１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。
次いで、これを図２に示すプラズマＣＶＤ装置内に移
し、真空容器２０２内を１ｘ１０^-6Torr以下に排気した
後、ヒーター２１４で２５０℃に加熱した。Ｈｅで希釈
した濃度１０ｐｐｍのＢ₂Ｈ₆を４００ｓｃｃｍおよびＳ
ｉＨ₄：１ｓｃｃｍ、Ｃ₂Ｈ₂：０．２ｓｃｃｍを真空容
器２０２内に導入し圧力を０．８Ｔｏｒｒに調整した
後、１３．５６ＭＨｚ高周波電力３０Ｗを電極２０３に
印加して放電を発生させ、０．０１〜０.０５μｍのｐ
型ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈ層を成膜した。

【００４６】続いて、真空容器２０２内を一度高真空に
排気したのち、Ｈ₂ ：１００ｓｃｃｍおよびＳｉＨ₄ ：
４０ｓｃｃｍを真空容器２０２内に導入し、圧力：０．
８Ｔｏｒｒ、高周波電力１５Ｗで同様にｉ型アンドープ
ａ−Ｓｉ：Ｈ層１μｍを形成して導電率の小さい非晶質
半導体層１０３とし、再び真空容器２０２内を真空排気
した。次に、Ｈ₂で希釈した濃度２００ｐｐｍのＰＨ₃を
１００ｓｃｃｍおよびＳｉＨ₄ を４０ｓｃｃｍ導入して
圧力：０．８Ｔｏｒｒ、高周波電力１５Ｗで１μｍのｎ
型ａ−Ｓｉ：Ｈを積層して導電率の大きい非晶質半導体
層１０４とし、光導電体層１０５を形成した。

【００４７】次いで、光導電体層１０５の表面に真空蒸
着法によりＣｒ：３０００Å厚を堆積し、写真蝕刻法に
よってパターニングを行い、島状反射鏡１０６を形成し
た。このとき島状反射鏡１０６の形状は２４μｍ角の正
方形で、２μｍの間隔を保ちながら２０００×２０００
個の反射鏡がマトリックス状に配列している（但し、島
状反射鏡１０６は、写真蝕刻法だけでなく、リフトオフ
法を用いても形成できる）。このときの、光導電体層１
０５の断面図を図３（１）に示す。次いで、反応性イオ
ンエッチング法（以下、ＲＩＥと略記する）によって、
島状反射鏡１０６の間のｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４をエ
ッチングにより除去し、続いて、１０００〜３０００Å
厚のポリイミド膜３０１を塗布した。この様子を図３
（２）に示す。

【００４８】次いで、ＲＩＥによってｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
層１０３の全部（もしくは一部でもよい）を除去した。
この時の状態を図３（３）に示す。次いで、化学的気相
エッチング法（以下、ＣＤＥと略記する）または溶液を
用いたエッチングによりｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０３の横
方向を１〜２μｍ程度除去した。ここで、ポリイミド膜
３０１はｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４がエッチングされる
のを防ぐ役目を持っている。次いで、この上に、真空蒸
着法により１０００Å厚のＡｌを蒸着した。このＡｌ膜
３０２は島状反射鏡１０６上および溝内に形成されるこ
とになり、島状反射鏡１０６はＡｌ／Ｃｒの２重構造と
なり、溝内に形成された部分は読み出し光１１６を遮光
するための金属遮光膜１１７となる。この時の状態を図
３（４）に示す。

【００４９】次いで、ポリアミック酸を厚さ：１０００
〜３０００Å塗布し、空気中あるいは窒素雰囲気中で９
０〜１００℃で５分間プリベークした後、２００〜３０
０℃で３０分ないし６０分間熱処理を加えてイミド化さ
せ、ポリイミドからなる絶縁膜１１８を形成した。次い
で、炭素粒子を含むレジストを塗布して溝内に充填した
後、空気中あるいは窒素雰囲気中で９０〜１００℃で５
分間プリベークおよび２００〜３００℃で３０分ないし
６０分間のポストベークを行って光吸収層１０９を形成
し、さらにＣＤＥによって島状反射鏡１０６上に残って
いるポリイミド膜および炭素粒子を含むレジスト膜を除
去した。この時の状態を図３（５）に示す。

【００５０】次いで、ポリアミック酸を厚さ：１００〜
３００Å塗布し、空気中あるいは窒素雰囲気中で９０〜
１００℃で５分間プリベークした後、２００〜３００℃
で３０分ないし６０分間熱処理を加えてイミド化し、ラ
ビング処理を施してポリイミド配向膜１０８を積層し
た。これとＩＴＯの透明導電性電極１１０および配向膜
１０８と同様に作製したポリイミド配向膜１１１を積層
したガラス基板１１２との間に１〜２μｍ厚の強誘電性
液晶層１０７をサンドイッチして空間光変調素子を完成
した。

【００５１】図４にこの空間光変調素子を組み込んだ投
射型ディスプレイ装置の概略図を示す。４０１は白色拡
散面をもつスクリーン、４０２は投射用光源で反射鏡付
きメタルハライドランプ、４０３は書き込み光源として
ＣＲＴ（陰極線管）、４０４は空間光変調素子４０５で
形成された出力像をスクリーン４０１上に４０倍に拡大
する投射用レンズ系である。なお、４０６は偏光ビーム
スプリッター、４０７はＣＲＴ４０３に表示された画像
を空間光変調素子の光導電体層１０５に結像するための
レンズである。

【００５２】ここで、本実施例の投射像の形成、消去お
よびスクリーン上に投射された結果に付いて簡単に述べ
る。透明導電性電極１０２と１１０間に、図５に示す交
流電圧波形（Ｖ_p＝１５Ｖ、Ｖ_n＝−１Ｖ、Ｔ_p：Ｔ＝
１：１１、Ｔ＝１．１ｍｓ）を印加した。但し、印加電
圧の極性は、透明導電性電極１０２が＋になるように設
定した。光導電体層１０５が逆バイアスされるＶ_nの電
圧が印加されている期間に、ＣＲＴ４０３に表示されて
いる画像が空間光変調素子４０５に書き込まれ、スクリ
ーン４０１上に書き込まれた画像が投影される。Ｖ_pの
電圧が印加されている期間、光導電体層１０５が順バイ
アスされるため、書き込まれた画像は消去される。メタ
ルハライドランプ４０２を点灯したときの空間光変調素
子４０５上の照度は２００万ｌｘであったが、得られた
スクリーン４０１上の像のコントラストは、１５０：１
であり、解像度は９００ＴＶ本であった。また、島状反
射鏡１０６の折れ曲がりによる反射率の低下、および液
晶層１０７および島状反射鏡１０６間での短絡が見られ
ず、画質的には欠陥の無い美しい画像を得ることができ
た。

【００５３】（実施例２）実施例１と同様にしてガラス
基板１０１上にＩＴＯ電極１０２を形成し、次いでｐ型
ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈおよびｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる導
電率の小さい非晶質半導体層１０３を堆積した。この層
１０３の上にＧｅＨ₄：１ｓｃｃｍ、Ｎ₂：１６０ｓｃｃ
ｍを真空容器２０２内に導入し圧力を０．５Ｔｏｒｒに
調整した後、高周波電力２０Ｗの条件で１μｍのａ−Ｇ
ｅ_1-xＮ_x：Ｈ層１０４を堆積し、光導電体層１０５を形
成した。但し、光導電体層１０５形成時の基板温度の設
定は１５０℃であった。しかし、ヒーター２１４による
加熱時間は１０分と短かったため、基板内で±２０℃の
温度差があった。

【００５４】また、光導電体層１０５形成後も水冷装置
２１７によって約１０分で基板温度を室温にまで冷却し
たが、膜剥離は見られなかった。また、実施例１におい
て光導電体層１０５形成に要した時間は２００分であっ
たが、この場合は、６０分であった。このようにして得
られた光導電体層１０５上に実施例１と同様にして島状
反射鏡１０６、金属遮光膜１１７、絶縁膜１１８、光吸
収層１０９を形成し、ラビング処理を施したポリイミド
配向膜１０８とＩＴＯの透明導電性電極１１０およびポ
リイミド配向膜１１１を積層したガラス基板１１２との
間に１〜２μｍ厚の強誘電性液晶層１０７を密封して空
間光変調素子を完成した。この空間光変調素子を組み込
んだ図４の装置を用いて、実施例１と同様に操作してＣ
ＲＴ４０３に表示した書き込み画像に応じた像がスクリ
ーン４０１上に再生された。また、投影像には場所ムラ
がほとんど無かった。但し、投影像を形成するとき、印
加電圧波形はＶ_p：２０Ｖであり、ＣＲＴ４０３のビー
ム電流は実施例１の場合に比べて２０％増加した。

【００５５】この結果より、光導電体層１０５を形成す
る際の基板温度が小さく、かつ温度ムラがあっても、そ
の後の素子を組み立てるプロセスの加熱処理によって、
光導電性が向上し、場所ムラも低減されることが確認で
きた。

【００５６】また、ポリイミド絶縁膜１１８およびポリ
イミド配向膜１０８，１１１のイミド化処理の温度、お
よび光吸収層１０９の熱処理温度を３００℃を越える設
定にすると、処理時間は１０分ほどに短縮できたが、光
導電体層１０５に水素ガスが放出したような点状の剥離
があちこちに発生し、空間光変調素子の作製が不可能で
あった。従って、光導電体層１０５形成後の加熱処理の
温度は３００℃が上限であった。

【００５７】（実施例３）本実施例において作製した空
間光変調素子の断面図を図６に示す。以下に、作製手順
を説明する。実施例２と同様にしてガラス基板１０１上
にＩＴＯ電極１０２を形成し、次いでｐ型ａ−Ｓｉ_1-x
Ｃ_x：Ｈおよびｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる導電率の小さ
い非晶質半導体層１０３を堆積した。この層１０３の上
にａ−Ｇｅ_1- _xＮ_x：Ｈ層１０４を堆積し、光導電体層１
０５を形成した。但し、光導電体層１０５形成時の基板
は加熱を行わず室温（〜２０℃）であった。この時の光
導電体層１０５の形成に要した時間は４０分であった。

【００５８】このようにして得られた光導電体層１０５
上に真空蒸着法によりＣｒ：３０００Å厚を堆積し、写
真蝕刻法によってパターニングを行い、島状反射鏡１０
６を形成した。このとき島状反射鏡１０６の形状は２４
μｍ角の正方形で、２μｍの間隔を保ちながら２０００
ｘ２０００個の反射鏡がマトリックス状に配列している
（但し、島状反射鏡１０６は写真蝕刻法だけでなく、リ
フトオフ法を用いても形成できる）。次いで、ＲＩＥに
よって島状反射鏡１０６の間の光導電体層１０５を除去
し、続いて、この上から真空蒸着法により１０００Å厚
のＡｌを蒸着した。このＡｌ膜は島状反射鏡１０６上お
よび溝内に形成されることになり、島状反射鏡１０６は
Ａｌ／Ｃｒの２重構造となり、溝内に形成された部分は
読み出し光を遮光するための金属遮光膜１１７となる。

【００５９】次いで、ポリアミック酸を厚さ：１０００
〜３０００Å塗布し、空気中あるいは窒素雰囲気中で９
０〜１００℃で５分間プリベークした後、２５０〜２８
０℃で３０分間熱処理を加えてイミド化させ、ポリイミ
ドからなる絶縁膜１１８を形成した。次いで、炭素粒子
を含むレジストを塗布して溝内に充填した後、空気中あ
るいは窒素雰囲気中で９０〜１００℃で５分間プリベー
クおよび２００℃で３０分間のポストベークを行って光
吸収層１０９を形成し、さらにＣＤＥによって島状反射
鏡１０６上に残っているポリイミド膜および炭素粒子を
含むレジスト膜を除去した。次いで、ポリアミック酸を
厚さ：１００〜３００Å塗布し、空気中あるいは窒素雰
囲気中で９０〜１００℃で５分間プリベークした後、２
００℃で６０分間熱処理を加えてイミド化し、ラビング
処理を施してポリイミド配向膜１０８を積層した。これ
とＩＴＯの透明導電性電極１１０および配向膜１０８と
同様に作製したポリイミド配向膜１１１を積層したガラ
ス基板１１２との間に１〜２μｍ厚の強誘電性液晶層１
０７を密封して空間光変調素子を完成した。

【００６０】この空間光変調素子を組み込んだ図４の装
置を用いて、実施例２と同様に操作して、ＣＲＴ４０３
に表示した書き込み画像に応じた像がスクリーン４０１
上に再生された。投影像には場所ムラがほとんど無かっ
た。但し、実施例２の条件では、読み出し光１１６の遮
光が図１の素子ほど完全ではなく、コントラストは５
０：１に低下していた。１５０：１のコントラストを維
持するために、メタルハライドランプ４０２を点灯した
ときの空間光変調素子４０５上の照度を１００万ｌｘに
する必要があった。しかし、投影像の明るさは、ディス
プレイとしては十分であった。

【００６１】（実施例４）本実施例において作製した空
間光変調素子の断面図を図７に示す。以下に、作製手順
を説明する。実施例３と同様にしてガラス基板１０１上
にＩＴＯ電極１０２を形成し、次いで３００Å厚のｐ型
ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈおよび１．６μｍ厚のｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈからなる導電率の小さい非晶質半導体層１０３お
よび０．１μｍ厚のａ−Ｇｅ_1-xＮ_x：Ｈ層１０４を順次
堆積し、光導電体層１０５を形成した。但し、この場合
も実施例３と同様に、基板は加熱を行わず室温（〜２０
℃）で成膜した。

【００６２】次いで、この基板を高周波スパッタ装置内
に移し、２５０〜２８０℃に基板加熱を行った状態で、
シリコンをターゲットとし、ガス圧２〜１０ｍＴｏｒｒ
でＳｉＯ₂ とＳｉをそれぞれ１２００Å交互に５層堆積
して０．６μｍ厚の誘電体反射鏡７０１を形成した。但
し、ＳｉＯ₂層作成時にはＡｒとＯ₂の混合ガスを装置内
に導入し、Ｓｉ層作成時にはＡｒのみを装置内に導入し
た。次いで、この誘電体反射鏡７０１上に斜法蒸着によ
って１０００Å厚のＳｉＯ配向膜１０８を形成し、これ
とＩＴＯの透明導電性電極１１０および配向膜１０８と
同様に作製したＳｉＯ配向膜１１１を積層したガラス基
板１１２との間に１〜２μｍ厚の強誘電性液晶層１０７
を密封して空間光変調素子を完成した。

【００６３】この空間光変調素子を組み込んだ図４の装
置を用いて、実施例２と同様に操作して、ＣＲＴ４０３
に表示した書き込み画像に応じた像がスクリーン４０１
上に再生された。投影像には場所ムラがほとんど無かっ
た。但し、実施例２の条件では、読み出し光１１６の遮
光が図１の素子ほど完全ではなく、コントラストは１
０：１に低下していた。１５０：１のコントラストを維
持するために、メタルハライドランプ４０２を点灯した
ときの空間光変調素子４０５上の照度を５０万ｌｘにす
る必要があった。しかし、拡大倍率を２０倍にすると投
影像の明るさは、ディスプレイとして十分であった。

【００６４】以上作製した素子は、動的ホログラムを表
示するための空間光変調素子としても機能する。

【００６５】なお、本発明の液晶層は上記実施例にあげ
られたものに限らず、光導電体層も上記実施例にあげら
れたものに限らず、絶縁膜、光吸収層および印加電圧波
形も上記実施例にあげられたものに限られないことはい
うまでもない。また、図４のプロジェクションシステム
において、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色表示用３つのＣＲＴと３つの
空間光変調素子を組合せ、色分解光学系および色合成光
学系を読みだし光学系内に組み入れることによって、ス
クリーン上にカラー画像を出力できることは言うまでも
ない。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる空
間光変調素子の構成によれば、反射鏡の厚みを薄くして
も折れ曲がりが無く、高歩留まりにすることができ、明
るく、高コントラストで高解像度の空間光変調素子を提
供することができる。

【００６７】また、本発明に係わる空間光変調素子の第
１および第２の製造方法によれば、光導電体層形成時の
加熱および冷却時間が殆ど必要でなく、膜剥がれの無い
低応力の成膜が可能となるので、空間光変調素子の量産
性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる空間光変調素子の一実施例を示
す断面図

【図２】本実施例の空間光変調素子の作製に使用したプ
ラズマＣＶＤ装置の概略図

【図３】本発明に係わる空間光変調素子の一実施例の作
製プロセスを示す断面図

【図４】本実施例の空間光変調素子で使用した投射型デ
ィスプレイ装置の構成図

【図５】本発明に係わる空間光変調素子の一実施例に使
用した印加電圧波形を示す図

【図６】本発明に係わる空間光変調素子の一実施例を示
す断面図

【図７】本発明に係わる空間光変調素子の一実施例を示
す断面図

【図８】従来の空間光変調素子の断面図

【符号の説明】

１０１透明絶縁性基板１０２透明導電性電極１０３導電率の小さい非晶質半導体層１０４導電率の大きな非晶質半導体層１０５光導電体層１０６島状反射鏡１０７液晶層１０８配向膜１０９光吸収層１１０透明導電性電極１１１配向膜１１２透明絶縁性基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明導電性電極を具備した２枚の透明絶縁
性基板で挟まれた領域に導電率の小さい非晶質半導体層
と導電率の大きい非晶質半導体層を順次積層してなる光
導電体層と、液晶層と、これらの層の間に同一平面内に
設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも具備し、
前記島状反射鏡間の前記光導電体層に溝部を設け、前記
溝部の幅が前記導電率の大きい非晶質半導体層に比べて
前記導電率の小さい非晶質半導体層の方を広くしたこと
を特徴とする空間光変調素子。
【請求項２】導電率の小さい非晶質半導体層の禁止帯幅
が、導電率の大きい非晶質半導体層の禁止帯幅より広く
なっている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】光導電体層が整流性を有することを特徴と
する請求項１記載の空間光変調素子。
【請求項４】光導電体層が、シリコンを主成分とするこ
とを特徴とする請求項１記載の空間光変調素子。
【請求項５】溝部に可視光を吸収する遮光物質が充填さ
れている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６】導電率の大きい非晶質半導体層が、ゲルマ
ニウムを主成分とする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７】透明導電性電極を具備した２枚の透明絶縁
性基板で挟まれた領域に非晶質半導体からなる光導電体
層と、液晶層と、これらの層の間に同一平面内に設けら
れた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光変
調素子の製造方法であって、減圧し得る真空容器内に所
定のガスを導入して所定の内圧とし、前記真空容器内に
おいて放電現象を生起させてプラズマを形成し、２０℃
以上１５０℃以下の低温で前記透明導電性電極上に前記
光導電体層を形成し、前記島状反射鏡を形成した後、少
なくとも有機薄膜を塗布し１５０℃を越える温度で熱処
理を行う工程を経た後、前記液晶層を形成することを特
徴とする空間光変調素子の製造方法。
【請求項８】透明導電性電極を具備した２枚の透明絶縁
性基板で挟まれた領域に非晶質半導体からなる光導電体
層と、液晶層と、これらの層の間に誘電体反射鏡とを少
なくとも備えた空間光変調素子の製造方法であって、減
圧し得る真空容器内に所定のガスを導入して所定の内圧
とし、前記真空容器内において放電現象を生起させてプ
ラズマを形成し、２０℃以上１５０℃以下の低温で前記
透明導電性電極上に前記光導電体層を形成し、前記誘電
体反射鏡を１５０℃を越える温度で形成した後、前記液
晶層を形成することを特徴とする空間光変調素子の製造
方法。