JPH0713188A - Spatial optical modulating element and its driving method - Google Patents

Spatial optical modulating element and its driving method

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JPH0713188A
JPH0713188A JP7832394A JP7832394A JPH0713188A JP H0713188 A JPH0713188 A JP H0713188A JP 7832394 A JP7832394 A JP 7832394A JP 7832394 A JP7832394 A JP 7832394A JP H0713188 A JPH0713188 A JP H0713188A
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ferroelectric liquid
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幸生 田中
Akio Takimoto
昭雄 滝本
Koji Akiyama
浩二 秋山
Yasunori Kuratomi
靖規 藏富
Junko Asayama
純子 朝山
Kuni Ogawa
久仁 小川
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Abstract

PURPOSE:To obtain a half-tone display which is high in contrast ratio and good in controllability by the spatial light modulating element used for a projection type display, etc. CONSTITUTION:The spatial light modulating element which has a ferroelectric liquid crystal layer and a photoconductive layer having rectification has one period of a driving voltage waveform 103 composed of an erasing voltage period 101 and a writing voltage period 102. Their voltage values are adjusted to make the instantaneous value of a voltage, applied to the ferroelectric liquid crystal layer right after transition from the erasing voltage period 101 to the writing voltage period 102, larger than the switching threshold voltage 106 of the ferroelectric liquid crystal layer. Further, the minimum value of the voltage applied to the ferroelectric liquid crystal layer is made smaller than the switching threshold voltage 106 of the ferroelectric liquid crystal layer in a writing voltage period 103 under write light irradiation conditions.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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または光演算装置に用いら
れる空間光変調素子およびその駆動方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a projection display,
The present invention relates to a spatial light modulator used in a holographic television or an optical arithmetic device and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】光書き込み型の空間光変調素子は、TF
T液晶パネルやCRTなどに代わる大画面投写型ディス
プレイ装置の中核として注目されている。空間光変調素
子は2次元的な画像パターンの光増幅を行う素子であ
り、光導電層と光変調層とを主な構成要素としている。
光導電層の側から低輝度な画像情報を入射させるとその
強度パターンに応じて光導電層の電気的特性が変調さ
れ、さらにこれによって光変調層の光学的特性が変調さ
れる。そして、光変調層の側から高輝度の読み出し光を
入射することにより増幅された画像情報を出力すること
ができる。
2. Description of the Related Art An optical writing type spatial light modulator is a TF
It is attracting attention as the core of large-screen projection display devices that replace T liquid crystal panels and CRTs. The spatial light modulation element is an element that performs optical amplification of a two-dimensional image pattern, and has a photoconductive layer and a light modulation layer as main constituent elements.
When low-luminance image information is incident from the photoconductive layer side, the electrical characteristics of the photoconductive layer are modulated according to the intensity pattern thereof, and the optical characteristics of the light modulation layer are thereby modulated. Then, the amplified image information can be output by entering the high-brightness read light from the light modulation layer side.

【0003】光導電層としては、CdS、結晶Si、ア
モルファスSi(a−Si:H)等が用いられるが、と
りわけa−Si:Hは書き込み光に対する感度の高さ、
暗伝導度の低さ、膜形成の自由度の大きさなどの点で優
れた特性を持っているため、広く用いられている。な
お、書き込まれた画像の消去を特別な消去用のパルス光
なしで行うため、光導電層には整流性をもたせることが
多い。
As the photoconductive layer, CdS, crystalline Si, amorphous Si (a-Si: H), etc. are used. Among them, a-Si: H has a high sensitivity to writing light.
It is widely used because of its excellent properties such as low dark conductivity and flexibility in film formation. Since the written image is erased without special pulsed light for erasing, the photoconductive layer often has a rectifying property.

【0004】光変調層としては、電気光学結晶または液
晶などが用いられるが、中でも表面安定化強誘電性液晶
(SSFLC;以下、単に強誘電性液晶と呼ぶ)は従来
のツイステッド・ネマティック(TN)型の液晶に比べ
て高速応答が得られる(100μsec程度)という特
徴があり、非常に注目されている。
Electro-optical crystals or liquid crystals are used for the light modulation layer. Among them, the surface-stabilized ferroelectric liquid crystal (SSFLC; hereinafter simply referred to as ferroelectric liquid crystal) is a conventional twisted nematic (TN). Type liquid crystal has a characteristic that a high-speed response can be obtained (about 100 μsec), and thus it is receiving much attention.

【0005】従来より強誘電性液晶は双安定性(2値特
性)を持つことが知られている。すなわち、印加電界の
極性に応じて強誘電性液晶分子の自発分極の向きが変わ
り、ON(またはUPとも呼ぶ)およびOFF(または
DOWN)の2つの異なる光学的状態をとる。このこと
は、例えば、文献「アプライド・フィジクス・レター
ズ」第36巻(1980年)第899頁から第901頁
(Appl.Phys.Lett.vol36(198
0)P.899−901)に詳しく述べられている。
It has been conventionally known that ferroelectric liquid crystals have bistability (binary characteristic). That is, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal molecules changes depending on the polarity of the applied electric field, and takes two different optical states of ON (also referred to as UP) and OFF (or DOWN). This is described, for example, in the document "Applied Physics Letters", Vol. 36 (1980), pages 899 to 901 (Appl. Phys. Lett. Vol36 (198).
0) P. 899-901).

【0006】さて、実際に強誘電性液晶をディスプレイ
などに用いるためにはONおよびOFFのみならず、こ
れらの間の中間状態が表示できなければならない。この
ような中間状態を得る方法としては、外部からの印加電
界ではなく、印加電荷量によって制御するという方法が
ある。強誘電性液晶はPsで表される自発分極を持ってい
るため、分極反転を起こすためには概ね2Psの電荷を外
部から注入してやる必要があるが、注入電荷の量を2Ps
以下の範囲で制御できればOFFからONへの完全な移
行が起こらず、中間の状態が実現される。この方法は、
例えば文献「フェロエレクトリックス」第122巻(1
991年)第89頁から第99頁(Ferroelec
trics,vol122(1991)P.89−9
9)や、文献「ジャーナル・オヴ・アプライド・フィズ
ィクス」第66巻(1989年)第1132頁から第1
136頁(J.Appl.Phys.66(1989)
P1132−1136)に記載されている。ただし、こ
れらの報告においては、ON状態のドメインとOFF状
態のドメインとが面積的に分布して巨視的に中間状態に
見えるだけであり、微視的に見れば強誘電性液晶は2値
特性を保っている(面積階調)。つまり、強誘電性液晶
が一様にONでもOFFでもない第3の状態になってい
るというわけではない。
Now, in order to actually use the ferroelectric liquid crystal in a display or the like, it is necessary to display not only ON and OFF but also an intermediate state between them. As a method of obtaining such an intermediate state, there is a method of controlling not by an electric field applied from the outside but by an applied charge amount. Ferroelectric liquid crystal has a spontaneous polarization represented by Ps, so it is necessary to inject a charge of approximately 2Ps from the outside in order to cause polarization reversal, but the amount of injected charge is 2Ps.
If control is possible within the following range, a complete transition from OFF to ON does not occur, and an intermediate state is realized. This method
For example, the document “Ferroelectrics”, Vol. 122 (1
991) pp. 89-99 (Ferroelec
trics, vol122 (1991) P.I. 89-9
9) and the document "Journal of Applied Physics" Vol. 66 (1989), pages 1132 to 1
136 pages (J. Appl. Phys. 66 (1989)
P1132-1136). However, in these reports, the domains in the ON state and the domains in the OFF state are distributed in an area and only appear macroscopically in the intermediate state. Microscopically, the ferroelectric liquid crystal has a binary characteristic. Is maintained (area gradation). That is, the ferroelectric liquid crystal is not in the third state in which it is neither ON nor OFF.

【0007】さて、強誘電性液晶と整流性を有する光導
電層(pin構造のa−Siなど)によって構成される
空間光変調素子を駆動する場合、駆動電圧波形として
は、図2(a)に示すような矩形波状のもの(消去パル
ス201及び書き込み電圧期間202より成る)や、図
2(b)に示すようなもの(消去パルス203、第一の
低電圧期間204、書き込みパルス205、および第二
の低電圧期間より成る)が一般的である。図2(a)
は、例えば、文献「アイ・イー・イー・イー・トランザ
クションズ・オン・エレクトロン・デバイスィズ」第3
6巻(1989年)第2959頁から第2964頁(I
EEE Transactions onElectr
on Devices.vol36(1989)P.2
959−2964)に用いられている。
When driving a spatial light modulator composed of a ferroelectric liquid crystal and a photoconductive layer having a rectifying property (a-Si having a pin structure, etc.), the drive voltage waveform is as shown in FIG. 2B (comprising an erase pulse 201 and a write voltage period 202), or as shown in FIG. 2B (erase pulse 203, first low voltage period 204, write pulse 205, and The second low voltage period) is common. Figure 2 (a)
Is, for example, in the article “IEE Transactions on Electron Devices”, No. 3
Volume 6 (1989) pp. 2959 to 2964 (I
EEE Transactions on Electr
on Devices. vol36 (1989) P. Two
959-2964).

【0008】この駆動波形は、完全に正負が対称である
ため、強誘電性液晶の分解による経時変化が防げるとい
う利点がある反面、書き込み電圧期間202が負の非常
に大きな電圧となるため、書き込み光が無い状態でも強
誘電性液晶が分極反転をして(電界スイッチング)コン
トラストを低下させること、および出力光のデューティ
ー比が高々1/2しかないため明るさのロスになること
の問題点がある。図2(b)は我々が提唱した方法であ
り、デューティー比をほぼ1にすることができるが、書
き込みパルス205印加時の電界スイッチングによるコ
ントラストの低下は防ぐことができないという問題があ
る。
Since this drive waveform is completely symmetrical with respect to positive and negative signs, it has the advantage of preventing the change over time due to the decomposition of the ferroelectric liquid crystal, but on the other hand, since the write voltage period 202 is a very large negative voltage, the write operation is performed. The problem is that even if there is no light, the ferroelectric liquid crystal causes polarization inversion (electric field switching) to reduce the contrast, and the output light has a duty ratio of at most 1/2, resulting in a loss of brightness. is there. FIG. 2B shows the method proposed by us, which can make the duty ratio almost 1, but there is a problem that it is not possible to prevent the deterioration of the contrast due to the electric field switching when the write pulse 205 is applied.

【0009】図3は以上の問題を解決するために用いら
れる駆動パルス波形である。これは例えば、文献「エス
・アイ・ディー・ダイジェスト」(1991年)第25
4頁から第256頁(SID Digest(199
1)P.254−256)や米国特許第5,178,4
45号明細書において用いられているもので、高電圧で
短い消去パルス301と低電圧で長い書き込み電圧期間
302からなっている。この駆動パルスにおいては書き
込み電圧期間302の電圧の絶対値を消去パルス301
の電圧の絶対値よりも小さくしているため電界によるス
イッチングを抑えることができ、また、書き込み電圧期
間302が長いため読み出し光のデューティー比もほぼ
1にできるので、投写型ディスプレイなどへの応用には
適した方式である。
FIG. 3 shows drive pulse waveforms used to solve the above problems. This is, for example, 25th in the document "S.I.D. Digest" (1991).
Pages 4 to 256 (SID Digest (199
1) P. 254-256) and US Pat. No. 5,178,4.
It is used in the specification No. 45, and consists of a high voltage and a short erase pulse 301 and a low voltage and a long write voltage period 302. In this drive pulse, the absolute value of the voltage in the write voltage period 302 is set to the erase pulse 301.
Since the voltage is smaller than the absolute value of the voltage, switching due to the electric field can be suppressed, and since the writing voltage period 302 is long, the duty ratio of the reading light can be almost 1, so that it can be applied to a projection display or the like. Is a suitable method.

【0010】後者の文献では特に、コントラストの大き
い駆動をするための駆動電圧の条件についても触れてい
る。ただし、いずれにしても強誘電性液晶としてはON
とOFFの2つの状態以外は安定にとることのできない
ものを用いており、前者においては上記の面積階調を用
いて中間調表示を実現している。また、後者では強誘電
性液晶の2値特性をそのまま用い、中間調表示は行って
いない。なお、上記文献では、書き込み光としてパルス
光(例えば、空間光変調素子駆動の一周期の長さに比べ
て発光時間の短い蛍光体をもつCRTの発光)を用いて
いる。
In the latter document, in particular, the conditions of the drive voltage for driving with high contrast are also mentioned. However, in any case, it is ON as a ferroelectric liquid crystal.
Other than the two states of OFF and OFF, a state that cannot be stably obtained is used. In the former, halftone display is realized by using the above area gradation. In the latter case, the binary characteristic of the ferroelectric liquid crystal is used as it is and halftone display is not performed. In the above-mentioned document, pulsed light (for example, CRT light emission having a phosphor whose emission time is shorter than the length of one period for driving the spatial light modulator) is used as the writing light.

【0011】このような空間光変調素子を投写型ディス
プレイ、またはホログラフィーテレビジョンに用いる場
合、コントラストがよく、安定で制御性のよい中間調表
示ができることが必要とされる。
When such a spatial light modulator is used in a projection type display or a holographic television, it is necessary to have a high contrast, stable and controllable halftone display.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の空
間光変調素子は、光変調層として2つの状態しか安定に
とることのできないものを用いていたため、中間調表示
としては面積階調を用いていたため、入力する画像が高
解像度になる(すなわち1画素の大きさが小さくなる)
に従って1画素あたりに含まれるドメインの数が少なく
なり、得られる階調の数が小さくなり中間調表示が困難
になるという問題があった。
However, since the conventional spatial light modulator uses a light modulating layer which can stably take only two states, area gradation is used for halftone display. , The input image has high resolution (that is, the size of one pixel becomes smaller)
Accordingly, there is a problem that the number of domains included in one pixel decreases, the number of gradations obtained decreases, and halftone display becomes difficult.

【0013】また、実際に空間光変調素子を駆動すると
きに、強誘電性液晶が中間的な状態をとるような印加電
荷量の範囲内での電荷制御を行っていない(例えば上述
の米国特許第5,178,445号明細書など)ため
に、高コントラストの中間調表示をするのが困難であっ
た。
Further, when the spatial light modulator is actually driven, the charge control is not performed within the range of the applied charge amount so that the ferroelectric liquid crystal is in an intermediate state (for example, the above-mentioned US Patents). No. 5,178,445, etc.), it is difficult to perform high contrast halftone display.

【0014】本発明は上記課題を解決するもので、投写
型ディスプレイなどに用いられる空間光変調素子におい
て、コントラスト比が高く、制御性のよい中間調表示を
得ることができる空間光変調素子およびその駆動方法を
提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and in a spatial light modulator used for a projection display or the like, a spatial light modulator having a high contrast ratio and capable of obtaining a halftone display with good controllability, and the same. An object is to provide a driving method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空間光変調素子は、対向する2枚の透明電
極間に光変調層及び光導電層を設け、前記光変調層は、
印加電荷量に応じて異なる光学的状態を示す光変調層で
あって、かつ、前記印加電荷量が第一の閾値電荷量以上
のときには第一の光学的状態を示し、前記印加電荷量が
第二の閾値電荷量以下のときには第二の光学的状態を示
し、前記印加電荷量が前記第一の閾値電荷量よりも小さ
く、かつ前記第二の閾値電荷量よりも大きいときには、
前記印加電荷量に対応して前記第一の光学的状態と前記
第二の光学的状態の間の空間的に一様な中間状態を示す
ものを用いる構成である。
In order to achieve the above object, the spatial light modulator of the present invention is provided with a light modulation layer and a photoconductive layer between two opposing transparent electrodes, and the light modulation layer comprises:
A light modulation layer that exhibits different optical states depending on the applied charge amount, and exhibits a first optical state when the applied charge amount is equal to or greater than a first threshold charge amount, and the applied charge amount is When the second threshold charge amount or less, a second optical state is shown, and when the applied charge amount is smaller than the first threshold charge amount and larger than the second threshold charge amount,
A configuration is used in which a spatially uniform intermediate state between the first optical state and the second optical state is used in correspondence with the applied charge amount.

【0016】また、前記光導電層は整流性を有し、逆方
向バイアス状態のときには入射される書き込み光の強度
に応じた大きさをもつ光電流を発生させるものを用いる
のが望ましい。また、前記光変調層は、2つの配向膜に
よって挟まれた強誘電性液晶層を含んでいるものを用い
るのが望ましい。また、前記配向膜の比抵抗は108Ω
・cm〜1011Ω・cmの範囲にあることが望ましい。
Further, it is desirable that the photoconductive layer has a rectifying property and generates a photocurrent having a magnitude corresponding to the intensity of incident writing light in the reverse bias state. Further, it is preferable to use the light modulation layer including a ferroelectric liquid crystal layer sandwiched by two alignment films. The specific resistance of the alignment film is 10 8 Ω.
・ It is desirable to be in the range of 10 to 10 11 Ω · cm.

【0017】さらに前記空間光変調素子の駆動方法は、
駆動電圧の波形の一周期が、光導電層を順方向バイアス
状態にして前記光変調層に第一の閾値電荷量より大きな
電荷量を印加する消去期間と、前記光導電層を逆方向バ
イアス状態にして書き込み光の強度に応じた大きさをも
つ光電流を発生させる書き込み期間からなり、前記書き
込み期間においては、前記書き込み光の強度が第一の閾
値光強度以下のときには前記光変調層に印加される電荷
量が前記第一の閾値電荷量以上の状態を保ち、前記書き
込み光の強度が第二の閾値光強度以上のときには前記光
変調層に印加される電荷量は前記第二の閾値電荷量以下
にまで減じられるように前記駆動電圧を前記2枚の透明
電極に印加する工程を含ませる。
Further, the method of driving the spatial light modulator is as follows:
One cycle of the waveform of the drive voltage makes the photoconductive layer in a forward bias state and applies an amount of charge larger than the first threshold charge amount to the light modulation layer, and the photoconductive layer in a reverse bias state. And a writing period for generating a photocurrent having a magnitude corresponding to the intensity of the writing light. In the writing period, when the intensity of the writing light is equal to or lower than a first threshold light intensity, it is applied to the light modulation layer. When the intensity of the write light is equal to or higher than the second threshold light intensity, the amount of charge applied to the light modulation layer is equal to or higher than the second threshold charge. A step of applying the driving voltage to the two transparent electrodes so that the driving voltage is reduced to less than a predetermined amount is included.

【0018】また、前記光変調層は、2つの配向膜によ
って挟まれた強誘電性液晶層を備えており、前記消去期
間の駆動電圧の最大値をVe、前記書き込み期間の駆動電
圧の最小値をVw、強誘電性液晶層の分極反転を伴わない
場合の強誘電性液晶層の容量をCf、前記光導電層の容量
をCa、光導電層の拡散電位をVd、強誘電性液晶層の閾値
電圧を−Vth として、これらの値が−Vth≦(CfVe+CaV
w)/(Cf+Ca)−VdかつVw−Vd≦−Vthの関係を満たす
ようにすることが望ましい。
The light modulation layer includes a ferroelectric liquid crystal layer sandwiched between two alignment films, the maximum drive voltage during the erase period is Ve, and the minimum drive voltage during the write period is Ve. Vw, the capacitance of the ferroelectric liquid crystal layer without polarization reversal of the ferroelectric liquid crystal layer is Cf, the capacitance of the photoconductive layer is Ca, the diffusion potential of the photoconductive layer is Vd, and the capacitance of the ferroelectric liquid crystal layer is If the threshold voltage is -Vth, these values are -Vth ≤ (CfVe + CaV
It is desirable that w) / (Cf + Ca) −Vd and Vw−Vd ≦ −Vth are satisfied.

【0019】また、前記消去期間の駆動電圧Ve、および
前記書き込み期間の駆動電圧Vwが、1V≦Ve≦40V
および −20V≦Vw≦4Vの範囲にあることが望まし
い。
The drive voltage Ve in the erase period and the drive voltage Vw in the write period are 1V≤Ve≤40V.
And it is desirable that it is in the range of −20V ≦ Vw ≦ 4V.

【0020】また、前記強誘電性液晶層と前記光導電層
とが微小形状に分離された金属反射膜を介して電気的に
接触していることが望ましい。
Further, it is desirable that the ferroelectric liquid crystal layer and the photoconductive layer are in electrical contact with each other through a metal reflection film separated into minute shapes.

【0021】[0021]

【作用】中間調表示を得る原理について説明する。光変
調層として、一様で連続的な中間状態を示す媒体を用い
れば、入力する画像として高解像度のものを用いて1画
素あたりのドメインの数が少なくなっても(極端な場合
1つしかなくても)、ONとOFFの間の状態を連続的
に実現することができ、高解像度な中間調表示を行うこ
とができる。また、仮に印加電圧制御によってONとO
FFの2状態しか実現できない媒質であっても、電圧で
はなく外部から加える電荷量によってONとOFFの間
の一様な状態が安定に実現できる媒質であれば、電荷制
御型の外部回路構成にすることにより(例えば電圧源の
代わりに電流源を接続することにより)中間状態を実現
することは可能である。特に電流源として、書き込み光
の強度によって異なる電流を発生するもの(整流性を有
する光導電層がこれにあたる)を用いれば、書き込み光
の強度によってこの中間状態を制御することが可能とな
る。
The function of obtaining a halftone display will be described. If a medium showing a uniform and continuous intermediate state is used as the light modulation layer, even if the number of domains per pixel is reduced by using a high resolution image as an input image (only one in an extreme case). It is possible to continuously realize the state between ON and OFF, and perform high-resolution halftone display. Also, if the applied voltage is controlled, it turns on and off.
Even if it is a medium that can realize only two states of FF, if it is a medium that can stably realize a uniform state between ON and OFF by the amount of electric charge applied from the outside, not by voltage, then use a charge control type external circuit configuration. It is possible to realize an intermediate state by (for example by connecting a current source instead of a voltage source). In particular, if a current source that generates a different current depending on the intensity of the writing light (a photoconductive layer having a rectifying property corresponds to this) is used, this intermediate state can be controlled by the intensity of the writing light.

【0022】これを実際に消去電圧期間と書き込み電圧
期間とからなる駆動電圧波形で動作させる場合を考え
る。いま、OFF状態から中間状態へ移行する時点、及
び中間状態からON状態へ移行する時点での電荷量をそ
れぞれQ1、Q2とする。即ち、印加電荷量Qが、Q≧Q1
あればOFF状態、Q1>Q>Q2であれば中間状態、Q2
QであればON状態であるとする。まず消去電圧が印加
されるときには光変調層への印加電荷量QはQ1以上にな
り強制的にOFF状態に戻される。次に書き込み電圧期
間においては光導電層が書き込み光強度に応じた光電流
を発生する。ここで、書き込み光が十分に小さければ書
き込み電圧期間内においてQ≧Q1の状態を保つように
し、書き込み光が十分に大きければ電荷量QをQ2以下に
まで変化させるのに十分な光電流を発生するようにすれ
ば、OFF状態からON状態の間の広いレンジで中間状
態が実現でき、結果としてコントラストの高い中間調表
示ができる。
Consider a case where this is actually operated with a drive voltage waveform consisting of an erase voltage period and a write voltage period. Now, the charge amounts at the time of transition from the OFF state to the intermediate state and at the time of transition from the intermediate state to the ON state are Q 1 and Q 2 , respectively. That is, when the applied charge amount Q is Q ≧ Q 1 , it is in the OFF state, when Q 1 >Q> Q 2 , it is in the intermediate state, and Q 2
If it is Q, it means that it is in the ON state. First, when an erasing voltage is applied, the amount of charge Q applied to the light modulation layer becomes Q 1 or more and is forcibly returned to the OFF state. Next, in the write voltage period, the photoconductive layer generates a photocurrent according to the write light intensity. Here, if the writing light is sufficiently small, the state of Q ≧ Q 1 is maintained within the writing voltage period, and if the writing light is sufficiently large, a photocurrent sufficient to change the charge amount Q to Q 2 or less. Is generated, an intermediate state can be realized in a wide range from the OFF state to the ON state, and as a result, a high contrast halftone display can be performed.

【0023】[0023]

【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。本発明にかかわる空間光変調素子の
一例を図6に示す。これは透明な基板601(例えばガ
ラス)上に透明導電性電極602(例えばITO、Zn
O、SnO2 など)を形成し、整流性を持つ光導電層
(または受光層)606を構成し、その上に微小形状に
分離された金属反射膜607(例えばAl、Ti、C
r、Agなどの金属、または2種以上の金属を積層した
もの)を形成し、液晶を配向させるための配向膜608
(例えばポリイミド等の高分子薄膜)をその上から形成
したものである。そして、もう一方の基板612(例え
ばガラス)上にも透明導電性電極611(例えばIT
O、ZnO、SnO2 など)を形成し、その上から配向
膜610(例えばポリイミド等の高分子薄膜)を塗布
し、最後にこれらをある間隙をもたせて張り合わせて、
間隙部分に強誘電性液晶609を注入したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. An example of the spatial light modulator according to the present invention is shown in FIG. This is a transparent conductive electrode 602 (eg ITO, Zn) on a transparent substrate 601 (eg glass).
O, SnO 2, etc.) to form a photoconductive layer (or light receiving layer) 606 having a rectifying property, and a metal reflection film 607 (for example, Al, Ti, C, etc.) separated into minute shapes is formed thereon.
an alignment film 608 for forming a metal such as r or Ag or a laminate of two or more kinds of metals) and aligning the liquid crystal.
(For example, a polymer thin film such as polyimide) is formed thereon. The transparent conductive electrode 611 (eg IT) is also provided on the other substrate 612 (eg glass).
O, ZnO, SnO 2, etc.) is formed, an alignment film 610 (for example, a polymer thin film such as polyimide) is applied thereon, and finally these are bonded together with a certain gap,
Ferroelectric liquid crystal 609 is injected into the gap.

【0024】光導電層606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,Si1-xx,Si1-xGex,Ge1-x
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,TiOCl
PcCl,InClPcCl,InClPc,InBr
PcBr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。
The material used for the photoconductive layer 606 is, for example,
CdS, CdTe, CdSe, ZnS, ZnSe, Ga
Compound semiconductors such as As, GaN, GaP, GaAlAs, InP, amorphous semiconductors such as Se, SeTe, AsSe, Si, Ge, Si 1-x C x , Si 1-x Ge x , Ge 1-x
C x (0 <x <1) polycrystalline or amorphous semiconductor,
(1) Phthalocyanine pigment (abbreviated as Pc), for example, metal-free Pc, XPc (X = Cu, Ni, Co, TiO, Mg,
Si (OH) 2 etc.), AlClPcCl, TiOCl
PcCl, InClPcCl, InClPc, InBr
PcBr and other (2) azo-based dyes such as monoazo dyes and disazo dyes, (3) penylene-based pigments such as penylene acid anhydrides and penenylene imides, (4) indigoid dyes, (5) quinacridone pigments, (6) anthraquinone , Polycyclic quinones such as pyrenequinones, (7) cyanine dyes, (8) xanthene dyes, (9) PVK / TNF
There are organic semiconductors such as charge transfer complexes such as (10), eutectic complexes formed from (10) pyrylium salt dye and polycarbonate resin, and (11) azurenium salt compounds.

【0025】また、非晶質のSi,Ge,Si1-xx
Si1-xGex,Ge1-xx(以下、a−Si,a−G
e,a−Si1-xx,a−Si1-xGex,a−Ge1-x
xのように略す)を光導電層606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,A
l,Gaなどの元素を、またはn型不純物であるP,A
s,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606
内に空乏層を形成するようにして誘電率および暗抵抗ま
た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606内に空乏層を形成して
もよい。また、光導電層606の膜厚は0.1〜10μ
mが望ましい。
Amorphous Si, Ge, Si 1-x C x ,
Si 1-x Ge x, Ge 1-x C x ( hereinafter, a-Si, a-G
e, a-Si 1-x C x , a-Si 1-x Ge x , a-Ge 1-x
Abbreviated as C x ) for the photoconductive layer 606,
Hydrogen or halogen elements may be included, and oxygen or nitrogen may be included to reduce the dielectric constant and increase the resistivity. To control the resistivity, B and A which are p-type impurities
elements such as l and Ga, or P and A that are n-type impurities
Elements such as s and Sb may be added. By stacking the amorphous materials to which impurities are added in this manner, p / n, p / i, i
/ N, p / i / n, etc. are formed to form a photoconductive layer 606.
The dielectric constant and dark resistance or operating voltage polarity may be controlled by forming a depletion layer therein. Not only such an amorphous material, but also two or more kinds of the above materials may be stacked to form a heterojunction to form a depletion layer in the photoconductive layer 606. The thickness of the photoconductive layer 606 is 0.1 to 10 μm.
m is desirable.

【0026】この素子の具体的な作成方法の一例につい
て述べる。まず、ガラスの基板601(40mm×40
mm×0.3mm)上にスパッタ法により透明導電性電
極602としてのITO薄膜を堆積する。ITO膜の厚
さは1000Åとした。そして、光導電層606として
pin構造のアモルファスシリコン(a−Si:H)を
プラズマCVD法により堆積する。このときのp層60
3、i層604、n層605の厚みはそれぞれ1000
Å、17000Å、2000Åであり、合計で2μmに
なるようにした。p層603には不純物としてB(ホウ
素)を400ppm、n層605にはP(燐)を40p
pm添加した。i層604は無添加である。
An example of a specific method for producing this element will be described. First, a glass substrate 601 (40 mm × 40
(mm × 0.3 mm), an ITO thin film as a transparent conductive electrode 602 is deposited by a sputtering method. The thickness of the ITO film was 1000Å. Then, as the photoconductive layer 606, amorphous silicon (a-Si: H) having a pin structure is deposited by the plasma CVD method. P layer 60 at this time
3, the thickness of the i layer 604 and the thickness of the n layer 605 are each 1000
Å, 17,000 Å, 2000 Å, so that the total is 2 μm. The p layer 603 contains 400 ppm of B (boron) as an impurity, and the n layer 605 contains 40 p of P (phosphorus).
pm was added. The i layer 604 is not added.

【0027】次に金属反射膜607を作成するために真
空蒸着法により全面にCrを形成した。その後フォトリ
ソグラフィーを用いて微小形状に分割した。このときの
金属反射膜607の大きさは20μm□であり、画素間
の幅は5μmとした。また、画素数は106 (1000
×1000)とした。この上からスピンコート法によっ
てポリアミック酸を塗布し、熱硬化を行ってポリイミド
の配向膜608を形成した。この時のポリイミドの厚み
は100Åとした。配向処理はナイロン布で配向膜60
8上を一方向に擦ることにより行った。もう一方の基板
612(ガラス)上にも同様にしてITOの透明導電性
電極611を形成し、ポリイミドの配向膜610を形成
して配向処理を行った。
Next, in order to form the metal reflection film 607, Cr was formed on the entire surface by a vacuum evaporation method. After that, it was divided into minute shapes by using photolithography. At this time, the size of the metal reflection film 607 was 20 μm □, and the width between pixels was 5 μm. The number of pixels is 10 6 (1000
× 1000). A polyamic acid was applied thereon by a spin coating method and heat-cured to form a polyimide alignment film 608. The thickness of the polyimide at this time was 100Å. Alignment treatment is made of nylon cloth
8 was rubbed in one direction. Similarly, an ITO transparent conductive electrode 611 was formed on the other substrate 612 (glass), a polyimide alignment film 610 was formed, and alignment treatment was performed.

【0028】次にこの基板612上に直径1μmのビー
ズを分布させてもう一方の基板601を張り合わせるこ
とにより両基板間に1μmのギャップを形成した。最後
にこのギャップに強誘電性液晶609を注入して熱処理
を行うことにより空間光変調素子613が完成した。
Next, beads having a diameter of 1 μm were distributed on this substrate 612 and the other substrate 601 was bonded to form a gap of 1 μm between the two substrates. Finally, the spatial light modulator 613 was completed by injecting the ferroelectric liquid crystal 609 into this gap and performing heat treatment.

【0029】空間光変調素子の別の構成例を図7に示
す。これは基本的な構造は図6の空間光変調素子613
と同じであるが、異なるところとしては以下の所があ
る。 (1)基板701と透明導電性電極703の間に例えば
Cr、Al、Ti、Agなどの金属からなる入力遮光膜
702を形成して、書き込み光により画素分離715部
分の抵抗が下がって画素716間のクロストークが生じ
ることによる解像度の低下を防ぐ。 (2)隣合う金属反射膜710の間の光導電層707の
n層706の全部及びi層705の一部をエッチングに
より除去し、溝を形成する。これにより隣合う金属反射
膜710間が低抵抗なn層によってつながることがな
く、電気的に分離され解像度が向上する。なお、溝の堀
込みは、p層704に達するまで行っても差し支えな
い。 (3)(2)で形成した溝の底に例えばAl、Cr、T
i、Agなどの金属からなる出力遮光膜708を形成す
る。これにより、読み出し出力光が光導電層707の側
へ回り込むことによるスイッチング誤動作がなくなり、
読み出し光強度を大きくできる。 (4)溝の部分に有機出力遮光膜709を入れてある。
これによりさらに読み出し光に対する遮光度が向上す
る。
Another configuration example of the spatial light modulator is shown in FIG. The basic structure of this is the spatial light modulator 613 of FIG.
Same as, but the following are different. (1) An input light-shielding film 702 made of a metal such as Cr, Al, Ti, or Ag is formed between the substrate 701 and the transparent conductive electrode 703, and the resistance of the pixel separation 715 portion is lowered by the writing light to reduce the pixel 716. It is possible to prevent a decrease in resolution due to the occurrence of crosstalk between them. (2) The entire n layer 706 and part of the i layer 705 of the photoconductive layer 707 between the adjacent metal reflection films 710 are removed by etching to form a groove. As a result, the adjacent metal reflection films 710 are not connected by the n layer having a low resistance, and are electrically separated to improve the resolution. Note that the trenching may be performed until the p layer 704 is reached. (3) At the bottom of the groove formed in (2), for example, Al, Cr, T
An output light-shielding film 708 made of a metal such as i or Ag is formed. This eliminates a switching malfunction due to the read output light sneaking into the photoconductive layer 707 side.
The read light intensity can be increased. (4) An organic output light shielding film 709 is put in the groove portion.
As a result, the degree of blocking the read light is further improved.

【0030】なお、図7において、強誘電性液晶71
1、配向膜712、基板714は図6と同様の構成であ
る。
In FIG. 7, the ferroelectric liquid crystal 71
1, the alignment film 712, and the substrate 714 have the same configurations as in FIG.

【0031】この他にも、例えば図6において金属反射
膜607のかわりに全面に誘電体の反射膜を形成した構
造の空間光変調素子もある。これを図8に示す。この空
間光変調素子808は、対向する2枚の基板801、8
07(それぞれ透明導電性電極802、806を有す
る)の間に光導電層803、誘電体反射膜804、強誘
電性液晶層805、配向膜(図示せず)を挿入したもの
である。
In addition to this, for example, there is a spatial light modulator having a structure in which a dielectric reflection film is formed on the entire surface instead of the metal reflection film 607 in FIG. This is shown in FIG. This spatial light modulator 808 is composed of two substrates 801 and 8 facing each other.
A photoconductive layer 803, a dielectric reflection film 804, a ferroelectric liquid crystal layer 805, and an alignment film (not shown) are inserted between 07 (having transparent conductive electrodes 802 and 806, respectively).

【0032】次に、図7の空間光変調素子717を例に
とり、駆動方法および動作原理について述べる。2枚の
透明導電性電極703,713間に印加する駆動電圧波
形の一例としては、図3に示すような消去パルス301
(電圧Ve、時間Te)および書き込み電圧期間302(電
圧Vw、時間Tw)の連続したものを用いる。
Next, the driving method and the operating principle will be described by taking the spatial light modulator 717 of FIG. 7 as an example. As an example of the drive voltage waveform applied between the two transparent conductive electrodes 703 and 713, an erase pulse 301 as shown in FIG.
(Voltage Ve, time Te) and write voltage period 302 (voltage Vw, time Tw) are continuously used.

【0033】いま、図7の空間光変調素子717の一画
素部分を取り出すと、図9に示すように、強誘電性液晶
層903と光導電層902(書き込み光904によって
制御される)が駆動電圧源901に直列に接続されたも
のとみなすことができる。ここで、駆動電圧をVin 、強
誘電性液晶層903にかかる電圧をVf、光導電層902
にかかる電圧をVa(=Vin −Vf)とする。金属反射膜7
10の電位はVfとなる。
Now, when one pixel portion of the spatial light modulator 717 of FIG. 7 is taken out, as shown in FIG. 9, the ferroelectric liquid crystal layer 903 and the photoconductive layer 902 (controlled by the writing light 904) are driven. It can be regarded as being connected in series to the voltage source 901. Here, the drive voltage is Vin, the voltage applied to the ferroelectric liquid crystal layer 903 is Vf, and the photoconductive layer 902 is
The voltage applied to is Va (= Vin −Vf). Metal reflective film 7
The potential of 10 becomes Vf.

【0034】光導電層902はダイオード特性を有し、
順方向バイアス印加時には低抵抗状態となり、逆方向バ
イアス印加時には高抵抗状態となり光電流を発生する。
簡単のため、理想的ダイオード特性(順方向抵抗は0、
逆方向抵抗は無限大)を仮定し、また、逆方向バイアス
時の暗電流は光電流に比べて無視できるほど小さいと仮
定すると、光導電層の暗時電流電圧特性1001および
光照射時電流電圧特性1002は図10で表わされるよ
うなものになる。ここで、Vdはダイオードの拡散電位で
あり、光照射時電流電圧特性1002の曲線と横軸の交
点におけるVaの値と定義できる。Vdは通常0.1V〜5
V程度の値である。また、Iph は光電流であり、書き込
み光強度Lとの間には、(式1)の関係がある。 (式1) Iph=(ηe/hν)L この式において、eは電子の電荷、hνは光子のエネル
ギー、ηは光子によるキャリア発生の量子効率である。
なお、光導電層902が逆方向バイアス状態の場合で過
渡的な現象を扱うときには、図11に示すように光導電
層1102は電流源Iph と光導電層の容量Ca(=εaε0
/da;εa は光導電層の比誘電率、ε0は真空の誘電
率、daは光導電層の厚さ)の並列回路とみなして解析す
ればよい。なお、この図で、駆動電圧源1101、強誘
電性液晶層1103、書き込み光1104の構成は図9
と同じである。
The photoconductive layer 902 has diode characteristics,
When a forward bias is applied, the resistance is low, and when a reverse bias is applied, the resistance is high and a photocurrent is generated.
For simplicity, ideal diode characteristics (forward resistance is 0,
Assuming that the reverse resistance is infinite) and that the dark current at the time of reverse bias is negligibly smaller than the photocurrent, the dark current-voltage characteristic 1001 of the photoconductive layer and the current voltage at the time of light irradiation. The characteristic 1002 is as shown in FIG. Here, Vd is the diffusion potential of the diode and can be defined as the value of Va at the intersection of the curve of the current-voltage characteristic 1002 during light irradiation and the horizontal axis. Vd is usually 0.1V-5
The value is about V. Further, Iph is a photocurrent, and the relationship with the writing light intensity L is (Equation 1). (Equation 1) Iph = (ηe / hν) L In this equation, e is the charge of the electron, hν is the energy of the photon, and η is the quantum efficiency of carrier generation by the photon.
When dealing with a transient phenomenon in the case where the photoconductive layer 902 is in the reverse bias state, the photoconductive layer 1102 includes the current source Iph and the capacitance Ca (= εaε0) of the photoconductive layer as shown in FIG.
/ Da; εa is the relative permittivity of the photoconductive layer, ε0 is the vacuum permittivity, and da is the parallel circuit of the photoconductive layer). It should be noted that the configuration of the driving voltage source 1101, the ferroelectric liquid crystal layer 1103, and the writing light 1104 in FIG.
Is the same as.

【0035】強誘電性液晶層1103は抵抗は非常に大
きいため容量成分のみとみなせばよい。液晶の分極反転
が伴わない場合には強誘電性液晶層1103の幾何学的
形状によって決まる容量Cf(=εfε0/df;εf は分極
反転を伴なわない場合の液晶の誘電率、dfは液晶層の厚
み)とみなせる。しかし、分極反転が伴うときには、分
極の履歴特性を考慮せねばならない。強誘電性液晶は印
加電圧Vfと分極状態Pとの間に一般に図12(a)に示
すような履歴特性が存在する。これは、例えば印加電圧
が正から負へと移行するときにはA→G→B→C→Dの
経路をたどるが負から正へと移行するときにはD→C→
E→G→Aという経路をたどることを示す。ここで、Ps
は自発分極の大きさであり、Vth または−Vth はスイッ
チングの閾値電圧である。
Since the ferroelectric liquid crystal layer 1103 has a very high resistance, it can be regarded as only the capacitance component. When the polarization reversal of the liquid crystal is not accompanied, the capacitance Cf (= εfε0 / df; εf is the dielectric constant of the liquid crystal without the polarization reversal, and df is the liquid crystal layer, which is determined by the geometrical shape of the ferroelectric liquid crystal layer 1103. Thickness). However, when polarization reversal is involved, the hysteresis characteristic of polarization must be taken into consideration. The ferroelectric liquid crystal generally has a hysteresis characteristic as shown in FIG. 12A between the applied voltage Vf and the polarization state P. This is because, for example, when the applied voltage shifts from positive to negative, it follows the route of A → G → B → C → D, but when it shifts from negative to positive, D → C →
Indicates that the route E → G → A is followed. Where Ps
Is the magnitude of spontaneous polarization, and Vth or −Vth is the threshold voltage for switching.

【0036】いま、金属反射膜710に蓄積される電荷
Qは、分極反転を考慮に入れると(式2)のように表わ
され、液晶層の透過率Tは、分極状態Pによって(式
3)のように表せる。 (式2) Q=CfVf+P (式3) T=(1−P/Ps)/2 さて、A→B→C→Dの経路を考えた場合(式2)、
(式3)によると、まずA→Bにおいては、P=Ps、T
=0、そしてQ=CfVf+Ps(但し、Vf≧−Vth 、Q≧−
CfVth +Ps)である。そしてB→Cにおいては、P=Q
+CfVth 、T=[1−(Q+CfVth )/Ps]/2(ただ
し、Vf=−Vth 、−CfVth −Ps<Q<−CfVth +Ps)で
ある。そして、C→Dにおいては、P=−Ps、T=1、
そしてQ=CfVf−Ps(ただし、Vf≦−Vth 、Q≦−CfVt
h −Ps)である。これらのことを考慮して電荷量Qと透
過率Tの関係を図示すると、図21のようになる。ただ
しここでQ1、Q2は(式4)で定義される閾値電荷量であ
る。 (式4)Q1=−CfVth+Ps Q2=−CfVth−Ps また、この図でA〜Dの記号は図12(a)のそれと対
応する。これによると、確かにOFF状態(AB間;Q1
<Q)およびON状態(CD間;Q<Q2)以外の中間状
態(BC間;Q2<Q<Q1)が生じていることが分かる。
中間状態は、+Psの分極と−Psの分極状態が面積的に分
布している状態、もしくは強誘電性液晶の分子が一様に
分極反転の途中にある状態と考えられる。
The electric charge Q accumulated in the metal reflection film 710 is represented by (Equation 2) in consideration of polarization reversal, and the transmittance T of the liquid crystal layer is expressed by the polarization state P (Equation 3). ). (Equation 2) Q = CfVf + P (Equation 3) T = (1-P / Ps) / 2 Now, when considering the route of A → B → C → D (Equation 2),
According to (Equation 3), first, in A → B, P = Ps, T
= 0, and Q = CfVf + Ps (however, Vf ≧ −Vth, Q ≧ −
CfVth + Ps). And in B → C, P = Q
+ CfVth, T = [1- (Q + CfVth) / Ps] / 2 (where Vf = -Vth, -CfVth-Ps <Q <-CfVth + Ps). Then, in C → D, P = −Ps, T = 1,
And Q = CfVf−Ps (where Vf ≦ −Vth, Q ≦ −CfVt
h-Ps). FIG. 21 shows the relationship between the charge amount Q and the transmittance T in consideration of these matters. Here, Q 1 and Q 2 are threshold charge amounts defined by (Equation 4). The (Equation 4) Q 1 = -CfVth + Ps Q 2 = -CfVth-Ps, symbol A~D in this figure corresponding to that of FIG. 12 (a). According to this, it is certainly in the OFF state (between AB; Q 1
It can be seen that intermediate states (between BC; Q 2 <Q <Q 1 ) other than the <Q) and ON states (between CDs; Q <Q 2 ) occur.
The intermediate state is considered to be a state in which the + Ps polarization state and the −Ps polarization state are distributed in an area, or the molecules of the ferroelectric liquid crystal are uniformly in the middle of polarization inversion.

【0037】なお、図12(a)の特性は非常に理想的
な場合であり、実際は図12(b)や図12(c)のよ
うに閾値電圧が明確な値をもたずに、スイッチングの中
間状態(BC間)での電圧値が幅をもつことがある。こ
の場合でも、中間状態において傾きdP/dVfがCfに比
べて十分大きければ以下の解析は近似的に当てはめられ
る。このときはA→G→B→C→Dの曲線において、分
極反転が10%進行したところ(T=0.1、すなわち
P=(4/5)Psとなるところ)のVfの値を−Vth (Vt
h <0となることも有り得る)とすればよい。なお、こ
の曲線自体が原点に関して点対称にならないことも有り
得るが、その場合はD→C→E→G→Aのほうは無視し
てA→G→B→C→Dのみを用いて−Vth を求めればよ
い。図12(b)、(c)の場合も図21と同様のQ−
T曲線を描くことができる。いずれもQ1およびQ2は、
(式5)に示すようになる。 (式5)Q1=CfVB+Ps≒−CfVth+Ps Q2=CfVC−Ps ただし、VBおよびVCは、B点およびC点における電圧値
である。
The characteristic of FIG. 12A is a very ideal case, and in practice, the threshold voltage does not have a clear value as shown in FIG. 12B and FIG. The voltage value in the intermediate state (between BC) may have a range. Even in this case, if the slope dP / dVf is sufficiently larger than Cf in the intermediate state, the following analysis can be approximately applied. At this time, in the curve of A → G → B → C → D, the value of Vf at the point where the polarization reversal progressed by 10% (where T = 0.1, that is, P = (4/5) Ps) was − Vth (Vt
It is possible that h <0. It is possible that the curve itself is not point-symmetric with respect to the origin, but in that case, D → C → E → G → A is ignored, and only A → G → B → C → D is used and -Vth You should ask. In the case of FIGS. 12B and 12C, the Q-
You can draw a T curve. Both Q 1 and Q 2 are
It becomes as shown in (Formula 5). (Equation 5) Q 1 = CfV B + Ps≈−CfVth + Ps Q 2 = CfV C −Ps However, V B and V C are voltage values at points B and C.

【0038】以上のことをふまえて図1の駆動パルス波
形図を用いて空間光変調素子の動作を説明する。図中1
01は消去パルス、102は書き込み電圧期間、103
は駆動電圧(Vin)、104は強誘電性液晶層への印加
電圧(Vf;消去パルス時)、105aは強誘電性液晶層
への印加電圧(Vf0>−Vth)、105bは強誘電性液晶
層への印加電圧(Vf0=−Vth)、105cは強誘電性液
晶層への印加電圧(Vf0<−Vth)、106は強誘電性液
晶層の閾値電圧、107aは読み出し光強度(Vf0>−V
th)、107bは読み出し光強度(Vf0=−Vth)、10
7cは読み出し光強度(Vf0<−Vth)である。
Based on the above, the operation of the spatial light modulator will be described with reference to the drive pulse waveform diagram of FIG. 1 in the figure
01 is an erase pulse, 102 is a write voltage period, 103
Is a drive voltage (Vin), 104 is a voltage applied to the ferroelectric liquid crystal layer (Vf; at the time of an erase pulse), 105a is a voltage applied to the ferroelectric liquid crystal layer (Vf0> −Vth), and 105b is a ferroelectric liquid crystal. Voltage applied to the layer (Vf0 = −Vth), 105c is a voltage applied to the ferroelectric liquid crystal layer (Vf0 <−Vth), 106 is a threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal layer, and 107a is a read light intensity (Vf0> −). V
th), 107b is the read light intensity (Vf0 = -Vth), 10b
Reference numeral 7c is a read light intensity (Vf0 <-Vth).

【0039】まず、消去パルス101が印加されたとき
(Vin =Ve)を考える。このパルスの長さTeと電圧値Ve
が十分であれば、光導電層902は順方向状態となり強
誘電性液晶層903はOFF状態(図12でAの点に対
応、P=Ps)になる。このとき、強誘電性液晶層903
への印加電圧は破線で表されるようにVf=Ve−Vdとな
る。また、印加電荷は、Q=Cf(Ve−Vd)+Ps(>Q1
となる。
First, consider the case where the erase pulse 101 is applied (Vin = Ve). This pulse length Te and voltage value Ve
Is sufficient, the photoconductive layer 902 is in the forward direction and the ferroelectric liquid crystal layer 903 is in the OFF state (corresponding to point A in FIG. 12, P = Ps). At this time, the ferroelectric liquid crystal layer 903
The voltage applied to V becomes Vf = Ve−Vd as indicated by the broken line. Further, the applied charge, Q = Cf (Ve-Vd ) + Ps (> Q 1)
Becomes

【0040】次に、駆動電圧がVin=VeからVin=Vwへと
変化した瞬間(時刻t=0とする)を考える。この瞬間
に電流が流れ、容量としての強誘電性液晶層903及び
光導電層902への蓄積電荷が変化する。光導電層90
2の容量はCaであり、また、強誘電性液晶層903はこ
の瞬間には慣性により分極反転は追随しないので(式
5)でPの値は変化せず、P=Psのままである。いま、
この瞬間におけるVfの値をVf0 とすると、金属反射膜部
分における電荷の保存を考えて、(式6)が成り立つ。 (式6) (CfVf0+Ps)−{Cf(Ve−Vd)+Ps}=Ca{(Vw−Vf0)−Vd} ただし、強誘電性液晶層903での電荷は(式2)を用
い、この瞬間での光電流は無視した。(式6)より、Vf
0は、(式7)と表せる。 (式7) Vf0 =(CfVe+CaVw)/(Cf+Ca)−Vd また、このときの印加電荷量をQ0とすると、(式8)と
なる。 (式8) Q0=CfVf0+Ps=Q1+Cf(Vf0+Vth) 次に、書き込み電圧期間Twが無限に長いとした場合の電
位Vfの変化について考える。 (1)いま、Vf0≧−Vthの場合、すなわちQ0≧Q1の場
合、t=0での分極状態は図12のAB間にある(OF
F状態)。t>0においては、B点に達するまで光電流
Iph によってVfが変化する。この間の電位Vfの変化は、
図11の回路によって、(式9)さらには(式10)で
表される。 (式9) Ca(d/dt)(Vw−Vf)−Iph=dQ/dt=CfdVf/dt (式10) dVf/dt=−Iph/(Cf+Ca) これを、t=0でVf=Vf0 の初期条件で解いてVf、P、
Q、および透過率Tを求めると、(式11)となる。 (式11)Vf=Vf0 −Ipht/(Cf+Ca) P=Ps Q=Q0−{Cf/(Cf+Ca)}Ipht T=0 B点に達する時刻t=t1は、Vf=−Vth (すなわちQ=
Q1)となるとき、つまり、(式12)となる。 (式12) t1=(Cf+Ca)(Vf0+Vth)/Iph B点に達したあとはVf=−Vth のままで分極反転が行わ
れる(図12のBC間)。この時の分極状態Pの変化
は、(式2)を用いて、(式13)である。 (式13) −Iph=dQ/dt=dP/dt t=t1でP=Psなので、Vf、P、Qおよび透過率Tは、
(式14)となる。 (式14)Vf=−Vth P=Ps−Iph(t−t1) Q=Q1−Iph(t−t1) T=(Iph/2Ps)(t−t1) なお、この期間は、分極反転状態が光電流によって生じ
た電荷によって規定されていることを示している。分極
反転が完了する時刻、すなわち分極状態が図12のC点
に達する(Q=Q2)時刻t2は、(式14)でP=−Psと
なるとき、すなわち(式15)で示す時である。 (式15) t2=t1+2Ps/Iph t>t2においては、分極状態はP=−Ps(一定)なの
で、Vfの変化は(式9)または(式10)と同様に表さ
れる。t=t2でVf=−Vth の元で解くと、(式16)と
なる。 (式16)Vf=−Vth−Iph(t−t2)/(Cf+Ca) P=−Ps Q=Q2−{Cf/(Cf+Ca)}Iph(t−t2) T=1 以上まとめると、書き込み電圧期間302でのVf、Tお
よびQの変化は図13に示すようになる。
Next, consider the moment when the drive voltage changes from Vin = Ve to Vin = Vw (time t = 0). At this moment, a current flows, and the charge accumulated in the ferroelectric liquid crystal layer 903 and the photoconductive layer 902 as a capacitance changes. Photoconductive layer 90
The capacitance of 2 is Ca, and since the ferroelectric liquid crystal layer 903 does not follow the polarization inversion due to inertia at this moment, the value of P does not change in (Equation 5) and remains P = Ps. Now
Assuming that the value of Vf at this moment is Vf0, (Equation 6) is established in consideration of the conservation of charges in the metal reflection film portion. (Equation 6) (CfVf0 + Ps) − {Cf (Ve−Vd) + Ps} = Ca {(Vw−Vf0) −Vd} However, the charge in the ferroelectric liquid crystal layer 903 is (Equation 2), and at this moment, I ignored the photocurrent. From (Equation 6), Vf
0 can be expressed as (Equation 7). (Equation 7) Vf0 = (CfVe + CaVw) / (Cf + Ca) −Vd Further, when the applied charge amount at this time is Q 0 , (Equation 8) is obtained. (Equation 8) Q 0 = CfVf0 + Ps = Q 1 + Cf (Vf0 + Vth) Next, consider the change in the potential Vf in the case where the writing voltage period Tw is infinitely long. (1) Now, the case of Vf0 ≧ -Vth, i.e. when the Q 0 ≧ Q 1, the polarization state at t = 0 is between AB of FIG. 12 (OF
F state). At t> 0, the photocurrent is increased until the point B is reached.
Vf changes depending on Iph. The change in the potential Vf during this period is
The circuit of FIG. 11 is expressed by (Equation 9) and (Equation 10). (Equation 9) Ca (d / dt) (Vw-Vf) -Iph = dQ / dt = Cf dVf / dt (Equation 10) dVf / dt = -Iph / (Cf + Ca) Solving with the initial condition of Vf0, Vf, P,
When the Q and the transmittance T are obtained, (Equation 11) is obtained. (Equation 11) Vf = Vf0 -Ipht / ( Cf + Ca) P = Ps Q = Q 0 - {Cf / (Cf + Ca)} Ipht T = 0 time t = t1 to reach point B, Vf = -Vth (i.e. Q =
When Q 1 ), that is, (Equation 12). (Equation 12) t1 = (Cf + Ca) (Vf0 + Vth) / Iph After reaching the point B, polarization inversion is performed with Vf = −Vth (between BC in FIG. 12). The change in the polarization state P at this time is (Equation 13) using (Equation 2). (Equation 13) −Iph = dQ / dt = dP / dt Since t = t1 and P = Ps, Vf, P, Q and the transmittance T are
(Equation 14) (Formula 14) Vf = −Vth P = Ps−Iph (t−t1) Q = Q 1 −Iph (t−t1) T = (Iph / 2Ps) (t−t1) In this period, the polarization inversion state is obtained. Is defined by the charge generated by the photocurrent. The time when the polarization inversion is completed, that is, the time t2 when the polarization state reaches the point C in FIG. 12 (Q = Q 2 ), is when P = −Ps in (Equation 14), that is, the time shown in (Equation 15). is there. (Equation 15) In t2 = t1 + 2Ps / Iph t> t2, the polarization state is P = −Ps (constant), and thus the change in Vf is expressed as in (Equation 9) or (Equation 10). Solving under the condition of Vf = -Vth at t = t2 gives (Equation 16). (Formula 16) Vf = -Vth-Iph (t-t2) / (Cf + Ca) P = -Ps Q = Q2- {Cf / (Cf + Ca)} Iph (t-t2) T = 1 In summary, the write voltage period The changes in Vf, T, and Q at 302 are as shown in FIG.

【0041】(2)次に、Vf0<−Vth、すなはちQ0<Q1
の場合を考える。t=0の瞬間においては液晶層のもつ
慣性のため分極反転は追随しないが、わずかの時間(数
十μ秒)のうちに分極反転が生じ、図12のBC間のあ
る分極状態に落ちつく。そして電位VfはVf0 へと落ちつ
く。この時の分極状態をP=P0とすると、電荷の保存に
より(式17)となる。 (式17) (−CfVth+P0)−(CfVf0+Ps)=Ca(Vw+Vth)−Ca(Vw−Vf0) すなわち、(式18)となる。 (式18) P0=Ps+(Ca+Cf)(Vth+Vf0) なお、この過渡的な現象は一瞬のうちに起こるので、t
=0において平行状態P=P0になっているとして解析す
る。t>0においての分極状態Pの変化は図12のBC
間の経路であり、(式13)に従って変化する。t=0
でP=P0とすると、Vf、P、QおよびTは(式19)で
表されることになる。 (式19)Vf=−Vth P=P0−Ipht Q=Q1+P0−Ps−Ipht T={1−(P0−Ipht)/Ps}/2 図12でC点に達するのはP=−Psのときであり、この
時の時刻t3は、(式20)となる。 (式20) t3=(P0+Ps)/Iph t>t3でのVfは、(式10)と同様に表されるので、
(式21)となる。 (式21)Vf=−Vth−Iph(t−t3)/(Cf+Ca) P=−Ps Q=Q2−{Cf/(Cf+Ca)}Iph(t−t3) T=1 以上まとめると、書き込み電圧期間302でのVf、およ
びTの変化は図14に示すようになる。
[0041] (2) Next, Vf0 <-Vth, Sunawachi Q 0 <Q 1
Consider the case. At the moment of t = 0, polarization reversal does not follow due to the inertia of the liquid crystal layer, but polarization reversal occurs within a short time (several tens of microseconds) and settles into a certain polarization state between BC in FIG. And the potential Vf settles down to Vf0. If the polarization state at this time is P = P 0 , (Equation 17) is obtained due to conservation of electric charge. (Equation 17) (-CfVth + P 0) - (CfVf0 + Ps) = Ca (Vw + Vth) -Ca (Vw-Vf0) In other words, the equation (18). (Equation 18) P 0 = Ps + (Ca + Cf) (Vth + Vf0) Since this transient phenomenon occurs in an instant, t
= 0, the parallel state P = P 0 is analyzed. The change of the polarization state P at t> 0 is BC in FIG.
It is a route between and changes according to (Equation 13). t = 0
And P = P 0 , Vf, P, Q and T are expressed by (Equation 19). (Equation 19) Vf = -Vth P = P 0 -Ipht Q = Q 1 + P 0 -Ps-Ipht T = {1- (P 0 -Ipht) / Ps} / 2 12 reach the point C in P = -Ps, and the time t3 at this time is (Equation 20). (Equation 20) Vf at t3 = (P0 + Ps) / Iph t> t3 is expressed as in (Equation 10),
(Equation 21) (Equation 21) Vf = -Vth-Iph ( t-t3) / (Cf + Ca) P = -Ps Q = Q 2 - {Cf / (Cf + Ca)} Iph (t-t3) T = 1 In summary, the write voltage Changes in Vf and T in the period 302 are as shown in FIG.

【0042】次に、以上の(1)、(2)の各場合に、
出力光強度Yが、入力光強度Lに対してどのように変化
するかについて解析する。以上ではTwは無限に大きいと
して消去パルス302の後の経過について解析したが、
実際の駆動パルス波形ではt=Twで再びリセットがかか
り、以降の各周期で同様の動作が繰り返される。従って
出力光強度として観測されるのは、(数1)に示すよう
に透過率T=T(t)の書き込み電圧期間302(0≦
t≦Tw)における時間平均値である。
Next, in each of the above cases (1) and (2),
An analysis will be made as to how the output light intensity Y changes with respect to the input light intensity L. In the above, Tw is assumed to be infinitely large and the progress after the erase pulse 302 is analyzed.
In the actual drive pulse waveform, the reset is applied again at t = Tw, and the same operation is repeated in each subsequent cycle. Therefore, what is observed as the output light intensity is that the write voltage period 302 (0 ≦ 0) with the transmittance T = T (t) as shown in (Equation 1).
It is a time average value in t ≦ Tw).

【0043】[0043]

【数1】 [Equation 1]

【0044】さて、入力光強度Lが変化すると(式1)
に応じて光電流Iph が変化して、(式12)、(式1
5)、または(式20)の時刻t1、t2またはt3の値が変
わる。Twを固定した場合、Lに応じてt1、t2またはt3と
Twの大小関係が入れ替わり、(数1)の積分区間に入る
領域が異なって表式が異なってくる。このことを考えて
実際に(数1)のYを計算すると、 (1)Vf0≧−Vthのとき、(式22)となり、 (式22) Y=0 (L<L1) Y=(L/2Ls)(1−L1/L)2 (L1≦L≦L1+L
s) Y=1−(2L1+Ls)/2L (L1+Ls<L) (2)Vf0<−Vthのとき、(式23)となる。 (式23) Y=(L−2L1)/2Ls (L<L1+Ls) Y=1−(L1+Ls)2/2LsL (L1+Ls≦L) ここで、L1とLsは(式24)で示される。 (式24) L1=(hν/ηe)(Cf+Ca)(Vf0+Vth)/Tw Ls=(hν/ηe)(2Ps/Tw) これにより入力光強度Lと出力光強度Yの関係をグラフ
にすると図13のようになる。図15において、(a)
はVf0>−Vthの場合、(b)はVf0 =−Vth の場合、
(c)はVf0<−Vthの場合である。これからわかるよう
に、(a)の場合は、書き込み光強度がある値L1に達す
るまでは読みだし光強度が立ち上がらないが、L>L1に
おいては、書き込み光強度と共に読み出し光強度は増加
し、L>L1+Lsにおいて概ね書き込み光強度に依存しな
い光出力が得られる。
Now, when the input light intensity L changes (Equation 1)
The photocurrent Iph changes according to
5), or the value of time t1, t2, or t3 in (Equation 20) changes. If Tw is fixed, then t1, t2, or t3 depending on L
The size relationship of Tw is exchanged, and the region entering the integration interval of (Equation 1) is different and the expression is different. Considering this fact, when calculating Y of (Equation 1), (1) When Vf0 ≧ −Vth, (Equation 22) is obtained, and (Equation 22) Y = 0 (L <L1) Y = (L / 2Ls) (1-L1 / L) 2 (L1 ≦ L ≦ L1 + L
s) Y = 1− (2L1 + Ls) / 2L (L1 + Ls <L) (2) When Vf0 <−Vth, (Equation 23) is obtained. (Equation 23) Y = (L−2L1) / 2Ls (L <L1 + Ls) Y = 1− (L1 + Ls) 2 / 2LsL (L1 + Ls ≦ L) Here, L1 and Ls are represented by (Equation 24). (Equation 24) L1 = (hν / ηe) (Cf + Ca) (Vf0 + Vth) / Tw Ls = (hν / ηe) (2Ps / Tw) As a graph, the relationship between the input light intensity L and the output light intensity Y is shown in FIG. become that way. In FIG. 15, (a)
Is Vf0> -Vth, (b) is Vf0 = -Vth,
(C) is the case of Vf0 <-Vth. As can be seen from the figure, in the case of (a), the reading light intensity does not rise until the writing light intensity reaches a certain value L1, but when L> L1, the reading light intensity increases with the writing light intensity. At> L1 + Ls, a light output that does not substantially depend on the writing light intensity can be obtained.

【0045】(b)の場合は、入力光強度が小さい領域
で出力光強度と読みだし光強度が概ね比例している。こ
の場合は、入力画像がそのままの階調で増幅されて出力
されることを示す。
In the case of (b), the output light intensity and the read light intensity are approximately proportional to each other in a region where the input light intensity is small. In this case, it indicates that the input image is amplified and output with the gradation as it is.

【0046】(c)の場合は入力光強度が0のときでも
出力光強度が0でない有限の値となり、出力画像のコン
トラストが低下することになる。以上の結果により、
(1)の場合に、コントラストを悪化することなく階調
表示が可能となる。
In the case of (c), even when the input light intensity is 0, the output light intensity is a non-zero finite value, and the contrast of the output image is lowered. From the above results,
In the case of (1), gradation display is possible without deteriorating the contrast.

【0047】さて以上の(1)、(2)の各場合におい
て、(式16)または(式21)によれば、Vfは無限に
小さくなることになるが、これは光導電層が光電流を発
生し得る状態、すなわち逆方向バイアス状態を保ってい
る範囲内での挙動である。実際、Vf=Vw−Vdに達すると
書き込み光強度をどんなに強くしても光導電層はもはや
光電流を発生しなくなり、VfはVw−Vdより小さくはなら
ない。すなわち、Qには下限があることになる。この下
限は、(式25)で表せる。 (式25) Qlo=Cf(Vw−Vd)+Ps (Vw−Vd>−Vthの場合) Qlo=Cf(Vw−Vd)−Ps (Vw−Vd≦−Vthの場合) ON状態に達するためには、Qlo≦Q2、すなわち(式2
6)を満たしていなければならない。 (式26) Vw−Vd≦−Vth 以上より、最適なコントラストを得るための条件として
は、(式27)であることが導かれる。 (式27) −Vth≦(CfVe+CaVw)/(Cf+Ca)−Vd かつ Vw−Vd≦−Vth なお、以上の動作原理は、図9の回路で表される空間光
変調素子、つまり図6や図7のように光導電層と強誘電
性液晶層の間が金属反射膜によって接しているもののみ
に適応される。しかし、図8のように、誘電体の反射膜
(または光吸収層、オーバーコート層なども含む)を有
するものでも、これらと液晶層とを合わせたものを一つ
の光変調層とみなして、印加電圧Vfと分極P(または透
過率T)の関係を測定して図12のような曲線を得るこ
とができれば、−Vth を知ることができる。
In each of the above cases (1) and (2), according to (Equation 16) or (Equation 21), Vf becomes infinitely small, which means that the photoconductive layer causes a photocurrent. Is a behavior within a range in which a reverse bias state is maintained. In fact, when Vf = Vw−Vd is reached, no matter how high the writing light intensity is, the photoconductive layer will no longer generate photocurrent, and Vf will not be smaller than Vw−Vd. That is, Q has a lower limit. This lower limit can be expressed by (Equation 25). (Equation 25) Q lo = Cf (Vw-Vd) + Ps (when Vw-Vd> -Vth) Q lo = Cf (Vw-Vd) -Ps (when Vw-Vd≤-Vth) To reach the ON state Has Q lo ≤Q 2 , that is, (Equation 2
6) must be satisfied. (Equation 26) Vw−Vd ≦ −Vth From the above, it is derived that (Equation 27) is the condition for obtaining the optimum contrast. (Equation 27) −Vth ≦ (CfVe + CaVw) / (Cf + Ca) −Vd and Vw−Vd ≦ −Vth Note that the above operation principle is based on the spatial light modulation element represented by the circuit of FIG. 9, that is, FIG. This is applicable only to the case where the photoconductive layer and the ferroelectric liquid crystal layer are in contact with each other by the metal reflection film as described above. However, as shown in FIG. 8, even if it has a dielectric reflection film (or a light absorption layer, an overcoat layer, etc.), the combination of these and the liquid crystal layer is regarded as one light modulation layer, If the relationship between the applied voltage Vf and the polarization P (or the transmittance T) can be measured to obtain a curve as shown in FIG. 12, -Vth can be known.

【0048】なお、以上では書き込み光は連続光として
いたが、例えばCRTの蛍光体の発光やパルス発振レー
ザーからの光、またはチョッパを通した光のように不連
続な光の場合、(式22)(式23)、及び(式24)
の式の形は変わってくるが、電荷Qに関する条件、また
は(式27)の条件はそのまま成り立つものである。
Although the writing light is continuous light in the above description, in the case of discontinuous light such as light emitted from a phosphor of a CRT, light from a pulsed laser, or light passing through a chopper (Equation 22) ) (Equation 23) and (Equation 24)
Although the form of the equation of changes, the condition regarding the charge Q or the condition of (Equation 27) is satisfied as it is.

【0049】ここで、上記の議論は一様な状態であろう
と、面積階調の状態であろうと成立するものである。し
かし、十分な解像度と階調数を共に得るためには、前者
の状態であることが望ましい。ここでは、このような状
態を得るための条件について述べる。いま、強誘電性液
晶の1画素分の等価回路を、配向膜の厚さ方向の抵抗を
考慮して描くと図5(a)のようになる。これは、強誘
電性液晶1ドメイン分の容量CFと、それに接する部分の
配向膜の厚さ方向の抵抗RAの直列接続が、並列に複数配
列されたものである。
Here, the above discussion holds true whether it is a uniform state or an area gradation state. However, in order to obtain both sufficient resolution and gradation number, the former state is desirable. Here, the conditions for obtaining such a state will be described. Now, an equivalent circuit of one pixel of the ferroelectric liquid crystal is drawn in consideration of the resistance in the thickness direction of the alignment film, as shown in FIG. This is a plurality of series-connected capacitors C F for one domain of a ferroelectric liquid crystal and a series connection of a resistance R A in the thickness direction of an alignment film in a portion in contact therewith.

【0050】さて初期状態がOFF状態、即ち強誘電性
液晶の分極が一様に上方向(↑)を向いた状態であった
とする。そして、1ドメインを丁度分極反転させるだけ
の電荷が外部から注入されたとする。そのときの瞬間に
おける状態は、図5(b)に示すような面積階調状態で
あったり図5(c)に示すような一様状態であったりす
る。ところが、もし図5(b)の状態になったとする
と、隣合うドメイン間の配向状態が異なるのでこれらの
間に応力が作用し、より安定な図5(c)の一様な配向
状態へと遷移しようとする。しかし、この遷移は印加電
荷の移動(面内平均化)によって律速される。従って、
遷移が速やかに起こるためには電荷の移動が迅速に行わ
れる必要がある。そのためには配向膜の抵抗RA(または
抵抗率)を十分小さくすればよい。
Now, assume that the initial state is the OFF state, that is, the polarization of the ferroelectric liquid crystal is uniformly oriented in the upward direction (↑). Then, it is assumed that electric charges just for reversing the polarization of one domain are injected from the outside. The state at that moment may be an area gradation state as shown in FIG. 5 (b) or a uniform state as shown in FIG. 5 (c). However, if the state shown in FIG. 5B is reached, stress acts between adjacent domains because the orientation states of adjacent domains are different, and a more stable uniform orientation state of FIG. 5C is obtained. Trying to make a transition. However, this transition is rate-limited by the movement of the applied charge (in-plane averaging). Therefore,
In order for the transition to occur quickly, the charge transfer needs to be performed quickly. For that purpose, the resistance R A (or resistivity) of the alignment film may be made sufficiently small.

【0051】(実施例1)まず、液晶の中間状態につい
ての検討を行った。配向膜を形成した透明電極/ガラス
基板を2枚張り合わせて1μmのギャップを形成し、こ
の中に強誘電性液晶を注入して液晶パネルを形成した。
これは図6の空間光変調素子から光導電層606、およ
び金属反射膜607を除去したものと同じ構成であり、
単純パネルと呼ぶ。いろいろな種類の配向膜を用いて単
純パネルを構成した。
(Example 1) First, the intermediate state of the liquid crystal was examined. Two transparent electrodes / glass substrates on which an alignment film was formed were stuck together to form a gap of 1 μm, and a ferroelectric liquid crystal was injected into the gap to form a liquid crystal panel.
This is the same structure as the spatial light modulator of FIG. 6 with the photoconductive layer 606 and the metal reflection film 607 removed.
Call it a simple panel. A simple panel was constructed using various kinds of alignment films.

【0052】いま、充電したコンデンサ(コンデンサの
容量は単純パネルのそれよりも十分小さくする)を単純
パネルに並列に接続し、単純パネルに電荷を注入して、
その時の強誘電性液晶の配向状態を偏光顕微鏡で観察し
た。注入する電荷の量は、強誘電性液晶を完全分極反転
するのに必要な電荷量より小さい値にした。すると、い
ずれの場合も強誘電性液晶は中間状態をとったが、この
中間状態は面積階調状態のものと一様配向状態のものと
があった。後者は偏光顕微鏡でクロスニコル状態の下で
観察して単純パネルをのせるステージを回転させて全面
が一様に暗くなることにより確認された。
Now, a charged capacitor (capacity of the capacitor is made sufficiently smaller than that of the simple panel) is connected in parallel to the simple panel, and electric charges are injected into the simple panel,
The alignment state of the ferroelectric liquid crystal at that time was observed with a polarization microscope. The amount of injected electric charge was set to a value smaller than the amount of electric charge required to completely invert the ferroelectric liquid crystal. Then, in each case, the ferroelectric liquid crystal was in an intermediate state, but this intermediate state included an area gradation state and a uniform alignment state. The latter was confirmed by observing with a polarization microscope under a crossed Nicols state and rotating the stage on which the simple panel was placed so that the entire surface became uniformly dark.

【0053】ここで、一様な状態をとったのは、配向膜
として例えば、文献「ジャーナル・オヴ・フォトポリマ
ー・サイエンス・アンド・テクノロジー」第3巻(19
90年)第73頁から第81頁(J.Photopol
ym.Sci.Technol.,Vol.3,No.
1(1990)P.73−81)に記載されている一連
の導電性ポリイミドのように抵抗率の小さい(1011Ω
・cm以下)ものであった。なお、この一様な状態は約
数秒間安定に実現された。この時間が有限なのは、印加
電荷が強誘電性液晶自体の漏れ抵抗によって減衰するこ
とに起因している。いずれにせよこれは強誘電性液晶の
スイッチング時間(約100μsec)に比べてはるか
に長い時間であり、安定状態とみなすことができる。ま
た、この中間状態での強誘電性液晶は、注入する電荷の
量により異なる配向方向を示した。これにより、注入電
荷量によって配向方向、すなわち光学的状態を制御する
ことが可能であることがわかった。
Here, the uniform state is taken as an alignment film, for example, in the document “Journal of Photopolymer Science and Technology”, Vol. 3 (19).
90 years, pp. 73 to 81 (J. Photopol
ym. Sci. Technol. , Vol. 3, No.
1 (1990) P.I. 73-81), which has a low resistivity (10 11 Ω) like a series of conductive polyimides.
.Cm or less). This uniform state was stably realized for about several seconds. The reason why this time is finite is that the applied charge is attenuated by the leakage resistance of the ferroelectric liquid crystal itself. In any case, this is a time much longer than the switching time (about 100 μsec) of the ferroelectric liquid crystal and can be regarded as a stable state. Further, the ferroelectric liquid crystal in this intermediate state showed different alignment directions depending on the amount of injected charges. From this, it was found that it is possible to control the orientation direction, that is, the optical state, by the injected charge amount.

【0054】なお、配向膜としては、例えば上記のもの
の他にも、高抵抗の配向膜に導電性材料を混合したもの
や、適当な材料をドープして低抵抗化したもの等を用い
てもよい。また、配向膜を透明電極面に一面に塗らず
に、強誘電性液晶と透明電極とが直接接する部分をある
程度残しておいて等価的に配向膜の抵抗率を小さくし、
ドメイン間の電荷移動が速やかに起こるようにしてもよ
い。また、液晶パネルは通常読みだし光を照射して用い
るので、配向膜として光導電性を持つものを用いてもよ
い。
As the alignment film, for example, in addition to the above-mentioned ones, a high resistance alignment film mixed with a conductive material, a low resistance film doped with an appropriate material, or the like may be used. Good. In addition, the resistivity of the alignment film is equivalently reduced by leaving a part where the ferroelectric liquid crystal and the transparent electrode are in direct contact with each other without coating the alignment film on the transparent electrode surface.
Charge transfer between domains may occur quickly. Further, since the liquid crystal panel is normally used by irradiating it with the reading light, a photoconductive film may be used as the alignment film.

【0055】以下の各実施例では主として上記の導電性
ポリイミドを用いた空間光変調素子について述べる。
In each of the following embodiments, a spatial light modulator using the above-mentioned conductive polyimide will be mainly described.

【0056】(実施例2)実際に図7の空間光変調素子
を用いて図3の駆動パルスにより駆動を行い、書き込み
光強度Lと読み出し光強度Yの関係を測定してみた。測
定に当たっては図16の光学系を用いた。空間光変調素
子1601の読みだし側は、光源1604からの読み出
し入力光1607が偏光子1605、ビームスプリッタ
1606を介して空間光変調素子1601に入射され、
その時の読み出し出力光1608が検光子1609を介
して光検出器1610で観測される。
Example 2 The spatial light modulator of FIG. 7 was actually used for driving with the drive pulse of FIG. 3, and the relationship between the writing light intensity L and the reading light intensity Y was measured. The optical system of FIG. 16 was used for the measurement. On the reading side of the spatial light modulator 1601, the read input light 1607 from the light source 1604 enters the spatial light modulator 1601 via the polarizer 1605 and the beam splitter 1606.
The read output light 1608 at that time is observed by the photodetector 1610 via the analyzer 1609.

【0057】また、空間光変調素子1601の書き込み
側は、光源1602からの書き込み光1603によって
照射する。また、偏光子1605と検光子1609が互
いに直交関係になっていて、空間光変調素子1601
は、OFF状態での液晶層の配向方向が偏光子1605
の偏光方向に平行にしてある。出力光強度は光検出器1
610で観測される光強度の時間平均値を用いた。
The writing side of the spatial light modulator 1601 is illuminated with writing light 1603 from a light source 1602. In addition, the polarizer 1605 and the analyzer 1609 are orthogonal to each other, and the spatial light modulator 1601
Means that the alignment direction of the liquid crystal layer in the OFF state is the polarizer 1605.
Is parallel to the polarization direction of. Output light intensity is photodetector 1
The time average value of the light intensity observed at 610 was used.

【0058】空間光変調素子1601の駆動には図3の
駆動パルスを用い、消去パルス301は電圧Ve=+15
V、時間Te=100μ秒、書き込み電圧期間302は時
間をTw=1100μ秒に固定して電圧値Vwを変化させて
みた。結果は図17の実測値のプロットに示すとおりで
ある。
The drive pulse of FIG. 3 is used to drive the spatial light modulator 1601, and the erase pulse 301 has a voltage Ve = + 15.
V, time Te = 100 μsec, and the write voltage period 302 was set to Tw = 1100 μsec, and the voltage value Vw was changed. The results are shown in the plot of the actual measurement values in FIG.

【0059】この図では、書き込み電圧Vwが(イ)−
5.40V、(ロ)−4.05V、(ハ)−2.70
V、(ニ)−1.35V、(ホ)0V、(ヘ)1.35
Vの6つの場合が示してある。これによると、Vwが大き
くなるに従ってプロット全体がほぼ等間隔に右へシフト
するのがわかる。また、上の(イ)〜(ヘ)の範囲の任
意のVwの値についてそのときのY−Lの関係式は曲線の
補間により類推することが可能である。
In this figure, the write voltage Vw is (a)-
5.40V, (B) -4.05V, (C) -2.70
V, (d) -1.35V, (e) 0V, (f) 1.35
Six cases of V are shown. It can be seen that the whole plot shifts to the right at approximately equal intervals as Vw increases. Further, for any value of Vw in the above ranges (a) to (f), the YL relational expression at that time can be analogized by curve interpolation.

【0060】さて、これらの各場合についてVf0 を測定
し、Vf0−(−Vth)を計算すると、以下のようになる。
Now, in each of these cases, Vf0 is measured and Vf0-(-Vth) is calculated as follows.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】ここで、Vf0 の測定について補足する。図
7の空間光変調素子の各画素部分は面積が非常に小さい
(400μm2 )ためにインピーダンスが大きく、直接
プローブを挿入して測定することは難しい。そこで、図
7の空間光変調素子の代わりに、全面(10cm2 )に
金属反射膜に対応する電極を形成した空間光変調素子
(空間光変調素子の全面が非常に大きな1つの画素であ
るとみなせる)を用いて測定を行った。電極にプローブ
を挿入して、オシロスコープで消去パルス301から書
き込み電圧期間302へ移行した瞬間の電位を測定し
た。
Here, the measurement of Vf0 will be supplemented. Since the area of each pixel of the spatial light modulator of FIG. 7 is very small (400 μm 2 ), the impedance is large and it is difficult to directly insert a probe for measurement. Therefore, instead of the spatial light modulator of FIG. 7, a spatial light modulator in which an electrode corresponding to the metal reflection film is formed on the entire surface (10 cm 2 ) (the entire surface of the spatial light modulator is one very large pixel. It can be measured). The probe was inserted into the electrode, and the potential at the moment when the erase pulse 301 was shifted to the write voltage period 302 was measured with an oscilloscope.

【0063】尚、Ca、Cf、及びVdをそれぞれ独立に測定
して求め、(式7)によってVf0 を計算してもほぼ(表
1)のVf0 の値と一致する。
Even if Ca, Cf, and Vd are independently measured and calculated, and Vf0 is calculated by (Equation 7), it almost agrees with the value of Vf0 in (Table 1).

【0064】また、Vth についてであるが、これは単純
パネル(透明導電性電極の形成された2枚の基板の間に
液晶を注入したもの)を作製し、印加電圧と透過率の関
係を測定することにより、ほぼ0Vであることが確かめ
られた。
Regarding Vth, a simple panel (liquid crystal is injected between two substrates with transparent conductive electrodes formed) was prepared and the relationship between applied voltage and transmittance was measured. By doing so, it was confirmed that the voltage was almost 0V.

【0065】さて、(表1)のVf0−(−Vth)の値と図
17の実測値のプロットとを比べてみると、Vf0−(−V
th)が負のとき((イ)、(ロ)の場合)には図15
(c)に対応し、正のとき((ハ)〜(ヘ)の場合)に
は図15(a)に対応する。これは先に述べてきた解析
によく一致する。
Now, comparing the value of Vf0-(-Vth) in (Table 1) with the plot of the measured value in FIG. 17, Vf0-(-V
When th) is negative (in the case of (a) and (b)), FIG.
It corresponds to (c), and when it is positive (in the case of (c) to (f)), it corresponds to FIG. This is in good agreement with the analysis described above.

【0066】図17における1本の破線は、Vf0−(−V
th)=0に対応する特性を先のプロットから類推して示
したものである。この破線よりも下の領域内であればコ
ントラストのよい応答が得られるといえる。すなわち、
Vf0≧−Vthが適当な条件であると結論される。
One broken line in FIG. 17 is Vf0-(-V
The characteristics corresponding to th) = 0 are shown by analogy with the above plot. It can be said that a response with good contrast can be obtained within the region below the broken line. That is,
It is concluded that Vf0 ≧ −Vth is a suitable condition.

【0067】なお、図17において、(ヘ)の場合は、
書き込み光強度が大きくなっても出力光強度のほうが大
きくならないが、これは(式26)の条件からはずれて
くるためである。実際、Vd=0.7V、Vth =0Vとす
ると、(式26)の条件はVw≦0.7Vとなり、(イ)
〜(ホ)はこれを満たしているが、(へ)は満たしてい
ないことがわかる。
In the case of (f) in FIG. 17,
The output light intensity does not increase even if the writing light intensity increases, but this is because the output light intensity deviates from the condition of (Expression 26). Actually, when Vd = 0.7V and Vth = 0V, the condition of (Equation 26) is Vw ≦ 0.7V, and (a)
It can be seen that ~ (e) satisfies this, but (e) does not.

【0068】なお、ここでは図7の空間光変調素子につ
いて述べたが、図6の空間光変調素子についてもほぼ同
様のことが確かめられた。
Although the spatial light modulator of FIG. 7 is described here, it was confirmed that the spatial light modulator of FIG. 6 is almost the same.

【0069】図8の空間光変調素子の場合は誘電体反射
膜804のためにスイッチング閾値電圧が不明瞭にな
る。実際に液晶層と誘電体反射膜を合わせたものを疑似
的な光変調層とみなし、これらで構成した単純パネルの
電圧透過率特性を測定すると図18のように閾値電圧が
幅を持つようになる。これは、図12(c)の分極反転
特性に対応する。しかし、図に示すように透過率が最大
値に対して10%立ち上がる位置での電圧を−Vth とす
るとやはり(式27)の範囲で良好な直線性とコントラ
スト比が得られた。
In the case of the spatial light modulator of FIG. 8, the switching threshold voltage becomes unclear due to the dielectric reflection film 804. By actually considering the combination of the liquid crystal layer and the dielectric reflection film as a pseudo light modulation layer, and measuring the voltage transmittance characteristics of the simple panel composed of these, the threshold voltage has a width as shown in FIG. Become. This corresponds to the polarization inversion characteristic of FIG. However, as shown in the figure, when the voltage at the position where the transmittance rises 10% with respect to the maximum value is −Vth, good linearity and contrast ratio were obtained within the range of (Equation 27).

【0070】なお、図17の実験に関しては、消去電圧
の値はVe=15Vであったが、Veが40Vよりも大きく
なると強誘電性液晶が電界により分解して時間の経過と
共に劣化しやすくなり好ましくない。また、Veが1Vよ
り小さいと消去パルス印加期間内に十分なリセットをか
けることができなくなり好ましくない。
In the experiment of FIG. 17, the value of the erasing voltage was Ve = 15V, but when Ve is larger than 40V, the ferroelectric liquid crystal is decomposed by the electric field and easily deteriorates with the passage of time. Not preferable. On the other hand, if Ve is less than 1 V, sufficient reset cannot be applied within the erase pulse application period, which is not preferable.

【0071】また、書き込み電圧Vwが−20Vよりも小
さくなると、Veが1V≦Ve≦40Vの範囲のどの値であ
ってもVf0≧−Vthという条件を満たすのは困難になる。
一方、Vwが4Vを越えると、どの様な強誘電性液晶を用
いても(式26)を満たすのは困難となる。
When the write voltage Vw becomes lower than -20V, it becomes difficult to satisfy the condition of Vf0≥-Vth regardless of any value of Ve in the range of 1V≤Ve≤40V.
On the other hand, if Vw exceeds 4 V, it becomes difficult to satisfy (Equation 26) no matter what ferroelectric liquid crystal is used.

【0072】なお、例えば図4(a)、(b)に示すよ
うに、消去パルス期間401や、書き込み電圧期間40
2において電圧値が一定でないような駆動パルス波形を
用いても差し支えはないが、この場合、消去パルス期間
401における最大値をVe、書き込み電圧期間における
最小値をVwと考えれば、やはり(式27)が好ましい条
件となる。
Note that, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B, an erase pulse period 401 and a write voltage period 40.
Although it is acceptable to use a drive pulse waveform in which the voltage value is not constant in 2 in this case, if the maximum value in the erase pulse period 401 is Ve and the minimum value in the write voltage period is Vw, (Equation 27 ) Is a preferable condition.

【0073】(実施例3)図7の空間光変調素子を用い
て投写型ディスプレイ装置を構成してみた。このときの
系を図19に示す。これは、空間光変調素子1902へ
の書き込み光1907としてCRT1901に提示され
た画像を用い、読みだし側はメタルハライドランプから
の読み出し光1908を偏光子1905とビームスプリ
ッタ1904を介して空間光変調素子1902に照射
し、読みだし出力光1909を検光子1906、レンズ
1910を介して取り出してスクリーン1911上に写
し出したものである。空間光変調素子1902の画面は
2.5cm角であるが、これをスクリーン上で100c
m角に拡大した。駆動電圧源1903で発生される駆動
パルスとしては実施例2と同様、Ve=15V、Te=10
0μsec、書き込み電圧期間としてはTw=1100μ
secに固定し、Vwを(表1)の6種類の値に設定して
駆動してみた。
Example 3 A projection display device was constructed using the spatial light modulator shown in FIG. The system at this time is shown in FIG. This uses the image presented on the CRT 1901 as the writing light 1907 to the spatial light modulator 1902, and the reading side 1908 outputs the reading light 1908 from the metal halide lamp via the polarizer 1905 and the beam splitter 1904. Then, the read output light 1909 is taken out through the analyzer 1906 and the lens 1910 and is projected on the screen 1911. The screen of the spatial light modulation element 1902 is 2.5 cm square, and this is 100 c on the screen.
Expanded to m square. The drive pulse generated by the drive voltage source 1903 is Ve = 15V, Te = 10 as in the second embodiment.
0 μsec, write voltage period Tw = 1100 μ
It was fixed to sec, Vw was set to 6 kinds of values of (Table 1), and it tried driving.

【0074】いずれの場合にもスクリーン上で画像が観
測されたが、入力するCRT1901の画像の中間調表
示を良好なコントラストで再現していたのは(ハ)、
(ニ)および(ホ)の条件の場合であった。これは実施
例2での結果と一致し、最も理想的な場合に対応する。
これらの場合、画像の中間調表示特性が書き込み光強度
に対して非線形であるが、書き込む画像のγ特性の調整
により忠実な中間調表示を行うことが可能であった。こ
のときのスクリーン上での明るさは1000lxであっ
た。また、スクリーン上でのコントラスト比は400:
1であった。スクリーン上では1画素が1mm角に拡大
されるが、このとき隣合う画素間のクロストークは観察
されず、きめの細かい画像が得られた。(イ)、(ロ)
の場合はコントラストが悪く全体に白に浮き上がった画
像となった。また、(ヘ)の場合は暗い画像しか得られ
ず、画面上での明るさは300lxであった。なお、C
RT1901の代わりにTFT液晶ディスプレイを用い
て書き込みを行った場合でも全く同様であった。
In each case, the image was observed on the screen, but the halftone display of the input CRT 1901 image was reproduced with good contrast (C).
It was the case of the conditions (d) and (e). This is consistent with the results in Example 2 and corresponds to the most ideal case.
In these cases, the halftone display characteristic of the image is non-linear with respect to the writing light intensity, but it was possible to perform faithful halftone display by adjusting the γ characteristic of the written image. The brightness on the screen at this time was 1000 lx. The contrast ratio on the screen is 400:
It was 1. One pixel was enlarged to 1 mm square on the screen, but at this time, crosstalk between adjacent pixels was not observed, and a fine-grained image was obtained. (A), (b)
In the case of, the contrast was poor and the image became white as a whole. In the case of (f), only a dark image was obtained, and the brightness on the screen was 300 lx. Note that C
The same was true when writing was performed using a TFT liquid crystal display instead of RT1901.

【0075】次に、RGB各々に対応したCRTと空間
光変調素子をセットにしたものを3組用意して組合せた
系を構成し、スクリーン上で画像を合成した。これによ
り鮮明なカラー画像が得られた。
Next, three sets of CRTs corresponding to RGB and spatial light modulators were prepared and combined to form a system, and images were synthesized on the screen. As a result, a clear color image was obtained.

【0076】(実施例4)次に、図7の空間光変調素子
を用いてホログラフィーテレビジョンを構成してみた。
空間光変調素子としては、画素数5000×5000、
画素ピッチ5μmのものを使用した。このときの系を図
20に示す。まず、空間光変調素子2012の書き込み
側2011においては、He−Neレーザ−2001か
らの光をビームエキスパンダ2002で拡大する。そし
て、ビームスプリッタ2003で2つに分け、一方の光
をミラー2004を介して参照光2009とし、もう一
方の光をミラー2005、2006を介して被写体20
07に照射し、その時の散乱光を物体光2010とす
る。ビームスプリッタ2008で再びこれらの光を合わ
せて、空間光変調素子2012の書き込み側に干渉縞を
形成する。
Example 4 Next, a holographic television was constructed by using the spatial light modulator shown in FIG.
As the spatial light modulator, the number of pixels is 5000 × 5000,
A pixel pitch of 5 μm was used. The system at this time is shown in FIG. First, on the writing side 2011 of the spatial light modulator 2012, the light from the He—Ne laser-2001 is expanded by the beam expander 2002. Then, the light is split into two by a beam splitter 2003, one light is made a reference light 2009 via a mirror 2004, and the other light is made a subject 20 via mirrors 2005 and 2006.
07 is irradiated, and the scattered light at that time is set as object light 2010. These lights are combined again by the beam splitter 2008 to form an interference fringe on the writing side of the spatial light modulator 2012.

【0077】一方、空間光変調素子2012の読み出し
側2022は、同様にHe−Neレーザー2014から
の光をビームエキスパンダ2015で拡大して読み出し
入力光2020とし、空間光変調素子2012に入射す
る。そして干渉縞を読み出して読み出し出力光2021
とし、偏光ビームスプリッタ2017を介してスクリー
ン2018に結像する。観測者2019はこのスクリー
ン2018上の像を観測する。なお、フィルター201
6はスクリーン上の像の明るさを調整するためのもので
ある。
On the other hand, the read side 2022 of the spatial light modulator 2012 similarly expands the light from the He—Ne laser 2014 by the beam expander 2015 to make the read input light 2020, which is incident on the spatial light modulator 2012. Then, the interference fringes are read and read output light 2021
Then, an image is formed on the screen 2018 via the polarization beam splitter 2017. The observer 2019 observes the image on the screen 2018. Note that the filter 201
Reference numeral 6 is for adjusting the brightness of the image on the screen.

【0078】駆動電源2013で発生する駆動パルス
は、実施例2の5つの条件を用いた。これにより、スク
リーン2006上では鮮明な立体像が得られた。被写体
2008を動かすと、それに応じて出力像のほうもリア
ルタイムで動いた。実施例2の(ハ)、(ニ)、(ホ)
の条件の時に干渉縞の情報が最も高コントラストで出力
側に再現されるため、得られる立体像も最も鮮明で、ノ
イズの少ないものであった。
The drive pulse generated by the drive power supply 2013 used the five conditions of the second embodiment. As a result, a clear stereoscopic image was obtained on the screen 2006. When the subject 2008 was moved, the output image also moved in real time accordingly. (C), (d), and (e) of Example 2
Since the information of the interference fringes is reproduced on the output side with the highest contrast under the condition of (3), the obtained stereoscopic image is also the clearest and has less noise.

【0079】なお、干渉縞の情報をCCDカメラで撮影
し、この情報をCRTに映し出して空間光変調素子に書
き込みを行った場合でも同様の結果が得られた。
Similar results were obtained when the information of the interference fringes was photographed by a CCD camera, and this information was displayed on the CRT and written in the spatial light modulator.

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明は、高コントラスト、制御性がよ
く中間調表示ができる。また、本発明の駆動方法を用い
た投写型ディスプレイ装置は、コントラストがよく忠実
な中間調表示が得られる。また、本発明の駆動方法を用
いたホログラフィーテレビジョン装置はノイズの少ない
鮮明な立体像が得られる。
According to the present invention, high contrast and good controllability can be achieved and halftone display can be performed. Further, the projection type display device using the driving method of the present invention can obtain a halftone display with good contrast and faithfulness. Further, the holographic television device using the driving method of the present invention can obtain a clear stereoscopic image with less noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例における空間光変調素子の駆動
方法を示す波形図
FIG. 1 is a waveform diagram showing a method for driving a spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は従来の駆動パルス波形の一例の波形図 (b)は従来の駆動パルス波形の他の例の波形図FIG. 2A is a waveform diagram of an example of a conventional drive pulse waveform, and FIG. 2B is a waveform diagram of another example of a conventional drive pulse waveform.

【図3】本発明の実施例における駆動パルスを示す波形
FIG. 3 is a waveform diagram showing a drive pulse in the embodiment of the invention.

【図4】(a)は本発明の駆動パルス波形の実施例の特
殊な場合における一例の波形図 (b)は本発明の駆動パルス波形の実施例の特殊な場合
における他の例の波形図
FIG. 4A is a waveform diagram of an example in a special case of the embodiment of the drive pulse waveform of the present invention. FIG. 4B is a waveform diagram of another example in a special case of the embodiment of the drive pulse waveform of the present invention.

【図5】(a)は配向膜を考慮したときの強誘電性液晶
の等価回路図 (b)は同面積階調状態を示す図 (c)は同一様状態を示す図
FIG. 5A is an equivalent circuit diagram of a ferroelectric liquid crystal in which an alignment film is taken into consideration. FIG. 5B shows the same area gradation state. FIG. 5C shows the same state.

【図6】微小形状に分割された金属反射膜を有する空間
光変調素子の構造の一実施例を示す断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a spatial light modulator having a metal reflection film divided into minute shapes.

【図7】金属反射膜を有する空間光変調素子の構造の別
の実施例を示す断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the structure of the spatial light modulator having a metal reflection film.

【図8】誘電体反射膜を有する空間光変調素子の構造の
さらに他の実施例の断面図
FIG. 8 is a sectional view of yet another embodiment of the structure of the spatial light modulator having the dielectric reflection film.

【図9】空間光変調素子の動作を示す回路図FIG. 9 is a circuit diagram showing the operation of the spatial light modulator.

【図10】整流性を有する光導電層の電流電圧特性図FIG. 10 is a current-voltage characteristic diagram of a photoconductive layer having a rectifying property.

【図11】図9において光導電層を等価回路で置き換え
た回路図
FIG. 11 is a circuit diagram in which the photoconductive layer in FIG. 9 is replaced with an equivalent circuit.

【図12】(a)は強誘電性液晶層の分極反転特性を示
す図 (b)は強誘電性液晶層の分極反転特性の他の例を示す
図 (c)は強誘電性液晶層の分極反転特性のその他の例を
示す図
12A is a diagram showing polarization inversion characteristics of a ferroelectric liquid crystal layer, FIG. 12B is a diagram showing another example of polarization inversion characteristics of a ferroelectric liquid crystal layer, and FIG. Diagram showing other examples of polarization inversion characteristics

【図13】空間光変調素子の金属反射膜部分の電圧と透
過率と電荷の時間変化を示すタイミング図
FIG. 13 is a timing chart showing changes with time in voltage, transmittance, and charge of a metal reflection film portion of the spatial light modulator.

【図14】空間光変調素子の金属反射膜部分の電圧と透
過率と電荷の時間変化を示す別のタイミング図
FIG. 14 is another timing chart showing changes with time in voltage, transmittance, and charge of the metal reflective film portion of the spatial light modulator.

【図15】(a)は空間光変調素子の入出力光強度の関
係を示す理論曲線の図 (b)は同入出力光強度の関係の他の例を示す理論曲線
の図 (c)は同入出力光強度の関係のさらに他の例を示す理
論曲線の図
15A is a theoretical curve diagram showing a relationship between input and output light intensities of a spatial light modulator, and FIG. 15B is a theoretical curve diagram showing another example of the same input and output light intensities. The figure of the theoretical curve which shows another example of the relation of the same input and output light intensity

【図16】空間光変調素子の入出力光強度特性を測定す
るための系を示す図
FIG. 16 is a diagram showing a system for measuring input / output light intensity characteristics of a spatial light modulator.

【図17】測定によって得られた空間光変調素子の入出
力光強度特性図
FIG. 17 is an input / output light intensity characteristic diagram of the spatial light modulator obtained by measurement.

【図18】スイッチング閾値電圧が不明瞭な場合の強誘
電性液晶層の透過率と電圧の関係を示す図
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the voltage and the transmittance of the ferroelectric liquid crystal layer when the switching threshold voltage is unclear.

【図19】投写型ディスプレイの系を示す図FIG. 19 is a diagram showing a projection display system.

【図20】ホログラフィーテレビジョンの系を示す図FIG. 20 is a diagram showing a holographic television system.

【図21】印加電荷量の制御による中間状態を示す特性
FIG. 21 is a characteristic diagram showing an intermediate state by controlling the applied charge amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 消去パルス 102 書き込み電圧期間 103 駆動電圧(Vin) 104 強誘電性液晶層への印加電圧(Vf;消去パルス
時) 105a 強誘電性液晶層への印加電圧(Vf0>−Vth) 105b 強誘電性液晶層への印加電圧(Vf0=−Vth) 105c 強誘電性液晶層への印加電圧(Vf0<−Vth) 106 強誘電性液晶層の閾値電圧 107a 読み出し光強度(Vf0>−Vth) 107b 読み出し光強度(Vf0=−Vth) 107c 読み出し光強度(Vf0<−Vth)
101 erase pulse 102 write voltage period 103 drive voltage (Vin) 104 applied voltage to ferroelectric liquid crystal layer (Vf; at erase pulse) 105a applied voltage to ferroelectric liquid crystal layer (Vf0> -Vth) 105b ferroelectric property Applied voltage to liquid crystal layer (Vf0 = -Vth) 105c Applied voltage to ferroelectric liquid crystal layer (Vf0 <-Vth) 106 Threshold voltage of ferroelectric liquid crystal layer 107a Read light intensity (Vf0> -Vth) 107b Read light Intensity (Vf0 = -Vth) 107c Readout light intensity (Vf0 <-Vth)

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yasunori Zutomi, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Junko Asayama, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Kuni Ogawa, 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】対向する2枚の透明電極間に光変調層及び
光導電層を設け、前記光変調層は、印加電荷量に応じて
異なる光学的状態を示す光変調層であって、前記印加電
荷量が第一の閾値電荷量以上のときには第一の光学的状
態を示し、前記印加電荷量が第二の閾値電荷量以下のと
きには第二の光学的状態を示し、前記印加電荷量が前記
第一の閾値電荷量よりも小さく、かつ前記第二の閾値電
荷量よりも大きいときには、前記印加電荷量に対応して
前記第一の光学的状態と前記第二の光学的状態の間の空
間的に一様な中間状態を示す空間光変調素子。
1. A light modulation layer and a photoconductive layer are provided between two opposing transparent electrodes, wherein the light modulation layer is a light modulation layer that exhibits different optical states depending on the amount of applied charges. When the applied charge amount is greater than or equal to the first threshold charge amount, the first optical state is indicated, and when the applied charge amount is less than or equal to the second threshold charge amount, the second optical state is indicated, and the applied charge amount is When the amount is smaller than the first threshold charge amount and larger than the second threshold charge amount, a difference between the first optical state and the second optical state corresponding to the applied charge amount. A spatial light modulator that exhibits a spatially uniform intermediate state.
【請求項2】光導電層は整流性を有し、かつ逆方向バイ
アス状態のときには入射される書き込み光の強度に応じ
た大きさをもつ光電流を発生させる請求項1記載の空間
光変調素子。
2. The spatial light modulator according to claim 1, wherein the photoconductive layer has a rectifying property and generates a photocurrent having a magnitude corresponding to the intensity of the writing light incident upon it in the reverse bias state. .
【請求項3】光変調層は、2つの配向膜によって挟まれ
た強誘電性液晶層を含んでいる請求項2記載の空間光変
調素子。
3. The spatial light modulation element according to claim 2, wherein the light modulation layer includes a ferroelectric liquid crystal layer sandwiched by two alignment films.
【請求項4】配向膜の比抵抗は、108 Ω・cm〜10
11Ω・cmの範囲にある請求項3記載の空間光変調素
子。
4. The specific resistance of the alignment film is 10 8 Ω · cm to 10
The spatial light modulator according to claim 3, which is in the range of 11 Ω · cm.
【請求項5】強誘電性液晶層と光導電層とが微小形状に
分離された金属反射膜を介して電気的に接触している請
求項3記載の空間光変調素子。
5. The spatial light modulator according to claim 3, wherein the ferroelectric liquid crystal layer and the photoconductive layer are in electrical contact with each other through a metal reflection film separated into minute shapes.
【請求項6】対向する2枚の透明電極の間に光変調層と
光導電層を有し、前記光変調層は印加電荷量に応じて異
なる光学的状態を示し、前記印加電荷量が第一の閾値電
荷量以上のときには第一の光学的状態を示し、前記印加
電荷量が第二の閾値電荷量以下のときには第二の光学的
状態を示し、前記印加電荷量が前記第一の閾値電荷量よ
りも少なくかつ前記第二の閾値電荷量よりも多いときに
は、前記印加電荷量に対応して前記第一の光学的状態と
前記第二の光学的状態の間の空間的に一様な中間状態を
示し、前記光導電層は整流性を有し、前記光導電層が逆
方向バイアス状態のときには前記光導電層に入射される
書き込み光の強度に応じた大きさをもつ光電流を発生さ
せる空間光変調素子を駆動する方法であって、 駆動電圧の波形の一周期が、前記光導電層を順方向バイ
アス状態にして前記光変調層に前記第一の閾値電荷量よ
り大きな電荷量を印加する消去期間と、前記光導電層を
逆方向バイアス状態にして書き込み光の強度に応じた大
きさをもつ光電流を発生させる書き込み期間からなり、
前記書き込み期間においては、前記書き込み光の強度が
第一の閾値光強度以下のときには前記光変調層に印加さ
れる電荷量が前記第一の閾値電荷量以上の状態を保ち、
前記書き込み光の強度が第二の閾値光強度以上のときに
は前記光変調層に印加される電荷量は前記第二の閾値電
荷量以下にまで減じられるように前記駆動電圧を前記2
枚の透明電極に印加する工程を含む空間光変調素子の駆
動方法。
6. A light modulation layer and a photoconductive layer are provided between two opposing transparent electrodes, wherein the light modulation layer exhibits different optical states depending on the applied charge amount, and the applied charge amount is A first optical state is shown when the threshold charge amount is one or more, and a second optical state is shown when the applied charge amount is a second threshold charge amount or less, and the applied charge amount is the first threshold value. When the charge amount is less than the second threshold charge amount and is greater than the second threshold charge amount, the spatial uniformity between the first optical state and the second optical state is corresponding to the applied charge amount. In the intermediate state, the photoconductive layer has a rectifying property, and when the photoconductive layer is in the reverse bias state, a photocurrent having a magnitude according to the intensity of the writing light incident on the photoconductive layer is generated. This is a method of driving a spatial light modulator in which one cycle of the waveform of the driving voltage is , An erasing period in which the photoconductive layer is in a forward bias state and a charge amount larger than the first threshold charge amount is applied to the light modulation layer, and the intensity of writing light is in a reverse bias state in the photoconductive layer. It consists of a writing period that generates a photocurrent with a magnitude according to
In the writing period, when the intensity of the writing light is equal to or lower than the first threshold light intensity, the amount of charge applied to the light modulation layer is maintained at the first threshold charge amount or more,
When the write light intensity is equal to or higher than the second threshold light intensity, the drive voltage is set to 2 so that the charge amount applied to the light modulation layer can be reduced to the second threshold charge amount or less.
A method for driving a spatial light modulation element, which comprises a step of applying to one transparent electrode.
【請求項7】光変調層は、2つの配向膜によって挟まれ
た強誘電性液晶層を備えており、前記消去期間の駆動電
圧の最大値をVe、前記書き込み期間の駆動電圧の最小値
をVw、前記強誘電性液晶層の分極反転を伴わない場合の
前記強誘電性液晶層の容量をCf、前記光導電層の容量を
Ca、前記光導電層の拡散電位をVd、前記強誘電性液晶層
の閾値電圧を−Vth として、これらの値が −Vth≦(CfVe+CaVw)/(Cf+Ca)−Vd かつ Vw−
Vd≦−Vth の関係を満たす請求項6記載の空間光変調素子の駆動方
法。
7. The light modulation layer comprises a ferroelectric liquid crystal layer sandwiched between two alignment films, wherein the maximum drive voltage during the erase period is Ve and the minimum drive voltage during the write period is Vw, Cf of the capacity of the ferroelectric liquid crystal layer without polarization reversal of the ferroelectric liquid crystal layer, Cf of the capacity of the photoconductive layer
Ca, the diffusion potential of the photoconductive layer is Vd, and the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal layer is −Vth, and these values are −Vth ≦ (CfVe + CaVw) / (Cf + Ca) −Vd and Vw−
7. The method for driving a spatial light modulator according to claim 6, wherein the relationship of Vd ≦ −Vth is satisfied.
【請求項8】前記消去期間の駆動電圧Veおよび書き込み
期間の駆動電圧Vwが、1V≦Ve≦40V 及び −20
V≦Vw≦4V の範囲にある請求項7記載の空間光変調
素子の駆動方法。
8. The drive voltage Ve in the erase period and the drive voltage Vw in the write period are 1V ≦ Ve ≦ 40V and −20.
The method for driving a spatial light modulator according to claim 7, wherein V ≦ Vw ≦ 4V.
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