JPH07281207A - 空間光変調素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電流整流性を有する光導電層６と、強誘電性液
晶層１１と、これらの層の間の同一平面上に設けられ、
かつ微小形状に分割された複数の金属反射膜８とを少な
くとも備えた空間光変調素子であって、前記金属反射膜
８の表面粗さよりも、前記金属反射膜間の遮光層１０の
表面粗さのほうが大であることにより、遮光能力が高
く、各画素が分離独立して正確に動作する空間光変調素
子及びその製造方法を提供する。 【構成】画素分離電極７の間にある遮光層１０の液晶層
１１に面している表面は、異方性エッチングにより表面
の凸凹の粗さが０．１μｍ以上となっており、かつ、画
素分離電極７の表面は、等方性エッチングにより表面の
凸凹の粗さは０．１μｍ以下となっている。このように
表面の凸凹の表面の粗さを変えることによって、画素と
画素間における液晶の配向状態を変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィーテレビジョンあるいは光演算装置に用い
られる空間光変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来技術】大画面、高密度画素からなる高品位テレビ
が様々な方式で開発され実用化されている。中でも従来
のブラウン管方式に変わって液晶技術を使った投写型デ
ィスプレイの開発が盛んである。ブラウン管方式である
と高密度画素に対して画面の輝度が低下し暗くなる。ま
た、ブラウン管自身、大型化が困難である。一方、トラ
ンジスタ駆動方式の液晶素子による投写型ディスプレイ
装置は有力な方法ではあるが、開口率が大きくならない
こと、素子が高価であることが欠点として上げられてい
る。ＣＲＴを光入力手段とする液晶ライトバルブは従来
より素子形状が簡単で且つＣＲＴと液晶素子の利点を組
み合わせた装置として注目されている。

【０００３】近年は、高感度なアモルファスシリコン受
光層と液晶を組合せ、１００インチ以上の大画面で動画
像を映し出すことが可能となった。また、液晶材料も高
速応答可能な強誘電性液晶を用いて、より高速・高解像
度な液晶ライトバルブができるようになった。この液晶
ライトバルブは、強誘電性液晶の持つメモリー性と２値
化特性を使った次世代の並列演算装置、光コンピューテ
ィング装置の核としても期待されている。

【０００４】空間光変調素子の構成については、様々な
研究開発が活発に行われているが、微小電極と遮光膜を
設けた構成の空間光変調素子あるいは液晶ライトバルブ
においては、従来例として特開昭６２−４０４３０号公
報、同６２−１６９１２０号公報、特開平３−１９２３
３０号公報などがある。

【０００５】従来、光導電層上に設けられた微小形状の
反射電極からなる画素表示部の周辺部に読みだし光が照
射されると、光導電層中の画素周辺部で発生した電荷が
画素表示部へ運ばれ、画素の電位が画素信号とは無関係
に変動してしまい、画素表示部のコントラストを低下さ
せるという問題があった。

【０００６】この問題を解決する手段として、隣合う画
素間のクロストークを小さくし、同時に遮光度も向上さ
せるために、画素間部分の光導電層の一部または全部を
除去し、そこに絶縁性をもつ遮光材料を充填するという
方法が用いられている。金属薄膜の微小電極における優
位点は、多層誘電体薄膜の反射層に対して製造が容易で
あることと、入射角度依存性の無いこと及び反射率が高
いことが上げられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の構
造では、画素における配向状態と画素間における配向状
態とに大きな差が発生し難く、画素上の液晶配向と同様
に画素間の液晶配向も双安定状態を呈する。このため、
画素における液晶の駆動の影響によって、画素間におけ
る液晶の配向状態が変動し、隣接する画素上の液晶配向
に影響を与え、白または黒の不均一な状態を呈し、また
解像度の劣化を招くという問題点が発生する。

【０００８】また、従来高分子を主成分とする遮光層を
素子上に一様に塗布し、酸素を含む気体を用いた反応性
イオンエッチングによって、画素電極上の遮光層を除去
する工程においては、電極間に構成された窪みに塗布し
た遮光層を充分に残し、かつ電極上の遮光層は除去しな
くてはならないという制約から、エッチングの終了判定
を作業者の目視に頼っているのが現状である。これで
は、作業者による素子特性のばらつき、装置のパラメー
タ変動等により、安定した品質を保てないという問題点
を有している。

【０００９】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、遮光能力が高く、各画素が分離独立して正確に動作
する空間光変調素子及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る空間光変調素子は、電流整流性を有す
る光導電層と、強誘電性液晶層と、これらの層の間の同
一平面上に設けられ、かつ微小形状に分割された複数の
金属反射膜とを少なくとも備えた空間光変調素子であっ
て、前記金属反射膜の表面粗さよりも、前記金属反射膜
間の遮光層の表面粗さのほうが大であることを特徴とす
る。

【００１１】前記構成においては、金属反射膜間の遮光
層における表面粗さが０．１μｍ以上であるのが好まし
い。また、前記構成においては、金属反射膜における表
面粗さが０．１μｍ以下であるのが好ましい。

【００１２】次に、本発明に係る空間光変調素子の製造
方法は、光導電層に金属反射膜を成膜、微小形状に分割
した後、光導電層の一部を等方エッチングし窪み形状を
作り、高分子を主成分とする遮光層を窪み部分に埋め込
み、酸素を含む気体を用いた反応性イオンエッチングに
よって前記金属反射膜上の前記遮光層の一部を除去する
工程を含む空間光変調素子の製造方法において、前記金
属反射膜上の表面粗さを小とする等方性エッチング工程
と、前記金属反射膜間の表面粗さを大とする異方性エッ
チング工程の少なくとも二つの工程を有することを特徴
とする。

【００１３】前記本発明方法の構成においては、酸素を
含む気体を用いた反応性イオンエッチングによって遮光
層の一部を除去する工程において、酸素の所定波長の発
光強度の変化点において工程を終了するのが好ましい。

【００１４】前記本発明方法の構成においては、酸素の
所定波長は７７０〜７８０ｎｍであることが好ましい。

【００１５】

【作用】前記した本発明の構成によれば、電流整流性を
有する光導電層と、強誘電性液晶層と、これらの層の間
の同一平面上に設けられ、かつ微小形状に分割された複
数の金属反射膜とを少なくとも備えた空間光変調素子で
あって、前記金属反射膜の表面粗さよりも、前記金属反
射膜間の遮光層の表面粗さのほうが大であることによ
り、遮光能力が高く、各画素が分離独立して正確に動作
する空間光変調素子が実現できる。

【００１６】前記構成において、金属反射膜間の遮光層
における表面粗さが０．１μｍ以上であると、対向する
電極の表面状態と大きな違いを生ぜしめて、その間にお
ける強誘電液晶の配向状態が単安定化する。そのため、
近傍の画素における液晶の駆動の影響によって画素間の
液晶分子配列が変動することが防止される。前記金属反
射膜間の遮光層の表面粗さは液晶層の厚さ（１μｍ）以
下が好ましい。

【００１７】前記構成において、金属反射膜における表
面粗さが０．１μｍ以下であると、同様に強誘電液晶の
配向状態が単安定化し、近傍の画素における液晶の駆動
の影響によって画素間の液晶分子配列が変動することが
防止される。

【００１８】前記構成において、画素表面上における表
面粗さが０．１μｍ以下であり、かつ画素間の遮光層に
おける表面粗さが０．１μｍ以上と著しく粗い状態であ
ると、さらに強誘電液晶の配向状態が単安定化し、近傍
の画素における液晶の駆動の影響によって画素間の液晶
分子配列が変動することが防止される。

【００１９】次に、本発明に係る空間光変調素子の製造
方法の構成によれば、光導電層に金属反射膜を成膜、微
小形状に分割した後、光導電層の一部を等方エッチング
し窪み形状を作り、高分子を主成分とする遮光層を窪み
部分に埋め込み、酸素を含む気体を用いた反応性イオン
エッチングによって前記金属反射膜上の前記遮光層の一
部を除去する工程を含む空間光変調素子の製造方法にお
いて、前記金属反射膜上の表面粗さを小とする等方性エ
ッチング工程と、前記金属反射膜間の表面粗さを大とす
る異方性エッチング工程の少なくとも二つの工程を有す
ることにより、異方性エッチングを行うことにより、金
属反射膜間の遮光層の表面粗さを０．１μｍ以上にする
ことができ、また、等方性エッチングを行うことによ
り、金属反射膜間の遮光層の表面粗さを０．１μｍ以下
にすることができる。さらに、酸素の所定波長の発光強
度を測定することによって、エッチング工程を適切に、
切り替えおよび終了することができるので、前記構成を
備えた空間光変調素子を効率よく合理的に作製すること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 （実施例１）本発明の実施例について、図面を参照しな
がら説明する。

【００２１】図１は本発明に係る空間光変調素子の一実
施例を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、透
明絶縁性基板１（例えば、ガラス）上には、透明導電性
電極２（例えばＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、Ｓ
ｎＯ_x ）が積層されている。次に、入力光を分離するた
めに、入力遮光膜２４（例えばアルミニウム、クロム、
チタン等の金属薄膜）を格子状に積層している。その上
には、整流性を有する光導伝層６（例えば、ダイオード
構造を有するアモルファスシリコン半導体；ｐ層３；ｉ
層４及びｎ層５）とが順次積層されている。また、ｎ層
５の上には、画素分離電極７と、画素に相当する分離し
た微小形状の金属反射膜８（例えばアルミニウム、クロ
ム、チタン等の金属薄膜）と、強誘電性液晶層１１を配
向する配向膜１２（例えばポリイミド等の高分子薄膜）
とが順に配置されている。また、この画素間には、読み
出し光２１に対する出力遮光膜９（例えばアルミニウ
ム、クロム、チタン等の金属薄膜）が設けられている。
このように金属反射膜８及び出力遮光膜９はいずれも整
流性を有する光導電層６に接しているため、駆動時に出
力遮光膜９に電荷蓄積が発生することなく、その結果、
光導電特性、スイッチング特性の劣化を防止することが
できる。なお、出力遮光膜９の設けられる平面は金属反
射膜８の設けられる平面の下部に位置しており、これに
より遮光の効果を向上させることができる。また、金属
反射膜８と出力遮光膜９とは電気的に分離され、隣接画
素間でのクロストークはない。

【００２２】軒形状をした画素分離電極７と出力遮光膜
９の周縁部との間には、可視光を吸収する遮光層１０
（例えば、カーボン含有あるいは色素含有の高分子）が
配置されている。これにより、透明絶縁性基板１５（例
えば、ガラス）に対し斜め方向から入射する読みだし光
２１だけを吸収し、画素分離電極７の下部に位置する光
導電層６に読みだし光２１が漏れ入ることを防止するこ
とができる。

【００２３】絶縁膜２３（例えば、ポリイミド）は、遮
光層１０に電荷が蓄積され、画素分離電極７上に電荷が
移動し、液晶層１１の配向が入力に関係なく変動するこ
とを防ぐものである。

【００２４】図１（ｂ）の拡大図に示すように、画素分
離電極７の間にある遮光層１０の液晶層１１に面してい
る表面は、異方性エッチングにより表面の凸凹の粗さが
０．１μｍ以上となっており、かつ、画素分離電極７の
表面は、等方性エッチングにより表面の凸凹の粗さは
０．１μｍ以下となっている。このように表面の凸凹の
表面の粗さを変えることによって、画素と画素間におけ
る液晶の配向状態を変えることができる。

【００２５】強誘電性液晶層１１は、スペーサーとして
分散されたビーズ１３によってそのセル厚が制御され
る。また、対抗側の透明導電性電極１４上にも配向層１
２が一様に成膜されている。

【００２６】本空間光変調素子１６の駆動は、両透明導
電性電極２、１４間にパルス電圧１７を印加することに
よってなされる。そして、光導電層６が成膜されている
透明絶縁性基板１側からの書き込み光（入力光）１８に
よって光導電層６に情報が書き込まれる。書き込み光
（入力光）１８の強度に応じて光導電層６の電気抵抗が
減少し、各画素に相当する微小形状の金属反射膜８と対
向する透明導電性電極１４とに挟まれた強誘電性液晶１
１に印加される電圧が増大する。この電圧の大きさに応
じて強誘電性液晶層１１の配向が変化する。この強誘電
性液晶層１１を通過する直線偏光の読みだし光２１は、
各画素の金属反射膜８で反射し再び強誘電性液晶１１を
通過した後、検光子２０を通り、出力光２２としてその
強度変化が読みだされる。この場合、読みだし光２１の
照射によって光導電層６がスイッチングしないように、
光導電層６上に遮光膜を設ける必要があるが、本実施例
においては、金属遮光膜８が遮光膜を兼ねている。なお
２４は入力遮光膜である。

【００２７】光導電層６に使用する材料として、例え
ば、ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，
ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の
化合物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半
導体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-x Ｃ _x ，Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x ，Ｇ
ｅ_1-x Ｃ_x (0<x<1) 等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，Ｔｉ
Ｏ，Ｍｇ，Ｓｉ（ＯＨ）₂ など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，
ＴｉＯＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰ
ｃ，ＩｎＢｒＰｃＢｒなど、（２）モノアゾ色素，ジス
アゾ色素などのアゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物
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）Ｐ
ＶＫ／ＴＮＦなどの電荷移動錯体、（１０）ビリリウム
塩染料とポリカーボネイト樹脂から形成される共晶錯
体、（１１）アズレニウム塩化合物など有機半導体があ
る。

【００２８】また、非晶質のＳｉ（以下、ａ−Ｓｉ），
Ｇｅ（以下、ａ−Ｇｅ），Ｓｉ_1-xＣ_x （以下、ａ−Ｓ
ｉ_1-x Ｃ_x ），Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x （以下、ａ−Ｓｉ_1-x Ｇ
ｅ_x），Ｇｅ_1-x Ｃ_x （以下、ａ−Ｇｅ_1-x Ｃ_x ）を光
導電層６に使用する場合には、水素またはハロゲン元素
を含めてもよく、誘電率を小さくしたり抵抗率の増加さ
せるために酸素または窒素を含めてもよい。抵抗率の制
御にはｐ型不純物であるＢ，Ａｌ，Ｇａなどの元素、ま
たはｎ型不純物であるＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加
してもよい。このように不純物を添加した非晶質材料を
積層してｐ／ｎ，ｐ／ｉ，ｉ／ｎ、ｐ／ｉ／ｎなどの接
合を形成し、光導電層６内に空乏層を形成して誘電率お
よび暗抵抗あるいは動作電圧極性を制御することもでき
る。また、このような非晶質材料だけでなく、上記の材
料を２種類以上積層してヘテロ接合を形成し、光導電層
６内に空乏層を形成してもよい。なお、光導電層６の膜
厚は０．１〜１０μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００２９】配向膜１２は、強誘電性液晶分子の配向が
層方向と平行になるように設定してある。配向膜１２の
厚みは１０００オングストローム以下であるのが好まし
く、さらには１００オングストローム以下であるのが好
ましい。配向膜１２としては、ナイロン、ポリイミド等
の高分子膜あるいはＳｉＯ₂ 斜方蒸着膜等が有用であ
る。特に電気的特性の優れた配向膜としては、例えば、
特願平３−１１４５号に記載されたものがある。

【００３０】次に、上記構成を有する空間光変調素子の
製造方法の一実施例について説明する。まず、５５ｍｍ
×４５ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板１上に、スパッタ
蒸着法によってＩＴＯを０．１μｍの膜厚で成膜し、透
明導電性電極２を形成する。次いで、クロムを真空蒸着
によって５００オングストローム（５０ｎｍ）の膜厚で
成膜する。これを、フォトリソグラフィーによって２μ
ｍ幅、２８μｍピッチの格子状にレジストパターンを形
成しエッチングした後レジスト除去する。このようにし
て、入力遮光膜２４を形成する（図２（ａ））。その上
に、プラズマＣＶＤ法によってｐ／ｉ／ｎダイオード構
成のアモルファスシリコン受光層を０．８μｍの膜厚で
積層し、光導電層６を形成する。ここで、ｐ層３には周
期律表５族元素であるボロンが５ｐｐｍだけドーピング
されており、ｎ層５には周期律表３族元素であるリンが
５０ｐｐｍだけドーピングされている。また、ｐ層３の
膜厚は５００オングストローム、ｉ層４の膜厚は０．４
５μｍ、ｎ層５の膜厚は３０００オングストロームであ
り、有効面積は３５ｍｍ×３５ｍｍである。次いで、こ
の有効面積内の膜上に、真空蒸着法によってクロム層４
５を３０００オングストロームの膜厚で成膜する（図２
（ｂ））。次に、フォトリソグラフィーによって画素分
離電極７をパターン形成する。すなわち、各画素の大き
さを２５μｍ×２５μｍ、ピッチを２８μｍとして、２
０００×２０００画素の互いに分離された画素分離電極
７を形成する（図２（ｃ））。なお、クロム膜の膜厚
は、軒形状を維持するために少なくとも１０００オング
ストローム以上であるのが好ましい。

【００３１】次いで、画素分離電極７をエッチングマス
クとし、ケミカルドライエッチング法によりＣＦ₄ と酸
素の混合ガスを用いて等方的なエッチングを施し、光導
電層６の一部を除去する。エッチング深さは１．０μｍ
である。なお、この際、画素分離電極７の下部の一部も
アンダーエッチする（図２（ｄ））。

【００３２】次いで、基板全面にアルミニウムを５００
オングストロームの膜厚で成膜し、画素分離電極７の上
に金属反射膜８を、画素間の窪みの低部に出力遮光膜９
をそれぞれ形成する（図２（ｅ））。

【００３３】次いで、この基板全面に、ポリイミド膜４
６をスピナーにより２０００オングストロームの膜厚で
塗布する（図３（ａ））。同様にして、カーボン含有高
分子（フジハント製、ＣＫ−２０００）４７をスピナー
によって２μｍの膜厚で塗布する（図３（ｂ））。

【００３４】次いで、酸素を用いたリアクチブイオンエ
ッチングによって全面エッチバックを行う。まず、金属
反射膜８の表面粗さを０．１μｍ以下にするような条件
（たとえば、酸素の流量１００ｓｃｃｍ、ガス圧１Ｔｏ
ｒｒ）でエッチングを行う。このとき、金属反射膜上の
ポリイミドの絶縁膜４６も除去され、窪み部分に埋め込
まれた部分だけが残り、絶縁膜２３が形成される（図３
（ｃ））。金属反射膜８が全面露出して、表面粗さが
０．１μｍ以下になったところで、金属反射膜８間の遮
光層１０の表面粗さを０．１μｍ以上にするような条件
（たとえば、酸素の流量５ｓｃｃｍ、ガス圧２０ｍＴｏ
ｒｒ）でエッチングを行う。金属反射膜８はアルミ等の
金属であるので、エッチングの影響を受けないが、遮光
層１０には不純物が小量含まれており、それがマスクと
なって柱状残さが形成される。このように、遮光層１０
の表面は異方的なエッチングを受け、表面粗さが０．１
μｍ以上となる（図３（ｄ））。

【００３５】また、エッチング条件の切り替え、及び終
了はエッチングに使用している酸素の所定波長の発光強
度を測定し、その変化点を検出することによって行うこ
とができる。

【００３６】以上により、図１に示す空間光変調素子１
６のうち光導電層６を有する一方の基板が得られる。次
いで、このようにして得られた基板と他方のガラス基板
１５（透明導電性電極１４は既に蒸着されている）の上
にポリイミド配向膜１２を積層する。配向処理（ラビン
グ処理）はナイロン布で表面を一定方向に擦ることによ
って行う。次いで、他方のガラス基板１５上に、イソプ
ロピールアルコール中に分散させた直径１μｍのビーズ
１３をスプレーによって撒く（図３（ｅ））。その後、
両ガラス基板１、１５を合わせ、周囲をＵＶ硬化樹脂で
封入して液晶セルを作製する。そして、この液晶セルに
真空中で強誘電性液晶ＺＬＩ−３６５４（メルク社製：
△ｎ＝０．１３）を注入し、その後、均一配向を得るた
めにＺＬＩ−３６５４の相転移温度以上の温度に加熱
し、１℃／分以下の徐冷速度で室温にもどし、再配向さ
せる。これにより、両基板間に１μｍ厚の強誘電性液晶
層１１が形成される（図３（ｆ））。以上により、図１
の構造を有する空間光変調素子１６が得られる。

【００３７】（実施例２）以上のようにして作製した空
間光変調素子を投写型ディスプレイとして評価した。

【００３８】図４に投写型ディスプレイ装置の模式図を
示す。空間光変調素子１６に、液晶ディスプレイ２５に
よって光書き込みを行う。液晶ディスプレイ２５の画像
はセルフォックレンズアレイ２６（日本板ガラス製、４
４×４４個（１ｍｍ径ファイバー）、有効面積５０ｍｍ
×５０ｍｍ）によって、空間光変調素子１６の画素に書
き込まれる。表示に用いた液晶ディスプレイ２５の画素
数は縦４８０横６５０である（画素ピッチ縦８０μｍ、
横６０μｍ、開口率４０％）。読み出し用の光源２７
（メタルハライドランプ、効率８０ｌｍ／Ｗ、２５０
Ｗ）をコンデンサーレンズ２８、偏光ビームスプリッタ
２９を介して空間光変調素子１６に照射する。出力像は
レンズ３０で拡大されスクリーン３１に映し出される。
ここで、スクリーンゲインは１とした。なお、図４中、
３２は書き込み用の光源である。

【００３９】液晶ディスプレイ２５の一画素は平均７．
６画素の空間光変調素子１６の画素で表示される。空間
光変調素子１６の開口率は８５％と大きいが、書き込み
の画素が粗いためにスクリーン３１での表示は開口率４
０％となる。全面白の状態を１００インチ相当の大きさ
に拡大した像はスクリーン３１上で１０００ｌｍの光束
を持つ。よってその光効率は４ｌｍ／Ｗと大きな値を実
現した。光源２７の効率が８０ｌｍ／Ｗであるから、投
入光の５％を表示できる高効率システムであることが分
かる。液晶表示の画像をスクリーン３１上に映し出す
と、１０００ｌｍ×０．４（液晶ディスプレイ２５の開
口率）＝４００ｌｍであった。従って、光効率は１．６
ｌｍ／Ｗである。また、スクリーン３１上での動画像の
コントラスト比は１５０：１、解像度は縦方向６５０本
ＴＶライン数であることが確認された。スクリーン３１
上のコントラスト比を決定するのは、使用する偏光ビー
ムスプリッター２９の特性である。理想的な偏光ビーム
スプリッタ２９を用いればコントラスト比が２００：１
の画像をスクリーン３１上で得ることができると考えら
れる。このことは、空間光変調素子１６の解像度が５０
ｌｐ／ｍｍであることを意味している。また、動画像を
出力したところ、ビデオレートの動きに対して残像はな
く鮮明な高輝度画像が得られた。

【００４０】（実施例３）実施例１と同様にして、他の
空間光変調素子を製作した。画素分離電極７間の遮光層
１０を形成する工程において、遮光層１０のエッチング
条件を次表のように変化させた。エッチング工程として
は、金属反射膜８の表面が露出するまで、等方性エッチ
ングとなる条件（たとえば、酸素の流量１００ｓｃｃ
ｍ、ガス圧２０ｍＴｏｒｒ）でエッチングを行い、金属
反射膜８上の表面粗さを０．１μｍ以下としている。そ
の後、（表１）の条件のように、酸素の流量を変化さ
せ、遮光層１０の表面粗さを０．０３〜０．３μｍまで
変化させている。なお、ここでの表面粗さは、表面状態
の凹凸の差のmax 値としている。

【００４１】そして、実施例２で示した投写形ディスプ
レイ装置によってコントラスト比、解像度を評価した。

【００４２】

【表１】

【００４３】画素間の表面粗さが増加するに伴って、コ
ントラスト比が向上しており、各画素が独立して動作し
ていることがわかる。また、画素間の遮光層１０の表面
粗さが０．１μｍ以上あれば、解像度として２５０本Ｔ
Ｖライン数以上となるので、投写型ディスプレイ装置と
して、望ましいものとなる。さらに、解像度は最高６５
０本ＴＶライン数を達成していることが確認された。

【００４４】以上のことより、金属反射膜８の表面粗さ
を０．１μｍ以下として、さらに、金属反射膜８間の遮
光層１０の表面粗さを０．１μｍ以上にすれば、良好な
性能をもつ空間光変調素子を製作することができる。

【００４５】よって、金属反射膜８の表面粗さを０．１
μｍ以下にするためのエッチング条件を、Ｏ₂ の流量３
００ｓｃｃｍ、ガス圧１Ｔｏｒｒ（条件（Ａ））とし、
金属反射膜８間の遮光層１０の表面粗さを０．１μｍ以
上にするためのエッチング条件を、Ｏ₂ の流量５ｓｃｃ
ｍ、ガス圧２０ｍＴｏｒｒ（条件（Ｄ））とするのが望
ましいことがわかる。

【００４６】（実施例４）上記実施例１、３において、
画素分離電極８間の遮光層１０を形成するエッチング工
程において、エッチング条件の切り替えおよび終了を正
確に行うため、酸素の所定波長（たとえば７７７ｎｍ）
の発光強度をモニタするシステムを図５に示す。

【００４７】このシステムは、遮光層１０の主成分であ
る炭素とエッチンングガスである酸素との反応によっ
て、酸素ラジカルの量が増減するので、その発光スペク
トル強度をモニタするものである。

【００４８】ドライエッチングを行なう装置４３（ＲＦ
電源３５、反応室３６、電極３７、試料３８（空間光変
調素子１６）などから構成される。）に、所定周波数
（例えば，７７７ｎｍ）のスペクトルを分光する光学フ
ィルタ３９を設けて、光電変換装置４０によって発光強
度を電圧信号に変換する。その後、信号を増幅器４１で
増幅し、Ｘ−ｔレコーダ４２にて信号波形を記録する。

【００４９】図６に、上記システムによって計測された
酸素の発光スペクトル強度の信号波形を示す。また、各
点における遮光層１０の断面形状を示す。Ａ点より遮光
層１０のエッチングが開始され、Ａ，Ｂ点では遮光層１
０が全面に覆われた状態である。発光スペクトル強度の
波形の傾きの変化点、Ｃ点からは、金属反射膜８の表面
が露出し始める。ここからは、金属反射膜８間の遮光層
１０のみとの反応であるので、反応する酸素の量が減少
し、発光スペクトル強度は増加していく。Ｄ点におい
て、金属反射膜８上の遮光層１０が完全に除去される。
Ｄ点からは、金属反射膜８間の窪み部分の遮光層１０が
エッチングされていき、Ｆ点で完全に除去されてしま
う。その後は、酸素の発光スペクトル強度は一定とな
る。

【００５０】ここで、Ａ点〜Ｄ点においては、等方性を
示すエッチング条件（例えば、流量３００ｓｃｃｍ、ガ
ス圧１Ｔｏｒｒ）によって、エッチングを行い、Ｄ点か
らは、異方性を示すエッチング条件（例えば、流量５ｓ
ｃｃｍ、ガス圧２０ｍＴｏｒｒ）によって、エッチング
を行っている。

【００５１】金属反射膜８間の遮光層１０の表面粗さ
が、０．１μｍ以上となるＥ点でエッチングを終了すれ
ば、適切であることが解る。また、この場合、エッチン
グ条件の切り替え及び終了は目視によって行ったが、モ
ニタ波形を微分演算回路に通し、電圧比較回路によって
Ｃ点、Ｄ点を検出することができる。さらに、遅延回路
によってＥ点までオーバーエッチすることができるの
で、これらの回路を付加することによって自動的に終了
することもできる。

【００５２】次表に、各Ａ〜Ｆ点において終了した空間
光変調素子を製作し、実施例２で示した投写型ディスプ
レイとして評価した結果を示す。表に示している遮光度
は、コントラスト比を維持できる最大読み出し照射光の
照度として定義した。

【００５３】

【表２】

【００５４】Ａ〜Ｃ点では全面に遮光層１０が残ってお
り、素子として駆動できず評価できない。また、Ｆ点で
は遮光層１０が完全に除去されており、出力光の遮光が
なされていない。

【００５５】Ｄ点においては、等方性エッチングのみで
終了しているので、金属反射膜８上とその間の遮光層１
０との表面粗さの差が少ないので、コントラスト比が悪
くなっている。Ｅ点では、さらに異方性エッチングを行
っているので、金属反射膜８上と、その間の遮光層１０
の表面粗さの差が大きくなっているので、コントラスト
比が格段に向上している。

【００５６】以上説明したように、酸素の所定波長の発
光強度をモニタし、その波形の変化点において、２つの
異なるエッチング条件の切り替えおよび終了を行うこと
により、コントラスト比、解像度、遮光度ともに良好な
特性をもつ光空間光変調素子を作製することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の空間光変調素子を用いると、高
解像度で高輝度、大画面の映像を映し出す投写型ディス
プレイ装置が実現される。また、本発明に係る空間光変
調素子の製造方法によれば、遮光能力が高く、しかも各
画素が分離独立して正確に動作する優れた空間光変調素
子を、単純な構成と少ない工程で精度良く作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例の空間光変調素子の
断面図である。（ｂ）は本発明の一実施例の空間光変調
素子の断面の拡大図である。

【図２】本発明の一実施例の空間光変調素子の製造方法
を示す工程図である。

【図３】本発明の一実施例の空間光変調素子の製造方法
を示す工程図である。

【図４】本発明の一実施例の投写システムの模式図であ
る。

【図５】本発明の一実施例のリアクティブイオンエッチ
ング工程の発光スペクトル強度のモニタリング系の構成
図である。

【図６】本発明の一実施例のリアクティブイオンエッチ
ング工程の発光スペクトル強度のモニタリング波形図で
ある。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ ｐ層 ４ ｉ層 ５ ｎ層 ６ 光導電層 ７ 画素分離電極 ８ 金属反射膜 ９ 出力遮光膜 １０ 遮光層 １１ 強誘電性液晶層 １２ 配向膜 １３ ビーズ １４ 透明電極 １５ ガラス基板 １６ 空間光変調素子 １７ パルス電圧 １８ 書き込み光 １９ 偏光子 ２０ 検光子 ２１ 読みだし光 ２２ 出力光 ２３ 絶縁膜 ２４ 入力遮光膜 ２５ 液晶ディスプレイ ２６ セルフォックレンズアレイ ２７ 読み出し用の光源 ２８ コンデンサーレンズ ２９ 偏光ビームスプリッタ ３０ レンズ ３１ スクリーン ３２ 書き込み用の光源 ３５ ＲＦ電源 ３６ 反応室 ３７ 電極 ３８ 試料 ３９ 光学フィルタ ４０ 光電変換装置 ４１ 増幅器 ４２ Ｘ−ｔレコーダ ４５ クロム層 ４６ ポリイミド膜 ４７ カーボン含有高分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 水口 信一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流整流性を有する光導電層と、強誘電
   性液晶層と、これらの層の間の同一平面上に設けられ、
   かつ微小形状に分割された複数の金属反射膜と、前記金
   属反射膜間の遮光層とを少なくとも備えた空間光変調素
   子であって、前記金属反射膜の表面粗さよりも前記金属
   反射膜間の前記遮光層の表面粗さのほうが大であること
   を特徴とする空間光変調素子。
2. 【請求項２】 金属反射膜間の遮光層における表面粗さ
   が０．１μｍ以上である請求項１に記載の空間光変調素
   子。
3. 【請求項３】 金属反射膜における表面粗さが０．１μ
   ｍ以下である請求項１に記載の空間光変調素子。
4. 【請求項４】 光導電層に金属反射膜を成膜、微小形状
   に分割した後、光導電層の一部を等方エッチングし窪み
   形状を作り、高分子を主成分とする遮光層を窪み部分に
   埋め込み、反応性気体を用いたドライエッチングによっ
   て前記金属反射膜上の前記遮光層の一部を除去する工程
   を含む空間光変調素子の製造方法において、前記金属反
   射膜上の表面粗さを小とする等方性エッチング工程と、
   前記金属反射膜間の表面粗さを大とする異方性エッチン
   グ工程の少なくとも二つの工程を有する事を特徴とする
   空間光変調素子の製造方法。
5. 【請求項５】 酸素を含む気体を用いたドライエッチン
   グによって遮光層の一部を除去する工程において、プラ
   ズマ発光の所定波長の発光強度を観測して、工程を終了
   する請求項４に記載の空間光変調素子の製造方法。
6. 【請求項６】 酸素の所定波長は７７０〜７８０ｎｍの
   範囲内である請求項５に記載の空間光変調素子の製造方
   法。