JPH07301821A

JPH07301821A - 空間光変調素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07301821A
Application number: JP9484494A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawase; 透川瀬; Tadashi Kimura; 忠司木村; Akio Takimoto; 昭雄滝本; Kuni Ogawa; 久仁小川; Shinichi Mizuguchi; 信一水口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光能力が高く、高輝度で高密度な情報を表
示する優れた空間光変調素子およびその製造方法を提供
する。【構成】液晶層11を配向させる配向膜12と、微小形状
に分割された複数の整流性を有する光導電層６および金
属反射膜８とを少なくとも備え、微小形状に分割された
金属反射膜８の表面積が、光導電層６の最小の断面積よ
りも大とした構成である。また、本発明の製造方法は、
光導電層に金属反射膜を成膜、微小形状に分割した後、
光導電層の一部をエッチングし、微小形状に分割された
画素を形成する工程を含み、微小形状に分割された金属
反射膜間の溝部における金属反射膜の端部から金属反射
膜に接する光導電層の端部までの距離と、溝部の深さの
比を任意に変化させうる反応性イオンエッチング工程を
有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィ−テレビジョンまたは光演算装置に用いら
れる空間光変調素子及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】大画面、高密度画素からなる高品位テレ
ビが様々な方式で開発され実用化されている。中でも従
来のブラウン管方式に変わって液晶技術を使った投写型
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−性と２値
化特性を使った次世代の並列演算装置、光コンピュ−テ
ィング装置の核としても期待されている。

【０００４】一方、従来の空間光変調素子において、光
書き込み後の変調された光出力を読み出すために、液晶
層と光導電層との間に金属反射膜を分離して設けられた
素子構造（特開昭６２−１６９１２０号公報）や、金属
反射層の代わりに誘電体反射薄膜層が設けられた素子構
造が提案されている。

【０００５】現在、誘電体反射膜を設けた場合は、最大
１２５（ｌｐ／ｍｍ）の解像度が確認されている（１９
９０年秋期応用物理学会予稿集２６ａ−Ｈ−９）。一
方、出力画像が鮮明な画素を有する金属反射膜の場合は
１００（ｌｐ／ｍｍ）以上の微細画素形成が要求され
る。現在のシリコン半導体技術における微細加工技術と
して、パターン線幅がμｍオーダー以下の加工が可能な
フォトリソグラフィー技術が開発されており、この技術
を用いることにより、１画素が１０μｍ角で且つ画素間
の幅１μｍ以下のパターン形成が可能である。

【０００６】特に、後者の空間光変調素子は各画素形状
が鮮明であり、ハイビジョンテレビ等の大画面且つ高密
度ディスプレイに応用される光書き込み型素子として、
開口率が大きく且つ高輝度画面を表示可能な空間光変調
素子の実現が期待されている。また、強誘電性液晶の持
つ閾値特性による２値化処理能力を利用した光演算素子
は、個々の要素（画素に相当）が明瞭な閾値と画素形状
を有するため、光情報による並列演算装置の主要素子と
して提案されている（「特開平４ー３３８９２４号公報
（特願平３−１１４５号）」、特願平３−１１４６
号）。

【０００７】高解像度を有する画像表示素子、または高
密度情報を有する２次元情報処理を行う光演算素子とし
て、強誘電性液晶を用いた空間光変調素子があり、その
解像度の限界を与える要因として、受光層で発生した光
キャリアの面内方向の拡散長、整流性を持つことによる
受光層内部の各接合界面における電荷のドリフト、等が
考えられる。

【０００８】特に、分離された金属反射膜が設けられた
素子構造では、これらの要因で決定される解像度限界に
より、空間光変調素子の画素密度が決定される。従って
受光層内の光キャリアの面内方向の拡散を抑制と共に、
受光層内部の各接合界面における電荷のドリフトの減少
を実現することが解決すべき課題のひとつであった。

【０００９】これらの課題を解決するために、光導電層
において整流性を有する光導電体を画素単位に分離して
形成し、かつ画素単位に分離された光導電体の間に絶縁
層を形成することにより、解像度劣化を防止した素子構
造が提案されている（「特開平５ー１７３１７４号公報
（特願平３−３４１４７１号）」）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、読み出し光強度を増加させると、画素間
に形成されている絶縁層の遮光度が低い場合は、光導電
層まで読み出し光が達してしまい、入力情報を正確に伝
達できなくなるという問題点があった。

【００１１】また、従来光導電層に金属反射膜を成膜、
微小形状に分割した後、光導電層の一部をエッチング
し、微小形状に分割された画素を形成する工程において
は、ケミカルドライエッチングによって等方的に行って
いた。この場合、光導電層の溝形状が一定であるため、
溝構造に自由度がなく遮光構造の見直しが行えないとい
う問題点を有していた。

【００１２】本発明は、前記課題を解決するため、液晶
層、光導電層、液晶を配向させる配向膜等を備えた空間
光変調素子において、前述の遮光度を向上させる画素構
造により、高輝度で、高密度な情報を表示することがで
き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。

【００１３】

【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、液晶層及び、前記
液晶層を配向させる配向膜と、微小形状に分割された複
数の整流性を有する光導電層および金属反射膜とを少な
くとも備え、微小形状に分割された前記金属反射膜の表
面積が、前記光導電層の最小の断面積よりも大であるこ
とを特徴とする。

【００１４】前記構成においては、微小形状に分割され
た金属反射膜間の溝部において、前記金属反射膜の端部
から前記金属反射膜に接する光導電層の端部までの距離
と、前記溝部の深さの比が、１／√３から√３の範囲で
あるのが好ましい。

【００１５】また、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、光導電層の一部をエッチングし、微小形状に分
割された画素を形成する工程を含み、微小形状に分割さ
れた前記金属反射膜間の溝部における前記金属反射膜の
端部から前記金属反射膜に接する前記光導電層の端部ま
での距離と、前記溝部の深さの比を任意に変化させうる
反応性イオンエッチング工程を有することを特徴とす
る。

【００１６】また、前記反応性イオンエッチング工程に
よって光導電層の一部をエッチングする工程において、
微小形状に分割された金属反射膜間の溝部における前記
金属反射膜の端部から前記金属反射膜に接する前記光導
電層の端部までの距離と、前記溝部の深さの比が、１／
√３から√３の範囲であるのが好ましい。

【００１７】

【作用】本発明の構成によれば、微小形状に分割された
画素において、金属反射膜の断面積が、光導電層の断面
積よりも大であるので、画素間の光導電層の間に形成さ
れた絶縁層の遮光度が低い場合でも、高輝度の読み出し
光が絶縁層を突き抜け、光導電層を誤動作させることを
防止することができる。そのため、入力情報を正確に高
輝度で伝達することができる。

【００１８】また、本発明に係る空間光変調素子の製造
方法によれば、画素間における光導電層を反応性イオン
エッチングによりエッチングすることによって、反射層
の端部から光導電層の端部までの距離と光導電層の膜厚
の比を任意に変化させることができるので、遮光度を向
上させた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。

【００１９】

【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。

【００２０】（実施例１）図１は本発明に係る空間光変
調素子の一実施例を示す断面図である。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−チ
タン酸化物）、ＳｎＯ_x、スズ酸化物）が積層されてい
る。次に、入力光を画素毎に分離するために、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
有する光導電層６（例えば、ダイオ−ド構造を有するア
モルファスシリコン半導体；ｐ層３；ｉ層４及びｎ層
５）とが順次積層されている。

【００２１】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、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。

【００２２】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。

【００２３】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−
ボン含有または色素含有の高分子）が配置されている。
図１（ｂ）に示すように、微小形状に分割された画素に
おいて、金属反射膜８の表面積が、光導電層６の断面積
よりも大となるように画素間の溝部を形成している。図
１（ｃ）は、画素間の溝部の拡大図であるが、分離した
画素における金属反射膜８の端部からその金属反射膜８
に接する光導電層６の端部まで、距離を持たせ（図中ａ
の長さ、以下より軒の長さと呼ぶ）、さらに画素間の溝
部の深さ（図中ｂの長さ）との比を適切な値に設定する
ことにより（実施例３、４で詳述）、透明絶縁性基板１
５（例えば、ガラス）に対し斜め方向から入射する高輝
度の読み出し光２１が、遮光層１０を突き抜けて、光導
電層６のｉ層４に漏れ入ることを防止することができ
る。

【００２４】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。

【００２５】液晶層１１は、スペ−サ−として分散され
たビ−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１２が一様に
成膜されている。

【００２６】本実施例の空間光変調素子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とに挟まれた液晶層
１１に印加される電圧が増大する。この電圧の大きさに
応じて液晶層１１の配向が変化する。この液晶層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で反射し再び液晶層１１を通過した後、検光子２
０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。

【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-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ
_1-xＣ_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，ＴｉＯ，Ｍ
ｇ，Ｓｉ（ＯＨ）₂など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯ
ＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，Ｉｎ
ＢｒＰｃＢｒ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／Ｔ
ＮＦ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、（１
１）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，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，
Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-xＣ_x（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇ
ｅ，ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x，ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x，ａ−Ｇｅ_1-x
Ｃ_xのように略す）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，Ａ
ｌ，Ｇａなどの元素、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６内に
空乏層を形成して誘電率および暗抵抗または動作電圧極
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
の高分子膜または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
開平４ー３３８９２４号公報」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２μｍ幅、２８μ
ｍ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］）。

【００３１】その上にプラズマＣＶＤ法によってｐ／ｉ
／ｎダイオ−ド構成のアモルファスシリコン受光層を
１．８μｍ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５ｐ
ｐｍ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１．４５μｍ、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４５を５０００オングストロームの膜厚
で成膜する（図２［ｂ］）。

【００３２】次に、フォトリソグラフィ−によって画素
分離電極７をパタ−ン形成する。即ち、各画素の大きさ
を２６μｍ×２６μｍ、ピッチを２８μｍとして、２０
００×２０００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３０００オングスト
ローム以上であるのが好ましい。

【００３３】次いで、画素分離電極７をエッチングマス
クとし、反応性イオンエッチング法によってＳＦ₆ガス
を用いて、光導電層６の一部をエッチングし除去する。
エッチング深さおよび、画素分離電極７の下部のアンダ
ーエッチ量（軒の長さ量）は後述する実施例より決定し
ている（図２［ｄ］）。

【００３４】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］）。

【００３５】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−ボン含有高
分子（フジハント製、ＣＫ−２０００）４７をスピナ−
によって２μｍの膜厚で塗布する（図３［ｂ］）。

【００３６】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。たとえば、
酸素の流量１００ｓｃｃｍ、ガス圧１Ｔｏｒｒ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］）。

【００３７】また、エッチングの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。

【００３８】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。

【００３９】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１
５上に、イソプロピ−ルアルコ−ル中に分散させた直径
１μｍのビ−ズ１３をスプレ−によって撒く（図３
［ｄ］）。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−３６
５４（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１μ
ｍ厚の強誘電性液晶層１１が形成される（図３
［ｅ］）。

【００４０】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。（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用いた場合の実施例につい
て説明する。図４にこの投写型ディスプレイ装置の模式
図を示す。

【００４１】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、４４×４４個（１ｍｍ径ファイバ−）、有効面積５
０ｍｍ×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８０
μｍ、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、２５
０Ｗ）をコンデンサ−レンズ２８、偏光ビ−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−ン３１に映し出され
る。ここで、スクリ−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。

【００４２】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−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−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−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−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−
ムスプリッタ−２９の特性である。理想的な偏光ビ−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−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。

【００４３】なお、液晶ディスプレイ２５、セルフォッ
クレンズアレイ２６の替わりに、それぞれハイビジョン
対応のＣＲＴ、光学レンズ等に置き換えてもよく、その
場合スクリーン上の画像の解像度は縦方向１１００ＴＶ
ライン数が確認できた。

【００４４】（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。光導電層６に金属反射膜８
を成膜、微小形状に分割した後、光導電層６の一部をエ
ッチングし、微小形状に分割された画素を形成する工程
を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用いて行
った。

【００４５】画素間の溝部において、金属反射膜８の端
部から金属反射膜８に接する光導電層６の端部までの距
離（図１（ｃ）におけるａの長さ、以下軒の長さと称す
る）と、光導電層６における溝の深さ（図１（ｃ）にお
けるｂの長さ）の比ａ／ｂを、任意に変化させるためエ
ッチングの条件を（表１）のように変化させた。

【００４６】

【表１】

【００４７】反応性ガスとしては、ＣＦ4よりもエッチ
ング速度が大きいＳＦ₆ガスを用いてガス圧を変化させ
た。それぞれの場合における溝構造を、透過型電子顕微
鏡によって評価し、図５に結果を示す。図５よりａ／ｂ
の比は、０．２５から２．００まで変化しており、（表
１）のようにＲＩＥ条件を変えることによって、溝の構
造を変化させることができる。なお、（表１）以外の条
件によって光導電層６をエッチングすることにより、上
記以外のａ／ｂの比の構成を形成することも可能であ
る。

【００４８】以上のことから、ＲＩＥ装置を用いてエッ
チングすることにより、軒の長さと溝の深さの比ａ／ｂ
を任意に設定することができ、遮光度を向上させる素子
構造を形成することができる。

【００４９】（実施例４）実施例３で検討したエッチン
グ条件の中で、軒の長さと溝の深さの比ａ／ｂが、０．
２５、１／√３、１、√３、２．００となる条件（表
２）によって画素間の溝部を形成し、その後実施例１で
示した工程で素子を製作した。

【００５０】

【表２】

【００５１】各々の素子について実施例２で示した投写
型ディスプレイ装置によって、読み出し光強度の変化に
対するコントラスト比を評価した結果を図６に示す。な
お、コントラスト比はスクリーン３１上における画像情
報の、白：黒の明るさの比として定義している。

【００５２】図６は、横軸にａ／ｂの比をとり、縦軸を
コントラスト比として、読み出し光強度を変化させて評
価を行っている。図６より、ａ／ｂの比が増加すると、
コントラスト比も向上していることが解る。これは、ａ
／ｂの比が小さいとき（軒の長さが短いとき）は、読み
出し光２１が遮光層１０を突き抜け光導電層６へ漏れ入
るため、液晶層１１が配向され、入力情報が黒であって
も、読み出し光２１が反射されてしまう。このため、コ
ントラスト比における黒のレベルを上げてしまい、コン
トラスト比の低下の要因となる。

【００５３】また、ａ／ｂの比が１．２付近を越えると
ころからコントラスト比が減少している。これは、画素
電極にＣｒ膜を使用しており、軒の長さを増加させてい
くと自重に耐えきれず画素周辺が折れてしまい、読み出
し側の反射率を低下させてしまう。そのため、コントラ
スト比における白のレベルを下げてしまい、コントラス
ト比の低下を招く。なお、高度が大きい金属（たとえ
ば、Ｔｉ膜など）を画素電極に導入すれば、画素折れが
発生しないので、ａ／ｂの増加にともないコントラスト
比も向上していく。

【００５４】投写型ディスプレイとして応用する場合、
読み出し光強度が２００万ｌｘでコントラスト比が１０
０:１以上であることが望ましいので、ａ／ｂの比を１
／√３から√３の範囲に設定すればよいことが解る。

【００５５】次に、遮光度に関する特性を図７に示す。
横軸にａ／ｂをとり、縦軸に遮光度をとっている。ここ
で遮光度は、コントラスト比１００：１を維持できる読
み出し光強度として定義している。

【００５６】ａ／ｂを増加させると、遮光度が向上して
いることが解る。ａ／ｂが１．２を越えるところから遮
光度が低下するのは前述したとおり、画素電極の周辺が
垂れて、コントラスト比を維持できなくなるからであ
る。

【００５７】図７からも同様にして、遮光度を２００万
ｌｘ以上で維持するために、ａ／ｂを１／√３から√３
の範囲に設定する必要があることが解る。

【００５８】

【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）は本発明の空間光変調素子の断面図（ｂ）は本発明の空間光変調素子における画素および断
面の関係を示す図（ｃ）は本発明の空間光変調素子の溝部の断面図

【図２】本発明の空間光変調素子の製造方法を示す工程
図

【図３】本発明の空間光変調素子の製造方法を示す工程
図

【図４】投写システムの模式図

【図５】本発明のリアクティブイオンエッチング工程に
より作製した空間光変調素子の溝部の拡大図

【図６】本発明のリアクティブイオンエッチング工程に
より作製した空間光変調素子のコントラスト比の図

【図７】本発明のリアクティブイオンエッチング工程に
より作製した空間光変調素子の遮光度の図

【符号の説明】

１ガラス基板２透明電極３ｐ層４ｉ層５ｎ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−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読み出し光２２出力光２３絶縁膜２４入力遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層と、前記液晶層を配向させる配向膜
と、微小形状に分割された複数の整流性を有する光導電
層および金属反射膜とを少なくとも備え、微小形状に分
割された前記金属反射膜の表面積が、前記光導電層の最
小の断面積よりも大であることを特徴とする空間光変調
素子。
【請求項２】微小形状に分割された金属反射膜間の溝部
において、前記金属反射膜の端部から前記金属反射膜に
接する光導電層の端部までの距離と、前記溝部の深さの
比が、１／√３から√３の範囲であることを特徴とする
請求項１記載の空間光変調素子。
【請求項３】光導電層に金属反射膜を成膜、微小形状に
分割した後、光導電層の一部をエッチングし、微小形状
に分割された画素を形成する工程を含む空間光変調素子
の製造方法であって、微小形状に分割された前記金属反
射膜間の溝部における前記金属反射膜の端部から前記金
属反射膜に接する前記光導電層の端部までの距離と、前
記溝部の深さの比を任意に変化させうる反応性イオンエ
ッチング工程を有する空間光変調素子の製造方法。
【請求項４】反応性イオンエッチング工程によって光導
電層の一部をエッチングする工程において、微小形状に
分割された金属反射膜間の溝部における前記金属反射膜
の端部から前記金属反射膜に接する前記光導電層の端部
までの距離と、前記溝部の深さの比が、１／√３から√
３の範囲であることを特徴とする請求項３記載の空間光
変調素子の製造方法。