JPH08122809A

JPH08122809A - 空間光変調素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08122809A
Application number: JP6253394A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tanaka; 幸生田中; Hisanori Sugiura; 久則杉浦; Kazuhiro Nishiyama; 和廣西山; Junko Asayama; 純子朝山; Kazunori Komori; 一徳小森; Akio Takimoto; 昭雄滝本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】画素電極パターンを有する空間光変調素子に
おいて、遮光度が大きくしかも読み出し光の光利用効率
が大きい空間光変調素子を製造する。【構成】光導電層１０６の上に金属下地膜１０７の画
素パターンを形成し、次にこれをエッチングマスクとし
て画素間部分の光導電層１０６を等方性エッチングによ
り除去し、その上から金属下地膜１０７と同じ成分をも
つ金属材料を蒸着（またはスパッタ）することにより、
金属下地膜１０７上には金属補強膜１０８を、溝底部に
は金属遮光基層膜１１９を形成する。金属補強膜１０８
は、金属下地膜１０７をより頑丈にして端部の垂れを防
ぎ、読み出し光の反射率の低下を防ぐ効果をもつ。

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の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶と光導電層とを用いて構成した光書
き込み型の空間光変調素子（以後、単に空間光変調素子
と呼ぶ）は、ＴＦＴ駆動方式の液晶パネルなどに比較し
て簡単な構造を有し、かつ大きな開口率がとれるという
利点をもっている。そのため、投写型ディスプレイやホ
ログラフィーテレビジョンなどの画像表示装置の中核と
して非常に有望視され、さまざまな構造のものが開発さ
れている。

【０００３】空間光変調素子の中で、最も基本的な構造
を有するものとして、図７に示すものをあげることがで
きる（例えば、Ｙ．タナカ他ジャパニーズ・ジャーナ
ル・オヴ・アプライド・フィジクス第３３巻（１９９４
年）第３４６９頁から第３４７７頁（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．３３（１９９４）ｐｐ．３４６９−３
４７７））。これは、２枚の透明導電性電極１０２、１
１６の間に光導電層１０６および強誘電性液晶１１４を
挟み込み、さらにこれらの間に複数の金属の画素電極１
１０を配置したものである。しかし、この構造の場合、
読み出し光２０２が隣合う画素電極１１０の間の光導電
層１０６に直接照射されるために誤動作を起こすという
問題がある。

【０００４】この問題を解決するような空間光変調素子
として、本発明者らは図８に示すようなものを既に提案
している。これは、画素電極１１０間の光導電層１０６
の一部をエッチングにより除去して溝を形成し、その底
部分にＡｌ等の金属遮光膜１１１を成膜し、さらに溝部
分に絶縁性遮光媒質１１２を充填したものである。これ
により遮光度を高めることができ、強い読み出し光強度
に対しても誤動作が生じないようにすることができる。
なお、ここで絶縁性遮光媒質は主として読み出し光が回
折により溝側面の光導電層に入るのを防ぐためのもので
あり、金属遮光膜は読み出し光が直接書き込み側基板の
ほうに透過してくるのを防ぐためのものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、図８のような空
間光変調素子において、遮光度を向上させるためには光
導電層の横掘りの深さを大きくすればよいが、このとき
に画素電極の周辺部分の軒状に突出した部分に垂れや折
れが生じ（これは、溝部分に絶縁性遮光媒質を充填する
ときにその熱収縮による応力で生じる）、画素電極上の
平坦性が失われ、読み出し光の反射率にロスが生じるこ
とになる。そこで、十分な横掘り深さを確保してなおか
つ画素の垂れや折れが生じないようにするために、画素
電極自体を厚くして頑丈にするという方策が考えられる
が、画素電極を厚くする場合、フォトリソグラフィーお
よびエッチングによって画素パターンを形成するときの
サイドエッチングの影響が無視できなくなり、画素電極
の面積開口率が小さくなってしまい、やはり読み出し光
の利用効率を落とすことになる。

【０００６】本発明は、以上の問題を解決し、十分な遮
光度と光利用効率をもつ空間光変調素子を製造する方法
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、第一の電極と、前記第一の電極に対して平行
に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記第二
の電極の間に配置された複数の金属画素電極と、前記第
一の電極と前記金属画素電極に挟まれた光導電層と、前
記第二の電極と前記金属画素電極に挟まれた光変調層と
を備えた空間光変調素子を製造する方法であって、前記
光導電層上に第一の金属を主成分とする金属下地膜を形
成する第一の工程と、前記金属下地膜を複数に分離する
第二の工程と、複数に分離された前記金属下地膜をマス
クとして前記光導電層の一部を除去して溝を形成する第
三の工程と、前記第一の金属を主成分とする物質を再度
成膜することにより前記金属下地膜上に金属補強膜を形
成しかつ前記溝の底部に金属遮光基層膜を形成する第四
の工程とを順に経ることにより前記金属画素電極を得
る。

【０００８】ここで、第一の金属は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｗ、ＺｎまたはＺｒのいずれかであることが望
ましい。また、第四の工程で形成する金属遮光基層膜の
幅は隣合う金属画素電極の間の幅よりも大きいことが望
ましい。

【０００９】これを実現するには、第四の工程における
成膜は真空蒸着法またはスパッタ法によって行い、成膜
面の位置から蒸着源またはスパッタ源を見込む方向と前
記成膜面の法線方向のなす角は３度以上８７度以下であ
り、かつ蒸着またはスパッタ中に前記成膜面を前記成膜
面の法線方向を軸として回転させることが望ましい。ま
た、第四の工程の後に、第二の金属を主成分とする物質
を成膜することにより金属補強膜上に金属反射膜を形成
しかつ金属遮光基層膜上に金属遮光膜を形成する第五の
工程、を経ることにより金属画素電極を得ることが望ま
しい。

【００１０】ここで、第二の金属はＡｇ、Ａｌ、または
Ａｕのいずれかであることが望ましい。また、第五の工
程で形成する金属遮光膜の幅は隣合う金属画素電極の間
の幅よりも大きいことが望ましい。

【００１１】これを実現するには、第五の工程における
成膜は真空蒸着法またはスパッタ法によって行い、成膜
面の位置から蒸着源またはスパッタ源を見込む方向と前
記成膜面の法線方向のなす角は３度以上８７度以下であ
り、かつ蒸着またはスパッタ中に前記成膜面を前記成膜
面の法線方向を軸として回転させることが望ましい。

【００１２】第三の工程と第四の工程の間に、光導電層
の溝の界面および金属補強膜表面を洗浄する第六の工程
を有することが望ましい。また、第四の工程の後に、光
導電層の溝に絶縁性媒質を充填する第七の工程を含むこ
とが望ましい。

【００１３】以上の空間光変調素子の製造方法とは別
に、第一の電極と、前記第一の電極に対して平行に配置
された第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極
の間に配置された複数の金属画素電極と、前記第一の電
極と前記金属画素電極に挟まれた光導電層と、前記金属
画素電極と前記光導電層に挟まれた光吸収絶縁層と、前
記第二の電極と前記金属画素電極に挟まれた光変調層を
備えた空間光変調素子を製造する方法であって、前記光
吸収絶縁層上に第一の金属を主成分とする金属下地膜を
形成する第一の工程と、前記金属下地膜を複数に分離す
る第二の工程と、複数に分離された前記金属下地膜をマ
スクとして前記光吸収絶縁層の一部を除去して溝を形成
する第三の工程と、前記第一の金属を主成分とする物質
を再度成膜することにより前記金属下地膜上に金属補強
膜を形成しかつ前記溝の底部に金属遮光基層膜を形成す
る第四の工程とを順に経ることにより前記金属画素電極
を得る。

【００１４】

【作用】まず、光導電層上に金属膜（金属下地膜と呼
ぶ）を成膜するときに厚みを控えめにしておけば、画素
パターン形成時のサイドエッチングによる面積開口率の
低下を防ぐことができる。そして、光導電層に十分な横
掘りを加えて遮光度を確保した上で再び金属下地膜と同
じ材質の金属を成膜すれば（このとき金属下地膜の画素
パターン上にかさ上げされた分の金属膜を金属補強膜と
呼ぶ）、その分だけ画素電極が厚くなり、強度を大きく
することができる。これらの一連の工程により、遮光
度、面積開口率、および画素電極の強度を全て満足する
空間光変調素子を得ることができる。

【００１５】なお、このときに溝の底部にも金属膜が成
膜されることになるが（これを金属遮光基層膜と呼
ぶ）、これは読み出し光が直接書き込み側へ透過するの
を防ぐ役目をもつことになり、さらに遮光度が改善され
るという効果をもつ。

【００１６】また、金属補強膜の上にＡｌなどの反射率
の高い金属をさらに蒸着すれば、最表面の金属反射膜と
なり、読み出し光強度に関して高い利用効率が得られ
る。

【００１７】

【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。まず、本発明の対象となる最も基本
的な構造の図２の空間光変調素子の概要について述べ
る。

【００１８】図２において、透明基板１０１（例えばガ
ラス、石英など）上に透明導電性電極１０２（例えばＩ
ＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ など）を形成し、光導電層（あ
るいは受光層）１０６を構成し、その上に微小形状に分
離された画素電極１１０を形成してある。また、画素電
極１１０の間の光導電層１０６に溝を形成し、その底部
には金属遮光膜１１１および金属遮光基層膜１１９を形
成してある。さらに、溝部分には絶縁性遮光媒質１１２
（例えば炭素粒子含有フォトポリマーなど）を充填し、
その上から液晶を配向させるための配向膜１１３（例え
ばポリイミド等の高分子薄膜）をその上から形成してあ
る。そして、もう一方の基板１１７（例えばガラス、石
英など）上にも透明導電性電極１１６（例えばＩＴＯ、
ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ など）を形成し、その上から配向膜１
１５（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１１４を注入してある。

【００１９】この素子において、読み出し光２０２が光
導電層１０６に入り込むときの経路としては、直接透過
光２０３が基板端面などで反射して光導電層に入るもの
と、回折による回り込み光２０４とがある。絶縁性遮光
媒質１１２はこれらのいずれに対しても遮光の効果をも
つが、金属遮光膜１１１および金属遮光基層膜１１９は
直接透過光２０３に対してのみ遮光の効果をもつ。

【００２０】光導電層１０６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，Ｓｉ_1-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-x
Ｃ_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，Ｔｉ
ＯＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，Ｉ
ｎＢｒＰｃＢｒ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、（１
１）アズレニウム塩化合物など有機半導体がある。

【００２１】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１０６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
くするため、及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，
Ａｌ，Ｇａなどの元素を、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ｐｎ，ｐｉ，ｉ
ｎ、ｐｉｎなどの接合を形成し、光導電層１０６内に空
乏層を形成するようにして誘電率及び暗抵抗あるいは動
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１０６内に空乏層を形成してもよ
い。また、光導電層１０６の膜厚は０．１〜１０μｍが
望ましい。

【００２２】なお、本実施例においては、暗抵抗が比較
的高いという特長をもつアモルファスシリコンを用い
る。また、実際に駆動するときに消去光が不要になると
いう理由で、整流性をもつｐｉｎ構造のもの（ｐ層１０
３、ｉ層１０４、およびｎ層１０５からなる）を用い
る。

【００２３】なお、強誘電性液晶１１４の代わりに、Ｔ
Ｎ（ツイステッド・ネマチック）構造の液晶を用いても
よいが、より高速応答が得られる強誘電性液晶１１４を
用いることが望ましい。また、反強誘電性液晶を用いて
も勿論良い。液晶層の厚さは０．１〜５０μｍが望まし
い。

【００２４】さて、図２の構造の空間光変調素子を本発
明の製造方法によって実際に作製した。そのときの手順
の一例を、図１を用いて詳細に説明する。

【００２５】＜工程（１）＞ガラスの透明基板１０１
（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍ）上にスパッタ法に
より透明導電性電極１０２としてのＩＴＯ薄膜を堆積し
た。このＩＴＯ膜の厚さは０．１μｍとした。また、光
導電層１０６としてｐｉｎフォトダイオード構造のアモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をプラズマＣＶＤ法
により堆積した。このときのｐ層１０３、ｉ層１０４お
よびｎ層１０５の厚みはそれぞれ０．１μｍ、１．２５
μｍ、０．４５μｍであり、合計で１．８μｍになるよ
うにした。ｐ層１０３には不純物としてＢ（ホウ素）を
４００ｐｐｍ、ｎ層１０５にはＰ（燐）を４０ｐｐｍ添
加した。ｉ層１０４は無添加である。

【００２６】＜工程（２）＞真空蒸着法により全面にＣ
ｒを形成した。Ｃｒ膜の厚さは０．５μｍとした。その
後フォトリソグラフィーを用いて微小形状の画素パター
ンに分割した。Ｃｒのエッチングはウェットエッチング
により行った。ここで、画素パターンの大きさは２３μ
ｍ□であり、画素間の幅は２μｍとした。また、画素数
は１０⁶ （１０００×１０００）とした。これにより金
属下地膜１０７の画素パターンが形成された。

【００２７】＜工程（３）＞金属下地膜１０７の画素パ
ターンをエッチングマスクとして、画素間のアモルファ
スシリコンの一部を、ＳＦ₆ ガスを用いたリアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ）により除去した。エッチン
グ条件は、ＳＦ₆ 流量を８０ｃｃｍ、プラズマ発生のた
めの投入電力を４０Ｗ、そして反応圧力を２００ｍＴｏ
ｒｒとした。この条件でエッチングを５分間行うことに
より、画素間部分のアモルファスシリコンは完全に底面
が現れるまでエッチングされ、金属下地膜１０７の下部
は横方向に３．０μｍのサイドエッチングが生じた。な
お、ＲＩＥ後に基板を発煙硝酸に浸し、さらに流水中で
洗浄することにより、アモルファスシリコンの溝の側面
や底部に残った残屑の除去を行った。

【００２８】＜工程（４）＞全面にＣｒを０．１μｍ蒸
着した。これにより金属下地膜１０７上にはＣｒの金属
補強膜１０８が形成され、画素間には金属遮光基層膜１
１９が形成された。なお、このときに基板から蒸着源を
見込む方向が基板の法線方向に対して斜め方向になるよ
うにし（これらの間のなす角を斜め蒸着角と呼ぶ）、し
かも基板がその法線方向を軸として回転するような構造
にしておけば、斜め蒸着の効果により、金属遮光基層膜
１１９は金属下地膜１０７のパターンの間隔よりも幅の
広いものになり、直接透過光２０３に対する遮光度をよ
り増大させることができる。本工程においては、斜め蒸
着角は４５゜に設定した。

【００２９】＜工程（５）＞この上から全面にＡｌを
０．０５μｍ蒸着した。このＡｌは、金属補強膜１０８
の上においては金属反射膜１０９となり、溝の底部にお
いては（４）で形成されたＣｒの金属遮光基層膜１１９
の上に重なって金属遮光膜１１１となる。この金属遮光
膜１１１も金属遮光基層膜１１９と同様に直接透過光２
０３に対する遮光層として作用する。このＡｌを蒸着す
るときも工程（４）での蒸着の場合と同様に、斜め蒸着
と基板回転を行った。尚、金属下地膜１０７、金属補強
膜１０８、および金属反射膜１０９を合わせて最終的に
画素電極１１０となる。

【００３０】＜工程（６）＞この上からスピンコート法
により全面に液状の炭素粒子含有フォトポリマー１１８
（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製Ｃ
Ｋ−２０００）を塗布し、その後９０℃で５分間プリベ
ークを行った。さらに露光時の変質を防ぐためのオーバ
ーコート膜（富士ハントエレクトロニクス（株）製ＣＰ
−２０００）を塗布し、９０℃で５分間プリベークを行
った。その後３０秒間紫外光で露光し、さらに２００℃
〜２５０℃において１０分間熱処理（ポストベーク）を
行った。このとき炭素粒子含有フォトポリマー１１８
は、図１で示されるように溝内部にすきま無く充填さ
れ、画素電極間においては画素電極上よりも厚く形成さ
れていることを電子顕微鏡により確認した。なお、画素
電極１１０上の炭素粒子含有フォトポリマー１１８の厚
さは１．０μｍであった。

【００３１】＜工程（７）＞Ｏ₂ プラズマを用いたリア
クティブイオンエッチングにより炭素粒子含有フォトポ
リマー１１８の上層部を除去した。Ｏ₂ ガス流量は５．
０ｃｃｍ、ガス圧力は４．０Ｐａ、プラズマ発生のため
の投入パワーは３００Ｗとした。この方法によると、約
３分で丁度画素電極１１０の上面が現れるところまでエ
ッチングすることができた。わずかに画素電極上に残っ
た残屑（炭素粒子などの塊でエッチングされずに残った
もの）は流水中で綿繊維による擦り洗浄を加えることに
より除去した。これにより図２中の絶縁性遮光媒質１１
２が形成された。

【００３２】＜工程（８）＞スピンコート法によりポリ
アミック酸を全面に塗布した。そしてポリアミック酸の
熱硬化（イミド化処理）を行ってポリイミドの配向膜１
１３を形成した。熱硬化温度は２００℃、時間は１時間
とした。

【００３３】＜工程（９）＞配向膜１１３の配向処理は
ナイロン布で一方向に擦ることにより行った。もう一方
の透明基板１１７（ガラス）上にも同様にしてＩＴＯ透
明導電性電極１１６を形成し、ポリイミド配向膜１１５
を形成して配向処理を行った。次にこの透明基板１１７
上に直径１μｍのビーズを分布させてもう一方の透明基
板１０１と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１１４（チッソ（株）製ＣＳ−１０２９）を注入して
熱処理を行うことにより空間光変調素子が完成した。

【００３４】以上が作製プロセスの一例であるが、ここ
でいくつかの補足をしておく。まず、金属下地膜１０７
および金属補強膜１０８の材質であるが、Ｃｒ以外で
も、十分な機械的強度を有するもの、例えばＣｏ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｗ、ＺｎおよびＺｒなどでもよい。また、これ
らの内のいずれかの金属を主成分として含むものであれ
ば、他の金属との合金であってもよい。また、金属下地
膜１０７の主成分と金属補強膜１０８の主成分が同じで
あれば、これらの間に主成分以外の組成の差があっても
よい。

【００３５】また、金属反射膜１０９に関しては、Ａｌ
以外でも、例えばＡｕやＡｇのように十分な反射率を持
つもの（およびこれらを主成分として含有する合金）で
あってもよい。

【００３６】なお、金属下地膜１０７の厚さは０．０２
μｍ〜１０μｍが望ましく、金属補強膜１０８の厚さは
０．０１μｍ〜１０μｍが望ましい。

【００３７】また、工程（４）において金属補強膜１０
８および金属遮光基層膜１１９を蒸着するときに、斜め
蒸着角が小さいと金属遮光基層膜１１９の幅が狭くな
り、回り込み光２０４に対する遮光度が不十分になる。
また、逆に大きいと金属遮光基層膜１１９が光導電層１
０６の側面にまで形成され、画素電極１１０と透明導電
性電極１０２との間で短絡が発生しやすくなる。このと
きの斜め蒸着角は、３゜以上８７゜以下であることが望
ましい。

【００３８】また、工程（５）において金属反射膜１０
９および金属遮光膜１１１を形成するときにも、同様の
理由で斜め蒸着角は３゜以上８７゜以下であることが望
ましい。

【００３９】次に、工程（３）の画素間のアモルファス
シリコンのエッチングについて補足しておく。リアクテ
ィブイオンエッチングの代わりに例えばケミカルドライ
エッチングのような等方性エッチングを用いれば、金属
下地膜１０７の下の回り込みエッチングが比較的容易に
行える。等方性エッチングとしては、ケミカルドライエ
ッチングの他にも、例えばＨＦおよびＨＮＯ₃ の混合溶
液によるウェットエッチングなども用いることができ
る。

【００４０】また、工程（３）においてアモルファスシ
リコンのＲＩＥの後に洗浄を行ってエッチング残屑の除
去を行っているが、これは、工程（４）や工程（５）に
おいて蒸着を行うときに金属原子が残屑粒子に付着して
導電性の粒子が形成されて透明導電性電極１０２と画素
電極１１０の間で短絡が生じるのを防ぐ効果がある。こ
の効果は、特に工程（４）や工程（５）での蒸着時の膜
厚が大きい場合に顕著である。

【００４１】なお、以上では金属下地膜１０７、金属補
強膜１０８、金属反射膜１０９、金属遮光基層膜１１
９、および金属遮光膜１１１の形成は真空蒸着法によっ
て行ったが、これ以外の方法、特にスパッタ法などによ
って行う場合にも全く同様の効果が得られる。

【００４２】次に、以上のようにして作製した空間光変
調素子の駆動方法及び動作原理について、簡単に説明す
る。駆動電源２０５で発生させる駆動パルス波形の一例
として、図３にあるような単極性パルスを用いた場合に
ついて述べる。これは消去パルス３０１（電圧Ve、幅T
e）と書き込み期間３０２（電圧Vw、幅Tw）の連続であ
る。整流性を持つ光導電層１０６と強誘電性液晶層１１
４が直列に接続された空間光変調素子に消去パルス３０
１が印加されると、光導電層１０６には順方向電圧が加
わって低抵抗状態となり強誘電性液晶１１４は強制的に
オフ状態になる。次に低電圧の書き込み期間３０２にな
ると光導電層１０６は逆方向バイアス状態になるが、書
き込み光２０１の強度に比例した光電流が発生し、強誘
電性液晶１１４と光導電層１０６の界面の画素電極１１
０に電荷Ｑが蓄積される。そして、強誘電性液晶１１４
はこの電荷とバランスするような分極反転状態Ｐ（−Ps
＜Ｐ＜＋Ps；Psは自発分極の大きさ）に保たれる。この
状態は、液晶層内で面積的に＋Psと−Psの状態が分布し
ているか、もしくは液晶分子の反転の過渡的な状態であ
ると考えられる。ここでは、光電流の量、すなわち書き
込み光２０１の強度によって液晶の分極状態、すなわち
読み出し光２０２の強度が制御できるので、中間調を実
現できる。

【００４３】なお、この素子において、遮光度不足の場
合には読み出し光２０２の一部分が直接透過光２０３あ
るいは回り込み光２０４として光導電層１０６に到達
し、光導電層１０６は光電流を発生することになる。こ
れは、書き込み光２０１の強度が０であっても強誘電性
液晶１１４がスイッチングすることを意味し、読み出し
光強度のコントラスト比を低下させることになる。

【００４４】さて、以上の空間光変調素子を用いた投写
型ディスプレイ装置について説明する。このときの系を
図４に示す。空間光変調素子４０２の書き込み側から
は、ＣＲＴ４０１に提示された画像情報を書き込み光４
０７として入力する。また、読み出し側はメタルハライ
ドランプからの読み出し光４０８を偏光子４０５とビー
ムスプリッタ４０４を介して空間光変調素子４０２の読
み出し側に照射し、そのときの読み出し出力光を検光子
４０６、レンズ４１０を介して取り出してスクリーン４
１１上に写し出したものである。空間光変調素子４０２
の有効面積は２．５ｃｍ角であるが、これをスクリーン
４１１上で１００ｃｍ角に拡大した。駆動電源４０３で
発生する駆動パルスとしては単極性パルスを用い、Ve＝
１５Ｖ、Te＝１ｍｓｅｃ、Vw＝−１．３５Ｖ、Tw＝１
５．７ｍｓｅｃとした。

【００４５】これによりスクリーン４１１上で明るい画
像が観測されたが、入力するＣＲＴ４０１の画像を忠実
に再現していた。空間光変調素子に照射される直前での
読み出し光４０８の照度を５０万ｌｘになるようにした
とき、空間光変調素子の読み出し出力光の光利用効率は
８０％と大きく、コントラスト比も３５０：１と大きか
った。また、読み出し光４０８の照度が５００万ｌｘに
達するまでこのコントラスト比を保持した。これは、十
分な遮光度が得られていて、しかも画素電極１１０に垂
れがなく平坦であり、かつ画素電極１１０の開口率が大
きいために十分な効率が得られているものと考えられ
る。

【００４６】比較のために、いろいろな空間光変調素子
を作製し、それらのコントラスト比および光利用効率を
測定してみた。空間光変調素子の作製条件を（表１）
に、そのときの評価結果を（表２）にまとめる（なお、
上述の一連の工程で作製した空間光変調素子は、表中の
（ホ）に相当する）。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】ここで、（表２）中のコントラスト比は読
み出し光４０８の照度が十分小さいとき（１０⁵ ｌｘ）
の値である。また、読み出し光４０８の照度を徐々に大
きくしていくと、ある照度に達したときにコントラスト
比が低下していくが、低照度での値を保持する限界での
読み出し光照度が（表２）中の読み出し光最大照射量に
あたる。この値は遮光度の程度を表す目安になる。

【００５０】さて、（イ）の素子は金属補強膜１０８も
金属反射膜１０９もない従来例に相当するものである。
これに対して（ロ）は金属補強膜１０８を形成した、本
発明の空間光変調素子の最も簡単なものである。金属補
強膜１０８によって画素の垂れが無くなった分平坦にな
り、光利用効率が改善されている。また、画素間に金属
遮光基層膜１１９が入った分だけ遮光度も改善されてい
る。

【００５１】（ハ）の素子は、（ロ）の素子にＡｌの金
属反射膜１０９が加わり、かつ画素間に金属遮光膜１１
１が形成されたものである。画素表面の反射率が改善さ
れたことにより光利用効率が大幅に改善されている。ま
た、画素間の金属遮光膜１１１の効果により遮光度も改
善されることになる。

【００５２】（ニ）の素子は、金属補強膜１０８を蒸着
するときに４５゜の斜め蒸着をしたものであるが、これ
は（ハ）に比べて画素間での金属遮光基層膜１１９の幅
が大きくなった分だけ遮光度が改善されている。

【００５３】（ホ）の素子は、さらに金属反射膜１０９
を形成するときにも斜め蒸着をしたものである。金属遮
光膜１１１の幅がさらに広くなり、（ニ）に比べて遮光
度が改善されている。

【００５４】（ヘ）の素子は、金属補強膜１０８なし
で、金属下地膜１０７だけで（ハ）〜（ホ）と同じ厚さ
の画素電極１１０を作製したものである。この場合画素
電極１１０の垂れが生じ、光利用効率が低下している。
これは、全く同じ厚さの画素電極１１０を形成する場合
でも、Ｃｒ部分を１度で成膜するよりもアモルファスシ
リコンのエッチング前後で２回に分けて成膜したほうが
より強度が大きいことを示している。なお、（ヘ）の場
合は金属下地膜１０７の画素パターン形成時に（イ）〜
（ホ）よりも膜厚の大きなＣｒをフォトリソグラフィー
によりパターンニングしなければならないため、パター
ン精度が甘くなって画素間のギャップ幅が多少広くな
り、画素の面積開口率が小さくなるという問題もあっ
た。

【００５５】なお、（イ）〜（ヘ）の素子の断面構造を
電子顕微鏡で観察したところ、確かに（イ）および
（ヘ）の場合には図５に示すように画素電極１１０が垂
れているのが確認された。画素電極１１０端部での垂れ
は約０．５μｍであった。他の（ロ）〜（ホ）の場合に
は殆ど垂れはなく画素電極１１０は平坦であった。

【００５６】次に、別の構造の空間光変調素子を図６に
示す。これは、図２の空間光変調素子において、光導電
層１０６と金属下地膜１０７の間に光吸収層６０１を挿
入したものである。光吸収層６０１の材料としては例え
ばＳｉＯ₂ 、アモルファスＳｉＧｅＣ：Ｈ、および炭素
粒子含有フォトレジストなどがある。また、光吸収層６
０１の厚さは０．０２μｍ〜１０μｍが望ましい。この
素子の作製プロセスとしては、基本的には図１と同じで
あるが、異なるところとしては、工程（１）と工程
（２）の間に光吸収層６０１の成膜工程が入ること、お
よび工程（２）と工程（３）の間に画素間部分の光吸収
層６０１をエッチングする工程が入ることである。な
お、この光吸収層６０１があると工程（７）で絶縁性遮
光媒質１１２の厚みが光吸収層６０１の分だけ大きくな
るため、遮光度がより向上するという効果がある。実際
この空間光変調素子を動作させたところ、読み出し光最
大照射量は７００万ｌｘ程度であり、（表２）の（ホ）
よりも高い遮光度が得られた。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明の空間光変調素子の
製造方法によれば、読み出し光の光利用効率が大きく、
しかも十分な遮光度を有する空間光変調素子が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調素子の製造方法の一実施例
を示す工程図

【図２】本発明の一実施例における空間光変調素子の断
面図

【図３】本実施例の空間光変調素子を駆動するための駆
動パルスの波形図

【図４】本実施例の空間光変調素子を用いた投写型ディ
スプレイシステムの構成図

【図５】従来の空間光変調素子における画素電極の垂れ
を示す断面図

【図６】本発明の他の実施例における空間光変調素子の
断面図

【図７】従来の空間光変調素子の断面図

【図８】他の従来の空間光変調素子の断面図

【符号の説明】

１０１透明基板１０２透明導電性電極１０３ｐ層１０４ｉ層１０５ｎ層１０６光導電層１０７金属下地膜１０８金属補強膜１０９金属反射膜１１０画素電極１１１金属遮光膜１１２絶縁性遮光媒質１１３配向膜１１４強誘電性液晶１１５配向膜１１６透明導電性電極１１７透明基板１１８炭素粒子含有フォトポリマー１１９金属遮光基層膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者小森一徳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)発明者滝本昭雄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】第一の電極と、前記第一の電極に対して平
行に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記第
二の電極の間に配置された複数の金属画素電極と、前記
第一の電極と前記金属画素電極に挟まれた光導電層と、
前記第二の電極と前記金属画素電極に挟まれた光変調層
とを備えた空間光変調素子を製造する方法であって、前
記光導電層上に第一の金属を主成分とする金属下地膜を
形成する第一の工程と、前記金属下地膜を複数に分離す
る第二の工程と、複数に分離された前記金属下地膜をマ
スクとして前記光導電層の一部を除去して溝を形成する
第三の工程と、前記第一の金属を主成分とする物質を再
度成膜することにより前記金属下地膜上に金属補強膜を
形成し、かつ前記溝の底部に金属遮光基層膜を形成する
第四の工程とを順に経ることにより前記金属画素電極を
得ることを特徴とする空間光変調素子の製造方法。
【請求項２】第一の金属は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、
Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、
ＺｎまたはＺｒのいずれか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の製造方法。
【請求項３】第四の工程で形成する金属遮光基層膜の幅
は、隣合う金属画素電極の間の幅よりも大きいことを特
徴とする請求項１記載の空間光変調素子の製造方法。
【請求項４】第四の工程における成膜は真空蒸着法また
はスパッタ法によって行い、成膜面の位置から蒸着源ま
たはスパッタ源を見込む方向と前記成膜面の法線方向の
なす角は３度以上８７度以下であり、かつ蒸着またはス
パッタ中に前記成膜面を前記成膜面の法線方向を軸とし
て回転させ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。
【請求項５】第四の工程の後に、第二の金属を主成分と
する物質を成膜することにより金属補強膜上に金属反射
膜を形成し、かつ金属遮光基層膜上に金属遮光膜を形成
する第五の工程を経ることにより金属画素電極を得るこ
とを特徴とする請求項１記載の空間光変調素子の製造方
法。
【請求項６】第二の金属は、Ａｇ、Ａｌ、またはＡｕの
いずれかであることを特徴とする請求項５記載の空間光
変調素子の製造方法。
【請求項７】第五の工程で形成する金属遮光膜の幅は隣
合う金属画素電極の間の幅よりも大きいことを特徴とす
る請求項５記載の空間光変調素子の製造方法。
【請求項８】第五の工程における成膜は真空蒸着法また
はスパッタ法によって行い、成膜面の位置から蒸着源ま
たはスパッタ源を見込む方向と前記成膜面の法線方向の
なす角は３度以上８７度以下であり、かつ蒸着またはス
パッタ中に前記成膜面を前記成膜面の法線方向を軸とし
て回転させることを特徴とする請求項７記載の空間光変
調素子の製造方法。
【請求項９】第三の工程と第四の工程の間に、光導電層
の溝の界面および金属補強膜表面を洗浄する第六の工程
を有することを特徴とする請求項１記載の空間光変調素
子の製造方法。
【請求項１０】第四の工程の後に、光導電層の溝に絶縁
性媒質を充填する第七の工程を含む請求項１記載の空間
光変調素子の製造方法。
【請求項１１】第一の電極と、前記第一の電極に対して
平行に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記
第二の電極の間に配置された複数の金属画素電極と、前
記第一の電極と前記金属画素電極に挟まれた光導電層
と、前記金属画素電極と前記光導電層に挟まれた光吸収
絶縁層と、前記第二の電極と前記金属画素電極に挟まれ
た光変調層とを備えた空間光変調素子を製造する方法で
あって、前記光吸収絶縁層上に第一の金属を主成分とす
る金属下地膜を形成する第一の工程と、前記金属下地膜
を複数に分離する第二の工程と、複数に分離された前記
金属下地膜をマスクとして前記光吸収絶縁層の一部を除
去して溝を形成する第三の工程と、前記第一の金属を主
成分とする物質を再度成膜することにより前記金属下地
膜上に金属補強膜を形成しかつ前記溝の底部に金属遮光
基層膜を形成する第四の工程と、を順に経ることにより
前記金属画素電極を得ることを特徴とする空間光変調素
子の製造方法。