JPH08201776A - Method for driving spatial optical modulation element and projection type display - Google Patents

Method for driving spatial optical modulation element and projection type display

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JPH08201776A
JPH08201776A JP1057295A JP1057295A JPH08201776A JP H08201776 A JPH08201776 A JP H08201776A JP 1057295 A JP1057295 A JP 1057295A JP 1057295 A JP1057295 A JP 1057295A JP H08201776 A JPH08201776 A JP H08201776A
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JP
Japan
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spatial light
light modulator
liquid crystal
driving
voltage
Prior art date
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Application number
JP1057295A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Akiyama
浩二 秋山
Yukio Tanaka
幸生 田中
Hiroshi Tsutsui
博司 筒井
Kuni Ogawa
久仁 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for driving a spatial optical modulation element capable of outputting an image whose contrast ratio is high by using DC voltage which is not constant as the driving voltage wavelength of the spatial optical modulation element. CONSTITUTION: A transparent conductive electrode 102 and a photoconductive layer 103 having rectifying property are successively laminated on a glass base plate 101, and a reflection layer 104 and an oriented film 106 where a liquid crystal layer 105 is oriented are arranged in order on the photoconductive layer 103, and a ferroelectric liquid crystal layer 105 whose thickness is 0.8-1.5μm is interposed between the oriented film 106 and a transparent insulating base plate 109 where a transparent conductive electrode 107 and an oriented film 108 are laminated. The DC voltage (114) where a high voltage period and a low voltage period appear alternately is impressed between the electrodes 102 and 107.

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、光演算装置、投射型デ
ィスプレイ等に用いられる空間光変調素子の駆動方法、
さらにはその駆動方法を用いた投射型ディスプレイに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a spatial light modulator used in an optical arithmetic unit, a projection type display, etc.
Further, it relates to a projection type display using the driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の液晶を用いた光アドレス型の空間
光変調素子(以下、空間光変調素子といえば、特に断ら
ない限りこの光アドレス型のものさす)の基本的な構造
は、光導電層と電界の印加により光の透過率が変化する
液晶層を対向する2つの透明導電性電極で挟み込んだも
のである。この素子の駆動は、両透明導電性電極間に外
部から電圧を印加することによってなさ、この状態で光
導電層に書き込み光を照射すると、光導電層の電気抵抗
が変化して液晶層に印加される電圧が変化し、この電圧
の大きさに応じて液晶層を通過する読み出し光が変調さ
れる。この動作を使って、光のしきい値処理、波長変
換、インコヒーレント/コヒーレント変換、画像メモリ
などの機能を実現することができるため、空間光変調素
子は光情報処理のキー・デバイスとして位置づけられて
いる。また、光強度の大きい読み出し光を書き込み光と
は反対の方向から入射し、書き込んだ内容を反射型で読
み出せば、光増幅機能をも実現することができる。その
ため、投射型ディスプレイとしても応用することがで
き、汎用性に優れた光機能素子として期待されている。
2. Description of the Related Art The basic structure of a conventional photo-address type spatial light modulator using liquid crystal (hereinafter, a spatial light modulator is a photo-address type device unless otherwise specified) is based on a photoconductive material. A liquid crystal layer whose light transmittance changes by application of a layer and an electric field is sandwiched between two transparent conductive electrodes facing each other. This element is driven by externally applying a voltage between both transparent conductive electrodes. When writing light is applied to the photoconductive layer in this state, the electric resistance of the photoconductive layer changes and the voltage is applied to the liquid crystal layer. The applied voltage changes, and the read light passing through the liquid crystal layer is modulated according to the magnitude of the voltage. Since this operation can be used to realize functions such as optical thresholding, wavelength conversion, incoherent / coherent conversion, and image memory, the spatial light modulator is positioned as a key device for optical information processing. ing. Further, if the read light having a high light intensity is incident from the direction opposite to the write light and the written content is read out by the reflection type, the optical amplification function can be realized. Therefore, it can be applied also as a projection type display and is expected as an optical functional element having excellent versatility.

【0003】現在、実用化されている投射型ディスプレ
イの方式としては、この光アドレス型空間光変調素子を
用いたものの他に、高輝度の3本の陰極線管(以下、C
RTと略記する)による投射、およびアクティブマトリ
ックス液晶ライトバルブを高輝度光源で投射するものが
ある。
At present, as a projection type display which has been put into practical use, in addition to the one using this photo-address type spatial light modulator, three high brightness cathode ray tubes (hereinafter referred to as C
(Hereinafter abbreviated as RT), and projection of an active matrix liquid crystal light valve with a high brightness light source.

【0004】CRTによる方法は、対角5〜9インチの
R,G,B3本の高輝度CRTに画像を表示し、その画
像を3本の投射レンズでスクリーン上に投射して合成
し、カラー画像を得るものである。しかし、この方式に
は、明るい画面を得るためにCRTを高輝度表示しなけ
ればならず、解像度およびコントラストが小さい、およ
び投影装置の重量が重いなどの問題がある。
According to the CRT method, an image is displayed on three R, G, B high-intensity CRTs each having a diagonal size of 5 to 9 inches, and the image is projected on a screen by three projection lenses to be combined to produce a color image. To get an image. However, this method has problems that the CRT must be displayed with high brightness in order to obtain a bright screen, the resolution and contrast are low, and the weight of the projection apparatus is heavy.

【0005】アクティブマトリックス液晶ライトバルブ
の方法は、R,G,B3枚の液晶パネルまたはR,G,
Bカラーフィルターを一体化した1枚の液晶パネルに画
像を表示し、メタルハライドランプやハロゲンランプな
どの高輝度のバックライト光源で読みだし、スクリーン
上に投影するもので、CRTによる方法に対し、投影装
置を小型軽量にできる利点がある。しかし、高解像度の
画像を得るためには、液晶パネルの画素サイズを小さく
せねばならず、このため、画素の大きさに対する遮光領
域(アクティブマトリックス駆動のためのトランジスタ
部分)の割合が大きくなり画素の開口率が低下して画像
が暗くなるという問題がある。以上のように、解像度と
明るさはトレード・オフの関係にあり、CRTおよびア
クティブマトリックス液晶ライトバルブを用いたプロジ
ェクションディスプレイではこれらを両立することがで
きなかった。
The method of the active matrix liquid crystal light valve is as follows: R, G, B three liquid crystal panels or R, G, B
An image is displayed on a single liquid crystal panel integrated with a B color filter, read out by a high-intensity backlight light source such as a metal halide lamp or a halogen lamp, and projected on a screen. There is an advantage that the device can be made small and lightweight. However, in order to obtain a high-resolution image, the pixel size of the liquid crystal panel must be reduced, and as a result, the ratio of the light-shielding area (transistor portion for active matrix driving) to the pixel size increases, and the pixel size increases. However, there is a problem that the aperture ratio is decreased and the image becomes dark. As described above, the resolution and the brightness are in a trade-off relationship, and the projection display using the CRT and the active matrix liquid crystal light valve cannot satisfy both of them.

【0006】一方、光アドレス型空間光変調素子を用い
た場合は、光導電層にCRTで画像を入力し、その画像
を液晶層側から高輝度光源によって反射型で読み出し、
投射レンズによってスクリーン上に投影する方式であ
る。この方式は、小型軽量で、かつ高解像度で明るい画
面を提供でき、従来のディスプレイがもつ、明るさと解
像度のトレード・オフの問題を解決できる画期的な方法
である。
On the other hand, when the photo-addressable spatial light modulator is used, an image is input to the photoconductive layer by a CRT and the image is read out from the liquid crystal layer side by a high-intensity light source in a reflective type.
It is a method of projecting on a screen by a projection lens. This method is an epoch-making method that can provide a bright screen with a high resolution while being small and lightweight, and can solve the problem of the trade-off between brightness and resolution that is present in conventional displays.

【0007】空間光変調素子を構成する光導電として
は、可視光に対し高光感度の水素化非晶質シリコン(以
下、a−Si:Hと略記する)薄膜が、液晶層としては
高速応答の強誘電性液晶(以下、FLCと略記する)が
使用されるのが一般的である。このような空間光変調素
子を駆動する波形としては、図8に示すような波形が提
案されている(ジ−・モデル他、米国特許第5,17
8,445号明細書)。この電圧波形においては、負の
電圧が印加されている期間(Tw )に入力画像をa−S
i:H層に与えてFLC層に画像を書き込み、正の電圧
が印加されている期間(Te)で書き込まれた画像を消
去する。
As a photoconductive material forming the spatial light modulator, a hydrogenated amorphous silicon (hereinafter abbreviated as a-Si: H) thin film having a high photosensitivity to visible light is used as a liquid crystal layer and has a high-speed response. Ferroelectric liquid crystal (hereinafter abbreviated as FLC) is generally used. As a waveform for driving such a spatial light modulator, a waveform as shown in FIG. 8 has been proposed (Gee-model et al., US Pat. No. 5,17).
8,445). In this voltage waveform, the input image is aS during the period (T w ) in which the negative voltage is applied.
The image is written to the FLC layer by being applied to the i: H layer, and the written image is erased during the period (T e ) in which the positive voltage is applied.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の空間光変調素子は、出力像のコントラスト比が小さ
い問題があった。この原因は、液晶層の静電容量が光導
電層の静電容量に比べて小さいという素子構造に起因し
ている。すなわち、書き込み電圧(Vw )の大部分が液
晶層にかかってしまい、書き込み光の照射が無い場合で
も徐々に液晶層がスイッチし始め、出力像の黒の部分が
白く浮き上がってしまうのである。これを防ぐには、光
導電層の静電容量を液晶層に比べて小さくする必要があ
り、そのためには、光導電層の膜厚を液晶層の少なくと
も4倍以上にしなくてはならない。しかし、このように
光導電層の膜厚を厚くすると、光導電層の膜厚の均一性
が低下したり、基板の反りや変形を生じる等の問題が発
生する。このような現象は、液晶層の層厚ムラにつなが
り、出力像の輝度ムラとして現れ、空間光変調素子の品
質を著しく低下してしまう。また、光導電層の形成時間
も長くなるため、素子のコストアップにもなる。従っ
て、光導電層の膜厚の増加する方法では、高品質な空間
光変調素子を安価に提供することはできない。
However, this conventional spatial light modulator has a problem that the contrast ratio of an output image is small. This is due to the element structure in which the capacitance of the liquid crystal layer is smaller than the capacitance of the photoconductive layer. That is, most of the writing voltage (V w ) is applied to the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer gradually starts to switch even when there is no irradiation of the writing light, and the black portion of the output image becomes white. In order to prevent this, it is necessary to make the capacitance of the photoconductive layer smaller than that of the liquid crystal layer. For that purpose, the film thickness of the photoconductive layer must be at least four times as large as that of the liquid crystal layer. However, if the thickness of the photoconductive layer is increased in this way, problems such as deterioration in the uniformity of the thickness of the photoconductive layer and warpage or deformation of the substrate occur. Such a phenomenon leads to unevenness in the thickness of the liquid crystal layer, appears as uneven brightness in the output image, and significantly deteriorates the quality of the spatial light modulator. In addition, the time for forming the photoconductive layer becomes long, which increases the cost of the device. Therefore, the method of increasing the film thickness of the photoconductive layer cannot provide a high quality spatial light modulator at low cost.

【0009】以上のように、従来の空間光変調素子の駆
動波形を使用していた状態では、高コントラストの画像
を出力することが困難であり、これが空間光変調素子を
用いた投射型ディスプレイの実用化への大きな障害とな
っていた。
As described above, it is difficult to output a high-contrast image in the state where the drive waveform of the conventional spatial light modulator is used, which is a problem in the projection type display using the spatial light modulator. It was a big obstacle to practical use.

【0010】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高コントラストの画像を出力できる空間光変調素
子の駆動方法および低コストで量産性の高い投射型ディ
スプレイを提供することを目的とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for driving a spatial light modulator capable of outputting a high-contrast image and a projection type display which is low in cost and high in mass productivity. It is a thing.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の空間光変調素子の駆動方法は、透明導電性
電極を具備した2枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域に
光導電層と液晶層を少なくとも備える空間光変調素子の
駆動方法に於て、前記透明導電性電極間に電圧が一定で
ない直流波形を印加することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of driving a spatial light modulator according to the present invention is a method of photoconductive in a region sandwiched by two transparent insulating substrates having transparent conductive electrodes. In a method of driving a spatial light modulator including at least a layer and a liquid crystal layer, a direct current waveform having a non-constant voltage is applied between the transparent conductive electrodes.

【0012】また、前記構成においては、光導電層が、
整流性を有することが好ましい。また、前記構成の直流
波形の電圧は、1×10ー6ないし1秒の範囲の周期で変
化することが好ましく、また、直流波形の電圧の極性
が、光導電層に対し順方向バイアスであることが好まし
く、また、直流波形が、電圧の高い期間と低い期間が交
互に繰り返されるものであり、前記電圧の高い期間に比
べて前記電圧の低い期間が短いことが好ましく、また、
直流波形の高い電圧が、低い電圧の2倍以上の大きさを
有することが好ましく、また、直流波形の低い電圧が、
0であることが好ましい。
In the above structure, the photoconductive layer is
It is preferable to have a rectifying property. Further, it is preferable that the voltage of the DC waveform having the above-mentioned structure changes in a cycle of 1 × 10 −6 to 1 second, and the polarity of the voltage of the DC waveform is forward bias with respect to the photoconductive layer. Preferably, the DC waveform is such that a high voltage period and a low voltage period are alternately repeated, and it is preferable that the low voltage period is shorter than the high voltage period, and
It is preferable that the high voltage of the DC waveform has twice or more the magnitude of the low voltage, and the low voltage of the DC waveform is
It is preferably 0.

【0013】また、前記構成においては、液晶層が1つ
以上の安定状態を有するものであることが好ましく、ま
た、光導電層と液晶層の層の間に反射鏡を少なくとも備
えることが好ましい。
Further, in the above structure, the liquid crystal layer preferably has one or more stable states, and at least a reflecting mirror is preferably provided between the photoconductive layer and the liquid crystal layer.

【0014】本発明の投射型ディスプレイは、透明導電
性電極を具備した2枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域
に光導電層と液晶層を少なくとも具備した空間光変調素
子と、前記透明導電性電極に接続された前記空間光変調
素子を駆動するための直流電源と、前記空間光変調素子
に入力するための画像を表示する画像入力手段と、前記
画像入力手段に表示された画像を前記光導電層に結像す
るための画像結像手段と前記空間光変調素子が出力する
画像を読み出す光源及び投射レンズを少なくとも構成要
素とし、かつ前記直流電源から出力される直流波形の電
圧が一定でないことを特徴とする。
The projection display according to the present invention comprises a spatial light modulator having at least a photoconductive layer and a liquid crystal layer in a region sandwiched between two transparent insulating substrates having transparent conductive electrodes, and the transparent conductive substrate. Direct current power source for driving the spatial light modulation element connected to the conductive electrode, image input means for displaying an image for inputting to the spatial light modulation element, and an image displayed on the image input means for displaying the image. An image forming unit for forming an image on the photoconductive layer, a light source for reading out an image output from the spatial light modulator and a projection lens are at least components, and the voltage of the DC waveform output from the DC power supply is not constant. It is characterized by

【0015】また、前記構成においては、光導電層と液
晶層との間に反射鏡が少なくとも形成されていることが
好ましく、また、画像入力手段が陰極線管からなること
が好ましく、また、直流波形が、電圧の高い期間と低い
期間が交互に繰り返されるものであり、前記電圧の高い
期間が前記電圧の低い期間の少なくとも1/5以下であ
ることが好ましい。
Further, in the above structure, it is preferable that at least a reflecting mirror is formed between the photoconductive layer and the liquid crystal layer, and that the image input means is a cathode ray tube. However, it is preferable that the high voltage period and the low voltage period are alternately repeated, and that the high voltage period is at least ⅕ or less of the low voltage period.

【0016】[0016]

【作用】前記本発明の空間光変調素子の駆動方法によれ
ば、電圧の一定でない直流電圧波形、すなわち電圧の高
い期間および低い期間を少なくとも有する直流波形を使
用することになる。この時、電圧の低い期間で空間光変
調素子に画像を書き込み、電圧の高い期間で書き込んだ
画像を消去するようにすると、書き込み時の印加電圧は
極性は消去時と同じであるので液晶層に電圧がかかって
も液晶層はスイッチしない。従って、出力像の黒部分が
白く浮き上がることはない。また、画像書き込み時に光
導電層が光照射される場合、光導電層に形成される内部
電圧が印加電圧とは反対の極性で発生し、液晶層をスイ
ッチするため、印加電圧が消去時と同じ極性であっても
画像の書き込みは行える。但し、液晶層のスイッチング
を完全に行うために、電圧の低い期間の書き込み電圧
は、光導電層の内部電圧より小さい方が良い。
According to the method of driving a spatial light modulator of the present invention, a DC voltage waveform having a non-constant voltage, that is, a DC waveform having at least a high voltage period and a low voltage period is used. At this time, if an image is written in the spatial light modulator during the period when the voltage is low and the written image is erased during the period when the voltage is high, the applied voltage at the time of writing has the same polarity as that at the time of erasing, so The liquid crystal layer does not switch when a voltage is applied. Therefore, the black portion of the output image does not appear white. Further, when the photoconductive layer is irradiated with light during image writing, the internal voltage formed in the photoconductive layer is generated with a polarity opposite to the applied voltage and switches the liquid crystal layer. Images can be written even if the polarity is used. However, in order to perform the switching of the liquid crystal layer completely, it is preferable that the writing voltage in the low voltage period is smaller than the internal voltage of the photoconductive layer.

【0017】以上のように、書き込み光が無くても液晶
層が自然にスイッチしてしまう不都合な状態を除去でき
るとともに、書き込み光の照射により液晶層を充分にス
イッチさせることができるため、空間光変調素子の出力
画像は、高コントラストである。
As described above, it is possible to eliminate the inconvenient state in which the liquid crystal layer naturally switches even without the writing light, and the liquid crystal layer can be sufficiently switched by the irradiation of the writing light. The output image of the modulator has high contrast.

【0018】[0018]

【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。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0019】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に示すように、透明絶縁
性基板101(例えば、ガラス基板)上には、透明導電
性電極(例えば、ITO(インジウム−スズ酸化物)、
ZnO又はSnO2 などの導電性酸化物)102と、非
晶質半導体からなる光導電層103とが順次積層されて
いる。また、光導電層103の上には、反射鏡104と
液晶層105を配向する配向膜106とが順に配置され
ている。また、対向側の透明導電性電極107にも配向
膜108が一様に成膜されている。なお、図1中、10
9は透明絶縁性基板(例えば、ガラス基板)である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the spatial light modulator according to the present invention. As shown in FIG. 1, on a transparent insulating substrate 101 (for example, a glass substrate), a transparent conductive electrode (for example, ITO (indium-tin oxide),
A conductive oxide 102 such as ZnO or SnO 2 ) and a photoconductive layer 103 made of an amorphous semiconductor are sequentially stacked. Further, on the photoconductive layer 103, a reflecting mirror 104 and an alignment film 106 for aligning the liquid crystal layer 105 are sequentially arranged. An alignment film 108 is also uniformly formed on the transparent conductive electrode 107 on the opposite side. In FIG. 1, 10
Reference numeral 9 is a transparent insulating substrate (for example, a glass substrate).

【0020】この空間光変調素子の駆動は、両透明導電
性電極102,107間に接続された直流電源114に
よって直流電圧(例えば、図4に示す電圧波形)を印加
することによってなされる。但し、図4において電圧の
高い時が消去期間、低い時が書き込み期間である。そし
て、書き込み用の電圧が空間光変調素子に印加されてい
る状態で光導電層103に書き込み光110が照射され
ると、光が照射されている部分の液晶層105にかかる
電圧が増大し、この電圧の大きさに応じて液晶分子の配
向状態が変化する。この配向状態の変化は偏光子111
と検光子112を組み合わせた光学系を用いて、書き込
み光110とは反対の方向から読み出し光113を入射
することにより、反射鏡104からの反射光として観測
することができる。但し、偏光子111および検光子1
12は1つの偏光ビームスプリッターで代用することも
できる。
The spatial light modulator is driven by applying a DC voltage (for example, the voltage waveform shown in FIG. 4) from a DC power supply 114 connected between the transparent conductive electrodes 102 and 107. However, in FIG. 4, when the voltage is high, it is the erasing period, and when it is low, the writing period. When the photoconductive layer 103 is irradiated with the writing light 110 while the writing voltage is applied to the spatial light modulation element, the voltage applied to the liquid crystal layer 105 in the portion where the light is irradiated increases, The alignment state of the liquid crystal molecules changes according to the magnitude of this voltage. This change in the alignment state is caused by the polarizer 111
By using the optical system in which the reading light 113 is incident from the direction opposite to the writing light 110 by using an optical system in which the reading light 113 and the analyzer 112 are combined, it can be observed as reflected light from the reflecting mirror 104. However, the polarizer 111 and the analyzer 1
12 may be replaced with one polarization beam splitter.

【0021】直流電源114によって空間光変調素子に
与えられる印加電圧波形の具体的な例を図4〜図7に示
す。図4に示す波形は、消去時の印加電圧の大きさ(以
下、Veと表現する)および書き込み時の印加電圧の大
きさ(以下、Vwと表現する)および消去期間(Te
と書き込み期間(Tw )の比(Te /Tw :以下これを
デューティ比という)および周期(T=Te+Tw)が一
定の例を示す。Ve およびVw の繰り返し周波数の範囲
は、下限としては肉眼でチラツキが感じられない程度で
あり、上限としては液晶層が応答できる程度である。後
者は、使用する液晶の材料や液晶層の厚みに依存する
が、具体的な周波数(周期)の範囲としては1Hz以上
1MHz以下(1μs以上1s以下)が望ましく、好適
には10Hz以上50kHz以下(20μs以上0.1
s以下)、最適には30Hz以上10kHz以下(10
0μs以上0.33s以下)である。また、Vw に対す
るVeの大きさは、液晶層のコントラスト比を大きくす
るために少なくとも2倍以上必要である。また、Te
対してTw を長くすれば、出力像を出力している期間が
長くなるため、ディスプレイとして使用する場合は、T
w をできるだけ長くする方がよい。
Specific examples of applied voltage waveforms applied to the spatial light modulator by the DC power source 114 are shown in FIGS. The waveform shown in FIG. 4 shows the magnitude of the applied voltage during erasing (hereinafter referred to as V e ), the magnitude of the applied voltage during writing (hereinafter referred to as V w ), and the erasing period (T e ).
And the writing period (T w ) ratio (T e / T w : hereinafter referred to as duty ratio) and the period (T = T e + T w ) are constant. In the range of the repetition frequency of V e and V w , the lower limit is such that flicker cannot be visually sensed, and the upper limit is such that the liquid crystal layer can respond. The latter depends on the material of the liquid crystal used and the thickness of the liquid crystal layer, but a specific frequency (cycle) range is preferably 1 Hz or more and 1 MHz or less (1 μs or more and 1 s or less), and preferably 10 Hz or more and 50 kHz or less ( 20 μs or more 0.1
s or less), optimally 30 Hz or more and 10 kHz or less (10
0 μs or more and 0.33 s or less). Further, the magnitude of V e with respect to V w must be at least twice or more in order to increase the contrast ratio of the liquid crystal layer. Also, if T w is made longer than T e , the period during which the output image is output becomes longer.
It is better to make w as long as possible.

【0022】図5には、繰り返し周波数及びデューティ
比は一定とし、書き込み時の電圧のみを各周期において
時間の経過と共に変化させた場合の一例を示す。この例
は、書き込み電圧が小さい方のVw1から大きい方のVw2
へ変化する場合を示しているが、変化の形態については
ここに挙げたもの以外でも問題無い。このように書き込
み電圧がVw1からVw2へ変化することによって、Tw
長くても液晶層105の誤動作(書き込み光の照射がな
くてもオン状態にスイッチする)を防止する。
FIG. 5 shows an example in which the repetition frequency and the duty ratio are constant and only the voltage during writing is changed with the passage of time in each cycle. In this example, the writing voltage V w1 is smaller and the writing voltage V w2 is larger.
Although the case of changing to is shown, there is no problem in the form of change other than those listed here. By changing the write voltage from V w1 to V w2 in this manner, malfunction of the liquid crystal layer 105 (switching to the ON state without irradiation of writing light) is prevented even if T w is long.

【0023】図6には、繰り返し周波数およびデューテ
ィー比を一定とし、消去時の電圧のみを各周期において
時間の経過と共に変化させた場合の一例を示す。消去電
圧が低い方のVe1から高い方のVe2へ変化する様子の違
いを示しているが、変化の形態についてはここに挙げた
もの以外でも問題無い。このように消去電圧がVe1から
e2へ変化することによって、Te が短くても書き込ん
だ画像の消去を完全に行う効果がある。図7は、図5及
び図6の消去電圧(Ve )および書き込み電圧(Vw
の変化を同時に行った場合の一例であり、図5および図
6の効果を同時に得ることができる。
FIG. 6 shows an example in which the repetition frequency and the duty ratio are kept constant and only the voltage during erasing is changed with the passage of time in each cycle. The difference in the manner in which the erasing voltage changes from the lower V e1 to the higher V e2 is shown, but there is no problem in the form of the change other than those mentioned here. By thus changing the erasing voltage from V e1 to V e2 , there is an effect that the written image is completely erased even if T e is short. FIG. 7 shows the erase voltage (V e ) and the write voltage (V w ) of FIGS. 5 and 6.
This is an example of the case in which the changes of (1) and (2) are made at the same time, and the effects of FIGS.

【0024】液晶層105に用いる材料としては、ネマ
ティック液晶、ス−パ−ツイストネマティック液晶、強
誘電性液晶、反強誘電性液晶、ポリマー中に液晶を分散
させた分散型液晶などが挙げられる。強誘電性液晶また
は反強誘電性液晶を用いた場合、液晶層105の厚みを
小さくできることから電気インピーダンスを小さくで
き、光導電層103の膜厚を薄く設定できるとともに、
高速応答が可能で、メモリ機能ももつことから有用であ
る。この特徴は、強誘電性液晶および反強誘電性液晶の
混合物を使用しても得られる。また、強誘電性液晶の透
過特性は電圧に対し急峻な閾値特性を有するため、入力
光に対する閾値処理を行う上では最適な材料である。強
誘電性液晶または反強誘電性液晶のように少なくとも1
つ以上の安定状態を有する液晶を使用した場合は、この
安定状態の1つを出力像としては黒となるOFF状態に
設定することにより、高コントラスト比が得られるので
効果的である。
Materials used for the liquid crystal layer 105 include nematic liquid crystals, super twisted nematic liquid crystals, ferroelectric liquid crystals, antiferroelectric liquid crystals, and dispersion type liquid crystals in which liquid crystals are dispersed in a polymer. When the ferroelectric liquid crystal or the anti-ferroelectric liquid crystal is used, the thickness of the liquid crystal layer 105 can be made small, so that the electric impedance can be made small, and the film thickness of the photoconductive layer 103 can be set thin.
It is useful because it can respond at high speed and has a memory function. This feature is also obtained using a mixture of ferroelectric and antiferroelectric liquid crystals. In addition, since the transmission characteristic of the ferroelectric liquid crystal has a threshold value characteristic that is steep with respect to the voltage, it is an optimum material for performing threshold processing on the input light. At least 1 like ferroelectric or antiferroelectric liquid crystals
When a liquid crystal having three or more stable states is used, it is effective to set one of the stable states to an OFF state in which an output image is black so that a high contrast ratio can be obtained.

【0025】一方、分散型液晶を用いた場合は配向膜1
06,108が不要になるとともに偏光子111、検光
子112も必ずしも必要としないため、出力光が明るく
なるとともに、素子構造及び光学系が簡単になるという
利点がある。また、液晶層105は樹脂によって密封さ
れるとともに、層厚を調整するためにスペーサー(図1
には示していない)が液晶層105中に混入される。こ
のスペーサーとしては通常、アルミナや石英のビーズま
たはガラスファイバーの粉末が使用される。また、これ
らのスペーサーは液晶層105を密封する樹脂中にも混
入される。液晶を配向するための配向膜106,108
は、SiOx 斜法蒸着膜またはラビング処理を施したポ
リイミド、ポリビニルアルコール等の有機高分子薄膜か
らなる。
On the other hand, when the dispersion type liquid crystal is used, the alignment film 1
Since 06 and 108 are not necessary and the polarizer 111 and the analyzer 112 are not necessarily required, there are advantages that the output light becomes bright and the element structure and the optical system become simple. In addition, the liquid crystal layer 105 is sealed with resin, and a spacer (see FIG. 1) is used to adjust the layer thickness.
(Not shown in the figure) is mixed in the liquid crystal layer 105. As the spacer, beads of alumina or quartz or powder of glass fiber is usually used. Further, these spacers are also mixed in the resin that seals the liquid crystal layer 105. Alignment films 106 and 108 for aligning liquid crystal
Is an SiO x oblique deposition film or a rubbing-treated organic polymer thin film such as polyimide or polyvinyl alcohol.

【0026】光導電層103を構成する材料としては、
比較的低温(400℃以下)で広い面積に成膜すること
ができるもので、書き込み光110の入射に対し効率よ
く光キャリヤを発生し、液晶層105側へ効率よく輸送
する機能をもつものが好ましい。具体的に使用される材
料および構成としては、例えば、a−Si:H、a−G
e:H(水素化非晶質ゲルマニウム)、a−Si1-x
x :H(水素化非晶質シリコンカーバイド、但し、0<
x<1)、a−Si1-x Gex :H(水素化非晶質シリ
コンゲルマニウム)、a−Ge1-x x :H(水素化非
晶質炭化ゲルマニウム)、a−Ge1-x x :H(水素
化非晶質窒化ゲルマニウム)などの水素化非晶質半導体
の単層、またはこれらのうちの2つ以上の材料を組合せ
て積層したものである。
As the material forming the photoconductive layer 103,
A film that can be formed on a large area at a relatively low temperature (400 ° C. or less) and has a function of efficiently generating photocarriers when the writing light 110 is incident and efficiently transporting the photocarriers to the liquid crystal layer 105 side. preferable. Specific examples of materials and structures used include a-Si: H and a-G.
e: H (hydrogenated amorphous germanium), a-Si 1-x C
x : H (hydrogenated amorphous silicon carbide, where 0 <
x <1), a-Si 1-x Ge x : H (hydrogenated amorphous silicon germanium), a-Ge 1-x C x : H (hydrogenated amorphous germanium carbide), a-Ge 1- x N x : H is a single layer of a hydrogenated amorphous semiconductor such as hydrogenated amorphous germanium nitride, or a stacked layer formed by combining two or more of these materials.

【0027】尚、上記の水素化非晶質半導体には、キャ
リヤトラップとして働くダングリングボンドを効果的に
減少させるために、F,Clなどのハロゲン原子を水素
と同様に添加してもよいし、および(または)微量(例
えば0.1〜10原子%)の酸素(O)原子または窒素
(N)原子を含有させてもよい。また、光導電層103
に形成される内部電圧(拡散電位)を大きくするため
に、整流性をもたせるのが好ましい。このためには、内
部にp/i、i/n、p/n,p/i/n構造を形成す
ればよい(但し、i層とはアンドープ層を意味する)。
It should be noted that halogen atoms such as F and Cl may be added to the hydrogenated amorphous semiconductor in the same manner as hydrogen in order to effectively reduce dangling bonds which act as carrier traps. , And / or a trace amount (for example, 0.1 to 10 atom%) of oxygen (O) atom or nitrogen (N) atom may be contained. In addition, the photoconductive layer 103
In order to increase the internal voltage (diffusion potential) formed in the above, it is preferable to have a rectifying property. For this purpose, p / i, i / n, p / n, and p / i / n structures may be formed inside (however, the i layer means an undoped layer).

【0028】p型層を形成するには、上記材料にp型不
純物としてB、Al、Gaなどの元素を1×10ー4原子
%〜10原子%の範囲で添加するとよい。また、p型層
の膜厚は、10〜10,000オングストローム
(Å)、好ましくは20〜3,000オングストローム
(Å)、最適には50〜300オングストローム(Å)
とされる。n型層を形成するには、上記材料にn型不純
物としてP、As、Sb、Seなどの元素を1×10ー4
原子%〜10原子%の範囲で添加するとよい。
In order to form a p-type layer, an element such as B, Al, or Ga as a p-type impurity may be added to the above material in the range of 1 × 10 −4 atom% to 10 atom%. The thickness of the p-type layer is 10 to 10,000 angstroms (Å), preferably 20 to 3,000 angstroms (Å), and most preferably 50 to 300 angstroms (Å).
It is said. In order to form an n-type layer, an element such as P, As, Sb, or Se as an n-type impurity is added to the above material at 1 × 10 −4.
It is advisable to add it in the range of 10 to 10 atomic%.

【0029】また、n型層の膜厚は、10〜10,00
0オングストローム(Å)、好ましくは100〜5,0
00オングストローム(Å)、最適には500〜3,0
00オングストローム(Å)とされる。また、Au,P
d,Pt,Ag,Al,Crなどの金属との接合を形成
し、ショットキー障壁を形成して光導電層103に整流
性をもたせてもよい。このように整流性を光導電層10
3にもたせると、書き込み光110の入射に対して、効
率的な光キャリヤ発生および輸送が可能になるととも
に、液晶層105に書き込んだ画像を大きな順方向バイ
アス(Ve )を印加することによって高速に消去できる
利点がある。光導電層103の膜厚は、液晶層105の
膜厚との関係で決められるが、通常0.5〜30μm、
好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmである。
The film thickness of the n-type layer is 10 to 10,000.
0 angstrom (Å), preferably 100 to 5,0
00 angstrom (Å), optimally 500 to 3,0
It is said to be 00 angstrom (Å). Also, Au, P
A junction with a metal such as d, Pt, Ag, Al, or Cr may be formed to form a Schottky barrier so that the photoconductive layer 103 has a rectifying property. In this way, the rectifying property is provided by the photoconductive layer 10.
3 makes it possible to efficiently generate and transport photocarriers with respect to the incidence of the writing light 110, and to apply a large forward bias (V e ) to the image written in the liquid crystal layer 105 to increase the speed. It has the advantage that it can be erased. The film thickness of the photoconductive layer 103 is determined in relation to the film thickness of the liquid crystal layer 105, but is usually 0.5 to 30 μm,
It is preferably 1 to 10 μm, and most preferably 1 to 5 μm.

【0030】反射鏡104は、TaO2 、Siのように
誘電率の大きな薄膜とMgF、SiO2 のように誘電率
の小さな薄膜を交互に多層に積層した多層誘電体反射鏡
が使用される。また、別の方式としては図2に示すよう
に反射鏡201として、反射率の大きなAl,Ag,M
o,Ni,Cr,Mg,Tiなどの金属薄膜で島状に形
成し、2次元マトリックス状またはモザイク状に配列し
たものが使用される。但し、図2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。島状反射鏡2
01は図2のように分離していなければならないが、そ
の形状の如何は問わない。島状反射鏡201がこのよう
に分離している理由は、これらが連続していると同一電
位になって電位差を生じないため、作像が不可能になる
ためである。
As the reflecting mirror 104, a multi-layer dielectric reflecting mirror is used in which thin films having a large dielectric constant such as TaO 2 and Si and thin films having a small dielectric constant such as MgF and SiO 2 are alternately laminated. As another method, as shown in FIG. 2, the reflecting mirror 201 may be formed of Al, Ag, M having a large reflectance.
A metal thin film made of o, Ni, Cr, Mg, Ti or the like is formed in an island shape and arranged in a two-dimensional matrix shape or a mosaic shape. However, FIG. 2 is a sectional view showing one embodiment of the spatial light modulator according to the present invention. Island reflector 2
01 must be separated as shown in FIG. 2, but the shape does not matter. The reason why the island-shaped reflecting mirror 201 is separated in this way is that if they are continuous, the same potential is generated and no potential difference occurs, so that image formation becomes impossible.

【0031】また、個々の反射鏡201が、それぞれ、
出力画像における1個の画素に対応している。また、キ
ャリヤの横方向への拡散を防止し、素子の高解像度化を
図る目的で島状反射鏡201間の光導電層103は少な
くともエッチングして除去する必要がある。こうするこ
とにより、島状反射鏡201間でのキャリヤの横流れは
抑制され、素子の高解像度化が可能になる。しかし、こ
のままでは強度の大きな光で読みだした場合に、島状反
射鏡201間の間隙から読み出し光113が光キャリヤ
の発生を司る光導電層103に入射し、液晶層105を
誤動作させてしまう。これを防ぐために、島状反射鏡2
01間の光導電層103をすべて除去することが望まし
いが、図2に示すように、可視光を殆ど吸収せずに透過
できる程度の膜厚、好ましくは1μm以下、最適には
0.5μm以下の光導電層103を残すように設定して
もよい。さらに、この溝の部分に、可視光を吸収する材
料で構成される光吸収層202(例えば、炭素粒子を分
散した有機高分子ポリマー、黒色顔料または黒色染料を
配合した有機高分子ポリマー、またはa−C:H、a−
Ge:H、a−Ge1ーxx:Hなどの無機薄膜から成
る)が形成すれば、島状反射鏡201の間隙から洩れて
くる読み出し光113を効果的に吸収することができ
る。
The individual reflecting mirrors 201 are respectively
It corresponds to one pixel in the output image. Further, the photoconductive layer 103 between the island-shaped reflecting mirrors 201 needs to be at least removed by etching for the purpose of preventing lateral diffusion of carriers and increasing the resolution of the device. By doing so, the lateral flow of carriers between the island-shaped reflecting mirrors 201 is suppressed, and the resolution of the device can be increased. However, if it is read as it is with high intensity light, the read light 113 enters from the gap between the island-shaped reflecting mirrors 201 to the photoconductive layer 103 that controls the generation of photocarriers, causing the liquid crystal layer 105 to malfunction. . To prevent this, the island reflector 2
It is desirable to completely remove the photoconductive layer 103 between 01 and 01, but as shown in FIG. 2, a film thickness that allows visible light to be transmitted with little absorption, preferably 1 μm or less, and most preferably 0.5 μm or less. The photoconductive layer 103 may be set to remain. Further, in the groove portion, a light absorption layer 202 made of a material that absorbs visible light (for example, an organic polymer polymer in which carbon particles are dispersed, an organic polymer polymer in which a black pigment or a black dye is mixed, or a -C: H, a-
Ge: H, a-Ge 1 over x N x: composed of an inorganic thin film such as H) is by forming, it is possible to absorb the reading light 113 coming leaking from the gap islands reflector 201 effectively.

【0032】さらに、読み出し光113の遮光をより完
全なものにするため、Al,Ag,Mo,Ni,Cr,
Mgなどの金属遮光膜203を穴の底部に形成してもよ
い。島状反射鏡201間の電気的絶縁を完全にするため
に、SiOx,SiNx,SiCx,GeOx,GeNx
GeCx,AlOx,AlNx,BCx,BNxなどの無機
絶縁物またはポリイミド,ポリビニルアルコール,ポリ
カーボネート,ポリパラキシレン,ポリエチレンテレフ
タレート,ポリプロピレン,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化
ビニリデン,ポリスチレン,ポリ四弗化エチレン,ポリ
三弗化塩化エチレン,ポリ弗化ビニリデン,六弗化プロ
ピレン−四弗化エチレンコポリマー,三弗化エチレン−
弗化ビニリデンコポリマ−,ポリブテン,ポリビニルブ
チラ−ル,ポリウレタンなどの有機絶縁物からなる絶縁
膜204を溝の部分に形成してもよい。
Further, in order to complete the blocking of the reading light 113, Al, Ag, Mo, Ni, Cr,
A metal light shielding film 203 such as Mg may be formed on the bottom of the hole. In order to complete the electrical insulation between the island-shaped reflecting mirrors 201, SiO x , SiN x , SiC x , GeO x , GeN x ,
Inorganic insulators such as GeC x , AlO x , AlN x , BC x , BN x or polyimide, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyparaxylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polytetrafluoride Ethylene, polytrifluoroethylene chloride, polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene trifluoride-
An insulating film 204 made of an organic insulating material such as vinylidene fluoride copolymer, polybutene, polyvinyl butyral or polyurethane may be formed in the groove portion.

【0033】但し、光演算用の空間光変調素子の場合の
ように、読み出し光113に強度の大きい光を使用しな
い場合は、この反射鏡104を設ける必要はなく、光導
電層103と配向膜106との界面で代用することがで
きる。
However, as in the case of the spatial light modulator for optical calculation, when the light with high intensity is not used as the reading light 113, it is not necessary to provide the reflecting mirror 104, and the photoconductive layer 103 and the alignment film are not necessary. The interface with 106 can be substituted.

【0034】以下に具体的実施例を挙げて、本発明をよ
り詳細に説明する。 (実施例1)図1の断面図に示すように、ガラス基板1
01上に、スパッタ法によってITOを0.05〜0.
2μmの膜厚で成膜し、透明導電性電極102を形成し
た。次いで、これをプラズマCVD装置内に配置し、真
空容器内を1×10-6Torr以下に排気した後、ヒー
ターで280℃に加熱した。Heで希釈した濃度10p
pm(1ppm=1x10ー6)のB26を400scc
mおよびSiH4 :1sccm、C22:0.2scc
mを真空容器内に導入し圧力を0.8Torrに調整し
た後、周波数13.56MHzの高周波電力30Wを電
極に印加して放電を発生させ、50〜180オングスト
ローム(Å)厚のp型a−Si1-xx:H層を形成し
た。
The present invention will be described in more detail with reference to specific examples. (Example 1) As shown in the sectional view of FIG.
01 on the ITO film by a sputtering method at 0.05-0.
A film having a thickness of 2 μm was formed to form a transparent conductive electrode 102. Next, this was placed in a plasma CVD apparatus, the inside of the vacuum vessel was evacuated to 1 × 10 −6 Torr or less, and then heated to 280 ° C. by a heater. Concentration 10p diluted with He
pm 400Scc the B 2 H 6 in (1 ppm = 1x10 -6)
m and SiH 4 : 1 sccm, C 2 H 2 : 0.2 scc
After introducing m into the vacuum container and adjusting the pressure to 0.8 Torr, a high frequency power of 30 W with a frequency of 13.56 MHz was applied to the electrodes to generate discharge, and p-type a- with a thickness of 50 to 180 angstroms (Å). A Si 1-x C x : H layer was formed.

【0035】続いて、真空容器内を一度高真空に排気し
た後、H2 :100sccmおよびSiH4 :40sc
cmを真空容器内に導入し、圧力0.8Torr、高周
波電力15Wで同様にi型アンドープa−Si:H層を
1〜1.8μmを形成して再び真空容器内を真空排気し
た。次いで、H2 で希釈した濃度5000ppmのPH
3 :100sccmとSiH4 :40sccmを真空容
器内に導入し、圧力を0.8Torrに調整した後、高
周波電力15Wの条件で0.3〜1μmのn型a−S
i:H層を形成して光導電層103を作製した。
Subsequently, the inside of the vacuum vessel was once evacuated to a high vacuum, and then H 2 : 100 sccm and SiH 4 : 40 sc.
cm was introduced into a vacuum container, an i-type undoped a-Si: H layer of 1 to 1.8 μm was similarly formed at a pressure of 0.8 Torr and a high frequency power of 15 W, and the inside of the vacuum container was evacuated again. Then, PH diluted with H 2 at a concentration of 5000 ppm
3: 100 sccm and SiH 4: 40 sccm was introduced into the vacuum container, after adjusting the pressure to 0.8 Torr, the 0.3~1μm under conditions of high-frequency power 15W n-type a-S
An i: H layer was formed to produce a photoconductive layer 103.

【0036】次いで、スパッタ蒸着法によりSiとSi
2 を交互に多層に積層して多層誘電体反射層104を
形成した後、ラビング処理を施したポリイミド配向膜1
06を積層した。そして、これとITOからなる透明導
電性電極107及びポリイミド配向膜108を積層した
ガラス基板109との間に0.8〜1.3μm厚の強誘
電性液晶層105を挟み込んで空間光変調素子(1)を
作製した。
Then, Si and Si are formed by the sputter deposition method.
Polyimide alignment film 1 which is obtained by laminating O 2 alternately in multiple layers to form a multilayer dielectric reflection layer 104, and then performing a rubbing treatment.
06 was laminated. Then, a ferroelectric liquid crystal layer 105 having a thickness of 0.8 to 1.3 μm is sandwiched between this and a glass substrate 109 on which a transparent conductive electrode 107 made of ITO and a polyimide alignment film 108 are laminated, and a spatial light modulator ( 1) was produced.

【0037】この空間光変調素子(1)の両透明導電性
電極102、107間に、図4に示す直流電圧波形(V
e=15V、Vw=0.05V、Te/Tw=1/10、T
は16.7ms)を印加し、書き込み光110として白
色光を用い、読み出し光113としてHe−Neレーザ
(633nm)を用いて動作を調べた。但し、印加電圧
は、透明導電性電極102が+となるように設定した。
Between the transparent conductive electrodes 102 and 107 of this spatial light modulator (1), the DC voltage waveform (V
e = 15V, V w = 0.05V , T e / T w = 1/10, T
Was applied for 16.7 ms), white light was used as the writing light 110, and a He—Ne laser (633 nm) was used as the reading light 113 to examine the operation. However, the applied voltage was set so that the transparent conductive electrode 102 became +.

【0038】以下に簡単に空間光変調素子の動作につい
て説明する。書き込み光110は、低い電圧(Vw )印
加時に光導電層103に照射され、これによって液晶層
105にかかる電圧は光導電層103の内部電圧に近づ
き、液晶はオフ状態からオン状態へスイッチし、読み出
し光113による出力光が出力される。その後、光導電
層103が順バイアスされる高い電圧(Ve )が印加さ
れると、液晶層105は書き込み光110の照射如何に
かかわらずオフ状態にスイッチされる。
The operation of the spatial light modulator will be briefly described below. The writing light 110 is applied to the photoconductive layer 103 when a low voltage (V w ) is applied, whereby the voltage applied to the liquid crystal layer 105 approaches the internal voltage of the photoconductive layer 103, and the liquid crystal switches from the off state to the on state. The output light of the read light 113 is output. After that, when a high voltage (V e ) is applied which forward biases the photoconductive layer 103, the liquid crystal layer 105 is switched to the off state regardless of the irradiation of the writing light 110.

【0039】このような動作条件で、空間光変調素子
(1)の光感度は50〜80μW/cm2 、立ち上がり
時間は30〜50μs、解像度は50〜70lp(li
nepairs)/mm(MTF=50%)、コントラ
スト比200:1であった。
Under these operating conditions, the spatial light modulator (1) has a photosensitivity of 50 to 80 μW / cm 2 , a rise time of 30 to 50 μs, and a resolution of 50 to 70 lp (li).
nepairs) / mm (MTF = 50%) and the contrast ratio was 200: 1.

【0040】この空間光変調素子を図3に示すような投
射型ディスプレイ装置に組み込んだ一実施例について説
明する。図3において、301は白色拡散面をもつスク
リーン、302は投射用光源で反射鏡付きメタルハライ
ドランプ、303は書き込み光源としてCRT、304
は空間光変調素子、305は空間光変調素子304の出
力像をスクリーン301上に40倍に拡大する投射用レ
ンズ系である。尚、306は偏光ビームスプリッター、
307はCRT303に表示された画像を空間光変調素
子304の光導電体層103に結像するための結像レン
ズ系、308はリレーレンズ系、309はプリ偏光子、
310は補助レンズ、311は空間光変調素子304を
駆動するための直流電源である。直流電源311の電圧
波形は、上記の特性評価に使用したものと同じである。
An embodiment in which this spatial light modulator is incorporated in a projection type display device as shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, 301 is a screen having a white diffusion surface, 302 is a projection light source, a metal halide lamp with a reflector, 303 is a CRT as a writing light source, and 304 is a writing light source.
Is a spatial light modulator, and 305 is a projection lens system that magnifies the output image of the spatial light modulator 304 on the screen 301 by 40 times. 306 is a polarization beam splitter,
Reference numeral 307 denotes an imaging lens system for forming an image displayed on the CRT 303 on the photoconductor layer 103 of the spatial light modulator 304, 308 a relay lens system, 309 a pre-polarizer,
Reference numeral 310 is an auxiliary lens, and 311 is a DC power supply for driving the spatial light modulator 304. The voltage waveform of the DC power supply 311 is the same as that used in the above characteristic evaluation.

【0041】ここで、本実施例の投射像の形成、消去お
よびスクリーン上に投射された結果に付いて簡単に述べ
る。Vw の電圧が印加されている期間に、CRT303
に表示されている画像が空間光変調素子304に書き込
まれ、スクリ−ン301上に書き込まれた画像が投影さ
れる。Ve の電圧が印加される期間で、書き込まれた画
像が消去される。メタルハライドランプ302を点灯し
たときの空間光変調素子304上の照度は200万lx
であったが、得られたスクリーン301上の像のコント
ラスト比は、150:1であった。
Here, the formation, erasure of the projected image and the result projected on the screen in this embodiment will be briefly described. While the voltage of V w is being applied, the CRT 303
The image displayed on the screen is written in the spatial light modulator 304, and the written image is projected on the screen 301. The written image is erased during the period when the voltage V e is applied. The illuminance on the spatial light modulator 304 when the metal halide lamp 302 is turned on is 2 million lx.
However, the contrast ratio of the obtained image on the screen 301 was 150: 1.

【0042】次に、比較のために図8に示すような従来
の電圧波形(Ve=15V、Vw=−5V、Te/Tw=1
/10、T=16.7ms)を素子(1)に印加して投
影像を調べた。その結果、コントラスト比は50:1に
低下することが判明した。
Next, for comparison, a conventional voltage waveform (V e = 15 V, V w = −5 V, T e / T w = 1 as shown in FIG. 8 is used.
/ 10, T = 16.7 ms) was applied to the element (1) to examine the projected image. As a result, it was found that the contrast ratio was reduced to 50: 1.

【0043】図3では、CRT303によって書き込み
画像を与えたが、CRTの代わりに他のディスプレイ、
例えば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界
発光素子、発光ダイオードアレイ、2次元スキャン装置
を兼ね備えた半導体レーザなどを使用しても良い。
In FIG. 3, the writing image is given by the CRT 303, but another display is used instead of the CRT.
For example, a liquid crystal display, a plasma display, an electroluminescent element, a light emitting diode array, a semiconductor laser having a two-dimensional scanning device, or the like may be used.

【0044】(実施例2)図2の断面図に示すように、
ガラス基板101上に0.05〜0.2μm厚のITO
透明電極102をスパッタ法により成膜し、実施例1と
同様にして50〜500オングストローム(Å)厚のp
型a−Si1-xx:H層/1.4〜1.8μm厚のi型
アンドープa−Si:H層/0.1〜0.3μmn型a
−Si:Hからなるフォトダイオードを構成し、光導電
層103を形成した。次いで、光導電層103の表面に
真空蒸着法によりCr:5000オングストローム
(Å)厚を堆積し、さらに写真蝕刻法によってパターニ
ングを行い、島状反射鏡201を形成した。このとき島
状反射鏡201の形状は24μm角の正方形で、2μm
の間隔を保ちながら1000×2000個の反射鏡がマ
トリックス状に配列している(但し、島状反射鏡201
は写真蝕刻法だけでなく、リフトオフ法を用いても形成
できる)。次いで、この島状反射鏡201をマスクにし
て、ドライエッチング法によって、島状反射鏡201の
間のa−Si:H層103をエッチングにより除去し
た。
(Embodiment 2) As shown in the sectional view of FIG.
ITO having a thickness of 0.05 to 0.2 μm on the glass substrate 101
The transparent electrode 102 is formed by a sputtering method, and p of 50 to 500 angstrom (Å) is formed in the same manner as in the first embodiment.
Type a-Si 1-x C x : H layer / 1.4 to 1.8 μm thick i-type undoped a-Si: H layer / 0.1 to 0.3 μm type a
A photodiode made of —Si: H was formed, and a photoconductive layer 103 was formed. Then, Cr: 5000 angstrom (Å) thickness was deposited on the surface of the photoconductive layer 103 by a vacuum deposition method, and patterning was further performed by a photoetching method to form an island-shaped reflecting mirror 201. At this time, the shape of the island-shaped reflecting mirror 201 is a square of 24 μm square and 2 μm.
The 1000 × 2000 reflecting mirrors are arranged in a matrix form while maintaining the intervals (however, the island-shaped reflecting mirrors 201
Can be formed not only by photolithography but also by lift-off method). Next, using the island-shaped reflecting mirror 201 as a mask, the a-Si: H layer 103 between the island-shaped reflecting mirrors 201 was removed by etching by a dry etching method.

【0045】次に、上から真空蒸着法により約1000
オングストローム(Å)厚のAlを蒸着した。この時、
このAl膜は島状反射鏡201上および溝内に形成され
ることになり、島状反射鏡201はAl/Crの2重構
造となり、溝内に形成された部分は読み出し光113を
遮光するための金属遮光膜203となる。次いで、ポリ
イミドからなる絶縁膜204を形成した。さらに、炭素
粒子を含むレジストを塗布して溝内に充填して光吸収層
202を形成した後、ラビング処理を施したポリイミド
配向膜106を積層した。これとITOの透明導電性電
極107及び配向膜106と同様に作製したポリイミド
配向膜108を積層したガラス基板109との間に0.
8〜1.5μm厚の強誘電性液晶層105をサンドイッ
チして、図2に示した空間光変調素子(2)を完成し
た。
Next, about 1000 is applied from above by a vacuum deposition method.
Angstrom (Å) thick Al was vapor-deposited. This time,
This Al film is to be formed on the island-shaped reflecting mirror 201 and in the groove, and the island-shaped reflecting mirror 201 has a double structure of Al / Cr, and the portion formed in the groove blocks the reading light 113. To be the metal light-shielding film 203. Next, the insulating film 204 made of polyimide was formed. Further, a resist containing carbon particles was applied and filled in the groove to form a light absorption layer 202, and then a rubbing-treated polyimide alignment film 106 was laminated. Between this and the transparent conductive electrode 107 of ITO and the glass substrate 109 on which the polyimide alignment film 108 manufactured similarly to the alignment film 106 is laminated.
The ferroelectric liquid crystal layer 105 having a thickness of 8 to 1.5 μm was sandwiched to complete the spatial light modulator (2) shown in FIG.

【0046】この空間光変調素子(2)を、実施例1と
同様にして評価したところ、光感度は80μW/c
2 、立ち上がり時間は30μs、コントラスト比は2
50:1であった。
When this spatial light modulator (2) was evaluated in the same manner as in Example 1, the photosensitivity was 80 μW / c.
m 2 , rise time 30 μs, contrast ratio 2
It was 50: 1.

【0047】次にこの素子を実施例1と同様にして、図
3に示す投射型ディスプレイ装置に搭載し、その出力画
像を調べた。この時の直流電源311からの出力波形
は、図4の波形に於て、Ve=15V、Vw=0V、Te
/Tw=1/10で繰り返し周期T=16.7ms(繰
り返し周波数が60Hz)のものを使用した。また、比
較のために図8に示すような従来の電圧波形(Ve=1
5V、Vw=−5V、Te /Tw =1/10、周波数=
60Hz)を用いた場合も調べた。その結果、従来例の
波形を用いた場合はコントラスト比が低く、不鮮明な画
像であったが、本実施例の直流電圧が一定でない電圧波
形を用いた場合は高コントラスト比が得られ美しい画像
を出力できた。
Next, this element was mounted on the projection display apparatus shown in FIG. 3 in the same manner as in Example 1 and the output image thereof was examined. The output waveform from the DC power supply 311 at this time is V e = 15 V, V w = 0 V, T e in the waveform of FIG.
/ T w = 1/10 and a repetition period T = 16.7 ms (repetition frequency 60 Hz) were used. For comparison, a conventional voltage waveform (V e = 1 as shown in FIG. 8 is used.
5V, V w = -5V, T e / T w = 1/10, frequency =
It was also investigated when 60 Hz) was used. As a result, when the waveform of the conventional example was used, the contrast ratio was low and the image was unclear, but when the voltage waveform of the DC voltage of this example was not constant, a high contrast ratio was obtained and a beautiful image was obtained. I was able to output.

【0048】(実施例3)実施例2で構成した空間光変
調素子(2)を用いた投射型ディスプレイ装置に於て、
直流電源311からの出力波形として、図5の波形にお
いてVe =15V、Vw1=0V、Vw2=0.2V、Te
/Tw =1/20、T=16.7msのものを使用し、
スクリーン301上の画像を調べた。その結果、20
0:1以上の高コントラスト比の美しい画像が得られる
ことを確認した。
(Embodiment 3) In a projection type display device using the spatial light modulator (2) constructed in Embodiment 2,
As the output waveform from the DC power supply 311, in the waveform of FIG. 5, V e = 15 V, V w1 = 0 V, V w2 = 0.2 V, T e
/ T w = 1/20, T = 16.7 ms,
The image on screen 301 was examined. As a result, 20
It was confirmed that a beautiful image with a high contrast ratio of 0: 1 or more was obtained.

【0049】(実施例4)実施例2で構成した空間光変
調素子(2)を用いた投射型ディスプレイ装置に於て、
直流電源311からの出力波形として、図6の波形にお
いてVe1=15V、Ve2=20V、Vw =0.05V、
e /Tw =1/10、T=1.6msのものを使用
し、スクリーン301上の画像を調べた。その結果、画
像に残像や焼き付きは一切感知されず、しかも高コント
ラスト比(200:1)であった。
(Embodiment 4) In a projection type display device using the spatial light modulator (2) constructed in Embodiment 2,
As the output waveform from the DC power supply 311, in the waveform of FIG. 6, V e1 = 15 V, V e2 = 20 V, V w = 0.05 V,
The image on the screen 301 was examined by using T e / T w = 1/10 and T = 1.6 ms. As a result, no afterimage or image sticking was sensed in the image, and the contrast ratio was high (200: 1).

【0050】(実施例5)実施例2で構成した空間光変
調素子(2)を用いた投射型ディスプレイ装置に於て、
直流電源311からの出力波形として図7の波形におい
て、Ve1=15V、Ve2=20V、Vw1=0V、Vw2
0.2V、Te /Tw =1/20、T=8msのものを
使用し、スクリーン301上の画像を調べた。その結
果、画像に残像や焼き付きは一切感知されず、しかも高
コントラスト比(250:1)で鮮明な画像を確認でき
た。
(Embodiment 5) In a projection type display device using the spatial light modulator (2) constructed in Embodiment 2,
In the waveform of FIG. 7 as the output waveform from the DC power supply 311, V e1 = 15 V, V e2 = 20 V, V w1 = 0 V, V w2 =
0.2V, using those T e / T w = 1/ 20, T = 8ms, examined the image on the screen 301. As a result, no afterimage or image sticking was detected in the image, and a clear image could be confirmed with a high contrast ratio (250: 1).

【0051】以上作製した素子は、動的ホログラムを表
示するための空間光変調素子としても機能する。
The element produced as described above also functions as a spatial light modulator for displaying a dynamic hologram.

【0052】なお、本発明の液晶層は上記実施例にあげ
られたものに限らず、光導電層も上記実施例にあげられ
たものに限らず、絶縁膜、光吸収層および印加電圧波形
も上記実施例にあげられたものに限られないことはいう
までもない。また、図3のプロジェクションシステムに
おいて、R,G,B3色表示用3つのCRTと3つの空
間光変調素子を組合せ、色分解光学系および色合成光学
系を読みだし光学系内に組み入れることによって、スク
リーン上にカラー画像を出力できることは言うまでもな
い。
The liquid crystal layer of the present invention is not limited to those described in the above embodiments, the photoconductive layer is not limited to those described in the above embodiments, and the insulating film, the light absorption layer, and the applied voltage waveform are not limited thereto. It goes without saying that the present invention is not limited to the examples given above. Further, in the projection system of FIG. 3, by combining three CRTs for displaying R, G, and B three colors and three spatial light modulators, and incorporating a color separation optical system and a color synthesis optical system into the optical system, It goes without saying that a color image can be output on the screen.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空間
光変調素子の駆動方法によれば、電圧の一定でない直流
波形を使用することにより、出力画像の黒部分の浮き上
がりを低減できるので、高コントラスト比の画像を出力
できる。
As described above, according to the method for driving a spatial light modulator according to the present invention, by using a DC waveform having a non-constant voltage, it is possible to reduce the floating of the black portion of the output image. Images with high contrast ratio can be output.

【0054】また、本発明に係わる投射型ディスプレイ
によれば、出力画像の黒部分の浮き上がりが無いので、
高コントラスト比の画像を出力できる。
According to the projection type display of the present invention, since the black portion of the output image does not rise,
Images with high contrast ratio can be output.

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

【図1】本発明に係る空間光変調素子の一実施例を示す
断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a spatial light modulator according to the present invention.

【図2】本発明に係る空間光変調素子の他の実施例を示
す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the spatial light modulator according to the present invention.

【図3】本実施例で使用した投射型ディスプレイ装置の
構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of a projection type display device used in this embodiment.

【図4】本実施例に使用した直流電圧波形の第1の例を
示す波形図
FIG. 4 is a waveform diagram showing a first example of a DC voltage waveform used in this example.

【図5】本実施例に使用した直流電圧波形の第2の例を
示す波形図
FIG. 5 is a waveform diagram showing a second example of the DC voltage waveform used in this example.

【図6】本実施例に使用した直流電圧波形の第3の例を
示す波形図
FIG. 6 is a waveform diagram showing a third example of the DC voltage waveform used in this example.

【図7】本実施例に使用した直流電圧波形の第4の例を
示す波形図
FIG. 7 is a waveform diagram showing a fourth example of the DC voltage waveform used in this example.

【図8】従来の空間光変調素子の駆動電圧波形図FIG. 8 is a drive voltage waveform diagram of a conventional spatial light modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,109 透明絶縁性基板 102,107 透明導電性電極 103 光導電層 104 反射層 105 液晶層 106,108 配向膜 110 書き込み光 111 偏光子 112 検光子 113 読み出し光 114 直流電源 201 島状反射鏡 301 スクリーン 302 メタルハライドランプ 303 CRT 304 空間光変調素子 305 投射レンズ系 306 偏光ビームスプリッター 307 結像レンズ系 308 リレーレンズ系 309 プリ偏光子 310 補助レンズ 311 直流電源 101,109 Transparent Insulating Substrate 102,107 Transparent Conductive Electrode 103 Photoconductive Layer 104 Reflective Layer 105 Liquid Crystal Layer 106,108 Alignment Film 110 Writing Light 111 Polarizer 112 Analyzer 113 Readout Light 114 DC Power Supply 201 Island Reflector 301 Screen 302 Metal halide lamp 303 CRT 304 Spatial light modulator 305 Projection lens system 306 Polarization beam splitter 307 Imaging lens system 308 Relay lens system 309 Pre-polarizer 310 Auxiliary lens 311 DC power supply

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunihito Ogawa 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】透明導電性電極を具備した2枚の透明絶縁
性基板で挟まれた領域に光導電層と液晶層を少なくとも
備える空間光変調素子の駆動方法に於て、前記透明導電
性電極間に電圧が一定でない直流波形を印加することを
特徴とする空間光変調素子の駆動方法。
1. A method of driving a spatial light modulator comprising at least a photoconductive layer and a liquid crystal layer in a region sandwiched by two transparent insulating substrates having transparent conductive electrodes, wherein the transparent conductive electrodes are provided. A method for driving a spatial light modulator, characterized in that a direct current waveform having a non-constant voltage is applied between them.
【請求項2】光導電層が、整流性を有することを特徴と
する請求項1記載の空間光変調素子の駆動方法。
2. The method for driving a spatial light modulator according to claim 1, wherein the photoconductive layer has a rectifying property.
【請求項3】直流波形の電圧が、1×10ー6ないし1秒
の範囲の周期で変化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駆動方法。
3. The method of driving a spatial light modulator according to claim 1, wherein the voltage of the DC waveform changes at a cycle in the range of 1 × 10 −6 to 1 second.
【請求項4】直流波形の電圧の極性が、光導電層に対し
順方向バイアスであることを特徴とする請求項2記載の
空間光変調素子の駆動方法。
4. The method for driving a spatial light modulator according to claim 2, wherein the polarity of the voltage of the DC waveform is forward bias with respect to the photoconductive layer.
【請求項5】直流波形が、電圧の高い期間と低い期間が
交互に繰り返されるものであり、前記電圧の高い期間に
比べて前記電圧の低い期間が短いことを特徴とする請求
項1記載の空間光変調素子の駆動方法。
5. The direct current waveform is such that a high voltage period and a low voltage period are alternately repeated, and the low voltage period is shorter than the high voltage period. Driving method for spatial light modulator.
【請求項6】液晶層が1つ以上の安定状態を有するもの
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
の駆動方法。
6. The method of driving a spatial light modulator according to claim 1, wherein the liquid crystal layer has one or more stable states.
【請求項7】直流波形の高い電圧が、低い電圧の2倍以
上の大きさを有することを特徴とする請求項5記載の空
間光変調素子の駆動方法。
7. The method of driving a spatial light modulator according to claim 5, wherein the high voltage of the DC waveform has a magnitude that is at least twice as high as the low voltage.
【請求項8】直流波形の低い電圧が、0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駆動方法。
8. The method of driving a spatial light modulator according to claim 5, wherein the low voltage of the DC waveform is 0.
【請求項9】光導電層と液晶層の層の間に反射鏡を少な
くとも備えることを特徴とする請求項1記載の空間光変
調素子の駆動方法。
9. The method for driving a spatial light modulator according to claim 1, further comprising at least a reflecting mirror between the photoconductive layer and the liquid crystal layer.
【請求項10】透明導電性電極を具備した2枚の透明絶
縁性基板で挟まれた領域に光導電層と液晶層を少なくと
も具備した空間光変調素子と、前記透明導電性電極に接
続された前記空間光変調素子を駆動するための直流電源
と、前記空間光変調素子に入力するための画像を表示す
る画像入力手段と、前記画像入力手段に表示された画像
を前記光導電層に結像するための画像結像手段と前記空
間光変調素子が出力する画像を読み出す光源及び投射レ
ンズを少なくとも構成要素とし、かつ前記直流電源から
出力される直流波形の電圧が一定でないことを特徴とす
る投射型ディスプレイ。
10. A spatial light modulator comprising at least a photoconductive layer and a liquid crystal layer in a region sandwiched between two transparent insulating substrates having transparent conductive electrodes, and the spatial light modulator connected to the transparent conductive electrodes. DC power supply for driving the spatial light modulator, image input means for displaying an image to be input to the spatial light modulator, and an image displayed on the image input means formed on the photoconductive layer And a light source and a projection lens for reading an image output from the spatial light modulator, which are at least components, and the voltage of the DC waveform output from the DC power supply is not constant. Type display.
【請求項11】光導電層と液晶層との間に反射鏡が少な
くとも形成されていることを特徴とする請求項10記載
の投射型ディスプレイ。
11. The projection type display according to claim 10, wherein at least a reflecting mirror is formed between the photoconductive layer and the liquid crystal layer.
【請求項12】画像入力手段が陰極線管からなることを
特徴とする請求項10記載の投射型ディスプレイ。
12. The projection display according to claim 10, wherein the image input means comprises a cathode ray tube.
【請求項13】直流波形が、電圧の高い期間と低い期間
が交互に繰り返されるものであり、前記電圧の高い期間
が前記電圧の低い期間の少なくとも1/5以下であるこ
とを特徴とする請求項10記載の投射型ディスプレイ。
13. The direct current waveform is such that a high voltage period and a low voltage period are alternately repeated, and the high voltage period is at least ⅕ or less of the low voltage period. Item 10. The projection display according to item 10.
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