JPH0915550A - 反射型光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コントラスト比の高い反射型光変調装置を提
供する。 【構成】 絶縁性基板６、反射電極７および遮光層８を
含んで構成される光反射側の基板部材２と、透光性基板
９および透明電極１０を含んで構成される光入射および
光出射側の基板部材３との間に、液晶層４および不変屈
折率層５が介在される。不変屈折率層５は、基板部材２
上に形成され、三角柱状の深さｄの凹所５ａを有する。
当該凹所５ａの所定の切断面における形状は三角形であ
り、凹所５ａの成す角度２θｇを二等分する線分１５
と、絶縁性基板６の法線方向１４との成す角αがα≠０
に設定される。ｎｃ＞ｎｇでは、入射光は液晶層４に入
射し、不変屈折率層５の表面で反射し、遮光層８に集光
されて吸収され、暗い（黒）状態となり、ｎｃ≦ｎｇで
は、不変屈折率層５を通過して反射電極７に到達し、反
射して出射し、明るい（白）状態となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号の充分なオン／
オフ比（以下、「コントラスト比」と称する）を有し、
オン状態での光信号の光損失が充分に小さく、かつ安価
なプロジェクションなどに好適に実施される反射型光変
調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信は、通信速度の高速性およ
び伝達情報量の多さから、情報化社会において重要な役
割を担っている。このような光通信における信号伝達路
としては、光損失の少ない光ファイバが用いられる。光
信号伝達経路の主幹線経路において、信号の変換処理器
には、高速性、高コントラスト比および信号の減衰が少
ないことが要求される。このため、主幹線経路における
信号処理器には、位相を変化させる、伝送モードを変換
する、または導波光の進行方向を変化させるなどの方法
が用いられている。

【０００３】前記光通信に加えて、情報化社会の特徴と
して、個人用携帯情報端末装置の普及もめざましく、こ
のような携帯情報端末装置の表示装置としては、軽量、
薄型、および低消費電力などの特徴を有する液晶表示装
置（以下、「ＬＣＤ」（Liquid Crystal Device ）と称
する）が有力な地位にある。また、ＬＣＤは携帯情報端
末装置のみならず、光論理演算装置の演算素子、直視型
もしくは投写型のライトバルブなどの空間光変調装置と
しても利用されており、その利用範囲は非常に多岐にわ
たる。このように、多様化したＬＣＤの光変調方法とし
ては、液晶分子の持つ複屈折性を利用したものが主流で
ある。たとえば、 （１）干渉方式 （例）ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringenc
e）モード ＳＳＦ−ＬＣ（Surface Stabilized Ferro-electric Li
quid Crystal）モード （２）旋光方式 （例）ＴＮ（Twisted Nematic）モード （３）光散乱方式 （例）高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）モード ネマティック−コレステリック相転移型（ＰＣＭ）モー
ド （４）光吸収方式 （例）ネマティック−コレステリック相転移型ゲスト−
ホスト方式(ＰＣＧＨ)２層型ゲスト−ホスト方式（ＤＧ
Ｈ） が挙げられる。これらの方式が、現在、携帯情報端末装
置、液晶テレビジョン受像機、投写型液晶表示装置およ
び光演算素子などの空間光変調素子として用いられてい
る方式の主だったものである。

【０００４】図２７は、従来例である液晶光シャッタ１
２１の構成を示す断面図である。液晶光シャッタ１２１
は、基板部材１２２，１２３、媒体１２４、液晶層１２
５、偏光板１２６および面光源１２７を含んで構成され
る。基板部材１２２，１２３は、透明電極１２８，１３
０がガラス基板１２７，１２９上に設けられて構成され
る。基板部材１２２，１２３の間に、ガラス製の断面の
こぎり状の媒体１２４と液晶層１２５とが挟持される。
媒体１２４の凸部１２４ａが当接する付近および凹所１
２４ｂ付近には、遮光層１３２が設けられる。基板部材
１２２の媒体および液晶層側とは反対側には、偏光板１
２６が、基板部材１２３の媒体および液晶層側とは反対
側には、面光源１２７がそれぞれ配置される。また、透
明電極１２８，１３０には、電源装置１３１が接続され
る。

【０００５】透明電極１２８，１３０間に電界が印加さ
れていない状態では、液晶分子１２５ａは、基板部材１
２３の表面にほぼ水平となり、液晶層１２５が媒体１２
４とほぼ同一の屈折率となる。これによって、入射光は
透過して出射する。一方、透明電極１２８，１３０間に
電界が印加された状態では、液晶分子１２５ｂは、基板
部材１２３の表面にほぼ垂直となり、液晶層１２５は媒
体１２４とは異なる屈折率となる。これによって、入射
光は媒体１２４の表面で反射し、媒体１２４の凹所１２
４ｂに集光され、遮光層１３２によって遮断される。

【０００６】光は、液晶層１２５と媒体１２４とから成
る導光層が有効に機能する角度で、すなわち光信号の充
分に高いコントラスト比が得られ、オン状態（光透過状
態）での光損失が充分に小さくなるような角度で、入射
される。このような液晶光シャッタ１２１の例は、たと
えば特開平６−２５８６７２号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記液晶光シャッタ１
２１は偏光板１２６を使用しており、光信号の高いコン
トラスト比が得られるけれども、入射光が自然光に近い
場合や入射偏光が解消しやすい場合には、光の利用効率
が半分以下となる。したがって、コントラスト比が低
く、暗い表示しか実現することができない。

【０００８】また、前記液晶光シャッタ１２１は、同一
平面上に形成された２つの電極間に生じる電界によって
液晶を配向させる。したがって、１画素に複数の電極線
を形成したときには、表示に利用可能な領域が低下す
る。すなわち、開口率が低下する。またカラー表示を行
う場合、３本の信号線によって１ラインの表示を行うの
で、構成が複雑になる。

【０００９】また、前記液晶光シャッタ１２１をプロジ
ェクションなどに組み込んで用いた場合、光源からの光
を液晶光シャッタ１２１に入射させ、当該液晶光シャッ
タ１２１からの反射光を集光レンズなどを介して出射さ
せる。液晶光シャッタ１２１への入射光および液晶光シ
ャッタ１２１からの出射光は同じ光路上を通過し、当該
光路上には、一般にビームスプリッタやハーフミラーな
どが配置される。媒体１２４に入射する光の入射角が６
０°のときが臨界角となり、たとえば完全に平行な光が
６０°の臨界角で入射する場合、液晶層１２５の厚み
（セル厚）は電極のピッチとほぼ同程度必要となる。こ
のため、隣接する電極間の信号電圧の違いによる不要な
電界が生じる。また、液晶表示装置の単位画素の大きさ
は、通常、数百μｍ角程度であり、これと同程度のセル
厚を形成することは、応答速度が極端に低下する、およ
び配向膜の液晶分子に対する配向規制力が液晶層の中心
付近まで影響しないなどの不都合が生じる。このような
不都合を解消するためには、最適な角度で光を入射およ
び出射させる必要があるけれども、前記液晶光シャッタ
１２１では、光の入射角および出射角の制御は行われて
いない。

【００１０】本発明の目的は、高いコントラスト比を有
する光出力が得られ、かつ光信号の利用効率が高く、プ
ロジェクションなどの投影型表示装置に用いても優れた
特性が得られる反射型光変調装置を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から与え
られるエネルギに依らず屈折率ｎｇが一定である透光性
物質から成り、予め定める形状を有する不変屈折率層
と、外部から与えられるエネルギによって屈折率ｎｃが
変化する透光性物質から成る可変屈折率層と、前記不変
屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前記エネル
ギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方が透光性
を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、前記一対の
エネルギ印加手段のうちの透光性を有する一方エネルギ
印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性基板と、当
該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達手段とを含
み、他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基板と、
当該絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する他方伝
達手段と、遮光部材とを含み、前記可変屈折率層にエネ
ルギが印加されていないときに、透光性を有する一方エ
ネルギ印加手段側から入射した光が集光される集光点
が、他方エネルギ印加手段側に、当該他方エネルギ印加
手段の絶縁性基板表面に対して平行に、直線状に集合し
て設定され、前記遮光部材は、前記集光点近傍に配置さ
れ、集光光の照射領域にほぼ等しい大きさを有し、前記
不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形成され、当
該不変屈折率層は三角柱状の凹所を有し、当該凹所は三
角柱の２つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸びる方
向に直交する方向であって、前記透光性基板の表面に垂
直な切断面における断面形状が三角形に選ばれ、三角柱
の前記２つの側面が接する辺と、前記集光点が集光した
直線とが一致するようにして配置され、前記可変屈折率
層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性物質を配置して
形成され、前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大値） …（１） の関係を満たし、前記一対のエネルギ印加手段間の間隔
Ｄと、不変屈折率層の凹所の深さｄとは、 Ｄ≧ｄ …（２） の関係を満たし、前記三角形の凹所が成す角２θｇを二
等分する線分と、前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基
板表面の法線方向とが成す角度αは、 α≠０ …（３） の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置であ
る。また本発明は、光が入射する一方エネルギ印加手段
側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角
形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇ
は、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／２ｄ）＝θｇ …（４） の関係を満たすことを特徴とする。また本発明は、外部
から与えられるエネルギに依らず屈折率ｎｇが一定であ
る透光性物質から成り、予め定める形状を有する不変屈
折率層と、外部から与えられるエネルギによって屈折率
ｎｃが変化する透光性物質から成る可変屈折率層と、前
記不変屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前記
エネルギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方が
透光性を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、前記
一対のエネルギ印加手段のうちの透光性を有する一方エ
ネルギ印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性基板
と、当該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達手段
とを含み、他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基
板と、当該絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する
他方伝達手段と、遮光部材とを含み、前記可変屈折率層
にエネルギが印加されていないときに、透光性を有する
一方エネルギ印加手段側から入射した光が集光される集
光点が、他方エネルギ印加手段側に、当該他方エネルギ
印加手段の絶縁性基板表面に対して平行に、直線状に集
合して設定され、前記遮光部材は、前記集光点近傍に配
置され、集光光の照射領域にほぼ等しい大きさを有し、
前記不変屈折率層は一方エネルギ印加手段上に形成さ
れ、当該不変屈折率層は三角柱状の凸部を有し、当該凸
部は三角柱の２つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸
びる方向に直交する方向であって、前記透光性基板の表
面に垂直な切断面における断面形状が三角形に選ばれ、
三角柱の前記２つの側面が接する辺と、前記集光点が集
光した直線とが一致するようにして配置され、前記可変
屈折率層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性物質を配
置して形成され、前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大値） …（１） の関係を満たし、前記一対のエネルギ印加手段間の間隔
Ｄと、不変屈折率層の凸部の高さｄとは、 Ｄ≧ｄ …（２） の関係を満たし、前記三角形の凸部が成す角２θｇを二
等分する線分と、前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基
板表面の法線方向とが成す角度αは、 α≠０ …（３） の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置であ
る。また本発明は、光が入射する一方エネルギ印加手段
側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角
形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇ
は、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／２ｄ）＝θｇ …（４） の関係を満たすことを特徴とする。また本発明は、外部
から与えられるエネルギに依らず屈折率ｎｇが一定であ
る透光性物質から成り、予め定める形状を有する不変屈
折率層と、外部から与えられるエネルギによって屈折率
ｎｃが変化する透光性物質から成る可変屈折率層と、前
記不変屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前記
エネルギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方が
透光性を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、前記
一対のエネルギ印加手段のうちの透光性を有する一方エ
ネルギ印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性基板
と、当該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達手段
とを含み、他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基
板と、当該絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する
他方伝達手段と、遮光部材とを含み、前記可変屈折率層
にエネルギが印加されていないときに、透光性を有する
一方エネルギ印加手段側から入射した光が集光される集
光点が、他方エネルギ印加手段側に当該他方エネルギ印
加手段の絶縁性基板表面に対して平行に、マトリクス状
に配列して設定され、前記遮光部材は、前記集光点近傍
に配置され、集光光の照射領域にほぼ等しい大きさを有
し、前記不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形成
され、当該不変屈折率層は錐状の凹所を有し、当該凹所
は錐の頂点を通り、前記絶縁性基板の表面に垂直な切断
面における断面形状が、三角形に選ばれ、錐の頂点と、
前記集光点とが一致するようにして配置され、前記可変
屈折率層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性物質を配
置して形成され、前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大値） …（１） の関係を満たし、前記一対のエネルギ印加手段間の間隔
Ｄと、不変屈折率層の凹所の深さｄとは、 Ｄ≧ｄ …（２） の関係を満たし、前記三角形の凹所が成す角２θｇを二
等分する線分と、前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基
板表面の法線方向とが成す角度αは、 α≠０ …（３） の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置であ
る。また本発明は、光が入射する一方エネルギ印加手段
側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角
形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇ
は、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／２ｄ）＝θｇ …（４） の関係を満たすことを特徴とする。また本発明は、前記
他方エネルギ印加手段は、当該他方エネルギ印加手段の
絶縁性基板上に形成されて、前記他方伝達手段を絶縁性
基板表面から所定の角度βだけ傾斜させる傾斜手段を有
し、一方エネルギ印加手段の他方エネルギ印加手段側と
は反対側に配置され、一方エネルギ印加手段に向けて光
を照射する光照射手段と、一方エネルギ印加手段の他方
エネルギ印加手段側とは反対側に配置され、他方伝達手
段で反射して出射する光を受光する受光手段とを含み、
前記光照射手段からの光が、他方エネルギ印加手段の絶
縁性基板表面の法線方向に対して、前記角２θｇを二等
分する線分方向に角度＋αで入射するように光照射手段
の光照射面が配置され、可変屈折率層にエネルギが印加
されていないときの出射光のうちの、前記法線方向に対
して、前記角２θｇを二等分する線分方向とは反対方向
に角度−α±２βで出射する光を受光するように受光手
段の受光面が配置されることを特徴とする。また本発明
は、前記他方伝達手段の傾斜角度βが、α／２であるこ
とを特徴とする。また本発明は、前記不変屈折率層の凹
所または凸部と遮光部材とは、各エネルギ印加手段の伝
達手段の対向する部分に対してそれぞれ複数個設けられ
ることを特徴とする。また本発明は、前記他方エネルギ
印加手段は、各エネルギ印加手段の伝達手段の対向する
部分に対して個別的に設けられるスイッチング素子を含
むことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、外部から与えられるエネルギ
に依らず屈折率ｎｇが一定である透光性物質から成る予
め定める形状の不変屈折率層と、外部から与えられるエ
ネルギによって屈折率ｎｃが変化する透光性物質から成
る可変屈折率層とが、いずれか一方が透光性を有する一
対のエネルギ印加手段間に配置される。一対のエネルギ
印加手段のうちの透光性を有する一方エネルギ印加手段
は、透光性を有する平板状の絶縁性基板上に、少なくと
も透明な一方伝達手段を形成して構成される。他方エネ
ルギ印加手段は、平板状の絶縁性基板上に、少なくとも
光反射性を有する他方伝達手段と遮光部材とを形成して
構成される。

【００１３】可変屈折率層にエネルギが印加されていな
いときに、一方エネルギ印加手段側から入射した光が集
光される集光点が、他方エネルギ印加手段側に、当該印
加手段の絶縁性基板表面に対して平行に、直線状に集合
して設定され、前記遮光部材は、当該集光点近傍に配置
され、集光光の照射領域にほぼ等しい大きさを有する。
前記不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形成さ
れ、三角柱状の凹所を有する。当該凹所は、三角柱の２
つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸びる方向に直交
する方向であって、前記透光性基板の表面に垂直な切断
面における断面形状が三角形に選ばれる。三角柱の２つ
の側面が接する辺と、前記集光点が集合した直線とは一
致し、不変屈折率層の凹所に透光性物質を配置して可変
屈折率層が形成される。屈折率ｎｇ，ｎｃは、式（１）
の関係を満たす。間隔Ｄと不変屈折率層の凹所の深さｄ
とは、式（２）の関係を満たす。前記三角形の凹所が成
す角２θｇを二等分する線分と、他方エネルギ印加手段
の絶縁性基板表面の法線方向とが成す角度αは、式
（３）の関係を満たす。

【００１４】前記可変屈折率層にエネルギを印加しない
ときには、屈折率ｎｃ，ｎｇが、たとえばｎｃ＞ｎｇと
なり、一方エネルギ印加手段側からの入射光は、可変屈
折率層を透過し、不変屈折率層に到達し、当該不変屈折
率層の表面で屈折して、不変屈折率層の所定の形状によ
って集光され、遮光部材によって吸収される。したがっ
て、暗い（黒）状態となる。エネルギを印加したときに
は、屈折率ｎｃ，ｎｇが、ｎｃ≦ｎｇとなり、入射光は
可変屈折率層から不変屈折率層に入射して、当該不変屈
折率層を伝播し、他方エネルギ印加手段の他方伝達手段
で反射して、再び一方エネルギ印加手段側から出射す
る。したがって、明るい（白）状態となる。このような
２つの状態で、スイッチングを行うことができる。

【００１５】前記間隔Ｄと不変屈折率層の凹所の深さｄ
とは、式（２）の関係を満たすので、一対のエネルギ印
加手段間に、不変屈折率層の凹所の最も深さの深い点が
配置される。したがって、集光点近傍に設けられる遮光
部材は、小さい面積で充分に光を吸収することができ、
他方伝達手段内の光の反射に寄与する領域が広く、高い
コントラスト比が得られるスイッチングが実現できる。
また、エネルギが印加されたｎｃ≦ｎｇのときの、入射
光は、可変屈折率層から不変屈折率層に入射して、当該
不変屈折率層を伝播し、他方エネルギ印加手段の光反射
性を有する他方伝達手段で反射して、出射する。ここ
で、前記法線方向を基準として、角２θｇを二等分する
線分方向に角＋α傾斜する方向からの入射光（入射角＋
α）は、前記法線方向を基準として、角２θｇを二等分
する線分方向とは反対方向に角−α傾斜した方向への出
射光（出射角−α）となって出射する。このように特別
な分離手段を設けることなく、容易に光を光の入射方向
とは異なる方向から出射させることができる。

【００１６】また好ましくは、光が入射する一方エネル
ギ印加手段側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に
垂直な三角形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす
角２θｇは、式（４）の関係を満たす。したがって、ｎ
ｃ＞ｎｇのときの入射光は、前記不変屈折率層の三角柱
状の凹所に集光される。

【００１７】また本発明に従えば、前記不変屈折率層は
一方エネルギ印加手段上に形成され、前述したのと同様
の三角柱状の凸部を有する。すなわち、当該凸部は、三
角柱の２つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸びる方
向に直交する方向であって、前記透光性基板の表面に垂
直な切断面における断面形状が三角形に選ばれる。三角
柱の２つの側面が接する辺と、前記集光点が集合した直
線とは一致する。屈折率ｎｇ，ｎｃは、式（１）の関係
を満たし、間隔Ｄと不変屈折率層の凸部の高さｄとは、
式（２）の関係を満たし、前記三角形の凸部が成す角２
θｇを二等分する線分と、他方エネルギ印加手段の絶縁
性基板表面の法線方向とが成す角度αは、式（３）の関
係を満たす。

【００１８】この場合も前述したのと同様の作用によっ
て、暗い（黒）状態と、明るい（白）状態との２つの状
態で、スイッチングを行うことができる。また、集光点
近傍に設けられる遮光部材は、小さい面積で充分に光を
吸収することができ、他方伝達手段内の光の反射に寄与
する領域が広く、高いコントラスト比が得られるスイッ
チングが実現できる。また、特別な分離手段を設けるこ
となく、容易に光を光の入射方向とは異なる方向から出
射させることができる。

【００１９】また好ましくは、光が入射する一方エネル
ギ印加手段側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に
垂直な三角形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす
角２θｇは、式（４）の関係を満たす。したがって、ｎ
ｃ＞ｎｇのときの入射光は、前記不変屈折率層の三角柱
状の凸部に集光される。

【００２０】また本発明に従えば、前記集光点が、他方
エネルギ印加手段側に当該印加手段の絶縁性基板表面に
対して平行に、マトリクス状に配列して設定され、前記
遮光部材は、当該集光点近傍に配置され、集光光の照射
領域にほぼ等しい大きさを有する。前記不変屈折率層は
他方エネルギ印加手段上に形成され、錐状の凹所を有す
る。当該凹所は、錐の頂点を通り、前記絶縁性基板の表
面に垂直な切断面における断面形状が三角形に選ばれ
る。錐の頂点と、前記集光点とは一致し、不変屈折率層
の凹所に透光性物質を配置して可変屈折率層が形成され
る。屈折率ｎｇ，ｎｃは、式（１）の関係を満たし、間
隔Ｄと不変屈折率層の凹所の深さｄとは、式（２）の関
係を満たし、前記三角形の凹所が成す角２θｇを二等分
する線分と、他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面の
法線方向とが成す角度αは、式（３）の関係を満たす。

【００２１】この場合も前述したのと同様の作用によっ
て、暗い（黒）状態と、明るい（白）状態との２つの状
態で、スイッチングを行うことができる。また、集光点
近傍に設けられる遮光部材は、小さい面積で充分に光を
吸収することができ、他方伝達手段内の光の反射に寄与
する領域が広く、高いコントラスト比が得られるスイッ
チングが実現できる。また、特別な分離手段を設けるこ
となく、容易に光を光の入射方向とは異なる方向から出
射させることができる。

【００２２】また好ましくは、光が入射する一方エネル
ギ印加手段側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に
垂直な三角形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす
角２θｇは、式（４）の関係を満たす。したがって、ｎ
ｃ＞ｎｇのときの入射光は、前記不変屈折率層の錐状の
凹所に集光される。

【００２３】また好ましくは、他方エネルギ印加手段
は、当該印加手段の絶縁性基板上に形成されて、他方伝
達手段を絶縁性基板表面から所定の角度βだけ傾斜させ
る傾斜手段を含む。一方エネルギ印加手段の他方エネル
ギ印加手段側とは反対側には、光照射手段および受光手
段が配置される。光照射手段の光照射面は、照射光が、
他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面の法線方向に対
して、前記角２θｇを二等分する線分方向に角度＋α傾
斜して入射するように配置される。受光手段の受光面
は、可変屈折率層にエネルギが印加されていないとき
に、前記法線方向に対して、前記角２θｇを二等分する
線分方向とは反対方向に角度−α±２β傾斜して出射す
る光を受光するように配置される。前記角度αは、たと
えば２．５°以上に設定される。これによって、前記角
度＋αで入射した光は、出射角−α±２βで出射し、入
射角と出射角とを異ならせることができる。

【００２４】また好ましくは、前記他方伝達手段の傾斜
角度βが、α／２に選ばれる。これによって、前記角度
＋αで入射した光の出射角は０°となる。したがって、
表示面に対して垂直に出射する光を観察する反射型光変
調装置を実現することができる。

【００２５】また好ましくは、各伝達手段の対向する部
分に対して、前記不変屈折率層の凹所または凸部と遮光
部材とが、それぞれ複数個設けられる。したがって、各
画素が前述したような作用でスイッチングを行う、いわ
ゆる単純マトリクス駆動方式の反射型光変調装置を実現
することができる。

【００２６】また好ましくは、他方エネルギ印加手段は
各エネルギ印加手段の伝達手段の対向する部分に対して
個別的に設けられるスイッチング素子を含む。したがっ
て、各画素が前述したような作用でスイッチングを行
う、いわゆるアクティブマトリクス駆動方式の反射型光
変調装置を実現することができる。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例である光路変
調（以下、「ＯＰＭ」(OpticalPass Modulator）と称す
る）素子１の構成を示す断面図である。図２は、ＯＰＭ
素子１の構成を示す斜視図である。図３は、不変屈折率
層５の形状を示す図である。また図４は、ＯＰＭ素子１
の他の構成を示す斜視図である。図５は、不変屈折率層
５の他の形状を示す図である。

【００２８】ＯＰＭ素子１は、液晶層４、不変屈折率層
５、一対の基板部材２，３、および電源装置１１を含ん
で構成される。光反射側の一方基板部材２は、絶縁性基
板６、反射電極７、および遮光層８を含んで構成され、
光入射および光出射側の他方基板部材３は、絶縁性を有
する透光性基板９、および透明電極１０を含んで構成さ
れる。なお、本実施例の不変屈折率層５は、一方基板部
材２上に形成される。ＯＰＭ素子１は、可変屈折率物質
として液晶を、外部から与えられるエネルギとして電界
をそれぞれ使用するものである。

【００２９】前記ＯＰＭ素子１は、たとえば以下のよう
にして作成される。絶縁性基板６および透光性基板９と
しては、たとえば１．１ｍｍの厚さのガラス基板（コー
ニング社製、商品名７０５９）を用いた。まず、反射電
極７が絶縁性基板６上に形成される。絶縁性基板６上に
は、たとえばスパッタリング法などの薄膜形成技術によ
ってアルミニウム薄膜が形成され、反射電極７とされ
る。

【００３０】形成された反射電極７上には、遮光層８が
形成される。遮光層８は、たとえばカラーモザイク（富
士ハントエレクトロニクス社製、商品名ＣＫ−２００
０）で実現され、当該カラーモザイクが、たとえばスピ
ンコート法によって反射電極７上に形成される。カラー
モザイクは、たとえばフォトリソグラフィ法によって所
定の形状にパターン形成され、遮光層８とされる。カラ
ーモザイクの存在しない部分にはアルミニウムから成る
反射電極７が露出する。ここで、露出した反射電極７を
所望の形状にパターン形成してもよい。遮光層８は、電
界が印加されていない状態で、液晶層４に入射した光が
集光される集光点近傍に、集光光の照射領域にほぼ等し
い大きさの所定の面積で配置される。

【００３１】反射電極７および遮光層８が形成された絶
縁性基板６上には、不変屈折率層５が形成される。不変
屈折率層５は、図２および図３に示されるような三角柱
状の凹所５ａを有し、液晶層４に電界が印加されていな
いときに、基板部材３側から入射した光が集光される集
光点が基板部材２側に直線状に集合して設定され、前記
三角柱の２つの側面が接する一辺５ｂと、前記集光点が
集合した直線とが一致するようにして形成される。

【００３２】また、不変屈折率層５は、図４および図５
に示されるような円錐状の凹所５ａを有し、液晶層４に
電界が印加されていないときに、基板部材３側から入射
した光が集光される集光点が基板部材２側に設定され、
前記円錐状の凹所５ａの頂点５ｃと、前記集光点とが一
致するようにして形成される。

【００３３】不変屈折率層５の形成には、たとえば次の
ようにして作成される金型２６が用いられる。図６は、
不変屈折率層５を作成するために用いられる金型２６の
製造方法を示す工程図であり、図７は当該製造方法を段
階的に示す断面図である。工程Ｔ１では、図７（Ａ）に
示されるように、ガラスなどの平坦な基板２１上にフォ
トレジストが塗布される。塗布されたフォトレジスト膜
２２ａの厚さは、不変屈折率層５の高さ（凹所５ａの深
さ）ｄ以上に選ばれる。工程Ｔ２では、図７（Ｂ）に示
されるように、Ａｒ（アルゴン）などのレーザ光２３が
フォトレジスト膜２２ａに照射される。ここでレーザ光
２３の照射される領域は、前述した図３および図５に示
されるような形状の領域である。工程Ｔ３では、現像さ
れ、図７（Ｃ）に示されるような所定の形状のフォトレ
ジスト膜２２が形成される。

【００３４】工程Ｔ４では、フォトレジスト膜２２上に
Ｎｉ（ニッケル）がスパッタリング法によって１０００
Å〜５０００Å程度の膜厚に、図７（Ｄ）に示されるよ
うに堆積される。工程Ｔ５では、図７（Ｅ）に示される
ようにＳＴＭ探針２５によってＳＴＭ（Scanning Tunne
l Microscope；走査型トンネル顕微鏡）による金型６８
の表面形状の測定が行われる。工程Ｔ６では、前記Ｎｉ
膜２４の膜厚が、電鋳によって図７（Ｆ）に示されるよ
うに厚くされてＮｉ膜２６とされる。工程Ｔ７では、基
板２１およびフォトレジスト膜２２と、前記Ｎｉ膜２６
とが分けられ、図７（Ｇ）に示されるようなＮｉから成
る金型２６が作成される。

【００３５】前記反射電極７および遮光層８が形成され
た絶縁性基板６上には、まず反射電極７および遮光層８
を覆って不変屈折率層材料が塗布される。たとえばスピ
ンコート法によって塗布される。塗布される材料の膜厚
は、不変屈折率層５の高さｄ以上に選ばれる。塗布され
た不変屈折率層材料は、前述した金型２６を用いて射出
成形法やスタンプ法によって所定の形状に加工される。

【００３６】また、透光性基板９上にＩＴＯ膜を０．１
μｍ〜１．１μｍの厚さにスパッタリング法によって形
成し、フォトリソグラフィ法によって所定の形状にパタ
ーン形成することによって、透明電極１０が作成され
る。

【００３７】さらに、本実施例では可変屈折率層として
液晶層４を用いているので、不変屈折率層５を覆う表面
および透明電極１０を覆う表面には、図示しない液晶配
向膜が形成される。たとえば、ナイロン６，６を塗布し
て１８０℃で焼成することによって作成される。

【００３８】このようにして作成された一対の基板部材
２，３は、液晶配向膜が形成された表面が対向するよう
にして配置され、接着剤によって接着される。接着剤中
にはたとえば粒径１２μｍのガラスビーズ、あるいはガ
ラスファイバなどのスペーサが混入され、当該接着剤が
一対の基板部材のうちのいずれか一方の基板部材表面に
スクリーン印刷法などによって塗布される。液晶注入口
から液晶材料を注入することによって、当該液晶は前記
不変屈折率層５の凹所５ａに注入され、基板部材２，３
間に介在される液晶層４が形成される。さらに、前記反
射電極７および透明電極１０に電源装置１１が接続さ
れ、電源電圧が供給される。

【００３９】本実施例では液晶材料として、ＢＬ００７
（ＢＤＨ社製、常光屈折率ｎｅ＝１．５３０、異常光屈
折率ｎｏ＝１．８１６、ランダム配向時の平均屈折率ｎ
ａｖｃ＝１．６７９）を用いた。

【００４０】前記不変屈折率層５の三角柱状の凹所５ａ
は、当該三角柱の２つの側面が接する１辺５ｂを通り、
三角柱の伸びる方向に直交する方向であって、平板状の
絶縁性基板６の表面に垂直な切断面における断面形状
が、三角形に選ばれる。また、前記不変屈折率層５の円
錐状の凹所５ａは、当該円錐の頂点５ｃを通り、絶縁性
基板６の表面に垂直な任意の切断面における断面形状
が、三角形に選ばれる。

【００４１】光が入射する基板部材３側の前記三角形の
底辺の長さをＬとし、当該底辺に対する頂点のなす角を
２θｇとし、隣接する三角形のピッチをＰとする。ま
た、基板部材２，３の間隔（液晶層の厚み）をＤとす
る。

【００４２】前記不変屈折率層５の高さｄと、基板部材
２，３の間隔Ｄとは、 Ｄ≧ｄ …（２） となるように選ばれる。ここで、前記間隔Ｄは５０μｍ
以下で、好ましくは２０μｍ以下で、式（２）の関係を
満たすように選ばれる。また前記角２θｇは、 θｇ／２＝θｃ （臨界角θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ））となるよ
うに選ばれる。ここで、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／２ｄ）＝θｇ …（４） の関係が成立するように各数値が決定される。

【００４３】また、液晶層４の屈折率ｎｃｍａｘ，ｎｃ
ｍｉｎ、および不変屈折率層５の屈折率ｎｇは、 １．０≦ｎｇ≦２．０ ｎｃｍｉｎ≦ｎｇ≦ｎｃｍａｘ …（１） の関係を満たすように選ばれる。なお、屈折率ｎｇの最
大値および最小値は、現在、使用可能な材料に基づいて
選ばれた値であり、これ以上またはこれ以下の屈折率の
材料を用いても構わない。

【００４４】また、角度αは、 α≠０ …（３） に選ばれる。角度αとは、透光性基板９の法線方向１４
と、前記角度２θｇを二等分する線分１５とのなす角で
ある。

【００４５】本実施例のＯＰＣ素子においては、不変屈
折率層５の屈折率ｎｇを１．５３に、可変屈折率層であ
る液晶層４の最大屈折率ｎｃｍａｘを１．６７９に、最
小屈折率ｎｃｍｉｎを１．５３に、前記高さｄを１１μ
ｍに、前記角度２θｇを１２０°に、およびピッチＰを
５０μｍに、角度αを１０°にそれぞれ選んだ。

【００４６】前記遮光層８の面積Ａは、 Ａ＝２Ｌ・ｔａｎ（θ） …（５） で算出される。ここで、θは入射した光の液晶層２内に
おける広がり角を表す。

【００４７】前記液晶配向膜は球晶性を示し、液晶分子
は前記球晶の結晶成長に従って放射状に配向する。すな
わち、２次元的にランダム（不規則）に配向する。見か
け上の屈折率（以下、「平均屈折率」と称する）ｎａｖ
ｃは、 ｎａｖｃ＝｛（ｎｅ²＋ｎｏ²）／２｝^0.5 …（６） で算出される。

【００４８】図８は、前記ＯＰＭ素子１の動作原理を説
明するための図である。また、図９は、入射光１２と出
射光１３との成す角を示す図である。図８（Ａ）に示さ
れる液晶層４に電界が印加されていない状態（ｎｃ＞ｎ
ｇ）では、屈折率ｎｃは、最大値ｎｃｍａｘである。入
射光１２は、液晶層４に入射し、さらに不変屈折率層５
の表面で反射し、遮光層８に集光されて吸収される。し
たがって、観察者には暗い（黒）状態として観察され
る。

【００４９】図８（Ｂ）に示される液晶層４に電界を印
加した状態（ｎｃ≦ｎｇ）では、屈折率ｎｃは、最小値
ｎｃｍｉｎである。入射光１２は、前述したのと同様に
液晶層４に入射するけれども、不変屈折率層５の表面で
反射せずに当該不変屈折率層５を通過する。反射電極７
に到達した光は、一部の遮光層８に入射する光を除い
て、当該反射電極７で反射し、再び不変屈折率層５およ
び液晶層４を透過して、出射する。したがって、観察者
には明るい（白）状態として観察される。

【００５０】角度αを設定することによって前記切断面
において、前記角２θｇを二等分する線分１５を光軸と
する入射光１２（法線方向１４に対して、前記線分１５
の方向に角度＋αだけ傾斜した入射光）と、出射光１３
（法線方向１４に対して、前記線分１５の方向とは反対
方向に角度−αだけ傾斜した出射光）とは、角度θｗ＝
２αを成す。このため、ビームスプリッタやハーフミラ
ーなどを使用することなく、容易に光を入射方向とは異
なる方向に出射させることができる。

【００５１】本実施例のＯＰＭ素子１は、上述したよう
に電界が印加されていない状態で暗い（黒）状態とな
り、電界を印加した状態で明るい（白）状態となる、い
わゆるノーマリブラック方式の素子である。

【００５２】図１０は、前記ＯＰＭ素子１の電気光学特
性を示すグラフである。横軸は印加電圧を、縦軸は反射
率を示している。たとえば電圧０Ｖをオフ電圧とし、電
圧Ｖｓａｔをオン電圧としてスイッチングを行うことが
可能である。なお、入射角を＋１０°で入射させ、出射
光を−１０°の受光角で検出した。

【００５３】第１の実施例によれば、角２θｇを二等分
する線分１５と、光反射側の基板部材２の法線方向１４
との成す角αが、α≠０に選ばれるので、入射光の軌跡
と出射光の軌跡とを、特別な分離手段を設けることな
く、容易に分離することができる。

【００５４】また、光の利用効率に優れたコントラスト
比の高いスイッチング特性が、厳密な光学的設計や結晶
性の高い材料を用いずに実現することができるので、従
来技術と比較すると製造コストが安価になる。また、遮
光層８を設けるだけでスイッチングが可能であることか
ら、２次元的に広い面積が必要ではなく、素子の小型化
が可能となる。

【００５５】なお、本実施例では可変屈折率層として液
晶層４を用い、液晶配向膜として球晶性を示す材料を用
い、光学的に等方性を示し、かつ屈折率を変化させる場
合について説明したけれども、液晶自身の屈折率異方性
を充分に利用するために、液晶分子を特定方向に配向さ
せ、偏光を液晶層のダイレクタ方向（平均配向方向）に
偏光面が来るように入射させる光学系としてもかまわな
い。ただし、この場合偏光板が必要となり、本実施例と
比較すると光の利用効率が低下してコントラストが低下
する。

【００５６】また、見かけ上光学的に等方性を示し、か
つ外部から印加されるエネルギによって屈折率が変化す
るようであればどのような構成であってもよく、このよ
うな特性が得られる液晶分子の配向制御方法を採用する
ことができ、たとえば液晶をランダム配向させるような
配向制御方法を採用しても構わない。

【００５７】また、可変屈折率層は、光学的に等方性を
示す材料（ＤＨＦ；Deformed HelixFerroelectric Liqu
id Crystal)であればどのような材料を用いても構わな
い。たとえば、液晶に代わってＬｉＮｂＯ₃ などの光学
的に異方性を有する結晶を用いても構わない。

【００５８】また、外部から印加されるエネルギとして
電界を使用したけれども、たとえば磁場など、可変屈折
率層の屈折率を変化させられるエネルギであればどのよ
うなエネルギを用いても構わない。

【００５９】また、不変屈折率層５によって形成される
空間、すなわち液晶が注入されて液晶層４となる空間
が、前述した不変屈折率層５のような形状になるよう
に、不変屈折率層５を形成しても構わない。すなわち、
本実施例の可変屈折率層である液晶層４と不変屈折率層
５とを逆にして構成することも可能である。たとえば図
１１に示されるように、不変屈折率層５を他方基板部材
３の透明電極１０上に形成しても構わない。不変屈折率
層５は前述した凹所５ａと同じ形状の三角柱状の凸部５
ｄを有し、三角柱の２つの側面が接する辺５ｅと、前記
集光点が集合した直線とが一致するようにして形成され
る。なお、この場合、前記式（３）のｎｃとｎｇとが逆
になる。また、上述した説明において、電界非印加時に
はｎｃ＜ｎｇとなり、電界印加時にはｎｃ≧ｎｇとな
る。

【００６０】また、基板部材３の透明電極１０は、液晶
層４の屈折率を変化させられるようであればどのような
形状であっても構わない。また、ＯＰＭ素子１の構成お
よび製造方法は、本実施例で説明したものに限定される
ものではない。たとえば、集光レンズとして図１２
（Ａ）に示されるようなマイクロレンズアレイ９０や図
１２（Ｂ）に示されるようなレンチキュラーレンズ９１
を、これらの部材の平面９０ａ，９１ａと、透光性基板
９の液晶層４とは反対側表面とが対向するようにして設
けてもかまわない。このような集光レンズを設ける例
は、本件出願人によって、たとえば特願平７−１６２３
１８において提案されている。

【００６１】また、反射電極７は、入射光を充分に反射
させるものであればどのようなものであってもよく、た
とえば誘電体ミラーを用いても構わない。反射電極７の
製造方法も本実施例に限定されず、他の方法で作成して
も構わない。

【００６２】また、遮光層８は、入射光を充分に吸収さ
せるものであればどのような材料で実現してもよく、た
とえばクロムなどの金属で実現しても構わない。また、
遮光層８の面積は、小さいほど光の利用効率が上昇する
けれども、充分なコントラスト比を得るためには、不変
屈折率層５の凹所５ａをほぼ覆う面積で形成するのが好
ましい。

【００６３】また、入射光を受光器側以外に反射させる
ために、前記反射電極７以外に、当該反射電極７とは異
なる方向に光を反射させる光反射層を選択的に設けても
構わない。この場合、設ける光反射層の不変屈折率層５
の凹所５ａ付近に角度を付けておけば製造工程が容易と
なる。また、集光レンズを設けて、入射光を集光させて
も構わない。

【００６４】また、角度αは、光源光の広がり角θおよ
び屈折率ｎｃ，ｎｇの差などによって、最適な値に選ぶ
ことが好ましい。

【００６５】図１３は、本発明の第２の実施例であるＯ
ＰＭ素子３１の構成を示す断面図である。ＯＰＭ素子３
１は、前記ＯＰＭ素子１と同様に、液晶層４、不変屈折
率層５、一対の基板部材２，３、および電源装置１１を
含んで構成され、光反射側の一方基板部材２が、絶縁性
基板６、反射電極７、および遮光層８に加えて、傾斜手
段であるグレーディング３２を含むことを特徴とする。
ＯＰＭ素子３１は、可変屈折率物質として液晶を、外部
から与えられるエネルギとして電界をそれぞれ使用する
ものである。

【００６６】前記グレーディング３２は、その表面が互
いにほぼ平行となるように配置される絶縁性基板６およ
び絶縁性基板９であって、反射電極７が形成される絶縁
性基板６の表面に対して、所定の角度βを反射電極７に
与えるためのものである。この角度βによって、入射光
１２と出射光１３との成す角度θｗを、前記θｗ＝２α
から、θｗ＝２・（α±β）に拡大／縮小することがで
きる。図示されるような断面形状において、絶縁性基板
６の表面に対して角度βを有するグレーディング３２が
形成される。当該グレーディング３２は、図１４に示さ
れるように、入射光１２の反射する領域Ａ１がグレーデ
ィング３２の高さによって形成される影の部分Ａ２に重
ならないように形成することが好ましい。

【００６７】ＯＰＭ素子３１は、グレーディング３２を
形成する工程以外は、前記ＯＰＭ素子１と同様にして作
成される。したがって、ここではグレーディング３２の
形成方法についてのみ説明し、その他の形成方法の説明
は省略する。

【００６８】まず、絶縁性基板６上にグレーディング３
２が形成される。グレーディング３２は、射出成形法、
スタンプ法、フォトリソグラフィ法、および押出し法な
どの方法を利用して作成することができる。たとえばス
タンプ法を用いる場合、前述した金型２６と同様にして
作成される所定の形状の金型が用いられる。なお、絶縁
性基板６自身を加工してグレーディング３２を形成する
ことも可能である。

【００６９】グレーディング３２を形成した後、前述し
たのと同様にして反射電極７および遮光層８が形成され
る。さらに、不変屈折率層５が形成される。

【００７０】本実施例のＯＰＭ素子１においては、不変
屈折率層５の屈折率ｎｇを１．５３に、可変屈折率層で
ある液晶層４の最大屈折率ｎｃｍａｘを１．６７９に、
最小屈折率ｎｃｍｉｎを１．５３に、前記不変屈折率層
５の高さｄを１１μｍに、前記角度２θｇを１２０°
に、およびピッチＰを５０μｍに、角度αを＋１０°
に、角度βを＋５°にそれぞれ選んだ。なお、角度α
は、図１３に図示されるＸ軸を基準として時計回り方向
を「＋」、反時計回り方向を「−」として、角度βは、
Ｙ軸を基準として時計回り方向を「−」、反時計回り方
向を「＋」として設定している。

【００７１】図１５は、前記ＯＰＭ素子３１の動作原理
を説明するための図である。図１５（Ａ）に示される液
晶層４に電界が印加されていない状態（ｎｃ＞ｎｇ）で
は、屈折率ｎｃは、最大値ｎｃｍａｘである。入射光１
２は、液晶層４に入射し、さらに不変屈折率層５の表面
で反射し、遮光層８に集光されて吸収される。したがっ
て、観察者には暗い（黒）状態として観察される。

【００７２】図１５（Ｂ）に示される液晶層４に電界を
印加した状態（ｎｃ≦ｎｇ）では、屈折率ｎｃは、最小
値ｎｃｍｉｎである。入射光１２は、前述したのと同様
に液晶層４に入射するけれども、不変屈折率層５の表面
で反射せずに当該不変屈折率層５を通過する。反射電極
７に到達した光は、一部の遮光層８に入射する光を除い
て、当該反射電極７で反射し、再び不変屈折率層５およ
び液晶層４を透過して、出射する。したがって、観察者
には明るい（白）状態として観察される。

【００７３】ここで、前記切断面において、前記不変屈
折率層５の凹所５ａの成す角度２θｇを二等分する線分
１５を光軸とする入射光１２は、前記法線方向１４に対
して、前記線分１５の方向に角度＋αを成す。また、出
射光１３は、法線方向１４に対して、前記線分１５の方
向とは反対の方向に角度−α±２βを成す。したがっ
て、入射光１２と出射光１３とが成す角度θｗは、２・
（α±β）となる。このため、ビームスプリッタやハー
フミラーなどを使用することなく、容易に反射光１３を
入射方向とは異なる方向に出射させることができるとと
もに、グレーディング３２の角度βを選ぶことによって
出射光１３の出射方向を自由に選択することができる。

【００７４】また、図１６に示されるように、入射光１
２の一部は、透光性基板９の表面、透光性基板９と透明
電極１０との界面、および透明電極１０の表面で反射し
て出射光１３ａとなる。当該出射光１３ａの光射角はα
である。グレーディング３２の表面で反射した出射光１
３の出射角は−α±２βである。このように本実施例で
は、グレーディング３２の表面以外の表面で反射したノ
イズとなる出射光１３ａと、本来の出射光１３との出射
角を異ならせることができ、ノイズの少ない光を受光す
ることができる。

【００７５】本実施例のＯＰＭ素子１は、上述したよう
に電界が印加されていない状態で暗い（黒）状態とな
り、電界を印加した状態で明るい（白）状態となる、い
わゆるノーマリブラック方式の素子である。

【００７６】図１７は、前記ＯＰＭ素子３１の電気光学
特性を示すグラフである。横軸は印加電圧を、縦軸は反
射率を示している。たとえば電圧０Ｖをオフ電圧とし、
電圧Ｖｓａｔをオン電圧としてスイッチングを行うこと
が可能である。なお、入射角を＋１０°で入射させ、出
射光を−２０°の受光角で検出した。

【００７７】第２の実施例によれば、第１の実施例と同
様に、特別な分離手段を設けることなく入射光と出射光
とを分離することができるとともに、角度βを選ぶこと
によって当該出射光の出射方向を所望の方向に選ぶこと
ができる。

【００７８】図１８は、前記角度βを−α／２に設定し
た場合の動作原理を説明するための図である。β≠−α
／２とした場合では、素子の１画素の大きさが小さくな
った場合、出射光１３が隣接する画素の出射光に悪影響
を及ぼし、表示品位が低下する。β＝−α／２とする
と、入射角はαのままで、出射角を０°にすることがで
き、表示品位の低下がなくなる。

【００７９】また、前述したのと同様に、図１６を参照
して、グレーディング３２の表面以外の表面で反射した
出射光１３ａと、本来の出射光１３との出射角を異なら
せることができ、ノイズの少ない光を受光することがで
きる。さらに、本実施例では、出射光１３の出射角が０
°となるので、グレーディング３２の表面で反射した光
が、透明電極１０の表面、および透光性基板９と透明電
極１０との界面で反射し、再びグレーディング３２方向
に進む光１２ａは生じない。このような光１２ａが再び
グレーディング３２で反射し、出射することは、前述し
たノイズの原因となり好ましくない。本実施例では、さ
らにノイズの少ない光を受光することができる。

【００８０】図１８（Ａ）に示される液晶層４に電界が
印加されていない状態（ｎｃ＞ｎｇ）では、屈折率ｎｃ
は最大値ｎｃｍａｘであり、入射光１２は液晶層４に入
射し、さらに不変屈折率層５の表面で反射し、遮光層８
に集光されて吸収される。したがって、観察者には暗い
（黒）状態として観察される。

【００８１】図１８（Ｂ）に示される液晶層４に電界を
印加した状態（ｎｃ≦ｎｇ）では、屈折率ｎｃは最小値
ｎｃｍｉｎであり、入射光１２は、液晶層４に入射する
けれども、不変屈折率層５の表面で反射せずに当該不変
屈折率層５を通過する。反射電極７に到達した光は、一
部の遮光層８に入射する光を除いて、当該反射電極７で
反射し、再び不変屈折率層５および液晶層４を透過して
出射する。したがって、観察者には明るい（白）状態と
して観察される。

【００８２】ここで、前記切断面において、前記不変屈
折率層５の凹所５ａの成す角度２θｇを二等分する線分
１５を光軸とする入射光１２は、前記法線方向１４に対
して、前記線分１５の方向に角度＋αを成す。また、出
射光１３は法線方向１４に対して平行に出射し、入射光
１２と出射光１３が成す角度θｗはαとなる。このた
め、出射光１３が隣接する画素の出射光に対して悪影響
を及ぼすことがなくなり、表示品位の低下がなくなる。

【００８３】図１９は、本発明の第３の実施例である空
間光変調（以下、「ＦＬＭ」（Field Light Modurator
）と称する）装置４１の構成を示す断面図である。Ｆ
ＬＭ装置４１は、第１の実施例のＯＰＭ素子１の反射電
極７および透明電極１０を複数の帯状に形成し、かつ互
いに直交するように配置したマトリクス型の素子であ
り、電極の交差部分を画素とし、各画素内において複数
の可変屈折率層である液晶層４と不変屈折率層５とから
なる光導波路を形成したことを特徴とする。また、遮光
層８も複数個設けられる。ＦＬＭ装置４１は、前記ＯＰ
Ｍ素子１と同様のノーマリブラック方式の素子である。

【００８４】ＦＬＭ装置４１は、各画素毎に前記ＯＰＭ
素子１と同様の動作原理によって明暗（白黒）によるス
イッチングが行われる。たとえば、一般的な単純マトリ
クス駆動方式の液晶表示装置において１画素の大きさ
は、１００μｍ〜３５０μｍ角である。仮に、１画素を
１つの光スイッチで構成しようとした場合、基板部材の
間隔は、３０μｍ〜９０μｍ程度必要となる。これは、
応答速度および液晶配向膜の配向規制力の低下などを引
き起こし、光スイッチとしては好ましくない。通常、ポ
リイミドを液晶配向膜としてラビング法による配向制御
を行った場合、充分な配向規制力が得られる最大のセル
厚は、２５μｍ〜５０μｍであり、これよりも薄いセル
厚とする必要がある。応答速度および液晶配向膜の配向
規制力を低下させないためには、１画素を複数のＯＰＭ
素子１で構成するのが好ましい。

【００８５】１画素に１つのＷＧ素子を形成する場合、
画素ピッチＰ１、液晶層の厚み（セル厚）ｄ１、および
前記三角形の頂角２θｇは、 ｔａｎθｇ＝Ｐ１／ｄ１ ｄ１＝Ｐ１／ｔａｎθｇ の関係を有する。すなわち、ピッチＰ１が小さいほどセ
ル厚ｄ１が小さくなる。しかしながら、実際に、Ｐ１＝
５０μｍ、θｇ＝３０°に設計した場合、ｄ１≒８６μ
ｍとなり、実用的ではない。１画素に複数のＷＧ素子を
設けると、ピッチＰ１が小さくなるので、セル厚ｄ１を
小さくすることが可能となる。

【００８６】本実施例では、前記不変屈折率層５の屈折
率ｎｇは１．５３に、可変屈折率層４の最大屈折率ｎｃ
ｍａｘは１．６７９に、最小屈折率ｎｃｍｉｎは１．５
３に、不変屈折率層５の高さｄは１１μｍに、角度２θ
ｇは１２０°に、ピッチＰは５０μｍに、および角度α
は＋１０°にそれぞれ選んだ。また、１画素の大きさは
３００μｍ角とし、１画素当たりのＯＰＭ素子１の数は
６個とした。なお、１画素を構成するＯＰＭ素子１の数
は、不変屈折率層５を形成する際の加工精度に依存し、
現行の技術では２〜７個形成することができる。また、
セル厚は、１０μｍ程度となる。

【００８７】１画素に複数の光導波路を形成した場合、
１つの光導波路に対して１層の遮光層８を有するため
に、１画素に複数の遮光層８が存在することになる。こ
のため、光の利用効率の低下が予想されるけれども、以
下に述べる理由から光の利用効率の低下は考慮する必要
はない。すなわち、遮光層８の領域が、表示画素の半分
以上の領域を占めることはほとんどない。このため、光
の利用効率が半分以下となる偏光素子を用いた場合ほど
の光の利用効率の低下はない。また、可変屈折率層であ
る液晶層４に入射した光を不変屈折率層５に遷移させる
条件（θｇ＞θｃ）が存在する。したがって、液晶層４
の屈折率を調整することによって、オン状態での光の利
用効率の低下はない。

【００８８】本実施例によれば、入射光の損失がほとん
ど無く、高いコントラスト比が得られ、また光路長が短
く、開口率が大きいＦＬＭ装置４１を実現することがで
きる。また、構成が比較的簡単であり、ＦＬＭ装置４１
を安価に作成することができる。

【００８９】なお、第２の実施例のＯＰＭ装置３１を第
３の実施例のＦＬＭ装置４１のように構成することも本
発明の範囲に属するものであり、本実施例と同様の効果
が得られ、所望の方向に反射光を出射させることができ
る装置を実現することができる。たとえば、角度αを＋
１０°に、角度βを＋５°に設定し、その他は上述した
のと同様の値に設定することによって、優れた特性を有
するＦＬＭ装置が得られる。

【００９０】図２０は、ＦＬＭ装置４４を用いた投写型
表示装置４２の構成を示す図である。投写型表示装置４
２は、ＦＬＭ装置４４の他に、光源３４および投影レン
ズ３５を含んで構成される。なお、投写型表示装置４２
のＦＬＭ装置４４は、第２の実施例のＯＰＭ装置３１を
第３のＦＬＭ装置４１のように構成したもので実現され
る。光源３４からの光１２は、前記切断面において、Ｆ
ＬＭ装置４４に入射角αで入射し、出射角（α＋２β）
で出射する。出射光１３は、投影レンズ３５を通過して
所定の投影面に照射される。

【００９１】図２１は、前記ＦＬＭ装置４４と同様にし
て構成される３つのＦＬＭ装置４４ａ〜４４ｃを用いた
他の投写型表示装置４３の構成を示す図である。投写型
表示装置４３は、ＦＬＭ装置４４ａ〜４４ｃの他に、光
源３４、ダイクロイックミラー３６ａ〜３６ｂおよび投
影レンズ３５を含んで構成される。光源３４から照射さ
れた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の光１２ａ〜１
２ｂは、赤色用ダイクロイックミラー３６ａによって赤
色の光のみが反射され、緑色用ダイクロイックミラー３
６ｂによって緑色の光のみが反射され、青色用ダイクロ
イックミラー３６ｃによって青色の光のみが反射され
る。反射光は、それぞれＦＬＭ装置４４ａ〜４４ｃに入
射する。各ＦＬＭ装置４４ａ〜４４ｃで反射した光は投
影レンズ３５を介して出射される。

【００９２】このように、前記ＦＬＭ装置４４ａ〜４４
ｃをライトバルブとして用い、図示されるような光学シ
ステムに使用することによって、高輝度なカラー表示が
実現できる投写型表示装置４３を得ることができる。

【００９３】また、ＦＬＭ装置４１を用いて投写型表示
装置４２，４３を構成することも可能である。

【００９４】図２２は、本発明の第４の実施例であるＦ
ＬＭ装置５１の１画素の領域を拡大して示す断面図であ
る。本実施例のＦＬＭ装置５１は、ＴＦＴ素子を用いた
アクティブマトリクス駆動方式の素子である。

【００９５】第１〜３の実施例のＯＰＭ素子１，３１お
よびＦＬＭ装置４１は、単純マトリクス駆動を採用して
いるため、駆動電圧比Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ（デューティ
比）は、 Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ＝（Ｎ^0.5＋１／Ｎ^0.5−１）^0.5 …（７） で求められる。Ｎはデューティ数（１／Ｎ；デューティ
比）であり、通常、走査線数と同じに選ばれる。単純マ
トリクス駆動方式では、走査線数の増大に伴い、印加電
圧のｏｎ／ｏｆｆ比が減少するために、高精細化が困難
であり、かつ階調表示を行う際に、各階調間の電圧差が
僅差となり、電気的雑音などの影響が深刻な問題とな
る。本実施例のＦＬＭ装置５１は、各画素に対応してス
イッチング素子であるＴＦＴ素子を形成することによっ
て、上述した問題を解消し、駆動電圧比が前記（７）式
に支配されないようにしている。以下にＴＦＴ素子５２
の作成方法について説明する。

【００９６】図２３は、ＴＦＴ素子５２の製造方法を示
す工程図である。工程Ｓ１では、ゲートバス配線および
ゲート電極５４が形成される。ＴＦＴ素子５２は光反射
側の絶縁性基板６上に形成されるので、まず、当該絶縁
性基板６上にスパッタリング法によって３００ｎｍの厚
さのＴａ金属層を形成する。当該Ｔａ金属層を、フォト
リソグラフィ法およびエッチング法によってパターン形
成し、ゲートバス配線およびゲート電極５４を作成す
る。

【００９７】工程Ｓ２では、ゲート絶縁膜５５が形成さ
れる。たとえばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposi
tion）法によって４００ｎｍの厚さのＳｉＮｘを、前記
ゲートバス配線およびゲート電極５４を覆って絶縁性基
板６上に形成することによって作成される。

【００９８】工程Ｓ３では、コンタクト層５７および半
導体層５６が形成される。まず、前記ゲート絶縁膜５５
上に半導体層５６となる１００ｎｍの厚さのａ−Ｓｉ層
と、コンタクト層５７となる４０ｎｍの厚さのｎ⁺ 型ａ
−Ｓｉ層とをこの順番に連続的に形成する。次に、前記
２つの層を同時にパターン形成することによってコンタ
クト層５７と半導体層５６が形成される。

【００９９】工程Ｓ４では、ソース電極５８、ドレイン
電極５９およびソースバス配線が形成される。まず、コ
ンタクト層５７および半導体層５６が形成された基板上
に２００ｎｍの厚さのＭｏ金属層をスパッタリング法に
よって形成し、当該Ｍｏ金属層をパターン形成すること
によってソース電極５８、ドレイン電極５９およびソー
スバス配線が形成される。このようにしてＴＦＴ素子５
２が完成する。

【０１００】ＴＦＴ素子５２が形成された基板上には、
絶縁層５３が形成される。絶縁層５３は、たとえば東京
応化社製、商品名ＯＦＰＲ−８００の樹脂で実現され、
たとえばスピンコート法によって成膜される。絶縁層５
３は、前記ＴＦＴ素子５２のドレイン電極５９の部分に
フォトリソグラフィ法によって形成されたコンタクトホ
ール６０を有する。

【０１０１】さらに、絶縁層５３を覆って反射電極７が
形成される。反射電極７は、スパッタリング法によって
アルミニウムを１μｍ〜５μｍ程度の膜厚に形成し、２
００℃に加熱して前記アルミニウムを再結晶化した後、
その表面を研磨し、各画素毎にパターン形成して作成さ
れる。

【０１０２】一般に、アクティブマトリクス型液晶表示
装置の１画素の大きさは、５０μｍ〜３５０μｍ角であ
ることから、１画素当たり１〜７個の光スイッチである
光変調素子が存在することになる。本実施例では、１画
素の大きさを１００μｍ角とした。したがって、１画素
当たり２つの光変調素子が形成される。また、前記不変
屈折率層５の屈折率ｎｇは１．５３に、可変屈折率層４
の最大屈折率ｎｃｍａｘは１．６７９に、最小屈折率ｎ
ｃｍｉｎは１．５３に、不変屈折率層５の高さｄは１１
μｍに、角度２θｇは１２０°に、ピッチＰは５０μｍ
に、および角度αは＋１０°にそれぞれ選んだ。

【０１０３】このようなＴＦＴ素子５２を有するＦＬＭ
装置５１においても、各画素は、第１の実施例のＯＰＭ
素子１と同様の動作原理によって、明暗（白黒）による
スイッチングを行う。

【０１０４】なお、本実施例では第１の実施例のＯＰＭ
装置１にＴＦＴ素子５２を設ける例について説明したけ
れども、第２の実施例のＯＰＭ装置３１にＴＦＴ素子５
２を設けることも本発明の範囲に属するものである。た
とえば角度αを＋１０°とし、角度βを＋５°として、
優れた特性が得られるＦＬＭ装置を実現することができ
る。

【０１０５】また本実施例では、スイッチング素子とし
てＴＦＴ素子５２を用いる例について説明したけれど
も、２端子素子の非線形特性を用いたＭＩＭ(Metal-Ins
ulator-Metal）素子およびバリスタなどを用いても構わ
ない。

【０１０６】また、入射光を臨界角θｃ以上で入射させ
るために、集光手段を用いてもよい。集光手段として
は、たとえばマイクロレンズアレイおよびレンチキュラ
ーレンズなどを用いることができる。集光手段は、透光
性基板９の液晶層４とは反対側表面に形成される。な
お、このとき遮光層８の形状は、集光手段を通過して、
集光された光を充分に遮光できるような形状に設計され
る。

【０１０７】図２４は、本発明の第５の実施例である反
射型液晶表示装置６１の１画素の領域を示す平面図であ
る。また、図２５は、図２４のＩ−Ｉ断面図である。以
下の表１には、単結晶シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコ
ン（Ｓｉ）、およびアモルファスシリコン（Ｓｉ）を用
いて形成した各種トランジスタの性能を示す。

【０１０８】

【表１】

【０１０９】単結晶シリコン中にトランジスタを形成す
ると電流駆動能力が大きく、電流のオン／オフ比の高い
スイッチング特性が得られることが判る。本実施例で
は、絶縁性基板６としてＰ型の単結晶シリコン基板を用
いた。以降の説明では、「絶縁性基板６」に代わって、
「ベース基板６２」という。反射型液晶表示装置６１
は、ベース基板６２上にＮＭＯＳ（N channel Metal Ox
ide Semiconductor ）型のスイッチング回路を搭載した
ものである。本実施例の装置６１では、１画素の領域に
第１のトランジスタＱ１と、第２のトランジスタＱ２
と、補助容量素子Ｃｓとを搭載している。

【０１１０】各トランジスタＱ１，Ｑ２のソース端子お
よびドレイン端子は、ベース基板６であるＰ型の単結晶
シリコン層内にＮ型拡散層６３，６４として形成されて
いる。たとえばポリシリコンで実現されるゲート端子６
６，６７は、たとえばシリコン酸化膜で実現されるゲー
ト絶縁膜６９，７０に覆われている。第１のトランジス
タＱ１のゲート端子６６と、第２のトランジスタＱ２の
ゲート端子６７とは、ベース基板６２上でフィールドシ
リコン酸化膜７１とアルミニウム電極７２とで隔てられ
ている。

【０１１１】補助容量素子Ｃｓは、第２のトランジスタ
Ｑ２に隣接するフィールドシリコン酸化膜７１中に形成
されたアルミニウム電極６８と、この位置に対応してベ
ース基板６であるＰ型の単結晶シリコン層内に形成され
たＮ型拡散層６５と、これらに挟まれたフィールドシリ
コン酸化膜７１とで構成される。

【０１１２】第１および第２のトランジスタＱ１，Ｑ２
と、補助容量素子Ｃｓとを覆って、ＮＭＯＳ回路を保護
するための保護膜７３が形成される。第１および第２の
トランジスタＱ１，Ｑ２の間の保護膜７３には、コンタ
クトホール７３ａが形成される。これによってアルミニ
ウム電極７２が露出する。保護膜７３上には所定の画素
領域に反射電極７が形成される。反射電極７は、前記コ
ンタクトホール７３ａを介して第２のトランジスタＱ２
のドレイン端子と電気的に接続される。

【０１１３】また、第１のトランジスタＱ１のゲート端
子６６は走査線７４に接続され、ソース端子は前記走査
線７４とは直交する信号線７５に接続される。第１のト
ランジスタＱ１のドレイン端子と、第２のトランジスタ
Ｑ２のゲート端子６７と、補助容量素子Ｃｓのアルミニ
ウム電極６８とは、フィールドシリコン酸化膜７１上に
形成された共通のアルミニウム電極に接続される。

【０１１４】さらに、不変屈折率層５および遮光層８が
前述したのと同様の方法で形成されて、一方基板部材２
が完成する。また、前述したのと同様の他方基板部材３
が作成され、一方および他方基板部材２，３が貼合わせ
られ、基板部材間に液晶が注入されて可変屈折率層であ
る液晶層４が形成されて、反射型液晶表示装置６１が完
成する。なお、前記不変屈折率層５の屈折率ｎｇは１．
５３に、可変屈折率層４の最大屈折率ｎｃｍａｘは１．
６７９に、最小屈折率ｎｃｍｉｎは１．５３に、不変屈
折率層５の凹所５ａの深さｄは１１μｍに、角度θｇは
１２０°に、ピッチＰは５０μｍに、および角度αは＋
１０°にそれぞれ選んだ。

【０１１５】図２６は、前記反射型液晶表示装置６１の
１画素の等価回路図である。走査線７４と信号線７５と
が交差する付近において、第１のトランジスタＱ１が両
配線７４，７５のそれぞれに接続される。すなわち第１
のトランジスタＱ１のゲート端子Ｑ１ｇが走査線７４に
接続され、第１のトランジスタＱ１のソース端子Ｑ１ｓ
が信号線７５に接続される。第１のトランジスタＱ１の
ドレイン端子Ｑ１ｄには、補助容量素子Ｃｓの一方端子
および第２のトランジスタＱ２のゲート端子Ｑ２ｇが接
続される。第２のトランジスタＱ２のソース端子Ｑ２ｓ
は、電源装置に接続され、ドレイン端子Ｑ２ｄは反射電
極７に接続される。第１のトランジスタＱ１は、ゲート
端子Ｑ１ｇの電位と、ドレイン端子Ｑ１ｄの電位とがほ
ぼ直線的な関係を示す。第１のトランジスタＱ１は、デ
ータ信号を第２のトランジスタＱ２に供給するので、オ
フ時のリーク電流が少ないことが好ましい。

【０１１６】補助容量素子Ｃｓは第１のトランジスタＱ
１のデータ信号を保持する。第２のトランジスタＱ２
は、液晶層４に電圧を印加するためのものである。液晶
層４に直接電圧を供給するので、液晶層４のスイッチン
グに必要な電圧に相当する耐圧が必要である。

【０１１７】まず、信号線７５にデータ信号を入力し、
１番目の走査線７４に走査信号を印加して、走査線７４
上の画素領域の第１のトランジスタＱ１をオンとする
と、各第１のトランジスタＱ１にデータ信号が保持され
る。第１のトランジスタＱ１は、走査信号電圧に対応し
て直線的な関係で電源電圧を制御できるので、走査信号
電圧に対応したデータ信号電圧が液晶層４に印加され
る。

【０１１８】ここで、液晶層４に印加された電圧は、補
助容量素子Ｃｓに保持された電圧で制御されるが、この
電圧は次の画像表示時間（フレーム）まで維持されるの
で、液晶層４には常時一定の電圧が維持され続ける。第
２のトランジスタＱ２のオン状態は、第１のトランジス
タＱ１がオフとなっても次に第１のトランジスタＱ１が
オンとなるまでそのまま保持される。第２のトランジス
タＱ２は、常に補助容量素子Ｃｓからデータ信号電圧に
従った電圧を液晶層４に供給し続ける。このようにし
て、画面全体にわたって第１のトランジスタＱ１を高速
に走査可能であり、ほぼ同時に画面全体の表示を書き換
えることができる。

【０１１９】このようにして構成される反射型液晶表示
装置６１を用いて、第３の実施例で説明したような投写
型表示装置４２，４３を形成することも可能である。ま
た、本実施例の反射型液晶表示装置６１に、第２の実施
例で説明したグレーディング３２を形成することも可能
であり、たとえば角度αを＋１０°とし、角度βを−５
°として、優れた特性が得られる反射型液晶表示装置を
得ることができる。

【０１２０】単結晶シリコン基板上に作成された駆動回
路は、光路変調素子を用いた反射型液晶表示装置が、充
分に特性を生かした駆動が可能であれば、本実施例で説
明した構成に限るものではない。

【０１２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変屈折
率層にエネルギを印加しないときには、一方エネルギ印
加手段側からの入射光は、可変屈折率層を透過し、不変
屈折率層に到達し、当該不変屈折率層の表面で屈折し
て、不変屈折率層の所定の形状によって集光され、遮光
部材によって吸収され、暗い（黒）状態となる。エネル
ギを印加したときには、入射光は可変屈折率層から不変
屈折率層に入射して、当該不変屈折率層を伝播し、他方
エネルギ印加手段の他方伝達手段で反射して、再び一方
エネルギ印加手段側から出射し、明るい（白）状態とな
る。このような２つの状態で、スイッチングを行うこと
ができる。

【０１２２】前記間隔Ｄと不変屈折率層の凹所の深さｄ
とは、式（２）の関係を満たすので、集光点近傍に設け
られる遮光部材は、小さい面積で充分に光を吸収するこ
とができ、他方伝達手段内の光の反射に寄与する領域が
広く、高いコントラスト比が得られるスイッチングが実
現できる。エネルギが印加されたｎｃ≦ｎｇのときに
は、特別な分離手段を設けることなく、容易に出射光を
光の入射方向とは異なる方向から出射させることができ
る。

【０１２３】また、光が入射する一方エネルギ印加手段
側の前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角
形の高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇ
は、式（４）の関係を満たし、ｎｃ＞ｎｇのときの入射
光は、前記不変屈折率層の三角柱状の凹所に集光され
る。

【０１２４】また本発明によれば、不変屈折率層は一方
エネルギ印加手段上に形成され、前述したのと同様の三
角柱状の凸部を有する。この場合も前述したのと同様
に、暗い（黒）状態と、明るい（白）状態との２つの状
態で、スイッチングを行うことができる。集光点近傍に
設けられる遮光部材は、小さい面積で充分に光を吸収す
ることができ、他方伝達手段内の光の反射に寄与する領
域が広く、高いコントラスト比が得られるスイッチング
が実現できる。また、特別な分離手段を設けることな
く、容易に出射光を光の入射方向とは異なる方向から出
射させることができる。

【０１２５】また、ｎｃ＞ｎｇのときの入射光は、不変
屈折率層の三角柱状の凸部に集光される。

【０１２６】また本発明によれば、前記集光点が、絶縁
性基板表面に対して平行に、マトリクス状に配列して設
定される。不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形
成され、錐状の凹所を有する。この場合も前述したのと
同様に、暗い（黒）状態と、明るい（白）状態との２つ
の状態で、スイッチングを行うことができる。集光点近
傍に設けられる遮光部材は、小さい面積で充分に光を吸
収することができ、他方伝達手段内の光の反射に寄与す
る領域が広く、高いコントラスト比が得られるスイッチ
ングが実現できる。また、特別な分離手段を設けること
なく、容易に出射光を光の入射方向とは異なる方向から
出射させることができる。

【０１２７】また、ｎｃ＞ｎｇのときの入射光は、前記
不変屈折率層の三角柱状の凹所に集光される。

【０１２８】また、他方エネルギ印加手段は、絶縁性基
板上に形成されて、他方伝達手段を絶縁性基板表面から
所定の角度βだけ傾斜させる傾斜手段を含む。一方エネ
ルギ印加手段の他方エネルギ印加手段側とは反対側に
は、光照射手段および受光手段が配置される。角度＋α
で入射した光は、出射角−α±２βで出射し、入射角と
出射角とを異ならせることができる。

【０１２９】また、前記他方伝達手段の傾斜角度βが、
α／２に選ばれる。これによって、前記角度＋αで入射
した光の出射角は０°となる。したがって、表示面に対
して垂直に出射する光を観察する反射型光変調装置を実
現することができる。

【０１３０】また、各伝達手段の対向する部分に対し
て、前記不変屈折率層の凹所または凸部と遮光部材と
が、それぞれ複数個設けられる。したがって、いわゆる
単純マトリクス駆動方式の反射型光変調装置を実現する
ことができる。

【０１３１】また、他方エネルギ印加手段は各エネルギ
印加手段の伝達手段の対向する部分に対して個別的に設
けられるスイッチング素子を含む。したがって、いわゆ
るアクティブマトリクス駆動方式の反射型光変調装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるＯＰＭ素子１の構
成を示す断面図である。

【図２】ＯＰＭ素子１の構成を示す斜視図である。

【図３】不変屈折率層５の形状を示す図である。

【図４】ＯＰＭ素子１の他の構成を示す斜視図である。

【図５】不変屈折率層５の他の形状を示す図である。

【図６】不変屈折率層５を作成するために用いられる金
型２６の製造方法を示す工程図である。

【図７】当該製造方法を段階的に示す断面図である。

【図８】前記ＯＰＭ素子１の動作原理を説明するための
図である。

【図９】入射光１２と出射光１３との成す角を示す図で
ある。

【図１０】前記ＯＰＭ素子１の電気光学特性を示すグラ
フである。

【図１１】ＯＰＭ素子１のさらに他の構成を示す斜視図
である。

【図１２】集光レンズを示す斜視図である。

【図１３】本発明の第２の実施例であるＯＰＭ素子３１
の構成を示す断面図である。

【図１４】入射光の反射する領域Ａ１と、グレーディン
グ３２の高さによる影の部分Ａ２とを示す図である。

【図１５】前記ＯＰＭ素子３１の動作原理を説明するた
めの図である。

【図１６】入射光１２，１２ａおよび出射光１３，１３
ａを示す図である。

【図１７】前記ＯＰＭ素子３１の電気光学特性を示すグ
ラフである。

【図１８】前記角度βを−α／２に設定した場合の動作
原理を説明するための図である。

【図１９】本発明の第３の実施例であるＦＬＭ装置４１
の構成を示す断面図である。

【図２０】前記ＦＬＭ装置４４を用いた投写型表示装置
４２の構成を示す図である。

【図２１】前記ＦＬＭ装置４４と同様にして構成される
ＦＬＭ装置４４ａ〜４４ｃを用いた他の投写型表示装置
４３の構成を示す図である。

【図２２】本発明の第４の実施例であるＦＬＭ装置５１
の１画素の領域を拡大して示す断面図である。

【図２３】ＴＦＴ素子５２の製造方法を示す工程図であ
る。

【図２４】本発明の第５の実施例である反射型液晶表示
装置６１の１画素の領域を示す平面図である。

【図２５】図２４のＩ−Ｉ断面図である。

【図２６】前記反射型液晶表示装置６１の１画素の等価
回路図である。

【図２７】従来例である液晶光シャッタ１２１の構成を
示す断面図である。

【符号の説明】

１，３１ 光変調（ＯＰＭ）素子 ２，３ 基板部材 ４ 可変屈折率層 ５ 不変屈折率層 ６ 絶縁性基板 ７ 反射電極 ８ 遮光層 ９ 透光性基板 １０ 透明電極 ３２ グレーディング ３４ 光源 ３５ 集光レンズ ４４，４４ａ〜４４ｃ，５１ 空間光変調（ＦＬＭ）装
置 ４２，４３ 投写型表示装置 ５２ ＴＦＴ装置 ６１ 反射型液晶表示装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から与えられるエネルギに依らず屈
   折率ｎｇが一定である透光性物質から成り、予め定める
   形状を有する不変屈折率層と、 外部から与えられるエネルギによって屈折率ｎｃが変化
   する透光性物質から成る可変屈折率層と、 前記不変屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前
   記エネルギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方
   が透光性を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、 前記一対のエネルギ印加手段のうちの透光性を有する一
   方エネルギ印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性
   基板と、当該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達
   手段とを含み、 他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基板と、当該
   絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する他方伝達手
   段と、遮光部材とを含み、 前記可変屈折率層にエネルギが印加されていないとき
   に、透光性を有する一方エネルギ印加手段側から入射し
   た光が集光される集光点が、他方エネルギ印加手段側
   に、当該他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面に対し
   て平行に、直線状に集合して設定され、 前記遮光部材は、前記集光点近傍に配置され、集光光の
   照射領域にほぼ等しい大きさを有し、 前記不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形成さ
   れ、当該不変屈折率層は三角柱状の凹所を有し、当該凹
   所は三角柱の２つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸
   びる方向に直交する方向であって、前記透光性基板の表
   面に垂直な切断面における断面形状が三角形に選ばれ、
   三角柱の前記２つの側面が接する辺と、前記集光点が集
   光した直線とが一致するようにして配置され、 前記可変屈折率層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性
   物質を配置して形成され、 前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大
   値） の関係を満たし、 前記一対のエネルギ印加手段間の間隔Ｄと、不変屈折率
   層の凹所の深さｄとは、 Ｄ≧ｄ の関係を満たし、 前記三角形の凹所が成す角２θｇを二等分する線分と、
   前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面の法線方向
   とが成す角度αは、 α≠０ の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置。
2. 【請求項２】 光が入射する一方エネルギ印加手段側の
   前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角形の
   高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇは、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ
   （Ｌ／２ｄ）＝θｇ の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の反射型
   光変調装置。
3. 【請求項３】 外部から与えられるエネルギに依らず屈
   折率ｎｇが一定である透光性物質から成り、予め定める
   形状を有する不変屈折率層と、 外部から与えられるエネルギによって屈折率ｎｃが変化
   する透光性物質から成る可変屈折率層と、 前記不変屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前
   記エネルギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方
   が透光性を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、 前記一対のエネルギ印加手段のうちの透光性を有する一
   方エネルギ印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性
   基板と、当該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達
   手段とを含み、 他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基板と、当該
   絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する他方伝達手
   段と、遮光部材とを含み、 前記可変屈折率層にエネルギが印加されていないとき
   に、透光性を有する一方エネルギ印加手段側から入射し
   た光が集光される集光点が、他方エネルギ印加手段側
   に、当該他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面に対し
   て平行に、直線状に集合して設定され、 前記遮光部材は、前記集光点近傍に配置され、集光光の
   照射領域にほぼ等しい大きさを有し、 前記不変屈折率層は一方エネルギ印加手段上に形成さ
   れ、当該不変屈折率層は三角柱状の凸部を有し、当該凸
   部は三角柱の２つの側面が接する辺を通り、三角柱の伸
   びる方向に直交する方向であって、前記透光性基板の表
   面に垂直な切断面における断面形状が三角形に選ばれ、
   三角柱の前記２つの側面が接する辺と、前記集光点が集
   光した直線とが一致するようにして配置され、 前記可変屈折率層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性
   物質を配置して形成され、 前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大
   値） の関係を満たし、 前記一対のエネルギ印加手段間の間隔Ｄと、不変屈折率
   層の凸部の高さｄとは、 Ｄ≧ｄ の関係を満たし、 前記三角形の凸部が成す角２θｇを二等分する線分と、
   前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面の法線方向
   とが成す角度αは、 α≠０ の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置。
4. 【請求項４】 光が入射する一方エネルギ印加手段側の
   前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角形の
   高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇは、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ
   （Ｌ／２ｄ）＝θｇ の関係を満たすことを特徴とする請求項３記載の反射型
   光変調装置。
5. 【請求項５】 外部から与えられるエネルギに依らず屈
   折率ｎｇが一定である透光性物質から成り、予め定める
   形状を有する不変屈折率層と、 外部から与えられるエネルギによって屈折率ｎｃが変化
   する透光性物質から成る可変屈折率層と、 前記不変屈折率層および可変屈折率層を間に介在して前
   記エネルギを前記可変屈折率層に印加し、いずれか一方
   が透光性を有する一対のエネルギ印加手段とを備え、 前記一対のエネルギ印加手段のうちの透光性を有する一
   方エネルギ印加手段は、透光性を有する平板状の絶縁性
   基板と、当該絶縁性基板上に形成される透明な一方伝達
   手段とを含み、 他方エネルギ印加手段は、平板状の絶縁性基板と、当該
   絶縁性基板上に形成され、光反射性を有する他方伝達手
   段と、遮光部材とを含み、 前記可変屈折率層にエネルギが印加されていないとき
   に、透光性を有する一方エネルギ印加手段側から入射し
   た光が集光される集光点が、他方エネルギ印加手段側に
   当該他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面に対して平
   行に、マトリクス状に配列して設定され、 前記遮光部材は、前記集光点近傍に配置され、集光光の
   照射領域にほぼ等しい大きさを有し、 前記不変屈折率層は他方エネルギ印加手段上に形成さ
   れ、当該不変屈折率層は錐状の凹所を有し、当該凹所は
   錐の頂点を通り、前記絶縁性基板の表面に垂直な切断面
   における断面形状が、三角形に選ばれ、錐の頂点と、前
   記集光点とが一致するようにして配置され、 前記可変屈折率層は、不変屈折率層の凹所に前記透光性
   物質を配置して形成され、 前記屈折率ｎｇ，ｎｃは、 （屈折率ｎｃの最小値）≦ｎｇ≦（屈折率ｎｃの最大
   値） の関係を満たし、 前記一対のエネルギ印加手段間の間隔Ｄと、不変屈折率
   層の凹所の深さｄとは、 Ｄ≧ｄ の関係を満たし、 前記三角形の凹所が成す角２θｇを二等分する線分と、
   前記他方エネルギ印加手段の絶縁性基板表面の法線方向
   とが成す角度αは、 α≠０ の関係を満たすことを特徴とする反射型光変調装置。
6. 【請求項６】 光が入射する一方エネルギ印加手段側の
   前記三角形の底辺の長さＬ、当該底辺に垂直な三角形の
   高さｄ、前記底辺に対向する頂点のなす角２θｇは、 ９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎｇ／ｎｃ）＝ａｒｃｔａｎ
   （Ｌ／２ｄ）＝θｇ の関係を満たすことを特徴とする請求項５記載の反射型
   光変調装置。
7. 【請求項７】 前記他方エネルギ印加手段は、当該他方
   エネルギ印加手段の絶縁性基板上に形成されて、前記他
   方伝達手段を絶縁性基板表面から所定の角度βだけ傾斜
   させる傾斜手段を有し、 一方エネルギ印加手段の他方エネルギ印加手段側とは反
   対側に配置され、一方エネルギ印加手段に向けて光を照
   射する光照射手段と、 一方エネルギ印加手段の他方エネルギ印加手段側とは反
   対側に配置され、他方伝達手段で反射して出射する光を
   受光する受光手段とを含み、 前記光照射手段からの光が、他方エネルギ印加手段の絶
   縁性基板表面の法線方向に対して、前記角２θｇを二等
   分する線分方向に角度＋αで入射するように光照射手段
   の光照射面が配置され、 可変屈折率層にエネルギが印加されていないときの出射
   光のうちの、前記法線方向に対して、前記角２θｇを二
   等分する線分方向とは反対方向に角度−α±２βで出射
   する光を受光するように受光手段の受光面が配置される
   ことを特徴とする請求項１，３または５記載の反射型光
   変調装置。
8. 【請求項８】 前記他方伝達手段の傾斜角度βが、α／
   ２であることを特徴とする請求項７記載の反射型光変調
   装置。
9. 【請求項９】 前記不変屈折率層の凹所または凸部と遮
   光部材とは、各エネルギ印加手段の伝達手段の対向する
   部分に対してそれぞれ複数個設けられることを特徴とす
   る請求項１，３または７記載の反射型光変調装置。
10. 【請求項１０】 前記他方エネルギ印加手段は、各エネ
    ルギ印加手段の伝達手段の対向する部分に対して個別的
    に設けられるスイッチング素子を含むことを特徴とする
    請求項９記載の反射型光変調装置。