JPH09258259A

JPH09258259A - 液晶を用いた空間光変調素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09258259A
Application number: JP7049196A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kondo; 茂樹近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】遮光膜などを形成することなく、光導電層の金
属ミラー間に形成される隙間部分を遮光できるようにす
る。【解決手段】光導電層６上に多数の金属ミラー７を分割
形成した後に、金属ミラー７が分割形成された光導電層
６の全面に金属ミラー７側からハロゲン光を１０００分
程度照射して、光導電層６のハロゲン光が照射された領
域６ａでの光電変換特性を劣化させることにより、光導
電層６の金属ミラー７間の隙間部分が遮光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶を用いた空間
光変調素子及びその製造方法に係り、詳しくは光導電層
上に金属ミラーが分割形成される液晶を用いた空間光変
調素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイビジョン画像に代表される高精細画
像システムを実現するうえで、臨場感あふれる大画面は
必要不可欠であるが、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）で代
表される従来の直視型ディスプレイでは、大画面化には
物理的な制約があるため、拡大透写するプロジェクショ
ン方式のディスプレイが期待されている。

【０００３】一方、空間光変調素子（ＳＬＭ；Spatial
Light Modulator ）は、基本的に、書き込み光と読み出
し光の２つの独立した光源からの光情報を同時に処理す
ることができるため、この２つの光の性質を変えること
によって、インコヒーレント光−コヒーレント光変換、
波長変換、光画像増幅など多くの機能を２次元で実行で
きる。

【０００４】このため、ディスプレイ、光情報処理、光
通信などの分野で幅広い応用が期待されている。特に、
空間光変調素子（ＳＬＭ）の光画像増幅機能を利用した
透写型ディスプレイは、小型の高精細画像を大画面に拡
大、表示できる可能性があり、研究開発が盛んに行われ
ている（例えば、SID 90 DIGEST,p.327、 SID 91 DIGES
T,p.250、フラットパネルディスプレイ１９９４，p.18
6,日経マグロフィル社刊、等）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６は、透写型ディス
プレイに用いられる従来の液晶を用いた空間光変調素子
（ＳＬＭ）の一例を示す概略構成図である。この図に示
すように、この空間光変調素子１００は、対向配置され
た一対のガラス基板１０１ａ，１０１ｂ上にそれぞれ透
明電極１０２ａ，１０２ｂが形成され、一方のガラス基
板１０１ａの透明電極１０２ａ上には、光導電層１０
３、光吸収層１０４、誘電体ミラー１０５が順次積層さ
れている。

【０００６】また、ガラス基板１０１ａの誘電体ミラー
１０５と、透明電極１０２ｂの透明電極１０２ａ間には
配向処理された液晶１０６が挟持され、ガラス基板１０
１ａ，１０１ｂ間には液晶１０６を駆動するための交流
電源１０７が接続されている。尚、Ａ１は書き込み光、
Ａ２は読み出し光、Ａ３は出射光である。

【０００７】光吸収層１０４は、基本構成としては不要
であるが、強い読み出し光を使用する場合に、誘電体ミ
ラー１０５で反射しきれなかった光（誘電体ミラー１０
５を構成する薄膜の種類や層数にもよるが、一般に入射
光の１％未満である）が、高感度な光導電層１０３に影
響を与えないようにするために形成される。

【０００８】図７は、上述した空間光変調素子１００の
等価回路図である。この図に示すように、空間光変調素
子１００の光導電層１０３、光吸収層１０４、誘電体ミ
ラー１０５、液晶１０６は、それぞれ抵抗成分と容量成
分の並列構成で表すことができ、これらの各並列構成が
積層順に直列に接続された構成として見なすことができ
る。

【０００９】この図において、１１０ａ，１１０ｂはそ
れぞれ光導電層１０３の抵抗成分と容量成分、１１１
ａ，１１１ｂはそれぞれ光吸収層１０４の抵抗成分と容
量成分、１１２ａ，１１２ｂはそれぞれ誘電体ミラー１
０５の抵抗成分と容量成分、１１３ａ，１１３ｂはそれ
ぞれ液晶１０６の抵抗成分と容量成分である。尚、上述
した各抵抗成分と容量成分のうち、構成する物質により
異なるが、少なくとも光吸収層１０４、誘電体ミラー１
０５、液晶１０６の各抵抗成分１１１ａ，１１２ａ，１
１３ａは、絶縁体特性として扱って差し支えない。

【００１０】次に、上述した空間光変調素子１００の動
作について説明する。

【００１１】ガラス基板１０１ａ側に照射される書き込
み光Ａ１の強弱により、光導電層１０３のインピーダン
スが光電変換により変化する。その結果、液晶１０６の
両端にかかる電圧が変化し、液晶１０６の光学状態を変
化させる。こうした状態で読み出し光Ａ２を照射する
と、液晶１０６の光学状態に応じた光が誘電体ミラー１
０５で反射され、出射光Ａ３としてスクリーンなどに投
影される。

【００１２】即ち、書き込み光Ａ１が光導電層１０３に
照射されない状態では、光導電層１０３の抵抗成分１１
０ａは十分に高抵抗であり、その結果、図７に示した等
価回路図からも明らかなように、液晶１０６には、光導
電層１０３、光吸収層１０４、誘電体ミラー１０５、液
晶１０６の各容量成分１１０ｂ，１１１ｂ，１１２ｂ，
１１３ｂの容量分割により、かかる電圧が略決定され
る。

【００１３】一方、光導電層１０３に書き込み光Ａ１が
照射されると、その部分で光電流が発生し、実効的に抵
抗成分１１０ａの大きさが小さくなったことと等価にな
り、書き込み光Ａ１が照射されなかった状態に比べ、液
晶１０６にかかる電圧が変化する。

【００１４】しかしながら、上述した従来の空間光変調
素子１００の構成では、以下のような問題点があった。

【００１５】上述した空間光変調素子１００では、液晶
１０６にかかる電圧は光導電層１０３のインピーダンス
変化によって制御されるが、その電圧変化範囲は、図７
に示した等価回路図からも明らかなように、光導電層１
０３、光吸収層１０４、誘電体ミラー１０５、液晶１０
６の各抵抗成分１１０ａ，１１１ａ，１１２ａ，１１３
ａ、及び各容量成分１１０ｂ，１１１ｂ，１１２ｂ，１
１３ｂの比によって決定される。

【００１６】尚、光吸収層１０４、誘電体ミラー１０
５、液晶１０６の各抵抗成分１１１ａ，１１２ａ，１１
３ａについては、上述したように絶縁体として扱うこと
ができる。また、光導電層１０３については、書き込み
光Ａ１が照射されていない時は光電流が流れるため、実
質的に、ある抵抗体として扱うことができる。

【００１７】ところで、液晶を用いてその光学状態をア
ナログ的に変化させようとした場合、液晶にある程度以
上の電圧を印加する必要がある。即ち、アクティブマト
リクス型の液晶装置に広く用いられているＴＮ（Twiste
d Nematic ）モードの液晶の電圧−透過率（Ｖ−Ｔ）曲
線（図８参照）から明らかなように、液晶にある値以上
の電圧がかからないとその光学状態が初期状態と変化し
ない電圧（光学的閾値電圧、図中のＶｔ）以上の電圧を
印加する必要がある。また、表示特性（コントラスト
比、階調数など）を上げるために、ある値以上の電圧
（図中のＶmax ）までの信号電圧が液晶に印加される。

【００１８】このように、液晶にかかる電圧振幅範囲
（Ｖmax −Ｖｔ）は、信号電圧の中心電圧に対して正負
それぞれ通常４〜５ｖ程度（尚、図８の横軸は通常Ｖrm
s で表され、高分子分散型液晶を用いた場合は、同程度
が、さらに１〜２ｖ程度振幅は大きくなる）である。

【００１９】そして、上述した空間光変調素子１００に
おいても、読み出し光Ａ２の光変調に液晶１０６を用い
ているので、その駆動に対する考え方は同じである。例
えば、空間光変調素子１００の光導電層１０３として、
a-Si:H（ε; 10 ,膜厚T; 2.0μm , ρs; 2E7〜2E3 Ω/c
m²）、光吸収層１０４として、CdTe（ε; 10 ,膜厚T;3.
0μm , ρs; 3.5E7Ω/cm²）、誘電体ミラー１０５とし
て、SiO₂/HfO₂ ( n; 1.46/n; 2.08 , ε; 4/ε; 8 , 膜
厚T; 0.1μm X 10Layers/膜厚T; 0.1μm X 11Layers
，ρs; 2.2E8Ω/cm²）、液晶１０６として、ε; 10 ,
膜厚T; 4.0μm ，ρs; 5E11 Ω/cm²の材料を用いた場合
に、液晶１０６にかかる電圧について考察してみる。

【００２０】図９は、光導電層（a-Si:H層）１０３の抵
抗と液晶１０６にかかる電圧との関係を示した図であ
る。

【００２１】この図から明らかなように、光導電層１０
３に書き込み光Ａ１が照射されることによってその抵抗
が変化することを想定した場合、上述した層構成の空間
光変調素子１００では、液晶１０６にかかる電圧Ｖ１
（点線）の振幅範囲は１ｖ程度（透明電極１０２ａ，１
０２ｂ間に印加される交流電源１０７は１０ｖである）
であり、この振幅範囲内で表示特性を出せる液晶のモー
ドを用いる必要がある。しかしながら、液晶１０６にか
かる電圧Ｖ１の振幅範囲が１ｖ程度で表示特性を出せる
液晶モードでは、１ｖ程度の狭い範囲で多階調表示を行
う必要があり、装置全体のシステム設計が非常に難しい
ものとなる（例えば、１ｖで６４階調表示をしようとし
た場合、１階調当たり１６ｍｖで制御する必要があ
る）。

【００２２】このような問題点を回避するためには、図
７に示した等価回路において、光導電層１０３の容量を
非常に小さくするか（膜厚を厚くする）、液晶１０６の
容量を大きくする（膜厚を薄くする）必要がある。この
ため、光導電層をＢＳＯ結晶で構成した例がある（例え
ば、SID 90 DIGEST,p.327 ）。この光導電層は、単結晶
であるため膜厚が非常に厚く（〜２５０μｍ）、上述し
た条件を満足するものである。

【００２３】しかしながら、単結晶であるが故に、a-S
i:Hのように大面積に薄膜を形成することが困難であ
る。また、横方向の抵抗が無視できず、その結果、解像
度が出にくくなり、更に、バンドギャップが大きいた
め、書き込み光は単波長に限定され、キャリアの動作速
度も遅いという問題点があつた。

【００２４】このため、上述した問題点を解決するため
に、従来、図１０に示すように、光導電層にa-Si:Hのよ
うな薄膜を用いて、且つ、液晶にかかる電圧の振幅範囲
がより大きくなるように構成された空間光変調素子２０
０が提案されている。

【００２５】この空間光変調素子２００は、図６に示し
た空間光変調素子１００の誘電体ミラー１０５の代わり
に分割された多数の金属ミラー２０１を光導電層１０３
上に形成した構成であり、光吸収層は形成されていな
い。他の構成は図６に示した空間光変調素子１００と同
様である。また、図１１は、上述した空間光変調素子２
００の等価回路図である。この図に示すように、この空
間光変調素子２００では、光導電層１０３と液晶１０６
の各抵抗成分１１０ａ，１１３ａと容量成分１１０ｂ，
１１３ｂの並列構成が直列に接続された構成として見な
すことができる。金属ミラー２０１は、上述した誘電体
ミラー１０５と異なり、各画素に対応して分割形成する
必要があるが、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と反射
電極との組み合わせに対しては、製造工程は非常に簡単
である（基本的にパタンニング工程は１回で済み、ま
た、マスク合わせも必要なく成膜工程も少ないので、ご
み等の付着による歩留り低下の心配もない）。

【００２６】また、液晶１０６にとって非常に大きな問
題である基板段差もＴＦＴがないぶん小さくて済み、そ
の結果、非常に高密度の画素を形成できる可能性があ
る。更に、上述した誘電体ミラー１０５は、高屈折率及
び低屈折率の誘電体材料を何層にも積層した多層干渉膜
で構成されているために、製造工程が多くなり、また、
広い波長領域に渡って高い反射率を維持するために多数
の積層が必要になるが、金属ミラー２０１は、波長に関
係なく全ての光を高い反射率で反射できる。

【００２７】そして、この空間光変調素子２００では、
図９に示したように、上述した光導電層１０３と液晶１
０６とを組み合わせた場合での液晶１０６にかかる電圧
Ｖ２（実線）の振幅範囲は３．５ｖ程度（透明電極１０
２ａ，１０２ｂ間に印加される交流電源１０７は１０ｖ
である）であり、図６に示した空間光変調素子１００に
対して３．５倍程度に電圧振幅範囲が広くなる。

【００２８】しかしながら、上述した従来の空間光変調
素子２００の構成では、以下のような問題点があった。

【００２９】図１２に示すように、各画素に対応して金
属ミラー２０１が分割形成されているので、各金属ミラ
ー２０１間に隙間２０２ができる（尚、図６に示した液
晶表示装置１００では誘電体ミラー１０５を用いている
ので、横方向電荷のリークはない）。この隙間２０２
は、金属ミラー２０１を形成する工程（例えば、ホトリ
ソグラフ工程）の精度によって決定されるが、せいぜい
１〜２μｍ程度である。金属ミラー２０１の大きさは、
ガラス基板１０１ａ，１０１ｂの大きさと画素数にもよ
る。例えば、対角３インチのガラス基板に１５００^H ×
１０００^V の画素を形成すると、１画素当たり約２０μ
ｍ程度の大きさになる。

【００３０】そして、ガラス基板１０１ｂ側から読み出
し光Ａ２が照射されると、各金属ミラー２０１上に照射
された光（読み出し光Ａ２）は出射光Ａ３として反射さ
れるが、金属ミラー２０１間の隙間２０２に入射した光
（読み出し光Ａ２）は、そのまま光導電層１０３まで入
っていく。その結果、隙間２０２の部分の光導電層１０
３の抵抗が低下し、隣接ビット間の信号のクロストーク
を引き起こす。この結果、表示される画像は、解像感の
ないぼやけたものになってしまう。

【００３１】このため、金属ミラー２０１間の隙間２０
２の部分を何らかの薄膜で遮光することが考えられる。
例えば、図１３に示すように、光導電層１０３上の全面
に絶縁層２０３を形成し、各金属ミラー２０１間の隙間
２０２がある部分の光導電層１０３上に遮光膜２０４を
形成するような構成が考えられる。

【００３２】しかしながら、図１３に示すような絶縁層
２０３を形成すると、金属ミラー２０１にしたことによ
って層の数を減らした意味合いがなくなり、また、各金
属ミラー２０１間の隙間２０２に遮光膜２０４を形成す
ることによって新たなプロセスが必要となる。更に、金
属ミラー２０１のエッジ部分で遮光膜２０４による段差
が生じ、この部分で照射される読み出し光に乱れが生じ
てしまう等の問題点がある。

【００３３】そこで、本発明は、液晶の光学状態に応じ
た光を反射する分割された金属ミラーの、その隙間に遮
光膜等を形成することなく、金属ミラー間の隙間を遮光
状態にして高品位な表示を行うことができる液晶を用い
た空間光変調素子及びその製造方法を提供することを目
的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、互いに対向するように配置さ
れた一対の第１，第２の透明絶縁基板間に液晶を挟持
し、前記第１の透明絶縁基板には透明電極が形成され、
前記第２の透明絶縁基板には透明電極、光導電層、分割
形成された多数の金属ミラーが順次積層されており、前
記各透明電極間に電圧を印加し、前記第２の透明絶縁基
板側から前記光導電層に書き込み光を照射すると共に、
前記第１の透明絶縁基板側から読み出し光を照射するこ
とにより、前記読み出し光が前記液晶及び金属ミラーを
介して変調されて読み出される液晶を用いた空間光変調
素子において、前記光導電層は、その表面に分割された
前記金属ミラーが形成されていない領域での光電変換特
性が劣化するように形成されていることを特徴としてい
る。

【００３５】また、前記金属ミラーは、画素に対応して
分割形成されていることを特徴としている。

【００３６】また、前記光導電層は、水素を含んだ非晶
質シリコン膜からなることを特徴としている。

【００３７】また、液晶がその間に挟持される一対の第
１，第２の透明絶縁基板にそれぞれ透明電極を形成する
工程と、前記第２の透明絶縁基板に形成した前記透明電
極上に光導電層を形成する工程と、前記光導電層上に多
数の金属ミラーを分割形成する工程とを少なくとも有す
る液晶を用いた空間光変調素子の製造方法において、前
記光導電層上に多数の金属ミラーを分割形成した後、前
記金属ミラーが分割形成された前記光導電層に前記金属
ミラー側から、光又はエネルギービームを所定時間照射
する工程を有することを特徴としている。

【００３８】（作用）上述した光導電層等に用いた水素
を含む非晶質シリコン（a-Si:H）は、その特異な構造
（シリコン原子の未結合手を水素原子が終端している）
により、光を照射しない場合にはその膜中を流れる電流
（暗電流）は非常に小さく、光を照射した場合には、そ
の膜中を流れる電流（光電流）は非常に大きいという特
徴がある。また、そのＳ／Ｎ比は、膜の成膜条件や照射
される光の強さなどによって変わるが、通常、３〜４桁
以上とれる。

【００３９】この時、光電流の大きさに関する因子とし
て、膜中の水素原子がある。膜中の水素濃度がある範囲
の場合に光電流は非常に大きくとれるが、膜中の水素濃
度が非常に少ないか、或は全くない場合には、光電流は
ほとんど観察されない。

【００４０】膜中の水素濃度は、成膜条件で制御できる
が、予め膜中に取り込まれている水素は、熱や紫外線等
のエネルギービームを照射することによっても減少させ
ることができる。

【００４１】また、水素量そのものはほとんど変化しな
くても、光を当て続けることで水素原子の結合が変化
し、光電流がほとんど得られなくなる状態を作り出すこ
とができる（図５参照）。図５において、横軸は光照射
時間、縦軸は照射後の光電流の初期状態の光電流に対す
る比であり、照射光として、１００mw/cm²のハロゲンラ
ンプを用いた。

【００４２】図５に示した測定結果から、このハロゲン
ランプで１０００分間程度照射し続けると、光電流（光
変換特性）は初期状態の１／２０以下に低下することが
分かる。このように、照射による非晶質シリコン（a-S
i:H）の劣化（光電流の減少）の程度は、非晶質シリコ
ン（a-Si:H）の成膜条件や光の照射条件によっても変わ
るが、例えば、照射光の強度を強くしたり、照射時間を
長くするとさらに劣化の度合いは大きくなる。

【００４３】上述した照射による非晶質シリコン（a-S
i:H）の劣化（光電流の減少）の詳しいメカニズムは分
かっていないが、光照射によって膜中の水素の結合状態
が変化し、膜内のトラップ準位密度が上昇するためであ
ると考えられている。この状況は、非晶質シリコン（a-
Si:H）の技術分野では光劣化現象として知られている。
そして、非晶質シリコン（a-Si:H）の持つ光電変換特性
をセンサーとして応用しようとした場合、上述した光劣
化現象は信頼性上問題となるが、本願本発明者は、逆に
この光劣化現象を利用することを考えた。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る実施の形態について説明する。

【００４５】図１は、実施の形態に係る液晶を用いた空
間光変調素子を示す概略断面図である。この空間光変調
素子１は、対向して配置された一対のガラス基板２，３
を備えており、ガラス基板２，３間には、液晶４が挟持
されている。

【００４６】書き込み光Ａ１が照射されるガラス基板２
には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などからなる透明
電極５、水素を含んだ非晶質シリコン（a-Si:H）からな
る光導電層６、アルミニウム膜などからなる分割された
多数の金属ミラー７が順次積層されている。また、読み
出し光Ａ２が照射されるガラス基板３には、ＩＴＯ膜な
どからなる透明電極８が形成されており、この透明電極
８と金属ミラー７間に配向処理された液晶４が注入され
ている。

【００４７】光導電層６は、その表面に金属ミラー７が
形成されている部分に書き込み光Ａ１が照射され、その
表面に金属ミラー７が形成されていない部分には読み出
し光Ａ２が照射される。尚、Ａ３は出射光である。

【００４８】また、光導電層６は、その表面に金属ミラ
ー７が形成されている領域６ａでは成膜時そのままの特
性、即ち良好な光電変換特性を有しているが、その表面
に金属ミラー７が形成されていない領域６ｂでは光電変
換特性が劣化した構造になっている（詳細は後述す
る）。即ち、光導電層６は、その表面に金属ミラー７が
形成されていない領域６ｂでは、その薄膜の垂直方向の
抵抗値は暗抵抗時と同程度のオーダであり、分割形成さ
れた各金属ミラー７間の遮光領域として作用する。

【００４９】

【実施例】次に、実施例を挙げて上述した空間光変調素
子１の構造を詳細に説明する。

【００５０】図１に示した空間光変調素子１において、
厚さ１．１ｍｍのガラス基板２，３上には、膜厚が１５
００ÅのＩＴＯ膜からなる透明電極５，８がそれぞれ形
成されている。また、光導電層６は膜厚が２μｍの水素
を含んだ非晶質シリコン（a-Si:H）膜で形成され、金属
ミラー７は膜厚が２０００Åのアルミニウム膜で分割形
成されている。金属ミラー７は、１辺が３８μｍの正方
形状に形成されており、隣接する各金属ミラー７間の間
隔は２μｍである。ガラス基板２，３間に挟持される液
晶４には、例えば、４５°ツイストネマチックモードの
液晶を用いた。次に、上述した空間光変調素子１の製造
方法を、図２（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

【００５１】先ず、対角３インチのガラス基板２上の全
面に、スパッタリング法により膜厚１５００Åの透明電
極（ＩＴＯ膜）５を成膜した後、その表面上にプラズマ
ＣＶＤ法により膜厚２μｍの水素を含んだ非晶質シリコ
ン（a-Si:H）からなる光導電膜（a-Si:H膜）６を成膜す
る（図２（ａ）参照）。光導電層（a-Si:H膜）６の成膜
条件は、SiH₄/H₂ ；２００sccm/ ７５０sccm 、Power ；
９０w 、 Sub Temp. ；２５０℃とした。

【００５２】尚、図では省略したが、ガラス基板３にも
同様にしてスパッタリング法により膜厚１５００Åの透
明電極（ＩＴＯ膜）８を成膜する。

【００５３】次に、光導電層（a-Si:H膜）６上の全面
に、スパッタリング法により膜厚２０００Åのアルミニ
ウム膜９を成膜した後、フォトリソグラフィ法によりそ
の表面に所定形状のフォトレジスト膜１０を塗布してパ
ターニングする（図２（ｂ）参照）。

【００５４】次に、パターニングしたフォトレジスト膜
１０をマスクにしてアルミニウム膜９をパターニングし
た後、フォトレジスト膜１０を除去し、分割された正方
形状（１辺３８μｍ）のアルミニウム膜からなる金属ミ
ラー７を多数形成する（図２（ｃ）参照）。

【００５５】次に、このガラス基板２全面に、金属ミラ
ー７側からハロゲンランプ（図示省略）で１００mw/cm²
のハロゲン光Ｂを１０００分程度照射する（図２（ｄ）
参照）。

【００５６】ハロゲン光Ｂを照射した際、光導電層６の
金属ミラー７が形成されている領域６ａではその表面で
ハロゲン光Ｂが反射して、下地の光導電層６には何ら影
響はないが、金属ミラー７が形成されていない領域（光
導電層６が露出している部分）６ｂでは、そのままハロ
ゲン光Ｂが照射される。この結果、上述したように光導
電層６のハロゲン光Ｂが照射された領域６ｂでは、その
膜中のトラップ準位密度が増加して光電流がほとんど観
察されず、光電変換特性が初期状態の１／２０以下に劣
化した。即ち、金属ミラー７にセルファラインに光に対
して反応しない領域が形成された（図２（ｅ）参照）。

【００５７】次に、これらのガラス基板２，３を貼り合
わせてその隙間に液晶（例えば、４５°ツイストネマチ
ックモードの液晶）４を注入することにより、図１に示
した空間光変調素子１が作成される。

【００５８】この空間光変調素子１に対して、書き込み
光源としてＣＲＴ、読み出し光源として１．５kwの短ア
ーク長キセノンランプを用いて、金属ミラー７が形成さ
れていない領域６ｂと金属ミラー７が形成されている領
域６ａでの光導電層６の垂直方向の抵抗値を測定した。
尚、この時の書き込み光Ａ１の強度は最大で１００(lu
x) 、読み出し光Ａ２の強度は１０００００(lux) とし
た。

【００５９】この測定の結果、光導電層６の金属ミラー
７が形成されている領域６ａの抵抗値は、１Ｅ１１Ω・
cmオーダー（暗抵抗）から１Ｅ７Ω・cmオーダー（光照
射時）まで変化したのに対して、光導電層６の金属ミラ
ー７が形成されていない領域６ｂの抵抗値は、読み出し
光Ａ２が照射されているにもかかわらず、金属ミラー７
が形成されている領域６ａの暗抵抗値と同程度のオーダ
ーであり、金属ミラー７が形成されていない領域６ｂ
が、分割形成されている金属ミラー７間の遮光領域とし
て十分作用していることが実証された。

【００６０】そして、図３に示すような拡大透写するプ
ロジェクション装置２０に上述した空間光変調素子１を
用いて、本発明の効果を確認した。

【００６１】このプロジェクション装置２０は、書き込
み光源としてのＣＲＴ２１、読み出し光源としての１．
５kw短アーク長キセノンランプ２２、リフレクター２
３、偏向ビームスプリッタ２４、透写光学レンズ系２
５、スクリーン２６、及び空間光変調素子１とを備えて
おり、空間光変調素子１による光画像増幅機能よってス
クリーン２６上に、対角４０インチに画像を拡大投影し
た。

【００６２】この時のスクリーン２６上での水平方向の
解像度は約１４００ＴＶ本であり、高品位の表示画像と
しての性能を確認した。尚、図１０に示した従来構造の
金属ミラー２０１を有する同一サイズの空間光変調素子
２００を代わりに用いて同様に拡大投影したところ、金
属ミラーの数が同じでありながらほとんど解像しなかっ
た。

【００６３】また、図６に示した誘電性ミラー１０５を
有する同一サイズの空間光変調素子１００を代わりに用
いて同様に拡大投影して比較した結果、本実施例の空間
光変調素子１とほぼ同じ解像度であった。尚、本実施例
の空間光変調素子１では、１０ｖの交流電圧を印加した
が、図６に示した空間光変調素子１００では、２０ｖの
交流電圧を印加した。また、図６に示した空間光変調素
子１００に本実施例と同じ１０ｖの交流流電圧を印加し
た場合には、解像度はほとんど変わらなかったが、表示
階調数が少なく淡い感じ（ノーマリーホワイトモード表
示）の画像になった。

【００６４】また、本実施例の空間光変調素子１を用い
た場合、表示画面の明るさについては、図６の構成の空
間光変調素子１００を用いた場合の約９０％の明るさが
確保され、実用上ほとんど差し支えないレベルであっ
た。この明るさは、金属ミラー７の画素領域ピッチに占
める面積比率とほぼ一致する。

【００６５】尚、上述した空間光変調素子１の製造方法
では、光導電層６の全面に金属ミラー７側からハロゲン
光Ｂを１０００分程度照射したが（図２（ｄ）参照）、
光導電層６の全面に金属ミラー７側からハロゲン光Ｂを
１００分程度照射した場合においても、光導電層６のハ
ロゲン光Ｂが照射された領域６ｂでは、その膜中のトラ
ップ準位密度が増加して光電流がほとんど観察されず、
光電変換特性が初期状態の１／１０以下に劣化した。即
ち、金属ミラー７にセルファラインに光に対して反応し
ない領域が形成された。

【００６６】更に、上述した空間光変調素子１の製造方
法では、光導電層６の全面に金属ミラー７側からハロゲ
ン光Ｂを照射したが（図２（ｄ）参照）、光導電層６の
全面に金属ミラー７側からHe-Ne レーザー光を所定時間
（例えば、１００分程度以上）照射した場合において
も、光導電層６のHe-Ne レーザー光が照射された領域６
ｂでは、その膜中のトラップ準位密度が増加して、光電
流がほとんど観察されなかった。即ち、金属ミラー７に
セルファラインに光に対して反応しない領域が形成され
た。

【００６７】また、上述した実施例では、図３に示した
ようなプロジェクション装置２０に上述した空間光変調
素子１を用いて、本発明の効果を確認したが、これ以外
にも、例えば、図４に示すようなプロジェクション装置
３０を用いることもできる。このプロジェクション装置
３０は、書き込み光源としてのＣＲＴ３１、読み出し光
源としての１．５kw短アーク長キセノンランプ３２、リ
フレクター３３、反射ミラー３４、透写光学系としての
シュリーレン光学系３５、スクリーン３６、及び空間光
変調素子１とを備えており、空間光変調素子１による光
画像増幅機能よってスクリーン３６上に、対角４０イン
チに画像を拡大投影した。

【００６８】この時のスクリーン３６上での水平方向の
解像度は約１４００ＴＶ本であり、前記同様に高品位の
表示画像としての性能を確認した。尚、空間光変調素子
１へは、前記同様に１０ｖの交流電圧を印加した。

【００６９】また、上述した実施例では、ガラス基板
２，３間に挟持される液晶４として、４５°ツイストネ
マチックモードの液晶を用いたが、これ以外にも例え
ば、高分子分散モードやゲスト−ホストモードの液晶、
強誘電性液晶等を用いてもよい。

【００７０】また、上述した実施例では、書き込み光源
としてＣＲＴを用いたが、これ以外にも例えば、液晶デ
ィスプレイ、レーザー光による書き込み、スライドなど
の静止画を白色光源を用いて投影することもできる。

【００７１】更に、上述した実施例では、光導電層６の
金属ミラー７が分割形成されていない領域６ｂでの光電
変換特性を劣化させる手段として、光源（ハロゲンラン
プ）から光を照射したが、これ以外にも例えば、レーザ
ー光、熱、紫外線等のエネルギービームの照射によって
も、光導電層６の金属ミラー７が分割形成されていない
領域６ｂでの光電変換特性を劣化させることができる。

【００７２】また、上述した実施例では、特にカラー画
像については言及していないが、従来から用いられてい
る色分解・合成ミラー光学系や、カラーフィルターと組
み合わせることにより、容易にカラー画像が形成できる
ことは明らかである。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空間
光変調素子は、光導電層表面の金属ミラーが分割形成さ
れていない領域での光電変換特性が劣化するように形成
されているので、金属ミラー間の隙間の遮光を遮光膜な
どを形成することなしに、金属ミラー間の隙間を遮光状
態にして、解像度のよい高品位な画像表示ができる。

【００７４】また、本発明に係る空間光変調素子を透写
型ディスプレイに用いることにより、光導電層表面の金
属ミラーが分割形成されていない隙間を遮光膜などを形
成することなく遮光状態にすることができるので、低コ
ストで高画質な画像を拡大表示することができる。

【００７５】また、本発明に係る製造方法によれば、そ
の表面に金属ミラーが分割形成された光導電層に対して
光又はエネルギービームを照射することによって、光導
電層表面の金属ミラーが分割形成されていない領域での
光電変換特性を劣化させることができるので、金属ミラ
ー間の隙間の遮光を遮光膜などを形成することなしに、
金属ミラー間の隙間を遮光状態にして、解像度のよい高
品位な画像表示ができる空間光変調素子を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶を用いた空間光
変調素子を示す概略断面図。

【図２】本発明の実施例に係る空間光変調素子の製造方
法を説明するための図で、（ａ）は透明電極と光導電層
の成膜工程を示す図、（ｂ）はアルミニウム膜とフォト
レジスト膜の成膜工程を示す図、（ｃ）はアルミニウム
膜からなる金属ミラーの形成工程を示す図、（ｄ）は光
導電層へのハロゲン光の照射工程を示す図、（ｅ）はハ
ロゲン光の照射により光電変換特性の劣化した領域が形
成された光導電層の形成工程を示す図。

【図３】本発明に係る空間光変調素子を用いたプロジェ
クション装置の構成を示す図。

【図４】本発明に係る空間光変調素子を用いたプロジェ
クション装置の構成を示す図。

【図５】光導電膜への光照射時間と光電流との関係を示
す図。

【図６】従来例に係る空間光変調素子の一例を示す概略
断面図。

【図７】図５に示した空間光変調素子の等価回路を示す
図。

【図８】液晶にかかる電圧と透過率との関係を示す図。

【図９】光導電層の抵抗と液晶にかかる電圧との関係を
示す図。

【図１０】従来例に係る空間光変調素子の一例を示す概
略断面図。

【図１１】図９に示した空間光変調素子の等価回路を示
す図。

【図１２】図９に示した空間光変調素子の問題点を説明
するための図。

【図１３】従来例に係る空間光変調素子の一例を示す概
略断面図。

【符号の説明】

１空間光変調素子２ガラス基板（第２の透明絶縁基板）３ガラス基板（第１の透明絶縁基板）４液晶５，８透明電極６光導電層７金属ミラー２０，３０プロジェクション装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向するように配置された一対の
第１，第２の透明絶縁基板間に液晶を挟持し、前記第１
の透明絶縁基板には透明電極が形成され、前記第２の透
明絶縁基板には透明電極、光導電層、分割形成された多
数の金属ミラーが順次積層されており、前記各透明電極
間に電圧を印加し、前記第２の透明絶縁基板側から書き
込み光を照射すると共に、前記第１の透明絶縁基板側か
ら読み出し光を照射することにより、前記読み出し光が
前記液晶及び金属ミラーを介して変調されて読み出され
る液晶を用いた空間光変調素子において、前記光導電層は、その表面に前記金属ミラーが分割形成
されていない領域での光電変換特性が劣化するように形
成されている、ことを特徴とする液晶を用いた空間光変
調素子。
【請求項２】前記金属ミラーは、画素に対応して分割
形成されている、請求項１記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項３】前記金属ミラーは、膜厚数千Åのアルミ
ニウム膜からなる、請求項１又は２記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項４】前記光導電層は、水素を含んだ非晶質シ
リコン膜からなる、請求項１記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項５】表面に前記金属ミラーが分割形成されて
いない領域での前記光導電層の光電変換特性は、前記金
属ミラーが分割形成されている領域に対して１／１０以
下に劣化している、請求項１記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項６】前記書き込み光はＣＲＴである、請求項１記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項７】前記読み出し光はキセノンランプであ
る、請求項１記載の液晶を用いた空間光変調素子。
【請求項８】液晶がその間に挟持される一対の第１，
第２の透明絶縁基板にそれぞれ透明電極を形成する工程
と、前記第２の透明絶縁基板に形成した前記透明電極上
に光導電層を形成する工程と、前記光導電層上に多数の
金属ミラーを分割形成する工程とを少なくとも有する液
晶を用いた空間光変調素子の製造方法において、前記光導電層上に多数の金属ミラーを分割形成した後、
前記金属ミラーが分割形成された前記光導電層に前記金
属ミラー側から、光又はエネルギービームを所定時間照
射する工程を有する、ことを特徴とする液晶を用いた空間光変調素子の製造方
法。
【請求項９】前記金属ミラーは、前記光導電層上にス
パッタリング法により成膜されたアルミニウム膜をフォ
トリソグラフィ法により画素に対応して分割形成され
る、請求項８記載の液晶を用いた空間光変調素子の製造方
法。
【請求項１０】前記光導電層は、プラズマＣＶＤ法に
より水素を含んだ非晶質シリコン膜で形成される、請求項８記載の液晶を用いた空間光変調素子の製造方
法。
【請求項１１】前記光又はエネルギービームの照射時
間は、１００分以上である、請求項８記載の液晶を用いた空間光変調素子の製造方
法。
【請求項１２】前記光は１００mw/cm²のハロゲン光で
ある、請求項８又は１１記載の液晶を用いた空間光変調素子の
製造方法。
【請求項１３】表面に前記金属ミラーが分割形成され
ていない領域での前記光導電層の光電変換特性は、前記
金属ミラーが分割形成されている領域に対して１／１０
以下に劣化している、請求項８記載の液晶を用いた空間光変調素子の製造方
法。