JPH0980465A

JPH0980465A - 液晶を用いた空間光変調素子及びその製造方法と、該空間光変調素子を用いた透写型表示装置

Info

Publication number: JPH0980465A
Application number: JP7259580A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kondo; 茂樹近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度で階調表示に優れた、液晶を用いた
空間光変調素子を提供する。【解決手段】透明導電膜を有する第１の透明絶縁基板
と、透明導電膜１０２、光導電層１０３、表示画素に対
応して分割された金属ミラー１０５を有する第２の透明
絶縁基板１０１との間に、液晶を挟持した構成を有する
空間光変調素子において、金属ミラー部分の光導電層１
０３ａが非晶質シリコンからなり、金属ミラー間の間隙
部分の光導電層１０３ｂが多結晶シリコンからなること
を特徴とする。【効果】特別な遮光膜を形成すること無しに、隣接ビ
ット間のクロストークを防止できる。

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、その光画像増幅機能を利用した透写型
表示装置に関する。

【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上で、臨場感溢れる大画面は必要
不可欠である。ＣＲＴで代表される従来の直視型ディス
プレイでは、大画面化に物理的な制約が有り、拡大透写
するプロジェクション方式に期待が寄せられている。

【０００３】一方、空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｔ
ｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）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り、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。このため、ディスプレイ、
光情報処理、光通信の分野で幅広い応用が期待されてい
る。特に、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
できる可能性が有り、研究・開発が盛んに行われている
（例えば、ＳＩＤ９０ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．３２７、
ＳＩＤ９１ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．２５０、フラットパ
ネルディスプレイ１９９４，ｐ．１８６，日経マグロフ
ィル社刊、等）。

【０００４】従来の透写型ディスプレイに用いられてき
たＳＬＭデバイスの基本構成を図６に示す。

【０００５】このＳＬＭは、２枚のガラス基板６０１に
挟まれた数層の薄膜から構成されている。薄膜層は、光
導電層６０３と、光吸収層６０４、誘電体ミラー６０
５、液晶層６０６からなる。これらの外側を透明電極６
０２で挟み、両電極間に交流電圧６０７を印加する。光
吸収層６０４は、基本構成としては不要だが、強い読み
出し光を使用する場合に、誘電体ミラー６０５で反射し
きれなかった光（誘電体ミラーを構成する膜の種類や層
数にもよるが、入射光の１％未満であろう）が、高感度
な光導電層に影響を与えないようにするために形成され
る。

【０００６】このような構成のＳＬＭデバイスを等価回
路で表すと図７のようになる。上述の各薄膜層は、それ
ぞれが抵抗成分と容量成分の並列構成で表すことができ
る。そして、それらの並列構成が薄膜の構成順に直列に
並んだ構成として考えることができる。ここで、６０
３’，６０３”は光導電層の抵抗成分と容量成分、同様
に６０４’，６０４”は光吸収層のそれぞれの成分、６
０５’，６０５”は誘電体ミラーのそれぞれの成分、６
０６’，６０６”は液晶層のそれぞれの成分である。そ
れぞれの成分の大きさは、構成する物質により異なる
が、少なくとも、光吸収層の抵抗成分６０４’、誘電体
ミラーの抵抗成分６０５’、液晶層の抵抗成分６０６’
は絶縁体特性として扱って差し支えない。

【０００７】上記ＳＬＭデバイスの基本動作を図６，図
７をもとに説明する。書き込み光６０８の強弱により、
光導電層６０３のインピーダンスが光電変換により変化
する。その結果、液晶層６０６の両端にかかる電圧が変
化し、液晶層の光学状態を変化させる。こうした状態
で、読み出し光６０９を照射すると、液晶層の光学状態
に応じた光が誘電体ミラー６０５で反射され、出射光６
１０としてスクリーンなどに投影される。すなわち、書
き込み光６０８が光導電層６０３に照射されない状態で
は、光導電層６０３の抵抗成分６０３’は十分高抵抗で
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、各薄膜層の容量成分（６０３”，６０４”，
６０５”，６０６”）の容量分割により、液晶層６０６
にかかる電圧がほぼ決定される。一方、光導電層６０３
に書き込み光６０８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６０３’の大きさが小さく
なったことと等価になり、書き込み光が照射されなかっ
た状態に比べ、液晶層６０６にかかる電圧が変化する。

【０００８】上述のような構成では、以下の問題点が有
った。

【０００９】すなわち、液晶層にかかる電圧は、光導電
層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、ＳＬＭを構成している薄膜層の抵抗及び容量の
比によって決定される。この中で抵抗値については、先
述したように、液晶層、光吸収層、誘電体ミラーはほぼ
絶縁体として扱ってよい。また、光導電層については、
書き込み光が照射されていないときは、ほぼ絶縁体とし
て扱ってよく、また、書き込み光が照射されているとき
は、光電流が流れるため、実質的に或る抵抗体として扱
うことができる。

【００１０】周知の通り、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、液晶層にはある
程度以上の電圧を加える必要がある。図１１に、アクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置に広く用いられているＴ
Ｎ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶の電圧−透
過率（Ｖ−Ｔ）曲線を示す（交流電圧の場合には、横軸
はＶｒｍｓで表される）。液晶層には、その光学状態が
初期状態から変化し始める電圧（光学的閾値電圧、図１
１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、ある程度高い電圧（図１１中のＶｍａｘ）までの信
号電圧を液晶層に加える。このＶｍａｘ−Ｖｔの電圧振
幅範囲は、信号の中心電圧に対して正負それぞれ通常４
〜５［Ｖ］程度（高分子分散型液晶を用いた場合は、同
程度か、さらに１〜２［Ｖ］程度振幅は大きくなる）で
ある。このような駆動に対する考え方は、読み出し光の
光変調に液晶層を用いるＳＬＭデバイスにおいても同じ
である。

【００１１】例えば、光導電層として、ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ε；１０、膜厚Ｔ；２．０μｍ、ρｓ；２Ｅ７〜２Ｅ
３Ω／ｃｍ² ）、光吸収層として、ＣｄＴｅ（ε；１
０、Ｔ；３．０μｍ、ρｓ；３．５Ｅ７Ω／ｃｍ² ）、
誘電体ミラーとして、ＳｉＯ₂ ／ＨｆＯ₂ （ｎ；１．４
６／ｎ；２．０８、ε；４／ε；８、Ｔ；０．１μｍ×
１０Ｌａｙｅｒｓ／Ｔ；０．１μｍ×１１Ｌａｙｅｒ
ｓ、ρｓ；２．２Ｅ８Ω／ｃｍ² ）、液晶層として、
ε；１０、Ｔ；４．０μｍ、ρｓ；５Ｅ１１Ω／ｃｍ²
の材料を仮定する。このような層構成のＳＬＭデバイス
において、液晶層にかかる電圧を考えてみる。

【００１２】図１２に、ａ−Ｓｉ：Ｈ層に書き込み光が
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、液晶層にどの程度の電圧が印加されるかをシ
ミュレーションした結果を示す。グラフの横軸は、ａ−
Ｓｉ：Ｈ層の抵抗、縦軸は、液晶層にかかる電圧であ
る。図中の点線が、上記の仮定に基づいた層構成で構成
されたＳＬＭデバイスについてのシミュレーション結果
である。この計算では、ＳＬＭデバイス全体にかけてい
る交流信号の振幅を１０［Ｖ］とした。

【００１３】図１２から明らかなように、上記の層構成
では、液晶層にかかる電圧は、約１［Ｖ］程度（交流信
号の振幅に比例する）しかなく、この電圧範囲内で表示
特性を出せる液晶のモードを用いる必要がある。仮にこ
の程度の電圧範囲で表示特性が出せる液晶モードが存在
するとしても（実際に、このような条件下でＳＬＭデバ
イスが作られている例はある。フラットパネルディスプ
レイ、１９９４、ｐ．１８６〜）、このような狭い電圧
範囲で多階調表示を行う必要があり、周辺のシステム設
計が非常に難しくなることは容易に想像がつく（１
［Ｖ］で６４階調表現をしようとした場合、１階調当り
１６［ｍＶ］で制御する必要がある）。

【００１４】このような問題点を回避するためには、図
７の等価回路から明らかなように、光導電層の容量を非
常に小さくするか（膜厚を厚くする）、液晶層の容量を
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（ＳＩＤ９
１ＤＩＧＥＳＴｐ．２５０）。この光導電層は、単
結晶であるため、膜厚が非常に厚く（〜２５０μｍ）、
上記の条件を満足するものである。しかしながら、単結
晶であるが故に、ａ−Ｓｉ：Ｈのように大面積に薄膜を
形成することが困難であり、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る、バンドギャップが
大きいため書き込み光は単波長光に限定され、キャリア
の動作速度も遅いという問題点が有った。

【００１５】光導電層にａ−Ｓｉ：Ｈのような薄膜を用
いて、なおかつ、液晶層に電圧がよりかかる構成とし
て、図８に示すような構成が考えられている。

【００１６】図６の構成と比較して、誘電体ミラーの代
わりに、金属ミラー８０５を用いたのが特徴である。金
属ミラーを用いた場合、誘電体ミラーを用いた場合に対
して、ミラーを各画素に対応して分割形成する必要が生
ずるが、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）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り（基本的に、パターニング工程は
１回で済み、マスク合わせも必要なく、また、成膜工程
も少ないのでゴミ等による歩留り低下の心配もない）、
また、液晶にとって非常に大きな問題である基板段差も
ＴＦＴが無い分小さくてすみ、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。また、誘電体ミラー
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。このため、製造工程
が多くなり、また、広い波長領域にわたって高い反射率
を維持するために多数の積層が必要になる。その点、金
属ミラーは、波長に関係なく全ての光を高い反射率で反
射できる。

【００１７】このような構成にすることによって、等価
回路としては、図９に示したように、光導電層と液晶層
との２層だけの直列構造となる。この構成で、先述した
ような材料からなる光導電層と液晶層との組み合わせ
で、液晶層に実際にどの程度電圧が印加できるかをシミ
ュレーションした。その結果を図１２に実線で示した。

【００１８】図１２から明らかなように、図８の構成を
とることで、ＳＬＭデバイスに外部から同じ振幅の交流
電界を加えた場合、液晶層に加わる電圧は、〜３．５
［Ｖ］になり、図６の構成にした場合の３．５倍の電圧
が加わることがわかる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８の
構成をとった場合、以下のような問題が発生する。

【００２０】図１０を用いて図８の構成をとった場合の
問題点を説明する。図６の構成のように誘電体ミラーを
用いる場合には横方向の電荷のリークは無いが、図８の
構成をとる限り、先述したように金属ミラー８０５を分
割形成しなければならない。この結果、金属ミラー間に
隙間ができる。この隙間は、金属ミラーを形成する工程
（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（金属ミラーの
大きさは、基板の大きさと画素数にもよる。例えば、対
角３インチの基板に１５００^H ×１０００^V の画素を形
成すると１画素当り約２０μｍ角程度の大きさにな
る）。

【００２１】このような構成で読み出し光が照射される
と、金属ミラー８０５上に照射された光は図中９１１で
示したように出射側にきれいに反射されるが、隙間の部
分に照射された光９１２はそのまま光導電層６０３に入
射する（図中９２０）。その結果、隙間の部分の光導電
層の抵抗が低下し、隣接ビット間の信号のクロストーク
を引き起こす。この状態のままで絵を表示すると解像感
の無いぼやけた絵になってしまう。

【００２２】従って、金属ミラー間の隙間の部分を何ら
かの層で遮光してやればよい。しかしながら、例えば図
１３に示すように、隙間の部分にのみ遮光物質９２１を
埋め込むような構成では、そのために新たな絶縁層９２
２が必要になり、金属ミラーにしたことによって層数を
減らした意味合いが薄くなる。また、金属ミラー８０５
のエッジ部分でどうしても新たな段差９２３が生じてし
まい、その部分で読み出し光に乱れが生じてしまう等の
問題がある。

【００２３】上述したように、金属ミラーを用いたＳＬ
Ｍデバイスは、層構成が少なくて済み、その結果、外部
から加える交流バイアスが液晶層にかかり易くなり、表
示に必要な電圧のＳ／Ｎが十分とれるようになる。その
ため、液晶のモードとしても従来用いられてきたような
ＴＮモードや高分子分散モードの液晶が使えるようにな
る、階調表現のためのシステム構成が簡単になる、とい
った利点がある。その一方で、どうしても金属ミラー間
に物理的な隙間が生じ、その部分に光漏れがあるため、
解像感の無い表示になってしまう、その部分の遮光をす
れば金属ミラーを用いた利点が薄らぐ、という問題点が
あった。

【００２４】本発明の目的は、光反射層として金属ミラ
ーを用いたＳＬＭデバイスの上記利点を活かしつつ、上
記問題点を解決することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、図８に示し
た基本構成のままで、金属ミラー間の光漏れ対策が可能
な手段を見い出し、本発明に至ったものである。

【００２６】すなわち、本発明の第一は、透明導電膜を
有する第１の透明絶縁基板と、透明導電膜、光導電層、
金属ミラーが順次積層された積層体を有する第２の透明
絶縁基板との間に、液晶を挟持した構成を有する空間光
変調素子において、前記金属ミラーは表示画素に対応し
て分割されており、かつ、該金属ミラー部分の前記光導
電層と該金属ミラー間の間隙部分の前記光導電層との膜
組成が異なることを特徴とする空間光変調素子にある。

【００２７】上記本発明第一は、さらにその特徴とし
て、「前記金属ミラー部分の前記光導電層が非晶質シリ
コンからなり、前記金属ミラー間の間隙部分の前記光導
電層が多結晶シリコンからなる」こと、「前記金属ミラ
ー部分の前記光導電層が水素を含んだ非晶質シリコンか
らなり、前記金属ミラー間の間隙部分の前記光導電層が
水素をほとんど含まない非晶質シリコンからなる」こ
と、「前記金属ミラー部分の前記光導電層と、前記金属
ミラー間の間隙部分の前記光導電層とは、互いに膜の密
度が異なる非晶質シリコンからなる」こと、をも含む。

【００２８】また、本発明の第二は、透明導電膜を有す
る第１の透明絶縁基板と、透明導電膜、光導電層、金属
ミラーが順次積層された積層体を有する第２の透明絶縁
基板との間に、液晶を挟持した構成を有する空間光変調
素子の製造方法において、前記第２の透明絶縁基板の製
造工程が、金属ミラーを分割形成する工程と、該金属ミ
ラー側からエネルギービームを照射する工程とを有する
ことを特徴とする空間光変調素子の製造方法にある。

【００２９】上記本発明第二は、さらにその特徴とし
て、「前記エネルギービームを照射する工程が、前記金
属ミラー間の間隙部分の前記光導電層として形成した非
晶質シリコンを多結晶化する工程を含む」こと、「前記
エネルギービームを照射する工程が、前記金属ミラー間
の間隙部分の前記光導電層として形成した非晶質シリコ
ン中に含まれる水素の含有量を低下させる工程を含む」
こと、をも含む。

【００３０】更に、本発明の第三は、上記本発明第一の
空間光変調素子と、前記第１及び第２の透明絶縁基板上
の前記透明導電膜間に電圧を加える信号源と、前記光導
電層に書き込み光を照射する書き込み光源と、前記第１
の透明絶縁基板側から読み出し光を照射する読み出し光
源と、前記液晶層及び前記金属ミラーを介して変調され
た該読み出し光を表示するための表示用光学系とを有す
ることを特徴とする透写型表示装置にある。

【００３１】本発明によれば、光反射層である金属ミラ
ー部分と金属ミラー間の間隙部分の光導電層との膜組成
を異ならせ、金属ミラー間の間隙部分の光導電層の光照
射時の抵抗値を、金属ミラー部分の光導電層の光照射時
の抵抗値よりも大きくなるようにすることにより、特別
な遮光膜を形成すること無しに、隣接ビット間のクロス
トークを防止できるものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明における、前記金属ミラー
部分と金属ミラー間の間隙部分の光導電層との膜組成を
異ならせる手法について以下に説明する。

【００３３】周知の通り、水素をその膜中に含んだ非晶
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流れる電流（光電
流）は非常に大きい特徴がある。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り変わるが、通
常３〜４桁以上とれる。このとき、光電流の大きさに関
る因子として、膜中の水素濃度がある。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、あるいは、全く無い場
合、光電流は殆ど観察されない。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。また、水素量その
ものは殆ど変化しなくても、光を当て続けることで水素
原子の結合状態が変化し光電流が殆ど得られなくなる状
態を作り出すことができる。

【００３４】また、さらに、熱やエネルギービームの照
射条件によっては、膜中の水素が爆発的に抜けて、膜の
緻密さがなくなり、ぼそぼその膜になる場合がある。こ
のような膜には、もはや、光電流特性を持たせることは
できなくなる。照射条件をさらに制御することで、照射
領域の非晶質シリコン層のみを溶融し、その部分を再度
固化させることによって、固相成長により多結晶シリコ
ン層にすることができる。多結晶シリコンは、結晶粒界
に非常に多くの未結合手が存在し、その結果光照射によ
って結晶粒内で発生したキャリアがすぐトラップされる
ため、光電流は殆ど観察されない。

【００３５】上記の現象を応用して、金属ミラー部分と
金属ミラー間の間隙部分の光導電層との膜組成を異なら
せることができる。即ち、金属ミラー側からエネルギー
ビームを照射することにより、金属ミラーにセルフアラ
イン的に該金属ミラーの下層の光導電層の膜組成を変化
させることができる。

【００３６】上記エネルギービームとしては、例えばエ
キシマレーザー等を用いることができ、基本的にはある
波長を持ったビームにより光導電膜にエネルギー（熱）
を与えることができるものであれば、特に限定されな
い。

【００３７】本発明に係る液晶としては、一般的なＴＮ
モードや高分子分散モードの他にも、強誘電液晶やゲス
ト−ホストモードの液晶等を用いることができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３９】［実施例１］図１に、本実施例によるＳＬ
Ｍデバイスの作成フローを示した。尚、図１では、図８
に示した構造のうち、光導電層が形成された基板側の一
部のみを示しており、対向基板、液晶層及び外部信号源
等は省略している。

【００４０】先ず、本実施例のＳＬＭデバイスの作成方
法について説明する。

【００４１】１）対角３インチのガラス基板１０１上
に、スパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５
００ÅのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）
膜１０２を成膜した後、プラズマＣＶＤ法により光導電
層として膜厚２μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜１０３を成膜し
た。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜条件は、以下の通りである。

【００４２】ＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ；２００ｓｃｃｍ／７５０ｓｃｃｍＰｏｗｅｒ；９０ＷＳｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５０℃

【００４３】次に、同じくスパッタリング法により金属
ミラーとなる膜厚２０００ÅのＡｌ（アルミニウム）膜
１０５を成膜した後、ホトレジスト１１１を塗布し、パ
ターニングした。（図１（ａ））。

【００４４】２）パターニングしたホトレジストをマス
クにＡｌ膜１０５をパターニングした。これにより、一
辺が３８μｍの正方形で、隣接ミラーとの間隙幅が２μ
ｍのＡｌミラーを多数形成した。続いて、ホトレジスト
膜を除去した後、基板全体に、Ａｌ膜１０５側からＡｒ
Ｆエキシマレーザーを照射した（図１（ｂ））。ＡｒＦ
エキシマレーザーの照射条件は、以下の通りである。

【００４５】ＬａｓｅｒＰｏｗｅｒ；１００ｍＪ／ｃｍ² Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５℃ 走査条件；３×３ｍｍ幅

【００４６】３）エキシマレーザーを照射した際、Ａｌ
ミラーが存在するところはそのまま反射され下地のａ−
Ｓｉ：Ｈ層１０３ａには何ら影響は無いが、Ａｌミラー
の存在しないところは、そのままエキシマレーザーが照
射され、膜中の水素が離脱し、水素濃度が著しく減少し
た。すなわち、Ａｌミラーにセルフアライン的に水素濃
度が減少した領域１０３ｂが形成された（図１
（ｃ））。その結果、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０３ａの膜中の
水素濃度は１５ｗｔ％、領域１０３ｂの膜中の水素濃度
は、Ａｌミラー側の表面から５０００Å程度の深さまで
３．０ｗｔ％、それ以降ではＡｌミラーが存在している
ところの濃度と同程度となった。

【００４７】以上のような層構成を有する基板に対し、
最大強度１００ｌｕｘのＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅＲａ
ｙＴｕｂｅ）を書き込み光源として、基板１０１側か
ら書き込み光を照射してＡｌミラーの存在する部分と存
在しない部分の膜の垂直方向の抵抗値を測定したとこ
ろ、Ａｌミラーが存在する領域１０３ａの抵抗値は、１
Ｅ１１Ω・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、Ａｌミラ
ーが存在しない領域１０３ｂの抵抗値は、領域１０３ａ
の暗抵抗値と同程度のオーダーのままであり、領域１０
３ｂがＡｌミラー間の遮光領域として十分作用している
ことが分かった。

【００４８】上記層構成を有する基板と、ガラス基板上
にスパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５０
０ÅのＩＴＯ膜を成膜した別の基板との間に、４５度ツ
イストネマチックモードの液晶を挟み、ＳＬＭデバイス
を構成した。

【００４９】上記ＳＬＭデバイスを用いて、図２に示し
たプロジェクションシステムを作成し、スクリーンに拡
大投影することで本発明の効果を確認した。

【００５０】システムは、書き込み光源としてのＣＲＴ
１、上記構成のＳＬＭデバイス２、読み出し光源として
の１．５ｋＷ短アーク長キセノンランプ４（強度；１０
００００ｌｕｘ）、リフレクター５、偏光ビームスプリ
ッター３、透写光学レンズ６、スクリーン７より成って
おり、スクリーン上に対角４０インチに拡大して本発明
の効果を確認した。

【００５１】本実施例により作成したＳＬＭデバイスを
用いた場合、水平方向の解像度は約１４００ＴＶ本であ
り、高品位の画像表示装置としての性能を確認した。一
方、Ａｌミラーの無い部分に何も処理をしていないもの
は、同じミラー数でありながら殆ど解像しなかった。

【００５２】また、図６で示した構成の同一サイズのＳ
ＬＭデバイスを用いた場合は、解像度に限っては本実施
例の構成とほぼ同じであったが、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
てしまった。

【００５３】また、表示画面の明るさについては、本実
施例では図６の構成の約９０％の明るさが確保され、実
用上はほとんど気にならないレベルと考えられる。この
明るさは、Ａｌミラーの画素領域ピッチに占める面積比
率とよく一致している。

【００５４】［実施例２］図３に、本実施例によるＳＬ
Ｍデバイスの作成フローを示した。尚、図３では、図８
に示した構造のうち、光導電層が形成された基板側の一
部のみを示しており、対向基板、液晶層及び外部信号源
等は省略している。

【００５５】先ず、本実施例のＳＬＭデバイスの作成方
法について説明する。作成手順は、基本的に実施例１で
示したのと同じである。

【００５６】１）対角３インチのガラス基板３０１上
に、スパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５
００ÅのＩＴＯ膜３０２を成膜した後、プラズマＣＶＤ
法により膜厚２μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜３０３を成膜し
た。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜条件は、以下の通りである。

【００５７】ＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ；２００ｓｃｃｍ／７５０ｓｃｃｍＰｏｗｅｒ；９０ＷＳｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５０℃

【００５８】次に、同じくスパッタリング法により膜厚
２０００ÅのＡｌ膜３０５を成膜した後、ホトレジスト
３１１を塗布し、パターニングした。（図３（ａ））。

【００５９】２）パターニングしたホトレジストをマス
クにＡｌ膜３０５をパターニングした。これにより、一
辺が３８μｍの正方形で、隣接ミラーとの間隙幅が２μ
ｍのＡｌミラーを多数形成した。続いて、ホトレジスト
膜を除去した後、基板全体に、Ａｌ膜３０５側からＡｒ
Ｆエキシマレーザーを照射した（図３（ｂ））。ＡｒＦ
エキシマレーザーの照射条件は、以下の通りである。

【００６０】１ｓｔ．ＳｔｅｐＬａｓｅｒＰｏｗｅｒ；１００ｍＪ／ｃｍ² Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５℃ 走査条件；３×３ｍｍ幅２ｎｄ．ＳｔｅｐＬａｓｅｒＰｏｗｅｒ；２００ｍＪ／ｃｍ² Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５℃ 走査条件；３×３ｍｍ幅

【００６１】３）エキシマレーザーを照射した際、Ａｌ
ミラーが存在するところはそのまま反射され下地のａ−
Ｓｉ：Ｈ層３０３ａには何ら影響は無いが、Ａｌミラー
の存在しないところは、表面層付近（照射面からの深さ
方向で、約０．５μｍ）はエキシマレーザーの照射の影
響が及ぶ。エキシマレーザーの照射を２段階に分けたの
は、１段階目の照射で、表面層付近の非晶質シリコン中
の水素を離脱させ、２段階目の照射で、１段階目の照射
で水素濃度を低下させた部分の非晶質シリコンを溶融、
再結晶化して多結晶シリコンに組成変化させるためであ
る。以上の結果、図３（ｃ）に示されるように、Ａｌミ
ラーの存在する部分に膜厚２μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜３０
３ａ、Ａｌミラーの存在しない部分に膜厚０．５μｍの
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜３０３ｂと膜厚１．５μｍのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜３０３ｃが形成された構成を得た。

【００６２】以上のような層構成を有する基板に対し、
最大強度５０ｌｕｘの透過型液晶ディスプレーを書き込
み光源として、基板３０１側から書き込み光を照射して
Ａｌミラーの存在する部分と存在しない部分の膜の垂直
方向の抵抗値を測定したところ、Ａｌミラーが存在する
領域３０３ａ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、Ａｌミラーが存在しない領域３０
３ｂ，ｃの抵抗値は、１Ｅ１１Ω・ｃｍオーダー以上の
ままであり、領域３０３ｂ，ｃがＡｌミラー間の遮光領
域として十分作用していることが分かった。

【００６３】上記層構成を有する基板と、ガラス基板上
にスパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５０
０ÅのＩＴＯ膜を成膜した別の基板との間に、４５度ツ
イストネマチックモードの液晶を挟み、ＳＬＭデバイス
を構成した。

【００６４】上記ＳＬＭデバイスを用いて、実施例１と
同様、図２に示したプロジェクションシステムを作成
し、スクリーン上に対角４０インチに拡大投影すること
で本発明の効果を確認したところ、実施例１とほぼ同様
の良好な結果が得られた。

【００６５】［実施例３］図４に、本実施例によるＳＬ
Ｍデバイスの作成フローを示した。尚、図４では、図８
に示した構造のうち、光導電層が形成された基板側の一
部のみを示しており、対向基板、液晶層及び外部信号源
等は省略している。

【００６６】先ず、本実施例のＳＬＭデバイスの作成方
法について説明する。作成手順は、基本的に実施例１で
示したのと同じである。

【００６７】１）対角３インチのガラス基板４０１上
に、スパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５
００ÅのＩＴＯ膜４０２を成膜した後、プラズマＣＶＤ
法により膜厚２μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜４０３を成膜し
た。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜条件は、以下の通りである。

【００６８】ＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ；２００ｓｃｃｍ／７５０ｓｃｃｍＰｏｗｅｒ；９０ＷＳｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５０℃

【００６９】次に、同じくスパッタリング法により膜厚
２０００ÅのＡｌ膜４０５を成膜した後、ホトレジスト
４１１を塗布し、パターニングした。（図４（ａ））。

【００７０】２）パターニングしたホトレジストをマス
クにＡｌ膜４０５をパターニングした。これにより、一
辺が３８μｍの正方形で、隣接ミラーとの間隙幅が２μ
ｍのＡｌミラーを多数形成した。続いて、ホトレジスト
膜を除去した後、基板全体に、Ａｌ膜４０５側からＡｒ
Ｆエキシマレーザーを照射した（図４（ｂ））。ＡｒＦ
エキシマレーザーの照射条件は、以下の通りである。

【００７１】ＬａｓｅｒＰｏｗｅｒ；３００ｍＪ／ｃｍ² Ｓｕｂ．Ｔｅｍｐ．；２５℃ 走査条件；３×３ｍｍ幅

【００７２】３）エキシマレーザーを照射した際、Ａｌ
ミラーが存在するところはそのまま反射され下地のａ−
Ｓｉ：Ｈ層４０３ａには何ら影響は無いが、Ａｌミラー
の存在しないところは、そのままエキシマレーザーが照
射され、膜中の水素が爆発的に離脱し、水素濃度が著し
く減少した。すなわち、Ａｌミラーにセルフアライン的
に水素濃度が減少した領域４０３ｂが形成された（図４
（ｃ））。その結果、ａ−Ｓｉ：Ｈ層４０３ａの膜中の
水素濃度は１５ｗｔ％、領域４０３ｂのうち、Ａｌミラ
ー側の表面から約０．５μｍの深さまでは、膜中の水素
が抜けて膜の密度が小さく、ぼそぼそで表面の凹凸も大
きい膜となった。

【００７３】以上のような層構成を有する基板に対し、
最大強度１００ｌｕｘのＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅＲａ
ｙＴｕｂｅ）を書き込み光源として、基板４０１側か
ら書き込み光を照射してＡｌミラーの存在する部分と存
在しない部分の膜の垂直方向の抵抗値を測定したとこ
ろ、Ａｌミラーが存在する領域４０３ａの抵抗値は、１
Ｅ１１Ω・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、Ａｌミラ
ーが存在しない領域４０３ｂの抵抗値は、領域４０３ａ
の暗抵抗値と同程度のオーダーのままであり、領域４０
３ｂがＡｌミラー間の遮光領域として十分作用している
ことが分かった。

【００７４】上記層構成を有する基板と、ガラス基板上
にスパッタリング法により透明導電膜として膜厚１５０
０ÅのＩＴＯ膜を成膜した別の基板との間に、高分子分
散モードの液晶を挟み、ＳＬＭデバイスを構成した。

【００７５】上記ＳＬＭデバイスを用いて、図５に示し
たプロジェクションシステムを作成し、スクリーンに拡
大投影することで本発明の効果を確認した。

【００７６】システムは、書き込み光源としてのＣＲＴ
１、上記構成のＳＬＭデバイス２、読み出し光源として
の１．５ｋＷ短アーク長キセノンランプ４（強度；１０
００００ｌｕｘ）、リフレクター５、反射ミラー３、透
写光学系としてのシュリーレン光学系６、スクリーン７
より成っており、スクリーン上に対角４０インチに拡大
して本発明の効果を確認したところ、実施例１とほぼ同
様の良好な結果が得られた。

【００７７】以上説明してきた本発明の実施例において
は、カラー画像については特に言及していないが、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。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶を用いた空間光変調素子において、光導電層と金属
ミラーという簡単な構成による利点（液晶層に電圧がか
かりやすく、液晶のモードの選択の幅が広がる、周辺シ
ステムの低電圧化が図れる、誘電体ミラーに比べプロセ
スが簡単でコストも安くなる等。）はそのまま維持しつ
つ、金属ミラーを用いることによって発生するミラー間
の間隙部分の遮光の問題を、特別な遮光膜を形成するこ
と無しに解決することができた。

【００７９】また、本発明の空間光変調素子を用いて構
成した透写型表示装置は、高解像度で階調表現にも優
れ、より高画質な画像表示を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る空間光変調素子の製
造プロセスの説明図である。

【図２】本発明の第一実施例に係る透写型表示装置の構
成を示す模式図である。

【図３】本発明の第二実施例に係る空間光変調素子の製
造プロセスの説明図である。

【図４】本発明の第三実施例に係る空間光変調素子の製
造プロセスの説明図である。

【図５】本発明の第三実施例に係る透写型表示装置の構
成を示す模式図である。

【図６】誘電体ミラーを用いた従来例の空間光変調素子
の構成を示す模式図である。

【図７】図６の空間光変調素子の等価回路図である。

【図８】金属ミラーを用いた従来例の空間光変調素子の
構成を示す模式図である。

【図９】図８の空間光変調素子の等価回路図である。

【図１０】金属ミラーを用いた従来例の空間光変調素子
の問題点を説明するための模式図である。

【図１１】液晶層にかかる電圧と光透過率との関係を説
明するための図である。

【図１２】空間光変調素子における光導電層の膜抵抗と
液晶層にかかる電圧との関係を説明するための図であ
る。

【図１３】金属ミラーの間隙部に遮光膜を形成した空間
光変調素子の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１書き込み光源２ＳＬＭデバイス３偏光ビームスプリッター、反射ミラー４読み出し光源５リフレクター６透写光学系７スクリーン１０１，３０１，４０１ガラス基板１０２，３０２，４０２ＩＴＯ膜１０３，３０３，４０３ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０５，３０５，４０５Ａｌ膜１１１，３１１，４１１ホトレジスト６０１ガラス基板６０２透明電極６０３光導電層６０４光吸収層６０５誘電体ミラー６０７交流電源６０８書き込み光６０９読み出し光６１０出射光８０５金属ミラー９１１金属ミラー上に照射された光９１２金属ミラー間の間隙部分に照射された光９２１遮光膜９２２絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明導電膜を有する第１の透明絶縁基板
と、透明導電膜、光導電層、金属ミラーが順次積層され
た積層体を有する第２の透明絶縁基板との間に、液晶を
挟持した構成を有する空間光変調素子において、前記金属ミラーは表示画素に対応して分割されており、
かつ、該金属ミラー部分の前記光導電層と該金属ミラー
間の間隙部分の前記光導電層との膜組成が異なることを
特徴とする空間光変調素子。
【請求項２】前記金属ミラー部分の前記光導電層が非
晶質シリコンからなり、前記金属ミラー間の間隙部分の
前記光導電層が多結晶シリコンからなることを特徴とす
る、請求項１に記載の空間光変調素子。
【請求項３】前記金属ミラー部分の前記光導電層が水
素を含んだ非晶質シリコンからなり、前記金属ミラー間
の間隙部分の前記光導電層が水素をほとんど含まない非
晶質シリコンからなることを特徴とする、請求項１に記
載の空間光変調素子。
【請求項４】前記金属ミラー部分の前記光導電層と、
前記金属ミラー間の間隙部分の前記光導電層とは、互い
に膜の密度が異なる非晶質シリコンからなることを特徴
とする、請求項１に記載の空間光変調素子。
【請求項５】透明導電膜を有する第１の透明絶縁基板
と、透明導電膜、光導電層、金属ミラーが順次積層され
た積層体を有する第２の透明絶縁基板との間に、液晶を
挟持した構成を有する空間光変調素子の製造方法におい
て、前記第２の透明絶縁基板の製造工程が、金属ミラーを分
割形成する工程と、該金属ミラー側からエネルギービー
ムを照射する工程とを有することを特徴とする空間光変
調素子の製造方法。
【請求項６】前記エネルギービームを照射する工程
が、前記金属ミラー間の間隙部分の前記光導電層として
形成した非晶質シリコンを多結晶化する工程を含むこと
を特徴とする、請求項５に記載の空間光変調素子の製造
方法。
【請求項７】前記エネルギービームを照射する工程
が、前記金属ミラー間の間隙部分の前記光導電層として
形成した非晶質シリコン中に含まれる水素の含有量を低
下させる工程を含むことを特徴とする、請求項５に記載
の空間光変調素子の製造方法。
【請求項８】請求項１〜４のいずれかに記載の空間光
変調素子と、前記第１及び第２の透明絶縁基板上の前記
透明導電膜間に電圧を加える信号源と、前記光導電層に
書き込み光を照射する書き込み光源と、前記第１の透明
絶縁基板側から読み出し光を照射する読み出し光源と、
前記液晶層及び前記金属ミラーを介して変調された該読
み出し光を表示するための表示用光学系とを有すること
を特徴とする透写型表示装置。