JP2647779B2 - 空間光変調素子及びその製造方法 - Google Patents
空間光変調素子及びその製造方法Info
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- JP2647779B2 JP2647779B2 JP1898792A JP1898792A JP2647779B2 JP 2647779 B2 JP2647779 B2 JP 2647779B2 JP 1898792 A JP1898792 A JP 1898792A JP 1898792 A JP1898792 A JP 1898792A JP 2647779 B2 JP2647779 B2 JP 2647779B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、投写形ディスプレイに
用いる空間光変調素子およびその製造方法に関するもの
である。
用いる空間光変調素子およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】投写形ディスプレイの開発には、現在3
種のアプローチがある。このうち、ブラウン管を用いた
投写形ディスプレイは、ブラウン管の輝度に限界があ
り、かつ装置が大型化するという難点があるため、ディ
スプレイの大面積化には限界がある。また、薄膜トラン
ジスタアレーを持つ液晶パネルで構成される液晶投写形
ディスプレイの場合は、液晶パネルの解像度が不足して
いること、液晶パネルの開口率が低いこと、アモルファ
スシリコン薄膜からなる薄膜トランジスタアレーの耐光
性が低いこと等の問題がある。
種のアプローチがある。このうち、ブラウン管を用いた
投写形ディスプレイは、ブラウン管の輝度に限界があ
り、かつ装置が大型化するという難点があるため、ディ
スプレイの大面積化には限界がある。また、薄膜トラン
ジスタアレーを持つ液晶パネルで構成される液晶投写形
ディスプレイの場合は、液晶パネルの解像度が不足して
いること、液晶パネルの開口率が低いこと、アモルファ
スシリコン薄膜からなる薄膜トランジスタアレーの耐光
性が低いこと等の問題がある。
【0003】このため、空間光変調素子、小形ディスプ
レイ及び光源を拡大投写光学系に組み入れた、投写形デ
ィスプレイが有望視されている。この方式では、微弱な
画像を一度空間光変調素子に書き込み、この書き込み情
報に従って別の読み出し光を変調し、スクリーンに投写
する。
レイ及び光源を拡大投写光学系に組み入れた、投写形デ
ィスプレイが有望視されている。この方式では、微弱な
画像を一度空間光変調素子に書き込み、この書き込み情
報に従って別の読み出し光を変調し、スクリーンに投写
する。
【0004】こうしたタイプのディスプレイにおいて
は、光変調層にネマティック液晶を用いた、いわゆる液
晶ライトバルブが一般的である。しかし、このシステム
では、液晶層で位相変調された読み出し光のうちPおよ
びS偏波光成分のうちの一方が、偏光ビームスプリッタ
を通過し、スクリーンに投写される。このため、読み出
し光がランダムな偏波状態であるとき、その光の50%以
上が偏光ビームスプリッタで吸収されてしまう。このた
め、読み出し光の利用率が低くなるし、ビームスプリッ
タが発熱する。
は、光変調層にネマティック液晶を用いた、いわゆる液
晶ライトバルブが一般的である。しかし、このシステム
では、液晶層で位相変調された読み出し光のうちPおよ
びS偏波光成分のうちの一方が、偏光ビームスプリッタ
を通過し、スクリーンに投写される。このため、読み出
し光がランダムな偏波状態であるとき、その光の50%以
上が偏光ビームスプリッタで吸収されてしまう。このた
め、読み出し光の利用率が低くなるし、ビームスプリッ
タが発熱する。
【0005】この問題を解決する方法として、最近、ポ
リマー分散形液晶(PDLC;Polymer −Dipersed Liq
uid Crystal)の光散乱現象を利用した、新しい液晶ライ
トバルブが提案された。PDLCは、アクリル等の透明
ポリマー中に液晶を粒状に分散させてなる液晶材料であ
り、研究が始まってから数年しか経過していない。こう
した新形式の液晶ライトバルブであれば、PDLCに加
える印加電圧によって、読み出し光の透過と散乱とを選
択するので、偏光ビームスプリッタが不要であり、光利
用率が高い。また、液晶層の両側面に配向層を設ける必
要がないので、大面積の空間光変調素子を作製するのが
容易になる。しかも、光変調に複屈折を利用していない
ので、液晶層の厚さに不均一があっても、読み出し光の
空間一様性に大きな影響がない。
リマー分散形液晶(PDLC;Polymer −Dipersed Liq
uid Crystal)の光散乱現象を利用した、新しい液晶ライ
トバルブが提案された。PDLCは、アクリル等の透明
ポリマー中に液晶を粒状に分散させてなる液晶材料であ
り、研究が始まってから数年しか経過していない。こう
した新形式の液晶ライトバルブであれば、PDLCに加
える印加電圧によって、読み出し光の透過と散乱とを選
択するので、偏光ビームスプリッタが不要であり、光利
用率が高い。また、液晶層の両側面に配向層を設ける必
要がないので、大面積の空間光変調素子を作製するのが
容易になる。しかも、光変調に複屈折を利用していない
ので、液晶層の厚さに不均一があっても、読み出し光の
空間一様性に大きな影響がない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした空間
光変調素子を用いた場合にも、やはり読み出し光をPD
LCからなる光変調層へと照射する。また、この読み出
し光と反対側から、書き込み光を光導電層へと照射す
る。このため、読み出し光を、光変調層と光導電層との
間で反射させ、読み出し光が光導電層側へと洩れないよ
うにしなければならない。
光変調素子を用いた場合にも、やはり読み出し光をPD
LCからなる光変調層へと照射する。また、この読み出
し光と反対側から、書き込み光を光導電層へと照射す
る。このため、読み出し光を、光変調層と光導電層との
間で反射させ、読み出し光が光導電層側へと洩れないよ
うにしなければならない。
【0007】この目的で、光導電層とPDLCからなる
光変調層との間に、誘電体多層膜ミラーを設けることが
知られている。しかし、誘電体多層膜は、屈折率の異な
る誘電体膜を多数重ねたものであり、その反射率は高々
九十数〜九十九%程度である。読み出し光は書き込み光
よりも遙かに大きい光強度を有するので、読み出し光の
ごく一部でも光導電層側に洩れれば、光導電層が感光
し、その抵抗が下がる。このため、読み出し光の書き込
み光に対する強度比(増幅率)を向上させるには、誘電
体多層膜を透過した読み出し光を、光導電層と光変調層
との間で効果的に遮断しなければならない。
光変調層との間に、誘電体多層膜ミラーを設けることが
知られている。しかし、誘電体多層膜は、屈折率の異な
る誘電体膜を多数重ねたものであり、その反射率は高々
九十数〜九十九%程度である。読み出し光は書き込み光
よりも遙かに大きい光強度を有するので、読み出し光の
ごく一部でも光導電層側に洩れれば、光導電層が感光
し、その抵抗が下がる。このため、読み出し光の書き込
み光に対する強度比(増幅率)を向上させるには、誘電
体多層膜を透過した読み出し光を、光導電層と光変調層
との間で効果的に遮断しなければならない。
【0008】本発明の課題は、透明電極と、印加電圧に
応じて読み出し光の強度、位相もしくは進行方向を変調
する液晶材料からなる光変調層を備えた空間光変調素子
において、光導電層と光変調層との間で読み出し光を効
果的に遮断することである。
応じて読み出し光の強度、位相もしくは進行方向を変調
する液晶材料からなる光変調層を備えた空間光変調素子
において、光導電層と光変調層との間で読み出し光を効
果的に遮断することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、光導電層と、
この光導電層の一方の面に設けられた一方の透明電極膜
と、前記光導電層の他方の面に設けられた遮光層と、こ
の遮光層上に設けられた誘電体多層膜と、この誘電体多
層膜上に設けられた光変調層と、この光変調層の表面に
設けられた他方の透明電極膜とを少なくとも備えた空間
光変調素子であって、前記光変調層が、印加電圧に応じ
て読み出し光の強度、位相もしくは進行方法を変調する
液晶材料によって形成され、前記遮光層が、5〜45原子
%のゲルマニウムと17.5〜92.5原子%の炭素と 2.5〜7
7.5原子%のケイ素とから実質的に構成されたアモルフ
ァス膜である、空間光変調素子に係るものである。
この光導電層の一方の面に設けられた一方の透明電極膜
と、前記光導電層の他方の面に設けられた遮光層と、こ
の遮光層上に設けられた誘電体多層膜と、この誘電体多
層膜上に設けられた光変調層と、この光変調層の表面に
設けられた他方の透明電極膜とを少なくとも備えた空間
光変調素子であって、前記光変調層が、印加電圧に応じ
て読み出し光の強度、位相もしくは進行方法を変調する
液晶材料によって形成され、前記遮光層が、5〜45原子
%のゲルマニウムと17.5〜92.5原子%の炭素と 2.5〜7
7.5原子%のケイ素とから実質的に構成されたアモルフ
ァス膜である、空間光変調素子に係るものである。
【0010】液晶材料としては、ネマティック液晶、コ
レステリック液晶、スメクティック液晶、PDLCが好
ましい。光導電層は、B12SiO20単結晶、B12GeO20単結
晶、GaAs単結晶で形成することが好ましい。または、光
導電層を、GaAs膜、水素化アモルファスシリコン膜、水
素化アモルファスシリコンカーバイト膜、アモルファス
セレン膜で形成することが好ましい。
レステリック液晶、スメクティック液晶、PDLCが好
ましい。光導電層は、B12SiO20単結晶、B12GeO20単結
晶、GaAs単結晶で形成することが好ましい。または、光
導電層を、GaAs膜、水素化アモルファスシリコン膜、水
素化アモルファスシリコンカーバイト膜、アモルファス
セレン膜で形成することが好ましい。
【0011】
【実施例】図1〜図5を参照しつつ、本発明の実施例に
係る空間光変調素子12A の製造過程を、順を追って説明
する。この実施例では、光導電層1Aとして、Bi12SiO20
単結晶又はBi12GeO20 単結晶を用いる。
係る空間光変調素子12A の製造過程を、順を追って説明
する。この実施例では、光導電層1Aとして、Bi12SiO20
単結晶又はBi12GeO20 単結晶を用いる。
【0012】まず、これらの単結晶からなる光導電層1A
を単結晶のウエハーから切り出し、光導電層1Aの一方の
表面に一方の透明電極膜2Aを設ける(図1)。次いで、
図2に示すように、光導電層1Aの他方の表面に、本発明
に従い、遮光層3を設ける。遮光層3の構成及び製法に
ついては、後述する。次いで、図3に示すように、遮光
層3の表面に誘電体多層膜4を蒸着によって設ける。
を単結晶のウエハーから切り出し、光導電層1Aの一方の
表面に一方の透明電極膜2Aを設ける(図1)。次いで、
図2に示すように、光導電層1Aの他方の表面に、本発明
に従い、遮光層3を設ける。遮光層3の構成及び製法に
ついては、後述する。次いで、図3に示すように、遮光
層3の表面に誘電体多層膜4を蒸着によって設ける。
【0013】この一方、図4に示すように、ガラス基板
7の表面に、他方の透明電極膜2Bを形成する。誘電体多
層膜4と透明電極膜2Bとを、スペーサーを含むシール材
5を挟んで対向させる。誘電体多層膜4、透明電極膜2B
及びシール材5の間に、平板形状の空間6が形成され
る。
7の表面に、他方の透明電極膜2Bを形成する。誘電体多
層膜4と透明電極膜2Bとを、スペーサーを含むシール材
5を挟んで対向させる。誘電体多層膜4、透明電極膜2B
及びシール材5の間に、平板形状の空間6が形成され
る。
【0014】本実施例では、透明ポリマー中に液晶粒子
を分散させてなる液晶材料である、ポリマー分散形液晶
(PDLC)を用いる。具体的な製法としては、従来の
通常のツイストネマティック液晶と同様に、注入口から
未硬化のネマティック液晶と樹脂マトリクスとの混合物
を注入し、注入口を封止して後、硬化させる。この結
果、図5に示すように、空間6内に、PDLCからなる
光変調層8が形成される。
を分散させてなる液晶材料である、ポリマー分散形液晶
(PDLC)を用いる。具体的な製法としては、従来の
通常のツイストネマティック液晶と同様に、注入口から
未硬化のネマティック液晶と樹脂マトリクスとの混合物
を注入し、注入口を封止して後、硬化させる。この結
果、図5に示すように、空間6内に、PDLCからなる
光変調層8が形成される。
【0015】なお、シール材を用いない製法もある。即
ち、例えば、透明電極を設けた基板上に未硬化のネマテ
ィック液晶と樹脂マトリクスとの混合物を供給し、その
後、誘電体多層膜及び透明電極を付着した光導電層を重
ねて、光照射等により硬化させることもできる。もちろ
ん,その後、周辺にシール材を塗布して周辺をシールし
てもよい。この製法によれば、単に未硬化のネマティッ
ク液晶と樹脂マトリクスとの混合物をロールコート、ス
ピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布等で供給
すれば良いため、注入工程が簡便であり、生産性が極め
てよい。また、これらの未硬化のネマティック液晶と樹
脂マトリクスとの混合物は、基板間隙制御用のセラミッ
ク粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
ー、顔料、色素、粘度調整剤、その他、液晶の性能に悪
影響を与えない添加剤を添加してもよい。
ち、例えば、透明電極を設けた基板上に未硬化のネマテ
ィック液晶と樹脂マトリクスとの混合物を供給し、その
後、誘電体多層膜及び透明電極を付着した光導電層を重
ねて、光照射等により硬化させることもできる。もちろ
ん,その後、周辺にシール材を塗布して周辺をシールし
てもよい。この製法によれば、単に未硬化のネマティッ
ク液晶と樹脂マトリクスとの混合物をロールコート、ス
ピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布等で供給
すれば良いため、注入工程が簡便であり、生産性が極め
てよい。また、これらの未硬化のネマティック液晶と樹
脂マトリクスとの混合物は、基板間隙制御用のセラミッ
ク粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
ー、顔料、色素、粘度調整剤、その他、液晶の性能に悪
影響を与えない添加剤を添加してもよい。
【0016】次いで、こうした空間光変調素子の動作に
つき、図6の構成例を参照しつつ説明する。微弱な書き
込み光光源10A から発光された書き込み光は、液晶テレ
ビ11を通過して入力画像光となり、この入力画像光がレ
ンズ13A で集光され、空間光変調素子12A に照射され
る。この入力画像光は、透明電極膜2Aを通過し、光導電
層1Aに入射する。この一方、高輝度の読み出し光光源10
B から発光した読み出し光は、レンズ13B で集光され、
ミラーで反射され、レンズ13C で調節されて、光変調層
8へと入射する。
つき、図6の構成例を参照しつつ説明する。微弱な書き
込み光光源10A から発光された書き込み光は、液晶テレ
ビ11を通過して入力画像光となり、この入力画像光がレ
ンズ13A で集光され、空間光変調素子12A に照射され
る。この入力画像光は、透明電極膜2Aを通過し、光導電
層1Aに入射する。この一方、高輝度の読み出し光光源10
B から発光した読み出し光は、レンズ13B で集光され、
ミラーで反射され、レンズ13C で調節されて、光変調層
8へと入射する。
【0017】次いで、この入射光は、主として誘電体多
層膜4で反射され、光変調層8をもう一度通過し、レン
ズ13C で集光され、レンズ13D を通ってスクリーン14上
に投写される。
層膜4で反射され、光変調層8をもう一度通過し、レン
ズ13C で集光され、レンズ13D を通ってスクリーン14上
に投写される。
【0018】書き込み光には、液晶テレビ11によって明
暗が付けられている。光導電層1Aのうち、光が当たらな
い部分では、一対の透明電極膜2A, 2Bの間の印加電圧
は、ほとんど光導電層1Aに集中する。このため、光変調
層8にかかる印加電圧は、光変調層8のしきい値電圧に
は達さない。一方、光導電層1Aに光が当たると、その部
分では光導電層1Aの電気抵抗が大幅に下がり、光変調層
8に分配される電圧が上昇してそのしきい値を越える。
暗が付けられている。光導電層1Aのうち、光が当たらな
い部分では、一対の透明電極膜2A, 2Bの間の印加電圧
は、ほとんど光導電層1Aに集中する。このため、光変調
層8にかかる印加電圧は、光変調層8のしきい値電圧に
は達さない。一方、光導電層1Aに光が当たると、その部
分では光導電層1Aの電気抵抗が大幅に下がり、光変調層
8に分配される電圧が上昇してそのしきい値を越える。
【0019】PDLCからなる光変調層8の内部では、
該光変調層8に電圧が印加されない場合、液晶分子がポ
リマーと液晶の界面に沿って配列する。液晶粒子の形状
はランダムである。光変調層8への印加電圧が低いとき
は、液晶粒子とポリマーの屈折率が大幅に異なるため、
読み出し光は光変調層8内で何度も進行方向を変え、散
乱される。一方、光変調層8への印加電圧がしきい値電
圧を越え、液晶分子が電界の方向へと配向すると、読み
出し光は散乱されずに光変調層8を通過する。
該光変調層8に電圧が印加されない場合、液晶分子がポ
リマーと液晶の界面に沿って配列する。液晶粒子の形状
はランダムである。光変調層8への印加電圧が低いとき
は、液晶粒子とポリマーの屈折率が大幅に異なるため、
読み出し光は光変調層8内で何度も進行方向を変え、散
乱される。一方、光変調層8への印加電圧がしきい値電
圧を越え、液晶分子が電界の方向へと配向すると、読み
出し光は散乱されずに光変調層8を通過する。
【0020】こうした機構により、入力画像光における
二次元的な強弱の分布が、読み出し光における二次元的
な強弱の分布に変換される。読み出し光の強度を書き込
み光の強度よりも大きくすれば、それだけ信号増幅率が
高くなる。
二次元的な強弱の分布が、読み出し光における二次元的
な強弱の分布に変換される。読み出し光の強度を書き込
み光の強度よりも大きくすれば、それだけ信号増幅率が
高くなる。
【0021】既述したように、誘電体多層膜4は、読み
出し光の九十数〜九十九%しか反射しない。このため、
読み出し光の一部が誘電体多層膜4を越えて光導電層1A
の方へと漏れる。読み出し光の強度を、書き込み光の強
度よりも強くすればするほど、上記のように光導電層1A
の方へと漏れる光も強くなり、光導電層1Aが感光する。
出し光の九十数〜九十九%しか反射しない。このため、
読み出し光の一部が誘電体多層膜4を越えて光導電層1A
の方へと漏れる。読み出し光の強度を、書き込み光の強
度よりも強くすればするほど、上記のように光導電層1A
の方へと漏れる光も強くなり、光導電層1Aが感光する。
【0022】従って、信号増幅率を増大させるために
は、誘電体多層膜4を透過する読み出し光を遮る遮光層
3を、光導電層1Aと誘電体多層膜4との間に設ける必要
がある。ただし、遮光層3には相反した特性が要求され
る。即ち、遮光層3は、読み出し光の吸収能力が高いも
のでなければならず、これにより、読み出し光の強度を
上げることが可能になる。しかし、読み出し光の吸収能
力が高い遮光層は、通常、光を吸収すると比抵抗が著し
く下がる。こうなると、空間光変調素子の解像度が急激
に劣化し、投写画像が不明瞭なものになる。
は、誘電体多層膜4を透過する読み出し光を遮る遮光層
3を、光導電層1Aと誘電体多層膜4との間に設ける必要
がある。ただし、遮光層3には相反した特性が要求され
る。即ち、遮光層3は、読み出し光の吸収能力が高いも
のでなければならず、これにより、読み出し光の強度を
上げることが可能になる。しかし、読み出し光の吸収能
力が高い遮光層は、通常、光を吸収すると比抵抗が著し
く下がる。こうなると、空間光変調素子の解像度が急激
に劣化し、投写画像が不明瞭なものになる。
【0023】ここで、本発明者は、上記の二律相反を解
決し、読み出し光の強度を高めつつ素子の解像度の劣化
も防止できる新しい遮光層を発見した。これにより、明
るく、かつ明瞭で解像度の高い投写画像が得られるよう
になった。本発明で用いる遮光層は、5〜45原子%のゲ
ルマニウムと17.5〜92.5原子%の炭素と 2.5〜77.5原子
%のケイ素とから実質的に構成されたアモルファス膜で
ある。「実質的に」とは、不可避的不純物は許容される
ことを意味する。
決し、読み出し光の強度を高めつつ素子の解像度の劣化
も防止できる新しい遮光層を発見した。これにより、明
るく、かつ明瞭で解像度の高い投写画像が得られるよう
になった。本発明で用いる遮光層は、5〜45原子%のゲ
ルマニウムと17.5〜92.5原子%の炭素と 2.5〜77.5原子
%のケイ素とから実質的に構成されたアモルファス膜で
ある。「実質的に」とは、不可避的不純物は許容される
ことを意味する。
【0024】上記アモルファス膜を構成する含元素の組
成は、ゲルマニウムが12.5〜35原子%とすると更に好ま
しい。遮光層3を形成するには、モノシラン、水素化ゲ
ルマニウムと、メタン又はエタンとの混合ガスを用いた
プラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)によるの
が好ましい。モノシラン、水素化ゲルマニウム、メタン
(又はエタン)の流量を変えることで、遮光層の組成を
適宜変更できるからである。
成は、ゲルマニウムが12.5〜35原子%とすると更に好ま
しい。遮光層3を形成するには、モノシラン、水素化ゲ
ルマニウムと、メタン又はエタンとの混合ガスを用いた
プラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)によるの
が好ましい。モノシラン、水素化ゲルマニウム、メタン
(又はエタン)の流量を変えることで、遮光層の組成を
適宜変更できるからである。
【0025】次に、光導電層を水素化アモルファスシリ
コン膜とした実施例について、図7〜図9を参照しつつ
説明する。まず、図7に示すように、表面を光学研磨し
たガラス基板17に、一方の透明電極膜2Aを設ける。
コン膜とした実施例について、図7〜図9を参照しつつ
説明する。まず、図7に示すように、表面を光学研磨し
たガラス基板17に、一方の透明電極膜2Aを設ける。
【0026】次いで、図8に示すように、一方の透明電
極膜2Aの表面に、水素化アモルファスシリコン膜からな
る光導電層1Bを設け、光導電層1Bの表面に遮光層3を設
ける。この後は、図3、図4、図5において説明した手
順に従って、誘電体多層膜4、光変調層8、他方の透明
電極膜2B、ガラス基板7を設ける。こうして、図9に示
す空間光変調素子12B を得る。
極膜2Aの表面に、水素化アモルファスシリコン膜からな
る光導電層1Bを設け、光導電層1Bの表面に遮光層3を設
ける。この後は、図3、図4、図5において説明した手
順に従って、誘電体多層膜4、光変調層8、他方の透明
電極膜2B、ガラス基板7を設ける。こうして、図9に示
す空間光変調素子12B を得る。
【0027】水素化アモルファスシリコン膜からなる光
導電層1Bは、プラズマCVDによって形成することが好
ましい。この際、前記したように、遮光層3もプラズマ
CVDによって形成することにすれば、透明電極膜2A
上に光導電層1Bと遮光層3とを、プラズマCVDによ
って同一装置内で連続的に形成できる。むろん、この
際、材料ガスを適宜変更する必要がある。こうした空間
光変調素子12B の動作は、前記した素子12A の動作と同
じである。
導電層1Bは、プラズマCVDによって形成することが好
ましい。この際、前記したように、遮光層3もプラズマ
CVDによって形成することにすれば、透明電極膜2A
上に光導電層1Bと遮光層3とを、プラズマCVDによ
って同一装置内で連続的に形成できる。むろん、この
際、材料ガスを適宜変更する必要がある。こうした空間
光変調素子12B の動作は、前記した素子12A の動作と同
じである。
【0028】次に、実際の実験結果について述べる。ま
ず、本発明の遮光層に対して適用すべきアモルファス膜
の成分比とその評価結果とについて述べる。下記表に示
すような各成分比のアモルファス膜を、材料ガスの分圧
を変えることによって成膜した。成膜法は、プラズマC
VD法とした。材料ガスの圧力を50mtorr 、放電エネル
ギーを40W又は15W又は5W、基板温度を100 ℃、膜厚
を1μm とした。これらの各アモルファス膜について、
分光光度計で光透過率を測定し、また2端子法で抵抗率
を測定した。各アモルファス膜の組成比は、オージェ電
子分光装置による定量分析によって求めた。これらの結
果を下記表1に示す。また、図10に光透過率の値につい
ての三角図を示し、図11に抵抗率の値についての三角図
を示す。
ず、本発明の遮光層に対して適用すべきアモルファス膜
の成分比とその評価結果とについて述べる。下記表に示
すような各成分比のアモルファス膜を、材料ガスの分圧
を変えることによって成膜した。成膜法は、プラズマC
VD法とした。材料ガスの圧力を50mtorr 、放電エネル
ギーを40W又は15W又は5W、基板温度を100 ℃、膜厚
を1μm とした。これらの各アモルファス膜について、
分光光度計で光透過率を測定し、また2端子法で抵抗率
を測定した。各アモルファス膜の組成比は、オージェ電
子分光装置による定量分析によって求めた。これらの結
果を下記表1に示す。また、図10に光透過率の値につい
ての三角図を示し、図11に抵抗率の値についての三角図
を示す。
【0029】
【表1】
【0030】充分な解像度を得るためには、抵抗率を10
8 Ωcm以上、更に109 Ωcm以上とすることが好ましい。
一方、目的とする光増幅率を得るためには、光透過率を
10%以下、更に望ましくは3%以下としなければならな
い。そして、上記の結果から、特にゲルマニウムの含有
量が重要であることが判明した。即ち、光透過率を10%
以下、3%以下とするためには、ゲルマニウムの含有量
を5%以上、12.5%以上とする必要があった。また、抵
抗率を108 Ωcm以上とするためには、ゲルマニウムの含
有量を45%以下、ケイ素の含有量を 2.5%以上、炭素の
含有量を17.5%以上に、抵抗率を 109Ωcm以上にするた
めにはゲルマニウムの含有量を35%以下、ケイ素の含有
量を5%以上、炭素の含有量を 2.5%以上にする必要が
あった。
8 Ωcm以上、更に109 Ωcm以上とすることが好ましい。
一方、目的とする光増幅率を得るためには、光透過率を
10%以下、更に望ましくは3%以下としなければならな
い。そして、上記の結果から、特にゲルマニウムの含有
量が重要であることが判明した。即ち、光透過率を10%
以下、3%以下とするためには、ゲルマニウムの含有量
を5%以上、12.5%以上とする必要があった。また、抵
抗率を108 Ωcm以上とするためには、ゲルマニウムの含
有量を45%以下、ケイ素の含有量を 2.5%以上、炭素の
含有量を17.5%以上に、抵抗率を 109Ωcm以上にするた
めにはゲルマニウムの含有量を35%以下、ケイ素の含有
量を5%以上、炭素の含有量を 2.5%以上にする必要が
あった。
【0031】次に、遮光層の成分を種々変更すると、空
間光変調素子の光増幅率と解像度とにいかに影響するか
を実証した。
間光変調素子の光増幅率と解像度とにいかに影響するか
を実証した。
【0032】まず、図1〜図5に示したような手順で、
空間光変調素子12A を作製した。ただし、光導電層1Aは
Bi12SiO20 単結晶によって形成し、その寸法は、35mm×
35mm×0.5mm とした。透明電極膜2A, 2Bは、真空蒸着法
によって形成した。遮光層3は、プラズマCVD法によ
って形成した。この条件は、以下の通りである。
空間光変調素子12A を作製した。ただし、光導電層1Aは
Bi12SiO20 単結晶によって形成し、その寸法は、35mm×
35mm×0.5mm とした。透明電極膜2A, 2Bは、真空蒸着法
によって形成した。遮光層3は、プラズマCVD法によ
って形成した。この条件は、以下の通りである。
【表2】材料ガス流量 SiH4 6.5 sccm GeH4 1.6 sccm C2H4 29.5 sccm 材料ガスの圧力 100 m torr 放電エネルギー 40 W 基板温度 100 ℃
【0033】このアモルファス膜の組成比は、炭素が62
原子%、ゲルマニウムが19原子%、ケイ素が19原子%で
あった。この組成比は、オージェ電子分光装置による定
量分析によって求めた。
原子%、ゲルマニウムが19原子%、ケイ素が19原子%で
あった。この組成比は、オージェ電子分光装置による定
量分析によって求めた。
【0034】誘電体多層膜4は、真空蒸着法で形成し
た。誘電体多層膜4は、TiO2薄膜とSiO2薄膜との積層体
であり、交互に合計20層重ねた。そして、以下の材料に
よってPDLCを構成し、厚さ18μm の光変調層8を得
た。
た。誘電体多層膜4は、TiO2薄膜とSiO2薄膜との積層体
であり、交互に合計20層重ねた。そして、以下の材料に
よってPDLCを構成し、厚さ18μm の光変調層8を得
た。
【表3】(ネマティック液晶) シアノビフェニル系の混合液晶 常光屈折率n0 =1.525 異常光屈折率ne =1.748 液晶分子の長軸と平行方向の比誘電率=17.6 液晶分子の長軸と垂直方向の比誘電率= 5.1 (紫外線硬化ポリマー) ウレタン系ポリマー 屈折率np =1.524 硬化波長域---350〜380nm (球状スペーサ剤) 硬化樹脂 直径----------18μm
【0035】そして、図6に示すような光学系に、空間
光変調素子12Aを組み込み評価した。また、カラー動画
像を実現できるかどうかを確認する場合には、上記の素
子12Aを計3枚作り、それぞれを図12の光学系に組み込
んだ。即ち、上記の素子12Aと同じ空間光変調素子20
B、20R、20Gを作製し、それぞれ図12の光学系に組み
込んだ。図12の光学系においては、液晶パネル21B、21
R、21Gによってそれぞれ青色光を変調し、各書込み光
を得る、これらの各書込み光が、それぞれレンズ22B、
22R、22Gを透過し、空間光変調素子20B、20R、20G
に入射する。これにより、各素子への書込みを行う。こ
の一方、白色光源23から出射した白色光が、レンズ24A
によってミラー25に集束する。この反射光のうち、青色
光がダイクロイックミラー26Bによって反射され、素子
20Bに入射する。青色光以外の可視光は、ダイクロイッ
クミラー26Bを透過する。次いで、赤色光がダイクロイ
ックミラー26Rによって反射され、素子20Rに入射す
る。緑色光は、ダイクロイックミラー26Rを透過し、素
子20Gに入射する。
光変調素子12Aを組み込み評価した。また、カラー動画
像を実現できるかどうかを確認する場合には、上記の素
子12Aを計3枚作り、それぞれを図12の光学系に組み込
んだ。即ち、上記の素子12Aと同じ空間光変調素子20
B、20R、20Gを作製し、それぞれ図12の光学系に組み
込んだ。図12の光学系においては、液晶パネル21B、21
R、21Gによってそれぞれ青色光を変調し、各書込み光
を得る、これらの各書込み光が、それぞれレンズ22B、
22R、22Gを透過し、空間光変調素子20B、20R、20G
に入射する。これにより、各素子への書込みを行う。こ
の一方、白色光源23から出射した白色光が、レンズ24A
によってミラー25に集束する。この反射光のうち、青色
光がダイクロイックミラー26Bによって反射され、素子
20Bに入射する。青色光以外の可視光は、ダイクロイッ
クミラー26Bを透過する。次いで、赤色光がダイクロイ
ックミラー26Rによって反射され、素子20Rに入射す
る。緑色光は、ダイクロイックミラー26Rを透過し、素
子20Gに入射する。
【0036】これらの各原色光は、光変調層8を通過
し、主として誘電体多層膜4で反射され、再度光変調層
8を通過し、レンズ24B、24Cを通ってスクリーン27上
に投写される。これにより、フルカラー画像が形成され
る。空間光変調素子の駆動電圧は50Vrms、その駆動周波
数は30Hz、書き込み光の波長は380 〜490nm 、読み出し
光の波長は400 〜490nm とした。この結果、書き込み光
強度 300μW/cm2 、読み出し光強度 0.3W/cm2 を実現で
き、光増幅率は1×103 であった。また、このときの解
像度は30lp/mm であった。
し、主として誘電体多層膜4で反射され、再度光変調層
8を通過し、レンズ24B、24Cを通ってスクリーン27上
に投写される。これにより、フルカラー画像が形成され
る。空間光変調素子の駆動電圧は50Vrms、その駆動周波
数は30Hz、書き込み光の波長は380 〜490nm 、読み出し
光の波長は400 〜490nm とした。この結果、書き込み光
強度 300μW/cm2 、読み出し光強度 0.3W/cm2 を実現で
き、光増幅率は1×103 であった。また、このときの解
像度は30lp/mm であった。
【0037】また、上記において、遮光層の成膜を下記
の条件で行い、他は上記と同様にして空間光変調素子を
作成した。
の条件で行い、他は上記と同様にして空間光変調素子を
作成した。
【表4】SiH4 6.5 sccm GeH4 1.6 sccm CH4 40 sccm ガス圧力 50 mtorr 放電エネルギー 20 W 膜圧 3 μm こうして得たアモルファス膜の組成比は、炭素40%、ゲ
ルマニウム50%、ケイ素10%であった。そしてこの空間
光変調素子を上記のように作動させたところ、画像は非
常に不明瞭であり、3lp/mm の解像度しか得られなかっ
た。
ルマニウム50%、ケイ素10%であった。そしてこの空間
光変調素子を上記のように作動させたところ、画像は非
常に不明瞭であり、3lp/mm の解像度しか得られなかっ
た。
【0038】また、上記において、遮光層の成膜を下記
の条件で行い、他は上記と同様にして空間光変調素子を
作製した。
の条件で行い、他は上記と同様にして空間光変調素子を
作製した。
【表5】 こうして得たアモルファス膜の組成比は、炭素5%、ゲ
ルマニウム0%、ケイ素95%であった。そしてこの空間
光変調素子を上記のように作動させたところ、書き込み
光50μW/cm2 に対して、読み出し光 500μW/cm2 以上照
射すると、光導電層に光が漏れ、画像コントラストが著
しく低下したので、これ以上読み出し光強度を上げるこ
とはできなかった。光増幅率としては10倍程度であり、
大画面に投影すると暗い像しか得られなかった。
ルマニウム0%、ケイ素95%であった。そしてこの空間
光変調素子を上記のように作動させたところ、書き込み
光50μW/cm2 に対して、読み出し光 500μW/cm2 以上照
射すると、光導電層に光が漏れ、画像コントラストが著
しく低下したので、これ以上読み出し光強度を上げるこ
とはできなかった。光増幅率としては10倍程度であり、
大画面に投影すると暗い像しか得られなかった。
【0039】以下、上記と同様にして、遮光層を構成す
るアモルファス膜の組成を種々変更し、空間光変調素子
の光増幅率と解像度とを測定した。この測定結果を既に
述べた結果と共に示す。
るアモルファス膜の組成を種々変更し、空間光変調素子
の光増幅率と解像度とを測定した。この測定結果を既に
述べた結果と共に示す。
【0040】
【表6】
【0041】この結果から明らかなように、ゲルマニウ
ムの量を5〜45%にすると、空間光変調素子の光増幅率
や解像度が良好である。特に、これが14%、19%、34%
のとき、最高の特性が得られた。ゲルマニウムの量が4
%では、光増幅率を10以上に上げようとすると、解像度
が極端に劣化した。ゲルマニウムの量が6%の例では、
比較的明るい画像が得られた。ゲルマニウムの量が44%
の例では、明るく、比較的輪郭の明瞭な画像が得られ
た。ゲルマニウムの量が46%を超えた例では、不明瞭な
ぼやけた画像しか得られなかった。
ムの量を5〜45%にすると、空間光変調素子の光増幅率
や解像度が良好である。特に、これが14%、19%、34%
のとき、最高の特性が得られた。ゲルマニウムの量が4
%では、光増幅率を10以上に上げようとすると、解像度
が極端に劣化した。ゲルマニウムの量が6%の例では、
比較的明るい画像が得られた。ゲルマニウムの量が44%
の例では、明るく、比較的輪郭の明瞭な画像が得られ
た。ゲルマニウムの量が46%を超えた例では、不明瞭な
ぼやけた画像しか得られなかった。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、光導電層と誘電体多層
膜との間に遮光層を設け、かつこの遮光層を上記の組成
からなるアモルファス膜で形成しているので、誘電体多
層膜を通過した読み出し光を効果的に吸収できる。従っ
て、読み出し光の強度を上げても、この読出出し光が光
導電層の側に洩れにくいので、読み出し光の洩れによる
光導電層の感光が生じにくい。これにより、読み出し光
の強度の書き込み光強度に対する倍率を高くすることが
できる。しかも、上記のような組成からなるアモルファ
ス膜を用いると、読み出し光の一部を吸光しても、空間
光変調素子の解像度が劣化しないので、読み出し光の強
度を高めつつその解像度も高めることができる。
膜との間に遮光層を設け、かつこの遮光層を上記の組成
からなるアモルファス膜で形成しているので、誘電体多
層膜を通過した読み出し光を効果的に吸収できる。従っ
て、読み出し光の強度を上げても、この読出出し光が光
導電層の側に洩れにくいので、読み出し光の洩れによる
光導電層の感光が生じにくい。これにより、読み出し光
の強度の書き込み光強度に対する倍率を高くすることが
できる。しかも、上記のような組成からなるアモルファ
ス膜を用いると、読み出し光の一部を吸光しても、空間
光変調素子の解像度が劣化しないので、読み出し光の強
度を高めつつその解像度も高めることができる。
【図1】光導電層1Aの表面に一方の透明電極膜2Aを形成
した状態を示す断面図である。
した状態を示す断面図である。
【図2】光導電層1Aに遮光層3を設けた状態を示す断面
図である。
図である。
【図3】遮光層3の表面に誘電体多層膜4を設けた状態
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図4】誘電体多層膜4と他方の透明電極膜2Bとの間に
シール材5を設置した状態を示す断面図である。
シール材5を設置した状態を示す断面図である。
【図5】空間光変調素子12A を示す断面図である。
【図6】投写光学系の一例を示す模式図である。
【図7】ガラス基板17の表面に一方の透明電極膜2Aを設
けた状態を示す断面図である。
けた状態を示す断面図である。
【図8】透明電極膜2Aの表面に、光導電層1B、遮光層3
を順次設けた状態を示す断面図である。
を順次設けた状態を示す断面図である。
【図9】空間光変調素子12B を示す断面図である。
【図10】遮光層3の組成と光透過率との関係を示す三
角図である。
角図である。
【図11】遮光層3の組成と抵抗率との関係を示す三角
図である。
図である。
【図12】フルカラー投写光学系の一例を示す模式図で
ある。
ある。
1A, 1B 光導電層 2A 一方の透明電極膜 2B 他方の透明電極膜 3 遮光層 4 誘電体多層膜 7,17 ガラス基板 8 液晶材料からなる光変調層 12A, 12B, 20B, 20R, 20G 空間光変調素子 14 スクリーン 21B, 21R, 21G 液晶パネル 23 白色光源 26B, 26R ダイクロイックミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大杉 幸久 愛知県名古屋市瑞穂区竹田町3丁目9番 地 日本ガイシ竹田北社宅13号 (72)発明者 丹下 正次 愛知県名古屋市瑞穂区市丘町2丁目28番 地の2 日本ガイシ市丘寮 (56)参考文献 特開 平3−217825(JP,A) 特開 昭62−40430(JP,A) 特開 昭58−199327(JP,A) 特開 昭59−81627(JP,A) 特開 平4−301819(JP,A)
Claims (5)
- 【請求項1】 光導電層と、この光導電層の一方の面に
設けられた一方の透明電極膜と、前記光導電層の他方の
面に設けられた遮光層と、この遮光層上に設けられた誘
電体多層膜と、この誘電体多層膜上に設けられた光変調
層と、この光変調層の表面に設けられた他方の透明電極
膜とを少なくとも備えた空間光変調素子であって、前記
光変調層が、印加電圧に応じて読み出し光の強度、位相
もしくは進行方向を変調する液晶材料によって形成さ
れ、前記遮光層が、5〜45原子%のゲルマニウムと17.5
〜92.5原子%の炭素と 2.5〜77.5原子%のケイ素とから
実質的に構成されたアモルファス膜である、空間光変調
素子。 - 【請求項2】 前記遮光層が、12.5〜35原子%のゲルマ
ニウムと25〜82.5原子%の炭素と5〜62.5原子%のケイ
素とから実質的に構成されたアモルファス膜である、請
求項1記載の空間光変調素子。 - 【請求項3】 前記遮光層が、モノシラン、水素化ゲル
マニウム及びメタンの混合ガスを用いたプラズマ化学気
相成長法で形成されたアモルファス膜である、請求項1
記載の空間光変調素子。 - 【請求項4】 前記遮光層が、モノシラン、水素化ゲル
マニウム及びエタンの混合ガスを用いたプラズマ化学気
相成長法で形成されたアモルファス膜である、請求項1
記載の空間光変調素子。 - 【請求項5】 請求項2記載の空間光変調素子を製造す
るのに際し、同一の膜形成装置の内部で、プラズマ化学
気相成長法によって前記遮光層と前記光導電層とを連続
的に形成することを特徴とする、空間光変調素子の製造
方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1898792A JP2647779B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 空間光変調素子及びその製造方法 |
| US08/010,301 US5471331A (en) | 1992-02-04 | 1993-01-28 | Spatial light modulator element with amorphous film of germanium, carbon and silicon for light blocking layer |
| EP93300838A EP0556985B1 (en) | 1992-02-04 | 1993-02-04 | Spatial light modulator element and method of manufacturing the same |
| DE69310236T DE69310236T2 (de) | 1992-02-04 | 1993-02-04 | Räumlicher Lichtmodulator und seine Herstellungsverfahren |
| EP96104278A EP0722112A2 (en) | 1992-02-04 | 1993-02-04 | Spatial light modulator element and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1898792A JP2647779B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 空間光変調素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05216059A JPH05216059A (ja) | 1993-08-27 |
| JP2647779B2 true JP2647779B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=11986938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1898792A Expired - Lifetime JP2647779B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 空間光変調素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647779B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2798865B2 (ja) | 1993-03-26 | 1998-09-17 | 日本放送協会 | 空間光変調素子の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11738505B2 (en) * | 2020-10-29 | 2023-08-29 | Seurat Technologies, Inc. | Large area arrayed light valves |
-
1992
- 1992-02-04 JP JP1898792A patent/JP2647779B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2798865B2 (ja) | 1993-03-26 | 1998-09-17 | 日本放送協会 | 空間光変調素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05216059A (ja) | 1993-08-27 |
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