JPH0318829A

JPH0318829A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH0318829A
Application number: JP1154127A
Authority: JP
Inventors: Seiji Fukushima; 誠治福島; Takashi Kurokawa; 隆志黒川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1991-01-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光を空間的に並列に変調し、かつ記憶する機能
を有する空間光変調素子に関するものである。

［従来の技術］空間光変調素子（以下ＳＬＭと略す）の機能は、２次元
的なパターン（例えば画像）を書き込み光によって書き
込み、別の光（読み出し光）によって書き込まれている
２次元パターンを読み出すものである。これによって、
画像光の増幅、しきい値処理、反転あるいは読み出し光
と書き込みの光の間のインコヒーレントーコビーレント
変換、波長変換等の処理を行うことができる。

従来のＳ　Ｌ　Ｍの構造としては、本出願人が先に出願
した特願平１−４５７１６号において開示したものであ
って、第４図の側面から見た従来例の構成図に示すよう
な市内に均一な反射膜を持つものがある。ｌは一方のガ
ラス基板、２は他方のガラス基板である。一方のガラス
基板ｌ上には、透明電極３が成膜され、その上に光伝導
層４．誘電体ミラー５．配向＠６がそれぞれ成膜されて
いる。

また、他方のガラス基板２上には透明電極７と、その上
に配向膜８が成膜されている。このように構成されたガ
ラス基板Ｉとガラス基板２とは、配向膜６．８同士が対
向するようにスペーサ９を介して配置され、その隙間に
は強誘電性液晶（ＦＬＣ）１０がのせられている。この
従来例の構造においては、感光層としてアモルファス・
シリコン（ａ−８ｉ）膜の光伝導層４が用いられ、反射
膜としての誘電体多層膜からなる誘電体ミラー５を介し
て強誘電性液晶（以下ＦＬＣと記す）１０をのせている
。書き込み光は一方のガラス基板１側から照射されるが
、書き込め光が照射された部分では、その光伝導性によ
りＦＬＣ１０にかかる電圧が増加し、ＦＬＣｌ　Ｏのし
きい値電圧を越えるため、液晶軸かオフ状態を基準とし
て約４５度回転する。読み出し光は、図示しないポララ
イザを介してガラス基板２側から照射され、ＳＬＭで変
調されて反射され、さらに図示しないハーフミラ−で反
射されて図示しないアナライザを通して読み出される。

上記において、例えばオフ状態で液晶軸とポラライザの
偏光方向が一致するように配置しておくと、書き込み光
が照射された部分のみ読み出し光の偏光而が回転する。

一方、書き込み光が照射されていない部分では液晶軸が
オフ状態を維持するので、偏光而は回転しない。このた
め、アナライザを通して読み出されるパターンは、書き
込みパターンに応じたパターンとなる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の技術における空間光変調素子
では、誘電体ミラー５の作成において、高屈折率誘電体
と低屈折率誘電体とを交互にそれぞれ光学長が読み出し
光の４分の１波長の厚さでＩθ〜２０層程度積層させて
いるが、その成膜の厚さ精度の問題から９９％を越える
ミラーの作製は困難であった。このため、読み出し光強
度が大きいときに、読み出し光の一部が誘電体ミラー５
で反射されずに光伝導層４に到達するため、読み出し光
強度により入出力特性が変化するという問題点があった
。第５図（ａ）、（ｂ）は、上記の問題点を示す従来例
のＳＬＭの入出力特性図である。各図において、横軸は
書き込み光強度、縦軸はアナライザを通った後の読み出
し反射率であり、（ａ）は直交ニコル（ポラライザ、ア
ナライザの偏光軸を直交させた状態）の場合、（ｂ）は
平行ニコル（ポラライザ、アナライザの偏光軸を平行に
した状態）の場合の測定例を示している。図中の実線（
＋）は読み出し光強度が小さいときの読み出し反射率の
変化特性を示し、点線（２）は読み出し光強度が大きい
ときの読み出し反射率の変化特性を示している。（ａ）
、（ｂ）ともある書き込み強度の書き込み状態を境に読
み出し光の偏光面が９０度回転することを示しているが
、読み出し強度が大きいときは、前述の読み出し光の一
部が光伝導層へ到達することによって、その境目の書き
込み強度が変動し、入出力特性が変化している。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、読み出し光の強度が大きいときでも安定で良好な入
出力特性を実現できる空間光変調素子を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するための本発明の空間光変調素子の
構成は、透明電極を有する一方の透明基板上に光伝導層と、誘電
体ミラーとともにまたは誘電体ミラーに代えて島状配列
の金属膜と、液晶配向膜とを配置し、透明電極を有する他方の透明基板上に液晶配向膜を配置
し、」二記一方と他方の両透明基板をスペーサを介して対向
して配置し、その隙間に強誘電性液晶を充填する構造か
らなることを特徴とする。

［作用］本発明は、空間光変調素子を構成する反射膜として誘電
体ミラーとともにまたは誘電体ミラーに代えて島状配列
の金属膜を使用する。この島状配列の金属膜は、書き込
み時において面内方向の電気伝導を防止して所定の解像
度で二次元パターンの書き込みを可能にし、読み出し時
において読み出し光を反射するとともに書き込み光に感
光するための光伝導層に対して読み出し光の遮断を行い
、読み出し光の強度が大きいときにも安定で良好な入出
力特性を実現する。

［実施例コ以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す空間光
変調素子（ＳＬＭ）の構造図であって、（ａ）は側面図
、（ｂ）は電極および金属膜のパターンを示すための上
面図である。本実施例において、第４図の従来例と同等
の部材には同一符号を付しである。図中、■は一方のガ
ラス基板、２は他方のガラス基板である。一方のガラス
基板ｌ上に形成されるものとして、３は透明電極、４は
透明電極ｌ上に形成され書き込み光に対し感光する光伝
導層、５は光伝導層４上に形成された誘電体ミラー　１
１は誘電体ミラー５上に成膜され読み出し光の反射と光
伝導層４に対する光の遮断を行う金属膜である金属遮光
膜、６は誘電体ミラー５とともに金属遮光膜１１を覆う
ように形成した配向膜である。他方のガラス基板２上に
形成されるものとして、７は透明電極、８は透明電極７
上に成膜した配向膜である。このように構成した一方の
ガラス基板ｌと他方のガラス基板２とは、それぞれの配
向膜６．８同士が対向するようにスペーサ９を介して配
置する。１０はスペーサ９によって生じる一定の厚みの
隙間に充填した強誘電性液晶（以下ＦＬＣと記す）、１
２は一方のガラス基板ｌ上の辺部に透明電極３とは別に
切り離して形成した透明電極、Ｉ３はこの透明電極１２
と他方のガラス基板２上の透明電極７とを電気的に接続
するための銀ペースト層、１４は全体を封止しかつ固定
するための封止材、１５は一方のガラス基Ｆｉ、Ｉ上の
透明電極３に接続したリード電極、Ｉ６は他方のガラス
基板２上の透明電極７に導通する透明電極１２に接続し
たリード電極である。このリード電極１５．１６から書
き込みのための所定の駆動電圧をＦＬＣＩ　Ｏへ印加す
る。上記透明電極３，７．１２としては、インジウム−
スズの酸化物の模（ＩＴＯ）などを用いる。以」−の構
造により、全体として本実施例の空間光変調素子２０が
構成される。

次に、上記実施例の空間光変調素子の各部の構造につい
て説明する。ＦＬＣＩ　Ｏはチルト角が２２．５度に近
く自己保持性の良いものを使用する。

自己保持性を良くするためには自発分極が小さいものが
好適であり、２０ｎＣ／ｃｍ″以下のものが望ましい。

ガラス基板１．２上の配向膜（例えば、ポリイミドある
いはポリビニールアルコール膜で厚さ約５０００Å以下
の膜）６．８は第１図（ｂ）のように素子の長手方向Ｘ
に対し、２２５度の方向（ラビング方向）Ａに上下ガラ
ス基板１．２とも弱く配向処理する。このとき、ＦＬＣ
ｌｏの液晶分子は電界の向きに応じて、素子の長手方向
と同一方向か（ｕｐ状態）、またはそれに対し４５度の
方向（ｄｏｗｎ状態）に揃って配向する。ｕｐ状態にお
いては、ポラライザを通ってＦＬＣＩＯの層に入射して
反射した光は元の偏光状態のまま戻って来る。一方、ｄ
ｏｗｎ状態においては、ＦＬＣｌ　Ｏの屈折率異方性の
ため戻って来る光は偏光面の回転が生じる。このときス
ペーサ９で決まるＦＬＣｌ　Ｏの厚みｄをｄ＝ｍ・λ／（４・Δｎ）（ｍ＝１．３．５．・・・、λ：読み出し光の波長、Δ
ｎ：ＦＬＣ分子の長短方向の屈折率差）に設定すれば、
戻って来る光は偏光が９０度回転することになる。但し
、ＦＬＣＩ　Ｏの自己保持性を良くし、かつ応答速度を
上げるためには液晶層の厚みは薄いほど良く、その点か
らｍ＝ｌにｄを設定することが望ましい。通常ｄは２μ
ｍ程度であり、この厚みに均一に制御するためにスペー
サ９として直径の揃った球状の粒子を液晶層内に分散さ
せた構造とする。

光伝導層４としてはアモルファスシリコン（ａＳｉ）な
どの感光膜を用いる。一般的には、高感度な水素ドープ
された模としてプラズマＣＶＤ法等でガラス基板１上に
形成される。本構造では均一な光伝導層４の構造とし、
正及び負の両極性パルスに対して動作するように形成す
る。ａＳｉ膜の厚さはその電気容量と抵抗分とのバラン
スから決められ、２−７μｍ程度が望ましい。

誘電体ミラー５は、２種の誘電体膜を交互に積層して形
成する、これらの各誘電体膜の材質としては誘電率の大
きいものがよく、例えば、Ｔｉｄｙ。

ＳＩＯ，を交互に１７層積層して形成すると、反射率９
８％のミラーを得ることができる。

金属遮光膜１１には、−例として厚さ２０００人程度Ｏ
７ルミニウム膜が使用できる。金属遮光膜１１の導入に
より、面内方向に電気伝導が生じるのをさけるためアル
ミニウム膜が島状に残るようにメツシュパターンでエツ
チングする。即ち、全面均一なアルミニウムを蒸着した
のち、フォトリソグラフィーにより例えば１８ｘ１８μ
ｍ口の島状で各島の間隔が２μｍのパターンを形成する
。

ＳＬＭの画素数が１ｃｍ’当り２５万個程度であれば、
上記寸法により、十分な解像間が得られる。

金属遮光膜１１の材料としてはアルミニウムのほかに、
チタンや金などが使用できる。

以上のように構成した実施例の動作および作用を述べる
。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の
空間光変調素子の動作説明図である。各図における２０
は空間光変調素子、！は一方の透明基板であるガラス基
板、２は他方の透明基板であるガラス基板であり、前述
したものである。以下、第１図を参照して説明する。空
間光変調素子（ＳＬＭ）２０内に充填されたＦＬＣ１０
は、このＦＬＣＩ　Ｏの層に印加される電圧Ｖｆと印加
電圧のパルス幅τの積ｖｆ・τがあるしきい値Ｃを越え
たときに配向方向が電界により変えられ、しきい値に満
たないときはそれ以前の配向方向を保持する。ＳＬＭ２
０内では印加電圧が、光伝導層４、誘電体ミラー５．Ｆ
ＬＣＩＯで分圧されているか、ＳＬＭ２０に印加される
電圧・パルス幅積Ｖｆ・τをしきい値Ｃより大きくなる
ように設定することにより、光伝導膜４の光電気伝導効
果によってＳＬＭ２０の光学特性を書き込み光（あるい
は消去光）Ｌｗで制御することができる。第２図（ａ）
は、書き込み光（または消去光）ＬｗがＳＬＭ２０のガ
ラス基板１面に照射され、かつ＋■の電圧が印加されて
いる場合で、Ｆｌ、ＣＩＯは鉛直方向から４５度傾いた
方向（ｄ　ｏｗｎ状態）に配向するため、ガラス基板２
面に照射されている直線偏光の読み出し光ＬＲＩは偏光
方向が９０度回転しり、ｌｆとして反射される。一方、
書き込み光が照射されず、かつ＋Ｖの電圧が印加されて
いる第２図（ｂ）の場合においては、ＦＬＣＩＯは状態
の変化を示さず、反射される読み出し光ＬＲｘは以前の
状態を保持する。次に、第２図（ｃ）のように書き込み
光が照射され、かつ−■の電圧が印加されている場合、
ＦＬＣＩ　Ｏには負のしきい値を越える電圧が印加され
るのでＦＬＣＩ　Ｏはｕｐ状態となり、読み出しの直線
偏光ＬＲ＋はそのままの偏光で読み出される。第２図（
ｄ）は書き込み光が照射されず、かつ−Ｖの電圧が印加
された場合であり、第２図（ｂ）のときと同様に反射さ
れる読み出し光Ｌｌｌｔは以前の状態を保持する。

以上の原理に基づいて、読み出しを行う場合、読み出し
光ＬＲＩはポラライザで偏光し、ｓ　Ｌ　Ｍ　２０で変
調されて反射される読み出し光Ｌ□はアナライザを通し
て読み出される。上記の原理に基づくと、ポラライザ、
アナライザを直交させた状態（直交ニコル）で、ＦＬＣ
のｕｐ状態（負電圧印加状態に対応）では読み出し光か
暗くなり（ｄａｒｋ）、ｄｏｗｎ状態（正電圧印加状態
に対応）では明るくなる（ｂｒｉｇｈｔ）。ポラライザ
とアナライザを平行にした状態（平行ニコル）において
は明暗が上記の場合とは逆になる。

上記において、本実施例では読み出し時に、金属反射膜
Ｉｔが読み出し光ＬＲ＋を反射するとともに、光伝導層
４に対する光の遮断を行う。即ち、本実施例は、金属膜
が良好な光の遮断性を有することを利用して、誘電体ミ
ラー５の反射率を補い、読み出し光強度が大きいときに
光伝導層４に読み出し光が到達しないように遮光する。

これによって、書き込み光強度に対し、読み出し反射率
をその読み出し光強度の大小によらず安定かつ良好にす
る。一方、書き込み時において、金属遮光膜１１は島状
（メツシュ状に絶縁した状態）配列としであるため、光
伝導層４が感光したパターンの電位を所定の解像度でＦ
ＬＣ１０に印加することができ、書き込みを可能にして
いる。

第３図（ａ）、（ｂ）は本実施例における上記作用を示
す入出力特性図である。各図において、横軸は書き込み
光強度、縦軸はアナライザを通った後の読み出し反射率
であり、（ａ）は直交ニコル（ポラライザ、アナライザ
の偏光軸を直交させた状！３Ｉ）の場合、（ｂ）は平行
ニコル（ポラライザ、アナライザの偏光軸を平行にした
状態）の場合の測定例を示しており、実線（１）は読み
出し光強度が小さいときの読み出し反射率の変化特性を
示し、点線（２）は読み出し光強度が大きいときの読み
出し反射率の変化特性を示している。（λ）、（ｂ）と
もある書き込み強度の書き込み状態を境に読み出し光の
偏光面が９０度回転することを示しているが、上記した
金属遮光膜ｌｌの作用によって、読み出し強度の大小に
よりその境目の書き込み強度がほとんど変動しない。即
ち、入出力特性が安定良好なものとなっている。

実際に、有効面的１ｃｍ”の作製したＳＬＭについて、
書き込み光として白色光（０，５ｍＷ／ｃｍ”）、読み
出し光としてＡｒレーザー光（１００ｍＷ／　ｃ　ｍ”
）を用い、ＳＬＭへの印加パルスを電圧１５Ｖ、幅０　
、２　ｍ　ｓとして動作させ、コントラスト２０：１以
上、画素数５００ｘ５００でパターンを読み出すことが
できた。これは、金属遮光膜！ｌを用いたことにより、
書き込み光の２００倍の強度の読み出し光を用いた場合
にも、読み出し光の一部が光伝導層４に到達することが
ないことを示すものである。このときの書き込み間隔は
、３０分以上まで可能であった。

なお、上記実施例において金属遮光＊１１の厚みを厚く
してその反射率を向上させることにより、誘電体ミラー
５は省略することができる。この場合、製造プロセスが
簡単になる。また、誘電体ミラーと金属遮光膜の積層順
序を変え、ガラス基板ｉ上に透明電極３、光伝導層４、
金属遮光膜ＩＩ。

誘電体ミラー５、配向膜６の順に積層した構造も可能で
ある。このように、本発明はその主旨に沿って種々に応
用され、種々の実施態様を取り得るものである。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明の空間光変調素
子によれば、読み出し光の反射と遮断をする金ｗ４＠を
用いているため、強い読み出し光を人力しても光伝導層
への光が遮光され、正常な入出力特性を得ることができ
、画像の変換１表示。

光メモリ等に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す構造図
、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本実施例の
動作説明図、第３図（ａ）、（ｂ）は本実施例の作用を
示す入出力特性図、第４図は従来例の構成図、第５図（
ａ）、（ｂ）は従来例の問題点を示す入出力特性図であ
る。ト・・一方のガラス基板、２・・・他方のガラス基板、
３・・・透明電極、４・・・光伝導層、５・・・誘電体
ミラー６・・・配向膜、７・・・透明電極、８・・・配
向膜、９由スペアす、ｌＯ・・・強誘電性液晶、１１・
・・金属遮光膜、２０・・・空間光変調素子。第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明電極を有する一方の透明基板上に光伝導層と
、誘電体ミラーとともにまたは誘電体ミラーに代えて島
状配列の金属膜と、液晶配向膜とを配置し、透明電極を有する他方の透明基板上に液晶配向膜を配置
し、上記一方と他方の両透明基板をスペーサを介して対向し
て配置し、その隙間に強誘電性液晶を充填する構造から
なることを特徴とする空間光変調素子。