JPH049010A - 空間光変調素子 - Google Patents

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、プロジェクションブレビやビデオプロジェク
タなどに用いられる空間光変調素子にかかるものであり
、特にそのセル間隔を保持するスペーサの改良に関する
ものである。

［従来の技術］ 空間光変調素子としては、例えば第７図に示すものがル
〕る。こｔ）は、１９８９年、第２０回１画像工学コン
ファレンスで公表されたものである。

同図において、ポリマーとネマティック液晶からなる高
分子液晶複合体１０には、誘電体ミラー１２を挟んで、
ＢＳＯによる光導電層１４が積層されている。そして、
これらは、Ｔ’ＦＯによる透明電極１６．１８に挟まれ
ており、透明電極１８側には、ガラス基板２０が積層さ
れている。

透明電極１６．］、、８間には、駆動用の電源２２が接
続されている。

情報書き込み時には、Ａｒレーザなどの書き込み光が矢
印Ｆ】で示すように光導電層１４に対して照射され、レ
ーザ光に含まれている光学情報が電荷像として蓄積され
る。他方、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどの読み出し光は、矢印
Ｆ２で示すように高分子液晶複合体１０に入射する。こ
の高分子液晶複合体１０には、光導電層１４の電荷像に
よる電界が作用している。このため、読み出し光は、電
荷像に相当する変調を受けるようになる。読み出し光は
、誘電体ミラーＪ２で反射されて、矢印Ｆ３で示すよう
に出力される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した高分子液晶複合体ｌＯの膜厚は２０
μｍに設定されており、そのセルのスペサとしては少な
くとも２０μｍのものが用いられる。また、光導電層１
４は、ＢＳＯ結晶によって研磨により形成されており、
数１００μｍの厚さとなっている。この従来例の解像度
は３０１ｐ／ｍｍとあまり高くないため、スペーサにつ
いての格別な条件は必要とされない。

しかし、薄膜作成法で形成されるような場合、例えば、
ａ−３ｉ；Ｈ（水素化アモルファスシリコン）によって
光導電層が形成される場合には、空間分解能が２０μｍ
以下となる。このように空間分解能が高い場合に前記従
来例のような２０μｍのスペーサを用いると、実際に拡
大投影したときにスペーサの陰影が見えるようになる。

このような不都合を解消する一つの方法は、スペーサを
透明に形成することである。ここで、光変調層として、
複屈折による光の変化を利用するＴＮタイプの液晶１強
誘電性液晶、ＨＦＥ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆ
ｆｅｃｔｌ　モードを用いるタイプの液晶では、検光子
（受光側の偏光素子）によって投影が行なわれる。この
ため、スペーサによって複屈折状態が変化しなければス
ペーサが透明であっても大きな影響は生じない。

ところが、光変調層が薄膜作成法で形成されており、か
つ、光変調層が高分子マトリクス中に液晶が分散された
複合体で形成されているような場合に透明なスペーサを
用いると、コントラスト比が低下するとともに、分解能
が高いために表示画質が低下することになる。従って、
高コントラスト比、高画質の画像を得るためには、スペ
ーサの形状や色について相当の工夫をする必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、高コント
ラスト比、高画質の画像を得ることができる空間光変調
素子を提供することを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、スペーサによってセル間隔が保持された光変
調層に入射した読出し光を、ミラー層で反射して情報の
読出しを行なう空間光変調素子において、前記スペーサ
が、全体としてみたときに略球形状であって、入射光に
対して吸収又は散乱効果を有するものであることを特徴
とするものである。

［作用］ 本発明によれば、入射光は、略球形状のスペーサによっ
て吸収又は散乱される。これによって、入射方向への戻
り光の程度が低減され、画像の暗レベルが一層低下する
ようになる。

［実施例コ 以下、本発明にかかる空間光変調素子の一実施例につい
て、添付図面を参照しながら説明する。

〈実施例〉 第１図には、本実施例の構成が示されている。

同図において、光変調素子３０には、矢印ＦＡで示す方
向から情報の書込みを行なう書込み光が入射するように
なっており、矢印ＦＢで示す方向から情報の読出しを行
なう読出し光が入射するようになっている。そしてこの
読出し光は、反射されて矢印ＦＣの方向に出力されるよ
うになっている。

書込み光入射側には、まずガラス基板３２が設けられて
おり、このガラス基板３２には透明電極３４が積層され
ている。他方、読出し光入射側にも、同様にガラス基板
３６が設けられており、このガラス基板３６には透明電
極３８が積層されている。そして、透明電極３４．３８
間には、光導電層４０．ミラー層４２．光変調層４４が
、その順で積層して形成されている。また、透明電極３
４．３８間には、適宜の電源によって必要な駆動電圧が
印加されるようになっている（図示せず）。

以上の各部のうち、光導電層４０は、薄膜作成法で形成
されるものである。また、光変調層４４は、高分子マト
リクス中に液晶が分散保持されており、所定の間隔を維
持するためのスペーサ４６が混入されている。このスペ
ーサ４６には、表示画質を向上さゼるために、次のよう
な条件が付は加えられる。

ａ、スペーサ４６の形状について 本実施例にかかる光変調層４４は、高分子マドノックス
中に分散された液晶による散乱効果を利用して光変調を
行なうものである。従って、スペ−＋ｊ４６による光の
散乱があると、画質に悪い影響を（−ｊえる。本実施例
では、スペーサ４６を球形とすることによって、かかる
影響が低減されている。

詳述すると、第３図ｆＡ］　には、駆動電界が印加され
ていないときの光変調層４４のスペーサ部分における読
出し光の状態が示されている。この場合には、光変調層
４４で読出し光が散乱されて矢印Ｆ３方向の元４３−戻
る光が少なくなるので、暗く見えるようになる。同図に
示すように、スペーサ４６の頂点部分に入射した光ＬＡ
は、はぼそのまま元の方向に反射される。スペーサ４６
の頂点から離れた位置に入射した光り、　Ｂは、スペー
サ４Ｇによって反射散乱される。また、更に離れた位置
に入射した光Ｌ　Ｃは、液晶による散乱やスペーサ４６
による反射によって散乱される。

これを画面上でみると、同図（Ｂ）に示すように、スペ
ーサ４６の内外の何れの部分ＳＡ。

ＳＢも暗く表示される。しかし、スペーサ４６の頂点部
分４６Ｐについては、白く明るく表示されることとなる
。これは、スペーサ４６が透明電極３８とミラー層４２
との間に接して存在することから生じ、黒地に白く見え
るために非常に目立つ。これを低減するためには、スペ
ーサ４６と透明電極３８との接触部分の面積を小さくす
る必要がある。

次に、駆動電界印加時は第４図ｆＡ）に示すようになる
。この場合は、例えば電界方向に液晶分子が配向するた
め、入射した光は光変調層４４をそのまま透過しミラー
層４２で反射される。このため、矢印Ｆ３方向の元に戻
る光が圧倒的に多くなる。まず、スペーサ４６の頂点部
分に入射した光Ｌ　Ｄについては、同様に元の方向に反
射される。

スペーサ４６の頂点から離れた位置に入射した光ＬＥは
、スペーサ４６によって反射散乱される。

しかし、更に離れた位置に入射した光ＬＦは、液晶によ
る散乱やスペー勺４６による反射を受けないので、その
まま誘電体ミラー１２に入射し、ここで元の方向に反射
されるようになる。

このため、画面上では、同図ＦＢ）に示すように、スペ
ーサ４６の外側の部分ＳＣは誘電体ミラー１２による反
射のため明るく表示され、内側の部分Ｓ　Ｉ）はスペー
サ４６による散乱のため多少暗く表示される。また、ス
ペーサ４６の頂点部分４６１）については、同様に明る
く表示されることとなる。

このように、駆動電界印加時では、スペーサ４６の部分
がやや暗く表示されるので、読出し側からみたスペーサ
４６の形状は小さいほうがよい。

以上のような観点から、本実施例では、スペーサ４６は
球形となっている。

１）、スペーサ４６の色調について スペーサ４〔５として、例えばガラスファイバやプラス
チック粒子などの光を透過するタイプのものを使用した
とする。このときのスペーサ部分における光の進行状態
は、駆動電界が印加されず。

かつ散乱液晶の膜厚が薄くなった場合と等価である。す
なわち、透明なスペーサ４６を透過した光がミラー層４
２に達する状態となる。このため、ミラー層４２での反
射によってスペーサ部分でのもれ光が大きくなり、画像
の暗レベルが上昇するようになる。明レベルが同一であ
れば、コン１−ラスト比は低下する。

従って、本実施例では、スペーサ４６として光を透過し
ない不透明なタイプのものが使用される。これには、Ａ
１□０３やＳｉＯ□、あるいはプラスチック粒子に色素
を混合したタイプのものがある。これらのうち、Ａｌ　
２０．やＳｉＯ□を用いたものは白色であって光をよく
反射するために、透明タイプよりはよいもののコントラ
スト比が低下することがある。かかる不都合を防止する
ため、それらの白色粒子の上に有色の樹脂をコーティン
グしたものがあり、これを用いると更によい結果を与え
る。

く実験例〉 次に、以北のような実施例に関連して行なった実験例に
ついて説明する。

ａ、サンプル１ パイレックスのガラス基板３２上にＩＴＯを透明電極３
４として形成する。その上に、光導電層４０として、ａ
−３ｉ（アモルファスシリコン）をＣＶＤ法により１０
μｍ形成し、更にその上にミラー層４２を積層する。他
方、各面に反射防止膜（図示せず）及び透明電極３８が
各々形成されたガラス基板３６が別に用意される。そし
て、これらの各ガラス基板３２．３６間で通常の組立て
の方法によって液晶セルが形成される。

このとき、スペーサ材として、大きさが１０μｍで球形
の触媒化成工業■製の真縣球５Ｗ−１Ｏμが用いられる
。この真緋球は、材料がＳｉＯ□であり、はぼ完全な球
形で白色の色調を持っている。このようなスペーサ４６
を適宜の有機溶剤中に分散させたものが、スピンコード
法によってセル対応面に散布される。散布量は、約３０
個／　ｍ　ｍ　２である。更に、液晶セルのすき間には
高分子液晶溶液が注入され、その後紫外線照射による硬
化が行なわれて光変調層４４が形成される。

次に、以上のようにして製作した空間光変調素子３０に
対し、駆動電界を印加しないときの読出し光の反射率を
測定したところ、１．２％であった。他方、光導電層４
０に十分光を照射しつつ光変調層４４に十分な駆動電圧
を印加したときの反射率は、８９％であった。従って、
このサンプル１のコントラスト比は、７４：１となった
。

ｂ、サンプル２ スペーサ４６として、サンプル１と同じ粒径であって黒
い色をした触媒化成工業■製の真糾球Ｂ−１０μを用い
た。これは、Ｓ　ｉ　Ｏ２の表面に黒色の有機皮膜をコ
ートしたものである。散布量は、サンプル１と同様であ
る。

そして、このサンプル２に対し、サンプル１と同様にし
て駆動電界を印加しない暗状態での反射１．２ 率を測定したところ、１．０％に低下した。他方、駆動
電界を印加した明状態での反射率は、８７％であった。

従って、サンプル２のコントラスト比は８７：１となり
、サンプル１よりも向上した。

Ｃ，サンプル３ スペーサ４６として、サンプル１と同じ粒径であって透
明クイブである積木ファインケミカル社製の商品名ミク
ロパールＳ　Ｐ　−２１，０を用いた。

これは、ジフェニルベンゼンを主成分とする架橋共重合
物を材料とするプラスチック球である。散布量は、前記
サンプル１と同様である。

このサンプル３に対し、同様にして、明、暗各状態にお
ける反射率を測定したところ、暗状態で１．６％、明状
態で８９％であった。従って、サンプル３のコントラス
ト比は５６：１となり、サンプル１．２の何れよりも低
いものとなった。

ｄ、サンプル４ スペーサ４６として、■住田光学硝子製造所製、ハルナ
電機産業■販売の商品名液晶ファイバのＮａ、ＦＴ−１
０を用いた。このガラスファイバの直径は１０μｍ、長
さは４０μｍ前後である。サンプル１〜３のスペーサが
第２図（Ａｌに示す大きさであるとすると、このサンプ
ル４のガラスファイバは概略同図（Ｂ）に示す大きさと
なる。

このサンプル４に対し、同様にして、明、暗各状態にお
ける反射率を測定したところ、暗状態で１．８％、明状
態で８９％であった。従って、サンプル４のコントラス
ト比は４９：１となり、低い値となった。

ｅ、サンプル５ スペーサ４６として、昭和電工■販売の商品名アルフィ
ツトＡＬＦの粒径１０μｍのものを用いた。このスペー
サは、Ａ１□０３板状結晶を主成分とする球状多面体粒
子で、上述したサンプルのスペーサと大きさを比較する
と、第２図（Ｃ１に示すようになる。

このサンプル５に対し、同様にして、明、暗各状態にお
ける反射率を測定したところ、暗状態で１．６％、明状
態で８８％であった。従って、ザンブル５のコン］・ラ
スト比は５５：１となり、低い値となった。

これらの実験例から明らかなように、本実施例によれば
、 ｆｌ）スペーサの形状を球形とするとともに、それを不
透明としたので、画像のダークレベルが下がってコント
ラスト比が向上する。

（２）更に、暗い画面がスペーサによって明るくなる程
度が低減されるので、薄膜法で光導電層が形成された分
解能の高い空間光変調素子においても高画質、高コント
ラスト比を得ることができる。

〈他の実施例〉 なお、本発明は、何ら上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば、上記実施例では、サンプル２でスペーサ
を黒く着色したが、使用する読出し光に対して吸収効果
があるものであれば何でもよい。

また、スペーサの形状としては全体として見たときに略
球形状がであればよく、駆動電界が印加されていないと
き、すなわち変調層中の液晶が散乱モードにあるときの
光反射率または光透過率が小さくなるようであれば、球
そのものでなくてもよい。第５図には、そのような他の
例が示されている。この例は、スペーサの基本形を球と
するとともにその表面に大きな凹凸を形成するようにし
て、コントラスト比の一層の向上を図るようにしたもの
である。

例えば、材料技術、１９８９年、Ｖｏｌ、７゜Ｎｏ、５
　、　Ｐ　１４〜２２には、第５図ｆＡ）に示すように
、−次粒子５０の表面に二次粒子５２を付着させる手法
が開示されている。このような複合粒子に適宜の着色を
施してスペーサとすれば、透明電極３８に接する部分で
の光の散乱がより大きくなり、画像の暗レベルを更に下
げてコントラスト比を改善することができる。なお、駆
動電界が印加されていない状態の表示画面は、同図（Ｂ
）に示すようになる。

また、凹凸のある花粉などの有機物を用いるようにして
もよいし、それらの形状のスペーサを人エ的に生成して
用いてもよい。第６図（Ａ）〜（ロ）には、ミゾソバ、
ソヨウ。セイタカアワダチソウ、ブタフサの花粉の断面
が概略示されている。

その他、上述した実験例で示した材料や条件などは、同
様の作用を奏するｊ：うに種々変更可能であり、これら
のものも本発明に含まれる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかる空間光変調素子に
よれば、液晶セルのスペーサとして、全体としてみたと
きに略球形状のものを用いるとともに、入射光に対して
吸収又は散乱効果を有するものを用いることとしたので
、戻り光の程度が低減されて、高コントラスト比、高画
質の画像を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる空間光変調素子の一実施例を示
す構成図、第２図は各サンプルにおけるスペーサを示す
説明図、第３図及び第４図はスペーサによる光の反射、
散乱の様子を示す説明図、第５図及び第６図は本発明の
他の実施例を示す説明図、第７図は従来例を示す説明図
である。 ３０・・・空間光変調素子、３２．３６・・・ガラス基
板、３４．３８・・・透明電極、４０・・・光導電層、
４２・・・ミラー層、４４・・・光変調層、４６・・・
スペーサ、５０・・・−次粒子、５２・・・二次粒子。 特許出願人　　日本ビクター株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スペーサによってセル間隔が保持された光変調層に入射
   した読出し光を、ミラー層で反射して情報の読出しを行
   なう空間光変調素子において、前記スペーサは、全体と
   してみたときに略球形状であって、入射光に対して吸収
   又は散乱効果を有するものであることを特徴とする空間
   光変調素子。