JPH05307187A

JPH05307187A - 空間光変調器

Info

Publication number: JPH05307187A
Application number: JP4136092A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Shimizu; 滋雄清水; Toshiyasu Eguchi; 稔康江口; Toshio Konno; 俊男昆野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な解像度やコントラスト比などの画質特
性を安定して得ることができる空間光変調器を提供す
る。【構成】全く電界が生じていない場合（Ｄ＝０）及び
やや電界が生じている状態（Ｄ＝１）では、液晶の異常
光屈折率ｎ_eを大きくしていくと、反射率が一度高くな
るものの１．６８付近でほとんどゼロとなる。更にｎ_e
を大きくすると、再び反射率が高くなる。反射率がほぼ
ゼロとなる条件は、液晶の屈折率異方性をΔｎ，セル厚
をｄ，読出し光の波長をλとすると、Δｎ・ｄ／λ＝
０．８７〜１．１５となる。この範囲に液晶層を設定す
ることで良好な黒表示が可能となって、読出し画像のコ
ントラスト比が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導電層及び光変調層
を各々有する空間光変調器にかかり、特に、高解像度，
高輝度のプロジェクタなどに好適な空間光変調器の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調器としては、例えば米国特許
第４０１９８０７号特許明細書に開示された反射形液晶
ライトバルブがあり、図６にその構成が示されている。
同図において、ガラス基板１０，１２間にはまず透明電
極１４，１６が各々形成されている。矢印ＦＡで示す書
込み光の入射側の透明電極１４側には、光導電層１８，
遮光層２０，誘電体ミラー２２がその順に積層されてい
る。また、矢印ＦＢで示す読出し光の入射側の透明電極
１６側には、絶縁層（配向膜）２４，２６，スペーサ２
８，３０に挟まれた空間内に液晶層３２が形成されてい
る。

【０００３】液晶層３２にはネマチック液晶が用いられ
ており、その配向状態は、絶縁層２４側が読出し光の偏
光方向と平行に液晶の分子長軸が揃うように、他方の絶
縁層２６側が前記偏光方向と４５°ねじれた方向に分子
長軸が揃うようになっている。また、透明電極１４，１
６には、駆動用の交流電源３４がスイッチ３６を介して
接続されている。

【０００４】次に、このような液晶ライトバルブの作用
について説明すると、透明電極１４，１６に交流電圧を
印加した状態で矢印ＦＡ方向から光導電層１８に光を照
射すると、光導電層１８のインピーダンスの低下が起こ
る。このため、より多くの電圧が液晶層３２にかかるよ
うになる。つまり、光導電層１８に画像を光書込みする
と、それに応じた電圧が液晶層３２に加わり、液晶分子
の配列変化が起こるようになる。ここで、液晶層３２は
ハイブリッド電界効果モードが用いられる。上述したよ
うに、液晶は、絶縁層２４側では入射光の偏光方向と平
行に分子長軸が揃い、他方の絶縁層２６側では前記偏光
方向と４５゜ねじれた方向に分子長軸が揃うようなツイ
スト構造となっている。

【０００５】このため、光導電層１８への書込み画像の
暗の部分では、液晶層３２の配列変化は起こらず、従っ
て矢印ＦＢで示す読出し光は液晶分子の旋光性により、
偏光状態が変化を受けないまま出力される。しかし、書
込み画像の明の部分では、液晶層３２に多くの電圧がか
かるため、液晶分子の配列方向が変化し、入射した読出
し光は複屈折効果によってその明るさの程度に応じた楕
円偏光となる。従って、読出し光の偏光状態，特に読出
し光の最初の偏光成分と直交する偏光成分を検光子や偏
光ビームスプリッタ（図示せず）で取り出すことで、光
導電層１８に書き込まれた画像を読み出すことができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ツイスト角
の条件を満たせば原理的には上述した作用が可能であろ
うが、実際上は、液晶層３２の屈折率異方性とセル厚，
あるいは読出し光波長などの関係から前記作用が必ずし
も奏されるとは限らない。このため、表示画像について
十分な解像度や輝度，あるいはコントラスト比を再現性
よく得ることができないという不都合がある。

【０００７】本発明は、これらの点に着目したもので、
良好な解像度やコントラスト比などの画質特性を安定し
て得ることができる空間光変調器を提供することを、そ
の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、透明電極間に光導電層と誘電体ミラーと
液晶層とが積層して設けられており、書込み光を光導電
層に照射して情報を書き込むとともに、直線偏光の読出
し光を液晶層に照射し誘電体ミラーで反射して情報を読
み出す空間光変調器において、前記液晶層は、読出し光
の入射側から反射側に至る液晶分子長軸のツイスト角が
３０゜乃至６０゜の範囲のいずれかに設定されており、
液晶の屈折率異方性をΔｎ、セル厚をｄ、読出し光の波
長をλとしたときのΔｎ・ｄ／λの値が、０．８７乃至
１．１５、１．７乃至２．３、２．７乃至３．３、３．
６乃至４．４の範囲のいずれかに設定されていることを
特徴とする。他の発明は、前記空間光変調器において、
前記誘電体ミラーは、その反射中心波長が読出し光の中
心波長に対応する波長選択性を有することを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明によれば、画像の読出しに影響する液晶
の屈折率異方性，セル厚，読出し光の波長の各条件が、
所定の数値となるように設定される。この条件によれ
ば、書込み画像が黒の場合に最も反射光が少なくなり、
解像度やコントラスト比が向上した高画質の特性が安定
して得られる。また、他の発明によれば、誘電体ミラー
による波長選択性のため、黒の画像の反射光は更に低減
されるようになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による空間光変調器の一実施例
について、添付図面参照しながら詳細に説明する。図１
には、本実施例にかかる空間光変調器の構成が示されて
いる。同図において、透明基板５０，５２間にはまず透
明電極５４，５６が各々形成されている。矢印Ｆ１で示
す書込み光の入射側の透明電極５４側には、光導電層５
８，誘電体ミラー６０がその順に積層されている。ま
た、矢印Ｆ２で示す読出し光の入射側の透明電極１６側
には、配向膜６２，６４，スペーサ６６，６８に挟まれ
た空間内に液晶層７０が形成されている。液晶層７０に
は、前記従来技術と同様にネマチック液晶が用いられて
いる。これらによって、空間光変調器７２が構成されて
いる。

【００１１】そして、読出し光の入射側には、偏光ビー
ムスプリッタ７４が配置されている。これによって、直
線偏光の光が読出し光として空間光変調器の液晶層７０
に入射し、その偏光方向に直交する偏光方向の光が矢印
Ｆ３で示すように反射されて取り出されるようになって
いる。また、前記空間光変調器７２の透明電極５４，５
６間には、駆動用の交流電源７６が接続されている。

【００１２】このような実施例の基本的な作用は前記従
来技術とほぼ同様であり、画像の書込みは矢印Ｆ１方向
から画像情報を含む書込み光を照射することで行われ
る。すると、光導電層５８では、導電度が画像の明暗に
対応した分布となる。交流電源７６の電圧は、この導電
度分布に対応して液晶層７０に印加されるようになる。

【００１３】この状態で、空間光変調器７２に対して矢
印Ｆ２で示すように読出し光が照射される。読出し光
は、偏光ビームスプリッタ７４で直線偏光に変換されて
空間光変調器７２の液晶層７０に入射する。液晶層７０
を通過した光は、誘電体ミラー６０によって反射され、
再び液晶層７０を通過し空間光変調器７２から出射され
る。このとき、液晶層７２において、印加電圧（書込み
画像に対応）に相当する複屈折を読出し光が受けるよう
になり、読出し光は楕円偏光となって偏光ビームスプリ
ッタ７４に入射する。偏光ビームスプリッタ７４では、
入射読出し光から液晶層７０で生じた直交偏光成分のみ
が取り出されて矢印Ｆ３方向に出力され、これが投影光
としてスクリーン（図示せず）に投影される。

【００１４】次に、液晶層７０に関する詳細な条件につ
いて説明する。図２には、液晶の異常光屈折率ｎ_eを変
化させた場合に偏光ビームスプリッタ７４で反射出力さ
れる読出し光の挙動の測定結果が示されている。なお、
読出し光の波長は５５０ｎｍ，液晶層７０のセル厚は
２．５μｍ，配向膜６２から配向膜６４に至るツイスト
角は４５°，液晶の常光屈折率ｎ_oは１．５とし、液晶
層７０に生ずる電界強度をパラメータとして変化させて
いる。Ｄ＝０は全く電界がない状態（書込み画像の暗部
に対応）を示し、Ｄ＝１，２，３，……となるに従って
電界は増大している（書込み画像の明部に対応）。

【００１５】このグラフに示すように、全く電界が生じ
ていない場合（Ｄ＝０）及びやや電界が生じている状態
（Ｄ＝１）では、液晶の異常光屈折率ｎ_eを大きくして
いくと、反射率が一度高くなるものの１．６８付近でほ
とんどゼロとなる。更にｎ_eを大きくすると、再び反射
率が高くなるという挙動をする。この条件は、書込み画
像の黒に対応するわけであるから、偏光ビームスプリッ
タ７４の反射出力は理想的にはゼロであることが好まし
い。すなわち、反射率がほとんどゼロとなる所が良好な
黒を再現できる条件となる。

【００１６】これを、Δｎ・ｄ／λ（ただし、Δｎ：液
晶の屈折率異方性，ｄ：セル厚，λ：読出し光の波長）
で表わすと、０．８７〜１．１５の範囲となる。図２の
グラフを、他の読出し光波長やセル厚などの条件下で求
めたが、ほぼ同様の範囲が良好な条件となった。

【００１７】このような黒レベルに近くなるΔｎ・ｄ／
λの範囲は、上記範囲以外に、１．７〜２．３、２．７
〜３．３、３．６〜４．４、……と多数存在する。しか
し、プロジェクタなどのように、数十〜百数十ｎｍの広
い波長範囲の光を用いる場合には、４．４以上に存在す
る範囲でλの変化によってΔｎ・ｄ／λの最適値からず
れる現象が生ずる。このため、コントラスト比や暗部で
の色再現性の劣化が起こることになる。従って、Δｎ・
ｄ／λとしては、０．８７〜１．１５、１．７〜２．
３、２．７〜３．３の範囲が好ましい。但し、利用する
光の波長幅が狭い場合には、３．６〜４．４の範囲で使
用しても、良好なコントラスト比などを得ることができ
る。

【００１８】次に、図３には、適当な画像を書き込んだ
状態で液晶のツイスト角を変化させたときの読出し光の
反射率の変化が示されている。なお、読出し光の波長
λ，セル厚ｄ，液晶の複屈折異方性Δｎは、Δｎ・ｄ／
λ＝０．８７〜１．１５の範囲，すなわち黒が良好に再
現できる範囲に設定されている。ツイスト角は、図４に
示すように、液晶層７０の読出し光入射側の配向膜６２
から誘電体ミラー７０側の配向膜６４に至る偏光のねじ
れ角度θである。このグラフによれば、ツイスト角４５
゜で読出し光の反射率は最大となっており、スクリーン
（図示せず）に投影された読出し画像は最も明るい。し
かし、このグラフによれば、ツイスト角３０゜〜６０°
の範囲で良好な明るさを得ることができることがわか
る。

【００１９】以上の考察によれば、Δｎ・ｄ／λを０．
８７〜１．１５、１．７〜２．３、２．７〜３．３、
３．６〜４．４の範囲とするとともに、液晶のツイスト
角を３０゜〜６０°の範囲とすることで、良好な明る
さ，解像度，あるいはコントラスト比を安定して得るこ
とができる。

【００２０】＜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く、例えば次のようなも
のも含まれる。（１）空間光変調器７２の誘電体ミラー６０を、読出し
光の中心波長の反射率が最大となるような波長選択性を
有するように構成するとともに、Δｎ・ｄ／λの範囲を
上述した値の範囲とすれば、更に良好な結果が得られ
る。このようにすれば、液晶層７０が適正条件からずれ
て黒レベルで読出し光が反射されるようになった場合で
も、かかる波長選択性を有するミラー特性とすることで
黒レベルの反射光は更に低く抑えられるので、コントラ
スト比の高い画像表示が可能となる。

【００２１】例えば、読出し光の波長分布が図５（Ａ）
の如くであり、誘電体ミラー６０が同図（Ｂ）に示すよ
うな波長選択性を有するとする。この場合、本実施例に
おける黒レベルの反射光は、同図（Ｃ）に実線で示すよ
うになる。他方、誘電体ミラー６０に波長選択性がない
場合は、同図（Ｃ）に破線で示すようになる。両者を比
較すれば明らかなように、実線のグラフの方が反射率が
低く、よりコントラスト比の大きな黒レベルとなる。図
中、Ｗ₀は中心波長である。なお、このような波長選択
性ミラーについては、例えば特開平３−１８８１５号
（特願平１ー１５３７７５号）公報に開示されたものが
ある。

【００２２】（２）前記実施例では、偏光ビームスプリ
ッタ７４によって、垂直偏光の読出し光を得るとともに
それに直交する偏光光を取り出すようにしたが、偏光
子，検光子を別個に設けるようにしてもよい。また、空
間光変調器の構成なども、遮光膜や反射防止膜を設ける
など種々設計変更が可能である。（３）書込み画像を色分解手段によってＲ（赤），Ｇ
（青），Ｂ（青）の原色画像に分解し、各原色画像の空
間光変調器について前記実施例を適用して色合成手段で
合成を行うようにすれば、カラー画像にも本発明を適用
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による空間
光変調器によれば、次のような効果がある。（１）液晶の波長，セル厚，複屈折率異方性やツイスト
角を、所定の最適値に設定することとしたので、良好な
解像度やコントラスト比などの画質特性を安定して得る
ことができる。（２）更に、誘電体ミラーに読出し光に対する波長選択
性を持たせることとしたので、一層良好なコントラスト
比を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空間光変調器の一実施例を示す構
成図である。

【図２】前記実施例における液晶の異常光屈折率及び電
界強度を変化させたときの読出し光反射率の関係を示す
グラフである。

【図３】前記実施例における液晶のツイスト角と読出し
光反射率の関係を示すグラフである。

【図４】読出し光とツイスト角との関係を示す説明図で
ある。

【図５】誘電体ミラーに波長選択性をもたせたときの読
出し光と反射光との関係を示すグラフである。

【図６】従来の空間光変調器を示す説明図である。

【符号の説明】

５０，５２…透明基板、５４，５６…透明電極、５８…
光導電層、６０…誘電体ミラー、６２，６４…配向膜、
６６，６８…スペーサ、７０…液晶層、７２…空間光変
調器、７４…偏光ビームスプリッタ、７６…交流電源、
Ｆ１…書込み光の入射方向、Ｆ２…読出し光の入射方
向、Ｆ３…読出し光の直交偏光成分の出力方向、ｄ…セ
ル厚、Ｗ₀…中心波長、Δｎ…液晶の屈折率異方性、λ
…読出し光の波長。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極間に光導電層と誘電体ミラーと
液晶層とが積層して設けられており、書込み光を光導電
層に照射して情報を書き込むとともに、直線偏光の読出
し光を液晶層に照射し誘電体ミラーで反射して情報を読
み出す空間光変調器において、前記液晶層は、読出し光
の入射側から反射側に至る液晶分子長軸のツイスト角が
３０゜乃至６０゜の範囲のいずれかに設定されており、
液晶の屈折率異方性をΔｎ、セル厚をｄ、読出し光の波
長をλとしたときのΔｎ・ｄ／λの値が、０．８７乃至
１．１５、１．７乃至２．３、２．７乃至３．３、３．
６乃至４．４の範囲のいずれかに設定されていることを
特徴とする空間光変調器。
【請求項２】請求項１記載の空間光変調器において、
前記誘電体ミラーは、その反射中心波長が読出し光の中
心波長に対応する波長選択性を有することを特徴とする
空間光変調器。