JPH06202143A

JPH06202143A - 空間光変調器

Info

Publication number: JPH06202143A
Application number: JP35845792A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Shimizu; 滋雄清水; Tadayuki Shimada; 忠之島田; Toshio Konno; 俊男昆野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1992-12-26
Filing date: 1992-12-26
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】光容量異種接合や金属格子を使用することな
く、ダイナミックスキャッタリング（ＤＳ）の発生を防
止して、高感度，高コントラスト比の画像表示を行う。【構成】光変調体を構成する液晶は、抵抗率σがσ≧
１０⁹Ωｃｍ，長軸方向の誘電率が４≦ε‖≦１０，セ
ル厚が２≦Ｔ≦４μｍに設定される。これにより、液晶
セルのインピーダンスが低下し、光導電体とのインピー
ダンス整合が良好となる。このため、ＤＳの発生を防止
して、高感度，高コントラスト比の画像表示を行うこと
が可能となる。また、液晶セルのインピーダンスが低い
ため、量産性に優れたａ−Ｓｉ：Ｈやａ−ＳｉＣ：Ｈに
よる光導電膜の使用が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いた光変調体
に光導電体などを組み合わせた空間光変調器にかかり、
更に具体的には、高感度，高コントラスト化が要求され
るプロジェクションテレビジョンやビデオプロジェクタ
などの画像投影装置に好適な空間光変調器の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタなどに使用される空間光変
調器は、例えば図２に示すような構成となっている。同
図において、光変調体１０の書込み光入射側（矢印ＦＡ
側）には、誘電体ミラー１２，遮光層１３，光導電体１
４，透明電極１６，透明ガラス基板２０が順に積層され
ている。また、光変調体１０の読出し光入射側（矢印Ｆ
Ｂ参照）には、透明電極１８，透明ガラス基板２４が順
に積層されている。なお、透明ガラス基板２０，２４に
は、いずれも外部からの光入射側に反射防止膜が必要に
応じて形成される。遮光層１３も、必要に応じて設けら
れる。透明電極１６，１８には電源２６が接続されてお
り、これから出力された駆動電圧が光変調体１０や光導
電体１４などに印加される構成となっている。

【０００３】以上の各部のうち、光変調体１０は、例え
ば、液晶配向層３０，３４に挟まれたセル内に液晶を充
填した構成となっている。誘電体ミラー１２は、例えば
ＳｉとＳｉＯ₂（あるいはＴｉＯ₂とＳｉＯ₂）とを交互
に複数回蒸着などの手法で積層した構成となっている。
また、光導電体１４としては、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ（水
素化アモルファスシリコン）やａ−ＳｉＣ：Ｈ（水素化
アモルファスシリコンカーバイド）が用いられる。透明
電極１６，１８としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin O
xide）やＳｎＯ₂などが用いられる。

【０００４】次に、以上のような空間光変調器の作用を
説明すると、透明電極１６，１８間には電源２６によっ
て交流電圧が予め印加される。この印加電圧は、光変調
体１０，誘電体ミラー１２，遮光層１３，光導電体１４
のインピーダンスに応じて各層に配分される。このよう
な状態で、画像情報を含む書込み光が矢印ＦＡのように
空間光変調器に入射すると、この書込み光は透明ガラス
基板２０，透明電極１６を順に透過して光導電体１４に
到達する。光導電体１４では、書込み光が吸収されてそ
のインピーダンスが減少するようになる。すると、光変
調体１０に配分される駆動電圧が増大することになる。
すなわち、書込み光の強度分布に対応した電界が光変調
体１０に形成されることになる。

【０００５】この状態で、読出し光が矢印ＦＢのように
空間光変調器に入射すると、この読出し光は透明ガラス
基板２４，透明電極１８を順に透過して光変調体１０に
到達する。この読出し光は、前記液晶の複屈折などによ
って、書込み光強度分布に対応する変調を受け、更に誘
電体ミラー層１２で反射されて矢印ＦＣのように空間光
変調器から出力される。このようにして、空間光変調器
に書き込まれた画像情報が読み出される。読出し光は、
例えばスクリーンに投影される。空間光変調器を用いる
ことによって、高輝度，高解像度の画像表示が可能とな
る。特に、光変調体１０として垂直配向型の液晶を用い
ると、良好なコントラストの画像表示が可能となる。

【０００６】ところで、このような空間光変調器におい
ては、例えば特公昭５３−３０５０８号公報に指摘され
ているように、各層間のインピーダンス整合が重要であ
る。すなわち、同公報に指摘されているように、光導電
体１４のインピーダンスが、光が照射されていないとき
には光変調体１０のインピーダンスより十分大きく、光
が照射されているときには光変調体１０のインピーダン
スより小さくなるように、インピーダンス整合を行う必
要がある。同公報に開示された液晶光弁によれば、単純
な積層構成では整合がうまく行かない場合、光容量型異
質接合，低インピーダンス液晶の使用，金属格子の取り
付けによって、インピーダンスの整合を実現するとして
いる。

【０００７】まず、光容量型異質接合は、図２の例によ
れば、遮光層１３と光導電体１４との間に形成され、こ
れによって接合部容量を変化させて光導電体１４の容量
インピーダンスを光変調する。次に、１０⁵Ω／ｃｍ²程
度の低インピーダンス液晶を用いると、光変調体１０と
光導電体１４とのインピーダンスは適当な値となる。ま
た、金属格子は、光導電体１４の書込み光入射側にを取
り付けられる。これによって、交流電界の光変調体１０
への透過を制御することで、インピーダンスの組み合わ
せを向上させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来技術には次のような不都合がある。（１）光容量型異種接合を用いる場合は、遮光層１３や
光導電体１４に使用できる材料が異種接合を形成できる
ものに制限されることになる。特に、光導電体１４とし
てはａ−Ｓｉ：Ｈやａ−ＳｉＣ：Ｈが量産に好適である
が、これらのａ−Ｓｉ材料に対して適当な光容量型異種
接合を形成できる良好な組合せの遮光膜材料がない。

【０００９】（２）次に、低インピーダンス液晶を使用
する場合、前記公報では、液晶に不純物を混入して抵抗
率を下げることで、液晶のインピーダンスを低下させて
いる。これは、液晶の変調モードがＤＳ（ダイナミック
スキャッタリング）モードによる散乱方式であって、液
晶に電流が流れることを前提としているために可能な方
法である。ところが、この手法では、液晶の寿命が短
く、かつ、コントラスト比も低いという不都合がある。

【００１０】（３）更に、金属格子を設ける場合は、微
細加工を必要とするために製造工程が複雑になる。ま
た、光信号が高密度になると、金属格子との干渉により
モアレが発生するなどの不都合もある。本発明は、これらの点に着目したもので、光容量異種接
合や金属格子を使用することなく、ＤＳの発生を防止し
て、高感度，高コントラスト比の画像表示を行うことが
できる空間光変調器を提供することを、その目的とす
る。

【００１１】

【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及びミラー層とと
もに設けられた光変調層が、基板とほぼ垂直方向に分子
長軸が配向された誘電異方性が負の液晶によって構成さ
れており、この液晶による電界制御型複屈折効果によっ
て変調を受けた読出し光が前記ミラー層で反射されて出
力される反射読出し型の空間光変調器において、前記液
晶の長軸方向の誘電率ε‖が４≦ε‖≦１０であり、セ
ル厚Ｔが２≦Ｔ≦４μｍであり、抵抗率σがσ≧１０⁹
Ωｃｍであることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、空間光変調器の光変調体を構
成する液晶セルは、電界制御型複屈折効果を有する誘電
異方性が負のネマチック液晶をほぼ垂直に配向させた構
成となっている。そして、その抵抗率，セル厚，誘電率
の観点から工夫が行なわれており、抵抗率は１０⁹Ωｃ
ｍ以上と高く、液晶の長軸方向の誘電率は４〜１０の範
囲であり、液晶セル厚は２〜４μｍの範囲となってい
る。以下、順に説明する。

【００１３】液晶にＤＳモードの変調動作が起こると、
投影画像の欠陥となるとともに、液晶の寿命が著しく低
下することにもなる。そこで、本発明の空間光変調器
は、そのようなＤＳモードの変調動作が生じない駆動条
件の領域で使用される。ＤＳモードが生じない領域とし
ては、電源２６の駆動周波数を１ＫＨｚ以上として空間
光変調器を駆動すればよい。

【００１４】また、液晶の抵抗率σをσ≧１０⁹Ωｃｍ
とすることで、かかるＤＳモードの変調動作が起こる原
因となるイオン性不純物の存在を抑えることができる。
ところが、このようにすると液晶のインピーダンスが増
加してしまうため、光導電体とのインピーダンス整合の
バランスがくずれることになる。従って、別な方法で液
晶のインピーダンスを低下させることが必要となる。

【００１５】そこで、本発明では、液晶の長軸方向の誘
電率ε‖を４以上として抵抗率を上げることで、インピ
ーダンスが低く、かつ、ＤＳモードが生じないという条
件を同時に満足できるように工夫している。しかし、液
晶の長軸方向の誘電率ε‖を上げるということは、それ
以上に短軸方向の誘電率ε⊥を大きくしないと、誘電異
方性△ε＝ε‖−ε⊥が負とならなくなってしまう。

【００１６】垂直配向タイプの液晶では、インピーダン
スよりも他の特性が優先されるため、通常長軸方向の誘
電率ε‖は３〜４程度である。従って、ε‖をそれ以上
に大きくするためには、短軸方向の誘電率ε⊥が大きい
材料を混入すればよい。具体的には、化１に示すような
材料を混合すればよい。

【００１７】

【化１】

【００１８】ところが、一般にこのような短軸方向の誘
電率ε⊥が大きい材料は粘度も大きいため、実際の液晶
セルの応答が遅くなってしまう。しかし、これについて
は、液晶セル厚Ｔを２〜４μｍと薄くすることで解決で
きる。また、液晶セル厚Ｔを薄くすることは、液晶セル
のインピーダンスを下げるうえにおいても有効な方法で
ある。

【００１９】なお、液晶セル厚Ｔを薄くすると、セルを
透過する光の変調の程度，つまりセル厚Ｔと液晶の複屈
折異方性を掛けたリターデーション複屈折位相差が小さ
くなってしまうので、通常はあまりセル厚Ｔを薄くする
ことはできない。しかし、本発明の空間光変調器は、誘
電体ミラー１２を設けた反射読出し方式となっている
（図２参照）。このため、同図に矢印ＦＢで示す読出し
光は液晶セル（光変調体１０）を往復２回通過して矢印
ＦＣで示すように出力される。従って、透過読出し方式
の場合と比較すると、液晶セル厚Ｔに対して２倍の複屈
折位相差が得られるという利点がある。

【００２０】次に、液晶の長軸方向の誘電率ε‖が４以
上であれば空間光変調器の感度を上げる効果があるが、
あまりにも大きくなりすぎると、電源２６の駆動電圧全
体のうち液晶（光変調体１０）にかかる電圧が低下する
ようにする。このため、空間光変調器を駆動させるため
の電源電圧を高くしなければならなくなるという不都合
が生ずる。従って、液晶の長軸方向の誘電率ε‖は、後
述する実施例に示すように大きくても１０程度であり、
４〜１０が適当な範囲である。

【００２１】更に、液晶セル厚Ｔについても同様であ
り、液晶セル厚Ｔが薄くなりすぎて２μｍ以下となる
と、全体の駆動電圧（電源電圧）が高くなってしまう。
そして、わずかなセル厚Ｔの変化が特性の変化に大きく
作用するようになり、空間光変調器の均一性が悪化する
ようになる。従って、セル厚Ｔについては、２〜４μｍ
の範囲が適当である。

【００２２】以上のように、本発明による空間光変調器
は、光変調体を構成する液晶について、抵抗率σをσ
≧１０⁹Ωｃｍ，長軸方向の誘電率ε‖を４≦ε‖≦
１０，セル厚Ｔを２≦Ｔ≦４μｍとすることによっ
て、液晶セルのインピーダンスを低減し、光導電体との
インピーダンス整合をとっている。このため、前記従来
技術のような光容量異種接合や金属格子を使用すること
なく、ＤＳの発生を防止して、高感度，高コントラスト
比の画像表示を行うことが可能となる。また、液晶セル
のインピーダンスが低いため、量産性に優れたａ−Ｓ
ｉ：Ｈやａ−ＳｉＣ：Ｈによる光導電膜の使用が可能と
なる。更に、誘電率や抵抗率が大きいもののインピーダ
ンスは小さいために液晶が動きやすく、応答性に優れて
いる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明による空間光変調器の一実施例
について図１を参照しながら説明する。なお、対応する
場合には、図２に示した空間光変調器の符号を用いるこ
ととする。ガラス基板２０の上にＩＴＯによる透明電極
１６を蒸着によって約１０００Å成膜し、その上に、微
量のＢ（ボロン）を含むａ−Ｓｉ：Ｈによる光導電体１
４をプラズマＣＶＤによって１５μｍ成膜し、更にその
上に誘電体ミラー１２としてＳｉ及びＳｉＯ₂を交互に
１１層成膜した。また、もう一方の基板として、ＩＴＯ
１８付きガラス基板２４を用意した。

【００２４】次に、前記各基板上に、ＳｉＯ₂の斜め蒸
着膜を形成するとともにシランカップリング剤による処
理を施して配向膜３０，３４を形成した。そして、これ
ら２枚の基板を通常の液晶セルを組み立てる手法により
組み立てて、ほぼ垂直配向となる液晶セルを作製した。
なお、液晶セル厚Ｔは３μｍとした。このようにして得
たサンプルセルに長軸方向の誘電率ε‖を変化させて液
晶を注入し、画像の書込み感度と駆動電圧を測定したと
ころ、次の表１のような結果が得られた。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、この表１の結果をグラフに示すと図
１に示すようになった。まず、書込み感度から考察する
と、長軸方向の誘電率ε‖が小さくても大きくてもその
値は大きくなっており、長軸方向の誘電率ε‖が８付近
で最小となって、感度としては良好である。全体として
みると、長軸方向の誘電率ε‖が４以上の領域で良好な
感度が得られている。

【００２７】ところが、駆動電圧の方は、長軸方向の誘
電率ε‖の増大とともに大きくなっており、この点から
すればあまり長軸方向の誘電率ε‖を大きくすることは
好ましくない。これを考慮すると、長軸方向の誘電率は
大きくても１０程度が限度となる。つまり、長軸方向の
誘電率は、４〜１０の範囲が適当ということになる。

【００２８】＜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、例えば図２に示した
空間光変調器の構成は、遮光層や反射防止膜を設けるな
ど任意であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、
空間光変調器を構成する光導電体や誘電体ミラーなど、
各部の材料なども任意である。

【００２９】

【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、空間光変調器の光変調体を構成する
液晶について、抵抗率σをσ≧１０⁹Ωｃｍ，長軸
方向の誘電率ε‖を４≦ε‖≦１０，セル厚Ｔを２≦
Ｔ≦４μｍとしたので、光容量異種接合や金属格子を使
用することなく、ダイナミックスキャッタリングの発生
を防止して、高感度，高コントラスト比の画像表示を行
うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空間光変調器における液晶の長軸
方向の誘電率と書込み感度及び駆動電圧の関係の測定例
を示すグラフである。

【図２】空間光変調器の一般的な構成を示す説明図であ
る。

【符号の説明】１０…光変調体、１２…誘電体ミラー、１３…遮光層、
１４…光導電体、１６、１８…透明電極、２０，２４…
透明ガラス基板、２６…電源、３０，３４…配向膜、Ｆ
Ａ…書込み光の入射方向、ＦＢ…読出し光の入射方向、
ＦＣ…読出し光の出力方向。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極間に光導電層及びミラー層とと
もに設けられた光変調層が、基板とほぼ垂直方向に分子
長軸が配向された誘電異方性が負の液晶によって構成さ
れており、この液晶による電界制御型複屈折効果によっ
て変調を受けた読出し光が前記ミラー層で反射されて出
力される反射読出し型の空間光変調器において、前記液
晶の長軸方向の誘電率ε‖が４≦ε‖≦１０であり、セ
ル厚Ｔが２≦Ｔ≦４μｍであり、抵抗率σがσ≧１０⁹
Ωｃｍであることを特徴とする空間光変調器。