JPH0667196A

JPH0667196A - 空間光変調素子

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Publication number: JPH0667196A
Application number: JP33559692A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Okochi; 望大河内; Masaru Imanishi; 大今西; Yasuyuki Natsubori; 泰行夏堀; Shigeo Shimizu; 滋雄清水; Toshio Konno; 俊男昆野; Masanobu Shigeta; 正信茂田; Hiromitsu Takenaka; 博満竹中; Tadayuki Shimada; 忠之島田; Kazunari Otawara; 一成大田原
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-03-11
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2778613B2

Abstract

(57)【要約】【目的】動画を扱う場合であっても残像を伴うことな
く良好なコントラストや解像度を得ることができる空間
光変調素子を提供する。【構成】駆動用電界を形成する透明電極１４，１６間
に光変調体２２とともに積層された光導電体１８は、膜
厚が１０乃至３０μｍの水素化アモルファスシリコンに
よって形成されている。また、この水素化アモルファス
シリコンには、シリコン対する原子割合が０．１〜１．
０ｐｐｍ以下となるようにボロンがドープされている。
これによって、動画を扱っても、残像を伴うことなく良
好なコントラスト比や解像度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導電体と光変調体を
有し、動画や静止画の並列処理やその表示，記憶などの
光情報処理に用いられる空間光変調素子にかかり、特に
その光導電体の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像処理などに使用される空間光変調素
子としては、たとえば特開昭５８−１９９３２７号公報
に開示された液晶ライトバルブ素子がある。この液晶ラ
イトバルブ素子は、高抵抗で優れた高感度の光導電体を
得ることを目的としており、非晶質シリコン層，遮光
層，液晶による光変調体が順に設けられた構成となって
いる。そして、光導電体に相当するａ−Ｓｉ（アモルフ
ァスシリコン）には、そのフェルミレベルの変動の程度
を考慮して１０〜４００ｐｐｍ（Parts Per Million）
のボロンがドープされている。

【０００３】このような空間光変調素子の実用化を図る
ためには、光導電体の書込み光感度の向上と、それに伴
う光変調体の変調度の増大が不可欠である。従来の空間
光変調素子の光導電体の膜厚は、一般に光変調体とのイ
ンピーダンスバランスを考慮して決定されており、光変
調体よりも厚ければよいとされている。光変調体の膜厚
は一般に５μｍ程度であるため、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化
アモルファスシリコン）による光導電体の膜厚は５〜６
μｍ程度となる。

【０００４】これに対し、応用物理学会１９９０年秋の
講演会予稿集のＰ７５３，２６ａ−Ｈ−７には、感度の
向上を目的とした空間光変調素子が開示されている。こ
の従来技術によれば、ＳＴＮ液晶を用いるとともに、ａ
−Ｓｉによる光導電体の膜厚が３μｍの薄さとなってい
る。

【０００５】また、同予稿集の同ページ，２６ａ−Ｈ−
９には空間光変調素子を用いたホログラム技術が開示さ
れている。これによれば、ａ−Ｓｉ：Ｈによる光導電体
の膜厚は３μｍの薄さとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では次のような不都合がある。（１）特開昭５８−１９９３２７号公報に開示された従
来技術では、アモルファスシリコン自体の光応答速度が
必ずしも高速ではないため、光変調体への駆動電圧印加
も遅くなってしまう。このため、同公報に開示されてい
る欠陥検査装置などに適用する場合はよいが、動画表示
を行う場合には残像を伴うようになって良好な画質を得
ることができない。

【０００７】（２）次に、光導電体と光変調体とのイン
ピーダンスバランスのみで高感度化を図ろうとしている
が、両層の特性のバラツキなどからそのバランスを取る
ことは必ずしも容易ではなく実用的とはいえない。この
ような点からすれば、光導電体単体で高感度であること
が望ましい。しかし、前記応用物理学会講演会予稿集に
開示された従来例のように光導電体の膜厚を薄くする
と、分解能は改善されるかもしれないが、書込み光を吸
収しきれないために光の利用効率が低下し、感度の低下
を招くことになる。

【０００８】本発明は、これらの点に着目したもので、
第１の目的は、動画を扱う場合であっても残像を伴うこ
となく良好なコントラストや解像度を得ることができる
空間光変調素子を提供することである。第２の目的は、
光変調体とは関係なく感度の向上を図ることができる空
間光変調素子を提供することである。第３の目的は、実
用的に十分な特性を有する空間光変調素子を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の発明は、駆動用電界を形成する透明電極間
に、少なくとも光導電体と光変調体とが積層されている
空間光変調素子において、前記光導電体を、膜厚が１０
乃至３０μｍの水素化アモルファスシリコンによって形
成するとともに、この水素化アモルファスシリコン中の
シリコンに対する原子割合が０．１乃至１．０ｐｐｍと
なるようにボロンをドープしたことを特徴とする。

【００１０】第２の発明は、一対の透明電極間に、少な
くとも光導電体と光変調体とが積層されており、書込み
光を前記光導電体に照射して情報の書込みを行い、読出
し光を前記光変調体に照射して情報の読出しを行う空間
光変調素子において、前記光導電体の膜厚と書込み光の
波長との関係を、光導電体における書込み光の吸収率が
７０乃至９５％となるように設定したことを特徴とす
る。

【００１１】第３の発明は、前記第２の発明において、
前記光導電体を水素化アモルファスシリコンによって形
成するとともに、この水素化アモルファスシリコン中の
シリコンに対する原子割合が０．１乃至１．０ｐｐｍと
なるようにボロンをドープしたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、光導電体を構成する水素
化アモルファスシリコンの膜厚が１０ないし３０μｍに
規定され、ボロンのドープ量が水素化アモルファスシリ
コン中のシリコンに対して０．１〜１．０ｐｐｍに制御
される。このようにすることで、良好な感度が得られる
とともに、光応答時間のうちの特に立ち下がり時間が減
少して残像が低減されるようになる。

【００１３】第２の発明によれば、光導電体の膜厚と書
込み光の波長との関係が、光導電体における書込み光の
吸収率が７０乃至９５％となるように設定される。光導
電体における書込み光の吸収率とインピーダンス変化と
は、ある程度までは対応して増減し、書込み光が吸収さ
れるほどインピーダンス変化も増大して感度は向上す
る。しかし、あまり吸収率が大きくなると、却ってイン
ピーダンス比は減少して感度は低下することになるの
で、書込み光の吸収率が７０〜９５％程度となる膜厚と
することで、良好な感度が得られるようになる。

【００１４】第３の発明によれば、光導電体は、第１の
発明のボロンドープ量条件と、第２の発明の膜厚条件を
満たすことになり、良好な光応答と感度が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による空間光変調素子の実施例
について、添付図面を参照しながら説明する。＜第１実施例＞最初に、図１乃至図７を参照しながら本
発明の第１実施例について説明する。図１には、本実施
例にかかる空間光変調素子の構成が示されている。同図
において、透明ガラス基板１０，１２には、いずれも外
部からの光入射側に反射防止膜１１，１３がそれぞれ形
成されており、反対側には透明電極１４，１６がそれぞ
れ形成されている。これら一対の透明電極１４，１６の
間には、ａ−Ｓｉ：Ｈによる光導電体１８，誘電体ミラ
ー層２０，液晶による光変調体２２が積層して形成され
ている。

【００１６】詳述すると、透明ガラス基板１０上にはま
ず透明電極１４が形成され、更にその上に光導電体１
８，誘電体ミラー層２０が各々積層して形成される。他
方、透明ガラス基板１２上にも透明電極１６が形成され
る。そして、誘電体ミラー層２０及び透明電極１６上に
適宜の配向膜２４，２６が各々形成されるとともに、そ
れらの間にスペーサ２８，３０によって適当な間隔が保
持されてセルが組み立てられる。このセル中に液晶が充
填されて、光変調体２２となる。更に、透明電極１４，
１６間には、駆動交流電源３１が接続されている。

【００１７】以上の各部のうち、透明電極１４，１６と
しては、例えばＩＴＯ（Indium TinOxide）やＳｎＯ₂な
どが用いられる。また、光導電体１８としては、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈやａ−Ｓｉ_xＣ_1-x：Ｈ（ｘ＜１，アモルファスシ
リコンカーバイド）が用いられており、ＣＶＤなどの方
法で形成される。本実施例では、後述するように、１０
〜３０μｍの厚さのａ−Ｓｉ：Ｈが用いられ、例えばプ
ラズマＣＶＤ法によって形成される。このときの不純物
であるボロン（Ｂ）のａ−Ｓｉ：Ｈ中のシリコンに対す
る原子割合は０．１〜１．０ｐｐｍである。

【００１８】次に、誘電体ミラー層２０としては、例え
ばＳｉとＳｉＯ₂（ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂）とを交互に複数
回蒸着などの手法で積層した積層膜などが用いられる。
また、光変調体２２としては適宜の液晶，たとえば印加
された電界の強度分布に応じて複屈折の程度が変化する
ＤＡＰ（Deformation of vertical Aligned Phases）の
性質をもつｎ型ネマティック液晶が用いられる。配向膜
２４，２６としては、例えばＳｉＯ₂の斜方蒸着層など
が用いられる。更に、駆動交流電源３１は、透明電極１
４，１６間に交流電圧を印加するためのものである。な
お、反射防止膜１１，１３は必要に応じて設けられる。

【００１９】次に、以上のような構成の空間光変調素子
の基本的な作用を説明すると、透明電極１４，１６間に
は駆動交流電源３１によって交流矩形電圧が予め印加さ
れる。この印加電圧は、光導電体１８，誘電体ミラー層
２０，光変調体２２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
が光源３２から矢印ＦＡのように空間光変調素子に入射
すると、この書込み光は反射防止膜１１，透明ガラス基
板１０，透明電極１４を順に透過して光導電体１８に到
達する。光導電体１８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、誘電体
ミラー層２０や光変調体２２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２２に形成されることになる。

【００２０】ここで、光変調体２２として、例えばネマ
ティック液晶が用いられているとすると、配分された電
圧の変化に伴って複屈折が生じる。ここで、読出し光が
光源３４から矢印ＦＢのように空間光変調素子に入射す
ると、この読出し光は反射防止膜１３，透明ガラス基板
１２，透明電極１６を順に透過して光変調体２２に到達
する。この読出し光は、前記液晶の複屈折，すなわち書
込み光強度に対応する変調を受け、更に誘電体ミラー層
２０で反射されて矢印ＦＣのように空間光変調素子から
出力される。これによって、書込み光によって空間光変
調素子に書き込まれた画像情報が読み出されたことにな
る。

【００２１】なお、書込み光としては光導電体１８がイ
ンピーダンス変化応答（すなわち感度）を有するような
波長のものが用いられる。また、読出し光としては、光
変調体２２で変調されるものであれば書込み光と異なる
波長の光を使用してもよい。

【００２２】次に、前記実施例における光導電体１８に
ついて、図２〜図７を参照しながら更に説明する。空間
光変調素子全体としての書込み光に対する感度は、光導
電体１８のインピーダンス変化応答（光照射前後におけ
るインピーダンスの変化の割合），光変調体２２におけ
る印加電圧−透過率曲線の急峻性（γと呼ばれる），及
び各層のインピーダンスマッチングに依存する。従っ
て、光導電体１８を構成するａ−Ｓｉ：Ｈの感度が高く
なれば画像のコントラスト比が向上し、ａ−Ｓｉ：Ｈの
光によるインピーダンス変化の応答速度が速ければ動画
像表示に好適となる。

【００２３】図２には、室温でのａ−Ｓｉ：Ｈの感度の
膜厚依存性が示されている。測定試料のａ−Ｓｉ：Ｈに
対するボロンのドープ量は０．５ｐｐｍ（シリコンに対
する原子割合）である。また、測定光源の光の波長は７
００ｎｍ，強度は１０μＷ／ｃｍ²である。また、駆動
電源３１の周波数は１ＫＨｚである（以下の図３〜図６
の測定例でも同様）。この測定結果によれば、膜厚１０
μｍ及び３０μｍでは約１／１．５倍のインピーダンス
変化となっており、２０μｍで約１／２．４倍のインピ
ーダンス変化となっている。このように、１０〜３０μ
ｍの範囲で良好な感度となっている。

【００２４】次に、図３には、かかる感度のドーピング
依存性が示されている。測定試料の膜厚は１５〜１８μ
ｍである。また、グラフの横軸は対数となっている。こ
の測定結果によれば、Ｂ₂Ｈ₆のガス濃度，すなわちボロ
ンのドープ量の増加とともに感度も向上している。

【００２５】次に、図４には、ａ−Ｓｉ：Ｈの光応答時
間の膜厚依存性が示されている。同図中、インピーダン
ス全体の変化分を１００％としたとき、その５０％まで
立ち上がる時間がτ_r50、１００％から５０％まで立ち
下る時間がτ_d50である。その他の条件は図２と同様で
ある。また、縦軸は対数となっている。この測定結果に
よると、立ち上がり時間τ_r50は、ほぼ６μｍ以上の膜
厚では比較的大きく、それ以下の膜厚では急激に減少す
る。他方、立ち下がり時間τ_d50は、１８μｍまではほ
ぼ比例して増大するものの、それ以上の膜厚では減少す
る。

【００２６】次に、図５には、光応答時間のドーピング
依存性が示されている。同図の縦軸及び横軸とも対数と
なっている。その他の条件は図３と同様である。この測
定結果によると、立ち下がり時間τ_d50はボロンのドー
プ量に対応して増大しているが、立ち上がり時間τ_r50
は１．０ｐｐｍ付近にピークを有している。また、ドー
プ量に対する変化は、立ち上がり時間τ_r50よりも立ち
下がり時間τ_d50の方が著しい。

【００２７】次に、図６には、光応答時間の光強度依存
性が示されている。いずれの軸も対数となっており、そ
の他の条件は図２と同様である。この測定結果によれ
ば、立ち上がり時間τ_r50は光強度の増大とともに減少
しており、立ち下がり時間τ_d50は光強度の増大ととも
に多少増大する関係にある。

【００２８】以上の結果をまとめると、次のようにな
る。（１）膜厚が１０〜３０μｍでは、良好な感度が得られ
る（図２参照）。（２）ボロンのドープ量を増大すると、感度及び立ち下
がり時間τ_d50は増大するが、立ち上がり時間τ_r50は
１．０ｐｐｍ付近でピークとなる（図３，図５参照）。（３）感度が高いと立ち下がり時間τ_d50は長くなる関
係にあるが（図２，図４参照）、立ち上がり時間τ_r50
は光強度を上げると低下する（図６参照）。なお、光強
度を上げたときの立ち下がり時間τ_d50の上昇はわずか
である（同図参照）。

【００２９】従って、立ち下がり時間τ_d50と感度の関
係を、膜厚及びボロンのドープ量を制御することによっ
て最適化すれば、立ち上がり時間τ_r50及び立ち下がり
時間τ_d50を低減してコントラスト比の高い動画表示を
行うことができる。

【００３０】まず、膜厚について検討すると、図２に示
すように膜厚が１０〜３０μｍ程度，好ましくは１５〜
２５μｍであれば良好な感度が得られると考えられる。
次に、ボロンのドープ量について検討すると、図３から
すればドープ量が多いほど感度が高くなって好ましいこ
とになるが、図５からすると立ち下がり時間τ_d50も増
大してしまう。従って、ボロンドープ量については、立
ち下がり時間τ_d50を考慮して、Ｓｉに対する原子割合
で１．０ｐｐｍ以下であればほぼ満足し得る立ち下がり
時間τ_d50となる。

【００３１】ところが、ボロンをドープしない場合に
は、図７に示すような不都合がある。同図は、光導電体
１８に対して光のＯＮ（照射），ＯＦＦ（遮断）を行っ
た場合のインピーダンス変化を示すものである。同図中
（Ａ）はボロンをドープしない場合、（Ｂ）はボロンを
０．１５ｐｐｍドープした場合である。この図に示すよ
うに、ボロンをドープしないと、光ＯＦＦ直後は急激に
インピーダンスが変化するものの、その後の変化がなだ
らかとなって好ましくない。

【００３２】このような点も考慮すると、光導電体１８
を構成するａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚は１０〜３０μｍ，ボロ
ンのドープ量はＳｉに対する原子割合で０．１〜１．０
ｐｐｍが良好な範囲となる。特に、ボロンのドープ量を
０．１〜０．５ｐｐｍとすると、立ち下がり時間τ_d50
が３０〜５０ｍｓｅｃ程度となるので、テレビジョンな
どのような１秒当り２０〜３０枚程度の画像を扱う動画
処理が可能となる。

【００３３】次に、本実施例に関して試作した空間光変
調素子について説明する。透明電極１４付きのガラス基
板１０に、ボロンをドープしたａ−Ｓｉ：Ｈによる光導
電体１８をプラズマＣＶＤ法により１６μｍ成膜する。
具体的には、ＳｉＨ₄ガス１５ｓｃｃｍ（Standard Cubi
c Centimeter per Minute，１分間当りのガス流量をｃ
ｍ³で表わしたもの），Ｈ₂ガス６０ｓｃｃｍの流量比，
ＳｉＨ₄ガスに対するＢ₂Ｈ₆ガスの流量比（原子割合に
相当）が１．０ｐｐｍ以下（すなわち、ＳｉＨ₄ガス１
ｓｃｃｍに対してＢ₂Ｈ₆ガスが１００万分の１ｓｃｃｍ
以下），基板温度２００℃，ガス圧１３３Ｐａ（１Ｔｏ
ｒｒ）の条件で成膜が行われる。本試作例では、ＳｉＨ
₄ガスに対するＢ₂Ｈ₆ガスの流量比が０．４ｐｐｍであ
り、ａ−Ｓｉ：Ｈ中のシリコンに対するボロンの原子割
合は０．４ｐｐｍとなる。

【００３４】このときのａ−Ｓｉ：Ｈは、約１０〜２０
ａｔｍ％の水素を含んでいる。そして、その上にＳｉ／
ＳｉＯ₂を交互に全体として１３層とした誘電体ミラー
層２０が蒸着により形成される。

【００３５】他方、透明電極１６付きガラス基板２４に
ＳｉＯ₂を斜方蒸着し、更にシランカップリング剤（た
とえば、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）社製
の「ＡＹ４３−０２１」）を積層形成する。そして、こ
れらの２枚のガラス基板を３μｍ厚のセルに組み立て、
このセル中に液晶（たとえば、チッソ（株）社製「ＥＮ
−３８」）を充填した。

【００３６】このようにして得られた空間光変調素子
に、駆動交流電源３１によって駆動周波数５ｋＨｚの交
流電圧を印加し、波長７００ｎｍの書込み光を用いて画
像を書き込むとともに、読出し光によって読み出したと
ころ、コントラスト比１００：１以上，分解能７μｍ
（７０ライン／ｍｍ）の画像を再生できた。また、この
空間光変調素子の応答時間は、読出し光強度が０から９
０％まで変化する立ち上がり時間が４５ｍｓ，読出し光
強度が１００から１０％まで変化する立ち下がり時間が
３５ｍｓと十分満足し得る値であり、動画表示に好適で
あることが確認できた。

【００３７】以上のように、本実施例によれば、高コン
トラスト比及び高解像度を保ったままでビデオレートの
動画表示が可能となる。また、本実施例においてはａ−
Ｓｉ：Ｈの膜厚が１０〜３０μｍであるため、書込み光
の波長の６５０〜７５０ｎｍに感度のピークを持つこと
になる。このため、書込み光の光源としてレーザーダイ
オードやＬＥＤを用いることができるようになり、本実
施例による空間光変調素子を搭載する装置の小型化を図
ることができる。

【００３８】なお、本願の優先権主張の基礎となってい
る特願平０３−３３４０２２号特許出願の明細書には、
「ａ−Ｓｉ：Ｈに対するボロンのドープ量の重量割合が
１．０ｐｐｍ以下」と記載しているが、前記第１実施例
では「原子割合が１．０ｐｐｍ以下」としている。これ
は、一般的にａ−Ｓｉ：Ｈ中にドープされる不純物原子
（本実施例ではボロンが相当する）の原子割合がガス流
量比にほぼ等しいことが確かめられているためで、これ
に対応した表現に改めたものである。前記試作例でもガ
ス流量比による表現となっている。

【００３９】また、優先権主張の基礎となっている特願
平０４−９８７０９号特許出願の明細書には、上述した
実施例が室温状態の特性を考慮したものである旨述べた
が、その後の空間光変調素子全体としての評価により、
通常の使用環境であれば、使用による温度上昇などがあ
っても、前記条件の範囲内で良好な結果が得られること
が明らかとなっている。

【００４０】＜第２実施例＞次に、図８及び図９を参照
しながら本発明の第２実施例について説明する。なお、
空間光変調素子の構成は前記第１実施例と同様である。
本実施例は、使用時の温度を積極的に通常時よりも高く
設定するような場合に着目したものである。

【００４１】図８には、ａ−Ｓｉ：Ｈの感度の温度依存
性が示されている。測定試料のａ−Ｓｉ：Ｈに対するボ
ロンのドープ量はＳｉに対する原子割合で１．０ｐｐｍ
であり、膜厚は１７μｍである。また、書込み光源の光
の波長は７００ｎｍ，強度は５０μＷ／ｃｍ²である。
また、駆動交流電源の周波数は５ｋＨｚである（以下の
図８の測定例でも同様）。この測定結果によれば、温度
の上昇とともに感度は穏やかに低下し、例えば、２５℃
では３．６、５０℃では２．９となっている。

【００４２】次に、図９には、ａ−Ｓｉ：Ｈの光応答時
間の温度依存性が示されている。同図中、立ち上がり時
間τ_r50，立ち下がり時間τ_d50は前記図４で説明した通
りである。この測定結果によると、立ち上がり時間τ
_r50は温度にほとんど依存せず５〜６ｍｓであるのに対
し、立ち下がり時間τ_d50は温度の増加と共に急激に小
さくなっている。例えば、２５℃で１２６ｍｓであるの
に対し、５０℃では３３ｍｓと短くなっている。

【００４３】以上の結果によると、温度が高くなると、
感度は穏やかに低下するものの、応答時間（特に立ち下
がり時間τ_d50）は急激に短くなる。従って、動作時の
温度を積極的に高く設定することで、光導電体の応答を
急激に速くすることができ、動画処理に有利な特性を得
ることが可能となる。この場合に、感度も低下するが、
その程度はわずかである。また、ボロンのドープ量を増
大することで、感度低下を補うこともできる。すなわ
ち、前記第１実施例に示した膜厚１０〜３０μｍ，ボロ
ンドープ量０．１〜１．０ｐｐｍの範囲内で、適宜条件
を設定すればよい。温度については、光変調体の液晶の
特性との関係で、あまり高く設定することは好ましくな
く、４０℃程度がよい。

【００４４】このように、光導電体におけるボロンのド
ープ量をＳｉに対する原子割合で０．１〜１．０ｐｐ
ｍ，膜厚を１０〜３０μｍ，使用温度を３０〜７０℃
（より好ましい範囲は、膜厚が１５〜２５μｍ，ボロン
ドープ量が０．１〜０．５ｐｐｍ，温度が３０〜４０
℃）の範囲と想定して最適化条件を設定することによっ
て高い表示品質，すなわち高コントラスト比や高解像度
の動画像を得ることができる。

【００４５】次に、本実施例に関して試作した空間光変
調素子について説明する。透明電極１４付きのガラス基
板１０に、ボロンをドープしたａ−Ｓｉ：Ｈによる光導
電体１８をプラズマＣＶＤ法により１７μｍ成膜する。
具体的には、ＳｉＨ₄ガス１５ｓｃｃｍ，Ｈ₂ガス６０ｓ
ｃｃｍの流量比，ＳｉＨ₄ガスに対するＢ₂Ｈ₆ガスの流
量比（原子割合に相当）が０．１〜１．０ｐｐｍ，基板
温度２００℃，ガス圧１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の条件
で成膜が行われる。本試作例では、ＳｉＨ₄ガスに対す
るＢ₂Ｈ₆ガスの流量比が１．０ｐｐｍであり、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ中のシリコンに対するボロンの原子割合は１．０
ｐｐｍとなる。

【００４６】このときのａ−Ｓｉ：Ｈは、約１０〜２０
（ａｔｍ％）の水素を含んでいる。そして、その上にＳ
ｉ／ＳｉＯ₂を交互に１７層，及びＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂を
交互に２層，全体で１９層とした誘電体ミラー層２０が
蒸着により形成される。

【００４７】他方、透明電極１６付きガラス基板１１
に、ＳｉＯ₂を斜方蒸着するとともに、上述したシラン
カップリング剤を積層形成する。そして、これらの２枚
のガラス基板を３μｍ厚のセルに組み立て、このセル中
に液晶を充填した。液晶としては、例えば、Ｍｅｒｃｋ
Ｊａｐａｎ社製「ＭＬＣ−２０１０」が用いられてい
る。この液晶は、クリアリングポイントが約９２℃と高
い。

【００４８】このようにして得られた空間光変調素子
に、駆動交流電源３１によって駆動周波数５ｋＨｚの交
流電圧を印加し、波長７００ｎｍの書き込み光を用いて
画像を書き込むとともに、読み出し光によって読み出し
たところ、室温にてコントラスト比１００：１以上の画
像が再生できた。このときの応答時間は、室温で、読み
出し光強度が０から９０％まで変化する立ち上がり時間
が１００ｍｓ，１００％から１０％まで変化する立ち下
がり時間が６０ｍｓであった。

【００４９】この空間光変調素子の温度を約４０℃に設
定して駆動したところ、コントラスト比１００：１を維
持したまま前記立ち上がり時間が４０ｍｓ，立ち下がり
時間が３０ｍｓとなった。これらの値は十分満足し得る
ものであり、動画表示に好適であることが確認された。
このように、第２実施例によれば、空間光変調素子の使
用温度を高く設定することで、光応答速度の向上を図る
ことができる。

【００５０】＜第３実施例＞次に、図１０〜図１３を参
照しながら本発明の第３実施例について説明する。この
第３実施例は、光導電体１８の膜厚と書込み光の吸収係
数との条件に関係するものである。空間光変調素子の基
本的な構成は、図１に示した第１実施例と同様である。

【００５１】光導電体１８は、上述したように書込み光
の強弱に応じてインピーダンスが変化するが、弱い光で
も大きなインピーダンス変化が引き起こされるものが高
感度となって望ましい。ａ−Ｓｉ：Ｈやａ−ＳｉＣ：Ｈ
はこのような条件を満たす代表的な材料の例である。こ
こで、ａ−Ｓｉ：Ｈを用いた場合の光導電体１８におけ
る書込み光の吸収係数の波長依存性をみると、例えば図
１０に示すようになる。これによれば、波長が短いほど
書込み光はよく吸収されることが分る。

【００５２】次に、光導電体１８のインピーダンス変化
は、書込み光の吸収が多ければ多いほど大きいと予想さ
れる。しかし、実際には必ずしもそうではない。図１１
には、光導電体１８における書込み光の吸収率と明暗時
のインピーダンス比（暗時のインピーダンス／明時のイ
ンピーダンス）との関係が示されている。このグラフ
は、波長７００ｎｍ，周波数１ＫＨｚでａ−Ｓｉ：Ｈに
ついて測定したものであるが、他の波長の光，他のａ−
Ｓｉ_xＣ_1-x：Ｈ（ｘ＜１）などの材料でもほぼ同様の傾
向が見られる。なお、横軸の吸収率は主に光導電体１８
の膜厚に対応する。

【００５３】このグラフに示すように、ある程度までは
吸収率とインピーダンス比とは対応し、書込み光が吸収
されるほどインピーダンス変化も増大して感度は向上す
る。しかし、吸収率が大きくなる場合を考えると、光
は、光導電体１８の表面側（書込み光入射側）で吸収さ
れ、深層側（光変調体側）に行くに従って光は弱くな
る。光電変換による電荷発生によってインピーダンス変
化が起こる原理から考えると、このような場合、光導電
体１８の深層側では弱い光しか届かないため、少ないイ
ンピーダンス変化しか生じない。光導電体１８の層全体
としてのインピーダンス変化を考えると、光導電体１８
の深層側の部分は逆に有効に作用しないため、結果的に
インピーダンス変化，すなわち感度が低下することにな
る。

【００５４】このような測定結果からすれば、光導電体
１８の感度を向上するには、書込み光の吸収率が７０〜
９５％程度，好ましくは９０％前後となるような膜厚と
すればよい。この範囲は、明暗時のインピーダンス比が
ほぼ１．５以上となる範囲である。本実施例は、このよ
うな知見に基づくもので、光変調体２２とは無関係に光
導電体１８の膜厚を調整することで、良好な感度を得る
ことができる。

【００５５】次に、本実施例に関して試作した空間光変
調素子について説明する。Ｓｉに対する原子割合が０．
４ｐｐｍとなるようにボロンがドーピングされたａ−Ｓ
ｉ：Ｈを、ＩＴＯ付きの第１のガラス基板上にプラズマ
ＣＶＤ法によって成膜した。この場合に、ａ−Ｓｉ：Ｈ
の膜厚を１８μｍとした。この膜厚は、書込み光源であ
るＬＥＤの波長７００ｎｍの書込み光に対する光吸収率
が約９０％となる膜厚である。次に、このａ−Ｓｉ：Ｈ
上に、蒸着法によってＳｉ及びＳｉＯ₂を交互に全体で
１３層積層し、誘電体ミラー層を形成した。

【００５６】次に、前記第１のガラス基板及びＩＴＯ付
きの第２のガラス基板上に、ＳｉＯ₂の斜方蒸着を各々
行い、更にその上に東レ・ダウコーニング・シリコーン
（株）社製のシランカップリング剤「ＡＹ４３−０２
１」を各々積層して配向膜を形成した。この後、第１及
び第２のガラス基板を３μｍのセルに組み立て、このセ
ル中にＭｅｒｃｋＪａｐａｎ社製の液晶「ＭＪ９１１
３９３」を充填してサンプル１を得た。他方、特性比較
のため、前記サンプル１のａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚を１０μ
ｍとしたサンプル２を得た。

【００５７】次に、このようなサンプル１及び２の空間
光変調素子に、駆動周波数１０ＫＨｚの交流矩形電圧を
印加し、ＬＥＤ（波長７００ｎｍ）で画像の書き込みを
行ない、読出し光によりその読出しを行って書込み光強
度と読出し光強度との関係を調べたところ、図１２の結
果が得られた。これから明らかなように、ａ−Ｓｉ：Ｈ
の膜厚が１８μｍのサンプル１の方が１０μｍのサンプ
ル２よりも２倍近い読出光強度が得られ、空間光変調素
子の感度は２倍程度向上した。

【００５８】次の試作例として、Ｓｉに対する原子割合
が０．４ｐｐｍとなるようにボロンがドーピングされた
ａ−Ｓｉ：Ｈを、ＩＴＯ付きの第１のガラス基板上にプ
ラズマＣＶＤ法によって１０μｍ成膜した。このａ−Ｓ
ｉ：Ｈ上に、蒸着法によってＳｉ及びＳｉＯ₂を交互に
全体で１３層積層し、誘電体ミラー層を形成した。次
に、前記第１のガラス基板及びＩＴＯ付きの第２のガラ
ス基板上に、ＳｉＯ ₂の斜方蒸着を各々行い、更にその
上に東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）社製のシ
ランカップリング剤「ＡＹ４３−０２１」を各々積層し
て配向膜を形成した。この後、第１及び第２のガラス基
板を３μｍのセルに組み立て、このセル中にＭｅｒｃｋ
Ｊａｐａｎ社製の液晶「ＭＪ９１１３９３」を充填し
てサンプル３を得た。

【００５９】次に、このようなサンプル３の空間光変調
素子に、駆動周波数１０ＫＨｚの交流矩形電圧を印加
し、同様に書込み光強度と読出し光強度との関係を調べ
た。このとき、ａ−Ｓｉ：Ｈによる吸収率の異なる３種
類の書込み光を用いた。第１の書込み光は、ａ−Ｓｉ：
Ｈの吸収率が約９０％となる半導体レーザの光で、波長
は６７０ｎｍである。第２の書込み光は、それよりも吸
収率が低いＬＥＤの光で、波長は７００ｎｍである。第
３の書込み光は、逆に吸収率が９０％よりも高い白色光
にフィルタを用いた光で、波長は５００ｎｍである。測
定結果は、図１３に示すようになった。これらのグラフ
によれば、ａ−Ｓｉ：Ｈの吸収率が９０％の書込み光を
用いた場合（波長６７０ｎｍ）が最も感度が高く、それ
より吸収率が低くても高くても感度は低下した。

【００６０】このように、光導電体の膜厚を書込み光源
に応じた値とするか、あるいは光導電体の膜厚に応じた
波長の書込み光源を選択して、光導電体が書込み光を７
０〜９５％吸収するようにすれば、光変調体とは無関係
に空間光変調素子の高感度化を図ることができる。

【００６１】＜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、たとえば次のようなも
のも含まれる。（１）前記実施例の誘電体ミラー層１２と光導電体１８
の間に、ＣｄＴｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｂなどによる遮光層を
設けるようにしてもよい。（２）前記実施例では、光変調体としてネマティック液
晶を用いたが、その他、例えば高分子中に液晶が分散さ
れた高分子液晶複合体など、種々のものが適用可能であ
る。

【００６２】（３）本発明は、動画の表示に好適ではあ
るが、静止画に適用することを妨げるものではない。（４）ａ−Ｓｉ：Ｈは、他にＣ，Ｎ，Ｏを若干量（原子
割合で数％程度）含むようなものでも同様の効果を得る
ことができる。（５）更に、前記第３実施例に前記第１実施例あるいは
第２実施例を適用することを妨げるものではない。例え
ば、前記第３実施例で説明した試作例は、いずれも第１
実施例の膜厚及びボロンドープ量の条件を満たすもので
ある。特に、ａ−Ｓｉ：Ｈによる光導電体の膜厚を、１
０〜３０μｍの範囲で、かつ、書込み光の吸収率が７０
〜９５％の範囲となるように設定することで、非常に良
好な感度特性を得ることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による空間
光変調素子によれば、次のような効果がある。（１）光導電体を膜厚が１０乃至３０μｍのａ−Ｓｉ：
Ｈによって形成するとともに、このａ−Ｓｉ：Ｈ中のシ
リコンに対する原子割合が０．１〜１．０ｐｐｍとなる
ようにボロンをドープすることとしたので、動画を扱う
場合であっても残像を伴うことなく良好なコントラスト
や解像度を得ることができる。（２）光導電体が書込み光を７０〜９５％吸収するよう
にしたので、良好に感度の向上を図ることができる。

【００６４】（３）光導電体をａ−Ｓｉ：Ｈによって形
成するとともに、書込み光を７０〜９５％吸収する膜厚
とし、このａ−Ｓｉ：Ｈ中のシリコンに対する原子割合
が０．１〜１．０ｐｐｍとなるようにボロンをドープす
ることとしたので、動画を扱う場合であっても残像を伴
うことなく良好なコントラスト，解像度，及び感度を得
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素子の実施例を示す構
成図である。

【図２】光導電体の感度の膜厚依存性を示すグラフであ
る。

【図３】光導電体の感度のドーピング依存性を示すグラ
フである。

【図４】光導電体の光応答時間の膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図５】光導電体の光応答時間のドーピング依存性を示
すグラフである。

【図６】光導電体の光応答時間の光強度依存性を示すグ
ラフである。

【図７】光ＯＮ，ＯＦＦによる光導電体のインピーダン
ス変化を示すグラフである。

【図８】光導電体の感度の温度依存性を示すグラフであ
る。

【図９】光導電体の光応答時間の温度依存性を示すグラ
フである。

【図１０】ａ−Ｓｉ：Ｈの吸収係数の波長依存性を示す
グラフである。

【図１１】ａ−Ｓｉ：Ｈにおける光の吸収率と明暗時の
インピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図１２】第３実施例のサンプル１及び２の空間光変調
素子における書込み光強度と読出し光強度との関係を示
すグラフである。

【図１３】第３実施例のサンプル３の空間光変調素子に
おける書込み光波長を変化させたときの書込み光強度と
読出し光強度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０，１２…透明ガラス基板、１１，１３…反射防止
膜、１４，１６…透明電極、１８…光導電体、２０…誘
電体ミラー層、２２…光変調体、２４，２６…配向膜、
２８，３０…スペーサ、３１…駆動交流電源、３２…書
込み光源、３４…読出し光源、ＦＡ…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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者夏堀泰行神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者清水滋雄神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者昆野俊男神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者茂田正信神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者竹中博満神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者島田忠之神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者大田原一成神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用電界を形成する透明電極間に、少
なくとも光導電体と光変調体とが積層されている空間光
変調素子において、前記光導電体を、膜厚が１０乃至３
０μｍの水素化アモルファスシリコンによって形成する
とともに、この水素化アモルファスシリコン中のシリコ
ンに対する原子割合が０．１乃至１．０ｐｐｍとなるよ
うにボロンをドープしたことを特徴とする空間光変調素
子。
【請求項２】一対の透明電極間に、少なくとも光導電
体と光変調体とが積層されており、書込み光を前記光導
電体に照射して情報の書込みを行い、読出し光を前記光
変調体に照射して情報の読出しを行う空間光変調素子に
おいて、前記光導電体の膜厚と書込み光の波長との関係
を、光導電体における書込み光の吸収率が７０乃至９５
％となるように設定したことを特徴とする空間光変調素
子。
【請求項３】請求項２記載の空間光変調素子におい
て、前記光導電体を水素化アモルファスシリコンによっ
て形成するとともに、この水素化アモルファスシリコン
中のシリコンに対する原子割合が０．１乃至１．０ｐｐ
ｍとなるようにボロンをドープしたことを特徴とする空
間光変調素子。