JPH0784282A - 空間光変調素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮光度を低下させることなく、画素電極間の
電気的絶縁を保ち得る遮光層を比較的容易に形成する。 【構成】 ２枚の透明導電性電極１０２、１０７間に光
導電層１０３と強誘電性液晶１０６の層を備え、これら
の２層の間に複数の島状の画素電極１０４を有し、さら
にこれらの画素電極１０４、１０４間の溝状の間隙部分
には遮光層１１２が挿入されている空間光変調素子の製
造方法において、画素電極１０４をエッチングマスクと
して画素電極１０４、１０４間の光導電層１０３の一部
を等方性エッチングにより除去し、さらに金属遮光膜１
１３を全面に形成する。そして、前記間隙部分に炭素粒
子含有フォトポリマー１１４を充填した後、熱収縮を行
い、熱収縮によって新たに生じた間隙に配向膜１０５の
材料であるポリイミドを充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィーテレビジョン又は光演算装置などに用い
られる空間光変調素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶層と光導電層とを用いて構成した光書
き込み型の空間光変調素子（以下、単に「空間光変調素
子」という。）は、ＴＦＴ駆動方式の液晶パネルなどに
比較して構造が簡単で、かつ、開口率を大きくすること
ができるという利点をもっている。このため、投写型デ
ィスプレイやホログラフィーテレビジョンなどの画像表
示装置の中核として有望視され、様々な構造のものが開
発されている。

【０００３】空間光変調素子の中で最も基本的な構造を
有するものとして、図６に示すものを挙げることができ
る（例えば、Ｃ．ゴメス他 ジャパニーズ・ジャーナル
・オヴ・アプライド・フィジクス第３０巻（１９９１
年）第Ｌ３８６頁から第Ｌ３８８頁（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．３０（１９９１）ｐｐ．Ｌ３８６−Ｌ
３８８））。これは、２枚の透明導電性電極６０２、６
０７間に光導電層６０３及び液晶層６０６を挟み込み、
さらにこれらの間に金属からなる複数の画素電極６０４
を配置したものである。尚、図６中、６０１、６０８は
透明絶縁性基板、６０５は配向膜、６１０は書き込み
光、６１１は読み出し光である。

【０００４】しかし、この構造の場合には、読み出し光
６１１が隣合う画素電極６０４、６０４間の光導電層６
０３に直接照射されるため、誤動作を起こすという問題
がある。

【０００５】また、別の基本的な構造を有するものとし
て、金属の画素電極の代わりに全面に誘電体反射膜を形
成し、さらに全面に遮光層を形成したものがある（例え
ば、特開昭６３−１０９４２２号公報の第７図）。

【０００６】しかし、この構造の場合には、誘電体反射
膜や遮光層のシート方向の電気抵抗を十分大きくしなけ
れば、解像度の劣化を引き起こすという問題がある。遮
光度を保ったままシート方向の電気抵抗を実質的に抑え
る方法としては、図７に示すように、隣合う画素電極７
０４、７０４間の間隙に絶縁性を有する遮光層７１２を
充填するという方法が考えられる。尚、図７中、７０
１、７０８は透明絶縁性基板、７０２、７０７は透明導
電性電極、７０３は光導電層、７０５は配向膜、７０６
は液晶層、７１０は書き込み光、７１１は読み出し光で
ある。

【０００７】また、隣合う画素電極間のクロストークを
さらに小さくし、同時に遮光度も向上させるために、画
素電極間部分の光導電層の一部又は全部を除去し、そこ
に絶縁性を有する遮光材料を充填するという方法が提案
されている（例えば、特開平３−２８３６号公報）。

【０００８】また、本発明者等は、さらに遮光度を上げ
るために、図８に示すように、遮光層８１２に加えて金
属遮光膜８１３を付加するという構造を提案している。
このように光導電層８０３に溝部分を形成するという方
法は、光導電層８０３が整流性を有する場合に特に有効
である。すなわち、光導電層８０３がｐ／ｉ／ｎフォト
ダイオード構造を有する場合には、光導電層８０３の最
上部の層は比較的抵抗の低いｎ層となるが、溝部分を設
けることにより画素電極間のｎ層が除去されて隣合う画
素電極間の電気的絶縁が保たれ、解像度の低下を抑制す
ることができる。尚、図８中、８０１、８０８は透明絶
縁性基板、８０２、８０７は透明導電性電極、８０４は
画素電極、８０５は配向膜、８０６は液晶層、８１０は
書き込み光、８１１は読み出し光である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、画素電
極間に遮光層を形成する場合の遮光材料としては、薄く
ても十分な遮光度を有し、かつ、解像度を保つのに十分
な電気抵抗を有することが要求される。また、上記のよ
うに画素間に溝部分を設ける構造の場合には特に、画素
間に充填される遮光材料が低抵抗であると、画素電極と
金属遮光膜（あるいは書き込み側の透明導電性電極）と
の間でリーク電流が生じ、画素欠陥などの原因になると
いう問題が生じる。さらに、画素電極間に容易に充填す
ることができるものでなければならないという製造上の
要求もある。

【００１０】ところが一般に、これらのすべてを満足す
る材料は非常に少ない。例えば、１μｍ前後の厚みで入
射光の９９％以上を遮断し得る高遮光度の材料で、か
つ、充填の容易なものとしては、炭素などの光吸収性を
有する物質の粒子を含有する高分子媒質などが考えられ
るが、炭素粒子自体が電気伝導性を有するために画素間
のクロストークや画素欠陥を完全に抑制することは困難
である。

【００１１】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、遮光度を低下させることなく、画素電極
間の電気的絶縁を保ち得る遮光層を比較的容易に形成す
ることのできる空間光変調素子の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る空間光変調素子の製造方法は、第１の
電極と、前記第１の電極に対して平行に配置された第２
の電極と、前記第１の電極に電気的に接する光導電層
と、前記第２の電極と前記光導電層との間に挿入された
液晶層とを備え、前記光導電層の前記液晶層側の界面に
電気的に接する複数の島状の画素電極を有し、前記画素
電極間の溝状の間隙部分に遮光層が挿入されている空間
光変調素子の製造方法であって、光吸収性粒子を含有す
る熱収縮性媒質を前記間隙部分に充填した後に熱収縮を
行い、前記熱収縮によって新たに生じた間隙に絶縁性媒
質を充填することにより、前記遮光層を形成することを
特徴とする。

【００１３】また、前記本発明方法の構成においては、
光導電層が整流性を有するのが好ましい。また、前記本
発明方法の構成においては、光吸収性粒子が炭素を主成
分とする粒子であるのが好ましい。

【００１４】また、前記本発明方法の構成においては、
絶縁性媒質が液晶分子を配向させる配向膜の材料である
のが好ましい。また、前記本発明方法の構成において
は、熱収縮性媒質を間隙部分に充填する工程と、前記熱
収縮性媒質を熱収縮させる工程との間に、画素電極上面
に残った前記熱収縮性媒質を除去する工程を挿入するの
が好ましい。

【００１５】また、前記本発明方法の構成においては、
画素電極をエッチングマスクとして光導電層に等方性エ
ッチングを施すことにより、前記画素電極間の溝状の間
隙部分を拡張する工程を含むのが好ましく、この場合に
はさらに、画素電極間の拡張された溝状の間隙部分に、
前記間隙部分の底面を概ね覆い、光導電層に電気的に接
し、かつ、前記画素電極とは電気的に分離された金属遮
光膜を形成する工程を含むのが好ましい。

【００１６】

【作用】炭素などの光吸収性の粒子を熱収縮性の媒質に
含有させて画素電極間の間隙部分に充填すると、遮光層
を形成することができる。しかし、この状態では炭素粒
子自体の導電性のために絶縁性を確保することはできな
い。そこで、この媒質を熱処理によって収縮させる。す
ると、光導電層や画素電極などとこの媒質との間の界
面、又は媒質自体の内部に新たな間隙が生じる。この間
隙部分にポリイミドなどの絶縁性媒質を充填すると、隣
合う画素電極間、あるいは画素電極と間隙部の底の金属
遮光膜や透明導電性電極との間が電気的に絶縁される。
これにより、遮光度を低下させることなく、画素電極間
の電気的絶縁を保ち得る遮光層を比較的容易に形成する
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 （実施例１）まず、本発明の対象となる最も基本的な構
造を有する図７の空間光変調素子について説明する。

【００１８】図７に示すように、透明絶縁性基板７０１
（例えば、ガラス、石英など）上には、透明導電性電極
７０２（例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、
ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ など）と、光導電層７０３とが順次積
層されている。また、光導電層７０３の上には、微小形
状に分離された画素電極７０４と、液晶層７０６を配向
する配向膜７０５（例えば、ポリイミド等の高分子薄
膜）とが順に配置されており、画素電極７０４の間隙部
分には絶縁性を有する遮光層７１２が充填されている。
また、対向側の透明導電性電極７０７（例えば、ＩＴ
Ｏ、ＺｎＯ、ＳｎＯ ₂ など）にも配向膜７０５が一様に
成膜されている。尚、図７中、７０８は透明絶縁性基板
（例えば、ガラス、石英など）である。

【００１９】光導電層７０３に使用する材料としては、
例えば、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ
等の化合物半導体、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、ＡｓＳｅ等の非晶
質半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ _1-x Ｃ_x 、Ｓｉ_1-x Ｇ
ｅ_x 、Ｇｅ_1-x Ｃ_x （０＜ｘ＜１）の多結晶又は非晶質
半導体、また、（１）フタロシアニン顔料（以下、Ｐｃ
と略す）、例えば、無金属Ｐｃ、ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、ＴｉＯ、Ｍｇ、Ｓｉ（ＯＨ）₂ など）、Ａｌ
ＣｌＰｃＣｌ、ＴｉＯＣｌＰｃＣｌ、ＩｎＣｌＰｃＣ
ｌ、ＩｎＣｌＰｃ、ＩｎＢｒＰｃＢｒなど、（２）モノ
アゾ色素、ジスアゾ色素などのアゾ系色素、（３）ペニ
レン酸無水化物及びペニレン酸イミドなどのペニレン系
顔料、（４）インジゴイド染料、（５）キナクリドン顔
料、（６）アントラキノン類、ピレンキノン類などの多
環キノン類、（７）シアニン色素、（８）キサンテン染
料、（９）ＰＶＫ／ＴＮＦなどの電荷移動錯体、（１
０）ビリリウム塩染料とポリカーボネイト樹脂から形成
される共晶錯体、（１１）アズレニウム塩化合物など有
機半導体がある。

【００２０】また、非晶質のＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ
_1-x Ｃ_x 、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 、Ｇｅ_1-x Ｃ_x （以下、ａ−
Ｓｉ、ａ−Ｇｅ、ａ−Ｓｉ_1-x Ｃ_x 、ａ−Ｓｉ_1-x Ｇｅ
_x 、ａ−Ｇｅ_1-x Ｃ_x のように略す）を光導電層７０３
に使用する場合には、水素又はハロゲン元素を含めても
よく、誘電率を小さくしたり抵抗率を増加させるために
酸素又は窒素を含めてもよい。また、抵抗率を制御する
ために、ｐ型不純物であるＢ、Ａｌ、Ｇａなどの元素、
又はｎ型不純物であるＰ、Ａｓ、Ｓｂなどの元素を添加
してもよい。このように不純物を添加した非晶質材料を
積層してｐ／ｎ型、ｐ／ｉ型、ｉ／ｎ型、ｐ／ｉ／ｎ型
などの接合を形成し、光導電層７０３内に空乏層を形成
して誘電率及び暗抵抗あるいは動作電圧極性を制御する
こともできる。また、このような非晶質材料だけではな
く、上記の材料を２種類以上積層してヘテロ接合を形成
し、光導電層７０３内に空乏層を形成してもよい。

【００２１】また、光導電層７０３の膜厚は０．１〜１
０μｍの範囲にあるのが好ましい。尚、本実施例１にお
いては、暗抵抗が比較的高いという特徴を有するアモル
ファスシリコンを用いている。また、実際に駆動すると
きに消去光が不要になるという理由から、整流性を有す
るｐ／ｉ／ｎ構造のものを用いている。

【００２２】画素電極７０４としては、例えばＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔなどの金属、あるい
はこれらのうちの２種以上の金属を積層したものを用い
ることができる。画素電極７０４の厚さは０．１〜１０
μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００２３】液晶層７０６としては、ＴＮ（ツイステッ
ド・ネマチック）構造の液晶を用いてもよいが、より高
速応答が可能な強誘電性液晶を用いるのが好ましい。ま
た、反強誘電性液晶を用いてもよい。液晶層７０６の厚
さは０．１〜５０μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００２４】次に、上記構成を有する空間光変調素子の
製造方法を図２を参照しながら説明する。まず、４０ｍ
ｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍのガラス基板２０１の上に、
スパッタ蒸着法によってＩＴＯを０．１μｍの膜厚で成
膜し、透明導電性電極２０２を形成した。次いで、プラ
ズマＣＶＤ法によってｐ／ｉ／ｎフォトダイオード構造
のアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと略す）
膜を１．８μｍの膜厚で積層し、光導電層２０３を形成
した（以上、図２（ａ））。ここで、ｐ層にはＢ（ホウ
素）が４００ｐｐｍだけドーピングされており、ｎ層に
はＰ（燐）が４０ｐｐｍだけドーピングされている。ま
た、ｐ層の膜厚は０．１μｍ、ｉ層の膜厚は１．２５μ
ｍ、ｎ層の膜厚は０．４５μｍである。

【００２５】次いで、光導電層２０３の面上に、真空蒸
着法によってＡｌ膜を０．３μｍのの膜厚で成膜し、フ
ォトリソグラフィーによって、２０μｍ×２０μｍ、ピ
ッチ５μｍ、１０００×１０００画素の画素電極２０４
を形成した（図２（ｂ））。尚、Ａｌ膜のエッチングに
は硝酸、燐酸、酢酸等を含む混酸エッチング液を用い
た。

【００２６】次いで、この上からスピンコート法によっ
て全面に液状の炭素粒子含有フォトポリマー２１４（富
士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製ＣＫ−
２０００）を塗布し、その後、９０℃の温度で５分間に
わたってプリベークを行った。さらに、露光時の変質を
防ぐためのオーバーコート膜（富士ハントエレクトロニ
クス（株）製ＣＰ−２０００）を塗布し、９０℃の温度
で５分間にわたってプリベークを行った。その後、３０
秒間にわたって紫外光で露光した。このとき、炭素粒子
含有フォトポリマー２１４は、画素電極２０４、２０４
間においては画素電極２０４上よりも厚く形成されてい
ることが電子顕微鏡によって確認された。また、９０℃
の熱処理を施しても、収縮がほとんど起こらないことも
確認された。尚、画素電極２０４上の炭素粒子含有フォ
トポリマー２１４の厚さは１．０μｍであった（以上、
図２（ｃ））。

【００２７】次いで、Ｏ₂ プラズマ２１５を用いたリア
クティブイオンエッチングを施すことにより、炭素粒子
含有フォトポリマー２１４の上層部を除去した。Ｏ₂ ガ
スの流量は５．０ｃｃｍ、ガス圧は４．０Ｐａ、プラズ
マを発生させるための投入パワーは３００Ｗとした。こ
の方法を採用することにより、約３分間で画素電極２０
４の上面が現れるところまでエッチングすることができ
た。わずかに画素電極２０４上に残った残屑（炭素粒子
などの塊でエッチングされずに残ったもの）は流水中で
綿繊維による擦り洗浄を加えることにより除去した。こ
れにより、画素電極２０４、２０４間に遮光層２１２が
形成された（以上、図２（ｄ））。

【００２８】次いで、２００〜２５０℃の温度で１０分
間にわたって熱処理（ポストベーク）を施した。これに
より、画素電極２０４、２０４間の炭素粒子含有フォト
ポリマー２１４（遮光層２１２）が熱収縮し、画素電極
２０４との間に間隙が生じていることが電子顕微鏡によ
って確認された。また、炭素粒子含有フォトポリマー２
１４自体にも空洞部分が形成されていることも確認され
た（以上、図２（ｅ））。

【００２９】次いで、ポリアミック酸をスピンコート法
によって全面に塗布した。このとき、ポリアミック酸は
前記工程（ｅ）で生じた間隙部分や空洞部分にも完全に
浸透した。この状態で２００℃の温度で１時間にわたっ
て加熱することにより（イミド化処理）、膜厚が１００
オングストロームのポリイミド配向膜２０５を形成した
（以上、図２（ｆ））。配向処理（ラビング処理）はナ
イロン布で表面を一定方向に擦ることによって行った。
画素電極２０４、２０４間においては確かに、前記工程
（ｅ）で生じた間隙部分にもれなく完全にポリイミドが
侵入していることが確認された。

【００３０】一方、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍの
ガラス基板２０８上にも、スパッタ蒸着法によってＩＴ
Ｏを０．１μｍの膜厚で成膜し、透明導電性電極２０７
を形成した。次いで、ポリイミド配向膜２０５を形成し
て配向処理を施した。次いで、このガラス基板２０８上
に直径１μｍの樹脂製ビーズ２１６を分布させ、もう一
方のガラス基板２０１と張り合わせることにより、両基
板間に１μｍのギャップを形成した。最後に、このギャ
ップに強誘電性液晶（チッソ（株）製ＣＳ−１０２９）
を注入して熱処理を施した。これにより、両基板間に、
１μｍ厚の強誘電性液晶層２０６が形成された（以上、
図２（ｇ））。

【００３１】以上により、図７の構造を有する空間光変
調素子が得られた。尚、遮光層２１２に含有する光吸収
性粒子としては、可視光線の波長領域全体にわたって大
きな吸収係数を有する（すなわち、黒色の）炭素粒子が
好ましいが、これ以外に特定の波長領域の光のみを吸収
する粒子（顔料など）を用いることも可能である。ま
た、これらの粒子を含有させる母体としては必ずしもフ
ォトポリマーに限定されるものではなく、加熱によって
収縮する媒体であれば使用可能である。

【００３２】また、工程（ｅ）で新たに生じた間隙部分
に浸透させる媒質としてはポリアミック酸に限定される
ものではなく、例えばフォトレジストなどでもよいが、
ポリアミック酸などの配向膜原料を用いれば、画素電極
２０４上における配向膜２０５の形成と、画素電極２０
４、２０４間の絶縁処理とを同時に行うことができると
いう利点がある。

【００３３】また、工程（ｄ）においては、画素電極２
０４の表面に残った残屑を擦り洗浄によって除去してい
るが、これは工程（ｅ）の熱収縮後に行うことも可能で
ある。しかし、一般に熱収縮性媒質を熱収縮させると、
体積の減少と共に媒質自体も硬化するため、画素電極２
０４上面の残屑を完全に除去することは困難である。従
って、熱収縮前の軟らかい状態のときに残屑の除去を行
っておくのが好ましい。次に、上記のようにして作製し
た空間光変調素子の駆動方法及び動作原理について簡単
に説明する。

【００３４】両透明導電性電極２０２、２０７間に印加
する駆動パルス波形の一例として、図３に示すような消
去パルス３０１（電圧Ｖ_e 、時間Ｔ_e ）と書き込み期間
３０２（電圧Ｖ_w 、時間Ｔ_w ）とが連続したものを用い
る。

【００３５】整流性を有する光導電層２０３と強誘電性
液晶層２０６とが直列に接続された空間光変調素子に消
去パルス３０１が印加されると、光導電層２０３には順
方向電圧が加わって低抵抗状態となり、強誘電性液晶層
２０６は強制的にオフ状態となる。次に、低電圧の書き
込み期間３０２になると、光導電層２０３は逆方向バイ
アス状態となるが、書き込み光の強度に比例した光電流
が発生し、強誘電性液晶層２０６と光導電層２０３の界
面の画素電極２０４に電荷Ｑが蓄積される。そして、強
誘電性液晶層２０６はこの電荷Ｑとバランスするような
分極反転状態Ｐ（−Ｐ_s ＜Ｐ＜＋Ｐ_s ；Ｐ_s は自発分極
の大きさ）に保たれる。この状態は、強誘電性液晶層２
０６内で面積的に＋Ｐ_s と−Ｐ_s の状態が分布している
か、もしくは液晶分子の反転の過渡的な状態であると考
えられる。ここでは、光電流の量、すなわち書き込み光
の強度によって液晶の分極状態、すなわち読み出し光の
強度を制御することができるので、中間調を実現するこ
とができる。

【００３６】図３の単極性パルスの他にも、例えば、
Ｃ．ゴメス他 ジャパニーズ・ジャーナル・オヴ・アプ
ライド・フィジクス第３０巻（１９９１年）第Ｌ３８６
頁から第Ｌ３８８頁（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．３０（１９９１）ｐｐ．Ｌ３８６−Ｌ３８８））に
示されているような双極性パルスで駆動することも可能
である。

【００３７】以上の空間光変調素子を用いて投写型ディ
スプレイ装置を構成してみた。このときの系を図４に示
す。これは、空間光変調素子４０２の書き込み情報とし
てＣＲＴ４０１に提示された画像を用い、読み出し側は
メタルハライドランプからの読み出し入力光４０８を偏
光子４０５とビームスプリッタ４０４を介して空間光変
調素子４０２に照射し、読み出し出力光４０９を検光子
４０６、レンズ４１０を介して取り出してスクリーン４
１１上に映し出したものである。図４中、４０３は駆動
電源、４０７は書き込み光である。空間光変調素子４０
２の有効面積は２．５ｃｍ×２．５ｃｍであるが、これ
をスクリーン４１１上で１００ｃｍ×１００ｃｍに拡大
した。駆動パルスとしては、図３に示す単極性パルスを
用い、Ｖ _e ＝１５Ｖ、Ｔ_e ＝１００μｓｅｃ、Ｖ_w ＝−
１．３５Ｖ、Ｔ_w ＝１１００μｓｅｃとした。

【００３８】これにより、スクリーン４１１上で画像が
観測されたが、入力するＣＲＴ４０１の画像を忠実に再
現していた。このときのスクリーン４１１上での明るさ
は８０ｌｘであり、スクリーン４１１上でのコントラス
ト比は１００：１であった。また、正常な画素と異なる
動きを示す欠陥画素はほとんど無く、１０００×１００
０画素中わずかに２〜３個程度であった。スクリーン４
１１上では１画素が１ｍｍ×１ｍｍに拡大されるが、こ
のとき隣合う画素電極２０４、２０４間のクロストーク
がわずかに観測された。これは、隣合う画素電極２０
４、２０４同志が低抵抗のｎ層を介して電気的に接触し
ているためである。また、光源のメタルハライドランプ
の出力をこれ以上に上げると、出力画像のコントラスト
比は低下していった。これは、画素電極２０４、２０４
間の遮光層２１２だけでは遮光度が不十分であることを
意味している。

【００３９】尚、ＣＲＴ４０１の代わりにＴＦＴ液晶パ
ネルを用いて書き込みを行った場合にも、全く同様の結
果が得られた。比較のために、工程（ｅ）の熱処理を省
略して空間光変調素子を作製し、同様にして投写型ディ
スプレイ装置に組み込んでみた。このとき、スクリーン
４１１上において観測される画素間のクロストークは先
の場合よりも大きかった。これは、画素間の抵抗が先の
場合よりも小さいことを意味している。

【００４０】（実施例２）図８は空間光変調素子の他の
実施例を示す断面図である。図８に示す空間光変調素子
は、基本的には図７に示す空間光変調素子と同じである
が、以下の点で異なる。 （１）隣合う画素電極８０４、８０４間の光導電層８０
３の一部をエッチングによって除去することにより、溝
が形成されている。これにより、隣合う画素電極８０
４、８０４間が電気的に分離され、解像度が向上する。 （２）（１）で形成した溝の底に、例えばＡｌ、Ｔｉ、
Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔなどの金属からなる金属
遮光膜８１３が形成されている。これにより、読み出し
出力光８１１が光導電層８０３側へ回り込むことによる
スイッチング誤動作がなくなり、読み出し光強度を高め
ることができる。

【００４１】次に、上記構成を有する空間光変調素子の
製造方法を図１を参照しながら説明する。手順は実施例
１とほぼ同様であるが、実施例１と異なる点に重点をお
いて説明する。

【００４２】まず、実施例１の場合と全く同様にして、
ガラス基板１０１の上に、透明導電性電極１０２として
ＩＴＯ薄膜を堆積し、さらに、光導電層１０３としてｐ
／ｉ／ｎフォトダイオード構造のアモルファスシリコン
をプラズマＣＶＤ法によって堆積した。次いで、実施例
１の場合と同様に、光導電層１０３の面上に画素電極１
０４を形成した。但し、材料としてはＡｌの代わりにＣ
ｒを用い、膜厚を０．２μｍとした（以上、図１
（ａ））。

【００４３】次いで、ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ガスを用いたケミカ
ルドライエッチング法により、隣合う画素電極１０４、
１０４間の光導電層１０３に深さ１．３μｍの溝を設け
た。これにより、画素電極１０４、１０４間のｎ層が完
全に除去され、ｉ層の途中までエッチングされた。この
場合、ＣＦ₄ 及びＯ₂ の流量をそれぞれ１０００ｃｃｍ
及び３００ｃｃｍ、プラズマを発生させるための投入電
力を４００Ｗ、エッチング時間を１９５秒とした。尚、
この方法は等方性エッチングであるため、画素電極１０
４の下部まで回り込んでエッチングされた。横方向への
回り込みエッチングの深さは約１．０μｍであった（以
上、図１（ｂ））。

【００４４】次いで、全面にＡｌを０．３μｍの膜厚で
蒸着し、これにより画素電極１０４上にはＡｌの反射膜
１１６が形成され（以後、Ｃｒの画素電極１０４と反射
膜１１６をひとまとめにして画素電極と呼ぶ）、画素電
極間の前記溝の底部には金属遮光膜１１３が形成された
（図１（ｃ））。

【００４５】次いで、実施例１における工程（ｃ）と全
く同様にして、炭素粒子含有フォトポリマー１１４を形
成した。この場合、画素電極間においては画素電極１０
４上よりも厚く形成されていることが電子顕微鏡によっ
て確認された。また、９０℃の熱処理を施しても、ほと
んど収縮が起こらないことも確認された。尚、画素電極
上の炭素粒子含有フォトポリマー１１４の厚さは１．０
μｍであった（以上、図１（ｄ））。

【００４６】次いで、実施例１における工程（ｄ）と全
く同様にして、Ｏ₂ プラズマ１１５を用いたリアクティ
ブイオンエッチングを施すことにより、炭素粒子含有フ
ォトポリマー１１４の上層部を除去した。約３分間で画
素電極１０４の上面が現れるところまでエッチングする
ことができた。わずかに画素電極１０４上に残った残屑
は流水中で綿繊維による擦り洗浄を加えることにより除
去した。これにより、画素電極間に遮光層１１２が形成
された（以上、図１（ｅ））。

【００４７】次いで、２００〜２５０℃の温度で１０分
間にわたって熱処理（ポストベーク）を施した。これに
より、画素電極間の炭素粒子含有フォトポリマー１１４
（遮光層１１２）が熱収縮し、画素電極及び光導電層１
０３との間に間隙が生じていることが電子顕微鏡によっ
て確認された。また、炭素粒子含有フォトポリマー１１
４自体にも空洞部分が形成されていることも確認された
（以上、図１（ｆ））。

【００４８】次いで、ポリアミック酸をスピンコート法
によって全面に塗布した。このとき、ポリアミック酸は
前記工程（ｆ）で生じた間隙部分や空洞部分にも完全に
浸透した。この状態でポリアミック酸の熱硬化を行い、
ポリイミド配向膜１０５を形成した。尚、画素電極上で
の配向膜１０５の厚さは１００オングストロームであっ
た。画素電極間においては確かに、前記工程（ｆ）で生
じた間隙部分にもれなく完全にポリイミドが侵入してい
ることが確認された（以上、図１（ｇ））。

【００４９】次いで、実施例１の工程（ｇ）と全く同様
にして、配向処理、両透明絶縁性基板１０１、１０８の
張り合わせ、及び強誘電性液晶の注入を行った。これに
より、両基板間に、１μｍ厚の強誘電性液晶層１０６が
形成され、図８の構造を有する空間光変調素子が得られ
た（以上、図１（ｈ））。

【００５０】尚、ケミカルドライエッチングの代わりに
例えばリアクティブイオンエッチングのような異方性エ
ッチングを用いることによっても溝は形成され、画素電
極１０４、１０４間の電気的絶縁を得ることができる。
しかし、異方性エッチングの場合は画素電極１０４の下
への回り込みが無い分だけ充填できる遮光層１１２の量
が少なくなり、遮光度は低下する。従って、より明るい
光で読み出しを行うためには等方性エッチングを用いる
のが好ましい。尚、等方性エッチングとしては、上記の
ケミカルドライエッチングの他に、例えばＨＦ及びＨＮ
Ｏ₃ の混合溶液によるウェットエッチングなどを用いる
こともできる。

【００５１】以上の空間光変調素子を用いて図４に示す
投写型ディスプレイ装置を構成してみた。空間光変調素
子４０２の有効面積は２．５ｃｍ×２．５ｃｍである
が、これをスクリーン４１１上で１００ｃｍ×１００ｃ
ｍに拡大した。駆動パルスとしては、図３に示す単極性
パルスを用い、Ｖ_e ＝１５Ｖ、Ｔ_e ＝１００μｓｅｃ、
Ｖ_w ＝−１．３５Ｖ、Ｔ_w ＝１１００μｓｅｃとした。

【００５２】これにより、スクリーン４１１上で画像が
観測されたが、入力するＣＲＴ４０１の画像を忠実に再
現していた。スクリーン４１１上での明るさは８０ｌ
ｘ、スクリーン４１１上でのコントラスト比は１００：
１であった。また、正常な画素と異なる動きを示す欠陥
画素はほとんど無く、１０００×１０００画素中４〜５
個程度であった。スクリーン４１１上では１画素が１ｍ
ｍ×１ｍｍに拡大されるが、このとき隣合う画素電極１
０４、１０４間のクロストークはほとんど観測されなか
った。これは、隣合う画素電極１０４、１０４同志が完
全に電気的に絶縁されていることを意味している。ま
た、光源のメタルハライドランプの出力を上げていく
と、スクリーン４１１上での明るさが１０００ｌｘにな
るまで１００：１のコントラスト比を保っていた。これ
は、画素間の遮光層１１２の充填量が多い分遮光度が向
上したことを示している。

【００５３】比較のために、工程（ｆ）の熱処理を省略
して空間光変調素子を作製し、同様にして投写型ディス
プレイ装置に組み込んでみた。スクリーン４１１上にお
いて観測される画像は、画素欠陥が多数発生し（全体の
数％）、見づらいものであった。このときの欠陥は書き
込み光の有無にかかわらず常に明るく見え、画像のコン
トラストを低下させるものであった。これは、画素電極
１０４と金属遮光膜１１３とが短絡し、液晶のオン・オ
フが光導電層１０３で発生する光電流によって制御され
ていないことを意味している。

【００５４】（実施例３）上記実施例１、２で用いた炭
素粒子含有フォトポリマーについて補足実験を行ってみ
た。

【００５５】まず、炭素粒子含有フォトポリマーをガラ
ス基板全面に塗布し、いろいろな条件の下で熱処理を施
してみた。このときの熱処理前後での厚さの変化を測定
したところ、下記（表１）のような結果を得た。

【００５６】

【表１】

【００５７】ここで、厚さ変化とは、熱処理前の厚さに
対する熱処理後の厚さの比である。これによれば、９０
℃では熱収縮は生じないが、２００℃で加熱すると熱収
縮が生じ、体積が１割ほど減少することが分かる。

【００５８】次に、２００℃、１０分で熱処理をする前
後での炭素粒子含有フォトポリマーの抵抗率の変化を測
定してみた。測定には、ガラス／ＩＴＯ基板にこの媒質
を塗布し、その上からＡｌの電極を蒸着によって形成し
たものを用いた。これによれば、熱処理前は６×１０⁷
Ω・ｃｍ、熱処理後は８×１０⁷ Ω・ｃｍであった。

【００５９】以上のことにより、熱処理によるクロスト
ークの減少や画素欠陥の減少は、炭素粒子含有フォトポ
リマー自身の電気抵抗が増大する効果よりも、むしろ体
積が減少してその隙間にポリイミド（抵抗率は１０¹⁰Ω
・ｃｍ程度）が浸透し、絶縁作用を引き起こす効果によ
る方が大きいと言える。

【００６０】尚、例えば実施例２において工程（ｆ）の
熱処理を省略した場合でも、工程（ｇ）のポリアミック
酸の熱硬化処理（２００℃、１時間）と同時に炭素粒子
含有フォトポリマー自身も確かに熱収縮する。しかし、
この場合には、ポリアミック酸が浸透しないために、熱
収縮後に図５に示すような間隙部５１７が生じ、例えば
ギャップ形成用の樹脂製ビーズ５１８による圧力等によ
り画素電極５０４が折れ曲がって遮光層５１２と接触
し、短絡の原因となり得る。従って、工程 （ｆ）を省
略することはできない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空間
光変調素子の製造方法によれば、遮光度を低下させるこ
となく、画素電極間の電気的絶縁を保ち得る遮光層を比
較的容易に形成することができる。従って、画素欠陥の
ない良好な特性を有し、しかも明るい光で読み出すこと
のできる空間光変調素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空間光変調素子の製造方法の一実
施例を示す工程図である。

【図２】本発明に係る空間光変調素子の製造方法の他の
実施例を示す工程図である。

【図３】空間光変調素子を駆動するための駆動パルス波
形図である。

【図４】空間光変調素子を用いて作製した投写型ディス
プレイ装置の模式図である。

【図５】本発明に係る空間光変調素子の製造方法におい
て、炭素粒子含有フォトポリマーの熱処理工程を省略し
た場合の空間光変調素子の構造断面図である。

【図６】従来技術の空間光変調素子を示す構造断面図で
ある。

【図７】従来技術の空間光変調素子を示す構造断面図で
ある。

【図８】従来技術の空間光変調素子を示す構造断面図で
ある。

【符号の説明】

１０１、１０８ 透明絶縁製基板 １０２、１０７ 透明導電性電極 １０３ 光導電層 １０４ 画素電極 １０５ 配向膜 １０６ 強誘電性液晶層 １１２ 遮光層 １１３ 金属遮光膜 １１４ 炭素粒子含有フォトポリマー １１５ Ｏ₂ プラズマ １１６ 反射膜 １１７ 樹脂製ビーズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藏富 靖規 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 朝山 純子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小川 久仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極と、前記第１の電極に対して
   平行に配置された第２の電極と、前記第１の電極に電気
   的に接する光導電層と、前記第２の電極と前記光導電層
   との間に挿入された液晶層とを備え、前記光導電層の前
   記液晶層側の界面に電気的に接する複数の島状の画素電
   極を有し、前記画素電極間の溝状の間隙部分に遮光層が
   挿入されている空間光変調素子の製造方法であって、光
   吸収性粒子を含有する熱収縮性媒質を前記間隙部分に充
   填した後に熱収縮を行い、前記熱収縮によって新たに生
   じた間隙に絶縁性媒質を充填することにより、前記遮光
   層を形成することを特徴とする空間光変調素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 光導電層が整流性を有する請求項１に記
   載の空間光変調素子の製造方法。
3. 【請求項３】 光吸収性粒子が炭素を主成分とする粒子
   である請求項１に記載の空間光変調素子の製造方法。
4. 【請求項４】 絶縁性媒質が液晶分子を配向させる配向
   膜の材料である請求項１に記載の空間光変調素子の製造
   方法。
5. 【請求項５】 熱収縮性媒質を間隙部分に充填する工程
   と、前記熱収縮性媒質を熱収縮させる工程との間に、画
   素電極上面に残った前記熱収縮性媒質を除去する工程を
   挿入した請求項１に記載の空間光変調素子の製造方法。
6. 【請求項６】 画素電極をエッチングマスクとして光導
   電層に等方性エッチングを施すことにより、前記画素電
   極間の溝状の間隙部分を拡張する工程を含む請求項１に
   記載の空間光変調素子の製造方法。
7. 【請求項７】 画素電極間の拡張された溝状の間隙部分
   に、前記間隙部分の底面を概ね覆い、光導電層に電気的
   に接し、かつ、前記画素電極とは電気的に分離された金
   属遮光膜を形成する工程を含む請求項６に記載の空間光
   変調素子の製造方法。