JPH085941A

JPH085941A - 空間光変調装置および該空間光変調装置を用いた投影型表示装置

Info

Publication number: JPH085941A
Application number: JP6143195A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mitsutake; 英明光武; Takayuki Yagi; 隆行八木; Shigeyuki Suda; 繁幸須田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】複数色の光のうち特定の波長成分のみの変調
を行ないつつ、空間光変調素子上での発熱を防止する。【構成】空間光変調素子１０３には、それぞれ光源
（不図示）からの光を偏向する３種類の絵素２０８Ｒ、
２０８Ｇ、２０８Ｂがマトリックス状に配列される。各
絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂは２つの安定状態を
持ち、一方の安定状態のときに、空間変調素子１０３で
偏向された光は結像光学系（不図示）を介して表示スク
リーン（不図示）に表示される。各絵素２０８Ｒ、２０
８Ｇ、２０８Ｂ上には、それぞれ表示に不要な波長成分
を各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂでの偏向方向と
は異なる方向に回折させるホログラム２０７Ｒ、２０７
Ｇ、２０７Ｂが設けられ、表示スクリーンには、表示に
必要な波長成分の光のみが表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの光を、ミラ
ー反射や回折により偏向することで変調を行なう空間光
変調素子を用いた空間光変調装置、および該空間光変調
装置を用いた投影型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−１２９６２７号公
報、特開昭５８−１０７１４号公報、特公平３−７８６
２２号公報等に記載されるように、半導体微細加工技術
を用いたマイクロミラーによる光の偏向を利用した空間
変調素子がある。また、この素子を応用した投影型大画
面表示装置も記載されている。

【０００３】これらの空間光変調素子を有する空間光変
調装置は、カラー投影型表示装置に応用することができ
る。光変調素子を用いた従来のカラー投影型表示装置に
おいては、光変調素子はマトリックス状に配置された複
数個の単位素子を有し、各々が１色に対応した複数個
（通常は３個）の光変調素子を組み合せてカラー画像を
表示するものもあるが、構成をより簡単にするために、
１個の光変調素子の単位素子上に複数色の色フィルタを
設け、１個の光変調素子でカラー画像が表示可能なもの
もある。光変調素子上に色フィルタを設けたものの場
合、それぞれ異なる色フィルタが設けられた複数個（通
常は３個）の単位素子一組で、一画素が構成される。ま
た、色フィルタは、通常は特定の波長成分の光を透過す
る色素で着色したものが用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、光変調素子上に特定の波長成分の光を透過す
る色素で着色した色フィルタを設けたカラー投影型表示
装置では、色素光吸収による発熱で光変調素子が高温に
なり、光変調素子に余分な冷却装置が必要になるという
問題点があった。

【０００５】このような問題点は、カラーの表示装置に
限らず、複数色の光を発する光源からの光のうち１種類
または２種類の特定の波長成分の光のみを表示させる場
合でも、結局は、特定の波長成分を透過させるフィルタ
が必要となるので同様である。さらに表示装置以外に、
特定の波長成分の光を透過させるフィルタが設けられた
空間光変調素子を用いた空間光変調装置についても言え
ることである。

【０００６】そこで本発明は、複数色の光のうち特定の
波長成分のみの変調を行ないつつ、空間光変調素子上で
の発熱を防止する空間光変調装置およびその応用である
投影型表示装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の空間光変調装置は、複数色の光を発する光源
と、該光源からの光を偏向することによって前記光の変
調を行なう空間光変調素子と、該空間光変調素子からの
出力光のうち特定の波長成分の光を受ける受光部とを有
する空間光変調装置において、前記空間光変調素子は、
前記光源からの光のうち前記受光部で不要となる波長成
分を、前記空間光変調素子自身による偏向方向と異なる
方向に偏向する波長選択偏向素子を有することを特徴と
する。

【０００８】また、前記空間光変調素子は、１次元ある
いは２次元に配列され互いに独立に駆動可能な複数の単
位素子を有し、前記各単位素子のそれぞれに前記波長選
択偏向素子が１つずつ設けられているものでもよく、こ
の場合、前記波長選択偏向素子として、それぞれ異なる
波長成分を前記方向に偏向する複数種類の波長選択偏向
素子を有し、前記複数種類の波長選択偏向素子が規則的
に配列されているものであってもよい。

【０００９】さらに、前記空間光変調素子自身の偏向方
向と、前記波長選択偏向素子による前記受光部で不要と
なる波長成分の偏向方向とが、互いに直交しているもの
であってもよいし、前記空間光変調素子自身による偏向
手段は、ミラー反射によるものや、回折によるものであ
ってもよい。

【００１０】また、前記波長選択偏向素子は、体積型ホ
ログラムやブレーズド回折格子を用いることもできる。

【００１１】本発明の投影型表示装置は、上記本発明の
空間光変調装置を用いた投影型表示装置であって、前記
受光部に代えて、表示スクリーンに前記空間光変調素子
からの光を投影するための結像光学系を有するものであ
る。

【００１２】

【作用】上記のとおり構成された本発明の空間光変調装
置では、光源からの光は、空間光変調素子で偏向されて
受光部に入射される。空間光変調素子は、受光部で不要
となる波長成分を、空間光変調素子による偏向方向と異
なる方向に偏向する波長選択偏向素子を有するので、所
定の波長成分のみが受光部に入射される。これにより、
空間光変調素子にフィルタを設ける必要がなくなり、空
間光変調素子部でのフィルタの光吸収による発熱がなく
なる。さらに、受光部で不要な波長成分は波長選択偏向
素子で偏向されるので、不要な波長成分の混入が避けら
れ、空間光変調装置の信頼性が向上する。

【００１３】また、空間光変調素子を、１次元あるいは
２次元に配列され互いに独立に駆動可能な複数の単位素
子で構成し、それぞれ異なる波長成分を偏向する複数種
類の波長選択偏向素子を規則的に配列することにより、
複数色の画像が受光部に形成される。このとき、上述し
たように他の色の混入が避けられるので、色純度および
コントラストの劣化はない。

【００１４】そして、空間光変調素子自身の偏向方向
と、波長選択偏向素子による受光部で不要となる波長成
分の偏向方向とを互いに直交させることで、不要な波長
成分の混入がより確実に避けられる。

【００１５】本発明の投影型表示装置では、上記本発明
の空間光変調装置を用い、受光部に代えて結像光学系を
有するので、空間光変調素子からの光は、結像光学系を
介して表示スクリーンに投影される。このとき、上述し
たように不要な波長成分の混入が避けられるので、表示
スクリーンに投影された画像のコントラストの劣化が防
止され、鮮明な画像が得られる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】（第１実施例）図１は、本発明の空間光変
調装置の応用であるカラー投影型表示装置の第１実施例
の概略構成図である。

【００１８】図１において、キセノンランプ等からなる
光源１０１からの光は、照明系１０２により集光されて
概ね平行な光束となり空間光変調素子１０３を照明す
る。後述するように空間光変調素子１０３は、２次元に
配列され、それぞれ照明系１０２からの光から光の３原
色（赤、緑、青）を得るための複数の単位素子としての
絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ（図２参照）から構
成される。各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂは、そ
れぞれ両端をねじれ蝶番２０４、２０５（図２参照）に
より２つの安定状態を持って変位可能に支持され、光源
１０１からの光を反射するミラー２０３（図３参照）を
有する。ミラー２０３の一方の安定状態での反射光は結
像光学系１０４により表示スクリーン１０５に向けて拡
大投影され、他方の安定状態での反射光は遮光部１０６
（一部のみ図示）で吸収される。

【００１９】また、後述するように各絵素２０８Ｒ、２
０８Ｇ、２０８Ｂで表示に用いない波長成分は、各絵素
２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂのミラー２０３上に形成
された体積型ホログラムよりなる、波長選択偏向素子と
しての反射回折素子２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂ（図
２参照）により、結像光学系１０４の光軸を含みかつ図
面に垂直な平面内の方向に回折され、結像光学系１０４
の周辺部に設置された遮光部１０６で遮光される。従っ
て、各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂにより表示さ
れる色に対応する波長成分だけが結像光学系１０４を通
じて表示スクリーン１０５上に投影される。ここでいう
遮光部１０６とは、結像光学系１０４を構成する絞り枠
（不図示）やレンズ枠（不図示）等も含むものとする。

【００２０】このように、空間光変調素子１０３の絵素
２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの変位による、ミラー２
０３での光の偏向方向と反射回折素子２０７Ｒ、２０７
Ｇ、２０７Ｂでの光の回折方向とが異なるので、不要な
波長成分の光が絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの変
位によって結像光学系１０４に向かうことがない。従っ
て、表示画像の色純度およびコントラストの劣化が防止
される。

【００２１】ここで、空間光変調素子１０３について説
明する。図２は、図１に示した投影型表示装置の空間光
変調素子１０３の一部を拡大した概略斜視図である。ま
た、図３は、図２に示した空間光変調素子１０３の１つ
の絵素２０８Ｇの断面図で、同図の（ａ）はａ−ａ’線
断面図、同図の（ｂ）はｂ−ｂ’線断面図である。

【００２２】空間光変調素子１０３は縦方向および横方
向に複数列をなすマトリックス状に配置された３種類の
絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂを持ち、駆動する絵
素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂを選択し画像信号を送
るための縦ドライバ２０１および横ドライバ２０２が、
マトリックス配列部の周辺に形成されている。各絵素２
０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂには、それぞれミラー２０
３が形成されている。ミラー２０３は、その下部に空気
層を有する梁をなしており、各々両端に一体的に設けら
れた２つのねじれ蝶番２０４、２０５により、空間光変
調素子１０３の基板部分と接続されている。各ミラー２
０３は、空気層を介してその下部に形成されたランディ
ング電極２０６ａ、２０６ｄおよびアドレス電極２０６
ｂ、２０６ｃと対向する電極を兼ねており、入力信号に
応じて印加される電圧により梁の両端に設けられたねじ
れ蝶番２０４、２０５を軸として、その軸線回りに変位
する。この変位により照明光の反射方向が変わるので、
図１中の結像光学系１０４に向かう光と、それから外れ
て遮光部１０６で遮断される光とを選択的に生成でき
る。

【００２３】また、各ミラー２０３の上面には、体積型
ホログラムよりなる波長選択型の３種類の反射回折素子
２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂ（以下、「ホログラム」
という）が形成されている。ホログラム２０７Ｒ、２０
７Ｇ、２０７Ｂは、図２に示したようにマトリックスの
縦方向に同じ種類のものが配列され、それが横方向に
Ｒ、Ｇ、Ｂの順に交互に繰り返されてストライプ状に配
列されている。各ホログラムは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）の波長成分のうち所定の２つの波長成分を回折
する（例えば、赤の表示に用いられるホログラム２０７
Ｒは、赤以外の緑、青成分を回折する）作用を持つ。そ
のために各ホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂと
しては、回折させるべき２つの波長成分に対応して各々
のピーク波長がブラッグ回折条件に適合するようにして
作製された２つの体積型ホログラムを積層したものが用
いられ、各ホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂ
は、図１で示したように、ミラー２０３による偏向方向
のなす面と直交する面内の方向に回折するように形成さ
れる。従って、回折作用の異なる３種類の絵素２０８
Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ一組で、フルカラー画像の一画
素が構成されることになる。

【００２４】ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を回折する各々の
体積型ホログラムについて述べると、必要な回折角γ
は、照明系１０２の開口数（ＮＡ1）および結像光学系
１０４の開口数（ＮＡ2）から決まる。すなわち、 γ＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ1）＋ｓｉｎ^-1（ＮＡ2）…（１）で与えられる。ここで回折角λは、正反射方向からの差
としての反射回折角をいう。また、作製されたホログラ
ムグレーティングの格子面ピッチをＰ、ホログラム内格
子傾き角をφ’、格子間間隔をｄとする。このとき、ホ
ログラムの回折中心波長λ_p に対して必要な前述のパラ
メータＰ、φ’、ｄが、 γ＝θ_out−θ_in …（２）Ｐ_p＝λ_p／（ｓｉｎθ_out−ｓｉｎθ_in） …（３） φ_p'＝（θ_out'−θ_in' ）／２ …（４）ｄ_p＝Ｐ_p・ｓｉｎφ_p' …（５）で決まる。

【００２５】ただし、θ_in' 、θ_out'は、それぞれ入出
射角度θ_in、θ_out に対するホログラム２０７Ｒ、２０
７Ｇ、２０７Ｂ中での角度を表わしている。

【００２６】色分解すべき３色光の中心波長λ_R、
λ_G、λ_Bをそれぞれλ_R＝６１０ｎｍ、λ_G＝５３０
ｎｍ、λ_B＝４７０ｎｍ、照明系１０２の開口数ＮＡ1
＝結像光学系の開口数ＮＡ2 ＝０．１４（Ｆ３．５相
当）、ホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂの平均
屈折率を１．５とすると、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を回折する各
々の体積型ホログラムの構成パラメータは、 θ_in＝０（ｄｅｇ）、θ_out＝１６．４（ｄｅｇ） θ_in'＝０（ｄｅｇ）、θ_out'＝５．４２（ｄｅｇ）Ｐ^R＝２．１６（μｍ）、ｄ^R＝０．２０４（μｍ）Ｐ^G＝１．８８（μｍ）、ｄ^G＝０．１７８（μｍ）Ｐ^B＝１．６６（μｍ）、ｄ^B＝０．１５７（μｍ）となる。

【００２７】次に、図２に示した絵素の構成および動作
についてさらに詳細に説明する。図４は図２に示した空
間光変調素子の中の１つの絵素の構成を示す斜視図、図
５は図４に示した絵素の平面図、図６は図５のＡ−Ａ線
断面図である。

【００２８】絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂは基本
的に浅い井戸を多う梁（フラップ）５３０であり、シリ
コン基板５２２、絶縁スペーサ５２４、金属蝶番層５２
６、および金属梁層５２８を含む。梁５３０は金属蝶番
層５２６および金属梁層５２８の一部で構成され、この
部分の金属梁層５２８がミラー２０３となるとともに、
その表面にはホログラム層５５０が積層されている。ま
た、梁５３０にはプラズマ・エッチ・アクセス孔５３２
が形成されている。金属蝶番層５２６のうち、金属梁層
５２８に覆われていない部位が、梁５３０を支持するね
じれ蝶番２０５を構成する。シリコン基板５２２と絶縁
スペーサ５２４との間には二酸化シリコン層５４４が形
成され、この二酸化シリコン層５４４上にランディング
電極２０６ａ、２０６ｄおよびアドレス電極２０６ｂ、
２０６ｃが形成されている。また、シリコン基板５２２
上の各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの近傍には、
それぞれ絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂを駆動する
ためのスイッチングトランジスタ（不図示）が形成され
ている。

【００２９】各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの典
型的な寸法は、梁５３０は一辺が２００μｍの正方形、
絶縁スペーサ５２４の厚みが４μｍ、金属蝶番層５２６
の厚みが７５０オングストローム、金属梁層５２８の厚
みが３５０オングストローム、ねじれ蝶番２０５は長さ
が５μｍで幅が２μｍ、プラズマ・エッチ・アクセス孔
５３２は一辺が２μｍである。

【００３０】各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂは、
金属梁層５２８とアドレス電極２０６ｂ、２０６ｃ間に
電圧を印加することによって動作する。梁５３０および
アドレス電極２０６ｂ、２０６ｃが空隙キャパシタの２
つの極板を形成し、印加された電圧によって２つの極板
に誘起された正負逆の電荷が、梁５３０をシリコン基板
５２２側に引き寄せる静電引力を加える。この静電引力
により梁５３０の一方の側部がシリコン基板５２２側に
引き寄せられると、ねじれ蝶番２０４、２０５がねじ
れ、梁５３０はシリコン基板５２２に対して傾斜するよ
うに変位する。各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ
は、梁５３０が変位した２つの安定状態において、梁５
３０の側端部が電気的に同電位のランディング電極２０
６ａ、２０６ｄに接触した状態で保持されるので、梁５
３０をアドレス電極２０６ｂ、２０６ｃから離れた状態
に保つ。従って、梁５３０とアドレス電極２０６ｂ、２
０６ｃとの短絡により起こる破壊現象を防止し、かつ、
梁５３０の偏向角を安定にしかも一定に保つことができ
る。

【００３１】本絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂを表
示装置に応用する場合の階調表示（８ビット、２５６階
調程度）方法として、例えば以下に示す２つの方法が考
えられる。すなわち、本実施例の絵素２０８Ｒ、２０８
Ｇ、２０８Ｂは基本的に２値表示を行なう素子なので、
複数の単位絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂを組み合
せてその面積比で階調を表現する面積変調方式と、単位
絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂに変調をかける時間
幅で階調を表現するパルス変調方式の２つである。

【００３２】まず、面積変調方式については、例えば８
ビット、２５６階調を表示する場合、２５６個の２値表
示の単位絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂをまとめて
１画素とし、表示すべき値に応じて変調をかける単位絵
素数を選択する。

【００３３】一方、パルス幅変調方式においては、同じ
く８ビット、２５６階調を表示する場合、フレーム数３
０Ｈｚを走査するためには、１３０μｓ（＝１／３０／
２５６）単位で単位絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ
の変調をかける時間幅を選択する。

【００３４】次に、図２に示したホログラム２０７Ｒ、
２０７Ｇ、２０７Ｂ（すなわち、図４に示したホログラ
ム層５５０）の作製方法について説明する。例えば、ホ
ログラム２０７Ｒは、緑、青に対応する各々のピーク波
長がブラッグ回折条件に適合するように作製された２つ
の体積型ホログラムを積層して作製される。

【００３５】図７は、図２に示したホログラムの作製方
法を模式的に表わした図である。Ａｒレーザ等のレーザ
（不図示）からの光は、ハーフミラー（不図示）によっ
て２光束に分離され、コリメータレンズ（不図示）で平
行なレーザ光束３０１、３０２にされる。これらレーザ
光束３０１、３０２は、プラスチック等の透明な基板３
０３上に塗布または保持されたホログラム感光材料層３
０４へ、その両面からそれぞれ入射角度θ_r1、θ_r2で入
射し、干渉縞を形成する。このような干渉縞パターンを
露光されたホログラム感光材料層３０４は、適当な現像
等の処理プロセスを経てホログラム２０７Ｒ、２０７
Ｇ、２０７Ｂとなる。ホログラム感光材料としては、重
クロムゼラチンやフォトポリマー等、様々なものが使用
可能であるが、回折効率および反射帯域幅を十分にとる
ためには屈折率変調度Δｎを大きくすることができる材
料でなければならない。

【００３６】以上の工程により、図２に示したマトリッ
クス状の絵素パターンに合わせて、ホログラム２０７
Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂを作製する。このとき、３種類
のホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂをストライ
プ配列で形成するために、適切なパターンを持つマスク
を用いてホログラム感光材料層３０４とのレジストレー
ション調整を適宜行ないつつ多重露光を行ない、ホログ
ラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂを作製する。

【００３７】ここで、ホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、
２０７Ｂの製造方法の一例について説明する。基板３０
３としての５５μｍのポリプロピレフィルム（トルファ
ンＢ０＃５５Ｔ２５００、東レ（株）製）上面に、
暗所にてポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）２．５ｇ、四
ヨウ化炭素０．２ｇをモノクロルベンゼン３０ｇに溶解
した溶液をスピナー（ミカサスピナー、１Ｈ−２）を用
いて塗布した後乾燥させて、層厚５．０μｍのホログラ
ム感光材料層３０４を得た。得られたホログラム感光材
料層３０４の吸光度を分光光度計ＵＶＩＤＥＣ−６５０
（日本分光製）で測定したところ、５６０ｎｍまでの吸
収端を有していた。

【００３８】このホログラム感光材料層３０４にＡｒレ
ーザ（５１４．６ｎｍ）を用い、入射角度７０°、光強
度比１：１（両レーザ光束の光強度の和が入射直前で３
ｍＷ／ｃｍ² ）の条件でデニシュークの方法にしたがっ
て所望の物体に対応する画像を記録した。

【００３９】露光後、ホログラム感光材料層３０４を以
下の〜の工程で順次処理して基板３０３上に所望の
画像が記録されたリップマンタイプの反射型ホログラム
フィルムが積層された積層体を得た。２０℃で、２分間アセトンに浸漬後、乾燥３０℃で、３分間キシレンに浸漬後、乾燥２５℃で、３分間ｎ−ヘプタンに浸漬後、乾燥得られたホログラムは、５１４．６ｎｍの波長の光に対
し、約３０００本／ｍｍの空間周波数を有し、回折効率
が４０ｍＪ／ｃｍ² で８８％であり、透過率が９０％の
体積位相型であった。

【００４０】次いで、基板３０３の下面にビニロールＥ
Ａ−３００（昭和高分子（株）製）を、乾燥膜厚が５μ
ｍとなるようにコートした。このようにして得た接着型
ホログラムを、ミラー２０３（図３参照）に相当するス
テンレス板に接着層を介して重ね合わせ、５０℃で２ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力をかけることにより、ステンレス板上
にホログラムフィルムを固着することができる。固着さ
れたホログラムの特性は、その形成直後と変わりないも
のであり、そこに良好なホログラフィック画像が観察で
きた。

【００４１】また、空間光変調素子１０３の各絵素２０
８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの配置に合わせたホログラム
２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂの配置は、本出願人によ
る特開昭６３−２８４５８６号公報、特開昭６３−２８
４５８７号公報等に記載されたような層構成を持つ転写
型ホログラムを用いて行なうこともできる。

【００４２】転写型ホログラムを用いた転写方法につい
て説明する。図８は、転写型ホログラムの層構成を示し
た図で、図７に示したものに対して、基板３０３とホロ
グラム感光材料層３０４との間に剥離層３０６を設け、
かつ、ホログラム感光材料層３０４の剥離層３０６とは
反対の面に粘着または接着層３０７が付け加えられたも
のである。この転写型ホログラムを、空間光変調素子１
０３に密着させ、適当な圧力および温度下で転写すれば
よい。このとき、空間光変調素子１０３の各絵素２０８
Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂのミラー２０３上にはホログラ
ム感光材料層３０４に合わせて剥離層３０６および接着
層３０７が転写されるが、これらの層が素子の反射、回
折特性に悪影響を及ぼすことはない。接着層３０７によ
ってホログラム感光材料層３０４はミラー２０３上に密
着固定され、各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂに対
応したホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂが形成
される。また、転写された層のうちミラー２０３上以外
にある部分は、後述するように空間光変調素子１０３の
形成過程において、エッチングにより不要部分が除去さ
れる。

【００４３】上記パラメータを有するホログラム２０７
Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂを作製するに当り、露光記録条
件について述べる。記録光となるレーザ光束３０１、３
０２の入射角度θ_r1、θ_r2は、ホログラム感光材料層３
０４の屈折率ｎ1 とホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２
０７Ｂの平均屈折率ｎ2 とが等しく、現像処理等によっ
てホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂの膜厚変化
がない場合には、以下の（６）、（７）式で簡単に求め
ることができる。

【００４４】

【数１】ここで、λ_r は記録光波長、θ_r1' 、θ_r2' はホログラ
ム感光材料層３０４中での記録光の入射角度、θ_in' は
図１に示した照明系１０２から出射され空間光変調素子
１０３に入射する光束の主光線のホログラム２０７Ｒ、
２０７Ｇ、２０７Ｂ中での入射角度である。また、上記
計算式を若干変更することにより、ホログラム感光材料
層３０４の屈折率ｎ1 とホログラム２０７Ｒ、２０７
Ｇ、２０７Ｂの平均屈折率ｎ2 が等しくない場合や、現
像処理によってホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７
Ｂの膜厚が変化する場合にも同様の計算が行なえるが、
ここでは省略する。

【００４５】次に、シリコン基板５２２上に、アドレス
電極２０６ｂ、２０６ｃを含む絵素２０８Ｒ、２０８
Ｇ、２０８Ｂを形成する工程の一例を図９を用いて説明
する。なお、以下の工程（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図
９の（ａ）〜（ｅ）に対応する。

【００４６】工程（ａ）まず、（１００）シリコン基板５２２上に熱酸化物を２
０００オングストロームの厚みで成長させ、二酸化シリ
コン層５４４を形成する。次に、二酸化シリコン層５４
４の表面に３０００オングストロームの厚みでＴｉ：Ｓ
ｉ：Ａｌ（０．２％Ｔｉおよび１％Ｓｉ）をスパッタリ
ングで形成し、これを所定のパターンでプラズマ・エッ
チングしてアドレス電極２０６ｂ、２０６ｃを形成す
る。ランディング電極２０６ａ、２０６ｄについても、
同じ工程で同時に形成される。

【００４７】工程（ｂ）二酸化シリコン層５４４、アドレス電極２０６ｂ、２０
６ｃおよびランディング電極２０６ａ、２０６ｄの表面
に、ポジのフォトレジストを数回に分けてスピンコート
・焼成を行なって、合計の厚さが４μｍになるようにし
て絶縁スペーサ２４を形成する。この工程により、シリ
コン基板５２２の表面に回路等が形成されていても、フ
ォトレジストの表面は平面化される。ポジのフォトレジ
ストは、クロロベンゼンに不溶性のものを選ぶことが望
ましい。その後、絶縁スペーサ５２４の表面に、厚み８
００オングストロームのＴｉ：Ｓｉ：Ａｌ（０．２％Ｔ
ｉおよび１％Ｓｉ）をスパッタリングで形成し、金属蝶
番層５２６を形成する。そして、さらにその表面に、厚
み１５００オングストロームの二酸化シリコンをＰＥＶ
ＣＤ法によって形成し、所定のパターンでエッチングし
てねじれ蝶番２０４、２０５のエッチストッパ５４８を
作成する。パターン決めおよびエッチングに使われたフ
ォトレジストをプラズマによって剥がす。

【００４８】工程（ｃ）厚み３６００オングストロームのＴｉ：Ｓｉ：Ａｌ
（０．２％Ｔｉおよび１％Ｓｉ）をスパッタリングによ
り形成し、金属梁層５２８を形成する。そして、前述の
転写型ホログラムを各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８
Ｂを成す金属梁層５２８のパターンに合わせて重ね、こ
れを温度５０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ² の条件下で転写
し、ホログラム層５５０を形成する。さらに、ホログラ
ム層５５０の保護のために、二酸化シリコンからなる薄
層（不図示）を低温で形成する。

【００４９】フォトレジスト５０をスピンコートする。
フォトレジスト５０のパターンを定めて、プラズマ・エ
ッチ・アクセス孔５３２およびプラズマ・エッチ・アク
セス隙間５３８を定める。パターン決めしたフォトレジ
スト５０を次にマスクとして使い、まず前記薄層を四フ
ッ化炭素でエッチングを行ない、次にホログラム層５５
０を酸素でエッチングを行なう。さらに、金属梁層５２
８および金属蝶番層５２６のプラズマエッチングを行な
う。このときエッチストッパ５４８により、金属蝶番層
５２６のうちねじれ蝶番２０４、２０５となる部分のエ
ッチングが防止される。アルミニウム合金のプラズマエ
ッチは、三塩化臭素または４塩化炭素を用いて行なうこ
とができる。ねじれ蝶番２０４、２０５の厚さは金属蝶
番層５２６の厚さによって決定され、また、幅はエッチ
ストッパ５４８の幅によって決定される。

【００５０】工程（ｄ）接着層として作用するように、ポジのフォトレジストの
層（不図示）をスピンコートし、次に、接続の工程の間
の保護層として、１．５μｍのＰＭＭＡ５２をスピンコ
ートする。そして、シリコン基板５２２をダイサーによ
って切断し、チップ化する。

【００５１】クロロベンゼンを吹き付け、直ちに遠心作
用をかけてＰＭＭＡ５２を溶解する。このとき、フォト
レジスト５０および絶縁スペーサ５２４はクロロベンゼ
ンに溶解しない。こうして、梁５３０が破片に露出する
ことなく、ダイサーの破片が除かれる。

【００５２】工程（ｅ）最後に、フォトレジスト５０および絶縁スペーサ５２４
を酸素中で、数％のフッ素（例えばＣＦ₄またはＮ
Ｆ₄）を用いて等方性のプラズマエッチにかけ、エッチ
ストッパ５４８の露出部分を除去する。このエッチング
は低い温度で行ない、梁５３０の下に井戸を形成するの
に十分なだけの絶縁スペーサ５２４を取り除くまで行な
う。

【００５３】以上説明したように本実施例では、空間光
変調素子１０３中の各絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８
Ｂの、ミラー２０３のねじれによる光の偏向方向と、ホ
ログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂによる光の回折
方向とが互いに異なるので、不要な波長成分の光が絵素
２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂのねじれによって結像光
学系１０４に向かうことがなくなる。すなわち結像光学
系１０４への迷光を防止できる。従って、表示画像の色
純度およびコントラストの劣化を防止できる。また、絵
素２０２８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ上に色フィルタを設
ける必要がなくなるので、空間光変調素子１０３の発熱
を防止することができ、したがって、冷却装置も必要な
くなる。

【００５４】本実施例では、各絵素２０８Ｒ、２０８
Ｇ、２０８Ｂは、互いに逆向きにねじれた２つの安定状
態で２値を表わしたが、絵素２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０
８Ｂがねじれていない状態を第３の状態として、３値を
表わすこともできる。この場合にも、ホログラム２０７
Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂの回折方向とミラー２０３の偏
向方向とを直交させることにより、結像光学系１０４へ
の迷光を防止できる。

【００５５】（第２実施例）本実施例は、図２に示した
ホログラム２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂ（以下、符号
２０７で代表する）をブレーズド回折格子で構成した点
が第１実施例と異なる。

【００５６】本実施例におけるホログラム２０７は、反
射型１次元ブレーズド回折格子より構成されており、入
射光束に対して所定の位相差を付与して反射回折させる
位相部を１次元方向に配置している。この１次元ブレー
ズド回折格子については、例えばＡｐｐｌｉｅｄＯｐ
ｔｉｃｓ１７（１９７８）２２７３に開示されている。

【００５７】すなわち基本的な光学性質としては、基板
に対して角度θで入射する光束を３つの位相差を付与し
て反射回折させるように設けた周期（ピッチ）ｐの段差
構造よりなる位相部を介して所定の３つの色光に分解し
て反射回折させている。

【００５８】必要な回折角は、第１実施例と同様に照明
系１０２および結像光学系１０４の開口数から求める。
また、空間光変調素子１０３の各絵素２０８Ｒ、２０８
Ｇ、２０８Ｂで表示に用いる波長成分の反射方向に結像
光学系１０４の入射瞳を合わせることが必要である。

【００５９】１次元ブレーズド回折格子の形成方法の一
例としては、回折格子材料（透明な高分子等）をスピン
コートで図４中の梁５３０上に塗布した後、適当なマス
クを用いてエッチングを行なう工程を数回繰り返すこと
により、梁５３０上に直接、ブレーズド回折格子を形成
する方法がある。

【００６０】（第３実施例）本実施例では、２つの安定
状態を持つ２値の偏向素子（絵素）を用いる代りに、偏
向方向が共通の平面内にあるアナログミラー偏向素子を
用いる点が、第１および第２実施例と異なる。

【００６１】連続的にアナログ変調するために、ミラー
に一体化された電極部が双安定状態のいずれにもいかな
いようにランディング電極とミラー一体化電極との隙間
を設定する。この構成により、瞬間的な過電圧等による
アナログ駆動状態からの逸脱を防止できる。この場合に
も、ホログラムの回折方向とミラーの偏向方向を直交さ
せることにより、結像光学系への迷光を防止できる。

【００６２】（第４実施例）ＧＬＣ（Ｇｒａｔｉｎｇ
ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ）を用いた偏向デバイ
ス（例えば、本出願人による特開昭５９−２２８６３２
号公報等参照）と本発明で用いたホログラムによる色フ
ィルタとを組み合せることにより、上述した各実施例と
同様の効果を得ることができる。すなわち、上述した各
実施例においては、表示スクリーンに投影すべき光を、
ミラー反射を利用して偏向させていたが、ミラー反射の
代りに回折を利用して偏向させたのが、本実施例であ
る。本実施例の構成上のポイントは、ＧＬＣによる光の
回折方向の成す面と本発明で用いたホログラムによる光
の回折方向の成す面とを、互いに直交させることであ
る。

【００６３】（その他の実施例）以上の各実施例では、
空間光変調素子を動作させることによる光の偏向方向の
成す面とホログラムによる光の回折方向の成す面とを互
いに直交させる配置についてのみ示したが、両者は完全
に直交しなくても本発明の効果は失われない。また、回
折効率などを考慮して反射型の回折素子を用いた例を示
したが、透過型の回折素子を用いても反射型の回折素子
と同様な効果を得ることができる。さらに、３原色の配
置はストライプ状に限定されるものではないし、２色あ
るいは１色だけの系についても本発明は有効である。

【００６４】また、本発明は投影型表示装置への適用に
限定されるものではなく、例えば、ライン状に１次元配
列された空間光変調素子を用いて光信号変調部を構成し
てもよい。特に、銀塩感光剤等の色選択性のある媒体に
カラー画像を記録する装置などにおいて有効である。

【００６５】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００６６】本発明の空間光変調素子は、空間光変調素
子が、受光部で不要となる波長成分を、空間光変調素子
による偏向方向と異なる方向に偏向する波長選択偏向素
子を有するので、空間光変調素子にフィルタを設ける必
要がなくなり、空間光変調素子部でのフィルタの光吸収
による発熱を防止することができる。さらに、受光部で
不要な波長成分の、受光部への混入が避けられ、空間光
変調装置の信頼性を向上させることができる。

【００６７】また、空間光変調素子を、１次元あるいは
２次元に配列され互いに独立に駆動可能な複数の単位素
子で構成し、各単位素子ごとに波長選択偏向素子を設け
ることで所定のパターンの画像を受光部に形成すること
ができる。

【００６８】さらに、それぞれ異なる波長成分を偏向す
る複数種類の波長選択偏向素子を規則的に配列すること
で、複数色の画像を受光部に形成することができ、カラ
ー画像を記録する装置や表示する装置に適している。こ
のとき、受光部に形成された画素には他の色の混入が避
けられるので、色純度およびコントラストの劣化を防止
できる。

【００６９】加えて、空間光変調素子自身の偏向方向
と、波長選択偏向素子による受光部で不要となる波長成
分の偏向方向とを互いに直交させることで、不要な波長
成分の混入をより確実に避けることができる。

【００７０】また、空間光変調素子自身による偏向手段
としては、ミラー反射によるものや、回折によるものが
利用できるし、波長選択偏向素子としては、体積型ホロ
グラムやブレーズド回折格子が利用できる。

【００７１】本発明の投影型表示装置は、上記本発明の
空間光変調装置を用い、受光部に代えて結像光学系を有
することにより、空間変調素子で変調された光を表示ス
クリーン上に投影することができる。このとき、表示ス
クリーンに投影された画像は、コントラストの劣化が防
止され、鮮明な画像を得ることができる。これは、特に
カラー画像を投影する場合に効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調装置の応用であるカラー投
影型表示装置の第１実施例の概略構成図である。

【図２】図１に示した投射型表示装置の空間光変調素子
の一部を拡大した概略斜視図である。

【図３】図２に示した空間光変調素子の１つの絵素の断
面図で、同図の（ａ）はａ−ａ’線断面図、同図の
（ｂ）はｂ−ｂ’線断面図である。

【図４】図２に示した空間光変調素子の中の１つの絵素
の構成を示す斜視図である。

【図５】図４に示した絵素の平面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】図２に示したホログラムの作製方法を模式的に
表わした図である。

【図８】転写型ホログラムの層構成を示す図である。

【図９】絵素の製造工程の一例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０１光源１０２照明系１０３空間光変調素子１０４結像光学系１０５スクリーン１０６遮光部２０１縦ドライバ２０２横ドライバ２０３ミラー２０４、２０５ねじれ蝶番２０６ａ、２０６ｄランディング電極２０６ｂ、２０６ｃアドレス電極２０７Ｒ、２０７Ｇ、２０７Ｂ反射回折素子（ホロ
グラム）２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂ絵素３０１、３０２レーザ光束３０３基板３０４ホログラム感光材料層３０６剥離層３０７接着層５２２シリコン基板５２４絶縁スペーサ５２６金属蝶番層５２８金属梁層５３０梁５３２プラズマ・エッチ・アクセス孔５３８プラズマ・エッチ・アクセス隙間５４４二酸化シリコン層５４８エッチストッパ５５０ホログラム層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数色の光を発する光源と、該光源から
の光を偏向することによって前記光の変調を行なう空間
光変調素子と、該空間光変調素子からの出力光のうち特
定の波長成分の光を受ける受光部とを有する空間光変調
装置において、前記空間光変調素子は、前記光源からの光のうち前記受
光部で不要となる波長成分を、前記空間光変調素子自身
による偏向方向と異なる方向に偏向する波長選択偏向素
子を有することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】前記空間光変調素子は、１次元あるいは
２次元に配列され互いに独立に駆動可能な複数の単位素
子を有し、前記各単位素子のそれぞれに前記波長選択偏
向素子が１つずつ設けられている請求項１に記載の空間
光変調装置。
【請求項３】前記波長選択偏向素子として、それぞれ
異なる波長成分を前記方向に偏向する複数種類の波長選
択偏向素子を有し、前記複数種類の波長選択偏向素子が
規則的に配列されている請求項２に記載の空間光変調装
置。
【請求項４】前記空間光変調素子自身の偏向方向と、
前記波長選択偏向素子による前記受光部で不要となる波
長成分の偏向方向とが、互いに直交している請求項１、
２または３に記載の空間光変調装置。
【請求項５】前記空間光変調素子自身による偏向手段
は、ミラー反射によるものである請求項１、２、３また
は４に記載の空間光変調装置。
【請求項６】前記空間光変調素子自身による偏向手段
は、回折によるものである請求項１、２、３または４に
記載の空間光変調装置。
【請求項７】前記波長選択偏向素子は、体積型ホログ
ラムである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の空
間光変調素子。
【請求項８】前記波長選択偏向素子は、ブレーズド回
折格子である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
空間光変調素子。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１項に記載
の空間光変調装置を用いた投影型表示装置であって、前記受光部に代えて、表示スクリーンに前記空間光変調
素子からの光を投影するための結像光学系を有する投影
型表示装置。