JPH09329783A - 空間光変調素子 - Google Patents

空間光変調素子

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JPH09329783A
JPH09329783A JP8147021A JP14702196A JPH09329783A JP H09329783 A JPH09329783 A JP H09329783A JP 8147021 A JP8147021 A JP 8147021A JP 14702196 A JP14702196 A JP 14702196A JP H09329783 A JPH09329783 A JP H09329783A
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JP
Japan
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liquid crystal
layer
thickness
transparent substrate
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP8147021A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Katano
克彦 片野
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光書き込み型の空間光変調素子を用いて投影
される画像において、コントラスト比や解像度の低下が
防止され、液晶分子の配向不良による欠陥の発生が防止
された、表示品質に優れた空間光変調素子を提供する。 【解決手段】 空間光変調素子の液晶層の厚さを制御す
るスペーサを表示部に分布させず表示部周辺に局在さ
せ、且つ、読み出し光側の透明基板の厚さを、基板のた
わみによる液晶層の厚さムラを抑制できる程度に十分厚
くした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報を含む書き込
み光を感光体層に入射させ、書き込み光の強度分布に対
応する電界を液晶層に印加し、これにより液晶層に入射
した読み出し光を変調して出射させる光書き込み型の空
間光変調素子(Spatial Light Modulator:以下、SL
Mと略称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】光書き込み型のSLMは、インコヒー
レント光とコヒーレント光の相互変換、データの並列
処理や画像の直接演算処理、光強度増幅機能を利用し
たビデオプロジェクタの表示等への応用が可能である。
【0003】光書き込み型のSLMは、一般に、透明電
極層が形成された透明基板2枚の間に、感光体層、遮光
層、ミラー層及び電気光学効果層の4層を有する。感光
体層は、光が入射しないときには抵抗率が高く、光が入
射すると抵抗率が大幅に低下する性質をもち、例えばC
dSや非晶質水素化シリコン(a−Si:H)のような
材料で構成される。ミラー層は、書き込み光と読み出し
光を空間的に分離する役割をし、その光アイソレーショ
ンの程度がSLMの信号増幅率を決定する。ミラー層と
しては、例えばSiO2 膜とTiO2 膜とを交互に積層
した誘電体の多層膜が用いられる。遮光層は、感光体層
とミラー層との間に設けられ、書き込み光と読み出し光
のアイソレーションを高める役割をし、例えばSiO2
−Cuのサーメット膜が用いられる。電気光学効果層
は、印加電界に応じて屈折率、散乱、旋光性などの光学
特性を変える性質をもち、電気光学結晶や液晶などが用
いられる。
【0004】これら4層を2枚の透明基板の間に保持す
るために、通常は接着剤が用いられる。接着剤は、SL
Mの表示部全面にわたって均一な機能を付与するため
に、それぞれの層を安定的に保つ役割と、各層を外界か
ら遮断してこれらの性能劣化を防ぐ役割がある。特に、
電気光学効果層として流体である液晶層を用いる場合
は、該液晶層を均一な層厚に保持するために、しばしば
スペーサが用いられている。スペーサの材質は、レジ
ン、ガラス等であり、その形状は、球あるいは円柱で、
直径は数μmから数十μm 程度である。
【0005】通常の液晶表示セルを作製するには、制御
したい液晶層厚と同じ直径のスペーサを選び、これを基
板の片面に一定密度で均一に分布させ、基板同士を重ね
合わせて接着剤にて貼り合わせる。そして、2枚の基板
の間隙に液晶を注入し、その注入口を接着剤で封止す
る。これらの貼り合わせ用、注入口封止用の接着剤とし
ては、エポキシ系接着剤が多用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】液晶層を均一の厚さに
保持するためのスペーサを基板上に分布させる方法とし
ては、スペーサの粒子を揮発性の高い溶媒中に分散させ
てこれを噴霧する方法や、スペーサを帯電させておき、
同電位のスペーサ同士を反発させるとともにスペーサに
対して電位差をもつ基板上に吸着させる方法などがあ
る。
【0007】しかし、液晶の表示部にスペーサ同士が数
個集まり凝集することがある。又、溶媒とともにスペー
サを噴霧する場合は、基板表面の液晶表示部にスペーサ
以外の残留物が残ることがある。これらは液晶表示部に
おいて不均一な欠陥となって表示品質を低下させたり、
スペーサ周囲の液晶分子が異常配向する原因にもなる。
特に、SLMを用いた投射型ディスプレイの場合、液晶
表示部を拡大投射するので、スペーサの像が投影画像の
ドット抜けとなり、画像のコントラスト比低下、解像度
低下の原因になる。これはRGB各色に対応したSLM
による画像をスクリーン上で重ねてカラー像にする場合
に顕著となる。
【0008】本発明の目的は、このような画像欠陥の発
生を防止し、且つSLMの液晶層の厚さを表示部全体に
わたって均一とし、表示品質の良好なSLMを提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決する為の手段】本発明者は、スペーサある
いはスペーサ以外の残留物に起因する画像欠陥を生じな
くするためにはスペーサを表示部周囲にのみ分布させ、
又、液晶層の厚さを表示部全体にわたって均一に保つた
めには基板のたわみを最小限に維持すれば良いと考え、
本発明を成すに到った。
【0010】即ち、本発明は、少なくとも書き込み光に
対して透明な、第1透明電極層が形成された第1透明基
板と、少なくとも読み出し光に対して透明な、第2透明
電極層が形成された第2透明基板と、該第1及び第2透
明電極層の間に挟持された感光体層、遮光層、ミラー層
及び電気光学効果層たる液晶層を備え、前記感光体層に
書き込み光を入射させ、該書き込み光による前記感光体
層の特性変化に応じて、前記液晶層に入射する読み出し
光を変調してその変調光を出射する、光書き込み型空間
光変調素子において、前記液晶層の厚さを一定に保持す
るスペーサが表示部に存在しないように配置されるとと
もに、厚さh、辺の長さa×bの四角形の平板である前
記第2透明基板の厚さhが、 数式:h3 ≧{12p(1−ν2 )}/{π4 wE(1
/a2 +1/b2 )2 } を満足する値をもつ空間光変調素子である。
【0011】ここで、前記第2透明基板に外部荷重pが
加えられた際の第2透明基板の中心部の変位量はwであ
り、前記第2透明基板のポワソン比、ヤング率は各々
ν、Eである。
【0012】
【発明の実施の形態】SLMの液晶層の表示部の周囲は
接着剤によって封止がなされる。本発明では、液晶層の
厚さを均一に保持するためのスペーサの粒子を、未硬化
の接着剤中に予め均一に分散混入させ、これをスクリー
ン印刷あるいはディスペンサなどの方法によって液晶を
挟み込む面の両方又は一方の周辺部に塗布する。液晶を
挟み込む面同士を重ね合わせて適当な圧力で押しつけた
まま加熱処理あるいは紫外線照射によって接着剤を硬化
させる。そして、スペーサ径に相当する厚さの空隙が得
られ、この空隙に液晶を充填する。
【0013】スペーサとしては、シリカガラスやレジン
など、液晶セル用として市販されているものを使用でき
る。SLMに用いる透明基板は、スパッタリングやCV
Dなどの方法で機能性膜を多層成膜するため、強度、耐
久性の点からガラス基板が用いられる。機能性膜を多層
積層する第1透明基板は、膜応力によりたわみが生じる
ので、例えば、面積48×34mmの透明基板では厚さを8mm
と厚くしている。他方、第2透明基板は、第1透明基板
のように多くの膜を積層するわけではないが、自重ある
いは外部応力が加わってもたわみを生じないようにする
必要がある。たわみを生じると液晶層の厚さが不均一に
なるからである。従って、液晶層の厚さを均一に保持し
得る厚さを算出することが重要である。
【0014】そこで、第2透明基板の厚さの算出法を次
に示す。図2は、長さa、幅b、厚さhの長方形板が周
辺で単純支持され、これに数式1で示される一般的な分
布荷重によって、たわみが生じたことを示す概念図であ
る。この長方形板のx−y面上、任意の点のたわみ量
w′は、数式2によって表される。式中、Dは曲げ剛性
を示し、数式3で表される。ここで、Eはヤング率、ν
はポワソン比である。
【0015】
【数1】
【0016】
【数2】
【0017】
【数3】
【0018】今、図2における長方形板の中央でのたわ
み量wは、数式2に、x=a/2、y=b/2を代入
し、又、数式3を代入することにより、数式4で表され
る。すなわち、長方形板の最大たわみ量は、板の中央で
のたわみ量wであり、これは板の厚さhの3乗に反比例
する。数式4を書き換えると、数式5が得られる。数式
5における板の厚さhは限界値であるから、長方形板が
分布荷重pを受けたときに、長方形板の中央でのたわみ
量wを所定の許容範囲に入れるためには、hを限界値以
上とすればよい。
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】
【実施例】図1は、本発明の実施例に係るSLMを説明
するための概略断面図である。以下、本実施例によりS
LMの作製法を説明する。第1の透明基板1はガラス基
板であり、その片側の面に透明電極層1aが形成され
る。透明電極層1aは、高周波スパッタリング法により
形成された厚さ 0.1μm のITO(インジウム・スズの
酸化物)の薄膜である。一方、第2の透明基板2も同様
に、厚さ 0.1μm のITO薄膜たる透明電極層2aが形
成される。
【0022】先ず、第2透明基板2の厚さhを算出す
る。第2透明基板2の材質はガラスであり、辺の長さa
=48mm、b=34mm、ポワソン比ν=0.210 、ヤング率E
=8220kgf/mm2 である。第2透明基板2にかかる分布荷
重pを100gf/100mm2としたときに、液晶層6の変調の均
一性を得るためには、第2透明基板2の中央でのたわみ
量wを、SLMの読み出し光の波長の1/2である 300
×10-6mm以内とすればよい。上記数値を数式5に代入す
ることによって、h=3.2mm が導き出される。従って、
第2透明基板2の厚さを3.2mm 以上とすれば、液晶層の
変調の均一性が保たれる。
【0023】透明電極層1a上には感光体層3が形成さ
れる。感光体層3は、プラズマCVD法により形成され
た厚さ20μm の非晶質水素化シリコン(a−Si:H)
である。感光体層としては、この他に非晶質水素化炭化
珪素(a−SiC:H)、非晶質水素化窒化珪素(a−
SiN:H)、非晶質水素化酸化珪素(a−SiO:
H)等も用いることができる。
【0024】感光体層3上には遮光層4が形成される。
遮光層4は、高周波スパッタリング法により形成された
厚さ 2.5μm のSiO2 −Cuのサーメット膜である。
遮光層4上には誘電体ミラー層5が形成される。誘電体
ミラー層5は、電子ビーム蒸着法によりSiO2 膜とT
iO2 膜とを交互に1/4波長分の厚さで合計13層積
層したもので、全膜厚が約1μm の多層膜であり、その
光学的反射率は99%以上である。
【0025】液晶配向層6a及び6bは、液晶層6を挟
むように設けられる。液晶配向層6aは誘電体ミラー層
5の上に、液晶配向層6bは透明電極層2aの上に、い
ずれもポリイミド溶液がスピンコート法で塗布された後
に 150〜 180℃で1時間焼成することにより成膜され
る。液晶配向層6a及び6bの層厚は焼成後で60nm程度
になるようにスピンコート回転数が制御される。次に、
液晶配向層6a,6bの表面にはラビング処理が施され
る。ラビング処理条件は、ラビング布や液晶の種類に応
じて、ラビングドラムの回転数、基板に接する圧力等を
変えることによって選択される。ラビング方向は、注入
された液晶の配列方向になり、SLMを組み上げた際、
透明基板1及び2のラビング方向が互いに45°の角度
を成すようにラビング処理されている。
【0026】各々の液晶配向層表面にラビング処理が施
された後、透明電極層2a及び液晶配向層6bの上に、
表示部を取り囲むように、スペーサ6cが混入された熱
硬化性エポキシ系接着剤7が、液晶注入口のみを残して
スクリーン印刷法により塗布される。熱硬化性エポキシ
系接着剤7にスペーサ6cが混入される量は、 300〜40
0個/mm2となるように調整される。又、スペーサは、用
いる液晶に合わせて最適な直径のものを選ぶことができ
る。
【0027】各層が形成された透明基板1と、各層が形
成され且つスペーサ混入の接着剤が塗布された透明基板
2とが、液晶配向層6aと6bとが対向するように貼り
合わされる。そして、透明基板同士は適当な圧力で押さ
えつけられつつオーブン中に投じられ、80〜 100℃で90
分間の熱処理によりエポキシ系接着剤7が硬化する。接
着剤硬化後に、SLMは、真空ベルジャー内に液晶溜ま
りとともにセットされ、真空ベルジャー内の排気に伴い
液晶セル内も低圧となる。液晶セルの液晶注入口が液晶
溜まりに触れると、液晶がセル内に毛細管現象によって
充填され、液晶層6が形成される。
【0028】液晶充填後、真空ベルジャー内からSLM
が取り出され、液晶注入口が紫外線硬化型接着剤で封止
される。封止用接着剤は、液晶を損なうことのない為に
は、加熱硬化型よりも紫外線硬化型の方が望ましい。封
止用接着剤が十分に固化した後、SLMは、オーブンに
入れられて液晶のクリアリング温度以上に加熱されアニ
ール処理が施され、SLMが完成する。
【0029】尚、本発明のSLMで用いられる液晶とし
ては、TN液晶、STN液晶、PDLC(高分子分散型
液晶)などがある。
【0030】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のSLMは、液晶
層の厚さを制御するスペーサを表示部に分布させず表示
部周辺に局在させ、且つ透明基板の厚さを十分に厚くし
た。これによって、本発明のSLMを用いて投影される
画像においては、表示部上でのスペーサの凝集に起因す
るコントラスト比の低下、解像度の低下及び液晶分子の
配向不良による欠陥などを回避でき、良好な表示品質を
得ることができた。
【0031】又、基板のたわみによる液晶層の厚さムラ
が抑制されたことにより、液晶層を表示部全体にわたっ
て均一に変調させることができ、良好な表示品質を得る
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るSLM(空間光変調素
子)の完成状態を示す概略断面図である。
【図2】周辺を単純支持された長方形板が分布荷重を受
けてたわんだ状態を示す概念図である。
【符号の説明】
1、2・・・・・透明基板 1a、2a・・・透明電極層 3・・・・・・・感光体層 4・・・・・・・遮光層 5・・・・・・・誘電体ミラー層 6・・・・・・・液晶層 6a、6b・・・液晶配向層 6c・・・・・・スペーサ 7・・・・・・・エポキシ系接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02F 1/135 G02F 1/135

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも書き込み光に対して透明な、
    第1透明電極層が形成された第1透明基板と、少なくと
    も読み出し光に対して透明な、第2透明電極層が形成さ
    れた第2透明基板と、該第1及び第2透明電極層の間に
    挟持された感光体層、遮光層、ミラー層及び電気光学効
    果層たる液晶層を備え、前記感光体層に書き込み光を入
    射させ、該書き込み光による前記感光体層の特性変化に
    応じて、前記液晶層に入射する読み出し光を変調してそ
    の変調光を出射する、光書き込み型空間光変調素子にお
    いて、 前記液晶層の厚さを一定に保持するスペーサが表示部に
    存在しないように配置されるとともに、 前記第2透明基板は厚さh及び辺の長さa×bの四角形
    の平板であり、前記第2透明基板に外部荷重pが加えら
    れた際の第2透明基板の中心部の変位量をwとし、前記
    第2透明基板のポワソン比、ヤング率を各々ν、Eとし
    たときに、 前記第2透明基板の厚さhが、 数式:h3 ≧{12p(1−ν2 )}/{π4 wE(1/
    a2+1/b2 )2 } を満足する値をもつことを特徴とする空間光変調素子。
JP8147021A 1996-06-10 1996-06-10 空間光変調素子 Pending JPH09329783A (ja)

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Cited By (3)

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