JPH1020328A

JPH1020328A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH1020328A
Application number: JP17194696A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Torigoe; 誠之鳥越; Shigeru Yagi; 茂八木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】空間光変調素子の光導電部材のインピーダン
スを制御するとともに、透光性電極を含めた部材の性能
を良好に保ち、光変調部材を良好に動作させることがで
きる空間光変調素子を提供する。【解決手段】少なくとも対向する２つの透光性電極
２，８と、これらの透光性電極の間に設けた光変調部材
７と光導電部材５とを構成要素とし、光信号によって光
変調部材に情報を書き込む空間光変調素子であって、前
記一方の透光性電極２と光導電部材５との間に透光性電
極保護層３および光反射防止層４を設けたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧の印加の下に
光信号によって光変調部材に情報を書き込む空間光変調
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像処理や表示に使用される光入力空間
光変調素子としては、特開昭４９−９０１５５号公報、
同４９−２１１６６号公報、同５８−１９９３２７号公
報および特開昭５９−２１６１２６号公報に示されるよ
うに、液晶層よりなる光変調部材と、平面的に均質に形
成された光導電部材とよりなるセル構造を有するものが
知られている。このような空間光変調素子において、光
導電部材としては特開昭５８−１９９３２７号公報に開
示されているように、水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）が、可視高感度、高速応答性、両極性、均
質膜の作製容易性等の理由により有利に用いられてい
る。このような空間光変調素子は、光導電部材に書き込
み光によって情報を入力し、この光導電部材のインピー
ダンス変化に応じた光変調部材への印加電圧の変化を光
変調部材の変化として読み出すものである。

【０００３】上記の光変調素子の実用化のためには、変
調度を可能な限り大きくするような素子構成にすること
が重要である。そのため光導電部材のインピーダンス
は、暗時には光変調部材のインピーダンスよりも高く、
印加電圧の殆どが光導電部材に分配され、明時には光変
調部材のインピーダンスよりも低くなって、印加電圧の
殆どが光変調部材に分配されるようにすることが必要で
あり、光導電部材と光変調部材の間のインピーダンスの
差が大きいほど好ましい。光変調部材として液晶を用い
る場合には、インピーダンスは通常１０¹⁰〜１０¹¹Ω・
ｃｍである。さらに光導電部材として使用するｓ−Ｓ
ｉ：Ｈの暗抵抗は、ホウ素の微量ドープによって極大値
として１０¹¹〜１０¹²Ω・ｃｍにすることができること
が知られている［Ｗ．Ｅ．ＳｐｅａｒａｎｄＰ．
Ｇ．ＬｅＣｏｍｂｅｒ：Ｐｈｉｌ．Ｍａｇ．３３，９
３５（１９７６）］。このため特開昭５８−１９９３２
７号公報には、１０〜４００ｐｐｍのホウ素をドープし
たａ−Ｓｉ：Ｈを、また特開平６−６７１９６号公報に
は、ホウ素０．１〜１０ｐｐｍをドープしたａ−Ｓｉ：
Ｈを用いることが提案されている。しかしながら、この
ような構成のものでは、空間光変調素子として使用する
１０⁵Ｖｃｍ^-1程度の電界強度では、電極からの電荷注
入によって暗抵抗が低下したり、光導電部材内部での空
間電荷の発生により実質的な内部電場が減少して感度が
低下する結果、明抵抗が増大するため、暗時にも液晶層
に電圧が分配されたり、液晶層における明／暗状態での
オン／オフ電圧の差が小さくなるため、高コントラスト
の画像を得ることができないという問題があった。

【０００４】上記の問題を解決するために、特開昭５９
−２１６１２６号公報や特開平５−１９２８９号公報に
おいては、光導電部材をダイオード構造にして、暗状態
の逆バイアス時に高インピーダンスになることを利用し
て、暗状態で液晶層に電圧が殆ど印加されないように
し、明／暗状態で液晶層のオン／オフ電圧の差を大きく
する方法が提案されている。しかしながら、このような
ダイオード構造のものに交流電圧を印加した場合、ダイ
オード構造の順方向と逆方向では特性が異なるために、
液晶層に印加される電圧には極性が生じて液晶が良好に
動作しないという問題があった。

【０００５】また、特開平４−２６１５２０号公報に
は、無機絶縁膜として、酸化ケイ素をアモルファスシリ
コン光導電部材と電極の間に挾持させることによって、
暗抵抗を改善する方法が提案されている。酸化ケイ素の
ような無機絶縁膜の抵抗率とアモルファスシリコンの抵
抗率とは、４〜６桁の違いがある。このため無機絶縁膜
とアモルファスシリコン光導電層を積層した構成のもの
では、暗時には高抵抗となるものの、明時にも印加電圧
の大部分が無機絶縁膜に分配されるため、オン／オフ電
圧の差が小さくなる。その結果、明時の抵抗低下を大き
くするためには、無機絶縁膜の膜厚とアモルファスシリ
コン光導電層の膜厚との間に、逆に４〜６桁以上の違い
を持たせることが必要となり、この場合には暗抵抗の改
善とオン／オフ電圧比の改善とを両立させることが困難
であった。さらに無機絶縁膜の間での電荷の蓄積による
解像度の低下や繰り返し特性が不十分になるという問題
もあった。また、特開平５−１１９３４２号公報には、
非晶質水素化酸化ケイ素を、特開平５−２３２０２号公
報には、ドープしたアモルファスシリコンを光導電部材
と光変調部材のインピーダンスの関係を調整するために
用いる提案がなされているが、上記特開平４−２６１５
２０号公報に関して記載したものと同様の問題を有して
いた。

【０００６】また、無機絶縁膜が電気的に選択された条
件では、基板と光導電部材との界面の光学反射による低
感度化を防止することができなかった。また、従来のア
モルファスシリコン光導電部材を用いた空間光変調素子
では、酸化スズあるいはインジウムをドープした酸化ス
ズ等の金属酸化物よりなる透光性電極上に光導電部材を
プラズマＣＶＤ法で形成するが、その場合、透光性電極
が原料のＳｉＨ₄やキャリアガスのＨ₂のプラズマ状態
にさらされることにより金属酸化物が還元される結果、
金属が析出して透光性電極の透明性や電気電導度の低下
が起こり、透光性電極としての機能が低下したり、さら
に金属元素がアモルファスシリコン光導電部材中に拡散
してインピーダンスが低下する等の現象が生じ、空間光
変調素子が良好かつ均一に動作しないという問題があっ
た。

【０００７】上記の問題を解決するために、特開平７−
２２１３３１号公報においては、透光性電極に用いるイ
ンジウムをドープした酸化スズ膜の組成比をプラズマ状
態にさらされる表面領域では特定の範囲とすることを提
案しており、また、この他に酸化スズ膜表面を還元に強
いとされるＺｎＯで被覆する方法［ＣｏｎｆＲｅｃＩ
ＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｃＣｏｎ
ｆｖｏｌ．２３ｒｄｐａｇｅ８５５〜８５９（１９
９３）］も提案されているが、本質的な解決にはなって
いない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上記のような問題を解決することを目的として
なされたものである。すなわち、本発明の目的は、空間
光変調素子の光導電部材のインピーダンスを制御すると
ともに、透光性電極を含めた部材の性能を良好に保ち、
光変調部材を良好に動作させることができる空間光変調
素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は次の構成を採
用することにより、上記の課題を解決することに成功し
た。すなわち、本発明にかかる、光信号によって光変調
部材に情報を書き込む空間光変調素子は、少なくとも対
向する２つの透光性電極と、これらの透光性電極の間に
設けた光変調部材と光導電部材とを構成要素とするもの
であって、前記一方の透光性電極と光導電部材との間に
透光性電極保護層および光反射防止層を設けたことを特
徴とする。

【００１０】本発明の上記空間光変調素子において、透
光性電極保護層はバンドギャップ３ｅＶ以上の物質から
なり、書き込み光波長に対し明確な吸収極大を示さず、
実質的に透明な層であり、光反射防止層は窒素を含みか
つ水素含有量が１ないし４０原子％の水素化アモルファ
スシリコンを主体とするものであって、書き込み光入射
側の書き込み光波長における光反射率が反射スペクトル
の極大値の１／２以下であることが好ましい。

【００１１】本発明の上記空間光変調素子において、少
なくとも透光性電極保護層と光反射防止層のいずれか一
方は、使用される電界強度において電極からの電荷注入
による暗抵抗の低下を防ぐブロッキング特性を示すもの
である。

【００１２】本発明の上記空間光変調素子は、透光性電
極上に透光性電極保護層を設けた後、その上に光反射防
止層を形成することによって製造されるが、その際、原
料ガスとして、水素化ケイ素ガスおよび／またはハロゲ
ン化ケイ素ガスと、窒素を含む一種以上のガスを用い、
プラズマＣＶＤ法により光反射防止層を形成することに
よって得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の空間光変調素子に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の一具体例である空間光変調素子の模式的断面図であ
る。この空間光変調素子は、透光性支持体１上に設けた
透光性電極２の上に、透光性電極保護層３および光反射
防止層４と水素化アモルファスシリコンを主体とする光
導電部材５と、誘電体ミラー等の光反射層６とを積層
し、透光性支持体９上に設けられた透光性電極８によっ
て光変調部材７を挾み込んだ構造よりなっている。図
中、透光性支持体１から光導電部材５までが光入力部に
なっている。

【００１４】透光性支持体としては、ガラス、石英、サ
ファイア等の透明な無機材料、また、フッ素樹脂、ポリ
エステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ビニロン、エポキシ樹脂等の透明
な有機樹脂のフィルムまたは板状体、さらにまた、オプ
チカルファイバー、セルフォック光学プレード等が使用
される。

【００１５】上記透光性支持体上に設ける透光性電極と
しては、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化イン
ジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用い、蒸着、イ
オンプレーティング、スパッタリング等の方法により形
成したもの、或いはＡｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を蒸着や
スパッタリングにより半透明になる程度に薄く形成した
ものが用いられる。これらの中でも、酸化錫、酸化イン
ジウム、インジウムをドープした酸化錫は、透光性と導
電性に優れており、本発明の目的に適している。膜厚
は、必要とされる透光性と導電性に応じて１０〜５００
ｎｍの範囲に設定される。

【００１６】透光性電極保護層は、バンドギャップ３ｅ
Ｖ以上の半導電性物質または絶縁性物質から形成され
る。本発明において、半導電性物質とは１０⁴〜１０¹⁰
Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するものを意味し、絶縁性
物質とは１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するものを意
味する。

【００１７】本発明においては、透光性電極保護層を構
成する物質がバンドギャップ３ｅＶ以上であることが好
ましく、特に３ｅＶ〜７ｅＶの範囲のものが好ましい。
バンドギャップが３ｅＶよりも低い場合には、高コント
ラストの画像が得られなくなる。本発明において、バン
ドギャップ３ｅＶ以上の透光性電極保護層を構成する物
質としては、具体的には、ＴａＯ_ｘ（ｘ＝１．０〜２．
５；特にｘ＝１．８でバンドギャップ５．２ｅＶ）が好
ましく、その他、ＣａＳ（５．４ｅＶ）、ＣｓＳｅ
（５．０ｅＶ）、ＣａＴｅ（４．３ｅＶ）、ＭｇＳｅ
（５．６ｅＶ）、ＭｇＴｅ（４．７ｅＶ）、ＺｎＯ
（３．２ｅＶ）、ＺｎＳ（３．７ｅＶ）、ＳｒＯ（５．
８ｅＶ）、ＳｒＳ（４．８ｅＶ）、ＳｒＳｅ（４．６ｅ
Ｖ）、ＳｒＴｅ（４．０ｅＶ）、ＴｉＯ₂（３．０ｅ
Ｖ）、ＳｎＯ₂（４．３ｅＶ）等があげられる。バンド
ギャップ３ｅＶ以上の物質よりなる透光性電極保護層
は、上記の物質を蒸着、イオンプレーティング、スパッ
タリング等の方法より形成することができる。その膜厚
は、用いられる光導電部材と光変調部材のインピーダン
スに応じて、０．０１〜１μｍの範囲で設定される。

【００１８】本発明において、透光性電極上に設ける光
反射防止層は、窒素を含有し、窒素とケイ素の原子比が
非化学量論比である水素化アモルファスシリコンを主体
とするものであって、反応性スパッタリング、電子ビー
ム蒸着法、グロー放電法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）法等により形成することができる。中でもガスを
原料とするグロー放電法やＥＣＲ法を好ましく用いるこ
とができる。この場合、光反射防止層の作製には、ケイ
素の原料として、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆等の水素化ケイ
素ガスおよび／またはＳｉＨ₃Ｃｌ、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、
ＳｉＨＣｌ₃等のハロゲン化ケイ素ガスを用い、窒素の
原料として、ＮＨ₃やＮ₂ガスを用い、グロー放電法等
で分解して水素化アモルファスシリコンを形成させる。
中でも、Ｎ₂ガスが好ましく用いられる。基板温度は、
１００〜３５０℃の範囲が適しており、好ましくは１５
０〜３００℃の範囲である。基板温度が上記の範囲より
低いと、膜中の水素含有量が多くなり、透光性電極保護
層の効果が不十分となり透光性電極が劣化しやすくな
る。一方、上記範囲より高いと、光導電部材の特性が空
間変調素子としては不適になる。周波数は０〜５ＧＨ
ｚ、反応器の内圧は０．１〜１３３３Ｐａの範囲が適し
ている。

【００１９】本発明において、光反射防止層におけるＳ
ｉとＮの原子比は、１：０．３〜１：１．３であるのが
好ましく、特に１：０．４〜１：１．３の範囲が適して
いる。ＳｉとＮの原子比が１：０．３を下回ると、可視
域の吸収が増加してしまい、光導電部材の感度が低下す
ると同時に、暗抵抗の改善効果が得られなくなる。界面
反射の干渉による解像度の低下や画像むらを防止し、直
流動作時の動作電圧の変動やコントラストの減少を防止
するために、光反射防止層を窒素濃度の異なる２つ以上
の層としてもよく、或いは窒素濃度に濃度勾配をつけて
もよい。この場合、透光性電極保護層側の窒素濃度を高
く設定し、光導電部材側の窒素濃度を低くすればよい。

【００２０】光反射防止層における水素化アモルファス
シリコンは、水素含有量が１〜４０原子％の範囲が適し
ており、好ましくは２〜３０原子％、より好ましくは２
〜２０原子％の範囲である。水素含有量が１原子％を下
回ると、ダングリングボンドが増加するために光導電層
への電荷注入が増加し、暗時のインピーダンスが低下し
て明暗コントラストが低下する。光反射防止層中の水素
含有量が４０原子％を上回る場合には、成膜時に金属酸
化物よりなる透光性電極がプラズマ中で還元劣化し、導
電基板として機能しなくなるために空間光変調素子とし
て正常かつ均一な動作ができなくなる。

【００２１】本発明において、光反射防止層には、電荷
注入ブロッキング性を向上させ、明暗抵抗コントラスト
を改善するため、また、電気抵抗を制御し、光露光後の
ゴーストやメモリーの防止のために、第III 族や第Ｖ族
の元素を含ませてもよい。その場合には、第III 族元素
および／または第Ｖ属元素を含むガスを原料に混合して
作製すればよい。第III 族元素を含む原料ガスとして
は、典型的にはジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）があげられるが、
その他、Ｂ₄Ｈ₁₀、Ｂ₅Ｈ₉、Ｂ₅Ｈ₁₁等、およびＡｌ
Ｈ₃等も使用できる。また、第Ｖ属元素ガスを含む原料
ガスとしては、典型的には、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃、ＳｂＨ
₃、ＢｉＨ₃等を用いることができる。

【００２２】本発明において、上記光反射防止層は、書
き込み光入射側の書き込み光波長における光反射率が、
反射スペクトル、すなわち、全入射光に対する光反射率
の極大値の１／２以下であることが好ましい。それによ
り、感度を向上させることができる。

【００２３】光導電部材は、少なくとも水素化アモルフ
ァスシリコンから構成されるものであって、グロー放電
法、ＥＣＲ法、等により製膜して形成することができ
る。その形成に際して、ダングリングボンド終端用の元
素、例えば水素或いは水素の他にハロゲンを含有させる
のが好ましく、特にアモルファス水素化シリコン（ａ−
Ｓｉ：Ｈ）層であることが好ましい。水素およびハロゲ
ンの含有量は３〜４０原子％の範囲であるのが好まし
い。光導電部材には、導電性を制御する不純物元素とし
て、第III 族元素または第Ｖ属元素を含有させることが
好ましい。その添加量は、空間光変調素子の印加電圧の
極性、或いは必要な分光感度によって決定され、０．０
０１〜１００ｐｐｍの範囲で用いられる。水素化アモル
ファスシリコンを主体とする光導電部材には、暗抵抗の
向上、明抵抗の低減、感度の向上等の目的で、さらに、
窒素、炭素、酸素などの元素を添加することが可能であ
る。この場合には１〜１０００ｐｐｍの範囲で用いられ
る。また、この光導電部材には、ゲルマニウムおよび／
または錫を含有させることもできる。光導電部材の膜厚
は１〜１００μｍの範囲が好ましく、特に２〜６０μｍ
の範囲が適している。なお、光導電部材は電荷発生層と
電荷輸送層との二層で構成されていてもよい。

【００２４】光導電部材と光反射防止層の間には、光反
射防止層との界面における電荷の横流れによる画像ぼけ
を防止するために、電荷トラップ層を設けてもよい。電
荷トラップ層は、第III 族元素および第Ｖ属元素から選
ばれた少なくとも１種の元素を含有するアモルファスシ
リコンで構成することができる。第III 族元素または第
Ｖ属元素は、印加電圧の極性に応じて選択され、光反射
防止層に正の電圧が印加される場合には第III 族元素
を、また、負の電圧が印加される場合には第Ｖ族元素を
含有させればよい。第Ｖ族元素の含有量は０．０１〜１
０００ｐｐｍの範囲であり、また、第III 族元素の含有
量は５〜１００００ｐｐｍの範囲であって、膜厚に応じ
て適宜設定される。電荷トラップ層の膜厚は、０．０１
〜１０μｍの範囲が好ましく、特に０．１〜５μｍの範
囲が適している。

【００２５】一方、光変調部材としては、液晶膜を使用
することができる。液晶膜は、液晶、高分子膜に液晶を
分散させた高分子・液晶複合膜、または高分子膜に液晶
を重合させた高分子液晶膜が使用される。液晶として
は、ネマティックタイプ、コレステリックタイプ、スメ
クティックタイプ、強誘電タイプ等の一般的な表示材料
として使用されている種々のものが使用可能である。具
体的には、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系、シ
クロヘキシルベンゼン系、アゾキシベンゼン系、アゾベ
ンゼン系、アゾメチン系、ターフェニル系、ビフェニル
ベンゾエート系、シクロヘキシルビフェニル系、フェニ
ルピリミジンン系、シクロヘキシルピリミジン系、コレ
ステロール系等の各種液晶化合物があげられる。これら
の液晶は、単一成分よりなる必要はなく、複数の成分か
ら構成されていてもよい。高分子・液晶複合膜の場合、
液晶を分散する高分子膜としては、ポリエステル樹脂、
ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂
等の高分子材料が使用され、これらの高分子材料中にス
メクティックタイプ或いはネマティックタイプ等の液晶
を分散させることによって高分子・液晶複合膜が得られ
る。これら液晶層の膜厚は、１〜１００μｍの範囲が好
ましい。

【００２６】光変調部材と光入力部の間には光反射層を
設けてもよい。光反射層としては誘電体の多層膜を用い
ることができる。誘電体としては、Ｓｉ、Ｇｅの高屈折
率材料やＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂等を繰り返し交
互に積層したものが用いられる。プラズマＣＶＤ法によ
るａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＣｘ：
Ｈ、ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ、ａ−ＳｉＯｘ：Ｈ等を用いるこ
ともできる。

【００２７】本発明の空間変調素子において、上記光変
調部材とアモルファスシリコン系光導電部材との間に
は、光吸収層を設けてもよい。光吸収層は、カーボンブ
ラック等の光吸収性顔料を、アクリル系樹脂、ポリイミ
ド系またはポリアミド系等の光重合性樹脂、或いはエポ
キシ樹脂またはメラミン樹脂等の熱硬化性樹脂に分散さ
せた塗料を塗布した後、光の照射および／または加熱に
よって形成することができる。光吸収層は、光吸収性顔
料の含有量に応じて光透過率および抵抗率がそれぞれ変
化するが、本発明の場合、光透過率が使用する入力光波
長において０．５％以下、抵抗率１０⁶Ω・ｃｍ以上で
あることが望ましい。また、グロー放電を用いて形成さ
れたアモルファスカーボン膜を使用することもできる。
これらの吸収層の膜厚は、使用する波長によって調整す
るが、一般に０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。

【００２８】また、透光性支持体の表面には、支持体表
面での反射を防ぐ目的で、反射防止層を設けてもよい。
反射防止層は、ＭｇＦ₂等を蒸着することによって形成
することができる。

【００２９】次に、本発明の空間光変調素子を用いて光
情報を書き込み、画像再生を行う場合について説明す
る。図２は、書き込みおよび画像再生を説明するための
ものであって、本発明の空間光変調素子は、光反射防止
層４および光導電部材５、光反射層６および光変調部材
７が、透光性電極保護層３を有する透光性電極２とこれ
と対向配置された透光性電極８との間に設けられた構造
を有している。光書き込みは、透光性電極２および８の
間に、交流電源１０より所定の交流電圧を印加し、図２
の左側から任意の空間パターンを有する光信号を書き込
み光１１として入射することによって行われる。また、
書き込まれた空間光変調素子について再生を行う場合に
は、両方の透光性電極間に所定の交流電圧を印加した状
態で、図２の右側より読み出し光１２を入射させ、光反
射層６で反射された光１３をスクリーン上に投影する等
の方法によって読み出すことができる。

【００３０】本発明の空間光変調素子を作動する場合、
対向する２つの透光性電極間に、交流電圧を印加する。
その状態で光導電部材側からレーザー光を入射すると、
露光された領域では、光導電部材における水素化アモル
ファスシリコンのインピーダンスが低下し、供給されて
いる交流電圧が光変調部材の液晶に印加され、それによ
って液晶分子の配向を変更させる。一方、光の当たらな
い領域では水素化アモルファスシリコンのインピーダン
スが変化せず、液晶層の液晶分子は初期配向の状態を維
持する。その結果、入射光に応じた画像が、液晶層に形
成されることになる。

【００３１】本発明の空間光変調素子の好ましい態様に
おいては、水素化アモルファスシリコンからなる光導電
部材は、窒素を含有しかつ水素含有量が１〜４０原子％
の水素化アモルファスシリコンを主体とする光反射防止
層を介し、透光性電極保護層を設けたスズおよび／また
はインジウムを含む金属酸化物よりなる透光性電極と積
層されるため、透光性電極の性能を光学的かつ電気的に
良好に保持したままで光入力部を作製することができ
る。また、透光性電極からの微量の金属の水素化アモル
ファスシリコン系光導電部材への拡散による電気的特性
の劣化を防止し、さらに透光性電極から光導電部材への
電荷注入を、少なくとも透光性電極保護層と光反射防止
層のいずれか一方により防止するため、光導電部材の明
時と暗時のインピーダンス変化を大きくすることがで
き、光変調部材をコントラストが高く良好に動作させる
ことができる。本発明においては、光反射防止層は窒素
を含有し、水素含有量が１〜４０原子％の水素化アモル
ファスシリコンを用いるので、光反射防止層の屈折率を
透明基板から光導電部材の屈折率まで自由に変化させる
ことができ、入力波長に対して光導電部材界面での反射
を極小とし、光入力効率を増加することによって感度を
向上することができる。すなわち、光書き込み光に対す
る光反射率を、全入射光に対する光反射率の極大値の１
／２以下にすることにより、感度を向上させることがで
きる。さらに本発明における光反射防止層は、透光性電
極上の透光性電極保護層への水素化アモルファスシリコ
ン系光導電部材の接着性を向上させる作用を示し、空間
光変調素子の経時安定性を向上させることができる。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の空間光変調素子の作製方法に
ついて図１の場合を例にとって説明する。実施例１透光性支持体１として、透明なガラス基板を用い、その
表面にＩＴＯ膜を蒸着法により、２００ｎｍの厚みで形
成して透光性電極２とした。次に、その上に真空蒸着法
によりＴａＯ_ｘ（ｘ＝１．８：バンドギャップ５．２ｅ
Ｖ）よりなる透光性電極保護層３を５０ｎｍの厚さで形
成した。さらに、その上に容量型プラズマＣＶＤ装置を
用いて、装置内を十分に排気した後、シランガスおよび
窒素ガスの混合ガスを導入し、グロー放電分解すること
により、膜厚０．３μｍの光反射防止層４を形成した。
得られた光反射防止層のＳｉとＮの原子比は１：０．６
であり、水素含有量は１５原子％であった。光学ギャッ
プは２．０であった。なお、その際の成膜条件は次の通
りであった。

【００３３】ここで、原子比は、Ｘ線光電子分光法（Ｘ
ＰＳ）を用いて測定し、水素含有量は赤外分光光度計
（ＦＴ−ＩＲ）を用いて行い、Ｎ−ＨおよびＳｉ−Ｈの
伸縮振動を測定し、その吸光度から水素含有量を求め
た。光学ギャップは吸光度から求めた。１００％シランガス流量：２０ｃｍ³／ｍｉｎ１００％窒素ガス流量：４００ｃｍ³／ｍｉｎ反応器内圧：１３３．３Ｐａ放電電力密度：０．１Ｗ／ｃｍ³ 放電時間：２０ｍｉｎ光反射防止層の作製後、反応器内を排気し、シランガ
ス、水素ガスおよびジボランガスの混合ガスを導入し
た。その混合ガスをグロー放電分解することにより、光
反射防止層の上に、膜厚１０μｍの光導電部材５を形成
した。その際の成膜条件は次の通りであった。１００％シランガス流量：１８０ｃｍ³／ｍｉｎ１００％水素ガス流量：１６２ｃｍ³／ｍｉｎ２０ｐｐｍ水素希釈ジボランガス流量：１８ｃｍ³／
ｍｉｎ反応器内圧：１３３．３Ｐａ放電電力密度：０．０５Ｗ／ｃｍ³ 放電時間：１２０ｍｉｎ同時に作製した別の光導電層にＡｌ電極を蒸着して抵抗
を測定したところ、暗時で５×１０¹¹Ω・ｃｍ、明時で
５×１０⁵Ω・ｃｍであった。

【００３４】上記のようにして得られた水素化アモルフ
ァスシリコン系光導電部材の上に、以下の方法で光反射
層６を形成した。すなわち、光導電部材５の上に、アク
リル系の樹脂にカーボンブラックを分散させたカーボン
系の塗料をスピナーを用いて塗布し、露光により光重合
させた後、２２０℃で１時間焼結することによって、膜
厚約１μｍ、抵抗率１０¹⁰Ω・ｃｍで、可視域の透過率
が約０．１％の光吸収部を形成し、さらに形成された光
吸収部上に、光反射部として結晶ＳｉとＳｉＯ₂膜を交
互に１０ｎｍづつ１５層積層した多層膜を電子ビーム蒸
着法によって形成して光反射層６とした。さらに、光変
調部材７として、散乱型の液晶複合膜よりなる液晶層を
形成した。すなわち、ｎ−ブチルアクリレートと１，６
−ヘキシレンジアクリレートを３：１の割合で混合した
モノマーとネマティック液晶（Ｍｅｒｃｋ社製、商品
名：Ｅ７）を１５：８５に混合し、紫外線重合開始剤
（ダロキュア１１７３：チバガイギー社製）２重量％を
添加して得た塗布液を用い、上記光反射層６上に塗布し
た後、紫外線照射を行って、膜厚１０μｍの散乱型の液
晶複合膜を形成して光変調部材７とした。形成された光
変調部材７上に、透光性電極８と透光性支持体９との積
層体を積層した。この積層体は、第２のガラス基板上
に、蒸着法により膜厚１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成して
得られたものであった。

【００３５】上記の構造を有する光書き込み型空間光変
調素子の対向するＩＴＯ膜よりなる透光性電極２および
８の間に、３０Ｖで１ｋＨｚの交流電圧を印加し、波長
６６０ｎｍ、露光量０．４μＪ／ｃｍ²の条件で画像書
き込みを行った。ハロゲンランプの白色光により画像の
読み出しを行ったところ、解像度が５０ｌｐ／ｍｍであ
り、かつ良好なコントラストの画像を得ることができ
た。

【００３６】実施例２実施例１と同様な透光性電極保護層を設けた透光性電極
を用い、実施例１と同様な方法で膜厚０．２μｍの光反
射防止層を形成した。その際の成膜条件は次の通りであ
った。１００％シランガス流量：５ｃｍ³／ｍｉｎ１００％窒素ガス流量：１００ｃｍ³／ｍｉｎ反応器内圧：６６．６Ｐａ放電電力密度：０．２Ｗ／ｃｍ³ 放電時間：４０ｍｉｎ得られた光反射防止層は、ＳｉとＮの原子比が１：０．
８であり、水素量は１０原子％であった。光学ギャップ
は２．５であった。この上に実施例１と同じ水素化アモ
ルファスシリコン光導電部材を形成した。同時に作製し
た別の光導電層にＡｌ電極を蒸着して抵抗を測定したと
ころ、暗時で１×１０¹²Ω・ｃｍ、明時で５×１０⁶Ω
・ｃｍであった。上記のように作製された水素化アモル
ファスシリコン系光導電部材の上に、実施例１と同様に
して、光反射層、液晶層、ＩＴＯ膜およびガラス基板を
積層した。得られた光書き込み型空間光変調素子の対向
するＩＴＯ膜の間に、３０Ｖで１ｋＨｚの交流電圧を印
加し、波長６６０ｎｍ、露光量０．４μＪ／ｃｍ²の条
件で画像書き込みを行った。ハロゲンランプの白色光に
より画像の読み出しを行ったところ、解像度が５０ｌｐ
／ｍｍであり、かつ良好なコントラストの画像を得るこ
とができた。

【００３７】実施例３透光性電極保護層の蒸着時間を変えて厚さを２００ｎｍ
にした以外は、実施例１と同様にして空間光変調素子を
得た。なお、同時に作製した光入力部の抵抗を測定した
ところ、暗時で８×１０¹²Ω・ｃｍ、明時で４×１０⁷
Ω・ｃｍであった。得られた空間光変調素子の対向する
ＩＴＯ膜の間に、３０Ｖで１ｋＨｚの交流電圧を印加
し、波長６６０ｎｍ、露光量０．４μＪ／ｃｍ²の条件
で画像書き込みを行った。ハロゲンランプの白色光によ
り画像の読み出しを行ったところ、解像度が５０ｌｐ／
ｍｍであり、かつ良好なコントラストの画像を得ること
ができた。

【００３８】実施例４透光性電極保護層の蒸着時間を変えて厚さを２００ｎｍ
にした以外は、実施例２と同様にして空間光変調素子を
得た。なお、同時に作製した光入力部の抵抗を測定した
ところ、暗時で７×１０¹²Ω・ｃｍ、明時で３．５×１
０⁷Ω・ｃｍであった。得られた空間光変調素子の対向
するＩＴＯ膜の間に、３０Ｖで１ｋＨｚの交流電圧を印
加し、波長６６０ｎｍ、露光量０．４μＪ／ｃｍ²の条
件で画像書き込みを行った。ハロゲンランプの白色光に
より画像の読み出しを行ったところ、解像度が５０ｌｐ
／ｍｍであり、かつ良好なコントラストの画像を得るこ
とができた。

【００３９】実施例５実施例１と同様にして透光性電極２を形成し、次に、そ
の上に真空蒸着法によりＺｎＯ（バンドギャップ３．２
ｅＶ）よりなる透光性電極保護層３を１００ｎｍの厚さ
で形成した以外は、実施例２と同様にして空間光変調素
子を得た。なお、同時に作製した光入力部の抵抗を測定
したところ、暗時で１×１０¹²Ω・ｃｍ、明時で２．５
×１０⁶Ω・ｃｍであった。得られた空間光変調素子の
対向するＩＴＯ膜の間に、３０Ｖで１ｋＨｚの交流電圧
を印加し、波長６６０ｎｍ、露光量０．４μＪ／ｃｍ²
の条件で画像書き込みを行った。ハロゲンランプの白色
光により画像の読み出しを行ったところ、解像度が５０
ｌｐ／ｍｍであり、かつ良好なコントラストの画像を得
ることができた。

【００４０】比較例１実施例１において、透光性電極保護層と光反射防止層を
設けなかった以外は、全く同じ条件で水素化アモルファ
スシリコン光導電部材およびその他の構成層を形成し
た。同時に作製した別の光入力部にＡｌ電極を蒸着して
抵抗を測定したところ、暗時で１×１０⁹Ω・ｃｍ、明
時で１×１０⁶Ω・ｃｍであった。また、反対極性の場
合には光導電性がなかった。この空間光変調素子につい
て書き込みを行ったところ、暗抵抗が低く、明暗抵抗比
が小さいために、暗時に液晶層にも電圧が印加されてし
まい、動作しなかった。

【００４１】比較例２実施例１において、透光性電極保護層を設けなかった以
外は、全く同じ条件で水素化アモルファスシリコン光導
電部材およびその他の構成層を形成した。この空間光変
調素子について書き込みを行ったところ、コントラスト
が小さく、動作しなかった。

【００４２】比較例３実施例１において、光反射防止層を設けなかった以外
は、全く同じ条件で水素化アモルファスシリコン光導電
部材およびその他の構成層を形成した。この空間光変調
素子について書き込みを行ったところ、コントラストが
小さく、動作しなかった。

【００４３】比較例４実施例３において、光反射防止層を設けなかった以外
は、全く同じ条件で水素化アモルファスシリコン光導電
部材およびその他の構成層を形成した。この空間光変調
素子について書き込みを行ったところ、コントラストが
小さく、動作しなかった。

【００４４】実施例１〜５および比較例１〜４の空間光
変調素子について、透光性電極保護層および光反射防止
層の作製条件とそれら性状、光入力部の暗抵抗および明
暗抵抗比を表１にまとめて示す。

【表１】

【００４５】

【発明の効果】本発明においては、透光性電極上に直接
水素化アモルファスシリコン等よりなる光導電部材を形
成せず、透光性電極保護層を設けた透光性電極上に、光
反射防止層を介して光導電部材を形成するので、透光性
電極の性能を光学的かつ電気的に良好に保持したままで
光入力部を作製することができる。また、透光性電極か
らの微量の金属の光導電部材中への拡散による電気的特
性の劣化を防止し、さらに透光性電極から光導電部材へ
の電荷注入を少なくとも透光性電極保護層と光反射防止
層のいずれか一方により防止するため、光導電部材の明
時と暗時のインピーダンス変化を大きくすることがで
き、光変調部材をコントラストが高く良好に動作させる
ことができる。さらに光反射防止層の屈折率を変化させ
ることによって、入力波長に対して光導電部材界面での
反射を極小とし、光入力効率を増加することによって感
度を向上することができる。さらに本発明における透光
性電極保護層と光反射防止層は、透光性電極への光導電
部材の接着性を向上させる作用を示し、空間光変調素子
の経時安定性を向上させるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調素子の一実施例の模式的
断面図である。

【図２】本発明の空間光変調素子の光書き込みおよび
読み出し方法を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…透光性支持体、２…透光性電極、３…透光性電極保
護層、４…光反射防止層、５…光導電部材、６…光反射
層、７…光変調部材、８…透光性電極、９…透光性支持
体、１０…交流電源、１１…書き込み光、１２…読み出
し光、１３…反射された光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも対向する２つの透光性電極
と、これらの透光性電極の間に設けた光変調部材と光導
電部材とを構成要素とし、光信号によって光変調部材に
情報を書き込む空間光変調素子において、前記一方の透
光性電極と光導電部材との間に透光性電極保護層および
光反射防止層を設けたことを特徴とする空間光変調素
子。
【請求項２】透光性電極保護層がバンドギャップ３ｅ
Ｖ以上の物質からなり、書き込み光波長に対し実質的に
透明な層であり、光反射防止層が、窒素を含み、かつ水
素含有量１ないし４０原子％の水素化アモルファスシリ
コンを主体とするものであって、書き込み光入射側の書
き込み光波長における光反射率が、反射スペクトルの極
大値の１／２以下であることを特徴とする請求項１記載
の空間光変調素子。
【請求項３】少なくとも透光性電極保護層と光反射防
止層のいずれか一方がブロッキング特性を示す請求項１
または請求項２記載の空間光変調素子。
【請求項４】透光性電極保護層が酸化タンタルである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに
記載の空間光変調素子。
【請求項５】透光性電極保護層が酸化亜鉛であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の空間光変調素子。