(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
書込光が入射する第１の透明電極層と、
前記第１の透明電極層に積層され、前記書込光に応じてインピーダンスが変化する光導電層と、
前記光導電層に積層され、到達した光を遮る遮光層と、
前記遮光層に積層されると共に、前記遮光層の遮光率が低い波長領域に対する反射率が、他の波長領域に対する反射率より高い反射特性を有し、前記書込光と反対の面から入射する読出光を入射方向へ反射する誘電体ミラーと、
前記誘電体ミラーに積層され、前記読出光を変調させる液晶を利用した光変調層と、
前記光変調層に積層され、前記読出光が入射する第２の透明電極層と、
を備える光書込反射型空間光変調器
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型液晶表示装置等に用いられる光書込反射型空間光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光書込反射型空間光変調器は、プロジェクタ等の投射型液晶表示装置の表示デバイスとして広く用いられている。このような空間光変調器は、２枚の透明電極の間に、光導電層、遮光層、誘電体ミラー、光変調層を順に重ねた積層状の構造になっている。書込光によって光導電層に画像を投影することにより、画像の明暗に対応した電圧を光変調層に加えて、読出光を変調して外部に投射することで拡大映像を得る。
【０００３】
ここで、誘電体ミラーと遮光層は、読出光が光導電層側に入射するのを防ぎ、投射する拡大画像の解像度が劣化するのを防止する役割がある。さらに、誘電体ミラーには、光変調層で読出光を変調して得られる投射光を反射して、外部へ投射する役割もある。このような誘電体ミラーとしては、ＴｉＯ2やＳｉＯ2を多層膜積層させて形成されたものが広く使われている。
【０００４】
しかし、これらの多層膜積層の誘電体ミラーでは、単板式カラープロジェクタの読出光の光源として用いられるような広帯域の光を完全に反射することは困難だった。例えば、図８に示すように、約５００〜６００ｎｍの狭い波長域でなら１００％近い反射率を有するミラーを作成することもできた（以下従来例１と呼ぶ）。しかし、約４００〜７００ｎｍの広い波長域を対象に高い反射率を達成しようとすると、図９に示すように約９５％程度の反射率しか得られなかった（以下従来例２と呼ぶ）。このため、光導電層側に読出光が漏れて、感度や解像度劣化の要因となっていた。特に、単板式カラープロジェクタでは、読出光に高出力の光源を用いるため、光導電層側に漏れる光の割合が小さくても、漏れる光量が書出光に比較して多いため、漏れ光対策が重要な課題であった。
【０００５】
一方、多層膜の層数を増やせば反射率は向上する。しかし、誘電体ミラーの電気抵抗が大きくなり、光変調層の電圧が低下して、感度が低下する。したがって、多層膜の層数、膜厚を大幅に増やすことはできなかった。同様の理由で遮光層を厚くして、誘電体ミラーを透過した読出光を吸収して光導電層側への漏れ光を遮ることも困難であった。
【０００６】
このような問題を解決する装置として、特開平７−２９４９５６号の発明が知られている。これは、積層材料をＺｎＳ及びＭｇＦ２に変えることによって、層を厚くすることなく、高い反射率を実現するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この装置では、ＭｇＦ２の内部応力が大きいために、成膜時に歪み・剥がれ等が生じやすく、従来のＴｉＯ2やＳｉＯ2を積層材料とした場合のように良質な多層膜のミラーを生成することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は簡単に製造できる高反射率で歪み等のない良質のミラーを有し、高感度の光書き込み反射型空間光変調器を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光書込反射型空間光変調器は、（１）書込光が入射する第１の透明電極層と、（２）この透明電極層に積層され、書込光に応じてインピーダンスが変化する光導電層と、（３）これに積層され、到達した光を遮る遮光層と、（４）これに積層されると共に、遮光層の遮光率が低い波長領域に対する反射率が他の波長領域に対する反射率より高い反射特性を有し、書込光と反対面から入射する読出光を入射方向へ反射する誘電体ミラーと、（５）これに積層され、読出光を変調させる液晶を利用した光変調層と、（６）これに積層され、読出光が入射する第２の透明電極層と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
この発明で用いられる誘電体ミラーは、遮光層の遮光率が低い波長領域の読出光を選択的に反射するものであれば良いので、高反射率で歪みのないミラーを容易に適用することができ、光導電層にこの波長領域の読出光が入射するのを防止できる。
【００１６】
このように、高反射率となる波長領域を限定しているため、全領域でこれに匹敵する高反射率を有する誘電体ミラーを作成する場合に比べて誘電体ミラーの膜厚、膜数を薄くすることができる。これにより、薄く、電気抵抗の小さい誘電体ミラーにより、効果的に読出光の光導電層への漏れを抑えることができる。また、積層材料としてＴｉＯ２やＳｉＯ２を使用すれば、従来と同様に良質な多層膜ミラーを簡単に作成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本実施形態の断面構造図、図２は本実施形態を利用した単板式カラープロジェクタの構成図である。
【００１８】
最初に、図２を用いて、単板式カラープロジェクタの構成について説明する。スクリーン１１３に表示する画像の基となる書出光は画像書込ＣＲＴ１０４で生成される。この書出光の光路と、この画像をスクリーン１１３に投影する投射光の光路は、反対方向で同一の直線上に並んでいる。一方、投射光の光源となる読出光の光路はこれと直交し、二つの光路が交わる位置にビームスプリッタ１１０が置かれている。読出光の光源１０４には、２５０Ｗのメタルハライドランプが用いられる。そして、読出光の光路には、光源１０４側からコリメートレンズ１０５、ＵＶフィルタ１０６、ＩＲフィルタ１０７が並べられている。ここで、ＩＲフィルタ通過後の読出し光の波長は４００〜７００ｎｍで図３に示すスペクトル分布を有する。図３から明らかなように、波長５５５ｎｍ付近の強度が極めて強いのが特徴である。読出光の光路には、さらにビームスプリッタ１１０までの間に、読出光を赤青緑の３原色に時間的に分解するカラーフィルタ１０８と、読出光を直線偏光に変える偏光板１０９が設けられている。
【００１９】
一方、書込光の光源は３倍スキャン型の画像書込ＣＲＴ１０３であり、分解された読出光の原色に対応した画像を出力する。この画像書込ＣＲＴ１０３は光ファイバプレート１０２を介して、空間光変調器１０１に接続されている。そして、空間光変調器１０１から射出された投射光の光路上には、ビームスプリッタ１１０、投射光中の画像情報を抽出する偏光板１１１、画像を拡大投影する投射レンズ１１２が設けられ、画像投影用のスクリーン１１３につながっている。
【００２０】
次に、図１により、空間光変調器１０１の詳細な構成について説明する。
【００２１】
ガラス基板２０の書込光が入射する入射面上には書込光に対する反射防止膜２２が形成され、入射面と反対側の面には、書込光を透過する透明電極層１０が設けられている。透明電極層上には、さらに光導電層１が形成されている。この光導電層１にはアモルファスシリコン層を用いることが好ましい。この光導電層１は入射した書込光に応じて内部のインピーダンスが変化する。本実施形態で、光導電層１を構成するアモルファスシリコンのインピーダンスの変化量は入射する光の波長によって異なり、光量が同一でも波長７００ｎｍ付近の光が入射したときインピーダンスは最小になる。したがって、後に詳述する投射光の光量が最大になるのに必要な書込光の光量（π変調必要光量）は、図４に示すように長波長側で小さくなる。つまり、光空間変調器１０１出力の書込光に対する感度は長波長側で高くなる。
【００２２】
光導電層１上には、光導電層１に書込光と反対の面から入射する光を遮る遮光層２が形成されている。この遮光層２には、遮光率が高い、即ち透過率が低いＣｄＴｅが好ましい。ここで、図５はこの遮光層２の透過特性を示した図であり、長波長側の光を透過しやすいことが分かる。遮光層２上には、多層膜からなる誘電体ミラー層３が形成されている。この誘電体ミラー層３には、良質な多層膜を簡単に作成できるため、ＴｉＯ2とＳｉＯ2を積層したものが好ましい。誘電体ミラー層３の好ましい例として、図６に示す反射特性と構成を持つ多層膜ミラーが挙げられる（以下実施例１と呼ぶ）。これに対して、図９は広帯域の反射率を高めた従来例２の誘電体ミラー層の反射特性と構成を示している。従来例２では、４００〜７００ｎｍの波長の光に対する反射率はほぼ均一であるが、図６に示す実施例１では、読出光強度の強い５５０ｎｍ付近と、遮光層２の透過率が高く空間光変調器の感度が高い長波長領域に対する反射率を約９８％と従来例の約９５％に比べて選択的に高めているのが特徴である。
【００２３】
ここで、所望の反射特性を有する多層膜積層ミラーは、光学長（厚み×屈折率）が反射したい光の４分の１波長に等しくなる膜を積層することによって得られる。したがって、誘電体ミラー層３の膜厚は厚いほうが反射率を高くできるが、厚くするとインピーダンスが上昇し、光空間変調器１０１の感度が劣化するため、膜厚は３μｍ以下とすることが好ましい。また、積層する膜数は多いほど、反射率の高い波長領域を広げることができるが、膜数を増やすと、厚みが増すことと、工程も複雑になることから、４０層以下とすることが好ましい。
【００２４】
一方、空間光変調器１０１の読出光が入射する面には、読出光に対する反射防止膜２３を有するガラス基板２１が設けられ、ガラス基板の入射面と反対側の面には、読出光を透過する第２の透明電極層１１が形成されている。
【００２５】
誘電体ミラー層３上と第２の透明電極層１１上には、液晶の配列方向を一定に保つ液晶配向層４Ｃが形成されており、それぞれの液晶配向層４Ｃが枠型のスペーサー４Ｂを介して接続され、内部に液晶が充填されて、液晶層４Ａを形成し、光変調層４を構成している。本実施形態における液晶層４Ａは平行配向液晶を用いている。この光変調層４の変調方式は、多色カラー表示が簡単にできる複屈折制御型（ＥＣＢモード）が好ましい。このＥＣＢモードでは、光変調層に電圧をかけると、電圧に応じて液晶の配列が傾き、その結果、光変調層に入射した光の光路長が変化する。この光路長の変化に応じて入射光の偏光が変化する。そして、光路長が半波長ずれたときに、直線偏光の入射光の偏光方向が９０°回転する（π変調）。この時に、上述した偏光板１１１を通過する投射光の光量が最大になる。
【００２６】
次に、本実施形態の動作を図１、図２を用いて説明する。まず、図２を用いて概略を説明する。３倍スキャン型ＣＲＴ１０３により、それぞれの３原色に対応した明暗画像が書込光として、光ファイバープレートを経由して、本実施形態の空間光変調器１０１へ導かれる。
【００２７】
一方、光源１０４から射出した白色の読出光は、コリメートレンズ１０５により平行光線に調整された後、ＵＶフィルタ１０６、ＩＲフィルタ１０７により、紫外域、赤外域の波長の光を取り除かれ、波長領域が４００〜７００ｎｍの可視光に調整される。その後、カラーシャッタ１０８により、時間的に赤青緑の３種類の原色光に分割される。さらに、偏光板１０９により直線偏光された読出光は、ビームスプリッタ１１０で進行方向が直角に曲げられ、空間光変調器１０１に入射する。
【００２８】
空間光変調器１０１内部で、後で詳述する動作により、画像情報が書き込まれた読出光すなわち投射光は、空間光変調器１０１から出力され、ビームスプリッタ１１０を通過して直進し、偏光板１１１により投射光中に含まれる画像情報のみが抽出され、投射レンズ１１２を経て、スクリーン１１３に投射され、拡大画像が表示される。
【００２９】
次に、図１により空間光変調器１０１内部の動作を詳細に説明する。空間光変調器１０１の透明電極層１０、１１間には常時一定のバイアス電圧が加えられている。透明電極層１０側から入射した書込光により、光導電層１内に画像を投影すると、この画像の明暗に応じて、光導電層１のインピーダンスが局部的に変化する。このインピーダンスが低下した部分に対応する液晶層４Ａには電界が加わる。この結果、液晶の配列の傾きが変わり、液晶層４Ａには書込光に含まれる画像情報に応じて、映像が書き込まれる。一方、透明電極層１１側から入射した読出光は、液晶層４Ａを経て大部分が誘電体ミラー層３で反射され、液晶層４Ａを再度通過して、液晶層４Ａに書き込まれた映像に対応して偏光し、画像情報が書き込まれた投射光として空間光変調器１０１の外部へ出て行く。
【００３０】
ここで、誘電体ミラー層３では光の吸収はほとんど無視できるので、到達した読出光のうち反射されない分の光は、誘電体ミラー層３を透過する。透過した光の一部は、その先にある遮光層２で大部分が吸収されるが、その一部は遮光層２を透過して、光導電層１側に漏れて光導電層１のインピーダンスを低下させる。これがノイズとなり、空間光変調器の感度や解像度劣化の要因となる。
【００３１】
図１０には、図６に示す反射特性を持つ実施例１の誘電体ミラー３と、図９に示す反射特性を持つ従来例２の誘電体ミラー３を使用した場合の、漏れ光の強度を比較した結果を示している。誘電体ミラー３を除いた空間光変調器１０１の構成は両者とも同一である。図１０の実線で示す従来例２では、誘電体ミラー層３の反射率がほぼ均一なため、読出光強度が高い５５０ｎｍ付近と、遮光層３の透過率が高い約６５０ｎｍ以上の長波長領域で漏れ光の強度が強くなった。図から明らかなように、光導電層１の感度が高い長波長領域の漏れ光の光量が多い。これに対し、破線で示す実施例１では、前述したように５５０ｎｍ付近と長波長域における誘電体ミラーの反射率を向上させているため、全体的に漏れ光強度が低く、特に、光導電層３の感度が高い長波長領域の漏れ光は従来例２に比べて約半分に抑えられた。このため、漏れ光によって起こる光導電層１のインピーダンス変化と、それに起因する空間光変調器のノイズも、実施例１では、従来例に比べて低く抑えられる。
【００３２】
誘電体ミラー３には、図７に示すような反射特性、構成を有する多層膜ミラーを使用してもよい（以下実施例２と呼ぶ）。この実施例２の誘電体ミラー３は、６５０〜７００ｎｍの長波長側の光に対する反射率が、従来例２の約９５％に対して、約９８％に達する。この実施例２に係る誘電体ミラーを使用した場合と、従来例２の誘電体ミラーを使用した場合の漏れ光強度の波長分布を比較した結果を図１１に示す。図より、破線で示す実施例２の場合は、実線で示す従来例２に比べて、５７０ｎｍより長波長の領域で、漏れ光強度が半分以下に抑えられた。この結果、漏れ光によって起こる光導電層１のインピーダンス変化と、それに起因する空間光変調器出力のノイズは、この実施例２においても従来例に比べて低く抑えることができる。
【００３３】
また、（１）光導電部の感度が高い波長領域、（２）読出光強度が高い波長領域、（３）遮光層の吸収率が高い波長領域、のそれぞれが異なる場合は、これらの全てについて高い反射率を有する誘電体ミラー３を使用することが最も望ましい。これは、（１）の波長領域の光は、漏れ光が少量でも、他の波長領域に比較して、インピーダンスの変化が大きく、空間光変調器のノイズが発生しやすいからである。また、（２）の波長領域の光は、漏れ光の割合が小さくても、他の波長領域に比較して、漏れ光の光量は多くなるからである。また、（３）の波長領域の光は、他の波長領域に比較して、誘電体ミラー３を透過した場合に、遮光層で吸収される割合が低く、光導電層１に到達する割合が大きいからである。しかし、光導電部や遮光層、読出光の特性によっては、所望の反射率を有する多層膜ミラーを形成すると、膜厚が厚くなり、遮光層と多層膜ミラー層のインピーダンスが大きくなって、空間光変調器の感度が劣化する場合や、膜数が多くなり、加工工程上問題となる場合があるため、（１）〜（３）の反射特性を適宜組み合わせて採用することが好ましい。あるいは、多層膜ミラー層のみで光導電層への漏れ光を軽減できる場合は、遮光層をなくしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光書込反射型空間光変調器において誘電体ミラーの反射特性を、遮光層の透過率が高い波長領域に対する反射率を他の波長領域より高くなるような反射特性となるよう調整している。読出光の任意の波長領域を選択的に反射することにより、誘電体ミラーと遮光層を透過して、光導電層に漏れる読出光の光量を効果的に抑制している。この結果、光導電層に不要な光が入射して起こる光導電層のインピーダンスの不必要な変動を防ぐことができ、空間光変調器で発生するノイズを防止し、感度及び解像度を向上させる効果がある。
【００３５】
さらに、広帯域で高反射率の誘電体ミラーを製作する場合に比べて、高反射率の波長領域を限定しているため、誘電体ミラーの膜厚を薄く、誘電体ミラー自体の電気抵抗を小さくできる。また、遮光層自体をなくしたり、薄くすることができ、遮光層部分の電気抵抗も小さくできる。この結果、光変調器の電圧低下が防止でき、高解像度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光書込反射型空間光変調器の断面構造図である。
【図２】図１に係る空間光変調器を使用した単板式カラープロジェクタの構成図である。
【図３】図２に係る単板式カラープロジェクタで使用される読出光のスペクトル分布図である。
【図４】図１に係る空間光変調器のπ変調必要光量分布図である。
【図５】図１に係る遮光層の透過特性図である。
【図６】実施例１の誘電体ミラーの反射特性図、構成を示す図である。
【図７】実施例２の誘電体ミラーの反射特性図、構成を示す図である。
【図８】従来例１の誘電体ミラーの反射特性図、構成を示す図である。
【図９】従来例２の誘電体ミラーの反射特性図、構成を示す図である。
【図１０】図９に係る従来例１と図６に係る実施例１の誘電体ミラーを使用した空間光変調器において光導電層に入射する読出光強度を比較した図である。
【図１１】図９に係る従来例１と図７に係る実施例２の誘電体ミラーを使用した空間光変調器において光導電層に入射する読出光強度を比較した図である。
【符号の説明】
１…光導電層、２…遮光層、３…誘電体ミラー、４…光変調層、４Ａ…液晶層、４Ｂ…スペーサ、４Ｃ…液晶配向層、１０・１１…透明電極層、２０・２１…ガラス基板、２２・２３…反射防止膜、１０１…空間光変調器、１０２…光ファイバープレート、１０３…３倍スキャン型ＣＲＴ、１０４…光源、１０５…コリメートレンズ、１０６…ＵＶフィルタ、１０７…ＩＲフィルタ、１０８…カラーシャッタ、１０９・１１１…偏光板、１１０…ビームスプリッタ、１１２…投射レンズ、１１３…スクリーン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003643658.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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