(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長域の可視光を反射する液晶層と、該特定波長域の可視光を吸収して吸収した可視光の光量に応じて抵抗値を変化させる光導電層とが積層された光アドレス型光変調層が複数積層されてなる光アドレス型空間光変調素子において、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記液晶層は、相互に異なる波長域の可視光を反射するものであって、その反射する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであり、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記光導電層は、相互に異なる波長域の可視光を吸収するものであって、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであり、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記光アドレス型光変調層それぞれが、前記液晶層と前記光導電層との間に、該光導電層が吸収する波長域の可視光を吸収するとともに、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過する光吸収層を備えたものであることを特徴とする光アドレス型空間光変調素子。
【請求項２】
特定波長域の可視光を吸収して着色する液晶層と、該特定波長域の可視光を吸収し吸収した可視光の光量に応じて抵抗値を変化させる光導電層とが積層された光アドレス型光変調層が複数積層されてなる光アドレス型空間光変調素子において、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記液晶層は、相互に異なる波長域の可視光を吸収するものであって、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであり、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記光導電層は、相互に異なる波長域の可視光を吸収するものであって、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであり、この光アドレス型空間光変調素子の複数の前記光アドレス型光変調層それぞれが、前記液晶層と前記光導電層との間に、該光導電層が吸収する波長域の可視光を反射するとともに、その反射する波長域を除く波長域の可視光を透過する光反射層を備えたものであることを特徴とする光アドレス型空間光変調素子。
【請求項３】
この光アドレス型光変調素子は、画像を担持する書き込み光が裏面側から入射されて画像が書き込まれ、画像読み出し用の読み出し光が表面側から入射されて該表面側に画像が読み出されるものであって、前記複数の光アドレス型光変調層を構成する複数の光導電層それぞれは、自分よりも表面側に別の１つ以上の光導電層が配置されているときに、該別の１つ以上の光導電層のうちの何れの光導電層が吸収する書き込み光の波長域とも異なり、かつ自分が属する光アドレス型光変調層よりも裏面側に別の１つ以上の光アドレス型光変調層が配置されているときに、該別の１つ以上の光アドレス型光変調層のうちの何れの光アドレス型光変調層で反射される読み出し光の波長域とも異なる波長域の光を吸収するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の光アドレス型空間光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光アドレス型の空間光変調素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アドレス型の空間光変調素子は、投射型ディスプレイ用の光増幅素子、光コンピューティング用の光演算素子、あるいはそれ自体を媒体とする表示素子への応用などが検討されている。
【０００３】
図１は、従来から用いられている光アドレス型空間光変調素子およびその書き込み部の一例を示す図である。
【０００４】
図１における光アドレス型空間光変調素子１は、内面に電極１９、２０を形成した一対の基板１７、１８の間に、入射した読み出し光２９を反射する液晶層２１と、入射する書き込み光２８によってインピーダンスが変化する光導電層２２と、液晶層２１および光導電層２２の間にあって読み出し光２９の光導電層２２側への漏れ、および書き込み光２８の液晶層２１側への漏れを防ぐ光分離層２３とにより構成されている。液晶層２１としては、垂直配向ネマチック液晶、平行配向ネマチック液晶、ツイストネマチック液晶、スーパーツイストネマチック液晶、表面安定化強誘電性液晶などの偏光状態の変化を利用する方式、高分子分散型液晶などの光散乱状態の変化を利用する方式、ゲストホスト液晶などの光吸収状態の変化を利用する方式、コレステリック（カイラルネマチック）液晶などの光干渉状態の変化を利用する方式など、光学効果の異なる種々の液晶素子を用いることができる。光導電層２２としては、ａ−Ｓｉ：ＨやＣｄＳなどの無機光導電膜、あるいはアゾ顔料やフタロシアニン顔料などからなる電荷発生層とヒドラゾン、アリールアミンなどからなる電荷輸送層とを組合せた有機光導電膜など、書き込み光２８によって内部光電効果が生じる素子が用いられる。光分離層２３としては、ＴｉＯ2とＳｉＯ2のような屈折率が異なる物質を交互に積層し、書き込み光２８を干渉反射させる誘電体ミラーを用い、書き込み光２８が強い場合などは必要に応じて誘電体ミラーと光導電層２２の間に書き込み光２８を吸収する光吸収層を設ける。なお光干渉状態の変化を利用する方式では光分離層２３として光吸収層のみが用いられる。
【０００５】
書き込み部２は、光アドレス型空間光変調素子１の電極１９、２０に電源２７を接続して所定の電圧を印加する電圧印加部２４と、光導電層２２に書き込み光２８を照射する光照射部２６と、電圧印加部２４および光照射部２６から電圧を印加したり、書き込み光を照射するタイミング等を制御する制御部２５とを備えている。
【０００６】
図２は、光アドレス型空間光変調素子の等価回路図を示す。
【０００７】
図２において、光アドレス型空間光変調素子は、抵抗および静電容量の並列回路として置換することができる液晶層２１、光導電層２２、あるいは光分離層２３と、抵抗として置換することができる電極１９、２０とが直列に接続された回路として表現され、書き込み部２から一対の電極１９、２０間に印加されたバイアス電圧Ｖはそれぞれの回路のインピーダンスによって分圧される。ここで、光照射部２６から光導電層２２に書き込み光が照射されると光導電層２２の抵抗値Ｒ4が低下するため、液晶層２１における書き込み光が照射された部分に印加される分圧Ｖ2は、書き込み光が照射されない部分よりも高くなる。したがって、書き込み光の光量に応じて液晶層２１の電圧分布が変化するとともに、その電圧分布に応じて液晶層２１の光学状態も変化するので、書き込み光の光量分布を読み出し光の反射率分布に反映させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１に示した、従来から用いられている光アドレス型空間光変調素子は、読み出し光２９の反射強度を変化させることはできるが、読み出し光２９の波長分布を変化させることはできない。したがって、例えばカラー表示が可能な投射型ディスプレイ用光増幅素子として用いる場合には、波長に応じて光を反射するダイクロイックミラーが用いられる。
【０００９】
図３は、ダイクロイックミラーを用いる光アドレス型空間光変調素子の一例を示す図である。
【００１０】
図３に示すように、入射する読み出し光３２をダイクロイックミラー３５、３６を用いて波長が異なる複数の読み出し光、たとえばＲ，Ｇ，Ｂ色の光に分離し、分離されたＲ，Ｇ、Ｂの読み出し光をミラー３３、３４などを用いて、それぞれ別体の光アドレス型空間光変調素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに入射させる。一方、書き込み光３１も分離された読み出し光に対応するようにダイクロイックミラー３７、３８でＲ，Ｇ，Ｂ色に分離され、ミラー３９、４０を用いてそれぞれの光アドレス型空間光変調素子にＲ，Ｇ，Ｂ色の光が照射される。Ｒ，Ｇ，Ｂ色それぞれの書き込み光の光量に応じて強度変調された読み出し光Ｒ，Ｇ，Ｂは、再度合成されてひとつの読み出し光３２として観察される。このように、読み出し光３２および書き込み光３１をそれぞれ波長が異なる色の光に分離する方法を用いることによって、読み出し光の波長分布を変化させる光アドレス型空間光変調素子を実現している。しかしながら、このように構成した光アドレス型空間光変調素子は、複雑な光学系が必要となり、高い位置合わせ精度が要求されるので、装置コストが高く、また装置サイズも大きくなるという問題点がある。さらに、読み出し光の波長域ごとに別体の光アドレス型空間光変調素子を必要とすることや、読み出し光の入射および反射方向が限定されることなどから、単一の光変調素子を、外光を変調する表示素子として用いるのは困難である。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、読み出し光の波長分布の変化を簡易な構造により生じさせることが可能になるとともに、外光を変調する表示素子としても用いることができる光アドレス型空間光変調素子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】
上記の目的を達成する本発明の光アドレス型空間光変調素子は、一対の電極の間に、特定波長域の可視光を反射する液晶層もしくは特定波長域の可視光を吸収して着色する液晶層のうちの何れかの液晶層と、該特定波長域の可視光を吸収して吸収した可視光の光量に応じて抵抗値を変化させる光導電層とが積層された光アドレス型光変調層が複数積層されてなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記複数の光アドレス型光変調層それぞれを構成する光導電層は、相互に異なる波長域の可視光を吸収するものであって、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであることが好ましい。
【００１４】
また、上記複数の光アドレス型光変調層それぞれを構成する上記可視光を反射する液晶層は、相互に異なる波長域の可視光を反射するものであって、その反射する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであることが好ましい。
【００１５】
また、上記複数の光アドレス型光変調層それぞれを構成する上記可視光を吸収して着色する液晶層は、相互に異なる波長域の可視光を吸収するものであって、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過するものであることが好ましい。
【００１６】
また、上記可視光を反射する液晶層と上記光導電層との間に、該光導電層が吸収する波長域の可視光を吸収するとともに、その吸収する波長域を除く波長域の可視光を透過する光吸収層を備えたことが好ましい。
【００１７】
また、上記可視光を吸収して着色する液晶層と前記光導電層との間に、該光導電層が吸収する波長域の可視光を反射するとともに、その反射する波長域を除く波長域の可視光を透過する光反射層を備えたことが好ましい。
【００１８】
さらに、この光アドレス型光変調素子は、画像を担持する書き込み光が裏面側から入射されて画像が書き込まれ、画像読み出し用の読み出し光が表面側から入射されて該表面側に画像が読み出されるものであって、前記複数の光アドレス型光変調層を構成する複数の光導電層それぞれは、自分よりも表面側に別の１つ以上の光導電層が配置されているときに、該別の１つ以上の光導電層のうちの何れの光導電層が吸収する書き込み光の波長域とも異なり、かつ自分が属する光アドレス型光変調層よりも裏面側に別の１つ以上の光アドレス型光変調層が配置されているときに、該別の１つ以上の光アドレス型光変調層のうちの何れの光アドレス型光変調層で反射される読み出し光の波長域とも異なる波長域の光を吸収するものであることも好ましい態様である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光アドレス型空間光変調素子の実施形態について説明する。
【００２０】
図４は、本発明の第１の実施形態の光アドレス型空間光変調素子を示す図である。
【００２１】
図４において、光アドレス型空間光変調素子１は、読み出し光のうちそれぞれ異なる色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を変調する３つの光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃが積層された構造となっている。光アドレス型光変調層３Ａは、内面に電極６Ａを設けた基板４Ａと、内面に電極７Ａを設けた基板５Ａとの間に、読み出し光１６が出射される表面側から書き込み光１５が出射される裏面側に向かって順に、Ｂ（ブルー）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層８Ａ、Ｂ色の光を吸収するＹ色の光吸収層１０Ａ、およびＢ色の光を吸収するＹ（イエロー）色の光導電層９Ａが積層されている。また、光アドレス型光変調層３Ｂは、内面に電極６Ｂを設けた基板４Ｂと、内面に電極７Ｂを設けた基板５Ｂとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｇ（グリーン）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層８Ｂ、Ｇ色の光を吸収するＭ（マゼンタ）色の光吸収層１０Ｂ、およびＧ色の光を吸収するＭ色の光導電層９Ｂがそれぞれ積層されている。さらに、光アドレス型光変調層３Ｃも同様に、内面に電極６Ｃを設けた基板４Ｃと、内面に電極７Ｃを設けた基板５Ｃとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｒ（レッド）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層８Ｂ、Ｒ色の光を吸収するＣ（サイアン）色の光分離層１０Ｂ、およびＲ色の光を吸収するＣ色の光導電層９Ｂがそれぞれ積層されている。
【００２２】
基板４、５は、ガラスやシリコン、またはポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネートなどの高分子フィルムを用いて形成され、それぞれの基板４、５より少なくとも裏面側にある光アドレス型光変調層３Ｂ、３Ｃの液晶層８Ｂ、８Ｃで反射した読み出し光に対しては透過性を有するとともに、それぞれの基板４、５よりも表面側にある光導電層９Ａ、９Ｂが吸収する書き込み光に対しては透過性を有するように構成されている。また、必要に応じて、その表面に、液晶配向層、耐摩耗層、ガスの混入を防止するバリア層など公知の機能性膜を形成してもよい。なお、基板５Ａと４Ｂおよび基板５Ｂと４Ｃを共通にすることもできる。
【００２３】
電極６、７は、ＩＴＯ膜やＮＥＳＡ膜などを用いて形成され、それぞれの電極６、７よりも少なくとも裏面側にある光アドレス型光変調層３Ｂ、３Ｃの液晶層８Ｂ、８Ｃで反射した読み出し光に対しては透過性を有するとともに、それぞれの電極６、７よりも表面側にある光導電層９Ｂ、９Ｃが吸収する書き込み光に対しては透過性を有するように構成されている。
【００２４】
液晶層８は、特定波長域の光の反射率あるいは吸収率を制御することが可能であり、ここでは特定波長域の可視光を反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶を用いて構成される。
【００２５】
光導電層９は、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｅ、Ｔｅ−Ｓｅ、Ａｓ2Ｓｅ3、ＣｄＳｅ、ＣｄＳなどの無機光導電体、あるいはアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、キナクリドン顔料、ピロロピロール顔料、インジゴ顔料などの電荷発生材料とアリールアミン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ＰＶＫなどの電荷輸送材料とを組合せた有機光導電体などにより構成される。
【００２６】
光吸収層１０は、液晶層８としてコレステリック（カイラルネマチック）液晶など読み出し光１６の反射状態を制御する光変調素子を用いる場合には、特定波長域の光を吸収する顔料や染料からなる光吸収膜により構成される。
【００２７】
ここで、本実施形態の光アドレス型空間光変調素子１は、書き込み部２に接続することにより書き込み及び読み出しが可能となる。
【００２８】
書き込み部２は、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃの電極６Ａと７Ａ間、６Ｂと７Ｂ間、６Ｃと７Ｃ間にそれぞれバイアス電圧１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを印加する電圧印加部１１と、変調された書き込み光１５を光アドレス型空間光変調素子１に照射する光照射部１３と、電圧印加部１１および光照射部１３を制御する制御部１２とにより構成され、光アドレス型空間光変調素子１と書き込み部２とは、例えばコネクタなどにより着脱可能に構成することができる。
【００２９】
本実施形態では特定波長域の可視光は、表面側から裏面側に向かって、Ｂ色、Ｇ色、およびＲ色の順に配列されているが、必ずしもこの配列に限定される必要は無く、また、特定波長域の可視光も必ずしもＢ色、Ｇ色およびＲ色に限定する必要は無く、波長域が相互に異なる、例えばＹ色、Ｍ色、Ｃ色であってもよい。
【００３０】
図５は、各光アドレス型空間光変調層にそれぞれ異なる波長域を有する色の光で書き込み、読み出しを行う状況を示す模式図である。
【００３１】
図５において、図５（Ｄ）は、各光導電層に照射される書き込み光の分光分布をあらわし、図５（Ｃ）は、各光導電層が吸収する書き込み光の波長域を表わし、図５（Ｂ）は、各光吸収層が吸収する読み出し光の波長域を表わし、図５（Ａ）は、各液晶層が反射する読み出し光の波長域を表わしている。なお、各図の横軸には波長（λ）、縦軸には、図５（Ａ）から図５（Ｄ）の順に、本実施形態の光アドレス型空間光変調素子における、各液晶層８から反射される読み出し光１６の光強度、各光吸収層１０が分離する可視光の分離度、各光導電層９が吸収する可視光の吸光度、各光導電層に照射される書き込み光１５の光強度をそれぞれ示す。
【００３２】
図５（Ｄ）において、Ｂ（ブルー）色１５Ａと、Ｇ（グリーン）色１５Ｂと、Ｒ（レッド）色１５Ｃとに色分解することができる書き込み光が、光アドレス型空間光変調素子に照射される。図５（Ｃ）において、光導電層９Ｃは、Ｒ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｇ色およびＢ色の光は透過するので、Ｇ色およびＢ色の光では抵抗値は変化しない。また、光導電層９Ｂは、Ｇ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｂ色およびＲ色の光は透過するので、Ｂ色およびＲ色の光では抵抗値は変化しない。さらに、光導電層９Ａは、Ｂ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｒ色およびＧ色の光は透過するので、Ｒ色およびＧ色の光では抵抗値は変化しない。図５（Ｂ）において、光吸収層１０Ｃは、読み取り光のうちＲ色の光を吸収し、Ｇ色およびＢ色の光は透過する。したがって、読み取り光のうち液晶層８Ｃで反射漏れしたＲ色の光は、光吸収層１０Ｃで吸収されるので光導電層９Ｃには達することがない。また、光吸収層１０Ｂは、読み取り光のうちＧ色の光を吸収し、Ｂ色およびＲ色の光は透過する。したがって、読み取り光のうちの液晶層８Ｂで反射漏れしたＧ色の光は、光吸収層１０Ｂで吸収されるので光導電層９Ｂには達することがない。さらに、光分離層１０Ａは、読み取り光のうちＢ色の光を吸収し、Ｒ色およびＧ色の光は透過する。したがって、読み取り光のうちの液晶層８Ａで反射漏れしたＢ色の光は、光吸収層１０Ａで吸収されるので光導電層９Ａには達することがない。図５（Ａ）において、各光導電層の抵抗値が低下するのに伴って、各液晶層に印加される分圧が増加し、各光導電層が吸収した色の光の波長域に対する反射率が高くなる。すなわち、読み出し光のうちのＲ色の光は、光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂを透過するとともに、光アドレス型空間光変調層３Ｃのうちの、Ｒ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ｃで反射し、再び光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂを透過して観察され、また読み出し光のうちのＧ色の光は、光アドレス型空間光変調層３Ａを透過し、光アドレス型空間光変調層３Ｂのうち、Ｇ色の書き込み光により、Ｇ色の波長域の反射率が高くなった光変調層８Ｂで反射し、再び光アドレス型空間光変調層３Ａを透過して観察され、さらに、読み出し光のうちのＢ色の光は、光アドレス型空間光変調層３Ａのうち、Ｂ色の書き込み光により、Ｂ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ａで反射して観察される。
【００３３】
このように、本実施形態の光アドレス型空間光変調素子は、積層された各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各光導電層９Ａ、９Ｂ、９Ｃが吸収する色の光の波長域が、その光導電層よりも書き込み光入射側と反対側にある光導電層が吸収する色の光の波長域と異なるとともに、その光導電層よりも読み出し光が入射する側と反対側にある光アドレス型光変調層の液晶層で反射される読み出し光の色の波長域とは異なるように構成されている。また、積層された各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各光吸収層９Ａ、９Ｂ、９Ｃが分離する色の光の波長域が、その光導電層よりも書き込み光が入射する側とは反対側にある光導電層が吸収する色の光の波長域とは異なるとともに、その光導電層よりも読み出し光が入射する側とは反対側にある光アドレス型光変調層から反射される読み出し光の波長域とは異なるように構成されている。
【００３４】
これにより、書き込み光１５Ａは、光アドレス型光変調層３Ｂ、３Ｃに吸収されることなく光アドレス型光変調層３Ａの光導電層９Ａに入射されるとともに、光導電層９Ａおよび光吸収層１０Ａにより吸収され、液晶層８Ａ側への漏光が防止される。また、書き込み光１５Ｂは、光アドレス型光変調層３Ｃに吸収されることなく光アドレス型光変調層３Ｂの光導電層９Ｂに入射されるとともに、光導電層９Ｂおよび光吸収層１０Ｂにより吸収され、液晶層８Ｂ側への漏光が防止される。さらに、書き込み光１５Ｃは、光アドレス型光変調層３Ｃの光導電層９Ｃに入射されるとともに、光導電層９Ｃおよび光吸収層１０Ｃにより吸収され、液晶層１０Ｃ側への漏光が防止される。
【００３５】
一方、読み出し光１６Ｃは、光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂに吸収されることなく光アドレス型光変調層３Ｃの液晶層８Ｃに入射されるとともに、光吸収層１０Ｃによって光導電層９Ａ側への漏光が防止され、読み出し光１６Ｂは、光アドレス型光変調層３Ａに吸収されることなく光アドレス型光変調層３Ｂの液晶層８Ｂに入射されるとともに、光吸収層１０Ｂによって光導電層９Ｂ側への漏光が防止され、読み出し光１６Ａは、光アドレス型光変調層３Ａの液晶層８Ａに入射されるとともに、光吸収層１０Ａによって光導電層９Ｃ側への漏光が防止される。
【００３６】
このように、複数の光アドレス型光変調層を積層した構造であっても、各光アドレス型光変調層を動作させる書き込み光と、各光アドレス型光変調層で変調された読み出し光との相互干渉を考慮することなく、各光アドレス型光変調層の光学状態を個別に制御することが可能となる。
【００３７】
したがって、書き込み光や読み出し光の波長を分離する複雑な光学系を用いずに、読み出し光の波長分布を変化させることが可能な簡易な一体構造の光アドレス型空間光変調素子、例えば、積層された光アドレス型光変調層のそれぞれが可視光の一部を反射するように構成することによって、カラー表示ができる投射型ディスプレイ、光アドレス型光変調素子自体を表示媒体とするディスプレイ装置などを実現することができる。
【００３８】
図６から図９は、本発明の光アドレス型空間光変調素子を駆動する駆動方法の例を示す模式図である。
【００３９】
各図において、上３段は、光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃに照射される書き込み光１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃのタイミングと光量をあらわし、下３段は、光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃに印加される交流バイアス電圧１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃのタイミングと大きさをあらわしている。
【００４０】
光アドレス型空間光変調素子の駆動は、図４に示した、書き込み部２の電圧印加部１１から、液晶層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの動作しきい値電圧を考慮したバイアス電圧１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを印加するとともに、光照射部１３から、各光導電層９Ａ、９Ｂ、９Ｃの光感度を考慮した光量の書き込み光１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを照射して液晶層の光学状態を変化させることにより、読み出し光１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの反射状態を変化させる。バイアス電圧１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを印加するタイミング、および書き込み光１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを照射するタイミングは、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃが動作するのに必要なバイアス電圧と書き込み光量の組合せ１４Ａおよび１５Ａ、１４Ｂおよび１５Ｂ、１４Ｃおよび１５Ｃが少なくとも一部で重なるように、制御部１２で調整される。
【００４１】
図６は、各光アドレス型光変調層全てを同時に駆動する方法である。
【００４２】
この駆動方法においては、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃに同時に照射色分解されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色の書き込み光、もしくは別々に照射されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色それぞれの書き込み光と、書き込み光と同時に印加されるバイアス電圧とによりそれぞれの液晶層８Ａ、８Ｂ、８Ｃに各色ごとに書き込み光が担持する画像が書き込まれる。
【００４３】
図７、図８および図９は、各光アドレス型光変調層を時分割して駆動する方法である。
【００４４】
この駆動方法においては、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれに印加される電圧および照射される書き込み光のうちの何れか一方、もしくは双方を時分割して駆動する方法であり、印加電圧が印加され、かつ書き込み光が照射されるタイミングでそれぞれの液晶層８Ａ、８Ｂ、８Ｃに、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の画像が書き込まれる。このうち図７は、印加電圧と書き込み光の双方を時分割により同時に作用させる駆動方法であり、図８は、書き込み光は、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃに一斉に照射するが、電圧の印加を時分割により作用させる駆動方法であり、図９は、逆に電圧は、各光アドレス型光変調層３Ａ、３Ｂ、３Ｃに一斉に印加するが、書き込み光の照射を時分割により作用させる駆動方法である。
【００４５】
次に、本発明の光アドレス型光変調素子の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比べて、各光アドレス型光変調層の光吸収層が省略され、液晶層には、特定波長域の可視光を反射するメモリ性を有するコレステリック（カイラルネマチック）液晶が用いられ、書き込み光と読み出し光が同じ方向からタイミングをずらして照射される点が相違するので、相違点について説明する。
【００４６】
図１０は、第２の実施形態の光アドレス型光変調素子を示す図である。
【００４７】
本実施形態の光アドレス型光変調素子４１は、図４で示した第１の実施形態と比べて各光吸収層１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えていない点以外は構成要素が共通する。したがって、同一構成要素には同一符号を付し、相違点について説明する。
【００４８】
図１０に示す光アドレス型光変調素子４１において、画像を担持する書き込み光１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが表面側から入射する。各光アドレス型光変調層４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃそれぞれを構成する光導電層９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、相互に異なる波長域の可視光を吸収し、その吸収する波長域を除く波長域の可視光は透過する。光導電層９Ｃは、Ｒ色を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｇ色およびＢ色の光は透過するので、Ｇ色およびＢ色の光では抵抗値は変化しない。また、光導電層９Ｂは、Ｇ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｂ色およびＲ色の光は透過するので、Ｂ色およびＲ色の光では抵抗値は変化しない。さらに、光導電層９Ａは、Ｂ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｒ色およびＧ色の光は透過するので、Ｒ色およびＧ色の光では抵抗値は変化しない。各光導電層９Ａ，９Ｂ，９Ｃの抵抗値が低下するのに伴って、各液晶層８Ａ，８Ｂ，８Ｃに印加される分圧が増加し、各光導電層９Ａ，９Ｂ，９Ｃが吸収した色の光の波長域に対する反射率が高くなる。すなわち、読み出し光のうちのＲ色は、光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂを透過するとともに、光アドレス型空間光変調層４３Ｃのうちの、Ｒ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ｃで反射し、再び光アドレス型空間光変調層３Ａ、３Ｂを透過する。また読み出し光のうちのＧ色の光は、光アドレス型空間光変調層３Ａを透過し、光アドレス型空間光変調層４３Ｂのうち、Ｇ色の光の書き込み光により、Ｇ色の光の波長域の反射率が高くなった光変調層８Ｂで反射し、再び光アドレス型空間光変調層３Ａを透過する。さらに、読み出し光のうちのＢ色の光は、光アドレス型空間光変調層４３Ａのうち、Ｂ色の書き込み光により、Ｂ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ａで反射する。
【００４９】
この光アドレス型光変調素子４１は、画像を担持する書き込み光１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが表面側から入射されて画像が書き込まれ、画像が書き込まれた後のタイミングで画像読み出し用の読み出し光１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが同じく表面側から入射されてその表面側で画像が読み出される。
【００５０】
本実施形態では、光吸収層が備えられていないが、書き込みと読み出しのタイミングをずらすことにより、各液晶層で反射漏れした読み取り光が各光導電層に達しても影響を及ぼさないようにしている。
【００５１】
次に、本発明の光アドレス型光変調素子の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と比べて、各光アドレス型光変調層の液晶層が、特定波長域の光を吸収すると着色するゲストホスト型のものである。また、液晶層と光導電層との間に、光導電層が吸収する波長域と同じ波長域の光を反射する反射層を備える点が相違する。しかし、光アドレス型光変調素子に情報などを書き込む書き込み部は共通するので、相違する光アドレス型光変調素子について説明する。
【００５２】
図１１は、第３の実施形態の光アドレス型光変調素子を示す図である。
第３の実施形態の光アドレス型光変調素子は、図４に示す第１の実施形態の光アドレス型光変調素子と比べて、液晶層と光反射層は相違するが、それ以外は共通するので、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図１１において、光アドレス型空間光変調素子５１は、読み出し光のうちそれぞれ異なる色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を変調する３つの光アドレス型光変調層５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃが積層された構造となっている。光アドレス型光変調層５３Ａは、内面に電極６Ａを設けた基板４Ａと、内面に電極７Ａを設けた基板５Ａとの間に、読み出し光１６が出射される表面側から書き込み光１５が出射される裏面側に向かって順に、Ｂ（ブルー）色の光を吸収してＹ（イエロー）色に着色する液晶層４８Ａ、Ｂ色の光を反射する光反射層５０Ａ、およびＢ色の光を吸収する光導電層４９Ａが積層されている。また、光アドレス型光変調層５３Ｂは、内面に電極６Ｂを設けた基板４Ｂと、内面に電極７Ｂを設けた基板５Ｂとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｇ（グリーン）色の光を吸収してＭ（マゼンタ）色に着色する反射する液晶層４８Ｂ、Ｇ色の光を反射する光反射層５０Ｂ、およびＧ色の光を吸収する光導電層４９Ｂがそれぞれ積層されている。さらに、光アドレス型光変調層５３Ｃは、内面に電極６Ｃを設けた基板４Ｃと、内面に電極７Ｃを設けた基板５Ｃとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｒ（レッド）色の光を吸収してＣ（サイアン）色に着色する液晶層４８Ｃ、Ｒ色の光を反射する光反射層５０Ｃ、およびＲ色の光を吸収する光導電層４９Ｃがそれぞれ積層されている。
【００５４】
液晶層４８としては、分子の長軸方向と短軸方向で可視光の吸収に異方性を持つ２色性染料（ゲスト）を一定の分子配列の液晶（ホスト）に溶解したゲストホスト液晶が用いられ、電圧無印加の場合は染料による光吸収が生じ着色するが、電圧印加の場合には光吸収が起こらず着色しない。なお、用いる液晶および染料によっては、逆の作用を起こさせることもできる。
【００５５】
ここで、液晶層４８には、ＥＣＢ液晶などを用いて液晶の複屈折を制御することにより入射した読み出し光１６の透過状態を制御することもできる。
【００５６】
光反射層５０としては、ＴｉＯ2とＳｉＯ2、ＺｎＳとＭｇＦ2など屈折率の異なる物質を交互に積層した誘電体ミラー、あるいはコレステリック（カイラルネマチック）液晶フィルムなど、特定波長域の光を反射する光反射膜が用いられる。また書き込み光が強い場合などは、必要に応じて、誘電体ミラーの裏面側に特定波長域の光を吸収する顔料や染料からなる光吸収膜を設けてもよい。
【００５７】
Ｂ（ブルー）色と、Ｇ（グリーン）色と、Ｒ（レッド）色に色分解することができる書き込み光１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが、光アドレス型空間光変調素子５１に照射されると、光導電層４９Ｃは、Ｒ色の光を吸収し、Ｒ色の光で抵抗値が低下するが、Ｇ色およびＢ色の光は透過するので、Ｇ色およびＢ色の光では抵抗値は変化しない。また、光導電層４９Ｂは、Ｇ色の光を吸収し、Ｇ色の光で抵抗値が低下するが、Ｂ色およびＲ色の光は透過し、Ｂ色およびＲ色の光では抵抗値は変化しない。さらに、光導電層４９Ａは、Ｂ色の光を吸収し、Ｂ色の光では抵抗値が低下するが、Ｒ色およびＧ色の光は透過し、Ｒ色およびＧ色の光では抵抗値は変化しない。
【００５８】
液晶層４８Ｃは、電圧無印加時はＲ色を吸収するが、電圧印加時にはＲ色の光を透過する。また、液晶層４８Ｂは、電圧無印加時はＧ色の光を吸収するが、電圧印加時にはＧ色の光を透過する。さらに、液晶層４８Ａは、電圧無印加時はＢ色を吸収するが、電圧印加時にはＢ色の光を透過する。
【００５９】
光反射層５０Ｃは、読み取り光のうちＲ色の光を反射し、Ｇ色およびＢ色の光は透過する。また、光分離層５０Ｂは、読み取り光のうちＧ色の光を反射し、Ｂ色およびＲ色の光は透過する。さらに、光分離層５０Ａは、読み取り光のうちＢ色の光を反射し、Ｒ色およびＧ色の光は透過する。
【００６０】
すなわち、読み出し光のうちのＲ色の光は、光アドレス型空間光変調層５３Ａ、５３Ｂを透過するとともに、光アドレス型空間光変調層５３Ｃのうちの、液晶層４８Ｃを透過し、光反射５０Ｃで反射して表面側で観察され、また読み出し光のうちのＧ色の光は、光アドレス型空間光変調層５３Ａを透過するとともに、光アドレス型空間光変調層５３Ｂのうちの、液晶層４８Ｂを透過し、光反射層５０Ｂで反射して表面側で観察され、さらに、読み出し光のうちのＢ色の光は、光アドレス型空間光変調層５３Ａのうち、液晶層４８Ａを透過し、光反射層５０Ａで反射して表面側で観察される。
【００６１】
このように、本実施形態の光アドレス型空間光変調素子は、積層された各光アドレス型光変調層５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃの各光導電層４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃが吸収する光の波長域が、その光導電層よりも書き込み光の入射側とは反対側にある光導電層が吸収する光の波長域とは異なるとともに、その光導電層よりも読み出し光が入射する側とは反対側にある光アドレス型光変調層の液晶層で吸収される読み出し光の波長域とは異なるように構成されている。また、積層された各光アドレス型光変調層５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃの各光反射層５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが反射する光の波長域が、その光導電層よりも書き込み光が入射する側とは反対側にある光導電層が吸収する光の波長域とは異なるとともに、その光導電層よりも読み出し光が入射する側とは反対側にある光アドレス型光変調層の光反射層から反射される光の波長域とも異なるように構成されている。
【００６２】
これにより、書き込み光１５Ａは、光アドレス型光変調層５３Ｂ、５３Ｃに吸収されることなく光アドレス型光変調層５３Ａの光導電層４９Ａに入射されるとともに、光反射層５０Ａで反射され、液晶層４８Ａ側へは漏光しない。また、書き込み光１５Ｂは、光アドレス型光変調層５３Ｃに吸収されることなく光アドレス型光変調層５３Ｂの光導電層４９Ｂに入射されるとともに、光反射層５０Ｂで反射され、液晶層４８Ｂ側へは漏光しない。さらに、書き込み光１５Ｃは、光アドレス型光変調層５３Ｃの光導電層４９Ｃに入射されるとともに、光反射層５０Ｃで反射され、液晶層４８Ｃ側へは漏光しない。
【００６３】
一方、読み出し光１６Ｃは、光アドレス型光変調層５３Ａ、５３Ｂに吸収されることなく光アドレス型光変調層５３Ｃの液晶層４８Ｃに入射されるとともに透過し、光反射層５０Ｃによって反射される。また、読み出し光１６Ｂは、光アドレス型光変調層５３Ａに吸収されることなく光アドレス型光変調層５３Ｂの液晶層４８Ｂに入射されるとともに透過し、光反射層５０Ｂによって反射される。さらに、読み出し光１６Ａは、光アドレス型光変調層５３Ａの液晶層４８Ａに入射されるとともに透過し、光反射層５０Ａによって反射される。
【００６４】
このように、複数の光アドレス型光変調層を積層した構造であっても、各光アドレス型光変調層を動作させる書き込み光と、各光アドレス型光変調層で変調された読み出し光との相互干渉を考慮することなく、各光アドレス型光変調層の光学状態を個別に制御することが可能となる。
【００６５】
本実施形態では特定波長域の光は、表面側から裏面側に向かって、Ｂ色、Ｇ色、およびＲ色の順に配列されているが、必ずしもこの配列に限定される必要は無い。また、特定波長域の光は必ずしもＢ色、Ｇ色およびＲ色の光に限定する必要は無く、波長域が相互に異なる、例えばＹ色、Ｍ色、Ｃ色であってもよい。
【００６６】
次に光アドレス型光変調素子の実施例について説明する。
【００６７】
（実施例）
ＩＴＯ透明電極をスパッタ蒸着した０．７ｍｍ厚のガラス基板（７０５９：コーニング社製）の上に、テトラヒドロフランを溶媒として、６００ｎｍ以下の可視光に高い感度を持つナフトールＡＳ系ビスアゾ顔料をポリビニルブチラールに分散した溶液を２００ｎｍ厚にスピンコート塗布し、その上に、モノクロロベンゼンを溶媒として、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミンをビスフェノールＺポリカーボネートに分散した溶液を３μｍ厚にスピンコート塗布することで光導電層を形成した。次に６００ｎｍ以下の可視光に高い吸収を持つ染料（ＣＦ  Ｒｅｄ２２６：三井化学社製）をポリビニルアルコールに分散した水溶液を１μｍ厚にスピンコート塗布することにより光吸収層とした。次に、この基板を、５μｍの球状スペーサ−（ミクロパールＳＰ−２０５：積水ファインケミカル社製）を介してＩＴＯ透明電極をスパッタ蒸着した０．７ｍｍ厚のガラス基板（７０５９：コーニング社製）と重ね合わせて空セルとした。得られた空セルの空隙に、反射ピーク波長が５１０ｎｍになるようにらせんピッチを調整したカイラルネマチック液晶（Ｅ４８、ＣＢ１５、Ｒ１０１１：メルク社製）とＵＶ硬化樹脂（ＮＯＡ６５：ノーランド社製）の混合溶液を等方相に加熱した状態で毛管注入し、５０ｍＷのＵＶ光を３０秒照射してＰＳＣＴ構造の光変調層とすることで、第１の光アドレス型光変調層を得た。ＩＴＯ透明電極をスパッタ蒸着した０．７ｍｍ厚のガラス基板（７０５９：コーニング社製）の上に、ブタノールを溶媒として、６００ｎｍ以上の可視光に高い感度を持つチタニルフタロシアニン顔料をポリビニルブチラールに分散した溶液を２００ｎｍ厚にスピンコート塗布し、その上に、モノクロロベンゼンを溶媒として、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミンをビスフェノールＺポリカーボネートに分散した溶液を３μｍ厚にスピンコート塗布することで光導電層を形成した。次に６００ｎｍ以上の可視光に高い吸収を持つ染料（ＣＦ  Ｃｙａｎ１２３：三井化学社製）をポリビニルアルコールに分散した水溶液を１μｍ厚にスピンコート塗布することにより光吸収層とした。次に、この基板を、５μｍの球状スペーサ−（ミクロパールＳＰ−２０５：積水ファインケミカル社製）を介してＩＴＯ透明電極をスパッタ蒸着した０．７ｍｍ厚のガラス基板（７０５９：コーニング社製）と重ね合わせて空セルとした。得られた空セルの空隙に、反射ピーク波長が６３０ｎｍになるようにらせんピッチを調整したカイラルネマチック液晶（Ｅ４８、ＣＢ１５、Ｒ１０１１：メルク社製）とＵＶ硬化樹脂（ＮＯＡ６５：ノーランド社製）の混合溶液を等方相に加熱した状態で毛管注入し、５０ｍＷのＵＶ光を３０秒照射してＰＳＣＴ構造の光変調層とすることで、第２の光アドレス型光変調層を得た。
【００６８】
最後に第２の光アドレス型光変調層の上に第１の光アドレス型光変調層をアクリル樹脂で接着し、２つの光アドレス型光変調層が積層された光アドレス型光変調素子を得た。
【００６９】
積層された２つの光アドレス型光変調層の各電極に、それぞれ任意波形発生器で制御された電源装置を接続し、第２の光アドレス型光変調層側から書き込み光を照射しながらＤＣパルス電圧を印加して、外光に対する反射光を観察した。白色の書き込み光を照射した場合には、２つの光アドレス型光変調層ともに反射状態となって白色の読み出し光が観察され、青緑色の書き込み光を照射した場合には第１の光アドレス型光変調層のみ反射状態となって青緑色の読み出し光が観察され、赤色の書き込み光を照射した場合には第２の光アドレス型光変調層のみ反射状態となって赤色の読み出し光が観察され、書き込み光を照射しなかった場合には２つの光アドレス型光変調層ともに光吸収状態となって読み出し光が観察されなかった。
【００７０】
【発明の効果】
上述したように本発明の光アドレス型空間光変調素子によれば、光アドレス型空間光変調層を複数積層した簡易な一体構造の素子により読み出し光の波長分布を変化させることが可能となるとともに、表示素子としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から用いられている光アドレス型空間光変調素子およびその書き込み部の一例を示す図である。
【図２】光アドレス型空間光変調素子の等価回路図を示す。
【図３】ダイクロイックミラーを用いる光アドレス型空間光変調素子の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の光アドレス型空間光変調素子を示す図である
【図５】各光アドレス型空間光変調層にそれぞれ異なる波長域を有する色の光で書き込み、読み出しを行う状況を示す模式図である。
【図６】本発明の光アドレス型空間光変調素子を駆動する駆動方法の例を示す模式図である。
【図７】本発明の光アドレス型空間光変調素子を駆動する駆動方法の例を示す模式図である。
【図８】本発明の光アドレス型空間光変調素子を駆動する駆動方法の例を示す模式図である。
【図９】本発明の光アドレス型空間光変調素子を駆動する駆動方法の例を示す模式図である。
【図１０】第２の実施形態の光アドレス型光変調素子を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の光アドレス型光変調素子を示す図である。
【符号の説明】
１，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，４１，５１    光アドレス型空間変調素子
２    書き込み部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ
光アドレス型空間変調層
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，１７，１８    基板
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，１９，２０    電極
８，８Ａ，８ｂ，８Ｃ，２１，４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ    液晶層
９、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，２２，４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ    光導電層
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    光吸収層
１１，２４    電圧印加部
１２，２５    制御部
１３，２６    光照射部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ、２７    印加電圧
１５，１５Ａ、１５Ｂ，１５Ｃ，３１    書き込み光
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，３２    読み込み光
２３    光分離層
３３，３４，３９，４０    ミラー
３５，３６，３７，３８    ダイクロイックミラー
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ    光反射層
【図１】
0003937807.tif 000002
【図２】
0003937807.tif 000003
【図３】
0003937807.tif 000004
【図４】
0003937807.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003937807.tif 000008
【図８】
0003937807.tif 000009
【図９】
0003937807.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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