JPH06222383A - Liquid crystal spatial optical modulation element - Google Patents
Liquid crystal spatial optical modulation elementInfo
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- JPH06222383A JPH06222383A JP1258793A JP1258793A JPH06222383A JP H06222383 A JPH06222383 A JP H06222383A JP 1258793 A JP1258793 A JP 1258793A JP 1258793 A JP1258793 A JP 1258793A JP H06222383 A JPH06222383 A JP H06222383A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、画像表示装置、画像処
理装置、光情報処理システム等に使用され、かつホログ
ラフィックディスプレイに応用可能な液晶空間光変調素
子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal spatial light modulator used in an image display device, an image processing device, an optical information processing system and the like and applicable to a holographic display.
【0002】[0002]
【従来の技術】液晶空間光変調素子の機能は、例えば画
像等の2次元的なパターンを書き込み光によって液晶空
間光変調素子に書き込み、読み出し光によって書き込ま
れている2次元パターンを読み出すものである。これに
よって、画像光の増幅、しきい値処理、反転あるいは読
み出し光と書き込み光の間のインコヒーレント・コヒー
レント変換、波長変換等の処理を行うことができる。ま
た、光の干渉パターンを書き込み光によって液晶空間光
変調素子に書き込み、読み出し光によって書き込まれて
いる光の干渉パターンを読み出せば、この液晶空間光変
調素子をホログラフィックディスプレイとして用いるこ
とができる。このときホログラフィックディスプレイと
して必要な解像度としては、少なくとも数百lp/mm
以上である。2. Description of the Related Art The function of a liquid crystal spatial light modulation element is to write a two-dimensional pattern such as an image into a liquid crystal spatial light modulation element by writing light and read out the two-dimensional pattern written by reading light. . Thereby, processing such as amplification of image light, threshold value processing, inversion, incoherent / coherent conversion between reading light and writing light, wavelength conversion, and the like can be performed. Further, if the light interference pattern is written in the liquid crystal spatial light modulation element by the writing light and the written light interference pattern is read by the reading light, the liquid crystal spatial light modulation element can be used as a holographic display. At this time, the resolution required for the holographic display is at least several hundreds lp / mm.
That is all.
【0003】従来の液晶空間光変調素子の構造を図4に
示す。図4において、101a及び101bはガラス基
板、102a及び102bは透明電極、103は光導電
体膜、104は多層膜ミラー、105a及び105bは
液晶配向膜、106は液晶層、107はスペーサ、10
8は書き込み光、109は読み出し光である。ここで、
多層膜ミラーとは、通常、高屈折率誘電体膜と低屈折率
誘電体膜を交互に多層積層したものであり、高屈折率誘
電体膜としてはTiO2、ZnS等が、また低屈折率誘
電体膜としてはSiO2、MgF2、Si3N4等が用いら
れる。The structure of a conventional liquid crystal spatial light modulator is shown in FIG. 4, 101a and 101b are glass substrates, 102a and 102b are transparent electrodes, 103 is a photoconductive film, 104 is a multilayer film mirror, 105a and 105b are liquid crystal alignment films, 106 is a liquid crystal layer, 107 is a spacer, and 10 is a spacer.
Reference numeral 8 is a writing light, and 109 is a reading light. here,
The multi-layer film mirror is usually a multi-layered structure in which high-refractive-index dielectric films and low-refractive-index dielectric films are alternately laminated. As the high-refractive-index dielectric film, TiO 2 , ZnS, or the like is used. SiO 2 , MgF 2 , Si 3 N 4 or the like is used as the dielectric film.
【0004】次に、従来の液晶空間光変調素子の動作を
図4を用いて説明する。液晶層106がツイスト配列の
ネマティック液晶からなる場合、書き込み光108が照
射されている部分では、光導電体膜103においてフォ
トキャリアが発生し、光導電体膜103の比抵抗が低下
する。そして、光導電体膜103の比抵抗が低下した部
分では、液晶層106にかかる電圧が増加し、ネマティ
ック液晶のしきい値電圧を越えるため、ガラス基板10
1a及びガラス基板101bの面方向に沿って配向して
いた液晶軸が電圧印加方向に向く。このため、この部分
においては、直線偏光の読み出し光109の偏光面が回
転されない。Next, the operation of the conventional liquid crystal spatial light modulator will be described with reference to FIG. When the liquid crystal layer 106 is made of twisted nematic liquid crystal, photocarriers are generated in the photoconductor film 103 in the portion irradiated with the writing light 108, and the specific resistance of the photoconductor film 103 is reduced. Then, in the portion where the specific resistance of the photoconductor film 103 is lowered, the voltage applied to the liquid crystal layer 106 increases and exceeds the threshold voltage of the nematic liquid crystal, so that the glass substrate 10
The liquid crystal axis oriented along the plane direction of 1a and the glass substrate 101b is oriented in the voltage application direction. Therefore, in this portion, the plane of polarization of the linearly polarized readout light 109 is not rotated.
【0005】一方、書き込み光108が照射されていな
い部分では、光導電体層103の比抵抗が変化せず、液
晶層106の液晶軸がガラス基板101a及びガラス基
板101bの面方向に沿ったままのため、読み出し光1
09の偏光面が回転する。このため、図示しないアナラ
イザを通して読み出せば、書き込みパターンに応じたパ
ターンを読み出すことができ、このようにして、書き込
み光による読み出し光の変調が行われる(Applied Opti
cs, Vol.26, p.241, 1987 等参照)。On the other hand, in the portion where the writing light 108 is not irradiated, the specific resistance of the photoconductor layer 103 does not change, and the liquid crystal axis of the liquid crystal layer 106 remains along the surface direction of the glass substrates 101a and 101b. For reading light 1
The polarization plane of 09 is rotated. Therefore, a pattern corresponding to the writing pattern can be read by reading through an analyzer (not shown), and thus the reading light is modulated by the writing light (Applied Optimal
cs, Vol.26, p.241, 1987 etc.).
【0006】また、液晶層としては、上記の他、ティル
ト配列のネマティック液晶、スーパーツイスト配列のネ
マティック液晶(電子通信情報学会技術研究報告,Vol.
26,No.431, p.23, 1990)や、強誘電性液晶(第51回
応用物理学会講演会予稿集、Applide Physics Letters,
Vol.158, No.8, p.787, 1991)を用いた液晶空間光変
調素子も提案されている。Further, as the liquid crystal layer, in addition to the above, a nematic liquid crystal of a tilt arrangement and a nematic liquid crystal of a super twist arrangement (Technical Report of IEICE, Vol.
26, No.431, p.23, 1990), and ferroelectric liquid crystals (Procedures of the 51st Japan Society of Applied Physics, Applide Physics Letters,
A liquid crystal spatial light modulator using Vol.158, No.8, p.787, 1991) has also been proposed.
【0007】このような液晶空間光変調素子に数百lp
/mm程度の空間周波数のパターンをコヒーレント光の
干渉など用いて書き込めば、この液晶空間光変調素子は
回折格子としてふるまい、ホログラフィックディスプレ
イとして用いることができる。In such a liquid crystal spatial light modulator, several hundreds of lp
If a spatial frequency pattern of about / mm is written by using coherent light interference or the like, this liquid crystal spatial light modulation element behaves as a diffraction grating and can be used as a holographic display.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液晶空間光変調素子では、ホログラフィックディス
プレイに用いるために必要な数百lp/mm以上の高空
間周波数で十分な回折効率は得られていない。例えば、
ホログラフィック・ディスプレイ研究会会報, 1991, N
o.2, p.15には、強誘電性液晶を用いた液晶空間光変調
素子において、位相変調型の回折格子としたものが示さ
れ、200lp/mmまでの回折効率の測定を行った報
告がなされているが、これ以上の空間周波数では、回折
効率の測定さえ報告されていないのが現状である。However, in the above-mentioned conventional liquid crystal spatial light modulator, sufficient diffraction efficiency is not obtained at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more necessary for use in a holographic display. . For example,
Bulletin of the Holographic Display Research Society, 1991, N
In o.2 and p.15, a liquid crystal spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal is shown as a phase modulation type diffraction grating, and the measurement of diffraction efficiency up to 200 lp / mm is reported. However, in the present situation, even the measurement of the diffraction efficiency has not been reported at a spatial frequency higher than this.
【0009】このように、従来の液晶空間光変調素子に
おいて、数百lp/mm以上の高空間周波数で十分な回
折効率が得られていない原因の一つとして、光導電体膜
における課題がある。すなわち、書き込みパターンを液
晶空間光変調素子に書き込む際に、光導電体膜の膜厚が
厚いと、この膜内で書き込みパターンがボケてしまう。
これは、光導電体膜内で書き込み光照射により発生する
フォトキャリアがこの膜の面方向へ拡散すること等によ
ると考えられる。一方、光導電体膜の膜厚が薄いと、液
晶層において書き込み光が照射されている部分と照射さ
れない部分とにかかる電圧の比が小さくなり、液晶層で
変調される読み出し光の変調量を十分に得られない。こ
のような理由で、従来の液晶空間光変調素子において、
光導電体膜の膜厚は、2〜7μmを必要としている。し
たがって、従来の液晶空間光変調素子の光導電体膜の膜
厚では、十分な回折効率を得ることができるように、か
つ数百lp/mm以上の高空間周波数のパターンの書き
込み及び読み出しを行うことができなかった。As described above, in the conventional liquid crystal spatial light modulator, one of the reasons why sufficient diffraction efficiency is not obtained at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more is a problem in the photoconductor film. . That is, when the write pattern is written in the liquid crystal spatial light modulator, if the photoconductor film is thick, the write pattern is blurred in this film.
It is considered that this is because photocarriers generated by irradiation of writing light in the photoconductor film diffuse in the plane direction of the film. On the other hand, when the thickness of the photoconductor film is thin, the ratio of the voltage applied to the portion of the liquid crystal layer that is irradiated with the writing light and the portion that is not irradiated with the writing light is small, and the modulation amount of the reading light modulated in the liquid crystal layer is reduced. I can't get enough. For this reason, in the conventional liquid crystal spatial light modulator,
The film thickness of the photoconductor film needs to be 2 to 7 μm. Therefore, with the film thickness of the photoconductor film of the conventional liquid crystal spatial light modulator, writing and reading of a high spatial frequency pattern of several hundreds lp / mm or more are performed so that sufficient diffraction efficiency can be obtained. I couldn't.
【0010】本発明は、上記したような課題を解決する
ためになされたものであり、液晶空間光変調素子におい
て、高屈折率膜と低屈折理膜とを交互に積層した多層膜
ミラーの高屈折率膜に、光導電効果を有する光導電体膜
を採用することにより、ホログラフィックディスプレイ
に用いるために必要な数百lp/mm以上の高空間周波
数において十分な回折効率と高い反射率を有し、ホログ
ラフィックディスプレイへの応用が可能となる液晶空間
光変調素子を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a liquid crystal spatial light modulator, a multi-layer film mirror having a high refractive index film and a low refractive index film alternately laminated is provided. By adopting a photoconductive film having a photoconductive effect for the refractive index film, it has sufficient diffraction efficiency and high reflectance at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more necessary for use in a holographic display. However, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal spatial light modulator which can be applied to a holographic display.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、透明電極が夫々表面に形成された第1
のガラス基板及び第2のガラス基板と、該第1のガラス
基板の前記透明電極上に形成された光導電体膜と、該光
導電体膜上に形成された多層膜ミラーと、該多層膜ミラ
ー上に形成された第1の液晶配向膜と、第2のガラス基
板の透明電極上に形成された第2の液晶配向膜と、前記
第1の液晶配向膜と前記第2の液晶配向膜との間に挟持
された液晶層を備えた液晶空間光変調素子において、前
記多層膜ミラーを高屈折率光導電体膜と低屈折率誘電体
膜とを交互に多層積層された多層膜ミラーとしている。In order to solve the above problems, according to the present invention, a first transparent electrode is formed on each surface.
Glass substrate and second glass substrate, a photoconductor film formed on the transparent electrode of the first glass substrate, a multilayer film mirror formed on the photoconductor film, and the multilayer film. A first liquid crystal alignment film formed on a mirror, a second liquid crystal alignment film formed on a transparent electrode of a second glass substrate, the first liquid crystal alignment film and the second liquid crystal alignment film. In a liquid crystal spatial light modulation element having a liquid crystal layer sandwiched between the multi-layered film mirror and the multi-layered film mirror, the high-refractive-index photoconductor film and the low-refractive-index dielectric film are alternately laminated. There is.
【0012】また、本発明では、上記の液晶空間光変調
素子において、好ましくは、第1のガラス基板の透明電
極上に形成された光導電体膜と高屈折率光導電体膜との
いずれか一方、又は両方を水素化アモルファスシリコン
膜としている。In the present invention, in the above liquid crystal spatial light modulator, preferably, one of the photoconductor film and the high refractive index photoconductor film formed on the transparent electrode of the first glass substrate is used. One or both are hydrogenated amorphous silicon films.
【0013】さらに、本発明では、上記の液晶空間光変
調素子において、好ましくは、液晶層をネマティック液
晶又は強誘電性液晶からなる層としている。Further, in the present invention, in the above-mentioned liquid crystal spatial light modulator, the liquid crystal layer is preferably a layer made of nematic liquid crystal or ferroelectric liquid crystal.
【0014】[0014]
【作用】本発明によれば、液晶空間光変調素子におい
て、上記のように多層膜ミラーの高屈折率膜に光導電効
果を有する光導電体膜を用いた構成とすることにより、
光導電体膜の膜厚を薄くしても、液晶層において書き込
み光が照射される部分と照射されない部分とにかかる電
圧の比を十分に確保できるので、光導電体膜の薄膜化が
可能となる。そしてさらに、本発明によれば、光導電体
膜の膜厚が厚いために起因する書き込みパターンのボケ
を発生を防ぐことが可能となる。したがって、本発明の
液晶空間光変調素子を用いれば、光導電体膜を薄膜化し
ても、液晶層で変調される読み出し光の変調量を十分に
得ることができ、かつホログラフィックディスプレイに
用いるために必要な数百lp/mm以上の高空間周波数
で十分に高い回折効率と高い反射率を得ることができ
る。ゆえに、本発明の液晶空間変調素子は、ホログラフ
ィックディスプレイへ応用することが可能となる。According to the present invention, in the liquid crystal spatial light modulating element, the high-refractive index film of the multi-layer film mirror is formed of the photoconductive film having the photoconductive effect as described above.
Even if the thickness of the photoconductor film is reduced, it is possible to secure a sufficient ratio of the voltage applied to the portion of the liquid crystal layer that is irradiated with the writing light and the portion that is not irradiated with the writing light. Become. Furthermore, according to the present invention, it is possible to prevent the blurring of the writing pattern due to the thick film of the photoconductor film. Therefore, by using the liquid crystal spatial light modulator of the present invention, even if the photoconductor film is thinned, a sufficient amount of read light modulated by the liquid crystal layer can be obtained, and the liquid crystal spatial light modulator is used for a holographic display. It is possible to obtain a sufficiently high diffraction efficiency and a high reflectance at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more required for the above. Therefore, the liquid crystal spatial modulation element of the present invention can be applied to a holographic display.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】図1は、本発明に基づくた液晶空間光変調
素子の一実施例の構造を示す断面図である。図1におい
て、1a及び1bはガラス基板、2a及び2bはITO
等の透明電極、3は水素化アモルファスシリコン(以下
a-Si:Hと称す)膜等の光導電体膜、4は多層膜ミラ
ー、5a及び5bは液晶配向膜、6は液晶層、7はスペ
ーサー、8は書き込み光、9は読み出し光であり、10
は以上に述べた構成要素より成る液晶空間光変調素子の
全体を示している。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a liquid crystal spatial light modulator according to the present invention. In FIG. 1, 1a and 1b are glass substrates, 2a and 2b are ITO.
Such as transparent electrodes, 3 is a photoconductor film such as hydrogenated amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si: H) film, 4 is a multilayer film mirror, 5a and 5b are liquid crystal alignment films, 6 is a liquid crystal layer, and 7 is Spacer, 8 for writing light, 9 for reading light, 10
Shows the whole of the liquid crystal spatial light modulator comprising the above-mentioned components.
【0017】まず、本発明に基づく液晶空間光変調素子
の作製について説明する。本実施例では、光導電体膜3
として、a-Si:H膜を用いた。このa-Si:H膜の形
成は、透明電極(ITO膜)2aが形成された書き込み
側のガラス基板1a上に、Ar(アルゴン)とH2(水
素)の混合ガス中でSiターゲットを用いて、スパッタ
法により成膜を行い、イントリンシックなa-Si:H膜
を得た。このように形成したa-Si:H膜の特性は、暗
導電率が10-10S/cm、光導電率が10-7S/cm
であり、その膜厚を1.2μmとした。ここで、本発明
の液晶空間光変調素子に用いる光導電体膜としては、暗
導電率と光導電率の比が2桁以上であり、特に100H
z以上の周波数で駆動する場合には、光導電率が10-8
S/cm以上であることが望ましい。なお、本実施例に
おいてはa-Si:H膜をスパッタ法により形成したが、
プラズマCVD等適宜の形成方法によって形成しても良
い。First, the production of the liquid crystal spatial light modulator according to the present invention will be described. In this embodiment, the photoconductor film 3
As the film, an a-Si: H film was used. This a-Si: H film is formed by using a Si target in a mixed gas of Ar (argon) and H 2 (hydrogen) on the writing side glass substrate 1a on which the transparent electrode (ITO film) 2a is formed. Then, a film was formed by a sputtering method to obtain an intrinsic a-Si: H film. The characteristics of the a-Si: H film thus formed are as follows: dark conductivity is 10 −10 S / cm, photoconductivity is 10 −7 S / cm.
And the film thickness was 1.2 μm. Here, the photoconductor film used in the liquid crystal spatial light modulator of the present invention has a dark conductivity to photoconductivity ratio of two digits or more, and particularly 100H.
When driven at frequencies above z, the photoconductivity is 10 -8.
It is preferably S / cm or more. Although the a-Si: H film was formed by the sputtering method in this embodiment,
It may be formed by an appropriate forming method such as plasma CVD.
【0018】次に、透明電極(ITO膜)2aと光導電
体膜(a-Si:H膜)3とが形成された書き込み側のガ
ラス基板1a上に、多層膜ミラーの成膜を行った。本実
施例では、高屈折率光導電体膜としてa-Si:H膜を、
低屈折率誘電体膜として二酸化シリコン(以下SiO2
と略す)膜を用いた。これらの形成には、いずれもスパ
ッタ法により成膜を行い、透明電極(ITO膜)2aが
形成された書き込み側のガラス基板1a上に形成した光
導電体膜(a-Si:H膜)3上に、アルゴン(Ar)ガ
ス中でSiO2ターゲットを用いてSiO2膜を形成した
後、この上にアルゴン(Ar)と水素(H2)の混合ガ
ス中でSiターゲットを用いてa-Si:H膜を形成し、
これらを交互に同様に形成し5層の多層膜ミラー4を形
成した。ここで、a-Si:Hの成膜は、光導電体膜3で
あるa-Si:H膜の成膜と同一の条件で行い、光導電体
膜と同様の光導電効果を有する膜である。なお、本実施
例では、高屈折率光導電体膜としてa-Si:Hを用いた
が、これに限定されるものでなく、光学的特性において
高い屈折率を有し、かつ光導電性を有するものであれば
良い。また、低屈折率誘電体としてMgF2、Si3N4
等を用いても良い。なお、本実施例では、多層膜ミラー
の形成方法としてスパッタ法を用いたが、真空蒸着法等
により形成しても良い。なお、本実施例では、多層膜ミ
ラーの積層数を5層としたが、これに限定されるもので
ない。Next, a multilayer mirror was formed on the glass substrate 1a on the writing side on which the transparent electrode (ITO film) 2a and the photoconductor film (a-Si: H film) 3 were formed. . In this embodiment, an a-Si: H film is used as the high refractive index photoconductor film,
Silicon dioxide (hereinafter referred to as SiO 2) is used as a low refractive index dielectric film.
Abbreviated). In order to form these, the photoconductor film (a-Si: H film) 3 formed on the glass substrate 1a on the writing side on which the transparent electrode (ITO film) 2a is formed is formed by sputtering. After a SiO 2 film is formed on the upper surface by using a SiO 2 target in argon (Ar) gas, a-Si is formed on the SiO 2 film by using a Si target in a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ). : H film is formed,
These were alternately formed in the same manner to form a multilayer mirror 4 of 5 layers. Here, the film formation of a-Si: H is performed under the same conditions as the film formation of the a-Si: H film which is the photoconductor film 3, and is a film having a photoconductive effect similar to that of the photoconductor film. is there. In this example, a-Si: H was used as the high-refractive-index photoconductor film, but the present invention is not limited to this, and it has a high refractive index in optical characteristics and has a high photoconductivity. Anything you have will do. Further, as a low-refractive-index dielectric material, MgF 2 , Si 3 N 4
Etc. may be used. Although the sputtering method is used as the method for forming the multilayer mirror in this embodiment, it may be formed by a vacuum vapor deposition method or the like. In this embodiment, the number of laminated multilayer mirrors is five, but the number is not limited to this.
【0019】また、多層膜ミラーを構成する高屈折率光
導電体膜と低屈折率誘電体膜の膜厚は、これらの膜の屈
折率と、この多層膜ミラーにより反射させる読み出し光
の波長や入射角度とに依存する。本実施例で成膜したa
-Si:H膜及びSiO2膜の屈折率は、それぞれ1.47
3及び3.19であり、そして後述するように、本実施
例では読み出し光としてHe−Neレーザ光を垂直入射
で用いるので、このレーザ光の波長である632.8n
mの1/4波長の光学的距離をそれぞれの膜の屈折率か
ら算出して、a-Si:H膜及びSiO2膜の膜厚は、そ
れぞれ約107nm及び約50nmとした。なお、多層
膜ミラーを構成する高屈折率光導電体膜及び低屈折率誘
電体膜の膜厚は、それぞれの膜の屈折率、読み出し光の
波長や入射角度等により、適宜設定して良く、本実施例
に限定されるものでない。The film thicknesses of the high-refractive-index photoconductor film and the low-refractive-index dielectric film constituting the multilayer film mirror are such that the refractive index of these films and the wavelength of the read light reflected by this multilayer film mirror, It depends on the angle of incidence. A formed in this example
-Si: H film and SiO 2 film have a refractive index of 1.47, respectively.
3 and 3.19, and as will be described later, since He-Ne laser light is used as the reading light in this embodiment at a vertical incidence, the wavelength of this laser light is 632.8n.
The optical distance of ¼ wavelength of m was calculated from the refractive index of each film, and the film thicknesses of the a-Si: H film and the SiO 2 film were about 107 nm and about 50 nm, respectively. The film thicknesses of the high-refractive-index photoconductor film and the low-refractive-index dielectric film that form the multilayer mirror may be appropriately set depending on the refractive index of each film, the wavelength of the reading light, the incident angle, and the like. The present invention is not limited to this example.
【0020】次に、透明電極(ITO膜)2aと光導電
体膜(a-Si:H膜)3と多層膜ミラー4が形成された
書き込み側のガラス基板1aと、透明電極(ITO膜)
2bが形成された読み出し側のガラス基板1bとのそれ
ぞれに、ネマティック液晶を配向させるための液晶配向
膜5a及び液晶配向膜5bを形成した。本実施例におい
ては、この液晶配向膜5a及び液晶配向膜5bとして、
酸化シリコン(以下SiOと称す)をガラス基板面の法
線方向に対して85°の角度で斜方蒸着により形成し
た。なお、本実施例では液晶配向膜5a及び液晶配向膜
5bとして斜方蒸着により形成したSiO膜を用いた
が、ポリイミドあるいはポリビニルアルコールにラビン
グ処理を施した液晶配向膜や、あるいはその他の配向剤
を塗布して形成した液晶配向膜などを用いても良く、ま
た用いる液晶の種類や配列状態によってそれぞれ適切な
ものを用いて良い。Next, the transparent electrode (ITO film) 2a, the photoconductor film (a-Si: H film) 3, and the glass substrate 1a on the writing side on which the multilayer mirror 4 is formed, and the transparent electrode (ITO film).
A liquid crystal alignment film 5a and a liquid crystal alignment film 5b for aligning the nematic liquid crystal were formed on each of the read side glass substrate 1b on which 2b was formed. In this embodiment, as the liquid crystal alignment film 5a and the liquid crystal alignment film 5b,
Silicon oxide (hereinafter referred to as SiO) was formed by oblique vapor deposition at an angle of 85 ° with respect to the normal line direction of the glass substrate surface. Although the SiO films formed by oblique vapor deposition were used as the liquid crystal alignment film 5a and the liquid crystal alignment film 5b in this embodiment, a liquid crystal alignment film obtained by rubbing polyimide or polyvinyl alcohol, or another alignment agent may be used. A liquid crystal alignment film or the like formed by coating may be used, and an appropriate one may be used depending on the type and alignment state of the liquid crystal used.
【0021】このように形成した液晶配向膜5a及び液
晶配向膜5bを対向させ、スペーサ7により隙間を形成
し、この隙間に液晶を充填して、液晶層6を形成した。
本実施例では、液晶層6を成す液晶として、ネマティッ
ク液晶を用い、液晶層6の厚さを3μmとした。また、
ネマティック液晶としては、位相シフト量を十分に大き
くするために大きな複屈折を示すものが望ましい。な
お、本実施例では、ネマティック液晶が印加される電圧
の強さに応じて、ガラス基板面とほぼ平行な状態からガ
ラス基板面と垂直の状態に配向の方向が変化する正の誘
電異方性を示すネマティック液晶をホモジニアス配向に
して用いたが、負の誘電異方性を示すネマティック液晶
をホメオトロピック配向にして用いても良い。また、こ
の他、ツイスト配列のネマティック液晶、スーパーツイ
スト配列のネマティック液晶、強誘電性液晶等を用いる
こともでき、本実施例に限定されるものではない。The liquid crystal alignment film 5a and the liquid crystal alignment film 5b thus formed were opposed to each other, a gap was formed by the spacer 7, and the gap was filled with liquid crystal to form the liquid crystal layer 6.
In this embodiment, a nematic liquid crystal is used as the liquid crystal forming the liquid crystal layer 6, and the thickness of the liquid crystal layer 6 is 3 μm. Also,
As the nematic liquid crystal, a liquid crystal exhibiting large birefringence is desirable in order to sufficiently increase the phase shift amount. In this example, a positive dielectric anisotropy in which the orientation direction changes from a state substantially parallel to the glass substrate surface to a state perpendicular to the glass substrate surface depending on the strength of the voltage applied to the nematic liquid crystal Although the nematic liquid crystal exhibiting the above is used in the homogeneous alignment, the nematic liquid crystal exhibiting negative dielectric anisotropy may be used in the homeotropic alignment. Besides, nematic liquid crystals of twist alignment, nematic liquid crystals of super twist alignment, ferroelectric liquid crystals and the like can be used, and the present invention is not limited to this embodiment.
【0022】本実施例の液晶空間光変調素子の構造にお
いて、位相シフト量は、低い空間周波数では、ネマティ
ック液晶の複屈折と液晶層の厚さの積になり、液晶層の
厚さの厚い方が位相シフト量は大きくなるが、高い空間
周波数では、むしろ液晶層の厚さの薄い方が位相シフト
量は大きくなる。従って、ホログラフィックディスプレ
イに用いるのに必要な数百lp/mm以上の高空間周波
数で十分な回折効率を得るためには、この高空間周波数
領域で十分な位相シフト量を得ることができるように、
液晶層の厚さは薄い方が望ましく、本実施例では3μm
とした。In the structure of the liquid crystal spatial light modulator of the present embodiment, the amount of phase shift is the product of the birefringence of the nematic liquid crystal and the thickness of the liquid crystal layer at a low spatial frequency, and the thickness of the liquid crystal layer is larger. However, the amount of phase shift becomes large, but at high spatial frequencies, the amount of phase shift becomes larger as the liquid crystal layer becomes thinner. Therefore, in order to obtain a sufficient diffraction efficiency at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more required for use in a holographic display, it is necessary to obtain a sufficient amount of phase shift in this high spatial frequency region. ,
It is desirable that the thickness of the liquid crystal layer is thin, and in this embodiment, it is 3 μm.
And
【0023】続いて、上記のように本発明に基づいて作
製した液晶空間光変調素子の動作特性について説明す
る。図2は、上記のように本発明に基づいて作製した液
晶空間光変調素子の回折効率の測定系を示す構成図であ
る。図2において、10は上記のように本発明に基づい
て作製した液晶空間光変調素子、20は書き込み用のH
e-Neレーザ光源、21は書き込み光の強度を調整す
るNDフィルタ、22はビームエキスパンダ、23はハ
ーフミラー、24はミラー、25は読み出し用のHe-
Neレーザ光源、26は読み出し光の強度を調整するN
Dフィルタ、27は光パワーメータであり、28は0次
回折光、29aは+1次回折光、29bは−1次回折光
である。Next, the operation characteristics of the liquid crystal spatial light modulator manufactured according to the present invention as described above will be described. FIG. 2 is a configuration diagram showing a diffraction efficiency measurement system of the liquid crystal spatial light modulator manufactured according to the present invention as described above. In FIG. 2, 10 is a liquid crystal spatial light modulator manufactured according to the present invention as described above, and 20 is an H for writing.
e-Ne laser light source, 21 is an ND filter for adjusting the intensity of writing light, 22 is a beam expander, 23 is a half mirror, 24 is a mirror, and 25 is He-for reading.
Ne laser light source, 26 is N for adjusting the intensity of the read light
D filter, 27 is an optical power meter, 28 is 0th order diffracted light, 29a is + 1st order diffracted light, and 29b is −1st order diffracted light.
【0024】書き込み用のHe−Neレーザ光源20か
らの直線偏向のレーザ光は、NDフィルタ21により強
度を減衰されてから、ビームエキスパンダ22によりビ
ーム径を拡大され、ハーフミラー23で分離される。そ
して、ハーフミラー23で反射されたレーザ光がミラー
24で反射され、ハーフミラー23を透過したレーザ光
との干渉により、2光束干渉縞が液晶空間光変調素子1
0の書き込み側に照射され、2光束干渉縞が液晶空間光
変調素子10に書き込まれる。The linearly polarized laser light from the writing He-Ne laser light source 20 is attenuated in intensity by the ND filter 21, expanded in beam diameter by the beam expander 22, and separated by the half mirror 23. . Then, the laser light reflected by the half mirror 23 is reflected by the mirror 24 and interferes with the laser light transmitted through the half mirror 23, so that two-beam interference fringes are generated in the liquid crystal spatial light modulation element 1.
It is irradiated to the writing side of 0, and the two-beam interference fringes are written in the liquid crystal spatial light modulation element 10.
【0025】一方、読み出し用のHe−Neレーザ光源
25からの直線偏向のレーザ光は、NDフィルタ26に
より減衰された後、液晶空間光変調素子10の読み出し
側に照射される。このとき、図1における透明電極2a
と透明電極2bとの間に交流電圧を印加しておくと、2
光束干渉縞の書き込みにより液晶空間光変調素子10の
液晶層に、ネマティック液晶の複屈折による位相変調型
の反射回折格子が形成される。On the other hand, the linearly polarized laser light from the He-Ne laser light source 25 for reading is attenuated by the ND filter 26, and then is irradiated to the reading side of the liquid crystal spatial light modulator 10. At this time, the transparent electrode 2a in FIG.
If an AC voltage is applied between the transparent electrode 2b and the transparent electrode 2b,
By writing the light flux interference fringes, a phase modulation type reflection diffraction grating due to the birefringence of the nematic liquid crystal is formed in the liquid crystal layer of the liquid crystal spatial light modulation element 10.
【0026】ここで、λを読み出し光の波長とすると、
書き込み光の干渉縞の空間周波数nに対して、 sinθ=nλ となる回折角θで、読み出し光の1次回折光が生じる。
この1次回折光の回折効率γを次のように定義する。Here, when λ is the wavelength of the reading light,
With respect to the spatial frequency n of the interference fringes of the writing light, the first-order diffracted light of the reading light is generated at the diffraction angle θ of sin θ = nλ.
The diffraction efficiency γ of this first-order diffracted light is defined as follows.
【0027】γ(%)=A1/A0×100 ここで、A1は1次回折光の強度、A0は0次回折光の
強度である。これによれば、+1次回折光29aあるい
は−1次回折光29bと0次回折光28とのそれぞれの
強度を、光パワーメータ27で測定することにより、そ
の空間周波数における回折効率が求めることができる。Γ (%) = A1 / A0 × 100 where A1 is the intensity of the 1st-order diffracted light and A0 is the intensity of the 0th-order diffracted light. According to this, by measuring the respective intensities of the + 1st-order diffracted light 29a or the -1st-order diffracted light 29b and the 0th-order diffracted light 28 with the optical power meter 27, the diffraction efficiency at the spatial frequency can be obtained.
【0028】図4に、上記のような測定系で、本実施例
において作製した液晶空間光変調素子の回折効率を測定
した結果を示す。このときの測定条件は、書き込み光強
度を4mW/cm2、読み出し光強度を10mW/c
m2、印加電圧を8V、印加周波数を1kHzとした。
この測定結果より、空間周波数200lp/mmにおい
て回折効率0.4%、空間周波数400lp/mmにお
いて回折効率0.01%であった。また、反射率は、入
射光632.8nmにおいて、約78%と十分に高い値
が得られた。FIG. 4 shows the result of measuring the diffraction efficiency of the liquid crystal spatial light modulator manufactured in this example by the above-mentioned measuring system. The measurement conditions at this time were: writing light intensity of 4 mW / cm 2 and reading light intensity of 10 mW / c.
m 2 , applied voltage was 8 V, and applied frequency was 1 kHz.
From the measurement results, the diffraction efficiency was 0.4% at the spatial frequency of 200 lp / mm, and the diffraction efficiency was 0.01% at the spatial frequency of 400 lp / mm. Further, the reflectance was a sufficiently high value of about 78% at incident light of 632.8 nm.
【0029】これらの結果は、本実施例において作製し
た液晶空間変調素子が、光導電体膜を従来のものよりは
るかに薄い1.2μmとしても、ホログラフィックディ
スプレイに用いるために必要な数百lp/mm以上の高
空間周波数において、十分に高い回折効率と高い反射率
が得られることを示しており、したがって、ホログラフ
ィックディスプレイへの応用が十分に可能なことを示し
ている。These results show that the liquid crystal spatial modulation element manufactured in this example has several hundred lp required for use in a holographic display even if the photoconductor film is 1.2 μm, which is much thinner than the conventional one. It is shown that a sufficiently high diffraction efficiency and a high reflectance can be obtained at a high spatial frequency of / mm or more, and thus, it is sufficiently applicable to a holographic display.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上によように、本発明によれば、液晶
空間光変調素子において、上記のように多層膜ミラーの
高屈折率膜に光導電効果を有する光導電体膜を用いた構
成とすることにより、光導電体膜の膜厚を薄くしても、
液晶層において、書き込み光が照射されている部分と照
射されない部分とにかかる電圧の比を十分に確保できる
ので、光導電体膜の薄膜化が可能となる。そしてさら
に、本発明によれば、光導電体膜の膜厚が厚いために起
因する書き込みパターンのボケを発生を防ぐことが可能
となる。したがって、本発明の液晶空間光変調素子を用
いれば、光導電体膜を薄膜化しても、液晶層で変調され
る読み出し光の変調量を十分に得ることができ、かつホ
ログラフィックディスプレイに用いるために必要な数百
lp/mm以上の高空間周波数で十分に高い回折効率と
高い反射率を得ることができる。ゆえに、本発明の液晶
空間変調素子は、ホログラフィックディスプレイへ応用
することが可能となり、さらに、本発明による液晶空間
光変調素子を用いたホログラフィックディスプレイによ
る立体表示も可能となる。As described above, according to the present invention, in the liquid crystal spatial light modulator, as described above, the high refractive index film of the multilayer mirror uses the photoconductor film having the photoconductive effect. Therefore, even if the thickness of the photoconductor film is reduced,
In the liquid crystal layer, it is possible to secure a sufficient ratio of the voltage applied to the portion irradiated with the writing light and the portion not irradiated with the writing light, so that the photoconductor film can be thinned. Furthermore, according to the present invention, it is possible to prevent the blurring of the writing pattern due to the thick film of the photoconductor film. Therefore, by using the liquid crystal spatial light modulator of the present invention, even if the photoconductor film is thinned, a sufficient amount of read light modulated by the liquid crystal layer can be obtained, and the liquid crystal spatial light modulator is used for a holographic display. It is possible to obtain a sufficiently high diffraction efficiency and a high reflectance at a high spatial frequency of several hundred lp / mm or more required for the above. Therefore, the liquid crystal spatial modulation element of the present invention can be applied to a holographic display, and further, stereoscopic display by a holographic display using the liquid crystal spatial light modulation element of the present invention is possible.
【0031】また、上記の実施例では、本発明による液
晶空間光変調素子に位相変調型の反射回折格子を形成し
た例を記載したが、本発明によれば、強度変調型の回折
格子を形成した場合でも、同様に書き込み像及び読み出
し光の高解像度化が可能となる。Further, in the above-mentioned embodiment, the example in which the liquid crystal spatial light modulating element according to the present invention is formed with the phase modulation type reflection diffraction grating, but according to the present invention, the intensity modulation type diffraction grating is formed. Even in this case, the resolution of the writing image and the reading light can be similarly increased.
【0032】また、上記の実施例では、ホログラフィッ
クディスプレイへの応用を考慮して、本発明による液晶
空間光変調素子に回折格子を形成したが、ホログラフィ
でない2次元画像を液晶空間光変調素子に書き込み及び
読み出しを行うような場合でも、本発明によれば、書き
込み像及び読み出し像の高解像度化が可能となる。した
がって、本発明による液晶空間光変調素子を投射型液晶
表示装置に応用すれば、投射画像の高解像度化が可能と
なる。Further, in the above embodiment, the diffraction grating is formed in the liquid crystal spatial light modulating element according to the present invention in consideration of application to the holographic display. However, a two-dimensional image which is not holographic is formed in the liquid crystal spatial light modulating element. Even when writing and reading are performed, according to the present invention, it is possible to increase the resolution of the writing image and the reading image. Therefore, if the liquid crystal spatial light modulator according to the present invention is applied to a projection type liquid crystal display device, the resolution of a projected image can be increased.
【図1】本発明の一実施例の液晶空間光変調素子の構造
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a liquid crystal spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の液晶空間光変調素子の回折効率の測定
系の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a diffraction efficiency measurement system of the liquid crystal spatial light modulator of the present invention.
【図3】本発明の液晶空間光変調素子の回折効率を測定
した結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a result of measurement of diffraction efficiency of the liquid crystal spatial light modulator of the present invention.
【図4】従来の液晶空間光変調素子の構造を示す断面図
である。FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a conventional liquid crystal spatial light modulator.
1a,1b ガラス基板 2a,2b 透明電極 3 光導電体膜 4 多層膜ミラー 5a,5b 液晶配向膜 6 液晶層 7 スペーサ 8 書き込み光 9 読み出し光 10 液晶空間光変調素子 1a, 1b Glass substrate 2a, 2b Transparent electrode 3 Photoconductor film 4 Multi-layer film mirror 5a, 5b Liquid crystal alignment film 6 Liquid crystal layer 7 Spacer 8 Write light 9 Read light 10 Liquid crystal spatial light modulator
Claims (5)
ガラス基板及び第2のガラス基板と、該第1のガラス基
板の前記透明電極上に形成された光導電体膜と、該光導
電体膜上に形成された多層膜ミラーと、該多層膜ミラー
上に形成された第1の液晶配向膜と、第2のガラス基板
の透明電極上に形成された第2の液晶配向膜と、前記第
1の液晶配向膜と前記第2の液晶配向膜との間に挟持さ
れた液晶層を備えた液晶空間光変調素子において、 前記多層膜ミラーが高屈折率光導電体膜と低屈折率誘電
体膜とを交互に多層積層された多層膜ミラーであること
を特徴とする液晶空間光変調素子。1. A first glass substrate and a second glass substrate each having a transparent electrode formed on its surface, a photoconductor film formed on the transparent electrode of the first glass substrate, and the light A multilayer mirror formed on the conductor film, a first liquid crystal alignment film formed on the multilayer mirror, and a second liquid crystal alignment film formed on the transparent electrode of the second glass substrate. A liquid crystal spatial light modulator comprising a liquid crystal layer sandwiched between the first liquid crystal alignment film and the second liquid crystal alignment film, wherein the multilayer mirror has a high refractive index photoconductor film and a low refractive index film. A liquid crystal spatial light modulation element, which is a multi-layered film mirror in which multi-layered dielectric films are alternately laminated.
成された光導電体膜が水素化アモルファスシリコン膜で
あることを特徴とする請求項1に記載の液晶空間光変調
素子。2. The liquid crystal spatial light modulator according to claim 1, wherein the photoconductor film formed on the transparent electrode of the first glass substrate is a hydrogenated amorphous silicon film.
ファスシリコン膜であることを特徴とする請求項1又は
2に記載の液晶空間光変調素子。3. The liquid crystal spatial light modulator according to claim 1, wherein the high refractive index photoconductor film is a hydrogenated amorphous silicon film.
層であることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の
液晶空間光変調素子。4. The liquid crystal spatial light modulator according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is a layer made of nematic liquid crystal.
あることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の液晶
空間光変調素子。5. The liquid crystal spatial light modulation element according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is a layer made of a ferroelectric liquid crystal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1258793A JPH06222383A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Liquid crystal spatial optical modulation element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1258793A JPH06222383A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Liquid crystal spatial optical modulation element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06222383A true JPH06222383A (en) | 1994-08-12 |
Family
ID=11809491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1258793A Pending JPH06222383A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Liquid crystal spatial optical modulation element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06222383A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6023353A (en) * | 1997-10-30 | 2000-02-08 | Minolta Co., Ltd. | Method of designing a spatial phase modulation element and a spatial phase modulation element |
JP2014052476A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Astro Design Inc | Laser scanning fluorescence microscope device |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP1258793A patent/JPH06222383A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6023353A (en) * | 1997-10-30 | 2000-02-08 | Minolta Co., Ltd. | Method of designing a spatial phase modulation element and a spatial phase modulation element |
JP2014052476A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Astro Design Inc | Laser scanning fluorescence microscope device |
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