特許 6942016 空間光変調器及び表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6942016

(24)【登録日】2021年9月9日

(45)【発行日】2021年9月29日

(54)【発明の名称】空間光変調器及び表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/09 20060101AFI20210916BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/09 503

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-186035(P2017-186035)

(22)【出願日】2017年9月27日

(65)【公開番号】特開2019-61101(P2019-61101A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2020年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100171446

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 尚幸

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(74)【代理人】

【識別番号】100171930

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 郁一郎

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大典

(72)【発明者】

【氏名】麻生 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】金城 秀和

(72)【発明者】

【氏名】船橋 信彦

(72)【発明者】

【氏名】青島 賢一

(72)【発明者】

【氏名】町田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】久我 淳

【審査官】 山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１４２９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９０４９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３１００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１２９８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０８３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６１２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６９６４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１８１７９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５、１／２１−７／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光が入射する入射面側に配置される透明な第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に挟まれ、マルチフェロイック材料を含む強磁性強誘電体層と、を有する光変調素子と、
前記光変調素子と電気的に接続され、前記光変調素子における強磁性強誘電体層の磁化の向きを所定の画素毎に制御する画素選択手段と、
前記光変調素子の前記第１電極及び前記第２電極の一方または両方に接続され、電荷を蓄積できる付加容量体と、
前記付加容量体と電気的に接続され、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する制御部と、を備える、空間光変調器。

【請求項2】

前記光変調素子に入射させる光を偏光する第１偏光手段をさらに備える、請求項１に記載の空間光変調器。

【請求項3】

前記強磁性強誘電体層が、所定の画素毎に分離されていない請求項１又は２に記載の空間光変調器。

【請求項4】

前記制御部が、前記付加容量体に印加する電位差を設定し、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する電位制御部を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空間光変調器。

【請求項5】

前記制御部が、前記付加容量体に電圧を印加する時間を設定し、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する時間制御部を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空間光変調器。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の空間光変調器を備えた表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間光変調器及び表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものである。空間光変調器は、ホログラフィ装置等の露光装置、ディスプレイ技術、記録技術等の分野で広く利用されている。また空間光変調器は、２次元で並列に光情報を処理することができることから光情報処理技術への応用も研究されている。

【0003】

空間光変調器の一例として、液晶の偏光を利用した表示装置が広く知られている。一方で、ホログラフィや光情報処理用としては、応答速度や画素の高精細性が不十分であるという問題がある。そこで、近年、高速処理かつ画素の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている。

【0004】

磁気光学式空間光変調器は、磁気光学材料すなわち磁性体に入射した光が透過または反射する際に、偏光の向きを変化（旋光）する効果を利用する。この効果は、磁性体を透過する場合はファラデー効果、磁性体で反射する場合はカー効果と言われる。

【0005】

例えば、特許文献１には、選択された画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を変化させ、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせる磁気光学式光変調器が記載されている。

【0006】

このような磁気光学式光変調器の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式や、光変調素子に電流を供給することにより電子のスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献１）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４８２９８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

磁界印加方式及びスピン注入方式の空間光変調器は、強磁性体の磁化方向の違いを利用して、透過又は反射する光の偏向の回転角の差を生み出す。しかしながら、強磁性体の磁化方向は、上向きと下向きの２方向しか原則的に選択できず、画素の選択又は非選択（ＯＮ／ＯＦＦ）、すなわち２値の情報しか表示できない。そのため、強磁性体の磁化方向を利用した磁気光学式空間光変調器にとって、階調表示を行うことは難しかった。

【0009】

なお、磁気光学式空間光変調器でも、例えば、面積階調方式や時分割多重方式を用いれば階調表示自体を行うことは可能である。しかしながら、面積階調方式の一方式として、所定の領域内における選択又は非選択の素子の数で、擬似的に階調を表示する方式がある。この場合、所定の領域が一つの画素として扱われることになり、画像の解像度や輝度は低下する。一方で、解像度を維持したままで面積階調方式を実現するためには、画素を微細なサブ画素に分割することになる。この場合、微細化に伴ってサブ画素の形成が難しくなるほか、開口率が減少してさらなる輝度低下を招く。
また時分割多重方式は、一定時間ごとのフレーム内で画像を表示する時間を制御することで階調を表示する。しかしながら、時分割多重方式で高階調を表示しようとすると、１フレームの時間が長くなり、リアルタイムでの画像表示が難しくなる。

【0010】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、階調を有した変調を行うことができる光変調素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者らは、強磁性強誘電性材料（以下、「マルチフェロイック材料」ということがある。）のヒステリシスループの形状が、強磁性体のヒステリシスループの形状と比較してなだらかであることに着目した。そして、このヒステリシスループの形状の違いを利用することで、階調を有した変調を行うことができることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0012】

（１）第１の態様にかかる空間光変調器は、光が入射する入射面側に配置される透明な第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に挟まれた強磁性強誘電体層と、を有する光変調素子と、前記光変調素子と電気的に接続され、前記光変調素子における強磁性強誘電体層の磁化の向きを所定の画素毎に制御する画素選択手段と、前記光変調素子の前記第１電極及び前記第２電極の一方または両方に接続され、電荷を蓄積できる付加容量体と、前記付加容量体と電気的に接続され、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する制御部と、を備える。

【0013】

（２）上記態様にかかる空間光変調器において、前記光変調素子に入射させる光を偏光する第１偏光手段をさらに備えてもよい。

【0014】

（３）上記態様にかかる空間光変調器において、前記強磁性強誘電体層が、所定の画素毎に分離されていない構成でもよい。

【0015】

（４）上記態様にかかる空間光変調器において、前記制御部が、前記付加容量体に印加する電位差を設定し、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する電位制御部を備えてもよい。

【0016】

（５）上記態様にかかる空間光変調器において、前記制御部が、前記付加容量体に電圧を印加する時間を設定し、前記付加容量体に蓄積される電荷量を制御する時間制御部を備えてもよい。

【0017】

（６）第２の態様にかかる表示装置は、上記態様にかかる空間光変調器を備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明の一態様に係る光変調素子及び空間光変調器によれば、階調を有した変調を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る空間光変調器の断面模式図である。

【図2】第１実施形態に係る空間光変調器の回路構成を模式的に示した図である。

【図3】マルチフェロイック特性を示す強磁性強誘電体層のヒステリシス曲線を示す図である。

【図4】第１実施形態に係る空間光変調器の動作を説明するための模式図である。

【図5】第２実施形態に係る空間光変調器の別の例の断面模式図である。

【図6】第２実施形態に係る空間光変調器の回路構成を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。また、説明に用いる各図面において、共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

【0021】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る空間光変調器の断面模式図である。第１実施形態に係る空間光変調器１００は、光変調素子１０と、画素選択手段２０と、付加容量体５０と、制御部６０とを備える。空間光変調器１００は、外部に接続された外部電源４０により駆動し、第１偏光手段３０（図４参照）によって照射される光を偏光する。

【0022】

光変調素子１０は、磁気光学効果を利用した素子である。図１に示す光変調素子１０は、第１電極１と、第２電極２と、強磁性強誘電体層３とを有する。

【0023】

第１電極１は、強磁性強誘電体層３に入射する光の入射面側に配置される。第１電極１は、入射した光が強磁性強誘電体層３に届く程度に透明な透明電極である。

【0024】

第１電極１に用いられる透明電極材料としては、例えば、インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＧＺＯ）などを用いることができる。またグラフェン、カーボンナノチューブなども透明電極材料として適用できる。さらに、入射した光が強磁性強誘電体層３に届けば、薄膜の金属層等も透明電極材料として用いることができる。

【0025】

第２電極２は、第１電極１に対向して複数設けられている。第１電極１と第２電極２の間に電圧を印加することで、強磁性強誘電体層３のスピンの向きが変化する。
一つの第２電極２と第１電極１とにより挟まれ、一つの第２電極２と第１電極１との間の電界の影響を受ける領域が一つの画素となる。

【0026】

第２電極２は、導電性を有すれば、その材質は特に問わない。例えば、第１電極に用いる材料の他、銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。

【0027】

強磁性強誘電体層３は、面内に一様に延在する。すなわち、空間光変調器１００の画素毎に分離されていない。なお、用途に応じては、変形例として、画素毎に強磁性強誘電体層３を区切ってもよい。

【0028】

強磁性強誘電体層３は、マルチフェロイック材料を含む。マルチフェロイック材料とは、「磁気秩序」と「強誘電秩序」が共存する材料である。すなわち、強磁性と強誘電性を合せて持つ材料である。強磁性強誘電体層３がマルチフェロイック材料を含むことで、電場による磁化の方向制御及び磁場による電気分極の方向制御が可能である。

【0029】

マルチフェロイック材料には、以下の一般式（１）で表記される物質を用いることができる。
（Ａ_ｗＢ_ｘＣ_{１−ｗ−ｘ}）_ｓ（Ｌ_ｙＭ_ｚＮ_{１−ｙーｚ}）_ｔＯ_ｕ ・・・（１）
一般式（１）において、Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれＢｉ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｐｂ、Ｙ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｂａ、Ｌｕ、ＹｂまたはＥｕのいずれかの元素である。
一般式（１）において、Ｌ、Ｍ及びＮは、それぞれ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＣｏまたはＶのいずれかの元素である。
一般式（１）において、ｗ、ｘ、ｙ及びｚは０〜１の実数であり、ｗ＋ｘ及びｙ＋ｚは、１を超えない。
一般式（１）において、ｓは１〜３の整数であり、ｔは１〜３の整数であり、ｎは３〜６の整数である。

【0030】

一般式（１）を満たす具体的な例としては、例えば、ＢｉＭｎＯ_３、ＴｂＭｎＯ_３、ＴｂＭｎ_２Ｏ_５、ＹＭｎＯ_３、ＥｕＴｉＯ_３、ＣｏＣｒ_２Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＢｉＭｎ_０．５Ｎｉ_０．５Ｏ_３、ＢｉＦｅ_０．５Ｃｒ_０．５Ｏ_３、Ｌａ_０．１Ｂｏ_０．９ＭｎＯ_３、Ｌａ_１−ｘＢｉ_ｘＮｉ_０．５Ｍｎ_０．５Ｏ_３、Ｂｉ_１−ｘＢａ_ｘＦｅＯ、（Ｂｉ_ｗＢａ_ｘＬａ_{１−ｗ−ｘ}）_ｓ（Ｆｅ_ｙＭｎ_１−ｙ）_ｔＯ_ｕ、（Ｂｉ_ｗＢａ_ｘＬａ_{１−ｗ−ｘ}）_ｓ（Ｆｅ_ｙＭｎ_ｚＴｉ_{１−ｙーｚ}）_ｔＯ_ｕ等が挙げられる。

【0031】

図１に示す画素選択手段２０は、ＭＯＳ−ＦＥＴである。画素選択手段２０は、半導体基板２１と、ゲート電極２３と、ソース電極２４と、ドレイン電極２７と、絶縁体２５、２６とを有する。

【0032】

半導体基板２１には、例えばシリコン等を用いることができる。図１に示す画素選択手段２０は、ｐ型ドーパントが添加された半導体基板２１の一部に、ｎ型ドーパントがドーピングされたソース領域２２ａ、ドレイン領域２２ｂを有する。

【0033】

ゲート電極２３は、半導体基板２１と絶縁体２５を介して配設される。ゲート電極２３に電圧を印加することで、ソース領域２２ａとドレイン領域２２ｂの間にチャネルが形成される。

【0034】

ソース電極２４は、外部電源４０とソース領域２２ａとを接続する。ドレイン電極２７は、ドレイン領域２２ｂと第２電極２とを接続する。

【0035】

絶縁体２５及び絶縁体２６は、第２電極２、半導体基板２１、ゲート電極２３及びソース電極２４の間に配設され、これらを互いに絶縁している。図では重なっているが、ドレイン電極２７も、ゲート電極２３及びソース電極２４と絶縁されている。

【0036】

付加容量体５０は、第２電極２の強磁性強誘電体層３と反対側の面に接続されている。付加容量体５０の第２電極２と反対側の面は、第３電極５１に接続されている。第３電極５１は、ビア５３により第１電極１と接続されている。すなわち、図１では、ドレイン電極２７から第２電極２に至った電流は、付加容量体５０側と強磁性強誘電体層３側に分岐する。すなわち、光変調素子１０の第２電極２に対して付加容量体５０と強磁性強誘電体層３とは、並列に接続されている。また付加容量体５０以外の部分において、第２電極２と第３電極５１との間は、絶縁体２６により絶縁されている。

【0037】

付加容量体５０には、絶縁体および誘電体材料を用いることができる。例えば、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）やＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｈｉｇｈ−ｋ材料であるＴａ_２Ｏ_５（酸化タンタル）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、ＨｆＡｌＯＮ（窒素添加ハフニウムアルミネート）などを用いることができる。

【0038】

これらの物質の中でも付加容量体５０には、誘電率の高いものを用いることが好ましい。例えば、誘電率が５Ｆ／ｍ以上であることが好ましく、１０Ｆ／ｍ以上であることがより好ましく、２５Ｆ／ｍ以上であることがさらに好ましい。誘電率の高い材料からなる付加容量体５０は、多くの電荷を蓄積でき、高階調の表示を行うことができる。

【0039】

制御部６０は、外部電源４０と電気的に直列接続されている。
制御部６０は、付加容量体５０に蓄積される電荷量を制御する。付加容量体５０に蓄積される電荷量は、付加容量体５０に与える電位差により制御してもよいし、付加容量体５０に電位差を与える時間により制御してもよい。例えば、電位差で制御する場合は、制御部６０に電位制御部を設ける。また例えば、時間で制御する場合は、制御部６０に時間制御部を設ける。制御部６０は、電位制御部と時間制御部を両方備えてもよい。

【0040】

外部電源４０は、公知の電源を用いることができる。外部電源４０は、選択素子４１を介して光変調素子１０及び画素選択手段２０に接続される。

【0041】

空間光変調器１００は、公知の方法を用いて作製することができる。例えば、スパッタ等の成膜手段やフォトリソグラフィ等を用いることができる。

【0042】

次いで、図１及び図２を用いて、空間光変調器１００の電気的な動作について説明する。図２は、第１実施形態に係る空間光変調器の回路構成を模式的に示した図である。

【0043】

強磁性強誘電体層３において、第１電極１と第２電極２に挟まれた領域が、一つの画素Ｒを形成する（図１参照）。図２では、複数の画素Ｒが二次元状に配列している。それぞれの画素Ｒには、一つの画素選択素子２０Ａが設けられている。画素選択素子２０Ａが複数集まったものが、図１における画素選択手段２０に対応する。

【0044】

一つの画素選択素子２０Ａのソース電極２４はソースラインＳＬに接続され、ゲート電極２３はゲートラインＧＬに接続されている。また上述のようにドレイン電極２７は、第２電極２に接続されている。

【0045】

ソースラインＳＬに流れる電流は、選択素子４１によって制御される。ゲートラインＧＬに流れる電流は、第２選択素子４２によって制御される。

【0046】

ある任意の画素Ｒに電圧を印加する場合を例に具体的に説明する。
まず、選択素子４１により電圧を印加するソースラインＳＬを選択する。選択されたソースラインＳＬに接続されるソース電極２４のそれぞれに外部電源４０から電圧が印加される。

【0047】

次いで、第２選択素子４２により電圧を印加するゲートラインＧＬを選択する。選択されたゲートラインＧＬに接続されるゲート電極２３に電圧が印加されることで、ゲート電極２３と対向する半導体基板２１にチャネルが形成される。チャネルが形成されると、ソース領域２２ａとドレイン領域２２ｂとが接続される。

【0048】

すなわち、選択されたソースラインＳＬとゲートラインＧＬが交差する部分に位置する画素選択素子２０Ａにおいて、外部電源４０から印加された電圧がチャネルを介して第２電極２に印加される。その結果、第１電極１と第２電極２の間に電位差が生じ、選択された画素Ｒ内の強磁性強誘電体層３に電圧が印加される。

【0049】

また制御部６０は、第２電極２と第３電極５１との間の付加容量体５０に蓄積される電荷量を制御する。

【0050】

次いで、空間光変調が生じる空間光変調器の動作について説明する。図３は、マルチフェロイック特性を示す強磁性強誘電体層３のヒステリシス曲線を示す図である。横軸は印加された電場Ｅ又は磁場Ｈであり、縦軸は電場Ｅにより生じる磁化Ｍの大きさ又は磁場Ｈにより生じる分極Ｐの大きさである。

【0051】

図３に示すようにマルチフェロイック特性を有する強磁性強誘電体層３は、なだらかなヒステリシスループを有する。そのため、強磁性強誘電体層３に電圧Ｅａを印加した場合の磁化の大きさはＭａとなるが、電圧Ｅｂを印加した場合の磁化の大きさはＭｂとなる。また電圧を印加しない場合の磁化の大きさはＭｃとなる。すなわち、強磁性強誘電体層３の磁化の大きさは、強磁性強誘電体層３に加わる電場の大きさによって段階的に変わる。なお、図３において、所定の電圧を印加時の磁化は確率的に２状態を選択できるが、強磁性強誘電体層３の磁化を初期状態として一方向に飽和させておくことで、１状態に固定される。

【0052】

図４は、第１実施形態に係る空間光変調器の動作を説明するための模式図である。画素選択手段２０は、何れの画素Ｒに電圧を印加するかを選択することができ、制御部６０は付加容量体５０に蓄積される電荷量を制御する。例えば、画素選択手段２０によって電圧を印加する選択画素Ｒ１，Ｒ２を選択し、制御部６０によって、選択画素Ｒ１，Ｒ２の付加容量体５０Ａ，５０Ｂに蓄積する電荷を制御する。図４では、付加容量体５０Ａに蓄積された電荷量が、付加容量体５０Ｂに蓄積された電荷量より多い場合を図示している。

【0053】

選択画素Ｒ１，Ｒ２の近傍の強磁性強誘電体層３は、印加された電圧により分極する。選択画素Ｒ１，Ｒ２に印加される電圧の強度は、付加容量体５０Ａ，５０Ｂに蓄積される電荷量によって異なる。付加容量体５０Ａ，５０Ｂに蓄積される電荷は、選択画素Ｒ１，Ｒ２における電場に影響を及ぼすためである。

【0054】

上述のように図４において、付加容量体５０Ａに蓄積された電荷量は、付加容量体５０Ｂに蓄積された電荷量より多い。すなわち選択画素Ｒ１に印加される電圧（例えば、図３における電圧Ｅａ）は、選択画素Ｒ２に印加される電圧（例えば、図３における電圧Ｅｂ）より大きくなる。その結果、選択画素Ｒ１に誘起された分極Ｐ１の分極率は、選択画素Ｒ２に誘起された分極Ｐ２の分極率より大きくなる。

【0055】

一方で、選択画素Ｒ１，Ｒ２近傍の強磁性強誘電体層３における磁化Ｍ１，Ｍ２は、分極Ｐ１，Ｐ２の影響を受け、磁化方向が変化する。選択画素Ｒ１，Ｒ２における磁化Ｍ１，Ｍ２の大きさは、それぞれＭａ，Ｍｂとなる（図３参照）。

【0056】

これに対し、選択画素Ｒ１，Ｒ２以外の非選択画素Ｒ３には電圧が印加されない。そのため、非選択画素Ｒ３はほとんど分極せず、分極Ｐ３の分極率は小さい。また非選択画素Ｒ３には電圧が印加されないため、非選択画素Ｒ３における磁化Ｍ３の大きさはＭｃとなる（図３参照）。

【0057】

磁化方向が決定された複数の画素を有する光変調素子１０に光を照射する。
光照射手段３１から照射された光Ｌ１は、第１偏光手段３０により特定の方向に偏光された偏光光Ｌ２となる。偏光光Ｌ２は、光変調素子１０の第１電極１を透過し、強磁性強誘電体層３で反射又は回折する。反射又は回折する際に、画素の磁化の向きに応じて磁気光学カー効果により偏光光Ｌ２が旋光する。旋光光の回転角は、各画素Ｒの磁化の大きさによって異なる。

【0058】

選択画素Ｒ１で反射又は回折した偏光光Ｌ２はカー回転角が−θ_ｋｍａｘだけ回転した旋光光Ｌ３となり、選択画素Ｒ２で反射又は回折した偏光光Ｌ２はカー回転角が−θ_ｋ１だけ回転した旋光光Ｌ４となり、非選択画素Ｒ３で反射又は回折した偏光光Ｌ２はカー回転角が−θ_ｋ０だけ回転した旋光光Ｌ５となる。

【0059】

例えば、旋光光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の出射側に、旋光光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５のいずれかに対して９０°の偏光設定の第２偏光手段３２を設けると、第２偏光手段３２を通過後の光の明るさは、旋光光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５のカー回転角によって異なる。第２偏光手段３２を通過後の光の明るさは、カー回転角の大きい順に明るくなるため、旋光光Ｌ３、旋光光Ｌ４，旋光光Ｌ５の順となる。すなわち、空間光変調器１００から出射する光の明るさを多値化することができる。

【0060】

またこれらの旋光光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を干渉させると、ホログラフィ像等も得られる。このような変調した像やホログラフィ像を用いて、空間光変調器を表示装置として用いることもできる。

【0061】

上述のように、第１実施形態に係る空間光変調器１００は、制御部６０により付加容量体５０に蓄積される電荷量を制御し、画素Ｒ毎に印加される電圧を変えることができる。また強磁性強誘電体層３がなだらかなヒステリシスループを有することで、強磁性強誘電体層３に印加される電圧ごとに、空間光変調器１００から出射する光の明るさを階調表示することができる。

【0062】

また強磁性強誘電体層３は、画素Ｒごとに分離されていない。そのため、画素Ｒのサイズを印加する電圧強度によって自由に制御することができる。すなわち、よりシームレスな表示像を得ることができる。また画素Ｒを区切るためのブラックマトリックス等が不要であり、高い開口率を実現することができる。すなわち、高精細で高輝度なホログラフィ像を得ることができる。

【0063】

（第２施形態）
次に第２実施形態に係る空間光変調器について説明する。
図５は、第２実施形態に係る空間光変調器の断面模式図である。図６は、第２実施形態に係る空間光変調器の回路構成を模式的に示した図である。

【0064】

図５及び図６に示すように、第２実施形態に係る空間光変調器１０１は、付加容量体５０が光変調素子１０に直列に接続されている点が、第１実施形態に係る空間光変調器１００と異なる。

【0065】

図５に示すように、第３実施形態に係る空間光変調器１０１は、付加容量体５０がドレイン電極２７と、第２電極２の間に配設されている。直列に配設されているため、強磁性強誘電体層３にかかる電圧は、付加容量体５０にかかる電圧分だけ小さくなる。

【0066】

強磁性強誘電体層３の容量をＣ_１、付加容量体の容量をＣ_２とすると、強磁性強誘電体層３にかかる電圧Ｖ_１は、Ｖ_１＝Ｅ_１／（１＋Ｃ_１／Ｃ_２）となる。ここで、Ｅ_１は外部電源４０が印加する電圧である。すなわち、付加容量体５０に蓄積される電荷量を変えることで、強磁性強誘電体層３にかかる電圧を変えることができる。従って、第２実施形態にかかる空間光変調器１０２によれば、出射する光の明るさを階調表示することができる。

【0067】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

【0068】

例えば、上記の実施形態にかかる空間光変調器は反射型であるが、透過型の空間光変調器としてもよい。透過型の空間光変調器は、ファラデー効果により各画素の旋光性が変化する。第２電極及び基板には、透明性を有するものを用いる。透明性を有する電極は、第１実施形態に係る第１電極と同様の物を用いることができ、透明性を有する基板は、ＳｉＯ_２基板、ＭｇＯ基板、サファイア基板などを用いることができる。

【0069】

また上記の実施形態にかかる空間光変調器は、画素選択手段がＭＯＳＦＥＴ構造を有するアクティブマトリクス構造である。しかしながら、画素選択手段は、アクティブマトリクス構造に限られず、単純マトリクス構造でもよい。

【符号の説明】

【0070】

１…第１電極、２…第２電極、３…強磁性強誘電体層、１０…光変調素子、２０…画素選択手段、２０Ａ…画素選択素子、２１…半導体基板、２２ａ…ソース領域、２２ｂ…ドレイン領域、２３…ゲート電極、２４…ソース電極、２５，２６…絶縁体、２７…ドレイン電極、３０…第１偏光手段、３１…光照射手段、３２…第２偏光手段、４０…外部電源、４１…選択素子、４２…第２選択素子、５０…付加容量体、５１…第３電極、５２…絶縁体、５３…ビア、６０…制御部、１００，１０１…空間光変調器、Ｒ…画素、Ｒ１，Ｒ２…選択画素、Ｒ３…非選択画素、Ｌ１…光、Ｌ２…偏光光、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…旋光光、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…磁化、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…分極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】