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(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】
(24)【登録日】2022-10-26
(45)【発行日】2022-11-04
(54)【発明の名称】液晶光変調器、液晶表示装置、およびホログラフィ装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1333 20060101AFI20221027BHJP
G02F 1/1343 20060101ALI20221027BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
G02F1/1333
G02F1/1343
G02F1/13 505
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2018196241
(22)【出願日】2018-10-17
(65)【公開番号】P2020064192
(43)【公開日】2020-04-23
【審査請求日】2021-09-16
(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】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】麻生 慎太郎
(72)【発明者】
【氏名】町田 賢司
(72)【発明者】
【氏名】青島 賢一
(72)【発明者】
【氏名】吉野 数馬
(72)【発明者】
【氏名】東田 諒
(72)【発明者】
【氏名】船橋 信彦
(72)【発明者】
【氏名】菊池 宏
【審査官】鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０４８６３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０７７９２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３０５１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５１８５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－００２８２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３３７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１１３５７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２１２８７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／１３３３
Ｇ０２Ｆ １／１３４３
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｆ １／１３６８
Ｇ０２Ｆ １／１３３７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明基板と、透明電極膜と、液晶層と、ｘ方向とｙ方向とに二次元配列した画素毎に設けられた画素電極と、前記画素電極のそれぞれに接続する駆動回路を有する回路基板と、を上から順に備える液晶光変調器であって、前記液晶層の厚さがｘ方向に隣り合う画素間中心で最小となるように、前記透明電極膜は、下面に、ｘ方向に傾斜した傾斜面を有する凸部がｙ方向に沿って形成され、
ｘｙ面視で、前記凸部の前記傾斜面の少なくとも一部が、ｘ方向に隣り合う前記画素電極に挟まれた領域と重複していることを特徴とする液晶光変調器。
【請求項2】
透明基板と、透明電極膜と、液晶層と、ｘ方向とｙ方向とに二次元配列した画素毎に設けられた画素電極と、前記画素電極のそれぞれに接続する駆動回路を有する回路基板と、を上から順に備える液晶光変調器であって、前記液晶層の厚さが隣り合う画素間中心で最小となるように、前記透明電極膜は、下面に、傾斜面を有する凸部が形成されていると共に、前記凸部に囲まれた凹部が前記画素毎に設けられ、
ｘｙ面視で、前記凸部の前記傾斜面の少なくとも一部が、隣り合う前記画素電極に挟まれた領域と重複していることを特徴とする液晶光変調器。
【請求項3】
前記透明電極膜は、下面の前記凸部に挟まれた凹部の底がｘｙ面に水平な平面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶光変調器。
【請求項4】
前記凸部は、前記傾斜面よりもｘｙ面に水平寄りに傾斜した面を前記傾斜面に前記画素間中心と反対側で隣接してさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶光変調器。
【請求項5】
前記透明電極膜は、下面の凹凸による高低差の最大値が、前記凸部の最大幅以下である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項6】
前記透明基板は、下面に、前記透明電極膜の下面の凹凸に対応した凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項7】
前記画素の配列ピッチが、少なくともｘ方向において、４μｍ以下である請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項8】
前記透明電極膜は、下面の凹凸による高低差の最大値が、前記液晶層の最大厚さの２０％以上７０％以下である請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項9】
垂直配向方式である請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項10】
前記回路基板が結晶シリコンで形成された前記駆動回路を備え、前記画素電極が金属電極材料からなる請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項11】
前記回路基板が、透明な基板、および前記基板上に薄膜トランジスタで形成された前記駆動回路を備え、前記画素電極が透明電極材料からなる請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の液晶光変調器。
【請求項12】
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の液晶光変調器と、前記液晶光変調器の上側に配置された偏光子と、を備え、上方から光を照射されて、上方に画像を表示する液晶表示装置。
【請求項13】
請求項１１に記載の液晶光変調器と、前記液晶光変調器の上側と下側に配置された２つの偏光子と、を備え、上方または下方の一方から光を照射されて、他方に画像を表示する液晶表示装置。
【請求項14】
請求項１２または請求項１３に記載の液晶表示装置と、前記液晶表示装置に光を照射する光源と、前記液晶表示装置の液晶光変調器の駆動回路および対向電極に接続する電源と、を備えるホログラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶光変調器、ならびにこの液晶光変調器を用いた液晶表示装置およびホログラフィ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）は、画素として光学素子（光変調素子）をマトリクス状に二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って、ディスプレイ技術、記録技術、レーザー加工等の分野で広く利用されている。空間光変調器は、例えば、液晶や磁気光学材料を光学素子に適用して光の偏光方向を変化させる（旋光させる）もの、あるいは、画素毎に可動式の微小なミラーを備えて光の反射方向を変化させるＤＭＤ（Digital Mirror Device）方式のものが開発されている。中でも、旋光角が大きい、すなわち光変調度が高く、また、比較的容易に製造することができる液晶が広く適用されており、高精細な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を得るために、画素の微細化について研究されている。
【0003】
ここで、液晶による光学素子（液晶光学素子）について、図４を参照して簡潔に説明する。図４に模式的に示すように、液晶光学素子１は、液晶層２０と、液晶層２０に垂直方向の電圧を印加する一対の電極３，４と、液晶層２０の上下にそれぞれ接触して設けられた配向膜２１，２２と、を備える。電極３，４から電圧を印加されて電界Ｅが液晶層２０に発生すると、棒状の液晶分子２の向きが変化する。図４（ａ）、（ｂ）に示す液晶光学素子１は垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式であり、無電界状態では液晶分子２が配向膜２１，２２に対して垂直に起立し、垂直方向の電界Ｅ（図４（ｂ）では、下向きの矢印で表す）によって液晶分子２が倒れる。そして、液晶分子２が垂直に起立した液晶層２０を透過した光Ｌは変調せず、一方、液晶分子２が水平に倒れた液晶層２０を透過した光Ｌは、偏光の向きが回転して出射する。なお、液晶分子２は長さが数ｎｍであり、図４および後記の図３４においては誇張して表される。図４においては、電極３，４を透明電極材料で形成して液晶光学素子１が光を透過する構成とし、２枚の偏光子８２，８１を液晶光学素子１の上下で互いにクロスニコル配置して、上方からの自然光（非偏光）ＬuPを、偏光子８２を透過させて１つの偏光成分の光Ｌとして、液晶光学素子１に入射する。電圧を印加されていない液晶光学素子１から出射した光は、偏光子（検光子）８１で遮られて暗（黒）表示となり、電圧を印加されている液晶光学素子１から出射した光は、偏光の向きが９０°回転しているので偏光子８１を透過して明（白）表示となる。なお、電界Ｅが弱いと液晶分子２の傾斜角が小さく、光Ｌの旋光角が９０°未満となるので、偏光子８１で一部が遮られて中間調表示となる。
【0004】
このような液晶光学素子１を光学素子とする空間光変調器（以下、液晶光変調器と称する）１１０は、一例として、アクティブマトリクス駆動方式の空間光変調器として図３に示す回路構成を有する。そのために、液晶光変調器１１０は、図３４に模式的に示すように、液晶層２０の上側に透明基板１０５を土台として全面に設けられた透明電極膜である対向電極１０４に対し、液晶層２０の下側に画素毎に画素電極１０３を間に絶縁層６を挟んで設け、さらにその下側に、画素電極１０３に接続する駆動回路７を形成されたＳｉ基板（図示省略）を備える。すなわち、液晶光変調器１１０はＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）－ＳＬＭで、上方から入射された光が、透明基板１０５、対向電極１０４、液晶層２０を透過して、金属電極材料からなる画素電極１０３で反射して上方へ出射する反射型の空間光変調器であり、光が液晶層２０を往復して透過する（例えば、特許文献１）。ＬＣＯＳ型の液晶光変調器は、平面視で画素電極１０３と重複して駆動回路７や駆動回路７に接続する配線７１，７２，７３を配置することができ、さらに駆動回路７のトランジスタ７ｔがＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）で形成されるので、画素の微細化が数μｍピッチにまで実現されている。
【0005】
液晶光変調器１１０は、信号線７１と走査線７２によって選択された画素の画素電極１０３が＋（正）または－（負）（図３４では＋）の電位となって、ＧＮＤ（０Ｖ）に接続された対向電極１０４との間に垂直方向の電界Ｅが発生するので、対向電極１０４と特定の画素電極１０３に挟まれた領域で液晶分子２の向きが変化する。ただし、画素電極１０３が間隔を空けて設けられているので、電界Ｅの発生しない領域が画素間の境界線に沿って存在する。このような平面視において画素電極１０３のない領域は、非開口部として、例えば格子状のブラックマトリクスで遮光される。なお、液晶光変調器は、一般に交流（ＡＣ）電源で駆動されるので、１フレーム毎に、発生する電界が上向きと下向きの交互に入れ替わる。
【0006】
空間光変調器は、電子ホログラフィ装置等への適用のために、画素サイズ（ピッチ）のいっそうの微細化（狭ピッチ化）が要求され、具体的には十分な視域角が得られるように４μｍ未満とすることが望まれている。しかし、液晶光変調器においては、画素が微細化すると、電界のクロストークが発生し易く、表示のコントラストが低下する。詳しくは、画素毎に区画された画素電極１０３に対して対向電極１０４は広く形成されているので、図３４に示すように、明表示の画素１１１，１１３の画素電極１０３から、ある程度外側へ広がって斜め方向に対向電極１０４へ向かう弱い電界ＥLも発生する。そして、画素ピッチが狭いと、電界ＥLが、非開口部を越えて隣の暗表示の画素１１２の開口部まで到達する。さらに、隣り合う画素電極１０３，１０３の間隙も狭くなるので、画素１１１，１１３の画素電極１０３から、対向電極１０４と同電位（０Ｖ）の画素１１２の画素電極１０３へ、面内方向に電界ＥIP（横電界）が漏れる。これらの漏れ電界ＥL，ＥIPによって、画素１１２においても液晶分子２が傾斜する。その結果、画素１１２は、開口部においても完全な暗表示（０％）とならない、黒浮きと呼ばれる状態となる。このような液晶光変調器１１０の暗表示の画素の黒浮きを防止するためには、光源の輝度を低減すればよいが、明表示の画素の輝度が低下することになって望ましくない。
【0007】
液晶光変調器における電界クロストークを抑制するために、隣り合う画素電極間の電位差がより小さくなるように、各画素の映像信号を逐次補正する駆動手段が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２では、ある画素への印加電圧と隣接画素への電圧差を検出し、その電位差が予め定められた閾値よりも大きい場合には、予め作成した補正テーブルを用いて隣接画素への印加電圧を変更する構成が示される。
【0008】
また、一方向に隣り合う画素の間隙に、液晶層を仕切る壁を誘電体で形成して設けた液晶光変調器が開示されている（非特許文献１）。誘電体壁を隔てた暗表示の画素の開口部への隣の画素からの漏れ電界が抑制されるので、暗表示の質を向上させる（０％により近付ける）ことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特許第４６４３７８６号公報
【文献】特許第５０４５２７８号公報
【非特許文献】
【0010】
【文献】Yoshitomo Isomae, Yosei Shibata, Takahiro Ishinabe, Hideo Fujikake, "Design of 1-μm-pitch liquid crystal spatial light modulators having dielectric shield wall structure for holographic display with wide field of view", Optical Review, Volume 24, Issue 2, pp 165-176, April 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献２に記載した液晶光変調器の駆動方法では、液晶光変調器の固有の補正データを予め用意する必要がある。例えば液晶光変調器の生産時に、テスト用信号を表示しながら最適な補正量を決定して作成することになり、また、液晶光変調器の種類毎に作成する必要がある。さらに、横電界を抑制することはできるが、対向電極へ向かって広がる斜め方向の漏れ電界を抑制することはできない。
【0012】
非特許文献１に記載した液晶光変調器は、誘電体壁が厚さ１～数μｍの液晶層と同じ厚さであるので、画素のピッチが数μｍ以下になると幅が１μｍ未満に狭くなって、アスペクト比が１超～１０程度となる。液晶光変調器の製造において、このような微小かつ高アスペクト比の部材を精度よく形成し、１画素ずつ仕切られた間隙に液晶を均一に封入することは困難である。したがって、液晶密度の不均一性や誘電体壁形状の寸法誤差によるコントラストのばらつきが増大する虞がある。
【0013】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたものであり、画素が微細で高コントラストな表示が可能な液晶表示装置、さらに視域角が十分に広いホログラフィ装置、これらの液晶表示装置等を構成する液晶光変調器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
すなわち本発明に係る液晶光変調器は、透明基板と、透明電極膜と、液晶層と、ｘ方向とｙ方向とに二次元配列した画素毎に設けられた画素電極と、前記画素電極のそれぞれに接続する駆動回路を有する回路基板と、を上から順に備える。そして液晶光変調器は、前記液晶層の厚さがｘ方向に隣り合う画素間中心で最小となるように、前記透明電極膜の下面に、ｘ方向に傾斜した傾斜面を有する凸部をｙ方向に沿って形成され、ｘｙ面視で、前記凸部の前記傾斜面の少なくとも一部が、ｘ方向に隣り合う前記画素電極に挟まれた領域と重複している構造とする。または、液晶光変調器は、前記液晶層の厚さが隣り合う画素間中心で最小となるように、前記透明電極膜の下面に、傾斜面を有する凸部を形成されていると共に、前記凸部に囲まれた凹部が前記画素毎に設けられ、ｘｙ面視で、前記凸部の前記傾斜面の少なくとも一部が、隣り合う前記画素電極に挟まれた領域と重複していてもよい。
【0015】
かかる構成により、液晶光変調器は、画素間において、対向電極である透明電極膜の凸部が電界をブロックするので、暗表示の画素の開口部への電界の漏れが抑制される。
【0016】
本発明に係る液晶表示装置は、前記液晶光変調器と、前記液晶光変調器の上側に配置された偏光子と、を備え、上方から光を照射されて、上方に画像を表示する。あるいは本発明に係る液晶表示装置は、前記液晶光変調器と、前記液晶光変調器の上側と下側に配置された２つの偏光子と、を備え、上方または下方の一方から光を照射されて、他方に画像を表示する。かかる構成により、液晶表示装置は、明表示の画素の隣の暗表示の画素を十分に暗くすることができる。
【0017】
本発明に係るホログラフィ装置は、前記液晶表示装置と、前記液晶表示装置に光を照射する光源と、前記液晶表示装置の液晶光変調器の駆動回路および対向電極に接続する電源と、を備える。かかる構成により、ホログラフィ装置は、暗表示の画素が黒浮きすることなく表示される。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る液晶光変調器および液晶表示装置によれば、画素が微細であっても高コントラストな表示が可能となる。本発明に係るホログラフィ装置によれば、視域角を広く表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１実施形態に係る液晶光変調器の構造を説明する外観図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る液晶光変調器の構造を説明する断面図である。
【図3】液晶光変調器の等価回路図である。
【図4】液晶光変調器における液晶光学素子の動作を説明する模式図であり、（ａ） は電圧非印加時、（ｂ）は電圧印加時である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説明する外観 図である。
【図6】本発明に係る液晶光変調器の製造方法における、対向電極の形成工程を模式 的に説明する断面図である。
【図8】本発明の第１実施形態の変形例に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説明 する外観図である。
【図9】本発明の第１実施形態の変形例に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説明 する外観図である。
【図10】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構造を説明する外観図である。
【図11】本発明に係るホログラフィ装置の構造を説明する模式図である。
【図12】本発明の第２実施形態に係る液晶光変調器の構造を説明する断面図である 。
【図13】本発明の第２実施形態に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説明する外 観図である。
【図14】本発明の第２実施形態の変形例に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説 明する外観図である。
【図15】本発明の第２実施形態の変形例に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説 明する外観図である。
【図16】本発明の第２実施形態の変形例に係る液晶光変調器の対向電極の形状を説 明する断面図である。
【図17】本発明の第３実施形態に係る液晶光変調器の構造を説明する外観図である 。
【図18】本発明の別の実施形態に係る液晶表示装置の構造を説明する外観図である 。
【図19】実施例の画素電極と対向電極の形状、およびシミュレーションの観測位置 を説明する平面図である。
【図20】第１実施形態に係るセル厚１μｍのサンプルの電位分布と液晶配向である 。
【図21】セル厚１μｍの比較例のサンプルの電位分布と液晶配向である。
【図22】セル厚１μｍのサンプルの反射率の二次元分布図であり、（ａ）は第１実 施形態に係るサンプル、（ｂ）は第１実施形態の変形例に係るサンプル、（ｃ）は比 較例である。
【図23】第１実施形態に係るセル厚１．５μｍのサンプルの電位分布と液晶配向で ある。
【図24】セル厚１．５μｍの比較例のサンプルの電位分布と液晶配向である。
【図25】セル厚１．５μｍのサンプルの反射率の二次元分布図であり、（ａ）は第 １実施形態に係るサンプル、（ｂ）は比較例である。
【図26】第１実施形態および比較例に係るサンプルの反射率分布である。
【図27】明表示と暗表示の画素の中心における反射率およびコントラスト比の、対 向電極の凸部の高さ依存性を表すグラフである。
【図28】第２実施形態に係るセル厚１μｍ、対向電極の凸部の幅３００ｎｍのサン プルの電位分布と液晶配向である。
【図29】第２実施形態に係るセル厚１μｍ、対向電極の凸部の幅４００ｎｍのサン プルの電位分布と液晶配向である。
【図30】第２実施形態に係るセル厚１μｍ、対向電極の凸部の幅６００ｎｍのサン プルの電位分布と液晶配向である。
【図31】第２実施形態に係るセル厚１μｍのサンプルの反射率の二次元分布図であ り、対向電極の凸部の幅が（ａ）は３００ｎｍ、（ｂ）は４００ｎｍ、（ｃ）は６０ ０ｎｍである。
【図32】第１、第２実施形態に係るセル厚１μｍ、対向電極の凸部の高さ３００ｎ ｍのサンプル、およびセル厚１μｍの比較例のサンプルの反射率分布である。
【図33】明表示と暗表示の画素の中心における反射率およびコントラスト比の、対 向電極の凸部の幅依存性を表すグラフである。
【図34】従来の液晶光変調器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明に係る液晶光変調器および液晶表示装置を実現するための形態について、図を参照して説明する。図面に示す液晶光変調器およびその要素は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。
【0021】
〔第１実施形態：液晶光変調器〕
本発明の第１実施形態に係る液晶光変調器１０は、画素（液晶光学素子）がＸ方向とＹ方向とに二次元配列され、図１および図２に示すように、液晶層２０、液晶層２０を上下から挟む、対向電極（透明電極膜）４と画素毎に設けられた画素電極３、画素電極３に接続する駆動回路７（図３参照）を形成されたＳｉ基板（回路基板）７０、ならびに最上層の透明基板５を備え、対向電極４の下面には、画素毎に凹みを有するように凹凸が形成されている。液晶光変調器１０はさらに、液晶層２０の上下にそれぞれ接触して設けられた配向膜２１，２２、Ｓｉ基板７０上でＹ方向に延設した信号線（ソース線）７１ならびにＸ方向に延設した走査線（ゲート線）７２および共通電極線（コモン線）７３（適宜まとめて、配線７１，７２，７３）、Ｓｉ基板７０への光を遮る遮光膜７４、画素電極３および配線７１，７２，７３の層間等を絶縁する絶縁層６を備える。すなわち、液晶光変調器１０は、上から順に、透明基板５、対向電極４、配向膜２１、液晶層２０、配向膜２２、画素電極３、絶縁層６ならびに遮光膜７４および配線７１，７２，７３、Ｓｉ基板７０を備える。なお、図１では、液晶層２０および配向膜２２は透明として、配向膜２２と液晶層２０との界面を破線で表す。また、図１は画素中心を含むＹ方向に沿った断面を示し、図２は画素中心を含むＸ方向に沿った断面を示す。液晶光変調器１０は、上方から入射された光を反射して上方へ出射し、その際に選択された画素において光の偏光方向を変化させる反射型の空間光変調器である。
本発明の第１実施形態に係る液晶光変調器１０は、画素（液晶光学素子）がＸ方向とＹ方向とに二次元配列され、図１および図２に示すように、液晶層２０、液晶層２０を上下から挟む、対向電極（透明電極膜）４と画素毎に設けられた画素電極３、画素電極３に接続する駆動回路７（図３参照）を形成されたＳｉ基板（回路基板）７０、ならびに最上層の透明基板５を備え、対向電極４の下面には、画素毎に凹みを有するように凹凸が形成されている。液晶光変調器１０はさらに、液晶層２０の上下にそれぞれ接触して設けられた配向膜２１，２２、Ｓｉ基板７０上でＹ方向に延設した信号線（ソース線）７１ならびにＸ方向に延設した走査線（ゲート線）７２および共通電極線（コモン線）７３（適宜まとめて、配線７１，７２，７３）、Ｓｉ基板７０への光を遮る遮光膜７４、画素電極３および配線７１，７２，７３の層間等を絶縁する絶縁層６を備える。すなわち、液晶光変調器１０は、上から順に、透明基板５、対向電極４、配向膜２１、液晶層２０、配向膜２２、画素電極３、絶縁層６ならびに遮光膜７４および配線７１，７２，７３、Ｓｉ基板７０を備える。なお、図１では、液晶層２０および配向膜２２は透明として、配向膜２２と液晶層２０との界面を破線で表す。また、図１は画素中心を含むＹ方向に沿った断面を示し、図２は画素中心を含むＸ方向に沿った断面を示す。液晶光変調器１０は、上方から入射された光を反射して上方へ出射し、その際に選択された画素において光の偏光方向を変化させる反射型の空間光変調器である。
【0022】
また、液晶光変調器１０は、アクティブマトリクス駆動方式の空間光変調器であり、一例として、図３に示すように、画素毎の駆動回路７がトランジスタ７ｔおよび蓄積容量７ｃを備える。トランジスタ７ｔは、ソースが信号線７１に、ゲートが走査線７２に、ドレインが液晶光学素子１の画素電極３の側に接続する。蓄積容量７ｃは、端子の一方がトランジスタ７ｔのドレインおよび液晶光学素子１に接続し、他方が共通電極線７３を経由してＧＮＤに接続する。
【0023】
液晶光変調器１０の画素は、平面（ＸＹ面を指す）視が矩形で、本実施形態においてはＹ方向に長い長方形であるが、これに限られず、液晶光変調器１０の用途等に応じて、アスペクト比１～３程度に設計される。画素のサイズ（ピッチ）は、液晶光変調器１０の用途等に応じて設計されるが、少なくともＸ方向長（短辺長）ｐXが４μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以下であることがさらに好ましい。特に、液晶光変調器１０が電子ホログラフィ装置に適用される場合には、視域角を大きくするために画素（ｐX，ｐY）が小さいことが好ましい。以下、本実施形態に係る液晶光変調器を構成する各要素を詳細に説明する。
【0024】
（液晶層）
液晶層２０は、液晶材料からなり、ねじれネマティック（ＴＮ：Twisted Nematic）方式や垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式等の液晶ディスプレイの表示装置に適用される公知の材料が挙げられる。液晶層２０は、比較的視野角が広く、暗表示に優れたＶＡ方式が好ましく、そのために、負の誘電率異方性を有する液晶（ｎ型液晶）が適用される。液晶層２０は、図４を参照して前記したように、無電界状態（初期状態）では液晶分子２が垂直（Ｚ方向）に起立し、垂直方向の電界Ｅによって液晶分子２が倒れる。このような液晶分子２の向きは、主に配向膜２１，２２によって制御される。液晶層２０の厚さ（セル厚）ｄは、所望の光学特性が得られるように、液晶材料等に応じて０．５～５μｍ程度の範囲で設計され、セル厚ｄが小さいほど、液晶光変調器１０の応答速度が高速になる。一方、セル厚ｄが画素サイズに対して大きいと、斜め方向の漏れ電界ＥL（図３４参照）が強くなり、対向電極４の下面の形状と併せても電界の漏れを十分に抑制することが困難になる。具体的には、セル厚ｄは、２μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以下であることがさらに好ましく、また、Ｘ方向長（短辺長）ｐXの１．５倍以下であることが好ましく、１倍以下であることがさらに好ましい。本実施形態において、セル厚ｄは、最大となる画素中心における液晶層２０の厚さとする。
液晶層２０は、液晶材料からなり、ねじれネマティック（ＴＮ：Twisted Nematic）方式や垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式等の液晶ディスプレイの表示装置に適用される公知の材料が挙げられる。液晶層２０は、比較的視野角が広く、暗表示に優れたＶＡ方式が好ましく、そのために、負の誘電率異方性を有する液晶（ｎ型液晶）が適用される。液晶層２０は、図４を参照して前記したように、無電界状態（初期状態）では液晶分子２が垂直（Ｚ方向）に起立し、垂直方向の電界Ｅによって液晶分子２が倒れる。このような液晶分子２の向きは、主に配向膜２１，２２によって制御される。液晶層２０の厚さ（セル厚）ｄは、所望の光学特性が得られるように、液晶材料等に応じて０．５～５μｍ程度の範囲で設計され、セル厚ｄが小さいほど、液晶光変調器１０の応答速度が高速になる。一方、セル厚ｄが画素サイズに対して大きいと、斜め方向の漏れ電界ＥL（図３４参照）が強くなり、対向電極４の下面の形状と併せても電界の漏れを十分に抑制することが困難になる。具体的には、セル厚ｄは、２μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以下であることがさらに好ましく、また、Ｘ方向長（短辺長）ｐXの１．５倍以下であることが好ましく、１倍以下であることがさらに好ましい。本実施形態において、セル厚ｄは、最大となる画素中心における液晶層２０の厚さとする。
【0025】
なお、詳しくは後記液晶表示装置の動作として説明するように、液晶層２０は、液晶分子２の光学的異方性により、図４（ｂ）に示すように液晶分子２が傾斜している（非垂直である）時に、透過する光の偏光成分による位相差δが生じる。したがって、図４（ｂ）に示す液晶層２０を透過した直線偏光は、位相差δがπの整数倍の場合を除き、円偏光（位相差δがπ／２の奇数倍のとき）や楕円偏光となる。なお、図４（ｂ）では簡潔に、９０°旋光した直線偏光を示している。液晶層２０は、最大駆動電圧印加により液晶分子２が完全に倒れた状態（図４（ｂ）参照）において、位相差δがπとなることが好ましく、本実施形態に係る液晶光変調器１０は反射型の空間光変調器であるので、位相差δが半分のπ／２となるセル厚ｄであることが好ましい。
【0026】
（画素電極）
画素電極３は、選択した画素に限定して液晶層２０に垂直方向の電界を発生させるために、画素毎に設けられ、絶縁層６を貫通するコンタクト部（図示省略）でＳｉ基板７０の表層に形成された駆動回路７に接続する。画素電極３は、互いに間隙ｌgX，ｌgY（適宜まとめて、間隙ｌg）を空けて設けられるため、本実施形態では、平面視形状が画素よりも一回り小さな矩形に形成されている。平面視で、画素において画素電極３が設けられた領域を開口部、その外側の領域を非開口部と称する。隣り合う画素電極３，３の間隙ｌgが広いほど、明表示の画素とその隣の暗表示の画素の画素電極３，３間での漏れ電界（横電界）ＥIPが抑制され易い。一方で、間隙ｌgが広いと、画素電極３の平面視サイズが小さくなり、画素の開口率が低くなる。したがって、間隙ｌgは、セル厚ｄや対向電極４の下面の凸部４ｒの形状と併せて、画素の開口率を確保しつつ、漏れ電界ＥIPがより抑制されるように設計されることが好ましい。
画素電極３は、選択した画素に限定して液晶層２０に垂直方向の電界を発生させるために、画素毎に設けられ、絶縁層６を貫通するコンタクト部（図示省略）でＳｉ基板７０の表層に形成された駆動回路７に接続する。画素電極３は、互いに間隙ｌgX，ｌgY（適宜まとめて、間隙ｌg）を空けて設けられるため、本実施形態では、平面視形状が画素よりも一回り小さな矩形に形成されている。平面視で、画素において画素電極３が設けられた領域を開口部、その外側の領域を非開口部と称する。隣り合う画素電極３，３の間隙ｌgが広いほど、明表示の画素とその隣の暗表示の画素の画素電極３，３間での漏れ電界（横電界）ＥIPが抑制され易い。一方で、間隙ｌgが広いと、画素電極３の平面視サイズが小さくなり、画素の開口率が低くなる。したがって、間隙ｌgは、セル厚ｄや対向電極４の下面の凸部４ｒの形状と併せて、画素の開口率を確保しつつ、漏れ電界ＥIPがより抑制されるように設計されることが好ましい。
【0027】
液晶光変調器１０は反射型の空間光変調器であり、画素電極３は、光を透過しなくてよいので、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｒｕ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成され、また、前記金属や合金の２種類以上を積層してもよい。特に、最上層には、配向膜２２との密着性のよい材料を適用することが好ましい。また、画素電極３は、上方から入射した光に対して反射率が高くなるように、光反射率の高い材料を十分な厚さで備えることが好ましく、その上に必要に応じて厚さ１～１０ｎｍの密着性のよい材料を積層してもよい。金属電極材料は、スパッタリング法等の公知の方法により成膜、フォトリソグラフィ、およびエッチングまたはリフトオフ法等により所望の平面視形状に加工される。
【0028】
（対向電極）
対向電極４は、液晶光変調器１０のすべての画素で共有されている電極であり、一体に連続した膜として設けられる。また、対向電極４は、液晶層２０に対面する下面が凹凸面であり、図５に下面を上に向けて示すように、四角錐の４側面の二等辺三角形を内壁面とする凹部が画素毎に形成され、画素中心に凹頂点を有する。したがって、対向電極４は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれにおける画素間中心線（図５に一点鎖線で表す）上に凸稜線を有し、画素間中心で液晶層２０の厚さが最小となる。言い換えると、対向電極４の下面の凹凸は、画素中心の凹頂点を囲むように、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに沿った畝状の凸部４ｒを画素間に有する。この凸部４ｒは、傾斜面を有し、断面形状が、底辺を上（透明基板５の側）に向けた二等辺三角形となる。
対向電極４は、液晶光変調器１０のすべての画素で共有されている電極であり、一体に連続した膜として設けられる。また、対向電極４は、液晶層２０に対面する下面が凹凸面であり、図５に下面を上に向けて示すように、四角錐の４側面の二等辺三角形を内壁面とする凹部が画素毎に形成され、画素中心に凹頂点を有する。したがって、対向電極４は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれにおける画素間中心線（図５に一点鎖線で表す）上に凸稜線を有し、画素間中心で液晶層２０の厚さが最小となる。言い換えると、対向電極４の下面の凹凸は、画素中心の凹頂点を囲むように、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに沿った畝状の凸部４ｒを画素間に有する。この凸部４ｒは、傾斜面を有し、断面形状が、底辺を上（透明基板５の側）に向けた二等辺三角形となる。
【0029】
対向電極４が、画素間中心で突出するように形成されていることにより、後記するように電界の漏れが抑制される。この効果を十分に得るために、凸部４ｒの高さ（凹凸による高低差の最大値）ｈが、セル厚ｄの２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましく、大きいほど効果が高い。ただし、凸部４ｒの高さｈがセル厚ｄの７０％を超えて大きくなっても効果がそれ以上には向上し難いので、７０％以下であることが好ましい。また、凸部４ｒの高さｈが大きくなると、凸部４ｒのアスペクト比（凸部４ｒの幅ｗrに対する高さｈの比）が高くなって、対向電極４の凹凸を形成し難くなり、さらに、対向電極４の下面の勾配（２ｈ／ｗr）が急に（垂直に近く）なるので、これを被覆する配向膜２１も形成し難くなる場合がある。凸部４ｒの幅ｗrとは、最大幅である断面視での二等辺三角形の底辺の長さであり、本実施形態においては画素長ｐX，ｐYと一致して、Ｘ方向における幅ｗrXとＹ方向における幅ｗrYとが異なる（ｗrX＝ｐX、ｗrY＝ｐY）。また、後記するように、液晶層２０の液晶分子２は、無電界状態では、配向膜２１，２２の膜面に垂直に起立する。したがって、凸部４ｒのアスペクト比が高いと、対向電極４の下面の勾配（２ｈ／ｗr）が急になるので、対向電極４（凸部４ｒ）の近傍で液晶分子２が大きく傾斜して、暗表示が十分に暗くならない。また、凸部４ｒの高さｈが大きいと開口部における対向電極４の高低差ｈa（図１参照）が大きくなり、この開口部高低差ｈaがセル厚ｄ比で大きい場合、画素電極３－対向電極４間距離、および液晶層２０の厚さについて、画素中心と開口部周縁との相対的な差が大きくなる。そのため、電圧印加時に、光路長の短い開口部周縁で旋光角が小さくなったり、画素中心部で電界が弱くなって液晶分子２が十分な傾斜角で倒れなかったりして、明表示の画素（開口部）内で輝度のムラを生じることになる。具体的には、凸部４ｒのアスペクト比が１以下（ｈ≦ｗr）であることが好ましく、１／２以下（２ｈ≦ｗr）であることがより好ましく、１／３以下（３ｈ≦ｗr）であることがさらに好ましい。なお、対向電極４は、最薄部である画素中心で、必要な導電性を確保することのできる厚さとする。
【0030】
対向電極４は、液晶光変調器１０の光の入射側に設けられるため、光を透過するように、透明電極材料で形成される。透明電極材料は、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（ＳｎＯ2）、酸化アンチモン－酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）等の公知の導電性酸化物からなる。これらの透明電極材料は、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等の公知の方法により成膜され、後記するように、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）とエッチングによって表面（下面）に凹凸を形成される。または、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) / poly(4-styrenesulfonate)）等の導電性高分子を適用して、金型で直接に凹凸を転写して成型することもできる。
【0031】
（配向膜）
配向膜２１および配向膜２２は、液晶分子２の向きを制御するために、液晶層２０の上下に接触して設けられる。配向膜２１，２２は、ポリイミド等の有機膜やＳｉ酸化物（ＳｉＯx）等の無機膜であり、表示方式に対応した公知の材料が適用され、数十～１００ｎｍ程度の膜厚に形成される。対向電極４を被覆して形成される配向膜２１は、対向電極４の下面の凹凸に沿って一様な厚さに形成される。一方、配向膜２２は、表面（液晶層２０に接する面）が平坦に形成されることが好ましい。本実施形態では、ＶＡ方式として、配向膜２１，２２は、初期状態で液晶分子２を膜面に垂直に起立させるように、疎水基を導入したポリイミドやＳｉＯx（ｘ＝１～２程度）等が適用される。配向膜２１，２２は、さらに必要に応じて、電圧印加時に液晶分子２が所定の方向へ倒れるように、表面（液晶層２０に接触する面）に配向処理を施されていてもよい。例えば、ポリイミドは、塗布法によって成膜された後にＵＶ照射によって配向処理され、ＳｉＯxは、斜方蒸着によって成膜と同時に配向処理される。
配向膜２１および配向膜２２は、液晶分子２の向きを制御するために、液晶層２０の上下に接触して設けられる。配向膜２１，２２は、ポリイミド等の有機膜やＳｉ酸化物（ＳｉＯx）等の無機膜であり、表示方式に対応した公知の材料が適用され、数十～１００ｎｍ程度の膜厚に形成される。対向電極４を被覆して形成される配向膜２１は、対向電極４の下面の凹凸に沿って一様な厚さに形成される。一方、配向膜２２は、表面（液晶層２０に接する面）が平坦に形成されることが好ましい。本実施形態では、ＶＡ方式として、配向膜２１，２２は、初期状態で液晶分子２を膜面に垂直に起立させるように、疎水基を導入したポリイミドやＳｉＯx（ｘ＝１～２程度）等が適用される。配向膜２１，２２は、さらに必要に応じて、電圧印加時に液晶分子２が所定の方向へ倒れるように、表面（液晶層２０に接触する面）に配向処理を施されていてもよい。例えば、ポリイミドは、塗布法によって成膜された後にＵＶ照射によって配向処理され、ＳｉＯxは、斜方蒸着によって成膜と同時に配向処理される。
【0032】
（透明基板）
透明基板５は、対向電極４および配向膜２１を形成するための土台であり、Ｓｉ基板７０と共に、液晶層２０を支持するための土台である。透明基板５は、液晶光変調器１０の光の入射側に設けられるため、光を透過するように、公知の透明基板材料が適用される。具体的には、ＳｉＯ2（酸化ケイ素、ガラス）、サファイア、ポリカーボネート（ＰＣ）等が挙げられる。
透明基板５は、対向電極４および配向膜２１を形成するための土台であり、Ｓｉ基板７０と共に、液晶層２０を支持するための土台である。透明基板５は、液晶光変調器１０の光の入射側に設けられるため、光を透過するように、公知の透明基板材料が適用される。具体的には、ＳｉＯ2（酸化ケイ素、ガラス）、サファイア、ポリカーボネート（ＰＣ）等が挙げられる。
【0033】
（Ｓｉ基板）
Ｓｉ基板７０は、駆動回路７や画素電極３等を形成するための土台であり、さらに駆動回路７の材料である。また、透明基板５と共に、液晶層２０を支持するための土台である。本実施形態では、トランジスタ７ｔがＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）で形成されるため、Ｓｉ基板７０は、単結晶シリコン基板を材料とすることが好ましく、駆動回路７の構成等に応じて、ｎ型Ｓｉ基板やｐ型Ｓｉ基板を適用することができる。また、蓄積容量７ｃは、Ｓｉ基板７０の表層のＳｉとその上に形成した絶縁膜とｐｏｌｙ－Ｓｉ膜の３層構造とすることができる。
Ｓｉ基板７０は、駆動回路７や画素電極３等を形成するための土台であり、さらに駆動回路７の材料である。また、透明基板５と共に、液晶層２０を支持するための土台である。本実施形態では、トランジスタ７ｔがＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）で形成されるため、Ｓｉ基板７０は、単結晶シリコン基板を材料とすることが好ましく、駆動回路７の構成等に応じて、ｎ型Ｓｉ基板やｐ型Ｓｉ基板を適用することができる。また、蓄積容量７ｃは、Ｓｉ基板７０の表層のＳｉとその上に形成した絶縁膜とｐｏｌｙ－Ｓｉ膜の３層構造とすることができる。
【0034】
（配線、遮光膜）
信号線７１、走査線７２、および共通電極線７３は、駆動回路７に入力して画素を選択するためにＳｉ基板７０上に設けられ、画素電極３と同様に一般的な金属電極材料で形成され、エッチングやダマシン法等の公知の半導体の配線形成方法で形成される。遮光膜７４は、Ｓｉ基板７０に光が入射しないように、必要に応じて、平面視で画素電極３が設けられない領域に設けられ、ここでは、信号線７１と共に金属電極材料で同じ層に形成されている。
信号線７１、走査線７２、および共通電極線７３は、駆動回路７に入力して画素を選択するためにＳｉ基板７０上に設けられ、画素電極３と同様に一般的な金属電極材料で形成され、エッチングやダマシン法等の公知の半導体の配線形成方法で形成される。遮光膜７４は、Ｓｉ基板７０に光が入射しないように、必要に応じて、平面視で画素電極３が設けられない領域に設けられ、ここでは、信号線７１と共に金属電極材料で同じ層に形成されている。
【0035】
（絶縁層）
絶縁層６は、Ｓｉ基板７０上に設けられて、配線７１，７２，７３や画素電極３の間を絶縁する。さらに、絶縁層６は、液晶層２０の下面を平坦化するように、画素電極３，３間を埋めて設けられることが好ましい。絶縁層６は、半導体素子等に設けられる公知の無機絶縁材料が適用でき、具体的には、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の酸化膜やＳｉ3Ｎ4やＭｇＦ2等が挙げられ、２種類以上の材料を適用されてもよい。
絶縁層６は、Ｓｉ基板７０上に設けられて、配線７１，７２，７３や画素電極３の間を絶縁する。さらに、絶縁層６は、液晶層２０の下面を平坦化するように、画素電極３，３間を埋めて設けられることが好ましい。絶縁層６は、半導体素子等に設けられる公知の無機絶縁材料が適用でき、具体的には、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の酸化膜やＳｉ3Ｎ4やＭｇＦ2等が挙げられ、２種類以上の材料を適用されてもよい。
【0036】
（液晶光変調器の製造方法）
本実施形態に係る液晶光変調器は、公知のＬＣＯＳ型の液晶光変調器と同様の製造方法において、対向電極の形成時に表面（下面）に凹凸を形成する工程を追加して製造することができる。液晶光変調器の製造方法は、透明基板５上に対向電極４および上側の配向膜２１を形成する対向基板工程と、Ｓｉ基板７０上に駆動回路７、配線７１，７２，７３、画素電極３および下側の配向膜２２を形成する回路基板工程と、を個別に行い、その後、これらの透明基板５とＳｉ基板７０を、配向膜２１，２２同士が対面するように重ね合わせ、間に液晶材料を封入して液晶層２０を形成するセル組立工程を行う。以下、各工程の詳細について一例を説明する。
本実施形態に係る液晶光変調器は、公知のＬＣＯＳ型の液晶光変調器と同様の製造方法において、対向電極の形成時に表面（下面）に凹凸を形成する工程を追加して製造することができる。液晶光変調器の製造方法は、透明基板５上に対向電極４および上側の配向膜２１を形成する対向基板工程と、Ｓｉ基板７０上に駆動回路７、配線７１，７２，７３、画素電極３および下側の配向膜２２を形成する回路基板工程と、を個別に行い、その後、これらの透明基板５とＳｉ基板７０を、配向膜２１，２２同士が対面するように重ね合わせ、間に液晶材料を封入して液晶層２０を形成するセル組立工程を行う。以下、各工程の詳細について一例を説明する。
【0037】
対向基板工程について、図６を参照して説明する。本工程においては、図６も含め、液晶光変調器１０における下側を上として説明する。透明基板５上に、ＩＴＯ等の導電性酸化物を、対向電極４の凸部４ｒを有する部分（画素間中心）の厚さよりも厚く成膜する。この導電性酸化物膜（図中、符号「４」を付す）上に熱硬化樹脂の塗料を塗布し、形成された樹脂膜ＲＭに、図６（ａ）に示すように金型（モールド）ＭＬを押し付けて、金型ＭＬの転写面形状を樹脂膜ＲＭの表面に転写する。そして、金型ＭＬを押し付けた状態で加熱して樹脂膜ＲＭを硬化させた後、金型ＭＬを樹脂膜ＲＭから離型する。これにより、樹脂膜ＲＭの表面に、対向電極４に対応した凹凸形状が形成される。なお、樹脂膜ＲＭにＵＶ硬化樹脂を適用して、加熱に代えてＵＶ照射により樹脂膜ＲＭを硬化させてもよい。そのため、石英等のＵＶ透過率の高い材料で形成された金型ＭＬを使用し、あるいは透明基板５および対向電極（導電性酸化物膜）４のＵＶ透過率が十分に高い場合には、透明基板５の側からＵＶ照射することができる。
【0038】
図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、樹脂膜ＲＭの上から異方性エッチングを行って、樹脂膜ＲＭを完全に除去し、さらにその下の導電性酸化物膜を部分的に除去する。これにより、エッチング前の樹脂膜ＲＭの表面の凹凸形状が導電性酸化物膜の表面に転写されて、対向電極４が形成される。必要に応じて、その次に、または樹脂膜ＲＭを形成する前の導電性酸化物膜に、アニール処理を施してもよい。
【0039】
配向膜２１を対向電極４の凹凸面上に形成する。配向膜２１の材料に応じて、凹凸面であっても均一な厚さで成膜することのできる方法を適用する。有機膜を適用する場合には、例えばスピンコート法で膜材料を対向電極４上に塗布し、乾燥させる。その後、必要に応じて、配向処理を施す。
【0040】
回路基板工程について説明する。ここでは、Ｓｉ基板７０にｎ型Ｓｉ基板（ｎ－ｓｕｂ）を適用する。まず、駆動回路７のトランジスタ７ｔおよび蓄積容量７ｃを形成する領域（アクティブ領域）外のＳｉＯ2の埋込みを行い、次に、ｐ型不純物イオンを注入して、ｐ－ｗｅｌｌを画素毎に形成する。蓄積容量７ｃを形成する領域に、ｎ型不純物イオンを注入して表層に蓄積容量７ｃの下側の端子を形成し、その上に絶縁膜を形成する。一方、トランジスタ７ｔを形成する領域に、ゲート酸化膜を形成する。次に、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜で、トランジスタ７ｔのゲートと蓄積容量７ｃの上側の端子を形成する。ｎ型不純物イオンを注入して、トランジスタ７ｔのソースおよびドレインとしてｎ+拡散層を形成する。また、ｐ型不純物イオンを注入して、ｐ－ｗｅｌｌをＧＮＤに接続するためのｐ+拡散層を形成する。
【0041】
Ｓｉ基板７０上に層間絶縁膜（絶縁層６）を成膜して、この層間絶縁膜の、蓄積容量７ｃの上下の端子、トランジスタ７ｔのソース、ドレイン、ゲート、およびｐ+拡散層のそれぞれの上にホール（孔）を形成する。金属電極材料を成膜して層間絶縁膜のホールに埋め込み、さらに層間絶縁膜を成膜して、ホールやトレンチ（溝）を形成して金属電極材料を埋め込む。このように、絶縁膜の成膜および加工と金属電極材料の成膜とを繰り返して、トランジスタ７ｔのソースに接続する信号線７１、ゲートに接続する走査線７２、蓄積容量７ｃの下側の端子に接続する共通電極線７３を形成し、また、トランジスタ７ｔのドレインと蓄積容量７ｃの上側の端子とを接続する配線（接続部）を形成する。さらにこの接続部を層間絶縁膜の表面で露出させて、画素電極３を接続するコンタクト部とする。また、信号線７１等と共に遮光膜７４を形成する。必要に応じて最後に、または途中で、表面を平坦化処理する。
【0042】
層間絶縁膜上にさらに絶縁膜を画素電極３の厚さに成膜し、フォトリソグラフィとエッチングで画素電極３の形状のトレンチを形成して底にコンタクト部を露出させる。この上から金属電極材料を成膜してトレンチに埋め込んで画素電極３を形成する。その上に、配向膜２２を、配向膜２１と同様に、材料に応じた方法で均一な厚さに形成する。
【0043】
セル組立工程について説明する。液晶材料の封入方法は、液晶材料等に応じた方法が適用され、ＶＡ方式では、一般に液晶滴下充填（ＯＤＦ：one drop fill）法が適用される。まず、Ｓｉ基板７０の配向膜２２を形成した面上の周縁（画素を二次元配列した領域の外側）に、セル厚ｄに対応した厚さの枠状のシール材（図示せず）をＵＶ硬化型樹脂等で形成し、シール材の枠内に液晶材料を滴下する。真空中で、Ｓｉ基板７０の上に、シール材および液晶材料（液晶層２０）を挟んで、配向膜２１を下に向けて透明基板５を貼り合わせ、シール材を硬化させて密着させ、液晶層２０を封止する。
【0044】
（液晶光変調器の動作）
本発明に係る液晶光変調器の動作について、図７、および適宜図４を参照して説明する。明表示の画素１１，１３においては、画素電極３が＋または－（図７では＋）の電位となって、ＧＮＤ（０Ｖ）に接続された対向電極４との間に垂直方向の電界Ｅが発生する。同時に、図３４を参照して前記したように、画素電極３から外側（非開口部）へ広がって斜め方向に対向電極４へ向かう弱い電界ＥLも発生する。しかし、液晶光変調器１０では、対向電極４が、画素間中心において突出して形成されているため、この対向電極４の凸部４ｒで斜め方向の漏れ電界ＥLがブロックされて、凸部４ｒの向こう側の暗表示の画素１２にまでは到達し難い。さらに、凸部４ｒによって、非開口部における対向電極４、画素電極３間の距離が短く、低抵抗になるため、凸部４ｒが、画素１１，１３の画素電極３から電位０Ｖの画素１２の画素電極３へ向かう電界ＥIPをトラップして、この電界ＥIPを弱くする。
本発明に係る液晶光変調器の動作について、図７、および適宜図４を参照して説明する。明表示の画素１１，１３においては、画素電極３が＋または－（図７では＋）の電位となって、ＧＮＤ（０Ｖ）に接続された対向電極４との間に垂直方向の電界Ｅが発生する。同時に、図３４を参照して前記したように、画素電極３から外側（非開口部）へ広がって斜め方向に対向電極４へ向かう弱い電界ＥLも発生する。しかし、液晶光変調器１０では、対向電極４が、画素間中心において突出して形成されているため、この対向電極４の凸部４ｒで斜め方向の漏れ電界ＥLがブロックされて、凸部４ｒの向こう側の暗表示の画素１２にまでは到達し難い。さらに、凸部４ｒによって、非開口部における対向電極４、画素電極３間の距離が短く、低抵抗になるため、凸部４ｒが、画素１１，１３の画素電極３から電位０Ｖの画素１２の画素電極３へ向かう電界ＥIPをトラップして、この電界ＥIPを弱くする。
【0045】
このように、明表示の画素１１，１３の隣の（間に挟まれた）暗表示の画素１２の開口部への、液晶層２０の液晶分子２を傾斜させる漏れ電界ＥL，ＥIPの発生が抑制される。したがって、画素１２の開口部は、液晶分子２の意図しない傾斜が抑制され、クロスニコル配置の偏光子８１，８２によって十分な暗表示を得ることができる（図４（ａ）参照）。
【0046】
（液晶光変調器の変形例）
本実施形態に係る液晶光変調器１０において、対向電極４の下面は、Ｘ方向にのみ凹凸が形成されていてもよい。すなわち、図８に示すように、Ｙ方向に沿った畝状の凸部４ｒを形成された対向電極４Ａを適用することができる。Ｙ方向においては、画素長ｐYが十分に長いので、対向電極４Ａが平坦でも、暗状態の画素の画素中心近傍まで漏れ電界ＥL，ＥIPが到達し難い。さらに、Ｙ方向の漏れ電界ＥL，ＥIPを抑制するために、Ｙ方向の間隙ｌgYが広くなるように画素電極３の形状を設計することが好ましい。このような一方向に沿った凸部４ｒを有する対向電極４Ａによれば、画素電極３－対向電極４間距離が画素中心の一点に偏って大きくなく、さらに開口部高低差ｈaが小さいので、明表示の画素内のムラが抑制され、また、製造が容易である。また、凸部４ｒのＹ方向の幅ｗrYをＸ方向に合わせてもよい（ｐX＝ｗrX＝ｗrY＜ｐY）。すなわち、図９に示すように、画素中心にＹ方向に沿った水平な凹稜線を有する、二等辺三角形と等脚台形を２面ずつ内壁面とする、寄棟屋根の形状の凹部を下面に有する対向電極４Ｂを適用することができる。このような対向電極４Ｂを備えることで、Ｘ，Ｙ方向共に漏れ電界ＥL，ＥIPが抑制され、さらに、図８に示す前記変形例と同様に、開口部高低差ｈaが小さく、明表示の画素内のムラが抑制される。
本実施形態に係る液晶光変調器１０において、対向電極４の下面は、Ｘ方向にのみ凹凸が形成されていてもよい。すなわち、図８に示すように、Ｙ方向に沿った畝状の凸部４ｒを形成された対向電極４Ａを適用することができる。Ｙ方向においては、画素長ｐYが十分に長いので、対向電極４Ａが平坦でも、暗状態の画素の画素中心近傍まで漏れ電界ＥL，ＥIPが到達し難い。さらに、Ｙ方向の漏れ電界ＥL，ＥIPを抑制するために、Ｙ方向の間隙ｌgYが広くなるように画素電極３の形状を設計することが好ましい。このような一方向に沿った凸部４ｒを有する対向電極４Ａによれば、画素電極３－対向電極４間距離が画素中心の一点に偏って大きくなく、さらに開口部高低差ｈaが小さいので、明表示の画素内のムラが抑制され、また、製造が容易である。また、凸部４ｒのＹ方向の幅ｗrYをＸ方向に合わせてもよい（ｐX＝ｗrX＝ｗrY＜ｐY）。すなわち、図９に示すように、画素中心にＹ方向に沿った水平な凹稜線を有する、二等辺三角形と等脚台形を２面ずつ内壁面とする、寄棟屋根の形状の凹部を下面に有する対向電極４Ｂを適用することができる。このような対向電極４Ｂを備えることで、Ｘ，Ｙ方向共に漏れ電界ＥL，ＥIPが抑制され、さらに、図８に示す前記変形例と同様に、開口部高低差ｈaが小さく、明表示の画素内のムラが抑制される。
【0047】
〔液晶表示装置〕
本発明の第１実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器１０は、一般的な反射型の液晶光変調器と同様に液晶表示装置に使用される。図１０に示すように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００は、液晶光変調器１０、および液晶光変調器１０の上側に配置された偏光板（偏光子）８１を備え、偏光板８１の上方から光を照射されて、同じく偏光板８１の上方に画像を表示する。液晶表示装置１００はさらに、液晶光変調器１０と偏光板８１の間に位相差板８３を備えることが好ましい。また、液晶光変調器１０の画素の非開口部を遮光するように、格子状のブラックマトリクスを備えてもよい（図示せず）。フルカラー表示装置とする場合には、ブラックマトリクスと共にカラーフィルタを備える（図示せず）。カラーフィルタおよびブラックマトリクスは、液晶光変調器１０の透明基板５上に配置されてもよいし、対向電極４の形成前に透明基板５の下面に形成されていてもよい。液晶表示装置１００に照射する光は、外光やレーザー光等、用途に応じて選択される。
本発明の第１実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器１０は、一般的な反射型の液晶光変調器と同様に液晶表示装置に使用される。図１０に示すように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００は、液晶光変調器１０、および液晶光変調器１０の上側に配置された偏光板（偏光子）８１を備え、偏光板８１の上方から光を照射されて、同じく偏光板８１の上方に画像を表示する。液晶表示装置１００はさらに、液晶光変調器１０と偏光板８１の間に位相差板８３を備えることが好ましい。また、液晶光変調器１０の画素の非開口部を遮光するように、格子状のブラックマトリクスを備えてもよい（図示せず）。フルカラー表示装置とする場合には、ブラックマトリクスと共にカラーフィルタを備える（図示せず）。カラーフィルタおよびブラックマトリクスは、液晶光変調器１０の透明基板５上に配置されてもよいし、対向電極４の形成前に透明基板５の下面に形成されていてもよい。液晶表示装置１００に照射する光は、外光やレーザー光等、用途に応じて選択される。
【0048】
偏光板８１は、外部から入射された自然光を１つの偏光成分の光（１つの向きの直線偏光）として液晶光変調器１０に入射するとともに、液晶光変調器１０から出射した光から、前記の向きの偏光を透過して表示させる。液晶表示装置１００においては、偏光板８１は、透過軸を９０°（Ｙ方向）（吸収軸を０°）にして配置され、振動方向９０°の直線偏光を透過させる。
【0049】
位相差板８３は、液晶層２０による光の位相差を補償するために設けられ、λ／２位相差板（１／２波長板）やλ／４位相差板（１／４波長板）が適用される。液晶は、その液晶分子の光学的異方性のために、液晶分子の向きによって屈折率が変化する。具体的には、液晶層２０は、図４（ａ）に示すように液晶分子２が垂直方向のときには、偏光成分による位相差δが０であるのに対し、液晶分子２が傾斜していると位相差を生じる。ここでは、図４（ｂ）に示すように液晶分子２が水平方向のときには、位相差δをλ／４とする。本実施形態においては、液晶層２０に位相差が生じている状態で明表示されるので、角度による位相差変化を生じ、視野角が狭くなる。そこで、液晶層２０による位相差を位相差板８３で補償することが好ましい。ここでは、位相差板８３は、λ／４位相差板とし、遅相軸を４５°にして配置される。
【0050】
（液晶表示装置の動作）
本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。まず、暗状態の画素１（図４（ａ）参照）における動作を説明する。上方から入射した自然光は、偏光板８１によってＹ方向の直線偏光となり、この直線偏光が位相差板８３によって、左回りの円偏光に変換される。この円偏光が、透明基板５および対向電極４を透過して、液晶層２０に進入する。液晶層２０は液晶分子２が垂直方向であるため、左回りの円偏光はそのままの状態で透過し、画素電極３に到達する。左回りの円偏光は、画素電極３で反射する際に右回りの円偏光となって、再び液晶層２０を透過し、さらに対向電極４および透明基板５を透過して、位相差板８３に進入する。位相差板８３は、右回りの円偏光をＸ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１で遮光されて出射しない。
本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。まず、暗状態の画素１（図４（ａ）参照）における動作を説明する。上方から入射した自然光は、偏光板８１によってＹ方向の直線偏光となり、この直線偏光が位相差板８３によって、左回りの円偏光に変換される。この円偏光が、透明基板５および対向電極４を透過して、液晶層２０に進入する。液晶層２０は液晶分子２が垂直方向であるため、左回りの円偏光はそのままの状態で透過し、画素電極３に到達する。左回りの円偏光は、画素電極３で反射する際に右回りの円偏光となって、再び液晶層２０を透過し、さらに対向電極４および透明基板５を透過して、位相差板８３に進入する。位相差板８３は、右回りの円偏光をＸ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１で遮光されて出射しない。
【0051】
次に、明状態の画素１（図４（ｂ）参照）における動作を説明する。暗状態の画素１と同様に、液晶層２０には上方から左回りの円偏光が進入し、液晶層２０は左回りの円偏光をＸ方向の直線偏光に変換して透過させる。直線偏光は、画素電極３で反射する際に状態が変化せず、下方から再び液晶層２０に進入する。そして、液晶層２０はＸ方向の直線偏光を左回りの円偏光に戻し、位相差板８３がＹ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１を透過して出射する。
【0052】
このように、反射型の液晶光変調器１０を備える液晶表示装置１００は、１枚の偏光板８１を備えて、自然光を入射して、明表示に選択した画素から光を取り出すことができる。さらに液晶表示装置１００は、位相差板８３を備えることにより、視野角を広く表示することができる。
【0053】
〔ホログラフィ装置〕
本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００は、ホログラフィ装置に使用することができる。図１１に示すように、本発明の実施形態に係るホログラフィ装置２００は、液晶表示装置１００と、液晶表示装置１００の液晶光変調器１０を駆動する駆動部９１と、液晶表示装置１００に光を照射する光源装置９２と、液晶表示装置１００からの出射光を再生像ＶＩとする出力光学系９６を備える。駆動部９１は、電界Ｅを発生させる電源を備え、外部からの信号により信号線７１および走査線７２を選択する。光源装置９２は、レーザー光源９３およびコリメータレンズ９４を備え、液晶表示装置１００に平行光を照射する。出力光学系９６は、液晶表示装置１００の寸法や再生する像ＶＩの寸法等に応じて、レンズやマイクロレンズを二次元配列したレンズアレイを１ないし複数備える（図１１では２つのレンズを示す）。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００は、ホログラフィ装置に使用することができる。図１１に示すように、本発明の実施形態に係るホログラフィ装置２００は、液晶表示装置１００と、液晶表示装置１００の液晶光変調器１０を駆動する駆動部９１と、液晶表示装置１００に光を照射する光源装置９２と、液晶表示装置１００からの出射光を再生像ＶＩとする出力光学系９６を備える。駆動部９１は、電界Ｅを発生させる電源を備え、外部からの信号により信号線７１および走査線７２を選択する。光源装置９２は、レーザー光源９３およびコリメータレンズ９４を備え、液晶表示装置１００に平行光を照射する。出力光学系９６は、液晶表示装置１００の寸法や再生する像ＶＩの寸法等に応じて、レンズやマイクロレンズを二次元配列したレンズアレイを１ないし複数備える（図１１では２つのレンズを示す）。
【0054】
図１１に示すホログラフィ装置２００は、入射光と出射光の光路が一致しないように、液晶表示装置１００に入射光が少し傾斜して入射されるように光源装置９２が配置され、これに合わせて出力光学系９６が配置されている。液晶表示装置１００の入射面に垂直に光を照射する（入射角０°）場合には、光源装置９２または出力光学系９６がビームスプリッタ（ハーフミラー）を備えて、入射光または出射光を反射させる構成とする。
【0055】
以上のように、本発明の第１実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器によれば、微細化した画素を備え、かつ電界クロストークが抑制されるため、暗表示の画素に黒浮きを生じず、高コントラストに表示される液晶表示装置が得られる。そして、高精細な液晶表示装置を使用したホログラフィ装置によれば、明るい再生像が広い視域角で得られる。
【0056】
〔第２実施形態：液晶光変調器〕
第１実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器は、対向電極の液晶層側の面全体が傾斜面であるため、暗表示の質を向上させようと対極電極の凸部を高く形成すると、画素の中心と開口部周縁とで画素電極－対向電極間距離の差が大きくなって、明表示の画素における輝度ムラが大きくなり、実効的な開口部が縮小される。そこで、第１実施形態と同様に暗表示の画素の黒浮きを防止しつつ、明表示の画素の輝度ムラを抑制する。以下、第２実施形態に係る液晶光変調器について説明する。第１実施形態（図１～９参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
第１実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器は、対向電極の液晶層側の面全体が傾斜面であるため、暗表示の質を向上させようと対極電極の凸部を高く形成すると、画素の中心と開口部周縁とで画素電極－対向電極間距離の差が大きくなって、明表示の画素における輝度ムラが大きくなり、実効的な開口部が縮小される。そこで、第１実施形態と同様に暗表示の画素の黒浮きを防止しつつ、明表示の画素の輝度ムラを抑制する。以下、第２実施形態に係る液晶光変調器について説明する。第１実施形態（図１～９参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【0057】
図１２に示すように、本発明の第２実施形態に係る液晶光変調器１０Ａは、対向電極（透明電極膜）４Ｃを除いて、図１および図２に示す第１実施形態に係る液晶光変調器１０と同一の構造である。さらに対向電極４Ｃは、下面の形状が異なる以外は、第１実施形態の対向電極４と同一の構造である。
【0058】
（対向電極）
対向電極４Ｃは、液晶層２０に対面する下面が凹凸面であり、図１３に下面を上に向けて示すように、四角錐台の４側面の等脚台形を内壁面とし、上底面を底面とする凹部が画素毎に形成されている。したがって、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれにおける画素間中心線（図１３に一点鎖線で表す）上に凸稜線を有し、一方、画素中心を内包する水平面を有する。言い換えると、対向電極４Ｃの下面の凹凸は、第１実施形態と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに沿った畝状の凸部４ｒを画素間に有し、この凸部４ｒの断面形状は、底辺を上（透明基板５の側）に向けた二等辺三角形となる。ただし、本実施形態では、凸部４ｒの幅ｗrX，ｗrYが、それぞれ画素長ｐX，ｐYよりも短く（ｐX＞ｗrX、ｐY＞ｗrY）、また、Ｘ，Ｙ方向で同じ長さとする（ｗrX＝ｗrY＝ｗr）。
対向電極４Ｃは、液晶層２０に対面する下面が凹凸面であり、図１３に下面を上に向けて示すように、四角錐台の４側面の等脚台形を内壁面とし、上底面を底面とする凹部が画素毎に形成されている。したがって、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれにおける画素間中心線（図１３に一点鎖線で表す）上に凸稜線を有し、一方、画素中心を内包する水平面を有する。言い換えると、対向電極４Ｃの下面の凹凸は、第１実施形態と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに沿った畝状の凸部４ｒを画素間に有し、この凸部４ｒの断面形状は、底辺を上（透明基板５の側）に向けた二等辺三角形となる。ただし、本実施形態では、凸部４ｒの幅ｗrX，ｗrYが、それぞれ画素長ｐX，ｐYよりも短く（ｐX＞ｗrX、ｐY＞ｗrY）、また、Ｘ，Ｙ方向で同じ長さとする（ｗrX＝ｗrY＝ｗr）。
【0059】
本実施形態においても、対向電極４Ｃが、画素間中心で突出するように形成されていることにより、電界の漏れが抑制される（図７参照）。一方で、凸部４ｒが画素全体に形成されずに、対向電極４Ｃの下面が画素中央部に水平面を有しているので、凸部４ｒの高さｈが大きくても開口部高低差ｈaが小さく、明表示の画素内のムラが抑制される。特に好ましくは、凸部４ｒの幅ｗrが画素電極３，３の間隙ｌg以下（ｗr≦ｌg）、すなわち、凸部４ｒが非開口部に限定して設けられ、対向電極４Ｃの下面が開口部全体において水平面で開口部高低差ｈaが０である。このような対向電極４Ｃによれば、凸部４ｒのアスペクト比が高くても、無電界時に、開口部における対向電極４Ｃの近傍の液晶分子２が傾斜しない。したがって、対向電極４Ｃや配向膜２１の形成が困難にならない範囲で、凸部４ｒの高さｈを大きく設計することができる。すなわち、第１実施形態と同様に、凸部４ｒのアスペクト比が１以下（ｈ≦ｗr）であることが好ましい。また、凸部４ｒが間隙ｌgを超える幅ｗr（ｗr＞ｌg）で開口部に及んで設けられる場合には、アスペクト比１／２以下（２ｈ≦ｗr）であることがより好ましく、１／３以下（３ｈ≦ｗr）であることがさらに好ましい。また、凸部４ｒは、Ｘ方向とＹ方向とで幅ｗrX，ｗrYが異なっていてもよい。
【0060】
（液晶光変調器の変形例）
本実施形態に係る液晶光変調器１０Ａにおいても、対向電極４Ｃの下面は、Ｘ方向にのみ凹凸が形成されていてもよい。すなわち、図１４に示すように、Ｙ方向に沿った畝状の凸部４ｒを形成された対向電極４Ｄを適用することができる。また、図１５に示すように、凸部４ｒの頂部にも水平面を備えて、断面形状を等脚台形としてもよい。このような対向電極４Ｅの凸部４ｒの頂部の幅は、幅ｗrよりも小さいものとし、凸部４ｒの傾斜面（対向電極４Ｅの下面）の勾配が２以下となるように、（ｗr－ｈ）以下であることが好ましい。また、凸部４ｒの頂部の幅は、画素電極３，３の間隙ｌgよりも小さいことが好ましい。
本実施形態に係る液晶光変調器１０Ａにおいても、対向電極４Ｃの下面は、Ｘ方向にのみ凹凸が形成されていてもよい。すなわち、図１４に示すように、Ｙ方向に沿った畝状の凸部４ｒを形成された対向電極４Ｄを適用することができる。また、図１５に示すように、凸部４ｒの頂部にも水平面を備えて、断面形状を等脚台形としてもよい。このような対向電極４Ｅの凸部４ｒの頂部の幅は、幅ｗrよりも小さいものとし、凸部４ｒの傾斜面（対向電極４Ｅの下面）の勾配が２以下となるように、（ｗr－ｈ）以下であることが好ましい。また、凸部４ｒの頂部の幅は、画素電極３，３の間隙ｌgよりも小さいことが好ましい。
【0061】
さらに別の変形例として、図１６に示すように、高アスペクト比で幅（ｗr1X，ｗr1Y）の狭い凸部４ｒ1を、比較的アスペクト比が低く画素中心まで設けられた凸部４ｒ2に積み重ねた２段構造の凸部４ｒを形成された対向電極４Ｆを適用することができる。凸部４ｒ1は、画素間中心上に凸稜線を有し、幅ｗr1X，ｗr1Y（適宜まとめて、幅ｗr1）が画素長ｐX，ｐYよりも小さく（ｗr1X＜ｐX、ｗr1Y＜ｐY）、好ましくは画素電極３，３の間隙ｌg以下（ｗr1≦ｌg）、すなわち非開口部に限定して設けられる。凸部４ｒ2は、第１実施形態の対向電極４（図５参照）の凸部４ｒのように、四角錐の４側面で構成され、画素中心に凹頂点を有する。対向電極４Ｆは、当該対向電極４Ｆおよび配向膜２１の形成を困難にすることなく凸部４ｒの高さｈを大きく設計することができて、電界の漏れを抑制する効果を高くし、かつ、開口部における下面の勾配が緩いので、無電界時に対向電極４Ｆの近傍の液晶分子２が傾斜しない。そのために、対向電極４Ｆは、凸部４ｒ1のアスペクト比が１以下であることが好ましく、凸部４ｒ2のアスペクト比が１／２以下（下面の勾配が１以下）であることが好ましく、１／３以下（下面の勾配が２／３以下）であることがより好ましい。
【0062】
第２実施形態およびその変形例の対向電極４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆは、第１実施形態と同様に、透明電極材料をナノインプリントリソグラフィとエッチングによって加工して形成することができる。
【0063】
第２実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器１０Ａは、第１実施形態に係る液晶光変調器１０と同様に、液晶表示装置１００に使用され（図１０参照）、さらにこの液晶表示装置１００は、ホログラフィ装置２００に使用することができる（図１１参照）。
【0064】
以上のように、本発明の第２実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器によれば、第１実施形態と同様に、微細化した画素を備えて、暗表示の画素に黒浮きを生じず、高コントラストに表示される液晶表示装置が得られ、さらに、実効的な開口率が広くなり、明表示の画素が高輝度となる。
【0065】
〔第３実施形態：液晶光変調器〕
第１、第２実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器は、反射型の空間光変調器であるが、透過型の空間光変調器とすることもできる。以下、第３実施形態に係る液晶光変調器について説明する。第１、第２実施形態（図１～１６参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
第１、第２実施形態およびその変形例に係る液晶光変調器は、反射型の空間光変調器であるが、透過型の空間光変調器とすることもできる。以下、第３実施形態に係る液晶光変調器について説明する。第１、第２実施形態（図１～１６参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【0066】
本発明の第３実施形態に係る液晶光変調器１０Ｂは、図１７に示すように、液晶層２０、液晶層２０を上下から挟む、対向電極（透明電極膜）４Ｅと画素毎に設けられた画素電極３Ａ、画素電極３Ａに接続する駆動回路７（図４参照）を上に備える透明基板５Ｂ、ならびに最上層の透明基板５Ａを備える。液晶光変調器１０Ｂはさらに、液晶層２０の上下にそれぞれ接触して設けられた配向膜２１，２２、透明基板５Ｂ上でＹ方向に延設した信号線７１ならびにＸ方向に延設した走査線７２および共通電極線７３Ａ（適宜まとめて、配線７１，７２，７３Ａ）と、画素電極３Ａおよび配線７１，７２，７３Ａの層間等を絶縁する絶縁層６を備える。本実施形態に係る液晶光変調器１０Ｂは、下方から入射された光を透過して上方へ出射し、その際に選択された画素において光の偏光方向を変化させる透過型の空間光変調器である。そのため、液晶光変調器１０Ｂにおいては、画素電極３Ａが、光を透過するように透明電極材料で形成される。そして、Ｓｉ基板７０に代えて透明基板５Ｂを備え、透明基板５Ｂ上に駆動回路７（トランジスタ７ｔ、蓄積容量７ｃ）が形成される。また、液晶層２０は、１回（片道で）透過した光を９０°旋光させる厚さｄであることが好ましい。
【0067】
対向電極４Ｅは、第２実施形態の変形例で説明した通りの形状である（図１５参照）。本実施形態においては、被成膜面に凹凸を形成された透明基板５Ａに、透明電極材料を一様な厚さに成膜して対向電極４Ｅが形成されている。画素電極３Ａは、対向電極４Ｅと同様に、導電性酸化物で形成され、公知の方法により成膜、フォトリソグラフィおよびエッチング等により所望の平面視形状に加工される。本実施形態において、画素電極３Ａは、トランジスタ７ｔを形成される領域を避けて形成され、矩形の１隅を切欠いた平面視形状とする。
【0068】
透明基板５Ａ、および下側の透明基板５Ｂは、第１実施形態の透明基板５と同様に公知の透明基板材料が適用される。また、透明基板５Ａは、前記したように対向電極４Ｅ側の面に凹凸が形成されるため、透明な樹脂を適用してもよく、あるいはガラス基板等に樹脂を積層してもよい。一方、透明基板５Ｂは、駆動回路７、特にトランジスタ７ｔの半導体材料を形成するための耐熱性を有する材料を適用する。
【0069】
トランジスタ７ｔは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなり、ＴＦＴの半導体材料として、酸化物半導体、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）等が挙げられる。トランジスタ７ｔは、微細化のために、比較的高い電子移動度を示す酸化物半導体やｐｏｌｙ－Ｓｉを適用することが好ましい。液晶光変調器１０Ｂにおいて、トランジスタ７ｔは画素の隅に配置され、この領域には光が入射しないように構成される。蓄積容量７ｃは、画素電極３Ａの下の層間絶縁膜（絶縁層６）を、さらにその下に形成した共通電極線７３Ａと画素電極３Ａとで挟んだ積層構造とする。ここでは、画素の開口率を低下させないように、共通電極線７３Ａが透明電極材料で形成されているが、配置等によっては金属電極材料を適用されていてもよい。信号線７１および走査線７２は、平面視で画素間（非開口部）に配置される。
【0070】
（液晶光変調器の製造方法）
本実施形態に係る液晶光変調器は、公知の透過型の液晶光変調器と同様の製造方法において、対向電極の成膜前に、透明基板５Ａの表面（下面）に凹凸を形成する工程を追加して製造することができる。液晶光変調器の製造方法は、透明基板５Ａ上に対向電極４Ｅおよび上側の配向膜２１を形成する対向基板工程と、透明基板５Ｂ上に駆動回路７、配線７１，７２，７３Ａ、画素電極３Ａおよび下側の配向膜２２を形成する回路基板工程と、を個別に行い、その後、これらの透明基板５Ａと透明基板５Ｂを、配向膜２１，２２同士が対面するように重ね合わせ、間に液晶材料を封入して液晶層２０を形成するセル組立工程を行って完成となる。セル組立工程は、第１実施形態と同様である。以下、対向基板工程および回路基板工程の詳細について一例を説明する。
本実施形態に係る液晶光変調器は、公知の透過型の液晶光変調器と同様の製造方法において、対向電極の成膜前に、透明基板５Ａの表面（下面）に凹凸を形成する工程を追加して製造することができる。液晶光変調器の製造方法は、透明基板５Ａ上に対向電極４Ｅおよび上側の配向膜２１を形成する対向基板工程と、透明基板５Ｂ上に駆動回路７、配線７１，７２，７３Ａ、画素電極３Ａおよび下側の配向膜２２を形成する回路基板工程と、を個別に行い、その後、これらの透明基板５Ａと透明基板５Ｂを、配向膜２１，２２同士が対面するように重ね合わせ、間に液晶材料を封入して液晶層２０を形成するセル組立工程を行って完成となる。セル組立工程は、第１実施形態と同様である。以下、対向基板工程および回路基板工程の詳細について一例を説明する。
【0071】
対向基板工程について説明する。本実施形態においては、透明基板５Ａの表面（下面）を加工して凹凸形状を形成する。透明基板５Ａは、第１実施形態の対向電極４の形成と同様に、ナノインプリントリソグラフィとエッチングによって加工して形成することができる（図６参照）。あるいは、樹脂材料を適用して、金型で直接に凹凸を転写して成型することもできる。透明基板５Ａの形成後、その凹凸面上に導電性酸化物を成膜して対向電極４Ｅを形成する。対向電極４Ｅ上に、第１実施形態と同様に、配向膜２１を材料に応じた方法で均一な厚さに形成する。
【0072】
回路基板工程について説明する。透明基板５Ｂ上に非晶質Ｓｉ（ａ－Ｓｉ）をＣＶＤ法等で成膜し、６００℃程度のアニール処理でａ－Ｓｉ膜をｐｏｌｙ－Ｓｉに結晶化する。ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜を加工して、トランジスタ７ｔのソースとドレインを形成する。その上に絶縁膜を成膜して、トランジスタ７ｔのゲート絶縁膜とする。ゲート絶縁膜上に、金属電極材料を成膜、加工して、トランジスタ７ｔのゲートおよび走査線７２を形成する。また、透明電極材料を成膜、加工して共通電極線７３Ａを形成する。ゲートの上からトランジスタ７ｔのｐｏｌｙ－Ｓｉ膜に不純物を注入する。次に、層間絶縁膜を成膜して、コンタクトホールを形成する。層間絶縁膜上に金属電極材料を成膜、加工して、信号線７１を形成する。さらに層間絶縁膜を成膜して、コンタクトホールを形成する。層間絶縁膜上に透明電極材料を成膜、加工して、画素電極３Ａを形成する。その上に、配向膜２２を形成する。
【0073】
本実施形態に係る液晶光変調器１０Ｂの動作は、図７を参照して説明した第１実施形態と同様である。また、対向電極４Ｅに代えて、対向電極４，４Ａ～４Ｄ，４Ｆを適用することができる。
【0074】
〔液晶表示装置〕
本発明の第３実施形態に係る液晶光変調器１０Ｂは、一般的な透過型の液晶光変調器と同様に液晶表示装置に使用される。図１８に示すように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００Ａは、液晶光変調器１０Ｂ、ならびに、液晶光変調器１０Ｂの上側に配置された偏光板（偏光子）８１および下側に配置された偏光板（偏光子）８２を備え、偏光板８２の下方から光を照射されて、偏光板８１の上方に画像を表示する。あるいは、液晶表示装置１００Ａは、上方から光を照射されて、下方に画像を表示することもできる。液晶表示装置１００Ａはさらに、液晶光変調器１０Ｂと偏光板８１，８２とのそれぞれの間に位相差板８３，８４を備えることが好ましい。また、液晶光変調器１０Ｂの画素の非開口部を遮光するように、格子状のブラックマトリクスを備えてもよい（図示せず）。フルカラー表示装置とする場合には、ブラックマトリクスと共にカラーフィルタを備える（図示せず）。カラーフィルタおよびブラックマトリクスは、液晶光変調器１０Ｂの表示側に配置する。液晶表示装置１００Ａに照射する光は、外光やレーザー光等、用途に応じて選択される。
本発明の第３実施形態に係る液晶光変調器１０Ｂは、一般的な透過型の液晶光変調器と同様に液晶表示装置に使用される。図１８に示すように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００Ａは、液晶光変調器１０Ｂ、ならびに、液晶光変調器１０Ｂの上側に配置された偏光板（偏光子）８１および下側に配置された偏光板（偏光子）８２を備え、偏光板８２の下方から光を照射されて、偏光板８１の上方に画像を表示する。あるいは、液晶表示装置１００Ａは、上方から光を照射されて、下方に画像を表示することもできる。液晶表示装置１００Ａはさらに、液晶光変調器１０Ｂと偏光板８１，８２とのそれぞれの間に位相差板８３，８４を備えることが好ましい。また、液晶光変調器１０Ｂの画素の非開口部を遮光するように、格子状のブラックマトリクスを備えてもよい（図示せず）。フルカラー表示装置とする場合には、ブラックマトリクスと共にカラーフィルタを備える（図示せず）。カラーフィルタおよびブラックマトリクスは、液晶光変調器１０Ｂの表示側に配置する。液晶表示装置１００Ａに照射する光は、外光やレーザー光等、用途に応じて選択される。
【0075】
偏光板８１，８２は共に、液晶表示装置１００の偏光板８１と同様の構造であり、液晶表示装置１００Ａにおいては、互いにクロスニコル配置する。上側すなわち光の出射側の偏光板８１は、透過軸を９０°（Ｙ方向）（吸収軸を０°）にして配置され、振動方向９０°の直線偏光を透過させる。一方、下側の偏光板８２は、透過軸を０°（Ｘ方向）（吸収軸を９０°）にして配置され、振動方向０°の直線偏光を透過させる。位相差板８３，８４は共に、液晶表示装置１００の位相差板８３と同様の構造であり、同じくλ／４位相差板（１／４波長板）を適用する。位相差板８３は遅相軸を４５°にして、位相差板８４は遅相軸を１３５°にして、それぞれ配置される
【0076】
（液晶表示装置の動作）
本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。まず、暗状態の画素１（図４（ａ）参照）における動作を説明する。下方から入射した自然光は、偏光板８２によってＸ方向の直線偏光となり、この直線偏光が位相差板８４によって、右回りの円偏光に変換される。この円偏光が、透明基板５Ｂおよび画素電極３Ａ等を透過して、液晶層２０に進入する。液晶層２０は液晶分子２が垂直方向であるため、右回りの円偏光はそのままの状態で透過し、対向電極４Ｅおよび透明基板５Ａを透過して、位相差板８３に進入する。位相差板８３は、右回りの円偏光をＸ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１で遮光されて出射しない。
本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。まず、暗状態の画素１（図４（ａ）参照）における動作を説明する。下方から入射した自然光は、偏光板８２によってＸ方向の直線偏光となり、この直線偏光が位相差板８４によって、右回りの円偏光に変換される。この円偏光が、透明基板５Ｂおよび画素電極３Ａ等を透過して、液晶層２０に進入する。液晶層２０は液晶分子２が垂直方向であるため、右回りの円偏光はそのままの状態で透過し、対向電極４Ｅおよび透明基板５Ａを透過して、位相差板８３に進入する。位相差板８３は、右回りの円偏光をＸ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１で遮光されて出射しない。
【0077】
次に、明状態の画素１（図４（ｂ）参照）における動作を説明する。暗状態の画素１と同様に、液晶層２０には下方から右回りの円偏光が進入し、ここでは、液晶層２０は右回りの円偏光を左回りの円偏光に変換して透過させる。そして、位相差板８３が左回りの円偏光をＹ方向の直線偏光に変換するため、直線偏光が偏光板８１を透過して出射する。
【0078】
このように、透過型の液晶光変調器１０Ｂを備える液晶表示装置１００Ａは、２枚の偏光板８１，８２を両側に備えて、自然光を入射して、明表示に選択した画素から光を取り出すことができる。さらに液晶表示装置１００Ａは、位相差板８３，８４を備えることにより、視野角を広く表示することができる。なお、液晶光変調器１０Ｂは、一方の面に反射膜を設けたり、透明基板５Ｂを反射基板としたりして、反射型の液晶光変調器として、液晶表示装置１００（図１０参照）に使用されてもよい。
【0079】
〔ホログラフィ装置〕
本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００Ａは、液晶表示装置１００と同様に、図１１に示すホログラフィ装置２００に使用することができる。本実施形態では、光源装置９２と出力光学系９６が、間に液晶表示装置１００Ａを挟んで正対して配置される。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００Ａは、液晶表示装置１００と同様に、図１１に示すホログラフィ装置２００に使用することができる。本実施形態では、光源装置９２と出力光学系９６が、間に液晶表示装置１００Ａを挟んで正対して配置される。
【実施例】
【0080】
本発明の効果を確認するために、シミュレーションにより、本発明の第１、第２実施形態に係る液晶光変調器を模擬したサンプルの光出力特性を観察した。
【0081】
サンプルは、共通の仕様として、下から順に、Ｓｉ基板、ＳｉＯ2膜、膜厚１００ｎｍのＡｌ（画素電極）、垂直配向膜、ＶＡ液晶（液晶層）、垂直配向膜、ＩＴＯ膜（対向電極）、ガラス基板とした。対向電極（ＩＴＯ膜）の厚さは、最薄部で２０ｎｍとした。また、図１９で座標平面上に示すように、画素サイズ（ピッチ）は１μｍ×２μｍ（ｐX＝１μｍ、ｐY＝２μｍ）とし、画素電極（同図に太線枠で表す）は０．５８μｍ×１．５８μｍ（ｌg＝０．４２μｍ）とした。サンプル毎に液晶層の厚さおよび対向電極の形状を変えて、シミュレーションを実行した。シミュレーション上、膜厚１００ｎｍのＡｌ（画素電極）の反射率は１００％とみなして計算した。
【0082】
（実施例１）
図５に示す対向電極（ｗrX＝ｐX＝１μｍ、ｗrY＝ｐY＝２μｍ）を備えた液晶光変調器（図１参照）のサンプルについて観察した。表１に示すように、液晶層の厚さ（画素中心における厚さ、セル厚ｄ）を１μｍとし、対向電極の凸部の高さ（高低差）ｈを１００ｎｍから９００ｎｍまで１００ｎｍ刻みで変化させたサンプル（Ｎｏ．１～９）、セル厚ｄを１．５μｍ、対向電極の凸部の高さｈを５００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１１）、セル厚ｄを２μｍ、対向電極の凸部の高さｈを５００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１２）を設定した。なお、対向電極の下面の稜線を、図１９に破線で表す。
図５に示す対向電極（ｗrX＝ｐX＝１μｍ、ｗrY＝ｐY＝２μｍ）を備えた液晶光変調器（図１参照）のサンプルについて観察した。表１に示すように、液晶層の厚さ（画素中心における厚さ、セル厚ｄ）を１μｍとし、対向電極の凸部の高さ（高低差）ｈを１００ｎｍから９００ｎｍまで１００ｎｍ刻みで変化させたサンプル（Ｎｏ．１～９）、セル厚ｄを１．５μｍ、対向電極の凸部の高さｈを５００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１１）、セル厚ｄを２μｍ、対向電極の凸部の高さｈを５００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１２）を設定した。なお、対向電極の下面の稜線を、図１９に破線で表す。
【0083】
また、図８に示す対向電極（ｗrX＝ｐX＝１μｍ、ｗrY＝０）を備えた液晶光変調器のサンプルについて観察した。セル厚ｄを１μｍ、対向電極の凸部の高さｈを３００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１０）を設定した。さらに、凸部のない厚さ２０ｎｍの対向電極（ｈ＝０、ｗr＝０）を備えた液晶光変調器のサンプル（図３４参照）を比較例１～３として、セル厚ｄを１μｍ、１．５μｍ、２μｍ（Ｒｅｆ．１，２，３）に設定した。
【0084】
【表1】
【0085】
図１９に示すように、対角線上に２画素ずつ、ＯＮ（印加電圧５Ｖ）、ＯＦＦ（０Ｖ）として、液晶シミュレータ（LCDMaster、シンテック社製）を用いて、電位分布と液晶配向を求めた。さらに、サンプルの上方にクロスニコル配置した２枚の偏光板を介在させて波長６３３ｎｍのレーザー光を入射したときの反射率の平面分布を求めた。
【0086】
Ｎｏ．３（ｈ＝３００ｎｍ）および比較例１について、電位分布と液晶配向を、図２０および図２１に示す。また、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１０、および比較例１について、反射率の二次元分布図を図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。Ｎｏ．１１および比較例２について、電位分布と液晶配向を図２３および図２４に、反射率の二次元分布図を図２５（ａ）、（ｂ）に示す。また、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、および比較例１～３について、反射率の分布を図２６に示す。
【0087】
電位分布と液晶配向は、ＯＦＦとＯＮの画素の各中心を通るＸ方向に沿った（Ｙ＝１．０μｍ、図１９の一点鎖線上）断面におけるものを示し、さらに対向電極と画素電極を点線で表す。電位分布図の等電位線は、０．５Ｖ刻みであり、一部に電位（単位：Ｖ）を付す。反射率分布は、前記一点鎖線上の分布である。
【0088】
Ｎｏ．１～１０および比較例１（ｈ＝０）より、暗表示（ＯＦＦ）と明表示（ＯＮ）の各画素の中心（Ｘ＝０．５μｍ、１．５μｍ）における反射率およびコントラスト比の凸部の高さ依存性のグラフを図２７に示す。なお、明表示の画素における反射率は、線形グラフでも表す。
【0089】
対向電極が平坦な比較例１では、図２１に示すように暗表示の画素で電界クロストークを生じ、図２２（ｃ）に示すように暗表示の画素が十分に暗くならなかった。これに対して、対向電極に凸部が形成されているＮｏ．３およびＮｏ．１０は、図２０に示すように暗表示の画素で斜め方向、横方向の双方で電界クロストークが抑制され、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように暗表示の画素が暗くなった。さらに、図２６に示すように、対向電極の凸部の有無による暗表示の画素における反射率の違いは明らかである。また、図２７に示すように、対向電極の凸部の高さｈが大きいほど、暗表示の画素が暗くなって０％に近付いた。一方で、明表示の画素も暗くなったが、コントラスト比としては向上した。なお、Ｎｏ．３とＮｏ．１０とで、Ｘ方向における反射率の分布にほとんど違いが見られなかった。
【0090】
ｄ＝１．５μｍのＮｏ．１１および比較例２についても、ｄ＝１μｍのＮｏ．３および比較例１と同様の傾向が確認された。ただし、比較例２は、図２４および図２５（ｂ）に示すように、比較例１よりも電界クロストークが大きく、暗表示の画素が明るかった。そのため、対向電極の凸部の高さｈがセル厚比でＮｏ．３以上のＮｏ．１１でも、図２３および図２５（ａ）に示すように、暗表示の画素の電界クロストークが十分に抑制されず、比較例２よりは十分に暗いものの、Ｎｏ．３には及ばなかった。さらに、ｄ＝２μｍのＮｏ．１２および比較例３では、電界クロストークがいっそう大きくなり、図２６に示すように、対向電極に凸部を設けることによって一定の効果があるものの、暗表示の画素が十分に暗くならなかった。
【0091】
ここで、図２６に示すように、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２は、明表示の画素において、中心（Ｘ＝１．５μｍ）をピークとする反射率の位置依存性が比較例１～３よりも大きかった。これは、対向電極の形状により、液晶層の厚さすなわち光路長が画素中心で最大になるような勾配を有するので、液晶分子の状態（向き）が同じであれば反射光の旋光角が画素中心寄りほど大きくなることによると推測される。さらに、セル厚ｄの大きいＮｏ．１１およびＮｏ．１２は、暗表示の画素においても、中心（Ｘ＝０．５μｍ）をピークに反射率が高かった。なお、それぞれ同じセル厚ｄの比較例２，３は、反射率が画素中央でほぼ最小となる平坦な分布を示した。これは、対向電極の凸部の傾斜面が急（ＸＺ面において４５°）なために、無電界状態において、対向電極近傍の液晶分子が傾斜して配向し、特に、２面または４面の傾斜面で両側から挟まれている対向電極の凹頂点や凹稜線に近い領域、すなわち画素中心寄りの液晶分子が影響を受け易いことによると考えられる。また、前記したように、液晶層の厚さが勾配を有するので反射光の旋光角が画素中心寄りほど大きい。Ｎｏ．１１およびＮｏ．１２は、電界クロストークが十分に抑制されずに画素中心でもある程度の液晶分子が漏れ電界で傾斜したと推測される。これらが合わさり、Ｎｏ．１１およびＮｏ．１２は、暗表示の画素においても、画素中心に近いほど反射率が高いという位置依存性を示したと推測される。
【0092】
（実施例２）
図１３に示す対向電極を備えた液晶光変調器（図１２参照）の、セル厚ｄを１μｍ、対向電極の凸部の高さｈを３００ｎｍとして、幅ｗr（＝ｗrX＝ｗrY）を３００ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１３，１４，１５）を設定した（表１参照）。前記実施例１と同様に、電位分布と液晶配向、反射率の平面分布を求めた。Ｎｏ．１３，１４，１５について、電位分布と液晶配向を図２８，２９，３０に、反射率の二次元分布図を図３１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
図１３に示す対向電極を備えた液晶光変調器（図１２参照）の、セル厚ｄを１μｍ、対向電極の凸部の高さｈを３００ｎｍとして、幅ｗr（＝ｗrX＝ｗrY）を３００ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍとしたサンプル（Ｎｏ．１３，１４，１５）を設定した（表１参照）。前記実施例１と同様に、電位分布と液晶配向、反射率の平面分布を求めた。Ｎｏ．１３，１４，１５について、電位分布と液晶配向を図２８，２９，３０に、反射率の二次元分布図を図３１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
【0093】
Ｎｏ．１３，１４，１５、Ｎｏ．３（ｗr＝１μｍ）、および比較例１（ｗr＝０）について、反射率の分布を図３２（ａ）に示し、また、明表示の画素（Ｘ＝１．０～２．０μｍ）における反射率の分布を、画素中心（Ｘ＝１．５μｍ）を１に換算して図３２（ｂ）に示す。また、前記実施例１と同様に、暗表示（ＯＦＦ）と明表示（ＯＮ）の各画素の中心（Ｘ＝０．５μｍ、１．５μｍ）における反射率およびコントラスト比の凸部の幅依存性のグラフを図３３に示す。なお、明表示の画素における反射率は、線形グラフでも表す。
【0094】
図２８～３０および図２０に示すように、対向電極の凸部の幅ｗrを狭く形成しても、電界クロストークの抑制の効果にほとんど違いがなかった。そして、Ｎｏ．１３，１４，１５は、画素中央に液晶層の厚いまとまった領域を有するので、図３１および図３２に示すように、明表示の画素の明るい領域が、Ｎｏ．３，１０（図２２（ａ）、（ｂ）参照）よりも広かった。特に、図３２（ｂ）に示すように、対向電極の凸部の幅ｗrが画素電極の間隙ｌgと同等以下のＮｏ．１３，１４は、比較例１以上に明るい領域が広かった。一方で、図３２（ａ）および図３３に示すように、対向電極の凸部の幅ｗrが狭いほど、暗表示の画素において中心（Ｘ＝０．５μｍ）の反射率が高くなり、コントラストが低下した。ただし、Ｎｏ．１３，１４，１５は、開口部における周縁では反射率が十分に低く、画素の開口部全体としては十分に暗く表示された。これは、液晶層において、厚さ方向中心部等、画素電極や対向電極の表面の配向膜からの距離の離れた領域では、配向膜による配向規制力が弱く、液晶分子が起立した状態を維持し難く、弱い電界でも向きが変化し易いことによると推測される。対向電極の凸部のない領域は、画素電極－対向電極間距離が最大（＝セル厚ｄ）となり、厚さ方向中心部で、画素電極、対向電極のいずれの側の配向膜からも配向規制され難い。ただし、画素の開口部における周縁等は、対向電極の凸部の傾斜面上の配向膜からの距離が近いので、配向規制力が十分に働く。したがって、対向電極の凸部の幅ｗrが狭いほど、配向規制力の弱い領域が画素中心で広くなって、明表示の画素からの弱い漏れ電界で傾斜する液晶分子が多くなり、反射率が高くなったと考えられる。
【0095】
以上、本発明の液晶光変調器、液晶表示装置、およびホログラフィ装置を実施するための各実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0096】
１００，１００Ａ 液晶表示装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ 液晶光変調器
１ 液晶光学素子、画素
２００ ホログラフィ装置
２０ 液晶層
２ 液晶分子
２１，２２ 配向膜
３，３Ａ 画素電極
４，４Ａ～４Ｆ 対向電極（透明電極膜）
５，５Ａ 透明基板
５Ｂ 透明基板
６ 絶縁層
７０ Ｓｉ基板（回路基板）
７ 駆動回路
８１，８２ 偏光板（偏光子）
８３，８４ 位相差板
１０，１０Ａ，１０Ｂ 液晶光変調器
１ 液晶光学素子、画素
２００ ホログラフィ装置
２０ 液晶層
２ 液晶分子
２１，２２ 配向膜
３，３Ａ 画素電極
４，４Ａ～４Ｆ 対向電極（透明電極膜）
５，５Ａ 透明基板
５Ｂ 透明基板
６ 絶縁層
７０ Ｓｉ基板（回路基板）
７ 駆動回路
８１，８２ 偏光板（偏光子）
８３，８４ 位相差板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】