空間光変調器
【課題】光変調しない画素有効領域外からの出射光を抑制して、コントラストを向上させた反射型の空間光変調器を提供する。
【解決手段】基板７上に２次元配列された画素４からなる空間光変調器の画素アレイ４０は、各画素４の光変調素子同士を絶縁する素子間絶縁層５を、光の入射される側から順に低屈折率絶縁層５２およびそれよりも屈折率の高い高屈折率絶縁層５１の少なくとも２層を積層して備える。光が高屈折率絶縁層５１の上下界面で多重反射して閉じ込められることにより減衰して、出射光が抑制される。
【解決手段】基板７上に２次元配列された画素４からなる空間光変調器の画素アレイ４０は、各画素４の光変調素子同士を絶縁する素子間絶縁層５を、光の入射される側から順に低屈折率絶縁層５２およびそれよりも屈折率の高い高屈折率絶縁層５１の少なくとも２層を積層して備える。光が高屈折率絶縁層５１の上下界面で多重反射して閉じ込められることにより減衰して、出射光が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器に関する。
【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って、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下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。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器においては、磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用している。すなわち、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異なるものとして、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）に差を生じさせた２値の光に変調する。このような光変調素子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の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献１，２）がある。
【０００４】
スピン注入方式の光変調素子は、具体的には、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等の、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子が適用される。スピン注入磁化反転素子は素子サイズ（面積）および厚さが小さいほど小さい電流で容易に磁化反転し、このようなスピン注入磁化反転素子を適用した光変調素子は、磁界を発生させるために各光変調素子の外周に沿って電極（配線）を備える磁界印加方式よりもいっそうの微細化を可能とする。
【０００５】
図１に示すように、スピン注入磁化反転素子を光変調素子１として２次元配列して空間光変調器１０を構成する場合、光変調素子１は各々が独立して磁化反転するように２次元における行、列それぞれに離間して配列される。さらに所望の光変調素子１を磁化反転させるために、電流を光変調素子１毎に供給可能するべく、その上下に接続される配線間（上部電極３，３間、下部電極２，２間）も絶縁材料（絶縁層６３，６２）を介して離間して設けられる。したがって、空間光変調器の受光部である２次元配列された画素４（画素アレイ４０）は、その全面を光変調素子１が占めることはなく一部にすぎない。ここで、画素アレイ４０の光変調素子１，１間等を埋める絶縁材料は、スピン注入磁化反転素子の磁性膜と同様に、スパッタリング法等で薄膜を厚さの精度よく成膜することができる、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＯのような酸化物や窒化物等が適用され、これらは透光性の材料である。
【０００６】
図２に示すように、偏光の向きを変化させる磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）から、選択画素（または非選択画素）からの出射光のみを取り出してスクリーン等の検出器ＰＤに投影する表示装置とするためには、空間光変調器１０の画素アレイ４０の出射側に特定の１つの偏光成分の光を遮光する偏光フィルタＰＦｏを配置する。なお、偏光フィルタＰＦｏで非選択画素（または選択画素）からの出射光を完全に遮光するために、各画素４からの出射光はそれぞれが１つの偏光成分の光（偏光の向き）でなくてはならないので、空間光変調器１０へ照射する光も、別の偏光フィルタＰＦｉを透過させた１つの偏光成分の光（図２中の入射光Ｌ0）である。なお、図２においては、破断線の左側に図１のＡ−Ａ断面図、右側に図１のＢ−Ｂ断面図を表す。
【０００７】
空間光変調器１０からの出射光が、光変調素子１によって変調した２値の光のみであれば、偏光フィルタＰＦｏを透過して検出器ＰＤに投影される光は、選択画素（または非選択画素）からの出射光に限定される。しかしながら、前記した通り、画素アレイ４０における光変調素子１の配置された領域（画素有効領域４ef、図３参照）は一部にすぎず、この領域外に入射した光は、上部電極３，３間、光変調素子１，１間の絶縁層５，６３を透過して下部電極２の表面で反射し、あるいはさらに下部電極２，２間の絶縁層６２を透過して基板７の反射面で反射して、再びこれらの絶縁層を透過して画素アレイ４０から出射する。このような出射光（図２の出射光Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3）は、入射光Ｌ0に対して旋光していないので、２値の光以外の光すなわちノイズとなる。
【０００８】
偏光フィルタ（偏光子）は、特定の１つの偏光成分の光のみを遮光し、それ以外の光については、遮光される偏光成分に対して差（偏光の向きの角度差）が大きくなるにしたがい透過させる光の光量が多くなり、差が９０°の光について最も多く（１００％とする）透過させる。光変調素子１による旋光角が±θkである場合、空間光変調器は入射光Ｌ0を＋θk，−θkいずれかの角度に旋光させた２値の光に変調して出射するので、偏光フィルタＰＦｏで正規に取り出される出射光は、偏光フィルタＰＦｏに入射した光の(ｓｉｎ２θk)×１００％の光量である。一方、旋光していない出射光も、(ｓｉｎθk)×１００％の光量、すなわち約半分の光量で偏光フィルタＰＦｏを透過して、光変調素子１からの出射光と共に検出器ＰＤに到達する。
【０００９】
このように、空間光変調器（画素アレイ）において光変調素子１が配置された領域（画素有効領域４ef）以外の領域からも光が出射すると、選択画素と非選択画素とのコントラストが低下する。さらに、スピン注入磁化反転素子で構成された光変調素子１は、旋光角θkが小さく光変調度が比較的低いため、検出器ＰＤで所望の選択画素または非選択画素からの出射光を的確に取り出すことが困難になる。そこで、近年、空間光変調器は、当該光変調素子１で光変調した光について、偏光フィルタＰＦｏを透過する絶対量を多くするため、極カー効果でより大きな旋光角θkが得られる垂直磁気異方性を有する光変調素子１を適用している（例えば特許文献２）。そして、空間光変調器は、２次元配列された光変調素子１を備える画素アレイ４０上において、画素有効領域４ef以外の領域には塗膜等で光を吸収する光吸収膜を設けて、入出射光を遮光することが一般的である。あるいは、特許文献３のような固体撮像素子を被覆して受光部以外における反射光を抑制する透光性の反射防止膜を設けることもできる。この反射防止膜は、その材料の屈折率と膜厚とから、位相反転させて反射させることで、反射光を減衰させる構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−４９０４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−４０４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光変調素子の光変調度を高くしても、ノイズとなる非旋光（非変調）の出射光は、変調した２値の光のほぼ中間の偏光成分であるため残存する。また、空間光変調器（画素アレイ）上に光吸収膜を設けると、画素アレイ上に光変調素子の各々の配置および形状に合わせて孔を形成する必要があり、光変調素子と同様に微細な加工となる。反射防止膜を設ける場合も同様に、光変調素子に合わせた形状に加工するか、あるいは、光変調素子上においては位相反転しない膜厚となるように調整する必要がある。
【００１２】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、画素に微細な光変調素子を備え、画素有効領域外からの出射光を抑制してコントラストを向上させた空間光変調器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】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明者らは、光変調素子同士を絶縁する絶縁材料により、反射防止膜を構成することとし、全体で十数〜数十ｎｍ程度の厚さのスピン注入磁化反転素子と同程度の膜厚であっても、屈折率の異なる絶縁材料を積層することで、これらの絶縁材料の界面にて光を多重反射させて減衰させて出射光を抑制することに想到した。
【００１４】
すなわち、本発明に係る空間光変調器は、基板と、入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子およびこの光変調素子に接続された一対の電極を備えた複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記基板上に２次元配列された前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する。そして、空間光変調器は、前記複数の画素において隣り合う前記光変調素子間を絶縁する素子間絶縁層を備え、前記素子間絶縁層が、前記光の入射される側から順に、屈折率の低い絶縁材料からなる低屈折率絶縁層、前記絶縁材料よりも屈折率の高い絶縁材料からなる高屈折率絶縁層の少なくとも２層を積層してなる。
【００１５】
かかる構成により、高屈折率の絶縁層に入射した光は、下面で反射して出射しようとする際にその上の低屈折率の絶縁層との界面で再び反射し、これを繰り返すため、その度に光が吸収されて段階的に減衰し、最終的な出射光の光量が抑制される。そして、空間光変調器において、このような積層構造の絶縁層は光変調素子のない領域に限定して設けられるので、この領域からの出射光のみが抑制され、コントラストが良好となる。
【００１６】
前記光変調素子がスピン注入磁化反転素子であるとき、前記一対の電極は、前記光変調素子の上下に接続され、光の入射される側に接続された一方が透明電極材料を備えて光を透過させ、他方が金属電極材料で形成される。そして、前記素子間絶縁層は、金属電極材料で形成された他方の電極に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられる。また、このような空間光変調器は、前記金属電極材料で形成された電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、この電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることが好ましい。
【００１７】
あるいは、前記光変調素子が、光の入射される側から磁化自由層、中間層、および磁化固定層の順に積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記磁化固定層は同一平面上に分離して互いに反平行な方向の磁化に固定された２つを前記磁化自由層の１つあたりにそれぞれ前記中間層を挟んで積層される構成としてもよい。このとき、前記一対の電極は、金属電極材料で形成され、その一方と他方とを前記光変調素子の２つの磁化固定層の一方と他方とにそれぞれ接続され、前記素子間絶縁層は、前記一対の電極の前記光の入射される側に設けられた一方に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられる。また、このような空間光変調器は、前記光の入射される側に設けられた電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、この電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることが好ましい。
【００１８】
かかる構成により、光変調素子が微細で薄膜からなるスピン注入磁化反転素子であっても、容易に素子間絶縁層が形成される。そして、素子間絶縁層の高屈折率絶縁層の光の入射側（出射側）に低屈折率絶縁層が積層される一方、反対側には金属電極または金属電極同士を絶縁する屈折率の低い絶縁材料からなる層が設けられるため、高屈折率絶縁層に光が閉じ込められて多重反射することにより、出射光が抑制される。
【００１９】
さらに、前記高屈折率絶縁層は、屈折率をｎ、厚さをｄで表し、入射した光の波長がλ、当該高屈折率絶縁層を透過する光の進行方向の膜面垂直方向に対する角度がαであるとき、ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝λ・(２Ｎ−１)／８（Ｎ＝１，２，３，…）が成立することが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、空間光変調器は、高屈折率絶縁層における反射回数の異なる出射光同士が相殺されて、出射光が抑制される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る空間光変調器によれば、光変調素子に公知のスピン注入磁化反転素子構造を適用して、容易にコントラストに優れた空間光変調器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、図１の部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、図１の断面図の要部拡大図である。
【図４】本発明に係る空間光変調器に入射した光の経路を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の光変調素子の断面図で、磁化反転および光変調の動作を説明する模式図である。
【図６】本発明に係る空間光変調器の絶縁層による光の干渉を説明するためのモデルの断面図である。
【図７】本発明に係る空間光変調器に絶縁層における光の位相ずれを説明する模式図であり、（ａ）は固定端反射における１／４波長ずれ、（ｂ）は固定端反射における同位相、（ｃ）は自由端反射における同位相の場合を示す。
【図８】本発明に係る空間光変調器に絶縁層における光の位相ずれを説明する模式図であり、（ａ）は自由端反射における１／４波長ずれ、（ｂ）は固定端反射における１／２波長ずれの場合を示す。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１の断面図に相当する要部拡大図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は図１の断面図に相当する要部拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する底面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、図１１の部分断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、図１１のＣ−Ｃ断面の要部拡大図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は図１１のＤ−Ｄ断面の要部拡大図、（ｂ）は図１１のＥ−Ｅ断面の要部拡大図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の光変調素子の断面図で、磁化反転動作を説明する模式図である。
【図１６】空間光変調器の画素のサンプルの素子間絶縁層における分光反射率曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る空間光変調器は、画素（空間光変調器による表示の最小単位での情報（明／暗）を表示する手段を指す。）として、入射した光を異なる２値の光（偏光成分）に変調して出射する光変調素子を備える。以下、本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について図を参照して説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１０は、図１および図２に示すように、基板７上に２次元配列された画素４からなる画素アレイ４０を備え、さらに画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部９０を備える。本実施形態における平面（上面）は空間光変調器１０の光の入射面であり、空間光変調器１０は画素４（画素アレイ４０）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
【００２５】
画素アレイ４０は、平面視でＹ方向（図１における縦方向）に延設されたストライプ状の下部電極２，２，…と、同じくストライプ状で、平面視で下部電極２と直交するＸ方向（図１における横方向）に延設された上部電極３，３，…と、を備え、下部電極２と上部電極３との交点毎に１つの画素４が形成される。本実施形態では、画素アレイ４０は、４行×４列の１６個の画素４からなる構成で例示される。なお、下部電極２と上部電極３は、適宜、両者をまとめて電極２，３と称する。そして、画素４のそれぞれは、当該画素４における一対の電極としての下部電極２および上部電極３と、これらの電極２，３に上下から挟まれた光変調素子１を備える。後記するように、本実施形態においては、画素４は、略垂直に光を入射されることから、平面視において光変調素子１の配された領域が画素有効領域４ef（図３参照）となり、この領域から出射した光が光変調する。また、隣り合う光変調素子１，１間は素子間絶縁層５で、下部電極２，２間および上部電極３，３間は絶縁層６２，６３でそれぞれ埋められている。
【００２６】
図１に示すように、電流制御部９０は、下部電極２を選択するＸ電極選択部９２と、上部電極３を選択するＹ電極選択部９３と、これらの電極選択部９２，９３を制御する画素選択部（画素選択手段）９４と、電極２，３に電流を供給する電源（電流供給手段）９１と、を備える。これらはそれぞれ公知の手段でよく、光変調素子１を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給するものとする。
【００２７】
次に、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素を構成する各要素の詳細を、図１〜３を参照して説明する。なお、図２は、破断線の左側に図１のＡ−Ａ断面図、右側に図１のＢ−Ｂ断面図を表す。図３は、破断線の左側に図１のＢ−Ｂ断面図、右側に図１のＡ−Ａ断面図を表す。このように、本実施形態においては、１つの断面図に下部電極２，２間と上部電極３，３間とにおけるそれぞれの絶縁層６（６２，６３）を示す。
【００２８】
（電極）
下部電極２は、図２に示すように基板７上、光変調素子１の下に配され、図１に示すように縦方向に帯状に延設される。１本の下部電極２は、縦１列に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子１に接続される。一方、上部電極３は、光変調素子１の上に配され、横方向に帯状に延設される。１本の上部電極３は、横１行に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子１に接続される。したがって、光変調素子１は、平面視で下部電極２と上部電極３の重なる部分に配され、画素４毎に異なる組合せの電極２，３により電流を供給される。上部電極３は、光変調素子１への入射光および出射光を遮らないように、透明電極材料を備える。一方、下部電極２は、導電性に優れた一般的な金属電極材料で形成され、上方（上部電極３側）から光変調素子１を透過して到達した光を反射して再び上方へ出射させる。
【００２９】
下部電極２は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な電極用金属材料からなる。そして、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ストライプ状に加工される。
【００３０】
上部電極３は、図３に示すように、透明電極材料からなる透明電極３１で主に形成され、この透明電極３１と光変調素子１との間に光を遮らない程度の膜厚の金属膜３２を積層してさらに備える。このように、透明電極材料で形成された電極（配線）においては、当該電極に接続する光変調素子１との間に金属膜を設けることが好ましい。透明電極３１と光変調素子１との間に金属膜３２を介在させることで、金属電極材料より抵抗が大きい透明電極材料を主とする上部電極３においても、光変調素子１との接触抵抗を低減させて応答速度を上げることができる。
【００３１】
透明電極３１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）等の公知の透明電極材料からなる。特に、比抵抗と成膜の容易さとの点からＩＺＯが最も好ましい。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る。
【００３２】
金属膜３２は、例えば、Ａｕ，Ｒｕ，Ｔａ、またはこれらの金属の２種以上からなる合金等を用いることができ、これらの金属はスパッタリング法等の公知の方法により成膜される。そして、金属膜３２とその上の透明電極３１とは、互いの密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、それぞれの材料すなわち金属材料および透明電極材料は、連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。金属膜３２の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した（ピンホールのない）膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えると光の透過量を低下させるため、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。
【００３３】
（光変調素子）
光変調素子１は、図３に示すように、上部電極３と下部電極２とに上下で接続させて設けられ、下地膜１４、磁化固定層１１、中間層１２、磁化自由層１３、保護膜１５の順に積層された構成である。光変調素子１は、磁化が一方向に固定された磁化固定層１１および磁化の方向が回転可能な磁化自由層１３を、非磁性または絶縁体である中間層１２を挟んで備えたＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant Magneto-Resistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等のスピン注入磁化反転素子である。光変調素子１はさらに、下部電極２との密着性や酸化防止等のために、必要に応じて下地膜１４や保護層１５を備える。これらの各層１４，１１，１２，１３，１５は、例えばスパッタリング法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の公知の方法で連続的に成膜されて積層され、電子線リソグラフィおよびイオンビームミリング法等で所望の平面視形状に加工される。光変調素子１は、好適にスピン注入磁化反転するように、平面視で各辺が１００〜５００ｎｍ程度の矩形またはそれに相当する面積となる形状が好ましく、本実施形態においては図１に示すように、光変調素子１は平面視正方形である。また、光変調素子１は画素４毎に１個設けられているが、これに限定されるものではない（第２実施形態（図１０）参照）。そして、光変調素子１は、上下に接続された上部電極３と下部電極２を一対の電極として、膜面に垂直方向に正負反転可能に電流を供給される。
【００３４】
磁化固定層１１および磁化自由層１３は磁性体であり、磁化固定層１１は磁化方向が固定されているのに対し、磁化自由層１３はスピン注入によって磁化を容易に反転（１８０°回転）させることができる。そして、画素アレイ４０のすべての光変調素子１において、磁化固定層１１は磁化を同一方向に固定され、磁化自由層１３は共通の一方向またはその反対方向のいずれかの磁化を示す。磁化自由層１３がスピン注入磁化反転するのであれば、磁化固定層１１、磁化自由層１３は、それぞれ面内磁気異方性、垂直磁気異方性のいずれでもよく、例えば一方が面内磁気異方性で、他方が垂直磁気異方性であってもよい。特に磁化自由層１３は、容易に磁化方向に平行に近い入射角で光を入射することができて、極カー効果で旋光角θkが大きくなる垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。本実施形態においては、磁化固定層１１および磁化自由層１３は共に垂直磁気異方性であり、磁化固定層１１の磁化は上向きに固定されている。
【００３５】
このような磁化固定層１１および磁化自由層１３は、垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、具体的には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）、Ｌ１0系の規則合金としたＦｅＰｔ, ＦｅＰｄ等が挙げられる。また、磁化固定層１１の磁化のみが固定されるように、磁化固定層１１は磁化自由層１３よりも保磁力が大きくなるように材料を選択したり層を厚く形成される。具体的には、磁化固定層１１の厚さは１〜５０ｎｍの範囲、磁化自由層１３の厚さは１〜２０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。さらに磁化自由層１３は、入射光の波長において磁気光学効果の大きい材料を選択することが好ましい。例えば、短波長域（４００ｎｍ近傍）はＣｏ／Ｐｔ多層膜、長波長域（７００ｎｍ近傍）はＧｄ−Ｆｅ合金が好適である。
【００３６】
中間層１２は、磁化固定層１１と磁化自由層１３との間に設けられ、光変調素子１がＴＭＲ素子であれば絶縁体、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば非磁性の導体で形成される。光変調素子１をＴＭＲ素子構造とする場合、中間層１２は、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2のような絶縁体や、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇのような絶縁体を含む積層膜からなり、その厚さは０．１〜２ｎｍとすることが好ましい。また、光変調素子１をＣＰＰ−ＧＭＲ素子構造とする場合、中間層１２は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌのような非磁性金属からなり、その厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。特に中間層１２は、Ａｇを適用して厚さ６ｎｍ以上とした場合、光変調素子１に入射した光を高反射率で反射するため、画素有効領域４efから出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。
【００３７】
下地膜１４は、光変調素子１（磁化固定層１１）の下部電極２への密着性を得るために必要に応じて設けられ、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜１４の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても密着性が飽和するため、１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。ただし、下地膜１４は、後記するように素子間絶縁層５を十分な厚さに形成するために厚膜化されてもよい。また、下地膜１４にＣｕを適用したり、あるいはさらにＡｇ，Ａｕ等からなる反射膜が積層されてもよい（図示省略）。これらの金属膜は、光変調素子１に入射した光を高反射率で反射するため、画素有効領域４efから出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。このような反射膜は、十分な効果を得るために、厚さは６ｎｍ以上が好ましい。
【００３８】
保護膜１５は、光変調素子１の加工時のダメージから磁化自由層１３等を保護するために、また特に磁化自由層１３が酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金を含む場合、表面（上面）の酸化を防止するために必要に応じて設けられ、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等の金属膜で形成される。前記の２層の金属膜とする場合は、いずれもＣｕを磁化自由層１３の側（下層）とする。保護膜１５は、厚さが１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても効果がそれ以上には向上しない上、光の透過が妨げられるので好ましくない。したがって、保護膜１５の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。
【００３９】
（絶縁層）
画素アレイ４０は、図３に示すように、基板７上の下部電極２と同じ高さ領域に設けられて、下部電極２，２間を絶縁する絶縁層６２と、上部電極３と同じ高さ領域に設けられて、上部電極３，３間を絶縁する絶縁層６３と、を備える（適宜まとめて絶縁層６という）。さらに画素アレイ４０は、光変調素子１と同じ積層（高さ）領域に設けられて、隣り合う光変調素子１，１間を絶縁し、かつ画素４内での下部電極２−上部電極３間を絶縁する素子間絶縁層５を備える。これらの絶縁層５，６２，６３は、光変調素子１の各層や電極２，３と同様にスパッタリング法等で薄膜を厚さの精度よく成膜することができる、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ−Ｎ、主な組成：Ｓｉ3Ｎ4）のような酸化物や窒化物等が適用できる。ただし、素子間絶縁層５については、光変調素子１にＲＥ−ＴＭ合金を備える場合、磁化固定層１１や磁化自由層１３のＲＥ−ＴＭ合金を含む層の側面にＳｉＯ2等の酸化物が接触しないように、ＭｇＦ2，Ｓｉ−Ｎのような非酸化物を適用することが好ましい。さらに本発明に係る空間光変調器においては、光変調素子１に入射しない光、すなわち素子間絶縁層５を透過、さらに絶縁層６を透過する光を界面で多重反射させて減衰させるため、光の屈折率の異なる２種以上の材料を積層して形成する。
【００４０】
具体的には、ある絶縁層に対して、光の入出射側すなわち上に相対的に低い屈折率の材料からなる絶縁層を積層する。本実施形態に係る空間光変調器１０においては、素子間絶縁層５が、下層に高屈折率絶縁材料からなる高屈折率層５１を、その上に低屈折率絶縁材料からなる低屈折率層５２を積層して備える。画素アレイ４０において光の入出射側から最も浅い（近い）位置の反射面である下部電極２の上面に高屈折率層５１を接触させて配し、その上に低屈折率層５２を積層することで、図４の左側に太線で示すように、素子間絶縁層５に進行して下部電極２で反射した光は、高屈折率層５１から低屈折率層５２への界面で再び反射して高屈折率層５１内で閉じ込められて多重反射を繰り返すことで、出射光が抑制される。高屈折率層５１および低屈折率層５２の厚さは、その合計の厚さすなわち素子間絶縁層５の厚さは光変調素子１の全体の厚さにより決定されるが、光の媒質として好適に作用するためにはそれぞれの層５１，５２が１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、高屈折率層５１の厚さは、後記する厚さに設計して、多重反射した光同士を相殺してさらに出射光を抑制することが好ましく、その設計した厚さに応じて低屈折率層５２の厚さも決定される。
【００４１】
さらに、素子間絶縁層５の下の下部電極２の配されていない領域すなわち下部電極２，２間に配される絶縁層６２は、高屈折率層５１に対して相対的に低い屈折率の材料で形成されることが好ましい。これにより、図４の右側に太線で示すように、高屈折率層５１から絶縁層６２への界面でも光が反射し易く、下部電極２の配されている領域と同様に高屈折率層５１内で多重反射を繰り返して出射光が抑制される。このような低屈折率材料の層は、絶縁層６２における少なくとも素子間絶縁層５（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち上部に設けられればよい。また、絶縁層６２は、後記の基板７表面の絶縁部７１と屈折率が近似する材料を適用した場合、絶縁部７１と一体の媒質として作用する（図４参照）。このような、高屈折率層５１に対して相対的に低い屈折率の材料で形成され、一体の媒質として作用する絶縁層６２および絶縁部７１の２層の積層体を、適宜、第２低屈折率層７１／６２と称する。また、区別のため、素子間絶縁層５の低屈折率層５２を、適宜、第１低屈折率層５２と称する。
【００４２】
絶縁層５，６に適用する材料の屈折率の高低は相対的なものとする。屈折率の差が小さく互いに近似する透光性材料同士を積層しても、図４における絶縁層６３と低屈折率層５２のように、光は界面でほぼ直進して透過するため、反射させる効果はほとんどないが、一体の媒質とする場合は好適である。これらの絶縁層５，６は、一般的な光学材料として用いられる公知の誘電体材料を適用できる。低屈折率層５２や絶縁層６２等に好適な屈折率が低い材料としては、例えばＭｇＦ2（屈折率１．３８）、ＳｉＯ2（屈折率１．４６）、ＣａＦ2（屈折率１．３９）、ＢａＦ2（屈折率１．４９）、ＬｉＦ（屈折率１．３９）、ＮａＣｌ（屈折率１．４９）、ＫＢｒ（屈折率１．５２）、ＫＣｌ（屈折率１．４５）が挙げられ、屈折率１．４以下のものが特に好ましい。一方、高屈折率層５１に適用できる屈折率が高い材料としては、屈折率が２以上の材料が好ましく、例えばＳｉ−Ｎ（屈折率２．０〜２．６、組成により変化）、ＴｉＯ2（屈折率２．５）、ＺｒＯ（屈折率２．４）が挙げられる。また、絶縁層５，６においては、積層する他の材料との屈折率の差に応じて、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．７６）やＭｇＯ（屈折率１．７２）を適用することもできる。さらに絶縁層５，６の各層、特に高屈折率層５１の厚さを制御することで、反射光をいっそう抑制することができる（詳しくは後記する）。
【００４３】
（基板）
基板７は、画素４を２次元配列するための土台であり、光変調素子１を製造するための広義の基板であり、公知の基板材料が適用できる。具体的には表面を熱酸化してＳｉＯ2膜を形成されたＳｉ基板が好適である。あるいは、透明な基板材料として公知の、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）基板、Ｇｅ（ゲルマニウム）単結晶基板等の絶縁性の基板７Ａ（図１０（ｂ）参照）を適用することができる。このように、基板７は、少なくとも表面は絶縁体（絶縁部７１）として、上に形成される下部電極２，２間が短絡しないようにする。基板表面の熱酸化膜等の膜厚が不十分であれば、絶縁層６等と同様の絶縁材料を成膜して用いてもよい。基板７の絶縁部７１は、後記するように、下部電極２，２間の絶縁層６２との合計の厚さを調整することにより、画素アレイ４０の下部電極２，２間を進行する光の、基板７の反射部７２（例えばＳｉ母材）との界面で反射して出射する光を抑えることが好ましい。
【００４４】
次に、光変調素子の磁化反転の動作を、図５を参照して説明する。なお、図５において下地膜１４および保護膜１５は図示を省略する。光変調素子１は一般的なスピン注入磁化反転素子であり、逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、磁化自由層１３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転、以下、適宜磁化反転という）させて、磁化固定層１１の磁化方向と同じ方向または１８０°異なる方向にする。具体的には、図５（ａ）に示すように、上部電極３を「＋」、下部電極２を「−」にして磁化自由層１３側から電流を供給する、すなわち磁化固定層１１側から電子を注入すると、磁化固定層１１により当該磁化固定層１１と逆方向の下向きのスピンを持つ電子が弁別されて下部電極２からは上向きのスピンを持つ電子のみが注入される。この上向きのスピンを持つ電子が注入されることにより、磁化自由層１３は磁化固定層１１の磁化方向と同じ上向きの磁化を示す。以下、この状態をスピン注入磁化反転素子の磁化が平行である（Ｐ：Parallel）という。反対に、図５（ｂ）に示すように、上部電極３を「−」、下部電極２を「＋」にして磁化固定層１１側から電流を供給する、すなわち磁化自由層１３側から電子を注入すると、磁化固定層１１により下向きのスピンを持つ電子が弁別されて磁化自由層１３に留まる。注入される電子のうち、下向きのスピンを持つ電子のみが留まることにより、磁化自由層１３は磁化固定層１１の磁化方向と逆の下向きの磁化を示す。以下、この状態をスピン注入磁化反転素子の磁化が反平行である（ＡＰ：Anti-Parallel）という。
【００４５】
このように、スピン注入磁化反転素子は、膜面垂直方向に電流を供給されることで磁化自由層１３の磁化方向を変化させる（磁化反転させる）ことができるので、一般的に上下に電極材料を積層することで一対の電極２，３を接続する。また、スピン注入磁化反転素子の磁化が平行、反平行いずれかの磁化を示していれば、その磁化を反転させる電流が供給されるまでは、磁化自由層１３の保磁力により磁化が保持される。そのため、スピン注入磁化反転素子に供給する電流としては、パルス電流のように、磁化方向を反転させる電流値に一時的に到達する電流を用いることができる。
【００４６】
このようなスピン注入磁化反転素子を光変調素子に適用する場合、１つの偏光成分（偏光の向き）の光を入射する。この光は、磁性体である磁化自由層１３で反射して出射すると、カー効果（磁気カー効果）により、その偏光の向きが回転する（旋光する）。さらに、図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、磁化が平行、反平行な光変調素子１にそれぞれ入射した光は、磁化自由層１３の磁化方向が１８０°異なるため、同じ大きさの旋光角すなわち磁化自由層１３のカー回転角θkで互いに逆方向に回転した２値（＋θk，−θk）の偏光成分の光となって出射する。そして、光変調素子１からの出射光は、供給される電流の向きに応じて２値の偏光成分のいずれかの光になることで空間光変調器の画素（光変調素子１）として機能する。
【００４７】
（空間光変調器の光変調動作）
本発明に係る空間光変調器の光変調動作を、図２を参照して、この空間光変調器を用いた表示装置にて説明する。表示装置は、前記した従来のスピン注入磁化反転素子を光変調素子としたものと同様の構成とすればよい。本実施形態に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、その光変調部となる光変調素子１の磁化自由層１３が垂直磁気異方性材料からなり磁化方向が上向きまたは下向きを示すため、表示装置は以下の構成とすることが好ましい。空間光変調器１０の画素アレイ４０の上方には、画素アレイ４０に向けて光（レーザー光）を照射する光源等を備える光学系ＯＰＳと、光学系ＯＰＳから照射された光を画素アレイ４０に入射する前に１つの偏光成分の光（以下、入射光）にする偏光フィルタＰＦｉと、この上方から画素アレイ４０に入射した入射光が画素アレイ４０で反射して出射した出射光から特定の偏光成分の光を遮光する偏光フィルタＰＦｏと、偏光フィルタＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤとが配置される。
【００４８】
光学系ＯＰＳは、例えばレーザー光源、およびこれに光学的に接続されてレーザー光を画素アレイ４０の全面に照射する大きさに拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光にするレンズで構成される（図示省略）。光学系ＯＰＳから照射された光（レーザー光）は様々な偏光成分を含んでいるため、この光を画素アレイ４０の手前の偏光フィルタＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分の光にする。偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。
【００４９】
光学系ＯＰＳは、平行光としたレーザー光を、画素アレイ４０へ照射する。ここで、光変調素子１の磁化自由層１３の磁気光学効果は、前記したように光の入射角が磁化自由層１３の磁化方向に平行に近いほど大きい。したがって、入射角α0は膜面に垂直すなわちα0＝０°とすることが光変調度を最大とする上で望ましいが、このようにすると、出射光の光路が入射光の光路と一致する。そこで、入射角α0を少し傾斜させて（α0＞０°）、偏光フィルタＰＦｏおよび検出部ＰＤ、光学系ＯＰＳおよび偏光フィルタＰＦｉが、それぞれ入射光および出射光の光路を遮らない配置となるようにする。具体的には、入射光の入射角α0は３０°以下とすることが好ましい。レーザー光は偏光フィルタＰＦｉを透過して１つの偏光成分の入射光となり、画素アレイ４０の上方からすべての画素４に向けて入射する。それぞれの画素４において、入射光は、上部電極３を透過して光変調素子１で反射して、再び上部電極３を透過して当該画素４から出射光として出射する。
【００５０】
出射光は偏光フィルタＰＦｏによって特定の１つの偏光成分の光、ここでは入射光Ｌ0に対して＋θk旋光した光が遮光され、偏光フィルタＰＦｏを透過した光が検出器ＰＤに入射する。したがって、光変調素子１の磁化が平行（Ｐ）である画素４からの出射光Ｌpは偏光フィルタＰＦｏで遮光されるため、この画素４は暗く（黒く）、検出器ＰＤに表示される。一方、入射光Ｌ0に対して−θk旋光した光すなわち光変調素子１の磁化が反平行（ＡＰ）である画素４からの出射光Ｌapは、偏光フィルタＰＦｏを透過して検出器ＰＤに到達するため、この画素４は明るく（白く）検出器ＰＤに表示される。
【００５１】
ここで、入射光Ｌ0に対して−θk旋光した光（出射光Ｌap）の他に、入射光Ｌ0に対して旋光しなかった光も偏光フィルタＰＦｏを透過する。このような非旋光の光は、入射光Ｌ0が光変調素子１で反射しないで（光変調素子１に入射しないで）光変調素子１，１間すなわち素子間絶縁層５を透過して出射した光であり、画素アレイ４０の光変調素子１の配されていない領域から出射する。具体的には、上部電極３，３間および光変調素子１，１間に進入して、下部電極２で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ1）、上部電極３を透過して光変調素子１，１間および下部電極２，２間に進入してさらに基板７の絶縁部７１を透過して、反射部７２との界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ2）、上部電極３を透過して光変調素子１，１間に進入して、下部電極２で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ3）、そして、上部電極３，３間、光変調素子１，１間、下部電極２，２間に進入してさらに基板７の絶縁部７１を透過して、反射部７２との界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（図示省略）が挙げられる。
【００５２】
本発明に係る空間光変調器１０は、図４を参照して説明したように、素子間絶縁層５に高屈折率層５１を備え、その上に低屈折率層５２が積層されることで、高屈折率層５１内で光が多重反射するため、当該層内透過時および界面での反射時に、光が吸収されて段階的に減衰し、最終的な出射光の光量が光変調素子１からの出射光よりも小さくなる。さらに多重反射によりいっそう光量を減衰させて０（出射せず）に近付けるため、絶縁層５，６は以下の構成とすることが好ましい。
【００５３】
絶縁層に入射した光の経路について、さらに図４を参照して詳細に説明する。画素アレイ４０に所定の入射角で入射した光は、次のように多重反射して出射する。図４に示す断面図においては、上部電極３上すなわち絶縁層６３上は、外部（大気）として説明し、また、反射は正反射とする。
【００５４】
図４の左側に示す入射角α0で入射した波長λの入射光Ｌ0は、絶縁層６３を透過して直進し、さらに素子間絶縁層５の低屈折率層５２、高屈折率層５１を透過して、下部電極２との界面（下部電極２上面）に到達する。このとき光は、絶縁層６３表面（界面）、絶縁層６３と低屈折率層５２との界面、および低屈折率層５２と高屈折率層５１との界面をそれぞれ通過する際に、屈折率の変化により屈折して進入する。なお、ここでは、絶縁層６３と低屈折率層５２は、互いの屈折率が近似する低屈折率材料からなり、一体の媒質として作用するものとし、両者の界面において光はほぼ直進する。ただし、いずれの媒質も外部の大気（屈折率ｎ0＝１とする）よりも屈折率が高いので、外部から絶縁層６３に進入する入射光Ｌ0は表面で入射角α0よりも垂直に近い角度へ屈折する。ここで、絶縁層６３等の媒質に進入する角度（膜面垂直方向に対する角度）を進入角という。一方、高屈折率層５１は、低屈折率層５２に対して屈折率ｎ1がある程度の差を有して高いので、低屈折率層５２から高屈折率層５１へ進入する光は界面（界面５２−５１という）にてさらに垂直に近い角度へ屈折し、進入角α1で高屈折率層５１を透過して進行する。
【００５５】
下部電極２は光を透過せず、かつ反射率が高いため、下部電極２上面に到達した光は、全反射して高屈折率層５１を上方へ進行し、界面５２−５１に到達する。低屈折率層５２は高屈折率層５１よりも屈折率が低いため、低屈折率層５２から高屈折率層５１への進行と異なり、界面５２−５１において光の一部が反射して高屈折率層５１を再び下方へ進行する。前記光の残りの一部は界面５２−５１を屈折して通過し、低屈折率層５２を上方へ進行し、さらに絶縁層６３を透過して外部へ出射する（出射光Ｌ11）。一方、前記界面５２−５１で反射した光は、再び下部電極２で反射して界面５２−５１に到達する。そして、界面５２−５１にて通過して上方へ出射する光と（出射光Ｌ12）、反射する光とに再び分岐する。
【００５６】
したがって、素子間絶縁層５を透過し、下部電極２で反射して出射した光（出射光Ｌ1とする）は、高屈折率層５１において下部電極２および低屈折率層５２のそれぞれとの界面で反射を１回または２回以上繰り返した光が混在する。図４の左側では、下部電極２で１回および２回反射した光を出射光Ｌ11，Ｌ12として示す。出射光Ｌ11，Ｌ12，…は界面５２−５１で分岐した光であるので、それぞれは元の入射光Ｌ0よりも光量が小さく、出射光Ｌ1はこれらの出射光Ｌ11，Ｌ12，…のすべてが合成された光である。
【００５７】
次に、図４の右側に示すように、光が下部電極２で反射しない、すなわち下部電極２，２間の絶縁層６２に到達して出射する場合について説明する。図４の左側と同様に入射角α0で入射した波長λの入射光Ｌ0は、絶縁層６３、素子間絶縁層５の低屈折率層５２、高屈折率層５１を、それぞれの界面で屈折しながら透過、進入し、絶縁層６２との界面（界面５１−６２という）に到達する。絶縁層６２は下部電極２と異なり透光性を有し、また高屈折率層５１よりも屈折率ｎ2が低い（ｎ1＞ｎ2＞１）材料からなるものとする。そのため、図４の左側と異なり、光の一部は界面５１−６２を屈折して通過し、残りの一部のみが反射して高屈折率層５１を上方へ進行し、下部電極２で反射した光（図４の左側参照）と同様に界面５２−５１で通過と反射とに分岐して、低屈折率層５２、絶縁層６３を透過して出射し（出射光Ｌ21）、あるいは再び高屈折率層５１を下方へ進行して界面５１−６２で反射してから出射する（出射光Ｌ22）。
【００５８】
一方、界面５１−６２を通過した光は、このとき水平に近い角度へ屈折して進入角α2（α0＞α2＞α1）で絶縁層６２を透過して、さらに下方へ進入して基板７の絶縁部７１へ進入する。ここでは、絶縁層６２と絶縁部７１は、互いの屈折率が近似する低屈折率材料からなり、一体の媒質（第２低屈折率層７１／６２）として作用するものとし、両者の界面において光は直進する。そして、光は、基板７の反射部７２との界面で全反射して、絶縁部７１を上方へ進行し、さらに絶縁層６２、高屈折率層５１、低屈折率層５２、絶縁層６３を透過して出射する（出射光Ｌ20）。なお、界面５２−５１において、出射光Ｌ22と同様に光の一部は反射して高屈折率層５１を再び下方へ進行する。したがって、光が下部電極２，２間に進入する場合は、下方から界面５２−５１に到達する際に加えて、上方から界面５１−６２に到達する際にも分岐する。
【００５９】
したがって、素子間絶縁層５を透過して、下部電極２，２間に到達して絶縁層６２や基板７（反射部７２）で反射して出射した光（出射光Ｌ2とする）は、高屈折率層５１において絶縁層６２および低屈折率層５２のそれぞれとの界面、ならびに基板７の絶縁部７２で反射を１回または２回以上繰り返した光が混在する。図４の右側では、界面５１−６２で１回および２回反射した光を出射光Ｌ21，Ｌ22として、界面５１−６２を透過して反射部７２で反射した光を出射光Ｌ20として示す。出射光Ｌ21，Ｌ22，Ｌ20は界面５２−５１や界面５１−６２で分岐した光であるので、それぞれは元の入射光Ｌ0よりも光量が小さく、出射光Ｌ2はこれらの出射光Ｌ21，Ｌ22，…，Ｌ20，…のすべてが合成された光である。
【００６０】
ここで、出射光Ｌ1は出射光Ｌ11，Ｌ12，…が同位相の光であるとき、出射光Ｌ2は出射光Ｌ21，Ｌ22，…，Ｌ20，…が同位相の光であるとき、それぞれが互いに干渉により強め合うことになって、光量が相加的に増大し、理論上、入射光Ｌ0と同じ光量となる。このような場合、多重反射による光の減衰は媒質や界面の吸収に留まり、効果が小さい。したがって、それぞれの出射光が同位相の光とならないことが好ましい。そこで、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22が互いに同位相の光となる条件を検証する。
【００６１】
図６を参照して、高屈折率層５１での１次反射による光の挙動をモデル化して説明する。図６では、高屈折率層５１を模擬した透光性の媒質層Ｍ（屈折率ｎ＞１）が反射層Ｓに積層されている。また、媒質層Ｍ上の大気（屈折率ｎ0＝１とする）が低屈折率層５２を模擬する。まず、図４の左側の出射光Ｌ11と出射光Ｌ12が同位相の光となる条件を検証するために、反射層Ｓが下部電極２を模擬するとして説明する。
【００６２】
波長λの光を媒質層Ｍへ、上方の大気中の点Ａ，Ｈからそれぞれ入射角α0（０°≦α0＜９０°）で入射して、媒質層Ｍを透過して反射層Ｓとの界面で反射して、大気中の点Ｇへ出射した光について、反射層Ｓで１回反射した光（経路ＨＤＥＦＧ）と、媒質層Ｍから大気中へ出射せずに表面で１回反射して再び反射層Ｓで反射した光（経路ＡＢＣＤＥＦＧ）とが、出射光ＦＧにおいて干渉するものとする。反射層Ｓで１回反射した光は出射光Ｌ11を、２回反射した光は出射光Ｌ12を模擬する。なお、ここでは、光の媒質層Ｍ等への吸収による減衰はないものとする。
【００６３】
２つの光の経路は、経路ＤＥＦＧにおいて共通しているので、出射光ＦＧにおいて干渉するということは、媒質層Ｍにおける透過光ＤＥ（経路ＡＢＣＤＥＦＧにおいては反射光ＤＥ、経路ＨＤＥＦＧにおいては屈折光ＤＥ）においても干渉する。２つの入射光ＡＢ，ＨＤは、点Ｂ，Ｉにそれぞれ到達したとき、大気中の波面ＢＩにおいて同位相である。そして、入射光ＡＢが媒質層Ｍに進入して点Ｊに到達したとき、ならびに入射光ＨＤが媒質層Ｍの表面の点Ｄに到達したとき、媒質層Ｍ中の波面ＪＤにおいて同位相となる。この入射光ＨＤと媒質層Ｍにおける屈折光ＢＣとの位相差をもたらす道のり（経路長）の差をφとすると、φ＝|ＪＣ|＋|ＣＤ|である。点Ｄから下へ延長した垂線と屈折光ＢＣの延長線との交点をＱと表すと、|ＣＤ|＝|ＣＱ|より、φ＝|ＪＱ|＝|ＤＱ|・ｃｏｓαで表せ、媒質層Ｍの厚さをｄとすると|ＤＱ|＝２ｄより、φ＝２ｄ・ｃｏｓαで表せる。αは媒質層Ｍにおける透過光の進入角で、ｎ・ｓｉｎα＝ｓｉｎα0から算出される。
【００６４】
また、低屈折率媒質からの光の高屈折率媒質との界面での反射は固定端反射となるので、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面で反射した光ＣＤは光ＢＣから位相がπ（半波長分）だけずれる。一方、高屈折率媒質からの光の低屈折率媒質との界面での反射は自由端反射となるので、媒質層Ｍから大気との界面（媒質層Ｍの表面）で反射した光ＤＥは光ＣＤから位相がずれない。したがって、経路ＡＢＣＤＥ（経路ＡＢＣＤＥＦＧ）の光と、経路ＨＤＥ（経路ＨＤＥＦＧ）の光とでは、反射による位相の変化が半波長分ずれたものとなる。
【００６５】
これらから、経路長の差φが媒質層Ｍでの波長λn（＝λ／ｎ）の半分ずれた場合、すなわちφ＝(Ｎ−１／２)・λnの場合に、経路ＡＢＣＤＥと経路ＨＤＥの光のそれぞれの透過光ＤＥは同位相となる（Ｎ：自然数）。同位相の２つの光ＤＥ，ＤＥは互いに干渉により強め合うことになって、出射光ＦＧは光量が相加的に増大して最大となる。このとき、φ＝２ｄ・ｃｏｓα＝(Ｎ−１／２)・λnより、下記の条件式（１）が成立する。
ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝(２Ｎ−１)／４・λ ・・・式（１）
【００６６】
このとき、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の左側に示す高屈折率層５１、下部電極２にそれぞれ当てはめると、図７（ｂ）に示すように、高屈折率層５１内で、下部電極２および界面５２−５１で多重反射しながら同位相の光が往復することになり、出射光Ｌ11，Ｌ12，…のすべてが同位相の光となって干渉により強め合う。一方、経路長の差φが整数倍（Ｎ倍）の場合、すなわちφ＝Ｎ・λnの場合には、固定端反射の回数の差（有無の違い）により２つの光ＤＥ，ＤＥが相殺するため、光量が０となる。このとき、下記の条件式（２）が成立する。
ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝Ｎ／２・λ ・・・式（２）
【００６７】
したがって、出射光ＦＧを図４の左側に示す出射光Ｌ1に当てはめてその光量を抑えるためには、条件式（１）の成立を避けることが好ましく、さらに条件式（２）が成立するような構成とすることが最も好ましいことになる。
【００６８】
しかし、条件式（２）が成立するような構成とするためには、媒質層Ｍの厚さｄをある程度大きくする必要がある。ここで、厚さｄが最小になるのは、条件式（２）においてＮ＝１であり、媒質層Ｍの屈折率ｎが高く、入射光は波長λが短く、ｃｏｓαが最大値１すなわち入射角αが０°の場合である。例えば、媒質層Ｍを比較的高屈折率の材料としてｎ＝２．５、空間光変調器において短波長のλ＝４００ｎｍの入射光とした場合、厚さｄは８０ｎｍとなる。このような厚さの高屈折率層５１とすると、光変調素子１の全体の厚さを超え得るため、さらに低屈折率層５２を積層した素子間絶縁層５として光変調素子１，１間に設けることが困難である。
【００６９】
ここで、図４の右側の出射光Ｌ21と出射光Ｌ22が同位相の光となる条件を検証するために、反射層Ｓを下部電極２から絶縁層６２に置き換えて模擬し、経路ＨＤＥと経路ＡＢＣＤＥの光のそれぞれの透過光ＤＥの位相を比較する。絶縁層６２は高屈折率層５１よりも屈折率が低いため、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面では自由端反射となり、反射した光ＣＤは光ＢＣから位相がずれない。したがって、条件式（２）が成立するとき、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の右側に示す高屈折率層５１、絶縁層６２にそれぞれ当てはめると、図７（ｃ）に示すように、高屈折率層５１内で、界面５１−６２および界面５２−５１で多重反射しながら同位相の光が往復することになり、出射光Ｌ21，Ｌ22，…のすべてが同位相の光となって干渉により強め合う。一方、条件式（１）が成立するとき、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22は位相反転して相殺される。このように、高屈折率層５１を透過した光は、下部電極２で反射するか絶縁層６２（界面５１−６２）で反射するかによって、反射光の干渉と相殺が逆転する。
【００７０】
出射光Ｌ1，Ｌ2は、高屈折率層５１を共通の媒質層Ｍとして、屈折率ｎ1および厚さｄ1が一致するため、条件式（１）、（２）のいずれも成立しないことが好ましい。すなわち、高屈折率層５１は、進入角をα1として、屈折率ｎ1および厚さｄ1が下式（３）となることが好ましい。
ｎ1・ｄ1・ｃｏｓα1≠Ｎ／４・λ ・・・式（３）
【００７１】
さらに、条件式（１）、（２）の中間として、経路ＡＢＣＤＥＦＧと経路ＨＤＥＦＧとの経路長の差φが媒質層Ｍでの波長λnの１／４（π／２）の場合、すなわちφ＝(Ｎ±１／４)・λnの場合の位相差を検証する。このとき、高屈折率層５１について下記の条件式（４）が成立する。
ｎ1・ｄ1・ｃｏｓα1＝(２Ｎ−１)／８・λ ・・・式（４）
【００７２】
条件式（４）が成立する場合の媒質層Ｍ、反射層Ｓを、図４の左側に示す高屈折率層５１、下部電極２にそれぞれ当てはめると、経路長の差φがπ／２（波長λnの１／４）ずれ、さらに固定端反射の回数の差によりπ（半波長）ずれて、結果として図７（ａ）に示すように、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12は位相が１／４波長ずれる。さらに下部電極２で固定端反射をした出射光Ｌ13は、出射光Ｌ11と位相が半波長ずれるため、位相反転して相殺される。
【００７３】
同様に、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の右側に示す高屈折率層５１、絶縁層６２にそれぞれ当てはめた場合は、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22の位相差は経路長の差φによるずれのみであるので、図８（ａ）に示すように１／４波長ずれる。さらに界面５１−６２で自由端反射をした出射光Ｌ23は、出射光Ｌ21と位相が半波長ずれるため、位相反転して相殺される。したがって、図４の左側に示す下部電極２、右側に示す下部電極２，２間（絶縁層６２）のいずれに光が到達した場合も、光が高屈折率層５１内で２往復する毎に位相反転して相殺されるため、合成された出射光Ｌ1，Ｌ2は減衰して光量が０に近付く。
【００７４】
高屈折率層５１における進入角α1はｎ1・ｓｉｎα1＝ｓｉｎα0から算出されるので、式（４）が成立するためには、入射光の波長λおよび入射角α0に応じて、高屈折率層５１の屈折率ｎ1および厚さｄ1を設計すればよい。ここで、高屈折率層５１は、全体の厚さが１０ｎｍ程度から数十ｎｍの光変調素子１と同じ高さ領域に設けられる素子間絶縁層５の一部の層であるため、厚膜化は困難である。式（４）においてＮ＝１のとき、厚さｄ1が最小のλ／(８ｎ1・ｃｏｓα1)となる。一方、厚さｄ1が特に大きくなる条件として、入射光Ｌ0を、光変調素子１の磁気光学効果が損なわれない程度に傾斜させた入射角α0＝３０°とし、さらに波長λを空間光変調器において最長とされる７８０ｎｍとして、高屈折率層５１が屈折率ｎ1＝２．０とする。この場合、ｓｉｎα1＝０．２５よりｃｏｓα1≒０．９６８となり、厚さｄ1は約５０ｎｍとなる。
【００７５】
この程度の厚さｄ1の高屈折率層５１であれば、素子間絶縁層５の一部として光変調素子１，１間に低屈折率層５２と共に設けることができ、また厚さの精度よく成膜することが容易である。また、図３に示す光変調素子１の下地層１４を厚膜化したり、下部電極２を光変調素子１の接続領域において底上げした構造として、素子間絶縁層５を光変調素子１よりも厚く形成できるようにしてもよい。高屈折率層５１について、屈折率ｎ1のより高い絶縁材料を選択すれば、厚さｄ1を小さく（薄く）することができる。また、入射光Ｌ0の波長λが短い場合も厚さｄ1が小さくなり、さらに略垂直で入射した（入射角α0≒０°）場合は、α1＜α0よりα1≒０°であり、ｃｏｓα1≒１と近似されて、厚さｄ1が最小となる。
【００７６】
さらに図６を参照して、図４の右側の出射光Ｌ21と出射光Ｌ20が同位相の光となる条件を検証する。この場合は、高屈折率層５１から界面５１−６２で反射した出射光Ｌ21と、界面５１−６２を通過して基板７の反射部７２で反射した出射光Ｌ20とを比較する。したがって、図６の反射層Ｓは反射部７２を、媒質層Ｍは絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の積層体である第２低屈折率層７１／６２を模擬し、また媒質層Ｍ上の大気が高屈折率層５１を模擬する。したがって、図６における表示と異なり、媒質層Ｍと大気との屈折率の高低が逆であり、媒質層Ｍにおける進入角αは入射角（大気における進入角）α0よりも大きくなる。
【００７７】
波長λの光を媒質層Ｍへ、上方の大気中の点Ａ，Ｈからそれぞれ入射角α0で入射して、媒質層Ｍを透過して反射層Ｓとの界面で反射した光（経路ＡＢＣＤＫ）と、媒質層Ｍの表面で反射した光（経路ＨＤＫ）とが、出射光ＤＫにおいて干渉するものとする。反射層Ｓで反射した光は出射光Ｌ20を、媒質層Ｍの表面で反射した光は出射光Ｌ21を模擬する。
【００７８】
図６より、図４の左側の出射光Ｌ11と出射光Ｌ12との位相差と同様に、位相差をもたらす経路長の差φは、φ＝２ｄ・ｃｏｓαで表せる。また、経路ＡＢＣＤＫについて、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面で反射した光ＣＤは、固定端反射により光ＢＣから位相がπ（半波長分）だけずれるのに対し、経路ＨＤＫについて、媒質層Ｍの表面で反射した光ＤＫは入射光ＨＤから位相がずれない。したがって、経路ＡＢＣＤＫの光と、経路ＨＤＫの光とでは、反射による位相の変化が半波長分ずれたものとなる。このことから、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12との位相と同様に、条件式（１）が成立するとき、経路ＡＢＣＤＫと経路ＨＤＫの光のそれぞれの出射光ＤＫ，ＤＫは同位相となって干渉により強め合う。一方、条件式（２）が成立するとき、２つの出射光ＤＫ，ＤＫが相殺するため、光量が０となる。
【００７９】
条件式（２）より、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の屈折率をｎ2、合計の厚さをｄ2とし、光の進入角をα2（ｎ2・ｓｉｎα2＝ｓｉｎα0）で表したとき、下記条件式（５）が成立することが好ましく、このとき、図８（ｂ）に示すように出射光Ｌ21と出射光Ｌ2０は１／２波長ずれるため相殺する。
ｎ2・ｄ2・ｃｏｓα2＝Ｎ／２・λ ・・・式（５）
【００８０】
式（５）は絶縁部７１と絶縁層６２の屈折率が同値（ｎ2）の場合である。ここで、絶縁部７１と絶縁層６２について、それぞれの屈折率がｎ21，ｎ22である場合は、光の進入角をα21，α22（ｎ21・ｓｉｎα21＝ｎ22・ｓｉｎα22＝ｓｉｎα0）で表し、前記条件式（５）の左辺に下式（６）を導入して、それぞれの厚さｄ21，ｄ22を設計すればよい。なお、屈折率ｎ21，ｎ22は、基板７の絶縁部７１および絶縁層６２が一体の媒質（第２低屈折率層７１／６２）として作用する程度に互いに近似した値とする。
ｎ21・ｄ21・ｃｏｓα21＋ｎ22・ｄ22・ｃｏｓα22≒ｎ2・ｄ2・ｃｏｓα2 ・・・式（６）
【００８１】
このように、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１を、屈折率が高屈折率層５１よりも十分に低くかつ互いに近似した材料として、厚さを設計することにより、下部電極２，２間を進行する光についても、出射光を抑制することができる。なお、例えば絶縁層６２の厚さｄ22が下部電極２の厚さにより決定される場合は、式（５）、（６）が成立するように絶縁部７１の厚さｄ21を設計すればよい。
【００８２】
ただし、高屈折率層５１が条件式（４）を満足していれば、界面５１−６２で反射した出射光Ｌ21，Ｌ22，…が１／４波長ずつ位相がずれた光であるため、これらの出射光から分岐して界面５１−６２を通過した出射光Ｌ20等も同様に１／４波長ずつ位相がずれるために相殺することになる。すなわち、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１について条件式（５）が成立せず、出射光Ｌ21と出射光Ｌ20が互いに位相反転しなくても、合成された出射光Ｌ2は抑制された光量となる。
【００８３】
また、界面５１−６２で光の多くを反射させて高屈折率層５１内での多重反射により減衰させるために、さらには高屈折率層５１が条件式（４）を満足して、界面５１−６２で反射する光を下部電極２での反射する光と同様に相殺させるためには、高屈折率層５１と接触する絶縁層６２の少なくとも上層の厚さ（深さ）１０ｎｍ程度について、低屈折率であればよい。すなわち絶縁層６２の全体、さらには基板７の絶縁部７１を一体の低屈折率の媒質としなくてよい。例えば、絶縁層６２について、上層（絶縁層６２ｓと称する）のみを低屈折率材料で形成し、この絶縁層６２ｓの下に高屈折率材料からなる層を備える積層構造としてもよい（図示せず）。あるいは、絶縁層６２は低屈折率材料で、絶縁部７１は高屈折率材料で、それぞれ形成されてもよい。
【００８４】
このように絶縁層６２または基板７の絶縁部７１に高屈折率の層を備える場合は、係る層を、素子間絶縁層５の高屈折率層５１と同様に屈折率等に基づいて厚さを設計することにより、絶縁層６２を透過する光を相殺させて出射光をさらに抑制することができる。具体的には、条件式（２）の成立を避け、条件式（４）または条件式（１）が成立することが好ましく、反射部７２上に形成される層については、条件式（１）の成立を避け、条件式（４）または条件式（２）が成立することが好ましい。また、絶縁層６２さらには基板７の絶縁部７１は全体を十分に厚く設けることができるので、前記の高屈折率の層を、低屈折率の層を挟んで２層以上備える積層構造としてもよい。
【００８５】
界面５１−６２で光を反射させない、すなわち絶縁層６２または絶縁層６２における上層（絶縁層６２ｓ）を高屈折率層５１に対して低屈折率としない構成とすることもできる。例えば、絶縁層６２ｓを高屈折率層５１と屈折率が近似するまたは同一の材料で形成して、低屈折率材料からなる層に積層して絶縁層６２とする（図示せず）。絶縁層６２ｓを高屈折率層５１と一体の高屈折率の媒質の層６２ｓ／５１として光を多重反射させて減衰させ、さらに層６２ｓ／５１の合計の厚さについて条件式（２）の成立を避け、条件式（４）または条件式（１）が成立するように設計することにより、下部電極２，２間に進入する光が相殺されて出射光を抑制することができる。さらに、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の全体を高屈折率層５１と屈折率が近似するまたは同一の材料で形成して、高屈折率層５１と一体の高屈折率の媒質の層７１／６２／５１としてもよい。この場合は、層７１／６２／５１を透過した光が基板７の反射部７２で反射するので、層７１／６２／５１の合計の厚さについて条件式（１）の成立を避け、条件式（４）または条件式（２）が成立するように設計すればよい。
【００８６】
あるいは、絶縁層６２ｓまたは絶縁層６２を高屈折率層５１よりも屈折率がさらに高い材料で形成し、絶縁層６２ｓ（または絶縁層６２）内で光を多重反射させる構成としてもよく、この場合は、絶縁層６２ｓ（または絶縁層６２）単層について条件式（４）または条件式（１）が成立するように厚さを設計することにより反射光が相殺される。
【００８７】
また、基板７が反射部７２を備えない、すなわち全体が透明な基板７Ａ（図１０（ｂ）参照）を適用し、裏面（下面）全体に光を吸収するカーボン等の公知の黒色膜からなる光吸収膜を被覆して、界面５１−６２を通過した光が反射して上方へ出射しない構成としてもよい（図示せず）。さらに、絶縁層６２および基板７Ａについて、高屈折率層５１と近似するまたはより高屈折率の材料を適用した場合は、下部電極２，２間に進入する光が界面５１−６２等で反射することなく基板７Ａ裏面に到達するため、出射光が抑制される。
【００８８】
（変形例）
図９を参照して、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器について説明する。なお、図９（ｂ）は、破断線の左側が図１のＢ−Ｂ断面、右側が図１のＡ−Ａ断面にそれぞれ相当する。本変形例に係る空間光変調器は、画素４Ａ以外、すなわちその配列（画素アレイ４０Ａ）および電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であるので、説明を省略する。また、画素４Ａにおいても第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
本変形例においては、光を透過させる上部電極３Ａについて、配線部分として金属電極３３は下部電極２と同様に電極用金属材料で形成して、光変調素子１Ａと平面視で重なる領域に孔を形成し、この孔の内部のみに透明電極３１を設けている。このような電極３Ａとすることで、低抵抗の金属材料を用いて光変調素子１Ａに光を入射することができるので、配線抵抗による電圧降下を抑えて省電力化および画素間の動作ばらつきを低減できる。なお、金属電極３３のように光の入出射側に設けられる電極に金属材料を備える場合は、その表面（上面）に、例えば第１実施形態にて基板裏面に被覆した光吸収膜を形成して、入射光の反射を抑えることが好ましい（図示省略）。光吸収膜は、金属電極３３と同じパターンすなわち金属電極３３上に限定して設ける場合、カーボン等の導電性材料からなる黒色膜を適用することができる。あるいは、特許文献３のような透光性の反射防止膜を設けてもよい。
【００９０】
また、このような上部電極３Ａとすることで、非旋光の光は必ず上部電極３Ａ，３Ａ間（絶縁層６３Ａ）を通過するため、図９（ｂ）に示すように、絶縁層６３Ａを素子間絶縁層５Ａの一部とすることができる。したがって、光変調素子１Ａの全体の厚さが条件式（４）を満足する高屈折率層５１の厚さｄ1よりも薄くても、その上の低屈折率層５２と共に備えることができる。
【００９１】
さらに、光変調素子１Ａは、その全体を図９（ａ）に示す同じ平面視形状（正方形）に成形せず、図９（ｂ）に示すように、最下層である磁化固定層１１Ｃを下部電極２と同一の平面視形状とすることができる。同じ下部電極２に接続する光変調素子１Ａ，１Ａ，…同士であればこのように磁化固定層１１Ｃを共有化してもよく、導電体である磁化固定層１１Ｃは下部電極２と一体として電極の一方（配線）としても作用する。したがって、下部電極２，２間の絶縁層６２Ａは、下部電極２と磁化固定層１１Ｃの合計厚さに形成される。光変調素子１Ａをこのような構成とすることで、磁化固定層１１Ｃの面積が大きくなり、保磁力を大きくすることができる。
【００９２】
光変調素子１Ａにおいては、当該光変調素子１Ａ，１Ａ間のみを絶縁する絶縁層５１ａが形成される高さ領域は、磁化固定層１１Ｃの上面から光変調素子１Ａの上面（保護膜１５）までの狭い（薄い）範囲に限定される。しかし、前記した通り、本変形例においては絶縁層６３Ａを素子間絶縁層５Ａの一部とすることができるので、十分な厚さの高屈折率層５１を備えることができる。なお、スピン注入磁化反転素子としては、磁化自由層１３が積層された領域に限定されるので、磁化反転には影響せず、第１実施形態における光変調素子１と同様に動作させることができる（図５参照）。本変形例では、磁化固定層１１Ｃのみを下部電極２と同一の平面視形状としたが、さらに中間層１２も同形状としてもよい（図示せず）。
【００９３】
このような構造の光変調素子１Ａを配列した画素アレイ４０Ａは、例えば、下部電極２用の金属電極材料および光変調素子１Ａの各層の材料を成膜し、下部電極２の平面視形状に加工して、下部電極２，２間に絶縁層６２Ａを埋めるように成膜した後、光変調素子１Ａの平面視形状に加工して、絶縁層５１ａを成膜して製造することができる。あるいは、下部電極２および磁化固定層１１Ｃをストライプ状に形成した後、中間層１２および磁化自由層１３を光変調素子１Ａの１個ずつ（正方形）に形成して製造することもできる。
【００９４】
光変調素子１，１Ａは、磁化固定層１１および磁化自由層１３を面内磁気異方性としてもよい。この場合、磁化固定層１１および磁化自由層１３は、面内磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、具体的にはＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏから選択される遷移金属やＮｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等の遷移金属合金、あるいはＣｏ−Ｐｔ等のＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとの合金が挙げられる。さらに磁化固定層１１については、ＦＭ／ＰｔＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＰｔＭｎ（シンセティックピン層、積層フェリ構造）のような多層膜、さらにＩｒＭｎ等の磁化固着層を上層に設けたＦＭ／ＩｒＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＩｒＭｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ1-XＦｅX、ＺｎＯ：Ｃｒ1-XＭｎX等のＺｎＯを母体とするもの、III-Ｖ族化合物半導体を母体とするもの、ＴｉＯを母体とするもの、II−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。磁化自由層１３については、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ（シンセティックフリー層、積層フェリ構造）、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ1-XＦｅX、ＺｎＯ：Ｃｒ1-XＭｎX等のＺｎＯを母体とする磁性半導体、III-Ｖ族化合物半導体やII−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。
【００９５】
このような面内磁気異方性の光変調素子１（１Ａ）を備える空間光変調器において、磁化固定層１１の磁化は画素アレイ４０のすべての光変調素子１において面内の一方向に固定され、磁化自由層１３の磁化は前記一方向と平行または反平行となる。そして、高い磁気光学効果を得るために、この磁化方向により近付けて入射光を画素アレイに入射することが好ましいが、面内に平行に近づけすぎるとすべての画素に入射光を入射することが困難になるため、入射角α0が８０°程度以内となるようにする。したがって、光変調素子１が面内磁気異方性を有する空間光変調器においては、入射角α0を３０°〜８０°程度の範囲とすることが好ましく、表示装置に用いる際には入射光および出射光のそれぞれの光路に合わせて、図２に示すような光学系ＯＰＳや偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏ等が配置される（図示省略）。
【００９６】
以上のように、第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、公知のスピン注入磁化反転素子を光変調素子とし、当該光変調素子同士を絶縁する絶縁材料の積層構造を規制することで、光変調素子の微細パターンに対応した光吸収膜等の遮光手段を設けなくても、容易にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【００９７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る空間光変調器は、図１０（ｂ）に示すように、光を透過する基板７Ａ上に画素４Ｂを２次元配列した画素アレイ４０Ｂを備え、基板７Ａ側（図１０（ｂ）における下）から光を入射する反射型の空間光変調器である。なお、図１０（ｂ）は、破断線の左側が図１のＢ−Ｂ断面、右側が図１のＡ−Ａ断面にそれぞれ相当する。本実施形態に係る空間光変調器は、表示装置に用いる際には、後記の第３実施形態に係る空間光変調器１０Ｃ（図１２参照）と同様に、画素アレイ４０Ｂの下方に光学系ＯＰＳ等が配置される（図示省略）。したがって、画素アレイ４０Ｂは、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０の画素アレイ４０を上下（表裏）反転した構造であり、下部電極３Ｂを透明電極として光を透過させ、上部電極２Ｂを金属電極として入射した光を反射させて下方へ出射する。また、図１０（ａ）に示すように、１つの画素４Ｂは、平面視長方形の光変調素子１Ｂを短辺方向に２個並べて配置して備える。本実施形態に係る空間光変調器は、画素４Ｂの配列（４行×４列）および電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であるので、説明を省略する。また、画素４Ｂにおいても第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
（電極）
上部電極２Ｂは、第１実施形態における下部電極２と同様に、一般的な電極用金属材料で形成される。一方、下部電極３Ｂは、第１実施形態における上部電極３と同様に、透明電極材料からなる透明電極３１Ｂで主に形成され、この透明電極３１Ｂと光変調素子１Ｂとの間に光を遮らない程度の膜厚の金属膜３２Ｂを積層してさらに備える。
【００９９】
透明電極３１Ｂは、第１実施形態における上部電極３の透明電極３１と同様に公知の透明電極材料を適用できるが、特にＩＴＯ、ガリウム−酸化亜鉛（Gallium Zinc Oxide：ＧＺＯ）、酸化アルミニウム−酸化亜鉛（Aluminum oxide - Zinc Oxide：ＡＺＯ）等の結晶性の透明電極材料が好ましい。結晶性材料を適用することで、加熱成膜または成膜後のポストアニールにより抵抗を低減することができる。これらの透明電極材料は、高温にてスパッタリング法や真空蒸着法等の公知の方法により成膜され、あるいは室温等の低温（無加熱）にて前記方法や塗布法等により成膜された後にポストアニールを施すことにより、抵抗を低減することができる。そして、フォトリソグラフィおよびエッチング等により下部電極３Ｂの形状すなわちストライプ状に加工される。
【０１００】
金属膜３２Ｂは、第１実施形態における上部電極３の金属膜３２と同様の金属材料および膜厚としてスパッタリング法等の同様の方法により成膜される。ただし、金属膜３２Ｂとその上の層すなわち光変調素子１Ｂの最下層である磁化自由層１３との密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、金属膜３２Ｂとなる金属膜は、磁化自由層１３となる磁性材料と連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。すなわち、金属膜３２Ｂは、第１実施形態における光変調素子１の下地膜１４を兼用するといえる。また、金属膜３２Ｂは、金属膜３２と同様に透明電極３１Ｂと同じすなわち下部電極３Ｂの平面視形状に加工されてもよいが、光変調素子１Ｂと共に加工されて同じ平面視形状とすることが好ましい。このような構成であれば、画素有効領域４ef外において透明電極３１Ｂを透過した入射光が、金属膜３２Ｂで反射しないので素子間絶縁層５Ｂまで進行し易く、効率的に素子間絶縁層５Ｂで減衰させることができる。
【０１０１】
本実施形態における光変調素子１Ｂは、光変調素子１と同様のスピン注入磁化反転素子であり、平面視形状を長方形として、１つの画素４Ｂに２個を備える。このような構成とすることで、光変調素子１Ｂの１個は磁化反転し易い小さな面積で、画素４Ｂにおける画有効領域４eｆを広くすることができる。また、光変調素子１Ｂは、基板７Ａ側から光を入射されるため、磁化固定層１１と磁化自由層１３の積層順を入れ替えて、光の入射側に磁化自由層１３を備える。したがって、光変調素子１Ｂの磁化反転動作は、第１実施形態に係る光変調素子１と同様であるが、磁化固定層１１と磁化自由層１３の積層順が逆であるので、上部電極２Ｂと下部電極３Ｂの「＋」、「−」は逆となる。
【０１０２】
また、前記した通り、下部電極３Ｂの金属膜３２Ｂが光変調素子１Ｂの下地膜を兼用するが、別途下地膜を形成してもよい。ただし、光の透過を妨げないように、厚膜化せず、比較的透過率の高い金属膜とすることが好ましい。一方、保護膜１５Ｂは、光変調素子１の下地膜１４と同様に、Ａｇ膜のような反射膜を積層することが好ましく、また、高屈折率層５１を設けるために厚膜化して上部電極２Ｂの一部としてもよい。
【０１０３】
（絶縁層）
第２実施形態に係る空間光変調器は、画素アレイ４０Ｂの基板７Ａ側が光の入出射側になるため、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間に設ける素子間絶縁層５Ｂは、基板７Ａ側から低屈折率層５２、高屈折率層５１の順に積層する。また、上部電極２Ｂ，２Ｂ間を絶縁する絶縁層６２Ｂは、その少なくとも素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち下部に、高屈折率層５１よりも低い屈折率の絶縁材料を備える。それぞれの絶縁層５１，５２，６２Ｂ，６３の材料は、第１実施形態において挙げた材料から屈折率に応じて選択すればよい。
【０１０４】
基板７Ａは、第１実施形態にて説明した公知の透明な基板材料を適用することができる。なお、上部電極２Ｂ上すなわち絶縁層６２Ｂ上には、全面（上面全体）に、図示しない絶縁膜および光吸収膜を被覆して、高屈折率層５１から絶縁層６２Ｂへ透過した光を反射させない構成とすることが好ましい。あるいは、絶縁層６２Ｂと屈折率が近似する絶縁膜と金属膜からなる反射膜とを積層して、絶縁層６２Ｂおよび前記絶縁膜の屈折率と膜厚を制御して、反射膜から好適に位相反転させて光を下方へ反射させる構成としてもよい。すなわち、絶縁層６２Ｂが第１実施形態における絶縁層６２に、絶縁膜および反射膜が基板７の絶縁層７１および反射部７２に、それぞれ相当する。
【０１０５】
以上のように、第２実施形態に係る空間光変調器によれば、積層順序を変えて透明基板の側から光を入射する態様としても、第１実施形態と同様にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【０１０６】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る空間光変調器１０Ｃは、図１１および図１２に示すように、光を透過する基板７Ａ上に２次元配列された画素４Ｃからなる画素アレイ４０Ｃを備え、さらに画素アレイ４０Ｃから１つ以上の画素４Ｃを選択して駆動する電流制御部９０を備える。なお、図１２においては、破断線の左側に図１１のＤ−Ｄ断面図、右側に図１１のＣ−Ｃ断面図を表す。本実施形態においては、第２実施形態と同様に、底面（下面）が空間光変調器１０Ｃの光の入射面であり、空間光変調器１０Ｃは画素４Ｃ（画素アレイ４０Ｃ）に下方から入射した光を反射してその光を変調して下方へ出射する反射型の空間光変調器である。また、空間光変調器１０Ｃの電流制御部９０は、第１実施形態に係る空間光変調器１０のものと同様の構成であるので、説明を省略する。
【０１０７】
第３実施形態の画素４Ｃに備える光変調素子１Ｃは、デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子（例えば特開２０１０−６０７４８号公報参照）について、１つの磁化自由層の上下に配置していた磁化固定層を２つ共、磁化自由層の同じ側の面に、面方向に離間して積層することにより、磁化自由層を底部として断面視Ｕ字型の電流経路を形成したものである。したがって、光変調素子１Ｃを駆動するための電流を供給する一対の電極は、２つの磁化固定層に接続されるため、電極を磁化自由層側に備える必要がなく、この側を光の入出射側とすることで、透明電極によらずに駆動することができる。以下、光変調素子１Ｃについて詳細に説明する。なお、光変調素子１Ｃおよび画素４Ｃにおいても、前記の実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０８】
（光変調素子）
光変調素子１Ｃは、図１１に示すように平面（底面）視正方形で、図１３，１４に示すように、その全体に磁化自由層１３Ｃを備え、その上の同じ高さ位置に、平面視長方形の２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂ（第１磁化固定層１１ａ、第２磁化固定層１１ｂ）を、互いに離間して短辺方向に並べて、中間層１２Ｃ，１２Ｃを挟んで積層して備える。したがって、光変調素子１Ｃは、第１磁化固定層１１ａ、中間層１２Ｃ、磁化自由層１３Ｃからなる第１のスピン注入磁化反転素子構造と、第２磁化固定層１１ｂ、中間層１２Ｃ、磁化自由層１３Ｃからなる第２のスピン注入磁化反転素子構造との２つを、面方向に並べて、磁化自由層１３Ｃで接続して備えるといえる。光変調素子１Ｃはさらに、磁化自由層１３Ｃの下に下地膜１４Ｂを、磁化固定層１１ａ，１１ｂのそれぞれの上に保護層１５Ｂ，１５Ｂを必要に応じて備える。
【０１０９】
磁化固定層１１ａ，１１ｂ、磁化自由層１３Ｃ、中間層１２Ｃは、それぞれ第１実施形態における光変調素子１の磁化固定層１１、磁化自由層１３、中間層１２と同様に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知材料にて構成することができる。なお、磁化固定層１１ａ，１１ｂは、それぞれの磁化を画素アレイ４０Ｃのすべての光変調素子１Ｃにおいて一方向に固定されるが、第１磁化固定層１１ａと第２磁化固定層１１ｂとは互いに反平行な方向とする。本実施形態において光変調素子１Ｃは、第１実施形態の光変調素子１と同様に垂直磁気異方性とし、第１磁化固定層１１ａの磁化は上向きに、第２磁化固定層１１ｂの磁化は下向きに、それぞれ固定されている。さらに、下地膜１４Ｂは、光変調素子１の下地膜１４と同じ金属膜とすることができるが、光の入射側に設けられるため、光の透過を妨げないような構成とする。また、保護層１５Ｂは第２実施形態における光変調素子１Ｂの保護層１５Ｂと同じ金属膜とすることができる。
【０１１０】
次に、本実施形態における光変調素子の磁化反転の動作を、図１５を参照して説明する。なお、図１５において下地膜１４Ｂおよび保護膜１５Ｂは図示を省略する。光変調素子１Ｃは前記した通り２つのスピン注入磁化反転素子構造を備え、そして、スピン注入磁化反転素子の磁化反転の動作は、第１実施形態にて図５を参照して説明した通りである。図１５（ａ）に示すように、第１磁化固定層１１ａに接続したＸ電極２Ｃを「−」、第２磁化固定層１１ｂに接続したＹ電極３Ｃを「＋」にして第１磁化固定層１１ａ側から電子を注入すると、第１磁化固定層１１ａにより当該第１磁化固定層１１ａと逆方向の下向きのスピンを持つ電子が弁別されてＸ電極２Ｃからは上向きのスピンを持つ電子のみが第１磁化固定層１１ａに、さらに磁化自由層１３Ｃに注入される。磁化自由層１３Ｃに注入された上向きのスピンを持つ電子は、第２磁化固定層１１ｂにより弁別されるため磁化自由層１３Ｃに留まり、その結果、磁化自由層１３Ｃの磁化固定層１１ａ，１１ｂが積層されていない領域も含めた全体が、第１磁化固定層１１ａの磁化方向と同じ上向きの磁化を示す。反対に、図１５（ｂ）に示すように、Ｘ電極２Ｃを「＋」、Ｙ電極３Ｃを「−」にして第２磁化固定層１１ｂ側から電子を注入すると、磁化自由層１３Ｃには下向きのスピンを持つ電子のみが注入されて留まることにより、磁化自由層１３Ｃは第２磁化固定層１１ｂの磁化方向と同じ下向きの磁化を示す。
【０１１１】
このように、本実施形態における光変調素子１Ｃは、磁化自由層１３Ｃの同じ側（上側）の面に中間層１２Ｃ，１２Ｃを挟んで積層された２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂのそれぞれに一対の電極２Ｃ，３Ｃを接続されて電流を供給されることで、磁化自由層１３Ｃの磁化方向を変化させる（磁化反転させる）ことができる。したがって、本実施形態における光変調素子１Ｃは、第１、第２のそれぞれのスピン注入磁化反転素子構造を、磁化反転に好適な小さな面積として、共有される磁化自由層１３Ｃを大きな面積に形成することができるので、画素４Ｃにおける画素有効領域４efを広くすることができる。なお、光変調素子１Ｃは、磁化固定層１１ａ，１１ｂ間で磁化自由層１３Ｃを底部とした断面視Ｕ字型の電流経路が形成されればよいので、光変調素子１Ｃ（磁化自由層１３Ｃ）および磁化固定層１１ａ，１１ｂの平面視形状は、本実施形態に限られない。また、磁化自由層１３Ｃには直接に電極を接続する必要がなく、すなわち一対の電極２Ｃ，３Ｃが同じ一面側（磁化固定層１１ａ，１１ｂ側）に設けられるため、その反対側である磁化自由層１３Ｃの側を光の入出射側として、電極２Ｃ，３Ｃを共に導電性に優れた金属電極とすることができる。したがって、画素アレイ４０Ｃは以下の構成となる。
【０１１２】
図１１に示すように、画素アレイ４０Ｃは、平面（底面）視でＹ方向（図１１における縦方向）に延設されたＸ電極２Ｃ，２Ｃ，…と、平面視でＸ電極２Ｃと直交するＸ方向（図１１における横方向）に延設されたＹ電極３Ｃ，３Ｃ，…と、を備える。図１１は基板７Ａ側からの底面図であり、Ｙ電極３ＣよりもＸ電極２Ｃが基板７Ａ側、すなわち下に配され、さらにその下の基板７Ａ上に光変調素子１Ｃが配される。画素アレイ４０Ｃは、第１、第２実施形態と同様に、Ｘ電極２ＣとＹ電極３Ｃとの交点毎に１つの画素４Ｃを備え、４行×４列の１６個の画素４Ｃからなる構成で例示される。なお、本実施形態の画素アレイ４０Ｃは、Ｘ方向において、画素４Ｃを１つおきに左右反転させて配列する。したがって、画素アレイ４０Ｃは、隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃにおいて、第１磁化固定層１１ａ，１１ａ同士、第２磁化固定層１１ｂ，１１ｂ同士が隣り合う構成であるが、画素４Ｃの向きを揃えて配列してもよい。
【０１１３】
第１、第２実施形態では、平面視で一対の電極が重なる領域に光変調素子を設けて、その上下面全体が電極に接続されるため、電極２，３は、同じ幅の配線を画素ピッチに合わせて配されるが、本実施形態では、電極２Ｃ，３Ｃは、それぞれ光変調素子１Ｃの面内における一部の領域であってＹ方向（縦方向）に長い長方形の２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂに接続される。したがって、Ｙ方向に延設されて第１磁化固定層１１ａに接続するＸ電極２Ｃは、第２磁化固定層１１ｂや隣の（右側または左側の）光変調素子１Ｃの磁化固定層１１ａ，１１ｂに接触しないように幅狭の帯状の配線に形成され、図１３に示すように光変調素子１Ｃ上に直接に接続する高さ位置に設けられる。一方、Ｘ方向に延設されて第２磁化固定層１１ｂに接続するＹ電極３Ｃは、光変調素子１Ｃと同じまたはそれよりも幅の広い帯状の配線に形成され、第１磁化固定層１１ａとＸ電極２Ｃとの接続を妨げないように、かつＸ電極２Ｃと短絡しないように、Ｘ電極２Ｃの上（光変調素子１Ｃから離れた側）に層間絶縁層（絶縁層６２Ｃ）を介して設けられ、第２磁化固定層１１ｂの直上の領域において下方へ張り出して第２磁化固定層１１ｂに接続する。このようなＸ電極２ＣおよびＹ電極３Ｃは、第１実施形態における下部電極２と同様に、一般的な電極用金属材料で形成することができる。したがって、導電性の優れた金属電極のみで光変調素子１Ｃを駆動することができる。
【０１１４】
（絶縁層）
また、画素アレイ４０Ｃにおける隙間、すなわち隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、さらに光変調素子１Ｃにおける磁化固定層１１ａ，１１ｂ間は素子間絶縁層５Ｂで埋められている。また、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間、およびＸ電極２Ｃ−Ｙ電極３Ｃ層間は絶縁層６２Ｃで、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間は絶縁層６１Ｃで、それぞれ埋められている（絶縁層６１Ｃ，６２Ｃを適宜まとめて絶縁層６Ｃと称する）。ここで、本実施形態に係る空間光変調器１０Ｃは、第２実施形態と同様に画素アレイ４０Ｃの基板７Ａ側が光の入出射側になるため、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間に設ける素子間絶縁層５Ｂは、基板７Ａ側から低屈折率層５２、高屈折率層５１の順に積層する（図１３参照）。そして、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間に配される絶縁層６２Ｃは、その少なくとも素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち下部に、高屈折率層５１よりも低い屈折率の絶縁材料を備える。それぞれの絶縁層５Ｂ（５１，５２），６２Ｃ，６１Ｃの材料は、第１実施形態において挙げた材料から屈折率に応じて選択することができ、その屈折率および厚さについての詳細は後記する。
【０１１５】
（基板）
基板７Ａは、第２実施形態と同様に、公知の透明な基板材料を適用することができる。また、基板７Ａは、素子間絶縁層５Ｂの低屈折率層５２と屈折率が近似する材料が適用された場合、低屈折率層５２と共に一体の媒質として作用し、低屈折率層５２と基板７Ａとの界面での多重反射を防止することができる。基板７Ａは製品として厚さが固定されているために、低屈折率層５２は、光変調素子１Ｃおよび高屈折率層５１のそれぞれの厚さにより決定されるために、独立して厚さを設計することが困難であり、界面で多重反射した場合、出射光が増大する場合がある。あるいは、基板７Ａ上に、任意の屈折率および厚さの絶縁膜を形成して、その上に光変調素子１Ｃおよび素子間絶縁層５Ｂを設けてもよい。また、基板７Ａを低屈折率層５２として、素子間絶縁層５Ｂ全体を高屈折率層５１で形成してもよい。
【０１１６】
本実施形態に係る空間光変調器１０Ｃにおける出射光の経路について、図１２を参照して、この空間光変調器１０Ｃを用いた表示装置にて説明する。なお、空間光変調器１０Ｃの光変調動作は、第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様であるので、説明を省略する。表示装置は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０を用いたもの（図２参照）と同様の構成とすればよいが、第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂと同様に、基板７Ａ側を光の入出射とするため、表示装置は上下（表裏）を反転させて、空間光変調器１０Ｃの画素アレイ４０Ｃの下方に、光学系ＯＰＳ、偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏ、および検出器ＰＤが配置される。
【０１１７】
画素アレイ４０Ｃから出射した光のうち、入射光Ｌ0に対して旋光しなかった光は、第１実施形態と同様に、入射光Ｌ0が光変調素子１Ｃで反射しないで出射した、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間すなわち素子間絶縁層５Ｂを透過した光であり、画素アレイ４０Ｃの光変調素子１Ｃの配されていない領域から出射する。詳しくは、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間に進入して、Ｘ電極２Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ4）、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間およびＸ電極２Ｃ，２Ｃ間に進入して、Ｙ電極３Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ5）、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃの第２磁化固定層２ｂ，２ｂ間に進入して、下方へ張り出したＹ電極３Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ6）、そして、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間に進入して、Ｙ電極３Ｃ上の図示しない絶縁膜（保護膜）等の界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（図１２中図示省略、図１４（ｂ）参照）が挙げられる。
【０１１８】
出射光Ｌ4および出射光Ｌ6は、素子間絶縁層５Ｂを透過して、Ｘ電極２ＣまたはＹ電極３Ｃで全反射するため、図４の左側に示す第１実施形態における出射光Ｌ1に相当し、Ｘ電極２Ｃ、Ｙ電極３Ｃが下部電極２に相当する。一方、出射光Ｌ5は、素子間絶縁層５Ｂを透過して、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間の絶縁層６２Ｃとの界面に到達した際に、反射と通過とに分岐して、通過した光は絶縁層６２Ｃを透過してＹ電極３Ｃで全反射する。すなわち、出射光Ｌ5は、図４の右側に示す第１実施形態における出射光Ｌ2に相当し、絶縁層６２Ｃが絶縁層６２および基板７の絶縁部７１（第２低屈折率層７１／６２）に、Ｙ電極３Ｃが基板７の反射部７２にそれぞれ相当する。
【０１１９】
したがって、素子間絶縁層５Ｂの高屈折率層５１について、第１、第２実施形態と同様に、屈折率ｎ1および厚さｄ1を式（３）、さらに式（４）に基づいて設計することにより、出射光Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6は、それぞれ干渉して光が増大せず、さらには相殺して光量が抑えられる。
【０１２０】
また、出射光Ｌ5について、素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）と絶縁層６２Ｃとの界面を通過した光は、絶縁層６２Ｃの屈折率をｎ2、厚さをｄ2として、式（５）に基づいて設計することにより、さらに出射光が抑えられる。ただし、絶縁層６２Ｃの厚さは、Ｘ電極２Ｃの厚さおよびＸ電極２Ｃ−Ｙ電極３Ｃ層間厚さにより決定されるため、独立して設計することが困難な場合がある。このような場合、絶縁層６２Ｃを素子間絶縁層５Ｂと同様に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造としてもよい（基板７Ａ側に低屈折率層を配置、図示せず）。そして、高屈折率層について、素子間絶縁層５Ｂの高屈折率層５１と同様に、屈折率ｎ1および厚さｄ1を式（３）、さらに式（４）に基づいて設計することもできる。この場合、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間に配される絶縁層６１Ｃは、その少なくとも絶縁層６２Ｃに接触する部分すなわち下部に、前記高屈折率層よりも低い屈折率の絶縁材料を備えることがさらに好ましい。
【０１２１】
なお、Ｙ電極３Ｃ上すなわち絶縁層６１Ｃ上には、全面（上面全体）に、図示しない絶縁膜および光吸収膜を被覆して、絶縁層６１Ｃへ透過した光を反射させない構成とすることが好ましい。あるいは、絶縁層６１Ｃと屈折率が近似する絶縁膜と金属膜からなる反射膜とを積層して、絶縁層６１Ｃおよび前記絶縁膜の屈折率と膜厚を制御して、反射膜から好適に位相反転させて光を下方へ反射させる構成としてもよい。
【０１２２】
以上のように、第３実施形態に係る空間光変調器によれば、光の入出射側の反対側に、２層の配線を備える構造としても、これらの異なる配線で反射して出射する光をいずれも抑えて、第１、第２実施形態と同様にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【０１２３】
以上、本発明の空間光変調器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。
【実施例】
【０１２４】
本発明の効果を確認するために、本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の画素（図９参照）を模擬したサンプルを作製し、その反射率を評価した。光変調および磁化反転させる必要はないので、サンプルは上部電極を設けないものとした。詳しくは、熱酸化Ｓｉ基板に、下部電極としてＣｕ膜を成膜し、さらに反射膜・下地膜：Ｒｕ（３ｎｍ）／Ａｇ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）、磁化固定層：ＴｂＦｅＣｏ（１０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）、中間層：Ｃｕ（６ｎｍ）、磁化自由層：ＧｄＦｅ（１０ｎｍ）、保護膜：Ｒｕ（３ｎｍ）をＤＣマグネトロンスパッタリング法で連続して成膜して積層した（（ ）内は厚さ）。そして、イオンビームミリングにて、磁化固定層のＴｂＦｅＣｏ膜が露出するまで加工して光変調素子を成形し、その側面に素子間絶縁層として、Ｓｉ−Ｎ／ＳｉＯ2を積層した。Ｓｉ−Ｎの屈折率ｎ1は２．０、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６である。ＳｉＯ2の厚さは１３ｎｍとし、Ｓｉ−Ｎ膜の厚さｄ1を２５，３０，３５，４０ｎｍの４段階で変化させたサンプルを作製した。
【０１２５】
作製したサンプルの表面の素子間絶縁層に光を入射角５°以内で照射して、反射率を分光光度計で測定し、得られた分光反射率曲線を図１６に示す。
【０１２６】
図１６に示すように、いずれのサンプルも入射光の波長の４００ｎｍから８００ｎｍまでの変化に伴い、反射率の低下と回復が観察されたが、高屈折率層（Ｓｉ−Ｎ膜）の厚さによって反射率が変化するときの波長がシフトした。式（４）より、反射光が反射１回毎に１／４波長ずれる入射光の波長λを、入射角α0が５°以下であることからｃｏｓα1≒１と近似して算出すると（Ｎ＝１）、４００ｎｍ（ｄ1＝２５ｎｍ）、４８０ｎｍ（ｄ1＝３０ｎｍ）、５６０ｎｍ（ｄ1＝３５ｎｍ）、６４０ｎｍ（ｄ1＝４０ｎｍ）となり、それぞれの波長の近傍で反射率が５％以下の極小値となることが観察された。さらにｄ1＝４０ｎｍのサンプルでは、反射光が干渉する式（１）が成立する入射光の波長３２０ｎｍに近い、波長約３６０ｎｍで反射率が約３０％の極大値となることが観察された。これらの結果から、高屈折率層の厚さを規制して、その上に低屈折率層を積層することで、厚さ数十ｎｍの絶縁層で反射率を抑えることが確認できた。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，１０Ｃ 空間光変調器
１，１Ａ，１Ｂ 光変調素子
１１，１１Ｃ 磁化固定層
１２ 中間層
１３ 磁化自由層
１Ｃ 光変調素子
１１ａ 第１磁化固定層（磁化固定層）
１１ｂ 第２磁化固定層（磁化固定層）
１２Ｃ 中間層
１３Ｃ 磁化自由層
２ 下部電極（電極）
３，３Ａ 上部電極（電極）
２Ｂ 上部電極（電極）
３Ｂ 下部電極（電極）
２Ｃ Ｘ部電極（電極）
３Ｃ Ｙ電極（電極）
３１ 金属電極層
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 画素アレイ
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 画素
５，５Ａ，５Ｂ 素子間絶縁層
５１ 高屈折率層
５２ 低屈折率層
６ 絶縁層
６２，６２Ａ，６２Ｂ 絶縁層
６３，６３Ａ 絶縁層
６Ｃ 絶縁層
６１Ｃ 絶縁層
６２Ｃ 絶縁層
７，７Ａ 基板
９１ 電源（電流供給手段）
９４ 画素選択部（画素選択手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器に関する。
【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って、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下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。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器においては、磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用している。すなわち、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異なるものとして、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）に差を生じさせた２値の光に変調する。このような光変調素子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の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献１，２）がある。
【０００４】
スピン注入方式の光変調素子は、具体的には、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等の、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子が適用される。スピン注入磁化反転素子は素子サイズ（面積）および厚さが小さいほど小さい電流で容易に磁化反転し、このようなスピン注入磁化反転素子を適用した光変調素子は、磁界を発生させるために各光変調素子の外周に沿って電極（配線）を備える磁界印加方式よりもいっそうの微細化を可能とする。
【０００５】
図１に示すように、スピン注入磁化反転素子を光変調素子１として２次元配列して空間光変調器１０を構成する場合、光変調素子１は各々が独立して磁化反転するように２次元における行、列それぞれに離間して配列される。さらに所望の光変調素子１を磁化反転させるために、電流を光変調素子１毎に供給可能するべく、その上下に接続される配線間（上部電極３，３間、下部電極２，２間）も絶縁材料（絶縁層６３，６２）を介して離間して設けられる。したがって、空間光変調器の受光部である２次元配列された画素４（画素アレイ４０）は、その全面を光変調素子１が占めることはなく一部にすぎない。ここで、画素アレイ４０の光変調素子１，１間等を埋める絶縁材料は、スピン注入磁化反転素子の磁性膜と同様に、スパッタリング法等で薄膜を厚さの精度よく成膜することができる、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＯのような酸化物や窒化物等が適用され、これらは透光性の材料である。
【０００６】
図２に示すように、偏光の向きを変化させる磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）から、選択画素（または非選択画素）からの出射光のみを取り出してスクリーン等の検出器ＰＤに投影する表示装置とするためには、空間光変調器１０の画素アレイ４０の出射側に特定の１つの偏光成分の光を遮光する偏光フィルタＰＦｏを配置する。なお、偏光フィルタＰＦｏで非選択画素（または選択画素）からの出射光を完全に遮光するために、各画素４からの出射光はそれぞれが１つの偏光成分の光（偏光の向き）でなくてはならないので、空間光変調器１０へ照射する光も、別の偏光フィルタＰＦｉを透過させた１つの偏光成分の光（図２中の入射光Ｌ0）である。なお、図２においては、破断線の左側に図１のＡ−Ａ断面図、右側に図１のＢ−Ｂ断面図を表す。
【０００７】
空間光変調器１０からの出射光が、光変調素子１によって変調した２値の光のみであれば、偏光フィルタＰＦｏを透過して検出器ＰＤに投影される光は、選択画素（または非選択画素）からの出射光に限定される。しかしながら、前記した通り、画素アレイ４０における光変調素子１の配置された領域（画素有効領域４ef、図３参照）は一部にすぎず、この領域外に入射した光は、上部電極３，３間、光変調素子１，１間の絶縁層５，６３を透過して下部電極２の表面で反射し、あるいはさらに下部電極２，２間の絶縁層６２を透過して基板７の反射面で反射して、再びこれらの絶縁層を透過して画素アレイ４０から出射する。このような出射光（図２の出射光Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3）は、入射光Ｌ0に対して旋光していないので、２値の光以外の光すなわちノイズとなる。
【０００８】
偏光フィルタ（偏光子）は、特定の１つの偏光成分の光のみを遮光し、それ以外の光については、遮光される偏光成分に対して差（偏光の向きの角度差）が大きくなるにしたがい透過させる光の光量が多くなり、差が９０°の光について最も多く（１００％とする）透過させる。光変調素子１による旋光角が±θkである場合、空間光変調器は入射光Ｌ0を＋θk，−θkいずれかの角度に旋光させた２値の光に変調して出射するので、偏光フィルタＰＦｏで正規に取り出される出射光は、偏光フィルタＰＦｏに入射した光の(ｓｉｎ２θk)×１００％の光量である。一方、旋光していない出射光も、(ｓｉｎθk)×１００％の光量、すなわち約半分の光量で偏光フィルタＰＦｏを透過して、光変調素子１からの出射光と共に検出器ＰＤに到達する。
【０００９】
このように、空間光変調器（画素アレイ）において光変調素子１が配置された領域（画素有効領域４ef）以外の領域からも光が出射すると、選択画素と非選択画素とのコントラストが低下する。さらに、スピン注入磁化反転素子で構成された光変調素子１は、旋光角θkが小さく光変調度が比較的低いため、検出器ＰＤで所望の選択画素または非選択画素からの出射光を的確に取り出すことが困難になる。そこで、近年、空間光変調器は、当該光変調素子１で光変調した光について、偏光フィルタＰＦｏを透過する絶対量を多くするため、極カー効果でより大きな旋光角θkが得られる垂直磁気異方性を有する光変調素子１を適用している（例えば特許文献２）。そして、空間光変調器は、２次元配列された光変調素子１を備える画素アレイ４０上において、画素有効領域４ef以外の領域には塗膜等で光を吸収する光吸収膜を設けて、入出射光を遮光することが一般的である。あるいは、特許文献３のような固体撮像素子を被覆して受光部以外における反射光を抑制する透光性の反射防止膜を設けることもできる。この反射防止膜は、その材料の屈折率と膜厚とから、位相反転させて反射させることで、反射光を減衰させる構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−４９０４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−４０４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光変調素子の光変調度を高くしても、ノイズとなる非旋光（非変調）の出射光は、変調した２値の光のほぼ中間の偏光成分であるため残存する。また、空間光変調器（画素アレイ）上に光吸収膜を設けると、画素アレイ上に光変調素子の各々の配置および形状に合わせて孔を形成する必要があり、光変調素子と同様に微細な加工となる。反射防止膜を設ける場合も同様に、光変調素子に合わせた形状に加工するか、あるいは、光変調素子上においては位相反転しない膜厚となるように調整する必要がある。
【００１２】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、画素に微細な光変調素子を備え、画素有効領域外からの出射光を抑制してコントラストを向上させた空間光変調器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】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明者らは、光変調素子同士を絶縁する絶縁材料により、反射防止膜を構成することとし、全体で十数〜数十ｎｍ程度の厚さのスピン注入磁化反転素子と同程度の膜厚であっても、屈折率の異なる絶縁材料を積層することで、これらの絶縁材料の界面にて光を多重反射させて減衰させて出射光を抑制することに想到した。
【００１４】
すなわち、本発明に係る空間光変調器は、基板と、入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子およびこの光変調素子に接続された一対の電極を備えた複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記基板上に２次元配列された前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する。そして、空間光変調器は、前記複数の画素において隣り合う前記光変調素子間を絶縁する素子間絶縁層を備え、前記素子間絶縁層が、前記光の入射される側から順に、屈折率の低い絶縁材料からなる低屈折率絶縁層、前記絶縁材料よりも屈折率の高い絶縁材料からなる高屈折率絶縁層の少なくとも２層を積層してなる。
【００１５】
かかる構成により、高屈折率の絶縁層に入射した光は、下面で反射して出射しようとする際にその上の低屈折率の絶縁層との界面で再び反射し、これを繰り返すため、その度に光が吸収されて段階的に減衰し、最終的な出射光の光量が抑制される。そして、空間光変調器において、このような積層構造の絶縁層は光変調素子のない領域に限定して設けられるので、この領域からの出射光のみが抑制され、コントラストが良好となる。
【００１６】
前記光変調素子がスピン注入磁化反転素子であるとき、前記一対の電極は、前記光変調素子の上下に接続され、光の入射される側に接続された一方が透明電極材料を備えて光を透過させ、他方が金属電極材料で形成される。そして、前記素子間絶縁層は、金属電極材料で形成された他方の電極に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられる。また、このような空間光変調器は、前記金属電極材料で形成された電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、この電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることが好ましい。
【００１７】
あるいは、前記光変調素子が、光の入射される側から磁化自由層、中間層、および磁化固定層の順に積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記磁化固定層は同一平面上に分離して互いに反平行な方向の磁化に固定された２つを前記磁化自由層の１つあたりにそれぞれ前記中間層を挟んで積層される構成としてもよい。このとき、前記一対の電極は、金属電極材料で形成され、その一方と他方とを前記光変調素子の２つの磁化固定層の一方と他方とにそれぞれ接続され、前記素子間絶縁層は、前記一対の電極の前記光の入射される側に設けられた一方に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられる。また、このような空間光変調器は、前記光の入射される側に設けられた電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、この電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることが好ましい。
【００１８】
かかる構成により、光変調素子が微細で薄膜からなるスピン注入磁化反転素子であっても、容易に素子間絶縁層が形成される。そして、素子間絶縁層の高屈折率絶縁層の光の入射側（出射側）に低屈折率絶縁層が積層される一方、反対側には金属電極または金属電極同士を絶縁する屈折率の低い絶縁材料からなる層が設けられるため、高屈折率絶縁層に光が閉じ込められて多重反射することにより、出射光が抑制される。
【００１９】
さらに、前記高屈折率絶縁層は、屈折率をｎ、厚さをｄで表し、入射した光の波長がλ、当該高屈折率絶縁層を透過する光の進行方向の膜面垂直方向に対する角度がαであるとき、ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝λ・(２Ｎ−１)／８（Ｎ＝１，２，３，…）が成立することが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、空間光変調器は、高屈折率絶縁層における反射回数の異なる出射光同士が相殺されて、出射光が抑制される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る空間光変調器によれば、光変調素子に公知のスピン注入磁化反転素子構造を適用して、容易にコントラストに優れた空間光変調器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、図１の部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、図１の断面図の要部拡大図である。
【図４】本発明に係る空間光変調器に入射した光の経路を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の光変調素子の断面図で、磁化反転および光変調の動作を説明する模式図である。
【図６】本発明に係る空間光変調器の絶縁層による光の干渉を説明するためのモデルの断面図である。
【図７】本発明に係る空間光変調器に絶縁層における光の位相ずれを説明する模式図であり、（ａ）は固定端反射における１／４波長ずれ、（ｂ）は固定端反射における同位相、（ｃ）は自由端反射における同位相の場合を示す。
【図８】本発明に係る空間光変調器に絶縁層における光の位相ずれを説明する模式図であり、（ａ）は自由端反射における１／４波長ずれ、（ｂ）は固定端反射における１／２波長ずれの場合を示す。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１の断面図に相当する要部拡大図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は図１の断面図に相当する要部拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する底面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、図１１の部分断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、図１１のＣ−Ｃ断面の要部拡大図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の画素の構成を説明する模式図であり、（ａ）は図１１のＤ−Ｄ断面の要部拡大図、（ｂ）は図１１のＥ−Ｅ断面の要部拡大図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の光変調素子の断面図で、磁化反転動作を説明する模式図である。
【図１６】空間光変調器の画素のサンプルの素子間絶縁層における分光反射率曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る空間光変調器は、画素（空間光変調器による表示の最小単位での情報（明／暗）を表示する手段を指す。）として、入射した光を異なる２値の光（偏光成分）に変調して出射する光変調素子を備える。以下、本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について図を参照して説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１０は、図１および図２に示すように、基板７上に２次元配列された画素４からなる画素アレイ４０を備え、さらに画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部９０を備える。本実施形態における平面（上面）は空間光変調器１０の光の入射面であり、空間光変調器１０は画素４（画素アレイ４０）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
【００２５】
画素アレイ４０は、平面視でＹ方向（図１における縦方向）に延設されたストライプ状の下部電極２，２，…と、同じくストライプ状で、平面視で下部電極２と直交するＸ方向（図１における横方向）に延設された上部電極３，３，…と、を備え、下部電極２と上部電極３との交点毎に１つの画素４が形成される。本実施形態では、画素アレイ４０は、４行×４列の１６個の画素４からなる構成で例示される。なお、下部電極２と上部電極３は、適宜、両者をまとめて電極２，３と称する。そして、画素４のそれぞれは、当該画素４における一対の電極としての下部電極２および上部電極３と、これらの電極２，３に上下から挟まれた光変調素子１を備える。後記するように、本実施形態においては、画素４は、略垂直に光を入射されることから、平面視において光変調素子１の配された領域が画素有効領域４ef（図３参照）となり、この領域から出射した光が光変調する。また、隣り合う光変調素子１，１間は素子間絶縁層５で、下部電極２，２間および上部電極３，３間は絶縁層６２，６３でそれぞれ埋められている。
【００２６】
図１に示すように、電流制御部９０は、下部電極２を選択するＸ電極選択部９２と、上部電極３を選択するＹ電極選択部９３と、これらの電極選択部９２，９３を制御する画素選択部（画素選択手段）９４と、電極２，３に電流を供給する電源（電流供給手段）９１と、を備える。これらはそれぞれ公知の手段でよく、光変調素子１を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給するものとする。
【００２７】
次に、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素を構成する各要素の詳細を、図１〜３を参照して説明する。なお、図２は、破断線の左側に図１のＡ−Ａ断面図、右側に図１のＢ−Ｂ断面図を表す。図３は、破断線の左側に図１のＢ−Ｂ断面図、右側に図１のＡ−Ａ断面図を表す。このように、本実施形態においては、１つの断面図に下部電極２，２間と上部電極３，３間とにおけるそれぞれの絶縁層６（６２，６３）を示す。
【００２８】
（電極）
下部電極２は、図２に示すように基板７上、光変調素子１の下に配され、図１に示すように縦方向に帯状に延設される。１本の下部電極２は、縦１列に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子１に接続される。一方、上部電極３は、光変調素子１の上に配され、横方向に帯状に延設される。１本の上部電極３は、横１行に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子１に接続される。したがって、光変調素子１は、平面視で下部電極２と上部電極３の重なる部分に配され、画素４毎に異なる組合せの電極２，３により電流を供給される。上部電極３は、光変調素子１への入射光および出射光を遮らないように、透明電極材料を備える。一方、下部電極２は、導電性に優れた一般的な金属電極材料で形成され、上方（上部電極３側）から光変調素子１を透過して到達した光を反射して再び上方へ出射させる。
【００２９】
下部電極２は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な電極用金属材料からなる。そして、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ストライプ状に加工される。
【００３０】
上部電極３は、図３に示すように、透明電極材料からなる透明電極３１で主に形成され、この透明電極３１と光変調素子１との間に光を遮らない程度の膜厚の金属膜３２を積層してさらに備える。このように、透明電極材料で形成された電極（配線）においては、当該電極に接続する光変調素子１との間に金属膜を設けることが好ましい。透明電極３１と光変調素子１との間に金属膜３２を介在させることで、金属電極材料より抵抗が大きい透明電極材料を主とする上部電極３においても、光変調素子１との接触抵抗を低減させて応答速度を上げることができる。
【００３１】
透明電極３１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）等の公知の透明電極材料からなる。特に、比抵抗と成膜の容易さとの点からＩＺＯが最も好ましい。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る。
【００３２】
金属膜３２は、例えば、Ａｕ，Ｒｕ，Ｔａ、またはこれらの金属の２種以上からなる合金等を用いることができ、これらの金属はスパッタリング法等の公知の方法により成膜される。そして、金属膜３２とその上の透明電極３１とは、互いの密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、それぞれの材料すなわち金属材料および透明電極材料は、連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。金属膜３２の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した（ピンホールのない）膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えると光の透過量を低下させるため、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。
【００３３】
（光変調素子）
光変調素子１は、図３に示すように、上部電極３と下部電極２とに上下で接続させて設けられ、下地膜１４、磁化固定層１１、中間層１２、磁化自由層１３、保護膜１５の順に積層された構成である。光変調素子１は、磁化が一方向に固定された磁化固定層１１および磁化の方向が回転可能な磁化自由層１３を、非磁性または絶縁体である中間層１２を挟んで備えたＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant Magneto-Resistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等のスピン注入磁化反転素子である。光変調素子１はさらに、下部電極２との密着性や酸化防止等のために、必要に応じて下地膜１４や保護層１５を備える。これらの各層１４，１１，１２，１３，１５は、例えばスパッタリング法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の公知の方法で連続的に成膜されて積層され、電子線リソグラフィおよびイオンビームミリング法等で所望の平面視形状に加工される。光変調素子１は、好適にスピン注入磁化反転するように、平面視で各辺が１００〜５００ｎｍ程度の矩形またはそれに相当する面積となる形状が好ましく、本実施形態においては図１に示すように、光変調素子１は平面視正方形である。また、光変調素子１は画素４毎に１個設けられているが、これに限定されるものではない（第２実施形態（図１０）参照）。そして、光変調素子１は、上下に接続された上部電極３と下部電極２を一対の電極として、膜面に垂直方向に正負反転可能に電流を供給される。
【００３４】
磁化固定層１１および磁化自由層１３は磁性体であり、磁化固定層１１は磁化方向が固定されているのに対し、磁化自由層１３はスピン注入によって磁化を容易に反転（１８０°回転）させることができる。そして、画素アレイ４０のすべての光変調素子１において、磁化固定層１１は磁化を同一方向に固定され、磁化自由層１３は共通の一方向またはその反対方向のいずれかの磁化を示す。磁化自由層１３がスピン注入磁化反転するのであれば、磁化固定層１１、磁化自由層１３は、それぞれ面内磁気異方性、垂直磁気異方性のいずれでもよく、例えば一方が面内磁気異方性で、他方が垂直磁気異方性であってもよい。特に磁化自由層１３は、容易に磁化方向に平行に近い入射角で光を入射することができて、極カー効果で旋光角θkが大きくなる垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。本実施形態においては、磁化固定層１１および磁化自由層１３は共に垂直磁気異方性であり、磁化固定層１１の磁化は上向きに固定されている。
【００３５】
このような磁化固定層１１および磁化自由層１３は、垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、具体的には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）、Ｌ１0系の規則合金としたＦｅＰｔ, ＦｅＰｄ等が挙げられる。また、磁化固定層１１の磁化のみが固定されるように、磁化固定層１１は磁化自由層１３よりも保磁力が大きくなるように材料を選択したり層を厚く形成される。具体的には、磁化固定層１１の厚さは１〜５０ｎｍの範囲、磁化自由層１３の厚さは１〜２０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。さらに磁化自由層１３は、入射光の波長において磁気光学効果の大きい材料を選択することが好ましい。例えば、短波長域（４００ｎｍ近傍）はＣｏ／Ｐｔ多層膜、長波長域（７００ｎｍ近傍）はＧｄ−Ｆｅ合金が好適である。
【００３６】
中間層１２は、磁化固定層１１と磁化自由層１３との間に設けられ、光変調素子１がＴＭＲ素子であれば絶縁体、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば非磁性の導体で形成される。光変調素子１をＴＭＲ素子構造とする場合、中間層１２は、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2のような絶縁体や、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇのような絶縁体を含む積層膜からなり、その厚さは０．１〜２ｎｍとすることが好ましい。また、光変調素子１をＣＰＰ−ＧＭＲ素子構造とする場合、中間層１２は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌのような非磁性金属からなり、その厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。特に中間層１２は、Ａｇを適用して厚さ６ｎｍ以上とした場合、光変調素子１に入射した光を高反射率で反射するため、画素有効領域４efから出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。
【００３７】
下地膜１４は、光変調素子１（磁化固定層１１）の下部電極２への密着性を得るために必要に応じて設けられ、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜１４の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても密着性が飽和するため、１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。ただし、下地膜１４は、後記するように素子間絶縁層５を十分な厚さに形成するために厚膜化されてもよい。また、下地膜１４にＣｕを適用したり、あるいはさらにＡｇ，Ａｕ等からなる反射膜が積層されてもよい（図示省略）。これらの金属膜は、光変調素子１に入射した光を高反射率で反射するため、画素有効領域４efから出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。このような反射膜は、十分な効果を得るために、厚さは６ｎｍ以上が好ましい。
【００３８】
保護膜１５は、光変調素子１の加工時のダメージから磁化自由層１３等を保護するために、また特に磁化自由層１３が酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金を含む場合、表面（上面）の酸化を防止するために必要に応じて設けられ、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等の金属膜で形成される。前記の２層の金属膜とする場合は、いずれもＣｕを磁化自由層１３の側（下層）とする。保護膜１５は、厚さが１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても効果がそれ以上には向上しない上、光の透過が妨げられるので好ましくない。したがって、保護膜１５の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。
【００３９】
（絶縁層）
画素アレイ４０は、図３に示すように、基板７上の下部電極２と同じ高さ領域に設けられて、下部電極２，２間を絶縁する絶縁層６２と、上部電極３と同じ高さ領域に設けられて、上部電極３，３間を絶縁する絶縁層６３と、を備える（適宜まとめて絶縁層６という）。さらに画素アレイ４０は、光変調素子１と同じ積層（高さ）領域に設けられて、隣り合う光変調素子１，１間を絶縁し、かつ画素４内での下部電極２−上部電極３間を絶縁する素子間絶縁層５を備える。これらの絶縁層５，６２，６３は、光変調素子１の各層や電極２，３と同様にスパッタリング法等で薄膜を厚さの精度よく成膜することができる、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ−Ｎ、主な組成：Ｓｉ3Ｎ4）のような酸化物や窒化物等が適用できる。ただし、素子間絶縁層５については、光変調素子１にＲＥ−ＴＭ合金を備える場合、磁化固定層１１や磁化自由層１３のＲＥ−ＴＭ合金を含む層の側面にＳｉＯ2等の酸化物が接触しないように、ＭｇＦ2，Ｓｉ−Ｎのような非酸化物を適用することが好ましい。さらに本発明に係る空間光変調器においては、光変調素子１に入射しない光、すなわち素子間絶縁層５を透過、さらに絶縁層６を透過する光を界面で多重反射させて減衰させるため、光の屈折率の異なる２種以上の材料を積層して形成する。
【００４０】
具体的には、ある絶縁層に対して、光の入出射側すなわち上に相対的に低い屈折率の材料からなる絶縁層を積層する。本実施形態に係る空間光変調器１０においては、素子間絶縁層５が、下層に高屈折率絶縁材料からなる高屈折率層５１を、その上に低屈折率絶縁材料からなる低屈折率層５２を積層して備える。画素アレイ４０において光の入出射側から最も浅い（近い）位置の反射面である下部電極２の上面に高屈折率層５１を接触させて配し、その上に低屈折率層５２を積層することで、図４の左側に太線で示すように、素子間絶縁層５に進行して下部電極２で反射した光は、高屈折率層５１から低屈折率層５２への界面で再び反射して高屈折率層５１内で閉じ込められて多重反射を繰り返すことで、出射光が抑制される。高屈折率層５１および低屈折率層５２の厚さは、その合計の厚さすなわち素子間絶縁層５の厚さは光変調素子１の全体の厚さにより決定されるが、光の媒質として好適に作用するためにはそれぞれの層５１，５２が１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、高屈折率層５１の厚さは、後記する厚さに設計して、多重反射した光同士を相殺してさらに出射光を抑制することが好ましく、その設計した厚さに応じて低屈折率層５２の厚さも決定される。
【００４１】
さらに、素子間絶縁層５の下の下部電極２の配されていない領域すなわち下部電極２，２間に配される絶縁層６２は、高屈折率層５１に対して相対的に低い屈折率の材料で形成されることが好ましい。これにより、図４の右側に太線で示すように、高屈折率層５１から絶縁層６２への界面でも光が反射し易く、下部電極２の配されている領域と同様に高屈折率層５１内で多重反射を繰り返して出射光が抑制される。このような低屈折率材料の層は、絶縁層６２における少なくとも素子間絶縁層５（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち上部に設けられればよい。また、絶縁層６２は、後記の基板７表面の絶縁部７１と屈折率が近似する材料を適用した場合、絶縁部７１と一体の媒質として作用する（図４参照）。このような、高屈折率層５１に対して相対的に低い屈折率の材料で形成され、一体の媒質として作用する絶縁層６２および絶縁部７１の２層の積層体を、適宜、第２低屈折率層７１／６２と称する。また、区別のため、素子間絶縁層５の低屈折率層５２を、適宜、第１低屈折率層５２と称する。
【００４２】
絶縁層５，６に適用する材料の屈折率の高低は相対的なものとする。屈折率の差が小さく互いに近似する透光性材料同士を積層しても、図４における絶縁層６３と低屈折率層５２のように、光は界面でほぼ直進して透過するため、反射させる効果はほとんどないが、一体の媒質とする場合は好適である。これらの絶縁層５，６は、一般的な光学材料として用いられる公知の誘電体材料を適用できる。低屈折率層５２や絶縁層６２等に好適な屈折率が低い材料としては、例えばＭｇＦ2（屈折率１．３８）、ＳｉＯ2（屈折率１．４６）、ＣａＦ2（屈折率１．３９）、ＢａＦ2（屈折率１．４９）、ＬｉＦ（屈折率１．３９）、ＮａＣｌ（屈折率１．４９）、ＫＢｒ（屈折率１．５２）、ＫＣｌ（屈折率１．４５）が挙げられ、屈折率１．４以下のものが特に好ましい。一方、高屈折率層５１に適用できる屈折率が高い材料としては、屈折率が２以上の材料が好ましく、例えばＳｉ−Ｎ（屈折率２．０〜２．６、組成により変化）、ＴｉＯ2（屈折率２．５）、ＺｒＯ（屈折率２．４）が挙げられる。また、絶縁層５，６においては、積層する他の材料との屈折率の差に応じて、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．７６）やＭｇＯ（屈折率１．７２）を適用することもできる。さらに絶縁層５，６の各層、特に高屈折率層５１の厚さを制御することで、反射光をいっそう抑制することができる（詳しくは後記する）。
【００４３】
（基板）
基板７は、画素４を２次元配列するための土台であり、光変調素子１を製造するための広義の基板であり、公知の基板材料が適用できる。具体的には表面を熱酸化してＳｉＯ2膜を形成されたＳｉ基板が好適である。あるいは、透明な基板材料として公知の、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）基板、Ｇｅ（ゲルマニウム）単結晶基板等の絶縁性の基板７Ａ（図１０（ｂ）参照）を適用することができる。このように、基板７は、少なくとも表面は絶縁体（絶縁部７１）として、上に形成される下部電極２，２間が短絡しないようにする。基板表面の熱酸化膜等の膜厚が不十分であれば、絶縁層６等と同様の絶縁材料を成膜して用いてもよい。基板７の絶縁部７１は、後記するように、下部電極２，２間の絶縁層６２との合計の厚さを調整することにより、画素アレイ４０の下部電極２，２間を進行する光の、基板７の反射部７２（例えばＳｉ母材）との界面で反射して出射する光を抑えることが好ましい。
【００４４】
次に、光変調素子の磁化反転の動作を、図５を参照して説明する。なお、図５において下地膜１４および保護膜１５は図示を省略する。光変調素子１は一般的なスピン注入磁化反転素子であり、逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、磁化自由層１３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転、以下、適宜磁化反転という）させて、磁化固定層１１の磁化方向と同じ方向または１８０°異なる方向にする。具体的には、図５（ａ）に示すように、上部電極３を「＋」、下部電極２を「−」にして磁化自由層１３側から電流を供給する、すなわち磁化固定層１１側から電子を注入すると、磁化固定層１１により当該磁化固定層１１と逆方向の下向きのスピンを持つ電子が弁別されて下部電極２からは上向きのスピンを持つ電子のみが注入される。この上向きのスピンを持つ電子が注入されることにより、磁化自由層１３は磁化固定層１１の磁化方向と同じ上向きの磁化を示す。以下、この状態をスピン注入磁化反転素子の磁化が平行である（Ｐ：Parallel）という。反対に、図５（ｂ）に示すように、上部電極３を「−」、下部電極２を「＋」にして磁化固定層１１側から電流を供給する、すなわち磁化自由層１３側から電子を注入すると、磁化固定層１１により下向きのスピンを持つ電子が弁別されて磁化自由層１３に留まる。注入される電子のうち、下向きのスピンを持つ電子のみが留まることにより、磁化自由層１３は磁化固定層１１の磁化方向と逆の下向きの磁化を示す。以下、この状態をスピン注入磁化反転素子の磁化が反平行である（ＡＰ：Anti-Parallel）という。
【００４５】
このように、スピン注入磁化反転素子は、膜面垂直方向に電流を供給されることで磁化自由層１３の磁化方向を変化させる（磁化反転させる）ことができるので、一般的に上下に電極材料を積層することで一対の電極２，３を接続する。また、スピン注入磁化反転素子の磁化が平行、反平行いずれかの磁化を示していれば、その磁化を反転させる電流が供給されるまでは、磁化自由層１３の保磁力により磁化が保持される。そのため、スピン注入磁化反転素子に供給する電流としては、パルス電流のように、磁化方向を反転させる電流値に一時的に到達する電流を用いることができる。
【００４６】
このようなスピン注入磁化反転素子を光変調素子に適用する場合、１つの偏光成分（偏光の向き）の光を入射する。この光は、磁性体である磁化自由層１３で反射して出射すると、カー効果（磁気カー効果）により、その偏光の向きが回転する（旋光する）。さらに、図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、磁化が平行、反平行な光変調素子１にそれぞれ入射した光は、磁化自由層１３の磁化方向が１８０°異なるため、同じ大きさの旋光角すなわち磁化自由層１３のカー回転角θkで互いに逆方向に回転した２値（＋θk，−θk）の偏光成分の光となって出射する。そして、光変調素子１からの出射光は、供給される電流の向きに応じて２値の偏光成分のいずれかの光になることで空間光変調器の画素（光変調素子１）として機能する。
【００４７】
（空間光変調器の光変調動作）
本発明に係る空間光変調器の光変調動作を、図２を参照して、この空間光変調器を用いた表示装置にて説明する。表示装置は、前記した従来のスピン注入磁化反転素子を光変調素子としたものと同様の構成とすればよい。本実施形態に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、その光変調部となる光変調素子１の磁化自由層１３が垂直磁気異方性材料からなり磁化方向が上向きまたは下向きを示すため、表示装置は以下の構成とすることが好ましい。空間光変調器１０の画素アレイ４０の上方には、画素アレイ４０に向けて光（レーザー光）を照射する光源等を備える光学系ＯＰＳと、光学系ＯＰＳから照射された光を画素アレイ４０に入射する前に１つの偏光成分の光（以下、入射光）にする偏光フィルタＰＦｉと、この上方から画素アレイ４０に入射した入射光が画素アレイ４０で反射して出射した出射光から特定の偏光成分の光を遮光する偏光フィルタＰＦｏと、偏光フィルタＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤとが配置される。
【００４８】
光学系ＯＰＳは、例えばレーザー光源、およびこれに光学的に接続されてレーザー光を画素アレイ４０の全面に照射する大きさに拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光にするレンズで構成される（図示省略）。光学系ＯＰＳから照射された光（レーザー光）は様々な偏光成分を含んでいるため、この光を画素アレイ４０の手前の偏光フィルタＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分の光にする。偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。
【００４９】
光学系ＯＰＳは、平行光としたレーザー光を、画素アレイ４０へ照射する。ここで、光変調素子１の磁化自由層１３の磁気光学効果は、前記したように光の入射角が磁化自由層１３の磁化方向に平行に近いほど大きい。したがって、入射角α0は膜面に垂直すなわちα0＝０°とすることが光変調度を最大とする上で望ましいが、このようにすると、出射光の光路が入射光の光路と一致する。そこで、入射角α0を少し傾斜させて（α0＞０°）、偏光フィルタＰＦｏおよび検出部ＰＤ、光学系ＯＰＳおよび偏光フィルタＰＦｉが、それぞれ入射光および出射光の光路を遮らない配置となるようにする。具体的には、入射光の入射角α0は３０°以下とすることが好ましい。レーザー光は偏光フィルタＰＦｉを透過して１つの偏光成分の入射光となり、画素アレイ４０の上方からすべての画素４に向けて入射する。それぞれの画素４において、入射光は、上部電極３を透過して光変調素子１で反射して、再び上部電極３を透過して当該画素４から出射光として出射する。
【００５０】
出射光は偏光フィルタＰＦｏによって特定の１つの偏光成分の光、ここでは入射光Ｌ0に対して＋θk旋光した光が遮光され、偏光フィルタＰＦｏを透過した光が検出器ＰＤに入射する。したがって、光変調素子１の磁化が平行（Ｐ）である画素４からの出射光Ｌpは偏光フィルタＰＦｏで遮光されるため、この画素４は暗く（黒く）、検出器ＰＤに表示される。一方、入射光Ｌ0に対して−θk旋光した光すなわち光変調素子１の磁化が反平行（ＡＰ）である画素４からの出射光Ｌapは、偏光フィルタＰＦｏを透過して検出器ＰＤに到達するため、この画素４は明るく（白く）検出器ＰＤに表示される。
【００５１】
ここで、入射光Ｌ0に対して−θk旋光した光（出射光Ｌap）の他に、入射光Ｌ0に対して旋光しなかった光も偏光フィルタＰＦｏを透過する。このような非旋光の光は、入射光Ｌ0が光変調素子１で反射しないで（光変調素子１に入射しないで）光変調素子１，１間すなわち素子間絶縁層５を透過して出射した光であり、画素アレイ４０の光変調素子１の配されていない領域から出射する。具体的には、上部電極３，３間および光変調素子１，１間に進入して、下部電極２で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ1）、上部電極３を透過して光変調素子１，１間および下部電極２，２間に進入してさらに基板７の絶縁部７１を透過して、反射部７２との界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ2）、上部電極３を透過して光変調素子１，１間に進入して、下部電極２で反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ3）、そして、上部電極３，３間、光変調素子１，１間、下部電極２，２間に進入してさらに基板７の絶縁部７１を透過して、反射部７２との界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（図示省略）が挙げられる。
【００５２】
本発明に係る空間光変調器１０は、図４を参照して説明したように、素子間絶縁層５に高屈折率層５１を備え、その上に低屈折率層５２が積層されることで、高屈折率層５１内で光が多重反射するため、当該層内透過時および界面での反射時に、光が吸収されて段階的に減衰し、最終的な出射光の光量が光変調素子１からの出射光よりも小さくなる。さらに多重反射によりいっそう光量を減衰させて０（出射せず）に近付けるため、絶縁層５，６は以下の構成とすることが好ましい。
【００５３】
絶縁層に入射した光の経路について、さらに図４を参照して詳細に説明する。画素アレイ４０に所定の入射角で入射した光は、次のように多重反射して出射する。図４に示す断面図においては、上部電極３上すなわち絶縁層６３上は、外部（大気）として説明し、また、反射は正反射とする。
【００５４】
図４の左側に示す入射角α0で入射した波長λの入射光Ｌ0は、絶縁層６３を透過して直進し、さらに素子間絶縁層５の低屈折率層５２、高屈折率層５１を透過して、下部電極２との界面（下部電極２上面）に到達する。このとき光は、絶縁層６３表面（界面）、絶縁層６３と低屈折率層５２との界面、および低屈折率層５２と高屈折率層５１との界面をそれぞれ通過する際に、屈折率の変化により屈折して進入する。なお、ここでは、絶縁層６３と低屈折率層５２は、互いの屈折率が近似する低屈折率材料からなり、一体の媒質として作用するものとし、両者の界面において光はほぼ直進する。ただし、いずれの媒質も外部の大気（屈折率ｎ0＝１とする）よりも屈折率が高いので、外部から絶縁層６３に進入する入射光Ｌ0は表面で入射角α0よりも垂直に近い角度へ屈折する。ここで、絶縁層６３等の媒質に進入する角度（膜面垂直方向に対する角度）を進入角という。一方、高屈折率層５１は、低屈折率層５２に対して屈折率ｎ1がある程度の差を有して高いので、低屈折率層５２から高屈折率層５１へ進入する光は界面（界面５２−５１という）にてさらに垂直に近い角度へ屈折し、進入角α1で高屈折率層５１を透過して進行する。
【００５５】
下部電極２は光を透過せず、かつ反射率が高いため、下部電極２上面に到達した光は、全反射して高屈折率層５１を上方へ進行し、界面５２−５１に到達する。低屈折率層５２は高屈折率層５１よりも屈折率が低いため、低屈折率層５２から高屈折率層５１への進行と異なり、界面５２−５１において光の一部が反射して高屈折率層５１を再び下方へ進行する。前記光の残りの一部は界面５２−５１を屈折して通過し、低屈折率層５２を上方へ進行し、さらに絶縁層６３を透過して外部へ出射する（出射光Ｌ11）。一方、前記界面５２−５１で反射した光は、再び下部電極２で反射して界面５２−５１に到達する。そして、界面５２−５１にて通過して上方へ出射する光と（出射光Ｌ12）、反射する光とに再び分岐する。
【００５６】
したがって、素子間絶縁層５を透過し、下部電極２で反射して出射した光（出射光Ｌ1とする）は、高屈折率層５１において下部電極２および低屈折率層５２のそれぞれとの界面で反射を１回または２回以上繰り返した光が混在する。図４の左側では、下部電極２で１回および２回反射した光を出射光Ｌ11，Ｌ12として示す。出射光Ｌ11，Ｌ12，…は界面５２−５１で分岐した光であるので、それぞれは元の入射光Ｌ0よりも光量が小さく、出射光Ｌ1はこれらの出射光Ｌ11，Ｌ12，…のすべてが合成された光である。
【００５７】
次に、図４の右側に示すように、光が下部電極２で反射しない、すなわち下部電極２，２間の絶縁層６２に到達して出射する場合について説明する。図４の左側と同様に入射角α0で入射した波長λの入射光Ｌ0は、絶縁層６３、素子間絶縁層５の低屈折率層５２、高屈折率層５１を、それぞれの界面で屈折しながら透過、進入し、絶縁層６２との界面（界面５１−６２という）に到達する。絶縁層６２は下部電極２と異なり透光性を有し、また高屈折率層５１よりも屈折率ｎ2が低い（ｎ1＞ｎ2＞１）材料からなるものとする。そのため、図４の左側と異なり、光の一部は界面５１−６２を屈折して通過し、残りの一部のみが反射して高屈折率層５１を上方へ進行し、下部電極２で反射した光（図４の左側参照）と同様に界面５２−５１で通過と反射とに分岐して、低屈折率層５２、絶縁層６３を透過して出射し（出射光Ｌ21）、あるいは再び高屈折率層５１を下方へ進行して界面５１−６２で反射してから出射する（出射光Ｌ22）。
【００５８】
一方、界面５１−６２を通過した光は、このとき水平に近い角度へ屈折して進入角α2（α0＞α2＞α1）で絶縁層６２を透過して、さらに下方へ進入して基板７の絶縁部７１へ進入する。ここでは、絶縁層６２と絶縁部７１は、互いの屈折率が近似する低屈折率材料からなり、一体の媒質（第２低屈折率層７１／６２）として作用するものとし、両者の界面において光は直進する。そして、光は、基板７の反射部７２との界面で全反射して、絶縁部７１を上方へ進行し、さらに絶縁層６２、高屈折率層５１、低屈折率層５２、絶縁層６３を透過して出射する（出射光Ｌ20）。なお、界面５２−５１において、出射光Ｌ22と同様に光の一部は反射して高屈折率層５１を再び下方へ進行する。したがって、光が下部電極２，２間に進入する場合は、下方から界面５２−５１に到達する際に加えて、上方から界面５１−６２に到達する際にも分岐する。
【００５９】
したがって、素子間絶縁層５を透過して、下部電極２，２間に到達して絶縁層６２や基板７（反射部７２）で反射して出射した光（出射光Ｌ2とする）は、高屈折率層５１において絶縁層６２および低屈折率層５２のそれぞれとの界面、ならびに基板７の絶縁部７２で反射を１回または２回以上繰り返した光が混在する。図４の右側では、界面５１−６２で１回および２回反射した光を出射光Ｌ21，Ｌ22として、界面５１−６２を透過して反射部７２で反射した光を出射光Ｌ20として示す。出射光Ｌ21，Ｌ22，Ｌ20は界面５２−５１や界面５１−６２で分岐した光であるので、それぞれは元の入射光Ｌ0よりも光量が小さく、出射光Ｌ2はこれらの出射光Ｌ21，Ｌ22，…，Ｌ20，…のすべてが合成された光である。
【００６０】
ここで、出射光Ｌ1は出射光Ｌ11，Ｌ12，…が同位相の光であるとき、出射光Ｌ2は出射光Ｌ21，Ｌ22，…，Ｌ20，…が同位相の光であるとき、それぞれが互いに干渉により強め合うことになって、光量が相加的に増大し、理論上、入射光Ｌ0と同じ光量となる。このような場合、多重反射による光の減衰は媒質や界面の吸収に留まり、効果が小さい。したがって、それぞれの出射光が同位相の光とならないことが好ましい。そこで、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22が互いに同位相の光となる条件を検証する。
【００６１】
図６を参照して、高屈折率層５１での１次反射による光の挙動をモデル化して説明する。図６では、高屈折率層５１を模擬した透光性の媒質層Ｍ（屈折率ｎ＞１）が反射層Ｓに積層されている。また、媒質層Ｍ上の大気（屈折率ｎ0＝１とする）が低屈折率層５２を模擬する。まず、図４の左側の出射光Ｌ11と出射光Ｌ12が同位相の光となる条件を検証するために、反射層Ｓが下部電極２を模擬するとして説明する。
【００６２】
波長λの光を媒質層Ｍへ、上方の大気中の点Ａ，Ｈからそれぞれ入射角α0（０°≦α0＜９０°）で入射して、媒質層Ｍを透過して反射層Ｓとの界面で反射して、大気中の点Ｇへ出射した光について、反射層Ｓで１回反射した光（経路ＨＤＥＦＧ）と、媒質層Ｍから大気中へ出射せずに表面で１回反射して再び反射層Ｓで反射した光（経路ＡＢＣＤＥＦＧ）とが、出射光ＦＧにおいて干渉するものとする。反射層Ｓで１回反射した光は出射光Ｌ11を、２回反射した光は出射光Ｌ12を模擬する。なお、ここでは、光の媒質層Ｍ等への吸収による減衰はないものとする。
【００６３】
２つの光の経路は、経路ＤＥＦＧにおいて共通しているので、出射光ＦＧにおいて干渉するということは、媒質層Ｍにおける透過光ＤＥ（経路ＡＢＣＤＥＦＧにおいては反射光ＤＥ、経路ＨＤＥＦＧにおいては屈折光ＤＥ）においても干渉する。２つの入射光ＡＢ，ＨＤは、点Ｂ，Ｉにそれぞれ到達したとき、大気中の波面ＢＩにおいて同位相である。そして、入射光ＡＢが媒質層Ｍに進入して点Ｊに到達したとき、ならびに入射光ＨＤが媒質層Ｍの表面の点Ｄに到達したとき、媒質層Ｍ中の波面ＪＤにおいて同位相となる。この入射光ＨＤと媒質層Ｍにおける屈折光ＢＣとの位相差をもたらす道のり（経路長）の差をφとすると、φ＝|ＪＣ|＋|ＣＤ|である。点Ｄから下へ延長した垂線と屈折光ＢＣの延長線との交点をＱと表すと、|ＣＤ|＝|ＣＱ|より、φ＝|ＪＱ|＝|ＤＱ|・ｃｏｓαで表せ、媒質層Ｍの厚さをｄとすると|ＤＱ|＝２ｄより、φ＝２ｄ・ｃｏｓαで表せる。αは媒質層Ｍにおける透過光の進入角で、ｎ・ｓｉｎα＝ｓｉｎα0から算出される。
【００６４】
また、低屈折率媒質からの光の高屈折率媒質との界面での反射は固定端反射となるので、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面で反射した光ＣＤは光ＢＣから位相がπ（半波長分）だけずれる。一方、高屈折率媒質からの光の低屈折率媒質との界面での反射は自由端反射となるので、媒質層Ｍから大気との界面（媒質層Ｍの表面）で反射した光ＤＥは光ＣＤから位相がずれない。したがって、経路ＡＢＣＤＥ（経路ＡＢＣＤＥＦＧ）の光と、経路ＨＤＥ（経路ＨＤＥＦＧ）の光とでは、反射による位相の変化が半波長分ずれたものとなる。
【００６５】
これらから、経路長の差φが媒質層Ｍでの波長λn（＝λ／ｎ）の半分ずれた場合、すなわちφ＝(Ｎ−１／２)・λnの場合に、経路ＡＢＣＤＥと経路ＨＤＥの光のそれぞれの透過光ＤＥは同位相となる（Ｎ：自然数）。同位相の２つの光ＤＥ，ＤＥは互いに干渉により強め合うことになって、出射光ＦＧは光量が相加的に増大して最大となる。このとき、φ＝２ｄ・ｃｏｓα＝(Ｎ−１／２)・λnより、下記の条件式（１）が成立する。
ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝(２Ｎ−１)／４・λ ・・・式（１）
【００６６】
このとき、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の左側に示す高屈折率層５１、下部電極２にそれぞれ当てはめると、図７（ｂ）に示すように、高屈折率層５１内で、下部電極２および界面５２−５１で多重反射しながら同位相の光が往復することになり、出射光Ｌ11，Ｌ12，…のすべてが同位相の光となって干渉により強め合う。一方、経路長の差φが整数倍（Ｎ倍）の場合、すなわちφ＝Ｎ・λnの場合には、固定端反射の回数の差（有無の違い）により２つの光ＤＥ，ＤＥが相殺するため、光量が０となる。このとき、下記の条件式（２）が成立する。
ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝Ｎ／２・λ ・・・式（２）
【００６７】
したがって、出射光ＦＧを図４の左側に示す出射光Ｌ1に当てはめてその光量を抑えるためには、条件式（１）の成立を避けることが好ましく、さらに条件式（２）が成立するような構成とすることが最も好ましいことになる。
【００６８】
しかし、条件式（２）が成立するような構成とするためには、媒質層Ｍの厚さｄをある程度大きくする必要がある。ここで、厚さｄが最小になるのは、条件式（２）においてＮ＝１であり、媒質層Ｍの屈折率ｎが高く、入射光は波長λが短く、ｃｏｓαが最大値１すなわち入射角αが０°の場合である。例えば、媒質層Ｍを比較的高屈折率の材料としてｎ＝２．５、空間光変調器において短波長のλ＝４００ｎｍの入射光とした場合、厚さｄは８０ｎｍとなる。このような厚さの高屈折率層５１とすると、光変調素子１の全体の厚さを超え得るため、さらに低屈折率層５２を積層した素子間絶縁層５として光変調素子１，１間に設けることが困難である。
【００６９】
ここで、図４の右側の出射光Ｌ21と出射光Ｌ22が同位相の光となる条件を検証するために、反射層Ｓを下部電極２から絶縁層６２に置き換えて模擬し、経路ＨＤＥと経路ＡＢＣＤＥの光のそれぞれの透過光ＤＥの位相を比較する。絶縁層６２は高屈折率層５１よりも屈折率が低いため、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面では自由端反射となり、反射した光ＣＤは光ＢＣから位相がずれない。したがって、条件式（２）が成立するとき、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の右側に示す高屈折率層５１、絶縁層６２にそれぞれ当てはめると、図７（ｃ）に示すように、高屈折率層５１内で、界面５１−６２および界面５２−５１で多重反射しながら同位相の光が往復することになり、出射光Ｌ21，Ｌ22，…のすべてが同位相の光となって干渉により強め合う。一方、条件式（１）が成立するとき、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22は位相反転して相殺される。このように、高屈折率層５１を透過した光は、下部電極２で反射するか絶縁層６２（界面５１−６２）で反射するかによって、反射光の干渉と相殺が逆転する。
【００７０】
出射光Ｌ1，Ｌ2は、高屈折率層５１を共通の媒質層Ｍとして、屈折率ｎ1および厚さｄ1が一致するため、条件式（１）、（２）のいずれも成立しないことが好ましい。すなわち、高屈折率層５１は、進入角をα1として、屈折率ｎ1および厚さｄ1が下式（３）となることが好ましい。
ｎ1・ｄ1・ｃｏｓα1≠Ｎ／４・λ ・・・式（３）
【００７１】
さらに、条件式（１）、（２）の中間として、経路ＡＢＣＤＥＦＧと経路ＨＤＥＦＧとの経路長の差φが媒質層Ｍでの波長λnの１／４（π／２）の場合、すなわちφ＝(Ｎ±１／４)・λnの場合の位相差を検証する。このとき、高屈折率層５１について下記の条件式（４）が成立する。
ｎ1・ｄ1・ｃｏｓα1＝(２Ｎ−１)／８・λ ・・・式（４）
【００７２】
条件式（４）が成立する場合の媒質層Ｍ、反射層Ｓを、図４の左側に示す高屈折率層５１、下部電極２にそれぞれ当てはめると、経路長の差φがπ／２（波長λnの１／４）ずれ、さらに固定端反射の回数の差によりπ（半波長）ずれて、結果として図７（ａ）に示すように、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12は位相が１／４波長ずれる。さらに下部電極２で固定端反射をした出射光Ｌ13は、出射光Ｌ11と位相が半波長ずれるため、位相反転して相殺される。
【００７３】
同様に、媒質層Ｍ、反射層Ｓを図４の右側に示す高屈折率層５１、絶縁層６２にそれぞれ当てはめた場合は、出射光Ｌ21と出射光Ｌ22の位相差は経路長の差φによるずれのみであるので、図８（ａ）に示すように１／４波長ずれる。さらに界面５１−６２で自由端反射をした出射光Ｌ23は、出射光Ｌ21と位相が半波長ずれるため、位相反転して相殺される。したがって、図４の左側に示す下部電極２、右側に示す下部電極２，２間（絶縁層６２）のいずれに光が到達した場合も、光が高屈折率層５１内で２往復する毎に位相反転して相殺されるため、合成された出射光Ｌ1，Ｌ2は減衰して光量が０に近付く。
【００７４】
高屈折率層５１における進入角α1はｎ1・ｓｉｎα1＝ｓｉｎα0から算出されるので、式（４）が成立するためには、入射光の波長λおよび入射角α0に応じて、高屈折率層５１の屈折率ｎ1および厚さｄ1を設計すればよい。ここで、高屈折率層５１は、全体の厚さが１０ｎｍ程度から数十ｎｍの光変調素子１と同じ高さ領域に設けられる素子間絶縁層５の一部の層であるため、厚膜化は困難である。式（４）においてＮ＝１のとき、厚さｄ1が最小のλ／(８ｎ1・ｃｏｓα1)となる。一方、厚さｄ1が特に大きくなる条件として、入射光Ｌ0を、光変調素子１の磁気光学効果が損なわれない程度に傾斜させた入射角α0＝３０°とし、さらに波長λを空間光変調器において最長とされる７８０ｎｍとして、高屈折率層５１が屈折率ｎ1＝２．０とする。この場合、ｓｉｎα1＝０．２５よりｃｏｓα1≒０．９６８となり、厚さｄ1は約５０ｎｍとなる。
【００７５】
この程度の厚さｄ1の高屈折率層５１であれば、素子間絶縁層５の一部として光変調素子１，１間に低屈折率層５２と共に設けることができ、また厚さの精度よく成膜することが容易である。また、図３に示す光変調素子１の下地層１４を厚膜化したり、下部電極２を光変調素子１の接続領域において底上げした構造として、素子間絶縁層５を光変調素子１よりも厚く形成できるようにしてもよい。高屈折率層５１について、屈折率ｎ1のより高い絶縁材料を選択すれば、厚さｄ1を小さく（薄く）することができる。また、入射光Ｌ0の波長λが短い場合も厚さｄ1が小さくなり、さらに略垂直で入射した（入射角α0≒０°）場合は、α1＜α0よりα1≒０°であり、ｃｏｓα1≒１と近似されて、厚さｄ1が最小となる。
【００７６】
さらに図６を参照して、図４の右側の出射光Ｌ21と出射光Ｌ20が同位相の光となる条件を検証する。この場合は、高屈折率層５１から界面５１−６２で反射した出射光Ｌ21と、界面５１−６２を通過して基板７の反射部７２で反射した出射光Ｌ20とを比較する。したがって、図６の反射層Ｓは反射部７２を、媒質層Ｍは絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の積層体である第２低屈折率層７１／６２を模擬し、また媒質層Ｍ上の大気が高屈折率層５１を模擬する。したがって、図６における表示と異なり、媒質層Ｍと大気との屈折率の高低が逆であり、媒質層Ｍにおける進入角αは入射角（大気における進入角）α0よりも大きくなる。
【００７７】
波長λの光を媒質層Ｍへ、上方の大気中の点Ａ，Ｈからそれぞれ入射角α0で入射して、媒質層Ｍを透過して反射層Ｓとの界面で反射した光（経路ＡＢＣＤＫ）と、媒質層Ｍの表面で反射した光（経路ＨＤＫ）とが、出射光ＤＫにおいて干渉するものとする。反射層Ｓで反射した光は出射光Ｌ20を、媒質層Ｍの表面で反射した光は出射光Ｌ21を模擬する。
【００７８】
図６より、図４の左側の出射光Ｌ11と出射光Ｌ12との位相差と同様に、位相差をもたらす経路長の差φは、φ＝２ｄ・ｃｏｓαで表せる。また、経路ＡＢＣＤＫについて、媒質層Ｍから反射層Ｓとの界面で反射した光ＣＤは、固定端反射により光ＢＣから位相がπ（半波長分）だけずれるのに対し、経路ＨＤＫについて、媒質層Ｍの表面で反射した光ＤＫは入射光ＨＤから位相がずれない。したがって、経路ＡＢＣＤＫの光と、経路ＨＤＫの光とでは、反射による位相の変化が半波長分ずれたものとなる。このことから、出射光Ｌ11と出射光Ｌ12との位相と同様に、条件式（１）が成立するとき、経路ＡＢＣＤＫと経路ＨＤＫの光のそれぞれの出射光ＤＫ，ＤＫは同位相となって干渉により強め合う。一方、条件式（２）が成立するとき、２つの出射光ＤＫ，ＤＫが相殺するため、光量が０となる。
【００７９】
条件式（２）より、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の屈折率をｎ2、合計の厚さをｄ2とし、光の進入角をα2（ｎ2・ｓｉｎα2＝ｓｉｎα0）で表したとき、下記条件式（５）が成立することが好ましく、このとき、図８（ｂ）に示すように出射光Ｌ21と出射光Ｌ2０は１／２波長ずれるため相殺する。
ｎ2・ｄ2・ｃｏｓα2＝Ｎ／２・λ ・・・式（５）
【００８０】
式（５）は絶縁部７１と絶縁層６２の屈折率が同値（ｎ2）の場合である。ここで、絶縁部７１と絶縁層６２について、それぞれの屈折率がｎ21，ｎ22である場合は、光の進入角をα21，α22（ｎ21・ｓｉｎα21＝ｎ22・ｓｉｎα22＝ｓｉｎα0）で表し、前記条件式（５）の左辺に下式（６）を導入して、それぞれの厚さｄ21，ｄ22を設計すればよい。なお、屈折率ｎ21，ｎ22は、基板７の絶縁部７１および絶縁層６２が一体の媒質（第２低屈折率層７１／６２）として作用する程度に互いに近似した値とする。
ｎ21・ｄ21・ｃｏｓα21＋ｎ22・ｄ22・ｃｏｓα22≒ｎ2・ｄ2・ｃｏｓα2 ・・・式（６）
【００８１】
このように、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１を、屈折率が高屈折率層５１よりも十分に低くかつ互いに近似した材料として、厚さを設計することにより、下部電極２，２間を進行する光についても、出射光を抑制することができる。なお、例えば絶縁層６２の厚さｄ22が下部電極２の厚さにより決定される場合は、式（５）、（６）が成立するように絶縁部７１の厚さｄ21を設計すればよい。
【００８２】
ただし、高屈折率層５１が条件式（４）を満足していれば、界面５１−６２で反射した出射光Ｌ21，Ｌ22，…が１／４波長ずつ位相がずれた光であるため、これらの出射光から分岐して界面５１−６２を通過した出射光Ｌ20等も同様に１／４波長ずつ位相がずれるために相殺することになる。すなわち、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１について条件式（５）が成立せず、出射光Ｌ21と出射光Ｌ20が互いに位相反転しなくても、合成された出射光Ｌ2は抑制された光量となる。
【００８３】
また、界面５１−６２で光の多くを反射させて高屈折率層５１内での多重反射により減衰させるために、さらには高屈折率層５１が条件式（４）を満足して、界面５１−６２で反射する光を下部電極２での反射する光と同様に相殺させるためには、高屈折率層５１と接触する絶縁層６２の少なくとも上層の厚さ（深さ）１０ｎｍ程度について、低屈折率であればよい。すなわち絶縁層６２の全体、さらには基板７の絶縁部７１を一体の低屈折率の媒質としなくてよい。例えば、絶縁層６２について、上層（絶縁層６２ｓと称する）のみを低屈折率材料で形成し、この絶縁層６２ｓの下に高屈折率材料からなる層を備える積層構造としてもよい（図示せず）。あるいは、絶縁層６２は低屈折率材料で、絶縁部７１は高屈折率材料で、それぞれ形成されてもよい。
【００８４】
このように絶縁層６２または基板７の絶縁部７１に高屈折率の層を備える場合は、係る層を、素子間絶縁層５の高屈折率層５１と同様に屈折率等に基づいて厚さを設計することにより、絶縁層６２を透過する光を相殺させて出射光をさらに抑制することができる。具体的には、条件式（２）の成立を避け、条件式（４）または条件式（１）が成立することが好ましく、反射部７２上に形成される層については、条件式（１）の成立を避け、条件式（４）または条件式（２）が成立することが好ましい。また、絶縁層６２さらには基板７の絶縁部７１は全体を十分に厚く設けることができるので、前記の高屈折率の層を、低屈折率の層を挟んで２層以上備える積層構造としてもよい。
【００８５】
界面５１−６２で光を反射させない、すなわち絶縁層６２または絶縁層６２における上層（絶縁層６２ｓ）を高屈折率層５１に対して低屈折率としない構成とすることもできる。例えば、絶縁層６２ｓを高屈折率層５１と屈折率が近似するまたは同一の材料で形成して、低屈折率材料からなる層に積層して絶縁層６２とする（図示せず）。絶縁層６２ｓを高屈折率層５１と一体の高屈折率の媒質の層６２ｓ／５１として光を多重反射させて減衰させ、さらに層６２ｓ／５１の合計の厚さについて条件式（２）の成立を避け、条件式（４）または条件式（１）が成立するように設計することにより、下部電極２，２間に進入する光が相殺されて出射光を抑制することができる。さらに、絶縁層６２および基板７の絶縁部７１の全体を高屈折率層５１と屈折率が近似するまたは同一の材料で形成して、高屈折率層５１と一体の高屈折率の媒質の層７１／６２／５１としてもよい。この場合は、層７１／６２／５１を透過した光が基板７の反射部７２で反射するので、層７１／６２／５１の合計の厚さについて条件式（１）の成立を避け、条件式（４）または条件式（２）が成立するように設計すればよい。
【００８６】
あるいは、絶縁層６２ｓまたは絶縁層６２を高屈折率層５１よりも屈折率がさらに高い材料で形成し、絶縁層６２ｓ（または絶縁層６２）内で光を多重反射させる構成としてもよく、この場合は、絶縁層６２ｓ（または絶縁層６２）単層について条件式（４）または条件式（１）が成立するように厚さを設計することにより反射光が相殺される。
【００８７】
また、基板７が反射部７２を備えない、すなわち全体が透明な基板７Ａ（図１０（ｂ）参照）を適用し、裏面（下面）全体に光を吸収するカーボン等の公知の黒色膜からなる光吸収膜を被覆して、界面５１−６２を通過した光が反射して上方へ出射しない構成としてもよい（図示せず）。さらに、絶縁層６２および基板７Ａについて、高屈折率層５１と近似するまたはより高屈折率の材料を適用した場合は、下部電極２，２間に進入する光が界面５１−６２等で反射することなく基板７Ａ裏面に到達するため、出射光が抑制される。
【００８８】
（変形例）
図９を参照して、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器について説明する。なお、図９（ｂ）は、破断線の左側が図１のＢ−Ｂ断面、右側が図１のＡ−Ａ断面にそれぞれ相当する。本変形例に係る空間光変調器は、画素４Ａ以外、すなわちその配列（画素アレイ４０Ａ）および電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であるので、説明を省略する。また、画素４Ａにおいても第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
本変形例においては、光を透過させる上部電極３Ａについて、配線部分として金属電極３３は下部電極２と同様に電極用金属材料で形成して、光変調素子１Ａと平面視で重なる領域に孔を形成し、この孔の内部のみに透明電極３１を設けている。このような電極３Ａとすることで、低抵抗の金属材料を用いて光変調素子１Ａに光を入射することができるので、配線抵抗による電圧降下を抑えて省電力化および画素間の動作ばらつきを低減できる。なお、金属電極３３のように光の入出射側に設けられる電極に金属材料を備える場合は、その表面（上面）に、例えば第１実施形態にて基板裏面に被覆した光吸収膜を形成して、入射光の反射を抑えることが好ましい（図示省略）。光吸収膜は、金属電極３３と同じパターンすなわち金属電極３３上に限定して設ける場合、カーボン等の導電性材料からなる黒色膜を適用することができる。あるいは、特許文献３のような透光性の反射防止膜を設けてもよい。
【００９０】
また、このような上部電極３Ａとすることで、非旋光の光は必ず上部電極３Ａ，３Ａ間（絶縁層６３Ａ）を通過するため、図９（ｂ）に示すように、絶縁層６３Ａを素子間絶縁層５Ａの一部とすることができる。したがって、光変調素子１Ａの全体の厚さが条件式（４）を満足する高屈折率層５１の厚さｄ1よりも薄くても、その上の低屈折率層５２と共に備えることができる。
【００９１】
さらに、光変調素子１Ａは、その全体を図９（ａ）に示す同じ平面視形状（正方形）に成形せず、図９（ｂ）に示すように、最下層である磁化固定層１１Ｃを下部電極２と同一の平面視形状とすることができる。同じ下部電極２に接続する光変調素子１Ａ，１Ａ，…同士であればこのように磁化固定層１１Ｃを共有化してもよく、導電体である磁化固定層１１Ｃは下部電極２と一体として電極の一方（配線）としても作用する。したがって、下部電極２，２間の絶縁層６２Ａは、下部電極２と磁化固定層１１Ｃの合計厚さに形成される。光変調素子１Ａをこのような構成とすることで、磁化固定層１１Ｃの面積が大きくなり、保磁力を大きくすることができる。
【００９２】
光変調素子１Ａにおいては、当該光変調素子１Ａ，１Ａ間のみを絶縁する絶縁層５１ａが形成される高さ領域は、磁化固定層１１Ｃの上面から光変調素子１Ａの上面（保護膜１５）までの狭い（薄い）範囲に限定される。しかし、前記した通り、本変形例においては絶縁層６３Ａを素子間絶縁層５Ａの一部とすることができるので、十分な厚さの高屈折率層５１を備えることができる。なお、スピン注入磁化反転素子としては、磁化自由層１３が積層された領域に限定されるので、磁化反転には影響せず、第１実施形態における光変調素子１と同様に動作させることができる（図５参照）。本変形例では、磁化固定層１１Ｃのみを下部電極２と同一の平面視形状としたが、さらに中間層１２も同形状としてもよい（図示せず）。
【００９３】
このような構造の光変調素子１Ａを配列した画素アレイ４０Ａは、例えば、下部電極２用の金属電極材料および光変調素子１Ａの各層の材料を成膜し、下部電極２の平面視形状に加工して、下部電極２，２間に絶縁層６２Ａを埋めるように成膜した後、光変調素子１Ａの平面視形状に加工して、絶縁層５１ａを成膜して製造することができる。あるいは、下部電極２および磁化固定層１１Ｃをストライプ状に形成した後、中間層１２および磁化自由層１３を光変調素子１Ａの１個ずつ（正方形）に形成して製造することもできる。
【００９４】
光変調素子１，１Ａは、磁化固定層１１および磁化自由層１３を面内磁気異方性としてもよい。この場合、磁化固定層１１および磁化自由層１３は、面内磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、具体的にはＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏから選択される遷移金属やＮｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等の遷移金属合金、あるいはＣｏ−Ｐｔ等のＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとの合金が挙げられる。さらに磁化固定層１１については、ＦＭ／ＰｔＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＰｔＭｎ（シンセティックピン層、積層フェリ構造）のような多層膜、さらにＩｒＭｎ等の磁化固着層を上層に設けたＦＭ／ＩｒＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＩｒＭｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ1-XＦｅX、ＺｎＯ：Ｃｒ1-XＭｎX等のＺｎＯを母体とするもの、III-Ｖ族化合物半導体を母体とするもの、ＴｉＯを母体とするもの、II−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。磁化自由層１３については、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ（シンセティックフリー層、積層フェリ構造）、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ1-XＦｅX、ＺｎＯ：Ｃｒ1-XＭｎX等のＺｎＯを母体とする磁性半導体、III-Ｖ族化合物半導体やII−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。
【００９５】
このような面内磁気異方性の光変調素子１（１Ａ）を備える空間光変調器において、磁化固定層１１の磁化は画素アレイ４０のすべての光変調素子１において面内の一方向に固定され、磁化自由層１３の磁化は前記一方向と平行または反平行となる。そして、高い磁気光学効果を得るために、この磁化方向により近付けて入射光を画素アレイに入射することが好ましいが、面内に平行に近づけすぎるとすべての画素に入射光を入射することが困難になるため、入射角α0が８０°程度以内となるようにする。したがって、光変調素子１が面内磁気異方性を有する空間光変調器においては、入射角α0を３０°〜８０°程度の範囲とすることが好ましく、表示装置に用いる際には入射光および出射光のそれぞれの光路に合わせて、図２に示すような光学系ＯＰＳや偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏ等が配置される（図示省略）。
【００９６】
以上のように、第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、公知のスピン注入磁化反転素子を光変調素子とし、当該光変調素子同士を絶縁する絶縁材料の積層構造を規制することで、光変調素子の微細パターンに対応した光吸収膜等の遮光手段を設けなくても、容易にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【００９７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る空間光変調器は、図１０（ｂ）に示すように、光を透過する基板７Ａ上に画素４Ｂを２次元配列した画素アレイ４０Ｂを備え、基板７Ａ側（図１０（ｂ）における下）から光を入射する反射型の空間光変調器である。なお、図１０（ｂ）は、破断線の左側が図１のＢ−Ｂ断面、右側が図１のＡ−Ａ断面にそれぞれ相当する。本実施形態に係る空間光変調器は、表示装置に用いる際には、後記の第３実施形態に係る空間光変調器１０Ｃ（図１２参照）と同様に、画素アレイ４０Ｂの下方に光学系ＯＰＳ等が配置される（図示省略）。したがって、画素アレイ４０Ｂは、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０の画素アレイ４０を上下（表裏）反転した構造であり、下部電極３Ｂを透明電極として光を透過させ、上部電極２Ｂを金属電極として入射した光を反射させて下方へ出射する。また、図１０（ａ）に示すように、１つの画素４Ｂは、平面視長方形の光変調素子１Ｂを短辺方向に２個並べて配置して備える。本実施形態に係る空間光変調器は、画素４Ｂの配列（４行×４列）および電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であるので、説明を省略する。また、画素４Ｂにおいても第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
（電極）
上部電極２Ｂは、第１実施形態における下部電極２と同様に、一般的な電極用金属材料で形成される。一方、下部電極３Ｂは、第１実施形態における上部電極３と同様に、透明電極材料からなる透明電極３１Ｂで主に形成され、この透明電極３１Ｂと光変調素子１Ｂとの間に光を遮らない程度の膜厚の金属膜３２Ｂを積層してさらに備える。
【００９９】
透明電極３１Ｂは、第１実施形態における上部電極３の透明電極３１と同様に公知の透明電極材料を適用できるが、特にＩＴＯ、ガリウム−酸化亜鉛（Gallium Zinc Oxide：ＧＺＯ）、酸化アルミニウム−酸化亜鉛（Aluminum oxide - Zinc Oxide：ＡＺＯ）等の結晶性の透明電極材料が好ましい。結晶性材料を適用することで、加熱成膜または成膜後のポストアニールにより抵抗を低減することができる。これらの透明電極材料は、高温にてスパッタリング法や真空蒸着法等の公知の方法により成膜され、あるいは室温等の低温（無加熱）にて前記方法や塗布法等により成膜された後にポストアニールを施すことにより、抵抗を低減することができる。そして、フォトリソグラフィおよびエッチング等により下部電極３Ｂの形状すなわちストライプ状に加工される。
【０１００】
金属膜３２Ｂは、第１実施形態における上部電極３の金属膜３２と同様の金属材料および膜厚としてスパッタリング法等の同様の方法により成膜される。ただし、金属膜３２Ｂとその上の層すなわち光変調素子１Ｂの最下層である磁化自由層１３との密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、金属膜３２Ｂとなる金属膜は、磁化自由層１３となる磁性材料と連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。すなわち、金属膜３２Ｂは、第１実施形態における光変調素子１の下地膜１４を兼用するといえる。また、金属膜３２Ｂは、金属膜３２と同様に透明電極３１Ｂと同じすなわち下部電極３Ｂの平面視形状に加工されてもよいが、光変調素子１Ｂと共に加工されて同じ平面視形状とすることが好ましい。このような構成であれば、画素有効領域４ef外において透明電極３１Ｂを透過した入射光が、金属膜３２Ｂで反射しないので素子間絶縁層５Ｂまで進行し易く、効率的に素子間絶縁層５Ｂで減衰させることができる。
【０１０１】
本実施形態における光変調素子１Ｂは、光変調素子１と同様のスピン注入磁化反転素子であり、平面視形状を長方形として、１つの画素４Ｂに２個を備える。このような構成とすることで、光変調素子１Ｂの１個は磁化反転し易い小さな面積で、画素４Ｂにおける画有効領域４eｆを広くすることができる。また、光変調素子１Ｂは、基板７Ａ側から光を入射されるため、磁化固定層１１と磁化自由層１３の積層順を入れ替えて、光の入射側に磁化自由層１３を備える。したがって、光変調素子１Ｂの磁化反転動作は、第１実施形態に係る光変調素子１と同様であるが、磁化固定層１１と磁化自由層１３の積層順が逆であるので、上部電極２Ｂと下部電極３Ｂの「＋」、「−」は逆となる。
【０１０２】
また、前記した通り、下部電極３Ｂの金属膜３２Ｂが光変調素子１Ｂの下地膜を兼用するが、別途下地膜を形成してもよい。ただし、光の透過を妨げないように、厚膜化せず、比較的透過率の高い金属膜とすることが好ましい。一方、保護膜１５Ｂは、光変調素子１の下地膜１４と同様に、Ａｇ膜のような反射膜を積層することが好ましく、また、高屈折率層５１を設けるために厚膜化して上部電極２Ｂの一部としてもよい。
【０１０３】
（絶縁層）
第２実施形態に係る空間光変調器は、画素アレイ４０Ｂの基板７Ａ側が光の入出射側になるため、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間に設ける素子間絶縁層５Ｂは、基板７Ａ側から低屈折率層５２、高屈折率層５１の順に積層する。また、上部電極２Ｂ，２Ｂ間を絶縁する絶縁層６２Ｂは、その少なくとも素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち下部に、高屈折率層５１よりも低い屈折率の絶縁材料を備える。それぞれの絶縁層５１，５２，６２Ｂ，６３の材料は、第１実施形態において挙げた材料から屈折率に応じて選択すればよい。
【０１０４】
基板７Ａは、第１実施形態にて説明した公知の透明な基板材料を適用することができる。なお、上部電極２Ｂ上すなわち絶縁層６２Ｂ上には、全面（上面全体）に、図示しない絶縁膜および光吸収膜を被覆して、高屈折率層５１から絶縁層６２Ｂへ透過した光を反射させない構成とすることが好ましい。あるいは、絶縁層６２Ｂと屈折率が近似する絶縁膜と金属膜からなる反射膜とを積層して、絶縁層６２Ｂおよび前記絶縁膜の屈折率と膜厚を制御して、反射膜から好適に位相反転させて光を下方へ反射させる構成としてもよい。すなわち、絶縁層６２Ｂが第１実施形態における絶縁層６２に、絶縁膜および反射膜が基板７の絶縁層７１および反射部７２に、それぞれ相当する。
【０１０５】
以上のように、第２実施形態に係る空間光変調器によれば、積層順序を変えて透明基板の側から光を入射する態様としても、第１実施形態と同様にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【０１０６】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る空間光変調器１０Ｃは、図１１および図１２に示すように、光を透過する基板７Ａ上に２次元配列された画素４Ｃからなる画素アレイ４０Ｃを備え、さらに画素アレイ４０Ｃから１つ以上の画素４Ｃを選択して駆動する電流制御部９０を備える。なお、図１２においては、破断線の左側に図１１のＤ−Ｄ断面図、右側に図１１のＣ−Ｃ断面図を表す。本実施形態においては、第２実施形態と同様に、底面（下面）が空間光変調器１０Ｃの光の入射面であり、空間光変調器１０Ｃは画素４Ｃ（画素アレイ４０Ｃ）に下方から入射した光を反射してその光を変調して下方へ出射する反射型の空間光変調器である。また、空間光変調器１０Ｃの電流制御部９０は、第１実施形態に係る空間光変調器１０のものと同様の構成であるので、説明を省略する。
【０１０７】
第３実施形態の画素４Ｃに備える光変調素子１Ｃは、デュアルピン構造のスピン注入磁化反転素子（例えば特開２０１０−６０７４８号公報参照）について、１つの磁化自由層の上下に配置していた磁化固定層を２つ共、磁化自由層の同じ側の面に、面方向に離間して積層することにより、磁化自由層を底部として断面視Ｕ字型の電流経路を形成したものである。したがって、光変調素子１Ｃを駆動するための電流を供給する一対の電極は、２つの磁化固定層に接続されるため、電極を磁化自由層側に備える必要がなく、この側を光の入出射側とすることで、透明電極によらずに駆動することができる。以下、光変調素子１Ｃについて詳細に説明する。なお、光変調素子１Ｃおよび画素４Ｃにおいても、前記の実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０８】
（光変調素子）
光変調素子１Ｃは、図１１に示すように平面（底面）視正方形で、図１３，１４に示すように、その全体に磁化自由層１３Ｃを備え、その上の同じ高さ位置に、平面視長方形の２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂ（第１磁化固定層１１ａ、第２磁化固定層１１ｂ）を、互いに離間して短辺方向に並べて、中間層１２Ｃ，１２Ｃを挟んで積層して備える。したがって、光変調素子１Ｃは、第１磁化固定層１１ａ、中間層１２Ｃ、磁化自由層１３Ｃからなる第１のスピン注入磁化反転素子構造と、第２磁化固定層１１ｂ、中間層１２Ｃ、磁化自由層１３Ｃからなる第２のスピン注入磁化反転素子構造との２つを、面方向に並べて、磁化自由層１３Ｃで接続して備えるといえる。光変調素子１Ｃはさらに、磁化自由層１３Ｃの下に下地膜１４Ｂを、磁化固定層１１ａ，１１ｂのそれぞれの上に保護層１５Ｂ，１５Ｂを必要に応じて備える。
【０１０９】
磁化固定層１１ａ，１１ｂ、磁化自由層１３Ｃ、中間層１２Ｃは、それぞれ第１実施形態における光変調素子１の磁化固定層１１、磁化自由層１３、中間層１２と同様に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等に用いられる公知材料にて構成することができる。なお、磁化固定層１１ａ，１１ｂは、それぞれの磁化を画素アレイ４０Ｃのすべての光変調素子１Ｃにおいて一方向に固定されるが、第１磁化固定層１１ａと第２磁化固定層１１ｂとは互いに反平行な方向とする。本実施形態において光変調素子１Ｃは、第１実施形態の光変調素子１と同様に垂直磁気異方性とし、第１磁化固定層１１ａの磁化は上向きに、第２磁化固定層１１ｂの磁化は下向きに、それぞれ固定されている。さらに、下地膜１４Ｂは、光変調素子１の下地膜１４と同じ金属膜とすることができるが、光の入射側に設けられるため、光の透過を妨げないような構成とする。また、保護層１５Ｂは第２実施形態における光変調素子１Ｂの保護層１５Ｂと同じ金属膜とすることができる。
【０１１０】
次に、本実施形態における光変調素子の磁化反転の動作を、図１５を参照して説明する。なお、図１５において下地膜１４Ｂおよび保護膜１５Ｂは図示を省略する。光変調素子１Ｃは前記した通り２つのスピン注入磁化反転素子構造を備え、そして、スピン注入磁化反転素子の磁化反転の動作は、第１実施形態にて図５を参照して説明した通りである。図１５（ａ）に示すように、第１磁化固定層１１ａに接続したＸ電極２Ｃを「−」、第２磁化固定層１１ｂに接続したＹ電極３Ｃを「＋」にして第１磁化固定層１１ａ側から電子を注入すると、第１磁化固定層１１ａにより当該第１磁化固定層１１ａと逆方向の下向きのスピンを持つ電子が弁別されてＸ電極２Ｃからは上向きのスピンを持つ電子のみが第１磁化固定層１１ａに、さらに磁化自由層１３Ｃに注入される。磁化自由層１３Ｃに注入された上向きのスピンを持つ電子は、第２磁化固定層１１ｂにより弁別されるため磁化自由層１３Ｃに留まり、その結果、磁化自由層１３Ｃの磁化固定層１１ａ，１１ｂが積層されていない領域も含めた全体が、第１磁化固定層１１ａの磁化方向と同じ上向きの磁化を示す。反対に、図１５（ｂ）に示すように、Ｘ電極２Ｃを「＋」、Ｙ電極３Ｃを「−」にして第２磁化固定層１１ｂ側から電子を注入すると、磁化自由層１３Ｃには下向きのスピンを持つ電子のみが注入されて留まることにより、磁化自由層１３Ｃは第２磁化固定層１１ｂの磁化方向と同じ下向きの磁化を示す。
【０１１１】
このように、本実施形態における光変調素子１Ｃは、磁化自由層１３Ｃの同じ側（上側）の面に中間層１２Ｃ，１２Ｃを挟んで積層された２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂのそれぞれに一対の電極２Ｃ，３Ｃを接続されて電流を供給されることで、磁化自由層１３Ｃの磁化方向を変化させる（磁化反転させる）ことができる。したがって、本実施形態における光変調素子１Ｃは、第１、第２のそれぞれのスピン注入磁化反転素子構造を、磁化反転に好適な小さな面積として、共有される磁化自由層１３Ｃを大きな面積に形成することができるので、画素４Ｃにおける画素有効領域４efを広くすることができる。なお、光変調素子１Ｃは、磁化固定層１１ａ，１１ｂ間で磁化自由層１３Ｃを底部とした断面視Ｕ字型の電流経路が形成されればよいので、光変調素子１Ｃ（磁化自由層１３Ｃ）および磁化固定層１１ａ，１１ｂの平面視形状は、本実施形態に限られない。また、磁化自由層１３Ｃには直接に電極を接続する必要がなく、すなわち一対の電極２Ｃ，３Ｃが同じ一面側（磁化固定層１１ａ，１１ｂ側）に設けられるため、その反対側である磁化自由層１３Ｃの側を光の入出射側として、電極２Ｃ，３Ｃを共に導電性に優れた金属電極とすることができる。したがって、画素アレイ４０Ｃは以下の構成となる。
【０１１２】
図１１に示すように、画素アレイ４０Ｃは、平面（底面）視でＹ方向（図１１における縦方向）に延設されたＸ電極２Ｃ，２Ｃ，…と、平面視でＸ電極２Ｃと直交するＸ方向（図１１における横方向）に延設されたＹ電極３Ｃ，３Ｃ，…と、を備える。図１１は基板７Ａ側からの底面図であり、Ｙ電極３ＣよりもＸ電極２Ｃが基板７Ａ側、すなわち下に配され、さらにその下の基板７Ａ上に光変調素子１Ｃが配される。画素アレイ４０Ｃは、第１、第２実施形態と同様に、Ｘ電極２ＣとＹ電極３Ｃとの交点毎に１つの画素４Ｃを備え、４行×４列の１６個の画素４Ｃからなる構成で例示される。なお、本実施形態の画素アレイ４０Ｃは、Ｘ方向において、画素４Ｃを１つおきに左右反転させて配列する。したがって、画素アレイ４０Ｃは、隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃにおいて、第１磁化固定層１１ａ，１１ａ同士、第２磁化固定層１１ｂ，１１ｂ同士が隣り合う構成であるが、画素４Ｃの向きを揃えて配列してもよい。
【０１１３】
第１、第２実施形態では、平面視で一対の電極が重なる領域に光変調素子を設けて、その上下面全体が電極に接続されるため、電極２，３は、同じ幅の配線を画素ピッチに合わせて配されるが、本実施形態では、電極２Ｃ，３Ｃは、それぞれ光変調素子１Ｃの面内における一部の領域であってＹ方向（縦方向）に長い長方形の２つの磁化固定層１１ａ，１１ｂに接続される。したがって、Ｙ方向に延設されて第１磁化固定層１１ａに接続するＸ電極２Ｃは、第２磁化固定層１１ｂや隣の（右側または左側の）光変調素子１Ｃの磁化固定層１１ａ，１１ｂに接触しないように幅狭の帯状の配線に形成され、図１３に示すように光変調素子１Ｃ上に直接に接続する高さ位置に設けられる。一方、Ｘ方向に延設されて第２磁化固定層１１ｂに接続するＹ電極３Ｃは、光変調素子１Ｃと同じまたはそれよりも幅の広い帯状の配線に形成され、第１磁化固定層１１ａとＸ電極２Ｃとの接続を妨げないように、かつＸ電極２Ｃと短絡しないように、Ｘ電極２Ｃの上（光変調素子１Ｃから離れた側）に層間絶縁層（絶縁層６２Ｃ）を介して設けられ、第２磁化固定層１１ｂの直上の領域において下方へ張り出して第２磁化固定層１１ｂに接続する。このようなＸ電極２ＣおよびＹ電極３Ｃは、第１実施形態における下部電極２と同様に、一般的な電極用金属材料で形成することができる。したがって、導電性の優れた金属電極のみで光変調素子１Ｃを駆動することができる。
【０１１４】
（絶縁層）
また、画素アレイ４０Ｃにおける隙間、すなわち隣り合う光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、さらに光変調素子１Ｃにおける磁化固定層１１ａ，１１ｂ間は素子間絶縁層５Ｂで埋められている。また、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間、およびＸ電極２Ｃ−Ｙ電極３Ｃ層間は絶縁層６２Ｃで、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間は絶縁層６１Ｃで、それぞれ埋められている（絶縁層６１Ｃ，６２Ｃを適宜まとめて絶縁層６Ｃと称する）。ここで、本実施形態に係る空間光変調器１０Ｃは、第２実施形態と同様に画素アレイ４０Ｃの基板７Ａ側が光の入出射側になるため、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間に設ける素子間絶縁層５Ｂは、基板７Ａ側から低屈折率層５２、高屈折率層５１の順に積層する（図１３参照）。そして、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間に配される絶縁層６２Ｃは、その少なくとも素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）に接触する部分すなわち下部に、高屈折率層５１よりも低い屈折率の絶縁材料を備える。それぞれの絶縁層５Ｂ（５１，５２），６２Ｃ，６１Ｃの材料は、第１実施形態において挙げた材料から屈折率に応じて選択することができ、その屈折率および厚さについての詳細は後記する。
【０１１５】
（基板）
基板７Ａは、第２実施形態と同様に、公知の透明な基板材料を適用することができる。また、基板７Ａは、素子間絶縁層５Ｂの低屈折率層５２と屈折率が近似する材料が適用された場合、低屈折率層５２と共に一体の媒質として作用し、低屈折率層５２と基板７Ａとの界面での多重反射を防止することができる。基板７Ａは製品として厚さが固定されているために、低屈折率層５２は、光変調素子１Ｃおよび高屈折率層５１のそれぞれの厚さにより決定されるために、独立して厚さを設計することが困難であり、界面で多重反射した場合、出射光が増大する場合がある。あるいは、基板７Ａ上に、任意の屈折率および厚さの絶縁膜を形成して、その上に光変調素子１Ｃおよび素子間絶縁層５Ｂを設けてもよい。また、基板７Ａを低屈折率層５２として、素子間絶縁層５Ｂ全体を高屈折率層５１で形成してもよい。
【０１１６】
本実施形態に係る空間光変調器１０Ｃにおける出射光の経路について、図１２を参照して、この空間光変調器１０Ｃを用いた表示装置にて説明する。なお、空間光変調器１０Ｃの光変調動作は、第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様であるので、説明を省略する。表示装置は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０を用いたもの（図２参照）と同様の構成とすればよいが、第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂと同様に、基板７Ａ側を光の入出射とするため、表示装置は上下（表裏）を反転させて、空間光変調器１０Ｃの画素アレイ４０Ｃの下方に、光学系ＯＰＳ、偏光フィルタＰＦｉ，ＰＦｏ、および検出器ＰＤが配置される。
【０１１７】
画素アレイ４０Ｃから出射した光のうち、入射光Ｌ0に対して旋光しなかった光は、第１実施形態と同様に、入射光Ｌ0が光変調素子１Ｃで反射しないで出射した、光変調素子１Ｃ，１Ｃ間すなわち素子間絶縁層５Ｂを透過した光であり、画素アレイ４０Ｃの光変調素子１Ｃの配されていない領域から出射する。詳しくは、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間に進入して、Ｘ電極２Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ4）、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間およびＸ電極２Ｃ，２Ｃ間に進入して、Ｙ電極３Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ5）、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃの第２磁化固定層２ｂ，２ｂ間に進入して、下方へ張り出したＹ電極３Ｃで反射して前記経路を逆進して出射した光（出射光Ｌ6）、そして、基板７Ａを透過して光変調素子１Ｃ，１Ｃ間、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間に進入して、Ｙ電極３Ｃ上の図示しない絶縁膜（保護膜）等の界面で反射して前記経路を逆進して出射した光（図１２中図示省略、図１４（ｂ）参照）が挙げられる。
【０１１８】
出射光Ｌ4および出射光Ｌ6は、素子間絶縁層５Ｂを透過して、Ｘ電極２ＣまたはＹ電極３Ｃで全反射するため、図４の左側に示す第１実施形態における出射光Ｌ1に相当し、Ｘ電極２Ｃ、Ｙ電極３Ｃが下部電極２に相当する。一方、出射光Ｌ5は、素子間絶縁層５Ｂを透過して、Ｘ電極２Ｃ，２Ｃ間の絶縁層６２Ｃとの界面に到達した際に、反射と通過とに分岐して、通過した光は絶縁層６２Ｃを透過してＹ電極３Ｃで全反射する。すなわち、出射光Ｌ5は、図４の右側に示す第１実施形態における出射光Ｌ2に相当し、絶縁層６２Ｃが絶縁層６２および基板７の絶縁部７１（第２低屈折率層７１／６２）に、Ｙ電極３Ｃが基板７の反射部７２にそれぞれ相当する。
【０１１９】
したがって、素子間絶縁層５Ｂの高屈折率層５１について、第１、第２実施形態と同様に、屈折率ｎ1および厚さｄ1を式（３）、さらに式（４）に基づいて設計することにより、出射光Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6は、それぞれ干渉して光が増大せず、さらには相殺して光量が抑えられる。
【０１２０】
また、出射光Ｌ5について、素子間絶縁層５Ｂ（高屈折率層５１）と絶縁層６２Ｃとの界面を通過した光は、絶縁層６２Ｃの屈折率をｎ2、厚さをｄ2として、式（５）に基づいて設計することにより、さらに出射光が抑えられる。ただし、絶縁層６２Ｃの厚さは、Ｘ電極２Ｃの厚さおよびＸ電極２Ｃ−Ｙ電極３Ｃ層間厚さにより決定されるため、独立して設計することが困難な場合がある。このような場合、絶縁層６２Ｃを素子間絶縁層５Ｂと同様に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造としてもよい（基板７Ａ側に低屈折率層を配置、図示せず）。そして、高屈折率層について、素子間絶縁層５Ｂの高屈折率層５１と同様に、屈折率ｎ1および厚さｄ1を式（３）、さらに式（４）に基づいて設計することもできる。この場合、Ｙ電極３Ｃ，３Ｃ間に配される絶縁層６１Ｃは、その少なくとも絶縁層６２Ｃに接触する部分すなわち下部に、前記高屈折率層よりも低い屈折率の絶縁材料を備えることがさらに好ましい。
【０１２１】
なお、Ｙ電極３Ｃ上すなわち絶縁層６１Ｃ上には、全面（上面全体）に、図示しない絶縁膜および光吸収膜を被覆して、絶縁層６１Ｃへ透過した光を反射させない構成とすることが好ましい。あるいは、絶縁層６１Ｃと屈折率が近似する絶縁膜と金属膜からなる反射膜とを積層して、絶縁層６１Ｃおよび前記絶縁膜の屈折率と膜厚を制御して、反射膜から好適に位相反転させて光を下方へ反射させる構成としてもよい。
【０１２２】
以上のように、第３実施形態に係る空間光変調器によれば、光の入出射側の反対側に、２層の配線を備える構造としても、これらの異なる配線で反射して出射する光をいずれも抑えて、第１、第２実施形態と同様にコントラストを向上させた空間光変調器とすることができる。
【０１２３】
以上、本発明の空間光変調器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。
【実施例】
【０１２４】
本発明の効果を確認するために、本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の画素（図９参照）を模擬したサンプルを作製し、その反射率を評価した。光変調および磁化反転させる必要はないので、サンプルは上部電極を設けないものとした。詳しくは、熱酸化Ｓｉ基板に、下部電極としてＣｕ膜を成膜し、さらに反射膜・下地膜：Ｒｕ（３ｎｍ）／Ａｇ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）、磁化固定層：ＴｂＦｅＣｏ（１０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）、中間層：Ｃｕ（６ｎｍ）、磁化自由層：ＧｄＦｅ（１０ｎｍ）、保護膜：Ｒｕ（３ｎｍ）をＤＣマグネトロンスパッタリング法で連続して成膜して積層した（（ ）内は厚さ）。そして、イオンビームミリングにて、磁化固定層のＴｂＦｅＣｏ膜が露出するまで加工して光変調素子を成形し、その側面に素子間絶縁層として、Ｓｉ−Ｎ／ＳｉＯ2を積層した。Ｓｉ−Ｎの屈折率ｎ1は２．０、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６である。ＳｉＯ2の厚さは１３ｎｍとし、Ｓｉ−Ｎ膜の厚さｄ1を２５，３０，３５，４０ｎｍの４段階で変化させたサンプルを作製した。
【０１２５】
作製したサンプルの表面の素子間絶縁層に光を入射角５°以内で照射して、反射率を分光光度計で測定し、得られた分光反射率曲線を図１６に示す。
【０１２６】
図１６に示すように、いずれのサンプルも入射光の波長の４００ｎｍから８００ｎｍまでの変化に伴い、反射率の低下と回復が観察されたが、高屈折率層（Ｓｉ−Ｎ膜）の厚さによって反射率が変化するときの波長がシフトした。式（４）より、反射光が反射１回毎に１／４波長ずれる入射光の波長λを、入射角α0が５°以下であることからｃｏｓα1≒１と近似して算出すると（Ｎ＝１）、４００ｎｍ（ｄ1＝２５ｎｍ）、４８０ｎｍ（ｄ1＝３０ｎｍ）、５６０ｎｍ（ｄ1＝３５ｎｍ）、６４０ｎｍ（ｄ1＝４０ｎｍ）となり、それぞれの波長の近傍で反射率が５％以下の極小値となることが観察された。さらにｄ1＝４０ｎｍのサンプルでは、反射光が干渉する式（１）が成立する入射光の波長３２０ｎｍに近い、波長約３６０ｎｍで反射率が約３０％の極大値となることが観察された。これらの結果から、高屈折率層の厚さを規制して、その上に低屈折率層を積層することで、厚さ数十ｎｍの絶縁層で反射率を抑えることが確認できた。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，１０Ｃ 空間光変調器
１，１Ａ，１Ｂ 光変調素子
１１，１１Ｃ 磁化固定層
１２ 中間層
１３ 磁化自由層
１Ｃ 光変調素子
１１ａ 第１磁化固定層（磁化固定層）
１１ｂ 第２磁化固定層（磁化固定層）
１２Ｃ 中間層
１３Ｃ 磁化自由層
２ 下部電極（電極）
３，３Ａ 上部電極（電極）
２Ｂ 上部電極（電極）
３Ｂ 下部電極（電極）
２Ｃ Ｘ部電極（電極）
３Ｃ Ｙ電極（電極）
３１ 金属電極層
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 画素アレイ
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 画素
５，５Ａ，５Ｂ 素子間絶縁層
５１ 高屈折率層
５２ 低屈折率層
６ 絶縁層
６２，６２Ａ，６２Ｂ 絶縁層
６３，６３Ａ 絶縁層
６Ｃ 絶縁層
６１Ｃ 絶縁層
６２Ｃ 絶縁層
７，７Ａ 基板
９１ 電源（電流供給手段）
９４ 画素選択部（画素選択手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子および前記光変調素子に接続された一対の電極を備えた複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記基板上に２次元配列された前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する空間光変調器であって、
前記複数の画素において隣り合う前記光変調素子間を絶縁する素子間絶縁層を備え、前記素子間絶縁層が、前記光の入射される側から順に、屈折率の低い絶縁材料からなる低屈折率絶縁層、前記絶縁材料よりも屈折率の高い絶縁材料からなる高屈折率絶縁層の少なくとも２層を積層してなることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記光変調素子はスピン注入磁化反転素子であって、
前記一対の電極は、前記光変調素子の上下に接続され、前記光の入射される側に接続された一方が透明電極材料を備えて光を透過させ、他方が金属電極材料で形成され、
前記素子間絶縁層は、前記他方の電極に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記他方の電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、前記電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記光変調素子は、前記光の入射される側から磁化自由層、中間層、および磁化固定層の順に積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記磁化固定層は同一平面上に分離して互いに反平行な方向の磁化に固定された２つを前記磁化自由層の１つあたりにそれぞれ前記中間層を挟んで積層され、
前記一対の電極は、金属電極材料で形成され、その一方と他方とを前記光変調素子の２つの磁化固定層の一方と他方とにそれぞれ接続され、
前記素子間絶縁層は、前記一対の電極の前記光の入射される側に設けられた一方に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記一方の電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、前記電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることを特徴とする請求項４に記載の空間光変調器。
【請求項６】
前記高屈折率絶縁層は、屈折率をｎ、厚さをｄで表し、前記入射した光の波長がλ、当該高屈折率絶縁層を透過する光の進行方向の膜面垂直方向に対する角度がαであるとき、ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝λ・(２Ｎ−１)／８（Ｎ＝１，２，３，…）が成立す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空間光変調器。
【請求項１】
基板と、入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子および前記光変調素子に接続された一対の電極を備えた複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記基板上に２次元配列された前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する空間光変調器であって、
前記複数の画素において隣り合う前記光変調素子間を絶縁する素子間絶縁層を備え、前記素子間絶縁層が、前記光の入射される側から順に、屈折率の低い絶縁材料からなる低屈折率絶縁層、前記絶縁材料よりも屈折率の高い絶縁材料からなる高屈折率絶縁層の少なくとも２層を積層してなることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記光変調素子はスピン注入磁化反転素子であって、
前記一対の電極は、前記光変調素子の上下に接続され、前記光の入射される側に接続された一方が透明電極材料を備えて光を透過させ、他方が金属電極材料で形成され、
前記素子間絶縁層は、前記他方の電極に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記他方の電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、前記電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記光変調素子は、前記光の入射される側から磁化自由層、中間層、および磁化固定層の順に積層したスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記磁化固定層は同一平面上に分離して互いに反平行な方向の磁化に固定された２つを前記磁化自由層の１つあたりにそれぞれ前記中間層を挟んで積層され、
前記一対の電極は、金属電極材料で形成され、その一方と他方とを前記光変調素子の２つの磁化固定層の一方と他方とにそれぞれ接続され、
前記素子間絶縁層は、前記一対の電極の前記光の入射される側に設けられた一方に前記高屈折率絶縁層を積層するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記一方の電極同士の間を絶縁する電極間絶縁層をさらに備え、前記電極間絶縁層は、少なくとも前記光の入射される側に、前記高屈折率絶縁層よりも屈折率の低い絶縁材料からなる層を備えることを特徴とする請求項４に記載の空間光変調器。
【請求項６】
前記高屈折率絶縁層は、屈折率をｎ、厚さをｄで表し、前記入射した光の波長がλ、当該高屈折率絶縁層を透過する光の進行方向の膜面垂直方向に対する角度がαであるとき、ｎ・ｄ・ｃｏｓα＝λ・(２Ｎ−１)／８（Ｎ＝１，２，３，…）が成立す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空間光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−４５０９１（Ｐ２０１３−４５０９１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５２４４（Ｐ２０１１−１８５２４４）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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