JPH01319734A - 透過型光書込液晶ライトバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高精細な画像表示装置、プリンタ等に用いら
れる光書込型液晶ライトバルブに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、液晶層に閾値特性と双安定メモリ性を有する
強誘電性液晶を用い、液晶ライトバルブの閾値電圧より
も十分に大きい直流バイアス電圧を印加する事により液
晶分子のダイレクタを全面均一に配列保持させる第１の
工程を経た後、第１の工程とは逆極性で且つ、暗時には
閾値電圧以下であり光照射時には閾値電圧以上となる電
圧を印加しながらレーザビームやＬＥＤ等の光走査によ
る画像書込みを行う第２の工程を採用する事により、１
回の高速な光走査によって画像情報を書込み且つ保持で
きる極めて高速、高精細な光書込型液晶ライトバルブに
おいて、レーザやＬＥＤ等の書込み光に対して高い感度
を有し、且っ６００ｎｍ以下の可視領域の光透過率が高
い有機金属フタロシアニンを電荷発生剤とする：光導電
層を用いる事により、光量ムラや画像ひずみのない低コ
ストで構成できる透過型画像投射装置を実現可能とする
ものである。

〔従来の技術〕

光を書込み光源とした液晶ライトバルブでは、アドレッ
シング方法、使用する液晶の表示モードとも様々な方式
が考案されている。アドレッシング方法としては、液晶
と光導電膜を組み合わせた光書込型、レーザ光を用いた
熱書込型等があり、液晶の表示モードとしては、ＳｍＡ
相転移、Ｎｅ−ａｈ相転移、ＤＳＭ、ＴＮ、ＳＴＮ等が
ある。

レーザ熱書込型の場合は、１画素を書込む為に数マイク
ロ秒以上必要であり、大画面を高密度で書込もうとする
と何分間もかかってしまう為、用途が限定されてしまう
。光書込型の場合は、レーザ熱書込型に比べて１桁から
２桁程度感度が高い為高速書込みを行う事が可能であり
、動画表示等への応用が期待されているが、従来の光書
込型液晶ライトバルブでは、殆んどの場合光導電層の可
視光透過率が極めて小さい為、液晶ライトバルブ上に書
込まれた画像情報を読み出す際は、予め光導電膜上に光
反射層を設けておき、書込み側と反対側から投射光を照
射して、反射層で反射された画（［報をスクリーン等に
投射表示する反射型液晶ライトバルブであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

反射型光書込型液晶ライトバルブ上に書込まれた画像情
報を投射光によって読み出す場合、一般的には、第３図
に示す様に、ビームスプリッタ２１を用いて正反射で投
影結像する方法と、第４図に示す様な斜め投影結像法が
用いられる事が多い。

しかしながら、正反射投影結像法を用いる場合は、広い
画角をとる為にかなり大型のビームスプリッタを使う必
要があり高価なものとなってしまう、又、誘電体で作製
されたビームスズリツタでは投射光は結像面で１／４以
下迄減衰してしまい光量のロスが大きい、メタルで作製
されたビームスプリッタを用いれば、比較的広い画角を
得る事も可能であるが、結像面での投射光量は１／１０
以下と極端に小さくなり、必然的に、大パワーの光源を
必要とする事になる。

又、第４図に示す様な斜め投影結像法を用いた場合は、
結像面での光量分布のむらを押える為に、大口径で焦点
距離の長いフィールドレンズ１５を用いる必要があり、
照明系の光路長を大きくとらなければならず、画角も拡
大してしまう為、大パワーの光源が必要であり、投影光
学系全体の体積が極めて大きくなってしまうという欠点
を有していた。

又、液晶層と光導電層の間に形成する誘電体ミラーは、
Ｍ　ｇ　Ｆ　２等の低屈折率物質とＺｎＳ等の高屈折率
物質を交互に高精度の膜厚制御を行いながら２０層以上
積層しなければならず、極めて困難でコストの高い方法
であった。

従って、液晶ライトバルブ上に書込まれた画像を投射表
示する場合は、画質投射光学系の構造、製造コスト等の
観点から第２図に示す様な透過方式が望ましい、この透
過方式を採用する為には中間画像形成媒体である液晶ラ
イトバルブは、６５０ｎｍ以下の可視領域で光透過率が
高く、６５０ｎｍ〜９００ｎｍの書込み光に対して良好
な光導電性を示す光導電層を持つ事が必須条件となる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、光透過率と印加電圧の間に閾値特性と、双安
定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いた光書込型液晶
ライトバルブに於いて、ε−銅フタロシアニンや、酸化
チタンフタロシアニン、塩化アルミニウムフタロシアニ
ン等の金属フタロシアニンを電荷発生剤として形成した
光導電層を用いる事を特徴とする。

〔作用〕

本発明による光導電層は、赤から近赤外に発光波長を有
する半導体レーザや、ＬＥＤ等の光照射に対して高い光
導電性を示し、６５０ｎｍ以下の可視領域の光は、１０
〜４０％と比較的高い分光透過率を示す為に、−度液晶
ライトバルブ全面を高い直流電界を印加して液晶分子の
Ｃダイレクタを一方向に配列保持させる事によって消去
した後、レーザやＬＥＤ等の書込光の照射の無い暗時に
は閾値電圧以下、光照射時には閾値電圧以上となる逆極
性の直流電圧を印加しながら書込み光による光走査を行
うと、光照射を受けた光導電層の領域にフォトキャリア
が発生し、発生したキャリアは直流電圧により電界方向
にドリフトし、その結果光導電膜の抵抗が下がり、光照
射を受けた領域の強誘電性液晶には閾値電圧以上の逆極
性の直流電界が印加され自発分極の反転に伴う液晶分子
の反転が起こり、もう一方の安定状態にメモリされる事
になる。この様にして形成された画像は、画像が全面消
去された時に揃えられた液晶分子のＣダイレクタの方向
（又はそれと直角方向）に偏光軸を合わせた直線偏光子
及びそれとほぼ直交する検光子を液晶ライトバルブの前
後に配置し、投射光を照射する事により、投影レンズを
介してスクリーン上に投影結像させる事が出来る。

〔実施例〕

第１図は、本発明による液晶ライトバルブの構造を示す
断面図である。ライトバルブの構造に於いて従来例と異
なるのは、光導電層と液晶層の間に光反射膜が無い事に
ある。以下図面を用いて本発明の説明を行う。

レーザ光やＬＥＤ、ＣＲＴ等の光書込み手段１による画
像書込みが行なわれる側の透明基板２ａの内側には、透
明電極３ａ、光導電層４、液晶配向膜５が形成されてお
り、投射光９によって反射投影される側の透明基板２ｂ
の内側には対向透明電ｆ！３ｂ、液晶配向膜５ｂが形成
されている。これら一対の透明基板は、グラスファイバ
等のスペーサ剤を含む外周シール６によって重ね合わさ
れ、その間隙には強誘電性液晶７が封入されている。

この様にして形成された液晶ライトバルブの２つの透明
電極３ａ、３ｂの間に適当なバイアス電圧を与えておき
、レーザビームやＬＥＤ等の光書込み手段を用いて投射
表示したい画像情報を光で書込む、光照射を受けた光導
電層４はキャリアを発生して低抵抗状態となり、印加さ
れていたバイアス電圧は抵抗分割された形で液晶層に印
加され液晶分子を励起する。光照射を受けない領域は高
抵抗を保持したままであり、従って液晶分子には殆んど
電圧が印加されず、液晶分子は励起されない。

閾値特性及び双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用
いた光書込型液晶ライトバルブに於いては中間状態をと
り得す、常に１か０になるが、−度書込まれた画像は、
外部から閾値電圧以上の電圧印加、或は強い圧力、液晶
の相変化が起こる程の高い温度等が加わらぬかぎり、半
永久的に保持される事になる。

この様にして書き込まれた画像情報は、第２図に示す様
に、投射光源１０から出射された光束を、コンデンサレ
ンズ１１によって平行光束化し、赤外カットフィルタ１
２、色フィルタ１３を介してコンデンサレンズ１４で集
光した後、フィールドレンズ１５、偏光子１６を通して
ライトバルブ１７に投射し、検光子１８、投影レンズ１
９を経てスクリーン２０上に投射表示させる事が出来る
。

以下本発明に係わる具体的な実施例を説明する。

透明基板２ａ、２ｂとしてコーニング社製７０５９ガラ
スを用意し、表面にＩＴＯ透明ｔ　［ｉ　３　ａ、３ｂ
を形成した。レーザ光による書込み側のＩＴＯ電極３ａ
上には、光導電膜４を形成した。光導電層４は、電荷発
生層と電荷移動層を有する機能分離型有機光導電体を用
いた。先ずＩＴＯ透明電極３ａ上に、東洋インキ社製ε
−Ｃｕフタロシアニン０．５重量部と飽和ポリエステル
樹脂（東洋紡バイロン２００）０．４重量部をラトラヒ
ドロフランとともに、ボールミルで６時間混練したのち
、アプリケータ（東洋精機社製）で乾燥後膜厚１μｍの
厚さで塗工し、電荷発生層を作製した。

次いで、亜南香料社製のＰ−ジメチルアミノベンズアル
デヒド−１，１′ジフエニルヒドラゾン０゜１５ｇをポ
リカーボネイト（余人パンライト）０゜３ｇに加え、ジ
クロルメタン３　ｍｌ、１．２ジクロル工タン１ｍｌの
混合溶媒に混合した後、２０分間超音波分散を行い、ア
プリケータを用いて、電荷発生層上に、乾燥後膜厚５μ
ｍの厚さで塗工し、電荷移動層を作成した。更に、この
ガラス基板の法線方向に対して８０°の角度で一酸化圭
素を、膜厚計で２０００Ａの厚さに蒸着し液晶配向層を
形成した。

もう一方の透明基板２ｂのｘＴｏ電極３ｂ上にも同様に
一酸化圭素の液晶配向膜を形成し、これら２枚の基板を
液晶配向層を対向する裸に配置させ、１，５μｍのシリ
カ球スペーサを介して強誘電性液晶７を挾持させた０本
実施例に於いて用いた強誘電性液晶組成物は、エステル
系ＳｍＣ液晶混合物に、光学活性物質を添加して強誘電
性液晶組成物としたものであり、４−　［（４′−オク
チル）フェニル］安息香酸（３″−フルオロ、４″−オ
クチルオキシ）フィニルエステルと、４−［（４′−オ
クチルオキシ］フェニル］安息香酸（３″フルオロ、４
″−オクチルオキシ）フェニルエステルを１＝１に混合
し、これに光学活性物質として、５−オクチルオキシナ
フタレンカルボン酸、１′−シアノエチルエステルを２
５重量％加えたものを用いた。

又、投影側のガラス基板（２ｂ）には、ＭｇＦ２の蒸着
により無反射コーティング層８を形成した。

前記のようにして作成した光書込型液晶ライトバルブは
、光導電層が、７００〜８５０ｎｍの光に感度を有する
ので、閾値電圧より十分大きい直流バイアス電圧を印加
して一方向の安定状態に揃える第１の工程を経た後、７
８０ｎｍを中心波長とする半導体レーザを用いて画像書
込みを行った後、同じ側から５００　ｗ　ａ　ｔのハロ
ゲンランプを照射し、偏光子、検光子を通してスクリー
ン上に投影したところ、高コントラストな投影画像を得
る事が出来た。

ここで作製した光書込型液晶ライトバルブの分光透過率
を第５図に示す６曲線２２は光源として用いたハロゲン
の発光スペクトル、曲線２３は偏光子、検光子を含まな
い液晶ライトバルブの分光透過率を示し、曲線２４は、
偏光子、検光子を設置した時のＯＦＦ状態の分光透過率
、曲線２５はクロスニコルとなった時、即ちＯＮｅ態の
分光透過率を示している。このスペクトル図からも容易
に類推されるように、光源１０が赤外カットフィルタ１
２のみを有し、色フィルタ１３を持たない場合は、黄緑
色の背景にほぼ黒に近い濃紺の透過投影画像がスクリー
ン上に結像され、極めて視認性の高い、高コントラスト
な投影画像を表示する事ができた。

次に、前記ＩＴＯ透明電ａ３ａ上に、東洋インキ社製、
酸化チタンフタロシアニン０．６重量部と飽和ポリエス
テル樹脂（東洋紡バイロン２００）０．４重量部を、テ
トラヒドロフランと共に、ジェットミルで３時間混練し
た後、アプリケータ（東洋精機社製）で、乾燥膜厚２μ
ｍの厚さで塗工し、電荷発生層を作製した。その後、日
本化薬製のオキサゾール系電荷移動剤ＣＴ−００６，０
，２ｇを、ポリカーボネイト（量大パンライト）０．３
ｇに加え、ジクロルメタン６　ｍｌに混合し、１５分間
超音波分散を行い、アプリケータを用いて電荷発生層上
に、乾燥膜厚４μｍの厚さで塗工し、電荷移動層を作成
した。更にこのガラス基板上に、前記と同様の方法で、
−酸化圭素の斜方蒸着により液晶配向膜を形成し、もう
１枚のガラス基板とでセルを形成した後、前記と同様の
強誘電液晶組成物を注入封止して、光書込型液晶ライト
バルブを作成した。

この様にして作成された液晶ライトバルブの分光透過率
は、ε−Ｃｕフタロシアニンを用いて作製した液晶ライ
トバルブとほぼ同様の特性を示した。又、ＴｉＯフタロ
シアニンは、８２０〜８３０ｎｍの波長に対して最大感
度の光導電性を示すため、発光波長８３０ｎｍの半導体
レーザを用いて画像を書込み、透過投影結像した所、極
めて高コントラストの投影画像を確認する事ができた。

本発明に用いる液晶配向膜としては、ＳｉＯ斜方蒸着膜
の他に、垂直配向処理剤である塩基性クロム鋳体と、水
平配向処理剤であるポリイミドの混合溶液を塗布焼成し
た後、ラビング処理を施して、２０°〜４０°の高プレ
ティルト角を与える配向膜であっても何らさしされりは
ない、又、封入する液晶として、ピリミジン系のカイラ
ルスメクチック混合液晶組成物や、エステル系カイラル
スメクチック液晶組成物とピリミジン系カイラルスメク
チック液晶組成物による液晶混合組成物を用いても、全
く同様の効果が得られている。

次に、本発明に係る光書込型液晶ライトバルブの応用の
いくつかを例をあげて説明する。

第６図は、本発明に係る光書込型液晶ライトバルブを応
用したデジタルカラーレーザプリンタの概念図である０
図中、１７ａ、１７ｂ、１７ｃが本発明に係る光書込型
液晶ライトバルブであり、それぞれレーザスキャナ２６
により、Ｒ，Ｇ、Ｂに対応する像が書き込まれた後、投
影光学系によりそれぞれの色に対応するフィルタを用い
て波長を限定した光でメディア上２７に、それぞれの色
の像を形成する。前記メディア２７は、第７図に示すよ
うに夫々４２０ｎｍ、４８０ｎｍ、５４０ｎｍに最大感
度を有する光硬化性のマイクロカプセル３０．３１．３
２に、ロイコ染料を封入したものを分散塗布したもので
、発色剤を塗布したレシーバ−シート２８に圧接する事
により、レシーバ−シート上にカラー画像を形成するも
のである。

前記の様なシステムに、本発明に係る光書込型液晶ライ
トバルブを応用する事により、高品位の画像を短時間で
出力できる優れたデジタルカラープリンタを実現する事
が出来た。

又、前記デジタルカラーレーザプリンタのメディア２７
の位置にスクリーンを設け、３色を同時に投影する事に
より、高品質で高速応答可能なマルチカラープロジェク
タを実現する事ができた。

その他、本発明に係る透過型光書込液晶ライトバルブは
、様々な画像表示装置、画像処理装置、光情報処理装置
等への応用が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきた様に、本発明による透過型光書込型液晶
ライトバルブでは、高精度な多層膜による誘電体ミラー
を形成する必要がなく、極めて簡単で、光量ロスが少く
、画像ひずみのない低コストで構成可能な透過型画像投
射装置を実現する事が可能である

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る透過型光書込液晶ライトバルブの
断面図、第２図は本発明の透過型光書込液晶ライトバル
ブを用いた投影光学装置の概念図、第３図は従来の反射
型液晶ライトバルブを用いた正反射型投影光学装置の概
念図、第４図は従来の反射型液晶ライトバルブを用いた
斜め投影光学装置の概念図、第５図は本発明に係わる透
過型光書込液晶ライトバルブの分光透過率を表す特性図
、第６図は本発明に係る透過型光書込型液晶ライトバル
ブを応用したデジタルレーザカラープリンタの概念図、
第７図は本発明に係る透過型光書込液晶ライトバルブを
応用したデジタルレーザカラープリンタに用いたメディ
アの概念図である。 １・・・・・・・書込み光 ２ａ、２ｂ・・・透明基板 ３ａ、３ｂ・・・透明電極 ４・・・・・・・光導電層 ５ａ、５ｂ・・・液晶配向層 ６・・・・・・・接着剤スペーサ ７・・・・・・・強誘電性液晶層 ８・・・・・・・反射防止膜 ９ａ、９ｂ・・・偏光子、検光子 １０・・・・・・・光源 １１・・・・・・・コンデンサレンズ １２・・・・・・・赤外カットフィルタ１３・・・・・
・・色フィルタ １４・・・・・・・コンデンサレンズ １５・・・・・・・フィールドレンズ １６・・・・・・・偏光子 １７・・・・・・・透過型光書込液晶ライトバルブ １８・・・・・・・検光子 １９・・・・・・・投影レンズ ２０・・・・・・・スクリーン ２１・・・・・・・ビームスプリッタ ２２・・・・・・・ハロゲンランプの発光スペクトル分
布 ２３・・・・・・・光書込型液晶ライトバルブの分光透
過率 ２４・・・・・・・偏光子と検光子を設置した時の光書
込型液晶ライトバ ルブのＯＦＦ時の分光透過 重分布 ２５・・・・・・・偏光子と検光子を設置した時の光書
込型液晶ライトバ ルブのＯＮ時の分光透過率 分布 ２６・・・・・・・レーザスキャナユニット２７・・・
・・・・マイクロカプセルシート２８・・・・・・・レ
シーバシート 以　　上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助、ｔ−亮ｓｙｌ
＋で佳る透ｊ型光富込直晶フイトハルアの断面図第　１
　図 半足明ｌｒ′）透過型書込′；ｒ！晶うイトハ゛ルアに
用へよ担影尤呼装置の砒念図第　２　図 第　３　図 第　４　図 テ゛ジタルトーサ゛カラープリンタの磯含図躬　６　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビーム、ＬＥＤ等の光照射による書込み手
   段と、光導電層、液晶配向層、電圧印加手段及び、光透
   過率と印加電圧の間に閾値特性と双安定メモリ性を有す
   る強誘電性液晶層を具備し、該液晶層に、閾値電圧より
   十分大きい直流バイアス電圧を印加して液晶分子を配列
   保持させる第１の工程と、第１の工程とは逆極性で且つ
   、暗時には閾値電圧以下であり、光照射時には閾値電圧
   以上となる直流バイアス電圧を印加しながら、光書込み
   手段によって画像を形成する第２の工程によつて駆動さ
   れる光書込型液晶ライトバルブに於いて、該光導電層は
   、６５０ｎｍ〜９００ｎｍの書込み光に対して高い光導
   電特性を示し、且つ６５０ｎｍ以下の可視領域の光透過
   率が高い光導電層である事を特徴とする透過型光書込液
   晶ライトバルブ。
2. （２）前記光導電層は、有機金属フタロシアニンを電荷
   発生剤とする有機光導電層である事を特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の透過型光書込液晶ライトバルブ。