JPH0320719A - 光書込型液晶ライトバルブ - 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、光プリンタの中間記録媒体、画像表示装置、
光シャンタ、画像処理装置、光情報処理システム等に応
用される強誘電性液晶を用いた光書込型液品ライトバル
ブに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、暗時には高抵抗率、光照射時には高い導電率
を示す高感度な光導７Ｊ．層と、双安定メモリ性を有す
る強誘電性液晶を組み合わせた光書込型液品ライトバル
ブの光導電層の構造に関するものである．光書込型液晶
ライトバルブに用いられる光導電膜は従来、スパッタ法
、真空蒸着法、グロー放電分解法等により、光書込側電
極上に全面均一に形戒されていたが、光書込時に交流駆
動波形を印加すると光導電層のインピーダンス低下が起
こり、書込むべきパターンが横方向に広がり、分解能を
損なうという問題をかかえていたが、本発明のように、
フォトリソグラフィーによるエッチング法、マスク蒸着
法、マスクスパソタ法などを用いて、光導電層を４μ一
から４００μｍ２の範囲の大きさに分割する事により、
分解能を飛躍的に向上させる事が可能となり、極めて高
性能な光書込型液晶ライトバルブを提供することができ
る。

又、光導電膜としては、光感度が高く、キャリア移動度
の大きな水素化アモルファスシリコンが極めて有効であ
り、強誘電性液晶と組み合わせる事により、ハロゲン光
等による書込みは勿論の事、低出力の半導体レーザによ
っても極めて高速、高解像、高コントラストな書込みが
可能な光書込型液晶ライトバルプを実現する事ができる
。

〔従来の技術〕

従来から光書込型ライトバルブは、アドレノシング法や
使用する液晶の表示モード等に様々な検討が重ねられて
きている．中でも、ツイストネマティックモードや、電
界制御複屈折モードと光導電膜を組み合わせた液晶ライ
トバルブはほぼ実用レベルに近い特性を有しており、光
情報処理用インコヒーレント・コヒーレント変換器等に
用いられてきている．しかしながら、これらのモードで
は書込み像のメモリ性はなく、書込み光を取り去ると像
は消滅してしまう．レーザ光等のビームスポットでデジ
タル的に書込む場合も、書込み部分の像の保持時間が短
い為、解像度を上げる事ができず、高解像度の大画面デ
ィスプレイを得ようとすると、全く同し箇所を高速に何
度も重ね書きする必要があり、その為の超高速、超高精
度なレーザスキャナ及び超高感度の光導電膜の開発が不
可欠となり、これを実現するのは極めて困難な事である
。コレステリソクーネマテイック相転移モードと光導電
膜を組み合わせたものは、メモリ性は有するが、書込み
速度が遅く、コントラストが低いという欠点を有してい
た。

近年では、高速応答、メモリ性、高コントラスト、広視
野角等優れた特性を発現できる可能性のある強誘電性液
晶に着目し、強誘電性液晶と光導１ｉ膜とを組み合わせ
た光書込型液晶ライトハルブが活発に研究されるように
なってきた。

何れの場合も、光導電膜は通常光書込例のＩＴＯ等の透
明電極上に、スパソタ法、真空蒸着法、グロー放電分解
法等の方法により全面均一に数一〜数１０一の厚さで形
成されていた． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前述の光書込型液晶ライトバルプに必要
な情報を光書込みする際は、書込み駆動波形として、殆
んどの場合交流電圧波形を用いており、大きな自発分極
を有し、極性によって自発分極の反転に伴う分子の反転
を起こす強誘電性液晶を用いた場合でも、配向欠陥を防
ぐ、あるいは信頼性を高める為に、１００ｔｌｚから５
Ｑ　ｋ　ｆｉｚ程度の交流波形を重畳した直流バイアス
電圧波形を用いる事が多い。しかしながら、交流電圧を
印加すると、光導電膜のインピーダンスが低くなり、光
書込み像が横方向に広がり、解像度を低下させてしまう
という問題があった。時に強誘電性液晶を用いる場合に
は、液晶層の厚みが薄い為、高解像書込みが期待されて
いるが、期待通りの解像度を得る事は困難であった．又
、強誘電性液晶は層方向に分子が流れやすく、メモリ性
が損なわれてしまいやすいという欠点を有していた。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題を解決するために、本発明は光書込み側透明電
極上に形成される光導電層を、４μｍ２から４００μ一
の大きさに分割する事により、横方向への書込み画像の
広がりを押え、且つメモリ性を高める事によって、高解
像書込みを可能ならしめたものである。

〔作用〕

本発明の液晶ライトバルブは、一度液晶ライトバルブの
書込面全面を光照射し、光導電層の明時の閾稙電圧より
も十分に高い直流ハイアス電圧あるいは、１００１｛ｚ
から５Ｑｋｆｌｚの交流電圧を重畳した直流バイアス電
圧を印加して強誘電性液晶を一方向の安定状態迄揃える
、もしくは光照射無しで、暗時の闇値電圧よりも十分に
高い直流バイアス電圧あるいは、１００Ｂｚから５０ｋ
Ｈｚの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を印加して
強誘電性岐晶を一方向の安定状態迄揃える第１の工程を
経た後、光照射なしで、暗時には闇値電圧以下であり、
光照射時には闇値電圧以上となる逆極性の直流バイアス
電圧あるいは１０　０　ｈから５ＱｋＨｚの交流電圧を
印加しなからレーザ光等によって、光書込みを行う第２
の工程によって、画像書込みを行う。光照射を受けた領
域の光導電層には光キャリアが発生し、発生したキャリ
アは直流バイアス電圧により電界方向にドリフトし、そ
の結果光導電層の抵抗が下がり、光照射を受けた領域に
は闇値電圧以上の逆極性の電圧が印加され、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
態に書き込まれる事になる．このようにして形成された
画像は、第１の工程によって揃えられた液晶分子の配列
方向（又はそれと直角方向）に偏光軸を合わせた直線偏
光の投影光の照射及び反射層による反射光の偏光方向に
対し偏光軸が直交（又は平行）するように配置された検
光子を通した投影によりスクリーン上に読み出すことが
できる．交流電圧を重畳した波形を用いれば、配向膜近
傍の液晶分子配列が壊れ、液晶分子が印加電圧に対して
応答しなくなる、いわゆるＤＣ欠陥と称する構造欠陥発
生の問題を解決でき、液晶ライトバルブの信頼性を高め
る事が可能である。

〔実施例〕

以下に本発明の内容を、図面に用いて詳細に説明する。

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。

透明基板１．２は表面に透明電極３，４．液晶配向膜５
．６が設けられている。透明基板１，２は、その配向膜
５．６を対向させ、ｉｌ！！誘電性液晶Ｎ７を狭持して
いる。

光書込みを行う側の透明電極４の上では、光導電層９が
絶縁物１０により分割された形で形成され、その上に光
反射層としての誘電体ミラー８が積層されている。

上記のような液晶ライトバルブによれば、外面からの書
込み光ｌ１によって強誘電性液晶層７に書込みが行われ
、また書込まれた光学情報は、投影光ｌ２により読み出
すことができる。

第２図は、本発明による光導電層の分割構造を示す模式
図であり、１３ａ．ｌ３ｂはそれぞれ正方形、円形に分
割された光導電層、１４ａ，１４ｂは分割された間隙を
埋める為の絶縁物である。

実施例においては、先ず透明基板１．２として板を用意
し、透明電極３。４として５００人の厚さのＩＴＯｙｉ
明電極を形成した． 光書込側透明電極層４上には、ＳｉＦ４を主体とするガ
スを放電分解して厚さ４−のイントリンシソクな水素化
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を形成し、光導
電層９とした。その後、フォトリソグラフィー法を用い
て、１３ａに示すように４ｎ×４一の大きさに光導電層
を分割した。その後、表面のレベリングの為、テトラヒ
ド口フランに溶解したポリカーボネイト冫容冫夜を、ド
クターフ゛レードを用いて０．３一の厚さでコーティン
グし、エッチングされた部分の隙間を埋め絶縁層１０，
　１４３を形成し、光導電層の分割を行った。このよう
にして形成した分割された光導電層の上に、珪素（Ｓｔ
）と二酸化珪素（Ｓｉｎｇ）を１５Ｊｉ積層して誘電体
ミラー８を形成した。誘電体ミラー８及び投影側の透明
基板３上に、一酸化珪素（Ｓｉｎ）を、基板の法線方向
に対して８２度の角度で、且つ蒸着の法線方向にセント
した膜厚計で、２０００人の厚さに斜方蒸着して液晶配
向層５，６を形成した． 透明基板１．２は、その配向層５，６を対向させ、直径
１．５−のガラス球を加えた接着剤よりなるスベーサを
介して間隙を２．　０１！ＩＩＩにｔ！ＩＩ御され接着
し、＠誘電性液晶７を狭持するようにした。封入した強
誘電性液晶組戊物は、エステル系スメクチソクＣ液晶混
合物に光学活性物質を添加して強誘電性岐晶組威物とし
たものであり、エステル系ＳｍＣ液晶混合物として、４
−（（４“−オクチル）フェニル）安患香酸（３″−フ
ルオロ、４”−オクチルオキシ）フェニルエステルと、
４−（（４’−オクチルオキシ）フェニル）安息香Ｍ（
３″−フルオロ５４”−オクチルオキシ）フェニルエス
テルをｌ：１に混合したものを用い、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、２５重量％を加えて強誘
電性液晶組成物としたものを用いた。

第３図は、このようにして形成された光書込型液品ライ
トバルブを用い、光書込側から全面ハロゲン光による光
照射を行いながら電極間に電圧を印加した時の電圧一光
反射率特性を示したものである．この場合光学導電層は
全面にわたり導通状態（低抵抗状Ｌｉ）となっており、
印加電圧は殆んど強誘電性液晶に印加される。電圧波形
は０．１Ｈｚ，２０ＶＦ−Ｐの三角波を用いた．図から
明らかなように本発明による液晶ライトバルブは、比較
的明瞭な閾値特性と双安定性を示している。しかしなが
ら、この液晶ライトバルプを偏光顕微鏡で観察すると、
経時的に液晶分子の反転が起こりにくくなる、いわゆる
ＤＣ欠陥領域が広がり、分子の配列が不均一になって全
体のコントラストが低下してくる事が確認された。

第４図は、同じ光書込型液晶ライトバルブを用い、ハロ
ゲン光を全面照射しながら、３ｋＨｚ，２０Ｖ．，の矩
形波を重畳しながら、２０ＶＰ−Ｐの三角波を印加した
時の電圧一光反射率特性を示したものである．図から明
らかなように、三角波に交流を重畳する事により、より
明瞭な双安定性が現れてくる事が理解できる．又、偏光
顕微鏡観察においても全体の液晶分子の配列は均一であ
り、ＤＣ欠陥の発生は認められなかった。

次いで、光導電層を分割しない従来の光書込型液晶ライ
トバルブを用い、第５図に示すように、偏光顕微鏡を用
いたシステムによって、マスクｌ７に形成された画像を
液晶ライトバルブ１８に光書込みを行った．この場合も
、直流バイアスのみによる書込みでは、ＤＣ欠陥が発生
し、書き込まれた画倣は、液晶分子配列の不均一性に伴
うコントラストむらが発生し、交流を重畳した場合は、
そのような現象が発生せず良好なコントラストの画像を
書き込む事が可能であった。しかしながら、書込時の画
像の端面のシャープさは直流のみの場合よりも悪く、少
し滲んだような形で書込まれ、書込み後印加電圧をオー
ブン状態にして画像をメモリすると、強誘電性液晶の層
方向に、非書込み部の液晶分子配列状態が広がり、あま
り良好なメモリ性を示さなかった． 同様な手段により、本発明による光導電層が４μ×４−
の大きさで分割された光書込型ライトバルブを用いて、
２５ＶＰ−Ｐの交流波形を重畳した直流バイアス電圧を
印加しながら光書込みを行ったところ、画像の端面部分
のシャープさは、光導電膜を分割しない従来の光書込型
液晶ライトバルブを用い、直流のみによって書込んだ時
と、ほぼ同等のレベルであった。また、書込後電圧をオ
ープン状態にしてメモリさせると、層方向への非書込み
部の液晶分子配列状態の広がりが無く、極めて良好なメ
モリ状態をとる事が判明した．光導電層の分割形状は、
第２図１３８に示す正方形、第２図１３ｂに示す円形の
他、長方形等何れでも良く、分割する大きさは解像度の
点から、４μｍ２から４００μ一が適正である。

光導電膜を分割形成する方法としては、前述のフォトリ
ソグラフィー法の他、微細なマスクを置いて、真空蒸着
やスパンタを行う方法等がある．分割は完全に行われる
方が望ましいが、部分的につながっていても殆んど問題
はない。但し、光導電層間の間隙が広すぎると有効面積
が小さくなってしまい、逆に分解能を損ねてしまう。

そこで、光導電層間の間隙は、ｌ〜２一程度に？さえる
事が望ましい。光導電層としては、暗時の抵抗が高く、
光照射時の抵抗が著しく低下する高感度な水素化アモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）が本光書込型液晶ライ
トバルブに適しており、フォトリソ法による分割も容易
に行う事ができる。この他にもＩＴＯ上にマスクを置き
、ＣｄＳ，　　Ｓｅ−Ｔｅ等の真空蒸着を行って、分割
した光導電層を形成しても良い．分割された光導電層間
の間隙を埋める絶縁物としては、ポリカーボ不イトの他
、ポリイミド、ポリアミド等比較的耐熱性が良く抵抗率
の高い有機高分子材料や、ＳｉＯ■．　ＺｒＯ等の無機
材料でも良い． ａ−Ｓｉ：Ｈの膜厚としては、ビンホールが存在しない
こと、光感度を一様にする事及びａ−Ｓｉ：Ｈの暗時の
抵抗率は１０１１〜１０′！Ω０であり、強誘電性液晶
の抵抗率も１０”〜ＩＱ１！Ωｃｒａ程度である事から
、分圧比を考慮すると強誘電性液晶層の厚さと同程度の
２一以上が望ましく、又、解像度を考慮すれば、１０Ｊ
ＩＭが上限と考えられる。

次に、本発明の液晶ライトバルブをインコヒーレント・
コヒーレント変換器として応用する場合の例を説明する
． 第６図は、本発明の液晶ライトバルブを用いた可干渉光
相関システムの概念図である．測定対象物Ｉ９からの反
射光は、レンズ２０により本発明に関わる液晶ライトバ
ルブ２１上に結像される。ここで、本発明に関わる液晶
光学素子は、非線形光学結晶を用いたものに較べて大面
積であるため、測定対象物が大きくても対応でき、また
、ＴＮ，ＤＳＭ等のモードの液晶を用いたものに較べて
応答速度が連いため、リアルタイムに近い高速処理が可
能である．液晶ライトバルプ２１に生じた像には、偏光
ビームスプリンター２２により直線偏光に分けられ、そ
の偏光軸方向が全消去時の強誘電性液晶分子のダイレク
タ方向に合ったコヒーレント光２３が照射される．照射
光は、書込みによってダイレクタの反転が起こった部分
でのみ、複屈折による偏光状態の変換を受けて反射され
る．前記反射光は、再びビームスブリソター２２を通り
、複屈折による偏光状態の変換を受けた部分の強度が必
然的に低くなって、入射光２３のうち、偏光ビームスブ
リ・２ター２２により液晶ライトバルブ２１へ入射しな
かった戒分と合成され、レンズ２４．マソチドフィルタ
２５，レンズ２６を通って相関座標面２７上に結像させ
ることにより、光情報処理を行うものである．本応用例
においては、本発明の液晶光学素子によるインコヒーレ
ント・コヒーレント変換器を用いたことにより、大きな
物体にも用いることができ、かつ、リアルタイムに近い
高速処理が可能な可干渉光相関システムが実現される． 〔発明の効果〕 以上述べたきたように、本発明の分割された光導電層構
造を用いれば、ＤＣ欠陥がなく、均一な分子配列をとる
為にコントラストが高く、画像端面がシャープな良好な
メモリ性を有する、高速、高解像、高信頼性の光書込型
強誘電性液晶ライトバルブを実現でき、大面積で高速な
インコヒーレント・コヒーレント変換器、高速高密度高
速アクセス、書替え消去可能な光双安定メモリ等への応
用が可能である．具体的には、光プリンタの中間記録媒
体、画像表示装置、光シャソタ、画像処理装置、光情報
処理システム等への応用範囲を飛躍的に拡大することが
できる。

【図面の簡単な説明】

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、第２図は本発明による光導電層の分割構造を示す
模式図、第３図は本発明の光書込型液晶ライトバルブの
直流バイアス電圧駆動による光照射時の電圧一光反射率
特性図、第４図は本発明の光書込型液品ライトバルブの
交流波形を重畳した直流バイアス電圧駆動による光照射
時の電圧一光反射率特性図、第５図は本発明の液晶ライ
トバルブを用いた画像書込み装置の光書込システム図、
第６図は本発明の液晶ライトバルブを用いた可干渉シス
テムの概念図である． １，２・・・透明基板 ３．４・・・透明電極 ５．６・・・液晶配向層 ・＋ＩＪ誘電性液晶 ・誘電体ξラー ・光導電層 ・絶縁層 ・書込み光 ・投影光 １３ｂ・・・分割された光導電層 １４ｂ・・・絶縁層 ・・・マスク ・・・光書込型液品ライトバルブ ・・・測定対象物 ２６・・・レンズ ・光書込液晶ライトバルブ ・ビームスプリンタ ・コヒーレント光 ・マッチドフィルタ ・相関座標面 ・温度コントローラ ・ＰＩＮフォト ・ランプ ７　・　・　・　・ ８　・　・　・　・ ９　・　・　・　・ ｌＯ・　・　・　・ １１・　・　・　・ ｌ２・　・ １３ａ １４ａ， １７・　・ １８・　・ ｌ９・　・ ２０，　　２４， ２１・　・ ２２・　・　・　・ ２３・　・　・　・ ２５・　・　・　・ ２７・　・　・　・ ３０・　・　・　・ ３１・　・　・　・ ３２・　・　・　・ ３３・ ・断熱ボックス ３４・ ・偏光子 ３５・ ・検光子 ３６・ ・対物レンズ ３７・ ・オシロスコープ ３８・ ・発振器 以 上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビーム、ＬＥＤ、ハロゲン光等の光による
   書込み手段と、光導電層、光反射層、液晶配向層、液晶
   層、電圧印加手段が形成され、該液晶層に光反射率と印
   加電圧との間に双安定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おいて、前記光導電層は４
   μｍ＾２から４００μｍ＾２の範囲の大きさに分割され
   ている事を特徴とする光書込型液晶ライトバルブ。
2. （２）前記光導電膜は、２μｍから１０μｍの厚さの水
   素化アモルファスシリコンであることを特徴とする請求
   項１記載の光書込型液晶ライトバルブ。