JPH0453406B2

JPH0453406B2 -

Info

Publication number: JPH0453406B2
Application number: JP60296939A
Authority: JP
Inventors: Masao Imai; Keiichi Kubota
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1992-08-26
Also published as: JPS62153936A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はカラー熱書込み液晶ライトバルブに関
する。

（従来の技術）近年、コンピユータを用いた画像処理、新聞紙
面の編集、LSIの設計では高精度、且つ部分的に
書き加え可能なデイスプレイが望まれている。高
分解能2000本以上のデイスプレイ装置としては液
晶レーザ光で熱書込みをするデイスプレイがあ
り、この熱書込み液晶デイスプレイについては、
例えば雑誌「プロシーデイング・オブ・ザ・エ
ス・アイ・デー（Proceeding of the S.I.D）」
1978年１〜７頁に記載の論文「レーザ選択液晶投
射デイスプレイ（LASER−ADDRESSED
LIQUID CRYSTAL PROJECTION
DISPLAY）」に詳しく述べられている。

この論文によれば、第６図に示すような液晶ラ
イトバルブ６９にレーザ光６０による走査で画像
を記録し、投射光６１を入射、反射させて上記画
像をデイスプレイすることができる。液晶ライト
バルブ６９は、光吸収膜６３、アルミ反射膜６
４、液晶配向膜６８を形成したガラス基盤６２
と、透明電極膜６６、液晶配向膜６８を形成した
ガラス基盤６７とで液晶材をはさんだ構造をもつ
ている。レーザ光６０が液晶ライトバルブ６９に
入射すると、レーザ光６０光吸収膜６３に吸収さ
れて熱に変換され、アルミ反射膜６４、液晶配向
膜６８を伝わつて液晶材６５の温度を上昇させ
る。液晶材６５としてはスメチスク液晶が使わ
れ、スメクチツク液晶は温度を上昇させることに
よつてネマチツク相、液体相に変化し、レーザ光
６０が取り除かれた時に急冷されることによつ
て、液体状態のランダムな液晶分子の配向状態が
凍結されて、散乱該は投射光６１によつて読み出
され、スクリーン上に画素としてデイスプレイさ
れる。

熱書込みの液晶デイスプレイは液晶の散乱、非
散乱を用いて表示するものであるから、表示は白
黒のパターンになる。少なくとも３色のカラー表
示を行う方法については、特願昭60−121036「カ
ラー熱書込み液晶投射型デイスプレイとその書込
み方法」明細書中に述べられている。上記発明に
よれば、液晶ライトバルブは特定の波長領域の可
視光を０次方向に回折するように光学的位相差を
与えた回折格子から成るカラーフイルターを３種
類面内に周期的に配置した３色ストライプカラー
フイルターを内蔵しており、上記カラーフイルタ
ーは非常に細かい幅で形成することができ、耐光
性・耐熱性に優れているという特徴を持つ。ま
た、レーザ光を液晶ライトバルブに書込む閾値以
下の光量で走査せしめ、液晶ライトバルブ内の回
折格子から反射回折された１次回折光を受光する
と、その１次回折光は、３種類のカラーフイルタ
ーに相当する回折格子の回折効率が異なるため、
レーザ光の走査位置とカラーフイルターの位置と
に一対一に対応して強度変調を受けており、受光
器から得られる電気信号から位置の基準にする特
定のカラーフイルターからの信号を抽出し、それ
を書込み位置基準のクロツク信号とすると、各カ
ラーフイルターの位置への書込みは、位置基準の
クロツク信号から適当な遅延時間を設けてレーザ
光に液晶ライトバルブに書込む十分な光量を与え
ることにより、位置精度良く各画素を書込むこと
ができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、カラーフイルターの位置に一対
一に対応して強度変調を受けた１次回折光は光吸
収膜で吸収されるので、受光して得られる電気信
号は非常に微弱である。さらに、回折効率の差に
よる一次回折光の強度変調は変調振幅が小さく、
書込み光量の変化に関係なく常に特定の色のフイ
ルターからの受光信号を抽出するためには、ゲー
ト回路を必要とし、信号処理が複雑になつてい
る。

また、回折格子から成るカラーフイルターは、
回折格子の深さによる光学的位相差の量で理論的
に投射光の透過率、或いは反射率が決定されるの
で、カラーフイルターを三種類、例えば赤、緑、
青で構成した場合、投射光源の色温度によつて
は、投射画面上で十分な色が出ないことがある。

本発明の目的は、特定のカラーフイルターから
の１次回折光と他のカラーフイルターからの一次
回折光とを分離して受光でき、変調振幅の大きい
位置基準のクロツク信号が得られ、書込み位置制
御の信号処理が容易な、且つ色度の良い画面を投
射できるカラー熱書込み液晶ライトバルブを提供
することにある。

（課題を解決するための手段）本発明のカラー熱書込み液晶ライトバルブは、
透明基盤に光吸収膜、光反射膜、液晶配向膜が順
次積層された書込み側基盤と、透明基盤に透明電
極膜、液晶配向膜が順次積層された投射側基盤
と、液晶とから成り、前記書込み側基盤と前記投
射側基盤の表面の両液配向膜間に液晶をはさんだ
構造を持ち、前記書込み側基盤に少なくとも二種
類以上の光学的位相差を与える回折格子が面内に
周期的に形成され、前記回折格子によつて反射回
折される書込み光の回折光を受光しクロツク信号
を発生させる受光器を備えたカラー熱書込み液晶
ライトバルブにおいて、前記少なくとも二種類以
上の光学的位相差を与える回折格子の少なくとも
一種類以上の前記回折格子が、二次元的に複数の
溝方向を持つ回折格子であり、前記少なくとも一
種類以上の二次元的に複数の溝方向を持つ回折格
子のうち特定の回折格子は、一つの溝方向に関
し、他の回折格子と溝方向が異なり、かつ書込み
光の波長に対して高回折効率が得られるような深
さで形成された回折格子であつて、前記受光器
は、前記高回折効率が得られるような深さで形成
された回折格子によつて反射回折される回折光の
みを受光する位置に配置してあることを特徴とす
る。

（発明の原理と作用）光学的位相差を与えた回折格子からなるカラー
フイルターを少なくとも二種類以上面内に周期的
に配置したマルチカラーフイルターは、投射光の
特定の波長領域の可視光のみを回折し、投射画面
においてカラー表示を行う作用を持つ他に、書込
みレーザ光を液晶ライトバルブに書込む閾値以下
の光量で走査し、その回折光を受光することによ
り、カラーフイルターと書込み光との相互の位置
関係を知ることができ、位置精度の良い書込みを
行えるという作用がある。ここで、マルチカラー
フイルターの回折格子のうち、位置の基準にする
少なくとも一種類以上の回折格子が複数の溝方向
を持つように形成すると、書込みレーザ光を液晶
ライトバルブに書込む閾値以下の光量で走査した
場合、位置の基準にする回折格子からの回折光
は、他の回折格子と異なる方向にも回折するの
で、他の回折格子からの回折光と分離して受光で
き、受光して得られる電気信号は従来例に比べて
変調振幅が大きく、しかも書込み光量の変化に関
係なく常に位置基準にする特定の色のフイルター
からの信号が得られる。また、位置の基準にする
複数の溝方向を持つ回折格子の深さは、異なる溝
方向ごとに深さを変えて形成することができるの
で、書込みレーザ光の波長、、媒質の屈折率、格
子の深さで決まる反射一次回折光効率が高くなる
ように格子の深さを選ぶことも可能であり、光吸
収膜での吸収があつても位置基準用の信号を検出
するのに十分な光量の回折光を得ることができ
る。このようにして得られる位置基準のクロツク
信号から適当な遅延時間を設けてレーザ光に液晶
ライトバルブに書込むに十分な光量を与えること
により、位置精度良く各カラーフイルターの位置
に画素を書込むことが可能になる。

第７図は本発明に用いる回折格子によるカラー
フイルターの原理を示す図である。第７図におい
て、深さａの矩形状の凹凸をもつガラス基盤７０
の表面に光反射膜７１をコーテイングした反射型
の回折格子があり、これに白色光７２が入射した
時、主に０次回折光７３、＋１次回折光７４、−１
次回折光７４が回折される。＋１次回折７４、−１
次回折光７５は波長λによつて異なつた方向に回
折され、その回折方向は回折格子のピツチに依存
する。正反射方向に戻る０次回折光７３の波長分
布Ｔ（λ）は回折格子の深さａは依存する。光の
進む媒質の屈折率をｎとすれば、反射型回折格子
の０次回折光の波長分布Ｔ（λ）は次式で得られ
る。

Ｔ（λ）＝cos²（2πna／λ） (1) 第８図は、屈折率ｎとして液晶の屈折率1.5、
回折格子の深さａの値が(a)290nｍ、(b)520nｍ、
(c)240nｍの時の０次回折光の波長分布を示す。
各場合についての色は(a)青、(b)緑、(c)赤が得られ
る。

第３図は、二種類の溝方向を持つ回折格子の斜
視図である。深さa₁、溝方向G₁の回折格子と深
さa₂、溝方向G₂の回折格子それぞれの０次回折
光の波長分布T₁（λ）、T₂（λ）は(1)式より次式で
示される。

T₁（λ）＝cos²（2πna₁／λ） (2) T₂（λ）＝cos²（2πna₂／λ） (3) この二種類の回折格子が第３図のように溝方向
が直交するように重ね合わせて形成した時の０次
光の波長分布T_S（λ）は次式で得られる。

T_S（λ）＝T₁（λ）・T₂（λ） (4) （実施例）第２図は本発明によるカラー熱書込み液晶ライ
トバルブに用いるマルチカラーフイルターの実施
例を示す図である。マルチカラーフイルターは青
２１、赤２２、緑２３の３色で構成されている。
青２１と緑２３のフイルターは溝方向G₁２４の
回折格子から、赤２２のフイルターは溝方向G₁
２４とそれに直交する溝方向G₂２５の回折格子
から成る。光学的位相差を与える媒質が液晶で屈
折率が1.5の場合、回折格子の深さは青２１が
290nｍ、緑２３が520nｍ、赤２２が240nｍと
410nｍである。回折格子の格子定数は2μｍであ
り、10μｍ×30μｍの大きさで１画素を形成して
いる。従つて30mm角の基盤には赤、緑、青のフイ
ルターがそれぞれ1000×1000画素配置できる。こ
こでは回折格子の格子定数を全て等しくしてある
が、溝方向が異なる格子の格子定数を変える等、
必ずしも全ての格子定数を等しくする必要はな
い。

基盤、ここではガラス基盤上に第２図の回折格
子を刻印するには、始めに一種類のカラーフイル
ターの回折格子を、フオトレジストでマスキング
した基盤に化学エツチング、イオンミーリング等
によつてある深さで形成し、位置、深さ、溝方向
を変え、この手順を繰り返して形成すれば良い。
この他にも感光性樹脂のパターニングで回折格子
を形成したり、一度形成した回折格子から金型の
レプリカをとり、プラスチツク樹脂に転写して形
成しても同様のマルチカラーフイルターが得られ
る。

上記形成方法のうち、金型によつてアクリル樹
脂に転写して得たマルチカラーフイルターの特性
を以下に記述する。第２図の赤２２のフイルター
は、溝方向G₁２４の回折格子に溝方向G₂２５の
回折格子を重ね合わせたことにより、カラーフイ
ルターの色度と一次回折光の回折効率を高めるこ
とができた。投射光源として標準Ｃ光源を用いた
場合、赤２２のフイルターの色度座標は、深さ
240nｍ、溝方向G₁２４だけの回折格子がＸ＝
0.49、Ｙ＝0.37であつたが、これに深さ410nｍ、
溝方向G₂２５の回折格子を重ね合わせた場合Ｘ
＝0.53、Ｙ＝0.35となり、色度域面積で約15％向
上することができた。また、深さ410nｍ、溝方
向G₂２５の回折格子は、書込みレーザ光の波長
0.83μｍに対し、40％の一次回折光回折効率が得
られた。この他にも、例えば緑２３の回折格子に
深さ343nｍ、溝方向G₂２５の回折格子を重ね合
わせると、色度域面積で25％向上し、書込み光の
一次回折光効率は24％が得られる。以上のよう
に、特定の色のフイルターに複数の溝方向を持つ
ように回折格子を形成することにより、色度が良
く、且つ書込み光の一次回折効率の高いマルチカ
ラーフイルターが実現できる。

第１図は本発明によるカラー熱書込み液晶ライ
トバルブの一実施例の斜視図である。カラー熱書
込み液晶ライトバルブ１は、第６図の液晶ライト
バルブに比較して、書込みレーザ光２個とのガラ
ス基盤４に第２図の回折格子５が刻印されている
点が異なる。ガラス基盤４上に光吸収膜６として
Cdを含む−族化合物半導体膜、Teを含む
−族化合物半導体膜、色素吸収膜、誘導体多干
渉膜を蒸着等で形成し、さらに反射膜７としてＡ
膜を蒸着し、その上に液晶配向膜８として高分
子膜や斜蒸着SiO膜等を形成する。また、他方の
基盤１１には透明電極膜１０としてITO（インジ
ウム・テイン・オキサイド）膜を付け、さらに液
晶配向膜８に形成する。液晶９としてはスメクチ
ツク液晶、例えばOCBP（オクチル・シアノ・ビ
フエニール）やDCBP（デシル・シアノ・ビフエ
ニール）またはこれらの混合材料を用いることが
できる。

このようにして構成されるカラー熱書込み液晶
ライトバルブ１の書込みは、レーザ光２を照射す
ることにより従来と同様に行なわれる。カラー画
像発生のために、例えば赤、緑、青のカラーフイ
ルターを用いる場合、赤色の画像得るには、緑と
青のカラーフイルターに対応する液晶部分にレー
ザ光で書込めば良い。緑、青色の画像を得るに
は、同様にそれぞれ赤と青、赤と緑のカラーフイ
ルターに対応する液晶部分にレーザ光で書込めば
良い。黄、紫、青緑色は加法混色によつて得られ
る。さらに書込みのレーザ光量を制御し階調を与
えるとフルカラー画像が実現できる。

光走査書込み光学系の非直線に関わりなく各カ
ラーフイルターの位置を選択し、レーザ光２を照
射して液晶９に書込むには、レーザ光２と各カラ
ーフイルターとの位置関係を知る必要がある。こ
のためにレーザ光２は光偏向器３による水平方向
走査期間中、液晶ライトバルブ１に書込む閾値以
下の一定光量で走査する。レーザ光２が青、緑の
フイルターに相当する。回折格子上を走査した場
合、破線で示す＋１次回折光１２、−１次回折光
１３が反射回折し、赤のフイルターに相当する回
折格子上を走査した場合、点線で示す異なる方向
の＋１次回折光１４、−１次回折光１５も反射回
折する。このように赤のフイルターに相当する回
折格子から±１次回折光１４，１５は他の±１次
回折光１２，１３と回折方向が異なり、受光器１
６により分離して受光できる。ただし±１次回折
光１４，１５のうち少なくとも一方を受光すれば
良い。受光器から得られる電気信号はレーザ光２
が位置の基準にする赤のカラーフイルター上を走
査している時のみ得られるので、これを位置基準
のクロツク信号とすることができる。各カラーフ
イルターの位置への書込みは、赤、緑、青の画信
号がある場合に位置基準のクロツク信号から適当
な遅延時間を設けて、レーザ光に液晶ライトバル
ブに書込むに十分な光量を与えることにより行な
われる。

第４図１，２，３は書込み光の１次回折光を受
光して得られた電気信号の実施例を示す図であ
る。第５図１，２，３の従来例に比べて、ゲート
回路を用いずに書込み光量の変化に関係なく変調
振幅の大きい書込み位置制御用のクロツク信号を
得ることができた。

（発明の効果）以上詳細に述べたように、この発明は書込み光
量の変化に関わらず書込み位置制御用のクロツク
信号を位置基準とした特定のフイルターから常に
得ることができるので、精度良く各画素をカラー
フイルターの位置に書込むことが可能となり、且
つ、カラーフイルターの色度を向上させる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー熱書込み液晶ライ
トバルブの一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明によるカラー熱書込み液晶ライトバルブに用い
るマルチカラーフイルターの実施例を示す図、第
３図は本発明に用いる複数の溝方向を持つ回折格
子の斜視図、第４図は本発明により得られる受光
器信号を示す図、第５図は従来の受光器信号を示
す図、第６図は従来の液晶ライトバルブを示す断
面図、第８図、第７図は本発明に用いる回折格子
の波長選択の原理を示す図である。図において、１：カラー熱書込み液晶ライトバ
ルブ、２：レーザ光、３：光偏向器、５：回折格
子、１２，１４：＋１次回折光、１３，１５：−
１次回折光、１６：受光器をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１透明基盤に光吸収膜、光反射膜、液晶配向膜
が順次積層された書込み側基盤と、透明基盤に透
明電極膜、液晶配向膜が順次積層された投射側基
盤と、液晶とから成り、前記書込み側基盤と前記
投射側基盤の表面の両液晶配向膜間に液晶をはさ
んだ構造を持ち、前記書込み側基盤に少なくとも
二種類以上の光学的位相差を与える回折格子が面
内に周期的に形成され、前記回折格子によつて反
射回折される書込み光の回折光を受光しクロツク
信号を発生させる受光器を備えたカラー熱書込み
液晶ライトバルブにおいて、前記少なくとも二種
類以上の光学的位相差を与える回折格子の少なく
とも一種類以上の前記回折格子が、二次元的に複
数の溝方向を持つ回折格子であり、前記少なくと
も一種類以上の二次元的に複数の溝方向を持つ回
折格子のうち特定の回折格子は、一つの溝方向に
関し、他の回折格子と溝方向が異なり、かつ書込
み光の波長に対して高回折効率が得られるような
深さで形成された回折格子であつて、前記受光器
は、前記高回折効率が得られるような深さで形成
された回折格子によつて反射回折される回折光の
みを受光する位置に配置してあることを特徴とす
るカラー熱書込み液晶ライトバルブ。