JPH0772504A - 液晶ライトバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 素子の作成が容易で、しかも高コントラスト
な液晶ライトバルブを提供する。 【構成】 ガラス基板１００（ｂ）上に透明電極１０１
（ｂ）、１０１（ｃ）を形成し、この上に島状にパター
ニングして光導電体層１０６を形成する。次に誘電体層
を成膜し、ホトリソ技術を用いて該誘電体層をエッチン
グし、非晶質シリコン部が表面に露出（開口）させ、そ
の上に画素電極１０４を形成する。更にその上に、配向
膜１０２（ｂ）が塗布される。更に、透明電極１０１
（ａ）、配向膜１０２（ａ）が設けられた対向基板１０
０（ａ）と液晶層１０３を介して約５ミクロンの厚さで
貼り合わされる事により、液晶ライトバルブが形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型画像表示装置、
空間光変調素子、二次元光演算素子等に用いられる液晶
ライトバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ライトバルブは、投射型画像表示装
置や光情報処理等に用いられる光変調器であり、液晶ラ
イトバルブには、図９ａに示す光書込み型のデバイスが
使用されている。液晶ライトバルブは図９ａに示すよう
に、透明電極９０１（ａ）、配向膜９０２（ａ）を設け
たガラス基板９００（ａ）と、透明電極９０１（ｂ）、
非晶質水素化ケイ素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる光導電体
層９０６、遮光層９０５、誘電体ミラー９０４、配向膜
９０２（ｂ）を積層した基板９００（ｂ）との間に液晶
層９０３を挟持した構造となっている。

【０００３】なお、図９ａにおいて、書き込み光９０
８、読み出し光９０９がそれぞれ示されている。

【０００４】図９ｂに示す液晶ライトバルブの等価回路
を参照しながら、次に液晶ライトバルブの動作原理につ
いて説明する。９１０、９１１、９１２はそれぞれ液晶
層１９０３、中間層（配向膜９０２（ｂ）、誘電体ミラ
ー９０４、遮光層９０５）、光導電体層９０６の等価抵
抗を示す。

【０００５】９１３、９１４、９１５はそれぞれ液晶層
９０３、中間層（９０２（ｂ）、９０４、９０５）及び
光導電体層９０６の等価容量を示す。

【０００６】また、液晶層の合成インピーダンスはＺ
１、中間層の合成インピーダンスはＺ２、光導電体層の
合成インピーダンスはＺ３で示す。液晶ライトバルブに
は、矩形波状又は正弦波状の駆動電圧９１６が印加され
る。

【０００７】ここで、液晶層に分圧される電圧Ｖｌｃは
印加電圧ＶとしてＶｌｃ＝｛Ｚ１／（Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ
３）｝×Ｖで示される。

【０００８】光導電体層９０６に書き込み光９０８によ
る光が照射されない時（暗状態）には、光導電体層の抵
抗９１２は高抵抗状態となり、光導電体層の合成インピ
ーダンスＺ３は高インピーダンスとなる。

【０００９】また、光導電体層９０６に書き込み光９０
８による光が照射された時（明状態）には、光導電体層
の抵抗９１２は低抵抗状態となり、光導電体層の合成イ
ンピーダンスＺ３は低インピーダンスとなる。

【００１０】上記した様に、書き込み光の入力強度に応
じて合成インピーダンスＺ３が変化することで液晶層に
分圧される電圧Ｖｌｃが変化する。従って、光導電体層
に書き込み光が照射された場合とされない場合で液晶層
に分圧される電圧が変化するので液晶層の配向状態が変
化する。この配向状態の変化を偏光板を用いることで読
み出し光９０９の強度変調として取り出すことができ
る。

【００１１】このようにして、図９ａに示す液晶ライト
バルブは、投射型画像表示装置や光情報処理等に用いら
れる光変調器として用いることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶ライトバルブは、次に示す問題点を有している。

【００１３】従来の液晶ライトバルブの表示性能で高コ
ントラストを実現するためには、液晶層に印加される電
圧幅（暗状態と明状態における液晶の閾値電圧の差）を
広くする必要があり、そのためには光導電体層に書き込
み光の入力が無い状態（暗状態）において、液晶層に印
加される電圧Ｖｌｃを液晶の閾値電圧以下にすることが
必要である。

【００１４】このため図９ｂに示す等価回路からわかる
ように、暗状態では液晶層の合成インピーダンスＺ１に
対して光導電体層の合成インピーダンスＺ３はＺ３≫Ｚ
１を満たす必要があり、光導電体層９０６の等価容量９
１４は液晶層9０３の等価容量９１２に対して十分小さ
くする必要がある。

【００１５】そのためには液晶層９０３のセル厚を薄く
するか、あるいは光導電体層９０６の膜厚を十分厚くし
なければならず、例えば、パイオニア技報『ａ−Ｓｉ：
Ｈを用いた光導電型液晶ライトバルブ素子の開発』に
は、液晶層９０３を２．２μｍ、光導電体層９０６を６
μｍの膜厚で作成していることが記載されている。

【００１６】しかしながら、液晶層を薄く均一に作成す
る事は生産工程上容易ではなく、また光導電体層の膜厚
を厚く成膜することは量産性に乏しく、膜の剥離や膜厚
の均一性が悪くなると言う問題を生じ、素子特性の均一
性が低下するという問題を生じている。

【００１７】また、従来の構成の液晶ライトバルブでは
光導電体層を厚くしているため、印加電圧による電界に
滲みを生じ、素子の解像度が低下するという問題を有し
ている。

【００１８】本発明は、素子の作成が容易で、しかも高
コントラストな液晶ライトバルブを提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶ライトバル
ブは、一対の電極と、前記電極間に配列された液晶層、
光導電体層及び誘電体層とを備えており、前記光導電体
層が液晶層に対して電気的に並列に接続されているとと
もに、前記光導電体層と前記液晶層に対して、前記誘電
体層が電気的に直列に接続されたことを特徴としてい
る。

【００２０】また、好ましくは前記誘電体層が遮光性能
を有していることを特徴としている。

【００２１】また、好ましくは前記誘電体層が光導電体
層と同じ材料で構成されていることを特徴としている。

【００２２】また、好ましくは前記液晶層がポリマー分
散型液晶で構成されていることを特徴としている。

【００２３】また、本発明の液晶ライトバルブは、一対
の電極と、前記電極間に配列された液晶層、光導電体層
及び誘電体層とを備えており、前記誘電体層が前記液晶
層に対して補助容量を形成するとともに、前記光導電体
層が前記液晶層と前記誘電体層に対して電気的に直列に
接続されたことを特徴としている。

【００２４】また、好ましくは前記誘電体層が遮光性能
を有していることを特徴としている。

【００２５】また、好ましくは前記補助容量である誘電
体層が光導電体層と同じ材料で構成されていることを特
徴としている。

【００２６】また、好ましくは前記液晶層がポリマー分
散型液晶で構成されていることを特徴としている。

【００２７】

【作用】本発明の液晶ライトバルブによれば、光導電体
層が液晶層に対して電気的に並列に接続されているとと
もに、前記光導電体層と前記液晶層に対して、前記誘電
体層が電気的に直列に接続されたことにより、光導電体
層の合成インピーダンスＺｐｃと誘電体層の合成インピ
ーダンスＺｓが液晶層の合成インピーダンスＺｌｃに対
して十分小さく設計できるため、液晶層に分圧される電
圧は、光導電体層の合成インピーダンスＺｐｃと誘電体
層の合成インピーダンスＺｓの比で決定される。

【００２８】このため、液晶層に分圧される電圧比を大
きく変化させることができ、表示性能として高コントラ
ストを実現することができる。

【００２９】また、本発明の液晶ライトバルブにおいて
は、光導電体層と誘電体層は薄膜化を図れるので、素子
の作成が容易となる。

【００３０】また、本発明による液晶ライトバルブにお
いては、液晶層は絵素が分離されているので、光導電体
層での電界の滲みによる解像度の低下を生じない。

【００３１】また、本発明によれば、誘電体層が光導電
体層と同じ材料で構成されることにより、光導電体層を
作成するときの膜の不均一性から生じる素子特性のバラ
ツキを低減することができる。

【００３２】また、本発明の液晶ライトバルブによれ
ば、液晶層に対して誘電体層により形成された補助容量
が設けられ、前記液晶層と誘電体層に対して、光導電体
層が電気的に直列に接続されたことにより、暗状態時で
は誘電体層の合成インピーダンスＺｓと液晶層の合成イ
ンピーダンスＺ１ｃの和Ｚ＝Ｚｓ＋Ｚ１ｃは、光導電体
層の合成インピーダンスＺｐｃに対してほぼ等しく設計
できるため、暗状態時に液晶に印加される電圧を電源電
圧の約１／２倍にでき、液晶材料の閾値特性と整合させ
ることで十分なｏｆｆ状態をえることができる。

【００３３】また、明状態時には、光導電体層の合成イ
ンピーダンスＺｐｃは、誘電体層の合成インピーダンス
Ｚｓと液晶層の合成インピーダンスＺｌｃの和Ｚ＝Ｚｓ
＋Ｚ１ｃに対して十分小さく設計できるため、液晶層へ
印加される電圧は大きくでき、十分なｏｎ状態を得るこ
とができる。

【００３４】このため、液晶層に分圧される電圧比を大
きく変化させることができ、表示性能として高コントラ
ストを実現することができる。

【００３５】また、本発明の液晶ライトバルブにおいて
は光導電体層と誘電体層は薄膜化を図れるので、素子の
作成が容易となる。

【００３６】また、本発明の液晶ライトバルブにおいて
は、液晶層は絵素が分離されているので、光導電体層で
の電界の滲みによる解像度の低下を生じない。

【００３７】また、本発明によれば、補助容量である誘
電体層が光導電体層と同じ材料で構成されることによ
り、光導電体層を作成するときの膜の不均一性から生じ
る素子特性のばらつきを低減することができる。

【００３８】本発明による液晶ライトバルブにおいて
は、前記誘電体層が遮光性能を有するのがよい。

【００３９】前記液晶層がポリマー分散型液晶で構成さ
れているのがよい。

【００４０】

【実施例】以下、本発明による液晶ライトバルブの好適
な実施例を、図面に基づき詳述する。

【００４１】実施例１ 図１ａ、図１ｂは本発明の液晶ライトバルブの実施例１
の断面図及び、平面図である。

【００４２】本実施例１の液晶ライトバルブの構造を、
その製造プロセスと共に説明する。まず、透明絶縁性基
板であるガラス基板１００（ｂ）上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉ
ｕｍＴｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性膜を形成し、
例えば図１（ｂ）に示すように一対の櫛歯が隣接するよ
うに櫛形状にパターニングして、透明電極１０１
（ｂ）、１０１（ｃ）を形成する。この上に光導電体層
である非晶質水素化シリコンをプラズマ−ＣＶＤ法で成
膜し、ドライエッチング法で透明電極１０１（ｃ）と後
述する画素電極１０４の下に位置する部分だけに残るよ
うに島状にパターニングして光導電体層１０６を形成す
る。光導電体層としては、非晶質水素化シリコンの他に
非晶質水素化シリコンカーバイドや、硫化カドミウム等
も使用することができる。

【００４３】次に誘電体層である非晶質窒化シリコン１
０５をプラズマ−ＣＶＤ法で成膜し、ホトリソ技術を用
いて該誘電体層をエッチングし、非晶質シリコン部が表
面に露出（開口）するようにする。

【００４４】次に２０００オングストロームのＭｏをス
パッタ法で形成し、画素電極１０４を形成する。この
時、画素電極１０４の幅は透明電極１０１（ｂ）、１０
１（ｃ）の隣接する一対の櫛歯の幅の和より大きくして
おく事が望ましい。なお画素電極材料としては、Ｍｏの
他にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属材料を用いること
ができる。本実施例１においては、画素電極１０４は６
０ミクロン角で形成されている。その上に、ポリイミド
等の有機絶縁性材料により配向膜１０２（ｂ）がスピン
コート法等で塗布される。

【００４５】更に、透明電極１０１（ａ）、配向膜１０
２（ａ）が設けられた対向基板１００（ａ）と液晶層１
０３を介して約５ミクロンの厚さで貼り合わされる事に
より、本実施例１の液晶ライトバルブが形成される。

【００４６】尚、本実施例１において、光導電体層１０
６は１０００オングストロームであり、誘電体層１０５
は２０００オングストロームの厚さで形成されている。
光導電体層、誘電体層、液晶層の膜厚および素子サイズ
に関しては、本実施例１の値の限りでなく、各々の層の
合成インピーダンスとの整合が許す限り可変である。

【００４７】図１ｃは本実施例１における液晶ライトバ
ルブの等価回路を示す。以下、この等価回路を用いて、
本実施例１の動作を説明する。

【００４８】図１ｃにおいて、誘電体層の等価容量はＣ
ｓ、液晶層の等価容量はＣｌｃ、光導電体層の等価容量
はＣｐｃ、等価抵抗はＲｐｃでそれぞれ示される。なお
本実施例において電源１０９は交流正弦波で示されてい
るが、交流矩形波でも良い。

【００４９】本実施例１の液晶ライトバルブの光導電体
層１０６に書き込み光１０８による光が照射されない場
合（暗状態）には、光導電体層１０６の抵抗Ｒｐｃは高
抵抗となり、電源電圧は誘電体層の等価容量Ｃｓと光導
電体層と液晶層の等価容量の和Ｃ＝Ｃｐｃ＋Ｃｌｃに分
圧される。ところで光導電体層の等価容量Ｃｐｃに対し
て液晶層の等価容量Ｃｌｃは本実施例において、Ｃｐｃ
≫Ｃｌｃとなる様設計されているので、Ｃ≒Ｃｐｃとな
る。また、光導電体層の等価容量Ｃｐｃと誘電体層の等
価容量Ｃｓは本実施例１においてはほぼ等しくＣｐｃ≒
Ｃｓとなる。このため液晶層には、光導体層の等価容量
Ｃｐｃと誘電体層の等価容量Ｃｓに分圧された電圧が印
加されることになり、液晶層には電源電圧の約１／２倍
の電圧が印加される。この電圧を液晶材料の閾値と整合
させることにより、十分なＯＮ状態を得ることができ
る。

【００５０】次に、光導電体層１０６に書き込み光１０
８による光が照射された場合、光強度に応じて光導電体
層１０６の抵抗Ｒｐｃが低抵抗となり、光導電体層に分
圧される電圧が減少する。

【００５１】このため液晶層１０３の等価容量Ｃｌｃに
印加される電圧が減少する。書き込み光強度が十分強い
ときは抵抗Ｒｐｃは十分低抵抗となり、電源電圧は誘電
体層の等価容量Ｃｓにだけ印加され、液晶層１０３には
電圧は印加されない。このため液晶層はＯＦＦ状態とな
る。

【００５２】以上のように、光導電体層１０６に書き込
み光による画像信号を入力したとき、読み出し光によ
り、入力画像信号を反転させた出力を得ることができ
る。なお書き込み光による入力画像信号を反転させて書
き込んでやれば、出力画像信号は従来と同じように読み
出すこともできる。

【００５３】本実施例１で使用した液晶層の動作モード
はネマチック液晶を用いたハイブリッド電界効果モード
であるが、他にポリマー分散型液晶やツイステッドネマ
チックモード、電界誘起複屈折モードが使用出来る。ま
たこのほかに強誘電性液晶、反強誘電性液晶、エレクト
ロクリニック効果を有するスメクティック液晶も使用出
来る。

【００５４】更にネマチック液晶を用いた相転移モー
ド、動的散乱モード、ゲストホストモード、液晶複合
膜、スメクティック液晶を用いたゲストホストモードを
使用することも可能である。

【００５５】実施例２ 図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示される本発明の液晶ライト
バルブの実施例２を参照しながら、本実施例２の液晶ラ
イトバルブの構造を、その製造プロセスと共に説明す
る。

【００５６】透明絶縁性基板であるガラス基板２００
（ｂ）上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）等の透明導電性膜を形成し、例えば図２ｂに示すよ
うに一対の櫛歯が隣接するように櫛形状にパターニング
して、透明電極２０１（ｂ）、２０１（ｃ）を形成す
る。この上に光導電体層である非晶質水素化シリコンを
プラズマ−ＣＶＤ法で成膜し、ドライエッチング法で後
述する画素電極２０４の下に位置する部分だけに残るよ
うに島状にパターニングして光導電体層２０６を形成す
る。光導電体層としては、非晶質水素化シリコンの他に
非晶質水素化シリコンカーバイドや、硫化カドミウム等
も使用することができる。

【００５７】次に、誘電体層である非晶質窒化シリコン
２０５をプラズマ−ＣＶＤ法で成膜し、ホトリソ技術を
用いて該誘電体層をエッチングし、非晶質水素化シリコ
ン部が表面に露出（開口）するようにする。

【００５８】次に、１０００オングストロームのＭｏを
スパッタ法で形成し、画素電極２０４を形成する。この
時、画素電極２０４の幅は透明電極２０１（ｂ）、２０
１（ｃ）の隣接する一対の櫛歯の幅の和より大きくして
おくことが望ましい。

【００５９】なお、画素電極材料としては、Ｍｏの他に
Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属材料を用いることがで
きる。本実施例２においては、画素電極２０４は６０ミ
クロン角で形成されている。その上に、ポリイミド等の
有機絶縁性材料により配向膜２０２（ｂ）がスピンコー
ト法等で塗布される。

【００６０】更に、透明電極２０１（ａ）、配向膜２０
２（ａ）が設けられた対向基板２００（ａ）と液晶層２
０３を介して約５ミクロンの厚さで貼り合わされること
により、本実施例２の液晶ライトバルブが形成される。

【００６１】尚、本実施例２において、光導電体層２０
６は素子サイズ２０×６０ミクロン、厚さ１０００オン
グストロームであり、誘電体層２０５は素子サイズ２０
×６０ミクロン、厚さ２０００オングストロームで形成
されている。なお、光導電体層、誘電体層、液晶層の膜
厚及び素子サイズに関しては、本実施例２の値の限りで
なく、各々の層の合成インピーダンスとの整合が許す限
り可変である。

【００６２】次に、図２ｂ、図２ｃを参照しながら、電
源回路接続について説明する。図２ｂに示す様に櫛型状
にパターニングされた透明電極２０１（ｂ）と２０１
（ｃ）に電源２０７が接続され、光導電体層２０６が形
成された透明電極２０１（ｃ）が接地される。更に、図
２ｃに示されるように透明電極２０１（ａ）は透明電極
２０１（ｂ）に接続されることにより本実施例２の液晶
ライトバルブが構成される。

【００６３】図２ｄに示される本実施例２における液晶
ライトバルブの等価回路を参照しながら、本実施例２の
動作を説明する。

【００６４】図２ｄにおいて、誘電体層の等価容量２５
１はＣｓ、液晶層の等価容量２５２はＣｌｃ、光導電体
層の等価容量２５３はＣｐｃ、等価抵抗２５４はＲｐｃ
でそれぞれ示される。なお、図２ｄの等価回路では液晶
層の等価抵抗Ｒ１ｃは、等価容量Ｃ１ｃに対して、１／
ωＣ１ｃ≪Ｒ１ｃ（ω＝２πｆ）をみたすので無視され
ている。なお本実施例２において、電源２５０は交流正
弦波で示されているが、交流矩形波でも良い。

【００６５】本実施例２の液晶ライトバルブの光導電体
層２０６に書き込み光２０９による光が照射されない場
合、光導電体層２０６の抵抗Ｒｐｃは高抵抗となり、電
源電圧は、光導電体層の等価容量Ｃｐｃ、誘電体層の等
価容量Ｃｓと液晶層の等価容量Ｃ１ｃの和Ｃ＝Ｃｓ＋Ｃ
１ｃに分圧される。Ｃｓ≫Ｃ１ｃとなるため、Ｃ≒Ｃｓ
となる。また、光導電体層の等価容量Ｃｐｃと誘電体層
の等価容量Ｃｓは本実施例２においてほぼ等しく、Ｃｐ
ｃ≒Ｃｓとなるように設計されている。このため液晶層
には、光導電体層の等価容量Ｃｐｃと誘電体層の等価容
量Ｃｓに分圧された電圧が印加されることになり、液晶
層には電源電圧の約１／２倍の電圧が印加されることに
なる。ここで、液晶層に印加される電圧を液晶の閾値以
下に選択することで十分なＯｆｆ状態を得ることができ
る。本実施例２では電源電圧を５Ｖとし、液晶の閾値は
２．５Ｖを選択している。なお、電源電圧はこの値の限
りでなく液晶材料の閾値に整合させて選択できる。

【００６６】液晶ライトバルブの光導電体層２０６に書
き込み光２０９による光が照射される場合（明状態）に
は、光導電体層２０６の等価抵抗Ｒｐｃが低抵抗とな
り、光導電体層２０６の合成インピーダンスＺｐｃが小
さくなる。また、光導電体層１０６の一端は電気的に接
地されているため、液晶層２０３には電源回路の駆動電
圧がほぼ印加されることになり、液晶層２０３は十分な
Ｏｎ状態を得ることができる。

【００６７】以上のように光導電体層２０６に書き込み
光２０９による画像信号を入力した時としない時で、読
み出し光により増幅された出力を得ることが出来る。

【００６８】このように、本発明によれば、液晶層に分
圧される電圧幅を大きくすることができ、表示性能とし
て高コントラストを実現することができる。

【００６９】本実施例２で使用した液晶層の動作モード
はネマチック液晶を用いたハイブリッド電界効果モード
であるが、他にポリマー分散型液晶やツイステッドネマ
チックモード、電界誘起複屈折モードが使用出来る。ま
たこのほかに強誘電性液晶、反強誘電性液晶、エレクト
ロクリニック効果を有するスメクティック液晶も使用出
来る。

【００７０】更にネマチック液晶を用いた相転移モー
ド、動的散乱モード、ゲストホストモード、液晶複合
膜、スメクティック液晶を用いたゲストホストモードを
使用することも可能である。

【００７１】実施例３ 図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示される本発明の液晶ライト
バルブの実施例３を参照しながら、実施例３の液晶ライ
トバルブの構造を説明する。

【００７２】ここで、基本的な構成は実施例２に示した
液晶ライトバルブと同じである。

【００７３】図３ｄにおいて、誘電体層の等価容量３５
１はＣｓ、液晶層の等価容量３５２はＣｌｃ、光導電体
層の等価容量３５３はＣｐｃ、等価抵抗３５４はＲｐｃ
でそれぞれ示される。なお、図３ｄの等価回路では液晶
層の等価抵抗Ｒ１ｃは、等価容量Ｃ１ｃに対して、１／
ωＣ１ｃ≪Ｒ１ｃ（ω＝２πｆ）を満たすので無視でき
る。なお本実施例において、電源３５０は交流正弦波で
示されているが、交流矩形波でもよい。

【００７４】本実施例３では、透明電極にはＳｎＯ₂を
使用している。ＳｎＯ₂はＥＢ蒸着法で成膜し、櫛形状
にパターニングを行う。誘電体層３０５は遮光性を有し
た誘電体膜で形成されている。本実施例３では誘電体層
にカーボン分散型アクリル樹脂をスピンコート法で成膜
しフォトリソプロセスにより島状にパターニングを行
い、素子サイズ２０×５０ミクロン、厚さ２０００オン
グストロームで形成されている。なお、本実施例３では
画素電極３０４は、Ｔａをスパッタ法で形成し、パター
ニングを行うことにより、素子サイズは５０ミクロン
角、厚さ１０００オングストロームで形成されている。
光導電体層３０６は素子サイズ２０×５０ミクロン、厚
さ１０００オングストロームの非晶質水素化シリコンで
形成されている。

【００７５】本実施例３における液晶ライトバルブで
は、誘電体層に遮光性能を持たせたことにより、書き込
み光３０９が、読み出し光３０８側に透過することを防
ぎ、高品位の表示を実現できる。

【００７６】実施例４ 図４ａ、図４ｂは本発明の液晶ライトバルブの実施例４
の断面図及び、平面図を示す。基本的な構成は実施例１
に示した液晶ライトバルブと同じである。

【００７７】即ち、ガラス基板４００（ｂ）上には、櫛
形状の透明電極４０１（ｂ）、４０１（ｃ）が形成され
ているとともに、透明電極４０１（ｃ）の上には（画素
電極４０４の下に位置する部分に）島状に光導電体層４
０６が形成されている。そして、これらを覆う様に、誘
電体層４０５が形成されており、その上に複数の画素電
極４０４が島状に配置され、更にその上から、画素電極
及び誘電体層４０５を覆うように配向膜４０２（ｂ）が
形成されている。

【００７８】一方、ガラス基板４００（ａ）上には、一
面を覆うように透明電極４０１（ａ）が形成されてお
り、更にその上から配向膜４０２（ａ）が形成されてい
る。

【００７９】そして、このようにして形成された一対の
基板間には液晶層４０３が配置されている。

【００８０】本実施例４では、透明電極にはＳｎＯ₂ を
使用している。ＳｎＯ₂ はＥＢ蒸着法で成膜し櫛形状に
パターニングを行った。誘電体層４０５は遮光性を有し
た誘電体膜で形成されている。本実施例４では誘電体層
にカーボン分散型アクリル樹脂をスピンコート法で成膜
しフォトリソプロセスにより島状にパターニングした。

【００８１】本実施例４における液晶ライトバルブで
は、誘電体層に遮光性能を持たせた事により、書き込み
光４０８が読み出し光４０７側に透過することを防ぎ、
高品位の表示を実現できる。

【００８２】実施例５ 図５ａ、図５ｂ、図５ｃに示される本発明の液晶ライト
バルブの実施例５を参照しながら、実施例５の液晶ライ
トバルブの構造を説明する。

【００８３】ここで、基本的な構成は実施例２に示した
液晶ライトバルブと同じである。

【００８４】本実施例５の液晶ライトバルブの構造をそ
の製造プロセスとともに説明する。

【００８５】透明絶縁性基板であるガラス基板５００
（ｂ）上にスパッタ法で透明導電性膜を形成し、ストラ
イプ状にパターニングすることで透明電極５０１（ｃ）
を形成する。

【００８６】次に、Ａｌをスパッタ法により基板全面に
形成し、ストライプ状にパターニングを行い、金属電極
５０１（ｂ）を透明電極５０１（ｃ）の間に形成し、例
えば図５ｂに示す様に櫛型状に透明電極５０１（ｃ）と
金属電極５０１（ｂ）を配置する。この上に光導電体層
である非晶質水素化シリコンをプラズマ−ＣＶＤ法で成
膜し、ドライエッチング法で島状にパターニングして光
導電体層５０５、５０６を形成する。ここで、金属電極
５０１（ｂ）上に設けられた光導電体層５０５は、金属
電極５０１（ｂ）により遮光されているため光導電性を
示さない誘電体となる。以下光導電体層５０５は誘電体
層５０５と記す。次に、遮光性を有した誘電体膜である
非晶質水素化シリコンゲルマニウムをプラズマ−ＣＶＤ
法で成膜し、フォトリソプロセスにより島状にパターニ
ングして遮光膜５１０を形成する。次に、Ａｌ等の金属
をスパッタ法で形成し、パターニングすることで画素電
極５０４を形成する。その上に、ポリイミド等の有機絶
縁性材料により配向膜５０２（ｂ）がスピンコート法等
で塗布される。

【００８７】更に、透明電極５０１（ａ）、配向膜５０
２（ｂ）が設けられた対向基板５００（ａ）と液晶層５
０３を介して約５ミクロンの厚さで貼り合わされること
により、本実施例５の液晶ライトバルブが形成される。

【００８８】図５ｄに示す本実施例５の液晶ライトバル
ブの等価回路を参照しながら、本実施例５の動作を説明
する。基本的な動作原理は実施例２に示した液晶ライト
バルブと同じである。

【００８９】誘電体層の等価容量６５１はＣｓで、液晶
層の等価容量６５２はＣｌｃで、光導電体層の等価容量
６５３はＣｐｃで、光導電体層の等価抵抗６５４はＲｐ
ｃででそれぞれ示される。

【００９０】本実施例の液晶ライトバルブの光導電体層
５０６に書き込み光５０９による光が照射されない場
合、光導電体層５０６の抵抗Ｒｐｃは高抵抗となり、電
源電圧は、光導電体層の等価容量Ｃｐｃ、誘電体層の等
価容量Ｃｓと液晶層の等価容量Ｃ１ｃの和Ｃ＝Ｃｓ＋Ｃ
１ｃに分圧される。ここで、誘電体の等価容量Ｃｓに対
して液晶層の等価容量ＣｌｃはＣｓ≫Ｃ１ｃとなるた
め、Ｃ≒Ｃｓとなる。また、光導電体層の等価容量Ｃｐ
ｃと誘電体層の等価容量Ｃｓは本実施例５においては等
しく、Ｃｐｃ＝Ｃｓとなる。このため液晶層には、電源
電圧の１／２倍の電圧が印加されることになる。ここ
で、液晶層に印加される電圧を液晶の閾値以下に選択す
ることで十分なＯｆｆ状態を得ることができる。

【００９１】液晶ライトバルブの光導電体層５０６に書
き込み光５０９による光が照射される場合（明状態）に
は、光導電体層５０６の等価抵抗Ｒｐｃが低抵抗とな
り、光導電体層５０６の合成インピーダンスＺｐｃが小
さくなる。また、光導電体層５０６の一端は電気的に接
地されているため、液晶層５０３には電源回路の駆動電
圧がほぼ印加されることになり、液晶層５０３は十分な
Ｏｎ状態を得ることができる。

【００９２】以上の様に、光導電体層５０６に書き込み
光５０９による画像信号を入力した時としない時で、読
み出し光により光増幅された出力を得ることができる。

【００９３】また、本実施例５によれば光導電体層５０
６と誘電体層５０５は同じプロセス中で成膜されるた
め、成膜面中で発生する膜厚分布は緩和される。

【００９４】また、光導電体層５０６及び誘電体層５０
５は同じ材料で構成されるため、素子特性のバラツキを
低減することができる。

【００９５】実施例６ 図６ａ、図６ｂは実施例６の液晶ライトバルブの断面図
及び、平面図を示す。

【００９６】本実施例６の液晶ライトバルブの構造を、
その製造プロセスとともに説明する。

【００９７】透明絶縁性基板であるガラス基板６００
（ｂ）上にＡｌをスパッタ法で形成し、フォトリソプロ
セスによりパターニングを行うことにより遮光膜６０７
が２０００オングストロームの厚さで形成される。この
上にＴｉＯ₂ 等の透明絶縁膜をスパッタ法により３００
０オングストローム形成し透明絶縁膜６０６とする。こ
の上にＳｎＯ₂ 等の透明導電性膜を形成し、例えば図７
に示すように櫛形状にパターニングして、透明電極６０
１（ｂ）、６０１（ｃ）を形成する。この上に光導電体
層である非晶質水素化シリコンがプラズマ−ＣＶＤ法で
成膜され光導電体層６０５が形成される。

【００９８】次に２０００オングストロームのＡｌをス
パッタ法で形成し、画素電極６０４を形成し、その上
に、ポリイミド等の有機絶縁性材料により配向膜６０２
（ｂ）がスピンコート法等で塗布される。

【００９９】更に、透明電極６０１（ａ）、配向膜６０
２（ｂ）が設けられた対向基板６００（ａ）と液晶層６
０３を介して約５ミクロンの厚さで貼り合わされる事に
より、本実施例６の液晶ライトバルブが形成される。

【０１００】図６ｃに実施例６による液晶ライトバルブ
の等価回路を示す。

【０１０１】実施例６の等価回路は、ＣｓがＣｐｃと等
しくなることを除けば、図１ｃに示した実施例１の等価
回路と同一な回路となる。本実施例６の液晶ライトバル
ブは、その等価回路から分かるように、実施例１として
示した液晶ライトバルブと同様に動作する。

【０１０２】本実施例６においては、遮光膜６０７上に
形成された光導電体層６０５は、光導電性を示さないの
で実施例１、４で示した誘電体層１０５、４０５と同様
な容量Ｃｓとなるので、光導電体層と誘電体層を同じ材
料で形成でき、製造プロセスが容易になる。

【０１０３】また、光導電体層と誘電体層は同じプロセ
スで成膜できるため、面内で発生する膜厚分布は緩和で
き、素子特性のバラツキを低減することができる。

【０１０４】実施例７ 図７ａ、図７ｂ、図７ｃに示される本発明の液晶ライト
バルブの実施例７を参照しながら、本実施例７の液晶ラ
イトバルブの構造を、その製造プロセスとともに説明す
る。

【０１０５】ここで、基本的な構成は、実施例２に示し
た液晶ライトバルブと同じである。

【０１０６】本実施例７では、実施例５と同様に透明絶
縁性基板であるガラス基板７００（ｂ）上に透明電極７
０１（ｃ）と金属電極７０１（ｂ）を図７（ｂ）に示す
ように櫛形状に配置し、この上に光導電体層である非晶
質水素化シリコンをスパッタ法で成膜し、ドライエッチ
ング法で島状にパターニングして光導電体層７０６と７
０５を形成する。

【０１０７】ここで、金属電極７０１（ｂ）上に設けら
れた光導電体層７０５は、金属電極７０１（ｂ）により
遮光されているため光導電性を示さない誘電体となる。
以下光導電体層７０５は誘電体層７０５と記す。

【０１０８】次に遮光性を有した誘電体膜である感光性
カーボン分散型アクリル樹脂をスピンコート法で成膜
し、光導電体層７０６と誘電体層７０５をフォトマスク
として、透明絶縁性基板７００（ｂ）側より紫外線を照
射し、島状にパターニングを行い遮光膜７１０を形成す
る。

【０１０９】次にＴａにより画素電極７０４を形成し、
その上にポリイミド等の有機絶縁性材料により配向膜７
０２（ｂ）がスピンコート法等で塗布される。

【０１１０】更に、透明電極７０１（ａ）、配向膜７０
２（ａ）が設けられた対向基板７００（ａ）と液晶層７
０３とを介して約５ミクロンの厚さで貼り合わされる事
により、本実施例７の液晶ライトバルブが形成される。

【０１１１】なお、本実施例７では、金属電極７０４は
３０ミクロン角、厚さ２０００オングストロームであ
り、光導電体層７０６は３０×５ミクロン、厚さ１００
０オングストロームであり、誘電体層７０５を３０×１
０ミクロン、厚さ１０００オングストロームである。

【０１１２】図７ｄに示される本実施例７の液晶ライト
バルブの等価回路を参照しながら、本実施例７の動作を
説明する。

【０１１３】基本的な動作原理は実施例２に示した液晶
ライトバルブと同じである。

【０１１４】本実施例７では、Ｃｐｃ／Ｃｓ≒２となる
ため暗状態時には液晶層に電源電圧の約１／３の電圧が
印加される。このため、液晶層の閾値特性を整合するこ
とで十分なＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができる。

【０１１５】実施例８ 図８に示される本発明の液晶ライトバルブの実施例８を
参照しながら、実施例８の液晶ライトバルブの構造をそ
の製造プロセスと共に説明する。

【０１１６】図８は、本実施例８による液晶ライトバル
ブの断面図である。本実施例８では、透明絶縁性基板９
００（ｂ）上に実施例５と同様のプロセスを通じ画素電
極９０４まで形成する。次にＢＤＨ社製液晶（Ｅ８）４
グラム、ウレタンアクリレートオリゴマーとｎ−ブチル
アクリレートの混合物１グラム、チバガイギー製ＵＶ硬
化剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）０．１５グラムを８０
℃で均一に混合した後、透明絶縁性基板９００（ｂ）と
透明電極９０１（ａ）が設けられた対向基板９００
（ａ）をスペーサ９１１を介して約７ミクロンの厚さで
張り合わせ、その間隙に前記のポリマーと液晶の混合物
を注入する。そして、対向基板９００（ａ）側より３０
ｍＷ／ｃｍ² になるように高圧水銀灯でＵＶ照射し、前
記混合物を重合しポリマー中から液晶滴を相分離により
析出させ、ポリマー分散型液晶９０３を形成する。これ
により、液晶相にポリマー分散型液晶を用いた本実施例
８の液晶ライトバルブが形成される。

【０１１７】なお、本実施例８に示す液晶ライトバルブ
の基本的な動作原理は実施例５に示した液晶ライトバル
ブと同じである。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶ライト
バルブは一対の電極の間に光導電体層と液晶層を有し、
光学的に画像の形成を行う光アドレス型の液晶ライトバ
ルブにおいて、前記光導電体層と液晶層が電気的に並列
に接続されており、前記電気的に並列に接続された光導
電体層と液晶層に対して、誘電体層が電気的に直列に接
続されたことを特徴とし、また好ましくは前記誘電体層
に遮光性能を持たせたことを特徴としており、また好ま
しくは前記誘電体層を光導電体層で構成する事を特徴と
しているため、液晶層の合成インピーダンスＺｌｃは、
光導電体層の合成インピーダンスＺｐｃと誘電体層の合
成インピーダンスＺｓに対して十分大きく設計でき、こ
のことから液晶層に分圧される電圧は、液晶層の合成イ
ンピーダンスＺｌｃとは無関係に、光導電体層の合成イ
ンピーダンスＺｐｃと誘電体層の合成インピーダンスＺ
ｓの比で決定される。このため、液晶層に分圧される電
圧比を大きく変化させることができ、表示性能として高
コントラストを実現することができる。

【０１１９】また、以上説明したように、本発明の液晶
ライトバルブは、一対の電極の間に光導電体層と液晶層
を有し、光学的に画像の形成を行う光アドレス型の液晶
ライトバルブにおいて、前記液晶層に対して誘電体層に
より形成された補助容量が設けられ、前記液晶層と誘電
体層に対して光導電体層が電気的に直列に接続されたこ
とを特徴とし、好ましくは前記補助容量である誘電体層
が遮光性能を有していることを特徴としており、好まし
くは補助容量である誘電体層が光導電体層と同じ材料で
構成されることにより、暗状態時では誘電体層の合成イ
ンピーダンスＺｓと液晶層の合成インピーダンスＺｌｃ
の和Ｚ＝Ｚｓ＋Ｚｌｃは、光導電体層の合成インピーダ
ンスＺｐｃに対してほぼ等しく設計出来るため、液晶層
へ印加される電圧を電源電圧の約１／２倍以下にでき、
液晶材料の閾値特性と整合指せることで十分なｏｆｆ状
態を得ることができる。また、明状態時には、光導電体
層の合成インピーダンスＺｐｃは、誘電体層の合成イン
ピーダンスＺｓと液晶層の合成インピーダンスＺｌｃの
和Ｚ＝Ｚｓ＋Ｚｌｃに対して十分小さく設計できるた
め、液晶層へ印加される電圧はほぼ電源電圧の値に等し
い電圧を印加でき十分なｏｎ状態を得ることが出来る。

【０１２０】上記の様に、液晶層に分圧される電圧は、
Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ≧２以上となり、このため液晶層に分
圧される電圧幅を大きくすることができ、表示性能とし
て高コントラストを実現することができる。

【０１２１】本発明の液晶ライトバルブにおいては、光
導電体層と誘電体層は薄膜化を図れるので、素子の作成
が容易となる。

【０１２２】本発明の液晶ライトバルブにおいては、液
晶層は絵素が分離されているので、光導電体層での電界
の滲みによる解像度の低下を生じない。

【０１２３】本発明によれば、補助容量である誘電体層
が光導電体層と同じ材料で構成されることにより、光導
電体層を作成するときに生じる膜の不均一性から生じる
素子特性のバラツキを低減することができる。

【０１２４】このような特徴を持つ液晶ライトバルブを
用いることにより、高コントラストの投射型画像装置や
二次元光演算素子等を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】本発明の実施例１に示す液晶ライトバルブの
断面図である。

【図１ｂ】本発明の実施例１に示す液晶ライトバルブの
平面概略図である。

【図１ｃ】本発明の実施例１に示す液晶ライトバルブの
等価回路図である。

【図２ａ】本発明の液晶ライトバルブの実施例２の断面
図である。

【図２ｂ】本発明の液晶ライトバルブの実施例２の平面
概略図である。

【図２ｃ】本発明の液晶ライトバルブの実施例２の絵素
の拡大断面図である。

【図２ｄ】本発明の液晶ライトバルブの実施例２の等価
回路である。

【図３ａ】本発明の液晶ライトバルブの実施例３の断面
図である。

【図３ｂ】本発明の液晶ライトバルブの実施例３の平面
概略図である。

【図３ｃ】本発明の液晶ライトバルブの実施例３の絵素
の拡大断面図である。

【図３ｄ】本発明の液晶ライトバルブの実施例３の等価
回路である。

【図４ａ】本発明の実施例４に示す液晶ライトバルブの
断面図である

【図４ｂ】本発明の実施例４に示す液晶ライトバルブの
平面概略図である。

【図５ａ】本発明の実施例５に示す液晶ライトバルブの
断面図である。

【図５ｂ】本発明の液晶ライトバルブの実施例５の平面
概略図である。

【図５ｃ】本発明の液晶ライトバルブの実施例５の絵素
の拡大断面図である。

【図５ｄ】本発明の液晶ライトバルブの実施例５の等価
回路である。

【図６ａ】本発明の実施例６に示す液晶ライトバルブの
断面図である。

【図６ｂ】本発明の実施例６に示す液晶ライトバルブの
平面概略図である。

【図６ｃ】本発明の実施例６に示す液晶ライトバルブの
等価回路である。

【図７ａ】本発明の液晶ライトバルブの実施例７の断面
図である。

【図７ｂ】本発明の液晶ライトバルブの実施例７の平面
概略図である。

【図７ｃ】本発明の液晶ライトバルブの実施例７の絵素
の拡大断面図である。

【図７ｄ】本発明の液晶ライトバルブの実施例７の等価
回路図である。

【図８】本発明の液晶ライトバルブの実施例８の断面図
である。

【図９ａ】従来の液晶ライトバルブの断面図である。

【図９ｂ】従来の液晶ライトバルブの等価回路である。

【符号の説明】

１００（ａ）、１００（ｂ） ガラス基板 １０１（ａ）、１０１（ｂ）、１０１（ｃ） 透明電極 １０２（ａ）、１０２（ｂ） 配向膜 １０３ 液晶層 １０４ 画素電極 １０５ 誘電体層 １０６ 光導電体層 １０８ 書き込み光 １０７ 読み出し光 １０９ 電源 ９０４ 誘電体ミラー ６０７ 遮光層 ６０６ 透明絶縁膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極と、前記電極間に配列された
   液晶層と光導電体層とを備えており、前記光導電体層と
   液晶層が電気的に並列に接続されるとともに、前記電気
   的に並列に接続された光導電体層と液晶層に対して誘電
   体層が電気的に直列に接続されたことを特徴とする光書
   き込み型の液晶ライトバルブ。
2. 【請求項２】 前記誘電体層が遮光性を有していること
   を特徴とする請求項１に記載の液晶ライトバルブ。
3. 【請求項３】 前記誘電体層が光導電体層と同じ材料で
   構成される事を特徴とする請求項１に記載の液晶ライト
   バルブ。
4. 【請求項４】 一対の電極と、前記電極間に配列された
   液晶層、光導電体層及び誘電体とを備えており、前記誘
   電体層が前記液晶層に対して補助容量を形成するととも
   に、前記光導電体層が前記液晶層と誘電体層に対して電
   気的に直列に接続されていることを特徴とする光学的に
   画像の形成を行う光アドレス型の液晶ライトバルブ。
5. 【請求項５】 前記誘電体層が遮光性を有している請求
   項４に記載の液晶ライトバルブ。
6. 【請求項６】 前記誘電体層と光導電体層とは材料が同
   じである請求項４に記載の液晶ライトバルブ。
7. 【請求項７】 前記液晶層がポリマー分散型液晶で構成
   されている請求項４に記載の液晶ライトバルブ。