JP2004198949A

JP2004198949A - 光変調媒体および光変調方法

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Publication number: JP2004198949A
Application number: JP2002370123A
Authority: JP
Inventors: Haruo Harada; 陽雄原田; Hiroshi Arisawa; 宏有沢
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: CN1510492A; US6882401B2; CN1293420C; JP4207559B2; US20040119933A1

Abstract

【課題】動作マージンを規定する、光変調層個別のパラメータを最適化することにより表示のコントラストを高めることが可能な、光変調層が複数積層された光変調素子を有する光変調媒体および光変調方法を提供する。
【解決手段】一対の基板間３，４に、所定の電界の印加により配向状態が変化するコレステリック液晶からなる複数の光変調層が積層された光変調素子１ａを有する光変調媒体１であって、記光変調素子１ａの第１の光変調層８Ａおよび第２の光変調層８Ｂは、配向状態がプレーナからフォーカルコニックに遷移する個別の閾値電界相互の比が０．３以上であり、かつ配向状態がプレーナにおける個別の誘電率相互の比が４以上である。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光変調層が積層された光変調素子を有し、それらの光変調素子に印加される電界を制御することにより光変調層それぞれの光学特性を変化させる光変調媒体および光変調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紙パルプの原料である森林資源の破壊や、ごみの廃却、焼却による環境汚染などから、オフィスを中心とする大量の紙の消費が問題になっている。しかしながら、パーソナルコンピュータの普及、インターネットを始めとする情報化社会の発達により、電子情報の一時的な閲覧を目的とする、いわゆる短寿命文書としての紙の消費は、益々増加する傾向にあり、紙に代わる書き換え可能な表示媒体の実現が望まれている。
【０００３】
そこで、無電源でのメモリ性を有し、外部装置によって短時間で画像を書き換えることができる、フルカラー表示可能な表示記憶媒体とその画像書き込み方法および画像書き込み装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この先願の発明では、表示記憶媒体として、一対の基板間に、それぞれ異なる色光を選択反射し、外部から印加される書き込み信号に対して、互いにしきい値電圧が異なるコレステリック液晶からなる複数の表示層を積層している。画像書き込み装置は、表示記憶媒体と別体に形成し、表示記憶媒体を挟持する一対の書き込み電極と駆動回路を設ける。リフレッシュ期間およびセレクト期間と、その後の無電圧の表示期間とによって構成され、リフレッシュ期間およびセレクト期間での印加電圧ＶｒおよびＶｓが、Ｖｒ＞Ｖｓの関係をもって、各表示層のコレステリック液晶のしきい値電圧を境界とする複数の電圧から選定された電圧となる書き込み信号を電極間に印加し、画像を表示する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５４２１９号（段落番号００９３〜段落番号０１０７、図６〜図１２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された方法で、複数の光変調層それぞれにコントラストの高い表示を行わせるためには、複数の光変調層相互の動作マージンを大きくする必要がある。
【０００７】
光変調層が２層積層された光変調素子に電圧を印加した場合の、各光変調層相互の動作マージンＶｍは、各光変調層がプレーナー状態からフォーカルコニック状態へ遷移するときの正規化反射率が９０％になる電圧をＶｐｆ９０、正規化反射率が１０％になる電圧をＶｐｆ１０とし、プレーナー状態からフォーカルコニック状態へ遷移するときの閾値電圧が大きい光変調層をＢ、閾値電圧が小さい光変調層をＡとすれば、次の関係式から求めることができる。
２×（ＢのＶｐｆ９０−ＡのＶｐｆ１０）／（ＢのＶｐｆ９０＋ＡのＶｐｆ１０）
そして、このＶｍは、正であることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、光変調素子に複数の光変調層が積層された状態で、光変調層相互の動作マージンを実測することは困難である。そこで、動作マージンを、光変調素子として積層される前の状態の、光変調層個別の閾値電界等に帰納させ、積層される光変調層それぞれが、帰納された所定の閾値等を有するように設計できれば、積層された状態における光変調層相互の動作マージンを所定の範囲内に収めることができる。
【０００９】
なお、各光変調層を正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶で構成する場合、各光変調層がプレーナー状態からフォーカルコニック状態へ遷移するときの動作マージンが、各光変調層がフォーカルコニック状態からホメオトロピック状態へ遷移するときの動作マージンより小さくなるため、前者の動作マージンに着目する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑み、動作マージンを規定する、光変調層個別のパラメータを最適化することにより表示のコントラストを高めることが可能な、光変調層が複数積層された光変調素子を有する光変調媒体および光変調方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光変調媒体は、一対の基板間に、所定の電界の印加により電気光学特性が変化するコレステリック液晶からなる複数の光変調層が積層された光変調素子を有する光変調媒体であって、
上記光変調素子の第１の光変調層および第２の光変調層は、配向状態がプレーナからフォーカルコニックに遷移する個別の閾値電界相互の比が０．３以上であり、かつ配向状態がプレーナにおける個別の誘電率相互の比が４以上であることを特徴とする。
【００１２】
このように、複数積層される光変調層相互の閾値電界比、誘電率比が最適化されることにより、光変調媒体は所定の動作マージンが確保されるので、表示のコントラストを高めることができる。
【００１３】
上記目的を達成する本発明の光変調方法は、一対の基板それぞれの内面に形成された電極間に、所定の電界の印加により配向状態が変化するコレステリック液晶からなる複数の光変調層が積層された光変調素子を有する光変調媒体であって、
上記複数の光変調層のうち、第１の光変調層および第２の光変調層は、配向状態がプレーナからフォーカルコニックに遷移する個別の閾値電界相互の比が０．３以上であり、かつ配向状態がプレーナにおける個別の誘電率相互の比が４以上である光変調媒体を用意し、
上記光変調媒体の、上記電極間に、上記複数の光変調層の配向状態を変化させる、複数の電圧を順次印加し、該複数の光変調層それぞれをプレーナ、又はフォーカルコニックに遷移させることにより、該複数の光変調層それぞれの配向状態の組み合わせに応じた色調を表示させることを特徴とする。
【００１４】
このように、複数の光変調層が積層された、動作マージンの高い光変調素子を備える光変調媒体を用いるので、電極間に各種の電圧を印加することにより各光変調層の配向状態を鮮明に変化させるとともに、各光変調層の配向状態の組み合わせにより、鮮やかな色調を表示することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光変調媒体および光変調方法の実施形態について説明する。
【００１６】
初めに、各実施形態の光変調媒体に備える光変調素子について説明する。
【００１７】
各実施形態の光変調媒体に少なくとも１つ備える光変調素子には、複数の光変調層が積層されている。この複数の光変調層が積層された光変調素子の動作マージンを大きくするためには、各光変調層それぞれの積層前の、光学特性が変化する閾値電界が近接する光変調層どうしの閾値電界比、あるいは光変調層それぞれのインピーダンスと膜厚により決まる、光変調層それぞれへの印加電界比を大きくすることにより実現することが可能である。
【００１８】
閾値電界比は、複数の光変調層それぞれを単独で構成し、プレーナー状態からフォーカルコニック状態へ遷移するときの閾値電界をそれぞれ求めることによって評価することができる。この閾値電界比は、各光変調層の厚みを同じにした場合には、各光変調層の閾値電圧比として求めることもできる。
【００１９】
また、印加電界比は、閾値電界比を求めた、閾値電界相互が接近する光変調層相互のインピーダンスと膜厚を求めることにより評価することができる。比抵抗が大きい液晶材料の場合、この印加電界比は、概ね、各光変調層の誘電率比に帰納させることができ、さらに、各変調層の厚みを同じにした場合には、各光変調層の容量比として求めることもできる。
【００２０】
図１は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶群の平均比誘電率と、閾値電界の目安となる誘電率異方性Δεのマイナス１／２乗との関係を示す図である。
【００２１】
図１の実線で示すように、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶は、その比誘電率と誘電率異方性に正の相関があるため、比誘電率が大きくなると閾値電界が小さくなる傾向を有する。また、コレステリック液晶を得るためにネマチック液晶に添加されるカイラル成分は、通常希釈剤として作用し、誘電率比を下げる方向に働く。したがって、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶とカイラル成分との混合物を用いたコレステリック液晶では、誘電率比を大きくして印加電界比を大きくすることと、閾値電界比を大きくすることとを両立させることは難しく、動作マージンを大きくするのは困難である。
【００２２】
一方、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶に、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶を混合する方法によれば、比誘電率と閾値電界との関係を図の点線で示す方向にシフトさせることができる。とくに、ダイポールモーメントが大きいシアノ基を短軸方向に有するネガネマチック液晶は、大きい比誘電率と、大きい負の誘電率異方性をもつため、上述した添加効果が大きい。
【００２３】
そこで、光変調素子に積層される光変調層として、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶と、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶とを混合した材料に、カイラル成分を添加したコレステリック液晶を用い、その正の誘電率異方性を有するネマチック液晶と、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶との混合割合を変化させて、各種の正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶を作成し、そのコレステリック液晶がプレーナー状態からフォーカルコニック状態へ遷移するときの閾値電界、およびプレーナー状態における比誘電率をそれぞれ単独のセルで実測し、閾値電界が接近するコレステリック液晶相互の閾値電界比、誘電率比、および各セルを直列接続して測定した電気光学応答から、相互の動作マージンを求める。
【００２４】
そして、動作マージンが正の値を取るコレステリック液晶群により光変調素子の各光変調層を形成し、それらの光変調素子を用いて各実施形態の光変調媒体を構成する。
【００２５】
図２は、各種の正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶を用いて形成した、単独の光変調層からなる光変調素子の閾値電圧Ｖｐｆ（Ｖ）と、１ｋＨｚにおける静電容量Ｃ（ｎＦ）の実測結果を示す図である。なお、各光変調層の膜厚を一定としているため、比誘電率の代わりに静電容量を、閾値電界の替わりに閾値電圧を測定している。
【００２６】
図中の、レッド色を選択反射するコレステリック液晶は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶（メルク社製ＺＬＩ３８０６）を８４．０質量％、カイラル成分１（メルク社製Ｒ８１１）を１２．８質量％、カイラル成分２（メルク社製Ｒ１０１１）を３．２質量％混合したものである。また、各例は、グリーン色を選択反射するコレステリック液晶であり、それぞれの例のうち、
実施例１は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶（セイミケミカル社製）を９５．０質量％、負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶（１-n-ブトキシ-４-（４'-トランス-n-ペンチルシクロヘキシルカルボキシ）-２,３-ジシアノベンゼン）を５．０質量％それぞれ混合し、この混合物に対して、カイラル成分１（メルク社製Ｒ８１１）を１４．４質量％、カイラル成分２（メルク社製Ｒ１０１１）を３．６質量％それぞれ混合したものである。
【００２７】
実施例２は、実施例１における負の誘電率異方性を有するジシア系ネマチック液晶の添加量を１０質量％としたものである。
【００２８】
実施例３は、実施例１における負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶の添加量を、１５質量％としたものである。
【００２９】
実施例４は、実施例１における負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶の添加量を、２０質量％としたものである。
【００３０】
比較例１は、実施例１における負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶が添加されないものである。
【００３１】
比較例２は、実施例１における正の誘電率異方性を有するネマチック液晶（メルク社製ＺＬＩ４３８９）を８５．０質量％、カイラル成分１（メルク社製Ｒ８１１）を１２．０質量％、カイラル成分２（メルク社製Ｒ１０１１）を３．０質量％それぞれ混合したものである。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１は、図２に示した、レッド色を選択反射するコレステリック液晶を基準とする、各例の、静電容量、閾値電圧の実測結果から求めた閾値電界比（グリーンの各例のＶｐｆ／レッドのＶｐｆ）、誘電率比（グリーンの各例の静電容量／レッドの静電容量）、および各セルを直列接続して測定した電気光学応答から求めた動作マージンＶｍを示す表である。
【００３４】
ここで、動作マージンＶｍは、各光変調層の正規化反射率が９０％以上、あるいは１０％以下の状態を、飽和レベルの反射状態、あるいは飽和レベルの透過状態と仮定し、レッド色を選択反射するコレステリック液晶の正規化反射率が９０％となる電圧をＶｒ９０、グリーン色を選択反射するコレステリック液晶の正規化反射率が１０％となる電圧をＶｇ１０とすれば、次式で求めることができる。Ｖｍ＝２×（Ｖｇ９０−Ｖｒ１０）／（Ｖｒ９０＋Ｖｇ１０）
表１からわかるように、動作マージンは、実施例１から実施例４において正の値をもち、比較例１および比較例２において負の値をもち、動作マージンが正の値をもつのは、閾値電界比が０．３以上であり、かつ誘電率比が４．０以上であればよいことがわかる。
【００３５】
次に、本発明の光変調媒体および光変調方法の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置を示す図である。
【００３６】
図３に示す光変調媒体１は、電極５、６が内面に形成された基板３、４間に、読み出し光１２Ａを反射する光変調層８Ａと、読み出し光１２Ｂを反射する光変調層８Ｂと、光吸収層７とが積層された１つの光変調素子１ａにより構成されている。
【００３７】
本実施形態の光変調方法に用いる書き込み装置２は、光変調媒体１の電極５、６間にバイアス電圧１１を印加する電圧印加部１０と、光変調媒体１に書き込む光変調パターンに応じて、電圧印加部１０を制御する制御部９とにより構成されている。
【００３８】
そして光変調媒体１の電極５、６は、書き込み装置２の電圧印加部１０のバイアス電圧１１を印加する端子に接続され、制御部９に制御された電圧が印加されるように構成されている。
【００３９】
光変調媒体１の基板３、４は、絶縁性を有する、ガラスやシリコン、またはポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネートなどの高分子フィルムを用いて形成され、基板３は少なくとも読み出し光１２Ａ、１２Ｂに対して光透過性を有するように構成されている。また必要に応じて、基板３および４の表面に、防汚膜、耐磨耗膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
【００４０】
バイアス電極５、６は、導電性を有する、金やアルミなどの金属薄膜、酸化インジウムや酸化スズなどの金属酸化物、またはポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリンなどの導電性有機高分子を用いて形成され、電極５は少なくとも読み出し光１２Ａ、１２Ｂに対して光透過性を有するように構成されている。また必要に応じて、その表面に、液晶配向膜、密着力改善膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
【００４１】
光吸収層７は、絶縁性を有する、カドミウム系、クロム系、コバルト系、マンガン系、カーボン系などの無機顔料、またはアゾ系、アントラキノン系、インジゴ系、トリフェニルメタン系、ニトロ系、フタロシアニン系、ペリレン系、ピロロピロール系、キナクリドン系、多環キノン系、スクエアリウム系、アズレニウム系、シアニン系、ピリリウム系、アントロン系などの有機染料や有機顔料、あるいはこれらを高分子バインダーに分散した材料を用いて形成され、少なくとも読み出し光１２Ａ、１２Ｂの波長域に対して、光吸収性を有するように構成される。
【００４２】
光変調層８Ａ、８Ｂは、少なくともコレステリック液晶（カイラルネマチック液晶、もしくはカイラルスメクチック液晶）からなるが、コレステリック液晶のみからなる構造のほか、液晶の連続相中に網目状の高分子を含む構造、液晶を高分子バインダ骨格中にドロップレット状に分散した構造、液晶を高分子シェルで包んでマイクロカプセル化した構造、マイクロカプセル化した液晶を高分子のバインダ骨格中に分散した構造とすることができる。
【００４３】
ここで、コレステリック液晶のみからなる構造や結晶の連続相中に網目状の高分子を含む構造を用いる場合には、光変調層８Ａ、８Ｂを構成するコレステリック液晶の混合を防止するため、光変調層８Ａ、８Ｂの間に、基板３、４と同様の材料で形成された分離基板を挿入するとともに、各光変調層８Ａ、８Ｂの厚みを規定するため、各光変調層８Ａ、８Ｂ内にガラスや高分子などからなるボール型またはシリンダー型のスペーサを混入させたり、基板３、４あるいは分離基板上に、高分子などからなる突起物を形成することが好ましい。
【００４４】
光変調層８Ａ、８Ｂを構成するコレステリック液晶として、ステロイド系コレステロール誘導体、あるいはシッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系などの光学活性材料からなるカイラル成分を、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ジオキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、シクロヘキシルエタン系、シクロヘキサン系、トラン系、アルケニル系、スチルベン系、縮合多環系などのネマチック液晶やスメクチック液晶、またはこれらの混合液晶に添加した材料を用いることができ、さらに、光変調層８Ａ、８Ｂのうち、比誘電率が大きい方の光変調層に、例えば、図１１に示すような、分子短軸方向にシアノ基を有し、負の誘電率異方性をもつ化合物を混合し、全体として誘電率異方性が正になるように構成する。そして、光変調層８Ａは、プレーナ状態からフォーカルコニック状態に遷移する閾値電圧比が０．３以上、かつプレーナ状態における誘電率比が４以上となるように設定されている。
【００４５】
ここで、コレステリック液晶はダイレクタがらせんを描くように分子配列しており、入射した光のうち、電場ベクトルの描く空間軌跡が液晶分子の回転方向と一致し、液晶内部での伝播波長がらせんピッチに等しい円偏光成分を干渉反射する選択反射現象を起こす。らせん軸方向から入射した光に対して、反射光の中心波長λ、および反射波長幅Δλは、らせんピッチをｐ、らせん軸に直交する平面内の平均屈折率をｎ、複屈折率をΔｎとすると、それぞれλ＝ｎ・ｐ、Δλ＝Δｎ・ｐで表される。反射波長が可視領域になるようにらせんピッチを調整すると、コレステリック液晶からなる光変調層は鮮やかな色を呈する。コレステリック液晶のらせんピッチは、その化学構造、あるいはカイラル成分とネマチック液晶やスメクチック液晶との混合割合で調整することができる。なお、カイラル成分とネマチック液晶やスメクチック液晶を混合する場合、これらの溶解性が低く、所望の選択反射波長が得られない場合には、複数のカイラル成分を添加する公知の手法を用いてもよい。また、コレステリック液晶のらせんピッチの温度依存性を補償するために、捩じれ方向が異なる、または逆の温度依存性を示す複数のカイラル成分を添加する公知の手法を用いてもよい。
【００４６】
正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶は、図４（Ａ）に示すように、らせん軸がセル表面にほぼ垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナー、図４（Ｂ）に示すように、らせん軸がセル表面にほぼ平行になり、入射光を少し前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック、および図４（Ｃ）に示すように、らせん構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光をほぼ完全に透過させるホメオトロピック、の３つの状態を示す。
【００４７】
３つの状態のうち、プレーナーとフォーカルコニックは、無電圧で双安定に存在することができる。したがって、コレステリック液晶の配向状態は、光変調層に印加される電圧に対して一義的に決まらず、初期状態がプレーナーの場合には、印加電圧の増加に伴って、プレーナー（ｐ）、フォーカルコニック（ｆ）、ホメオトロピック（ｈ）の順に変化し、初期状態がフォーカルコニックの場合には、印加電圧の増加に伴って、フォーカルコニック、ホメオトロピックの順に変化する。一方、光変調層に印加した電圧を急激にゼロにした場合には、プレーナーとフォーカルコニックはそのままの状態を維持し、ホメオトロピックはプレーナーに変化する。
【００４８】
本実施形態では、光変調媒体が一対の基板の内面それぞれに形成された電極を有するが、必ずしも光変調媒体が電極を備える必要はない。その場合、書き込み装置に１対の基板を挟む電極を備え、その電極に所定の電圧を印加することにしてもよい。
【００４９】
図５は、パルス電圧が印加された直後のコレステリック液晶の光学特性を示す模式図である。
【００５０】
図５において、縦軸は、最大反射率を１００、最小反射率を０として、正規化した正規化反射率であり、横軸は、印加されるパルス電圧である。
【００５１】
図中の実線で示す曲線は、パルス電圧が印加された直後のコレステリック液晶の光学特性をあらわし、印加されたパルス電圧が、閾値電圧Ｖｆｈ以上のときにはホメオトロピックからプレーナーに変化した選択反射状態となり、電圧Ｖｐｆと電圧Ｖｆｈの間にあるときは、フォーカルコニックによる透過状態となり、電圧Ｖｐｆ以下のときには、パルス電圧印加前の状態、すなわちプレーナーによる選択反射状態またはフォーカルコニックによる透過状態が継続される。
【００５２】
このように、プレーナー、フォーカルコニックおよびホメオトロピックの各状態間には、遷移領域が存在するため、正規化反射率が５０以上の場合を選択反射状態、正規化反射率が５０以下の場合を透過状態と定義し、プレーナーからフォーカルコニックへのしきい値電圧をＶｐｆとし、フォーカルコニックからホメオトロピックへのしきい値電圧をＶｆｈとする。
【００５３】
図６は、本実施形態の光変調媒体の等価回路を示す図である。
【００５４】
図６において、Ｚ_Eは、光変調層８Ａ、８Ｂ以外の構成要素の等価インピーダンスをあらわし、図３に示した、本実施形態の光変調媒体の電極５、６および光吸収層７のインピーダンスの和に相当する。このインピーダンスＺ_Eは、等価静電容量Ｃ_Eと等価抵抗Ｒ_Eの並列回路で近似することができる。Ｖ_Eは、書き込み装置２から光変調媒体１のバイアス電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合に、インピーダンスＺ_Eに印加される電圧をあらわす。Ｚ_A、Ｚ_B、Ｚ_Dは、光変調層８Ａ、光変調層８Ｂ、および光変調層全体のインピーダンスそれぞれをあらわし、各光変調層は、それぞれ静電容量Ｃ_A、Ｃ_Bと抵抗Ｒ_A、Ｒ_Bの並列回路で近似できる。Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Dは、書き込み装置２から光変調媒体１の電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合に、これら光変調層８Ａ、光変調層８Ｂ、および光変調層全体にそれぞれ印加される電圧をあらわす。なお、各光変調層を構成するコレステリック液晶が誘電率異方性を有することから、各光変調層のインピーダンスＺ_A、Ｚ_Bは、液晶の配向状態に依存して変化する。
【００５５】
光変調媒体１の光変調層全体に電圧Ｖ_Dが印加された場合、光変調層８Ａと、光変調層８Ｂに印加される電圧Ｖ_A、電圧Ｖ_Bは、次式で与えられる。
Ｖ_A＝（Ｚ_A／Ｚ_D）Ｖ_DＶ_B＝（Ｚ_B／Ｚ_D）Ｖ_D
ここで、Ｚ_D＝Ｚ_A＋Ｚ_Bである。
【００５６】
このように、光変調媒体１に対して、書き込み装置２から、電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合、各光変調層８Ａ、８Ｂには、分圧Ｖ_A、Ｖ_Bが印加され、それぞれの分圧Ｖ_A、Ｖ_Bに応じて、各光変調層８Ａ、８Ｂのコレステリック液晶の配向状態が変化する。
【００５７】
本実施形態の光変調媒体は、光変調層８Ａ、光変調層８Ｂの誘電率比が４以上に設定されインピーダンス比が最適化されているので、光変調層全体に電圧Ｖ_Dが印加された場合における光変調層８Ａと光変調層８Ｂとは所定の分圧比を有する。また、プレーナ状態からフォーカルコニック状態に遷移するそれぞれの閾値電圧の比も０．３以上に設定されている。したがって、光変調媒体１の電極５、６間に印加するバイアス電圧Ｖを変化させることにより、所定のコントラスト状態を維持しながら各光変調層８Ａ、８Ｂの電気光学応答を変化させることができる。
【００５８】
次に、本実施形態の光変調媒体を用いてカラー表示を行う本実施形態の光変調方法について説明する。
【００５９】
図７は、光変調素子１ａの光変調層全体に所定の電圧Ｖ_Dが印加された場合の、各光変調層８Ａ、８Ｂの電気光学応答を示す模式図である。
【００６０】
図７において、横軸は、光変調層全体に印加される電圧電圧Ｖ_D、縦軸は各光変調層の正規化反射率をあらわしている。
【００６１】
本実施形態の光変調素子１ａは、光変調層相互の分圧比と閾値電圧比とが所定の値をもつように制御されているので、各光変調層８Ａ、８Ｂの、それぞれのプレーナーからフォーカルコニックへの閾値電圧Ｖｐｆ、およびそれぞれのフォーカルコニックからホメオトロピックへの閾値電圧Ｖｆｈが、各光変調層間の大小関係が同じになるようにシフトする。
【００６２】
いま、閾値電圧が大きい光変調層をＨ層、小さい光変調層をＬ層とし、光変調層全体に印加される電圧を変化させた場合に、各光変調層に印加される分圧によって、
Ｌ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶａ、
Ｌ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＨ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶｂ、
Ｈ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＬ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｃ、
Ｈ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｄとする。
【００６３】
そして、図８に示すように、書き込み装置２から、光変調媒体１のバイアス電極５、６間に、交流パルス電圧Ｖｒが印加されるリセット期間Ｔｒ、交流パルス電圧Ｖｓが印加されるセレクト期間Ｔｓ、および無電圧の光変調期間Ｔｄとにより構成され、Ｖｒ＞Ｖｓなる関係を有するバイアス電圧を印加する。
【００６４】
ここで、リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにおいて印加される交流パルス電圧の周波数はとくに限定されるものではなく、直流パルスでもよい。
【００６５】
図９は、リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにおいて印加される電圧と各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【００６６】
図９において、リセット期間Ｔｒにおいては、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dが、図７に示した、Ｖｃ又はＶｄになるように、交流パルス電圧Ｖｒの大きさをＶ１に選定して印加し、セレクト期間Ｔｓにおいては、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dが、図７に示した、Ｖａ又はＶｂになるように、交流パルス電圧Ｖｓの大きさをＶ２に選定して印加する。すると、それぞれの組み合わせにおいて、Ｈ層、Ｌ層（／の左側はＨ層、右側はＬ層）は、図中に、「○」および「●」で表示した配向状態となる。
【００６７】
ここで、「○」はプレーナーによる選択反射状態、「●」はフォーカルコニックによる透過状態、をそれぞれ表している。
【００６８】
これから明らかなように、本実施形態の光変調媒体を用いる本実施形態の光変調方法によれば、
Ｈ層、Ｌ層がプレーナーの状態、
Ｈ層、Ｌ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層がプレーナーで、Ｌ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層がフォーカルコニックで、Ｌ層がプレーナーの状態、
の４種類の配向状態を得ることができる。
【００６９】
したがって、図１０に示すように、例えば、光変調層８Ａをグリーン（Ｇ）の色光を選択反射するＨ層、光変調層８Ｂをレッド（Ｒ）の色光を選択反射するＬ層とする光変調素子により光変調媒体を形成し、書き込み装置２からリセット期間に印加される電圧Ｖｒとセレクト期間に印加される電圧Ｖｓとを制御することにより、
Ｖｒ＝Ｖｄ、Ｖｓ＝Ｖａの印加電圧によって、グリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）の混色によるイエロー（Ｙ）が表示される状態となり、
Ｖｒ＝Ｖｃ、Ｖｓ＝Ｖｂの印加電圧によって、両層とも透過状態（Ｔ）のブラック（Ｋ）が表示される状態となり、
Ｖｒ＝Ｖｄ、Ｖｓ＝Ｖｂの印加電圧によって、グリーン（Ｇ）が表示される状態となり、
Ｖｒ＝Ｖｃ、Ｖｓ＝Ｖａの印加電圧によって、レッド（Ｒ）が表示される状態となる。
【００７０】
このように４つの表示状態を制御することができるので、光変調媒体の一画素内に、イエロー、ブラック、グリーン、レッドの、合計４色を表示することができる。
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置とを示す図である。
【００７１】
図１２に示す光変調媒体１は、電極５、６が内面に形成された基板３、４間に、読み出し光１２Ａを反射する光変調層８Ａと、読み出し光１２Ｂを反射する光変調層８Ｂと、読み出し光１２Ｃを反射する光変調層８Ｃと、光吸収層７と、光導電層１３とが積層された１つの光変調素子１ａにより構成されている。
【００７２】
本実施形態の書き込み方法に用いる書き込み装置２は、光変調媒体１の電極５、６間にバイアス電圧１１を印加する電圧印加部１０と、光変調媒体１の光導電層１３に書き込み光を照射する光照射部１４と、光変調媒体１に書き込む光変調パターンに応じて、電圧印加部１０と光照射部１４とを制御する制御部９とにより構成されている。
【００７３】
本実施形態の光変調媒体１は、第１の実施形態の光変調媒体と較べて、光導電層１３が積層され、光変調層８が３層である点は相違するが、それ以外の点は共通するので、構成要素の重複する説明は省略し、光導電層１３について説明する。
【００７４】
光導電層１３は、書き込み光１５の光量に応じてインピーダンスが変化するものであればよく、電荷発生物質を、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などによって成膜したもの、電荷発生物質を高分子バインダーに分散し、バーコート法、スピンコート法、ロールコート法、ディップ法、キャスティング法などによって塗布したもの、あるいは、これらの電荷発生層に、電荷輸送物質、または電荷輸送物質を高分子バインダーに分散した電荷輸送層を積層したものなどを用いることができる。また、電荷輸送層に整流性がある場合には、電荷輸送層の上下に電荷発生層を設ける構造とすることもできる。
【００７５】
電荷発生物質として、ａ−Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、ＴｉＯなどの無機材料、フタロシアニン系、アゾ系、多環キノン系、インジゴ系、キナクリドン系、ペリレン系、スクエアリウム系、アズレニウム系、シアニン系、ピリリウム系、アントロン系などの有機材料を用いることができる。
【００７６】
電荷輸送物質として、カルバゾール系、トリアゾール系、オキサジアゾール系、イミダゾール系、ピラゾリン系、ヒドラゾン系、スチルベン系、アミン系、ニトロフルオレノン系などの有機材料を用いることができる。
高分子バインダーとして、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、アクリル、メタクリル、塩化ビニル、酢酸ビニル、これらの共重合体などを用いることができる。
【００７７】
本実施形態における光変調媒体の光導電層１３は、少なくとも書き込み光１５に対して光吸収性を有するように構成する。
【００７８】
光照射部１４は、任意の光量の書き込み光１５を光変調部１に照射できるものであればよく、レーザービームスキャン装置、ＬＥＤアレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイなどの自発光素子や、液晶シャッターなどの調光素子と蛍光管、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、ＬＥＤランプなどの光源との組み合わせなど、特に限定されるものではない。
本実施形態では、光変調媒体が一対の基板の内面それぞれに形成された電極を有するが、必ずしも光変調媒体が電極を備える必要はない。その場合、書き込み装置に１対の基板を挟む電極を備え、その電極に所定の電圧を印加することにしてもよい。
【００７９】
図１３は、本実施形態の光変調媒体の等価回路を示す図である。
【００８０】
図１３において、Ｚ_Eは、光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃと光導電層１３以外の構成要素の等価インピーダンスで、図１２に示した光変調媒体１の、バイアス電極５、６および光吸収層７のインピーダンスの直列和をあらわし、等価容量Ｃ_Eと等価抵抗Ｒ_Eの並列回路で近似できる。Ｖ_Eは、書き込み装置２から光変調媒体１の電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合に、これら光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃと光導電層１３以外の構成要素に印加される電圧を示す。
【００８１】
また、Ｚ_A、Ｚ_B、Ｚ_C、Ｚ_Dは、光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、および光変調層全体のインピーダンスを示し、各光変調層は、それぞれ静電容量Ｃ_A、Ｃ_B、Ｃ_Cと抵抗Ｒ_A、Ｒ_B、Ｒ_Cの並列回路で近似できる。Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_C、Ｖ_Dは、書き込み装置２から光変調媒体１のバイアス電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合に、これら光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、および光変調層全体に印加される電圧をあらわす。なお、各光変調層を構成するコレステリック液晶が誘電率異方性を有することから、各光変調層のインピーダンスＺ_A、Ｚ_B、Ｚ_Cは、液晶の配向状態に依存して変化する。
【００８２】
Ｚ_Oは、光導電層１３のインピーダンスをあらわし、静電容量Ｃ_Oと抵抗Ｒ_Oの並列回路で近似できる。Ｖ_Oは、書き込み装置２から光変調媒体１のバイアス電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合に、光導電層１３に印加される電圧を表わす。
【００８３】
書き込み装置２から光変調媒体１の電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加された場合、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dは、次式で与えられる。
Ｖ_D＝（Ｚ_D／Ｚ）Ｖ
ここで、Ｚ＝Ｚ_E＋Ｚ_D＋Ｚ_Oである。
光導電層１３は、書き込み装置２から書き込み光１５が照射されると、内部光電効果によって可動電荷キャリアが発生し、導電性が増加する。したがって、書き込み光１５の光量によって光導電層１３のインピーダンスＺ_Oを変化させ、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dを制御することができる。
【００８４】
一方、光変調層全体に電圧Ｖ_Dが印加された場合、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃに印加される分圧Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cは、以下のようになる。
Ｖ_A＝（Ｚ_A／Ｚ_D）Ｖ_DＶ_B＝（Ｚ_B／Ｚ_D）Ｖ_DＶ_C＝（Ｚ_C／Ｚ_D）Ｖ_D
ここで、Ｚ_D＝Ｚ_A＋Ｚ_B＋Ｚ_Cである。
【００８５】
このように、光変調媒体１に対して、書き込み装置２から、電極５、６間にバイアス電圧Ｖが印加され、書き込み光１５が照射された場合、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃには、それぞれのインピーダンスによる分圧Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cが印加され、それぞれの分圧Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cに応じて、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃのコレステリック液晶の配向状態が変化する。
【００８６】
したがって、本実施形態の光変調媒体は、各構成要素のインピーダンス比を最適化し、電極５、６間に印加されるバイアス電圧Ｖによる光変調層全体の分圧の比、光変調層全体の印加電圧Ｖ_Dによる各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃへの分圧の比、印加される分圧Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cに対する各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの閾値電圧比をそれぞれ制御することによって、バイアス電圧および書き込み光量に基づく各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を所定の構成に設定することができる。
【００８７】
次に、本実施形態の光変調媒体を用いてカラー表示を行う本実施形態の光変調方法について説明する。
【００８８】
図１４は、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dに対する、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を示す模式図である。
【００８９】
図１４において、横軸は、光変調層全体に印加される電圧電圧Ｖ_D、縦軸は各光変調層の正規化反射率をあらわしている。
【００９０】
本実施形態の光変調素子１ａは、光変調層相互の分圧比と閾値電圧比とが所定の値をもつように制御されているので、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの、それぞれのプレーナーからフォーカルコニックへの閾値電圧Ｖｐｆ、およびそれぞれのフォーカルコニックからホメオトロピックへの閾値電圧Ｖｆｈが、各光変調層間の大小関係が同じになるようにシフトし、かつしきい値が最も大きい光変調層をＨ層、中間の光変調層をＭ層、最も小さい光変調層をＬ層とした場合、Ｈ層のＶｐｆ＞Ｌ層のＶｆｈを満たすように構成する。
【００９１】
いま、光変調層全体に印加される電圧を変化させた場合に、各光変調層に印加される分圧によって、
Ｌ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶａ、
Ｌ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＭ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶｂ、
Ｍ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＬ層がＶｆｈ以下となる電圧をＶｃ、
Ｌ層がＶｆｈ以上で、かつＨ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶｄ、
Ｍ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＨ層がＶｐｆ以上となる電圧をＶｅ、
Ｈ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＭ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｆ、
Ｈ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｇとする。
そして、書き込み装置２から、光変調媒体１の電極５、６間に、図１５（Ａ）に示すような、交流パルス電圧Ｖｒが印加されるリセット期間Ｔｒ、交流パルス電圧Ｖｓが印加されるセレクト期間Ｔｓ、およびその後の無電圧の光変調期間Ｔｄとによって構成され、Ｖｒ＞Ｖｓなる関係をもつバイアス電圧を印加する。そして、少なくともリセット期間Ｔｒの終わりを含むように、光照射部１４から第１の書き込み光を光量Ｐｒで、また少なくともセレクト期間Ｔｓの終わりを含むように、光照射部１４から第２の書き込み光を光量Ｐｓで、それぞれ照射する。
【００９２】
ここで、リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにそれぞれ印加されるバイアス電圧の周波数はとくに限定されるものではなく、光変調媒体１の光導電層１３が単極性の場合には、直流パルスとすることが好ましい。
【００９３】
図１６は、リセット期間Ｔｒにおける、バイアス電圧Ｖｒおよび書き込み光量Ｐｒに対するＨ層、Ｍ層、Ｌ層の電気光学応答を示す図である。
【００９４】
そのうち、図１６（ａ）は、書き込み光量Ｐｒと光導電層のインピーダンスＺ_Oとの関係、図１６（ｂ）は、光導電層のインピーダンスＺ_Oと光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dとの関係、図１６（ｃ）は、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dに対する、Ｈ層、Ｍ層、Ｌ層の反射率、図１６（ｄ）は、光照射部１４から光変調媒体１に照射する書き込み光１５の光量Ｐｒに対する、Ｈ層、Ｍ層、Ｌ層の反射率をそれぞれ示している。
【００９５】
さらに、図１７は、セレクト期間Ｔｓにおける、バイアス電圧Ｖｓおよび書き込み光量Ｐｓに対するＨ層、Ｍ層、Ｌ層の電気光学応答を示す図である。
【００９６】
そのうち、図１７（ａ）は、書き込み光量Ｐｓと光導電層のインピーダンスＺ_Oとの関係、図１７（ｂ）は、光導電層のインピーダンスＺ_Oと光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dとの関係、図１７（ｃ）は、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dに対する、Ｈ層、Ｍ層、Ｌ層の反射率、図１７（ｄ）は、光照射部１４から光変調部１に照射する書き込み光１５の光量Ｐｓに対する、Ｈ層、Ｍ層、Ｌ層の反射率をそれぞれ示している。
【００９７】
図１８は、リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにおいて印加される電圧と各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【００９８】
図１８において、リセット期間Ｔｒにおいては、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dが、図１４に示したＶｅ、Ｖｆ、Ｖｇとなるように、バイアス電圧ＶｒをＶ１に選定して印加するとともに、書き込み光量ＰｒをＰｅ、Ｐｆ、Ｐｇに選定し照射する。セレクト期間Ｔｓにおいては、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dが、図１４に示したＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄになるように、バイアス電圧ＶｓをＶ２に選定して印加するとともに、書き込み光量ＰｓをＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに選定し照射する。
【００９９】
すると、それぞれの組み合わせにおいて、Ｈ層、Ｌ層、Ｍ層（各欄の左側からＨ層、Ｍ層、Ｌ層）は、図中に、「○」および「●」で表示した配向状態となる。
【０１００】
ここで、「○」はプレーナーによる選択反射状態、「●」はフォーカルコニックによる透過状態、をそれぞれ表している。
これから明らかなように、本実施形態の光変調媒体を用いる本実施形態の光変調方法によれば、
Ｈ層、Ｍ層およびＬ層の３層全てがプレーナーの状態、
Ｈ層、Ｍ層およびＬ層の３層全てがフォーカルコニックの状態、
Ｈ層がプレーナーで、Ｍ層とＬ層がフォーカルコニックの状態、
Ｍ層がプレーナーで、Ｈ層とＬ層がフォーカルコニックの状態、
Ｌ層がプレーナーで、Ｈ層とＭ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層とＭ層がプレーナーで、Ｌ層がフォーカルコニックの状態、
Ｍ層とＬ層がプレーナーで、Ｈ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層とＬ層がプレーナーで、Ｍ層がフォーカルコニックの状態、
の８種類の配向状態が得られる。
【０１０１】
したがって、図１９に示すように、例えば、光変調層８Ａをブルー（Ｂ）の色光を選択反射するＨ層、光変調層８Ｂをグリーン（Ｇ）の色光を選択反射するＭ層、光変調層８Ｃをレッド（Ｒ）の色光を選択反射するＬ層とする光変調媒体を形成し、書き込み装置２からバイアス電圧Ｖｒ、Ｖｓおよび書き込み光量Ｐｒを制御することにより、
（１）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｇ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐａのバイアス電圧印加によって、光変調層それぞれに表示されたレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）が混色されホワイト（Ｗ）を表示する状態、
（２）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｅ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐｃのバイアス電圧印加によって、光変調層夫々が透過状態（Ｔ）となりブラック（Ｋ）を表示する状態、
（３）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｇ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐｃのバイアス電圧印加によって、ブルー（Ｂ）を表示する状態、
（４）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｆ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐｂのバイアス電圧印加によって、グリーン（Ｇ）を表示する状態、
（５）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｅ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐａのバイアス電圧印加によって、レッド（Ｒ）を表示する状態、
（６）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｇ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐｂのバイアス電圧印加によって、ブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）とが混色されたシアン（Ｃ）を表示する状態、
（７）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｆ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐａのバイアス電圧印加によって、グリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）とが混色されたイエロー（Ｙ）を表示する状態、
（８）Ｖｒ＝Ｖ１、Ｐｒ＝Ｐｇ、Ｖｓ＝Ｖ２、Ｐｓ＝Ｐｄのバイアス電圧印加によって、ブルー（Ｂ）とレッド（Ｒ）とが混色されたマゼンタ（Ｍ）を表示する状態となる。
【０１０２】
このように８つの表示状態を制御することができるので、光変調媒体の一画素内に、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーン、レッド、シアン、イエロー、マゼンタの、合計８色を表示することができる。
（第３の実施形態）
図２０は、第３の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置とを示す図である。
【０１０３】
図２０に示す光変調媒体１は、２つの光変調素子１６Ａ、１６Ｂで形成されている。光変調素子１６Ａは、それぞれバイアス電極５Ａ、６Ａが内面に形成された基板３Ａ、４Ａ間に、読み出し光１２Ａを反射する光変調層８Ａ、光吸収層７Ａ、光導電層１３Ａが積層されている。また、光変調素子１６Ｂは、電極５Ｂ、６Ｂが内面に形成された基板３Ｂ、４Ｂ間に、読み出し光１２Ｂを反射する光変調層８Ｂ、読み出し光１２Ｃを反射する光変調層８Ｃ、光吸収層７Ｂ、光導電層１３Ｂが積層されている。
【０１０４】
本実施形態の書き込み方法に用いる書き込み装置２は、光変調素子１６Ａの電極５Ａ、６Ａ間にバイアス電圧１１Ａを印加するとともに、バイアス電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧１１Ｂを印加する電圧印加部１０と、光変調素子１６Ａの光導電層１３Ａに書き込み光１５Ａを照射するとともに、光変調素子１６Ｂの光導電層１３Ｂに書き込み光１５Ｂを照射する光照射部１４と、所定の光変調パターンに応じて、電圧印加部１０および光照射部１４を制御する制御部９とにより構成されている。
【０１０５】
本実施形態の光変調媒体は、第１の実施形態の光変調媒体と較べて、２つの光変調素子を有し、各光変調素子毎に光導電層が積層されている点は、相違するが、各構成要素は共通するので、重複する説明は省略し、相違点について説明する。
【０１０６】
本実施形態では、光導電層１３Ａは少なくとも書き込み光１５Ａに対して光吸収性、読み出し光１２Ｂ、１２Ｃに対して光透過性を、光導電層１３Ｂは少なくとも書き込み光１５Ｂに対して光吸収性、書き込み光１５Ａに対して光透過性を有するように構成する。
【０１０７】
光照射部１４は、任意の光量の書き込み光１５Ａ、１５Ｂを光変調部１に照射できるものであればよく、レーザービームスキャン装置、ＬＥＤアレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイなどの自発光素子や、液晶シャッターなどの調光素子と蛍光管、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、ＬＥＤランプなどの光源との組み合わせなど、特に限定されるものではない。
【０１０８】
ここで、本実施形態の光変調媒体は、２つの光変調素子を備えているが、必ずしも２つに限定されない。また、２つの光変調素子のうちの１つは、光変調層が1層であるが、複数層積層することもできる。
【０１０９】
図２１は、本実施形態における光変調素子１６Ａの等価回路を示す。
【０１１０】
図２１においてＺ_EAは、光変調層８Ａおよび光導電層１３Ａを除く構成要素の等価インピーダンスである。Ｚ_EAは、図２０に示した電極５Ａ、６Ａおよび光吸収層７Ａのインピーダンスの直列和で、等価静電容量Ｃ_EAと等価抵抗Ｒ_EAの並列回路で近似できる。Ｖ_EAは、書き込み装置２から光変調素子１６Ａの電極５Ａ、６Ａ間にバイアス電圧Ｖ_Aが印加された場合に、光変調層８Ａおよび光導電層１３Ａを除外した構成要素に印加される電圧を示す。
【０１１１】
Ｚ_DAは、光変調層８Ａのインピーダンスをあらわし、静電容量Ｃ_Aと抵抗Ｒ_Aの並列回路で近似できる。Ｖ_DAは、書き込み装置２から光変調素子１６Ａのバイアス電極５Ａ、６Ａ間にバイアス電圧Ｖ_Aを印加した場合に、光変調層８Ａに印加される電圧を示す。なお、光変調層を構成するコレステリック液晶が誘電率異方性を有することから、光変調層のインピーダンスＺ_DAは、液晶の配向状態に依存して変化する。
【０１１２】
Ｚ_OAは、光導電層１３Ａのインピーダンスをあらわし、静電容量Ｃ_OAと抵抗Ｒ_OAの並列回路で近似できる。Ｖ_OAは、書き込み装置２から光変調素子１６Ａの電極５Ａ、６Ａ間にバイアス電圧Ｖ_Aを印加した場合に、光導電層１３Ａに印加される電圧をあらわす。
【０１１３】
書き込み装置２から光変調素子１６Ａの電極５Ａ、６Ａ間にバイアス電圧Ｖ_Aを印加した場合、光変調層８Ａに印加される電圧Ｖ_DAは、以下のようになる。
Ｖ_DA＝（Ｚ_DA／Ｚ_A）Ｖ_A
ここで、Ｚ_A＝Ｚ_EA＋Ｚ_DA＋Ｚ_OAである。
【０１１４】
導電層１３Ａは、書き込み装置２から書き込み光１５Ａが照射されると、内部光電効果によって可動電荷キャリアが発生して、導電性が増加する。したがって、書き込み光１５Ａの光量によって光導電層１３ＡのインピーダンスＺ_OAを変化させ、光変調層８Ａに印加される電圧Ｖ_DAを制御することができる。そして、その電圧Ｖ_DA電圧に応じて、光変調層８Ａのコレステリック液晶の配向状態が変化する。
【０１１５】
図２６は、バイアス電圧および書き込み光量に対する光変調層８Ａの電気光学応答を示す図であり、図２４（Ａ）および図２４（Ｂ）に示すように、セレクト期間Ｔｓ_Aにバイアス電圧Ｖｓ_Aが加され、書き込み光量Ｐｓ_Aが照射されたときの状態を示す。
【０１１６】
図２６のうち、図２６（ａ）は、書き込み光量Ｐｓ_Aと光導電層のインピーダンスＺ_OAとの関係、図２６（ｂ）は、光導電層のインピーダンスＺ_OAと光変調層８Ａに印加される電圧Ｖ_DAとの関係、図２６（ｃ）は、光変調層８Ａに印加される電圧Ｖ_DAに対する、光変調素子１６Ａの反射率、図２６（ｄ）は、光照射部１４から光変調素子１６Ａに照射する書き込み光１５Ａの光量Ｐｓ_Aに対する、光変調素子１６Ａの反射率をそれぞれ表わしている。
【０１１７】
このように、光変調素子１６Ａに印加される電圧Ｖ_DAが、それぞれＶａ_A、Ｖｂ_Aになるように、セレクト期間Ｔｓ_Aのバイアス電圧Ｖｓ_AをＶ１_A、書き込み光量Ｐｓ_AをＰａ_A、Ｐｂ_Aに選定した場合、光変調層８Ａは、プレーナー状態、フォーカルコニック状態、の２種類の配向状態が得られる。
【０１１８】
図２２は、光変調素子１６Ｂの等価回路を示す図である。
【０１１９】
図２２において、Ｚ_EBは、光変調層８Ｂ、８Ｃおよび光導電層１３Ｂを除いた構成要素の等価インピーダンスで、電極５Ｂ、６Ｂおよび光吸収層７Ｂのインピーダンスの直列和による、等価静電容量Ｃ_EBと等価抵抗Ｒ_EBの並列回路で近似できる。Ｖ_EBは、書き込み装置２から光変調素子１６Ｂのバイアス電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧Ｖ_Bが印加された場合に、これら光変調層８Ｂ、８Ｃと光導電層１３Ｂを除く構成要素に印加される電圧を示す。
【０１２０】
Ｚ_DB、Ｚ_DC、Ｚ_DDは、光変調層８Ｂ、８Ｃ、および光変調素子１６Ｂの光変調層全体のインピーダンスをあらわし、各光変調層は、それぞれ静電容量Ｃ_B、Ｃ_Cと抵抗Ｒ_B、Ｒ_Cの並列回路で近似できる。Ｖ_DB、Ｖ_DC、Ｖ_DDは、書き込み装置２から光変調素子１６Ｂの電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧Ｖ_Bが印加された場合に、これら光変調層８Ｂ、光変調層８Ｃ、および光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧をあらわす。なお、各光変調層を構成するコレステリック液晶が誘電率異方性を有することから、各光変調層のインピーダンスＺ_DB、Ｚ_DCは、液晶の配向状態に依存して変化する。
【０１２１】
Ｚ_OBは、光導電層１３Ｂのインピーダンスを示し、静電容量Ｃ_OBと抵抗Ｒ_OBの並列回路で近似できる。Ｖ_OBは、書き込み装置２から光変調素子１６Ｂのバイアス電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧Ｖ_Bが印加された場合に、光導電層１３Ｂに印加される電圧を示す。
【０１２２】
書き込み装置２から光変調素子１６Ｂの電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧Ｖ_Bが印加された場合、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDは、以下のようになる。
Ｖ_DD＝（Ｚ_DD／Ｚ_B）Ｖ_B
ここで、Ｚ_B＝Ｚ_EB＋Ｚ_DD＋Ｚ_OBである。
【０１２３】
光導電層１３Ｂは、書き込み装置２から書き込み光１５Ｂが照射されると、内部光電効果によって可動電荷キャリアが発生し、導電性が増加する。したがって、書き込み光１５Ｂの光量によって光導電層１３ＢのインピーダンスＺ_OBを変化させ、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDを制御することができる。
【０１２４】
一方、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に電圧Ｖ_DDが印加された場合、各光変調層８Ｂ、８Ｃに印加される電圧Ｖ_DB、Ｖ_DCは、以下のようになる。
Ｖ_DB＝（Ｚ_DB／Ｚ_DD）Ｖ_DDＶ_DC＝（Ｚ_DC／Ｚ_DD）Ｖ_DD
ここで、Ｚ_DD＝Ｚ_DB＋Ｚ_DCである。
【０１２５】
このように、光変調素子１６Ｂに対して、書き込み装置２から、電極５Ｂ、６Ｂ間にバイアス電圧Ｖ_Bが印加され、書き込み光１５Ｂが照射された場合、各光変調層８Ｂ、８Ｃには、それぞれインピーダンスによる分圧Ｖ_DB、Ｖ_DCが印加され、それぞれの分圧Ｖ_DB、Ｖ_DCに応じて、各光変調層８Ｂ、８Ｃのコレステリック液晶の配向状態が変化する。
【０１２６】
したがって、本実施形態の光変調媒体においては、光変調素子１６Ｂを構成する各要素のインピーダンス比を最適化し、電極５Ｂ、６Ｂ間に印加されるバイアス電圧Ｖ_Bが光変調素子１６Ｂに印加されたときの光変調層全体に印加される分圧の比、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDが各光変調層８Ｂ、８Ｃへ印加される分圧の比、実際に印加される電圧Ｖ_DB、Ｖ_DCに対する各光変調層８Ｂ、８Ｃの電気光学応答をそれぞれ制御することによって、バイアス電圧および書き込み光量に基づいて各光変調層８Ｂ、８Ｃを所定の状態に遷移させることができる。
【０１２７】
次に、本実施形態の光変調媒体を用いてカラー表示を行う本実施形態の光変調方法について説明する。
【０１２８】
図２３は、光変調素子１６Ｂの各光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDに対する、各光変調層８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を示す模式図である。
【０１２９】
図２３において、横軸は、光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DD、縦軸は各光変調層の正規化反射率をあらわしている。
【０１３０】
本実施形態の光変調素子１６Ｂは、光変調層８Ｂ、８Ｃ相互の分圧比と閾値電圧比とが所定の値をもつように制御されているので、光変調層８Ｂ、８Ｃの、それぞれのプレーナーからフォーカルコニックへのしきい値電圧Ｖｐｆ、およびそれぞれのフォーカルコニックからホメオトロピックへのしきい値電圧Ｖｆｈが、各光変調層間の大小関係が同じになるようにシフトする。
【０１３１】
いま、しきい値が大きい光変調層をＨ層、小さい光変調層をＬ層とし、光変調層全体に印加される電圧電圧Ｖ_DDを変化させた場合に、各光変調層に印加される分圧によって、
Ｌ層がＶｐｆ以下となるの電圧をＶａ_B、
Ｌ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＨ層がＶｐｆ以下となる電圧をＶｂ_B、
Ｈ層がＶｐｆとＶｆｈとの間で、かつＬ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｃ_B、
Ｈ層がＶｆｈ以上となる電圧をＶｄ_Bとする。
【０１３２】
そして、書き込み装置２から、光変調素子１６Ｂのバイアス電極５Ｂ、６Ｂ間に、図２５（Ａ）に示すような、交流パルス電圧Ｖｓ_Aが印加されるリセット期間Ｔｒ_B、交流パルス電圧Ｖｓ_Aが印加されるセレクト期間Ｔｓ_B、およびその後の無電圧の光変調期間Ｔｄ_Bによって構成され、Ｖｒ_B＞Ｖｓ_Bなる関係をもつバイアス電圧を印加し、少なくともリセット期間Ｔｒ_Bの終わりを含むように、光照射部１４から光量Ｐｒ_Bで第１の書き込み光を、少なくともセレクト期間Ｔｓ_Bの終わりを含むように、光照射部１４から光量Ｐｓ_Bで第２の書き込み光を、それぞれ照射する。なお、リセット期間Ｔｒ_Bおよびセレクト期間Ｔｓ_Bに印加するバイアス電圧の周波数はとくに限定されるものではなく、光変調部１の光導電層１３Ｂが単極性の場合には、直流パルスとすることが好ましい。
【０１３３】
図２７は、リセット期間Ｔｒ_Bにおける、バイアス電圧Ｖｒ_Bと書き込み光量Ｐｒ_BによるＨ層、Ｌ層の電気光学応答を示した図である。
【０１３４】
図２７のうち、図２７（Ａ）は、書き込み光量Ｐｒ_Bと光導電層のインピーダンスＺ_OBとの関係、図２７（ｂ）は、光導電層のインピーダンスＺ_OBと光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDとの関係、図２７（ｃ）は、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDに対する、Ｈ層、Ｌ層の反射率、図２７（ｄ）は、光照射部１４から光変調部１に照射する書き込み光１５の光量Ｐｒ_Bに対する、Ｈ層、Ｌ層の反射率をそれぞれ示している。
【０１３５】
さらに、図２８は、セレクト期間Ｔｓ_Bにおける、バイアス電圧Ｖｓ_Bおよび書き込み光量Ｐｓ_Bに対するＨ層、Ｌ層の電気光学応答を示した図である。
【０１３６】
図２８のうち、図２８（ａ）は、書き込み光量Ｐｓ_Bと光導電層のインピーダンスＺ_OBとの関係、図２８（ｂ）は、光導電層のインピーダンスＺ_OBと光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDとの関係、図２８（ｃ）は、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDに対する、Ｈ層、Ｌ層の反射率、図２８（ｄ）は、光照射部１４から光変調部１に照射する書き込み光１５の光量Ｐｓ_Bに対する、Ｈ層、Ｌ層の反射率をそれぞれ示している。
【０１３７】
図２９は、リセット期間Ｔｒ_Bおよびセレクト期間Ｔｓ_Bにおいて印加される電圧と照射される光量とを夫々選定した場合に各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【０１３８】
図２９において、リセット期間Ｔｒ_Bにおいては、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDが、それぞれ図２７に示したＶｃ_B、Ｖｄ_Bになるように、バイアス電圧Ｖｒ_BをＶ１_B、書き込み光量Ｐｒ_BをＰｃ_B、Ｐｄ_Bに選定し、セレクト期間Ｔｓ_Bにおいては、光変調素子１６Ｂの光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDが、それぞれ図２８に示したＶａ_B、Ｖｂ_Bになるように、バイアス電圧Ｖｓ_BをＶ２_B、書き込み光量Ｐｓ_BをＰａ_B、Ｐｂ_Bにそれぞれ選定する。
【０１３９】
すると、それぞれの組み合わせにおいて、Ｈ層、Ｌ層（各欄の左側がＨ層で、右側がＬ層）は、図中に、「○」および「●」で表示した配向状態となる。
【０１４０】
ここで、「○」はプレーナーによる選択反射状態、「●」はフォーカルコニックによる透過状態、をそれぞれ表している。
【０１４１】
これから明らかなように、本実施形態の光変調媒体を用いる本実施形態の光変調方法によれば、
Ｈ層、Ｌ層がプレーナーの状態、
Ｈ層、Ｌ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層がプレーナーで、Ｌ層がフォーカルコニックの状態、
Ｈ層がフォーカルコニックで、Ｌ層がプレーナーの状態、
の４種類の配向状態を得ることができる。
【０１４２】
図３０は、本実施形態の各光変調素子が、反射、吸収する光の波長および、各光変調素子に照射される光の波長を示す図である。
【０１４３】
図３０において、図３０（Ａ）は、各光変調素子１６Ａ、１６Ｂの、各光変調層が反射する読み出し光１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの波長を示し、図３０（Ｂ）は、各光吸収層７Ａ、７Ｂが吸収する光の波長を示し、図３０（Ｃ）は、各光導電層１３Ａ、１３Ｂが吸収する光の波長を示し、図３０（Ｄ）は、各光変調素子１６Ａ、１６Ｂに照射される書き込み光１５Ａ、１５Ｂの波長を示している。
【０１４４】
したがって、図２０に示すように、光変調媒体１が複数の光変調素子１６Ａ、１６Ｂを積層した構造となっていても、各光変調素子１６Ａ、１６Ｂを動作させる書き込み光１５Ａ、１５Ｂと、各光変調素子１６Ａ、１６Ｂで変調された読み出し光１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとの相互干渉を考慮することなく、各光変調素子１６Ａ、１６Ｂを、上述した書き込み方法によって個別に制御することができる。
【０１４５】
例えば、図３０に示したしきい波長λ_Aおよびλ_Bが、それぞれ５００ｎｍおよび６００ｎｍとなるように構成し、光変調素子１６Ａをブルーの色光を選択反射する表示素子とし、光変調素子１６Ｂを、光変調層８Ｂがグリーンの色光を選択反射するＨ層、および光変調層８Ｃがレッドの色光を選択反射するＬ層とする表示素子として光変調媒体を形成するとともに、書き込み装置２からバイアス電圧Ｖｒ、Ｖｓおよび書き込み光量Ｐｒ、Ｐｓを制御することにより、図３１に示すように、
（１）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐｂ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｄ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐａ_Bの書き込み信号によって、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）が混色されてホワイト（Ｗ）を表示する状態、
（２）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐａ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｃ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐｂ_Bの書き込み信号によって、各光変調層が透過状態（Ｔ）となりブラック（Ｋ）を表示する状態、
（３）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐｂ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｃ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐｂ_Bの書き込み信号によって、ブルー（Ｂ）を表示する状態、
（４）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐａ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｄ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐｂ_Bの書き込み信号によって、グリーン（Ｇ）を表示する状態、
（５）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐａ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｃ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐａ_Bの書き込み信号によって、レッド（Ｒ）を表示する状態、
（６）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐｂ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｄ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐｂ_Bの書き込み信号によって、ブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）が混色されたシアン（Ｃ）を表示する状態、
（７）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐａ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｄ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐａ_Bの書き込み信号によって、グリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）が混色されたイエロー（Ｙ）を表示する状態、
（８）Ｖｓ_A＝Ｖ１_A、Ｐｓ_A＝Ｐｂ_A、Ｖｒ_B＝Ｖ１_B、Ｐｒ_B＝Ｐｃ_B、Ｖｓ_B＝Ｖ２_B、Ｐｓ_B＝Ｐａ_Bの書き込み信号によって、ブルー（Ｂ）とレッド（Ｒ）が混色されたマゼンタ（Ｍ）を表示する状態、
の８つの表示状態を取りうるようになり、一画素内に、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーン、レッド、シアン、イエロー、マゼンタの、合計８色を表示することができる。
【０１４６】
次に、グリーンとレッドとを表示できる光変調媒体の実施例について説明する。
（実施例１）
グリーンの色光を選択反射するコレステリック液晶として、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶（セイミケミカル社製）を９５．０質量％、負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶（１-n-ブトキシ-４-（４'-トランス-n-ペンチルシクロヘキシルカルボキシ）-２,３-ジシアノベンゼン）を５．０質量％混合し、この混合物に対して、カイラル成分１（メルク社製Ｒ８１１）を１４．４質量％、カイラル成分２（メルク社製Ｒ１０１１）を３．６質量％混合した。
【０１４７】
レッドの色光を選択反射するコレステリック液晶として、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶（メルク社製ＺＬＩ３８０６）を８４．０質量％、カイラル成分１（メルク社製Ｒ８１１）を１２．８質量％、カイラル成分２（メルク社製Ｒ１０１１）を３．２質量％混合した。
【０１４８】
ＩＴＯ透明電極をスパッタした０．７ｍｍ厚のガラス基板（コーニング社製７０５９）の上に、カーボンブラック顔料を分散させたポリビニルアルコール水溶液を２μｍ厚にスピンコートして光吸収層を形成した。さらに、液晶垂直配向膜（日産化学社製ＳＥ７５１１Ｌ）を１０ｎｍ厚にスピンコート塗布し、その上に、１０μｍ径の球状スペーサー（積水ファインケミカル社製ＳＰ２１０）を０．２質量％分散させた上記レッドのコレステリック液晶を滴下し、プラスチックフレームで支持した４．５μｍ厚のＰＥＴフィルム（東レ社製ルミラー）を密着させた。さらにその上に、１０μｍ径の球状スペーサー（積水ファインケミカル社製ＳＰ２１０）を０．２質量％分散させた上記グリーンのコレステリック液晶を滴下し、ＩＴＯ透明電極をスパッタした０．７ｍｍ厚のガラス基板（コーニング社製７０５９）を密着させて、光変調媒体とした。
【０１４９】
得られた光変調媒体に、任意波形発生器（バイオ―メーション社製２７１４Ａ）を制御部、高圧電源（トレック社製６０９Ｃ）を電圧印加部とする書き込み装置に接続した。
【０１５０】
書き込み装置から光変調媒体に、５０Ｈｚのリフレッシュ信号を２００ｍｓ、５０Ｈｚのセレクト信号を２００ｍｓ印加し、光変調媒体からの読み出し光を、積分球型分光測色計（ミノルタ社製ＣＭ２０２２）を用いて測定し、電気光学応答を求めた。
【０１５１】
なお、各光変調層の特性を個別に評価するため、上記した光吸収層を裏面に形成した１０ｕｍギャップの垂直配向型ガラスセル（ＥＨＣ社製）に、上記のグリーンおよびレッドの各コレステリック液晶をそれぞれ毛管注入した評価用サンプルを作成し、上記方法を用いて電気光学応答を求め、誘電体用インピーダンス測定器（ソーラトロン社製１２９６６０Ｗ）を用いて誘電特性を求めた。
（比較例）実施例において、グリーンの色光を選択反射するコレステリック液晶として、負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶を添加しないものを比較例として作成した。
【０１５２】
図３２は、光変調媒体の読み出し光のスペクトル（測定値）を示す図であり、図３２（Ａ）は、実施例を示し、図３２（Ｂ）は、比較例を示している。
【０１５３】
図からわかるように、負の誘電率異方性を有するジシアノ系ネマチック液晶を混合した実施例のグリーン色を表示する液晶を有する光変調媒体は、比較例よりも反射率が高く、特にグリーン色における改善度合いが顕著であることがわかる。
【０１５４】
図３３は、読み出し光の色度図（ａ＊，ｂ＊）を示す図であり、図中の○印は、実施例を示し、●印は、比較例を示す。
【０１５５】
図から明らかなように、実施例の光変調媒体は、比較例よりも色再現域が広く、特にグリーン色における改善度合いが顕著であることがわかる。
【０１５６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の光変調媒体および書き込み方法によれば、光変調媒体が備える光変調素子の光変調層個別のパラメータを最適化し、所定の動作マージンを確保することができるので、表示の色調のコントラストを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正の誘電率異方性を有するネマチック液晶群の比誘電率と閾値電圧との関係を示す図である。
【図２】各種の正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶を用いて形成した、単独の光変調層からなる光変調素子の静電容量と、閾値電圧との実測結果を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置を示す図である。
【図４】正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶の状態を示す図である。
【図５】パルス電圧が印加された直後のコレステリック液晶の光学特性を示す模式図である。
【図６】本実施形態の光変調媒体の等価回路を示す図である。
【図７】光変調素子１ａの光変調層全体に所定の電圧Ｖ_Dが印加された場合の、各光変調層８Ａ、８Ｂの電気光学応答を示す模式図である。
【図８】書き込み装置２から印加されるバイアス電圧を示す図である。
【図９】リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにおいて印加される電圧と各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【図１０】本実施形態の光変調媒体による光変調表示を示す図である。
【図１１】分子短軸方向にシアノ基を有し、負の誘電率異方性をもつ化合物を示す。
【図１２】第２の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置とを示す図である。
【図１３】本実施形態の光変調媒体の等価回路を示す図である。
【図１４】光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dに対する、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を示す模式図である。
【図１５】光変調層全体に印加される電圧Ｖ_Dに対する、各光変調層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を示す模式図である。
【図１６】リセット期間Ｔｒにおける、バイアス電圧Ｖｒおよび書き込み光量Ｐｒに対するＨ層、Ｍ層、Ｌ層の電気光学応答を示す図である。
【図１７】セレクト期間Ｔｓにおける、バイアス電圧Ｖｓおよび書き込み光量Ｐｓに対するＨ層、Ｍ層、Ｌ層の電気光学応答を示す図である。
【図１８】リセット期間Ｔｒおよびセレクト期間Ｔｓにおいて印加される電圧と各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【図１９】本実施形態の光変調媒体を用いる光変調表示を示す図である。
【図２０】第３の実施形態の光変調媒体および光変調方法に用いる書き込み装置とを示す図である。
【図２１】本実施形態における光変調素子１６Ａの等価回路を示す。
【図２２】光変調素子１６Ｂの等価回路を示す図である。
【図２３】光変調素子１６Ｂの各光変調層全体に印加される電圧Ｖ_DDに対する、各光変調層８Ｂ、８Ｃの電気光学応答を示す模式図である。
【図２４】バイアス電圧Ｖｓ_Aの印加と書き込み光量Ｐｓ_Aの照射とを示す図である。
【図２５】バイアス電圧の印加と書き込み光量の照射状態を示す図である。
【図２６】バイアス電圧および書き込み光量に対する光変調層８Ａの電気光学応答を示す図である。
【図２７】リセット期間Ｔｒ_Bにおける、バイアス電圧Ｖｒ_Bと書き込み光量Ｐｒ_BによるＨ層、Ｌ層の電気光学応答を示した図である。
【図２８】セレクト期間Ｔｓ_Bにおける、バイアス電圧Ｖｓ_Bおよび書き込み光量Ｐｓ_Bに対するＨ層、Ｌ層の電気光学応答を示した図である。
【図２９】リセット期間Ｔｒ_Bおよびセレクト期間Ｔｓ_Bにおいて印加される電圧と照射される光量とを夫々選定した場合に各光変調層の電気光学状態を示す図である。
【図３０】本実施形態の各光変調素子が、反射、吸収する光の波長および、各光変調素子に照射される光の波長を示す図である。
【図３１】光変調媒体の表示状態を示す図である。
【図３２】光変調媒体の読み出し光のスペクトル（測定値）を示す図であり
【図３３】読み出し光の色度図（ａ＊，ｂ＊）を示す図であり
【符号の説明】
１光変調媒体
１ａ，１６光変調素子
２書き込み装置
３，４基板
５，６電極
７光吸収層
８，１３光導電層
９制御部
１０電圧印加部
１１バイアス電圧
１２読み出し光
１４光照射部
１５書き込み光

Claims

一対の基板間に、所定の電界の印加により電気光学特性が変化するコレステリック液晶からなる複数の光変調層が積層された光変調素子を有する光変調媒体であって、
前記光変調素子の第１の光変調層および第２の光変調層は、配向状態がプレーナからフォーカルコニックに遷移する個別の閾値電界相互の比が０．３以上であり、かつ配向状態がプレーナにおける個別の誘電率相互の比が４以上であることを特徴とする光変調媒体。
前記複数の光変調層のうち、少なくとも１つの光変調層を形成するコレステリック液晶は、正の誘電率異方性を有する液晶化合物と負の誘電率異方性を有する液晶化合物とが混合されたものであって、正の誘電率異方性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光変調媒体。
前記負の誘電率異方性を有する液晶化合物は、液晶分子の短軸方向に極性基を有するものであって、該短軸方向の極性基のうちの少なくとも１つは、シアノ基であることを特徴とする請求項２記載の光変調媒体。
前記複数の光変調層それぞれを形成するコレステリック液晶は、入射された光のうち特定の波長域の光を選択反射するものであって、該波長域相互が異なるものであることを特徴とする請求項１記載の光変調媒体。
前記一対の基板それぞれの内面に電極が形成されたものであって、
前記複数の光変調層は、前記電極間に積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の光変調媒体。
前記光変調素子は、電極間に前記複数の光変調層が積層されるとともに、該電極間に、光の照射により抵抗値が変化する光導電層が積層されたものであることを特徴とする請求項５記載の光変調媒体。
一対の基板それぞれの内面に形成された電極間に、所定の電界の印加により配向状態が変化するコレステリック液晶からなる複数の光変調層が積層された光変調素子を有する光変調媒体であって、
前記複数の光変調層のうち、第１の光変調層および第２の光変調層は、配向状態がプレーナからフォーカルコニックに遷移する個別の閾値電圧相互の比が０．３以上であり、かつ配向状態がプレーナにおける個別の誘電率相互の比が４以上である光変調媒体を用意し、
前記光変調媒体の、前記電極間に、前記複数の光変調層の配向状態を変化させる、複数の電圧を順次印加し、該複数の光変調層それぞれをプレーナ、又はフォーカルコニックに遷移させることにより、該複数の光変調層それぞれの電気光学特性の組み合わせに応じた色調を表示させることを特徴とする光変調方法。
前記複数の光変調層それぞれを形成するコレステリック液晶は、入射された光のうち特定の波長域の光を選択反射するものであって、該波長域相互が異なるものであることを特徴とする請求項７記載の光変調方法。
前記光変調媒体は、前記電極間に前記複数の光変調層とともに、光の照射により抵抗値が変化する光導電層が積層されたものであって、
前記電極間への前記複数の電圧の印加にあわせて、該光導電層に所定光量の光を照射することにより該複数の光変調層それぞれの電気光学特性の組み合わせに応じた色調を表示させることを特徴とする光変調方法。
前記光変調媒体は、前記光変調素子に加えて、１対の電極間に少なくとも１つの前記光変調層と前記光導電層とが積層された光変調素子を備えるものであって、該光導電層相互に波長域が異なる前記光を照射することを特徴とする請求項９記載の光変調方法。