JP2007101908A - 光変調素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮光層中の樹脂塗料成分などが液晶中に溶出することにより、液晶層の挙動が不安定になるのを回避した安定性に優れた光変調素子を提供することである。
【解決手段】 一対の電極間に挟持され、画像情報に対応する露光光の照射と、前記一対の電極間に印加される電圧との双方の刺激により、露光光が担持する画像と同一の可視画像が書き込まれる光変調素子であって、前記露光光の照射により該露光光の強度分布に応じた電気的特性分布を示す光導電層と、前記一対の電極に印加された電圧の、前記光導電層の電気的特性分布に応じて分布した分圧が印加され、該分圧に応じて光学的特性分布による可視画像が記録される液晶層と、前記光導電層と前記液晶層とに挟まれた位置に形成された遮光層と、を少なくとも有し、該遮光層が部分けん化ポリビニルアルコールを含む光変調素子である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、少なくとも光導電層と遮光層と液晶層とを積層してなる光変調素子に関する。

従来、光変調素子としては、電気光学効果、磁気光学効果、音響光学効果等を利用するものが知られているが、変調の高精細化、高速化に限界があることから、光学的に光変調するものが注目されている。この光学的に変調を行う光変調素子としては、光導電層と液晶層とを組み合わせたものや、強誘電性液晶とフォトクロミック化合物の混合物を用いたものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来から用いられている光導電層と液晶層とを組み合わせた光変調素子の断面図である。
図５に示す光変調素子は、フィルムなどの基板２０、２６上に形成された一対の電極２１、２５の間に、液晶層２２と、光導電層２４と、該液晶層２２と光導電層２４とに挟まれた位置に形成された遮光層２３とからなる。

この光変調素子では、電極２１、２５間に電圧が印加されると、液晶層２２、遮光層２３、および光導電層２４には、それぞれの分圧が印加される。その状態で光導電層２４に書込光（露光光）２８が照射されると、その照射された書込光２８に応じて光導電層２４の抵抗分布が変化するため、書込光２８に応じて液晶層２２に印加される分圧が高くなる。液晶層２２に印加される電圧分布が変化すると液晶の配向が変化するので、書込光２８に応じた情報が液晶層２２に表示・記録される。また、この配向分布の変化は、光変調素子に透過率、吸収率、反射率などの光学的特性分布をもたらすため、変調素子として機能することができる。

一方、液晶層２２に書き込まれたこの光学的特性分布を、光に媒介させて読み取るため、液晶層２２に読取光２７を入射させるが、その読取光２７が液晶層２２を透過して光導電層２４に入射すると光学的特性分布が変化するおそれがあるため、液晶層２２と光導電層２４との間に遮光層２３を設け、その読取光２７が光導電層２４に入射しないようにしている。

遮光層２３には、一般的に顔料や染料をアクリル樹脂などの疎水性樹脂に分散させた樹脂塗料が用いられている。そのような構成の遮光層２３が液晶層２２と直接接すると、液晶が溶媒となって遮光層２３を溶解したり、遮光層中の顔料や染料の成分や界面活性剤、硬化剤などの添加剤が液晶層２２に溶出したりする場合があった。そして、液晶層中にそれらの物質が溶出すると、液晶層２２の抵抗値が変化し、光変調素子に印加された電圧によるそれぞれの層に加わる分圧のバランスがくずれるため、液晶層２２の挙動が不安定になるという問題があった。
特開２００１−１５４２１９号公報

本発明は、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、遮光層中の成分などが液晶中に溶出することにより、液晶層の挙動が不安定になるのを回避した安定性に優れた光変調素子を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞ 一対の電極間に挟持され、画像情報に対応する露光光の照射と、前記一対の電極間に印加される電圧との双方の刺激により、露光光が担持する画像と同一の可視画像が書き込まれる光変調素子であって、
前記露光光の照射により該露光光の強度分布に応じた電気的特性分布を示す光導電層と、前記一対の電極に印加された電圧の、前記光導電層の電気的特性分布に応じて分布した分圧が印加され、該分圧に応じて光学的特性分布による可視画像が記録される液晶層と、前記光導電層と前記液晶層とに挟まれた位置に形成された遮光層と、を少なくとも有し、該遮光層が部分けん化ポリビニルアルコールを含む光変調素子である。

＜２＞ 前記部分けん化ポリビニルアルコールのけん化度が、９７モル％未満である＜１＞に記載の光変調素子である。

＜３＞ 前記部分けん化ポリビニルアルコールの重合度が、３００〜２０００の範囲である＜１＞または＜２＞に記載の光変調素子である。

本発明によれば、遮光層中の成分などが液晶中に溶出することにより、液晶層の挙動が不安定になるのを回避した安定性に優れた光変調素子を提供することができる。

本発明の光変調素子は、一対の電極間に挟持され、画像情報に対応する露光光の照射と、前記一対の電極間に印加される電圧との双方の刺激により、露光光が担持する画像と同一の可視画像が書き込まれる光変調素子であって、前記露光光の照射により該露光光の強度分布に応じた電気的特性分布を示す光導電層と、前記一対の電極に印加された電圧の、前記光導電層の電気的特性分布に応じて分布した分圧が印加され、該分圧に応じて光学的特性分布による可視画像が記録される液晶層と、前記光導電層と前記液晶層とに挟まれた位置に形成された遮光層と、を少なくとも有し、該遮光層が部分けん化ポリビニルアルコールを含むことを特徴とする。

前述のように、上記構成において遮光層にアクリル樹脂などを用いた場合には、遮光層中の成分が液晶層に溶出してしまう。これは、有機溶剤に可溶なアクリル樹脂等が液晶と相溶するため、遮光層中の成分が溶出したり、また、液晶に溶けない水溶性樹脂を用いた場合では、顔料等の分散性が不十分なために、液晶層側の遮光層表面に顔料が突出しそこから直接前記成分が溶出したりすることで発生する。

本発明者等は、上記問題に対し鋭意検討した結果、前記遮光層のバインダーとして部分けん化ポリビニルアルコールを用いることにより、遮光層からの溶出が抑えられ液晶層の抵抗が変化することがなく、長期にわたって安定した液晶層の反射率が得られることを見出した。

すなわち、ポリビニルアルコールは水溶性樹脂であり液晶に不溶な材料であるため、これを遮光層用の材料として用いることは有効である。しかし、従来から知られている完全けん化ポリビニルアルコールを用いた場合には、ポリビニルアルコール自体の結晶性が高く、液晶と遮光層内の成分との分離能力には優れており、特開２００３−５２１０号公報のように遮光層と液晶との間に隔離層として別途設けるような使用方法には適している。しかし、その場合、作製プロセスも増える上、光変調素子自身の厚みも厚くなるデメリットがあった、またバインダーとして用いる場合は、完全けん化ポリビニルアルコールは、逆に顔料等の分散が十分でなく、前記のように、遮光層の表面から顔料が突出してしまい不純物等の溶出が避けられないことがわかった。

一方、部分けん化ポリビニルアルコールを用いた場合には、顔料等が良好に分散され、遮光層表面に直接顔料等が露出することがなく、ポリビニルアルコールの良好な耐液晶性を維持しつつ顔料そのものからの不純物の溶出をも回避することができる優れた遮光層が得られることがわかった。
そして、上記部分けん化ポリビニルアルコールを遮光層に含ませる（バインダーとする）ことにより、初めて耐溶出性と良好な分散性とを有する遮光層を備えた本発明の光変調素子を達成することができた。

ポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルの酢酸（アセチル）基を水酸基に置き換えることにより得られ、その合成反応をけん化という。本発明におけるポリビニルアルコールのけん化度は、ポリビニルアルコール中の酢酸（アセチル）基と水酸基との合計数に対する水酸基数を百分率で示す。そして、本発明における部分けん化ポリビニルアルコールとは、上記けん化においてアセチル基の水酸基化した率が９７％未満の（これを「完全けん化ポリビニルアルコール」とする）側鎖としての水酸基とアセチル基とが混在しているものを言う。詳細については後述する。

以下、図面を用いて本発明の光変調素子を説明する。
図１は、本発明の光変調素子の一例を示す断面図である。図１に示す光変調素子は、それぞれＩＴＯからなる透明電極（電極）３２、３６を備えた透明基板３１、３７上に、所定の波長の露光光（書き込み光）が照射されると抵抗値が小さくなる光導電層としての有機光導電体（ＯＰＣ）層３５と、ＯＰＣ層３５の抵抗値の変化に対応して電極間に印加された電圧の分圧が変化し、その分圧の変化に基いて配向分布が変化し光学的特性分布に応じた情報が記録される液晶層３３と、ＯＰＣ層３５と液晶層３３とに挟まれた位置に形成され、外部光源からの光や露光光の波長の光などを吸収する遮光層３４と、が形成されている。

透明基板３１、３７は、絶縁性を有する、ガラス及びシリコン等の無機シート、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、及びポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを用いて構成される。
透明基板３１、３７の厚みは、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。

透明電極３２、３６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いているが、ＩＴＯ以外にも、Ａｕなどの金属薄膜、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなど酸化物、ポリピロールなどの導電性高分子の薄膜など、透光性の電気導電体を用いることができる。また、本実施形態の光変調素子の一対の透明電極３２、３６は、透明基板３１、３７上にスパッタリングされて形成されているが、必ずしもスパッタリングによる必要はなく、印刷、ＣＶＤ、蒸着などにより形成することもできる。

透明電極３２、３６の形態及び駆動方式としては、本発明においては両電極共に表示領域に共通の電極とし、駆動方式は特開２００３−１４０１８４号公報と特開２０００−１１１９４２号公報とに記載の駆動方式を用いて駆動させている。しかし、透明基板３１側の電極３２と透明基板３７側の電極３６の一方を光変調素子に表示する画像の各画素に共通の電極とし、他方を各画素に個別の電極とするセグメント駆動方式、電極３２と電極３６を互いに直交する方向に各々ストライプ状に形成して、互いに対峙する位置を１つの画素に対応する領域とする単純マトリクス駆動方式、電極３２及び電極３６の一方を各画素に共通の電極とし、他方を互いに直交するストライプ状の走査電極及び信号電極からなるものとして、これにＴＦＴやＭＩＮ等の能動素子を設けるアクティブマトリックス駆動方式等であってもよい。

液晶層３３には、本発明では、カイラルネマチック液晶（コレステリック液晶）をゼラチンバインダー中に分散させたＰＤＬＣ（Polymer Network Liquid Crystal）構造を採用しているが、この構造に限ることなく、コレステリック液晶をリブを介し電極間距離を固定したセルに配置する方式やカプセル液晶化することにより実現してもよい。また、液晶もコレステリック液晶に限ることなく、スメクチックＡ液晶、ネマチック液晶、ディスコティック液晶などが利用できる。
また、カイラルネマチック液晶、表面安定化カイラルスメクチックＣ液晶、双安定ねじれネマチック液晶、微粒子分散液晶などのメモリー性液晶を用いることにより、本発明の光変調素子を、光記録媒体や画像記録媒体として利用することができる。

なお、液晶の光学的特性変化を補助する補助部材として、偏光板、位相差板、反射板などの受動光学部品と併用したり、液晶中に２色性色素を添加したりしてもよい。
なお、液晶層３３の膜厚は通常１〜５０μｍの範囲で用いられることが好ましい。

液晶材料としては、シアノビフェニル系、フェニルシクロヘキシル系、フェニルベンゾエート系、シクロヘキシルベンゾエート系、アゾメチン系、アゾベンゼン系、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系、スチルベン系、トラン系など公知の液晶組成物が利用できる。液晶材料には２色性色素などの色素、微粒子などの添加剤を加えてもよく、高分子マトリクス中に分散したものや、高分子ゲル化したものや、マイクロカプセル化したものでもよい。また、液晶は高分子、中分子、低分子のいずれでもよく、またこれらの混合物でもよい。

光導電層としては、（ａ）無機半導体材料として、アモルファス・シリコンや、ＺｎＳｅ、ＣｄＳなどの化合物半導体からなる層、（ｂ）有機半導体材料として、アントラセン、ポリビニルカルバゾールなどからなる層、（ｃ）光照射によって電荷を発生する電荷発生材料及び電界によって電荷移動を生ずる電荷輸送材料の混合物や積層体からなるいわゆるＯＰＣ層などが挙げられる。

前記電荷発生材料としては、例えば、ペリレン系、フタロシアニン系、ビスアゾ系、ジチオピトケロピロール系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チアピリリウム・ポリカーボネート系化合物などが挙げられる。また、前記電荷輸送材料としては、例えば、トリニトロフルオレン系、ポリビニルカルバゾール系、オキサジアゾール系、ピラリゾン系、ヒドラゾン系、スチルベン系、トリフェニルアミン系、トリフェニルメタン系、ジアミン系化合物や、ＬｉＣｌＯ₄を添加したポリビニルアルコ−ルやポリエチレンオキシドのようなイオン導電性材料などが、また電荷発生材と電荷輸送材との複合体として、積層体、混合物、マイクロカプセルなど、が利用できる。

図１に示した構成では、光導電層として２つの電荷発生層（ＣＧＬ）３８、４０、及び電荷輸送層（ＣＴＬ）３９とからなる有機感光体（ＯＰＣ）層３５が用いられている。
なお、光導電層の膜厚は１〜１００μｍの範囲で用い、露光光照射時と露光光非照射時の抵抗比は大きい方が望ましい。

遮光層３４は、外部光源等からなる読出光の光やＯＰＣ層を透過した露光光の波長の少なくとも一部を吸収し、電気抵抗が高い材料が用いられる。遮光層３４に必要な光学濃度は、ＯＰＣ層３５の感度と読出光の強度に依存するため一概に規定できないが、少なくとも遮光層べき波長範囲びおいて、１以上、より好ましくは２以上が望ましい。また、遮光層３４の電気抵抗は、遮光層内の電流によって解像度の低下を引き起こさないように、少なくとも体積抵抗率で１０⁸Ω・ｃｍ以上とすることが望ましい。さらに、液晶層３３に加わる分圧の変化分を大きくするためには、遮光層３４の静電容量が大きい程よいので、誘電率が大きく膜厚が薄い方が好ましい。

ここで、ＯＰＣ層３５に画像情報に対応する露光光を照射すると同時に、透明電極３２、３７に矩形電圧を印加することで、メモリー性を有する液晶層３３に画像パターンを記録することができる。この画像パターンは、外光を取り込んで反射させることで図１に示すように可視化される。すなわちこの場合には、本発明の光変調素子を反射型の画像記録媒体として利用することができる。

この場合、ＯＰＣ層側（図における下側）からの透過光により視認性が低下するのを防止するためには、遮光層３４は液晶層３３に記録された画像パターンを読取る読み出し光の波長域だけでなく可視波長域（４００〜８００ｎｍ）全域に亘り吸収することが好ましい。光学濃度は少なくとも１以上、より好ましくは２以上が望ましい。特に視感度が高い４００〜７００ｎｍの波長域の光学濃度を高くすると視認性の低下を防止する効果が高い。

この画像記録媒体としての用途において遮光する読み出し光は、観察者が視認できる可視波長域の外部光（太陽光や室内光）ということになるが、紫外光や赤外光など可視波長域以外の光であっても、ＯＰＣ層３５がこの波長域にも感度を有するといわゆるかぶりが生じ、液晶層３３へ情報を記録したり、記録した情報の保持に影響を及ぼしたりする場合がある。

したがって、遮光層３４は、用途によっては、ＯＰＣ層３５が感度を有する、露光光として利用可能なすべての波長域を吸収することが好ましい。

遮光層３４としては、顔料を分散した樹脂、染料を溶解した樹脂などの樹脂色材が利用できるが、本発明ではこれらの樹脂（バインダー）に部分けん化ポリビニルアルコールが含まれる。本発明における部分けん化ポリビニルアルコールとしては、けん化度が９７モル％未満のものを用いることが好ましい。より好ましくは、７０〜９０モル％の範囲のものを用いる。

けん化度が９７モル％以上（完全けん化）では、顔料等の分散性が悪化する。

また、上記部分けん化ポリビニルアルコールの重合度は、３００〜２０００の範囲であることが好ましく、５００〜１３００の範囲であることがより好ましい。重合度が３００に満たないと、遮光層としての強度が十分確保できないため、顔料等の成分溶出の防止能力が低下する。また重合度が２０００を超えると、層形成のための液粘度が高くなりすぎ取り扱いが困難になる上、顔料の分散度が低下するため、顔料の成分が液晶に溶出し光変調素子の性能が低下する。

なお、前記けん化度及び重合度は、ＪＩＳ Ｋ６７２６：１９９４に従い、各々求めることができる。

本発明における遮光層用のバインダーとしては、上記部分けん化ポリビニルアルコールが含まれていればよく、バインダー全部が部分けん化ポリビニルアルコールであってもよいし、他の樹脂を混合して用いてもよい。

上記他の樹脂としては、水溶性樹脂を用いることが好ましく、具体的にはカルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基、水酸基、ポリエチレングリコール骨格、アミド基、メチロールアミン基などの親水基を有する樹脂で、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキシド、アクリルアミド、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂などが利用できる。グリオキザールやポリイソシアナートなどの架橋剤を添加してもよい。ただし、液晶中に不純物を溶出させないという観点から、これらの材料は非イオン性を有するものであることが好ましい。

他の樹脂を用いる場合には、その使用量は部分けん化ポリビニルアルコール１００質量部に対して１〜９０質量部の範囲とすることが好ましい。

前記顔料としては、カーボンブラック、酸化クロムなどの無機顔料、アゾ顔料やフタロシアニン顔料などの有機顔料などが利用できる。また前記染料としては、ニトロソ染料、ニトロ染料、アゾ染料、スチルベンアゾ染料、ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、アクリジン染料、キノリン染料、ポリメチン染料、チアゾール染料、インドフェノール染料、アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料、硫化染料、アミノケトン染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料などが利用できる。

なお、本発明における遮光層中の顔料と樹脂との質量比（顔料／樹脂）は、２０／８０〜４０／６０の範囲とすることが好ましく、２５／７５〜３５／６５の範囲とすることがより好ましい。

遮光層は、前記顔料及び樹脂を水性インキの形態にして、ロールコート、スピンコート、バーコート、ディップコート、ダイコート、グラビア印刷、フレクソ印刷、スクリーン印刷などの塗布法で形成させることができる。

前記水性インキの主溶剤は当然水であるが、消泡剤、増粘剤、フィラーなどの添加剤を加えてもよい。なお、高電気抵抗を得るため、塗膜を加熱乾燥するなど、溶媒である水を十分に除去する必要がある。

なお、前記部分けん化ポリビニルアルコールを水に溶解した場合には、比較的粘度が高く、塗布を行うための液粘度調整がしやすいという利点がある。
このようにして形成した遮光層の膜厚は、０．５〜３．０μｍの範囲とすることが好ましく、０．７〜２．０μｍの範囲とすることがより好ましい。

本発明における遮光層中の顔料分散状態は、少なくとも塗布乾燥後の遮光層表面を顕微鏡観察（１０００倍程度）したときに、表面に単独で露出している顔料が存在しないことが好ましい。

次に、本発明の光変調素子を用いた光変調媒体について簡単に説明する。なお本発明においては、下記光変調媒体を含めて光変調素子という場合がある。
図２は、本発明の光変調素子を用いた光変調媒体の一例を示す概略図である。 図２に示す光変調媒体（光変調部）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、それぞれ透明電極５Ａ、６Ａが内面に形成された基板３Ａ、４Ａの間に、読み出し光１２Ａを反射する液晶層８Ａ、遮光層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を反射する液晶層８Ｂ、遮光層７Ｂ、光導電層１３Ｂが積層されている。また、基板４Ａと３Ｂとは共通の基板としてもよい。

この光変調媒体に用いる書き込み装置（書き込み部）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、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（露光光）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（露光光）１５Ｂを照射する光照射部１４と、電圧印加部１０および光照射部１４を制御し同調させる制御部９とにより構成されている。

この光変調媒体は２つの光変調素子を有し、それらの構成は基本的に前述の本発明の光変調素子と同様であるが、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波長特性の材料を選択するように構成する。

このように構成することにより、例えば書き込み光１５Ａを青色、１５Ｂを赤色とし、読み出し光１２Ａとして青色、１２Ｂとして赤色とし、遮光層７Ａを読出し光１２Ａと書き込み光１５Ａとを吸収する赤色（または黄色）、７Ｂを読出し光１２Ｂと書き込み光１５Ｂとを吸収する青色（またはシアン色）とすることで、露光光と読出光とが混在することなく、カラーのアドレス光照射に対してカラー画像を書込み・表示することができる。

すなわち、図２に示した光変調媒体の駆動は、書き込み部２の電圧印加部１０から、液晶層８Ａ、８Ｂの動作しきい値電圧を考慮したバイアス電圧１１Ａ、１１Ｂを印加するとともに、光照射部１４から、各光導電層１３Ａ、１３Ｂの光感度を考慮した強度の書き込み光１５Ａ、１５Ｂを照射して液晶層の光学状態を変化させることにより、読み出し光１２Ａ、１２Ｂの反射状態を変化させる。バイアス電圧１１Ａ、１１Ｂを印加するタイミング、および書き込み光１２Ａ、１２Ｂを照射するタイミングは、各光アドレス型光変調層１６Ａ、１６Ｂが動作するのに必要なバイアス電圧と書き込み光の強度の組合せ１１Ａおよび１５Ａ、１１Ｂおよび１５Ｂが少なくとも一部で重なるように、制御部９で調整される。

図２に示す光変調媒体において、画像を担持する書き込み光１５Ａ，１５Ｂが裏面側から入射する。各光変調素子１６Ａ，１６Ｂそれぞれを構成する光導電層１３Ａ，１３Ｂは、相互に異なる波長域の入射光を吸収し、その吸収する波長域を除く波長域の入射光は透過する。光導電層１３Ａは、Ｂ色（青色）を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｇ色（緑色）およびＲ色（赤色）の光は透過するので、Ｇ色およびＲ色の光では抵抗値は変化しない。また、光導電層１３Ｂは、Ｒ色の光を吸収すると、抵抗値が低下するが、Ｂ色およびＧ色の光は透過するので、Ｂ色およびＧ色の光では抵抗値は変化しない。

各光導電層１３Ａ，１３Ｂに書き込み光が照射され、抵抗値が低下するのに伴って、各液晶層８Ａ，８Ｂに印加される分圧が増加し、各液晶層８Ａ，８Ｂの反射波長域に対する反射率が高くなる。すなわち、読み出し光（外光）のうちの１２ＡのＢ色は、光変調媒体１の基板３Ａ側から入射され、光変調素子１６Ａのうち、Ｂ色の光の書き込み光の照射により、Ｂ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ａで反射し、再び基板３Ａを透過しＢ色に表示される。また、露光光が照射照されてない箇所では、液晶層８Ａは透過状態となり、読出し光１２Ａは液晶層８Ａを透過し遮光層７Ａで吸収され、Ｂ色は表示されない。また読み出し光のうちの１２ＢのＲ色の光は、光変調素子１６Ａを透過し、光変調素子１６Ｂのうち、Ｒ色の光の書き込み光の照射により、Ｒ色の光の波長域の反射率が高くなった液晶層８Ｂで反射し、再び光変調素子１６Ａを透過しＲ色が表示される。また、Ｒ色の書込み光が照射されない場合は、液晶層８Ｂは透過状態となり、読出し光１２Ｂは液晶層８Ｂを透過し遮光層７Ｂで吸収され、Ｒ色は表示されない。

この光変調媒体は、画像を担持する書き込み光１５Ａ，１５Ｂが裏面側から入射されて画像が書き込まれ、画像が書き込まれた後に画像読み出し用の読み出し光１２Ａ，１２Ｂが表面側から入射されてその表面側で画像が読み出される。

光照射部１４は、任意の強度の書き込み光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ランプ等の光源との組み合わせなどの、液晶プロジェクター、ＤＬＰプロジェクター等でもよく、特に限定されるものではない。

なお、各液晶層８Ａ、８Ｂに用いられる色はＢ色とＲ色に限られず、組合せ、積層順はこの例に限られるものではない。

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。

図４は、本発明の光変調素子を用いた他の光変調媒体の一例を示す概略図である。
図４において、光変調媒体５１は、読み出し光のうちそれぞれ異なる色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を変調する３つの光変調素子５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃが積層された構造となっている。光変調素子５３Ａは、内面に電極５６Ａを設けた基板５４Ａと、内面に電極５７Ａを設けた基板５５Ａとの間に、読み出し光６６が出射される表面側から書き込み光６５が出射される裏面側に向かって順に、Ｂ（ブルー）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層５８Ａ、Ｂ色の光を吸収するＹ（イエロー）色の遮光層６０Ａ、およびＢ色の光を吸収するＹ（イエロー）色の光導電層５９Ａが積層されている。

また、光変調素子５３Ｂは、内面に電極５６Ｂを設けた基板５４Ｂと、内面に電極５７Ｂを設けた基板５５Ｂとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｇ（グリーン）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層５８Ｂ、Ｇ色の光を吸収するＭ（マゼンタ）色の遮光層６０Ｂ、およびＧ色の光を吸収するＭ色の光導電層５９Ｂがそれぞれ積層されている。

さらに、光変調素子５３Ｃも同様に、内面に電極５６Ｃを設けた基板５４Ｃと、内面に電極５７Ｃを設けた基板５５Ｃとの間に、表面側から裏面側に向かって順に、Ｒ（レッド）色の光を選択反射するコレステリック（カイラルネマチック）液晶層５８Ｃ、Ｒ色の光を吸収するＣ（サイアン）色の光分離層６０Ｃ、およびＲ色の光を吸収するＣ色の光導電層５９Ｃがそれぞれ積層されている。

この光アドレス型空間光変調素子５１は、書き込み部５２に接続することにより書き込み及び読み出しが可能となる。
書き込み部５２は、各光アドレス型光変調層５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃの電極５６Ａと５７Ａ間、５６Ｂと５７Ｂ間、５６Ｃと５７Ｃ間にそれぞれバイアス電圧６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを印加する電圧印加部６１と、変調された書き込み光６５を光変調媒体５１に照射する光照射部６３と、電圧印加部６１および光照射部６３を制御する制御部６２とにより構成されている。

上記構成により、書き込み光６５Ａは、光変調素子５３Ｂ、５３Ｃに吸収されることなく光変調素子５３Ａの光導電層５９Ａに入射されるとともに、光導電層５９Ａおよび光吸収層６０Ａにより吸収され、液晶層５８Ａ側への漏光が防止される。また、書き込み光６５Ｂは、光変調素子５３Ｃに吸収されることなく光変調素子５３Ｂの光導電層５９Ｂに入射されるとともに、光導電層５９Ｂおよび遮光層６０Ｂにより吸収され、液晶層５８Ｂ側への漏光が防止される。さらに、書き込み光６５Ｃは、光変調素子５３Ｃの光導電層５９Ｃに入射されるとともに、光導電層５９Ｃおよび遮光層６０Ｃにより吸収され、液晶層５８Ｃ側への漏光が防止される。

一方、読み出し光６６Ｃは、光変調素子５３Ａ、５３Ｂに吸収されることなく光変調素子５３Ｃの液晶層５８Ｃに入射されるとともに、遮光層６０Ｃによって光導電層５９Ａ側への漏光が防止され、読み出し光６６Ｂは、光アドレス型光変調層５３Ａに吸収されることなく光変調素子５３Ｂの液晶層５８Ｂに入射されるとともに、遮光層６０Ｂによって光導電層５９Ｂ側への漏光が防止され、読み出し光６６Ａは、光変調素子５３Ａの液晶層５８Ａに入射されるとともに、遮光層６０Ａによって光導電層５９Ｃ側への漏光が防止される。

このように、３つの光変調素子を積層した構造であっても、遮光層として前述と同様の構成、特性を有する本発明における遮光層を用いることにより、液晶層の挙動を安定化することができる。

これまでの実施形態では、１対の電極に挟まれた光変調素子は、液晶層を１層備えているが、必ずしも液晶層は１層に限られず、複数の液晶層を具備することもできる。

図３は２つの液晶層８Ａ，８Ｂを備えた、光変調部１６Ａと、１つの液晶層８Ｃを備えた、光変調部１６Ｂとを組み合わせた実施形態である。
光変調素子１６Ａは、それぞれ透明電極５Ａ、６Ａが内面に形成された基板３Ａ、４Ａの間に、読み出し光１２Ａ、１２Ｂをそれぞれ反射する液晶層８Ａ、８Ｂ、遮光層７Ａ、７Ｂ、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１２Ｃを反射する液晶層８Ｃ、遮光層７Ｃ、光導電層１３Ｂが積層されている。また、基板４Ａと３Ｂとは共通の１枚の基板としてもよい。

液晶層８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、それぞれＢ（ブルー）色、Ｇ（グリーン）色、Ｒ（レッド）色の光を選択反射するコレステリック液晶層からなり、それぞれ反射状態・透過状態に配行をスイッチングすることにより、Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色の読み出し光１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを反射する。

光導電層１３Ａ、１３Ｂと書き込み光（露光光）１５Ａ、１５Ｂの構成と吸収する光の色の関係は図２の実施形態と同じであり、光導電層１３ＡはＢ色の書き込み光１５Ａを吸収し抵抗値が下がり、読み出し光Ｇ色、Ｒ色の光に対しては透過し、抵抗値の変化は生じない。光導電層１３ＢはＲ色の書き込み光１５Ｂを吸収し抵抗値が下がり、書き込み光１５ＡのＢ色の光は透過し抵抗値の変化は生じない。

遮光層７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、光導電層１３Ａ、１３Ｂそれぞれの吸収波長の光の読出し光を遮光するため、遮光層７ＢはＢ色の光を吸収・遮光するＲ色の遮光層、遮光層７ＣはＲ色の光を吸収・遮光するＢ色の遮光層とする。

ここで、遮光層７Ａは、Ｇ色、Ｒ色の読み出し光１２Ｂ、１２Ｃを透過すればよいため、黄色の遮光層または、透明でもよく、省略しても光学的には問題ない。

液晶層８Ｃの駆動は、例えば図２における液晶層８Ｂと同様である。ここでは、液晶層８Ａ、８Ｂの駆動についてさらに詳述する。
光変調素子１６Ａ全体に印加される電圧に対して、液晶層８Ａ、８Ｂのそれぞれのコレステリック液晶はしきい値電圧が異なるものを用いる。書き込み部２は、電圧印加部１０から電極５Ａ、６Ａ間に印加するバイアス電圧を、上記のしきい値電圧を境界とする複数段階の電圧から選定することにより、異なる波長の色を反射する８Ａ、８Ｂを制御する。

具体的には、液晶層８Ａ，８Ｂの各々の静電容量は、液晶が誘電率異方性を有することから、液晶の配向状態に依存して変化する。そして、光変調素子１６Ａに対して、外部の書き込み部２からバイアス電圧Ｖを印加し、任意の光量の書き込み光１５Ａを照射して、液晶層全体に任意の電圧ＶDを印加した場合、各液晶層８Ａ，８Ｂには、それぞれ静電容量分圧による電圧が印加され、それぞれ、その電圧に応じて、各液晶層８Ａ，８Ｂのコレステリック液晶の配向状態が変化する。

したがって、光変調素子１６Ａにおいては、液晶層全体に印加される電圧ＶDの、各液晶層８Ａ，８Ｂへの分配比と、実際に印加される電圧に対する各液層層８Ａ，８Ｂの電気光学応答との、２つを制御することによって、液晶層全体に印加される電圧ＶDに対する各液晶層８Ａ，８Ｂの電気光学応答を、所望の構成にすることができる。

具体的には、前者の、前記各液晶層８Ａ，８Ｂへの分配比は、上記のように各液晶層８Ａ，８Ｂの静電容量比などによって、後者の、各液晶層８Ａ，８Ｂの電気光学応答は、各液晶層８Ａ，８Ｂを構成するコレステリック液晶の誘電率異方性、弾性率および螺旋ピッチ、さらに高分子を添加した場合には、高分子の構造や相分離プロセスなどに影響を受ける高分子と液晶の界面におけるアンカリング効果の程度などによって、制御することができる。

このように構成することにより、例えば書き込み光１５ＡをＢ色、１５ＢをＲ色とし、読み出し光１２ＡとしてＢ色、１２ＢとしてＧ色、１２ＣとしてＲ色とし、遮光層７Ａを黄色、７Ｂを赤色、７Ｃを青色とすることで、露光光と読出光とが混在することなく、カラーのアドレス光照射に対してカラー画像を書込み・表示することができる。

すなわち、図３に示した光変調媒体の駆動は、書き込み部２の電圧印加部１０から、液晶層８Ａ、８Ｂ、８Ｃの動作しきい値電圧を考慮したバイアス電圧１１Ａ、１１Ｂを印加するとともに、光照射部１４から、各光導電層１３Ａ、１３Ｂの光感度を考慮した光量の書き込み光１５Ａ、１５Ｂを照射して液晶層の光学状態を変化させることにより、読み出し光１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの反射状態を変化させる。バイアス電圧１１Ａ、１１Ｂを印加するタイミング、および書き込み光１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを照射するタイミングは、各光アドレス型光変調層１６Ａ、１６Ｂが動作するのに必要なバイアス電圧と書き込み光量の組合せ１１Ａおよび１５Ａ、１１Ｂおよび１５Ｂが少なくとも一部で重なるように、制御部９で調整される。

このように、１対の電極間に複数の液晶層を具備した光変調素子を積層した構造であっても、遮光層として前述と同様の構成、特性を有する本発明における遮光層を用いることにより、液晶層の挙動を安定化することができる。

＜試験例＞
以上のような本発明の光変調素子の効果を確認するため、以下のような試験を行った。具体的には、遮光層と液晶層とを有する光変調素子を作製し、加熱加速試験を行うことにより液晶層における液晶の電気抵抗変化を調べた。さらに光変調素子を用いて簡単な特性比較を行った。

（光変調素子の作製）
図１に示したものと同様の光変調素子を作製した。まず、市販のＩＴＯ付ＰＥＴ樹脂フィルムを透明基板３７とし（面積：８５．５ｍｍ×５４ｍｍ）、その上に第１電荷発生層４０、電荷輸送層３９、第２電荷発生層３８の３層構造からなるＯＰＣ層３５を形成した。

まず、フタロシアニン顔料系電荷発生材料を分散したポリビニルブチラール樹脂のアルコール溶液を透明基板３７上にスピンコートして、０．１μｍ厚の第１電荷発生層４０を形成し、次にジアミン系電荷輸送材料及びポリカーボネート樹脂のクロロベンゼン溶液をアプリケータで第１電荷発生層４０上にコートして、３μｍ厚の電荷輸送層３９を形成し、最後に再度、前記フタロシアニン顔料系電荷発生材料を分散したポリビニルブチラール樹脂のアルコール溶液を電荷輸送層３９上にスピンコートして、０．１μｍ厚の第２電荷発生層３８を形成してＯＰＣ層３５を得た。このＯＰＣ層３５は波長６００〜８００ｎｍに光感度を有していた。

次に、各種部分けん化ポリビニルアルコール７０質量部に、フタロシアニン青色顔料３０質量部を加えて、水に溶解し、加熱攪拌にて分散し、遮光層形成用水性インクを作製した。なお、水性インクはポリビニルアルコールの種類により粘度が異なるため、インクの固形分濃度は後述するスピンコートで膜厚が一定となるように適宜調整した。

用いた部分けん化ポリビニルアルコールは以下の（１）〜（３）である。
（１）けん化度：約８０モル％、重合度：５００（（株）クラレ社製）
（２）けん化度：約８０モル％、重合度：１０００（（株）クラレ社製）
（３）けん化度：約８０モル％、重合度：２４００（（株）クラレ社製）

また比較のため、完全けん化ポリビニルアルコール（（株）クラレ社製、けん化度：９８モル％、重合度：１０００）及び従来のアクリル樹脂を用いた遮光層も各々作製した。

これらの水性インクを用いて、前記ＯＰＣ層３５上に各々スピンコートを行い、膜厚１．２μｍの遮光層３４を形成した。この素子を素子Ａとする。なお、各遮光層は波長６００〜７００ｎｍで光学濃度２以上の吸収を示し、光導電層４の感光波長域のいずれでも十分に高い吸収を示した。以上のようにして計５種の素子Ａを作製した。

次に、市販のＩＴＯ蒸着ＰＥＴ樹脂フィルムを透明基板３１および電極３２とし、この上にコレステリック液晶エマルジョン分散ゼラチン水溶性塗料を１０μｍ厚に塗布して液晶層３３とした。この素子を素子Ｂとする。

なお、前記コレステリック液晶エマルジョン分散ゼラチン水溶液塗料は以下のようにして得た。まず、選択反射波長を５５０ｎｍに調整したコレステリック液晶をＳＰＧ膜乳化法にて均一な粒径に分散し、エマルジョン水溶液を作製した。次いで、その水溶液を濃縮した後、ゼラチン水溶液と混合して塗料とした。

（液晶層抵抗変化確認試験）
前記５種の素子Ａに、各々前記コレステリック液晶を直接滴下し、温度を８０℃に設定したホットプレート上に置き、３時間放置して経時変化を加速させた。室温に冷却後、滴下した液晶をスポイトで吸引し、自作の抵抗測定セルに注入した。

この抵抗測定セル中の液晶のインピーダンスを、インピーダンスアナライザーにより周波数が１〜１ｋＨｚの範囲で求め、これらを平均して平均抵抗値とした。また、用いたコレステリック液晶単独の平均抵抗値も同様に測定した（測定サンプル１）。
測定結果を表１に示す。表中、測定サンプル２〜４が本発明に係るサンプル、測定サンプル５〜６が比較サンプルである。

加熱加速試験の結果、液晶そのものの平均抵抗値から、測定サンプルの４〜６は大幅に抵抗値が低下し、液晶の特性が変化しているのが分かる。それに比較し、本発明の構成の遮光層と接触させた液晶は、加熱加速試験を経ても、液晶の抵抗値は、ほぼ変化しなかった。

（光変調素子の評価）
次に、前記素子Ａ各々と素子Ｂとを真空ラミネート装置にて貼り合わせて評価サンプル（光変調素子）を作製した。これらを６０℃の環境に、２４時間放置した後、波長６３０ｎｍの光を発光するＬＥＤアレイを光源にして、フォトマスクフィルムを介した書込光を露光強度５００μＷ／ｃｍ²で光変調素子に密着露光した。電極３２と３６との間に周波数５０Ｈｚ、波高値２００Ｖの対称矩形波パルス電圧を２００ｍｓ印加して可視画像の記録を行った。

その結果、本発明の遮光層に部分けん化ポリビニルアルコールを用いた光変調素子の評価結果は良好で、反射率２０％を示した。一方、遮光層に完全けん化ポリビニルアルコール、アクリル樹脂を用いた光変調素子は、反射率が１５％以下に低下した。

本発明の光変調素子の一例を示す断面図である。 本発明の光変調素子を用いた光変調媒体の一例を示す概略図である。 本発明の光変調素子を用いた光変調媒体の他の一例を示す概略図である。 本発明の光変調素子を用いた光変調媒体の他の一例を示す概略図である。 従来の光導電層と液晶層とを組み合わせた光変調素子の断面図である。

符号の説明

１ 光変調媒体
２ 書き込み装置
３，４，２０，２６，５４，５５ 基板
５，６，２１，２５，５６，５７ 電極
７，２３，３４，６０ 遮光層
８，２２，３３，５８ 液晶層
９ 制御部
１０ 電圧印加部
１１ バイアス電圧
１２，６６ 読み出し光
１３，２４，５９ 光導電層
１４ 光照射部
１５，６５ 書き込み光
１６，５３ 光変調素子
３１，３７ 透明基板
３２，３６ 透明電極（電極）
３５ ＯＰＣ層（光導電層）

Claims (3)

1. 一対の電極間に挟持され、画像情報に対応する露光光の照射と、前記一対の電極間に印加される電圧との双方の刺激により、露光光が担持する画像と同一の可視画像が書き込まれる光変調素子であって、
   前記露光光の照射により該露光光の強度分布に応じた電気的特性分布を示す光導電層と、前記一対の電極に印加された電圧の、前記光導電層の電気的特性分布に応じて分布した分圧が印加され、該分圧に応じて光学的特性分布による可視画像が記録される液晶層と、前記光導電層と前記液晶層とに挟まれた位置に形成された遮光層と、を少なくとも有し、該遮光層が部分けん化ポリビニルアルコールを含むことを特徴とする光変調素子。
2. 前記部分けん化ポリビニルアルコールのけん化度が、９７モル％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
3. 前記部分けん化ポリビニルアルコールの重合度が、３００〜２０００の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。

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