JP2724207B2 - 強誘電性液晶素子及び光書込み型液晶表示装置 - Google Patents

強誘電性液晶素子及び光書込み型液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、強誘電性液晶素子に関する。
また本発明は、スクリーン上に、レーザー光によって
前記強誘電性液晶素子に書き込まれた画像を投影して表
示させるようにした光書込み型液晶表示装置に関する。
<従来の技術> 第4図は光導電体層を有する強誘電性液晶素子(液晶
ライトバルブ)41を用いた液晶表示装置の構成を示す図
である。
第5図に従来の液晶ライトバルブ41の断面図を示す。
液晶ライトバルブ41の製作は、まずガラス基板51a,51b
上にSnO2透明導電膜からなる透明電極52a,52bを形成
し、次に透明電極52b上に光導電体層53として非晶質水
素化シリコン(a−Si:H)を形成する。a−Si:H膜は、
シランガスと水素ガスを原料としてプラズマCVD法を用
いて作成する。その上にシリコンと酸化シリコンを厚さ
を変えながら順次、交互に積層して多層膜を形成する。
この多層膜による多重反射を利用して誘電体ミラー54を
形成する。つぎに配向膜55a,55bとしてポリイミド膜を
スピンコートによって形成した後、ラビングによる分子
配向処理を施し、ガラス基板51a,51bをスペーサ56を介
して貼合わせる。液晶層57としてカイラル材料を添加し
た混合ネマチック液晶を注入し封止することによって液
晶ライトバルブ41が構成される。
このような構造の液晶ライトバルブ41の透明電極52a,
52b間には交流電源58によって電圧が印加される。ガラ
ス基板51b側からレーザー光が入射すると、光導電体層5
3のうちレーザー光に照射された領域(明状態)ではイ
ンピーダンスが減少するので交流電源58によって印加さ
れた電圧は液晶層57に加わり、液晶層57の配向状態が変
化する。一方レーザー光の照射を受けない領域(暗状
態)では、光導電体層53のインピーダンスが変化しない
ので液晶層57には電圧が印加されることがなく、液晶層
57の配向状態に変化がない。この明状態と暗状態との違
いによって液晶ライトバルブ41に画像が形成される。
さて、第4図に示す液晶表示装置の構成において、レ
ーザー光でもって液晶ライトバルブ41上を走査すること
によって前述のように明状態と暗状態より成る画像が形
成された液晶ライトバルブ41に、ランプ44から放射され
た光がレンズ45を透過して平行ビームとなった後、偏光
ビームスプリッタ47によって一方の直線偏光成分のみが
反射されて入射する。入射した一方の直線偏光成分のみ
からなる光は液晶ライトバルブ41内の誘電体ミラー54に
よって反射される。このとき、液晶層57の配向状態が変
化している部分(明状態の部分)を透過した直線偏光は
電気光学効果によって偏光方向が約90゜回転された後、
偏光ビームスプリッタ47へ再び入射する。一方、配向状
態が変化していない部分(暗状態の部分)を透過した直
線偏光は、偏光方向が変化されずにそのまま偏光ビーム
スプリッタ47へ入射する。ここで偏光ビームスプリッタ
47は偏光状態が変化した光だけを透過するので、前述の
明状態部分を透過した光のみが偏光ビームスプリッタ47
を通過し、レンズ48によって拡大されスクリーン46に投
影される。従って、液晶ライトバルブ41にレーザー光に
よって書き込まれた画像がスクリーン46に投影されるこ
とになる。
尚、液晶ライトバルブ41の動作モードとしては、ツイ
ステッドネマチック(TU)モード、ハイブリッド電界効
果(HFE)モード、ゲストホスト(GH)モード、相転移
モードなどを用いる。
<発明が解決しようとする課題> 第5図に示したような光導電体層53(a−Si:H層)と
SnO2からなる透明電極52bが接合された構造の場合、接
合部分でショットキー接合が形成されるため明状態と暗
状態の光導電体層の電流−電圧特性は一般的に第6図に
示す形となる。特に暗状態ではダイオード特性を示し、
その結果交流電源58により第7図(i)に示すような完
全な交流電圧を液晶ライトバルブ41に印加しても液晶層
57に印加される電圧には第7図(ii)に示すような直流
成分が加わることになる。液晶層57に直流電圧が印加さ
れると、液晶材料自身の分解、液晶内のイオン成分の配
向膜表面への吸着が起こり、配向乱れや特性劣化につな
がる。
この問題を解決するために交流電源にあらかじめオフ
セット電圧を印加しておき直流成分をキャンセルする方
法が考えられる。しかしこの方法では暗状態で直流成分
をキャンセルすると、明状態では逆に直流成分が液晶層
に加わることになる。
また、光導電体層と接触する電極材料を選び、光導電
体層と電極との接合をオーミック接合とすると、第6図
のようなダイオード特性とはならず、液晶層に加わる電
圧を完全な交流電圧とすることができる。しかしオーミ
ック接合は、暗状態と明状態での導電率の比がショット
キー接合より2〜3桁低い為に液晶層の光学的な変化を
十分起こさせることが出来ず、高コントラストな画像を
形成することが出来ない。
本発明の目的は、液晶層に直流電圧が印加されること
がなく特性劣化が発生することのない強誘電性液晶素子
を提供することにある。
また本発明の目的は、前記の強誘電性液晶素子を用い
ることによって高コントラストな画像を形成することが
できる光書込み型液晶表示装置を提供することにある。
<課題を解決するための手段> 上述の目的を達成するために本発明は、第1の透光性
絶縁基板と、前記第1の透光性絶縁基板上に形成された
第1の透明電極と、前記第1の透明電極上に第1のショ
ットキー接合を成すように形成された光導電体層と、前
記光導電体層に対して前記第1のショットキー接合と同
方向の整流特性を有する第2のショットキー接合を形成
する、前記光導電体層上に分布する複数の点状の電極か
らなるショットキー接合層と、前記ショットキー接合層
上に形成され、前記複数の点状の電極及び光導電体層表
面のほぼ全面を覆って積層されるとともに、該光導電体
層とは逆の界面で反射率の均一な平滑反射面を形成する
絶縁層からなる光反射層と、前記光反射層上に形成され
た第1の配向膜と、第2の透光性絶縁基板と、前記第2
の透光性絶縁基板上に形成された第2の透明電極と、前
記第2の透明電極上に形成された第2の配向膜と、前記
第1と第2の配向膜間に封入された強誘電性液晶とを備
えた強誘電性液晶素子である。
また本発明は、前記の強誘電性液晶素子を用いた光書
き込み型液晶表示装置において、光源と、前記光源から
放射された光を偏光する偏光手段と、前記偏光手段によ
って偏光された光をあらかじめ光画像書込み手段によっ
て書き込まれた画像に応じて偏光方向を変化して光反射
層により反射する前記強誘電性液晶素子と、前記強誘電
性液晶素子によって反射された光のうち偏光方向が変化
した光を選択する選択手段と、前記選択手段によって選
択された光が形成する画像を表示するためのスクリーン
とを備える光書込み型液晶表示装置である。
<作用> 本発明に従えば、光導電体層の両面にショットキー接
合が形成され、ショットキー接合層上に形成された複数
の点状電極及び光導電体層表面のほぼ全面を覆って積層
されるとともに、該光導電体層とは逆の界面で反射率の
均一な平滑反射面を形成する絶縁層からなる光反射層が
形成されているので、ショットキー接合の2重構造にお
ける不完全な非対称性による直流成分をこの絶縁層から
なる光反射層により完全に除去することができ、暗状態
及び明状態における光導電体層の電流電圧特性は第2図
に示すようになり整流特性を示さない。従ってこの構造
に直列に液晶層を接続しても液晶層に直流電圧が印加さ
れることがなく特性劣化も発生することがなくなる。ま
た暗状態と明状態での導電率の比がオーミック接合の場
合に比べ2〜3桁高いので液晶層に光学的な変化を十分
起こさせることができる。さらにショットキー接合層上
にはショットキー接合された複数の点状の電極及び光導
電体層を共に覆う絶縁層からなる反射率の均一な光反射
層が形成されているので、光反射層のどの部分でも同一
の反射率による反射を行うことができる。
<実施例> 第1図に本発明の液晶ライトバルブの断面図を示す。
ガラス基板51a,51b上にSnO2透明導電膜からなる透明電
極52a,52bをスパッタ法を用いて形成し、次に透明電極5
2b上に光導電体層53として非晶質水素化シリコン(a−
Si:H)を形成する。a−Si:H膜は、シランガスと水素ガ
スとを原料とし、プラズマCVD法を用いて作成する。膜
厚は約3μmである。その上に透明電極52a,52bと同程
度の厚さのSnO2膜を形成する。この膜は、全面膜のまま
であると、光導電体層53のうちレーザー光の照射を受け
て導電率が低下した部分を通して透明電極52bに印加さ
れた電圧がそのまま膜全面に印加されるので、液晶層57
に明状態と暗状態との区別ができなくなる。そこでこの
SnO2膜をエッチングして約30μm角の電極19を描画領域
全面に形成して点状のショットキー接合層とする。な
お、電極と電極との間隔は上下左右の電極を確実に分離
できれば小さいほど解像度の点で有利であるので好まし
い。
その後誘電体ミラー54としてシリコン/酸化シリコン
の多層膜をスパッタ法によって形成する。
つぎに配向膜55a,55bとしてポリイミド膜をスピンコ
ートによって形成した後、ラビングによる分子配向処理
を施し、ガラス基板51a,51bをスペーサ56を介して貼合
わせる。液晶層57としてカイラル材料(S811:MERCK社
製)をフェニルシクロヘキサン系ネマチック液晶に約10
wt%添加した混合ネマチック液晶を注入し封止すること
によって液晶ライトバルブが構成される。液晶層による
波面の回転角は片道45゜,往復で90゜となるようにす
る。セル厚は約6μmである。尚、液晶ライトバルブの
動作モードとしては、相転移モードを用いる。
このような構造の液晶ライトバルブの透明電極52a,52
b間には、交流電源58によって、第3図(i)に示す完
全な交流電圧が印加される。ガラス基板51b側からレー
ザー光が入射すると、光の当った領域(明状態)では、
光導電体層53のインピーダンスが減少し、交流電源58に
よって印加された電圧は液晶層57に加わる。一方光の当
らない領域(暗状態)では、光導電体層53のインピーダ
ンスは変化せず液晶層57には電圧が加わらない。この明
状態と暗状態との違いによって画像が形成される。この
明状態と暗状態のときに液晶層57に印加される電圧波形
は第3図(ii)に示すようになり、明状態あるいは暗状
態のどちらにおいても液晶層57にはほとんど直流電圧は
かからない。
なお、第1図に示した液晶ライトバルブの光導電体層
53としては、a−Si:H以外に非晶質水素化シリコンカー
バイド(a−SiC:H),硫化カドミウム(CdS)などを用
いることも出来る。
また光導電体層53とショットキー接合を構成するため
の電極材料として、a−Si:Hの場合上述したSnO2以外に
例えば酸化インジウム一酸化スズ導電膜(ITO)、パラ
ジウム(Pd),白金(Pt),モリブデン(Mo),チタン
(Ti)などが使われる。結晶Siを光導電体層53に用いた
場合には酸化インジウム一酸化スズ導電膜(ITO)、金
(Au)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)などが、また光
導電体層として結晶GaAsを用いた場合には、酸化インジ
ウム一酸化スズ導電膜(ITO)金(Au),白金(Pt)な
どが用いられる。
次に液晶表示モードとしては、ネマチック液晶を用い
た場合には本実施例で示した相転移モードのほかに、ツ
イステッドネマチックモード、電界誘起複屈折モード、
動的散乱モード、ゲストホストモード、ハイブリッド電
界効果モードが利用出来る。またスメクチック液晶を用
いた場合、複屈折モード、ゲストホストモード、光散乱
モードが利用出来、このほかに強誘電性液晶も利用出来
る。
また、他の実施例として、偏光ビームスプリッタ47の
代わりにハーフミラーを用い、液晶ライトバルブ41の前
面に偏光板を設置しても上記と同様に光書込み型液晶表
示装置を構成し得る。
<発明の効果> 以上説明してきたように本発明によれば液晶層に直流
電圧が印加されることがないので液晶材料自身の分解や
液晶内のイオン成分が配向膜表面に吸着するようなこと
も、また配向乱れが起こることもない。従ってこれらに
起因する特性劣化が生じることがない強誘電性液晶素子
を提供することができた。
また本発明によれば、液晶層に直流電圧が印加される
ことなく光導電体層と透明電極間にショットキー接合を
採用できるので、明状態と暗状態との導電率の比をオー
ミック接合の場合に比べ高く維持でき、液晶層に光学的
な変化を十分起こさせることがある。これによって前記
の強誘電性液晶素子を用いた高コントラストな画像を形
成することができる光書込み型液晶表示装置を提供する
ことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の強誘電性液晶素子の断面図、第2図は
本発明の強誘電性液晶素子の電流電圧特性図、第3図は
本発明の強誘電性液晶素子に印加される電圧波形図、第
4図は投射型液晶表示装置の構成図、第5図は従来の強
誘電性液晶素子の断面図、第6図は従来の強誘電性液晶
素子の電流電圧特性図、第7図は従来の強誘電性液晶素
子に印加される電圧波形図である。 51a,51b……ガラス基板、52a,52b……透明電極、53……
光導電体層、54……誘電体ミラー、55a,55b……配向
膜、56……スペーサー、57……液晶層、58……交流電
源、19……透明電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−216126(JP,A) 特表 昭62−502073(JP,A) 国際公開89/2613(WO,A1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の透光性絶縁基板と、 前記第1の透光性絶縁基板上に形成された第1の透明電
    極と、 前記第1の透明電極上に第1のショットキー接合を成す
    ように形成された光導電体層と、 前記光導電体層に対して前記第1のショットキー接合と
    同方向の整流特性を有する第2のショットキー接合を形
    成する、前記光導電体層上に分布する複数の点状の電極
    からなるショットキー接合層と、 前記ショットキー接合層上に形成され、前記複数の点状
    の電極及び光導電体層表面のほぼ全面を覆って積層され
    るとともに、該光導電体層とは逆の界面で反射率の均一
    な平滑反射面を形成する絶縁層からなる光反射層と、 前記光反射層上に形成された第1の配向膜と、 第2の透光性絶縁基板と、 前記第2の透光性絶縁基板上に形成された第2の透明電
    極と、 前記第2の透明電極上に形成された第2の配向膜と、 前記第1と第2の配向膜間に封入された強誘電性液晶と
    を備えた強誘電性液晶素子。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の強誘電性液晶素子を用い
    た光書き込み型液晶表示装置において、 光源と、 前記光源から放射された光を偏光する偏光手段と、 前記偏光手段によって偏光された光をあらかじめ光画像
    書込み手段によって書き込まれた画像に応じて偏光方向
    を変化して光反射層により反射する前記強誘電性液晶素
    子と、 前記強誘電性液晶素子によって反射された光のうち偏光
    方向が変化した光を選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された光が形成する画像を表
    示するためのスクリーンとを備える光書込み型液晶表示
    装置。
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