JP4765478B2 - 積層型光変調素子の駆動方法、および積層型光変調素子の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶を含む複数の選択反射層からなり２色以上の画像を表示し記録する積層型光変調素子に、像を書き込むための駆動方法および駆動装置に関する。

森林資源保護などの地球環境保全や、スペースセーブといった事務環境改善などの理由から、紙に替わるハードコピー技術として、リライタブルマーキング技術への期待が大きい。
一方、反射型液晶表示素子は、バックライトのような専用の光源を必要とせず、消費電力が少ないとともに、偏平小型に構成できることから、小型情報機器や携帯情報端末などの表示装置として注目されている。

リライタブルマーキング技術に対しても、反射型液晶表示素子を利用した技術が様々に提案されている。中でも、本発明者らによる積層型光変調素子を用いた閾値シフト法による画像書き込みおよび表示は、１つの駆動信号により２層の表示層を独立に制御することができるため、媒体の構造を簡略化し、製造コストを低減できるという多大なメリットがある（特許文献１および特許文献２参照）。すなわち、閾値シフト法によれば、簡易的かつ低コストでフルカラーを含む２色以上の画像を表示し記録することができるという卓越した効果を有する。

閾値シフト法による画像書き込みおよび表示の原理について説明する。
図１３は、閾値シフト法による画像書き込みの様子を説明するための模式説明図である。積層型光変調素子１０１は、一対の透明電極１０５および透明電極１０６間に、コレステリック液晶からなる２層の表示層１０７ａおよび１０７ｂが、主として積層されてなる。

正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶は、図１４（Ａ）に示すように、螺旋軸がセル表面に垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナ相、図１４（Ｂ）に示すように、螺旋軸がほぼセル表面に平行になり、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相、および図１４（Ｃ）に示すように、螺旋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相、の３つの状態を示す。

上記の３つの状態のうち、プレーナ相とフォーカルコニック相は、無電界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相状態は、液晶層に印加される電界強度に対して一義的に決まらず、プレーナ相が初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、プレーナ相、フォーカルコニック相、ホメオトロピック相の順に変化し、フォーカルコニック相が初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、フォーカルコニック相、ホメオトロピック相の順に変化する。

一方、液晶層に印加した電界強度を急激にゼロにした場合には、プレーナ相とフォーカルコニック相はそのままの状態を維持し、ホメオトロピック相はプレーナ相に変化する。
したがって、パルス信号を印加した直後のコレステリック液晶層は、図１５に示すようなスイッチング挙動を示し、印加されたパルス信号の電圧が、Ｖｆｈ，９０以上のときには、ホメオトロピック相からプレーナ相に変化した選択反射状態となり、Ｖｐｆ，１０とＶｆｈ，１０の間のときには、フォーカルコニック相による透過状態となり、Ｖｐｆ，９０以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナ相による選択反射状態またはフォーカルコニック相による透過状態となる。

なお、図中、縦軸は正規化反射率であり、最大反射率を１００、最小反射率を０として、反射率を正規化している。また、プレーナ相、フォーカルコニック相およびホメオトロピック相の各状態間には、遷移領域が存在するため、正規化反射率が９０以上の場合を選択反射状態、正規化反射率が１０以下の場合を透過状態と定義し、プレーナ相とフォーカルコニック相の相変化のしきい電圧を、遷移領域の前後に対して、それぞれＶｐｆ，９０、Ｖｐｆ，１０とし、フォーカルコニック相とホメオトロピック相の相変化のしきい電圧を、遷移領域の前後に対して、それぞれＶｆｈ，１０、Ｖｆｈ，９０とする。

特に、コレステリック液晶に高分子を添加したＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）構造またはＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）構造の液晶層においては、コレステリック液晶と高分子の界面における干渉により（アンカリング効果）、プレーナ相とフォーカルコニック相の無電界における双安定性が向上し、長期間に渡ってパルス信号印加直後の状態を保持することができる。

当該技術による積層型光変調素子では、このコレステリック液晶の双安定現象を利用して、（Ａ）プレーナ相による選択反射状態と、（Ｂ）フォーカルコニック相による透過状態とを、各層ごとに独立して、しかも１つの信号でスイッチングすることによって、無電界でのメモリ性を有するカラー表示を行う。

閾値シフト法による画像書き込みに供される積層型光変調素子１０１においては、表示層１０７ａと表示層１０７ｂとでコレステリック液晶の動作閾値を異ならせることで、透明電極１０５および透明電極１０６への印加電圧に応じていずれか任意の一方もしくは双方の表示層を反射状態、または双方を透過状態とすることができるように構成されている。

図１６に、表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂのコレステリック液晶のスイッチング挙動を示すグラフを挙げる。図１６に示されるように、表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂのいずれのコレステリック液晶についても、電源装置１１７による外部印加電圧が大きくなってくると、プレーナ相の選択反射状態あるいはフォーカルコニック相の透過状態からフォーカルコニック相による透過状態となり、さらに大きくなるとフォーカルコニック相からホメオトロピック相に相変化し、印加電圧の解除と共にプレーナ相に相変化して選択反射状態になる。

しかし、この相変化を生じる閾値の電圧については、図１６に示されるグラフからわかるように表示層１０７ａと表示層１０７ｂとでずれている。すなわち、プレーナ相からフォーカルコニック相への相変化の閾値電圧（本発明においては、これを「下閾値」と称している。）については、表示層１０７ａがＶｐｆａに対して表示層１０７ｂがＶｐｆｂと、表示層１０７ｂのコレステリック液晶の方が高い値となっている。一方、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への相変化の閾値電圧（本発明においては、これを「上閾値」と称している。）については、表示層１０７ａがＶｆｐａに対して表示層１０７ｂがＶｆｐｂと、こちらも表示層１０７ｂのコレステリック液晶の方が高い値となっている。

この閾値の違いを利用して、表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂを独立して制御するように構成したものが、閾値シフト法である。
詳しくは、まず表示層１０７ｂの上閾値Ｖｆｐｂより低く表示層１０７ａの上閾値Ｖｆｐａより高いＶｃ間の電圧、または表示層１０７ｂの上閾値Ｖｆｐｂより高いＶｄ間の電圧を電源装置１１７により選択的に印加する。Ｖｃ間の電圧を印加した部位は、表示層１０７ｂがフォーカルコニック相で、表示層１０７ａがホメオトロピック相の状態となる。一方、Ｖｄ間の電圧を印加した部位は、表示層１０７ａはＶｃ間の場合と同じくホメオトロピック相の状態であるが、表示層１０７ｂにおいては上閾値Ｖｐｆｂを超えるため、ホメオトロピック相に相変化する。

つまり、電源装置１１７による印加電圧をＶｃ間とするかＶｄ間とするかを選択することで、表示層１０７ｂの相の状態がフォーカルコニック相とホメオトロピック相のいずれかの選択が為される。この状態で電圧印加を急速に解除すると、ホメオトロピック相はプレーナ相に変化し、フォーカルコニック相はその状態を維持する。一方、表示層１０７ａは、電圧印加の解除前には、いずれの印加電圧であってもホメオトロピック相となっており、電圧印加の急速解除によって、全てプレーナ相に変化する。

その後、表示層１０７ａの下閾値Ｖｐｆａよりも低いＶａ間の電圧、または表示層１０７ａの下閾値Ｖｐｆａよりも高く表示層１０７ｂの下閾値Ｖｆｐｂより低いＶｂ間の電圧を電源装置１１７により選択的に印加する。表示層１０７ａでは、Ｖｂ間の電圧を印加した部位は下閾値Ｖｐｆａを超え、フォーカルコニック相に相変化し、Ｖａ間の電圧を印加した部位は下閾値Ｖｐｆａを超えないため、プレーナ相状態を維持する。一方、表示層１０７ｂでは、いずれの印加電圧であっても下閾値Ｖｆｐｂよりも低いため、上述の如く上閾値で選択されたプレーナ相またはフォーカルコニック相の状態を維持する。
このようにして、表示層１０７ａの部位ごとに、相が選択されて書き込みが為される。

すなわち、表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂのうち任意の一方もしくは双方を反射状態、または双方を透過状態とすることができ、表示側から反射画像が表示される。従って、１つの駆動信号により２層の表示層を独立に制御することができるため、媒体の構造を簡略化し、製造コストを低減することができる。

なお、閾値シフト法による駆動の一つの態様として、積層型光変調素子に光導電層を含む構成のものを用い、光書き込みによるスイッチングを可能とした方法がある。図１７は、光導電層を含む積層型光変調素子に対する閾値シフト法による画像書き込みの様子を説明するための模式説明図である。図１７に示される積層型光変調素子１１１、図１３に示される積層型光変調素子１０１と同様、一対の透明電極１０５および透明電極１０６間に、２層の表示層１０７ａおよび１０７ｂが積層されているほか、表示層１０７ｂと透明電極１０６との間に、光導電体層１１０が積層されている。なお、当該光導電体層１１０と表示層１０７ｂとの間に着色層１０９が配されている。

本例においては、まず表示層１０７ｂの上閾値Ｖｆｐｂより低く表示層１０７ａの上閾値Ｖｆｐａより高いＶｃ間の電圧（リセット電圧）が表示層全体にかかるようなバイアス電圧を電源装置１１７により印加しつつ、それと同時に、露光装置１１２で選択的に露光して、露光部における光導電体層１１０の抵抗値を変化（低下）させることで表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂの分圧を上昇させる。これにより、露光部では、表示層１０７ａおよび表示層１０７ｂにかかる電圧が上閾値電圧Ｖｐｆｂを超える。すなわち、露光部はＶｄ間の電圧を印加した状態となり、非露光部は勿論Ｖｃ間の電圧のままとなる。従って、図１３を用いて説明した電圧の大きさで選択的にスイッチングさせた構成と同様の液晶の相変化の選択を、露光のオンオフにより実施することができる。

上記スイッチングの原理は、下閾値についても同様である。すなわち、表示層全体にかかる電圧が、表示層１０７ａの下閾値Ｖｐｆａよりも低いＶａ間になるようなバイアス電圧を電源装置１１７により印加しておき、選択的に露光することにより下閾値Ｖｐｆａを超える部分と越えない部分とで液晶の相変化を選択することができる。
すなわち、光導電層を含む積層型光変調素子について、閾値シフト法による駆動を行う際には、上閾値および下閾値それぞれについて所定の電圧を印加しこれを維持しながら選択的に露光することで書き込みを実現することができる。

上記閾値シフト法を用いて、複数の表示層を独立に駆動するための動作マージン（端的に言えば、各表示層間の上下閾値電圧の開き。図１６で言えば、ＶｂおよびＶｃの幅。）を大きくするためには、一般には各表示層間の動作閾値電界比、もしくは、それぞれの表示層の誘電率および膜厚により決まる各表示層への印加電界比を大きくすることが考えられる。

しかし、一般にコレステリック液晶には、比誘電率と屈折率異方性Δｎとの間、および、屈折率異方性Δｎと反射率との間に相関があるため、各表示層間の誘電率比を大きくとった場合、低誘電率側の表示層の明度が得られにくい。また、コレステリック液晶は比誘電率の増加に伴い閾値電界が小さくなる傾向があり、各表示層への印加電界と各表示層の閾値電界の逆転が生じやすく、動作マージンの拡大が困難である。

特開平１０−１７７１９１号公報 特開２０００−１１１９４２号公報

したがって、本発明は、閾値シフト法を利用しつつ、積層型光変調素子における各表示層に十分な反射率を持たせながら、動作マージンを拡大し、安定的な閾値シフト駆動を実現する積層型光変調素子の駆動方法、および積層型光変調素子の駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的は、以下の本発明により達成される。
すなわち本発明の積層型光変調素子の駆動方法は、各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動方法であって、
前記両電極間に、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第１書き込み工程と、
前記両電極間に、第１書き込み工程で印加した電圧とは周波数が異なる、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第２書き込み工程と、
からなることを特徴とする。

一方、光導電層を含む構成における場合の本発明の積層型光変調素子の駆動方法は、各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その一方に光導電体層が積層され、さらにその両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動方法であって、
前記両電極間に電圧を印加しながら、前記積層型光変調素子を適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第１書き込み工程と、
前記両電極間に、第１書き込み工程で印加した電圧とは周波数が異なる電圧を印加しながら、前記積層型光変調素子を適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第２書き込み工程と、
からなることを特徴とする。

本発明の積層型光変調素子の駆動方法において、光導電層の有無に関わらず、第２書き込み工程で印加する電圧の周波数Ｆ_V2としては、第１書き込み工程で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことが好ましく、その値としては、０〜１００Ｈｚの範囲内であり、第１書き込み工程で印加する電圧の周波数Ｆ _V1 が、最終パルス印加後に残留電位の影響による波形の乱れたパルスが印加されない周波数であることが好ましい。また、光導電層を含む構成の場合、当該光導電層としては、有機光導電体からなることが好ましい。

本発明の積層型光変調素子の駆動方法において、前記選択反射層としては、最低限の２層構成であってもよいし、フルカラー画像を形成することをも可能とする３層構成であってもよい。複数の前記選択反射層のそれぞれとしては、高分子中に前記コレステリック液晶が分散されてなる構造のものを好適に選択することができる。

本発明の積層型光変調素子の駆動装置は、光導電層を含まない構成の場合には、各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置を含み、
前記両電極間に、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第１書き込み動作と、
前記両電極間に、第１書き込み動作で印加した電圧とは周波数が異なる、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第２書き込み動作と、
の各動作が順次為されることを特徴とする。

一方、光導電層を含む構成における場合の本発明の積層型光変調素子の駆動装置は、各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その一方に光導電体層が積層され、さらにその両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置と、前記積層型光変調素子を露光し得る露光装置とからなり、
前記両電極間に電圧を印加しながら前記露光装置で適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第１書き込み動作と、
前記両電極間に、第１書き込み動作で印加した電圧とは周波数が異なる電圧を印加しながら前記露光装置で適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第２書き込み動作と、
の各動作が順次為されることを特徴とする。

本発明の積層型光変調素子の駆動装置において、光導電層の有無に関わらず、第２書き込み動作で印加する電圧の周波数Ｆ_V2としては、第１書き込み動作で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことが好ましく、その値としては、０〜１００Ｈｚの範囲内であり、第１書き込み動作で印加する電圧の周波数Ｆ _V1 が、最終パルス印加後に残留電位の影響による波形の乱れたパルスが印加されない周波数であることが好ましい。また、光導電層を含む構成の場合、当該光導電層としては、有機光導電体からなることが好ましい。

本発明の積層型光変調素子の駆動装置において、前記選択反射層としては、最低限の２層構成であってもよいし、フルカラー画像を形成することをも可能とする３層構成であってもよい。複数の前記選択反射層のそれぞれとしては、高分子中に前記コレステリック液晶が分散されてなる構造のものを好適に選択することができる。

前記選択反射層（表示層）が２層構成である場合を例に挙げて、本発明の作用・効果について説明する。
図２のグラフを参考に説明すると、２層構成の積層型光変調素子に電圧を印加した場合の各表示層（選択反射層）の動作マージンＶｍは、以下にように表すことができる。ここで、図２は、本発明に用いられる積層型光変調素子における各表示層ａ，ｂのコレステリック液晶のスイッチング挙動を示すグラフである。

各表示層がプレーナ相状態からフォーカルコニック相状態へ遷移するとき（下閾値）の各表示層の正規化反射率が９０％になる電圧をＶｐｆ９０、５０％になる電圧をＶｐｆ５０、１０％になる電圧をＶｐｆ１０として、上下閾値の電圧が大きい表示層ｂには数字の前にｂを、上下閾値の電圧が小さい表示層ａには数字の前にａを付するとすると、下閾値における動作マージンＶｍは、
Ｖｍ＝２×（Ｖｐｆｂ９０−Ｖｐｆａ１０）／（Ｖｐｆｂ５０＋Ｖｐｆａ５０）
と、表すことができる。

また、同様に、各表示層（選択反射層）がフォーカルコニック相状態からホメオトロピック相状態に遷移するとき（上閾値）の各表示層の正規化反射率が９０％になる電圧をＶｆｈ９０、５０％になる電圧をＶｆｈ５０、１０％になる電圧をＶｆｈ１０として、かつ、上記同様にａおよびｂを付するとすると、上閾値における動作マージンＶｍは、
Ｖｍ＝２×（Ｖｆｈｂ１０−Ｖｆｈａ９０）／（Ｖｆｈｂ５０＋Ｖｆｈａ５０）
と、表すことができる。

これら動作マージンは、正の値であることが望ましい。各表示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、下閾値の動作マージンが、上閾値の動作マージンよりも小さくなる傾向がある。そのため、まず下閾値の動作マージンに着目する。

図３は、本発明に用いられる積層型光変調素子における積層状態の表示層ａ，ｂの等価回路を示す回路図である。ＣａおよびＲａは、上下閾値の電圧が小さい表示層ａの等価静電容量および抵抗値であり、ＣｂおよびＲｂは、上下閾値の電圧が大きい表示層ｂの等価静電容量および抵抗値である。

各表示層ａ，ｂ間への印加電界比を拡大するためには、各表示層ａ，ｂの誘電率比を大きく取り、容量分圧比を大きくする方法が考えられる。ただし、これについては既述の通り、一般的にコレステリック液晶の比誘電率と屈折率異方性Δｎとの間には正の相関があるため、低誘電率側表示層（この場合、表示層ａ）において明るい表示が得られにくく、また、液晶材料の誘電率が増加すると閾値電界が小さくなる傾向があるため、容量分圧比の小さい高誘電率側表示層（この場合、表示層ｂ）の閾値電界が小さくなり、動作マージンの拡大が困難である。

下閾値におけるプレーナ相からフォーカルコニック相への配向変化は、コレステリック液晶を含む表示層に加わる電界エネルギーの蓄積により生じると考えられる。本発明者らは、各液晶材料の比抵抗に差を持たせ、各表示層への分圧比が、容量分圧比から抵抗分圧比に緩和する（抵抗分圧比に依存する割合を上げる）ような低い周波数の電圧パルスを加えることにより、上記問題点が解決されることを見出した。

すなわち、表示層間の抵抗比を利用して分圧させることにより、各表示層間の液晶材料の誘電率比を大きくとる必要がなくなるため、各表示層に高い屈折率異方性Δｎの液晶材料を用いることができ、明るい表示が得られる。また、誘電率比を抑えることで閾値電界の逆転も生じにくいため、動作マージンを容易に拡大することができる。なお、ここで印加するパルス波形は矩形波でもよいが、より抵抗成分が影響しやすい上昇三角波やサイン波、直流パルスなどが望ましい。

図４に、低い周波数の電圧パルスを加えることにより、抵抗分圧比への緩和を図り、分圧比を拡げることができることを説明するためのグラフを示す。図４において、上段の２つのグラフは高抵抗側の表示層ａにおける分圧Ｖａの推移を表すグラフであり、下段の２つのグラフは低抵抗側の表示層ｂにおける分圧Ｖｂの推移を表すグラフである。上下段とも、左が周波数５０Ｈｚ、右が周波数５Ｈｚのパルス波を印加した場合のグラフであり、両グラフにおいて、横軸の単位時間当たりの目盛の長さは、周波数５０Ｈｚのものが周波数５Ｈｚのものに対して１０倍になっている。
なお、本発明の実現のために、各層の抵抗調整も行っている（すなわち、表示層ａが高抵抗、表示層ｂが低抵抗になるように各層の液晶材料を選択している。）。

周波数５０Ｈｚのパルス波を印加した場合は、各段の左側のグラフに示されるように、パルス波の形状は、パルスごとに、増加ないし減少の傾向を見せるものの直線状の推移となる。これに対して、周波数５Ｈｚのパルス波を印加した場合は、各段の右側のグラフに示されるように、パルス波の形状は、パルスごとの増加ないし減少の傾向がサチュレートするまで続いており、表示層ａと表示層ｂとで分圧比が大きく広がっていることがわかる。

つまり、下閾値の動作マージンに対しては、各表示層に加わる電圧の容量分圧比から抵抗分圧比への緩和時定数を下げて、抵抗成分の影響が大きくなるような周波数・波形のパルスを加え、各層の抵抗比を利用することにより、誘電率の制限が減少するため、液晶材料の材料設計の自由度が格段に向上すると言うことができる。

しかしながら、抵抗成分への緩和を利用した波形（低い周波数）の電圧パルスを印加した場合、最終パルス印加後に残留電位による波形の乱れが生じる。図５は、当該波形の乱れを表す印加電圧と時間との関係を示すグラフであり、電圧印加終了時（当該グラフでは４００ｍｓ）の後にも残留電位の影響で、波形の乱れたパルスが印加されてしまう。この波形の乱れは、低周波電圧を印加した場合の宿命とも言え、完全に避けることはできない。この最終パルス印加後の波形の乱れにより、ホメオトロピック相からプレーナ相への配向変化が妨げられ反射率が低下するため、上閾値におけるスイッチングが困難となる。

既述の通り、上閾値の動作マージンは下閾値の動作マージンよりも容易に大きくなる傾向にあるため、比較的小さい誘電率比であっても容量分圧によって動作させることができる。そこで、本発明においては、上閾値における書き込みと下閾値における書き込みとで、印加する電圧の周波数を異ならせることで、種々の問題点を解決している。上記の例では、下閾値での動作マージン確保のために印加電圧の周波数を小さくして、抵抗分圧比へ緩和させるとともに、低周波数電圧により生じる波形の乱れの影響を受け易い上閾値でのスイッチングでは、周波数を高めて、動作安定を実現しつつ動作マージンを確保している。

勿論、用いる積層型光変調素子の各種性質によっては、印加電圧の周波数を逆転させることも可能である。本発明の趣旨は、すなわち、通常同一であり、敢えて異ならせる発想が浮かび得ない印加電圧の周波数を、上下閾値における書き込み（スイッチング）時に異ならせることにより、動作マージン確保や安定動作の実現、材料設計の自由度向上等積層型光変調素子の駆動設計、装置設計、デバイス自身等の設計の幅を拡げることができたという着想にある。

そして、好ましくは、上閾値は従来の容量分圧を利用した波形、すなわち高周波数の電圧を印加し、下閾値は抵抗分圧を利用した波形、すなわち低周波数の電圧を印加する。このように、上閾値において印加する電圧（リセット電圧）と下閾値において印加する電圧（セレクト電圧）とにおいてそれぞれ異なる周波数（ないし波形）の電圧を印加することで、高反射率の表示層を実現しつつ、積層型光変調素子を駆動することができ、閾値シフト法による積層型光変調素子の駆動の実用性が格段に向上する。

なお、本発明の特徴である第１書き込み工程と第２書き込み工程とで異ならせる印加電圧の周波数については、特に第２書き込み工程（下閾値スイッチング時）における印加電圧Ｖ２の周波数Ｆ_V2として、０〜１００Ｈｚの範囲内とすることが好ましく、０〜３０Ｈｚの範囲内とすることがより好ましい。１００Ｈｚを超えると抵抗分圧比への緩和が十分ではなくなり、動作マージン確保が困難になる場合があり、好ましくない。

本発明によれば、閾値シフト法を利用しつつ、積層型光変調素子における各表示層に十分な反射率を持たせながら、動作マージンを拡大し、安定的な閾値シフト駆動を実現する積層型光変調素子の駆動方法、および積層型光変調素子の駆動装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に則して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の積層型光変調素子の駆動方法を適用したシステムの例示的一態様である第１の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムは、表示媒体（積層型光変調素子）１と書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）２とからなる。この両構成要素について、詳細に説明してから、その動作について説明する。

＜表示媒体＞
本実施形態において表示媒体とは、バイアス信号の印加によって複数の液晶層（選択反射層）の選択駆動ができる部材であり、具体的には積層型光変調素子である。
本実施形態において、表示媒体１は、表示面側から順に、透明基板３、透明電極５、表示層（選択反射層）７ｂ、表示層（選択反射層）７ａ、透明電極（電極）６および透明基板４が積層されてなる物である。

（透明基板）
透明基板３，４は、各機能層を内面に保持し、表示媒体の構造を維持する目的の部材である。透明基板３，４は、外力に耐える強度を有するシート形状の物体であり、少なくとも入射光を透過する機能を有する。フレキシブル性を有することが好ましい。具体的な材料としては、無機シート（たとえばガラス・シリコン）、高分子フィルム（たとえば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、ポリエチレンナフタレート）等を挙げることができる。外表面に、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。

（透明電極）
透明電極５，６は、書き込み装置２から印加されたバイアス電圧を、光アドレス素子内の各機能層へ面均一に印加する目的の部材である。透明電極５，６は、面均一な導電性を有し、少なくとも入射光・アドレス光を透過する。具体的には、金属（たとえば金、アルミニウム）、金属酸化物（たとえば酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ））、導電性有機高分子（たとえばポリチオフェン系・ポリアニリン系）などで形成された導電性薄膜を挙げることができる。表面に、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。なお、本発明において表示側で無い側の電極（本実施形態で言えば透明電極６）は、透明でなくても構わない。

（表示層）
本発明において表示層とは、電場によって入射光のうち特定の色光の反射・透過状態を変調する機能を有し、選択した状態が無電場で保持できる性質のものである。曲げや圧力などの外力に対して変形しない構造であることが好ましい。

本実施形態において表示層としては、コレステリック液晶および透明樹脂からなる自己保持型液晶複合体の液晶層が形成されてなるものである。すなわち、複合体として自己保持性を有するためスペーサ等を必要としない液晶層である。本実施形態では、不図示ではあるが、高分子マトリックス（透明樹脂）中にコレステリック液晶が分散した状態となっている。
なお、本発明においては、表示層が、自己保持型液晶複合体の液晶層であることは必須ではなく、単に液晶のみで表示層を構成することとしても構わない。

コレステリック液晶は、入射光のうち特定の色光の反射・透過状態を変調する機能を有し、液晶分子がらせん状に捩れて配向しており、らせん軸方向から入射した光のうち、らせんピッチに依存した特定の光を干渉反射する。電場によって配向が変化し、反射状態を変化させることができる。表示層を自己保持型液晶複合体とする場合には、ドロップサイズが均一で、単層稠密に配置されていることが好ましい。

コレステリック液晶として使用可能な具体的な液晶としては、ネマチック液晶やスメクチック液晶（たとえばシッフ塩基系、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）、またはこれらの混合物に、光学活性材料（たとえばステロイド系コレステロール誘導体、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系）を添加したもの等を挙げることができる。

コレステリック液晶の螺旋ピッチは、ネマチック液晶に対するカイラル剤の添加量で調整する。例えば、表示色を青、緑、赤とする場合には、それぞれ選択反射の中心波長が、４００ｎｍ〜５００ｎｍ、５００ｎｍ〜６００ｎｍ、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲になるようにする。また、コレステリック液晶の螺旋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剤を添加する公知の手法を用いてもよい。

表示層７ａ，７ｂがコレステリック液晶と高分子マトリックス（透明樹脂）からなる自己保持型液晶複合体を形成する形態としては、コレステリック液晶の連続相中に網目状の樹脂を含むＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）構造や、高分子の骨格中にコレステリック液晶がドロップレット状に分散されたＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）構造を用いることができ、ＰＮＬＣ構造やＰＤＬＣ構造とすることによって、コレステリック液晶と高分子の界面にアンカリング効果を生じ、無電界でのプレーナ相またはフォーカルコニック相の保持状態を、より安定にすることができる。

ＰＮＬＣ構造やＰＤＬＣ構造は、高分子と液晶とを相分離させる公知の方法、例えば、アクリル系、チオール系、エポキシ系などの、熱や光、電子線などによって重合する高分子前駆体と液晶を混合し、均一相の状態から重合させて相分離させるＰＩＰＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ ＰｈａｓｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）法、ポリビニルアルコールなどの、液晶の溶解度が低い高分子と液晶とを混合し、攪拌懸濁させて、液晶を高分子中にドロップレット分散させるエマルジョン法、熱可塑性高分子と液晶とを混合し、均一相に加熱した状態から冷却して相分離させるＴＩＰＳ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法、高分子と液晶とをクロロホルムなどの溶媒に溶かし、溶媒を蒸発させて高分子と液晶とを相分離させるＳＩＰＳ（Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法などによって形成することができるが、特に限定されるものではない。

高分子マトリックスは、コレステリック液晶を保持し、表示媒体の変形による液晶の流動（画像の変化）を抑制する機能を有するものであり、液晶材料に溶解せず、また液晶と相溶しない液体を溶剤とする高分子材料が好適に用いられる。また、高分子マトリックスとしては、外力に耐える強度をもち、少なくとも反射光およびアドレス光に対して高い透過性を示す材料であることが望まれる。

高分子マトリックスとして採用可能な材料としては、水溶性高分子材料（たとえばゼラチン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアクリル酸系ポリマー、エチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアミジン、イソプレン系スルホン酸ポリマー）、あるいは水性エマルジョン化できる材料（たとえばフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂）等を挙げることができる。

閾値シフト法に供する積層型光変調素子としての表示媒体１においては、表示層７ａと表示層７ｂとで上下閾値電圧が適度に離れ、閾値シフト法による動作マージンが確保されていることが望まれる。本発明においては、容量比と抵抗比とを、液晶材料や各層の厚みを適切に調整することにより適宜調整する。

液晶材料の比抵抗は、例えば、高抵抗のフッ素系材料と低抵抗のシアノ系材料を混合したり、液晶材料にイオン性の不純物を添加したりすることにより制御できる。この時、各表示層間には容量の差を若干持たせておく必要もある。表示層間の容量の差は、液晶材料の誘電率や表示層の厚みを異ならせることで制御できる。

その他、表示層７ａ，７ｂのスイッチング挙動は、表示層７ａ，７ｂを構成するコレステリック液晶の誘電率異方性、弾性率、螺旋ピッチ、高分子の骨格構造や側鎖、相分離プロセス、高分子マトリックスと表示層７ａ，７ｂとの界面のモルフォロジー、これらの総合によって決まる高分子マトリックスと表示層７ａ，７ｂとの界面におけるアンカリング効果の程度などによっても制御することができる。

より具体的には、ネマチック液晶の種類や組成比、カイラル剤の種類、樹脂の種類、高分子樹脂の出発物質であるモノマー、オリゴマー、開始剤、架橋剤などの種類や組成比、重合温度、光重合のための露光光源、露光強度、露光時間、雰囲気温度、電子線重合のための電子線強度、暴露時間、雰囲気温度、塗布時の溶媒の種類や組成比、溶液濃度、ウェット膜厚、乾燥温度、温度降下時の開始温度、温度降下速度などであるが、これらに限定されない。

＜書き込み装置＞
本実施形態において書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）２とは、表示媒体１に画像を書込む装置であり、表示媒体１に電圧を印加する電圧印加部（電源装置）１７を主要構成要素とし、さらにこの動作を制御する制御回路１６が配されてなる。

（電圧印加部）
電圧印加部（電源装置）１７は、所定のバイアス電圧を表示媒体１に印加する機能を有し、制御回路１６からの入力信号に基づき、表示媒体（各電極間）に所望の電圧波形を印加できるものであればよい。ただし、ＡＣ出力ができ、高いスルーレートが要求される。また、本発明では、下閾値における書き込みと上閾値における書き込みでは、印加する電圧の周波数を変える必要があるので、周波数が可変であることが必須となる。電圧印加部１７には、例えばバイポーラ高電圧アンプなどを用いることができる。

電源印加部１７による表示媒体１への電圧の印加は、接触端子１９を介して、透明電極５−透明電極６間に為される。
ここで接触端子１９とは、電圧印加部１７および表示媒体１（透明電極５，６）に接触して、両者の導通を行う部材であり、高い導電性を有し、透明電極５，６および電圧印加部１７との接触抵抗が小さいものが選択される。表示媒体１と書き込み装置２とを切り離すことができるように、透明電極５，６と電圧印加部１７とのどちらか、あるいは両者から分離できる構造であることが好ましい。

接触端子１９としては、金属（たとえば金・銀・銅・アルミ・鉄）、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、導電性高分子（たとえばポリチオフェン系・ポリアニリン系）などでできた端子で、電極を挟持するクリップ・コネクタ形状のものが挙げられる。

（制御回路）
制御回路１６は、外部（画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等）からの画像データに応じて、電圧印加部１７の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路１６による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な「第１書き込み工程（動作）」および「第２書き込み工程（動作）」の２つの工程（動作）からなるものであり、その詳細については後述することとする。

＜動作＞
本実施形態の積層型光変調素子の駆動方法、および積層型光変調素子の駆動装置の動作（操作）について、簡単な検証実験を交えて、以下に詳細に説明する。ただし、上記の各表示層相互の動作マージンを評価する場合、２層の表示層を直接積層してしまった状態であると、各表示層の反射率の変化を観測するのは困難である。

そこで以下の検証実験においては、各表示層を単独で形成し、それらを電気的に直列接続することにより、各々の反射率変化を測定して動作マージンを近似的に評価した。
なお、以下の実験においては、低誘電率・高抵抗率側の表示層をａ、高誘電率・低抵抗率側の表示層をｂとして説明する。

各表示層ａ，ｂは、ＩＴＯ電極が設けられた一対のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板（厚さ１２５μｍ）を、ＩＴＯ電極を内側に向けて対向させ、その間に高分子分散型のコレステリック液晶を封入した構造とした（厚さ１５μｍ）。

ここで、各表示層ａ，ｂにはそれぞれ比抵抗値の異なる液晶材料を用いる。具体的には、低誘電率・高抵抗率側の表示層ａにおいては、シアノ系液晶にフッ素系液晶を混合して抵抗値を最適化した液晶材料を用い、高誘電率・低抵抗率側の表示層ｂにおいては、シアノ系液晶を用いた。

また、各表示層ａ，ｂ間には容量の差も若干持たせておく必要があるため、低誘電率・高抵抗率側の表示層ａにおいては、０．４ｎＦ（５０Ｈｚ）、高誘電率・低抵抗率側の表示層ｂにおいては、０．６ｎＦ（５０Ｈｚ）とした。作製した各表示層ａ，ｂの抵抗値特性を図６に、容量特性を図７に、それぞれグラフにて示す。

これらの表示層ａ，ｂを電気的に直列に接続し、任意の波形を出力できる外部電源から電圧パルスを印加した。ここで、下閾値動作時は５Ｈｚの矩形パルス、上閾値動作時は５０Ｈｚの矩形パルスをそれぞれ２００ｍｓ間印加した。
図８に、直列接続した表示層ａ，ｂの両端に５Ｈｚパルス電圧を印加したときの光学特性をグラフにて示す。図８において、縦軸は各表示層の最大Ｙ値を１、最小Ｙ値を０としたときの正規化Ｙ値を表し、横軸は印加パルス電圧の値を表す。正規化Ｙ値の測定は、パルス電圧の印加を解除してから行った。図８のグラフを見てわかるように、各表示層ａ，ｂにおける下閾値電圧の値に明確なズレが生じている。前述の計算式より、下閾値の動作マージンＶｍを求めたところ、０．１８であった。

また、図９に、直列接続した表示層ａ，ｂの両端に５０Ｈｚパルス電圧を印加したときの光学特性をグラフにて示す。図９における縦軸と横軸も、図８の場合と同様である。図９のグラフを見てわかるように、各表示層ａ，ｂにおける上閾値電圧の値に明確なズレが生じている。同様に、前述の計算式より、上閾値の動作マージンＶｍを求めたところ、０．１５であった。

５Ｈｚのような周波数が比較的低いパルスの場合、各表示層に印加される分圧比は瞬間的な容量分圧から漏れ電流による抵抗分圧に緩和し、表示層ａ，ｂ間の抵抗値差の影響が現れる。低誘電率・高抵抗側の表示層ａに、より大きな電圧が印加されるため、各表示層ａ，ｂの動作閾値を異ならせることで、下閾値における動作マージンを十分に確保することができる。

一方、５０Ｈｚのような周波数が比較的高いパルスの場合、各表示層ａ，ｂへの分圧比は抵抗分圧に緩和せず、表示層ａ，ｂ間の容量比がほぼそのまま分圧比として表れる。前述のように、上閾値においては、もともと動作マージンが得られやすい。そのため、表示層ａ，ｂ間の容量比をそれほど大きく取らずに容量分圧のみで、上閾値における動作マージンを十分に確保することができる。

上で作製した各表示層ａ，ｂの反射スペクトルを図１０および図１１に示す。各表示層ａ，ｂとも約２５％の高反射率が得られており、本発明の積層型光変調素子の駆動方法によって反射率を損なうことなく閾値シフト駆動ができることが、上記検証試験により実証することができた。

この２層の表示層ａ，ｂを積層して、図１に記載の積層型光変調素子１を得た場合、本発明の積層型光変調素子（光導電層を含まないもの）の駆動方法による以下に示す「第１の書き込み工程」および「第２の書き込み工程」の動作が為されることにより、十分な反射率を持たせながら、上下閾値共に十分な動作マージンが確保され、安定的な閾値シフト駆動が実現される。

なお、以下の説明では、背景技術の項において用いた図１６のグラフを用いて説明する。当該グラフは、その形状が表示層ａ，ｂを積層して得た積層型光変調素子の場合と厳密には異なるものの、各工程の動作を説明するには十分に代用できるものである。

（第１の書き込み工程）
まず、表示層ｂの上閾値Ｖｆｐｂより低く表示層ａの上閾値Ｖｆｐａより高いＶｃ間の電圧、または表示層ｂの上閾値Ｖｆｐｂより高いＶｄ間の電圧を、周波数５０Ｈｚパルス波形で選択的に印加する。Ｖｃ間の電圧を印加した部位は、表示層ｂがフォーカルコニック相で、表示層ａがホメオトロピック相の状態となる。一方、Ｖｄ間の電圧を印加した部位は、表示層１０７ａはＶｃ間の場合と同じくホメオトロピック相の状態であるが、表示層１０７ｂにおいては上閾値Ｖｐｆｂを超えるため、ホメオトロピック相に相変化する。

つまり、電圧印加部１７による印加電圧をＶｃ間とするかＶｄ間とするかを選択することで、表示層ｂの相の状態がフォーカルコニック相とホメオトロピック相のいずれかの選択が為される。この状態で電圧印加を急速に解除すると、ホメオトロピック相はプレーナ相に変化し、フォーカルコニック相はその状態を維持する。一方、表示層ａは、電圧印加の解除前には、いずれの印加電圧であってもホメオトロピック相となっており、電圧印加の急速解除によって、全てプレーナ相に変化する。
第１の書き込み工程においては、このようにして、表示層ｂの部位ごとに相の選択が為される。

（第２の書き込み工程）
第１の書き込み工程の動作が為された後、表示層ａの下閾値Ｖｐｆａよりも低いＶａ間の電圧、または表示層ａの下閾値Ｖｐｆａよりも高く表示層ｂの下閾値Ｖｆｐｂより低いＶｂ間の電圧を、周波数５Ｈｚパルス波形で選択的に印加する。表示層ａでは、Ｖｂ間の電圧を印加した部位は下閾値Ｖｐｆａを超え、フォーカルコニック相に相変化し、Ｖａ間の電圧を印加した部位は下閾値Ｖｐｆａを超えないため、プレーナ相状態を維持する。

一方、表示層ｂでは、いずれの印加電圧であっても下閾値Ｖｆｐｂよりも低いため、上述の如く上閾値で選択されたプレーナ相またはフォーカルコニック相の状態を維持する。
第２の書き込み工程においては、このようにして、表示層ａの部位ごとに相の選択が為される。

以上の書き込み工程の動作が順次為され、上下閾値の２段階の電圧信号においてそれぞれ、印加する電圧の大小の選択が為され、その組合せに応じて、表示層ａおよび表示層ｂの内の任意の一方もしくは双方を反射状態、または双方を透過状態とすることができる。このように相が選択されて、積層型光変調素子への書き込み（駆動）が為される。

［第２の実施形態］
図１２は、本発明の積層型光変調素子の駆動方法を適用したシステムの他の例示的一態様である第２の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムも、第１の実施形態と同様、表示媒体（積層型光変調素子）１’と書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）２’とからなる。ただし、本実施形態では、表示媒体（積層型光変調素子）１’として、光導電層を含む構成のものを用いている点が異なり、それに応じて書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）２’の構成も異なっている。
以下の説明では、主として第１の実施形態と、その構成や作用、効果等が異なる点について説明し、第１の実施形態と同一の機能を有する部材には、図中同一の符号を付することによって、適宜その説明を省略することにする。

＜表示媒体＞
本実施形態において表示媒体とは、アドレス光の照射、バイアス信号の印加によって複数の液晶層（選択反射層）の選択駆動ができる部材であり、具体的には積層型光変調素子である。

本実施形態において、表示媒体１’は、表示面側から順に、透明基板３、透明電極５、表示層（選択反射層）７ｂ、表示層（選択反射層）７ａ、ラミネート層８、着色層（遮光層）９、ＯＰＣ層（光導電体層）１０、透明電極６および透明基板４が積層されてなる物である。すなわち、第１の実施形態における表示媒体１’の表示層（選択反射層）７ａと透明電極６との間に、ラミネート層８、着色層（遮光層）９およびＯＰＣ層（光導電体層）１０を介在させた構造となっている。本実施形態に特徴的なこれらの層についてのみ、以下詳細に説明する。

（ＯＰＣ層）
ＯＰＣ層（光導電体層）１０は、内部光電効果をもち、アドレス光の照射強度に応じてインピーダンス特性が変化する特性を有する層である。交流（ＡＣ）動作が可能であり、アドレス光に対して対称駆動にならなければならない。電荷発生層（ＣＧＬ）が電荷輸送層（ＣＴＬ）の上下に積層された３層構造に形成されてなる。本実施形態では、ＯＰＣ層１０として、図１２における上層から順に上側の電荷発生層１３、電荷輸送層１４および下側の電荷発生層１５が積層されてなる。

電荷発生層１３，１５は、アドレス光を吸収して光キャリアを発生させる機能を有する層である。主に、電荷発生層１３が表示面側の透明電極５から書き込み面側の透明電極６の方向に流れる光キャリア量を、電荷発生層１５が書き込み面側の透明電極６から表示面側の透明電極５の方向に流れる光キャリア量を、それぞれ左右している。電荷発生層１３，１５としては、アドレス光を吸収して励起子を発生させ、ＣＧＬ内部、またはＣＧＬ／ＣＴＬ界面で自由キャリアに効率良く分離させられるものが好ましい。

電荷発生層１３，１５は、電荷発生材料（たとえば金属又は無金属フタロシアニン、スクアリウム化合物、アズレニウム化合物、ペリレン顔料、インジゴ顔料、ビスやトリス等アゾ顔料、キナクリドン顔料、ピロロピロール色素、多環キノン顔料、ジブロモアントアントロンなど縮環芳香族系顔料、シアニン色素、キサンテン顔料、ポリビニルカルバゾールとニトロフルオレン等電荷移動錯体、ピリリウム塩染料とポリカーボネート樹脂からなる共昌錯体）を直接成膜する乾式法か、またはこれら電荷発生材料を、高分子バインダー（たとえばポリビニルブチラール樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルカルバゾール樹脂、ビニルホルマール樹脂、部分変性ビニルアセタール樹脂、カーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、ビニルアセテート樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂等）とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させて塗布液を調製し、これを塗布し乾燥させて成膜する湿式塗布法等により形成することができる。

電荷輸送層１４は、電荷発生層１３，１５で発生した光キャリアが注入されて、バイアス信号で印加された電場方向にドリフトする機能を有する層である。一般にＣＴＬは、ＣＧＬの数１０倍の厚みを有するため、電荷輸送層１４の容量、電荷輸送層１４の暗電流、および電荷輸送層１４内部の光キャリア電流が、ＯＰＣ層１０全体の明暗インピーダンスを決定付けている。

電荷輸送層１４は、電荷発生層１３，１５からの自由キャリアの注入が効率良く発生し（電荷発生層１３，１５とイオン化ポテンシャルが近いことが好ましい）、注入された自由キャリアができるだけ高速にホッピング移動するものが好適である。暗時のインピーダンスを高くするため、熱キャリアによる暗電流は低い方が好ましい。

電荷輸送層１４は、低分子の正孔輸送材料（たとえばトリニトロフルオレン系化合物、ポリビニルカルバゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、ベンジルアミノ系ヒドラゾンあるいはキノリン系ヒドラゾン等のヒドラゾン系化合物、スチルベン系化合物、トリフェニルアミン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ベンジジン系化合物）、または低分子の電子輸送材料（たとえばキノン系化合物、テトラシアノキノジメタン系化合物、フルフレオン化合物、キサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物）を、高分子バインダー（たとえばポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、含珪素架橋型樹脂等）とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させて塗布液を調製し、これを塗布し乾燥させて形成すればよい。

（着色層）
着色層（遮光層）９とは、アドレス光と入射光を光学分離し、相互干渉による誤動作を防ぐ目的で設けられる層であり、本発明において必須の構成要素ではない。ただし、表示媒体１’の性能向上のためには、設けることが望まれる層である。その目的から、着色層９には、少なくともＣＧＬの吸収波長域の光を吸収する機能が要求される。

着色層９は、具体的には、無機顔料（たとえばカドミウム系、クロム系、コバルト系、マンガン系、カーボン系）、または有機染料や有機顔料（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）をＯＰＣ層１０の電荷発生層１３側の面に直接塗布して形成するか、あるいはこれらを高分子バインダー（たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル樹脂等）とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させて塗布液を調製し、これを塗布し乾燥させて形成することができる。

（ラミネート層）
ラミネート層８は、ガラス転移点の低い高分子材料からなるものであり、熱や圧力によって表示層７ａ，７ｂと着色層９とを密着・接着させることができる材料が選択される。また、少なくとも入射光、アドレス光に対して透過性を有することが条件となる。
ラミネート層８に好適な材料としては、粘着性の高分子材料（たとえばウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂）を挙げることができる。
なお、ラミネート層８は、本発明において必須の構成要素ではない。

＜書き込み装置＞
本実施形態において書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）２’、表示媒体１’に画像を書込む装置であり、表示媒体１’に対してアドレス光の照射を行う光照射部（露光装置）１８および表示媒体１’にバイアス電圧を印加する電圧印加部（電源装置）１７を主要構成要素とし、さらにこれらの動作を制御する制御回路１６’が配されてなる。すなわち、第１の実施形態における書き込み装置２に対して、光照射部１８が加わっており、また、制御回路１６’が、電圧印加部１７の動作とともに、光照射部１８の動作をも適宜制御する機能を有している。本実施形態に特徴的な光照射部１８についてのみ、以下詳細に説明する。

（光照射部）
光照射部（露光装置）１８は、像様となる所定のアドレス光パターンを表示媒体１’に照射する機能を有し、制御回路１６からの入力信号に基づき、表示媒体１’上(詳しくは、ＯＰＣ層上）に所望の光画像パターン（スペクトル・強度・空間周波数）を照射できるものであれば特に制限されるものではない。

光照射部１８により照射されるアドレス光としては、以下の条件のものが好ましく選択される。
・スペクトル：ＯＰＣ層１０の吸収波長域のエネルギーができるだけ多いことが好ましい。
・照射強度：明時に各表示層７ａ，７ｂへの印加電圧がＯＰＣ層１０との分圧により上下閾値の電圧以上となって、表示層７ａ，７ｂ中の液晶を相変化させ、暗時にはそれ以下となるような強度。
光照射部１８により照射されるアドレス光としては、ＯＰＣ層１０の吸収波長域内にピーク強度を持ち、できるだけバンド幅の狭い光であることが望ましい。

光照射部１８としては、具体的には以下のものが挙げられる。
（１−１）光源（たとえば、冷陰極管、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、ＥＬ等）をアレイ状に配置したものや、光源と導光板とを組み合せたもの、などの均一な光源
（１−２）光パターンを作る調光素子（たとえば、ＬＣＤ、フォトマスクなど）の組み合わせ
（２）面発光型ディスプレイ（たとえばＣＲＴ、ＰＤＰ、ＥＬ、ＬＥＤ、ＦＥＤ、ＳＥＤ）
（３）上記（１−１）、（１−２）あるいは（２）と光学素子（たとえばマイクロレンズアレイ、セルホックレンズアレイ、プリズムアレイ、視野角調整シート）との組み合わせ

（制御回路）
制御回路１６’は、外部（画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等）からの画像データに応じて、電圧印加部１７および光照射部１８の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路１６’による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な「第１書き込み工程（動作）」および「第２書き込み工程（動作）」の２つの工程（動作）からなるものであり、その詳細については後述することにする。

＜動作＞
本実施形態においても、表示層の層構成が基本的に同一である第１の実施形態で行った検証試験により十分に、閾値シフト駆動ができることを実証することができている。

この検証試験に供した２層の表示層ａ，ｂを積層して積層型光変調素子を得た場合、本発明の積層型光変調素子（光導電層を含むもの）の駆動方法による以下に示す「第１の書き込み工程」および「第２の書き込み工程」の動作が為されることにより、十分な反射率を持たせながら、上下閾値共に十分な動作マージンが確保され、安定的な閾値シフト駆動が実現される。
なお、以下の説明では、第１の実施形態と同様の理由で、背景技術の項において用いた図１６のグラフを用いて説明する。

（第１の書き込み工程）
まず、表示層全体にかかる電圧が、表示層ｂの上閾値電圧Ｖｆｐｂより低く表示層ａの上閾値電圧Ｖｆｐａより高い、Ｖｃ間になるようなバイアス電圧（リセット電圧）を周波数５０Ｈｚパルス波形で印加しつつ、それと同時に、露光装置で選択的に露光して、露光部における光導電体層の抵抗値を変化（低下）させることで表示層ａおよび表示層ｂの分圧を上昇させる。これにより、露光部で、表示層ａおよび表示層ｂにかかる電圧が上閾値の電圧Ｖｐｆｂを超え、表示層ｂはホメオトロピック相に相変化する。
また、非露光部への印加電圧はＶｃであるため、表示層ｂはフォーカルコニック相となる。

一方、表示層ａは露光部、非露光部にかかわらずホメオトロピック相となる。この状態で電圧印加を急速に解除すると、ホメオトロピック相はプレーナ相に変化し、フォーカルコニック相はその状態を維持する。このようにして、表示層ｂの部位ごとに、相の選択が為される。

（第２の書き込み工程）
第１の書き込み工程の動作が為された後、表示層全体にかかる電圧が、表示層ａの下閾値Ｖｐｆａよりも低いＶａ間になるようなバイアス電圧（セレクト電圧）を、周波数５Ｈｚパルス波形で印加すると同時に、露光装置で選択的に露光して、第１の書き込み工程の場合と同様に、露光部における表示層ａおよび表示層ｂの分圧を上昇させる。これにより、露光部では、表示層ａおよび表示層ｂにかかる電圧が下閾値Ｖｐｆａを超え、表示層ａはフォーカルコニック相に相変化する。また、非露光部への印加電圧はＶａであるため、表示層ａはプレーナ状態を維持する。

一方、表示層ｂは露光部、非露光部にかかわらずプレーナまたはフォーカルコニック状態を維持する。
第２の書き込み工程においては、このようにして、表示層ａの部位ごとに、相の選択が為される。

以上の書き込み工程の動作が順次為され、上下閾値の２段階の電圧信号を印加しつつ、部位により露光／非露光の選択が為され、その組合せに応じて、表示層ａおよび表示層ｂの内の任意の一方もしくは双方を反射状態、または双方を透過状態とすることができる。このように相が選択されて、積層型光変調素子への書き込み（駆動）が為される。

以上、２つの好ましい実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態では、選択反射層（表示層）が２層構成のもののみを具体例として挙げて説明しているが、本発明において選択反射層は２層に限られるものではなく、３層以上の構成とすることもできる。３層構成として、各層の発色をブルー、グリーンおよびレッドとして加法混色することにすれば、本発明による簡便な駆動技術によって、容易にフルカラー画像を得ることができる。

３層構成の選択反射層の場合、上下閾値においては、３つの層それぞれが閾値の電圧の値に差が生じている。ここで、３つの表示層をそれぞれ閾値電圧の低いものから順に表示層ａ、表示層ｂ、表示層ｃとすると、
・表示層ａの下閾値Ｖｐｆａ未満の電圧ａ、
・上記電圧ａを超え、表示層ａの下閾値Ｖｐｆａ未満の電圧ｂ、
・上記電圧ｂを超え、表示層ａの上閾値Ｖｆｐａ未満の電圧ｃ、
・上記電圧ｃを超え、表示層ｃの下閾値Ｖｐｆｃ未満の電圧ｄ、
・上記電圧ｄを超え、表示層ｂの上閾値Ｖｆｐｂ未満の電圧ｅ、
・上記電圧ｅを超え、表示層ｃの上閾値Ｖｆｐｃ未満の電圧ｆ、
・表示層ｃの上閾値Ｖｆｐｃを超える電圧ｇ、
について、印加する電圧により、あるいは露光する光の強度により、適宜これら電圧を選択することで、各選択反射層のスイッチングをすることができる。

積層型光変調素子が光導電層を含まない場合には、電圧ｅ、電圧ｆおよび電圧ｇを選択して電圧を印加し、その後、電圧ａ、電圧ｂ、電圧ｃおよび電圧ｄを適宜選択して電圧を印加することにより、各選択反射層のスイッチングの有無を選択する。すなわち、印加電圧の大きさを７種類の中から適宜選択することで、各選択反射層の駆動を選択することができ、１度の信号で同時に画像を書き込むことができる。

一方、積層型光変調素子が光導電層を含む場合には、電圧ｅまたは電圧ａを印加した状態で、露光することによって、各選択反射層のスイッチングの有無を選択する。このとき、露光する光の強度を４種類から選択することで、それぞれ所望の閾値の選択反射層について相変化を生じさせるように、露光強度を設計する。

以上のように設計することで、３つの層を１回の露光で自由にスイッチング状態を選択することができる。すなわち、印加電圧を一定にしておき、露光強度を４種類の中から適宜選択することで、各選択反射層の駆動を選択することができ、１度の信号で同時に画像を書き込むことができる。

上記スイッチングは、上下閾値においてそれぞれ行うことができるので、上記実施形態の例と同様、第１の書込み工程（動作）および第２の書込み工程（動作）を行うことができる。そして、このように３層構成の選択反射層の場合であっても、上下閾値における印加電圧の周波数を異ならせることで、容量分圧に頼ることなく抵抗分圧に緩和させて下閾値における動作マージンを確保することができる。

特に３層構成の場合、３つの層間での動作マージンを確保しなければならず、より材料選択の自由度も低くなりがちであるが、本発明のように抵抗分圧に緩和させることで誘電率差による材料選択の束縛から解放され、ないし制限が少なくなり、抵抗比による材料選択が可能となる。そして、本発明によれば、３層全てにおける高い反射率を持たせながら、安定的な閾値シフト駆動が実現される。
すなわち、本発明は、２層構成であっても勿論優れた効果が奏されるが、各層間の動作マージンを確保しづらい３層以上の構成において、特に卓越した効果が発現されるものであると言うことができる。

なお、本発明においては、この選択反射層は、２層や３層のみならず、４層以上であっても、上記と同様にして、（光導電体を含まない場合）印加電圧の大きさとその数とを適宜調節することによって、あるいは、（光導電体を含む場合）露光強度とその数とを適宜調節することによって、それぞれの選択反射層のスイッチングを適宜選択することができる。選択反射層の数が増えれば増えるほど、動作マージンの確保が困難となるため、本発明は特に有効である。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの例示的一態様である第１の実施形態の概略構成図である。 本発明に用いられる積層型光変調素子における各表示層のコレステリック液晶のスイッチング挙動を示すグラフである。 本発明に用いられる積層型光変調素子における積層状態の表示層の等価回路を示す回路図である。 低い周波数の電圧パルスを加えることにより、抵抗分圧比への緩和を図り、分圧比を拡げることができることを説明するためのグラフである。 低い周波数の電圧パルスを印加した場合、最終パルス印加後に残留電位により生じる波形の乱れを表す、印加電圧と時間との関係を示すグラフである。 実施形態で作製した積層型光変調素子の各表示層の抵抗値特性を示すグラフである。 実施形態で作製した積層型光変調素子の各表示層の容量特性を示すグラフである。 実施形態で作製した積層型光変調素子の各表示層を直列接続し、５Ｈｚパルス電圧を印加したときの光学特性を示すグラフである。 図１０のグラフと同様にし、パルス電圧の周波数を５０Ｈｚにしたときの光学特性を示すグラフである。 実施形態で作製した積層型光変調素子の１つの表示層の反射スペクトルを示すグラフである。 実施形態で作製した積層型光変調素子の他の表示層の反射スペクトルを示すグラフである。 本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの他の例示的一態様である第２の実施形態の概略構成図である。 閾値シフト法による画像書き込みの様子を説明するための模式説明図である。 コレステリック液晶の分子配向と光学特性の関係を示す模式説明図であり、（Ａ）はプレーナ相、（Ｂ）はフォーカルコニック相、（Ｃ）ホメオトロピック相の各相におけるものである。 コレステリック液晶のスイッチング挙動を説明するためのグラフである。 閾値シフト法に供される積層型光変調素子における各表示層のコレステリック液晶のスイッチング挙動を示すグラフである。 光導電層を含む積層型光変調素子に対する閾値シフト法による画像書き込みの様子を説明するための模式説明図である。

符号の説明

１，１’：表示媒体（積層型光変調素子）、 ２，２’：書き込み装置（積層型光変調素子の駆動装置）、 ３，４：透明基板、 ５，６，１０５，１０６：透明電極、 ７ａ，７ｂ，１０７ａ，１０７ｂ ：表示層（選択反射層）、 ８：ラミネート層、 ９，１０９：着色層、 １０：ＯＰＣ層（光導電体層）、 １３，１５：電荷発生層（ＣＧＬ）、 １４：電荷輸送層（ＣＴＬ）、 １６，１６’：制御回路、 １７：電圧印加部（電源装置）、 １８：光照射部（露光装置）、 １９：接触端子、 １０１：積層型光変調素子、 １１０：光導電体層、 １１２：露光装置、 １１７：電源装置

Claims (14)

1. 各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動方法であって、
   前記両電極間に、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第１書き込み工程と、
   前記両電極間に、第１書き込み工程で印加した電圧とは周波数が異なる、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第２書き込み工程と、
   からなることを特徴とする積層型光変調素子の駆動方法。
2. 第２書き込み工程で印加する電圧の周波数Ｆ_V2が、第１書き込み工程で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことを特徴とする請求項１に記載の積層型光変調素子の駆動方法。
3. 各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その一方に光導電体層が積層され、さらにその両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動方法であって、
   前記両電極間に電圧を印加しながら、前記積層型光変調素子を適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第１書き込み工程と、
   前記両電極間に、第１書き込み工程で印加した電圧とは周波数が異なる電圧を印加しながら、前記積層型光変調素子を適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第２書き込み工程と、
   からなることを特徴とする積層型光変調素子の駆動方法。
4. 第２書き込み工程で印加する電圧の周波数Ｆ_V2が、第１書き込み工程で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことを特徴とする請求項３に記載の積層型光変調素子の駆動方法。
5. 前記光導電体層が、有機光導電体からなることを特徴とする請求項３に記載の積層型光変調素子の駆動方法。
6. 前記選択反射層が、２層構成または３層構成であることを特徴とする請求項１または３に記載の積層型光変調素子の駆動方法。
7. 複数の前記選択反射層が、高分子中に前記コレステリック液晶が分散されてなることを特徴とする請求項１または３に記載の積層型光変調素子の駆動方法。
8. 各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置を含み、
   前記両電極間に、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第１書き込み動作と、
   前記両電極間に、第１書き込み動作で印加した電圧とは周波数が異なる、同周波数で少なくとも２種以上の大きさの電圧を印加することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位または超えない部位の選択を行う第２書き込み動作と、
   の各動作が順次為されることを特徴とする積層型光変調素子の駆動装置。
9. 第２書き込み動作で印加する電圧の周波数Ｆ_V2が、第１書き込み動作で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことを特徴とする請求項８に記載の積層型光変調素子の駆動装置。
10. 各層ごとに可視光中の互いに異なる波長の光を選択反射し、かつ、それぞれのプレーナ相からフォーカルコニック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる下閾値、および、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への変化の外部印加電圧に対する動作閾値たる上閾値が互いに異なる、少なくともコレステリック液晶からなる複数の選択反射層が、各層の間に電極を介することなく積層され、その一方に光導電体層が積層され、さらにその両層の外側に電極が配されてなる積層型光変調素子に、画像を記録するための積層型光変調素子の駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置と、前記積層型光変調素子を露光し得る露光装置とからなり、
    前記両電極間に電圧を印加しながら前記露光装置で適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記上閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第１書き込み動作と、
    前記両電極間に、第１書き込み動作で印加した電圧とは周波数が異なる電圧を印加しながら前記露光装置で適宜選択露光することで、前記各選択反射層における前記下閾値を超える部位と超えない部位との選択を行う第２書き込み動作と、
    の各動作が順次為されることを特徴とする積層型光変調素子の駆動装置。
11. 第２書き込み動作で印加する電圧の周波数Ｆ_V2が、第１書き込み動作で印加した電圧の周波数Ｆ_V1に比して小さい（Ｆ_V2＜Ｆ_V1）ことを特徴とする請求項１０に記載の積層型光変調素子の駆動装置。
12. 前記光導電体層が、有機光導電体からなることを特徴とする請求項１０に記載の積層型光変調素子の駆動装置。
13. 前記選択反射層が、２層構成または３層構成であることを特徴とする請求項８または１０に記載の積層型光変調素子の駆動装置。
14. 複数の前記選択反射層が、高分子中に前記コレステリック液晶が分散されてなることを特徴とする請求項８または１０に記載の積層型光変調素子の駆動装置。

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