JPH01501735A - 電子ビームがアドレスされる液晶光バルブ - Google Patents

電子ビームがアドレスされる液晶光バルブ

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JPH01501735A JP62506428A JP50642887A JPH01501735A JP H01501735 A JPH01501735 A JP H01501735A JP 62506428 A JP62506428 A JP 62506428A JP 50642887 A JP50642887 A JP 50642887A JP H01501735 A JPH01501735 A JP H01501735A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電子ビームがアドレスされる液晶光バルブこの発明は電気ビームバタン入力に応 じて読み出し光ビームを変調する液晶光バルブに関連する。
従来技術 液晶光バルブ(LCLV)は、向きを変えられるネマティック液晶セルが一般に 使用され、ネマティック液晶セル内の液晶分子により、面偏光光がこの分子を通 過すると90°回転される。充分な電圧がこのセルの個々の領域に印加されると 、それらの領域の液晶分子の分子軸は印加された電界と平行になるように傾く。
偏光光は、基本的には変化しないときの液晶セルのそれらの領域は通過でき、電 界が印加された液晶セルのそれらの領域では偏光光は遮断される。この装置に印 加される空間の電圧パタンによって光の像が形成される。
従来のLCLVは、°レーザーでアドレスされる装置及び、ブラウン管(CRT )や他の光源に接続される光電変換器である装置を有している。高い解像度を有 するレーザーアドレス系(system)は、画面を満すために数秒間必要な記 憶装置であり、アドレス及び拡大の為に一般に複雑な光学系を使用する。アドレ スを行う光学系を加え、光電変換器が接続された装置は、拡大及びアドレスを行 う光を分離させる為の複数層の構造が使用されるか又は、アドレス/拡大を行う 光の波長を厳しく制限している。
電子ビームがアドレスされたLCLVは、少なくとも概念上は光電変換器及び光 遮断層における従来の問題をなくすことができる。加えて、このような装置はリ アルタイムの操作を行うため充分に速くできる。この発明以前の殆どの電子ビー ム電流がアドレスされるLCLVはテクトロニクス(T ektronix)社 の装置であり、この装置は1983年5月の電子装置におけるI EEE学会会 報のVol、 ED−30゜No、5の489〜492ページに掲載されている デュエーンA、ヘブン(D uane A 、 Haven)氏にょる「電子ビ ームがアドレスされる液晶光バルブ(E Iectoron −B eaIIA ddressed Liquid−Crystal Light Valve) Jに記載されている。この記事にはターゲット電極上に射突されるところの、書 込み銃から射出される電子であって、フルード(flood )銃によりターゲ ットからほぼ消去される電子を有゛するLCLV装置が記載されている。フルー ド銃は、制御された均一の電位でターゲット電極を再充電する。この装置が有す る1つの問題は、フルード銃が均一でなく、ターゲット電極上で電子の不均一分 布を生成することである。これは交互に均一でない像を形成する。残像はもう1 つの問題である。
低いエネルギーのフルード銃は、高いエネルギーの書込み銃による深く入った電 子により生出された像を全て消去することができない。テクトロニクス社の装置 は高価な伝達CRTの使用を必要とし、その光学伝達性質はLCLVに接続され て使用できる物質の選択を制限する。他の幾つかの適合する物質は複屈折し、読 み出し光の偏光面を回転できるので、その結果適切でなくなる。その装置の感度 を増加させることが必要である。
発明の概要 従来技術の上記問題の観点から、この発明の目的は、高い解像度のディスプレイ を有し、フルードビームの必要性及びそれに伴う像の歪みをなくし、高い伝達性 膜を必要としない簡素な構成の斬新で且つ改良された電子ビームがアドレスされ るLCLVを捉方することにある。
この発明のもう1つの目的は、安価でありながら従来の装置よりより感度がよい 電子ビームがアドレスされるLCLVを提供することである。
これら及び他の目的は、反射モードで最初で制御される為に成形されたLCLV により達成される。平坦な電気抵抗性膜は、読み出し光ビームから液晶層の対向 側に位置されると共に、電子ビームによりアドレスされるべきよう適合され且つ 膜上に支持された部分導電性物質の層を有している。電子ビームが衝突される為 、部分導電性物質内の位置での電荷の蓄積は、液晶内の一致した位置に電位差を 生出する。液晶電圧は必要であるその光伝達又は偏光面の回転特性を制御する。
好ましい導電マトリックスグリッドの形状である電荷蓄積手段は、電子ビーム走 査からその層で受ける電荷を蓄積させる部分導電層上に配置される。グリッドは 部分導電層を一連の画素に分割し、部分導電層の電子ビーム側の各画素周囲にマ トリックス物質を有している。部分導電層内の画素上に衝突される電子ビームに 反応して液晶層の一致した位置で電圧の一つの極が誘導される。電子ビーム走査 の間のインターバルの間に画素での十分な素早い放電の割合及び、読出し光ビー ムからの像を生出するに十分ゆっくりな割合で画素から周囲グリッド内へ電荷が 消費される。回路手段は部分導電層からの導電マトリックスによって受けられる 電荷を放出する為に接続される。液晶層、膜、及び部分導電層の抵抗及び電気容 量は、各電子ビーム走査の後の導電層の放電の間に液晶への十分なAC電圧を生 出する為に選択される。画素はフルード銃を必要としないで自動的に消去される 。
記述する実施例において、ミラーは読出しビームからの液晶層の対向側に配置さ れ、液晶を通って逆方向に読取りビームが反射される。透明電極が液晶の読取り ビーム側上に設けられ、液晶の為に基準電圧を設けるように接続される。導電マ トリックス及び透明電極は接地されるか、液晶感度を改良するACi源に接続さ れる。
この発明の他の特徴及び利点は、参照図面と共に以下に記述される実施例の説明 からこの技術に精通した人には明らか第1図はこの発明により構成されると共に 電子ビームがアドレスされるLCLVの断面図; 第2図は電子ビームから受けた電荷を放出する為に使用される導電性マトリック スの一部の部分立面図;第3図は電子ビームに反応した個々の液晶画素位置にお ける時間を基準とした電圧信号を示したグラフ;第4図は電荷放出を制御するL CLV部材の同値回路:及び 第5図は信号電荷を放出する導電性円筒リングを使用するLCLVの後部面の立 面図。
実施例 第1図を参照すると、電子ビーム走査バタンの高い解像度のディスプレイを備え たLCLVの限定された形態が示されている。CRTは電子ビーム発生器2とビ ーム6でラスターパターン(raster pattern)を走査させる1組 の偏向プレート4とで示される。他のプレートの組は紙面の内外を走査するビー ムを制御する為に設けられている。ビームの流れは典型的に10マイクロアンペ アから1ミリアンペアの正確な範囲内にある。
LCLVは液晶層8とスペーサ12.12aとを有している。液晶層8は、化学 的に分離され、液晶軸合せを容易にする為にそれぞれの側に配置された絶縁フィ ルム10.10aにより形成されるセル内に収容される。スペーサ12.12a は絶縁フィルム10.10aの間の適切なギャップを維持し、液晶8が流出する ことを防いでいる。
光読出しビーム14aはこの側からバルブ上に向けられ且つ、電子ビームバタン により変調された後光読出しビーム14bとして反射されるので、LCLvの左 側は「読み出しj側として示される。好ましくはガラスで形成されるような透明 カバープレート16は、この装置の左側を覆い保護する。
好ましくはチニンディウム(tinindiuIO)酸化物から形成される透明 電極18は、カバープレート16の内側面上に覆われている。この電極は以下に 記すように液晶に印加される参照電圧を供給する。
ミラー20は読出しビームから液晶セルの反対側に設けられている。このミラー は読出しビームを受けて、反射させ再び液晶を通過させる。それは一般的なワイ ドバンドの高い反射率絶縁体ミラーで行うことができる。これは光電変換層を有 しているたくさんの光バルブの反対側であり、光電変換層の導電を行うのを防ぐ 為にミラーは、反射されない殆ど全ての読出しビームを吸収する必要があるので 、これらの先バルブは改変(modified)された絶縁体を有するミラーを 必要とする。しかし、この光バルブは光電変換層を有しておらず、ミラーは非常 に簡素である。絶縁体ミラーの代りに、ヒユーズエアクラフトカンパニー(Hu ghes Aircraft Company)が出願した出願番号759.0 04に開示されている金属マトリックスミラーも用いられている。
支持膜22はミラー20の電子ビーム側に位置され、ミラー及び部分導電物質層 24を支持する。膜は残った電荷の像のショートを防ぐために11012oh/ sq、かそれよりも大きい値の高いシート抵抗を有する抵抗でなければならない 。
それは堅いか又は伸ばせるかできるので、非常に平坦な表面を形成でき、外側リ ング(図示せず)は膜を伸ばす為のベースとして設けられている。適切な膜物質 はカプトン(Kapton ) 、雲母、はう素窒化物である。可能な電子ダメ ージをからそれを守る為に膜はその電子ビーム側に蒸発される5i02や他の抵 抗物質24の薄い層と一体となっている。
第2図に示された好ましくは金属グリッドの形態であるところの導電物質マトリ ックス26は、部分導電層24の外側面上に置かれている。各グリッド開口部2 8は走査電子ビームで像を形成する目的の為あ画素を規定している。グリッド2 6および電極18は接続されて共に接地されるか、又は他の実施例では、これか ら述べるようにAC電源30がこれら2つの部材の間に接続されている。グリッ ド及び下部部分導電層の長さと、部分導電層の導電率とが選択されるので、特別 な走査の間部分導電層の各画素に吸収される電子は、電子ビームが1“回の走査 サイクルが終了しその画素に戻る時にグリッドを通って漏れていく。テレビジョ ンの走査割合が3O−60Hzであるので、漏れ割合は、走査の間はぼ17−3 0ミリ秒で画素を消すに十分速くなければならない。しかし、読出しビーム14 aで観察するように像を残すため部分導電層での消去は十分遅くすべきである。
部分導電層の抵抗容量は、好ましくは102°−1013ohm/sq、の範囲 であり、その厚さは好ましくは3−10ミクロンであり、その抵抗率は107− 10”ohm amが好ましい。適切なる部分導電物質は二酸化シリコンと氷晶 石とを有し、カドミウムテルル化物は幾つかの適用例では用いられ、他の物質で は導電しすぎる。典型的な画素の大きさは0.01−0、 15mm、 per  5ideである。
電子ビーム走査の結果、部分導電層24の個々の画素内に吸収された電子の電荷 が液晶の一致した位置での電圧を生出する。光バルブの各種の部材は横に広がっ た高い抵抗を有しているので、重要なる1:1対応が電子の電荷を受けた部分導 電層の個々の画素領域と、吸収された電荷によって決定される電圧を維持する液 晶の一致した領域との間で達成される。
液晶電圧の損失で膜での過大な電圧降下をなくす為に、膜はとても薄ぐ作られ、 約4−12ミクロンである。
サンドイッチ状の層の1つのである、例えばミラー又は膜又はそれら両方が良い 絶縁材であるなら、電子ビーム走査で液晶に印加される画素電圧はDCよりもA Cである。ACでの操作は別の利点を有し、液晶は印加されるDCでの作用を受 けると分解する傾向にあるからである。液晶偏光の移動はRM S電圧の高さに 対応し、AC電圧はDCの作用の分解効果なしで偏光の移動を行うのに使用され る。部分導電層上の画素を電子ビームで走査する液晶上に作用するAC電圧が第 3図に示され、画素位置における液晶電圧は時間に応じてプロットされている。
ビームは液晶を通る負電圧ビーク32を生出するすぐ残る電子で非常の短い時間 に液晶を走査する。
電子ビームは30n s e cの時間で画素上に典型的に残される。ビームが 過ぎた後、画素上に吸収された電子は右側に溢れ出してメタルグリッド26に戻 る。各グリッド開口部28の周囲の導電グリッド物質は(第2図)、溢れた電子 を周囲の部分導電層画素に引きつけ;これらの電子は接地されて消滅される。導 電グリッド内の部分導電層の電子流出の形態は第2図に1つの画素の為に電子流 出線34により示される。
AC電源30はその感度を上げる為にその端子電圧に近い電圧で液晶を傾かせる のに使用できる。
再び第3図において、電子ビームは画素及び液晶に印加された最大負電圧を通過 した後、液晶電圧は徐々に線36に沿って減少される。部分導電層24からの電 子は本来の電子ビームの電子と反対方向のグリ°ツド26に流れ続けているので 、液晶電圧は正になり、点38で0ボルトの軸が交差する。それが後に最初の負 電圧ピークよりも十分に小さい正電圧ピークに達し、部分導電層内で費される過 度の電荷で0に減少されている。
少なくとも1つの光バルブ層が良い絶縁材であるなら、液晶電圧曲線の負部分よ り下の領域は、一般に曲線の正部分の走査の間のインターバルの間に0に減少さ れるので、繰返しビームで走査されるコースを越えたAC液晶電圧特性となる。
これは上述したDCでの操作における低下の問題を除去することができる。他方 では、電圧の減少が十分にゆっくりなので、液晶は要求される像を生出して反応 するに十分な時間を有する。
部分導電層から電荷を消去する為の等価回路が第4図に示されている。V (t )は電子ビームにより各画素内に残された電荷Qによる液晶/膜の境界での電圧 を示し、RLC及びCLCは各々液晶の抵抗及び容量を示し、C,は膜と部分導 電層とを一緒にした並列容量を示し、R,は膜と部分導電層とを一緒にした並列 効果シートの抵抗を示し、全ては1つの画素部材についてである。膜の容量及び 部分導電層の容量は一般に同一の桁であり、膜シートの抵抗は一般に部分導電層 の抵抗よりも非常に大きい。何故なら、膜及び部分導電層の容量は各々著しくC Mに寄与し、膜の抵抗は一般に無視できるからである。電子ビームにより蓄積さ れた電荷は、部分導電層を直接通って、又は電極18へ膜及び液晶の大部分から なる並列通路を通ってグリッドの電位から溢れる。V (t)による液晶電流の 表現が示され: T、!RMCλIl”LC″″CLCRLCI ”−RLCCM第3図に示され ているAC電圧力ーブは以下に示されている値の組による結果であり、その値は :RLc=6X10”ohms RM −10”o hm/ s q。
CLC−5X10−15farads C%l−6X10−” farads Ia=A11+−100m1 c roamp、sこの装置の斬新な重要なる利 点は、基本的なシングル偏光電子ビームによって開始され、AC電圧が液晶に生 出されることである。他の利点は、非常に高い解像度が達成されることである。
0.025mm、の直径の電子ビームと、5cm。
の光弁とにより、2.000本の系が達成できる。この装置は液晶によってのみ 原理的に限定される非常に速い反応時間を有する。それは、従来の装置に使用さ れる入力像レンズ又はプレートに接続される光ファイバの必要がない非常に簡素 な構造を有している。部分導電層の各画素が近接導電グリツ°ドに直接放電する ので、像は高い均一性を有して生出される。
この光バルブは透過よりも反射し、読出しビームが反射する前と後との2回液晶 を通過するので、従来のテクトロニクスの装置又は類似の装置よりも明らかによ り感度もよい。これは、同じ感度で使用されるなら液晶層はより薄くでき又は、 逆に同じ厚さの液晶とするならより感度が高くできる。液晶の反応時間はその厚 さの2乗で変化するので、厚さの減少は第1図に示された装置の製造において、 ミラー20は1回のデポジションラン(deposition run)で膜2 2に堆積され、部分導電層24は分離デポジションランで膜に堆積される。
膜とミラーとの位置を逆にすることも可能であり、ミラーは膜と膜の電子ビーム 側の部分導電層との間に挟まれる。これは、シングルデポジションランを行うこ とによりこれらの部材の製造を可能としている。しかしながら、膜はミラーへ読 出し光ビームを通過させる為に透明でなければならない。ミラーを全て移動させ ること及び伝達モードで装置を操作することも可能である。
他の変形例が第5図に示され、グリッド26は、信号電荷を消去する為に部分導 電層24の後面周囲の簡素な導電リング40により置換えられる。これは、いく らか解像度を犠牲してより簡素な装置となる。
他のたくさんの変形例及び相互の実施例がこの技術に習熟した人には考えられる 。したがって、この発明は追加クレームによってのみ限定される。
国際調査報告 国際調査報告 US 8702578 SA 19183

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)走査電子ビームによってアドレスされるように適合される液晶光バルブに おいて、 読み出しビームによってアドレスされるように適合された液晶層と、 上記読み出しビームから反対側の上記液晶層に近接して支持される平坦な電気抵 抗性膜と、 上記電子ビームによりアドレスされるように適合され、上記膜により支持された 部分導電物質層であって、上記電子ビームからの部分導電物質内の電荷の堆積が 液晶への電圧を生出し、 上記層の亀子ビーム走査により上記部分導電層に受けられた電荷集積手段と、 上記部分導電層から上記集積手段によって受けられた電荷を質す為に接続された 回路手段と、 各電子ビーム走査の後液晶への充分なAC電圧が生出されるに充分高い液晶光バ ルブ層の少なくても1つの抵抗と、を有していることを特徴とする液晶光バルブ 。 (2)上記集積手段は、上記部分導電層上に置かれると共に、部分導電層を画素 部材に分割する導電マトリックスを有し、この導電マトリックスは部分導電層画 素部材から電荷を受けるように適合されることを特徴とする請求項第1項に記載 の液晶光バルブ。 (3)上記部分導電層から液晶層の反対側上に透明電極が設けられ、この透明電 極は上記液晶層への参照電圧を供給する為に接続されていることを特徴とする請 求項第2項に記載の液晶光バルブ。 (4)上記回路手段は上記導電マトリックス及び上記透明電極の間に相互接続を 有していることを特徴とする請求項第3項に記載の液晶光バルブ。 (5)上記導電マトリックス及び上記透明電極は接地されていることを特徴とす る請求項第4項に記載の液晶光バルブ。 (6)上記回路手段は上記導電マトリックスと上記透明電極との間に接続された AC電源を有していることを特徴とする請求項第4項に記載の液晶光バルブ。 (7)上記読み出しビームから液晶層の反対側に置かれ、上記液晶層からの読み 出しビームをその液晶層に反射するように適合されるミラーを更に備えているこ とを特徴とする請求項第1項に記載の液晶光バルブ。 (8)上記部分導電層は1010−1013ohmpersquareの値のバ ルク抵抗を有していることを特徴とする請求項第1項に記載の液晶光バルブ。 (9)走査電子ビームによりアドレスされるように適合される液晶光バルブにお いて、 読み出し光ビームによってアドレスされるように適合される液晶層と、 電子ビームから液晶層の反対側に近接して支持され、読み出し光ビームによりア ドレスされるように適合される部分導電物質層であって、電子ビーム走査による この部分導電層の電子の堆積が液晶への電圧を生出し、 上記部分導電層上に配置され、上記部分導電層からの漏れた電子を受けるように 適合された導電物質のグリッドであって、このグリッドは漏れた電子を受ける画 素部材の周囲のグリッド物質で上記部分導電層を一連の画素部材に分割し、上記 部分導電層から漏れだグリッドの電子を放電させる為に接続された回路手段と、 電子ビーム走査の割合に応じて選択されると共に、電子ビームの走査と次の走査 との間で画素へ放出される電子を十分に消す為に十分に速く、読み出しビームで 像を生出する為に液晶には充分にゆっくりな速さである上記部分導電層画素から グリッドヘの電子の漏れの割合を作り出す為に選択される種々の部材の長さ及び 物質と、 を有していることを特徴とする液晶光パルプ。 (10)上記部分導電層は107−1010ohmscmの値のバルク抵抗を有 していることを特徴とする請求項第9項に記載の液晶光バルブ。 (11)上記部分導電層から上記液晶層の反対側に透明電極が設けられ、この透 明電極は液晶層への参照電圧を供給する為に接続されていることを特徴とする請 求項第9項に記載の液晶光バルブ。 (12)上記回路手段は上記導電グリッドと透明電極との間の相互接続を有して いることを特徴とする請求項第11項に記載の液晶光パルプ。 (13)上記グリッド及び透明電極が接地されていることを特徴とする請求項第 12項に記載の液晶光バルブ。 (14)上記回路手段は上記グリッドと上記透明電極との間に接続されたAC電 源を有していることを特徴とする請求項第第12項に記載の液晶光バルブ。 (15)読み出しビームから液晶層の反対側に配置され、液晶層から受けた読み 出しビームを液晶層へ反射させる為に適合されたミラーを更に備えていることを 特徴とする請求項第9項に記載の液晶光バルブ。 (16)上記ミラーは液晶層と上記層との間の位置していることを特徴とする請 求項第15項に記載の液晶光バルブ。 (17)電子ビーム走査によりアドレスされるように適合される液晶光バルブに おいて、 読み出し光ビームでアドレスされるように適合される液晶層と、 上記読み出しビームから液晶層の反対側に近接して支持された平坦な電気抵抗性 膜と、 上記膜により支持され、電子ビームによりアドレスされるように適合される部分 導電物質層と、 上記部分導電層上に配置され、部分導電層を画素部材に分割する導電グリッドで あって、この導電グリッドは上記部分導電層画素部材から電荷を受けるように適 合され、上記部分導電層の電子ビーム走査の結果による上記部分導電層から上記 グリッドによって受けた電荷を消す為に配置された回路手段と、 電子ビーム走査による上記部分導電物質層での電荷の堆積と、液晶への電圧を生 出するグリッドを通る電荷の直後の消去と、関連した液晶電流ILCであって、 次の形態で書かれ:ILCC=Q/TLC 1/S1−S2(S1eS11−S 2eS21)ところで、 S1,2=−1/2TMTLC(TM+TLC+T■√(TM+TLC+T)2 −4TMTLC)CLC=液晶の各画素ごとの容量 RLC=液晶の各画素ごとの抵抗 CM=膜及び部分導電層の各画素ごとの合成容量RM=膜及び部分導電層シート の各画素ごとの合成抵抗 上記電子ビーム走査の間の充分な時間の間に液晶にAC電圧を生出させるように 選択されてい・るCLC、RLC、CM、及びRMと、 を有していることを特徴とする液晶光バルブ。 (19)上記膜の厚さはほぼ4−12ミクロンの範囲にあり、上記部分導電層の 厚さはほぼ3−10ミクロンの範囲にあり、液晶層の厚さはほぼ1−25ミクロ ンの範囲にあり、画素の側部は0.1−1mmの範囲にあり、電子ビーム電流は ほぼ10microamp−1milliampの範囲内であることを特徴とす る請求項第18項に記載の液晶光バルブ。 (20)上記部分導電層は約107−1010ohmscmの値のバルク抵抗を 有していることを特徴とする請求項第18項に記載の液晶光バルブ。
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