JPH03126920A - 光導電型液晶ライトバルブ - Google Patents

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】 ｆａｌ産業上の利用分野 この発明は光導電材の光導電効果と、液晶の電気光学効
果を利用した光導電型液晶ライトバルブと、その製造方
法に関する。

（ｂ）従来の技術 近年、光情報の記憶デバイスとして光導電材の光導電効
果と、液晶の電気光学効果を利用した光導電型液晶ライ
トバルブの開発が進められている。第５図は光導電型液
晶ライトバルブの基本構成を示した図であり、光導電層
１、液晶層２、光導電層１．液晶層２を挟んで配置され
る透明電極３３、透明電極３，３を含む電圧印加手段４
、光導電層１と液晶層２の間に配置される反射Ｎ５、配
向処理膜６．６、基板ガラス７．７を有している。この
デバイスの基本動作を以下に説明する。

なおここでは説明を簡単にするため反射層５および配光
処理膜６の抵抗値は光導電性層、液晶層の抵抗値に比べ
て非常に小さいものと仮定する。

光導を層１、液晶層２に電圧印加手段４によりＶｏの電
圧を印加すると、光導電層１、液晶層２にはそれぞれの
層の抵抗値に比例する電圧が印加される。光導電層１に
光が照射されていないときには光導電層１の抵抗値が高
いため液晶Ｎ２に掛かる電圧は小さく、電気光学効果が
生じるしきい値電圧ＶＳＬよりも小さい。

そして光導電Ｎ１側から光のオン／オフパターンで構成
される書き込み光８が照射されると、光導電層１の光が
当たった部分では抵抗値が下がり、この部分では液晶層
に掛かる電圧が高くなる。

このときの電圧値はしきい値電圧■１を越え、電気光学
効果により層変化を起こす。一方、光照射されなかった
部分においては光導電層の抵抗値が変化しないため液晶
層も層変化しない。すなわちこれが光情報の書き込みで
ある。なお、光情報の書き込み後液晶層２側から光を照
射すると反射層５により反射光有無のパターンで構成さ
れる読み出し光９が得られる。

このように作用するデバイスにおいては、コントラスト
が明確で良好な像を記憶するためには以下の式を満たす
ことが必要となる。

ＲＰＣＩ　＜＜　　Ｒｔｃ　　＜＜　　ＲＰｃａ　　”
　’■ＲＦＣＬ　は光が照射された領域の抵抗値、ＲＬ
Ｃは液晶の抵抗値、ＲＦｅｄは光が照射されなかった領
域の抵抗値である。ここで光導電層１と液晶層２との層
の厚みがほぼ同しであるとすると、０式は比抵抗値ρの
弐に置き換えることが可能である。すなわち、 ＲＰＣＩ＜＜　　ρｔｃ　　＜＜　　ＲＰｅｄ　　”　
’■となる。

この■、■式のうち特に注目されるのがＲ２゜４ρＰＣ
ｄを大きくするということである。

ところで、上記の光導電層としてアモルファスシリコン
（以下、ａ−５ｉと記す。）を用いることが例えば特開
昭５８−３４４３５号、特開昭５８−３４４３６号、特
開昭５８−１９９３２７月、特開昭５９−８１６２７号
、特開昭５１−１７０８２０号等の公報に示されている
。これらの場合そのいずれのａ−５ｉともプラズマＣＶ
Ｄ法またはスハソター法により作成されている。そして
上述したようにＲＰＣＩＩＩ　　ρ１ｃイを大きくする
ために、従来以下のような方法が採られていた。

１、　　ａ−Ｓｉ層にボロンをドープすることによりａ
−Ｓｉ層を真性半導体としρ１，４を大きくする。

ｎ、　　ａ−５ｉ層の見掛は上の比抵抗を上げる方法で
、光導電層に接触する透明電極として、光導電性層との
間にショットキーコンタクトを形成する金属材料を半透
明状態にて用い、これに逆バイアスを印加することによ
り実効的なρｐｃａを大きくする。

ｍ、　　ａ−５ｉ層の膜厚を厚くしてＲＰｅｄを大きく
する。

（Ｃ１発明が解決しようとする課題 ところが上記の■〜■の方法で作成した光導電型ライト
バルブにはそれぞれ以下のような問題があった。

■、　　ボロンをドープした場合でもＲＰｅｄはせいぜ
い１ｏ＋ｏ〜ｔｏ１１Ω国程度であり■の条件式上、液
晶の選択範囲が比抵抗ρＬｃ＝１０目Ω０以下のものに
限定されてしまっていた。また、ボロンをドープすると
光感度が劣化してしまうことは種々の文献でも示されて
いるが、光導電層の光感度が悪くなると光照射領域でも
液晶層に十分な電圧が印加され難くなってスイッチング
速度（電気光学効果が生じる速度）が遅くなってしまう
ことが生じていた。またこれは悪くすれば液晶層がスイ
ッチングを起こさない、すなわちデバイスとして機能し
なくなってしまうこともあった。

■、　光照射により励起された電流をも流れ難くし、見
掛は上の光感度が悪くなってしまう。光感度が悪くなっ
た場合の問題についてはＩで示したとおりである。また
、電極をショットキーコンタクトを形成する金属電極に
するため光の透過率が低下し、光情報書き込みデバイス
としての特性が損なわれてしまう問題があった。さらに
、ショットキーコンタクトを維持させるためには直流モ
ードでしか使用できない問題もあった。

■、　従来ａ−Ｓｔ層の成膜には特にプラズマＣＶＤ法
が広く用いられていたがその成膜速度は非常に遅く、膜
厚を厚くしようとすれば成膜に時間が掛かりコスト高に
なってしまう欠点があった。

さらに、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法により成膜を行
った場合、（Ｓ　ｉ　Ｈ）　、のポリマー粉が生じ、こ
れが成膜処理中に基体表面に付着して成膜欠陥を発生さ
せてしまう問題があった。

この発明は以上のような点に鑑み、光導電層の比抵抗を
向上させることにより液晶の選択範囲を広げ、デバイス
特性の良い光導電型液晶ライトバルブを提供することを
目的とし、また、デバイスのコストアップを防止できる
光導電型液晶ライトバルブおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

（ｄ１課題を解決するための手段 この発明は、少なくとも光導電層、液晶層、およびこの
二層に電圧印加する電圧印加手段を備える光導電型液晶
ライトバルブにおいて、前記光導電層を、水素および／
またはハロゲン含有量が４０ａｔ％以上であるアモルフ
ァスシリコンで構成したことを特徴とする。

また、前記アモルファスシリコン層は、エレクトロンサ
イクロトロンレゾナンス法により形成される。

（ｅｔ）作用 従来技術の欄にて示した先行特許に記載されているプラ
ズマＣＶＤ法、スパッター法のようなａ−Ｓｔの製造方
法、およびこれらの製造方法によって形成されるａ−３
ｉの抵抗値から、従来のａ−Ｓｉに含まれる水素および
／またはハロゲン量は４０ａｔ％以下であることはもち
ろんのこと、せいぜい２０ａｔ％程度であることは当業
者であれば容易に類推することができる。このことを裏
付けるものとして例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏｌ、３０．　Ｎｏ、１１、
　Ｊｕｎｅ、　１９７７の５６１頁〜にＭ、　）１．　
Ｂｒｏｄｓｋｙ　　等、および、　　Ｊ、　Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｆｃｓ　Ｖｏｌ、４８．Ｎｏ１２．Ｄｅ
ｃｅｍｂｅｒ　、１９７７　　の５２２７頁にＰ、Ｊ、
　Ｚａｎｚｕｃｃｈｉ等によるデータがある。ここには
従来のプラズマＣＶＤ法で作成されたａ−５ｉ膜には必
然的に４０ａＬ％以下の水素が含まれていること、そし
てこの膜の光導電性性を十分な値にしようとすれば成膜
時の基板温度を２００″Ｃ以上にしなけばならず、その
結果膜中の水素量は２０ａｔ％以下になってしまうこと
が示されている。

一方、エレクトロンサイクロトロンレゾナンス法（以下
、ＥＣＲ法という。）を用いればａ−Ｓｉ層中の水素量
とハロゲンを合計含有量を４０ａｔ％以上にすることが
可能である。本発明者等がＥＣＲ法を用いて水素５ハロ
ゲンの合計含有量が４０ａｔ％以上のａ−Ｓｉ層を作成
したところ、ボロンドープ無しにも係わらず比抵抗値ρ
ＰＣｄは１０１１〜１２Ω印と高く、しかも光導電層も
１０−”　（ｄ／Ｖ）と良好な特性を示した。したがっ
てこのａ−Ｓｉを用いて光導電型液晶ライバルブを製造
すれば、「Ｉ」の方法と同じく実際のａ−Ｓｉ層の比抵
抗値を上げる方法であるため「■」、「■Ｊの方法で生
じた問題が生じることがない。そしてさらに、比抵抗値
ρｐｃａが１０１１〜１２Ω備と高いため液晶の選択範
囲が広くなり、またボロンドープしないために光感度が
低下してしまうことがない。

また、ＥＣＲ法を用いれば成膜処理中にポリマー粉が生
じることがなく、成膜欠陥の発生を防止することができ
る。

（ｆ１実施例 最初にＥＣＲ法のａ−Ｓｔ戒腹膜装置構成を説明する。

第４図はＥＣＲ法戒膜装置の構成を示した図である。

成膜装置はマイクロ波導波管１１、プラズマ生成室１２
、堆積室１３、排気系１４を備えている。プラズマ生成
室１２は空胴共振器構成となっており、導波管を通して
マイクロ波が導入される。

なお、導波管１１からマイクロ波を導入するマイクロ波
導入窓１５は、マイクロ波が容易に通過する石英ガラス
からなる。プラズマ生成室１２の周囲には磁気コイル１
６が配置され、プラズマ生成室１２に発散磁場を印加し
て生成したプラズマを堆積室１３に引き出す。堆積室１
３には基体１７が設置される。基体１７は書き込み光８
に対して透明な基体ガラス７と、透明電極３とを積層し
たものである。

成膜処理はまず排気系１４によりプラズマ生成室１２．
堆積室１３を排気し続いて原料ガスを導入する。原料ガ
スとしてはＳ　ｉＨａ　、　　Ｓ　’ｌｚ　ＨｓＳｉＦ
ａ、５ｉＣ１４□　５ｉＨＣ１３，５ｉＨ２Ｃ１２など
の水素またはハロゲンあるいはその両者を含むシリコン
化合物が単独または混合して用いられ、堆積室１３に導
入される。ガス導入後、ガス圧を所定値に維持した状態
でプラズマ生成室１２にマイクロ波を導入するとともに
磁界を掛はプラズマを励起する。するとプラズマ化され
たガスは発散磁場により基体へと導かれ、基体上にａ−
５ｉ層が堆積する。実施例において基体は加熱されてい
ない。なお、プラズマ引き出し窓１８の位置、大きさを
調整することにより膜の均一性を向上させることができ
る。

このような成膜装置を用いてａ−３ｉ層を形成した結果
良好な特性を持つ膜を得ることができた。第１図はＳ　
ｉＨａを原料ガスとして用い、ガス圧を変えて作成した
ａ−３ｉ膜の膜中水素量と、暗転導度（比抵抗の逆数）
および光転導度（ημτ）と、の関係を示した図である
。なお膜中の水素量（ハロゲン量）は成膜時の原料ガス
の圧力に依存するこの図から分かるとおり膜中水素量を
４０ａｔ％以上にすることにより比抵抗が１０１′〜１
２と高く、かつημτが１０−１′″″−”　ｃｎ！／
Ｖという良好な光導電特性を示すａ−５ｉ膜が作成でき
た。これは、光が当たらない所では抵抗が十分に高いが
、光が当たると抵抗が十分に下がる（光感度が良い）こ
とを示している。すなわち、書き込み画像においてはコ
ントラストが良くなるということである。

さらに比抵抗値を上げるにはａ−３ｉ膜の膜中水素量を
下げることが考えられるが、このようにすると第１図か
ら分かるとおりημτが１０−９〜１０Ｃ，ｄ／Ｖとい
う劣悪な値を示し、光導電性型液晶ライトバルブの光導
電層としては全く適さないものとなる。したがって、光
導電性型液晶ライトバルブの光導電層としてのａ−Ｓｉ
膜は、その膜中の水素量を４０ａｔ％以上にすることが
必要であるということが分かる。

なおこのような高い水素含有を示し、かつ良好な光導電
特性を示すａ−３ｉ膜は作用の欄でも示したように、従
来のプラズマＣＶＤ法では作成することができず、ＥＣ
Ｒ法によって初めて作成し得るものである。また、この
ａ−３ｉ層が多量の水素を含みながら良好な光感度を有
するのは、従来法のａＳｉ膜と本願発明で形成されるａ
−５ｆ膜とでは、膜中のＳｉ原子とＨ原子との結合状態
が全く異なるためであると考えられる。

さらにＥＣＲ法を用いることの利点を以下に示す。

■　プラズマＣＶＤ法、スパッター法でａ−５ｉ層を形
成した場合どうしても（ＳｉＨ，）、粉が発生してしま
い、これが成膜基板上に付着して成膜欠陥を生じさせて
しまうが、ＥＣＲ法であると粉末発生がないため、成膜
欠陥の発生を防止できる■　プラズマＣＶＤなどの方法
に比べて６〜１０倍の成膜速度、ガス利用効率を得るこ
とができた。特に水素量を４０ａｔ％以上にするガス圧
（２〜３．５ｍｔｏｒｒ）において良好な成膜速度、ガ
ス利用効率を得ることができた。なおプラズマＣＶＤ法
などでは一般には成膜速度を速くするような条件下では
光感度が劣化してしまっていた。

このようにＥＣＲ法でａ−Ｓｉ層の成膜を行うことは非
常に好ましい。

以上では、原料ガスをＳｉＨイで説明しており、ａ−Ｓ
ｉ層中に含有されるガスは水素だけであるが、本発明者
等の実験によればハロゲンガスを含有させた場合にも同
様の効果を得ることができた。

すなわち、水素、ハロゲンの合計含有量が４０ａｔ％以
上であれば同様の効果を得ることができた。

なお水素、ハロゲンの合計含有量が６５ａｔ％以上にな
ると膜の光学的バンドギャップが大きくなり過ぎて、書
き込み光に対する光感度を必要とする光導電型液晶ライ
トバルブの光導電層としては余り適さないことが分かっ
た。すなわち、水素、ハロゲンの合計含有量は好適には
４０〜６５ａｔ％、さらに好ましくは４０〜５５ａｔ％
であった。

次にこのような水素、ハロゲンを含む光導電層を有する
光導電型液晶ライトバルブの作成例を示す。

基板ガラス 透明電極　ＩＴ○（ＩｎＴｉＯ）を基板ガラス上に蒸着
。

光導電層　：５ｋＨ４流量　１２０ｓｃｃｍ、磁気コイ
ル電流　１７Ａ、 マイクロ波出力　２．５ＫＷ。

ガス圧　２．６ｍｔｏｒｒ。

で成膜した１μｍ厚みのａ−Ｓｉ層。

なお、含有水素量は４８ａｔ％であ った。

；屈折率が異なる材料を積層したも ので、層厚みは０．０５〜０．１　ａｍ。

具体的にはＭ　ｇ　Ｆ−Ｚ　ｎ　Ｓ、　　Ｓ　１−３ｉ
Ｏ□などを１０〜１５層積 層した誘電貴う−。ただし、木兄 明では光導電層が５４以外の原子 に汚染されるのを防止するため５ ｉ−３ｉＯ，の組み合わせが望ま しい。

配向処理膜二反射層上にシラン処理剤を塗布したのち、
高温処理する。

：フェニルシクロヘキサン系液晶に カイラル剤（コレステリックノナ ノエイト等）を７〜８ｗｔ％混合し 反射層 液晶層 、７〜８μｍの液晶を形成した。

層厚の２０％程度のねしれピッチ を有する。

作成された光導電型液晶ライトバルブについて、電圧印
加手段４により透明電極３−３間にＩＫｔｌｚ、６Ｖの
電場を印加し、書き込み光８を照射すると液晶層が透明
から半透明な乳白色に変化し、書き込み光の停止後もそ
の状態が維持されて液晶層に光情報の書き込みが行われ
たことが明らかであった。この光情報の消去は１０Ｖの
交流電圧印加によって威された。

なお、液晶としてはここに挙げたものの他に、比抵抗が
１０１１〜１２（０ｃｍ）以下程度のものであればよい
のでその選択範囲は広い。また強誘電性の液晶を用いる
こともできる。

（ｇ１発明の効果 この発明の光導電型液晶ライトバルブにおいては光導電
層中における水素、ハロゲンの合計含有量を４０ａｔ％
以上にすることによって、十分な光感度を有したままで
暗比抵抗を非常に大きくすることができた。この特性に
より、スイッチング速度が速く、かつコントラストに優
れたデバイスを作成することができた。

また、ＥＣＲ法を用いることにより（ＳｉＨり７粉が生
しず、成膜欠陥を発生を防止するとこかできるとともに
、成膜速度、ガス利用効率ともに良好な成膜処理を行う
ことができコストダウンを図ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は成膜された光導電層中の水素量と喧伝導度、光
伝導度との関係を示した図、第２図はＥＣＲ法の成膜装
置の構成を示した図、第３図は一般的な光導電型液晶ラ
イトバルブの構成を示した図である。 １−光導電層、２−液晶層、３−透明電極、４−電圧印
加手段、５−反射層、６−配向処理膜、７−ｉ板ガラス
、８−書き込み光、９−読み出し光。 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも光導電層、液晶層、およびこの二層に
   電圧印加する電圧印加手段を備える光導電型液晶ライト
   バルブにおいて、 前記光導電層を、水素および／またはハロゲン含有量が
   ４０ａｔ％以上であるアモルファスシリコンで構成した
   ことを特徴とする光導電型液晶ライトバルブ。
2. （２）前記アモルファスシリコン層を、エレクトロンサ
   イクロトロンレゾナンス法により形成することを特徴と
   する光導電型液晶ライトバルブの製造方法。