JPH04134324A - 光書き込み型液晶表示素子 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光書き込み型液晶表示素子に関し、特に投射型
の液晶表示装置に用いられる光書き込み型液晶表示素子
に関する。

［従来の技術］ 投射型の液晶表示装置に用いられる従来の光書き込み型
液晶表示素子（液晶ライトバルブ）は、第７図に示すご
とき断面を有している。即ち、−方のガラス基板１．１
ａ上に透明電極１２ａが形成され、この透明電極１２ａ
上に非晶質水素化シリコン（ａ−３ｉ：Ｈ）からなる光
導電体層１３が形成されている。この光導電体層１３上
に炭素、銀等の金属薄膜を用いた光吸収層１４が形成さ
れている。この光吸収層１４上には二酸化チタン／二酸
化ケイ素、硫化亜鉛／フッ化マグネシウム等の多層膜か
らなる誘電体ミラー１５が形成されている。この誘電体
ミラー１５の上にポリイミド膜を分子配向処理してなる
配向膜１６ａが形成されている。また、他方のガラス基
板１１ｂ上に透明電極１２ｂが形成され、この透明電極
１２ｂ上に配向膜１６ｂを形成されている。

このようなガラス基板１１ａ及びｌｌｂがスペーサ１８
を介して貼り合わされ、これら配向膜１６ｇ及び１６ｂ
の間に液晶が封入されて液晶層１７が形成されている。

また、ガラス基板１１ａ及びｌｌｂの透明電極１２ａ及
び１２ｂと反対側の表面には、ガラス面での反射を防ぐ
ための反射防止膜１９Ｂ及び＋９ｂがそれぞれ形成され
ている。透明電極１２ａ及び１２ｂ間には交流電源２０
が接続されている。

ガラス基板１１ａ側からレーザ光Ｌ１が入射されると、
光導電体層１３の光の当たった領域のインピーダンスが
減少し、交流電源２０から印加された電圧が液晶層１７
に加わ１て液晶の配向が変化する。

光導電体層１３の光の当たらない領域では、インピーダ
ンスが変化しないため液晶が初期の配向を保持する。そ
の結果、液晶表示素子に画像が書き込まれることとなる
。このように画像が書き込まれた液晶表示素子のガラス
基板１１ｂ側から偏光板を介して光Ｒ１を入射すると、
液晶層１７により偏光方向が変化せしめられ誘電体ミラ
ー１５で反射された反射光Ｒ２が再び偏光板を通ってス
クリーン上に投影される。

この場合、誘電体ミラー１５は、液晶表示素子に書き込
まれている画像を読み出すための入射光を反射させて外
部へ出射させると共にこの入射光を高い反射率で反射さ
せることにより光導電体層１３への入射を防止するため
に設けられている。また、光吸収層１４は、書き込みに
用いられるレーザ光の光導電体層への再反射を防止する
と共に誘電体ミラー１５を透過した読み出し用の投影光
を遮断するために設けられている。

［発明が解決しようとする課題］ このように、光書き込み型液晶表示素子を投射型として
用いる場合、誘電体ミラー１５及び光吸収層１４は必要
不可欠の要素であり、高解像度の光書き込み型液晶表示
素子を実現するためには、誘電体ミラー１５及び光吸収
層１４の平坦性を大幅に高めることが重要となる。これ
は、平坦性が悪いと誘電体ミラー１５を形成したときに
入射光が散乱してしまうためである。

本発明の目的は、解像度のより向上した光書き込み型液
晶表示素子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本発明の要旨は、第１の透明基板
と、第１の透明基板上に形成された第１の透明電極層と
、第１の透明電極層上に形成された光導電体層と、光導
電体層上に形成された光吸収層と、光吸収層上に形成さ
れた平坦化層と、平坦化層上に形成された誘電体層と、
第２の透明基板と、第２の透明基板上に形成された第２
の透明電極層と、この第２の透明電極層及び誘電体層間
に挿入された液晶層とを備えたことにある。

［作用コ 光吸収層上に有機膜の平坦化層を形成し、・その上に反
射層を形成することによって、光遮断層の平坦性が向上
し、解像度が大幅に向上する。

［実施例］ 以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての光書き込み型液晶
表示素子（液晶ライトバルブ）の断面図を示す。

同図に示すように、本発明の第１の透明基板に対応する
ガラス基板２１！上に、ＩＴＯ透明導電膜及び５ｎｏ２
透明導電膜の積層体からなる透明電極膜２２！が積層さ
れている。この透明電極膜２２ａは、本発明の第１の透
明電極層に対応しており、ガラス基板２１ａ上にスパッ
タ法で形成されている。

透明電極膜２２ａ上には、非晶質水素化シリコン（ａ−
３ｉ：Ｈ）からなる膜厚が約３μｍの光導電体層２３が
積層されている。この光導電体層２３は、シランガス（
ＳｉＨ２）、水素ガス（Ｈ２）を原料とし、プラズマＣ
ＶＤ法で形成される。

光導電体層２３上には、有機膜の一種であるカボン分散
系の塗料による光吸収層２４が積層されている。この光
吸収層２４は、カーボン分散系の塗料をスピナーを用い
て塗布し、露光により光重合させた後、２２０℃で１時
間焼成することによって形成する。カーボン分散系の塗
料は、アクリル系の樹脂にカーボンブラックを分散させ
ることによって形成されるものであり、膜厚的１．０μ
ｍ１比抵抗１０７Ω・ｃｍで、可視域の透過率が約０゜
１％である。この種のカーボン系の塗料は、分散してい
るカーボンの量に応じて透過率及び比抵抗がそれぞれ変
化する。光吸収層２４としてカーボン系の塗料を使用す
る場合、透過率が０．５％以下、比抵抗１０６Ω・ｃｍ
以上であることが望ましい。

なお、水比願人はこのような光吸収層を有する光書き込
み型液晶表示素子について、特願平２−１１３４５３号
（平成２年４月２７日出願）により既に提案している。

光吸収層２４上には、平坦化層２５が形成されている。

この平坦化層２５は、ポリイミドの一種である保護膜セ
ミコファイン（東し株式会社製）をスピナーを用いて塗
布し、１００℃で１０分間仮焼きした後、２２０℃で１
時間焼成することによって形成する。平坦化層２５の膜
厚は約１．０μｍである。

平坦化層２５上には、誘電体ミラーによる反射層である
誘電体層２６が積層されている。この誘電体層２６は、
二酸化ケイ素（Ｓｉｎ２）と二酸化チタン（ＴｉＯ２）
とをＥＢ蒸着法を用いて交互に積層することにより形成
される。

第２図及び第３図は、平坦化層２５がない場合及び平坦
化層２５かある場合の誘電体層２６の反射率をそれぞれ
示している。両図から明らかなように、平坦化層２５を
形成したことにより、誘電体層表面での反射率は約１０
％向上している。

誘電体層２６上には、液晶層２７が積層されている。

この液晶層２７としては、散乱型の液晶複合膜が用いら
れる。液晶複合膜は、ＵＶ重合性化合物である２官能性
アクリレート（ＨＸ−６２０：日本化薬株式会社製）３
０ｗｔ％とネマチック液晶（ＺＬＩ−３２０１−０００
：メルク社製）７０ｗｔ％と少量の重合開始剤（Ｄａｒ
ｏｃｕｒｅｌ１７３：メルク社製）とを混合した均一溶
液を作って濾過し、この濾過溶液を誘電体層２６上に１
０μｍの膜厚でスピナー塗布した後、紫外線露光するこ
とによって形成される。

この液晶層２７上に、対向透明電極膜２２ｂ及びガラス
基板２１ｂの積層体が積層されている。この積層体は、
本発明の第２の透明基板に対応するガラス基板２１ｂ上
に、ＩＴＯ透明導電膜からなる透明電極膜２２ｂを積層
して形成されている。透明電極膜２２ｂは、本発明の第
２の透明電極層に対応しており、ガラス基板２１ｂ上に
スパッタ法で形成されている。ガラス基板２１ａ及び２
１ｂの透明電極２２ａ及び２２ｂと反対側の表面には、
ガラス面での反射を防ぐための反射防止膜２８ａ及び２
８ｂがそれぞれ蒸着により形成されている。透明電極膜
２２ａ及び２２ｂ間には交流電源２９から交流電圧が印
加されるように構成されている。

交流電圧が供給されている状態で、ガラス基板２１ａ側
からレーザ光Ｌ１が入射されると、光のあたった領域で
は光導電体層２３のインピーダンスが低下し、供給され
ている交流電圧が液晶層２７に印加され、これによって
液晶分子の配向を変化させる。一方、光のあたらない領
域では光導電体層２３のインピーダンスが変化せず、液
晶層２７の液晶分子は初期配向を維持する。その結果、
入射光に応じた画像が液晶層２７に形成されることとな
る。

光吸収層２４として用いたカーボン分散系の塗料は、本
実施例ではアクリル系樹脂を用いているが、光重合性の
ものとしてポリイミド、又はポリアミドを利用すること
ができ、熱重合性のものとしてエポキシ樹脂を利用する
ことができる。平坦化層２５としては、本実施例ではポ
リイミドを用いているが、アクリル系のもの、ポリシロ
キサン系のもの等を利用することができる。硬化法とし
ては、熱硬化の他に光硬化も利用することができる。

液晶層２７の液晶表示モードとしては、本実施例の液晶
複合膜の他に、動的散乱モード、ゲストホストモード、
又は相転移モードを利用できる。

第４図は、第１図に示した光書き込み型液晶表示素子を
光変調器として用いた投射型の液晶表示装置の一例の概
略構成図である。

同図において、３１は第１図に示した光書き込み型液晶
表示素子であり、この光書き込み型液晶表示素子３１に
は画像があらかじめ形成されている。

即ち、上述したように、レーザ光３２がガラス基板２１
ａ（第１図）側からレンズ３３を介して印加されること
によって画像形成があらかじめ行われている。なお、書
き込み光としては、レーザ光の他にＣＲＴやフラットパ
ネルデイスプレィ（液晶、ＰＤＰＳＬＥＤ等）からの光
を用いてもよい。

光源３４からの光は、レンズ３５、ミラー３６、及びレ
ンズ３７を介して液晶表示素子３１のガラス基板２１ｂ
　　（＝ｌＥ１図）側に入射される。液晶層２７の液晶
分子が初期配向にある部分では、この入射光は散乱され
レンズ３７へは到達しない。このため、スクリーン３９
上ではこの部分が暗状態となる。一方、液晶分子の配向
が変化している部分では、液晶層２７が透明となるため
、入射光は誘電体層２６によって反射され、レンズ３７
を介して投影レンズ３８に印加されて拡大され、スクリ
ーン３９へ投影される。従って、光書き込み型液晶表示
素子３１に書き込まれている画像がスクリーン３９へ投
影されることとなる。

この第４図の投影型表示装置では、後述する第６図の投
影型表示装置で用いる偏光ビームスプリッタが不要のた
め、スクリーン３９上の像がその分明るくなる。

第５図は、本発明の他の実施例としての光書き込み型液
晶表示素子の断面図を示す。

同図に示すように、本発明の第１の透明基板に対応する
ガラス基板４１ａ上に、ＩＴＯ透明導電膜及びＳｎＯ２
透明導電膜の積層体からなる透明電極膜４２ａが積層さ
れている。この透明電極膜４２ａは、本発明の第１の透
明電極層に対応しており、ガラス基板４１ａ上にスパッ
タ法で形成されている。

透明電極膜４２ａ上には、非晶質水素化シリコン（ａ−
３ｉ：Ｈ）からなる膜厚が約３μｍの光導電体層４３が
積層されている。この光導電体層４３は、シランガス（
ＳｉＨ４）、水素ガス（Ｈ２）を原料とし、プラズマＣ
ＶＤ法で形成される。

光導電体層４３上には、有機膜の一種であるカボン分散
系の塗料による光吸収層４４が積層されている。この光
吸収層４４は、カーボン分散系の塗料をスピナーを用い
て塗布し、露光により光重合させた後、２２０℃で１時
間焼成することによって形成する。カーボン分散系の塗
料は、アクリル系の樹脂にカーボンブラックを分散させ
ることによって形成されるものであり、膜厚的１，０μ
ｍ１比抵抗１０７Ω・ｃｍで、可視域の透過率が約０゜
１％である。この種のカーボン系の塗料は、分散してい
るカーボンの量に応じて透過率及び比抵抗がそれぞれ変
化する。光吸収層４４としてカーボン系の塗料を使用す
る場合、透過率が０．５％以下、比抵抗１０６Ω・ｃｍ
以上であることが望ましい（特願平２−１１３４５３号
）。

光吸収層４４上には、平坦化層４５が形成されている。

この平坦化層４５は、ポリイミドの一種である保護膜セ
ミコファイン（東し株式会社製）をスピナーを用いて塗
布し、１００℃で１０分間仮焼きした後、２２０℃で１
時間焼成することによって形成する。平坦化層２５の膜
厚は約１．０μｍである。

平坦化層４５上には、誘電体ミラーによる反射層である
誘電体層４６が積層されている。この誘電体層４６は、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と二酸化チタン（Ｔｉｅ、）
とをＥＢ蒸着法を用いて交互に積層することにより形成
される。

誘電体層４６上には、配向膜４７ａが積層されている。

この配向膜４７ａは、ポリイミド膜をスピンコードによ
って形成した後、ラビングによる分子配向処理が施され
てなる。

この配向膜４７ａと、配向膜４７ｂ１透明電極膜４２ｂ
及びガラス基板４１ｂの積層体とが、同図に示すように
二つのスペーサ４８を介して貼合わされる。

配向膜４７ｂ１透明電極膜４２ｂ及びガラス基板４１ｂ
の積層体は、本発明の第２の透明基板に対応するガラス
基板４１ｈ上に、ＩＴＯ透明導電膜からなる透明電極膜
４２ｂを積層し、その上に配向膜４７ｂを上述の方法に
よって積層することによって形成されている。透明電極
膜４２ｂは、本発明の第２の透明電極層に対応しており
、ガラス基板４Ｉｂ上にスパッタ法で形成されている。

配向膜４７ａ及び４７ｂ間の空間の厚みは約６μｍであ
り、この空間に液晶が注入され封止されて液晶層４８が
形成される。液晶としては、フェニルシクロヘキサン系
ネマチック液晶が用いられる。なお、本実施例の光書き
込み型液晶表示素子の動作モードとしては、ハイブリッ
ド電界効果モードが用いられる。

ガラス基板４１ａ及び４１ｂの透明電極４２ａ及び４２
ｂと反対側の表面には、ガラス面での反射を防ぐための
反射防止膜５０ａ及び５０ｂがそれぞれ蒸着により形成
されている。透明電極膜４２ａ及び４２ｂ間には交流電
源５１から交流電圧が印加されるように構成されている
。

光吸収層４４として用いたカーボン分散系の塗料は、本
実施例ではアクリル系樹脂を用いているが、光重合性の
ものとしてポリイミド、又はポリアミドを利用すること
ができ、熱重合性のものとしてエポキシ樹脂を利用する
ことができる。

液晶層４８の液晶表示モードとして、ネマチック液晶を
用いる場合は本実施例で示したハイブリッド電界効果モ
ードの他に、ツィステッドネマチックモード、電界誘起
複屈折モードを利用できる。

また液晶としてはこのほかに、強誘電性液晶、反強誘電
性液晶、又はエレクトロクリニック効果を有するスメク
チック液晶も利用できる。

交流電圧が供給されている状態で、ガラス基板４１ａ側
からレーザ光Ｌ１が入射されると、光のあたった領域で
は光導電体層４３のインピーダンスが低下し、供給され
ている交流電圧が液晶層４８に印加され、これによって
液晶分子の配向を変化させる。一方、光のあたらない領
域では光導電体層４３のインピーダンスか変化せず、液
晶層４８の液晶分子は初期配向を維持する。その結果、
入射光に応じた画像が液晶層４８に形成されることとな
る。

第６図は、第５図に示した光書き込み型液晶表示素子を
光変調器として用いた投射型の液晶表示装置の一例の概
略構成図である。

同図において、６１は第５図に示した光書き込み型液晶
表示素子であり、この光書き込み型液晶表示素子６１に
は画像があらかじめ形成されている。

即ち、上述したように、レーザ光６２がガラス基板４１
ａ（第５図）側からレンズ６３を介して印加されること
によって画像形成かあらかじめ行われている。なお、書
き込み光としては、レーザ光の他にＣＲＴやフラットパ
ネルデイスプレィ（液晶、ＰＤＰ、ＬＥＤ等）からの光
を用いてもよい。

光源６４からの光は、レンズ６５、及び偏光ビームスプ
リッタ６６を介して液晶表示素子６１のガラス基板４１
ｂ（第５図）側に入射される。液晶層４８の液晶分子が
初期配向にある部分では、この入射光は偏光方向が変化
しないため誘電体層４６で反射された光は偏光ビームス
プリッタ６６を透過しない。このため、スクリーン６８
上ではこの部分が暗状態となる。一方、液晶分子の配向
が変化している部分を透過した反射光は電気光学効果に
よって偏光方向が変化するため誘電体層４６で反射され
た光は偏光ビームスプリッタ６６を透過することができ
る。

この透過した光は、投影レンズ６７に印加されて拡大さ
れ、スクリーン６８へ投影される。従って、光書き込み
型液晶表示素子６１に書き込まれている画像がスクリー
ン６８へ投影されることとなる。

以上述べた実施例では、透明基板としてガラス基板を用
いているが、オプティカルファイバで構成されるファイ
バプレートを用いて透明基板を構成してもよい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、光吸収層上
に有機膜の平坦化層を形成し、その上に反射層を形成し
ているので、光遮断層の平坦性が向上し、解像度を大幅
に向上させた光書き込み型液晶表示素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第２図
及び第３図は誘電体層の反射率の特性図、第４図は第１
図の光書き込み型液晶表示素子を光変調器として用いた
投射型の液晶表示装置の概略構成図、第５図は本発明の
他の実施例の構成を示す断面図、第６図は第５図の光書
き込み型液晶表示素子を光変調器として用いた投射型の
液晶表示装置の概略構成図、第７図は従来の光書き込み
型液晶表示素子の構成を示す断面図である。 ２１ａ　、　２１ｂ　、　４１ａ　、　４１ｂ　・・−
−−−ガラス基板、２２ａ１２２ｂ　、　４２ａ　、　
４２ｂ・・・・・・透明電極膜、２３．４３・・・・・
・光導電体層、２４．４４・・・・・・光吸収層、２５
．４５・・・・・・平坦化層、２６．４６・・・・・・
誘電体層、２７．４８・・・・・・液晶層、２９．５１
・・・・・・交流電源、３１．６１・・・・・・光書き
込み型液晶表示素子、４７ａ　、　４７ｂ・・・・・・
配向膜、４９・・・・・・スペーサ。 び３４ 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の透明基板と、該第１の透明基板上に形成された第
   １の透明電極層と、該第１の透明電極層上に形成された
   光導電体層と、該光導電体層上に形成された光吸収層と
   、該光吸収層上に形成された平坦化層と、該平坦化層上
   に形成された誘電体層と、第２の透明基板と、該第２の
   透明基板上に形成された第２の透明電極層と、該第２の
   透明電極層及び前記誘電体層間に挿入された液晶層とを
   備えたことを特徴とする光書き込み型液晶表示素子。