JPH04161926A - 光書き込み型液晶表示装置 - 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〉 本発明は、液晶表示装置に関し、さらに詳しくは光書き
込み型液晶表示装置に関する。

〈従来技術〉 つ 凹型的な先行技術を第１図および第を図を用いて説明す
る。

第１図は、凹型的な光書き込み型液晶表示装置である液
晶ライトバルブの構成を示す断面図である。液晶ライト
バルブ６０は、ガラス基板６１ａ　。

６１ｂ上にそれぞれＩＴＯ（酸化インジウム酸化錫）透
明導電膜と、５ｎ０２　（酸化錫）透明導電膜の積層か
らなる透明［極６２ａ、６２ｂ’を形成し、次に透明電
極６２ｂ上に光導電層６８として非晶質水素化シリコン
（ａ−５ｉ；Ｈ）を形成する。

非晶質水素化シリコン（ａ−５ｉ：Ｈ）膜は水素ガスＨ
≧とシランガスＳｉＨ，を原料として、プラズマ化学気
相成長法（プラズマＣＶＤ法）を用いて形成する。この
光導電層６８の上に誘電体ミラー６４として、シリコン
と酸化シリコンの多層膿をスバ・り法を用いて形成する
。次に、この透明［％６２ａと誘電体ミラー６４の上に
配向俟６５ａ、６５ｂ　（！：してポリイミド模をスヒ
“ンコートニヨり形成した後、この配向１６５ａ、６５
ｂにラビングによる分子配向処理を施し、ガラス基板６
１、ａ、６１ｂをスペーサ全含んタシール部材６６を介
して貼り合わせる。ガラス基板６１ａ　。

６１ｂ間には、液晶層６７としてカイラル材料を添加し
た混合ネマチーク液晶を注入封止し、液晶ライトバルブ
６０が構成される。

この液晶ライトバルブ６０の透明電１ｉ６２ａ。

６２ｂの間には、交流電源６８によ−で電圧力；印加さ
れる。ガラス基板６１ｂ側からレーザービームによ−て
レーザー光６９が走査され、画像が書き込まれる。すな
わち、レーザー光が入射されると、光のあたっている領
域（ここでは明状態という。）では、光導電層のインピ
ーダンスが減少して、交流電１１６８によって印加され
元電圧は液晶にかかる。又、光のあ几らない領域（ここ
では暗状ｉという。）では、光導電層のインピーダンス
は減少しないので、液晶層には電圧が加わらない。

この明状態と暗状態のインピーダンス変化によって画像
が形成される。

第り図（１、上記の先行技術の液晶ライトバルブを用い
た投影型画像表示装置の構成を示す図である。第１図を
膠原して、画像が形成された液晶ライトバルブ７１にラ
ンデ７４からの光がレンズ７５お：び偏光ビームスプリ
・り７７を介して入射する。この入射光は、液晶ライト
バルブ７１に設けられｔ誘電体ミラーによ−て反射され
る。このうち液晶Ｎを透過した反射光の内で、電気光学
効果によ−で偏光方向が変化した表示部分（１、偏光ビ
ームスプリッタ７７を透過することができる。

この反射光は、レンズ７８によ１て拡大され、これによ
って液晶ライトバルブ７１に形成された画像は、スクリ
ーン７６に投影される。

なお、液晶ライトバルブ７１の動作モードとしては、ラ
イスチー２ドネマチ・り（ＴＮ）モード、ハイブリーＩ
）″電界効果（ＨＦＥ）モード、ゲストホス）（ＧＨ）
モード、相転移モードなどを用い〈発明が解決しようと
する課題〉 このような先行技術では、光導電層６３として非晶質水
素化シリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）の光電効果を用いている
。この光導電層６３の暗導電率は液晶の導電率（１０−
”　Ｓ／ａｍ程度）と同程度であり光導電層６Ｂと液晶
層６７のインピーダンスが同程度になるため暗状態でも
液晶層６７にかなりの電圧が印加される。一方、従来の
セル構成で明状態にし友とき、光導電層６８のインピー
ダンスが低下し液晶層６７のインピーダンスよりも低く
なるため、液晶層６７にほぼ全電圧が印加される。

この構成では、明／暗状態で液晶層のオン／オフ電圧比
が小さいため高コントラストの画像を得ることが出来な
い。

この問題を解決するため、光導電層ｆ、８（ａ−５ｉ：
Ｈ層）をショットキー構造やダイオード構造にし、暗状
態の逆バイアス時、高インピーダンスになることを利用
して暗状態で液晶層６７に電圧が殆ど印加されないよう
にして明／暗状態で液晶層６７のオン／オフ電圧比を大
きくする方法が提案される。しかしこの場合、交流電圧
ｔｍ加してもショットキー構造やダイオード構造では順
方向電圧と逆方向電圧で特性が異なるため液晶に印加さ
れる電圧には直流成分が加わることになる。液着が起こ
り、配向乱れや特性劣化につながる。

本発明の目的は、液晶層６７に直流電圧が印加されるこ
となく、高コントラストな画像を形成することが出来る
光書き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〉 本発明は、液晶層と、液晶層の両側に配置される！ｆｆ
ｌと、液晶層の一方側に配置され、光か照射されること
によってインピーダンスが変化するインピーダンス変化
層とを有する光書き込み型液晶表示装置において、前記
インピーダンス変化層に非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−
５ｉＮ：Ｈ）を含むことを特徴とする光書き込み型液晶
表示装置であそして、上記インピーダンス変化層にあ１
て非晶質水素化窒化ケイ素の組成比（Ｎ／Ｓｉ）を００
５〜０４の範囲に選択することが望ましい。

又、上記インピーダンス変化層にあってホウ素を含ませ
ることができる。

〈作　用〉 本発明に従えば、光導電層であるインピーダンス変化層
に非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）を含むた
め、暗状■では光導電層は液晶層に比較して高インピー
ダンスになるため、液晶層に電圧がほとんど印加されな
い。一方、明状態では光導電層は液晶層に比較して低イ
ンピーダンスになるため、液晶層に十分電圧が印加され
、これによ−て液晶の配向状態が変化する。従−て、液
晶層への印加電圧は明／暗状態で十分大きなオン／オフ
電圧比が得られるため、液晶層の光学的な変化を十分起
こさせることができ、高コントラストな画像全形成する
事が可能となる。又、光導電層に非晶質水素窒化ケイ素
（ａ−５ｉＮ：Ｈ）を単層で用いるため、液晶層に直流
電圧が印加されること全防ぐことが可能となる。

ここで非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）は組
成比（Ｎ／Ｓｉ）により明／′暗導電率が変化するため
、液晶とのマ・チングを考えて組成比（Ｎ／Ｓｉ）を０
０４Ｉ〜０４に設定する事が適当なオン／オフ電圧比を
得る上で望ましい。

そして、光導電層にホウ素を含ませることによりその導
電率に変化が見られるため、導電率の調整上有効である
。

〈実施例〉 第１図に本発明の光書き込み型液晶表示装置である液晶
ライトパルプｌＯの断面図を示す。ガラス基板１１ａ、
ｌｌｂ上にＩＴＯｒ酸化インジウム酸化錫）透明導電膜
とＳｎｕｇ（酸化錫）透明導電膜からなる透明電極１２
ａ、１２ｂをスパッタ法を用いて形成し、次に透明電Ｉ
ｉｊ１ｇｂ上に光導電層１Ｂとして非晶質水素化窒化ケ
イ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）を形成する。光導電層１８は、
ジンランガス（５１２Ｈａ　）　ｒ水素ガスｒＨ，）、
アンモニアガス（ＮＨ３）を原料とし、プラズマ化学気
相成長法（プラズマＣＶＤ法）を用いて作成する。膜厚
はこの実施例では約３μｍである。膜厚は１μ喝〜７μ
鴫程度とすることも可能であるが、これに限られるもの
ではない。その上に誘電体ミラー１４としてシリコン７
′酸化シリコンの多層膜全スバ・り法によ１て形成する
。

つ外′に透明を極１２ａと誘電体ミラー１４の上に配向
便１５ａ、１５ｂとして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を施し
、ガラス基板１１ａ、ｌｌｂをスペーサ？含むシール部
材１６１に介して貼合わせる。液晶層１７としてカイラ
ル材料（５８１１：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１０ｗｔｌｌ添加しｔ混
合ネマチブク液晶を注入し封止することによ−て液晶ラ
イトパルプが構成される。セル厚はこの実施例では約６
μ−である。尚、液晶ライトパルプの動作モードとして
は、相転移モードを用いる。

インピーダンス変化層である光導電層１８として形成さ
れる非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）の導を
率は、組成比（Ｎ／Ｓｉ）によって大きく変化する。

第２図は、非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ、Ｈ）
の組成比（Ｎ／Ｓｉ）と導電率との関係を示すグラフで
ある。第２図中の曲線に１は、光導電率を示し、曲線に
２は暗導電率をしめす。第２図から明らかな工うに組成
比（Ｎ／Ｓｉ）が大きくなると、光導電率、暗導電率は
ともに小さくなる。

光導電層１３が明状態か暗状態かの違いによ−て液晶層
へ電圧を印加しｔり印加しなかまたシするためには、光
導電層と液晶層の導電率を調整する必要がある。即ち、
暗状顛では、光導電層の暗導を率を液晶層の導電率より
小さくし、一方明状態では光導電層の明導電率を液晶層
のそれより大きくする必要がある。

前述のように液晶層の導電率は、Ｉ　Ｏ−”　Ｓ　／ｌ
ｓａ程度であるので、暗状態で液晶層の導電率（１０°
１１５７ｍ　）よシ光導電層の導電率が小さくなるため
には、第２図中曲線に２より組成比（Ｎ／Ｓｉ）は０２
以上が望ましい。

一方、明状態で液晶層の導電率よシ光導電層の導電率が
大きくなるためには、第２図中曲線に１より組成比（Ｎ
／Ｓｉ）は０４以下である拳が望ましい。

第８図は、非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）
形成時にジボラン（ＢｚＨａ）をドーピングしたときの
導電率を示す。第８図中の曲！ＩＬ１は光導電率を示し
１曲線Ｌ２ｉ−１：、暗導電率を示−す。

このときの、ジシランガス（５１Ｅ（ｅ）とアンモニア
ガス（ＮＨｘ）のガス混合比（ＮＨｓ／５ｉｚＨａ）は
０．１であシ、そのときの非晶質水素化窒化ケイ素（ａ
−５ｉＮ：Ｈ）の組成比（Ｎ／Ｓｉ）は０．０８である
。

尚、本実施例で用いたジボランガス（ＢｚＨａ）をドー
ピングしたときの非晶質水素化窒化ケイ素Ｃａ−５ｉＮ
：Ｈ）の作成条件は、ガス圧力ＩＴｏｒｒ放電パワー２
００Ｗ、基鈑温度２５０度、ガス流量Ｓ１□Ｈｇ　ＢＯ
５ＣＣＭ、ＮＨ３８ＳＣＣＭ。

Ｈ２３０ＳＣＣＭ、Ｂ、）＋６０．９５ＣＣＭである。

第８図の曲線Ｌ２ｆす、暗状態で液晶層の４電率（１０
−”　ｓ／ｍ　）より光４電層の暗Ｊｉ率（１、ガス混
合比（ＢｚＨａ　／　（ＮＨ３＋　Ｓ　１３　Ｈｓ　）
　）が１０−３のところで小さくな１ている、また、第
３図の曲線Ｌ１より、ガス混合比（Ｂ２　Ｈ６／’（Ｎ
Ｈ３＋５１２　Ｈ６）　）が１０−’のところで液晶層
の導電率（１０−”　ｓ／鋤）より光導電層の明導電率
が大きくなっている。このことから光導ｉ１１である非
晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）の組成比（Ｎ
／Ｓｉ）は００３においても液晶層に十分電圧を印罪し
たり印加しなかったりできる。従って、このとき非晶質
水素化窒化ケイ素の組成比（Ｎ／Ｓｉ）は、約００３〜
０４に設定することが望ましい。この範囲外であると、
いわゆるオン／メツ電圧比が小さくなシ高コントラスト
の画像が得られない。さらに高コントラストの画像を得
るためには、液晶層の導電率よりも暗導電率が小さく、
かつ明導電率がより大きくなるように組成比（Ｎ／Ｓｉ
）を設定すればよい。異なる導電率の液晶層を使用する
場合にも、同様にして、組成比（Ｎ／’Ｓｉ）の範囲を
定めることができる。

この非晶質水素化窒化ケイ’ｆｂ（ａ−５ｉＮ：Ｈ）の
ｉ酸比（Ｎ　／　Ｓ　ｉ　）は、原料ガスのジシランガ
ス（ＳｉａＨｓ）、水素ガス（Ｈ２）、アンモニアガス
（ＮＨｘ）のガス混合比によ１て調節することができる
。

第４図は、ガス流量比Ｎｕｓ／Ｓｉ！Ｈ６と組成比（Ｎ
／Ｓｉ）との関係を示すグラフである。この図からガス
流量比によって組成比（Ｎ／Ｓｉ）が単調に変化するこ
とが判る。従１て、ガス流量比を調整することによって
所望の組成比（Ｎ７’Ｓｉ）の非晶質水素化窒化ケイ素
（ａ−５ｉＮ：Ｈ）を得ることができる。

このような構造の液晶ライトバルブ１０の透明電ｆｉｉ
Ｌ２ａ、１２ｂ間には、交流電ｌｆｔ！１８によって電
圧が印加される。ガラス基板１１ｂ側からレーザー光１
９が走査されると、光のあたーた領域（明状態）では、
光導電層１８のインピーダンスが減少し、交流電源１８
によって印加され九はぼ全電圧が液晶層にｌ：ｉ］加さ
れる。一方、光のあ乏らない領域（暗状態）では、光導
電層のインピーダンスは変化せず、液晶層に電圧は加わ
らない。この明状低と暗状態の違りによ・て画像が形成
される。

第４図に第１図に示した液晶ライトバルブ１゜を光変調
器として用い定置像表示装置の構成を示す。画像が形成
された液晶ライトバルブ゛１０にランプ４１からの光が
レンズ４２および偏光ビームスプリブタ４３全介して入
射すると、この入射光は液晶ライトバルブ１０に設けら
れた誘電体ミラーによって反射され、このうち液晶層の
配向状態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か変化するので、偏光ビームス
プリブタ４８を透過することができる。この反射光はレ
ンズ４４によって拡大され、これによって液晶ライトバ
ルブｌＯに形成された画像がスクリーン４６に投影され
る。

第１図に示した液晶ライトバルブの光導電層１８である
非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）の窒素用原
料ガスとしてはアンモニアガス（ＮＨ３）以外に窒素ガ
ス（Ｎ２）、笑気ガス（Ｎ２０）等も用いることもでき
る。非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ＋Ｈ）の作成
方法としてはスパーク法、熱ＣＶＤ法など全周いること
ができる。

次に液晶モードとしては、ネマチ・り液晶を用いた場合
には本実施例で示した相移転モードのほかに、ソイステ
１ドネマチーノクモード＋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、ハイブリノド電界効
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
に強誘を性液晶や高分子液晶、高分子液晶複合膜も利用
できる。

また、本発明は、第６図に示す二うに誘電体ミラー５４
を透明電ＦＭ５２　ａと配向１１ｉ５５　ａとの間に配
置した構成や誘電体ミラーを省略した液晶表示装置が含
まれ、透過形の表示や表示以外の目的に使用しても良い
。なお、第６図において、５０はライトバルブ、５１ａ
及び５１ｂはガラス基板。

５２ａ及び５２ｂは透明ｔｆｆｉ、５３は光導Ｎ智、５
４は誘電体ミラー、５５ａ及び５５ｂは配向膜、５６は
シール部材、５７は液晶層である。

ぐ発明の効果〉 以上のように本発明によれば、光導電層には非晶質水素
化窒化ケイ素（ａ−３ｉＮ：Ｈ）を用いるため、暗状態
では光導電層は液晶層に比較してインピータンスが高く
なり、明状態ではインピーダンスが低くなる。そのため
暗状態では液晶層には電圧は印加されないのに対して、
明状態では液晶層に電圧が印加され充分大きなオン／オ
フ電圧比が得られ、高コントラストな画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光書き込み型液晶表示装置の一実施例
の断面図を示し、第２図は本発明における非晶質水素化
窒化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）の組成比と導電率の関係
を示すグラフ、第８図は本発明における非晶質水素化窒
化ケイ素（ａ−５ｉＮ：Ｈ）にホウ素をドーピングする
場合のジボランガス（Ｂ２　Ｈｇ　）とジシ−）　ンカ
ス（Ｓ　１２Ｈｅ　）　及びアンモニアガス（ＮＨ３）
とのガス混合比と１１！率トの関係？示すグラフ、第４
図は本発明における非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−５ｉ
Ｎ：Ｈ）についてガス混合比（ＮＨ３／　Ｓ　Ｉ２Ｈ６
）と組成比（Ｎ／Ｓｉ）との関係を示すグラフであり、
第５図は投影型の画像表示装置の構成図を示し、第６図
は本発明の光書き込み型液晶表示装置の他の実施例を説
明する構成図であり、第７図は先行技術の液晶ライトバ
ルブの断面図を、第８図は先行技術の投影型の画像表示
装置の構成図を示す。 １０．５０．６０・・・液晶ライトバルブ、１１ａ、ｌ
ｌｂ、５１ａ、５１ｂ山ガラス基板、１２ａ　、１２ｂ
　、５２ａ　、５２ｂ−−電極、１Ｂ　、５８．６８　
　・光導電層、１４，５４．６４誘電体ミラー、１５ａ
、１５ｂ、５５ａ、５５ｂ、６５ａ、６５ｂ　　配向膜
、１６　、６９・Ｖ−イー光、４２．４６・　レンズ、
４１・・・光源、４δ・・・スクリーン、４３　偏光ビ
ームスグリフタ、４４“゛照明レンズ。 代理人　弁理士　梅　１）　　勝（他２名）＠５図 ｍ６ｒｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液晶層と、液晶層の両側に配置される電極と液晶層
   の一方側に配置され、光が照射されることによってイン
   ピーダンスが変化するインピーダンス変化層とを有する
   光書き込み型液晶表示装置において、前記インピーダン
   ス変化層として非晶質水素化窒化ケイ素（ａ−ＳｉＮ：
   Ｈ）を含むことを特徴とする光書き込み型液晶表示装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光書き込み型液晶表示
   装置にあって、前記インピーダンス変化層の非晶質水素
   化窒化ケイ素（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）の組成比（Ｎ／Ｓｉ）
   が０．０８〜０．４の範囲であることを特徴とする液晶
   表示装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の光書き込み型液晶表示
   装置にあって、前記インピーダンス変化層としてホウ素
   を含むことを特徴とする光書き込み型液晶表示装置。