JPH06265865A

JPH06265865A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH06265865A
Application number: JP5281493A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Morita; 裕子森田; Terutaka Tokumaru; 照高徳丸; Shunichi Sato; 俊一佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】厚さの薄い液晶層を有する液晶素子を提供す
ることを目的とする。【構成】透明電極２ａ，２ｂが夫々表面に形成された
第１の透明基板１ａ及び第２の透明基板１ｂと、透明電
極２ａ上に形成された光導電体膜３と、光導電体膜３上
に形成された多層膜ミラー４と、多層膜ミラー４上に形
成された第１の液晶配向膜５ａと、透明電極２ｂ上に形
成された第２の液晶配向膜５ｂと、スペーサ６によって
形成される間隙に液晶を挟持して成る液晶層７とを備え
た液晶素子において、少なくとも一方の基板を、基板表
面の方線方向にスペーサ６と接触する部分が窪んだ形状
の基板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像表示装置、画像処
理装置、光情報処理システム等に使用される液晶素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶素子は、薄型の画像表示素子
として、活発に研究開発されており、特に投射型表示装
置等に空間光変調素子として用いられる液晶素子が注目
されている。この空間光変調素子の機能は、例えば画像
等の２次元的なパターンを書き込み光によって空間光変
調素子に書き込み、読み出し光によって書き込まれてい
る２次元パターンを読み出すものである。これによっ
て、画像光の増幅、しきい値処理、反転あるいは読み出
し光と書き込み光の間のインコヒーレント・コヒーレン
ト変換、波長変換等の処理を行うことができる。

【０００３】従来の空間光変調素子として用いられる液
晶素子の構造を図２に示す。図２において、１１ａ及び
１１ｂはガラス基板、１２ａ及び１２ｂは透明電極膜、
１３は光導電体膜、１４は多層膜ミラー、１５ａ及び１
５ｂは液晶配向膜、１６はスペーサ、１７は液晶層、１
８は書き込み光、１９は読み出し光である。ここで、ス
ペーサとは、同一の径を有する筒状のグラスファイバー
や球状のグラスビーズ等を加えた熱硬化樹脂により、液
晶配向膜１５ａと液晶配向膜１５ｂとを接着して、ガラ
ス基板１１ａとガラス基板１１ｂとの間隙を一定に保
ち、この間隙に液晶を挟持して一定の厚さの液晶層１７
を形成するものである。

【０００４】次に、この液晶素子の動作を図２を用いて
説明する。液晶層１７がツイスト配列のネマティック液
晶からなる場合、透明電極膜１２ａと透明電極膜１２ｂ
との間に電圧を印加すると、書き込み光１８が照射され
ている部分では、光導電体膜１３においてフォトキャリ
アが発生し、光導電体膜１３の比抵抗が低下する。そし
て、光導電体膜１３の比抵抗が低下した部分では、液晶
層１７にかかる電圧が増加し、ネマティック液晶のしき
い値電圧を越えるため、ガラス基板１１ａ及びガラス基
板１１ｂの面方向に沿って配向していた液晶軸が電圧印
加方向に向く。このため、この部分においては、直線偏
光の読み出し光１９の偏光面が回転されない。

【０００５】一方、書き込み光１８が照射されていない
部分では、光導電体層１３の比抵抗が変化せず、液晶層
１７の液晶軸がガラス基板１１ａ及びガラス基板１１ｂ
の面方向に沿ったままのため、読み出し光１９の偏光面
が回転する。このため、図示しないアナライザを通して
読み出せば、書き込みパターンに応じたパターンを読み
出すことができ、このようにして、書き込み光による読
み出し光の変調が行われる（Applied Optics, Vol.26,
p.241, 1987 等参照）。

【０００６】また、液晶層としては、上記の他、ティル
ト配列のネマティック液晶、スーパーツイスト配列のネ
マティック液晶（電子通信情報学会技術研究報告，Vol.
26,No.431, p.23, 1990）や、強誘電性液晶（第５１回
応用物理学会講演会予稿集、Applide Physics Letters,
Vol.158, No.8, p.787, 1991）を用いた液晶素子も提
案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液晶素子では、高解像度の画像の書き込み及び読み
出しができなかった。この原因の一つとして、液晶層の
厚さにおける課題がある。すなわち、高解像度の書き込
みパターンを液晶素子に書き込む際に、液晶層の厚さが
厚いと、液晶層内で書き込みパターンがボケてしまう。
これは、書き込み光照射により発生する液晶層内での電
界分布が、読み出し側の透明電極に向かうに従い、面方
向へ広がること等によると考えられる。

【０００８】したがって、液晶層の厚さを薄くするため
には、スペーサを構成するグラスファイバーやグラスビ
ーズを、微小な径のものを用いればよい。しかし、これ
らグラスファイバーやグラスビーズは、液晶層の厚さを
均一にするため高精度に径が揃ったものでなければなら
ず、ミクロンサイズ以下の径のグラスファイバーやグラ
スビーズを高精度に作製するのは、技術的に困難であ
り、作製できても非常に高価なものとなってしまい、素
子の高コスト化を引き起こす。また、液晶層の厚さがミ
クロンサイズ以下程度になると、液晶層の厚さは、スペ
ーサを構成する熱硬化樹脂中の固形物の粒径によっても
支配されるようになり、ミクロンサイズ以下の液晶層を
得ることは、従来技術において困難なことである。

【０００９】また、上記したような課題は、空間光変調
素子として用いられる液晶素子ばかりでなく、表示素子
として用いられる液晶素子においても、高解像度の表示
画像を得ようとすると、同様に問題となる。

【００１０】本発明は、上記したような課題を解決する
ためになされたものであり、厚さの薄い液晶層を有する
液晶素子を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、対向する一対の基板と、一対の基板の
間隙を一定に保持するスペーサとを備え、一対の基板の
間隙に液晶が狭持された液晶素子において、少なくとも
一対の基板の一方が、基板表面の法線方向にスペーサと
接触した部分が窪んだ基板としている。

【００１２】また、本発明では、少なくとも一対の基板
の一方が対向する他方の基板側に複数の膜を有してお
り、複数の膜のうち少なくとも一の膜が、基板表面の法
線方向にスペーサと接触しない部分に形成された液晶素
子としている。

【００１３】さらに、本発明では、透明電極膜が夫々表
面に形成された第１の透明基板及び第２の透明基板と、
第１の透明基板の透明電極上に形成された光導電体膜
と、光導電体膜上に形成された多層膜ミラーと、多層膜
ミラー上に形成された第１の液晶配向膜と、第２の透明
基板の透明電極上に形成された第２の液晶配向膜と、ス
ペーサにより一定に保たれた第１の液晶配向膜と第２の
液晶配向膜との間隙に液晶が挟持されて成る液晶層とを
備えた液晶素子であって、光導電体膜と多層膜ミラーと
第１の液晶配向膜とが、第１の透明基板表面の法線方向
にスペーサと接触しない部分に形成されたことを液晶素
子としている。

【００１４】

【作用】本発明によれば、液晶素子において、上記のよ
うに、対向する一対の基板の少なくとも一方を、基板表
面の方線方向にスペーサと接触した部分が窪んだ形状の
基板とすることにより、従来技術と同様なスペーサを用
いて、従来技術より薄い厚さの液晶層を形成することが
できる。すなわち、スペーサを構成するグラスファイバ
ーやグラスビーズの径が比較的大きな径のものを用いて
も、厚さの薄い液晶層を得ることができ、そして、液晶
層の厚さがミクロンサイズ以下程度になっても、スペー
サを構成する熱硬化樹脂中の固形物の粒径によって支配
されることなく、厚さの薄い液晶層を得ることができ
る。したがって、本発明の液晶素子を画像表示素子とし
て用いれば、表示画像の高解像度化が可能となり、ま
た、本発明の液晶素子を液晶空間光変調素子として用い
れば、高解像度の画像の書き込み及び読み出しが可能と
なる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例として、空間光変調
素子として用いられる液晶素子について、本発明に基づ
くものを図面を参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明に基づく液晶素子の一実施
例の構造を示す断面図である。図１において、１ａ及び
１ｂはガラス基板等の透明基板、２ａ及び２ｂはＩＴＯ
等の透明電極膜、３は水素化アモルファスシリコン（以
下ａ-Ｓｉ:Ｈと称す）膜等の光導電体膜、４は多層膜ミ
ラー、５ａ及び５ｂは液晶配向膜、６はスペーサ、７は
液晶層である。図１に示すように、本実施例の液晶素子
の構造は、光導電体膜３と多層膜ミラー４と液晶配向膜
５ａとが、透明基板１ａ表面の法線方向にスペーサ６と
接触しない部分に形成されている。即ち、対向した基板
の一方を、基板表面の方線方向にスペーサと接触した部
分が窪んだ形状の基板としている。

【００１７】この液晶素子は、透明電極膜２ａと透明電
極膜２ｂとの間に電圧を印加すると、書き込み光８が照
射されている部分において、光導電体膜３の比抵抗が低
下し、書き込みパターンに応じて、液晶層７に印加され
る電圧が変化し液晶の配列状態を変化させるものであ
る。そして、読み出し側から読み出し光９を照射する
と、多層膜ミラー４からの反射光は、書き込みパターン
に応じて変調されたものとなる。

【００１８】本発明に基づく液晶素子の作製について説
明する。まず、書き込み側の透明電極膜２ａが形成され
た透明基板１ａ上に光導電体膜３の成膜を行う。本実施
例では、透明基板としてガラス基板を用い、透明電極膜
としてＩＴＯ膜を用い、そして、この上に光導電体膜と
してａ-Ｓｉ:Ｈ膜を成膜した。ここで、後にスペーサが
形成される部分に相当するＩＴＯ膜が形成されたガラス
基板の外周部に、ａ-Ｓｉ:Ｈ膜が形成されないよう、こ
の部分にマスクをして、Ａｒ（アルゴン）とＨ₂（水
素）の混合ガス中でＳｉターゲットを用いて、スパッタ
法により成膜を行い、イントリンシックなａ-Ｓｉ:Ｈ膜
を形成した。このように形成したａ-Ｓｉ:Ｈ膜の特性
は、暗導電率が１０^-10Ｓ／ｃｍ、光導電率が１０^-7Ｓ
／ｃｍであり、その膜厚を１．５μｍとした。なお、本
実施例においてはａ-Ｓｉ:Ｈ膜をスパッタ法により形成
したが、プラズマＣＶＤ等適宜の形成方法によって形成
しても良い。

【００１９】次に、透明電極膜２ａと光導電体膜３とが
形成された書き込み側の透明基板１ａ上に、多層膜ミラ
ーの成膜を行う。多層膜ミラーとは、高屈折率誘電体膜
と低屈折率誘電体膜とを交互に多層積層したものであ
る。本実施例では、高屈折率誘電体膜として酸化チタン
（ＴｉＯ₂）膜を用い、低屈折率誘電体膜として二酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）膜を用い、これらを交互に合計１
１層積層して、膜厚が約０．６μｍの多層膜ミラーを作
製した。ここで、この多層膜ミラーの成膜法には、スパ
ッタ法や真空蒸着法等が用いられ、また、ａ-Ｓｉ:Ｈ膜
の成膜のときに用いたのと同一のマスクにより、後にス
ペーサが形成される部分に相当する基板の外周部には、
多層膜ミラーが形成されないようにした。なお、高屈折
率誘電体膜材料及び低屈折律誘電体膜材料は、上記実施
例に限定されるものではなく、高屈折率誘電体膜材料と
して硫化亜鉛（ＺｎＳ）、水素化アモルファスシリコン
（ａ-Ｓｉ:Ｈ）等を用いてもよく、また、低屈折率誘電
体材料としてフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、窒化シ
リコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）等を用いても良い。

【００２０】次に、透明電極膜２ａと光導電体膜３と多
層膜ミラー４が形成された書き込み側の透明基板１ａ
と、透明電極膜２ｂが形成された読み出し側の透明基板
１ｂとのそれぞれに、液晶を配向させるための液晶配向
膜５ａ及び液晶配向膜５ｂを形成する。本実施例におい
ては、この液晶配向膜５ａ及び液晶配向膜５ｂとして、
酸化シリコン（以下ＳｉＯと称す）をガラス基板面の法
線方向に対して８５°の角度で斜方蒸着により、０．１
μｍの厚さで形成した。ここで、書き込み側である多層
膜ミラー４上への液晶配向膜を形成するとき、光導電体
膜３及び多層膜ミラー４の成膜時に用いたのと同一のマ
スクによって、後にスペーサが形成される部分に相当す
る基板の外周部には、液晶配向膜が形成されないように
した。

【００２１】なお、本実施例では液晶配向膜５ａ及び液
晶配向膜５ｂとして斜方蒸着により形成したＳｉＯ膜を
用いたが、ポリイミドあるいはポリビニルアルコールに
ラビング処理を施した液晶配向膜や、あるいはその他の
配向剤を塗布して形成する液晶配向膜などを用いても良
く、また用いる液晶の種類や配列状態によってそれぞれ
適切なものを用いて良い。

【００２２】このようにして、書き込み側の透明電極膜
２ａが形成された透明基板１ａ上には、後にスペーサが
形成される部分に相当する外周部を除く中央部に、光導
電体膜３、多層膜ミラー４、及び液晶配向膜５ａが凸状
に形成されたことになる。

【００２３】次に、グラスファイバーやグラスビーズ等
を加えた熱硬化樹脂によって、スペーサ６を形成する。
本実施例では、上記のようにして、透明電極膜２ａが形
成され、光導電体膜３と多層膜ミラー４と液晶配向膜５
ａとが順次中央部に凸状に形成された書き込み側の透明
基板１ａの窪んだ外周部、即ち光導電体膜３と多層膜ミ
ラー４と液晶配向膜５ａとが形成されていない部分に、
３μｍの径のグラスファイバを加えた熱硬化性樹脂を塗
布し、液晶配向膜５ｂを形成した透明基板１ｂと貼り合
わせ、１５０℃の熱を２時間加えて熱硬化性樹脂を硬化
させ、透明基板１ａ及び透明基板１ｂを接着させ、スペ
ーサ６を形成した。なお、本実施例では、グラスファイ
バーを用いたが、これに限定されるものではなく、グラ
スビーズ等を用いても良い。

【００２４】上記のように接着された透明基板１ａ及び
透明基板１ｂの間に形成したスペーサにより一定に保た
れた間隙の厚さは、分光光度計を用いて測定することが
できる。即ち、間隙の表面と裏面とからの反射光の多重
干渉させ、その時の入射光の波長による変化を測定する
方法により求めることができる。この測定法によって、
本実施例の液晶空間光変調素子のスペーサにより形成し
た間隙の厚さを測定した結果、約０．８μｍであること
を確認することができた。

【００２５】次に、上記のようにしてスペーサ６によっ
て形成した液晶配向膜２ａと液晶配向膜２ｂとの間隙
に、液晶を充填させ、液晶層７を形成する。本実施例で
は、液晶層７を成す液晶として、ネマティック液晶を用
いた。また、ネマティック液晶としては、位相シフト量
を十分に大きくするために大きな複屈折を示すものが望
ましい。なお、本実施例では、ネマティック液晶が印加
される電圧の強さに応じて、ガラス基板面とほぼ平行な
状態からガラス基板面と垂直の状態に配向の方向が変化
する正の誘電異方性を示すネマティック液晶をホモジニ
アス配向にして用いたが、負の誘電異方性を示すネマテ
ィック液晶をホメオトロピック配向にして用いても良
い。また、この他、ツイスト配列のネマティック液晶、
スーパーツイスト配列のネマティック液晶、強誘電性液
晶等を用いることもでき、本実施例に限定されるもので
はない。

【００２６】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、例えば書き込み光が非常に強いときな
ど、遮光層を設けても良い。また、本実施例では、多層
膜ミラーを設け、読み出し光を書き込み光とは液晶素子
の逆側から入射させる構造としたが、これの限定される
ものではなく、多層膜ミラーを設けず、読み出し光を書
き込み光と液晶素子の同一の側から入射させる構造とし
ても良い。

【００２７】なお、本実施例では、液晶素子を構成する
膜の形成の過程において、マスクを用いてスペーサが基
板と接触する部分が窪んだ形状として、薄い液晶層を形
成したが、これに限定されるものではなく、この他にあ
らかじめ使用する基板がスペーサと接触する部分が、窪
んだ形状となるように、エッチングする方法等を用いて
も良い。また、基板がスペーサと接触する部分は、本実
施例におけるように基板周辺部でなくても良く、例えば
基板中央部等、他の部分でも良い。また、本実施例で
は、スペーサが形成される部分に、光導電体膜と多層膜
ミラーと液晶配向膜との３種類の膜が形成されないよう
にしたが、これに限定されるものではなく、スペーサが
形成される部分に、液晶素子の設計に応じて適宜選択さ
れた膜が形成されないようにして良いものである。

【００２８】なお、本発明に基づく一実施例として、本
実施例では空間光変調素子として用いられる液晶素子に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、画
像表示装置、画像処理装置、光情報処理システムに使用
される液晶素子についても、本実施例と同様にして、薄
い液晶層が得ることが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、液晶素
子において、上記したように、対向する一対の基板の少
なくとも一方を、基板表面の法線方向にスペーサと接触
した部分が窪んだ形状の基板とすることにより、従来技
術と同様なスペーサを用いて、従来技術より薄い厚さの
液晶層を形成することができる。したがって、本発明の
液晶素子を画像表示素子として用いれば、表示画像の高
解像度化が可能となり、光情報処理システムに用いれ
ば、高解像度の処理が可能となる。また、本発明の液晶
素子を空間光変調素子としてを用いれば、高解像度の画
像の書き込み及び読み出しが可能となる。

【００３０】さらに、本発明の液晶素子によれば、液晶
層の厚さを薄くできるので、外部からの電圧印加による
液晶分子の配向状態の制御が高速化することになり、応
答速度の速い液晶素子を実現することが可能となる。

【００３１】また、本発明の液晶素子において、光導電
体膜を有するものでは、液晶層を薄層化することによ
り、光導電層の厚さを薄くして素子を駆動することがで
きるので、素子の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶素子の構造を示す断面
図である。

【図２】従来の液晶素子の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂガラス基板２ａ，２ｂ透明電極膜３光導電体膜４多層膜ミラー５ａ，５ｂ液晶配向膜６スペーサ７液晶層８書き込み光９読み出し光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の基板と、該一対の基板の
間隙を一定に保持するスペーサとを備え、前記一対の基
板の間隙に液晶が狭持された液晶素子において、少なく
とも前記一対の基板の一方が、該基板表面の法線方向に
前記スペーサと接触した部分が窪んだ基板であることを
特微とする液晶素子。
【請求項２】少なくとも前記一対の基板の一方が対向
する他方の基板側に複数の膜を有しており、該複数の膜
のうち少なくとも一の膜が、前記基板表面の法線方向に
前記スペーサと接触しない部分に形成されたことを特徴
とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】前記液晶素子が、透明電極膜が夫々表面
に形成された第１の透明基板及び第２の透明基板と、該
第１の透明基板の前記透明電極上に形成された光導電体
膜と、該光導電体膜上に形成された多層膜ミラーと、該
多層膜ミラー上に形成された第１の液晶配向膜と、前記
第２の透明基板の前記透明電極上に形成された第２の液
晶配向膜と、スペーサにより一定に保たれた前記第１の
液晶配向膜と前記第２の液晶配向膜との間隙に液晶が挟
持されて成る液晶層とを備えた液晶空間光変調素子であ
って、前記光導電体膜と前記多層膜ミラーと前記第１の
液晶配向膜とが、前記第１の透明基板表面の法線方向に
前記スペーサと接触しない部分に形成されたことを特徴
とする請求項２に記載の液晶素子。