JPH0792487A - Optical modulation element - Google Patents

Optical modulation element

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JPH0792487A
JPH0792487A JP5256490A JP25649093A JPH0792487A JP H0792487 A JPH0792487 A JP H0792487A JP 5256490 A JP5256490 A JP 5256490A JP 25649093 A JP25649093 A JP 25649093A JP H0792487 A JPH0792487 A JP H0792487A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
layer
modulation element
crystal layer
Prior art date
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Application number
JP5256490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Eguchi
稔康 江口
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0792487A publication Critical patent/JPH0792487A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an optical modulation element having extremely outstanding electro-optic characteristics, such as small intensity of transmitted light, sharp threshold characteristics and high contrast ratio when the element is applied with a voltage. CONSTITUTION:A transparent electrode 3a and a liquid crystal oriented layer 6a are successively laminated on a transparent substrate 2a. A transparent electrode 3b, a photoconductive layer 4, a light reflection layer 5 and a liquid crystal oriented layer 6b are successively laminated on a transparent substrate 2b. A liquid crystal layer 7 is clamped between these liquid crystal oriented layers 6a and 6b and a phase plate 9 is disposed on the outer side of the transparent substrate 2a. The tilt angle of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 7 is within a range of 0 to 10'. The absolute value of a phase difference of the phase plate 9 is set in a range of >=(lambda/2) to <=(DELTAn.d-lambda/2)mum with respect to the product deltan.d of the thickness d(mum) and refractive index anisotropy DELTAn of the liquid crystal layer 7 when the wavelength of reading out light 12 is defined as lambda(mum).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、投写型表示装置等に用
いられる電気光学特性の極めて優れた光変調素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light modulation element having extremely excellent electro-optical characteristics used in a projection type display device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】表示装置には直視型の装置と投写型の装
置とがあり、投写型の装置としては液晶を使った光変調
素子を用いるものが既に実用化されている。図4は光変
調素子を用いた投写型表示装置の原理図である。図4に
おいて、光変調素子10には書込み光学系から発せられ
る書込み光11によって像が書込まれる。一方、光源1
3より発せられた光はコンデンサレンズ14により平行
光とされた後、偏光ビームスプリッタ15に入射し、そ
の入射光の内のS偏光成分は進行方向が接合面で反射し
直角に曲げられることにより、読出し光12として光変
調素子10に入射する。
2. Description of the Related Art Display devices include a direct-view type device and a projection type device, and as the projection type device, a device using a light modulation element using liquid crystal has already been put into practical use. FIG. 4 is a principle diagram of a projection display device using a light modulation element. In FIG. 4, an image is written on the light modulation element 10 by the writing light 11 emitted from the writing optical system. On the other hand, light source 1
The light emitted from 3 is collimated by the condenser lens 14 and then incident on the polarization beam splitter 15. The S-polarized component of the incident light is reflected at the joint surface in the traveling direction and bent at a right angle. , And enters the light modulation element 10 as the reading light 12.

【0003】ここで、光変調素子10の液晶層に像が描
かれていると、光変調素子10で反射された反射光中に
は液晶層の像の濃淡に応じて変調を受け、P偏光成分が
含まれるようになる。この反射光中のP偏光成分は偏光
ビームスプリッタ15をそのまま通過し、投写レンズ1
6を介してスクリーン17上に像が投写される。従っ
て、光変調素子10に書込まれている像がスクリーン1
7へ投写されることになる。
Here, when an image is drawn on the liquid crystal layer of the light modulation element 10, the reflected light reflected by the light modulation element 10 is modulated in accordance with the light and shade of the image of the liquid crystal layer, and P polarized light is obtained. Ingredients will be included. The P-polarized component in the reflected light passes through the polarization beam splitter 15 as it is, and the projection lens 1
An image is projected on the screen 17 via 6. Therefore, the image written on the light modulation element 10 is displayed on the screen 1
7 will be projected.

【0004】図5はこの投写型表示装置に用いられる従
来の光変調素子10の一例の構造を示す図である。図5
において、液晶層7の周りにはスペーサ8a,8bが配
され、液晶層7の両面には液晶配向層6a,6bが設け
られている。液晶配向層6bの外側には誘電体からなる
光反射層5が積層され、この光反射層5の外側には例え
ば非晶質水素化シリコン(a−Si:H)からなる光導
電層4が積層されている。そして、液晶配向層6a及び
光導電層4の外側には酸化スズ(SnO2 )や酸化イン
ジウム(In2 3 )からなる透明電極3a,3bが配
され、透明基板2a,2bによって封止された構造とな
っている。
FIG. 5 is a view showing the structure of an example of a conventional light modulation element 10 used in this projection type display device. Figure 5
In, the spacers 8a and 8b are arranged around the liquid crystal layer 7, and the liquid crystal alignment layers 6a and 6b are provided on both surfaces of the liquid crystal layer 7. A light reflecting layer 5 made of a dielectric material is laminated on the outer side of the liquid crystal alignment layer 6b, and a photoconductive layer 4 made of, for example, amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) is placed on the outer side of the light reflecting layer 5. It is stacked. Then, transparent electrodes 3a and 3b made of tin oxide (SnO 2 ) or indium oxide (In 2 O 3 ) are arranged outside the liquid crystal alignment layer 6a and the photoconductive layer 4 and sealed by the transparent substrates 2a and 2b. It has a different structure.

【0005】このような構造の光変調素子10におい
て、透明電極3a,3b間には交流駆動電圧が印加さ
れ、書込み側から書込み光11が照射されていない状態
での光導電層4の内部インピーダンスを液晶層7のそれ
よりも十分大きい値に設定しておくことにより、駆動電
圧は主に光導電層4に印加されることになる。そして、
書込み光11が照射され、その書込み光11によって光
導電層4上に像を描くときには、光導電層4の内部イン
ピーダンスが像の濃淡に応じて局部的に低下するため、
その低下部分に隣接する液晶層7には透明電極3a,3
b間の駆動電圧が像の濃淡に応じて空間変調されて印加
されるようになって像が書込まれることになる。
In the light modulation element 10 having such a structure, an AC drive voltage is applied between the transparent electrodes 3a and 3b, and the internal impedance of the photoconductive layer 4 in a state where the writing light 11 is not irradiated from the writing side. Is set to a value sufficiently larger than that of the liquid crystal layer 7, the drive voltage is mainly applied to the photoconductive layer 4. And
When the writing light 11 is irradiated and an image is drawn on the photoconductive layer 4 by the writing light 11, the internal impedance of the photoconductive layer 4 locally decreases according to the shading of the image.
The transparent electrodes 3a, 3 are provided on the liquid crystal layer 7 adjacent to the lowered portion.
The drive voltage between points b is spatially modulated according to the density of the image and applied, and the image is written.

【0006】ここで、従来の光変調素子10に用いられ
る液晶層7の液晶分子の配列方向,読出し光の偏光方向
について、ECB(electrically controlled birefrin
gence )効果を利用して初期の液晶分子配向を垂直配向
あるいは水平配向とした光変調素子が知られている。水
平配向の液晶層7の液晶分子はその分子長軸が基板2
a,2bにわずかなプレティルト角を有し、略平行にな
るよう配列している。さらに、液晶層7の液晶分子は液
晶配向層6a,6b上でそれぞれが平行に配向されてい
る。
Here, regarding the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 7 used in the conventional light modulation element 10 and the polarization direction of the read light, an ECB (electrically controlled birefrin) is used.
There is known a light modulator in which the initial liquid crystal molecule orientation is vertically or horizontally aligned by utilizing the gence) effect. The liquid crystal molecules of the horizontally aligned liquid crystal layer 7 have the long axis of the substrate 2
A and 2b have slight pretilt angles and are arranged so as to be substantially parallel. Further, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 7 are aligned in parallel on the liquid crystal alignment layers 6a and 6b.

【0007】このような水平配向の液晶層7を有する光
変調素子10を図4に示す投写型表示装置に用い、光変
調素子10と読出し光源13との間の偏光ビームスプリ
ッタ15の偏光軸を入射側の液晶層7の液晶分子軸と4
5度をなすように配置すると、直線偏光された入射光は
液晶層7を通過することにより生じる異常光と常光との
間のリタデーション(位相遅れ)Rならびに位相差δ
は、液晶分子の屈折率異方性をΔn、液晶層厚をd、入
射光の波長をλとすると、R=Δn・d、δ=2πR/
λで表され、光反射層5により反射して再び液晶層7を
通過する際に再びリタデーションRならびに位相差δを
生じる。偏光ビームスプリッタ15を透過する透過光強
度Jは、数1で表される。
The light modulation element 10 having such a horizontally aligned liquid crystal layer 7 is used in the projection display device shown in FIG. 4, and the polarization axis of the polarization beam splitter 15 between the light modulation element 10 and the reading light source 13 is set. 4 and the liquid crystal molecular axis of the liquid crystal layer 7 on the incident side
When arranged so as to form 5 degrees, the linearly polarized incident light has a retardation (phase lag) R and a phase difference δ between the extraordinary light and the ordinary light generated by passing through the liquid crystal layer 7.
Where R = Δn · d and δ = 2πR /, where Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules, d is the liquid crystal layer thickness, and λ is the wavelength of the incident light.
It is represented by λ, and when it is reflected by the light reflection layer 5 and again passes through the liquid crystal layer 7, the retardation R and the phase difference δ are generated again. The transmitted light intensity J that passes through the polarization beam splitter 15 is represented by Formula 1.

【0008】[0008]

【数1】 [Equation 1]

【0009】これに対し、光変調素子10の透明電極3
a,3b間に電界を印加していくと、正の誘電率異方性
を持つ液晶分子は基板2a,2bに垂直に近づくような
傾斜した配列になる。このように、液晶分子は基板2
a,2bに対して分子軸方向が変化すると共に実効的な
屈折率異方性は変化するので、リタデーションRが変化
する。このことにより、電界によって液晶層7の複屈折
率が変化し、光のP偏光成分とS偏光成分との比を制御
できるので、電界の印加により偏光ビームスプリッタ1
5を透過する光の強度が変化し、スクリーン17上に像
が投写されることとなる。
On the other hand, the transparent electrode 3 of the light modulation element 10
When an electric field is applied between a and 3b, the liquid crystal molecules having a positive dielectric anisotropy are in a tilted array so as to approach the substrates 2a and 2b in a direction perpendicular to them. In this way, the liquid crystal molecules are
Since the effective refractive index anisotropy changes as the molecular axis direction changes with respect to a and 2b, the retardation R changes. As a result, the birefringence of the liquid crystal layer 7 is changed by the electric field, and the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component of light can be controlled.
The intensity of the light passing through 5 changes and an image is projected on the screen 17.

【0010】上述した従来の光変調素子10の一例の条
件を表1に示す。
Table 1 shows conditions of an example of the above-described conventional light modulation element 10.

【表1】 [Table 1]

【0011】表1に示す条件の従来の光変調素子10に
電界を印加した際の光学特性を図6に示す。図6におい
て、横軸は印加電圧、縦軸は入射光量(図4中の偏光ビ
ームスプリッタ15に入射する光)と出射光量(図4中
の偏光ビームスプリッタ15を出射する光)との比であ
る出射光量/入射光量を示している。この図6に示す例
では、相対光透過率が1%及び99%に対応する印加電
圧V1 (=1.893)及びV99(=2.028)の範
囲で動作させる。
FIG. 6 shows optical characteristics when an electric field is applied to the conventional optical modulator 10 under the conditions shown in Table 1. In FIG. 6, the horizontal axis is the applied voltage, and the vertical axis is the ratio of the incident light amount (light incident on the polarization beam splitter 15 in FIG. 4) to the emission light amount (light emitted from the polarization beam splitter 15 in FIG. 4). A certain amount of emitted light / amount of incident light is shown. In the example shown in FIG. 6, operation is performed in the range of applied voltages V1 (= 1.893) and V99 (= 2.028) corresponding to relative light transmittances of 1% and 99%.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、光変調
素子10に電界を印加すると、液晶層7の液晶分子は基
板2a,2bとのなす角を増大してある傾斜に達する
が、電界の印加により相対光透過率が最小になる透過光
強度T0 は、図6に示すように、0.0481と大き
く、即ち、書込み光が照射されないときにいわゆる黒浮
きの現象が起こってしまう。この原因は、液晶分子が水
平配向で液晶分子軸と45度で光を入射するとき、実用
範囲では液晶への電界の印加が小さいので、リタデーシ
ョンの値が大きい部分の範囲を用いることにある。相対
光透過率が最大になる透過光強度T100は0.4701
であるので、コントラスト比CRはT100 /T0 より
9.8程度であり、コントラスト比が小さいという問題
点があった。また、相対光透過率が1%及び99%に対
応する印加電圧V1 及びV99を用いて閾(しきい)値特
性の鋭さγは、γ=V99/V1 のように定義して使用さ
れる。図6に示すように、V1 =1.893、V99=
2.028より、γ=1.071程度であり、入射され
る書込み光11による光導電層4の内部インピーダンス
の変化量が小さいと、印加電圧の変化量も小さいため
に、コントラスト比を大きくできないという問題点があ
った。
As described above, when an electric field is applied to the light modulation element 10, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 7 increase the angle formed with the substrates 2a and 2b and reach a certain inclination, but the electric field is increased. 6, the transmitted light intensity T0 at which the relative light transmittance is minimized is as large as 0.0481, that is, a so-called black floating phenomenon occurs when the writing light is not irradiated. The reason for this is that when the liquid crystal molecules are horizontally aligned and light is incident at 45 degrees with respect to the liquid crystal molecule axis, the application of the electric field to the liquid crystal is small in the practical range, and therefore the range of the retardation value is large. The transmitted light intensity T100 that maximizes the relative light transmittance is 0.4701.
Therefore, the contrast ratio CR is about 9.8 than T100 / T0, and there is a problem that the contrast ratio is small. Further, the sharpness γ of the threshold value characteristic using the applied voltages V1 and V99 corresponding to the relative light transmittances of 1% and 99% is defined as γ = V99 / V1 and used. As shown in FIG. 6, V1 = 1.893, V99 =
From 2.028, γ is about 1.071, and when the change amount of the internal impedance of the photoconductive layer 4 due to the incident writing light 11 is small, the change amount of the applied voltage is also small, and the contrast ratio cannot be increased. There was a problem.

【0013】そこで本発明はこのような問題点に鑑み、
従来の光変調素子とは異なった素子構成をとることによ
って電圧を印加した際の透過光強度を極めて小さくで
き、さらに閾値特性が鋭く、コントラスト比の大きな極
めて優れた電気光学特性を有する光変調素子を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems.
By adopting an element configuration different from that of the conventional light modulation element, the intensity of transmitted light when a voltage is applied can be made extremely small, and the threshold value characteristic is sharp, and the light modulation element having an extremely excellent electro-optical characteristic with a large contrast ratio. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、液晶分子の配向状態を書
込み光によって遷移させることにより画像を書込み、こ
の書込まれた画像を読出し光により投写させる光変調素
子において、第1の透明基板上に第1の透明電極と第1
の液晶配向層とを順次積層し、第2の透明基板上に第2
の透明電極と光導電層と光反射層と第2の液晶配向層と
を順次積層し、前記第1及び第2の液晶配向層間に液晶
層を挟装させ、さらに、前記第1の透明基板の外側に位
相板を設けてなり、前記液晶層は、液晶分子を一様に初
期配列させたときに前記第1及び第2の液晶配向層上の
液晶分子のティルト角が0〜10度の範囲内にあるもの
であり、前記位相板は、入射される前記読出し光の波長
をλ(μm)としたとき、前記液晶層の厚さd(μm)
と屈折率異方性Δnとの積Δn・dに対して、その位相
差の絶対値が(λ/2)μm以上(Δn・d−λ/2)
μm以下の範囲に設定されていることを特徴とする光変
調素子を提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention writes an image by transitioning the alignment state of liquid crystal molecules by writing light, and reads the written image. In a light modulation element for projecting with light, a first transparent electrode and a first transparent electrode are provided on a first transparent substrate.
And a liquid crystal alignment layer are sequentially laminated to form a second transparent substrate on the second transparent substrate.
The transparent electrode, the photoconductive layer, the light reflecting layer, and the second liquid crystal alignment layer are sequentially laminated, and the liquid crystal layer is sandwiched between the first and second liquid crystal alignment layers, and further, the first transparent substrate. A phase plate is provided outside the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer has a tilt angle of 0 to 10 degrees of the liquid crystal molecules on the first and second liquid crystal alignment layers when the liquid crystal molecules are initially aligned uniformly. The phase plate has a thickness d (μm) of the liquid crystal layer when the wavelength of the incident read light is λ (μm).
And the refractive index anisotropy Δn, the absolute value of the phase difference is (λ / 2) μm or more (Δn · d−λ / 2).
The present invention provides a light modulation element characterized by being set in a range of μm or less.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の光変調素子について、添付図
面を参照して説明する。図1は本発明の光変調素子の一
実施例の構造を示す図、図2は本発明の光変調素子にお
ける印加電圧と出射光量/入射光量との関係を示す図、
図3は本発明の光変調素子の作用を説明するための印加
電圧とリタデーションとの関係を示す図である。なお、
図1において、図5と同一部分には同一符号が付してあ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The light modulator of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing the structure of an embodiment of the light modulation element of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the emitted light quantity / incident light quantity in the light modulation element of the present invention,
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the retardation for explaining the operation of the light modulation element of the present invention. In addition,
1, the same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals.

【0016】本発明の光変調素子1は従来の光変調素子
10と構造が異なり、基板2aの外側、読出し光12の
入射側に位相板9を備えている。本発明の光変調素子1
は、図1に示すように、透明な基板2a,2bが略均等
な間隔で平行に対向しており、この基板2aの基板2b
に対向する側には透明電極3aが、基板2bの基板2a
に対向する側には透明電極3bが設けられている。そし
て、この透明電極3b上には、書込み光11の光強度で
比抵抗が変化する光導電層4が積層形成され、さらに、
光導電層4上には光反射層5が積層形成されている。ま
た、透明電極3a上には液晶配向層6aが、光反射層5
上には液晶配向層6bが積層して設けられている。この
ように、基板2aには透明電極3a,液晶分子配向層6
aが積層して設けられ、基板2bには透明電極3b,光
導電層4,光反射層5,液晶配向層6bが積層して設け
られ、これら基板2a,2bの間には液晶層7が挟装さ
れている。なお、8a及び8bは上記と同様、基板2
a,2bの間に所定間隔を保って液晶を封入させるため
のスペーサである。さらに、基板2aの外側、読出し光
12の入射側に位相板9が積層して、あるいは間隙を有
して設けられている。
The optical modulator 1 of the present invention has a structure different from that of the conventional optical modulator 10, and is provided with a phase plate 9 outside the substrate 2a and on the incident side of the readout light 12. Light modulation element 1 of the present invention
As shown in FIG. 1, transparent substrates 2a and 2b face each other in parallel at substantially equal intervals.
The transparent electrode 3a on the side facing the substrate 2a of the substrate 2b.
A transparent electrode 3b is provided on the side opposite to. Then, on the transparent electrode 3b, a photoconductive layer 4 whose specific resistance changes according to the light intensity of the writing light 11 is laminated and further formed.
A light reflection layer 5 is laminated on the photoconductive layer 4. Further, the liquid crystal alignment layer 6a is provided on the transparent electrode 3a, and the light reflection layer 5 is formed on the transparent electrode 3a.
A liquid crystal alignment layer 6b is provided on top of it. Thus, the transparent electrode 3a and the liquid crystal molecule alignment layer 6 are formed on the substrate 2a.
a is laminated and a transparent electrode 3b, a photoconductive layer 4, a light reflection layer 5 and a liquid crystal alignment layer 6b are laminated on the substrate 2b. A liquid crystal layer 7 is provided between the substrates 2a and 2b. It is sandwiched. In addition, 8a and 8b are the same as the above
It is a spacer for enclosing a liquid crystal with a predetermined space between a and 2b. Further, the phase plate 9 is laminated on the outside of the substrate 2a or on the incident side of the readout light 12 or provided with a gap.

【0017】ここで、基板2a,2bは本実施例では例
えば透明なガラス板を用いているが、透明な樹脂板を用
いることもできる。また、透明電極3a,3bは、一般
に酸化インジウム膜または酸化スズ膜等で形成する。透
明電極3b上に形成される光導電層4は、非晶質水素化
シリコン,セレン化カドミウム(CdSe),硫化鉛
(PbS)等の各種の光導電物質を単独に、または複合
化して用いることができる。光導電層4上に積層される
光反射層5は硫化亜鉛(ZnS):フッ化マグネシウム
(MgF2 )多層膜,酸化ケイ素(SiO):二酸化ケ
イ素(SiO2 )多層膜等の誘電体多層膜を用いる。
In this embodiment, the substrates 2a and 2b are made of transparent glass plates, for example, but transparent resin plates may be used. The transparent electrodes 3a and 3b are generally formed of an indium oxide film, a tin oxide film, or the like. For the photoconductive layer 4 formed on the transparent electrode 3b, various photoconductive materials such as amorphous silicon hydride, cadmium selenide (CdSe), and lead sulfide (PbS) are used alone or in combination. You can The light reflection layer 5 laminated on the photoconductive layer 4 is a dielectric multilayer film such as a zinc sulfide (ZnS): magnesium fluoride (MgF 2 ) multilayer film or a silicon oxide (SiO): silicon dioxide (SiO 2 ) multilayer film. To use.

【0018】さらに、液晶配向層6a,6bは、これま
でに知られている液晶表示素子の液晶配向層を用いるこ
とができ、どのような液晶分子をどのように配列させる
かにより適宜選択して用いればよく、本実施例では液晶
分子が水平配列になるポリイミド,ポリアミドやポリビ
ニル等の高分子膜を用いて形成している。液晶層7の液
晶材料は、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶
を用いる。これは、フッソ系,シッフ系,アゾ系,アゾ
キシ系,エステル系,ビフェニル系,ターフェニル系,
シクロヘキサン系,ピリミジン系,ジオキサン系等の各
種の液晶物質を単独に、または混合して用いることがで
きる。
Further, as the liquid crystal alignment layers 6a and 6b, the liquid crystal alignment layers of the liquid crystal display elements known so far can be used, and the liquid crystal alignment layers can be appropriately selected depending on what kind of liquid crystal molecules are arranged and how. It may be used, and in this embodiment, it is formed by using a polymer film such as polyimide, polyamide or polyvinyl in which liquid crystal molecules are horizontally aligned. As the liquid crystal material of the liquid crystal layer 7, nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used. This is fluorine, Schiff, azo, azoxy, ester, biphenyl, terphenyl,
Various liquid crystal substances such as cyclohexane type, pyrimidine type and dioxane type can be used alone or in combination.

【0019】また、基板2aの外側に積層して、あるい
は間隙を有して設けられた位相板9は、その回転角(遅
相軸方向,減速軸方向とも言う)が読出し光12が入射
する基板2a側の液晶分子配向層6a上の液晶分子の軸
方向に対して90度程度をなすようになされている。こ
の位相板9には、例えば液晶層を用いることができ、本
実施例では液晶層7に用いる液晶材料を使用する。そし
て、透明な1対の基板上に液晶配向層を形成し、これら
の間に液晶層を挟装して構成する。この場合、位相板9
に用いる液晶層の液晶分子長(短)軸方向が位相板9の
回転角になる。
Further, the phase plate 9 laminated on the outside of the substrate 2a or provided with a gap has the rotation angle (also referred to as the slow axis direction or the deceleration axis direction) of the read light 12 incident thereon. The angle is about 90 degrees with respect to the axial direction of the liquid crystal molecules on the liquid crystal molecule alignment layer 6a on the substrate 2a side. A liquid crystal layer, for example, can be used for the phase plate 9, and the liquid crystal material used for the liquid crystal layer 7 is used in this embodiment. Then, a liquid crystal alignment layer is formed on a pair of transparent substrates, and a liquid crystal layer is sandwiched between them. In this case, the phase plate 9
The liquid crystal molecule length (short) axis direction of the liquid crystal layer used for is the rotation angle of the phase plate 9.

【0020】このような位相板9を備えた本発明の光変
調素子1による作用を図3を用いて説明する。液晶層7
のリタデーション(位相遅れ)をRLC、位相板9のリタ
デーションをRrとすると、回転角が90度のとき、一
方のリタデーションを正とすると他方のリタデーション
が負に働き、これらの和Rは図3に示すようになる。従
って、従来、即ち位相板9を備えない光変調素子10で
はリタデーションRLCに示すようにリタデーションの値
が大きい部分の範囲を用いなければならなかったが、本
発明の光変調素子1では、実用範囲でリタデーションR
=0となる点を含んでリタデーションの値が小さい部分
の範囲を用いることができる。
The operation of the optical modulator 1 of the present invention having such a phase plate 9 will be described with reference to FIG. Liquid crystal layer 7
Let RLC be the retardation (phase lag) of R, and let Rr be the retardation of the phase plate 9, and if the retardation of one is positive, the retardation of the other works negatively when the rotation angle is 90 degrees. As shown. Therefore, conventionally, that is, in the light modulation element 10 not provided with the phase plate 9, the range of the portion where the retardation value is large as shown by the retardation RLC has to be used, but in the light modulation element 1 of the present invention, And retardation R
It is possible to use the range of the portion where the retardation value is small, including the point where = 0.

【0021】リタデーションの和Rが読出し光12の波
長λ(μm)に対して1/2の整数倍、即ち、 R=(RLC+Rr)/λ=m/2 となるとき往復で読出し光12の波長λの整数(m)倍
となり、読出し光12の反射光は入射直線偏光と同じ直
線偏光で反射するので暗状態となる。また、特に、リタ
デーションの和Rが電圧の印加により0になる点では、
読出し光12の波長λによらず、反射光は暗状態となる
ことが分かる。
When the sum R of the retardations is an integral multiple of 1/2 of the wavelength λ (μm) of the reading light 12, that is, R = (RLC + Rr) / λ = m / 2, the wavelength of the reading light 12 is reciprocated. It becomes an integer (m) times λ, and the reflected light of the readout light 12 is reflected by the same linearly polarized light as the incident linearly polarized light, so that it becomes a dark state. In addition, in particular, in that the sum R of the retardations becomes 0 by applying a voltage,
It can be seen that the reflected light is in the dark state regardless of the wavelength λ of the read light 12.

【0022】一方、リタデーションの和Rがλ/4の奇
数倍、即ち、 R=(RLC+Rr)/λ=(2m+1)/4 となるとき往復で読出し光12のλ/2の奇数倍とな
り、反射光は入射直線偏光に対し直交偏光になり明状態
となる。
On the other hand, when the sum R of the retardations is an odd multiple of λ / 4, that is, when R = (RLC + Rr) / λ = (2m + 1) / 4, it becomes an odd multiple of λ / 2 of the read light 12 in a round trip and is reflected. The light becomes orthogonally polarized with respect to the incident linearly polarized light, and becomes a bright state.

【0023】さらに、液晶層7と位相板9との関係につ
いて考える。液晶層7のリタデーションRLCは液晶層7
の厚さd(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dで
表される。位相板9により完全な位相差を持たせるため
の条件は、 λ/2≦Rr であり、また、液晶層7及び位相板9により完全な位相
差を持たせるためには、リタデーションの和R=RLC+
Rr=Δn・d+Rrが、 λ/2≦Δn・d+Rr であることが必要である。従って、位相板9のリタデー
ションRrの絶対値|Rr|は λ/2≦|Rr|≦Δn・d−λ/2 の範囲で設定することが必要である。
Further, the relationship between the liquid crystal layer 7 and the phase plate 9 will be considered. The retardation RLC of the liquid crystal layer 7 is the liquid crystal layer 7
It is represented by the product Δn · d of the thickness d (μm) and the refractive index anisotropy Δn. The condition for making the phase plate 9 have a perfect phase difference is λ / 2 ≦ Rr, and in order to make the liquid crystal layer 7 and the phase plate 9 have a perfect phase difference, the sum of retardations R = RLC +
It is necessary that Rr = Δn · d + Rr is λ / 2 ≦ Δn · d + Rr. Therefore, it is necessary to set the absolute value | Rr | of the retardation Rr of the phase plate 9 within the range of λ / 2 ≦ | Rr | ≦ Δn · d−λ / 2.

【0024】このような位相板9を備えた本発明の光変
調素子1は、図4に示すような投写型表示装置の画像作
成要素として利用される。この投写型表示装置において
は、例えばCRT画面から発せられる光を書込み光11
として光変調素子1に入射し画像を書き込む。一方、光
源13より発せられた光はコンデンサレンズ14により
平行光とされた後、偏光ビームスプリッタ15を介して
光変調素子1に照射される。光変調素子1の光反射層5
で反射される空間変調された光は偏光ビームスプリッタ
15を透過し、投写レンズ16を介してスクリーン17
上に結像する。
The light modulation element 1 of the present invention provided with such a phase plate 9 is used as an image forming element of a projection display device as shown in FIG. In this projection display device, for example, the light emitted from the CRT screen is used as the writing light 11
Then, the light enters the light modulation element 1 to write an image. On the other hand, the light emitted from the light source 13 is collimated by the condenser lens 14, and then is irradiated onto the light modulation element 1 via the polarization beam splitter 15. Light reflection layer 5 of light modulation element 1
The spatially-modulated light reflected by is transmitted through the polarization beam splitter 15 and passes through the projection lens 16 and the screen 17
Image on top.

【0025】ここで、光変調素子1と読出し光源13と
の間の偏光ビームスプリッタ15の偏光軸を位相板9の
回転角と45度になるように配置すると、偏光ビームス
プリッタ15で直線偏光された入射光は、位相板9を通
過することにより偏光を受け、入射光は液晶層7を通過
し、光反射層5により反射して再び液晶層7を通過した
後、円偏光は位相板9を再び通過することにより直線偏
光に変換され、偏光ビームスプリッタ15で透過光強度
Jが最低になるようになされている。
Here, when the polarization axis of the polarization beam splitter 15 between the light modulation element 1 and the reading light source 13 is arranged to be 45 degrees with the rotation angle of the phase plate 9, linear polarization is performed by the polarization beam splitter 15. The incident light is polarized by passing through the phase plate 9, the incident light passes through the liquid crystal layer 7, is reflected by the light reflection layer 5 and passes through the liquid crystal layer 7 again, and then the circularly polarized light is reflected by the phase plate 9 Is again converted into linearly polarized light, and the transmitted light intensity J is minimized by the polarization beam splitter 15.

【0026】さらに、本発明の光変調素子1の動作につ
いて説明する。図1において、透明電極3a,3b間に
は図示せぬ外部電源が接続され、最適に設定された交流
駆動電圧が印加される。ここで、書込み側から書込み光
11が照射されていない状態での光導電層4の内部イン
ピーダンスは液晶層7のそれよりも十分大きい値に設定
してあるので、駆動電圧は主に光導電層4に印加される
ことになる。そして、書込み光11が照射され、その書
込み光11によって光導電層4上に像を描くときには、
光導電層4の内部インピーダンスが像の濃淡に応じて局
部的に低下するため、その低下部分に隣接する液晶層7
には透明電極3a,3b間の駆動電圧が像の濃淡に応じ
て空間変調されて印加され、液晶層7における印加され
る電圧が増大した部分の液晶分子は配列状態を変える。
Further, the operation of the light modulation element 1 of the present invention will be described. In FIG. 1, an external power supply (not shown) is connected between the transparent electrodes 3a and 3b, and an optimally set AC drive voltage is applied. Here, since the internal impedance of the photoconductive layer 4 in the state where the writing light 11 is not irradiated from the writing side is set to a value sufficiently higher than that of the liquid crystal layer 7, the driving voltage is mainly the photoconductive layer. 4 will be applied. Then, when the writing light 11 is irradiated and an image is drawn on the photoconductive layer 4 by the writing light 11,
Since the internal impedance of the photoconductive layer 4 is locally reduced according to the contrast of the image, the liquid crystal layer 7 adjacent to the lowered portion.
The drive voltage between the transparent electrodes 3a and 3b is spatially modulated and applied according to the contrast of the image, and the liquid crystal molecules in the portion of the liquid crystal layer 7 where the applied voltage is increased change the alignment state.

【0027】印加される電圧が増大すると、正の誘電率
異方性を有する液晶分子の長軸方向は、基板2a,2b
に垂直に近付くような傾斜した配列となる。このような
状態での光変調素子1は、液晶分子の軸方向が変化する
と共に実効的な屈折率異方性は変化するので複屈折率は
変化し、位相板9とのリタデーションの和で出射する光
の直線偏光は、ある角度を有する偏光となり、偏光ビー
ムスプリッタ15を透過する光が得られるようになる。
When the applied voltage increases, the long axis direction of the liquid crystal molecules having a positive dielectric anisotropy changes in the direction of the substrates 2a, 2b.
It becomes a slanted array that approaches vertically to. In the light modulation element 1 in such a state, since the effective refractive index anisotropy changes as the axial direction of the liquid crystal molecules changes, the birefringence changes and the light is emitted by the sum of the retardation with the phase plate 9. The linearly polarized light of the polarized light has a certain angle, and the light that passes through the polarization beam splitter 15 can be obtained.

【0028】そして、この光変調素子1は、入射される
書込み光11による光導電層4の内部インピーダンスの
変化に対応して液晶層7の液晶分子の配列状態が可逆的
に遷移することを利用しているため、書込み光11が照
射されなくなれば自動的に初期の配向状態に戻ることか
ら、蓄積された像は時間遅れを伴って消去される。
The light modulation element 1 utilizes that the arrangement state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 7 reversibly transits in response to the change of the internal impedance of the photoconductive layer 4 by the incident writing light 11. Therefore, when the writing light 11 is no longer irradiated, the initial alignment state is automatically restored, and the stored image is erased with a time delay.

【0029】表1には従来の光変調素子10の一例の条
件と併せて、本発明の光変調素子1の一例の条件を示し
ている。そして、表1に示す条件の本発明の光変調素子
1に電界を印加した際の光学特性を図2に示す。図2は
図6と同様、横軸は印加電圧、縦軸は縦軸は出射光量/
入射光量である。この図2より、相対光透過率が極大,
極小に対応する透過率は、T100 =0.4975、T0
=0.0041より、コントラスト比CR=121程度
であり、本発明の光変調素子1は著しく急峻な閾値特性
を有している。さらに、相対光透過率が1%及び99%
に対応する印加電圧V99及びV1 を用いた閾値特性の鋭
さγは、V1 =1.903、V99=2.027より、γ
=1.065程度であり、本発明の光変調素子1は著し
く急峻な閾値特性を有していることが分かる。
Table 1 shows the conditions of an example of the light modulation element 1 of the present invention together with the conditions of the example of the conventional light modulation element 10. The optical characteristics when an electric field is applied to the optical modulator 1 of the present invention under the conditions shown in Table 1 are shown in FIG. Similar to FIG. 6, in FIG. 2, the horizontal axis represents the applied voltage and the vertical axis represents the emitted light amount /
It is the amount of incident light. From FIG. 2, the relative light transmittance is maximum,
The transmittance corresponding to the minimum is T100 = 0.4975, T0
= 0.0041, the contrast ratio CR is about 121, and the light modulation element 1 of the present invention has a remarkably steep threshold characteristic. Furthermore, relative light transmittance is 1% and 99%
The sharpness γ of the threshold characteristic using the applied voltages V99 and V1 corresponding to γ is given by V1 = 1.903 and V99 = 2.027.
= 1.065, it can be seen that the light modulation element 1 of the present invention has a remarkably steep threshold characteristic.

【0030】以上説明した本実施例では、位相板9を液
晶層7に用いる液晶材料によって構成しているが、これ
に限定されることはなく、水晶,雲母等の天然材料やポ
リカーボネイト等の高分子材料を用いてもよい。本発明
では位相板9を備えることによって、読出し光の波長に
依存する光の漏れが少ない黒表示が実現でき、黒純度を
上げることを可能にする。なお、本発明の光変調素子1
は本発明の要旨を逸脱しない範囲において実施態様を種
々適宜に変更可能である。
In this embodiment described above, the phase plate 9 is made of the liquid crystal material used for the liquid crystal layer 7, but the present invention is not limited to this, and the natural material such as quartz and mica, or the high material such as polycarbonate. Molecular materials may be used. In the present invention, by providing the phase plate 9, it is possible to realize black display in which light leakage depending on the wavelength of the read light is small, and it is possible to increase the black purity. The light modulation element 1 of the present invention
The embodiments can be variously changed without departing from the scope of the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
変調素子は、第1の透明基板上に第1の透明電極と第1
の液晶配向層とを順次積層し、第2の透明基板上に第2
の透明電極と光導電層と光反射層と第2の液晶配向層と
を順次積層し、第1及び第2の液晶配向層間に液晶層を
挟装させ、さらに、第1の透明基板の外側に位相板を設
けて構成し、液晶層として、液晶分子を一様に初期配列
させたときに第1及び第2の液晶配向層上の液晶分子の
ティルト角が0〜10度の範囲内にあるものを用い、ま
た、位相板として、入射される読出し光の波長をλ(μ
m)としたとき、液晶層の厚さd(μm)と屈折率異方
性Δnとの積Δn・dに対して、その位相差の絶対値が
(λ/2)μm以上(Δn・d−λ/2)μm以下の範
囲に設定されているものを用いたので、書込み画像が黒
の場合には読出し光の反射光が極めて小さくなり、コン
トラスト比の著しく向上した画像を安定して得ることで
きる。さらに、優れた閾値特性を有し、これにより光導
電層の内部インピーダンスの変化量が小さくてもよいの
で、光導電層の形成が容易になるという特長も有する。
As described in detail above, the light modulation element of the present invention includes the first transparent electrode and the first transparent electrode on the first transparent substrate.
And a liquid crystal alignment layer are sequentially laminated to form a second transparent substrate on the second transparent substrate.
Of the transparent electrode, the photoconductive layer, the light reflecting layer, and the second liquid crystal alignment layer are sequentially laminated, and the liquid crystal layer is sandwiched between the first and second liquid crystal alignment layers, and further outside the first transparent substrate. When a liquid crystal layer is initially aligned uniformly as a liquid crystal layer, the tilt angle of the liquid crystal molecules on the first and second liquid crystal alignment layers is within the range of 0 to 10 degrees. The wavelength of the incident read-out light is λ (μ
m), the absolute value of the phase difference is (λ / 2) μm or more (Δn · d) with respect to the product Δn · d of the thickness d (μm) of the liquid crystal layer and the refractive index anisotropy Δn. Since the one set in the range of −λ / 2) μm or less is used, when the written image is black, the reflected light of the reading light is extremely small, and an image with a significantly improved contrast ratio can be stably obtained. You can do it. Furthermore, it has an excellent threshold characteristic, and since the change amount of the internal impedance of the photoconductive layer may be small by this, the photoconductive layer can be easily formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光変調素子の一実施例の構造を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an embodiment of a light modulation element of the present invention.

【図2】本発明の光変調素子における印加電圧と出射光
量/入射光量との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an applied voltage and an amount of emitted light / amount of incident light in the light modulation element of the present invention.

【図3】本発明の光変調素子の作用を説明するための印
加電圧とリタデーションとの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between applied voltage and retardation for explaining the action of the light modulation element of the present invention.

【図4】光変調素子を用いた投写型表示装置の原理図で
ある。
FIG. 4 is a principle view of a projection display device using a light modulation element.

【図5】従来の光変調素子の一例の構造を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of an example of a conventional light modulation element.

【図6】従来の光変調素子における印加電圧と出射光量
/入射光量との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the amount of emitted light / the amount of incident light in a conventional light modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10 光変調素子 2a,2b 基板 3a,3b 透明電極 4 光導電層 5 光反射層 6a,6b 液晶配向層 7 液晶層 8a,8b スペーサ 9 位相板 11 書込み光 12 読出し光 1, 10 Light modulation element 2a, 2b Substrate 3a, 3b Transparent electrode 4 Photoconductive layer 5 Light reflection layer 6a, 6b Liquid crystal alignment layer 7 Liquid crystal layer 8a, 8b Spacer 9 Phase plate 11 Writing light 12 Reading light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】液晶分子の配向状態を書込み光によって遷
移させることにより画像を書込み、この書込まれた画像
を読出し光により投写させる光変調素子において、 第1の透明基板上に第1の透明電極と第1の液晶配向層
とを順次積層し、 第2の透明基板上に第2の透明電極と光導電層と光反射
層と第2の液晶配向層とを順次積層し、 前記第1及び第2の液晶配向層間に液晶層を挟装させ、 さらに、前記第1の透明基板の外側に位相板を設けてな
り、 前記液晶層は、液晶分子を一様に初期配列させたときに
前記第1及び第2の液晶配向層上の液晶分子のティルト
角が0〜10度の範囲内にあるものであり、 前記位相板は、入射される前記読出し光の波長をλ(μ
m)としたとき、前記液晶層の厚さd(μm)と屈折率
異方性Δnとの積Δn・dに対して、その位相差の絶対
値が(λ/2)μm以上(Δn・d−λ/2)μm以下
の範囲に設定されていることを特徴とする光変調素子。
1. A light modulation element in which an image is written by causing the alignment state of liquid crystal molecules to transition by writing light and the written image is projected by reading light. An electrode and a first liquid crystal alignment layer are sequentially laminated, and a second transparent electrode, a photoconductive layer, a light reflection layer, and a second liquid crystal alignment layer are sequentially laminated on a second transparent substrate, And a liquid crystal layer sandwiched between the second liquid crystal alignment layers, and a phase plate is provided outside the first transparent substrate, wherein the liquid crystal layer is formed when liquid crystal molecules are initially aligned uniformly. The tilt angle of the liquid crystal molecules on the first and second liquid crystal alignment layers is in the range of 0 to 10 degrees, and the phase plate sets the wavelength of the incident read light to λ (μ).
m), the absolute value of the phase difference is (λ / 2) μm or more (Δn · d) with respect to the product Δn · d of the thickness d (μm) of the liquid crystal layer and the refractive index anisotropy Δn. An optical modulation element characterized by being set in a range of d-λ / 2) μm or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160045573A (en) 2014-10-17 2016-04-27 히오끼 덴끼 가부시끼가이샤 Voltage sensing apparatus
CN107728341A (en) * 2016-08-10 2018-02-23 三星电子株式会社 Optical modulator using phase-change material and the acquiring three-dimensional images equipment including it

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