JPS63282719A - 液晶光バルブ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子ビーム・アドレス指定型液晶光バルブミ
特に２次電子コレクタ電極を有する液晶光バルブに関す
る。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］第１及び
第２の偏光板の間にねじれネマティック型の液晶セルを
入れた液晶光バルブは、ブザク等による米国特許出願第
４６，８２２号「電気的スイッチ可能な２次電子コレク
タ電極を有する液晶光バルブ」に記載されている。この
液晶セルは、排気された管球内の誘電ターゲット表面と
、このターゲット表面と反対側に設けられた透明なフェ
ースプレートと、これらターゲット表面とフェースプレ
ート間に封入された液晶物質を含んでいる。

光源から発射された可視光線は、第１偏光板を通過して
この液晶セルを発光させる。書込み電子銃及び消去電子
銃は、この排気された管球内と通じており、液晶セルの
ターゲット表面に夫々書込み電子ビーム及び消去電子ビ
ームを照射する。これら書込み電子ビーム及び消去電子
ビームは、夕一ゲット表面上の予め選択された位置を順
次照射し、ターゲット表面から２次電子を放射させる。

これにより、予め選択された位置に静電的な電位勾配が
形成される。この２次電子は、電子ビームの電流変調に
従って予め選択された位置で放射され、これにより、表
示画像が形成される。

２次電子コレクタ電極は、例えばワイヤ・メツシュ型か
或いはワイヤ・グリッド型であって、ターゲット表面と
実質的に平行に離れて設けられており、ターゲット表面
の総ての領域から放射される２次電子を略一様に収集す
る。書込み電圧ビーム及び消去電子ビームは、この２次
電子コレクタ電極を通過してターゲット表面に照射され
る。コレクタ電極制御回路は、書込み電子ビーム及び消
去電子ビームによる予め選択された位置の照射に同期し
てターゲット表面及びコレクタ電極間に第１及び第２の
電位差を順次印加する。

この第１の電位差により、コレクタ電極はターゲット表
面上の予め選択された位置の静電的電位勾配を維持する
のに十分な数の２次電子を収集する。これにより、液晶
セルは第１偏光の光線を通過させる。第２の電位差によ
り、コレクタ電極は比較的少ない数の２次電子を収集す
る。残留２次電子は、ターゲット表面上に再分布し、予
め定められた位置の静電的電位勾配を変化させる。これ
により、液晶セルは、第２偏光の光線を通過させる。液
晶セルを通過した光線は、これら第１及び第２偏光の光
線の一方を通過させる第２偏光板を介して伝播し、表示
画像を形成する。

書込み電子ビームは、２次電子コレクタ電極を介してタ
ーゲット表面を照射するので、書込み電子の中には、コ
レクタ電極のワイヤに衝突するものもある。これらの電
子はコレクタ電極に遮断され、ターゲット表面には到達
しない。この為、ターゲット表面上に好ましくない電荷
の変調が生じ、コレクタ電極のワイヤ部分に併設された
ターゲット表面上にワイヤの影が投影される原因になっ
ている。このワイヤの影により、書込み電子ビームのタ
ーゲット表面上の照射が妨げられ、表示画像が不鮮明に
なる上にコレクタ電極の影が画像上に重畳されてしまう
という問題があった。

従って、本発明の目的は、コレクタ電極の影が表示画像
に影響しないような液晶光バルブを提供すことである。

［課題を解決する為の手段及び作用］ 本発明の液晶光バルブは、書込み１次電子ビームがコレ
クタ電極を通過する際に遮断されて生じるワイヤの影の
影響を補償する手段を有する。このワイヤの影は、書込
み電子ビームが照射されるはずのターゲット表面上の領
域に電荷が不足することにより発生する。本発明によれ
ば、２次電子コレクタ電極に適当な電圧を印加すること
により、書込み電子ビームの電子を遮断していた２次電
子コレクタ電極のワイヤ付近を通過する電子ビームを偏
向させ、ターゲット表面上の影の領域に電子ビームを照
射出来るようにして実質的に電子ビームの遮断を防止し
ている。この結果、ターゲット表面上の電荷分布を一層
均一にし、それによって２次電子コレクタ電極による電
子ビームの遮断に起因する電荷の部分的な不足を補償し
、２次電子コレクタ電極の影を除去している。

［実施例］ 本発明の電子ビームアドレス指定型液晶光バルブの動作
を、第１図の投射型画像表示装置の１実施例によって説
明する。この第１図の装置は、電子ビームでアドレス指
定される液晶光バルブ１０を具えており、この光バルブ
１０は、セラミック本体１４から成る排気された管球１
２と、光学的に透明な入口窓、即ちフェースプレート１
６と、管球１２に設けられ光学的に透明な出口窓１８と
を有している。

この実施例では、プロジェクション・ランプ２２及びパ
ラボラ反射器２４で構成された適当な光源２０からの光
は、入力レンズ系２６及びフィールド・レンズ系２７に
より、濃度の淡い直線偏光フィルタ２８を介してフェー
スプレート１６に向かう。入力レンズ系２６は、光源２
０によって照らされる領域の大きさを再フォ−マツトし
、フィールド・レンズ系２７は、窓１８を介して伝播す
る光を適当な方向に向ける。投射レンズ系３０は、濃度
の淡い直線偏光フィルタ、即ちアナライザ３２を介して
、フェースプレート１６からの光を遠隔の表示面（図示
せず）に投影する。偏光フィルタ２８及びアナライザ３
２の光伝播軸が互いに平行になるように、これら偏光フ
ィルタ２８及びアナライザ３２を配置する。偏光フィル
タ２８及びアナライザ３２の軸が直角でも動作するよう
に、光バルブ１０を構成できることは当業者には明かで
あろう。

光バルブ１０は、内部液晶セル４０（第１図では、明瞭
にするため拡大している）を具えている。

この液晶セル４０を、フェースプレート１６を介して管
球１２に入射する被偏光投影光の経路内に配置する。こ
の液晶セル４０は、フェースプレート１６と薄く光学的
に透明なターゲット基板４４との間に挟まれたネマティ
ック液晶物質の層４２を具えており、ターゲット基板４
４には、ターゲツト面４５がある。ターゲット基板４４
は、ガラス、ポリイミド又はマイカ等の誘電体材料で形
成するが、最後に述べた材料が好適である。ノ＼ベン等
による米国特許出願第４６，８０７号「電子ビームでア
ドレス指定する液晶セル」に記載されているように、酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）の層でマイカを被覆できる。

このＭｇＯ被覆により、２次電子放射比率が比較的高（
なる。セラミック・フリット・シール５０又は他の適当
な物質により、フェースプレート１６及び基板４４の端
部を本体１４に密封する。好適には、チットウッド等に
よる米国特許出願第４６，８２６号「液晶セル及びその
組み立て方法」に記載されているように、スペーサ４８
にわたって延されたターゲット基板により、液晶セルを
組み立てる。この結果、ターゲット基板の張力より、こ
の基板の位置が安定するので、このセルは均一な厚さを
維持する。

フェースプレート１６の内面を覆う酸化錫インジウム（
ＩＴＯ）の光学的に透明な導電フィルム４６は、このセ
ル用の背面電極として作用する。

後述するごとく、直流電圧を導電フィルム４６に供給し
て、この導電フィルムを書込み電子銃の電圧よりも一層
正にする。はぼ均一な高さの複数のスペーサ４８により
、ターゲット基板４４をフィルム４６から所定距離に維
持する。好適には、フェースプレート１６及びターゲッ
ト基板４４０間に、多くの小さなスペーサ（例えば、ガ
ラス・ビーズ又は写真石版により作ったスペーサ）を完
全に均等に分布させる。

ターゲット基板４４及びＩＴＯフィルム４６の対向する
面を処理して、これらの間に挟まれたネマティック物質
を均質な（即ち、平行な）面装置とする。これら２つの
面の配置ガロを直角にして、９０度ツイスト・セルとす
る。約５度の角度で、この面に一酸化シリコン（Ｓ　ｉ
　Ｏ）を真空蒸着するなどの既知の方法で、この面を所
望に適応させる。

セル４０に用いるのに好適なネマティック液晶物質は、
イー・メラックからＺＬＩ２２４４として市販されてい
るネマティック液晶物質を含んでいる。理想的には、ネ
マティック液晶物質の誘電定数及び粘度は、室温にて、
低くなければならない。このような特性の物質が好まし
いのは、標準モノクロ・テレビジョン画像表示を行うの
に必要な速度でセルをスイッチするのに要する書込みビ
ーム電流を最小にするからである。

電界が供給されない（即ち、「オフ」状態の）際に、こ
のセルを通過する面偏光された光の偏光方向が９０度回
転するように、層４２のネマティック液晶物質の分子を
整列させる。液晶物質の任意所定領域に電位差を与える
と、その領域内の液晶分子の長手方向の軸が、電界と平
行な方向に同かおうとするので、セル４０のその領域を
通過する光の偏光方向の回転量が減少する。セル４０の
電位差が充分な大きさく即ち、「オン」状態）であると
、このセルのその領域を通過する光の偏光方向は、実質
的に変わらない。偏光フィルタ２８及びアナライザ３２
の両方の光伝送軸は同じ方向なので、「オン」状態のセ
ル４０の領域を光が伝播するとき、光はアナライザ３２
を通過し、また「オフ」状態のセル４０の領域を光が伝
播するとき、光はアナライザ３２により阻止される。

管球１２は、第１及び第２の同様な細長い管状のガラス
・ネック５２ａ及び５２ｂを具えており、各ネックの一
端は窓１８に隣接した本体１４にフリットにより密封さ
れている。書込み電子放射手段、即ち電子銃５４ａをネ
ック５２ａ内に設ける。

電子銃５４ａは、陰極５６ａ、制御グリッド５８ａ及び
細い電子ビーム６０ａを形成するための一連の電極を具
えている。この電子ビーム６０ａは、液晶セル４０のタ
ーゲツト面４４に対して傾いた角度で進む。導電フィル
ム４６の電位は、電子銃５４ａの陰極５６ａに供給した
電位よりも遥かに高いので、書込み電子ビーム６０ａの
加速電位勾配が形成される。映像又は他の入力信号をグ
リッド５８ａに供給し、遠隔の表示面に投射される映像
画像に応じて電子ビーム６０ａのビーム電流を変調する
。

第２図は、２次電子の放射率の曲線６４をターゲット基
板４４の入射電子のエネルギーの関数として表したグラ
フである。変調された書込み電子ビーム６０ａにより、
ネック５２ａの周りの電磁偏向ヨーク６２ａに偏向回路
（図示せず）から供給される適当な電気信号に応じて、
ターゲット基板４４のターゲット表面４５がラスク走査
される。

電磁偏向の代わりに静電偏向ヨークを用いて光バルブ１
０を構成しても良い。

電子ビーム６０ａの電子がターゲツト面４５をエネルギ
Ｅｂで衝撃して、１より大きい２次電子放射比率δで２
次電子を放射するように、書込み電子銃５４ａを動作さ
せる。（２次電子放射比率は、ターゲット基板４４を衝
撃する各入射電子の数に対して、ターゲット基板４４が
放射した２次電子の数の比率で定義される。）よって、
書込みビーム６０ａにより発生した２次電子の数は、タ
ーゲツト面４５を衝撃する書込み電子の数よりも多い。

２次電子コレクタ電極６６は、グリッド型式でも、メツ
シュ型式でも良く、ターゲツト面４５を覆うように、且
つ平行に、このターゲツト面から離れた位置に配置され
ている。コレクタ電極６６は、約２．５４ミリメータだ
けターゲツト面４５から離れている。コレクタ電極６６
は、例えば第５図のフレーム８０に、直径が約５ミクロ
ンの平行なワイヤ・セグメントを取り付けて形成したグ
リッドである。電子ビームの直径がメツシュ型式の電極
のピッチと比較して略等しいか又は小さい場合には、グ
リッド型式の電極がコレクタ電極６６として用いられる
。書込みビーム６０ａは、コレクタ電極６６を介して、
ターゲツト面４５に向かう。

第１期間に、書込みビーム６０ａがターゲツト面４５を
ラスク走査するとき、コレクタ電極制御回路８１は、導
電フィルム４６の電位に対して約＋３００ボルトの電位
をコレクタ電極６６に供給する。よって、コレクタ電極
６６は、ターゲツト面４５が放射した２次電子を収集す
る。書込みビーム６０ａに対する２次電子放射比率は１
より大きく、また、コレクタ電極６６が２次電子を収集
するので、書込みビーム６０ａが書き込んだ、即ちアド
レス指定したターゲツト面４５の領域は、正の静電電位
となる。

消去電子放射手段、即ち消去電子銃５４ｂをネック５２
ｂ内に設ける。この電子銃５４ｂは、陰極５６ｂ１制御
グリツド５８ｂ１及び細い電子ビーム６０ｂを形成する
一連の電極を具えている。この電子ビーム６０ｂは、液
晶セル４０のターゲット基板４４に対して傾いた角度で
このターゲット基板に同かう。書込みビーム６０ａによ
りターゲツト面４５のラスク走査が完了した後、ネック
５２ｂに支持された電磁偏光ヨーク６２ｂに偏向回路（
図示せず）が供給した適切な電気信号に応じて、ターゲ
ツト面４５上を消去ビーム６０ｂがラスク走査すると、
映像画像フィールドが完了する。消去電子銃５４ｂは、
書込み電子銃５４ａと同様に動作する。電子ビーム６０
ｂの電子は、エネルギＥｂでターゲット表面を衝撃する
。また、ターゲツト面４５をラスク走査期間中、消去ビ
ーム６０ｂのビーム電流を変調する必要はないが、変調
することも出来る。

第２期間中にターゲツト面４５にわたって消去ビーム６
０ｂをラスク走査するとき、コレクタ電極制御回路８１
は、フィルム４６の電位に対して約Ｏボルトの電位をコ
レクタ電極６６に供給する。

コレクタ電極６６の電位が低電位になったので、２次電
子はターゲツト面４５上で先ず再結合し、書込み電子ビ
ーム６０ａが前にアドレス指定した画像を消去する。コ
レクタ電極６６の作用は、ターゲツト面４５の任意の点
の静電電位を、フィルム４６の電位に対してゼロ・ボル
トに安定させることである。これは、消去電子ビーム６
０ｂのエネルギ値がＥｃｏｌとＥ　ｃｏ２の間のいかな
る値であっても成立する。勿論、適切なリフレッシュ比
率で書き換えることにより画像を維持することも出来る
。

例えば、６０Ｈ２のノン・インタレース型表示モニタで
は、書込み電子ビームにより約１６．６６ミリ秒毎に１
フイールドが走査されるが、画像情報は１フイールドお
きに書き込まれる。画像の消去は、書込み動作のフィー
ルドと異なるフィールドで実行される。従って、画像情
報のリフレッシュ比率は約３３．３３ミリ秒になる。

セラミック本体１４の内側表面上の導電被覆８２を、ウ
ィンドウ１８の内側表面上のＩＴＯの導電フィルム８４
に電気的に接続する。被覆８２及びフィルム８４に、コ
レクタ電極６６の最大電位（即ち、導電フィルム４６に
対して＋３００ボルト）よりも約１００ボルトだけ高い
電位を供給し、本体１４及びウィンドウ１８の夫々の内
側表面に、光バルブ１０の動作期間中、電荷が累積する
のを防止する。

第３図に示されている正電荷分布１００は、書込み電子
ビーム６０ａがターゲット表面上を矢印１０４の方向に
ラスク走査するにつれてコレクタ電極６６のワイヤ部分
１０２により生成される。

ワイヤ部分１０２は、書込み電子ビーム６０ａの電子を
一部遮断するので、ターゲット表面４５上にワイヤの影
の領域１０６が形成される。この領域１０６は書込み電
子ビーム６０ａでアドレス指定出来ないので、書込み電
子ビーム６０ａで「オン」状態にすることが出来ない。

この結果、コレクタ電極のワイヤの影に対応した一連の
縞模様が光バルブ１０の投影画像上に生じてしまう。

第４図は、コレクタ電極６６が導電フィルム４６に対し
て約＋３００ボルトの電位にある時のコレクタ電極６６
とターゲット表面４５の間の等電位線１０８を示してい
る。第１図、第３図及び第４図において、書込み電子ビ
ーム６０ａがターゲット表面上をラスク走査する間にコ
レクタ電極６６には正電位が印加されているので、ター
ゲット表面４５から放射される２次電子は、コレクタ電
極６６に収集される。導電フィルム４６とコレクタ電極
６６の間の＋３００ボルトの電位差により、コレクタ電
極６６とターゲット表面４５間に第１電界Ｅ１が生じる
。

同時に、導電被覆８２及びＩＴＯのフィルム８４にはコ
レクタ電極６６に対して約＋１００ボルトの電位が印加
されている。この＋１００ボルトの電位差により、導電
被覆８２及びフィルム８４と、コレクタ電極６６の間に
第２電界Ｅ２が生じる。従って、電界の差ΔＥ＝Ｅ１−
Ｅ２がコレクタ電極６６の両端に生じる。

この電界の差ΔＥは、コレクタ電極６６に印加される電
位に比例している。この電界の差ΔＥによって書込み電
子ビーム６０ａの電子が名目上の経路１１０から偏向さ
れ、第３図の破線で示した経路１１２に沿ってターゲッ
ト表面４５上に集束する。このように偏向された電子は
、ターゲット　　。

表面４５上の偏向されない場合の名目上の書込み点から
距離Ｘだけ変位した点に照射される。このターゲット表
面４５上の変位距離Ｘは、次式で表される。

Ｘ＝　（Ｐ／２−Ｙ）ＸＳＸΔＥ／２Ｖここで、Ｘは変
位距離、Ｙは、書込み電子ビーム６０ａがコレクタ電極
６６を通過して伝播する時の電子から最も近いワイヤ部
分１０２までの距離、Ｓはコレクタ電極６６からターゲ
ット表面４５までの距離、Ｐは隣合うワイヤ部分１０２
の間隔（ピッチ）、ΔＥは電界Ｅ１とＥ２の差、■はコ
レクタ電極６６と書込み電子銃５４ａの陰極５６ａとの
間の電位差である。

第５図に示すように、コレクタ電極６６の複数の平行な
ワイヤ部分１０２は、フリット・シールが付属した矩形
のセラミック製フレーム８０に固定されている。ワイヤ
部分１０２は、ピッチＰでフレーム８０に固定されてい
るので、各ワイヤ部分１０２は隣のワイヤ部分と通常、
０．２〜０゜５ミリメートルの所定の距離だけ離れてい
る。

コレクタ電極６６はターゲット表面４５から距離Ｓだけ
離れており、Ｓの好適値は約２．５４ミリメートルであ
るが、通常、２〜４ミリメートルの範囲に設定し得る。

書込み電子ビーム６０ａが隣合うワイヤ部分１０２の間
を伝播する瞬間に、書込み電子ビーム６０ａの電子は最
も近いワイヤ部分１０２から距離Ｙだけ離れている。各
ワイヤ部分１０２の付近を通過する電子ビームがワイヤ
７８の直径の１／２に略等しい距離Ｘだけ電子ビームが
偏同されない場合の照射位置から変位するだけの電位を
コレクタ電極６６に印加すれば、ワイヤの影を実質的に
除去することが出来る。本発明においてこの点は特に効
果的である。即ち、ワイヤの影を除去すると同時に２次
電子の収集電界を維持することが出来るからである。

第６図では、ワイヤ部分１０２の付近を通過する電子ビ
ームの変位距離Ｘが第５図のワイヤ７８の直径の１／２
に略等しい場合にターゲット表面４５上に略一様な電荷
分布が形成される様子を示している。コレクタ電極６６
は、ターゲット表面４５が矢線１０４の方向にラスク走
査される際に、まだ書込み電子ビーム６０ａを遮断して
いる。しかし、ワイヤ部分１０２付近を通過する電子ビ
ームがワイヤの直径の略１／２に等しい距離Ｘだけ偏回
されるので、ターゲット表面４５上にワイヤの影は生じ
ない。各ワイヤ部分１０２の両側を電子ビームが通過し
、各電子ビームはワイヤの直径の略１／２に等しい距離
Ｘだけ偏同されるので、ワイヤ部分１０２の下に従来形
成された影の領域１０６（第３図）にも略一様に電荷が
分布する。

この結果、ターゲット表面４５上の略総での領域を書込
み電子ビーム６０ａでアドレス指定することが出来、且
つ「オン」状態に駆動することが出来るので、ワイヤの
影に起因する画像の劣化を排除することが出来る。

隣合うワイヤ部分１０２の各々の間には、第６図で破線
で示されている電子ビームの発散レンズ１１６が等測的
に存在していると言うことが出来る。これらのレンズ１
１６を通過した書込み電子は、レンズ１１６の中心から
発散し、ワイヤ部分１０２の真下のターゲット表面４５
の領域１０６に同かって伝播する。破線で示したレンズ
１１６は、書込み電子ビーム６０ａに対するワイヤ部分
１０２の機能的作用を表している。

以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明は
ここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱する事な（必要に応じて種々の変形
及び変更を実施し得る事は当業者には明らかである。例
えば、成る種の液晶セルの中には、入射光線を電気光学
的に変調する為に偏光光線を必要としないものもある。

また、異なるグレイ・スケール値の画像を表示するため
に３つ以上の状態を用いて液晶を駆動することも出来る
。

［発明の効果］ 本発明によれば、２次電子コレクタ電極のワイヤに適当
な補償電位を印加することにより従来書込み電子が照射
されずに影が生じていた領域に書込み電子ビームを照射
し得るようにしたので、ターゲット表面の電荷分布を略
一様に調整することが出来、画像の劣化の原因になるワ
イヤの影を除去することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子ビームアドレス指定型液晶
光バルブ及びそれに関連する投射システムの一部の断面
図、第２図は、第１図の光バルブのターゲット表面に照
射される電子のエネルギの関数として表した２次電子放
射率のグラフ、第３図は、液晶セルのターゲット表面上
にワイヤの影が形成される様子を表す液晶セル及び２次
電子コレクタ電極の断面図、第４図は、液晶セルと２次
電子コレクタ電極との間に形成される等電位線を示す液
晶セル及び２次電子コレクタ電極の断面図、第５図は、
第１図の光バルブの２次電子コレクタ電極の構造を示す
図、第６図は、本発明によってワイヤの影が除去される
様子を示した液晶セル及び２次電子コレクタ電極の断面
図である。 ４５：ターゲット表面 ５４ａ：書込み手段（書込み電子銃） ５４ｂ：消去手段（消去電子銃） ６６：２次電子コレクタ電極 ８１：補償手段（制御回路）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液晶セルのターゲット表面上の選択した領域をアドレス
   指定する書込み電子ビームを発生する書込み手段と、上
   記ターゲット表面上のアドレス指定された領域の画像を
   消去する消去電子ビームを発生する消去手段と、上記書
   込み手段及び消去手段と上記ターゲット表面との間に設
   けられた２次電子コレクタ電極とを具備する電子ビーム
   ・アドレス指定型液晶光バルブにおいて、 上記書込み電子ビームを上記２次電子コレクタ電極が遮
   断することによって上記ターゲット表面上に形成される
   影の領域に、上記書込み電子ビームを偏向させて書込み
   電子を照射させるような補償電位を上記２次電子コレク
   タ電極に印加する補償手段を具えることを特徴とする液
   晶光バルブ。