JPH0752268B2 - 光書き込み型液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、光書き込み型液晶素子に関するものであっ
て、光反射スクリーン上に、液晶表示手段が表示する画
像を投影し、表示させるようにした投影型液晶表示装
置、イメージスキャナ用センサーや近赤外−可視光の波
長変換素子等に好適に用いることの出来る光書き込み型
液晶素子に関する。

＜従来技術＞ 第５図は光書き込み型液晶素子50の一構成を示す断面図
である。光書き込み型液晶素子50は、ガラス基板51a,51
b上にITOとSnO₂透明導電膜の積層構造からなる透明電極
52a,52bを形成し、次に透明電極52b上に光導電体層53と
して非晶質水素化シリコン（以下ａ−Si:Hと称す）を形
成する。ａ−Si:H膜は、シランガスと水素ガスとを原料
とし、プラズマCVD法を用いて作成する。そのうえに誘
電体ミラー54としてシリコン／酸化シリコンの多層膜を
スパッタ法によって形成する。尚、ガラス基板としては
グラスファイバーを成型して板状加工したファイバープ
レートも場合によって使用される。

つぎに配向膜55a,55bとしてポリイミド膜をスピンコー
ト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51a,51bをスペーサ56を介して貼合わ
せる。

液晶層57としてカイラル材料を添加した混合ネマチック
液晶を注入し封止することによって光書き込み型液晶素
子50が構成される。尚、光書き込み型液晶素子50の動作
モードとしては、ツイステッドネマチック（TN）モー
ド、ハイブリッド電界効果（HFE）モード、ゲストホス
ト（GH）モード、相転移モードなどを用いる。

このような構造の光書き込み型液晶素子50の透明電極52
a,52b間には、交流電源58によって電圧が印加される。
ガラス基板51b側からCRT61から光が入射されると、光の
当たった領域（明状態）では、光導電層53のインピーダ
ンスが減少し、交流電源58によって印加された電圧は液
晶層に加わる。一方光の当たらない領域（暗状態）で
は、光導電層のインピーダンスは変化せず液晶が駆動出
来るのに十分な電圧が加わらない。この明状態と暗状態
の違いにより画像が形成される。

このような光書き込み型液晶素子50を用いる１例として
投影型液晶表示装置の従来例の光学的構成を第６図示
す。投影型液晶表示装置に画像を表示させるときは、上
記のようにしてCRT61の光によって光書き込み型液晶素
子50に画像を書き込む。このようにして画像が形成され
た光書き込み型液晶素子50にランプ62からの光がレンズ
63及び偏光ビームスプリッタ64を介して入射すると、画
像に対応した部分の液晶層57の配向変化により入射光が
有する偏光状態が変調される。その結果、反射光は偏光
ビームスプリッタ64により画像に対応してスクリーン側
と光源側に分離され、スクリーン側に光路を持つ光はレ
ンズ65によって拡大投写される。これによって光書き込
み型液晶素子50に形成された画像がスクリーン66に投影
される。

〈発明が解決しようとする課題〉 光書き込み型液晶素子の光導電層として上記のようにａ
−Si:H層を用い、その光電効果を利用した場合、暗導電
率は液晶の導電率と同程度であり、光導電層と液晶層の
インピーダンスが同程度になるため暗状態でも液晶層に
電圧が印加される。この構成で明状態にしたとき、光導
電層のインピーダンスが低下し液晶層に液晶が駆動出来
る電圧が印加される。しかしこの構成では、明／暗状態
で液晶層に印加される電圧比（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困難であ
る。

この問題を解決するため、光導電層（ａ−Si: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
で液晶層のオン／オフ電圧比を大きくする方法が考えら
れる。しかしこの場合、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。液晶セルに直流電圧が印加さ
れると、液晶材料自身の分解、液晶内のイオン成分の基
板表面への吸着が起こり、配向乱れや特性劣化につなが
る。

本発明の目的は、液晶層に直流電圧成分が印加されるの
を極力抑制し、且つ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素子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、ほぼ全面にわたる電極がそれぞれ形成された
一対の透明基板のうち、一方側基板上に入射光量によっ
てインピーダンスが変化する光導電層と、光導電層に対
する書き込み側とは反対側からの光を反射する光反射層
を含み、各基板間に液晶層を介在して構成する液晶素子
にあって、 上記光導電層がバックツーバックダイオード構造を有す
る構成にすることにより上記目的を達成するものであ
る。

尚、本発明は上記光導電層として光書き込み側の光学的
バンドギャップが該光書き込み側とは反対側のバンドギ
ャップよりも広い接合を含むことにより上記目的を達成
することもできる。

〈作用〉 本発明によれば、光源からの光が光書き込み型液晶素子
に入射すると、入射光量によって光導電層のインピーダ
ンスが変化する。従って光書き込み型液晶素子の電極間
に電圧を印加しておくと、基板間に介在されている液晶
層に印加される電圧は光導電層のインピーダンスに応じ
て変化し、液晶の配向状態が変化し画像表示させること
が出来る。即ち、光導電層にはバックツーバックダイオ
ード構造を用いるので、暗状態では逆バイアスのダイオ
ード構造部分のインピーダンスは液晶層のそれに比較し
て高いため、液晶層に殆ど電圧が印加されない。明状態
では光導電層はその光電効果により低インピーダンスに
なり液晶層に比較して低インピーダンスになるため、液
晶層には電極間に印加されている電圧の殆どが印加さ
れ、これによって液晶の配向状態が変化する。従って、
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ばかりでなく、電極間に交流を印加
する場合印加電圧の極性による差が殆どなくなるため、
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を形成する事が可能となるばかりで
なく液晶層に直流電圧成分が印加されることのないよう
にすることも可能となる。

尚、光導電層の書き込み光側の光学的ギャップが該書き
込み光側とは反対側の光学的ギャップより広い材料を用
いた接合、例えばヘテロ接合を用いれば書き込み光が深
くまで入射するので、明状態でバックツーバックダイオ
ード構造の電流−電圧特性が両極性で対称になるため、
液晶層に対称な交流電圧を印加することが出来る。材料
として例ば、書き込み光側に光学的ギャップの広い非晶
質水素化炭化ケイ素、書き込み側とは反対側に非晶質水
素化ケイ素を用いたバックツーバックダイオード構造を
作製すると電流−電圧特性が両極性で対称にすることが
できる（第３図）。従って、電極間に対称な交流を印加
した場合に液晶層には直流電圧成分が印加されることが
なくなる。

〈実施例〉 本発明の光書き込み型液晶素子（以下単に液晶ライトバ
ルブと称す）は、光導電層として原理的にはダイオード
を直列に逆極性に接続している構造を採用している点に
特徴があり、該層は非晶質、結晶質のいずれにも適用で
きるが、まず非晶質シリコンの例から説明する。

実施例１ 第１図に本発明の液晶ライトバルブ１の断面図を示す。
反射防止膜1a、1bを形成したガラス基板2a、2b上にITO
透明導電膜とSnO₂透明導電膜の積層構造からなる透明電
極3a,3bをスパッタ法を用いて形成する。尚、透明電極3
a,3bは上記積層構造に限らずITO透明導電膜又はSnO₂の
単層膜でも良く、透明導電膜3bは金属の半透明膜、例え
ばMo,Al,Ta等の透過性の金属膜を用いることもできる。

次に透明電極3b上に光導電層４として非晶質水素化ケイ
素（ａ−Si:H）を用いたバックツーバックダイオード構
造を形成する。

この光導電層４は、第１図の拡大図に示すとおり膜41乃
至45からなる５層構造になっている。具体的にはｐ型ａ
−Si:H膜41、ｉ型ａ−Si:H膜42、ｎ型ａ−Si:H膜43、ｉ
型ａ−Si:H膜44及びｐ型ａ−Si:H膜45から光導電層４が
構成されている。この光導電層４の作成法は次のとうり
である。

ｐ型ａ−Si:H膜41は、シランガス（SiH₄）100sccm,水素
ガス（H₂）200sccm,ドーピングガスとしてのジボラン
（B₂H₆）0.2sccmを混合し、プラズマCVD法を用い、基板
温度250℃、圧力0.2Torrの条件で作成する。膜厚は100
〜500Åの範囲が良く、好ましくは約200Åである。その
上にｉ型ａ−Si:H膜42をシランガス（SiH₄）100sccm,水
素ガス（H₂）200sccmを混合して形成する。膜厚は0.4〜
2.5μｍの範囲が良く、好ましくは約0.8μｍである。次
にｎ型ａ−Si:H膜43をシランガス（SiH₄）100sccm,水素
ガス（H₂）200sccm,ドーピングガスとしてのホスフィン
（PH₃）0.1sccmを混合し形成する。膜厚は100〜500Åの
範囲が良く、好ましくは約350Åである。次にｉ型ａ−S
i:H膜44をシランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス（H₂）2
00sccmを混合して形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲
が良く、好ましくは約0.9μｍである。更にｐ型ａ−Si:
H膜45をシランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス（H₂）200
sccm,ドーピングガス（B₂H₆）0.2sccm混合して形成す
る。膜厚は100〜700Åの範囲が良く、好ましくは約250
Åである。尚、作成温度は好ましくは200℃〜300℃であ
るが室温程度から可能であり、ガラス基板2bは例えば、
コーニング社の7059ガラスが用いられるがこれにかぎら
れないのは勿論のことである。又、上記作成の条件にお
いて、混合比率は、１例を示すものであってこれに限ら
れるものではなく、希望の特性を得るための値を選定で
きるのは言うまでもない。

遮光層５は、カーボン分散型黒色アクリル樹脂をスピン
コートにより約１μｍ形成する。尚、遮光層５はこれに
限らず無機材料ではプラセオジウムマンガンオキサイド
（PrMnO₃）、サーメット等を用いることも出来る。

その後誘電体ミラー６としてシリコン／酸化シリコンの
多層膜を電子ビーム蒸着法によって形成する。尚、この
ミラー６としてこの他にジルコニアオキサイド（ZrO₂）
フッカマグネシウム（MgF₂）等を用いることも出来る。

つぎに配向膜7a,7bとしてポリイミド膜をスピンコート
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2a,2bをスペーサ８を介して貼合わせ
る。液晶層９として混合ネマチック液晶を注入し封止す
ることによって液晶ライトバルブ１が構成される。セル
厚は約６μｍである。尚、ライトバルブ１の動作モード
としては、ハイブッリド電界効果モードを用いる。

このような構造の液晶ライトバルブ１の透明電極3a,3b
間には、交流電源10によって完全な交流電圧が印加され
る。ガラス基板2b側から書き込み光11が入射されると、
光の当たった領域（明状態）では、光導電層４のインピ
ーダンスが減少し、交流電源10によって印加された電圧
は液晶層に加わる。一方光の当たらない領域（暗状態）
では、光導電層４は印加される交流電圧に対し逆バイア
スとなる接合部のインピーダンスはは高い（液晶のイン
ピーダンスに比べて１桁〜２桁のオーダーで高い）まま
変化しないので液晶にはしきい値以下の電圧しか加わら
ない。この明状態と暗状態の違いにより画像が形成され
る。この明状態と暗状態のときに液晶に印加される電圧
波形を第２図に示す。この図において電極3a,3b間の印
加電圧、液晶への明状態の印加電圧とそれへの暗状態の
印加電圧はそれぞれ（ａ），（ｂ）と（ｃ）に示され
る。このように本発明の液晶ライトバルブ１の場合、暗
状態、明状態のどちらにおいても液晶には正、負ともほ
ぼ同様の電圧が印加され、ほとんど直流電圧成分が加わ
らない。

本発明の液晶ライトバルブ１への書き込みは、従来と同
様に例えば第５図に示す通りCRTを利用することが出来
るのは云うまでもない。そして、画像が形成された液晶
ライトバルブ１にランプ62からの光がレンズ63及び偏光
ビームスプリッタ64を介して入射すると、この入射光は
液晶層及び誘電体ミラー６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が変化するので偏光ビ
ームスプリッタ64を透過することが出来る。この反射光
はレンズ65によって拡大され、これによって液晶ライト
バルブ１に形成された画像がスクリーン66に投影され
る。ここで上記入射光が誘電体ミラー６によって完全に
反射されれば遮光層５は必要ではないが、ランプ６が白
色光源であり、完全な反射が困難なため、光電層４への
影響を考えて遮光層５を設けている。従って、ランプ６
に代えて単色光源例えばレーザ光を用い、完全に反射で
きるような場合遮光層５は省略出来る。尚、CRTに代え
て他の画像形成手段例えばプラズマデスプレイ、LEDデ
スプレイ、を用いることや、レーザによる書き込みも可
能である。

本発明は上記の通り光導電層４に特徴があるので以下で
は主としてこの部分についての実施例を説明する。

実施例２ 第１図に示した液晶ライトバルブ１の光導電層４とし
て、非晶質水素化ケイ素を用いたバックツーバックダイ
オード構造を形成する。

この光導電層４はｐ型ａ−Si:H膜41、ｉ型ａ−Si:H膜4
2、ｎ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｐ型ａ−S
i:H膜45から構成されている。

その作成方法として、ｐ型ａ−Si:H膜41は、シランガス
（SiH₄），水素ガス（H₂），ドーピングガス（B₂H₆）を
原料とし、プラズマCVD法に用いて作成する。膜厚は100
〜500Åの範囲が良く、好ましくは約200Åである。その
上にｉ型ａ−Si:H膜42をシランガス（SiH₄），水素ガス
（H₂）を用いて形成する。膜厚は0.4〜2.5μｍの範囲が
良く、好ましくは約0.5μｍである。次にｎ型ａ−Si:H
膜43をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂），ドーピン
グガス（PH₃）を用いて形成する。膜厚は100〜500Åの
範囲が良く、好ましくは約350Åである。次にｉ型ａ−S
i:H膜44をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂）を用い
て形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲が良く、好まし
くは約0.6μｍである。更にｐ型ａ−Si:H膜45をシラン
ガス（SiH₄），水素ガス（H₂），ドーピングガス（B
₂H₆）を用いて形成する。膜厚は100〜700Åの範囲が良
く、好ましくは約250Åである。

尚、遮光層５は、カーボン分散型黒色アクリル樹脂をス
ピンコートにより約１μｍ形成する。その後、誘電体ミ
ラー６として酸化シリコン／酸化チタンの多層膜を電子
ビーム蒸着法により形成する。次に配向膜7a,7bとして
酸化シリコンを電子ビーム蒸着法により斜方蒸着し、ガ
ラス基板2a,2bをスペーサ８を介して貼り合わせる。液
晶層９としてチッソ社製の強誘電性液晶CS−1014を注入
し封止することで液晶ライトバルブが構成される。セル
厚は約２μｍである。

第４図に書き込み光学系のシステム図を示す。レーザー
31からのレーザー光を、ポリゴンミラー32とガルバノミ
ラー33を制御回路34により制御することにより走査し、
液晶ライトバルブ１に画像を書き込む。液晶ライトバル
ブ１は制御回路34と同期した電源35により駆動される。
尚、液晶ライトバルブ１には書き込み時と消去時とは逆
極性の電圧が印加される。

尚、実施例２ではｉ型ａ−Si:H層42、ｉ型ａ−Si:H層44
を実施例１に比べて薄くして強誘電液晶に適用した例を
示している。

実施例３ 第１図に示した液晶ライトバルブ１の光導電層４とし
て、非晶質水素化ケイ素を用いたバックツーバックダイ
オード構造を形成する。

この光導電層４はｎ型ａ−Si:H膜41、ｉ型ａ−Si:H膜4
2、ｐ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｎ型ａ−S
i:H膜45から構成されている。

その作成方法として、ｎ型ａ−Si:H膜41は、シランガス
（SiH₄）80sccm,水素ガス（H₂）240sccm,ドーピングガ
ス（PH₃）0.1sccmを混合し、プラズマCVD法を用、基板
温度300℃、圧力0.15Torrの条件で作成する。膜厚は100
〜500Åの範囲が良く、好ましくは約250Åである。その
上にｉ型ａ−Si:H膜42をシランガス（SiH₄）80sccm,水
素ガス（H₂）240sccmを混合して形成する。膜厚は0.4〜
2.5μｍの範囲が良く、好ましくは約0.8μｍである。次
にｐ型ａ−Si:H膜43をシランガス（SiH₄）80sccm,水素
ガス（H₂）240sccm,ドーピングガス（B₂H₆）0.15sccmを
混合して形成する。膜厚は100〜500Åの範囲が良く、好
ましくは約200Åである。次にｉ型ａ−Si:H膜44をシラ
ンガス（SiH₄）80sccm,水素ガス（H₂）240sccmを混合し
て形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲が良く、好まし
くは約0.9μｍである。更にｎ型ａ−Si:H膜45シランガ
ス（SiH₄）80sccm,水素ガス（H₂）240sccm,ドーピング
ガス（PH₃）0.1sccmを混合して形成する。膜厚は100〜6
00Åの範囲が良く、好ましくは約250Åである。上記作
成の条件において、ガスの混合比率は、１例を示すもの
であってこれに限られるものではなく、希望の特性に合
わせて適当な値を選定できるのは言うまでもない。

その他は、同一の構造とした。

上記実施例１乃至３では、光導電層４がａ−Si:Hを素材
としており書き込み側からの入射光は該層の通過にした
がって減衰する傾向のため、交流電圧が印加された場合
極性により電圧−電流特性に僅かに差が生ずる傾向にあ
る。但し、電極3a,3b間に交流電圧を印加した場合、液
晶に比べて光導電層４とインピーダンスが小さい（該層
４のインピーダンスは液晶のそれに比べて２桁〜３桁の
オーダーで小さい）ので液晶に印加される直流電圧成分
は殆ど無視出来る。

このような点を改善するには光導電層４について、書き
込み側の光学的バンドギャップをそれとは反対の光学的
バンドギャップに比べて大きくすれば良いことに着目
し、光導電層４に適用した実施例を以下に説明する。

実施例４ 光導電層４として非晶質水素化炭化ケイ素（ａ−SiC:
H）と非晶質水素化ケイ素（ａ−Si:H）のヘテロ接合を
含むバックツーバックダイオード構造を形成する。

この光導電層４はｐ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−SiC:H膜
42、ｎ型ａ−SiC:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｐ型ａ
−Si:H膜45から構成されている。

その作成方法として、ｐ型ａ−SiC:H膜41は、シランガ
ス（SiH₄）100sccm,水素ガス（H₂）250sccm,メタンガス
（CH₄）60sccm、ドーピングガスとしてシボラン（B
₂H₆）0.3sccmを混合しし、プラズマCVD法を用いて基板
温度300℃、圧力0.4Torrの条件で作成する。膜厚は100
〜600Åの範囲が良く、好ましくは約300Åである。その
上にｉ型ａ−SiC:H膜42をシランガス（SiH₄）100sccm,
水素ガス（H₂）250sccm,メタンガス（CH₄）20sccmを混
合して形成する。膜厚は0.4〜2.0μｍの範囲が良く、好
ましくは約0.5μｍである。次にｎ型ａ−SiC:H膜43をシ
ランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス（H₂）250sccm,メタ
ンガス（CH₄）20sccm、ドーピングガスとしてホスフィ
ン（PH₃）0.4sccmを混合して形成する。膜厚は100〜600
Åの範囲が良く、好ましくは約400Åである。次にｉ型
ａ−Si:H膜44をシランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス
（H₂）200sccmを用いて形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍ
の範囲が良く、好ましくは約0.5μｍである。更にｐ型
ａ−Si:H膜45をシランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス
（H₂）200sccm,ドーピングガスとしてのシボラン（B
₂H₆）0.2sccmを混合して形成する。膜厚は100〜600Åの
範囲が良く、好ましくは約300Åである。尚、作成温度
は好ましくは200℃〜350℃であるが室温程度から可能で
あり、ガラス基板2bは例えば、コーニング社の7059ガラ
スが用いられるがこれにかぎられないのは勿論のことで
ある。上記作成の条件において、ガスの混合比率は、１
例を示すものであってこれに限られるものではなく、実
施に際しては希望の特性を得るために適当な値を採用で
きるのは言うまでもない。

尚、この例ではｎ型ａ−SiC:H膜43とｉ型ａ−Si:H膜44
でヘテロ接合をなしている。

光導電層４として、非晶質水素化炭化ケイ素（ａ−SiC:
H）と非晶質水素化ケイ素のヘテロ接合を含むバックツ
ーバックダイオード構造を形成する実施例について更に
説明する。

実施例５ この光導電層４はｎ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−SiC:H膜
42、ｐ型ａ−SiC:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｎ型ａ
−Si:H膜45から構成されている。尚、ｐ型ａ−SiC:H膜4
3とｉ型ａ−Si:H膜44とでヘテロ接合が形成されてい
る。

その作成方法として、ｎ型ａ−SiC:H膜41は、シランガ
ス（SiH₄）50sccm,水素ガス（H₂）300sccm,メタンガス
（CH₄）20sccm、ドーピングガス（PH₃）0.1sccmを混合
し、プラズマCVD法を用い、基板温度250℃、圧力0.3Tor
rの条件で作成する。膜厚は100〜600Åの範囲が良く、
好ましくは約400Åである。その上にｉ型ａ−SiC:H膜42
をシランガス（SiH₄）50sccm,水素ガス（H₂）300sccm,
メタンガス（CH₄）10sccmを混合して形成する。膜厚は
0.4〜2.0μｍの範囲が良く、好ましくは約0.5μｍであ
る。次にｐ型ａ−SiC:H膜43をシランガス（SiH₄）50scc
m,水素ガス（H₂）300sccm,メタンガス（CH₄）10sccm、
ドーピングガス（B₂H₆）0.1sccmを混合して形成する。
膜厚は100〜600Åの範囲が良く、好ましくは約250Åで
ある。次にｉ型ａ−Si:H膜44をシランガス（SiH₄）80sc
cm,水素ガス（H₂）240sccmを混合して形成する。膜厚は
0.4〜3.0μｍの範囲が良く、好ましくは約0.6μｍであ
る。更にｎ型ａ−Si:H膜45シランガス（SiH₄）80sccm,
水素ガス（H₂）240sccm,ドーピングガス（PH₃）0.1sccm
を混合して形成する。膜厚は100〜700Åの範囲が良く、
好ましくは約300Åである。上記作成の条件において、
ガスの混合比率は、１例を示すものであってこれに限ら
れるものではなく、実施に際しては希望の特性に合わせ
た値を採用できるのは言うまでもない。その他は、同一
の構造とした。

光導電層４の膜41乃至45の作成条件においてガスの混合
比率については、上記実施例の近傍の値を含め希望の特
性を得るべく値を選定すれば良いので、以下の実施例で
は例示を原則的に省略する。

実施例６ この光導電層４はｎ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−SiC:H膜
42、ｐ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｎ型ａ−
Si:H膜45から構成されている。尚、ｉ型ａ−SiC:H膜42
とｐ型ａ−Si:H膜43でヘテロ接合が形成されている。

その作成方法として、ｎ型ａ−SiC:H膜41は、シランガ
ス（SiH₄），水素ガス（H₂），メタンガス（CH₄）、ド
ーピングガス（PH₃）を原料とし、プラズマCVD法を用い
て作成する。膜厚は100〜600Åの範囲が良く、好ましく
は約400Åである。その上にｉ型ａ−SiC:H膜42をシラン
ガス（SiH₄），水素ガス（H₂），メタンガス（CH₄）を
用いて形成する。膜厚は0.4〜2.0μｍの範囲が良く、好
ましくは約0.5μｍである。次にｐ型ａ−Si:H膜43をシ
ランガス（SiH₄），水素ガス（H₂），ドーピングガス
（B₂H₆）を用いて形成する。膜厚は100〜600Åの範囲が
良く、好ましくは約250Åである。次にｉ型ａ−Si:H膜4
4をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂）を用いて形成
する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲が良く、好ましくは約
0.6μｍである。更にｎ型ａ−Si:H膜45をシランガス（S
iH₄），水素ガス（H₂），ドーピングガス（PH₃）を用い
て形成する。膜厚は100〜700Åの範囲が良く、好ましく
は約300Åである。

実施例７ この光導電層４はｎ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−SiC:H膜
42、ｐ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｎ型ａ−
Si:H膜45から構成されている。尚、ｉ型ａ−SiC:H膜42
とｐ型ａ−Si:H膜43でヘテロ接合が形成されている。

その作成方法として、ｎ型ａ−SiC:H膜41は、反応性ス
パッタ法を用いシリコンターゲットをアルゴン（Ar）で
スパッタしながら反応性ガスとして水素ガス（H₂），メ
タンガス（CH₄）、ホスフィンガス（PH₃）を導入し作成
する。膜厚は100〜600Åの範囲が良く、好ましくは約40
0Åである。その上にｉ型ａ−SiC:H膜42を反応性スパッ
タ法を用いシリコンターゲットをアルゴン（Ar）でスパ
ッタしながら反応性ガスとして水素ガス（H₂），メタン
ガス（CH₄）を導入し作成する。膜厚は0.4〜2.0μｍの
範囲が良く、好ましくは約0.5μｍである。次にｐ型ａ
−Si:H膜43をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂），ド
ーピングガスとしてのジボラン（B₂H₆）を原料としプラ
ズマCVD法を用いて形成する。膜厚は100〜600Åの範囲
が良く、好ましくは約250Åである。次にｉ型ａ−Si:H
膜24をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂）を原料とし
プラズマCVD法を用いて形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍ
の範囲が良く、好ましくは約0.6μｍである。更にｎ型
ａ−Si:H膜45をシランガス（SiH₄），水素ガス（H₂），
ドーピングガス（PH₃）を原料としプラズマCVD法を用い
て形成する。膜厚は100〜700Åの範囲が良く、好ましく
は約300Åである。その他は、同一の構造とした。

実施例８ この光導電層４はｎ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−Si:H膜4
2、ｐ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｎ型ａ−S
i:H膜45から構成されている。尚、ｎ型ａ−SiC:H膜41と
ｉ型ａ−Si:H膜42でヘテロ接合が形成されている。

その作成方法として、ｎ型ａ−SiC:H膜41は、ジシラン
ガス（Si₂H₆），水素ガス（H₂），エチレンガス（C
₂H₄）、ドーピングガス（PH₃）を原料とし、プラズマCV
D法を用いて作成する。膜厚は100〜600Åの範囲が良
く、好ましくは約400Åである。その上にｉ型ａ−Si:H
膜42をジシランガス（Si₂H₆），水素ガス（H₂）を用い
て形成する。膜厚は0.3〜2.5μｍの範囲が良く、好まし
くは約0.5μｍである。次にｐ型ａ−Si:H膜43をジシラ
ンガス（Si₂H₆），水素ガス（H₂），ドーピングガス（B
₂H₆）を用いて形成する。膜厚は100〜600Åの範囲が良
く、好ましくは約250Åである。次にｉ型ａ−Si:H膜44
をジシランガス（Si₂H₆），水素ガス（H₂）を用いて形
成する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲が良く、好ましくは
約0.6μｍである。更にｎ型ａ−Si:H膜45をジシランガ
ス（Si₂H₆），水素ガス（H₂），ドーピングガス（PH₃）
を用いて形成する。膜厚は100〜700Åの範囲が良く、好
ましくは約300Åである。その他は、同一の構造とし
た。

実施例５乃至８にヘテロ接合の位置を異ならせた例につ
いて説明したが、同様に実施例４について膜43、膜44で
ヘテロ接合を形成した例に代えてそれより書き込み側に
ヘテロ接合を形成しても良い。

上記光導電層４の光学的バンドギャップについて書き込
み側がそれとは反対側より大きくするには、上記実施例
４乃至８のように非晶質水素化炭化ケイ素が非晶質水素
化ケイ素に比べて光学的バンドギャップが大きいのを利
用するのとは逆に非晶質水素化シリコンゲルマニウムが
非晶質水素化シリコンに比べて光学的バンドギャップが
小さいのを利用することもできる。上記実施例でいえば
膜43、44、45の少なくとも１層に非晶質水素化シリコン
ゲルマニウムを用いれば良く例えば、実施例１、２にお
いてｎ型ａ−Si:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44、ｐ型ａ−S
i:H膜45の少なくとも１層を非晶質シリコンゲルマニウ
ムにすることで実施出来る。そのためにはシラン（Si
H₄）又はジシラン（Si₄H₆）とゲルマン（GeH₄）又はGe₂
H₆の混合ガスを利用すれば良い。更には、これらと上記
実施例４乃至８の組み合わせも考えられる。また、光学
的バンドギャップについては、広いものとして非晶質水
素化炭化ケイ素（ａ−SiC:H）の他に非晶質水素化チッ
化ケイ素（ａ−SiN:H）およびこれに炭素を添加したも
の、非晶質水素化酸化ケイ素（ａ−SiO:H）等があり、
また狭いものとして非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−
SiGe:H）の他に非晶質水素化シリコンスズ（ａ−SiSn:
H）等があり、これらを組み合わせて光導電層４の光学
的バンドギャップが書き込み側で大きくなるようにする
ことも出来る。上記実施例では光導電層４の光学的バン
ドギャップが書き込み側でそれとは反対側より大きくな
るようにするに際し、ヘテロ接合を利用する例について
説明したが、これに限られるものではなく、例えばホモ
接合を利用し材料の調整比、例えば炭素量を変えること
でも実現出来る。この実施例について以下に説明する。

実施例９ 光導電層４は非晶質水素化炭化ケイ素（ａ−SiC:H）を
用いたバックツーバックダイオード構造としている。

この光導電層４はｐ型ａ−SiC:H膜41、ｉ型ａ−SiC:H膜
42、ｎ型ａ−SiC:H膜43、ｉ型ａ−Si:H膜44及びｐ型ａ
−Si:H膜45から構成されている。

その作成法として、ｐ型ａ−SiC:H膜41は、原料ガスと
してシランガス（SiH₄）100sccm,水素ガス（H₂）200scc
m,メタンガス（CH₄）120sccm、ドーピングガス（B₂H₆）
0.5sccmを混合し、プラズマCVD法を用いて基板温度300
℃，圧力0.3Torrの条件で作成する。膜厚は100〜500Å
の範囲が良く、好ましくは約200Åである。その上にｉ
型ａ−SiC:H膜42をシランガス（SiH₄）100sccm,メタン
ガス（CH₄）100sccm,水素ガス（H₂）200sccmを混合して
形成する。膜厚は0.3〜2.5μｍの範囲が良く、好ましく
は約0.6μｍである。次にｎ型ａ−Si:H膜43をシランガ
ス（SiH₄）100sccm,メタンガス（CH₄）100sccm,水素ガ
ス（H₂）200sccm,ドーピングガス（PH₃）0.5sccmを混合
して形成する。膜厚は100〜600Åの範囲が良く、好まし
くは約300Åである。次にｉ型ａ−SiC:H膜44をシランガ
ス（SiH₄）100sccm,メタンガス（CH₄）50sccm,水素ガス
（H₂）200sccmを混合して形成する。膜厚は0.4〜3.0μ
ｍの範囲が良く、好ましくは約0.7μｍである。更にｐ
型ａ−SiC:H膜45をシランガス（SiH₄）100sccm,メタン
ガス（CH₄）50sccm、水素ガス（H₂）200sccm,ドーピン
グガス（B₂H₆）0.5sccmを混合して形成する。膜厚は100
〜700Åの範囲が良く、好ましくは約300Åである。尚、
上記のように、膜41、膜42の作成時でメタンガスの量が
異なりまた、膜43、膜44の作成時でメタンガスの量が異
なっており、該メタンガスの量の多い方が膜に含まれる
炭素量が多くなり、光学的バンドギャップが大きくな
る。上記作成の条件において、ガスの混合比率は、１例
を示すものであってこれに限られるものではなく、実施
に際しては希望の特性に合わせた値を採用できるのは言
うまでもない。又、上記の例に限らず膜は少なくとも１
層について書き込み側で炭素量が大きくなるようにすれ
ば良い。そして、上記で例示の光学的バンドギャップを
調整しうる素材についても炭素と同様量を調整すること
により光学的バンドギャップを書き込みでそれの反対側
より大きく出来る。尚、このような接合は膜41乃至膜44
間の少なくとも１つの接合に適用すれば良いのは言うま
でもない。

次に、本発明の他の実施例として結晶質の光導電層４の
例について説明する。

実施例10 光導電層４として、多結晶シリコン（poly−Si）を用い
たバックツーバックダイオード構造を形成する。

この光導電層４は膜41、43及び45の３層構造より構成さ
れており、具体的にはｎ型poly−Si膜41、ｐ型poly−Si
膜43、ｎ型poly−Si膜45で構成されている。

その作成方法として、ｎ型poly−Si膜41は、シランガス
（SiH₄），ドーピングガス（PH₃）を原料とし、減圧熱C
VD法を用いて作成する。作成温度は、600〜650℃の範囲
が良く、好ましくは620℃である。このため、ガラス基
板2bは耐熱性を考慮した材料例えば、石英ガラス等を用
いるのが良い。膜厚は0.2〜2.6μｍの範囲が良く、好ま
しくは約0.5μｍである。次にｐ型poly−Si膜43をシラ
ンガス（SiH₄），ドーピングガス（B₂H₆）を用いて形成
する。膜厚は0.3〜3.2μｍの範囲が良く、好ましくは約
1.2μｍである。次にｎ型poly−Si膜45をシランガス（S
iH₄），ドーピングガス（PH₃）を用いて形成する。膜厚
は0.1〜2.0μｍの範囲が良く、好ましくは約0.6μｍで
ある。

尚、poly−Siへのドーピングは、膜作製時にドーピング
ガスを導入するかわりに、膜作製後イオンプランテーシ
ョンを行いドーピングすることも出来る。

実施例11 光導電層４として、多結晶シリコン（poly−Si）を用い
たバックツーバックダイオード構造を形成する。

この光導電層４はｐ型poly−Si膜41、ｎ型poly−Si膜4
3、ｐ型poly−Si膜45で構成されている。

その作成方法として、ｐ型poly−Si膜41は、シランガス
（SiH₄），ドーピングガス（B₂H₆）を原料とし、減圧熱
CVD法を用いて作成する。作成温度は、600〜650℃の範
囲が良く、好ましくは620℃である。膜厚は0.3〜3.0μ
ｍの範囲が良く、好ましくは約0.4μｍである。次にｎ
型poly−Si膜43をシランガス（SiH₄），ドーピングガス
（PH₃）を用いて形成する。膜厚は0.4〜3.0μｍの範囲
が良く、好ましくは約1.0μｍである。次にｐ型poly−S
i膜45をシランガス（SiH₄），ドーピングガス（B₂H₆）
を用いて形成する。膜厚は0.2〜2.0μｍの範囲が良く、
好ましくは約0.5μｍである。尚、poly−Siへのドーピ
ングは、膜作製時にドーピングガスを導入するかわり
に、膜作製後イオンプランテーションを行いドーピング
することも出来る。

実施例12 光導電層４として、多結晶シリコン（poly−Si）を用い
たバックツーバックダイオード構造を形成する。

この光導電層４は膜41、42、43、44及び45の５層で構成
されており、詳細にはｐ型poly−Si膜41、ｉ型poly−Si
膜42、ｎ型poly−Si膜43、ｉ型poly−Si膜44、ｐ型poly
−Si膜45で構成されている。

その作成方法として、ｐ型poly−Si膜41は、シランガス
（SiH₄），ドーピングガス（B₂H₆）を原料とし、減圧熱
CVD法を用いて作成する。作成温度は、600〜650℃の範
囲が良く、好ましくは620℃である。膜厚は0.05〜1.0μ
ｍの範囲が良く、好ましくは約0.1μｍである。次にｉ
型poly−Si膜42をシランガス（SiH₄）を用いて形成す
る。膜厚は0.3〜2.2μｍの範囲が良く、好ましくは約0.
8μｍである。次にｎ型poly−Si膜43をシランガス（SiH
₄），ドーピングガス（PH₃）を用いて形成する。膜厚は
0.04〜0.8μｍの範囲が良く、好ましくは約0.1μｍであ
る。次にｉ型poly−Si膜42をシランガス（SiH₄）を用い
て形成する。膜厚は0.3〜2.5μｍの範囲が良く、好まし
くは約0.9μｍである。次にｐ型poly−Si膜45をシラン
ガス（SiH₄），ドーピングガス（B₂H₆）を用いて形成す
る。膜厚は0.05〜1.0μｍの範囲が良く、好ましくは約
0.1μｍである。その他は、同一の構造とした。

尚、poly−Siへのドーピングは、膜作製時にドーピング
ガスを導入するかわりに、膜作製後イオンプランテーシ
ョンを行いドーピングすることも出来る。

この実施例では実施例11にき比べてｉ型poly−Si膜を付
加し光電効果を向上させるよう配慮しており、実施例10
についても同様にｉ型poly−Si膜を付加しても良い。

又、上記実施例ではケイ素について説明したがケイ素よ
り光学的バンドギャップの小さくて良い場合にはケイ素
に代えてゲルマニウムを素材として光導電層４を構成し
ても良いのは云うまでもない。その場合シラン、ジシラ
ンに代えて例えばゲルマン、ジゲルマンを用いることが
できる。

又、光導電層の作成方法としては、プラズマCVD法のほ
かにスパッタ法、熱CVD法、光CVD法、ECRプラズマ法を
用いることも出来る。使用ガスとしては、SiH₄の他にSi
₂H₆等を用いることもでき、またGeH₄,GeH₆等を用いるこ
とができ、CH₄の他にC₂H₆、C₃H₈,C₄H₁₀,C₂H₄,C₂H₂等を
用いることができる。

又、本発明をケイ素、ゲルマニウムを主なる素材として
適用した例について述べたがIII−Ｖ族化合物半導体系
材料例えば、GaAs、AlGaAs、InP等にも適用が可能であ
る。

尚、液晶表示モードとしては、ネマチック液晶を用いた
場合には上記実施例で示したハイブッリド電界効果モー
ドのほかに、ツイステッドネマチックモード、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、
相転移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
散乱モードが利用でき、このほかに強誘電性液晶や高分
子液晶、高分子・液晶複合膜も利用出来る。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、液晶に実質的に直流電圧
成分を印加することなく高コントラストな画像を表示す
ることができる。直流電圧が加わらないために、液晶の
特性劣化が引き起こされず信頼性の高い装置を提供する
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素子（液晶ライトバ
ルブ）の断面図を示し、第２図は本発明における交流駆
動時の各部電圧波形を示し、第３図は本発明の光書き込
み型液晶素子の導電層の電流−電圧特性を示し、第４図
は本発明の光書き込み型液晶素子への光書き込みシステ
ム図を示し、第５図は従来の光書き込み型液晶素子の断
面図を示し、第６図は従来の光書き込み型液晶素子を用
いた投射型液晶表示装置のシステムを示す。 １……光書き込み型液晶素子、1a,1b……反射防止膜、2
a,2b……ガラス基板、3a,3b……透明電極、４……光導
電体層、５……遮光層、６……誘電体ミラー、7a,7b…
…配向膜、８……スペーサー、９……液晶層、10……交
流電源、11……書き込み光、31……レザー、32……ポリ
ゴンミラー、33……ガルバノミラー、34……制御回路、
35……電源、41……膜（ｐ型ａ−SiC:H膜等）、42……
膜（ｉ型ａ−SiC:H膜等）、43……膜（ｎ型ａ−SiC:H膜
等）、44……膜（ｉ型ａ−Si:H膜等）、45……膜（ｐ型
ａ−Si:H膜等）、50……光書き込み型液晶素子、51a,51
b……ガラス基板、52a,52b……電極、53……光導電層、
54……誘電体ミラー、55a,55b……配向膜、56……スペ
ーサー、57……液晶層、59……書き込み光、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ全面にわたる電極がそれぞれ形成され
   た一対の透光性基板のうち、一方側基板上に入射光量に
   よってインピーダンスが変化する光導電層と、光導電層
   に対する書き込み側とは反対側からの光を反射する光反
   射層とを含み、各基板間に液晶層を介在して構成される
   液晶素子において、 上記光導電層はバックツーバックダイオード構造を有す
   ることを特徴とする光書き込み型液晶素子