JP3071216B2 - 液晶セルを使用した情報記録装置および画像投影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報記憶手段として使用される液晶装置に
係わり、特に画像情報の書き込みが可能なスメクチック
−Ａ型液晶セルに関するものである。

〔従来の技術〕

スメクチック液晶として知られる液晶材料の一種は、
情報記憶能が要求される装置に使用するのに特に適して
いる。このような装置は、装置の光透過率を変化させる
ことにより書き込みが可能であり、画像情報を液晶セル
上に一回書き込むだけでよい。一度書き込まれた情報は
消去されるまでの間、実質的に永久に保持される。

液晶光変調器はスメクチック液晶材料、特にスメクチッ
ク−Ａ型液晶材料を使用して、高解像度投影表示装置と
して開発されたものである。このような装置の書き込み
メカニズムには電場を利用することもできるが、主とし
て熱が利用される。公知の一般的装置の一例にあって
は、スメクチック液晶材料を加熱して等方性として光散
乱領域を形成するために集束赤外線レーザーが使用され
る。加熱後、液晶は冷却されてスメクチック状態（スメ
クチック温度）に戻る。前記光散乱領域（書き込み領
域）は液晶材料のスメクチック温度の範囲内において安
定しており、書き込まれた情報はその状態に保持され
る。このような液晶セルに書き込まれた情報は、電場、
または熱および電場の組み合わせ効果により消去するこ
とができる。

上記のような液晶セルの使用例の一つにあっては、セ
ルへの書き込みの後にセルに光が投射され、次いで、そ
の書き込まれた情報が表示スクリーン、感光性材料、検
出器等に投射される。このような装置に関して様々な種
類のものが、デュウィー（Dewey）著の「レーザーアド
レス型液晶表示（Laser−Addressed Liquid Crystal Di
splays）」（1984年5/6月発行の「光工学」第23（３）
号、第230頁〜第240頁）に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

投射光の散乱により書き込み情報が可視状態となる上
述の如き装置には不具合がある。すなわち、このような
装置は、その応答速度（書き込み速度）が遅く、例えば
ルウ（Lu）等の米国特許第4,787,713号に開示されるよ
うな多重吸収平構造の利用が必要となる。また、解像度
を高めるために、一般に、コントラスト、中間階調、お
よび応答速度が犠牲にされている。例えば、ドットサイ
ズが10〜20ミクロンのときにときにコントラスト喪失を
起こす装置の場合、１インチ当たりのドット数は約1500
程度に制限される。ちなみに、投射光が可視赤色スペク
トル領域に属する場合、コントラストを高めるのは困難
である。全体のコントラストは使用される投射用工学機
器に大きく依存する。実際の投射ランプの場合、コント
ラストを最大にすることおよび投射光の透過率を最大に
することは両立しにくい目的である。さらに、このよう
な装置はセルを形成する複数層間の界面の状態に左右さ
れ易く、界面状態に乱れがある場合にはセルが最適状態
で作動せず、その結果、例えば形成される画像等に不均
一がな部分が発生することがある。

上記装置に代わって情報を光学的に記憶するために応
答速度および信号−雑音比を改善した装置が、クロイワ
等の米国特許第4,752,820号に開示されている。しかし
ながら、このような装置は自発分極を起こす高誘電スメ
クチック材料、例えば、キラルスメクチック−Ｃ（Sm−
Ｃ＊）を使用しており、その書き込みメカニズムは、セ
ルの基板と平行な面内で分子配向に変化を生じさせるも
のである。これは、書き込みのないセル内における分子
配向が基板に対して垂直であるスメクチック−Ａ型液晶
を使用した装置と対照的である。

従って、この場合要求されるのは上記の不具合を排除
した装置、すなわち、レーザーアドレス型スメクチック
−Ａ液晶光変調器を利用し、特に画像情報の記録および
投影に使用できる装置である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上述の要求に応じてなされたもので、その目
的は液晶セルを備えた情報記録装置を提供することであ
る。この装置の液晶セルは、セルの両面を形成する第一
および第二の透明基板を備えている。これら第一および
第二の基板の間にはスメクチック−Ａ型液晶材料の層が
設けられる。また、前記セルは、第一の刺激に応じて液
晶分子を前記基板に対して実質的に垂直に配列（ホメオ
トロピック配列）させるホメオトロピック配列手段、お
よび、第二の刺激に応じて液晶分子を互いにかつ前記基
板に対して平行に配列（ホモジニアス配列）させるホモ
ジニアス配列手段を備えている。第一の刺激手段は、液
晶材料の少なくとも一部分のホメオトロピック配列手段
を選択的に刺激する。一方、第二の刺激手段は液晶材料
の少なくとも一部分のホモジニアス配列手段を選択的に
刺激する。

前記ホモジニアス配列手段とは、例えば第一および第
二の基板の間に設けられて第二の刺激に応じて発熱する
発熱手段である。この場合、前記第二の刺激手段は、液
晶セル上に光線を投射する光源であってもよいし、ある
いは、発熱手段が電流により発熱する電気抵抗であれ
ば、電気抵抗を通る電流を記録される情報に従って制御
する電流供給制御手段であってもよい。

また、前記ホモジニアス配列手段は第一および第二の
電極を備え、これら電極間に電界を発生させるものであ
ってもよい。この場合の第二の刺激手段は、例えば記録
される情報に従って電極手段への電荷の付与を制御する
電荷供給制御手段である。これら第一および第二の電極
は液晶層内に交互に配設してもよいし、液晶層の近傍に
交互に配設してもよい。

前記ホメオトロピック配列手段とは、例えば液晶層を
その厚さ方向に横切る電界を発生する電界発生手段であ
る。この電界発生手段とは、例えば液晶層の両面に設け
られる第一および第二の電極層であり、この場合の第一
の刺激手段は、例えば第一、第二の電極層への電荷の付
与を刺激する電荷供給制御手段である。

また、前記電界発生手段は液晶セル内に設けられた光
電材料であっても良く、この場合の第一の刺激手段は、
セルに選択的に光線を投射する手段であってもよい。さ
らに、前記第一および第二の電極層は導電材料の連続層
であってもよいし、あるいは、電極マトリックスであっ
てもよい。

前記ホメオトロピック配列手段の他の例としては、第
一および第二の基板の間に設けられて第一の刺激の刺激
（第一の刺激）に応じて発熱する発熱手段が挙げられ
る。この場合の第一の刺激手段は、例えばセル上に光線
を投射する光線である。

ちなみに、前記ホモジニアス配列手段は、層厚が約５
ミクロン以下である液晶層そのものであってもよい。

さらに、前記セルは第一および第二の基板の間に設け
られる配列層を備えていてもよい。この配列層は、液晶
分子を所定のホモジニアス配列に配向させるものであ
る。

前記ホモジニアス配列により、前記液晶材料内におい
て光の複屈折が起きる。従って、セル上に記録された情
報の投影または読み取りに使用される波長の偏光は、液
晶材料の書き込み領域（ホモジニアス配列領域）により
回転させられる。

本発明の他の実施例の情報記録装置は、次のような液
晶セルを有する。液晶セルの両面は第一および第二の基
板により形成され、これら第一および第二の基板の間に
スメクチック−Ａ型液晶材料の層が設けられる。また、
前記第一および第二の基板の間には発熱手段が設けら
れ、この発熱手段は刺激に応じて発熱し液晶材料中に書
き込み領域を形成する。さらに、前記液晶セルは液晶材
料内で光を複屈折させるための複屈折手段を有する。つ
まり、偏光は液晶材料の書き込み領域により回転させら
れる。さらに、前記情報記録装置は、記録される情報に
従って液晶セルの選択された領域の発熱手段を刺激する
ための刺激手段を有する。

前記刺激手段とは、例えば書き込み用レーザービーム
を発生し、これを液晶セルに投射するレーザー発生源で
ある。また、この実施例の情報記録装置は、セル上に書
き込むべき情報に従って書き込みビームを変調するレー
ザー変調手段、およびセルの表面上で書き込みビームを
走査するレーザー走査手段を有する。

また、前記複屈折手段とは、例えば層厚が５ミクロン
以下であるような液晶材料そのものである。

さらに、本発明はレーザーアドレス型液晶セルを有す
る画像投影装置を提供する。この装置に使用される液晶
セルは、セルの両面を形成する第一および第二の基板を
備えたものである。第一および第二の基板の間にはスメ
クチック−Ａ型液晶材料の層が設けられる。また、第一
および第二の基板の間には、少なくとも第一の波長のレ
ーザー光を吸収して発熱し液晶材料中に書き込み領域を
形成する手段が設けられる。さらに、このセルは液晶材
料中で光を複屈折させる手段を有する。つまり、第一の
波長以外の波長の偏光は液晶材料の書き込み領域により
回転させられる。

また、前記画像投影装置は、第一の波長以外の波長の
光線を偏極させて液晶セル上に投射する第一の偏光手段
を有する。さらに、この装置は、前記液晶セルの書き込
み領域または非書き込み領域からの光線の一部の通過を
阻止する第二の偏光手段を有する。

この画像投影装置においては、前記第一および第二の
偏光手段の間の偏光角が90゜であっても良いし、０゜で
あってもよい。90゜の場合、第二の偏光手段は液晶セル
の書き込み領域に対応する光を透過させる。０゜の場
合、第二の偏光手段はセルの非書き込み領域に対応する
光を通過させる。

さらにこの投影装置においては、例えば前記液晶セル
は透過性であり、偏光は液晶材料の書き込み領域を透過
する際に回転させられる。あるいは、液晶セルは反射層
を備えていても良く、この場合、偏光は液晶セルで反射
される際に回転させられる。

以上述べたように、本発明の目的は、スメクチク−Ａ
型液晶材料を使用し、かつ、基本的に公知の技術および
材料を利用して構成することができる液晶セルを有する
情報記録装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、公知のスメクチック−Ａ型液晶セルに比べて優れた
コントラストが得られる液晶セルを有する装置を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は公知の液晶セ
ルよりも応答速度が早い液晶セルを有する装置を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は、公知の液晶
セルよりも優れた解像度を有する液晶セルをもつ装置を
提供することである。さらに他の目的は、ホモジニアス
分子配列および／またはホメオトロピック分子配列を形
成することによりセル上に書き込みが可能な装置を提供
することである。さらに他の目的は、書き込み状態の液
晶セルを透過する、またはその液晶セルにより反射され
る投射光を複屈折させることにより液晶セルが機能する
装置を提供することである。

〔作 用〕

上記のように構成された液晶セルを有する装置にあっ
ては、ホモジニアス配列手段、または複屈折手段により
スメクチック−Ａ型液晶セルの書き込み領域にホモジニ
アス配列が発生する。セル上に投射される光はこのホモ
ジニアス配列により、書き込み領域を通過する際、また
は書き込み領域で反射される際に複屈折する。

〔実施例〕 本発明の理解を容易にするために、光変調用スメクチ
ック−Ａ相を使用した従来の一般的な液晶セルを第１図
に示す。このセルは、一対のガラス基板10、12を有し、
これらガラス基板10、12は各々導電層14、16を備えてい
る。これら導電層は書き込み情報を消去する目的でセル
に電界を印加するために使用されるものであり、例えば
インジウム−スズ合金の酸化物から形成される。導電層
16に隣接して設けられるのは吸収層18である。この例の
セルにおける吸収層18は、投影される書き込み用赤外線
ビームを吸収し、そのエネルギーを液晶材料に書き込み
に行うための熱に変換する手段である。このような吸収
層には種々のものがあるが、例えば米国特許第4,787,71
3号には多重層構造のものが開示されている。なお、吸
収層18に代えて、または吸収層18とともに、赤外線吸収
色素を液晶材料中に混合しても良い。

前記導電層14、16の間には液晶材料の層20が設けられ
る。

また、セルが感光性媒体上に画像情報を投影するため
のマスクとして使用される場合等には、セルに書き込ま
れた画像情報の投影を補助するための手段をセルに設け
てもよい。このような手段はセルの投影方式により異な
る。例えば、画像情報がセルの一方の面に書き込まれ、
投影光がセルの他方の面で反射されることにより感光性
媒体上に画像情報が投影される場合には反射層（図示
略）が設けられる。また、セルの投影方式が透過型の場
合には、投影光に対して透過性である吸収層が使用さ
れ、これを透過する投影光により画像情報が投影され
る。

現在知られているスメクチック−Ａ型セルでは、その
液晶材料中における二種類の分子配列状態が重要であ
る。ホメオトロピック配列においては、液晶材料の大部
分において液晶分子がガラス基板10、12に対し垂直に配
列する。従って、分子がこれを透過する光に及ぼす影響
は無視して良いほど小さい。つまり、このときセルは透
明な無表示状態にある。表示状態（書き込み状態）とす
るためには、通常、液晶材料は分子整列度合の低い中間
体となるよう加熱され、次いで冷却される。このような
液晶分子は加熱中にその向きが不規則となり、冷却後も
その状態を保持する。従って、多くの散乱領域22が液晶
材料中に発生し、これらの領域における屈折率が不規則
となる結果、散乱領域への入射光は効果的に散乱され
る。

一般的な散乱型スメクチック−Ａ型セルは基板10と基
板12との間に８〜30ミクロン程度の間隙を有する。

本発明の液晶セルの一例は第２図に示されている。こ
のセルは、前述した散乱モードよりむしろ複屈折モード
で機能する。公知のセルにおいてそうであるように、第
２図に示す本発明のセルにおいても、ガラス基板30、32
が金属酸化物導電層34、36とともに使用される。無機吸
収層38（好ましくは米国特許第4,787,713号の教示に従
って用意されたもの）が導電層36上に設けられる。そし
て、導電層34、36の間の間隙にスメクチック−Ａ型液晶
材料40が充填される。

第２図のセルも無表示状態においては符号41で示すよ
うにホメオトロピック配列を示す。しかしながら、表示
状態においては、セル中の液晶分子の向きは主として同
じ向き、かつ基板30、32に平行な向きとなる。このよう
な分子配列はホモジニアス配列と呼ばれ、第２図では符
号42で示される。このようなホモジニアス配列は、スメ
クチック−Ａ型液晶材料が充填される間隙のサイズを通
常のサイズよりかなり小さくすることにより得られるこ
とがわかっている。例えば以下に詳述する好ましい液晶
混合物および書き込み条件を採用した場合、前記間隙の
サイズが約５ミクロン以下のときにホモジニアス配列を
得ることができる。ただし、この数値（間隙のサイズ）
は多くの要因、例えば表面状態、書き込みメカニズム、
冷却速度、バイアス温度、電界強度、および特定の液晶
混合物または液晶化合物により生じる一般的な構造上の
欠点等に依存する。

本発明のセルは基本的にはレーザー書き込み式のセル
であるといえる。他の書き込み手段を使用することもで
きるが、それらについては後述することにする。

レーザー書き込み式のセル場合、液晶層の厚さ制御に
加えて、レーザービームのパラメーター、特に、レーザ
ービームの方向および速度を制御することによりホモジ
ニアス配列の形成を促進してもよい。このような場合、
レーザービームのリニア走査が、走査方向に沿う分子配
列を誘発する。ビーム走査の始めの部分および終わりの
部分においては、分子の配列度が比較的低いため、特別
なデータ補償技術が利用される。その例としては、所望
の領域より広い領域に書き込む方法、ドットを使用せず
にラインセグメントを使用して書き込む方法、あるい
は、パルス幅と振幅変調の組み合わせを利用する方法等
がある。その他には、例えばカーン（Kahn）の米国特許
3,796,999号に記載されるように、走査の始めと終わり
部分を選択的に消去する技術を利用することもできる。
さらに、セル全体を均一に露光した後、セル面を選択的
に消去することにより画像情報の書き込み領域を形成し
ても良い。

ホモジニアス配列をさらに促進してコントラストを向
上させるために、一層以上の配列層をセルに導入しても
よい。このような配列層は公知であり、その例として米
国特許第4,165,923号に記載されるような形態で積層さ
れたSiO_x等がある。

ある実験例のレーザー書き込み式液晶セルの場合、導
電層34、36はインジウム−スズ合金の酸化物で形成さ
れ、かつ、吸収層38としては830nmにおいてほぼ完全な
レーザー光吸収能を示して励起されるものが使用され
た。基板は間隙ｄを介して互いに平行に設けられ、この
間隙ｄには製造記号S2で特定されるEM化学（E.M.Chemic
als）のスメクチック−Ａ混合物が充填された。

上記の液晶セルを使用して第３図に示すように、ビー
ム44を、好ましくはレーザー源45から、集光手段43を介
してセル46基板面に照射することによりセルに書き込み
が行われた。前記ビームは走査鏡47によりセル上で走査
され、かつ、走査中に、適切な手段48により、セルに書
き込むべき画像情報に従ってビームが変調された。セル
へのレーザー書き込み技術および装置は公知であり、例
えば欧州特許公報第0291300号に詳細に開示されてい
る。書き込み操作の後、前記セルには画像情報に従って
形成された書き込み領域が生じた。

上述した実験例においては、20ミリワット、830nmの
パルス幅変調集光レーザービームを使用し、ビーム先端
の照射スポット径約20ミクロン、走査速度0.5m/秒でセ
ルに書き込みが行われた。この場合、セルは約40℃のバ
イアス温度に保持されるのが好ましい。

上述のような条件下においては、間隙ｄの幅が９ミク
ロンを越える場合に、従来の散乱モード挙動が観察され
る。前記間隙が５ミクロン以下に減少させられた場合、
複屈折モードおよび散乱モード挙動の組み合わせが観察
される。前記間隙の幅が減少するに従い、光を複屈折さ
せるホモジニアス配列が顕著になる。ただし、幾らかの
散乱モード挙動もみられることはいうまでもない。

前述した実験例のセルの最も好ましい作動状態は、前
記間隙の幅が１〜２ミクロンの範囲にあるとき得られる
ようである。

本発明の好ましい液晶セルは米国特許第4,787,713号
に記載される多重構造の無機吸収層を利用するものであ
るが、書き込み速度が格別に重要でないのなら、他の形
態の吸収層を使用してもよい。このような場合、薄い金
属層等のさらに簡略な構造が利用できる。このような代
用物を使用すればセルの製造が簡略化されるので、セル
の価格も低下する。さらに他の例としては標準的な反射
型の吸収体を使用することもできる。さらにまた、吸収
層に代えて、または吸収層の作用を補助するために適当
な色素を液晶材料を混合して用いてもよい。

従来の散乱型セルのために開発された事実上全ての技
術、実施例、改良例、および使用例を本願に開示される
複屈折型セルに適用することができる。例えば、欧州特
許公報第021300号に記載されるようなドットサイズ変調
に基づく中間階調を使用することもできる。その他、電
界、断熱層または断熱基板、有機吸収層、液晶材料中の
レーザー吸収用またはコントラスト向上用色素溶液、複
数の異なる波長を選択的に吸収させるための調整、光伝
導加熱の導入等の技術を利用してセルの一部を書き換え
ることにより選択的消去を行って書き込みを実施しても
よい。

本発明のセルに書き込みを行うには、前述したよう
に、レーザー以外の他の手段を使用することもできる。
例えば、加熱を行うために他の光源を使用してもよい。
電子キセノンフラッシュ光源等を利用して、全部露光を
行うことによりホモジニアス配列を発生させてもよい。
露光は全部露光であってもよいし、あるいはハーフトー
ンまたは他のマスクを介しての画像態露光であってもよ
い。配列層はより好ましい結果をもたらすが、使用しな
くてもよい。

書き込み領域を形成するために液晶材料加熱用のさら
に他の手段を使用してもよい。例えば複数の線状電気抵
抗や他形態の電気抵抗を液晶セル上に設けてもよい。こ
のような構造は一連の線または複数の画素が形成される
ようなエッチングまたは加工された抵抗材料の層により
形成することができる。これら線状または他の形態の電
気抵抗に選択的に電流を流すことにより抵抗材料中ひい
ては液晶層中に熱を発生させ、しかして、セル中の書き
込み領域となるホモジニアス配列を形成することができ
る。

他の有用な発熱手段は、接触型メカニズム、例えば熱
転写用印字ヘッドまたは加熱ヘッド、または高温送風機
である。どの場合も、適当な温度条件が保持され、かつ
／または適当な配列層が使用される限り、セルが冷却す
るにつれ複屈折を示すホモジニアス配列が得られる。

さらに、前記セルへの書き込みは液晶材料に電場を与
えることによっても達成することができる。公知のよう
に、液晶材料中における分子の再配向は、熱に加えてま
たは熱に代えて電場を付与することにより引き起こすこ
とができる。この書き込みメカニズムを説明するセルの
簡略図が第4A図および第4B図である。第4A図において、
液晶材料70の層は基板72、74の間に設けられる。液晶と
基板の界面には複数の薄い電極76が配設される。第4A図
に示されるように、ホモジニアス配列は、少なくとも液
晶と基板との境界に、陰電荷、陽電荷を交互にを付与す
ることにより発生する。ホメオトロピック配列は一方の
基板72の近傍にある全ての電極76を陽極に、また、他方
の基板74の近傍にある全ての電極76を陰極にすることに
より発生させることができる。電極76は公知のアドレス
技術を使用して励起させればよい。

ホモジニアス配列は、第4B図に示されるセルを使用す
ることにより、より均一に発生させることが可能であ
り、このようなセルにより、より良いコントラストを得
ることができる。液晶材料80は基板82、84の間に設けら
れる。複数の薄い電極86が基板82の近傍に設けられる一
方、複数の同様な電極88が基板84の近傍に設けられる。
他の電極90は液晶層80に埋設されるか実質的に液晶層80
中に延在する。

陰電荷および陽電荷を交互に電極90に付与すると、第
4B図に示されるホモジニアス配列が形成される。ホメオ
トロピック配列は、逆の電荷を電極86、88に付与するこ
とにより発生させることができる。これら電極は公知の
マトリックスアドレス技術、または他の技術を使用して
励起させればよい。

電極マトリックスは、第4B図に示すようなＸ方向（図
の左右方向）に延びる電極86の如き薄い線状電極を設け
ることにより形成してもよい。電極90のように液晶層中
に設けられる電極Ｙ方向（図の上下方向）にセルを横切
って延在する。

さらに、液晶層を横切る電場を形成かつ変調するため
に他の電極手段を使用してもよい。このような手段とし
ては、セルの構造および／または液晶材料にもよるが、
種々の電極構造またはΔε材料を使用することができ
る。

勿論、上述した書き込みメカニズムの組み合わせを利
用してもよい。また、液晶分子用の表面配列手段を採用
してもよい。

ホメオトロピック分子配列を形成してセルの消去を行
うために、他の手段を利用してもよい。例えば充分に高
い電圧をセルの導電層間に印加することにより全体消去
を行うことに加え、標準的なマトリックスアドレス技術
により選択的消去を行っても良い。この場合、公知の電
極マトリックス層がセル内に導入される。ホメオトロピ
ック配列の分子はセル基板に対して垂直に配向するの
で、消去が望まれる領域のセルを層厚方向に横切る電場
を発生させるだけで簡単に消去を行うことができる。

熱的電気的消去は、セル書き込みに使用される上述の
セル加熱技術と消去用の電場とを利用することにより達
成することができる。勿論、これらの技術を、選択的消
去または全体消去を行うために使用できることはいうま
でもない。

さらに他の消去手段として、電極層とともに光電層が
セル中に導入された光電メカニズムを使用してもよい。
この例においては、光電層を横切るように書き込み用レ
ーザービームを走査することにより選択的消去が行われ
る。つまり、ビームの変調に対応して液晶を横切る電場
が発生し消去が実施される。電場の発生はホメオトロピ
ック状態への液晶分子の再配列を引き起こす。完全な消
去は光電層を全部露光することにより達成される。つま
り、全部露光によりセル全体を厚さ方向に横切る電場が
発生する。光電書き込みメカニズムについての詳細は、
米国特許第3,824,002号に開示されている。

光電層およびマトリックス技術の組み合わせを使用し
てもよい。つまり、このような組み合わせにおいては、
電極マトリックスがセルに応用される。光電材料はマト
リックス電極の列および／または行、例えば行および列
の端部に設けられる。この場合、例えば一回のレーザー
走査によりマトリックスの全ての列を励起することや、
一回のレーザー走査によりマトリックスの全ての行を励
起することができる。

さらに他の手段を使用することもできるが、これらは
当業者にとっては自明である。

本発明の液晶セルの重要な使用方法の一つは、液晶セ
ルを画像情報の記憶に使用することである。セル上に書
き込まれた画像情報はセル上において直接視認または表
示することができるが、例えば観察のため、感光性材料
を露光するため、画像データを分析するため、光学的デ
ータを処理するため等の目的で、セル上の画像情報を投
影してもよい。従来の散乱モードスメクチック−Ａ型セ
ルの場合、投影ビームはセルを透過するよう、またはセ
ルで反射されるよう直接セル上に投射される。こうして
画像情報を得た投影ビームはスクリーン上に投射されて
も良いし、記録媒体や他の適当な面に投射されても良
い。投影ビームは、書き込み領域に投射された部分が散
乱されることにより画像情報を得るものである。

コントラスト向上用色素が使用される場合には、投影
ビームは選択的に色素に吸収されることにより、または
散乱と吸収との組み合わせ効果により画像情報を得るも
のである。

本発明の複屈折型セルでは、セルの書き込み領域およ
び非書き込み領域におけるセルの分子挙動に依存して画
像情報の投影が可能になる。画像情報を投影するための
このような装置は第５図に示されている。

±45゜の角度で偏極された光の場合、適切な厚さのセ
ル内におけるホモジニアス領域が示す複屈折により、こ
れらホモジニアス領域に入射する偏光は90゜回転させら
れる。つまり、ランプまたは他の適当な光源50は、偏極
されない白色光投影ビームを発生させ、この投影ビーム
は集光レンズ52を介して偏光子54に投影される。偏光器
54に受光された投射ビームは偏極され、次いで、本発明
に従って製造された透過性液晶セル56上に投射される。
その後、液晶セルを透過した偏光は第二の偏光子58に受
光され、これに投光レンズ60を経た後、投影面62に投射
される。

反射型セルを用いた同様な装置を使用してもよく、こ
の場合、液晶セルに入射する光はセルで反射された後、
第二の偏光子58を透過することになる。

偏光子54、58は書き込み画像の光軸に対し±45゜傾い
た位置に配される。交差した偏光子54、58により、非書
き込み領域は投影面62上に黒色領域として現れる。書き
込み領域では、複屈折性液晶セル56が（一般的な場合）
直線偏光を楕円偏光に変換する。特別な場合、かつ一般
的に好ましい場合には、偏光がセル56を通過するする際
にセル内の間隙により対象波長の四分の一に相当する遅
延が生じるように、間隙の寸法が調整される。しかし
て、偏光は90゜回転させられ、これにより書き込み領域
を通過した光の全ては第二の偏光子58を通過する。

前記偏光子54、58としては上述の交差した偏光子の他
に、交差しない偏光子を使用することも可能である。こ
のような場合、前記第二の偏光子58はセル56の非書き込
み領域に対応する光を透過させ、この結果、投影時には
陰画が形成される。

本発明の複屈折型セルの設計に際しては、間隙寸法と
液晶材料の種々様々な組み合わせが可能である。しかし
ながら、白色光を使用した投影装置では、可視光スペク
トルの中央部においてその波長の1/4に相当する遅延が
起きるように間隙寸法が調整されるに場合に最良の結果
が得られるものと考えられる。例えば、透過性セルの場
合で、かつ複屈折が一般的に見られるn_e−n₀＝0.2の場
合、セルの厚さは約1.25ミクロンにするのが好適と考え
られる。

前述の投影装置を使用した場合、異なる分子配列角度
を有する二つのセル領域を形成することにより、前記二
つの領域の間に視認しうる中間階調を確認できる。この
効果は、多くの中間調濃度を持つ画像を描くために利用
することができ、特に、ベクトル走査書き込みシステム
と併用するのに適している。

本発明の投影装置は、従来の散乱型セルを使用した装
置に比べ、かなり高いコントラストを示す。従来の散乱
型のスメクチック−Ａ型セルを使用した装置は長波長領
域における低コントラストを招くのに対し、本願の複屈
折型セルを使用した装置ではそのような現象は全く存在
しない。ちなみに、本発明の投影装置のコントラストは
公知のスメクチック−Ａ型セルを使用した装置に比べ、
投影用光学系のＦ数に比較的影響されにくいので、より
大きな光源を使用することができる。従って、コントラ
スト比、光透過率および画質の均一性を同時に最適化す
ることが比較的容易である。

上述の投影装置には反射型セルを使用することもでき
ることはいうまでもない。反射型セルとはセル中に反射
層が設けられ、投影ビームがセルの一方の面へ入力され
同じ面から出力されるようなセルである。出力ビームは
入力ビームと同じ経路を（逆方向）に横切るため、出力
ビームを画像平面に偏向させるためにビーム光路に偏光
ビームスプリッターを設けても良い。

本発明の液晶セルを画像投影装置以外に適用すること
ができることも勿論である。例えば、セルを直接、表示
装置として使用しても良いし、他の光学装置に組み込ん
で光源またはフォトマスクとして機能させてもよい。

本願発明の複屈折型セルの他の重要な使用方法は、こ
れを光学記憶装置として使用することである。このよう
な装置は、これが複屈折モードで機能する点以外は従来
の液晶光学データ記憶装置と同様である。

種々の形状のセルを使用することができるが、液晶セ
ルはディスク状に形成されるのが好ましい。このような
ディスク状のセルは、その半径方向に駆動される光学ヘ
ッドに対向した状態で比較的高速で回転させられる。こ
のような光学ヘッドの構造に関しては、例えば読みだし
専用コンパクトディスクデータ記憶システムの構造が公
知である。本発明では、勿論、光学ヘッドがデータを読
み書きできることが必要であるが、読み書きには同じレ
ーザー源を使用してもよい。読みだしの際には書き込み
の際より低光度でレーザー源が運転される。

公知の液晶セルが使用される上記のような光学記憶装
置に関しては、米国特許第4,405,993号に詳細に開示さ
れている。

前述した方法に従って形成された液晶セルのディスク
を、光学データ記憶装置に使用するには、いくらかの変
更が必要である。例えば、基板にはアルミニウムのよう
な反射性材料あるいは誘電材料が使用される。この変更
は、データ読みだしに反射モードが使用される場合に必
要となる。

特に、前述の光学ディスクはサイズが比較的大きいた
め、液晶材料が充填される間隙の寸法を保持するための
スペーサーが必要となる場合がある。スペーサーの寸法
の均一性は、画像形成に使用されるセルの場合ほど重要
ではない。なぜなら、普通、単なる２進法のデータを検
出するのが目的であるからである。読み出しおよび書き
込みのためのデータ画素の位置を正確にするために、セ
ル中に指標マークを設けてもよい。

光学ディスクとしては幾つかの他の構造が利用可能で
ある。ディスクに書き込まれるデータの位置ぎめが、す
べて書きこみシステムの制御によりなされる場合には、
非フォーマット化ディスクが使用される。非フォーマッ
ト化ディスクの使用は、ディスクの価格を比較的低減さ
せるが、逆に書き込みシステムの価格が高くなることに
もなる。一方、フォーマットパターンが反射層中に形成
される場合には、フォーマット化ディスクが使用され
る。データ記憶装置の種々のトラックを形成するこのよ
うなフォーマットパターンは、螺旋状であっても円状で
あってもよい。さらに、一個以上の基板を浮き出し加工
することによりフォーマット化をおこなってもよい。こ
のような浮き出し加工は、適切な間隙寸法の設定とフォ
ーマット化の二つの目的を達成する。浮き出し加工を施
したディスクの断面は第６図に示されている。種々の
層、例えば電極層、配列層等は、図面を明瞭にするため
に省略されているが、セルが基板92、94を有することは
図面に描かれている。基板94には複数の溝96が形成さ
れ、これらの溝96には液晶材料98が充填される。装置の
トラックは、勿論、溝96により形成される。

以上本願の液晶セルおよびこの液晶セルを使用した装
置を好ましい実施例に基づいて説明したが、本発明の装
置は、実施例に示される特定の液晶セルおよび投影装置
に限定されるものではなく、本願特許請求の範囲に記載
される発明の範囲を逸脱しない限り、変形あるいは変更
が可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載するような効果を奏する。

従来の散乱型セルを使用した情報記録装置に比較し
て、応答速度が速く、かつ、赤色および赤外線コントラ
スト、小サイズドットコントラスト、および解像度が高
い。

従来のデータ記録装置、投影装置、表示装置等とも
に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は散乱型書き込みメカニズムを説明する公知のス
メクチック−Ａ型液晶セルの概略断面図、第２図は複屈
折型書き込みメカニズムを説明する本発明のスメクチッ
ク−Ａ型セルの概略断面図、第３図は特に第２図のセル
が使用される書き込みシステムの概略図、第4A図および
第4B図は電気的に書き込みが行われる本発明のセルの概
略断面図、第５図は特に第２図のセルが使用される投影
装置の概略図、第６図は情報記憶装置に使用できるよう
設計された本発明のセルの概略断面図である。 30,32,72,74,82,84,92,94……基板、34,36……導電層、
38……吸収層、40,70,80,98……液晶材料、41……ホメ
オトロピック配列、42……ホモジニアス配列、43……集
光手段、44……ビーム、45……レーザー源、46……セ
ル、47……走査鏡、50……光源、52……集光レンズ、5
4,58……偏光子、56……セル、60……投影レンズ、62…
…投影面、76,86,88……電極、96……溝、ｄ……間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 102 G02F 1/13 505 G02F 1/1337 - 1/1337 530 G11B 7/24

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶セルと、第一の刺激手段と、第二の刺
   激手段とを備えた情報記録装置であって、前記液晶セル
   は、 （ａ） 前記セルの両面を形成するよう配設されたほぼ
   平らな第一および第二の基板と、 （ｂ） 前記第一および第二の基板の間に設けられたス
   メクチック−Ａ型液晶材料の層と、 （ｃ） 第一の刺激に応答して前記液晶材料の分子を前
   記基板に対して実質的に垂直に配列させ、分子配列をホ
   メオトロピック配列とするホメオトロピック配列手段
   と、 （ｄ） 第二の刺激に応答して前記液晶材料の分子を互
   いにかつ前記基板に対してほぼ平行に配列させ、分子配
   列をホモジニアス配列とするホモジニアス配列手段とを
   有するとともに液晶材料の層圧は約５ミクロン以下であ
   り、 前記第一の刺激手段は、前記液晶材料の少なくとも一部
   において前記ホメオトロピック配列手段を選択的に刺激
   する手段であり、 前記第二の刺激手段は、前記液晶材料の少なくとも一部
   において前記ホモジニアス配列手段を選択的に刺激する
   手段である情報記録装置。
2. 【請求項２】前記ホモジニアス配列手段は、前記第二の
   刺激手段に応答して発熱する発熱手段であり、この発熱
   手段は前記脱一および第二の基板の間には設けられる請
   求項１記載の情報記録装置。
3. 【請求項３】前記第二の刺激手段は、前記セルに光線を
   投射する光源手段である請求項２記載の情報記録装置。
4. 【請求項４】前記発熱手段は、これを流れる電流に応答
   して発熱する電気抵抗手段であり、前記第二の刺激手段
   は、前記電気抵抗手段を流れる電流を記録されるべき情
   報に従って制御する電流供給制御手段である請求項２記
   載の情報記録装置。
5. 【請求項５】前記ホモジニアス配列手段は、その間に電
   場を発生させる第一および第二の電極手段であり、前記
   第二の刺激手段は、前記電極手段に付与される電荷を記
   録されるべき情報に従って制御する電荷供給制御手段で
   ある請求項１記載の情報記録装置。
6. 【請求項６】前記第一および第二の電極手段が、前記液
   晶層内に交互に配設される請求項５記載の情報記録装
   置。
7. 【請求項７】前記第一および第二の電極手段が、前記液
   晶層の近傍に交互に配設される請求項５記載の情報記録
   装置。
8. 【請求項８】前記ホメオトロピック配列手段は、前記液
   晶層を層厚方向に横切る電場を発生させる電場発生手段
   である請求項１記載の情報記録装置。
9. 【請求項９】前記電場発生手段は、前記液晶層の両面に
   設けられた第一および第二の電極層であり、前記第一の
   刺激手段は前記電極層に付与される電荷を制御する電荷
   供給制御手段である請求項８記載の情報記録装置。
10. 【請求項１０】前記電場発生手段は、前記セル中に設け
    られた光電材料の層であり、前記第一の刺激手段は前記
    セル上に光線を選択的に投射する投射手段である請求項
    ８記載の情報記録装置。
11. 【請求項１１】前記第一および第二の電極層は、導電材
    料の連続層として形成される請求項９記載の情報記録装
    置。
12. 【請求項１２】前記第一および第二の電極層は、電極マ
    トリックスを形成する請求項９記載の情報記録装置。
13. 【請求項１３】前記ホメオトロピック配列手段は、前記
    第一の刺激手段の刺激に応答して発熱する発熱手段を有
    し、この発熱手段は前記第一および第二の基板の間に設
    けられている請求項１記載の情報記録装置。
14. 【請求項１４】前記第一の刺激手段は、前記セル上に光
    線を投射する光源手段である請求項13記載の情報記録装
    置。
15. 【請求項１５】請求項１記載の情報記録装置において、
    この装置がさらに、前記ホモジニアス配列を維持しつつ
    前記液晶分子を所定の方向に配列させる配列層を有し、
    前記配列層は第一および第二の基板の間に設けられる情
    報記録装置。
16. 【請求項１６】液晶セルと、記録される情報に従って前
    記液晶セルの選択領域を刺激する刺激手段とを備えた情
    報記録装置であって、前記液晶セルは、 （ａ） 前記液晶セルの両面を形成するよう配設された
    第一および第二の基板と、 （ｂ） 前記第一および第二の基板の間に設けられたス
    メクチック−Ａ型液晶材料の層と、 （ｃ） 前記液晶材料中に書き込み領域を形成するため
    に、刺激に応答して発熱する発熱手段と、 （ｄ） 前記液晶材料の書き込み領域により偏光が回転
    させられるように前記液晶材料に複屈折作用を与える複
    屈折手段とを有するとともに液晶材料の層厚は約５ミク
    ロン以下であり、 前記発熱手段は前記第一および第二の基板の間に設けら
    れ、前記刺激手段は記録されるべき情報に従って前記液
    晶セルの選択された領域を刺激することを特徴とする情
    報記録装置。
17. 【請求項１７】前記刺激手段は、 書き込み用レーザービームを発生しかつこのレーザービ
    ームを前記セル上に投射するレーザー源手段と、 前記セル上に書き込まれるべき画像情報に従ってレーザ
    ービームを変調するレーザー変調手段と、 前記セルの表面と前記レーザービームを走査するレーザ
    ー走査手段とを有する請求項16記載の情報記録装置。
18. 【請求項１８】レーザーアドレス型液晶セルと、第一お
    よび第二の偏光手段とを備えた画像投影装置であって、
    前記液晶セルは、 （ａ） 前記液晶セルの両面を形成するよう配設された
    第一および第二の基板と、 （ｂ） 前記第一および第二の基板の間に配設されたス
    メクチック−Ａ型液晶材料の層と、 （ｃ） 少なくとも第一の波長のレーザー光を吸収し、
    しかして液晶層中に表示領域を形成するために発熱する
    吸収発熱手段と、 （ｄ） 前記第一の波長以外の他の波長の光線が前期液
    晶材料の前記書き込み領域により回転させられるように
    前記液晶材料に複屈折作用を与える複屈折手段とを有す
    るともに液晶材料の層厚は約５ミクロン以下であり、 前記吸収発熱手段は、前記第一および第二の基板の間に
    設けられ、前記第一の偏光手段はこれに入射する前記他
    の波長の光線を受光しかつ偏極し、しかも前記光線を前
    記液晶セル上に投射する一方、前記第二の偏光手段は、
    前記液晶セルからの光線を受光して前記セルの書き込み
    領域または非書き込み領域に対応する光線の一部がこの
    第二の偏光手段を透過するのを阻止する画素投影装置。
19. 【請求項１９】前記第一および第二の偏光手段は、それ
    らの間に90゜の偏光角を形成し、しかして前記第二の偏
    光手段は、前記セルの前記書き込み領域に対応する光線
    の等価を許容する請求項18記載の画像投影装置。
20. 【請求項２０】前記第一および第二の偏光手段は、それ
    らの間に０゜の偏光角を形成し、しかして前記第二の偏
    光手段は、前記セルの前記非書き込み領域に対応する光
    の透過を許容する請求項18記載の画像投影装置。
21. 【請求項２１】前記液晶セルは透過性であり、前記光線
    は、前記液晶材料の書き込み領域を透過する際に回転さ
    せられる請求項18記載の画像投影装置。
22. 【請求項２２】前記液晶は反射層を有し、前記光線は、
    前記液晶セルで反射される際に回転させられる請求項18
    記載の画像投影装置。