JPH01250926A

JPH01250926A - レーザーでアドレスできる液晶セル

Info

Publication number: JPH01250926A
Application number: JP63308692A
Authority: JP
Inventors: Erik K Nelson; エリク・ネルソン
Original assignee: Mead Corp
Current assignee: Mead Corp
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1989-10-05
Also published as: US4828366A

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】本発明は一般的には影像情報の記録に使用される液晶装
置に関するもので、さらに詳しくは、後で目視するか投
影するため、情報をレーザー・ビームで書き込むことが
できる液晶セルに関するものである。

液晶材料は、透明状態から光線散乱状態に比較的容易に
変えられる特性を有するので、過去数十部にわたり可成
り注目されて来た。その結果、この材料は影像情報を記
録および／または表示するために使用できることが分っ
た。

液晶材料は一般に幾つかの種類に分れる。スメクチック
液晶として知られる種類のものは、影像情報を液晶セル
上にただ一度書き込むだけでよい記憶能力を有している
。情報を記録するときに生ずる散乱域は本来静的なもの
で、書き込まれた情報は以後、消去されるまでほぼ永続
する。

レーザーでアドレスされる液晶セルはこれらのスメクチ
ック材料を使用し、高解像度の投影および／または表示
装置として開発されて来た。これら装置の書き込み手段
は原則的に熱を使用している。収束された赤外線レーザ
ー・ビームがスメクチック液晶材料を加熱して等方性の
状態に変えるのに使用される。その後、液晶は冷却され
てスメクチック状態に戻り、光線散乱域を形成する。書
き込まれた散乱域は特定の液晶材料に固有のスメクチッ
ク温度範囲内において安定であり、書き込まれた情報は
保存される。セルは電界により、または加熱と電界適用
の組合わせ効果により書き込み情報を消去することがで
きる。

セルに書き込まれた情報はセルの観察者により目視する
ことができ、また、この方がより重要と考えられるが、
情報の記入後、可視光線がセルに対し当てられ、または
セルを通して導入され、影像を全て表示スクリーン、感
光材料、その他に投影することができる。この種の幾つ
かの装置はデューイ　（Ｄｅｗｅｙ）の「レーザーでア
ドレスされる液晶表示装置」、オプティカル・エンジニ
アリング（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）
　２３　（３）　２３０　−２４０゜１９８４年５月、
６月号に示されている。

赤外線ダイオード・レーザーに関連して使用される２種
類の、レーザーでアドレスされる液晶セルが開発された
。何れも上記デューイの刊行物に一５＝記載されている。反射型装置として知られるその一装置
は、液晶セルの基層の一つに設けた赤外線吸収体薄膜を
使用している。赤外線ビームが吸収体の層上を走査する
と、放射線は熱に変換され、セル内に散乱域を作り出す
。しかし、赤外線吸収体薄膜は赤外線放射に対してのみ
ならず、作り出された影像を投影するために使用される
可視光線に対しても不透明である。従って液晶セル上に
書き込まれた影像は可視光線をセルから反射させて投影
されなければならない。

第２のタイプの装置は通常、伝導型装置として知られて
いる。その典型的なものは、レーザーの波長においてピ
ークの吸収性を有する染料が液晶材料に添加（ｄｏｐｅ
）されている。書き込み用ビームがセル上を走査すると
、染料がレーザー放射線を吸収し、それを熱に変換する
。この染料は可視波長の光線に対し殆んどまたは全く反
応しない。

従ってこの装置に書き込まれた影像は普通のスライド映
写機を操作するのと同様に、単に投影光線を装置に通過
させるだけで投影することができる。

−〇− 伝導型装置の他の方式は、１９８７年５月２２日に出願
され、係属中の米国特許出願筒５！３，２１６号に示さ
れている。この装置では、赤外線書き込み用ビームに対
しては吸収性であるが可視光線に対しては透明な三層構
造がセルに組み込まれている。従って書き込み用ビーム
は影像情報を記録するに必要な散乱域を液晶中に作り出
す働きをするが、投影用可視光線は比較的低い減衰で吸
収性構造を通過し影像を投影する。

何れの場合も影像情報は典型的には一連の極めて小さな
マーク或はドツトとしてセル上に書き込まれ、これらが
協同して完全な影像を構成する。

ビームはセル上に走査され、変調されてドツトを作り出
す。

この方式の一利点は、書き込まれるべき影像情報が典型
的に一連の画素として処理されているから、情報を一連
のドツトの集まりとして書き込むことによりデータの取
扱いを簡素化し得る点にある。しかしながら、この方式
ではドツトを適正にセル上に配置するため、書き込み用
ビームを正確に制御しなければならない欠点がある。走
査速度或は、ビーｌ、変調の精度に変動を生ずると影像
出力に歪みやパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）　
、解像度の低下、その他の情報の損失を生ずる可能性が
あり、またこの状況を回避するために必要な走査機構は
複雑で高価なものとなる。

従って正確に液晶セルをレーザー・ビームでアドレスで
きる手段が要望されている。この正確さは永続し、反覆
して維持されなければならず、さらにこのようなアドレ
ス手段は妥当な価格と比較的簡単な構成で上記の如き性
能が得られるものでなければならない。

本発明はこれらの要望を満足させる如き、影像情報を記
録するためのレーザーでアドレスできる液晶セルを提供
せんとするものである。このような影像情報は予め設定
された画素のパターンに従いセル上に選択的に配置され
た複数のマークの形で記録される。

セルは液晶材料の層と、液晶材料内に散乱域を形成して
マークを作り出すため、赤外線放射に対応して熱を発生
する赤外線放射吸収手段を含んでいる。セルにはまたマ
ーク配置層が含まれている。

マーク配置層は赤外線伝導性材料と赤外線非伝導性材料
を有している。赤外線伝導性材料と赤外線非伝導性材料
はその何れか一方の材料が他方の材料に取り囲まれて画
素のパターンに対応する一連の分離した要素を形成し、
マーク配置層内に配置されている。

赤外線放射吸収手段はマーク配置層内に設けることがで
きるが、この場合、吸収手段は赤外線非伝導性材料であ
る。この赤外線非伝導性材料は分離した要素を形成する
。反射層がマーク配置層と液晶セルの間に配置され、セ
ルは反射モードで働く。

他の一実施例においては、赤外線非伝導性材料は三層構
造に形成され、セルは伝導モードで働く。

この構造の第１の層は赤外線放射吸収材料で形成され、
第２の層は赤外線放射を選択的に反射するよう形成され
、その間にスペーザー層が配置されている。

伝導モードで働くさらに他の実施例においては、セルは
赤外線放射吸収性の染料を液晶材料に添加してなる赤外
線吸収手段を有している。赤外線非伝導性材料は赤外線
放射に対し反射性を有し、−方赤外線伝導性材料はマー
ク配置層の分離した要素を形成している。

赤外線伝導性材料は空所で形成してもよく、要素は赤外
線非伝導性材料中の孔により形成されている。

次に本発明の詳細を図面を参照しつつ説明する。

本発明は影像データを記録するため、赤外線レーザー・
ビームでアドレスされる液晶セルを提供するものである
。記録に引き続き、セル自体を目視することができ、或
は適当な表示または感光媒体に投影するため、可視光線
をセルに向けることができる。こ−に説明する実施例は
特に記録された影像を投影する装置に使用するのに適し
ている。

しかし、本発明は直接目視できるように作られたセルに
も適用が可能である。

こ＼に説明するセルにアドレスするために使用する赤外
線レーザーは８３０ｎｍ（ナノメーター）波長のビーム
を発生するダイオード・レーザーが望ましいが、１１０
６０ｎ波長のビームを発生するＮｄ：ＹＡＧレーザーの
如き、他の適当なレーザーを使用することもできる。ビ
ームは影像データをセル上に書き込むため、適当な走査
手段によりセル全体にわたり走査される。セルがレーザ
ーによりアドレスされる特定の手段、および投影光線を
セルに向ける特定の手段はこ−に述べる本発明には重要
ではないが、そのような手段の一例はＵＳ−Ａ−４５６
４８５３に示されている。

第１図において符号（１０）は本発明液晶セルの１実施
例を示し、セルは書き込まれた影像の投影を可視光線で
行う場合に使用されるよう特に設計されており、反射モ
ートで働く。セル（１０）は液晶層（１２）を有してい
る。如何なるスメクチックＡ級の適当な液晶材料も使用
することができるが、その好適な一例はＣＢＯＡである
。

セル（１０）は一対の透明基層（１４）および（１６）
に支持されている。このような層はガラスで作られるの
が望ましく、反射防止剤が塗られている。

基層（１４）と液晶材料（１２）の間にはマーク配置層
（１８）があり、その構造は後に詳細に説明する。

導電層（２０）が基層（１６）に近接する液晶層（１２
）の他の側に設けられている。導電層（２０）はインジ
ウム−錫酸化物（ＩＴＯ）の如き透明導電材料からなる
のが望ましい。

マーク配置層（１８）と液晶材料（１２）の間には反射
層（２２）がある。反射層（２２）はアルミニウムなど
で作られた薄い金属層が望ましい。層（２０）と（２２
）は共に液晶セル（の影像データ）を消去するために使
用される導電体として作用する。従って層（２０）と（
２２）の間には液晶を全体的に非散乱状態に再整列させ
る電界を発生させることができる。

使用するに際し、レーザー・ダイオードの如き適当な放
射源（図示せず）からの赤外線レーザー放射が通常第１
図の矢印（２４）で示す方向からセルに向けられる。後
に述べるように、この放射は散乱域を含むマークの形で
影像情報をセルの液晶材料（１２）上に書き込む。投影
光線は通常矢印（２６）で示ず方向から書き込まれたセ
ル上に向けられる。従来の反射型セルでよく行われるよ
うに、投影光線は液晶材料（１２）を通過した後、層（
２２）で反射する。即ち影像情報を含むようになった投
影光線は、入って来たと同じセルの側からセル（１０）
を出て行く。

マーク配置層（１８）は第２図を参照すると一層詳しく
分る。従来の反射型液晶セルでは、層（１８）は全体が
導電材料で作られ、導電層（２０）と同様である。１１
０６０ｎ波長のＮｄ：ＹＡＧレーザーが書き込みに使用
される場合、インジウム−錫酸化物が層（１８）として
使用することができる。この材料は、この波長では赤外
線を通さず、赤外線放射に対して吸収性を示す。従って
入って来たレーザー放射線は放射線が入射した位置で層
（１８）に吸収され、そのエネルギーが熱エネルギーに
変換されて、その後、液晶層に印加される。この加熱が
影像情報の書き込みに必要な局部的散乱域を液晶内に作
り出す。

その他の書き込みビーム波長については、別の適当な吸
収材料をインジうムー錫酸化物の代りに使用しなければ
ならない。

しかし本実施例によると、吸収性の非伝導性材料は連続
層として形成されず、第２図に示す如く正確な矩形状の
列に配置された分離した要素（２８）として形成されて
いる。要素（２８）は非吸収性の伝導性（透過性）材料
（３０）で囲まれている。伝導性材料（３０）は適当な
材料が使用できるが、書き込み用ビーム波長の光線に対
し吸収性でない誘電体であれば何れも好適に使用するこ
とができる。

マーク配置層（１８）内の吸収性材料である各分離要素
（２８）は、液晶層（１２）上の所望の画素に対応して
配置されている。材料（３０）は非吸収性であるから、
この材料に入射する赤外線放射は何れも熱に変換されな
い。斯くして層（１８）上のレーザー・ビームの走査は
特定の要素（２８）内に熱　′を発生し、この熱が層（
１８）の中のこの要素（２８）の位置に正確に対応する
散乱域を液晶（１２）内に形成する。各要素（２８）は
従って液晶材料のための部分加熱域として働く。要素（
２８）の位置がセル上の散乱域の配置を決定するので、
セル上の書き込まれた影像の中の画素の精度は、走査レ
ーザー・ビームの位置や形状よりも、むしろ要素（２８
）の配置により決定される。

典型的な構成では、各要素（２８）は直径が５ミクロン
のオーダーで、各要素（２８）の中心間の距離は１２．
５ミクロンのオーダーである。各要素の正確な直径と相
互間の距離はレーザー走査装置の性能とセル（１０）の
所望の解像度により決定される。

その上、マーク配置層（１８）内の要素（２８）の配列
は希望により変えることができる。層（１８）の他の実
施例は第３図に層（１Ｂ’）として示されている。ご覧
で要素（２８）は第２図の矩形状パターンと異なり、六
角形状のパターンに配列されている。

要素（２８）の断面形状も書き込まれる影像に作用する
ように変えることができる。例えば、網版スクリーン（
ｈａｌｆ−ｔｏｎｅ　５ｃｒｅｅｎ）の効果を出し、濃
淡度の連続性を改善するため菱形（ダイヤモンド形）の
要素を使用することもできる。

本発明による液晶セルの第２の実施例は、第４図にセル
（４０）として示されている。この実施例では、セル（
４０）は伝導モードで作動するように設計され、それは
赤外線放射を吸収する多色性染料を添加した液晶材料の
層（４２Ｌを含んでいる。

セル（４０）はガラスの透明基層（４４）および（４６
）により支持され、液晶材料（４２）は１対の導電層（
４８）および（５０）により囲まれている。かかる導電
層はインジウム−錫酸化物から作られるのが望ましいが
、それらの層の厚さは入射赤外線放射の吸収が無視し得
る程度に充分薄く保たれている。

従来の伝導型セルの作動において、赤外線書き込みビー
ムは通常矢印（５２）の方向からセルを走査する。放射
線は液晶材料（４２）内に含まれている染料に吸収され
て液晶材料（４２）の局部区域内に熱を発生する。この
熱が影像情報を散乱域の形で液晶内に書き込む。書き込
まれた影像の投影は可視光線で行われ、そしてそれは同
じく矢印（５２）の方向からセル（４０）に導入される
。

本実施例においては、マーク配置層（５４）がガラス透
明基層（４４）と導電層（４８）の間に配置されている
。このマーク配置層（５４）は、同層（５４）内に分離
した要素（５６）として配置された赤外線伝導性材料を
有している。要素（５６）は、赤外線に対し非伝導性の
材料（５８）で囲まれている。しかし、この赤外線に対
し非伝導性の材料（５８）は投影用の可視光線に対して
は伝導性でなくてはならない。従って材料（５８）は可
視光線を通し、書き込み用レーザーからの光線を反射さ
せる二色性の材料であることが望ましい。

二色性材料（５８）は誘電体層を積み重ねた積層構造で
あることが望ましい。この構造の層は２つ以上の異なる
材料をもって形成され、交互に積み重ねられる。一実施
例においては、奇数番号の層が高屈折率の材料で形成さ
れ、偶数番号の層が比較的低い屈折率の材料で形成され
、各層はレーザー光線の２波長に等しい厚さを有するよ
うに形成されており、かくして二色性材料は特に入射レ
ーザー放射線に対し同調されるようになっている。

二色性構成における誘電体層の合計数は７層以上が望ま
しく、一実施例では１１層が使用され、完成された構造
物では８３０ｎｍ波長の赤外線放射で約９９％の反射を
示し、可視光線スペクトルでは平均９５％以上の透過率
を示している。

伝導性要素（５６）は二酸化けい素（Ｓｉｎ２）の如き
誘電体材料で形成することができる。代替手段として伝
導性要素（５６）を空所からなる孔として形成してもよ
い。何れの場合も、入射レーザー放射は伝導性要素（５
６）を通り液晶材料（４２）に入′す、そこで染料がレ
ーザー光線を熱に変換し、影像情報を書き込む。斯くし
てマークの形成は精確にマーク配置層（５４）内の伝導
性要素（５６）の配置に対応する。マーク配ＺＲＪ（５
４）の非伝導性材料（５８）に当ったレーザー光線は反
射され、液晶材料（４２）までは到達しない。

第５図に示す要素（５６）は矩形パターンであるが、第
３図に示す如く六角形パターンでもよく、その他適当な
形状をとることができる。

本発明による第３の実施例は第６図中、セル（７０）と
して示されており、伝導モードで作動する。セル（７０
）は液晶材料の層（７２）を有し、透明基層（７４）と
（７６）間に支持されている。透明な導電層（７８）と
（８０）がそれぞれ基層（７４）と（７６）に近接して
配置されている。上例における導電層と同様、層（７８
）と（８０）はインジウム−錫酸化物からなるのが望ま
しく、共に液晶セルに書き込まれた情報を消去するため
に使用される導電体として作用する。

液晶材料（７２）と導電層（８０）の間には配置／吸収
層（８２）が配置されている。層（８２）は赤外線伝導
性材料（８６）に取り囲まれた複数の吸収性分離要素（
８４）を有している。要素（８４）は伝導性材料（８６
）内に上例の第２図もしくは第３図に示すと同様な状態
で配置されている。各吸収性要素（８４）はレーザーの
波長において強い吸収性を示すが、可視光線に対しては
透明である。レーザー放射線が矢印（８８）で示す方向
からセル（７０）に向けられ、吸収性要素（８４）に当
ると、要素内に熱を発生ずる。この熱が液晶材料に作用
し、影像情報の書き込みに必要な局部的散乱域を形成す
る。

各吸収性要素（８４）は三層構造を有している。

即ち各吸収性要素（８４）は誘電体のレーザー反射鏡（
９０）と、吸収層（９２）と、その間に配置されたスペ
ーサー層（９４）を有している。これらの三層は共に干
渉空隙を形成し、適切に同調されたとき、入射レーザー
光線に対し強い吸収性を示すが、可視光線に対してはほ
ぼ透明を保持する。

この三層赤外線吸収性要素（８４）においては、吸収層
（９２）がスペーサー（９４）と協同して入射赤外線放
射を受は入れる。吸収層（９２）と液晶材料（７２）の
界面では成る量の光は反射されるが、残りの光は吸収層
（９２）を通過してスペーサー層（９４）に入る。この
光は次にレーザー鏡（９０）において反射されて吸収層
（９２）と液晶層（７２）の界面に戻り、この界面で反
射された光と干渉を生ずる。従ってスペーサー層（９４
）の光学的厚さを調整することにより反射光の正味の量
を最少にすることができる。このようにして入射赤外線
放射の９０％以上を吸収することができる。

レーザー鏡（９０）は望ましくは誘電体層を積層した多
層構造として形成することができる。このような鏡は赤
外線放射の９５〜９９％オーダーを反射し、しかも可視
光線に対してはほぼ透明である。レーザー鏡は２個の異
なる材料を交互に積層して作ることができる。好適な実
施例においては奇数番号の層に高屈折率の材料が使用さ
れている。

このような材料の好適な一例として酸化チタン（ＴｉＯ
７）がある。偶数番号の層には比較的低い屈折率の材料
が使用されている。このような材料の好適な一例として
二酸化けい素（ＳｉＯ□）がある。

積層における各層はその光学的な厚さがレーザー光の×
波長に等しく形成されている。このようにしてレーザー
鏡は特に入射赤外線放射に対し同調されている。上記吸
収性要素は誘電体と金属性薄膜などで形成することもで
きる。

吸収層要素の構造に関するさらに詳細な説明は１９８７
年５月２２日出願の米国特許出願筒５３，２１６号に示
されている。

吸収性要素（８４）の周囲においては、伝導性材料（８
６）に当った赤外線放射はセル（７０）を通過して液晶
材料（７２）に書き込まれる影像に何隻影響を及ぼさな
い。同様に、吸収層（８２）のどの部分に当った可視投
影光線も層（８２）を通過して伝導される。

以上の説明から、本発明によるさらに他の実施例を作り
出すことも可能である。重要な点は、マーク配置層が液
晶層に書き込まれる影像の画素を適切に配置するために
使用されることである。さらに本発明の優れた点は、本
発明の液晶セルに形成される分離した加熱部分が従来の
連続した吸収層に見られる如き隣接画素の熱的な橋渡し
くｂｒｉｄｇｉｎｇ）を減少し得ることである。このこ
とはマークサイズがコントロールでき、記録された情報
の改良、強化にもつながるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射モードで作動するよう作られた、本発明に
よるレーザーでアドレスされる液晶セルの一実施例を示
す部分断面図、第２図は第１図に示すセルの一つの層を示す、同図の２
−２線断面図、第３図は第２図に示す層の他の例を示す第２図と同様な
断面図、第４図は伝導モードで作動するよう作られた、本発明に
よる液晶セルの他の実施例を示す部分断面図、第５図は第４図に示すセルの一つの層を示す、同図の５
−５線断面図、第６図は伝導モードで作動するよう作られた本発明によ
る液晶セルのさらに他の実施例を示す部分断面図である
。（１０）・・・液晶セル、　　　（１２）・・・液晶層
、（１４）　、　（１６）・・・透明基層、（１８）・
・・マーク配置層、（２０）・・・導電層、　　　　（
２２）・・・反射層、（２８）・・・赤外線非伝導性分
離要素、（３０）・・・赤外線伝導性材料、（４０）・
・・液晶セル、（４２）・・・液晶層、　　　　（４４
）　、　（４６）・・・透明基層、（４８）　、　（５
０）・・・導電層、　　（５４）・・・マーク配置層、
＝２３− （５６）・・・赤外線伝導性分離要素、（５８）・・・
赤外線非伝導性材料、（７０）・・・液晶セル、（７２
）・・・液晶層、　　　　（７４）　、　（７６）・・
・透明基層、（７８）　、　（８０）・・・導電層、　
　（８２）・・・配置／吸収層、（８４）・・・吸収性
要素、（８６）・・・赤外線伝導性材料、（９０）・・
・レーザー鏡、　　（９２）・・・吸収層、（９４）・
・・スペーサー層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）予め設定された画素のパターンに従い選択的に配
置された複数個のマークの形で影像情報を記録するため
のレーザーでアドレスできる液晶セル（１０）であって
、液晶材料の層（１２）と、該液晶材料内に散乱域を形成
することにより上記マークを発生させるよう赤外線放射
に対応して熱を発生する赤外線放射吸収手段を有し；該
液晶セルが赤外線伝導性材料と赤外線非伝導性材料を含
むマーク配置層（１８）を備え、上記赤外線伝導性材料
と赤外線非伝導性材料が該マーク配置層内に、その何れ
か一方の材料が他方の材料に囲まれた一連の分離した要
素（２８）として上記画素のパターンに従い配置されて
いることを特徴とするレーザーでアドレスできる液晶セ
ル。
（２）上記赤外線放射吸収手段が上記マーク配置層（１
８）内に含まれ、それは上記赤外線非伝導性材料であり
、これが上記分離した要素（２８）を形成している請求
項（１）に記載のレーザーでアドレスできる液晶セル。
（３）さらに上記マーク配置層（１８）と上記液晶層（
１２）の間に配置された反射層（２２）を有する請求項
（２）に記載のレーザーでアドレスできる液晶セル。
（４）さらに電気的に伝導性の材料からなる導電層（２
０）を備え、該導電層はマーク配置層（１８）と反対側
の上記液晶層（１２）に配置され、該導電層は第１の導
電体を形成し、上記反射層（２２）が第２の導電体を形
成し、上記第１および第２の導電体が上記セル上の影像
情報を消去する電界を発生するために使用される請求項
（３）に記載のレーザーでアドレスできる液晶セル。
（５）上記赤外線非伝導性材料が、放射線吸収材料（９
２）からなる第１層、赤外線放射を選択的に反射するよ
う形成された第２層（９０）およびその間に配置された
スペーサー層（９４）からなる三層構造（８４）を有す
る請求項（２）に記載のレーザーでアドレスできる液晶
セル。
（６）上記赤外線放射吸収手段が上記液晶材料（４２）
中に添加された赤外線放射吸収性染料であり、そして上
記赤外線非伝導性材料（５８）が赤外線放射に対し反射
性を有し、上記赤外線伝導性材料（５６）が上記要素を
形成している請求項（１）に記載のレーザーでアドレス
できる液晶セル。
（７）それぞれ導電性材料で形成され、上記液晶セルの
互いに反対側に配置されて上記セルを通る電界を発生す
るため使用される第１および第２の導電層（４８）、（
５０）をさらに備えた請求項（６）に記載のレーザーで
アドレスできる液晶セル。
（８）上記赤外線伝導性材料（５６）が空所により形成
され、上記要素が上記赤外線非伝導性材料内の孔により
形成されている請求項（６）に記載のレーザーでアドレ
スできる液晶セル。