JPH0525095B2

JPH0525095B2 -

Info

Publication number: JPH0525095B2
Application number: JP58091047A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Kaneko
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-05-24
Filing date: 1983-05-24
Publication date: 1993-04-09
Also published as: JPS59216126A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、画像表示が可能な光記録素子および
その記録法に関し、詳しくは光画像信号を表示
し、しかもその表示を全面又は部分的に消却した
後、別の光画像信号を表示することが可能な液晶
装置に関するものである。

従来より液晶の電気光学的効果を利用して画像
電気信号を可視化する方法は数多く知られてい
る。その後も簡易なものとしては腕時計等に用い
られる７セグメントの電極構成によりTN
（twistednematic）液晶を駆動して数字を表示す
るものがある。また、画像信号を光の形で与える
方式のものも知られている。例えば、画像信号を
光の形で与える方式のものは、前述の７セグメン
トの様に電極を分割し、それぞれの分割した電極
にそれぞれ選択的に電圧を印加する方式のものに
較べ、電極から引き出すリード線の数がはるかに
少なくできるために高密度の画像を表示し、駆動
手段を実装する上では大きな利点を有する。

この様に画像信号を光の形で与える方式のもの
に次の様なものがある。

第１図および第２図は従来の光書き込み型の液
晶表示素子を示している。第１図において、１１
および１１′はガラス等の透明支持板、１２は
ITO等の透明導電層、１３はアルミニウム反射
膜、１４および１４′は液晶の配向を制御するた
めの配向層（絶縁層）であり、有機または無機の
薄膜塗工層あるいは蒸着層等が使用されている。
１５は温度によりスメクテイツク→ネマテイツク
→等方状態と相転移する液晶層であり、この層の
厚みはスペーサー１０により保たれている。ま
た、液晶層１５の液晶分子は配向層１４および１
４′の壁面効果によりセル面に対し通常一様に垂
直あるいは水平に保たれる。この液晶素子を用い
て画像を書き込み時には、液晶１５はスメクテイ
ツク−ネマテイツク相転移の温度近傍のスメクテ
イツク側に保たれる。これに対し、YAGレーザ
ー等により像状のレーザ照射１６を行うことによ
り液晶層１５のううち照射された像状部分のみネ
マテイツク相あるいは等方状態へ相転移した層１
９とすることができる。次に、セルを急冷するこ
とにより、相転移した層１９は散乱状態のスメク
テイツク相に転移する。このセルに対し読み出し
光１７を透明導電層１２の側から照射すると、照
射光１７ａと１７ｃはアルミニウム反射膜１３で
ほぼ一定方向に反射するのに対し、散乱状態とな
つている層１９に照射される照射光１７ｂは散乱
され、したがつてこの反射光をスクリーンＳに投
影させることにより照射光１７ａと１７ｃのみは
スクリーンＳ上に投射され、照射光１７ｂはほと
んど投射されない。したがつて液晶に記録された
像がそのままスクリーンＳ上に投影されることに
なる。

この像の消去は交流電源１９によりセルに電圧
を印加し、消去したい部分あるいは全面にレーザ
ー光１６を照射するか、あるいはセル全体をネマ
テイツクあるいは等方状態に加熱して比較的ゆつ
くりと冷やすことによつて行なう。このような液
晶素子は、メモリー性のある高密度で大画面の表
示を可能とするが、レーザー光１６は大パワーの
ものでなければならないし、また書き込みあるい
は消去においては冷却手段等を必要とし装置の精
密な駆動制御が難かしい問題を有している。

更に、液晶素子の光書き込み型の他の従来例を
第２図に示す。第２図において２２は液晶に不要
な電流を流さないための絶縁層、２３は誘電ミラ
ー、２４は遮光層、２５は光導電層、２６は液晶
層、２７は偏光ビームスプリツターである。

液晶層２６は、例えば正の誘電異方性をもつネ
マテイツク液晶（N_P型液晶）が適用される。こ
の様な素子は本質的には液晶層２６に印加される
分電圧を光導電層２５のインピーダンスを変える
ことによつて駆動するものである。すなわち光導
電層２５に書き込み光２９を照射すると光照射さ
れた部分２１はその他の部分に比較し大きくイン
ピーダンスが下がる。一方液晶層２６および光導
電層２５を挾持する１対の透明電極１２間には電
源１８によつて高周波の電圧が印加されている。
この時、電源１８より素子を経て形成される電気
的な等価回路として簡易なものとしては第３図に
示すものである。Z₁は光導電層２５の交流インピ
ーダンスを示すものであり、Z₂は液晶層２６を含
むその他のものの交流インピーダンスを置きかえ
たものである。書き込み光２９が照射された部分
２１と、そうでない部分との差は模式的にはイン
ピーダンスZ₁が比較的に小さいか大きいかの差と
なる。すなわち書き込み光２９が照射された部分
はインピーダンスZ₁が小さく、したがつてZ₂に印
加される分電圧が大きくなるため、それにともな
つて液晶層２６に印加される分電圧も大きくなる
ため、このときの分電圧の値が液晶の配向変化を
起させる閾電圧値を越えているようにすればこの
部分の液晶層２６は平行配向状態より、分子が素
子面にほぼ垂直に配列したhomeotropic状態にな
る。一方、書き込み光２９が照射されない部分に
おいては液晶層２６に印加される分電圧が依然と
して配向変化の閾電圧値以下に保たれるために平
行配向状態のままである。

以上の様な液晶の配向変化を視認する方法とし
ては、素子の光導電層２５の反対側の面に対し、
偏光板あるいは偏光ビームスプリツター２７を通
して読み出し光２８を照射する方法が用いられて
いる。その１例としては書き込み光２９の照射さ
れた部分２１に対応した液晶部分に照射される読
み出し光２８ｂは、その部分の液晶分子が
homeotropic状態となつているため偏光されず読
み出しスクリーンＳに投射されないが、その他の
読み出し光２８ａと２８ｃは偏光されて２８a′と
２８c′としてスクリーンＳに投射される。このよ
うにして画像信号を視認することができる。而し
てこの構成において液晶層２６に使用する液晶と
しては従来既述のネマテイツク液晶あるいはコレ
ステリツク−ネマテイツク相転移型の液晶等が用
いられていたが、これら従来型の欠点は以下の通
りである。たとえば液晶層２６に前記ネマテイツ
ク液晶のように液晶自身にメモリー性のないもの
は、画像状に液晶分子の配向変化が得られるの
は、書き込み光が照射されている間のみであり、
書き込み光を常に入射させておかなければならな
い。また前記のコレステリツク−ネマテイツク相
転移型のものはメモリー性をもつものもあるが応
答が遅い（10msec程度）ことなどがある。また、
この応答が遅いことが原因となり第２図に示した
様な構成においては、構成の簡易な直流電圧での
駆動が難しかつた。すなわちこの理由は以下の様
なものである。第２図のような素子においては電
源１８を直流電源に置き換えた場合、光導電層に
書き込み光を照射しても結果的には液晶層には瞬
時に電流が流れ、液晶層自体にかかる分電圧がほ
とんど得られなくなつてしまうということであ
る。これは、このような液晶はもともと光導電層
あるいは絶縁体に比較してはるかに抵抗が低く、
また誘電率も大きくないために、液晶層における
時定数が小さいことを示し、これが通常その応答
速度よりも小さいものであるために、液晶に充分
な分子配向変化を起こさせる分電圧に至らしめる
ことができないものである、また既述した様なメ
モリー性の液晶を用いた場合、たとえば電源とし
て高周波交流を用いて画像を書き込んだとしても
次に画像を消去したい場合には、加熱冷却手段を
要する場合が多かつた。

本発明の目的は、前述した従来の光記録可能な
液晶装置には有していない利点を数多く備え、高
密度で大画面の表示に適した新規な光記録可能な
液晶装置を提供することにある。

すなわち、本発明の液晶装置は、一対の電極、並びに一対の電極間に配置した光
導電層及び印加電圧の極性に応じて互いに異なる
第１の配向状態と第２の配向状態とを生じる強誘
電性液晶を備えた液晶素子と、前記強誘電性液晶の配向状態が全面又は部分的
に一様に第１の配向状態を生じるのに十分な一方
極性電圧を前記一対の電極間に印加する第１の手
段と、前記光導電層に光線を照射する第２の手段と、前記強誘電性液晶の配向状態を光線照射に応じ
て第２の配向状態に反転させるのに十分な他方極
性電圧が該強誘電性液晶に印加される様に、前記
一対の電極間に書込み電圧を印加し、該反転した
状態を維持させる維持電圧を前記一対の電極間に
印加する第３の手段とを有することに特徴がある。

以下、本発明を図面に従つて説明する。

第４図は、本発明の光記録素子の断面図を表わ
している。第４図において、４０１と４０１′は
ガラス等の透明基体、４０２および４０２′は
ITO（Indium Tin Oxide）等の透明導電層、４
０３は光導電層、４０４は遮光層、４０５は誘電
ミラー、４０６および４０６′は絶縁薄層である。
本発明において特徴的なのは４０７が強誘電性液
晶から成る液晶層であること、また電源として直
流電圧源４０８および４０９を用い、またスイツ
チ４１０により、電圧極性を任意に切り換えるこ
とができるようにしたことである。強誘電性液晶
の詳細な動作については、Applied Physics
Letters 36（11）１ June 1980「Submicrosecond
bistableelectrooptic Switching in liquid
crystals」等の多くの報告があり、ここにはその
動作については簡単に述べる。

第５図において４１４は強誘電性液晶分子であ
り、図に示す様な細長い分子においてその長軸方
向と短軸方向とで屈折率異方性を示す。この液晶
におい特徴的なことは図中示した矢印４１５ある
いは４１６の様な電界の方向に対してそれぞれ分
子の配向方向が変わることである。すなわち１例
としては第５図ｂに示すように、○×方向４１５の
電界に対して液晶分子４１４が第１の配向安定状
態に配向し、一方方向４１６の電界に対して液
晶分子４１４が第２の配向安定状態に配向する。
この第１の配向安定状態と第２の配向安定状態の
なす角度２θは、一般に45°の角度が望ましい。
この際、第１の配向安定状態の閾値電圧はVth₁
で示され、第２の配向安定状態の閾値電圧は−
Vth₂で示される。従つて、○×方向４１５の電界
が―Vth₁―を越えた時には液晶分子４１４は第
１の配向安定状態に配向し、一方方向４１６の
電界が―−Vth₂―を越えた時には第２の配向安
定状態に配向することができる。特に、本発明に
おいては、○×方向４１５又は方向４１６の電界
を−Vth₂とVth₁の間の電圧に設定することによ
り、メモリー効果を付与することができる。又、
一般的には―−Vth₂―＝―Vth₁―であることが
多く、従つて○×方向４１５又は方向４１６の電
界を―Vth₁―又は―−Vth₂―より小さい絶対値
をもつ電圧値に設定すれば、液晶分子４１４の配
向状態を維持することができる。この電界を与え
ることによる分子の配向変化の応答の素速いこと
は、この液晶の特徴であり、その応答速度は数
μsecの高速性も得ることができる。

本発明で用いる双安定性を有する液晶は、強誘
電性を有するものであつて、具体的にはカイラル
スメクテイツクＣ相（SmC^*）又はＨ相
（SmH^*）を有する液晶を用いることができる。
この液晶は電界に対して第１の光学的安定状態と
第２の光学的安定状態からなる双安定状態を有
し、従つて前述のTN型の液晶で用いられた光学
変調素子とは異なり、前述した様に一方の電界ベ
クトルに対し第１の光学的安定状態に液晶が配向
し、他方の電界ベクトルに対しては第２の光学的
安定状態に液晶が配向される。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、 decyloxybenzylidene−P′−amino−２−
methyl butyl cinnamate（DOBAMBC），
hexyloxybenzylidene−P′−amino−２−
chloropropyl cinnamate（HOBACPC）（デシロ
キシベンゾリデンアミノメチルブチルシ
ンナメートヘキシルオキシベンジリデンアミ
ノクロロプロピルシンナメート）および４−
０−（２−methyl）−butyl−resorcylidene−4′−
octylaniline（MBRA ８）（メチルブチルレ
ゾルシリデンオクチルアニリン）等が挙げられ
る。

これらの材料を用いて、素子を構成する場合液
晶化合物SmC^*相又はSmH^*相となるような温度
状態に保持するため、必要に応じて素子をヒータ
ーが埋込まれた銅ブロツク等により支持すること
ができる。

また、この強誘電性液晶の電気光学的効果を有
効に利用するための初期分子配向を決めるための
方法は特開昭56−107216号公報において既述され
る様な、たとえばセル面に対し平行方向に磁場を
印加する、あるいはせん断応力を印加するなどの
方法を用いることができる。

さて、第４図に示した本発明構成での素子の動
作を以下に説明する。まず、液晶の一様な初期分
子配向方向は第６図４１７で示す方向であり、こ
れは透明電極４０２′から４０２側へ向かう方向
の電界によつて分子が配向する向きである様に前
記した配向方法によりなされている。また、この
分子の長軸方向は、偏光板４１２の偏光方向に対
しほぼ平行あるいは垂直であるようにする。

画像書き込み時において、スイツチ４１０によ
り電源４０８を選択する。このとき、１対の透明
電極４０２と４０２′との間には４０２側を正と
しての電圧が印加される。しかし、この電圧のう
ち液晶層４０７に印加される分電圧は光導電層４
０３のインピーダンスが大きいことにより液晶の
配向変化が起こる閾値に達しない様に設定する。
次に書き込み光４１１（ヘリウム−ネオンレー
ザ、アルゴンレーザ、半導体レーザ、ハロゲンラ
ンプ光）を光導電層４０３に照射すると、光が照
射された光導電層部分４０３′においては、イン
ピーダンスが低下し、このときただちに対応する
液晶層４０７′部分においては分電圧が上昇し、
液晶分子配向変化の閾値を超えることができる。
一方強誘電性液晶は、既述した従来の液晶に比較
し、誘電率も数十倍大きいものもあり、高いイン
ピーダンスを有している。また、応答は数〜数十
マイクロ秒と速く、しかも分電圧も充分に得られ
るため液晶層内を流れる電流による分電圧低下の
時定数内には応答はほぼ完了することができる。
さらに、強誘電性液晶は高いメモリー性を有する
ので書き込み光４１１の照射が短時間で終了して
も、一度応答してしまえばその状態を保持するこ
とができる。すなわち、液晶分子は以上により第
６図において４１８に示す方向に配向変化し、維
持している。この時、第４図に示す様な読み出し
光４１３を照射すると、読み出し光４１３ａおよ
び４１３ｂは偏光板４１２を通過することによ
り、ともに矢印４１９方向にほぼ直線偏光された
光となるが、このとき、書き込み光４１１が照射
されなかつた部分に対応する液晶層にあたつた読
み出し光４１３ａは液晶層により偏光されないた
め誘電ミラー４０５によりそのまま反射され再び
偏光板４１２を通過してくる。これに対し、書き
込み光４１１が照射された部分に対応する液晶層
４０７′部分においては、分子の長軸が第６図に
示すように偏光板による偏光方向に対し平行およ
び直角以外の角度を有するため、偏光板４１２を
通過しほぼ直線偏光となつた読み出し光４１３ｂ
は複屈折により偏光され、誘電ミラー４０５で反
射された反射光４１３b′はそのまますべては偏光
板４１２を通過することができなくなる。したが
つて偏光板４１２を通して液晶セルを目視した場
合像状の書き込み光４１１に従つた画像が視認さ
れる。

次に、本発明は、上述により書き込んだ画像の
自由な部分消去部分書換えあるいは全面消去が簡
易に遂行し得る。上述により書き込んだ画像はそ
のまま記憶されているがその消去方法は次のとお
りである。まず、スイツチ４１０により電源４０
９を選択することにより、透明導電層４０２と４
０２′の間に４０２′側が正となる様な電圧を印加
する。この時、この電圧のうち液晶層４０７に印
加される分電圧は光導電層４０３のインピーダン
スが大きいため、液晶の配向変化が起こる閾値に
達しない様に設定することができる。次に、消去
光を前述の書き込み光４１１と同様に消去したい
部分あるいは全面に照射することにより、この照
射された光導電層部分においてはインピーダンス
が低下しこの時ただちに対応する液晶層部分ある
いは全面において分電圧が上昇し液晶分子配向変
化の閾値を超えることができる。すなわちこの時
液晶の分子は第６図の４１７で示す方向へ配向変
化することにより画像の部分消去あるいは全面消
去を完了する。さらに部分的に画像を書き込むた
めには前述の書き込みのプロセスがそのまま使え
る。また、第７図に示す様に偏光板４１２による
偏光方向を４１９′で示す様に液晶分子４１８と
ほぼ平行あるいは垂直にする様にすることによ
り、前述と逆の画像、すなわち書き込み光４１１
が照射された部分に対応する部分のみ読み出し光
の反射光を偏光板を通過させ、書き込み光が照射
されなかつた部分はほとんど反射光を通過させな
いようにすることもできる。この様なセル構成に
おいて最も画像のコントラストを良くするために
は、第５図ｂにおける2θがほぼ45°である液晶を
用い読み出し光が偏光板４１２を通過し液晶層に
入射して誘電ミラーにより反射され再び偏光板４
１２に達するまでのトータルの複屈折による正常
光と異常光の位相差がほぼ180°である様にするこ
とであり、このことは液晶層の厚みを選ぶことな
どにより達成することができる。

以上の様な系において使用する光導電層として
はａ−Si，CdS，SeTeや有機光導電体等種々の
光導電体が使用可能であるが、第４図に示す様に
本発明においては電圧極性は正、負いずれを同等
に切り換えて使用し、また、第４図で示す例の場
合では書き込み光は液晶層の反対側からのみ照射
するものであるので、望ましくは両極性光導電体
を使用することが好ましい。しかし、たとえば
CdS蒸着膜、CdSバインダー結着膜あるいは有機
光導電体の様にある程度の透光性のあるものであ
ればＰ型、Ｎ型を問わず充分に本発明に適用する
ことができる。

また、本発明においては極めて高いインピーダ
ンスを有する強誘電性液晶を用いるため第４図に
おいて絶縁層４０６と４０６′は必ずしも必要と
しない。尚、図中４２１はシールスペーサを表わ
している。

本発明は前記実施例に限らず種々の変形が可能
である。たとえば第８図に示す様に第４図に示し
た偏光板の代わりに、偏光ビームスプリツター８
２を使用し、読み出し光８５により読み出した画
像をスクリーン８３に投影してもよい。第８図に
おいて８１は本発明液晶セル、８４は書き込み光
である。

また第９図〜第１１図に示す様に、前述の反射
型の表示素子と同様に透過型の表示素子に適用す
ることもできる。第９図〜第１１図において、液
晶セル自体の電極構成はApplied Optics
Vol.20，No.８ 15April1981，「Bistability and
thresholding by ａ new Photoconductor−
twistednematic liquid crystal device with
optical feedback」に記載のものと同様のものが
使用しうる。

第９図〜第１１図において、５００と５００′
はガラス等の透明基体、５０１はAlあるいは
ITO等の電極、５０２と５０３はITO等の透明電
極である。また５０４は光導電膜であり、電極５
０１と透明電極５０２双方に懸架されている。５
０５は強誘電性液晶であり、偏光板５０６の偏光
方向５０６′に平行にあるいは垂直に既述の方法
により初期配向されている。また偏光板５０７の
偏光方向は５０７′に示すように偏光方向５０
６′と直交する方向に配置されている。

以上の構成により以下の本発明の実施例を示す
ことができる。第９図においてL_Wは書き込み光
であり、図示しないレーザー、変調器、ポリゴン
スキヤナ等により比較的暗所において光導電体５
０４の上を走査する。書き込み時においては、ス
イツチ５０８により電極５０１と５０３間に第１
０図に示す○×印５０９の方向に電圧を与える。書
き込み光L_Wが光導電体に照射された部分５０２
ａにおいては、光導電体のインピーダンスが下が
ることにより液晶に印加される分電圧が応答の閾
値を越え、液晶は配向を変える。第１０図におい
ては、光導電体５０４部分に斜線を施した部分が
書き込み光L_Wを照射された部分である。次に第
１１図に示す様にセル全体に一様に読み出し光
L_Rを照射することができる。なぜなら本発明に
おいては強誘電性液晶を用いているため、読み出
し光L_Rを照射する時にスイツチ５０８により電
極５０１と透明電極５０３をほぼ同電位に保つて
おけばメモリー性があるため一度配向変化した５
０２ａ部分および配向変化しなかつた５０２ｂ部
分はその状態を維持している。したがつて光導電
体５０４に強い読み出し光L_Rが照射されてもな
んら液晶の配向変化を起こさせないからである。
以上の様に読み出し光L_Rを照射すると書き込み
光L_Wの照射されなかつた部分５０２ｂにおいて
は、液晶により偏光せずクロスニコルのため光は
偏光板５０７（アナライザ）を透過しない。一方
書き込み光L_Wが光導電体に照射された部分に相
当する５０２ａは偏光されて偏光板５０７を通過
し出力光Loutとなる。

次に画像を部分的にあるいは全面的に消去した
い場合には既述の様にスイツチ５０８により電圧
の方向を書き込み時と逆方向に印加し、消去した
い部分、あるいは全面に光照射すればよい。また
さらに部分的に画像を書き込む場合には前述と同
様の書き込みを行なえばよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来の光記録素子の断
面図である。第３図は、第２図に示す素子の等価
回路図である。第４図は、本発明の光記録素子の
断面図である。第５図ａおよび第５図ｂは、強誘
電性液晶の動作を示す説明図である。第６図およ
び第７図は、本発明の素子における動作態様を示
す説明図である。第８図は、本発明の素子におけ
る光学系の別の態様を示す説明図である。第９図
は、本発明の別の態様を示す断面図である。第１
０図は、第９図に示す素子を用いた時の動作態様
を示す平面図である。第１１図は、第９図に示す
素子を用いた時の動作態様を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１一対の電極、並びに該一対の電極間に配置し
た光導電層及び印加電圧の極性に応じて互いに異
なる第１の配向状態と第２の配向状態とを生じる
強誘電性液晶を備えた液晶素子と、前記強誘電性液晶の配向状態が全面又は部分的
に一様に第１の配向状態を生じるのに十分な一方
極性電圧を前記一対の電極間に印加する第１の手
段と、前記光導電層に光線を照射する第２の手段と、前記強誘電性液晶の配向状態を光線照射に応じ
て第２の配向状態に反転させるのに十分な他方極
性電圧が該強誘電性液晶に印加される様に、前記
一対の電極間に書込み電圧を印加し、該反転した
状態を維持させる維持電圧を前記一対の電極間に
印加する第３の手段とを有することを特徴とする液晶装置。