JPH0527255A - 光変調素子およびそれを用いる電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の波長帯域の透過光や照射光を電気的に
短時間で切換えられる色彩可変フィルタを液晶で実現さ
せることにより、構成の小型化と表示品質の向上とを図
ることができる光変調素子を提供することであり、さら
にこのような光変調素子を用いた前記特徴を有する新規
の電子装置を提供することである。 【構成】 偏光板２を透過した直線偏光は、液晶パネル
Ｐ１への印加電圧の有無によって９０°旋光され、ある
いは旋回しない状態で透過する。これによりこの光はカ
ラー偏光板３ａの光吸収方向１４ａあるいは光透過方向
１５ａのいずれかを透過する。このような作用が各液晶
素子Ｃ２，Ｃ３においても行われ、各液晶パネルＰ１〜
Ｐ３への印加電圧の有無の組合わせによって、所望の色
彩の光を透過させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧や温度などの物理
量の制御により、簡便にかつ高速に透過光や反射光の波
長を連続的または段階的に変化することができる光変調
素子、およびこの光変調素子を用いて構成される直視型
表示装置、透過型表示装置、撮像装置、複写機、印刷製
版装置、ファクシミリ通信装置あるいは画像演算装置な
どの電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、時計、電卓、コンピュ
ータ端末、ワードプロセッサあるいはテレビジョン受信
機など、広い分野に亘り利用されている。これらの用途
に用いられる代表的な表示モードとしては、液晶セル内
の液晶分子を初期配向としてほぼ９０°捩るいわゆるＴ
Ｎ(Twisted Nematic）モードである。ＴＮモードは、１
組の偏光板の間に液晶セルを配置し、このセルの光学的
性質、すなわち表示電圧無印加時の旋光特性と電圧印加
時の旋光解消特性とを利用してモノクロ表示を行うもの
である。

【０００３】またカラー化については、液晶セル内に表
示画素毎に、たとえば赤、青、緑の微小寸法のマイクロ
カラーフィルタを設け、ＴＮモードの上記光スイッチン
グ特性を利用し、加色混合によりマルチカラー表示（所
定の複数色表示）やフルカラー表示（無段階色表示）を
行う。この原理は、現在、アクティブマトリクス駆動や
単純マトリクス駆動を適用した小形液晶テレビジョン受
信機の表示装置として採用されている。

【０００４】ワードプロセッサ用表示装置として広く使
用されている表示方式としては、ＴＮモードと類似のセ
ル構造で、液晶の捩れ角を１８０°〜２７０°に設定す
るＳＴＮ(Super Twisted Nematic）モードが挙げられ
る。このモードの特徴は、液晶捩れ角を９０°以上に増
大し、かつ偏光板の偏光方向の設定角度の最適化をによ
り、印加電圧の増加に伴う急激な分子配向変形を、液晶
の複屈折変化に反映させ、鋭いしきい値を有する電気光
学特性を実現するものである。したがって単純マトリク
ス駆動に適する。

【０００５】一方、このモードの短所としては、液晶の
複屈折により表示の背景色として、黄緑や濃紺の色付き
を呈することにある。この改善法として、表示用ＳＴＮ
パネルに光学補償用パネルやポリカーボネイトなどの高
分子で形成される位相差板を重ね合わせることにより色
補正を行い、モノクロ表示を可能とする技術があり、現
在このような構造の液晶表示装置（ＬＣＤ）が「ペーパ
ーホワイトＬＣＤ」として市販されている。またこのカ
ラー化においては、前述のＴＮモードと同様の動作原理
でマルチカラー／フルカラー表示が可能となる。

【０００６】広い視角を要求される用途に対しては、液
晶に分子長軸方向と短軸方向とで吸光度の異なる色素
（２色性色素）を添加する、いわゆるＧＨ（ゲストホス
ト）モードが使用される。この方式は、偏光板を使用す
るハイルマイヤー型と偏光板を使用しないホワイト／テ
イラー型（相転移型）および２層型などに分類できる
が、いずれにしても動作原理となるものは色素の配向を
電圧による液晶分子の配向を介してコントロールし、色
素分子方向の吸光度差を表示に利用するものである。ま
たカラー化に対しては、色素として可視光の一部の波長
を吸収する色素を用いるか、黒色となる色素を使用した
ＧＨセルに有色フィルタを組み合わせて表示が可能とな
る。

【０００７】他のカラー表示法としてはモノクロ表示装
置の前面もしくは背面に透過光の波長を制御できる素子
を設置し、時間順次的にその透過光の波長を切り替える
ことによりカラー表示を行う方法がある。この手法を投
射型表示装置に応用した例として、高分子分散型液晶を
ＣｄＳｅ−ＴＦＴパネル（ＴＦＴ＝薄膜トランジスタ）
に封入し、赤、緑、青のフィルタを取り付けた円板を光
源の前に設置し、円板の回転による照明光の色変化に同
期して、前記ＴＦＴ−ＬＣＤに表示を行うことによりフ
ルカラー表示を行う技術がある。一方、表示装置以外の
電子装置においてもカラー化への対応が図られており、
たとえば撮像装置、カラーセンサ、複写機などが挙げら
れる。

【０００８】撮像装置は現在、電荷結合素子(ＣＣＤ：C
harge Coupled Device）が半導体製造技術の進展ととも
に性能の向上が図られ大きな市場を形成しつつある。特
にビデオカメラへの搭載はホームユース市場の拡大に大
きく貢献している。

【０００９】カラーセンサにおいても従来では限られた
工業用途にしか用いられていなかったが、近年ビデオカ
メラのホワイトバランス調整用として搭載されるように
なっており、需要が急速に延びている。

【００１０】これらの電子装置は光電変換面の前面に合
成樹脂材料などから成るカラーフィルタを装着した構成
となっており、光電変換素子に入射する光の特定波長成
分に対する特性を検出することにより、入射光全体の特
性を算出する構造となっている。

【００１１】このような光電変換素子を有する電子装置
の構造上の重要な点は、前記カラーフィルタの構造であ
り、前述した表示装置と同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）お
よび青（Ｂ）の光の波長成分に対応するフィルタが光電
変換面に並列に配列されている。すなわち、前記赤、緑
および青の３つのフィルタが表示上の１画素を構成して
いる。

【００１２】またこのように入射光を３原色成分に分解
する以外に、補色系のフィルタ（シアン、マゼンタおよ
びイエロー）のみ、もしくは３原色フィルタにこれらを
混合したものを並列配置した構成も提案されている。

【００１３】デジタル式複写機においては、複写原稿に
白色光を照射し、反射光を前記赤、緑および青のフィル
タを時間順次的に機械的な構成を用いて切り替えること
により、感光ドラムに３原色の光学像を書込み、その
後、これらの光学像をカラー現像剤を媒体にして記録紙
に複数回転写し、フルカラー表示を再現する。この原理
の中で、予め複写原稿に赤、緑、青のカラーフィルタを
用いて３原色の光源光を順次照射し、原稿像の３原色分
解を行った後、感光ドラムに対して前記と同様に処理を
行ってもフルカラー複写が可能となる。この場合のカラ
ーフィルタの時間順次的な切換え制御は、機械的に行わ
れるのが通常である。

【００１４】複写機においては、複写原稿の原稿像を固
体撮像素子（ＣＣＤ）によって光電変換を行い、その
後、デジタル画像信号処理を行ってカラー原画の再生を
行う構成が用いられる。この場合に用いる固体撮像素子
は、前記ＣＣＤと同一であり動作原理も前記説明に従う
ものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、各種
表示装置や撮像素子あるいはカラーセンサや複写機など
画像入力／出力装置において、カラー化は現在の開発動
向の１つになっているが、現状のカラー化技術では解決
すべき課題を多く抱えている。

【００１６】すなわち表示装置に関しては、マルチカラ
ーもしくはフルカラーを実現する目的で、たとえば白黒
表示を行う液晶表示装置の前面に１表示画素毎にたとえ
ば赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを設ける構造が
知られている。このようなパネル構造では複数光のマイ
クロカラーフィルタを合わせて１表示画素とするため、
解像度の低下が生じる。これを防止するために表示を行
う液晶表示装置の表示画素サイズを微細化する場合、表
示用の信号が流れる電極部分の微細化による高抵抗化が
生じ、液晶表示装置において信号が供給される位置と信
号供給位置から離れた位置との間で表示される画像濃度
にむらが生じることになる。また製造環境を極めて高い
清浄度に設定する必要があり、ごみなどの影響による製
造上の歩留まりの低下などの問題が生じる。

【００１７】一方、前述したＧＨ（ゲストホスト）モー
ドを用いる表示装置では、マルチカラー表示あるいはフ
ルカラー表示を実現するに際して、可視光の一部の波長
を吸収する色素を用いる技術が知られている。このよう
な場合には、異種の色素を添加したゲストホスト液晶を
積層して重ね合わせる必要があるが、この技術では各層
の表示絵素が視差により斜め方向から見た場合に一致し
ないという問題を有する。この問題の解消を図るため
に、各積層パネルのガラス基板の板厚を薄くする技術が
考えられるが、この場合には液晶表示装置を製造する工
程でガラス基板が極めて破損しやすく、取り扱いが困難
になるという課題を生じる。さらに黒色を表示可能な色
素を使用したゲストホスト液晶では、上述したようなマ
イクロカラーフィルタを用いる必要があり、この場合に
は前記解像度の低下という基本的な問題が生じる。

【００１８】一方、赤色、緑色、青色の光を時間順次的
に切り替えて表示装置に応用した技術では、前記マイク
ロカラーフィルタを使用する場合と比較し、表示装置の
１画素がそのまま表示画素となるため、解像度は向上す
るが、従来では、この色の切換えをたとえば円板に同方
向に前記３色のカラーフィルタを取り付けて、円板を回
転駆動させるなどの機械的な構成で実現しているため、
装置の小型化や耐久性に問題があり、また騒音を生じる
という問題を有している。

【００１９】一方、撮像装置や前記カラーセンサにおい
ては、マイクロカラーフィルタを設ける構造のため解像
度が低下するという表示装置の場合と同様の問題点を有
しており、また微細構造のマイクロカラーフィルタを用
いるなどの点で、装置の構造が複雑になるという課題を
有している。

【００２０】また前述したカラー複写機においては、原
稿に照射される光あるいは原稿からの反射光に関して、
３色に分解するためのフィルタの切換え動作は前述した
ような機械式に行われるか、あるいは色毎の光源を設け
る必要があるため、前述したような構成の大型化や耐久
性の低下あるいは騒音などの問題を生じることになる。
あるいは色毎の光源を設ける場合には、構成の小型化や
光源の寿命あるいは色純度、消費電力に問題を有してい
る。

【００２１】本発明の目的は、現段階でのカラー化技術
の有する諸問題に鑑み、所望の波長帯域の透過光や照射
光を電気的に短時間で切換えられる色彩可変フィルタを
液晶で実現させることにより、構成の小型化と表示品質
の向上とを図ることができる光変調素子を提供すること
であり、さらにこのような光変調素子を用いた前記特徴
を有する新規の電子装置を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の透明基
板間に液晶を封入してなる複数の液晶パネルと、複数の
カラー偏光板とを交互に配列して成る光変調素子であっ
て、液晶パネルとその両側に配置されたカラー偏光板と
で構成される複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加さ
れる駆動電圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素子
がそれぞれ異なる波長の光を透過し、あるいは任意の波
長の光を透過するように切換える切換手段とを備えるこ
とを特徴とする光変調素子である。

【００２３】また本発明は、一対の透明基板間に液晶を
封入してなる複数の液晶パネルと、カラー偏光板を含む
複数の偏光板とを交互に配列して成る光変調素子であっ
て、液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成
される複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加される駆
動電圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素子がそれ
ぞれ異なる波長の光を透過し、あるいは任意の波長の光
を透過するように切換える切換手段とを備えることを特
徴とする光変調素子である。

【００２４】また本発明は、波長λの光のみを透過させ
ようとする場合、各液晶パネルは、液晶の屈折率異方性
Δｎ、固有螺旋ピッチｐに対し、

【００２５】

【数１】ｐ・Δｎ≫λ ｐ；固有螺旋ピッチ Δｎ；液晶の屈折率異方性 λ；入射光波長 であり、かつ光の主波長において、

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数３】 μ＝２Δｎｄ／λ ｄ；液晶の層厚 を満足する構成に選ばれることを特徴とする光変調素子
また本発明は、波長λの光のみを透過させようとする場
合、各液晶パネルは、液晶の屈折率異方性Δｎ、液晶の
層厚ｄ、整数ｍに対し、

【００２８】

【数４】

【００２９】を満足するようにリターデーションΔｎｄ
が選ばれることを特徴とする光変調素子である。

【００３０】また本発明は複数の色の波長を含む１つの
光源からの光を、透過型または反射型の表示手段と、光
変調素子とに照射して表示を行い、残像効果の期間内に
前記複数の色に対応する画像をそれぞれ表示手段で表示
し、各色毎の画像の表示期間毎に、光変調素子が透過す
る光の色を切換え、光変調素子は、一対の透明基板間に
液晶を封入してなる複数の液晶パネルと、カラー偏光板
を含む複数の偏光板とを交互に配列して成る光変調素子
であって、液晶パネルとその両側に配置された偏光板と
で構成される複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加さ
れる駆動電圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素子
がそれぞれ異なる波長の光を透過し、あるいは任意の波
長の光を透過するように切換える切換手段とを備えて構
成される光変調素子を含むことを特徴とする表示装置で
ある。

【００３１】また本発明は、入射光強度に対応した検出
信号を出力する光検出手段の入射側に光変調素子を配置
し、光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入して
なる複数の液晶パネルと、カラー偏光板を含む複数の偏
光板とを交互に配列して成る光変調素子であって、液晶
パネルとその両側に配置された偏光板とで構成される複
数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加される駆動電圧を
複数の異なる状態に切換え、各液晶素子がそれぞれ異な
る波長の光を透過し、あるいは任意の波長の光を透過す
るように切換える切換手段とを備えて構成される光変調
素子を含むことを特徴とする光検出装置である。

【００３２】また本発明は、複数色の波長を含む光を発
生する１つの光源と、原稿と、原稿の光学像が形成さ
れ、光学像を電気信号に変換する光電変換手段との間の
いずれかに１つの光変調素子を配置し、光電変換手段で
得られる電気信号に基づいて、前記複数の色毎の現像剤
を用いて記録媒体上にカラー画像を形成するカラー画像
形成手段とを備え、光変調素子は、一対の透明基板間に
液晶を封入してなる複数の液晶パネルと、カラー偏光板
を含む複数の偏光板とを交互に配列して成る光変調素子
であって、液晶パネルとその両側に配置された偏光板と
で構成される複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加さ
れる駆動電圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素子
がそれぞれ異なる波長の光を透過し、あるいは任意の波
長の光を透過するように切換える切換手段とを備えて構
成される光変調素子を含むことを特徴とするカラー複写
機である。

【００３３】また本発明は、複数色の波長を含む光を発
生する１つの光源と、原稿と、原稿の光学像が形成さ
れ、光学像を電気信号に変換する光電変換手段との間の
いずれかに１つの光変調素子を配置し、光電変換手段か
ら得られる電気信号に基づいて、印刷の版となる複数の
色毎の版材料に色毎の原稿像を形成する版材料加工手段
を備え、光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入
してなる複数の液晶パネルと、カラー偏光板を含む複数
の偏光板とを交互に配列して成る光変調素子であって、
液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
る複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加される駆動電
圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素子がそれぞれ
異なる波長の光を透過し、あるいは任意の波長の光を透
過するように切換える切換手段とを備えて構成される光
変調素子を含むことを特徴とする印刷製版装置である。

【００３４】また本発明は、光変調素子を介して、複数
の色毎に対象物を撮像手段で撮像し、撮像手段からの画
像データを色毎に画像メモリにストアしてカラー画像を
入力し、または、画像メモリにストアされた複数の色毎
の画像データに基づいて、表示手段で画像を表示し、か
つ光変調素子で透過光の色を切換えてカラー画像を出力
するいずれかを行い、光変調素子は、一対の透明基板間
に液晶を封入してなる複数の液晶パネルと、カラー偏光
板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成る光変調素
子であって、液晶パネルとその両側に配置された偏光板
とで構成される複数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加
される駆動電圧を複数の異なる状態に切換え、各液晶素
子がそれぞれ異なる波長の光を透過し、あるいは任意の
波長の光を透過するように切換える切換手段とを備えて
構成される光変調素子を含むことを特徴とする画像入力
／出力装置である。

【００３５】また本発明は、複数の波長の光を発生する
光源と、光源からの光の特定波長成分のみを透過する光
変調素子と、１つの特定波長成分の光を表示画像に対応
して透過または反射し、残余の波長成分の光を透過また
は反射する複数の透過型または反射型表示素子とを備
え、光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入して
なる複数の液晶パネルと、カラー偏光板を含む複数の偏
光板とを交互に配列して成る光変調素子であって、液晶
パネルとその両側に配置された偏光板とで構成される複
数の液晶素子と、各液晶パネルへ印加される駆動電圧を
複数の異なる状態に切換え、各液晶素子がそれぞれ異な
る波長の光を透過し、あるいは任意の波長の光を透過す
るように切換える切換手段とを備えて構成される光変調
素子を含むことを特徴とする画像演算装置である。

【００３６】また本発明は、複数色の波長を含む光を発
生する光源からの光を、光変調素子を介して前記複数色
の光のいずれかの光として照射し、光変調素子は、一対
の透明基板間に液晶を封入してなる複数の液晶パネル
と、カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列し
て成る光変調素子であって、液晶パネルとその両側に配
置された偏光板とで構成される複数の液晶素子と、各液
晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態に切
換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過し、
あるいは任意の波長の光を透過するように切換える切換
手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを特徴
とする照明装置である。

【００３７】

【作用】本発明に従えば、光変調素子に一方側から入射
した光は、カラー偏光板を通過する際に、特定波長の光
は直線偏光に偏光され、当該特定波長以外の波長の光は
直線偏光に変換されず、入射光の状態をほぼ保持したま
まで出射する。

【００３８】液晶パネルに印加されている駆動電圧を切
換手段を用いて複数の異なる状態の間で相互に切換える
と、前記液晶パネルとその両側のカラー偏光板とから成
る各液晶素子が、相互に異なる波長の光を透過し、ある
いは任意の波長の光を透過するようにできる。したがっ
て、各液晶素子の光通過方向上流側のカラー偏光板の色
彩に対応する波長の光を透過させる否かを切換えること
ができ、この切換え動作を複数の液晶素子毎に行うこと
により、各カラー偏光板の色彩およびこれらの色彩を混
色して得られる色彩および無彩色を得ることができる。
このような作用は、複数の液晶素子を液晶パネルと複数
のカラー偏光板を含む複数の偏光板とを配置する構成と
した場合でも達成される。

【００３９】このようにして簡略化かつ小型化された構
成によって、表示品質が改善された表示作用を達成する
ことできる。

【００４０】このような光変調素子と透過型または反射
型の表示手段とを組合わせ、光変調素子は複数種類の波
長の光を選択的に透過し、人間の残像効果の期間内に前
記複数の色に対応する画像を表示手段でそれぞれ表示す
る。これによりカラー表示装置を構成することができ
る。その他、表示装置に限らず複数の波長の色の光を用
いる任意の電子装置において、前記複数の色の光を発生
する構成要素に前記光変調素子を用いることにより、小
型軽量であって表示品質が格段に向上された電子装置を
実現することができる。

【００４１】

【実施例】図１は本発明の一実施例の光変調素子１の構
成を示す系統図であり、図２は光変調素子１の構造を示
す図である。光変調素子１は、いわゆるカラー偏光板で
はない通常のニュートラルグレイの偏光板２、液晶パネ
ルＰ１、カラー偏光板３ａ、液晶パネルＰ２、カラー偏
光板３ｂ、液晶パネルＰ３およびカラー偏光板３ｃとが
積層された構成を有する。各液晶パネルＰｉ（ｉ＝１〜
３）は、電源４に共通に接続された複数の電圧調整回路
５によって、それぞれ個別に印加電圧が制御される。変
形例として、各液晶パネルＰｉに共通の電圧調整回路５
から共通の印加電圧が加えられるようにしてよい。

【００４２】各液晶パネルＰｉはそれぞれ同一の構成を
有し、一対のガラス基板６，７の上には例としてＩＴＯ
（インジウムスズ酸化物）などから成る透明電極８，９
がそれぞれ形成される。この透明電極８，９をそれぞれ
被覆して例としてポリビニルアルコールなどから成る配
向膜１０，１１が形成され、その間に旋光性を有する液
晶材料、例としてＴＮ型などの液晶１２が後述するよう
に定められる層厚ｄで封入され、周縁部はシール材１３
で封止される。また各液晶パネルＰｉの配向膜１０，１
１には、それぞれラビング処理などの配向処理が施され
る。各液晶パネルＰｉにおいて、図２（２）に示すよう
に光の入射側および出射側の配向方向は相互に直交する
状態に定められ、矢符Ａｉａ，Ａｉｂ（ｉ＝１〜３）で
示す。

【００４３】偏光板２の偏波方向Ｂ１に対して、液晶パ
ネルＰ１の入射側の配向方向Ａ１ａは平行に選ばれ、出
射側の配向方向Ａ１ｂは、前記配向方向Ａ１ａから９０
°捩った直交方向に選ばれる。カラー偏光板３ａにおい
て入射した光の内、特定波長の光、例としてシアン色の
波長の光のみを通過し、残余の波長の光を吸収する偏波
面である光吸収方向１４ａは、前記配向方向Ａ１ｂと直
交方向に選ばれ、前記入射した光を波長に拘わらず吸収
することなく、透過する偏波面である光透過方向１５ａ
は配向方向Ａ１ｂと平行に選ばれる。

【００４４】液晶パネルＰ２の入射側配向方向Ａ２ａ
は、光透過方向１５ａと平行に選ばれ、出射側配向方向
Ａ２ｂは、配向方向Ａ２ａと直交方向に選ばれる。カラ
ー偏光板３ｂの光吸収方向１４ｂは、配向方向Ａ２ｂと
直交方向に選ばれ、光透過方向１５ｂは、配向方向Ａ２
ｂと平行方向に選ばれる。液晶パネルＰ３の入射側配向
方向Ａ３ａは、光透過方向１５ｂと平行に選ばれ、出射
側配向方向Ａ３ｂは配向方向Ａ３ａと直交方向に選ばれ
る。カラー偏光板３ｃの光吸収方向１４ｃは、配向方向
Ａ３ｂと直交方向に選ばれ、光透過方向１５ｃは光吸収
方向１４ｃと直交方向に選ばれる。

【００４５】以下図１および図２に示した構成を用い
て、マルチカラー表示が可能である原理について説明す
る。後述するように、各液晶パネルＰｉに封入される液
晶１２の材料は、ＴＮ型液晶や強誘電性液晶など多数の
変形例が可能であるが、いずれにしても各液晶パネルＰ
ｉにおいて直線偏光として入射する光を例として９０°
ねじる動作状態と、旋光せずに入射光と同一方向の直線
偏光で通過させる動作状態とを切換えて行うようにして
いる。

【００４６】各液晶パネルＰｉは、例として動作電圧を
印加しない状態（以下、オフ状態と称する）で入射した
直線偏光が９０°旋光し、動作電圧を印加した状態（以
下、オン状態と称する）では、前記偏光が行われない動
作状態を想定する。当然ながら、逆の設定も可能であ
る。またカラー偏光板３ａ，３ｂ，３ｃは、各光吸収方
向１４ａ，１４ｂ，１４ｃに平行な直線偏光として入射
する白色光から、波長帯域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の光のみを
それぞれ直線偏光として透過する。

【００４７】各液晶パネルＰ１〜Ｐ３がいずれもオフ状
態の場合、偏光板２を通過して、偏波方向Ｂ１と平行な
直線偏光として出射する白色光は、液晶パネルＰ１で９
０°旋光され、カラーフィルタ３ａをその光透過方向１
５ａと平行状態で透過し、液晶パネルＰ２でさらに９０
°旋光され、カラーフィルタ３ｂをその光透過方向１５
ｂと平行な直線偏光で透過する。この光は液晶パネルＰ
３で９０°旋光され、カラーフィルタ３ｃをその光透過
１５ｃと平行な直線偏光で透過する。これにより光変調
素子１からの光は、白色光として認められる。

【００４８】液晶パネルＰ１のみをオン状態とする場
合、偏光板２を透過した直線偏光は液晶パネルＰ１を偏
波方向Ｂ１と平行な直線偏光のまま透過し、カラーフィ
ルタ３ａにその光吸収方向１４ａと平行に入射し、前記
波長帯域Ｗ１の光のみが透過する。この光は、液晶パネ
ルＰ２で９０°旋光され、カラーフィルタ３ｂにその光
吸収方向１４ｂと平行な直線偏光として入射し、前記波
長帯域Ｗ１の光から波長帯域Ｗ２の光が選択されて透過
する。この光は、液晶パネルＰ３で９０°旋光され、カ
ラーフィルタ３ｃにその光吸収方向１４ｃと平行な直線
偏光として入射する。すなわち、前記波長帯域Ｗ２の光
からさらに波長帯域Ｗ３の光が選択されて透過する。

【００４９】すなわち、波長帯域Ｗｈ，Ｗｉ，Ｗｊの光
に関して、これらに重複する波長帯域を、

【００５０】

【数５】 Ｗｈ・Ｗｉ・Ｗｊ （ｈ，ｉ，ｊ＝１〜３） と表すと、この場合の光変調素子１から透過する光の波
長帯域は、Ｗ１・Ｗ２・Ｗ３である。これら波長帯域Ｗ
１〜Ｗ３が可視光帯域の全体に亘り、かつ相互に重複範
囲を有していない場合には、この場合、光変調素子１は
暗状態として認められる。なお、前記第５式において、
２つの波長帯域Ｗｉ，Ｗｊについても同様な表現が可能
であるのは勿論である。

【００５１】つぎに液晶パネルＰ２のみをオン状態とす
ると、各液晶パネルＰ１〜Ｐ３の旋光性の有無に対応し
て前述のような透過光の波長帯域の選択に関する説明が
成立し、この場合には、光変調素子１を透過する光の波
長帯域はＷ２・Ｗ３となる。

【００５２】液晶パネルＰ３のみをオン状態とすると、
前述したような説明に基づいて波長帯域Ｗ３の光を取り
出すことができる。液晶パネルＰ１，Ｐ３のみをオン状
態とすると、波長帯域Ｗ１・Ｗ２の光を得ることがで
き、液晶パネルＰ１〜Ｐ３を全てオン状態とすると、波
長帯域Ｗ１・Ｗ３の光を取り出すことができる。

【００５３】このように液晶パネルＰ１〜Ｐ３をオン状
態またはオフ状態のいずれかに適宜設定することによっ
て、例としてカラー偏光板３ａ，３ｂ，３ｃの波長帯域
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をシアン色、マゼンダ色および黄色に
相当するものとした場合、下記第１表に示すように白色
を含む、８色のマルチカラー表示が可能となる。

【００５４】

【表１】

【００５５】この実施例では、液晶パネルＰｉは、３枚
用いたけれども、この枚数は３枚に限定されるものでは
なく、さらに多数枚の液晶パネルやカラー偏光板を用い
てもよく、またカラー偏光板の設置位置やニュートラル
偏光板の設置位置も図１の構成例に限定されるものでは
ない。また前記第１表に示す前記波長帯域Ｗ１〜Ｗ３は
シアン色、マゼンタ色および黄色の波長帯域に限るもの
ではない。

【００５６】図３は、前記第１の実施例と同様にＴＮ型
液晶を９０°捩れ配向した液晶パネルを用い、図１の構
成例からニュートラルグレーの偏光板２および液晶パネ
ルＰ１を除いた構成の第２実施例の光変調素子１ａの構
成を示す系統図である。本実施例の動作原理は、前述の
第１実施例と同様であり、カラー偏光板３ａ，３ｂ，３
ｃの波長帯域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３はそれぞれ赤色、緑色お
よび青色と想定する。ここで、図３に示す液晶パネルＰ
２，Ｐ３がともにオフ状態の場合、カラー偏光板３ａを
透過する光の内、光吸収方向１４ａと平行な波長帯域Ｗ
１の光は、液晶パネルＰ２で９０°旋光され、カラー偏
光板３ｂにその光吸収方向１４ｂと平行な光として入射
する。

【００５７】本実施例では、カラー偏光板３ａ〜３ｃの
波長帯域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に重複範囲はなく、したがっ
てカラー偏光板３ｂに入射した光は遮断される。またカ
ラー偏光板３ｂを光吸収方向１４ｂと平行な直線偏光で
透過する光があっても、この光は液晶パネルＰ３で９０
°旋光され、カラー偏光板３ｃにその光吸収方向１４ｃ
と平行な直線偏光で入射する。したがってこの光は、カ
ラー偏光板３ｃで遮断される。

【００５８】一方、カラー偏光板３ａから光透過方向１
５ａと平行な直線偏光として透過する光は、任意の波長
帯域を含む例として白色光であり、この光は液晶パネル
Ｐ２で９０°旋光され、カラー偏光板３ｂに光透過方向
１５ｂと平行な直線偏光で入射し、さらに液晶パネルＰ
３で９０°旋光された後、カラー偏光板３ｃに光透過方
向１５ｃと平行な直線偏光で入射する。すなわちこの光
は、各カラー偏光板３ａ〜３ｃのいずれにおいても吸収
または分散されることなく透過し、光変調素子１ａから
白色光を得ることができる。

【００５９】液晶パネルＰ２のみオン状態の場合、前述
の動作原理と同様な考察により、カラー偏光板３ａの波
長帯域Ｗ１（赤色）の光を得ることができ、液晶パネル
Ｐ３のみをオン状態としたときには、同様にしてカラー
偏光板３ｃの波長帯域Ｗ３（青色）の光を得ることがで
きる。液晶パネルＰ２，Ｐ３を同時にオン状態とする
と、カラー偏光板３ｂの波長帯域Ｗ２（緑色）の光を得
ることができる。このような特定波長の光の選択動作
と、前記波長帯域Ｗ１〜Ｗ３を赤色、緑色および青色に
設定した場合の表色例とを下記第２表に示す。

【００６０】

【表２】

【００６１】このようにして本実施例では、白色を含む
４色のマルチカラー表示を実現することができる。

【００６２】上記第１実施例および第２実施例は、光変
調素子１，１ａを用いて得るに必要な色彩の数に対応し
て適宜いずれかの構成が選ばれる。第２実施例では構成
が小形にできる効果を有する。

【００６３】上述したような原理でマルチカラー表示が
可能な光変調素子１，１ａの具体例について以下に説明
する。この具体例は、各液晶パネルＰｉに用いられる液
晶１２の種類と、これに伴う液晶パネルＰｉの構成とに
基づくものであり、各液晶パネルＰｉにおいて高速に光
スイッチング動作を行う機能を達成しようとするもので
ある。

【００６４】（１）ネマチック液晶を用いる場合 この場合には、ネマチック液晶を用いる液晶パネルＰｉ
が、光の入射側の配向方向Ａｉａと出射側の配向方向Ａ
ｉｂとが例として９０°捩れた捩れ配向であるか、それ
とも相互に平行な平行配向の２つの構造が挙げられる。
前者の捩れ配向は、前記第１および第２実施例に相当す
る。この構造では、ＴＮ液晶の旋光特性を利用している
ため、液晶パネルＰｉを構成するに際して、

【００６５】

【数１】ｐ・Δｎ》λ ｐ；固有螺旋ピッチ Δｎ；液晶の屈折率異方性 λ；入射光波長 の条件を満足するとともに、光の主波長において、

【００６６】

【数２】

【００６７】

【数３】 μ＝２Δｎｄ／λ ｄ；液晶の層厚 を満足するように液晶の屈折率異方性Δｎや層厚ｄなど
の各種条件を決定する必要がある。

【００６８】さらに各偏光板３ａ〜３ｃと各液晶パネル
Ｐ１〜Ｐ３の設置条件としては、各偏光板３ａ〜３ｃに
よる光の偏波方向を各液晶パネルＰｉの入射側配向方向
Ａｉａと平行あるいは垂直に設定し、液晶パネルＰｉの
光出射側配向方向Ａｉｂは後段のカラー偏光板の光吸収
方向１４ａ，１４ｂ，１４ｃと平行あるいは垂直に設定
する必要がある。

【００６９】一方、各液晶パネルＰｉが図４に示すよう
に入射側配向方向Ａｉａと出射側配向方向Ａｉｂとが平
行（各配向方向を総称してＡｉで示す）の場合、この配
向方向Ａｉを図５に例示する液晶素子Ｃ１におけるよう
にニュートラルグレイの偏光板２の偏波方向Ｂ１と角度
α（本実施例では４５°）だけ傾斜して設定する。この
設定角度αは、残余の液晶パネルＰ２，Ｐ３についても
同様である。

【００７０】ここで液晶パネルＰ１のリターデーション
Δｎｄ（Δｎ：液晶の屈折率異方性、ｄ：液晶１２の層
厚）と入射光の波長λとが、

【００７１】

【数４】

【００７２】となる関係にあるとき、液晶パネルＰ１を
透過した波長λの光は、液晶１２の有する複屈折性によ
り、前記偏波方向Ｂ１から角度２αだけ旋回した直線偏
光となる。液晶パネルＰ１における前記第４式を満足す
る波長λの光の出射側の光軸方向を図５に矢符Ｄ１で示
す。以下、液晶パネルＰｉから出射する光の内、前記第
１式を満足して直線偏光となって出射する光の光軸方向
を矢符Ｃｉで示す。

【００７３】この現象は以下のように説明される。すな
わち図６（１）に示すように液晶パネルＰ１に入射した
直線偏光の光は、図６（２）に示すように、液晶パネル
Ｐ１の入射側端部付近では直線偏光であるが、液晶パネ
ルＰ１内を通過するに従って楕円偏光、円偏光、楕円偏
光と順次変換され、出射側端部付近では再び直線偏光と
なる。この出射側の直線偏光の光軸方向が偏光板２の偏
波方向Ｂ１に対して、角度２αだけずれることになる。

【００７４】このような液晶パネルＰｉに図１に示す電
圧調整回路５で適宜定められる動作電圧を印加すると、
液晶分子がガラス基板６，７に垂直に配向する。これに
より見掛け上液晶１２の複屈折性は消失するため、旋光
特性が消失する。すなわち前記角度α＝４５°とする
と、このような液晶パネルＰｉを用いて直線偏光で入射
する光を９０°旋光する動作と、旋光させることなく入
射する直線偏光と同一方向の直線偏光で出射する作用と
を切換えて行うことができる。したがって、図１の光変
調素子に関して説明したようなマルチカラーの表示を達
成することができる。

【００７５】一方、上記ネマティック液晶を用いる場合
に、マルチカラーが可能となる原理では、無電界時には
各液晶パネルＰｉは９０°の捩れ配向または水平配向と
し、電界印加時には垂直配向となる動作状態を想定し
た。このためには、誘電異方性Δε＞０の液晶を水平配
向処理された液晶パネルＰｉに封入して使用する必要が
あるが、誘電異方性Δε＜０の液晶と垂直配向処理を施
した液晶パネルＰｉとを用いて、電界印加時には９０°
の捩れ配向または水平配向とする構成を実現することが
可能である。このような構成によっても、前述の実施例
で述べた作用と同様な作用を達成することができる。

【００７６】このような光変調素子１をたとえばモノク
ロ表示のアクティブマトリクス液晶表示装置などを組み
合わせて、マルチカラーあるいはフルカラー表示を行う
とする場合など、その応用例においては色の変化の高速
性が要求されることになる。光変調素子１を高速に動作
をさせようとする場合、印加される電圧の所定変化に対
応する液晶分子の変位が高速に行われる必要がある。こ
のため液晶１２の層厚ｄを可及的に小さくする必要があ
る。このため前記第４式において、ｍ＝１と定め変形す
ると、

【００７７】

【数６】Δｎｄ＝λ／２ が得られる。ここでλ＝６５０ｎｍと設定すると、第６
式から、

【００７８】

【数７】Δｎｄ＝０．３２μｍ となる。通常のツイステッドネマティック液晶の屈折率
異方性Δｎ＝０．１３と仮定すると、層厚ｄ＝２．５μ
ｍと成る。通常のＴＮ型の液晶表示装置における前記液
晶の層厚が５〜１２μｍであることからすると、本件で
は液晶１２の層厚は、既存の液晶表示装置と比べ、１／
５〜１／２小さい値となる。液晶の印加電圧の変化に対
応する応答速度は一般に液晶の層厚ｄに関して、ｄ² に
反比例することが知られている。すなわちセル厚が薄く
なるほど応答時間は速くなる。上述したような実際の数
値条件の下では、通常のＴＮ型などの液晶表示装置の応
答速度よりも４〜２５倍速い応答性が得られていること
になる。

【００７９】一方、現在販売されている液晶表示装置の
中で、液晶１２の層厚の最小値は約５μｍ程度であるた
め、これよりも層厚を薄く設計するためには、前記第７
式において液晶材料の屈折率異方性がΔｎ＝０．０７以
上必要であることがわかる。この数値は、前記通常のＴ
Ｎ型液晶の屈折率異方性が満足する数値であり、したが
って本件実施例の光変調素子１は、通常のＴＮ型液晶を
用いて構成することができる。

【００８０】一方、応答速度の高速性を得るためには、
液晶材料の粘性も考慮する必要がある。液晶の粘度は可
及的に低いことが望ましく、一般には３５センチポアズ
（ｃｐ）以下であれば、本件発明を実現する効果を示す
が、好適には２５センチポアズ以下が望ましいことが本
件発明者らの経験により明らかに成っている。このよう
な特性を示す液晶材料には、ビフェニル化合物、フェニ
ルエステル系化合物、シクロヘキサン系化合物、フェニ
ルピリミジン系化合物、ジオキサン系化合物、トラン系
化合物、アルケニル系化合物、フッソ系化合物などが適
合し、あるいはこれらの混合物が有効である。

【００８１】このような材料から成る液晶組成物を用い
て、図１に示す光変調素子を構成し印加電圧を切換え、
応答速度を計測した結果、数ミリ秒の高速応答性が得ら
れた。すなわちＮＴＳＣ方式のテレビジョン映像信号の
１フィールド期間１／６０秒は、約１７ｍ秒である。し
たがって例として、１フィールド期間で赤色画像、緑色
画像および青色画像を５ｍ秒づつ表示し、これに同期し
て光変調素子１で赤色、緑色および青色の光を透過する
ように切り替える構成が実現可能となる。これにより光
変調素子１を用いるマルチカラー表示が可能となる。す
なわち、小型軽量で構成が簡便なカラーフィルタを実現
することができる。

【００８２】さらに、ネマティック液晶を用いる技術に
は、低周波電圧で誘電率異方性Δε＞０、高周波電圧で
は、誘電率異方性Δε＜０となる２周波駆動用液晶が使
用可能であり、この場合、液晶の動作速度を高速化でき
る利点がある。すなわち低周波電源からの駆動電圧を電
圧調整回路で調整して各液晶パネルに供給すると、各液
晶パネルの液晶は印加電圧が増大するに従い、ホモジニ
アス配列から次第にホメオトロピック配列に変化し、こ
の変化に対応して屈折率異方性Δｎが変化する。この状
態から最初のホモジニアス配列に復帰する場合、高周波
電源からの駆動電圧を用いる。これにより復帰が高速に
為され、光変調素子の動作を高速に行うことができる。

【００８３】前記２周波駆動用液晶は、液晶の有効動作
温度範囲を広く定め、かつ低粘性を実現するためアルコ
キシフェニルシクロヘキシルカルボキシレート系、アル
キルフェニルシクロキシカルボキシレート系、アルコキ
シフェニルシクロヘキサン系などのような比較的弱い極
性の材料で基材となる混合液晶を構成し、これにたとえ
ば、

【００８４】

【化１】

【００８５】

【化２】

【００８６】

【化３】

【００８７】

【化４】

【００８８】などのような誘電分散周波数が低い材料を
添加する。さらに下記の２，３−ジシアノー１，４ーハ
イドロキノン誘導体のような誘電率異方性Δεが負に大
きい材料を用いて、全体の誘電率異方性やカットオフ周
波数（すなわち誘電率異方性Δεが正と負との間で切り
替わる周波数）の調整を行う。

【００８９】

【化５】

【００９０】

【化６】

【００９１】

【化７】

【００９２】（２）強誘電性液晶を用いる場合。

【００９３】強誘電性液晶は分子骨格中に不斉炭素を有
する構造であり、最も一般的な液晶相として、カイラル
スメクティックＣ相（ＳｍＣ＊相）で強誘電性相を示
す。このようなスメクティックＣ相の強誘電性液晶は、
図７（１）に示すように各スメクティック層に亘って螺
旋構造を有しており、各液晶分子１６の自発分極の方向
１７は、図７（２）に示すように、この図の例では反時
計回りに回転する状態を示す。

【００９４】このような強誘電性液晶を固有螺旋ピッチ
Ｐよりも小さな層厚、例として数μｍの層厚ｄで、図２
に示すガラス基板６，７間に挟むと、スメクティックＣ
相液晶分子の螺旋構造が解ける。このとき、液晶分子１
６の配列方向すなわち図８に示す各スメクティック層１
８毎の液晶分子１６の長軸方向は、図８に示すように各
液晶分子１６の自発分極方向１７がガラス基板６，７の
法線方向と平行で相互に逆方向となる自発分極方向１７
ａ，１７ｂを有する２種類の配列状態で安定となる。

【００９５】このような状態の液晶１２に電圧を印加す
ると、この電圧による電界と自発分極との相互作用によ
り、電界の極性によって自発分極の方向が規制されるた
め、液晶分子１６の配向も前記２種類の安定状態中、電
界の極性に対応したいずれか一方の方向となる。例とし
て、図８に示すようにガラス基板７側を（＋）極、ガラ
ス基板６側を（−）極となる電界を印加した場合、液晶
分子１６は下向きの自発分極１７ａとなる配向に整列さ
れる。極性が逆ならば自発分極１７ｂの状態に整列され
る。したがって液晶１２に印加される電界の極性に対応
して、スメクティック層１８の法線方向１９に関して、
角度＋θだけ傾斜し、自発分極１７ａに対応する方向と
なる液晶分子１６ａの場合と、前記法線方向１９に関し
て角度−θだけ傾斜し自発分極方向１７ｂに対応する液
晶分子１６ｂとなる状態との２つの状態が切換えられ
る。

【００９６】この液晶分子１６の２種類の状態における
各液晶分子１６ａ，１６ｂの配向は、ガラス基板６，７
に平行な仮想平面内で図７および図８に示す立体角２θ
だけ方位角が異なっているため、このような液晶パネル
Ｐに偏光板を組み合わせると表示が可能となる。

【００９７】図９は、前記強誘電性液晶の動作原理に基
づいて、表示が可能となる原理を説明する図であり、図
８の液晶パネルＰをガラス基板６，７の法線方向から見
た平面図である。この液晶パネルＰには、平行配向処理
を行い、図９（２）に示すように無電界状態で各スメク
ティック層１８毎の液晶分子１６がスメクティック層１
８の前記法線方向１９に関して角度＋θだけ傾斜し、自
発分極が図９の紙面背後側から手前側に向かう方向に向
く自発分極方向１７ｂとなる安定状態に整列されている
場合を想定する。

【００９８】このとき、図８の液晶パネルＰのガラス基
板６，７の両側に偏光板を配置し、図９（１）に示すよ
うに、それらの偏波方向Ｂ１，Ｂ２は直交するクロスニ
コル状態に定められ、例として一方の偏波方向Ｂ１が液
晶分子１６ｂの長軸方向と平行に定められる場合を想定
する。この場合、ガラス基板６側の偏光板の偏波方向が
方向Ｂ１であり、ガラス基板６側から光が入射する場
合、液晶パネルＰに偏光板を透過して入射した直線偏光
は、その偏光方向が液晶分子１６の長軸方向と平行であ
り、旋光されることなく透過し、ガラス基板７側の偏光
板３で遮断される。

【００９９】この状態の液晶パネルＰに図９紙面手前側
から背後側へ向け、すなわち図８のガラス基板７側を
（＋）極、ガラス基板６を（−）極とする電圧を印加す
ると、前述したように液晶分子１６の自発分極は自発分
極方向１７ａとなり、液晶分子１６が図９（３）に示す
ように、前記法線方向１９と角度−θ傾斜した他の安定
状態に配向を変換する。このときの液晶分子１６ａの自
発分極は、自発分極方向１７ａとなる。このときの液晶
分子１６ａの配向状態は、図９（２）の配向状態より角
度２θだけ傾斜した配向となるため、液晶１２の複屈折
効果に基づく図５および図６を参照して説明した原理に
より、偏光板２を経て液晶パネルＰに入射した直線偏光
は液晶１２を通過する間に変調を受け、その結果、他方
の偏光板３を通過する光成分を生じる。このとき最も効
率がよく明るい表示を受ける条件は、

【０１００】

【数８】２θ＝４５°

【０１０１】

【数９】

【０１０２】をともに満足する場合である。ここで第９
式は第４式の整数ｍ′＝１としたものと等価であり、こ
の条件では、直線偏光が液晶１２を通過する際に９０°
旋光する状態に定められる。

【０１０３】図９（３）の配向状態の液晶パネルＰに、
図９紙面背後側から手前側に向かう方向に電圧を印加す
る。すなわち図８のガラス基板６側を（＋）極とし、ガ
ラス基板７側を（−）極とする。この場合、前述したよ
うな原理に基づいて、第９図（４）に示すように液晶分
子１６は自発分極方向１７ｂとなり、図９（２）に示す
初期状態に復帰する。このようにして前述した構成の液
晶パネルＰは、クロスニコル状態の偏光板２，３と組み
合わせることにより、直線偏光で入射する光を例として
９０°旋光する動作状態と、旋光せずにそのままの直線
偏光方向で透過する動作状態とを達成できる。したがっ
て図１の各液晶パネルＰ１〜Ｐ３と同一の動作状態を実
現でき、マルチカラー表示が可能となる。

【０１０４】本実施例の変形例として、たとえば白色／
黒色の２色性色素を強誘電性液晶に添加したいわゆるＧ
／Ｈ（ゲストホスト）モードも使用可能である。この場
合には用いる偏光板を１枚とし、前記立体角にθ＝９０
°の条件のときに、最も表示の効率がよいことになる。

【０１０５】このような強誘電性液晶の最大の特徴は、
前記自発分極と電界とが強い相互作用を有するために、
通常のＴＮ型などネマティク液晶に比べ、極めて速い応
答特性を示すことである。本件発明者の実験によれば、
通常のネマティク液晶を用いた場合には、応答時間が数
ｍ秒〜数１０ｍ秒であるのに対し、強誘電性液晶を用い
る場合には、数１０μ秒〜数１００μ秒の応答時間であ
ることが確認された。

【０１０６】強誘電性液晶の他の特徴は、印加した電界
を除去した後でも、設定された配向を自己保持するメモ
リ作用を有することである。これにより液晶パネルを駆
動する回路構成が格段に簡略化される。

【０１０７】ここで、前述したような強誘電性液晶相を
示す材料としては、たとえば

【０１０８】

【化８】

【０１０９】などのようなシッフ塩基系材料

【０１１０】

【化９】

【０１１１】

【化１０】

【０１１２】などのようなアゾ系材料あるいはアゾキシ
系材料、

【０１１３】

【化１１】

【０１１４】などのようなビフェニル系材料、

【０１１５】

【化１２】

【０１１６】などのようなエステル系材料、

【０１１７】

【化１３】

【０１１８】などのようなシクロヘキサン環を含む材
料、

【０１１９】

【化１４】

【０１２０】などのような複素環を有する材料、

【０１２１】

【化１５】

【０１２２】などのようなフッソ基や、その他の置換基
が導入された材料

【０１２３】

【化１６】

【０１２４】などのような環状系キラル置換基が導入さ
れた材料もしくはこれらの混合系が使用される。

【０１２５】このような材料からなる強誘電性液晶を前
述の図１および図３の光変調素子１，１ａとして使用す
れば、通常のネマティック液晶を用いた場合と比べ、格
段に応答の速い液晶素子Ｃを実現することができる。

【０１２６】さらに近年に至って、エレクトロクリニッ
ク効果を有する液晶材料や、反強誘電性相を有する液晶
材料も発見されており、これらも使用可能であるは勿論
である。すなわち、前者のエレクトロクリニック効果は
スメクティックＡ相において、電界を印加するこよによ
り、電界の強度に応じて液晶分子の傾き角が連続的に変
化するものであり、

【０１２７】

【化１７】

【０１２８】の構造を有し、Ｓ.Ｎisiyama et al.：Ｊp
n.Ｊ.Ａppl.Ｐhys.,２６（１９８７）Ｌ１７８７でその
特性を詳細に論じられている。

【０１２９】また前記反強誘電性相を有する液晶材料
は、上記第１７化学式の材料でカイラルスメクティック
Ｃ相（Ｓｍ＊Ｃ相）で３安定状態が認められており、
Ａ.Ｄ.Ｌ．Ｃhandani et al.：Ｊpn.Ｊ.Ａppl.２７（１
９８８）Ｌ２７６で特性が詳細に論じられている。この
いずれの液晶材料を用いても、前述した強誘電性液晶材
料を用いる場合と同様な原理で液晶パネルを構成すれ
ば、同様な高速スイッチング動作を実現することができ
る。

【０１３０】図１０は、本発明の他の実施例の光変調素
子１ｂの構成例を示す系統図である。本実施例では、液
晶パネルＰ１〜Ｐ３には、前述した２周波駆動用液晶を
用い、各液晶パネルＰｉの入射側配向方向Ａｉａと出射
側配向方向Ａｉｂとは、各液晶パネルＰ１〜Ｐ３に共通
な直交状態に定められる。ニュートラル偏光板２の偏波
方向Ｂ１は、液晶パネルＰ１の入射側配向方向Ａ１ａと
平行であり、カラー偏光板３ａの吸収軸方向１４ａは、
液晶パネルＰ１の出射側配向方向Ａ１ｂと平行に選ばれ
る。カラー偏光板３ｂの光吸収軸方向１４ｂは、液晶パ
ネルＰ２の出射側配向方向Ａ２ｂと垂直に選ばれ、カラ
ー偏光板３ｃの光吸収軸方向１４ｃは液晶パネルＰ３の
出射側配向方向Ａ３ｂと平行に選ばれる。

【０１３１】各カラー偏光板３ａ〜３ｃは、それぞれ三
立電機株式会社製のＬＬＣ₂−９５１８（ニュートラル
偏光板）、ＳＣＣ₂Ｒ−１８（赤色、カラー偏光板３
ａ）、ＳＣＣ₂Ｇ−１８（緑色、カラー偏光板３ｂ）、
ＳＣＣ₂Ｂ−１８（青色、カラー偏光板３ｃ）を用い
る。液晶材料は、ＴＸ２Ａ（ＢＤＨ社製）を、各液晶パ
ネルＰ１，Ｐ２，Ｐ３毎に液晶の層厚ｄ＝５．５μｍ，
４．５μｍおよび４．０μｍにシリカスペーサを用いて
層厚の最適化を行った。また液晶パネルＰ１〜Ｐ３に
は、例として１０ｋＨｚの駆動周波数ｆＨを発生する高
周波電源２３と、１００Ｈｚの周波数ｆＬを発生する低
周波電源２４とがそれぞれスイッチＳＷ１，ＳＷ２，Ｓ
Ｗ３で切換えられて、高周波電源２３および低周波電源
２４のいずれかが接続される。

【０１３２】各液晶パネルＰ１〜Ｐ３において、入射す
る直線偏光の光が９０°旋光するオフ状態は、各スイッ
チＳＷ１〜ＳＷ３が高周波電源２３に接続される場合で
あり、入射する直線偏光が旋光することなく透過するオ
ン状態は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が低周波電源２４
に切換えられる場合である。このような条件で光変調素
子１ｂから得られる光の色を測定したところ、下記第３
表に示されるような６色の表示結果が得られた。

【０１３３】

【表３】

【０１３４】すなわち、このような構成を用いてもマル
チカラー表示が可能となる。なお各スイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ３の切換えに伴う、各液晶パネルＰ１〜Ｐ３の液晶の
挙動の速度は、２ｍ秒〜５ｍ秒の高速応答が得られるこ
とが確認された。

【０１３５】図１１は、本発明の他の実施例の液晶パネ
ルＰｉの斜視図である。本実施例の液晶パネルＰｉは、
図４〜図６を参照して説明した実施例の具体例であり、
図２（１）に示す液晶パネルＰｉと同一の構造を有し、
水平配向用ポリイミド膜を塗布焼成して配向膜１０，１
１として用い、ＩＴＯから成る透明電極８，９を形成し
て成るガラス基板６，７に対し、同一方向にそれぞれラ
ビング処理を施して、そのラビング方向が平行となるよ
うに相互に張り合わせて構成する。すなわち図１１に示
す入射側配向方向Ａｉａと出射側配向方向Ａｉｂとは相
互に平行であり、ニュートラルグレイの偏光板２の偏波
方向Ｂ１あるいはカラー偏光板３の光吸収方向１４と
は、角度α（４５°）に設定する。

【０１３６】内部に封入される液晶の種類および偏光板
２，３の種類は、図１０を参照して説明した実施例の材
料と同一であり、各液晶パネルＰ１〜Ｐ３の液晶の層厚
は３μｍ，２．５μｍおよび２．０μｍとシリカスペー
サを用いて設定し、層厚の最適化を行った。このような
構成例を用いて前記オン状態とオフ状態との切換え動作
を行ったところ、約１ｍ秒の高速応答で第３表に示した
色相変化と同様の色相変化を達成することができた。

【０１３７】図１２は、本発明の他の実施例の液晶パネ
ルＰの構成を示す斜視図である。本実施例の液晶パネル
Ｐは図２（１）に示すスパッタリング法よって透明電極
８，９が形成されたガラス基板６，７上にナイロン６６
（商標名）を塗布焼成した後、ラビング処理などにて平
行配向処理を施し、入射側配向方向Ａｉａと出射側配向
方向Ａｉｂとを相互に平行に定める。この後、ガラス基
板６，７間に強誘電性液晶ＣＳ−１０１４（チッソ社
製）を層厚ｄ＝１．５〜２．０μｍに調整して注入し、
封止する。

【０１３８】このような強誘電性液晶分子の配向は、例
としてガラス基板６側がガラス基板７側よりも正電位と
する正極性電圧を印加した際には、偏光板２，３の光吸
収方向Ｂ１，１４と平行または垂直であり、負極性電圧
印加時には液晶分子の配向は、前記の配向に関して例と
して４０°〜４５°の角度２θだけ傾斜するように配向
が変化する状態に選ばれる。このような液晶パネルＰｉ
は印加される電圧の極性を前述のように切換える極性切
換え回路２０に接続される。本件発明者の実験によれ
ば、本実施例の高速性によって前記第３表に示す色彩の
変化が１００〜２００μｍで得られることを確認した。
ただし、第３表におけるオフ状態は極性切換え回路２０
によって液晶パネルＰに負極性電圧を印加して時であ
り、オン状態は正極性電圧を印加している時である。

【０１３９】図１３は、本発明のさらに他の実施例の光
変調素子１ｃの系統図である。本実施例の特徴は２つの
液晶パネルＰ１，Ｐ２を用いて、それらの間および両側
にカラー偏光板３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ配置し、各
液晶パネルＰ１，Ｐ２は前記図１２を参照して説明した
液晶パネルＰｉの構成と同一とし、また封入される液晶
も同一種類に選ぶ。すなわち各液晶パネルＰ１，Ｐ２に
は、それぞれ極性反転電源２０ａ，２０ｂが接続され、
前述したように選択される色の光に対応して極性を正極
性状態あるいは負極性状態に設定する。各液晶パネルＰ
１，Ｐ２に印加される電圧の極性と実現される色彩との
関係を下記第４表に示す。

【０１４０】

【表４】

【０１４１】また、本件発明者の実験によれば、このよ
うな色彩の切換え動作は１００〜２００μ秒で行われる
ことが確認された。

【０１４２】また前記各実施例において強誘電性液晶を
用いるものは、ネマティック液晶を用いる場合と比較
し、入射光が直線偏光であることに関し、液晶の有する
複屈折性に基づく色再現性への不所望な影響が少ないこ
と確認された。またこのような実施例において色、各光
変調素子１ａ〜１ｃから得られる複数の色彩の光におい
て再現された色に関し、光変調素子を見る角度によって
再現された色が変動する色再現性の視覚依存性が抑制さ
れていることが確認された。

【０１４３】各実施例では、光変調素子１，１ａ，１
ｂ，１ｃの基板としてガラス基板を用いているが、その
変形例として合成樹脂製のプラスチック基板に置き換え
ることにより、軽量化を図ることができる。さらに透過
光の波長特性の補正を行う目的で、ポリカーボネイトや
ポリビニルアルコールなどの高分子フィルムから成る位
相差板を、各液晶素子Ｃ１〜Ｃ３の間にさらに加えた構
成や、液晶材料に所定の２色性の色素を添加した材料を
用いるようにしてよい。

【０１４４】これ以降、前記光変調素子１，１ａ，１
ｂ，１ｃを装備する各種電子装置への応用例について説
明する。

【０１４５】図１４は電子装置の一実施例としての液晶
表示装置２６の分解斜視図であり、図１５は液晶表示装
置２６の電気的構成を示すブロック図である。なお、こ
の図では簡単のため、拡散板や偏光子等、周辺材料は省
略してある。液晶表示装置２６は、面光源として白色光
を発生する背面光源２７と、モノクロ表示を高速に行う
非線形スイッチング素子（薄膜トランジスタや、金属−
絶縁膜−金属構造スイッチング素子など）を適応したア
クティブマトリックス型の液晶表示素子２８と、前記各
実施例で説明した光変調素子１，１ａ，１ｂ，１ｃの応
用例としての液晶カラーフィルタ２９とを含んで構成さ
れる。

【０１４６】この液晶表示装置２６に供給される複合映
像信号は、同期分離回路３０で同期信号ＳＹが分離さ
れ、残余の色信号ＳＣは色復調回路３１に入力され、赤
色、緑色および青色に対応した各画像信号ＳＲ，ＳＧ，
ＳＢがそれぞれ出力される。各色毎の画像信号ＳＲ，Ｓ
Ｇ，ＳＢは、切換回路３２によって順次的に選択され、
表示制御部３３に入力される。表示制御部３３は、液晶
表示素子２８を走査して、各色毎の画像信号ＳＲ〜ＳＢ
をモノクロ表示する。

【０１４７】一方、同期信号ＳＹは制御回路３４に入力
され、制御回路３４は前記切換回路３２を同期信号ＳＹ
に同期して動作させるとともに、各液晶パネルＰ１〜Ｐ
Ｎに接続された電圧調整回路５を制御して、液晶表示素
子２８で表示される色毎のモノクロ表示に対応して、液
晶カラーフィルタ２９を赤色、緑色および青色の光が順
次透過するように同期して切換える。ここで、ＮＴＳＣ
方式の複合映像信号の１フィールド期間が１／６０秒、
すなわち約１７ｍ秒であり、この１フィールド期間内に
液晶表示素子２８で赤色、緑色および青色の画像に対応
するモノクロ画像が順次表示される場合、液晶カラーフ
ィルタ２９ではこれに同期して高速に色の切換えを行う
ことができるのは前述したとおりである。このようにし
て本発明の液晶カラーフィルタ２９を用いるマルチカラ
ー表示あるいはフルカラー表示を行う液晶表示装置２６
が実現できる。

【０１４８】したがって本実施例の液晶表示装置２６で
は、従来のマイクロカラーフィルタを用いた構成に比
べ、実効的に解像度が３倍以上となり、表示品質が格段
に向上され、また液晶表示素子２８に微細構造のマイク
ロカラーフィルタを形成しない点で製造工程の簡略化、
歩留まりの向上および構成の簡略化を図ることができ
る。

【０１４９】図１６は、本発明の電子装置の他の実施例
としての投射型表示装置３５の系統図である。投射型表
示装置３５は、たとえば白色光を発生する光源３６と、
紫外線遮断フィルタ３７と、前記液晶カラーフィルタ２
９と、レンズ３８とが同一光軸上に配列され、その光軸
上に前記液晶表示素子２８とレンズ３９とが配置され、
光学像はスクリーン４０上に投射され表示される。この
ような投射型表示装置３５においては、従来では紫外線
遮断フィルタ３７とレンズ３８との間に例えば機械的に
回転駆動される円板が配置され、この円板は周方向に、
赤色、緑色および青色のカラーフィルタを形成した機械
式カラーフィルタである。このような構成と比較し、本
実施例では機械的な駆動部品が不要となるため耐久性が
向上され、雑音の削減と長寿命化および構成の小型化を
図ることができる。

【０１５０】図１７は本発明の電子装置の他の実施例と
してのカラー撮像装置４１のブロック図である。本実施
例のカラー撮像装置４１は、前記ＣＣＤ素子などから構
成される固体撮像素子４２を備え、固体撮像素子４２へ
の光の入射側に前記液晶カラーフィルタ２９が装着され
る。制御回路４３は走査回路４４を制御して固体撮像素
子４２をラスタ走査する。またこの固体撮像素子４２の
一画面の走査毎に電圧調整回路５を制御して、液晶カラ
ーフィルタ２９が例えば赤色、緑色および青色の光を順
次透過するように制御する。したがって、固体撮像素子
４２からは撮像対象の赤色画像、緑色画像および青色画
像に対応した画像信号が順次的に読み出され、各画像信
号はアナログ／デジタル変換器４５でデジタル信号に変
換され、制御回路４３に読み取られる。制御回路４３に
は走査回路４４および電圧調整回路５の制御を同期して
行うための同期信号を発生する同期信号発生回路４６が
接続される。

【０１５１】このようにして本実施例のカラー撮像装置
４１は、従来技術に説明したように固体撮像素子４２の
光の入射側にマイクロカラーフィルタを用いる必要が解
消され、実質的に解像度が３倍以上に向上され、画像品
質が向上される。またマイクロカラーフィルタを装着す
る場合と比較し、製造上の手間、および構成が簡略化さ
れ、歩留りが向上される。

【０１５２】図１８は本発明の電子装置の他の実施例と
してのカラーセンサ４７のブロック図である。カラーセ
ンサ４７は、たとえばファクシミリ通信装置などにおい
て、ホワイトバランス調整を行う際の基準白原稿を読み
取る技術として用いられる。カラーセンサ４７は、アモ
ルファスシリコンのｐ層４８、ｉ層４９およびｎ層５０
からなる光電変換部５１と、ｎ層５０に形成された背面
電極５２と、ｐ層４８に形成されたＩＴＯ（インジウム
スズ酸化物）などからなる透明電極５３と、ガラス基板
５４とを含んで構成されるセンサ本体５５を備える。

【０１５３】センサ本体５５の光の入射側には、前記液
晶カラーフィルタ２９が配置される。制御回路４３は、
電圧調整回路５を制御して、液晶カラーフィルタ２９が
たとえば赤色、緑色および青色の光を順次的に透過させ
るように制御する。この色の切換え毎に、電圧検出回路
５６が前記背面電極５２と透明電極５３との間の電圧を
検出する。すなわち前記色毎の透過光強度を検出するこ
とができる。

【０１５４】このようなカラーセンサ４７において、従
来ではセンサ本体５５上に赤色、緑色および青色の３色
のカラーフィルタを設け、背面電極５２および透明電極
５３を各色のカラーフィルタ毎に分離した構成である。
このような従来技術と比較し、本実施例では構成の簡素
化と小型化とを図ることができる。

【０１５５】図１９は本発明の電子装置の他の実施例と
してのカラー複写機５７のブロック図である。カラー複
写機５７は、原稿５８に光を照射して原稿像を読み取る
際に用いられる光源３６を白色光源とし、光源３６と原
稿５８との間に前記液晶カラーフィルタ２９を配置す
る。原稿５８からの反射光は、複数の反射鏡５９および
光学装置６０を介して、前記ＣＣＤ素子などのイメージ
センサ６１に入射する。すなわち液晶カラーフィルタ２
９がたとえば赤色、緑色および青色に切換えられるたび
に原稿５８が走査され、イメージセンサ６１は各色に対
応する原稿像を読み取る。

【０１５６】イメージセンサ６１の出力は印画装置６２
に入力され、印画装置６２は前記３色に対応する複数色
のカラー現像剤などを用いて、単一の記録紙上に複数
回、印画動作を行いカラー複写を行う。このとき印画装
置６２は、たとえばレーザ光発生装置やこのレーザ光が
照射される感光ドラム、あるいは前記カラー現像剤を用
いる現像装置などを含んで構成される。

【０１５７】したがってこのようなカラー複写機５７で
は、原稿５８に照射される光源光の色を切換えるための
前述したような機械的な構造を用いる必要が解消され、
構成の簡略化とともに耐久性の向上を併せて図ることが
できる。本実施例の他の変形例として、液晶カラーフィ
ルタ２９を光源３６の近傍に設置するに代えて、図１６
に２点鎖線で示すようにイメージセンサ６１の前段の光
経路上に配置するようにしてもよい。このような構成例
でも前述したような効果と同様な効果を達成することが
できる。

【０１５８】図２０はカラー印刷製版装置６３の系統図
である。製版装置６３は、ハロゲンランプ６４を光源と
して有し、光源光は直円筒状に形成されたガラスなどか
らなる原稿シリンダ６５内に導かれ、反射鏡６６および
集光レンズ６７を介して、原稿シリンダ６５に装着され
ているカラー原稿フィルム６８に集光される。カラー原
稿フィルム６８を透過した光は、ピックアップレンズ６
９および反射鏡７０を介してハーフミラー７１に導かれ
る。ハーフミラー７１で反射した光は、緑色または赤色
のフィルタ７２を介して光電管７３に入射する。

【０１５９】一方、ハーフミラー７１を透過した光は反
射鏡７４で反射され、前記液晶カラーフィルタ２９を透
過して光電管７５に入射する。光電管７３，７５からの
入射光量に対応した電流は、電流／電圧変換部７６で電
圧に変換され制御回路７７に与えられ、制御回路７７は
製版機構７８を制御して、平版、凸版、凹版および孔版
のいずれかの版材料を製版する。

【０１６０】このようなカラー製版装置６３において
も、たとえば赤色、緑色および青色のフィルタおよびこ
れに対応する複数の光電管を設ける必要が解消され、構
成の小型化と簡略化とを達成することができる。

【０１６１】図２１はカラー画像を伝送するカラーファ
クシミリ装置７９のブロック図である。読み取られるべ
きカラー原稿５８は、前記液晶カラーフィルタ２９とラ
インイメージセンサ８０とが積層された読取り素子８１
で液晶カラーフィルタ２９が３色に切り替わる毎に読取
られる。すなわち読取り処理回路８２は、電圧調整回路
５を制御して、液晶カラーフィルタ２９を透過する光の
色を前記３色で順次切換え、これに同期してラインイメ
ージセンサ８０が走査される。得られた色毎の画像デー
タは、読取り処理回路８２で読取られ、画像処理回路８
３でデータ圧縮あるいはデータ伸長処理などが施され、
あるいは画像メモリ８４に記憶される。カラー原稿５８
を読取って得られた画像データは、通信制御部８５で通
信対象への発呼などが行われ、網制御部８６を経て電話
回線網に送出される。

【０１６２】一方、電話回線網から送出されてくる画像
データは、網制御部８６および通信制御部８５を経て、
画像処理回路８３で前記データ伸長処理などが行われ、
記録処理回路８７を経てたとえば３色の熱転写リボンあ
るいは３色のインクジェットノズルなどからなるカラー
記録手段８８によって記録紙にカラー画像が記録され
る。このようなカラーファクシミリ装置７９の構成は、
ラインイメージセンサ８０に液晶カラーフィルタ２９が
直接装着されたいわゆるオンチップ方式である。

【０１６３】このようなカラーファクシミリ装置７９に
おいて、従来ではラインイメージセンサ８０上に３色の
たとえばマイクロカラーフィルタが設置されている。し
たがって本実施例では、このような従来例に対して、構
成の小型化と簡略化とを図ることができる。

【０１６４】図２２はカラーファクシミリ装置７９の他
の構成例の読取り素子８１ａを示す系統図である。この
実施例では、カラー原稿５８にはたとえば白色光源３６
からの光が照射され、その反射光はロッドレンズ８９、
液晶カラーフィルタ２９を介して、ラインイメージセン
サ８０に入射する。このような実施例において、従来で
は液晶カラーフィルタ２９に代えて、３色のカラーフィ
ルタをたとえば機械式に平行移動させてカラー原稿５８
からの反射光を３色に分解していた。すなわち本実施例
では、このような従来例に対して構成の簡略化と小型化
とを図ることができる。

【０１６５】図２３は、前記カラーファクシミリ装置７
９の他の構成例の読取り素子８１ｂを示す系統図であ
る。本実施例では白色光源３６からの光は、液晶カラー
フィルタ２９を介して３色に時間順次的に分解され、こ
の光源光のカラー原稿５８からの反射光は前記ロッドレ
ンズ８９を介してラインイメージセンサ８０に入射され
る。すなわち本実施例においても、前述の実施例におい
て述べた効果と同様な効果を達成することができる。

【０１６６】次に、本発明が、画像演算装置にも適用で
きることを示す例として、電子情報通信学会論文誌Ｃ−
II Ｊ７３−Ｃ−II Ｐ.７０３〜７１２(１９９０）に
記載の画像演算システムを引用し、説明する。

【０１６７】図２４は本発明の画像演算装置９０の構成
を示す系統図である。画像演算装置９０は、白色光源３
６と、液晶カラーフィルタ２９とを備え、液晶カラーフ
ィルタ２９からの光はカラー偏光板９１、一例としてア
クティブマトリクス型でモノクロ表示を行う液晶表示素
子９２、カラー偏光板９３、同様な液晶表示素子９４お
よびカラー偏光板９５からなる構成に入射され、カラー
偏光板９５から出射する光が演算画像となる。ここで、
カラー偏光板９１，９３，９５は、予め定める特定波長
の光に対してはこれを直線偏光に変換するが、前記特定
波長以外の波長の光は直線偏光に変換されることなくそ
のまま通過する特性を有するものである。

【０１６８】図２５は上記論文誌に記載されている画像
演算装置９０の作用を説明する図である。図２５（１）
は液晶表示素子９２，９４の表示画像Ｇ１，Ｇ２の論理
積（Ｇ１・Ｇ２）を演算する画像演算装置９０ａを示
す。この例では、カラー偏光板９１，９３，９５は波長
λ１の光に対して、全て同一方向の直線偏光に変換す
る。したがってカラー偏光板９１を透過した直線偏光の
光は、例として液晶表示素子９２の斜線で示す非透過領
域では所定角度だけ旋光し、斜線を付さない透過領域で
は直線偏光のまま透過する。したがってその透過領域の
光は、カラー偏光板９３をそのまま透過し、つぎに液晶
表示素子９４の斜線で示した非透過領域に相当する部分
が旋光され、斜線を付さない透過領域に相当する部分で
はそのまま透過する。この透過した光がカラー偏光板９
５を透過する際に、液晶表示素子９４で旋光された光は
遮断され、旋光されない光が透過する。液晶表示素子９
２で旋光された光は、カラー偏光板９３で遮断される。
したがって演算画像９６として半円形の表示部分が得ら
れる。

【０１６９】図２５（２）は、図２５（１）と同様な表
示画像Ｇ１，Ｇ２の論理和（Ｇ１＋Ｇ２）を実現する画
像演算装置９０ｂの構成を示す。用いる光は、波長λ
２，λ３の２種類の波長の光を用いる。ここでカラー偏
光板９１は、波長λ２の光のみに対して直線偏光に変換
し、カラー偏光板９３は波長λ２，λ３のいずれの光に
対しても直線偏光に変換し、カラー偏光板９５は波長λ
３の光のみに対して直線偏光に変換する。したがって波
長λ２の光は、カラー偏光板９１を透過して直線偏光に
変換され、波長λ３の光は直線偏光に変換されることな
くそのままカラー偏光板９１を透過する。波長λ２の光
は、液晶表示素子９２およびカラー偏光板９３を透過す
ると、液晶表示素子９２において斜線を付さない円板型
領域のみを透過する。このような波長λ２の光は、液晶
表示素子９４に入射すると、斜線を付さない部分では旋
光せずに透過し、斜線を付した部分では旋光して透過す
るが、カラー偏光板９５は波長λ２の光は全て透過する
ため、前記円板型領域の形状の透過光が得られる。

【０１７０】一方、波長λ３の光はカラー偏光板９３を
透過する際に、初めて直線偏光に変換され、したがって
液晶表示素子９４およびカラー偏光板９５を透過するこ
とにより、液晶表示素子９４において斜線を付さない長
方形の範囲の光が透過する。したがって演算画像９６と
しては、前記円形画像Ｇ１と長方形画像Ｇ２とが重畳し
た画像、すなわち論理和の画像が得られる。

【０１７１】図２５（３）は前述と同様な画像Ｇ１，Ｇ
２の排他的論理和の反転画像（Ｇ１ＥＸＯＲＧ２）の反
転画像を得る画像演算装置９０ｃの構成を有している。
このとき波長λ４の単色光を用い、カラー偏光板９１，
９５はこの波長λ４に対して直線偏光に変換するが、カ
ラー偏光板９３は波長λ４の光をそのまま透過する。す
なわちカラー偏光板９３は、配置しなくともよく、ある
いは透明なガラスなどでもよい。波長λ４の光はカラー
偏光板９１を透過して直線偏光に変換され、この光は液
晶表示素子９２において斜線を付さない円形領域ではそ
のまま透過し、斜線を付した領域では所定角度だけ旋光
する。

【０１７２】このような状態の光が液晶表示素子９４に
入射すると、液晶表示素子９４の斜線を付した部分に入
射した光は所定角度だけ旋光される。すなわち、液晶表
示素子９２を透過する際に、旋光した光はさらに旋光さ
れてカラー偏光板９５の偏光方向と平行な直線偏光とな
る。液晶表示素子９２で旋光しなかった範囲は、液晶表
示素子９４の斜線部分で旋光し、カラー偏光板９５で遮
断される。液晶表示素子９４の斜線を付さない透過部分
についても同様な現象が生じ、したがって図２５（３）
に示すような画像Ｇ１，Ｇ２の排他的論理和画像の反転
画像が演算画像９６として得られる。

【０１７３】このような画像演算装置９０，９０ａ〜９
０ｃは、図２４に示すような液晶カラーフィルタ２９を
用いる構成とすることにより、演算に必要な任意の波長
を容易に発生し、かつ選択することができ、複数の画像
の重ね合わせや一方の画像からその一部分を削除する画
像処理などに好適に実施することができる。また、この
他にも光通信装置において混在する各種周波数光信号の
中より所望の周波数光信号を取出す光セレクタとして本
発明の光変調素子が使用できる。

【０１７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光変調素
子に一方側から入射した光は、カラー偏光板を通過する
際に、特定波長の光は直線偏光に偏光され、当該特定波
長以外の波長の光は前記特定波長の直線偏光方向と異な
る方向の直線偏光に返還され、入射光の波長帯域のまま
で出射する。

【０１７５】液晶パネルに印加されている駆動電圧を切
換手段を用いて複数の異なる状態の間で相互に切換える
と、前記液晶パネルとその両側のカラー偏光板とから成
る各液晶素子が相互に異なる波長の光を透過し、あるい
は任意の波長の光を透過していることができる。したが
って、各液晶素子の光通過方向上流側のカラー偏光板の
色彩に対応する波長の光を透過させる否かを切換え、こ
の切換え動作を複数の液晶素子毎に行うことにより、各
カラー偏光板の色彩およびこれらの色彩を混色して得ら
れる色彩および無才色とを得ることができる。このよう
な作用は、複数の液晶素子を液晶パネルと複数のカラー
偏光板を含む複数の偏光板を配置する構成とした場合で
も達成される。

【０１７６】このようにして簡略化かつ小型化された構
成によって、表示品質が改善された表示を達成すること
できる。

【０１７７】このような光変調素子と透過型または反射
型の表示手段とを組合わせ、光変調素子は複数種類の波
長の光を選択的に透過し、人間の残像効果の期間内に前
記複数の色に対応する画像を表示手段でそれぞれ表示す
る。これによりカラー表示装置を構成することができ
る。その他、表示装置に限らず複数の波長の色の光を用
いる任意の電子装置において、前記複数の色の光を発生
する構成要素に前記光変調素子を用いることにより、小
型軽量であって表示品質が格段に向上された電子装置を
実現することができる。

【０１７８】を各色のカラーフィルタ毎に分離した構成
である。このような従来技術と比較し、本実施例では構
成の簡素化と小型化とを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光変調素子１の系統図であ
る。

【図２】液晶パネルＰｉの構成を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例の光変調素子１ａの系統図
である。

【図４】液晶パネルＰｉの配向状態を説明する図であ
る。

【図５】本発明の他の構成例の液晶素子Ｃ１の分解斜視
図である。

【図６】本実施例の光学的作用を説明する図である。

【図７】強誘電性液晶の光学的特性を説明する図であ
る。

【図８】強誘電性液晶の電圧印加時の挙動を説明する斜
視図である。

【図９】強誘電性液晶の電圧印加時の整列状態を説明す
る平面図である。

【図１０】本発明の他の実施例の光変調素子１ｂの系統
図である。

【図１１】本発明の他の構成例の光液晶パネルＰｉの斜
視図である。

【図１２】本発明の他の構成例の液晶パネルＰｉの構成
を示す斜視図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例の光変調素子１ｃ
の系統図である。

【図１４】本発明の他の実施例の液晶表示装置２６の分
解斜視図である。

【図１５】液晶表示装置２６のブロック図である。

【図１６】投射型表示装置３５の系統図である。

【図１７】カラー撮像装置４１のブロック図である。

【図１８】カラーセンサ４７のブロック図である。

【図１９】カラー複写機５７の系統図である。

【図２０】カラー印刷製版装置６３の系統図である。

【図２１】カラーファクシミリ装置７９のブロック図で
ある。

【図２２】読取素子８１ａの系統図である。

【図２３】読取素子８１ｂの系統図である。

【図２４】画像演算装置９０の系統図である。

【図２５】画像演算装置９０ａ〜９０ｃの作用を説明す
る図である。

【符号の説明】

１，１ａ 光変調素子 ２，偏光板 ３ａ，３ｂ，３ｃ カラー偏光板 １２ 液晶 ２３ 高周波電源 ２４ 低周波電源 ２５ 切換回路 ２６ 液晶表示装置 ２９ 液晶カラーフィルタ ３５ 投写型表示装置 ４１ カラー撮像装置 ４７ カラーセンサ ５７ カラー複写機 ６３ カラー印刷製版装置 ７９ カラーファクシミリ装置 ８１，８１ａ，８１ｂ 読取素子 ９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ 画像演算装置

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 複数のカラー偏光板とを交互に配列して成る光変調素子
   であって、 液晶パネルとその両側に配置されたカラー偏光板とで構
   成される複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えることを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、カラー偏光板を含む複数の偏光板
   とを交互に配列して成る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えることを特徴とする光変調素子。
3. 【請求項３】 波長λの光のみを透過させようとする場
   合、各液晶パネルは、液晶の屈折率異方性Δｎ、固有螺
   旋ピッチｐに対し、 【数１】ｐ・Δｎ≫λ ｐ；固有螺旋ピッチ Δｎ；液晶の屈折率異方性 λ；入射光波長 であり、かつ光の主波長において、 【数２】 【数３】 μ＝２Δｎｄ／λ ｄ；液晶の層厚 を満足する構成に選ばれることを特徴とする請求項１記
   載の光変調素子。
4. 【請求項４】 波長λの光のみを透過させようとする場
   合、各液晶パネルは、液晶の屈折率異方性Δｎ、液晶の
   層厚ｄ、整数ｍに対し、 【数４】 を満足するようにリターデーションΔｎｄが選ばれるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光変調素子。
5. 【請求項５】 複数の色の波長を含む１つの光源からの
   光を、透過型または反射型の表示手段と光変調素子とに
   照射して表示を行い、 残像効果の期間内に前記複数の色に対応する画像をそれ
   ぞれ表示手段で表示し、各色毎の画像の表示期間毎に、
   光変調素子が透過する光の色を切換え、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
   る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
   特徴とする表示装置。
6. 【請求項６】 入射光強度に対応した検出信号を出力す
   る光検出手段の入射側に光変調素子を配置し、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
   る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
   特徴とする光検出装置。
7. 【請求項７】 複数色の波長を含む光を発生する１つの
   光源と、原稿と、原稿の光学像が形成され、光学像を電
   気信号に変換する光電変換手段との間のいずれかに１つ
   の光変調素子を配置し、 光電変換手段で得られる電気信号に基づいて、前記複数
   の色毎の現像剤を用いて記録媒体上にカラー画像を形成
   するカラー画像形成手段とを備え、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
   る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
   特徴とするカラー複写機。
8. 【請求項８】 複数色の波長を含む光を発生する１つの
   光源と、原稿と、原稿の光学像が形成され、光学像を電
   気信号に変換する光電変換手段との間のいずれかに１つ
   の光変調素子を配置し、 光電変換手段から得られる電気信号に基づいて、印刷の
   版となる複数の色毎の版材料に色毎の原稿像を形成する
   版材料加工手段を備え、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
   る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
   特徴とする印刷製版装置。
9. 【請求項９】 光変調素子を介して、複数の色毎に対象
   物を撮像手段で撮像し、撮像手段からの画像データを色
   毎に画像メモリにストアしてカラー画像を入力し、また
   は、 画像メモリにストアされた複数の色毎の画像データに基
   づいて、表示手段で画像を表示し、かつ光変調素子で透
   過光の色を切換えてカラー画像を出力するいずれかを行
   い、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
   複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
   る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
   る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
   に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
   し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
   切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
   特徴とする画像入力／出力装置。
10. 【請求項１０】 複数の波長の光を発生する光源と、 光源からの光の特定波長成分のみを透過する光変調素子
    と、 １つの特定波長成分の光を表示画像に対応して透過また
    は反射し、残余の波長成分の光を透過または反射する複
    数の透過型または反射型表示素子とを備え、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
    複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
    る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
    る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
    に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
    し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
    切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
    特徴とする画像演算装置。
11. 【請求項１１】 複数色の波長を含む光を発生する光源
    からの光を、光変調素子を介して前記複数色の光のいず
    れかの光として照射し、 光変調素子は、一対の透明基板間に液晶を封入してなる
    複数の液晶パネルと、 カラー偏光板を含む複数の偏光板とを交互に配列して成
    る光変調素子であって、 液晶パネルとその両側に配置された偏光板とで構成され
    る複数の液晶素子と、 各液晶パネルへ印加される駆動電圧を複数の異なる状態
    に切換え、各液晶素子がそれぞれ異なる波長の光を透過
    し、あるいは任意の波長の光を透過するように切換える
    切換手段とを備えて構成される光変調素子を含むことを
    特徴とする照明装置。