JPS61160717A - 画像形成法およびその装置 - Google Patents

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】 １亙豆ｊ 本発明は、画像形成法及びその装置に関し、詳しくは液
晶、特に強誘電性液晶素子を用いた画像嵐」（ユ　　　
　　明細口の浄舎（内容に変更なし）「形成法及びその
装置に関する。

１１且遣 液晶素子は、装置を小型化、薄形化あるいは低消費電力
化が可能なことから、これまでにもディスプレイや光シ
ャッタなどの分野で利用されて来ている。特にディスプ
レイの分野ではいくつかの優れた発明に基いて飛躍的な
進歩がとげられた。

例えば、エム、シャット（Ｍ、５ｃｂａｄｔ）とダブリ
ュー、ヘルフリヒ（Ｗ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ）著、′アプ
ライド、フィズイクス、レターズ１８巻４号（”Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”、　Ｖｏ
ｌ、１８．　　Ｎｏ。

４　）　（１９７１，２，１５）　、　Ｐ、１２７〜１
２８の「捩れネマチック液晶の電圧依存光学挙動Ｊ　　
（”　Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　０ｐｔｉ
ｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｔｗｉｓｔｅｄ
Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”）に
記載されたＴＮ液晶が知られている。ディスプレイの分
野で利用されている液晶素子は、一般に画像表示単位（
画素）をマトリクス状に配置するためにＸ−Ｙマトリク
ス電極構造が採用されている。

明釧丹の１゛＝τ、＋、、、イ）′ｊこ変更なし）この
ディスプレイ素子の駆動法としては、走査電極群に、順
次、周期的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群に
は所定の情報信号をアドレス信号と同期させて並列的に
選択印加する時分割駆動が採用されているが、この表示
素子及びその駆動法は画素数を多くするとデユーティ比
が低下し、このため画像コントラストの低下やクロスト
ークの発生などの問題点を有している他１画素を小さく
して画像の解像力を向上させるにはマトリクス電極を高
密度で配線することが必要で、このために製造が煩雑と
なる欠点を有している。また、ティー、ピー、プロディ
、シュリス　ニー。

アサーズ、ジー、ダグラス　ディクソン　”アイイーイ
ーイー　トランスアクションズ　オン　エレクトロン　
デバイセズ９９５〜１００１ｊ（「６×６インチ　２０
ライン／インチ液晶表示パネルＪ　　（Ｔ、Ｐ、Ｂｒｏ
ｄｙ、Ｊｕｒｉｓ　Ａ、Ａａａｒｓ、Ｇ、Ｄｏｕｇｌａ
ｓＤｉｘｏｎ　ＩＩＪＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　
ｏｎ　！１ｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ。

ＶＯｌ、　　ＥＤ−２０，（Ｎｏ、１１．Ｎｏｖ、１１
３７３）、Ｐ２Ｓ５〜１００１　　“　　Ａ８Ｘ　８　
Ｉｎｃｈ　２０　Ｌｉｎｅｓ−ｐｅｒ−Ｉｎｃｈ　Ｌｉ
ｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｒン；シ：Ｘ力゛浄ｆｉ容に
変更なし）Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｐａｎｅｌ”）に開示の様
に画素毎に薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）を設け１画
素毎にスイッチングする方式のディスプレイが提案され
ているが、画素毎にＴＰＴを設ける手段が煩雑となって
いるために、コストの点において改善が望まれている。

一方、画像信号を液晶素子に与える方法として、前述の
マトリクス電極構造を用いる方法の他」（以下余白） にも、例えば長波長レーザなどによる熱走査方式のもの
が知られている０画像信号を熱走査により与える方式の
ものは、前述した高密度マトリクス電極構造を必要とし
ないので、リード線の数がはるかに少なくすることがで
きる利点がある０例えば、この熱走査により液晶素子に
書き込み画像を形成する方法を第１図を参照しつつ説明
する。

第１図において１１はガラス等の透明支持板、１２はＩ
　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透
明導電層、１３はアルミニウム反射膜、１４は液晶の配
向を制御するための配向制御膜であり、有機または無機
の薄層あるいは蒸着層等が使用されている。１５は、温
度によりスメクティック相→ネマティック相→等方相状
態と相転移する液晶層であり、この液晶層１５の厚みは
スペーサーｌＯにより保持されている。また、液晶層１
５の液晶分子は、配向量＠１１１１４の壁面効果により
、セル面に対し通常一様に垂直（ホメオロビック）ある
いは水平（ホモジニアス）に配列される。以下にこの液
晶素子の動作について説明する０画像書き込み時におい
ては、液晶層１５は、スメクティックーネマティック相
転移の温度近傍のスメクティック側に保たれる。これに
対し、ＹＡＧレーザー等により像状のレーザー光１７Ａ
を照射することにより、液晶層１５のうち照射された像
状部分１９のみを、ネマティック相あるいは等吉相状態
へ相転移する。レーザー光のこの部分への照射を停止す
ると、相転移した部分は急冷状態となり、散乱状態のス
メクティック相に転移する。このセルに対し読み出し光
１７を透明導電層１２側から照射すると、照射光１７ａ
と１７ｃはほぼ一定方向にアルミニウム反射膜１３によ
り反射するのに対し、散乱部分１９に照射される照射光
１７ｂは散乱される。したがってこの読出し光１７の反
射光をスクリーン１６に投影させると、光１７ａと１７
ｃの反射光のみはスクリーン１６上に投射され。

１７ｂの反射光はほとんど投射されない、したがって液
晶層１５に記録された像が、そのままスクリーン１６上
に投影されることになる。

この像の消去は、交流電流１８によりセルに電圧を印加
するか、あるいはセル全体をネマティックあるいは等方
状態に加熱して比較的ゆっくりと冷やすことにより行な
うことができる。このような液晶表示素子は、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、大出力
のレーザーを必要とし、１画面の書き込みに長時間を要
し、また液晶素子の面精を大きくするとさらに書き込み
時間が長くなるため、拡大投影型のディスプレイ装置に
しか用いる事ができないという欠点を有している。この
他の電極マトリックスを用いない画像形成方法として、
電子ビームにより書き込みを行なう方法があるが、これ
はＣＲＴと同様に電子ビームの拡がりにより高い解像力
が得られない他、装置の奥行きが大きくなる等の欠点を
有している。

及」Ｌの」Ｌ碧 本発明の目的は、前述の欠点を解消した新規な画像形成
方法及びその装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、ディスプレイ素子に適した新規な
画像形成法及びその装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、高速応答性を有する液晶素子の駆
動法を提供することにある。

本発明の画像形成装置は、上述の目的を達成するために
開発されたものであり、一対の基板間に液晶層を挾持し
てなる液晶セルと、前記液晶層に閾値を越える電界をセ
ル外部から印加する手段とを有し、且つ該電界印加手段
がセル外面に接触もレイは接近可能に配置された信号電
極子からなることを特徴とするものである。

また、本発明の画像形成方法は、一対の基板間に液晶層
を挾持してなる液晶セルの、該一対の基板の一方に近接
してセル外側より信号電極子を両像状に操作することに
より、前記液晶層に閾値を越える電界を印加することを
特徴とするものである。

以下、本発明を、実施例について図面を参照しつつ、更
に詳細に説明する。

看 「本発明の画像形成装置で用いる液晶としては。

加えられる電界に応じて第１の光学的安定状態と第２の
光学的安定状態とのいずれかを取る、すなわち電界に対
する双安定状態を有する液晶、が好ましく用いられる０
本発明で用いることができる双安定性を有する液晶とし
ては１強誘電性を有するカイラルスメクティック液晶が
最も好ましく。

七のうち力イラルスメクティックＣ相（ＳｍＧ”）また
はＨ和（ＳｍＨ”）の液晶が適している。この強誘電性
液晶については、°°ル、ジュルナル、ド、フィズイク
、レトルズ　３Ｂ　　（Ｌ−ａｌｌ）１９７５、　　ｒ
強誘電性液晶Ｊ（”ＬＥＪＯ■ＲＩＡＬ　ＤＥＰＨＹＳ
■ＱＵ！　　ＬＥＴＴＥＲ５３１１１（Ｌ、＝８１９）
　１１７５゜ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕ
ｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　Ｊ　）　：　　”　７プライ
ド、フィズイクス、レターズ　３Ｂ　（１１）ｔａａｏ
、　　ｒ液晶のサブ・マイクロ秒双安定スイッチング」
　（Ａｐｐｌｉｅｄ　　　Ｐｈｙｓｊｃａ　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ″３Ｂ　（１１）　１θ８０、ｒ　Ｓｕｂｍｉｃｒ
ｏ　！３ｅｃｏｎｄ　　Ｂｉ−５ｔａｂｌｅＥｌｅｃｔ
ｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　　Ｌｉ
ｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ」）；”固体物理艮（１４
１）　　１ｉ１１８１　ｒ液晶」等に甲子５ａ言の；２
ぽζ１７ｊ口に変３ｙ！゛なし）記載されており１本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。

より具体的には１本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリ」（以下余白） デンーｐ′−アミノー２−メチルブチルシンナメート（
ＤＯＢＡＭＢＣ）、ヘキシルオキシベンジリデン−ｐ′
−アミノ−２−クロロプロビルシンナメ−）　（）（Ｏ
ＢＡＣＰＣ）および４−ｏ−（２−メチル）−ブチルレ
ゾルシリテン−４′−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ８）
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
物が、ＳｍＣ”相またはＳ　ｍ　Ｈ”相となるような温
度状態に保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋
め込まれた銅ブロック等により支持することができる。

第２図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。２１ａと２１ｂは、Ｉ　ｎ２０３．５ｎ０２や
Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕ＋５−Ｔｉｎ　０ｗ１ｄｅ）等
の透明電極がコートされた基板（ガラス等の透明板）で
あり、その間に液晶分子層２２が基板面に垂直になるよ
う配向したＳｍＣ”相の液晶が封入されている。太線で
示した線２３が液晶分子を表わしており、この液晶分子
２３は、その分子に直交した方向に双極子モーメン）　
（Ｐよ）２４を有している。基板２１ａと２１ｂ上の電
極間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子２
３のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ工）２
４はすべて電界方向に向くよう、液晶分子２３の配向方
向を変えることができる。液晶分子２３は細長い形状を
有しており、その長袖方向と短軸方向で屈折率異方性を
示し、従って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコ
ルの位置関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性
によって光学特性が変わる液晶光学変調素子となること
は、容易に理解される。さらに液晶セルの厚さを充分に
薄くした場合（例えば１７４）には、第２図に示すよう
に電界を印加していない状態でも液晶分子のらせん構造
は、はどけ、その双極子モーメントＰ↓は、上向きのＰ
ａ（３４ａ）または下向のｐｂ（３４ｂ）のどちらかの
状態をとる。このようなセルに第２図に示す如く一定の
閾値以上の極性の異る電界ＥａまたはＥｂを付与すると
、双極子モーメントは電界ＥａまたはＥｂの電界ベクト
ルに対応して上向き３４ａまたは、下向き３４ｂと向き
を変え、それに応じて液晶分子は第１の安定状態３３ａ
か、あるいは第２の安定状＄３３ｂの何れか一方に配向
する。

このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は２つある。第１に、応答速度が極めて速いこ
と、第２に液晶分子の配向が双安定性を有することであ
る。第２の点を例えば、第３図によって説明すると、電
界Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状態３３　ａ
に配向するが。

この状態は電界を切っても安定である。また、逆向きの
電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の安定状態３３
ｂに配向して、その分子の向きを変えるが、やはり電界
を切ってもこの状態に留・っている、また、与える電界
Ｅａが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態
にやはり維持されている。このような応答速度の速さと
、双安定性が有効に実現されるには、セルとしては出来
るだけ薄い方が好ましく、一般的には、０．５ＪＬ〜２
０４、特にＩＪＬ〜５ＩＬが適している。この種の強誘
電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶−電
気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、米国
特許第４３６７９２４号明細書で提案されている。

第４図は、このような強誘電性液晶を用いる本発明の画
像形成装置の一実施例の模式側断面図である。

この実施例において、一対のガラスもしくはプラスチッ
クフィルム等からなる基板４１ａおよび４１ｂのうち、
目視側に存在する基板４１ａの一面にはＩＴＯ等からな
る透明電極膜４２およびポリイミド等からなる液晶配向
膜４３ａが順次設けられており、電極膜４２は接地され
ている。また、他方の基板４１ｂの一面には、液晶配向
膜４３ｂが設けられている。また、これら基板４１ａ、
４１ｂは、それらの液晶配向膜形成面を内側にして間に
強誘電性液晶４５を挾持させ１周囲を接着剤４４により
封止して液晶セルを形成してなる。この液晶セルの裏面
には、電源４７に接続され且つ裏面基板４１ｂの外面に
接触もしくは接近可能であり、且つこの面に沿って走査
可能なように電極針４６が配置され、この電極針４６も
含めて、液晶セルは、その外側にクロスニコルに配置さ
れた一対の偏光板４８ａおよび４８ｂにより挾持されて
いる。更に、偏光板４８ｂの裏面には反射板４９が貼付
されているが、これは背面光源で置換えることもできる
。また電極針４６により接触もしくは接近すべき裏面基
板４１ｂの外面近傍には、この面に沿って移動可能にイ
オン発生器４１０が配置されている。このイオン発生器
４１０は、液晶層４５に閾値を越える電界を印加するに
充分な電荷を基板４１ｂに付与できるものであれ１ｆ、
慣用のコロナ放電器等任意のものが用いられるが、これ
以外にも、必要に応じて画像状に電荷付与の可能なイオ
ン発生器も好ましく用いられる。このようなイオン発生
器の例は、例えば特開昭５４−７８１３４号、特公昭５
６−３５８７４号各公報等に記載されている。

この第４図に示す装置を用いて画像形成を行なうために
は、まず、イオン発生器４１０により基板４１ｂの裏面
全面に電荷を付与し、液晶分子を、第３図を用いて説明
した第１もしくは第２の安定状態に一様に配向させる０
次いで、電極針４６を走査して、裏面基板４１ｂに接触
もしくは接近して、前記イオン発生器による電荷とは反
対極性の電位を画像状に付与し、この部分の液晶分子を
、選択的に第２または第１の安定状態に配向させる。こ
れにより、第１の安定状態と第２の安定状態における液
晶の偏光効果の差異を利用して、液晶セルの前面側から
表示画像が視認可能となる。

具体例においては、閾値が電界保持時間１０ｍ５で約２
ｖである、約７５℃に保持された厚さ１．２１Ｌｍの強
誘電性液晶ＤＯＢＡＭＢＣについて、厚さ約５０＃Ｌｍ
のガラス基板４１ｂを介して電極針４６により１５０ｖ
の電圧を印加し、３０ｍ５の電界保持時間をとることに
より、充分な書込みが可能であった。

また第５図は１表面（目視側）からの書込みの例を示す
模式斜視図であり、電極膜５２を設けた裏面基板５１ｂ
と表面基板５１ａの間のスペーサないしは接着剤５４に
より保持した空間に、液晶（図示せず）を挾持させ、表
面基板５１ａ上に分離区画して配設した電極膜５５に電
極針５６を接触させることにより、液晶層にその閾値を
越える電界を印加するように構成しである。このように
、分離区画した微細な電極５５を介して電極針により電
圧を加えると、液晶層に基板と垂直な電界を印加するこ
とができ、鮮明な画像を形成することができる。また、
この例においては、裏面電極５２に接続する端子５２ａ
を、必要な際には、書込電圧とは逆電圧の電源５８と接
続可能とし、この逆電圧を印加しつつ、表面側からアー
スした導電性ブラシ５７あるいは５７ａでこすることに
より、書込みと逆方向の電界を液晶層に印加することに
より、書込み像の全面消去が可能になる。

完」ＬΩ」Ｌ里 上述したように、本発明によれば、液晶セルと液晶セル
外部からの電界付与手段としての信号電極子ないしは電
極針との組合わせにより、高解像度画像が容易に形成可
能な画像形成装置ならびに画像形成方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱書込み方式を説明するための液晶セル
の模式側断面図、第２図および第３５１ｉは強誘電性液
晶の動作を説明するための模式説明図、第４図は本発明
の実施例にかかる裏面書込み型の画像形成装置の側断面
図、第５図は本発明の実施例にかかる表面書込み型の画
像形成装置の斜視図である。 ４１ａ、５１ａ・ｍ−表面基板 ４１ｂ、５１ｂ−拳・裏面基板 ４２．５２・・拳電極膜 ４３ａ、４３ｂ−−−配向膜 ４５・曇・　（強誘電）液晶層 ４６．５６・・争古込み電極針 ４８ａ、４８ｂ−−−偏光板 ５７．５７ａ・・拳消去用ブラシ ４１０・・命イオン発生器 九１１：第４図 第４ｕ ５７０　　　　　　第５　図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１５１６号 ２、発明の名称 画像形成法およびその装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （１００）キャノン株式会社 ４、代理人 住　所　〒１０５東京都港区東新橋２−７−７（発送日
：昭和６０年４月３０日） ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ７、補正の内容 （１）本願明細書環３〜４頁全文を別紙１第１〜３頁と
差し替えます。 （２）本願明細書第９頁全文を別紙２第１〜２頁と差し
替えます。 ８、添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板間に液晶層を挾持してなる液晶セルと、
   前記液晶層に閾値を越える電界をセル外部から印加する
   手段とを有し、且つ該電界印加手段がセル外面に接触も
   しくは接近可能に配置された信号電極子からなることを
   特徴とする画像形成装置。 ２、前記一対の基板のうち信号電極子が接触もしくは接
   近すべき基板の外面が導電体からなる特許請求の範囲第
   １項に記載の画像形成装置。 ３、前記一対の基板のうち信号電極子が接触もしくは接
   近すべき基板が誘電体からなり、他方の基板の液晶接触
   面またはその近傍には導電体層が設けられている特許請
   求の範囲第１項に記載の画像形成装置。 ４、前記誘電体からなる基板の外面に導電体層が設けら
   れている特許請求の範囲第３項に記載の画像形成装置。 ５、前記基板外面の導電体層が分離区画されている特許
   請求の範囲第４項に記載の画像形成装置。 ６、前記他方の基板に設けた導電体層が全面電極であり
   、これに接続して全面消去用の端子が設けられている特
   許請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかに記載の画
   像形成装置。 ７、前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の範囲第１
   項ないし第６項のいずれかに記載の画像形成装置。 ８、一対の基板間に液晶層を挾持してなる液晶セルの、
   該一対の基板の一方に近接してセル外側より信号電極子
   を画像状に操作することにより、前記液晶層に閾値を越
   える電界を印加することを特徴とする画像形成方法。