JPS5854367B2 - 画像を記録する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は画像を記録する方法および装置に係り、特に
、熱光学的効果および電界の作用によって、スメクテイ
ツク相（ｓｍｅｃｔｉｃ ｐｈａｓｅ ）の物質の薄
層中に、それぞれ画像を書き込みまたは消去する方法お
よび装置に関する。

一般に、液晶装置を光学表示の目的で使用する際、電界
の作用（光電効果）によるばかりでなく、温度変化の作
用（熱光学的効果）によっても液晶の光学的性質が変化
することが知られている。

従来のこの種の装置として、２枚の透明なプレートの間
に、一様に配向され従って完全に透明な状態すなわちス
メクテイツク相の物質の薄層（液晶層）を充填したセル
構造のものがある。

書き込みは、一般に赤外領域を用い、書き込む画像を伝
送するビデオ信号によって振幅変調 （１ｎｔｅｎｓ ｉ ｔｙ −ｍ ｏｄｕｌ ａｔｅｄ
）された光ビームで、前記セルを端から端まで走査し
行なう。

このように光ビームによっである点に供給されたエネル
ギーが、液晶層の当該部分をスメクティツク相から等方
性の液相に変化させるに充分であれば、液晶層が冷える
間に当該部分に光学的散乱特性を示しつつ不整列な構造
が生ずる。

また、このような変化をもたらすにはエネルギーが不充
分である部分は、一様な整列構造が保持され液晶層は透
明のままである。

以上のように、透明な液晶層に散乱点を形成することに
よって画像の書き込みが行なわれる。

更に、記録した画像の一部を選択的に消去することも次
のようにして可能である。

すなわち、先ず、単一方向にのみ交番する電界を液晶層
全体に印加し、−力先ビームでセルを走査し消去する部
分を再度等方性の液相に変化させる。

当該部分がスメクテイツク相に戻った後に、電界は分子
を配向させ当該分子は最初の透明に整列された状態に復
帰する。

しかし、以」二のような方法によれば、液晶層を散乱状
態に導くために必要な熱はかなりの量であり、ハイパワ
ーの放射源を必要とする。

これはスメクテイツク相から液相への変化が直接に行な
われず、一旦ネマティック相に遷移してかも液相に変化
するためである。

このため、単に通過させるための温度差に加えて、スメ
クテイツク相からネマティック相へ、ネマティック相か
ら等方性の液相への変化を起こさせるための潜熱をも供
給する必要がある。

また、・・イパワーの光源を必要とする上記欠点を解消
するために、スメクテイツク相の物質の代りに、ネマテ
ィック相とコレステリック相の混合物質を用いる装置が
ある。

この場合、等方性の液相への遷移は直接に行なわれる。

しかし、この混合物質は、電界に曝すと加熱するかどう
かとは関係なく再配向してしまい、選択的な画像の消去
ができなくなってしまう。

すなわち、電界を加えたとき液晶層の全体が再配向し、
画像全部が消去されてしまう。

更に、放射源のパワーを減少させるのに次のような方法
もとられている。

すなわち、液晶層の物質として、等方性の液相から冷や
されるとき、液晶層に印加する電界によって不整列性を
制御することのできる構造を有するスメクテイツク相物
質を用いる。

この場合、ビデオ信号が前記電界を変調するので、セル
は一定強度のビームで走査する。

この方法によれば、ビーム変調器を除去することができ
、これがために光源に必要なパワーを極めて減少させる
ことができる。

しかしながら、以上に説明した各種の従来装置の採用す
る方法は、いずれもある相から他の相への少なくとも１
段階の相変化を伴い、その状態変化のために潜熱が必要
である。

従って、結局は、光ビームによって液晶層に加えるため
に必要なエネルギーは相当のものとなる。

この発明は上記欠侭を除去しようとして威されたもので
あり、以下の目的を有する。

すなわち、第１の目的は、液晶の新規な記録装置を提供
することである。

第２の目的は、スメクテインク物質の液晶層に画像を書
き込む際、必要な光学的エネルギーを顕著に減少させた
熱光学的な記録方法を提供することである。

第３の目的は、液晶層を、スメクテイツク相のままで、
すなわち状態変化のための潜熱を供給することなく透明
状態から散乱構造に変化させろことのできろ方法を提供
することである。

第４の目的は、１つの画像を構成する全ての部分を光学
的に同時に書き込むに際し、透明状態から散乱状態へ変
化させるのに必要なエネルギーを充分に低くした画像記
録装置を提供することである。

第５の目的は、液晶層全体に電界を加えて、同時に局部
的な加熱を行なうことにより局部的な消去を実行し、ま
た局部的な加熱を行なわずに全体的な消去を実行し得る
画像記録装置を提供することである。

以上の各目的を遠戚するために、この発明は以下のこと
を前提としている。

すなわち、第１に、スメクテイツク構造は、それぞれ等
間隔の平向平面に沿って位置する長大分子の配列によっ
て特徴づげられる。

Ａスメクテインク構造とＣスメクテイツク構造の２つに
分類される。

ここで、第１のＡ構造は、分子の長手軸が前記平面に垂
直に配位されたものであり、第２のＣ構造は、長手軸が
Ａ構造のものに比べて傾いているものである。

また、第２に、光学的観点からすれば、他の中間的配位
状態においてと同様に、スメクテインク相の液晶層の一
様な配向を変化させると透明度が変化する。

この場合、薄い一様に配向された層が完全に透明となる
一方、液晶層内で特異１ｇ配向を有する領域の形成によ
って、配向の違いが大きくなるほど顕著な散乱状態が現
出する。

しかし、一般に、スメクテインク相を有し、且つ熱光学
的効果に適した物質は、スメクテイツク相から等方性の
液相への直接的な遷移を示さない。

しかして、スメクテイツク相にある物質の温度が変化す
ると、第１の遷移温度でスメクテインク相からネマティ
ック相へ変化し１次に第２の遷移温度でネマティック相
から等方性の液相に変化する。

第３に、他の液晶構造と同様に、スメクテイツク構造の
物質を構成する長大分子な液晶層を封入するパネル壁に
対して予め配向を与えておくことができることが知られ
ている。

これは、スノクテインク構造の物質を導入するに先立っ
て前記パネル壁に適当な表面処理を施すことによって行
なわれる。

例えば、パネル壁に対して平行に分子を配向させるため
に、パネル壁に所定の時間、蒸着を施し、薄い一酸化シ
リコンの膜を形成する。

また、Ｍ、Ａ、Ｐ、（ｎメチル・３アミノ・プロピルト
リメトクシシラン）のようなコーディング膜でパネル壁
を覆ってもよい。

更に、パネルに垂直な分子配向に関しては、Ｄ、Ｍ、０
．Ａ、Ｐ、（ｍｎジメチル・ｎオクタデシル・３アミノ
・プロピルトリメトクシシラン・クロライド）のような
コーテイング膜によってもよい。

第４に、液晶を構成する長大分子は強い配向性を示し、
電界の作用のような適当な作用の下で配向させることが
できる。

この場合、正の誘電異方性を有する分子と負の誘電異方
性を有する分子とでは違った性質を示す。

すなわち、正の誘電異方性を有する分子は、分子の長手
軸に沿った偏光成分が長手軸に垂直な偏光成分より大き
く、印加された電界の方向に平行になろうとする。

負の誘電異方性を有する分子は、長手軸の成分は長手軸
に垂直な成分より小さく、前記電界の方向に垂直になろ
うとする。

この現象を、スメクテインク相の液晶層の全部又は一部
の配向を一様にするために、利用することは従来から知
られていた。

このため、例えば、先ず、配向しようとする領域の温度
を上昇させ、その領域をネマティック相または等方性の
液相に変化させる。

次に、電界を作用させると冷却するにつれて液晶相はス
メクテイツク相に一様に配向する。

このとき当該領域は透明であり、一様な配向は電界を除
去するまで保持される。

また、本願発明者らの研究によれば、特にジフェニルニ
トリル族のようなＡスメクテイツク構造の物質は、ネマ
ティック相または等方性の液相のような他の相を通らず
に、電界の作用によって、一様な配向状態に変化させる
ことができる。

しかし、いずれの場合にも、交番電界は物質に有害な電
磁効果を減少させるために、単極性の交番電界とする。

第５に、本願発明者らの最近の研究によれば次のような
ことが分かった。

すなわち、液晶分子を一様に配向させろために適当な表
面処理を施したパネル間にスメクテインク相の物質を封
入し、且つ前述したように全ての分子をパネル壁に垂直
に配向させるために一時的に電界を加え、前記物質がネ
マティック相へ変化する温度よりわずかに低い温度にな
るようにする。

こうすると、分子はパネル壁によって最初に定められた
方向に自然に再配向する。

このような操作をスメクテイツク相の一部について行な
えば、再配向はその部分についてのみ起り、再配向領域
と他の領域との境界で散乱が生ずる。

充分に形成が進めば加熱された領域は全て遷移領域とな
り、全ての点が散乱光を生じさせる。

この効果は、加熱された領域の直径が液晶層の厚さの３
〜４倍を越えなげれば観測できる。

この発明においては、この結果を利用して液晶相に散乱
点を形成し、画像を書き込む。

中間値の記録は、散乱点の間隔または散乱点の直径を制
御することによって実行される。

以下、添付図面に従ってこの発明の詳細な説明する。

第１図は、スメクテイツク状態にある物質層の概念図を
示すものであり、またこの物質層に適用するエネルギー
（例えば光′エネルギー）の分布の様子を示している。

第１図において、液晶層１は、正の誘電異方性を示すス
メクテイツク物質の層である。

図には示してないが、液晶層１を封入する透明なパネル
の壁面には、Ｍ、Ａ、Ｐ、の様なコーテイング膜が施さ
れており、第１図において短線で示した分子を壁面に平
行に配向させるための表面力を発生する。

液晶層１の表面に垂直に電界りを一時的に印加すると、
液晶層１中の分子は壁面に垂直に配向し、透明となる。

この透明な配向状態は電界りをとりさったあとでもその
まま保持される。

その後、領域１１，１２をネマティック相に変化する温
度よりわずかに低い温度に選択的に加熱すると、その領
域１１，１２０粘性は減少し、分子はパネル壁に平行な
方向に再配向しようとする。

この再配向は、領域１１の中心部分でもつとも幅広く完
全に起り、平行配向部分と垂直配向部分との中間では、
［−フォーカル・コニックＪ （ｆｏｃａｌｃｏｎｉｃ
）と呼ばれる微視的な不整列状態が存在し、光を散乱す
る。

加熱される領域が小さいと、領域１２で示すように、フ
ォーカル・コニック構造のみが表われる。

このように領域１１，１２は散乱点として現われるが、
領域１１の直径は領域１２の直径より大きくなる。

一方、加熱されない領域１０は一様に配向したままであ
り透明である。

第１図の上方に示す曲線Ｃ１，Ｃ２は液晶層１を加熱す
る光強度の空間的分布を示している。

曲線Ｃ１は、領域１１，１２において光強度は同一であ
るが、分布は領域１２においてより領域１１においての
方が広い。

また、曲線Ｃ２は、各領域１１．１２における分布面積
は等しいが、光強度が異なる。

層中の熱拡散によって、光強度が強くなれば再配向する
体積は大きくなる。

同様のことは、同一面積の領域に単位時間当りの熱量供
給を長時間荷なうか短時間行なうかについてもいえる。

第２図はこの発明の実施例を示すものであり、スメクテ
イツク相の液晶層に画像を書き込むことのできる装置を
示している。

同図における液晶層１は、２０μ厚のオクチル・ニトリ
ル・４・４′・ジフェニルであり、スペーサ３０．３１
によって所定の間隔を保った２枚の平行ガラス板２０，
２１０間に封入形成されている。

ガラス板２０，２１０内壁面はそれぞれ酸化スズの一様
な薄膜層の電極４０，４１を有する。

この電極４０，４１は透明であり、同一の抵抗率を有し
ている。

これらの電極４０，４１は、更にＭ、Ａ、Ｐ、 フィ
ルム５０，５１で被覆されており、このＭ、 Ａ、 Ｐ
、 フィルム５０，５１は電極４０゜４１と液晶層
１との間にはさまれることになる。

２つの同じ電源４０１，４１１によって電極４０．４１
０それぞれの端部間には同じ電位差が与えられ、この電
位差はそれぞれ可変抵抗器４０２．４１２によって調整
される。

このようにして電流が２つの電極４０，４１を流れるの
で、液晶層１の温度はジュール効果によって調整でき、
一方液晶層１の上下間には一定の電位差が印加され保持
される。

また、約１０ＫＨｚの周波数の電圧が交流電圧発生器４
１０によって、２つの電極４０，４１間に与えられる。

投影像は、光源６０、コンテンザ６１．投影レンズ６２
を含む従来の投影機の透明部６であり、液晶層１に透明
部６の像を形成する。

透明部６は先に半透明スクリーンを通過した像からでき
ている。

この場合、液晶層１に直接記録することもできる。

直接記録するためには、例えば感光板上に規則正しく配
列された孔が記録された半透明スクリーン６３が透明部
６のすぐ隣りに配される。

このスクリーン６３を形成する規則正しく配列された孔
の間隔は、液晶層１の而に投影された投影像では薄層の
厚さのオーダー、即ち約２０μとなるような間隔である
。

可変抵抗器４０２，４１２は液晶層１の温度を２６℃近
傍に保持するように調整される。

オクチル−−＝−ト！Ｊル４−４’−ジフェニルのソリ
ッド相スメクテイツク相間およびスメクテイツク相−ネ
マチイック相間の遷移温度はそれぞれ２０℃、３２°Ｃ
であるから、液晶層１はスメクテインク相に維持される
。

光源６０が消えた後、４０Ｖのオーダーの交流電圧が交
流電圧発生器４１０によって、数ミＩＪ秒程度の僅かな
時間、電極４０，４１間に与えられる。

このようにして液晶層１０面に垂直に加えられる電界に
より、分子の誘電異方性は正であるから、分子は電界の
方向と平行になるよう方向付けられる。

このように一様に分子が方向付けられた液晶層１は透明
となる。

光源６０により透明部６の像は液晶層１０面に投影する
投影光の近赤外のスペクトル部分は電極４０．４１を横
取する酸化スズによって吸収され、発生した熱は隣接の
液晶層１に与えられる。

加熱された部分においては、分子は傾斜し、壁部に対し
て平行になるように再配列される傾向を有する。

このように投影された像は液晶層を選択的に加熱する。

スクリーン６３によって、一定の間隔を有し、一様の面
積と種々の強度を有する光点の配列が形成されるが、こ
れは第１図の曲線Ｃ２によって表わされている。

投影像は液晶層１内で、一定の間隔を有する散乱への形
で再生され、散乱点の直径は、投影像の光点が明かるく
なる程、従って光点の中心部における液晶層の温度が高
くなる程大きくなる。

記録されるかどうかの閾値は像を投影する時間に依存す
る。

分子の再配列は光点の温度が２９℃を超えると直ちに現
われるが、更に３２℃に近づくにつれて急速に行なわれ
る。

３２′℃はスメクティツク相−ネマチイック相間の遷移
温度に相当するからである。

１秒近くの露光時間の場合には、薄層へ供給されるべき
エネルギーは１平方αあたり１ミリジユール（ｍ Ｊ
／ｃｒＡ ）のオーダーで、即ち光点当り約９ナノジユ
ール（ｎＪ ）である。

このように記録された像は何週間もの間保持することが
できる。

また選択的に消去することもできる。

消去されるべき点の温度は２９°Ｃと３２℃の間に調整
され、一方１０Ｖのオーダーの電圧が交流電圧発生器４
１０によって電極４０，４１間に与えられる。

このように印加された電界は、この電界に平行に加熱点
の分子を再配列し、これにより分子は再び透明にされる
。

消去すべき点を加熱するためには、透明部６を薄層内の
消去すべき領域だけを透明にして形成し、スクリーン６
３を取除き、光源６０を液晶層１が電界の作用を受けて
いる間点灯するようにすることによってなされる。

また透明部６、スクリーン６３、光源６０のかわりに、
透明部６を含む面内に点状の光源を設けるようにしても
よく、レンズ６２は点状の光源の像を液晶層１上に投影
する。

この方法は、すでに記録された像の上に重ねて記録する
のに使用することもできる。

重ねて記録する場合には電極間には交流電圧は印加され
ない。

記録像を全面的に消去するためには、液晶層１は先に述
べた方法で一様に透明な状態にもどされる。

すなわち光源６０を消灯して、４０Ｖのオーダーの電圧
が交流電圧発生器４１０によって電極４０．４１間に与
えられるようにする。

他の実施例として液晶層１を形成するために、Ａスメク
テイツク構造の物質を使用することもできる。

このＡスメクテイツク構造の物質は、他の相を通過する
ことなしに一様な配向状態を得られると℃・うジフェニ
ル−ニトリル族の物質の特性を持っていない。

液晶層１を一様に配向する？、ｆｆは、可変抵抗器４０
２，４１２の調整を変え、電極４０゜４１の端子間にか
かる電圧を調整して、液晶層１の温度をスメクテイツク
相−ネマチイック相間の温度をスメクテイツク相−ネマ
チイック相間の遷移温度より僅か高い温度にする。

液晶層１は交流電圧発生器４１０によって１ミクロン原
２り１ボルト（Ｖ／μ）のオーダーの電圧をかけられ、
一方液晶層１の温度は、可変抵抗器４０Ｌ４１２を調整
することにより再び低い温度にされ、その結果液晶層１
の物質はスメクテイツク状態を取戻す。

書込みおよび消去は先に述べたような方法で行なわれる
。

しかし、消去のために使用される光源の強度は、消去す
べき点をスメクテインク状態からネマティック状態にす
るのに充分なものでなげればならない。

薄層に印加される電圧は再び、１ミクロン原２りｌボッ
叶（Ｖ／μ）のオーダーである。

Ｃス、メクテイツク構造を有する物質も使用できるが、
液晶層１の一様に配向を得るのはなかなか難しＬ・。

本発明の大きな特徴は、高感度であるために像を全面に
書き込むことができる点にあり、さらにスメクテイツク
相の液晶層を映像信号で変調されたレーザービームで走
査することによって情報をスメクテイツク相の液晶層に
■点ずつ記録することも可能な点にある。

この場合、像の一部をみえなくすることもできる。

例えば映像変調信号にオン−オフ変調信号を重ねあわせ
て、ビーム強度を変調すればよい。

書き込み速度は遅い（点当り５０ｒｒＬＳのオーダーで
、この値は現在知られている物質に関するものであるが
、印加電界のない場合分子を１つの配向から他の配向へ
遷移させるのに必要な最小時間に相当する）が、この記
録方法は従来装置よりも約１． ＯＯ０倍も小さい強度
を有するビームの使用を可能にしている。

上述したように、液晶層に像を書込むための選択的加熱
装置として変調された光ビームを発する光学装置が考え
られている。

また、他の選択的加熱装置として、抵抗素子をマトリッ
クス状に横取した装置を用いてもよい（フランス特許出
願３８２８１／１９７４ ；１９７４年１１月２１日出
願）。

この装置は対応する電流供給装置をもっている。

この加熱装置は表示部分の一方の側に直接配置され、例
えば、電極４０の上にシリカのような薄膜によって絶縁
して配置される。

上述した本発明による記録装置は従来の光学装置によっ
て投影される像の形態でデータを迅速に記録でき、その
後種々の処理、例えば選択的消去、消去された点への他
のデータの再書込み、重ね書き込み、更には全面的に消
去して他のデータを記録することを可能にしている。

記録された像は公知の装置を使用するスクリーン上に投
影され、透明な背景に対して不透明な拡散点の形で書き
込まれた像の投影が得られる。

大きな寸法のスクリーン上に投影するため充分にパワー
のある光源を使用することが望ましいならば、光源は電
極または薄層が横取されている材料にその光が煕射して
も温度上昇しなＬ・ような波長領域から選ぶ必要がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像を記録する方法の説明図、第
２図は本発明の実施例による画像を記録する装置の構造
図である。 １・・°・・・液晶層、１０・・・・・・透明領域、ｌ
Ｌ１２・・・・・・・・・不透明領域、２０，２１・・
・・・・ガラス板、３０゜３１・・・・・・スペーサー
、４０，４１・・・・・・電極、５０゜５１・・・・・
・Ｍ、Ａ、Ｐ、 フィルム、４０１，４１１・・・電
源、４０１，４１２・・・・・・可変抵抗器、４１０・
パ・・・交流電圧発生器、６・・・・・・透明部、６０
・・・・・・光源、６１・・・・・・コンデンサ、６２
・・・・・・レンズ、６３・・・・−スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の温度領域でスメクテインク相を示す液晶層に
   画像を記録する方法において、各分子に予め一定の第１
   の配向を付与した前記液晶層を前記温度領域内の第１の
   温度に保持しつつ、前記液晶層に電界を一時的に印加し
   て第１の配向をこの配向に垂直な第２の配向に変化さ植
   後、前記温度領域内で前記第１の温度から第２の温度ま
   で前記液晶層の所望の点の温度を一時的に上昇させてそ
   の点における分子を前記第１の配向に再配向させること
   により、前記液晶層中に熱光学的効果による光散乱点を
   形成して所望の画像を書き込むことを特徴とする画像を
   記録する方法。 ２ 一定の温度領域でスメクテイツク相を示す液晶層に
   画像を記録する装置において、前記液晶層を封入形成し
   てその各分子に予め一定の第１の配向を付与するパネル
   と、前記液晶層に電界を印加して各分子の前記第１の配
   向を第２の配向に変化させる配向装置と、前記温度領域
   内で第１の温度から第２の温度まで前記液晶層の所望の
   点の温度を上昇させる選択的加熱装置とを備え、前記液
   晶層中に熱光学的効果による光散乱点を形成して所望の
   画像を書き込むことを特徴とする画像を形成する装置。