JPS61166525A - 画像形成装置 - 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】

良止公Ｉ 本発明は画像形成装置に関し、詳しくは双安定性スメク
ティック相をもつ強誘電性液晶を用いた画像形成装置に
関する。 １１致遣 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「スプレィや光
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跡的
な進歩がとげられた。 例えば、エム、シャット（Ｍ、５ｃｈａｄｔ）とダブリ
ュー、ヘルフリヒ（１１，Ｈｅ目目ｃｈ）　＠、”アプ
ライド、フイズイクス、レターズ″１８巻４号（”ＡＰ
Ｐ目ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｌ！ｔｔｅｒｓ　”　、
　Ｖｏｌ、１８゜Ｎｏ、４　）　（１１７１，２，＋５
）　、　Ｐ、１２７〜＋２８　（７）　ｒ捩れネマチッ
ク液晶の電圧依存光学挙動」　（”Ｖｏｌｔａｇｅ−ロ
ｅｐｅ＋＋ｄｅｎｔ　　０ｐｔｉｃａｌ　　＾ｃｔｉｖ
ｉｔ７　　ｏｆ　　ａ　　ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉ
ｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ″）に記載されたＴ
Ｎ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。 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明細書の浄ｙ：（内容に変更
なし） 勅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、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９ア
サーズ、ジー、ダグラス　ディクソン　”アイイーイー
イー　トランスアクシオンズ　オン　エレクトロン　デ
バイセズ　９９５〜１００１頁「６×６インチ　２０ラ
イン／インチ液晶表示パネル」（↑、Ｐ、Ｂｒｏｄｒ、
Ｊｕｒｉａ＾、Ａ＋ａｒｓ、Ｇ、ＤｏｕｇｌａａＤｉ！
ｏｎ　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ａｎ　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄ＠マｉＣ１！Ｓ。 ＶＯｌ、　ＥＤ−２０，（Ｎｏ、１１．Ｎｏｖ、＋１１
７３）、Ｐ２Ｏ３〜１００１“　ＡＧＸ　８　Ｉｎｃｈ
　２０　Ｌｉｎｅｓ−ｐｅｒ−Ｉｎｃｈ　Ｌｉｑｕｉｄ
　ＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ　Ｐａｎ５ｌ”）に開
示の様に画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を設け、
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１画素毎にＴＰＴを設ける手段が煩雑となっ
て−ＩＩ楕７ぞの、′・、・：１１′・ツー寥更なし）
いるために、コストの点において曇善が望まれている。 一方、上述したような基板上に設けた電極により液晶に
画像信号を印加する方式に共通する。高密度で電極なら
びにそのリード線を配線することの困難性を除くために
、画像信号を基板外部より与える方法もいくつか提案さ
れている。その一つ（以下余白） が、この方式は大出力のレーザーを必要とし、また書込
みに長時間を要するため、大画面の直接表示には向かず
、投影型のディスプレイ装置にのみ適性を有する。また
電子ビームにより書込みを行なう方法もあるが、これは
ＣＲＴと同様に電子ビームの広がりにより高い解像力が
得られないほか、装置の奥行きが大きくなる等の欠点を
有している。 本出願人は、上述した従来装置の問題点の解決のために
、液晶セルの外部に電荷付与手段を有する画像形成装置
を既に提案している（昭和５９年特許願第５９８号）、
この画像形成装置は、一対の基板間に液晶層を挾持して
なる液晶セルと、　＋ｔｈ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することを特徴とす
るものである。この画像形成装置の概要を、第１図を参
照して説明する。 第１図に示す液晶素子（セル＞１０１は、反射型構造の
もので、誘電体ミラー１０２が配置されている。 イオン発生器１０９にデジタル両像信号に応じた信号電
圧を与えると、？Ｉｔ荷受容体１０４に画像様のイオン
が照射される。予め双安定状態の１つの安定状態（第１
の安定状態）にさせた液晶１０７は、例えば１１１で示
した部分にイオンが照射されると、その部分は別の安定
状！！Ａ（第２の安定状ｇＢ）をとることになる。 投射光１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが偏光ビームスプ
リッタ−１０３を通して液晶素子１０１に照射され、液
晶層に記録された画像が投射スクリーン１１３に投射さ
れる。偏光ビームスプリッタ−１０３の偏光方向を第１
の安定状態にある液晶の配列方向と平行または直角方向
とし１例えば投射光１１２ａ、１１２ｂ、１１２ＣをＰ
成分の偏光光とすると、この投射光１１２ａ、１１２ｂ
、１１２ｃは偏光ビームスプリッタ−１０３を通してＰ
成分の偏光光として液晶素子ｌｏｔに照射される。この
Ｐ成分の偏光光のうち１１２ａと１１２ｃは第１の安定
状態に配列している液晶１１０を通過し、誘電体ミラー
１０２で反射され、そのままＰ成分の偏光光として偏光
ビームスプリッタ−を通過した光１１２ａａと１１２ｃ
ｃとなる。一方、Ｐ成分の偏光光のうち、投射光１１２
ｂは、第２の安定状態に配列している液晶１１１を通過
し、誘電体ミラー１０２で反射され。 Ｓ成分を含む偏光光に変調され、この光のうちＳ成分の
偏光光のみが偏光ビームスプリッタ−１Ｏ３で反射され
た光１１２ｂｂとなり、この光が投射スクリーン１１３
に投影されて、液晶素子ｌＯ１に記録された画像が投射
スクリーン１１３に映し出される。 ｉ肚立１」 本発明は、上記画像形成装置の改良に係り、特に透過型
の画像形成に適した画像形成装置を提供せんとするもの
である。すなわち１本発明の画像形成装置は、導電体と
電荷受容体の間に強誘電性液晶を挾持したセル構造の液
晶素子と、電荷受容体に沿って移動可能であり且つ電荷
受容体の表面に液晶の閾値電圧を越える電荷を付与し得
る電荷付を手段と、これら液晶素子と電荷付与手段を挾
持する位置に設けた〜対の偏光板とからなることを特徴
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。 第２図は本発明で用いる電荷付与手段としてのイオン発
生器の作用を説明するための装置の部分模式断面図であ
る。 第２図に示すイオン発生器２０１は、第１図に示し声イ
オン発生器１０９と同様なものであり。 例えば特開昭５４−７８１３４号公報や特公昭５６−３
５８７４号公報などに記載のものを使用することができ
る。 第２図に示すイオン発生器２０１においては。 電極２０３に交流高電圧が印加され、これと電極２０４
との間に生じた電界により、気体放電を発生させること
によって絶縁層２０５を充放電する。すなわち、絶縁層
２０５を充放電することに１−”、　？Ｉｔｍ２０４ｔ
７）［１ｌｌＣｊＢ２０６Ｋｔ”′″−′”Ａ　　　　
、・のイオン源が作られる。電極２０４上には、絶縁部
材（スペーサー）２０７を介してイオン選択放出用の゛
心極２０８が設けられている。 電極２０８と液晶素子２０２の基板２１３（ガラス、プ
ラスチックなど）に設けられた電極２１Ｏとの間に直流
電圧を印加することによって、開口部２０６から液晶素
子２０２の電荷受容体２０９に向けてイオンが照射され
る。この際、電極２０４と２０８の間の電界の向きを選
択することによって、正または負のイオンのうち何れか
一方のイオンを電極２０８に向けることができる。電極
２０Ｂと電極２１０の間は、直流電界により正または負
のうち何れか一方のイオンのみが電極２１Ｏに向けて照
射される。従って、電極２０４にデジタル画像信号に応
じた信号電圧を印加することによって、電荷受容体２０
９に画像様のイオンが照射されて、電荷像を形成するこ
とができる。 第２図に示すイオン発生器２０１は、開口部２０６を紙
面垂直方向に多数配置して開口部アレイを形成し、この
開口部７レイを矢標２１１の方向に走査すると、液晶素
子２０２の全面にわたって画像状の電荷を与えることが
可能となる。すなわち、この方式においては液晶素子の
画素数に相当する数の開口ならびにそれだけの駆動素子
は必要とせず、電極２０３への交流印加電圧と電極２０
４への画像信号電圧の間でマトリックス駆動を行なわせ
ることにより、ｌＫ！ｌＩＸ子の数を減少させることが
できる。 液晶層２１２には、例えばポリイミド、ポリアミドなど
のプラスチックでできた電荷受容体２０９上の静電荷（
例えば１図中では、ｅとした）とそれに誘導されて存在
する電極２１０中の電荷（例えば、図中では、ｅとした
）により電界が加わり、この電界により液晶の配列方向
に変化を生じさせる。 液晶層２１２と電荷受容体２０９の間あるいは液晶層２
１２と透明電極２１０の間には、配向制御膜、例えばＳ
ｉｎ、５ｉ０２．ＴｉＯ２などの無機化合物の膜あるい
はポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポ
リエステルなどの有機化合物のＨ（図示せず）を設ける
ことができ、透１３１電極２１０の上に設けたこれらの
膜は絶縁膜としても機能することができる。 配向変化を生じさせる電界強度は、液晶の種類により変
化するが０．５〜ｌ０ＸＩＯ・Ｖ　／　ｍ程度であり、
これは与えるべき電荷量で表わすと液晶層２１２及び電
荷受容体２０９の誘電率によって変わるが１．５〜４４
ＸｌＯ→クーａン／　ｍ　２程度である。 電荷受容層２０９の厚さは、液晶層２１２へ分配印加さ
れる電圧へは余り影響を与えないが、厚くなると電界の
拡がりにより解像力が劣化してくるので厚さは１画素の
大きさ程度、望ましくはその半分以下がよい、たとえば
１画素の大きさが６０ミクロンであったとすると、その
半分の３０ミクロン程度以下の厚さとすることが望まし
い、静電荷により、電荷受容体２０９と電極２１０の間
には静電引力が働くので、電荷受容体２０９が変形しな
いよう充分な密度でスペーサー２１１ｔ−設けることが
好ましい。 スペーサー２１１の部分は、画像表示コントラストに悪
影響を及ぼさないように表示方式によっでは黒色または
光散乱状）ａとする。スペーサー２１１のピッチと画素
のピッチの比が整数に近くなるとモアシが発生すること
があるので、これを避けるためにはスペーサー２１１の
ピッチまたは角度を選んだり、またはこれらをランダム
に配置することも可能である。 電荷受容体２０９の抵抗値は双安定性スメクティック液
晶の如きメモリー性を有するものを使用する場合には配
向変化に必要な間のみ電荷を保持すれば良いので１０１
（ｌΩ・ｃｍ程度の低抵抗のものまで用いることができ
る。この場合には電荷受容層に電荷が蓄積しない様に端
部を接地または低い電位に接続しておくことが望ましい
。 画像を書き変える場合には、使用する液晶相に応じた種
々の方法により画像を消去することかできる０例えば全
面に一様な電界を加えて書き込み画像を消去することが
でき、この方式の場合にＪよコロナ放″ＲＭを別に設け
て帯電または除電を行　　　　ｉ・なっても良いが、イ
オン発生器２０１を用いて、別」

【ヱ　　　　　　明細
δの浄ｌ替（１メイ芹に変１“なＬ）「画像信号の代り
に消去信号を印加することによっても可能である。 次に、このように外部より与えられた一定量の電荷によ
る電界により実効的に液晶の配向変化を得る場合、強誘
電性液晶は、他のたとえばネマティック液晶等に比べｌ
　Ｑ　１４Ω・ｃｍ以上と極めて高インピーダンスであ
る為電荷をリークさせることがなく最適である０強誘電
性液晶としてカイラルスメクティック液晶があり、その
うち力イラルスメクティックＣ相（Ｓ　ｍ　Ｃ”　）ま
たはＨ相（ＳｍＨ”）の液晶が適している。また、この
強誘電性液晶は、電界に対して双安定性を有しており、
しかも電界効果により何れか一方の安定状態に配列した
あと、かかる電界を取り除いてもこの安定状態が維持さ
れるので、本発明の画像形成法において特に適したもの
である。 このような強誘電性液晶は、”ル、ジュルナル、ド、フ
ィズイク、レトルズ″３８　　（Ｌ−８８）　１９７５
、ｒ強ｕＴｌ性Ｗ１晶」　（ＬＥ　ＪＯｔｌＲＮＡＬ　
ＤＥ　ＰＨＹ！ＩＩＩＱＵＥＬＥＴＴＥＲ５’　３Ｂ　
（Ｌ−６８）　１８７５．　ｒＦａｒｒｏｅｌｅｃｔｒ
ｉｃｌ′ＩＩ′Ｉ剛書の昂コｒ内育に亡ＴなしフＬｉｑ
ｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　」）　　；”アプライド、
フィズイクス、レターズ３Ｂ　（１１）　１１１８０．
　　ｒ液晶のサブ・マイクロ秒双安定スイッチング」　
（”ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｓｒｇ”
　３Ｂ　（１１）　１９８Ｇ、ｒ　Ｓｕｂｍｉｃｒ。 ５ｅｃｏｎｄ旧−５ｔａｂｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔ
ｉａ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　１ｎＬｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙ
ｓｔａｌｓＪ　）　；　”固体物理”１８　（１４１）
１１１８１　ｒ液晶」等に記載されており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デン−ｐ′−ア
ミノ−２−メチルブチルシノナメー）　（ＤＯＢＡＭＢ
Ｃ）、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−）　（ＨＯＢＡＣＰＣ）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。 この種の強誘電性液晶の電界下での挙動は、基本的・に
は例えばクラークとラガバルが、米国特許第４３６７９
２４号明＃ｌ書で開示している通りで月細書のＩｆ＋２
（内容に変更なし） あり、要は、これら強誘電性液晶の層に電界が作用する
と、その電界が液晶層によって定まる閾値を越える場合
のみ、該液晶層を構成する液晶分子の双極子モーメシト
が電界方向に配向し、電界の」（以下余白） 向きに応じて液晶分子は第１または第２の安定状態をと
る。そしてこの安定状態は１次に逆向きで閾値以上の電
界が作用するまで維持される。また第１と第２の安定状
態では偏光作用（複屈折効果）が異なるので、この差異
を利用して表示材料として用いられる。上述した双極子
モーメントと電界との相互作用による高速応答性と、メ
モリー性を与える双安定性とにより強誘電性液晶は５優
れた表示材料となるものである。このような特性が有効
に発揮されるためには、液晶層の厚さはできるだけＢい
方が好ましく、一般に０．５ｐ〜２０終、特にｌ＃Ｌ〜
５鉢の範囲が適している。 本発明においては、上記の第１図および第２図により説
明した画像形成原理を利用するが、但し、液晶セルとイ
オン発生器（電荷付与手段）を挾持する位置に一対の偏
光板を設けて、ａ過型の画像形成装置を構成する。第３
図（ＩＬ）は１本発明の画像形成装置全体の構成を表わ
している。 第３図（ａ）に示す画像形成装置は、ＩＴＯな　　　　
　　　ｉ・どの透明電極３０５を蒸着等により一面に設
け。 他面に偏光板３１２を設けたガラス等からなる基板３０
６と、プラスチック等からなる電荷受容体３０４の間に
液晶層３０７を挾持したセル構造を有しており、液晶層
７の厚さはスペーサ３０８により例えば１〜５浜と一定
に保持されている。電荷受容体３０４の外側にはイオン
発生器３０９が配置され、更にその外側に偏光板３１３
および照明光源３０３を配置してなる。照明光５３０３
としては、白熱灯が簡便に用いられるほか、けい光灯や
ＬＥＤアレイ等を用いて軽量化することも可能である。 なお、入射光側の偏光板３１３をイオン発生器３０９と
液晶セルの電荷受容体３０４の間に配置することも考え
られるが、解像度の点から好ましくない。 この装置の動作を説明する。まず画像形成に先立ってイ
オン発生器３０９より負のイオンビームを電荷受容体３
０４に全面にわたって照射することによって均一に負電
荷を与え、これによる電圧Ｅｂが液晶層に実質的に印加
される。この際、電圧Ｅｂが液晶の閾値電圧より大きく
なるようにすると、例えば液晶分子が第５図（ｂ）に、
１＜すｍｌの安定状態に配列した液晶相３１０を均一に
生ずることになる。 第３図（ａ）に示す２枚の偏光板３１２．３１３は互い
にクロスニコルの状態に配列され１例えば偏光板３１３
が上記第１の状態に配列した液晶分子３１０の長軸方向
に入射光が偏光されるよう配列されている。従って、こ
の状態では入射光は透過せず、全体が「暗」の状態とな
る。 次にイオン発生器３０９より正のイオンビームを画像状
に電荷受容体３０４に照射する。この際イオン発生器３
０９かあるいは液晶素子３０１を移動させて電荷受容体
３０４面にイオンビームを走査しながら照射することが
できる（この例においては、イオン発生器３０９は矢標
３１５で示すように液晶素子３０１に対して図面の左方
に移動される）、このイオンビームの照射により電荷受
容体３０４には図中のΦ電荷が画像状に付与されＥｂと
は逆方向の電界Ｅａが液晶層３０７に印加されることに
なる、この電圧Ｅａが閾ｆ−電圧を越えることによって
第１の安定状態に配列していた液晶相３１０が第２の安
定状態に配列した液晶相３１１に変化される。電荷受容
体３０４に付与された電荷は、リークして消滅するとと
もに液晶層３０７に印加される電圧も消滅するが１本例
のごとく液晶層３０７が強誘電性液晶の場合には、メモ
リー性を有するので記録画像は保持される。この液晶相
３１１においては液晶分子の長軸方向が偏光板３１３．
３１２の偏光方向からずれることに応じて入射光の偏光
方向が互いにクロスニコルの関係にあるこれら偏光板の
偏光軸方向からずれることによって、入射光が透過し、
「明」の状態になって、画像が表示される。 なお、上記偏光板３１３の偏光軸の方向を第２の安定状
態に配列した液晶分子の方向に一致するように配置する
ことによって、白地に黒（背景が「明」で画像部が［暗
」）の画像を形成することも勿論可能である。 第４図には、電荷付与手段の駆動装置を含めた本発明の
画像形１＆装置の一例の全体断面図を示す、第４図にお
いて、両面中央部に窓４００ａおよび４００ｂを設けた
偏平駆形状の箱体４．００の一方の窓４００ａを閉塞す
る形態で、液晶素子４０１が設けられている。この液晶
素子４０１は。 第３図の液晶素子３０１とほぼ同様な構成を有し、その
外側の面は偏光板４１２により、また逆側の面は電荷受
容体４０４により構成されている。この電荷受容体４０
４面に対向して、イオン発生器４０９が配置され、この
イオン発生器４０９は、モータ４０８により駆動される
ボールネジ４０７に支持され、矢標４１０の方向に往復
駆動される。またイオン発生器の更に外方には、前記偏
光板４１２とクロスニコルの関係で配置された偏光板４
１３を必要に応じてガラス等の透明基板に支持して、窓
４００ｂを閉塞する形態で配置される。 このｗ４４図の画像形成装置の動作は、イオン発生＄４
０９がモータ４０８により移動される過程で電荷受容体
への電荷付与を行なう点を除いて。 第３図で説明したものと同様である。 ｌ豆立盪】 以上説明したように、イオン発生器を用いて駆動される
１強誘電性液晶を用いた画像形成装置において、液晶セ
ルとイオン発生器の外側に一対の偏光板を配置すること
により、大画面の表示に適したカラー画像表示を行ない
得る画像形成装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本出願人の先に提案に係る画像形成駒Ｎ（反
射型）の断面図である。 第２図は本発明で用いた電荷付与形式を説明するための
装置の部分模式断面図である。 第３図（＆）は１本発明の実施態様を模式的に表わした
断面図である。第３図（ｂ）は液晶層の配向変化を示す
平面図である。 第４図は電荷付与手段の駆動装置を含めた本発明の画像
形成装置の全体断面図である。 １０９．２０１，３０９．４Ｇ９・・イオン発生器（１
ＴＬ荷付与手段） １０１．２０２．３０１．４０し・液晶素子 １０４．２０９．３０４．４０４・１１電荷受容体 １０７．２１２．３０７・―液晶層 ３１２．３１３，４１２．４１３・−偏光板３０３・Φ
光源 ３１０−・第１の安定状態に配列された液晶３１１−・
第２の安定状態に配列された液晶２１１．３１５・やイ
オン発生器の走査方向υＪ：第３図（ａ） 第１図 第２　図 第３図（Ｑ） 第４図 ００ｂ 手続補正書（方式） 昭和８０年５月２９日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導電体と電荷受容体の間に強誘電性液晶を挾持したセル
   構造の液晶素子と、電荷受容体に沿って移動可能であり
   且つ電荷受容体の表面に液晶の閾値電圧を越える電荷を
   付与し得る電荷付与手段と、これら液晶素子と電荷付与
   手段を挾持する位置に設けた一対の偏光板とからなるこ
   とを特徴とする画像形成装置。