JP2818335B2 - 液晶素子、表示装置、光検出装置、カラー複写機、印刷製版装置、画像入力/出力装置、画像演算装置、照明装置および液晶素子の製造方法 - Google Patents

液晶素子、表示装置、光検出装置、カラー複写機、印刷製版装置、画像入力/出力装置、画像演算装置、照明装置および液晶素子の製造方法

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JP2818335B2 JP4131127A JP13112792A JP2818335B2 JP 2818335 B2 JP2818335 B2 JP 2818335B2 JP 4131127 A JP4131127 A JP 4131127A JP 13112792 A JP13112792 A JP 13112792A JP 2818335 B2 JP2818335 B2 JP 2818335B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表示装置および色彩可
変フィルタとして使用でき、各種の民生用工業商品や業
務用商品、および通信用商品など、広範囲の用途に適用
することが可能となる新規な液晶素子およびそれを用い
た電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶を用いた商品であるLCD
(液晶表示装置)は、電卓、時計を始め、ワードプロセ
ッサ、テレビ受像機に至るまで、広く使用されてきてい
る。
【0003】技術的観点に立てば、現在のLCDは2種
類に分類される。1つは、複数の帯状透明電極をそれぞ
れ形成した一対の透光性基板を貼り合せた簡単な構造
で、時分割によって液晶を駆動する単純マトリクス駆動
方法であり、もう1つは、表示絵素部分に薄膜トランジ
スタ(TFT;Thin Film Transistor)やダイオードな
どの非線形素子を付加し、各絵素を見掛け上はスタティ
ック駆動に近い形で駆動するアクティブマトリクス駆動
方法である。表示品質は、後者のアクティブマトリクス
駆動法が優れているが、コストの面では前者の単純マト
リクス駆動法が有利とされている。
【0004】ところで、表示品質を左右する重要な要因
の1つに液晶の表示モードが挙げられる。現在、アクテ
ィブマトリクス駆動型LCDでは、初期(無電界状態)
の液晶配向を90度の捩れを持たせた、いわゆるツイス
テッドネマティック(Twisted Nematic;TN)モード
が一般的であり、単純マトリクス駆動型LCDでは、そ
の液晶の捩れ角を180度から270度の間に設定した
スーパーツイステッドネマティック(Super Twisted Ne
matic;STN)モードがよく利用されている。
【0005】また、後者のSTNモードの場合には、S
TNモードの液晶素子(STNセル)の上に、光学補償
を行う目的で、さらに液晶パネルや位相差フィルムを設
置する方式(DSTN方式やFSTN方式)が、ワード
プロセッサやノート型パーソナルコンピュータなどの表
示装置として適用されている。
【0006】その他の方式では、用途として時計などに
限られた範囲で、液晶に2色性色素を添加したゲストホ
スト(GH)モードがある。この方式は、前記のTNモ
ードやSTNモードに比べ、液晶配向に捩れを付与し、
偏光板を不要にしても表示が可能となるモード(ホワイ
ト・テイラー型GHモード)を含めて考えると、明るく
視角の広い表示装置が得られるという特徴がある反面、
コントラストが低いという欠点を有している。
【0007】ところで、上記商品化されている表示モー
ドには共通して応答速度の向上という要望がなされてい
る。液晶材料やセル構成の改善によって、現在では数十
〜数百msまで向上してきたが、動画表示、特にマウス
が必要な表示装置や、高速光シャッタが必須の応用商品
にとっては、まだ充分とは言い難い状況にある。
【0008】これに対して、近年、高速応答特性を有す
る液晶が提案されている。その1つは、液晶分子骨格中
に不斉炭素を付与し、その結果、強誘電性を発現させた
液晶(強誘電性液晶)を用いるものである。この方式
は、強誘電性液晶を1〜2μmのギャップ(間隔)を有
した液晶パネルに封止し、液晶自身の複屈折性や印加電
圧の極性と液晶分子配向の相互干渉を利用して表示を行
うものである(SurfaceStabilized Ferroelectric Liqu
id Crystal;SSF−LC)。
【0009】SSF−LCは、数十μs〜数百μsの応
答速度を有し、従来のネマティック液晶に比べ、桁違い
の高速性を示す上に、メモリ特性も保有することから、
次世代の表示装置として有力視されている。
【0010】しかしながら、機械的衝撃性に弱いこと、
極めて高度な液晶配向制御技術が要求されること、駆動
時にコントラストの低下が生じ易いこと、特性の温度依
存性が大きいことなどの問題を有しており、完全な実用
化までには至っていないのが現状である。
【0011】他の方法としては、高分子マトリクス中に
ミクロンサイズオーダの液晶滴を分散させた液晶/高分
子複合膜が提案されている。これは、製造方法に応じ
て、液晶滴が高分子マトリクスに完全に包囲され、孤立
している状態を実現するものと、液晶が孤立されておら
ず、三次元網目状高分子の中に含有される状態を実現す
るものとの2種類がある。いずれの種類であっても、液
晶が微少空間に閉じ込められているため、従来より高速
の応答特性を示し、具体的にはmsオーダーである。
【0012】図19は、液晶滴が高分子マトリクス中に
孤立した状態の液晶素子の動作原理を示す図である。液
晶素子は、対向する表面に透明電極がそれぞれ形成され
た透光性基板15,16間に複数の液晶滴17を介在し
て構成される。透光性基板15,16の各透明電極に
は、電源18からの交流電圧がスイッチ19によって選
択的に与えられる。
【0013】図19(a)に示すように、無電界時には
液晶空間内で液晶分子が不規則に配向するため、入射光
を散乱させ、その結果、白濁した状態が認められてい
る。
【0014】しかし、充分高い電圧を印加すると、ここ
で用いられる液晶が正の誘電異方性(Δε=εa−εb
>0、εa:液晶分子の長軸方向の誘電率、εb:液晶
分子の短軸方向の誘電率)を有するものであるとする
と、図19(b)に示すように、電解方向に配向を揃え
なおし、その結果、透明な状態が得られる。
【0015】このように電圧の印加/除去によって透明
/不透明に状態をmsオーダーの速度で切換えることが
できる。しかしながら、この表示モードでは、表示特性
に電圧の上昇および下降で異なる透過率を示すこと、す
なわちヒステリシス特性を示すこと、液晶パネルとして
の抵抗が上がりにくいなどの問題が生じている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】表示装置もしくは光変
調素子においては、コントラストが高い上に明るく(透
過率が高く)、かつ高速の応答特性を有する液晶素子が
切望されている。
【0017】この観点から鑑みると、液晶表示モードと
しては、前述のように偏光板使用型と偏光板不要型の各
表示モードの中では、後者の偏光板不要型の表示モード
が有利となる。なぜならば、偏光板を使用すると、偏光
板自身の光学的性質によって、少なくとも光利用率は5
0%以下に減少するためである。したがって、表示モー
ドとしては、液晶に色素を添加した材料を捩れ配向させ
たホワイト・テイラー型GHモード、および液晶/高分
子複合膜が考えられる。
【0018】ホワイト・テイラー型GHモードについて
は、捩れ配向の角度を増加させ、かつ基板に垂直配向さ
せることによって、msオーダーの応答速度は得られる
ことが知られているけれども、高いコントラストが得ら
れないことが難点となる。これに対して、2層型GHモ
ードにすることによってコントラストが改善されること
が報告されている(PROC. of the SID,2514(1984)
p.275)。しかしながら、2層型GHモードでは、液晶
層間に通常のガラス基板を用いるため、視角によって上
下液晶層に視差が生じ、表示がだぶるという欠点があ
る。
【0019】一方、前述の図19に示すように、液晶/
高分子複合膜を用いた表示モードでは、前述のように、
ヒステリシス特性を有すること、液晶パネルの抵抗が上
がりにくく信頼性に乏しいことなどの基本的問題を生じ
ている。
【0020】本発明の目的は、コントラストが高く、明
るく、かつ高速応答特性を有する液晶素子を提供し、さ
らにその液晶素子を用いて高精細でかつ明るい表示装
置、光検出装置、カラー複写機、印刷製版装置、画像入
力/出力装置、画像演算装置、照明装置および液晶素子
の製造方法を提供することである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、対向する表面
にそれぞれ透明電極が形成された一対の透光性基板と、
前記透明電極に電圧を印加する電圧供給手段と、前記一
対の透光性基板間に介在される複数の液晶層6,7;2
6,27とを含み、各液晶層は、予め定める配向方向を
有するポリマネットワーク内に含有され、液晶層の液晶
分子は、ポリマネットワークによって配向されているこ
とを特徴とする液晶素子である。
【0022】また本発明は、前記液晶は、2色性色素を
含有することを特徴とする。
【0023】また本発明は、複数の色の波長を含む一つ
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、上述の構成からなる
複数の液晶素子と、各液晶素子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ことを
特徴とする表示装置である。
【0024】さらにまた本発明は、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、上述の構成からなる複数の液
晶素子と、各液晶素子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ことを特徴とす
る光検出装置である。
【0025】また本発明は、複数色の波長を含む光を発
生する一つの光源と、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、上述の構成からなる
複数の液晶素子と、各液晶素子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ことを
特徴とするカラー複写機である。
【0026】さらにまた本発明は、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、上述の構成からなる複数の
液晶素子と、各液晶素子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ことを特徴と
する印刷製版装置である。
【0027】さらに本発明は、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、上述の構成
からなる複数の液晶素子と、各液晶素子へ印加される駆
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
ることを特徴とする画像入力/出力装置である。
【0028】さらにまた本発明は、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、上述の構成からなる複数の液晶
素子と、各液晶素子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ことを特徴とする
画像演算装置である。
【0029】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、上述
の構成からなる複数の液晶素子と、各液晶素子へ印加さ
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である。 また本発明は、(a)予め定める空間を形成するように
対向して配置される第1の対を成す第1および第2基板
を準備するステップであって、第1基板は、第2基板に
臨む表面上に形成された電極と配向膜とを有し、第2基
板は、第1基板に臨む表面に形成された配向膜を有し、 (b)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
れる第2の対を成す第3および第4基板を準備するステ
ップであって、第3基板は、第4基板に臨む表面に配向
膜を有し、第4基板は、第3基板に臨む表面に形成され
た配向膜を有し、 (c)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
れる第3の対を成す第5および第6基板を準備するステ
ップであって、第5基板は第6基板に臨む表面に形成さ
れた配向膜を有し、第6基板は第5基板に臨む表面に形
成された電極と配向膜とを有し、 (d)第1、第2および第3の各対を成す第1および第
2、第3および第4、ならびに第5および第6基板の前
記各空間内に、液晶と重合性化合物との混合物を注入す
るステップと、 (e)第1〜第6基板表面の配向処理によって、または
第1〜第6基板表面の配向処理と外部エネルギとによっ
て、液晶とともに重合性化合物を重合させ、これによっ
て、配向された液晶分子が、前記重合によって、前記各
対の第1〜第6基板間で配向された液晶分子に沿って選
択された配向方向を有するポリマネットワークを、形成
させるステップと、 (f)第1の対を成す第1および第2基板から第2基板
を剥離して、ポリマネットワークが形成された前記第1
基板を残すステップと、 (g)第2の対を成す第3および第4基板から第3およ
び第4の両基板を剥離して第2ポリマネットワークのみ
を残すステップと、 (h)第3の対を成す第5および第6基板から第5基板
を剥離して、第3ポリマネットワークが形成された第6
基板を残すステップと、 (i)前記ステップf、ステップgおよびステップhで
得られた第1、第2および第3ポリマネットワークから
液晶をそれぞれ除去し、それらの各ポリマネットワーク
を乾燥するステップと、 (j)電極と配向膜とが形成された第1基板を有する第
1ポリマネットワークと、第2ポリマネットワークと、
電極と配向膜とが形成された第6基板を有する第3ポリ
マネットワークとをこの順序で積層し、第1ポリマネッ
トワークの第1基板上の電極が第2ポリマネットワーク
を介して第3ポリマネットワークの第6基板の電極に対
向するステップと、 (k)第1および第6基板間の前記積層されたポリマネ
ットワークに液晶を注入するステップとを含むことを特
徴とする液晶素子の製造方法である。 また本発明は、(a)予め定める空間を形成するように
対向して配置される第1の対を成す第1および第2基板
を準備するステップであって、第1基板は、第2基板に
臨む表面上に形成された電極と配向膜とを有し、第2基
板は、第1基板に臨む表面に形成された配向膜を有し、 (b)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
れる第2の対を成す第3および第4基板を準備するステ
ップであって、第3基板は、第4基板に臨む表面に配向
膜を有し、第4基板は第3基板に対向する表面に形成さ
れた電極と配向膜とを有するステップと、 (c)第1および第2の各対を成す第1および第2、な
らびに第3および第4基板の前記各予め定める空間内
に、液晶と重合性化合物との混合物を注入するステップ
と、 (d)第1〜第4基板表面の配向処理によって、または
第1〜第4基板表面の配向処理と外部エネルギとによっ
て、液晶とともに重合性化合物を重合させ、これによっ
て、配向された液晶分子が、前記重合によって、前記各
対の第1〜第4基板間で配向された液晶分子に沿って選
択された配向方向を有するポリマネットワークを、形成
させるステップと、 (e)第1の対を成す第1および第2基板から第2基板
を剥離して、ポリマネットワークが形成された第1基板
を残すステップと、 (f)第2の対を成す第3および第4基板から第3基板
を剥離し、第2ポリマネットワークが形成された第4基
板を残すステップと、 (g)前記ステップeおよびステップfで得られた第1
および第2ポリマネットワークから液晶をそれぞれ除去
し、それらの各ポリマネットワークを乾燥するステップ
と、 (h)電極と配向膜とが形成された第1基板を有する第
1ポリマネットワークと、電極と配向膜とが形成された
第4基板を有する第2ポリマネットワークとをこの順序
で積層し、第1ポリマネットワークの第1基板上の電極
が第2ポリマネットワークの第4基板の電極に対向させ
るステップと、 (i)第1および第4基板間の前記積層されたポリマネ
ットワークに液晶を注入するステップとを含むことを特
徴とする液晶素子の製造方法である。
【0030】
【作用】本発明に従えば、液晶素子を構成する一対の透
光性基板間において、高分子化合物内に含有された液晶
がたとえば2層構造となり、各液晶層の配向方向は異な
る。この液晶素子の特性は、低電圧印加時には、液晶分
子が水平配向の規制力の元で不規則に配向するので、第
1層(入射光側透光性基板に近接する液晶層)の透過し
た光は、異常光線方向(液晶分子長軸方向)に広い散乱
を示し、常光線方向(液晶分子短軸方向)は散乱を受け
ない。しかし、第2層(出射光側透光性基板に近接する
液晶層)を通過することによって常光線方向が異常光線
方向となるため散乱され、結局、全光線成分が散乱され
る。充分に高い電圧を印加したときには、前記第1層お
よび第2層の液晶分子は電界方向にすべて揃うので、散
乱されず、透明状態となる。
【0031】また本発明に従えば、前記液晶素子は、2
色性色素を添加した液晶によって構成される。これによ
って、従来の2層型GHモードと原理的に同じ特性が得
られる。すなわち、たとえば第1層と第2層との光吸収
軸がほぼ直交している場合、低電圧印加時には自然光の
光を効率よく吸収する。一方、充分高い電圧を印加した
ときには、液晶分子が電界方向に揃うため、色素もこの
電界方向に再配向し、光の吸収がほとんど生じなくな
る。
【0032】さらに本発明に従えば、前記液晶素子は、
透過型や反射型、あるいは投射型の表示装置、さらに
は、光シャッタ機能、フィルタ機能が必要となる光学装
置、たとえば撮像装置、複写機、印刷製版装置などの種
々の電子装置に広く適用される。本発明に従えば、たと
えば後述の実施例に関連して説明されるように、プレテ
ィルト角が零度のネマティック液晶を利用してポリマネ
ットワークを形成し、その後、有機溶媒で前記ネマティ
ック液晶をポリマネットワークから洗い出し、それを3
次元的配向手段とする。ポリマネットワークの形成にあ
たっては、液晶と重合性化合物との混合物である溶液
に、たとえば電界を印加して、液晶配向変形を利用し、
プレティルトを付与することができる。その後、液晶に
使うたとえばゲストホスト液晶を、前記ポリマネットワ
ークに注入する。これによって配向制御された表示品位
のよい液晶表示素子を提供することができる。こうして
特定の配向性を持つ液晶によって、ポリマネットワーク
を予め形成した後、表示素子を提供するための液晶を新
たに注入、封止する。
【0033】
【実施例】配向処理を施した1組の基板(少なくともそ
の一方は透明基板)間に、液晶と重合性化合物の均一溶
液を注入し、UV(紫外線)もしくは熱で重合性化合物
を硬化させると、液晶の配向場に基づき、該化合物が配
向し、ポリマネットワーク中に液晶の分子を一方向に揃
える環境を付与させることができる。この作用を利用
し、双方の基板間で異なる配向方向に予め硬化させたポ
リマネットワーク膜を重ね合わせ、この膜内に所望の液
晶を注入・封入することによって、従来にない液晶の電
気光学効果を発現させることができる。
【0034】図1は、本発明の一実施例である液晶素子
1の構造を示す断面図である。液晶素子1は、一対の透
光性基板2,3の対向する表面にそれぞれ透明電極4,
5を形成し、さらにその上に配向膜9,10を形成し、
このような透光性基板2,3と封止部材8とによって形
成される密閉空間内に第1液晶層6および第2液晶層7
を介在して構成される。前記透明電極4,5には、電源
11からの印加電圧がスイッチ12を介して選択的に与
えられる。
【0035】上記構成の液晶素子1の製造方法は、以下
のとおりである。たとえば、水平配向処理を施した透光
性基板2と基板とを用い、誘電率異方性が正の液晶と重
合性化合物とを混合させた溶液を無電界の条件下でネッ
トワークを形成した後、基板を剥離し、液晶を除去する
ことによって透光性基板2上にネットワークのみを残
す。透光性基板3も、透光性基板2と同様にネットワー
クのみを作成した後、これらの一対の透光性基板2,3
の水平配向の方向が互いに直交するように封止部材8を
用いて重ね合わせ、その後、再度、誘電率異方性が正の
液晶を注入し、液晶素子1を作成する。
【0036】この液晶素子1の特性は、低電圧印加時に
は、液晶分子が水平配向の規制力の元で不規則に配向す
るため、たとえば第1液晶層6を通過した光は、異常光
線方向(液晶分子長軸方向)に広い散乱を示し、常光線
方向(液晶分子短軸方向)は散乱を受けない。しかし、
第2液晶層7を通過することによって、常光線方向が異
常光線方向となるため、透過光は散乱され、結局、全光
線成分が散乱される。また、充分高い電圧を印加したと
きには、第1液晶層6および第2液晶層7の各液晶分子
は電界方向にすべて揃うため、透過光は散乱されず透明
状態となる。
【0037】従来の液晶/高分子複合膜に比べ、本液晶
素子1は、配向処理を行っているため応答特性が優れて
おり、かつヒステリシス特性を示さない上に、ポリマネ
ットワークのみを予め充分洗浄した後に高純度の液晶を
封入することによって、高抵抗の素子を提供することが
可能となり、アクティブマトリクス液晶パネルに適用し
易いという特徴を有する。 また、2色性色素を添加した誘電率が正の液晶を注入し
て液晶素子1を構成すると、前述の2層型GHモードと
原理的に同じ特性が得られる。すなわち、第1液晶層6
と第2液晶層7の光吸収軸はほぼ直交しているため、低
電圧印加時には自然光の光を効率的に吸収する。一方、
充分高い電界印加時には、液晶分子が電界方向に揃うた
め、2色性色素もこの方向に再配向し、光の吸収がほと
んど生じなくなる。したがって、コントラストが高く、
また従来の2層型GHモードで生じる視差の問題も解決
する。
【0038】従来、高分子膜から独立した液晶滴の中に
色素を添加する素子は提案されている(J.L.Fergaso
n,SID Digest,1985,p.68)。しかし、この場合には
液晶滴の中で色素が不規則に配向しているため、入射光
に非吸収成分が生じるのに対し、本発明の液晶素子1は
色素が入射光の全成分に対して吸収するように配向が制
御されているため、従来に比べ、前述の特徴以外にコン
トラストも優れている。
【0039】また、前述の電気光学特性と逆の特性を得
ることも可能である。図2は、本発明の他の実施例であ
る液晶素子21の構造を示す断面図である。液晶素子2
1は、一対の透光性基板22,23の対向する表面にそ
れぞれ透明電極24,25を形成し、さらにその上に配
向膜29,30を形成し、このような透光性基板22,
23と封止部材28とによって形成される密閉空間内に
それぞれ2色性色素を含有する第1液晶層26および第
2液晶層27を介在して構成される。透明電極24,2
5には、電源31からの印加電圧がスイッチ32を介し
て選択的に与えられる。
【0040】上記構成の液晶素子21の製造方法は、以
下のとおりである。すなわち、水平配向を施した透光性
基板23と基板とを用い、誘電率異方性が正の液晶と重
合性化合物とを混合させた溶液を、やや高い電圧を印加
しながらネットワークを形成する。ここで、印加する電
圧は、液晶が基板の垂直方向に対してやや一方向に傾く
角度(プレティルト角)になるような値とする(プレテ
ィルト角は電圧によって制御できる)。
【0041】ネットワークを形成した後、基板を剥離
し、液晶を除去することによって、透光性基板23上に
ポリマネットワークのみを形成する。透光性基板24に
も、透光性基板23と同様な処理によってポリマネット
ワークのみを形成した後、双方の透光性基板23,24
を貼り合せる。この中に、誘電率が負の液晶と2色性色
素を添加した材料を注入・封止する。ここで、各透光性
基板23,24はプレティルト角を有する液晶分子のポ
リマネットワークを形成した基板上への射影方向がそれ
ぞれほぼ直交するように貼り合せるものとする。
【0042】この液晶素子21の動作は、無電界時に
は、色素分子は基板22,23に対してほぼ垂直に配向
するため着色しないが、充分な高電圧を印加すると液晶
分子は基板22,23にほぼ平行でかつ第1液晶層26
と第2液晶層27とで直交するように配向を変化させ
る。この液晶分子の配向方向に揃うように色素分子も並
び代えられるため、着色するようになる。これによっ
て、コントラストが高く、かつ前述の表示モードとは逆
の動作となる。
【0043】なお、基板22,23の垂直方向よりやや
傾いたプレティルト角をもたせる方法としては、上述の
ような電界を併用する方法以外に、基板22,23を水
平配向と垂直配向処理の併用、たとえば、85度の斜方
蒸着後、シランカップリング剤やポリイミド膜の垂直配
向処理を行うことによって、液晶分子がプレティルト角
を有するように予め処理を行ってもよい。
【0044】以上の各液晶素子1,21は、従来の液晶
/高分子複合膜で問題となっていたヒステリシス特性が
生じない上に、コントラストが高いこと、偏光板が不要
なため明るいこと、複合膜の特徴である高速応答特性を
有すること、液晶素子の抵抗値を高くすることができる
こと、などの種々の特徴を有する。
【0045】特に、色素を添加した液晶材料系を用いる
場合においては、従来の複合膜ではポリマ中にも色素が
取り込まれてしまい、コントラストを改善することがで
きなかったが、本発明の液晶素子では、ポリマと液晶材
料とが完全に分離できるため、このような問題が発生す
ることはない。
【0046】したがって、本発明に係る液晶素子は、透
過型や反射型、あるいは投射型の表示装置は勿論のこ
と、光シャッタ機能またはフィルタ機能が必要となる応
用商品、たとえば、撮像装置、複写機、印刷製版装置な
どに広く適用できる。以下、具体例をさらに詳細に説明
する。
【0047】実施例1 前記液晶素子1,21を製造する際に使用する溶液とし
て、シアノビフェニル系ネマティック液晶(商品名「E
7」、BDH社製)に、ジアクリレートオリゴマと光重
合開始剤とを溶解し、液晶濃度95wt%の平均溶液を
用いる。
【0048】斜法蒸発着法を用い、ネマティック液晶の
プレティルト角が0度となる水平配向処理を施した透明
電極付きのガラス基板とポリカーボネート基板との間で
液晶の配向が平行になるように挟み込み、スペーサによ
って厚さが9μmになるように厚みを制御する。その
後、UV照射によって、前述の溶液のオリゴマを高分子
化させた後、ポリカーボネート基板を剥離する。
【0049】前述と同じ方法によって作成したポリマネ
ットワークを形成した透明電極付きガラス基板をもう1
枚用意し、この基板に液晶を含有させた後、前記基板と
液晶分子長軸がほぼ直交するように貼り合せる。
【0050】この液晶分子に電圧を印加すると、5V程
度で透過率の低下が見られ、強い散乱特性が得られた。
また、応答速度は、5ms程度が得られた。
【0051】実施例2 液晶素子を製造する際に使用する溶液として、シアノビ
フェニル系ネマティック液晶(商品名「E7」、BDH
社製)に、ジアクリレートオリゴマと光重合開始剤とを
溶解し、液晶濃度95wt%の均一溶液を用いる。
【0052】ポリイミド膜の表面をラビング処理を施
し、ネマティック液晶のプレティルト角がほぼ2度とな
る水平配向処理を施した透明電極付きガラス基板とポリ
カーボネート基板との間で、液晶の配向が平行になるよ
うに挟み込み、スペーサでその厚みがたとえば9μmに
なるように制御する。
【0053】その後、UV照射によってオリゴマを高分
子化させた後、ポリカーボネート基板を剥離し、さらに
有機溶剤で液晶を充分溶解させ除去した後、乾燥させ
た。
【0054】続いて、上述と同様の手順で作成したもう
1枚のポリマネットワークを形成した透明電極付きガラ
ス基板を用意し、前記ガラス基板とその分子長軸方向が
ほぼ直交するように貼り合せる。
【0055】その後、黒色ゲストホスト系液晶(商品名
「ZLI−2274」、メルク社製)を前記基板間に注
入し、封止した。
【0056】バックライトの下でこの液晶素子に電圧を
印加/除去すると、広視角でしかも良好なコントラスト
で(ほぼ10)、かつ3ms程度の高速応答速度を有す
る白/黒表示が認められた。
【0057】実施例 3 液晶素子を製造する際に使用する溶液として、シアノビ
フェニル系ネマティック液晶(商品名「E7」、BDH
社製)に、ジアクリレートオリゴマと光重合開始剤とを
溶解し、液晶濃度95wt%の均一溶液を用いる。
【0058】ポリイミド膜の表面にラビング処理を施
し、ネマチック液晶のプレティルト角がほぼ2度となる
水平配向処理を施した透明電極付きガラス基板とポリカ
ーボネート基板との間で、液晶分子の配向方向が平行に
なるように挟み込み、スペーサでその厚みをたとえば9
μmに制御する。
【0059】前記構成の液晶セルに30Vの交流電圧を
印加しながらUV照射を行い、溶液中のオリゴマを高分
子化させた後、ポリカーボネート基板を剥離し、さらに
有機溶剤で液晶を充分溶解させ除去した後、乾燥させ
た。
【0060】続いて、前述と同様の手順に従って作成し
たもう1枚のポリマネットワークを形成した透明電極付
きガラス基板を用意し、前記基板と貼り合せ、液晶パネ
ルを作成した。
【0061】その後、黒色ゲストホスト系液晶(商品名
「ZLI−3200」、メルク社製)をこの液晶パネル
に注入し、封止した。
【0062】なお、実施例の液晶材料は誘電異方性が負
の材料であり、交流電圧を印加した状態で基板に並行な
液晶分子の成分が生じ、かつ上下一対の基板上にそれぞ
れ形成されたポリマネットワーク中の液晶分子は、交流
電圧印加状態でほぼ直交するように貼り合せられてい
る。
【0063】上記構成の液晶素子に、バックライトの下
で1kHzの交流電圧を印加/除去することによって、
前述の実施例2と逆の表示、すなわち黒/白表示が広視
角、かつ高コントラスト(約8)で、高速の応答速度
(約4ms)で得られた。
【0064】実施例 4 前述の実施例1〜3の各液晶素子において、一対のガラ
ス基板の貼り合せ角度を変化させたところ、90度±3
0度の角度範囲でコントラストが30%変化したが、目
視では表示に支障がないことを確認した。
【0065】なお、上記実施例、特に図1および図2で
は、該1層および2層が隣接した構造としたが、これら
の層間に、さらに液晶層(第3層目)を前記1層および
2層とほぼ同じ厚みで介在させても、効果は概ね損なわ
れないことを確認している。
【0066】また、液晶材料としても、上記実施例以外
に、2周波駆動用液晶(高周波電圧でΔε<0、低周波
電圧でΔε>0)も使用可能である。
【0067】実施例 5 前述の実施例2の製造方法に従って液晶注入前の液晶パ
ネルを3組作成した。これらの液晶パネルに液晶とし
て、ホスト液晶をメルク社製の「ZLI−1840」
(商品名)とし、ゲスト染料を日本感光色素株式会社製
の「G209」、「G232」およびBDH社製の「D
35」(商品名)をそれぞれに2wt%添加した材料を
前記3枚の液晶パネルにそれぞれ注入し、封止した。
【0068】次にこれらの3枚のパネルを積層し、各液
晶パネルに電圧を印加/除去すると、白色光源の透過光
のもとで、減法混色によるカラー表示を確認した。
【0069】なお、赤色、緑色、青色を呈する材料系や
シアン、マゼンタ、黄色を呈示する他の材料系を用いて
も同様に複数色の色彩が、液晶パネルへの電圧印加方法
(電圧値や電圧を印加するパネルの選択方法)によって
得られることを確認した。
【0070】実施例 6 前述の実施例2において、一方の透明電極付きガラス基
板として、a−Siを用いた薄膜トランジスタでマトリ
クスアレイを形成した100×128絵素を持つアクテ
ィブ基板を用いた。
【0071】薄膜トランジスタの構造は、逆スタガ型で
あり、ゲート電極はTa(膜厚1500Å)であり、ゲ
ート酸化膜(膜厚2000Å)はTa25とSiNx
2層絶縁膜であり、ソース電極およびドレイン電極(そ
れぞれ膜厚1500Å)は、Moであり、絵素はITO
(膜厚1500Å)である。
【0072】このような構造の液晶パネルをバックライ
トの下でマルチプレックス駆動した結果、良好なモノク
ロ動画像を表示することができた。
【0073】さらに、この構造においてアクティブ基板
の対向基板として、ゼラチンからなる赤、緑、青のマイ
クロカラーフィルタを形成した透明電極付きガラス基板
を用いたところ、広視角で良好なカラー動画像を確認す
ることができた。
【0074】なお、アクティブ基板としては本実施例に
限定するものではなく、すなわち、p−SiやCdSe
などの他の材料を用いたトランジスタ素子や、MIM、
ダイオードのような2端子型素子を用いたものでもよ
く、また、ゲート電極として線状発光源と感光材料とで
構成した光スイッチング素子を形成した基板を用いても
よい。さらに、アクティブ素子を形成していないマトリ
ックス基板を用い、単純マトリックス駆動を行って表示
が可能となることは勿論である。
【0075】実施例 7 図3は、前述の実施例6の構造において、アクティブ基
板としてSi単結晶基板を用いた場合の構造例を示す断
面図である。作成プロセスは、MOS半導体プロセス技
術を適用し、絵素数は240×380である。
【0076】映像信号の書込みから次の映像信号の書込
み期間までの間、絵素に注入された電荷の保持を助ける
手段としてのストレージキャパスタを絶縁膜を介したシ
リコン基板48とp−Si層41との間に形成してい
る。また、反射膜でもある画素電極42はアルミニウム
(Al)を用いており、その凹凸はアルミニウム下の絶
縁膜(SiNx)43上にレジストを塗布し、その表面
をホトリソグラフィー法によって凹凸を形成することで
実現している。また基板上にはフィールド酸化膜44、
ソースライン45、共通電極46が形成され、さらにそ
の上には本発明に従う液晶/高分子複合膜49、ITO
46、ガラス基板47が積層されている。なお図面にお
いて配向膜は省略している。
【0077】このような図3に示す構造において、マル
チプレクス駆動を行ったところ、広視角で良好なモノク
ロ動画像を表示することができた。また同様に図3に示
す構造において、ガラス基板47の代わりにゼラチンか
ら成る赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを付加させ
たガラス基板を用いたところ、広視角で良好なカラー動
画像が得られた。
【0078】実施例 8 前述の図3の構造において、Si単結晶基板上にさらに
図4に示す回路と等価回路になるようにPチャネルおよ
びNチャネルを制御し、CMOS構造を実現した。
【0079】図4は、画素51を駆動するための駆動回
路であり、信号走査部52と、信号保持用コンデンサ5
3a,53bと、絵素駆動部54と、信号走査部52か
らの駆動信号を信号保持用コンデンサ53a,53bの
いずれか一方に切換えて与える第1スイッチング回路5
7aと、信号保持用コンデンサ53a,53bに保持さ
れている駆動信号のいずれか一方を絵素駆動部54に切
換えて与える第2スイッチング回路57bとで構成され
ている。信号走査部52は、NチャネルMOSトランジ
スタ56で構成され、走査信号VDがゲートに与えら
れ、駆動信号VSがソースに与えられ、ドレインは第1
スイッチング回路37aに接続される。絵素駆動部54
は、バッファ回路55で構成され、該バッファ回路55
には液晶駆動電圧Voが供給され、その出力電圧が画素
51に与えられる。
【0080】第1および第2スイッチング回路57a,
57bは、ともに1組のNチャネルMOSトランジスタ
およびPチャネルMOSトランジスタで構成され、それ
ぞれのゲートには共通の切換信号VCが与えられる。し
たがって、いずれか一方のトランジスタがオンのとき
は、他方のトランジスタはオフとなる。図5は、図4に
示す回路の機能を示すブロック図である。
【0081】図4および図5に示す駆動回路では、切換
信号VCとしてハイレベルまたはローレベルの信号を与
えることによって、信号保持用コンデンサ53aまたは
53bに蓄積された駆動信号で画素51を駆動すること
ができる。したがって、画素の表示を行うと同時に、次
に表示させるべき駆動信号の蓄積も可能となり、結局、
一画面を同時に、かつ順次表示できることになる。以上
の原理に基づいて実際に表示を行ったところ、この視角
で良好なモノクロ動画像を確認することができた。
【0082】実施例 9 図6は、本発明に従う液晶素子を用いた表示装置60の
構成を示す図である。表示装置60は、前述の実施例8
に従う液晶表示素子61と、前述の実施例5に従う液晶
素子である色彩変調フィルタ62と、液晶表示素子61
を駆動する駆動回路63と、色彩変調フィルタ62を駆
動するフィルタ駆動手段64と、液晶表示素子61に所
望の色彩で所望の表示を行うために駆動回路63および
フィルタ駆動回路64をそれぞれ制御する表示制御回路
65とを含んで構成される。
【0083】液晶表示素子61は、アクティブマトリク
ス型の液晶表示素子であり、透光性基板61bと、透光
性基板61b側からの入射光を反射する光反射手段が設
けられる基板61aとを対向して配置し、透光性基板6
1bと対向基板61aとの間に前述の液晶/高分子複合
膜61cを介在して構成される。透光性基板61bの対
向基板61aに対向する表面のほぼ全面には1枚の共通
電極が形成され、対向基板61aの透光性基板61bに
対向する表面には、マトリックス状に複数の表示電極が
形成され、それぞれの電極の重なる領域が表示領域(画
素)となる。液晶表示素子61は、駆動回路63からの
駆動電圧が前記共通電極および表示電極間に印加され、
所定の表示が行われる。駆動回路63は、表示制御回路
65からの表示制御信号によって制御される。
【0084】色彩変調フィルタ62は、シアンフィルタ
62C、マゼンタフィルタ62M、黄色フィルタ62Y
がこの順序で積層され、液晶表示素子61の透光性基板
61b側に配置される。シアンフィルタ62Cは、一対
の透光性基板68,69の対向する表面の全面にわたっ
て図示しない透明電極をそれぞれ形成し、基板68,6
9間に前述したようにシアンの2色性色素を含む液晶/
高分子複合膜59cを介在して構成される。マゼンタフ
ィルタ62Mは、一対の透光性基板68,69の対向す
る表面の全面にわたって図示しない透明電極をそれぞれ
形成し、基板68,69間に前述したようにマゼンタの
2色性色素を含む液晶/高分子複合膜59Mを介在して
構成される。黄色フィルタ62Yは、一対の透光性基板
68,69の対向する表面の全面にわたって図示しない
透明電極をそれぞれ形成し、基板68,69間に前述し
たように黄色の2色性色素を含む液晶/高分子複合膜5
9Yを介在して構成される。
【0085】シアンフィルタ62Cと、マゼンタフィル
タ62Mと、黄色フィルタ62Yとは、それぞれスイッ
チング回路66C,66M,66Yを介して交流電源6
7からの交流電圧が供給される。スイッチング回路66
C,66M,66Yは、表示制御回路65からの切換信
号に基づいて選択的にシアンフィルタ62C、マゼンタ
フィルタ62M、黄色フィルタ62Yに交流電圧を印加
し、各フィルタを駆動する。このように各フィルタのオ
ン/オフを制御することによって、色の3原色である赤
色光、緑色光、青色光を液晶表示素子61に入射させる
ことができる。下記の表1には、各フィルタの駆動状態
と入射光の色彩との対応関係が示されている。
【0086】
【表1】
【0087】上述したような構成の表示装置60におい
て、シアンフィルタ62C、マゼンタフィルタ62M、
黄色フィルタ62Yを選択的に動作させ、単位時間毎に
赤色光、緑色光、青色光を反射型の液晶表示素子61へ
入射させる。これに同期して、液晶表示素子61に赤色
用画像、緑色用画像、青色用画像を順次表示させること
によって、高視角で良好なカラー動画像を得ることがで
きた。
【0088】実施例 10 ここでは、前述の各実施例に従う液晶素子を透射型光学
装置に適用した場合を説明する。
【0089】図7は、実施例1に従う液晶素子2を用い
た光学装置70の構成を示す図である。ランプ71から
の出射光およびミラー72からの反射光は、レンズ73
によって集光され、ミラー74で反射され、レンズ75
に入射されて平行光となり、液晶表示素子2に入射され
る。液晶表示素子2には、表示すべき画像が表示されて
おり、入射光のうち表示に必要な反射光のみが出射さ
れ、レンズ75およびスリット76を介してレンズ77
に与えられ、拡大されてスクリーン78に表示される。
【0090】図8は、前述の実施例6に従う液晶表示素
子2を用いた光学装置80の構成を示す図である。ラン
プ81からの出射光およびミラー82からの反射光は、
液晶表示素子2の背面側から入射される。液晶表示素子
2には表示すべき画像が表示されており、入射光のうち
表示に必要な光のみが透過し、レンズ83によって拡大
されてスクリーン84に表示される。
【0091】図9は、実施例9に従う液晶表示素子61
および光変調フィルタ62を用いた光学装置90の構成
を示す図である。ランプ91からの出射光およびミラー
92からの反射光は、プリズムビームスプリッタ93に
入射され、特定偏光成分のみが反射され、液晶表示素子
61に入射される。液晶表示素子61には、表示画像に
基づいて画素に電圧が印加されており、電圧無印加部分
を透過・反射した光のみがプリズムビームスプリッタ9
3を透過して光変調フィルタ62によって所望の色彩光
に選択され、レンズ94によって拡大されてスクリーン
95に表示される。ここでシアンフィルタ62C、マゼ
ンタフィルタ62M、黄色フィルタ62Yを選択的に動
作させ、単位時間毎に赤色光、緑色光、青色光を透過さ
せる。これに同期して液晶表示素子61に赤色用画像、
緑色用画像、青色用画像を順次表示させることによって
カラー画像が表示される。
【0092】上述の図7、図8および図9にそれぞれ示
される光学装置70,80,90においても、良好な投
射像が得られた。
【0093】実施例 11 図10は、実施例5に従う液晶素子を用いた電子装置で
あるカラー撮像装置141のブロック図である。本実施
例のカラー撮像装置141は、CCD素子などから構成
される固体撮像素子142を備え、固体撮像素子142
への光の入射側に前述の実施例5に従って製造された液
晶カラーフィルタ129が装着される。
【0094】制御回路143は、走査回路144を制御
して固体撮像素子142をラスタ走査する。また、この
固体撮像素子142の一画面の走査毎に電圧調整回路1
05を制御して、液晶カラーフィルタ129がたとえば
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142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
が順次的に読出され、各画像信号はアナログ/デジタル
変換器145でデジタル信号に変換され、制御回路14
3に読み取られる。制御回路143には走査回路144
および電圧調整回路105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146が接続され
る。
【0095】このようにして本実施例のカラー撮像装置
141は、従来の固体撮像素子のように光の入射側にマ
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、歩留ま
りが向上される。
【0096】実施例 12 図11は、電子装置の他の実施例としてのカラーセンサ
147のブロック図である。カラーセンサ147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147は、アモルファスシリ
コンのp層148、i層149およびn層150からな
る光電変換部151と、n層150に形成された背面電
極152と、p層148に形成されたITO(インジウ
ム錫酸化物)などから成る透明電極153と、ガラス基
板154とを含んで構成されるセンサ本体155を備え
る。
【0097】センサ本体155の光の入射側には、前述
の実施例5に従って製造された液晶カラーフィルタ12
9が配置される。制御回路143は、電圧調整回路10
5を制御して、液晶カラーフィルタ129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156が前
記背面電極152と透明電極153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。
【0098】このようなカラーセンサ147において、
従来ではセンサ本体155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152および透
明電極153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
成の簡素化と小形化とを図ることができる。
【0099】実施例 13 図12は、電子装置の他の実施例としてのカラー複写機
157のブロック図である。カラー複写機157は、原
稿158に光を照射して原稿像を読み取る際に用いられ
る光源136を白色光源とし、光源136と原稿158
との間に前述の実施例5に従って製造された液晶カラー
フィルタ129を配置する。原稿158からの反射光
は、複数の反射鏡159および光学装置160を介し
て、CCD素子などのイメージセンサ161に入射す
る。すなわち、液晶カラーフィルタ129がたとえば赤
色、緑色および青色に切り換えられるたびに原稿158
が走査され、イメージセンサ161は各色に対応する原
稿像を読み取る。
【0100】イメージセンサ161の出力は印画装置1
62に入力され、印画装置162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162は、たとえばレーザー光発生装置やこのレ
ーザー光が照射される感熱ドラム、あるいは前記カラー
現像剤を用いる原稿装置などを含んで構成される。
【0101】したがって、このようなカラー複写機15
7では、従来のような原稿158に照射される光源光の
色を切り換えるための機械的な構造を用いる必要は解消
され、構成の簡略化とともに耐久性の向上を合わせて図
ることができる。
【0102】本実施例の他の変形例として、液晶カラー
フィルタ129を光源136の近傍に設置することに代
えて、図12において2点鎖線で示すようにイメージセ
ンサ161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
の効果を達成することができる。
【0103】実施例 14 図13は、電子装置の他の実施例としてのカラー印刷製
版装置163の系統図である。製版装置163はハロゲ
ンランプ164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成る原稿シリンダ165内に
導かれ、反射鏡166および集光レンズ167を介し
て、原稿シリンダ165に装着されているカラー原稿フ
ィルム168に集光される。カラー原稿フィルム168
を透過した光は、ピックアップレンズ169および反射
鏡170を介してハーフミラー171に導かれる。ハー
フミラー171で反射した光は、緑色または赤色のフィ
ルタ172を介して光電管173に入射する。
【0104】一方、ハーフミラー171を透過した光は
反射鏡174で反射され、前述の実施例5に従って製造
された液晶カラーフィルタ129を透過して光電管17
5に入射する。光電管173,175からの入射光量に
対応した電流は、電流/電圧変換部176で電圧に変換
され、制御回路177に与えられ、制御回路177は製
版機構178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。
【0105】このようなカラー製版装置163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
成の小形化と簡略化とを達成することができる。
【0106】実施例 15 図14は、本発明の電子装置の他の実施例としてのカラ
ー画像を電送するカラーファクシミリ装置179のブロ
ック図である。読み取られるべきカラー原稿158は、
前述の実施例5に従って製造された液晶カラーフィルタ
129とラインイメージセンサ180とが積層された読
取装置181で、液晶カラーフィルタ129が3色に切
り換わる毎に読み取られる。すなわち、読取処理回路1
82は、電圧調整回路105を制御して、液晶カラーフ
ィルタ129を透過する光の色を前記3色に順次切り換
え、これに同期してラインイメージセンサ180が走査
される。得られた色毎の画像データは、読取処理回路1
82で読み取られ、画像処理回路183でデータ圧縮あ
るいはデータ伸張処理などが施され、あるいは画像メモ
リ184に記憶される。カラー原稿158を読み取って
得られた画像データは、通信制御部185で通信対象へ
の発呼などが行われ、網制御部186を経て電話回線網
に送出される。
【0107】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186および通信制御部185を経
て、画像処理回路183で前記データ伸張処理などが行
われ、記録処理回路187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188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179
の構成は、ラインイメージセンサ180に液晶カラーフ
ィルタ129が直接装着されたいわゆるオンチップ方式
である。
【0108】このようなカラーファクシミリ装置179
において、従来ではラインイメージセンサ180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、構成の小形化と簡略化とを図ることができる。
【0109】図15は、前記カラーファクシミリ装置1
79の他の構成例である読取素子181aを示す系統図
である。この実施例では、カラー原稿158にはたとえ
ば白色光源136からの光が照射され、その反射光はロ
ッドレンズ189、液晶カラーフィルタ129を介し
て、ラインイメージセンサ180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129
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158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形化とを図ることができる。
【0110】図16は、前記カラーファクシミリ装置1
79の他の構成例である読取素子181bを示す系統図
である。本実施例では、白色光源136からの光は、液
晶カラーフィルタ129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158からの反射光は
前記ロッドレンズ189を介してラインイメージセンサ
180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。
【0111】実施例 16 次に、前述の実施例5に従って製造された液晶カラーフ
ィルタ129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−IIJ73−
C−II P.703〜712(1990)に記載され
た画像演算システムを引用し、説明する。
【0112】図17は、本発明の画像演算装置190の
構成を示す系統図である。画像演算装置190は、白色
光源136と、液晶カラーフィルタ129とを備え、液
晶カラーフィルタ129からの光はカラー偏光板19
1、一例としてアクティブマトリックス型でモノクロ表
示を行う液晶表示素子192、カラー偏光板193、同
様な液晶表示素子194およびカラー偏光板195から
なる構成に入射され、カラー偏光板195から出射する
光が演算画像となる。ここで、カラー偏光板191,1
93,195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。
【0113】図18は、上記論文誌に記載されている画
像演算装置190の作用を説明する図である。図18
(1)は、液晶表示素子192,194の表示画像G
1,G2の論理積(G1・G2)を演算する画像演算装
置190aを示す。この例では、カラー偏光板191,
193,195は、波長λ1の光に対して、すべて同一
方向の直線偏光に変換する。したがって、カラー偏光板
191を透過した直線偏光の光は、例として液晶表示素
子192の斜線で示す非透過領域では所定角度だけ旋光
し、斜線を施さない透過領域では直線偏光のまま透過す
る。
【0114】したがって、その透過領域の光は、カラー
偏光板193をそのまま透過し、次に液晶表示素子19
4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195を透
過する際に、液晶表示素子194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192
で旋光された光は、カラー偏光板193で遮断される。
したがって、演算画像196として半円形の表示部分が
得られる。
【0115】図18(2)は、前述の図18(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190bの構成を示す。ここで用いる
光は、波長λ2,λ3の2種類の波長の光を用いる。こ
こでカラー偏光板191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193は波長λ2,λ
3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195は波長λ3の光のみに対して直線偏光に変換
する。
【0116】したがって、波長λ2の光は、カラー偏光
板191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
191を透過する。波長λ2の光は、液晶表示素子19
2およびカラー偏光板193を透過すると、液晶表示素
子192において斜線を付さない円板型領域のみを透過
する。このような波長のλ2の光は、液晶表示素子19
4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195は波長λ2の光はすべて透過するため、
前記円板型領域の形状の透過光が得られる。
【0117】一方、波長λ3の光はカラー偏光板193
を透過する際に、始めて直線偏光に変換され、したがっ
て液晶表示素子194およびカラー偏光板195を透過
することによって、液晶表示素子194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196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。
【0118】図18(3)は、前述と同様な画像G1,
G2の排他的論理和(G1EXORG2)の反転画像を
得る画像演算装置190cの構成を示す。このとき、波
長λ4の単色光を用い、カラー偏光板191,195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193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193は配置しなくてもよく、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191を透過して直線偏光に変換され、この光は
液晶表示素子192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。
【0119】このような状態の光が液晶表示素子194
に入射すると、液晶表示素子194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192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195の偏光方向と平行な直線
偏光となる。液晶表示素子192で旋光しなかった範囲
は、液晶表示素子194の斜線部分で旋光し、カラー偏
光板195で遮断される。液晶表示素子194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18(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196として得られ
る。
【0120】このような画像演算装置190,190a
〜190cは、前述の実施例5に従って製造された液晶
カラーフィルタ129を用いる構成とすることによっ
て、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から所望の周波数光信号
を取り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。
【0121】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の液
晶/高分子複合膜が本来有する高速応答性能の特徴を損
なうことなく、この複合膜が欠点として有していたヒス
テリシス特性、低コントラスト、低抵抗率という課題を
解決することができる。また、各基板と液晶の界面に液
晶分子が存在するため、高分子の明確な界面が存在して
いないので電圧ロスがなく低電圧駆動が可能となる。
【0122】したがって、モノクロやフルカラーの明る
い動画表示が可能となることから、各種AV(オーディ
オ・ビジュアル)機器やマルチメディア対応機器に利用
できる。さらに、本発明の液晶素子の光変調機能を適用
することによって、表示装置は勿論のこと、撮像装置、
複写機、印刷製版装置、ファクシミリ通信装置、光通信
装置、画像演算装置などの電子装置に適用でき、高画質
化、高性能化、装置の小形化、高信頼性化などに極めて
大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である液晶素子1の構造を示
す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例である液晶素子21の構造
を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施例である液晶表示素子を構成す
るアクティブ基板としてのSi単結晶基板の構造を示す
断面図である。
【図4】本発明の液晶表示素子の駆動回路を示す回路図
である。
【図5】図4に示す駆動回路の機能を示すブロック図で
ある。
【図6】本発明の液晶表示素子を用いた表示装置60の
構成を示す系統図である。
【図7】本発明の液晶表示素子が用いられる光学装置7
0の構成を示す系統図である。
【図8】本発明の液晶表示素子が用いられる光学装置8
0の構成を示す系統図である。
【図9】本発明の液晶表示素子が用いられる光学装置9
0の構成を示す系統図である。
【図10】本発明の一実施例である電子装置としてのカ
ラー撮像装置141のブロック図である。
【図11】本発明の電子装置の他の実施例としてのカラ
ーセンサ147のブロック図である。
【図12】本発明の電子装置の他の実施例であるカラー
複写機157のブロック図である。
【図13】本発明の電子装置の他の実施例としてのカラ
ー印刷製版装置163の系統図である。
【図14】本発明の電子装置の他の実施例であるカラー
ファクシミリ装置179のブロック図である。
【図15】カラーファクシミリ装置179の他の構成例
の読取素子181aを示す系統図である。
【図16】カラーファクシミリ装置179の他の構成例
である読取素子181bを示す系統図である。
【図17】本発明の画像演算装置190の構成を示す系
統図である。
【図18】画像演算装置190の作用を説明する図であ
る。
【図19】従来の液晶/高分子複合膜を用いた液晶素子
の動作原理を示す図である。
【符号の説明】
1,21 液晶素子 2,3,22,23 透光性基板 4,5,24,25 透明電極 6,26 第1液晶層 7,27 第2液晶層 8,28 封止部材 9,10,29,30 配向膜 11,31 電源 12,32 スイッチ 60 表示装置 70,80,90 光学装置 141 カラー撮像装置 147 カラーセンサ 157 カラー複写機 163 カラー印刷製版装置 179 カラーファクシミリ装置 181,181a,181b 読取素子 190,190a,190b,190c 画像演算装置
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1333 G02F 1/13 505 G02F 1/1347 G02F 1/137 500

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する表面にそれぞれ透明電極が形成
    された一対の透光性基板と、 前記透明電極に電圧を印加する電圧供給手段と、 前記一対の透光性基板間に介在される複数の液晶層6,
    7;26,27とを含み、 各液晶層は、予め定める配向方向を有するポリマネット
    ワーク内に含有され、 液晶層の液晶分子は、ポリマネットワークによって配向
    されていることを特徴とする液晶素子。
  2. 【請求項2】 前記液晶は、2色性色素を含有すること
    を特徴とする請求項1記載の液晶素子。
  3. 【請求項3】 複数の色の波長を含む一つの光源からの
    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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする表示装
    置。
  4. 【請求項4】 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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする光検出
    装置。
  5. 【請求項5】 複数色の波長を含む光を発生する一つの
    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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とするカラー
    複写機。
  6. 【請求項6】 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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする印刷製
    版装置。
  7. 【請求項7】 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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする画像入
    力/出力装置。
  8. 【請求項8】 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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする画像演
    算装置。
  9. 【請求項9】 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、 請求項1または2に記載の構成からなる複数の液晶素子
    と、 各液晶素子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ことを特徴とする照明装
    置。
  10. 【請求項10】 (a)予め定める空間を形成するよう
    に対向して配置される第1の対を成す第1および第2基
    板を準備するステップであって、第1基板は、第2基板
    に臨む表面上に形成された電極と配向膜とを有し、第2
    基板は、第1基板に臨む表面に形成された配向膜を有
    し、 (b)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
    れる第2の対を成す第3および第4基板を準備するステ
    ップであって、第3基板は、第4基板に臨む表面に配向
    膜を有し、第4基板は、第3基板に臨む表面に形成され
    た配向膜を有し、 (c)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
    れる第3の対を成す第5および第6基板を準備するステ
    ップであって、第5基板は第6基板に臨む表面に形成さ
    れた配向膜を有し、第6基板は第5基板に臨む表面に形
    成された電極と配向膜とを有し、 (d)第1、第2および第3の各対を成す第1および第
    2、第3および第4、ならびに第5および第6基板の前
    記各空間内に、液晶と重合性化合物との混合物を注入す
    るステップと、 (e)第1〜第6基板表面の配向処理によって、または
    第1〜第6基板表面の配向処理と外部エネルギとによっ
    て、液晶とともに重合性化合物を重合させ、これによっ
    て、配向された液晶分子が、前記重合によって、前記各
    対の第1〜第6基板間で配向された液晶分子に沿って選
    択された配向方向を有するポリマネットワークを、形成
    させるステップと、 (f)第1の対を成す第1および第2基板から第2基板
    を剥離して、ポリマネットワークが形成された前記第1
    基板を残すステップと、 (g)第2の対を成す第3および第4基板から第3およ
    び第4の両基板を剥離して第2ポリマネットワークのみ
    を残すステップと、 (h)第3の対を成す第5および第6基板から第5基板
    を剥離して、第3ポリマネットワークが形成された第6
    基板を残すステップと、 (i)前記ステップf、ステップgおよびステップhで
    得られた第1、第2および第3ポリマネットワークから
    液晶をそれぞれ除去し、それらの各ポリマネットワーク
    を乾燥するステップと、 (j)電極と配向膜とが形成された第1基板を有する第
    1ポリマネットワークと、第2ポリマネットワークと、
    電極と配向膜とが形成された第6基板を有する第3ポリ
    マネットワークとをこの順序で積層し、第1ポリマネッ
    トワークの第1基板上の電極が第2ポリマネットワーク
    を介して第3ポリマネットワークの第6基板の電極に対
    向するステップと、 (k)第1および第6基板間の前記積層されたポリマネ
    ットワークに液晶を注入するステップとを含むことを特
    徴とする液晶素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 (a)予め定める空間を形成するよう
    に対向して配置される第1の対を成す第1および第2基
    板を準備するステップであって、第1基板は、第2基板
    に臨む表面上に形成された電極と配向膜とを有し、第2
    基板は、第1基板に臨む表面に形成された配向膜を有
    し、 (b)予め定める空間を形成するように対向して配置さ
    れる第2の対を成す第3および第4基板を準備するステ
    ップであって、第3基板は、第4基板に臨む表面に配向
    膜を有し、第4基板は第3基板に対向する表面に形成さ
    れた電極と配向膜とを有するステップと、 (c)第1および第2の各対を成す第1および第2、な
    らびに第3および第4基板の前記各予め定める空間内
    に、液晶と重合性化合物との混合物を注入するステップ
    と、 (d)第1〜第4基板表面の配向処理によって、または
    第1〜第4基板表面の配向処理と外部エネルギとによっ
    て、液晶とともに重合性化合物を重合させ、これによっ
    て、配向された液晶分子が、前記重合によって、前記各
    対の第1〜第4基板間で配向された液晶分子に沿って選
    択された配向方向を有するポリマネットワークを、形成
    させるステップと、 (e)第1の対を成す第1および第2基板から第2基板
    を剥離して、ポリマネットワークが形成された第1基板
    を残すステップと、 (f)第2の対を成す第3および第4基板から第3基板
    を剥離し、第2ポリマネットワークが形成された第4基
    板を残すステップと、 (g)前記ステップeおよびステップfで得られた第1
    および第2ポリマネットワークから液晶をそれぞれ除去
    し、それらの各ポリマネットワークを乾燥するステップ
    と、 (h)電極と配向膜とが形成された第1基板を有する第
    1ポリマネットワークと、電極と配向膜とが形成された
    第4基板を有する第2ポリマネットワークとをこの順序
    で積層し、第1ポリマネットワークの第1基板上の電極
    が第2ポリマネットワークの第4基板の電極に対向させ
    るステップと、 (i)第1および第4基板間の前記積層されたポリマネ
    ットワークに液晶を注入するステップとを含むことを特
    徴とする液晶素子の製造方法。
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