JP2003262847A - 液晶シャッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速応答でかつ高コントラストが得られ、中
間調表示も可能な液晶シャッタ装置を提供する。 【解決手段】 画像データに基づかない所定の電圧を印
加するリセット期間Ｔｒをオン応答時間２６より長い１
ｍｓに、画像データに基づく所定電圧を印加する走査期
間Ｔｓを保持時間２８の１０ｍｓより短い４ｍｓに設定
してある。フレーム期間Ｔｆは、１回の書き込み期間に
相当し、１つのリセット期間Ｔｒと１つの走査期間Ｔｓ
で構成される。第１フレームは全開状態を、第２フレー
ムは半開状態を、第３フレームは閉状態を示している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶光プリンタや
液晶光学素子に用いる高速応答を特徴とする液晶シャッ
タ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プリンタや、液晶光学素子に用いる
液晶シャッタとしては、高速応答で明るく高コントラス
トが得られ、かつ駆動方法も単純で、さらに階調表示が
可能なものが要求されているが、全てを満足するもの
は、まだ開発されていない。

【０００３】現在までに開発されている液晶シャッタと
しては、使用する液晶材料によって、（１）一般のネマ
チック液晶を用いるものと、（２）周波数によって誘電
率の正負が異なる２周波駆動用ネマチック液晶を用いる
もの、（３）自発分極を持った強誘電性液晶を用いるも
のに大別される。

【０００４】（２）の２周波駆動用ネマチック液晶を用
いた液晶シャッタは高速応答性を有するが、駆動電圧が
高くかつ駆動周波数も高いため、駆動回路が複雑にな
る。（３）の強誘電性液晶を用いた液晶シャッタは、２
周波駆動よりさらに速く、数十μ秒の応答時間で動作す
るが、スメクティック液晶相を用いているため配向安定
性に問題があり、また直流駆動が原因で表示パターンが
固定する焼付問題、原理的に階調表示の難しさがあり、
特殊用途以外では実用化していない。

【０００５】一方、（１）の一般のネマチック液晶を用
いた液晶シャッタも、その動作原理より（ａ）入射した
光を回転する旋光性とよぶ性質を利用して白または黒表
示を行い、画素に電圧を印加して、液晶分子を基板にほ
ぼ垂直に立たせて旋光性を解除することで黒または白表
示をする、いわゆるＴＮ（ツイステッド ネマチック）
液晶方式のもの、（ｂ）入射した光に位相差を生じさせ
る複屈折性を利用して白または黒表示を行い、表示画素
に電圧を印加して複屈折性を可変として黒または白表示
を行う、いわゆるＳＴＮ（スーパー ツイステッド ネ
マチック）液晶方式ものが知られている。

【０００６】（ａ）の一例として、特開昭６２−１５０
３３０号公報（特許文献１）に示されている。図１０と
図１１を用いて、従来例を説明する。図１１は、従来の
ＴＮ液晶シャッタの断面図で、図１０は、図１１を上偏
光板９側から見たときの配置を表す平面図である。ＩＴ
Ｏからなる第１の電極２と配向膜３を形成した第１の基
板１と、ＩＴＯからなる第２の電極５と配向膜６を形成
した第２の基板４と、ネマチック液晶７とからなる液晶
素子と、吸収軸が直交するように配置してある下偏光板
８と上偏光板９とからなる。ここで、液晶素子のツイス
ト角は９０゜であり、下偏光板の吸収軸１３は第１の基
板１の液晶の配向方向である下液晶分子配向方向１０と
平行であり、上偏光板の吸収軸１４は第２の基板４の液
晶の配向方向である上液晶配向方向１１と平行である。

【０００７】電圧無印加の状態では、下偏光板８より入
射した直線偏光は、液晶の旋光性により９０゜回転し、
上偏光板９より出射し、開状態となり、いわゆるポジ型
表示になっている。駆動周波数５ｋＨｚで１５Ｖの電圧
を印加すると液晶分子が基板に垂直方向に立ち、旋光性
が無くなるので、下偏光板８により入射した直線偏光
は、そのまま液晶素子中を回転せずに進行し、上偏光板
９で遮られるため閉状態となる。

【０００８】（ｂ）の一例として、一般の液晶表示装置
に用いられているイエローモードと呼ばれているＳＴＮ
液晶表示装置がある。図１２と図１３を用いて、従来例
を説明する。図１３は、従来のＳＴＮ液晶表示装置の断
面図で、図１２は、図１３を上偏光板９側から見たとき
の配置を表す平面図である。ＩＴＯからなる第１の電極
２と配向膜３を形成した第１の基板１と、ＩＴＯからな
る第２の電極５と配向膜６を形成した第２の基板４と、
ネマチック液晶７とからなる液晶素子と、吸収軸が６０
゜に交差するように配置してある下偏光板８と上偏光板
９とからなる。ここで、液晶素子のツイスト角は２４０
゜であり、下偏光板の吸収軸１３は第１の基板１の液晶
の配向方向である下液晶分子配向方向１０と４５゜の位
置であり、上偏光板の吸収軸１４は第２の基板６の液晶
の配向方向である上液晶分子配向方向１１と４５゜の位
置である。従って、第１の基板１と第２の基板４の中間
の液晶分子配向方向にあたる中央液晶分子方向１２と下
偏光板吸収軸１３は、７５゜の位置であり、中央液晶分
子方向１２と上偏光板吸収軸１４は、１５゜の位置に配
置されている。

【０００９】電圧無印加の状態では、下偏光板８より液
晶分子に対して４５゜方向で入射した直線偏光は、液晶
の複屈折性により楕円偏光状態となり、上偏光板９より
黄色みを帯びた白色として出射する開状態となり、いわ
ゆるポジ型表示になっている。駆動周波数１〜５ｋＨｚ
で３〜５Ｖの電圧を印加すると液晶分子７が基板に垂直
方向に立ち、液晶の複屈折性が減少し、下偏光板８によ
り入射した直線偏光は、楕円偏光の状態が変化し、上偏
光板９より青みを帯びた黒となり出射し、閉状態とな
る。

【００１０】

【特許文献１】特開昭６２−１５０３３０号公報（第５
頁−７頁、第３図）

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（ａ）
の方式では、開状態から電圧を印加して閉状態にする応
答時間は数ｍｓと短いが、閉状態から電圧を除去して開
状態に戻す応答時間が１０〜数十ｍｓと長いために、開
閉を繰り返す書き込み周期であるフレ−ム期間を長くせ
ねばならず、その結果、液晶プリンタでは書き込み時間
が長くなり、印字速度が低下し、また、フレ−ム期間と
して数ｍｓが必要な高速の液晶光学素子には応用できな
い。

【００１２】また、前記公報の実施例中には、９０゜ツ
イスト以外にも、２７０゜ツイストまたは４５０゜ツイ
スト状態の液晶素子は、開状態に戻す応答時間が短くな
りより好ましいと記載されている。確かに、２７０゜ツ
イストの方が９０゜ツイストより応答時間は短くなる
が、配向安定性が難しく、高プレチルトが得られるＳｉ
Ｏ斜方蒸着膜を用いる等の特殊な配向膜を使用しなけれ
ばならず、実用的ではない。

【００１３】また、（ｂ）の方式では、液晶素子に実用
的な２２５〜２５０゜ツイストのいわゆるＳＴＮ液晶素
子を用いることで、閉状態から開状態への応答時間は数
ｍｓと速くできるが、閉状態が液晶素子に電圧を印加し
て、青みを帯びた黒となっているため、コントラストが
１０程度と低い上に、印加電圧をさらに高くしてゆく
と、楕円偏光状態が変化して再度明るくなってしまう
為、印加電圧をあまり高く設定できず、開から閉への応
答時間が１０〜数十ｍｓと長くなり、液晶シャッタとし
ては、あまり用いられていない。

【００１４】本発明の目的は、高速応答でかつ高コント
ラストが得られ、階調表示も可能な液晶シャッタ装置を
提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における液晶シャッタ装置は液晶素子に印加
する電圧を画像データに基づいて制御することにより、
光の透過と遮断を制御する液晶シャッタを備えた光シャ
ッタ装置において、前記画像データに基づく電圧を前記
液晶素子に印加する期間であるフレーム期間は、前記液
晶素子の全画素に対して前記画像データに基づかない所
定の電圧を印加するリセット期間と、前記画像データに
基づく所定電圧を前記液晶素子に印加する走査期間とを
有することを特徴とする。

【００１６】また、前記液晶素子は、一対の基板間にネ
マチック液晶を挟持していること特徴としている。ま
た、前記フレーム期間中に前記液晶素子へ印加される電
圧は、前記フレーム期間より時間的に短い矩形波である
ことを特徴としている。

【００１７】また、前記リセット期間に前記液晶素子へ
印加される電圧は、正負一対の矩形波の１又は複数より
なることを特徴としている。

【００１８】また、前記リセット期間は、前記画素が開
状態から閉状態となるオン応答時間より長いことを特徴
としている。

【００１９】そして階調表示を行う場合には、走査期間
に印加される電圧を０Ｖに保持する時間を可変とする、
又は走査期間の印加電圧を０Ｖから可変とすることによ
って行うことができる。

【００２０】さらに、フレ−ム期間の長さを基板温度に
応じて制御し、フレ−ム期間の長さを低温では長く、高
温では短くすることによって液晶シャッターの明るさを
一定に保つことを特徴とする。

【００２１】（作用）本発明に用いた液晶シャッタにつ
いて、図３と図４を用いて説明する。図３の実線で示す
曲線２０は、本発明に用いる液晶シャッタの印加電圧に
対する透過率変化を示す電圧−透過率曲線である。比較
の為に、従来のイエローモードのＳＴＮ液晶表示装置の
電圧−透過率を破線で示す曲線２１で表す。どちらも、
２４０゜ツイストのＳＴＮ液晶素子で、Δｎｄは８００
ｎｍで等しく、偏光板交差角と偏光板配置のみが異なっ
ている。この液晶シャッタでは、上下１組の偏光板の吸
収軸は直交しており、従来のイエローモードＳＴＮ液晶
素子では、上下１組の偏光板の吸収軸は６０゜に交差
し、図１２に示す配置となっている。

【００２２】どちらも、電圧無印加時の開状態は、液晶
素子の複屈折性を用いている。しかし、従来のイエロー
モードの方が、複屈折性が大きくなるように偏光板が配
置されているため透過率は高いが、黄色く着色してい
る。一方、本発明で用いた液晶シャッタも複屈折性を利
用しているので、電圧無印加の初期透過率Ｙ０では、僅
かに黄色く着色するが、電圧を印加すると最大透過率Ｙ
ｍに達し、ほぼ無彩色になり、その後、透過率が低下す
る。この電圧−透過率曲線２０は、偏光板配置の影響を
大きく受け、最適化することで、明るく良好な特性を得
られる。

【００２３】図４は、本発明に用いる液晶素子で、実験
より求めた、偏光板の配置と透過率の関係を示すグラフ
である。曲線２３は、上下の偏光板吸収軸交差角を９０
゜に固定したまま、第１の基板と第２の基板の中間に位
置する中央液晶分子方向から下偏光板吸収軸を回転した
時の電圧無印加の初期透過率Ｙ０を示し、曲線２２は最
大透過率Ｙｍを示す。下偏光板吸収軸を中央液晶分子方
向に対して±４５゜に配置することで、最も初期透過率
Ｙ０と最大透過率Ｙｍを高くでき、かつ、実測したとこ
ろ、色彩も無彩色に近く、良好な特性である。

【００２４】また、イエローモードは、閉状態も複屈折
性を利用しているので、図３の破線で示す曲線２１で示
したように３Ｖ程度の低電圧で黒特性が得られるが、青
みを帯び、透過率が完全には下がらず、コントラストは
低い。さらに電圧を印加すると、再度、透過率は上昇
し、さらにコントラストが低下するため、高電圧を印加
できず、開から閉への応答時間を速くできない。

【００２５】しかし、本発明で用いた液晶シャッタは、
液晶素子が基板に対してほぼ垂直に立って、複屈折性が
無くなった状態を閉状態に用いている。そのため、図３
の実線で示す曲線２０に示すように、１０Ｖ以上の高電
圧が必要であるが、高コントラストが得られ、同時に開
から閉への応答時間は１ｍｓ以下まで速くできる。

【００２６】また、本発明で用いた液晶シャッタの閉か
ら開への応答時間は、１８０゜ツイスト以上の液晶素子
を用いているので、偏光板を液晶分子と平行に配置して
旋光性を利用する９０゜ツイストの従来のＴＮ液晶シャ
ッタより非常に速く１〜３ｍｓであり、高速応答が可能
となる。

【００２７】従って、１８０゜ツイスト以上のねじれを
持つ液晶素子を用い、開状態は偏光板を液晶分子とずら
して配置することで複屈折性を利用し、閉状態は液晶が
基板に対して垂直に立って、複屈折性がほとんど無くな
った状態を利用することで、高コントラストでかつ高速
応答の液晶シャッタを使用することが可能となる。

【００２８】次に、良好な階調表示を得られる本発明の
液晶シャッタの駆動方法の作用について説明する。本発
明で用いた液晶シャッタは、図３に示すように、電圧無
印加の初期透過率Ｙ０から最大透過率Ｙｍを経てから黒
表示の閉状態になる。初期透過率Ｙ０では、黄色く着色
しており、階調表示を行うには、この状態を用いること
は好ましくない。

【００２９】一方、閉状態から電圧を除去した場合、透
過率は急激に上昇し、ある程度の時間、最大透過率Ｙｍ
の状態を保持してから初期透過率Ｙ０に戻ることを実験
で確認した。従って、最大透過率Ｙｍの状態を維持して
いる保持時間以内で開閉を繰り返せば、最大の明るさが
得られ、かつ一定の明るさを維持でき、さらに、着色の
無い、直線性の良好な階調表示が可能になる。

【００３０】そこで、１回の書き込みを行うフレ−ム期
間を、全画素を閉状態にするリセット期間と、書き込み
を行う走査期間とから構成し、走査期間を最大透過率Ｙ
ｍの状態を維持する保持時間より短くし、最大透過率Ｙ
ｍから初期透過率Ｙ０に戻る前にリセット期間で強制的
に閉状態にもどすことで、明るく、かつ、良好な階調表
示が可能な駆動方法を提供することが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下に本発
明を実施するための最適な実施形態における液晶シャッ
タの構成と液晶シャッタの駆動方法を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明の第１の実施の形態における液
晶シャッタの構造を示す断面図であり、図１は図２を上
から見た様子を示す平面図である。以下、図１と図２と
を交互に用いて本発明の液晶シャッタの構成を説明す
る。

【００３２】本実施の形態の液晶シャッタは、ＩＴＯか
らなる第１の電極２と配向膜３を形成した厚さ０．７ｍ
ｍのガラスからなる第１の基板１と、ＩＴＯからなる第
２の電極５と配向膜６を形成した厚さＯ．７ｍｍのガラ
スからなる第２の基板４と、ネマチック液晶７とから液
晶素子が形成されている。使用するネマチック液晶の複
屈折Δｎは０．２で、第１の基板１と第２の基板６の隙
間ｄは４μｍであるので、液晶素子としての、複屈折性
を示すΔｎｄ値は８００ｎｍに設定する。

【００３３】第１の基板１の配向膜３は、図１の下液晶
分子配向方向１０にラビング処理をしてあり、第２の基
板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向１１にラビング
処理がなされている。粘度１８ｃｐのネマチック液晶に
は、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ネジレピッ
チＰを８μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０．５とし、左回り２
４０゜ツイスト液晶素子を形成する。

【００３４】下偏光板吸収軸１３と上偏光板吸収軸１４
が直交するように、液晶素子の両外側に下偏光板８と上
偏光板９とを配置してある。下偏光板吸収軸１３は、ネ
マチック液晶７の第１の基板１と第２の基板４の中間部
の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向１２と左回り４
５゜の角度で配置され、上偏光板吸収軸１４は、中央液
晶分子方向１２と右回り４５゜の角度で配置し、ポジ型
液晶シャッタを構成している。

【００３５】電圧無印加の状態では、下偏光板８より入
射した直線偏光は、液晶の複屈折性により楕円偏光とな
り、上偏光板９より僅かに黄色く着色した白表示となっ
て出射する開状態となり、いわゆるポジ型表示になって
いる。直流または交流で１０〜２０Ｖの電圧を印加する
と液晶分子が基板に垂直方向に立ち、複屈折性が無くな
り、下偏光板８により入射した直線偏光は、そのまま液
晶素子中を進行し、上偏光板９で遮られるため黒表示の
閉状態となる。

【００３６】図３の実線で示す曲線２０は、本発明で用
いた液晶シャッタの透過率−電圧曲線を示す。電圧無印
加の初期透過率Ｙ０から、徐々に透過率が上昇し、印加
電圧２Ｖ付近で最大透過率Ｙｍに達した後、透過率は減
少してゆく。印加電圧１０Ｖの透過率は初期透過率Ｙ０
の１／５０程度となり、コントラスト比は、５０前後で
あるが、さらに高電圧の２０Ｖを印加するとコントラス
ト比は１００以上得られる。

【００３７】前述したように、電圧無印加で白表示する
開状態は、液晶素子の複屈折性を用いているので、偏光
板配置と液晶素子複屈折性を表すΔｎｄの設定が重要
で、明るさと着色状態に大きく影響する。

【００３８】図４に２４０゜ツイスト、Δｎｄ＝８００
ｎｍの液晶素子で、下偏光板吸収軸１３と上偏光板吸収
軸１４の交差角を９０゜に固定したまま、中央液晶分子
方向から左回りに下偏光板８を回転した時の下偏光板配
置角と液晶シャッタの透過率を示す。実線で示す曲線２
２が最大透過率Ｙｍと偏光板配置角の関係を表し、破線
で示す曲線２３が電圧無印加の初期透過率Ｙ０と偏光板
配置角の関係を示す。偏光板配置角度が−６０゜の状態
では下液晶分子配向方向１０と下偏光板吸収軸１３とが
平行になる。偏光板配置角度が−４５゜と＋４５゜の状
態では初期透過率Ｙ０も最大透過率Ｙｍも極大値を示
し、かつ着色も少なく、最も好ましい。

【００３９】図５に２４０゜ツイストの液晶素子で、下
偏光板吸収軸１３と上偏光板吸収軸１４の交差角は９０
゜とし、中央液晶分子方向１２から左回りに下偏光板吸
収軸１３を４５゜回転させた位置に配置した状態におけ
る液晶素子のΔｎｄと液晶シャッタの透過率を示す。実
線で示す曲線２４が最大透過率Ｙｍを表し、破線で示す
曲線２５が電圧無印加の初期透過率Ｙ０を示す。Δｎｄ
＝６５０ｎｍで最大透過率Ｙｍは最大になり、Δｎｄが
大きくなってもあまり変化しないが、電圧無印加の初期
透過率Ｙ０は徐々に低下するので、あまりΔｎｄが大き
すぎると好ましくない。逆に、Δｎｄが６５０ｎｍより
小さいと、最大透過率Ｙｍも小さくなるので、Δｎｄ値
としては、６００ｎｍから９００ｎｍが良く、特に７０
０ｎｍから８００ｎｍが好ましい。

【００４０】最適Δｎｄ値は、ツイスト角により、多少
変動するが、ツイスト角１８０゜から２６０゜の範囲で
は、ほぼ６００ｎｍから９００ｎｍにおさまる。本実施
の形態では、ツイスト角を２４０゜で、Δｎｄ＝８００
ｎｍに設定したので、明るくかつ着色の比較的少ない白
表示の開状態が得られ、駆動電圧を２０Ｖ印加した時の
コントラストは１００以上得られる。

【００４１】次に、本実施の形態の液晶シャッタの応答
時間と駆動方法について説明する。図６は、液晶シャッ
タに、１００Ｈｚ２０Ｖの交流信号を５０ｍｓ印加した
時の駆動波形３０と透過率の時間変化を表す透過率−時
間曲線３１である。電圧無印加の開状態から交流信号を
印加すると、一瞬透過率が上昇後、黒くなる。オン応答
時間２６は、印加電圧の影響を受け、高電圧を液晶シャ
ッタに印加するほど早くなる。本実施の形態の液晶シャ
ッタには、２０Ｖの高電圧を印加しているので、オン応
答時間２６は１ｍｓ未満と非常に高速である。

【００４２】一方、閉状態から交流信号を０Ｖに戻す
と、約２ｍｓで最大透過率になった後、約２０ｍｓ後に
初期透過率に戻る。閉から開へ戻る応答時間は、液晶ね
じれを戻す弾性力を用いているので、ツイスト角の大き
い液晶素子の方が早くなる。液晶素子としての本来の応
答時間の定義は、液晶分子変化が安定するまでの時間で
あり、図６においては２０ｍｓとなるが、液晶シャッタ
として利用するのであれば、白表示の開状態に戻るまで
の時間が応答時間として有効であるので、２４０゜ツイ
ストである本発明の液晶シャッタのオフ応答時間２７は
２ｍｓとなり、高速応答の液晶シャッタが得られる。

【００４３】また、閉状態の黒から開状態の最大透過率
を示すまでは、比較的に着色が少なく青みを帯びた白表
示をする。最大透過率を維持している保持時間２８であ
る約１０ｍｓを過ぎた後は、多少黄色く着色しながら透
過率が低下する。従って、階調表示を行う為には、液晶
シャッタが最大透過率を維持している保持時間２８以内
にリセット信号を印加して閉状態に戻し、閉状態と最大
透過率間の着色の少ない状態を利用することで、明る
く、かつ、階調表示を良好に行うことができる。

【００４４】図７に、この液晶シャッタをカラ−ビデオ
液晶プリンタに応用した時の駆動波形３２および透過率
−時間曲線３３を示す。リセット期間Ｔｒをオン応答時
間２６より長い１ｍｓに、走査期間Ｔｓを保持時間２８
の１０ｍｓより短い４ｍｓに設定してある。１回の書き
込み期間に相当し、１つのリセット期間Ｔｒと１つの走
査期間Ｔｓで構成されるフレーム期間Ｔｆを図７に示
す。図７の左端にあたる第１フレームは全開状態を、中
央の第２フレームは半開状態を、右端にあたる第３フレ
ームは閉状態を示している。

【００４５】リセット期間Ｔｒでは、全画素を閉状態に
するために、２０Ｖの直流信号がリセット波形として印
加される。走査期間Ｔｓで印加する走査波形として、全
開状態にする場合は、走査期間中全て０Ｖに、閉状態を
保つ場合は、走査期間中２０Ｖに、中間調を出すために
半開状態では、走査期間Ｔｓの１／２の２ｍｓの区間は
０Ｖにし、残りの２ｍｓの区間には２０Ｖを印加する。

【００４６】リセット波形と走査波形の極性を１フレー
ム毎に反転することで、液晶素子への長期間の直流電圧
の印加を抑制している。リセット期間Ｔｒで液晶シャッ
タの全画素を閉状態に戻した後、走査期間Ｔｓで、印加
電圧を０Ｖにする時間を可変とすることで、所定の画素
のみを開閉または任意の階調表示状態にする。

【００４７】走査期間Ｔｓは４ｍｓに設定してあるの
で、閉状態から最大透過率Ｙｍに達するオフ応答時間２
７の２ｍｓよりは長く、かつ、最大透過率Ｙｍを維持す
る保持時間２８の１０ｍｓよりは短いので、色変化が少
なくかつ直線性の良好な階調表示が可能な液晶シャッタ
が得られ、高画質のフルカラー画像プリントを得ること
ができた。

【００４８】本実施の形態では、液晶素子として２４０
゜ツイストを用いたが、１８０゜ツイスト以上のねじれ
を持つ液晶素子を用いることで、同様な効果を得ること
が可能である。また、上下偏光板の吸収軸はおおむね９
０゜に交差していれば良く、偏光板配置角も中央液晶分
子方向と４０゜〜５０゜の間でも可能である。

【００４９】また、本実施の形態では、偏光板吸収軸を
中央液晶分子方向に対して±４５゜に配置し、液晶素子
のΔｎｄを８００ｎｍにしたが、偏光板配置を±４５゜
とし、液晶素子のΔｎｄを８００ｎｍ以外としても、あ
る程度の効果は得られる。また、液晶素子のΔｎｄを６
００から９００ｎｍの範囲に設定し、偏光板配置を±４
５゜以外に設定しても、ある程度の効果は得られる。

【００５０】また、本実施の形態では、走査期間Ｔｓで
印加する電圧をオフ電圧である０Ｖに保持する時間を可
変とすることによって階調表示を行ったが、走査期間に
印加する電圧を０Ｖから変化させて、オフ応答時間２７
を遅くすることで、電圧変調方式で階調表示を行うこと
も可能である。

【００５１】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態として、第１の実施の形態で用いた液晶シャッタと
同一構成の液晶シャッタを用いた第２の駆動方法を、図
６と図８と図９とを用いて説明する。

【００５２】図８は、本発明で用いた液晶シャッタをカ
ラ−ビデオ液晶プリンタに応用した時の室温での駆動波
形３４および透過率−時間曲線３５で、図９は、０゜Ｃ
での駆動波形３６および透過率−時間曲線３７を示す。
図８において、室温でのリセット期間Ｔｒを１ｍｓに、
走査期間Ｔｓを最大透過率を維持している保持時間２８
の１０ｍｓより短い４ｍｓに設定してある。１回の書き
込み期間に相当するフレ−ム期間Ｔｆは、１つのリセッ
ト期間Ｔｒと１つの走査期間Ｔｓで構成される。図８の
左端にあたる第１フレームは全開状態で、第１フレーム
の右隣の第２フレームは半開状態で、第２フレームの右
隣の第３フレームは閉状態を示し、これを２回繰り返し
て図示してある。

【００５３】室温でのリセット期間Ｔｒでは、全画素を
閉状態にするために、２０Ｖで幅０．５ｍｓのパルスが
正負１組でリセット波形として印加される。走査期間Ｔ
ｓで印加する走査波形として、全開状態にする場合は、
走査期間Ｔｓ中全て０Ｖに、閉状態を保つ場合は、走査
期間Ｔｓ中２０Ｖで幅０．５ｍｓのパルス波形が印加さ
れ、中間調を出すための半開状態では、走査期間Ｔｓの
１／２の２ｍｓの区間は０Ｖにし、残りの２ｍｓの区間
には２０Ｖで幅０．５ｍのパルス波形を印加する。

【００５４】リセット波形と走査波形を正負の極性を持
つ０．５ｍｓのパルス波形で構成することで、液晶素子
への長期間の直流印加を抑制している。リセット期間Ｔ
ｒで液晶シャッタの全画素を閉状態に戻した後、走査期
間Ｔｓで印加する電圧を０Ｖに保持する時間を可変とす
ることで、所定の画素のみを開閉または任意の階調表示
状態にする。

【００５５】室温での走査期間Ｔｓは４ｍｓに設定して
あるので、閉状態から最大透過率Ｙｍに達する応答時間
２ｍｓよりは長く、かつ、最大透過率を維持している保
持時間２８の１０ｍｓよりは短いので、色変化が少なく
かつ直線性の良好な階調表示が可能な液晶シャッタが得
らる。

【００５６】しかし、温度が低下すると、液晶素子の応
答時間が遅くなる。特に、閉から開状態へのオフ応答時
間２７が遅くなるので、開状態の明るさが低下し、さら
に低温では、全く開状態を示さなくなる。そこで、本実
施の形態では、基板に温度センサーを設置し、基板温度
が５゜Ｃ以下になると、自動的に、リセット期間Ｔｒと
走査期間Ｔｓを２倍にするようにした。

【００５７】図９の０゜Ｃでの透過率−時間曲線３７か
らもわかるように、０゜Ｃでの本発明の液晶シャッタの
応答時間は、開から閉へのオン応答時間２６は１．５ｍ
ｓ、閉から開へのオフ応答時間２７は４ｍｓと約２倍に
遅くなっている。また、０゜Ｃで保持時間２８も約２倍
の２０ｍｓとなる。しかし、０゜Ｃでの駆動波形３６に
示すように、リセット期間Ｔｒを２ｍｓ、走査期間Ｔｓ
を８ｍｓと遅くしたので、充分な開状態が得られる。

【００５８】本実施の形態の液晶シャッタを、液晶プリ
ンタに応用した場合、低温での印刷速度は、室温の半分
に低下するが、室温でも０゜Ｃでも、高画質のフルカラ
ー画像プリントを得ることができる。

【００５９】本実施の形態では、低温状態においてパル
ス幅は変化させずに、リセット期間Ｔｒと走査期間Ｔｓ
で構成されるフレーム期間Ｔｆを２倍に長くしたが、パ
ルス幅も同時に２倍の幅に変化させても、全く同一の効
果が得られる。

【００６０】本実施の形態では、フレーム期間Ｔｆをリ
セット期間Ｔｒと走査期間Ｔｓで構成したが、中間調表
示が不要な場合、リセット期間Ｔｒを省き、フレーム期
間Ｔｆを走査期間Ｔｓのみで構成しても、なんらさしつ
かえない。

【００６１】本実施の形態では、走査期間Ｔｓで印加さ
れる電圧をオフ電圧である０Ｖに保持する時間を可変と
することによって階調表示を行ったが、走査期間に印加
する電圧を０Ｖから変化させて、オフ応答時間２７を遅
くすることで、電圧変調方式で階調表示を行うことも可
能である。

【００６２】（第３の実施の形態）以下に本発明の第３
の実施形態における液晶シャッタの構成を図面を用いて
説明する。本実施の形態における液晶シャッタの構成
は、第１の実施の形態で説明した図２と同一であり、上
下の偏光板の配置角度と、ネマチック液晶のネジレピッ
チＰが異なっている。図１５は、本実施の形態における
液晶シャッタの平面図である。以下、図２と図１５を交
互に用いて本発明の液晶シャッタの構成を説明する。

【００６３】第１の基板１の配向膜３は、図１５の下液
晶分子配向方向１０にラビング処理をしてあり、第２の
基板４の配向膜６は、上液晶分子配向方向１１にラビン
グ処理がなされている。粘度１８ｃｐのネマチック液晶
には、カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、ネジレピ
ッチＰを５μｍに調整し、ｄ／Ｐ＝０．８とし、左回り
２４０゜ツイスト液晶素子を形成する。

【００６４】下偏光板吸収軸１３と上偏光板吸収軸１４
が８４゜に交差するように、液晶素子の両外側に下偏光
板８と上偏光板９とを配置してある。下偏光板吸収軸１
３は、ネマチック液晶７の第１の基板１と第２の基板４
の中間部の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向１２と
左回り４２゜の角度で配置され、上偏光板吸収軸１４
は、中央液晶分子方向１２と右回り４２゜の角度で配置
し、ポジ型液晶シャッタを構成している。

【００６５】ここで、上下の偏光板吸収軸の交差角度を
８４゜と直角より狭めたのは、電圧無印加時の液晶シャ
ッタの色合いをさらに改善するためで、薄黄色が多少青
みをおびて白くなる。特に、本発明の液晶シャッタを発
光素子と組み合わせ、時間分割してカラ−表示を行うフ
ィールドシーケンシャルカラー表示装置に応用する場合
に、背景色を改善できる。しかし、閉状態の透過率が上
昇し、コントラストが低下するので、８０゜より狭める
ことは好ましくない。

【００６６】次に、液晶のネジレピッチと応答時間の関
係を説明する。図１４は、液晶のネジレピッチＰと、第
１の基板１と第２の基板６の間隔ｄの商であるｄ／Ｐ
と、室温における応答時間の関係を示すグラフであり、
実線で示す曲線２６は２０Ｖ印加時のオン応答時間で、
実線で示す曲線２７は電圧０Ｖへのオフ応答時間であ
る。オン応答時間２６は、ｄ／Ｐの影響を受けず一定で
あるが、オフ応答時間２７はｄ／Ｐが大きくなるほど速
くなる。

【００６７】通常の２４０゜ツイストＳＴＮ液晶表示体
では、使用する配向膜６のチルト角にも依存するが、ｄ
／Ｐの値が０．５より大きくなると、２Ｖ前後である動
作開始電圧付近の電圧を印加するとストライプドメイン
と呼ばれる配向不良が発生し、表示品位を著しく低下さ
せる。従って、ＳＴＮ液晶表示体のｄ／Ｐは０．４５〜
０．５に設定している場合が多い。しかし、本発明の液
晶シャッタの印加電圧は、１０Ｖ以上と動作開始電圧よ
り非常に大きいため、ｄ／Ｐの値が０．５より大きくて
も配向不良は発生しないことを実験で確認できた。

【００６８】従って、所望のツイスト角が得られる範囲
で、ｄ／Ｐをできるだけ大きく設定することで、オフ応
答時間２７を速くすることができる。ツイスト角をθと
するとｄ／Ｐ＝（θ＋９０）／３６０までは、所望のツ
イスト角となり、それ以上では、所望のツイスト角＋１
８０゜になる。つまり、２４０゜ツイストの場合、ｄ／
Ｐ＝０．９１までは２４０゜ツイストとなるが、それ以
上では４２０゜ツイストになってしまう。本実施の形態
では、配向安定性も考慮して、ｄ／Ｐ＝０．８に設定す
る。本実施の形態の液晶シャッタのオフ応答時間は１．
１ｍｓと第１の実施の形態で用いた液晶シャッタのオフ
応答時間２７の約１／２にすることができる。

【００６９】もちろん、ｄ／Ｐの値を０．５以下にして
も、オフ応答時間は遅くなるが、液晶シャッタとして使
用することは可能である。ｄ／Ｐの最小値は、（θ−９
０）／３６０で決まり、２４０゜ツイストの場合は０．
４２となり、１８０゜ツイストの場合は０．２５となる
が、配向安定性を考慮し、０．４以上が好ましい。

【００７０】本実施の形態では、ツイスト角を２４０゜
で、Δｎｄ＝８００ｎｍに設定し、偏光板の吸収軸配置
角度を８４゜にしたので、明るくかつ良好な白表示の開
状態が得られ、かつ、駆動電圧を２０Ｖ印加した時のコ
ントラストは５０以上得られる。さらに、液晶のネジレ
ピッチＰを短くし、ｄ／Ｐ＝０．８としたので、オフ応
答時間２７が速くなり、低温でも良好なシャッタ−性能
が得られる。

【００７１】電圧無印加時の液晶シャッタの色合いを改
善するための偏光板配置は、図１５に示した以外にも、
図１６に示すように上偏光板吸収軸１４は右下がり配置
し、下偏光板吸収軸１３は右上がりに配置することも可
能である。この場合、電圧無印加の色合いを改善するた
めには、上下偏光板の吸収軸の交差角は９６゜と広げ
る。この場合も、上下偏光板の吸収軸の交差角を広げる
程、コントラストが低下するので、１００゜以上にする
ことは好ましくない。正面の表示特性は、図１５に示す
偏光板の配置でも、図１６に示す偏光板の配置でも同一
であるが、図１６に示す偏光板の配置にすることで液晶
シャッタの上下方向の視角特性が改善できる。したがっ
て、図１６に示す偏光板の配置の方が好ましい。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
液晶シャッタを用いることにより、高速応答で、明る
く、高コントラストの液晶シャッタを提供できる。ま
た、フレーム期間Ｔｆの時間を動作温度によって変える
ことで、低温から高温まで安定したシャッタ特性を維持
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いた液晶シャッタの配置関係を示す
平面図である。

【図２】本発明で用いた液晶シャッタを示す断面図であ
る。

【図３】本発明で用いた液晶シャッタの印加電圧−透過
率曲線と、従来のイエローモードＳＴＮ液晶表示装置の
印加電圧−透過率曲線である。

【図４】本発明における偏光板配置角度と透過率の関係
を示すグラフである。

【図５】本発明で用いた液晶素子のΔｎｄと透過率の関
係を示すグラフである。

【図６】本発明の実施の形態を説明するための駆動波形
と透過率−時間曲線。

【図７】本発明における液晶シャッタの駆動波形と透過
率−時間曲線。

【図８】本発明における液晶シャッタの室温での駆動波
形と透過率−時間曲線。

【図９】本発明における液晶シャッタの低温での駆動波
形と透過率−時間曲線。

【図１０】従来例におけるＴＮ液晶シャッタの配置関係
を示す平面図である。

【図１１】従来例におけるＴＮ液晶シャッタを示す断面
図である。

【図１２】従来例におけるＳＴＮ液晶表示装置の配置関
係を示す平面図である。

【図１３】従来例におけるＳＴＮ液晶表示装置を示す断
面図である。

【図１４】本発明における液晶ピッチと応答時間の関係
を示すグラフである。

【図１５】本発明で用いた液晶シャッタの配置関係を示
す平面図である。

【図１６】本発明で用いた液晶シャッタの配置関係を示
す平面図である。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第１の電極 ３ 配向膜 ４ 第２の基板 ５ 第２の電極 ６ 配向膜 ７ 液晶 ８ 下偏光板 ９ 上偏光板 １０ 下液晶分子配向方向 １１ 上液晶分子配向方向 １２ 中央液晶分子方向 １３ 下偏光板吸収軸 １４ 上偏光板吸収軸 ２６ オン応答時間 ２７ オフ応答時間 ２８ 保持時間 ３２ 駆動波形 ３３ 透過率−時間曲線 Ｔｒ リセット期間 Ｔｓ 走査期間 Ｔｆ フレーム期間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C162 AE13 AE21 AE28 AE40 AE47 AF43 AF72 AF86 FA08 2H088 EA33 HA06 MA02 MA10 MA13 2H093 NA15 NA41 NA53 NE06 NF13 NG12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶素子に印加する電圧を画像データに
   基づいて制御することにより、光の透過と遮断を制御す
   る液晶シャッタを備えた液晶シャッタ装置において、前
   記画像データに基づく電圧を前記液晶素子に印加する期
   間であるフレーム期間は、前記液晶素子の全画素に対し
   て前記画像データに基づかない所定の電圧を印加するリ
   セット期間と、前記画像データに基づく所定電圧を前記
   液晶素子に印加する走査期間とを有することを特徴とす
   る液晶シャッタ装置。
2. 【請求項２】 前記液晶素子は、一対の基板間にネマチ
   ック液晶を挟持していること特徴とする請求項１に記載
   の液晶シャッタ装置。
3. 【請求項３】 前記フレーム期間中に前記液晶素子へ印
   加される電圧は、前記フレーム期間より時間的に短い矩
   形波であることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の液晶シャッタ装置。
4. 【請求項４】 前記リセット期間に前記液晶素子へ印加
   される電圧は、正負一対の矩形波の１又は複数よりなる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つ
   に記載の液晶シャッタ装置。
5. 【請求項５】 前記リセット期間は、前記画素が開状態
   から閉状態となるオン応答時間より長いことを特徴とす
   る請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の液晶シ
   ャッタ装置。
6. 【請求項６】 前記走査期間に印加される電圧を０Ｖに
   保持する時間を可変とすることによって階調表示を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つ
   に記載の液晶シャッタ装置。
7. 【請求項７】 前記走査期間の印加電圧を０Ｖから可変
   とすることによって階調表示を行うことを特徴とする請
   求項１から請求項５のいずれか１つに記載の液晶シャッ
   タ装置。
8. 【請求項８】 前記フレ−ム期間の長さを基板温度に応
   じて制御し、前記フレ−ム期間の長さを低温では長く、
   高温では短くすることを特徴とする請求項１から請求項
   ７のいずれか１つに記載の液晶シャッタ装置。