JP3538469B2 - 液晶シャッター - Google Patents

液晶シャッター

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JP3538469B2
JP3538469B2 JP2257495A JP2257495A JP3538469B2 JP 3538469 B2 JP3538469 B2 JP 3538469B2 JP 2257495 A JP2257495 A JP 2257495A JP 2257495 A JP2257495 A JP 2257495A JP 3538469 B2 JP3538469 B2 JP 3538469B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶光プリンタ−に関
し、特に感光紙上にフルカラ−の画像書き込みをする液
晶シャッタ−を用いた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在までに開発あるいは実用化されてい
る液晶光プリンタ−は、いずれもモノクロ−ムで階調が
ないハ−ドコピ−プリンタ−で、その用途は主にレ−ザ
−プリンタ−やLEDプリンタ−などの対抗機種として
考えられており、開発の主眼は特に高速性に置かれてき
た。
【0003】ところで、写真画像やテレビ画像などの階
調を持った画像のハ−ドコピ−を液晶光プリンタ−で行
うためには、主たる構成要素の一つである液晶シャッタ
−のコントラストを百以上の高コントラストにする必要
があり、さらに階調性を必要とするため、上記液晶シャ
ッタ−の各画素を単位時間あたりに透過する光量を画像
入力信号に応じて制御しなければならない。
【0004】上述の課題を解決するための一つの方法が
特開昭62−150330号公報に示されている。図5
はこの方法の説明図である。駆動される液晶シャッタ−
は一対の透明電極付きガラス基板に、ねじれ型ネマチッ
ク液晶を挟んで構成した液晶セルを、吸収軸が互いに直
交するように配置された一対の偏光板で挟んだポジ型ツ
イステッドネマチック型液晶シャッタ−である。このよ
うな液晶シャッタ−の各透明電極から(c)の画像信号
に基ずく(b)の液晶駆動波形が印加されると光学応答
特性は(a)のようになる。この方法は、液晶が応答す
る時間よりも短いパルスの高周波電圧(5キロヘルツ、
15ボルト)を印加して、常時は液晶シャッタ−を光遮
蔽状態に保ち、階調の長さに比例した画像信号に応じ
て、前記高周波電圧の印加を停止して光透過状態にする
ことにより、透過光量の制御を行うことを特徴としてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法は液晶シャッタ−を光遮蔽状態にセットするのに高
周波電圧を印加しなければならないため以下の不具合が
生じることが明らかになった。一般に、画像書き込み用
の液晶シャッタ−アレイは数百から数千の画素を駆動す
るための多数の信号電極を持つために、多ピン出力の液
晶駆動用LSIを数個から十数個必要とする。この時、
LSIの出力駆動波形が高周波電圧波形だと出力抵抗を
高く設定しなければならないため、LSIのチップサイ
ズの大型化によるコスト上昇が避けられない。
【0006】また、高周波駆動による消費電力増加は発
熱をもたらし、LSIの動作の信頼性を低下させる上、
液晶シャッタ−モジュ−ルにも発熱が伝導し動作不良の
原因となる。したがって、本発明の目的は前述の不具合
をなくし、液晶シャッタ−に高周波電圧を印加しない単
純な駆動で液晶シャッタ−アレイを動作させ、信頼性が
高く低コストの画像形成装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素を
持つ液晶シャッタ−アレイであって、光源からの光を制
御し、この液晶シャッタ−アレイに対して相対的に移動
する感光紙上に光書き込みをする画像形成装置に関し、
本発明の液晶シャッタ−アレイは2枚の透明電極付きガ
ラス基板の間にツイステッドネマチック型液晶を挟んで
形成された液晶層の1cm2あたりの体積抵抗率が10
12Ωcm以上の液晶セルの上面と下面に吸収軸が互いに
直交する一対の偏光板を配置して構成され、かつ、正ま
たは負の電圧を前記液晶セル内の透明電極を通して液晶
層に印加して光遮断状態にセットし、画像信号が入力さ
れると前記印加電圧を停止して光透過状態にする液晶シ
ャッタ−アレイであることを特徴としている。また、上
記液晶シャッタ−アレイにス−パ−ツイステッドネマチ
ック型液晶セルを用いる場合、光透過状態にする画像信
号の電圧値はス−パ−ツイステッドネマッチック型液晶
シャッタ−アレイの着色を解消する程度の正または負の
微弱電圧であることを特徴としている。
【0008】
【作用】本発明の構成によれば、体積抵抗率を1012Ω
cm以上に上げた液晶セルを用いると、高周波交流電圧
駆動しなくとも、単純な直流電圧や低周波電圧で十分に
ポジ型液晶シャッタ−を光遮蔽状態に保持することが可
能となるため、液晶駆動用LSIの発熱や動作不良を抑
え、LSIのチップサイズの小型化による液晶シャッタ
−モジュ−ルの低コスト化が計れるため、信頼性が高く
低コストの画像形成装置を提供できる。さらに、上記液
晶シャッタ−にス−パ−ツイステッドネマチック型液晶
セルを用いる場合、光透過状態の着色を正または負の微
弱電圧で解消するため、前記液晶シャッタ−と赤、緑、
青色のカラ−フィルタ−を組み合わせた時、インスタン
トフィルムなどの感光紙上に色鮮やかなプリントが可能
な画像形成装置を提供できる。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基ずいて詳細に
説明する。一般に、電圧無印加で光透過状態のポジ型液
晶シャッタ−に直流電圧を印加し続けると、印加した瞬
間に光遮蔽状態になるが、その後、徐々に光透過状態に
戻ってしまう。
【0010】これは、液晶材料や液晶配向膜材料内に微
量に存在する不純物イオンが液晶セル内の透明電極近傍
に移動し、直流電圧印加による電界を打ち消してしま
い、液晶分子に作用する実効電界が消失するためと考え
られている。このため、通常は液晶分子が光透過状態の
配列になる前に逆極性の電圧を液晶セルに印加し、不純
物イオンによる実効電界の消失を防いで駆動する。一般
的に、印加電圧の極性切り替え周期は液晶分子が応答し
始める時間よりも十分短い1キロヘルツ以上の高周波が
必要とされる。
【0011】一方、筆者の実験によると、高純度の液晶
材料や配向膜材料を用いて作成したポジ型液晶シャッタ
−が100ヘルツ以下の低周波電圧や直流電圧印加で
も、かなりの時間光遮断状態を維持することを見いだし
た。たとえば、表1は±10ボルト、100ヘルツ、1
0ヘルツ、1ヘルツの各低周波電圧を印加し光遮断した
状態と電圧無印加時の光透過状態のコントラスト比をポ
ジ型液晶シャッタ−について、液晶セルの体積抵抗率を
変えて測定した結果である。
【0012】
【表1】
【0013】なお、本明細書に記載の体積抵抗率は、1
cm2 の電極を持ち、液晶層厚み5ミクロンでねじれ角
240度のス−パ−ツイステッドネマチック型液晶セル
に10ボルトの直流電圧を印加した時に流れる微弱電流
の測定から、以下の式により求めたものである。 ρ=R・S/d=(V/I)・(S/d) ρ:体積抵抗率 R:液晶セルの抵抗値 S:電極面積 d:液晶層厚み V:直流印加電圧 I:微弱電流値
【0014】表1に示すように、低周波あるいは直流駆
動する時に、液晶シャッタ−のコントラスト比は液晶セ
ルの体積抵抗率に大きく依存することが判る。特に、感
光紙上に高画質の写真画像を得るためには少なくとも百
以上のコントラスト比が液晶シャッタ−に必要なため、
液晶セルの体積抵抗率は1012Ωcm以上が望ましい。
【0015】一方、本発明に用いるス−パ−ツイステッ
ドネマチック型液晶シャッタ−は複屈折効果を用いてい
るため、電圧無印加状態において、種々の着色を伴う。
この着色は概ね次の関係式で示めされる。 T=sin2 (πΔnd/2λ) T:光の透過率 Δn:液晶分子の屈折率異方性 d:液晶層厚 λ:波長
【0016】すなわち、Δn値0.9の液晶シャッタ−
では黄色、0.8では緑色、0.6では青色となる。そ
して0.35以下から着色が少なくなり、液晶シャッタ
−として用いるのに最適な状態となる。ところで、上述
の着色状態は液晶シャッタ−固有のΔnd値による変化
だけではなく、同一の液晶シャッタ−に電圧を印加し液
晶分子の配列を変えることにより制御することが可能で
ある。
【0017】例えば、図6は典型的なポジ型ス−パ−ツ
イステッドネマチック型液晶シャッタ−の着色を示す電
圧−透過率曲線である。この図から判るように、電圧無
印加状態から電圧VL までは緑−ピンク−黄−淡黄色と
色相が激しく変化するが、それ以上の電圧では色相は無
色のままで透過率のみ減少していく。なお、透過率は電
圧VM でほぼ飽和に達する。偏光顕微鏡下での実験によ
ると、100ヘルツの低周波交流駆動においてVL の値
は3〜5ボルト、VM の値は30〜40ボルトであっ
た。
【0018】したがって、液晶シャッタ−の着色を解消
する微弱電圧VL で白選択を行い電圧VM 以上で黒選択
を行えば、コントラスト比が高く色ずきの無い状態で液
晶シャッタ−を駆動でき、前記液晶シャッタ−と赤、
緑、青色のカラ−フィルタ−を組み合わせれば、インス
タントフィルムなどの感光紙上に鮮やかな色調を持つフ
ルカラ−の高画質なプリントを達成させることが可能と
なる。
【0019】図1は本発明の画像形成装置において、体
積抵抗率1012Ωcm以上の液晶セルを用いたポジ型ス
−パ−ツイステッドネマチック型液晶シャッタ−の駆動
方法を表す説明図であり、白選択は信号側電極電圧波形
と対向側電極電圧波形の位相が一致し、黒選択は信号側
電極電圧波形と対向側電極電圧波形の位相が反転してお
り、対向側電極電圧値は信号側電圧値よりも液晶シャッ
タ−の着色を解消する電圧VL 分だけ大きく、対向側電
圧値と信号側電圧値の和は液晶シャッタ−の透過率を最
小にする飽和電圧値VM にほぼ一致するように設定され
ている。
【0020】この結果、液晶シャッタ−の画素に印加さ
れる白選択の合成電圧は色ずきがない範囲内で透過光が
最も強くなる電圧VL となり、黒選択の合成電圧は透過
光を最も低下させる電圧VM となるため、透過スペクト
ルが可視光領域内でほぼフラットでハイコントラスト比
のスイッチングが可能となる。例えば、本実施例に用い
た、液晶セルの体積抵抗率が1.2×1013Ωcm、ツ
イスト角度240度でΔnd値0.85のポジ型ス−パ
−ツイステッドネマチック型液晶シャッタ−はVL 値が
4ボルトVM 値が32ボルト程度である。したがって、
信号側電極電圧値には(32−4)/2=14ボルトを
設定し、対向側電極電圧値には(32+4)/2=18
ボルトを設定し、駆動したところコントラスト比160
が得られ、信号側電極電圧値もCMOS−LSIの駆動
電圧範囲内に収まった。
【0021】次に、前述の液晶シャッタ−のガラス基板
内面にR(赤色)、G(緑色)、B(青色)のゼラチン
フィルタ−を設けた200dpiの解像度のカラ−液晶
シャッタ−アレイを作成した。図2に示すように、前記
カラ−液晶シャッタ−アレイ内のカラ−画素21は千鳥
配列を形成し、各々の画素から個別に1920本の引き
だし電極22が配置されているため、160ピン出力の
液晶駆動用LSIを12個使ってスタティック駆動する
ことが可能であり、本発明の駆動方法を適用できる。
【0022】図3はフルカラ−画像を形成するためのカ
ラ−液晶プリント装置の模式図であり、前述のカラ−液
晶シャッタ−アレイ32と蛍光灯やハロゲンランプなど
の白色光源33、さらに、感光紙などのインスタントフ
ィルム35上に変調された光を結像させるためのセルフ
ォックレンズアレイ34とがカラ−液晶プリントヘッド
31内に組み込まれている。ここで実際に、ポラロイド
社製スペクトラインスタントフィルム上を32ミリ/秒
の速度で前記カラ−液晶プリントヘッドを2.4秒間移
動させフルカラ−画像プリントを試みた。
【0023】図4はフルカラ−画像を得るための階調付
き駆動の一例である。(a)の透過率曲線には、、
の透過率のレベルが示されている。(b)にはこのよ
うな透過率を得るために、液晶画素の電極間に印加する
低周波の電圧波形を(a)の番号に対応して示されてい
る。200dpi(128μmサイズ)の各カラ−画素
は4ミリ秒の選択時間内でおよびの中間調レベル、
の白レベルへと選択時間内で液晶シャッタ−の開閉時
間を連続変調される。以上述べた方法により、64階調
の駆動を行いインスタントフィルム上に色鮮やかで高画
質のプリントを3秒以内で得ることができた。
【0024】また、前述のカラ−画像形成装置におい
て、カラ−液晶プリントヘッドを往復運動させながら1
0枚の連続フルカラ−プリントを行ったが、液晶に印加
される電圧波形が低周波なので、液晶駆動用LSIの発
熱や誤動作もなく、すべて良好な画像が得られた。
【0025】
【発明の効果】以上の実施例で述べたように、本発明に
よれば液晶シャッタ−に高周波電圧を印加しない単純な
駆動による液晶シャッタ−アレイの動作により、多ピン
出力の液晶駆動用LSIの発熱や動作不良を抑え、ま
た、LSIのチップサイズの小型化による液晶シャッタ
−モジュ−ルの低コスト化が計れるため、信頼性が高く
低コストの画像形成装置を提供できる。さらに、本発明
によればス−パ−ツイステッドネマチック型液晶シャッ
タ−の着色を解消する微弱電圧印加によって、カラ−フ
ィルタ−付きの液晶シャッタ−の色純度を上げ、高品質
のカラ−画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置を構成する液晶シャッタ
−の駆動方法の説明図である。
【図2】本発明の画像形成装置を構成するカラ−液晶シ
ャッタ−アレイの、カラ−画素配置を表す模式平面図で
ある。
【図3】本発明の画像形成装置を示す模式図である。
【図4】本発明の画像形成装置を構成する液晶シャッタ
−の、階調制御方法の説明図である。
【図5】従来の液晶シャッタ−の駆動方法を示す説明図
である。
【図6】液晶シャッタ−の電圧−透過率曲線である。
【符号の説明】
21 カラ−画素 22 引きだし電極 31 カラ−液晶プリントヘッド 32 カラ−液晶シャッタ−アレイ 33 光源 34 セルフォックレンズアレイ 35 インスタントフィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−12630(JP,A) 特開 平3−18824(JP,A) 特開 平3−100292(JP,A) 特開 平4−133021(JP,A) 特開 平6−208111(JP,A) 特開 平7−18258(JP,A) 特開 昭52−20888(JP,A) 特開 昭62−150330(JP,A) 特開 昭63−173018(JP,A) 実開 昭61−162838(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間にツイステッドネマチック
    型液晶を液晶層として狭持し、複数の画素を備え、電圧
    無印加時には、前記画素が光透過状態となる液晶シャッ
    ターであって、前記液晶層の1cm2あたりの体積抵抗
    率を1012Ωcm以上とし、電圧無印加時から電圧を印
    加させると印加電圧の増加にともなって、前記画素の透
    過率が一旦増加してから低下し、その後前記透過率が飽
    和する飽和電圧値VMを備え、前記飽和電圧値VM以上
    の交流電圧あるいは直流電圧を印加して、前記画素を光
    遮断状態とすることを特徴とする液晶シャッター。
  2. 【請求項2】 一対の基板間にツイステッドネマチック
    型液晶を液晶層として狭持し、複数の画素を備え、電圧
    無印加時には、前記画素が光透過状態となる液晶シャッ
    ターであって、該液晶シャッターは、電圧無印加時から
    電圧を印加させると印加電圧の増加にともなって、前記
    画素の透過率が一旦増加してから低下し、透過率が所定
    の電圧値である飽和電圧値VMで飽和することを特徴と
    し、前記飽和電圧値VM以上の電圧値を印加して、前記
    画素を光遮断状態とすることを特徴とする液晶シャッタ
    ー。
  3. 【請求項3】 前記ツイステッドネマチック型液晶がス
    ーパーツイステッドネマチック型液晶であることを特徴
    とする請求項1または請求項2に記載の液晶シャッタ
    ー。
  4. 【請求項4】 前記所定の電圧値は交流電圧または直流
    電圧であることを特徴とする請求項2に記載の液晶シャ
    ッター。
  5. 【請求項5】 前記交流電圧は1キロヘルツ以下の低周
    波電圧であることを特徴とする請求項1または請求項4
    記載の液晶シャッター。
  6. 【請求項6】 着色を解消する程度の、正または負の微
    弱電圧VL以上の電圧を印加して、前記画素の最強の光
    透過状態を選択することを特徴とする請求項1または
    求項2に記載の液晶シャッター。
  7. 【請求項7】 前記微弱電圧VLは3〜5Vの範囲であ
    ることを特徴とする請求項6に記載の液晶シャッター。
  8. 【請求項8】 前記飽和電圧値VMは30〜40Vの範
    囲であることを特徴とする請求項1または請求項2に記
    載の液晶シャッター。
  9. 【請求項9】 前記複数の画素はカラー色に対応して設
    けられたカラー画素であり、前記カラー画素は引き出し
    電極を介して、スタティック駆動されることを特徴とす
    る請求項1または請求項2に記載の液晶シャッター。
  10. 【請求項10】 前記カラー色は赤色、緑色、青色の3
    色であることを特徴とする請求項9に記載の液晶シャッ
    ター。
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