JP4210385B2

JP4210385B2 - 液晶シャッターおよび該シャッターを用いたプリンターヘッド

Info

Publication number: JP4210385B2
Application number: JP08073199A
Authority: JP
Inventors: 康夫都甲; 信之小林; 和久宇井; 桂塚田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000275644A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリンター、特に、画像情報に基づいて感光体を露光して感光体上に画像を形成するプリンターや、感光紙に露光して画像を形成する自己発色方式のプリンターに用いられる液晶シャッターを用いたプリンターヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光体に対するプリンターヘッドとしては、レーザを光源としてポリゴンミラーなどで機械的に光束を偏向して走査を行なうものや、ＬＥＤアレイを光源として用いたものなどが実用化されている。また、最近では、感光体ではなく感光紙に直接に書き込みを行なう自己発色方式のプリンターヘッドも開発されており、カラー対応の小型プリンターヘッドの開発が望まれている。
【０００３】
例えば、図９に主要部を示したプリンター９０が知られており、感光性フィルム９１と、該フィルム９１に光書き込みを行なうプリンターヘッド９２とを備える。プリンターヘッド９２は、発光ドットを一列に並べた白色光源９３と、該光源と感光性フィルム９１との間に設けられ、白色光源９１の光を赤、緑、青の３原色に分光するカラーフィルター９４と、カラーフィルター９４を通過した光を感光性フィルム９１上の所定位置に照射するためのミラー９５と、いわゆるセルフォックレンズ９６とからなる。感光性フィルム９１は、プリンターヘッド９２に対して図面左右方向に移動し、カラーフィルター９４の各色に対応して光源９３の各発光ドットの点灯量を制御しばがら走査することでカラー画像を形成する。
【０００４】
しかし、このような方式では、高速にて点灯のＯＮ／ＯＦＦを制御できる光源を用いる必要があるため、例えば蛍光管（Vacuum Fluorescent）などを用いることになり、装置が大型化する。また、光源自体によるスイッチングでは、安定性、階調性、制御性などの点で容易ではないという問題があった。
【０００５】
一方、光源を点灯させた状態のままとし、液晶シャッターを用いて光量を制御する方式も提案されている。図８は液晶シャッター８４を用いたプリンターヘッド８２を備えたプリンター８０の一例を示すものである。プリンターヘッド８２は３原色に対応した光源８３と、液晶シャッター８４と、セルフォックレンズ８６とを備える。液晶シャッター８４は、一列に整列したドットを有し、各色毎にドットのＯＮ／ＯＦＦ制御を行ない走査することで、感光性フィルム８１に対する光源８３の光書き込みを実施して感光性フィルム上に画像を形成するものとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶シャッター８３として強誘電性液晶を用いた場合には、高速でＯＮ／ＯＦＦの制御が可能なものの、均一配向が得にくく、配向欠陥が生じ易い。そのために光抜け等の光シャッターとして致命的な欠陥を有する場合があり、安定した配向の液晶シャッターを得ることは容易ではない。また、液晶シャッター８４としてツイストネマチック液晶を用いれば階調制御を容易に行なうことができるが、応答速度が遅く、高速で書き込み可能なカラー対応のプリンターヘッドとすることは難しい。ＳＴＮ液晶を用いた場合には、リターデーションの関係から補償を行なわないと着色する問題があり、また、光抜けのしない黒表示を得ることも難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題を解決して、光書き込み時間を短縮可能な液晶シャッターを提供することを第１の目的とする。また、前記液晶シャッターを用いたプリンターヘッドを提供することを他の目的とする。
【０００８】
【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は、光源と感光素子との間の光路内に配置され、一対の透明基板と、前記一対の透明基板の内面に対向して設けられる透明対向電極と、前記対向電極の間に配置される液晶層と、一対の偏光層を備えた液晶シャッターにおいて、前記液晶シャッターはドットマトリクス形状をなし、前記透明電極付き基板の液晶層側の表面には光配向処理が施され、液晶層には電圧が印加されていない状態で液晶分子が基板面に対して垂直に配向している垂直配向型液晶シャッターを提供するものである。また、該液晶シャッターを用いたプリンターヘッドを提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のプリンターヘッドについて説明する。図１は、本発明のプリンターヘッド２０の好適な実施形態を概略的に示すもので、液晶シャッター１０と、光源２２と、該光源光を液晶シャッターに導く導光板２１とからなる。符号４０にて示すものは該プリンターヘッド２０により書き込みを行なう感光性フィルムであり、光を照射することで発色する記録紙などが用いられる。光源にて発光した光は、導光板２１内を通って液晶シャッター１０に導かれ、液晶シャッター１０の各ドットを制御することで、感光性フィルム４０に照射する光のＯＮ／ＯＦＦ制御が行なわれる。
【００１０】
従来のプリンタヘッド２０はライン状のものとされているが、本発明では面状のドットマトリクス形状として感光性フィルム４０に大面積で露光するものとしている。これにより、感光性フィルム４０のプリント時間を大幅に短縮できるとともに、ＴＦＴ等のアクティブマトリクスを用いた場合のＴＦＴ形成部のような非透過部のない高開口率の液晶シャッターとすることができる。
【００１１】
また、液晶シャッター１０を垂直配向型とする。これにより一対の偏光層による黒、即ち遮光性を高める。さらに、光配向処理により液晶層を配向させるものとすることで、より一層遮光性を高める。よって、感光性フィルム４０に露光した際に生じる黒点や白点となる不具合が低減される。
【００１２】
【実施例】
まず、液晶シャッターについて、具体的な実施例を基に説明する。
【００１３】
（実施例１−１）
図２に液晶シャッター１０の平面図を、図３にその断面図を概略的に示す。液晶シャッター１０は、所定の間隔を開けて対向配置した一対の透明基板１、２と、該透明基板の外側に配設した一対の偏光層８Ａ、８Ｂと、一対の透明基板の夫々の内側にストライプ状に形成され、直交するように対向して配設される透明電極層３、４と、該透明電極層の間に挟持される液晶層５と、これを封止するシール剤６とを備える。
【００１４】
この液晶シャッター１０は次のようにして形成する。
一対のガラス基板１、２を用意し、夫々の基板表面に所定のストライプ状のパターンのＩＴＯ透明電極３、４を形成した。ＩＴＯ透明電極３、４の上に図示しないポリイミド系の配向膜を形成した。続いて該配向膜に配向処理を施してプレチルト角θpを付与し、アンチパラレルの垂直配向となるようにした。その後、両基板１、２をＩＴＯ透明電極３、４が直交するように対向配置し、そのギャップｄが約５ミクロンとなるように制御した状態で誘電率異方性が負の液晶層５を注入し、シール剤６にて完全に封止して液晶セル９を形成した。なお、配向膜としては日産化学製のＳＥ−１２１１を用いた。
【００１５】
図３の液晶層５は、液晶分子の配向状態を模擬的に示している。配向処理としては、波長２５４ｎｍ、５．１ｍＷ／ｃｍ^２のエネルギーの紫外線を基板平面に対して４５度の角度から３０秒間照射した。つまり基板１に対しては矢印Ｖ１の方向から、基板２に対しては矢印Ｖ２方向から紫外線を照射してプレチルト処理を施した。プレチルトした液晶分子のダイレクタ方向は、紫外線照射方向と略一致し、プレチルト角θｐは、クリスタルローテーション法による測定では８９．５度であった。なお、プレチルト角は、基板表面に対し８８度から８９．９度の範囲が好ましい。これにより基板１、２の夫々の表面近傍の液晶分子５Ａ、５Ｂは、図３に示したようにアンチパラレル状態で配向し、液晶層５の中央付近の液晶分子５Ｃも同様の状態で配向している。
【００１６】
また、該液晶セル９の外側に一対の偏光層８Ａ、８Ｂをクロスニコルの状態で配設した。図２（ｂ）に偏光層の偏光軸ｐ、ｄと液晶分子のダイレクタ方向との関係を示す。偏光層の偏光軸ｐ、ｄと液晶分子５Ｃのダイレクタ方向とが、４５度の関係になるようにしている。なお、ｘ軸が透明電極層４の長手方向と一致し、ｙ軸が透明電極３の長手方向と一致するようにし、互いに直交する軸を有すｘ−ｙ平面が基板面に平行な方向として表している。
【００１７】
このようにして作製した液晶シャッター１０の電圧−光透過率特性を図４に示す。該液晶シャッター１０は、垂直配向型の電界制御複屈折に基づくＥＣＢ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードで動作し、電圧無印加時に液晶分子が上下基板に対して垂直に配向している。これによりクロスニコル配置の偏光層との組合わせにより、図４に示したようにＯＦＦ時の透過率を殆どゼロに制御でき、高いコントラストを得ることができる。
【００１８】
なお、配向処理として一般的なラビング処理により実施した場合には、ラビング時のキズ等に起因するラビングスジが無数に発生する。そのためにラビングにより配向処理を行なったのでは、クロスニコル配置の偏光層であっても、僅かな光漏れが発生することがあり、遮光性に劣る。同様に、電極層にスリット開口を設けて斜め電界を利用して配向させるスリット配向の際にも、デューティー駆動を行なった場合にスリット周辺から光もれが生じ、実際の駆動条件で良好な黒レベルを得ることは難しい。
【００１９】
（実施例１−２）
図５は別の液晶シャッター１０についての説明図である。本具体例では、液晶層５１を誘電率異方性が負の液晶に光学活性物質としてカイラル剤を添加したものとし、かつ、実施例１−１と同様にアンチパラレル配向を施した。カイラル剤は、液晶の自然ねじれピッチｐの値と、セル厚みｄとの関係がｄ／ｐ＝０．７になるように添加量を調整した。その他の条件は、実施例１−１とほぼは同一条件にて液晶シャッター１０を作製した。
【００２０】
なお、図５（ｂ）に示すように偏光層の偏光軸ｐ、ｄと液晶層中央の液晶分子５１Ｃのダイレクタ方向とが、４５度の関係になるようにしている。また、図２と同様にｘ軸が透明電極層４の長手方向と一致し、ｙ軸が透明電極３の長手方向と一致するようにし、互いに直交する軸を有すｘ−ｙ平面が基板面に平行な方向として表し、５１Ａ、５１Ｂは界面近傍の液晶分子を表す。
【００２１】
（実施例１−３）
図６は別の液晶シャッター１０についての説明図である。本具体例では、液晶層５２を誘電率異方性が負の液晶に光学活性物質としてカイラル剤を添加したものとし、かつ、パラレル配向を施した。カイラル剤は、液晶の自然ねじれピッチｐの値と、セル厚みｄとの関係がｄ／ｐ＝０．７になるように添加量を調整した。ｄ／ｐの値は０．７５よりも大きくなると、ヒステリシスを生じ階調表示を行なうのが困難になるので、０〜０．７５の範囲とすることが好ましい。その他の条件は基板２に対する紫外線照射方向Ｖ１を実施例１−２とほぼ反対の方向から照射した以外は同一条件にて液晶シャッター１０を作製した。なお、５２Ａ、５２Ｂは界面近傍の液晶分子を、５２Ｃは液晶層中央部の液晶分子を模式的に表している。偏光層の偏光軸ｐ、ｄと液晶層中央の液晶分子５２Ｃのダイレクタ方向とが４５度の関係になるようにしており、図６（ｂ）は右まわりの場合を、図６（ｃ）は左まわりの場合を示す。
【００２２】
この液晶シャッター１０を１／１２０デューティーにて駆動して透過率を測定したところ、電圧を印加しないＯＦＦ状態の透過率は０．０３％、ＯＮ状態の透過率は１０％であり、コントラストは３００であった。また、応答速度は２５０ｍｓｅｃ．であった。なお、セル厚みｄを薄くすると応答速度が速くなり好ましいが、制御のしやすさ、明るさの均一性を考慮すると５〜６μｍ程度とすることが、液晶シャッターとして好適である。
【００２３】
実施例１−１、実施例１−２および実施例１−３にて作製した液晶シャッター１０を用いて図１に示すプリンターヘッド２０を作製した。夫々の実施例の液晶シャッター１０は５ｃｍ×５ｃｍのドットマトリクス透過部を有し、各ドットの大きさを１００μｍ×１００μｍとしている。導光板２１にはアクリルを用い、液晶シャッター１０を一方の表面側に設置し、反対側の表面には図示しないドット状の印刷パターンを施した反射面とした。光源２２は、赤、緑、青の夫々の色を発光する３本の冷陰極管（ＣＦＬ）とし、導光板２１の端部に配設した。
【００２４】
液晶シャッター１０と密接するようにしてインスタント写真感光紙４０を配置し、その状態で各色の光源２２を順に点灯させた。各色の光源２２の点灯に同期して、液晶シャッター１０の各ドットを単純マトリクス駆動により、各ドットが所望の透過率となるようにフレーム階調による２５６階調制御を行なって５ｃｍ×５ｃｍの大きさの面積を一度に露光した。
【００２５】
従来のようなアレイ状の液晶シャッターではなく、面状のドットマトリクス液晶シャッターとしているので、一括に露光を実施でき、総じて高速化が図られる。また、単純マトリクスとしているので、ＴＦＴ等の能動素子を設ける必要がなく、高開口率とすることができ、また、コストの低減も図ることができた。
【００２６】
さらに、光源２２の輝度を２段階に制御して点灯させるものとし、同一色の光源２２について、低輝度の場合と高輝度の場合の２回の発光を実施し、夫々について液晶シャッター１０を階調制御して露光して、光書き込みを行なった。このようにすることで、より細かな階調制御がされた画像を出力できた。
【００２７】
なお、パラレル配向の液晶シャッターとアンチパラレル配向の液晶シャッターを比較すると、カイラル剤の有無に係わらず、アンチパラレル配向の方が好ましかった。これは、アンチパラレル配向の方が液晶分子がねじれ易いからだと思われる。
【００２８】
（実施例２）
先の実施例１−１と同一条件にて作製した液晶シャッター１０を用いて、図７に示すプリンターヘッド３０を作製した。この実施例では、導光板２１の液晶シャッター１０側の表面に拡散板２３を配置し、さらに、液晶シャッター１０と導光板２１の間に光制御シート２５を配設した。
【００２９】
光制御シート２５は、液晶シャッター１０に入射する光を平行光線として、効率と解像度の向上の作用を発揮する。ここでは、高屈折率で透過率の高い感光性樹脂をガラス基板上に形成し、それを液晶シャッター１０の各ドットと一致するようにフォトマスクを用いて、同ピッチで略矩形状の断面に露光・現像処理を施してパターン形成を行ない、その後の熱処理条件を制御して所望の半球面上のマイクロレンズ２６を形成したものを用いた。
【００３０】
該光制御シート２５を設けたプリンターヘッド３０とすることで、感光フィルム４０に形成される画像の解像度が向上した。なお、光制御シート２５は、液晶シャッター１０に直接マイクロレンズを形成してもよく、微少径のガラスファイバーを整列させたファイバーアレイプレートなどを用いるものでもよい。
【００３１】
なお、前記した実施例において、液晶シャッター１０の各ドット間に、遮光層を形成して、非ドット領域における光抜けを防止するものとしているが、遮光層を省略して記載している。また、感光性フィルム４０と液晶シャッター２０の位置を相対的に移動させて、複数回露光することで、液晶シャッター１０よりも大型のものに対しても対応できる。
【００３２】
本発明のプリンターは、上記した実施形態に限られるものではない。例えば、感光性フィルム４０と液晶シャッター１０の間に、いわゆるセルフォックレンズを設けたりすることもできる。光源としては、冷陰極管のほかに発光ダイオードや、無機あるいは有機ＥＬ素子、熱陰極管、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の種々のものを用いることができる。また、導光板を設けずに液晶シャッターの背面に光源を設けるものとしてもよい。その場合に、蛍光管、発光ダイオード、無機あるいは有機ＥＬ素子からなる光源をドット状に形成してより一層の薄型化を図ることもできる。感光フィルムとしては銀塩感材、インスタント感材、ＩＳＯ感材等種々の材料を紙やフィルム上に設けたものが使用可能である。
【００３３】
また、液晶シャッターを自己発色方式のプリンターに用いた例にて説明したが、感光素子として感光フィルムではなく感光体を用いたものや、該液晶シャッターをカメラ等の光学素子のシャッターに用いた感光装置にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、黒レベルの優れた大面積の液晶シャッターを得ることができる。また、ＴＦＴ等の能動素子を用いない単純ドットマトリクスの液晶シャッターなので、ＴＦＴ部のような非透過部の面積の少ない高開口率のドットを形成でき、かつ、安価に製造できる。
【００３５】
よって、特に、自己発色方式のカラープリンターに適用した場合には、大面積を一括で露光することができ、従来に比べ大幅に画像形成時間を短縮することが可能になるなど、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリンターヘッド部を説明する概略図である。
【図２】本発明の液晶シャッターの平面図である。
【図３】本発明の液晶シャッターの断面を示す説明図である。
【図４】本発明の液晶シャッターの電圧−光透過率特性を示す図である。
【図５】液晶シャッターの別の実施形態の断面を示す説明図である。
【図６】更に別の液晶シャッターの実施形態を示す断面説明図である。
【図７】別の実施例のプリンターヘッド部を説明する概略図である。
【図８】従来の実施例のプリンターヘッド部を説明する概略図である。
【図９】液晶シャッターを用いたプリンターヘッドの説明図である。
【符号の説明】
１、２透明基板
３、４透明電極層
５、５１、５２液晶層
６シール剤
７遮光層
８偏光層
９液晶セル
１０、２０液晶シャッター
２４ドット
７０、８０、９０プリンター
７１、８１、９１感光性フィルム
７２、８２、９２プリンターヘッド
７３、８３、９３光源
７４、８４液晶シャッター
７５、９４カラーフィルター
７６、８６、９６レンズ

Claims

光源と感光素子との間の光路内に配置され、一対の透明基板と、前記一対の透明基板の内面に対向して設けられる透明対向電極と、前記対向電極の間に配置される液晶層と、一対の偏光層とを備えた液晶シャッターにおいて、
前記液晶シャッターは、ドットマトリクス形状をなし、
前記透明電極付き基板の液晶層側の表面には、光配向処理が施され、
液晶層は、
誘電率異方性が負の液晶を用いた電界制御複屈折に基づくＥＣＢモードで動作し、前記一対の基板表面には、アンチパラレル配向となる配向処理がなされており、液晶の自然ねじれピッチｐと、セル厚みｄとの関係が０≦ｄ／ｐ≦０．７５であって、
電圧が印加されていない状態で液晶分子が基板面に対して垂直に配向していることを特徴とする垂直配向型液晶シャッター。
前記偏光層の少なくとも一方の偏光軸が、光配向処理による液晶分子のプレチルト方向に対し４５度の角度となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶シャッター。
前記請求項１または請求項２のいずれか記載の液晶シャッターと、光源と、液晶シャッターの光源側の光路に配設され光源光を略平行光に変換する光制御シートとを有し、前記光制御シートがレンズ素子もしくはファイバーアレイであることを特徴とするプリンターヘッド。
前記請求項１または請求項２のいずれか記載の液晶シャッターと、光源とを有するプリンターヘッドであって、
前記液晶シャッターは、フレーム階調により制御され、前記光源は、放電灯、蛍光表示管、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス素子のいずれかの中から選択され、複数の輝度を発光するように制御されており、前記光源と前記液晶シャッターとが協働して階調制御を行なうことを特徴とするプリンターヘッド。