JPH01120528A - 液晶素子 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は高速に駆動し得る液晶素子に関し、さらに詳
しくはプリンタの光書込み用シャッタアレイに適用し得
る液晶素子に関する。

［従来の技術　］ 高速プリンタの光書込み用シャッタアレイに適用し得る
液晶素子が望まれている。従来、この種の液晶素子とし
て、二方向の強制電界により駆動する液晶素子が知られ
ている。第６図は上記従来の液晶素子の概略構成を分解
して示すものである。

図において符号ｌで示される上記従来の液晶素子はネマ
ティック液晶でなる液晶ＮＩ２と、この液晶層２を挟持
する櫛歯電極対３及び対向電極４と、これら櫛歯電極３
及び対向電極４の外側にあって、これら櫛歯電極３及び
対向電極４を支持する基板５．５と、これらの基板５．
５の外側にあって、互いに直交する偏光子６．７とから
概略構成されている。この液晶素子１にあっては、上記
液晶層２は第７図においてその断面構成の概略を示すよ
うに、ネマティック液晶の液晶分子８が両方の基板５．
５面に対し平行に、かつ同一方向に配列してなるホモジ
ニアス分子配列になされている。

また上記櫛歯電極対３は複数の櫛歯部９．９・・・を有
する二つの櫛歯電極ｉ　ｏ、ｔ　ｏを基板５の面上に対
向して設けてなるものであり、具体的には第６図に示す
ように、上記二つの櫛歯電極１０゜１０の櫛歯部９．９
・・・を互い違いに向き合わせてストライブ状に配列し
てなるものである。この櫛歯部９．９・・・は線状に、
かつ、互いに等間隔に形成されている。上記櫛歯電極対
３の材料としては例えば、クロム、銅などの金属材料や
インジウム・ナイン・オキサイド（１，Ｔ、Ｏ）などの
透明導電材料などが挙げられる。また上記対向電極４は
透明な平面電極であって、液晶層２を介して櫛歯電極対
３に対向して設けられたものである。さらに、互いに直
交する上記偏光子６．７はそれぞれの偏光軸を櫛歯電極
ｔ　ｏ、ｔ　ｏの櫛歯部９．９・・・の長平方向に対し
４５度に傾けて配置されている。

このような構成において、第８図２に示すように上記一
対の櫛歯電極ｔｏ、１０間に、一方の櫛歯電極１０が他
方の櫛歯電極ＩＯに対して逆相になるように交流電界を
印加すると、相隣る櫛歯部９゜９・・・間で基板５．５
に水平な方向に電界が生ずる。

このため液晶分子８は電界方向に沿って並び、したがっ
て櫛歯部９．９・・・を横断する方向（櫛歯部９．９・
・・の長平方向に垂直な方向）に、かつ、基板５．５に
水平な方向に分子配列される。このような分子配列状態
にあっては、偏光子６に入射した光は直線偏光Ｐａとな
って液晶層２に入射するが、第６図に示すように直線偏
光Ｐａの振動面の方向（矢印ａの方向）は液晶分子８の
分子配列方向（矢印すの方向）に対し４５度に傾けられ
ているので、直線偏光Ｐａの分子配列方向の成分光Ｐｂ
は液晶層８を通過することができる。かくして液晶層８
を通過した直線偏光Ｐｂは液晶層８の分子配列方向に振
動面ををする偏光状態で偏光子７に入射する。この偏光
子７は液晶層８の分子配列方向（矢印すの方向）に対し
て４５度の方向（矢印ｄの方向）に振動面を有する光だ
けを通過させるので、液晶層８を通過した直線偏光Ｐｂ
の分子配列方向の成分光Ｐｄは偏光子７を通過すること
ができる。

これに対して第９図に示すように二つの櫛歯電極ｔ　ｏ
、ｔ　ｏを同電位にすると共に、これら二つの櫛歯電極
１０．１０と対向電極４との間に交流電界を印加すると
、基板５．５の面に垂直な方向に電界が生ずる。このた
め、液晶分子８は電界方向に沿って並び、したがって基
板５．５の面に対して垂直方向に分子配列される。この
ような分子配列状態にあっては、偏光子〇を通過した直
線偏光Ｐａは液晶層２内を通過する間、はとんど偏光状
態の変化を受けない。したがって偏光子６．７は互いに
直交して配置されているため、直線偏光Ｐａは偏光子７
によって遮断されることとなる。

このように、上記従来の液晶素子ｌにあっては、ネマテ
ィック液晶の分子配列状態を入力信号に応じて印加電界
の方向を切り換えることにより、基板５．５に対し垂直
な方向に、あるいは水平な方向にと強制的に変化させて
、光の遮断状態及び透過状態を制御するようにしたので
、ＴＮ液晶方式に較べて１００倍とくの応答速度を得る
ことができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来例の液晶素子ｌにあっては、ス
トライブ状に配列された櫛歯部９．９・・・の間隙には
電極は形成されていないので、上記二つの櫛歯電極１０
．１０と対向電極４との間に交流電界を印加しても完全
な垂直電界を得ることができなかった。このため、液晶
分子８を完全な垂直配列状態にすることはできなかった
。それゆえに、光遮断状態にしても液晶分子の複屈折の
影響を受けて、偏光子７から漏光が生じコントラスト比
が低下するという問題が生じていた。また、光の遮断状
態及び透過状態を制御するため、ネマティック液晶の液
晶分子８が垂直配列状態及び水平配列状態の二つの配列
状態を取り得るようにしたため、液晶分子８は９０度も
回動するようになされている。このため、スイッチング
特性が未だ不十分で、所望の高速駆動を得ることができ
なかった。

そこで、この発明は上記従来の液晶素子がもつ以上のよ
うな欠点を解決することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この発明においては、複数の櫛歯部を有する二つの櫛歯
電極を、それぞれの櫛歯部を互い違いに並べて配置して
なる第１の櫛歯電極対及び第２の櫛歯電極対を液晶層を
介して設け、かつ、上記第１の櫛歯ｍ極対と第２の櫛歯
電極対とを双方の上記櫛歯部の長手方向が互いに交差す
るように配することにより上記の問題を解決している。

このような構成の液晶素子にあっては、第１の櫛歯電極
対の二つの櫛歯電極間に電界を印加する。

これにより、液晶層内の液晶分子は上記電界の方向（Ｂ
の方向）に沿うように配列の向きを変えられる。このた
め、上記液晶層に入射する光のうち、上記液晶分子の分
子配列方向（Ｂの方向）に振動する光のみが上記液晶層
を通過することができる。次に、スイッチを切り換えて
、第２の櫛歯電極対の２つの櫛歯電極間に電界を、印加
する。これにより、上記液晶分子は第２の櫛歯電極対に
よって生じる電界の方向（Ｃの方向）に沿うように配列
の向きを変えられる。このため、上記液晶層に入射する
光のうち、上記液晶分子の分子配列方向（Ｃの方向）に
振動する光のみが上記液晶層を通過することができる。

したがって、Ｂの方向に振動する光は液晶層内を通過す
ることができず、遮断される。なお、この発明の液晶素
子にあっては、Ｂの方向とＣの方向とのなす角度を任意
に設定することができる。そこで、Ｂの方向とＣの方向
とのなす角度を適宜に設定することによってＢの方向か
らＣの方向への液晶分子の回動あるいはその逆の回動を
整然と、かつ高速に制御することができる。このため、
漏光を抑えることができ、コントラスト比を高めること
ができる。また、高速のスイッチング駆動か可能となる
。

以下、図面を参照してこの発明の液晶素子を詳述する。

第１図及び第２図は、この発明の液晶素子の一例を示す
もので、これらの図において上記従来のものと同一構成
部分には同一符号を付して説明を簡略化する。この例の
液晶素子１１にあっては、対向電極４に代えて、第２の
櫛歯電極対１２が設けられている点が上記従来の液晶素
子１と大きく異なるところである。すなわち、この例の
液晶素子１１にあっては、共に同型の第１の櫛歯電極対
３及び第２の櫛歯電極対１２が用いられる。

これら第１の櫛歯電極対３と第２の櫛歯電極対＋２は、
共に複数の櫛歯部９，９・・・を有する二つの櫛歯電極
１０．１０を、それぞれの櫛歯部９．９・・・を互い違
いに並べて配置されてなるものである。

これら第１の櫛歯電極対３及び第２の櫛歯電極対１２は
液晶層２を介して設けられ、かつ、上記第１の櫛歯１ｉ
ｔｉ対３及び第２の櫛歯電極対１２を、双方の上記ａｍ
部９．９・・・の長手方向が互いに交差するように設け
られている。この場合、２０度から７０度の範囲に交差
角を設定するのが良く、好適には４０度から４５度の範
囲に設定するのが良い。また、第１の櫛歯電極対３及び
第２の櫛歯７Ｉ！極対１２のそれぞれの外側には互いに
直交する偏光子６．７が設けられている。この偏光子６
は第１の櫛歯電極対３の櫛歯部９．９・・・の長手方向
に振動する光のみを通過させるように設定されている。

次に、上記構成の液晶素子１１のスイッチング動作につ
いて述べる。第１図及び第２図に示すように、液晶素子
１１の偏光子６に入射する光はへ方向に振動面を有する
直線偏光ＦＡとなって偏光子６から射出される。かかる
状態にあって、まず第１図に示すように第１の櫛歯電極
対３を構成する二つの櫛歯電極１０．１０間を電圧無印
加状態にする共に、第２の櫛歯電極対１２を構成する二
つの櫛歯電極ｔ　ｏ、ｔ　ｏ間に所定の交流信号を印加
すると、これにより、液晶層２内の液晶分子８は第２の
櫛歯電極対によって生じる電界の方向であるＣ方向（第
２の櫛歯電極対１２櫛歯部９゜９・・・を横断する方向
）に沿うように配列の向きを変えられる。このため、へ
方向に振動面を有する直線偏光ＰＡのうちＣ方向の成分
光のみが液晶層２を通過することができる。かくして、
直線偏光ＰＡは上記液晶Ｆ１２により旋光させられて、
Ｃ方向に振動面を有する直線偏光ＰＣとなって液晶ｊ！
１２から射出される。この直線偏光ＰＣは偏光子７に入
射するが、このうちＤ方向の成分光のみが偏光子７を通
過でき、直線偏光Ｐ［）となって射出される。かくして
、第３図において符号Ｓ２で示すように、この状態は光
透過状態になる。

次に、スイッチを切り換えて、第２図に示すように第２
の櫛歯電極対１２を構成する二つの櫛歯電極１０．１０
間を電圧無印加状態にする共に、第１の櫛歯電極対３を
構成する二つの櫛歯電極１Ｏ１ｌＯ間に所定の交流信号
を印加すると、これにより、液晶層２内の液晶分子８は
第１の櫛歯電極対によって生じろ電界の方向であるＣ方
向（第１の櫛歯電極対３の櫛歯部９，９・・・を横断す
る方向）に沿うように配列の向きを変えられる。このた
め、入方向に振動面を有する直線偏光ＰＡのうちＣ方向
の成分光のみが液晶５２を通過することができる。とこ
ろが、入方向とＣ方向とは直交しているため、直線偏光
ＰＡのうちＣ方向の成分光は存在しない。かくして、直
線偏光ＰＡは上記液晶層２により遮断され、偏光子７か
ら光は射出されない。それゆえ、第３図において符号Ｓ
１で示すように、この状態は光遮断状態になる。

この例の液晶素子１１によれば、第１の櫛歯電極対３の
方向（すなわちＣ方向）と第２の櫛歯電極対１２（すな
わちＣ方向）とのなす角度を任意に（例えば、５０度以
下の小さな角度に）設定することができるので、Ｃ方向
からＣ方向への液晶分子８の回動あるいはその逆の回動
を整然と、かつ、高速に制御することができる。このた
め、漏光を抑えることができ、コントラスト比を高める
ことができる。また、高速の光スイッチングが可能とな
る。

［実施例コ 以下の方法により、第１図及び第２図に示したような液
晶素子１１を製造した。まず、ガラスで作られた２枚の
基［５，５の表面にクロムを一様に蒸着して所定の膜厚
のクロム層を形成した。

次に、フォトリソグラフィを駆使して一対の櫛歯状電極
パターンでなる櫛歯電極対パターンを形成した。すなわ
ち、この櫛歯電極対パターンについては、−の櫛歯状電
極パターンの形状寸法を櫛歯部の線幅２μ寓、線幅ピッ
チ８μ友とし、全体として６本の櫛歯部でなるように形
成した。また、上記構成でなる二つの櫛歯状電極パター
ンを、それぞれ６本からなる櫛歯部を線幅ピッチが２μ
肩になるように互い違いに配列して形成した。かくして
一画素となるべき櫛歯電極対３，１２を形成した。さら
に、これらの櫛歯電極対３，１２の上にポリイミド樹脂
をスピンナにてｔ　、ｏ　ｏ　ｏ人の膜厚に塗布してポ
リイミド樹脂層を得た。

その後、このポリイミド樹脂層を２５０℃の恒温槽に１
時間容れて熱処理を行い硬化させた。

さらにその後、第１の櫛歯電極対３上のポリイミド樹脂
層を、第１の櫛歯電極対３の電界印加方向（櫛歯部９．
９・・・を横断する方向）にラビングを行った。また、
第２の櫛歯電極対１２上のポリイミド樹脂層を、第２の
櫛歯電極対１２の電界印加方向（櫛歯部９．９・・・を
横断する方向）に対して所定の角度の方向にラビングを
行った。ここで、所定の角度は第１の櫛歯電極対３及び
第２の櫛歯電極対１２を、双方の上記櫛歯部９．９・・
・の長手方向が互いに交差するように設けたとき、櫛歯
電極対３，１２上に設けられたポリイミド樹脂層の双方
のラビング方向が一致する角度である。

次に、一方の基板５のポリイミド樹脂層が設けられてい
る面の周辺部に紫外線硬化樹脂を約４μ肩の膜厚になる
ように塗布した。次に、２枚の基板５，５を互いの櫛歯
電極対３，１２を向き合わせて、かつ、互いの櫛歯電極
対３，１２が４５度に交差するようにして張り合わせた
後、紫外線照射器にて紫外線を照射して上記紫外線硬化
樹脂を硬化させてセルを形成した。このセルにネマチッ
ク液晶ｒ９１６０Ｊ（商品名、チッソ（株）製）を注入
した後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。

それから−旦、等方性液体の状態にまで加熱した後、徐
冷してラビング方向に沿う均一な分子配列を得た。次に
、このセルの両側に偏光子６．７を互いに直交させて、
かつ、この偏光子６が第１の櫛歯電極対３の櫛歯部９，
９・・・の長手方向に振動する光のみを通過させるよう
に設定する。

次に、上記の方法により製造された液晶素子１１を以下
の条件によりスイッチング駆動させた。

まず、第４図に示すように第１の−ｍ　ｍ電極対３を構
成する二つの櫛歯電極ｔｏ、ｔｏ間の電圧を０■にする
共に、第２の櫛歯電極対１２を構成する二つの櫛歯電極
ｔ　ｏ、ｔ　ｏ間にパルス幅１００μＳＥＣ，電圧波高
値２０Ｖの交流矩形波を印加すると、第３図において符
号Ｓ２で示すように光透過状態になった。次に、スイッ
チを切り換えて、第５図に示すように第２の櫛歯電極対
１２を構成する二つの櫛歯電極ｔ　ｏ、ｔ　ｏ間の電圧
をＯＶにする共に、第１の櫛歯電極対３を構成する二つ
の櫛歯電極ｔｏ、ｔｏ間にパルス幅１００μＳＥＣ，電
圧波高値２０Ｖの交流矩形波を印加すると、第３図にお
いて符号Ｓｔで示すように光遮断状態になった。以上の
スイッチング駆動において、応答時間　゛は約３００μ
ＳＥＣ、コントラスト比は３０以上であった。これによ
り、高速プリンタに適合し得る性能が得られた。なお、
この実施例ではポリイミド樹脂層のラビング方向を液晶
層２に入射する直線偏光ＦＡの振動面に直交する方向に
設けたので、さらに漏光を抑えることができた。このた
め、コントラスト比を一段と高めることができた。

また、上記の実施例においては、偏光子〇を通過した直
線偏光の振動面が第１の櫛歯電極対３の櫛歯部９，９・
・・の長手方向に沿うように偏光子６を設けたが、これ
に限らず、第２の櫛歯電極対１２の櫛歯部９，９・・・
の長手方向に沿うように偏光子〇を設けるようにしても
良い。この場合にあって光遮断状態／光透過状態は上記
実施例の場合と逆になる。また、偏光子７を射出後の直
線偏光の振動面が第１の櫛歯電極対３または第２の櫛歯
電極対１２の櫛歯部９．９・・・の長手方向に沿うよう
に偏光子７を設けるようにしても良い。なおポリイミド
樹脂層のラビング方向は上記した場合に限らず、液晶層
２を挟む両側のポリイミド層のラビング方向が一致して
いる限り、上記ラビング方向を上記Ｂ方向とＣ方向の間
に設定しても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の液晶素子は、複数の櫛
歯部を有する二つの櫛歯電極を、それぞれの櫛歯部を互
い違いに並べて配置してなる第１の櫛歯電極対及び第２
の櫛歯電極対を液晶層を介して設けたので、−様な電界
を得ることができる。

したがって強制電界により液晶分子の分子配列を一段と
良好に制御し得る。また、上記第１の櫛歯電極対及び第
２の櫛歯電極対を双方の上記櫛歯。

部の長手方向が互いに所定の角度で交差するように配し
たので、この角度を適宜に設定することによって液晶分
子の回動あるいはその逆の回動を整然と、かつ高速に制
御することができる。かくして−段と漏光を抑えること
ができ、コントラスト比を高めることができろ。また、
高速のスイッチング駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図はいずれもこの発明の液晶素子の一実
施例を示す分解斜視図であって、第１図はこの液晶素子
の光を透過させる動作状態を示す図、第２図はこの液晶
素子の光を遮断する動作状態を示す図、第３図はこの液
晶素子による光透過状態及び光遮断状態における透過光
強度を示す図表、第４図及び第５図はいずれもこの液晶
素子をスイッチング駆動させるために印加する矩形パル
スを示す図表、第６図ないし第９図は従来の液晶素子を
示し、第６図は分解斜視図、第７図ないし第９図は部分
断面図である。 １．１１・・・・・・液晶素子、　　　２・・・・・・
液晶層、３・・・・・・第１の櫛歯電極対、　９・・・
・・・櫛歯部ｌＯ・・・・・・櫛歯電極、 １２・・・・・・第２の櫛歯電極対

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の櫛歯部を有する二つの櫛歯電極を、それぞ
   れの櫛歯部を互い違いに並べて配置してなる第１の櫛歯
   電極対及び第２の櫛歯電極対を液晶層を介して設け、か
   つ、上記第１の櫛歯電極対と第２の櫛歯電極対とを双方
   の上記櫛歯部の長手方向が互いに交差するように配して
   なることを特徴とする液晶素子。
2. （２）双方の上記櫛歯部の長手方向を４５度に交差する
   ように配してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の液晶素子。