JPH0428760B2

JPH0428760B2 -

Info

Publication number: JPH0428760B2
Application number: JP2490482A
Authority: JP
Inventors: Katsumori Takei; Haruo Nakamura
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1992-05-15
Also published as: JPS58142960A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、液晶パネルに挾持された液晶材料の
cより低周波数成分と、cより高周波成分の信号
を印加することにより、光学的ON−OFF制御を
行なう二周波駆動用液晶組成物に関し、更に詳し
くは光応答速度を非常に速くした液晶ライトバル
ブ用の液晶組成物に関する。近来、情報処理の大容量化、高速演算化、また
OA（オフイスオートメーシヨン）機器の大衆化
が急激に進展してきている。OAの端末機器の一
つであるプリンターも、高速、高印字品質、更に
は低価格であることが必要となつてきているが、
現在のところそれらを満足するものが市場に出て
いないため、その出現が強く望まれている。液晶ライトバルブを光信号発生部に用い、電子
写真技術を応用した印字装置（特開昭56−93568）
は、上述の点において実用レベルに達しており、
注目されている。まず、上述の液晶ライトバルブ方式の印写装置
の構成の概要を第１図に示す。液晶ライトバルブ
を用いた光信号発生部１０１によつて、感光ドラ
ム１０２上に光書き込みされる。この時感光ドラ
ム１０２は、コロナチヤージヤー１１０で予め帯
電されている。この時の光信号は通常は、文字を
印写する場合、文字の部分に対応して光が発生す
る。これによつて静電潜像が形成され磁気ブラシ
現像器１０３でトナー現像される。この時の現像
方式は通常は反転現像となる。この後、転写コロ
ナ放電器１０５によつてトナーは普通紙１０４に
転写され、定着器１０６によつて定着される。転
写後の感光ドラムに残留したトナーはブレード１
０８で除去され、静電潜像は除電ランプ１０９で
除電され終了する。第２図に光信号発生部の構成
を示す。光源２０１から出た光は、液晶パネル部
（２１１〜２１８）でON−OFF制御され、透過
光は集光レンズ２２１によつて感光体上に結像さ
れる。液晶パネルは、２枚の偏光板２１１によつ
て挾まれ、ガラス板２１２上に蒸着、スパツタ、
デイプ等によりコート、更にはフオトエツチによ
り形成されたネサ電極２１３、光学的マスクとし
て用いられる金属薄膜２１４、絶縁膜２１５、液
晶の配向制御膜２１６より成り、シール２１７と
液晶パネルによつて液晶２１８を挾持している。第３図は液晶パネルの正面図であり、光の透
過、遮断を行うマイクロシヤツター群３０２と常
時光を遮断する光マスク部３０１より成つてい
る。次に液晶ライトバルブの駆動原理を説明する。
第４図は、液晶パネルに印加する信号と、透過光
特性を示している。但し、ここで示してあるのは
ダイナミツク駆動する場合である。液晶にcより
高い周波数成分をもつた信号を開口期間T₁の間
印加すると〔第４図ｂ）〕、パネルは光を透過する
〔第４図ａ）〕。次に液晶にcより低い周波数成分
もつた信号をT₂の間印加すると〔第４図ｂ）〕パ
ネルは光を遮断する。T₃は謂ゆる選択期間であ
りこの場合のデユーテイーはT₃／T₄となる。こ
のように印加する信号の周波数により、液晶分子
の配向状態を制御できることは既に公知であり、
その詳細は省略するが、この現象は液晶の誘電異
方性の符号が印加する信号の周波数により反転す
る性質に基づいている。第５図は液晶分子の長軸
方向の誘電率εと短軸方向の誘電率ε⊥の周波数
依存性を示している。交差周波数c（ε＝ε⊥と
なる周波数）を境に、誘電異方性△εの符号が逆
転している。以上、液晶ライトバルブの駆動原理
について説明したが、この液晶ライトバルブを印
写装置の光書き込み部に用いる場合、印写装置の
高速、高印字品質、更には高信頼性を実現するた
めには、多くの制約条件をクリアーしなければす
なわち、第一に、書き込み時間（第４図T₃）内
に、高い光エネルギーを感光ドラム上に供給しな
ければならない。この要求を満足する為には、無
論、パネル周辺の光源光学系、駆動方式に依つて
も、特性改良はある程度可能ではあるが、液晶の
基本特性に依るところは大である。優れた液晶ラ
イトバルブを実現するために液晶材料に要求され
る基本特性としては下記の項目が掲げられる。１低電圧で高速応答すること。２温度．電圧マージンが広いこと。３高い信頼性を確保できること。２周波駆動用液晶材料は、デイスプレイ用等
で、従来研究がされ、優れたものが出されている
が、印写装置に用いられる液晶ライトバルブのよ
うに非常に高速応答（数ミリ秒以下）を要求され
るものについてはまだ研究が浅く、前述のような
特性をすべて満足する液晶材料はあまり知られて
いない。本発明は、印写装置等に用いられる液晶ライト
バルブ用液晶材料について特性改良を加えたもの
であり、その目的は、１低電圧で高速応答すること。２温度．電圧マージンが広いこと。３高い信頼性を確保できること。以上の要求をバランスよく満足する２周波駆動
用液晶組成物を提供することにある。以下、これらの要求項目について説明を加え
る。１低電圧で高速応答すること。完成体の小型化、低コスト価のために、駆動回
路にIC等を用いると、自ら、駆動電圧、駆動周
波数の上限が制約される。更に消費電力が削減の
ためにも、低電圧．低周波数が望ましい。液晶の
応答速度τは

【式】で示される如く、誘電異方性の平方根に反比例するため、高
速応答を得るには、駆動周波数での誘電異方性の
絶対値を大きくする必要がある。また粘性が低い
ことも要求される。更に駆動周波数をあまり高く
できないため使用温度でのcも適当に低くしなけ
ればならない。単一成分でこれらを満足する液晶
材料はないため複数成分をミツクスして、各特性
をバランスよく満足させることになる。まず、
c、粘性の調整であるが、この二者は互いに、相
反する性質のものである。本発明によつて提供さ
れる組成物中の成分中、（但し、R₁は炭素数３，４，５、R₂は炭素数
２，４，５、R₃は炭素数4.5、R₄は炭素数４，
６、R₅は炭素数５、R₆は炭素数５の直鎖アルキ
ル基を示す。は、組成物のc、粘性共に実用レベ
ルに低くできる性質を有している。次に、低周波数での誘電異方性を調整する成分
更に、高周波数での誘電異方性を調整する成分で
あるが、既知の液晶、あるいは液晶と類似の分子
構造を有する化合物で、正の誘電異方性の絶対値
が大きいものは数多くあるが、負の誘電異方性の
絶対値の大きいものは非常に少ない。更には、両
者において、融解エントロピーが小さいこと、液
晶温度範囲が広いこと、更にはc、粘性等に悪影
響を与えない等の制約をつけると、種類は一層限
られてくる。本発明によつて提供される組成物の
成分中、〔但し、Ｒは炭素数４，６の直鎖アルキルを示
す。〕は、正の誘電異方性が非常に大きく、またcも低
い。更に、組成物の成分中、（但し、Ｒは炭素数３，７、R′は炭素数４，
５の直鎖アルキル基を示し、

【式】は

【式】または

【式】を示す。）は、負の誘電異方性の絶対値が大きく、他の成分
との相溶性も優れている。次に本発明によつて提供される組成物の成分中
カイラルネマチツク液晶についてであるが、TN
表示用パネルの場合、該成分を微量添加して逆チ
ルトを防止したり、ゲストホスト表示用に使用し
てコントラストを向上したり、更には該成分添加
液晶のメモリー効果を応用した表示方式等該成分
の使用例は多く知られている。またなかには、カ
イラルネマチツク液晶のヘリツクス力すなわち螺
旋構造への戻り力を利用して応答スピードを改善
したものも周知である。本発明で、カイラルネマ
チツク液晶を添加する理由は、２周波駆動方式に
おいても、上述と同様の効果、すなわち、応答ス
ピード改善の効果があることである。２周波駆動
方式においては、cより高周波成分を有する信号
に依る駆動、すなわち、液晶分子をセル面と平方
に配向させる時において、特にそのスピードを速
くする効果がある。本発明者等は、上述の成分を適当な割合で調合
することにより、△εL，△εHの絶対値（特に縦
来の組成物では△εHの絶対値を大きくすること
は他の特性とのバランスを考慮すると困難であつ
た）を大きくでき、またカイラルネマチツク液晶
を添加することで使用温度、電圧での応答速度も
飛躍的に上げることに成功した。液晶組成物の場
合は単一成分とは異なり、異種成分間での相互作
用が粘性、cひいては応答速度に少なからず影響
を及ぼしていることが予想される。本発明によつ
て提供される組成物においても、この相互作用が
組成物としての特性改良の方向に働いていると思
われるが、その点についての物理的、あるいは量
子力学的解釈は今後の研究に期待する。以上が、特性１を満たすために本発明による成
分を用いた理由である。２温度．電圧マージンが広いこと。まず、温度マージンについてであるが、液晶の
誘電異方性の温度依存性を第６図に示す。図中、
△εLは低周波の駆動周波数での誘電異方性、△
εHは高周波の駆動周波数での誘電異方性である。
図よりわかるように△εHは温度上昇につれて急
激に減少する。この傾向は液晶により多少の差は
あるものの、液晶の基本的な特性であるため、実
際に使用する場合には、△εHの変化量の小さい
温度領域を選ぶことになるが、本発明の場合の如
く、応答を非常に速くする必要のあるときは、あ
る程度高温領域で液晶の粘性を低くして用いるこ
とが必要である。このように温度変化により、△
εHが少なからず変動することは否定できない事
実をふまえ、なおかつ温度マージンを広くとるに
は、液晶の光透過率特性が飽和している範囲を採
用することが必要となる。これはすなわち、一定
電圧下において、応答が速く、光透過率曲線が飽
和していることであり、前述の特性１を満足させ
ることが前提となる。また電圧マージンについて
も同様に考えることができる。３高い信頼性を確保できること。液晶の化学的、光学的あるいは電気化学的安定
性については、多くの研究．実験が行なわれてい
る。本発明による液晶はすべてエステル系液晶で
あるため、光学的信頼性は高く、また、加速エー
ジング等により、信頼性は充分実用レベルである
との評価に達している。以上述べた特性１，２，３をバランスよくかつ
実用レベルでクリアすることを目的として、本発
明では上述の各成分の調合割合を適当に選ぶこと
で、組成物として特性の優れた液晶材料をつくる
ことができた。次に本発明の詳細を実施例を掲げた説明する。実施例表１に掲げる液晶組成物を調合し、その基本特
性及び光透過率特性を調べた。

【表】

【表】〔ただし、表中C₈H₁₇はの構造を有する〕第７図に表１に示す液晶組成物の誘電率の周波
数依存性を示す。但し、測定温度は30℃である。
この液晶を、セル厚5μmの試験セルに封入して低
周波信号（30V、1KHz）、高周波信号（30V、
130KHz）で1/2ダイナミツク駆動を行なつたとこ
ろ、第８図に表わす、光透過率特性を示した。図
より、1/2ダイナミツク駆動では、くり返し周期
が1.4〜1.8msec、開口時間0.4〜0.5msecでくり返
し応答が可能である。但し、この時使用したセル
のラビング角は70゜、セルをはさむ偏光板の偏光
方向は互いに直角とした。測定温度は40℃であつ
た。次にこの液晶ライトバルブを用いて印字実験を
行なつた。液晶セルは上述の測定と同じものを用
い、駆動条件も同様とした。光源には、構造式、
CeMg Al₁₁O₁₉：Tb₃ ⁺の蛍光体を用いた高輝度蛍
光ランプを、感光体にはTeで増感したSeを用い
た。第１図に示す如く各部品を配置し、感光ドラ
ムの表面移動速度は５cm／secであつた。液晶ラ
イトバルブを駆動し、光書き込みを行なつたとこ
ろ、そのON−OFFに対応して、鮮明な像を形成
することができた。本実施例は、本発明によつて
提供される液晶ライトバルブの一使用例であり、
印写装置以外の光書き込み装置、またデイスプレ
イ等にも応用可能である。以上述べたごとく、本発明によれば、化合物(1)
〜(4)とカイラルネマチツク液晶化合物とで構成す
ることにより、液晶組成物の漏電分散を利用して二周波駆動を
させることにより、例えば、液晶ライトバルブなどに用いたとき高
速スイツチングが可能となり、印写装置の書き込
み速度、温度特性、電圧マージンなどを飛躍的に
改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶ライトバルブ方式の印写装置の構
造図である。第２図は、液晶ライトバルブの模式
図である。第３図は、液晶ライトバルブに用いる
液晶パネルの上面図である。第４図は、液晶ライ
トバルブに印加する信号とその時の光応答特性図
である。第５図は液晶の誘電率の周波数特性図で
ある。第６図は液晶の誘電異方性の温度特性図で
ある。第７図は本実施例で用いた液晶組成物の誘
電率の周波特性図である。第８図は、本実施例に
よる液晶ライトバルブの光応答特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式が（但し、R₁は炭素数３，４、R₂は炭素数２，
４，５の直鎖アルキル基を示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₃は炭素数５、R₄は炭素数４，５，
６の直鎖アルキル基を示し、ＸはCNまたはＨを
示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₅は炭素数４，６の直鎖アルキル基
を示す。）で表わされる化合物と、一般式が（但し、R₆は炭素数３，７、R₇は炭素数４，
５の直鎖アルキル基を示し、【式】は【式】または【式】を示す。）で表わされる化合物と、カイラルネマチツク液晶化合物とからなること
を特徴とする二周波駆動用液晶組成物。