JPH0472209B2

JPH0472209B2 -

Info

Publication number: JPH0472209B2
Application number: JP59022679A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; Kazuharu Katagiri; Kazuo Yoshinaga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1992-11-17
Also published as: JPS60166930A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光学変調素子の温度制御法に関し、
詳しくはデイスプレイ装置や画像形成装置などに
適した光学変調素子の温度制御法に関するもので
ある。

最近の情報処理技術の進歩は目ざましいものが
あり、それに伴ない画像形成装置に対して高密度
性及び高速性が要求されてきている。さらに、印
写品位に対する要求も強く、これを満足する画像
形成装置としては、これまで電子写真装置、レー
ザービームスプリツタ（LBP）あるいは光フア
イバチユーブ（OFT）プリンタが既に実用化さ
れている。しかし、これらの画像形成装置は高価
であり、又装置の構成も複雑になり、小型化にす
るのが困難となつている。そこで、低価格で小型
化が可能になるということで、最近ではPLZTや
液晶等の光シヤツターを用いた画像形成装置ある
いは発光ダイオードを用いたLEDプリンタ等の
画像形成装置が考えられている。中でも、液晶の
電気光学効果を利用した液晶シヤツタ・プリンタ
が低価格で高密度な画像形成装置として有望視さ
れてきている。

この液晶シヤツタ・プリンタのヘツドで用いて
いる液晶としては、ツイステツド・ネマチツク液
晶を２周波方式により駆動する方法が、例えば特
開昭56−94377号公報に記載されている。この方
式のプリンタ・ヘツドでは、印加電圧の異る周波
数に応じて、正の誘電異方性と負の誘電異方性を
示す液晶組成物を用い、選択的に印加周波数を切
換え、液晶を電界方向に配向させる時と電界に対
し垂直な方向に配向させる時とで光学的に区別し
得る原理に基いている。一般に液晶は印加電圧を
大きくする程応答速度は早くなる。従つて二つの
配向方向の一方の配向で明状態を生じさせ、他方
の配向で暗状態を作るならば、これ等の二状態を
切換えるために共に強制的な電圧印加で達成でき
るので、応答は許される限り大きな電圧を印加す
ることによつて高速応答が可能となるものである
が、その応答速度はせいぜい1msec程度で、LED
プリンタヘツドの場合での数10nsecに較べ非常に
遅いことから、高速応答性をもつプリンタ・ヘツ
ドには適していないものであつた。又、LEDプ
リンタ・ヘツドは均一な発光輝度でLEDアレイ
を形成することが困難なために、この発光輝度を
受けて形成される静電潜像と反対極性のトナーを
有する現像剤で現像すると、各ドツト毎の光学濃
度が不均一なものになるなどの欠点を有してい
る。

ところで、最近自発分極を持つ強誘電性液晶が
発見され、その液晶分子の電気双極子が外部から
の電場に対して、約1μsecで応答できるなど従来
の液晶モードに対してかなり速い応答速度をもつ
ていることが知られている。この強誘電性液晶を
１〜2μｍ厚のセル状にし、これを光シヤツター
として動作させると１：20の明暗コントラストが
とれることから、従来の液晶モードを用いたプリ
ンタ・ヘツドに代わつて、高速の液晶シヤツター
プリンターの開発がなされている。

しかし、この強誘電性液晶が液晶シヤツターと
して動作するのは、一般にカイラルスメクチツク
Ｃ相（SmC^*）か、又はカイラルスメクチツクＨ
相（SmH^*）においてであることが知られている
が、このSmC^*又はSmH^*は常温よりもかなり高
温付近（例えば、約60℃〜90℃）で現われるため
に、この種の液晶を用いたプリンタ・ヘツドによ
り光信号を発生させ、この光信号を例えば電子写
真複写機の感光ドラムに照射するプロセスを有す
る様な画像形成装置には適用し難い問題点があ
る。すなわち、画像形成装置が常時作動するため
には、プリンタ・ヘツドの光学変調部の液晶が常
に60℃〜90℃付近の温度でSmC^*又はSmH^*であ
ることが必要で、このために不要な電力を消費す
ることとなる。さらに、SmC^*又はSmH^*が必要
以上に加熱されるとスメクチツクＡ相（SmA）
が現われ、このために高速応答性を示さなくなる
ことがある。

本発明の目的は、前述の欠点を解消した光学変
調素子の温度制御法を提供することにある。

本発明の別の目的は、デイスプレイ装置や画像
形成装置に適した光学変調素子の温度制御法を提
供することにある。

本発明のかかる目的は、一対の基板間に所定温
度で一軸性異方相（例えば、スメクテイツク相、
ネマテイツク相）となる化合物を有するセル構造
体の全面又は部分面に亘つて、その一方の端部か
ら他方の端部に向けて相対的に加熱手段を移動さ
せ、該加熱手段の移動によつて一軸性異方相より
高温側の別の相（例えば、等方相、ネマテイツク
相、コレステリツク相）を生じる昇温過程からひ
き続いて起こる降温過程で一軸性異方相を形成す
る第１のステツプ、前記一軸異方相を冷却下で強
誘電性液晶相に相転移させる第２のステツプと強
誘電性液晶相を示す下限温度に到達する前に加熱
する第３のステツプを有する光学変調素子の温度
制御法によつて達成される。

本発明で用いる強誘電性液晶は、具体的にはカ
イラルスメクテイツクＣ相（SmC^*）又はＨ相
（SmH^*）を有する液晶を用いることができる。
この液晶は電界に対して第１の光学的安定状態と
第２の光学的安定状態からなる双安定状態を有
し、従つて前述のTN型の液晶で用いられた光学
変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクトル
に対し第１の光学的安定状態に液晶が配向し、他
方の電界ベクトルに対しては第２の光学的安定状
態に液晶が配向される。

強誘電性液晶については、“LE JOURNAL
DE PHYSIQUE LETTERS”36（Ｌ−69）
1975、「Ferroelectric Liquid Crystals」；
“Applied Physics Letters”36（11）1980
「Submicro Second Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」；“固体物理”16
（141）1981「液晶」等に記載されており、本発明
ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いるこ
とができる。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、デシロ
キシベンジリデン−p′−アミノ−２−メチルブチ
ルシンナメート（DOBAMBC）、ヘキシルオキ
シベンジリデン−p′−アミノ−２−クロロプロピ
ルシンナメート（HOBACPC）、４−ｏ−（２−
メチル）−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチル
アニリン（MBRA8）が挙げられる。

第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。１１と、
１１′は、In₂O₂，SnO₂あるいはITO（Indium−
Tin Oxide）等の薄膜からなる透明電極で被覆さ
れた基板（ガラス板）であり、その間に液晶分子
層１２がガラス面に垂直になるよう配向した
SmC^*相又はSmH^*相の液晶が封入されている。
太線で示した線１３が液晶分子を表わしており、
この液晶分子１３はその分子に直交した方向に双
極子モーメント（Ｐ⊥）１４を有している。基板
１１と１１′上の電極間に一定の閾値以上の電圧
を印加すると、液晶分子１３のらせん構造がほど
け、双極子モーメント（Ｐ⊥）１４がすべて電界
方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向を変え
ることができる。液晶分子１３は、細長い形状を
有しており、その長軸方向と短軸方向で屈折率異
方性を示し、従つて例えばガラス面の上下に互い
にクロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極性
によつて光学特性が変わる液晶光学変調素子とな
ることは、容易に理解される。

本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セ
ルは、その厚さを充分に薄く（例えば10μ以下）
することができる。このように液晶層が薄くなる
にしたがい、第２図に示すように電界を印加して
いない状態でも液晶分子のらせん構造がほどけ、
非らせん構造となり、その双極子モーメントＰま
たはP′は上向き２４又は下向き２４′のどちらか
の状態をとる。このようなセルに、第２図に示す
如く一定の閾値以上の極性の異る電界Ｅ又はE′を
電圧印加手段２１と２１′により付与すると、双
極子モーメントは、電界Ｅ又はE′の電界ベクトル
に対応して上向き２４又は下向き２４′と向きを
変え、それに応じて液晶分子は、第１の安定状態
２３かあるいは第２の安定状態２３′の何れか１
方に配向する。

このような強誘電性を液晶素子として用いるこ
との利点は、先にも述べたが２つある。その第１
は、応答速度が極めて速いことであり、第２は液
晶分子の配向が双安定性を有することである。第
２の点を、例えば第２図によつて更に説明する
と、電界Ｅを印加すると液晶分子は第１の安定状
態２３に配向するが、この状態は電界を切つても
安定である。又、逆向きの電界E′を印加すると、
液晶分子は第２の安定状態２３′に配向してその
分子の向きを変えるが、やはり電界を切つてもこ
の状態に留つている。又、与える電界Ｅが一定の
閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にやは
り維持されている。このような応答速度の速さ
と、双安定性が有効に実現されるにはセルとして
は出来るだけ薄い方が好ましい。

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成す
るに当たつて最も問題となるのは、先にも述べた
ように、SmC^*相又はSmH^*相を有する層が基板
面に対して垂直に配列し且つ液晶分子が基板面に
略平行に配向した、モノドメイン性の高いセルを
形成することが困難なことであり、この点に解決
を与えることが本発明の主要な目的である。

第３図Ａは、本発明の液晶配向制御法を模式的
に示す斜視図で、第３図はその断面図である。

第３図で示す液晶セル１００は、ガラス板又は
プラスチツク板などからなる一対の基板１０１と
１０１′をスペーサ１０３で所定の間隔に保持さ
れ、この一対の基板を接着剤１０６で接着したセ
ル構造を有しており、さらに基板１０１の上には
複数の透明電極１０２からなる電極群（例えば、
マトリクス電極構造のうちの走査電圧印加用電極
群）が例えば帯状パターンなどの所定パターンで
形成されている。基板１０１′の上には前述の透
明電極１０２と交差させた複数の透明電極１０
２′からなる電極群（例えば、マトリクス電極構
造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されて
いる。

この様な基板１０１と１０１′には、例えば、
一酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム、ジ
ルコニア、フツ化マグネシウム、酸化セリウム、
フツ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化
物、ホウ素窒化物、ポリビニルアルコール、ポリ
イミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミ
ド、ポリパラキシリレン、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビ
ニル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹
脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂な
どを用いて被膜形成した絶縁膜（図示せず）を設
けることができる。この絶縁膜は、液晶層１０４
に微量に含有される不純物等のために生ずる電流
の発生を防止できる利点をも有しており、従つて
動作を繰り返し行なつても液晶化合物を劣化させ
ることがない。

以下、所定温度で強誘電性を示す光学変調物質
としてDOBAMBCの場合を例にとつて具体的に
説明する。

第４図は、本発明の光学変調素子に具備した光
信号発生器の光路開閉手段と温度制御手段を表わ
しており、この光路開閉手段にはSmC^*又は
SmH^*を示す温度範囲に温度制御することができ
る温度制御手段が備えられている。

まず、DOBAMBCが封入されている第３図に
示す液晶セル１００は、セル全体が均一に加熱さ
れる様な加熱ケース（図示せず）にセツトされ
る。次に、セルの平均的温度が例えば70℃〜90℃
となる様に加熱ケースの温度をコントロールし、
SmA相又はSmC^*相の液晶層１０４を形成する。
この時の液晶層１０４は、下述の配向制御方式を
施す以前の状態で、SmA又はSmC^*のモノドメイ
ンが形成されていない。

ここで、加熱手段として発熱体１０７を矢標１
０８の方向に移動させる。この際、発熱体１０７
によつて、SmA→等方相への相転移温度（約118
℃）以上までに昇温した領域の液晶層１０４は等
方相状態となるが、ひき続き発熱体１０７が矢標
１０８の方向に移動するので、この領域は等方相
状態から直ちに降温過程を起こし、従つて再び等
方相→SmAへの相転移温度（約116℃）以下まで
に降温した時点で、一方向に配向したSmAのモ
ノドメインが形成される。

この際、本発明におけるより好ましい具体例と
しては、液晶核の発生を促す部材（以下「核発生
部材」という）１０５を液晶セル１００に備える
ことができる。すなわち、核発生部材１０５を用
いると、発熱体１０７による加熱によつて、まず
最初に核発生部材１０５の側壁面１０５′の近傍
における温度がSmA→等方相への相転移温度以
上の温度となつた後、発熱体１０７の矢標方向へ
の移動により、降温過程を惹き起し、等方相→
SmAへの相転移温度以下で、側壁面１０５′と基
板１０１の面１０９における液晶分子を水平方向
に配向させる効果により、一方向に配列した液晶
分子のSmAが形成される。さらに、発熱体１０
７の移動により連続的に生起する等方相→SmA
への相転移で生じるSmAが前述の核発生部材１
０５の側壁面１０５′の近傍で生じた液晶の配列
と平行な配列を生ずる様な強制力を受け、この結
果全体の配列が側壁面１０５′の長手方向に平行
状態となつたモノドメインが形成される。

しかも、スペーサ部材１０３が後で詳述する核
発生部材１０５と同様の機能をもつことができる
ので、液晶セル１００の上を発熱体１０７を移動
させる途中で、液晶セル１００の中にスペーサ部
材１０３が存在していても、SmA，SmC^*又は
SmH^*のモノドメインを形成する上で何ら障害と
はならない。特に、好ましい具体例では、スペー
サ部材１０３は前述の核発生部材１０５と同一の
材料とすることが適している。すなわち、基板１
０１の上に所定の樹脂類又は無機物質をフイルム
形成した後に所定の方法でエツチング処理してス
ペーサ部材１０３と核発生部材１０５を同時に形
成することができる。その他に、前述のエツチン
グ法によらず、後述の核発生部材１０５で用いる
様な帯状フイルム、グラスフアイバーあるいは高
配向性繊維を基板１０１と１０１′の間に配置す
ることができる。

核発生部材１０５は、例えばポリエステルフイ
ルムやポリイミドフイルムを金属刃やダイヤモン
ド刃で切断することにより、側壁面１０５′に摺
擦効果を付与した帯状フイルムやグラスフアイバ
ーを用いることができ、又高分子物質の異方性溶
液（リオトロビツク液晶）や高分子物質の異方性
溶融液（サーモトロピツク液晶）として知られて
いる高分子液晶から繊維状に紡糸することによつ
て作成した高配向性繊維を用いることができる。
高分子液晶としてはネマチツク相又はスメクテイ
ツク相を有しているものが好適である。

高配向性繊維を形成するために用いる高分子液
晶としては、例えば、ポリ（ｐ−フエニレンテレ
フタルアミド）の硫酸溶液またはポリ（ｐ−ベン
ズアミド）のジメチルアセトアミド溶液の液晶状
態から紡糸した繊維が代表的な繊維としてあげら
れる。その他には、ポリ（アミド−ヒドラジド）
およびポリヒドラジドの硫酸やフロロ硫酸あるい
はこれらの混合溶剤による液晶溶液、ポリ（ｐ−
フエニレンベンゾビスオキサゾール）およびポリ
（ｐ−フエニレンベンゾビスチアゾール）のポリ
リン酸やメチルスルフオン酸などによる液晶溶
液、パラ−ヒドロオキシ安息香酸、１，２−ビス
（パラ−カルボキシフエノオキシ）エタン、テレ
フタル酸および置換または未置換のヒドロキノン
から生成するポリエステルの液晶性溶融液、パラ
−ヒドロオキシ安息香酸、１，２−ビス（パラ−
カルボオキシフエノキシ）エタン、テレフタル酸
およびビスフエノールＡあるいはビスフエノール
Ａジアセテートから生成するポリエステルの液晶
性溶融液および下記一般式(1)または(2)で表わされ
るポリエステルの液晶性溶融液などから紡糸する
ことによつて得られる繊維があげられる。

一般式(1) 一般式(2) （式中ｎ＝２〜11の整数である）この様な繊維をスペーサ部材１０４に用いるこ
とにより、繊維の高配向性表面と接する液晶は繊
維の配向方向にそつて配向することができるもの
である。

又基板１０１に図示する切り込みをもつていな
い平滑ガラスの場合では、このガラス基板上に
SiO，SiO₂やTiO₂をフイルム形成した後、斜方
イオンビームによりエツチング処理して形成した
側壁面１０５′をもつ帯状のSiO，SiO₂やTiO₂フ
イルムを核発生部材１０５として用いることがで
きる。又、基板１０１の上に硬度のより高いシリ
コン窒化物、水素を含有するシリコン窒化物、シ
リコン炭化物、水素を含有するシリコン炭化物、
硼素窒化物、水素を含有する硼素窒化物、酸化セ
リウム、酸化硅素、酸化アルミニウム、ジルコニ
ア又はフツ化マグネシウムなどの化合物を用いて
被膜形成することによつて不図示の絶縁膜を形成
し、この上に硬度のより低いポリビニルアルコー
ル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステ
ルイミド、ポリパラキシリレン、ポリエステル、
ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ
塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリ
スチレン、セルロース樹脂、エラミン樹脂、ユリ
ヤ樹脂、アクリル樹脂などの樹脂類、あるいは感
光性ポリイミド、感光性ポリアミド、環化ゴム系
フオトレジスト、フエノールボラツク系フオトレ
ジストあるいは電子線フオトレジスト（ポリメチ
ルメタクリレート、エポキシ化−１，４−ポリブ
タジエンなど）をフイルム形成した後に、通常の
フオトリソグラフイー法によりエツチング処理を
行なつて核発生部材１０５を作成し、次いでこの
側壁面１０５′にラビングによる摺擦効果を付与
することができる。この際の核発生部材１０５の
頂部は基板１０１′の側にも接していてもよい。

又、本発明で用いる液晶セル１００には、基板
１０１の裏面に面状発熱体１１３を設けることが
できる。この面状発熱体１１３は、液晶セル１０
０全体を加熱するものであつて、例えば液晶層を
加熱手段として用いる発熱体１０７は、SmA又
はSmC^*あるいはSmH^*が昇温過程でSmA又は
SmC^*より高温側の等方相、ネマテイツク相ある
いはコレステリツク相への相転移を生起するに十
分な温度でセル構造体１００を加熱し、この発熱
体１０７の矢標１０８の方向への移動で効温過程
でのSmA又はSmC^*への相転移が十分に生起する
移動速度で移動される。この際の移動速度は、一
般的に定義されないが１mm／ｈ〜５mm／ｈ程度が
適している。こうすることによつて、電極１０２
と１０２′が形成されている領域においては均一
なモノドメインとなつている。

又、本発明の方法は、発熱体１０７を固定した
まま、支持台１１０をローラー１１２の回転によ
り矢標１１１の方向に移動させることによつて、
液晶セル１００に対して発熱体１０７を移動させ
てもよい。

この様な方法で用いる発熱体１０７としては、
例えばワイヤー状、ロール状、棒状あるいは板状
（帯状）形状のニツケル−クロム合金、ITO、酸
化錫や酸化インジウムなどの抵抗発熱体を用いる
ことができる。これらの発熱体がワイヤー状、ロ
ール状又は棒状の形状となつている場合では、そ
の直径は0.1mm〜５mm程度、好ましくは0.5mm〜２
mmが適しており、又板状あるいは帯状の形状とな
つている場合ではその幅は0.1mm〜５mm程度、好
ましくは0.5mm〜２mmが適している。

この様な液晶セル１００は、基板１０１と１０
１′の両側にはクロスニコル状態又はパラレルニ
コル状態とした一対の偏光子がそれぞれ配置され
て、電極１０２と１０２′の間に電圧を印加した
時に光学変調を生じることになる。

次いで、第４図に示す装置において液晶セル中
の電気光学的な変調物質（液晶）４０１が作動中
SmC^*又はSmH^*に温度制御される。

ところで、前述のDOBAMBCの如く現在知ら
れている強誘電性液晶の多くのものは、第５図に
示したように、液晶セル温度を上昇させていく場
合と、下降させていく場合とで、SmC^*の安定温
度領域が異なつており、一般に温度下降の場合の
方が上昇の場合に比べて、低い温度領域（T′₁）
まで安定な状態を示す場合が多い。ここで、T₁
とT′₁がほぼ等しい場合には問題ないが、T₁＞
T′₁の場合では、液晶温度をT₁に保つよりもT′₁
に維持する場合の方がヒーターの消費電力も少な
くてすみ効果的である。

強誘電性液晶（SmC^*）の温度範囲Ｔを T′₁＋β＜Ｔ＜T₂−α α，β；定数（但し、T′₁＜T′₁＋β＜T₁＜T₂−α＜T₂）で示される温度範囲内に制御する。

本発明の好ましい具体例では、昇温手段として
第４図に示す発熱抵抗体４０２を用いることがで
きる。すなわち、発熱抵抗体４０２の通電量を多
くし、高発熱量の加熱（第１段のヒーター加熱）
により等方相とし、しかる後に徐冷する。この徐
冷は、発熱抵抗体４０２への通電量を軽減し、低
発熱量の加熱（第２段ヒーター加熱）により、
SmAを形成した後、前述の第３図に示す発熱体
１０７を移動し、モノドメインのSmAを形成す
る。さらに低発熱量の加熱（第３段ヒーター加
熱）によりSmA液晶４０１はSmC^*に相転移す
る。この制御は、温度センサーとしての感熱素子
４０３によつて、発熱抵抗体４０２を多段階的に
使用することにより行なわれる。そのフローチヤ
ートを第７図に示す。このフローチヤートでは第
１段、第２段、第３段からなる３段階加熱方式の
場合を示している。

この際の発熱量は第１段加熱＞第２段加熱＞第
３段加熱となつている。すなわち、第１段加熱
は、等方相、第２段加熱はSmA、第３段加熱は
SmC^*に対応した発熱量となつている。

第７図に示すシーケンスは、例えば第４図に示
す回路によつて制御することができる。第７図に
おけるstep1は、メイン電源４１７をオン状態と
した時、セル中の電気光学的な液晶４０１の温度
を感熱素子４０３によつて検知するステツプを表
わしている。step2は、液晶４０１の温度がT₁＞
Ｔとなつている場合（Yes）には電源４１６が作
動して第１段ヒーター加熱がON状態となる。液
晶４０１の温度がT₁＜Ｔの場合（No）には、そ
の温度がＴ＞T₃状態となつているかを検知する。

step3は、第１段ヒーター加熱がON状態とな
つて、マイクロプロセツサ４０６によつて制御さ
れた温度制御回路４０４と電流調整器４０５を介
して調整された電流が発熱抵抗体４０２に与えら
れて、液晶４０１がＴ＞T₂（Yes）となるまで加
熱される。

step4は、第１段ヒーター加熱がOFF状態とな
るステツプを表わしている。これと同時に第２段
ヒーター加熱がON状態となる。マイクロプロセ
ツサ４０６によつて制御された電流調整器４０５
を介して発熱抵抗体４０２に与えられる通電量が
低下し、発熱量が軽減され、第２段ヒーター加熱
がON状態となつて降温され、SmAが形成され
る。

step5でT₂＜Ｔ＜T₃を検知した後に発熱体移動
をON状態とすることで、モノドメインのSmAを
形成する。

step6は、第２段ヒーター加熱のOFF状態と同
時に第３段ヒーター加熱がオン状態となつて、さ
らに降温される。この時SmC^*が形成される。

step7でＴ＞T₂の液晶４０１をＴ＜T₂−αとな
る（Yes）まで徐冷するステツプを表わしてい
る。このstep7は液晶４０１が強誘電性液晶を示
す温度範囲の上限温度を保障するステツプを表わ
しており、次のstep8では液晶４０１が強誘電性
液晶を示す温度範囲の下限温度（T′₁＋β＜Ｔ）
を保障するステツプを表わしている。従つて、Ｔ
＞T₂−αの場合（step7のNo）では冷却が行な
われ、又T′₁＋β＞Ｔの場合（step8のNo）では
step6に戻されて再び第３段加熱ヒーターがオン
状態となる。

step9は、液晶４０１が強誘電性液晶を示す温
度範囲（T′₁＋β＜Ｔ＜T₂−α）の時（Yes）に、
画像形成装置（例えば、電子写真複写機）が何時
でも作動できるCopy Ready状態となる。

このシーケンスによつて、セル中の液晶４０１
は、第６図に示す温度曲線に制御されることがで
きる。

第４図に示す光路開閉手段は、液晶駆動回路４
０７によつて、セル中に設けた電極４０８と４０
９に選択的な信号が印加され、このために電気光
学的な液晶４０１の配向状態が選択的に制御され
て光路の開閉を行なうことができる。この配向状
態の変調は、両側に配置した偏光子４１０と４１
１によつて検知される。又、第４図において４１
４と４１５は、例えばガラスやプラスチツクシー
トなどの基板を、４１２と４１３はSiO，SiO₂あ
るいはポリイミド、ポリカーボネート、ポリアミ
ドなどの絶縁膜を表わしている。

第８図は、本発明で用いる光学変調素子の別の
具体例を表わしている。この具体例においては、
発熱抵抗体８０１を配線した発熱体８０３が液晶
セル８０２の側面に配置されている。この発熱抵
抗体８０１に電流を前述の如きシーケンスによつ
て制御することができる。

第９図〜第１１図は、本発明の光学変調素子の
駆動例を示している。

第９図は、中間に強誘電性液晶化合物が挾まれ
たマトリクス電極構造を有するセル９１模式図で
ある。９２は走査電極（共通電極）群であり、９
３は信号電極群である。第１０図ａとｂはそれぞ
れ選択された走査電極９２ｓに与えられる電気信
号とそれ以外の走査電極（選択されない走査電
極）９２ｎに与えられる電気信号を示し、第１０
図ｃとｄはそれぞれ選択された信号電極９３ｓに
与えられる電気信号と選択されない信号電極９３
ｎに与えられる電気信号を表わす。第１０図ａ〜
ｄそれぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧を表わす。
例えば、動画を表示するような場合には、走査電
極群９２は逐次、周期的に選択される。今、双安
定性を有する液晶セルの第１の安定状態を与える
ための閾値電圧をVth₁とし、第２の安定状態を
与えるための閾値電圧を−Vth₂とすると、選択
された走査電極９２ｓに与えられる電気信号は第
９図ａに示される如く位相（時間）t₁では、Ｖ
を、位相（時間）t₂では−Ｖとなるような交番す
る電圧である。又、それ以外の走査電極９２ｎ
は、第１０図ｂに示す如くアーク状態となつてお
り、電気信号Ｏである。一方、選択された信号電
極９３ｓに与えられる電気信号は第１０図ｃに示
される如くＶであり、又、選択されない信号電極
９３ｎに与えられる電気信号は第１０図ｄに示さ
れる如く−Ｖである。以上に於て、電圧値ＶはＶ
＜Vth₁＜2Vと−Ｖ＞−Vth₂＞−2Vを満足する所
望の値に設定される。このような電気信号が与え
られたときの各画素に印加される電圧波形を第１
１図に示す。第１１図ａ〜ｄはそれぞれ第９図中
の画素Ａ，Ｂ，ＣとＤは対応している。すなわ
ち、第１１図により明らかな如く、選択された走
査線上にある画素Ａでは位相t₂に於て閾値Vth₁を
越える電圧2Vが印加される。又、同一走査線上
に存在する画素Ｂでは位相t₁で閾値−Vth₂を越え
る電圧−2Vが印加される。従つて、選択された
走査電極線上に於て信号電極が選択されたか否か
に応じて、選択された場合には、液晶分子は第１
の安定状態に配向を揃え、選択されない場合には
第２の安定状態に配向を揃える。いずれにしても
各画素の前歴には関係することはない。

一方、画素ＣとＤに示される如く選択されない
走査線上では、すべての画素ＣとＤに印加される
電圧は＋Ｖ又は−Ｖであつて、いずれも閾値電圧
を越えない。従つて、各画素ＣとＤにおける液晶
分子は、配向状態を変えることなく前回走査され
たときの信号状態に対応した配向をそのまま保持
している。即ち、走査電極が選択されたときにそ
の一ライン分の信号の書き込みが行われ、一フレ
ームが終了して次回選択されるまでの間は、その
信号状態を保持し得るわけである。従つて、走査
電極数が増えても、実質的なデユーテイ比はかわ
らず、コントラストの低下とクロストーク等は全
く生じない。この際電圧値Ｖの値及び位相（t₁＋
t₂）＝Ｔの値としては、用いられる液晶材料やセ
ルの厚さにも依存するが、通常３ボルト〜70ボル
トで0.1μsec〜2msecの範囲で用いられる。従つ
て、この場合では選択された走査電極に与えられ
る電気信号が第１の安定状態（光信号に変換され
たとき「明」状態であるとする）から第２の安定
状態（光信号に変換されたとき「暗」状態である
とする）へ、又はその逆のいずれの変化をも起す
ことができる。

第１２図は、前述の光学変調素子を光路開閉手
段１２０４として備えている画像形成装置の１例
（電子写真プリンタ）を示すもので、感光ドラム
１２０１を矢印１２０２の方向に回転駆動させ、
まず帯電器１２０３により感光ドラム１２０１を
一様に帯電させ、光路開閉手段１２０４を駆動さ
せて、背後に配置したランプ１２０５よりの光線
を選択的に開閉制御して光信号を発生させ、この
光信号を帯電された感光ドラム１２０１に照射し
て静電潜像が形成される。

第１２図は、前述の光路開閉手段１２０４を具
備させた画像形成装置の一例（電子写真プリンタ
ー装置）を示すもので、感光ドラム１２０１を矢
印１２０２の方向に回転駆動させ、まず帯電器１
２０３により感光ドラム１２０１を一様に帯電さ
せ、光路開閉手段１２０４を駆動させて、背後に
配置した露光光源１２０５よりの光線を開閉制御
して光像露光を受けることにより感光ドラム上に
静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器
１２０６のトナーにより現像され、このトナー像
は転写ガイド１２０７を通つてきた複写用紙Ｐ上
に転写帯電器１２０８により転写される。画像の
転写を受けた複写用紙Ｐは分離ベルト装置１２０
９により感光ドラム１２０１から順次に分離さ
れ、次いで定着装置１２１０で画像が定着される
ようになつている。また、転写後感光ドラム１２
０１の表面上に残留したトナーはクリーニング装
置１２１１により除去され、前露光装置１２１２
により感光ドラム１２０１が除電され、再び次の
複写サイクルが可能になるようにしてある。とこ
ろで、第１２図に於る光路開閉手段１２０４には
前述の強誘電性液晶セルを採用している。つま
り、露光光源１２０５からの光線を強誘電性液晶
セルを備えた光路開閉手段１２０４、レンズアレ
ー１２１３を介して感光体１２０１の上に結像す
る際に、図示していない原稿情報読み取り装置に
よつて得られた画像情報を含んだデイジタル信号
により液晶駆動回路１２１４を動作させて強誘電
性液晶シヤツターをON−OFFさせることによ
り、画像情報のパターンを有する光信号を感光体
１２０１の上に露光するようになつている。この
実施例に於ては露光光源１２０５が液晶セルの加
熱の機能も果しており、感熱素子１２２０に接続
された液晶温度制御回路１２１６で液晶冷却用フ
アン１２１７を動作させることにより、液晶セル
の加熱を防止し、液晶セルを一定温度に維持する
ようにすることができる。図中１２１８は反射
笠、１２１９はレンズアレー１２１３を液晶シヤ
ツタ装置へ装着するための部材である。

以下、本発明を実施例に従つて説明する。

〔実施例１〕ピツチ100μｍで幅62.5μｍのストライプ状の
ITO膜を電極として設けたガラス基板の端部に深
さ2.5μｍの切り込み部を該ストライプ状のITO膜
に対して平行となる様に設けた。

次いで、この切り込み部を除いて基板の上にポ
リイミド形成溶液（日立化成工業(株)製の
「PIQ」；不揮発分濃度14.5wt％）を3000rpmで回
転するスピナー塗布機で10秒間塗布し、120℃で
30分間加熱を行なつて2μの被膜を形成した。次
いで、ポジ型レジスト溶液（Shipley社製の
“AZ1350”）をスピナー塗布し、プリベークした。
このレジスト層上に、マスク巾8μ、マスク部の
ピツチ100μのストライプ状マスクを用いて露光
した。次いでテトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド含有の現像液“MF312”で現像する
ことにより、露光部分のレジスト膜とその下層の
ポリイミド膜のエツチングを行ないスルーホール
を形成させ、水洗、乾燥を行なつた後、メチルエ
チルケトンを用いて未露光部のレジスト膜を除去
した。しかる後、200℃で60分間、350℃で30分間
の加熱により硬化を行ない、PIQ（ポリイミド）
スペーサー層を形成して(A)電極板を作成した。こ
の様にして作成した基板の切り込み部に金属刃で
切断したマイラーフイルム（米国デユポン社の登
録商品；ポリエチレンテレフタレートフイルム）
を核発生部材として配置した。

次いで、ガラス基板の上にピツチ100μｍで幅
62.5μｍのストライプ状電極を設けて(B)電極板を
作成した。(B)電極板の周辺部に注入口となる個所
を除いてエポキシ接着剤をスクリーン印刷法によ
つて塗布した後、(A)電極板と(B)電極板のストライ
プ状パターン電極が直交する様に重ね合せ、所定
の硬化条件下で接着剤を硬化させてセルを作成し
た。

しかる後、真空注入法によつて等方相の
DOBAMBCを注入口からセル内に注入し、その
注入口を封口した。

このDOBAMBCが注入されたセルの両側に一
対の偏光子をクロスニコル状態で設けた後、これ
を90℃の温度にコントロールされた加熱ケースに
セツトしてから顕微鏡観察したところ、SmC^*が
形成されていることが判明したが、モノドメイン
となつていないことが確認された。

この液晶セルを90℃に維持した状態で直径0.2
mmのワイヤー（ニツケル−クロム合金）ヒーター
を第３図で示す如くセル内に設けた核発生部材の
近傍にこれと平行となる様に配置した後、このワ
イヤーヒータに電流を付与して発熱させた。この
時、ワイヤーヒータで加熱されている液晶セルの
温度が120℃〜140℃となつていることを確認して
からこのワイヤーヒータを２mm／ｈの速度で第３
図に示す矢標１０８の方向に移動させた。

こうして作成した液晶の両側に一対の偏光子を
クロスニコル状態で設けた後、これを90℃の温度
に維持した状態で顕微鏡観察したところ、モノド
メインのSm^*を形成していることが確認された。

この液晶セルを第１２図に示す光路開閉手段に
適用し、第７図のシーケンスに従つて第６図の温
度制御を行ないながら、画像形成を施こしたとこ
ろ、良好なデジタル画像が形成された。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明で用いる液晶セ
ルを表わす斜視図である。第３図Ａは、本発明で
用いる液晶素子の斜視図で、第３図Ｂはその断面
図である。第４図は、本発明の光学変調素子を用
いた装置を示す断面図である。第５図は、温度に
よる相変化の態様を示す説明図である。第６図
は、本発明で用いる光学変調素子の温度依存性を
表わす説明図である。第７図は、本発明の光学変
調素子で用いる温度制御のフローチヤートを表わ
す説明図である。第８図は、本発明の別の光学変
調素子を表わす斜視図である。第９図は、本発明
の光路開閉手段で用いたマトリクス電極構造を示
す平面図である。第１０図ａ〜ｄは、マトリクス
電極構造に印加する電気信号を表わす波形図であ
る。第１１図ａ〜ｄは、SmC^*又はSmH^*に印加
される電圧の波形図である。第１２図は、本発明
の画像形成装置を模式的に表わす断面図である。１００……液晶セル、１０１，１０１′……基
板、１０２，１０２′……電極、１０３……スペ
ーサ部材、１０４……液晶層、１０５……核発生
部材、１０５′……核発生部材の側壁面、１０６
……接着剤、１０７……発熱体、１０８……加熱
手段の移動方向、１０９……基板１００の面、１
１０……支持台、１１１……液晶セルの移動方
向、１１２……ローラー、１１３……面状発熱
体、４０１……液晶、４０２……発熱抵抗体、４
０３……温度検知用感熱素子、４０４……温度制
御回路、４０５……電流調整器、４０６……マイ
クロプロセツサ、４０７……液晶駆動回路、４０
８，４０９……電極、４１０，４１１……偏光
板、４１２，４１３……絶縁膜、４１４，４１５
……基板、４１６……電源、４１７……メイン電
源。

Claims

【特許請求の範囲】１一対の基板間に所定温度で一軸性異方相とな
る化合物を有するセル構造体の全面又は部分面に
亘つて、その一方の端部から他方の端部に向けて
相対的に加熱手段を移動させ、該加熱手段の移動
によつて一軸性異方相より高温側の別の相を生じ
る昇温過程からひき続いて起こる降温過程で一軸
性異方相を形成する第１のステツプ、前記一軸異方相を冷却下で強誘電性液晶相に相
転移させる第２のステツプと強誘電性液晶相を示
す下限温度に到達する前に加熱する第３のステツ
プを有することを特徴とする光学変調素子の温度
制御法。２前記強誘電性液晶相がカイラルスメクテイツ
クＣ又はＨ相である特許請求の範囲第１項記載の
光学変調素子の温度制御法。３前記カイラルスメクテイツクＣ相又はＨ相が
非らせん構造となつて配列している特許請求の範
囲第２項記載の光学変調素子の温度制御法。４前記一軸異方相より高温側の別の相がネマテ
イツク相、コレステリツク相又は等方相である特
許請求の範囲第１項記載の光学変調素子の温度制
御法。５前記第３のステツプの後に強誘電性液晶相を
示す温度の上限温度に到達する前に前記強誘電性
液晶を冷却する第４ステツプを有する特許請求の
範囲第１項記載の光学変調素子の温度制御法。６前記一軸異方相がスメクテイツクＡ相である
特許請求の範囲第１項記載の光学変調素子の温度
制御法。