JPH0782168B2 - 光スイツチ素子の駆動方法 - Google Patents

光スイツチ素子の駆動方法

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JPH0782168B2
JPH0782168B2 JP60146262A JP14626285A JPH0782168B2 JP H0782168 B2 JPH0782168 B2 JP H0782168B2 JP 60146262 A JP60146262 A JP 60146262A JP 14626285 A JP14626285 A JP 14626285A JP H0782168 B2 JPH0782168 B2 JP H0782168B2
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高雄 梅田
辰夫 伊川
康郎 堀
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光スイツチ素子の時分割駆動法に係り、特に強
誘電性液晶を用いたプリンタヘツド及びデイスプレイに
好適な光スイツチ素子の駆動法に関する。
〔発明の背景〕
強誘電性液晶は、従来のネマチツク液晶と異なり、直流
電圧に応答し、その応答速度は1ms以下と極めて高速で
ある。この高速応答性を利用した光スイツチにより高速
のプリンタヘツド,デイスプレイへの応用が期待され
る。この時、スタテイツク駆動法では光スイツチ数と同
数のドライバが必要となるため、このドライバの数を減
らすために複数の走査電極と信号電極により光スイツチ
をマトリクス状に配置し時分割駆動を行う提案がなされ
ている。その1つが特開昭59-129837号公報に記載され
た発明である。これは選択した走査電極と選択した信号
電極の交点にある光スイツチに印加する電圧の極性と、
それ以外の光スイツチに印加する電圧の極性とを逆にす
ることを特徴とするものである。
しかし、この駆動法においては、選択しない走査電極上
の光スイツチはすべて光を遮断する状態になり、選択し
た走査電極上の光スイツチのみ有効に働く。従つて、光
プリンタヘツドにこの駆動法を用いた場合には、時分割
数が増すに従い各光スイツチの開き時間が短くなつて、
実質的な照射エネルギーが小さくなるため印写速度が遅
くなるという点が考慮されていない。この他にも特開昭
59-193427号公報記載のものが強誘電性液晶の時分割駆
動法を提案している。この方法は、強誘電性液晶の駆動
電圧のしきい値を利用するものであるが、しきい値を発
現させるためには液晶層の厚みを1μm前後に制御する
必要があり、製造技術の面での配慮が足りない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、強誘電性物質を用いた光スイツチ素子
の駆動法において、動作電圧に明確なしきい値を有しな
い物質に対してもクロストークを生じることなく、全光
スイツチを有効に機能させる時分割駆動法を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
一般に、強誘電性液晶は、印加電圧の極性に従い二通り
の状態になるため、これを偏光板と組み合わせることに
より光の遮断、透過を印加電圧の極性により制御するこ
とができる。この強誘電性液晶を使つた光スイツチをマ
トリクス状に配置して時分割駆動を行なう際には、選択
した走査電極上の光スイツチが印加電圧の極性による情
報を与えられ、光を透過する状態(以下ON状態と記す)
あるいは遮断する状態(以下OFF状態と記す)になつた
後、その走査電極を選択しない1フレームの間は状態を
保持していなければならない。
第2図に示す如く、強誘電性液晶20を一対の透明電極2
1,21′、ガラス基板22,22′、互いに直交した偏光板23,
23′により挟持した構造で、印加電圧Vの極性に従つて
光源24からの光を透過、遮断する。このように1個の弧
立した光スイツチの場合には、第3図(a)の等価回路
に示すようにスイツチ31,31′を閉じて直流電圧Vを強
誘電性液晶30に印加することによりONあるいはOFF状態
にし、その後にスイツチ31,31′を開放しても光スイツ
チは前の状態をしばらくの間保持し続ける。この性質
は、片方のスイッチのみを開放した場合、即ち、第3図
(b)のように、片一方の電極にのみ電位V′を与えて
も変わらない。これは液晶の抵抗率が一般に1010Ω・cm
程度であるため第3図(a),(b)の液晶の等価回路
30の中の抵抗Rが非常に大きく、したがつて液晶の静電
容量Cとの積である時定数CRが十分大きいためである。
(第3図以外の等価回路ではこのRを無限大とみなして
記していない。)この時定数は状態保持時間に相当し、
プリンタヘツドやデイスプレイにおいて液晶を時分割駆
動した時に必要とされる1フレーム周期T(<数ns)よ
り十分長いため、この特性を利用して多数の光スイツチ
を時分割駆動できることが明らかになる。
時分割駆動の際には、選択しない走査電極を開放状態に
してもその走査電極上の光スイツチはすべて片側の電極
がすべてつながつていることになる。従つて第4図
(a)に示す如く複数の信号電極S1,S2……Snと走査電
極Cとの間に強誘電性液晶を挟持した光スイツチe1,e2
……enにおいて、走査電極Cに電位V0、信号電極S1に電
位2V0、S2に電位0を与え、光スイツチe1をON、e2をOF
F状態にした場合を考える。各電極上の電荷分布は第4
図(a)のようになつているが、その後第4図(b)の
如く走査電極Cを開放状態とした時、信号電極S1に電位
0、S2に電位2V0を与えたならば、光スイツチe1、e2
ついては信号電極S1,S2の電位が変化したことにより第
4図(b)の矢印で示すように走査電極Cを介して電荷
が移動する。それに伴い信号電極S1,S2上の電荷も変化
してしまい、最終的に第4図(c)に示すような電荷分
布となる。このようなことから、光スイツチe1,e2はそ
れぞれONからOFFへ、OFFからONへと状態が変化してしま
うことが判る。
そこで、この光スイツチの状態変化の原因となつている
走査電極上の電荷移動を妨げるため、第1図(a)に示
す如く整流素子12を配置して走査電極10を構成する。す
ると、この走査電極(以下走査電極AA′と記す)を選択
する時にはスイツチ14,14′を閉じることにより点C,
C′,C″,Cには電圧2V0を同じ大きさの2つの抵抗11
と11′とで分圧したV0の電位が生じ、強誘電性液晶13を
用いた光スイツチe1,e2,e3……enは信号電極S1,S2
…Snの電位に応じてONあるいはOFF状態になる。次にス
イツチ14,14′を開放した場合には、信号電極S1,S2
電位を変化させても走査電極上のC,C′,C″,C点の電
荷は整流素子12のために移動することができず光スイツ
チe1,e2,e3……enは前の状態を一定時間維持するよう
になる。プリンタやデイスプレイに必要なこの維持時間
は数ms〜数十msであるため、ここで用いる整流素子は高
性能なものである必要はない。尚、点C,C′,C″,Cの
電位を走査電極AA′の電位と記すことにする。
また、高抵抗を用いることにより走査電極を介しての電
荷移動の速さを十分遅らせ、光スイツチの状態を一定時
間維持させることもできる。すなわち第1図(b)に示
す如く、光スイツチe1,e2,e3……enの走査電極15を高
抵抗16を用いて構成すれば、この高抵抗の大きさを適当
に選ぶことにより、スイツチ17を開放状態にした時に走
査電極上を移動する電荷の速度を十分遅らせることがで
き、プリンタやデイスプレイにおいて必要な維持時間、
光スイツチe1,e2,……enの状態を維持させておくこと
が可能となる。
〔発明の実施例〕
実施例として走査電極が2本で強誘電性液晶を用いたプ
リンタヘツド用光スイツチ素子を説明する。本実施例で
用いた走査電極の構造を第5図(a),(b)に示す。
即ち、基板50上には、シリコンを真空蒸着した後硼素を
イオン注入することによりp形領域51,51′を、砒素を
イオン注入することによりn形領域52,52′を作り第5
図のような構造でPN接合によるダイオードを形成し、さ
らに光スイツチの開口部となる透明電極53,53′と配向
膜54を設けた構造とする。この走査電極基板と、複数の
信号電極S1,S2,……Snを有する信号電極基板とによ
り、第6図のような電極を構成し、その交叉点を光スイ
ツチe1,e2,e3,e4……e2n-1,e2nとする。本実施例は
2本の走査電極A1A1′およびA2A2′を交互に選択し、選
択した走査電極上の光スイツチに新しい情報を与えON,O
FF状態にした後、その走査電極を選択しないで電気的に
開放している間は前記光スイツチにその状態を保持させ
ておき、選択しない走査電極上の光スイツチも有効に機
能させるものである。選択した走査電極の電位をV0とす
ると、強誘電性液晶を駆動するためには信号電極に前記
V0より大きい電位か小さい電位を与える必要がある。こ
こでは一例として選択した信号電極に電位2V0を与え選
択した走査電極との交点に位置する光スイツチをON状態
に、選択しない信号電極に電位0を与え選択した走査電
極との交点に位置する光スイツチをOFF状態にするもの
とする。走査電極の電位をV0と開放状態に制御する回路
の一例を第7図に示す。ここで抵抗70,70′および71,7
1′は第1図の抵抗11,11′に相当し2V0を1/2に分圧す
るためのものであるからそれぞれ大きさが等しくなけれ
ばならない。
以上の構成に基づいて、第7図におけるV1、第6図にお
ける走査電極A1A1′、A2A2′の電位、信号電極S1,S2
電位、光スイツチe1,e2,e3,e4に印加される電圧およ
び光スイツチe1,e3の透過光強度Be1,Be2のタイムチヤ
ートの一例を第8図に示す。以下、このタイムチヤート
を説明する。
時刻0〜t1において、V1の電位を2V0とすることにより
走査電極A1A1′を選択し電位V0を与えるとともに、選択
しない走査電極A2A2′を開放状態にする。同時に信号電
極S1の電位を2V0、信号電極S2の電位を0とすることに
より、光スイツチe1,e3にはそれぞれV0、−V0の電圧が
印加されそれぞれON,OFF状態になる。この時のe1,e3
電荷分布状態は第4図(a)におけるe1,e2とそれぞれ
等しくなる。
時刻t1〜t2においては、V1の電位を0とすることにより
走査電極A2A2′を選択し電位V0を付与するとともに、走
査電極A1A1′は選択しない状態として開放状態にする。
この時信号電極S1,S2に与えられる電位に従い光スイツ
チe2,e4はONあるいはOFF状態となるが、光スイツチ
e1,e3は信号電極の電位にかかわらずそれぞれON,OFFの
状態を保持している。これは第1図(a)に示す走査電
極上の整流素子により第4図(b)に示すような走査電
極上の電荷移動が阻止されるためである。
続く時刻t2〜t3においては特刻0〜t1におけると同じよ
うな走査電極A1A1′を選択し、信号電極S1,S2の電位に
従い光スイツチe1,e3は新しい状態に変化する。このと
き光スイツチe2,e4は時刻t1〜t2におけるe1〜e3と同様
に状態を保持している。
従つて本発明による駆動法によれば本実施例における走
査電極の数をさらに増しても、クロストークを生じるこ
となく全ての光スイツチを有効に機能させることができ
る。
また、本実施例で使用した整流素子は単に電荷移動を妨
げる目的で用いるため、高性能な整流素子である必要は
なく、安価な方法で形成できるもので良いため低コスト
である。
さらに、本実施例では走査電極側の電荷移動を防ぐため
にダイオードを用いているが、1フレーム周期に対して
十分長い時間を要する電荷移動を生ぜしめるように、第
1図(b)に示す如く高抵抗16を配置しても同様な効果
が得られる。
〔発明の効果〕
以上、説明したことから明らかなように、本発明によれ
ば、明確な動作しきい値電圧を示さない強誘電性物質を
用いた光スイツチ素子の時分割駆動が可能となり、前記
光スイツチ素子の強誘電性物質の厚さは従来の技術で経
済的に製造できる程度で良く、時分割駆動によりドライ
バの数を減らすことができ、また、本発明で用いる整流
素子および高抵抗には高度な性能を必要としないので低
コストな光スイツチ素子を提供できる。さらに全光スイ
ツチを有効に機能させるため、強誘電性物質の特長であ
る高速応答性を生かした光スイツチ素子を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は本発明による光スイツチ素子の駆
動方法を実施した場合の走査電極の等価回路図、第2図
は強誘電性液晶を用いた光スイツチの動作原理を示す
図、第3図は強誘電性液晶を用いた光スイツチ素子の状
態保持を説明する等価回路図、第4図は走査電極の電位
により変化する光スイツチの電荷分布を示す図、第5図
は本発明による光スイツチ素子の駆動方法を実施した場
合の走査電極の一実施例を示す図、第6図は本発明によ
る光スイツチ素子の駆動方法を実施した場合の電極構成
の一実施例を示す図、第7図は本発明による光スイツチ
素子の駆動方法を実施した場合の走査電極の電位を制御
する回路の一実施例を示す図、第8図は本発明による光
スイツチ素子の駆動方法における電極の電位および透過
光強度を示す図である。 10…走査電極、11,11′…互いに大きさの等しい抵抗、1
2…整流素子、13…強誘電性液晶、14,14′…スイツチ、
15…走査電極、16…高抵抗、17…スイツチ、20…強誘電
性液晶、21,21′…透明電極、22,22′…ガラス基板、2
3,23′…互いに直交した偏光板、24…光源、30…強誘電
性液晶の等価回路、31,31′…スイツチ、50…基板、51,
51′…シリコンに硼素をドープしたp型半導体、52,5
2′…シリコンに砒素をドープしたn型半導体、53,53′
…透明電極、54…配向膜、70,70′…互いに大きさの等
しい抵抗、71,71′…互いに大きさの等しい抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 康郎 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−193426(JP,A) 特開 昭59−178478(JP,A) 特開 昭60−15624(JP,A) 特開 昭61−281295(JP,A) 特開 昭57−23276(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに交叉する複数の走査電極と複数の信
    号電極との間に強誘電性物質を挟持し、光スイッチをマ
    トリクス状に形成した光スイッチ素子の駆動方法におい
    て、 前記各走査電極を電源側に接続可能な信号線と接地側に
    接続可能な信号線とにより構成し、前記電源側信号線と
    接地側信号線との間に前記各光スイッチ素子を挟むよう
    に整流素子の対を接続し、 前記複数の走査電極のうち選択した走査電極の電源側信
    号線と接地側信号線のみを同期して電源と接地とに接続
    して電圧を印加し、他の選択しない走査電極の電源側信
    号線と接地側信号線とを同期して電気的に開放し、 前記複数の信号電極のうち選択した電極には前記選択し
    た走査電極の印加電位より大きい電位を印加し、他の選
    択しない信号電極には前記選択した走査電極の印加電位
    よりも小さい電位を印加する ことを特徴とする光スイッチ素子の駆動方法。
  2. 【請求項2】前記強誘電性物質が強誘電性液晶であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光スイッ
    チ素子の駆動方法。
  3. 【請求項3】前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック
    相を有する液晶であることを特徴とする特許請求の範囲
    第2項に記載の光スイッチ素子の駆動方法。
  4. 【請求項4】前記整流素子が、半導体プロセスにより液
    晶素子ガラス基板上に直接形成されたPN接合素子である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の
    いずれか一項に記載の光スイッチ素子の駆動方法。
  5. 【請求項5】互いに交叉する複数の走査電極と複数の信
    号電極との間に強誘電性物質を挟持し、光スイッチをマ
    トリクス状に形成した光スイッチ素子の駆動方法におい
    て、 前記各光スイッチ素子の透明電極間を高抵抗で接続して
    前記各走査電極を形成し、 前記複数の走査電極のうち選択した電極のみに電圧を印
    加し、他の選択しない走査電極は電気的に開放し、 前記複数の信号電極のうち選択した電極には前記選択し
    た走査電極の印加電位より大きい電位を印加し、他の選
    択しない信号電極には前記選択した走査電極の印加電位
    よりも小さい電位を印加する ことを特徴とする光スイッチ素子の駆動方法。
  6. 【請求項6】前記強誘電性物質が強誘電性液晶であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の光スイッ
    チ素子の駆動方法。
  7. 【請求項7】強誘電性液晶がカイラルスメクチック相を
    有する液晶であることを特徴とする特許請求の範囲第6
    項に記載の光スイッチ素子の駆動方法。
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