JPS60227235A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPS60227235A
JPS60227235A JP59084619A JP8461984A JPS60227235A JP S60227235 A JPS60227235 A JP S60227235A JP 59084619 A JP59084619 A JP 59084619A JP 8461984 A JP8461984 A JP 8461984A JP S60227235 A JPS60227235 A JP S60227235A
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liquid crystal
electrode
shutter
thin film
image forming
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JP59084619A
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English (en)
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Atsushi Tsuru
敦 水留
Yuji Inoue
裕司 井上
Akio Yoshida
明雄 吉田
Satoshi Yoshihara
吉原 諭
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Canon Inc
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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】 胤亙公1 本発明は、シャッター開口部を増加し、時分割数を増加
してもコントラストを良好に維持できる薄膜トランジス
タ駆動の液晶シャッターアレイを用いた画像形成装置に
関する。
複数の液晶透過窓を配列してなる液晶シャッターアレイ
は、従来から電子写真用複写機ヘッドなどへの応用が考
えられている。複写機ヘットとしての液晶シャンターア
レイは、微細な窓を複数個−列もしくは、複数列に並べ
、後方から光照射を行い各々のシャッターの開(光透過
状態)と閉(光遮断状態)を液晶への印加電圧のON・
OFFによって制御することにより、シャッタ一部を通
過した光による微細スポットの集合で像を形成するもの
である。
これまでの液晶シャッタアレイは、n個の走査電極とm
個の信号電極をマトリクス状に構成し、多数の画素を容
量型負荷素子である液晶で形成させていた。この液晶シ
ャフタアレイの駆動法としては、走査電極群に順次周期
的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には所定の
情報信号をアドレス信号と同期させて並列的に選択印加
する時分割駆動が採用されている。この駆動法では、下
記の式で示す様に時分割数が増すにつれてVON(オン
信号)/VOFF(オフ信号)が1に近くなり画素を構
成する液晶素子の開閉効率が悪くなる。このため、特に
液晶シャッタアレイの場合では、十分なS/N比をもつ
光信号を与えることができず、これを、電子写真複写機
の像露光部(プリンタヘッド部)に使用した時には良好
な画像を形成できない欠点を有している。
V ON/ V 0FF (Vo /a)((a−2) 2+N−17N)”(式
中、1/N、デユーティ比、l / a ;バイアス比
、vo;印加電圧) このようなシャッタ一部の複数個を複数の行と列に沿っ
てならべてなる液晶シャッターアレイは、これら複数の
シャッタ一部を逐次、時分割して駆動されるが、時分割
数を増加していくに従い、各シャッタ一部においてコン
トラストが低下して得られる画質が不良となる現象が見
出された。これは、時分割数の増大に伴ない、液晶層に
かかる実効電圧が低下するためと考えられる。
i見立1カ 本発明は、シャッター開口部を増加し、時分割数を増加
してもコントラストを良好に維持できる薄膜トランジス
タ駆動の液晶シャフタ−アレイを用いた画像形成装置を
提供することを目的とする。
ILり」L贋 本発明は、個々のシャッター窓に対応するTPTとシャ
ッター開口部に付加的な電荷蓄積用コンデンサを配設し
て、液晶層にかかる実効電圧を高く維持することにより
」−述の目的を達成するものである。
すなわち、本発明の液晶シャンク−アレイは、露光光源
及び、該露光光源の露光光路中の光線を光遮断状態と光
透過状の何れか一方に制御するマイクロシャンタ群を備
えたプリンタヘットと、該プリンタへントよりの光信時
を像保持部材に照射するようになした画像形成装置にお
いて、前記マイクロシャンタ群が複数の行及び列に沿っ
てマトリクス状に配置され、該マイクロシャッタ群が薄
膜トランジスタの端子と接続された電極を薄膜トランジ
スタに対応させて複数設けた第1基板とコモン′IIT
、極を設けた第2基板との間に液晶を挾持した構造を有
しており、11つ前記薄膜トランジスタと接続された電
極に対向する面に絶縁I+!、!を間にした樽電膜を配
置することによって電荷蓄積用コンデンサを形成したこ
とを特徴とするものである。
1 の1−白、:11 本発明の構成は、1.述した通りであるが1本発明に金
るまでの本発明者等による問題点の解析過程を説明し、
特に電荷蓄積用コンデンサーの液晶素子特性への影響に
ついて説明する。
第1図に、液晶シャッターアレイにおける複数の薄膜ト
ランジスタとシャンター開口部との関係を駆動回路図で
示す。同図においてT、、T、1、 、は薄膜トランジ
スタで、各ゲート電極は、ゲート信号入力端子Go−0
3に接続され、各ソース電極は、4本1組にしデータ信
号入力端子S、、S、1.、、に接続されている。同図
では、便宜」−4時分割の例が示されているが、時分割
数については、特にこれに限定するものではないことは
言うまでもない。一方、各トレイン電極は、各シャッタ
ー開口部W。、W、 、W、、、、、のセグメント電極
に接続され各々のシャッターをON・OFFするデータ
を与える。
第1図に示す系は1例えば第2図のタイムチャートに従
って駆動される。
第2図において、(a)はゲート信号入力端子−Go−
63に印加する電圧波形である。この電位かVghの時
、対応する薄膜トランジスタがONとなり、ソース−ド
レイン間が導通状態となり、同電位がVglの時対応す
る薄膜トランジスタがO,FFとなり、電気的に遮断状
態となる。
(b)は、データ信号入力端子S。に印加する電圧波形
の一例であり、(c)は対向電極に印加する電圧波形で
あり、この例では常に接地レベルに保っている。
ここでシャッター開口部Woに注目すると、時間T。に
おいて、Woを駆動する薄膜トランジスタToのゲート
電極の電位は、VghでありT。は導通状態にある。こ
の時T。のソース電極に接続されたデータ入力信号端子
S。の電位はVsであるので、Woの液晶に両端にかか
る電圧はVd(:Vs)となる。次の時間tlにおいて
は、該り膜トランジスタT0のゲート電極の電位がVg
hとなるため、Toが遮断状態となり、Woの液晶は、
理想的にはその直前の電位を保持する。
ところが、実際には、第2図(d)に示すように、電圧
降下ΔVw(,1とΔVwo2が生ずる。
ΔVWo+は薄膜トランジスタ部のゲート電極とドレイ
ン電極の重なり部によって生ずるCgdなる容量の存在
に起因する。
第2図(e)は第2図(d)に示す電圧波形Woに対応
する液晶に印加した時の時系列における光透過状態と光
遮断状態を表わしている。すなわち、期間1.−1.で
はW。の透過率が暗レベルT rodとなっていて、期
間t。′〜t3 ′でWoの透過率が明レベルTrol
 となっている。
この時の電圧降下分ΔVwotは、一般に次式%式% (1) ここでΔ■g:ゲート電圧の変動幅 Ccell :液晶層の容量 1 / Ccell= 1 / Cil+ 1 / C
LC” 1/Ci2・・・(2) ΔVwo2は液晶層による電荷の放電によるものでその
τは、次式で与えられる。
?=CLC/ 1/Roff (1+CLC/Ci )
 +1/RLC・・・ (3) ここでRoff:TFTのオフ抵抗 RLC:液晶層の抵抗 Ci:CilとCi2のトータル容11X液晶に印加さ
れる実効電圧は、第2図(C)で表わされる電圧波形と
Vw、)=Oとの間の面積に相当する。従って、第2図
(d)に示す様にΔV W o 1、ΔVwo2なる電
圧降下が生ずると、実効電圧が低下する。液晶シャッタ
ーアレイでは液晶層に電界をかけた時シャッターが閉じ
、その暗レベルは、液晶層に印加される実効電圧に比例
するため、前述の実効値の低下は、暗レベルの悪化、す
なわちコントラストの低下につながる。このことから、
液晶に印加される実効電圧の低下の原因となるΔVwo
 1 、ΔVwo2の値をできるだけ低く抑えることが
必要となってくる。
ΔVwo1、ΔVWO2の値を小さくするためには(1
)及び(3)、(4)式からRoffの値を大きくする
か、Ccellの値を大きくすれば良い。
液晶パネル側から見ると、ΔVw(,1、ΔVwo2の
値を小さくして、液晶に印加される実効電圧を」二げる
ためには、(1)式に於て、(2)式で表わされるCc
ellの値を大きくすれば良いことがわかる。Ccel
lのうち大部分はCLCであるから(3)式も含め基本
的にはCLCを大きくすれば、実効電圧を上げるという
目的は一部達せられる。
しかしながらCLCの値は使用する液晶に要求される緒
特性(駆動条件、動作温度範囲etc、、)によって、
必然的に決定されるものであり、またCLCの値を決定
する液晶材料のε(誘電率)の値は現在得られる最大の
ものでもε〃で30程度であり、おのずとその値には限
界がある。このため薄膜トランジスタで駆動した場合、
時分割定数の増加に伴い、液晶材料の容量成分CLCだ
けでは、1分な実効電圧が得られない。
本発明においては、」二連したように、液晶への電圧印
加を行う薄膜トランジスタのトレイン端子に接続したセ
グメント電極に電荷蓄積用コンデンサを設けて、全体と
して液晶層の容量を増加させることにより、時分割数が
増加しても、液晶への印加電圧の実効値の低下を防いで
いる。
第3図は、本発明の実施例にかかる液晶シャッターアレ
イの1シヤツタ一分の構造を、等価回路つきで示す断面
図である。すなわち、液晶シャッターアレイの1シヤツ
タ一部分は、シャッター開口部と、これに隣接する薄膜
トランジスタ(TPT)形成部とよりなる。一対の透明
基板1a、lbのうちの一方の基板la上には、TPT
形成部ニおいて、半導体層2(アモルファスシリコン、
テルルなと)、ソース電prA3、ドレイン電極4、ゲ
ート電極5、ゲート絶縁膜6および保護膜7からなるT
PTが形成されている。またシャッター開口部の基板1
 a lには、TPTのトレイン電極4と接続されて透
明セグメント電極18が形成され、更にこれを覆って保
護膜7aおよび7が順次形成されている。更にこれら、
各シャッタ一部に設けたTPTおよび透明電極等を連続
して覆うように基板la上には、配向膜9aが形成され
ている。また対向基板lb上には、一様な透明電極8、
TPT形成部においてA l / Cr等からなる対向
電極兼用の遮光膜10、更に一様な配向膜9bが順次形
成されている。このような一対の基板1a、1bの配向
膜9a、9b間には、P型液晶20(正の誘導異方性を
もつネマチック液晶)が挾持されている。
実際の液晶シャッターアレイでは、第3図基板1a、1
bの上下に、更に一対の偏光板21と22をクロスニコ
ルの関係で配し、配向膜9a、9b等にはこれら上下偏
光板の偏光軸と45°をなす方向に水平配向処理を施こ
されており、液晶層20に電界をかけた時シャッターが
閉じ、電界を取り除いた時にシャッター開となるように
構成yれている。
シャッター開口部の基板la上には前述の電荷蓄積用コ
ンデンサの対極となる、ITO等からなる透明導電膜1
1、ゲート絶縁It*6の延長部からなる誘電体層6a
、TPTのドレイン電極4と接続したITO等からなる
透明セグメント電極18が形成され、これら透明導側1
1、誘電体層16および透明セグメント電極18により
、本発明に従う電荷蓄積用コンデンサが構成されている
。また、透明電極18は、更に、TPT形成部から延長
する絶縁$7および配向膜9aにより覆われる。
以下、このようにして構成された液晶シャッターにより
得られる作用効果について説明する。
前述の様に薄膜トランジスタを用いて、液晶シャッター
を駆動した場合、第2図に示す様な電圧降下が生ずる。
該電圧降下分は、(1)式及び(3)式で与えられるか
ら、その値を小さくし、液晶に加わる実効電圧を」二げ
るためには、液晶パネル側から見ればCcellの値を
大きくすればよい。本発明の電荷蓄積用コンデンサCe
を設けることによりCcellの値は、 Ccell= 1 / (1/ Cil+1 / CL
C+1/C12)+Ce となる。
ここで、ゲート絶縁膜6および保護膜7として、水素原
子なF−ピングしたチッ化シリコンSiN:H(比誘電
率:約6.6)を用い、その膜厚をそれぞれ3000人
、2000人、配向膜9aとして有機配向膜(比誘電率
:約3)を用い、その膜厚をtooo人とし、液晶は現
在得られる最大の誘電率(ε〃:約30)を有する材料
を用い、液晶層の厚さをlopLmとして、電荷蓄積用
コンデンサを配置していない構成での1シヤツタ一開口
部(面積50X200gmとする)当りの容量(Cce
ll)をめると C11o = 0 、81 [p FlC12o =2
 、66 [pF] CLCo = 0 、26 [pF’] となり、°、
Ccell (b) = 0 、19 [p Flとな
る。
・方、第3図に示した本発明の構成(Ceを開1」部下
に同形状で作成した場合)での1シャッター開口部面積
当りの容* (Ccell(a) )はC11=1 、
39 [pF] C12=2 、66 [pF] CLC=0 、 26 [pF] Ce =1.95 [pF] より 、’、Ccell(a)=2.15 [pF]となり、
従来に比べ1ケタ以」二容量が増加する。
この結果、液晶への印加電圧の電圧降下分ΔVWQ1.
ΔVw(,2は以下の様になる。
ΔVwo1は薄膜トランジスタ部のゲート・ドレイン重
なり部をIg、mとすると、(1)式におけるcgaは
、3.29X10−2 [PF] となり、Δvg =
50V (Vgh=40V、■gl=−10V)とする
と、電荷蓄積用コンデンサCeがない場合、 Δ■Woe(無)=7.38[Vコ となるが 電荷蓄積用コンデンサCeをシャッター開口部下に同形
状で作成した場合は、 ΔVWot(有)=0.75[V] となり、大幅に改善される。第4図に電荷蓄積用コンデ
ンサCeの容量と電圧降下ΔVw(,1との関係を示し
た。
一方、ΔVWO2は、(3)式におけるRoff及びR
LCの値を各々I X l O”Ω、I X I O1
1Ωとし、画素密度16ドツ) / m m画像形成速
度を50mm/seeとすると1行ドツトの形成時間は
1.25m5ecとなるので第2図における1o、1.
、、、は4時分割の場合1.25m5ecのl/4すな
わち0.3125m5ecとなる。したがって、ΔVw
(12は1.25m5ecの374時間後(=0.39
5m5ec)の電圧降下分となる。0.9375m5e
c後のΔVwo2の値と電荷蓄積用コンデンサCeの容
量との関係を第5図に示した。
なお第3図ではシャッター開口部下に同形状の電荷蓄積
用コンデンサを設けた例を示したが、コンデンサー対極
となる導電膜を基板全面にわたって形成してもよい。
第6図は、本発明で用いる別の液晶シャッタアレイを模
式的に表わした断面図である。この液晶シャッタアレイ
は、TFT部601が液晶素子602の基板と同一基板
603′の上で、且つ液晶素子602の外部に形成され
ている。特にTFT部601は、液晶素子602の基板
603とコモン電極604を設けた対向基板605間の
液晶606を封止するために形成したエポキシ系接着剤
などによる封止部材607の外側に配置されていること
が好ましい。又、TFT部601は基板603とは別に
IC回路などの外部回路基板(図示せず)の上に設ける
こともできる。又、図中電荷蓄積用コンデンサは透明導
電[610、ゲート絶縁膜から延長された誘電体膜61
1とドレイン608に接続されているシャツタ開口部の
透明セグメント電極609によって形成されている。T
FT601は第2図に示すタイムチャートにより駆動で
きる。すなわち、ゲート線に接続されたゲート電極61
2にゲートオンパルス印加してオン状態とし、これと同
期させてデータ入力信号をソース線に接続したソース電
極613に印加し、その出力信号をドレイン608に出
力することによって動作される。又、このTFT601
を構成してイル半i体11i614としてアモルファス
シリコンなとの光導電性を用いた場合には、光による誤
動作を生しるために、絶縁膜615を介してAI。
Crなどによる遮光膜616を設けることが好ましい。
尚、図中617と618はポリイミドなどを用いた配向
制御膜、619と620はクロスニコルの偏光板を表わ
している。
第7図は、前述の液晶シャッタアレイを用いた電子写真
複写機の一例を示すもので、感光ドラム701を矢印7
02の方向に回転駆動させ、まず帯電器703により像
保持部材である感光ドラム701を一様に帯電させ、液
晶シャッタアレイ704を駆動させて、背後に配置した
光源705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701に
照射して静電潜像が形成される。
この静電潜像は、現像器706のトナーにより現像され
、このトナー像は転写ガイド707を通ってきた複写用
紙P(転写紙)」二に転写帯電器708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M7
09により感光ドラム701から順次に分離され1次い
で定着装置71Oで画像が定着されるようになっている
。また。
転写後感光ドラム701の表面にに残留したトナーはク
リーニング装置711により除去され、前露光装置71
2により感光ドラム701が除電され、再び次の複写サ
イクルが可゛能になるようにしである。ところで、第7
図に於る液晶シャッタアレイ704には前述の第2図に
示す液晶セルを採用している。つまり、露光光源705
からの光線を液晶セルを備えた液晶シャッタアレイ70
4、セルフオフレンズなどのレンズアレー713を介し
て感光体701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って得られた画像情報を含んだ
ディジタル信号により液晶駆動回路714を動作させて
液晶シャッターアレイを0N−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701の
」二に露光するようになっている。この実施例に於ては
露光光源705が液晶セルの加熱の機能も果しており、
感熱素子720に接続された液晶温度制御回路716で
液晶冷却用ファン717を動作させることにより、液晶
セルの加熱を防11ニし、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718は反射笠、71
9はレンズアレー713を液晶シャッター装置へ装着す
るための部材である免艶豊差】 以上説明した様に、本発明によれば、薄膜トランジスタ
を用いて、液晶シャッターを駆動するに際して、該薄膜
トラジスタのドレイン電極とシャッター開口部の透明電
極との間に電荷蓄積用コンデンサを設けることにより液
晶への印加電圧の実効値を確保し、シャッター開閉時の
コントラストを低下させることなく、高次時分割駆動が
可能な液晶シャッターアレイを用いた画像形成装置が提
供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、液晶シャッターアレイの薄膜トランジスタと
シャッター開口部との関係を示す駆動回路図、 第2図(a)〜(e)は、液晶シャッターアレイの駆動
タイムチャートであり、(a)〜(C)は、それぞれT
PTのゲートおよびソースならびに対向電極への人力信
号波形を、(d)はシャツタ開口部W、にががる実効電
圧波形を、また(e)はシャッタの明レベルと暗レベル
を示す図である。 第3図は本発明の電荷蓄積用コンデンサを備えた液晶シ
ャッターアレイの1シヤツタ一開口部その等価回路とと
もに示す断面図、 第4図は、電荷蓄積用コンデンサの容量と電圧降下ΔV
wo、との関係を示す図。 第5図は、電荷蓄積用コンデンサの容量と電圧降下Δv
Wo2との関係を示す図。 第6図は、本発明で用いる液晶シャッタアレイの別の態
様を表わす断面図、 第7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。 la、lb・・・透明基板、 2・・・半導体層 3目・ソース電極 4・・・ドレイン電極 5・・−ゲート電極 6目・ゲート絶縁膜 8・・・コモン電極 18・・・透明セグメント電極 9a、9b**・配向膜 10・・・遮光膜 11ΦΦΦコンデンサ対極となる導電膜20拳・・液晶
。 第4rlA Ceの容量rpF) 第6rIJ 20 手続補正書(方式) 昭和59年8月(0日 特許庁長官 志賀 学 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第84619号 2、発明の名称 画像形成装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (Zoo)キャノン株式会社 4、代理人 住 所 〒105東京都港区東新橋2−7−7(発送日
:昭和59年7月31日) 6、補正の対象 明細書の「図面の簡単な説明の欄」 [第2図Jと補正。 (ロ)第21頁第4〜5行の「示す図である。」を[示
す。jと補正。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、露光光源及び、該露光光源の露光光路中の光線を光
    遮断状態と光透過状態の何れか一方に制御するマイクロ
    シャッタ群を備えたプリンタヘッドと、該プリンタヘッ
    ドよりの光信号を像保持部材に照射するようになした画
    像形成装置において、前記マイクロシャッタ群が複数の
    行及び列に沿ってマトリクス状に配置され、該マイクロ
    シャッタ群が薄膜トランジスタの端子と接続された電極
    を薄膜トランジスタに対応させて複数設けた第1基板と
    コモン電極を設けた第2基板との間に液晶を挾持した構
    造を有しており、且つ前記薄膜トランジスタと接続され
    た電極に対向する面に絶縁膜を間にした導電膜を配置す
    ることによって電荷蓄積用コンデンサを形成したことを
    特徴とする画像形成装置。 2、前記導電膜が第1基板の上に配置されている特許1
    .請、求の範囲第1項記載の画像形成装置。 3、前記薄膜トランジスタが半導体としてアモルファス
    シリコンを備えた特許請求の範囲第1項記載の画像形成
    装置。
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