JPS6335002B2

JPS6335002B2 -

Info

Publication number: JPS6335002B2
Application number: JP54171799A
Authority: JP
Inventors: Kenji Aoki; Haruo Nakamura; Sadatsugu Miura; Mitsuo Nagata
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1988-07-13
Also published as: JPS5693568A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、液晶ライトバルブの改良、即ち高速
化、低価格化を達成する技術に関する。

〔従来技術〕

さて、近来、CPU、メモリ等の低価格化が半
導体技術の進歩によつて進み、マイコン、オフイ
スコンピユータを使用する層及び、コンピユータ
のプリントアウトに接する層が、従来のEDPSの
特殊な専門家のみから、広く一般大衆にまで拡大
して来つつある。云いかえれば、通常の書類と同
一レベルでの出力処理、即ち漢字、かな交り文に
よる出力を待望する気運が非常に高まつて来てい
る。その典型的な例を１つあげれば日本語ワード
プロセサであろう。

ところが、このようなシステムは前述した如
く、回路、メモリはどんどん低価格化が進行して
おり今後も期待出来るのに対して、その出力端末
であるプリンターについては、漢字等の使用を前
提とすると32×32ドツト程度の分解能を必要とさ
れるため、必然的に、高分解能、しかも高分解能
化による印字スピードの低下に対処し得る高速度
のものでないと能力的に不十分であり、必然的に
コストの上昇を招いてしまつている。

例えば、現在この要求を満足し得るものは、レ
ーザ、OFTを使用した光プリンタ、マルチスタ
イラス静電プリンタしか存在しないが、双方共非
常に高価であつて、システムコストを押し上げる
最大の要因となつている。

それ故、上記のような種々のシステムの市場へ
の普及を、（市場のニーズがあるにもかかわらず）
大きく妨げる原因となつている。

上記の事情は、高速フアクシミリ、CRTハー
ドコピー装置、各種ターミナル等でも基本的には
全く同じことが云えるものである。

従つて、従来においては、液晶ライトバルブを
用いた印写装置が考えられた。例えば、英国特許
第1308208号公報には液晶シヤツタによる画像形
成がみられる。

以下従来の液晶ライトバルブ方式の印写装置の
構成の概容と、問題点について述べる。

第１，２図にその概容を示す。

光源１は常に点灯しており、液晶ライトバルブ
２を常に照らしている。液晶ライトバルブ２は微
少シヤツター８を複数個有していて、液晶駆動回
路９によつて独立に光学的に開閉され、光源１か
らの光を透過させたり、させなかつたりする。

この部分を光信号発生部１０と呼ぶことにす
る。

このようにして得られた光信号が感光部３へ到
達する訳であるが、感光材料よりなる感光部３は
帯電ステーシヨン６で予かじめ帯電をされている
ために、光信号が到達した部分では帯電電荷が消
滅する。したがつて、外部からの書込信号に応じ
た静電潜像が形成されることになる。

このようにして形成された静電潜像は、現像部
４で着色トナー現像後、転写部５で記録材料、例
えば紙等にトナー像が転写され、定着部７で熱等
で定着され、完全に固定化された印刷像が出来上
がる。

上述の如く、例えばレーザプリンタの精密高速
光学走査系にあたる部分がこの方式では不要であ
るため、種々のメリツト、例えば構造の簡素化、
低価格化が期待出来る訳であるが、実は印写装置
としては致命的な問題が、従来のアイデアには存
在していたため、実用化が難かしかつたものであ
る。

その問題点とは、書込速度が液晶とその駆動方
式の故に決定的に遅いことに由来している。

前述の各種システムに適用し得る印写部の性能
としては、A4版一枚を毎分10枚程度出力する程
度の印写速度と、1m／ｍ当り10ドツト程度の分
解能を必要とするが、これは云い換えると、１秒
当り約500ラインの印写速度、即ち１ライン書込
みに要する時間が2m秒以下であるということで
ある。ところが従来のアイデアの如く、TN（ツ
イスト・ネマチツク）型の液晶を使用し、通常の
交番電圧駆動を行なつたのでは到底、開口時間
2m秒は達成不可能である。

発明者は実際に下記の内容で確認実験を行なつ
たが、セル厚を実用上最も薄い限界まで持ち上
げ、液晶自身も速度が最も早いものの１つと云わ
れているものを使用し、その上温度も40℃まで上
げてみたがやはり、速度を2m秒以内にすること
が出来なかつた。

電圧パラメータは確かに立ち上がり特性に影響
を与え、或る程度の改善をなし得るが、問題は立
ち下がり特性であつて、こちらの方は電圧パラメ
ータに依存せず、膜厚、温度にのみ依存するだけ
でしかも、上述のようにほぼ最高の条件でも、極
めて不満足な結果しか得られなかつた。

１液晶フエニルシクロヘキサン系液晶２セル厚 3μm ３駆動電圧周波数 5V，100Hz ４温度 40℃ ５立ち上がり 2mS ６立ち下がり 20mS 一方、同じライトバルブの応用として、PLZT
固体素子を使用したものが発表されている。

PLZTは、液晶と同様に透過光の偏光方向を制
御することにより作用する訳で、液晶と異なりそ
のスイツチング速度は実用上問題となるら程速い
が、その製造上の制約から、１ライン分、例えば
A4版用であれば20cmを構成するとすれば非常に
高価なものにつき、実用上のメリツトに乏しくな
るという欠点がある。

〔目的〕

本発明は、上記問題点を克服するものであり、
誘電異方性が周波数に依存する液晶を用い、マイ
クロシヤツタの１ドツトあたりの書込み時間を、
少くとも第１期間、第２期間に分けて、第１期間
には、マイクロシヤツタの開口又は閉口の選択信
号を印加し、第２の期間には、低周波信号を、マ
イクロシヤツタに印加する手段を設けることによ
り、高速で常に一定の透過光量を得ることのでき
る液晶ライトバルブを提供するものである。

〔実施例〕

以下本発明の具体的な液晶シヤツタの駆動方法
について説明する。

本発明に使用した液晶材料の誘電異方性の周波
数特性を示した図が第３図である。

交差周波数cより低い周波数で、誘電異方性は
正であり、高い周波数では負である。_L，_Hに対
する誘電異方性をそれぞれ△εL，△εHとした。
△εL＞０であり、△εH＜０である。このような
特性を持つネマチツク液晶をTN方式の素子とし
て用いた時、_Lの信号を印加した時、液晶分子
は、電界方向に向き、_Hの信号を印加した時、電
界方向に垂直になる。ねじれネマチツク配向をし
ている液晶層の両面に偏光板をそれぞれ直交する
ように配置すると、_Lを印加した時光をさえぎ
り、_Hを印加した時光が透過する。

第４図はこの時の印加信号の一例及びこの信号
に対応した光透過量の応答特性を示した。Ｃはシ
ヤツターを閉じている状態であり、Ｏはシヤツタ
ーを開いている状態である。(i)は、周波数_Lと_H
を用いてスイツチングを行なう基本的な印加信号
である。Ｃの部分に印加されている信号の周波数
が_Lであり、Ｏの部分が_Hである。(ii)は、_Hの値
を徐々に_Lに近づくように走引している例であ
る。(iii)は、上記の印加信号に対する透過光の応答
である。先に述べた従来の駆動方式の最も大きな
問題であつた遅い立ち下がり時間が、この駆動方
式では、完全に解消されている。（(iii)で立ち下が
りとは、光透過量が増加する方向）これは、高周
波（_H）電界を印加して液晶を強制的にガラス基
板に平行に配向させる為である。しかしながら、
この力が強い為に、液晶分子のねじれ方向がばら
ばらになり、ドメインが生じる場合がある。これ
をおさえる方法が(ii)に示したように高周波の周波
数を徐々に変える方法である。これによつて問題
ない光透過の応答特性を得ることができた。第５
図及び第６図に実施例を掲げる。

第５図は高周波信号を印加する開口時間Ｏを
1m秒にした例である。C₁とC₂は低周波信号を印
加してある閉口時間であるが、C₁，C₂はそれぞ
れ1m sec，3m secとなつている。この例の場合
は１ドツトあたりの書込みサイクルの最少時間は
Ｏ＋C₁の2m秒となり期待特性を得ることができ
た。

第６図は、開口時間を0.5m秒にした例である。
閉口時間C₁とC₂はそれぞれ0.5m秒、1.5m秒であ
る。第６図の例は、第５図の例に比らべて光透過
量のピーク値、I₂は、第５図のI₁と比較して約２
分の１となつているが、最少書込みサイクルは、
1m秒と極めて早い応答特性を示している。

以上のように応答に関して従来の方式では、と
うてい期待することのできなかつたスイツチング
速度を本発明によつて得ることができた。

第７図は、単純な電極構成を示した図である。
２１と２２はそれぞれ電極２３と２５を備えたガ
ラス基板であり、この２枚のガラス基板の間に液
晶層がある。電極２３と２５の間に電圧を印加す
ることによつて、その重さなり部分の微少シヤツ
ターが開閉する。しかしながらこの重さなり部分
以外は常に光を透過している。

本印写装置に用いるライトバルブは、微少シヤ
ツター部分以外は光を透過しないことが必要条件
である。そこでこの問題を解決する２つの方法が
ある。１つは、先に述べた偏光板を直交して用い
るのではなく、平行に配置する方法である。もう
１つは電極のない部分を不透明な物質で覆うこと
である。前者は重大な欠点がある。それは、液晶
分子が完全にねじれ配向をしていない時は、光が
透過してしまうことである。ライトバルブに必要
なことは、完全に、光を閉じることである。よつ
てこれを満足するためには、偏光板は互いに直交
させて配置しなくてはならない。そこで有効にな
るのが後者の方法である。この後者を実現した本
発明の電極図を第８図ａ，ｂに示す。２１，２２
は液晶ライトバルブを構成する２枚のガラス基板
である。２１は共通電極を備えるガラス基板であ
り、２２は独立した複数個の電極を備えるガラス
基板である。２１と２２の基板を対向して、この
間に液晶層をはさむことによつてライトバルブを
構成する。２３と２５は酸化インジウム等の透明
導電膜からなる電極であり、この重さなり部分が
微少シヤツターとなる。２４と２６はクロム−金
の蒸着膜等からなる不透明な金属電極である。

この金属電極によつて微少シヤツター部以外の
光の透過を防ぐことができる。さらに、この金属
電極によつて配線抵抗を小さくすることができ
る。

本発明に用いている駆動信号は、先に述べたご
とく高周波を含んでいる。そのため駆動信号の波
形のなまりは最少にする必要がありそのためにも
配線抵抗が小さいことは必要な条件である。この
ように金属電極を用いることは、光の透過を防ぐ
ことと、配線抵抗を減少させるという２つの効果
をもつ。以上述べた方法を用いることによつて応
答特性の非常にすぐれた液晶ライトバルブを得る
ことができた。

さらに光源１からの発光エネルギーは全て有効
なものとは限らず特に紫外領域は、液晶ライトバ
ルブ２の偏光板を痛め最終的にはその効果をなく
してしまう他、液晶自身にも悪影響を与える可能
性があるという点で寿命に関連し、一方赤外領域
は熱エネルギーとして液晶及び偏光板を加温する
ため前述の如く、液晶の温度コントロールが困難
にする問題がある。したがつて赤外、紫外を殆ど
含まぬ光源を採用するのが最も好都合である。

さらには、スペース、コスト等の関係で赤外領
域の豊富な光源１０を使用する場合には、第９，
１０図に示す如く、熱透過型ミラー１１を後置し
たり、熱反射ミラー（可視光透過型）１２を前置
したりして、その影響を極力除くことによつて好
結果が得られる。

一方、前述の温度コントロールの重要性から、
第１１図ａ，ｂに示す如く、光源１０を含めた液
晶ライトバルブ２全体を、恒温槽１３に格納する
か、液晶ライトバルブ２のみを恒温槽１３に格納
することによつて温度の均一化を実現している。

１４は透明な窓である。温度コントロールを達
成する手段としては、液晶セル２に、部分的に
か、全面的に第１２図に示す如く面発熱体１５を
設け、さらに温度センサー１６を設けておいて、
温度を検知、コントロール部１７によつて、加熱
電流をコントロールしてもよい。

液晶セル２が大きい場合には、第１３図におけ
る如く、面発熱体１５を分割しその各々に温度セ
ンサー１６を対応させ、より均一度の高い温度分
布を得ることも可能である。

さらには、コントロール部１７の出力により、
液晶駆動回路９出力の、周波数または電圧等の電
気的パラメータをコントロールし、液晶の温度特
性を補正することでもよい。

以下実施例を説明する。

〈実施例１〉第１４図に示す如く、温度コントロール、寿命
の点から、紫外、赤外の領域をほとんど含まぬ光
源として、アルミン酸塩けい光体群を利用した複
写機用けい光ランプ１０を使用したところ、長期
エージングの結果、ほとんど液晶への悪影響が現
われなかつたし、液晶への加温効果も無視出来る
程度であつた。

さらに、赤外領域を透過する放物面鏡１１と、
赤外領域を反射する（可視光は透過する）平面体
１２を使用したところ、上記効果はさらに完全な
ものとなつた。

〈実施例２〉第１１図に示す如く、室内温度分布及び精度１
℃の恒温槽１３に格納した処、外気温度０℃〜40
℃において、液晶ライトバルブ２の温度変化は
0.7℃であり、温度変化による印写速度等への影
響は実用上問題なかつた。

〈実施例３〉第１３図における如く、20cm長さの液晶ライト
バルブ２に、４分割した透明面発熱体１５を、ネ
サ膜で形成し、その各々にサーミスタを温度セン
サー１６として固定、各ブロツクの温度を40℃に
保つようにしたところ、外気温０℃〜35℃におい
て、液晶ライトバルブ２の性能は殆んど変化しな
かつた。

〈実施例４〉液晶を、誘電率が1KHzで＋１，100Hzで−１の
ものを使用、4μ厚、50μmの開口部を、100μmピ
ツチで2000ケ、線状にならべ、温度を30℃に保つ
た液晶ライトバルブ２を作成し、光源には、液晶
ライトバルブ上で３万ルクスのけい光ランプを使
用し、エレクトロフアツクス紙上に2mSのくり返
し速度（Duty1/2）で_L＝100Hz、_H＝1KHzにて
書込んだ後、トナー現像、定着を行なつた処、
100μmφのドツトが、印字信号に応じて形成され
た。

ちなみに、A4一枚を書込むのには６秒必要と
した。

〔効果〕

上述の如く本発明は、誘電異方性が周波数に依
存して変化し、交差周波数cより低周波の信号_L
で正、該周波数cより高周波の信号_Hで負の誘電
異方性を示す液晶が含まれた複数のマイクロシヤ
ツタアレイからなる液晶ライトバルブにおいて、
該マイクロシヤツタの１ドツトあたりの書込み時
間は少くとも第１の期間及び第２の期間からな
り、該第１の期間には該マイクロシヤツタの開口
又は閉口の選択信号、該第２の期間には低周波信
号を、該マイクロシヤツタに印加する手段を設け
たから、マイクロシヤツタ開口時には常に一定の
透過光量を得ることができ、かつ高速のシヤツタ
アレイを実現することができるものである。従つ
て、本発明のマイクロシヤツタアレイを用いるこ
とによつて、十分実用に耐えうる光印写装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の構成の一例、第２図は、液晶
ライトバルブの詳細、第３図は、液晶の誘電異方
性の周波数特性、第４，５，６図は、駆動波形及
び開口波形、第７，８図は、液晶ライトバルブ２
の構成例、第９，１０図は、赤外光透過及び反射
ミラーを使用した光源の構成例、第１１図は、光
信号発生部の構成例、第１２，１３図は、液晶ラ
イトバルブの構成例を示し、第１４図は実施例１
の液晶ライトバルブの構成。１は光源、２は液晶ライトバルブ、９は液晶駆
動回路、１０は光信号発生部、８は微少シヤツタ
ー、２４，２６は金属薄膜電極、１１，１２は赤
外光透過、発射型ミラー、１３は恒温槽、１５は
面発熱体、１６は温度センサー、１７はコントロ
ール信号発生部である。

Claims

【特許請求の範囲】

１誘電異方性が周波数に依存して変化し、交差
周波数cより低周波の信号_Lで正、該周波数cよ
り高周波の信号_Hで負の誘電異方性を示す液晶が
含まれた複数のマイクロシヤツタアレイからなる
液晶ライトバルブにおいて、該マイクロシヤツタ
の１ドツトあたりの書込み時間は少くとも第１の
期間及び第２の期間からなり、該第１の期間に
は、該マイクロシヤツタの開口又は閉口の選択信
号、該第２の期間には、低周波信号_Lを該マイク
ロシヤツタに印加する手段を設けたことを特徴と
する液晶ライトバルブ。