JPS6347730A - 液晶シヤツタ装置 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は、液晶シャッタ装置に関する。

［従来技術］ 近年、いわゆるオフィスオートメーションの普及によっ
て、事務を行なう環境に各種の情報処理装置が導入され
てきている。

かかる環境下において用いられる装置には、騒音や振動
等、その環境に悪影響を及ぼす要素を極力抑制すること
が要求されている。

ところで、日本語ワードプロセッサ等で作成した文書を
ハードコピーとして記録出力するプリンタとしては、従
前からドツトインパクト型のプリンタが広く用いられて
いるが、このようなドツトインパクト型プリンタは印字
音および振動が大きく、とくに、高速な機械はどこの傾
向が強く、周囲の仕事の妨げともなることもしばしばあ
った。

そこで、このような不都合を解消するものとして、電子
写真プロセスを用いて画像を形成する、例えばレーザビ
ームプリンタ、液晶シャッタプリンタあるいはＬＥＤプ
リンタ等の非インパクト型のプリンタが実用されている
。

このプリンタは、上述したドツトインパクト型プリンタ
と異なり１画像を形成するさいに用紙を叩く箇所がない
ので印字音が非常に小さく、また、基本的に１ペ一ジ単
位に画像を記録するページプリンタであるので高速な記
録が可能である。

ところで、このようなページプリンタのうち、レーザビ
ームプリンタは光書き込み系にポリゴンミラー等の高精
度な光学系を必要とするので非常にコストが大きい。ま
た、ＬＥＤプリンタでは、光書き込み系に用いられるＬ
ＥＤ　（発光ダイオード）の発光特性のバラツキにより
、安定した記録画像を得ることが困難である。

一方、液晶シャッタプリンタで光書き込み系に用いられ
る液晶シャッタは、光学系を構成する光源、液晶シャッ
タおよび結像素子を一体化でき、光学系を簡単にかつ小
型に構成できるので安価な装置を実現することができる
。

さて、このような液晶シャッタプリンタの記録速度は、
当然のことながら液晶シャッタのオンオフ特性に依存す
る。これまで液晶シャッタに用いられていたＴＮ（ツィ
ステッド・ネマチック）型の液晶では、いわゆる二周波
駆動した場合でもオンオフ時の立ち上がりおよび立ち下
がりに要する時間が０．５ミリ秒程度と比較的遅く、し
たがって、レーザビームプリンタ等と比較するとあまり
記録速度を上げることができなかった。また、ＴＮ型の
液晶は交流駆動を必要としていたので、駆動回路が比較
的複雑であった。

ところで、強誘電性液晶はＴＮ型の液晶よりも２桁以上
応答時間が短く、また、直流駆動が可能なので、この強
誘電性液晶を用いることにより高速でかつ周辺回路が簡
単な液晶シャッタを実現することができる。

この強誘電性液晶は、その厚みを液晶分子の螺旋ピッチ
よりも小さくすることでメモリ効果を実現できる（竹添
秀男、福田敦夫、久世栄−「強誘電性液晶高速表示装置
」工業化学第３１巻第１０号Ｐ２２〜ｐ２５参照）。

したがって、第７図（ａ）−（ｄ）に示すように、液晶
シャッタの各マイクロシャッタを構成しているセグメン
ト電極に＋ｖＯのパルス信号を印加して当該マイクロシ
ャッタの部分の強誘電性液晶に正の電界を印加すると、
強誘電性液晶の分子が一方向に揃って当該マイクロシャ
ッタが光オンし、そのセグメント電極に−Ｖ［ｌのパル
ス信号を印加して逆極性の電界を印加すると、強誘電性
液晶の分子が異なる方向に揃って当該マイクロシャッタ
が光オフする。なおこれらのパルス信号のパルス幅は１
強誘電性液晶が充分に応答できる時間に設定されている
。

しかしながら、従来、このような強誘電性液晶を駆動す
る駆動回路では、マイクロシャッタをオンオフするため
に両極性のパルス信号を発生する必要があるため、その
駆動回路の構成が複雑になるという不都合を生じていた
。

［目的］ 本発明は、上述した従来技術の不都合を解消するために
なされたものであり、駆動回路の構成を簡単にすること
ができる、強誘電性液晶を用いた液晶シャッタ装置を目
的とする。

［構成］ 本発明は、液晶板の液晶組成物として強誘電性液晶を用
い、一対の透明基板の対向する面に付設されてマイクロ
シャッタアレイを構成する一対の透明電極のうちの少な
くとも一方と、強誘電性液晶の間に絶縁膜を挿入して液
晶シャッタを構成する。そして、この液晶シャッタのう
ち光オンするマイクロシャッタに対応した一対の透明電
極に所定の直流電圧信号を印加するとともに、当該マイ
クロシャッタを光オフするときにはその直流電圧信号の
印加を停止し、その直流電圧信号を立ち上げたときと立
ち下げたときとで強誘電性液晶層に逆極性の電界を発生
させ、マイクロシャッタをオンオフしている。

以下、添付図面を参照しながら１本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる液晶シャッタプリ
ンタを示している６ 同図において、感光体１は帯電チャージャ２によってそ
の表面が均一に帯電され、光学系３によって記録画像に
対応した光像が露光されてその表面に記録画像に対応し
た静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器４に
よってトナー現像され、さらにこれによって感光体１の
表面に形成されたトナー像は、図示しない給紙系によっ
て搬送された記録用紙に転写チャージャ５によって転写
される。

そして、記録用紙に転写されたトナー像は定着器６によ
って熱定着され、これによって、記録画像が記録用紙に
形成される。

また、感光体１上の残留トナーおよび残留電荷は、クリ
ーナ７によって除去される。

光学系３の一例を第２図に示す。

同図において、光学系３は、光＊ｉｉ、光源１１の光を
反射する反射板１２、クロスニコルの偏光軸をもつ偏光
板１３、マイクロシャッタアレイを形成する透明電極が
付設された透明基板に強誘電性液晶を封入して形成した
液晶板１４、偏光板１４と直交する偏光軸をもつ偏光板
１５、および、集束性ファイバアレイ等の等倍線形結像
素子１６からなる。

液晶板１４の一例を第３図（ａ）、（ｂ）に示す。

液晶板１４は、所定間隔をおいて配設された２枚のガラ
ス基板等からなる透明基板２１，２２、透明基板２１下
側の面にマイクロシャッタの形成間隔で多数付設され、
マイクロシャッタよりも若干大きい幅寸法に設定されて
いるストリップ状の透明電極材料からなるセグメント電
極２３、透明基板２２の上側の面に少なくともマイクロ
シャッタアレイが形成される領域よりも広い領域全体に
付設された帯状の透明電極材料からなるコモン電極２４
、マイクロシャッタアレイを形成するアパーチャＡＰの
部分を残して他のコモン電極２４の付設部分からのモレ
光を遮光するための光マスク２５．光マスク２５の上面
に積層された高抵抗の透明な材質からなる絶縁層２６、
絶縁層２６と透明基板２１との間に封入された強誘電性
液晶２７から構成されている。

この場合、記録密度を向上するために、マイクロシャッ
タは所定間隔で千鳥状に２列に配列されている。またこ
こでは、マイクロシャッタの配列全体をマイクロシャッ
タアレイと称している。

また１強誘電性液晶２７を封入する厚さは、液晶組成物
の強誘電性が強くあられすために、１０μｍ以下にする
ことが望ましい。

この液晶板Ｉ４に形成されているマイクロシャッタ（以
下液晶シャッタという）の動作原理を次に説明する。

すなわち、ここで上述した液晶シャッタの等価回路を考
えると、第４図に示すように、液晶層をあられす抵抗Ｒ
・とコンデンサＣ・の並列回路と、絶縁層２６をあられ
す抵抗Ｒ，とコンデンサＣ１との直列回路としてあられ
される。

この等価回路にステップ的な電圧Ｖを印加すると、その
ときに液晶層に印加される電位差ｖｏ　（ｔ）は、次式
（１）のように得られる。

ここで、液晶層の比誘電率をε０、抵抗率をρ、。

厚さをｄｏとし、絶縁層２６の比誘電率をｉｍ、抵抗率
をρ１、厚さをｄ、とすると、上記のような電圧Ｖを印
加したときに液晶層に印加されるＥ（ｔ）は、次式（ｎ
）のようにあられされる。

ただし、 τＳ＝ρ、ρ、ε。（εｗｉｄｅ＋ε、ｄｌｌＩ）／（
ρｍｄ、＋ρ、ｄ、）である。また、ε。は真空の誘電
率である。

ここで、ρ、ｄΦ（〈ρ■ｄ、とすれば、第５回（ａ）
に示すようなステップ状に立ち上がる電圧を印加したと
き、液晶層に印加される電界は、同図（ｂ）のようにそ
の電圧波形の微分波形のように変化し、このときの電界
の波高値Ｖｐおよびパルス幅の実効値Ｐａが強誘電性液
晶２７の分子配向が切り換るに充分な値をもてば、同図
（ｃ）に示すように、液晶シャッタが光オンする。

また、このようにして光オンした液晶シャッタを光オフ
するときには、上記のように印加した電圧をステップ的
に除去すればよい。これにより、第５図（ｂ）とは逆極
性的に変化する電界が液晶層に印加され、それによって
強誘電性液晶２７の分子配向が反対方向に切り換り、液
晶シャッタが光オフする。

このような、強誘電性液晶２７の液晶層に印加される電
界変化は、絶縁層２６の厚さがあまりに薄かったり、抵
抗率が低すぎるときには実現できない。

また、逆に絶縁層２６が厚すぎると液晶層に発生する電
界の波高値およびパルス幅が充分でなくなり、強誘電性
液晶２７の分子配向の切り換りを実現できない。

発明者の実験によれば、強誘電性液晶２７の抵抗率ρ、
および厚さｄ、が、それぞれ、 ρ、Ｌ：ｒ１θｌｏΩ・１、ｄ、＝２μ■であるとき、
絶縁層２６の抵抗率ρ、および厚さｄ。

を、それぞれ、 ρ１≧１０１２Ω・】、２００人≦ｄ１≦２０００人に
設定することが好ましい、なお、強誘電性液晶２７の厚
さｄ、は、この強誘電性液晶２７がメモリ性およびスレ
ッショルド性を発現できる値である。

したがって、液晶板１４を駆動するとき、第６図（ｂ）
に示すようにコモン電ｆｆ１２４を接地し、おのおのの
セグメント電極２３には同図（ａ）に示すようにステッ
プ状に立ち上がり、かつ、ステップ状に立ち下がる電圧
を印加する。

これにより、セグメント電極２３に印加した電圧の立ち
上がりタイミングで、同図（Ｃ）に示すように、液晶層
にプラス側に立ち上がるパルス状の電界が印加され、そ
れによって、同図（ｄ）に示すように、液晶シャッタが
光オンする。また、セグメント電極２３に印加した電圧
の立ち下がりタイミングでは、液晶層にマイナス側に立
ち上がるパルス状の電界が印加され、それによって、液
晶シャッタが光オフする。また、これらの液晶シャッタ
の光オンおよび光オフの状態は、強誘電性液晶２７の特
性により、次に光オフおよび光オンされるまで保持され
る。

このようにして、単極性のパルス信号によって液晶シャ
ッタをオンオフさせることができるので、かかる液晶板
１４の駆動回路を非常に簡単に実現できる。

ところで、このような駆動方式では、見かけ上は直流駆
動を行なっているが、液晶層には直流電圧の立ち上がり
時と立ち下がり時にのみ電界が印加されてそれ以外の期
間では電界がＯになっており、実質的には液晶シャッタ
のオンオフタイミングのみに電界が印加されることにな
るので、かかる駆動によって液晶板１４の寿命が短縮す
るようなおそれはない。

なお、上述した実施例では、液晶板において、絶縁層を
光マスクと液晶層の間にのみ配設しているが、２つの絶
縁層によって液晶層を挟み込むようにすることもできる
。また、この絶縁層を、液晶分子を初期配向させるとき
に使用するラビング膜と共用することもできる。

また、光マスクをセグメント電極側に設けてもよい。た
だし、そのときにセグメント電極側にも絶縁層を設ける
場合には、絶縁層を光マスクとセグメント電極間に配設
することが好ましい。

また、セグメント電極およびコモン電極を構成する透明
電極材料としては、■ＴＯ膜等を用いることができる。

また光マスクの材料としては金属を用いることができ、
エツチング、蒸着、あるいは、メツキ等によって形成さ
れる。

さらに、上述した実施例における液晶シャッタの光オン
オフの態様は１強誘電性液晶の配向特性および偏光板の
変更特性等によって逆転させることもできる。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、液晶板の液晶組
成物として強誘電性液晶を用い、一対の透明電極のうち
の少なくとも一方と、液晶層の間に絶縁膜を挿入して液
晶シャッタを構成することで、液晶層に直流電圧をステ
ップ的に印加したときと、その直流電圧をステップ的に
除去したときとで、そ九ぞれ異なる極性でパルス状の電
界が印加されるようにしているので、駆動信号としては
単極性のパルス信号を用いることができるので、液晶シ
ャッタの駆動回路を簡単に実現できるという効果を得る
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例にかかる液晶シャッタプリン
タの概略構成図、第２図は光学系の一例を示した概略構
成図、第３図（ａ）は液晶板の断面図、同図（ｂ）は液
晶板の平面図、第４図は液晶シャッタの等価回路図、第
５図は液晶シャッタの動作原理を説明するための波形図
、第６図は液晶板の駆動例を示した波形図、第７図は液
晶板の従来の駆動例を示した波形図である。 １４・・・液晶板、２１．２２・・・透明基板、２３・
・・セグメント電極、２４・・・コモン電極、２５・・
・光マスク、２６・・・絶縁層、２７・・・強誘電性液
晶。 弔１図 第２図 第３図 第４図　　第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の間隔をおいて配置した一対の透明基板と、この透
   明基板の対向する面に付設されてマイクロシャッタアレ
   イを構成する一対の透明電極と、これらの透明電極間に
   封入された強誘電性液晶と、少なくとも一方の上記透明
   電極と上記強誘電性液晶の間に挿入された絶縁膜と、上
   記透明基板の外側に配設された一対の偏光板から液晶シ
   ャッタを構成し、この液晶シャッタのうち光オンするマ
   イクロシャッタに対応した上記一対の透明電極に所定の
   直流電圧信号を印加し、当該マイクロシャッタを光オフ
   するときにはその直流電圧信号の印加を停止することを
   特徴とする液晶シャッタ装置。