JPS635326A - 液晶素子の駆動方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶素子の駆動方法に関し、特に電子写真方式
のプリンタ用ヘッド等に光変調素子として用いられる液
晶素子の駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

液晶素子は従来、直視型の表示素子として精力的に研究
開発が行われ、現在では広く用いられている。−方で液
晶を用いた光変調素子ら利用されている。例えば、感光
体への照射光を光変調素子を用いて強度変調し、この結
果骨られる感光体上の潜像をトナーを用いて普通紙上に
現像する方式のプリンターが知られている。プリンター
の光源や光変調素子および結像光学系統を含めた部分は
プリンターヘッドと呼ばれている。プリンターヘ・ソド
に用いられる液晶光変調素子は液晶光シャッターとして
！Ｒ能する。この池にら液晶光変調素子は光学理論素子
等に広く応用されるが、いずれも入射光強度を空間的に
変調するＩｆｆ能を用いるものであり、以下では液晶光
変調素子をプリ〉′ターへ・ソドに用いる場合を例に挙
げて説明する。

近年、プリンターに対しては高速・高解像度・低価格・
低騒音・コンパクトさ等の要求が高まりつつあり、それ
に答えてレーザビームプリンター等のノンインパクトプ
リンターが広く使われつつある。このような状況におい
て液晶シャ・・ｌターアレイを用いた液晶プリンターは
特にその低価格性の故に大きな需要が見込まれ、活発に
開発が進められている。

従来、液晶はその応答速度がせいぜい数ミリ秒であり、
これではＡ４版で１分間に数枚程度しかプリン１−でき
ず、実用とはほど遠いものであった。近年、応答速度が
速い液晶として強誘電性液晶が開発され、高速化が図ら
れている。

ここで強誘電性液晶の動作について説明する。

強誘電性液晶の高速応答動作はノーエル・ニー・クラー
ク（Ｎｏｅｌ　Ａ、Ｃ１ａｒｋ）とスベンーテー・ラゲ
ルバル（５ｖｅｎ　Ｔ、Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によって
確認された（アプライド・フィジックス・レターズ（＾
ｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、３６（１９８０）８９９）。す
なわち、強誘電性を示すカイラルスメクチック液晶は第
５図に示すように自発分極１２１をもった液晶分子１２
２が層構造をとると同時にら線構造を形成している９こ
のままでは自発分極１２１はらせん軸１２３のまわりに
均一に分布して打消しｔｔ）−Ｉているが、このような
液晶を、そのらせん軸と平行な２枚の基板で挟み、かつ
その間隙、すなわち液晶の厚さを少なくともらせん構造
のピッチ長以下に薄くすると、液晶分子は自発分極１２
１が基板に対して垂直となるような２つの配向状態のい
ずれかに強制的に配向させられる。

第６図はその様子を示す図であり、領域Ａは自発分ｊＦ
Ｉｉ！１２１が下側の基板１３１に向いた状態、領域Ｂ
は自発分極１２１が上側の基板１３２に向いた状態であ
る。第７図は第６図に示す状態を基板１３２の上面から
みた図であり、領域ノ＼と領域Ｂとでは液晶分子１４１
．１４２で示すように液晶分子が異なる配向状態をとっ
ている。さらに、このような状態を２枚の互いに偏光方
向が直交する開光板で挟み、かつ１枚の漏光板の偏光方
向１４３を液晶分子１４２の方向に一致させて観察する
と、領域Ａは暗くみえ、領域Ｂは明るくみえる。

このように、強誘電性を示すカーイラルスメクチ・ｌり
液晶を間隙の狭い２枚の基板で挟むと、液晶分子は光学
的に識別される２つの配向状態のいずれかをとるように
なる。しかも、強誘電性液晶はその自発分極が外部電界
に直接的に応答して配向する。従って、外部から基板と
直交する方向の直流電界を印加して、その向きを反転す
ると、それに応じて自発分極の向きが反転する。すなわ
ち、第テ図の領域Ａと領域Ｂとが電気的にスイ・ソチン
グされる訳で、これは２枚の基板の内面に透明電極の類
を形成しておくことによって容易に実現できる。さらに
、この電気的スイ・ソチング現象が自発分極と外部電界
との直接的な応答によるものであるために、極めて高速
であり、前述の論文によるとマイクロ秒台の応答速度が
確認されている。

また、電圧を除去した後も、電圧印加時の配向状態が保
持されるという特性が、強誘電性液晶にはある。これは
、通常双安定性と呼ばれる。以上のような強誘電性液晶
分用いた光変調素子をプリンタヘッドに用いてプリンタ
ーの高速化が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述のような双安定性および高速性を備えた液
晶素子を得るためには、２枚の基板間隔を１μ程度まで
に薄くし、なおかつ均一にしなければならず、素子製造
技術上非常に困難である。

従って、歩留りら悪く製造コストが高くなり、製品が高
価になってしまう。

また、強誘電性液晶を用いれば、基板間隔が広くて双安
定性が実現されていない場合であっても、その高速応答
性より従来より高速動作は可能になるが、明確な閾値が
存在していないために、時分割駆動が困難で、スタティ
ック駆動に近い駆動が必要となり、回路数、接続端子共
に多くなり、やはり高価になってしまうという欠点があ
る。

本発明の目的は、上記の欠点を除去して基板間隔が広く
て双安定性が実現されてない液晶素子でも簡単な回路構
成で時分割駆動が可能で液晶光変調素子として使用でき
る液晶素子の駆動方法を提供することにある。

し問題点を解決するための手段〕 本発明の液晶素子の駆動方法は、内面にほぼ同方向に平
行な微４Ｉｌ１７？ＩＩ横遣を形成する配向処理が施さ
れた相対する２枚の電極基板の間隙に強誘電性液晶を充
填した構造の液晶素子の駆動方法において、前記２枚の
電極基板の一方に形成された複数の走査電極に走査時に
第１の電圧の次にこの第１の電圧と同一の大きさで逆極
性の電圧となる矩形の波形の電圧を印加し非走査時に前
記第１の電圧より大きく前記第１の電圧と同極性の第２
の電圧を印加する時分割走査手段と、前記２枚の電極基
板の他方に前記走査電極に対向するように形成された複
数の選択電極に選択時に前記第１および第２の電圧の中
間の第３の電圧の次に前記第１および第２の電圧の中間
の第４の電圧となる矩形の波形の電圧を印加し非選択時
に前記第１の電圧の次に前記第１の電圧と同一の大きさ
で逆極性の電圧となる矩形の波形の電圧を印加する時分
割駆動手段とを含んで構成される。

１゛作用〕 表面上にラビング、斜方蒸着等で同方向に平行な微細溝
を形成した２枚の電極基板と、この間に挟持された液晶
により作成された液晶素子の液晶分子は一方向に配列す
る。この配列は本発明では一方の極性の電圧印加によっ
て形成される配列と等しいために、この−方の極性の電
圧の除去後も保持される。さらに反対極性の電圧を印加
すると、それに応じて強誘電性液晶分子の自発分極の向
きが反転して異なる配列状態となる。この現象を利用し
て液晶光変調素子を形成する事が出来る。つまり、２枚
の電極基板により作成された液晶素子を直交させた２枚
の偏光板で挟むことによって構成された光変調素子は第
８図に示す様な電気光学特性を示す。

例えば、２枚の電極基板の一方を基準として。

液晶に負の電圧が印加された場合の配向状態は、電圧が
印加されていない場合と同じであり、逆に液晶に十分な
正の電圧が印加された場合は、別の配向状態をとるよう
にする。偏光板の直交している偏光軸の一方の方向を負
の電圧が印加されている場合の配光方向と一致させると
、負の電圧が印加された場合は、光の透過率は０％にな
り、正の電圧が印加された場合は透過率は１００“缶と
なる。光を透過させる場合は、液晶分子が基板表面１−
に平行に形成されている細溝によって規制されてい゛る
安定な状態から正の電圧を印加する事により、配向状態
を変化させる。反対に光を遮断する場合は、負の電圧を
加え安定な状態にもどすことになる。従って、立下りは
遅く、立上りが速いという電気光学特性を示す。

この液晶素子の２枚の電極基板の一方に走査電極を設け
、他方に選択電極を設け、これらの電極に第３図に示す
波形の電圧を印加する。第３図に示す表の左側の欄は走
査電極に与える非走査時の電圧波形と走査時の電圧波形
を示し、上側の欄は選択電極に与える選択時の波形と非
選択時の波形を示し、右下の４つの欄に正択電極と走査
電極の間の電圧波形を選択時または非選択時で非走査時
または走査時である場合のそれぞれについて示す。

第３図に示すように走査電極には走査時にＶｌの次に一
■ｌとなる矩形の電圧を、非走査時にＶｌの電圧を印加
し、選択電極には選択時に■３の次に■４となる矩形の
電圧を、非選択時に■１の次に一■１となる矩形の電圧
を印加すれば（但し、＼’＋　　＜Ｖ３　　＜Ｖｌ　　
−■＋　　＜Ｖ４　　＜Ｖｌ　　）　　、走査時の選択
画素（ここで画素とは２枚の電極部分によって挟まれた
小面積部分を言う）に（■３−Ｖ＋　）の次に（Ｖ４＋
ＶＩ＞となるの矩形の電圧が、非選択画素にはＯの電圧
が、非走査時の選沢画素には（ｖ、−ｖ２＞の次に（Ｖ
４−Ｖ２）となる矩形の電圧が、非選択画素には（Ｖ、
−Ｖ２）の次に（Ｖ＋−〜′２）となる矩形の電圧が印
加される。つまり、走査電極が走査時で選択電極が選択
時である選択画素にのみ正の電圧が印加され尤を透過さ
せる事になる。それにより、プリンターの感光体ドラム
が感光され、印字が行なわれる。

また、重連したように光を透過させる立上りよりも光を
遮断する立下りの時間の方が長いために、画素を選を尺
し終えた後も、立下りの時間だけ光分透過していて、そ
の間も感光体ドラムを感光している。したがって、画素
の選択時間を短くしても十分な感光が行われ、画素を時
分割駆動する場合に一つのフレーム周期で多くの画素を
駆動することが可能になり、デユーティ−比が上がり、
時分割駆動が容易になる。

さらに強誘電性液晶の応答は、液晶に印加される電圧値
と時間幅に依存する（電圧が高く、または時間幅が長い
と応答は速くなる）。従って、非走査時には画素に階段
状の波形が印加されるが、その周１ｊ■を変化させるこ
とにより第３図には、走査時間と周期が一致している場
合が示されている）、液晶の応答時間を変化させること
が可能になる。これを利用すれば画素選択後に、光が遮
断されるまでの時間を調節することが出来る。それによ
り感光体の電位を調節出来、良好な印字品質を得る事が
出来る。

〔実施例］ 以下１本発明の実施例を挙げて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を使用する液晶光変調素子を
模式的に示す分解斜視図で、第２図は第１図に示すＡＡ
′断面図である。走査電極１５が設けられポリイミドの
配向膜１９が塗布されたガラス基板１１を一方向にラビ
ングし、さらに基板１１に対向し選択電極１４が設けら
れ配向膜１９が塗布された基板２０を一方向にラビング
し、基板１１．．２０をスペーサー１８を介して５μｍ
の間隔でラビング方向が平行になるように接着し、基板
１１．２０間に液晶材１３としてメルク社製のＺ　１．
、　［−３０７９を元本しである。走査電極１５はｌ　
＋ｕ＋あたり１６本形成されていて、１／４デユーティ
−の時分割駆動で駆動するため、選択電極１４は１本で
４本の走査電極１５と対向する形状になっている。選択
電極１４は選択電極駆動回路１６で走査電極１５は走査
電極駆動回路１７で駆動される。さらに素子は、２枚の
偏光板１２で決まれでいる。

第１図、第２図に示す液晶光変調素子に第４図に示すよ
うな電圧を印加して動作させる。すなわち、走査電極１
５には走査駆動回路１７により走査時に５■の次に一５
■となる電圧の矩形波、非、［査時には２０■グ）電圧
、選択電極１４には選択電極駆動回路１６により選択時
に２０Ｖの次に１０　Ｖとなる電圧の矩形波、非選択時
には５Ｖの次に一５■となる電圧の矩形波を印加すると
＋　ｌｆｌ択画素の部分の液晶にのみ１５Ｖの正の電圧
が印加され光を透過するようになる。しかし、ｉＭ沢画
素以外の画素には０又は負の電圧が印加されるので、光
を遮断している。なお、駆動電圧は１２５μＳの矩形波
で、フレーム周期は１ｍｓになる。

以上の様な駆動をすることによりコントラストは３０：
１が得られる。

この第１図に示す液晶光変調素子をプリンタヘッドに用
いて周知の構成の電子写真方式のプリンタを構成すると
、１６ド・ソト／１龍で鮮明な品質の印刷が毎分１２枚
可能である。本実施例の液晶光変調素子は基板の間隙が
５μｍなので、従来の液晶素子製造技術で十分対応出来
、歩留りよく作製可能である。また駆動回路も１７′４
デユーティ−時分割駆動なので、回路数も少なくて済み
低価格の光変調素子が実現される。

また、駆動電圧をさらに高周波にすると、１５■の電圧
が印加された後に、ＯＶ、　−１０Ｖか一１５Ｖ、−，
２０Ｖの高周波の矩形波が印加される“ドになり、光を
遮断するまでの時間が長くなり、フレーム周期は１ｍｓ
のままで１７′６デユーテイーの駆動が可能になりさら
に回路数を少なくすることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明はある程度広い間隔で対向す
る２枚の電極基板間に強誘電性液晶を充填した液晶素子
を電極に矩形波形の電圧を印加することにより、時分割
駆動することができる効果がある。

従って、本発明は容易に歩留りよく製作できる液晶素子
を高速に時分割駆動することができ、安価な光変調素子
等を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に使用する液晶光変調素子の
模式的は斜視図、第２図は第１図に示すＡＡ’断面図、
第３図は本発明により液晶素子に印加する電圧波形を示
す表、第４図は第１図に示す実施例に印加する電圧波形
を示す表、第５図は強誘電性液晶分子のらせん配列状態
を示す模式図、第６図および第７図は２枚の基板間の強
誘電性液晶分子の配向状態を模式的に示す側面図および
平面図、第８図は偏向軸が互いに直交する２枚の偏向板
で挟んだ液晶光変調素子に印加される電圧と光の透過率
の関係を示すグラフである。 １］、、２０・・・ガラス基板、１２・・・偏光板、１
３・・・強誘電性液晶、１４・・・選択電極、１５・・
・走査電極、１６・・・選択電極駆動回路、１７・・・
走査電極駆動回路、１８・・・スペーサ、１つ・・・配
向膜。 代理人　弁理士　　　内　原　　　音 結ｆ凶 第２図 鳴３区 ８４　図 第５図 草ん図 ２ｆ 躬７区 櫃ｓｌｐ、Ａ：　　　傾城゛Ｂ ＼＼＼：／／／ ＼＼＼；／／／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内面にほぼ同方向に平行な微細溝構造を形成する配向処
   理が施された相対する２枚の電極基板の間隙に強誘電性
   液晶を充填した構造の液晶素子の駆動方法において、前
   記２枚の電極基板の一方に形成された複数の走査電極に
   走査時に第１の電圧の次にこの第１の電圧と同一の大き
   さで逆極性の電圧となる矩形の波形の電圧を印加し非走
   査時に前記第１の電圧より大きく前記第１の電圧と同極
   性の第２の電圧を印加する時分割走査手段と、前記２枚
   の電極基板の他方に前記走査電極に対向するように形成
   された複数の選択電極に選択時に前記第１および第２の
   電圧の中間の第３の電圧の次に前記第１および第２の電
   圧の中間の第４の電圧となる矩形の波形の電圧を印加し
   非選択時に前記第１の電圧の次に前記第１の電圧と同一
   の大きさで逆極性の電圧となる矩形の波形の電圧を印加
   する時分割駆動手段とを含むことを特徴とする液晶素子
   の駆動方法。