WO1994011147A1 - Liquid crystal display for laser marker - Google Patents

Description

明 細 書 レーザマーカにおける液晶表示装置 野 本発明は、 レーザマーカにおいて液晶にパターンを表示する装置に関し、 特に表示の切換えを所要に制御することによりマーキング （印字） を高速に 技

行うことができる装置に関する。 背 景 ' 技 術

分 いわゆる高分子複合体よりなる液晶をレーザマーカのマスクに適用する技 術については、 本出願人よりすでに特許出願がなされている （特願平 3— 2 2 4 9 1 6号等） 。

こうした高分子複台型液晶において液晶表示画面の切換え、 つまりマーキ ングのパターンの切換えを行う際には、 表示切換時における残像を防止すベ く、 液晶の各画素ごとに設けられた行電極および列電極をそれぞれ接地させ る非表示処理を経てから行電極および列電極に所定電圧をそれぞれ印加して 液晶表示画面の表示.の切換えを行うようにしている。 この場台、 電圧無印加 部の画素はレーザ光散乱状態となり、 電圧印加部の画素はレーザ光透過状態 と る。

しかし、 上記表示切換え処理は瞬時には行われずに、 6 O m s e c程度の 時間を要する。 したがって、 この時間だけ非表示状態であり、 マーキングも 行われず、 作業上無駄な時間となる。 しかも、 一般的に表示画面を連続して 切り換え、 連続してパターンを印字す'る作業が行われることが多く、 この場 合はパータンが変わるごとに上記の切換え時間を要することになるから、 作 業全体からみれば多大な時間の損失となり、 印字の高速化が達成されないこ ととなつている。 なお、 印字の高速化を図る発明として、 たとえば特開平 2— 2 6 8 9 8 8 号公報に見られるものがあり、 この発明ではレーザマーカにおける液晶マス クの表示面を上下 2分割し、 上半分について走査が終了し、 下半分の走査が 開始された時点で上半分についての印字パターンの書換えを行うようにした ものがある。

しかし、 この発明は、 上半分の画面についての表示切換時に上半分の画面 のみについて非表示状態にする処理を積極的に行うものではない。 したがつ て、 この発明を上記高分子複合型液晶を用いたレーザマーカにそのまま適用 すると、 残像が発生するという不都合が招来することとなっている。

また、 液晶切換え時間を分析すると、 表示されていたパターンを消す時間 と、 新しい表示パターンを立ち上げる時間に大別される。 このうち表示され ていたパターンを消す時間は液晶マスクの構成材料や構造等に依存するもの であり、 その時間は簡単には短縮できないものである。

そこで印字の高速化のために、 液晶の表示が立ち上がらないうちに印字を 開始すると、 被加工物の印字にムラが生じる。 従って、 印字品質を保ちつつ、 かつ、 高速化することには限界があった。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、 特に高分子複合型液 晶を使用するレーザマーカにおける印字の高速化を、 残像を発生させること なく実現することを第 1の目的としている。

また、 印字の高速.化を、 印字品質を保ちつつ達成することを第 2の目的と している。 発 明 の 開 示 そこで、 この発明の第 1の発明では、 液晶の各画素ごとに行電極と列電極 とが設けられ、 前記行電極および前記列電極をそれぞれ接地させてから前記 行電極および前記列電極に所定電圧をそれぞれ印加することにより液晶表示 画面の表示の切換えを行うとともに、 前記液晶表示画面上にレーザビームを 照射し、 該レーザビームを前記液晶表示画面で走査させることにより前記液 晶表示画面に表示された所定パターンを対象物に印字するレーザマーカにお ける液晶表示装置において、

前記液晶表示画面を、 副走査が最初に行われる第 1の領域と、 この第 1の 領域に続いて副走査が行われる第 2の領域とに分割し、 これら第 1および第 2の領域ごとに独立して前記表示の切換えを行い、 第 1の領域または第 2の 領域ごとに、 行電極および列電極をそれぞれ接地させてから行電極および列 電極ごとに所定電圧を印加す.る表示切換手段と、

前記液晶表示画面のうち、 現在副走査が行われている位置を検出する位置 検出手段と、

前記位置検出手段によつて前記第 1の領域の副走査が終了したことが検出 された際に、 該第 1の領域における表示の切換えを行うとともに、 前記位置 検出手段によつて前記第 2の領域の副走査が終了したことが検出された際に、 該第 2の領域における表示の切換えを行うように前記表示切換手段を制御す る手段と、

を具えている。

かかる構成によれば、 液晶表示画面が、 副走査が最初に行われる第 1の領 域と、 この第 1の領域に続いて副走査が行われる第 2の領域とに分割され、 これら第 1および第 2の領域ごとに独立して表示の切換えが行われ、 第 1の 領域または第 2の領域ごとに、 行電極および列電極をそれぞれ接地させてか ら行電極および前記列電極に所定電圧をそれぞれ印加させる表示切換え処理 が独立して行なわれる。 第 1の領域の副走査が終了したことは、 位置検出手 段によって検出され、 この検出が行われた際に、 第 1の領域における表示の 切換えが独立して行なわれる。 また、 位置検出手段によって第 2の領域の副 走査が終了したことが検出された際に、 第 2の領域における表示の切換えが 独立して行われる。

また、 この発明の第 2発明では、 液晶の各画素ごとに行電極と列電極とが 設けられ、 前記行電極および前記列電極をそれぞれ接地させてから前記行電 極および前記列電極に所定の実効電圧をそれぞれ印加することにより液晶表 示画面の表示の切換えを行うレーザマーカにおける液晶表示装置において、 前記電極への電圧印加開始後の所定時間の間だけ、 前記所定の実効電圧よ りも大きい実効電圧を前記電圧に印加し、 前記所定時間が経過した時点で前 記所定の実行電圧を前記電圧に印加するように電圧を制御するようにしてい る

かかる構成によれば、 液晶に印加する実効電圧値が電圧印加開始後の所定 時間だけ高ぐされ、 所定時間経過後に所定の透過率が得られる電圧値にされ るので、 液晶の立ち上がり応答時間を短くすることができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1は本発明に係るレーザマーカにおける液晶表示画面切換え装置の実施 例の構成を示す図である。

図 2は図 1に示す液晶表示画面をレーザ光が走査する様子を示す図で ίる。 図 3は図 1に示す液晶マスクの構成を説明する図である。

図 4は図 1の装置で行われる処理のタイムチャートである。

図 5は図 Ίの装置で印字されるパータンを例示した図である。 .

図 6は従来のレーザマ一力で行われる処理のタイムチヤ一 トである。

図 7は、 本発明の他の実施例における液晶と従来の液晶の応答特性の違い を示すグラフである。

図 8は、 本発明の.他の実施例における時間と実行電圧との関係を示すダラ フである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 図面を参照して、 本発明に係るレーザマーカにおける液晶表示装置 の実施例について説明する。 まず第 1の実施例について説明する。

図 1は、 第ュの実施例のレーザマーカの構成を概念的に示したものである。 同図においてレーザ発振器 1は、 走査用のレーザ光 （たとえば Y A Gレー ザ光） を発振するものであり、 発振レーザ光は偏向器 2の反射面 2 aに照射 される。 反射面 2 aで反射されたレーザ光はレンズ 4を介してポリゴンミラ 一である偏向器 3の反射面 3 aに照射される。 そして反射面 3 aで反射され たレーザ光は、 レンズ 5を介して高分子複合.型の液晶マスク 6の液晶表示面 1 0に照射される。

ここで、 偏向器 2の反射面 2 aは、 モータ 8により矢印 A A方向に回動さ れ、 偏向器 3の反射面 3 aはモータ 9により矢印 B B方向に回転される。 し たがって、 モータ 9が駆動制御されて、 反射面 3 aが矢印 B B方向に回転す ることによりレーザ光が液晶マスク 6の液晶表示面 1 ◦を矢印 X方向に種走 査するとともに、 モータ 8が駆動制御され、 反射面 2 aが矢印 A A方向に回 動することによりレーザ光が液晶マスク 6の液晶表示面 1 0を矢印 Y方向に 副走査することになる。 レーザ光が画面 1 0上を走査する様子を、 図 2の矢 印に示す。

コン トローラ 7は、 上記モータ 8、 9を駆動制御するとともに、 レ一ザ発 振器 1によるレーザ発振を制御し、 さらに液晶マスク 6の液晶表示面 1 0の 各画素を駆動するための信号を出力する。

コントローラ 7は所定の入力手段により入力された印字パターンの情報に 基づいて液晶マスク 6の表示面 1 0上の、 パターンに対応する画素を駆動す るための信号を出力する。 これに応じて液晶マスク 6の表示面 1 0では、 対 応する画素が駆動される。 ついで、 モータ 8、 9が駆動制御されるとともに、 レーザ発振器 1が駆動制御されて、.レーザ光の走査がなされ、 上記駆動され た画素部分のみをレーザ光が透過して、 所定の図示せぬ光学系を介して、 駆 動された画素部分の形状 （印字パターンによる形状） に応じた文字、 図形等 力 <、 たとえば図 5のワーク 1 3の表面に印字される。

ところで、 図 5に示すように、 印字したいパターン 1 4は、 Aブロック〜 Lプロックの複数の印字パターンに分割されており、 これら各プロックの印 字パターンを順次、 印字していく作業を実施例装置を行う。 したがって、 表 示面 1 0における駆動画素を、 各プロック A〜Lごとに切り搀ぇていく必要 がある。

図 3は、 液晶マスク 6の構成をより詳細に示したものであり、 表示面 1 0 は、 7 2 (行.） x 3 6 (列） ドッ トの画素で構成されている。 そして、 これ ら各画素は、 7 2 X 1 8 ドッ 卜の上部画面 1 O aと、 同じく 7 2 x 1 8ドッ トの下部画面 1 0 bとに、 破線で示されるよう 2分割されている。 ここで、 この分割の意味は、 上部画面 1 0 aと下部画面 1 0 bとがそれぞれ独立して 駆動され （表示） 、 駆動オフされる （非表示） されるということである。 すなわち、 各画素は、 行電極と列電極とからなり、 これら各電極に所定の 電圧を付与することにより、 表示がなされ、 表示切換時において、 上記各電 極が接地電位にされ、 非表示状態にされる。 各電極には信号線が接続され、 コントローラ 7から制御信号を出力し、 それら信号線を介して各電極の電圧 レベルを所要に変化させることにより、 かかる表示、 非表示の処理がなされ るが、 この実施例では、 電極および信号線は上部画面 1 0 a用の電極♦信号 線 （上部行電極 ·信号線 1 1 aおよび上部列電極 ·信号線 1 2 a ) と下部画 面 1 0 b用の電極 ·信号線 （下部行電極♦信号線 1 1 bおよび下部列電極♦ 信号線 1 2 b ) とに分割され、 表示、 非表示の処理が上画面 1 0 a、 下部画 面 1◦ bごとにコントローラ 7からの制御信号により独立した行われるよう になっている。

ここで、 画面 1 ◦に いての副走査位置は、 コン トローラ 7から副走査用 のモータ 8に対して出力される駆動制御信号に基づきコントローラ 7自身が 検出する。 したがって、 この制御信号に基づきコントローラ 7は、 現在、 レ 一ザ光が上部画面 1 0 aを副走査レているのか、 それとも下部画面 1◦ bを 副走査しているのを判定することができ、 上部画面 1 0 aの副走査が終了し、 下部画面 1 0 bへの副走査に移行する時点を検出することができる。

このように、 モータ 8に送出する制御信号によりソフトウヱァ上でレーザ 光の副走査位置の検出が可能であり、 特殊なセンサを設け強度の高い Y A G レーザ光を直接に受けて位置検出を行う必要がないので、 装置コス 卜の低減 等の利点が得られる。

以下、 図 4のタイムチヤ一トを参照してコン卜ローラ 7で行われる処理に ついて説明する。

図 4 ( a ) は、 図 5の各ブロック A、 B…の上部 A l、 B 1 - (図 5参照） を、 パターンが変わるごとに非表示処理を行いつつ上部画面 1 0 aに順次表 示している様子を示しており、 また同図 （b ) は、 図 5の各ブロック A、 B …の下部 A 2、 B 2…を、 パターンが変わる；： "とに非表示処理を行いつつ下 部画面 1 0 bに順次表示している様子を示しており、 また同図 （ c ) は偏向 用のミラー、 つまり偏向器 2の反射面 2 aを固定させて、 所定の Y位置で主 走査を行うとともに、 Y偏向用のミラーの回動させ （回動タイミ ングは縦線 で示される） 、 Y位置を移動させることにより副走査を行う様子を示してい る

以下、 順をおつて説明すると、 時刻 t l で、 上部画面 1 0 aにおける副走 査が終了し、 ブロック Aの上部 A 1の印字が終了すると、 この終了時点がコ ントローラ 7で検出され、 矢印 （ 1 ) に示すようにブロック Aからつぎのブ ロック Bへの表示切換を行うべく、 上部画面 1 0 aが非表示状態、 つまり上 部画面 1 0 aの各画素の行電極および列電極が接地電位にされる。 これによ つて残像が防止される。 そして、 時刻 t 2 においてつぎのブロック Bの上部 B 1の表示が立ちあげられ、 表示立ち上げ時間を経て時刻 t 3 においてプロ ック Bの上部 B 1が上部画面 1 0 aに表示される。

一方、 下部画面 1 0 bについては時刻 t 1 より前の時刻 t O よりブック A の下部 A 2の表示立ち上げがなされており、 プロック Aの上部 A 1の印字が 終了した時点 t l から継続して下部 A 2の走査がなされ、 下部 A 2の印字が 行われる。 ついで、 時刻 t 3 で、 下部画面 1 0 bにおける副走査が終了し、 プロック Aの下部 A 2の印字が終了すると、 この終了時点がコン トローラ 7 で検出され、 矢印 （2 ) にょうにブロック Aからつぎのブロック Bへの表示 切換を行うべく、 下部画面 1 0 bが非表示状態、 つまり下部画面 1 0 bの各 画素の行電極および列電極が接地電位にされる。 これによつて残像が防止さ れる。 そして、 時刻 t 4 においてつぎのブロック Bの下部 B 2の表示が立ち あげられ、 表示立ち上げ期間を経てブロック Bの下部 B 2が下部画面 1 O b に表示される。

ここで、 時刻 t 3 においてブロック Aについての 1画面の表示がなされ、 プロック Aに対応する印字パターンがワーク 1 3上に印字されることになる 力く、 この時刻 t 3 においては、 つぎのブロック B (上部 B 1 ) の表示が上部 画面 1 0 aにおいてなされており、 印字が継続して行われる。 このように、 間断なくつぎのパターンの印字へ移行することができ、 印字の高速化が図ら 以後、 同様にして、 時刻 t 5 においてプロック Bの上部 B 1から下部 B 2 への印字が継続して行われ、 時刻 t 6 においてブロック Bからつぎのブロッ ク cへの印字へと間断なく移行される、 という具合の無駄時間なく各プロッ ク A〜 Lの印字が行われ、 ワーク 1 3上に全体のパターン 1 4が高速に印字 されることになる。

ここで、 従来においては、 図 6に示すようにプロック Aの印字がなされる と、 矢印 （1 ) に :すように、 画面全体を非表示状態にして、 つぎのブロッ ク Bの表彔がなされるまでの期間 Δ Τ ' だけ副走査を休止しているため、 こ の期間 Δ Τ ' だけ印字がなされていない無駄な時間が発生することになる。

し力、し、 この実施例では、 図 4に示すように、 そのような無駄時間は発生 しないので、 従来に較べて印字の高速化が達成されていることがわかる。 し かも画面が切換えられるごとに （画面は上部、 下部ごとに切り換えられる力り 、 画面を非表示状態にしている。 このため、 残像も防止され、 高分子複合型 液晶を使用した一ザマーカに適用した好適なものとなる。

つぎに第 2の実施例について説明する。

この第 2の実施例.は、 第 1の実施例と異なり > 液晶画面が上部、 下部ごと に切り換えられるのではなくて、 液晶画面全体が一度に切り換えられる。 なお、 実施例装置は図 1と同じものを想定している。

ここで、 液晶切り換え時間を分析すると、 表示されていたパターンを消す 時間 （図 4の 「接地期間」 に相当する） と、 新しい表示パターンを立ち上げ る時間 （図 4の 「表示立上げ期間」 に相当する） に大別される。 このうち表 示されていたパターンを消す時間は液 曰マスクの構成材料や構造等に依存す るものであり、 その時間は簡単には短縮できないものである。 従って、 前記 困難を解消するためには液晶表示立ち上がり時間を短くする必要がある。 例 えば、 「液晶応用編 （岡野、 小林共編著。 培風館 1 9 8 5年発行） 」 8 5頁 に記載されているように液晶の透過率は印加する実効電圧値で決定される。 ここで、 実効電圧は下記 （1 ) 式で定義される。

ただし、 V (t) = 印加電圧波形

T = 印加電圧波形の周期

V rms =

である。

従って、 液晶の画素に印加する実効電圧値を表示開始後の短時間は高く し て、 一定時間経過後に所定の透過率が得られる電圧値にすることによって液 晶の立ち上がり応答時間を短くすることができる。

液晶マスクをマルチプレックス法で駆動する時にはシャッタとなる画素に も電圧が印加されているため、 高い実効電圧値を印加し続けるとシャツ夕画 素も透過を示すようになる。 表示開始時には透過率が 0 %であることと、 シ ャッタ画素の透過率変化には時間が必要なことと相まって、 高い実効電圧値 を印加してもシャッタは透過するに至らず、 透過画素の表示立ち上げを短く することができる。 そして一定時間経過後 （具体的には、 透過画素が充分な 透過率を示し、 かつ、 シャ ツタ画素が透過を示す前のタイ ミ ング） に所定の 実効電圧値に低下させることでシャッタ画素が透過することはない。

一方、 透過画素は高い実効電圧で表示が立ち上がるので、 表示立ち上げ時 間が短縮される。 以上の本発明をレーザ光をさえぎる透過形液晶マスクに適 用することにより、 印字品質を損なうことなく、 今までの条件をそのまま適 用することが可能で、 かつ、 印字時間の短縮されたレーザマーカを製作する ことが可能になる。

すなわち、 コントローラ 7からマスク 6へ印加する実効電圧値を、 図 8に 示すように、 表示開始後の短時間 （T 1 ) は高く （V I ) して、 一定時間経 過 （T 1 ) 後 （具体的には、 透過画素が充分な透過率を示し、 かつ、 シャ ツ タ画素が透過を示す前のタイミ ング） に所定の実効電圧値に低下 （V 2 ) さ せる指令値を出す。

図 7は、 かかる制御を行なった場合の表示開始時の応答特性を求めたもの である。 デ一夕は環境温度 2 0 °Cで計測したものであり、 液晶駆動電圧 V 2 は 1 1 V rms である。 液晶表示立上り時の駆動電圧を設定値 V 2 と変わらな い 1 1 V rms で計測したものと、 1 0 %大きい電圧である V I = 1 2 . I V rmを 4 0 m sec の間与え、 その後に V 2 = 1 1 V rms にしたものと比較計測 した。

同図 7で表されるように立ち上げに要する時間が減少しているのがわかる c 解析の結果、 透過率が 0 %から 9 0 %になるのに要する時間は従来 7 0 m s e c要していたものが本第 2実施例を適用した結果、 3 5 m s e cになった _c このため印字を高速化しても被加工物の印字面にムラが発生しないという効 果を得ることができた。 産業上の利用可能性 以上説明したように本発明によれば、 液晶の画面の切換えを画面の異なる 領域ごとに行うとともに、 切換時に、 各領域ごとに独立して接地状態にした ので、 残像が防止されるとともに、 印字の高速化が達成される。

また、 本発明によれば、 液晶に印加する実効電圧値を表示開始後の所定時 間は高く し、 所定時間経過後に所定の実効電圧値に低下させるようにしたの で、 透過画素は高い実効電圧で表示が立ち上がり、 表示立ち上げ時間が短縮 される。 このため、 印字品質を損なうことなく、 今までの条件をそのまま適 用することが可能で、 かつ、 印字時間が大幅に短縮される。

Claims

請 求 の 範 囲

(1 ) 液晶の各画素ごとに行電極と列電極とが設けられ、 前記行電極および 前記列電極をそれぞれ接地させてから前記行電極および前記列電極に所定電 圧をそれぞれ印加することにより液晶表示画面の表示の切換えを行うととも に、 前記液晶表示画面上にレーザビームを照射し、 該レーザビームを前記液 晶表示画面上で走査させることにより前記液晶表示画面に表示された所定パ ターンを対象物に印字するレーザマーカにおける液晶表示装置において、 前記液晶表示画面を、 副走査が最初に行われる第 1の領域と、 この第 1の 領域に続いて副走査が行われる第 2の領域とに分割し、 これら第 1および第 2の領域ごとに独立して前記表示の切換えを行い、 第 1の領域または第 2の 領域ごとに、 行電極および列電極をそれぞれ接地させてから行電極および列 電極ごとに所定電圧をそれぞれ印加する表示切換手段と、

前記液晶表示画面のうち、 現在副走査が行われている位置を検出する位置 検出手段と、

前記位置検出手段によって前記第 1の領域の副走査か終了したことが検出 された際に、 該第 1の領域における表示の切換えを行うとともに、 前記位置 検出手段によつて前記第 2の領域の副走査が終了したことが検出ざれた際に、 該第 2の領域における表示の切換えを行うように前記表示切換手段を制御す る手段と .

を具えたレーザマーカにおける液晶表示装置。

(2) 前記副走査は、 前記レーザビームが照射され、 かつ該レーザビームが 反射されるる光反射体を回転させ、 これにより前記レーザビームの反射方向 を変化させることによって行われるものであり、 前記位置検出手段は、 前記 ミラーの回転指令信号に基づいて副走査位置を検出するものである請求の範 囲第（1) 項記載のレーザマーカにおけさ液晶表示装置。

(3) 液晶の各画素ごとに行電極と列電極とが設けられ、 前記行電極および 前記列電極をそれぞれ接地させてから前記行電極および前記列電極に所定の 実効電圧値をそれぞれ印加することにより液晶表示画面の表示の切換えを行 うレーザマーカにおける液晶表示装置において、

前記電極への電圧印加開始後の所定時間の間だけ、 前記所定の実効電圧よ りも大きい実効電圧を前記電極に印加し、 前記所定時間が経過した時点で前 記所定の実効電圧を前記電極に印加するように電圧を制御するレーザマーカ における液晶表示装置。

2 一