JPH0414770B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶−光学シヤツタ等の光学変調素
子の駆動法に関し、詳しくは電子写真方式を利用
したプリンタの光シヤツタアレイに適用しうる新
規な液晶−光学シヤツタ等の光学変調素子の駆動
法に関する。

従来より、任意に光を透過あるいは遮断する光
学変調装置、すなわち光シヤツタは銀塩写真カメ
ラをはじめとして多くの用途に適用されている。
更に近年電子写真式プリンタの普及とともにその
小型化、高信頼性化のために上記光シヤツタをア
レイ状に構成して、電子写真感光体に光像を記録
することが考えられている。

この様な光学変調装置に適用しうるものとし
て、電気光学変調素子としての液晶、PLZTな
ど、あるいは光磁気フアラデー効果を利用するも
のなどが提案されている。

このうち液晶を用いる方式のものはその製造の
容易性、低価格性、あるいは光学的変調を低電
圧、低電力で達成し得る点から早い時期から注目
されてきた。しかし液晶はその応答速度が遅い点
が欠点として挙げられ、例えば前記光シヤツタア
レイとして用いる場合においては高速度、高密度
で前記電子写真感光体に光像を書き込むには満足
しきれないものであるという先入観があつた。し
かしながら液晶を高速に動作させようとする努力
は長年重ねられ、近来になりようやくその応答速
度については改善がなされてきた。

従来この種の装置を実現するための高速応答の
液晶装置の技術としては、(1)二周波法によるも
の、(2)三極ゲート方式によるものがある。

二周波法によるものは特開昭56−94377号公報
他に記述されているので、詳しい説明は省くが、
印加電圧の異る周波数に応じて、正の誘電異方性
と負の誘電異方性を示す液晶組成物を用い、選択
的に印加周波数を切換え、液晶を電界方向に配向
させる時と電界に対し垂直な方向に配向させる時
とで光学的に区別し得る原理に基いている。又、
三極ゲート方式は、第29回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集P.126に記載されている様に液晶
に横電界を強制的に作用させることにより、液晶
の立下がり応答速度を速める工夫がなされてい
る。

前述の５周波法はオンとオフを数百Hz（低周
波）と数百ｋHz（高周波）の２周波を用いて切換
える駆動法であるが、これには、(1)複雑な波形を
形成する回路が必要である、(2)高周波を用いてい
るためにICと液晶を駆動させた時の消費電力が
大きい、(3)安定に動作することが難かしく、特
に、温度に対して不安定で温度補償回路が必要で
ある、という欠点がある。

また、３極ゲート方式は、片側の電極をくし歯
状にして対向電極とくし歯電極間の電界制御とく
し歯電極間の電界制御により駆動するものである
が、これには、(1)電極パターンの設計が難かし
い、(2)ダイナミツク駆動に適していない、という
欠点がある。

本発明の目的は前述の欠点を解消した液晶−光
学シヤツタ等の光学変調素子の駆動法を提供する
ことにあり、特に電子写真方式を用いたプリンタ
に適した液晶−光学シヤツタの光学変調法を提供
することにある。

本発明の別の目的はシヤツタの誤動作を防止し
うる液晶−光学シヤツタ等の光学変調素子の駆動
法を提供することにある。

本発明による方法の第１の特徴は、偏光軸が
90゜又は略90゜の角度で交差する一対の偏光板間
に、前記偏光板の偏光軸に対して45゜あるいは略
45゜の角度の方向にホモジニアス配向した液晶を
挾持した一対の電極板からなる光学変調手段
（DAPモード光学変調手段）を有する液晶−光学
シヤツタを使用し、前記液晶に閾値電圧より大き
い電圧を印加させて遮光（オフ）状態を保持し、
液晶に印加されている電圧を消去することによつ
て透光（オン）状態を得ることにある。

本発明で用いる液晶−光学シヤツタは、透光状
態を得るために、液晶がホモジニアス配向に復帰
できるのに十分に低い電圧印加状態、好ましくは
無電界状態とすることが必要であるが、この無電
界状態又は閾値電圧より小さい電圧状態によつて
生じた透光状態における光強度が振動する現象
（バウンジング現象）が現れることが、本発明の
研究により判明した。

これを第１図に示す。

第１図は液晶に印加する電圧と透過率の変化を
時間軸に沿つて表わしたもので、通常V₀の印加
電圧が付与されている時は、液晶分子の配列が電
界方向に向き、そのため遮光（オフ）状態が維持
されているが、印加電圧を閾値電圧以下（例えば
０ボルト）に切換えると、液晶分子の配列がホモ
ジニアス配向され透過（オン）状態が維持される
はずであるが、実際にはその透過状態の現出の仕
方は第１の透過率ピークP₁、第２の透過率ピー
クP₂をもつている。一般にこの現象をバウンシ
ング現象と呼んでいる。従つて、本発明方法の今
一つの特徴は、電圧印加による遮光状態から液晶
がホモジニアス配向に復帰できるのに十分に低い
電圧印加状態又は無電界状態へ変化後、光のバウ
ンシング現象の最初の透光状態のピークP₁まで
の間に再び十分に高い電圧を印加する点にある。

又、本発明で使用する液晶−光学シヤツタは、
液晶に閾値電圧より大きい電圧で、例えば20V以
上の電圧、好ましくは30V〜50Vの電圧を印加す
ることによつて遮光状態を形成することができ
る。この際、液晶に印加される電圧は交流を用い
ることが適しているが、直流であつても差しつか
えない。

以上の説明から理解されるように、本発明によ
る液晶−光学シヤツタ等の光学変調素子の駆動法
は、偏光軸が90゜又は略90゜の角度で交差する一対
の偏光手段の間に、前記偏光手段の偏光軸に対し
て45゜又は略45゜の角度の方向にホモジニアス配向
した液晶を一対の電極板間に挾持した光学変調素
子の前記液晶に閾値電圧より大きい電圧を印加す
ることによつて遮光状態とし、そのうち選択され
た区域の液晶のみ閾値以下の低い電圧へ変化さ
せ、入射光の液晶分子による複屈折で光強度振動
が発生する最初の振幅のピークまでの間に再び閾
値電圧以上の大きい電圧を印加し前記選択された
区域を特定時間のみ透光状態とすることを特徴と
するものである。

以下、本発明を図面に従つて説明する。

第２図は本発明方法に使用される液晶−光学シ
ヤツタを示すもので、第２図ａは、液晶−光学シ
ヤツタの平面図を示し、第２図ｂは液晶の配向方
向と偏光軸の関係を示す説明図で、第２図ｃは第
２図ａのＡ−A′断面図である。

図中、１は共通電極、２は信号電極、３はシヤ
ツタ開口部、４，５は偏光板、７，８はガラスま
たはプラスチツクフイルム等の基板、９は液晶物
質を示す。液晶物質９は共通電極１と信号電極２
の間に挾持されていて、この液晶物質９は偏光板
４と５のそれぞれの偏光軸４′と５′に対して角度
45゜の方向６にホモジニアス配向されている。又、
この液晶−光学シヤツタはシヤツタ開口部３以外
の個所に遮光マスク１０が形成されている。

本発明において用いられる液晶−光学シヤツタ
は、液晶物質９として正の誘電異方性をもつネマ
チツク液晶（Np液晶）を用いているので、共通
電極１と信号電極２には20V以上の電圧が印加さ
れて、常に遮光（オフ）状態が維持されている。
この様な液晶−光学シヤツタは、第３図に示す様
に光源と感光体の間に配置されて、光源からの光
線を遮断することができる。

第３図は上記の液晶−光学シヤツタを電子写真
方式のプリンタに利用した態様を説明する図で、
上記の型式のシヤツタより成るシヤツタアレー２
０を光源２１と感光体ドラム２２の間に配置した
ものを示す。第３図において、光源２１は常に点
灯しており、液晶−光学シヤツタアレー２０を常
に照らしている。このシヤツタアレー２０は、液
晶駆動回路（図示せず）によつて光源２１よりの
光線が遮断されて、選択された区域を透光状態と
することによつて光信号を発生し、感光ドラム２
２に照射する光線を制御することができる。ま
た、光源２１からの光線とシヤツタアレー２０か
らの光信号の集光性を得るために、光路中にレン
ズ２３と２４を配置しておくことが望ましい。感
光ドラム２２は、光信号の照射に先立つて予めコ
ロナ放電装置などを備えた帯電ステーシヨン２５
でプラス又はマイナスに帯電され、感光ドラム２
２における光照射された所では、帯電電荷が消滅
して静電潜像が形成される。この様にして形成さ
れた静電潜像は、現像部２６で帯電時の極性と反
対極性又は反転現像による時には同一極性のトナ
ーとキヤリアからなる現像剤の存在下に現像バイ
アスを印加しながら磁気ブラシ現像法などによつ
て現像した後、転写部２７で像保持部材２８（例
えば、紙など）に転写し、次いで定着部２９で熱
や圧力などによつて定着され、完全に固定化され
たプリント物が得られる。

シヤツタアレー２０から発生した光信号を受け
る感光体は、前述の如き電子写真方式のものに限
らず、例えば銀塩写真方式の感光体（例えば、モ
ノクロペーパー、カラーペーパー、米国スリーエ
ム社「ドライシルバー」など）であつてもよい。

本発明は上記の液晶−光学シヤツタを使用し、
前記液晶に閾値電圧より大きい電圧を印加するこ
とによつて遮光状態とし、そのうち選択された区
域の液晶のみ閾値以下の低い電圧へ変化させ、入
射光の液晶分子による複屈折で光強度振動が発生
する最初の振幅のピークまでに再び閾値電圧以上
の大きい電圧を印加し前記選択された区域を特定
時間のみ透光状態とする。

以下、第４図を参照して説明する。

前述の液晶−光学シヤツタの共通電極１には、
第４図に示す波形Ａが印加され、期間T₁，T₃，
…では全ての信号電極２には第４図に示す波形Ｂ
が印加されることにより液晶物質９には波形Ａ−
Ｂが付与される。これにより期間T₁，T₃，…で
は液晶物質９の分子は共通電極１と信号電極２の
方向に垂直配向して、光源からの光線は偏光板４
と５で遮断される。

この液晶−光学シヤツタは、期間T₂，T₄，…
で選択された信号電極２には波形Ｂが付与され、
この区域の液晶には電圧無印加状態となつて、配
向方向６のホモジニアス配向に復帰することがで
きる。この際、直線偏光光に対して液晶分子が
45゜の角度を有しているため、直線偏光光が前述
の配向方向を有する液晶層で脱偏光
（depolarization）され、偏光板５を透過し、シ
ヤツタが開口される。この際、期間T₂，T₄，…
は100msec以下、好ましくは50msec以下の時間
とすることが必要でT₂，T₄，…を100msec以上
の時間で維持すると前述した様にバウンシング現
象が現われる。第４図Ｃは、期間T₁，T₂，T₃，
T₄，…における光学変化（T₁遮光−T₂透光−T₃
遮光−T₄透光…）を示しており、期間T₂，T₄で
例えば光源からの光線が選択されたシヤツタ開口
部３を通して感光体に到達することができる。

本発明によれば、周波数10kPH、実効電圧30V
の交流電圧を1msecの時間で共通電極と全ての信
号電極に印加したところ、透過率は1.5％であつ
たが、選択された信号電極に共通電極に印加した
波形と同相の波形を付与して、かかる区域の液晶
に印加される電圧を０としたところ、透過率が20
％にまでなることが判明した。

又、第４図Ａ−Ｂに示した様に期間T₁とT₃で
液晶に印加される電圧が、それぞれ逆相の関係を
有することによつて、液晶に付与される直流成分
を０とすることが好ましい。

第１図に示すバウンシング現象が現れるDAP
モード光学変調手段を用いた本発明の駆動法によ
れば、電子写真方式に適用した際には、従来の二
周波法や三極ゲート法を用いた電子写真方式と比
較して、(1)高速のプロセス・スピードが達成さ
れ、(2)高いコントラストが得られ、(3)回路設計が
容易となり、(4)温度依存性を考慮する必要がなく
なる、という効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図はバウンシング現象を説明する説明図で
ある。第２図ａは、本発明に用いられる液晶−光
学シヤツタの平面図、第２図ｂは偏光板の偏光軸
と液晶の配向方向の関係を示す説明図、第２図ｃ
は第２図ａのＡ−A′断面図である。第３図は、
本発明を電子写真方式プリンタに適用した態様を
示す説明図である。第４図Ａは共通電極に印加す
る波形の説明図、第４図Ｂは信号電極に印加する
波形の説明図、第４図Ａ−Ｂは液晶に印加される
波形の説明図、第４図ｃは液晶−光学シヤツタの
時間における光学変化の態様を示す説明図であ
る。 １……共通電極、２……信号電極、３……シヤ
ツタ開口部、４，５……偏光板、４′，５′……偏
光軸、６……液晶配向方向、７，８……基板、９
……液晶、１０……遮光マスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通電極と複数の信号電極との交差部で、複
   数のシヤツタ開口部を形成し、該共通電極と複数
   の信号電極との間に配置したホモジニアス配向の
   液晶を有する液晶セル及び偏光軸が90゜又は略90゜
   の角度で交差し、前記液晶セルを挟持した一対の
   偏光手段であつて、該偏光軸が前記ホモジニアス
   配向の方向に対して45゜又は略45゜の角度の方向と
   なる一対の偏光手段を備えた光シヤツタアレイの
   駆動法において、 前記複数のシヤツタ開口部に、前記液晶の閾値
   電圧より大きい電圧を印加することによつて、該
   複数のシヤツタ開口部を遮光状態とし、 そのうち選択されたシヤツタ開口部にのみ、前
   記液晶の閾値電圧より小さい電圧を印加すること
   によつて、該選択されたシヤツタ開口部を透光状
   態とし、 前記透光状態の光強度振動における最初の振幅
   のピークに達する前に、前記選択されたシヤツタ
   開口部に、前記液晶の閾値電圧より大きい電圧を
   印加することによつて、該選択されたシヤツタを
   遮光状態とする、 ことを特徴とする光シヤツタアレイの駆動法。