JPS6225732A - 液晶セルの駆動方法 - 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〕 この発明は、液晶を利用した面積変調が可能な液晶セル
の駆動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、液晶は表示に用いるとともに、元の透過を制御す
る光シャッタとして使用されている。このうち、光の透
過を制御する光シャッタとして用いる場合は、光か透過
するかまたは透過しないかの２値に使うことが一般的で
ある。

〔発明を解決しようとする問題点〕

このよ５に、液晶が２値にしか使用されないのは、液晶
の配向状すを他の状態に変える遷移過程が起こる電圧幅
か比較的狭く、かつ温腿により変化するため、この遷移
過程を使って光の透過量や反射量を中間段階に制御する
ことが困難であるためである。

この発明は、同一液晶セル内に元透過部（脚光状態部）
と、光非透過部（非旋光状態部）を任意に形成し、この
中間段階の透過または反射を安定に制御することが可能
な面積変調型の液晶セルの駆動方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にか＼る液晶セルの駆動方法は、主電極の両側
に２個の電極を持つ一方の板と、主電極の少なくとも一
方に電極を持つ他方の板との間に液晶を挾んで構成され
た液晶セルを駆動するのに、一方の板の各電極に印加す
る電圧の極性と、他方の板の各電極に印加する電圧の極
性とを組合せ。

かつその電圧印加時間を調節するものである。

〔作用〕

この発明においては、各電極に印加する電圧の印加時間
の調節により所要の形状と大きさの脚光状態部が形成さ
れる。

〔実施例〕

第１図はこの発明に使用する基本液晶セル（以１下液晶
セルは単にセルという）の分解状態を示す斜視図であり
、この図で、１は基本セル、２は透明の一方の板（以下
便宜上、上板という）、３は透明の他方の＆（以下同じ
く下板という）、４はスペーサ、５と６はｌ！ｆｆ記上
板２の電極、７と８は前記下板３の電極、９と１０は透
明［極からなる主電極である。

ここで、上板２の上および下板３の下には偏光板が各々
必要であるか、ここでは図が繁雑になるため省略しであ
る。これらの上板２とスペーサ４と下板３とを互いに密
層し、スペーサ４により生じた上板２と下板３との間に
液晶を入れたものが基本セル１である。

次に動作を説明する。

第１図の上＆２上の電極５と６の内側の境を各々ＡとＢ
とする。また電極６に信号電圧を入力し、電極５および
下板３の電極８を接地する。ここで、この場合の電極７
は接地または）ｃ−−）状態とする。

第２図は信号電圧を第１図の電極６に印加したときの光
透過率と、第１図のＡとＢの位置の関係を信号電圧をパ
ラメータとして示したものである。

この時、信号電圧は交流信号で変調すると液晶の劣化が
少なくなり好ましい。

また基本セル１の上、下に設置する偏光板は、偏光面か
直交するように置いた状態の場合を示（。

である。この偏光板の偏光面を平行とすると、光透過率
は上下が逆転する。また液晶としてツィステッドネマチ
ックモードの液晶（以下ネマチック液晶という）を使用
したときの例を示す。

２Ｖｔｔ［極６に印加した場合は位置Ａの近傍の光透過
率が一部低下し、５■ではＡ点近９の光はほとんど透過
しなくなる。また８Ｖ、１０Ｖと大きくなるに従い光非
透過部はＢ点の方向に移動し、元透過部の面か減少する
。この現象は、Ｎ極６に信号電圧を印加すると接地され
た電極５の方向に電流が流れ、かつ主電極９が抵抗体と
して働くため、主電極９には位置Ａから位置Ｂにほぼｔ
［Ｍｌ的に降下する電圧分布が形成される。一方、液晶
には、上版２の主［極９に分布して形成された電圧と、
下板３の接地された主電極１０の電圧差分の電圧が印加
される。一方、液晶は２■程度の電圧で液晶の配向が変
り、光透過率が一部変化する。

このため信号電圧が高くなって、２■以上の電圧ｉが液
晶に加わる位置かＢ側に広がることにより元透過部か少
なくなる。

第３図は具体的に光透過窓の状態変化を図示したもので
ある。こ（で、第３図の上側は第１図に示した矢印の方
向が上側とした図であり、以下の図面においても同様に
矢印で上側を示す。図中の（１）〜（１９は電極５の電
圧ＣがＯｖであり、悼）のみはｅ＝１０Ｖとしたもので
ある。電極６に印加する信号電圧Ｓが＋１）のＯｖのと
きは窓全体が透明であり、（以下この部分な旋光状態部
４１とする）、（１１）の８−２．５Ｖでは位［Ａの近
傍は光透過がほとんどない部分（以下液晶の非旋光状態
部４２とする）ができ、その右には液晶の配向が徐々に
変化して光透過が徐々に上昇する部分（以下遷移部４３
とする）があり、その右には光透過のよい液晶配向部で
ある旋光状態部４１がある。（１１Ｄの８−４Ｖとする
と非旋光状態部４２が広がり、遷移部４３が少し挟まり
つつ右に移動し、旋光状態部４１が減少した。この傾向
は、０ψの５＝７Ｖでさらに顕著になツタ。まり（Ｖ）
の５＝１０Ｖ、Ｃ＝１０Ｖでは光は全く透過しなくなっ
た。

ここで、液晶をネマチック液晶から強紡電性液晶に変え
ると非旋光状態部４２は、配向方向が変化した状態であ
り、光の旋光方向が旋光状態部４１と別の方向となる。

このため光が透過しなくなる。

このような液晶の場合についても、この発明は同様に動
作する。しかし、ここでは特にこれＫついての詳細な説
明はせず、以後はネマチック液晶の場合罠ついてのみ説
明する。

第４図は第１図の上板２と下＆３と、それらの接続関係
を示した図であり、スペーサ４は図示を省略しである。

第４図の場合、電極５は接地し、電極６は電源１１に接
続され、電極８は抵抗器１２と１３で分圧した電圧が印
加されるようになっている。ここで１分圧した電圧は、
他に設けた電源にょう印加できることは明らかである。

この場合に形成される旋光状態部４１と非旋光状態部４
２．遷移部４３の分布を第５図に示す。

第５図は抵抗器１２と１３が等しい場合であり。

上下に非旋光状態部４２が形成され、中段に旋光状態部
４１が形成さ九る。この旋光状態部４１の幅は電源１１
の電圧を増加させると狭まる。一方、抵抗器１２と１３
の抵抗値を変えると、旋光状態部４１′９！：上下に移
動することが可能である。

ここで、抵抗器１２と１３は固定抵抗値の抵抗器および
可変抵抗器やトランジスタなどを用いてアナログ的に可
変な抵抗器が使える。また抵抗器１２．１３が分圧する
電圧を別に設けたｔ流または増幅器により、その分圧電
圧に相当する電圧を印加することによっても同様の結果
が得られる。

次に、光透過分布と各電極に印加する電圧との関係を整
理するために第６図のセル構造で各電極に端子Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄを設け、これに印加する電圧符号として説明する
。図中に示した端子Ａ、Ｂ。

Ｃ９Ｄは各々電極６．５．７．８に接続しである。

第７図は端子Ａ−Ｄに印加する電圧符号の正。

負および接地電圧を各々＋、−，０で示し、旋光状態分
布を光透過窓２３の状態として旋光状態部４１（白ぬき
）、非旋光状態部４２（斜線）で示した。ここで、遷移
部４３は省略した。図から判るよ５に−Ａ８までの状態
は２個ずつ縦横、右下り、左下りの４状態があることが
判る。屓９は電圧Ｏであるため、ここでは参考として示
した。

第８図は第７図に示されるすべての状態を再現するため
の時間に対する電圧波形例である。図中ノ（Ａ）、　　
（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）ハ各ｅ趨子Ａ、　　Ｂ
、　Ｃ。

０に印加する電圧波形である。端子Ａと８およびＣとＤ
に印加する電圧波形は、ｏｖを中心セして対称と非対称
であるが、こ（では対称とし、以後の説明は主に端子Ａ
とＣの波形をもって行うことにする。

端子Ｃに印加する電圧波形の周期は、端子ＡＫ印加する
電圧波形の周期の４倍であり、端子への＋、　−，０の
各１状態あたり端子Ｃは＋、−が各１回と０が２回必ず
あるようＫしである。このため、例えば端子Ａか０の間
に端子Ｃは＋１０１　１０になり、第７図のλ７．８．
９の状態が出現する。また端子Ａが十の間ＶＣ渇子Ｃは
＋、０．＋。

０になるため、第７図の４１．２．３の状態が出現する
。また端子Ａが−の間も端子Ｃは同様であるため、第７
図の腐４．５．６の状態が出現し。

これらすべてにより全状態が含まれている。

ここで、各電圧波形の周波数か撤晶の応答速度以下であ
れば各状態が個別に現ｔする。それ以上になると、その
合成した状愈となり、その状態は図中の右上に光透過窓
２３の光透過状態として示した。また以後の説明は応答
速度以上の周波数の電圧波形として示す。

この場合の光透過分布（旋光状態分布）の大きさは、電
圧波形の波高を大きくすることにより縮小し、逆に波高
を低くすることにより拡大する。

これに対し、電圧は一定とし、例えばパルス％ｌ−変え
るなどして波形を変えることにより光透過分布が変えら
れることが見い出された。次にこれについて説明する。

第９図は第７囚の７に８．　Ｊｌｌ＋　／紙７．朧６の
端子電圧符号を、頃に繰り返す場合であり１図の右上に
斜線を施して示す旋光状態分布である。この場合の基本
周波数は丈えずに、止また：ま負の電圧の印加時間を短
くしたものが第１０図である。このように、′ｊＩｌ！
頁的な電圧印加時間か減少するような波形とすると、ｗ
Ｊ９図の右上に示した光透過分布の白ぬきと１３（か）
光状、包恥４１）が拡大し、光透過面積が変わることか
牛］明し、た。これを用（ると、正または負の電圧印加
ｌＩｖ間を変えることにより旋光状態分布を自由に変え
ることが可能になる。

第１１図は第７図の＾１．況２．上４．／芝５の４子電
圧符号をＩＩＩＫ繰り返す場合であり、ｈしく図の右上
に胸元状つ分布を示す。この場合も、第１２図と第１３
図に示すように、実質的な電圧印加時間が減少するよう
な波形にすることにより。

第１１ノの右上に示した旋光状態分布の脚光状態部４１
が拡大することが判った。

第１２図の場合は、第１１１図の堪子Ａに印加する電圧
の正の電圧印加の前半の時間を電圧Ｏｖとし、途中から
正の電圧がかかるようにし、負の電圧印加時間の前半は
電圧？かげ、後半は電圧ＯＶとして、実質的な電圧印加
時間を減少させている、一方、パ子Ｂに印’１０する電
圧は、端子ＢのＡ貞的な電圧印加時間と合わせて′を圧
印カロ時間を縮小し１、電圧Ｏ■の時間を増加させてい
る。

第１３図の場合は、き−子Ａに印加する正および負の電
圧印加時間）−は変えず、正および負に変わる際にＯｖ
の電圧を設け、その長さを変えることにより実質的電圧
印加時間を減少させた。端子Ｂについても、端子ＡがＯ
ｖになっている時間と合わせて電圧をＯＶとして、実質
的電圧印加時間を変えている。このよって、実質的な電
圧を印加する時間乞変えることにより光透過窓２３中の
胸元状Ｑｉ４１の大きさを制御することが可能である。

また第１１図の波形で、端子ＡとＢ、または一端子Ｃと
Ｏのどちらか一方のみを実質的に電圧印加時間を減少さ
せると、第１４因の（１）や（１１）のように斜めに細
長い形状の旋光状態部４１が形成できる。

このよう圧すると、第１２図や第１３図のように対称に
脚光状態部４１が縮小、拡大するのに比べ、面積の変化
を細か（縮小、拡大ができるため、後述する光プリンタ
用のヘッドとして使用する際には、より細かい階調記録
が可能になる。またこのように、実質的な電圧印加時間
を制御□□して旋光状態部４１の面積を変える方法は、
一定の電圧を使用してディジタル回路により制御が容易
であるため、第９図以前に説明した電圧制御によろ脚光
状態部４１の面積を変える方法に比べ、駆動回路が容易
になる利点がある。またこれまでは、主電極９または１
０に印加する電圧のうち、電圧をＯＶとする時間を変え
ることにより旋光状活部４１の大きさを制御していたが
、この値は必ずしもＯＶである盛装はなく、しきい値電
圧以下の交流電圧とする場合や、２周波駆動用の液晶！
用いろ場合は、しきい値電圧とは；Ｉ！（関係な交流電
圧を印加することもある。

上記した実施例は、実質的な電圧印加時間の減少により
旋光状態部４１０面積が拡大する方法について述べたが
、次に旋光状態部４１の面積が減少する方法について述
べる。

＠１５図は第９図の波形を基本とした実施例の場合であ
るが、端子ＡとＣには第９図と同じ波形の電圧？印加し
である。しかし、端子８とＤは各々端子ＡとＣとは逆極
性の電圧がそれ等より短い幅で印加され、Ｏｖの電圧時
間か長くなるようにしである。このようにすると、第９
図で得らハる最小の旋光状態部４１の面積よりさらに小
さな旋光状態部４１が得られ、縮小が可能になる。この
原因についての詳細は不明確であるが、第１６図により
定性的な説明が可能である。

第１６図は第６図の主電極９上の位置と、各々の位置に
おける主電極９と１０の電圧差を示す図である。図中の
実線（１）は電極６（Ａ端子側）が負。

電極５（Ｂ端子側）が正であり、実Ｍ　（４１）は電極
６（Ａ端子側）が正、電極５（Ｂ端子側）が負であり、
実線（ｉｉｉは電極６（Ａ端子側）が正、電極５（Ｂ端
子側）がＯｖであり、実線（ＩＶ）は電極６（Ａ端子側
）が負、電極５（８端子側）がＯｖである。

ここで、いずれの場合も端子ＣとＤはＯｖのときとする
。またＶ。および−ｖｏは各々正と負のしきい値電圧で
ある。

ここで、第９図の波形の中で端子ＣとＯがＯｖのときの
電圧が印加されている場合は、実線（１）および（１１
）の電圧が交互に印加される。このため、その線がしき
い値電圧Ｖ。または−ｖｏと交差する２点の内側が元透
過部となる。これは記号Ｘの両側に矢印で示した範囲に
なる。一方、仮りに実線（１１，（ｉｉ）、　（ｉｉｉ
）、　ｆｌｙ）の条件になるように駆動が繰り返される
と、旋光状態部４１は実線（１）と（ｌｉｔが正のしき
い値電圧■。と交差する２点の内側および実線（１１）
と（ＩＶ）が負のしきい値電圧−ｖｏ　と交差する２点
の内側に狭まる。つまり、記号Ｙの両側に矢印で示した
範囲になる。このことから記号ＸとＹの範囲の中間の元
透過部が、第１５図の（Ａ）と（Ｂ）の波形の場合に形
成されることになる。また第１５図の（Ｃ）と（Ｄ）の
波形の場合も同様にして起こり。

両者の組み合せにより旋光状態部４１０面積が減少する
と考えられる。

これまで説明してきた動作は、第４図に示したセル配線
構成にも適用でき、第５図に示した光透過分布の中の旋
光状態部４１の幅を電圧波形の制御により任意に制御が
可能である。

第１７図はこれまでに説明したセルを７レイ状に並べた
感光体の露光用光スイッチアンイ２１であり、基板２２
上に第６図と同じ構造のセルの光透過窓２３が複数個並
べである。

信号入力端子は第６図の場合と同様にＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄで示した。この露光用元スイッチア／イ２１を用
いて光プリンタ用の元スイッチとして応用したものが第
１８図の構成図である。

光源２５を出た光はＶンズ２６により集光され、偏光板
２Ｔと第１７図に示した露党用党スイッチアＶイ２１に
達する。ここで光は、光透過窓２３の旋光状態分布に従
い偏光される。露光用光スイツチア／イ２１’に通った
元は、基板２２に設けた穴２Ｂと偏光板２９を通過し、
偏光面が合っている光のみが偏光板２９を通過する。こ
の光は、自己集束性ファイバ３０により感光体３１に集
光される。

このように、この発明のセルタ用いた露光用つｔｌ）ス
イッチア／イ２１は、１画素内の光分布を制御１シた元
が感光体３１上に形成され、印刷における網点印刷のよ
うに面積変調をした画像が得られる。

ここで、感光体３１としては、銀塩写真、電子写真、ジ
アゾ写真などが挙げられる。またこれまでの説明では光
透過型液晶セルのみについて述べたが１元反射型液晶セ
ルにもこの発明を適用できることは明らかである。

〔具体例１〕 第６図の構成のセルを次のように作成した＠主電極９．
１０は表面抵抗が２にΩの酸化スズ膜とし、電極５〜８
はアルミ真空蒸着により形成し、た。

上板２と下板３間は６μｍのポリエステル製のスペーサ
を用い、このスペーサにより形成された空隙にネマチッ
ク液晶を入れてセルとり、た。また偏光板は、上板２の
上と下板３の下の２個所に入れ。

上から順に偏光面が直交するようにした。各端子に印加
する電圧波形を第９図のようにした。ここで繰り返し周
波数はｌ０ＫＨ，とし、波高は±１０Ｖとした。これに
より第９図の右上に示すような元透過部が得られた。次
に第１０図のようにＯｖの電圧の時間が増加するように
したところ、元透過部の面積は増大した。

〔具体例２〕 具体例１Φと同じセルを用い、第１１図の電圧波形を用
いた。この場合の繰り返し周波数は細子Ａと８は５ＫＨ
２，４子ＣとＤは１０ＫＨｚとした・また波高値は±Ｉ
ＯＶとした。この結果、第１１図の右上に示す旋光状態
部４１は正方形であるが、実際には円形に近い旋光状態
分布を示し、中心部が光透過部となった。このように円
形の形状になった原因は不明である。

次に第１２図に示す波形としたにのとき、−子ＣとＯの
周波数はＯｖの電圧が増加するに伴い増加させた。この
結果、Ｏｖの時間を増加させるのに伴い、旋光状四部４
１０面積が増大した。

〔具体例３〕 具体例２と同じ条件で、４子ＡとＢ、または−子ＣとＤ
のみＯｖの時間を増加させたところ、第１４図に示す旋
光状態分布より全体的に丸味をおびていたが、傾いたた
゛円形の旋光状態部４１が形成された。

〔具体し１］４〕 具体例２と同じ条件で、第１５図の電圧波形を印加した
。この結果、第１１図の波形を印加した場合より小さい
円形の旋光状態部４１が形成さハた。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、一方の板と他方の板と
のそれぞれの電極に、所定の極性の電圧乞印加する操作
を所要の周期で繰り返して行うよう圧し、外部から印加
する電圧波形の形状を制御することにより、（１−セル
内の旋光状態？！５（光透過部）と、非旋光状態部（光
不透過部）の面ｊｊ［を任意に、かつ多段階に変えるこ
とができる。そのため、＋プリンタ等で網点ｉ　＋１　
Ｙ作製するのに適した中央が光透過し、周辺が不透過に
なる旋光状態分布が可能で、かつ種々の形状に光透過ケ
させることができる利点かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いる基本セルの分解状轢を示す斜
視図、第２図は基本セルにおける電圧と光透過率との関
係を示す図、第３図は印加電圧と光透過窓の状態変化を
示す図、第４図はこの発明の詳細な説明するためのセル
の分解斜視図、第５図は第４図の旋光状態分布図、第６
図はこの発明の駆動方法に用いるセルの分解斜視図、第
７図は第６図における端子の極性と旋光状態分布図、第
８図〜第１３図と第１５図は第６図の各−子に印加する
電圧波形の各株例を示す図、第１４図は旋光状態分布図
、第１６図は動作説明のための電圧分布図、第１７図は
この発明の応用例である感光体の露光用元スイッチ７Ｖ
イの構成図、第１８図は同じく元プリンタの断面略図で
ある・図中、１は基本セル、２は上板、３は下板、４は
スペーサ、５〜Ｂは電極、９．１０は主電啄、１１は電
源、１２．１３は抵抗器、２３は光透過窓、４１は旋光
状態部、４２は非旋光状態部４３は′ｉ１移部である。 第１図 １°暴本ｔル ２：、ｒ：販 ３−下、１！１シ： ４；スペー■ 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 ２３光透過窓 第９図 一峙ｒ：Ｉ 第１０図 （Ａ） 一時間 一時間 第１２図 （Ａ） −９〜問 第１３図 一晦閉 第１４図 第１５図 一時間 第１６図 ａｔ 第１７図 （、：ＢＣＥ３ＣＬ３　　Ｃ，：８（１：５（−ｈ５第
１８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主電極の両側に２個の電極を持つ一方の板と、主
   電極の少なくとも片側に電極を持つ他方の板との間に液
   晶を挾んで構成された液晶セルの駆動方法において、前
   記一方の板に対し、２個の電極に互いに逆極性の電圧を
   印加し、旋光状態部と非旋光状態部を同時に形成する時
   間と、全面を旋光状態部とする条件に前記２個の電極を
   設定する時間の割合を制御して電圧印加を行い、前記旋
   光状態部と前記非旋光状態部の面積比を制御することを
   特徴とする液晶セルの駆動方法。
2. （２）主電極の両側に２個の電極を持つ一方の板と、主
   電極の両側に２個の電極を持つ他方の板との間に液晶を
   挾んで構成された液晶セルの駆動方法において、前記一
   方の板および他方の板の両方に対し、２個の電極に互い
   に逆極性の電圧を印加し、旋光状態部と非旋光状態部を
   同時に形成する時間と、全面を旋光状態部とする条件に
   前記２個の電極を設定する時間の割合を制御して電圧印
   加を行い、前記旋光状態部と前記非旋光状態部の面積比
   を制御することを特徴とする液晶セルの駆動方法。
3. （３）主電極の両側に２個の電極を持つ一方の板と、主
   電極の少なくとも片側に電極を持つ他方の板との間に液
   晶を挾んで構成された液晶セルの駆動方法において、前
   記一方の板に対し、２個の電極に互いに逆極性の電圧を
   印加し、旋光状態部と非旋光状態部を同時に形成する時
   間と、２個の電極に互いに電圧の絶対値が異なる電圧を
   印加し、前記旋光状態部と前記非旋光状態部の形成状態
   と異なる状態を形成する時間の両時間の割合を制御して
   電圧印加を行い、前記旋光状態部と前記非旋光状態部の
   面積比を制御することを特徴とする液晶セルの駆動方法
   。