JPS63161431A

JPS63161431A - 液晶シヤツタ装置

Info

Publication number: JPS63161431A
Application number: JP30782986A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yuasa; 湯浅　一弘
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1988-07-05

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、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。

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。

これに対し、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
」工業化学筒３１巻筒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＋■８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−Ｖｏ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、強
誘電性液晶が光オンオフに充分に応答できる時間に設定
されている。

また、このようにメモリ機能を有していることから強誘
電性液晶を時分割で駆動することができ、したがって、
素子数が非常に多くなる平面表示装置等の表示装置にも
適用することができる。

しかしながら、従来、このような強誘電性液晶は、その
構造上大量生産が困難なので製造コストが大きいという
不都合を生じていた６［目的コ本発明は、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、製造コストを低減でき、かつ、メ
モリ性を実現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、その強誘電性液晶の分子配向を配向膜（絶縁膜）に
よって実現することで、液晶板を大量生産できるように
している。また、このような構造の強誘電性液晶にメモ
リ性を持たせるために、少なくとも立下り端が傾斜をも
つパルス信号を印加して液晶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１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。

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Ｉ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、光源１１、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、セグメント電極２３
の下面に積層された高抵抗の透明な材質からなる絶縁層
２６、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２７、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２８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。またこの場合、ＴＮ型の液晶と
同様に、絶縁層２６．２７が強誘電性液晶２７の液晶分
子を初期配向する配向膜を構成しており、その材質は、
例えばポリイミド等である。なお、初期配向は、配向膜
の表面を擦ること（ラビング）によって実現できる。

また、強誘電性液晶２８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１４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
０とコンデンサＣ０の並列回路と、絶縁層２６および絶
縁層２７をあられす抵抗Ｒ，とコンデンサＣ１どの直列
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■を印加すると、その
ときに液晶層に印加される電界Ｅ（１）は、次式のよう
に得られる。

ただし、 τＳ＝ρ鵬ρ・ε０（ε嘗ｄ・＋２ε、ｄ、）／（２ρ
−鵬＋ρ・ｄ・）二二で、εｅは液晶層の比誘電率、ρ
。は液晶層の抵抗率、ｄ、は液晶層の厚さをそれぞれあ
られす。

また、ε１は絶縁層２６．２７の比誘電率、ρ１は絶縁
層２６．２７の抵抗率、ｄゆは絶縁層２６．２７の厚さ
をそれぞれあられす。また、ε。真空の誘電率である。

したがって、ステップ電圧を印加したときに液晶層に印
加される電界は、絶縁層２６．２７の厚さｄ。

に応じて第５図に示すように変化する。なお、以下の説
明においては、厚さｄ、が約５００人の一般的な配向膜
を用いた場合について説明する。その場合、液晶層にお
ける電界は、第５図の曲線ＬＬのように変化（減衰）す
る。

さて、このように電界減衰を生じる液晶板１４に、第６
図（ａ）に示すような駆動パルスを印加すると、その駆
動パルス幅が十分に長いものであれば、液晶層に印加さ
れる電界は、同図（ｂ）のようにその駆動パルス波形の
微分波形のように変化し、このときの電界の波高値およ
び実効的な印加時間が強誘電性液晶２８の分子配向が切
り換るに充分な値をもてば、その駆動パルスの立上り端
で、同図（Ｃ）に示すように、液晶シャッタが光オンす
る。そして、強誘電性液晶２８のメモリ性により、その
光オン状態が維持される。

また、印加されている駆動パルスの立下り端で逆方向に
変化する電界が液晶層に印加されると、強誘電性液晶２
８の分子配向が反対方向に切り換るので、光オンした液
晶シャッタが光オフする。そして、その光オフ状態が維
持される。

このように、パルス幅が充分に大きい駆動パルスを印加
すると、配向膜（絶縁層２６．２７）を用いて初期配向
させた強誘電性液晶２８にメモリ性をもたせることがで
きる。

ところで、液晶板１４を時分割駆動するときには、液晶
板１４に構成されている液晶マイクロシャッタを複数の
組に分割して、おのおのの組単位に駆動パルスを印加す
るので、上述のように、直流的な駆動パルスを印加した
場合には、時分割駆動を実現できない。

時分割駆動゛を実現するためには、第７図（ａ）に示す
ように、短いパルス幅の駆動パルスを用いる必要がある
。

しかしながら、本発明者の実験によれば、このようにパ
ルス幅の短い駆動パルスを印加したときには、同図（ｂ
）のように、液晶板１４の光オンオフ状態が駆動パルス
の立上り端と立下り端で切り換ることが観察され、液晶
板１４のメモリ性が発現されない。

かかる現象は、次のようなことが理由であると考えられ
る。

すなわち、第８図（ａ）のように、パルス幅が短く、ス
テップ的に立上り立ち下がる電圧を液晶板１４に印加し
たとき、まず、その電圧の立上り端では、上述のように
液晶層内の電界が微分波形的に変化するので（同図（ｂ
）参照）液晶シャッタが光オンする（同図（ｃ）参照）
。

ここで、液晶層内の電界は、印加電圧が一定になってい
る間は徐々に減衰していくが、電界の大きさがＯになる
前、すなわち、液晶層にメモリ性が発現される前に、印
加電圧がステップ的に立ち下がるので、その立下り端に
応じて逆方向の電界が生じる。

このとき、その逆方向の電界のエネルギー（第８図（ｂ
）の斜線部分の面積）が、光オフするために充分に大き
ければ、その時点で液晶シャッタが光オフする。

このように、パルス幅が短く、かつ、立上り端および立
下り端がステップ的に変化する電圧が印加されたときに
は、液晶板１４にメモリ性があられれる前に、光オフに
充分なエネルギーの逆極性の電界が印加されるので、光
オンの状態を維持できなくなる。また、光オフするとき
の場合についても、同様である。

すなわち、このような電圧を印加したときに液晶シャッ
タの光オンが維持しないのは、その電圧の立下り端で逆
方向に大きな電界が印加されることが原因と考えること
ができる。

したがって、電圧の立下り端で印加される逆方向の電界
のエネルギーがあまり大きくなければ。

第８図（Ｃ）に一点鎖線で示すように液晶シャッタが完
全に光オフ状態にならず、その電界のエネルギーをさら
に小さくすると、同図に二点鎖線で示すように光オン状
態が維持されると考えられる。

さて、印加電圧の立下り端で液晶層に印加される電界の
エネルギーを小さくするには、次のようにすればよい。

すなわち、液晶層に印加される電界が印加電圧の微分波
形になっていることから、第９図（ａ）に示すように、
立下り端が傾斜をもって変化するような波形の電圧を印
加すると、同図（ｂ）に示すように、その立下り端が原
因して液晶層内に発生する電界がＯよりも小さくなるこ
とがない。

したがって、このような波形の電圧を印加したときには
、それが除去された状態でも光オン／オフが維持される
ので（第９図（Ｃ）参照）、強誘電性液晶２８のメモリ
性を発現することができる。

このような原理に基づいて、発明者が行なった実験によ
れば、第１０図（ａ）に示すように立上り端がステップ
的に変化し、かつ、立下り端が傾斜をもって変化するよ
うな駆動パルス信号を液晶板１４に印加したところ、同
図（ｂ）に示すように、液晶板１４がその駆動パルス信
号の立下り端では光オン／オフ状態を変化せず、液晶板
１４にメモリ性をもたせることができることを確認した
。

また、このように立下り端が傾斜をもつ駆動パルスは、
例えば、第１１図に示すように、簡単な積分回路等によ
って形成することができる。なお、この回路では、駆動
パルスの立上り端もなまるが、その立上り端による電界
エネルギーが強誘電性液晶２８の分子配向状態を切り換
えることができる程度に大きければ、問題はない。

以上説明したように、配向膜によってＴＮ型の液晶と同
様の方式で初期配向した強誘電性液晶２８を使用した液
晶板１４、すなわち、大量生産に適した液晶板１４にメ
モリ性をもたせることができるので、液晶シャッタを時
分割駆動することができ、液晶板１４を駆動するための
駆動回路の構成を簡単にす゛　ることかできる、したが
って、強誘電性液晶を用いて高速動作が可能な液晶マイ
クロシャッタアレイや液晶表示装置を、ＴＮ型の液晶を
用いた装置波に安価に実現することができる。

なお、上述した実施例では、液晶板において、光マスク
をコモン電極側に配設しているが、セグメント電極側に
設けてもよい。

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、ＩＴＯ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、メッ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、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。

［効果コ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、その強誘電性液晶の分
子配向を配向膜（絶縁膜）によって実現することで、液
晶板を大量生産できるようにしている。また、このよう
な構造の強誘電性液晶にメモリ性を持たせるために、少
なくとも立下り端が傾斜をもつパルス信号を印加して液
晶シャッタをオンオフしている。その結果、製造コスト
を低減でき、メモリ性を実現でき、さらには、高速動作
が可能なる強誘電性液晶を用いた液晶シャッタ装置を実
現できるという利点を得る。

【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図は配向膜（絶縁層）の厚さと電界減衰の関係を示し
たグラフ図、第６図は液晶シャッタの動作例を説明する
ための波形図、第７図は駆動実験の一例を示す波形図、
第８図は液晶駆動の解析結果を説明するための波形図、
第９図はメモリ性をもたせるための駆動例を示す波形図
、第１０図は駆動実験の他の例を示す波形図、第１１図
は駆動パルスを形成するための波形整形回路の一例を示
す回路図、第１２図は従来の駆動例を示す波形図である
。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、２６．２７・・・絶縁層、２８・・・強誘
電性液晶。第１図第２図（ｂ）第４図第６図第７図第８図１）　　　　　、Ω

Claims

【特許請求の範囲】

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上記強誘電性液晶を配向
するために配設された絶縁膜と、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オンオフ状態を反転するマイクロ
シャッタに対応した上記一対の透明電極に少なくとも立
下り端が傾斜をもつ駆動パルスを印加することを特徴と
する液晶シャッタ装置。