JPS63168621A

JPS63168621A - シヤツタアレイ素子

Info

Publication number: JPS63168621A
Application number: JP126687A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Kaneko; 金子　修三
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-01-06
Filing date: 1987-01-06
Publication date: 1988-07-12

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】（発明の分野）本発明はシャッタアレイ素子に関し、特にネマチック液
晶や強誘電性液晶を用いたシャッタアレイ素子に関する
ものである。

〔従来技術）これまで、強誘電性液晶素子をプリンタヘットの光学変
調部に適用した電子写真プリンタが、例えば米国特許第
４，５４８．４７６号公報や特開昭６０−１０７０２３
号公報などで提案されている。

この電子写真プリンタで形成したコピーは、通常白黒か
らなる２値で画像が形成されている。

ところで、クラークらが、米国特許第４，３６７．９２
４号公報や米国特許第４，５６３，０５９号公報でメモ
リー性が付与されたカイラルスメチック液晶素子を明ら
かにしているが、このカイラルスメクチック液晶素子は
、電界方向に対して２値のうちの白に対応する第１安定
配内状態と黒に対応する第２安定配内状態とに配向する
ことが知られている。従って、このカイラルスメクチッ
ク液晶素子は、極性の異なる電圧印加に対応して生じる
白（又は黒）から黒（又は白）への転移が急激に起こる
ため、特に高速駆動で電圧振幅制御による階調表示が困
難となる問題点かあった。

一方、電子写真プリンタでは、増々高速駆動が要求され
ている。このため前述したカイラルスメクチック液晶素
子をシャッタアレイ素子に適用し、これによって階調性
を付与したコピー画像を形成するのが一層困難となる問
題点が生じていた。

又、米国特許第３，６７５，９８８号公報に開示された
ネマチック液晶素子は、１つの表示領域内に白と黒の領
域を制御することができるが、この液晶素子に、画像に
階調性を付与させるためのものではなかった。

〔発明の概要〕

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解消したシャ
ッタアレイ素子、特に高速駆動可能で且つ階調性付与可
能な電子写真プリンタを設計しつるプリンタヘッドのシ
ャッタアレイ素子を）是イ共することにあ乞。

本発明は、低抵抗の走査電極とこれに結合させた抵抗層
とを面内に有する第１の基体と、前記抵抗層と複数交差
する信号電極群とを有する第２の基体との間に光学変調
物質を挟持し、前記抵抗層と前記信号電極群との交差部
で形成したシャッタ部を複数配列したシャッタアレイ素
子に特徴を有している。

（発明の態様の詳細な説明）以下、本発明を図面に従って説明する。

第１図は本発明のシャッタアレイ素子の平面図、第２図
はその斜視図である。

第１図と第２図において、３と４はガラス。

プラスチック等の透明な基体である。第２図に示す上側
基体４には信号電極２とシャッタアレイの開口部１１の
みを残して遮光マスク５を高分子あるいは金属等を印刷
や蒸着等により形成した遮光マスク５が設けられている
。また第２図下側基体３には５ｎ０２やＴｌＯ２その他
の透明な薄層１ａ、Ｉｂを１０３Ω／ロ〜１０９Ω／ロ
程度のシート抵抗値を有する抵抗膜として酸素気中ある
いはその他のガス中でスパッタリングすることなどによ
り設け、さらに該抵抗膜１ａ。

１ｂ上に、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ等を蒸着またはスパッター
等によりそれぞれ走査電極Ｓ、、Ｓ２またＳ３．Ｓ、と
してそのシート抵抗がほぼ１０２Ω／口以下である様に
設けれれている。

前記信号電極２および抵抗＠１（Ｉａ、ｌｂ）との間に
は必要に応じて不図示の５ｉ０２等絶縁層またはポリイ
ミド、ＰＶＡ等の配向膜等を介して、ＴＮ液晶や強銹電
性液晶等の光学変調物質１２が挟持されている。

上記により構成される本発明の光シヤツタアレイ素子で
は走査電極３１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４にそれぞれ走査電圧
を与えるが各走査電極は充分低抵抗のものであるため、
与えた走査電圧は走査電極に沿ってほぼ一様に伝達され
る。ここで隣り合う走査電極（たとえばＳｌとＳ２．Ｓ
３とＳ４）に異なった電圧を与えることにより、走°査
電極間の前記抵抗膜１０面内に一様に電位勾配を付与す
ることが出来、それぞれの信号電極２との間に電位差勾
配を形成することが出来る。

この時信号電極２に与える信号電圧を各々選べば、各開
口部１１において選択的に所望の開口率を得ることが出
来る。

上記構成においては、抵抗膜（およびＡ１１等の走査電
極Ｓ、、Ｓ２・・・）のａ雑な形状のエツチングが不要
のためセルの作成も容易である。

次に光学変調物質１２の１例として強誘電性液晶を使用
した場合について本発明をさらに詳しく説明する。

強誘電性液晶については、°゛ル・ジュルナール・ド・
フイジイク・レターズ゛（°″ＬＥ　　ＪＯＵＲＮＡＬ
　　ＤＥ　　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　　ＬＥＴＴＥＲ３”）
第３６巻（Ｌ−６９）１９７５年の「フェロエレクトリ
ック・リキッド・クリスタルスＪ　　（ｒＦｅｒｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ
」）；　　″アプライド・フイジイツクス・レターズ”
　　（”Ａｐｐｌ　１ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ”）第３６巻。

第１１号、１９８０年の「サブミクロ・セカンド・ハイ
スティプル・エレクトロオプティック・スイッチング・
イン・リキッド・クリスタル」（Ｓｕｂｍｉｃｒｏ　　
５ｅｃｏｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｏｏ
ｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　　ｉｎ　　Ｌｉｑｕ
ｉｄ　　ＣｒｙｓｔａｌＳＪ）；”固体物理”　１６　
（１４１）１９８１「液晶」等に記載されており、本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。

より具体的には、本発明に用いられる強誘電性液晶化合
物の例としては、デシロキシベンジリデン−Ｐ′−アミ
ノ−２−メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）
、ヘキシルオキシベンジリデン−Ｐ′−アミノ−２−ク
ロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）、＋３よ
び４　　ｏ　　　（２−メチル）−ブチルレゾルシリチ
ン−４′−オクチルアニリン（ＭＢＲＡ　　８）等が挙
げられる。

これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化合
物がＳｍＣ＊、ＳｍＨ＊、ＳｍＩ＊。

ＳｍＦ＊、ＳｍＧ＊となるような温度状態に保持する為
、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ＡＪ２
等のブロック等により支持することができる。

第１１図は強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。２ｆａと２１ｂはＩ　ｎ２０．。

ＳｎＯ２やＩＴＯ（インジウム−ティン−オキサイド）
等の透明電極がコートされた基板（ガラス板）であり、
その間に液晶分子層２２がガラス面に垂直になるよう配
向したＳｍＣ＊相の液晶が封入されている。太線で示し
た線２３が液晶分子を表わしており、この液晶分子２３
は、その分子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐよ
）２４を有している。基板２１ａと２１ｂ上の電極間に
一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子２３のら
せん構造がほどけ、双極子モーンメト（Ｐ工）２４はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子２３の配向方向を変
えることができる。

液晶分子２３は細長い形状を有しており、その長軸方向
と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って、例えばガラ
ス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置した
偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わ
る液晶光学変調素子となることは、容易に理解される。

さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場°合（例えば
１μ）には、第１２図に示すように電界を印加していな
い状態でも、液晶分子のらせん構造はほどけ（非らせん
構造）、その双極子モーメントＰ又はＰ′は上向き（３
４ａ）又は下向き（３４ｂ）のどちらかの状態をとる。

このようなセルに第１２図に示す如く一定の閾値以上の
極性の異なる電界Ｅ又はＥ′を付与すると、双極子モー
メント電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応して上向き
３４３又は下向き３４ｂと向きを変え、それに応じて液
晶分子は第１の安定状態３３ａ（明状態）かあるいは第
２の安定状態３３ｂ（暗状態）のいずれか一方に配向す
る。

この様な強誘電性液晶を光学変調素子として用いること
の利点は２つある。第１に応答速度が極めて速いこと、
第２に液晶分子の配向が双安定状態を有することである
。第２の点を例えは第１２図によって説明すると、電界
Ｅを印加すると液晶分子は第１の安定状態３３ａに配向
するが、この状態は電界を切ってもこの第１の安定状態
３３ａが維持され、又、逆向きの電界Ｅ′を印加すると
、液晶分子は第２の安定状態３３ｂに配向してその分子
の向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの状態に保
ち、それぞれの安定状態でメモリー機能を有している。

このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるには、セルとしては出来るだけ薄い方が好ましく、
一般的には、０．５μ〜２０μ、特に１μ〜５μか適し
ている。

この種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有
する液晶−電気光学装置が、例えばクラークとラガバル
により、米国特許第４，３６７．９２４号明細書で提案
されている。

上記の強誘電性液晶を用いた本発明のシャッタアレイ素
子においては第２図のセル上下に偏光板をほぼクロスニ
コルの関係で設けることが出来る。

第３図に本発明の光シヤツタアレイの素子の駆動原理を
説明するための電圧印加例を示す。

第３図に示すセルの模式図は、前記光シヤツタアレイ素
子を側面より見たものである。ここで、走査電極Ｓ　Ｉ
ｋ：Ｖ　Ｓ　Ｈ、Ｓ２にＶｓ２．Ｓ３にＶｓ＝　、Ｓ４
にＶｓ４の電圧を印加するが、Ｖｓ、のみ異なる電圧と
し、Ｖｓ２　、ＶＢ２　。

Ｖｓ４をほぼ等しくすると、前記抵抗膜１の面上には■
、で示す電位分布が形成され、この時Ｓ、−Ｓ２間の抵
抗膜１には電位勾配が形成される。

一方、これと対向する信号電極２に電圧Ｖ２ａまたはＶ
２ｂもしくはＶ２ｃを印加する。この時信号電極２と抵
抗膜１とで挟持された液晶に作用する電圧はＶ　２ａ−
Ｖ　ｌ　、Ｖ　２ｂ−Ｖ　Ｉ　、またはＶ２ｃｍＶ１と
なり、この電圧の極性と振幅とにより、前記液晶分子の
反転が決定される。

ここで信号電極２に印加される電圧と前記抵抗膜１の電
圧の差が正である時にシャッタか「白」　（透過状態）
になる方向であるとする。

まず信号電極２が電圧■２□の時、第３図においてＶ　
２ａ−Ｖ　、が反転閾値ｖｔｈを越える部分ａの範囲に
おいて、シャッタの開口部は「黒」から「白」に反転し
その他の部分は閾値ｖｔｈを越えないために、もとの状
態「黒」を維持している。

また、信号電極２が電圧Ｖ２ｂのときＶ　２ｂ−Ｖ　ｌ
がｖｔｈを越える範囲はｂであるため、Ｖ２１１を印加
した信号電極２に対向するＳ１〜Ｓ２間の抵抗膜部分、
すなわちこの開口部はほぼ全面「黒」から「白」に反転
せしめる。

一方、信号電極２に印加される電圧がＶ２ｅの場合は、
■２ｃｍＶ１はいずれも反転閾値ｖｔｈを越えないため
に元の状態「黒」を保つことになる。

すなわち、抵抗膜１にＶｌで示す様な電位勾配を形成し
ておき、信号電極２に印加する電圧値をそれぞれ変える
ことにより、たとえば第４図に示す様に各シャツタ開口
部の光透過状態を任意に変えることができる。第８図（
Ａ）に前記の光透過特性の１例を挙げる。

第８図（、Ａ）において、８１は走査電極の電位勾配Ｏ
Ｖの時、８２は走査電極の電位勾配５■の時、８３は走
査電極の電位勾配８Ｖの時の特性曲線である。

第５図において、本発明光シヤツタアレイを用いて、そ
れぞれの電極への電圧印加と、この時のシャッタの光透
過状態を対比させた１実施例を、挙げる。

（１）第５図（Ａ）では全シャツタ開口部を「黒」にす
るために、走査型１ｉｉ　ｓ　＋〜Ｓ４と信号電極Ｉｎ
、Ｉｎ＋１に走査を極と信号電極との電位差が閾値ｖｔ
ｈ以上となる電圧を印加する。

（この時のＳ＋〜Ｓ４電位、およびＩｎ、Ｉｎ＋１の電
位を消去電位とする）。

（２）走査電極Ｓ１と３２間の抵抗膜１ａ！、：電位勾
配を形成し、信号型ｉＩｎ、Ｉｎ＋１それぞれに所望の
電圧を印加し、ＬＩＮＥＩにおける開口部の光透過状態
を定める。この時、走査電極Ｓ３．Ｓ４は基準電位（た
とえばτボルト）に保つことによりＩＩＮＥ２の開口部
における液晶層には、ｖｔｈ以上の電圧がかからないよ
うにすることでＬＩＮＥ２の開口部は「黒」状態を保つ
（第５図（Ｂ））。

（３）走査電極Ｓｌ、Ｓ２を基準電位にし、走査Ｔ、　
ｇ　Ｓ　３　、　Ｓ　４および信号電極Ｉｎ、Ｉｎ＋１
を消去電位にすることにより、ＬＩＮＥ２における開口
部を再び「黒」状態に一様に整える。この時、ＬＩＮＥ
Ｉにおける開口部においては、液晶に印加される電圧は
ｖｔｈより小さいため、前の光透過状態をほぼ保つ（第
５図（Ｃ））。

（４）走査電極Ｓ３とＳ４間の抵抗膜１ｂに電位勾配を
形成し信号電極Ｉｎ、Ｉｎ＋１それぞれに所望の電圧を
印加し、ＬＩＮＥ２における開口部の光透過状態を定め
る。この時、走査電極Ｓ、。

Ｓ２は基準電位に保つことによりＬＩＮＥＩの開口部は
前状態を保つ（第５図（Ｄ））。

（５）走査電極Ｓ３．Ｓ４を基準電位にし、走査電極Ｓ
ｌ　、Ｓ２および信号電極Ｉｎ、Ｉｎ＋１を消去電位に
することによりＬＩＮＥＩにおける開口部を「黒」状態
に一様に整える（第５図（Ｅ））。

（６）走査電極Ｓ、、Ｓ２間に電位勾配を形成し、信号
電極Ｉｎ、Ｉｎ＋１・・・それぞれに所望の電圧を印加
しＬＩＮＥＩにおける開口部の光透過状態を定める（第
５図（Ｆ））。

以下、第５図（Ｃ）〜（Ｅ）迄のプロセスを信号に応じ
て所望のＶｌｎ、ＶＩｎ＋１を選択することにより繰り
返す。

その他の実施例として、前記第５図（Ｃ）および（Ｅ）
で示したプロセスを第５図（Ａ）で示す駆動を行なって
も良い。

上記例においては、各変調を与える制御を信号電極の電
圧値を変えることによって行なったが、たとえば強誘電
性液晶を用いた場合第８図（Ｂ）に例示する様なパルス
巾特性があるため各信号電極に与える電圧のパルス巾、
またはパルス数を変゛えることによっても、上記と同様
の変調を行うことが出来る。

第８図（Ｂ）は、信号電極に電圧２０Ｖ印加した時で、
８４は走査電極の電位勾配ＯＶの時、８５は走査電極の
電位勾配５ｖの時の特性曲線である。

前記の説明においては、２行に分割した形ての本発明光
シヤツタアレイを挙げたが、本発明においては第９図に
示す様なラインを分割しないものでも良い。

また、その他の実施例として第１０図に示す様に２行に
分割した他の形式のものであっても良い。ここで第１０
図（Ｂ）の（ａ）に示した電位分布図はＬＩＮＥＩにお
ける開口部に階調信号を与える場合、（ｂ）に示す図は
ＬＩＮＥ２における開口部に階調信号を与える場合であ
り、それぞれ第５図（Ｆ）または（Ｄ）に相当するプロ
セスを示すものである。

第６図は本発明シャッタアレイ素子１０を用いて、通常
の電子写真感光体ドラム等の光受容体１３に光変調信号
を与える場合の概図である。

ここで１１は蛍光灯、またはＬＥＤアイレ等の長尺光源
、１２は光反射率である。また光シヤツタアレイ１０と
光受容体１３との間には必要に応して不図示のセルフォ
ックレンズアレイ等の光学手段を設けても良い。

ここで上記本発明光シヤツタアレイは光透過状態を基本
的に１画素分の開口部内において面積変調を行うことに
より制御するものである。

このように面積変調を行った光を光受容体に与える上で
、適当なアウトフォーカス手段を用いることによってさ
らに滑らかな階調画像を与えることも出来る。

第７図は通常の光受容体として用いるＳｅ。

α−３ｉ、０ＰＣ（有機感光体）の露光量Ｅと表面電位
■との関係を示す典型例である。第７図の階調範囲に光
量を変調する様に光源、または光シャッタ、光受容体の
駆動を行う。

また前記実施例として挙げた２行に分割した形式のもの
または３行等複数行に分割したものを用いる場合には、
それぞれ必要なラインメモリを用いて、光受容体に光信
号を与える様にする。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば光シヤツタアレイの各開口
部における動作を安定化させるとともに、各画素毎にお
いて光透過状態を制御することが出来るため電子写真プ
リンタ等における光受容体に高密度で階調性のある信号
を与えることが出来、良好なプリント画像を提供するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシャッタアレイ素子の平面図で、第２
図はその斜視図である。第３図は本発明のシャッタアレ
イ素子に印加される電位勾配を模式的に表わした側面図
である。第４図は本発明のシャッタアレイ素子に階調信
号を印加した時の態様を表わした平面図である。第５図
（Ａ）〜（Ｆ）は、書込みステップ時の本発明のシャッ
タアレイ素子に印加される電位勾配とその時の画素状態
を表わした説明図である。第６図は本発明のシャッタア
レイ素子を用いた電子写真プリンタの斜視図である。第
７図は光受容体の露光量に対する表面電位特性を示した
特性図である。第８図（Ａ）は、本発明のシャッタアレ
イ素子における走査電極の電位勾配に対する信号電極の
電圧振幅特性を示す特性図である。第８図（Ｂ）は本発
明のシャッタアレイ素子における走査電極の電位勾配に
対する電圧パルス幅特性を示す特性図である。第９図は
本発明の別の態様のシャッタアレイ素子の平面図である
。第１０図（Ａ）は、本発明の他の態様のシャッタアレ
イ素子の平面図で、第１０図（Ｂ）はそのシャッタアレ
イ素子で形成した電位勾配を模式的に示す説明図である
。第１１図及び第１２図は本発明で用いたカイラルスメ
クチック液晶素子を示す斜視図である。躬Ｂ図懲４！−図毛６図翁７図（ｘ　０−ｒｂ、　）躬５ →イム５１配有１電圧。０艮偏）懲８図（８） →４号電梧叡王ｌでルス巾第１０図（Ａ）躬１０図（８）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）低抵抗の走査電極とこれに結合された抵抗層とを
面内に有する第１の基体と、前記抵抗層と複数交差する
信号電極群とを有する第２の基体との間に光学変調物質
を挟持し、前記抵抗層と前記信号電極群との交差部で形
成したシャッタ部を複数配列したことを特徴とするシャ
ッタアレイ素子。
（２）前記光学変調物質が液晶である特許請求の範囲第
１項記載のシャッタアレイ素子。
（３）前記液晶がネマチック液晶である特許請求の範囲
第２項記載のシャッタアレイ素子。
（４）前記液晶が強誘電性液晶である特許請求の範囲第
２項記載のシャッタアレイ素子。
（５）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある特許請求の範囲第４項記載のシャッタアレイ素子。
（６）前記カイラルスメクチック液晶の膜厚が、無電界
時にカイラルスメクチック液晶のらせん構造を解消する
のに十分に薄い膜厚に設定されている特許請求の範囲第
５項記載のシャッタアレイ素子。
（７）前記シャッタ部からの光路中に光受容体が配置さ
れている特許請求の範囲第１項記載のシャッタアレイ素
子。
（８）前記シャッタ部の光透過面積を階調情報に応じて
制御する特許請求の範囲第１項記載のシャッタアレイ素
子。