JPS6347729A - 液晶セルアレイとその駆動方法 - 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
を複数個並べたセルアレイとそ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、光の透過を制御す
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、光が透過
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、液晶が２値にしか使用されないのは、液晶
の配向状態を他の状態に変える遷移過程が起こる電圧幅
が比較的狭く、かつ光透過部と光不透過部を高速に動作
させることが困難なため、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はあまり研究さ
れなかった。

この発明は、同一セル内に光透過部と光不透過部を任意
に形成しく以下絞り動作と称する）、この中間段階の光
透過または光反射を高速で安定に制御することが可能な
面積変調型の液晶セルを複数個並べたセルアレイとその
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〕

この発明の第１の発明の液晶セルアレイは、主電極の両
側に２個の電極を持つ一方の板と、主電極の両側に２個
の電極を持つ他方の板との間に、誘電異方性が周波数に
より逆転する液晶を挾んだセルを複数並べたものである
。

第２の発明にかかる液晶セルアレイの駆動方法は、印加
する低周波の電圧は低下させ、非選択のセルに印加する
低周波の電圧は前記電圧より高くし閉状態を形成し、こ
れらの信号に高周波電圧を重畳して絞り状態を選択的に
形成するものである。

第３の発明にかかる液晶セルアレイの駆動方法は、４種
類の電圧または位相の異なる駆動電圧を各々の４個の電
極に印加し、光透過状態と絞り状態と光不透過状態をセ
ルアレイの各セルに形成するものである。

〔作用〕

第１の発明においては少ない電極とｗＡ動回路によって
選択的に各液晶セルを絞り状態に制御することができる
。

第２の発明においては、誘電異方性が周波数によ°り逆
転する液晶を用い、低周波電圧の印加と高周波電圧の組
合せにより絞り動作を行うなめ、絞り動作と光不透過状
態の切替えが高速に行われ、かつ駆動波形の波高と位相
の両者を組み合わせることにより効率的に７トリツクス
型駆動をさせることが可能である。

また、第３の発明においては、高周波または低周波の電
圧を制御する方法と、高周波または低周波の波高は一定
とし、デユーティ制御により絞り動作の大きさを制御で
さ、前者はアナログ回路に適し、後者はディジタル回路
に適しており、どちらの回路によっても駆動が可能であ
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明に使用する液晶用の基本セルの分解状
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
の他方の板（以下同じ（下板という）、４はスペーサ、
５と６は前記上板２の電極、７，８は前記下板３の電極
、９，１０は透明電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
必要であるが、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
着し、スペーサ４により生した上板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。

次にこの基本セル１の基本動作を説明する。

第１図の上板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７と８を接地する。

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ａｑｂ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（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、偏光面が
直交するように置いた状態の場合を示しである。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
例が原理説明として判り易いため、これを使用する。

２■を電極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、５ｖではａ点近傍の光はほとんど透過し
なくなる。また、８Ｖ、ＩＯＶと大きくなるに従い光非
透過部はｂ点の方向に移動し、光透過部の面積が減少す
る。この現象は、電極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、かつ主電流９が抵抗体
として働（ため、主電極９には位＠ａから位置すにほぼ
直線的に降下する電圧分布が形成される。一方、液晶に
は、上板２の主電極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■以上の電圧が液晶に加わる位置がｂ点側に広
がることにより光透過部が少な（なる。

第３図は具体的に光を透過するセルの窓の状態変化を図
示したものである。この状態を絞り動作（光透過状態と
光非透過状態とが分布する状態）と呼ぶ。図中の（ｉ）
〜（ｉｖ）は電極５の電圧ＣがＯＶであり、（Ｖ）のみ
はＣ＝１０Ｖとしたものである。電Ｓ６に印加する信号
電圧Ｓが（ｉ）のＯｖのときは窓全体が光透過状態であ
り（以下この部分を光透過部４１とする）、（ｉｉ）の
Ｓ＝２．５Ｖではａ点の近傍は光透過がほとんどない部
分（以下この部分を光非透過部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（以下この部分を遷移部とする）４３があり
、その右には光透過部４１がある。（ｉｊ）の５＝４Ｖ
とすると光非透過部４２が拡がり、遷移部４３が少し挟
まりつつ右に移動し、光透過部４１が減少しな。この傾
向は、（ｉｖ）の５＝７Ｖでさらに顕著になった。また
、（Ｖ）の５＝１０Ｖ。

Ｃ＝１０Ｖでは光は全く透過しなくなった。

第４図は別の条件で駆動した場合を示すもので、判り易
く図示するために第１図の構造のセルの下板３を９０°
回転させて（実際には第１図のように電極５，６，７．
８は配置されている）示した°゛断面図と外部回路図で
ある。この外部回路は、電極７と８に接続した配線が接
地されているとともに、電極８は分圧用の抵抗器１２と
１３の接続点と接続しである。ここで抵抗器１２と１３
は抵抗値が等しいとして以下の説明をする。また、電源
１１には直流Ｎ源を用い、上板２上の電極５と６に接続
しである。この電源１１は次の第５図の説明の都合で直
流としたものであるが、交流に変えても同じ作用がある
。また、接地の位置は第５図の説明を判り易くするため
に決めたものである。

第５図は第４図の主電極９上の位置と、各々の位置にお
ける電極５と６の電圧差を示す図である。

図中の実線（ｉ）は、電源１１により電圧を印加した場
合の主電極９の電圧分布である。一方、点線は液晶が旋
光状態から遷移状態を経て非旋光状態に移るしきい値電
圧であり、両極性にそれぞれ存在する。ここで、実線（
ｉ）と２本の点線が交差する部分より内側は光透過部４
１を形成し、それより外側は遷移状態を経て光非透過ｓ
４２になる。

この場合の実際に形成される光透過部の分布を第６図に
示す。ここで、第６図の左に示したａとｂの記号は第１
図の記号と一致している。

セルの窓の状態は上下に光非透過部４２が形成され、中
段に光透過部４１が形成される。この光透過部４１の幅
は電源１１の電圧を増加させると狭まる。

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１図のセル構造で各電極から延びる端子
に各々Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを付し、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、Ｃ，Ｄは各
々電極６，５，７゜８に接続しである。

第８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４士、−２０で示し、光透過分布
を光透過部４１（白ぬき）、光非透過部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
うに、Ｎｏ、　８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。ＮＩＩＬ９は電圧０
であるため、ととでは参考として示した。

゛第９図は第８図に示されるすべての状態を連続的に再
現するための時間に対する電圧波形例である。図中の（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は各々端子Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄに印加する電圧波形である。端子ＡとＢおよ
びＣとＤに印加する電圧波形は、Ｏｖを中心にして対称
であるので、端子ＡとＣについて以後の説明を主にする
ことにする。

端子Ｃに印加する電圧波形の周期は、端子Ａに印加する
電圧波形周期の４倍であり、端子への＋。

−２０の各１状態あたり端子Ｃは＋、−が各１回とＯが
２回必ずあるようにしである。このため、例えば端子Ａ
が０の間に端子Ｃは＋、　Ｑ、　−、０になり、第８図
のＮ１１Ｌ７，８，９の状態が出現する。

また、端子Ａが十の間に端子Ｃは士、　０．−、０にな
るため、第８図のＮｏ、１．２，３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８
図のＮｏ、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が液晶の応答速度以下であ
れば各状態が個別に現れる。しかし、それ以上になると
、その合成した状態とな９、その状態は光透過窓の光透
過状態として示した第９図（Ｅ）のように円形の光透過
部４１が形成される（以下円形絞りと呼ぶ）。この絞り
が円形になる理由は実効電圧の計算より求まるが、ここ
ではその説明は省略する。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。また、円形絞りは
第１０図から第１４図の波形を用いても第９図と同様に
形成される。

第１０図は第８図のＮａ　８　、　Ｎｏ、　３　、　Ｎ
ａ　７　、　Ｎｏ、６の端子電圧符号を順に繰り返す場
合である。

第１１図は第８図のＮｏ　１　ｐ　Ｎｏ、　２　ｐ　Ｎ
ｏ、　４　ｐ　Ｎｏ、　５の端子電圧符号を順に繰り返
す場合である。

第１２図は第８図のＮｏ、、２　、　Ｎｏ、　１　、　
Ｎｏ、　４　、　Ｎｏ、　５の端子電圧符号を順に繰り
返す場合である。これは基本的には第１１図と同じであ
るが、第１１図では端子ＡとＣの周波数が違うのに対し
、第１２図は周波数が同一であり、端子ＡとＣの位相が
ずれている場合である。また、位置をずらして確率的に
第１１図と同じ端子電圧符号を出力させる方法と゛して
第１３図の波形がある。この場合は端子ＡとＣに印加す
る電圧波形の周波数が異なっている状態である。

第１４図は端子ＡとＣがＯから＋へのみ立ら２上がる波
形で、位相が１８０°ずれている場合である。

これらいずれの波形においても極性が逆方向の場合が存
在するが、それは端子ＢとＤを各々端子ＡとＣに置き換
えた場合に相当している。また、端子ＡとＣの周波数差
は最も少ない差となる場合を主に選んで示したが、その
周波数差はことて示した値と異なっても同様に成立する
。また、ここで用いた交流波の波形は電圧が有効にかか
る時間を長くすることを主眼にしたため矩形波で示した
が、サイン波や三角波等でも有効な電圧印加時間が変わ
るが同様の結果が得られろことは明らかである。

以上がこの発明のセルの基本動作と駆動方法であるが、
この方法は旋光状態から非旋光状態に変わる速度は０．
１〜１０ミリ秒程度の高速であるが、逆に非旋光状態か
ら旋光状態に変わる速度はそれの１〜２桁程度遅い低速
である。このため後述する光プリンタ用の光スィッチと
して使用するには動作が遅い欠点がある。これに対し駆
動電源の交流の周波数が低い場合は正の誘電異方性を示
し、周波数が高い場合は負の誘電異方性を示す液晶を用
いて、周波数を変えることにより高速動作が可能になる
。□ 第１５図は駆動周波数に対する誘電異方性を示す液晶の
特性例であり、１０ＫＨｚ以下では正。

それ以上では負の誘電異方性を示している。この境にな
る点を以後変化点と呼ぶことにする。−次にこれを使用
したセルを駆動するこの発明の駆動方法を説明する。

変化点以下の低い周波数（以下低周波とする）の電圧印
加では正の誘電異方性を示し、液晶はホメ第１・ロビッ
ク配列となり、光非透過状態となる。

一方、変化点以上の高い周波数（以下高周波数とする）
の電圧印加では負の誘電異方性を示し、液晶はホモジニ
アス配列となり、光透過状態とな乞。これを利用すると
光非透過状態と光透過状態に交互に変わる速度を高速に
することが可能になる。

第１５図の特性を持つ液晶として電界制御複屈折効果を
示すＥＣＢ液晶を使用したセルを作製し第７図の外部回
路を使用した場合で具体例を説明する。ここで、セルの
上下に設置する偏光板は偏光面が直交するように置いた
。電源１４は変化点以下の周波数の交流とし、と屯を動
作させるとセルは光不透過状態となる。一方、電源１５
は変化点以上の周波数の交流とし、これを動作させるセ
ルは光透過状態になる。

第１６図はその例を示す駆動波形図であり、（ｉ）は第
７図の電源１４の出力、（１りは電源１５の交流出力で
ある。ただし、（ｉｉ）の波形のＯｖの位置はアース電
圧とは無関係な値であり、電極５と接続される電源出力
を基準とした時の電極６と接続される電源１１の電圧を
示している。ここで、高周波は長方形の図形にＸ印を入
れた部分で示した。乙の印は以後の説明においても同様
とする。

（ｉｊ）の矢印と記号は（ｉ）と（ｉｉ）の波形が意味
する動作がＳｌ、Ｓ２の両側の矢印の範囲では光透過窓
が閉じている状態であり、Ｉめ両側の矢印の範囲では絞
り動作が行われている状態で光透過窓が開いていること
を示している。この記号と矢印は以後の図においても同
様である。

次に具体的動作を説明する。Ｓｌで示される範囲では第
１６図の（ｉ）の電源１４は出力をしているが、電Ｍ１
５は第１６図の（ｉｉ）に示すように出力が０■である
。このため光透過窓は閉じている。

一方、■で示される範囲では第１６図の（ｉ）の電源１
４はＳ、と同じ条件で電圧を出力している。

一方、第１６図の（ｉｉ）に示すように電源１５は高周
波を出力しており、その波高は電源１４の波高より高く
なっている。この状態では第１６図の（ｉｖ　）として
示すように光透過窓の状態で示す絞り動作が行われる。

この場合、光透過窓の中で電源１４の低周波の電圧によ
り大きい高周波の電圧差を主電極９と１０の間に生じて
いる部分は・光透過状態になり、逆にその電圧差が小・
さいが無い部分で゛は光非透過状態になり絞りとなる。

この絞り動作は高速で行われる。一方、これを再び閉じ
るＳ２の範囲では、第１６図の（ｉ）の電源１４は出力
を続けるが電源１５の出力がＯになるため高速に光透過
窓が閉じる。　− この時、高周波電圧は低周波電圧より高い必要が、ある
ため、絞り動作をさせるための駆動電圧が高（なる。一
方、これを低くするため、低周波電圧を低下させて高周
波電圧を減少させると、セルの窓全体の光透過率が増大
し、形成されろ絞り状態のコントラスト しかし、光透過窓を閉じた状態Ｓ□およびＳ２では、低
周波の電圧を高くし、絞り状態では電圧を低くする第１
７図の（ｉ）に示す波形を用いると、コントラス）・の
低下が少なく、かつ輪郭の明確な絞り動作が得られる。

次に、円形絞り動作用の駆動波形について説明する。

第１８図の（Ａ）〜（Ｄ）は第１図のセルの端子Ａ〜Ｄ
に入力する電圧波形である。光透過窓が閉じた状態のＳ
、の範囲では低周波の電圧が端子ＡとＢに同じ位相で入
力している。一方、端子ＣとＤは電圧がＯｖである。次
に絞り動作をするＩで示す範囲では、端子ＡとＢには低
周波で同じ位相の電圧に高周波の電圧が３ｆ畳して印加
されている。

また、端子ＣとＤには高周波の電圧が印加されている。

この場合、第１９図に示すように絞り動作は中心の円形
部が光ノＶ透過部４２になり、周辺部が光透過部４１に
なり、第９図（Ｅ）に示した状態が反転した状態となる
。この状態はセルの上下に設けた偏光板の偏光面を平行
にすることにより逆転し、第９図（Ｅ）の場合と同じ状
態を示す。

次に、光透過窓が絞り動作から閉じるｓ２の範囲では、
すべての端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの出力は、Ｓｌと同じ状態
になり高速に光非透過状態になる。

このセルは分子の方向を変える場合と元に戻す場合の両
方ともに電場を使うため、絞り状態と光非透過状態の切
り換えが高速になる特徴がある。

この場合も高周波の駆動電圧を低下させるため正は、絞
り動作時のみ低周波電圧を低下させる方法が有効である
。第２０図にその電圧波形を示す。

絞り状態では第１８図の（Ａ）と（Ｂ）の波形に用いる
低周波の電圧を光透過窓が閉じた状態Ｓ１およびＳ２に
比べ低くシ、それに高周波をｍ畳した。

この場合もコントラストの低下が少なく、かつ輪郭の明
確な絞り動作が得られた。

次に第１７図、第１８図、第２０図等の駆動波形を用い
て絞り動作を行う場合に使用する高周波の波形を説明す
る。

第２１図から第２４図は第１０図から第１３図の絞り動
作の駆動波形を応用したものである。

これらの電圧波形においても各々の端子Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄに印加する電圧波形を第１８図に示すように４種
類とも表示することが好ましいが、端子ＡとＢ、および
ＣとＤとに印加する電圧波形は、ＯＶを中心にして対称
であるので、端子ＡとＣについて以後の説明をし、端子
ＢとＤについての説明は省略する。

第２１図は第８図の＆８．虱３．＆、７．虱６の端子電
圧符号を順に高周波で繰り返す場合である。

第２２図は第８図のＮｌｌ、Ｎ１２．Ｎ１４．Ｎ１５の
端子電圧符号を順に高周波で繰り返す場合である。

第２３図は第８図の＆２．Ｎｌｌ、Ｎｏ、４，１に５の
端子電圧符号を順に高周波で繰り返す場合である。

これは基本的には第２２図と同じであるが、第２２図で
は端子ＡとＣの周波数が違うのに対し、第２３図は周波
数が同一であり、端子ＡとＣの位相がずれている場合で
ある。また、位置をずらして確率的に第２２図と同じ端
子電圧符号を出力させる方法として第２２図の波形があ
る。この場合は端子ＡとＣに印加する電圧波形の周波数
が異なっている状態である。

これらの高周波電圧を第１７図、第１８図、第２Ｏ図等
の波形の中で使用することにより絞り動作をさせること
が可能である。

これまでの説明では、絞り動作の大きさの制御は、電圧
波形の波高の制御によって行っていた。

これに対し、電圧は一定とし、高周波のパルス幅（デユ
ーティ）を変えることにより絞り動作の大き°さが変え
られることが見い出した。次にこれについて説明する。

第２１図は第８図のＮｃｈ　８　、　Ｎａ　３　、　Ｎ
ｏ、　７　、　Ｎｏ、　６の端子電圧符号を順繰り返す
場合であったが、この場合の基本周波数は変えずに、正
または負の電圧の印加時間を短くしたものが第２５図で
ある。このように、電圧無印加時間が増大し、実質的な
電圧印加時間が減少するような波形とすると、円形絞り
動作の円の半径が拡大し、光透過面積が変わることが判
明した。また、第２１図の駆動波形の電圧無印加時間を
変えることによっても同様に絞り動作の光非透過部の幅
や円の半径を変えることができた。このように、電圧を
印加時間と電圧無印加時間の比を制御することにより光
透過窓２３の絞り状態部の大きさを制御することが可能
である。まな、実質的な電圧印加時間を制御して絞り動
作部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、電圧制御によ
る絞り状態部の面積を変える方法に比べ、ｗＡＩｉ１１
回路が容易になる利点がある。

次ニこの発明のセルを複数個並べたセルアレイについて
説明する。

第２６図は第１図のセルを複数個並べた時の上板２上の
電極５と６および主電極９の配列の一部を示す図である
。第２７図は下板３上の電極７゜８および主電極１０の
配列の一部を示す図である。

このセルアレイでは１つのセルの各電極５，６゜７．８
が２個の主電極９と１０に接続されている。

これは通常の独立した配線を各セルに設ける方法では４
個の駆動回路を必要とし、回路的な負担が大きいため、
駆動回路を半分に減少させる目的を持つとともに、これ
に伴い配線数が減少し、配線密度の低下をもたらし、製
造を容易化する効果がある。

第２８図は第２６図と第２７図を重ね合わせた状態を示
す配線や透明電極の配列の概略を示す図であり、上板２
の配線は実線とし、下板３の配線は破線で示した。また
、配線の位置が明確になるように多少配線の状態を変え
て示した。この配線は、上板２の配線が接続された２個
の光透過窓２１と下板３の配線が接続された２個の光透
過窓２１が交互にずれている点に特徴がある。ところで
、各電極５と６に接続する端子をＡ１とＡ２およびＢ１
とＢ２とし、各々が交互に配列されるようにした。また
、各電極７と８に接続する端子をＣ１とＣ２およびＤｌ
とＢ２とし、各々が交互に配列されるようにした。

また、各光透過窓２１にＷ１〜ＷＩＯのように記号を付
けた。

次にこのセルの駆動方法について説明する。

このセルは先に説明したように低周波が高周波の電圧に
比べて高い時にはセルは閉状態であり、逆の電圧関係で
は絞り状態または全面開状態になる。

このため、例えば光透過窓２１のＷ５を絞り状態とする
ためには、端子ＡＩ、Ａ２に加える低周波電圧は同じ位
相の低電圧ＶＬとし、かつ第２１図〜第２５図に示す絞
り動作用の高周波を重畳させ、かつ光透過窓２１のＷ５
に接続されるＣＩ、Ｃ２の端子に同様の高周波を重畳す
ることにより光透過窓２１のＷ５は絞り状態となる。一
方、これらの端子と接続される光透過窓２１のＷ４．Ｗ
６にはそれぞれに接続された端子ＤＩ、Ｄ２およびＢｌ
、Ｂ２に高周波より高い電圧Ｖｎの低周波の電圧を印加
し、光透過窓２１のＷ４とＷ６がＷ５の絞り用に加えた
高周波電圧により絞り動作が起こらないようにする。こ
の操作により光透過窓２１のＷ４と共通の端子Ｄ１とＢ
２を持つ光透過窓２１のＷ３および光透過窓２１のＷ６
と共通の端子Ｂｌと８２を持つ光透過窓２１のＷ７は閉
状態となる。一方、光透過窓２１のＷ８とＷ２は、これ
らの制限がないため、上述した光透過窓２１のＷ５と同
様にして絞り状態とすることが可能である。このように
すると、光透過窓２１の上側の列では光透過窓２１のＷ
５の次はＷｌｌ、　Ｗｌ７．　Ｗ２３．・・・・・・と
３個に１個の割合で絞り動作が可能であり、光透過窓２
１の下側の列ではＷ２．　Ｗ８．　Ｗｌ４．・・・・・
・と３個に１個の割合で絞り動作が可能である。次に絞
り動作をさせる部分を、例えば光透過窓２１のＷ７に移
すには光透過窓２１のＷ５の動作と同じ信号を印加°゛
することで達成できる。この時、同時に絞り動作が可能
な光透過窓２１は上側の例ではＷｌ、　Ｗｌ３゜Ｗｌ９
等であり、下側の列ではＷ４．　ＷＩＯ，Ｗｌ６等であ
る。さらに、これと同様にして光透過窓２１のＷ３．Ｗ
９．　Ｗｌ５．Ｗ２１やＷ６．　Ｗｌ２．　Ｗｌ８等を
同時に絞ることが可能である。このように乙の方法を用
いることにより、６回の絞り動作により全ての画素の絞
り動作が可能である。

第３４図はとのＷＸＡｒＪｊＪＪ方法を連続的に行う場
合の具体的波形を示す図である。

第３４図の（１）の波形は光透過窓２１のＷ５に接続さ
れた端子Ａ１とＡ２に印加する波形であり、これと同様
の波形が光透過窓２１の’／／１１やＷｌ７等（図示路
）の端子ＡＩ、Ａ２またはＢｌ、Ｂ２に印加される。た
だし、各々の光透過窓２１ごとに絞りの大きさが異なる
時は高周波の電圧が異なる。一方、第３４図の（２）の
波形は光透過窓２１のＷ５．　Ｗｌｌ。

Ｗｌ７等に接続される端子ＣＩ、Ｃ２まなはＤＩ、Ｂ２
に印加される。

第３４図の（３）の波形は光透過窓２１のＷｌ、　Ｗ７
゜Ｗｌ３等に接続される端子ＡＩ、Ａ２またはＢｌ、Ｂ
２に印加される。同様に第３４図の（４）の波形は光透
過窓２１のＷ３．Ｗ９．Ｗｌ５等に接続される端子ＣＩ
。

Ｃ２またはＤＩ、Ｂ２に印加され、第３４図の（５）の
波形は光透過窓２１のＷ３．　Ｗ９．　Ｗｌ５等に接続
される端子ＡＩ、Ａ２またはＢｌ、Ｂ２に印加され、第
３４図の（６）の波形は光透過窓２１のＷｌ、　Ｗ７．
　Ｗｌ３等に接続される端子ＣＩ、Ｃ２またはＤＩｐＤ
２に印加される。ここで、これらの高周波は各セルごと
に第２１図から第２５図の説明で示した関係を持つ波形
としたものを使う。

このような条件下で第３４図の信号を印加すると、範囲
Ｓ１から８７で示す瞬間は全ての光透過窓２１が閉状態
である。一方、■１では光透過窓２１のＷ５．　Ｗｌｌ
、　Ｗｌ７等が絞り状態となり、■２では光透過窓２１
のＷｌ、　Ｗ７．　Ｗｌ３等が絞り状態となり、■３で
は光透過窓２１のＷ２．’Ｗ８．Ｗ１４等が絞り状態と
なり、■４では光透過窓２１のＷ４．ＷＩＯ。

Ｗｌ６等が絞り状態となす、Ｉ５では光透過窓２１のＷ
３．　Ｗ９．Ｗｌ５等が絞り状態となり、Ｉ６では光透
過窓２１のＷ６．　Ｗｌ２．　Ｗｌ８等が絞り状態とな
り、全ての光透過窓２１を個別に絞り状態とすることか
できる。

次にさらに効率の良い他の駆動方法について説明する。

第２９図は第１９図と第２１図などの駆動波形に用いる
低周波の４種類の基本波形と、それらをセルに印加した
時に液晶に加える電圧を示したものである。

第２９図の（１）〜（４）は基本波形であり、（１）と
（２）は波高が同じであるが位相が逆転している。（３
）と（４）は同じ波高であるが（１）と（２）より高＜
　、（３１と（１）、および（４）と（２）の位相が等
しくしである。

（５）〜（８）の波形は（１）または（２）の基本波形
を上板２の電極５またば６に印加し、（３）または（４
）の基本波形を下板３の電極７またば８に印加した時に
液晶に印加される電圧であす、（５１は基本波形（１）
と（３）、（６１は（２）と（３）、（７）は（２）と
（４）、（８）は（１）と（４）を上板２と下板３間に
印加した時の波形である。これかられかるように、液晶
に印加されろ電圧は、位相が合っている場合は両電圧の
差となり、位相が逆の場合は両電圧の和となる。

一方、第２８図の千鳥状に並んｔ！光透過窓２１の上側
は、Ａ１．Ａ２とＣ１，Ｃ２の端子と接続されたセルお
よびＢｌ、Ｂ２とＤＩ、Ｂ２の端子に接続されたセルか
らなり、下側に並ん−だセルは、Ｂ１゜Ｂ２とＣＩ、Ｃ
２およびＡＩ、Ａ２とＤＩ、Ｂ２の端子に接続されたセ
ルからなる。このため第２８図のセルのＡＩ、Ａ２およ
びＢｌ、Ｂ２に各々第２９図の（１）と（２）の波形の
低周波を印加し、第２８図のセルのＣ１とＣ２およびＤ
ｌとＢ２に各々第２９図の（３）と（４）の低周波を印
加すると、第２８図の上側の列のセルのＡＩ、　Ａ２．
ＣＩ、Ｃ２およびＢｌ、　Ｂ２．　ＤＩ、　Ｂ２の端子
に接続されるセルの液晶には各々第２９図の（５）およ
び（７）の低い波高の低周波が印加されろ。

一方、第２８図の下側の列のセルのＢ　１．Ｂ　２．　
Ｃ１゜Ｃ２およびＡＩ、　Ａ２．　ＤＩ、Ｂ２の端子と
接続されるセルの液晶には各々第２９図の（６）と（８
）の高い波高の低周波が印加される。

このため、高周波の波高を第２９図の（５）または（７
）お波高より高＜　、（６）または（８）より低くし、
第２１図〜第２５図のような高周波を各端子に重畳して
印加すると、この場合は第２８図の上側の列の光透過窓
のみを絞り状態とし、下側の列の光透過窓は閉状態にす
ることができる。また、この時、上側の列の光透過窓の
絞り動作は各端子に印加する高周波電圧を制御すること
により任意の大きさとすることが可能である。

次に、下側の列の光透過窓のみを絞り動作とし、上側の
列の光透過窓は閉状態にするｔコめには、第２８図のセ
ルの端子ＡＩ、Ａ’２および８１，８２には第２９図の
（１）と（２）の波形を継続して印加し、第２８図のセ
ルのＣ１とＣ２およびＤｌとＢ２に各々第２９図の（４
）と（３）の低周波を印加する。この状態で絞り動作用
の高周波を各端子に重畳して印加する乙とにより、下側
の列の光透過窓のみ絞り状態にすることができる。

次に閉状態から絞り状態に移り、さらに再び閉状態に戻
る具体的波形について説明する。

第３０図の（Ａ）と（Ｂ）は各々第２８図の端子ＡＩ。

Ａ２およびＢ　１．　Ｂ　２に印加する波形である。光
透過窓２１が閉じた状態の８１の範囲では低周波の電圧
が端子Ａｌ、Ａ２およびＢｌ、Ｂ２に逆の位相で入力し
ている。次に絞り動作をするＩで示す範囲では、端子Ａ
Ｉ、Ａ２およびＢｌ、Ｂ２には低周波の電圧に高周波の
電圧が重畳して印加されている。この時の高周波の波形
は第２１図から第２５図に示すような波形である。次の
光透過窓を閉じる状態Ｓ２の範囲では低周波の電圧が印
加されている。

第３１図の（Ａ）の波形は第３０図の（人）の波形を同
じであり、次の第３１図の（Ｃ）と（Ｄ）の図との波形
の関係を明確にするために示した図である。また、第２
８図の端子ＣＩ、Ｃ２およびＤＩ、Ｂ２に印加する波形
である。第３１図の（Ｃ）と（ＤＪは第３１図の（人）
と比べると８１と５２の範囲では低周波の位相が同じで
あるが、波高が異なっている。また、Ｉｔの範囲での高
周波は第３０図の高周波と第２１図〜第２５図に説明し
た絞り動作をする条件の波形の関係を持っている。

ここで、この周波数の条件は、第２８図のＡＩ。

Ａ”２およびＣＩ、Ｃ２の端子に印加する低周波が逆位
相で、Ｂ１とＢ２およびＤｌとＢ２の端子に印加する低
周波が同位相になる条件と同じであり、下側の光透過窓
の列が絞り状態となり、上側の光透過窓の列は閉状態と
なる。

一方、この関係と逆に、ＡＩ、Ａ２およびＣＩ、Ｃ２に
同位相、Ｂｌ、Ｂ２およびＤ　Ｉ、　Ｄ　２に逆位相の
低周波が印加される時は、上側の光透過窓が絞り状態。

下側の光透過窓が閉状態となる。このため、第２８図の
ＡＩ、Ａ２およびＣＩ、Ｃ２またはＢｌ、Ｂ２およびＤ
Ｉ、Ｂ２に入力する低周波の位相を８１や８２などの範
囲で適当な時に入れかえることにより、上側の列と下側
の列の光透過窓に分けて各光透過窓の絞り状態を制御す
ることができる。

第３２図の（Ｃ）、　（Ｄ）は第３１図の（Ｃ）、　（
Ｄ）の波形を改良した波形であり゛、絞り状態Ｉの前後
の閉状態では常に液晶セルに低周波の高い電圧が印加さ
れるようにし、絞り状態Ｉになる時に低周波の位相を逆
転し絞り状態が終了するときに再びもとの位相に戻して
いる。このようにすると、第２０図で説明したと同様に
絞り状態の光透過部と光非透過部のコントラスト 態から閉状態に戻る速度が速くなる利点がある。

以上説明した駆動方法は、円形絞り動作を前提とした駆
動方法であるが、乙の方法を変形すると、第３図や第６
図の光透過窓に示した絞り動作をさせることが可能であ
る。この方法として、例えば第３４図の（２１　、　（
４１　、　（６）の高周波信号をなくし、接地状態を続
ける方法や第３゛０図や第３２図の信号のうち高周波成
分をなく□ず方法がある。この場合は、一方の板上の端
子ＣＩ，Ｃ２やＤＩ，Ｂ２に入力する信号は両者共通の
信号となる。このため、このような使い方のみを使用す
る場合は、積極７が８のどちらか一方を省略したセルア
レイが（ｅ　用可能である。

次にこのセルの応用例について説明する。

第３３図はこれまでに説明したセルアレイを用いて光プ
リンタ用の光スィッチとし応用したものである。

光源３１を出た光はレンズ３２により集光され、偏”先
板３３を通って第２８図に示した露光用光スイツチアレ
イ２０に達する。ここで光は、光透過窓２１の光偏光分
布に従い偏光される。露光用光スイツチアレイ２ｏを通
った光は、偏光板３３と基板２２に設けた穴２３を通過
し、偏光面が合っている光のみが偏光板３４を通過する
。この光は、自己集束性ファイバ３５により感光体３６
に集光される。

この発明のセルを用いた露光用光スイツチアレイ２０を
用いると、１画素内の光分布を制御した光が感光体３６
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３６としては、銀
塩写真，電子写真。

ジアゾ写真などがあげられる。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、光反射型液
晶セルにもこの発明を適用できることは明らかである。

次に具体例について説明する。

〔具体例１〕 第２８図の構成のセルアレイを次のように作成した。主
ｍ極９，１ｏは表面抵抗が１００にΩの酸化ズス膜とし
、電極５〜８はアルミ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液晶（ＮＴＴＦ−０１
チッソ社！！りを入れてセルとした。また、偏光板は、
上板２の上と下板３の下の２箇所に入れ、上から順に偏
光面が直交するようにした。駆動方法はパルス発生器の
信号を電力増幅器で増幅した信号を各端子に入れて行っ
た。信号は第３４図の波形を各々端子に入力し、高周波
は第２３図の波形とした。周波数は低周波数が２ＫＨｚ
、高周波数が５０ＫＨｚとした。また、波高は、低周波
の高電圧を６０Ｖとし、低電圧をＩＯＶとし、高周波は
Ｏｖ〜６０Ｖの範囲で変化させた。

高周波が約１０Ｖ以上では絞り動作が見られ、第３４図
の工１〜Ｉ６までの範囲で示すタイミングに従い全ての
光透過窓が順次動作した。

〔具体例２〕 具体例１と同一条件のセルアレイを用いて信号（ｊ第２
９図と第３０図の波形を各々の波形を各々の端子に入力
し、高周波は第２３図の波形とした。

周波数は第２９図と第３０図に示す低周波数が２ＫＨｚ
、高周波数が５０ＫＨｚとした。まｔコ、波高は、第３
０図の（Ａ）と（Ｂ）の低周波は±３０Ｖ、第３１図の
（Ｃ）と（Ｄ）の低周波は±３５Ｖとし、高周波はＯＶ
〜６０Ｖの範囲で変化させた。

第３０図の（Ａ）と（Ｂ）の波形の各々の端子ＡＩ。

Ａ２およびＢｌ、Ｂ２に入れた。

一方、第３１図の（Ｃ）と（Ｄ）の波形を端子ＣＩ、Ｃ
２およびＤＩ、Ｄ２に交互に入れ換えたところ、上側と
下側の列の絞り動作を交互に行うことができ、かつ高周
波の電圧に比例して任意の位置の光透過窓に任意の大き
さの絞り状態を形成できた。

この方法を用いると、全てのセルを２列に分割して駆動
するため、駆動に要する時間が２倍になるが駆動回路が
半分になるとともに、配線密度を減少させたセルアレイ
が使用できた。

〔具体例３〕 具体例１と同じ条件のセルアレイを用いて第３２図の駆
動方法を用い、任意の位置の光透過窓に円形絞り動作を
行うことができた。

この時、光不透過部の光透過は具体例１より少なく、コ
ントラスト 絞り状態から閉状態に変わる速度が高速化した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる第１の発明は、
セルアレイを構成する液晶として誘電異方性が周波数に
より逆転する材料を用いているため、２種類の周波数の
駆動電圧や各種波数の位相を利用することにより、複数
のセルからなるアレイを複数に分割して駆動し、ＨＡ勅
回路と配線数を減少することができる。

また、この発明にかかる第２の発明は、高速度で紋り動
作と光不透過状態の切替えができる。

さらに、この発明にかかる第３の発明は、低周波の波高
は一定としデユーティ制御により絞り動作の大きさを制
御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶用の基本セルの分解状―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図と第６図は印加電圧と光を透過す
る窓の状態変化を示す図、第４図はこの発明の一実施例
を説明するためのセルの断面図と駆動回路を示す図、第
５図は第４図における所要部の電圧分布図、第７図はこ
の発明の他の実施例を説明するための断面図と駆動回路
を示す図、第８図は端子電圧符号と光透過分布を示す図
、第９図〜第１４図はこのセルを駆動するための波形を
示す図、第１５図はこの発明が使用する液晶の駆動周波
数に対する誘電異方性の関係を示す図、第１６図〜第１
８図および第２０図。 第２１図〜第２５図，および第２９図〜第３２図。 および第３４図はこの発明のセルを動作させるための駆
動波形を示す図、第１９図は絞り動作状態を示す図、第
２６図、第２７図はこの発明の液晶セルアレイの各々上
板と下板の電極等の配置図、第２８図はこの発明の液晶
セルアレイの構成図、第３３図は同じく光プリンタの断
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、５〜８は電極、９，１０は主電極、１１．１４．１
５は電源、１２．１３は抵抗器、２１は光透過窓、４１
は光透過部、４２は非光透過部、４３は遷移部である。 第１図 ９．１０：工ｔ＆ 第２図 一位置 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図　　　（Ｅ） 一時間 第１０図 一時間 第１１図 −吟閏 第１２図 第１３図 一咋閏 第１４図 第　１５１図 一周次数（ＫＨの 第１６図 （ｉＶ） （ｉｉｉ）　　Ｈｓ１＋Ｉ千５２−’−Ｊ。 第１７図 （ｉｉｉ）　　　＋Ｓ＋＋　Ｉ−トＳ２→第１８図 −ｇ？悶 第１９図 第加図 □時Ｐ５ 第２１図 一時間 第ｎ図 一時間 第２３図 第２４図 一時間 第２５図 （Ａ） 一時間 第２６図 第２７図 第２８図 第２９図 第３０図 □時開 第３１図 １、−５１−→−１＋５２← 第３２図 −５＋−±−１ｆＳｚ← 第３３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の板の透明電極の両側に２個の電極を持ち、
   他方の板の前記透明電極に対応する位置に設けた透明電
   極に１個または２個の電極を持ち、前記一方の板と他方
   の板の間に、誘電異方性が周波数により逆転する液晶を
   挾んだセルを複数並べたセルアレイの近接する２個の前
   記セルの前記一方の板の２個づつの前記電極を２個の配
   線に各々接続し、この２個のセルの前記他方の板の１個
   または２個づつの前記電極を近接する別の２個の前記セ
   ルの前記他方の板の１個または２個の電極に各々接続し
   たことを特徴とする液晶セルアレイ。
2. （２）一方の板の透明電極の両側に２個の電極を持ち、
   他方の板の前記透明電極に対応する位置に設けた透明電
   極に１個または２個の電極を持ち、前記一方の板と他方
   の板の間に、誘電異方性が周波数により逆転する液晶を
   挟んだセルを複数並べたセルアレイの近接する２個の前
   記セルの前記一方の板の２個づつの前記電極を２個の配
   線に各々接続し、この２個のセルの前記他方の板の１個
   または２個づつの前記電極を近接する別の２個の前記セ
   ルの前記他方の板の１個または２個の電極に各々接続し
   た液晶セルアレイの駆動方法において、選択するセルを
   絞り状態にする時に印加する低周波の電圧は低下させ、
   非選択のセルに印加する低周波の電圧は前記低下させた
   電圧より高くし閉状態を形成し、これらの信号に絞り動
   作に必要な高周波電圧を重畳して絞り状態を選択的に形
   成することを特徴とする液晶セルの駆動方法。
3. （３）一方の板の透明電極の両側に２個の電極を持ち、
   他方の板の前記透明電極に対応する位置に設けた透明電
   極に１個または２個の電極を持ち、前記一方の板と、他
   方の板の間に、誘電異方性が周波数により逆転する液晶
   を挾んだセルを複数並べたセルアレイの近接する２個の
   前記セルの前記一方の板の２個づつの前記電極を２個の
   配線に各々接続し、この２個のセルの前記他方の板の１
   個または２個づつの前記電極を近接する別の２個の前記
   セルの前記他方の板の１個または２個の電極に各々接続
   した液晶セルアレイの駆動方法において、前記一方の板
   上の電極に印加する低周波の電圧は位相が逆転している
   ２種類の信号であり、前記他方の板上の電極に印加する
   低周波の電圧は位相が逆転している２種類の信号で、か
   つ前記一方の板上の電極に印加する低周波の電圧と異な
   る電圧であり、前記一方の板上の電極に印加する低周波
   の電圧と位相および前記他方の板上の電極に印加する低
   周波の電圧と位相の差分を用いて前記液晶に印加される
   低周波電圧が異なるようにして閉状態を形成し、これら
   の信号に絞り動作に必要な高周波電圧を重畳して絞り状
   態を選択的に形成することを特徴とする液晶セルアレイ
   の駆動方法。
4. （４）閉状態を形成する選択したセルの絞り状態の前後
   の閉状態においては、上板と下板に印加する低周波に位
   相が逆転しており、前記絞り状態においては前記上板と
   下板に印加する低周波の位相が同じになるようにするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の液晶セ
   ルアレイの駆動方法。