JPS638720A - 液晶光学装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、光の透過状態を制御する液晶光学装置に関す
る。

［従来技術とその問題点］ 近年、液晶を用いて光の透過状態を制御する光学装置が
広く使用されている。これらの光学装置のうち、光の遮
断状態と透過状態を高速度で切換え動作させる液晶シャ
ッタは、電子写真式プリンタの光制御素子として用いら
れている。この種、従来の液晶シャッタにおいては、Ｔ
Ｎ型（偏光板の偏光軸を互いに直交配置したツィステッ
ド・ネマチック型）の液晶素子あるいはＧＨ型（ゲスト
・ホスト型）の液晶素子を用いて２周波駆動するように
している。

上記２周波駆動方法は、液晶に高い周波数の電界を印加
すると液晶分子が電界に対して直交するように配向しよ
うとし、低い周波数の電界を印加すると液晶分子が電界
に対して平行になるように配向しようとする現象を利用
したものである。そして、この方式により駆動されるポ
ジ表示のＴＮ型の液晶素子は、高周波印加でシャッタ部
が開（光透過）、低周波の印加でシャッタ部が閉（不透
過）となり、また、ＧＨ型の液晶の場合は、高周波の印
加でシャッタ部が閉（不透過・・・着色）、低周波の印
加でシャッタ部が開（光透過・・・無着色）となる。

しかしながら、上記ＴＮ型液晶素子を用いた場合は、温
度により液晶分子の捩じりピッチが変化するため動作が
不安定である。また、ＴＮ型液晶素子は、電極間のギャ
ップによっても液晶分子の捩じりピッチが変化するので
、非常に高いギヤツブ精度が必要になる。更にＴＮ型液
晶素子は、高速応答性を得るために光学活性物質を添加
しなくてはならず、このため旋光分散等の影響により光
のもれが多くコントラストが低下するという問題があっ
た。

一方、ＧＨ型の液晶素子においては、２色性染料を添加
することで、その染料の２色性比、染料濃度、セル厚等
にコントラストが依存するものであり、また、温度変化
に対するシャ・ツタＯＦＦ状態か不安定であった。この
ため温度変化に対するコントラストの変化が大きく、使
用し得る温度範囲が比較的狭いという欠点があった。ま
た、白色光源等の発光分光特性が平坦に近い光源に対し
ては、数種類の染料を液晶に添加してシャ・ンタを構成
しなければならず、複数種の染料が必要になり、最適な
染料を探すのが非常に困難であった。

すなわち、ＧＨ型の液晶に溶解して用いる染料は、 （ａ）　　２色性比が高いこと。

（ｂ）　　光源の発光分光特性の最大発光波長帯と染料
の吸収分光特性の最大吸収波長 帯が一致すること。

（ｃ）　　ホストの液晶に対する染料の溶解度が高いこ
と。

（ｄ）　　染料分子の吸光度が大きいこと。

等の条件を満たさなければならず、これらの条件を満た
す染料を見出すことは困難である。

上記ＧＨ型の液晶素子を用いた液晶シャッタは、染料に
よる光の吸収によってコントラストを得ようとするもの
であるから、光源からの光を吸収するために発光波長帯
と吸収波長帯を一致させなけれはならない。そして、こ
のＧＨ型液晶シャッタのコントラストは、染料分子の長
軸方向に入射する光に対する光吸収の割合と長軸に垂直
方向に入射した光に対する光吸収の割合との差（２色性
比）を利用して光の透過、遮断を制御するものであるか
ら、この２色性比が大きくなければコントラストを高く
できない。また、染料分子１個当りの光吸収の度合（吸
光度）が大きくなければ多量の染料を液晶に溶解せねば
ならず、そのためには液晶に対して染料の溶解度が高く
なければならない。

逆に、染料の吸光度が高ければ少量の染料を溶解すれば
足りる。つまり、吸光度が大きい染料をできるだけ多く
液晶に溶解して用いればコントラストは高くなるが、上
述した各条件を満足した染料を見出だすことは極めて困
難である。そこで、例えば吸光度が低い染料を液晶に対
する溶解限度まで溶解して用いることもできるが、この
場合には低温で染料が染料が析出するという問題がある
。

従って、上記吸光度と溶解度との関係により、コントラ
ストを高くすることが困難であり、また、液晶分子特有
の２色性比にも限界があるためコントラストを高くする
ことができない。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光を透過状
態又は遮断状態に制御する速度が速い、液晶光学装置を
提供することを目的とする。

［発明の要点コ 本発明は、周波数に応じて誘電異方性の正負が反転する
液晶材からなる液晶層の両側に一対の偏光部材を配置し
、前記液晶材の誘電異方性に応じた周波数の電場を前記
液晶材に印加して、液晶分子をホメオトロピック配向と
斜め配向とに配向制御することにより、液晶分子を高速
動作させることを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。まず、
本発明において使用する液晶セルの基本構成について第
１図により説明する。第１図において１１．１１は、所
定の間隔を保って配置されるガラス基板である。上記ガ
ラス基板１１の外側には偏光板１２．１２が、内側には
透明電ｌｆｆ１３．１３及び配向膜１４．１４がそれぞ
れ積層配置される。そして、上記ガラス基板１１．１１
間に上記ｆｆｌ極１３．１３及び配向膜１４．１４に挟
まれて光ンヤッタを形成する２周波駆動用液晶１５が封
入される。

第２図は、上記構成をもつ液晶セル１６の液晶分子配向
方向（ラビング方向）と偏光板１２．１２の配置の関係
を示したものである。第２図において２１は液晶分子配
向方向、２２は上側偏光板１２の透過軸（もしくは吸収
軸）、２３は下側偏光板１２の透過軸（もしくは吸収軸
）である。すなわち、水平配向処理した液晶セルに２周
波駆動用液晶１５を封入し、液晶分子配向方向（ラビン
グ方向）と４５６に少なくとも一方の偏光板１２の偏光
軸（透過軸もしくは吸収軸）を合わせると共に上下の偏
光１１ｉ２Ｌ２．１２の偏光軸を直交させたものである
。この配置の方法は、電界制御複屈折率モードと同様で
ある。また、上記２周波駆動用液晶１５は、第３図に示
すように誘電異方性Δεが「０」となる交差周波数ｆｃ
より低い周波数の電場ｆＬに対して正の誘電異方性を示
すと共に、上記交差周波数ｆｃより高い周波数の電場ｆ
Ｈに対しては負の誘電異方性を示すものである。

しかして、上記液晶セル１６における透過光強度Ｉは、
次式（１）により求められる。

１＝ＩＯｓ　１ｎ２２θ・ ５ｉｎ２　（π・Δｎｄ／λ）　　−・−・−（１）但
し　Ｉ。；平行な偏光板の透過率で決まる光の強度 θ：初期配向時の光軸と偏光板のなす角Δｎ：基板面の
法線方向と液晶光軸の なす角φに依存する複屈折率 λ：入射光の波長 ｄ：セル厚 上記複屈折率Δｎの値は、φにより変化するが、これは
液晶の屈折率ｎ　とｎ　が既知であれば、φを次式（２
）により計算できる。

Ｑ　　−ｎ Δｎ　””　ｎ　　　ｎ　Ｏ 上記第３図に示した２周波駆動用液晶１５の特性は、液
晶１５として次表１に示す特性を有するものを用いた場
合の誘電異方性の周波数依存性を示したものである。

表　　１ また、上記構成の液晶セル１６において、「セル厚ｄ−
５，０９ｐＪでの初期配向時の分光特性の実測値を第４
図（ａ）に示し、上記（１）式を用いた計算値による結
果を第４図（ｂ）に示す。この場合、計算に用いた屈折
率は５８９　ｎｍでの実測値であり、波長に対して変わ
らないものとして計算した。

また、実測時の偏光板１２は、ＵＶカットフィルタ付き
で３７５　ｎｍ以下をカットしている。

以上のことを考慮すると、第４図（ａ）、（ｂ）に示し
た実測データと計算データとは、良い一致を示している
と言える。しかし、この初期配向状態をシャッタＯＮと
することは、分光特性が「Δｎ−ｄ」に依存して大きく
変わる上に、平坦な分光特性を示すようにすることがで
きないので、白色光源に対するブラックシャッタとして
は好ましくない。ところが第１図に示した液晶セル１６
に２周波駆動用液晶１５を封入し、直流電場又は交差周
波数【Ｃ以下の周波数例えばＩＫＨｚの交番電場（しき
い値電界以上、例えば電極間電圧が±２５Ｖ）を印加す
ると、液晶分子は基板面に対して垂直に配向し、シャッ
タＯＦＦ状態となるが、その状態から無電界もしくは交
差周波数ｆｃＣ以下周波数の交番電界を印加すると、何
れの場合も初期配向状態に戻ろうとする。このとき角φ
の値に応じて複屈折率へ〇が刻々変化するが、特定の「
Δｎ−ｄ」付近で平坦な分光を示す明るい状態を通過す
る。この状態をシャッタＯＮ状態として用いることによ
り応答特性を改善することができ。

る。

以下、上記の現象を通常のネマティック液晶を用いて説
明する。上記２周波駆動用液晶に変えて次表２に示す特
性を有するネマティック液晶（Ｎｐ液晶）をセル厚５．
ｌＱｐのセルに封入し、その動作特性を測定したものが
第５図である。

表　　２ 第５図（ａ）は、電界印加による遮光状態から液晶が初
期のホモジニアス配向に復帰するために無電界状態にし
た時の透過光強度を示したものである。測定時の光源と
しては、発光ピーク波長５４３ｎＩ１１１半値幅約２０
ｒ＋ｍの蛍光灯を使用した。透過光強度は、時間と共に
２つのピークを示しながら約６゜ｌｌ１ｓｏｃで初期配
向状態に復帰している。第５図（ｂ）は、上記第１のピ
ーク部近傍の時間軸を拡大して示したものである。この
第５図（ｂ）からも明らかなように第１のピークに達す
るまでに約１　ｍ５ｅｃかかっている。

上記第５図に示した各時間での分光特性は、上記（１）
、（２）式を用いて計算することができる。φをパラメ
ータとして、即ち、分光特性は、電界を印加してホメオ
トロピック配向に自然緩和する過程での液晶分子の傾き
φに応じた八〇の値に依存している。

その分光特性を計算して示したものが第６図である。こ
の第５図は「φ＝２０’Ｊから「φ−４５°」まで５°
刻みで分光特性を求めたもので、（１）の曲線は「φ−
２０″、Δｎ　−０，０１９Ｊ、（２）の曲線は「φ＝
２５’、Δｎ　＝　０．０３０　Ｊ、（３）の曲線は［
φ−３０″、Δｎ　−０，０４２Ｊ、（４）の曲線は「
φ−３５°、Δｎ勾０．０５８　Ｊ、（５）の曲線は［
φ−４０°、Δｎ　−０，０７２Ｊ、（６）の曲線は［
φ−４５″、Δｎ　＝　０．０８８　Ｊの場合について
示している。電界印加時には「Δｎ−０」であるから、
透過光強度はｒＯＪで完全に黒である。上記第６図の分
光特性（（４）の曲線）から第１のピークは、液晶が基
板面の法線方向に対して約３５″位の角度を持っている
ことが分る。この第１のピーク時には、平坦な分光特性
を示し、白色光の透過、遮断状態を制御するブラックシ
ャッタとして利用できる。

第７図は、上記の液晶セルにＩＫＨｚ、２５Ｖの電界印
加と無電界の状態を４　ｍ５ｅｃ毎に繰返して駆動した
時の分光特性（ａ）と、電界印加を連続した時の分光特
性（ｂ）を実測して示したものである。電界印加を連続
した時の透過率は１％以下、電界印加と無電界の繰返し
時は１１〜１４％であり、各波長に対する透過率の変化
幅は３％以下である。従って、上記の液晶セルは、平坦
な分光特性であり、略ブラックシャッタであると言える
。

しかし、自然緩和による上記の液晶シャッタにおいては
、光透過率がピークに達するまでの時間、即ち、応答性
は約１　ｍ５ｅｃである。この応答性は液晶の粘土、屈
折率、広がりの弾性計数に／／　　に依存するものであ
るが、これらの定数は各種の液晶材の特性を見てもさほ
ど大きい違いがないので、現実には１１１ｓｅｃ以下で
動作させることは難しい。

ところで、上述した液晶セルは、例えば電子写真式プリ
ンタ等の光制御素子として用いられるものであり、この
光制御素子は、文字等を印字するための微小なドツト（
例えば０．１ｍｍ平方以下）に対応する光シャッタとし
て動作させるため、光を透過状態にするシャックＯＮ動
作と、光を遮断状態にするシャッタＯＦＦ動作が極めて
高速度で行なわれることが要求されている。従って、こ
のような高速動作のシャッタの要求に対しては未だ充分
に満足できるものでなく、１　ｍ５ｅｃ以下の応答性が
要求される高速の高速シャッタには用いることができな
かった。

そこで、本発明では、２周波駆動用液晶を用いてシャッ
タＯＮの応答性を改善し、より速い応答性が得られるよ
うにした。

以下、上記表１の２周波駆動用液晶を用いた液晶セルを
液晶シャッタとして２周波駆動した場合の動作を説明す
る。第８図及び第９図は、ギャップｄがｒ４．２７μｓ
」の液晶セルに表１に示した２周波駆動用液晶を封入し
て第１図に示した液晶シャッタを構成した場合の光学的
動作を示したものである。第８図は本発明との比較のた
めに示したもので、上記液晶シャッタに交差周波数ｆｃ
以下の周波数５ＫＨｚ、２５Ｖの交番電圧ｆＬと無電界
のｉ　ｍ５ｅｃ毎の繰返しの波形を印加した場合であり
、電圧印加時にシャッタＯＦＦ、無電界時に徐々にンヤ
ッタが開いていく。但し、この場合には電界印加後に無
電界とすることによって自然に緩和するのを利用してい
るためシャッタＯＮの応答性が悪い。

第９図は、上記の液晶シャッタに対し、５ＫＨｚ　（２
５Ｖ）の交番電圧ｆＬと、交差周波数ｆｃ以上の周波数
２００　ＫＨｚ　（２５Ｖ）の交番電圧ｆＨとを１　ｍ
５ｅｃ毎に交互に繰返して印加した時のシャッタの動作
を示したもので、この場合には１　ｍ５ｅｃ以内で充分
に最大の明るさまで達している。

このシャッタＯＮ状態での分光特性は、第７図のネマテ
ィック液晶での特性と略同じであり、ＯＦＦ時の透過率
は約１％、ＯＮ時の透過率は２０％以上であり、優れた
コントラストを有するブラックシャッタとして作用する
。この様に第９図の実施例では、交差周波数ｆｃより低
い低周波電界により液晶をホメオトロピック配列させて
ンヤッタＯＮとすると共に、交差周波数ｆｃより高い高
周波電界により、液晶分子を透過光が最大となる傾きに
配向させてシャッタＯＦＦとするものであり、液晶分子
を斜め配向させる際に電界によって液晶分子を動作させ
るため、シャッタＯＮ動作が高速になる。上記第９図で
は、実効電圧２５Ｖで駆動した場合について示したもの
であるが、より高い駆動電圧を印加することにより、シ
ャッタ動作を更に高速にすることができる。

第１０図は、上記の液晶シャッタを２００ＫＨｚの交番
電圧ｆＨと４ＫＨｚの交番電圧ｆＬで１ｍ５ｅｃ毎に交
互に駆動した場合において、５５°Ｃの温度と３５°Ｃ
の温度の時の光学応答特性を示したものである。この場
合、シャッタ０Ｎ１０　Ｆ　Ｆの応答時間は、第１１図
に示すようにシャッタＯＮ動作時間をＴｌ、シャッタＯ
ＦＦ動作時間をＴ２、ンヤッタＯＮの応答時間をτＯＮ
、シャッタＯＦＦの応答時間をτＯＦＦとし、ＯＮ応答
時間τＯＮを０〜９０％の間、ＯＦＦ応答時間τＯＦＦ
を１００％から１０％の間と定義する。

しかして、上記第１０図（ａ）は、温度が５５°Ｃの時
の光学応答特性で、ＯＮ応答時間τＯＮは０．２５ｍ５
ｅｃ、　ＯＦ　Ｆ応答時間ｒＯＦＦは０．４　ｍ５ｅｃ
である。また、第１０図（ｂ）は温度が３５°Ｃの時の
光学応答特性で、ＯＮ応答時間τＯＮは０．８ｍ５ｅｃ
、　ＯＦ　Ｆ応答時間ＴＯＦＦは０．８　ｍ５ｅｃとな
り、高周波数の電界による影響で、つまり、交番電圧ｆ
、とｆｌ、を交互に印加した場合に高周波の割合が多い
ため、その影響で応答性が悪化すると共に、ＯＮ時の透
過光強度も小さくなってしまう。

すなわち、上記のように交番電圧ｆＨとｆＬを交互に印
加することによって液晶シャッタの応答特性を著しく向
上し得るものであるが、シャッタＯＮ動作時間Ｔ１の全
部に交番電圧ｆ、を印加すると、温度が低い条件におい
ては応答時間が長くなり、応答特性が極めて悪くなる。

つまり、温度変化により応答性が著しく変化するため、
使用温度範囲が極めて狭い。

使用温度範囲を広げるには、シャッタＯＮ動作時間ＴＩ
の全部に交番電圧ｆ、を印加するのでなく、第１２図〜
第１４図に示すようにシャッタＯＮ動作時間Ｔｌ内の一
定時間だけ交番電圧ｆＨを印加し、残りの時間を無電界
とすることによって低温度状態における光学応答特性の
劣化を防止することができる。即ち、温度の低下を伴う
交差周波数ｆｃの低下による高周波履歴効果の影響を無
くすために、シャッタＯＮ時の透過率が最大となる液晶
分子の傾きに至るまでの時間だけ高周波電界を印加し、
高周波電界を印加する割合を少なくして高速応答を行な
わすことができる。

第１２図（ａ）　　（ｂ）　〜１４図（ａ）（ｂ）は、
シャッタＯＮ動作時間Ｔ１及びシャッタＯＦＦ時間Ｔ２
を１１１１ｓｅｃとした時、シャッタＯＮ動作時間Ｔ１
内のｆ、印加時間Ｔ３をｒ　Ｏ，７５ｍ５ｅｃｊ、ｒ　
Ｏ，５ｍ５ｅｃＪ、「０．２５ｍ５ｅｃＪに設定した場
合の５５°Ｃ１３５°Ｃにおける応答特性を示したもの
である。この場合、ｆ　Ｈの印加時間Ｔ３経過後のンヤ
ッタ○Ｎ動作時間Ｔ１内は無電界である。

次表３は上記第１２図〜第１４図における応答時間を示
したものである。

表３　　（表中の単位はｍ５ｅｃ） 上記のような駆動制御を行なうことにより、表３から明
らかなように５５℃の温度でのＯＮ応答時間τＯＮは、
ｆＨ印加時間Ｔ３に余り依存せず、０．２〜０．２５ｍ
５ｅｃと高速応答性を得ることができる。

３５℃の温度ではｆ、印加時間Ｔ３が短い程ＯＮ応答時
間τＯＮが速く、０゜２５〜０．４５ｍ５ｅｃの値が得
られる。一方、ＯＦＦ応答時間τＯＦＦは、無電界の後
にｆＬが印加されるので、ＯＮ動作時間ＴＩ中に印かさ
れるｆ、の履歴効果の影響がな（なり、５５°Ｃの温度
でも３５°Ｃの温度でもｆ、印加時間Ｔ３が短い程高速
応答性を示す。また、交番電圧ｆ、がＴ１時間内一杯に
印加された時に比較して、何れの場合も高速応答性が得
られる。更に、低温での透過光強度の低下も殆んど見ら
れず、温度特性も良好である。ただし、ｆ、印加時間Ｔ
３があまり短かすぎると、高温での透過光強度が１１時
間内でフラット性に欠けてくるため、実際には電圧ｆＨ
の印加が最大の透過光強度に至るまでの時間以下では好
ましくない。また、高速性を追求する点において、電圧
ｆＨの印加時間はＴ１時間の半分以下であることが望ま
しい。

従って、以上の条件内で液晶シャッタの駆動波形を選択
することにより、高周波履歴効果の影響が無くなり、高
速、高コントラストで、温度依存性の少なく、しかも、
高周波電圧を印加する時間が短いので、消費電力が少な
い高速液晶シャッタを得ることができる。

また、シャッタＯＮ時の透過光の分光特性は、第１５図
に示すように可視光域で充分に平坦であるため、ブラッ
クシャッタといえるものであり、蛍光灯、白色光源等ど
のよう４種類の光源を用いたとしても、優れたシャッタ
として動作する。上記第１５図は、２５Ｖ、２００　Ｋ
Ｈｚの高周波電圧ｆ、を０．５　ｍ５ｅｃｓ無電界０．
５　ｍ５ｅｃ、　２５　Ｖ。

４ＫＨｚの低周波電圧ｆＬを１　ｍ５ｅｃ、繰返して印
加した場合のｌＨ度４５°Ｃにおける分光特性である。

また、第１５図は０Ｎ１０ＦＦ繰返し時の平均の透過率
であり、ＯＮ時の透過率は約２０％と非常に高いもので
ある。

第１６図〜第１８図は、更に他の液晶シャッタ駆動方法
及びその応答特性について示したものである。第１６図
に示す第１駆動方法は、高周波電圧ｆ、を２００　ＫＨ
ｚ　（２５Ｖ）　、低周波電圧ｆＬ（２５Ｖ）を４ＫＨ
ｚとし、シャッタＯＮ動作時間Ｔｌ及びシャッタＯＦＦ
動作時間Ｔ２をそれぞ、れ１　ｍ５ｅｃ、　　ｆ　Ｈ印
加時間を０．５　ｍ５ｅｃに設定したもので、その応答
特性は温度５０°Ｃにおけるものである。

第１７図に示す第２駆動方法は、１　ｍ５ｅｃのシャッ
タＯＮ動作時間ＴＩを４等分して１区間を０．２５ｍ５
ｅｃとし、第１区間を第１ｆ、印加時間Ｔ３、第２区間
Ｔ５を無電界、第３区間を第２ｆＨ印加時間Ｔ４、第４
区間を無電界としたもので、その他は第１６図の場合と
同じである。

第１８図に示す第３駆動方法は、シャッタＯＮ動作時間
のＴ１において、最初の０．５　ｍ５ｅｃをｆＨ印加時
間Ｔ３とし、続＜　０．２　ｍ５ｅｃの時間Ｔ６の無電
界区間として次に０．１　ｍ５ｅｃの低周波電圧ｆＬ’
印加時間Ｔ７としている。上記低周波電圧ｆＬ’は、交
差周波数ｆｃより低い周波数で例えば１０Ｋ　Ｈｚに設
定している。その他は第１６図の駆動方法と同じである
。

なお、上記第１６図〜第１８図における液晶シャッタ駆
動方法においては、各シャッタＯＮ動作時間Ｔ１におけ
るｆ、印加時間は、合計０．５　ｍ５ｅｃである。

次表４は、上記第１６図〜第１８図の液晶シャッタ駆動
方法に対する応答時間τＯＮ、τＯＦＦを示したもので
ある。

表４　（表中の単位はｍ５ｅｃ） 上記第１６図〜第１８図に示す第１〜第３の駆動方法で
は、第３の駆動方法における透過光強度が他の駆動方法
より高くなっている。また、応答性は、上記表４から分
るように第２、第３の駆動方法におけるＯＮ応答時間τ
ＯＮが第１の駆動方法よりも速く、更に第３の駆動方法
ではＯＦＦ応答時間τＯＦＦも０．２５ｍ５ｅｃと他の
方法よりも速くなっている。

上記第１７図、第１８図に示すようにシャッタＯＮ動作
時間ＴＩ中の無電界部に高周波電圧ｆＨもしくは低周波
電圧ｆＬ’　を印加することにより、応答性及び明るさ
を改善することができ、また、温度特性も充分に安定し
たものとなる。

以上詳述した実施例は、水平配向処理した液晶セルに２
周波駆動用液晶を封入し、液晶分子配向と４５°に偏光
板に偏光軸を合わせると共に上下の偏光板の偏光軸を直
交させ、上記構成の液晶セルに対し、交差周波数ｆｃ以
下の交番電界を印加することにより、最も高い透過率を
示す状態に高速動作させるようにしたので、分光上平坦
な特性を有し、且つ、ンヤッタ応答速度が速く、高いコ
ントラストが得られると共に温度特性に優れ、信頼性が
高い。

次に上記本発明による液晶ンヤソタを電子写真式プリン
タに実施した場合について、第１９図及び第２０図によ
り説明する。第１９図において３１は光導電性感光ドラ
ム、３２は感光ドラム３１の表面に均一に帯電させる帯
電器、３３は帯電された感光ドラム３１の表面に光記録
を行なう光記録部３３である。この光記録１３３は、光
源、液晶シャッタ及び結像レンズにより構成されており
、画像等の記録情報に基づいてタイミング等を制御する
記録制御部３４により駆動され、感光ドラム３１の表面
に光を照射して、ドラム表面の光照射部分の電荷を消去
することにより情報の記録を行なう。そして、上記光記
録部３３の情報記録動作により感光ドラム３Ｌの表面に
静電潜像が形成され、現像器３５によりトナー現像され
る。

一方、記録用紙３６は、給紙ロール３７によって給送さ
れ、待機ロール３８によって一旦停止された後、感光ド
ラム３１表面のトナー像と同期をとって転写部３９に送
られるようになっており、１感光ドラム３１表面のトナ
ー像は、転写部３９において記録用紙３６に転写される
。この記録用紙３６は、分離部４０において感光ドラム
３１から分離され、定着器４１でトナー像が定着されて
排紙ローラ４２により送出される。

一方、記録用紙３６にトナー像を転写した感光ドラム３
１は、除電器４３によりトナー電荷が中和された後、そ
の残存トナーがクリーナ４４で清掃されると共に表面電
荷がイレーザ４５により中和される。

次に上記光記録部３３に設けられる液晶シャッタの詳細
について第２０図により説明する。同図において５１．
５２は厚さ０．７　ｍｍのガラス板からなる上下一対の
透明基板であり、この一対の透明基板５１．５２はシー
ル材により一定の間隔を保って接着され、その間に２周
波駆動用液晶が封入される。そして、上記一対の透明基
板５１．５２のうち、一方の透明基板５１（セグメント
基板）の内面には、−辺の長さが約１８０−の略方形な
多数のセグメント電極ＳＬ。

Ｓｌ、・・・、Ｓ２．Ｓ２．・・・が２列に並べて形成
され、他方の透明基板５２（コモンＸ阪）の内面には、
上記透明基板５１のセグメント電極ＳＬ、ＳＬ、・・・
。

Ｓ２．Ｓ２．・・・の列とそれぞれ対向させて、幅３Ｉ
ｌｌｆｆｌの２本の帯状電極ＣＬ、Ｃ２が３０ｐの微小
間隔を保って平行に形成される。上記セグメント電極Ｓ
ｌ、ＳＬ、　・・・、Ｓ２．Ｓ２．　・・・とコモン電
極ＣＩ、Ｃ２は何れも透明電極であり、セグメント電極
ＳＬ、Ｓｌ、　　・・、Ｓ２．Ｓ２．・・・とコモン電
極Ｃ１，Ｃ２とが対向している部分のうち、−辺の長さ
が約１００ｐの略方形の部分で光の透過を制御するシャ
ッタ部ａ、ａ、・・・、すなわち、第１図及び第２図で
説明したものと同様のシャッタ部が形成される。

上記２列のセグメント電極Ｓｌ、Ｓｌ、・・・は、他方
のセグメン）・電極Ｓ２．Ｓ２．・・・に対して１／２
ピツチずらして配列されており、従って、上記シャッタ
部ａ、ａ、・・・は、１／２ピツチのずれをもって２列
に配列形成されている。

上記のように各シャッタ部ａ、ａ、　・・・を１／２ピ
ツチずらして２列に配列しているのは、一方の列のンヤ
ッタ部ａ、ａ、　・・・を通った光で一列に照射した感
光ドラム表面の照射点の列の間を他方の列のシャッタ部
ａ、ａ、　　・・を通った光で照射して、感光ドラム表
面にドツト密度の高い静電潜像を形成するためである。

なお、このンヤッタ部ａ、ａ。

・・・は、最大８４判の用紙に記録するブリンク用の液
晶シャッタの場合で、１列につき５８７個形成されてお
り、各列のシャッタ部ａ、ａ、・・・の配列ピッチ（シ
ャッタ部ａ、ａの中心間の距離）はそれぞれ約２００．
に設定され、一方の列のシャッタ部ａ、ａ、　・・・と
他方の列のンヤッタ部ａ、ａ、　・・・との中心間の距
離は約２６０１Ｕに設定される。

しかして、上記のようにして構成された液晶シャッタ３
０において、シャンク部ａ、ａ、　　・・には、駆動回
路５３によりセグメント電極Ｓｌ、Ｓｔ、・・・電極Ｓ
２．Ｓ２．・・・及びコモン電極Ｃ１，Ｃ２に駆動電圧
が与えられる。上記駆動回路５３は、第２１図に示す駆
動信号をコモン電ｔｉｃ１．ｃ２及びセグメント電極Ｓ
Ｌ、ＳＬ、　　・・、Ｓ２．Ｓ２゜・・・に与えてシャ
ッタ部ａ、ａ、　　・・の○Ｎ１ＯＦＦ制御を行なう。

すなわち、第２１図において、Ｃｏｍ１は一方のコモン
電ｔ５ｉｃｌに印加されるコモン信号、Ｃｏｍ２は他方
のコモン電極Ｃ２に印加されるコモン信号であり、コモ
ン電極Ｃ１、Ｃ２を各サイクル毎に交互に選択する。各
サイクルは例えば２　ｍ５ｅｃに設定されており、第１
サイクルＡ１ではコモン電極ＣＩが選択され、次の第２
サイクルではコモン電極Ｃ２が選択される。上記コモン
信号ＣｏｍＬは、第１サイクルＡ１では前半の０．５ｍ
５ｅｃに例えば２０Ｑ’ＫＨｚの高周波電圧ｆＨ１後半
の０．５　ｆｆ１ｓｅｃに５ＫＨｚの低周波電圧ｆＬと
なり、第２サイクルＡ２では前半の０．５［１ｌｓｅｃ
に低周波電圧ｆＬ、後半の０．５　ｍ５ｅｃにｆＬを反
転した低周波電圧ｆＬとなる。また、コモン信号Ｃｏｍ
２は、コモン信号Ｃｏｍ１を第１サイクルＡ１と第２サ
イクルＡ２とで入替えた信号波形となっている。また、
第２１図においてＳｅｇｌ、Ｓｅｇ２は、コモン信号と
同期をとってセグメント電極ＳＬ、Ｓ２に印加されるセ
グメント信号であり、セグメント信号Ｓｅｇｌは第１サ
イクルＡ１及び第２サイクルＡ２が共にＯＮの時の信号
波形を示し、セグメント信号Ｓｅｇ２は第１サイクルＡ
１及び第２サイクルＡ２が共にＯＦＦの時の信号波形を
示している。上記セグメント信号Ｓｅｇｌは、第１サイ
クルＡ１及び第２サイクルＡ２の前半がｆＨを反転した
高周波電圧ｆＨ１後半が低周波電圧ｆＬとなっている。

また、セグメント信号Ｓｅｇ２は、各サイクルの前半が
ｆＬを反転した低周波電圧ｆＬ、後半が低周波電圧ｆＬ
となっている。また、第２１図において、Ｓｅｇｌ−Ｃ
ｏｍｌは電極駆動時におけるセグメント信号Ｓｅｇｌと
コモン信号Ｃｏｍ１との合成波形、Ｓｅｇ２−Ｃｏｍ２
はセグメント信号Ｓｅｇ２とコモン信号Ｃ０Ｍ２との合
成波形、Ｓｅｇｌ　−Ｃｏｍ２はセグメント信号Ｓｅｇ
ｌとコモン信号Ｃ０Ｍ２との合成波形、Ｓ　ｅ　ｇ２−
Ｃｏｍｌはセグメント信号Ｓｅｇ２とコモン信号ＣＯＭ
Ｉとの合成波形である。

しかして、プリント動作時には、まず、第１サイクルＡ
Ｉにおいてセグメント電ａｓｉとコモン電極Ｃ１からな
るシャッタ部ａが上記した信号により駆動され、次に第
２サイクルＡ２においてセグメント電極Ｓ２とコモン電
極Ｃ２からなるンヤッタ部ａが駆動され、感光ドラム３
１上に静電潜像が形成される。そして、この光導電性感
光ドラム３１上に形成された静電潜像に基づいて、記録
用紙３６へのプリント処理が行なわれる。この場合、上
記本発明による液晶シャッタは、優れた応答性及び分光
特性を有しているので、高速処理が可能で、しかも、充
分なコントラストが得られる電子写真式プリンタを構成
し得るものである。

尚、本発明は上述した実施例に限ることなく、種々に変
形して実施することかできる。例えば、上述した実施例
では、液晶材の液晶分子をホメオトロピック配向させる
のに、低周波電界を印加した場合について述べたが、こ
れに代えて直流電界を印加するようにしても良い。この
場合、第２０図に示した液晶シャッタを駆動するには、
第２１図示したコモン信号Ｃｏｍｂ、ＣｏＭ２に代えて
、例えばコモン信号Ｃｏｍ１’　は、第１サイクルＡ１
では前半の０．５ｍ５ｅｃに高周波電圧ｆＨ１後半の０
．５ｍ５ｅｃ及び第２サイクルＡ２では低電位の直流電
圧となり、引続く次の第１サイクルＡＩでは前半の０．
５ｍ５ｅｃに高周波電圧ｆＨ，後半の０．５ｍ５ｅｃ及
び第２サイクルＡ２では高電位の直流電圧にした繰返し
信号となる。また、コモン信号Ｃｏｍ２’　は、第２サ
イクルＡ２の前半では高周波電圧ｆＨ，第２サイクルＡ
２の後半及び第１サイクルＡ１では低電位の直流電圧と
なり、引続く次の第１サイクルＡｌ及び第２サイクルＡ
２では第２サイクルＡ２の前半の高周波電圧ｆＨを除い
て゛高電位の直流電圧となる。これらのコモン信号Ｃｏ
ｍ１　’　、Ｃｏｍ２　’　に対してセグメント信号Ｓ
ｅｇｌ’　、Ｓｅｇ２’　は、ＯＮさせる場合に第１、
第２のサイクルＡｌ　、Ａ２に同期させてコモン信号Ｃ
ｏｍ１　’　、Ｃｏｍ２　’　の高周波電圧とは位相が
異なる高周波電圧と、その他の第１、第２サイクルＡｌ
　、Ａ２の間は、Ｃｏｍ１’　、Ｃｏｍ２’の直流電位
とは逆電位の直流電圧の信号となる。即ち、液晶層には
ＯＮ動作させるサイクルＡ１又はＡ２の前半で高周波電
界が印加され、その他の期間では２［１ＩＳｅＣの各サ
イクル毎に逆電位の直流電圧が印加される。この様に、
本発明は、直流電界と高周波電界とにより駆動すること
ができる。

また、本発明は、上述した実施例に限ることなく、例え
ば高周波電界の周波数を可変とし、液晶ンヤッタのＯＮ
動作期間中に周波数が変化する高周波電界を液晶層に印
加するようにしても良く、この場合の動作は前述した実
施例と同様である。

さらに、本発明は、低周波電界から低周波電界まで連続
的又は段階的に変化して、低周波電界で液晶分子をホメ
オトロピック配向させ、高周波で斜め配向させることも
できる。

［発明の効果］ 以上詳記したように、本発明は周波数に応じて誘電異方
性の正負が反転する液晶材からなる液晶層の両側に一対
の偏光部材を配置し、前記液晶材の誘電異方性に応じた
周波数の交番電場又は直流の電場を前記液晶材に印加し
て液晶分子をホメオトロピック配向と斜め配向とに配向
制御したものであり、上記ホメオトロピック配向と共に
斜め配向の両方を電界により制御したので、応答速度の
速い液晶光学装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は液晶セル
の基本構成を示す図、第２図は第１図における液晶配向
方向と偏光板の配置の関係を示す図、第３図は２周波駆
動用液晶における誘電異方性の周波数依存性を示す図、
第４図（ａ）（ｂ）は初期配向時の分光特性の実測値及
び計算式に基づく計算結果を示す図、第５図（ａ）はネ
マティック液晶を用いた液晶セルの動作特性を示す図、
第５図（ｂ）は同図（ａ）のピーク部を拡大して示す図
、第６図は液晶分子に傾きφに依存する分光特性を計算
により求めた図、第７図は液晶セルを電界印加と無電界
の繰返しにより駆動した時の分光特性及び電界印加を連
続したシャッタＯＦＦ時の分光特性を示す図、第８図は
液晶セルを低周波交番電圧と無電界の繰返し波形により
駆動した場合のシャッタ動作を示す図、第９図は液晶セ
ルを低周波交番電圧と高周波交番電圧を交互に印加した
時のンヤッタ動作を示す図、第１０図（ａ）（ｂ）は液
晶セルを２周波駆動した時の異なる温度における光学応
答特性を示す図、第１１図はシャッタ０Ｎ１０ＦＦの応
答時間を定義して示す図、第１２図（ａ）（ｂ）ないし
第１４図（ａ）（ｂ）は液晶セルを２周波駆動駆動する
場合において高周波電圧ｆ、の印加時間を変化した時の
異なる温度における光学応答特性を示す図、第１５図は
液晶セルをシャッタＯＮ動作時間Ｔ１及びシャッタＯＦ
Ｆ動作時間Ｔ２を１　ｍ５ｅｃ、高周波交番電圧ｆＨの
印加時間Ｔ３を０．５　ｌ１ｌｓｅｃ、　’ｔＨ度４５
°Ｃとした時の分光特性を示す図、第１６図ないし第１
８図はそれぞれ液晶セルに対する他の駆動形態に対する
光学応答特性を示す図、第１９図は本発明を電子写真式
プリンタに実施した場合の概略構成を示す図、第２０図
は第１９図における液晶シャッタの詳細を示す平面図、
第２１図は第２０図の駆動回路において発生するコモン
信号及びセグメント信号の波形を示す図である。 １１・・・ガラス基板、１２・・・偏光数、１３・・・
電極、１４・・・配向膜、１５・・・液晶、１６・・・
液晶セル、２１・・・液晶分子配向方向、２２・・上基
板偏光板の透過軸（もしくは吸収軸）、２３・・・下基
板偏光板の透過軸（もしくは吸収軸）、３１・・・光導
電性感光ドラム、３２・・・帯電器、３３・・・光記録
部、３４・・・記録制御部、３５・・現像器、３６・・
・記録用紙、３７・・・給紙ロール、３８・・・待機ロ
ール、３９・・・転写部、４０・・・分離部、４１・・
・定着器、４２・・・排紙ローラ、４３・・・除電器、
４４・・クリーナ、４５・・・イレーザ、５０・・・液
晶シャッタ、５１．５２・・・透明基板、５３・・駆動
回路。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦一１二Ｇ）二へ
１５ □□−「−一− 第１図 第２図 λ／ｎｍ 第４図 ０　　　２０　　４０　　６０　　８０一時間（ｍｓ　
ｅ　ｃ　）、鵠皮数　１ｋＨｚ 第５図 入ノ石ｍ 第７図 第８図 第９図 時間（ｍｓｅｃ） 第１１図 に＝４ＫＨ：ｚ Ｖｏｐ＝２５Ｖ 電 位　　　　　　　　　　　　　　　　時間（ｍｓｅｃ）
第１２図 己工 俊 −第１３図 時間（ｍ　５ｅｃ） 人／ｎｍ 笛　七　Ｍ ｆＨ＝２００沿セ ー　　第１／図 第１８図 第１９図

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数に応じて誘電異方性の正負が反転する液晶
   材からなる液晶層と、この液晶層の両側に配置された一
   対の偏光部材と、前記液晶材の液晶分子のホメオトロピ
   ック配向及び斜め配向を前記液晶材の誘電異方性に応じ
   た周波数の電場を印加することにより制御する配向制御
   手段とを具備したことを特徴とする液晶光学装置。
2. （２）液晶材は、誘電異方性が０となる交差周波数より
   低い低周波電場で誘電異方性が正、及び交差周波数より
   高い高周波電場で誘電異方性が負となる誘電分散現象を
   示す液晶材であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の液晶光学装置。
3. （３）液晶層は、水平配向処理を施した一対の基板間に
   封入されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の液晶光学装置。
4. （４）一対の偏光部材は、それぞれ軸が互いに略９０°
   の角度に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の液晶光学装置。
5. （５）液晶層は、誘電異方性が０となる交差周波数より
   低い低周波電場で誘電異方性が正、及び交差周波数より
   高い高周波電場で誘電異方性が負となる誘電分散現象を
   示す液晶材からなり、且つ、水平配向処理を施された一
   対の基板間に封入されており、偏光部材はそれぞれ偏光
   軸が互いに略９０°の角度をなすと共に、少なくとも一
   方の偏光部材の偏光軸が前記基板の配向処理方向に対し
   て略４５°の角度をなして配置されていることを特徴と
   するとする特許請求の範囲第１項記載の液晶光学装置。
6. （６）配向制御手段は、液晶層の液晶分子をホメオトロ
   ピック配向させて光透過を遮断するための遮断制御電場
   と、液晶分子を斜めに配向させて光透過状態にする透過
   制御電場とを前記液晶層に印加することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の液晶光学装置。
7. （７）液晶層は、誘電異方性が０となる交差周波数より
   低い低周波電場で誘電異方性が正、及び交差周波数より
   高い高周波電場で誘電異方性が負になる誘電分散現象を
   示す液晶材が、水平配向処理を施された一対の基板間に
   封入された液晶の層であり、偏光部材はそれらの偏光軸
   が互いに略９０°の角度をなし、且つ少なくとも一方の
   偏光部材の偏光軸が前記基板の配向処理方向に対して略
   ４５°の角度をなして配置され、配向制御手段は液晶層
   の液晶分子を前記基板に対して垂直に配向させて光遮断
   状態にする遮断制御電場と、前記液晶分子を前記基板の
   法線に対して斜めに配向させて光透過状態にする透過制
   御電場とを前記液晶層に印加することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の液晶光学装置。
8. （８）遮断制御電場は直流電界であることを特徴とする
   特許請求の範囲第６項又は第７項記載の液晶光学装置。
9. （９）遮断制御電場は交差周波数よりも低い低周波電場
   であることを特徴とする特許請求の範囲第６項又は第７
   項記載の液晶光学装置。
10. （１０）透過制御電場は交差周波数よりも高い高周波電
    場を少なくとも含むことを特徴とする特許請求の範囲第
    ６項又は第７項記載の液晶光学装置。
11. （１１）透過制御電場は、光を透過状態にする期間中連
    続して前記液晶層に印加される高周波電場であることを
    特徴とする特許請求の範囲第６項又は第７項記載の液晶
    光学装置。
12. （１２）透過制御電場は、光を透過状態にする光透過期
    間において、入射光の透過強度を増大させる第１の期間
    と、入射光を透過状態に保持する第２の期間とでそれぞ
    れ異なる電場が前記液晶層に印加されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第６項又は第７項記載の液晶光学装置
    。
13. （１３）第１の期間は、透過光強度が最大になる時間よ
    り長いことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の
    液晶光学装置。
14. （１４）第１の期間は、光透過期間の１／２であること
    を特徴とする特許請求の範囲第１２項又は１３項記載の
    液晶光学装置。
15. （１５）第１の期間中に液晶層に印加される電場は、高
    周波電場であることを特徴とする特許請求の範囲第１２
    項、第１３項、又は１４項に記載の液晶光学装置。
16. （１６）第１の期間中に液晶層に印加される電場は、高
    周波電場と電場が印加されない無電場との繰返しである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項、第１３項、
    又は１４項に記載の液晶光学装置。
17. （１７）第２の期間は、液晶層に電場が印加されない無
    電場期間であることを特徴とする特許請求の範囲第１２
    項記載の液晶光学装置。
18. （１８）第２の期間は、液晶層に電場が印加されない無
    電場期間と、高周波電場が印加される期間とからなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の液晶光学
    装置。
19. （１９）第２の期間は、液晶層に電場が印加されない無
    電場期間と、低周波電場が印加される期間とからなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の液晶光学
    装置。
20. （２０）遮断制御電場は、液晶層が無電場の状態に保持
    された後に印加されることを特徴とする特許請求の範囲
    第９項記載の液晶光学装置。
21. （２１）透過制御電場は、液晶層が電場が印加されない
    状態に保った後高周波電場が印加されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１０項記載の液晶光学装置。
22. （２２）高周波電場は、交差周波数により高い周波数の
    範囲で周波数が可変であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１０項、第１１項、第１５項、第１６項又は第１
    ８項に記載の液晶光学装置。
23. （２３）配向制御手段は、交差周波数より低い周波数か
    ら交差周波数より高い周波数まで周波数が変化する電場
    を前記液晶層に印加する電場周波数可変手段を備え、低
    周波電場により液晶層の液晶分子をホメオトロピック配
    向させて光遮断状態とし、高周波電場により液晶層分子
    を斜め配向させて光透過状態にすることを特徴とする特
    許請求の範囲第７項記載の液晶光学装置。
24. （２４）配向制御手段は、光遮断状態又は光透過状態を
    選択する選択期間中に遮断制御電場と透過制御電場を選
    択的に液晶層に印加し、この選択期間に続く所定の期間
    には遮断制御電場を前記液晶層に印加することを特徴と
    する特許請求の範囲第７項記載の液晶光学装置。
25. （２５）第２の期間は、液晶層に電場を印加しない無電
    場の期間と、高周波電場及び低周波電場が重畳された電
    場を液晶層に印加する期間とからなることを特徴とする
    特許請求の範囲第１２項記載の液晶光学装置。
26. （２６）遮断制御電場は、高周波電場及び低周波電場が
    重畳された電場と、低周波電場とからなることを特徴と
    する特許請求の範囲第９項記載の液晶光学装置。
27. （２７）一対の基板の内面には、互いに対向する電極が
    形成され、配向制御手段は前記一対の基板それぞれに形
    成された電極に、交差周波数より高い周波数の信号及び
    、交差周波数より低い周波数の信号とを選択的に供給す
    る２周波信号供給手段を備え、この２周波信号供給手段
    は前記対向する電極間に位相が異なる高周波信号又は低
    周波信号を供給することにより高周波電場又は低周波電
    場を液晶層に印加し、同相の高周波信号又は低周波信号
    を供給することにより液晶層に電場を印加しないことを
    特徴とする特許請求の範囲第８項、第１６項、第１７項
    、第１８項、第１９項、第２０項、又は第２１項の記載
    の液晶光学装置。