(57)【要約】【課題】  高速応答が得られる液晶シャッタを提供する。【解決手段】    平行に対向配置された一対の基板と、一対の基板上もしくは下に形成された透明電極と、一対の基板に挟持される一軸水平配向の液晶とを有する液晶セルと、液晶セルの表面と裏面に直交ニコルの関係で配置された偏光板であって、液晶の配向方向が液晶セル表面の透過軸方向と裏面の透過軸方向の間となる偏光板とを含む液晶シャッタを提供する。【選択図】  図１
2008026760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に対向配置された一対の基板と、前記一対の基板上もしくは下に形成された透明電極と、前記一対の基板に挟持される一軸水平配向の液晶とを有する液晶セルと、
前記液晶セルの表面と裏面に直交ニコルの関係で配置された偏光板であって、前記液晶の配向方向が該液晶セル表面の透過軸方向と裏面の透過軸方向の間となる偏光板と
を含む液晶シャッタ。  
【請求項２】
前記偏光板の透過軸と前記液晶の配向方向が３５°〜５５°の角度を成す請求項１に記載の液晶シャッタ。
【請求項３】
前記液晶のリターデーションが、前記液晶セルに照射される１以上の光の波長のうちもっとも短い波長の約１／２以下である請求項１または２に記載の液晶シャッタ。
【請求項４】
前記液晶セル中の透過率が変化し始める電圧が、駆動電圧の約８分の１以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶シャッタ。
【請求項５】
選択的に透過した光源の光の照射により感光体を感光させて画像を記録するプリンタ用の記録ヘッドであって、
光源からの光を出力データに応じて選択的に透過する液晶シャッタを有し、
前記液晶シャッタとして、請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶シャッタを用いたプリンタ用の記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子に関し、特に液晶シャッタおよびそれを用いたプリンタ用の記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プリンタや、液晶光学素子に用いる液晶シャッタとしては、高速応答で明るく高コントラストが得られ、かつ駆動方法も単純で、さらに階調表示が可能なものが要求されているが、全てを満足するものは、まだ開発されていない。
【０００３】
現在までに開発されている液晶シャッタとしては、使用する液晶材料によって、（１）一般のネマチック液晶を用いるものと、（２）周波数によって誘電率の正負が異なる２周波駆動用ネマチック液晶を用いるもの、（３）自発分極を持った強誘電性液晶を用いるものに大別される。
（１）の一般のネマチック液晶を用いた液晶シャッタには、その動作原理より（ａ）入射した光を回転する旋光性とよぶ性質を利用して白または黒表示を行い、画素に電圧を印加して、液晶分子を基板にほぼ垂直に立たせて旋光性を解除することで黒または白表示をする、いわゆるＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶方式のもの、（ｂ）ＴＮ液晶よりもツイスト角を大きくし、入射した光に位相差を生じさせる複屈折性を利用して白または黒表示を行い、表示画素に電圧を印加して複屈折性を可変として黒または白表示を行う、いわゆるＳＴＮ（スーパーツイステッド ネマチック）液晶方式ものが知られている。
【０００４】
ＴＮ液晶では、電圧印加状態（シャッタが閉まった状態）から電圧無印加状態（シャッタが開いた状態）に変化するときに、応答時間が長くシャッタ用の光学素子として用いるには不向きであることが知られている。これはＴＮ−ＬＣＤ（ＴＮ液晶ディスプレイ）特有のバックフローという現象であり、本質的に生じてしまうために回避不能な現象である。
【０００５】
このバックフローを回避する方法として、特開平１０−７３７９７号公報には、ＳＴＮ−ＬＣＤを用いて応答時間を速くした液晶シャッタが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−７３７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在、上記の方法以外で応答時間を速くするための研究開発が行われている。
【０００８】
本発明の目的は、高速応答かつ高コントラストが得られる液晶シャッタおよびそれを用いたプリンタ用の記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、平行に対向配置された一対の基板と、前記一対の基板上もしくは下に形成された透明電極と、前記一対の基板に挟持される一軸水平配向の液晶とを有する液晶セルと、前記液晶セルの表面と裏面に直交ニコルの関係で配置された偏光板であって、前記液晶の配向方向が該液晶セル表面の透過軸方向と裏面の透過軸方向の間となる偏光板とを含む液晶シャッタが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
電圧印加状態から無印加状態に移行したときの液晶の透過率の回復速度が速い、高速動作するネマチック液晶セルが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に示す断面図を参照して、第１の実施例による液晶シャッタについて説明する。本実施例では、液晶シャッタ素子として、軸方向が平行な水平配向（一軸水平配向）ＬＣＤを用いる。高コントラストを得るために、ノーマリーホワイト表示の一軸水平配向ＬＣＤを用いる。図１に示すように、本実施例における液晶シャッタは、平行に対向配置された一対の基板１と、前記一対の基板上に形成された透明電極２と、前記一対の基板に挟持される一軸水平配向の液晶３とを有する液晶セルと、前記液晶セルの表面と裏面に直交ニコルの関係で配置された偏光板４であって、前記液晶の配向方向が該液晶セル表面の透過軸方向と裏面の透過軸方向の間となる偏光板とを含んで構成される。
【００１２】
液晶セル作製方法を説明する。例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる所定の透明電極パターン２を有する例えばガラス製の透明基板１上に水平配向用配向膜（日産化学工業製  ＳＥ−４１０）を塗布焼成する。その後基板をレーヨン製のラビング布を用いてラビングする。
【００１３】
図２に、基板１のラビング方向を表した平面図を示す。上基板のラビング方向（図中Ａ１）と下基板のラビング方向（図中Ａ２）とは互いに逆向きである。
【００１４】
ラビング後の２枚の基板１にメインシール剤を塗布する。さらに２μｍの直径を有するキャップコントロール材を散布した後重ね合わせ、メインシール剤を硬化させ、空セルを作製する。
【００１５】
作製した空セルにメルク社製の複屈折率０．１４の液晶３を注入し液晶セルを完成させる。
【００１６】
図３Ａに、上基板の偏光板の透過軸の方向を表した平面図を示す。また、図３Ｂに下基板の偏光板の透過軸の方向を表した平面図を示す。液晶セルに偏光板を次のような構造で貼り合わせる。上基板の偏光板の透過軸の方向（図３Ａ中Ｂ１）は、上基板のラビング方向に対して４５度の角度を成す。また、下基板の偏光板の透過軸の方向（図３Ｂ中Ｂ２）は下基板のラビング方向に対して４５度の角度を成す。こうしてノーマリーホワイト表示の一軸水平配向ＬＣＤが作製できる。このＬＣＤの電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、光を透過したり遮断したりする液晶シャッタとしての機能を果たす。なお、ラビング方向と透過軸の角度は必ずしも４５度でなくとも良く、液晶セル表面の透過軸方向と裏面の透過軸方向の間にラビング方向があればよい。好ましい角度の範囲は３５°〜５５°である。
【００１７】
液晶３の複屈折率とセル厚の積、すなわちセルのリターデーションは２８０ｎｍである。これは一軸水平配向セルの白表示の透過率スペクトルの極大値を、視感度最大の波長である５５０ｎｍの半波長分にほぼ合わせるためである。
【００１８】
図４に、従来例と第１の実施例によるＬＣＤの１５Ｖスタティック駆動における応答速度を比較したグラフを示す。図４Ａおよび図４Ｂは、横軸に時間を取り、縦軸に透過率をとっている。図４Ａは電圧無印加状態から電圧印加状態に切り替えたときの透過率の時間的変化を示し、図４Ｂは電圧印加状態から電圧無印加状態に切り替えたときの透過率の時間的変化を示す。
【００１９】
応答速度という観点からは、切り替え後透過率が所定の値まで変化するまでの時間が短いほど、高速応答が求められるプリンタヘッド用のシャッタ光学素子のような製品については有利であるといえる。
【００２０】
図４Ａに示すように、電圧無印加状態から電圧印加状態に切り替えた場合には、従来例に比べ実施例１における透過率の変化の方が０．２ｍｓｅｃ程度速い。それに対し、図４Ｂに示すように、電圧印加状態から電圧無印加状態に切り替えた場合には、従来例では透過率が１０％に回復するのに約１．７ｍｓｅｃを要するのに比べ、実施例１では約０．８ｍｓｅｃ経過後に透過率が１０％に回復している。このことから、実施例１の方が高速応答性に優れていると言える。特に中間調の処理をする場合に高速応答の効果が大きい。
【００２１】
なお、一般に一軸水平配向液晶ＬＣＤは高コントラスト特性が得がたいという特徴があるが、液晶シャッタの透過率が変化し始める電圧、いわゆるしきい値電圧が駆動電圧の約１／８以下であれば高コントラストを得られることが判った。本実施例の場合、しきい値電圧は約１．５Ｖであるので、駆動電圧を約１２Ｖ以上に設定すると良い。
【００２２】
第２の実施例について説明する。第２の実施例は、ＲＧＢ（赤緑青）三波長に感光して画像を形成するインスタントフィルム等のプリンタヘッドとして、一軸水平配向の液晶表示素子を用いた液晶シャッタを搭載するために、セル条件を限定したものである。本実施例ではＲＧＢ三波長に対応する光源を別々に有し、それらを時間的に順次点灯し、画像パターンに対応したタイミングでシャッタ光学素子をＯＮ／ＯＦＦする、いわゆるフィールドシーケンシャル法による制御になる。
【００２３】
ここでは、Ｒ（６３０ｎｍ）、Ｇ（５５０ｎｍ）、Ｂ（４８０ｎｍ）の場合について述べる。
【００２４】
三波長の光源を用いる場合、セル条件によっては、電圧印加状態から電圧無印加状態（低透過率から高透過率）に変化する際、透過率が単調増加せずに極大値、極小値を持つ、いわゆるバウンドを生じる場合がある。
【００２５】
図５Ａに、液晶セルのセル厚が２μｍ、液晶の複屈折率が０．１４、リターデーションが２８０ｎｍである場合における、３種類の波長の光源に対する透過率の時間変化を示す。図５Ａに示すように、Ｂの光源から光を照射した際に、透過率がバウンドしている。このようなバウンドを起こすと、中間調を得る場合に不都合が生じる。
【００２６】
そこで、バウンドを防ぐためのセル条件を設定した。具体的には、液晶セルのリターデーションを波長の最も短い光源の波長の約１／２以下に調整する。本実施例においては、Ｂの光源の波長である４８０ｎｍの半分以下、すなわち２４０ｎｍ以下にリターデーションを設定したものである。リターデーションを調整するためには、例えばセル厚を実施例１と同じ（２μｍ）に設定し、液晶に複屈折率が０．１２のメルク社製の液晶を用いる方法や、実施例１と同じ複屈折率の液晶を用いて、セル厚を薄く（１μｍ）設定する方法がある。セル厚を薄く設定する場合には、応答がより速くなる効果がある。
【００２７】
なお、本実施例による一軸水平配向ＬＣＤのセル構造、ラビング方向および偏光板透過軸方向等は実施例１と同様である。
【００２８】
図５Ｂに、本実施例を適用した場合の透過率の時間変化を示す。図５Ｂに示すように、ＲＧＢすべての光源に対して、透過率が単調増加している。いわゆるバウンドを生じない、中間調を得るために好適なシャッタ光学素子が得られる。
【００２９】
Ｒの光源に対する最大透過率が他の光源に対して約６％ないし約１０％程度低いが、赤色ＬＥＤに関しては高出力の製品が低コストで入手できるため、透過率の低さを光源側でカバーできる。
【００３０】
なお、高コントラストを得るための条件は第１の実施例と同様である。
【００３１】
上記のように、実施例１および実施例２による一軸水平配向ＬＣＤを用いることにより、高コントラストで応答の速い液晶シャッタを実現できる。
【００３２】
図６、図７を参照して、上記実施例による液晶シャッタをプリンタ用ヘッドに適用した場合の適用例を説明する。
【００３３】
図６に、ヘッドが用いられるプリンタの概略断面図を示す。このプリンタは、光書き込み部２００，現像ローラ２０３を有し、記録紙（インスタントフィルム）２０５に所望のパターンを印字するプリンタである。光書き込み部２００は光源２０１と、光源２０１からの光を変調して記録紙２０５に照射するヘッド２０２とからなる。
【００３４】
このプリンタによって記録紙２０５に所望のパターンを印字する際の動作について、以下で簡単に説明する。まず、光源２０１からの光が液晶シャッタであるヘッド２０２に照射される。ヘッド２０２には、これから印字しようとするパターンの１ライン分のパターンが表示される。
【００３５】
すると、この印字すべきパターンが記録紙２０５に照射される。記録紙２０５は内部に感光体層を備えており、光が照射され感光した箇所に潜像を生ずることで、１ライン分の印字すべきパターンが記録紙２０５に記録されることになる。現像ローラ２０３は図中の矢印の方向に回転しており、その回転によって記録紙２０５が進行する。記録紙２０５の進行に応じて、ヘッド２０２に表示されるパターンを次ラインのものに更新すると、次のラインにあたる記録紙２０５上の感光体が感光され、これを繰り返すことで印字パターンが１ラインずつ順次記録されて、最終的には１ページ分の印字パターン潜像が生ずることになる。
【００３６】
一方、現像ローラ２０３により所定の圧力で記録紙２０５をプレスすることで、記録紙２０５に内包された現像剤が感光体層に展開され、現像処理が行われる。現像処理によって、潜像として記録された画像がポジ像、またはネガ像として定着されることで、１ページ分の印字がなされることになる。
【００３７】
図７に、液晶シャッタの概略平面図を示す。ヘッド２０２は図７に示すような液晶シャッタ３００を有している。液晶シャッタ３００は、実施例による液晶シャッタ１００がライン状に配置された形態である。駆動回路３０１により、各ドットごとにＯＮ／ＯＦＦができるので、ドットごとの書き込みが可能となっている。
【００３８】
実施例の液晶シャッタ１００を各ドットに用いることにより、応答速度が速いプリンタ用の記録ヘッドを提供できる。
【００３９】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、実施例による液晶シャッタの構造を表した断面図である。
【図２】図２は、基板のラビング方向を表した平面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、偏光板の透過軸の方向を表した平面図である。
【図４】図４Ａは、従来例と実施例によるＬＣＤの、電圧無印加状態から電圧印加状態に移行したときの透過率の経時変化を表すグラフであり、図４Ｂは、従来例と実施例によるＬＣＤの、電圧印加状態から電圧無印加状態に移行したときの透過率の経時変化を表すグラフである。
【図５】図５Ａは、液晶セルのリターデーションが２８０ｎｍである場合における、３種類の波長の光源に対する透過率の経時変化を表すグラフであり、図５Ｂは、液晶セルのリターデーションが２４０ｎｍである場合における、３種類の波長の光源に対する透過率の経時変化を表すグラフである。
【図６】図６は、実施例による液晶シャッタを用いたプリンタの概略を説明する断面図である。
【図７】図７は、プリンタ用の記録ヘッドに搭載する液晶シャッタの概略平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板
２  透明電極
３  液晶
４  偏光板
１００、３００  液晶シャッタ
２００  光書き込み部
２０１  光源
２０２  ヘッド
２０３  現像ローラ
２０５  記録紙（インスタントフィルム）
３０１  駆動回路
Ａ１  上基板のラビング方向
Ａ２  下基板のラビング方向
Ｂ１  上基板側の偏光板の透過軸方向  
Ｂ２  下基板側の偏光板の透過軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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