(57)【要約】      （修正有）【課題】装置の構成を複雑化することなく、光漏れを抑制できる高性能なライン液晶光シャッターアレイ等を提供する。【解決手段】ライン液晶光シャッターアレイは、入射光に対して並列に配列された複数の行位相差制御素子であり、夫々が線状に配列された複数の位相差制御素子部を有する複数の行位相差制御素子と一対の偏光板とを有する。複数の位相差制御素子部は、夫々、互いに重ね合わせて配置され、電気的にオン/オフ状態に切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、第１および第２液晶領域が共にオフ状態もしくはオン状態の場合、第２液晶領域を通過したときの偏光状態が第１液晶領域側に入射したときの直線偏光と同じ偏光状態であり、第１および第２液晶領域が共にオンからオフ状態に変化する過渡期間においても、前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対して並列に配列された複数の行位相差制御素子であって、それぞれが、線状に配列された複数の位相差制御素子部を有する複数の行位相差制御素子と、前記複数の行位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有するライン液晶光シャッターアレイであって、
前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、
互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、
前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持される、ライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項２】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の行位相差制御素子ごとに共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、
前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、液晶層の全体に共通の電圧がほぼ同時に印加される、請求項１に記載のライン液晶シャッターアレイ。
【請求項３】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、前記複数の行位相差制御素子ごとに、
それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、一対の共通電極によってオン状態とオフ状態とが制御され、
他方は１つの共通電極と、前記複数の位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによってオン状態とオフ状態とが制御される、請求項１または２に記載のライン液晶シャッターアレイ。
【請求項４】
前記第１および第２液晶層は、それぞれ、オン状態またはオフ状態において、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させる、請求項１から３のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項５】
前記第１液晶層および第２液晶層は、互いに旋光方向が反対の関係にあるＴＮモード液晶層である、請求項１から４のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項６】
前記第１液晶層の厚さｄ１と前記第２液晶層の厚さｄ２とが、｜ｄ１−ｄ２｜／（（ｄ１＋ｄ２）／２）≦０．０７の関係を満足する、請求項５に記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項７】
前記第１液晶層と前記第２液晶層との重ね合わせ角度の誤差Δψが、｜Δψ｜≦５°の関係を満足する、請求項４から６のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項８】
前記第１液晶層のチルト角α１と前記第２液晶層のチルト角α２とが、｜α１−α２｜≦６°の関係を満足する、請求項４から７のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項９】
前記第１液晶層のツイスト角φ１、前記第２液晶層のツイスト角φ２とが、｜φ１−φ２｜≦５°の関係を満足する、請求項４から８のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１０】
前記第１液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ１と前記第２液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ２とが、｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍの関係を満足する、請求項４から９のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１１】
前記第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層である、請求項１から３のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１２】
前記第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層である、請求項１から３のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法であって、前記複数の行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、
（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、
（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方を、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、オン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含する、ライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１４】
前記複数の行位相差制御素子は、第１行位相差制御素子および第２行位相差制御素子を含み、
前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、
（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、
（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方を、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、オン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含し、
前記工程（ｃ）において、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第２行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、いずれもオフ状態にある前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持する、請求項１３に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）工程をこの順で繰り返す、請求項１３または１４に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１６】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記一方に対して、オン状態またはオフ状態にするための所定の電圧を同時に印加する、請求項１３から１５のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ）は、前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、
前記工程（ａ）において前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加する時点に対して、前記工程（ｂ）において前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加するタイミングを決める工程をさらに含む、請求項１３から１６のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１８】
光源ユニットと、請求項１から１２のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイとを有する液晶プリンタヘッド。
【請求項１９】
請求項１８に記載の液晶プリンタヘッドを有するプリンタ。
【請求項２０】
前記光源ユニットは互いに異なる色光を出射する第１光源と第２光源とを有し、前記ライン液晶光シャッターアレイが有する前記複数の行位相差制御素子が第１行位相差制御素子と第２行位相差制御素子とを含む請求項１７に記載の液晶プリンタヘッドの制御方法であって、
（ａ）前記第１光源を選択的に点灯し、前記第１光源が点灯状態にある間に、
（ａ−１）前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ａ−２）前記工程（ａ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、
（ａ−３）前記工程（ａ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、
（ｂ）前記工程（ａ−３）において、前記一方および前記他方がともにオン状態にある場合、または前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第１光源を消灯するとともに前記第２光源を選択的に点灯し、前記第２光源が点灯状態にある間に、
（ｂ−１）前記第２行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｂ−２）前記工程（ｂ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、
（ｂ−３）前記工程（ｂ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、
を包含し、前記工程（ｂ−１）が、前記工程（ａ−３）において前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に開始される、制御方法。
【請求項２１】
前記光源ユニットは前記第１および第２光源と異なる色光を出射する第３光源をさらに有し、
（ｃ）前記工程（ｂ−３）において、前記一方および前記他方がともにオン状態にある場合、または前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第２光源を消灯するとともに前記第３光源を選択的に点灯し、前記第３光源が点灯状態にある間に、
（ｃ−１）前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｃ−２）前記工程（ａ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、
（ｃ−３）前記工程（ａ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、
を包含し、前記工程（ｃ−１）が、前記工程（ｂ−３）において前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に開始される、請求項１９に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライン液晶光シャッターアレイおよび液晶プリンタヘッド等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶を用いた従来の光シャッターが、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００３】
以下、特許文献１に開示されている液晶光シャッターについて説明する。
【０００４】
特許文献１に開示されている液晶光シャッターは、一対の偏光板と、一対の偏光板の間に挟まれた２層の液晶層を有している。２層の液晶層のうち一方の液晶層（以下、第１液晶層）は、右ねじれのＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶であり、他方の液晶層（以下、第２液晶層）は、左ねじれのＴＮ液晶である。一対の偏光板は、偏光板の透過軸（偏光軸）が互いに直交するように配置されている。第１液晶層側の偏光板から、第１液晶層および第２液晶層に向かって光を通過させる。
【０００５】
２層の液晶層のいずれにも電圧が印加されていない初期状態では（状態１）、第１液晶層側の偏光板を介して第１液晶層に入射した直線偏光は、楕円偏光に変換されて第１液晶層から出射し、第２液晶層に入射した楕円偏光は、直線偏光に変換されて第２液晶層から出射する。第２液晶層から出射した直線偏光の偏光方向は、第１液晶層に入射したときの直線偏光の偏光方向と同じである。一対の偏光板の透過軸は互いに直交するように配置されているため、第２液晶層を通過した直線偏光は、第２液晶層側の偏光板によって吸収される。したがって、状態１では光が透過しない（ＣＬＯＳＥ状態１）。
【０００６】
液晶層に電圧を印加すると、液晶分子が電界の向きに沿って液晶層の厚さ方向に配向するので、入射光と同じ偏光状態の出射光が得られる。
【０００７】
２層の液晶層の一方（第２液晶層）のみに十分な電圧を印加すると（状態２）、電圧が印加されていない第１液晶層に入射した直線偏光は楕円偏光に変換されて第２液晶層に入射し、その楕円偏光と同じ偏光状態の楕円偏光が第２液晶層から出射する。第２液晶層から出射した楕円偏光は第２液晶層側の偏光板を透過するので、状態２では光が透過する（ＯＰＥＮ状態）。
【０００８】
２層の液晶層の両方に十分な電圧を印加すると（状態３）、第１液晶層に入射した直線偏光と同じ直線偏光が第２液晶層から出射する。一対の偏光板の透過軸は互いに直交するように配置されているため、第２液晶層を通過した直線偏光は、第２液晶層側の偏光板によって吸収される。したがって、状態３では、光が透過しない（ＣＬＯＳＥ状態２）。
【０００９】
特許文献１は、上記状態１（ＣＬＯＳＥ状態１）、状態２（ＯＰＥＮ状態）および状態３（ＣＬＯＳＥ状態２）からなる３つ状態をこの順序で繰り返し変化させることによって、高速な光シャッターとして機能させることができるとしている。
【特許文献１】特開平１−１９１１２３号公報
【特許文献２】特公平０６−１０５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の光シャッターでは、ＣＬＯＳＥ状態２からＣＬＯＳＥ状態１に切り替えるときに、液晶の配向状態の乱れによって光漏れが生じてしまう。特許文献１の光シャッターは、上記光漏れを遮るために、別途、機械シャッターを設ける必要があり、光シャッターの構造が複雑になるという問題がある。光シャッターのサイズを小さくすると、機械シャッターを組み込むことができないので、微小サイズの光シャッターを作製することができないという問題がある。したがって、上記液晶光シャッターを用いて作製されるライン液晶光シャッターアレイにおいても、上記と同様の問題がある。
【００１１】
本発明は、装置の構成を複雑化することなく、光漏れを抑制できる高性能なライン液晶光シャッターアレイ等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のライン液晶光シャッターアレイは、入射光に対して並列に配列された複数の行位相差制御素子であって、それぞれが、線状に配列された複数の位相差制御素子部を有する複数の行位相差制御素子と、前記複数の行位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する。前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持されることを特徴としている。
【００１３】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の行位相差制御素子ごとに共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、液晶層の全体に共通の電圧がほぼ同時に印加されることが好ましい。
【００１４】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、前記複数の行位相差制御素子ごとに、それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、一対の共通電極によってオン状態とオフ状態とが制御され、他方は１つの共通電極と、前記複数の位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによってオン状態とオフ状態とが制御されることが好ましい。
【００１５】
ある一実施形態では、前記第１および第２液晶層は、それぞれ、オン状態またはオフ状態において、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させる。
【００１６】
ある一実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、互いに旋光方向が反対の関係にあるＴＮモード液晶層である。
【００１７】
ある一実施形態では、前記第１液晶層の厚さｄ１と前記第２液晶層の厚さｄ２とが、｜ｄ１−ｄ２｜／（（ｄ１＋ｄ２）／２）≦０．０７の関係を満足する。
【００１８】
ある一実施形態では、前記第１液晶層と前記第２液晶層との重ね合わせ角度の誤差Δψが、｜Δψ｜≦５°の関係を満足する。
【００１９】
ある一実施形態では、前記第１液晶層のチルト角α１と前記第２液晶層のチルト角α２とが、｜α１−α２｜≦６°の関係を満足する。
【００２０】
ある一実施形態では、前記第１液晶層のツイスト角φ１、前記第２液晶層のツイスト角φ２とが、｜φ１−φ２｜≦５°の関係を満足する。
【００２１】
ある一実施形態では、前記第１液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ１と前記第２液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ２とが、｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍの関係を満足する。
【００２２】
ある一実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層である。
【００２３】
ある一実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層である。
【００２４】
本発明のライン液晶光シャッターアレイの制御方法では、前記複数の行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方を、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、オン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含することを特徴としている。
【００２５】
前記複数の行位相差制御素子は、第１行位相差制御素子および第２行位相差制御素子を含み、前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方を、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、オン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含し、前記工程（ｃ）において、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第２行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、いずれもオフ状態にある前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持することが好ましい。
【００２６】
ある一実施形態では、前記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）工程をこの順で繰り返す。
【００２７】
ある一実施形態では、前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記一方に対して、オン状態またはオフ状態にするための所定の電圧を同時に印加する。
【００２８】
ある一実施形態では、前記工程（ａ）は、前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、前記工程（ｂ）は、前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、前記工程（ａ）において前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加する時点に対して、前記工程（ｂ）において前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加するタイミングを決める工程をさらに含む。
【００２９】
本発明の液晶プリンタヘッドは、光源ユニットと、上記ライン液晶光シャッターアレイとを有することを特徴とする。
【００３０】
本発明のプリンタは、上記液晶プリンタヘッドを有することを特徴とする。
【００３１】
本発明の液晶プリンタヘッドの制御方法は、前記光源ユニットは互いに異なる色光を出射する第１光源と第２光源とを有し、前記ライン液晶光シャッターアレイが有する前記複数の行位相差制御素子が第１行位相差制御素子と第２行位相差制御素子とを含む液晶プリンタヘッドの制御方法であって、（ａ）前記第１光源を選択的に点灯し、前記第１光源が点灯状態にある間に、（ａ−１）前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ａ−２）前記工程（ａ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、（ａ−３）前記工程（ａ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、（ｂ）前記工程（ａ−３）において、前記一方および前記他方がともにオン状態にある場合、または前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第１光源を消灯するとともに前記第２光源を選択的に点灯し、前記第２光源が点灯状態にある間に、（ｂ−１）前記第２行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｂ−２）前記工程（ｂ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、（ｂ−３）前記工程（ｂ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、を包含し、前記工程（ｂ−１）が、前記工程（ａ−３）において前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に開始されることを特徴としている。
【００３２】
ある一実施形態では、前記光源ユニットは前記第１および第２光源と異なる色光を出射する第３光源をさらに有し、（ｃ）前記工程（ｂ−３）において、前記一方および前記他方がともにオン状態にある場合、または前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第２光源を消灯するとともに前記第３光源を選択的に点灯し、前記第３光源が点灯状態にある間に、（ｃ−１）前記第１行位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、ともにオフ状態にある前記第１液晶領域および前記第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、且つ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｃ−２）前記工程（ａ−１）によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をともにオン状態にする工程と、（ｃ−３）前記工程（ａ−２）によってともにオン状態された前記一方および前記他方にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程と、を包含し、前記工程（ｃ−１）が、前記工程（ｂ−３）において前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に開始される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のライン液晶光シャッターアレイは、液晶層がともにオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても、液晶層に入射した直線偏光の偏光状態を同じに維持できるので、光漏れを抑制でき、高性能である。また、装置の構成が比較的単純であるので、装置の微小サイズ化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態によるライン液晶光シャッターアレイの構成と機能を説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態のライン液晶光シャッターアレイ５００の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａラインに対応する断面図である。
【００３６】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は、図１および図２に示すように、入射光に対して並列に配列された複数の行位相差制御素子５０１、５０２と、複数の行位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板５１２、５１４とを有する。行位相差制御素子５０１は、線状に配列された複数の位相差制御素子部５０１ａ、５０１ｂ、・・・を有し、行位相差制御素子５０２は、線状に配列された複数の位相差制御素子部５０２ａ、５０２ｂ、・・・を有する。なお、図１では、ライン液晶光シャッターアレイが２つの行位相差制御素子５０１および５０２を有している場合を例示するが、３以上有していてもよい。
【００３７】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は、位相差制御素子部ごとに対応する開口部５０１ａｈ、５０１ｂｈ・・・・および５０２ａｈ、５０２ｂｈ・・・が形成されるように、ブラックマトリクス５１４を有している。各位相差制御素子部は、その位相差制御素子部に対向する偏光板５１２および５１４の所定の領域とで、１つの液晶光シャッター部を構成する。開口部のそれぞれは、１つの液晶光シャッター部に対応する。
【００３８】
本実施形態のライン液晶光シャッターアレイ５００では、図１に示すように、液晶光シャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈ・・・・および５０２ａｈ、５０２ｂｈ・・・が、行方向および列方向（マトリクス状）に配列されている。
【００３９】
以下、液晶光シャッターの基本的な構成および機能について、図３および図４を参照しながら説明する。上述した液晶光シャッター部のそれぞれは、下記の液晶光シャッターに対応する。
【００４０】
図３は液晶光シャッター１００の基本的な構成を模式的に示す図である。
【００４１】
図３に示すように液晶光シャッター１００は、位相差制御素子１６と、位相差制御素子１６を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板１２および１４とを有する。
【００４２】
位相差制御素子１６は、互いに重ね合わせて配置された第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを備える。
【００４３】
位相差制御素子１６は例えば駆動回路４０をさらに有し、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａは、駆動回路４０によって印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【００４４】
液晶光シャッター１００では、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａに、捩れ方向（旋光方向）が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば、第１液晶層２０ａに右ねじれのＴＮ液晶、第２液晶層３０ａに左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。
【００４５】
９０°ねじれのＴＮ液晶は、印加電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、光の偏光方向を直交する２つの方向で切り替えることができるので、捩れ方向が互いに逆の第１液晶層および第２液晶層を用いれば、第１液晶層と第２液晶層とにこの順で所定の偏光を通過させた場合に、第１液晶層に対する入射光の偏光状態と同じ偏光状態の光を第２液晶層から出射させることができる。
【００４６】
液晶層２０ａは、例えば、液晶層２０ａを挟む一対の電極と、電極が形成された基板とによって、液晶セル２０を構成する。液晶層３０ａも同様に、電極と基板とによって液晶セル３０を構成する。液晶セル２０、３０は、必要に応じて、配向膜、カラーフィルタ層や、電極に所定の電圧を供給するための配線やスイッチング素子などの公知の構成要素を有し得る。
【００４７】
第１偏光板１２、第１液晶セル２０、第２液晶セル３０、および第２偏光板１４は、この順序で光を通過するように配置されている。
【００４８】
以下、図４および表１を参照しながら、液晶光シャッター１００の動作の一例を説明する。
【００４９】
【表１】
2005202304.tif 000003
【００５０】
上述したように、液晶光シャッター１００では、例えば第１偏光板１２側から入射した光が、第１偏光板１２、第１液晶セル２０、第２液晶セル３０、および第２偏光板１４をこの順に通過する。
【００５１】
図４に示すように第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態を偏光状態１とし、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態を偏光状態２とする。第１偏光板１２の偏光軸（透過軸）を縦方向とし、第２偏光板１４の偏光軸を横方向（上記第１偏光板１２の偏光軸と直交する方向）とする。光シャッター１００は、下記の状態１、２、３、および４をこの順で繰り返す。図４の（ａ）、（ｂ）（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ、状態１、２、３および４における光の偏光状態と液晶配向とを説明するための図である。なお、図４（ｄ）では、液晶配向を省略して示している。
【００５２】
ここでは、液晶層に印加する電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷによって、液晶層を透過した光の偏光面が９０°異なる２つの状態をとり得る場合において、液晶層にＨＩＧＨの電圧を印加し、所定の直線偏光を出射し得る状態にしたとき、「液晶層（または液晶セル）はオン状態にある」と称する。そして、液晶層を「オン状態」にするために必要な電圧の大きさ（絶対値）よりも充分に小さい電圧を液晶層に印加し、その結果、その液晶層が「オン状態」にあるときに得られる出射光の偏光面に対して略直交する偏光面を持つ光が液晶層から出射されるとき、「液晶層（または液晶セル）はオフ状態にある」と称する。
【００５３】
液晶層を「オフ状態」にするには、その液晶層に印加する電圧（ＬＯＷ）の大きさをゼロにすればよい。ただし、液晶層を「オフ状態」にするとき、ゼロでない値（例えば２．５ボルト）を有する電圧（オフセット電圧）を印加してもよい。
【００５４】
なお、本明細書で用いる印加電圧「ＨＩＧＨ」とは、液晶層を「オン状態」にできるレベルの電圧であり、印加電圧「ＬＯＷ」とは、液晶層を「オフ状態」にできるレベルの電圧である。誘電率異方性Δεが正のＴＮ液晶を用いた場合、「オン状態」の液晶は、電界の向きに液晶分子を配向させており、「オフ状態」の液晶は、約９０°捩れた状態にある。一方、誘電率異方性Δεが負のＴＮ液晶を用いた場合、「オン状態」の液晶は、約９０°捩れた状態にあり、「オフ状態」の液晶は、液晶分子を一方向に配向させている。本明細書では、誘電率異方性Δεが正の液晶を用いた場合を中心に発明を説明するが、本発明は誘電率異方性Δεが負の液晶を用いても実現できる。
【００５５】
また、ＴＮ液晶に限られず、印加電圧に応じて互いに略直交する直線偏光として、出射できる液晶層を例えばＥＣＢモード液晶層、ＯＣＢモード液晶層を利用することができる。さらに位相差板を組み合わせてもよい。
【００５６】
（状態１）
図４（ａ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をいずれもＬＯＷとすることによって、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオフ状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層による位相差は−πである。
【００５７】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過することにより、縦方向から横方向に偏光方向が変換されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は横方向の直線偏光である。
【００５８】
この横方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過することによって偏光方向が９０°変換されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は縦方向の直線偏光である。すなわち、状態１では、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過して、もとの偏光状態に戻される。
【００５９】
縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【００６０】
（状態２）
図４（ｂ）に示すように、例えば第１液晶セル２０に対する印加電圧をＨＩＧＨとし、かつ、第２液晶セル３０に対する印加電圧をＬＯＷとすることによって、第１液晶層２０ａをオン状態とし、第２液晶層３０ａをオフ状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層による位相差は０である。
【００６１】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過しても偏光方向が維持されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は縦方向の直線偏光である。この縦方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過することにより、偏光方向が９０°変換されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は横方向の直線偏光である。
【００６２】
すなわち、状態２では、第１液晶層２０ａに入射した直線偏光の偏光方向と、第２液晶層３０ａから出射した直線偏光の偏光方向とが互いに９０°異なる。
【００６３】
第２液晶層３０ａから出射した横方向の直線偏光は第２偏光板１４を透過するので、光シャッターは光を透過させる（ＯＰＥＮ状態）。
【００６４】
（状態３）
図４（ｃ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をいずれもＨＩＧＨとすることによって、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオン状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は０、第２液晶層による位相差は０である。
【００６５】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過しても偏光方向が維持されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は縦方向の直線偏光である。この縦方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過しても偏光方向が維持されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は縦方向の直線偏光である。
【００６６】
すなわち、状態３では、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じである。
【００６７】
縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【００６８】
（状態４）
図４（ｄ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をＨＩＧＨからＬＯＷに変化させて、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオン状態からオフ状態に遷移させる。この状態４は、オン状態の液晶層の配向が、オフ状態の液晶層の配向に変化するまでの過渡的な状態である。
【００６９】
第１液晶層２０ａに入射した縦方向の直線偏光は、過渡的な配向状態にある第１液晶セル２０を通過することによって楕円偏光に変換される（偏光状態１）が、第１液晶層２０ａの配向状態と第２液晶層３０ａの配向状態とは互いに位相差を相殺する関係にあるので、第２液晶セル３０を通過することによって縦方向の直線偏光に変換される（偏光状態２）。
【００７０】
第２液晶セル３０を通過した縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。状態４から十分な時間経過後は、上記状態１に等しくなる。
【００７１】
以下、状態４について説明する。上述したように、状態４は、静的な状態である状態１、状態２および状態３とは異なり、状態３から状態１に遷移するまでの動的な状態である。
【００７２】
状態４では、印加電圧をＨＩＧＨからＬＯＷに変化させて、第１および第２液晶層２０ａ、３０ａを共にオン状態からオフ状態に遷移させる。ここで、液晶層をオン状態からオフ状態に変化させるには、オフ状態からオン状態に変化させる場合に比べて長い時間がかかる。これは、液晶層に印加する電圧をＬＯＷからＨＩＧＨへと変化させることによって液晶層をオン状態からオフ状態に変化させる場合と、電圧をＨＩＧＨからＬＯＷへと変化させることによってオフ状態からオン状態に変化させる場合とでは、液晶分子の向きが変化する速度が異なるからである。
【００７３】
この電圧印加に対する応答速度は、例えば、液晶層の前後に一対の直交配置した偏光子を配置し、光の透過率の時間的変化を測定すれば評価できる。オフ状態にある液晶層にＨＩＧＨ電圧を印加したときから液晶層がオン状態に到達するまでの時間を「液晶層の立ち上がり応答時間τｒ」と称し、オン状態にある液晶層にＬＯＷ電圧を印加したときから液晶層がオフ状態に到達するまでの時間を「液晶層の立ち下がり応答時間τｄ」と称することとする。液晶層の立ち上がり応答時間τｒは比較的短いが、液晶層の立ち下がり応答時間τｄは比較的長い。
【００７４】
状態４では、液晶の立下り応答期間τｄにおいて、第１液晶層２０ａによる位相差が０から＋πに向かって比較的ゆっくり変化するときに、第２液晶層３０ａによる位相差が０から−πに向かって比較的ゆっくり変化し、２つの液晶層における合計の位相差は常に０になるので、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じになる。
【００７５】
状態４（図４（ｄ））の期間、すなわち、状態３（図４（ｃ））から状態（図４（ａ））の状態への遷移に要する時間（τｄ）が長くとも、そのような遷移期間中において、第２液晶層３０ａからは直線偏光が継続的に出射され得る。このとき、第２液晶層３０ａから出る偏光の向きは回転しないため、液晶層の立ち下がり応答時間τｄは、偏光面（入射してきた直線偏光の電場ベクトル振動面）の回転に全く影響しない。
【００７６】
これに対して、状態１（図４（ａ））から状態２（図４（ｂ））へ変化するときと、状態２（図２（ｂ））から状態３（図４（ｃ））に変化するときは、偏光面が９０°回転する。これらの状態変化の速度は、いずれも、液晶層の立ち上がり応答時間τｒによって決定されるので、比較的速い。
【００７７】
本実施形態のライン液晶光シャッターアレイ５００に用いる光シャッターでは、過渡的な状態である状態４において、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じに維持される。
【００７８】
従来の光シャッターは、状態４において、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とを同じにできなかったため、光漏れが生じていた。この光漏れを抑制するためには、別途、機械シャッターを設ける必要があったため、光シャッターの微小化が困難であった。
【００７９】
ライン液晶光シャッターアレイ５００に用いる光シャッターは、光漏れがなく、高性能である。また、従来の光シャッターとは異なり、機械シャッターを設ける必要がないので、光シャッターの微小化が可能である。
【００８０】
以上、液晶光シャッターについて説明した。本実施形態のライン液晶光シャッターアレイ５００は、上記液晶光シャッターに対応する液晶光シャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈ・・・・および５０２ａｈ、５０２ｂｈ・・・が、行方向および列方向（マトリクス状）に配列されている。
【００８１】
次に図１および図２を再び参照しながら、ライン液晶光シャッターアレイ５００を説明する。
【００８２】
なお、偏光板５１２、５１４の偏光軸は、例えば図３の液晶光シャッターの偏光板１２、１４の偏光軸と同じである。
【００８３】
以下では、２つの行位相差制御素子（第１行位相差制御素子５０１および第２行位相差制御素子５０２）を有しているライン液晶光シャッターアレイを例示する。また、主として、第１行位相差制御素子５０１が有する複数の位相差制御素子部のうち、隣接する２つの位相差制御素子部５０１ａおよび５０１ｂの構成を説明するが、他の位相差制御素子部の構成も同様である。また、第２行位相差制御素子５０２が有する複数の位相差制御素子部についても同様である。
【００８４】
位相差制御素子部５０１ａは、互いに重ね合わせて配置され（光の通過する方向に沿って配列され）、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域５２０ａ１および第２液晶領域５３０ａ１を備える。同様に、位相差制御素子部５０２ａは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域５２０ａ２および第２液晶領域５３０ａ２を備える。
【００８５】
位相差制御素子部５０１ａの第１液晶領域５２０ａ１、および、位相差制御素子部５０１ｂの第１液晶領域５２０ａ２は、それぞれ、位相差制御素子部５０１ａおよび５０１ｂに対して共通に設けられた第１液晶層５２０Ａの一部の領域を構成している。同様に、位相差制御素子部５０１ａの第２液晶領域５３０ａ１、および、位相差制御素子部５０１ｂの第２液晶領域５３０ａ２は、それぞれ、位相差制御素子部５０１ａおよび５０１ｂに対して共通に設けられた第２液晶層５３０Ａの一部の領域を構成している。
【００８６】
液晶層５２０Ａおよび液晶層５３０Ａには、図３の液晶光シャッターと同様に、例えば、捩れ方向（旋光方向）が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば液晶層５２０Ａに右ねじれのＴＮ液晶、液晶層５３０Ａに左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。
【００８７】
液晶層５２０Ａは、液晶層５２０Ａの両側に設けられた配向膜５２１ａ、５２１ｂと、透明電極５２２ａ、５２２ｂと、ガラス基板５１５、５１６とによって液晶セル５２０を構成している。同様に、液晶層５３０Ａは、液晶層５３０Ａの両側に設けられた配向膜５３１ａ、５３１ｂと、透明電極５３２ａ、５３２ｂと、ガラス基板５１６、５１７とによって液晶セル５３０を構成している。液晶セル５２０と液晶セル５３０とは、ガラス基板５１６を共有している。
【００８８】
液晶セル５３０のガラス基板５１７上には、ブラックマトリクス５１８が設けられており、ライン液晶光シャッターアレイ５００に、位相差制御素子部５０１ａに対応する開口部（液晶光シャッター部）５０１ａｈ、および位相差制御素子部５０１ｂに対応する開口部５０１ｂｈを形成している。
【００８９】
図２に示すライン液晶光シャッターアレイ５００では、偏光板５１２側から、液晶層５２０Ａ、液晶層５３０Ａ、および偏光板５１４の順に光を通過させる。
【００９０】
液晶層５２０Ａは、液晶層５２０Ａの両側に設けられた透明電極５２２ａ、５２２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。同様に、液晶層５３０Ａは、液晶層５３０Ａの両側に設けられた透明電極５３２ａ、５３２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【００９１】
なお、特に図示しないが、第２行位相差制御素子５０２の各位相差制御素子部５０２ａ、５０２ｂ・・・も互いに重ね合わせて配置された２つの液晶領域（第１液晶領域および第２液晶領域）を有し、第１液晶領域のそれぞれは一の液晶層（第１液晶層）の一部の領域を構成し、第２液晶領域のそれぞれも他の液晶層（第２液晶層）の一部の領域を構成する。ただし、液晶層は行位相差制御素子ごとに電気的に制御されるので、第２行位相差制御素子５０２の第１液晶領域を構成する第１液晶層と、第１行位相差制御素子５０１の第１液晶領域を構成する第１液晶層５２０Ａとは独立に制御され、第２行位相差制御素子５０２の第２液晶領域を構成する第２液晶層と、第１行位相差制御素子５０１の第２液晶領域を構成する第２液晶層５３０Ａとは独立に制御される。
【００９２】
第２行位相差制御素子５０２の第１液晶領域の両側に設けられる配向膜およびガラス基板は、それぞれ、第１行位相差制御素子５０１の配向膜５２１ａ、５２１ｂおよびガラス基板５１５、５１６と共通の膜で形成され、第２行位相差制御素子５０２の第２液晶領域の両側に設けられる配向膜およびガラス基板は、それぞれ、第１行位相差制御素子５０１の配向膜５３１ａ、５３１ｂおよびガラス基板５１６、５１７と共通の膜で形成される。
【００９３】
次に、図５を参照しながら、ライン液晶光シャッターアレイ５００に用いられる電極の構成の一例を説明する。
【００９４】
第１行位相差制御素子５０１の２つの液晶層５２０Ａおよび５３０Ａのうち、例えば第２液晶層５３０Ａの一方側には、行方向に延びる共通電極５３２ｂ（図５（ａ））が配置され、液晶層５３０Ａの他方側には、共通電極５３２ｂに対向するようにセグメント電極５３２ａ（図５（ｂ））がそれぞれ配置される。液晶層５３０Ａのオン状態とオフ状態とは、共通電極５３２ｂとセグメント電極５３２ａとのペアによって制御される。
【００９５】
同様に、第２行位相差制御素子５０２の２つの液晶層のうち、第２液晶層の一方側には、行方向に延びる共通電極６３２ｂ（図５（ａ））が配置され、他方側には、共通電極６３２ｂに対向するようにセグメント電極６３２ａ（図５（ｂ））がそれぞれ配置される。第２液晶層のオン状態とオフ状態とは、共通電極６３２ｂとセグメント電極６３２ａとのペアによって制御される。
【００９６】
共通電極５３２ｂおよび６３２ｂは、それぞれ、一の膜で形成された１枚の電極で構成されている。共通電極５３２ｂは、位相差制御素子部５０１ａの第１液晶領域５２０ａ１と、位相差制御素子部５０１ｂの第１液晶領域５２０ａ２とに対して、共通に、同じ電圧を印加し、共通電極６３２ｂは、位相差制御素子部５０２ａの第１液晶領域と、位相差制御素子部５０２ｂの第１液晶領域とに対して、共通に、同じ電圧を印加する。
【００９７】
セグメント電極５３２ａ、６３２ａは、それぞれ、位相差制御素子部ごとに分離した（独立した）複数のセグメント電極５３２ａ１、５３２ａ２、・・・および複数のセグメント電極６３２ａ１、６３２ａ２、・・・で構成されており、セグメント電極ごとに所望の電圧を印加できる。したがって、行位相差制御素子５０１の位相差制御素子部ごとに設けられた第２液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２のオン状態およびオフ状態、および、行位相差制御素子５０２の位相差制御素子部ごとに設けられた第２液晶領域のオン状態およびオフ状態は、それぞれ独立に制御される。
【００９８】
第１行位相差制御素子５０１の第１液晶層５２０Ａの両側には、いずれも行方向に延びる共通電極５２２ｂ（図５（ｃ））と共通電極５２２ａ（図５（ｄ））とが配置される。液晶層５２０Ａのオン状態とオフ状態とは、共通電極５２２ｂと共通電極５２２ａとのペアによって制御される。
【００９９】
同様に、第２行位相差制御素子５０２の第１液晶層の両側には、いずれも行方向に延びる共通電極６２２ｂ（図５（ｃ））と共通電極６２２ａ（図５（ｄ））とが配置される。第１液晶層のオン状態とオフ状態とは、共通電極６２２ｂと共通電極６２２ａとのペアによって制御される。
【０１００】
共通電極５２２ｂ、６２２ｂ、５２２ａ、６２２ａは、いずれも、一の膜で形成された１枚の電極で構成されている。行位相差制御素子５０１の位相差制御素子部５０１ａの第１液晶領域５２０ａ１と、位相差制御素子部５０１ｂの第１液晶領域５２０ａ２とに対して、共通に、同じ電圧を印加する。また、行位相差制御素子５０２の位相差制御素子部５０２ａの第１液晶領域と、位相差制御素子部５０２ｂの第１液晶領域とに対して、共通に、同じ電圧を印加する。したがって、第１行位相差制御素子５０１の全ての第１液晶領域のオン状態およびオフ状態は共通に制御され、第２行位相差制御素子５０２の全ての第１液晶領域のオン状態およびオフ状態は共通に制御される。なお、第１行位相差制御素子５０１の第１液晶領域と第２行位相差制御素子５０２の第１液晶領域とは独立に制御される。
【０１０１】
上記では、一の行位相差制御素子５０１において、一方の液晶層５２０Ａのオン状態とオフ状態とを一対の共通電極によって制御し、他方の液晶層５３０Ａのオン状態とオフ状態とを１つの共通電極と、位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによって制御する場合を例示したが、電極の構成はこれに限定されない。ただし、上記のように共通の電圧をほぼ同時に印加する電極を複数の位相差制御素子部に共通の電極とすれば、構成を簡単にできる。もちろん、複数の位相差制御素子部の全てに共通の電極としなくても、２以上の位相差制御素子に共通の電極を設ければ構成を簡単にできる。
【０１０２】
次に、図６を参照しながら、ライン液晶光シャッターアレイ５００の制御方法を説明する。
【０１０３】
図６（ａ）は、第１液晶層５２０Ａのうち、行位相差制御素子５０１の第１液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２に共通に印加される電圧の波形を示す。図６（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、第２液晶層５３０Ａの第２液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２に印加される電圧の波形を示す。図６（ａ）に示した第１液晶層５２０Ａの第１液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２に共通に印加される電圧は、共通電極５２２ａと共通電極５２２ｂとの電圧差であり、例えば、共通電極５２２ｂを基準とした共通電極５２２ａの電圧に対応する。図６（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示した第２液晶層５３０Ａの第２液晶領域に印加される電圧は、共通電極５３２ｂを基準としたセグメント電極５３２ａ１、５３２ａ２および５３２ａ３の電圧にそれぞれに対応する。なお、共通電極５２２ｂおよび共通電極５３２ｂには同じ電圧を印加してもよい。
【０１０４】
以下では、共通電極５２２ａの電圧によって第１液晶層５２０Ａの第１液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２に印加する電圧を制御し、セグメント電極５３２ａ１、５３２ａ２および５３２ａ３に印加する電圧によって第２液晶層５３０Ａの対応する第２液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２・・・の電圧を制御する場合を説明する。すなわち、液晶層５２０Ａおよび５３０Ａのうち一方の液晶層５２０Ａは液晶層全体で共通にオン状態とオフ状態とを制御し（全ての液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２・・・を共通に制御し）、他方の液晶層５３０Ａは液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２・・・毎にオン状態とオフ状態とを制御する場合を例示する。液晶層の制御方法はこれに限られないが、いずれか一方の液晶層を共通に制御すれば、制御方法が容易であるという効果が得られる。
【０１０５】
Ｔ３は  図６（ａ）に示すように、共通電極５２２ａに印加する電圧（すなわち第１液晶層５２０Ａの第１液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２に共通に印加される電圧）は、初期状態にＬＯＷで、所定のタイミングでＨＩＧＨに切り替えられる（ＳＴＥＰ１）。共通電極５２２ａの印加電圧をＨＩＧＨにする期間をＴ１とし、ＬＯＷにする期間をＴ３とする。Ｔ１とＴ３との和Ｔ０で表される周期で、ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２およびＳＴＥＰ３が繰り返される。
【０１０６】
図６（ｂ）から（ｄ）に示すように、セグメント電極５３２ａ１、５３２ａ２および５３２ａ３に印加する電圧（すなわち、第２液晶層５３０Ａの第２液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２・・・にそれぞれ印加される電圧）は、図６（ａ）に示した共通電極５２２ａに印加される電圧がＨＩＧＨである期間（Ｔ１）内に、それぞれ、所定のタイミングでＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えられる。
【０１０７】
以下、第１行位相差制御素子５０１と第１行位相差制御素子５０１の両側に位置する一対の偏光板５１２、５１４の所定の領域とを合せて、第１行液晶光シャッターと称し、第２行位相差制御素子５０２と第２行位相差制御素子５０２の両側に位置する一対の偏光板５１２、５１４の所定の領域とを合せて、第２行液晶光シャッターと称する場合がある。第１行液晶光シャッターは、液晶ライン光シャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈ、・・・を含み、第２行液晶光シャッターは、液晶ライン光シャッター部５０２ａｈ、５０２ｂｈ、・・・を含む。
【０１０８】
以下、時系列的に、ライン液晶光シャッターアレイ５００の動作を説明する。以下では、第１行液晶光シャッター５０１ａｈ、５０１ｂｈ、・・・（および第１行位相差制御素子５０１）の動作を説明するが、第２行液晶光シャッター５０２ａｈ、５０２ｂｈ、・・・も第１行液晶光シャッターと同様に動作する。
【０１０９】
初期状態では、共通電極５２２ａに対する印加電圧、および、全てのセグメント電極５３２ａに対する印加電圧をＬＯＷにして、第１行位相差制御素子５０１に対応する第１液晶層５２０Ａ（第１行位相差制御素子５０１の全ての液晶領域）、および第１行位相差制御素子５０１に対応する第２液晶層５３０Ａ（第１行位相差制御素子５０１の全ての液晶領域）をオフ状態にする。この初期状態では、第１行位相差制御素子５０１の第１および第２液晶領域は状態１（図４（ａ））にあり、液晶ラインシャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈ（図１）はＣＬＯＳＥ状態である。
【０１１０】
次に、図６（ａ）に示すように、共通電極５２２ａに対する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ１）ことにより、第１行位相差制御素子５０１に対応する第１液晶層５２０Ａに含まれる全ての第１液晶領域５２０ａ１、５２０ａ２をオン状態にする。印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させてから、第１液晶層５２０Ａがオフ状態からオン状態に変化するまでの時間は、液晶層の立ち上がり応答時間τｒで決まるので比較的速い。
【０１１１】
一方、全てのセグメント電極５３２ａに対する印加電圧はＬＯＷのままであるため、第１行位相差制御素子５０１に対応する第２液晶層５３０Ａはオフ状態に維持される。１つの位相差制御素子部を構成する２つの液晶領域のうち、一方がオン状態、他方がオフ状態のときのみ液晶ラインシャッター部（開口部）はＯＰＥＮ状態になる。したがって、第１行位相差制御素子５０１に対応する第１液晶層５２０Ａがオン状態、かつ、第２液晶層５３０Ａの各液晶領域がオフ状態にある期間は、第１行位相差制御素子５０１の第１および第２液晶領域は状態２（図４（ｂ））にあり、液晶ラインシャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈ（図１）がＯＰＥＮ状態になる。
【０１１２】
次に、共通電極５２２ａに対する印加電圧がＨＩＧＨの期間内に、各セグメント電極５３２ａのそれぞれの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２）。各セグメント電極５３２ａのそれぞれの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えるタイミングは、共通電極５２２ａに対する印加電圧（図６（ａ））をＬＯＷからＨＩＧＨにする時点（ＳＴＥＰ１）を基準としてそれぞれ設定される。
【０１１３】
例えば、図６（ｂ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿１後に、セグメント電極５３２ａ１の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿１）ことにより、液晶領域５３０ａ１をオフ状態からオン状態にする。
【０１１４】
また、図６（ｃ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿２後に、セグメント電極５３２ａ１に隣接するセグメント電極５３２ａ２の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿２）ことにより、液晶領域５３０ａ１に隣接する液晶領域５３０ａ２をオフ状態からオン状態にする。
【０１１５】
また、図６（ｄ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿３後に、セグメント電極５３２ａに隣接するセグメント電極５３２ａ３の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿３）ことにより、液晶領域５３０ａ２に隣接する液晶領域をオフ状態からオン状態にする。
【０１１６】
上記のように、各セグメント電極５３２ａに対する印加電圧を所定のタイミングでＨＩＧＨとすることにより、各セグメント電極に対応する位相差制御素子部の２つの液晶領域（第１液晶領域および第２液晶領域）の両方がオン状態になるので、第１行液晶光シャッターのうち、対応する液晶ラインシャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈはＯＰＥＮからＣＬＯＳＥ状態に変化する。第１液晶領域および第２液晶領域の両方がオン状態にあるとき、第１行位相差制御素子５０１の第１および第２液晶領域は、状態３（図４（ｃ））にある。
【０１１７】
液晶領域に印加する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させてから、液晶領域がオフ状態からオン状態に変化するまでの時間は、液晶層の立ち上がり応答時間τｒで決まるので比較的速い。したがって、セグメント電極５３２ａ１、５３２ａ２および５３２ａ３にそれぞれ対応する液晶光シャッター部のＯＰＥＮ時間はＴ２＿１、Ｔ２＿２および、Ｔ２＿３にほぼ等しい。
【０１１８】
セグメント電極５３２ａの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えるタイミングを調節することによって、対応する液晶光シャッター部をＯＰＥＮにする時間を制御できる。      
【０１１９】
図６に示した例では、液晶光シャッター部が光を透過できる時間をゼロから最大時間Ｔ１まで変化させることができる。このように、上述のように各電極に印加する電圧を制御することによって、各液晶光シャッター部を透過する光の量を任意に制御できる。
【０１２０】
ここで、Ｔ１は最大露光時間と液晶層の立ち上がり応答時間τｒとの和以上に設定される。動作時間を最短にする観点からは、Ｔ１を最大露光時間と液晶層の立ち上がり応答時間τｒとの和に等しくなるように設定することが好ましい。Ｔ３は液晶層の立ち下り時間Ｔｄよりも長く設定される。また、各液晶光シャッター部をＯＰＥＮにする時間（ＳＴＥＰ１の時点からの時間Ｔ２＿１、Ｔ２＿２およびＴ２＿３）は、例えば、プリンタ用ヘッドとして用いる場合は、印刷すべき画像情報（文字情報）に応じて、感光紙（印画紙）を露光すべき光量が得られるように設定される。この際、印画紙の露光感度や、露光する光の強度、および液晶光シャッターの透過率などのパラメータが考慮される。
【０１２１】
次に、共通電極５２２ａに印加する電圧（図６（ａ））と、全てのセグメント電極５３２ａに印加する電圧とを同時にＨＩＧＨからＬＯＷにする（ＳＴＥＰ３）ことにより、第１行位相差制御素子５０１に対応する液晶層５２０Ａおよび５３０Ａをオン状態からオフ状態に変化させる。液晶層５２０Ａと５３０Ａとは、一方の液晶層による位相差が０から＋πに向かって変化するときに、他方の液晶層による位相差が０から−πに向かって変化し、２つの液晶層における合計の位相差は常に０になる（液晶層５２０Ａおよび５３０Ａが互いにリタデーションを相殺する関係を有する）。したがって、オン状態の液晶層の配向が、オフ状態に変化するまでの過渡的な期間において、第１行位相差制御素子５０１の第１および第２液晶領域は状態４（図４（ｄ））にあり、液晶ラインシャッター部５０１ａｈ、５０１ｂｈはＣＬＯＳＥ状態のままである。
【０１２２】
上述したように、オン状態の液晶層がオフ状態に完全に到達するまでの時間は、液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まり、τｄは液晶層の立ち上がり応答時間τｒよりも遅い。また、液晶層が完全にオフ状態になるまでの間、液晶光シャッターとして機能させることができない。
【０１２３】
液晶層がオン状態からオフ状態に変化する過渡的な期間を経て、第１行位相差制御素子５０１の第１および第２液晶領域が完全にオフ状態に到達した後、上記の工程（ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３）を繰り返すことができる。
【０１２４】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は、第１行液晶光シャッター５０１ａｈ、５０１ｂｈ、・・・（第１行位相差制御素子５０１に対応する）に加えて、第２行液晶光シャッター５０２ａｈ、５０２ｂｈ、・・・（第２行位相差制御素子５０２に対応する）を有しているので、一方の行位相差制御素子の位相差制御素子部が、液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まる遷移期間にあるために液晶光シャッターとして機能させることができない期間（状態４）にあっても、その間に、他方の行位相差制御素子の位相差制御素子部を所定の状態に切り替えることによって、安定したＯＰＥＮ状態にすることができる。このため、高速に連続動作させることができる。
【０１２５】
すなわち、第１行位相差制御素子５０１の位相差制御素子部が有する第１および第２液晶領域に対する印加電圧を同時にＨＩＧＨからＬＯＷに変化させることによって、第１および第２液晶領域をオン状態からオフ状態に変化させている間に、第２行位相差制御素子５０２の位相差制御素子部が有する、いずれもオフ状態にある第１および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持する。
【０１２６】
以下、図７を参照しながら、ライン液晶光シャッターアレイ５００の動作をより具体的に説明する。図７は、ライン液晶光シャッターアレイ５００の動作の一例を説明するための表である。図７では、第１行位相差制御素子５０１および第２行位相差制御素子５０２のそれぞれが形成する状態（図４参照）の時間的な変化と、そのときの光シャッターのＯＰＥＮ／ＣＬＯＳＥ状態を示している。また、第１行位相差制御素子５０１を通過した光の偏光状態を偏光状態３とし、第２行位相差制御素子２１６を通過した光の偏光状態を偏光状態４として、各状態１から４（図４参照）における偏光状態を示している。なお、第１偏光板５１２の偏光軸（透過軸）を縦方向とし、第２偏光板５１４の偏光軸を横方向（上記第１偏光板１２の偏光軸と直交する方向）としている。
【０１２７】
図７に示すようにライン液晶光シャッターアレイ５００では、２つの行位相差制御素子５０１、５０２を状態１、２、３、４にこの順で変化させるが、一方の行位相差制御素子５０１が状態３から状態１に到達するまでの期間、すなわち、状態４にあるときに、他方の行位相差制御素子５０２を状態１から状態２に変化させる。
【０１２８】
第１行位相差制御素子５０１が状態４にあるとき、第１行位相差制御素子５０１の液晶層５２０Ａおよび５３０Ａは不安定な遷移状態にあるが、図４（ｄ）に示したように配向状態が互いに位相差を相殺する関係にあるので、第１液晶層５２０Ａに入射した直線偏光と同じ偏光状態の光を第２液晶層５３０Ａから出射する。このように、第１行位相差制御素子５０１が過渡的な遷移期間の状態４にある場合でも、この状態４の全期間にわたって、入射した直線偏光と同じ偏光状態の光（縦方向の偏光）を第２液晶層５３０Ａから出射できる。
【０１２９】
したがって、第１行位相差制御素子５０１が状態４である期間に、もう一方の第２行位相差制御素子５０２を、状態１から状態２に変化させることにより、光シャッターをＯＰＥＮ状態にできる。
【０１３０】
より具体的には、図６に示したように、第１行位相差制御素子５０１の複数の位相差制御素子部５０１ａ、５０１ｂに対して電圧を印加し、第１行位相差制御素子５０１の液晶層５２０Ａおよび５３０Ａに対する印加電圧を同時にＨＩＧＨからＬＯＷにする（ＳＴＥＰ３）ことによって、液晶層をオン状態からオフ状態に変化させる間に、第２行位相差制御素子５０２の第１液晶層に対する印加電圧をＬＯＷに維持するとともに、第２液晶層の各液晶領域に対する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させて液晶領域をオフ状態からオン状態に切り替える（ＳＴＥＰ２）。
【０１３１】
なお、光シャッターはＣＬＯＳＥ状態のままになるが、もちろん第１行位相差制御素子５０１が状態４である期間に第２行位相差制御素子５０２を状態２から状態３に変化させてもよい。
【０１３２】
以上説明したように、２つの行位相差制御素子５０１、５０２を有する液晶光シャッター５００では、一方の行位相差制御素子５０１が状態４にあっても、他方の行位相差制御素子５０２の状態を適宜制御することにより、光シャッターとして動作させることができる。
【０１３３】
本実施形態のライン液晶光シャッターアレイは、３行以上の行位相差制御素子を備えてもよい。
【０１３４】
なお、上記では、同一面内に配列された複数の位相差制御素子部の全てに対して、共通に、一対の偏光板や、ガラス基板等が設けられている場合を例示したが、ライン液晶光シャッターアレイ５００の構成はこれに限られない。例えば、同一面内に配列された複数の位相差制御素子部のそれぞれに対して別々に、一対の偏光板が設けられていてもよいし、複数の位相差制御素子部のいくつかごとに、一対の偏光板が設けられていてもよい。
【０１３５】
本実施形態の液晶光シャッターアレイ５００を用いて、液晶プリンタを構成できる。図８および図９を参照しながら、本発明の一実施形態の液晶プリンタ６００を説明する。図８は液晶プリンタ６００の構成を説明するための模式図であり、図９は液晶プリンタ６００の動作を説明するためフロー図である。
【０１３６】
図８に示すように液晶プリンタ６００は、ケース６０１内に、液晶プリンタヘッド６０２、支持体６０４、送りローラ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ、ピンチローラ６０６、遮光シャッター６０７、および排出口６０８を備える。
【０１３７】
支持体６０４上の印画紙６０３は、送りローラ６０５により、図８中の矢印Ａの方向に沿って所定の速度で移動され、液晶プリンタヘッド６０２の直下で液晶プリンタヘッド６０２によって露光される。送りローラ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃと、液晶プリンタヘッド６０２の露光のタイミングを適切に設定することで、印画紙６０３全体を露光することができる。
【０１３８】
露光の終わった印画紙６０３は、ピンチローラ６０６で挟まれることで、印画紙６０３の先端部に備わっている現像液が印画紙６０３に広がり、現像される。現像された印画紙６０３は、排出口６０８より液晶プリンタ６００の外に排出される。排出口６０８には必要に応じて遮光シャッター６０７が設けられる。なお、印画紙６０３には、公知の印画紙を広く用いることができる。また、インスタント写真フィルムなど、その他の写真感材を用いてもよい。
【０１３９】
液晶プリンタヘッド６０２は、光源ユニット６０９、集光光学系６１０、ライン液晶光シャッターアレイ５００、および集光レンズ系６１２を有している。
【０１４０】
光源ユニット６０９は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３つの光源、ここでは、３色のＬＥＤを備える。あるいは、例えばハロゲンランプなどの白色光源およびその白色光源を色毎に分離するための色分離光学系を有していてもよい。光源ユニット６０９は、各色光源の点灯・消灯を互いに独立に切り換えることができる。
【０１４１】
集光光学系６１０は例えば所定のレンズを有し、光源ユニット６０９からの光を、ライン液晶光シャッターアレイ５００上に集光する。
【０１４２】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は、図１に示したように、第１行位相差制御素子５０１に対応する第１行液晶光シャッター５０１ａｈ、５０１ｂｈ、・・・と、第２行位相差制御素子５０２に対応する第２行液晶光シャッター５０２ａｈ、５０２ｂｈ、・・・とを有している。
【０１４３】
ここでは、光源ユニット６０９からの光は、第１行位相差制御素子５０１および第２行位相差制御素子５０２の両方を照射する場合を例示する。集光光学系６１０は、各行の液晶光シャッターを一括で照射できる、ライン液晶光シャッターアレイ５００の行方向に延びるパターンを有する細長いビームを形成してもよい。あるいは、各液晶光シャッター部ごとに集光してもよい。
【０１４４】
第１行液晶光シャッターを通過した光と、第２行液晶光シャッターを通過した光とは、印画紙６０３上のほほ同じ位置に露光され、Ｒ、ＧおよびＢの各色光が重ね合わせられる。
【０１４５】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は所定の画像データに基づいて開閉（ＯＰＥＮ／ＣＬＯＳＥ）し、光の透過／非透過が制御される。ライン液晶光シャッターアレイ５００を通過した光は、集光レンズ系６１２により、支持体６０４の上に配置した印画紙６０３に集光される。例えば、印画紙６０３に焦点を結ぶようにすることが好ましい。
【０１４６】
上述したようにライン液晶光シャッターアレイ５００は、一方の行位相差制御素子の位相差制御素子部が、液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まる遷移期間にあるために液晶光シャッターとして機能させることができない期間（状態４）にあっても、その間に、他方の行位相差制御素子の位相差制御素子部を所定の状態に切り替えることによって、安定したＯＰＥＮ状態にすることができ、高速に連続動作させることができる。
【０１４７】
したがって、液晶プリンタ６００が一枚の印画紙６０３をプリントする時間を従来よりも短縮することができる。また、従来のように機械シャッターを必要としないので装置を小型化できる。
【０１４８】
ライン液晶光シャッターアレイ５００は、第１行液晶光シャッターおよび第２行液晶光シャッターからなる２行の液晶光シャッターを、高速に交互に切り替えることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色光を選択的に印画紙に露光できる。したがって、各色光につき１行の液晶光シャッターを用いなくても（すなわち、例えば特開平７−２５６９２８号公報に開示されている３行の液晶光シャッターを用いなくても）、高速にプリント可能である。液晶層の立ち下がり応答時間τｄ≦Ｔ１（図６参照）であれば２行の液晶光シャッターを有しているだけで、無駄な待ち時間なく、プリント可能である。例えば、ＴＮモード液晶層を用いれば、τｄ≦１０ｍｓｅｃを実現できる。
【０１４９】
次に図９を参照しながら、液晶プリンタ６００の動作の一例を説明する。
【０１５０】
まず、光源ユニット６０９のＲ色光源を選択的に点灯させた後、選択的に、第１行液晶光シャッターを動作させる。一方、第２行液晶光シャッターは閉じた状態に維持しておく。赤色の画像情報（文字情報）に応じた露光量が得られるように第１行液晶光シャッターが動作する。すなわち、第１行液晶光シャッター（第１行位相差制御素子５０１）の、ともにオフ状態にある第１液晶層５２０Ａの所定の液晶領域および第２液晶層５３０Ａの所定の液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、一方をオン状態にし、且つ、他方をオフ状態にして、状態２（図４（ｂ））とすることにより、シャッターをＯＰＥＮ状態にする。
【０１５１】
所定の露光時間経過後、第１行液晶光シャッターを閉じる。すなわち、上記オン状態にされた一方の液晶領域をオン状態に維持するとともに、他方の液晶領域をオフ状態からオン状態に変化させて、一方および他方の液晶領域をともにオン状態にし、上記状態３（図４（ｃ））にすることにより、シャッターをＣＬＯＳＥ状態にする。
【０１５２】
シャッターをＣＬＯＳＥ状態にした後、Ｒ色光源を消灯させる。また、上記ともにオン状態にされた一方および他方の液晶領域に、それぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、状態３から上記状態１に遷移させる（状態４、図４（ｄ））ことにより、一方および他方の液晶領域をオン状態からオフ状態に変化させる。なお、Ｒ光を消灯させるタイミングは、液晶層５２０Ａ、５３０Ａの所定の液晶領域をともにオン状態（状態３（図４（ｃ））に移行させた後、次のＧ色光源を点灯する前であればいつでもよい。
【０１５３】
上記一連の動作により、印画紙６０３の移動方向（図８のＡ方向）とほぼ直交する方向に、一行分の赤色の情報がプリントされる。なお、Ｒ色光源の点灯期間は第２行液晶光シャッターが閉じた状態にあるので、上述したように第１行液晶光シャッターおよび第２行液晶光シャッターの両方にＲ色光を照射してもよいが、Ｒ色光を第１行液晶光シャッターに選択的に照射してもよい。また、選択的に各色光ごとに照射する液晶光シャッター行を変えるようにすれば、色光源の点灯消灯を制御する必要をなくすことができる。
【０１５４】
次に、第１行液晶光シャッターの第１液晶層５２０Ａの所定の液晶領域および第２液晶層５３０Ａの所定の液晶領域を、オン状態からオフ状態に変化させている過渡的な期間おいて、光源ユニット６０９のＧ色光源を選択的に点灯させた後、選択的に、第２行液晶光シャッターを開く。すなわち、第２行液晶光シャッター（第２行位相差制御素子５０２）の、ともにオフ状態にある第１液晶層の所定の液晶領域および第２液晶層の所定の液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、一方をオン状態にし、且つ、他方をオフ状態にして、状態２（図４（ｂ））とすることにより、シャッターをＯＰＥＮ状態にする。
【０１５５】
すなわち、第１行位相差制御素子５０１（第１行液晶光シャッター）が液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まる遷移期間にあるために液晶光シャッターとして機能させることができない期間（状態４）に、第２行位相差制御素子５０２（第２行液晶光シャッター）を所定の状態に切り替える。
【０１５６】
所定の露光時間経過後、第２行液晶光シャッターを閉じる。すなわち、上記オン状態にされた一方の液晶領域をオン状態に維持するとともに、他方をオフ状態からオン状態に変化させて、一方および他方の液晶領域をともにオン状態にし、状態３（図４（ｃ））にすることにより、シャッターをＣＬＯＳＥ状態にする。
【０１５７】
シャッターをＣＬＯＳＥ状態にした後、Ｇ色光源を消灯させる。また、上記ともにオン状態された一方および他方の液晶領域にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、状態３から上記状態１に遷移させる（状態４、図２（ｄ））ことにより、一方および他方の液晶領域をオン状態からオフ状態に変化させる。なお、Ｇ光を消灯させるタイミングは、液晶層５２０Ａ、５３０Ａの所定の液晶領域をともにオン状態（状態３（図４（ｃ））に移行させた後、次のＢ色光源を点灯する前であればいつでもよい。
【０１５８】
上記一連の動作により、印画紙６０３の移動方向（図８のＡ方向）とほぼ直交する方向に、一行分の緑色の情報が赤色の情報に加えてプリントされる。
【０１５９】
次に、第２行液晶光シャッターの第１液晶層の所定の液晶領域および第２液晶層の所定の液晶領域を、オン状態からオフ状態に変化させている過渡的な期間おいて、光源ユニット６０９のＢ色光源を選択的に点灯させた後、選択的に、第１行液晶光シャッターを開く。すなわち、第１行液晶光シャッター（第１行位相差制御素子５０１）の、ともにオフ状態にある、第１液晶層５２０Ａの所定の液晶領域および第２液晶層５３０Ａの所定の液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、一方をオン状態にし、且つ、他方をオフ状態にして、状態２（図４（ｂ））とすることにより、シャッターをＯＰＥＮ状態にする。
【０１６０】
すなわち、第２行位相差制御素子５０２（第２行液晶光シャッター）が液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まる遷移期間にあるために液晶光シャッターとして機能させることができない期間（状態４）に、第１行位相差制御素子５０１（第１行液晶光シャッター）を所定の状態に切り替える。
【０１６１】
所定の露光時間経過後、第１行液晶光シャッターを閉じる。すなわち、上記オン状態にされた一方の液晶領域をオン状態に維持するとともに、他方をオフ状態からオン状態に変化させて、一方および他方の液晶領域をともにオン状態にし、状態３（図４（ｃ））にすることにより、シャッターをＣＬＯＳＥ状態にする。シャッターをＣＬＯＳＥ状態にした後、Ｂ色光源を消灯させる。また、上記ともにオン状態された一方および他方の液晶領域にそれぞれをオフ状態にするＬＯＷ電圧を同時に印加して、状態３から上記状態１に遷移させる（状態４、図２（ｄ））ことにより、一方および他方の液晶領域をオン状態からオフ状態に変化させる。
【０１６２】
上記一連の動作により、印画紙６０３の移動方向（図８のＡ方向）とほぼ直交する方向に、緑色および赤色の情報に加えて一行分の青色の情報がプリントされる。
【０１６３】
以上の工程により、赤、緑および青色の全ての情報が印画紙６０３上に一直線状にプリントされるので、送りローラ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃによって印画紙６０３を一行ピッチ分だけ移動させる。上記の工程を繰り返して、印画紙６０３の全面にプリントする。なお、各色光源の点灯順序は、上記の限りではない。
【０１６４】
次に、ライン液晶光シャッターアレイ５００の行位相差制御素子のそれぞれが備える第１液晶層（または第１液晶セル）と第２液晶層（または第２液晶セル）とを具体的に説明する。
【０１６５】
第１液晶層および第２液晶層がＴＮ液晶である場合、第１液晶層と第２液晶層とにこの順で所定の偏光を通過させたときに、第１液晶層に対する入射光の偏光状態と同じ偏光状態の光を第２液晶層から出射させるには、すなわち、第１液晶セルと第２液晶セルとがリタデーション（屈折率異方性）を互いに相殺するには、以下の条件を満たせばよい。
【０１６６】
第１液晶セルおよび第２液晶セルが、例えば配向膜によって定まる捩れ角（ツイスト角）および、液晶の自然カイラルピッチ長以外（例えば、液晶層の膜厚、および配向膜に対する液晶のチルト角）については、等しい構成を有することが条件である。また、第１液晶層および第２液晶層の捩れ角（ツイスト角）が互いに反対方向であることが条件である。さらに、第１液晶層および第２液晶層の自然カイラルピッチ長の絶対値は同じであるが、ピッチの温度依存性（ｄＰ／ｄＴ）が互いに反対（正と負）であることが条件である。
【０１６７】
しかしながら、実際に上記の条件を全て満たすように第１液晶セルおよび第２液晶セルを作製すると、液晶層の膜厚、液晶層のツイスト角度、配向膜に対する液晶のチルト角、および、第１液晶層と第２液晶層との重ね合わせ精度などの様々な液晶セルの構成パラメータに誤差が生じ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間で不整合が生じる。
【０１６８】
本発明者らは、第１液晶セルおよび第２液晶セルの構成パラメータの誤差によって状態４で生じる液晶光シャッターの光漏れの量を、シミュレーションによって見積もり、状態４における透過率を０．０１以下にできる条件を見出した。すなわち、本発明による実施形態の液晶光シャッターは、状態４における透過率を０．０１以下にできるので、上記特許文献１に記載されているような機械シャッターを用いる必要がなく、小型で高性能なシャッターを実現できる。以下、状態４における透過率を０．０１以下にするための条件について説明する。
【０１６９】
図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションに用いた第１液晶セルおよび第２液晶セルの駆動波形を示す。
【０１７０】
図１０（ａ）に示すように、時間ｔ０以前の初期状態では、第１液晶セルおよび第２液晶セルのいずれにも電圧が印加されていないので、表１および図４（ａ）の状態１にある。時間ｔ０において第１液晶セルのみに電圧１０Ｖを印加し、表１および図４（ｂ）状態２を形成する。時間ｔ１において、第２液晶セルにも電圧１０Ｖを印加することにより、両方の液晶セルを電圧印加状態とし、表１および図４（ｃ）の状態３を形成する。時間ｔ２において、第１液晶セルおよび第２液晶セルに対する電圧印加を同時に停止して（印加電圧を０Ｖにする）、第１液晶セルおよび第２液晶セルの印加電圧を０にし、上記状態３から上記状態１に移行させる。状態３から状態１に移行するまでの過渡的な期間が状態４である。なお、状態４の過渡的な期間の長さは、液晶層の立ち下がり応答時間τｄによって決まる。
【０１７１】
図１１は、第１液晶セルと第２液晶セルとの間の液晶の自然カイラルピッチ長の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示す。
【０１７２】
第１液晶セルおよび第２液晶セルのセル厚はいずれも３μｍに設定し、第１液晶セルの液晶の自然カイラルピッチ長ｐ１を６μｍに固定して、第２液晶セルの液晶の自然カイラルピッチ長ｐ２を−６μｍ、−７μｍ、−８μｍと変化させて計算した。
【０１７３】
透過率は、状態２での透過率を１として計算した。図１１（ａ）は透過率０〜１の範囲を示す。図１１（ｂ）は、状態４での漏れ光量を分かり易くするために、透過率０〜０．０１の範囲を拡大して示している。なお、以下に示す図１２から図１６でも同様である。なお、最大透過率を１．００としている。
【０１７４】
図１１から分かるように、第１液晶セルの液晶の自然ピッチ長ｐ１と第２液晶層の液晶の自然ピッチ長ｐ２とが、
｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍ・・・・（１）
の不等式（１）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【０１７５】
図１２は、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のセル厚の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セルの液晶のカイラルピッチｐ１および第２液晶セルの液晶のカイラルピッチｐ２はいずれも６μｍに設定し、第１液晶セルのセル厚を３μｍに固定し、第２液晶セルのセル厚を３．０μｍ、３．１μｍ、３．２μｍおよび３．３μｍに変化させて計算した。
【０１７６】
図１２から分かるように、３．３μｍの場合、透過率は０．０１超となるが、３．２μｍ以下であれば、透過率を０．０１以下にできる。また、第１液晶セルと第２液晶セルとのセル厚差が０．２μｍであれば透過率を０．０１以下にできる。さらに、第１液晶セルのセル厚ｄ１と第２液晶セルのセル厚ｄ２とが、
｜ｄ１−ｄ２｜／ｄ１≦０．０７・・・・（２）
の不等式（２）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下にできると考えられる。
【０１７７】
図１３は、第１液晶セルと第２液晶セルとの間の重ね合わせ角度の誤差Δψに起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セルと第２液晶セルとの重ね合わせ角度の誤差Δψを、−１０°、−５°、０°、５°、１０°に変化させて計算した。
【０１７８】
図１３から分かるように、第１液晶セルと第２液晶セルとの重ね合わせ角度の誤差Δψが、
｜Δψ｜≦５°・・・・（３）
の不等式（３）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【０１７９】
図１４は、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セルの液晶のツイスト角φ１を９０°に固定し、第２液晶セルのツイスト角φ２を、８０°、８５°、９０°、９５°、１００°に変化させて計算した。
【０１８０】
図１５も、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。ここでは、第１液晶セルの液晶のツイスト角φ１と第２液晶セルのツイスト角φとの組み合わせを（φ１，φ２）＝（９０，９０）、（８９，９１）、（８８，９２）、（８７，９３）に変化させて計算した。
【０１８１】
図１４および図１５から分かるように、
｜φ１−φ２｜≦５°・・・・（４）
の不等式（４）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【０１８２】
図１６は、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のチルト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セルの液晶のチルト角α１と第２液晶セルのチルト角α２との組み合わせを（α１，α２）＝（５，１）、（５，５）、（３，１）、（７，１）、（７，３）に変化させて計算した。
【０１８３】
図１６から分かるように、第１液晶セルのチルト角α１と第２液晶セルのチルト角α２とが、
｜α１−α２｜≦６°・・・・（５）
の不等式を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【０１８４】
以上、図１０から図１６に示したように、上記の不等式（１）から（５）を満たすように第１液晶セルと第２液晶セルとを作製すれば、状態４における漏れ光の量を、状態２の透過光量に対して１００分の１以下にできるので、光漏れの抑制された高性能な液晶光シャッターを提供できる。
【０１８５】
上述したように本発明の液晶光シャッターは液晶プリンタに好適に用いられる。印画紙に照射される光の強度（照度）を印画紙が感光する最小強度（しきい値）未満に維持できれば、プリントの品位に悪影響を及ぼさない。逆に、最小強度の１００倍程度の強度の光を用いれば十分に短時間で印画紙を感光させることができる。従って、閉（ＣＬＯＳＥ）状態における透過率を１％以下に維持することできる液晶光シャッターは、液晶プリンタの用途に好適に用いられる。
【０１８６】
上記では、行位相差制御素子が、液晶層と電極を有する基板とで構成される２つの液晶セルを有する場合を説明したが、所定の関係を有する第１液晶層と第２液晶層とを有していれば、行位相差制御素子の構成はこれに限定されない。
【０１８７】
また、上記では、第１液晶層および第２液晶層がＴＮモード液晶層である場合を例示したが、第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層であってもよい。ＴＮモード液晶層よりも電圧に対する応答時間が速いので、より高速の光シャッターを作製できる。また、第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層であってもよい。ＯＣＢモード液晶層はＥＣＢモード液晶層よりも、電圧に対する応答時間がさらに速い。第１液晶層と第２液晶層の配向方向は、例えば、互いに直交するように設定する。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明の液晶光シャッターアレイは、フルカラープリントが可能な液晶プリンタに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の実施形態のライン液晶光シャッターアレイ５００の平面図である。本発明の一実施形態の液晶光シャッター１００の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａラインに対応する断面図である。
【図３】液晶光シャッター１００の基本的な構成を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、液晶光シャッター１００の動作の一例を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、ライン液晶光シャッターアレイ５００に用いられる電極の構成を説明するための図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、ライン液晶光シャッターアレイ５００の制御方法を説明するためのグラフである。
【図７】ライン液晶光シャッターアレイ５００の動作の一例を説明するための表である。
【図８】液晶プリンタ６００の構成を説明するための模式図である。
【図９】液晶プリンタ６００の動作を説明するためフロー図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションに用いた第１液晶セルおよび第２液晶セルの駆動波形を示すグラフである。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間の液晶の自然カイラルピッチ長の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のセル厚の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間の重ね合わせ角度の誤差Δψに起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、  第１液晶セルと第２液晶セルとの間のチルト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１９０】
１２    第１偏光板
１４    第２偏光板
１６    位相差制御素子
２０    液晶セル
２０ａ    液晶層
３０    液晶セル
３０ａ    液晶層
１００    液晶光シャッタ−
２００    液晶光シャッタ−
５００    ライン液晶光シャッターアレイ
５０１    第１行位相差制御素子
５０２    第２行位相差制御素子
５０１ａ    位相差制御素子部
５０１ｂ    位相差制御素子部
５０１ａｈ    開口部（液晶光シャッター部）
５０１ｂｈ    開口部（液晶光シャッター部）
５０２ａｈ    開口部（液晶光シャッター部）
５０２ｂｈ    開口部（液晶光シャッター部）
５１２    偏光板
５１４    偏光板
５１５    ガラス基板
５１６    ガラス基板
５１７    ガラス基板
５１８    ブラックマトリクス
５２０    第１液晶セル
５２０Ａ    第１液晶層
５２０ａ１    第１液晶領域
５２０ａ２    第１液晶領域
５２１ａ    配向膜
５２１ｂ    配向膜
５２２ａ    透明電極
５２２ｂ    透明電極
５３０    第２液晶セル
５３０Ａ    第２液晶層
５３０ａ１    第２液晶領域
５３０ａ２    第２液晶領域
５３１ａ    配向膜
５３１ｂ    配向膜
５３２ａ    透明電極
５３２ｂ    透明電極
【図１】
2005202304.tif 000004
【図２】
2005202304.tif 000005
【図３】
2005202304.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005202304.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005202304.tif 000016
【図１４】
2005202304.tif 000017
【図１５】
2005202304.tif 000018
【図１６】
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