(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の透明基板と、前記一対の透明基板の内面に対向して設けられる透明対向電極と、前記対向電極の間に配置される液晶層とを備えた液晶素子であって、前記液晶層は、強誘電性液晶に光硬化性液晶が添加されており、かつ、該液晶層に実質的な直流電圧を印加した状態で前記光硬化性液晶を硬化させた液晶層であり、前記液晶層は、シェブロン配向を示し、前記一対の透明基板の両外面に夫々の偏光軸が略垂直になるように配置した一対の偏光層を備えており、一方の偏光層の偏光軸が液晶層の液晶分子のダイレクタ方向と略平行になるようにされていることを特徴とする液晶シャッター。
【請求項２】
前記光硬化性液晶は、強誘電性液晶に対し４重量％以下の濃度で添加されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶シャッター。
【請求項３】
透明電極を設けた一対の透明基板を、透明電極が対向するように配置する工程と、前記対向透明電極間に、強誘電性液晶に光硬化性液晶が添加してある液晶層を設ける工程と、前記液晶層に、実質的な直流電圧を印加しながら光線を照射して安定化させる工程とを順に行なうことを特徴とする請求項１に記載の液晶シャッターの製造方法。
【請求項４】
前記安定化工程は、液晶シャッターの電圧−透過率特性が、非対称になるように、実質的な直流電圧を印加しながら光線を照射して光硬化性液晶を硬化させることを特徴とする請求項３に記載の液晶シャッターの製造方法。
【請求項５】
光源と、該光源からの光を制御する液晶シャッターと、前記液晶シャッターを通過した光により露光される感光素子とを備えた感光装置であって、前記液晶シャッターは、一対の透明基板と、前記一対の透明基板の内面に対向して設けられる透明対向電極と、前記対向電極の間に配置される液晶層と、一対の透明基板の両外面に配置された一対の偏光層とを備え、前記液晶層は、強誘電性液晶に光硬化性液晶が添加されており、かつ、該液晶層に実質的な直流電圧を印加した状態で前記光硬化性液晶を硬化させた液晶層であってシェブロン配向を示し、前記一対の透明基板の両外面に夫々の偏光軸が略垂直になるように配置した一対の偏光層を備えており、一方の偏光層の偏光軸が液晶層の液晶分子のダイレクタ方向と略平行になるようにされていることを特徴とする感光装置。
【請求項６】
請求項５記載の感光装置であって、感光素子として感光体もしくは感光フィルムを用いている光プリンター。
【請求項７】
前記液晶シャッターを、液晶駆動電圧を制御することにより行なう階調制御と液晶駆動時間を制御することにより行なう時分割駆動との組合わせにより、感光素子に対する露光量を階調制御することを特徴とする請求項６記載の光プリンター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光プリンターに関するもので、特に、画像情報に基づいて感光体を露光して感光体上に画像を形成する光プリンターや、感光紙に露光して画像を形成する自己発色方式の光プリンターなどのヘッド部に用いられる液晶シャッターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光体に対する光プリンターヘッドとしては、レーザを光源としてポリゴンミラーなどで機械的に光束を偏向して走査を行なうものや、ＬＥＤアレイを光源として用いたものなどが実用化されている。また、最近では、感光体ではなく感光紙に直接に書き込みを行なう自己発色方式の光プリンターヘッドも開発されており、カラー対応の小型プリンターヘッドの開発が望まれている。
【０００３】
例えば、図８に主要部を示した光プリンター９０が知られており、感光性フィルム９１と、該フィルム９１に光り書き込みを行なうプリンターヘッド９２とを備える。プリンターヘッド９２は、発光ドットを一列に並べた白色光源９３と、該光源と感光性フィルム９１との間に設けられ、白色光源９１の光を赤、緑、青の３原色に分光するカラーフィルター９４と、カラーフィルター９４を通過した光を感光性フィルム９１上の所定位置に照射するためのミラー９５と、自己収束性レンズ９６とからなる。感光性フィルム９１は、プリンターヘッド９２に対して図面左右方向に移動して、カラーフィルター９４の各色に対応して、光源９３の各発光ドットの点灯量を制御して走査することでカラー画像を形成する。
【０００４】
しかし、この方式では高速にて点灯のＯＮ／ＯＦＦを制御できる光源を用いる必要があるため、例えば蛍光管（Vacuum Fluorescent）などを用いることになり、装置が大型化する。また、光源自体によるスイッチングでは、安定性、階調性、制御性などの点で容易ではないという問題があった。
【０００５】
一方、光源を点灯させた状態のままとし、液晶シャッターを用いて光量を制御する方式も提案されている。図７は液晶シャッター８４を用いたプリンターヘッド８２を備えた光プリンター８０の一例を示すものである。プリンターヘッド８２は３原色に対応した光源８３と、液晶シャッター８４と、自己収束性レンズ８６とを備え、液晶シャッター８４にて感光性フィルム８１に対する光源８３の光書き込みを、各色毎にドット状にＯＮ／ＯＦＦ制御を行ないながら走査することで、感光性フィルム上に画像を形成するものとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高速でＯＮ／ＯＦＦの制御を行なうことができる液晶シャッター８４として知られている強誘電性液晶を用いたものであっても、ＯＮ／ＯＦＦの切り換え速度は１００μｓｅｃ．程度である。そのため、例えば２５６階調を６４０ラインに対して３色の制御を実施する場合には約１分近い時間が感光性フィルムをプリントアウトするために要し、階調制御を実施する場合には実用的でなかった。また、強誘電性液晶はきれいな配向を得にくいため、配向欠陥が生じ易く、それに起因した光抜け等、光シャッターとして致命的な欠陥を有する場合があり、安定して高速光シャッターを得ることは容易ではなかった。さらに強誘電性液晶で階調を制御することは難しく、総じて高コストなものとなるという問題があった。
【０００７】
また、液晶シャッター８４としてツイストネマチック液晶を用いれば階調制御を容易に行なうことができるが、応答速度が遅く、ＯＮ／ＯＦＦの切り換え速度は２ｍｓｅｃ．以上となるため、高速でカラー対応のプリンターヘッドとすることは難しい。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決して、高速応答の階調制御が可能で、且つ、配向制御が容易で安定性に優れた液晶シャッターを提供することを第１の目的とする。また、前記液晶シャッターを用いた光プリンターを提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、一対の透明基板と、前記一対の透明基板の内面に対向して設けられる透明対向電極と、前記対向電極の間に配置される液晶層とを備えた液晶素子であって、前記液晶層を、強誘電性液晶に光硬化性液晶が添加されており、かつ、該液晶層に実質的な直流電圧を印加した状態で前記光硬化性液晶を硬化させた液晶層とした液晶シャッターを提供するものである。また、該液晶シャッターを用いた光プリンター等の感光装置を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の自己発色方式の光プリンターについて説明する。まず、液晶シャッターから、図１及び図４に基づいて詳細に説明する。液晶シャッター１０は、所定の間隔を開けて対向配置した一対の透明基板１、２と、該透明基板の外側に配設した一対の偏光層８Ａ、８Ｂと、透明基板の内側に形成され対向して配設される透明電極層３、４と、該透明電極層の間に挟持される液晶層５と、これを封止するシール剤６とを備える。
【００１１】
ここまでの構成は、公知の液晶表示素子と同様であるが、本発明においては液晶層５に特徴があり、液晶層５は強誘電性液晶に光硬化性液晶を添加したものを用い、且つ、該液晶層に対し実質的な直流電圧を印加した状態で光硬化性液晶を硬化させた液晶層５としている。ここで、光硬化性液晶とは、紫外線等の光線を照射することにより硬化（高分子化）する性質を有する液晶材料をいう。また、実質的な直流電圧を印加した状態で光硬化性液晶を硬化させた液晶層とは、詳細には後述するが、簡単に説明すると、光を照射して光硬化性液晶を硬化させる間、同一極性の直流電圧を液晶層に印加した液晶層をいい、商用交流電源のように極性の反転が著しい周波数の交流電源電圧を印加しながら硬化させた場合を除くことを示す。
【００１２】
以下、具体的な液晶シャッター１０の製造方法に沿って、説明する。
【００１３】
（実施例１）
一対のガラス基板１、２を用意し、夫々の基板表面に所定パターンのＩＴＯ透明電極３、４を形成した。ここでは、下側のガラス基板１上に形成した透明電極層３を直線状の１本のストライプとし、上側のガラス基板２の透明電極層４を前記透明電極層３と直交する複数のストライプパターンとして一列のドットを形成するものとしている。ＩＴＯ透明電極３、４の上に図示しない配向膜を形成した。配向膜としては日産化学製のＲＮ−１１９９を用い、パラレル配向となるようにラビングを施した。図１においては、基板１および基板２の両基板とも図面左側から右側に向かってラビング処理を実施している。両基板１、２をＩＴＯ透明電極３、４が対向するように配置し、そのギャップが約２ミクロンとなるように制御した状態で液晶層５を液体相状態で注入し、シール剤６にて完全に封止して液晶セル９を形成した。
【００１４】
液晶層５は、強誘電性液晶としてHoechst社製のＺＬＩ−４８１５−１００を用い、該強誘電性液晶に対して光硬化性液晶を２重量％添加した。光硬化性液晶としては、大日本インキ社製のＵＣＬ−００１を用いた。なお、光硬化性液晶にはＵＣＬ−００１に対して１重量％のフォトイニシエータ（光開始剤）が添加してある。
【００１５】
次に、上記のようにして製造した液晶セル９に直流電圧４Ｖを印加した状態のまま、紫外線を照射して光硬化性液晶を硬化させて、いわゆる高分子安定化強誘電性液晶の液晶セル９を作成した。なお、このとき用いた紫外線は、波長３６５ｎｍの光線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射している。
【００１６】
また、該高分子安定化強誘電性液晶セル９を偏光顕微鏡にて観察したところ、ジグザグ欠陥等の配向不良のないシェブロン配向を示していた。
【００１７】
続いて強誘電性液晶のダイレクタ方向と偏光軸が略平行となるようにして偏光フィルムからなる偏光層８Ａもしくは偏光層８Ｂを配置し、他方の偏光層の偏光軸をこれと直交するように配置して液晶シャッター１０とした。
【００１８】
この液晶シャッター１０について電圧（Ｖ）−コントラスト比（ＯＮ／ＯＦＦ）特性を求めたところ、従来の強誘電性液晶とは異なり、図２に示すように比較的広い温度範囲で、印加電圧によりコントラスト、すなわち、液晶シャッター１０の透過光量を容易に制御できることが判った。そこで、０Ｖから４Ｖの電圧を用いて８階調の制御を行なったところ、応答速度は階調間でも１００μｓｅｃ．〜２００μｓｅｃ．の範囲であり、階調を設けない場合は４０μｓｅｃ．程度であった。
【００１９】
（実施例２）
実施例１と同一条件にて液晶セル９を作成した後、光硬化性液晶を硬化させるときの電圧、すなわち安定化工程にて液晶層に印加する電圧を変化させた以外は、同一条件にて液晶シャッター１０を作成した。安定化工程で印加する直流電圧を１０Ｖおよび１５Ｖとした場合には図３に示すように液晶セルの電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ％）特性が変化し、印加電圧が高いほど該Ｖ−Ｔ曲線の非対称性が顕著になった。なお、この際、応答速度は実施例と殆ど同一であった。
【００２０】
比較のために周波数５０Ｈｚの同一電圧の交流波形を印加しながら光照射を行なったところ、ほぼ対称形状のＶ−Ｔ曲線を示し、かつ、ＯＦＦ時の透過率も低下した。これは、光硬化液晶が硬化している時間内に印加電圧の頻繁な極性反転により、強誘電性液晶のダイレクタ方向の異なるミクロ領域が形成され、その境界部において配向欠陥が生じたことが原因と考えられる。そのために、偏光層の偏光軸を液晶層５のマクロ的なダイレクタ方向と一致させた場合には、マクロ的に測定した光学特性である前記Ｖ−Ｔ曲線が対称形状を示し、また、ミクロ的なダイレクタ方向が場所により異なるためにＯＦＦ時の透過率も低下したものと考えられる。
【００２１】
安定化工程における光照射時間内において、実質的な直流電圧を印加することにより、強誘電性液晶の配向性の均一化とコントラストの向上を図ることができ、実質的に直流の電圧を印加することが、液晶シャッターとして用いるためには重要である。なお、実質的に直流の電圧を印加するとは、光硬化性液晶を硬化させる際の印加電圧の印加時間が、正もしくは負のどちらか一方のみの極性を示す直流電圧を印加する場合、または正もしくは負のどちらか一方の極性側の総印加量を他方の極性側の印加量よりも大きくした場合、低周波数の交流電圧を用いた場合など、図４に示したようなＶ−Ｔ曲線の非対称性が表れるようにした電圧を意味する。
【００２２】
図４に示したように、本発明の液晶シャッター１０は印加電圧に対して緩やかな透過率を示す。従って、駆動電圧を制御することで容易に階調制御を行なうことができる。また、安定化工程にて液晶層に印加する電圧を高くするほどＶ−Ｔ曲線の非対称性が強くなる傾向がある。ただし、あまり高電圧を印加するとスパークにより欠陥が生じることがある。よって直流電圧で２Ｖから２０Ｖの範囲、より好ましくは１０Ｖから１５Ｖの範囲が適当である。
【００２３】
（実施例３）
実施例１と同一条件にて液晶セル９を作成した後、安定化工程にて照射する紫外線量を０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２まで変化させた以外は、同一条件にて液晶シャッター１０を作成した。安定化工程で照射する紫外線照射量が少ないと配向の安定性が低下する。紫外線照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２より少ない場合には、光硬化性液晶をポリマー化するのに不十分なため均一な配向が得られなかった。また、安定化工程の後に逆バイアスを印加して液晶のダイレクタ方向を変化させると、電圧をＯＦＦにしてもそのままダイレクタ方向は変化せず、中間調表示を行なうことも難しかった。
【００２４】
紫外線照射量が多い場合には均一な配向が得られたが、多すぎると配向欠陥が発生しやすくなる傾向があり、また、紫外線による液晶材料の劣化問題が懸念される。よって、好ましくは４０〜２００ｍＪ／ｃｍ２の範囲、更に好ましくは６０〜１００ｍＪ／ｃｍ２の範囲が良い。なお、応答速度は、いずれも実施例１の場合と同等であった。
【００２５】
（実施例４）
強誘電性液晶に対する光硬化性液晶の添加量を変更した液晶層５とした以外は、実施例１と同一条件にて液晶セル９を作成して、液晶シャッター１０を得た。光硬化性液晶の添加量を４重量％より多く添加した場合には、液晶層５のネマティック−スメクティックもしくはアイソトロピック−スメクティック相転移温度が低くなる傾向があった。よって、材料により異なるが相転移温度の変化量の少ない１０重量％以下の添加量が好ましいものと思われる。また、光硬化性液晶の添加量が少なすぎる場合には配向の安定性が悪くなる。これは、光硬化性液晶がポリマー化することにより生じるポリマー鎖、特に側鎖の密度が不十分なために配向性が不安定になったものと考えられる。従って０．１〜４重量％程度が適当で、更に好ましくは１〜２重量％とすると、液晶層の相転移温度の変化も殆どなく、安定した配向を示した。
【００２６】
上記した実施例１と同一条件にて作成した液晶シャッター１０を用いて、図７にて示した光プリンター８０を作成した。プリンターヘッド８２に用いる液晶シャッター１０としては、図４に示したように１ドットずつ交互に図面上下に電極を取出したパターンにて、１００μｍ×１００μｍの大きさの１ドットが４８０ドット一列に整列しているものを用い、ＩＴＯ透明電極層３、４が対向して形成するドット部以外には、遮光層７として無機顔料系のブラックマスクを形成して遮光を施した。光源８３としては管径１φの冷陰極管（ＣＦＬ）を用い、液晶シャッター１０と感光性フィルム８１との間には自己収束性レンズ（セルフォックレンズ）８６を配置して焦点深度を広く取れるようにした。光源８３として赤色を発色するＣＦＬ、緑色ＣＦＬ、青色ＣＦＬの３種類を用意し、発光色の切替えが可能なＣＦＬ光源を用いた。ＣＦＬ光源を液晶シャッター１０の背面に配置して、前記した構成のプリンターヘッド８２を作成した。
【００２７】
液晶シャッター１０を駆動する電圧を０Ｖから６Ｖの間で８階調に制御し、また、その駆動時間を３２階調に制御して、８×３２＝２５６階調が得られるように液晶シャッター１０をスタティック駆動して、光源８３からの光量を制御して感光フィルム８１を露光した。この実施形態の光プリンター８０は、液晶シャッター１０が高速で階調制御が可能なため、従来の光プリンターに比べて高速で、高階調の画像が得られ、従来例の場合と同じインスタントカメラ用感光フィルム８１を用いた場合には、約１２秒にて出力画像が得られた。
【００２８】
また、図５に示したように、液晶シャッター２０に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルター層を形成したドット２４とすることもできる。この実施形態の場合には、白色光源を用い、その光を各色に対応するドット２４を制御して感光フィルム上に露光するものとすることができ、従来のようにカラーフィルターを移動させる必要がなく、プリンターヘッドの小型化と高速化が図れる。
【００２９】
なお、図面においては、下側のガラス基板２１上にドット電極２５を形成し、上側ガラス基板２２の下側ガラス基板２１と対向する面にＩＴＯ透明電極層２３とカラーフィルター層および遮光層を形成したものとしている。カラーフィルター層および遮光層は公知の感光性カラーフィルター材料を用いて形成でき、カラーフィルター層以外の部分に遮光層を形成するものとするが、説明を分かりやすくするため、図面においては遮光層を省略して記載している。また、図面上下方向に感光性フィルムを相対的に移動可能とすることで、感光性フィルムに対しＲ、Ｇ、Ｂの３色の露光を施すことができるものとしている。
【００３０】
本発明の光プリンターは、上記した実施形態に限られるものではない。例えば、図６のようにプリンターヘッド７２を、白色光源７３と、カラーフィルター７５と、液晶シャッター７４と、レンズ７６とからなるものとし、別途設けたカラーフィルター７５により各色毎に露光するものとしたり、また、図８に示した従来例のように光路内にミラーを設けるものとしたり、光源と液晶シャッターの間の光路内にレンズや別の液晶シャッターを設けるものなどとしてもよい。更には、自己収束性レンズを省略して感光性フィルムと液晶シャッターとを直接密着させた状態で露光を行なうものでもよい。
【００３１】
また、液晶シャッターも、上記した実施例に限定されるものではない。例えば、液晶層をシェブロン配向ではなく、ブックシェルフ型配向を呈するようにしたものであっても良く、液晶セルの外面側にカラーフィルター層を設けたものであっても良い。
【００３２】
また、光源としては、冷陰極管のほかに発光ダイオードや、無機あるいは有機ＥＬ素子、熱陰極管、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の種々のものを用いることができる。蛍光管、発光ダイオードや、無機あるいは有機ＥＬ素子からなる光源をドット状に形成し、ドット毎に光量を制御した場合には、液晶シャッターの階調制御と併用することで、更に細かな階調制御を実施することもできる。感光フィルムとしては銀塩感材、インスタント感材、ＩＳＯ感材等種々の材料を紙やフィルム上に設けたものが使用可能である。
【００３３】
また、液晶シャッターを自己発色方式の光プリンターに用いた例にて説明したが、感光素子として感光フィルムではなく感光体を用いたものや、該液晶シャッターをカメラ等の光学素子のシャッターに用いた感光装置にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶シャッターを比較的簡易な方法で安定した配向を得ることができ、これにより高速、且つ、高コントラストなものとすることができる。また、安定化工程において実質的な直流電圧を印加した状態で前記光硬化性液晶を硬化させた液晶層を用いているので、電圧−透過率曲線を非対称な比較的緩やかなカーブとすることができ、これにより容易に階調制御が行なえるものとなり、光量の階調制御を高速にて実施する液晶シャッターとして好適なものとすることができる。よって、自己発色方式のカラー光プリンタに適用した場合には、従来に比べ１／２〜１／６の時間にて画像を形成することが可能となるなど、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶シャッターを説明する概略断面図である。
【図２】本発明の液晶シャッターの電圧−コントラスト曲線である。
【図３】本発明の液晶シャッターの電圧−透過率曲線である。
【図４】一列のドットを備えた液晶シャッターの一実施形態を示す概略平面図である。
【図５】カラーフィルター層を備えた複数のドット列を有す液晶シャッターの一実施形態を示す概略平面図である。
【図６】光プリンターを説明するための概略図である。
【図７】別の光プリンターを説明するための概略図である。
【図８】従来の光プリンターを説明するための概略図である。
【符号の説明】
１、２    透明基板
３、４    透明電極層
５        液晶層
６        シール剤
７        遮光層
８        偏光層
９        液晶セル
１０、２０        液晶シャッター
２４              ドット
７０、８０、９０  光プリンター
７１、８１、９１  感光性フィルム
７２、８２、９２  プリンターヘッド
７３、８３、９３  光源
７４、８４        液晶シャッター
７５、９４        カラーフィルター
７６、８６、９６  レンズ
【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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【図８】
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