JP2621130B2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は２周波駆動に適した液晶素子に関するもの
である。

〔発明の技術的背景〕

最近、液晶素子は、テレビジョン受像機やコンピュー
タ用ディスプレイ等における画像表示や、コンピュータ
端末機または事務機器として使用される光書込み式プリ
ンタの光書込み等にも応用されるようになってきてい
る。

この画像表示や光書込み等に使用される液晶素子は、
光の透過を制御する微小なシャッタ部を密な間隔で配列
形成したもので、前記シャッタ部は、液晶層をはさんで
対向する一対の透明基板に互いに対向するように透明電
極を形成することによって構成されている。

上記画像表示等に使用される液晶素子は、通常、電気
光学効果のしきい値電圧以上の電圧と、それより低い電
圧とを前記シャッタ部に選択的に印加することにより駆
動されている。

しかし、このような駆動方法では、例えば正の誘電異
方性をもった液晶組成物を用いる液晶素子の場合、前記
しきい値より高い電圧の印加により液晶分子を基板に対
して垂直に配向させるときには印加された電圧により液
晶分子が直ちに挙動するが、しきい値電圧より低い電圧
の印加により液晶分子を基板に対して平行に配向させる
ときには、液晶分子が液晶組成物と基板の配向膜との間
に作用する配向規制力のみによって配向するために液晶
分子の挙動が遅いから、シャッタ部を高速で開閉駆動す
ることができないという問題がある。

このため、多数のシャッタ部を高速度でしかも高いコ
ントラストが得られるように駆動する必要がある場合
は、液晶の誘電分散現象を利用した２周波駆動方法が採
用されている。

この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、この駆動方式では、液晶分子を基板に対
して平行に配向させるときも、垂直に配向させるときも
液晶組成物に電界が印加されるから、液晶分子を高速で
応答させることができる。

この駆動方式によるポジ表示のTN型（偏光板の偏光軸
を互いに直交させて配置したツィステッド・ネマティッ
ク型）の液晶素子は、高周波の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、GH型（ゲスト・ホスト型）の液晶素子の場合
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。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、液晶素子を２周波で駆動する場合は、
液晶に高周波（100KHz以上）と低周波とが印加される
が、高周波の印加時間が長くなると、次の低周波の印加
に対する液晶の応答性が悪くなるという問題がある。

これは、液晶の履歴効果によるものであり、液晶の履
歴効果は特に高周波に対して大きく生じるために、高周
波の印加時間が長くなると高周波の影響が強く残り、次
に低周波を印加しても直ちに液晶が応答しなくなるから
である。

すなわち、液晶素子を２周波で駆動する場合、液晶
は、高周波と低周波との印加によって液晶分子が基板に
対して平行および垂直に配向するように挙動するが、こ
の場合、液晶分子は基板に対して完全に平行および垂直
に配向するのではなく、ある程度の角度の範囲で挙動し
ている。しかし、高周波の印加時間が長くなると、印加
電界が累積して液晶に作用するために、液晶分子が基板
に対して平行に強く配向させられるため、次に低周波が
印加されても直ちに液晶分子が立上がることができなく
なる。

この高周波による履歴効果の大小は、液晶に印加され
る電界の強さに依存するもので、液晶に印加される電界
が強いと、高周波による履歴効果が強く現われる。

このため、従来の液晶素子は、これを２周波駆動する
と、ポジ表示のTN型液晶素子の場合は、シャッタ部が開
状態から閉状態に切替わるときの動作が遅くなり、GH型
の液晶素子の場合は、シャッタ部が閉状態から開状態に
切替わるときの動作が遅くなることになり、そのため
に、従来の液晶素子は、高速度で２周波駆動すると、開
いているシャッタ部と閉じているシャッタ部との間のコ
ントラストが悪くなってしまうという問題をもってい
た。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような問題を解決しようとしたもの
であって、その目的とするところは、高周波を比較的長
い時間印加した場合でも低周波の印加で即座に液晶分子
を立上がらせてシャッタ部を応答性よく高速で開閉動作
させることができる、高速度での２周波駆動に適し、か
つコントラストも良好な液晶素子を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

すなわち、この発明は、高周波履歴効果の影響をなく
して低周波に対しても液晶を十分高速で応答させ、しか
も良好なコントラストを得るために、駆動電圧と、電極
間の液晶層の層厚との比を所定の値に設定したもので、
この発明では、高周波電界の印加による液晶の高周波履
歴効果を低減するように、電極に印加される駆動電圧Ｖ
（Ｖ）と、電極間の液晶層の層厚Ｇ（μｍ）とによって
決まる定数α＝V/Gを、 3.85≦α≦5.09 の範囲に設定している。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を、光書込み式プリンタの光
書込みに使用される液晶素子を例にとって図面を参照し
説明する。

まず、光書込み式プリンタの構成について説明する
と、第２図において、１は光導電性感光ドラム、２は感
光ドラム１の表面に均一に帯電させる帯電器、３は帯電
された感光ドラム１の表面に光書込みを行う光記録部で
あり、この光記録部３は、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４により駆動され、
感光ドラム１の表面に光を照射して、感光ドラム表面の
光照射部分の電荷を消去することにより光書込みを行な
うようになっている。

この光記録部３の光書込みによって形成された感光ド
ラム表面の静電潜像は、現像器５によりトナー現像され
る。

また、記録用紙６は、給紙ロール７によって給送さ
れ、待機ロール８によって一旦停止された後、感光ドラ
ム表面のトナー像と同期をとって転写部９に送られるよ
うになっており、感光ドラム表面のトナー像は、転写部
９において用紙６に転写される。この用紙６は、分離部
10において感光ドラム１から分離され、定着器11でトナ
ー像を定着されて排紙ローラ12により送出される。

なお、用紙６にトナー像を転写した感光ドラム１は、
除電器13によりトナー電荷を中和された後、クリーナ14
で残存トナーを清掃され、イレーサ15により表面電荷を
中和される。

前記光記録部３は、第３図に示すように、光源16と、
光書込み用液晶素子20と、結像レンズ17とからなってお
り、光源16からの光を液晶素子20および結像レンズ17を
介して感光ドラム表面に照射するようになっている。

上記液晶素子20は、感光ドラム１の軸方向に沿う横長
のもので、この液晶素子20は、その長さ方向に沿わせ
て、光の透過を制御する多数の微小シャッタ部を密な間
隔で形成したものである。

すなわち、第１図および第４図〜第８図は上記液晶素
子20を示したもので、ここではGH型の液晶素子を示して
いる。

この液晶素子20の構造を説明すると、図中21,22は厚
さ約0.7mm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21,22は、第５図および第８図
に示すような横長枠状の外側シール材23aと、この外側
シール材23aの両側辺部に対し2mm程度の間隔ｄをとって
その内側に形成された互いに平行な一対の内側シール材
23b,23bとを介して接着されている。

この一対の内側シール材23b,23b間の間隔ｅは約1mmと
されており、この内側シール材23b,23b間の狭巾間隙の
長さは、例えば最大B4版の用紙に記録するプリンタ用の
液晶素子の場合で249mmとされている。また、内側シー
ル材23b,23bの両端部は、それぞれ外側シール材23aの両
側辺部とつながっており、基板21,22間の内側シール材2
3b,23bと外側シール材23aの両側辺部とによって囲まれ
た部分は空間30,30とされている。なお、第５図におい
て、31,31は一対の基板21,22を重合接着する際に基板2
1,22間の空気を外部に逃がしてやるための空気孔であ
り、この空気孔31,31は、基板21,22の接着後に塗着され
た封止材32,32で封止されている。従って、前記空間30,
30には、基板21,22の接着時に取り残された空気（清浄
空気）が封入されている。

また、前記内側シール材23b,23b間の狭巾間隙の両端
は、外側シール材23aで囲まれている両端部の広巾間隙
と連通されており、基板21,22間の前記狭巾間隙および
広巾間隙内には、二色性染料を添加した液晶組成物24が
充填されている。なお、33は、外側シール材23aの一端
部に設けられた液晶注入孔であり、この液晶注入孔33
は、一対の基板21,22を重合接着する際に基板21,21間の
空気を外部に逃がしてやるための空気孔も兼ねており、
この液晶注入孔33は、液晶組成物24を注入（真空注入法
で注入）した後に封止材34を塗着することによって封止
されている。

また、前記一対の基板21,22のうち、一方の基板21
（以下セグメント基板という）の内面には、第５図およ
び第７図に示すように、前記内側シール材23b,23b間の
狭巾間隙内の部分に、その全長にわたって、一辺の長さ
が約180μｍのほぼ方形な多数のセグメント電極S1,S1,
…,S2,S2,…が２列に並べて配列形成され、他方の基板2
2（以下コモン基板という）の内面には、第６図に示す
ように、セグメント基板21の各セグメント電極列とそれ
ぞれ対向させて、巾3mmの２本の帯状コモン電極C1,C2が
30μｍ程度の微小間隔をもって平行に形成されている。

このセグメント電極S1,S1,…,S2,S2,…とコモン電極C
1,C2はいずれも透明電極とされており、このセグメント
電極S1,S1,…,S2,S2,…とコモン電極C1,C2とが対向して
いる部分で光の透過を制御するシャッタ部a,a,…が形成
されている。

前記２列のセグメント電極S1,S1,…,S2,S2,…のう
ち、一方の列のセグント電極S1,S1,…は、他方の列のセ
グメント電極S2,S2,…に対して1/2ピッチずらして配列
されており、従って前記シャッタ部a,a,…は、1/2ピッ
チのずれをもって２列に配列形成されている。

このように各シャッタ部a,a,…を1/2ピッチずらして
２列に配列しているのは、一方の列のシャッタ部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ット密度の高い静電潜像を形
成するためである。なお、このシャッタ部a,a,…は、最
大B4版の用紙に記録するプリンタ用の液晶素子の場合
で、１列につき587個配列形成されており、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）P1,P2はそれぞれ約200μｍとされ、一方の列のシ
ャッタ部a,a,…と他方の列のシャッタ部a,a,…との中心
間の距離Ｄは約260μｍとされている。

また、一方の列のセグメント電極S1,S1,…と他方の列
のセグメント電極S2,S2,…とは、1/2ピッチのずれをも
って隣接するもの同志が、セグメント電極とほぼ同巾の
共通接続電極25,25,…によって接続されており、セグメ
ント電極の駆動回路接続リード26,26,…は、共通接続さ
れたセグメント電極S1.S2のいずれか一方から左右交互
に導出されている。このように一方の列のセグメント電
極S1,S1,…と他方の列のセグメント電極S2,S2,…とを共
通接続しているのは、各列のセグメント電極S1,S1,…,S
2,S2,…から個々に駆動回路接続リードを導出するので
は、駆動回路接続リードの本数が非常に多くなってこの
リードの引き回しが困難になるからであり、そのため
に、この液晶素子では、一方の列のセグメント電極S1,S
1,…と他方の列のセグメント電極S2,S2,…とを共通接続
し、各セグメント電極列にそれぞれコモン電極C1,C2を
対向させて液晶素子を時分割駆動するようにしている。

なお、前記セグメント電極S1,S1,…,S2,S2,…と共通
接続電極25,25,…および駆動回路接続リード26,26,…
は、酸化インジウム等の透明導電材料で一体的に形成さ
れている。

また、第１図および第７図において、27,27,…は、前
記共通接続電極25,25,…および駆動回路接続リード26,2
6,…の上に被着されたクロムまたは金等からなる低抵抗
金属膜であり、この金属膜27,27,…は、共通接続電極2
5,25,…部分および駆動回路接続リード26,26,…部分の
電気抵抗を小さくするために設けられている。なお、前
記駆動回路接続リード26,26,…は、前記外側シール材23
aの外側に突出しているセグメント基板21の両側縁部に
導出されており、この駆動回路接続リード26,26,…を覆
う金属膜27,27,…は、駆動回路接続リード26,26,…の駆
動回路接続端子部26a,26a,…を除いて被着されている。

また、第１図および第６図において、28,28は前記コ
モン電極C1,C2の上にシャッタ部a,a,…を除いて被着さ
れた低抵抗金属膜であり、この金属膜28,28は、コモン
電極C15,C2の電気抵抗を小さくするためと、シャッタ部
a,a,…の光透過面積を規制するために設けられている。
28a,28a,…はこの金属膜28,28によって規制された光透
過部（透明コモン電極C1,C2が露出している部分）を示
しており、この光透過部28a,28a,…は、縦横の長さl1,l
2（第７図参照）がそれぞれ約90μｍの方形状となって
いる。

なお、前記セグメント電極S1,S1,…,S2,S2,…および
コモン電極C1,C2の膜厚は200〜300Å、金属膜27,27,…
および28,28の厚さは約1700Åである。

29,29は両基板21,22の内面に形成された液晶配向膜で
あり、この配向膜29,29の膜厚は200〜400Åである。

なお、この実施例において、前記シャッタ部a,a,…を
形成する各セグメント電極S1,S1,…,S2,S2,…の配列部
分の両側に内側シール材23b,23bを設けてセグメント電
極配列部分の液晶充填面積を狭くしているのは、液晶充
填面積を広くすると、高周波信号の印加時にセグメント
電極S1,S1,…,S2,S2,…のリード26,26,…からも液晶組
成物24を介してコモン電極C1,C2に高周波電流が流れて
コモン電極C1,C2の発熱を促進させるからであり、上記
のように液晶充填面積を狭くしてセグメント電極S1,S1,
…,S2,S2,…のリード26,26,…とコモン電極C1,C2とが対
向する部分にはできるだけ液晶組成物を介在させないよ
うにすれば、コモン電極C1,C2の発熱を小さくすること
ができる。また、この実施例では、セグメント電極S1,S
1,…,S2,S2,…が配列されている液晶充填部の両側を、
内側シール材23bと外側シール材23aとからなる二重壁構
造としているから、外部から微細な埃や水分等が液晶層
内に侵入するのを完全に防ぐことができる。

一方、第５図において、S0,S0は前記セグメント電極S
1,S1,…,S2,S2,…の配列部の両端側に形成された横長の
補助セグメント電極であり、この各補助セグメント電極
S0,S0は、コモン基板22のコモン電極C1,C2と対向して余
白消去シャッタ部を形成している。この余白消去シャッ
タ部は、光書込みに使用される前記２列のシャッタ部a,
a,…を通った光が照射されない感光ドラム両端部（記録
用紙の両側の余白部に対応する部分）に光を照射して感
光ドラム両端部の帯電電荷を消去することにより、記録
用紙の両側の余白部を白く残すためのもので、この余白
消去シャッタ部は常に開（光透過）となるように駆動さ
れる。また、第５図において、St,Stは前記補助セグメ
ント電極S0,S0の外側に形成されたテスト用セグメント
電極であり、このテスト用セグメント電極St,Stもコモ
ン基板22のコモン電極C1,C2と対向してテスト用シャッ
タ部を形成している。23c,23cはテスト用セグメント電
極St,Stに両側に設けられて両基板21,22間の間隔を保持
するスペーサである。

なお、前記補助セグメント電極S0,S0およびテスト用
セグメント電極St,Stをコモン基板22のコモン電極C1,C2
と対向させるために、コモン基板22のコモン電極C1,C2
上に被着された金属膜28,28は、コモン電極C1,C2の補助
セグメント電極S0,S0およびテスト用セグメント電極St,
Stと対向する部分28b,28bおよび28c,28cを露出させるよ
うに被着されている（第６図参照）。

また、第８図において35は偏光板である。

この液晶素子20は、第４図に示すように液晶素子20と
接続した駆動回路40から各セグメント電極S1,S1,…,S2,
S2,…とコモン電極C1,C2との間に駆動信号を印加して２
周波で時分割駆動されるもので、シャッタ部a,a,…を開
（光透過）とする場合は各セグメント電極S1,S1,…,S2,
S2,…とコモン電極C1,C2との間に第９図（ａ）に示すよ
うな波形の駆動電圧が印加され、シャッタ部a,a,…を閉
（不透過）とする場合は各セグメント電極S1,S1,…,S2,
S2,…とコモン電極C1,C2との間に第９図（ｂ）に示すよ
うな波形の駆動電圧が印加される。なお、第９図では、
シャッタ部a,a,…を制御するための１周期T1の波形を示
しており、シャッタ部は、起動信号（T2の時間帯の信
号）によって開閉され、保持信号（T3の時間帯の信号）
によって開または閉状態に保持される。

ところで、上記液晶素子20を２周波で駆動する場合、
前述したように、高周波の印加時間が長くなると、次の
低周波の印加時における液晶の応答性が悪くなるが、こ
れは、液晶に印加される電界が強いほど高周波による履
歴効果が強く現われるためであり、液晶に印加される電
界の強さは、駆動電圧と、電極間の液晶層の層厚とによ
って決まるから、駆動電圧と液晶層の層厚を適当に選べ
ば、高周波履歴効果の影響を小さくして低周波に対して
も液晶を十分高速で応答させ、しかも良好なコントラス
トを得ることができる。

そこで、高周波履歴効果の影響を小さくして低周波に
対しても液晶を十分高速で応答させ、しかも良好なコン
トラストを得るための、駆動電圧と液晶層の層厚との比
を求めるために、液晶層の層厚Ｇを変えた各液晶素子に
ついて、 駆動電圧V_OP＝25V（一定） T1＝2m秒 T2＝T3＝1m秒 低周波駆動周波数＝5KHz 高周波駆動周波数＝320KHz の条件で駆動実験して各液晶素子のシャッタ特性を調べ
たところ、次のような結果が得られた。なお、ここで、
液晶層の層厚とは、第１図に示すシャッタ部a,aでの液
晶層の層厚Ｇ（セグメント基板21とコモン基板22との配
向膜29,29間の間隔で単位はμｍ）を指している。

また、液晶層の層厚を5.4μｍとした液晶素子と、液
晶層の層厚を6.5μｍとした液晶素子とについて、駆動
電圧Ｖを25Vと27.5Vとに選んでそれぞれの場合のシャッ
タ特性を調べたところ、次のような結果が得られた。

なお、ここでは、液晶素子20に充填する液晶として、
下表に示す液晶化合物を表の混合率で混合した液晶組成
物に、二色性染料として、 の２種の染料をそれぞれ1.2重量％ずつ混合したものを
使用した。

なお、上記液晶組成物は、200HzにおけるΔεが＋6.
4、100KHzにおけるΔεが−3.3、交差周波数fcが19.0KH
z、25℃における粘度が70.5cPである。

上記のような実験結果から分ることは、駆動電圧が25
Vのとき、液晶層の層厚Ｇが、 4.5≦Ｇ≦6.5 となる範囲であれば、一応満足できるシャッタ特性が得
られるが、これより液晶層の層厚Ｇを小さくすると、そ
れだけ液晶に印加される電界強度が強くなって高周波履
歴効果が大きくなって応答性が悪くなるだけでなく、液
晶中の見かけ上の染料濃度が小さくなってシャッタ部を
閉とするのに足りる光吸収を行なえなくなるし、またこ
れより液晶層の層厚Ｇを大きくすると、駆動電圧Ｖに対
し実際に液晶に印加される電界強度が小さくなって液晶
の応答が遅くなるということである。

また、液晶層の層厚Ｇが5.4μｍと6.5μｍのときは、
駆動電圧を25V乃至27.5Vの範囲、すなわち定数αが、 3.85≦α≦5.09 となる範囲であれば、電界強度が強くなっても高周波履
歴効果が大きくならず、且つ電界強度が小さすぎず応答
速度が遅くなることもない。

従って、駆動電圧Ｖと電極間の液晶層の層厚Ｇとによ
り決まる定数α＝V/Gが、 3.85≦α≦5.09 の範囲にとっておけば、高周波履歴効果の影響を小さく
して低周波に対しても液晶を十分高速で応答させ、しか
も良好なコントラストを得ることができる。

なお、上記実施例では光書込み式プリンタの光書込み
に使用される液晶素子について説明したが、この発明
は、テレビジョン受像機やコンピュータ用ディスプレイ
等の画像表示に使用される液晶素子等にも適用できる
し、またGH型に限らず、TN型の液晶素子にも適用できる
ことはもちろんである。

〔発明の効果〕

この発明の液晶素子は、駆動電圧Ｖ（Ｖ）と、電極間
の液晶層の層厚Ｇ（μｍ）とのよって決まる定数α＝V/
Gを、 3.85≦α≦5.09 の範囲に設定したものであるから、高周波履歴効果の影
響を小さくして、高周波が比較的長い時間印加された場
合でも次の低周波の印加で即座に液晶分子を立上がらせ
てシャッタ部を応答性よく高速で開閉動作させることが
できるとともに、コントラストも良好にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示したもので、第１図は第
８図のシャッタ部分の拡大図、第２図および第３図は液
晶素子を用いて光書込みを行なう光書込み式プリンタの
概略図およびその光記録部の構成図、第４図は液晶素子
の平面図、第５図よび第６図は液晶素子のセグメント基
板およびコモン基板の平面図、第７図はセグメント基板
のセグメント電極形成部の拡大平面図、第８図は第７図
のＡ−Ａ線に沿う液晶素子の断面図、第９図は液晶素子
の駆動波形図である。 21,22……基板、S1,S2……セグメント電極、C1,C2……
コモン電極、ａ……シャッタ部、Ｇ……液晶層の層厚。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 健三 八王子市石川町2951番地の５ カシオ計 算機株式会社八王子工場内 (56)参考文献 特開 昭57−64722（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する電極が形成された一対の基板間
   に、誘電異方性の値が０となる交差周波数より低い周波
   数の低周波電界中で正の誘電異方性を示し、前記交差周
   波数より高い周波数の高周波電界中で負の誘電異方性を
   示す２周波駆動用の液晶を封入し、前記低周波電界と液
   晶分子の挙動状態を保持するために前記低周波電界と前
   記高周波電界を重畳した電界、または前記高周波電界と
   前記重畳した電界とをそれぞれ選択的に前記液晶に印加
   することにより光の透過率を制御する液晶素子におい
   て、前記高周波電界の印加による液晶の高周波履歴効果
   を低減するように、前記電極に印加される駆動電圧Ｖ
   （Ｖ）と、電極間の液晶層の層厚Ｇ（μｍ）とによって
   決まる定数α＝V/Gを、 3.85≦α≦5.09 の範囲に設定したことを特徴とする液晶素子。