JPS61100721A - Driving method of optical switch - Google Patents

Driving method of optical switch

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JPS61100721A
JPS61100721A JP22243384A JP22243384A JPS61100721A JP S61100721 A JPS61100721 A JP S61100721A JP 22243384 A JP22243384 A JP 22243384A JP 22243384 A JP22243384 A JP 22243384A JP S61100721 A JPS61100721 A JP S61100721A
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JP
Japan
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voltage
light
liquid crystal
waveform
optical switch
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Application number
JP22243384A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Umeda
梅田 高雄
Kazuya Oishi
一哉 大石
Tatsuo Ikawa
伊川 辰夫
Yasuro Hori
康郎 堀
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an optical switch driving method characterized by high contrast and high reliability by making the waveform of a driving voltage appropriate. CONSTITUTION:A voltage to be impressed to a liquid crystal element selects a waveform (b) at the transmission of light (ON) or a waveform (c) at the interruption of lgiht (OFF), the frequency fL2 (=1/TL2), fL1 (=1/TL1) of respective high frequency voltages are set up 10kHz and the value of V1 is set up to zero. A positive high frequency pulse voltage of 10kHz is always applied to a common electrode and a positive high frequency pulse voltage of 10kHz shifted at its phase by TLx2 at the transmission of light and to be turned to zero potential at the interruption of light is impressed to a signal electrode. Consequently, a prescribed voltage can be impressed between both the electrodes and proper change of light transmission can be obt.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は強誘電性液晶等の強誘電性物質を用いた光スイ
ッチの駆動方法に係り、特に、光プリンタ用印写ヘッド
に用いられる光スイッチアレイの駆動法として好適な光
スイッチの駆動方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for driving an optical switch using a ferroelectric substance such as a ferroelectric liquid crystal, and in particular to an optical switch array used in a printing head for an optical printer. The present invention relates to a method for driving an optical switch that is suitable as a method for driving an optical switch.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

強誘電性液晶は従来のネマチック液晶と異なり、直流電
圧に応答し、その応答速度は1ms以下と極めて高速で
ある。そこで、この高速応答性を利用した光スイッチを
用いた光プリンタ用印写ヘッドの開発が期待される。
Ferroelectric liquid crystals, unlike conventional nematic liquid crystals, respond to direct current voltage and have an extremely fast response speed of 1 ms or less. Therefore, the development of a print head for an optical printer using an optical switch that takes advantage of this high-speed response is expected.

気3図に微小光スイッチ部7を有する光スイッチアレイ
3と、光源6及び感光体ドラム1に集光するセルフォッ
クレンズ2からなる印写ヘッドの構成を示す、ここで、
5は光源の光を光スイッチアレイ3に集束するロッドレ
ンズである。
Figure 3 shows the configuration of a printing head consisting of an optical switch array 3 having a micro optical switch section 7, a light source 6, and a SELFOC lens 2 that focuses light on the photoreceptor drum 1.
5 is a rod lens that focuses the light from the light source onto the optical switch array 3.

光スイッチアレイは、第4図に示すように、微小光スイ
ッチ部4bt+、4b、、・・・が一定ピツチで一列に
並んだもので、印写信号に応じて各スイッチ部4 bl
w iz*・・・を開閉させ、1ライン印写分の光パル
ス列をつくる。4.は共通m極を示している。このよう
な光スイッチを用いて第5図に示すような光パターンを
得るためには、第1ライン印写時間T1では光スイッチ
部4,1.・・・、46を全開、第2.3ラインT、、
T、では全開、第4うインT4では全開、第5ラインT
Sでは全閉となる。
As shown in FIG. 4, the optical switch array is composed of minute optical switch sections 4bt+, 4b, .
w iz*... is opened and closed to create a light pulse train for printing one line. 4. indicates a common m-pole. In order to obtain a light pattern as shown in FIG. 5 using such an optical switch, the optical switch parts 4, 1 . ..., fully open 46, 2nd and 3rd line T,...
Fully open at T, fully open at 4th line T4, 5th line T
In S, it is fully closed.

次に、強誘電性液晶分子の電界応答性を第6図を用いて
説明する1強誘電性液晶であるカイラルスメチック液晶
分子8は電圧が印加されない状態ではラセン軸10を中
心軸としたラセン構造をとる。この液晶分子8は分子軸
7に対して直角方向に自発分極9を持つのがこの種の液
晶の特徴であり、閾値電界E、よりも大きな電界Eをラ
セン軸10に対して直角方向から印加すると、液晶分子
8は自発分極9の向きを電界方向にそろえるように配向
する。その結果、電界Eの向きを反転することにより、
液晶分子8はラセン軸10を中心に 。
Next, the electric field responsiveness of ferroelectric liquid crystal molecules will be explained using FIG. Take structure. A characteristic of this type of liquid crystal is that the liquid crystal molecules 8 have spontaneous polarization 9 in a direction perpendicular to the molecular axis 7, and an electric field E larger than the threshold electric field E is applied from a direction perpendicular to the helical axis 10. Then, the liquid crystal molecules 8 are oriented so that the direction of the spontaneous polarization 9 is aligned with the direction of the electric field. As a result, by reversing the direction of the electric field E,
The liquid crystal molecules 8 are centered around the helical axis 10.

左右にラセン軸10に対して角度(チルト角)θで配列
する。このように、強誘電性液晶分子は直流電圧(電界
)に応答する。
They are arranged at an angle (tilt angle) θ with respect to the helical axis 10 on the left and right. In this way, ferroelectric liquid crystal molecules respond to DC voltage (electric field).

第7図は液晶分子の複屈折性を利用した光スイッチ素子
の構造と動作原理を示す図である。液晶fillを透明
電極を形成した2枚の基板12a。
FIG. 7 is a diagram showing the structure and operating principle of an optical switch element that utilizes the birefringence of liquid crystal molecules. Two substrates 12a each having a liquid crystal fill and transparent electrodes formed thereon.

12bで平行に挾持し、その基板の外側に2枚の偏光板
13a、13bを偏光軸が互に直交するように配置する
。この時、片方の偏光軸13aとラセン軸10とのなす
角を液晶分子8のチルト角θに等しくなるようにする。
The substrates 12b are held in parallel, and two polarizing plates 13a and 13b are placed on the outside of the substrates so that their polarization axes are perpendicular to each other. At this time, the angle formed between one polarization axis 13a and the helical axis 10 is made equal to the tilt angle θ of the liquid crystal molecules 8.

液晶分子8の動作閾値電界E、よりも大きな電界を、第
7図(d)に示すように紙面の裏面方向から表面方向に
印加(負電圧印加)すると、第6図(c)より液晶分子
8の配列方向は偏光板13aの偏光軸と一致するため、
光源6から液晶素子に入射した光14は素子を透過でき
ず、光は遮断される6逆に、電界を紙面の表面方向から
裏面方向に印加(正電圧印加)すると、第6図(a)よ
り液晶分子8の配列方向は偏光板13a、13bいずれ
とも一致しないため、液晶分子の複屈折性により液晶簀
子に入射した光14は素子を透過する。以上述べたのは
、二枚の偏光板を用いる方式であるが、液晶層11内に
二色性色素を混入し、偏光板を一枚用いるゲストホスト
タイプの光スイッチ素子もあるが、ここでは詳細な説明
は省略する。
When an electric field larger than the operating threshold electric field E of the liquid crystal molecules 8 is applied from the back side to the front side of the paper (negative voltage applied) as shown in FIG. 7(d), the liquid crystal molecules 8 are Since the arrangement direction of 8 coincides with the polarization axis of the polarizing plate 13a,
The light 14 that enters the liquid crystal element from the light source 6 cannot pass through the element, and the light is blocked. 6 Conversely, when an electric field is applied from the front side of the paper toward the back side (positive voltage applied), the result shown in Fig. 6 (a) is Since the alignment direction of the liquid crystal molecules 8 does not coincide with either of the polarizing plates 13a and 13b, the light 14 incident on the liquid crystal screen is transmitted through the element due to the birefringence of the liquid crystal molecules. The method described above uses two polarizing plates, but there is also a guest-host type optical switch element in which a dichroic dye is mixed into the liquid crystal layer 11 and one polarizing plate is used. Detailed explanation will be omitted.

いずれの方式にしても、強誘電性液晶素子は直流電圧の
極性反転により光スイッチ素子としての機能をもつ、プ
リンタ用光スイッチアレイや光導波路の光スイッチに要
求される特性は、高速応答性だけでなく、高コントラス
ト特性であり、プリンタ用の場合、少なくともコントラ
ストは10以上、光導波路の場合には20以上が必要で
ある。
In either method, the ferroelectric liquid crystal element functions as an optical switch element by reversing the polarity of the DC voltage.The only characteristics required for optical switch arrays for printers and optical switches for optical waveguides are high-speed response. However, it has high contrast characteristics, and in the case of a printer, a contrast of at least 10 or more is required, and in the case of an optical waveguide, a contrast of 20 or more is required.

このようにディスプレイ用素子に比べて高いコントラス
トが要求される。
As described above, higher contrast is required compared to display elements.

第8図は、上記強誘電性液晶素子の直流電圧応答性を考
慮し、第5図に示す光パターン列を得るために必要な各
信号電極4.1〜46と共通電極4、間に印加する電圧
波形を示したものである。
FIG. 8 shows the voltage applied between each signal electrode 4.1 to 46 and the common electrode 4 necessary to obtain the optical pattern array shown in FIG. This figure shows the voltage waveform.

■、は動作閾値電圧よりも充分高い電圧である。(2) is a voltage sufficiently higher than the operating threshold voltage.

この場合、液晶分子は+V、の電圧を印加したときには
第7図(c)、−V、 を印加したときには第7図(d
)の配置となるため、コントラストB、 /Bfhは2
0以上と非常に大きな値となる。
In this case, the liquid crystal molecules are as shown in Figure 7(c) when a voltage of +V is applied, and as shown in Figure 7(d) when a voltage of -V is applied.
), so the contrast B, /Bfh is 2
It becomes a very large value of 0 or more.

この方法では高いコントラストを得ることができるが、
光透過あるいは光遮断の状態が長く続く場合には、連続
して同一極性の直流電圧を印加することになる。液晶材
料に直流電圧を連続して印加すると、電気化学反応によ
って液晶が劣化するため好ましくない、そこで、ネマチ
ック液晶を用いた電卓1時計、グラフィックディスプレ
イなどに使用される液晶素子では、交流電圧を用い、平
均電圧が零となるような駆動波形としている。特願昭5
8−216469号公報に示すものは、駆動電圧波形を
第9図(a)に示すように1ライン印写時間T内で平均
電圧が零となるように選んでいる。すなわち、 V、−T1=Vt −T。
Although high contrast can be obtained with this method,
If the state of light transmission or light blocking continues for a long time, a DC voltage of the same polarity will be continuously applied. Continuously applying DC voltage to liquid crystal materials is undesirable because the liquid crystal deteriorates due to electrochemical reactions.Therefore, liquid crystal elements used in calculators, watches, graphic displays, etc. that use nematic liquid crystals use AC voltage. , the driving waveform is such that the average voltage is zero. Special request 1975
In the device shown in Japanese Patent No. 8-216469, the drive voltage waveform is selected so that the average voltage becomes zero within one line printing time T, as shown in FIG. 9(a). That is, V, -T1=Vt -T.

を満足する。ただこの場合、光源6が連続点灯光源の場
合には、本来光を透過してはならない期間(OFF期間
)に光の漏れ15が生じるため、光源6として第9図(
C)の破線で示すような一定周期で点滅する点滅光6′
を採用することにより。
satisfy. However, in this case, if the light source 6 is a continuously lit light source, light leakage 15 occurs during the period when light should not be transmitted (OFF period).
A flashing light 6' that flashes at a constant cycle as shown by the broken line in C)
By adopting.

定常光源使用時に問題となった光の漏れ15”をなくし
ている。これにより、コントラストは第8図の場合と同
様、20以上を確保できる6点減光6′を得る方法とし
ては、キセノンランプを用いたり、定常光源6と液晶光
スイッチアレイ3の間に別の光スイッチ素子を設け、定
常光源を点滅光に変換する方式などを提案しているにの
方式ではコントラストは大きくとれるものの、1ライン
印写時間Tのうち、一定の期間T、の間は平均電圧を零
にするため、T1の期間に液晶層に印加された電圧とは
逆の極性の電圧を印加する必要がある。従って、光透過
状態を選択した場合、1ライン印写時間Tのうち、実際
に光が透過する期間はT1 と短かくなる。従って、1
ライン印写時間内に感光体ドラム1に照射できる光エネ
ルギーはT1/Tとなる。v+、を20V、V、  を
50Vとすると、Tz /Tの値は5/7 (=0.7
 >  となり、光利用率は低下する。光源の光が充分
大きい場合や低速印写の場合には問題ないが、光源とし
て蛍光灯を用いて高速印写を行う場合には、光量不足と
なる。20〜30Wの蛍光灯を用いた場合、     
 解像度10ドツト/I1mとして最高印写速度は18
00行/分が限界である。もし1期間工すべでの時間T
を利用できれば1000行/分が充分可能である。
This eliminates the 15" light leakage that was a problem when using a steady light source. As a result, the xenon lamp However, although the contrast can be increased with the proposed method, a method is proposed in which the steady light source is converted into flashing light by using a light source or by providing another optical switch element between the steady light source 6 and the liquid crystal optical switch array 3. In order to make the average voltage zero during a certain period T of the line application time T, it is necessary to apply a voltage with the opposite polarity to the voltage applied to the liquid crystal layer during period T1. , when the light transmission state is selected, the period during which light actually passes through one line printing time T is as short as T1.Therefore, 1
The light energy that can be applied to the photosensitive drum 1 within the line printing time is T1/T. If v+, is 20V and V, is 50V, the value of Tz /T is 5/7 (=0.7
>, and the light utilization rate decreases. There is no problem when the light from the light source is sufficiently large or when printing is performed at low speed, but when performing high-speed printing using a fluorescent lamp as the light source, the amount of light becomes insufficient. When using a 20-30W fluorescent lamp,
The maximum printing speed is 18 with a resolution of 10 dots/I1m.
The limit is 00 lines/minute. If one period is completed, the time T
1000 lines/minute is fully possible if it can be used.

また、蛍光灯を用いる場合には、点滅光変換用素子が必
要で、部品数が増え、コスト高になるという欠点もある
Furthermore, when a fluorescent lamp is used, a flashing light conversion element is required, which increases the number of parts and increases costs.

また、強誘電性液晶材料を用いたディスプレイ素子の駆
動法に関しては、特開昭513−179890号公報に
記載されている。この基本的な考え方は、常に平均電圧
を零にするという思想であり、第9図(a)に示したよ
うな波形を用いる。定常光源を用いた場合、第9図(b
)に示すように、OFF時には光の漏れが生じるが、デ
ィスプレイの場合は人間の目を相手にしたものであるた
め、コントラスト比は見かけ上の値でよく、定常光源と
第9図(a)に示す駆動電圧波形との組合せを用いるこ
とができた。
Further, a method for driving a display element using a ferroelectric liquid crystal material is described in Japanese Patent Laid-Open No. 179890/1983. The basic idea is to always make the average voltage zero, and a waveform as shown in FIG. 9(a) is used. When a steady light source is used, Figure 9 (b
) As shown in Figure 9(a), light leaks when the display is off, but since the display is intended for human eyes, the contrast ratio is only an apparent value; The combination with the drive voltage waveform shown in can be used.

しかし、プリンタ用に用いら九る光スイッチアレイや光
導波路用の光スイッチでは、コントラストに対する見方
が厳しくなり、特にOFF時での光の漏れを極力小さく
する必要がある。
However, in optical switch arrays used for printers and optical switches for optical waveguides, contrast has become more important, and it is necessary to minimize light leakage, especially when the switch is off.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は1強誘電性物質、特に強誘電性液晶材料
に電圧を印加して光の透過・遮断を行う光スイッチ素子
において、駆動電圧波形の適正化をはかることにより、
コントラストが高く、かつ信頼性の面でも優れた光スイ
ッチの駆動方法を提供することにある。
The purpose of the present invention is to: (1) optimize the drive voltage waveform in an optical switch element that transmits or blocks light by applying a voltage to a ferroelectric material, particularly a ferroelectric liquid crystal material;
An object of the present invention is to provide a method for driving an optical switch that has high contrast and is excellent in reliability.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するために、本発明は、一対の電極間に
強誘電性物質を介在させ、前記電極間に駆動電圧を印加
することにより光の透過と遮断を行う光スイッチ素子に
おいて、前記駆動電圧を前記強誘電性物質の動作閾値電
圧よりも大きい波高値の片極性の電圧パルスと前記動作
閾値電圧よりも小さい波高値の逆極性の電圧パルスとが
交互に周期的に繰返される高周波電圧とし、この駆動電
圧を光の透過時と遮断時においてそれぞれ逆極性で印加
することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical switching element that transmits and blocks light by interposing a ferroelectric substance between a pair of electrodes and applying a driving voltage between the electrodes. The voltage is a high frequency voltage in which unipolar voltage pulses with a peak value larger than the operating threshold voltage of the ferroelectric material and voltage pulses of opposite polarity with a peak value smaller than the operating threshold voltage are alternately and periodically repeated. This drive voltage is applied with opposite polarity when transmitting light and when blocking light.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

次に、本発明による光スイッチの駆動方法を図面に基づ
いて説明する。
Next, a method for driving an optical switch according to the present invention will be explained based on the drawings.

まず、具体例を説明する前に駆動方法の原理的な説明を
記しておく。
First, before explaining a specific example, a fundamental explanation of the driving method will be described.

第7図に示した偏光板配置では、光透過状態(ON状態
)を得るためには、従来圧の直流電圧を印加してきた。
In the polarizing plate arrangement shown in FIG. 7, a conventional DC voltage has been applied in order to obtain a light transmitting state (ON state).

これに対し、第10図(a)に示すような周期T1で正
のパルス電圧値V。、負のパルス電圧値−■1の交流電
圧波形を素子に印加し、光透過特性を調べた1周波数f
L  (=1/TL)が比較的低い低周波の場合には、
第10図(b)に示すように、印加電圧が−V1 にな
ると、光透過量はB、(<100%)まで低下し、−周
期TL期間内のトータル光透過量は小さくなる。
On the other hand, a positive pulse voltage value V with a period T1 as shown in FIG. 10(a). , a negative pulse voltage value - ■1 frequency f where an AC voltage waveform of 1 was applied to the element and the light transmission characteristics were investigated.
In the case of low frequencies where L (=1/TL) is relatively low,
As shown in FIG. 10(b), when the applied voltage becomes -V1, the amount of light transmission decreases to B (<100%), and the total amount of light transmission within the -period TL period becomes small.

そこで1次に周波数f1を高くしていったときの光透過
量の変化を示したのが2第10図(C)。
Therefore, Figure 10 (C) shows the change in the amount of light transmission when the frequency f1 is increased to the first order.

(d)である、これかられかるように、光透過量の変化
は小さくなる。
As shown in (d), the change in the amount of light transmission becomes small.

第11図は実験結果である。素子の強HM、性液晶層の
pスみは4μm、動作閾値電圧値V、は3vである。曲
線Aは、正のパルス電圧値V、が20V、負のパルス電
圧値−■、を一2■としたときの光透過量B、の周波数
特性である。周波数が高くなるにつれてB、が大きくな
り、IKHzのとき、B、は飽和値の90%となる。一
方、曲l1IBは正のパルス電圧値を+20V、負のパ
ルス電圧値を一20Vとしたときの光透過量B、の周波
数特性を示したものである。これかられかるように。
FIG. 11 shows the experimental results. The strong HM of the device, the p-segment of the liquid crystal layer is 4 μm, and the operating threshold voltage value V is 3V. Curve A is the frequency characteristic of the light transmission amount B when the positive pulse voltage value V is 20V and the negative pulse voltage value -■ is -2■. As the frequency becomes higher, B becomes larger, and at IKHz, B becomes 90% of the saturation value. On the other hand, the curve 11IB shows the frequency characteristics of the light transmission amount B when the positive pulse voltage value is +20V and the negative pulse voltage value is -20V. I hope to see you soon.

周波数IKHz付近から急激に増加し始め。The frequency starts to increase rapidly around IKHz.

10KHz付近になると、B、は飽和値の90%となる
0曲mBの場合、B、が大きくなると周波数が高くなる
が、平均電圧値が零となるので、液晶の寿命の面から好
ましい、液晶材料の種類や液晶層の厚みが変われば値は
少し変わるが、傾向は同じである。
At around 10 KHz, B becomes 90% of the saturation value.In the case of 0 mB, as B increases, the frequency increases, but the average voltage value becomes zero, which is preferable from the viewpoint of the lifespan of the liquid crystal. The values change slightly depending on the type of material and the thickness of the liquid crystal layer, but the trend remains the same.

第12図は第10図(c)とは逆に負のパルス電圧−v
oの絶対値を液晶の動作閾値電圧V。よりも大きく、正
のパルス電圧v1 をV、よりも小さくした場合の光透
過特性を示したものである。
Figure 12 shows a negative pulse voltage -v, contrary to Figure 10(c).
The absolute value of o is the operating threshold voltage V of the liquid crystal. This figure shows the light transmission characteristics when the positive pulse voltage v1 is set to be larger than V and smaller than V.

印加電圧が+V、になると、光透過量B、が増加、: 
     する、光遮断状態を得る場合、このB、の値
が小さい程、好ましい。
When the applied voltage becomes +V, the amount of light transmission B increases:
When obtaining a light-blocking state, the smaller the value of B, the better.

第13図は−V、を一20V、Vlを2vとしたときの
光透過量(漏れ光t)B、の周波数特性を示したもので
ある。これかられかるように、周波数が高くなるに従っ
て、漏れ光量B、が小さくなり、IKHz以上になると
光透過状態での最大透過軟を100%とした場合、その
漏れ光量は3%と小さくなる。
FIG. 13 shows the frequency characteristics of the amount of light transmission (leakage light t) B when -V is -20V and Vl is 2V. As will be seen, as the frequency increases, the leakage light amount B decreases, and when the frequency exceeds IKHz, the leakage light amount becomes as small as 3%, assuming that the maximum transmission softness in the light transmission state is 100%.

以ヒより、光透過状態を得る場合には、第10図(C)
の電圧波形を、光遮断状態を得る場合には、第12図(
a)の電圧波形を用い、周波数を適当に選ぶことにより
、光透過状態での光透過量と光遮断状態での漏れ光量の
比、すなわちコントラスト比を30〜40と極めて高く
することができる。
From the following, when obtaining a light transmission state, Fig. 10 (C)
In order to obtain a light blocking state, the voltage waveform of
By using the voltage waveform a) and appropriately selecting the frequency, the ratio of the amount of light transmitted in the light transmitting state to the amount of leaking light in the light blocking state, that is, the contrast ratio, can be made extremely high at 30 to 40.

第14図は上記実験データに基づき、強誘電性液晶を用
いたプリンタ用印写ヘッドの駆動電圧波形を示したもの
である。ここで、Tは1ライン印写時間である。光透過
状態(ON状態)での駆動電圧波形は第14図の(a)
あるいは(b)の波形、光遮断状態(OFF状態)での
駆動電圧波形は第14図(c)の電圧波形を用いる。第
14図では、(a)と(C)の電圧波形の周波数をCb
)の電圧波形の周波数よりも低く示しているが、同じ周
波数でも同様の効果が得られることはいうまでもない、
第14図(b)の波形は交流電圧波形で平均電圧が零の
ため、液晶材料の直流劣化という問題はない、また、第
14図(a)、(c)に示すような波形の場合、平均電
圧は零とはならないが、実質液晶層に印加される時間は
多くとも1ライン印写時間の1/2の期間であるため、
液晶の劣化が生じにくくなるというメリットがある。
FIG. 14 shows the driving voltage waveform of a printing head for a printer using ferroelectric liquid crystal based on the above experimental data. Here, T is one line printing time. The drive voltage waveform in the light transmitting state (ON state) is shown in (a) in Figure 14.
Alternatively, the voltage waveform in FIG. 14(c) is used as the waveform in FIG. 14(b) and the drive voltage waveform in the light cutoff state (OFF state). In Figure 14, the frequency of the voltage waveforms in (a) and (C) is Cb
) is shown lower than the frequency of the voltage waveform, but it goes without saying that the same effect can be obtained with the same frequency.
The waveform in FIG. 14(b) is an AC voltage waveform with an average voltage of zero, so there is no problem of DC deterioration of the liquid crystal material.Furthermore, in the case of waveforms as shown in FIGS. 14(a) and (c), Although the average voltage is not zero, the time it is actually applied to the liquid crystal layer is at most 1/2 of the one-line impression time, so
This has the advantage that deterioration of the liquid crystal is less likely to occur.

一般に、感光体ドラムに光を照射して印写を行う電子写
真方式のプリンタには、現像方式に光が照射した部分に
トナーがつく反転現像と、光が照射しない部分にトナー
がつく正規現像がある。
In general, electrophotographic printers that print by irradiating light onto a photoreceptor drum have two types of development methods: reversal development, in which toner is deposited on areas that are irradiated with light, and regular development, in which toner is deposited on areas that are not irradiated with light. There is.

通常、コンピュータの端末やワープロでは、用紙面積の
うち文字やパターンが印写される面積よりも、白字の余
白の部分の方が多い6従って、現像方式として正規現像
方式を用いれば、光照射の時間が長くなり、完全に平均
電圧零の第14図(b)の波形を用いることができ、液
晶劣化がずつと少なくなる。
Normally, on computer terminals and word processors, there is more blank space for white characters than the area on which characters and patterns are printed.6 Therefore, if the regular development method is used as the development method, light irradiation As the time becomes longer, the waveform of FIG. 14(b) in which the average voltage is completely zero can be used, and the deterioration of the liquid crystal gradually decreases.

次に、本発明を第1図によりさらに具体的に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail with reference to FIG.

信号電極4b群を有する信号ff1ll+基板11bと
共通電極4aを有する共通電極基板11aを平行に挾持
し、その間に強誘電性液晶DOBAMBC(76℃〜9
5℃でカイラルスメチックC相を示す)を封入した液晶
光スイッチアレイを試作した。
A signal ff1ll+substrate 11b having a group of signal electrodes 4b and a common electrode substrate 11a having a common electrode 4a are held in parallel, and a ferroelectric liquid crystal DOBAMBC (76° C. to 9° C.
We prototyped a liquid crystal optical switch array in which a liquid crystal optical switch (which exhibits a chiral smectic C phase at 5°C) was sealed.

16は絶縁膜を兼用したポリイミド系のラビング膜から
なる液晶配向膜である。液晶層厚みを4μmとした。
Reference numeral 16 denotes a liquid crystal alignment film made of a polyimide rubbing film which also serves as an insulating film. The liquid crystal layer thickness was 4 μm.

印写ヘッドとしては、解像度10ドツト/m、印写速度
80m/秒(約1000行/分)の性能を目標とした。
The printing head was targeted to have a resolution of 10 dots/m and a printing speed of 80 m/sec (approximately 1000 lines/min).

1ライン印字時間Tは、1.25m5(800Hz )
となる。
1 line printing time T is 1.25m5 (800Hz)
becomes.

光透過(ON)時の液晶素子印加電圧波形として第14
図(b)、光遮断(OF F)時の印加電圧波形として
第14図(c)の波形を選び、各高周波電圧の周波数と
して!、、(=1/TL2)及びf Lm (= 1 
/ TLl)を10KHzとした。また、vlの値を零
とした。
The 14th waveform of the voltage applied to the liquid crystal element when light is transmitted (ON)
In Figure (b), the waveform in Figure 14 (c) is selected as the applied voltage waveform during optical cutoff (OFF), and the frequency of each high-frequency voltage is set! , , (=1/TL2) and f Lm (=1
/TLl) was set to 10KHz. Further, the value of vl was set to zero.

第2図は共通電極に印加する電圧波形v0、信号電極に
印加する電圧波形v19、両電極間に印加される電圧v
、−v、及び光透過波形を示したものである。共通電極
には常に10KHzの正の高周波パルス電圧を印加して
おき、信号電極には、光透過時にはv8に対してTL2
/2だけ位相のずれた10KHzの正の高周波パルス電
圧波形を。
Figure 2 shows the voltage waveform v0 applied to the common electrode, the voltage waveform v19 applied to the signal electrode, and the voltage v19 applied between both electrodes.
, -v, and the light transmission waveform. A positive high frequency pulse voltage of 10 KHz is always applied to the common electrode, and the signal electrode has a voltage of TL2 for v8 when light is transmitted.
10KHz positive high frequency pulse voltage waveform with a phase shift of /2.

光遮断時には零電位とする。これにより、両電極間には
所定の電圧を印加でき、良好な光透過量変化を得ること
ができる。
When light is cut off, the potential is zero. Thereby, a predetermined voltage can be applied between both electrodes, and a favorable change in the amount of light transmission can be obtained.

実験の結果、光透過時の透過光量B、と光遮断時の漏れ
光量B0の比、すなわちコントラストは約30と高コン
トラストが得られることがわかった。また、ON状態か
らOFF状態、OFF状態からON状態への応答時間も
0.2〜0.3msと高速応答が可能であることがわか
った。
As a result of experiments, it was found that the ratio of the amount of transmitted light B when light is transmitted and the amount of leaked light B0 when light is blocked, that is, the contrast, is about 30, and a high contrast can be obtained. Furthermore, it was found that the response time from the ON state to the OFF state and from the OFF state to the ON state was 0.2 to 0.3 ms, which enabled a high-speed response.

第15図は他の実施例を示す図であり、光透過1   
    (ON)時の液晶素子印加電圧波形として第1
4図(a)、光遮断(OFF)時の印加電圧波形として
第14図(c)の波形を採用した場合の共通電極に印加
する電圧波形V、((a)図)と信号電極に印加する電
圧波形V、lb)図)及び両電極間に印加される電圧v
、−y、及び光透過波形を示したものである。高周波パ
ルスの周波数f Lm (=’ 1 / T 1.− 
)を10KHzとした。第1図との相違は、■、とvt
が同位相であること、■、の印加電圧は2vn となる
ことである。コントラストや応答特性は第1図と同様の
特性が得られる。
FIG. 15 is a diagram showing another embodiment, in which light transmission 1
The first voltage waveform applied to the liquid crystal element when (ON)
Figure 4 (a) shows the voltage waveform V applied to the common electrode when the waveform of Figure 14 (c) is adopted as the applied voltage waveform during light cutoff (OFF), (Figure (a)) and the voltage waveform applied to the signal electrode. The voltage waveform V, lb)) and the voltage v applied between both electrodes
, -y, and the light transmission waveform. Frequency of high-frequency pulse f Lm (=' 1 / T 1.-
) was set to 10KHz. The differences from Figure 1 are ■, and vt
are in the same phase, and the applied voltage of (2) is 2vn. Contrast and response characteristics similar to those shown in FIG. 1 can be obtained.

以上の各実施例では、T5、とT、、2を同じにしたが
、T −2> T L 1、あるいはT L 2 < 
T 、、1としてもよい0周波数的に第11図、第13
図の条件を満足していればよい、また、vlの値を零に
したが、この値をV、よりも小さい値であれば自由に選
ぶことができる6さらに、パルス電圧値をduty50
%(T、=TL/2)としたが、これに固定する必要も
なく、T、<T、/2でもT、>TL/2でもよい。
In each of the above embodiments, T5 and T, , 2 are the same, but T -2 > T L 1 or T L 2 <
T ,, may be 1 0 Frequency-wise, Figs. 11 and 13
The value of vl is set to zero as long as it satisfies the conditions in the figure, but this value can be freely selected as long as it is smaller than V6.Furthermore, the pulse voltage value can be set to duty50.
%(T,=TL/2), but there is no need to fix it to this, and T,<T,/2 or T,>TL/2 may be used.

なお、第7図に示すように偏光板13aの偏光軸方向を
負の直流電圧を印加したときの強誘電性液晶分子の配列
方向に一致させたが、正の直流電圧を印加したときの強
誘電性液晶分子の配列方向に一致させてもよく、この場
合には上述の各実施例でのONとOFF状慧は逆になる
As shown in FIG. 7, the direction of the polarization axis of the polarizing plate 13a was made to match the alignment direction of the ferroelectric liquid crystal molecules when a negative DC voltage was applied; It may be made to match the alignment direction of the dielectric liquid crystal molecules, and in this case, the ON and OFF states in each of the above-mentioned embodiments will be reversed.

以上説明した駆動方法によれば1次の効果がある。The driving method described above has a first-order effect.

(1)液晶層に印加される直流時間が少なくとも従来の
方法に比べて1/2以下の高周波パルス電圧にできるた
め、液晶材料の直流劣化を抑制することができる。
(1) Since the DC time applied to the liquid crystal layer can be reduced to at least 1/2 or less of the high frequency pulse voltage compared to conventional methods, DC deterioration of the liquid crystal material can be suppressed.

(2)光源として点滅光を用いる必要がなく1点減光変
換素子は不要となり、低価格な蛍光灯をそのまま使用で
きるため、経済的、fill略化の面での効果がある。
(2) It is not necessary to use a flashing light as a light source, a single point dimming conversion element is not required, and a low-cost fluorescent lamp can be used as is, which is effective in terms of economy and fill simplification.

(3)光照射時間を1ライン印写時間Tに等しくできる
ため、光エネルギーの利用効率が向上する効果がある。
(3) Since the light irradiation time can be made equal to the one-line printing time T, there is an effect of improving the utilization efficiency of light energy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた如く、本発明によれば、適正な電圧波形の駆
動電圧により光の透過、遮断を行うため、直流劣化が少
なく、かつ高コントラストの光の透過、遮断を行うこと
ができる。
As described above, according to the present invention, since light is transmitted and blocked by a drive voltage with an appropriate voltage waveform, it is possible to transmit and block light with little direct current deterioration and high contrast.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による駆動方法が適用される光スイッチ
の断面図、第2図は本発明による駆動電圧波形と光透過
量との関係を示す波形図、第3図は一般的な印字ヘッド
の構造を示す分解斜視図、第4図は一般的な光スイッチ
アレイの斜視図、第5図は光スイッチアレイの光の透過
、遮断パターンを示す説明図、第6図は強誘電性液晶分
子の電界応答性を示す説明図、第7図は液晶分子の動作
原理を示す説明図、第8図は第5図の光パターンを得る
に必要な従来の電圧波形を示す波形図、第9図は従来の
駆動電圧波形例を示す波形図、第10図は本発明による
駆動方法を説明するための駆動電圧波形と光透過光量の
関係を示す波形図、第11図は実験結果を示す周波数特
性図、第12図は本発明において光遮断状態を得るため
の駆動電圧波形と光透過量との関係を示す波形図、第1
3図は第12図の駆動電圧により駆動した場合の周波数
特性図、第14図は本発明における好ましい駆動電圧波
形を示す波形図、第15図は他の実施例における駆動電
圧波形と光透過量の関係を示す波形図である。 1・・・感光体ドラム、2・・・セルフォックレンズ、
3・・・光スイッチアレイ、4・・・電極、5・・・ロ
ッドレンズ、6・・・光源、7・・・微小光スイッチ部
、8・・・液晶分子、9・・・自発分極、10・・・ラ
セン軸、11・・・液晶層、12・・・基板、13・・
・偏光板、14・・・光源からの入射光、15・・・光
の漏れ、16・・・配向膜、v3・・・液晶の動作閾値
電圧、 V、 、 V、・・・パルス電圧値。
Fig. 1 is a cross-sectional view of an optical switch to which the driving method according to the present invention is applied, Fig. 2 is a waveform diagram showing the relationship between the driving voltage waveform and the amount of light transmission according to the present invention, and Fig. 3 is a general print head. FIG. 4 is a perspective view of a general optical switch array, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the light transmission and blocking patterns of the optical switch array, and FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of ferroelectric liquid crystal molecules. Figure 7 is an explanatory diagram showing the operating principle of liquid crystal molecules, Figure 8 is a waveform diagram showing the conventional voltage waveform necessary to obtain the light pattern of Figure 5, and Figure 9 is an explanatory diagram showing the electric field response of . 10 is a waveform diagram showing an example of a conventional driving voltage waveform, FIG. 10 is a waveform diagram showing the relationship between the driving voltage waveform and the amount of transmitted light to explain the driving method according to the present invention, and FIG. 11 is a frequency characteristic showing experimental results. 12 is a waveform diagram showing the relationship between the drive voltage waveform and the amount of light transmission for obtaining a light blocking state in the present invention, and FIG.
Fig. 3 is a frequency characteristic diagram when driven with the drive voltage shown in Fig. 12, Fig. 14 is a waveform diagram showing a preferred drive voltage waveform in the present invention, and Fig. 15 is a drive voltage waveform and light transmission amount in another embodiment. FIG. 1... Photosensitive drum, 2... Selfoc lens,
3... Optical switch array, 4... Electrode, 5... Rod lens, 6... Light source, 7... Minute optical switch section, 8... Liquid crystal molecule, 9... Spontaneous polarization, 10... Spiral axis, 11... Liquid crystal layer, 12... Substrate, 13...
- Polarizing plate, 14... Incident light from the light source, 15... Light leakage, 16... Alignment film, v3... Liquid crystal operating threshold voltage, V, , V,... Pulse voltage value .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、一対の電極間に強誘電性物質を介在させ、前記電極
間に駆動電圧を、印加することにより光の透過と遮断を
行う光スイッチ素子において、前記駆動電圧を前記強誘
電性物質の動作閾値電圧よりも大きい波高値の片極性の
電圧パルスと前記動作閾値電圧よりも小さい波高値の逆
極性の電圧パルスとが交互に周期的に繰返される高周波
電圧とし、この駆動電圧を光の透過時と遮断時において
それぞれ逆極性で印加することを特徴とする光スイッチ
の駆動方法。
1. In an optical switch element that transmits and blocks light by interposing a ferroelectric substance between a pair of electrodes and applying a driving voltage between the electrodes, the driving voltage is applied to the operation of the ferroelectric substance. A high-frequency voltage is used in which a unipolar voltage pulse with a peak value larger than the threshold voltage and a voltage pulse of opposite polarity with a peak value smaller than the operating threshold voltage are alternately and periodically repeated, and this driving voltage is set as a driving voltage when light is transmitted. A method for driving an optical switch, characterized in that voltage is applied with opposite polarity at the time of and cutoff, respectively.
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