JPS61182020A - 液晶光変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリンターヘッド等に用いられる液晶光変調
素子に関する。

〔従来の技術〕

液晶素子は従来、直視型の表示素子として精力的に研究
開発が行なわれ、現在では広く用いられている。一方で
、液晶を用いた光変調素子もいくつか知られている。例
えば、スクリーン上への投写光を光変調素子を用いて空
間的に強度変調することによって投写型の表示装置が得
られる。この目的に用いられる液晶光変調素子は特に液
晶ライトバルブと呼ばれる。また、感光体への照射光を
光変調素子を用いて強度変調し、この結果得られる感光
体上の潜像をトナーを用いて普通紙上に現像する方式の
プリンターも知られておシ、光源や光変調素子および結
儂光学系等を含めた部分はプリンターヘッドと呼ばれて
いる。前述の液晶ライトバルブあるいはプリンターヘッ
ドに用いられる液晶光変調素子は液晶光シャッターとし
て機能する。この他にも液晶光変調素子は光学論理素子
等に広く応用されるが、いずれも入射光強度を空間的に
変調する機能を用いるものであシ、その要求される特性
は同様であるので以下では液晶光変調素子をプリンター
ヘッドに用いる場合を例に挙げて説明する。近年、プリ
ンターに対しては高速・″　高解儂度・低価格・低騒音
・コンパクトさ等の要求が高ｔ、ｂつつあり、それに答
えてレーザビームプリンター等のノンインパクトプリン
ターが広く使われつつある。そのような状況において液
晶シャッターアレイを用いた液晶プリンターは特にその
低価格性の故に大きな需要が見込まれ１．活発に開発が
進められている。従来、液晶はその応答速度がせいぜい
数ミリ秒であり、これではＡ４版で１分間に数枚程度し
かプリントできず、実用とはほど遠いものであったが、
近年、例えば特開昭５６−９４３７７号公報に開示され
ているように誘電分散型の液晶を用いて二周波駆動を行
なう方法、すなわち、液晶の立上シ時には液晶が正の誘
電異方性を示すような低周波数の交流電圧を印加し、液
晶の立下り時には液晶が負の誘電異方性を示すような高
周波数の交流電圧を印加する方法や、あるいは第２９回
応用物理学関係連合講演会講演予稿集第１２６頁に記載
されているような三極駆動法、すなわち液晶の立上９時
には縦方向の電界を作用させ、液晶の立下り時には横方
向の電界を作用させる方法など、液晶の立上シ時および
立下シ時に共に電界を作用させて液晶配向に強制変化を
生じさせる方法によって高速応答を得る方法が提案され
、液晶プリンターも実用化の域に近づきつつある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの高速駆動法をもってしても、立
上り時間・立下少時間は共に０．５　ミリ秒程度が最高
であシ、更に感光体の露光時間を加えると１ライン当シ
１．５ミリ秒程度必要となシ、実用的な８ライン／ミリ
メートルの解像度でＡ４版（約３０ミリメートル長）を
プリントする場合、その速度は１５枚／分程度が限度で
ある。これはレーザープリンター等と較べると速度は半
分程度であシ、液晶プリンターは低価格であるが性能面
では劣るというのが現状であった。勿論、液晶プリンタ
ーでも、原理的には光源強度を増すことＫよって露光時
間の短縮は可能であるが、この方法では消費電力の増大
の他に発熱による問題が生じ、冷却機構のために装置の
大型化・高価格化・一層の大消費電力化といった結果と
なり、結局は総合的に上述の速度が液晶プリンターの限
界と言わざるを得ないのが現状であった。

本発明の目的は、例えばプリンターヘッドに用いると高
速のプリントが可能であるような光利用効率の高い液晶
光変調素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の液晶光変調素子は、入射光を第１の偏光ビーム
と第２の偏光ビームとに分割する偏光ビームスプリッタ
−と、前記第２の偏光ビームを反射するミラーと、二列
の千鳥状の画素配列を有するツイストネマティック型の
液晶素子と、一枚の偏光板とを具備した構成であり、か
つ前記第１の偏光ビームおよび前記ミラーで反射された
前記第２の偏光ビームを、前記液晶素子の千鳥状の二列
の画素配列のそれぞれの画素列に入射させて強度変調を
行なうものである。

〔作用・原理〕

本発明の詳細な説明するために１まずツイストネマティ
ック型の液晶素子について説明する。液晶素子は通常２
枚の透明電極基放間に液晶を挾んで構成し、その際に液
晶分子は基板との界面で規制される力に従って特定の配
向状態をとる。ツイストネマティック匿の液晶素子にお
いては、液晶分子は概略基板面に平行に配向し、かつ一
方の基板から他方の基板へ向かうにつれて基板平行面内
での分子長軸方向がねじれ構造を示し、両基板面におい
ては概略９０°ねじれている。このような状態のツイス
トネマティック型の液晶素子を例えば偏光方向が直交す
る２枚の偏光板に挟んで光線を入射すると、その光線は
最初の偏光板で直線偏光となシ、その後液晶素子を通過
する間に液晶分子のもつ複屈折性とその９０６ねじれ配
向構造によってその偏光方向が９０°回転する。その結
果、この直線偏光は出射時にもう１枚の偏光板と偏光方
向が一致し、はとんどそのまま出射する。ところがこの
ような液晶素子の基板電極間に電圧を印加すると、液晶
分子は電界方向すなわち基板面法線方向に強制配向し、
前述のねじれ配向構造が消滅するために液晶素子に入射
した直線偏光はそのまま進み、出射時にもう１枚の偏光
板と偏光方向が直交するためにこの偏光板でさえぎられ
てしまう。これがツイストネマティック型の液晶素子と
２枚の偏光板による電気光学効果であり、この電圧印加
による光シヤツター開閉効果がプリンターヘッドにも利
用される。なお、ツイストネマティック液晶素子という
名称は２枚の偏光板をも含んだ素子構造に対して用いら
れることもあるが、ここでは偏光板を含まずに単に液晶
配向構造を記述する用語としてツイストネマティック型
液晶素子という表現を用いることとする。

さて、このようなツイストネマティック型の液晶素子と
２枚の偏光板による電気光学効果は、液晶としては速い
応答性を示すためにプリンターヘッドとして有効である
が、前述のように入射光は最初の偏光板を通過した後に
直線偏光となシ、この透過直線偏光と直交する成分の直
線偏光は通常の偏光板においては吸収されてしまい、こ
の結果入射光のうち半分はこの段階で無効となってしま
う。しかるに、本発明の液晶光変調素子においては入射
光は最初に偏光ビームスプリッタ−に入射し、一方の１
線偏光成分はこれを透過し、この直線偏光成分と直交す
る直線偏光成分は偏光ビームスプリッタ−により反射さ
れる。透過した第１の偏光ビームはツイストネマティッ
ク型液晶素子の＃Ｅ１の画素列とその後に置かれた偏光
板とＫよって前述のように電圧のオンオフに応じて透過
あるいは遮断される。一方、前述の偏光ビームスプリッ
タ−によシ反射された第２の偏光ビームはミラーで反射
されてツイストネマティック型液晶素子の第２の画素列
とその後に置かれた偏光板とによってやはり電圧のオン
オフに応じて透過あるいは遮断される。このようにして
それぞれ強度変調をうけた２本の偏光ビームは結像光学
系によって結像される。プリンタの場合には感光紙ある
いは感光体ドラム上に結像され、プリンタヘッドと相対
的に感光紙を移動させるか、あるいは感光体ドラムを回
転して１頁分のプリントを行なう。本発明の液晶光変調
素子においては、液晶素子の二列の画素配列が千鳥状と
なっているので、それぞれの画素列で強度変調された偏
光ビームによる印字パターンは互いに重なることなく、
補間する形で１頁の印字を行なうことができる。このよ
うに、それぞれの偏光ビームについてみると一列の画素
列に集光されており、また２つの直線偏光成分を共に用
いているので１つの直線偏光成分を二列の画素列に広げ
て集光する場合と較べて１画素おたシの感光体の露光に
供する光量が倍以上に増大し、露光時間の短縮、従って
印字の高速化という効果が得られる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の液晶光変調素子の一実施例の構成を示
す図、第２図は第１図の構成で用いられるツイストネマ
ティック量の液晶素子における画素配列形状を示す正面
図でおる。第１図において、放物面ミラーｎを背後に有
する直線状蛍光ランプ１１から発し、集光レンズ１３に
よって集光された光２は偏光ビームスプリッタ−３に入
射する。偏光ビームスプリッタ−３は紙面に平行な偏波
面を有する直線偏光（Ｐ偏光）２１を透過し、Ｐ偏光２
１はツイストネマティック型の液晶素子４０の第１の画
素列（第２図の８０）およびその背後に設けた偏光板５
０に入射する。ここで、偏光板５０の偏光軸は紙面に平
行に設置されているので、電圧を印加しない状態の液晶
素子４０に入射したＰ偏光は出射時にはその偏波面が９
０°回転して紙面と直交する方向になるために偏光板５
０でさえぎられてしまう。また、電圧を印加した状態の
液晶素子４０に入射したＰ偏光はそのまま出射し、偏光
板５０を透過する。

このような電圧印加は第２図にその一部を示したように
、１枚の基板６１上に形成した透明電極群６２と液晶を
挟んで対向する他の１枚の基板７１上に形成した２本の
透明電極７ｚによりて行なわれるので、第２図において
斜線で示した部分が１個の画素とな）、本実施例では第
２図のように画素は２つの画素列８０および８１を形成
し、それらの画素は千鳥状の配列をとっている。さて、
第１図において偏光ビームスプリッタ−３は入射光２の
う゛ち、紙面に垂直な偏波面を有する直線偏光（Ｓ偏光
）２２を反射し、Ｓ偏光２２はミラー６で反射されてツ
ィストネマティック凰の液晶素子４０の第２の画素列（
第２図の８１）およびその背後に設けた偏光板５０に入
射する。ここで、偏光板５０の偏光軸は紙面に平行に設
置されているので、前述の第１の画素列８０のとは逆に
、電圧を印加しない画素に入射した光は偏光板５０を透
過し、電圧を印加した画素に入射した光は偏光板５０で
さえぎられる。このように２つの画素列に対する画像信
号は互いに逆転しておく必要がある。第１図において液
晶素子４０に集光した光は結像光学系７を通して画素配
列の像を感光体上に結像させることができる。このよう
に結像された光は上述の説明から明らかなように、光源
からの出射光の２つの直線偏光成分の両方を利用し、そ
れぞれを−列の画素列上に集光しているため、従来のよ
うに偏光ビームスプリッタ−３０代りに一方の直線偏光
成分を吸収する方式の偏光板を用いて、一方の直線偏光
成分だけを二列の画素列上に広げて集光する場合と比べ
て２倍以上の光量を有している。このように光利用効率
の高い液晶光変調素子を用いて、例えば感光ドラム上に
光導電効果を利用して潜像を書込む方式あるいは直接に
感光紙上にホトクロミック効果を利用して画像を書込む
方式のプリンタを構成すると露光時間を短縮することが
でき、高速のプリントが可能となる。

〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば光源からの出射光
の利用幼木の高い液晶光変調素子が得られ、例えば本発
明の液晶光変調素子をプリンタヘッドに用いて高速の一
プリントを得ることができる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶光変調素子の１実施例の構成を示
す図、第２図は第１図の液晶素子における画素配列を示
す図である。１１は光源、認は放物面ミラー、１３は集
光レンズ、２は光線、３は偏光ビームスプリッタ−１２
１および２２は光線２の２つの直線偏光成分、６はミラ
ー、４０はツイストネマティック型の液晶素子、５０は
偏光板、７は結像光学系である。６１．７１は２枚の基
板、６２および７２はそれぞれの基板に設けられた電極
で、８０＞よび８１は千鳥状に二列に配列した画素列を
表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光を第１の偏光ビームと第２の偏光ビームと
   に分割する偏光ビームスプリッターと、前記第２の偏光
   ビームを反射するミラーと、二列の千鳥状の画素配列を
   有するツイストネマティック型の液晶素子と、一枚の偏
   光板とを具備し、前記第１の偏光ビームおよび前記ミラ
   ーで反射された前記第２の偏光ビームを、前記液晶素子
   の千鳥状の二列の画素配列のそれぞれの画素列に入射さ
   せて強度変調を行なうようにしたことを特徴とする液晶
   光変調素子。