JPS61183618A - 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
ライトパルプと呼ばれる。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り、光源や光変調素子および結像光
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・高解像度・低価格・低騒音・コンパクトさ
等の要求が高まシつつあシ、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、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シ、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＃１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、液晶の立下シ時には
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りな
三極駆動法、すなわち液晶の立上シ時には縦方向の電界
を作用させ、液晶の立下シ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
上静時間・立下り時間は共に０．５ミリ秒程度が最高で
６Ｄ、更に感光体の露光時間を加えると１ライン当９１
．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比べると速度は半分
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によって露光時間
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
シ、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、入射光を偏光ビームスプリ
ッタ−によ）２種の偏光ビームに分割し、同一の画素配
列を有する２個のツイストネマティック型の液晶素子と
偏光板とによって強度変調した後の出射光を、結像光学
系を用いて前記２個の液晶素子における画素配列が重な
るように結像させるものである。

〔作用・原理〕

本発明の詳細な説明するために、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。液晶素子は通常の
２枚の透明電極基板間に液晶を挟んで構成し、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型の液晶素子に
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、側基板面にお
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）、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う
、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
ネマティック凰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枚の偏光板と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ち
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そ
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
直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−によシ反射
される。透過した第１の偏光ビームは第１のツイストネ
マティック型液晶素子とその後に置かれた偏光板とによ
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の偏光ビームは例えばミラー等で第２
のツイストネマティック型液晶素子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。第１および第２の偏光ビームの透過
・遮断状態と電圧のオン・オフ状態との対応関係は、両
ビームの偏光方向が異なるために、相対的に同じツイス
トネマティック型液晶素子と偏光板とを用いれば相反す
ることになるが、信号のオン・オフを両液晶素子に対し
て反転させるか、それぞれの偏光板を相対的に９０°反
転させておくことによって同じ対応関係とすることは可
能である。また、第２の偏光ビームは液晶素子と偏光板
とを通過した後にミラー等で所望の方向に導く等の方法
をとっても本発明の作用に差異はない。このようにして
同様に強度変調された２本の出射偏光ビームは、結像光
学系によって結像される。この時、液晶光変調素子は通
常は画素（開口部）配列形状を有しているので、２個の
液晶素子は同一の画素配列形状としておき、２本の出射
光の結像時に両液晶素子における画素配列が重なるよう
に結像させる。なお、この結像光学系の開口数は、上述
の２本の出射光のなす角度よりも大きくしておくことが
必要であることは言うまでもない。このような構成によ
って入射光は偏光ビームスプリッタ−で分割された２本
の直線偏光ビームが共に同様に強度変調を受けた後に再
合成される形で全て有効に利用されるために、本発明の
液晶光変調素子は従来の一方の直線偏光成分だけを利用
する液晶光変調素子と較べて光利用効率が倍近く大きく
なる。この結果、本発明の液晶光変調素子を例えばプリ
ンターに利用すると、同一消費電力で同一光源を用いて
も感光体に照射する光量が倍近くになシ、露光時間の短
縮すなわち高速化という効果を得るに至る。また、本発
明の液晶光変調素子の別の利用例をあげれば、投写型表
示装置のライトパルプとして用いた場合に従来構成と較
べて倍近くの高輝度画面が得られることは同じ作用原理
に基づいて容易に理解できる。

〔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５で用いられる２個のツイ
ストネマティック型の液晶素子における画素配列形状を
示す正面図である。第１図において放物面ミ’ｙ　−１
２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によりて集光された光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２１は第１
のツイストネマティック型の液晶素子４１およびその背
後に設けた偏光板５１に入射する。ここで、偏光板５１
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４１に入射したＰ偏光は出射時
にはその偏波面が９０゜回転して紙面と直交する方向に
なるために偏光板５１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４１に入射し九Ｐ偏光はそ
のｔま出射し、偏光板５１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６
１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７２
によって行なわれるので、第２図において斜線で示した
部分８０が１個の画素となる。本実施例では第２図のよ
うに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で反射されて第２のツイス
トネマティック型の液晶素子４２およびその背後に設け
た偏光板５２に入射する。ここで、偏光板５２の偏光軸
は紙面に垂直に設置されているので、前述の第１のツイ
ストネマティック型の液晶素子４１によるのと同様に、
電圧を印加しない画素に入射した光は偏光板５２でさえ
ぎられ、電圧を印加した画素に入射した光は偏光板５２
を透過する。２個の液晶素子４１および４２は、ともに
第２図に示した画素配列を有しておシ、第１図において
偏光板５１および５２を透過した光を結像光学系７によ
って画素配列が重なるように結像させることができる。

このように結像され九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
用しているため、従来のように偏光ビームスプリッタ−
３の代シに一方の直線偏光成分を吸収する方式の偏光板
を用いる場合と比べて２倍程度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。また、液晶光変調素子からの出射光をスクリーン上
に結像して観る方式の投写屋ディスプレイを構成すると
、高輝度のディスプレイが可能となる。

〔発明の効果〕

以上に述ぺたように、本発明によれば分割された２本の
直線偏光ビームが共に同様に強度変調を受けたのち再合
成される形で全て有効に利用されるため、光源からの出
射光の利用効率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高速の
プリント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２つの液晶素子における画素配
列を示す図である。 １１は光源、１２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−１２１および２
２は光線２の２つの直線偏光成分、６はミラー、４１．
４２は２つのツイストネマティック型の液晶素子、５１
．５２は偏光板、７は結像光学系である。６１．７１は
２板の基板、６２および７２はそれぞれの基板に設けら
れた電極、８０は画素部を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光を偏光ビームスピリッターにより２種の偏
   光ビームに分割し、同一の画素配列を有する２個のツイ
   ストネマティック型の液晶素子と偏光板とによって強度
   変調した後の出射光を、結像光学系を用いて前記２個の
   液晶素子における画素配列が重なるように結像させるよ
   うにしたことを特徴とする液晶光変調素子。