JPS6239823A - 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
調素子音用いて強度変調し、この結果得られる感光体上
の潜像上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。

く応用されるが、いずれも入射光強度全空間的に変調す
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・高解像度嗜低騒音・コンパクト等の
要求が高ま９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
周波数の交流電圧全印加し、液晶の立下９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全印加
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９時には縦方向の電界全作用
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）時および立下り時に共に電界全作
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扛、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全もってしても、立
上り時ｒｓ−立下り時間は共に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ライン当り
１．５ミリ秒程度必要となり、実用的な１２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）
全プリントする場合、その速度は１０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
半分以下でちゃ、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。近年、強誘電性液
晶という名称で知られている新しい動作モードの液晶を
用いた液晶プリンターヘッドも報告されているが、この
高速動作モード全周いても上述の立上シ時間・立下り時
間は共に０．２５ミリ秒が現状での最高値であシ、やは
シレーザープリンター等と比べると速度が遅いという欠
点を克服するには至っていない。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、令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。

〔問題点全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と　。

一ムスプリッターと、前記第２の偏向ビームを反射する
ミラーと、複数の第１の画素が設けられ前記第１の偏光
ビームが入射される第１の画素列と前記第１の画素に対
して千鳥状に配列された複数の第２の画素が設けられｌ
前記第２の偏光ビームが入射される第２の画素列とを有
する強誘電性液晶を用いた液晶素子と、前記第１の画素
からの光を受ける部分の偏光軸が第１の方向に向き前記
第２の画素からの光會受ける部分の偏光軸が第２の方向
に向いた偏光板と會含んで構成される。

〔作用・原理〕

本発明の詳細な説明するために、まず強誘電性液晶を用
いた液晶素子の動作について説明する０強誘電性液晶の
高速応答動作を最初に確認したのはノースＡ／　１１　
、Ｚ　−ＩＩクラーク（Ｎｏｅｌ　Ａ、、　Ｃ１ａｒｋ
）とスベン・チー・ラゲルバル（５ｖｅｎ　Ｔ、Ｌａｇ
ｅｒ　−ｗａｌ）であるとされており、その内容はアプ
ライド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ−Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第３６巻、第１１号
（１９８０年発行）の８９９頁から９０１頁にかけて掲
載された彼らの−６″Ａ 論文に記載されている。すなわち、強誘電性を示すカイ
ラルスメクチック液晶は、第３図に示すように自発分極
１２１をもった液晶分子１２２が層構造をとると同時に
らせん構造全形成している。このままでは自発分極１２
１はらせん軸１２３のまわりに均一に分布して打消しあ
っているが、このような液晶を、そのらせん軸と平行な
２枚の基板で挾み、かつその間隙、すなわち液晶の厚さ
音束なくともらせん構造のピッチ長以下に薄くすると、
液晶分子は自発分極１２１が基板に対して垂直となるよ
うな２つの配向状態のいずれかに強制的に配向させられ
る。第１図はその様子全示す図であり領域Ａは自発分極
１２１が下側の基板１３１に向いた状態、領域Ｂは自発
分極１２１が上側の基板１３２に向いた状態である。第
５図は、基板の上面からみた図であり、領域Ａと領域Ｂ
とでは液晶分子１４１　、１４２で示すように液晶分子
が異なる配向状態をとっている。例えば、このような状
態全２枚の互いに偏光方向が直交する偏光板で挾み、か
つ１枚の偏光板の偏光方向１４３を液晶分子１４１、Ｓ
＋ の方向に一致させて観察すると、領域Ａは暗くみえ、領
域Ｂは明るくみえる。領域Ｂが最も明るくみえるのは液
晶分子１４２の方向が２枚の偏光板の偏光方向（互いに
直交）の中間方向、すなわちいずれかの偏光方向から４
５ずれた場合であることは容易にわかる。このように、
強誘電性液晶すカイラルスメクチック液晶全極めて間隙
の挾い２枚の基板で挾むと、液晶分子は光学的に識別さ
れる２つの配向状態のいずれか全とるようになる。しか
も、強誘電性液晶はその自発分極が外部電界と直接的に
応答して、電界方向に配向する。従って、外部から基板
と直交する方向の直流電界全印加して、その向き全反転
すると、それに応じて自発分極の向きが反転する。すな
わち、第５図の領域Ａと領域Ｂとが電気的にスイッチン
グされる訳で、これは２枚の基板の内面に透明電極の類
を形成しておくことによって容易に実現できる。しかも
、この電気的スイッチング現象が自発分極と外部電界と
の直接的な応答によるものであるために極めの応答速度
が確認されている。

さて、このような強誘電性液晶を用いた液晶素子と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全通過した後に直線
偏光となり、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、一方の直線偏
光成分はこ扛全透過し、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の偏光ビームは液晶素子の第１の画素列
とその後に置かれた偏光板とによって前述のように電界
の極性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−によシ反射さ肛た第２の偏光ビ
ームはミラーで反射されて液晶素子の第２の画素列とそ
の後に置かれた偏光板とによってやけ−９・へ り電界の極性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音うけた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
ターヘッドと相対的に感光紙全移動させるか、あるいは
感光体ドラム全回転して１頁分のプリントを行々う。本
発明の液晶光変調素子においては、液晶素子の第１およ
び第２の画素列に設けられた第１および第２の画素が千
鳥状に配列さ扛ているので、それぞれの画素列で強度変
調さ扛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頁の印字全行なうことができ
る。このように、それぞ扛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う、また２つの直線偏光成
分を共に用いているので１つの＠線偏光成分全二列の画
素列に広けて集光する場合と較べて１画素あたりの感光
体の露光に供する光ｔ１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。

〔笑施例〕

ご１０− 以下に図面全参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明す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強誘電性液晶
を用いた液晶素子における画素配列形状を示す平面図（
画素を斜線で示す。）である。第１図において、放物面
ミラー１２を背後に有する直線状螢光ランプ１１から発
し、集光レンズ１３によって集光された光２Ｆｉ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５０
に入射する。ここで、偏光板５０の第１の画素列８０に
対応する部分の偏光軸は紙面に垂直に設置されているの
で１強誘電性液晶の分子が、直線偏光２１あるいは偏光
板５０のいずれかの偏光軸に平行になるような極性（こ
こでは正）の電界が印加された画素を出射した偏光２１
は、偏光板５０でさえぎられてしまう。また、反対の極
性（ここでは負）の電界が印加さｎた画素においては５
強誘電性液晶の分子の配向方向が概略４５一回転して、
直線偏光２１の偏光軸およびそれと直交する偏光板５０
の偏光軸のいずれとも械略４５の角度金なすようになる
ので、この状態の画素全出射した偏光２１は一部が偏光
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
を挾んで基板６】に対向する他の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、示した部分が１個の画素となり１
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１紙面に垂直な偏波面全盲する直線偏光（Ｓ
偏光）２２を反射し、Ｓ偏光２２はξツー６で反射され
て液晶素子４０の第２の画素列（Ｗ、２図の８１）およ
びその背後に設けた偏光板５０に入射する０こむで、偏
光板５０の第２の画素列８１に対応する部分の偏光軸は
紙面に平行に設置されているので、前述の第１の画素列
８゜と同様に、負の電界を印加した画素に入射した光は
偏光板５０を透過し、正の電界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。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全通して画素配列
の保全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全利用し、それ
ぞれを−列の画素列上に集光しているため、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て、一方の直線偏光成分だけ全二列
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
量全盲している。このように光利用効率の高い液晶光変
調素子音用いて２例えば感光ドラム上に光導電効果全利
用して潜像全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全書込む方式のプリンタ
全構成すると露光時間全短縮する仁とができ、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、本発明によれば応答が速く、かつ
光源から・の出射光の利用効率の高い液晶光質ｐｌ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プリン）ｋ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一実施例の構成図、
第２図は第１図に示す液晶素子４０における画素配列を
示す平面図、第３図は強誘電性液晶分子のらせん配列状
態を示す模式図、第１図および第５図は２枚の基板間の
強誘電性液晶分子の配向状態を模式的に示す側面図およ
び平面図である０ 図において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−１２
１および２２は光線２の２つの直用いた液晶素子、５０
は偏光板、７は結像光学系、６１．７１は２枚の基板、
６２および７２は電担潤、１２１は自発分極、１２２は
液晶分子、１２３はらせん軸、１３１，１３２は基板で
ある。 代理人　弁理士　　内　　原　　　　１ゞ）第　１　図 ＄　２　図 第　３　図 ＄　５　図 ＼＼＼：／／／ ＼＼＼：／／／ ＼＼＼：／／／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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の偏向ビーム
   を反射するミラーと、複数の第１の画素が設けられ前記
   第１の偏光ビームが入射される第１の画素列と前記第１
   の画素に対して千鳥状に配列された複数の第２の画素が
   設けられ前記第２の偏光ビームが入射される第２の画素
   列とを有する強誘電性液晶を用いた液晶素子と、前記第
   １の画素からの光を受ける部分の偏光軸が第１の方向に
   向き前記第２の画素からの光を受ける部分の偏光軸が第
   ２の方向に向いた偏光板とを含むことを特徴とする液晶
   光変調素子。