JPS62150232A

JPS62150232A - 液晶光変調素子

Info

Publication number: JPS62150232A
Application number: JP29152285A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ichinose; 秀男一ノ瀬; Shohei Naemura; 省平苗村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1987-07-04

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、電子写真方式のプリンタ用ヘッド等に用いら
れる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利用されている。例えば、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が知られている。プリンター
の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。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り、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。このような状況におい
て液晶７ヤツ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υ、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。

近年、応答速度が速い液晶として強誘電性液晶が開発さ
れ、高速化が図られている。

ここで強誘電性液晶の動作について説明する。強誘電性
液晶の高速応答動作はノーエル・ニー・り２−り（Ｎｏ
ｅｌ　Ａ、　　Ｃ１ａｒｋ　）とスベン・チー１１ニア
ゲルパル（５ｖｅｎ　Ｔ、　Ｌａｇｅｒｖｒａｌｌ　）
によって確認された（アブ２イド・フィツクス・レダー
ズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　　３６　（
１９８０）８９９）。

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４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線構造を形成している
。このままでは自発分臣１２１はらせん軸１２３のまわ
）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
の間隔、すなわち液晶の厚さを少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＋ｊｌｉ
　ｌ　２１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５図はそ
の様子を示す図であり領域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６図は、基板の
上面からみた図であシ、領域Ａと領域Ｂとでは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、このような状態を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１４２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。このよう
に、強誘電性を示すカイラルスメクチック液晶を間隙の
狭い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をとるようになる。しかも
、強誘電性液晶はその自発分極が外部電界に直接的に応
答して配向する。従って外部から基板と直交する方向の
直流電界を印加して、その向きを反転すると、それに応
じて自発分極の向きが反転する。すなわち。

第６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。さらに、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、極めて高速であり、
前述の論文によるとマイクロ秒台の応答速度が確認され
ている。

また電圧を除去した後も、電圧印加時の配向状態が保持
されるという特性が、強誘電性液晶にはある。これは、
通常双安定性と呼ばれる。以上のような強誘電性液晶を
用いた光変調素子をプリンターヘッドに用いてプリンタ
ーの高速化が図られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、上述のような双安定性を実現し、高速性を得る
ためには、２枚の基板間隔を１μ程度までに薄くシ、な
おかつ均一くしなければならず、素子製造技術上非常に
困難である。従って歩留シも悪く製造費が高くなり７．
ｇ品が高価になってしまう。また１強誘電性液晶を用い
れば、基板間隔が広くて双安定性が実現されていない場
合であっても、その高速応答性によシ、従来よシ高速動
作は可能になるが、明確な閾値が存在していないために
、時分割駆動が困難で、スタティック駆動に近い駆動が
必要となり、回路数、接続端子共に多くなシ、やは）高
価になってしまう。

本発明の目的は、上記の欠点を除去して、製造が容易で
簡単な回路構成で駆動可能な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）前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、互いに平行な第１及び第２の電極基板が所定の間隙を
おいて対向させてあり、これら両電極基板の対向する表
面には概略同方向に平行な微細溝構造を形成する配向処
理が施してあり、前記間隙に強誘電性液晶が充填してあ
シ、前記第一の電極基板上に形成された複数の電極に走
査時にＶ０の電圧を印加し非走査時にａＶ６　　の電圧
を印加して時分割で走査すると共に、前記第二の電極基
板上に形成された複数の電極には選択時にｂｖ。

（但し、ａ）ｂ）１）の電圧を印加し非選択時には０電
圧を印加して時分割で駆動することを特徴とする。

（作用）本発明では、表面上に、ラビング、斜方蒸着等で同方向
に平行な微細溝を形成した２枚の電極基板により作成さ
れた液晶素子により液晶分子は一方向に配列する。その
配列は、一方の極性の電圧印加によって形成される配列
と同じであるから、電圧除去後も保持される。さらに反
対極性の電圧を印加すると、それに応じて強誘電性液晶
分子の自発公儀の向きが反転して、異なる配列状態とな
る。この現象を利用して液晶光変調素子を形成する事が
出来る。つま９２枚の電極基板によシ作成された液晶素
子を直交させた２枚の偏光板で挾むことによって、構成
された光変調素子は第７図に示す様な電気光学特性を示
す。

つまり、２枚の電極基板の一方を基準として、液晶に正
の電圧が印加された場合の配向状態は、電圧が印加され
ていない場合と同じであシ、逆に液晶に十分な負の電圧
が印加された場合は、別の配向状態をとる。ここで、偏
光板の直交している偏光軸の一方の方向を負の電圧が印
加されている場合の配向方向と一致させると、負の電圧
が印加された場合は、光の透過率は０％になり、正の電
圧が印加された場合は透過率はｔｏｏｋとなる。

光を速断する場合は、液晶分子が基板表面上に平行に形
成されている細溝によって規制されている安定な状態か
ら負の電圧を印加する事によシ、配向状態を変化させる
。反対に光を透過する場合は正の電圧を加え安定な状態
にもどすことになる。

従って立下シは遅く、立上シが速いという電気光学特性
を示す。

表　　　　１ａ、＞ｂ：＞１この素子の２枚の電極基板の一方を走査電極、他方を選
択電極とすると、表１に示すように走査電極の走査線に
ａ　’７６　ｍ非走査線にｂｖｏを印加し、選択電極に
は選択時にｂｖｏ非選択時に００電圧を印加すれば、走
査線の選択画素（ここで画素とは２枚の電極部分によっ
て狭まれた小面積部分を言う）に（ｂ−ｔ）ｖａｔ非選
択画素に−ｖ０．非走査線の画素には、（ｂ−ａ）ｖ６
か−ａＶ６が印にのみ正の電圧が印加され、光を透過さ
せる。それによシ、プリンターの感光体ドラムが感光さ
れ。

印字が行われる。また、前述したように光を透過させる
立上りよシも、光を遮断する立下りの時間が長いために
、画素を選択し終えた後も、光を透過していて、その間
も感光体ドラムを感光している。したがって、画素の選
択時間を短くしても十分な感光が行われ、画素を時分割
駆動する場合、１つのフレーム周期で、多くの画素を駆
動することが可能になり、デユーティ−比が上がり、時
分割駆動が容易になる。本発明は１以上のような動作を
する素子により前述の間頂点を解決する。

（実施例）以下、本発明の実施例を挙げて、詳細に説明する。第１
図は本発明の液晶光変調素子の斜視図（但し、回路１６
．１７はブロックで表わしである）で、Ａ−Ａ’線を通
り偏光板１２の上面に垂直な面における断面図が第２図
になっている。配向膜１９としてポリイミドを塗布した
電極基板を−を一方向に２ピングして、スペーサー１８
を介して５μｍの間隔でラビング方向が平行になるよう
に接着し、強誘電性液晶１３としてメルク社ＺＬＩ−３
０７９’＆充填しである。走査電極１５は１０当シ１６
本形成されていて、Ｋデユーティ−の時分割駆動で駆動
するため、選択ｖＬ極１４は１本で４本の走査電極と対
向する形状になっている。選択電極１４は選択電極駆動
回路１６で、走査電極１５は走査電属駆動回路１７で駆
動される。さらに素子は２枚の偏光板１２で挾まれてい
る。

この素子に＠３図（ａ）〜（Ｃ）に示すような電圧を印
加して動作させる。％デユーティーの時分割駆動を行っ
ているので走査電極には同図Ｃａ）に示すようなｘ１〜
Ｘ４　の電圧が１〜４番目の電極にそれぞれ印加される
。今Ｖ、＝８Ｖｅ　　＆＝２として走査電極駆動回路１
７で駆動すると、走査時には１６ｖ、非走査時には８ｖ
が走査電極１５に印加される。さらに選択電極１４には
選択電極駆動回路１６によって１選択時に１２”／（ｂ
！Ｌ５としている）、非選択時にはＯＶの電圧が印加さ
れる。したがって選択画素部分の液晶には表１に示した
ように＋４ｖ印加され光を透過するようになシ、他の場
合は液晶には負の電圧が印加され光を遮断している。な
お駆動電圧はパルス幅ｔ＝２５０μｓ、フレーム周期Ｔ
＝１ｍ８で、コントラスト３０：１が得られる。

この素子をプリンターヘッドに用いた周知の構成の゛電
子写真方式のプリンターを構成すると１６ドクト／１ｍ
で鮮明な品質の印刷が毎分１２枚可能である。本発明の
液晶光変調素子は厚さ５μｍなので、従来の液晶素子製
造技術で十分対応出来、歩留りよく作製可能である。ま
た駆動回路もハブニーティ一時分割駆動なので、回路数
も少なくて済み低価格の光変調素子が実現される。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば、基板の間隔が従来
の液晶素子製造技術で十分対応出来る厚さであって製造
が容易であり、しかも時分割で駆動が出来るから回路数
が少なく安価な光変調素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分破断斜視図（回路
１６．１７はブロック図で表わしである）第２図は第１
図の線Ａ　−Ａ’を通シ偏光板１２の上面に垂直な面に
おける第１図実施例の断面図であシ、第１図及び第２図
において１１．２０は対向基板、１２は偏、先板、１３
は強誘電性液晶、１４は選択電極、１５は走査電極、１
６は選択電極駆動回路、１７は走査電極駆動回路、１８
はスペーサ、１９は配向膜である。第３図は第１図実施例の駆動電圧波形図で、同図（ａ）
は走査域・画に印加される電圧の波形図、同図（ｂ）は
選択時に選択電極に印加される電圧の波形図、同図（Ｃ
）は非選択時に選択電極に印加される電圧の波形図をそ
れぞれ示す。第４図は強誘電性液晶分子のらせん配列状
態を示す模式図である。第５図および第６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り、これら図において１２１は自発
分甑％１２２，１４１．１４２は液晶分子、１２３はら
せん軸、１３１，１３２は基板である。第７図は液晶光変調素子に印加される電圧と光の透過率
の関係を示すグラフである。代理人　弁理士　本　庄　伸　介第１図スヘ６−ザー第２図第３図第４図第５図帥η０２庄（Ｖ）

Claims

【特許請求の範囲】

互いに平行な第１及び第２の電極基板が所定の間隙をお
いて対向させてあり、これら両電極基板の対向する表面
には概略同方向に平行な微細溝構造を形成する配向処理
が施してあり、前記間隙に強誘電性液晶が充填してあり
、前記第一の電極基板上に形成された複数の電極に走査
時にＶ＿０の電圧を印加し非走査時にａＶ＿０の電圧を
印加して時分割で走査すると共に、前記第二の電極基板
上に形成された複数の電極には選択時にｂＶ＿０（但し
、ａ＞ｂ＞１）の電圧を印加し非選択時には０電圧を印
加して時分割で駆動することを特徴とする液晶光変調素
子。