(57)【要約】【課題】双安定型の強誘電性液晶素子において、層回転現象を積極的に利用してスメクチック層の方向を調整し、液晶表示素子における配向状態の安定化を図るように調整させて、液晶光学素子を形成する両基板の配向作用を容易にし、配向安定性を向上させた強誘電性液晶素子を提供すること。【解決手段】透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子において、  前記強誘電性液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場印加により前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向と略同一とされたことを特徴とする。【選択図】図１
2009169048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子において、
前記強誘電性液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場印加により前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶層の配向容易軸方向と略同一にされたことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子において、
前記強誘電性液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場印加による前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向から略チルト角分ずれ、かつ前記液晶の双安定状態をなすコーン角の範囲にされたことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶光学素子と偏光分離素子を具備する光路切り換え素子。
【請求項４】
レーザー光源と、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡と、結像レンズとを有する光走査装置において、
前記レーザー光源と前記多面反射鏡との間に、請求項３に記載の光路切り換え素子を具備することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４の光走査装置を有する画像形成装置。
【請求項６】
透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を備える液晶光学素子の製造方法において、
前記液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場を印加させて前記スメクチック層の法線方向を調整することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向と略同一に調整することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６において、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向から略チルト角分ずれさせ、かつ前記液晶の双安定状態をなすコーン角の範囲に調整することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【請求項９】
透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を備える液晶光学素子の液晶分子の方向を調整する方法であって、
前記液晶層がスメクチック層をなす双安定型の強誘電性液晶層である場合に、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶層の配向容易軸方向と略同一となるようにするか、または前記双安定型の１つの液晶分子のダイレクタと略同一となるように液晶分子を揃えることを特徴とする液晶分子の方向を調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープリンタ、デジタル複写機に用いられている光走査装置に使用可能な液晶光学素子、これを用いた画像形成装置および液晶光学素子の製造方法に関し、特に直視型、投影型表示に用いられる画像表示装置入射光束の偏光方向を回転する機能を有する双安定型の強誘電性液晶光学素子、それを用いた画像形成装置および液晶光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶素子は、薄型、軽量、低消費電力等の特徴を生かし、表示用途を中心とした光学素子として幅広く用いられるようになっている。これらの表示素子の殆どは、ネマチック液晶を用いており、その応答速度は数msec〜数十msecと、あまり高速ではないことが知られている。
これに対し、Ｍｅｙｅｒ氏等により見出された強誘電性を示すカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ* 相）を有する液晶を用いた液晶素子は、数μsec〜数百μsecと、高速応答性やメモリー性を有しており、これらの特性を生かした強誘電性液晶素子への応用研究が精力的に行われている。しかしながら、強誘電性液晶素子は良好な配向を得る事が困難であり、その配向安定性に関して解決すべき問題が数多く残ってもいる。
【０００３】
例えば、強誘電性液晶素子の光学特性は液晶分子の配向からなる光軸に起因しており、光軸のズレや変動は光学特性を劣化させる原因となる。すなわち配向の不安定性は光学特性の劣化に繋がる。一般に強誘電性液晶は液晶分子がスメクチック層と呼ばれる層構造を形成しており、この層構造が回転して光軸が変動するという現象が知られている。このような層回転に関して、たとえば非特許文献１には、層回転現象の発見について記載されている。しかしながらこの文献には、層回転現象の発生の原因に関するより詳細な情報や液晶セルにおける配向安定化及び層回転現象の発生防止対策については、何ら言及されていない。
【０００４】
一方、特許文献１において、初期状態から層回転を抑制することを目的とし、対向基板の配向条件を同一にして配向作用を等しくことを特徴としているが、強誘電性液晶は界面状態に非常に敏感であるため、両基板の配向作用の同一化は困難である。
また特許文献２には、「所定間隙を開けた状態に一対の基板を配置する工程と、これら一対の基板の間隙にカイラルスメクチック液晶を配置する工程と、該カイラルスメクチック液晶を挟み込むと共に複数の画素を構成するように一対の電極を配置する工程と、アクティブ素子を各画素毎に一方の電極に接続した状態に配置する工程と、からなる液晶素子の製造方法において、前記カイラルスメクチック液晶が、高温側より、等方性液体相（ＩＳＯ．）-コレステリック相（Ｃｈ）-カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*）、又は、等方性液体相（ＩＳＯ．）-カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*）、の相転移系列を示す液晶であって、コレステリック相（Ｃｈ）-カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*）又は等方性液体相（ＩＳＯ．）-カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ*）の相転移温度よりも高い温度にて、前記一対の電極を介して前記液晶に交番電圧を印加する液晶素子の製造方法。」が開示されており、そしてこの方法によれば、画像表示のために電極３ａ，３ｂに駆動電圧を印加し続けたとしても画質は安定したものとなる、と記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１０６１６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１９５３１１号公報
【非特許文献１】第２２回液晶討論会予稿集  ｐｐ３７−４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は双安定型（相順序にてスメクチックＡ相を含有するキラルスメクチックＣ相）の強誘電性液晶光学素子において、層回転現象を積極的に利用してスメクチック層の方向を調整し、このような液晶光学素子における配向状態の安定化を図るためにある。この調整は液晶光学素子を構成する両基板の配向作用を容易にし、配向安定性を向上させるためになされ、このような調整により得られる強誘電性液晶素子を提供することを目的としている。
【０００７】
また本発明は、双安定型の強誘電性液晶素子において、素子駆動時の配向性を安定化した素子の製造方法および、光学性能の信頼性を向上した液晶光学素子を提供し、また、この液晶光学素子を用い信頼性の向上した光路切り換え手段、光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子において、
前記強誘電性液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場印加により前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向と略同一とされたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子において、
前記強誘電性液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場印加による前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向から略チルト角分ずれ、かつ前記液晶の双安定状態をなすコーン角の範囲にされたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液晶光学素子と偏光分離素子を具備する光路切り換え素子である。
また、請求項４に記載の光走査装置の発明は、レーザー光源と、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡と、結像レンズとを有する光走査装置において、前記レーザー光源と前記多面反射鏡との間に、請求項３に記載の光路切り換え素子を具備することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４の光走査装置を有する画像形成装置である。
また、請求項６に記載の発明は、透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を具備する液晶光学素子の製造方法において、
前記液晶層がキラルスメクチックＣ相形成後に、外場を印加させて前記スメクチック層の法線方向を調整することを特徴とする。
また、請求項７に記載の液晶光学素子の製造方法の発明は、請求項６において、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向と略同一に調整することを特徴とする。
また、請求項８に記載の液晶光学素子の製造方法の発明は、請求項６において、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶の配向容易軸方向から略チルト角分ずれさせ、かつ前記液晶の双安定状態をなすコーン角の範囲に調整することを特徴とする。
また請求項９に記載の発明は、透明電極膜と配向膜とが透明基板上に設けられ、前記配向膜同士がセルギャップを介して対向して配置された１対の透明基板間の前記セルギャップに双安定型の強誘電性液晶層を備える液晶光学素子の液晶分子の方向を調整する方法であって、
前記液晶層がスメクチック層をなす双安定型の強誘電性液晶層である場合に、前記スメクチック層の法線方向が、前記液晶層の配向容易軸方向と略同一となるようにするか、または前記双安定型の１つの液晶分子のダイレクタと略同一となるように液晶分子を揃えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、双安定型の強誘電性液晶素子において、外場により安定となる配向状態を形成し、光学性能の信頼性を向上した液晶光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の液晶光学素子などを実施形態により詳細に説明する。
本発明の液晶光学素子は強誘電性液晶を用いて構成され、このような光学素子についての構成および動作等について、図１〜３を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の液晶光学素子の概略構成を示す図である。図１に示すように、本発明の液晶光学素子は、透明電極膜２２と配向膜２３とが透明基板２１上に設けられ、この透明基板２１の配向膜２３同士がセルギャップｄの間隔を空けて対向するように配置される（図１（ａ）参照）。そしてセルギャップｄに、双安定型の強誘電性液晶層（ホモジニアス配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶層）が設けられる構成となっている。
配向膜２３としてはＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等に用いられるポリイミド等の通常用いられる配向膜が利用でき、また、良好な耐光性を示す無機配向膜およびＳｉＯ2、ＳｉＯ等の無機蒸着膜も配向膜２３として利用できる。この配向膜２３に、液晶ダイレクタの方向を強く規制するため、ラビング処理や光配向処理を施すことが好ましい。これらラビング処理や光配向処理も公知の処理法を行うことができる。
透明電極２２としては、ITO（Indium-Tin-Oxides）、ＺｎＯ、酸化チタン、酸化錫等の電極を用いる事ができる。
【００１２】
図２は強誘電性液晶の（光学的）スイッチングを説明する模式図である。一般にキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶層は、らせん構造を有しており、そのらせんピッチより薄いセルギャップｄ間に挟持すると、らせん構造がほどけ、表面安定化強誘電性液晶層（ＳＳＦＬＣ：Surface Stabilized Ferro-electric Liquid Crystals：以下、ＳＳＦＬＣと記載する。）となる。ＳＳＦＬＣは図２に示すように、液晶分子がスメクチック層法線Ｗに対してチルト角（傾き角）が−θ（ここでは、θ＝２２．５°）だけ傾いて安定する配向状態と、逆方向に+θだけ傾いて安定する配向状態とが混在する状態とが実現できる。図２において、Ｗはスメクチック層法線方向を示し、ｎは液晶分子の長軸方向（ダイレクタ）を示し、液晶分子のそれぞれの○内に●の記号と、液晶分子のそれぞれの○内に＋で示した記号は、液晶分子の自発分極の方向（紙面に対して垂直な２つの方向）を表している。この図に示すように、紙面に垂直な方向に電界を印加すると、液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃えることができ、その状態を保持しておくことができる。そして、印加する電界の極性を切り替えることによって、２つの状態間で「スイッチング」を行うことができる。すなわち、図２において、−Ｅの電界を印加すると、スメクチック層法線方向Ｗから−θだけ傾いた配向状態１に安定化させることができ、他方、＋Ｅの電界を印加すると、スメクチック層法線方向Ｗから＋θだけ傾いた配向状態２に安定化させることができる。ここでθ＝２２．５°とすると、配向状態１を基準にして４５°傾いた安定状態が配向状態２となる。
【００１３】
図３は、前述したＳＳＦＬＣを用いた偏光回転の動作を示す模式図である。図３において、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは入射光の波長λ（例えば６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）と、液晶材料の入射光λ（６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）における屈折率異方性Δｎによって、Δｎ×ｄ＝λ／２を満たすように決定されることが好ましい。すなわち、半波長板条件を満たすように決定されることが好ましい。ここで、入射偏光方向は液晶層における液晶分子配向の前記した２つの配向状態のうち、どちらか一方の配向状態における液晶分子の短軸方向または長軸方向と一致するように調整配置する必要がある（ここの説明では、−Ｅの電界を印加した時の配向状態１の短軸方向としている）。このような調整配置のための調整法としては、位相板の配置により偏光方向を調整する方法、または液晶素子自体を回転させるように調整する方法を挙げることができる。
【００１４】
このような方法による調整法を採用することで図３に示すように、透明電極間に−Ｅの電界を印加した場合、液晶分子はスメクチック層法線方向Ｗから、−θだけ傾いた配向状態（配向状態１）をとり、また、入射偏光は、そのままの偏光方向を保持したままで出射することができる。一方、透明電極に＋Ｅの電界を印加した場合、液晶分子はスメクチック層法線方向Ｗから＋θだけ傾いた配向状態である図３に示す配向状態２をとる。ここではθ＝２２．５°としているので、入射偏光に対して、液晶分子長軸方向（ダイレクタ）は２θ＝４５°傾いて配向する。その結果、半波長板の条件（Δｎ×ｄ＝λ／２）が成立し、出射偏光は入射偏光から略９０°回転した偏光方向となる。すなわち、透明電極に＋Ｅの電界を印加する電界制御により、偏光回転の切り換えが実現でき、液晶光学素子を偏光板や位相差板等を用いる事で、明暗表示が実現できる。また、液晶光学素子の透過後に偏光分離素子を配置する事で光路切り換えが実現できる。このような強誘電性液晶はネマチック液晶に比べて、数十μsec〜数百μsecと、高速応答が可能な素子として有用である。
【００１５】
本発明の液晶光学素子は、前述した液晶配向におけるスメクチック層法線方向Ｗの設定に関して説明する。このような本発明の液晶光学素子において、スメクチック層法線方向Ｗの設定は、配向膜へのラビング処理や特定偏光入射による光配向等の配向処理により可能である。ここでは、配向処理をラビング処理とし、ラビング方向を液晶配向容易軸として説明する。ここで、液晶配向容易軸とはスメクチック液晶が配向し易い軸のことであり、液晶配向容易軸をラビング方向やずり応力方向となるように配向させることが本発明では好ましい。また、対基板のラビング方向が異なる場合は、ラビングが交差する角の略中心方向となる。あるいはもう一方の基板である対基板と基板とのラビング方向が異なる場合には、その両ラビング方向である液晶配向容易軸の和ベクトルの方向が液晶配向容易軸となる。
【００１６】
前述した強誘電性液晶素子におけるスメクチック層法線方向Ｗは、図４に示すようにラビング方向Ｒと同一方向になることが好ましい。しかしながら現実的には配向膜２３の種類やラビング処理の強さにより基板面から僅かに傾斜するプレチルト、液晶相転移（温度）における体積収縮等の影響により、図５(a)、(b)に示すようにスメクチック層法線方向Ｗがラビング方向Ｒと異なる場合がある。このような場合には液晶スイッチング時の配向の不安定性に繋がる可能性があると推測される。
【００１７】
このような状態では、電界制御での液晶スイッチングの２つの配向状態は、どちらもラビング方向と異なっている。このような比較的弱い規制力により配向安定状態が維持されているような、スメクチック層法線方向Ｗとラビング方向Ｒとが異なるような場合では、２つの配向状態の規制力のバランスが非対称である。このためこのような２つの配向状態の規制力のバランスが非対称である状態では、繰り返しのスイッチング動作により、図６(ａ)に示すスメクチック層の層回転を引き起こす可能性がある。このような層回転の現象が生じると、光学軸のズレ、光学特性の劣化に繋がることとなる。
【００１８】
このような、光学特性の劣化についてさらに説明する。
例えば、レーザー光源とフォトダイオードの光路中に液晶光学素子を直交ニコルに配置した偏光板に挟んだ光学素子とし、±電界印加により液晶光学素子の液晶層を上記したようにスイッチング動作させて制御することにより、この光学素子の出力をフォトダイオードにより観察する。ここで、入射偏光方向は前述したように液晶光学素子の液晶層を形成する液晶分子の２つの配向状態のうち、どちらか一方の配向状態における液晶分子の短軸方向または長軸方向と位置するように調整配置しておく。層回転現象が発生しない場合は、図７のように電圧波形に伴い、ＰＤ（Photo Detector）出力は変化し完全な明暗状態となっている。（すなわち、本発明では、図７に示すような波形となるように液晶光学素子の配向を外部電界によって調節することとしている。）しかし、層回転現象が発生する場合には、図８のように電圧波形に伴いＰＤ出力は変化するが、初期状態（層回転現象のない状態）から明状態の出力が低下し、かつ暗状態の出力が増加してしまい、完全な明暗状態とはならない。これは層回転現象により、偏光回転による光軸が設定値からずれることに起因し、表示特性においてコントラスト性能を劣化させることになる。
【００１９】
本発明では、非対称な規制力バランスとならないように、すなわち、本発明では２つの配向状態にかかる規制力が均等となるように、外場を印加して、図４に示すようにスメクチック層法線方向とラビング方向とが略同じとなるようにスメクチック層を回転させるように処理を行う。換言すると、スメクチック層法線方向Ｗと液晶の配向容易軸（ラビング方向Ｒ）とを略同一とするように外場を印加させる処理を施すことにより、スイッチング時に規制力のバランスが保たれ、配向が安定化された液晶光学素子を提供することができる。図４のような配向状態は、比較的弱い規制力のバランスが均等となり、２つの安定な配向状態が維持される液晶光学素子を製造することができる。
【００２０】
また、本発明では、上記した規制力のバランスを均等化する処理法を採用せずに、外場を用いて、図６（ｂ）に示すように一つの安定な配向状態の方向ベクトルｎとラビング方向Ｒとを略同一となるように処理する処理法を採用することができる。換言すると、スメクチック層法線方向Ｗは液晶の配向容易軸（ラビング方向Ｒ）から、チルト角分ずれており、かつ、液晶の２つの安定な配向状態をなすコーン角の範囲にあるように処理されるため、スイッチング時にラビングの強い規制力により、配向が安定化された液晶光学素子を提供することができる。
【００２１】
前述のような層回転現象を発生させる外場として、例えば図９（ａ）、（ｂ）のような矩形波、パルス波の交流電圧±ＶにΔＶオフセットした非対称な交流電圧、または直流電圧を挙げることができ、このような外場の印加によってスメクチック層を処理することにより、本発明の液晶光学素子が得られる。ここでは方形波を示したが、層回転現象を発生させる外場であればサイン波、三角波などであってもよく、その他の外場であってもよく、また非対称な外場（交流電場）でもよい。
【００２２】
ここで、本発明の液晶光学素子などの発明について、その代表例として強誘電性液晶素子の作製および動作確認について、以下の実施例により、より具体的に説明する。
【実施例】
【００２３】
厚さ1.1ｍｍのソーダガラス基板を透明基板２１として用い、この基板２１上に透明電極膜２２としてＩＴＯ電極（膜厚１５００Å）を成膜（配線）した。透明電極膜２２が設けられた基板電極面上に配向膜２３（ＡＬ３０４６−Ｒ３１、ＪＳＲ社製）をスピンコートにより８００Å（８０ｎｍ）の厚さに形成し、配向膜が設けられたその基板配向面を、ラビング法により配向処理を行った。このようなガラス基板を２枚用い、それぞれの基板のラビング方向がアンチパラレル方向となるように１対の基板の配向膜面を対向させ基板間が約２μｍになるように配置させた間隙にビーズ（スペーサ）を混入した接着剤で、液晶を注入する部分以外の隔壁部分を前記接着剤で囲って空セルを形成し、この空セルの組を数サンプル作製した。接着剤で形成した前記空セルをホットプレート上で９０℃に加熱した状態で前記接着剤を固化して形成した空セル内に、液晶層として、強誘電性液晶（クラリアント社製、ＦＥＬＩＸ０１８−１００  Δｎ＝０．１７、２θ＝４５°）を毛管法により注入し、放置冷却後に前記した空セル内に液晶が注入されたセルの注入口等を封止し、図１に示すような液晶光学素子を数サンプル作製した。
【００２４】
作製したサンプルの配向状態を直交ニコル（クロスニコル）下の光学顕微鏡により観察したところ、図１０に示すラビング方向Ｒとスメクチック層法線方向Ｗとが略同一の配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ１と、図１１に示すラビング方向Ｒとスメクチック層法線方向Ｗとが数度〜十数度ずれた配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ２が作製されたことを確認した。この配向状態が異なる要因としては、面内でのセルギャップムラや放置冷却の温度ムラ等によるものと考えられ、基本的にはサンプル間のばらつきと考えられる。
【００２５】
次に得られた液晶光学素子サンプルＳ１、Ｓ２の光学特性評価として、光軸の変動を評価するために、レーザー光源とフォトダイオード（ＰＤ）の光路中に前述した液晶光学素子サンプルＳ１、Ｓ２を直交ニコル下の偏光板に挟んだ液晶光学素子に周波数４ｋＨｚ、±２０Ｖ／μｍの矩形波の信号を入力し、直交ニコル下での明暗のスイッチング特性を観察した。ここで、入射偏光方向は液晶配向の２つの配向状態のうち、どちらか一方の配向状態における液晶分子の長軸方向ｎと一致するように調整し、ＰＤ出力は図７に示すような明暗状態となるように調整配置した。光学特性として液晶素子サンプルＳ１は、図７に示す明暗状態を維持していた。これに対し液晶素子サンプルＳ２は、図７に示すような明暗状態からだんだん図８に示すような明暗状態に変動していった。このことからラビング方向とスメクチック層法線方向が数度〜十数度ずれた配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ２に比べて、ラビング方向とスメクチック層法線方向が略同じ配向状態にある液晶素子サンプルＳ１の方が、スイッチング動作による配向の安定性が良いことがわかる。
【００２６】
また、ラビング方向とスメクチック層法線方向が数度〜十数度ずれた配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ２に、図９(ｂ)の、周波数４ｋＨｚ（パルス幅２５μsec）、印加電圧±２０Ｖ／μｍ、オフセット電圧ΔＶ：+４Ｖの非対称なパルス波信号を印加（入力）し、層回転現象を発生させた。その結果、図１２に示すように、スメクチック層法線方向Ｗがラビング方向Ｒから略チルト角分ずれており、かつコーン角の範囲にある配向状態の液晶光学素子サンプルＳ３を作製できた。また、前述した非対称パルス波信号のオフセット電圧ΔＶの極性を反転させたところ、層の回転方向を逆転させることができた。その結果、液晶光学素子サンプルＳ２から図１０に示すように、スメクチック層法線方向Ｗとラビング方向Ｒが略同一の配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ４（液晶光学素子サンプルＳ１と同じ）を作製できた。
【００２７】
液晶光学素子サンプルＳ３、Ｓ４の光学特性評価を前記同様にスイッチング特性をＰＤの出力により観察したところ、液晶光学素子サンプルＳ１と同様の図７に示すような明暗状態を維持していた。このことからラビング方向Ｒとスメクチック層法線方向Ｗとが、数度〜十数度ずれた配向状態にある液晶光学素子サンプルＳ２に比べて、スメクチック層法線方向がラビング方向から略チルト角分ずれており、かつコーン角の範囲にある配向状態の液晶光学素子サンプルＳ３、Ｓ４は、スイッチングによる配向安定性が良いことがわかる。
【００２８】
このように、スイッチング時の配向性が安定となるように層回転させるように外場を印加する処理されることによって、光学特性の変動が抑制された強誘電性液晶光学素子が実現できることがわかる。
【００２９】
次に本発明の光走査装置について、図１３〜１５を用いて説明する。
図１３は光走査装置の要部を示す。本発明の光走査装置は、レーザー光源１、光路切り換え手段４、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡７とを有して構成されている。図１３に示す図では、シリンドリカルレンズ、被走査面への結像光学系を省略している。
光路切換手段４の詳細を図１４に示す。光路切換手段４は、図１４に示すように、電界印加手段４２を具備した強誘電性液晶光学素子からなる偏光切り換え手段４１と、偏光分離手段４３とで構成されており、電界印加による制御によって異なる光路を形成する。ここでは偏光分離手段４３として、ｐ偏光成分を透過し、ｓ偏光成分を反射する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタプリズム）としているが、これに限定されず、偏光依存性を示す回折光学素子を多段配列する構成を採用してもよい。
【００３０】
次に、光走査装置の動作について説明する。レーザー光源１から出射したビームは、光路切り換え手段４における電界印加手段４２による電界印加制御により、副走査方向にビーム光路（上段光路と下段光路）が平行シフトされ、時間分割により上下段のポリゴンミラーにそれぞれ入射される。ここでは、電界印加手段４２による電界印加制御において、−Ｅの電界印加時に上段光路となり、+Ｅ電界印加時には下段光路を通過するようにしているが、その逆に、+Ｅの電界印加時に上段光路となり、−Ｅの電界印加時に下段光路を通過するような構成としてもよい。ここで上下段のポリゴンミラーは、互いに45°位相をずらした4面のポリゴンミラーを用いた構成としている。このような構成において、光路切り換え手段４における電界印加を制御することで、図１５に示すように、上段ポリゴンミラーからのビームが感光体面（被走査面）を走査しているときは、ビームは略上段光路のみを通過し、下段光路はほとんど通過しない。また、下段ポリゴンミラーからのビームが感光体面（被走査面）を走査しているときは、ビームは下段光路のみを通過し、上段光路はほとんど通過しない動作が実現できる。すなわち、光源からのビーム光量のロスはなく、光源からのパワーを効率的に利用でき、光源の長寿命化や劣化の低減に繋がる（特に高密度化に有効な面発光レーザーを光源として用いる場合、それらの効果が大きくなる。）。
【００３１】
しかし、光路切り換え手段４における切り換えの偏光方向が設定値からズレたり、光軸が変動する場合には切り換え手段４による光路のビーム光量は所望値から変動し、光源からのパワーを効率的に利用できなくなる。本発明では、前述したような液晶光学素子のスイッチング動作時の配向性が安定なように層回転させ、光学特性の変動を極力抑制された本発明の強誘電性液晶光学素子を光路切換手段の偏光切換素子に使用することで、光路切換え時のビーム光量が安定した光路切換手段および光走査記録装置が実現できることとなる。
【００３２】
図１６に光走査装置２０を示す。
図示しないが、レーザー光源（２LDユニット）から、光路切り換え手段４のあとのシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂまでの前段の光学系（光学系１）、および、ｆθレンズを含む結像光学系（光学系２）のそれぞれを２セットと、２段ポリゴンミラー７を用いることによって２ビームで光走査４箇所へ書き込む光走査装置を構築できる。４個所の光走査は４色（シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、黒（Ｋ））に対応する感光体（図１６では、そのうち、マゼンダ（Ｍ）、黒（Ｋ）の感光体３２Ｍと３２Ｋを表示している。）で行われ、多色画像形成装置を構築することができる。
【００３３】
このような多色画像形成装置の基本的な構成を図１７に示す。
図１７において、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアンおよびＫ：ブラックを示し、１３は書き込みユニット（光走査装置）であり、１４は転写ベルトであり、１５は定着手段である。
図１７において、感光体３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃおよび３２Ｋは矢印の方向に回転し、回転順に帯電器１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃおよび１３Ｋ、現像器１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃおよび１４Ｋ、転写用帯電手段１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃおよび１５Ｋ、クリーニング手段１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃおよび１６Ｋが配備されている。
帯電器１３Ｙ〜１３Ｋは、感光体表面を均一に帯電するための装置である。この帯電器と現像器１４Ｙ〜１４Ｋの間の感光体表面に書き込みユニットによりビームが照射され、感光体３２Ｙ〜３２Ｋに静電潜像が形成されるようになっている。そして、形成された静電潜像に基づき、現像器１４Ｙ〜１４Ｋにより感光体３２Ｙ〜３２Ｋの面上にトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段１５Ｙ〜１５Ｋにより、搬送ベルト３１により搬送された不図示の記録紙に各色で順次、転写トナー像が転写され、最終的に定着手段１７により記録紙に画像が定着する。
【００３４】
前述したように、電界制御により光路の切換え可能な本発明の光走査装置を用いた画像形成装置において、複数段のポリゴンミラーからの走査に対応して、レーザ光源１からの光路切換え、および光量（レーザパワー）を変調して駆動することによって、各色に対応して、感光体を順次走査して記録することができ、このようにして光源数を減らしながら、これと同時にビームパワーのロスがなく、高速な画像出力を可能とする画像形成装置を実現することができる。なお図１６〜１７に示すような４ドラムタンデム方式において、たとえば２段ポリゴンミラーを用いる場合、順次走査記録は、例えば、イエローとマゼンダ、シアンとブラックのそれぞれ２つの感光体を交互に走査記録することができる。
【００３５】
特に本発明の液晶光学素子を光路切換手段に用いた画像形成装置は、その応答速度の速い点から高速印刷、高速走査も可能であり、その書き込み速度も自在に上げていくことができる。
したがって、低コスト、高速、高画質対応でかつ、安定した多色画像形成装置を提供できる。
また、本発明の双安定型の強誘電性液晶素子において、素子作製後に外場により安定となる配向状態を形成し、高い信頼性の光学特性を有する液晶光学素子を製造するため、歩留まり等の生産性向上に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は本発明の液晶光学素子の構成を説明するための図であり（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大説明図である。
【図２】ＳＳＦＬＣ（表面安定化強誘電性液晶層）のスイッチング特性を説明するための模式図である。
【図３】ＳＳＦＬＣ（表面安定化強誘電性液晶層）を用いた偏光切替手段における動作を説明するための模式図である。
【図４】強誘電性液晶素子におけるラビング方向Ｒとスメクチック層法線方向Ｗが略同一である場合を示す模式図である。
【図５】強誘電性液晶素子におけるスメクチック層法線方向Ｗとラビング方向Ｒとが異なる場合を示す模式図であり、（Ａ）はラビング方向Ｒに対して＋方向に、（Ｂ）は−方向になった場合を示す。
【図６】（Ａ）は強誘電性液晶素子におけるラビング方向Ｒとスメクチック層法線方向Ｗが略同一である場合（双安定配向）を示す模式図であり、（Ｂ）は強誘電性液晶素子におけるラビング方向Ｒと液晶分子の配向状態の１つが略同一である場合（単安定配向）を示す模式図である。
【図７】本発明の液晶光学素子における光学特性の劣化の無い（層回転現象が発生しない）場合の電圧波形を示す。
【図８】液晶光学素子における光学特性の劣化（層回転現象により、偏光回転による光軸が設定値からずれることによるコントラスト性能の劣化）の場合の電圧波形を示す。
【図９】層回転現象を発生させるための外場を示す例であり、（ａ）は矩径波の例を示し、（ｂ）はパルス波を示す。
【図１０】ラビング方向とスメクチック層法線方向が略同じ配向状態にある強誘電性液晶素子の例を示す図である。
【図１１】ラビング方向とスメクチック層法線方向が異なる場合の強誘電性液晶素子の例を示す図である。
【図１２】ラビング方向とスメクチック層を形成する液晶分子の配向状態の１つが略同じ配向状態にある場合（単安定状態）の強誘電性液晶素子の例を示す図である。
【図１３】本発明の光走査装置の要部を示す概略図であり、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は偏向手段の斜視図である。
【図１４】光路切替素子（光路切替手段）の構成例およびその光路切替方法の原理的説明をするための図である。
【図１５】光走査装置における光ビームの偏光走査状態を示す図である。
【図１６】光走査装置の概要構成例を示す図である。
【図１７】画像形成装置の概要構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源（半導体レーザ）
２  ＬＤベース
３、３’  カップリングレンズ
４  光路切替手段（光路切替素子）
５ａ、５ｂ  シリンドリカルレンズ
６  防音ガラス
７  多面反射鏡（偏向手段）
７ａ  上段ポリゴンミラー
７ｂ  下段ポリゴンミラー
８ａ、８ｂ  走査レンズ（ｆθレンズ）１
９  ミラー
１０ａ、１０ｂ  走査レンズ（ｆθレンズ）２
１１  液晶分子（配向状態１にある液晶分子）
１２  液晶分子（配向状態２にある液晶分子）
２０  光走査装置
２１  透明基板
２２  透明電極膜
２３  配向膜
４１  偏光切替手段（液晶光学素子（強誘電性液晶光学素子））
４２  電界印加手段（ジェネレータ）
４３  偏光分離手段（偏光ビームスプリッタ）
ｄ  セルギャップ
Ｒ  ラビング方向
Ｓ１、Ｓ２  液晶光学素子サンプル
Ｗ  スメクチック層法線方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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