JP2728537B2 - 液晶マスク型レーザマーカ - Google Patents
液晶マスク型レーザマーカInfo
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- JP2728537B2 JP2728537B2 JP2053661A JP5366190A JP2728537B2 JP 2728537 B2 JP2728537 B2 JP 2728537B2 JP 2053661 A JP2053661 A JP 2053661A JP 5366190 A JP5366190 A JP 5366190A JP 2728537 B2 JP2728537 B2 JP 2728537B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパターンマスクとして液晶素子を用いた液晶
マスク型レーザマーカに関する。
マスク型レーザマーカに関する。
液晶素子をマーキング用パターンマスクとして用いた
レーザマーカは、特開昭56−38888号，同60−174671
号，同62−127710号、同64−11088号等の公報に構成が
述べられている。またデイスプレイ用液晶素子仕様につ
いては、特開昭60−107020号，同61−210324号等の公報
に液晶ツイスト角、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚
みｄとの積について記載されている。
レーザマーカは、特開昭56−38888号，同60−174671
号，同62−127710号、同64−11088号等の公報に構成が
述べられている。またデイスプレイ用液晶素子仕様につ
いては、特開昭60−107020号，同61−210324号等の公報
に液晶ツイスト角、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚
みｄとの積について記載されている。
これらの従来技術はリーザマーキング用パターンマス
クとして液晶素子を用いるという構成に関するもので、
どのような仕様の液晶素子が必要になるかという点につ
いて考慮されていない。したがつて、レーザマーカ用発
振器として広く普及しているYAGレーザと一般デイスプ
レイ用液晶素子の組合せでは、マーキング鮮明性、レー
ザ利用効率の点が懸念された。
クとして液晶素子を用いるという構成に関するもので、
どのような仕様の液晶素子が必要になるかという点につ
いて考慮されていない。したがつて、レーザマーカ用発
振器として広く普及しているYAGレーザと一般デイスプ
レイ用液晶素子の組合せでは、マーキング鮮明性、レー
ザ利用効率の点が懸念された。
本発明の目的は、レーザ利用効率が高く、鮮明なマー
キングが行える液晶マスク型レーザマーカを提供するこ
とにある。
キングが行える液晶マスク型レーザマーカを提供するこ
とにある。
この目的を達成するために、レーザマーカに使用する
液晶素子の液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方
性Δｎとの積Δｎ・ｄを一般デイスプレイのΔndより大
きな1.4μｍから2.3μｍの範囲とし、液晶ねじれ角を18
0度から270度の範囲とし、パルスレーザ偏光方向に対し
て、偏光素子の偏光軸を一定角度ずらして配置したもの
である。
液晶素子の液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方
性Δｎとの積Δｎ・ｄを一般デイスプレイのΔndより大
きな1.4μｍから2.3μｍの範囲とし、液晶ねじれ角を18
0度から270度の範囲とし、パルスレーザ偏光方向に対し
て、偏光素子の偏光軸を一定角度ずらして配置したもの
である。
また、パルスレーザ偏光方向に対して、液晶素子のレ
ーザ入射側液晶分子配列方向が一定角度ずれるよう液晶
素子を配置したものである。
ーザ入射側液晶分子配列方向が一定角度ずれるよう液晶
素子を配置したものである。
液晶素子のΔｎ・と液晶ねじれ角の範囲を特定し、パ
ルスレーザ偏光方向に対して、偏光素子の偏光軸を一定
角度ずらすことにより、レーザしや光能力に係る優れた
レーザ偏光方向回転性能と高コントラスト比を有し、レ
ーザマーカ用液晶マスクとして採用できる液晶素子が製
作できる。
ルスレーザ偏光方向に対して、偏光素子の偏光軸を一定
角度ずらすことにより、レーザしや光能力に係る優れた
レーザ偏光方向回転性能と高コントラスト比を有し、レ
ーザマーカ用液晶マスクとして採用できる液晶素子が製
作できる。
また、パルスレーザ偏光方向と液晶素子のレーザ入射
側液晶分子配列方向とが、一定角度ずれるよう液晶素子
を配置することにより、マーキングに使用されるレーザ
パターン光を効率よく透過することができるので、レー
ザ損失の少ない、高効率の液晶マスク型レーザマーカが
提供可能となる。
側液晶分子配列方向とが、一定角度ずれるよう液晶素子
を配置することにより、マーキングに使用されるレーザ
パターン光を効率よく透過することができるので、レー
ザ損失の少ない、高効率の液晶マスク型レーザマーカが
提供可能となる。
以下、本発明の一実施例を第１図，第２図，第３図に
より説明する。
より説明する。
第１図に示すようにパルスレーザ１より射出される直
線偏光レーザ光２は、ビーム拡大・整形器３を経て、液
晶素子４に照射される。パルスレーザ１には電源５が接
続され、液晶素子駆動回路6,液晶素子制御回路７と共に
中央制御部８で運転される。液晶素子４を透過したレー
ザ光９は、偏光素子10によつて吸収体11に向う非刻印用
パターン光12と刻印用パターン光13とに分離され、刻印
用パターン光13は折返し鏡14により結像光学系15へ導か
れ、被加工物16の表面で結像し、この部分の物質たとえ
ば樹脂を蒸発して印字が行われる。
線偏光レーザ光２は、ビーム拡大・整形器３を経て、液
晶素子４に照射される。パルスレーザ１には電源５が接
続され、液晶素子駆動回路6,液晶素子制御回路７と共に
中央制御部８で運転される。液晶素子４を透過したレー
ザ光９は、偏光素子10によつて吸収体11に向う非刻印用
パターン光12と刻印用パターン光13とに分離され、刻印
用パターン光13は折返し鏡14により結像光学系15へ導か
れ、被加工物16の表面で結像し、この部分の物質たとえ
ば樹脂を蒸発して印字が行われる。
この構成において、第３図に示す文字AHを印字する場
合を考える。液晶マスク型レーザマーカでは、液晶素子
製作仕様を適切に選ばなければ、背景部30に到達するレ
ーザエネルギーが増加し、印字部31と背景部30とのレー
ザエネルギー比、すなわちコントラスト比が悪くなつて
しまうことが実験よりわかつた。種々の液晶素子４を製
作して、印字実験を行つたところ、レーザマーカとして
はコントラスト比が４以上あれば、半導体モールド樹脂
やインク紙等においても鮮明なマーキングを実現できる
ことがわかつた。上述のコントラスト比とは印字部のレ
ーザエネルギー密度／背景部のレーザエネルギー密度を
云う。コントラスト比が高いほど、マーキング鮮明度は
向上するが、これには一般デイスプレイ同様、第４図に
示す液晶素子４の液晶層厚さ方向のねじれ角θLCを増せ
ばよいことが実験より確認でき、コントラスト比を４以
上にするには、少なくとも180度以上の液晶ねじれ角が
必要になることがわかつた。
合を考える。液晶マスク型レーザマーカでは、液晶素子
製作仕様を適切に選ばなければ、背景部30に到達するレ
ーザエネルギーが増加し、印字部31と背景部30とのレー
ザエネルギー比、すなわちコントラスト比が悪くなつて
しまうことが実験よりわかつた。種々の液晶素子４を製
作して、印字実験を行つたところ、レーザマーカとして
はコントラスト比が４以上あれば、半導体モールド樹脂
やインク紙等においても鮮明なマーキングを実現できる
ことがわかつた。上述のコントラスト比とは印字部のレ
ーザエネルギー密度／背景部のレーザエネルギー密度を
云う。コントラスト比が高いほど、マーキング鮮明度は
向上するが、これには一般デイスプレイ同様、第４図に
示す液晶素子４の液晶層厚さ方向のねじれ角θLCを増せ
ばよいことが実験より確認でき、コントラスト比を４以
上にするには、少なくとも180度以上の液晶ねじれ角が
必要になることがわかつた。
一方、被加工物16への余分な入熱を避け、レーザマー
キングによる熱影響を最小限にするには、第３図に示し
た背景部30へ到達するレーザエネルギー密度Ｐが０にな
ることが望ましい。このような特性を得られる液晶素子
なら、必然的にコントラスト比も上げられるからであ
る。液晶素子製作条件について第２図を用いて説明す
る。
キングによる熱影響を最小限にするには、第３図に示し
た背景部30へ到達するレーザエネルギー密度Ｐが０にな
ることが望ましい。このような特性を得られる液晶素子
なら、必然的にコントラスト比も上げられるからであ
る。液晶素子製作条件について第２図を用いて説明す
る。
液晶素子製作仕様としては液晶層の厚みｄ（μｍ）と
液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄ、さらに前述の
液晶ねじれ角が重要であることは、一般デイスプレイ用
液晶素子製作において広く知られている。液晶ねじれ角
の点では、前述したコントラスト比の点より180度以下
ではコントラスト比が低く、鮮明度が得られにくい。そ
れ以上になると鮮明度が得られるが、実用上、安定に製
作できる上限が270度であることより、この範囲でΔnd
について以下述べる。
液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄ、さらに前述の
液晶ねじれ角が重要であることは、一般デイスプレイ用
液晶素子製作において広く知られている。液晶ねじれ角
の点では、前述したコントラスト比の点より180度以下
ではコントラスト比が低く、鮮明度が得られにくい。そ
れ以上になると鮮明度が得られるが、実用上、安定に製
作できる上限が270度であることより、この範囲でΔnd
について以下述べる。
レーザマーカ用発振器として代表的パルスレーザであ
るNd:YAGレーザ（波長1064nm）を考え、液晶素子駆動回
路６が動作していない状態で液晶素子４と偏光素子10と
でレーザ光を完全にしや光できる理論的条件を第２図特
性Ａで示した。理論特性自身、対象とする波長が異つて
いるため、一般デイスプレイに関する領域（Δnd＜1.
3）とは別の領域に位置している。この場合、Δｎは波
長1064nmでの値を用いている。一般的に液晶材料の定数
は波長589nm（可視光）での値を用いることが多く、一
部で波長633nmでの値で代用している。したがつて、こ
れら定数波長に対し、YAGレーザ光での物性値がどのよ
うに変化しているかを認知するのは重要である。
るNd:YAGレーザ（波長1064nm）を考え、液晶素子駆動回
路６が動作していない状態で液晶素子４と偏光素子10と
でレーザ光を完全にしや光できる理論的条件を第２図特
性Ａで示した。理論特性自身、対象とする波長が異つて
いるため、一般デイスプレイに関する領域（Δnd＜1.
3）とは別の領域に位置している。この場合、Δｎは波
長1064nmでの値を用いている。一般的に液晶材料の定数
は波長589nm（可視光）での値を用いることが多く、一
部で波長633nmでの値で代用している。したがつて、こ
れら定数波長に対し、YAGレーザ光での物性値がどのよ
うに変化しているかを認知するのは重要である。
液晶マスクとして動作させた実験からは、波長589nm
でのΔｎに対して という結果が得られた。最大に減衰する0.8の係数を考
え、第２図特性Ａを補正すすると特性Ｂを得る。よつ
て、両特性ではさまれる領域内のΔｎ・d,1.4μｍから
2.3μｍの範囲で液晶素子を製作すれば、YAGレーザ光の
もとでほぼ理論的しや光条件を満足することになる。し
たがつて、上述の範囲内の液晶素子を仕様すると、パタ
ーン情報を鮮明にマーキングできる。
でのΔｎに対して という結果が得られた。最大に減衰する0.8の係数を考
え、第２図特性Ａを補正すすると特性Ｂを得る。よつ
て、両特性ではさまれる領域内のΔｎ・d,1.4μｍから
2.3μｍの範囲で液晶素子を製作すれば、YAGレーザ光の
もとでほぼ理論的しや光条件を満足することになる。し
たがつて、上述の範囲内の液晶素子を仕様すると、パタ
ーン情報を鮮明にマーキングできる。
本発明の他の実施例を第４図から第６図を用いて説明
する。液晶素子４において、レーザ入射側液晶分子配列
方向17とレーザ出射側液晶分子配列方向18とで第２図で
示した液晶ねじれ角θLCを決定しているが、レーザ入射
側液晶分子配列方向17に対してパルスレーザ偏光方向19
をある一定角度θPに設定しなければ実用的でないこと
がわかつた。以下第５図，第６図を用いて説明する。
する。液晶素子４において、レーザ入射側液晶分子配列
方向17とレーザ出射側液晶分子配列方向18とで第２図で
示した液晶ねじれ角θLCを決定しているが、レーザ入射
側液晶分子配列方向17に対してパルスレーザ偏光方向19
をある一定角度θPに設定しなければ実用的でないこと
がわかつた。以下第５図，第６図を用いて説明する。
中央制御部８より液晶素子制御回路７へ伝達される液
晶素子駆動電圧VOPに対して、印字部31と背景部30のレ
ーザエネルギー密度がどのように変化するかという電気
光学特性を第５図に示した。ここで、液晶素子４の駆動
電圧VOPを上げていつた際、液晶素子４に照射されるレ
ーザ光に対する偏光素子10通過レーザ光の割合、すなわ
ち透過率の最大値をTONとすると、これはθPによつて第
６図のように変化している。θPは液晶マスク４に照射
するレーザ偏光方向19とレーザ入射側液晶分子軸17との
なす角をいう。
晶素子駆動電圧VOPに対して、印字部31と背景部30のレ
ーザエネルギー密度がどのように変化するかという電気
光学特性を第５図に示した。ここで、液晶素子４の駆動
電圧VOPを上げていつた際、液晶素子４に照射されるレ
ーザ光に対する偏光素子10通過レーザ光の割合、すなわ
ち透過率の最大値をTONとすると、これはθPによつて第
６図のように変化している。θPは液晶マスク４に照射
するレーザ偏光方向19とレーザ入射側液晶分子軸17との
なす角をいう。
液晶ツイスト角θLCを240度にした実験結果では同図
のごとく、θPが60度で最大の透過率となつた。レーザ
利用率の点から考えれば、透過率TONは高いほど好まし
いのは言うまでもないが、レーザマーキング時のコント
ラスト比の点より、θPは少なくとも40度から80度の範
囲がよく、液晶ツイスト角θLCを約240度とするなら
ば、好ましくは、45度から65度の範囲にθPを設定すれ
ばよいことがわかつた。第６図の特性は液晶ねじれ角θ
LCにより変化するものの、θPは少なくとも前述の範
囲、40度から80度の範囲であればよい。
のごとく、θPが60度で最大の透過率となつた。レーザ
利用率の点から考えれば、透過率TONは高いほど好まし
いのは言うまでもないが、レーザマーキング時のコント
ラスト比の点より、θPは少なくとも40度から80度の範
囲がよく、液晶ツイスト角θLCを約240度とするなら
ば、好ましくは、45度から65度の範囲にθPを設定すれ
ばよいことがわかつた。第６図の特性は液晶ねじれ角θ
LCにより変化するものの、θPは少なくとも前述の範
囲、40度から80度の範囲であればよい。
本実施例によれば、液晶素子４に駆動電圧VOP印加時
の透過率を高くできるので、パルスレーザ１から得られ
る直線偏光レーザ光２を有効に利用できる。
の透過率を高くできるので、パルスレーザ１から得られ
る直線偏光レーザ光２を有効に利用できる。
本発明の他の実施例を第７図を用いて説明する。本発
明第１の実施例において液晶素子４の仕様について延
べ、第２の実施例において、パルスレーザ偏光方向19と
液晶素子４のレーザ入射側液晶分子配列方向17との位置
関係について述べている。ここでは、液晶素子４のあと
に設けた偏光素子10の偏光軸20の設定方向について述べ
る。
明第１の実施例において液晶素子４の仕様について延
べ、第２の実施例において、パルスレーザ偏光方向19と
液晶素子４のレーザ入射側液晶分子配列方向17との位置
関係について述べている。ここでは、液晶素子４のあと
に設けた偏光素子10の偏光軸20の設定方向について述べ
る。
第１図で説明したように、偏光素子10は液晶素子４を
透過したレーザ光を、非刻印用パターン光12と刻印用パ
ターン光13とに分離するもので、偏光素子４に入射する
レーザ偏光方向19に対して、偏光素子10の偏光軸20を何
度回転させて設定すればよいかは重要となる。
透過したレーザ光を、非刻印用パターン光12と刻印用パ
ターン光13とに分離するもので、偏光素子４に入射する
レーザ偏光方向19に対して、偏光素子10の偏光軸20を何
度回転させて設定すればよいかは重要となる。
実験によれば、レーザ偏光方向19と偏光素子10の偏光
軸20とのなす角が60度以上になると、第５図に示したよ
うな滑らかな電気光学特性とならず第８図に示すような
凸部を有する特性になることがあり、駆動電圧VOPの設
定範囲が限定されてしまつた。したがつて、レーザ偏光
方向19と偏光素子10の偏光軸20とのなす角は０度から60
度の範囲が良く、液晶ねじれ角θLCが約240度の場合、
より好ましくは25度から35度の間に設定することで、液
晶素子４は第５図のような滑らかな電気光学特性を持つ
ことができる。
軸20とのなす角が60度以上になると、第５図に示したよ
うな滑らかな電気光学特性とならず第８図に示すような
凸部を有する特性になることがあり、駆動電圧VOPの設
定範囲が限定されてしまつた。したがつて、レーザ偏光
方向19と偏光素子10の偏光軸20とのなす角は０度から60
度の範囲が良く、液晶ねじれ角θLCが約240度の場合、
より好ましくは25度から35度の間に設定することで、液
晶素子４は第５図のような滑らかな電気光学特性を持つ
ことができる。
本実施例によれば、液晶素子４に駆動電圧が印加され
ていない時のレーザしや光性を失うことなく、駆動電圧
印加とともに透過レーザエネルギー密度が滑らかに上昇
するような電気光学特性が得られ、駆動電圧制御が容易
になる。
ていない時のレーザしや光性を失うことなく、駆動電圧
印加とともに透過レーザエネルギー密度が滑らかに上昇
するような電気光学特性が得られ、駆動電圧制御が容易
になる。
本発明によれば、レーザマーカ用パターン形成マスク
として使用できる液晶素子が製作可能になる。
として使用できる液晶素子が製作可能になる。
また、YAGレーザ光をしや光できるのでマーキング時
のコントラスト比向上の効果がある。
のコントラスト比向上の効果がある。
さらに、液晶素子に駆動電圧印加時において、被加工
物への到達エネルギーをふやすことができるので、レー
ザ利用率向上、およびパルスレーザの小型化が図れる。
物への到達エネルギーをふやすことができるので、レー
ザ利用率向上、およびパルスレーザの小型化が図れる。
パルスレーザ偏光方向と液晶素子と偏光素子の偏光軸
について、その設定条件を満足させることにより、液晶
マスク式レーザマーカを実現できる。
について、その設定条件を満足させることにより、液晶
マスク式レーザマーカを実現できる。
第１図は本発明の液晶マスク型レーザマーカの概略構成
図、第２図は第１図の液晶マスクにおける液晶ねじれ角
とΔｎ・ｄの関係の許容範囲を示す説明図、第３図は被
加工物のコントラスト比説明図、第４図は本発明のレー
ザ偏光方向に対するレーザ入射側液晶分子配列方向のな
す角θPの説明図、第５図は電気光学特性説明図、第６
図は液晶素子への駆動電圧印加時における偏光素子透過
レーザ光に対する第４図のθP依存性説明図、第７図は
第２図のレーザ偏光方向に対する偏光素子の偏光軸設定
回転角説明図、第８図は電気光学特性説明図である。 ４…液晶素子、10…偏光素子、17…レーザ入射側液晶分
子配列方向、19…レーザ偏光方向、20…偏光素子の偏光
軸、θLC…液晶ねじれ角、Δｎ・ｄ…液晶の屈折率異方
性×液晶層厚さ、θP…レーザ偏光方向に対するレーザ
入射側液晶分子配列方向のなす角。
図、第２図は第１図の液晶マスクにおける液晶ねじれ角
とΔｎ・ｄの関係の許容範囲を示す説明図、第３図は被
加工物のコントラスト比説明図、第４図は本発明のレー
ザ偏光方向に対するレーザ入射側液晶分子配列方向のな
す角θPの説明図、第５図は電気光学特性説明図、第６
図は液晶素子への駆動電圧印加時における偏光素子透過
レーザ光に対する第４図のθP依存性説明図、第７図は
第２図のレーザ偏光方向に対する偏光素子の偏光軸設定
回転角説明図、第８図は電気光学特性説明図である。 ４…液晶素子、10…偏光素子、17…レーザ入射側液晶分
子配列方向、19…レーザ偏光方向、20…偏光素子の偏光
軸、θLC…液晶ねじれ角、Δｎ・ｄ…液晶の屈折率異方
性×液晶層厚さ、θP…レーザ偏光方向に対するレーザ
入射側液晶分子配列方向のなす角。
Claims (6)
- 【請求項１】パルスレーザと液晶素子と偏光素子と結像
光学系からなる液晶マスク式レーザマーカにおいて、前
記液晶素子の液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異
方性Δｎとの積Δｎ・ｄが1.4μｍから2.3μｍの範囲に
ある液晶素子を用いたことを特徴とする液晶マスク型レ
ーザマーカ。 - 【請求項２】液晶素子の液晶層厚さ方向における液晶ね
じれ角が180度から270度の間にある液晶素子を用いたこ
とを特徴とする請求項１記載の液晶マスク型レーザマー
カ。 - 【請求項３】パルスレーザ偏光方向に対して、液晶素子
のレーザ入射側液晶分子配列方向が40度から80度の間に
なるよう液晶素子を設置したことを特徴とする請求項１
又は２記載の液晶マスク型レーザマーカ。 - 【請求項４】液晶素子外郭の一辺を垂直もしくは水平に
設置し、前記液晶素子のパルスレーザ入射側液晶分子配
列方向に対して、パルスレーザ偏光方向が40度から80度
の間になるよう前記パルスレーザ偏光方向を回転制御し
たことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記
載の液晶マスク型レーザマーカ。 - 【請求項５】液晶素子の液晶層厚さ方向における液晶ね
じれ角を約240度とし、パルスレーザ偏光方向とレーザ
入射側液晶分子配列方向とのなす角を45度から65度の範
囲とし、パルスレーザ偏光方向の偏光素子の偏光軸との
なす角が25度から35度の間にあることを特徴とする請求
項１記載の液晶マスク型レーザマーカ。 - 【請求項６】パルスレーザ偏光方向と偏光素子の偏光軸
とのなす角が０度から60度の範囲でずらすことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１項記載の液晶マスク
型レーザマーカ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053661A JP2728537B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 液晶マスク型レーザマーカ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053661A JP2728537B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 液晶マスク型レーザマーカ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03258480A JPH03258480A (ja) | 1991-11-18 |
| JP2728537B2 true JP2728537B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=12949040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2053661A Expired - Lifetime JP2728537B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 液晶マスク型レーザマーカ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728537B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001147414A (ja) | 1999-11-22 | 2001-05-29 | Stanley Electric Co Ltd | Ｔｎ形液晶表示装置 |
| US9308583B2 (en) * | 2013-03-05 | 2016-04-12 | Lawrence Livermore National Security, Llc | System and method for high power diode based additive manufacturing |
-
1990
- 1990-03-07 JP JP2053661A patent/JP2728537B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03258480A (ja) | 1991-11-18 |
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