DE3443011C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Flüssigkristall dient zur Herstellung von Flüssigkristall-Vorrichtungen wie z. B. einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung oder einer optischen Flüssigkristall-Verschlußanordnung.

Es sind Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen bekannt, die eine Gruppe von Abtastelektroden und eine Gruppe von Signalelektroden, die in einer Matrix angeordnet sind, sowie eine den Raum zwischen den beiden Elektroden ausfüllende Flüssigkristallverbindung aufweisen, wodurch eine Vielzahl von Bildelementen oder Pixels zur Bild- oder Informationsanzeige an oder nahe den Matrix­ schnittpunkten gebildet wird. Zur Ansteuerung dieser Anzeigeeinrichtungen dient ein Zeitmultiplex-Ansteuerungsverfahren, bei dem man selektiv der Gruppe von Abtastelektroden aufeinanderfolgend und periodisch Adreßsignale zuführt und selektiv der Gruppe von Signalelektroden synchron mit den Adreßsignalen bestimmte Informationssignale in paralleler Weise zuführt. Diese Anzeigeeinrichtungen und ihr Ansteuerungsverfahren haben jedoch schwerwiegende Nachteile, die nachstehend beschrieben werden. So ist es beispielsweise schwierig, eine hohe Dichte von Bildelementen oder eine große Bildfläche zu erzielen. Wegen der relativ hohen Ansprechgeschwindigkeit und der niedrigen Verlustleistung der herkömmlichen Flüssigkristalle sind die meisten für Anzeigeeinrichtungen in die Praxis eingeführten Flüssigkristalle solche des TN-Typs, d. h. verdrillte nematische Flüssigkristalle, wie sie in "Voltage-Dependet Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich, "Applied Physics Letters", Bd. 18, Nr. 4 (15. Febr. 1971) S. 127-128, angegeben sind. In den Flüssigkristallen dieser Art bilden nematische Flüssigkristallmoleküle, die ohne Anlegung eines elektrischen Feldes eine positive dielektrische Anisotropie zeigen, eine in der Dickeneinrichtung der Flüssigkristallschichten verdrillte Struktur (Schraubenstruktur), und die Moleküle dieses Flüssigkristalls bilden eine Struktur, in der sie in der Nähe der Oberflächen beider Elektroden parallel zueinander ausgerichtet oder orientiert sind. Andererseits wird der nematische Flüssigkristall, der bei Anlegung eines elektrischen Feldes positive dielektrische Anisotropie zeigt, in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet oder orientiert, so daß eine optische Modulation verursacht werden kann. Wenn die Anzeigeeinrichtungen als Matrixelektrodenanordnung mit einem derartigen Flüssigkristall aufgebaut sind, wird eine Spannung, die höher als ein zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Elektrodenoberflächen erforderlicher Schwellenwert ist, an einen Bereich (einen gewählten Punkt) angelegt, wo gleichzeitig eine Abtastelektrode und eine Signalelektrode gewählt sind, während an Bereiche (nicht-gewählte Punkte), wo weder Abtast- noch Signalelektroden gewählt sind, keine Spannung angelegt wird. Demgemäß werden die Flüssigkristallmoleküle parallel zu den Elektrodenoberflächen stabil ausgerichtet. Wenn lineare Polarisatoren, die zueinander in Verhältnis gekreuzter Nicols stehen (d. h. deren Polarisationsachsen senkrecht zueinander angeordnet sind), auf der Ober- und Unterseite der so gebildeten Flüssigkristallzelle angeordnet werden, wird an den gewählten Punkten kein Licht durchgelassen, während es an den nicht gewählten Punkten durchgelassen wird. Demzufolge kann die Flüssigkristallzelle als eine Bildeinrichtung fungieren.

Wenn jedoch eine Matrixelektrodenanordnung gebildet wird, legt man an Bereiche, wo eine Abtastelektrode gewählt ist und keine Signalelektrode gewählt ist, oder an Bereiche, wo keine Abtastelektrode gewählt ist und eine Signalelektrode gewählt ist (diese Bereiche sind sogenannte "halbgewählte Punkte"), ein bestimmtes elektrisches Feld an. Wenn die Differenz zwischen einer an die gewählten Punkte angelegten Spannung und einer an die halbgewählten Punkte angelegten Spannung genügend groß ist und eine für die Ausrichtung oder Orientierung der Flüssigkristall­ moleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld erforderliche Schwellenspannung auf einen dazwischenliegenden Wert eingestellt wird, arbeiten die Anzeigeeinrichtungen normal. Wenn aber die Anzahl (N) der Abtastzeilen zunimmt, nimmt die Zeit (Tastverhältnis), während der bei Abtastung einer ganzen Bildfläche (entsprechend einem Bild) ein elektrisches Feld effektiv an einem gewählten Punkt angelegt ist, mit dem Verhältnis 1/N ab. Je größer demgemäß die Anzahl der Abtastzeilen ist, umso kleiner ist die wirksame Spannungsdifferenz, die an einem gewählten Punkt und an nicht-gewählten Punkten anliegt, wenn wiederholte Abtastung erfolgt. Im Ergebnis führt dies zu den unerwünschten Nachteilen der Verschlechterung des Bildkontrastes oder des Auftretens von Interferenz oder "Übersprechen". Diese Erscheinungen werden als im wesentlichen unvermeidbare angesehen, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall ohne Bistabilität (d. h. bei dem Flüssigkristallmoleküle im stabilen Zustand in Bezug auf die Elektrodenoberfläche horizontal orientiert und nur unter Einwirkung eines elektrischen Feldes zur Elektrodenoberfläche vertikal orientiert sind) unter Anwendung eines Zeitspeichereffekts ausgesteuert, d. h. wiederholt abgetastet wird. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurden z. B. das Spannungsmittelwertbildungsverfahren, das Zwei- Frequenz-Ansteuerungsverfahren und das Mehrfach-Matrixverfahren vorgeschlagen. Keines dieser Verfahren genügt jedoch zur Beseitigung der vorstehend erwähnten Nachteile. Im Ergebnis ist der gegenwärtige Stand so, daß die Entwicklung großer Bildflächen oder einer hohen Packungsdichte bezüglich der Anzeigeelemente verzögert wird, weil es schwierig ist, die Anzahl der Abtastzeilen in ausreichendem Maß zu steigern.

Als Vorrichtung für die Erzeugung eines lesbaren Textes (Hardcopy) auf Basis der Eingabe elektrischer Signale ist ein Laserstrahldrucker, der elektrische Bildsignale für ein elektrofotografisches fotoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial in optische Signale umwandelt, im Hinblick auf die Dichte der Bildelemente und die Druckgeschwindigkeit ausgezeichnet.

Der Laserstrahldrucker hat jedoch die folgenden Nachteile.

1. Die Größe des Laserstrahldruckers ist beträchtlich.

2. Der Laserstrahldrucker hat ein mit hoher Geschwindigkeit mechanisch bewegliches Teil, wie z. B. einen Polygon-Abtaster, das Geräusch zur Folge hat und z. B. eine hohe mechanische Präzision erfordert.

Um die vorstehend erwähnten Nachteile auszuschalten, ist eine Flüssigkristall-Verschlußanordnung als Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale bekannt. Wenn Bildelementsignale mit einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung gegeben werden, sind beispielsweise mehr als 3000 Signalgeneratoren erforderlich, um Bildelementsignale mit einer Geschwindigkeit von 16 Punkten/mm auf einer Länge von 210 mm zu schreiben. Um die Signale den betreffenden Signalgeneratoren unabhängig zuzuführen, ist für die Signalzuführung zu allen betreffenden Signalgeneratoren eine Leitungsverdrahtung erforderlich, wodurch Schwierigkeiten bei der Herstellung entstehen.

Im Hinblick hierauf wurde ein anderer Versuch unternommen, um Bildsignale in eine Leitung nach einem Zeitmultiplexverfahren einzugeben, wobei die Signalgeneratoren entsprechend in mehrere Zeilen unterteilt sind. Bei diesem Versuch können die Signaleingabeelektroden der Vielzahl von Signalgeneratoren gemeinsam sein, so daß die Anzahl der erforderlichen Leitungen beträchtlich vermindert werden kann. Wenn man jedoch versucht, die Anzahl (N) der Zeilen bei der üblichen Anwendung eines Flüssigkristalls ohne Bistabilität zu erhöhen, wird die Signalnutzzeit im wesentlichen auf 1/N verringert. Dies führt zu Schwierigkeiten, da z. B. die auf ein lichtempfindliches Material auffallende Lichtmenge abnimmt oder "Übersprechen" auftritt.

Um diese Nachteile herkömmlicher Flüssigkristalleinrichtungen zu beseitigen, wurde von Clark und Lagerwall (z. B. JP-OS 56-1 07 216, US-PS 43 67 924) der Einsatz von Flüssigkristall-Einrichtungen vorgeschlagen, die Bistabilität aufweisen. In diesem Fall werden als bistabile Flüssigkristalle im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet. Diese Flüssigkristalle haben in einem an sie angelegten elektrischen Feld bistabile Zustände in Form eines ersten und eines zweiten stabilen Zustands. Demgemäß werden im Unterschied zu optischen Modulationseinrichtungen mit den vorstehend erwähnten Flüssigkristallen des TN-Typs die bistabilen Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf den einen und den anderen elektrischen Feldvektor in den ersten bzw. den zweiten optisch stabilen Zustand ausgerichtet. Die Eigenschaften der Flüssigkristalle dieses Typs sind so, daß sie mit einer außerordentlichen hohen Geschwindigkeit auf einen der beiden stabilen Zustände ausgerichtet werden und daß diese Zustände erhalten bleiben, wenn kein elektrisches Feld anliegt. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaften können diese Flüssigkristalle mit chiraler smektischer Phase eine Vielzahl von Nachteilen mildern oder beseitigen, die bei den bekannten Einrichtungen des TN-Typs auftreten.

Damit man bei einer optischen Modulationseinrichtung unter Anwendung eines bistabilen Flüssigkristalls das gewünschte Ansteuerungsverhalten verwirklichen kann, ist es erforderlich, daß der zwischen zwei parallelen Basisplatten angeordnete Flüssigkristall eine derartige Molekülanordnung hat, daß die Moleküle unabhängig von der Anlegung eines elektrischen Feldes in wirksamer Weise zwischen den zwei stabilen Zuständen umgeschaltet werden können. Beispielsweise ist es in Verbindung mit ferroelektrischen Flüssigkristallen mit SmC*- oder SmH*-Phase erforderlich, daß ein Bereich (Monodomäne) gebildet wird, in dem die Flüssigkristallschichten mit SmC*- oder SmH*-Phase senkrecht zur Oberfläche der Basisplatten liegen, d. h., die Flüssigkristallachse ist im wesentlichen parallel zu diesen ausgerichtet. Bei optischen Modulationseinrichtungen, in denen ein Bistabilität aufweisender Flüssigkristall verwendet wird, ist jedoch die Ausrichtung des eine solche Monodomänenstruktur aufweisenden Flüssigkristalls nicht genügend ausgebildet, so daß man keine befriedigenden Anzeigeeigenschaften erhält.

Um eine solche Ausrichtung zu erreichen, wurde z. B. die Anlegung eines magnetischen Feldes oder die Ausübung einer Scherspannung vorgeschlagen. Diese Verfahren konnten jedoch keine befriedigenden Ergebnisse liefern. Die Anlegung eines magnetischen Feldes hat z. B. den Nachteil, daß sie eine große Vorrichtung erfordert und nicht mit einer Dünnschichtzelle mit ausgezeichneter Betriebseigenschaft kompatibel ist. Die Ausübung von Scherspannungen hat den Nachteil, daß sie auf ein Verfahren, bei dem der Flüssigkristall nach Herstellung der Zelle eingefüllt wird, nicht anwendbar ist.

Bei der Flüssigkristalleinrichtung unter Anwendung des vorstehend erwähnten Flüssigkristalls des TN-Typs wurde zur Bildung einer zur Oberfläche der Basisplatte parallelen Monodomäne von Flüssig­ kristallmolekülen beispielsweise die Oberfläche der Basisplatte z. B. mit einem Tuch gerieben oder eine Schrägabscheidung von SiO aus der Dampfphase vorgenommen. Bei dem Reibungsverfahren nehmen die Flüssigkristallmoleküle den Zustand niedrigster Energie (d. h. den stabilen Zustand) an, in dem sie sich vorzugsweise längs der Reibungsrichtung ausrichten. Daher wird durch eine so geriebene Oberfläche eine bevorzugte Orientierung der Flüssigkristalle in einer Richtung bewirkt. Eine Struktur mit einer Seite, an der ein solcher Wandeffekt angewandt wurde, ist beispielsweise aus der CA-PS 10 10 136 bekannt. Neben dem Reibungsverfahren zur Erreichung des Orientierungseffekts wird ein anderes Verfahren angewandt, bei dem ein Aufbau mit einer Seitenfläche angewandt wird, die auf einer Basisplatte durch Schräg- oder Neigungsabscheidung von SiO oder SiO₂ aus der Dampfphase gebildet wurde. Dabei hat diese Seite mit monoaxialer SiO- oder SiO₂-Anisotropie den Effekt, daß Flüssigkristallmoleküle vorzugsweise in einer Richtung ausgerichtet werden.

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist die Steuerung der Ausrichtung oder Orientierung, z. B. durch das Reibungsverfahren oder das Schrägabscheidungsverfahren eines der bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristall-Einrichtung. Wenn jedoch die Ausrichtung bei bistabilen Flüssigkristallen in dieser Weise ausgeführt wird, werden durch die Bildung der Seite mit dem Wandeffekt zur bevorzugten Ausrichtung des Flüssigkristalls in nur einer Richtung die wünschenswerten Eigenschaften des bistabilen Flüssigkristalls wie z. B. Bistabilität in Bezug auf ein daran angelegtes elektrisches Feld, hohe Ansprechempfindlichkeit oder Fähigkeit zur Bildung von Monodomänen verschlechtert.

Aus Appl. Phys. Lett. 35(6), 1979, S. 444-446, ist ein Verfahren zur Ausrichtung eines Flüssigkristalls bekannt, bei dem der Flüssigkristall, ausgehend von der isotropen Phase, in einem planaren magnetischen Feld, das längs einer beliebigen Richtung ausgerichtet ist, abgekühlt wird.

Aus Appl. Phys. Lett. 32(10), 1978, S. 597-598, ist die Ausrichtung von Flüssigkristallen unter Verwendung von Gittern im Submikrometerbereich bekannt, wobei die Wirkung des Gitters besonders gut ausgeprägt ist, wenn der Flüssigkristall in eine smektische Phase abgekühlt wird.

In Appl. Phys. Lett. 24(8), 1974, S. 349-351, werden die Ausrichtung und die Benetzungseigenschaften von nematischen Flüssigkristallen erörtert. Diese Flüssigkristalle können durch Abkühlen aus der isotropen Phase gebildet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Verfahren zur Ausrichtung von nematischen Flüssigkristallen empirisch sind, weshalb nematische Flüssigkristalle nur eine begrenzte Anwendung gefunden haben.

Aus der DE-OS 25 58 409 ist eine zur Wiedergabe von Bildern dienende Flüssigkristallvorrichtung mit einem smektischen Flüssigkristall bekannt. Die Flüssigkristallvorrichtung weist ein Wärmeerzeugungselement auf, das die Temperatur der Flüssigkristallschicht zur Löschung des gespeicherten Bildes entweder selektiv oder nicht selektiv erhöht, wobei der Flüssigkristall vorzugsweise den nematischen Zustand erreichen soll.

Aus der DE-OS 28 48 555 ist ein speicherndes Flüssigkristall- Anzeigeelement bekannt, bei dem zwischen zwei Basisplatten ein smektischer Flüssigkristall angeordnet ist, dessen Molekülachsen durch temperaturbedingte Phasenübergänge ausgerichtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 derart zu verbessern, daß in zuverlässiger Weise eine gleichförmige Anfangsausrichtung erzielt werden kann und die Monodomäne der anisotropen Phase ausreichend stabil wächst, wobei der Flüssigkristall z. B. für optische Modulationseinrichtungen mit Bistabilität, für Anzeigeeinrichtungen mit hoher Ansprechempfindlichkeit, hoher Dichte der Bildelemente und großer Bildfläche oder für optische Verschlüsse mit hoher Verschlußgeschwindigkeit verwendbar sein soll.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei den Untersuchtungen zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe wurde den Ausrichtungseigenschaften eines Flüssigkristalls bei abnehmender Temperatur, bei der der Flüssigkristall aus einer Phase höherer Temperatur (z. B. einer isotropen, nematischen oder cholesterischen Phase) in eine monoaxial anisotrope Phase [eine Tieftemperaturphase, z. B. eine smektische Phase wie die smektische A-Phase (SmA-Phase) oder eine nematische Phase] umgewandelt wird, besondere Beachtung geschenkt. Im Ergebnis wurde gefunden, daß beim Phasenübergang von der Phase höherer Temperatur in die monoaxial anisotrope Phase die Molekülachse einer durch den Phasenübergang an der Phasengrenze zwischen dem Bereich der Phase höherer Temperatur und der monoaxial anisotropen Phase neu gebildeten monoaxial anisotropen Phase parallel zur Richtung der Flüssigkristallmoleküle in der schon gebildeten monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet ist und daß die Monodomäne der monoaxial anisotropen Phase sehr stabil wächst, wenn die Wachstumsrichtung des Bereichs der monoaxial anisotropen Phase senkrecht zur Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle gehalten wird. Durch Anordnung eines Keimbildungselementes mit einer Seitenwand mit horizontal oder homogen ausrichtender Eigenschaft (d. h. eines Elements zur Förderung der Erzeugung von Flüssigkristallkeimen in der monoaxial anisotropen Phase) ist es möglich, einen Urkeim der monoaxial anisotropen Phase zu bilden, der eine Monodomäne ausbildet, in der die Flüssigkristallmoleküle parallel zu dem Keimbildungselement ausgerichtet sind. Hierdurch wird eine Flüssigkristalleinrichtung geschaffen, bei der die Betriebsleistung und die Monodomäneneigenschaft des Flüssigkristalls miteinander kompatibel sind.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Flüssigkristallzelle, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, bildlich darstellt.

Fig. 2 ist perspektivische Ansicht, die das Arbeitsprinzip der in Fig. 1 gezeigten Flüssigkristalleinrichtung darstellt.

Fig. 3A ist eine Ansicht einer Flüssigkristalleinrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, und Fig. 3B ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 3A.

Die Fig. 4A, 4B und 4C sind Ansichten, die die Wachstumsstufen des Flüssigkristalls schematisch darstellen. Fig. 4D ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Flüssigkristalleinrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Fig. 5 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Flüssigkristallzelle, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Die Fig. 6 und 7 sind Schnittzeichnungen, die jeweils eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristallzelle, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, zeigen.

Fig. 8A ist eine Ansicht einer Flüssigkristall- Einrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, und Fig. 8B ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 8A.

Fig. 9A ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Flüssigkristall-Einrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird und Fig. 9B ist eine Schnittzeichnung dieser Einrichtung.

Fig. 10 ist eine Schnittzeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristallzelle zeigt, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Fig. 11A ist eine Ansicht einer Flüssigkristall-Einrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, und Fig. 11B ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 11A.

Die Fig. 12 und 13 sind Schnittzeichnungen, die jeweils eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristallzelle zeigen, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht einer Elektrodenanordnung einer optischen Modulationseinrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Die Fig. 15A bis 15D zeigen jeweils die Wellenformen von Spannungssignalen für die Ansteuerung einer optischen Modulationseinrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Die Fig. 16A bis 16D zeigen jeweils die Wellenformen der Spannung, die an die jeweiligen Bildelemente angelegt ist.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneter Flüssigkristall ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall, der Bistabilität aufweist. Flüssigkristalle mit chiraler smektischer C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) werden vorzugsweise eingesetzt.

Ferroelektrische Flüssigkristalle sind beschrieben beispielsweise in "Le Journal de Physique Letters" 36 (L-69) 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letters" 36 (11) 1980, "Submicro Second Bistable Electronic Switching in Liquid Crystals" und "Applied Physics" 16 (141) 1981, "Liquid Crystals". Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die in diesen Druckschriften beschriebenen ferroelektrischen Flüssigkristalle verwendet werden.

Beispiele für ferroelektrische Flüssigkristall-Verbindungen sind u. a. Decyloxybenzyliden-p′-amino-2-methylbutyl-cinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p′-amino-2-chlorpropyl-cinnamat (HOBACPC) und 4-o-(2-Methyl)-butyl-resorcyliden-4′-octylanilin (MBRA 8).

Wenn eine Flüssigkristall-Einrichtung unter Anwendung dieser Materialien aufgebaut wird, kann diese nötigenfalls durch einen Kupferblock oder einen anderen geeigneten Trägerkörper getragen werden, in den eine Heizeinrichtung eingebaut ist, damit die Temperatur gehalten wird und der Flüssigkristall die SmC*- oder SmH*-Phase annimmt.

Zusätzlich zu der vorstehend erwähnten SmC*- und SmH*-Phase sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die chirale smektische F-Phase (SmF*), I-Phase (SmI*), G-Phase (SmG*), K-Phase (SmK*) und J-Phase (SmJ*) anwendbar.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Flüssigkristallzelle zum Zwecke der Erläuterung des Betriebes eines ferroelektrischen Flüssigkristalls schematisch darstellt. Die Bezugszahlen 11 und 11 a bezeichnen Basisplatten (Glasplatten), die mit transparenten Elektroden in Form von Dünnschichten aus z. B. In₂O₃, SnO₂ oder ITO (Indium-Zinn-Oxid) beschichtet sind. Ein Flüssigkristall, der typischerweise in der SmC*- oder SmH*-Phase vorliegt, bei dem Flüssigkristallschichten 12 senkrecht zu den Oberflächen der Basisplatten ausgerichtet sind, ist zwischen den Basisplatten 11 und 11 a hermetisch abgedichtet angeordnet. Die ausgezogenen Linien 13 bezeichnen jeweils Flüssigkristallmoleküle. Diese Moleküle 13 haben Dipolmomente (P_⟂) 14, die senkrecht zu den Molekülen ausgerichtet sind. Wenn eine Spannung, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, zwischen den Elektroden auf den Basisplatten 11 und 11 a angelegt wird, werden die schraubenförmigen Strukturen der Flüssigkristallmoleküle 13 gelöst und entwunden. Dadurch kann die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle 13 so geändert werden, daß die Dipolmomente (P_⟂) 14 alle auf das angelegte elektrische Feld ausgerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 13 haben eine längliche Form und zeigen Brechungsindex-Anisotropie zwischen der langen und der kurzen Achse. Wenn daher z. B. Polarisatoren, die zueinander im Verhältnis gekreuzter Nicols stehen (d. h., deren Polarisationsachsen gekreuzt sind oder senkrecht zueinander stehen, auf der oberen und der unteren Seite der Glasoberflächen angeordnet werden, kann eine Flüssigkristall-Modulationseinrichtung geschaffen werden, deren optischen Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung ändern.

Die Dicke einer Flüssigkristallzelle, wie sie im Rahmen der Erfindung einer optischen Modulationseinrichtung vorzugsweise angewandt wird, kann ausreichend dünn (z. B. weniger als 10 µm) gemacht werden. Da demgemäß die Dicke der Flüssigkristallschichten gering ist, werden die schraubenförmigen Strukturen der Flüssigkristallmoleküle auch ohne Anlegung eines elektrischen Feldes wie in Fig. 2 gezeigt gelöst oder entwunden, wodurch die Flüssigkristallmoleküle veranlaßt werden, entweder ein Dipolmoment P in der oberen Richtung (24) oder ein Dipolmoment Pa in der unteren Richtung (24 a) zu haben. Wenn elektrische Felder E und Ea, deren Polaritäten voneinander verschieden und höher als ein bestimmter Schwellenwert sind, an die so mit Einrichtungen 21 und 21 a zur Anlegung eine Spannung versehene Zelle angelegt werden, ändern sich in Abhängigkeit von dem elektrischen Feldvektor des elektrischen Feldes E bzw. Ea die Dipolmomente in die obere (24) oder untere (24 a) Richtung. Auf Grund dieser Änderungen werden die Flüssigkristallmoleküle auf den ersten stabilen Zustand 23 oder den zweiten stabilen Zustand 23 a ausgerichtet.

Wie vorstehend erwähnt, bringt die Anwendung dieser ferroelektrischen Flüssigkristalle bei einer optischen Modulationseinrichtung zwei bedeutende Vorteile. Erstens ist die Ansprechgeschwindigkeit sehr schnell. Zweitens zeigen die Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf ihre Ausrichtung Bistabilität. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld E angelegt ist, sind die Flüssigkristallmoleküle auf den ersten stabilen Zustand 23 ausgerichtet. Dieser Zustand bleibt selbst dann stabil erhalten, wenn das anliegende elektrische Feld entfernt wird. Wenn andererseits das entgegengesetzte elektrische Feld Ea angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle unter Änderung ihrer Richtungen auf den zweiten stabilen Zustand 23 a ausgerichtet. Dieser Zustand bleibt ebenfalls stabil erhalten, wenn das anliegende elektrische Feld entfernt wird. Solange das gegebene elektrische Feld E nicht größer als ein bestimmter Schwellenwert ist, werden die Moleküle in den betreffenden Ausrichtungszuständen gehalten. Um eine so hohe Ansprechgeschwindigkeit und die Bistabilität wirksam zu realisieren, ist die Dicke der Zelle vorzugsweise so gering wie möglich.

Bei der Bildung einer Einrichtung mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall besteht das größte Problem darin, daß es schwierig ist, eine Zelle mit einer gleichförmigen Flüssigkristall- Monodomäne zu bilden, in der - wie vorstehend erwähnt - Schichten der SmC*- oder SmH*-Phase senkrecht zu den Oberflächen der Basisplatten und die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Basisplatten angeordnet sind.

Fig. 3A zeigt eine Teilansicht eines Beispiels einer Flüssigkristall-Einrichtung, das durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls erhalten wurde. Fig. 3B ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 3A. In jeder dieser Figuren wurde zur Erleichterung des Verständnisses des Zellenaufbaus keine genaue Meßstabverkleinerung vorgenommen. In den Figuren ist das Strukturbeispiel einer Zelle gezeigt, die eine Verschlußanordnung für einen Drucker ergibt. Die in den Figuren 3A und 3B gezeigte Zelle 100 umfaßt zwei Basisplatten 101 und 101 a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein Distanzstück (nicht dargestellt) so gehalten werden, daß ein bestimmter Spalt verbleibt. Diese Basisplatten sind miteinander durch einen Klebstoff 106 verbunden, so daß sich der Aufbau einer Zelle ergibt. Auf der Basisplatte 101 sind mehrere transparente Elektroden 102 angeordnet, die eine Elektrodengruppe bilden (beispielsweise eine zum Anlegen einer Abtastspannung dienende Abtastelektrodengruppe einer Matrixelektrodenanordnung). Die Elektroden der Gruppe sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet. Auf der Basisplatte 101 a sind mehrere transparente Elektroden 102 a ausgebildet, die sich mit den vorstehend erwähnten transparenten Elektroden 102 kreuzen und eine andere Gruppe von Elektroden bilden (z. B. eine zum Anlegen einer Signalspannung dienende Signalelektrodengruppe einer Matrixelektrodenanordnung). Die Elektroden dieser Gruppe sind in Segmenten ausgebildet, die versetzt und durch Leitungen 107 a verbunden sind. Die transparenten Elektroden 102 und 102 a sind an Leitungen 107 bzw. 107 b angeschlossen. Signale von einer äußeren Schaltung werden an die Anschlüsse der betreffenden Leitungen 107 bzw. 107 b angelegt.

Auf den Basisplatten 101 und 101 a kann eine Isolierschicht (nicht dargestellt) aus z. B. Siliciummonoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkonium, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz gebildet werden. Eine solche Isolierschicht bringt zusätzlich den Vorteil, daß die Entstehung eines unerwünschten Stroms infolge einer geringen Verunreinigungsmenge in der Flüssigkristallschicht 103 verhindert wird, so daß sich der Flüssigkristall auch nach wiederholtem Betrieb nicht verschlechtert.

Die in diesem Beispiel gezeigte Zellenstruktur umfaßt die vorstehend erwähnte Schicht 103 des Flüssigkristalls, der in einem spezifischen Temperaturbereich Ferroelektrizität zeigt, ein Keimbildungselement 104 und ein Wärmeerzeugungselement 105, wie z. B. eine Heizeinrichtung.

Das Keimbildungselement 104 wird streifenförmig ausgebildet, indem man zunächst eine Schicht aus einem Harz, wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, oder aus einer anorganischen Verbindung, wie z. B. SiO, SiO₂ oder TiO₂, bildet und die Schicht einem gewöhnlichen fotolithografischen Verfahren unterzieht. Das Keimbildungselement 104 kann aus dem gleichen Material wie die Basisplatte 101 oder 101 a bestehen.

Das Wärmeerzeugungselement 105 ist zweckmäßigerweise ein Schichtwiderstand, z. B. einer aus Indiumoxid, Zinnoxid oder ITO (Indium-Zinn-Oxid).

Wenn die Flüssigkristallzelle 100 zwischen Polarisatoren 108 und 108 a, die auf beiden Seiten der Basisplatten 101 und 101 a in der Lage gekreuzter oder paralleler Nicols angeordnet sind, eingesetzt wird und zwischen den Elektroden 102 und 102 a Spannungen angelegt werden, wird eine optische Modulationsfunktion erreicht.

Es wird ein spezifisches Beispiel einer in den Fig. 3A und 3B dargestellten Flüssigkristallzelle 100 erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jeder transparenten Elektroden 102 für eine Gruppe von streifenförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 µm, während jede der transparenten Elektroden 102 a, die eine Gruppe von Signalelektroden ergeben, ein Bildelement mit dem Abmessungen 62,5 mm × 62,5 µm bildet. Das Wärmeerzeugungselement 105 umfaßt eine ITO-Schicht mit einer mittleren Breite von 0,6 mm und einer Dicke von 100,0 nm, während die Dicke der Flüssigkristallschicht 103 vorzugsweise bei etwa 2 µm gehalten wird.

Die Flüssigkristallzelle 100 ist in einem Heizgehäuse (nicht dargestellt) enthalten und zwischen zwei Polarisatoren 108 und 108 a angeordnet, deren Polarisationsrichtungen sich rechtwinklig kreuzen. Diese Kombination kann als Flüssigkristall-Verschlußanordnung für einen elektrofotografischen Drucker dienen. In diesem Fall entspricht der Pfeil B in Fig. 3A der Drehrichtung einer fotoleitfähigen Walze für die Elektrofotografie.

Bei einem spezifischen Beispiel wurde das Keimbildungselement 104 wie folgt gebildet. Eine Polyimid bildende Lösung ("PIQ", hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K. K., Gehalt an nichtflüchtiger Substanz 14,5 Masse-%) wird in 10 s mit einem mit 3000 min^-1 rotierenden Schleuderbeschichter auf die Basisplatte 101 aufgetragen und danach 20 min lang bei 120°C erhitzt, so daß sich eine Schicht mit einer Dicke von 2 µm bildet. Dann wird auf die Schicht durch Schleuderbeschichtung eine Lösung eines positiven Resists ("AZ 1350", hergestellt von Shipley Company, Ltd) aufgetragen und vorgebrannt. Die Resistschicht wird durch eine streifenförmige Maske mit einer Maskierungsbreite von 0,5 mm belichtet. Dann wird durch Entwicklung des Resists mit einem Tetramethylammoniumhydroxid enthaltenden Entwickler ("MF 312") die Resistschicht an den belichteten Stellen und die darunter befindliche Polyimidschicht unter Bildung durchgehender Löcher geätzt. Die so behandelte Basisplatte wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, und danach wird die Resistschicht mit Methylethylketon an den nicht belichteten Stellen entfernt. Danach wird die Polyimidschicht dadurch gehärtet, daß man 60 min lang auf 200°C und 20 min lang auf 350°C erhitzt und so ein Keimbildungselement aus Polyimid (PIQ) bildet.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 103 unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B und ein Beispiel näher erläutert, in dem die bei bestimmten Temperaturen ferroelektrische Flüssigkristall-Verbindung DOBAMBC eingesetzt wird.

Eine Flüssigkristallzelle 100, die hermetisch abgedichtetes DOBAMBC enthält, wird in ein Heizgehäuse (nicht dargestellt) eingesetzt, so daß die gesamte Zelle erhitzt werden kann. Die Temperatur des Heizgehäuses wird so eingestellt, daß die mittlere Temperatur der Zelle beispielsweise 90°C beträgt. Dabei nimmt dasDOBAMBC die Flüssigkristallphase SmC* oder SmA* an. Dann wird ein elektrischer Strom durch das Wärmeerzeugungselements 105 geleitet und allmählich gesteigert, wobei der in großer Nähe des Wärmeerzeugungselements 105 befindliche Teil des Flüssigkristalls die Umwandlungstemperatur von etwa 118°C von SmA zur isotropen Phase überschreitet und in die isotrope Phase, d. h., den flüssigen Zustand, umgewandelt wird. Bei weiterer Zunahme des elektrischen Stroms vergrößert sich der isotrope Bereich allmählich, wobei seine Phasengrenze im wesentlichen parallel zum Wärmeerzeugungselement bleibt, bis die gesamte Flüssigkristallschicht 103 die isotrope Phase angenommen hat.

In diesem Zustand ist die Temperatur in Längsrichtung (C-Richtung in Fig. 3A) des Flüssigkristalls gleichförmig, und es besteht ein Temperaturgradient in der Querrichtung (B-Richtung in Fig. 3B), so daß die Temperatur von dem Keimbildungselement 104 zu dem Wärmeerzeugungselement 105 allmählich zunimmt. Beispielsweise bildet sich ein solcher Temperaturgradient in der Weise, daß die Temperatur an der Seitenwand 104 a des Keimbildungselements 104 etwa 120°C und die Temperatur in der Nachbarschaft des um etwa 1,5 mm davon entfernten Wärmeerzeugungselements 105 etwa 140°C beträgt.

Dann wird ausgehend von den Bedingungen, bei denen die Zelle 100 den vorstehend erwähnten Temperaturgradienten hat, die Temperatur des die Zelle 100 enthaltenden Gehäuses allmählich von 90°C mit einer Geschwindigkeit von z. B. 10°C/h verringert. Dadurch erniedrigt sich die Temperatur in der Nachbarschaft der Seitenwand 104 a des Keimbildungselements 104 zuerst unter die Umwandlungstemperatur von etwa 116°C von der isotropen Phasen in die SmA-Phase, und es wird ein Keim der SmA-Phase in diesem Bereich gebildet (Fig. 3B). Da in diesem Fall die Seitenwand 104 a des Keimbildungselements und die Fläche 109 der Basisplatte 101 die Funktion der horizontalen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle haben, wird bei Bildung der SmA-Phase an der Seitenwand 104 a eine solche Stellkraft auf die Molekülachsen des Flüssigkristalls ausgeübt, daß die Achsen parallel sowohl zu der Fläche 109 der Basisplatte 101 als auch zur Längsrichtung der Seitenwand 104 a ausgerichtet werden. Dadurch bildet der entstehenden Keim des SmA eine Monodomäne, die in Bezug auf die Seitenwand 104 a und die Fläche 109 der Basisplatte 101 horizontal ausgerichtet ist. Bei weiterem Absinken der Temperatur des Gehäuses erfährt ein Teil der isotropen Phase in der Nachbarschaft der Phasengrenze zwischen der bereits gebildeten SmA-Phase und der isotropen Phase eine Umwandlung in die SmA-Phase, deren Ausrichtung oder Orientierungsrichtung parallel zu der der bereits gebildeten SmA-Phase ist. Als Folge breitet sich bei fortgesetzter Temperaturerniedrigung mit einem Temperaturgradienten der Monodomänenbereich der SmA-Phase kontinuierlich aus. Dabei ist die Wachstums- oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phasengrenze zwischen dem Monodomänenbereich und dem Bereich der isotropen Phase in der Längsrichtung der Flüssigkristallzelle 100 (C-Richtung in Fig. 3A) vorzugsweise gleichförmig. Wenn das Gehäuse auf eine Temperatur in der Nähe von z. B. 70°C abgekühlt ist, ist im wesentlichen die gesamte Flüssigkristallschicht mit Ausnahme des in großer Nähe des Wärmeerzeugungselements 105 befindlichen Teils in die SmA-Phase umgewandelt.

Dann wird der dem Wärmeerzeugungselement zugeführte elektrische Strom allmählich verringert, um den Temperaturgradienten aufzuheben. Dadurch wird die Temperatur der gesamten Flüssigkristallzelle 100 gleichmäßig 70°C, und der Flüssigkristall wird in SmC* umgewandelt. Während die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft des Wärmeerzeugungselements 105 manchmal eine wahllose Ausrichtung annehmen können, wird in dem Bereich, wo die Elektroden 102 und 102 a angeordnet sind, eine gleichmäßige Monodomäne erhalten.

Es ist bei dem vorstehend erwähnten Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung wichtig, daß die Temperatur in der Richtung C gleichförmig ist, während in Richtung B in Fig. 3A ein möglichst großer Temperaturgradient besteht. Dieser Punkt wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4D erläutert.

Fig. 4A ist eine Ansicht, die die Stufe des Wachstums der SmA-Phase während der allmählichen Temperaturabsenkung zwecks Entwicklung der SmA-Phase in einer Zelle schematisch darstellt, in der ein streifenförmiges Wärmeerzeugungselement 105 entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet ist. In Fig. 4A bezeichnet die Bezugszahl 201 die Phasengrenze zwischen der SmA-Phase und der isotropen Phase. Wenn das Wärmeerzeugungselement 105 wie in Fig. 4A gezeigt eine gerade Streifenform von gleichmäßiger Breite hat, ist die Temperatur in der Zelle 100 in ihrer Längsrichtung in einem Endbereich E niedriger als in einem mittleren Bereich D, wenn nicht in dem die Zelle umgebenden Gehäuse (nicht dargestellt) besondere Vorkehrungen getroffen werden. Daher wandert die Phasengrenze 201 in der Umgebung des mittleren Bereichs D im wesentlichen parallel zur Seitenwand 104 a des Keimbildungselements 104, während sie - wie dargestellt - in dem Endbereich E mit einer Neigung wandert. Die Molekülausrichtungen des Flüssigkristalls in dem Endbereich E und in dem mittleren Bereich D sind in den Fig. 4B bzw. 4C gezeigt.

Nach Fig. 4B umfaßt die SmA-Phase 202 Flüssigkristallmoleküle mit einer Längsachse 202 A in dem Endbereich E. Aus der gleichen Figur ist ersichtlich, daß bei einer Neigung der Phasengrenze 201 in Bezug auf die Seitenwand 104 a unter einem großen Winkel (R₁) die Flüssigkristallmoleküle nicht parallel, sondern unter einem Neigungswinkel R₂ ( R₂≈R₁) zur Seitenwand 104 a ausgerichtet sind. Dies ist der Tendenz zuzuschreiben, daß Flüssigkristallmoleküle 202 in der zur Wachstumsrichtung der SmA-Phase senkrechten Richtung ausgerichtet sind. In dem Bereich, wo sich der Neigungswinkel R₁ der Phasengrenze 201 abrupt ändert, können die Flüssigkristallmoleküle nicht völlig ausgerichtet sein, sondern sie sind in zwei getrennte Domänen geteilt, in denen die Molekülausrichtungen voneinander verschieden sind und zwischen denen eine Defektlinie auftritt, wie sie durch die Bezugszahl 204 dargestellt ist. Andererseits weist entsprechend der Darstellung in Fig. 4C die SmA-Phase 202 in dem mittleren Bereich D nur Flüssigkristallmoleküle auf, deren Achsen 202 a parallel zur Phasengrenze 201 und zur Seitenwand 104 a verlaufen, so daß eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Fig. 4D zeigt eine gemäß der Erfindung verbesserte Ausbildung des Wärmeerzeugungselements 105 zur Überwindung des vorstehend beschriebenen Problems. Wie in der Figur dargestellt, hat das streifenförmige Wärmeerzeugungselement 105 Enden mit kleinerer Breite, die einen größeren Widerstand aufweisen und daher örtlich höhere Wärmemengen erzeugen, so daß die Temperatur der Flüssigkristallzelle 100 in der Längsrichtung gleichmäßig ist. Daher verläuft die Phasengrenze 201 zwischen der SmA-Phase 202 und der isotropen Phase 203 parallel zur Seitenwand 104 a, und es wird eine vollkommen gleichmäßige Monodomäne gebildet.

Die Ausrichtung kann in der vorstehend beschriebenen Weise zuendegeführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle in Bezug auf die Schalteigenschaften als optische Flüssigkristall-Modulations­ einrichtung geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den Elektroden 102 und 102 a anlegt. Diese Erscheinungen können auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtungsbehandlung gelieferten Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Um diese Schwierigkeit wirksam zu beseitigen, steigert man einmal nach der Ausrichtung die Temperatur des Gehäuses, um den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase umzuwandeln, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, um die SmC*-Phase zurückzubilden, wodurch die vorstehend erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation zum Verschwinden gebracht wird.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Wärmeerzeugungselements zur Beseitigung der Schwierigkeit während der Bildung des Temperaturgradienten bei dem Ausrichtungsverfahren, die darin besteht, daß die Temperatur der Flüssigkristallzelle in den Endbereichen niedriger ist als in den mittleren Bereichen. Das Wärmeerzeugungselement hat zusätzlich verlängerte Teile 301 und 302 für die Erhitzung der Endbereiche der Flüssigkristallzelle 100, wodurch der Temperaturabfall in den Endbereichen kompensiert wird. So wird durch Anordnung der Wärmeerzeugungselemente 105, 301 und 302 längs des Umfangs der Flüssigkristallzelle eine gleichmäßige Monodomäne der SmA-Phase gebildet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der auf der Rückseite der Basisplatte 101 ein zusätzliches Wärmeerzeugungselement 105 a vorgesehen ist. Das Wärmeerzeugungselement 105 a dient dazu, die gesamte Zelle 100 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Wärmeerzeugungselement 105 für die erneute Ausrichtung der Flüssigkristallschicht durch die beschriebenen Schritte angewandt, wenn irgendeine Unregelmäßigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristalls Schwierigkeiten während der tatsächlichen Anwendung als optische Modulationseinrichtung bewirkt. Es ist möglich, daß ein solches Wärmeerzeugungselement 105 a auch auf der Rückseite der Basisplatte 101 a vorgesehen wird. Nach dieser Ausführungsform wird die in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschalten des Wärmeerzeugungselements 105 a in der gesamten Flüssigkristallzelle einmal in die SmA-Phase umgewandelt und allmählich unter Rückbildung der SmC*-Phase abgekühlt, wodurch erneut eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Bei der Herstellung der Flüssigkristall-Einrichtung kann ein Distanzstück dazu dienen, die Dicke der Flüssigkristallschicht auf einen bestimmten Wert einzustellen. Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung mit einem solchen Distanzstück. Die in Fig. 7 gezeigte Flüssigkristall-Einrichtung umfaßt eine Basisplatte 101 mit eine Muster transparenter Elektroden 102, eine der Basisplatte 101 gegenüberliegend angeordnete Basisplatte 101 a und zwischen den Basisplatten 101 und 101 a ausgebildete Distanzstücke 113, wodurch die Dicke der dazwischenliegenden Flüssigkristallschicht 103 ständig konstant gehalten wird. Die Distanzstücke 113 können so hergestellt werden, daß man auf einer oder auf beiden Basisplatten eine Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material in bestimmter Dicke ausbildet und fotolithografische Verfahren anwendet, um die in der Figur gezeigten Strukturen zurückzulassen.

Wenn bei der Herstellung der Flüssigkristall-Einrichtung eine isotropische DOBAMBC-Phase durch das Wärmeerzeugungselement 105 mit einem Temperaturgradienten versehen und unter Einhaltung dieses Temperaturgradienten abgekühlt wird, wächst eine Monodomäne der SmA-Phase von der Seitenwand 104 a des Keimbildungselements 104 zu einer Seitenwand 113 a des Distanzstücks 113, und es wächst auch eine Monodomäne der SmA-Phase von der anderen Seitenwand 113 b des Distanzstücks 113, die wie die vorstehend erwähnte Seitenwand 104 a die Keimbildung des Flüssigkristalls bewirkt. Mehrere streifenförmige Distanzstücke 113 können zugleich mit der Bildung des Keimbildungselements 104 und aus dem gleichen Material wie dieses gebildet werden.

Fig. 8A zeigt in einer Teilansicht ähnlich wie Fig. 3A ein anderes Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung erhalten wurde, und Fig. 8B ist ein Schnitt ähnlich dem der Fig. 3B entlang der Linie A-A der Fig. 8A.

Eine in den Fig. 8A und 8B gezeigte Zelle 400 umfaßt zwei Basisplatten 401 und 401 a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein (nicht dargestelltes) Distanzstück unter Belassung eines bestimmten Spaltes gehalten werden. Diese Basisplatten sind mit einem Klebstoff 406 miteinander verbunden, so daß sich eine Zellenstruktur ergibt. Auf der einen Basisplatte 401 sind mehrere transparente Elektroden 402 angeordnet. Diese bilden eine Gruppe und sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet. Auf der Basisplatte 401 a sind mehrere transparente Elektroden 402 a ausgebildet, die sich mit den transparenten Elektroden 402 kreuzen. Die Elektroden 402 a bilden eine andere Gruppe von Elektroden, die in Form von versetzt angeordneten Segmenten ausgebildet und durch Leitungen 407 a verbunden sind. Die transparenten Elektroden 402 und 402 a sind an die Leitungen 407 bzw. 407 b angeschlossen. Signale von einer äußeren Schaltung werden an die Anschlüsse der Leitungen 407 bzw. 407 b angelegt.

Die Basisplatten 401 und 401 a sind ähnlich den Basisplatten 101 und 101 a ausgebildet, die unter Bezugnahme auf Fig. 3A erläutert wurden. Desgleichen kann auf den Basisplatten 401 und 401 a eine ähnliche Isolierschicht ausgebildet sein.

Der in diesem Beispiel gezeigte Zellenaufbau umfaßt die vorstehend erwähnte Schicht des Flüssigkristalls 403, der in einem spezifischen Temperaturbereich ferroelektrisch ist, ein Keimbildungselement 404 und ein Wärmeerzeugungselement 405, wie etwa eine Heizeinrichtung.

Die Seitenwand 404 a des Keimbildungselements 404 hat die Funktion, die Flüssigkristallmoleküle monoaxial auszurichten, und kann aus einer Seite einer zugeschnittenen Folie eines Materials, wie Polyester oder Polyimid, bestehen, das durch das Zuschneiden der Folie mit einer Metallklinge einer Reibungswirkung ausgesetzt worden ist. In einem anderen Beispiel kann das Keimbildungselement 404 in der Weise gebildet werden, daß man zuerst eine Folie eines Harzes, wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, bildet und dann die Folie mit z. B. einem schrägen Ionenstrahl ätzt, um ihr die monoaxial ausrichtende Wirkung zu verleihen. Alternativ kann das Keimbildungselement 404 als Dünnschichtmuster aus anorganischem Material, wie z. B. SiO und SiO₂, durch Schrägabscheidung aus der Dampfphase gebildet werden.

Bei einer bevorzugten, in den Fig. 9A und 9B gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Keimbildungselement 404 in einem Zellenaufbau ausgebildet, die zugleich als Distanzstücke dienen. Die in den Fig. 9A und 9B gezeigte Flüssigkristallzelle 400 hat eine Basisplatte 401 aus z. B. Glas oder Kunststoff, auf der durch Ätzung mehrere Elektroden (z. B. Abtastelektroden) in einem bestimmten Muster ausgebildet sind. Auf den Elektroden 402 ist eine Isolierschicht 409 und auf der Isolierschicht 409 sind mehrere Keimbildungselemente 404 ausgebildet. In diesem Fall besteht das Keimbildungselement 404 vorzugsweise aus einem Material, das eine geringe Härte als die Isolierschicht 409 hat. Insbesondere können die Keimbildungselemente 404 streifenförmig in der Weise gebildet werden, daß man zuerst eine Schicht aus einem Harz wie z. B. aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, oder aus einem funktionellen Harz, wie einem lichtempfindlichen Polyimid, lichtempfindlichen Polyamid, cyclischem kautschuckartigen Fotoresist des Phenol-Novolack-Typs oder Elektronenstrahl- Resist, wie Polymethylmethacylat und epoxidiertem 1,4- Polybutadien, oder aus einer anorganischen Verbindung, wie SiO, SiO₂ oder TiO₂, bildet und die Schicht dann einem gewöhnlichen fotolithographischen Verfahren unterzieht.

Die Isolierschicht 409 wird aus Materialien ausgewählt, die das Auftreten von in die Schicht des bistabilen Flüssigkristalls 403 einfließenden elektrischen Strömen verhindern können und eine größere Härte als die vorstehend erwähnten Keimbildungselemente 404 haben. Beispielsweise kann die Isolierschicht 409 unter Verwendung von Verbindungen gebildet werden, die man z. B. aus Siliciumnitrid, Wasserstoff enthaltendem Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Wasserstoff enthaltendem Siliciumcarbid, Bornitrid, Wasserstoff enthaltendem Bornitrid, Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonium und Magnesiumfluorid auswählt. Die Isolierschicht 409 kann auch den Vorteil haben, daß sie das Auftreten elektrischer Ströme verhindert, die z. B. infolge einer kleinen Menge von in der Flüssigkristallschicht 403 enthaltenen Verunreinigungen entstehen. Die Isolierschicht 409 schützt demgemäß die Flüssigkristallverbindung selbst bei Dauerbetrieb der Einrichtung vor einem Qualtitätsabfall. Die Dicke der Isolierschicht 409 liegt gewöhnlich in einem Bereich von 5,0 nm bis 5 µm, vorzugsweise in dem Bereich von 50,0 nm bis 500,0 nm; sie hängt jedoch von der Fähigkeit des verwendeten Materials, den Elektroneneinfall zu verhindern, sowie von der Dicke der Flüssigkristallschicht 403 ab. Die Dicke der Flüssigkristallschicht bestimmt sich nach der Höhe der Keimbildungselemente 404 und liegt gewöhnlich in dem Bereich von 0,2 µm bis 200 µm, vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 µm bis 10 µm, obgleich sie etwas abhängt von der Leichtigkeit der Ausrichtung des verwendeten Flüssigkristalls und der für die Einrichtung erforderlichen Ansprechgeschwindigkeit. Die Breite der Keimbildungselemente 404 liegt gewöhnlich in dem Bereich von 0,5 µm bis 50 µm, vorzugsweise 1 µm bis 20 µm. Der Abstand zwischen benachbarten Keimbildungselementen 404 liegt gewöhnlich in einem Bereich von 10 µm bis 2 mm, vorzugsweise in dem Bereich von 50 µm bis 700 µm, da bei zu großem Abstand die gleichförmige Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verhindert wird und bei zu kleinem Abstand dagegen die wirksame Fläche der optischen Flüssigkristall- Einrichtung verringert wird.

Die Reibungsbehandlung auf der Basisplatte 401 mit den Keimbildungselementen 404 und der Isolierschicht 409 erfolgt beispielsweise längs der Streifenzeilen der Keimbildungselemente 404 mit Hilfe von z. B. Samt, Tuch oder Papier. Diese Reibungsbehandlung schafft einen Wandeffekt, durch den der Flüssigkristall vorzugsweise in einer Richtung in Bezug auf die Seitenwände 404 a und 404 b aller Keimbildungselemente 404 ausgerichtet wird. Demgemäß schaffen die so geriebenen Seitenwände 404 a und 404 b den Wandeffekt zur Ausrichtung des Flüssigkristalls. In diesem Beispiel wird der bistabile Flüssigkristall 403 in Berührung mit den Seitenwänden 404 a und 404 b in einer zur Basisplatte 401 parallelen oder im wesentlichen parallelen Richtung horizontal, d. h., in der Reibungsrichtung ("homogene Ausrichtung"), ausgerichtet, da die Isolierschicht 409 keinen oder nur einen schwachen Wandeffekt zur bevorzugten Ausrichtung des Flüssigkristalls hat.

Wie vorstehend angegeben, wird die Isolierschicht 409 aus einem Material hergestellt, das man unter Werkstoffen auswählt, die eine größere Härte haben als die Keimbildungselemente 404. Selbst wenn demgemäß die Isolierschicht 409 reibungsbehandelt ist, hat ihre Oberfläche keine Vorzugsrichtung zur Ausrichtung des mit ihr in Kontakt befindlichen Flüssigkristalls in einen dritten metastabilen oder hochstabilen Zustand, in dem eine Ausrichtung in einer Richtung vorliegt.

Bei einer spezifischen Ausführungsform der Praxis wurden die Keimbildungselemente 404 in folgender Weise hergestellt.

Eine Dünnschicht aus Wasserstoff enthaltendem Siliciumcarbid (SiC : H) wurde auf einer Glas-Basisplatte gebildet, auf der - wie oben vorstehend angegeben - streifenförmige Elektrodenmuster aus ITO (Indium- Zinn-Oxid) durch das Plasma-CVD-Verfahren (CVD=Chemisches Aufdampfen) gebildet worden waren. Die Glas-Basisplatte mit dem Elektrodenmuster wurde auf der Anodenseite einer Plasma-CVD-Einrichtung mit parallelen Elektrodenplatten angeordnet. Das System wurde evakuiert, und die Glasplatte wurde auf 200°C erhitzt. Dann wurden SiH₄-Gas und CH-Gas so gesteuert in den Reaktionsbehälter eingeführt, daß ihre Strömungsgeschwindigkeit 10 Norm-cm³/min bzw. 300 Norm-cm³/min betrug. Der Gasdruck betrug etwa 26,7 Pa. Dann wurde eine Hochfrequenz-Stromquelle von 13,56 MHz eingeschaltet, um an die Kathodenseite der Parallelplatten-Elektroden eine Spannung anzulegen, wodurch eine Glimmentladung erzeugt wurde und die Reaktion begann. Nachdem die Reaktion etwa 10 min lang vonstatten gegangen war, hatte sich eine Dünnschicht aus SiC : H mit einer Dicke von etwa 200,0 nm auf der Basisplatte gebildet.

Dann wurde eine Polyimid bildende Lösung (PIQ, hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo, K.K.; Gehalt an nichtflüchtiger Substanz 14,5 Masse-%) auf die Dünnschicht aus SiC : H mit einem mit 3000 min^-1 rotierenden Schleuderbeschichter 10 s lang aufgetragen und dann 30 min lang bei 120°C erhitzt, wobei eine Schicht mit einer Dicke von 2 µm gebildet wurde.

Dann wurde die Lösung eines positiven Resists ("AZ 1350" hergestellt von Shipley Company, Ltd.) durch Schleuderbeschichtung auf die gebildete Schicht aufgetragen und vorgebrannt. Die Resistschicht wurde durch eine Maske belichtet. Dann wurden der belichtete Teil der Resistschicht und die darunter befindliche Polyimidschicht unter Bildung von Durchgangslöchern durch Entwicklung des Resists mit einem Tetramethylammoniumhydroxid enthaltenden Entwickler ("MF 102") geätzt. Nachdem die so behandelte Basisplatte gewaschen und getrocknet worden war, wurden die nicht belichteten Teile der Resistschicht mit Methylethylketon entfernt. Danach wurde die Polyimidschicht durch 60 minütiges Erhitzen bei 200°C und 30 minütiges Erhitzen bei 350°C gehärtet, so daß die Keimbildungselemente aus PIQ (Polyimid) gebildet wurden.

Dann wurde die Basisplatte mit einem Tuch in der Richtung gerieben, in der die streifenförmigen Keimbildungselemente angeordnet sind, und dann nacheinander mit Wasser und Aceton gewaschen. Nach dem Trocknen wurde die Basisplatte in eine 1%ige wäßrige Lösung eines Silan-Haftmittels ("KBM 403" von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) eingetaucht, wieder herausgezogen und unter Bildung einer Elektrodenplatte mit Wärme getrocknet.

Wie in den Fig. 9A und 9B gezeigt ist, ist auf der Basisplatte 401 a mit den Elektroden 402 a eine Isolierschicht 409 a aus einem Werkstoff gebildet, der aus den vorstehend erwähnten Harzen oder aus anorganischen Verbindungen ausgewählt ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Keimbildungselement durch in hohem Maße monoaxial ausgerichtete Fasern gebildet werden, die man durch Verspinnen eines polymeren Flüssigkristalls, wie z. B. einer anisotropen Polymerlösung (rheotropischer Flüssigkristall) oder einer anisotropen Polymerschmelze (thermotroper Flüssigkristall), zu einer Faser erhält. Als polymerer Flüssigkristall für diesen Zweck sind die Flüssigkristalle mit einer nematischen oder smektischen Phase geeignet. Das so hergestellte Keimbildungselement 404 ist in einem in hohem Maße ausgerichteten Zustand. Die Ausrichtung eines bistabilen Flüssigkristalls, der die Seitenwände 404 a und 404 b berührt, kann unter Bildung einer stabilen Domäne gesteuert werden.

Zu typischen Beispielen für aus einem polymeren Flüssigkristall gebildete, in hohem Maße Fasern gehören Fasern, die man durch Verspinnen einer schwefelsauren Lösung von Poly-p-phenylenterephthalamid und einer Dimethylacetamid-Lösung von Poly-p-benzamid in den Flüssigkristall-Zustand erhält. Andere Beispiele hochorientierter Fasern sind solche, die man aus polymeren Flüssigkristallen erhält, wie z. B. einer Flüssigkristall-Lösung von Polyamidhydrazid und Polyhydrazid in Schwefelsäure, Fluoroschwefelsäure oder einem Gemisch dieser Säuren, einer Flüssigkristall-Lösung von Poly- p-phenylenbenzobisoxazol und Poly-p-phenylenbenzobisthiazol in Polyphosphorsäure oder Methylsulfonsäure, einer flüssigkristallinen, geschmolzenen Flüssigkeit eines Polyesters der p-Hydroxybenzoesäure, 1,2-Bis(p-carboxyphenoxy)ethan, Terephthalsäure und substituiertem oder unsubstituiertem Hydrochinon, einer flüssigkristallinen geschmolzenen Flüssigkeit aus einem Polyester der p-Hydroxybenzoesäure, 1,2-Bis(p-carboxy)ethan, Terephthalsäure und Bisphenol-A oder Bisphenol-A-diacetat, sowie einer flüssigkristallinen geschmolzenen Flüssigkeit eines Polyesters, der durch die folgende Formel (1) oder (2) dargestellt wird:

worin n in dem Bereich von 2 bis 11 liegt.

Wenn die hoch-orientierte Faser als Keimbildungselement 404 dient, wird der die ausgerichtete Faseroberfläche berührende Flüssigkristall längs der Ausrichtungsrichtung der Faser ausgerichtet.

Das Wärmeerzeugungselement 405 ist zweckmäßigerweise ein Schichtwiderstand, etwa ein solcher aus Indiumoxid, Zinnoxid oder ITO.

Wenn die Flüssigkristallzelle 400 sandwichartig zwischen Polarisatoren 408 und 408 a, die sich beiderseitig der Basisplatten 401, 401 a in gekreuzter oder paralleler Nicolanordnung befinden, liegt und an die Elektroden 402 und 402 a Spannungen angelegt werden, erhält man eine praktische Modulationsfunktion.

Es wird ein Beispiel der in den Fig. 8A und 8B gezeigten Flüssigkristallzelle 400 eingehender erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jede transparente Elektrode 402 einer Gruppe von streifenförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 µm, während die transparenten Elektroden 402 a eine Gruppe von Signalelektroden ergeben, von denen jede ein Bildelement mit den Abmessungen 62,5 µm × 62,5 µm bildet. Das Wärmeerzeugungselement 405 ist eine ITO-Schicht von 0,6 mm mittlerer Breite und 100,0 nm Dicke, während die Dicke der Flüssigkristallschicht 403 vorzugsweise bei 2 µm gehalten wird.

Die Flüssigkristallzelle 400 ist in einem Heizgehäuse (nicht dargestellt) angeordnet und zwischen zwei Polarisatoren 408 und 408 a untergebracht, deren Polarisationsrichtungen sich rechtwinklig kreuzen. Diese Kombination kann als Flüssigkristall- Verschlußanordnung für einen elektrofotografischen Drucker dienen. In diesem Fall entspricht der Pfeil B in Fig. 8A der Drehrichtung einer fotoleitfähigen Walze für die Elektrofotografie.

Das Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 403 unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 8B und ein Beispiel, bei dem die bei bestimmten Temperaturen ferroelektrische Flüssigkristall-Verbindung DOBAMBC verwendet wird, entsprechen vollständig dem Verfahren und dem Beispiel, die unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B erläutert wurden.

Wenn die in Fig. 9A dargestellte Flüssigkristall- Einrichtung mit einem Temparaturgradienten versehen und unter Einhaltung des Temperaturgradienten einer Temperaturabsenkung unterzogen wird, wächst eine Domäne der SmA-Phase von der Seitenwand 404 a des ganz links befindlichen Keimbildungselements 404 zu der anderen Seitenwand 404 b des nächsten Keimbildungselements 404, und es wächst auch eine SmA-Domäne von der anderen Seitenwand 404 a des vorstehend erwähnten nächsten Keimbildungselements in die Richtung nach rechts der Fig. 9B.

Es ist bei dem vorstehend erwähnten Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung wichtig, daß die Temperatur in Richtung C gleichförmig ist, während in Richtung B (Fig. 8A) ein möglichst großer Temperaturgradient vorliegend soll. Dieser Punkt muß nicht näher erläutert werden, da er sinngemäß bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4D abgehandelt wurde.

Die Ausrichtung kann in der vorstehend beschriebenen Weise zuendegeführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle in Bezug auf die Schalteigenschaften als optische Flüssigkristall-Modulationseinrichtung geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den Elektroden 102 und 102 a anlegt. Diese Erscheinungen können auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtungsbehandlung gelieferten Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Um diese Schwierigkeiten wirksam zu beseitigen, steigert man einmal nach der Ausrichtung die Temperatur des Gehäuses, um den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase umzuwandeln, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, um die SmC*-Phase zurückzubilden, wodurch die vorstehend erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation aufgehoben wird.

Eine andere Ausgestaltung des Wärmeerzeugungselements der Ausführungsformen gemäß Fig. 8 und 9 entspricht der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der auf der Rückseite der Basisplatte 401 ein zusätzliches Wärmeerzeugungselement 405 a vorgesehen ist. Das Wärmeerzeugungselement 405 a dient dazu, die gesamte Zelle 400 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Wärmeerzeugungselement 405 für die erneute Ausrichtung der Flüssigkristallschicht durch die beschriebenen Schritte angewandt, wenn irgendeine Unregelmäßigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristalls Schwierigkeiten während der tatsächlichen Anwendung optische Modulationseinrichtung zur Folge hat. Es ist möglich, daß ein solches Wärmeerzeugungselement 405 a auch auf der Rückseite der Basisplatte 401 a vorgesehen wird. Nach dieser Ausführungsform wird die in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschaltung des Wärmeerzeugungselements 405 a in der gesamten Flüssigkristallzelle einmal in die SmA-Phase ungewandelt und allmählich unter Rückbildung der SmC*-Phase abgekühlt, wodurch erneut eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Fig. 11A zeigt in einer Teilansicht ähnlich wie Fig. 3A ein anderes Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung, durch die das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung erhalten wurde, und Fig. 11B ist ein Schnitt ähnlich dem der Fig. 3B entlang der Linie A-A der Fig. 11A.

Eine in den Fig. 11A und 11B gezeigte Zelle 700 umfaßt zwei Basisplatten 701 und 701 a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein (nicht dargestelltes) Distanzstück unter Belassung eines bestimmten Spalts gehalten werden. Diese Basisplatten sind mit einem Klebstoff 706 miteinander verbunden, so daß sich eine Zellenstruktur ergibt. Auf der einen Basisplatte 701 sind mehrere transparente Elektroden 702 angeordnet. Diese bilden eine Gruppe und sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet. Auf der Basisplatte 701 a sind mehrere transparente Elektroden 702 a ausgebildet, die sich mit den transparenten Elektroden 702 kreuzen. Die Elektroden 702 a bilden eine andere Gruppe von Elektroden, die in Form von versetzt angeordneten Segmenten ausgebildet und durch Leitungen 707 a verbunden sind. Die transparenten Elektroden 702 und 702 a sind an die Leitungen 707 bzw. 707 b angeschlossen. Signale von einer äußeren Schaltung werden an die Anschlüsse der Leitungen 707 bzw. 707 b angelegt.

Die Basisplatten 701 und 701 a sind ähnlich den Basisplatten 101 und 101 a ausgebildet, die unter Bezugnahme auf Fig. 3A erläutert wurden. Desgl. kann auf den Basisplatten 701 und 701 a eine ähnliche Isolierschicht ausgebildet sein.

Der in diesem Beispiel gezeigte Zellenaufbau umfaßt die vorstehend erwähnte Schicht eines Flüssigkristalls 703, der in einem spezifischen Temperaturbereich ferroelektrisch ist, ein zylindrisches Keimbildungselement 704 und ein Wärmeerzeugungselement 705 a, wie etwa eine Heizeinrichtung.

Das zylindrische Keimbildungselement 704 ist zweckmäßigerweise eine Glasfaser mit gekrümmter Seitenwand und vorzugsweise rundem Querschnitt. Wie in Fig. 11 gezeigt, kann das zylindrische Keimbildungselement 704 mit einem geeigneten Durchmesser von z. B. 1 µm bis 20 µm an einer Stufe oder einem Abschnitt der Basisplatte 701 angeordnet sein.

Das Wärmeerzeugungselement 705 ist zweckmäßigerweise ein Schichtwiderstand, z. B. einer aus Indiumoxid, Zinnoxid oder ITO.

Wenn die Flüssigkristallzelle 700 zwischen Polarisatoren 708 und 708 a, die auf beiden Seiten der Basisplatten 701 und 701 a in der Lage gekreuzter Nicols angeordnet sind, eingesetzt wird und zwischen den Elektroden 702 und 702 a Spannungen angelegt werden, wird eine optische Modulationsfunktion erreicht.

Es wird ein spezifisches Beispiel an Hand der in Fig. 11 gezeigten Flüssigkristallzelle 700 erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jede der transparenten Elektroden 702 für eine Gruppe von streifenförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 µm, während jeder transparenten Elektroden 702 a, die eine Gruppe von Signalelektroden bilden, ein Bildelement in der Abmessung 62,5 µm × 62,5 µm bildet. Das Wärmeerzeugungselement 705 ist eine ITO- Schicht mit einer mittleren Breite von 0,6 mm und einer Dicke von 100,0 nm, während die Dicke der Flüssigkristallschicht 703 vorzugsweise bei etwa 2 µm gehalten wird.

Die Flüssigkristallzelle 700 ist ein einem Heizgehäuse (nicht dargestellt) enthalten und zwischen zwei Polarisatioren 708 und 708 a angeordnet, deren Polarisationsrichtungen sich rechtwinklig kreuzen. Diese Kombination kann als Flüssigkristall-Verschlußanordnung für eine elektrofotografischen Drucker dienen. In diesem Fall entspricht der Pfeil B in Fig. 11A der Drehrichtung einer fotoleitfähigen Walze für die Elektrofotografie.

Das Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 703 unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B und ein Beispiel, bei dem die bei bestimmten Temperaturen ferroelektrischen Flüssigkristall-Verbindung DOBAMBC eingesetzt wird, entsprechend vollständig dem Verfahren und dem Beispiel, die unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B erläutert wurden.

Es ist bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung wichtig, daß die Temperatur in der Richtung C gleichförmig ist, während in Richtung B in Fig. 11A ein möglichst großer Temperaturgradient bestehen soll. Dieser Punkt muß nicht näher erläutert werden, da er sinngemäß bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4D abgehandelt wurde.

Die Ausrichtung kann in der vorstehend beschriebenen Weise zuendegeführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle als optische Flüssigkristall-Modulationseinrichtung in Bezug auf ihre Schalteigenschaften geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den Elektroden 702 und 702 a anlegt. Diese Erscheinungen können auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtbehandlung gelieferten Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Um diese Schwierigkeit wirksam zu beseitigen, steigert man nach der Ausrichtung einmal die Temperatur des Gehäuses, um den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase umzuwandeln, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, um die SmC*-Phase zurückzubilden, wodurch die vorstehend erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation zum Verschwinden gebracht wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Wärmeerzeugungselements der Ausführungsform gemäß Fig. 11 entspricht der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der auf der Rückseite der Basisplatte 701 ein zusätzliches Wärmeerzeugungselement 705 a vorgesehen ist. Das Wärmeerzeugungselement 705 a dient dazu, die gesamte Zelle 700 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Wärmeerzeugungselement 705 für die erneute Ausrichtung der Flüssigkristallschicht durch die beschriebenen Schritte angewandt, wenn irgendeine Unregelmäßigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristalls Schwierigkeiten während der tatsächlichen Anwendung als optische Modulationseinrichtung zur Folge hat. Es ist möglich, daß ein solches Wärmeerzeugungselement 705 a auch auf der Rückseite der Basisplatte 701 a vorgesehen wird. Nach dieser Ausführungsform wird die in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschalten des Wärmeerzeugungselements 705 a in der gesamten Flüssigkristallzelle 700 einmal in die SmA-Phase umgewandelt und allmählich unter Rückbildung der SmC*-Phase abgekühlt, wodurch die gleichförmige Monodomäne erneut gebildet wird.

Bei der Herstellung der Flüssigkristall-Einrichtung kann ein Distanzstück dazu dienen, die Dicke der Flüssigkristallschicht auf einem bestimmten Wert zu halten. Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Flüssigkristall-Einrichtung mit einem solchen Distanzstück. Die in Fig. 13 gezeigte Flüssigkristall-Einrichtung umfaßt eine Basisplatte 701 mit einem Muster transparenter Elektroden 702, eine der Basisplatte 701 gegenüberliegend angeordnete Basisplatte 701 a sowie zwischen den Basisplatten 701 und 701 a ausgebildete Distanzstücke 713, wodurch die Dicke des dazwischenliegenden Flüssigkristalls 703 ständig konstant gehalten wird. Die Distanzstücke 713 können so hergestellt werden, daß man auf einer oder beiden Basisplatten eine Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material in bestimmter Dicke ausbildet und ein fotolithografisches Verfahren benutzt, um die in Fig. 13 gezeigten Strukturen übrig zu lassen.

Die Fig. 14 bis 16 zeigen ein Beispiel eines Austeuerungsverfahrens für eine optische Modulationseinrichtung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.

Fig. 14 zeigt schematisch eine Zelle 41 mit einer Matrixelektroden­ anordnung, zwischen der eine ferroelektrische Flüssigkristallverbindung angeordnet ist. Die Bezugszahlen 42 und 43 bezeichnen eine Gruppe von Abtastelektroden bzw. eine Gruppe von Signalelektroden. Die Fig. 15A und 15B zeigen elektrische Signale, die an eine gewählte Abtastelektrode 42 (s) bzw. an andere Abtastelektroden (nichtgewählte Abtastelektroden) 42 (n) angelegt werden. Die Fig. 15C und 15D zeigen elektrische Signale, die an gewählte Signalelektroden 43 (s) bzw. an nicht-gewählte Signalelektroden 43 (n) angelegt werden. In den Fig. 15A bis 15D bedeuten die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Spannung. Wenn z. B. ein Bewegungsbild dargestellt wird, wird aus der Gruppe der Abtastelektroden 42 fortlaufend (sequentiell) und periodisch eine Abtastelektrode gewählt. Die Schwellenspannung für den ersten stabilen Zustand eines bistabilen Flüssigkristalls ist hier durch V _{th 1} bezeichnet, und die Schwellenspannung für den zweiten stabilen Zustand durch -V _{th 2}. Das an die gewählte Abtastelektrode 42 (s) angelegte elektrische Signal ist - wie in Fig. 15A gezeigt - eine Wechselspannung von V und -V mit den Phasen (Zeiten) von t₁ bzw. t₂. Die anderen Abtastelektoden 42 (n) sind geerdet, so daß das elektrishe Signal von Null Volt resultiert. Andererseits haben die an die gewählten Signalelektroden 43 (s) angelegten elektrischen Signal - wie in Fig. 15C gezeigt - Spannungen V, während die an die nicht-gewählten Signalelektroden angelegten Signale Spannungen von -V haben, wie in Fig. 15D gezeigt ist. Die Spannungen V und -V werden auf gewünschten Werte eingestellt, die den folgenden Beziehungen

V < V _{th 1} < 2 V und
-V < V _{th 2} < 2 V

genügen.

Die für die betreffenden Bildelemente angewandten Spannungswellenformen beim Anlegen dieser elektrischen Signale sind in den Fig. 16 gezeigt. Die in den Fig. 16A bis 16D gezeigten Spannungswellenformen entsprechen jenen, die an die in Fig. 14 dargestellten Bildelemente A, B, C bzw. D aufgelegt werden. Wie aus Fig. 16A ersichtlich ist, wird an die Bildelemente A auf der gewählten Abtastzeile in einer Phase t₂ eine über der Schwellenspannung V _{th 1} liegende Spannung 2 V angelegt. Dagegen wird an die Bildelemente B in einer Phase t₁ eine unterhalb der Schwellenspannung -V _{th 2} liegende Spannung von -2 V angelegt. Demgemäß hängt die Ausrichtung der Flüssigkrisallmoleküle davon ab, ob auf der gewählten Abtastelektrodenzeile eine Signalelektrode gewählt ist oder nicht. Wenn nämlich eine Signalelektrode gewählt ist, sind die Flüssigkristallmoleküle auf den ersten stabilen Zustand ausgerichtet. Wenn sie dagegen nicht gewählt ist, sind die Moleküle auf den zweiten stabilen Zustand ausgerichtet. In jedem Fall steht die Ausrichtung eines jeden Bildelements in keiner Beziehung zu dem vorherigen Zustand.

Andererseits sind die an alle Bildelemente C und C auf den nicht gewählten Abtastzeilen angelegten Spannungen V bzw. -V, die beide als Absolutwert nicht oberhalb der Schwellenspannung liegen (Fig. 16C und16D). Demgemäß behalten die den Bildelementen C und D entsprechenden Flüssigkristallmoleküle ohne Änderung die Ausrichtung, die dem Signalzustand bei der letzten Abtastung entspricht. Wenn nämlich eine bestimmte Abtastelektrode gewählt ist, werden die der einen Zeile der gewählten Abtastzeile zugeordneten Signale geschrieben. Während des Zeitintervalls von dem Zeitpunkt, an dem die Abtastung eines Bildes beendet ist, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die folgende Zeile gewählt ist, kann der betreffende Signalzustand aufrechterhalten werden. Selbst wenn infolgedessen die Anzahl der Abtastelektroden zunimmt, ändert sich das Tastverhältnis nicht wesentlich, so daß z. B. eine Kontrastminderung und das Auftreten von "Übersprechen" nicht möglich sind. In diesem Falle werden die Größe der Spannung V und die Zeitbreite der Phase (t₁ + t₂) = T gewöhnlich auf die Bereiche von 3 bis 70 Volt bzw. 0,1 µs bis 2 ms eingestellt, obwohl diese Größen von der Dicke des Flüssigkristalls oder der verwendeten Zelle abhängen. Demgemäß bewirken die an die gewählte Abtastelektrode angelegten elektrischen Signale den Übergang aus dem ersten stabilen Zustand (bezeichnet als "Hell"-Zustand, wenn sie in optische Signale umgewandelt werden) in den zweiten stabilen Zustand (bezeichnet als "Dunkel"-Zustand, wenn sie in optische Signale umgewandelt werden), oder umgekehrt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls, wobei der zwischen zwei Basisplatten angeordnete Flüssigkristalls durch Abkühlung, ausgehend von einer Phase höherer Temperatur, in eine monoaxial anisotrope Phase überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den zwei Basisplatten ein längsgestrecktes Keimbildungselement und ein in einem bestimmten Abstand von dem Keimbildungselement angeordnetes längsgestrecktes Wärmeerzeugungselement anordnet, dem Wärmeerzeugungselement Energie in der Weise zuführt, daß die nahe den Enden des Wärmeerzeugungselements erzeugte Wärmemenge größer ist als diejenige in seinem Mittelteil, wobei ein Temperaturgradient geliefert wird, der vom Keimbildungselement zum Wärmeerzeugungselement zunimmt, und den Flüssigkristall unter Beibehaltung eines solchen Temperaturgradienten abkühlt, so daß eine Phasengrenze zwischen der monoaxial anisotropen Phase und der Phase höherer Temperatur parallel zum Keimbildungselement aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der chirale smektische Flüssigkristall durch Abkühlen aus der cholesterischen Phase über die monoaxial anisotrope Phase gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase die smektische A-Phase ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement aus einer zylindrischen Glasfaser besteht.