DE3586147T2 - Verfahren zur steuerung eines optischen schalters. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl von ein transparentes, hoch- dielektrisches Material verwendenden optischen Schalterelementen gemäß Anspruch 1 und auf einen Drucker einer Vervielfältigungsmaschine gemäß Anspruch 2.
• Als optisches Schalterelement, das ein hoch-dielektrisches Material verwendet, ist ein optisches Schalterelement, das eine transparente Keramik (PLZT) verwendet, wohlbekannt.
• Andererseits zieht seit einiger Zeit ein optisches Schalterelement, das als hoch-dielektrisches Material einen chiralen smektischen Flüssigkristall verwendet, zunehmende Aufmerksamkeit auf sich, so daß dieses Schalterelement beschrieben wird.
• Zur Verdeutlichung des chiralen smektischen Flüssigkristalls sind in Tabelle 1 die chemischen Strukturen und Phasenübergangspunkte eines chiralen C-smektischen Flüssigkristalls SmC (DOBAMBC, OOBAMBCC) und des chiralen H-smektischen Flüssigkristalls SmH (HOBACPC) aufgelistet. TABELLE 1 CHEMISCHE STRUKTUR, NAME (GÄNGIGER NAME) PHASENÜBERGANGSPUNKT P-Decyloxo-Benzyliden-P'-Amino-2-Methyl-Butyl-Cinnamat (DOBAMBC) P-Oktyloxo-Benzyliden-P'-Amino-2-Methyl-Butyl-α-Chloro-Cinnamat (OOBAMBCC) P-Hexyloxo-Benzyliden-P'-Amino-2-Chloro-α-Propyl-Cinnamat (HOBACPC)
• Als nächstes zeigt Fig. 10 das elektrolytische Ansprechverhalten dieser chiralen smektischen Flüssigkristallmoleküle (die im folgenden "Flüssigkristallmoleküle" genannt werden, wenn nicht anders angegeben). Wie in Fig. 10 gezeigt, besitzen die Flüssigkristallmoleküle 2 in dem Zustand, in dem kein elektrisches Feld angelegt ist (E = 0), eine sogenannte "Verdrehungsstruktur" um eine Schraubenachse 1. Wenn an die Flüssigkristallmoleküle in einer zur Schraubenachse 1 senkrechten Richtung ein elektrisches Feld E angelegt wird, das ein kritisches elektrisches Feld Ec übersteigt, welches durch die Eigenschaften des Flüssigkristalls (wie etwa spontane Polarisation, Verdrehungs-Viskosität) bestimmt ist, werden die Flüssigkristallmoleküle so angeordnet, daß die Richtung der spontanen Polarisation mit der Richtung des Feldes E in Übereinstimmung ist. Daher sind die Flüssigkristallmoleküle in bezug auf die Schraubenachse 1 in einem Winkel θ angeordnet (wobei der Winkel θ den Verdrehungswinkel der Flüssigkristallmoleküle 2 darstellt; er wird im folgenden "Neigungswinkel" genannt), wie in den Fig. 10(a) und 10(c) gezeigt ist. Durch die Ausnutzung des Gleichspannungsfeld-Ansprechverhaltens der Flüssigkristallmoleküle 2 kann ein optisches Verschlußelement erhalten werden, das Licht durchlassen und unterbrechen kann.
• Fig. 11 zeigt die Struktur und das Prinzip des Betriebs eines optisches Schalterelementes vom Doppelbrechungstyp, das unter Ausnutzung der Doppelbrechung der Flüssigkristallmoleküle 2 Licht durchläßt und unterbricht. Wie in Fig. 11(a) gezeigt, besitzt das optische Schalterelement vom Doppelbrechungstyp eine Struktur, bei der zwischen Glassubstraten 5a und 5b, die auf ihrer Oberfläche mit einem Paar von transparenten, einander gegenüberliegenden Elektroden versehen sind, parallel eine Flüssigkristallschicht 4 eingefügt ist und auf beiden Seiten der Substrate 5a und 5b zwei Polarisationsplatten 7a und 7b so angeordnet sind, daß sich deren Polarisationsachsen in rechten Winkeln kreuzen. Wenn in diesem Fall die Polarisationsachse 7ax der Polarisationsplatte 7a auf einen Winkel &theta; zur Schraubenachse 1 eingestellt ist, wie in Fig. 11(b) gezeigt ist, ist die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle 2 mit der Polarisationsachse 7ax der Polarisationsplatte 7a in Übereinstimmung, wenn ein negatives elektrisches Feld E < Ec angelegt wird, wie in Fig. 11(d) gezeigt ist. Daher geht das von der Lichtquelle 8 auf das optische Schalterelement einfallende Licht 9 nicht hindurch, sondern wird unterbrochen. Wenn dagegen ein positives Gleichstromfeld (E > Ec) angelegt wird, weicht die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle 2 von der Polarisationsachse 7ax ab, wie in Fig. 11(c) gezeigt ist, so daß das Licht aufgrund der Doppelbrechungswirkung hindurchgeht. Auf diese Weise wird durch die Polaritätsumkehr des Gleichspannungsfeldes E eine optische Schaltwirkung erhalten, wobei deren Ansprechverhalten zwischen einigen Dutzend us und einigen Millisekunden liegt.
• Wenn der Flüssigkristall verwendet wird, kann die Dicke der Flüssigkristallschicht 4 ungefähr auf einige um verringert werden, wobei der Flüssigkristall bei einer niedrigen Spannung zwischen ungefähr 10 und ungefähr 20 V gesteuert werden kann. Andererseits ist im Falle einer transparenten Keramik (PLZT) eine Spannung erforderlich, die ungefähr einige Hundert Volt beträgt. Daher kann die Flüssigkristall-Einrichtung bei einer sehr viel geringeren Spannung gesteuert werden.
• Fig. 12 zeigt die Struktur und das Funktionsprinzip eines optischen Schalterelementes vom Gast-Host-Typ für die Steuerung der Lichtübertragungsmenge durch Mischen eines dichroitischen Pigments in die Flüssigkristallschicht. In dem Element vom Gast-Host-Typ wird ein dichroitisches Pigment wie etwa ein schwarzes Pigment in der Flüssigkristallschicht angeordnet. In diesem Fall wird nur eine Polarisationsplatte verwendet. Die Polarisationsachse 7ax der Polarisationsplatte 7a ist wie in Fig. 12(b) angeordnet. Wenn, wie in Fig. 12(d) gezeigt, eine negative Gleichspannung ( E < Ec ) angelegt wird, nimmt das dichroitische Pigment den gleichen Orientierungszustand wie die Flüssigkristallmoleküle 2 an, so daß die Absorptionsachse der dichroitischen Pigmentmoleküle 10 (die Hauptachse der Moleküle) mit der Polarisationsachse 7ax der Polarisationsplatte in Übereinstimmung ist und das auf die Flüssigkristallschicht 4 einfallende Licht 9 absorbiert wird. Daher geht das Licht nicht hindurch, sondern wird im wesentlichen unterbrochen. Wenn dagegen eine positive Spannung (E > Ec) angelegt wird, weicht die Orientierungsrichtung der dichroitischen Pigmentmoleküle 10 von der Polarisationsachse 7ax ab, so daß das Licht nicht absorbiert wird, sondern durch das optische Schalterelement hindurchgeht. Auf diese Weise kann das optische Schalterelement vom Gast-Host-Typ durch die Polaritätsumkehr des Gleichspannungsfeldes E auf die gleiche Weise wie das optische Schalterelement vom Doppelbrechungstyp Licht ein- und ausschalten. Das Element dieses Typs kann mit hoher Geschwindigkeit bei niedriger Spannung auf die gleiche Weise wie das Element vom Doppelbrechungstyp ansprechen.
• Die optischen Schalterelemente, die hoch-dielektrische Materialien einschließlich dem hoch-dielektrischen Flüssigkristall verwenden, werden durch Anlegen einer Gleichspannung (Feld) gesteuert. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in diesem Fall aufgrund von ungleichmäßigem Vorhandensein von Ionen verschiedene Probleme auftreten. Fig. 13 zeigt den inneren Zustand des Elementes, wenn an das hoch-dielektrische Flüssigkristallelement eine positive Gleichspannung +V&sub0; angelegt wird. Da die Flüssigkristallmoleküle 2 die spontane Polarisation P besitzen, sind sie so angeordnet, daß die Richtung der spontanen Polarisation P parallel zu dem durch die von außen angelegte Spannung +V&sub0; bewirkten Feld E ist. Die Größe der spontanen Polarisation liegt zwischen einigen Coulombs (nc)/cm² und einigen Dutzend Coulombs (nc)/cm².
• Da andererseits die Flüssigkristallmaterialien synthetisiert sind, enthalten sie größere Mengen von leitenden Verunreinigungen als hoch-dielektrische Materialien, und da ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, dissoziieren instabile Materialzusammensetzungen mit großer Wahrscheinlichkeit. Wie in Fig. 13(a) gezeigt, sammeln sich diejenigen ionischen Materialien, die eine negative Ladung besitzen, in der Nähe des Orientierungsfilms 11a auf der Seite der positiven Elektrode, während sich diejenigen, die eine positive Ladung besitzen, in der Nähe des Orientierungsfilms 11b auf der Seite der negativen Elektrode sammeln. Ein derartiges ungleichmäßiges Vorhandensein von Ionen nimmt bei einer längeren Anlegezeit zu und tritt schließlich in eine Sättigung ein (Fig. 13(b)).
• Fig. 14 zeigt die Änderung des Potential-Verteilungszustandes aufgrund des ungleichmäßigen Vorhandenseins von Ionen. Die Abszissenachse stellt einen Abstand dar, die von der Elektrode 6a gemessen wird, an die die positive Spannung angelegt wird, wobei la eine Dicke des Orientierungsfilms 11a und (l - lb) eine Dicke des Orientierungsfilms 11b ist. Die Dicken der Orientierungsfilme liegen zwischen einigen hundert Å und tausend Å, während die Dicke der Flüssigkristallschicht einige Mikrometer (um) beträgt. Wenn im Inneren der Flüssigkristallschicht keine ionischen Materialien vorhanden sind, wird eine Potentialverteilung gleichmäßig, wie durch eine Linie A dargestellt ist, wenn jedoch Ionen ungleichmäßig aufzutreten beginnen, wie in Fig. 13(a) gezeigt ist, nimmt die Potentialverteilung die mit B bezeichnete Form in Fig. 14. Wenn die Ungleichmäßigkeit weiter zunimmt, wie in Fig. 13(b) gezeigt ist, nimmt die Potentialverteilung die mit C bezeichnete Form in Fig. 14 an. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, erhöht das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen die an die Orientierungsfilme angelegte Spannung und erschwert das Anlegen der Spannung an die Flüssigkristallschicht. Fig. 15 erläutert das Verhalten. Dies zeigt, daß die folgenden zwei Probleme auftreten.
• Wenn erstens die an die Flüssigkristallschicht angelegte Spannung abfällt und wenn eine Spannung der gleichen Polarität ununterbrochen während einer langen Periode angelegt wird, wird diese Spannung kleiner als die kritische Spannung Vc, wodurch die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zerstört wird und der Kontrast abnimmt (oder die Leistung des optischen Schalters abnimmt).
• Zweitens nimmt die an die Orientierungsfilme angelegte Spannung zu, wobei das eingeprägte elektrische Feld einen Wert von MV/cm annimmt. (Wenn eine Ungleichmäßigkeit von Ionen nicht vorhanden ist, beträgt es einige Dutzende KV/cm.) Die Orientierungsfilme sind im allgemeinen organische Filme, wobei insbesondere im Falle von mittels einer Polierscheibe oder mittels einer Drucktechnik ausgebildeten Filmen eine große Anzahl von feinen Löchern vorhanden sind, so daß die Filme in einem hohen elektrischen Feld von MV/cm einen dielektrischen Zusammenbruch erfahren. Im Ergebnis gelangt die Elektrodenoberfläche an den Bereichen, an denen der dieleketrische Zusammenbruch auftritt, mit dem Flüssigkristall in direkten Kontakt, so daß aufgrund der elektrochemischen Reaktion eine Zersetzung und ein Abbau der Flüssigkristallmaterialien stattfindet. (Das bedeutet einen Qualitätsverlust des optischen Schalterelementes). Aus den obenbeschriebenen Gründen ist es notwendig, das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen im Inneren des optischen Schalterelementes, welches einen hoch-dielektrischen Flüssigkristall (Flüssigkristallmaterialien) verwendet, zu beseitigen.
• Obwohl kein Verfahren für die Verhinderung des ungleichmäßigen Vorhandenseins von Ionen bekannt ist, ist ein Steuerungsverfahren bekannt (europäische Patenanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 92181), das eine Impulsspannung anlegt, die den Abbau des hoch-dielektrischen Flüssigkristalls verhindert und den gewünschten Lichtdurchlaßzustand des Flüssigkristallelementes in einer vorgegebenen Periode bestimmt, und das außerdem ein Spannungssignal anlegt, das den Mittelwert der in der vorgegebenen Periode angelegten Spannungen Null macht. Obwohl mit diesem Verfahren die beabsichtigten Ziele erreicht werden können, kann es nicht als wesentliches Lösungsverfahren für die Beseitigung der Ungleichmäßigkeit von Ionen verwendet werden, weil die Spannung, die den Mittelwert Null macht, eine positive und eine negative Wechselspannung ist, so daß die Ungleichmäßigkeit der Ionen selbst dann vorhanden sein kann, wenn die Spannungsumkehr eines Zyklus bewirkt wird.
• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl von Schalterelementen gemäß Anspruch 1 gerichtet, das den Leistungsabfall eines optischen Schalters und den Abbau des optischen Schalterelementes verhindert, indem entweder die Länge der Periode, in der Ionen zum Zeitpunkt des Anlegens einer Gleichspannung ungleichmäßig vorhanden sind, auf eine Grenzperiode verringert wird oder indem die Menge der ungleichmäßig vorhandenen Ionen verringert wird.
• Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine Übersicht über die vorliegende Erfindung vermittelt;
• Fig. 2 ist ein Kennliniendiagramm, das die Lichtdurchlaßkennlinie in einem Verfahren zur Verhinderung des ungleichmäßigen Vorhandenseins von Ionen zeigt;
• Fig. 3 ist eine Strukturansicht, die einen Drucker zeigt;
• Fig. 4 ist eine Strukturansicht, die den Aufbau einer Anordnung von optischen Schaltern in einem Drucker gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 5 ist ein Schaltbild, das eine Steuerschaltung der Anordnung von optischen Schaltern zeigt;
• Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die für die Erläuterung des Papier Druckzustandes des Druckers nützlich ist;
• Fig. 7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Funktionszustand der Steuerschaltung von Fig. 5 zeigt;
• Fig. 8 ist ein Schaltbild, das eine äquivalente Schaltung zeigt, wenn die Elektroden kurzgeschlossen sind;
• Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die für die Erläuterung des Zustandes von gespeicherten Ladungen nützlich ist, wenn der bloße Kurzschluß mit der Polaritätsumkehr kombiniert ist;
• Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die für die Erläuterung des Feld-Ansprechverhaltens von chiralen smektischen Flüssigkristallmolekülen nützlich ist;
• Fig. 11 ist eine schematische Ansicht, die für die Erläuterung des Funktionsmechanismus eines optischen Schalterelementes vom Doppelbrechungstyp nützlich ist;
• Fig. 12 zeigt den Funktionsmechanismus eines optischen Gast-Host-Schalterelementes;
• Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die für die Erläuterung des ungleichmäßigen Vorhandenseins von Ionen im Inneren einer Flüssigkristallschicht aufgrund des Anlegens einer Gleichspannung nützlich ist;
• Fig. 14 ist ein Kennliniendiagramm, das die Änderung des Potential-Verteilungszustandes im Inneren eines optischen Schalterelementes aufgrund des ungleichmäßigen Vorhandenseins von Ionen zeigt;
• Fig. 15 ist ein Kennliniendiagramm, das die Änderung einer Spannung, die an der Flüssigkristallschicht anliegt, zeigt;
• Fig. 16 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Spannung, die in einen in den Ausführungsformen der Erfindung verwendeten hoch-dielektrischen Flüssigkristall, der jedoch keinen vollständig bistabilen Zustand annimmt, eingeprägt wird, und einer Lichtdurchlaßmenge zeigt; und
• Fig. 17 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Spannung, die in einen in der Ausführungsformen der Erfindung verwendeten hoch-dielektrischen Flüssigkristall, der einen vollständig bistabilen Zustand annimmt, eingeprägt wird, und einer Lichtdurchlaßmenge zeigt.
• Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsformen der Steuerverfahren von optischen Schalterelementen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird die vorliegende Erfindung zusammengefaßt. Fig. 1 ist eine Ansicht, die den wesentlichen Punkt der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Prinzip können die beiden folgenden Verfahren verwendet werden, um das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen zu beseitigen.
• (1) Ein Entladungsverfahren, das die Richtung eines elektrischen Feldes zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden innerhalb einer kurzen Periode umkehrt (durch Umschalten eines Schalters 13 von einem Anschluß zu einem Anschluß ), so daß eine zwangsläufige Migration von Ionen bewirkt wird.
• (2) Ein Kurzschlußverfahren, das die einander gegenüberliegenden Elektroden entweder direkt oder über einen Widerstand kurzschließt (durch Umschalten des Schalters 13 vom Anschluß zum Anschluß ).
• Diese beiden Verfahren besitzen die jeweiligen kennzeichnenden Merkmale, die nun mit Bezug auf Fig. 2 erläutert werden.
• Fig. 2(a) zeigt die Lichtdurchlaß-Kennlinie, wenn das Verfahren (1) verwendet wird, während Fig. 2(b) die Lichtdurchlaß-Kennlinie zeigt, wenn das Verfahren (2) verwendet wird. Da das erste Verfahren eine Rückwärtsspannung anlegt, kann das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen innerhalb einer sehr kurzen Zeitperiode beseitigt werden, wobei (t&sub2; - t&sub1;) bis zu 1 ms beträgt. Der Lichtdurchlaßzustand kehrt sich jedoch während dieser Periode um, wobei im Falle einer Verlängerung dieser Periode ein ungleichmäßiges Vorhandensein von entgegengesetzt geladenen Ionen auftritt. Daher muß die Periode verkürzt werden.
• Gemäß dem zweiten Kurzschlußverfahren hängt andererseits die Bewegungsgeschwindigkeit der Ionen in starkem Ausmaß von der inneren Impedanz des Elementes ab und ist sehr viel langsamer als die Geschwindigkeit im ersten Verfahren. Daher sind einige Sekunden erforderlich, bis das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen vollständig beseitigt ist, im Gegensatz zu dem die Polaritätsumkehr verwendenden Entladungsverfahren hat dieses Verfahren jedoch nicht das Problem zur Folge, das ein ungleichmäßiges Vorhandensein von entgegengesetzten Ionen auftritt, selbst wenn der Kurzschlußzustand während einer ausgedehnte Periode gehalten wird. Wenn eine Periode, in der das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen kompensiert wird, lang ist, etwa wenn die Einrichtung nicht in Betrieb ist (außer Betrieb), kann das Kurzschlußverfahren vorteilhaft verwendet werden. Die Beziehung zwischen der Spannung, die in hoch-dielektrische Flüssigkristalle, die keinen vollständig bistabilen Zustand annehmen, wie in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt ist, eingeprägt wird, und der Lichtdurchlaßmenge ist in Fig. 16 erläutert.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann außer durch die Verwendung von hoch-dielektrischen Flüssigkristallen, die keinen vollständig bistabilen Zustand, wie er in den Fig. 2(a), 2(b) und in Fig. 16 gezeigt ist, annehmen, durch die Verwendung von hoch-dielektrischen Flüssigkristallen, die einen vollständig bistabilen Zustand, wie er in Fig. 17 gezeigt ist, annehmen, erzielt werden.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Drucker gemäß Anspruch 2, der das optische Schalterelement verwendet. Für die Fachleute ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf den Drucker, sondern außerdem auf optische Verschlüsse, Anzeigen und dergleichen angewendet werden kann.
• In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine photoempfindliche Trommel; 18 eine Aufladeeinrichtung; 14 eine Tafel mit einer Anordnung von optischen Flüssigkristall- Schaltern; 19 ein optisches Bildformungselement; 20 einen optischen Schreibabschnitt; 21 einen Entwickler; 22 Papier; 23 eine Übertragungseinrichtung; 24 eine Fixiereinrichtung; 25 eine Löschlampe; und 26 einen Reiniger.
• Nun wird der Betrieb des obenbeschriebenen Druckers erläutert. Die photoempfindliche Trommel 16 wird durch eine Koronarentladung der Aufladeeinrichtung 18 mit einer gleichmäßigen elektrostatischen Ladung versehen. Wenn durch den optischen Schreibabschnitt, der die Lichtquelle 8, die Tafel 14 der Anordnung von optischen Flüssigkristall-Schaltern und das optische Bildformungselement 19 umfaßt, Licht selektiv auf die Trommel 16 gestrahlt wird, wird nur die elektrostatische Ladung der Zone, auf die Licht gestrahlt wird, in Abhängigkeit von den Eigenschaften des photoempfindlichen Elementes beseitigt, wodurch ein elektrostatisches latentes Bild geschaffen wird.
• Dann wird durch den Entwickler 21 auf der Oberfläche des photoempfindlichen Elementes ein Toner mit einer elektrischen Polarität abgelagert, so daß das elektrostatische, latente Bild sichtbar gemacht wird. Wenn das von einer Kassette zugeführte Papier 22 an die Übertragungseinrichtung 23 geschickt wird, wird das Tonerbild durch die Kraft eines elektrischen Feldes auf das Papier übertragen, außerdem wird das Tonerbild auf dem Papier durch Druck oder Hitze von einer Fixiereinrichtung 24 fixiert, wodurch ein permanentes Bild geschaffen wird.
• Jegliche Restladung und Oberflächenladung auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 16 wird durch die Löschlampe 25 und den Reiniger 26 beseitigt, so daß das photoempfindliche Element in seinen Anfangszustand zurückkehrt.
• Als nächstes ist in Fig. 4 die Struktur eines optischen Schalterelementes für einen Drucker gezeigt, wobei das Element ein hoch-dielektrisches Flüssigkristallmaterial verwendet, während in Fig. 5 eine Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Auf einem dünnen Signalelektroden-Substrat 5a, auf dem Elektroden 6a für feine Signale ausgebildet sind (10 Elektroden/mm und 2048 Elektroden insgesamt), und auf einem gemeinsamen Elektrodensubstrat 5b, auf dem eine gemeinsame Elektrode 6b ausgebildet ist, sind Orientierungsfilme 11a bzw. 11b ausgebildet. Ein Abschnitt von optischen Schaltern ist entweder zweidimensional oder in einer zweidimensionalen Reihenform angeordnet, woraufhin das in Tabelle 1 gezeigte DOBAMBC-Flüssigkristall mit einer vorgegebenen Dicke (ungefähr 4 um) parallel zwischen die Substrate eingefügt wird. Das von der Lichtquelle 8 auf das optische Schalterelement 14 einfallende Licht 9 wird mittels eines elektrischen Feldes, das zwischen dem Signalelektrodenanschluß K&sub1; - K&sub2;&sub0;&sub4;&sub8; einer jeden Elektrode und die gemeinsame Elektrode 6b angelegt wird, selektiv durchgelassen und mittels der Sammellinse 15 punktförmig auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 16 gestrahlt. In Fig. 5 sind die Schalter SA und SB Hauptschalter für eine Spannungsquelle, deren Spannung zwischen die Gruppe von Signalelektroden 6a und die gemeinsame Elektrode 6b angelegt wird, während die Anschlüsse P&sub1; - P&sub2;&sub0;&sub4;&sub8; Signaleingangsanschlüsse für die Steuerung der Abschnitte von optischen Schalterelementen sind. Das Symbol Q&sub1; stellt einen Signalanschluß dar, der eines der kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung bildet und der die einander gegenüberliegenden Elektroden kurzschließt, während das Symbol Q&sub2; einen Signalanschluß bezeichnet, der zwischen den einander gegenüber liegenden Elektroden eine Rückwärtsspannung anlegt und die gespeicherte Ladung abführt. Die Kondensatoren C&sub1;, C&sub2;, ... C&sub2;&sub0;&sub4;&sub8; symbolisieren die Flüssigkristallschichten, die den Bereichen von optischen Schaltern entsprechen.
• Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Druckzustandes auf dem Papier. Die in der Zeichnung durch schräge Linien dargestellten Zonen sind Nichtdruck-Zonen, wobei die Zonen 17a und 17b den Anfangs- bzw. den Endabschnitt des Papiers bilden. Jede Zone besitzt eine Breite von 20 bis 30 mm [wobei l&sub1; und (l&sub7; - l&sub6;) die Breite darstellen]. Andererseits sind die Zonen 17b und 17c diejenigen Zonen, in denen auf der Grundlage eines Zeilenbereichsbefehls in einigen Zeilen kein Druck aufgeführt wird, wobei diese Zonen viel enger als die Zonen 17a und 17d sind. Im Falle eines Zeilendruckers mit einer Auflösung von 10 Punkten/mm und einer Druckgeschwindigkeit von 70 mm/s (1000 Zeilen pro Minute) beträgt die Zeilendruckzeit ungefähr 1,4 ms. Daher liegen die Zeiten t&sub1; und t&sub6;&sub7; (= t&sub7; - t&sub6;), die für die Bewegung durch die Zonen 17a und 17d notwendig sind, ungefähr zwischen 0,29 und 0,43 Sekunden, während die Zeit, die für die Bewegung durch die Zonen 17b und 17c notwendig sind, zwischen einigen ms und einigen Dutzend ms bewegt.
• Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Funktionszustand der in Fig. 5 gezeigten Schaltung zeigt. Das Symbol VPi (i = 1, 2, ..., 2048) stellt eine Spannung dar, die an den Anschluß Pi angelegt wird, während das Symbol Vi eine Spannung darstellt, die an die Flüssigkristallschicht Ci angelegt wird. Die Schalter SA und SB werden über den Anschluß 2 geschlossen, so daß sie als Reihe von optischen Schaltern arbeiten. Wenn ein Druckvorgang ausgeführt werden soll, werden VQ1 und VQ2 auf den L-Pegel gesetzt, wie in Fig. 7(a) gezeigt ist. Wenn das in den Pi-Anschluß eintretende Signal VPi den L-Pegel besitzt, wird an die Flüssigkristallschicht eine Spannung -V&sub0; angelegt, wobei das Licht im wesentlichen unterbrochen wird. Wenn ein Signal mit H-Pegel eintritt, wird eine Spannung +V&sub0; angelegt, wobei das Licht durchgelassen wird. In diesem Fall wird V&sub0; beispielsweise auf 20 V gesetzt.
• Fig. 7(b) ist ein Diagramm, das den Steuerzustand zeigt, wenn die einander gegenüberliegenden Elektroden kurzgeschlossen sind, und den Steuerzustand, wenn die Polarität umgekehrt ist, um den in Fig. 6 gezeigten Zustand zu drucken. In Fig. 7(b) ist die Lichtquelle 8 während den Perioden [0, t&sub1;] und [t&sub6;, t&sub7;] nicht erleuchtet und während der Periode [t&sub1;, t&sub6;] erleuchtet. In einem solchen Fall ist es möglich, zwischen der Lichtquelle 8 und der Reihe von optischen Schaltern eine weitere optische Schaltereinrichtung anzuordnen, um während den Perioden [0, t&sub1;] und [t&sub6;, t&sub7;] eine weitere optische Schaltereinrichtung zu unterbrechen.
• In Fig. 6 sind die einander gegenüberliegenden Elektroden während den Perioden [0, t&sub1;] und [t&sub6;, t&sub7;] mit einer verhältnismäßig langen Nichtdruck-Zeit kurzgeschlossen, während die Polarität der eingeprägten Spannung während der Perioden [t&sub2;, t&sub3;] und [t&sub4;, t&sub5;] mit einer verhältnismäßig kurzen Nichtdruck-Zeit umgekehrt ist, so daß an die Flüssigkristallschicht die Spannung -V&sub0; angelegt wird, um das Licht zu unterbrechen. Zum Kurzschließen der einander gegenüberliegenden Elektroden werden diese einander gegenüberliegenden Elektroden über einen Widerstand R&sub0; und den Durchlaßwiderstand der Transistoren TR&sub1; und TR&sub2; kurzgeschlossen, wenn der Q&sub1;-Anschluß auf H-Pegel liegt. Die Polarität der eingeprägten Spannung kann durch Setzen des Q&sub1;-Anschlusses auf den L-Pegel und des Q&sub2;-Anschlußes auf den H-Pegel umgekehrt werden.
• Da die Perioden [t&sub1;, t&sub2;], [t&sub3;, t&sub4;] und [t&sub5;, t&sub6;] die Druckperioden sind, wird das Signal VPi an den Pi-Anschluß entsprechend einem gewünschten Druckmuster angelegt, außerdem wird die Spannung +V&sub0; oder -V&sub0; an die jeweilige Flüssigkristallschicht Ci angelegt, wodurch das Licht durchgelassen oder unterbrochen wird. Auf diese Weise wird das gewünschte Druckmuster auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 16 gestrahlt. In Fig. 7(a) ist ein Beispiel für die Signale während dieser Perioden gezeigt.
• In Fig. 7(b) kann der hoch-dielektrische Flüssigkristall entweder ein Flüssigkristall sein, der einen vollständig bistabilen Zustand annimmt, oder ein Flüssigkristall, der keinen vollständig bistabilen Zustand annimmt.
• Fig. 8 zeigt eine äquivalente Schaltung, wenn die einander gegenüberliegenden Elektroden in Fig. 7(b) kurzgeschlossen sind. Die Kapazität CLC (innere Kapazität) des Flüssigkristallelementes beträgt einige Tausend pF, während der Widerstand rLC Dutzende von MX beträgt. Andererseits beträgt R&sub0; im allgemeinen einige KX, während der Durchlaßwiderstand rON der Transistoren TR&sub1;, TR&sub2; einige hundert X beträgt. Daher wird ein vollständiger Kurzschlußzustand nicht erreicht, R&sub0; und rON sind jedoch sehr viel kleiner als der Widerstand rLC des Flüssigkristallelements, so daß ein im wesentlichen kurzgeschlossener Zustand erreicht wird.
• Fig. 7(c) zeigt eine Steuerspannungs-Wellenform, wenn der in Fig. 6 gezeigte Zustand in dem Fall gedruckt werden soll, in dem der Flüssigkristall ein hoch-dielektrischer Flüssigkristall ist, der keinen vollständig bistabilen Zustand annimmt, und die Lichtquelle 8 während der gesamten Periode [0, tn] erleuchtet ist. Der Unterschied gegenüber Fig. 7(b) besteht darin, daß die Spannung -V&sub0; an den Flüssigkristall angelegt wird, um das Licht vollständig zu unterbrechen, da die Lichtquelle auch während der Perioden [0, t&sub1;] und [t&sub6;, t&sub7;] erleuchtet ist und da der Flüssigkristall keinen vollständig bistabilen Zustand annimmt. Weiterhin wird in den t&sub7; folgenden Perioden, in denen das Licht von der Lichtquelle 8 nicht einfällt, die Spannung +V&sub0; an die Flüssigkristallschicht Ci in der Periode [t&sub7;, t&sub8;], die im wesentlichen gleich der Periode [t&sub6;, t&sub7;] ist, angelegt, um die Polarität umzukehren. Nachdem die gespeicherte Ladung verringert worden ist, werden die einander gegenüberliegenden Elektroden nach dem Zeitpunkt t&sub8; kurzgeschlossen.
• Fig. 7(d) zeigt eine Steuerspannungs-Wellenform in dem Fall, in dem verwendeter Flüssigkristall ein hoch- dielektrischer Flüssigkristall ist, der einen vollständig bistabilen Zustand annimmt, und in dem das Licht von der Lichtquelle 8 während der gesamten Periode [0, t&sub7;] einfällt. Der Unterschied gegenüber Fig. 7(c) besteht darin, daß die Spannung -V&sub0; nur während der Perioden [0, t&sub0;] und [t&sub6;, t&sub6;'] an die Flüssigkristallschicht Ci angelegt wird, um das Licht zu unterbrechen, ohne daß während der Perioden [0, t&sub1;] und [t&sub6;, t&sub7;] an den Flüssigkristall Ci die Spannung -V&sub0; angelegt wird, außerdem werden die einander gegenüberliegenden Elektroden während der Perioden [t&sub0;, t&sub1;] und [t&sub6;', t&sub7;] kurzgeschlossen, um den Lichtunterbrechungszustand zu halten.
• Die oben dargestellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet beispielhaft mit einem Inversionsentwicklungssystem, in dem der Bereich der photoempfindlichen Trommel 16, auf den Licht gestrahlt wird, schwarz wird (bedruckt), es kann jedoch in der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch ein normales Entwicklungssystem verwendet werden, in dem der Bereich der photoempfindlichen Trommel, auf den Licht gestrahlt wird, weiß (nicht bedruckt) bleibt.
• In der obigen Ausführungsform wird wegen der Beziehung der Positionen der Polarisationsachsen, wie sie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, das Licht hindurchgelassen, wenn an die Flüssigkristallschicht die Spannung +V&sub0; angelegt wird, während das Licht unterbrochen wird, wenn an die Schicht -V&sub0; angelegt wird. Die vorliegende Erfindung findet jedoch auch Anwendung, wenn diese Beziehung umgekehrt ist.
• Fig. 7(e) zeigt ein Beispiel der Steuerspannungs-Wellenform, die Fig. 7(c) entspricht. In Fig 7(e) wird das Licht unterbrochen, wenn an die Flüssigkristallschicht die Spannung +V&sub0; angelegt wird, während es hindurchgelassen wird, wenn an die Schicht die Spannung -V&sub0; angelegt wird.
• Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und außerdem die Änderung der im Inneren des Elementes gespeicherten Ladung während der Periode zeigt, in der ein Papier von A4-Größe bedruckt wird (ungefähr 4,3 Sekunden). In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik wird die Ladung stets aufgebaut, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch die gespeicherte Ladungsmenge durch den Kurzschluß und durch das Anlegen einer Rückwärtsspannung (von einigen Dutzend Prozent) erheblich verringert. Dabei wurde festgestellt, daß bei der vorliegenden Erfindung nicht die Probleme des Standes der Technik auftreten, etwa eine Kontrastabsenkung aufgrund des Abfalls der in der Flüssigkristallschicht anliegenden Spannung, aufgrund des dielektrischen Zusammenbruchs wegen der Zunahme der in den Orientierungsfilmen anliegenden Spannung und aufgrund des Abbaus des Flüssigkristalls wegen der elektrochemischen Reaktion. Wenn ferner der Drucker (oder die Reihe von optischen Schaltern) nicht in Betrieb ist, kann die im Element gespeicherte Ladung durch Verbinden der Schalter SA und SB mit dem Anschluß 1 in Fig. 5 vollständig beseitigt werden. Obwohl die Funktionen der Zuführung von Papierseiten und für den Papierwechsel nicht beschrieben worden sind, kann eine weitere Ladungsbeseitigungswirkung selbstverständlich durch ein Kurzschließen der einander gegenüberliegenden Elektroden oder durch Anlegen einer Rückwärtsspannung entsprechend dem in Fig. 7 gezeigten Verfahren erhalten werden.
• Die Druckqualität kann verbessert werden, indem während des Druckerbetriebs verhindert wird, daß das Licht von der Lichtquelle während der Periode, in der die Elektroden kurzgeschlossen sind oder sich entladen, einfällt, weil eine derartige Periode eine Nichtdruck-Periode ist.
• Wie oben beschrieben, kann mit dem Steuerverfahren des optischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung die gespeicherte Ladung in den Bereichen in der Nähe der Orientierungsfilme durch Anlegen einer Gleichspannung verringert oder beseitigt werden, so daß das ungleichmäßige Vorhandensein von Ionen minimiert oder verhindert werden kann und eventuell die Leistungsverringerung des optischen Schalterelementes verhindert werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl von optischen Schalterelementen in einer Flüssigkristalleinrichtung, in der jedes der optischen Schalterelemente ein transparentes ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial (4) aufweist, das zwischen einander gegenüberstehende Elektroden (6a, 6b) eingefügt ist, wobei das Verfahren den Schritt

- selektives Anlegen einer positiven oder einer negativen Spannung zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden jedes der Mehrzahl von optischen Schalterelementen während einer ersten Zeitperiode zwecks Steuerung der Menge des Lichtdurchgangs zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden,

aufweist, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt

- Herstellen eines Kurzschlußzustandes durch elektrisches Verbinden der einander gegenüberstehenden Elektroden (6a, 6b) aller der Mehrzahl von optischen Schalterelementen miteinander während mindestens einer zweiten Zeitperiode vor und nach der ersten Zeitperiode zwecks Reduzierung der ungleichförmigen Anwesenheit von Ionen in dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden.

2. Drucker zum Drucken eines gewünschten Druckmusters auf Papier mit

- einer Lichtquelle (8),

- optischen Schalterelementen (14) mit einem zwischen einander gegenüberstehende Elektroden (6a, 6b) eingefügten transparenten ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial (4),

- eine Treibereinrichtung (13) zum Anlegen einer positiven oder negativen Spannung zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden zu selektiver Steuerung des Lichtdurchgangs zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden, und

- einer photoempfindlichen Trommel (16), die von der Lichtquelle abgestrahltes und durch die optischen Schalterelemente hindurchgegangenes Licht zugeführt erhält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Treibereinrichtung Mittel (SA, SB) zum im wesentlichen Kurzschließen der einander gegenüberstehenden Elektroden (6a, 6b) durch deren elektrisches Verbinden miteinander während eines Abschnitts der Steuerperiode für die optischen Schalterelemente (14) gehören, der wenigstens einer der Nichtdruck-Regionen (17a bzw. 17d) für durch die photoempfindliche Trommel beeinflußtes Papier (22) entspricht.

3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Betreiben des Druckers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußabschnitt der Steuerperiode durch die Vorgänge des Zuführens und Ersetzens des Papiers (22) und/oder das Abschalten des Druckers vom Betrieb erhalten wird.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerperiodenabschnitte der optischen Schalterelemente (14) entsprechend den Nichtdruck-Regionen des Papiers (22) gemischt zweite Perioden, während denen die einander gegenüberstehenden Elektroden (6a, 6b) durch elektrische Verbindung miteinander im wesentlichen kurzgeschlossen sind, und erste Perioden enthalten, während denen zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden eine positive oder eine negative Spannung anliegt, um den Lichtdurchgang im wesentlichen abzuschalten, wobei die Lichtquelle (8) während der zweiten Periode nicht erleuchtet ist.