DE3788909T2

DE3788909T2 - Vorrichtung zur optischen Modulation.

Info

Publication number: DE3788909T2
Application number: DE3788909T
Authority: DE
Inventors: Naoji Hayakawa; Fumitaka Kan; Toshiaki Majima; Ichiro Nomura; Hidetoshi Suzuki; Masanori Takenouchi; Mitsuru Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2007-08-27
Also published as: EP0257638A2; US4773738A; EP0257638B1; EP0257638A3; DE3788909D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Modulation, die Drei einer Anzeigetafel, einem optischen Verschlußfeld, usw. verwendbar ist, insbesondere auf eine Vorrichtung zur optischen Modulation, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet.
Bisher wurde, beispielsweise durch das US Patent Nr. 4 548 476 und JP-A 60-107023, ein elektrophotographischer Drucker vorgeschlagen, der eine ferroelektrische Flüssigkristall-Vorrichtung als einen optischen Modulationsteil verwendet.
Eine Kopie, die durch einen derartigen elektrophotographischen Drucker angefertigt wird, besitzt in Bild mit zwei Dichte-Niveaus von gewöhnlichem "Weiß" und "schwarz". Nachfolgend offenbarten Clark u. a. in den US Patenten Nr. 4 367 924 und 4 563 059 eine chiral smektische Flüssigkristall-Vorrichtung, die mit einer Speichereigenschaft versehen ist. Es ist bekannt, daß die chiral smektische Flüssigkristall-Vorrichtung einen ersten stabilen Orientierungszustand, z. B. "weiß" entsprechend, von zwei Niveaus und einen zweiten stabilen Orientierungszustand, "schwarz" entsprechend, ansprechend auf die Richtung eines angelegten elektrischen Felds annimmt. Demzufolge bewirkt die chiral smektische Flüssigkristall-Vorrichtung einen schnellen Übergang von weiß (oder schwarz) zu schwarz (oder weiß), ansprechend auf das Anlegen von Spannungen mit verschiedenen Polaritäten, so daß sie das Problem beinhaltet, daß eine abgestufte Anzeige durch die Spannungsamplituden-Steuerung schwierig ist, insbesondere bei einem Treiben mit hoher Geschwindigkeit.
Andererseits ist ein elektrophotograhischer Drucker mit einem Treiben mit hoher Geschwindigkeit mehr und mehr erforderlich. Aus diesem Grund wird es weiter immer schwieriger die vorstehend erwähnte chiral smektische Flüssigkristall-Vorrichtung in einem Verschlußfeld-Element für einen elektrophotographischen Drucker zu verwenden, um ein Kopierbild mit Abstufungen zu erhalten.
Andererseits offenbart das US Patent Nr. 3 675 988 eine nematische Flüssigkristall-Vorrichtung, in der ein Anzeigebereich in einem gesteuerten Verhältnis weiße und schwarze Bereiche annehmen darf, jedoch wird die Vorrichtung nicht verwendet, um ein abgestuftes Bild zu schaffen. Weiterhin offenbart M. Geary, SID DIGEST (1985), S. 128 ein Anlegen einer Wechselspannung an einen ferroelektrischen Flüssigkristall, jedoch wird das Anlegen der Wechselspannung für eine Bistabilisierung der ferroelektrischen Flüssigkristallzelle vorgenommen und nicht zum Schaffen einer Abstufung.
Eine Vorrichtung zur optischen Modulation ist in JP-A-61 73135 offenbart, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall umfaßt, der zwischen zwei transparenten Elektroden angeordnet ist. Diese Vorrichtung umfaßt weiterhin Elektrodenanschlüsse zum Zuführen einer Spannung zu den gegenüberliegenden Elektroden.
Die Vorrichtung zur optischen Modulation wird nimmt einen lichtdurchlässigen Zustand an, wenn eine Gleichspannung angelegt wird, und nimmt einen nicht-durchlässigen Zustand an, wenn eine sich periodisch verändernde Spannung zugeführt wird.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur optischen Modulation zu schaffen, die die vorstehenden Probleme löst, insbesondere eine Vorrichtung zur optischen Modulation zur Verwendung in einer Verschlußfeld-Vorrichtung eines Druckers, darauf beruhend, in der Lage zu sein, einen elektrophotographischen Drucker zu schaffen, der mit einer hohen Geschwindigkeit getrieben werden kann und eine Abstufung schaffen kann, und auch zur Verwendung in einer Anzeigetafel.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur optischen Modulation zu schaffen, die in der Lage ist, eine Anzeigetafel mit einem hohen Kontrast zu schaffen, bei der die Verwendung eines Polarisators und eines Analysators unterlassen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen optischen Modulator mit: einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen einem ersten Substrat und einer dielektrischen Schicht angeordnet ist; einer ersten Vielzahl von Elektroden, die zwischen dem ersten Substrat und dem ferroelektrischen Flüssigkristall angeordnet ist; einer zweiten Vielzahl von Elektroden, die zwischen dem ferroelektrischen Flüssigkristall und der dielektrischen Schicht angeordnet ist; einer Hilfselektrode, die zwischen der dielektrischen Schicht und einem zweiten Substrat angeordnet ist; einem Gleichspannungsgenerator zum Anlegen von vorbestimmten Gleichspannungen zwischen ausgewählten Elektroden aus der ersten Vielzahl von Elektroden und ausgewählten Elektroden aus der zweiten Vielzahl von Elektroden; und einem Wechselspannungsgenerator zum Anlegen einer vorbestimmten Wechselspannung zwischen der Hilfselektrode und den Elektroden der ersten Vielzahl von Elektroden, wobei der Flüssigkristall einen trüben Zustand minimaler Durchlässigkeit annimmt, wenn nur die Wechselspannung darüber angelegt wird, wohingegen er einen durchlässigen Zustand annimmt, wenn die Gleichspannungen der Wechselspannung überlagert werden, wobei die Durchlässigkeit des Flüssigkristalls durch den Wert der angelegten Gleichspannung bestimmt wird.
Diese und andere Aufgaben, Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher, unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1A eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Modulation und
Fig. 1B eine Schnittansicht davon, entlang der Linie A-B in Fig. 1A;
Fig. 2 eine schematische Veranschaulichung einer derartigen Vorrichtung zur optischen Modulation in Kombination mit einer Spannungs-Anwendungseinrichtung dafür, in Form eines Blockdiagramms gezeigt;
Fig. 3 zeigt eine Anordnung eines optischen Systems zur Ermitteln einer Durchlässigkeit;
Fig. 4 ein Laufzeitdiagramm, das die angelegten Spannungssignale und einen Wechsel in der Durchlässigkeit im Vergleich zeigt;
Fig. 5 eine Kennlinie, die die gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Menge von durchgelassenem Licht und der Durchlässigkeit anzeigt;
Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine grundlegende Konstruktion eines elektrophotographischen Druckers zeigt, der eine erfindungsgemäße Verschlußfeld- Vorrichtung verwendet;
Fig. 7 eine Graphen, der eine Oberflächen-Potential- Charakteristik eines licht-aufnehmenden Teils abhängig von der aufgebrachten Lichtmenge zeigt;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur optischen Modulation;
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie C-D in Fig. 1A; und
Fig. 10 ein Kennliniendiagramm, das Beziehungen zwischen angelegter Wechselspannung und übertragener Lichtmenge zeigt.
Erfindungsgemäß wird die Klarheit einer Flüssigkristallzelle vergrößert, um eine vergrößerte Durchlässigkeit zu schaffen, indem eine Gleichvorspannung einer Wechselspannung überlagert wird, die an die Flüssigkristallzelle angelegt ist. Als Ergebnis kann die Durchlässigkeit über einen optischen Schalter mittels Steuerung der Gleichvorspannung verändert werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird kein Polarisator verwendet, so daß eine hohe Ansprechgeschwindigkeit gezeigt wird, während eine hohe Durchlässigkeit beibehalten wird, und, ohne daß eine Verringerung im Kontrast verursacht wird. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Elektrodenstruktur der Flüssigkristallzelle aus einer vielschichtigen Struktur einschließlich einer dielektrischen Schicht zusammengesetzt sein, so daß die Gleichvorspannung unabhängig angelegt werden kann, wodurch das Treiben einfach wird.
Fig. 1A ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Vorrichtung, die in einem optischen Schaltfeld verwendet wird, und Fig. 1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-B in Fig. 1A. Die in den Fig. en 1A und 1B gezeigte Flüssigkristall-Vorrichtung ist eine Flüssigkristallzelle, die einen Zellspalt von 100 um besitzt, der durch einachsige Ausrichtungs-Steuerungs- Behandlung, wie Reiben oder schräge Gasabscheidung, erhalten wird. Die Flüssigkristallzelle umfaßt zwei 1 mm dicke Glassubstrate 1 und 6, die mit ITO(Indium-Zinn-Oxid)- Elektroden versehen sind, und einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der dazwischen angeordnet ist. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel wurde eine ferroelektrischer Flüssigkristall 7 (chiral smektischer C Flüssigkristall) verwendet, wie MBRA-8 (4-O-(2-Methyl)-Butylresorcyliden-4'-Oktyl-Anilin), der bei Raumtemperatur unter einem unterkühlten Zustand eine ferroelektrische Phase zeigt.
Auf einem ersten Glassubstrat 1 wurde eine Hilfselektrode 2 bestehend aus ITO mittels Gasabscheidung gebildet und die Hilfselektrode 2 wurde mit einer 50 um dicken dielektrischen Schicht 3 aus Glas (SiO&sub2;) oder Plastik bedeckt, auf der Signalelektroden (I&sub1;, I&sub2;, . . . ) aus ITO in Streifenform gebildet wurden. Weiterhin wurden auf den zweiten Glassubstraten 6 Abtastelektroden (S&sub1;, S&sub2;, . . . ) 4, ebenso aus ITO, in Streifenform gebildet.
Die Flüssigkristall-Vorrichtung wurde auf die folgende Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, getrieben. Genauer, die Abtastelektroden 4 wurden als gebräuchliche Elektroden verwendet und eine Wechselspannung wurde gleichförmig zwischen der Hilfselektrode 2 und den Abtastelektroden 4 mittels einer Wechselspannungsversorgung 9 angelegt. Weiterhin wurde eine Gleichspannung an eine beliebige der Signalelektroden 5, die aus streifenförmigen ITO-Schichten bestehen, über einen Widerstand R (10) angelegt. Der Widerstand R wurde verwendet, da ein elektrisches Wechselvorspannungsfeld im wesentlichen nicht an die Flüssigkristallschicht 7 angelegt wird, aufgrund eines Abschirmeffekts, wenn die Signalelektroden 5 eine niedrige Impedanz besitzen. Um ein elektrisches Wechselvorspannungsfeld wirkungsvoll anzulegen, ist es bevorzugt einen Widerstand R von 100 k- bis 10 MΩ zu verbinden. Wenn nur eine Wechselspannung angelegt wird, wird die Flüssigkristallzelle trüb, um eine minimale Durchlässigkeit zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt, wenn eine bestimmte Gleichvorspannung an eine Kreuzung einer ausgewählten Abtastelektrode 4 und einer ausgewählten Signalelektrode 5 angelegt wird, dann wird die Klarheit der Kreuzung (Pixel) vergrößert, um eine vergrößerte Durchlässigkeit zu schaffen. Demzufolge, wenn die-Gleichvorspannung mittels einer veränderlichen Gleichspannungsversorgung veränderlich gesteuert wird, dann kann die Durchlässigkeit über den optischen Schalter verändert werden.
Der Zellspalt der ferroelektrischen Flüssigkristallzelle kann im allgemeinen auf einen Bereich von 10 um bis 100 um festgesetzt werden.
Fig. 4 ist ein Graph, der im Ausführungsbeispiel angelegte Spannungs-Wellenformen und die sich ergebende Veränderung in der Durchlässigkeit im Vergleich zeigt.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde ein Kontrast von 200 : 1 durch Überlagerung einer Wechselspannung VAC mit einer Frequenz von 350 Hz und einem Spitzenwert von 800 Vpp und einer Gleichvorspannung VDE von 100 V erreicht. Weiterhin wurde ein optisches Hochgeschwindigkeits- Ansprechen in der Größenordnung von annähernd Millisekunden verwirklicht.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung eines optischen Systems, bei dem die Durchlässigkeit durch den vorstehenden optischen Schalter. Im in Fig. 3 gezeigten System passiert ein Teststrahl von einem He-Ne-Laser 31 als Lichtquelle, ein Expansions- und Kollimations-System einschließlich von Linsen 32 und 33 und fällt auf den optischen Schalter 34 als Testteil. Der durch den optischen Schalter 34 durchgelassene Lichtstrahl wird durch eine Kondensor-Linse 35 und ein Stift-Loch 36 fokussiert und durch eine Silizium- Photosensorzelle ermittelt.
Wie in einer Kennlinie in Fig. 10 gezeigt, wenn die durchgelassene Lichtmenge gegen die an die Flüssigkristallzelle angelegte Wechselspannung aufgetragen wird, wobei die durchgelassene Lichtmenge ohne elektrisches Feld aus Standard (1) der relativen Skala verwendet wird, dann bleibt die durchgelassene Lichtmenge ungefähr 1 bei einer Frequenz von 1400 Hz und nähert sich 2 bei einer Frequenz von 2800 Hz. In anderen Worten, die Frequenz zum Schaffen des Flüssigkristalls mit einer Trübung liegt unter 1 kHz, und bei einer höheren Frequenz vergrößert die Anwendung von Spannung die Klarheit. Jedoch verändert sich abhängig von der Zellendicke der Sättigungswert, so daß die Frequenz der Wechselspannung im allgemeinen im Bereich von 200 Hz bis 2 kHz gewählt werden kann.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wechselspannung im wesentlichen aufgrund der Kapazitätsaufteilung mit der dielektrischen Schicht 3 verringert, so daß deren Größe dadurch sehr verringert werden muß.
Fig. 5 zeigt eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen der durchgelassenen Lichtmenge und dem Gleichspannungssignal zeigt, wenn verschiedene Gleichspannungssignale einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 350 Hz und einem Spitzenwert Vpp von 800 V überlagert werden. Wie aus der Figur klar ersichtlich, ist die Vergrößerung in der Klarheit der Flüssigkristallzelle, die durch die Überlagerung der Gleichspannung verursacht wird, nahezu gesättigt, wenn die Gleichspannung ±100 V überschreitet. Demzufolge ist im Treibersystem der vorliegenden Erfindung die Spannung des Gleichspannungssignals im Bereich von -100 V bis +100 V für einen Zellspalt von 100 um. Jedoch, wenn der Zellspalt dünner gemacht wird (z. B. 50 um), dann kann das Gleichspannungssignal verringert werden. Weiterhin kann die Wechselspannung im allgemeinen in einem Bereich von 100 V bis 1000 V im Maß von einer größten Spannungsschwankung festgelegt werden, während sie sich abhängig von der Art des verwendeten Flüssigkristalls und des Zellspalts ändern kann.
Das Prinzip des Treibersystems, das sich die vorliegende Erfindung zueigen macht, wurde bis jetzt noch nicht erklärt. Beispielsweise machten jedoch Hideshi Yoshida, Se&ijlig;i Tamura und Masahiro Okabe in der "34th Joint Lecture", die sich auf "Applied Physics, Japan" bezieht, eine Veröffentlichung als "30p-D-16" am 30. März 1987," . . . Die Probe wurde in Mehr-Bereichen gebildet durch Anlegen von Niedrig-Frequenz Pulsen und Hoch-Frequenz Pulsen in Überlagerung. Ein Puls wurde der Probe zugeführt, um die durchgelassene Lichtmenge zu verändern. Die Zelle enthielt eine Mischung aus Bereichen, die einen hellen Zustand annehmen, und Bereichen, die einen dunklen Zustand annehmen. Es wird angenommen, daß die Bereichswände das Fortschreiten von Polaritätsumkehr entlang ihrer Ausdehnung verhinderten, so daß der Zwischenzustand beibehalten wurde." Dies wird angenommen, um das vorstehend beschriebene Phänomen zu erklären, das in der vorliegenden Erfindung in einigem Umfang verwendet wird.
Beim in der vorliegenden Erfindung verwendeten mehrfachen Treiben kann ein Abtast-Auswahlsignal nacheinander an die Abtastelektroden 4 angelegt werden, und in einer Phase mit dem Abtast-Auswahlsignal kann ein Informationssignal an die Signalelektroden 5 angelegt werden, so daß die vorstehend erwähnte Gleichvorspannungs-Komponente an eine Kreuzung einer ausgewählten Abtastelektrode 4 und einer ausgewählten Signalelektrode 5 angelegt werden kann. Weiterhin, kann zu diesem Zeitpunkt die vorstehende Gleichvorspannungs-Komponente auf einen Wert festgesetzt werden, der Abstufungsdaten entspricht, die jeweiligen Pixeln gegeben werden. Zu diesem Zweck kann ein Informationssignal, das einen Spitzenwert umfaßt, eine Pulsdauer oder eine Anzahl von Pulsen abhängig von den gegebenen Abstufungsdaten, jedem Pixel über eine Signalelektrode 5 zugeführt werden.
Weiterhin ist es wünschenswert, eine Wechselspannung auch an nicht-ausgewählte Abtastelektroden 4 anzulegen.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Treiber-Vorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bildsignale werden einmal in einer Zeilenspeicherschaltung 81 gespeichert und über eine Zwischenspeicherschaltung 82 einem D/A-Wandler zugeführt, in dem sie einer Digital/Analog-Wandlung unterworfen werden, um ausgewählt Signalspannungen VEIN und VAUS zu Signalelektroden 5 zuzuführen. In der Abtast-Treiberschaltung ist eine Ringzähler 86 gebildet, der mit Widerständen R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, einer Kapazität C&sub1; und einem Transistor Tr für jede Abtastelektrode versehen ist, wobei eine Spannung V&sub1; an eine ausgewählte Abtastelektrode angelegt wird und eine Spannung V&sub2; an eine nicht-ausgewählte Abtastelektrode. Weiterhin wird die Hilfselektrode 2 immer mit einer Wechselspannung aus einer Wechselspannungsversorgung 84 versorgt.
Als Ergebnis wird eine Spannung von VEIN - V&sub1; an ein ausgewähltes Pixel einer ausgewählten Abtastelektrode angelegt, und eine Spannung von VAUS - V&sub1; an eine nicht-ausgewählte Abtastelektrode auf derselben Abtastelektrode. Andererseits wird eine Spannung von VEIN - V&sub2; oder VAUS - V&sub2; an Pixel einer nicht-ausgewählten Abtastelektrode angelegt. Die Spannung VEIN - V&sub1; wird auf einen Wert festgesetzt, der die in Fig. 5 gezeigte Schwellenspannung ±Vth überschreitet, und die Spannungen VAUS - V&sub1;, VEIN - V&sub2; und VAUS - V&sub2; werden auf einen Wert gesetzt, der die Schwellenspannung ±Vth nicht überschreitet. Als Folge davon können in der vorliegenden Erfindung die Spitzen- Werte der Spannungen VEIN - V&sub2; und VAUS - V&sub2; unter 1/2, bevorzugterweise unter 1/3, des Spitzenwerts der Spannung VEIN - V&sub1; festgesetzt werden, um das Auftreten von Übersprechen zu verhindern.
In der vorliegenden Erfindung, wenn die Breite (L) der Signalelektrode 5 größer ist als der Abstand (S) zwischen benachbarten Signalelektroden, wird ein elektrisches Wechselstromfeld im wesentlichen nicht an den ferroelektrischen Flüssigkristall 7 angelegt, wegen eines Abschirmeffekts, wenn eine Gleichspannung zwischen einer Signalelektrode und einer Abtastelektrode 4 angelegt wird. Demzufolge ist es erforderlich, daß sie die Bedingung L < S erfüllen. Genauer, wie in Fig. 9 gezeigt, die eine Schnittansicht entlang der Linie C-D in Fig. IA ist, wenn die Beziehung von L/S < 1 erfüllt ist, dann kann ein elektrisches Feld VE rund um die Flüssigkristallschicht 7 gehen. Desweiteren, wenn L/S besonders klein ist, dann kann das elektrische Gleichstromfeld nicht leicht an die Flüssigkristallschicht 7 angelegt werden, so daß es wünschenswert ist, die Bedingung L/S > 0,1 zu erfüllen.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde MBRA-8 als ein Flüssigkristall verwendet. Jedoch können auch andere ferroelektrische Flüssigkristalle verwendet werden, wie z. B. in "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69), 1975 "Ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letter" 36 (11) 1980, "Submicro-Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals"; "Kotai Butsuru (Solid State Physics)" 16 (141), 1981 "Liquid Crystal"; den US Patenten Nr. 4 561 726, 4 589 996, 4 596 667, 4 613 209, 4 614 609, 4 622 165, 4 639 089, usw. offenbart.
Insbesondere enthalten Beispiele von ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, Decyloxybenzyliden-p'-Amino- 2-Methylbutyl Cinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'- Amino-2-Chloropropyl Cinnamat (HOBACPC), 4-0-(2-Methyl)- Butylresorcyliden-4'-Oktylanilin (MBRA 8), usw.
Wenn eine Vorrichtung gebildet wird, unter Verwendung dieser Materialien, kann die Vorrichtung mit einem Block aus Kupfer, Aluminium, usw. unterstützt werden, in den ein Heizer eingelagert ist, um eine Temperaturbedingung zu verwirklichen, in der die Flüssigkristallzusammensetzungen eine SmC*, SmH*, Sml*, SmF* oder SmG* Phase annehmen. Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Systems, in dem ein optisches Modulationssignal zu einem licht-empfangenden Medium 63, wie einer gewöhnlichen photoempfindlichen Trommel für Elektrophotographie, zugeführt wird, unter Verwendung einer optischen Schalterfeld-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das optische System enthält eine lange und dünne Lichtquelle 61, wie eine fluoreszierende Lampe oder ein LED-Feld, und eine licht-reflektierende Haube 62. Es ist möglich, eine optische Einrichtung, wie ein Selfor Linsenfeld (nicht gezeigt) zwischen dem optischen Schalterfeld 60 und dem licht-empfangenden Medium 63 anzuordnen.
Im erfindungsgemäßen optischen Schalterfeld wird der optische Durchlässigkeitszustand durch Modulation der durchgelassenen Lichtmenge gesteuert, grundlegend für jede Pixel-Öffnung.
Fig. 7 ist ein Graph, der ein typisches Beispiel der Beziehung zwischen eingestrahlter Lichtintensität E und einem Oberflächenpotential V für ein gewöhnliches lichtempfangendes Element oder ein photoempfindliches Element, wie Se, amorphes Si und OPC (organischer Photoleiter), zeigt. Um die Lichtmenge einem Abstufungsbereich anzupassen, wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Lichtquelle 61, das optische Schalterfeld 62 und/oder das licht-empfangende Element 63 getrieben werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur optischen Modulation geschaffen, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, der an ein optisches Schalterfeld angepaßt ist, und eine Anzeigetafel, die einen hohen Kontrast und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit schafft.
Desweiteren besitzt eine erfindungsgemäße optische Flüssigkristall-Vorrichtung den Vorteil, daß die Verwendung eine Polarisators unterlassen werden kann, um eine vergrößerte Durchlässigkeit im Vergleich zu herkömmlichen optischen Flüssigkristall-Vorrichtungen zu erhalten, so daß ein hoher Kontrast und eine Anzeige mit einem breiten Gesichtsfeldwinkel geschaffen werden kann. Weiterhin kann ein gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltener optischer Flüssigkristallschalter ein Schalten mit sehr hoher Geschwindigkeit, in der Größenordnung von annähernd Millisekunden, bewirken, so daß er abgestufte Signale mit hoher Dichte auf einem licht-empfangenden Element zur Verwendung in einem elektrophotographischen Drucker, usw. schaffen kann, um gut gedruckte Bilder zu schaffen.
Desweiteren ist die erfindungsgemäße Flüssigkristall- Vorrichtung mit einem relativ großen Zellspalt im Bereich von 10 um bis 200 um gebildet, so daß der Zellentwurf dafür einfach ist, verglichen mit der zuvor vorgeschlagenen Flüssigkristalltafel.

Claims

1. Optischer Modulator mit:

einem ferroelektrischen Flüssigkristall (7), der zwischen einem ersten Substrat (6) und einer dielektrischen Schicht (3) angeordnet ist;

einer ersten Vielzahl von Elektroden (4), die zwischen dem ersten Substrat (6) und dem ferroelektrischen Flüssigkristall (7) angeordnet ist;

einer zweiten Vielzahl von Elektroden (5), die zwischen dem ferroelektrischen Flüssigkristall (7) und der dielektrischen Schicht (3) angeordnet ist;

einer Hilfselektrode (2), die zwischen der dielektrischen Schicht (3) und einem zweiten Substrat (1) angeordnet ist; einem Gleichspannungsgenerator (8) zum Anlegen von vorbestimmten Gleichspannungen zwischen ausgewählten Elektroden (4) aus der ersten Vielzahl von Elektroden und ausgewählten Elektroden (5) aus der zweiten Vielzahl von Elektroden; und

einem Wechselspannungsgenerator (9) zum Anlegen einer vorbestimmten Wechselspannung zwischen der Hilfselektrode (2) und den Elektroden (4) der ersten Vielzahl von Elektroden, wobei der Flüssigkristall einen trüben Zustand minimaler Durchlässigkeit annimmt, wenn nur die Wechselspannung darüber angelegt wird, wohingegen er einen durchlässigen Zustand annimmt, wenn die Gleichspannungen der Wechselspannung überlagert werden, wobei die Durchlässigkeit des Flüssigkristalls durch den Wert der angelegten Gleichspannung bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsgenerator (8) die Größe der Gleichspannung verändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsgenerator (8) den EIN- oder AUS-Zustand des Anlegens der Gleichspannung steuert.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Wechselspannung eine Frequenz von 2 kHz oder weniger besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Wechselspannung eine Frequenz von 200 Hz bis 2 kHz besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall (7) ein chiral smektischer Flüssigkristall ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall (7) in einer Schicht mit einer Dicke im Bereich von 10 um bis 200 um angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (5) in einer Vielzahl von Streifen isoliert voneinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden (4) in einer Vielzahl von Streifen isoliert voneinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (2) den gesamten Bereich oder einen vorgeschriebenen Bereich des zweiten Substrats (1) bedeckt.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die ersten Elektroden (4) die Abtastelektroden bilden und die zweiten Elektroden (5) die Signalelektroden bilden.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (4) angeordnet sind, eine Breite kleiner als einen Abstand zwischen einem benachbarten Paar von zweiten Elektroden (4) zu besitzen.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden mit Puls-Spannungssignalen mit einem Spitzenwert, einer Pulsdauer oder einer Anzahl von Pulsen abhängig von gegebenen Abstufungsdaten versorgt werden.