DE3789168T2

DE3789168T2 - Verfahren zur Steuerung einer optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall.

Info

Publication number: DE3789168T2
Application number: DE3789168T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Aoki; Koh Fujimura; Masakatsu Higa
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2007-06-27
Also published as: KR880000820A; US4836654A; US4946260A; DE3789168D1; KR900007726B1; EP0251230B1; EP0251230A2; EP0251230A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern einer optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall, um einen Zustand der Lichttransmission oder einen Zustand der Lichtabschirmung zu erhalten, wobei ein Elektrophotoeffekt des Flüssigkristalls ausgenutzt wird.
In jüngster Zeit wurde zunehmend von optischen Geräten mit einem Flüssigkristall zum Erzielen eines Zustands der Lichttransmission oder eines Zustands der Lichtabschirmung Gebrauch gemacht, indem man sie in Fernsehgeräte, Computerterminals, Bürogeräte und dergleichen einbaut. Eine optische Flüssigkristallvorrichtung wird im optischen Druckkopf eines Matrixsichtgerätes oder in einem elektrophotographischen Drucker, die in den oben erwähnten Geräten eingebaut sind, verwendet. Die optische Flüssigkristallvorrichtung steuert die Lichttransmissionszustände (EIN-Zustände) und die Lichtabschirmungszustände (AUS-Zustände) von Mikroverschlüssen, so daß ein Bild und Schriftzeichen auf dem Sichtgerät dargestellt werden, oder ein lichtempfindlicher Körper in einem optischen Druckkopf mit einem Muster, wie z. B. ein Bild und Schriftzeichen, belichtet wird. Die Mikroverschlüsse werden unabhängig voneinander EIN/AUS gesteuert und müssen eine kleinstmögliche Größe aufweisen, so daß eine große Zahl von ihnen auf einem großen Bildschirm angeordnet werden kann, um die Reproduzierbarkeit eines Bildes zu verbessern, wenn sie in einem Sichtgerät verwendet werden oder, so daß ein Bild mit einer hohen Auflösung erhalten werden kann, wenn sie in einem optischen Druckkopf eines elektrophotographischen Druckers verwendet werden. Da eine große Zahl von Mikroverschlüssen angesteuert wird, muß die optische Einrichtung mit einem Flüssigkristall den folgenden Forderungen entsprechen, damit ein Bild oder eine Abbildung mit einer guten Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann:
(1) ein großes Verhältnis der Intensitäten des durchgelassenen Lichts und ein großes Verhältnis der Menge des durchgelassenen Lichts zwischen den EIN- und AUS-Zuständen des Mikroverschlusses d. h. ein hoher Kontrast,
(2) eine hohe Intensität des durchgelassenen Lichts im EIN- Zustand des Mikroverschlusses und
(3) ein schnelles Ansprechverhalten.
Es wurden verschiedene elektrophotographische Drucker vorgeschlagen, die wie die oben beschriebenen Computerterminals oder Bürogeräte benutzt werden können.
Beispielsweise ist aus der U.S.P. 3,824,604 ein alphanumerisches Druckersystem bekannt, das eine matrixartige Flüssigkristallvorrichtung verwendet, in welcher eine nematisch cholesterische Verbindung zwischen einem Substratpaar, auf dem Elektrodenmatrizen ausgebildet sind, eingeschlossen ist. Dieses Druckersystem enthält eine Flüssigkristallmatrix, in der jedes alphanumerische Schriftzeichen durch einen 7 (Zeilen) · 5 (Spalten) Block aufgebaut ist. Lichtleitfaserleitungen sind für jeden Block vorgesehen. Wenn die Flüssigkristallmatrix EIN ist, wird Licht durch die Lichtleitfaserleitungen auf eine lichtempfindliche Walze (Selenwalze) geleitet, wodurch alphanumerische Schriftzeichen unter Verwendung der 7 · 5 Blöcke auf die Walze gedruckt werden. Da in diesem Druckersystem allerdings die Flüssigkristallmatrix eine nematisch cholesterische Verbindung benutzt und jedes Schriftzeichen eine 7 (Zeilen) · 5 (Spalten) Bildelementanordnung hat, kann ein alphanumerisches Schriftzeichen und/oder Bild nicht immer genau in einem gewünschten Format wiedergegeben werden. Das Druckersystem hat eine Anstiegszeit von 10 msec und eine Abklingzeit von 350 msec, d. h. eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit.
Ein elektrophotographischer Drucker, der eine Vorrichtung mit einer Art verdrehtem nematischen Flüssigkristall (im folgenden als TN(twisted nematic)-artig bezeichnet) verwendet, ist aus der DE 2711194-A1 und aus der U.S.P. 4,297,022 bekannt. Die Flüssigkristallvorrichtung des Druckers verwendet eine Mikroverschlußanordnung, bei der Mikroverschlüsse entsprechend den Bildelementen in einer oder zwei Zeilen ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallvorrichtung benutzt ein TN-artiges Flüssigkristallmaterial. Deshalb, selbst wenn die Steuerspannung, die Dicke der Flüssigkristallschicht und dergleichen auf optimale Werte eingestellt sind, kann die Anstiegszeit und die Abklingzeit der Flüssigkristallvorrichtung allerhöchstens nur auf etwa 2 msec bzw. auf 20 msec verbessert werden.
Wenn ein elektrophotographischer Drucker, der die oben beschriebene Flüssigkristallvorrichtung benutzt, in der Praxis angewandt wird, muß jeder Mikroverschluß, um ein hochauflösendes Druckbild zu erhalten, eine sehr kleine Größe, z. B. 0,1 mm · 0,1 mm im Quadrat oder kleiner haben. Ein Bild, das auf eine Seite eines Papierblattes gedruckt ist, ist aus einer großen Anzahl von Punkten aufgebaut, die Lichtflecken entsprechen, welche durch die Mikroverschlüsse gesteuert werden. Damit eine praxisnahe Druckgeschwindigkeit erreicht werden kann, bei der etwa 10 DIN A4 Blätter pro Minute gedruckt werden können, müssen deshalb die Mikroverschlüsse aus diesem Grund mit einer sehr großen Geschwindigkeit angesteuert werden. Deshalb kann der oben erwähnte, bekannte elektrophotographische Drucker die erforderliche, d. h. hohe Druckgeschwindigkeit, nicht erreichen.
Als eine erste Methode, um obiges Problem zu lösen, wird eine Flüssigkristallvorrichtung des TN-Typs, die Flüssigkristallmoleküle mit einem vergrößerten Drehwinkel (twist angle) hat, durch ein Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert, so daß ein schnelles Ansprechverhalten erreicht werden kann. Bei dieser Flüssigkristallvorrichtung des TN- Typs wird einer Flüssigkristallverbindung, die ein dielektrisches Dispersionsphänomen zeigt, zum Erhöhen der Drehkraft eine relativ große Menge eines chiralen Flüssigkristalls zugegeben. Ein elektrisches Feld mit einer hohen Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz des Flüssigkristallmaterials ist, und ein elektrisches Feld mit einer niedrigen Frequenz, die niedriger als die Übergangsfrequenz ist, werden wahlweise an das Flüssigkristallmaterial der Flüssigkristallvorrichtung angelegt. Die Ausrichtung des Flüssigkristallmoleküls wird durch das Adressierschema mit zwei Frequenzen folgendermaßen gesteuert:
Ein elektrisches Feld mit einer hohen Frequenz (z. B. 100 kHz) wird an den Flüssigkristall angelegt, um die Molekülachsen der Flüssigkristallmoleküle so auszurichten, daß sie im rechten Winkel zum angelegten elektrischen Feld stehen, und ein elektrisches Feld mit einer niedrigen Frequenz (z. B. 200 Hz) wird daran angelegt, um die Flüssigkristallmolekülachse so auszurichten, daß sie parallel zu dem angelegten elektrischen Feld steht. Da durch die Verwendung dieses Adressierschemas beim Anlegen der elektrischen Felder die Flüssigkristallmoleküle im rechten Winkel und parallel zum Substrat ausgerichtet werden, hat die Flüssigkristallvorrichtung ein schnelles Ansprechverhalten.
Drucker, die die oben erwähnte Flüssigkristallvorrichtung des TN-Typs verwenden, sind aus der U.S.P. 4,386,836, aus der DE 3213872-A1, aus der U.S.P. 4,609,256 und aus der EP 0083253 bekannt.
Die Flüssigkristallvorrichtung, die in diesen Druckern verwendet wird, kann die Mikroverschlüsse EIN/AUS steuern, in der Art, daß die hochfrequenten und die niederfrequenten elektrischen Felder wechselweise und wiederholt jede Millisekunde angelegt werden.
Bei der Flüssigkristallvorrichtung des TN-Typs müssen jedoch die Flüssigkristallmoleküle durch die Eigendrehkraft der Flüssigkristallmoleküle mit einer Drehung ausgerichtet werden. Da die Ausrichtung durch eine Drehung eine Verzögerung zwischen jeder Betätigung der Vorrichtung verursacht, hat die Vorrichtung deshalb eine begrenzte maximale Ansprechgeschwindigkeit. Genauer gesagt, wenn in einer positiven Anzeige (eine Normalerweise-EIN-Anzeige, bei der ein Paar polarisierender Platten so angeordnet ist, daß ihre Polarisationsachsen im rechten Winkel zueinander stehen) ein hochfrequentes elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, um einen AUS-Zustand in einen EIN-Zustand umzuwandeln, wird die Ansprechgeschwindigkeit um die Zeit verzögert, die für die Ausrichtung durch eine Drehung der Moleküle benötigt wird, und deshalb ist es schwierig eine kurze Anstiegszeit zu erhalten. Da die Drehungssteigung (twist pitch) der Flüssigkristallmoleküle, in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dicke der Flüssigkristallschicht geändert wird, besitzt die Vorrichtung mit dem TN-artigen Flüssigkristall eine schlechte Temperaturstabilität, und deshalb muß die Dicke der Flüssigkristallschicht genau eingestellt werden. Da die Moleküle des TN-artigen Flüssigkristallmaterials zusätzlich einen großen Drehungswinkel haben, ist die Lichtstreuung, die durch die optische Rotationsdispersion zustande kommt, erheblich, und der Kontrast ist niedrig.
Als ein zweites Verfahren, um obiges Problem zu lösen, benutzt eine Anzahl von Flüssigkristallvorrichtungen einen Flüssigkristalltyp mit einem Gast-Gastgeber (Guest-Host)-Effekt. In der GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung ist ein Flüssigkristallmaterial, das durch ein Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert wird, und zu dem ein dichroitischer Farbstoff zugefügt wird, zwischen Substrate eingeschlossen. Die Substrate werden homogenen Ausrichtungsbehandlungen mit parallel zueinander liegenden Richtungen unterworfen. Bei diesem Verfahren wird eine Flüssigkristallzusammensetzung (composition), die ein dielektrisches Dispersionsphänomen zeigt, als Flüssigkristallmaterial benutzt.
Eine Vorrichtung zum Erstellen eines Bildes durch die Verwendung der obigen GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung wurde bereits unter dem Aktenzeichen U.S. 630,957 von mehreren der an der vorliegenden Erfindung beteiligten Erfinder eingereicht. Ebenso wurde diese Vorrichtung im Vereinigten Königreich unter dem Aktenzeichen GB 2144869B eingereicht.
In der GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung werden Farbmoleküle zusammen mit Flüssigkristallmolekülen so ausgerichtet, daß sie beim Anlegen eines hochfrequenten Feldes parallel zum Substrat liegen, und ein AUS-Zustand wird erzeugt, da Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich von der Farbe absorbiert wird. Wenn die Farbmoleküle so ausgerichtet werden, daß sie zusammen mit den Flüssigkristallmolekülen im rechten Winkel zum Substrat stehen, können sie kein Licht absorbieren und erzeugen dadurch einen EIN-Zustand.
In der GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung kann ein Übergang zwischen den EIN- und AUS-Zuständen durch homogene und homeotropische Ausrichtungen der Flüssigkristallmoleküle ohne eine Drehausrichtung hervorgerufen werden. Deshalb kann diese Vorrichtung, weil eine Verzögerungszeit entsprechend der Drehausrichtung nicht auftritt, eine höhere Ansprechgeschwindigkeit erreichen als eine Flüssigkristallvorrichtung des TN-Typs, und ebenso wird die Temperaturstabilität verbessert. Die effektive Menge des durchgelassenen Lichts während des EIN-Betriebszustands kann erhöht werden, und während des praktischen Betriebs kann wegen der schnellen Ansprechgeschwindigkeit ein hoher Kontrast erreicht werden. Daraus ergibt sich, daß, wenn die GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung bei einem optischen Druckkopf angewandt wird, optische Flüssigkristalldrucker ein technisches Niveau erreichen, das eine Massenproduktion erlaubt.
Allerdings bleiben beim optischen Flüssigkristalldrucker, der die GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung benutzt, einige Probleme immer noch ungelöst. Diese Probleme sind die Anforderungen nach einem noch höheren Kontrast und einer stabileren Temperaturcharakteristik. Im besonderen hängt der Kontrast der GH-Typ Flüssigkristallvorrichtung hauptsächlich von einem dichroitischen Verhältnis des zugefügten Farbstoffs, einer Farbstoffkonzentration, einer Zellendicke und dergleichen ab. Aus diesem Grund muß der Farbstoff, der dem Flüssigkristall zugefügt ist, folgende Anforderungen erfüllen:
(1) Er muß ein hohes dichroitisches Verhältnis haben;
(2) er muß einen maximalen Absorptionswellenlängenbereich haben, der mit einem maximalen Emissionswellenlängenbereich der spektralen Emissionscharakteristiken der Lichtquelle zusammenfällt;
(3) er muß eine hohe Löslichkeit in Bezug auf einen Flüssigkristall als einem "Gastgeber" haben; und
(4) er muß ein hohes Absorptionsvermögen haben.
Da es schwierig ist einen Farbstoff zu finden, der alle obigen Anforderungen erfüllten kann, sind einer Verbesserung des Kontrasts der Flüssigkristallvorrichtung Schranken gesetzt. Da sich die Fluktuation der Farbstoffmoleküle in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ist ein Transmissionsgrad im AUS-Zustand unstabil, und deshalb kann die Temperaturstabilität des Kontrasts nicht verbessert werden, was einen sehr engen Betriebstemperaturbereich zur Folge hat.
In einem dritten Verfahren zum Lösen des obigen Problems, wählen einige Vorrichtungen zum Steuern des EIN/AUS-Zustands eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristallvorrichtung nach dem Doppelbrechungstyp (birefringence) aus. Bei dieser Flüssigkristallvorrichtung ist ein nematischer Flüssigkristall (Np-Flüssigkristall), der eine positive dielektrische Anisotropie Δ&epsi; aufweist, zwischen einem Substratplattenpaar eingeschlossen, das einer homogenen Ausrichtungsbehandlung in Richtungen parallel zueinander unterzogen wird, und polarisierende Platten werden entsprechend an den äußeren Oberflächen des Substratpaares angeordnet. Die Polarisationsachsen dieser polarisierenden Platten stehen senkrecht zueinander und schneiden die Richtung der homogenen Ausrichtungsbehandlung der Substrate unter einem Winkel von 45º.
Wenn ein elektrisches Feld an der Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch in bezug auf die Substrate ausgerichtet, und die Polarisationsachsen des polarisierenden Plattenpaares stehen senkrecht zueinander. Aus diesem Grund wird durch sie kein Licht durchgelassen und ein AUS-Zustand wird erzeugt. Wenn das elektrische Feld ausgeschaltet wird, neigen die Flüssigkristallmoleküle dazu, aufgrund ihrer Ausrichtungskraft in einen homogenen Ausrichtungszustand zurückzukehren, und die Flüssigkristallvorrichtung ist in einem gekippten Ausrichtungszustand, während eines Übergangs vom homeotropischen Ausrichtungszustand zum homogenen Ausrichtungszustand, lichtdurchlässig und erzeugt dadurch den EIN-Zustand.
Optische Flüssigkristalldrucker, die die Flüssigkristallvorrichtung verwenden, sind aus der U.S.P. 4,569,574, der U.S.P. 4,595,259 und aus den Japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) mit den Nummern 56-115277, 59-119330 und 60-182421 bekannt. Da sich die Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallvorrichtung während des EIN- und AUS-Betriebs nur zwischen dem schrägen Ausrichtungszustand und dem homeotropischen Ausrichtungszustand in bezug auf die Substrate bewegen müssen, kann ihr Betriebswinkel klein sein. Außerdem, da die Flüssigkristallmoleküle nicht durch eine Drehung ausgerichtet sein brauchen, kann die Vorrichtung eine beträchtlich höhere Ansprechgeschwindigkeit haben als die TN-Typ Flüssigkristallvorrichtung, die einen Np- Flüssigkristall verwendet. Allerdings wird in der Flüssigkristallvorrichtung eine Kraft zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle nur durch die Ausrichtungskraft bestimmt, die zwischen den Substraten und den Flüssigkristallmolekülen wirkt. Aus diesem Grund ist eine Ansprechgeschwindigkeit während des Übergangs von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand immer noch niedrig. Die Betriebsgeschwindigkeit der Flüssigkristallmoleküle hängt von der Viskosität des Flüssigkristalls ab, und die Viskosität hängt von einer Temperatur ab. Deshalb hat die Flüssigkristallvorrichtung eine schlechte Temperaturstabilität.
Um obiges Problem zu lösen, wurde eine andere Technik vorgeschlagen. Bei dieser Technik wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, die ein dielektrisches Dispersionsphänomen aufweist, für die oben erwähnte elektrisch gesteuerte Flüssigkristallvorrichtung des Doppelbrechungstyps benutzt und wird auf selektives Anlegen von elektrischen Feldern mit zwei Frequenzen hin, d. h. hohe und niedrige Frequenzen, ein/ausgeschaltet.
Optische Flüssigkristalldrucker, die die Flüssigkristallvorrichtung benutzen, sind aus den Japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) mit die Nummern 58-176620 und 61-87136 bekannt. Bei der Flüssigkristallvorrichtung, die in diesen Druckern verwendet wird, bewegen sich die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen eines elektrischen Feldes hin, wenn die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch ausgerichtet sind und wenn sie schräg (oblique) ausgerichtet sind. Deshalb kann die Vorrichtung eine ziemlich hohe Ansprechgeschwindigkeit haben. Zusätzlich hat der optische Flüssigkristalldrucker, der die Flüssigkristallvorrichtung verwendet, eine Möglichkeit zum Hochgeschwindigkeitsdrucken.
Die Druckgeschwindigkeit des optischen Flüssigkristalldruckers hängt von einer Zeit ab, während der eine Ladung für einen Punkt auf einer gleichförmig geladenen lichtempfindlichen Walze durch Licht entladen wird, das zur Flüssigkristallvorrichtung geleitet wird und durch die Mikroverschlüsse durchgelassen wird. Wenn ein Bild für eine Papierseite hergestellt wird, muß eine große Zahl von Punktlinien geschrieben werden. Wenn deshalb eine Zeitdauer, die zum Schreiben einer Punktlinie lang ist, wird eine sehr lange Zeit benötigt, um ein Bild für eine Seite zu schreiben, und Hochgeschwindigkeitsdrucken kann nicht ausgeführt werden. Auf einem Teil, der einer Punktlinie auf der lichtempfindlichen Walze entspricht, wird eine Oberflächenladung entladen, wenn ein Produkt einer Bestrahlungszeit und der Intensität von Licht, das durch die Mikroverschlußanordnung der Flüssigkristallvorrichtung durchgelassen wird und auf die lichtempfindliche Walze gestrahlt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht. Die lichtempfindliche Walze spricht in Abhängigkeit von der Lichtmenge, die durch die einzelnen Mikroverschlüsse durchgelassen wird, auf Licht an. Wenn die Intensität des Lichts, das durch jeden einzelnen Mikroverschluß durchgelassen wird, klein ist, ist deshalb pro Punktlinie eine Lichtbestrahlung während einer langen Zeit notwendig. Die Menge des Lichts hängt von der Ansprechgeschwindigkeit der Mikroverschlüsse ab. Genauer gesagt, falls eine Ansprechgeschwindigkeit niedrig ist, wenn die Mikroverschlüsse vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand geschaltet werden und/oder vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand geschaltet werden, kann ein ausreichend geöffneter EIN-Zustand oder AUS- Zustand innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer zum einmaligen Ein-/Ausschalten des Mikroverschlusses nicht hergestellt werden, und eine durchgelassene Lichtintensität ist niedrig. Selbst wenn der ausreichend geöffnete EIN-Zustand oder AUS- Zustand hergestellt ist, ist eine Dauer, während der der hergestellte Zustand aufrechterhalten wird, kurz, was zu einer kleinen Lichtmenge führt.
Die Ansprechgeschwindigkeit ändert sich in Abhängigkeit von der Viskosität des Flüssigkristallmaterials, der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; und dergleichen. Die Viskosität und der Wert der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; haben eine Temperaturabhängigkeit. Da sich die Ansprechgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung ändert, hat sie aus diesem Grund eine schlechte Temperaturstabilität. Genauer gesagt verringert sich die Viskosität des Flüssigkristallmaterials, wenn die Temperatur erhöht wird. Als ein Ergebnis wird die Ansprechgeschwindigkeit erhöht. Die Übergangsfrequenz fc, bei der die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; bei einem dielektrischen Dispersionsphänomen des Flüssigkristallmaterials null wird, wird bei einer Temperaturzunahme erhöht, und die absoluten Werte der dielektrischen Anisotropie AAL in einem elektrischen Feld mit niedriger Frequenz und der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi;H im elektrischen Feld mit einer hohen Frequenz ändern sich deutlich. Wenn bei einer Temperaturzunahme die Übergangsfrequenz fc näher an die vorbestimmte Hochfrequenz fH kommt, nähert sich der absolute Wert von ACH an "null" an, und eine Ansprecheigenschaft in bezug auf das hochfrequente elektrische Feld wird beträchtlich verschlechtert. Wenn fc größer wird als fH, ist es unmöglich, den Flüssigkristall durch das Zwei-Frequenz-Adressierschema anzusteuern. Wenn die Temperatur verringert wird und sich die Übergangsfrequenz fc verringert, wird der absolute Wert der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi;L in dem niederfrequenten elektrischen Feld verkleinert und der absolute Wert der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi;H in dem hochfrequenten elektrischen Feld wird vergrößert. Aus diesem Grund ändern sich die Ansprechcharakteristiken beim Anlegen von fL oder fH. Insbesondere, wenn Δ&epsi;H groß ist und/oder wenn Δ&epsi;L / Δ&epsi;H klein ist, erzeugt der Hystereseeffekt, der durch das hochfrequente elektrische Feld FH verursacht wird, einen großen Einfluß und verschlechtert die Ansprechcharakteristiken beträchtlich. Wenn der Einfluß des hochfrequenten Hystereseeffekts deutlich auftritt, da eine große Kraft auf die Flüssigkristallmoleküle einwirkt, um die Flüssigkristallmoleküle so anzuordnen, daß sie parallel zu den Substraten liegen, können die Flüssigkristallmoleküle beim Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes nicht innerhalb einer kurzen Zeitdauer homeotropisch in bezug auf die Substrate ausgerichtet werden. Deshalb wird im AUS-Zustand Licht nur unvollständig abgeschirmt. Wenn der EIN-Zustand beim Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes erzeugt werden soll, kann eine gekippte Ausrichtung (tilt alignment) im normalen EIN-Zustand nicht erzeugt werden. Die Flüssigkristallmoleküle sollen in der homogenen Richtung in Bezug auf die Substrate ausgerichtet werden, so daß der Transmissionsgrad im EIN-Zustand verringert wird. Wenn dieser Zustand anhält, können die Flüssigkristallmoleküle letztendlich nicht länger auf das elektrische Feld ansprechen.
Wie oben beschrieben worden ist, ändern sich die Ansprechcharakteristiken von herkömmlichen optischen Flüssigkristallvorrichtungen auf Temperaturänderungen hin beträchtlich, und ebenso ändert sich eine Lichtmenge. Deshalb hat die herkömmliche Vorrichtung eine schlechte Temperaturstabilität und hat eine ungenügende Lichtmenge.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situation gemacht und hat die Aufgabe, ein Ansteuerungsverfahren für eine optische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, bei dem eine Änderung in den Ansprechcharakteristiken, auf eine Temperaturänderung hin, unterdrückt wird, um eine Menge des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand zu vergrößern und den Kontrast zu verbessern.
Um obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird ein Ansteuerungsverfahren einer optischen Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, das umfaßt:
Bereitstellen eines Substratpaares, das Elektroden aufweist, die sich zumindest teilweise gegenüberliegen und auf gegenüberliegenden inneren Oberflächen ausgebildet sind;
Bereitstellen eines Flüssigkristallmaterials, das zwischen dem Substratpaar eingeschlossen ist, und dessen Moleküle anfangs in Richtungen parallel zueinander ausgerichtet sind, gemäß einer Ausrichtungsbehandlung, der die inneren Oberflächen der Substrate unterzogen worden sind, und eines Ausrichtungszustandes der Moleküle, die durch ein elektrisches Feld gesteuert werden, das zwischen den Elektroden angelegt wird, wobei das Flüssigkristallmaterial eine Übergangsfrequenz aufweist, bei der seine dielektrische Anisotropie "0" wird und ein dielektrisches Dispersionsphänomen zeigt, wobei die Polarität der dielektrischen Anisotropie in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die niedriger als die Übergangsfrequenz ist, und in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz ist, jeweils entgegengesetzt ist;
Bereitstellen eines Paares von Polarisierungsvorrichtungen, die außerhalb des Flüssigkristallmaterials angeordnet sind, wobei die Polarisationsachsen der Polarisierungsvorrichtungen im wesentlichen senkrecht zueinander stehen und mindestens eine Polarisationsachse die Richtung der Ausrichtungsbehandlung der inneren Oberflächen des Substratpaares in einem Winkel, der in den Bereich zwischen 35º und 45º fällt, schneidet; und
wahlweises Anlegen von elektrischen EIN- und AUS-Feldern an das Flüssigkristallmaterial, um dadurch die Flüssigkristallvorrichtung im EIN- und im AUS-Zustand zu steuern, wobei das elektrische EIN-Feld, während mindestens einer ersten Zeitdauer, mindestens aus einem elektrischen Feld zum Ansteuern der Flüssigkristallmoleküle besteht, und während mindestens einer zweiten Zeitdauer aus keinem elektrischen Feld besteht, zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle, um einen EIN-Zustand der Vorrichtung zu erhalten, wobei das elektrische AUS-Feld die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch in bezug auf die Substrate ausrichtet, um einen AUS- Zustand der Vorrichtung zu erhalten.
Auf diese Weise hat die optische Flüssigkristallvorrichtung, die durch das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung angesteuert wird, einen Zustand mit keinem elektrischen Feld im elektrischen EIN-Feld zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle, um den EIN-Zustand zu erhalten. Deshalb kann ein Verhältnis zwischen der Anlegezeit des elektrischen Feldes zum Ansteuern des Flüssigkristalls und einer Einheitsbetriebszeit zum Ansteuern der optischen Flüssigkristallvorrichtung in den EIN- und AUS-Zuständen verringert werden, und der Einfluß des Hystereseeffekts aufgrund des elektrischen Feldes kann in großem Umfang verringert werden. Folglich kann eine Änderung in den Ansprechcharakteristiken in bezug auf eine Temperaturänderung unterdrückt werden, und die Temperaturstabilität des Betriebs der optischen Flüssigkristallvorrichtung kann verbessert werden. Bei einem Verfahren, in dem die Flüssigkristallmoleküle, die beim Anlegen des elektrischen EIN-Feldes homeotropisch ausgerichtet worden sind, schräg ausgerichtet werden, ist nach einem Zustand, in dem die abrupte Kraft zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle wegen des elektrischen EIN-Feldes auf die Flüssigkristallmoleküle wirkt, ein freier Zustand vorgesehen, bei dem, da kein elektrisches Feld vorhanden ist, keine abrupte Kraft auf die Flüssigkristalle wirkt. Deshalb können die Flüssigkristallmoleküle einheitlich schräg ausgerichtet werden. Wenn die Flüssigkristallmoleküle schräg ausgerichtet werden, um einen EIN-Zustand zu erhalten, wird aus diesem Grund die Intensität des durchgelassenen Lichts vergrößert, die Menge des durchgelassenen Lichts wird vergrößert, und der Kontrast kann verbessert werden. Folglich kann gemäß dem Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Temperaturstabilität des Betriebs der optischen Flüssigkristallvorrichtung verbessert werden, die Menge des durchgelassenen Lichts kann vergrößert werden, und der Kontrast kann verbessert werden.
Der oben erwähnte Hystereseeffekt des elektrischen EIN-Feldes hat einen großen Einfluß, da die Frequenz des elektrischen EIN-Feldes höher ist. Deshalb ist das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung besonders effektiv, wenn das elektrische EIN-Feld eine Frequenz hat, die größer als die Übergangsfrequenz ist.
Das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung benutzt in vorteilhafter Weise den Hystereseeffekt des elektrischen AUS- oder EIN-Feldes, wobei die Wirkung des elektrischen Feldes, das an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, aufrechterhalten bleibt, nachdem das elektrische Feld ausgeschaltet ist.
Genauer gesagt, nachdem die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des elektrischen EIN-Feldes hin im wesentlichen schräg ausgerichtet sind, wird ein elektrisches Halten-Feld zum Halten des Zustandes an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Als elektrisches Halten-Feld wird ein elektrisches Feld benutzt, das aus Wiederholungen von keinem elektrischen Feld oder keinem elektrischen Feld und einem niederfrequenten oder hochfrequenten elektrischen Feld während einer kurzen Zeitdauer oder keinem elektrischen Feld und einem überlagerten elektrischen Feld der niederfrequenten und hochfrequenten Felder besteht. Wenn das elektrische Halten-Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, bleiben die Flüssigkristallmoleküle aufgrund des oben erwähnten Hystereseeffekts im schräg ausgerichteten Zustand. In diesem Fall wird das elektrische EIN-Feld während einer Zeitdauer an das Flüssigkristallmaterial angelegt, um einen maximalen Transmissionsgrad der optischen Flüssigkristallvorrichtung zu erreichen und/oder während einer Zeitdauer, die länger als die Hälfte einer Zeitdauer zum Erreichen des EIN-Zustandes ist. Wenn eine Zeitdauer vorgesehen ist, in der kein elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, kann das Verhältnis der Anlegezeit des elektrischen EIN-Feldes verringert werden. Gemäß den Anforderungen kann deshalb der Einfluß des obigen Hystereseeffekts nur in unbedeutendem Maße auftreten, und die Temperaturstabilität der Ansprechcharakteristiken kann verbessert werden. Da die Anlegezeit des elektrischen Feldes verkürzt werden kann, kann der Leistungsverbrauch verringert werden.
Beim Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Mikroverschlüssen, die in einer Matrix angeordnet sind, im Zeitmultiplex (time-division) angesteuert. In diesem Fall kann der Zustand ohne elektrisches Feld erreicht werden, indem an gegenüberliegenden Elektroden Spannungen angelegt werden, die eine gleiche Frequenz und eine gleiche Phase haben. Wenn die Mikroverschlüsse im Zeitmultiplex gemäß dem Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung angesteuert werden, hat die optische Flüssigkristallvorrichtung eine ausgezeichnete Temperaturstabilität bei den Ansprechcharakteristiken, eine große Lichtmenge, die durchgelassen wird, und einen hohen Kontrast.
Um die Menge des durchgelassenen Lichts der optischen Flüssigkristallvorrichtung beim Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung zu erhöhen, wird, um den EIN-Zustand des Verschlusses auch in einem Stück außerhalb einer Nicht-Auswahlzeitdauer in dem Zeitmultiplex-Ansteuerungsverfahren aufrechtzuerhalten, ein elektrisches Halten-Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Als elektrisches Halten- Feld wird ein elektrisches Feld einer beliebigen Kombination von keinem elektrischen Feld, keinem elektrischen Feld und einem über lagerten elektrischen Feld aus hochfrequenten und niederfrequenten elektrischen Feldern oder keinem elektrischen Feld und dem niederfrequenten elektrischen Feld benutzt. Da eine Zeit zum Aufrechterhalten des EIN-Zustandes des Verschlusses länger als eine Auswahlzeitdauer ist, wird in diesem Fall die Menge des Lichts vergrößert. Beim Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird das elektrische EIN-Feld mehrmals angelegt, und das elektrische AUS-Feld zum vollständigen homeotropischen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in bezug auf die Substrate wird zwischen aufeinanderfolgenden elektrischen EIN-Feldern angelegt, so daß die optische Flüssigkristallvorrichtung während einer Schreibzeitdauer mehrmals in den EIN- und AUS-Zustand gebracht wird. Da das elektrische AUS-Feld in kurzen Zeitintervallen wiederholt an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, kann in diesem Fall der Einfluß des Hystereseeffekts aufgrund des elektrischen EIN-Feldes weiter unterdrückt werden, und die Temperaturstabilität kann verbessert werden. Wenn eine Zeitdauer für ein nichtelektrisches Feld vorgesehen ist, in der kein elektrisches Feld an den Flüssigkristall angelegt wird, kann in diesem Fall die Temperaturstabilität weiter verbessert werden. Da eine Gesamtzeit des EIN-Zustandes verlängert werden kann, kann auf diese Weise die Menge des Lichts vergrößert werden.
Diese Erfindung kann mit der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden, von denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die eine grundlegende Struktur einer optischen Flüssigkristallvorrichtung zeigt, die in einem Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 eine erläuternde Ansicht ist, die die Beziehung zwischen einer Richtung der Ausrichtungsbehandlung und den Polarisationsachsen der polarisierenden Platten in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 3 ein Graph ist, der eine Frequenzabhängigkeit einer dielektrischen Anisotropoie eines Flüssigkristallmaterials (1) zeigt, das in der optischen Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
die Fig. 4A und 4B Graphen sind, die spektrale Charakteristiken der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, in einem ursprünglichen Ausrichtungszustand zeigen, wobei diese durch theoretische Berechnungen und durch eine tatsächliche Messung erhalten worden ist;
die Fig. 5A und 5B Graphen von Betriebscharakteristiken sind, für den Fall, daß bei der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ein Zustand, bei dem ein elektrisches Feld angelegt ist, umgeschaltet wird in einen Zustand, bei dem kein elektrisches Feld angelegt wird, wobei Fig. 5B eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 5A ist;
Fig. 6 ein Graph ist, der spektrale Charakteristiken zeigt, die gemäß einem Kippwinkel der Flüssigkristallmoleküle in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, geändert werden;
Fig. 7 ein Graph ist, der spektrale Charakteristiken in den EIN- und AUS-Zuständen zeigt, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch wiederholtes Anlegen eines elektrischen Feldes und keines elektrischen Feldes angesteuert wird;
Fig. 8 ein Graph ist, der Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn eine Flüssigkristalladressierung mit zwei Frequenzen in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird, und die optische Vorrichtung durch wiederholtes Anlegen eines elektrischen Feldes und keines elektrischen Feldes angesteuert wird;
Fig. 9 ein Graph ist, der Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn eine Flüssigkristalladressierung mit zwei Frequenzen in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet- wird, und die optische Vorrichtung durch ein elementares Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert wird;
Fig. 10 eine Ansicht ist zum Erläutern eines zulässigen Grenzmaßes eines Winkels, der durch die Richtung der Ausrichtungsbehandlung und durch die Polarisationsachse der polarisierenden Platte in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, festgelegt wird;
Fig. 11 ein Graph ist, der die spektralen Charakteristiken zeigt, wenn der Winkel, der durch die Richtung der Ausrichtungsbehandlung und durch die Polarisationsachse der polarisierenden Platte in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, festgelegt ist, variiert wird, wobei ,die Zellendicke auf 4,15 um festgesetzt ist;
Fig. 12 ein Graph ist, der die spektralen Charakteristiken zeigt, wenn der Winkel, der durch die Richtung der Ausrichtungsbehandlung und durch die Polarisationsachse der polarisierenden Platte in der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, festgesetzt ist, variiert wird, wobei eine Zellendicke auf 4,68 mm festgesetzt ist;
die Fig. 13A und 13B Graphen sind, die Ansprechcharakteristiken bei entsprechenden Temperaturen zeigen, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch das elementare Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert wird;
Fig. 14 eine erläuternde Ansicht zum Festlegen der Ansprechcharakteristiken der optischen Flüssigkristallvorrichtung ist;
die Fig. 15A und 15B Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei entsprechenden Temperaturen zeigen, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch ein erstes Ansteuerungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird, wobei die Zeit T3, während der ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt ist, auf 0,75 msec gesetzt ist;
die Fig. 16A und 16B Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei entsprechenden Temperaturen zeigen, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch ein erstes Ansteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird, wobei die Zeit T3, während der ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt wird, auf 0,5 msec gesetzt ist;
die Fig. 17A und 17B Graphen sind, die Ansprechcharakteristiken bei entsprechenden Temperaturen zeigen, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch ein erstes Ansteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird, wobei die Zeit T3, während der ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt ist, auf 0,25 msec gesetzt ist;
Fig. 18 ein Graph der spektralen Charakteristiken bei einer Temperatur von 45ºC ist, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 16A und 16B gezeigt ist, angesteuert wird;
Fig. 19 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 50ºC zeigt, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 16A und 16B gezeigt ist;
Fig. 20 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch ein zweites Ansteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird;
Fig. 21 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch ein drittes Ansteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird;
Fig. 22 eine schematische Ansicht eines optischen Flüssigkristalldruckers ist, der die optische Flüssigkristallvorrichtung verwendet;
Fig. 23 ein Graph ist, der die spektrale Empfindlichkeit einer lichtempfindlichen Walze zeigt, die im optischen Flüssigkristalldrucker verwendet wird, der in Fig. 22 gezeigt ist;
Fig. 24 ein Graph ist, der die spektrale Energieverteilung einer Lichtquelle zeigt, die im optischen Flüssigkristalldrucker verwendet wird, der in Fig. 22 gezeigt ist;
Fig. 25 ein Grundriß eines Flüssigkristallverschlusses ist, der im optischen Flüssigkristalldrucker verwendet wird, der in Fig. 22 gezeigt ist;
Fig. 26 eine Schnittansicht des Flüssigkristallverschlusses entlang einer Linie A-A in Fig. 25 ist;
Fig. 27 eine perspektivische Explosionsansicht des Flüssigkristallverschlusses ist, der in Fig. 25 gezeigt ist;
Fig. 28 ein vergrößerter Grundriß eines Teils des Verschlusses des Flüssigkristallverschlusses ist, der in Fig. 25 gezeigt ist;
Fig. 29 ein Blockschaltbild ist, das einen Ansteuerschaltkreis des Flüssigkristallverschlusses zeigt, der in Fig. 25 gezeigt ist;
die Fig. 30A bis 30H Wellenformübersichten sind, die ein erstes zeitlich gemultiplextes (time-divisional) Ansteuerungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 31 ein Graph der optischen Charakteristiken ist, der durchgelassenes Licht zeigt, wenn Spannungen von verschiedenen Wellenformen zum Ansteuern des Flüssigkristallverschlusses, der in Fig. 25 gezeigt ist, ununterbrochen angelegt werden;
Fig. 32 ein Graph ist, der die spektralen Charakteristiken im ursprünglichen Ausrichtungszustand des Flüssigkristallverschlusses zeigt, der in Fig. 25 gezeigt ist;
Fig. 33 ein Graph der optischen Charakteristiken ist, der die Intensitäten des durchgelassenen Lichts bei entsprechenden Temperaturen zeigt, wenn ein überlagertes elektrisches Feld, das in Fig. 31 gezeigt ist, an den Flüssigkristallverschluß angelegt wird;
die Fig. 34A, 34B, 34C und 34D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn verschiedene Wellenformen kombiniert werden und wiederholt an den Flüssigkristallverschluß angelegt werden;
die Fig. 35A bis 35J Wellenformübersichten sind, die ein zweites zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Fig. 36A, 36B, 36C und 36D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, die den jeweiligen elektrischen Feldern entsprechen, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 35A bis 35J gezeigt ist;
die Fig. 37A, 37B und 37C Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 35A bis 35J gezeigt ist, angesteuert wird;
die Fig. 38A bis 38I Wellenformübersichten sind, die ein-erste Modifikation eines Ansteuerungsverfahrens des zweiten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahrens zeigen, das in den Fig. 35A bis 35J gezeigt ist;
die Fig. 39A, 39B, 39C und 39D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, welche den jeweiligen elektrischen Feldern entsprechen, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, wenn der Flüssigkristallverschluß durch ein Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist;
die Fig. 40A bis 40I Wellenformübersichten sind, die eine zweite Modifikation eines Ansteuerungsverfahrens des zweiten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahrens zeigen, das in den Fig. 35A bis 35J gezeigt ist;
die Fig. 41A und 41B Graphen sind, die den jeweiligen elektrischen Feldern entsprechen, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 40A bis 40I gezeigt ist;
Fig. 42 ein Graph ist, der die spektralen Charakteristiken des Flüssigkristallverschlusses zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 40A bis 40I gezeigt ist;
die Fig. 43A bis 43I Wellenformübersichten sind, die ein zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Fig. 44A, 44B, 44C und 44D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch ein Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei die Zeitdauer T5 ohne elektrisches Feld gleich 0 ist;
die Fig. 45A, 45B, 45C und 45D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei die Zeitdauer T5 ohne elektrisches Feld auf 0,1 msec gesetzt ist;
die Fig. 46A, 46B und 46C Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei die Zeitdauern T6 und T7, in denen ein überlagertes elektrisches Feld oder ein niederfrequentes elektrisches Feld angelegt wird, auf jeweils 0,2 msec gesetzt sind;
Fig. 47 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei, nachdem das elektrische AUS-Feld ununterbrochen angelegt wird, ein elektrisches EIN-Feld angelegt wird;
die Fig. 48A, 48B, 48C und 48D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei die erste Zeitdauer T3 in einer Zeitdauer, in der ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt wird, auf 0,1 msec gesetzt ist, die nächste Zeitdauer T4 auf 0,4 msec gesetzt ist und die Zeitdauer T5 eines nichtelektrischen Feldes auf 0,1 msec gesetzt ist;
Fig. 49 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn in dem Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, die erste Zeitdauer T3 in der Zeitdauer, in der das hochfrequente elektrische Feld angelegt wird, auf 0,1 msec gesetzt ist, die nächste Zeitdauer T4 auf 0,4 msec gesetzt ist und die Zeitdauer T5 mit keinem elektrischen Feld auf 0,2 msec gesetzt ist;
die Fig. 50A, 50B, 50C und 50D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei eine gesamte Anlegezeitdauer des hochfrequenten elektrischen Feldes auf 0,4 msec gesetzt ist;
die Fig. 51A, 51B, 51C und 51D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, wobei die gesamte Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes auf 0,3 msec. gesetzt ist;
die Fig. 52A bis 52I Wellenformübersichten sind, die ein zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 53 ein Graph ist, der die Frequenzabhängigkeit einer dielektrischen Anisotropie des Flüssigkristallmaterials (2) zeigt;
Fig. 54 ist ein Graph, der eine Intensität des durchgelassenen Lichts in bezug auf den Kippwinkel der Flüssigkristallmoleküle zeigt, wenn Flüssigkristallmaterial (1) verwendet wird;
Fig. 55 ein Graph ist, der eine Intensität des durchgelassenen Lichts in bezug auf den Kippwinkel der Flüssigkristallmoleküle zeigt, wenn Flüssigkristallmaterial (2) verwendet wird;
die Fig. 56A, 56B und 56C Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß 1, der Flüssigkristallmaterial (1) verwendet, durch das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist, angesteuert wird;
die Fig. 57A, 57B und 57C Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß 2, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, durch ein Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist;
Fig. 58 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß 2, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, durch ein Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist, wobei die Anlegezeit T3 des elektrischen Hochfrequenzfeldes auf 0,25 msec gesetzt ist;
Fig. 59 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß 2, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist, wobei die Anlegezeit T3 des hochfrequenten elektrischen Feldes auf 0,2 msec gesetzt ist;
Fig. 60 eine Ansicht zum Erklären der Definition einer Lichtmenge ist;
Fig. 61 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß, der das Flüssigkristallmaterial (1) verwendet, durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist, wobei eine Einheitsschreibzeitdauer auf 1 msec gesetzt ist;
Fig. 62 ein Graph ist, der die Ansprechcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist, wobei eine Einheitsschreibzeitdauer auf 1 msec gesetzt ist;
Fig. 63 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses zeigt, der die in Fig. 61 gezeigten Ansprechcharakteristiken aufweist;
Fig. 64 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses zeigt, der die in Fig. 62 gezeigten Ansprechcharakteristiken aufweist;
die Fig. 65A bis 65I Wellenformübersichten sind, die ein zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren einer ersten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 66 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 65A bis 65I gezeigt ist;
die Fig. 67A bis 67I Wellenformübersichten sind, die ein zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren einer zweiten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Fig. 68A und 68B Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken während der EIN- und AUS-Zustände zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 67A bis 67I gezeigt ist;
Fig. 69 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 67A bis 67I gezeigt ist;
die Fig. 70A bis 70J Wellenformübersichten sind, die ein zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 71 ein Graph ist, der die Frequenzabhängigkeit einer dielektrischen Anisotropie des Flüssigkristallmaterials (3) zeigt, das für den Flüssigkristallverschluß verwendet wird, der durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist;
die Fig. 72A und 72B Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, wobei die Hochfrequenzanlegezeit T3 auf 0,45 msec gesetzt ist, und die Niederfrequenzanlegezeit T4 auf 0,1 msec gesetzt ist;
die Fig. 73A, 73B und 73C Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, wobei die Hochfrequenzanlegezeit T3 auf 0,4 msec gesetzt ist, und die Niederfrequenzanlegezeit T4 auf 0,2 msec gesetzt ist;
die Fig. 74A, 74B, 74C und 74D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, wobei die Hochfrequenzanlegezeit T3 auf 0,35 msec gesetzt ist, und die Niederfrequenzanlegezeit T4 auf 0,3 msec gesetzt ist;
die Fig. 75A, 75B, 75C und 75D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, wobei die Hochfrequenzanlegezeit T3 auf 0,3 msec gesetzt ist, und die Niederfrequenzanlegezeit T4 auf 0,4 msec gesetzt ist;
Fig. 76 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist;
Fig. 77 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist;
die Fig. 78A, 78B, 78C und 78D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist;
die Fig. 79A, 79B, 79C und 79D Graphen sind, die die Ansprechcharakteristiken zeigen, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist;
die Fig. 80A bis 80I Wellenformübersichten sind, die eine erste Modifikation eines Ansteuerungsverfahrens der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 81 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 80A bis 80I gezeigt ist;
die Fig. 82A bis 82I Wellenformübersichten sind, die eine zweite Modifikation eines Ansteuerungsverfahrens der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Fig. 83 ein Graph ist, der die Temperaturcharakteristiken zeigt, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 82A bis 82I gezeigt ist.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der folgenden Ordnung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
(A) der grundlegende Aufbau und das Funktionsprinzip einer optischen Flüssigkristallvorrichtung, die durch ein Ansteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angesteuert wird; (B) ein Ansteuerungsverfahren der optischen Flüssigkristallvorrichtung; (C) der grundlegende Aufbau einer Verschlußanordnung, z. B. für einen Flüssigkristalldrucker, der durch das Flüssigkristallansteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angesteuert wird; und (D) ein Verfahren zum Ansteuern der Verschlußanordnung.
(A) Ein grundlegender Aufbau und eine Funktionsweise einer optischen Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 Substrate, die so angeordnet sind, daß sie durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Die polarisierenden Platten 12 sind an den äußeren Oberflächen der Substrate 11 angeordnet, und die durchsichtigen Elektroden 13 und die Ausrichtungsschichten 14 sind an deren inneren Oberflächen angeordnet. Flüssigkristallmaterial, das durch das Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert wird (im folgenden als Flüssigkristallmaterial mit Zwei-Frequenz-Adressierung bezeichnet) 15, welches zusammen mit den Elektroden 13 einen optischen Verschluß bildet, ist zwischen den Substraten 11 eingeschlossen.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Richtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle der optischen Flüssigkristallvorrichtung 16, die den obigen Aufbau hat, und den Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten 12. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine Richtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle; 22 eine Richtung einer Transmissionsachse (oder Absorptionsachse) der oberen polarisierenden Platte 12; und 23 eine Richtung einer Transmissionsachse (oder Absorptionsachse) der unteren polarisierenden Platte 12. Genauer gesagt, das Flüssigkristallmaterial mit Zwei-Frequenz -Adressierung 15 ist in einer Flüssigkristallzelle eingeschlossen, die einer homogenen Ausrichtungsbehandlung unterzogen wird, so daß sich die Flüssigkristallmoleküle homogen ausrichten. Die Polarisationsachse (Transmissionsachse oder Absorptionsachse) mindestens einer polarisierenden Platte 12 wird so festgelegt, daß sie die Richtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle unter einem Winkel von 45º schneidet, und die Polarisationsachsen der oberen und unteren polarisierenden Platten 12 werden so festgelegt, daß sie im rechten Winkel zueinander stehen. Mit dieser Anordnung kann eine elektrisch gesteuerte optische Flüssigkristallvorrichtung nach dem Doppelbrechungstyp erhalten werden.
Das Flüssigkristallmaterial 15 hat eine Übergangsfrequenz fc, bei der die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; "0" wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die ein dielektrisches Dispersionsphänomen des Flüssigkristallmaterials (1) zeigt (was später beschrieben wird), weist eine positive dielektrische Anisotropie in bezug auf das niederfrequente elektrische Feld FL auf, das eine Frequenz hat, die kleiner als die Frequenz fc ist, und weist eine negative dielektrische Anisotropie in bezug auf das hochfrequente elektrische Feld FH auf, das eine Frequenz hat, die größer als die Frequenz fc ist.
Die Intensität I des durchgelassenen Lichts in der optischen Flüssigkristallvorrichtung 16 kann durch die folgende Gleichung (1) erhalten werden:
I = I&sub0; sin² 2R · sin² (π·Δnb·d/λ) (1)
mit
I&sub0;: Intensität des Lichts, die durch den Transmissionsgrad eines Paars polarisierender Platten bestimmt wird, deren Polarisationsachsen parallel zueinander angeordnet sind
R: Winkel, der durch die optische Achse des Flüssigkristalls in einem anfänglichen Ausrichtungszustand und die Polarisationsachse der polarisierenden Platte gebildet wird
Δnb: Doppelbrechung, die vom Winkel R abhängt, der durch die Normale zur Substratoberfläche und die optische Achse des Flüssigkristalls gebildet wird
λ: Wellenlänge des einfallenden Lichts
d: Dicke der Flüssigkristallschicht
Die Doppelbrechung Δnb ändert sich gemäß dem Kippwinkel (tilt angle) Φ der Flüssigkristallmoleküle. Allerdings kann dies durch die folgenden Formeln (2), (3) und (4) ausgedrückt werden, wenn der Brechungsindex n// in einer Richtung parallel zur optischen Achse des Flüssigkristalls und der Brechungsindex n in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bekannt sind:
Δnb = ne-no (2)
ne = (n// n )/
no = n (4)
mit:
ne: Brechungsindex des außerordentlichen Lichts
no: Brechungsindex des ordentlichen Lichts
Deshalb wird die Intensität des durchgelassenen Lichts der elektrisch gesteuerten Flüssigkristallvorrichtung nach dem Doppelbrechungstyp gemäß dem Produkt Δnb·d, der Doppelbrechung Δnb und der Dicke d (um) der Flüssigkristallschicht geändert, und Δnb wird gemäß dem Kippwinkel Φ der Flüssigkristallmoleküle geändert. Der Kippwinkel Φ kann durch die obigen Gleichungen (2), (3) und (4) angegeben werden.
Spektrale Charakteristiken in einem anfänglichen Ausrichtungszustand wurden auf der Basis der Gleichung (1) berechnet, wenn ein Flüssigkristallmaterial, das die Charakteristiken aufweist, die in der unten aufgeführten Tabelle 1 gezeigt sind, in der optischen Flüssigkristallvorrichtung verwendet wurde, die in Fig. 1 gezeigt ist, und die Dicke d der Flüssigkristallschicht auf 5,09 um gesetzt war. In diesem Fall ist die optische Anisotropie Δna = n// - n und der Brechungsindex ist ein Meßwert bei einer Wellenlänge von 589 nm und wird auf eine Wellenlängenänderung hin nicht geändert. Tabelle 1 (Flüssigkristallmaterial (1)) NI Punkt Viskosität Brechungsindex
Fig. 4A zeigt das Berechnungsergebnis. Fig. 4B zeigt das Ergebnis, wenn die oben erwähnte Flüssigkristallvorrichtung in der Praxis hergestellt wurde, und die spektralen Charakteristiken im anfänglichen Ausrichtungszustand gemessen wurden. In diesem Fall ist ein UV-Grenzfilter an der polarisierenden Platte vorgesehen zum Abschirmen von Licht, das eine Wellenlänge von 375 nm oder weniger hat. Die Berechnungsdaten und die Meßdaten, die in den Fig. 4A und 4B gezeigt sind, stimmen in Anbetracht der Bedingungen der Berechnung und der Messung gut überein.
Falls dieser anfängliche Ausrichtungszustand als ein EIN-Zustand eines Verschlusses definiert wird, werden die spektralen Charakteristiken abhängig von "Δna·d" beträchtlich geändert, und es können keine linearen spektralen Charakteristiken erreicht werden. Dies ist deshalb für einen Verschluß in bezug auf eine weiße Lichtquelle nicht erwünscht. Die Betriebscharakteristiken der oben erwähnten elektrisch gesteuerten, optischen Flüssigkristallvorrichtung nach dem Doppelbrechungstyp wurden untersucht.
Ein nematischer Flüssigkristall, der Charakteristiken aufweist, die in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt sind, wurde in einer Zelle eingeschlossen, die eine Zellendicke von 5,10 um hat, und seine Betriebscharakteristiken wurden gemessen. Tabelle 2 NI Punkt Viskosität Brechungsindex
Fig. 5A zeigt eine Intensität des durchgelassenen Lichts, wenn ein elektrisches AC-Feld mit 1 kHz angelegt ist, und dann ein nichtelektrischer Feldzustand festgelegt wird, bei dem kein elektrisches Feld angelegt ist. Eine Leuchtstofflampe, die eine Emissionsscheitelwellenlänge von 543 nm und eine Halbwertsbreite von etwa 20 nm hat, wurde als Lichtquelle für die Messung verwendet. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wenn ein elektrisches Feld angelegt bleibt, sind die Flüssigkristallmoleküle in bezug auf die Glassubstrate 11 homeotropisch ausgerichtet, und die Intensität des durchgelassenen Lichts ist niedrig. Im Zustand ohne elektrisches Feld werden die Flüssigkristallmoleküle durch eine anfängliche Ausrichtungskraft allmählich gekippt und sind schließlich homogen ausgerichtet.
Bis zu diesem Zeitpunkt ist die Intensität des durchgelassenen Lichts innerhalb von etwa 60 msec auf eine Transmissionsintensität im ursprünglichen Ausrichtungszustand zurückgekehrt, wobei sie zwei Spitzen entlang der Zeitachse aufweist. Fig. 5B zeigt die gedehnte Zeitachse in der Nähe des ersten Spitzenwertes von Fig. 5A. Wie man in Fig. 5B sieht, wird etwa 1 msec benötigt, um den ersten Spitzenwert zu erreichen.
Die spektralen Charakteristiken zu den jeweiligen Zeiten, die in den Fig. 5A und 5B gezeigt sind, können unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (4) berechnet werden. Die spektralen Charakteristiken hängen vom Wert Δnb gemäß einem Kippwinkel Φ der Flüssigkristallmoleküle während einer Übergangszeitdauer ab, vom Zeitpunkt, wenn die homeotropische Ausrichtung auf das Anlegen eines elektrischen Feldes hin erzeugt ist, bis zum Zeitpunkt, zu dem die homogene Ausrichtung aufgrund der natürlichen Relaxation erzeugt ist.
Fig. 6 zeigt das Berechnungsergebnis der spektralen Charakteristiken. In Fig. 6 sind die spektralen Charakteristiken von "Φ = 20º" bis "Φ = 45º" für alle 5º berechnet. Die Kurve (1) zeigt einen Fall für "Φ = 20º und Δnb = 0,019"; (2) zeigt einen Fall für "Φ = 25º und Anb = 0,030"; (3) zeigt einen Fall für "Φ = 30º und Δnb = 0,042"; (4) zeigt einen Fall für "Φ = 35º und Δnb = 0,056"; (5) zeigt einen Fall für "Φ = 40º und Δnb = 0,072"; und (6) zeigt einen Fall für "Φ = 45º und Δnb = 0,088". Beim Anlegen des elektrischen Feldes werden die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch ausgerichtet und "Δnb = 0". Deshalb ist die Intensität des durchgelassenen Lichts = "0", und die Anzeige ist vollkommen schwarz. Da die Kurve (4) von den spektralen Charakteristiken der Fig. 6 den höchsten mittleren Transmissionsgrad hat, ist es klar, daß die Kurve (4) dem oben erwähnten ersten Spitzenwert entspricht. Der erste Spitzenwert tritt auf, wenn die Flüssigkristallmoleküle etwa um 35º in bezug auf die Normale zur Substratoberfläche gekippt sind. In einem Zustand, in dem die Flüssigkristallmoleküle gekippt sind, um einen ersten Spitzenwert für die Intensität des durchgelassenen Lichts zu erzeugen, können relativ lineare spektrale Charakteristiken erreicht werden, und dieser Zustand kann für einen Verschluß verwendet werden zum Steuern von EIN-/AUS-Zuständen von weißem Licht.
Fig. 7 zeigt Meßdaten der Kurve (a) der spektralen Charakteristik, wenn die oben erwähnte Flüssigkristallzelle abwechselnd für jeweils 4 msec durch einen elektrischen Feldanlegezustand mit einer Frequenz von 1 kHz und einer Spannung von 25V und mit keinem elektrischen Feldzustand angesteuert wird, und zeigt Meßdaten der Kurve (b) der spektralen Charakteristik, wenn ein elektrisches Feld ununterbrochen angelegt ist. Wenn das elektrische Feld ununterbrochen angelegt ist, beträgt ein Transmissionsgrad 1% oder weniger, und er beträgt 11 bis 14%, wenn der elektrische Feldanlegezustand und der Zustand mit keinem elektrischen Feld wiederholt werden. Eine Änderungsbreite im Transmissionsgrad in bezug auf eine Änderung in der Wellenlänge beträgt 3% oder weniger. Deshalb hat die Flüssigkristallzelle im wesentlichen lineare spektrale Charakteristiken und kann als Verschluß verwendet werden.
Im Flüssigkristallverschluß, der die natürliche Relaxation verwendet, beträgt eine Zeitdauer, die benötigt wird, bis der Lichttransmissionsgrad einen Spitzenwert erreicht, d. h. eine Antwortzeit, allerdings etwa 1 msec. Diese Antwortzeit hängt von der Viskosität, dem Brechungsindex und dem Spreiz(splay)-Elastizitätsmodul K// ab. Diese Konstanten unterscheiden sich in verschiedenen Flüssigkristallmaterialtypen nicht sehr stark. Deshalb ist es in der Praxis schwierig, den Verschluß mit einer Antwortzeit von 1 msec oder weniger anzusteuern.
Die oben erwähnte Flüssigkristallzelle wird als eine optische Steuervorrichtung z. B. für einen elektrophotographischen Drucker verwendet. Da die optische Steuervorrichtung als ein optischer Verschluß, der kleinen Punkten (z. B. 0,1 mm · 0,1 mm im Quadrat oder weniger) entspricht, zum Drucken eines Buchstabens oder ähnlichem dient, muß ein EIN-Betriebszustand eines Verschlusses, um zu ermöglichen, daß Licht durch ihn durchgelassen wird, und ein AUS-Betriebszustand eines Verschlusses zum Abschirmen des Lichts mit einer sehr hohen Geschwindigkeit umgeschaltet werden. Deshalb wird eine solche Anforderung an den Hochgeschwindigkeitsverschluß noch nicht erfüllt, und die obige Zelle kann nicht für den Hochgeschwindigkeitsverschluß verwendet werden, der eine Antwortzeit von 1 msec oder weniger erfordert.
Wenn ein Flüssigkristallmaterial mit Zwei-Frequenz-Adressierung 15 in der Flüssigkristallzelle 16 eingeschlossen ist, die in Fig. 1 gezeigt ist, und ein elektrisches AC-Feld angelegt wird, das eine Frequenz hat, die niedriger als die Übergangsfrequenz fc ist, z. B. 1 kHz (größer als eine Schwellenspannung, z. B. eine Klemmenspannung beträgt ± 25V), sind Flüssigkristallmoleküle homeotropisch in bezug auf die Substratoberfläche ausgerichtet und erzeugen so einen AUS- Zustand des Verschlusses. Wenn in diesem Zustand ein elektrisches AC-Feld mit einer Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz fc ist, angelegt wird, kehren die Flüssigkristallmoleküle aufgrund des elektrischen Feldes mit hoher Geschwindigkeit in den anfänglichen Ausrichtungszustand zurück. Zu dieser Zeit wird die Doppelbrechung Δnb allmählich gemäß dem Kippwinkel Φ der Flüssigkristallmoleküle geändert und erreicht den oben erwähnten ersten Spitzenwert in der Nähe des vorbestimmten "Δnb·d", und ein heller Zustand, der relativ flache spektrale Charakteristiken aufweist, wird erzeugt. Dieser Zustand kann als ein EIN-Zustand des Verschlusses verwendet werden, und die Ansprechcharakteristiken können verbessert werden.
Die oben erwähnte optische Flüssigkristallvorrichtung wird durch das Adressierschema mit zwei Frequenzen angesteuert und wird folgendermaßen betrieben. Die Fig. 8 und 9 zeigen eine optische Funktionsweise, wenn Flüssigkristallmaterial 1 mit einer Zwei-Frequenz-Adressierung, welches in Tabelle 1 gezeigt ist, in der Flüssigkristallzelle eingeschlossen ist, die einen Spalt (Dicke der Flüssigkristallschicht) d von 4,27 um hat, um den Flüssigkristallverschluß herzustellen, der in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 8 wird aus Vergleichsgründen vorgestellt und zeigt einen Fall, bei dem eine Sägezahnwelle an den Flüssigkristallverschluß angelegt wird, in der abwechselnd ein 25V elektrisches AC-Feld FL mit einer Frequenz von 5 kHz niedriger als die Übergangsfrequenz fc und kein elektrisches Feld auftreten. In dem Ansteuerungsschema, das in Fig. 8 gezeigt ist, wird der AUS-Zustand des Verschlusses erzeugt, wenn das elektrische Feld angelegt ist, und der Verschluß wird im nichtelektrischen Feldzustand allmählich geöffnet. In diesem Fall, da die natürliche Relaxation der homeotropischen Ausrichtungskraft des elektrischen Feldes der Flüssigkristallmoleküle benutzt wird, indem nach dem Anlegen des elektrischen Feldes der Zustand mit keinem elektrischen Feld gesetzt wird, ist die Ansprecheigenschaft des EIN-Zustandes des Verschlusses schlecht.
Fig. 9 zeigt den Verschlußbetrieb, wenn ein niederfrequentes elektrisches AC-Feld FL mit einer Frequenz von 5 kHz (25V) und ein hochfrequentes elektrisches AC-Feld FL mit einer Frequenz von 200 kHz (25V) wechselweise an den Flüssigkristallverschluß angelegt werden. In diesem Fall kann eine maximale Helligkeit innerhalb 1 msec erreicht werden, da eine homogene Ausrichtungskraft aufgrund des hochfrequenten elektrischen AC-Feldes an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird. Die spektralen Charakteristiken im EIN-Zustand des Verschlusses sind im wesentlichen die gleichen wie die des nematischen Flüssigkristalls, der in Fig. 7 gezeigt ist. Der Transmissionsgrad im AUS-Zustand des Verschlusses ist etwa 1%, und der Transmissionsgrad im EIN-Zustand des Verschlusses ist 20% oder mehr. Deshalb kann dieser Flüssigkristallverschluß als ein Verschluß betrieben werden, der einen ausgezeichneten Kontrast hat. In der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 9 gezeigt ist, werden die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen eines elektrischen Feldes hin, das eine Frequenz hat, die niedriger als die Übergangsfrequenz fc ist, homeotropisch ausgerichtet, um den Verschluß auszuschalten. Daraufhin werden die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des elektrischen Feldes hin, das eine Frequenz hat, die größer als die Übergangsfrequenz fc ist, ausgerichtet, so daß sie in einem vorbestimmten Kippwinkel geneigt sind, der den maximalen Transmissionsgrad ermöglicht, um auf diese Weise den Verschluß einzuschalten. Mit diesem Ansteuerungsschema werden die Flüssigkristallmoleküle durch das elektrische Feld angesteuert, wenn sie schräg ausgerichtet sind, und der EIN-Betriebszustand des Verschlusses kann mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. In Fig. 9 wird ein Fall veranschaulicht, bei dem der Verschluß durch eine Effektivspannung von 25V angesteuert wird. Wenn eine höhere Steuerspannung angelegt wird, kann der Verschlußbetrieb mit einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Der grundlegende Aufbau der optischen Flüssigkristallvorrichtung der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den Fig. 1 und 2 gezeigten beschränkt. Zum Beispiel kann eine Richtung der Ausrichtungsbehandlung der ausrichtenden Schichten, die auf den Substraten 11 ausgebildet sind, und/oder ein Winkel, der durch die Richtung der Ausrichtungsbehandlung und durch die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte festgelegt ist, innerhalb des Bereichs der folgenden Bedingungen beliebig abgeändert werden.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 10 wird ein Fall beschrieben, bei dem eine Richtung der Ausrichtungsbehandlung geändert wird. Eine der ausrichtenden Schichten 14 auf einem Paar von gegenüberliegenden Substraten wird einer Ausrichtungsbehandlung in einer Richtung unterworfen, die durch den Pfeil 20 angezeigt wird, und die andere wird einer Ausrichtungsbehandlung in einer Richtung unterzogen, die durch den Pfeil 21 angedeutet ist. Die Richtungen 20 und 21 der Ausrichtungsbehandlung werden so festgelegt, daß sie sich in einem Schnittwinkel ψ von 180º bis 150º schneiden. Die Richtung 22 der Polarisationsachse von einer der zwei polarisierenden Platten 12 und die Richtung 23 der Polarisationsachse der anderen Platte 12 stehen im wesentlichen senkrecht zueinander und mindestens die Polarisationsachse 22 schneidet die Winkelhalbierende O des Schnittwinkels ψ der Richtungen 20 und 21 unter dem Winkel .
Nematisches Flüssigkristallmaterial mit Zwei-Frequenz -Adressierung 15 wird zwischen einem Substratpaar 11 eingefüllt, und die Flüssigkristallmoleküle dieser Flüssigkristallschicht werden so ausgerichtet, daß sie leicht gedreht sind (der Drehwinkel ist 180º-ψ) in Übereinstimmung mit den Richtungen 20 und 21 der Schichten 14.
Wenn die optische Flüssigkristallvorrichtung das oben beschriebene Flüssigkristallmaterial 1 verwendet, beträgt eine Anstiegszeit, bis zu der die Flüssigkristallmoleküle schräg ausgerichtet sind, um den EIN-Zustand des Verschlusses zu erzeugen, und beträgt eine Abklingzeit, bis zu der der AUS-Zustand des Verschlusses erreicht ist, jeweils etwa 0,2 msec, und es kann auf diese Weise eine sehr gute Ansprecheigenschaft erreicht werden.
Die Intensitäten des durchgelassenen Lichts in den EIN- und AUS-Zuständen des Verschlusses und der Kontrast (ein Verhältnis der Intensitäten des durchgelassenen Lichts der EIN- und AUS-Zustände des Verschlusses) einer optischen Flüssigkristallvorrichtung, bei der der Schnittwinkel w der Richtungen 20 und 21 der Schichten 14 der Substrate 11 auf 180º gesetzt war (die Richtungen der Ausrichtungsbehandlungen der ausrichtenden Schichten sind zueinander parallel und entgegengesetzt) und optische Flüssigkristallvorrichtungen, bei denen der Schnittwinkel ψ der Richtungen 20 und 21 auf 170º und 160º gesetzt war, wurden bei den zwei Umgebungstemperaturen von 55ºC und 45ºC gemessen. Die Meßergebnisse sind in der unten aufgeführten Tabelle 3 gezeigt. In diesem Fall war der Winkel ψ etwa 45º und eine Leuchtstofflampe, die einen Emissionsscheitelwert bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, wurde als Lichtquelle verwendet. Tabelle 3 Nr. Zellenspalt Intensität des durchgelassenen Lichts EIN AUS Kontrast (Kontrast = Intensität des durchgelassenen Lichts bei Verschluß EIN/Intensität des durchgelassenen Lichts bei Verschluß AUS)
Wie aus Tabelle 3 zu sehen ist, sind die Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet, daß sie leicht gedreht sind, damit die Intensität des durchgelassenen Lichts bei eingeschaltetem Verschluß erhöht werden kann, und die Intensität der Lichtstreuung bei ausgeschaltetem Verschluß verringert werden kann, was zu einer verbesserten Lichtabschirmeigenschaft führt. Der Kontrast zwischen den EIN- und AUS-Zuständen des Verschlusses kann ebenso vergrößert werden. Wenn der Winkel allerdings kleiner als 150º wird, wird der Drehwinkel der Flüssigkristallmoleküle vergrößert und auf diese Weise die Ansprecheigenschaft verschlechtert. Zusätzlich wird auch der Kontrast herabgesetzt. Deshalb wird der Winkel ψ vorzugsweise so gewählt, daß er in den Bereich von 150º bis 180º fällt. In Tabelle 3 sind die Zellenspalten (ein Spalt zum Einfüllen eines Flüssigkristalls zwischen die Substrate 11) der jeweiligen optischen Flüssigkristallvorrichtungen untereinander verschieden. Die Unterschiede in den Zellenspalten entsprechen Fehlern, die durch den Herstellungsprozeß der optischen Flüssigkristallvorrichtungen verursacht werden und beeinflussen im wesentlichen nicht die Intensität des durchgelassenen Lichts.
Mit Bezug auf die Fig. 10, 11 und 12 wird ein Fall beschrieben, bei dem der Winkel , der durch die Winkelhalbierende des Schnittwinkels der Richtungen 20 und 21 der Schichten 14 und der Polarisationsachse 22 einer polarisierenden Platte 12 definiert wird, von 45º leicht abweicht.
Bei dieser optischen Flüssigkristallvorrichtung sind die Polarisationsachsen 22 und 23 eines Paares von polarisierenden Platten 12 so angeordnet, daß sie senkrecht zueinander stehen. Wenn der Winkel w der Richtungen der Ausrichtungsbehandlung der ausrichtungsbehandelten Schichten 14 auf 180º gesetzt ist (parallel und entgegengesetzt zueinander), ist die Polarisationsachse 22 einer polarisierenden Platte so angeordnet, daß sie die Richtung in einem Winkel schneidet, der in einen Bereich von 35º bis 45º fällt. Oder aber, wenn der Winkel ψ, der durch die Richtungen der Ausrichtungsbehandlung gebildet wird, nicht 180º ist, ist die Polarisationsachse 23 so angeordnet, daß sie die Winkelhalbierende O des Winkels ψ in einem Winkel schneidet, der in den obigen Bereich fällt.
In einem Fall, bei dem das Flüssigkristallmaterial 1 in Flüssigkristallzellen eingeschlossen war, die obigen Aufbau haben und verschiedene Zellendicken haben, und der Winkel auf 40º, 45º und 30º gesetzt war, waren die Transmissionsgrade im anfänglichen Ausrichtungszustand und ihre Ansprecheigenschaften so, wie es in den Tabellen 4 und 5 gezeigt ist. In diesem Fall war die Wellenlänge des Lichts, das bei der Messung verwendet wurde, 543 nm und der Winkel ψ, der durch die Richtungen der Ausrichtungsbehandlung festgelegt ist, war 180º. Tabelle 4 Nr. Zellendicke Winkel a Transmissionsgrad Tabelle 5 Nr. Winkel a Zellendicke LEIN LAUS CR
In diesem Fall hat das elektrische Feld, das an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, eine Wellenform, bei der das elektrische Hochfrequenzfeld FH und das elektrische Niederfrequenzfeld FL wechselweise im EIN-/AUS-Betrieb des Verschlusses auftreten. Das elektrische Hochfrequenzfeld FH hat 200 kHz, das elektrische Niederfrequenzfeld FL hat 4 kHz, die Spannung VOP beträgt 25V, die EIN- und AUS-Betriebszeiten T1 und T2 betragen jeweils 1 msec und die Anlegezeit T3 des elektrischen Feldes FH beträgt 0,25 msec (vergleiche Fig. 15A). Eine Zeitdauer, während der die Intensität des durchgelassenen Lichts von 0% auf LEIN ansteigt, wird als Anstiegszeit (EIN-Ansprechzeit) τEIN angegeben, und eine Zeit, während der die Intensität des durchgelassenen Lichts von 100% auf LAUS abfällt, wird als Abklingzeit (AUS-Ansprechzeit) τAUS angegeben, und ein Verhältnis der Intensitäten des durchgelassenen Lichts zwischen LEIN und LAUS wird als Kontrast CR angegeben (vergleiche Fig. 14).
Fig. 11 zeigt die spektralen Charakteristiken des in der optischen Flüssigkristallvorrichtung durchgelassenen Lichts, die eine Zellendicke von 0,15 um hat, wie es in Tabelle 4 gezeigt ist, und Fig. 12 zeigt die spektralen Charakteristiken des von der optischen Flüssigkristallvorrichtung durchgelassenen Lichts, die eine Zellendicke von 4,68 um hat.
Wie aus Tabelle 4 und aus den Fig. 11 und 12 ersichtlich ist, hat die Kurve der spektralen Charakteristiken die gleiche Tendenz, wenn man eine optische Flüssigkristallvorrichtung, bei der der Winkel , der durch die Polarisationsachsen 22 und 23 der polarisierenden Platten 12 und durch die Richtungen 20 und 21 der Ausrichtungsbehandlung der Flüssigkristallmoleküle festgelegt ist, 45º beträgt, mit optischen Vorrichtungen vergleicht, die einen Winkel haben, der nicht gleich 45º ist. Allerdings hat eine Vorrichtung, die einen kleineren Winkel hat, einen kleineren Transmissionsgrad und, wenn der Winkel 300 beträgt, wird der Transmissionsgrad weiter verringert.
Wird allerdings der Transmissionsgrad im EIN-Zustand, der in Tabelle 5 gezeigt ist, in Betracht gezogen, wenn der Winkel 30º beträgt, wird die Helligkeit um 20% oder mehr verringert, und daher wird der Kontrast (CR = LEIN/LAUS) verringert. Aus diesem Grund fällt der Winkel vorzugsweise in einen Bereich von 35º bis 45º. Wenn der Winkel, der durch die Polarisationsachsen 22 und 23 der polarisierenden Platten 12 und durch die Richtungen 20 und 21 definiert ist, von 45º wegbewegt wird, kann innerhalb dieses Bereichs für den Winkel die Lichtstreuung im anfänglichen Ausrichtungszustand eliminiert werden, und dies ist sehr vorteilhaft für einen Verschluß.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, ist eine Abnahme der Intensität des durchgelassenen Lichts, die durch den Unterschied im Winkel erzeugt wird, im EIN-Zustand des Verschlusses sehr klein, und die Intensität des durchgelassenen Lichts im AUS-Zustand des Verschlusses hängt nicht vom Winkel ab. Die Meßwerte, die in diesen Tabellen gezeigt sind, lassen erkennen, daß die Temperaturabhängigkeit der Charakteristiken im AUS-Zustand des Verschlusses klein sind.
Wenn der Winkel , der durch die Polarisationsachsen 22 und 23 der polarisierenden Platten 12 und durch die Ausrichtungsrichtungen 20 und 21 der Flüssigkristallmoleküle definiert ist, so festgelegt ist, daß er in den Bereich von 45º bis 35º fällt, ist der Kontrast (CR = LEIN/LAUS) bei der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die oben beschrieben ist, zwischen den EIN- und AUS-Zuständen des Verschlusses groß, und ein Transmissionsgrad eines Abschnitts, an den kein elektrisches Feld angelegt ist, ist niedrig. Deshalb kann die Lichtstreuung in einem Abschnitt außerhalb des Verschlußteils eliminiert werden, und dies ist sehr vorteilhaft für einen optischen Verschluß.
Die Charakteristiken der Temperaturstabilität der oben erwähnten optischen Flüssigkristallvorrichtung wurde untersucht. Zu diesem Zweck wurden die optischen Ansprechcharakteristiken gemessen, wenn ein elektrisches 200 kHz Hochfrequenz-AC-Feld FH und ein elektrisches 4 kHz Niederfrequenz- AC-Feld FL für jeweils 1 msec an den Flüssigkristallverschluß angelegt wurden, bei Umgebungstemperaturen von 55ºC und 35ºC. Die Fig. 13A und 13B zeigen die Meßergebnisse. Für die Ansprechzeit des EIN-/AUS-Betriebs des Verschlusses, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, ist die EIN-Betriebszeit des Verschlusses als T1 angegeben, eine AUS-Betriebszeit des Verschlusses ist als T2 angegeben, eine EIN-Ansprechzeit des Verschlusses ist als τEIN angegeben, eine AUS-Ansprechzeit ist als τAUS angegeben, die EIN-Ansprechzeit τEIN ist zwischen 0 und 90% definiert, und die AUS-Ansprechzeit τAUS ist zwischen 100% und 10% definiert.
Wie in Fig. 13A der optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 55ºC gezeigt ist, ist die EIN-Ansprechzeit τEIN 0,25 msec, und die AUS-Ansprechzeit τAUS beträgt 0,4 msec. Wie in Fig. 13B bei den optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 35ºC gezeigt ist, beträgt die EIN-Ansprechzeit τEIN 0,6 msec, und die AUS-Ansprechzeit τAUS beträgt 0,8 msec. Wie man aus diesem Ergebnis sieht, verschlechtern sich die Ansprechcharakteristiken der optischen Flüssigkristallvorrichtung beträchtlich, wenn eine Temperatur verringert wird, und zur gleichen Zeit wird eine Intensität des durchgelassenen Lichts verschlechtert.
Dies ergibt sich, weil die Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; des Flüssigkristallmaterials mit Zwei-Frequenz-Adressierung (im folgenden als Zwei-Frequenz- Charakteristiken bezeichnet) sich auf Temperaturänderungen hin beträchtlich änderte Genauer gesagt, wird bei der Temperaturabhängigkeit der Zwei-Frequenz-Charakteristiken des Flüssigkristallmaterials (1), das in der optischen Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, die in Fig. 3 gezeigt ist, die Übergangsfrequenz fc verringert, wenn eine Temperatur verringert wird. Deshalb wird der absolute Wert der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi;H bei einer hohen Frequenz vergrößert. Aus diesem Grund verursacht ein Hystereseeffekt, aufgrund des hochfrequenten elektrischen Feldes einen beträchtlichen Einfluß, und die Flüssigkristallmoleküle reagieren nicht auf das Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes. Als Ergebnis werden die Ansprechcharakteristiken der optischen Flüssigkristallvorrichtung auf eine Temperaturerniedrigung hin verschlechtert. Der Einfluß des Hystereseeffekts des hochfrequenten elektrischen Feldes wird auch durch die Tatsache verursacht, daß das hochfrequente elektrische AC-Feld FH länger als das niederfrequente elektrische AC-Feld FL angelet wird.
Wie oben beschrieben ist, werden die elektrischen AC-Felder FH und FL wechselweise angelegt, so daß die Ansprechcharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses in hohem Maße verbessert werden können. Wenn das elektrische AC-Feld FH während der ganzen EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses angelegt ist, wird bei einer niedrigen Temperatur eine Ansprechzeit verlängert, und die Ansprechcharakteristiken werden beträchtlich verschlechtert. Da die Ansprecheigenschaft sich auf Temperaturänderungen hin beträchtlich ändert, ist ein Betriebstemperaturbereich sehr klein.
(B) Eine Ausführungsform zum Verbessern der Temperaturcharakteristiken wird im folgenden erklärt.

(Erste Ausführungsform)

Eine erste Ausführungsform wird nun beschrieben. Um den Betriebstemperaturbereich der optischen Flüssigkristallvorrichtung zu vergrößern, wird das hochfrequente elektrische AC-Feld FH nicht während der ganzen EIN-Betriebszeit des Verschlusses angelegt, sondern während einer vorbestimmten Zeitdauer innerhalb der Betriebszeit T1 angelegt, wie dies in den Fig. 15 bis 19 gezeigt ist, und während der restlichen Zeitdauer wird kein elektrisches Feld angelegt. Auf diese Weise kann die Verschlechterung der optischen Ansprechcharakteristiken bei niedrigen Temperaturen vermieden werden. Genauer gesagt, um den Einfluß eines Hochfrequenzhystereseeffekts zu eliminieren, der durch eine Verringerung der Übergangsfrequenz fc verursacht wird, die eine Verringerung der Temperatur begleitet, wird ein hochfrequentes elektrisches Feld nur während einer Zeitdauer angelegt, bis die Flüssigkristallmoleküle in einem vorbestimmten Winkel schräg gestellt sind, bei dem der maximale Transmissionsgrad auf das Einschalten des Verschlusses hin erreicht wird, und ein Verhältnis der Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes wird verkleinert, wodurch ein schnelles Ansprechverhalten erreicht wird.
Die Fig. 15A bis 17B zeigen Ansprechcharakteristiken bei Temperaturen von 55ºC und 35ºC, wenn die FH-Anlegezeit T3 innerhalb der EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses jeweils auf 0,75 msec, auf 0,5 msec und auf 0,25 msec gesetzt ist, wenn die EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses und die AUS- Betriebszeit T2 des Verschlusses jeweils auf 1 msec gesetzt sind. In diesem Fall wird kein elektrisches Feld während der restlichen Zeit innerhalb der Zeitdauer T1 nachdem Ablauf der FH-Anlegezeit T3 angelegt.
Die nachfolgende Tabelle 6 zeigt die Ansprechzeiten in den Fig. 15A bis 17B. Tabelle 6 (Einheit: msec)
τEIN τAUS
Wenn der obige Ansteuerungsbetrieb ausgeführt wird, hängt die Antwortzeit τEIN bei einer Temperatur von 55ºC nicht sehr stark von der FH-Anlegezeit T3 ab, und sie kann 0,2 bis 0,25 msec betragen, wobei auf diese Weise eine schnelle Ansprecheigenschaft erreicht wird, wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist. Bei einer Temperatur von 35ºC kann die EIN-Ansprechzeit τEIN umso kürzer werden, je kürzer die fH-Anlegezeit T3 ist. Die Zeitdauer τEIN kann zwischen 0,25 bis 0,45 msec sein. Da das elektrische Feld fL nach dem nichtelektrischen Feldzustand angelegt wird, kann, was die AUS-Ansprechzeit τAUS angeht, der Einfluß des Hystereseeffekts von fH, das während der Zeitdauer T1 angelegt ist, vermieden werden, und je kürzer die Zeitdauer T3 ist, desto besser wird die schnelle Ansprecheigenschaft bei einer Temperatur von entweder 35ºC oder 45ºC. Verglichen mit einem Fall, in dem das elektrische AC-Feld fH während der gesamten Zeitdauer T1 angelegt ist, kann die Ansprecheigenschaft bei jeder der beiden Temperaturen verbessert werden. Außerdem wird die Intensität des durchgelassenen Lichts bei einer niedrigen Temperatur nicht verringert, und es können auch gute Temperaturcharakteristiken erreicht werden. Wenn allerdings die fH-Anlegezeit T3 zu kurz ist, hat die Intensität des durchgelassenen Lichts bei der hohen Temperatur innerhalb der Zeitdauer T1 eine mangelhafte Linearität. In der Praxis wird es nicht bevorzugt, daß die Zeitdauer T3 kürzer als eine Zeitdauer ist, die benötigt wird, um durch Anlegen des elektrischen Feldes fH die maximale Intensität des durchgelassenen Lichts zu bewirken. Im Hinblick auf ein schnelles Ansprechen beträgt die Anlegezeit des elektrischen Feldes fH vorzugsweise die Hälfte oder weniger der Zeitdauer T1.
Wenn deshalb die Wellenform der Ansteuerspannung des Flüssigkristallverschlusses gemäß den oben erwähnten Bedingungen gewählt wird, erhält man einen schnellen, kontrastreichen Flüssigkristallverschluß, der durch den Hochfrequenzhystereseeffekt nicht beeinflußt wird, der eine kleine Temperaturabhängigkeit hat, und der den Leistungsverbrauch verringern kann, da eine Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes kurz ist.
Fig. 18 zeigt die spektralen Charakteristiken bei einer Temperatur von 45ºC, wenn das 25V, 200 kHz elektrische Hochfrequenzfeld FH, kein elektrisches Feld und das 25V, 4kHz niederfrequente elektrische Feld FL wechselweise in dieser Reihenfolge für jeweils 0,5 msec, 0,5 msec und 1 msec angelegt werden (vergleiche Fig. 16A). Der Transmissionsgrad, der in Fig. 18 gezeigt ist, ist ein durchschnittlicher Transmissionsgrad, wenn der EIN-/AUS-Betrieb wiederholt wird. Der Transmissionsgrad, wenn der Verschluß in dem EIN-Zustand ist, ist sehr groß, z. B. etwa 20%.
Obwohl auf der Seite der kurzen Wellenlängen in einem sichtbaren Lichtbereich ein Scheitelwert dargestellt ist, wie er in Fig. 18 gezeigt ist, kann die Kurve der spektralen Charakteristik des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand des Verschlusses im übrigen Wellenlängenbereich im wesentlichen linear sein. Selbst wenn irgendeine Art von Lichtquelle, wie z. B. eine Leuchtstofflampe, eine weiße Lichtquelle und dergleichen verwendet wird, kann der oben erwähnte Verschluß als ein hervorragender Verschluß dienen.
Modifikationen des oben erwähnten Ansteuerungsverfahrens werden nun mit Bezug auf die Fig. 20 und 21 beschrieben.
In einem zweiten Ansteuerungsverfahren, das in Fig. 20 gezeigt ist, wird die EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses in vier 0,25 msec Intervalle unterteilt. Das erste Intervall entspricht der ersten FH-Anlegezeit T3, das zweite Intervall T5 entspricht einem Feldintervall mit keinem elektrischen Feld, das dritte Intervall entspricht einer zweiten FH-Anlegezeit T4 und das übrigbleibende vierte Intervall entspricht einem nichtelektrischen Feldintervall. Die anderen Bedingungen sind die gleichen, wie die der Wellenform des elektrischen Feldes, die in Fig. 16A gezeigt ist.
In einem dritten Ansteuerungsverfahren, das in Fig. 21 gezeigt ist, entspricht während der EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses ein erstes 0,5 msec Intervall der FH-Anlegezeit T3, das folgende 0,2 msec Intervall T6 entspricht einem nichtelektrischen Feldintervall, und dann folgt eine 0,1 msec FL'-Anlegezeit T7 des niederfrequenten elektrischen Feldes. Das niederfrequente elektrische Feld FL' ist auf eine Frequenz gesetzt, die niedriger als die Übergangsfrequenz fc ist, z. B. 10 kHz. die anderen Bedingungen sind die gleichen, wie die in dem Ansteuerungsverfahren, das in Fig. 16A gezeigt ist. In den Ansteuerungsverfahren für einen Flüssigkristallverschluß, die in den Fig. 20 und 21 gezeigt sind, beträgt eine Summe der FH-Anlegezeiten bei jeder EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses 0,5 msec.
Die unten aufgeführte Tabelle 7 zeigt Ansprechzeiten τEIN und τAUS, wenn das hochfrequente elektrische Feld FH auf 200 kHz gesetzt war, das niederfrequente elektrische Feld FL auf 4 kHz gesetzt war, und die Betriebsspannung Vop beim ersten bis zum dritten Ansteuerungsverfahren, die in den Fig. 16A, 20 und 21 gezeigt sind, auf 25V gesetzt war. Man beachte, daß bei dem ersten Ansteuerungsverfahren, wie es in Fig. 16A gezeigt ist, die EIN-Betriebszeit T1 des Verschlusses und die AUS-Betriebszeit T2 des Verschlusses jeweils auf 1 msec gesetzt sind, und eine FH-Anlegezeit auf 0,5 msec gesetzt ist, wobei Fig. 19 seine Ansprechcharakteristiken zeigt. Tabelle 7 (Einheit: msec) Ansteuerungsverfahren τEIN τAUS erstes zweites drittes
Beim ersten bis zum dritten Ansteuerungsverfahren ist die Intensität des durchgelassenen Lichts beim dritten Ansteuerungsverfahren größer als bei den anderen beiden Verfahren. Was die Ansprecheigenschaft angeht, sind die EIN-Ansprechzeiten τEIN beim zweiten und dritten Verfahren kürzer als beim ersten Verfahren, wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist. Beim dritten Verfahren ist die AUS-Ansprechzeit τAUS 0,25 msec und ist somit kürzer als bei den beiden anderen Verfahren. Beim zweiten Ansteuerungsverfahren wird das hochfrequente elektrische Feld FH in einer zeitlich gemultiplexten Art und Weise an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Da das hochfrequente elektrische Feld nicht dauernd angelegt ist, tritt der Einfluß des Hystereseeffekts aufgrund des elektrischen Feldes FH praktisch nicht auf. Deshalb weist die optische Flüssigkristallvorrichtung, die durch das zweite Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, eine sehr gute Temperaturstabilität auf.
Wie beim ersten bis zum dritten Ansteuerungsverfahren gezeigt wird, erreicht die optische Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung den EIN-Zustand auf die Weise, daß,nachdem ein hochfrequentes elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, um die Flüssigkristallmoleküle unverzüglich schräg zu stellen, ein Zustand mit keinem elektrischen Feld vorgesehen ist. In diesem Fall ist in einem Prozeß zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin, nachdem eine unvermittelte Kraft zum Schrägstellen der Flüssigkristallmoleküle aufgrund des Effekts des hochfrequenten elektrischen Feldes wirkt, ein freier Zustand aufgrund des Zustandes ohne elektrisches Feld vorgesehen. Deshalb können in diesem Zustand ohne elektrisches Feld die Flüssigkristallmoleküle einheitlich schräg ausgerichtet werden. Da die Richtungen der schrägen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle einheitlich gemacht werden kann, kann eine Intensität des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand vergrößert werden. Wenn die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen nur eines hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin, wie dies in einer herkömmlichen Vorrichtung geschieht, schräg ausgerichtet werden, ist zu dieser Zeit eine Intensität des durchgelassenen Lichts niedrig, da die Richtungen der schrägen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle nicht einheitlich sind.
Wie oben beschrieben worden ist, wird beim ersten bis zum dritten Ansteuerungsverfahren, die die vorliegende Erfindung benutzen, während der EIN-Betriebszeit T1 der optischen Flüssigkristallvorrichtung das hochfrequente elektrische Feld FH als ein elektrisches EIN-Betriebszustand-Feld zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Danach werden ein elektrisches EIN-Feld zum Festlegen eines nichtelektrischen Feldzustandes für eine vorbestimmte Zeitdauer, ein nichtelektrisches Feld oder ein elektrisches Halten-Feld, das im wesentlichen den schrägen Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle hält und aus einem nichtelektrischen Feld und einem hochfrequenten oder niederfrequenten elektrischen Feld während einer kurzen Zeitdauer besteht, angelegt. Da der Zustand mit keinem elektrischen Feld nach dem hochfrequenten elektrischen Feld vorgesehen ist, kann daher die Intensität des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand der optischen Flüssigkristallvorrichtung erhöht werden, und die Temperaturstabilität ihres Betriebs kann verbessert werden.
(C) Die oben erwähnte optische Flüssigkristallvorrichtung wird für eine Mikroverschlußanordnung verwendet, bei der eine große Anzahl von Mikroverschlüssen in einer Matrix angeordnet sind. Die Mikroverschlußanordnung ist für einen optischen Schreibkopf eines elektrophotographischen Druckers geeignet. Der optische Schreibkopf strahlt Licht, das von seiner Lichtquelle emittiert wird, auf einen lichtempfindlichen Körper, um darauf kleine Lichtflecken zu bilden, und durch die große Anzahl von Punkten, die durch die Strahlung der kleinen Lichtflecken entstehen, wird ein elektrostatisch gespeichertes (latent) Bild, das einem gewünschten Bild entspricht, gebildet.
Mit Bezug auf die Fig. 22 bis 29 wird ein optischer Flüssigkristalldrucker, bei dem die optische Flüssigkristallvorrichtung, die durch das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung angesteuert wird, verwendet werden kann, beschrieben.
Gemäß Fig. 22 hat der optische Flüssigkristalldrucker die lichtelektrisch leitfähige, lichtempfindliche Walze 111, den Auflader (charger) 112 zum gleichmäßigen Laden der Oberfläche der Walze 111 und die optische Aufzeichnungseinheit 113, um die optische Aufzeichnung auf der Oberfläche der Walze 111 durchzuführen. Die Einheit 113 besteht aus einer Lichtquelle, einem Flüssigkristallverschluß und einer fokussierenden Linse und wird durch das Aufzeichnungssteuergerät 114 gesteuert, zum Steuern der Zeitsteuerungen auf der Grundlage einer Aufnahmeinformation, wie z. B. einem Bild. Die Einheit 113 strahlt Licht auf die Oberfläche der Walze 111, um die Ladungen auf dem bestrahlten Teil auf der Oberfläche der Walze 111 zu löschen, um dadurch Information aufzuzeichnen. Durch eine Informationsaufzeichnungsoperation der Einheit 113 wird auf der Oberfläche der Walze 111 ein elektrostatisch gespeichertes Bild geformt, und wird durch den Entwickler 114 entwickelt, um ein Tonerbild zu erhalten.
Das Papierblatt 115 für die Aufzeichnung wird durch die Papiervorschubwalze 116 zugeführt und wird vorübergehend durch die Bereithaltewalzen 117 festgehalten. Danach wird das Papierblatt 115 der Übertragungseinheit 118 synchron mit dem Tonerbild auf der Oberfläche der Walze 111 zugeführt. Das Tonerbild auf der Oberfläche der Walze 111 wird durch die Übertragungseinheit 118 auf das Papierblatt 115 übertragen. Das Papierblatt 115 wird durch die Trennungseinheit 119 von der Walze 111 getrennt, das Tonerbild wird durch den Fixierer 120 darauffixiert, und danach wird das Blatt 115 durch die Ausgabewalzen 121 ausgegeben. Nachdem das Tonerbild auf das Blatt 115 übertragen worden ist, werden die Tonerladungen auf der Walze 111 durch die Ladevorrichtung 115 neutralisiert. Danach wird der restliche sich darauf befindende Toner durch den Reiniger 123 gesäubert, und die Oberflächenladung wird durch die Löschvorrichtung 124 neutralisiert.
Die Walze 111 besteht aus einem anorganischen lichtempfindlichen Material, wie z. B. amorphes Si (a-Si), Se-Te/Se oder ähnlichem oder aus einem organischen lichtempfindlichen Material, die spektralen Empfindlichkeiten dieser lichtempfindlichen Materialien sind in Fig. 23 gezeigt. Die Lichtquelle der optischen Aufzeichnungseinheit 113 umfaßt eine Leuchtstofflampe, die einen Scheitelwert der Lichtemissionsintensität bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, oder sie umfaßt eine Halogenlampe. Die Halogenlampe hat einen Scheitelwert der Lichtemissionsintensität auf der Seite der langen Wellenlängen, und ihre typische Energieverteilung ist in Fig. 24 gezeigt.
Der Flüssigkristallverschluß, der in der optischen- Aufzeichnungseinheit 113 vorgesehen ist, wird nun mit Bezug auf die Fig. 25 bis 29 im Detail beschrieben. Bezugnehmend auf die Fig. 25 bis 29 enthalten die Substrate 125 und 126 Glasplatten, von denen jede eine Dicke von 0,7 mm hat. Ein Substratpaar 125 und 126 haftet aneinander, so daß es durch das Verschlußteil 127 einen vorbestimmten Spalt zwischen ihnen gibt, und das Flüssigkristallmaterial 128 mit Zwei-Frequenz-Adressierung ist dazwischen eingeschlossen. Eine große Anzahl von Signalelektroden 129a, . . . und 129b . . . sind in zwei Anordnungen auf der gesamten inneren Oberfläche eines unteren Substrates 125 (Segmentsubstrat) der Substrate 125 und 126 ausgerichtet. Zwei längliche gemeinsame Elektroden 130a und 130b, die mit den gegenüberliegenden Signalelektrodenanordnungen 129a und 129b des unteren Substrates 125 korrespondieren, sind auf der inneren Oberfläche des oberen Substrates 126 (gegenüber dem unteren Substrat 125) ausgebildet. Die Signalelektroden 129a und 129b und die gemeinsamen Elektroden 130a und 130b sind transparente Elektroden, die aus einem transparenten, leitfähigen Material, wie z. B. Indium-Zinnoxid, hergestellt sind. Abschnitte, bei denen die Signalelektroden 129a und 129b und die gemeinsamen Elektroden 130a und 130b sich gegenüberliegen, bilden Verschlußabschnitte Sa, . . . und Sb, . . . , um Licht durch sie hindurchzulassen. Eine Signalelektrodenanordnung 129a ist so angeordnet, daß sie gegenüber der anderen Signalelektrodenanordnung 129b um einen halben Punktabstand (½ pitch) verschoben ist. Deshalb sind die Verschlußabschnitte Sa und Sb in zwei Anordnungen angeordnet, die um einen halben Punktabstand gegeneinander verschoben sind. Nebeneinanderliegende Signalelektroden 129a und 129b sind gewöhnlich verbunden, um einen halben Punktabstand voneinander verschoben zu werden. Die Signalelektroden 129a und 129b sind abwechselnd mit den Ansteuerverbindungsanschlüssen 131, . . . verbunden, die auf den beiden Seitenrandabschnitten des unteren Substrats 125 durch die Zuleitungsdrahtabschnitte 131a und 131b ausgerichtet sind. Undurchsichtige Metallschichten 132 und 133 (Fig. 28) sind auf den Oberflächen der gemeinsamen Verbindungsabschnitte der Signalelektroden 129a und 129b, auf den Zuleitungsdrahtabschnitten 131a und 131b, auf den Ansteuerverbindungsanschlüssen 131 und auf den gemeinsamen Elektroden 130a und 130b außer auf den Abschnitten, die den Verschlußabschnitten Sa und Sb entsprechen, angelagert, um den elektrischen Widerstand der Elektroden zu verringern, und um die Flächen der Verschlußabschnitte Sa und Sb zu begrenzen.
Die ausrichtenden Schichten 134 und 135, die einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen wurden, um Flüssigkristallmoleküle in einer vorbestimmten Richtung in bezug auf die Oberflächen der Substrate 125 und 126 auszurichten, sind auf gegenüberliegenden Oberflächen vorgesehen, d. h. auf den von den Elektroden gebildeten Oberflächen der Substrate 125 und 126 und zwar in der gesamten Region, die von dem Verschlußteil 127 umgeben wird. Die ausrichtenden Schichten 134 und 135 werden so vorbereitet, daß organische, isolierende Schichten, wie z. B. Polyimidschichten, gebildet werden, und diese danach einer Schleifbehandlung unterworfen werden. Die Richtung der Schleifbehandlung entspricht den Richtungen, die durch die Pfeile 136 und 137 in Fig. 27 gezeigt sind, welche einen Winkel von 180º bilden.
Ein Paar polarisierender Platten 138 und 139 werden an den äußeren Oberflächen der Substrate 125 und 126 befestigt, und ein lichtabschirmender Druck wird auf der äußeren Oberfläche einer polarisierenden Platte (z. B. die obere polarisierende Platte 139), die auf der äußeren Oberfläche des Substrats auf der Lichtaustrittsseite angeordnet ist, durchgeführt, außer auf einer Ausrichtungsfläche der Verschlußabschnitte Sa und Sb.
Von diesen polarisierenden Platten 138 und 139 ist z. B. die Polarisationsachse der unteren polarisierenden Platte 138, die an der äußeren Oberfläche des unteren Substrats 125 berestigt ist, so angeordnet, daß sie die Schleifrichtung etwa unter 45º schneidet, wie durch den Pfeil 140 in Fig. 27 angedeutet ist. Die obere polarisierende Platte 139, die an der äußeren Oberfläche des oberen Substrats 126 befestigt ist, ist so angeordnet, daß ihre Polarisationsachse die Polarisationsachse der unteren polarisierenden Platte 138 schneidet, so wie es durch den Pfeil 141 in Fig. 27 gezeigt ist.
Flüssigkristallmaterial 1, das oben beschrieben worden ist, ist zwischen dem Substratpaar eingeschlossen. Flüssigkristallmaterial 1 ist eine Flüssigkristallzusammensetzung, die Zwei-Frequenz-Adressierungscharakteristiken aufweist.
Bei der optischen Flüssigkristallvorrichtung, die den nematischen Flüssigkristall mit der Zwei-Frequenz-Adressierung verwendet, werden die EIN-/AUS-Betriebszustände der Verschlußabschnitte Sa und Sb durch ein Zwei-Frequenz-Signal gesteuert, das hochfrequente und niederfrequente elektrische Felder enthält. Wenn das niederfrequente elektrische Feld zwischen den Signalelektroden 129a und 129b und den gemeinsamen Elektroden 130a und 130b angelegt ist, werden die Flüssigkristallmoleküle des Flüssigkristallmaterials 128 homeotropisch in bezug auf die Oberflächen der Substrate 125 und 126 ausgerichtet, und die Verschlußabschnitte Sa und Sb werden in den AUS-Zustand gebracht, der keine Lichttransmission erlaubt. Wenn das hochfrequente elektrische Feld in diesem Zustand angelegt ist, kehren die Flüssigkristallmoleküle aufgrund der Inversion der dielektrischen Anisotropie in den anfänglichen Ausrichtungszustand (homogene Ausrichtung) zurück. Wenn die Flüssigkristallmoleküle anfangen vom homeotropischen Zustand zum anfänglichen Ausrichtungszustand zurückzukehren, ändert sich, auf eine Änderung im Kippwinkel der Flüssigkristallmoleküle hin, die Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht allmählich. In diesem Fall kann ein heller Zustand in der Umgebung eines bestimmten Kippwinkels erzeugt werden. Die Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes wird so festgelegt, daß das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes zu dieser Zeit unterbrochen wird, und dieser Zustand als ein EIN-Zustand des Verschlusses benutzt wird. Auf diese Weise werden die Verschlußabschnitte Sa und Sb geöffnet/geschlossen, um dadurch die Lichttransmission zu steuern.
Bei der optischen Flüssigkristallvorrichtung können die Richtungen der Ausrichtungsbehandlung der Schicht von den ausrichtungsbehandelten Schichten, die auf den inneren Oberflächen der gegenüberliegenden Substrate ausgebildet sind, so festgesetzt werden, daß sie in den Bereich von 150º bis 180º fallen. Ein Winkel, der durch die Richtungen der Ausrichtungsbehandlung und durch die Polarisationsachsen der polarisierenden Platten festgelegt wird, kann so festgesetzt werden, daß er in den Bereich zwischen 35º und 45º fällt. In diesem Fall können die Betriebscharakteristiken des Mikroverschlusses sehr gut sein.
Um zu ermöglichen, daß der oben erwähnte optische Flüssigkristalldrucker mit hoher Geschwindigkeit drucken kann, müssen die Intensitäten des Lichts, das durch die einzelnen Mikroverschlüsse durchgelassen wird, hoch sein. Zu diesem Zweck fällt vorzugsweise ein Wellenlängenbereich, der den Scheitelwert der spektralen Charakteristiken der Mikroverschlüsse aufweist, mit einem Wellenlängenbereich zusammen, der einen Scheitelwert der spektralen Intensitätsverteilung der Lichtquelle und/oder einem Wellenlängenbereich, der einen Scheitelwert der spektralen Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Körpers aufweist. Wenn die spektralen Charakteristiken der Mikroverschlüsse den oben erwähnten Bedingungen genügen, wird eine Kombination der dielektrischen Anisotropie Δna des Flüssigkristallmaterials und der Dicke d ausgewählt, so daß das Produkt Δnb·d der Doppelbrechung Δnb des Flüssigkristallmaterials und die Dicke d der Flüssigkristallschicht einem vorbestimmten Wert in bezug auf Licht einer bestimmten Wellenlänge entsprechen können. Genauer gesagt, wenn eine Leuchtstofflampe, die einen Scheitelwert bei einer Wellenlänge λ = 543 nm hat, als die Lichtquelle verwendet wird, und Flüssigkristallmaterial (2) verwendet wird, wird die Dicke d der Flüssigkristallschicht vorzugsweise auf 4,5 um gesetzt.
Die optische Flüssigkristallvorrichtung mit dem obigen Aufbau wird durch einen Schaltkreis angesteuert, der in Fig. 29 angezeigt ist. Bezugnehmend auf Fig. 29 wandelt die Datensteuervorrichtung 211 Videodaten, die von einem Datenprozessor (nicht gezeigt) oder einem optischen System (nicht gezeigt) abgefragt werden, in serielle Druckdaten um und schickt sie zum Schieberegister 212. Das Schieberegister 212 ruft von der Steuervorrichtung 211 Daten ab, während es die Daten sequentiell verschiebt. Wenn Daten für eine Zeile abgerufen werden, werden die abgerufenen Daten im Datenlatch 213 verriegelt und werden dann an den Auswähler 214 übertragen. Der Zeittaktsignalgenerator 215 erzeugt das niederfrequente Signal (Rechteckwelle) fL mit einer Frequenz von z. B. 4 kHz, das niederfrequente Signal fL, dessen Phase gegenüber der des Signals fL um ½ Periode verschoben ist, das Hochfrequenzsignal (Rechteckwelle) fH mit einer Frequenz von z. B. 200 kHz, und das Hochfrequenzsignal , dessen Phase gegenüber der des Signals fH um ½ Periode verschoben ist. Der Generator 215 liefert diese Signale an den EIN/AUS- Signalgenerator 216 und an den Generator für das gemeinsame Signal 217. Der EIN/AUS-Signalgenerator 216 kombiniert die Signale vom Generator 215 und erzeugt EIN- und AUS-Signale. Die EIN- und AUS-Signale werden dem Auswähler 214 zugeführt. Der Auswähler 214 wählt das EIN- oder das AUS-Signal in Übereinstimmung mit den Daten, die durch das Datenlatch 213 verriegelt wurden, und gibt das ausgewählte Signal an die Ansteuervorrichtung 218 aus. Die Ansteuervorrichtung 218 führt den Signalelektroden des Flüssigkristallverschlusses 219, der wie oben beschrieben angeordnet ist, die EIN-Wellenformspannung und/oder die AUS-Wellenformspannung zu. Der Generator für das gemeinsame Signal 217 erzeugt, auf der Grundlage von Signalen vom Generator 215, die gemeinsamen Wellenformspannungen C1 und C2 und führt sie den gemeinsamen Elektroden des Flüssigkristallverschlusses 219 zu.
(D) Mit diesem Ansteuerschaltkreis erhalten die Signalelektroden und die gemeinsamen Elektroden des Flüssigkristallverschlusses 219 die Signale, wie sie in den Fig. 30A bis 30D gezeigt sind, die elektrischen Felder, die in den Fig. 30E bis 30H gezeigt sind, werden an das Flüssigkristallmaterial angelegt, und der Verschluß 219 wird zeitlich gemultiplext mit einem Tastverhältnis (duty) von ½ angesteuert. Ein erstes zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 30A bis 30H beschrieben. Bezugnehmend auf die Fig. 30A und 30B bezeichnet das Bezugszeichen Com1 eine gemeinsame Spannung, die an eine gemeinsame Elektrode 130a angelegt wird und Com2 eine gemeinsame Spannung, die an die andere gemeinsame Elektrode 130b angelegt wird. Diese gemeinsamen Spannungen wählen wechselweise die gemeinsamen Elektroden 130a und 130b während eines Schreibzyklusses aus. Jeder Schreibzyklus ist auf 2 msec festgesetzt. Während der ersten Zeitdauer T1 wird die gemeinsame Elektrode 130a ausgewählt, und während der zweiten Zeitdauer T2 wird die gemeinsame Elektrode 130b ausgewählt. Die gemeinsame Spannung Com1 dient als 200 kHz Hochfrequenzspannung fH während der ersten Hälfte T3 in der Zeitdauer T1 und dient als niederfrequente 5 kHz Spannung fL während der zweiten Hälfte. Während der Zeitdauer T2 dient die Spannung Com1 als niederfrequente Spannung fL während der ersten Hälfte und dient als invertierte niederfrequente Spannung während der zweiten Hälfte. Die gemeinsame Spannung Com2 hat eine Spannungswellenform, bei der die Zeitdauern T1 und T2 der Spannung Com1 untereinander ersetzt werden. Bezugnehmend auf die Fig. 30C bezeichnen die Bezugszeichen Seg1 und Seg2 Segmentspannungen, die an die Segmentelektroden 129a und 129b synchron mit den gemeinsamen Spannungen angelegt werden. Die Segmentspannung Seg1 hat eine Wellenform zum Einschalten der Verschlußabschnitte, die in den ersten und zweiten Zeitdauern T1 und T2 ausgewählt werden, und die Segmentspannung Seg2 hat eine Wellenform zum Ausschalten der Verschlußabschnitte, die während der ersten und zweiten Zeitdauern T1 und T2 ausgewählt werden. Die Segmentspannung Seg1 dient als invertierte Hochfrequenzspannung von fH in den ersten Hälften der ersten und zweiten Zeitdauern T1 und T2 und dient als niederfrequente Spannung fL in den zweiten Hälften. Die Segmentspannung Seg2 dient als invertierte niederfrequente Spannung von fL während der ersten Hälften der Zeitdauern T1 und T2 und dient als niederfrequente Spannung während der zweiten Hälften. Bezugnehmend auf die Fig. 30E bis 30H bezeichnet das Bezugszeichen Seg1-Com1 eine zusammengesetzte Wellenform der Segmentspannung Seg1 und der gemeinsamen Spannung Com1; Seg2-Com2 eine zusammengesetzte Wellenform der Segmentspannung Seg2 und der gemeinsamen Spannung Com2; Seg1-Com2 eine zusammengesetzte Wellenform der Segmentspannung Seg1 und der gemeinsamen Spannung Com2 und Seg2-Com1 eine zusammengesetzte Wellenform der Segmentspannung Seg2 und der gemeinsamen Spannung Com1.
Während des Druckbetriebs werden die Verschlußabschnitte Sa, die aus den Segmentelektroden 129a und aus der gemeinsamen Elektrode 130a gebildet werden, in Abhängigkeit von der obigen Spannung während der ersten Zeitdauer T1 ausgewählt, und die Verschlußabschnitte Sb, die von den Segmentelektroden 129b und der gemeinsamen Elektrode 130b gebildet werden, werden während der zweiten Zeitdauer T2 ausgewählt. Auf diese Weise kann der EIN- oder AUS-Zustand wahlweise erhalten werden. Licht, das durch die Verschlußabschnitte Sa und Sb durchgelassen wird, wird auf die lichtempfindliche Walze 111 gestrahlt, um so darauf ein gespeichertes Bild zu erzeugen. Daraufhin wird auf der Grundlage des gespeicherten Bildes, das auf der Walze 111 gebildet wurde, der Druckvorgang auf das Papierblatt 115 zum Aufzeichnen durchgeführt.
Ein zweites zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die Fig. 31 bis 37C beschrieben. Die grundliegenden Ansprechcharakteristiken in bezug auf die verschiedenen elektrischen Felder werden zuerst erklärt. Grundsätzlich wird der Flüssigkristallverschluß 219 beim Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH eingeschaltet und wird beim Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes FL ausgeschaltet. Wenn der Flüssigkristallverschluß 219 in einem Multiplexbetrieb angesteuert wird, werden vier elektrische Felder, d. h. das hochfrequente elektrische Feld fH, das niederfrequente elektrische Feld FL, kein elektrisches Feld "0" und das überlagerte elektrische Feld FL/H des hochfrequenten und des niederfrequenten elektrischen Feldes an das Flüssigkristallmaterial als eine zusammengesetzte Wellenform angelegt. Fig. 31 zeigt die optischen Charakteristiken, wenn diese elektrischen Felder ständig an den Flüssigkristallverschluß 219 angelegt werden. In Fig. 31 ist die Zeit (msec) auf der Abszisse aufgetragen, und eine Intensität des durchgelassenen Lichts ist auf der Ordinate aufgetragen. In Fig. 31 repräsentiert die Linie (a) eine Intensität des durchgelassenen Lichts, wenn das niederfrequente elektrische Feld FL ständig angelegt ist, die Linie (b) repräsentiert eine Intensität des durchgelassenen Lichts, wenn das hochfrequente elektrische Feld FH ständig angelegt ist, und die Linie (c) repräsentiert eine Intensität des durchgelassenen Lichts, wenn das über lagerte elektrische Feld FL/H ständig angelegt ist. Zu diesem Zeitpunkt war das hochfrequente elektrische Feld FH 200 kHz, das niederfrequente elektrische Feld FL war 4 kHz, die angelegte Spannung Vop war 25V, eine Leuchtstofflampe, die einen Emissionsscheitelwert bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, und eine Halbwertsbreite von 20 nm hat, wurde als Lichtquelle verwendet, und die Meßtemperatur war 55ºC. Bezugnehmend auf Fig. 31, wenn das niederfrequente elektrische Feld FL ständig angelegt ist, ist der Verschluß vollkommen im AUS-Zustand, wie dies durch die Linie (a) angedeutet ist. Die Intensität des durchgelassenen Lichts hängt in diesem Fall von den Polarisationscharakteristiken ab. Wenn das hochfrequente elektrische Feld FH ständig angelegt ist, ist dies einem anfänglichen Ausrichtungszustand gleichwertig. Die Intensität des durchgelassenen Lichts hängt deshalb von einer Differenz zwischen einer Wellenlänge, die einem Scheitelwert der spektralen Charakteristiken einer Zelle aufgrund von "Δnb·d" aufweist, und einer Wellenlänge, die einen Scheitelwert der spektralen Intensitätsverteilung ausweist, ab. Wie in Fig. 32 gezeigt ist, ist in diesem Fall bei den spektralen Charakteristiken im anfänglichen Zustand ein Transmissionsgrad der Flüssigkristallzelle in der Nähe einer Wellenlänge von etwa 543 nm niedrig. Deshalb ist die Intensität des durchgelassenen Lichts niedrig, wie dies durch die Linie (b) in Fig. 31 angedeutet ist. Diese Intensität des durchgelassenen Lichts ist die gleiche, wie die im Zustand, in dem das nichtelektrische Feld ständig angelegt ist. Wenn das überlagerte elektrische Feld FL/H ständig angelegt ist, ist die Flüssigkristallzelle in einem ziemlich dunklen Zustand. Wie durch die Linie (c) in Fig. 31 angedeutet ist, wird eine größere Intensität des durchgelassenen Lichts erreicht als in den Zuständen, in denen die hochfrequenten und niederfrequenten elektrischen Felder FH und FL ständig angelegt sind. Die Intensitäten des durchgelassenen Lichts beim ständigen Anlegen der hochfrequenten und niederfrequenten elektrischen Felder FH und FL hängen fast nicht von der Temperatur ab. Dies hat seinen Grund darin, daß das Flüssigkristallmaterial einen hohen NI Punkt hat, und die Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Anisotropie Δna bis etwa 100ºC im wesentlichen linear ist. Allerdings ändert sich die Intensität des durchgelassenen Lichts merklich auf das ununterbrochene Anlegen des überlagerten elektrischen Feldes FL/H hin. Fig. 33 zeigt diesen Zustand.- In Fig. 33 zeigt die Kurve (C55) einen Fall für 55ºC, die Kurve (C47) zeigt einen Fall für 47ºC, und die Kurve (C40) zeigt einen Fall für 40ºC. Da das Anlegen des über lagerten elektrischen Feldes FL/H einem Wert von der Hälfte einer Effektivspannung beim hochfrequenten oder niederfrequenten elektrischen Feld fH oder fL entspricht, und seine effektive Frequenz eine gewisse Bandbreite hat, ändert sich die Intensität des durchgelassenen Lichts gemäß der Temperaturabhängigkeit von Δ&epsi; des Flüssigkristalls. Optische Ansprechcharakteristiken werden nun mit Bezug auf ein elektrisches Feld, das eine Wellenform hat, bei der zwei der oben erwähnten elektrischen Felder wechselweise auftreten, beschrieben. Fig. 34A zeigt die Ansprechcharakteristiken bei einer Wiederholung von FH-FL für jeweils 1 msec, Fig. 34B zeigt die Ansprechcharakteristiken bei der Wiederholung von FL-0 für jeweils 1 msec. Fig. 34C zeigt die Ansprechcharakteristiken bei einer Wiederholung von FL/H-0 für jeweils 1 msec, und Fig. 34D zeigt die Ansprechcharakteristiken bei einer Wiederholung von FL/H-FL für jeweils 1 msec. Wenn die Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes FL hin homeotropisch in bezug auf die Substrate ausgerichtet sind, ist der Verschluß im AUS-Zustand, wie dies in Fig. 34A gezeigt ist. Wenn daraufhin von diesem Zustand ausgehend das hochfrequente elektrische Feld FH angelegt wird, erzeugt der Verschluß den EIN-Zustand im schrägen Ausrichtungszustand, während er zum homogenen Ausrichtungszustand übergeht. Wie in Fig. 34B gezeigt ist, tritt die Relaxation der Flüssigkristallmoleküle in den anfänglichen Zustand auf, wenn der nichtelektrische Feldzustand nach dem Zustand gesetzt wird, bei dem das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt ist. Da die Flüssigkristallmoleküle aufgrund der natürlichen Relaxation, die auf der ursprünglichen Ausrichtungskraft der Flüssigkristallmoleküle beruht, schräg ausgerichtet sind, ist die Ansprechzeit jedoch im Vergleich zur Relaxation, auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin, lang. Wenn nach dem Anlegen des überlagerten elektrischen Feldes FH/L kein elektrisches Feld angelegt wird, kann, wie in Fig. 34C gezeigt ist, der Verschluß in der gleichen Art und Weise eingeschaltet werden wie in der Fig. 34B. Allerdings wird die Verschlußwirkung des Verschlusses beim Anlegen des über lagerten elektrischen Feldes FH/L verschlechtert, wenn die Temperatur erniedrigt wird, wie dies in Fig. 33 gezeigt ist. Deshalb wird bei einer niedrigen Temperatur der Verschluß offen gehalten. Auf die Wiederholung des überlagerten elektrischen Feldes FL/H und des niederfrequenten elektrischen Feldes FL hin befindet sich, wie in Fig. 34D gezeigt, der Verschluß, auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL/H hin, in einem leicht geöffneten Zustand, da das ununterbrochene Anlegen der elektrischen Felder FL/H und FL unterschiedliche Intensitäten des durchgelassenen Lichts hervorruft wie dies in Fig. 31 gezeigt ist. Bei niedrigen Temperaturen macht sich dieser Zustand bemerkbar.
Wenn der Verschluß ausgeschaltet werden soll, ist es vorzuziehen, daß das niederfrequente elektrische Feld FL ständig an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird. Wenn der Verschluß in der gemultiplexten Art und Weise angesteuert wird, muß das über lagerte elektrische Feld HL/H der hochfrequenten und der niederfrequenten elektrischen Felder FH und FL angelegt werden. In diesem Fall können das überlagerte elektrische Feld FL/H der hochfrequenten und niederfrequenten elektrischen Felder FH und FL und das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt werden, so daß ein ausreichend dunkler Zustand (AUS-Zustand) erzeugt werden kann. In diesem Fall kann ein Zustand ohne elektrisches Feld eingesetzt werden, wenn der Verschluß ausgeschaltet werden soll. Wie in den Fig. 34B und 34C gezeigt ist, muß die Anlegezeit verkürzt werden, da der Verschluß im nichtelektrischen Feldzustand auf wiederholtes Anlegen von FL-0 und FL/H-0 hin sich zu öffnen beginnt. Dies gilt auch für den Fall, bei dem das hochfrequente elektrische Feld FH angelegt wird.
Ein ausführliches zweites zeitlich gemultiplextes Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern des oben erwähnten Flüssigkristallverschlusses 219 mit einem Tastverhältnis (duty) von ½ im Multiplexbetrieb wird nun beschrieben. Spannungswellenformen, die an die Elektroden angelegt werden, und Wellenformen der elektrischen Felder, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, werden mit Bezug auf die Fig. 35A bis 35J beschrieben. In den Fig. 35A bis 35F bezeichnen die Bezugszeichen C1 und C2 Spannungen, die an die gemeinsame Elektrode angelegt werden; S1 bis S4 Spannungen, die an die Segmentelektrode angelegt werden. Die Spannung S1 veranlaßt die Mikroverschlüsse Sa und Sb einen EIN- EIN-Betrieb auszuführen, die Spannung S2 veranlaßt sie einen EIN-AUS-Betrieb auszuführen, die Spannung S3 veranlaßt sie einen AUS-EIN-Betrieb auszuführen, und die Spannung S4 veranlaßt sie einen AUS-AUS-Betrieb durchzuführen. Ein Rahmen beträgt 2 msec. Die hochfrequenten Spannungen fH und haben eine Frequenz von 200 kHz, und ihre Phasen sind um ½ Periode verschoben. Die niederfrequente Spannung fL hat eine Frequenz von 5 kHz. Die obigen Ansteuerspannungen haben eine Amplitude Vop von 25V.
Die Fig. 36A bis 36D zeigen jeweils die optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 50ºC, wenn der Flüssigkristallverschluß 219 von den elektrischen Feldern angesteuert wird, die die Wellenformen haben, die in den Fig. 35G bis 35J gezeigt sind. Fig. 36A zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen von C1-S1 hin, Figur 36B zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen von C1-S2 hin, Fig. 36C zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen von C1-S3 hin, und Fig. 36D zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen von C1-S4.
Das hochfrequente elektrische Feld FH wird an das Flüssigkristallmaterial des Mikroverschlusses angelegt, der während einer Auswahlzeitdauer eingeschaltet wird, wie dies in den Fig. 35G und 35H durch C1-S1 und C1-S2 während der ersten Zeitdauer T1 angedeutet ist. Nachfolgend wird kein elektrisches Feld angelegt. Am Ende der ersten Zeitdauer T1 wird das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt. Wie durch die Ansprechcharakteristiken während der ersten Zeitdauer T1 in den Fig. 36A und 36B dargestellt ist, ist die Intensität des durchgelassenen Lichts zu dieser Zeit hoch genug, um den EIN-Zustand auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin festzusetzen und den EIN-Zustand aufrechtzuerhalten, und sie ist niedrig genug, um den AUS-Zustand auf das Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes FL hin festzusetzen. Das überlagerte elektrische Feld FL/H des niederfrequenten und des hochfrequenten elektrischen Feldes FL und FH, wie sie durch C1-S1 und C1-S3 in der zweiten Zeitdauer T2 in den Fig. 35G und 35H angedeutet sind, oder ein sich wiederholendes elektrisches Feld des niederfrequenten elektrischen Feldes FL und keinem elektrischen Feld, wie dies durch C1-S2 und C1-S4 in der zweiten Zeitdauer T2 angedeutet ist, werden an das Flüssigkristallmaterial des Mikroverschlusses, der sich in einem Halb-Auswahlzustand befindet, angelegt. Wie durch die Ansprechcharakteristiken in der zweiten Zeitdauer T2 in den Fig. 36A und 36C gezeigt ist, ist für das vorherige elektrische Feld die Intensität des durchgelassenen Lichts, aufgrund des Einflusses des niederfrequenten elektrischen Feldes FL, das am Ende der ersten und zweiten Zeitdauern T1 und T2 angelegt wird, zu dieser Zeit niedrig genug, um den AUS-Zustand aufrechtzuerhalten. Wie durch die Ansprechcharakteristiken in der zweiten Zeitdauer T2 in den Fig. 36B und 36D gezeigt ist, ist für letzteres elektrisches Feld die Intensität des durchgelassenen Lichts im Zustand ohne elektrisches Feld leicht erhöht. Allerdings kann der AUS-Zustand mit einer niedrigen Intensität des durchgelassenen Lichts während der gesamten zweiten Zeitdauer T2 aufrechterhalten werden. Das überlagerte elektrische Feld FL/H wird an das Flüssigkristallmaterial des Mikroverschlusses angelegt, der in der Auswahlzeitdauer ausgeschaltet wird, wie dies durch C1-S3 und C1-S4 in der ersten Zeitdauer T1 in den Fig. 35I und 35J gezeigt ist. Wie durch die Ansprechcharakteristiken in der ersten Zeitdauer T1 in den Fig. 36C und 36D gezeigt ist, wird die Intensität des durchgelassenen Lichts am Anfang der Zeitdauer T1, aufgrund des Einflusses des niederfrequenten elektrischen Feldes FL, das vom Ende der ersten Zeitdauer T1 bis zum Ende der zweiten Zeitdauer T2 angelegt ist, minimiert. Obwohl die Intensität des durchgelassenen Lichts, auf das Anlegen des überlagerten elektrischen Feldes FL/H hin, leicht erhöht wird, kann die niedrige Intensität des durchgelassenen Lichts im ganzen aufrechterhalten werden. Die oben erwähnten elektrischen Felder werden an das Flüssigkristallmaterial des ausgewählten Mikroverschlusses gemäß dem EIN- oder AUS-Betriebszustand während der Auswahlzeitdauer angelegt, um dadurch den Mikroverschluß einzuschalten oder auszuschalten. Zur gleichen Zeit erhält der Mikroverschluß während der Nicht-Auswahlzeitdauer ein elektrisches Feld zum Aufrechterhalten des AUS-Zustandes. Auf diese Weise kann der gemultiplexte Ansteuerungsbetrieb verwirklicht werden.
Die Temperaturabhängigkeit der Ansprechcharakteristiken wurde für den Fall gemessen, bei dem die elektrischen Felder verwendet wurden, die dieselben Wellenformen wie im zweiten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 35A bis 35J gezeigt ist, haben, ein Rahmen wurde auf 2,82 msec gesetzt, und das grundlegende niederfrequente elektrische Feld FL wurde auf 4 kHz gesetzt. Die Fig. 37A, 37B und 37C zeigen jeweils die optischen Ansprechcharakteristiken bei Temperaturen von 55ºC, 45ºC und 40ºC, wenn das elektrische Feld, das durch C1-S1 in der Fig. 35G angedeutet ist, an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird. Wie aus den Fig. 37A, 37B und 37C ersichtlich ist, kann der Flüssigkristallmikroverschluß gemäß diesem Ansteuerungsverfahren stabile Betriebscharakteristiken aufweisen, obwohl die Ansprechzeit auf das Schließen des Verschlusses hin bei abnehmender Temperatur leicht verlängert wird.
Eine erste Modifikation des zweiten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahrens wird nun mit Bezug auf die Fig. 38A bis 38I und die Fig. 39 beschrieben. Beim Ansteuerungsverfahren der ersten Modifikation wird eine Zeit, während der ein elektrisches Feld (FH, FL/H), das eine hochfrequente Komponente hat, mit Bezug auf die elektrischen Felder, die Wellenformen haben, wie sie in den Fig. 35A bis 35J gezeigt sind, verkürzt. Um die Intensität des durchgelassenen Lichts im AUS-Zustand des Verschlusses zu verringern, wird während der AUS-Betriebszeitdauer das niederfrequente elektrische Feld FL an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Die Fig. 38A bis 38I zeigen Wellenformen der Spannung, die bei diesem Verfahren an die Elektroden angelegt werden und zeigen Wellenformen des elektrischen Feldes, die durch diese Spannungen an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. T1 bezeichnet eine Auswahlzeitdauer; T2 eine Nicht-Auswahlzeitdauer; T3 eine Anlegezeitdauer des niederfrequenten elektrischen Feldes FL; T4 eine Zeitdauer, die ¼ der restlichen Zeitdauer, ohne die Zeitdauer T3 des elektrischen Feldes FL, beträgt. Die Fig. 39A bis 39C zeigen die Ansprechcharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses 219 bei einer Temperatur von 55ºC, falls dieses Ansteuerungsverfahren verwendet wird, T1 = T2 = 1,41 msec, d. h., ein Rahmen ist auf 2,82 msec gesetzt, T3 = 0,25 msec (FL = 4 kHz) und T4 = 0,29 msec. Fig. 39A zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen des elektrischen Feldes C1-S1 hin, Fig. 39B zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen des elektrischen Feldes C1-S2 hin, Fig. 39C zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen des elektrischen Feldes C1- S3 hin, und Fig. 39D zeigt die Ansprechcharakteristiken auf das Anlegen des elektrischen Feldes C1-S4 hin. Wie aus den Fig. 39A bis 39C ersichtlich ist, gibt es bei den EIN- Charakteristiken keinen großen Unterschied, da ein elektrisches Feld zum Erreichen des EIN-Zustandes im wesentlichen der Wellenform des elektrischen Feldes von C1-S1, die in Fig. 35G gezeigt ist, entspricht. Da allerdings eine AUS-Wellenform während der Zeitdauern T1 und T2 in ihrem mittleren Teil das niederfrequente elektrische Feld FL enthält, ist der Transmissionsgrad im AUS-Zustand sehr klein, und daher kann die Verschlußcharakteristik mit hohem Kontrast erreicht werden. Da die Anlegezeit der elektrischen Felder, die eine Hochfrequenzkomponente haben, verkürzt ist, kann der Einfluß des Hochfrequenzhystereseeffekts eliminiert werden, und die Temperaturstabilität kann verbessert werden. Wenn die Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes kurz ist, wird der Hochfrequenzstrom verringert, was zu einer Abnahme der dielektrischen Wärmeableitung und des Leistungsverbrauchs führt.
Eine zweite Modifikation des zweiten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahrens wird nun mit Bezug auf die Fig. 40A bis 42 beschrieben. Da im EIN-Zustand eine durchgelassene Lichtmenge erhöht wird, wird bei diesem Ansteuerungsverfahren das hochfrequente elektrische Feld FH während einer kurzen Zeitdauer in der Mitte des nichtelektrischen Feldzustandes im elektrische EIN-Feld zum Erreichen des EIN-Zustandes eingefügt. Die Fig. 40A bis 40I zeigen jeweils die Spannungen, die bei diesem Verfahren den Elektroden zugeführt werden, und Wellenformen der elektrischen Felder, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Man beachte, daß eine Spannung, die an die zweite gemeinsame Elektrode angelegt wird, eine Wellenform hat, bei der die Reihenfolge der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 der Spannung C1, die an die erste gemeinsame Elektrode angelegt wird, ausgetauscht ist, wobei auf eine Beschreibung davon verzichtet wird. Man beachte, daß T1 = T2 = 1,41, T3 = 0,25 msec, T4 = 0,29 msec und T5 = 0,1 msec. Bei diesem Ansteuerungsverfahren sind die elektrischen Felder C1-S3 und C1-S4 im wesentlichen die gleichen wie die, die in den Fig. 38H und 38I gezeigt sind, und ihre optischen Ansprechcharakteristiken sind ebenso im wesentlichen die gleichen. Die Fig. 41A und 41B zeigen die Ansprechcharakteristiken mit Bezug auf die elektrischen Felder C1-S1 und C1-S2.
Da das hochfrequente elektrische Feld FH in der Mitte des nichtelektrischen Feldzustandes während einer kurzen Zeitdauer nach dem Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH in der elektrischen EIN-Feldwellenform eingefügt wird, kann im Ansteuerungsverfahren der zweiten Modifikation, wie in den Fig. 40A bis 41B gezeigt ist, das Abfallen des Transmissionsgrades in der zweiten Hälfte des EIN- Betriebs des Mikroverschlusses abgemildert werden. Es wurde beobachtet, daß ein solches Phänomen aufgrund des folgenden Verhaltens der Flüssigkristallmoleküle auftritt. Genauer gesagt, verhalten sich die Flüssigkristallmoleküle, die auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin schräg ausgerichtet werden, so, daß sie homeotropisch ausgerichtet werden, was aufgrund des Hystereseeffekts des niederfrequenten elektrischen Feldes FL, das wiederholt im nachfolgenden nichtelektrischen Feldzustand angelegt wird, geschieht, da ein Rahmen niederfrequente elektrische Feldkomponenten in einem großen Verhältnis enthält. Wenn zu dieser Zeit das hochfrequente elektrische Feld FH während einer kurzen Zeitdauer angelegt wird, verhalten sich die Flüssigkristallmoleküle so, daß sie wieder schräg ausgerichtet werden, um den EIN-Zustand zu erzeugen, und um dadurch den Transmissionsgrad in der zweiten Hälfte des EIN-Betriebs zu vergrößern.
Fig. 42 zeigt die spektralen Charakteristiken des Flüssigkristallverschlusses 219 bei den elektrischen Feldwellenformen C1-S1 (EIN) und C1-S4 (AUS), wenn der Flüssigkristallverschluß 219 mit dem obigen Ansteuerungsverfahren angesteuert wird. In diesem Fall wurde die Zellendicke d auf 5,09 um gesetzt, und die Meßtemperaturen waren 60ºC, 55ºC, 50ºC und 45ºC. Die spektralen Charakteristiken des Flüssigkristallverschlusses 219 sind bei diesem Ansteuerungsverfahren im wesentlichen linear und ideal für den Verschluß. Da der Verschluß schnelle Ansprechcharakteristiken aufweisen kann, ist er außerdem für einen Verschluß, z. B. in einem elektrophotographischen Drucker geeignet.

(Dritte Ausführungsform)

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erhöhen einer Menge des durchgelassenen Lichts im EIN- Zustand des Flüssigkristallverschlusses wird nun beschrieben. In dem zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren der zweiten Ausführungsform mit dem Tastverhältnis ½ wird der Flüssigkristallverschluß wahlweise betrieben, um den EIN- oder AUS-Zustand während der Auswahlzeitdauer, die die Hälfte einer Schreibzeitdauer (ein Rahmen) ist, zu erzeugen und wird angesteuert, um den AUS-Zustand während der Nicht-Auswahlzeitdauer, die der übrigbleibenden halben Zeitdauer entspricht, zu erzeugen. Deshalb ist eine Menge des durchgelassenen Lichts pro Rahmen höchstens die Hälfte der Menge im EIN-Zustand in der Auswahlzeitdauer. Wenn der Flüssigkristallverschluß verwendet wird, insbesondere bei einem optischen Flüssigkristalldrucker, beeinflußt die Intensität des durchgelassenen Lichts die Druckgeschwindigkeit des Druckers, wie dies oben beschrieben ist. Beim Entwurf eines optischen Systems zum Leiten von durch einen Flüssigkristallverschluß durchgelassenem Licht auf einen lichtempfindlichen Körper, ist eine große durchgelassene Lichtmenge von Vorteil, und sie ist ebenfalls vorteilhaft beim Auswählen einer Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Körpers.
Beim zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für einen Mikroverschluß der EIN-Zustand, der in der Auswahlzeitdauer erreicht wird, in der Nicht-Auswahlzeitdauer aufrechterhalten, indem ein Halten-Signal zum Halten dieses Zustandes sogar in der Nicht-Auswahlzeitdauer angelegt wird.
Auf diese Weise kann eine Menge des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand des Flüssigkristallverschlusses erhöht werden.
Bei einem ersten zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren der dritten Ausführungsform wird ein elektrisches Feld an den Flüssigkristallverschluß im EIN-Betrieb angelegt, das eine Wellenform hat, die den Verschluß über eine Zeitdauer, die länger als die Auswahlzeitdauer ist, im EIN-Zustand hält. Die Fig. 43A bis 43I zeigen jeweils Spannungen, die an die Elektroden angelegt werden, und Wellenformen des elektrischen Feldes, das an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird. Bezugnehmend auf die Fig. 43A bis 43I wird die gemeinsame Spannung C1 an den Verschlußabschnitt Sa angelegt. Die Phase der gemeinsamen Spannung C2, die an den Verschlußabschnitt Sb angelegt wird, ist gegenüber der der gemeinsamen Spannung C1 um eine halbe Schreibzeitdauer verschoben. Die Segmentspannungen S1 bis S4 werden an die Segmentelektroden der Mikroverschlüsse angelegt. Die Segmentspannungen S1 und S2 veranlassen den Verschlußabschnitt Sa den EIN-Zustand herzustellen, und die Spannungen S3 und S4 veranlassen ihn, den AUS-Zustand herzustellen. Die Segmentspannungen S1 und S3 veranlassen den Verschlußabschnitt Sb, den EIN-Zustand herzustellen, und die Spannungen S2 und S4 veranlassen ihn, den AUS-Zustand herzustellen. Man beachte, daß T1 eine Auswahlzeitdauer (1 msec) anzeigt, T2 eine Nicht-Auswahlzeitdauer (1 msec); T3 eine erste Anlegezeitdauer des hochfrequenten elektrischen Feldes FH; T4 eine zweite Anlegezeitdauer des elektrischen Feldes FH; T5 eine Anlegezeitdauer ohne elektrisches Feld; T6 eine Anlegezeitdauer einer Halten-Spannung gemäß der restlichen Zeitdauer einer Auswahlzeitdauer T1; T7 eine Anlegezeitdauer des niederfrequenten elektrischen Feldes FL, das an das Ende einer Schreibzeitdauer gesetzt ist, um den Verschluß auszuschalten; T8 eine Restzeitdauer in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2. In diesem Fall wird während der Zeitdauer T6 in der Zeitdauer T1 und der Zeitdauer T8 in der Zeitdauer T2 ein elektrisches Halten-Feld zum Halten des Verschlusses im EIN- oder AUS-Zustand angelegt. Die Zeitdauer T6 wird so festgesetzt, daß sie die gleiche Dauer hat wie die Zeitdauer T7 in der Zeitdauer T2.
Während der Auswahlzeitdauer T1 veranlaßt die gemeinsame Spannung C1, daß die Elektrode ein hochfrequentes elektrisches Feld FH erzeugt, das in der Zeitdauer T5 invertiert ist. Während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 veranlaßt die Spannung C1, daß die Elektrode während der Zeitdauer T8 ein überlagertes elektrisches Feld FL/H erzeugt und während der Zeitdauer T7 ein niederfrequentes elektrisches Feld FL erzeugt. In diesem Fall wird das elektrische Feld FL/H durch wechselweises Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH erhalten, wobei die Zeitdauer T8 in 8 Unterzeitdauern unterteilt wird. Die Segmentspannung S1 zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sa und Sb veranlaßt die Elektroden während der Zeitdauern T6 und T7 ein niederfrequentes elektrisches Feld FL zu erzeugen und während der restlichen Zeitdauer ein hochfrequentes elektrisches Feld FH zu erzeugen. Die Segmentspannung S2 zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sb veranlaßt die Elektrode während der Zeitdauer T6 in der Auswahlzeitdauer T1 und während der gesamten Nicht-Auswahlzeitdauer T2 ein niederfrequentes elektrisches Feld FL zu erzeugen und während der restlichen Zeitdauer in der Auswahlzeitdauer T1 ein hochfrequentes elektrisches Feld FH zu erzeugen. Die Segmentspannung S3 zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sb veranlaßt die Elektrode während der gesamten Auswahlzeitdauer T1 ein niederfrequentes elektrisches Feld FL zu erzeugen, während der Zeitdauer T8 ein hochfrequentes elektrisches Feld FH zu erzeugen und während der Zeitdauer T7 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 ein niederfrequentes elektrisches Feld FL zu erzeugen. Die Segmentspannung S4 zum Ausschalten der Verschlußabschnitte Sa und Sb veranlaßt die Elektrode während der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 das niederfrequente elektrische Feld FL zu erzeugen.
C1-S1, C1-S2, C1-S3 und C1-S4 in den Fig. 43F bis 43I stellen die zusammengesetzten Wellenformen der gemeinsamen Spannung C1 und die Segmentspannungen S1 bis S4 dar. Wie von diesen zusammengesetzten Wellenformen angedeutet wird, wird das über lagerte elektrische Feld FL/H der niederfrequenten und hochfrequenten elektrischen Felder FL und FH während der Zeitdauer T6 in der Auswahlzeitdauer T1 angelegt, und das überlagerte elektrische Feld FL/H und ein nichtelektrisches Feld werden während der Zeitdauer T8 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 wechselweise während gleicher Zeitintervalle angelegt. Genauer gesagt, das elektrische Halten-Feld wird während der Zeitdauern T6 und T8 ständig an das Flüssigkristallmaterial angelegt.
Die Betriebscharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses, der durch obiges Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, wird im folgenden erklärt.
Ein Flüssigkristallmaterial für die Zwei-Frequenz-Adressierung, das in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde im Flüssigkristallverschluß eingeschlossen, der so aufgebaut war, wie es in den Fig. 25 und 26 gezeigt ist, er wies einen Zellenspalt (Dicke der Flüssigkristallschicht) von 4,36 um auf, und die Signalwellenformen, die in den Fig. 43A bis 43I gezeigt sind, wurden ständig angelegt. Für diesen Fall wurden die Verschlußcharakteristiken jeweils bei Temperaturen von 55ºC, 50ºC, 45ºC und 40ºC gemessen. Die Fig. 44A bis 51D zeigen die Meßergebnisse, wobei die Intensität des durchgelassenen Lichts auf der Ordinate aufgetragen ist. Man beachte, daß eine Leuchtstofflampe, die einen Emissionsscheitelwert bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, als Lichtquelle verwendet wurde, und das hochfrequente elektrische Feld FH auf 200 kHz gesetzt war. Die Fig. 44A bis 44D zeigen die Ansprechcharakteristiken, wenn die Zeitdauer T5 "0" ist, d. h., wenn die Zeitdauer T4 der Zeitdauer T3 folgt, so daß das hochfrequente elektrische Feld FH während 0,6 msec ununterbrochen angelegt wird, und die Zeitdauer T7 auf 0,4 msec gesetzt ist. Da das überlagerte elektrische Feld oder das elektrische Halten-Feld, das aus Wiederholungen des über lagerten elektrischen Feldes und keinem elektrischen Feld besteht, während der Zeitdauern T6 und T8 angelegt wird, wird, wie in den Fig. 44A bis 44D gezeigt ist, gemäß dem Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung der EIN-Zustand in der Auswahlzeitdauer T1 bis zur Zeitdauer T8 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 fortgesetzt. Das niederfrequente elektrische Feld FL wird während der Zeitdauer T7 am Ende einer Schreibzeitdauer angelegt, um den Verschluß auszuschalten. Auf diese Weise wird eine einzelne Betätigung des Verschlusses abgeschlossen. Die Ansprechcharakteristiken des Flüssigkristallverschlusses ändern sich allerdings gemäß seiner Temperatur.
Genauer gesagt, in dem Fall mit 55ºC, der in Fig. 44A gezeigt ist, überschreiten die Flüssigkristallmoleküle, die zuerst das hochfrequente elektrische Feld FH erhalten, einen Kippwinkel, der einem ersten Scheitelwert mit einem Maximum an durchgelassenem Licht entspricht, und weisen dann einen ersten maximalen Wert der Intensität des durchgelassenen Lichts auf. Wenn das überlagerte elektrische Feld FL/H angelegt ist, tritt der Einfluß des niederfrequenten elektrischen Feldes FL sehr stark auf, da eine Kraft zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle durch Δ&epsi;H kleiner ist als eine Kraft, um sie bei einer Temperatur von 55ºC homeotropisch durch Δ&epsi;L auszurichten. Auf diese Weise fangen die Flüssigkristallmoleküle an, sich langsam aufzustellen und den Kippwinkel zu überschreiten. Zu diesem Zeitpunkt tritt ein zweiter Maximalwert der Intensität des durchgelassenen Lichts auf. Danach stellen sich die Flüssigkristallmoleküle langsam auf. Wenn schließlich das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt wird, stellen sich die Flüssigkristallmoleküle plötzlich auf, und die Intensität des durchgelassenen Lichts wird sofort verringert. Der Fall mit 50ºC, der in Fig. 44B gezeigt ist, ist im wesentlichen der gleiche wie der Fall von Fig. 44A. Da ein Unterschied zwischen den Kräften aufgrund von Δ&epsi;H und Δ&epsi;L verringert wird, wird der Einfluß des niederfrequenten elektrischen Feldes FL eliminiert, und das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des über lagerten elektrischen Feldes FL/H hin wird weiter abgemildert. Deshalb ist, bis das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt wird, eine Abnahme in der Intensität des durchgelassenen Lichts gering, und es können gute Verschlußcharakteristiken erhalten werden.
Im Fall von 45ºC, der in Fig. 44C gezeigt ist, wird eine Ansprechzeit auf eine Temperaturabnahme hin verlängert und die Flüssigkristallmoleküle erreichen den Kippwinkel unmittelbar vor dem Ende des hochfrequenten elektrischen Feldes FH. Da bei dieser Temperatur die Kräfte aufgrund von Δ&epsi;H und Δ&epsi;L im wesentlichen ausgeglichen sind, ist eine Kipprate der Flüssigkristallmoleküle extrem niedrig. Deshalb wird die Kurve der Intensität des durchgelassenen Lichts linear. In diesem Fall kann allerdings ein instabiler Zustand auftreten, d. h. die Intensität des durchgelassenen Lichts kann zeitlich schwanken.
In dem Fall mit 40ºC, der in Fig. 44D gezeigt ist, wird, da eine Kraft aufgrund von Δ&epsi;H stärker wird als eine Kraft aufgrund von Δ&epsi;L eine durchschnittliche Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH verlängert, und der hochfrequente Hystereseeffekt tritt sehr stark auf. Aus diesem Grund ändert sich der homeotropische Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes hin, und die Flüssigkristallmoleküle können sich nicht so verhalten, wie in den Fig. 44A bis 44C gezeigt ist. Es tritt ein Bereich auf, der normalerweise nicht auf das Anlegen des elektrischen Feldes hin ausgebildet wird, und die Intensität des durchgelassenen Lichts wird verringert. Wenn das hochfrequente elektrische Feld FH ununterbrochen angelegt wird, wird deshalb die Temperatur vorzugsweise auf 50ºC gesetzt.
Die Fig. 45A bis 45D zeigen jeweils die Verschlußcharakteristiken bei Temperaturen von 55ºC, 50ºC, 45ºC und 40ºC, wenn das EIN-Signal (C1-S1 Signal) ununterbrochen angelegt wird, wobei in den Wellenformen des Flüssigkristallansteuerungssignals, die in den Fig. 43A bis 43I gezeigt sind, T3 = T4 = 0,25 msec, T5 = 0,1 msec und T6 = T7 = 0,4 msec. In diesem Fall ist der Abfall der Intensität des durchgelassenen Lichts selbst bei einer Temperatur von 40ºC klein, und ein instabiler Zustand, bei dem die Intensität zeitlich schwankt, kann nicht beobachtet werden. Eine gesamte Anlegezeit des elektrischen Hochfrequenzfeldes FH ist diesmal 0,5 msec und ist vorzugsweise die Hälfte einer Auswahlzeitdauer. Wenn die Zeitdauer T5 mit dem nichtelektrischen Feld zwischen die Zeitdauern T3 und T4 gesetzt wird, kann auf diese Weise der Einfluß des hochfrequenten Hystereseeffekts reduziert werden, die Temperaturcharakteristiken können verbessert werden, und der stabile EIN/AUS-Betrieb des Verschlusses kann durchgeführt werden. Da die einzelnen Flüssigkristallmoleküle in eine gleiche Richtung schräg ausgerichtet werden können, dann die Intensität des durchgelassenen Lichts des Flüssigkristallverschlusses erhöht werden.
Die Ansprechcharakteristiken für eine Länge der Zeitdauern T6 und T7 wurden untersucht. Die Verschlußcharakteristiken wurden gemessen, wobei T3 = T4 = 0,25 msec festgesetzt wurde und T6 = T7 = 0,1, 0,2, 0,3 und 0,4 msec gesetzt wurde (in diesem Fall gilt jeweils T5 = 0,4, 0,3, 0,2 und 0,1 msec).
Die Fig. 45A bis 45D zeigen jeweils die Verschlußcharakteristiken, wenn T6 = T7 = 0,4 msec ist.
Wenn T6 = T7 = 0,2 msec ist, erhält man die Charakteristiken, die in den Fig. 36A bis 36C gezeigt sind, während des kontinuierlichen EIN-Zustandes jeweils bei den Temperaturen 55ºC, 50ºC und 45ºC. Bei einer Temperatur von 45ºC spricht der Flüssigkristall fast nicht an, wie in Fig. 46C gezeigt ist, und es ergibt sich eine Helligkeit bei einem konstanten Pegel. Wenn T6 = T7 = 0,1 msec ist, ergibt sich bei einer Temperatur von 50ºC der gleiche Zustand wie er in Fig. 46C gezeigt ist, der hier allerdings nicht aufgeführt ist. Dies ergibt sich, weil der Einfluß des hochfrequenten Hystereseeffekts stark bleibt, da die Komponenten mit dem hochfrequenten elektrischen Feld mit einem großen Verhältnis enthalten sind. Wenn der AUS-Zustand anhält (wenn das niederfrequente elektrische Feld FL kontinuierlich angelegt wird), kann der Flüssigkristall sogar auf ein einmaliges elektrisches EIN-Feld (hochfrequentes elektrisches Feld FH) reagieren, wie in Fig. 47 gezeigt ist, da kein hochfrequenter Hystereseeffekt übrigbleibt.
Wenn T6 = T7 = 0,3 msec ist, zeigen sich die gleichen Ansprechcharakteristiken wie in den Fig. 45A bis 45D.
Wie oben beschrieben ist, tragen die Längen der Zeitdauern T6 und T7 zur Stabilität der Temperaturcharakteristiken bei. Selbst wenn die Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, während eine Temperaturanpassung ausgeführt wird, müssen die Längen der Zeitdauern T6 und T7 jeweils 20% oder mehr von denen der Zeitdauern T1 und T2 betragen. Wenn diese Zeitdauern zu lang sind, wird die Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH unvermeidlich gekürzt, und eine Menge des durchgelassenen Lichts wird verringert. Deshalb fallen die Längen der Zeitdauern T6 und T7 vorzugsweise in einen Bereich von 20% bis 50% von denen der Zeitdauern T1 und T2.
Wenn der Verschluß eingeschaltet werden soll, wird das hochfrequente elektrische Feld FH angelegt. Eine Zeitdauer, in der das hochfrequente elektrische Feld FH zum anfänglichen, schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle angelegt ist, wurde untersucht. Das Verhältnis der Zeitdauern T3 und T4 wurde verändert, wie in der nachfolgenden Tabelle 8 gezeigt ist, wobei eine gesamte FH Anlegezeit während der Zeitdauern T3 und T4 0,5 msec war, T5 = 0,1 msec und T6 = T7 = 0,4 msec war. Tabelle 8 Nr.
Die Fig. 48A bis 48D zeigen die Ansprechcharakteristiken der Nr. 1 in Tabelle 8. In diesem Fall, wie in den Fig. 48A bis 48D gezeigt ist, sind die Ansprechcharakteristiken offensichtlich nicht gut. Da das hochfrequente elektrische Feld FH, nach der Zeitdauer T5 = 0,1 msec ohne elektrisches Feld, nochmal angelegt wird, ist die Intensität des durchgelassenen Lichts hoch, und innerhalb des Temperaturbereichs von 45º bis 50ºC kann ein guter Verschlußbetrieb erreicht werden. Wenn T5 = 0,2 msec, T3 = 0,1 msec, T4 = 0,4 msec und T6 = T7 = 0,4 msec sind, d. h., wenn die Zeitdauer T5 lang ist und die Zeitdauer T3 kurz ist, kann der Flüssigkristallverschluß nicht in einen zufriedenstellenden EIN-Zustand gebracht werden, bis das zweite hochfrequente elektrische Feld FH angelegt wird. Da selbst bei einer Temperatur von 50ºC keine ausreichende Helligkeit aufrechterhalten werden kann, kann der Flüssigkristallverschluß deshalb keine guten Ansprechcharakteristiken haben, wie in Fig. 49 gezeigt ist. Wenn die Zeitdauer T3 kürzer als die Ansprechzeit des Flüssigkristalls ist, ist deshalb die Zeitdauer T5 vorzugsweise kurz. Da die Ansprechzeit bei einer Temperatur von 50ºC etwa 0,15 msec ist, muß das hochfrequente elektrische Feld FH weiterhin angelegt werden, um den Flüssigkristall bei einem Kippwinkel zu halten, bei dem der erste Scheitelwert erhalten werden kann, wenn die Zeitdauer T3 kürzer als die Ansprechzeit des Flüssigkristalls, d. h. 0,1 msec ist. Deshalb muß eine Zeit bis zum zweiten Anlegen verkürzt werden. Eine gesamte Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH ist mit einer Menge des durchgelassenen Lichts verknüpft. Wenn die Menge des durchgelassenen Lichts zunehmen soll, kann die Anlegezeit des elektrischen Feldes FH verlängert werden. Allerdings verschlechtern sich in diesem Fall die Temperaturcharakteristiken, wie in den Fig. 44A bis 44D gezeigt ist.
In diesem Fall verschlechtern sich die Charakteristiken insbesondere im Bereich niedriger Temperaturen. Um den EIN-Zustand in der Auswahlzeitdauer T1 über die Nicht-Auswahlzeitdauer T2 fortzusetzen, kann die FH Anlegezeit während der Zeitdauer T4 verlängert werden. Man beachte, daß die FH Anlegezeit vorzugsweise verkürzt wird, und die Zeitdauern T6 und T7 vorzugsweise verlängert werden, wenn ein Verschluß mit guten Temperaturcharakteristiken benötigt wird, selbst wenn die Menge des durchgelassenen Lichts klein ist. Wie oben beschrieben ist, können die Zeitdauern T3, T4, T5, T6, T7 und T8 in den Signalwellenformen, die in den Fig. 43A bis 43I gezeigt sind, willkürlich innerhalb der oben erwähnten Bereiche gemäß den Verwendungsbedingungen des Flüssigkristallverschlusses festgesetzt werden.
Wenn eine gesamte Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH der angelegten elektrischen Felder bestimmt ist, kann gemäß dem oben erwähnten Ansteuerungsverfahren die Menge des durchgelassenen Lichts des Flüssigkristallverschlusses willkürlich festgesetzt werden.
Die Fig. 50A bis 51D zeigen die Ansprechcharakteristiken, wenn die gesamte Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH geändert wird. Die Fig. 50A bis 50D zeigen die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen, wenn T3 = 0,25 msec, T4 = 0,15 msec, T5 = 0,2 msec und T6 = T7 = 0,4 msec ist. Die Fig. 51A bis 51D zeigen die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen, wenn T3 = 0,25 msec, T4 = 0,05 msec, T5 = 0,3 insec und T6 = T7 = 0,4 msec ist. Genauer gesagt, zeigen die Fig. 50A bis 51D die Ansprechcharakteristiken bei den jeweiligen Temperaturen, wenn T3 + T4 = 0,4 msec und 0,3 msec sind. Wie aus den Fig. 50A bis 51D entnommen werden kann, kann im Vergleich zu einem Fall mit einem Tastverhältnis von ½ eine große Menge des durchgelassenen Lichts erhalten werden. Allerdings nähert sich mit abnehmendem T3 + T4 die Menge des durchgelassenen Lichts dem Tastverhältnis von ½. Damit die Menge des Lichts eingestellt werden kann, wird deshalb T3 + T4 eingestellt.

(Vierte Ausführungsform)

Eine vierte Ausführungsform zum Erhöhen der Menge des durchgelassenen Lichts im EIN-Zustand des Flüssigkristallverschlusses, die sich von der oben erwähnten dritten Ausführungsform unterscheidet, wird nun beschrieben.
Beim zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren der vierten Ausführungsform wird der EIN-Zustand von der Auswahlzeitdauer wie in der dritten Ausführungsform bis zu einem Teil der Nicht-Auswahlzeitdauer weitergeführt, um dadurch eine Menge des Lichts zu vergrößern. Allerdings unterscheidet sich bei dieser Ausführungsform ein elektrisches Halten- Feld zum Aufrechterhalten des EIN-Zustandes von dem in der dritten Ausführungsform. Genauer gesagt, beim zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren der dritten Ausführungsform wird während der Auswahlzeitdauer T1, nachdem das hochfrequente elektrische Feld FH zum schrägen Ausrichten des Flüssigkristallmaterials angelegt ist, um den EIN-Zustand zu erreichen, ein Zustand ohne elektrisches Feld gesetzt. Während einer vorbestimmten Zeitdauer in der Nicht-Auswahlzeitdauer werden wechselweise ein überlagertes elektrisches Feld und kein elektrisches Feld angelegt, um den schräg ausgerichteten Zustand der Flüssigkristallmoleküle durch das elektrische Feld FH aufrechtzuerhalten. Danach wird das niederfrequente elektrische Feld FL am Ende der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 an das Flüssigkristallmaterial angelegt, um die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch in bezug auf die Substrate auszurichten, um dadurch den AUS-Zustand herzustellen. Dieses Ansteuerungsverfahren ist effektiv, wenn die Einheitsschreibzeitdauer Tw zum Ausführen des EIN- oder AUS- Betriebs und zum einmaligen Ausführen des AUS-Betriebs des Flüssigkristallverschlusses (in dem Fall für das Tastverhältnis von ½) ausreichend kurz ist, im Vergleich mit einer Zeit, bis zu der die Flüssigkristallmoleküle durch natürliche Relaxation in den homogenen Ausrichtungszustand zurückkehren.
Das zeitlich gemultiplexte Ansteuerungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Fig. 52A bis 52I zeigen Spannungswellenformen, die bei diesem Ansteuerungsverfahren an die Elektroden angelegt werden, und Wellenformen des elektrischen Feldes, die an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Bezugnehmend auf die Fig. 52A bis 52I wird die gemeinsame Spannung C1 dem Verschlußabschnitt Sa zugeführt. Die Phase einer gemeinsamen Spannung, die an den Verschlußabschnitt Sb angelegt wird, ist gegenüber der der gemeinsamen Spannung C1 um eine halbe Einheitsschreibzeitdauer verschoben. Die Segmentspannungen S1 bis S4 werden an die Segmentelektroden der Mikroverschlüsse angelegt. Die Segmentspannungen S1 und S2 veranlassen den Verschlußabschnitt Sa, den EIN-Zustand zu erreichen, und die Spannungen S3 und S4 veranlassen ihn, den AUS-Zustand zu erreichen. Die Segmentspannungen S1 und S3 veranlassen den Verschlußabschnitt Sb, den EIN-Zustand zu erreichen, und die Spannungen S2 und S4 veranlassen ihn, den AUS-Zustand zu erreichen. Tw bezeichnet eine Einheitsschreibzeit (1 msec); T1 eine Auswahlzeitdauer (0,5 msec); T2 eine Nicht-Auswahlzeitdauer (0,5 msec); T3 eine Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH; T4 eine restliche Zeitdauer in der Zeitdauer T2, ausgenommen die Zeitdauer T2; T5 eine Anlegezeitdauer ohne elektrisches Feld; T6 eine Anlegezeit des niederfrequenten elektrischen Feldes FL, die am Ende der Einheitsschreibzeitdauer vorgesehen ist, um den Verschluß in den AUS-Zustand zu versetzen; und T7 eine restliche Zeitdauer in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2, ausgenommen die Zeitdauer T6. Während der Zeitdauer T4 in der Auswahlzeitdauer T1 und der Zeitdauer T7 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 wird eine Halten-Spannung zum Halten des Verschlusses im EIN- oder AUS-Zustand angelegt. Die gemeinsame Spannung C1 wird festgesetzt, um die niederfrequente Spannung fL während der Zeitdauer T5 in der Auswahlzeitdauer T1 und während der Zeitdauer T6 in der Nicht- Auswahlzeitdauer T2 anzulegen, um die hochfrequente Spannung fH während der übrigen Zeitdauer in der Auswahlzeitdauer T1 anzulegen, und um die überlagerte Spannung fL/H der niederfrequenten Spannung fL und der hochfrequenten Spannung , dessen Phase gegenüber der der hochfrequenten Spannung fH invertiert ist, anzulegen. Die Segmentspannung S1 zum Einschalten beider Verschlußabschnitte Sa und Sb wird festgelegt, um die niederfrequente Spannung fL während der Zeitdauern T5 und T6 anzulegen, und um die hochfrequente Spannung fH während der restlichen Zeitdauer anzulegen. Die Phase der hochfrequenten Spannung fH ist während der Zeitdauer T3 in der Auswahlzeitdauer T1 gegenüber der Phase in der übrigen Zeitdauer invertiert. Während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 ist die Phase der Spannung fH in einer Zeitdauer, die der Zeitdauer T3 entspricht, invertiert gegenüber der Phase in der übrigen Zeitdauer. Genauer gesagt, die Segmentspannung S1 wird festgelegt, um EIN-Auswahlspannungen, die die gleiche Wellenform haben, während der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen. Die Segmentspannung S2 zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sb ist festgelegt, um die EIN-Auswahlspannung während der Auswahlzeitdauer T1 anzulegen, und um eine AUS-Auswahlspannung, die nur aus der niederfrequenten Spannung fL besteht, während der Nicht-Auswahlzeitdauer anzulegen. Die Segmentspannung S3 zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sb wird festgesetzt, um die AUS- Auswahlspannung während der Auswahlzeitdauer T1 anzulegen, und um die EIN-Auswahlspannung während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen. Die Segmentspannung S4 zum Ausschalten beider Verschlußabschnitte Sa und Sb ist festgesetzt, um die AUS-Auswahlspannungen während der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen.
C1-S1, C1-S2, C1-S3 und C1-S4 in den Fig. 52F bis 52I bezeichnen zusammengesetzte Wellenformen der gemeinsamen Spannung C1 und den jeweiligen Segmentspannungen S1 bis S4. Die elektrischen Felder der zusammengesetzten Wellenformen werden an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Die elektrischen Felder C1-S1 und C1-S2 veranlassen den Verschlußabschnitt Sa, während der Auswahlzeitdauer T1 einzuschalten und während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 auszuschalten. Genauer gesagt, das hochfrequente elektrische Feld FH wird während der Zeitdauer T3 an das Flüssigkristallmaterial angelegt, um die Flüssigkristallmoleküle schräg auszurichten, während der Zeitdauer T4 wird kein elektrisches Feld angelegt, und das überlagerte elektrische Feld FL/H der niederfrequenten und hochfrequenten Felder FL und FH und ein nichtelektrisches Feld werden wechselweise angelegt, um dadurch den schrägen Ausrichtungszustand aufrechtzuerhalten. Auf das Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes FL hing werden danach die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch ausgerichtet, und der Verschlußabschnitt Sa ist im AUS-Zustand. Die elektrischen Felder C1-S3 und C1-S4 veranlassen den Verschlußabschnitt Sa sowohl während der Auswahlzeitdauer T1 als auch während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 aus zuschalten. Das elektrische Feld veranlaßt die Elektrode, ein überlagertes elektrisches Feld FL/H während einer Zeitdauer in der Auswahlzeitdauer T1, außer in der Zeitdauer T5, zu erzeugen, ein nichtelektrisches Feld während der Zeitdauer T5 zu erzeugen, abwechselnd das überlagerte elektrische Feld FL/H und das nichtelektrische Feld während der Zeitdauer T7 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 zu erzeugen, und danach das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T6 zu erzeugen.
Selbst wenn der nichtelektrische Feldzustand nach dem Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH während der Zeitdauer T3 gesetzt wird, verhalten sich die Flüssigkristallmoleküle deshalb während des EIN-Betriebs träge. Wenn deshalb die Schreibzeitdauer Tw kurz ist, zeigen die Flüssigkristallmoleküle ein träges Verhalten, und sie werden nur in geringem Maße einen Kippwinkel überschreiten, bei dem eine maximale Menge des durchgelassenen Lichts erreicht werden kann. Da sich die Flüssigkristallmoleküle aufgrund des überlagerten elektrischen Feldes, das danach angelegt wird, träge verhalten, kann dieser Zustand aufrechterhalten werden. Genauer gesagt, dieses Ansteuerungsverfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen von keinem elektrischen Feld und dem überlagerten elektrischen Feld FL/H hin träge ist, im Vergleich zur Länge der Schreibzeitdauer Tw, wodurch der EIN-Zustand auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH hin aufrechterhalten wird. Obwohl bei der AUS-Wellenform kein elektrisches Feld angelegt wird, kehren die Flüssigkristallmoleküle aufgrund des nichtelektrischen Feldes nur in geringem Maße in den anfänglichen Ausrichtungszustand zurück, da die Schreibzeitdauer Tw kurz ist. Deshalb kann der AUS-Zustand aufrechterhalten werden.
Ein Fall wird beschrieben, in dem der Flüssigkristallverschluß, der in den Fig. 25 und 26 gezeigt ist, mit dem oben erwähnten Verfahren angesteuert wird. Bei diesem Flüssigkristallverschluß wurde das Flüssigkristallmaterial (1) und das Flüssigkristallmaterial (2), das in untenstehender Tabelle 9 gezeigt ist, verwendet. Tabelle 9 (Flüssigkristallmaterial 2) NI Punkt Viskosität Brechungsindex Optische Anisotropie
Das Flüssigkristallmaterial (1), das oben beschrieben ist, hat Brechungsindizes von n// = 1,638 und n = 1,498 in bezug auf Licht bei einer Wellenlänge von 544 nm bei einer Temperatur von 23ºC, und hat eine optische Anisotropie Δna = 0,14. Fig. 53 zeigt die Temperaturabhängigkeit des dielektrischen Dispersionsphänomens des Flüssigkristallmaterials (2). Wie man aus dem Vergleich zwischen Tabelle 1, die die physikalischen Charakteristiken des Flüssigkristallmaterials (1) zeigt, Fig. 3, Tabelle 9, die die physikalischen Charakteristiken des Flüssigkristallmaterials (2) zeigt und Fig. 53 ersichtlich ist, weisen diese Flüssigkristallmaterialien keinen Unterschied in ihren dielektrischen Charakteristiken auf, und die optische Anisotropie Δna des Flüssigkristallmaterials (2) ist größer als die des Materials (1).
Der Flüssigkristallverschluß schirmt das Licht in einem Zustand, in dem die Flüssigkristallmoleküle homeotropisch ausgerichtet sind, ab, wie oben beschrieben ist. Die Flüssigkristallmoleküle werden von diesem Zustand aus schräg gestellt, und wenn der Kippwinkel der Moleküle einen vorbestimmten Winkel Φmax erreicht, wird die maximale Intensität des durchgelassenen Lichts erreicht. Der Kippwinkel Φmax hängt von einem Produkt der Brechungsindexanisotropie Δna des Flüssigkristallmaterials und der Dicke (Zellenspalt) d der Flüssigkristallschicht ab. Die Fig. 54 und 55 zeigen jeweils Intensitäten des durchgelassenen Lichts mit Bezug auf Kippwinkel Φ, wenn diese Flüssigkristallmaterialien verwendet werden. Wenn beispielsweise das Flüssigkristallmaterial (1) in einer Flüssigkristallzelle, die einen Zellenspalt von 4,36 um aufweist, eingeschlossen ist (Flüssigkristallverschluß 1), ist Φmax 43,7 (Grad), wie in Fig. 54 gezeigt ist. Wenn Flüssigkristallmaterial (2) in einer Flüssigkristallzelle, die einen Zellenspalt von 4,28 um aufweist, eingeschlossen ist (Flüssigkristallverschluß 2), ist Φmax 38,2 (Grad), wie in Fig. 55 gezeigt ist. Wenn die Zellenspalten untereinander im wesentlichen gleich sind, hat auf diese Weise der Flüssigkristallverschluß, der die größere optische Anisotropie Δna des Flüssigkristallmaterials hat, kleinere Φmax. Je kleiner Φmax ist, desto kürzer wird eine Zeit, die zum Kippen der Flüssigkristallmoleküle in einen Winkel Φmax benötigt wird, was zu einer kurzen Ansprechzeit führt. Man beachte, daß selbst wenn der Zellenspalt d vergrößert wird, in diesem Fall eine Intensität des elektrischen Feldes abgeschwächt wird, obwohl Φmax verringert wird, und daher die Ansprechzeit verlängert wird.
Auf diese Art und Weise trägt eine kurze Ansprechzeit zu einer Zunahme der Intensität des durchgelassenen Lichts und der Menge des durchgelassenen Lichts bei. Wenn Φmax klein ist, ist ein Kippwinkel der Flüssigkristallmoleküle klein, selbst wenn die Viskosität des Flüssigkristallmaterials auf eine Temperaturänderung-hin geändert wird. Deshalb wird das Verhalten der Moleküle nicht sehr stark beeinflußt, und folglich können die Temperaturcharakteristiken stabilisiert werden.
Der Flüssigkristallverschluß 1, der das Flüssigkristallmaterial (1) verwendet, und der Flüssigkristallverschluß 2, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, wurden durch die elektrischen Felder angesteuert, die in den Fig. 52A bis 52I gezeigt sind. Die Fig. 56A bis 57C zeigen jeweils die Verschlußcharakteristiken bei Temperaturen von 55ºC, 50ºC und 45ºC, wenn das elektrische EIN-Feld C1-S1, das in Fig. 52F gezeigt ist, ununterbrochen angelegt wurde, und T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = 0,25 msec ist. In den Fig. 56A bis 57C ist die Zeit (msec) entlang der Abszisse aufgetragen, und die Intensität des durchgelassenen Lichts ist entlang der Ordinate aufgetragen. Wie aus den Fig. 56A bis 57C ersichtlich ist, hat der Flüssigkristallverschluß 2, der das Flüssigkristallmaterial (2) mit einer großen optischen Anisotropie Δna verwendet, vergleichsweise eine geringere Temperaturabhängigkeit als der Flüssigkristallverschluß 1, der das Flüssigkristallmaterial (1) mit einer kleinen optischen Anisotropie Δna verwendet.
Wenn der Flüssigkristallverschluß mit dem Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist, kann eine ausreichende Lichtmenge erhalten werden, indem entweder das Flüssigkristallmaterial (1) mit einer kleinen optischen Anisotropie Δna verwendet wird, oder das Flüssigkristallmaterial (2) mit einem großen Δna. Da jedoch, wie oben beschrieben ist, der Flüssigkristallverschluß, der Flüssigkristallmaterial mit einer kleinen optischen Anisotropie Δna benutzt, schlechtere Temperaturcharakteristiken hat, wird vorzugsweise das Flüssigkristallmaterial mit einem großen Δna verwendet. Wenn die Schreibzeitdauer Tw kurz ist, ist die Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH kurz, und eine Ansprechzeit wird daher verlängert. Deshalb kann ein vollständiger EIN-Zustand während des Anlegens des hochfrequenten elektrischen Feldes FH nicht erreicht werden. Aus diesem Grund ist das Flüssigkristallmaterial mit einer großen optischen Anisotropie Δna vorzuziehen.
Die Fig. 58 und 59 zeigen die Temperaturabhängigkeit der Verschlußbetriebscharakteristiken, wenn der oben erwähnte Flüssigkristallverschluß mit dem Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist. Fig. 58 zeigt die Charakteristiken, wenn T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = 0,25 msec im Ansteuerungsverfahren, das in den Figuren 52A bis 52I gezeigt ist, ist. Fig. 59 zeigt die Charakteristiken, wenn beim Ansteuerungsverfahren, das in den Figuren 52A bis 52I gezeigt ist, T3 = 0,2 msec, T4 = 0,3 msec und T5 = T6 = 0,25 msec ist. Eine auf integrierte Lichtmenge LEIN im EIN-Zustand und eine auf integrierte Lichtmenge LAUS im AUS-Zustand werden, wie in Fig. 60 gezeigt ist, definiert. Der Kontrast CR ist durch CR = LEIN/LAUS gegeben.
Wie aus den Fig. 58 und 59 ersichtlich ist, kann gemäß diesem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristallverschluß mit einer hohen Geschwindigkeit EIN/AUS betätigt werden, da die Schreibzeitdauer Tw = 0,1 msec und eine Änderung der Betriebscharakteristiken des Verschlusses aufgrund einer Temperaturänderung klein ist, und im EIN-Zustand kann eine große Lichtmenge erhalten werden. Insbesondere ändern sich die Betriebscharakteristiken des Verschlusses nicht, selbst wenn die Anlegezeitdauer T3 des hochfrequenten elektrischen Feldes FH von 0,25 msec auf 0,2 msec verkürzt wird. Da die Anlegezeitdauer des hochfrequenten elektrischen Feldes auf diese Weise verkürzt werden kann, kann ein hochfrequenter Strom, der auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes zurückzuführen ist, eliminiert werden, was zu einem verringerten Leistungsverbrauch und Wärmeerzeugung führt.
Die Ansprechcharakteristiken und die Betriebscharakteristiken des Verschlusses beim Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist, werden aus Gründen des Vergleichs zwischen dem Ansteuerungsverfahren der vierten Ausführungsform und dem oben erwähnten Ansteuerungsverfahren mit einem kompletten Tastverhältnis von ½ beschrieben.
Fig. 61 zeigt die optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 50ºC, wenn das elektrische EIN-Feld C1-S1, das in Fig. 38F gezeigt ist, ununterbrochen an den Flüssigkristallverschluß, der das Flüssigkristallmaterial (1) verwendet, angelegt ist. Fig. 62 zeigt die optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 50ºC, wenn das elektrische EIN-Feld C1-S1, das in Fig. 38F gezeigt ist, ununterbrochen an den Flüssigkristallverschluß, der das Flüssigkristallmaterial (2) verwendet, angelegt ist. Die Figuren 63 und 64 zeigen jeweils die Betriebscharakteristiken des Verschlusses, wenn das obige elektrische EIN-Feld bei Verwendung der Flüssigkristallmaterialien (1) und (2) angelegt ist. Man beachte, daß das hochfrequente elektrische Feld FH, das als elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, bei 200 kHz liegt, die Amplitude Vop 25V ist, die Auswahlzeitdauer T1 und die Nicht-Auswahlzeitdauer T2 in der elektrischen Feldwellenform jeweils 0,5 msec sind, eine Anlegezeit des hochfrequenten elektrischen Feldes FH in der Anlegezeitdauer T1 0,13 msec ist und eine Anlegezeit des niederfrequenten elektrischen Feldes FL in der Auswahlzeitdauer T1 0,09 msec ist. In diesem Fall wurde das Flüssigkristallmaterial (1) in einer Flüssigkristallzelle eingeschlossen, die einen Zellenspalt von 4,36 um hat, Flüssigkristallmaterial (2) wurde in einer Flüssigkristallzelle eingeschlossen, die einen Zellenspalt von 4,28 um hat, und eine Leuchtstofflampe, die einen Emissionsscheitelwert bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, wurde als Lichtquelle verwendet, so daß die Betriebscharakteristiken des Verschlusses gemessen wurden.
Wie aus dem Vergleich zwischen den Charakteristiken ersichtlich ist, die in den Fig. 56A bis 59 und den Fig. 61 bis 64 gezeigt sind, hat der Flüssigkristallverschluß, der durch das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 52A bis 52I gezeigt ist, eine EIN-Lichtmenge, die die Lichtmenge des Flüssigkristallverschlusses, der durch das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist, um 70% oder mehr übersteigt, und hat eine kleinere Temperaturabhängigkeit beim Kontrast.
Gemäß dem Ansteuerungsverfahren der vierten Ausführungsform kann der Flüssigkristallverschluß eine große EIN-Lichtmenge aufweisen und kann mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden.
Wenn allerdings der Zustand ohne elektrisches Feld während der Zeitdauer T5 verlängert wird, wird eine Menge des durchgelassenen Lichts des Verschlußabschnittes auf das Anlegen des elektrischen AUS-Feldes hin in geringem Maße erhöht, und dies kann zu einer Abnahme des Kontrasts führen. Um eine Abnahme des Kontrasts zu verhindern, muß die Intensität des durchgelassenen Lichts im AUS-Zustand weiter verringert werden. Zu diesem Zweck ist die Zeitdauer T8 zum Anlegen des niederfrequenten elektrischen Feldes oder des über lagerten elektrischen Feldes während der Zeitdauer ohne elektrisches Feld, nach der Zeitdauer T3, in der das hochfrequente elektrische Feld angelegt wird, vorgesehen, um so die Intensität des durchgelassenen Lichts im AUS-Zustand zu verringern.
Eine erste Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Fig. 65A bis 65I zeigen jeweils Spannungen, die an die Elektroden angelegt werden, und elektrische Felder, die beim Ansteuerungsverfahren der ersten Modifikation an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Um eine Menge des durchgelassenen Lichts im AUS-Zustand zu verringern, ist bei diesem Ansteuerungsverfahren die Zeitdauer T8 zum Anlegen eines niederfrequenten elektrischen Feldes nach der Zeitdauer T3 zum Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes FH vorgesehen, wie durch C1-S3 und C1-S4 in den Fig. 65H und 65I gezeigt ist. Da das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T8 angelegt wird, kann auf diese Weise der Flüssigkristallverschluß in der Zeitdauer T8 vollständig ausgeschaltet werden, und die Menge des Lichts im AUS-Zustand dieses Flüssigkristallverschlusses kann so verringert werden. Fig. 66 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Betriebscharakteristiken des Verschlusses, wenn beim Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 65A bis 65I gezeigt ist, T3 = 0,2 msec, T4 = 0,25 msec und T8 = 0,1 msec ist. Wie aus Fig. 66 ersichtlich ist, sind die Temperaturcharakteristiken gut. Eine zweite Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Fig. 67A bis 67I zeigen jeweils Spannungen, die an die Elektroden angelegt werden und elektrische Felder, die beim Ansteuerungsverfahren der zweiten Modifikation an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Wie im Fall der Fig. 65A bis 65I zielt dieses Ansteuerungsverfahren darauf ab, eine Menge des Lichts im AUS-Zustand zu verringern. Die Zeitdauer T8 ist im wesentlichen in der Mitte der Auswahlzeitdauer T1 vorgesehen, wobei auf diese Weise das überlagerte elektrische Feld angelegt wird. Die Fig. 68A und 68B zeigen die optischen Ansprechcharakteristiken bei einer Temperatur von 50ºC, wenn der Flüssigkristallverschluß 2 mit diesem Ansteuerungsverfahren angesteuert wird, um den EIN- und AUS-Betrieb aufrechtzuerhalten. In diesem Fall waren die Anlegezeitdauern der elektrischen Felder so festgelegt, daß T3 = T4 = T6 = T7 = 0,25 msec und T8 = 0,1 msec ist. Da das überlagerte elektrische Feld in der Mitte der Zeitdauer ohne elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird, kann auf diese Weise das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle durch den Einfluß der niederfrequenten Komponenten des über lagerten elektrischen Feldes unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine Zunahme der Lichtmenge im AUS- Zustand verhindert werden.
Fig. 69 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Betriebscharakteristiken des Verschlusses beim Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 67A bis 67I gezeigt ist, wenn T3 = T4 = 0,25 msec und T8 = 0,1 msec ist. In diesem Fall können gute Temperaturcharakteristiken erreicht werden. Wie oben beschrieben ist, wird die Lichtmenge im AUS-Zustand verringert, um den Kontrast zu verbessern.
Wie oben beschrieben ist, macht sich das Ansteuerungsverfahren der vierten Ausführungsform die Tatsache zunutze, daß eine natürliche Relaxationsgeschwindigkeit der Flüssigkristallmoleküle von der homeotropischen Ausrichtung zur homogenen Ausrichtung (anfänglicher Ausrichtungszustand) klein ist, und das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle auf das Anlegen des überlagerten elektrischen Feldes hin unterdrückt wird, so daß der Flüssigkristallverschluß so gesteuert wird, daß er den EIN-Zustand auf das Anlegen des hochfrequenten elektrischen Feldes hin über die Nicht-Auswahlzeitdauer aufrechterhält. Deshalb kann dieses Ansteuerungsverfahren für einen Fall verwendet werden, bei dem eine natürliche Relaxationszeit des Flüssigkristallmaterials und eine Zeit, die zum Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in einen stabilen Zustand (anfänglicher Ausrichtungszustand) benötigt wird, welche durch das überlagerte elektrische Feld gesteuert wird, in ausreichendem Maße länger sind als die Einheitsschreibzeitdauer Tw. Mit anderen Worten, dieses Verfahren ist effektiv, wenn die Einheitsschreibzeit Tw in ausreichendem Maße kürzer ist als die natürliche Relaxationszeit und eine Zeit, die benötigt wird, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Das Ansteuerungsverfahren dieser Ausführungsform wird z. B. vorzugsweise in einem Fall verwendet, in dem Tw kleiner oder gleich 1,5 msec ist.

(Fünfte Ausführungsform)

Im folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Beim Ansteuerungsverfahren der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt, um die Flüssigkristallmoleküle schräg auszurichten, und dieser Zustand wird auf das Anlegen eines über lagerten elektrischen Feldes und eines elektrischen Halten-Feldes hin, das aus einer Wiederholung des über lagerten elektrischen Feldes und keinem elektrischen Feld besteht, aufrechterhalten. In der dritten Ausführungsform kann der Flüssigkristallverschluß zufriedenstellend betrieben werden. Allerdings verhalten sich die Flüssigkristallmoleküle in bezug auf das über lagerte elektrische Feld instabil. Wenn der absolute Wert der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; des Flüssigkristallmaterials auf eine Temperaturänderung hin geändert wird, ändert sich die Stärke des Effekts der hochfrequenten und niederfrequenten Komponenten, die im über lagerten elektrischen Feld enthalten sind mit Bezug auf das Flüssigkristallmaterial. Folglich bleibt die Temperaturstabilität des Flüssigkristallverschlusses instabil.
Das Ansteuerungsverfahren der vierten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, ist nicht für lange Schreibzeitdauern Tw geeignet, da die Lichtmenge im AUS-Zustand zunimmt, und gleichzeitig die Lichtmenge im EIN-Zustand abnimmt.
Das Ansteuerungsverfahren der fünften Ausführungsform, die im folgenden beschrieben ist, ist zum Ansteuern des Flüssigkristallverschlusses mit einer relativ langen Schreibzeitdauer geeignet. Bei diesem Ansteuerungsverfahren wird ein hochfrequentes elektrisches Feld mindestens zweimal während einer Auswahlzeitdauer angelegt, in der der EIN-Betrieb ausgewählt wird, und ein niederfrequentes elektrisches Feld wird während mindestens einer Zeitdauer zwischen den nebeneinanderliegenden hochfrequenten elektrischen Feldern angelegt, um so den Flüssigkristallverschluß anzusteuern. Die Fig. 70A bis 70J zeigen jeweils Spannungen, die an die Elektroden angelegt werden, und elektrische Felder, die beim zeitlich gemultiplexten Ansteuerungsverfahren der fünften Ausführungsform an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Bezugnehmend auf die Fig. 70A bis 70J werden die gemeinsamen Spannungen C1 und C2 jeweils an die Verschlußabschnitte Sa und Sb angelegt. Die Phase der gemeinsamen Spannung C2 ist gegenüber der der gemeinsamen Spannung C1 um eine halbe Einheitsschreibzeitdauer verschoben. Die Segmentspannungen S1 bis S4 werden an die Segmentelektroden der Mikroverschlüsse angelegt. Die Segmentspannungen S1 und S2 setzen den Verschlußabschnitt Sa in den EIN-Zustand, und die Segmentspannungen S3 und S4 setzen ihn in den AUS-Zustand. Die Segmentspannungen S1 und S3 setzen den Verschlußabschnitt Sa in den EIN-Zustand, und die Spannungen S2 und S4 setzen den Verschlußabschnitt Sb in den AUS-Zustand. Tw bezeichnet eine Einheitsschreibzeitdauer (2,38 msec); T1 eine Auswahlzeitdauer (1,19 msec); und T2 eine Nicht-Auswahlzeitdauer (1,19 msec). Die Auswahlzeitdauer T1 besteht aus den Zeitdauern T3, T4, T5 und T6. Die gemeinsame Spannung C1 wird festgesetzt, um während der Zeitdauer T4 in der Auswahlzeitdauer T1 die niederfrequente Spannung fL anzulegen, und während der übrigen Zeitdauer die hochfrequente Spannung fH anzulegen. Während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 wird die Spannung C1 festgelegt, um wechselweise während der Zeitdauer T7 die über lagerte Spannung fL/H und die niederfrequente Spannung fL anzulegen. Die Phase der hochfrequenten Komponente ist um 180º gegenüber der hochfrequenten Spannung verschoben, die während der Auswahlzeitdauer angelegt wird. Während der Zeitdauer T8 in der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 wird die Spannung C1 festgelegt, um die niederfrequente Spannung fL anzulegen. Die gemeinsame Spannung C2 hat eine Wellenform, bei der die Auswahlzeitdauer T1 der Spannung C1 durch deren Nicht-Auswahlzeitdauer T2 ersetzt wird. Die Segmentspannung S1 zum Einschalten beider Verschlußabschnitte Sa und Sb enthält die niederfrequente Spannung , deren Phase gegenüber der niederfrequenten Spannung fL, die in der gemeinsamen Spannung enthalten ist, invertiert ist. Die Spannung S1 enthält auch die hochfrequente Spannung , deren Phase gegenüber der hochfrequenten Spannung, die in der gemeinsamen Spannung enthalten ist, invertiert ist. Eine Spannung, die eine Wellenform hat, die während dieser Auswahlzeitdauer angelegt wird, entspricht einer EIN-Betriebsspannung zum Einschalten der Verschlußabschnitte Sa und Sb während der Auswahlzeitdauer. Während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 der Segmentspannung S1 wird die EIN-Betriebsspannung angelegt. Die Segmentspannung S2 zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sb wird festgesetzt, um die EIN-Betriebsspannung während der Auswahlzeitdauer T1 anzulegen, und um die AUS- Betriebsspannung, die nur aus der niederfrequenten Spannung fL besteht, während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen. Die Segmentspannung S3 zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sa und zum Einschalten des Verschlußabschnittes Sb wird festgesetzt, um die AUS-Betriebsspannung während der Auswahlzeitdauer T1 und die EIN-Betriebsspannung während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen. Die Segmentspannungen 54 zum Ausschalten der Verschlußabschnitte Sa und Sb werden festgesetzt, um die AUS-Betriebsspannungen während der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 anzulegen.
In den Fig. 70G bis 70J repräsentieren C1-S1, C1-S2, C1-S3 und C1-S4 die zusammengesetzten Wellenformen der gemeinsamen Spannung C1 und der Segmentspannungen S1 bis S4. Die elektrischen Felder der zusammengesetzten Wellenformen werden an das Flüssigkristallmaterial angelegt. Die elektrischen Felder C1-S1 und C1-S2 veranlassen, daß der Verschlußabschnitt Sa während der Auswahlzeitdauer T1 eingeschaltet wird, und daß er während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2 ausgeschaltet wird. Während der Auswahlzeitdauer T1 wird dieses elektrische Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt, das hochfrequente elektrische Feld FH während der Zeitdauer T3, das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T4, das hochfrequente elektrische Feld FH während der Zeitdauer T5 und das über lagerte elektrische Feld FL/H während der Nicht-Auswahlzeitdauer T2. Während der Nicht- Auswahlzeitdauer T2 werden wechselweise kein elektrisches Feld und ein überlagertes elektrisches Feld während einer Zeitdauer, die der Zeitdauer T3 in der Auswahlzeitdauer T1 entspricht, angelegt, ein nichtelektrisches Feld und ein überlagertes elektrisches Feld werden wechselweise während einer Zeitdauer, die der Zeitdauer T5 entspricht, angelegt, und während der Zeitdauer T8 wird das niederfrequente elektrische Feld FL angelegt. Die elektrischen Felder C1-S3 und C1-S4 haben eine Wellenform zum Ausschalten des Verschlußabschnittes Sa während der Auswahlzeitdauer T1 und der Nicht- Auswahlzeitdauer T2. Von diesen elektrischen Feldern wird das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T4 in der Auswahlzeitdauer T1, während einer Zeitdauer in der Auswahlzeitdauer T2, die der Zeitdauer T4 entspricht, und während der Zeitdauer T8 angelegt, und während der restlichen Zeitdauern wird das über lagerte elektrische Feld FL/H angelegt oder das über lagerte elektrische Feld FL/H und das nichtelektrische Feld werden wechselweise angelegt.
Der Verschlußabschnitt Sa, der das elektrische Feld empfängt, das durch C1-S1 und C1-S2, die in den Fig. 70G und 70H gezeigt sind, bezeichnet ist, wird auf das Anlegen des elektrischen Feldes FH hin während der Zeitdauer T3 eingeschaltet und wird auf Anlegen des elektrischen Feldes FL hin während der Zeitdauer T4 ausgeschaltet. Während der nachfolgenden Zeitdauer T5 wird der Abschnitt Sa wieder eingeschaltet und bleibt auf das Anlegen eines elektrischen Halten- Feldes hin, das aus dem elektrischen Feld FL/H besteht, welches danach, während der Zeitdauer T6, angelegt wird, im EIN-Zustand. Der Verschlußabschnitt Sa wird auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL hin während der Zeitdauer T7 ausgeschaltet, erhält den AUS-Zustand auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL/H hin aufrecht, und wird am Ende der Zeitdauer Tw auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL hin vollständig ausgeschaltet. Der Verschlußabschnitt Sa, der das elektrische Feld empfängt, welches durch C1-S3 und C1-S4 in den Fig. 70I und 70J bezeichnet ist, erhält einen Zustand aufrecht, der durch das elektrische Feld FL festgesetzt wird, welches vor der Auswahlzeitdauer T1 angelegt wird, auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL/H während der Zeitdauer T3 hin, und wird auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL während der Zeitdauer T4 hin vollständig ausgeschaltet. Der AUS-Zustand des Verschlußabschnittes Sa kann durch das elektrische Feld FL/H und sich wiederholende Wellenformen von FL/H und keinem elektrischen Feld, die während der Zeitdauern T5 und T6 und bis zur Mitte der Zeitdauer T7 angelegt werden, aufrechterhalten werden. Der Abschnitt Sa wird auf das Anlegen des elektrischen Feldes FL während der Zeitdauer T7 hin ausgeschaltet. Der Abschnitt Sa erhält diesen Zustand auf das wiederholte Anlegen von FL/H und des nichtelektrischen Feldes hin aufrecht und wird durch das Anlegen des elektrischen Feldes FL am Ende der Zeitdauer T2 hin vollständig ausgeschaltet.
Wenn das hochfrequente elektrische Feld wiederholt angelegt wird, und das niederfrequente elektrische Feld zwischen aufeinanderfolgenden hochfrequenten elektrischen Feldern angelegt wird, wiederholt der Flüssigkristallverschluß die EIN- und AUS-Zustände, und es kann auf diese Weise die Gesamtzeit des EIN-Zustandes verlängert werden, was zu einer Zunahme der Lichtmenge führt. Da das niederfrequente elektrische Feld in kurzen Zeitintervallen angelegt wird, kann der Einfluß des Hystereseeffekts des hochfrequenten elektrischen Feldes eliminiert werden, und die Temperaturstabilitätscharakteristiken können verbessert werden.
Im folgenden werden die Betriebscharakteristiken beschrieben, wenn der Flüssigkristallverschluß, der in den Fig. 25 und 26 gezeigt ist, durch das oben erwähnte Verfahren angesteuert wird. Als ein Flüssigkristallmaterial für die Zwei-Frequenz-Adressierung wurde das Flüssigkristallmaterial 3, das in untenstehender Tabelle 10 gezeigt ist, verwendet, und es wurde eine Flüssigkristallzelle verwendet, die einen Zellenspalt von 4,5 um hat. Fig. 71 zeigt die Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Anisotropie As des Flüssigkristallmaterials 3 bei einer Temperatur von 23ºC. Tabelle 10 NI Punkt Viskosität Brechungsindex
Die Fig. 72A bis 75D zeigen jeweils die Betriebscharakteristiken des Verschlusses bei Temperaturen von 60ºC, 55ºC, 50ºC und 45ºC, wenn das elektrische Feld C1-S1, das in Fig. 70G gezeigt ist, zum Erhalten des EIN-Zustandes ununterbrochen an den Flüssigkristallverschluß angelegt wird, und T3 (T5) und T4, wie in untenstehender Tabelle 11 gezeigt ist, geändert wurden, wobei T6 = 0,19 msec (konstant) gesetzt wurde. In den Fig. 72A bis 75D ist die Zeit entlang der Abszisse aufgetragen, und die Intensität des durchgelassenen Lichts ist auf der Ordinate aufgetragen. Tabelle 11 Nr.
Die Betriebscharakteristiken des Verschlusses wurden unter der Bedingung gemessen, daß eine Leuchtstofflampe, die einen Emissionsscheitelwert bei einer Wellenlänge von 543 nm hat, als Lichtquelle verwendet wurde, das hochfrequente elektrische Feld FH auf 200 kHz gesetzt wurde, und Vop auf 25V gesetzt wurde. Da bei den in den Fig. 70A bis 70J gezeigten Wellenformen des Flüssigkristallansteuerungssignals ein überlagertes elektrisches Feld oder ein elektrisches Halten- Feld, das aus dem überlagerten elektrischen Feld und dem nichtelektrischen Feld besteht, während der Zeitdauer T6 und einem Teil der nachfolgenden Zeitdauer T7 angelegt wird, kann der EIN-Zustand der Zeitdauer T1 bis zu einem Teil der Zeitdauer T7 in der Zeitdauer T2 verlängert werden. Wenn das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T8 am Ende der Einheitsschreibzeitdauer angelegt wird, wird der Verschluß ausgeschaltet, wodurch ein einzelner Verschlußbetrieb abgeschlossen wird. Wie in den Fig. 72A bis 75D gezeigt ist, ändern sich die Betriebscharakteristiken des Verschlusses gemäß den Längen der Zeitdauern T3 (T5) und T4.
Genauer gesagt, beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 1 ist die Zeitdauer T4 kurz, d. h. 0,1 msec, und daher wird das hochfrequente elektrische Feld FH zu lange angelegt. Wie in den Fig. 72A und 72B gezeigt ist, kann deshalb der Flüssigkristall selbst bei einer Temperatur von 60ºC nicht auf das niederfrequente elektrische Feld FL während der Zeitdauer T4 ansprechen, und der AUS-Zustand kann nicht erhalten werden. Bei einer Temperatur von 55ºC wird der Flüssigkristall nur durch das hochfrequente elektrische Feld FH beeinflußt und erzeugt einen vollkommen dunklen Zustand.
Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 2 wird im Vergleich zum Fall von Nr. 1, wie in den Fig. 73A bis 73C gezeigt ist, der vollständige AUS-Zustand nicht erreicht, obwohl der Abfall zum AUS-Zustand hin stark ist, da die Zeitdauer T4 auf 0,2 msec verlängert wird. Genauer gesagt, der Einfluß des hochfrequenten Hystereseeffekts ist immer noch groß. Aus diesem Grund erzeugt der Flüssigkristall durch den Einfluß des hochfrequenten Feldes FH bei einer Temperatur von etwa 50ºC einen dunklen Zustand. Deshalb ist das elektrische Feld dieser Wellenform in bezug auf eine Temperaturänderung instabil.
Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 3 kann der AUS-Zustand während der Zeitdauer T4 in zufriedenstellendem Maße aufrechterhalten werden, wie in den Fig. 74A bis 74D gezeigt ist, da die Zeitdauer T4 0,3 msec ist. Aus diesem Grund kann der Verschlußbetrieb selbst bei einer niedrigen Temperatur von 45ºC (Fig. 74D) durchgeführt werden.
Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 4 macht sich die Tendenz von Nr. 3 bemerkbar und es können bei einer Temperaturänderung stabile Verschlußcharakteristiken erreicht werden, da die Zeitdauer T4 lang ist, d. h. 0,4 msec.
Auf diese Weise trägt die Länge der Zeitdauer T4 zur Stabilität der Temperaturcharakteristiken bei. Um die Temperaturstabilitätscharakteristiken zu verbessern, wird die Zeitdauer T4 vorzugsweise so festgesetzt, daß sie länger als eine Ansprechzeit im AUS-Zustand des Flüssigkristalls ist (d. h. 0,15 bis 0,2 msec).
Fig. 76 zeigt die Temperaturabhängigkeit einer integrierten Lichtmenge im EIN-Zustand (auf das ununterbrochene Anlegen von C1-S1 hin) und im AUS-Zustand (auf das ununterbrochene Anlegen von C1-S4 hin). In diesem Fall wird als integrierte Lichtmenge eine integrierte Lichtmenge im EIN-Zustand und eine Lichtmenge im AUS-Zustand während der Einheitsschreibzeitdauer Tw definiert, wie in Fig. 60 gezeigt ist.
Fig. 76 zeigt integrierte Lichtmengen für elektrische Felder der Wellenformen Nr. 1 bis Nr. 4. Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 1 kann eine Lichtmenge vergrößert werden, obwohl der Betriebstemperaturbereich schmal ist. Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 2 kann bei einer Temperatur von 51ºC oder höher eine im wesentlichen konstante Lichtmenge im EIN-Zustand erreicht werden. Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 3 kann bei einer Temperatur von 47ºC bis 48ºC oder höher im EIN-Zustand eine konstante Lichtmenge erreicht werden. Beim elektrischen Feld der Wellenform Nr. 4 kann innerhalb des Temperaturbereichs von 45ºC bis 60ºC im EIN-Zustand eine im wesentlichen konstante Lichtmenge erreicht werden.
Der Temperaturbereich wird von Nr. 1 bis Nr. 4 allmählich erweitert, und gleichzeitig wird eine Lichtmenge im EIN-Zustand verkleinert. Die Wellenform Nr. 4 nimmt etwa den fünften Platz ein. Abschnitte mit guten Temperaturstabilitätscharakteristiken der elektrischen Felder der Wellenformen Nr. 2 und Nr. 3 können für einen elektro-photographischen Drucker verwendet werden, da die Temperatur des Flüssigkristallverschlusses aufgrund der Hitzeabstrahlung der Lichtquelle, wie einem Monitor und dergleichen, zunimmt. Die Lichtmenge im EIN-Zustand geht hier bis zu 6 hoch.
Aus Gründen des Vergleichs mit dem Ansteuerungsverfahren dieser Ausführungsform zeigen die Fig. 77 bis 79D jeweils die Temperaturabhängigkeit einer integrierten Lichtmenge und die optischen Ansprechcharakteristiken bei den Ansteuerungsverfahren, die in den Fig. 38A bis 38I und in den Fig. 43A bis 43I gezeigt sind. Beim Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist, war FH 200 kHz und Vop war 25V, die Zeitdauern T1 und T2 der Wellenform des elektrischen Feldes waren jeweils 1,19 msec, die Zeitdauer T3 war 0,19 msec, die Zeitdauer T4 war 0,375 msec, die Zeitdauer T5 war 0,25 msec, und die Zeitdauer T7 war 0,5 msec. Beim Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 43A bis 43I gezeigt ist, waren die Zeitdauern T1 und T2 bei der Wellenform des elektrischen Feldes jeweils 1,19 msec, die Zeitdauern T3, T4 und T5 waren jeweils 0,25 msec, T6 und T8 waren jeweils 0,44 msec, und die Zeitdauer T7 war 0,75 msec. Bezug nehmend auf Fig. 77 sind im Fall eines vollständigen Tastverhältnisses von ½ (das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 38A bis 38I gezeigt ist) die Temperaturstabilitätscharakteristiken gut und die Helligkeit geht bis etwa 5 hoch, obwohl eine Lichtmenge im EIN-Zustand dazu neigt auf der Seite der niedrigen Temperaturen zuzunehmen. Bei den Signalwellenformen, die in den Fig. 43A bis 43I gezeigt sind, nimmt die Lichtmenge im EIN-Zustand zu, und ihr Spitzenwert überschreitet 8.
Allerdings kann das Ansteuerungsverfahren der fünften Ausführungsform, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, eine um 20% größere integrierte Lichtmenge erzeugen als das Ansteuerungsverfahren mit dem vollständigen Tastverhältnis von ½, wie aus dem Vergleich mit Fig. 76 ersichtlich ist. Das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 70A bis 70J gezeigt ist, hat eine größere Temperaturstabilität als das Ansteuerungsverfahren, das in den Fig. 43A bis 43J gezeigt ist.
Eine Modifikation des Ansteuerungsverfahrens der fünften Ausführungsform wird nun beschrieben. Die Fig. 80A bis 80I zeigen Spannungen, die an die Elektroden angelegt werden, und elektrische Felder, die bei der ersten Modifikation an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden. Beim Ansteuerungsverfahren der fünften Modifikation sind jeweils am Ende der Zeitdauern T3 und T5, in denen das hochfrequente elektrische Feld FH in der Auswahlzeitdauer T1 angelegt wird, die Zeitdauern t1 und t2 ohne elektrisches Feld vorgesehen. Fig. 81 zeigt die Temperaturabhängigkeit der integrierten Lichtmenge, wenn am Ende der Zeitdauern T3 und T5 nichtelektrische Feldzeitdauern t1 und t2 mit 0,1 msec vorgesehen sind, und wenn die Zeitdauern t1 und t2 auf 0,2 msec gesetzt sind. Im Fall der nichtelektrischen Feldzeitdauer von 0,1 msec sind in der Wellenform des elektrischen Feldes T3 = 0,3 msec, T4 = 0,2 msec, T5 = 0,3 msec und T6 = 0,19 msec. Im Fall der nichtelektrischen Feldzeitdauer mit 0,2 msec sind bei der Wellenform des mit keinem elektrischen Feldes T3 = 0,2 msec, T4 = 0,2 msec, T5 = 0,2 msec und T6 = 0,19 msec. Wie aus Fig. 81 ersichtlich ist, kann das Ansteuerungsverfahren mit der Zeitdauer ohne elektrisches Feld von 0,2 msec im wesentlichen die gleichen Charakteristiken erreichen wie das Ansteuerungsverfahren, das das elektrische Feld der Wellenform Nr. 2 von Tabelle 11 verwendet. Deshalb kann der Stromverbrauch und die dielektrische Wärme durch die nichtelektrische Feldzeitdauer in vorteilhafter Weise verringert werden. Beim Ansteuerungsverfahren mit der 0,2 msec nichtelektrischen Feldzeitdauer wird die integrierte Lichtmenge verringert. Dies geschieht, weil der EIN-Zustand durch das zweite FH nicht in befriedigendem Maße durch Anlegen des nichtelektrischen Feldes und des nachfolgenden FL/H aufrechterhalten werden kann, und daher nimmt die Intensität des durchgelassenen Lichts ab. Der Grund, warum der EIN- Zustand nicht aufrechterhalten werden kann, ist, daß der FH Hystereseeffekt aufgrund der langen nichtelektrischen Feldzeitdauer nach der FH Anlegezeit abgeschwächt ist.
Die Fig. 82A bis 82I zeigen eine zweite Modifikation des Ansteuerungsverfahrens zum Verhindern einer Abnahme der Lichtmenge. Beim Ansteuerungsverfahren der zweiten Modifikation wird das elektrische Feld FH an das Flüssigkristallmaterial während der 0,1 msec Zeitdauer t3 angelegt, die der zweiten Hälfte der 0,2 msec nichtelektrischen Feldzeitdauer nach dem zweiten Anlegen von FH entspricht, wodurch der Flüssigkristallverschluß eingeschaltet wird. Da das dritte FH nach dem nichtelektrischen Feld nach dem zweiten Anlegen von FH angelegt wird, wird bei diesem Ansteuerungsverfahren der Flüssigkristall auf das dritte Anlegen von FH wieder eingeschaltet, und der EIN-Zustand kann durch das elektrische Halten-Feld aufrechterhalten werden. Dieses Ansteuerungsverfahren verwendet in effektiver Weise den hochfrequenten Hystereseeffekt, obwohl die FH Anlegezeit kürzer ist als beim Ansteuerungsverfahren mit der 0,1 msec Zeitdauer ohne elektrisches Feld in der ersten Modifikation, die in den Fig. 80A bis 80I gezeigt ist. Die integrierte Lichtmenge und die Temperaturabhängigkeit waren die gleichen wie die beim Ansteuerungsverfahren der ersten Modifikation. Die kurze FH Anlegezeit bedeutet eine niedrige Hochfrequenzleistung. Deshalb kann die Wärmestrahlung aufgrund des Hochfrequenzstromes vermieden werden, was zu einem verringerten Leistungsverbrauch führt.
Fig. 83 zeigt die Temperaturabhängigkeit der integrierten Lichtmenge, wenn der Flüssigkristallverschluß durch das Ansteuerungsverfahren der zweiten Modifikation angesteuert wird. In diesem Fall ist bei der Spannungswellenform T3 = T5 = 0,35 msec, T4 = 0,2 msec und T6 = 0,29 msec. Wie in Fig. 83 gezeigt ist, ist beim Ansteuerungsverfahren der zweiten Modifikation eine integrierte Lichtmenge gleich 6 oder größer, und auch die Temperaturcharakteristiken sind gut.
Bei der obigen Ausführungsform ist die Schreibzeitdauer Tw 2,38 msec und eine Ansprechzeit der Flüssigkristallvorrichtung ist 0,15 msec bis 0,2 msec. Wenn die Schreibzeitdauer relativ länger ist als die Ansprechzeit der Flüssigkristallvorrichtung, ist das Ansteuerungsverfahren der fünften Ausführungsform am geeignetsten. Genauer gesagt, um eine Lichtmenge zu vergrößern, muß die EIN-Zeitdauer des Verschlusses verlängert werden. Da die Schreibzeitdauer länger ist als die Ansprechzeit, ist es unmöglich, den schräg ausgerichteten Zustand der Flüssigkristallmoleküle gemäß dem EIN-Zustand des Verschlusses zu halten. Dies ergibt sich, weil die Flüssigkristallmoleküle so gesteuert werden, daß ihr Kippwinkel immer geändert wird. Es ist möglich das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle im EIN-Zustand nach dem Anlegen des überlagerten elektrischen Feldes zu verzögern. Der lange EIN-Zustand bedeutet einen langen instabilen Zustand, wobei die Temperaturstabilitätscharakteristiken verschlechtert werden. Wenn der EIN- und der AUS-Betrieb wie in der fünften Ausführungsform während der Schreibzeitdauer wiederholt wird, kann deshalb eine Lichtmenge vergrößert werden ohne die Temperaturstabilitätscharakteristiken zu verschlechtern.

Claims

1. Ein Verfahren zur Ansteuerung einer optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall, das umfaßt:

Bereitstellen eines Substratpaares (11), das Elektroden (13) aufweist, die sich zumindest teilweise gegenüberliegen und auf entgegengesetzten inneren Oberflächen ausgebildet sind;

Bereitstellen eines Flüssigkristallmaterials (15), das zwischen dem Substratpaar (11) eingeschlossen ist und dessen Moleküle anfangs in Richtungen parallel zueinander ausgerichtet sind, gemäß einer Ausrichtungsbehandlung, der die inneren Oberflächen (14) der Substrate unterzogen worden sind, und eines Ausrichtungszustandes der Moleküle, die durch ein elektrisches Feld gesteuert werden, das zwischen den Elektroden (13) angelegt ist, wobei das Flüssigkristallmaterial (15) eine Übergangsfrequenz (fc) aufweist, bei der seine dielektrische Anisotropie (Δ&epsi;) "0" wird, und ein dielektrisches Dispersionsphänomen zeigt, wobei die Polarität der dielektrischen Anisotropie (Δ&epsi;) in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die niedriger als die Übergangsfrequenz (fc) ist, und in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz ist, jeweils entgegengesetzt ist;

Bereitstellen eines Paares von Polarisierungsvorrichtungen (12), die außerhalb des Flüssigkristallmaterials (15) angeordnet sind, wobei die Polarisierungsachsen (22, 23) der Polarisierungsvorrichtungen (12) im wesentlichen senkrecht zueinander stehen und mindestens eine Polarisierungsachse die Richtung (21) der Ausrichtungsbehandlung der inneren Oberflächen des Substratpaares in einem Winkel, der in den Bereich zwischen 35º und 45º fällt, schneidet;

Anlegen eines elektrischen Feldes an das Flüssigkristallmaterial (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Anlegens umfaßt:

Anlegen eines elektrischen EIN-Feldes, das, während wenigstens einer ersten Zeitdauer, aus einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz ist, besteht zum Ansteuern der Flüssigkristallmoleküle und, während mindestens einer zweiten Zeitdauer, aus keinem elektrischen Feld besteht zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in bezug auf das Substratpaar, um einen EIN-Zustand der Einrichtung zu erhalten, wobei der Schritt des Anlegens weiterhin umfaßt;

Anlegen eines elektrischen AUS-Feldes mit einer Frequenz, die kleiner als die Übergangsfrequenz ist, zum homeotropischen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in bezug auf die Substrate (11), um einen AUS-Zustand zu erhalten, zum Steuern der optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall im EIN- oder AUS-Zustand.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Feld aus einem elektrischen EIN-Betriebszustand-Feld besteht, um zu bewirken, daß die Flüssigkristallmoleküle in bezug auf das Substratpaar (11) schräg ausgerichtet werden, um die Menge des durchgelassenen Lichts zu vergrößern und aus einem elektrischen EIN-Aufrechterhaltungs-Feld besteht zum Aufrechterhalten des schrägen Ausrichtungszustandes der Flüssigkristallmoleküle.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Betriebszustand-Feld an das Flüssigkristallmaterial (15) für eine Zeitdauer angelegt wird, die gleich oder länger als die Zeit ist, die benötigt wird, bis eine Intensität des durchgelassenen Lichts der optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall einen Maximalwert aufweist.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Betriebszustand-Feld an das Flüssigkristallmaterial (15) für eine Zeitdauer angelegt wird, die im wesentlichen die Hälfte einer gegebenen Anlegezeit des elektrischen EIN-Feldes ist.

5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

das Flüssigkristallmaterial eine Flüssigkristallzusammensetzung ist, die ein dielektrisches Dispersionsphänomen aufweist, wobei eine dielektrische Anisotropie (Δ&epsi;) positiv ist in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die niedriger als die Übergangsfrequenz (fc) ist, und negativ ist in einem elektrischen Feld mit einer Frequenz, die höher als die Übergangsfrequenz ist, daß

das elektrische EIN-Feld aus einem elektrischen EIN-Betriebszustand-Feld besteht, das mindestens das hochfrequente elektrische Feld enthält, zum Erhöhen der durchgelassenen Lichtintensität der optischen Einrichtung mit einem Flüssigkristall, um sie einzuschalten, und aus einem elektrischen EIN-Aufrechterhaltungs-Feld zum Aufrechterhalten des EIN-Zustandes und, daß

das elektrische AUS-Feld mindestens das niederfrequente elektrische Feld enthält.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vielzahl von den Elektroden (129a, 129b, 130a, 130b) auf jedem der Substrate (125, 126) ausgebildet ist, wobei jede der Vielzahl von Elektroden (129a, 129b), die auf einem Substrat (125) ausgebildet sind, so angeordnet sind, um den Elektroden (130a, 130b), die auf dem anderen Substrat (126) ausgebildet sind, gegenüberzuliegen, wobei jeder gegenüberliegende Teil der Elektroden einen einzelnen Mikro-Verschluß (Sa, Sb) bildet und, daß

ein elektrisches EIN-Feld zum schrägen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle, um einen EIN-Zustand zu erhalten, und ein elektrisches AUS-Feld zum homeotropischen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle, um einen AUS- Zustand zu erhalten, wahlweise an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden in einer Auswahlzeitdauer, die dazu bestimmt ist EIN/AUS des einzelnen Mikro-Verschlusses zu steuern, während einer Einheitsschreibzeitdauer, in der die Vielzahl der Mikroverschlüsse sequentiell gesteuert werden, um EIN-Zustände und AUS-Zustände zu erhalten, wobei das elektrische EIN-Feld aus einem elektrischen EIN-Betriebszustand-Feld besteht, das mindestens ein hochfrequentes elektrisches Feld einschließt und ein elektrisches Halten-Feld, das mindestens kein elektrisches Feld einschließt und, daß

das elektrische AUS-Feld zum homeotropischen Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle, um den AUS-Zustand zu erhalten, während einer anderen Zeitdauer in der Einheitsschreibzeitdauer angelegt wird als die Zeitdauer, in der das elektrische EIN-Feld angelegt wird.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Feld aus einem elektrischen EIN-Betriebszustand-Feld besteht, das mindestens ein hochfrequentes elektrisches Feld enthält, welches aus einem hochfrequenten elektrischen Feld ausgewählt wird, kein elektrisches Feld enthält und ein niederfrequentes elektrisches Feld enthält mit einer Frequenz, die niedriger als die Übergangsfrequenz ist, und aus einem elektrischen Halten-Feld besteht zum Halten des EIN-Zustandes, der durch das elektrische EIN-Betriebszustand-Feld erhalten wird, über eine Zeitdauer, die länger als die Auswahlzeitdauer ist.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Betriebszustand- Feld während der Auswahlzeitdauer an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird und das elektrische Halten-Feld während eines Teils einer Zeitdauer in der Einheitsschreibzeitdauer, außer in der Auswahlzeitdauer, an das Flüssigkristallmaterial (15) angelegt wird.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Feld aus einem EIN-Betriebszustand-Feld besteht, das mindestens zwei Wiederholungen des hochfrequenten elektrischen Feldes und ein niederfrequentes elektrisches Feld in einer Zeitdauer zwischen auf einanderfolgenden hochfrequenten elektrischen Feldern aufweist, und einem elektrischen Halten-Feld zum Halten des EIN-Zustandes, der durch das elektrische EIN-Betriebszustand-Feld erhalten wird, über eine Zeitdauer, die länger als die Auswahlzeitdauer ist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische EIN-Betriebszustand-Feld aus Wiederholungen des hochfrequenten elektrischen Feldes besteht und kein elektrisches Feld und/oder das niederfrequente elektrische Feld mindestens in einer Zeitdauer zwischen den aufeinanderfolgenden, sich wiederholenden hochfrequenten elektrischen Feldern eingefügt ist.