DE3443011A1 - Verfahren zur steuerung der ausrichtung von fluessigkristallen, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und die damit hergestellte fluessigkristall-einrichtung - Google Patents

Description

TeDTKE - BüHLING - KlNNE - Pellmann - Grams - Struif

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¹R.

Patentanwälte und Vertreter beim EPA ._

Dipl -Ing. H Tiedtke M

Dipl.-Chem. G. Buhling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K Grams Dipl.-Chem, Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 24OC 8000 München 2

Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Münche^r 26. November 1984

DE 4432

Canon Kabushiki Kaisha Tokio / Japan

Verfahren zur Steuerung

der Ausrichtung von Flüssigkristallen, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und die damit hergestellte Flüssigkristall-Einrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der • Ausrichtung eines smektischen FlüssigkristalIs, insbesondere eines chiralen smektischen Flüssigkristall, der zur Herstellung von Flüssigkristall-Einrichtungen, wie z.B. einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und einer optischen Flüssigkristall-Verschlußanordnung dient. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls zur Verbesserung der Anzeige- und Betriebseigenschaften durch eine Anfangsorientierung oder -ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, eine bei dem Verfahren be'nutzte Vorrichtung und eine durch das Verfahren hergestellte Flüssigkristall-Vorrichtung.

Bisher sind Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen bekannt, die eine Gruppe von Abtastelektroden und eine Gruppe von Signalelektroden, die in einer Matrix angeordnet sind, sowie eine den Raum zwischen den beiden Elektrodengruppen ausfüllende Flüssigkristallverbindung umfaßt, v/odurch eine Mehrzahl von Bildelementen oder Pixels zur Bild- oder Informationsanzeige an oder nahe den Matrixschnittpunkten gebildet wird. Zum Betrieb dieser Anzeigeeinrichtungen dient ein zeitlich geschachteltes Betriebsverfahren, bei dem man selektiv Adreßsignale aufeinanderfolgend und periodisch der Gruppe der Abtastelektroden eingibt und selektiv bestimmte Informationssignale der Gruppe der Signalelektroden in Parallelform synchron mit den Adreßsignalen eingibt. Diese Anzeigeeinrichtungen und ihr Betriebsverfahren haben jedoch schwerwiegende Nachteile, die nachfolgend beschrieben werden.

Es ist nämlich schwierig, eine hohe Dichte von Bildelemen-

ten oder ejne große Bildfläche zu erreichen. Wegen der relativ hohen Ansprechgeschwindigkeit und der niedrigen Verlustleistung der herkömmlichen Flüssigkristalle sind die meisten als Anzeigeeinrichtungen in die Praxis eingeführten Flüssigkristalle solche des TN-Typs, d.h. verdrillte nematische Flüssigkristalle;, wie sie in "Spannungsabhängige optische Aktivität eines verdrillten nematischen Flüssigkristalls" von M. Schadt und W. Helfrich, "Applied Physics L&tters", Bd. 18, Nr. 4 (15. Febr. 1971) S. 127-128, angegeben sind. In den Flüssigkristallen dieser Art bilden nematische Flüssigkristallmolekül, die ohne Anlegung eines elektrischen Feldes eine positive dielektrische Anisotropie zeigen, eine in der Dickenrichtung der Flüssigkristallschichten verdrillte Struktur (Schraubenstruktur), und die Moleküle dieses Flüssigkristall bilden eine Struktur, in der sie in der Nähe der Oberflächen beider Elektroden parallel zueinander ausgerichtet oder orientiert sind. Andererseits wird der nematische Flüssigkristall,, der bei Anlegung eines elektrischen Feldes positive dielektrische Anisotropie zeigt, in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet oder orientiert, so daß eine optische Modulation verursacht werden kann. Wenn die Anzeigeeinrichtungen als Matrixelektrodenanordnung mit einen; derartigen Flüssigkristall aufgebaut sind, wird eine Spannung, die höher als ein zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Elektrodenoberflächen erforderlicher Schwellenwert ist, an eine Fläche (einen gewählten Punkt) angelegt, wo eine Abtastelektrode und eine Signalelektrode getrennt gewählt sind, während an Flächen (nicht-gewählten Punkten), wo keine Abtast- und Signalelektroden gewählt sind, keine Spannung angelegt wird. Demgemäß werden die

, „ * Il ψ ν

Flüssigkristallmolekül parallel zu den Elektrodenoberflächen stabil ausgerichtet. Wenn lineare Polarisatoren, die zueinander in Verhältnis gekreuzter Nicols stehen (d.h. ihre Polarisationsachsen sind senkrecht zueinander angeordnet),auf der Ober- und Unterseite der so gebildeten niissigkristallzelle angeordnet werden, wird an den gewählten Punkten kein Licht durchgelassen, während es an den nicht gewählten Punkten durchgelassen wird. Demzufolge kann'die F/lüssigkri stall zelle als eine Bildeinrichtung, fungieren.

Wenn jedoch eine Matrixelektrodenanordnung gebildet wird, legt man an den Bereichen, wo eine Abtastelektrode gewählt ist und Signalelektroden nicht gewählt sind, oder an Bereichen, wo die Abtastelektrode nicht gewählt ist und eine Signalelektrode gewählt ist (diese Bereiche sind sogenannte "halbgewählte Punkte"), ein bestimmtes elektrisches Feld an. Wenn die Differenz zwischen einer an die gewählten Punkte angelegten Spannung und einer an die halbgewählten Punkte angelegten Spannung genügend gro3 ist und eine für die Ausrichtung oder Orientierung der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld erforderliche Schwellenspannung auf einen Wert dazwischen· eingestellt wird, arbeiten die Anzeigeeinrichtungen normal. Wenn aber die Anzahl (N) der Abtastzeilen zunimmt, nimmt die Zeit (Abtastverhältnis), während der bei Abtastung einer ganzen Bildfläche (entsprechend einem Bild) ein elektrisches Feld effektiv an einem gewählten Punkt angelegt ist, mit dem Verhältnis 1/N ab. Je größer demgemäß die Anzahl der Abtastzeilen ist, umso kleiner ist die wirksame Spannungsdifferenz, die an einem gewählten Punkt und an nicht-gewählten Punkten

anliegt, wenn wiederholte Abtastung erfolgt. Im Ergebnis, führt dies

zu den unerwünschten Nachteilen der Verschlechterung des Bildkontrastes oder des Auftretens von Interferenz oder Einstreuung. Diese Erscheinungen werden als im wesentlichen unvermeidbare angesehen, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall ohne Bistabilität (d.h. die Flüssigkristallmoleküle sind im stabilen Zustand in Bezug auf die Elektrodenoberfläche horizontal orientiert und nur unter Einwirkung .eines^ elektrischen Feldes zur Elektrodenoberfläche vertikal orientiert) unter Benutzung eines Zeitspeichereffekts betrieben, d."h. wiederholt abgetastet wird. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde schon das Spannungsmittelwertbildungsverfahren, das Zwei-Frequenz-Betriebsverfahren, das Mehrfach-Matrixverfahren usw. vorgeschlagen. Keines dieser Verfahren genügt jedoch zur Beseitigung der oben erwähnten Nachteile. Im Ergebnis ist der gegenwärtige Stand so, daß die Entwicklung großer Bildflächen oder einer hohen Packungsdichte bezüglich der Anzeigeelemente verzögert wird, weil es schwierig ist, die Anzahl der Abtastzeilen in ausreichendem Maße zu steigern.

Auf dem Gebiet des Druckers als eines Mittels zur Erhaltung einer Hartkopie auf Grund des Eingangs elektrischer Signale ist inzwischen ein Laserstrahldrucker (LBP), der elektrische Bildsignale für elektrofotografisches, lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial in Lichtform liefert, ausgezeichnet im Hinblick auf die Dichte der Bildelemente und die Druckgeschwindigkeit.

Der Laserstrahldrucker (LBP) hat jedoch die folgenden Nachteile.

1. Die Größe des Geräts ist beträchtlich.

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

Um die oben genannten Nachteile auszuschalten wird eine Flüssigkristall-Verschlußanordnung als Gerät zur Umsetzung elektrischer Signale in optische Signale vorgeschlagen. Wenn Bildelementsignale mit einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung gegeben we'rden, sind beispielsweise mehr als 3000 Signalgeneratoren erforderlich, um Bildelementsignale mit einer Geschwindigkeit von 16 Punkten/mm auf einer Länge von 210 mm zu schreiben. Um die Signale den betreffenden Signalgeneratoren unabhängig einzuspeisen, ist für die Signalzuführung zu allen betreffenden Signalgeneratoren die Leitungsverdrahtung erforderlich, wodurch Schwierigkeiten bei der Herstellung entstehen.

Im Hinblick hierauf wurde ein anderer Versuch unternommen, um Bildsignale in eine Leitung in zeitanteiliger (time-sharing) Weise einzugeben, wobei die Signalgeneratoren entsprechend in rehrere Reihen unterteilt sind. Bei diesem Versuch können die Sicnaleingabeelektroden der Mehrzahl der Signalgeneratoren gemeinsam sein, so daß die Anzahl der erforderlichen Leitungen beträchtlich verhindert werden kann. Wenn man jedoch versucht, die Anzahl (N) der Zeilen bei der üblichen Benutzung eines Flüssigkristall ohne Bistabilität zu erhöhen, wird die Signalnutzzeit im wesentlichen auf 1/N verringert. Dies führt zu Schwierigkeiten, da die auf ein lichtempfindliches Material auffallende Lichtmenge abninrjt,

Einstreuung auftritt,usw.

Um diese Nachteile bei diesen herkömmlichen Flüssigkristalleinrichtungen zu beseitigen, wurde von Clark und Lagerwall (z.B. Japanische Offenlegungsschrift Nr. 56-107216, US-PS 4,367,924, usw.) der Einsatz von Flüssigkristall-Einrichtungen vorgeschlagen, die Bistabilität aufweisen. In diesem Fall werden als bistabile Flüssigkristalle.-im allgemeinen ferroelektrische Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder Η-Phase (SmH*) benutzt. Diese Flüssigkristalle haben in einem an sie angelegten elektrischen Feld bistabile Zustände in Form eines ersten und eines zweiten stabilen Zustands. Demgemäß werden im Unterschied zu optischen Modulationseinrichtungen mit den oben genannten Flüssigkristallen des TN-Typs die bistabilen Flüssigkristallmoleküle in Bezug auf den einen und den anderen elektrischen Feldvektor in den ersten bzw. den zweiten optisch stabilen Zustand ausgerichtet. Die Eigenschaften der Flüssigkristalle dieses Typs sind so, daß sie mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit auf einen der beiden stabilen Zustände ausgerichtet werden und daß diese Zustände erhalten bleiben, wenn kein elektrisches Feld anliegt. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaften können diese Flüssigkristalle mit chiraler smektischer Phase eine große Zahl von problematischen Mangeln verbessern, die bei den bekannten Geräten des TN-Typs auftreten. Dies wird nachfolgendim einzelnen an Hand der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Damit man jedoch bei der optischen Modulationseinrichtung

unter Benutzung eines bistabilen Flüssigkristalls die gewünschten Betriebseigenschaften verwirklichen kann, ist es erforderlich, daß der zwischen zwei parallelen Basisplatten angeordnete Flüssigkristall eine solche Molekülanordnung hat, daß die Moleküle unabhängig von der Anlegung eines elektrischen Feldes in wirksamer 'n'eise zwischen den zwei stabilen Zuständen umgeschaltet werden können. Beispielsweise ist es in Verbindung mit ferroelektrischen Flüssigkristalle^ mit SmC*- oder SmH*-Phase erforderlich, daß ein Bereich (Monodomäne) gebildet wird, in dem die Flüssigkristallschichten mi't SmC*- oder SmH*-Phase senkrecht zur Oberfläche der Basisplatten liegen, d.h. die Flüssigkristallache ist im wesentlichen parallel zu diesen ausgerichtet. Bei optischen Modulationseinrichtungen, in denen ein Bistabilitat aufweisender Flüssigkristall benutzt wird, ist jedoch die Ausrichtung des eine solche Monodomänenstruktur aufweisenden Flüssigkristall nicht genügend ausgebildet, so daß man keine befriedigenden Anzeigeeigenschaften erhält.

Um eine solche Ausrichtung zu erreichen, wurde z.B. die Anlegung eines magnetischen Feldes, die Anlegung einer Scherspannung usw. vorgeschlagen. Diese.Verfahren konnten jedoch keine befriedigenden Ergebnisse liefern. Die Anlegung eines magnetischen Feldes hat z.B. den Nachteil, daß sie einen großen Apparat erfordert und nicht mit einer Dünnschichtzelle mit ausgezeichneter Betriebseigenschaft kompatibel ist. Die Anlegung von Scherspannungen hat den Nachteil, daß sie bei einer Früssigkristallfüllung nach Herstellung der Zelle nicht anwendbar ist.

Bei der Flüssigkristalleinrichtung unter Benutzung des

oben erwähnten Flüssigkristalls des TN-Typs wurde zur Bildung einer . zur Oberfläche der Basisplatte parallelen Monodomäne von Flüssigkristallmolekülen beispielsweise die Oberfläche der Basisplatte mit einem Tuch usw. gerieben oder eine Schrägabscheidung von SiO aus Dampf vorgenommen. Bei dem Reibungsverfahren nehmen die Flüssigkristallmoleküle den Zustand niedrigster Energie (d.h. den stabilen Zustand) an, in dem sie sich vorzugsweise längs der Reibungsrichtung ausrichten. Daher wird durch eine so geriebene Oberfläche eine bevorzugte Orientierung der Flüssigkristalle in einer Richtung bewirkt. Eine Struktur mit einer Seite, an der ein solcher Wandeffekt angewandt wurde, ist beispielsweise in der Kanadischen PS 1 010 136 usw. von W. Helfrich und M. Schadt gezeigt. Neben dem Reibungsverfahren zur Erreichung des Orientierungseffekts wird ein anderes Verfahren angewandt, bei dem ein Aufbau mit einer Seitenfläche benutzt wird, die durch Schräg- oder Neigungsdampfabscheidung von SiO oder SiO₂ auf einer Basisplatte gebildet wurde. Dabei hat diese Seite mit uniaxialer SiO- oder Si0₂-Anisotropie den Effekt, daß Flüssigkristallmoleküle vorzugsweise in einer Richtung ausgerichtet werden.

Wie oben angegeben, ist die Steuerung der Ausrichtung oder Orientierung, z.B. durch das Reibungsverfahren oder das Schrägabscheidungsverfahren eine der bevorzugten Verfahren zur Herstellung von FVüssigkristall-Einrichtungen. Wenn jedoch die Ausrichtung bei bistabilen Flüssigkristall in dieser Weise ausgeführt wird, werden durch die Bildung der Seite mit dem Wandeffekt zur bevorzugten Ausrichtung des Flüssigkristalls in nur einer Richtung die wünschenswerten Eigenschaften des bistabilen Flüssigkristall verschlechtert,

wie z.B. dje Bistabilität in Bezug auf ein daran angelegtes elektrisches Feld, hohe Ansprechempfindlichkeit oder Fähigkeit zur Monodomänenbildung.

Demzufolge ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung der Ausrichtung eines bei optischen, Flüssigkristall aufweisenden Modulationseinrichtungen verwendbar-en Flüssigkristall mit Eigenschaften, wie Bistabilität, potentielle Eignung für Anzeigeeinrichtungen mit hoher Ansprechempfindlichkeit, hoher Dichte der Bildelemente und großer Bildfläche, oder auch für optische Verschlüsse mit hoher VerschluSgeschwindigkeit usw.. Ferner soll der Flüssigkristall auf Grund seiner Eigenschaften in der Lage sein, die Monodomänenbildung und Anfangsausrichtung zu verbessern, die bei den bekannten Flüssigkristall problematisch sind.

Bei der Forschung zu der oben genannten Aufgabe wurde besondere Beachtung geschenkt der Ausrichtungseigenschaft eines Flüssigkristallmaterials bei abnehmender Temperatur, bei welcher das FTüssigkristal!material aus einer unterschiedlichen Phase (einem Hochtemperaturzustand, wie z.B. einer isotropen Phase) in eine monoaxial anisotrope Phase (einen Tieftemperaturzustand, wie z.B. eine SmA-Phase, d.H. smektische Α-Phase) transformiert wird. Im Ergebnis wurde gefunden, daß beim Phasenübergang von der unterschiedlichen (= ungleichen) Phase (Hochtemperaturphase) in die mpnoaxial anisotrope Phase die Molekularachse einer durch den Phasenübergang an der Raumgrenze zwischen den Bereich der un-

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gleichen Phase und der monoaxial anisotropen Phase neugebildeten monoaxial anisotropen Phase parallel zur Richtung der Flüssigkristal 1-moleküle in der schon gebildeten monoaxial anisotropen Phase orientiert ist und daß die Monodomäne der monoaxial anisotropen Phase sehr stabil wächst, wenn die Wachstumsrichtung des Bereichs der monoaxial anisotropen Phase senkrecht zur Orientierungsrichtung der Fllissigkristallmoleküle gehalten wird. Durch Anordnung eines strukturellen E-lements mit einer Seitenwandung mit horizontal oder homogen orientierende Eigenschaft als Keimbildungselement (d.h. als Element zur Förderung der Erzeugung von Flüssigkristal!keimen in der monoaxial anisotropen Phase) ist es möglich, einen Urkeim der monoaxial anisotropen Phase zu bilden, der eine Monodcwäne ausbildet, in der die Fllissigkristallmoleküle parallel zu den Keirbildungselement ausgerichtet sind. Hierdurch wird eine Flüssigkristalleinrichtung geschaffen, bei der die Betriebsleistung und die Monodomäneneigenschaft des Flüssigkristalls miteinander konpatibel sind.

Das Verfahren der Steuerung der Orientierung eines Flüssigkristalls beruht auf den ob-igen Erkenntnissen und umfaßt: Bildung einer Flüssigkristall-Phasengrenze zwischen einer rconoaxial anisotropen Phase des Flüssigkristalls, in der die Flüssgkristallmoleküle in einer Richtung ausgerichtet sind, und einer davon ungleichen Phase des Flüssigkristall, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist, zwischen zwei Basisplatten; Transformierung des an der Phasengrenze liegenden Teils der ungleichen Phase unter Temperaturabsenkung in die monoaxial

anisotrope Phase, in der die Flüssigkristallmoleküle parallel • zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der vorgenannten monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind; und fortschreitende Phasenumwandlung von der Phasengrenze in einer zu der Phasengrenze senkrechten Richtung, so daß eine Monodomäne des Flüssigkristalls gebildet wird, in der die Flüssigkristallmolekül in einer Richtung ausgerichtet sind.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäß benutzte Flüssigkristallzelle bildlich darstellt.

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

Figur 3A ist eine Ansicht einer bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Flüssigkristalleinrichtung, und Figur 3B ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Figur 3A.

Die Figuren 4A, 4B und 4C sind Ansichten, welche die Wachstumsstufen des Flüssigkristalls schematisch darstellen. Figur 4D ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der nach der vorliegenden Erfindung benutzten Flüssigkristalleinrichtung.

. Figur 5 ist eine Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Flüssigkristallzelle.

Die Figuren 6, 7, 8 und 9 sind Schnitte, die jeweils eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristallzeile der Erfindung zeigen.

.· Figur 10 ist eine schematische Ansicht einer Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen optischen Modulationseinrichtung.

Die Figuren 11A bis 11D zeigen jeweils die Wellenformen von Spannungssignalen für den Betrieb einer optischen Modulationseinrichtung der Erfindung.

Die Figuren 12A bis 12D zeigen jeweils die Wellenformen der Spannung, die an die jeweiligen Bildelemente angelegt ist.

Figur 13A ist eine Ansicht einer Flüssigkristall-Einrichtung der vorliegenden Erfindung, und Figur 13B ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Figur 13A.

Figur 14A ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der FVüssigkristall-Einrichtung der Erfindung, und Figur 14B ist eine Schnittdarstellung dieser Einrichtung.

Die Figuren 15 A bis 15C sind Ansichten, welche die Wachstumsstufen des Flüssigkristalls bildlich darstellen. Figur 15D

ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Flüssigkristall ze!Ie.

Figur 16 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten FTüssigkristallzelle.

Die Figuren 17, 18 und 19 sind Schnittdarstellungen, die jeweils eijie bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäSem Flüssigkristallzelle zeigen.

Figur 2OA ist eine Ansicht einer bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Flüssigkristall-Einrichtung, und Figur 2OB ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Figur 2OA.

Die Figuren 21A bis 21C sind Ansichten, welche die Wachstumsstufen des Flüssigkristalls zeigen. Figur 20D ist die Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäS verwendeten Flüssigkristallzelle.

Figur 22 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkristallzelle.

Die Figuren 23, 24, 25 und 26 sind Schnittdarsteilungen, die jeweils eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristall zelle der Erfindung zeigen.

Figur 27A ist eine perspektivische Ansicht, die eine bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwen-

dende Einrichtung schematisch darstellt, und Figur 27B ist deren Schnittdarstellung.

Figur 28 ist eine perspektivische Darstellung, welche eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Figur 29 ist eine Schnittdarstellung, die noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Ein der vorliegenden Erfindung besonders angepaßtes Flüssigkristallmaterial ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall, der Bistabilität aufweist. Flüssigkristalle mit chiraler smektischer C-Phase (SmC*) oder Η-Phase (SmH*) werden vorzugsweise eingesetzt.

Ferroelektrische Flüssigkristalle sind beschrieben beispielsweise in "Le Journal de Physique Letters" .36 (L-69) 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letters" 3£ (11) 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals"; "Applied Physics" 16 (141) 1981, "Liquid Crystals", usw.. Nach der vorliegenden Erfindung können die in diesen Publikationen beschriebenen ferroelektrischen Flüssigkristalle benutzt werden.

Beispiele für ferroelektrische Flüssigkristall-Verbindungen sind u.a. Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2-chloropropyl-cinnamat (HOBACPC), 4-o-(2-Methyl)-butyl-resorcyliden-4'-octylanilin (HBRA 8), usw.

. Wenn eine Flüssigkristall-Einrichtung unter Benutzung dieser Materialien aufgebaut wird, kann diese nötigenfalls auf einem Kupferblock oder einem anderen geeigneten Trä'gerkörper gelagert sein, in dem ein Erhitzer eingebaut ist, damit die Temperatur gehalten wird und die Flüssigkristall-Verbindung die SmC*- oder SmH*-Phase annimmt.

.· Zusätzlich zu der oben erwähnten SmC*- und SmH*-Phase sind bei der vorliegenden Erfindung auch die chirale smektische F-Phase (SmF*), I-Phase (SmI*), G-Phase (SmG*), K-Phase (SmK*) und J-Phase (SmJ*) anwendbar.

Figur 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Flüssigkristallzelle zum Zwecke der Erläuterung des Betriebes eines ferroelektrischen Flüssigkristalls schematisch darstellt. Die Bezugszahlen

11 und 11a bezeichnen die Basisplatten (Glasplatten), die mit transparenten Elektroden aus dünnen Filmen aus In₂O₃, SnO₂, ITO (Indium-Zinn-Oxid) usw. beschichtet sind. Ein FVüssfgkristall mit typischer SmC*- oder SmH*-Phase, in der Flüssigkristallschichten

12 senkrecht zu den Oberflächen der Basisplatten ausgerichtet

sind, ist zwischen den Basisplatten 11 und 11a hermetisch abgedichtet angeordnet. Die ausgezogenen Linien 13 bezeichnen jeweils Flüssigkristallmoleküle. Diese Moleküle 13 haben Dipolmomente (P^) 14, die auf den Molekülen senkrecht stehen. Wenn eine Spannung, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, zwischen den Elektroden an den Basisplatten 11 und 11a angelegt wird, werden die schraubenförmigen Strukturen der Flüssigkristallmoleküle 13 gelöst und ent-

wunden. Dadurch können die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle 13 so geändert werden, daß die Dipolmomente (Pj_) 14 alle auf das angelegte elektrische Feld ausgerichtet werden. Die Flussigkristallmoleküle 13 haben längliche Form und zeigen Brechungsindex-Anisotropie zwischen den langen und kurzen Achsen. Wenn daher z.B. Polarisatoren, die zueinander im Verhältnis gekreuzter Nicols stehen (d.h. ihre Polarisationsachsen sind gekreuzt oder senkrecht zueinander), auf cjer oberen und unteren Seite der Glasoberflächen angeordnet werden, kann eine Flüssigkristall-Modulationseinrichtung geschaffen weVden, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung ändern.

Die Dicke einer Flüssigkristallzelle, wie sie bei der erfindungsgemäßen optischen Modulationseinrichtung vorzugsweise benutzt wird, kann ausreichend dünn (z.B. weniger als 10 μ) genscht werden. Da demgemäß die Dicke der Flüssigkristallschichten gering ist, werden die Schraubenstrukturen der Flüssigkristalln-.oleküle auch ohne Anlegung eines elektrischen. Feldes wie in Fig. 2 gezeigt gelöst oder entrollt, wodurch die FlüssigkristallmoTeküle veraniaSt werden, entweder P in der oberen Richtung (24) oder Pa in der unteren Richtung (24a) zu haben. Wenn elektrische Felder E und Ea, deren Polaritäten voneinander verschieden und höher als ein bestirnter Schwellenwert sind, an die so mit Mitteln 21 und 21 a zur Anlegung eine Spannung versehene Zelle angelegt werden, ändern sich in Abhängigkeit von dem elektrischen Feldvektor des elektrischen Feldes E bzw. Ea die Dipolmomente in die obere (24) oder untere (24a) Richtung. Auf Grund dieser Änderungen werden die Flüssigkristallmoiekü-Ie auf den ersten stabilen Zustand 23 oder den zweiten stabilen Zu-

stand 23a ausgerichtet.

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

Beim Bau einer Einrichtung mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall besteht das schwerwiegendste Problem darin, da5 es schwierig ist, eine Zelle mit einer gleichförr.igen Flüssigkristall-Monodomäne zu bilden, in der - wie oben erwähnt - Schichten der SmC*- oder SmH*-Phase senkrecht zu den Oberflächen der Basisplatten

und die Flüssigkristanmoleküle im wesentlichen parallel, zu den Oberflächen der Basisplatten angeordnet sind. Ein Hauptgegenstand der Erfindung besteht in der Lösung dieses Problems.

Figur 3A zeigt eine Teilansicht eines Beispiels einer Flüssigkristall-Einrichtung, die durch die Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristall gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Figur 3B ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Figur 3A. In jeder dieser Figuren wurde zur Erleichterung des Verständnisses de's Zellenaufbaus keine genaue Maßstabverkleinerung vorgenorrnen. In den Figuren ist das Strukturbeispiel einer Zelle gezeigt, die eine Verschlußanordnung für einen Drucker ergibt. Die in den Figuren 3A und 3B gezeigte Zelle 100 umfaßt zwei Basisplatten 101 und 101a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein Distanzstück {nicht dargestellt) so gehalten werden, daß ein bestimmter Spalt verbleibt. Diese Basisplatten sind miteinander durch einen Kleber 1G5 verbunden, so daß sich der Aufbau einer Zelle ergibt. Auf der Basisplatte sind mehrere transparente Elektroden 102 angeordnet, die eine Elektrodengruppe bilden (beispielsweise eine Abtastspannung anlegende Elektrodengruppe einer Matrixelektrodenanordnung). Die Elektroden der Gruppe sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster ausgebildet. Auf der Basisplatte 101a sind mehrere tranparente Elektroden 102a ausgebildet, die sich mit den oben erwähnten crarssarenten Elektroden 102 kreuzen und eine andere Gruppe von Elektroden bilden (z.B. eine Signalspannung anlegende Elektrodengruppe einer Matrixelektrodenanordnung). Die Elektroden dieser Gruppe sind in Segmenten ausgebildet, die versetzt und durch Leitungen !C7a

verbunden sind. Die transparenten Elektroden 102 und 102a sind an Leitungen 107 bzw. 107b angeschlossen. Signale aus einer äußeren Schal· tung werden jeweils auf die Klemmen der betreffenden Leitungen 107 bzw. 107b aufgegeben.

Auf den Basisplatten 101 und 101a kann ein isolierender Film (nicht dargestellt) aus Siliziummonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, Siliziumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder dergl. gebildet werden. Ein solcher Isolierfilm bringt zusätzlich den Vorteil, daß die Entstehung eines unerwünschten Stroms infolge einer geringen Verunreinigungsmenge in der Flüssigkristallschicht 103 verhindert wird, so daß sich die Flüssigkristallverbindungen auch nach wiederholtem Betrieb nicht verschlechtern.

Die in diesem Beispiel gezeigte Zellenstruktur unfaSt die oben erwähnte Schicht 103 des Flüssigkristalls, <isr in eine-i spezifischen Temperaturbereich Ferroelektrizität zeigt, ein Kei>bildungselement 104 und ein Wärme erzeugendes Element 1C5, wie z.B. einen Erhitzer.

Das Keimbildungselement 104 wird streifenförmig ausgebildet, indem man zunächst einen Film aus einem Harz, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterinid, Polyparaxylylen,

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Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat Polyvinylchlorid, Polyvinyl-• acetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, oder einer anorganischen Verbindung, wie z.B. SiO, SiO₂ oder TiO₂, bildet und den Film einem gewöhnlichen fotolithografischen Verfahren unterzieht. Das Keimbildungselement kann aus dem gleichen Material wie die Basisplatte 101 oder 101a bestehen.

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

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

Es wird ein spezifisches Beispiel einer in den Figuren 3A und 3B dargestellten Flüssigkristallzelle 100 erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jede der transparenten Elektroden für eine Gruppe von streifenförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 pm, während jede der transparenten Elektroden 102a, die eine Gruppe von Signalelektroden ergeben, ein Bildelement in der Abmessung 62,5 pm χ 62,5 um bildet. Das Wärmeerzeugungsei e^.ent umfaßt einen ITO-FiIm einer mittleren Breite von 0,6 mm und einer Dicke von 1000 A, während die Dicke der Flüssigkristallschicht vorzugsweise bei etwa 2 \im gehalten wird.

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

Bei einem spezifischen Beispiel wurde das Keirbildungselement 104 wie folgt gebildet. Eine Polyimid bildende Lösung ("PIQ", hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K.K., Gehalt an nichtflüchtiger Substanz 14,5 Gew.-SS) wird in 10 see mit eine-, nit 30D0 UpM rotierenden Schleuderbeschichter auf die Basisplatte 1Ci aufgetragen und danach 20 Minuten auf eine Temperatur von 120 ⁼C erhitzt, so daß sich ein Beschichtungsfilm in einer Dicke von 2 \r. bildet. Dann wird auf den Beschichtungsfilm durch Schleuderbeschichturc eine Lösung eines positiven Resists ("AZ 1350", hergestellt von Shipley Company, Ltd.) aufgetragen und vorgebrannt. Die Sesistschicht wird durch eine streifenförmige Maske mit einer Maskierjngsbreite von 0,5 mm belichtet. Dann wird durch Entwicklung des Resists mit dem Tetramethylammoniumhydroxid enthaltenden Entwickler "MF 312" der Resistfilm an den belichteten Stellen und der darunter befindliche Polyimidfilm unter Bildung durchgehender Löcher geätzt. Die so behandelte Basisplatte wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, und danach wird der Resistfilm mit Methylethylketon an den nicht belichteten Stellen entfernt. Danach wird der Polyinidfilr, dadurch gehärtet, daß man 60 Minuten auf 200 ^CC und 20 Minuten auf 350 ⁷C

erhitzt und so ein Keimbildungselement aus Polyimid (PIQ) bildet.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Steuerung der Orientierung der Flüssigkristallschicht 103 unter Bezugnahme auf Figur und ein Beispiel näher erläutert, in dem das bei bestimmten Temperaturen ferroelektrisch^ Flüssigkristall-Material DOBAMBC eingesetzt wird.

Eine Flüssigkristallzelle 100, die hermetisch abgedichtetes DOBAMBC enthält, wird in einen Heizbehälter (nicht dargestellt) eingesetzt, so daß die gesamte Zelle erhitzt werden kann. Die Temperatur des Heizbehälters wird so kontrolliert, daß die nittiere Temperatur der Zelle beispielsweise 90 ^CC beträgt. Dabei ninrt das DOBAMBC die Flüssigkristallphase SmC* oder SmA* an. Dann wird ein elektrischer Strom durch den Erhitzer 105 geleite! und allmählich gesteigert, wobei der in großer Nähe zum Erhitzer 1C5 befindliche Teil des Flüssigkristall die Transformationsterperatur von etwa 118 ⁰C von SmA zur isotropen Phase überschreitet und in die isotrope Phase, d.h den flüssigen Zustand transforriert wird. Bei weiterer Zunahme des elektrischen Stroms vergrößert sich der isotrope Bereich allmählich, wobei seine Grenze in'wesentlichen parallel zum Heizelement bleibt, bis die gesamte Flüssigkristallschicht 103 die isotrope Phase annimmt.

In diesem Zustand ist die Temperatur in Längsrichtung (C-Richtung in Fig. 3A) des Flüssigkristall gleichförmig, und es besteht ein Temperaturgradient in der Querrichtung (B-Richtung in

Fig. 3B), so daß die Temperatur von dem Keimbildungselercent 104 zu dem Erhitzungselement 105 allmählich zunimmt. Beispielsweise bildet sich ein solcher Temperaturgradient in der Weise, daS die Temperatur an der Seitenwandung 104a des Keimbildungselenents 104 etwa 120 ^CC und die Temperatur in der Nachbarschaft des um etwa 1,5 τ-, davon entfernten Heizelements 105 etwa 140 ⁰C beträgt.

Dann wird ausgehend von den Bedingungen, bei denen der obige Temperaturgradient an der Zelle 100 liegt, die Temperatur des die Zelle 100 enthaltenden Gehäuses allmählich von 90 ^CC ait einer Geschwindigkeit von z.B. 10 °C/h verringert. Dadurch erniedrigt sich die Temperatur in der Nachbarschaft der Seitenwandung 104a des Keimbildungselements 104 zuerst unter die Transfomationste-peratur von etwa 116 ⁰C von isotropisch zu SmA, und es wird ein Keim der SmA-Phase in diesem Bereich gebildet (Fig. 33). Da in diesem Fall die Seitenwand 104a des Keimbildungselernents und die Seite 109 der Basisplatte 101 die Funktion der horizontalen Ausrichtung der Fllissigkristallmoleküle haben, wird bei Bildung der SmA-Phase an der Seitenwandung 104a eine solche Stell kraft auf die Molekülachsen des Flüssigkristall ausgeübt, daS die Achsen parallel sowohl zur Seite 109 der Basisplatte 101 als auch zur Längsrichtung der Seitenwandung 104a ausgerichtet v/erden. Dadurch bildet der entstehende Keim des SmA eine Monodomäne, die in Bezug auf die Seitenwandung 104a und die Fläche 109 der Basisplatte IC* horizontal ausgerichtet ist. Bei weiterem Absinken der Te~per=tur des Gehäuses erfährt ein Teil der isotropen Phase in der Nachbarschaft der Phasengrenze zwischen der bereits gebildeten SmA-Phase und der isotropen Phase eine Transformation in SmA-Phase, deren

#f» ι* tt * ft

Ausrichtung oder Orientierungsrichtung parallel zu der der bereits gebildeten SmA-Phase ist. Im Ergebnis breitet sich bei fortgesetzter Temperaturerniedrigung mit einem Temperaturgradienten der Monodomänenbereich der SmA-Phase kontinuierlich aus. Dabei ist die Wachstumsoder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phasengrenze zwischen dem Monodomänenbereich und dem Bereich der isotropen Phase in der Längsrichtung der Früssigkristallzelle 100 (C-Richtung in Fig. 3A) vorzagswei-se gleichförmig. Wenn das Gehäuse auf eine Temperatur in der Gegend von z.B. 70 ⁰C abgekühlt ist, ist im wesentlichen die gesamte Zone des Flüssigkristalls mit Ausnahme des in großer Nähe des Heizelements 105 befindlichen Teils in die SmA-Phase transformiert.

Dann wird der dem Heizelement zugeführte elektrische Strom allmählich verringert, um den Temperaturgradienten aufzuheben. Dadurch wird die Temperatur der gesamten Flüssigkristallzelle 100 gleichmäßig 70 ⁰C, und der Flüssigkristall wird in SmC* transformiert. Während die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft des Heizelements 105 manchmal eine wahllose Ausrichtung annehmen können, wird in dem Bereich, wo die Elektroden 102 und 102a angeordnet sind, eine gleichmäßige Monodomäne erhalten. -

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

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• Figur 4A ist eine Ansicht, welche die Stufe des Wachstums der SmA-Phase wägend der allmählichen Temperaturabsenkung zwecks Entwicklung der SmA-Phase in einer Zelle schematisch darstellt, in der ein streifenförmiges Heizelement 105 entsprechend der oben beschriebenen Methode ausgebildet ist. In der Figur bezeichnet die. Bezugszahl 201 eine Phasengrenze zwischen den Bereich der SmA-Phase und dem Bereich der isotropen Phase. Wenn das Heizelement 105 wie iri der Figur gezeigt eine gerade Streifer.form von gleichmäßiger Breite hat, ist die .Temperatur in der Zelle 100 in ihrer Längsrichtung in einem Endbereich E niedriger als in einen mittleren Bereich D, wenn nicht in dem dje Zelle umgebenden Gehäuse (nicht dargestellt) besondere Vorkehrungen getroffen werden. Daher wandert die Phasengrenze 201 in der Umgebung des mittleren Bereichs D im wesentlichen parallel zur Seitenwandung 104a des Keimbildungselements 104, während sie - wie dargestellt - in dem Endbereich E mit einer Neigung v/andert. Die Molekülausrichtungen des FTüssigkristalls in dem Endbereich E und in dem mittleren Bereich D sind in den Figuren 4B bzw. 4C.gezeigt.

Nach Figur 4B umfaßt d'ie SmA-Phase 202 Flüssigkristallmoleküle mit einer Längsachse 202A in dem Endbereich E. Aus der gleichen Figur ist ersichtlich, daß bei einer Neigung der Phasengrenze

201 in Bezug auf die Seitenwandung 104a unter einem großen Winkel (9j) die Flüssigkristallmoleküle nicht parallel, sondern unter einen Neigungswinkel θ~ O₂ τ θ.) zur Seitenwandung 104a ausgerichtet sind. Dies ist der Tendenz zuzuschreiben, daß Flüssigkristallroleküle

202 in der zur Wachstumsrichtung der SmA-Phase senkrechten Richtung

- 4

orientiert.sind. In dem Bereich, wo sich der Neigungswinkel Θ. der Phasengrenze 201 abrupt ändert, können die Flüssigkristallmoleküle nicht völlig ausgerichtet sein, sondern sie sind in zwei getrennte Domänen geteilt, in denen die Molekülausrichtungen voneinander verschieden sind und zwischen denen eine Defektlinie auftritt, wie sie durch die Bezugszahl 204 dargestellt ist. Auf der anderen Seite umfaßt entsprechend der Darstellung in Fig. 4C die SmA-Phase

202 τη dem-mittleren Bereich D Flüssigkristallmolekül, deren Achsen 2Ö2a parallel zur Phasengrenze 201 und zur Seitenwandung 104a verlaufen, so daß eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Figur 4D zeigt eine verbesserte Ausbildung des Heizelements 105 zur Oberwindung des eben beschriebenen Problems. Wie in der Figur dargestellt, hat das streifenförmig Heizelement 105 Enden von kleinerer Breite, die größeren Widerstand aufweisen und daher lokal höhere Wärmemengen erzeugen, so daß die Temperatur der Flüssigkristall zelle 100 in der Längsrichtung vergleichmäßigt ist. Daher verläuft die Phasengrenze 201 zwischen der SmA-Phase 202 und der isotropen Phase

203 parallel zur Seitenwand 104a, und es wird eine vollkommen gleichmäßige Monodomäne gebildet.

Die Ausrichtung kann in der oben beschriebenen Weise zuende geführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle in Bezug auf die Schalteigenschaften als optische Flüssigkristall-Modu-

lationseinrichtung geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den ' Elektroden 102 und 102a anlegt. Diese Erscheinungen können auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtungsbehandlung geschaffenen Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Um diese Schwierigkeit wirksam zu bekämpfen, steigert man einnal nach der Ausrichtung die Temperatur des Gehäuses, um den Flüssigkristall einmal aus der Srr,C*-Phase in die SmA-Phase zu transformieren, und verringert dann-die J-emperatur des Gehäuses, um die SmC*-Phase zurückzubilden, wodurch die oben erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation zum Verschwinden gebracht wird.

Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Heizelenents zur Beseitigung der Schwierigkeit während der Bildung des Terperaturgradienten bei dem Ausrichtungsverfahren, die darin besteht, da5 die Temperatur der Flüssigkristallzelle in den Endbereichen niedriger ist als in den mittleren Bereichen. Das Heizelement hat zusätzlich verlängerte Teile 301 und 302 für die Erhitzung der Endbereiche czr Flüssigkristallzelle 100, wodurch der Temperaturabfall in den Endbereichen kompensiert wird. So wird durch Anordnung der Heizelereiie 105, 301 und 302 längs des Umfangs der Flüssigkristallzelle eine gleichmäßige Monodomäne der SmA-Phase gebildet.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der auf der Rückseite der Basisplatte ]2] ein zusätzliches Heizelement 105a vorgesehen ist. Das Heizelement 'C5a dient dazu, die gesamte Zelle 100 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Heizelement 105 für die erneute Ausrichtung der Flüssigkristall-

schicht durch die beschriebenen Schritte benutzt, wenn irgendeine Unregelmäßigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristalls Schwierigkeiten während der tatsächlichen Benutzung als optische Modulationseinrichtung bewirkt. Es ist natürlich möglich, daß ein solches Heizelement 105a auch auf der Rückseite der Basisplatte 101a vorgesehen werden kann. Nach dieser Ausführungsform wird die in der oben beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschalten des He-izelements 105a in der gesamten Flüssigkristallzelle einmal in die SmA-Phase transformiert und allmählich unter Rückbildung

der SmC*-Phase abgekühlt, wodurch erneut eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle des oben erwähnten Heizelements 105 ein Heizelement 110 aus einem solchen Material, wie ITO- oder Ni-Cr-Legierungsfilnijaußenseitig der Basisplatte 101a gebildet wird. Das Heizelement 110 sollte vorzugsweise die an Hand der Figuren 4D und 5 erläuterte Gestalt haben.

Figur 8 zeigt eine Flüssigkristallzelle 100, in der anstelle des oben beschriebenen Heizelements 105 ein aus ITO- oder Ni-Cr-FiIm bestehendes Heizelement 111 von keilförmigem Querschnitt mit einem Dickegradienten ausgebildet ist.

Wenn eine bestirnte Spannung in der Längsrichtung (in der Richtung der Dicke der Zeichnung) der Flüssigkristallzelle 100 angelegt wird, bildet sich ein Temperaturgradient in der Weise

aus, daß dje Temperatur von der Nachbarschaft der Seitenwand 104a aus in die zur Wand senkrechten Richtung ansteigt. In diesem Fall ist es wünschenswert, zwischen dem Heizelement 111 und den Elektroden einen Isolierfilm 112 aus einem organischen Material, wie Polyimid, oder einem anorganischen Material, wie SiO₂, anzuordnen.

Bei der Herstellung der Flüssigkristalleinrichtung der Erfindung -kann ein Distanzstück dazu dienen, die Dicke der Flüssigkristallschicht auf einen bestimmten Wert einzustellen. Figur 9 zeigt ein Beispiel der Flüssigkristall-Einrichtung mit einem solchen Distanzstück. Die in Fig. 9 gezeigte Flüssigkristall-Einrichtung umfaßt eine Basisplatte 101 mit einem Muster transparenter Elektroden 102, eine der Basisplatte 101 gegenüberliegend angeordnete Basisplatte 101a und zwischen den Basisplatten 101 und 101a ausgebildete Distanzstücke 113, wodurch die Dicke des zwischenliegenden Flüssigkristalls 103 ständig konstant gehalten wird. Die Distanzstücke 113 können so hergestellt werden, daß man auf einer oder beiden Basisplatten einen Beschichtungsfilm aus einem elektrisch isolierenden Material in bestimmter Dicke ausbildet und darauf fotolithogra-ische Technik benutzt, um die in der Figur gezeigten Strukturen zu belassen.

Wenn bei der Herstellung der FTüssigkristall-Einrichtung eine isotropische DOBAMBC-Phase durch das Heizelement 1C5 nit einem Temperaturgradienten versehen und unter Einhaltung dieses Temperaturgradienten abgekühlt wird, wächst eine Monodomäne der SmA-Phase von der Seitenwand 104a des Keirbiidungselements 104 zu einer Seitenwand 113a des Distanzstücks 113, und es wächst auch eine Monodomäne der SmA-Phase von aer anderen Seitenwand 113b

des Distanzstücks 113, die wie die oben erwähnte Seitenwand 104a die Keimbildung des Flüssigkristall bewirkt. Mehrere streifenförmig Distanzstücke 113 können zugleich mit der Bildung des Keimbildungselements 104 und aus dem gleichen Material wie dieses gebildet werden.

Das Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines

Flüssigkristalls umfaßt nach einer anderen bevorzugten gattungsmäßigen Ausführungsform: Schaffung eines die monoaxiale Ausrichtung steuernden Elements zwischen zwei Basisplatten in unmittelbarem Kontakt mit einem zwischen den Basisplatten angeordneten Flüssigkristall; Bildung einer monoaxial anisotropen Phase (smektische Phase, nematische Phase) des Flüssigkristalls, in der die Flüssigkristallmoleküle zuerst in der Nähe der Phasengrenze mit dem oben erwähnten, die monoaxiale Ausrichtung steuernden Element in einer Richtung ausgerichtet werden, wobei eine davon ungleiche Phase (z.B. isotrope, nematische oder cholesterinische Phase) des Flüssigkristall verbleibt, die eine Phase höherer Temperatur als die genannte monoaxial anisotrope Phase ist und von dieser durch eine Phasengrenze getrennt ist; Transformieren eines Teils der der-Phasengrenze anliegenden ungleichen Phase unter Temperaturabsenkung in die monoaxial anisotrope Phase, in der die Flüssigkristallmolekül parallel zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der vorgenannten monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind; und fortlaufend erfolgende Durchführung der Phasentransformation von der Phasengrenze in einer zu dieser senkrechten Richtung, wodurch eine Monodo-äne des Flüssigkristall gebildet wird, in der die Flüssigkristallroleküle in einer Richtung

y_ft - 3Λ43011

ausgerichtet sind.

Die Figur 13A zeigt in einer Teilansicht ähnlich wie Fig. 3A ein anderes Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren der Ausrichtungssteuerung erhalten wurde, und Figur 13B ist ein Schnitt ähnlich de~ der Fig. 3B nach der Linie A-A der Fig. 13A.

Eine in den Figuren 13A und 13B gezeigte Zelle 4CO umfaßt zwei Basisplatten 401 und 401a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein (nicht dargestelltes) Distanzstück unter Belassung eines bestimmten Spaltes gehalten sind. Diese Basisplatten sind mit einem Kleber 406 miteinander verbunden, so da3 sich eine Zellenstruktur ergibt. Auf der einen Basisplatte 401 sind mehrere durchsichtige Elektroden 402 angeordnet. Diese bilden eine Gruppe urd sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet. Auf der Basisplatte 401a sind mehrere durchsichtige Elektroden 402a ausgebildet, die sich mit den durchsichtigen Elektroden überkreuzen. Die Elektroden 402a bilden eine andere Gruppe γόη Elektroden, die in Form von versetzt angeordneten Segnenten ausgebildet und durch Leitungen 407a verbunden sind. Die transparenten Elektroden 402 und 402a sind an die Leitungen 407 bzw. iC7b angeschlossen. Signale von einer externen Schaltung werden auf die Klemmen der Leitungen 407 bzw. 407b aufgegeben.

Die Basisplatten 401 und 401a sind ähnlich den Basisplatten 101 und 101a ausgebildet, die unter Bezugnahme auf die Fig. 3A

erläutert wurden. Desgleichen kann auf den Basisplatten 491 und 401a ein ähnlicher Isolierfilm ausgebildet sein.

Der in diesem Beispiel gezeigte Zellenaufbau umfaßt die oben erwähnte Schicht des Flüssigkristalls 403, der in einen spezifischen Temperaturbereich ferroelektrisch ist, ein die r.onoaxiale Ausrichtung steuerndes Element 404 und ein Wärrce erzeugendes Element 405, 'wie e-twa einen Erhitzer.

Die Seitenwandung 404a des die nonoaxiale Ausrichtung steuernden Elements 404 hat die Funktion, die Flüssigkristallnoleküle monoaxial auszurichten und kann aus einer Seite einer zugeschnittenen Folie eines Materials, wie Polyester und Polyimid, bestehen, das durch das Zuschneiden der Folie mit einer Metallklinge eirer Reibungswirkung ausgesetzt war. In einem anderen Beispiel kann das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element 404 in der Weise gebildet werden, daß man zuerst eine Folie eines Harzes, wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, bildet und dann die Folie mit z.B. einen schrägen Ionenstrahl ätzt, um ihr die monoaxial orientierende Wirkung zu verleihen. Alternativ kann das Element 404 als Fi!muster aus anorganischem Material, wie z.B. SiO und SiO_?,durch Schräcabscheidung aus Dampf gebildet werden.

Bei einer bevorzugten, in den Figuren 14s und 14b gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind nehrere, die Mono-

axialorientierung steuernde Elemente 404 in einem Zellenaufbau ausgebildet, die zugleich als Distanzstücke dienen. Die in den Figuren 14a und 14b gezeigte Flüssigkristallzelle 400 hat eine Basisplatte 401 aus Glas, Kunststoff usw., auf der durch fitzung mehrere Elektroden (z.B. Abtastelektroden) in einem bestimmten Muster ausgebildet sind. Auf den Elektroden 402 ist ein Isolierfilm 409 und auf dem Isolierfilm 409 sind mehrere die Monoaxialausrichtung steuernde/Elemente 404 ausgebildet. In diesem Fall besteht das Element 404 vorzugsweise aus einem Material, das eine geringere Härte als der Isolierfilm 409 hat. Insbesondere können die Elemente 404 streifenförmig in der Weise gebildet werden, daß man zuerst einen Film eines Harzes bildet, wie z.B. aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polykarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz,Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz, oder aus einem funktionellen Harz, wie einen lichtempfindlichen Polyimid, lichtempfindlichen Polyamid, zyklischen gunmiartigen Fotoresist des Phenol-Novolack-Typs oder Elektronenstrahl-Resist, wie Polymethylmethacylat und epoxidiertes 1,4-Polybutadien, oder aus einer anorganischen Verbindung, wie SiO, SiOp oder TiO₂, und den Film dann einem gewöhnlichen fotolithographischen Prozeß unterzieht.

Der Isolierfilm 409 wird unter Materialien ausgewallt, die das Auftreten von in die Schicht des bistabilen FTüssigkristalls 4C-3 einfließenden elektrischen Strömen verhindern können und eine größere Härte als die oben erwähnten, die Monoaxialausrichtung steuernden Elemente 404 haben. Beispielsweise kann der Isolierfilm

409 unter Benutzung von Verbindungen gebildet v/erden, die man unter Siliziumnitrid, Wasserstoff enthaltendem Siliziur.nitrid, Siliciumcarbid, Wasserstoff enthaltendem Siliziumcarbid, Bornitrid, Wasserstoff enthaltendem Bornitrid, Ceroxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumfluorid usw. auswählt. Der Isolierfilm kann auch den Vorteil haben, daß er das Auftreten elektrischer Ströme verhindert, die infolge einer kleinen Menge von in der FlüsSigkrvstallschicht 403 enthaltenen Verunreinigungen usw. entstehen. Der Isolierfilm 409 schützt demgemäß die Flüssigkristallverbindung selbst bei Dauerbetrieb der Einrichtung vor einem Qualitätsabfall. Die Dicke der Isolierschicht 409 liegt gewöhnlich in einem Bereich

O CC

von 50 A bis 5 μ, vorzugsweise in dem Bereich von 500 A bis 5000 A, wenngleich sie abhängt von der Fähigkeit des benutzten Materials, den Elektroneneinfall zu verhindern, sowie von der Dicke der Flüssigkristallschicht 403. Die Dicke der Flüssigkristallschicht bestirnt sich nach der Höhe der die monoaxiale Orientierung steuernden Elemente 404 und liegt gewöhnlich in dem Bereich von 0,2 μ bis 2OD u, vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 u bis 10 μ, obgleich sie etwas abhängt von Ausrichtleichtigkeit des benutzten Flüssigkristallmaterials und der für die Einrichtung erforderlichen Ansprechgeschwindigkeit. Die Breite des die monoaxiale Ausrichtung kontrollierenden Elements 404 liegt gewöhnlich in dem Bereich von 0,5 u bis 50 μ, vorzugsweise von 1 μ bis 20 μ. Der Schritt (Abstand) zwischen benachbarten Ausrichtelementen 404 liegt gewöhnlich in einem Bereich von 10 μ bis 2 mm, vorzugsweise in den Bereich von 50 μ bis 700 μ, da bei zu großem Abstand die gleichförmige Ausrichtung der Flüssigkristallmolekül verhindert wird und bei zu kleinem

Abstand dagegen die gültige Fläche der optischen Flüssigkristail-Einrichtung verringert wird.

Die Reibungsbehandlung auf der Basisplatte 431 mit den Elementen 404 zur Steuerung der Monoaxial orientierung und dem Isolierfilm 409 erfolgt beispielsweise längs der Streifenzeilen der Elemente 404 mit Hilfe, von Samt, Tuch, Papier usw.. Diese Reibungsbehandlung schafft einen Wandeffekt, durch den der Flüssigkristall vorzugsweise in einer Richtung in Bezug auf die Seitenwandungen 404a und 404b aller die Ausrichtung steuernden El er«πte 404 ausgerichtet wird. Demgemäß schaffen die so geriebenen Seitenwändungen 404a und 404b den Wandeffekt zur Orientierung des Flüssigkristall. In diesem Beispiel wird der bistabile Flüssigkristall ^C3 in Berührung mit den Seitenwandungen 404a und 494b in einer zur Hasispiatte 401 parallelen oder im wesentlichen parallelen Richtung horizontal, d.h. in der Reibungsrichtung ("ho-ogene Orientierung") ausgerichtet, da der Isolierfilm 409 keinen oder nur einen schwächen rt = ^rcef feiet zur bevorzugten Ausrichtung des Flüssigkristalls hat.

Wie oben angegeben, wird der Isolierfilm 403 aus eiren Material hergestellt, das nan unter Werkstoffen auswählt, die e:re größere Härte haben als die die Monoaxialorientierung steuernder Elemente 404. Selbst wenn demgemäß der Isolierfilm 409 reibuncsbehandelt ist, hat seine Oberfläche keine Vorzugsrichtung zur Ausrichtung des mit ihr in Kontakt befindlichen FlüssigkristalIs in einen dritten metastabilen oder hochstabilen Zustand, in den eine Ausrichtung in einer Richtung vorliegt.

* Bei einer spezifischen Ausführungsform der Praxis wurden die die Monoaxialorientierung steuernden Elemente in folgender Weise hergestellt.

Ein Film aus Wasserstoff enthaltendem Siliziuir.carbid (SiC:H) wurde auf einer Glas-Basisplatte gebildet, auf der - wie oben angegeben - streifenförmige Elektrodenmuster aus ITO (Indium-Zinn-Oxid)' durch das Plasma-CVD-Verfahren (CVD = Chemische Danpfabscheidung) gebildet worden waren. Die Glas-Basisplatte rr.it dem Elektrodenmuster wurde auf der Anodenseite einer Plasma-CYD-Einrichtung mit parallelen Elektrodenplatten angeordnet. Das System wurde evakuiert, und die Glasplatte wurde auf 200 ^CC erhitzt. Dann wurden SiH.-Gas und CH.-Gas so kontrolliert in den Reaktor eingeführt, daß ihre, volumenmäßige Strömungsgeschwindigkeiten 10 SCCM bzw. 300 SCCM betrugen. Der Gasdruck betrug etwa 0,2 Torr. Dann wurde ein Hochfrequenz-Stromanschluß von 13,56 MHz angeschaltet, _Um an die Kathodenseite der Parallelplatten-Elektroden eine Spannung anzulegen, wodurch eine Glühentladung verursacht wurde und die Reaktion begann. Nachdem die Reaktion etwa 10 Minuten gelaufen

war, hatte sich ein Film aus SiC:H'mit einer Dicke von etwa 2000 A auf der Basisplatte gebildet.

Dann wurde eine Polyimid bildende Lösung (PIQ, hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K.K.; Gehalt der nichtflüchtigen Substanz 14,5 Gew.-%) auf den Film aus SiC:H mit einem mit 3000 UpM rotierenden Schleuderbeschichter 10 Sekunden lang aufgetragen und dann 30 Minuten auf eine Temperatur von 120 ^QC erhitzt, wobei eine Schicht

mit einer Dicke von 2 μ gebildet wurde.

Dann wurde die Lösung eines positiven Resists ("AZ 1350" hergestellt von Shipley Company, Ltd.) durch Schleuderbeschichtung auf die gebildete Schicht aufgetragen und vorgebrannt. Die Resistschicht wurde durch eine Maske belichtet. Dann wurde der belichtete Teil des Resistfilms und der darunter befindliche Polyiridfiln unter Bildung von Durchgangslöchern durch Entwicklung des Resists nit dem Tetramethylammoniumhydroxid enthaltenden Entwickler 'Ύ? 102" geätzt. Nachdem die so behandelte Basisplatte gewaschen und getrocknet worden war, wurden die nicht belichteten Teile des Resistfilns mit Methylä'thylketon entfernt. Danach wurde der Polyimidfilm durch 60 miniitiges Erhitzen auf 200 °C und 30 minütiges Erhitzen auf 350 ⁰C gehärtet, so daß die die Monoaxialausrichtung steuernden Elemente aus PIQ (Polyimid) gebildet wurden.

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

Wie in den Figuren 14A und 14B gezeigt ist, ist auf der Basisplatte 401a mit den Elektroden 402a ein Isolierfilm 409a aus einem Werkstoff gebildet, der unter den oben genannten Harzen

und andereo anorganischen Verbindungen ausgewählt ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Element zur Steuerung der monoaxialen Orientierung durch in hohem Maße monoaxial orientierte Fasern gebildet werden, die man durch Verspinnung eines polymeren Flüssigkristalls, wie z.B. einer anisotropen Polymerlösung (rheotropiseher Flüssigkristall) oder'einer· anisotropen Polymerschmelze (thermotroper Flüssigkristall), zu einer Faser erhält. Als polymerer Flüssigkristall für diesen Zweck sind die Flüssigkristalle mit einer nematischen oder smektischen Phase geeignet. Das so hergestellte, die Monoaxialorientierung steuernde Element 404 ist in einem in hohem Maße orientierten Zustand. Ein bistabiler Flüssigkristall, der seine Seitenwandungen 404a und 404b berührt, kann unter Bildung einer stabilen Domäne orientierungsgesteuert werden.

Typische Beispiele für aus einem polymeren Flüssigkristall gebildete hoch-orientierte Fasern unfassen Fasern, die rcan durch Verspinnung einer schwefelsauren Lösung von Poly-p-phenylenterepht'nalanid und einer Dimethylacetamid-Lösung von Poly-p-benzamid in den Flüssigkristall-Zustand erhält. Andere Beispiele hochorientierter Fasern sind solche, die man aus polymeren Flüssigkristallen erhält, wie z.3. einer FVüssigkristall-Lösung von Poly-amidhydrazid und Polyhydrazid in Schwefelsäure, Fluoroschwefelsäure oder einem' Gemisch dieser Säuren, einer Flüssigkristall-Lösung von PoIyp-phenylenbenzo-bis-oxazol und Poly-p-phenylenbenzo-bis-thiazol in Polyphosphorsäure, Methylsulfonsäure, usw., einer flüssigkristal-

linen, geschmolzenen Flüssigkeit eines Polyesters der p-rydroxybenzoesäure, 1,2-Bis(p-carboxyphenoxy)äthan, Terephthalsäure urd substituiertem oder unsubstituiertem Hydrochinon, einer flüssigkristallinen geschmolzenen Flüssigkeit aus einen Polyester der p-Hydroxybenzoesäure, 1,2-Bis(p-carboxy)äthan, Terephthalsäure und Bisphenol-A oder Bisphenol-A-diacetat, sovn'e einer fl'Jssigkristallinen geschmolzenen Flüssigkeit eines Polyesters, csr d die folgende Formel (1) oder (2) dargestellt wird: Formel (1)

-0-(O)-CH = CH<o>-o-c{CH₂}-cH

Formel (2)

worin η in dem Breich von 2 bis 11 liegt.

Wenn die hoch-orientierte Faser als Eieren* ~Z~ z*<-Steuerung der Monoaxialausrichtung dient, v/ird der die c-ieit-.erz Faseroberfläche berührende Flüssigkristall längs der Oriertieru^g richtung der Faser ausgerichtet.

Das Wärme erzeugende Element 405 ist zweck-ä3:gerne··s ein Film-Widerstand, etwa ein solcher aus Indiuroxid, Zimoxic oder ITO.

Wenn die Flüssigkristallzelle 400 sar.dwichartic r*is Polarisatoren 408 und 408a, die sich beiderseits der Basisplatte^r- 431,

401a in gekreuzter oder paralleler Nicolanordnung befinden, liegt und an die Elektroden 402 und 402a Spannungen angelegt werden, erhält man eine praktische Modulationsfunktion.

Es wird ein Beispiel der in den Figuren 13A und 13B gezeigten Flüssigkristall zelle 400 eingehender erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jede transparente Elektrode 402 einer Gruope von streif-enförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 um, wahrend die transparenten Elektroden 402a eine Gruppe von Signalelektroden ergeben, von denen jede ein Bildelement mit den Ab-essungen 62,5 μη χ 62,5 μη bildet. Das «ärmeerzeugungselerent 405 v.-eist einen ITO-FiIn von 0,6 nrn mittlerer Breite und IGCO A Dicke auf, während die Dicke der Flüssigkristallschicht 403 vorzugsweise bei 2 pm gehalten wird.

Die Flüssigkristallzelle 4C0 ist in eine". Heizcehäuse (nicht dargestellt) untergebracht u^rd zwischen zwei Polarisatoren 408 und 408a untergebracht, deren Pclarisationsrichtungen sich unter rechten Winkeln kreuzen. Diese Kc~bination kann als Flüssigkristall -VerschluSanordnung für eir.en elektrofotografischen Drucker dienen. In diesem Fall ertsprichtde--Pfeil 3 in Fig. 13A der Drehrichtung der lichtempfindlichen Tro~nel für die Elektrofotografie.

Nachfolgend wird das Verfahren der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 403 unter Bezugnahrre auf die Figuren 13A und 13B und ein Beispiel näher erläutert, bei dem das bei bestimmten Temperaturen ferroelektrische FTüssigkristall-Material DOBAMBC benutzt wird.

. Eine Flüssigkristallzel le 400, die herir.etisc^K abgeschlossen DOBAMBC enthält, wird in ein Heizgehäuse (nicht dargestellt) eingesetzt, so daß die gesamte Zelle erhitzt werden kann. Dann wird die Temperatur des Heizgehäuses so gesteuert, daß die mittlere Temperatur der Zelle beispielsweise 90 ⁰C beträgt. Zu dieser Zeit nimmt DOBAMBC die Flüssigkristall phase SmC* oder SmA an. Dann wird ein elektrischer Strom durch den Erhitzer 405 geleitet und allr.ählich verstärkt,· so daß ein Teil des Flüssigkristall dicht an dem Erhitzer 405 die Transformationstemperatur von etwa 118 ⁰C von SrrA zur isotropen Phase überschreitet und in die isotrope Phase, d.h. den flüssigen Zustand, übergeht. Bei v/eiterer Verstärkung des elektrischen Stroms breitet sich der isotrope Bereich allmählich aus, während seine Grenze im wesentlichen parallel zum Heizelement 405 bleibt, bis die gesamte Flüssigkristallschicht 403 die isotrope Phase angenommen hat.

In diesem Zustand ist die Temperatur in der Längsrichtung (C-Richtung in Fig. 13A) der Flüssigkristallzelle gleicir-äSig. In der Querrichtung (B-Richtung in Fig. 13A) bildet sich ein Terperaturgradient aus, so daß die Temperatur von dem die Monoaxial orientierung steuernden Element 404 zu dem Heizelement 435 all~äh-1 ich zunimmt. Beispielsweise kann sich der Temperaturgradient so ausbilden, daß die Temperatur nahe der Seitenwand 404a des die Orientierung steuernden Elements 404 etwa 120 ^CC und die Temperatur in der Nahe des davon etwa 1,5 mm entfernten Heizelenents 405 etwa 140 ⁰C beträgt.

. Dann wird ausgehend von dem Zustand, in den die Zelle 400 den obigen Temperaturgradienten aufweist, die Temperatur des die Zelle enthaltenden Gehäuses mit einer Geschwindigkeit von z.B. 10 °C/h von 90 ⁰C allmählich verringert, so daß die Te-peratur in der Nähe der Seitenwand 404a des die Orientierung steuernden Elements 404 zunächst unter die Transformationstenperati,"- von etwa 116 ⁰C von isotropisch zu SmA absinkt und in diesen Bereich ein Keim "der SfflA-Phase gebildet wird. Da in diesem Fall beide Seitenwändungen 404a des die Monoaxial orientierung steuernden Elenents und die Seite 410 der Basisplatte 401 eine Horizontalorier.tierungsfunktion auf die Flüssigkristallmoleküle ausübt, wenn die StA-Phase in der Nähe der Seitenwandung 404a gebildet wird, wird auf die Flüssigkristall-Molekülachsen eine solche Stellkraft ausgeübt, daß sich die Achsen parallel zur Seite 410 der Basisplatte 421 und zur Längsrichtung der Seitenwandung 404a einstellen, so da5. der entstehende SmA-Keim eine Monodomäne bildet, die in Bezug auf die Seitenwand 404a und die Seite 410 der Basisplatte 401 horizontal ausgerichtet ist. Bei weiterer Abnahme der Gehäusetenperätiir erfährt ein Teil der isotropen Phase in der Nachbarschaft der Phasencrenze zwischen der schon gebildeten SmA-Phase und der isotropen Phase eine Transformation in SmA-Phase, deren Orientierungsrichtung parallel zur Orientierungsrichtung der bereits gebildeten SmA-Phase ist. Im Ergebnis breitet sich bei fortgesetzter Temperaturabsenkur.g bei Einhaltung des Temperaturgradienten der Domänenbereich der S-^A-Phase kontinuierlich aus. Hierbei ist die Wachstums- oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phasengrenze zwischen dem Monodcränenbereich und dem Bereich der isotropen Phase in der Längsrichtung

der Flüssigkristailzene 400 (C-Richtung in Fig. 13A) vorzugsweise gleichmäßig. Wenn das Gehäuse auf eine Temperatur in der Größenordnung von z.B. 70 ⁰C abgekühlt ist, ist im wesentlichen der gesamte Bereich des Flüssigkristall mit Ausnahme des Bereichs im geringen Abstand vom Heizelement 405 in die SmA-Phase transformiert.

Dann wird der durch das Heizelement geleitete elektrische Strom allmählich verringert, um den Temperaturgradienten aufzuheben. Die Temperatur der gesamten Flüssigkristallzelle 400 wird dadurch gleichmäßig 70 ⁰C, und der Flüssigkristall wird in SmC* transformiert. Während in diesem Fall die Flüssigkristallmolekül nahe den Heizelement 405 manchmal eine regellose Ausrichtung annehmen können, bleibt in dem Bereich, wo die Elektroden 402 und 402a angeordnet sind, die gleichförmige Domäne erhalten.

Wenn die in Figur 14 dargestellte FTüssigkrist=ll-Einrichtung mit eineii Temperaturgradienten versehen und unter Einhaltung des Temperaturgradienten einer Temperaturabsenkung unterzogen wird, wächst eine Donäne der SmA-Phase von der Seitenwarcjrg ~Γ4» des ganz links befindlichen, die Monoaxialausrichtung steuernden Elements 404 zu der anderen Seitenwand 404b des nächsten, die .-usrichtung steuernden Elements 404, und es wächst auch eine S-A-Tciäne von der anderen Seitenwand 404a des oben erwähnten nächsten, die Ausrichtung steuernden Elements in die Richtung nach rechts der Fig. 14B.

Es ist bei dem oben erwähnten Verfahren zur Steuerung der Orientierung wichtig, daß die Temperatur in Richtung C gleich-

förmig ist_#, während in Richtung B (Fig. 13A) ein möglichst groäer Temperaturgradient vorliegen soll. Dieser Punkt wird unter Bezugnahme auf die Figuren 15A bis 15D erläutert.

Figur 15A ist eine Ansicht, die die Wachstumsstufe der SmA-Phase während der allmählichen Temperaturabsenkung zur Entwicklung der SmA-Phase in der Zelle nach dem oben beschriebenen Verfahren .schematisch darstellt, wobei das Heizelement 405 streifenförmig ausgebildet ist. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 501 eine Phasengrenze zwischen dem Bereich der SmA-Phase und dem Bereich der isotropen Phase. Wenn das Heizelement 405 - wie in der Figur gezeigt - eine gerade Streifenform von gleichmäßiger Breite hat, ist die Zeilentemperatür in Längsrichtung der Zelle 400 in dem Endbereich E niedriger als in dem mittleren Bereich D, wenn nicht in dem die Zelle umgebenden Gehäuse (nicht dargestellt) besondere Vorkehrungen getroffen werden. Daher wandert die Phasengrenze 501 in der Gegend des mittleren Bereichs D im wesentlichen parallel zu der Seitenwandung 404a des die Ausrichtung steuernden Elements 404, während sie - wie dargestellt - in dem Endbereich E mit einer Neigung wandert. Die Ausrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in dem Endbereich E und in dem mittleren Bereich D sind in den Figuren 15B bzw. 15C dargestellt.

Wie aus Figur 15B ersichtlich ist, weist die SmA-Phase 502 in dem Endbereich E Flüssigkristallmoleküle mit der Längsachse 502a auf. Wenn die Phasengrenze 501 zu der Seitenwandung 504a unter einem großen Winkel (Q.) geneigt ist, sind Flüssigkristallmoleküle -

wie aus der gleichen Figur ersichtlich - nicht parallel zur Seitenwand 404a, sondern unter einer Neigung mit dem Neigungswinkel θ_ (θ_? 7 θ.) ausgerichtet. Dies kann auf die Neigung zurückzuführen sein, daß die Flüssigkristallmoleküle 502 sich in einer Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung der SmA-Phase ausrichten. In den Bereich, wo sich der Neigungswinkel Θ, der Phasengrenze 501 unstetig ändert, können die Flüssigkristallmoleküle nicht voll ausgerichtet sein, sondern si-e sind auf separate Domänen mit voneinander unterschiedlichen Molekülausrichtungen verteilt, wobei zwischen den Domänen eine Defektlinie 504 erscheint. Andererseits weist die SrA-Phase in dem mittleren Bereich D gemäß Fig. 15C Flüssigkristallnoleküle auf, deren Achsen 502a parallel zur Phasengrenze 501 und zur Seitenwandung 404a liegen, wodurch eine gleichförmige Monodomäne gebildet wird.

Figur 15D zeigt eine verbesserte Ausgestaltung des Heizelementes 405 zur Beseitigung des oben genannten Problems. Wie in der Figur dargestellt, hat das streifenförmige Heizelement 405 Enden von kleinerer Breite, die größeren Kiderstand aufweisen und daher lokal höhere Wärmemengen· erzeugen, so daß die Temperatur der Flüssigkristall zelle 400 in der Längsrichtung verglei ermäßigt ist. Daher verläuft die Phasengrenze 501 zwischen cer SmA-Phase und der isotropen Phase 503 parallel zur Seitenwand 404a, und es wird eine vollkommen gleichmäßige Monodo-.äne gebildet.

Die Ausrichtung kann in aer oben beschriebenen Weise zuende geführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den

ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, v/enn die Zelle in Bezug auf die Schalteigenschaften als optische Flüssigkristall-iVodulationseinricht'jng geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den Elektroden 102 und 102a anlegt. Diese Erscheinungen kennen auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtungsbehandlung geschaffenen Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Ifa diese Schwierigkeiten wirksam zu bekämpfen, steigert ran einmal nach der Ausrichtung die Temperatur des Gehäuses, ■j~ den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase zu transformieren, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, un die Sir.C*-Phase zurückzubilden, wodurch die oben erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation aufgehoben wird.

Figur 16 zeigt eine andere Ausführungsform des Heizelements zur Beseitigung der Schwierigkeit während der Bildung des Tenperaturgradienten bei dem Ausrichtungsverfahren, die darin besteht, daß die Temperatur der Flüssigkristallzelle in den Endbereichen niedriger ist als in den· mittleren Bereichen. Das Heizelerent hat zusätzlich verlängerte Teile 601 und 602 für die Erhitzung aer Endbereiche der Flüssigkristallzelle 400, wodurch der Te~peraturabfall in den Endbereichen kompensiert wird. So wird durch Anordnung der Heizelemente 405, 601 und 602 längs des Lhfangs der Flüssigkristallzelle eine gleichmäßige Monodomäne der SiT¹A-Phase Gebildet.

" Figur 17 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der auf der Rückseite der Basisplatte 401 ein zusätzliches Heizelement 405a vorgesehen ist. Das Heizelement 405a dient dazu, die gesamte Zelle 400 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Heizelement 405 für die erneute Ausrichtung der. Flüssigkristallschicht durch die beschriebenen Schritte benutzt, wenn irgendeine Unregelmäßigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristall -'Schwierigkeiten während der tatsächlichen Benutzung als optische Modulationseinrichtung zur Folge hat. Es ist natürlich möglich, daß ein solches Heizelement 405a auch auf der Rückseite der Basisplatte 401a vorgesehen werden kann. Nach dieser Ausführungsform wird die in der oben beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschaltung d^s Heizelements 405a in der gesamten Flüssigkristall zelle einmal in die SmA-Phase transformiert und allmählich unter Rückbildung der SmC*-Phase abgekühlt, wodurch erneut eine gleichförmige Monodonäne gebildet wird.

Figur 18 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle des oben erwähnten Heizelements 405 ein Heizelement 411 aus einem solchen Material, wie einem ITO- oder Ni-Cr-Legierungsfilm, auSenseitig der Basisplatte 401a vorgesehen wird. Das Heizelement 411 sollte vorzugsweise die an Hand der Figuren 15D und 16 erläuterte Gestalt haben.

Figur 19 zeigt eine Flüssigkristallzelle 400, in der anstelle des oben beschriebenen Heizelements 405 ein aus ITO- oder Ni-Cr-FiIm bestehendes Heizelement 412 von keilförmigem Querschnitt

mit einem Dickegradienten ausgebildet ist.

Wenn eine bestimmte Spannung in der Längsrichtung (in der Richtung der Dicke des Zeichnungsblattes) der Flüssigkristallzelle 400 angelegt wird, bildet sicn ein Temperaturgradient in der Weise, daß die Temperatur von der Nachbarschaft der Seitenwand 404a aus in die zur Wand senkrechten Richtung ansteigt. In diesem Fall ist es wünschenswert, zwischen dem Heizelement 412 und den Elektroden 402 einen Isolierfilm 413 aus einem organischen Material, wie Polyimid, oder einem anorganischen Material, wie SiO₂, anzuordnen.

Das Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristall umfaßt nach einer anderen bevorzugten gattungsmäßigen Ausführungsform: Schaffung eines zylindrischen Elements zwischen zwei Basisplatten in unmittelbarem Kontakt mit einem zwischen den Basisplatten angeordneten Flüssigkristall; Bildung einer monoaxial anisotropen Phase (smektische Phase, nematische Phase) des Flüssigkristall, in der die Flüssigkristallmoleküle zuerst in der Nähe der Phasengrenze mit dem zylindrischen Element in einer Richtung ausgerichtet werden, wobei eine davon ungleiche Phase (isotrope, nematische oder cholesterinische Phase) des Flüssigkristalls verbleibt, die eine Phase höherer Temperatur als die genannte monoaxial anisotrope Phase ist und von dieser durch eine Phasengrenze getrennt ist; Transformierung eines Teils der der Phasengrenze anliegenden ungleichen Phase unter Temperaturabsenkung in die monoaxial anisotrope Phase, in der die FVüssigkristallmoleküle parallel zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der vorgenannten

monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind; und fortlaufende Durchführung der Phasentransformation von der Phasengrenze in einer zu dieser senkrechten Richtung, wodurch eine Monodorrfäne des Flüssigkristall gebildet wird, in der die Flüssigkristallmolekül in einer Richtung ausgerichtet sind.

Die Figur 2OA zeigt in einer Teilansicht ähnlich wie Fig.'3A ein anderes Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung, durch die das erfindungsgemäße Verfahren der Ausrichtungssteuerung erhalten wurde, und Figur 20B ist ein Schnitt ähnlich dem der Fig. 3B nach der Linie A-A der Figur 2OA.

Eine in den Figuren 2OA und 20B gezeigte Zelle 700 umfaßt zwei Basisplatten 701 und 701a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein (nicht dargestelltes) Distanzstück unter ßelassung eines bestimmten Spalts gehalten sind. Diese Basisplatten sind mit einem Kleber 706 miteinander verbunden, so daß sich eine Zellenstruktur ergibt. Auf der einen Basisplatte 701 sind mehrere durchsichtige Elektroden 702 angeordnet. Diese bilden eine Gruppe und sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet. Auf der Basisplatte 701a sind mehrere durchsichtige Elektroden 702a ausgebildet, die sich mit den durchsichtigen Elektroden 702 überkreuzen. Die Elektroden 702a bilden eine andere Gruppe von Elektroden, die in Form von versetzt angeordneten Seg.Tienten ausgebildet und durch Leitungen 707a verbunden sind. Die transparenten Elektroden 702 und 702a sind an die Leitungen 707 bzw. 707b angeschlossen. Signale von einer externen Schaltung werden auf

die Klemmen der Leitungen 707 bzw. 707b aufgegeben.

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

.· Der in diesem Beispiel gezeigte Zellenaufbau u~fa3t die oben erwähnte Schicht eines Flüssigkristall 703, der in einem spezifischen Temperaturbereich ferroelektrisch ist, ein zylindrisches Element 704 und ein Wärme erzeugendes Element 705, wie etwa einen Erhitzer.

Das zylindrische Element 704 ist zweckrcäßigerveise eine Glasfaser mit gekrümmter Seitenwand und vorzugsweise nr.dc-Querschnitt. Wie in Figur 20 gezeigt, kann das zylindrisc-e Element 704 mit einem geeigneten Durchmesser von z.B. 1 \sm bis 23 \n an einer Stufe oder einem Abschnitt des Substrat 701 angeordnet.

Das Wärmeerzeugungseiercent 705 ist zweckmäßigerweise ein Filmwiderstand, z.B. einer aus Indiumoxid, Zinnoxid oder !TO.

Wenn die Flüssigkristallzelle 700 zwischen Polarisstcren 708 und 708a, die auf beiden Seiten der Basisplatten 701 und 70'a in der Lage gekreuzter Nicols angeordnet sind, eingesetzt wird und zwischen den Elektroden 702 und 702a Spannungen angelegt werden, wird eine optische Modulationsfunktion erreicht.

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. Es wird ein spezifisches Beispiel an Hand der in Figur 20 gezeigten Flüssigkristallzelle 700 erläutert. Bei einem bevorzugten Beispiel hat jede der transparenten Elektroden 702 für eine Gruppe von streifenförmigen Abtastelektroden eine Breite von 62,5 pm, während jede der transparenten Elektroden 702a, die eine Gruppe von Signalelektroden bilden, ein Bildelement in der Abmessung 62,5 pm χ 62,5 pm bildet. Das Wärmeerzeugungselement 705 umfaßt einen ITO-Filirrmit einer mittleren Breite von 0,6 mm und einer Dicke von 1000 A, während die Dicke der Flüssigkristallschicht 703 vorzugsweise bei etwa 2 pm gehalten wird.

Die Flüssigkristal!zelle 700 ist in einem Heizgehäuse (nicht dargestellt) enthalten und zwischen zwei Polarisatoren 708 und 708a angeordnet, deren Polarisationsrichtungen sich unter rechten Winkeln kreuzen. Diese Kombination kann als Flüssigkristall-Verschlußanordnung für einen elektrofotografischen Drucker dienen. In diesem Fall entspricht der Pfeil B in Fig. 2OA der Drehrichtung der lichtempfindlichen Trommel für die Elektrofotografie.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Steuerung der Orientierung der Flüssigkristallschicht 703 unter Bezugnahme auf die Figuren 2OA und 2OB und ein Beispiel näher erläutert, in dem das bei bestimmten Temperaturen ferroelektrische Flüssigkristall-Material DOBAMBC eingesetzt wird.

Eine Flussigkristallzelle 700, die hermetisch abgedichtetes D03AMBC enthält, wird in einen Heizbehälter (nicht dargestellt) ein-

gesetzt, so daß die gesamte Zelle erhitzt werden kann. Die Temperatur des Heizbehälters wird so kontrolliert, daß die mittlere Temperatur der Zelle beispielsweise 90 ^CC beträgt. Dabei nimmt das DOBAMBC die Flüssigkristallphase SnC* oder SmA* an. Dann wird ein elektrischer Strom durch den Erhitzer 705 geleitet und allmählich gesteigert, wobei aer in großer Nähe zum Erhitzer 705 befindliche Teil des Flüssigkristalls die Transformationstemperatur von etwa 118 ⁰C von SnA zur isotropen Phase überschreitet und in die isotrope Phase, d.h. den flüssigen Zustand übergeht. Bei weiterer Zunahme des elektrischen Stroms vergrößert sich der isotrope Bereich allmählich, wobei seine Grenze im wesentlichen parallel zum Heizelement bleibt, bis die gesamte Flüssigkristallschicht 703 die isotrope Phase annimmt.

In diesem Zustand ist die Temperatur in Längsrichtung (C-Richtung in Fig. 20A) des Flüssigkristall gleichförmig, und es besteht ein Temperaturgradient in der Querrichtung (B-Richtung in Fig. 203), so daß die Temperatur von dem zylindrischen Elenent zu deni Erhitzungselement 705 allmählich zunimmt. Beispielsweise bildet sich ein solcher Temperaturgradient aus, daß die Temperatur an der Seitenwand 704a des zylindrischen Elements 704 etwa 120 ^CC und die Temperatur in der Nachbarschaft des um etwa 1,5 mm davon entfernten Heizelements 705 etwa 140 ^CC beträgt.

Dann wird ausgehend von den Bedingungen, bei denen der obige Temperaturgradient in der Zelle 700 vorliegt, die Temperatur des die Zelle 700 enthaltenden Gehäuses allmählich von 90 ^CC mit' einer Geschwindigkeit von z.B. 10 ^cC/h verringert. Dadurch erniedrigt sich die Temperatur in der Nachbarschaft der Seitenwandung 7ö^a des

zylindrischen Elements 704 zuerst unter die Transformationstemperatur von etwa 116 ^CC von isotropisch zu SmA, und es wird ein Keim der SmA-Phase in diesem Bereich gebildet.

Da in diesem Fall die Seitenwand 704a des zylindrischen Elements 704 und die Seite 710 der Basisplatte 701 die Funktion der horizontalen Ausrichtung aer Flüssigkristallmolekül haben, wird'bei der Bildung der SmA-Phase an der Seitenwandung 704a eine solche Stellkraft auf die Molekül achsen des Flüssigkristall ausgeübt, daß die Achsen parallel sowohl zur Seite 709 der Basisplatte 701 als auch zur Längsrichtung der Seitenwand 704a ausgerichtet v/erden. Dadurch bildet der entstehende Kein des SmA eine Honodomäne, die in Bezug auf die Seitenwand 7G4a und die Fläche 709 der Basisplatte 701 horizontal ausgerichtet ist. Bei weiterem Absinken der Temperatur des Gehäuses erfährt ein Teil der isotropen Phase in der Nachbarschaft der Phasengrenze zwischen der bereits gebildeten SmA-Phase und der isotropen Phase eine Transformation in SmA-Phase, deren Ausrichtung parallel zu der bereits gebildeten SmA-Phase ist. Im Ergebnis breitet sich bei fortgesetzter Te~peraturerniedrigung mit dem Temperaturgradienten der Monodomärrenbereich der SmA-Phase kontinuierlich aus. Dabei ist die Wachstums- oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phasengrenze zwischen dem Monodonänenbereich und dem Bereich der isotropen Phase in der Längsrichtung der Flüssigkristallzelle (C-Richtung in Fig. 20A) vorzugsweise gleichförmig. Wenn das Gehäuse auf eine Temperatur in der Gegend von z.B. 70 ^CC abgekühlt ist, ist im wesentlichen die gesamte Zone des Flüssigkristalls mit Ausnahire des in großer Nähe des Heizelements 705 befindlichen Teils

in die SmArPhase transformiert.

Dann wird der dem Heizelement zugeführte elekrtische Strom allmählich verringert, um den Temperaturgradienten aufzuheben. Dadurch wird die Temperatur der gesamten Flüssigkristallzelle 700 gleichmäßig 70 ^CC, und der Flüssigkristall wird in SmC* transformiert. Während die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft des Heizelements ?05 manchmal regellos ausgerichtet sein können, wird in dem Bereich, wo die Elektroden 702 und 702a angeordnet sind, eine gleichmäßige Honodomäne erhalten.

Es ist bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung wichtig, daß die Temperatur in der Richtung C gleichförmig ist, während in Richtung B in Fig. 2OA ein möglichst großer Temperaturgradient bestehen soll. Dieser Punkt wird unter Bezunahme auf die Figuren 21A bis 21D erläutert.

Figur 21A ist eine Ansicht, welche die Stufe des Wachstums der SmA-Phase während der allmählichen Temperaturabsenkung zwecks Entwicklung der SmA-Phase in einer Zelle schematisch darstellt, in der ein streifenförmiges Heizelenent 705 entsprechend der oben beschriebenen Methode ausgebildet ist. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 801 eine Phasengrenze zwischen dem Bereich der SmA-Phase und dem Bereich der isotropen Phase. Wenn das Heizelement wie in der Figur gezeigt eine gerade Streifenform von gleichmäßiger Breite hat, ist die Temperatur in der Zelle 400 in ihrer Längsrichtung in einem Endbereich E niedriger als in einem mittleren Bereich D,

-^η

wenn nicht, in dem die Zelle umgebenden Gehäuse (nicht dargestellt) besondere Vorkehrungen getroffen v/erden. Daher wandert die Phasengrenze 801 in der Umgebung des mittleren Bereichs D in wesentlichen parallel zur Seitenwandung 704a des zylindrischen Elements 704, während sie - wie dargestellt - in dem Endbereich E mit einer Neigung wandert. Die Molekülausrichtungen des Flüssigkristall in dem Endbereich E und in dem mittleren Bereich D sind in den Figuren 21B und 21C gezeigt.

Nach Figur 21B umfaßt die SmA-Phase 802 Flüssigkristallmolekül mit einer Längsachse 802a in dem Endbereich E. Aus der gleichen Figur ist ersichtlich, daß bei einer Neigung der Phasengrenze

801 in Bezug auf die Seitenwand 704a unter einem großen Winkel (Θ.) die Flüssigkristailroleküle nicht parallel, sondern unter einem Neigungswinkel Q_? (G- ? Θ.) zur Seitenwand 704a ausgerichtet sind. Dies ist der Tendenz zuzuschreiben, daß die Flüssigkristallmoleküle

802 in der zur Kachstumsrichtung der SmA-Phase senkrechten Richtung orientiert sind. In dem Bereich, wo sich der Neigungswinkel Θ.

der Phasengrenze 8C1 abrupt ändert, können die Flüssigkristallmoleküle nicht völlig ausgerichtet sein, sondern sie sind in zwei getrennte Domänen geteilt, in denen die Molekülausrichtungen voneinander verschieden sind und zwischen denen eine Defektlinie auftritt, wie sie durch die Bezugszahl 804 dargestellt ist. Auf der anderen Seite umfaßt entsprechend der Darstellung in Fig. 21C die SmC-Phase 802 in dem mittleren Bereich D Flüssigkristallmoleküle, deren Achsen 802a parallel zur Phasengrenze 801 und zur Seitenwand 704a verlaufen, so daß eine gleichförmige Domäne gebildet wird.

. Figur 21D zeigt eine verbesserte Ausbildung des Heizelements 705 zur Oberwindung des oben beschriebenen Problems. Wie in der Figur dargestellt hat das streifenförmige Heizelement 705 Enden von kleinerer Breite, die grö2eren Widerstand aufweisen und daher lokal höhere Wärmemengen erzeugen, so daß die Temperatur der Flüssigkristallzelle 700 in der Längsrichtung vergleichmäßigt ist. Daher verläuft die Phasengrenze 801 zwischen der SmA-Phase und der isOtropen Phase 803 parallel zur Seitenwand 704a, und es wird eine vollkommen gleichmäßige Monodomäne gebildet.

Die Ausrichtung kann in der oben beschriebenen Weise zuende geführt v/erden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle als optische Flüssigkristall-Modulationseinrichtung in Bezug auf ihre Schalteigenschaften geprüft wird, indem man Spannungen zwischen den Elektroden 702 und 702a anlegt. Diese Erscheinungen kennen auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtbehandlung geschaffenen Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Un diese Schwierigkeit wirksan zu bekämpfen, steigert man nach ier Ausrichtung einmal die Temperatur des Gehäuses, ui den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase zu transformieren, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, urr. die SrC*-Phase zurückzubilden, wodurch die oben erwähnte innere Yerspannung durch strukturelle ReTaxation zum Verschwinden gebracht wird.

Figur 22 zeigt eine weitere Ausführur.csform des Heiz-' elements zur Beseitigung der Schwierigkeit während der Bildung des Temperaturgradienten bei dem Ausrichtungsverfahren, die darin besteht, daß die Temperatur der Flüssigkristallzelle in den Endbereichen niedriger ist als in den mittleren Bereich. Das Heizelement 705 hat zusätzlich verlängerte Teile 901 und 902 für die Erhitzung der Endbereiche der Flüssigkristal!zelle 700, wodurch der Temperaturabfall in .den Endbereichen kcrpensiert wird. So wird durch Anordnung der Heizelemente 705,931 und 902 längs des Umfangs der Flüssigkristall zelle eine gleiches ige Monodonäne der SmA-Phase gebildet.

Figur 23 zeigt eine v/eitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der auf oer Rückseite der Basisplatte 701 ein zusätzliches r'eizele~ent 705a vorgesehen ist. Das Heizelement 705a dient dazu, die gese~:te Zelle 700 zu erhitzen, und wird in Verbindung mit dem Heizelement 705 für die erneute Ausrichtung der Flüssigkristall· schicht durch die beschriebenen Schritte benutzt, wenn irgendeine UnregelmäSigkeit bei der Ausrichtung des Flüssigkristall Schwierigkeiten während der tatsächlichen Benutzung als optische Modulationseinrichtung zur Folge hat. Es ist natürlich möglich, daß ein solches Heizelerent 705a auch auf der Rückseite der Basisplatte 701a vorgesehen werden kann. Nach dieser Ausführungsform wird die in der oben beschriebenen Weise erhaltene SmC*-Phase durch Einschalten des Heizelements 705a in der gesamten Flüssigkristallzelle 700 einmal in die SmA-Phase transformiert und allmählich unter Rückbildung der S-C*-Phase abgekühlt, wodurch die gleichförmige Monodorrfäne erneut gebildet wird.

. Figur 24 zeigt eine Ausführungsfom, bei der anstelle des oben erwähnten Heizelements 705 ein Heizelement 710 aus einem solchen Material, wie ITO- oder Ni-Cr-Legierungsfili, außenseitig der Basisplatte 701a gebildet wird. Das Heizelement 710 sollte vorzugsweise die an Hand der Figuren 21D und 22 erläuterte Gestalt haben

.· Figur 25 zeigt eine Flüssigkristallzelle 700, in der anstelle des oben beschriebenen Heizelements 705 ein aus ITO- oder Ni-Cr-FiIm bestehendes Heizelement 711 von keilförmigem Querschnitt nit einem Dickegradienten ausgebildet sein.

Wenn eine bestimmte Spannung in der Längsrichtung (in der Richtung der Dicke der Zeichnung) der Flüssigkristallzelle 700 angelegt wird, bildet sich ein Temperaturgradient in der Weise, da3 die Temperatur von der Nachbarschaft der Seitenwand 704a aus in die zur Wand senkrechten Richtung ansteigt. In diesem Fall ist es wünschenswert, zwischen dem Heizelement 711 und den Elektroden 702 einen Isolierfilm 712 aus einem organischen Material, wie Polyimid, oder einem anorganischen Material,'wie SiO₂, anzuordnen.

Bei der Herstellung der Flüssigkristall-Einrichtung oer Erfindung kann ein Distanzstück dazu dienen, die Dicke der Flüssigkristallschicht auf einem bestimmten Wert zu halten. Figur zeigt ein Beispiel der Flüssigkristall-Einrichtung mit einem solchen Distanzstück. Die in Fig. 26 gezeigte FTüssigkristall-Einrichtung u~fa3t eine Basisplatte 701 mit einem Muster transparenter Elektroden 702, eine der Basisplatte 701 gegenüberliegend angeordnete Basis-

platte 701a sowie zwischen den Basisplatten 701 und 701a ausgebildete Distanzstücke 713, wodurch die Dicke des dazwischenliegenden FVdssigkristalls 703 ständig konstant gehalten wird. Die Distanzstücke 713 können so hergestellt v/erden, daß man auf einer oder beiden Basisplatten einen Beschichtungsfilm aus einem elektrisch isolierenden Material in bestimmter Dicke ausbildet und darauf fotolithografische Technik benutzt, um die in der Figur gezeigten Strukturen übrig zu lassen.

Das Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls nach einer weiteren bevorzugten gattungsmäßigen Ausführungsform umfaßt: Die Schaffung eines Zellenaufbaus mit einem ersten und einem zweiten Ende, zwei Basisplatten, einem Flüssigkristall, der zur Bildung einer monoaxial anisotropen Phase (z.B. smektischen oder nematischen Phase) bei spezifischen Temperaturen und einer Phase höherer Temperatur (z.B. isotropische, nematische oder cholesterinische Phase) bei über den spezifischen Temperaturen liegenden Temperaturen befähigt ist, sowie einer relativ zu dem Zellenaufbau beweglichen Heizeinrichtung, und Verschiebung der beweglichen Heizeinrichtung relativ zu dem Zellenaufbau von dem ersten zu dem zweiten Ende, wodurch der Flüssigkristall in den durch die bewegliche Heizeinrichtung erhitzten Bereichen die genannte Phase höherer Temperatur und dann während der anschließenden Temperaturabsenkungsstufe die genannte monoaxial anisotrope Phase bildet.

Figur 27A zeigt in perspektivischer Ansicht ein Beispiel einer Flüssigkristall-Einrichtung zur praktischen Verwirklichung der oben genannten Ausführungsform der Erfindung, und Figur 273 ist

eine entsprechende Schnittdarstelluig.

Eine in den Figuren 27A und 27B gezeigte Zelle 1000 umfaßt zv/ei Basisplatten 1001 und 1301a aus Glas oder Kunststoff, die durch ein Distanzstück 1003 unter Belassung eines bestimmten Spaltes gehalten sind. Diese Basisplatten sind mit einem Kleber 1006 miteinander verbunden, so daß sich eine Zellenstruktur ergibt. Auf der einen Bas.isplatte 1001 sind mehrere durchsichtige Elektroden 1002 angeordnet. Diese bilden eine Gruppe und sind in einem bestimmten Muster, etwa einem Streifenmuster, ausgebildet (z.B. eine Abtastspannung anlegende Elektrodengruppen einer Matrixelektrodenanordnung). Auf der Basisplatte 1001a sind mehrere durchsichtige Elektroden 1002a ausgebildet, die sich mit den durchsichtigen Elektroden 1002 überkreuzen. Die Elektroden 1002a bilden eine andere Gruppe von Elektroden (z.B. eine Signalspannung anlegende Elektrodengruppe einer Matrixelektrodenanordnung).

Die Basisplatten 1001 und 1001a sind ähnlich den Basisplatten 101 und 101a, die unter Bezugnahme auf Fig. 3A erläutert wurden. Desgleichen kann auf den B-asisplatten 1001 und 1001a ein ähnlicher Isolierfilm ausgebildet sein.

Nachfolgend wird das Verfahren der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht 1004 unter Bezugnahme auf die Figuren 27A und 275 und ein Beispiel näher erläutert, bei dem das bei bestirnten Temperaturen ferroelektrische Flüssigkristall-Material D03AM3C benutzt wird.

. Eine Flüssigkristallzelle 400, die hermetisch abgeschlossen DOBAMBC enthält, wird in ein Heizgehäuse (nicht dargestellt) eingesetzt, so daß die gesamte Zelle erhitzt werden kann. Dann wird die Temperatur des Heizgehäuses so gesteuert, daß die mittlere Temperatur der Zelle beispielsweise 70 ⁰C bis 90 ^CC beträgt, wodurch eine Flüssigkristallschicht 1004 in SmA- oder SmC*-Phase gebildet wird. Die Flüssigkristallschicht 1004 ist nun in einem Zustand vor Anwendung des weiter unten beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der Ausrichtung, und eine Monodomäne aus SmA oder SmC* wurde nicht gebildet.

In diesem Stadium wird ein Heizelement 1007 als Heizkörper in Richtung des Pfeils 1008 bewegt. Ein Bereich der Flüssigkristallschicht 1004, der durch das Heizelement 1007 auf über die Phasenübergangstemperatur (etwa 118 ^CC) von SmA zu isotropisch erhitzt ist, nimmt eine isotropische Phase an und wird unmittelbar danach auf Grund der kontinuierlichen Bewegung des Heizelements 1007 in Richtung des Pfeils 1008 einer Temperaturabsenkung unterzogen, wodurch der Flüssigkristall in dem Breich eine Monodomäne bildet, in der SmA-Flüssigkristallmoleküle· in einer Richtung ausgerichtet werden, wenn die Temperatur des Bereichs auf oder unter die Phasenübergangstemperatur (etwa 116 ^rC) von isotropisch nach SnA abgesenkt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforr, der Erfindung ist die Flüssigkristallzelle· 1000 mit einem Element 1005 zur Förderung der Bildung eines Flüssigkristallkeins (d.h. einem Keimbildungs-

element) ausgestattet. Nachdem bei Benutzung eines solchen Keimbildungselements die Temperatur eines Teils des flüssigen Kristalls in der Nähe der Seitenwand 1005a des Keimbildungselements die Phasenübergangstemperatur von SmA -> isotropisch erreicht oder überschreitet, wird der Teil des Flüssigkristalls infolge der Weiterbewegung des Heizelements 1007 in Pfeilrichtung einer Temperaturabsenkung unterzogen und auf Grund der horizontalen oder homogenen Ausrichtungswirkung der Seitenwandung 1005 und der Seite 1009 der Basisplatte 1001 veranlaßt, bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Phasenübergangs von isotropisch -> SmA monoaxial ausgerichtete Flüssigkristallmoleküle zu bilden. Bei der Weiterbewegung des Heizelements 1007 unterliegen die Flüssigkristalimoleküle der durch die Transformation isotropisch -*■ SmA kontinuierlich gebildeten SmA-Phase einer solchen Stellkraft, daß sie parallel zu den in der Nachbarschaft der Seitenwand 1005a des Keimbildungselenents 1005 schon ausgerichteten Flüssigkristallmolekülen ausgerichtet werden, wodurch eine Monodomäne entsteht, in der alle Fl'Jssigkristallmoleküle parallel zur Längsrichtung der Seitenwand ICOSa ausgerichtet sind.

Da ferner die DistanzstJcke 1003 - wie nachfolgend beschrieben - eine ähnliche Funktion wie das Keimbildungselement 1005 haben können, behindert die Anwesenheit aar Distanzstücke 1003 in der Flüssigkristallzelle ICCO nicht die Bildung einer Monodomäne der SmA-, SmC*- oder SnH*-Phase während der Bewegung des Heizelements 1007 auf der FVüssigkristallzelle ICCD. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die Distanzstücke 1003 aus dem gleichen Material wie das Keimbildungselement 1005. Daher können die Distanz-

stücke 1 CO3 und das Keimbildungselement 1005 zugleich in dsr Weise hergestellt werden, daß man einen Film eines speziellen Harzes oder einer organischen Substanz bildet und den Film selektiv ätzt. Anstelle des Ätzverfahrens kann man einen Folienstreifen, eine Glasfaser oder eine hochorientierte Faser, die als Keinbildungselement brauchbar sind, zwischen den Basisplatten 1001 und 1001a anordnen.

Das Keioildungselement 1005 kann aus einem zugeschnittenen Folienstreifen aus Polyester oder Polyimid an der Seitenwand 1005a gebildet werden, der durch das Zuschneiden mit einer Metall oder Diamantklinge dzr Reibungswirkung ausgesetzt war. Alternativ kann das Keirrbilduncseiement 1005 - wie oben beschrieben - aus einer hochorientierten Faser bestehen, die man durch Verspinnung eines polymeren Flüssigkristalls, wie z.B. einer anisotropen Polymerlösung (rheotroper Flüssigkristall) oder eines anisotropen geschmolzenen Polyrers (ther-.otroper Flüssigkristall) zu einer Faser erhalten hat. Wenn eine solche hochorientierte Faser als Distanzstück 1003 dient, wird der die orientierte Faseroberfläche berührende Flüssigkristall in der Orientierungs^richtung der Faser ausgerichtet.

Wenn eire flache Platte c'nne eine zurückgesetzte Stufe, wie sie in der Figur gezeigt ist, wie etwa eine flache Glasplatte₅ als Basisplatte 1001 dient, kann ein FiIr aus SiO, SiO₂, TiO₂, usw auf der Platte ausgebildet und rit eine- schräg eingestrahlten Ionenstrahl geätzt werden, un ein Keinbildungseierent aus einem Filmstreifen mit der Seitenwand 1005a zu bilden. Alternativ kann das

Keimbildungseiement wie folgt hergestellt werden. Auf der Basisplatte 1001 wird ein isolierender Film (nicht gezeigt) aus einem harten Werkstoff gebildet, wie z.B. Siliziumnitrid, Wasserstoff enthaltendem Siliziumnitrid, Siliciumcarbid, Wasserstoff enthaltendem Siliciumcarbid, Bornitrid, Wasserstoff enthaltendem Bornitrid, Ceroxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumfluorid. Auf diesem Film wird ein Film aus einem Material von geringerer Härte" als."der des Isolierfilms gebildet, wie z.B. aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharze Harnstoffharz, Acrylharz, oder einem funktionellen Harz, wie lichtempfindlichem Polyimid, lichtempfindlichem Polyamid, cyclischen! gummiartigem Fotoresist, Fotoresist des Phenol-Novolak-Typs oder Elektronenstrahl-Fotoresist, wie z.B. Polymethylmethacrylat und epoxidiertem 1,4-Polybutadien. Der Film mit der geringeren Härte wird unter Benutzung normaler fotolithografischer Technik unter Bildung eines Keimbildungselements 10C5 geätzt, dessen Seitenwandung 1005a dann gerieben wird, um ihr eine Orientierungswirkung zu verleihen. Es ist möglich, daß die Oberseite des Keimbildungselements die Basisplatte 1001a berührt.

Bei der Flüssigkristallzelle 1000 dieses Beispiels ist auf der Rückseite der Basisplatte 1001 ein blattförmiger Heizkörper 1013 vorgesehen. Dieser blattförmige Heizkörper dient zur Erhitzung der gesagtenFTüssigkristallzelle 1000 und kann beispielsweise benutzt werden, um die Flüssigkristallschicht in der SrnA-, SrC*- oder SnH*-Phase zu halten, oder es kann anstelle des oben

erwähnten Gehäuses dazu dienen, die Flüssigkristallschicht 1004 gleichmäßig zu erhitzen. Das Heizelement 1007 erhitzt die Zelle 1000 so weit, daß der Flüssigkristall in der SmA-, SmC*- oder SmH*- Phase während der Heizstufe in eine isotropische, nematische oder cholesterinische Hochtemperaturphase transformiert wird, und es wird mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt, daß der Flüssigkristall auf Grund seiner Bewegung in Richtung des Pfeils 1008 in genügendem Maße in die SmA- oder SmC*-Phase transformiert wird. Die Geschwindigkeit kann nicht generell angegeben werden, jedoch liegt ihr Wert zweckmäßigerweise in der Gegend von 1 mm/h bis 5 mm/h.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Ausrichtung kann auch so durchgeführt werden, daß man das Heizelement 1007 festhält und die Flüssigkristallzelle 1000 zusammen mit dem Trägertisch 1010 durch Rollen 1012 in Richtung des Pfeils 1011 verschiebt, wodurch das Heizelement 1007 relativ zur Flüssigkristallzelle 1000 bewegt wird.

Das bei diesem Verfahren benutzte Heizelement 1007 kann als ein Widerstandsheizkörper, etwa aus einer Nickel-Chrom-Legierung, ITO, Zinnoxid oder Indiumoxid in verschiedener Form, wie Draht, Rolle, Stab, Platte.oder Streifen, hergestellt sein. Wenn der Heizkörper in Form eines Drahts, einer Rolle oder eines Stabs vorliegt, liegt dessen Durchmesser vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 5,0 mm, insbesondere 0,5 bis 2 mm. Der Heizkörper in Form einer Platte oder eines Streifens hat zweckmäßigerweise eine Breite von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm.

Ein bevorzugtes Beispiel für ein streifenförmiges Heizelement 1007 ist in Figur 28 gezeigt. Die in Figur 28 gezeigte Heizeinrichtung 1101 hat ein streifenförmiges Heizelement 1007 aus einer Nickel-Chrom-Legierung, das auf der Oberseite eines keilförmigen Stützkörpers 1102 durch Dampfabscheidung gebildet wurde.

Ferner kann auch ein Infrarot-Erhitzer 1201 des Kondenser-Typs als Heizeinrichtung dienen (Fig. 29). Der Infrarot-Erhitzer 1201 hat eine mit einer Schlitzöffnung 1204 und einem Kondenserspiegel 1203 versehene Haube und eine in der Haube angeordnete Infrarotlampe 1202.

Bei den in den Figuren 28 und 29 gezeigten Heizeinrichtungen können diese in Richtung der Pfeile 1008 bewegt werden oder alternativ können die Flüssigkristallzellen 1000 in Richtung der Pfeile 1011 bewegt werdeb. Es ist ausreichend, daß die Flüssigkristallzelle 1000 relativ zu der Heizeinrichtung bewegt wird.

Wenn eine solche FlüssigkristallzelIe 1000 zwischen zwei beiderseits der Basisplatten 1001 und 1001a als gekreuzte oder parallele Nicols angeordnete Polarisatoren eingesetzt wird und an die Elektroden 1002 und 1002a Spannungen angelegt werden, wird eine optische Modulationsfunktion erzielt.

Nachfolgend wird ein praktisches Beispiel dieser Ausführung der Erfindung erläutert.

An einem Ende einer Basisplatte aus Glas, die mit ITO-

Elektrodenstreifen einer Breite von 6,25 μπι und eines Abstands von 100 μπι versehen ist, wurde parallel zu den Elektrodenstreifen ein weggeschnittenes Teil bzw. eine vertiefte Stufe von 2,5 pm Tiefe ausgebildet.

Dann wurde eine Polyimid bildende Lösung ("PIQ", hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K.K.; Gehalt der nichtflüchtigen Substanz 14,5 Gew.-%) in 10 Sekunden mit einem mit 3000 UpM rotierenden Schleuderbeschichter auf die Basisplatte mit Ausnahme der vertieften Stufe aufgetragen und danach 30 Minuten auf eine Temperatur von 120 ⁰C erhitzt, um eine Beschichtung mit einer Dicke von 2 μ zu bilden.

Dann wurde eine Lösung eines positiven Resists ("AZ 1350", hergestellt von Shipley Company, Ltd.) durch Schleuderbeschichtung auf die gebildete Schicht aufgetragen und vorgebrannt. Die Schicht wurde durch eine streifenförmige Maske mit einer Maskierungsbreite von 8 μ und einem Maskierungsintervall von 100 μ belichtet. Dann wurde der belichtete Teil des Resistfilms und der darunter befindliche Polyimidfilm unter Bildung von durchgehenden Löchern durch Entwicklung des Resists mit dem Tetramethylammoniumhydroxid enthaltenden Entwickler "MF 132" geätzt. Nachdem die so behandelte Basisplatte gewaschen und getrocknet worden war, wurden die nicht belichteten Teile des Resistfilms mit Methyläthylketon entfernt. Danach wurde der Polyimidfilm durch 60 minütiges Erhitzen auf 200 ⁰C und 30 minütiges Erhitzen auf 350 ⁰C gehärtet, so daß eine Elektrodenplatte A mit einer Abstandsschicht aus PIQ (Polyimid-isoindolo-

chinazolindion) gebildet wurde. An der vertieften Stufe der Elektrodenplatte (A) wurde ein durch eine Metall klinge zugeschnittener Streifen Polyäthylenterephthalatfolie (Mylarfolie, Produkt der E.I. Du Pont de Nemours Co., U.S.A.) als Keimbildungselement angeordnet.

Dann wurde eine Elektrodenplatte (B) durch Bildung von Streifenmuster-Elektroden mit einer Breite von 62,5 pm und einem Abstand von 100 μίτι hergestellt. Auf den Umfang der Elektrodenplatte (B) wurde mit Ausnahme eines die Einführungsöffnung bildenden Teils durch das Siebdruckverfahren ein Epoxydkleber aufgebracht. Die Elektrodenplatten (A) und (B) wurden so angeordnet, daß sich ihre Streifenmuster-Elektroden senkrecht zueinander überlappen, und der Kleber wurde unter den vorgeschriebenen Bedingungen unter Bildung der Zellenkonstruktion gehärtet.

Danach wurde DOBAMBC in seiner isotropen Phase durch die Einführungsöffnung mittels Vakuum-Injektionsverfahren in die Zelle eingeführt und die Einführungsöffnung abgedichtet.

Beiderseits der so gebildeten Zelle wurde ein Paar Polarisatoren in gekreuzter Nicolanordnung angebracht und in ein auf 90 ⁰C eingestelltes Heizgehäuse eingesetzt. Durch Beobachtung der Flüssigkristallschicht der so erhaltenen Zellenkonstruktion mit dem Mikroskop wurde bestätigt, daß sich SmC*-Phase gebildet hatte, diese aber keine Monodomäne bildete.

Ein Heizdraht aus Nickel-Chrom-Legierung mit einem Durchmesser von 0,2 mm wurde auf der bei 90 ⁰C gehaltenen Flüssigkristallzelle in der Nähe und parallel zu dem Keimbildungselement angeordnet, wie in den Figuren 27A und 27B zu sehen ist. Durch Stromdurchfluß durch den Heizdraht wurde Wärme erzeugt. Die Temperatur des durch den Heizdraht erhitzten Teils der Flüssigkristall ze!Ie wurde auf 120 bis 140 ⁰C gebracht, und dann wurde der Heizdraht mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/h in Richtung des in Figur 29B gezeigten Pfeils 1008 bewegt.

Die so hergestellte Flüssigkristall zelle wurde sandwichartig zwischen zwei in der Lage gekreuzter Nicols befindliche Polarisatoren gelegt, und ihre Flüssigkristallschicht wurde durch das Mikroskop beobachtet. Es wurde festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase gebildet hatte.

Die Ausrichtung kann in der oben beschriebenen Weise zuende geführt werden. Selbst wenn jedoch eine Monodomäne auf den ersten Blick anscheinend gleichmäßig gebildet wurde, kann gelegentlich in Abhängigkeit von den Bereichen eine Ungleichmäßigkeit im optischen Kontrast oder in der Ansprechgeschwindigkeit auftreten, wenn die Zelle in Bezug auf die Schalte!genschaften als optische Flüssigkristall-Modulationseinrichtung geprüft wird, indem man Spannungen an die Elektroden 1002 und 1002a anlegt. Diese Erscheinungen können auf eine strukturelle Verspannung infolge des während der Ausrichtungsbehandlung geschaffenen Temperaturgradienten zurückzuführen sein. Um diese Schwierigkeiten wirksam zu bekämpfen, steigert

man nach der Ausrichtung einmal die Temperatur des Gehäuses, um den Flüssigkristall einmal aus der SmC*-Phase in die SmA-Phase zu transformieren, und verringert dann die Temperatur des Gehäuses, um die SmC*-Phase zurückzubilden, wodurch die oben erwähnte innere Verspannung durch strukturelle Relaxation zum Verschwinden gebracht wird.

Die Figuren 10 bis 12 zeigen ein Beispiel eines Betriebsverfahrens für die erfindungsgemäße optische Modulationseinrichtung.

Figur 10 zeigt schematisch eine Zelle 41 mit einer Matrixelektrodenanordnung, zwischen der eine ferroelektrische Flüssigkristall verbindung angeordnet ist. Die Bezugszahlen 42 und 43 bezeichnen eine Gruppe Abtastelektroden bzw. eine Gruppe Signalelektroden. Die Figuren 11A und 11B zeigen elektrische Signale, die in eine gewählte Abtastelektrode 42(s) bzw. andere Abtastelektroden (nichtgewählte Abtastelektroden) 42(n) eingegeben werden. Die Figuren 11C und 11D zeigen elektrische Signale, die in gewählte Signalelektroden 43(s) bzw. nicht-gewählte Signalelektroden 43(n) eingegeben werden. In den Figuren 11A bis 11D bedeuten die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Spannung. Wenn z.B. ein Bewegungsbild dargestellt wird, wird aus der Gruppe der Abtastelektroden 42 fortlaufend (sequentiell) und periodisch eine Abtastelektrode gewählt. Die Schwellenspannung für den ersten stabilen Zustand eines bistabilen Flüssigkristall ist hier durch V... bezeichnet, und die Schwellenspannung für den zweiten stabilen Zustand durch -V_th2· ^{Das ln die} gewählte Abtastelektrode 42(s) eingehende elektrische Signal ist - wie in

Figur 11A gezeigt - eine Wechselspannung von V und -V mit den Phasen (Zeiten) von t. bzw. t_?. Die anderen Abtastelektroden 42(n) sind geerdet, so daß das elektrische Signal von null Volt resultiert. Andererseits haben die in die gewählten Signalelektroden 43(s) eingehenden elektrischen Signale - wie in Figur 11C gezeigt - Spannungen V, während die in die nicht-gewählten Signalelektroden eingehenden Signale Spannungen von -V haben, wie in Figur 11D gezeigt ist. Die Spannungen V und -V werden auf gewünschte Werte eingestellt, die den folgenden Beziehungen

V < V_thl < 2V und

-V > V_th2 > -2V

genügen.

Die für die betreffenden Bildelemente angewandten Spannungswellenformen bei der Eingabe dieser elektrischen Signale sind in den Figuren 12 gezeigt. Die in den Figuren 12A bis 12D gezeigten Spannungswellenformen entsprechen jenen, die den in Figur dargestellten Bildelementen A, B, C bzw D aufgegeben werden. Wie aus Figur 12A ersichtlich ist, wird den Bildelementen A auf der gewählten Abtastzeile in einer Phase t„ eine über der Schwellenspannung V^ liegende Spannung 2V eingegeben. Dagegen wird den Bildelementen B in einer Phase t, eine unterhalb der Schwellenspannung "^Vth2 ^lie9^ende Spannung von -2V eingegeben. Demgemäß hängt die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle davon ab, ob auf der gewählten Abtastelektrodenzeile eine Signalelektrode gewählt ist oder nicht. Wenn nämlich eine Signalelektrode gewählt ist, sind die Flüssigkristallmolekül auf den ersten stabilen Zustand ausgerichtet. Wenn

sie dagegen nicht gewählt ist, sind die Moleküle auf den zweiten stabilen Zustand ausgerichtet. In jedem Fall steht die Ausrichtung eines jeden Bildelements in keiner Beziehung zu dem vorherigen Zustand.

Andererseits sind die allen Bildelementen C und D auf den nicht gewählten Abtastzeilen aufgegebenen Spannungen V bzw. -V, die beide als Absolutwert nicht oberhalb der Schwellenspannung liegen (Fig. 12C und 12D). Demgemäß behalten die den Bildelementen C und D entsprechenden Flüssigkristallmoleküle ohne Änderung die Ausrichtung, welche dem Signalzustand bei der letzten Abtastung entspricht. Wenn nämlich eine bestimmte Abtastelektrode gewählt ist, werden die der einen Zeile der gewählten Abtastzeile zugeordneten Signale geschrieben. Während des Zeitintervall von dem Zeitpunkt, an dem die Abtastung eines Bildes beendet ist, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die folgende Zeile gewählt ist, kann der betreffende Signalzustand aufrecht erhalten werden. Selbst wenn infolgedessen die Anzahl der Abtastelektroden zunimmt, ändert sich das Tastverhältnis nicht wesentlich, so daß eine Kontrastminderung und das Auftreten von Einstreuung usw. nicht möglich sind. In diesem Falle werden die Größe der Spannung V und die Zeitbreite der Phase (t,+t₂) = T gewöhnlich auf die Bereiche von 3 bis 70 Volt bzw. 0,1 psec. bis 2 msec, eingestellt, wenngleich diese Größen von der Dicke des FlUssigkristallmaterials oder der benutzten Zelle abhängen. Demgemäß bewirken die in die gewählte Abtastelektrode eingehenden elektrischen Signale den Obergang aus dem ersten stabilen Zustand (bezeichnet als "Hell"-Zustand, wenn sie in optische Signale umgesetzt werden) in den zweiten stabilen Zustand (bezeichnet als "Dunkel"-Zustand,

wenn sie in optische Signale umgesetzt werden), oder umgekehrt.

Claims (118)

TeDTKE - BüHLING - KlNT^ >".Gr*ÜPE . > J:.:. vertTeteTe'im epa r> ^ -λ"--" .'..-· -· — Dipl-Ing. H Tiedtke KeLLMANN - URAMS - OTRUIF Dipl.-Chem GBuhling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann O / / O Π 1 1 " Dipl.-Ing. K. Grams O H H J U I I Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring4, Postfach 20240C 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 - 537377 cable: Germaniapatent Müncher 26. November 1984 DE 4432 Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, da3 man

zwischen zwei Basisplatten eine FTüssigkristall-Phasengrenze zwischen einer monoaxial anisotropen Phase des Flüssigkristall, in der die Flüssigkristallmolekül in einer Richtung ausgerichtet sind ,und einer davon ungleichen Flüssigkristallphase bildet, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist,

den an der Phasengrenze liegenden Teil der ungleichen Phase unter Temperaturabsenkung in die monoaxial anisotrope Phase transformiert, in der die Flüssigkristallmoleküle parallel zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der vorgenannten monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind, und

die Phasenumwandlung von der Phasengrenze in einer zu der Phasengrenze senkrechten Richtung fortschreitend durchführt, so daß eine Monodomäne des Flüssigkristalls gebildet wird, in der dessen Moleküle in einer Richtung ausgerichtet sind.

Dresdner Bank !Manchem Klo 3939844 Deutsche Bank (München) KtO 2861060 Pos'.schecKamt (München) KtO 670-43-804

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengrenze linear verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die monoaxial anisotrope Phase zum Anfang an einer Grenze zwischen dem Flüssigkristall und einem Keimbildungselement bildet, das die Erzeugung eines FVüssigkristallkeims begünstigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase einen Temperaturgradienten aufweist, der in einer zu dem Keimbildungselement senkrechten und von diesem fortführenden Richtung zunimmt, und daß man die ungleiche Phase durch Kühlung unter Einhaltung des Temperaturgradienten in die monoaxial anisotrope Phase transformiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase die smektische Α-Phase ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die smektische Α-Phase zur Transformation in die chirale smektische Phase abkühlt.

7. Verfahren nach nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase die chirale smektische C-,H-, F-, I-, G-, K- oder J-Phase ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die chirale smektische Phase eine nicht-spiralige Struktur hat.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist, eine nematische, cholesterinische oder isotrope Phase ist.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement und die Basisplatten den Flüssigkristall horizontal ausrichten.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement streifenförmig ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Keimbildungselementen in Streifen angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement eine Seitenwand aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Keimbildungselement aus einem Harz oder einem anorganischen Material bildet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus

Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetal, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

16. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls, gekennzeichnet durch

eine Zellenstruktur mit zwei Basisplatten und einem zwischen ihnen angeordneten Keimbildungselement und

ein in einem bestimmten Abstand von dem Keimbildungselement angeordnetes, Wärme erzeugendes Element.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement streifenförmig ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Keimbildungselemente in Streifen angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement aus einem Harz oder einem anorganischen Material besteht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinyl-acetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz,

Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme erzeugende Element'ein Widerstandsheizelement ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme erzeugende Element ein Film-Widerstandsheizelement
ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Film-Widerstandsheizelement streifenförmig ausgebildet

24.'Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Film-Widerstandsheizelement nahe den Enden
ein größeres Wärmeerzeugungsvermögen als in seinem Mittelteil hat.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Film-Widerstandsheizelement in seinem mittleren Bereich breiter ist als an seinen Endbereichen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Film-Widerstandsheizelement in einem Streifen längs
des Umfangs wenigstens einer Basisplatte angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Phase ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Phase die smektische Α-Phase ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Basisplatten' elektrisch leitende, Elektroden bildende Filme ausgebildet

30. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines FTüssigkristalls, gekennzeichnet durch

eine Zellenstruktur mit einem Paar Basisplatten und einem zwischen den Platten angeordneten Keimbildungselement und ein planares Wärme erzeugendes Element.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement streifenförmig ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Keimbildungselementen in Streifen angeordnet sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement aus einem Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus

Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamid!mid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz,
Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

35. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das planare, Wärme erzeugende Element ein Widerstandswärme
erzeugendes Element ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das planare, Wärme erzeugende Element ein Film-Widerstandsheizkörper ist.

37.· Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Film-Widerstandsheizkärper eine Keilform hat.

38. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Phase ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Phase eine smektische Α-Phase ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß auf den gegenseitig gegenüberliegenden Flächen der zwei Basisplatten elektrisch leitende, Elektroden darstellende Filrce ausgebildet sind.

'

41. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls, gekennzeichnet durch

eine Zellenstruktur mit zwei Basisplatten, einer Verbindung mit bei spezifischen Temperaturen monoaxial anisotroper Phase und einem zwischen den beiden Basisplatten angeordneten Keimbildungselement,

Mittel zur Transformation der genannten Verbindung in eine Phase von höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase,

Mittel zur Schaffung eines Temperaturgradienten in der Phase höherer Temperatur von dem Keimbildungselement in der zu dem Element senkrechten Richtung, und

Mittel zur Temperaturabsenkung in der Phase höherer Temperatur unter Erhaltung des Temperaturgradienten, wodurch die Phase höherer Temperatur in die monoaxial anisotrope Phase transformiert wird.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase die snektische A-Phase ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Α-Phase zur Transformation in eine chirale smektische Phase abgekühlt wird.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase die chirale smektische C-, H-, F-,

I-, G-, K-"oder J-Phase ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine nicht-spiralige Struktur hat.

46. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist, eine nematische, cholesterinische oder isotropische Phase ist

47. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement aus einem Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetal, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

49. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Basisplatten Elektroden bildende, elektrisch leitfähige Filme ausgebildet sind.

50. Flüssigkristal1-Einrichtung, die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.

51. Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß man

zwischen zwei Basisplatten in unmittelbarem Kontakt mit einem zwischen den Basisplatten angeordneten Flüssigkristall ein die monoaxiale Ausrichtung steuerndes Element vorsieht,

eine monoaxial anisotrope Phase des Flüssigkristalls bildet, in der die Flüssigkristallmoleküle zuerst in der Nähe der Phasengrenze zu dem die monoaxiale Ausrichtung steuernden Element in einer Richtung ausgerichtet werden, wobei eine von der genannten monoaxial anisotropen Phase ungleiche Phase des Flüssigkristall verbleibt, die eine Phase höherer Temperatur als die genannte anisotrope Phase ist und von dieser durch eine Phasengrenze getrennt ist,

einen Teil der der Phasengrenze anliegenden ungleichen Phase unter Tenperaturabsenkung in die monoaxial anisotrope Phase transformiert, in der die Flüssickristallrroleküle parallel zur Richtung der Moleküle in der vorgenannten nonoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind, und

fortlaufend die Phasentransformation von der Phasengrenze in einer zu dieser senkrechten Richtung durchführt, wodurch eine Monodomäne des Flüssigkristalls gebildet wird, in der die Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung ausgerichtet sind.

-Ί1 -'

52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengrenze linear verläuft.

53. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase einen Temperaturgradienten aufweist, der in einer zu dem die Monoaxial orientierung steuernden Element senkrechten und von diesem fortführenden Richtung zunimmt, und daß man die ungleiche Phase durch Kühlung unter Einhaltung des Temperaturgnadienten in die monoaxial anisotrope Phase transformiert.

54. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Α-Phase ist.

55.." Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß man die smektische Α-Phase zur Transformation in eine chirale smektische Phase abkühlt»

56. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine chirale smektische C-, H-, F-, I-, G-, K- oder J-Phase ist.

57. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine nicht-spiralige Struktur hat.

58. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist, eine nematische, cholesterinische

oder isotrope Phase ist.

59. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element und die Basisplatten den Flüssigkristall horizontal ausrichten.

60. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element streifenförmig ist.

61. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von die monoaxiale Ausrichtung steuernden Elementen in Streifen angeordnet sind.

62. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element eine Seitenwand mit einer diese Ausrichtung steuernden Funktion aufweist.

63. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element aus einem Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

64. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz,

Harnstoffhärz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

65. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls, gekennzeichnet-durch

eine Zellenstruktur mit zwei Basisplatten und einem zwischen den Platten angeordneten, die monoaxiale Ausrichtung steuernden Element, und

' ein in einem bestimmten Abstand von dem die Ausrichtung steuernden Element angeordneten, Wärme erzeugenden Element.

66. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element streifenförmig ausgebildet ist.

67. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von die monoaxiale Ausrichtung steuernden Elementen in Streifen angeordnet sind.

68. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungelement aus einem Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

69. Vorrichtung nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melarninharz,

Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

70. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme erzeugende Element'ein Widerstandsheizkörper ist.

71. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme erzeugende Element ein Film-Widerstandsheizkörper

72. Vorrichtung nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß der Film-Widerstandsheizkörper streifenförmige Gestalt hat.

73. Vorrichtung nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Film-Widerstandsheizelement nahe den Enden ein größeres Wärmeerzeugungsvermögen als in seinem mittleren Teil hat.

74. Vorrichtung nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Film-Widerstandsheizelement in seinem mittleren Bereich breiter als in seinen Endbereichen ist.

75. Vorrichtung nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß das Film-Widerstandsheizelement in einem Streifen längs des Umfangs wenigstens einer Basisplatte angeordnet ist.

76. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Phase ist.

77. Vorrichtung nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Phase eine smektische Α-Phase ist.

78. Vorrichtung nach' Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß auf den gegenüberliegenden Seiten der beiden Basisplatten als Elektroden dienende, elektrisch leitfähige Filme ausgebildet sind.

79. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines FVüssigkristalls, gekennzeichnet durch

eine Zellenstruktur mit zwei Basisplatten und einem zwischen den Platten angeordneten, eine monoaxiale Ausrichtung steuernden Element, und

ein planares, Wärme erzeugendes Element.

80. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß das planare, Wärme erzeugende Element eine in Richtung senkrecht zu dem die monoaxiale Ausrichtung steuernden Element und mit wachsender Entfernung von diesem zunehmende Wärmemenge erzeugt.

81. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element streifenförmig ist.

82. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von die monoaxiale Ausrichtung steuernden Elementen in Streifen angeordnet ist.

' 83. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element aus einem
Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

84. Vorrichtung nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens eine Substanz aus der Gruppe ist, die aus
Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat Polyamid, Polystyrol. Zelluloseharz, Melaminharz,
Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

85. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß das planare, Wärme erzeugende Element ein Widerstandsheizkörper
ist.

86. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß das planare, Wärme erzeugende Element ein Film-Widerstandsheizkörper ist.

87. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Film-Widerstandsheizkörper Keilform hat.

88. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Phase ist.

89. Vorrichtung nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Phase eine smektische Α-Phase ist.

90. Vorrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Basisplatten elektrisch leitfähige Filme als Elektroden ausgebildet sind.

91. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung eines Flüssigkristalls, gekennzeichnet durch

eine Zellenstruktur mit zwei Basisplatten, einer bei spezifischen Temperaturen eine monoaxial anisotrope Phase aufweisenden Verbindung und einem zwischen den beiden Basisplatten angeordneten, die Monoaxialausrichtung steuernden Element,

Mittel zur Transformierung der genannten Verbindung in eine Phase höherer Temperatur als die genannte monoaxial anisotrope Phase,

Mittel zur Schaffung eines Temperaturgradienten von dem die Monoaxialausrichtung steuernden Element in der zu diesem Element senkrechten Richtung in der genannten Phase höherer Temperatur, und

Mittel zur Temperaturabsenkung der genannten Phase höherer Temperatur unter Erhaltung dieses Temperaturgradienten, wodurch die Phase höherer Temperatur in die monoaxial anisotrope Phase transformiert wird.

92. Vorrichtung nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Α-Phase ist.

93. Vorrichtung nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Α-Phase zur Transformierung in eine chirale

smektische*Phase abgekühlt wird.

94. Vorrichtung nach Anspruch 93, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase· eine chirale smektische C-, H-, F-, I-, G-, K- oder J-Phase ist.

95. Vorrichtung nach Anspruch 93, dadurch gekennzeichnet, daß die ch'irale smektische Phase eine nicht-spiralige Struktur

96. Vorrichtung nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase, die eine Phase höherer Temperatur als die monoaxial anisotrope Phase ist, eine nematische, cholesterinische oder isotrope Phase ist.

97. Flüssigkristall-Einrichtung, die man durch ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung des Flüssigkristalls erhalten hat, dadurch gekennzeichnet, daß man

zwischen zwei Basisplatten in unmittelbarem Kontakt mit einem zwischen den Basisplatten angeordneten Flüssigkristall ein die monoaxiale Ausrichtung steuerndes Element vorsieht,

eine monoaxial anisotrope Phase des Flüssigkristall bildet, in der die Flüssigkristallmoleküle zuerst in der Nähe der Phasengrenze zu dem die monoaxiale Ausrichtung steuernden Element in einer Richtung ausgerichtet werden, wobei eine von der genannten monoaxial anisotropen Phase ungleiche Phase des Flüssigkristall verbleibt, die eine Phase höherer Temperatur als die genannte aniso-

trope Phase ist und von dieser durch eine Phasengrenze getrennt ist,

einen Teil der der Phasengrenze anliegenden ungleichen Phase unter Temperaturabsenkung in die monoaxial anisotrope Phase transformiert, in der die Flüssigkristallmoleküle parallel zur Richtung der Moleküle in der vorgenannten monoaxial anisotropen Phase ausgerichtet sind, und

fortlaufend die Phasentransformation von der Phasengrenze in einer zu dieser senkrechten Richtung durchführt, wodurch eine Mcmodomäne des Flüssigkristalls gebildet wird, in der die Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung ausgerichtet sind.

98. Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 59 und 61, dadurch gekennzeichnet, daß man als das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element ein zylindrisches Element einsetzt.

99. Verfahren nach Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element als Glasfaser ausgebildet ist.

100. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16, 18 oder 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement ein zylindrisches Element ist.

101. Vorrichtung nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element aus einer Glasfaser besteht.

102. Vorrichtung nach Anspruch 100 oder 101, dadurch gekennzeichnet, daß der Film-Widerstandsheizkörper eine keilförmige

Gestalt hat.

103. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 41 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement ein zylindrisches Element ist.

104. Flüssigkristall-Einrichtung, die durch das Verfahren nach Anspruch 51 erhalten wurde und in der das die monoaxiale Ausrichtung steuernde Element ein zylindrisches Element ist.

105. Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines FVüssigkristalls, dadurch gekennzeichnet, daß man

eine Zelle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufbaut, die zwei Basisplatten, einen Flüssigkristall, der bei spezifischen Temperaturen zur Bildung einer monoaxial anisotropen Phase und bei über den spezifischen Temperaturen liegenden Temperaturen zur Bildung einer Phase höherer Temperatur befähigt ist, sowie ein relativ zu dem Zellenaufbau bewegliches Heizmittel aufweist, und

das bewegliche Heizmittel relativ zu dem Zellenaufbau von dem ersten zu dem zweiten Ende bewegt, wodurch der Flüssigkristall veranlaßt wird, an den durch die beweglichen Heizmittel erhitzten Teilen die Phase höherer Temperatur und während der nachfolgenden Temperaturabsenkungsstufe die monoaxial anisotrope Phase zu bilden.

106. Verfahren nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenaufbau mit einem Keimbildungselement versehen ist

und die monoaxial anisotrope Phase zu Anfang an der Grenze zwischen der genannten Verbindung und dem Keimbildungselement gebildet wird.

107. Verfahren nach Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, daß das Keimbildungselement streifenförmig ist.

108. Verfahren nach Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, daß das Ke'imbildungselement aus einem Harz oder einem anorganischen Material gebildet ist.

109. Verfahren nach Anspruch 108, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz wenigstens ein Material aus der Gruppe ist die aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Zelluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz und Fotoresist-Harz besteht.

110. Verfahren nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle mit mehreren Distanzstücken versehen ist.

111. Verfahren nach Anspruch 110, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke streifenförmig sind.

112. Verfahren nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß die monoaxial anisotrope Phase eine smektische Phase ist.

3AA3011

113. Verfahren nach Anspruch 112, dadurch gekennzeichnet, · daß die smektische Phase eine smektische Α-Phase ist.

114. Verfahren nach Anspruch 113, dadurch gekennzeichnet, daß man die smektische Α-Phase zur Transformation in eine chirale smektische Phase abkühlt.

115. Verfahren nach Anspruch 114, dadurch gekennzeichnet, da-ß die chirale smektische Phase eine nicht-spiralige Struktur

116. Verfahren nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleiche Phase, die eine Phase höherer Temperatur als die genannte monoaxial anisotrope Phase ist, eine nematische, cholesterinische oder isotropische Phase ist.

117. Verfahren nach Anspruch 114, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine chirale smektische C-, H-, F-, I-, G-, K- oder Ü-Phase ist.

118. Flüssigkristall-Einrichtung, die nach einem Verfahren der Ansprüche 105 bis 117 erhalten wurde.