DE1916248B2 - Farbmodulator mit einem elektrooptischen kristall - Google Patents

Description

seltenen Erden, χ eine Zahl zwischen 0 und 1,0 55 für die unregelmäßigen Ferroelektrika mit ihren fenu- und c eine Zahl zwischen 0 und 0,2 bezeichnet. elastischen Verhalten besteht nun ein entsprechender

Zusammenhang auch zwischen der resultierenden inneren Gitterspannung im Kristall einerseits und der von außen angelegten mechanischen Spannung andererseits.

Für regelmäßige Ferroelektrika zeigt eine nähere

Betrachtung, daß zwar auch für den Fall langsamer

Feldänderungcn eine rechteckige Hysteresisschleife mit einem Koerzilivfeld zu beobachten ist, daß aber

)ie Erfindung betrifft einen Farbmodulator mit 65 dieses Koerzitivfeld mit Verringerung der Frequenz :m Paar parallel zueinander ausgerichteter PoIa- für die Feldänderung rasch abnimmt. Darüber hinaus torplatten, zwischen denen hintereinander eine gibt es bei diesen regelmäßigen Ferroelektrika noch ipelbrcchende Phasenplatte mit fester Phascnver- einen Zusammenhang zwischen der von außen an-

(R_xR₁- J₂O₃ 3Mo_{1 (}.W_PO,
ist, in der R und R' wenigstens ein Element der

5. Farbmodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transparent ausgebildeten Elektroden (6) aus Zinn- oder Indiumdioxid bestehen.

liegenden elektrischen Spannung einerseits und der Umschaltzeit der Ferroelektrika andererseits, daß bei Anlage über eine extrem lange Zeitdauer auch sehr kleine Spannungen zur Polarisationsumkehr und damit zum Umschalten der Ferroclektrika ausreichen. Diese regelmäßigen Ferroelektrika zeigen somit letztlich insoweit kein absolut bistabiles Verhalten.

Weiterhin sind bei den regelmäßigen Ferroelektrika die optischen Eigenschaften unabhängig von der Polarität der dielektrischen Polarisation. Es läßt sich lediglich im Verlaufe einer Umkehrung der dielektrischen Polarisation ein Zwischenzustand feststellen, in dem es zur Ausbildung von inneren mechanischen Spannungen und damit zum Auftreten einer spannungsinduzierten Doppelbrechung in den betroffenen Kristallen kommt. Elektrooptische Krislalle, die in ihrer paraelektrischen Phase ein regelmäßiges Verhalten zeigen, brauchen zur Beeinflussung der Kristalle durch äußere elektrische Felder sehr große Steuerspannungen in der Größenordnung von mehreren kV, während in der fcrroelektrischen Phase zur Umkehr der Polarität der spontanen dielektrischen Polarisation äußere elektrische Felder mit der Koerzilivfeldslärke der betreffenden Kristalle entsprechender Feldstärke genügen, zu deren Erzeugung bei den üblichen Kristalldicken Steuerspannungen in der Größenordnung von nur 100 V ausreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faibmodulalor der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er mit Hilfe von Steuerspannungen relativ geringer Höhe betrieben werden kann und dabei ein frequenz- und zeit unabhängiges Verhalten zeigt, sti daß die Farbe des durchgelassenen Lichtes jeweils nur durch die äußere Steuer>pannung bestimmt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektrooplische Kristall ein unregelmäßig ferroelektrischer Krisfill mil einer Verdrehung um 90 um die c-Achse entsprechender Verformung bei Umkehr der Richtung seiner spontanen dielektrischen Polarisation ist und daß das anlegbare elektrische Feld das Koerzilivfcld des Ferroelektrikums mindestens erreicht.

Grundlage der vorliegenden Erfindung ist dabei die Möglichkeit, die Verzögerung, die Licht beim Durchgang durch optische Kristallplatten erleidet, je nach der Wellenlänge des betroffenen Lichtes unterschiedlich zu gestalten, so daß die farbliche Zusammensetzung des Lichtes vor und nach dem Durchgang durch die Kristallplatten eine andere ist.

Diese Möglichkeit ist eine Folge der allen unregelmäßigen Ferroelektrika gemeinsamen Eigenschaft, daß deren Kristalle bei Umkehr der Richtung der spontanen dielektrischen Polarisation eine Verformung erfahren, die einer Verdrehen·.! der Kristalle um 90 um ihre <-Achse entspricht. Aufgrund dieser allen unregelmäßigen Ferroelektrika gemeinsamen Eigenschaft kommt es nämlich bei Anlage eines die Koei/itivfeldslärkc überschreitenden elektrischen beides an eine Z-PIatlc aus einem solchen Kristall zu tv« einer Umkehrung der spontanen Polarisation und gleichzeitig zu einer Vertauschuny ileii/- und /i-Achsen dieser Kristallplalte. die wiederum von einer entsprechenden Änderung im Brechungsindex begleitet ist, se) daß sich für zwei Lichtkoinponcnlcu mit zu- <<s einander senkrechter Polarisationsrichtung beim Durchgang durch diese Z-Platte eine gegenseitige Verzögerung erzielen läßt. Diese Funktionsweise läuft reversibel in Entsprechung zur positiven oder negativen Richtung der dielektrischen Polarisation in der Krislallplatle ab, und außerdem ist ein bistabiler Betrieb möglich.

Die im Sinne der Erfindung eingesetzten unregelmäßigen Ferroelektrika zeigen eine Hysteresisschleife sowohl hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen dem anliegenden elektrischen Feld einerseits und der spontanen dielektrischen Polarisation andererseits, als auch für den Zusammenhang zwischen einer anliegenden mechanischen Spannung einerseits und der spontanen dielektrischen Polarisation andererseits und für den Zusammenhang zwischen dem anliegenden elektrischen Feld und der spontanen mechanischen Spannung. Außerdem lassen sich solche Ferroelektrika durch äußere elektrische Felder, deren Feldstärke unterhalb der Koerzitivfeldstärke des betreffenden Ferroelektrikums liegt, auch bei beliebig langer Anlage dieser Feldei nicht beeinflussen, da eine Umkehr des jeweils vorhandenen Polarisationszustandes für die Kristalle eines solchen unregelmäßigen Ferroelektrikums an die Anlage eines äußeren elektrischen Feldes von entgegengesetztem Vorzeichen und mindestens die Koerzitivfeldstärke erreichender Feldstärke gebunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekernzeichnet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugt e A usführungsbeispiele veranschaulicht sind: im einzelnen zeigt in der Zeichnung:

F i g. I einen Ausschnitt aus dem Indikatrix-Ellipsoid für einen biaxial doppelbrechenden Kristall.

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Farbinterferenz für durch einen biaxial doppelbrechender Krislall hindurchgehende Lichtsirahlen,

F i g. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der De formation der Einheitszelle eines unregelmäßig ferro elektrischen Kristalls bei Umkehr seiner Polarisation

F i g. 4 eine Hysteresisschleife für den Zusammen hang zwischen einem äußeren elektrischen Feld unc der dielektrischen Polarisation bei einem unregel mäßig ferroelektrischen Kristall,

F i g. 5 eine Hysteresisschleife für den Zusammen hang zwischen einem äußeren elektrischen Feld unc der inneren mechanischen Gitterspannung bei einen unregelmäßig ferroelektrischen Kristall,

F i g. 6 einen weiteren Ausschnitt aus dem Indi katrix-Ellipsoid für einen biaxia' doppelbrechender Kristall,

Fig. 7 emen Schnitt durch einen unregelmäßij ferroelektrischen Kristall für die Herstellung eine Modulaiionselements,

F i μ S cine sehematischc Schnittansicht eines Aus fiihrungsbeispiels für einen Farbmodulator mit einen unregelmäßig ferroelektrischcn Kristall,

F i g. 9 einen Schnitt durch ein weiteres Aus fiihrungsbcispiel für einen solchen Farbmodulator

1- i g. K) einen Schnitt durch noch ein weitere Ausführungsbcispiel,

F i g. I I ein CIE-Farbtonblalt zur Darstellung de Beziehungen zwischen der Farbinterferenz, und de Verzögerung des von den gezeigten Farbmodulalorei durchaclassenen Lichts, wobei der unregelmäßig ferro elektrische Kristal' zwischen zwei Polarisationsplatlei angeordnet ist. die in Krcuzpolarisalionsstclluiij stehen.

Fig. 12 ein weiteres CIE-Farbtonblall zur Darstellung der gleichen Beziehungen wie in F i {.'.. 11, mit der Ausnahme, daß die beiden Polarisalionsplatten in Parallelpolarisalionsstellung stehen, und

Fig. 13 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel, das zur Prüfung der mil dem unregelmäßig ferroelekIrischen Kristall verbundenen Elektrode verwendet werden kann.

Wie bekannt, wird ein Strahl von auf einen optisch biaxial doppelbrechenden Kristall einfallendem Licht in zwei außerordentliche Strahlen aufgeteilt, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Die Polarisationsebenen dieser beiden außerordentlichen Strahlen stehen aufeinander senkrecht. Wenn man die optoelastischen Hauptachsen des Kristalls mit A", Y und Z und die Brechungsindizes für drei Paare von doppeibrechenden Strahlen, die sich aus den längs der drei Hauptachsen einfallenden Strahlen ergeben, mit n_r π ; n_f, n_y; η_τ, n_ß bezeichnet, ergibt sich das in F i g. I dargestellte Indikatrix-Ellipsoid für den Kristall.

In einem Kristall mit einem solchen Indikatrix-Ellipsoid wird die Verzögerung eines außerordentlichen Strahls gegenüber dem anderen, während sich ein längs einer optoelastischen Hauptachse einfallender Strahl durch den Kristall über eine Entfernung d fortpflanzt, durch folgende sich auf die Hauptachsen beziehenden Formeln ausgedrückt:

schriebenen Weise angeordneten doppeibrechenden Kristall besteht, hängt die Intensität des hindurchgelassenen Lichts von der Dicke des Kristalls und der Neigung des Polarisators und des Analysalors relativ zur kristallographischcn Achse des Kristalls ab. Wenn man nun annimmt, daß das einfallende Licht ein kontinuierliches Spektrum aufweist, das den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts überdeckt, wie z. B. in dem Fall des weißen Lichts einer Glühlampe,

ίο und das der Polarisator und der Analysator mit ihren Polarisalionsrichtungen PP' und AA' senkrecht zueinander und unter 45 zu den optoelastischen Hauptachsen A", V des biaxialen Kristalls geneigt sind, sind Lichtwellen mit durch folgende Formel bestimmten Wellenlängen linear polarisiert, wenn sie aus dem Kristall austreten, wobei die Schwingungsebene solcher Lichtstrahlen parallel zur Achse PP' des Polarisators und senkrecht zur Achse AA' des Analysators steht:

20 ^AO = d (n„- ηJ
(worin k eine ganze Zahl bedeutet).

Daher werden diese Lichtwellen durch den Analysator völlig zurückgehallen. Andererseits sind Lichtwellen mit Wellenlängen, die durch die folgende Formel bestimmt sind, ebenso linear polarisiert, wenn sie aus dem Kristall austreten:

R_x = d (n_y - n_ß) Ry = d in_y - H₁₁) R₇ = d (n_ß - H₁),

.10

(D

worin π_α,n_p, n_y Brechungsindikatrizes der polarisierten Lichtstrahlen bezeichnen, deren Schwingungsebenen parallel zur X- bzw. Y- bzw. Z-Achse liegen.

Das Prinzip der Interferenz der Lichtstrahlen, die durch einen biaxial doppeibrechenden Krislall hindurchgegangen sind, soll im folgenden unter Bezugnähme auf F i g. 2 erläutert werden.

In F i g. 2 wird ein als Z-Platte geschnittener doppelbrechender Kristall 3 mit einer Dicke d zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 angeordnet, deren Polarisationsrichtungen sich kreuzen, die also in sogenannter Polarisationskreuzungsbeziehung stehen, wobei die Hauptflächen des Kristalls parallel zum Polarisator 1 und zum Analysator 2 angeordnet sind, und ein Lichtstrahl 4 senkrecht zum Polarisator 1 gerichtet. Wenn der Kristall 3 um die Z-Achse gedreht wird, bis seine X-Achse (oder V-Achse) mit der Polarisationsebene PP' des Polarisators 1 übereinstimmt, wird die Intensität des durch den Analysator 2 durchgelassenen Lichts O, du die Schwingungsebene des durch den Kristall 3 hindurchtretenden Lichts die gleiche Richtung hat wie die Durchlaßachse PP' des Polarisators 1. Wenn dagegen der Kristall 3 z. B. im Uhrzeigersinn weitergedreht wird, so wird das durch den Kristall 3 hinduTchtretende Licht zunächst in Uhrzeigerrichtung, dann entgegen der Uhrzeigerrichtung elliptisch polarisiert und schließlich, nach einer Drehung um 180 , linear polarisiert, während die durch den Analysator 2 hindurchgelassene Lichtmenge in Abhängigkeit von dieser Schwankung in der Lichtpolarisation variiert.

Wenn monochromatisches Licht durch ein optisches System hindurchtritt, das aas einem zwischen einem Polarisator und einem Analysator in der be-(2/ί + 1)

= d{n„ - nj.

Doch ist die Schwingungsebcno dieser Lichtstrahlen senkrecht zur Achse PP' des Polarisators. Daher treten diese Strahlen urlgeschwächt durch den Analysator hindurch.

Indessen sind Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen als denen, die durch die Formeln (2), (3) bestimmt werden, elliptisch oder zirkulär polarisiert. wenn sie aus dem Krislall austreten, und ein Teil der Lichtstrahlen geht durch den Analysator 2 hindurch. Daher werden im Spektrum des aus dem Analysator 2 austretenden Lichts bestimmte Wellenlängen (entsprechend den durch Formel (2) bestimmten) fehlen, während andere bestimmte Wellenlängen (die durch die Formel (3) bestimmt sind) besonders hervorgehoben werden, und daher erscheint dieses Licht gefärbt.

Andererseits ergibt, wenn man annimmt, daß der Polarisator 1 und der Analysator 2 mit ihren Polarisationsrichtungen zueinander parallel, jedoch wieder unter 45 geneigt zu den optoelastischen Haoptachsen X, Y des Kristalls 3 angeordnet sind, die Formel (2) die Wellenlängen der minimalen Intensität und die Formel (3> die stärksten Wellenlängen. Daher ist bei dieser Anordnung die Farbe des dorcfegelassenen Lichts komplementär zur Lichtfarbe im vorangehenden FaIL

Wenn man annimmt, daß A₁ und A₂ zwei benachbarte Wellenlängen bezeichnen, die eine Spitzenintensität ergeben, werden folgende Bedingungen er-RiHt:

Daher gilt

₌ ι 4.

Aus der vorstehenden Formel erkennt man, daß das Verhältnis /.,//.₂ für einen gegebenen Wert von A₁ einen verhältnismäßig großen Wert annimmt, wenn d klein ist, sich gedoch I nähert, wenn d groß wird. So wird, wenn der Kristall sehr dünn ist, die Breite des Ausgangsspektrums, das A, als Spitzenwcllenlängc darin einschließt, groß, wodurch der ganze sichtbare Bereich fast gleichmäßig überstrichen wird.

Dementsprechend erscheint das durchgelassene Licht nahezu weiß. Bei einer geeigneten Dicke d des Kristalls wird der Abstand zwischen der Wellenlänge mit Maxirnalintensität und der mit Minimalintensität im Spektrum des durchgelassenen Lichtes ein passender Wert, und das Licht ist deutlich gefärbt. Wenn dagegen die Dicke des Kristalls gesteigert wird, wird der vorerwähnte Abstand im Spektrum so eng, daß das Licht nur eine Zahl von Linienspektren verschiedener Farben umfaßt und die deutliche Farbe verlorengeht. Tatsächlich erscheint, wenn der Kristall von erheblicher Dicke ist, das durchgelassene Licht für ungeübte Augen fast weiß, und das Erkennen der Farbeiemente im Spektrum ist nur bei Verwendung eines Spektroskops möglich. Das heißt, daß, wenn die Anordnung gemäß F i g. 2 als Filter zum Durchlassen monochromatischen Lichts verwendet wird, die Dicke d des Kristalls einen Optimalwert hat. Zum Beispiel ist eine Beziehung zwischen der Verzögerung R [R - \n<\) und der Interferenzfarbe gemäß vorstehender Beschreibung in der folgenden Tabelle I gezeigt:

Tabelle

entspricht Mit dieser Verschiebung in den Abmessungen ändern sich andere Eigenschaften des Kristalls = ι + ...^Λ| (4) entsprechend.

+ I'- <l(n_ß - »J Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren Tür die Über

führung eines unregelmäßig ferroelektrischen Kristalls aus einem Zustand in den anderen oder umgekehrt. Nach nur einem Verfahren übt man auf einen Kristall, der im Zustand (a) nach F i g. 3 ist, eine Druckkraft in Richtung der Achse b aus.

Wenn die Druckkraft einen bestimmten Wert überschreitet, gehl der Kristall in den Zustand (b) über, und die Polarität der elektrischen Ladung an den beiden Endflächen senkrecht zur Richtung der spontanen Polarisierung wird umgekehrt. Diese Erscheinung entspricht der Erzeugung einer elektrischen Ladung oder elektromotorischen Kraft aufgrund einer mechanischen Spannung. Dabei wird die Beziehung zwischen der Spannung X und der Dichte der elektrischen Ladung durch eine in F i g. 4 dargestellte Hystercsisschleifc dargestellt, und beide Zustände (a) und (b) sind ohne elektrisches Feld oder mechanische Spannung stabil. Das andere Verfahren zur Umwandlung des Zustandes des Kristalls sieht die Anlegung eines elektrischen Feldes an den Krislall in der der spontanen Polarisation entgegengesetzten Richtung vor, wie beschrieben wurde. Dabei ist die Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und der mechanischen Spannung wie in Fig. 5, wo ebenfalls die Hysterese-Eigenschaften dargestellt sind.

Bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall zeigt die Beziehung zwischen der äußeren mechanischen Spannung und der inneren Gitterspannung ebenfalls Hysterese-Eigenschaften. Ein solches mechanisches Verhalten ist von der Elastizität oder Plastizität gewöhnlichen Materials gänzlich verschieden, und es ist eine eher mit Ferroelektrizität oder Ferromagnetismus vergleichbare Eigenschaft. Daher mag es »Ferroelastizität« genannt werden, und ein unregelmäßig ferroelektrischer Kristall kann als ferroelektrisch und gleichzeitig ferroelaslisch angesehen weiden. Es wurde gefunden, daß einige zu den Punktgruppen mm 2, 2-1 und 2-11 gehörenden Kristalle in die Kategorie der unregelmäßig ferroelektrischen Stoffe fallen. Die folgende Tabelle 2 zählt diese Kristalle unter den entsprechenden Gruppenindizes imm2, ϊ2-1 und i2-Il solcher Kristalle auf:

Tabelle

Intcrferenzlarbc

Rot

Violett

Blau

Azurblau

Grün

Gelb

Rot

Blau

Grün

Gelb

Grün

Weiß

Punkt-Gruppe

imm2 Material

55

In unregelmäßig ferroelektrischen Kristallen ändert sich nun die innere Gitterspannung in AbhäHgigkeit von der Richtung der spontanen dielektrischen Polarisation, die sich wiederum durch ein äußeres elektrisches Feld umkehren läßt. Diese Zusammenhänge sind in F i g. 3 dargestellt, wo h, k and I die Länge der Kanten des Kristalls längs der kristallographischen Achsen a, b und c bezeichnen. Dabei wird der Kristall im Zustand (aj in Richtung der Achse b ausgedehnt, während er im Zustand (b) m Richtung der Achse α verlängert wird. Das heißt, daß der K ristail im Zustand (a) dem im Zustand (b} nach 90 -Dehntmg ma die Achse c

i2-H

60 Gadolinium-Molybdat (OMO), Kalramdihydrogenphosphat {in der ferroelektrischen Phase) noch nicht entdeckt Rochelle-Salz, Cadmium-Ammonium-Sulfat, Dodecylhydrat des Aluminiuramethyl-Ammoniumstdfats

Es wurde als Ergebnis von Unters.uchungen ge* runden, daß GMO and seine kristallographischen Isomorphen, d. h.

= 3 Mo₁ .,V^ (worin R und R' wenigstens ein Element der seltenen

718515/157

Erden, χ cine Zahl zwischen O und 1,0 und e eine Zahl zwischen 0 und 0,2 bedeutet) Kristalle mit ferroelektrisch - ferroelastischer Phase, zur Punklgruppe mm2 gehörig, bilden, eine Curie-Temperatur von angenähert 160'C aufweisen, unregelmäßig ferroelektrische Eigenschaften bei einer Temperatur vom Curie-Punkt bis zu einer äußerst niedrigen Temperatur zeigen, in welchen Bereich natürlich die Raumtemperatur fallt, in Wasser unlöslich sind, sowohl gegen Feuchtigkeit als auch gegen Entwässerung beständig sind und eine hohe mechanische Festigkeit haben. Außerdem kann ihr Curie-Punkt bis auf Raumteniperaturniveau gesenkt werden, indem man eine isomorphe feste Lösung bildet.

Beim vorliegenden Farbmodulator kann also GMO oder eines seiner genannten Isomorphe (im folgenden als GMO-Kristall bezeichnet) verwendet werden, das (der) zum orthorhombischen System im kristallographisehen Sinn gehört.

Die Einheitszellenabmessungen von GMO, wurden unier Einsatz eines zu diesem Zweck eingerichteten Röntgengoniometers und nach dem Röntgenbeugungsverfahrcn wie folgt bestimmt:

a = 10.38 ±0,005 A.
b := 10,426 ±0,005 A,
r = 10,709 ±0,005 A.

Was Eu₂ (MoOJ₃, Tb₂ (MoO₄J₃, Dy₂ (MoO₄)₃ und Sm₂ (MoO₄), betrifft, die mit GMO isomorph sind, wurde aus Messungen nach dem Röntgenbeugungsverfahren gefunden, daß die Einheitszellenabmessung längs der α-Achse von der längs der £>-Achse in allen diesen Kristallen abweicht, wie die Tabelle 3 zeigt:

Tabelle 3

Material

o(A)

Λ (Aj

Eu₂(MoO₄).,
Gd₂(MoO₄J₃
Dy₂(MoO₄J₃
Sm₂(MoO₄Jj

10,377 ± 0,005
10,388 + 0,005
10,331 ± 0,005
10,478 + 0,005

10,472 -i 0,005 10,426 i 0,005 10,346 ± 0,005 10,511 + 0,005 10,655 ± 0,005
10,709 ± 0,005
10,603 ± 0,005
10,856 + 0,005

Der verwendete unregelmäßig ferroelektrische Kristall kann einer der Einkristalle von chemischen Verbindungen, die mit dem GMO-Kristall isomorph sind, oder eine feste Lösung solcher chemischen Verbindungen sein. Einige davon wurden in Tabelle 3 angegeben.

Die Struktur eines solchen Kristalls wird durch die Größe der darin verwendeten positiven Ionen sehr beeinflußt. Wenn das positive Ion zu groß oder zu klein ist, erhält man eine abweichende Struktur. Die Arrhenius-Ionen-Radien von Ionen der seltenen Erden sind wie folgt: Sm⁺³ 1,00A, Eu⁺³ 0,98 A, Gd⁺³ 0,97A, Tb0,93A und DyO,92Ä. Daher zeigt jede Verbindung der Formel (R_xRi-J₂O₃ · 3Mo₁-^W₁₁O₃, die mit einem dieser Ionenradien gebildet ist, die gleiche GM O-Kristallstruktur.

Der GMO-Kristall gehört zum orthorhombischen System und zur Punktgruppe mm2 und hat eine spontane Gitterspannung von

Ein Kristall mit solchen Einheitsabmessungen wird durch die Ausrichtung stark beeinflußt. Der GMO-Kristall hat folgende Eigenschaften:

Farbe keine Farbe und durchsichtig

Dichte 4600 kg/m³ ^

Punktgruppe orthorhombisch, mm 2,

(ferroelektrische Phase), bei

einer Temperatur unter dem

Curie-Punkt;

tetragonal 4 2 m, (para-

elektrische Phase), bei einer

Temperatur oberhalb des Curie-Punkts

Phasenübergangs

temperatur 162 ± 3 C

Schmelzpunkt 1170 C

Spaltfläche (1 1 0), (0 0 1)

Relative Dielektrizitätskonstanten in der
Richtung der

Achsen a, b und c. ..>,.= 10,5, f_a = i_b = 9.5
(bei 20^rC)

Spontane Polari-

sation 1,86· 10"³ --V,

(längs der Achse c)

Spontane Gitterspannung 1.5 - io~³

Elastische Aus- _₂

Weitung 25 ■ 10"

Koerzitivfeld 6 · 10⁵

Koerzitivspannung 1,4 - 10^s

Beständigkeit gegen Wasser und Chemikalien gut

Verwitterung oder Diliqneszenz fceine

Die folgende TabdBe 4 zeigt einige der Isomorphen des GMO-KristaUs. Reaktioosmateriaüea and Broe zur Bildung der Kristalle erfewIerSchen Me&gen sied ebemafls m der Tabelle aagegebea:

Tabelle 4

Chemische l-urmel des I ink ι isuilis

iKeaklionsslolTl Misch verhüll η is MnIyIxIaI seltene l-.rde

	Sm,(MoO4),	431,8	(Od2O3) 180,9	(Sm2O3) 348,7	(Sm2O3) 174,3
3	Lu2(MoO4),	431,8	(Gd2O3) 180,9	(Eu2O3) 352,0	(Eu2O3) 176,0
4	Dy2(MoO4).,	431,8	(Gd2O3) 180,9	(Dy2O3) 373,0	(Tb2O3) 187,2
5	Tb2(MoO4).,	833,6	(Gd2O3) 180,9	(Tb2O3) 748,8	(Dy2O3) 186,5
6	(Gd0.5Sm0.5)2(MoO4)3	431,8	(Gd2O3) 343,7		(Yb2O3) 19,7
7	(Gd05Eu11S)2(MoO4I3	431,8	(Gd2O3) 343,7		(Ho2O3) 18,9
8	(Gd0,5Tbn-5)2(MoO4)3	431.8	(Gd2O3) 343,7		(Lu2O3) 19,9
9	(Gd0-5 Dy0-5 )2(MoO4)3	431,8	(Gd2O3) 343,7		(Tm2O3) 193
10	(Gd11-115 Yb0-05 J2(MoO4I3	431,8	(Gd2O3) 343,7		(Sc2O3) 6,9
11	(Gd0.95Ho0.05)2(MoO4)3	431,8	(Gd2O3) 343,9		(La2O3) 163
12	(Gd095Lu005I2(MoO4).,	431,8	(Gd2O3) 343,9		(Pr6O11) 17,0
13	(Gd0 95 Tm0-0S)2(MoO4)S	431,8	(Gd2O3) 217,0		(Y2O3) 9OJ
14	(Gd095Sc0-05I2(Mo O4)3	431,8
15	(Gdo.gsLao.osJifMoGiJj	431,8
16	(Gdo.9sPJ<).os)2<Mo04)3	431,8
17	<Gdo.6Yo.4)2(MoOJ3	431,8

13

Fortsetzung

Chemische Formel des Einkristalls

13 (Gd_0-6La_0-4J₂(MoO₄J₃

21 (GdC₆₀SmC₂₀Tb_0-10J₂(MoO₄J₃

22 (Gd₀._7pEu₀.₂₀Tb₀,₁₀)₂(Mo0₄)₃

23 (Gd_0-7Y_0-2La_0-1J₂(MoO₄J₃

24 (Gd_0-7Eu_0-20Ho_0-1O)₂(MoO₄J₃

/

(ReaklionsstofT) Mischverhältnis Molybdat seltene Erde

431,8

(Gd₂O₃) 217,0

(La₂O₃) 130,0

19	(Gd0-60Tb020Dy0-20J2(MoO4J3	431,8	(Gd2O3) 217,0	(Dy2O3) 74,6	(Tb4O7) 78,8
20	(Gd070Eu020Dy0-10J2(MoO4J3	431,8	(Gd2O3) 253,3	(Eu2O3) 70,4	(Dy2O3) 37,3

431,8

(Gd₂O₃) 217,0

(Sm₂O₃) 69,7

(Tb₄O₇) 39,4

431,8

(Gd₂O₃)

253,3

(E I₂O₃) 70,4

(Tb₄O₇) 39,4

431,8

(Gd₂O₃)

253,3

(La₂O₃) 32,6

45,2

431,8

(Gd₂O₃) 253,3

(Eu₂O₃) 70,4

(Ho₂O₃)

37,8

25 (Gd_0-7Sm_0-1 Eu₀₁ Y₀₁ )₂(MoO₄)₃

26 (Gd₀₁₉₅Nd_0-05J₂(MoO₄J₃

27 (Gd_0-6Tb_0-2Y_0-1La_0-1J₂(MoO₄J₃

431.8

(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) (Eu₂O₃) (Y₂O₃) 253,3 34,9 35,2 22,6

431,8

(Gd₂O₃) 343,7 (Gd₂O₃) 217,0

(Nd₂O₃) 16,8

(Tb₄O₇) (Y₂O₃) (La₂O₃) 78,8 22,6 32,6

28 Gd₂(Mo_0-95W₀₁O₄J₃(MoO₄J₃

29 (Sm_0-5Eu_0-5J₂(MoO₄J₃

30 (Sm_0-5Dy_0-5)₂(Mo0₄)₃

31 (Sm₀₅Tb_0-5I₂(IVIoO₄).,

12 (Sm₀₄₅Yb₀₀₅I₂(MoO₄),

Wo₅ 70,0

(Sm₂O₃) 174,1

(Eu₂O₃) 176,0

(Sm₂O₃) 174,1

(Dy₂O₃) 186,5

(Sm₂O,) 174,1

(Tb₄O₇) 187,5

(Sm₂O,) 331.3

(Yh₂O_-1)

18.7

-"ortsct/imsi

C hcmischc Formel des Iiinkrislalls

(ReaklicinsstolT) Mjschverhällnis Molybdat seltene Erde

(Sm₂O₃)
331,3

(Ho₂O₃) 18,9

(Sm_0-95 Lu₀₀S)₂(MoO₄J₃

(Sm₂O₃)
331,3

(Lu₂O₃) 19,9

(Sm₂O₃)
331,3

(Tm₂O₃) 19,3

36 (Sm₀.₉₅ Sc₀ O₅ J₂(Mo O₄ )₃

431,8 (Sm₂O₃)
331,3

(Sc₂O₃) 6,9

37 (Sm₀.₉₅Y₀.₀₅)₂(MoO₄)₃

431,8 (Sm₂O₃)
331,3

11,3

r₀., J₂(MoO₄J₃

431,8 (Sm₂O₃)
313,4

19,1

39 (Sm₀^Eu_0-3Ef₀₁J₂(MoO₄J₃ 431,8

(Sm₂O₂) (Er₂O₃) 209,4 105,4

(Er₂O₃) 19,1

40 (Sm_0-7Tb₀₂Y₀., J₂(MoO₄J₃ 431,8

(Sm₂O₃) (Tb₄O₇) 244,0 78,8

(Y₂O₃) 22,6

(Sm_n._sEr_rMY₀.,)₂(Mo0₄)₃

(Sm₂O₃) (Y₂O₃) (Er₂O₃) 278,9 22,6 19,1

42 (Sm₀₈Dy₀₁Y₀₁₀₅Er₀₀₅J₂(MoO₄),

(Sm₀₁₅Tb₀J)₂ (M O₀₁₉₀V^., J₃ (Dy₀.₉₅L₀.₀₅)₂(MoO₄)

(Sm₂O₃) (Dy₂O₃) (Y₂O₃) (Er₂O₃J 278,9 37,3 11,3 9,5

(Wo₃)
70,0

(Sm₂O₃) (Tb₄O₇) 174,1 187,2

45 (Dy_o.₉₅ Pr_0-05J₂(MoO₄J₃

431,8

431,8 (Dy₂O₃)
369,3

(La₂O₃) 16,3

431 ,8

431 .H 369,3

(Nd₂O.,)

16,8

(Pr₆O₁₁ 17,0

(Dy₂O.,) 369.3

(Dy₂O.,) (Ho₂O,) (Nd₂O,)

298,4 37,8 33,7

709 515/157

Fortsetzunii

Chemische Formel des Einkristalls

(Reaktionssloin Mischvefhiiltnis
Molybdai seltene hrde

431,8

J Dy_OJ)(Mo0₄)₃

2V =

n„ =

η, =

n_ß -

11 ,

1,842,
1,843,
1,897.
= 4· ΙΟ"⁴.

Die optische Axialflächc dieses biaxial positiv doppelbrcchenden Kristalls ist die kristallographische «-Fläche (1 0 0), und diese Fläche dreht sich um 90' um die Achse c, wenn der Kristall umgekehrt polarisiert wird. Daher wird, wie man in F i g. 6 erkennt, die Verzögerung des durch den GMO-Kristall in Richtung der Achse α durchgelassenen Lichts unter der Annahme, daß die Dicke des Kristalls d„ ist, durch die folgende Formel wiedergegeben:

K«, = d_a {n_v - π.).

Wenn in einem solchen Kristall eine Polarisationsumkehr auftritt und die Fläche der optischen Ache 90 um die Achse c gedreht wird, wird die Achse« durch die Achse b und die Achse b durch die Achse a ersetzt. Daher ändert sich die vorerwähnte Verzögerung ebenfalls zu folgendem Wert:

R_b = a_h (/i_v - n„).

4318

(Eu₂O₃) (Dy₂O₃) (Tb₄O₇)

211,2 74,6 102,4

(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) (Eu₂O₃) (Dy₂O₃)

217,0 34,9 70,4 37,3

(Tb₄O₇)
39,4

Die unregelmäßig ferroelektrischen Kristalle, die in dieser Tabelle aufgeführt sind, sind in ihrer ferroelektrischen Phase kristalloptisch biaxial. F i g. 6 zeigt einen Teil des Indikatrix-EJJipsoids eines solchen Kristalls. In F i g. 6 bezeichnen die Achsen X, Y, Z optoelastische Hauptachsen und n_x, n_ß, η_γ Brechungsindizes der Lichtstrahlen, die jeweils zu den Achsen X, Y, Z parallel schwingen.

In einem GMO-Kristall fallen die optoelastischen Hauptachsen Z, Y, Z mit den kristallographischen Achsen a, b, c zusammen. Der Kristall ist bei einer Temperatur oberhalb des Curie-Punkts (angenähert 160 C) uniaxial und positiv doppelbrechend, und seine Brechungsindizes sind bei 200 C:

n_e = 1,848, /I₀ = 1,901.

Der Kristall zeigt bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur unregelmäßig ferroelektrische Eigenschaften und wird biaxial doppelbrechend.

Der optische Axialwinkel 2 V und die Brechungsindizes n_x, n_ß, n_y des Kristalls gegen Na-D-Strahlen (/. = 589,3 μ) sind bei Raumtemperatur wie folgt:

Hierbei ist die Änderung in der Dicke des Kristalls auf die Deformation der Einheitszelle entsprechend der 90°-Drehung der Achsen α und b der Zelle zurückzuführen. Das heißt, daß sowohl die Dicke als auch der Brechungsindex des Kristalls sich bei der Polarisalionsumkehr ändern und sich dementsprechend auch die Verzögerung ändert.

Die Verzögerung für auf den Kristall in der Richtung oc' einfallendes Licht, die z. B. in einem Winkel © zu der Achse c liegt, ist d (n_ß - n_a,). Wenn man dann den Kristall umgekehrt polarisiert, wird die vorerwähnte Veizögerung d (n,.-«.,), was der Verzögerung in der Richtung oc" entspricht, die in der Ebene ac liegt und. wie F i g. 6 zeigt, mit der Achse c den Winkel © bildet, da angenommen werden kann, daß die optische Axialfläche des Kristalls 90 um die Achse c gedreht wurde.

Wenn ein Kristall, wie beschrieben, zwischen zwei parallel angeordneten Polarisatorplatten angeordnet wird, wie Fig. 2 zeigt, und man weißes Licht 4 senkrecht zum Polarisator 1 richtet, wird das weiße durch den Polarisator 1 linear polarisierte Licht 4„ durch die Doppelbrechung des Kristalls 3 in

verschiedenem Maße in Abhängigkeit von seiner Wellenlänge gebrochen und wird bei einer bestimmten Wellenlänge zirkulär polarisiertes Licht, bei einer anderen Wellenlänge linear polarisiertes Licht und bei sonstigen Wellenlängen elliptisch polarisiertes Licht Von den elliptisch polarisierten Licht wird nur das Licht mit der gleichen Schwingungsebene wie der des Analysators 2 durch den Analysator 2 durchgelassen und ergibt eine Interferenzfarbe. Es ist festzustellen, daß, wenn der Kristall umgekehrt polarisiert wird, wodurch die Verzögerung, wie oben beschrieben, verändert wird, sich auch die vorerwähnte Interferenzfarbe entsprechend der Veränderung der Verzögerung ändert.
Wenn man annimmt, daß die Verzögerungen in einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall, wenn dieser positiv bzw. negativ polarisiert wird, R₀, und R_t , sind, gilt:

R₁

1 = 4-) '"ι

Allgemein ist bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall die Längenänderung, gemessen längs der Richtung, in welcher die Deformation des Kristalls größer ist, wie folgt:

Die Beziehung zwischen den Hauptbrechungsindizca ist

^n§ ~ "^ä = ι ~ 0,01.

Daher ändert sich die Interferenzfarbe infolge der Doppelbrechung mit der Polarisationsumkehr des Kristalls. Diese beiden besonderen Farben werden durch die Breite des Kristalls bestimmt. So erhält man einen Farbr.iodulator, der auch die Funktion ι ο eines Farbgedächtnisses hat.

Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt ist bei dem Farbmodulator ein unregelmäßig ferroelektrischer Kristall zwischen zwei parallelen Polarisatorplatten angeordnet, wobei weißes Licht senkrecht zu den Polarisatorplatten gerichtet wird, so daß eine Lichtkomponente mit einer bestimmten Wellenlänge, die durch die Differenz der Verzögerung des Lichts im Kristall bestimmt wird, eine Interferenzfarbe erzeugt und diese Interferenzfarbe durch Umkehr der Polarisation des. Kristalls mit einer gegenüber dem koerzitiven elektrischen Feld des Kristalls höheren Spannung moduliert wird.

Wenn weiter zwei solche Kristalle mit zueinander parallelen Hauptachsen vereinigt werden, ist die sich so ergebende Verzögerung des durch diese beiden Kristallehindurchgegangenen LichtsgleichderSumme der jeweiligen Verzögerungen R₁ und R₂ in den einzelnen Kristallen. Dementsprechend kann die Interferenzfarbe aufgrund der Verzögerung in einer Kornbination zweier Kristalle durch Änderung der Verzögerungen R₁ und/oder R₂ in den einzelnen Kristallen moduliert werden.

Wie oben beschrieben, ändern sich bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall sowohl die Dicke d als auch die Doppelbrechung I π bei der Polarisationsumkehr. Das heißt, daß die jeweiligen Verzögerungen bei entgegengesetzten Polarisationen R_{1 +}, und R₍__p durch die folgenden Formeln ausgedrückt werden:

= ,IX

r₍ , = c/y-(n, - ig.

üblicherweise gilt

/V /V

Λ "*- (I I

45

,IX + ,IY

a"

= 0,01 - 0,001 ,

= 1 - 0,1 .

Daher ändert sich die Interferenzfarbe aufgrund der Doppelbrechung mit der Polarisationsumkehr im Kristall. So erhält man einen Farbmodulator, der zwei Arten von bestimmten Farben liefern Kann, die durch die Dicke des Modulators bestimmt werden.

Doch sind bei dem oben beschriebenen GMO-Kristall die Änderungen in der Dimension und im Brechungsindex aufgrund der Polarisationsumkehr ho relaiiv klein, wie anschließend gezeigt ist:

ti X - ,IY

~~,i χ "+",TV

== 1,5 · Κ)"

= 2 ■ IO ² .

fts Daher ist es schwierig, einen großen Farbmodulationsbereich mit einem Farbmodulalor zu erreichen, bei dem nur die Abhängigkeit von der Variation in der Doppelbrechung aufgrund der Polarisationsumkehr iro Kristall vorliegt.

Zweckmäßig werden daher eine Mehrzahl von GMO-Kristallen oder allgemein unregelmäßig ferroelektrischen Kristallen unter Parallelstellung ihrer Hauptachsen miteinander verbunden eingesetzt, so daß sich die Verzögerungen in den einzelnen Kristallen addieren oder subtrahieren, um Interferenzfarben wirkungsvoll zu modulieren.

Durch Anordnung der GMO-Kristalle oder der unregelmäßig ferroelektrischen Kristalle in bestimmten Richtungen wird es möglich, sowohl die Länge d für den Weg des Lichts als auch die Doppelbrechung n. - n_x unverändert zu halten, was ein zum Aufbau eines Farbmodulators sehr günstiges Merkmal ist. Im folgenden sollen das Prinzip und das Aufbauverfahren eines solchen Farbmodulators erläutert werden.

Es ist festzustellen, daß, wenn ein elektrisches Feld größerer Stärke als das Koerzitivfeld an einen als Z-Platte geschnittenen GMO-Kristall 3 angelegt wird, um seine spontane Polarisation umzukehren, das aus dem Kristall austretende elliptisch polarisierte Licht in der Drehrichtung umgekehrt wird, da die optische Axialfläche des Kristalls infolge der Polarisationsumkehr um 90 gedreht wird. Daher werden die Verzögerungen vor und nach der Polarisationsumkehr durch den gleichen Wert mit umgekehrten algebraischen Vorzeichen wiedergegeben.

Wenn ein transparenter doppelbrechender Kristall und ein Z-geschnittener unregelmäßig ferroelektrischer Kristall (z. B. ein z-geschnittener GMO-Kristall) zwischen je einem parallel angeordneten Polarisator und Analysator angebracht werden, wobei die Z-geschnittene Fläche des letzteren Kristalls senkrecht auf der optischen Achse des Polarisators steht und die Hauptachsen der beiden Kristalle in gleichen Richtungen liegen, weisen die betreffenden Verzögerungen R₁ und R₂ in den beiden Kristallen eine additive Beziehung insoweit auf, als die Polarisation des GMO-Kristalls nicht umgekehrt wird, doch es ergibt sich eine Differenzbeziehung, wenn der GMO-Kristall durch Anlegung eines elektrischen Feldes umgekehrt polarisiert wird. Das heißt, daß die erhaltenen Verzögerungen für die vorgenannten beiden Zustände durch R₁ + R₂ bzw. R₁ - R₂ ausgedrückt werden. Dementsprechend sind die Interferenzfarben vor und nach der Polarisationsumkehr verschieden. Diese Anordnung, die eine Kombination von wenigstens einem doppelbrechenden Kristall und wenigstens einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall umfaßt, der zur Punktgruppe mm 2 gehört, wobei diese Kombination zwischen je einem parallel angeordneten Polarisator und Analysator angeordnet ist und an den unregelmäßig ferroelektrischen Kristall zwecks Umkehr der spontanen Polarisation ein elektrisches Feld angelegt wird, kann als Farbmodulator verwendet werden.

Weiiii weiter zwei Z-geschnittene Einkristalle, die zur P:'.nkigruppe mm2 gehören und Verzögerungen R₁ und R₂ aufweisen, und ein doppelbrechender Kristall mit einer Verzögerung R₀ zwischen einem Polarisator und einem Analysator in gleicher Weise, wie im vorigen Absatz beschrieben, angeordnet werden und wenn man an die beiden Einkristalle, die zur Punklgruppe mm 2 gehören, selektiv elektrische Feldei anlegt, um ihre Polarisation umzukehren, sind mehrere

Beziehungen für die Addition und Subtraktion zwischen den jeweiligen Verzögerungen R₀, R₁ und R₂ in den einzelnen Kristallen in Abhängigkeit vom Polarisationszustand möglich. So ist die resultierende Verzögerung eine der folgenden vier Kombinationen:

R0	+	R1	+ R2,	(5)
R0	-	R.	+ R2,	(6)
«0	+	R1	-R2.	(7)
R0	_	R1	-R2.	(8)

zögerungen (9), (12), (14) ergeben, werden durch folgende Gleichung bestimmt:

R₁ - </] (ηβ
R₂ = (Z₂ («.

(15)

Nun soll ein Verfahren zur Erzeugung von drei Interferenzfarben entsprechend den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün (im folgenden entsprechend mit R, B und G abgekürzt) unter Verwendung der vorbeschriebenen resultierenden Verzögerungen beschrieben werden.

Werte der Verzögerungen R_R, R_fi, R_?, die den drei Grundfarben R, B, G entsprechen, entnimmt man der Tabelle 1, wie folgt:

R_R 500 mix

R₀ 710 τημ

R_B 78Οπΐμ

(Interferenzfarbe der ersten Ordnung).

Wenn man annimmt, daß unter den vorerwähnten vier Kombinationen (5), (6), (7), (8) drei entsprechend den drei vorgenannten Verzögerungen ausgewählt werden, so gilt, wenn die Formeln (5), (6). (7) ausgewählt werden,

R₀ + R_x + R₂ = 780 ηΐμ

R„ - R_x + R₂ = 710 ma j- (9)

R₀ + R_x-R₂ = 500 m μ

Aus den vorstehenden Gleichungen folgt R₀ = 605 ma. R₁ = 35ηΐμ, R₂ = 140 ma. (10) Wenn die Formeln (5). (6), (8) gewählt werden, gilt

R₀ + R_x + R₁ = 780 m μ

R₀ - R₁ + R₂ = 710 ΐτίμ c (11)

R₀ - R_x-R₂ = 500 ma

Dementsprechend gilt

R₀ = ύ40χηρ, R₁ = 35 nip, R₂ = 105 mu. (12) Wenn die Formern f6}, (7), <8J ausgewählt werden, gilt

R₁₃ - R₁ + R₂ = 780 πΐμ

R₈ + R₁ -R₂ = 710ιημ| (13)

R₀-R₁-R₂ = 500 ΐημ

Dementsprechend gut R₀ = 745cQ|i, R, = MiSmp, R₂ = 140mu. (14)

Die Dicken der einzelnen nun2-Kristalle, die die gemäß vorstehender Beschreämng erforderlichen Ver-Dcr Wert von n_f-n_a für GMO-Kristalle gegen Na-D-Slrahlen bei Raumtemperatur ist 4,2 · IO~⁴. Daher gilt

^b

für Erfordernisse (10) d_x = 82 μπι, d₂ = 327 μηι, (16) für Erfordernisse (12) d_x = 82 μΐη, d₂ = 245 am. (17) _is für Erfordernisse (14) d_x = 245 μm, d₂ = 327 am. (18j

Das vorstehende Verfahren zur Bestimmung der Erfordernisse eines Farbmodulalors wurde in Verbindung mit Primär-Interferenzfarben erläutert. Doch ist die Beziehung zwischen einer Interferenzfarbe und dem Farbwert nicht einfach. Die F i g. 11 und 12 zeigen die mittels eines Computers unter Bezug auf das CIE-Farbtonblatt bestimmten Ergebnisse. Wie die Figuren /eigen, hat jede Farbe ihren optimalen Verzögerungswerl und ihre besondere Inlerferenzordnung. Daher ist es allgemein ein ziemlich schwieriges Problem, eine genaue Farbe durch den Interferenzeffekt aufgrund der Doppelbrechung zu reproduzieren. Im Hinblick auf dieses Problem wird noch

}o ein mehr verallgemeinertes Konstruktionsverfahren im Zusammenhang mit dem Beispiel 6 beschrieben. Es sollen nun noch einige Ausführungsbeispiele für Farbmodulatoren im einzelnen beschrieben werden:

Beispiel 1

In F i g 7 ist ein Y-geschnittenes Stück von 0,2mm Dicke aus einem GMO-Einkristall 3 mit einem Diamantschneider ausgeschnitten, und die Schnitt-

flächen sind zu klaren optisch ebenen Flächen poliert. Auf diese polierten Oberflächen ist durch Aufsprühen ein SnCl₄-überzug aufgebracht, um transparente Elektroden 6 zu schaffen. Dieser Kristall 3 ist mit einer Glasplatte 7 verbunden, die eine Dicke von I mm, eine Breite von 30 mm und eine Länge von 40 mm aufweist, wie F i g. 8 zeigt. Außerdem ist an Zuführungen 8, die an den Elektroden 6 angebracht sind, eine Spannungsquelle 9 angeschlossen. Die so gebildete Anordnung wird zwischen zwei Polarisator-

platten 1 und 2, die mit ihren Polarisationsebenen in Kreuzstellung angeordnet sind, in der Weise angebracht, daß die Achsen α und c des Kristalls jeweils zur Durchlaßebene der Polarisalorplatte 1 geneigt sind und die Achse b senkrecht zur Fläche der Potari satorplatte 1 steht. Dann wird weißes Licht 4 durch den Polarisator 1 atif den Kristall 3 gerichtet. Das aus dem Polarisator 1 austretende, linear polarisierte Licht 4₀ strömt durch den Kristall 3 hindurch, sad das aus dem Kristall 3 herauskommende Licht ist

f» elliptisch oder fe eine besondere Wellenlänge Baear polarisiert, and zwar infolge Verzögerangen anfgrasd der Lichtstrahlen, die Schwingungsanteile parallel zu den Achsen α und b aufweisen. Das so polarisierte Licht geht durch den Analysator 2, and man beob-

achtet eine laterferenzferbe. Wenn in diesem Zastand eine Spannung von der Spannungsquelle 9 ober die Zuführungen 8 an den Kristall 3 angelegt wird, ändert sich die Interferenzferbe.

Obwohl in diesen Ausführungsbeispiel ein Y-gcschniltencr GMO-Kristall benutzt wurde, kann man selbstverständlich auch einen X-geschnittcnen Krislall in gleicher Weise und mit gleicher Wirkung verwenden.

Da die Doppelbrechung in jeder Richtung außer der optischen Achse zu beobachten ist, ändert sich die Inlerfercnzfarbe durch die Polarisalionsumkehr in einem Kristall jeder Art von Schnitt. Wenn ein GMO-Kristall in einer von den Achsen α und /> um einen gewissen Winkel abweichenden Richtung geschnitten wird, um die erforderliche Farbe zu erhalten, tritt eine Verzögerung infolge der Doppelbrechung in Abhängigkeit von diesem Winkel auf. Diese Verzögerung und daher die auf dieser Verzögerung bciuhcnde Interferenzfarbe kann leicht durch Umkehr der Polarisation des Kristalls geändert werden, da der Effektivwerl der Doppelbrechung für die Lichtausbreitung als Ergebnis der 90 -Drehung der optischen Axialfläche aufgrund der Polarisationsumkehr variiert.

Es soll nun ein Beispiel beschrieben werden, nach dem die Achse c des Kristalls als optische Achse definiert wird.

Beispiel 2

In ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 wird ein Z-geschnittencs (ein senkrecht zur Achse ι geschnittenes) Stück von 2 mm Dicke mit einem Diamanlschneidwerkzeug von einem GMO-Einkristall abgeschnitten, und die Schneidflächen werden zu optisch ebenen Flächen poliert. Beide polierten Flächen werden mit durchsichtigen Elektroden 6 aus einem Stoff wie z. B. SnCl₄ überzogen, und es wird ein Element 3 von 10 mm Durchmesser gebildet. Dieser Kristall 3 wird mit einer Glasplatte 7 verbunden, die 1 mm dick, 30 mm breit und 40 mm lang ist, wie es auch im Beispiel 1 der Fall war. Weiter werden Zuführungen 8 mit den transparenten Elektroden 6 verbunden. Die so gebildete Einheit wird unter geringer Neigung der Z-geschnittcncn Fläche zwischen zwei Polarisatorplatten 1 und 2 angeordnet, die mit ihren Polarisationsebenen in gekreuzter Stellung angeordnet sind. Dann wird weißes Licht 4 durch den Polarisator 1 auf den Kristall 3 gerichtet. Bei dieser Anordnung kann man eine Interferenzfarbe durch den Analysator 2 beobachten. Wenn in diesem Zustand eine das koerzitive elektrische Feld übertreffende Spannung über die Zuführungen 8 am Kristall 3 zwecks Polarisationsumkehr und dadurch Änderung der Verzögerung angelegt wird, ändert sich die erwähnte Interferenzfarbe. Wenn der Kristall mit der Z-geschnittenen Fläche parallel zu beiden Polarisatorplatten angeordnet wird, ändert sich die Interferenzfarbe nicht, auch wenn die Polarisation umgekehrt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die gleichen Effekte erhalten werden, wenn anstelle der Einstellung des Kristalls mit der Z-geschnittenen Fläche in geringer Neigung zu den Polarisatorplatten der Kristall mit einer geringen Neigung zu der senkrecht auf der c-Achse stehenden Fläche geschnitten und parallel zu den Polarisatorplatten eingestellt wird. Wenn man weiter annimmt daß die Dicke dieses Kristalls d ist und der Unterschied in den Brechungsindizes zwischen den beiden außerordentlichen Lichtstrahlen in ist. bestimmt sich die Verzögerung Jt zu R = d{\n). Daher reicht bei einem Kristall von einigen hundert μ Dicke der Wert der Verzögerung R. der die heilste Interferenzfarbe gibt, von 400 ΐτίμ bis 2000 ΐημ. Wenn die Dicke mit 200 μ angenommen wird, dann muß I» im Bereich von 0,002 bis 0,010 liegen, um diesen erwähnten Bereich von R zu erhallen. Der Maximalwert S Tür den Brechungsindex eines GMO-Kristalls ist bei Raumtemperatur angenähert 1,9. Ein Kristallachsenbild des C-geschnittenen F.inkristallabschnitls eines GMO-Kristalls ist als Ort des Koinzidenzwerts der Doppelbrechung anzusehen. Die Linien, die das

ίο Zentrum des Gesichtsfeldes und zwei Meialopen (unter einem Meialopen wird dabei die Projektion einer optischen Achse in einem Konoskop- oder Doppelbrechungs-Interferenz-Bild verstanden, d. h. ein Melalop ist der Mittelpunkt der lsogyren und der konzentrischen Kreise des Konoskop-Bilds) verbinden, bestimmen die Tangenten an der optischen Axialfiäche und bezeichnen die Richtung der Achse /). Die Umfangslinien der genannten beiden Melatopen bezeichnen die Ordnung der Interferenzfarbe, wobei die innerste Linie Interferenzfarben der niedrigsten (ersten) Ordnung anzeigt und sieben Farben zwischen dieser und der nächsten Linie eingeschlossen sind.

Wenn der GMO-Kristall um die Achse α gedreht wird, bis das einfallende Licht mit der Kurve der Interferenzfarbe erster Ordnung zusammenfällt, erhält man die gewünschte helle Interferenzfarbe. Wenn in diesem Zustand eine Spannung am Kristall angelegt wird, um die spontane Polarisation umzukehren, werden die Achsen α und h miteinander vertauscht.

Das heißt, daß die Flächen α und b um die Achse c um 90 gedreht werden. Daher ändert sich die Farbe. LJm sicherzustellen, daß die erhaltene Farbe hell und unlerscheidbar ist. sollte der Kristall um die Achse b gedreht werden, bevor die Umkehrungsspannung angelegt wird, so daß das einfallende Licht mit der Kurve für die Interferenzfarbe erster Ordnung zusammenfällt, wenn die Spannung angelegt wird und die Axialflächen um 90 gedreht werden. Der erforderliche Drehwinkel ist fast gleich dem Winkel, um den der Kristall am Anfang gedreht wird. So kann die Interferenzfarbe durch Steuerung mittels Anlegen von äußerer Spannung zwischen zwei bestimmten Farben geschaltet werden. In dem vorstehend beschriebenen Farbmodulationssystem lassen sich, wenn die beiden Polarisatorplatten mit ihren Schwingungsebenen unter einem anderen ais einem rechten Winkel gekreuzt eingestellt werden, weitere Variationen und Kombinationen erzielen.

Wie beschrieben wurde, wird ein Farbmodulator vorgesehen, bei dem aus weißem Licht durch die optische Anordnung, die den GMO-Kristall umfaßt, eine Farbe erzeugt wird, und diese Farbe durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Kristall verändert werden kann. Dieser Farbmodulator ist dadurch vorteilhaft, daß die erwähnte Farbänderung sehr deutlich und die Farbmodulationsgeschwindigkeit groß ist.

Beispiel 3

Eine X-geschnittene dünne Platte wird mit einem Diamantwerkzeug von einem Einkristall aus KDP geschnitten, und die Kanten der Platte werden bei Einstellung zweier paralleler Flächen senkrecht znr Z-Achse auf eine Breite von 1® mm geschnitten. Die Breite der Platte in der Richtung der X-Achse wird auf 0,15 mm gebracht, die Oberflächen der X-Flächen werden optisch eben bearbeitet, and dann werden Goldelektroden aus der Dampfphase auf den Z-

709S1S/T57

Ebenen niedergeschlagen. Anschlußdrähte weiden an den einzelnen Elektroden mil Silberpaste befestigt. Der Kristall wird mit den X-Flächen zwischen zwei transparenten Quarzplattcn von 0,2 mm Dicke eingeschoben, und die Zuführungsdrähle werden :-,,il s Araldit an den Qiiarzplattcn befestigt. Die so aufgebaute Einheit wird schrittweise abgekühlt und dann in flüssigen Stickstoff eingebracht, der sich in einer Dewarflasche befindet, die mit Quarzplultenfenstern versehen ist, so daß Lichldurchgang möglich ist. Die Kristallanordnung ist so getroffen, daß ihre X-Fläche parallel zur Flache des Fensters liegt. Wie im Ausführungsbeispiel 3 sind die Polarisalorplattcn in einer gekreuzten Nicol-Stellung im Weg des weißen Lichts angeordnet, und /wischen ihnen befindet sieh die Dewarflasche so, daß das Licht auf den Kristall gerichtet ist. So ist eine vollständige Farbmodulatoreinheit geschaffen. Bei Anschluß der Zuleitungsdrühte an eine Spannungsquelle von 1000 V beobachtet man eine deutliche Farbe. Wenn die Polarität der Span- iu nung umgekehrt wird, ändert sich die Farbe. Das Paar der Farben kann zu irgendeinem anderen Paar von Farben verändert werden, indem man den Polarisator dreht oder den Krislall durch einen anderen mit unterschiedlicher Dicke ersetzt.

Beispiel 4 (F i g. 9, 10)

Zwei Z-geschnittene GMO-Einkristalle w^den auf eine Dicke von 254 ± 5 μ b/w. 327 ± 5 μ poliert und an ihren Oberflächen zu optisch ebenen Flächen bearbeitet. Wie F i g. 9 zeigt, werden transparente Elektroden 6 an beiden Z-Flächen des Kristalls durch Aufsprühen von SnCl₄ bei 500 C hergestellt. Die Kristalle 3', 3" werden auf Abmessungen eines 10-mm-Quadrats geschnitten, wobei der Vorteil der Spaltfläche längs der (1 1 0)-Fläche ausgenutzt wird, und es werden Zuführungsdrähte 8 an den Elektroden 6 angebracht. Dann werden diese Kristalle zwischen zwei Glasplatten von 0,15 mm Dicke eingeschoben. und zwei solche Einheiten werden unter Ausrichtung ihrer Umfangsfläehen miteinander verbunden. Die so zusammengestellte Anordnung wird zwischen einem Polarisator und einem Analysator angebracht, die mit ihren Schwingungsflächen senkrecht zueinander eingestellt sind. Es soll festgestellt werden, daß die Kristalleinheit in der Weise angeordnet ist, daß eine Kanie davon parallel zur Schwingungsfläche des Polarisators steht. Weiter wird ein doppelbrechender Kristall, z. B. aus Quarz, zwischen dem Analysator und der Kristalleinheit (oder zwischen dem Polarisator und dem Kristall) angeordnet, wobei ihre optischen Achsen ausgerichtet sind. Durch Projektion von weißem Licht auf diese Anordnung von der Potari satorseite aus und durch Anlegen von Spannungen. die höher als das elektrische Koerzitivfeld der jeweiligen Kristalle sind, kann die Farbe des aus dem Analysator austretenden Lichts geeignet moduliert werden.

spektrale Durchsichtigkeit der Anordnung durch folgende Formel wiedergegeben:

7', (/.) =: cos² R ,

7; (;.) - sin²

R,

worin R = ä Uu -«,) ist.

Die Formel (19) gilt für einen Fall, in dem die Polarisationsebene!! des Polarisator und des Analysalors zueinander parallel und um 45 gegen die Hauptachse des Kristalls geneigt stehen. Die Formel (20) gilt für einen Fall, in dem die beiden Polarisaiionsebenen aufeinander senkrecht und gegen die Achse des Kristalls um 45 geneigt stehen. Wenn daher weißes Licht in eine solche Anordnung eingeführt wird, intt ein klar gefärbtes Licht aus dieser aus.

In einem Fall z. B., in dem die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysator aufeinandersenkrecht stehen, sieht man aus der Formel (20), daß die spektrale Durchsichtigkeil Maximalwerte für das Licht der Wellenlänge /, annimmt, wenn die folgende Beziehung gilt:

(2/1 + 1)

Weiter wird, wenn

-τ = 0, n, 2 rr, ... /1 -7

(21)

(22)

ist die rechte Seite der obengenannten Formel (19) Null. Dies bedeutet, daß kein Licht durch die vorerwähnte Anordnung durchtritt. So stellt die vorstehend beschriebene Anordnung, bestehend aus einem zwischen den gekreuzten Nicols angeordneten doppelbrechenden Kristall, ein Lichtfilter dar. Wenn sie so zusammengesetzt ist. daß sie eine bestimmte Wellenlange durchläßt, kann sie Farbfilter genannt werden.

Aul diese Weise erhält man, wenn die vorstehend beschriebene Technik der Additions- und Subtraktionsanordnungen auf solche Farbfilter angewendet wird. Farbfilter für 3 Grundfarben R, G und" B. wenn man geeignete Paare solcher Filter verwendet.

Nimmt man z. B. an, daß die zugehörige Zentralwelienlangen von R-, G- und B-Filtern /„, A₀ und λ_Β sind, wird durch die Dicke d des das Filter darstellenden Kristalls bestimmt, welcher Wert von

Beispiel 5

60

In einer aus einem Paar von Polarisator und Analysator und einem zwischen ihnen angebrachten doppelfarechenden Kristall bestehenden Anordnung wird, wenn man annimmt, daß die Dicke des Knstalls d und der Unterschied der Brechungsindizes fur zwei Lichtwellen, die in zwei senkrecht zueinander stehenden !Richtungen schwingen, (w₂ — n,) ist, die den Wert von ^- ffi_r die entsprechenden Zentralwellenlängen annimmt. Die mit den vorstehenden Werten 2 , y, y bestsnniten Farben werden

als Interfereazfarbe der ersten, zweiten, dräöen Ordnung usw. angesehen. Diese Intetferenzferben defi- £Ξ^!Λ Grundbedfflgaäagen zur Bestimnssäg des ßerachs der Farfowiedergabe auf der Basis der dia Grundfarben. Die Optraiaibedaigimgea zar Emetoag des größten Repredaktioasbereichs bei der Verwendung der drei Grosdferbenfflter wa^ee im tx*· ^^η^{αΠδ 1}^ ^&tsem AosfiUaungsbeispfeä &&·

Wie schon erwähnt, wird im Fall, in dem die Polarisationsebenen des Polarisntors und des Analysator in der obengenannten Anordnung aufeinander senkrecht stehen, die spektrale Transparenz des Systems durch die Formel (20) bestimmt, das heißt T₁ (/.)

-- sin² . n. Wenn man daher annimmt, daß X, Y

und Z drei Grundfarben entsprechend dem internationalen Farbidentifizicrungssyslem sind, werden die Farben theoretisch wie folgt ausgedrückt:

X :- J / (/.) χ el λ Y = J/ (/.) ν d λ Z ---- 11 (/.) ζ el /.

(23)

worin .v, \· und ζ Koordinaten der Spektralfarbe bezeichnen. Die Werte von χ und γ werden aus dem Mischverhältnis der drei Grundfarben wie folgt hestimmt:

χ -

V =

X X + Y

f Z

(24)

+ Y + Z

Die vorstehenden Werte von χ und y werden auf das CIE-Farbtonblatt aufgetragen. Man sieht aus der Kurve 11 in dem Blatt nach Fig. 11, daß. während die Verzögerung und daher die Dicke des Kristalls wachsen, zunächst die Interferenzfarben der ersten Ordnung in der Reihenfolge Orange, Violett. Blau und Grün und dann, während der Kristall noch dicker wird. Farben der zweiten Ordnung in der gleichen Reihenfolge erscheinen. Dementsprechend ergibt sich unter der Annahme, daß die Zentralwellenlängen der Grundfarben wie folgt sind:

= 617 ΐτίμ. /.,. = 537

/„ — 477 m;j.

aus Fig. 11. daß der Optimalbereich für die Farbwiedergabe erhalten wird, indem man die Dicke d des Kristalls und dadurch die Verzögerung so wählt, daß Rot als Farbe der ersten oder zweiten Ordnung. Blau der zweiten oder der dritten Ordnung und Grün der zweiten, der dritten oder der vierten Ordnung erhalten werden.

Da ein GMO-Kristall, der zum orthorhombischen System der Punktgruppe mm2 gehört, seine optische Axialflächc um 90' dreht, wenn ein elektrisches Feld oder eine mechanische Spannung oberhalb seines elektrischen oder mechanischen Koerzhivwertes angelegt wird, ist anzunehmen, daß die Verzögerung R des durch den Kristall hindurchgegangenen Lichts nach Anlage des elektrischen Feldes oder der Spannung in der Richtimg umgekehrt wird, so daß sie mit -R bezeichnet wird.

Daher lassen sich drei Zustände für die Verzögerung darstellen, indem zwei GMO-Kristalle und ein geeigneter doppelbrechender Kristall (z. B. ein Quarzkristall) verwendet werden. Wenn man definiert. daS die zur Schaffung der Farben Pc, G and B erforderlichen Verzögerungen R₈, R₀ und R₁, sind und daß die Einzelverzögenmgen im Bezugskristall (z. B. Quarzkristall) im ersten GMO-KristaU und im zweiten

45

GMO-Kristall R₁₁, K₁ und R_n sind, sind die folgenden drei Gruppen von Kombinationen möglich:

K„ — K₁, — R₁ + R₁

— R₁ — K₁

(25)

oder

R n

-I- K|

oder

K,; = K₁, — K|

Κ,, = K_n + R₁

R_K — Κ,, + K|

+ K_n
-Rn

+ K₁,

(26)

R₁, = Kn — R₁ + Κ,,

(27)

Die drei Grundfarben lassen sich mit irgendeiner der vorstehenden Kombinationen erhallen. Wie in F i g. K) gezeigt ist, werden eine Quarzplatte 10, eine erste und eine zweite GMO-Platte3' bzw. 3" mit Z-Schnitt, deren Dicken aus einer der in Tabelle 5 gezeigten Gruppen gewählt sind, zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 angeordnet, die zueinander parallel unter Einstellung ihrer Polarisationsebenen senkrecht aufeinander angebracht sind. Durch Anlegen einer geeigneten elektrischen oder mechanischen Spannung an jeder der GMO-Platten 3' und 3" und dadurch Umkehren ihrer optischen Achsen läßt sich diese Anordnung als elektrisches Farbfilter verwenden, das irgendeine der drei Grundfarben durchlassen kann.

Tabelle	5	Quarzpliittc	I.	GMO-Plutu·	2. GMO-Platte
Gruppe		(um I	in	ml	l'xnil

133
!43
122

210
404
210

195
195
404

Die vorstehende Erläuterung wurde im Zusammenhang mit dem Fall gegeben, in drm die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators aufeinander senkrecht stehen. Bezüglich des Falles, daß beide Polarisationsebenen parallel zueinander stehen, ist es lediglich erforderlich, die Dicke der Kristalle so zu wählen, daß man solche Verzögerungen erhält, daß die rote Farbe als Interferenzfarbe der ersten Ordnung oder der zweiten Ordnung. Blau ebenfalls als Interferenzfarbe der ersten oder der zweiten Ordnung und Grün als Interferenzfarbe der dritten oder der vierten Ordnung auftritt, wie Fig. 12 zeigt. Obwohl im vorstehenden Beispiel ein GMO-Kristall als Farbmodulatoreiement verwendet wurde, ist es klar, daß jeder zur Punktgruppe nun 2 gehörende Kristall mit ähnlichen Effekten verwendbar ist. Im allgemeinen ist eine Spannung von etwa 100 V erforderlich, um den Kristall im Farbmodulator zu betreiben. Diese Spannung läßt sich jedoch auf 3 In

6$ reduzieren, wenn man den Kristall in der Richtung der Dicke in η gleiche Teile aufteilt, «im so gleiche Verzögerungen zu schaffen, and die Spannung an jeden der paraflelgeschalteten Teile anlegt.

Bei dem beschriebenen Verfahren, hei dem eine aus zur Punktgruppe mm 2 gehörenden Kristallen und einem anderen doppelbre';henden Kristall bestehende Kombination zwischen zwei Polarisatorplatten angeordnet wird, deren Polarisationsebenen gegenseitig parallel oder senkrecht aufeinander stehen, und die Polarisation der Kristalle, die zur Punkigruppe mm 2 gehören, durch ein elektrisches Feld oberhalb des elektrischen Koerzitivfeldes der Kristalle umgekehrt wird, die Farbe des auf die Anordnung einfallenden Lichts moduliert

Obwohl in dem obigen Beispiel ein Farbmodulator zur Erzeugung der Grundfarben R, G und B beschrieben wurde, ist es klar, daß erforderlichenfalls auch irgendwelche anderen Farben mit einer ähnlichen Einrichtung erzeugt werden können. Das heißt, wie vorstehend beschrieben wurde, daß die Verzögerung von Licht in einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall durch Polarisationsumkehr von einem mit + R bezeichneten Zustand zu einem anderen mit — R bezeichneten Zustand geändert werden kann. Wenn entsprechende Verzögerungen in η solche Kristalle mit R₁, R₂' ^R3 - - · ^R« bezeichnet werden, ergibt sich die resultierende Verzögerung in einer beliebigen Kombination dieser η Kristalle durch folgende Formel:

R₀ ± R₁ ± R₁ ± R₃ ... ± R„,

worin R₀ die Verzögerung im Bezugskrislall bezeichnet.

Die vorstehende Formel liefert allgemein 2" Ergebnisse. Daher kann man im Prinzip sagen, daß η Kristalie 2" Arten von Farben erzeugen können. Um z. B. einen Farbmodulator für 16 Farben zu erhalten, sind nur vier unregelmäßig ferroelektrische Kristalle erforderlich, die so endbearbeitet sind, daß sie vorbestimmte Schnittrichtungen und Abmessungen haben und die in Richtung des einfallenden Lichts hintereinander angeordnet werden.

Hierzu 5 Bhiti Zeichnimcon

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Farbmodulator mit einem Paar parallel zueinander ausgerichteter Polarisatorplatlcn. zwischen denen hintereinander eine doppelbrechende Phasenplatte mit fester Phasenverzögerung und mindestens eine Z-Platte aus einem elektrooptischen Kristall, die an den beiden Hauptflächen

zögerung und mindestens eine Z-Platte aus einem elektrooptischen Kristall, die an den beiden Hauptflächen mit Elektroden versehen ist, eingefügt sind, bei dem durch ein über die Elektroden anlegbares elektrisches Feld die Stärke der Doppelbrechung im elektrooptischen Kristall steuerbar ist.

Ein Farbmodulator dieser Art ist in de·- US-PS 26 16962 beschrieben. Bei diesem bekannten Farb-

_r modulator besteht der elektrooptische Kristall aus

mit Elektroden versehen ist, eingefügt sind, bei io Kaliumdihydrogenphosphat oder aus einem kristallodem durch ein über die Elektroden anlegbares graphisch dazu isomorphen Piezoelektrikum. Diese elektrisches Feld die Stärke der Doppelbrechung Kristalle werden bei dem Farbmodulator nach der im elektrooptischen Kristall steuerbar ist, da- US-PS 26 16962 bei Zimmertemperatur betrieben, durch gekennzeichne t, daß der elektro- sie liegen daher in ihrer sogenannten paraelektrischen optische Kristall ein unregelmäßig ferroelek Irischer i₅ Phase vor. Die gleichen Verhältnisse liegen auch bei Kristall (3, 3') mit einer Verdrehung um 90 um in der DT-PS 11 91 043 und in der US-PS 32 39 671 die c-Achse entsprechender Verformung bei Um- beschriebenen Lichtmodulatoren vor, die auf der Auskehr der Richtung seiner spontanen dielektrischen nutzung elektrooptischer Effekte an Kalium- und Polarisation ist und daß das anlegbare elektrische Ammoniumdihydrogenphosphat-Kristallen beruhen. FeJd das Koerzitivfeld des FerroeJektrikums min- ₂₀ Zur Grtippe der regelmäßigen Ferroekktnka gehört destens erreicht. das ebenfalls als Piezoelektrikum bekannte Barium-

2. Farbmodulator nach Anspruch 1, dadurch titanat, das bei einem in der US-PS 29 28 075 begekennzeichnet, daß die Dicke des unregelmäßig sehrieben-en Datenspeicher auf ferroelek irischer Basis ferroelektrischen Kristalls (3, 3') in Richtung der zum Aufbau der Speicherelemente dient.

c-Achse so gewählt ist, daß die resultierende Ver- 25 Mit dem oben verwendeten Begriff Ferroelektrika zögerung des durch die doppelbrechende Phasen- bezeichnet man ganz allgemein Verbindungen, deren platte (10) und den Kristall hindurchtretenden Kristalk auch ohne die Einwirkung einer äußeren Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der mechanischen Spannung und eines äußeren elekzweiten Ordnung oder der ersten Ordnung, eine trischen Feldes eine spontane dielektrische Polariblaue Farbe als Interferenzfarbe der dritten Ord- 30 sation zeigen.

nung oder der zweiten Ordnung und eine grüne Diese Ferroelektrika lassen sich nun in zwei

Farbe als Interferenzfarbe der dritten Ordnung Gruppen unterteilen, die sich in ihrem elektrischen, oder zweiten Ordnung erzeugt. elastischen und optischen Verhallen voneinander

3. Farbmodulator nach Anspruch 1, dadurch unterscheiden. Bei der ersten Gruppe, den regelgekennzeichnet, daß die Dicke des unregelmäßig 35 mäßigen Ferroelektrika, der wie oben erwähnt Baferroelektrischen Kristalls (3, 3') in Richtung der riumtitanat zuzurechnen ist, ist die innere Gitterc-Achse so gewählt ist, daß die resultierende Ver- spannung im Kristall von der Richtung der spontaner! zögerung des durch die doppeibrechende Phasen- dielektrischen Polarisation unabhängig. Bei der zweiten platte (10) und den Kristall hindurchtretenden Gruppe, den unregelmäßigen Ferroelektrika, dagegen Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der 40 hängt die innere Gitterspannung im Kristall von der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung, eine Richtung der spontanen dielektrischen Polarisation

ab. Die unregelmäßigen Ferroelektrika sind solche Ferroelektrika, bei denen eine Umkehr der Richtung der spontanen dielektrischen Polarisation zu einer Verformung der entsprechenden Kristalle führl. die einer Verdrehung der Kristalle um 90 um ihre

blaue Farbe als Interferenzfarbe der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung und eine grüne Farbe als Interferenzfarbe der vierten Ordnung oder der dritten Ordnung erzeugt.

4. Farbmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unregelmäßig ferroelektrische Krislall (3, 3') ein Einkristall aus Gadolinium-Molybdal der allgemeinen chemischen Formel

c-Achse entspricht. Unregelmäßige Ferroelektrika zeichnen sich dadurch aus, daß sie gleichzeitig Ferroelektrika und Ferroelastika sind.

Weiler ist anzumerken, daß bei Ferroeleklrik.t ganz allgemein der Zusammenhang zwischen der resultierenden dielektrischen Polarisation einerseits und einem von außen angelegten elektrischen Feld andererseits durch eine Hysteresisschleife gegeben ist: