DE1916248C3

DE1916248C3 - Farbmodulator mit einem elektrooptischen Kristall

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Publication number: DE1916248C3
Application number: DE19691916248
Authority: DE
Inventors: Akio Kodaira; Ashida Sakichi Fuchu; Aizu Keiichiro Minato; Koga Masashi Kokubunji; Kumada (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1968-03-30
Filing date: 1969-03-29
Publication date: 1978-01-05

Description

ist, in der R und R' wenigstens ein Element der seltenen Erden, χ eine Zahl zwischen 0 und 1,0 und e eine Zahl zwischen 0 und 0,2 bezeichnet. 5. Farbmodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transparent ausgebildeten Elektroden (6) aus Zinn- oder Indiumdioxid bestehen.

Die Erfindung betrifft einen Farbmodulator mit einem Paar parallel zueinander ausgerichteter Polarisatorplatten, zwischen denen hintereinander eine doDPclbrechende Phasenplalte mit fester Phasenverzögerung 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 der US-PS 26 16 962 beschrieben. Bei diesem bekannten Farbmodulator besteht der elektrooptische Kristall aus

ίο Kaliumdihydrogenphosphat oder aus einem kristallographisch dazu isomorphen Piezoelektrikum. Diese Kristalle werden bei dem Farbmodulator nach der US-PS 26 16 962 bei Zimmertemperatur betrieben, sie liegen daher in ihrer sogenannten paraelektrischen Phase vor. Die gleichen Verhältnisse liegen auch bei in der DT-PS 11 91 043 und in der US-PS 32 39 671 beschriebenen Lichtmodulatoren vor, die auf der Ausnutzung elektrooptischer Effekte an Kalium- und Ammoniumdihydrogenphosphat-Kristallen beruhen.

Zur Gruppe der regelmäßigen Ferroelektrika gehört das ebenfalls als Piezoelektrikum bekannte Bariumtilanat, das bei einem in der US-PS 29 28 075 beschriebenen Datenspeicher auf ferroelektrischer Basis zum Aufbau der Speicherelemente dient.

Mit dem oben verwendeten Begriff Ferroelektrika bezeichnet man ganz allgemein Verbindungen, deren Kristalle auch ohne die Einwirkung einer äußeren mechanischen Spannung und eines äußeren elektrischen Feldes eine spontane dielektrische Polarisation zeigen.

Diese Ferroelektrika lassen sich nun in zwei Gruppen unterteilen, die sich in ihrem elektrischen, elastischen und optischen Verhalten voneinander unterscheiden. Bei der ersten Gruppe, den regelmäßigen Ferroelektrika, der wie oben erwähnt Bariumtitanat zuzurechnen ist, ist die innere Gitterspannung im Kristall von der Richtung der spontanen dielektrischen Polarisation unabhängig. Bei der zweiten Gruppe, den unregelmäßigen Ferroelektrika, dagegen hängt die innere Gitterspannung im Kristall von der 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 führt, die einer Verdrehung der Kristalle um 90" um ihre c-Achse entspricht. Unregelmäßige Ferroelektrika zeichnen sich dadurch aus, daß sie gleichzeitig Ferroelektrika und Ferroelastika sind.

Weiter ist anzumerken, daß bei Ferroelektrika ganz allgemein der Zusammenhang zwischen der resultierenden dielektrischen Polarisation einerseits und einem von außen angelegten elektrischen Feld andererseits durch eine Hysteresisschleife gegeben ist; für die unregelmäßigen Ferroelektrika mit ihren ferroelastischen 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 Feldänderungen eine rechteckige Hysteresisschleife mit einem Koerzitivfeld zu beobachten ist, daß aber dieses Koerzitivfeld mit Verringerung der Frequenz Tür die Feldänderung rasch abnimmt. Darüber hinaus gibt es bei diesen regelmäßigen Ferroelektrika noch einen Zusammenhang zwischen der von außen an-

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

Weilerhin 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 ferroelektrischen Phase zur Umkehr der Polarität der spontanen dielektrischen Polarisation äußere elektrische Felder mit der Koerzitivfeldstärke 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 Farbmodulaior der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er mit Hilfe von Steuerspannungen relativ geringer Höhe betrieben werden kann und dabei ein frequenz- und zeitunabhängiges Verhalten zeigt, so daß die Farbe des durchgelassenen Lichtes jeweils nur durch die äußere Steuerspannung bestimmt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektrooptische Kristall ein unregelmäßig ferroelektrischer Kristall mit einer Verdrehung um 90" um die c-Achse entsprechender Verformung bei Umkehr der Richtung seiner spontanen dielektrischen Polarisation ist und daß dus anlegbare elektrische Feld das Koerzitivfeld 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 Verdrehung der Kristalle um 90" um ihre c-Achse entspricht. Aufgrund dieser allen unregelmäßigen Ferroelektrika gemeinsamen Eigenschaft kommt es nämlich bei Anlage eines die Koerzitivfeldstärke überschreitenden elektrischen Feldes an eine Z-Platte aus einem solchen Kristall zu einer Umkehrung der spontanen Polarisation und gleichzeitig zu einer Vertauschung der a- und ö-Achsen dieser Kristallplatte, die wiederum von einer entsprechenden Änderung im Brechungsindex begleitet ist, so daß sich für zwei Lichtkomponenten mit zueinander 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 Kristallplatte ab, und außerdem ist ein bislabiler Betrieb möglich.

Die im Sinne der Erfindung eingesetzten unregelmäßigen Ferroeleklrika zeigen eine Hysteresisschleife sowohl hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen dein anliegenden elektrischen Feld einerseits und der spontanen dielektrischen Polarisation andererseits_s a!s 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 Felder 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 Weilerbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind: im einzelnen zeigt in der Zeichnung:

F i g. 1 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 doppclbrechenden Kristall hindurchgehende Lichtstrahlen,

F i g. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Deformation der Einheitszelle eines unregelmäßig ferroelektrischen Kristalls bei Umkehr seiner Polarisation.

F i g. 4 eine Hysteresisschleife für den Zusammenhang zwischen einem äußeren elektrischen Feld und der dielektrischen Polarisation bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall,

F i g. 5 eine Hysteresisschleife für den Zusammenhang zwischen einem äußeren elektrischen Feld und der inneren mechanischen Gitterspannung bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall,

F i g. 6 einen weiteren Ausschnitt aus dem Indikatrix-EHipsoid Tür einen biaxial doppelbrechenden Kristall,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen unregelmäßig ferroelektrischen Kristall für die Herstellung eines Modulationselements,

F i g. 8 eine schematische Schnittansicht eines Ausfiihrungsbeispiels für einen Farbmodulator mit einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall,

F i g. 9 einen Schnitt durch ein weiteres Aus·· führungsbeispiel für einen solchen Farbmodulator,

Fig. 10 einen Schnitt durch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. Il ein CIE-Farbtonblatl zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Farbinterferenz und der Verzögerung des von den gezeigten Farbmodylaloren durch^elassenen Lichts, wobei der unregelmäßig ferroelektrische Kristall zwischen zwei Polarisationsplatten angeordnet ist, die in Kreuzpolarisationsstellung stehen,

Fig. 12 ein weiteres CIE-Farbtonblatl zur Darstellung der gleichen Beziehungen wie in Fig. II, mit der Ausnahme, daß die beiden Polarisalionsplatten in Parallelpolarisationsstellung stehen, und

Fig. 13 einen Schnitt durch ein Ausführungs- .s bcispiel, das zur Prüfung der mit dem unregelmäßig ferroelekirischen Kristall verbundenen Elektrode verwendet werden kann.

Wie bekannt, wird ein Strahl von auf einen optisch biaxial doppelbrechcnden Krislall einfallendem Licht in zwei außerordentliche Strahlen aufgeteilt, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Die Polarisalionsebencn dieser beiden außerordentlichen Strahlen stehen aufeinander senkrecht. Wenn man die oploelastischen Hauptachsen des Kristalls mil X, Y und Z und die Brechungsindizes für drei Paare von doppelbrechcnden Strahlen, die sich aus den längs der drei Hauptachsen einfallenden Strahlen ergeben, mit /!„, η ■ n_ß, n_y; n_a, n_ß bezeichnet, ergibt sich das in F i g. 1 aargestellte Indikatrix-EIIipsoid für den Kristall.

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

schriebcncn Weise angeordneten doppclbrechcndcn Kristall besteht, hängt die Intensität des hindurehgelassencn Lichts von der Dicke des Kristalls und der Neigung des Polarisator 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 Lichis einer Glühlampe, und das der Polarisator und der Analysator mit ihren Polarisationsrichtungen PP' und AA' senkrecht zueinander und unter 45 zu den oploelastischen Hauptachsen Λ', V des hiaxialen Kristalls geneigt sind, sind Liclilwellcn mil durch folgende Forme! bcstimmten Wellenlängen linear polarisiert, wenn sie aus dem Kristall austreten, wobei die Schwingungscbenc solcher Lichtstrahlen parallel zur Achse PP' des Polarisators und senkrecht zur Achse AA' des Analysalors steht:

(worin k eine ganze Zahl bedeutet).

Daher werden diese Lichtwcllcn durch den Analysator völlig zurückgehalten. Andererseits sind Lichlwellen mit Wellenlängen, die durch die folgende Formel bestimml sind, ebenso linear polarisiert, wenn sie aus dem Krislall austreten:

R_x = d ()!,. - n_ß)

Ry = d (»,. - «J

R₇ = d [n_ß -/]„),

(2A- +

(I)

= d(n_ß - nj .

worin /i„, iy n_y Brechungsindikatrizes der polarisierten Lichtstrahlen bezeichnen, deren Schwingungsebenen parallel zur X- bzw. V- bzw. Z-Achse liegen.

Das Prinzip der Interferenz der Lichtstrahlen, die durch einen biaxial doppelbrechenden Kristall 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 angeordnel, deren Polarisalionsrichtungen sich kreuzen, die also in sogenannter Polarisationskreuzungsbeziehung stehen, wobei die Hauptflächen des Kristalls parallel zum Polarisator 1 und zum Analysator 2 angeordnel 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 0, da die Schwingungsebene des durch den Kristall 3 hindurchtretenden Lichts die gleiche Richtung hat wie die Durchllaßachse PP' des Polarisators 1. Wenn dagegen der Kristall 3 z. B. im Uhrzeigersinn weitergedreht wird, so wird das durch den Kristall 3 hindurchtretende 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 aus einem zwischen einem Polarisator und einem Analysator in der be-Doch ist die Schwingungsebene dieser Lichtstrahlen senkrecht zur Achse PP' des Polarisalors. Daher treten diese Strahlen ungeschwächt 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 Kristall 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 Hauptachsen 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 durchgelassenen Lichts komplementär zur Lichtfarbe im vorangehenden Fall.

Wenn man annimmt, daß X₁ und A₂ zwei benachbarte Wellenlängen bezeichnen, die eine Spitzenintensität ergeben, werden folgende Bedingungen erfüllt:

(k + y

= d(n_ß - nj,

v ⁺ τ) ^;"^{2 =}

Daher

+ 1/2

Aus der vorstehenden Formel erkennt man. daß das Verhältnis /.,//.-, für einen gegebenen Wert von /., einen verhältnismäßig großen Wert annimmt, wenn d klein isl. sich gedoch 1 nähert, wenn d groß wird. So wird, wenn der Kristall sehr dünn isl. die Breite des Ausgangsspektrunis, das /, als Spil/cnwcllcnlängc darin einschließt, groß, wodurch der ganze sichtbare Bereich fast gleichmäßig überstrichen wird.

Dementsprechend erscheint das durchgelasscnc Licht nahezu weiß. Bei einer geeigneten Dicket/ des is Kristalls wird der Abstand zwischen der Wellenlänge mil Maximalinlensität und der mit Minimalintcnsität 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 Linienspeklren verschiedener Farben umfaßt und die deutliche Farbe verlorengeht. Tatsächlich erscheint, wenn der Kristall von erheblicher Dicke isl, das durchgelassenc Licht für ungeübte Augen fast weiß, und das Erkennen der Farbelemente 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 = In· λ) und der Inlerferenzfarbe gemäß vorstehender Beschreibung in der folgenden Tabelle 1 gezeigt:

Tabelle

Inlerferenzfarbe
Rol

Violett

Blau

Azurblau

Grün

Gelb

Rot

Blau

Grün

Gelb

Grün

Weiß

35

40

45 entspricht. Mit dieser Verschiebung in den Abmessungen ändern sich andere Eigenschaften des Kristalls entsprechend.

Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren für die Überführung 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, geht 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 Hysteresisschleife 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 Kristall 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 Ferro magnetismus vergleichbare Eigenschaft. Daher mag es »Ferroelastizität« genannt werden, und ein unregelmäßig ferroelektrischer Kristall kann als ferroelektrisch und gleichzeitig ferroelastisch angesehen werden. 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, ί2-1 und i2-II solcher Kristalle auf:

Tabelle 2

Punkt-Gnippc

imm2

Material

55

In unregelmäßig ferroelektrischen Kristallen ändert sich nun die innere Gitterspannung in Abhängigkeit 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 fe, ic und / die Länge der Kanten des Kristalls längs der kristallographischen Achsen α, b und c bezeichnen. Dabei wird der Kristall im Zustand (a) in Richtung der Achse ft ausgedehnt, während er im Zustand (b) in Richtung der Achse α verlängert wird. Das heißt, daß der Kristall im Zustand (a) dem im Zustand (b) nach 90°-Dehnung um die Achse c

Gadolinium-Molybdat (GMO), Kaliumdihydrogenphosphat (in der ferroelektrischen Phase)
noch nicht entdeckt
Rochelle-Salz, Cadmium-Ammonium-Sulfat, Dodecylhydrat des Aluminiummethyl-Ammoniumsulfats

Es wurde als Ergebnis von Untersuchungen gefunden, daß GMO und seine kristallographischen Isomorphen, d. h.

X)₂O₃ = 3Mo,__PW_rO₃
(worin R und R' wenigstens ein Element der seltenen

Erden, χ eine Zahl zwischen 0 und 1,0 und e eine Zahl zwischen 0 und 0,2 bedeutet) Kristalle mit ferroelektrisch - ferroelastischer Phase, zur Punktgruppe 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 fällt, 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 Raumtemperaturniveau gesenkt werden, indem man eine isomorphe feste Lösung bildet.

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

Die Einheitszellcnabmcssungcn von CiMO, wurden unter Einsatz eines zu diesem Zweck eingerichteten Röntgengoniomclers und nach dem Röntgenbcugungsverfahren wie folgt bestimmt:

u = 10,38 t 0,005 Ä,
h = 10,426 ± 0,005 Ä,
r = 10,709 £ 0,005 Ä.

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

Tabelle 3	«(Λ)	± 0,005	/-(A)	t 0,005	<-(A)	£ 0,005
Material	10,377	± 0,005	10,472	£ 0,005	10,655	+ 0,005
Eu₂(MoO₄)J	10,388	± 0,005	10,426	± 0,005	10,709	± 0,005
Gd₂(MoO₄).,	10,331	+ 0,005	10,346	+ 0,005	10,603	+ 0,005
Dy₂(MoO₄I₃	10,478		10,511		10,856
Sm₂(MoO₄).,

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 l,00Ä, Eu⁺³ 0,98Ä, Gd⁺³0,97Ä. Tb 0,93 Ä und Dy 0,92 Ä. Daher zeigt jede Verbindung der Formel (R_xRi-J₂O₃ · 3Mo₁^W_1-O₃, 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

.

a + h

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 _fo

Punktgiuppe orthorhombisch, mm2,

(ferroelektrische Phase), bei einer Temperatur unter dem Curie-Punkt;

tetragonal, 4 2 m, (paraelektrische 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.. .t\. = 10,5, t_u = r_h — 9,5
(bei 20"C)

Spontane Polari- ρ

sation 1,86· ΙΟ"³ -^r,

(längs der Achse c)

Spontane Gilterspannung 1,5 · 10""'

Elastische Aus- , _m2 «

zeitung 25 · ΙΟ"² (^_Newtonj

Koerzitivfeid 6 · IO⁵ ί

, . = /Newton\
Koerzitivspannung 1,4· 10^D I—^z—J

Beständigkeit gegen
Wasser und
Chemikalien gut

Verwitterung oder
Diliqueszenz keine

Die folgende Tabelle 4 zeigt einige der Isomorphen des GMO-Kristalls. Reaktionsmaterialien und ihre zur Bildung der Kristalle erforderlichen Mengen sind ebenfalls in der Tabelle angegeben:

Tabelle 4 τ	11 Chemische l-'nrmel ik's linkrisUillv Sm₂(MoO₄)J	19 16 248 12 iRciiklionssloff) Misclncrhiillnis Mnlybtlat seltene Hrdc (Sm,0,) 431,8 348,7	(Eu₂Oj) 352,0	(Od₂Oj) 180,9	(Sm₂Oj) 174,3
3	Eu₂(MoO₄Ij	431.8	(Dy₂Oj) 373,0	(Gd₂O₃) 180,9	(Eu₂Oj) 176,0
4	Dy₂(MoO₄).,	431,8	(Tb₂Oj) 748,8	(Gd₂O₃) 180.9	(Tb₂Oj) 187,2
5	Tb,(MoO₄)j	833,6	(Gd₂O₃) 180,9	(Dy₂O₃) 186,5
6	(Gd₀.₅Sm₀.₅)₂(Mo0₄)j	431.8	(Gd₂O,) 343.7	(Yb₂O₃) 19,7
7	(Gd„.₅Eu₀.₅),(Mo0₄)₃	431,8	(Gd₂O₃) 343.7	(Ho₂Oj) 18,9
8	(Gd₀.₅Tb₀.₅),(Mo0₄)j	431.8	(Gd₂O₃) 343,7	(Lu₂Oj) 19.9
9	(Gd₀.₅Dy₀.₅)₂(Mo0₄)₃	431,8	(Gd₂O₃) 343,7	(Tm₂O₃) 19.3
10	(Gd₀.₉₅Yb₀.₀₅)₂(MoO₄)₃	431,8	(Gd₂O₃) 343,7	(Sc₂Oj) 6,9
11	(Gd₀.₉₅Ho₀.₀₅)₂(Mo0₄)j	431,8	(Gd₂O₃) 343,9	(La₂O₃) 16,3
12	(Gd₀₉₅Lu₀ Q₅ ),(MoO₄\|j	431,8	(Gd₂O₃) 343,9	(Pr₆O₁₁) 17,0
13	(Gd₀₉₅ Tm_0O5),(MoO₄)j	431.8	(Gd₂O₃) 217.0	(Y₂O₃) 90.3
3 ¹⁴ i	(Gd₀.₉₅Sc₀₀₅)₂(MoO₄)₃	431,8
i'i I 15	(Gd_0-95 La_0-05 )₂(MoO₄)₃	431,8
! ■·	(Gd_0-95Pr_0-0S)₂(MoO₄)J	431,8
I 17	(Gd_0-6Y_0-J₂(MoO₄)J	431,8

13 l-orlscl/unii Chemische Formel des Einkristalls 18 (Gd_0-6La_0-4I₂(MoO₄),	(GcI_0-60Tb_0-20Dy_0-2O)₂(MoO₄),	19 16 248 14 (KcaklionsstofD Mischvcrhalmis Molybdat seltene Erde (Gd₂O,) 431,8 217,0	(Gd₂O₃) (Dy₂O,) 217,0 74.6	(La, O₃) 130,0
19		431,8	(Gd₂O₃) (Eu₂O₃) 253,3 70.4	(Tb₄O₇) 78,8
20	(Gd_0-60Sm₀₂₀Tb₀₁O)₂(MoO₄),	431.8	(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) 217,0 69.7	(Dy₂O₃) 37,3
21	(Gd_{0 70}Eu_0-2oTb₀₁o)₂(Mo0₄),	431,8	(Gd₂O₃) (Eu₂O₃) 253,3 70.4	(Tb₄O₇) 39,4
22	(Gd_0-7Y_0-2La_0-1 J₂(MoO₄J₃	431.8	(Gd₂O₃) (La₂O₃) 253,3 32,6	(Tb₄O₇) 39,4
23		431.8	(Gd₂O,) (Eu₂O₃) 253,3 70.4	(Y₂O₃) 45,2
24	(Gd_{0 7}Sm₀ ]Eu₀₁ Y_0-I J₂(MoO₄),	431.8	(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) 253,3 34.9	(Ho₂O₃) 37,8
25	(Gdo_-95Ndo_-05)₂(Mo0₄),	431,8	(Gd₂O₃) 343,7	(Eu₂O₃) (Y₂O₃) 35,2 22,6
26	(Gd₀₆Tb_0-2Y_0-1La₀ J)₂(MoO₄J₃	431,8	(Gd₂O,) (Tb₄O₇) 217,0 78,8	(Nd₂O₃) 16,8
27	Gd₂(Mo_0-95W_0-10₄),(MoO₄)₃	431,8	Wo₅ 70,0	(Y₂O₃) (La₂O₃) 22,6 32,6
28	(Sm_0-5Eu_0-S)₂(MoO₄J₃	43 t, 8	(Sm₂O₃) 174,1
29	(Sm_0-5Dy_0-5J₂(MoO₄J₃	431,8	(Sm₂O₃) 174,1	(Eu₂O,) 176,0
30	(Sm_n-5Tb₀₅J₂(MoO₄),	431,8	(Sm₂O₃) 174,1	(Dy₂O₃) 186,5
31	(Sm₀^Yb₀₀S)₂(MoO₄).,	431,8	(Sm₂O,) 331,3	(Tb₄O₇) 187,5
32	431,8	(Yb₂O₃) 18,7

Fortsci/unu

Chemische lormcl des linkristalls

MMoO₄).,

(RcaklionssloiD Mischvcrhällnis Molybdal seltene |->dc

431,8

(Sm₂O₃)
331,3

(Ho₂O₃) 18,9

(Sm₂O₃)
331,3

37 (Sm_0-95Y_0-05 M MoO₄).,

38	(Sm_0-90Er_0-1MMoO₄).,	431,8	(Sm₂O₃) 313,4	(Er₂O₃) 105,4	(Er₂O₃) 19,1
39		431,8	(Sm₂O₂) 209,4	(Tb₄O₇) 78,8	(Er₂O₃) 19,1
40	(Sm_0-7Tb_0-2Y_0-1 J₂(MoO₄).,	431,8	(Sm₂O₃) 244,0	(Y₂O₃) 22,6

41 (Sm₀,₈Er_n.₁Yo._I)_i(Mo0₄)_-,

431,8

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

42	(Sm_0-8Dy_0-1 Y_0-05Er_0-05 )₂(Mo0₄)₃	431,8	(Sm₂O₃) 278,9	(Dy₂O₃) 37,3	(Y₂O₃) (Er₂O₃) 11,3 9,5
43	(Sm_0-5Tb_0-S)₂(Mo₀₉₀ W₀ ,)₃	388,6	(Wo₃) 70,0	(Sm₂O₃) 174,1	(Tb₄O₇) 187,2
44	(Dy_0-95 L_0-05MMoO₄).,	431,8	(Dy₂O₃) 369,3		(La₂O₃) 16,3
45	(Dy_0-95 Pr_0-05 MMoO₄J₃	431,8	(Dy₂O₃) 369,3		(Pr₆O₁₁ 17,0

46 (Dy₀.₉₅Nd_o,_o5)₂(MoO₄)₃

431,8

47 (Dy_0-8Nd_0-10Ho_0-10I₂(MoO₄),,

431,8

(Nd₂O₃) (Dy₂O₃)

16,8 369,3

(Dy₂O_-,) (Ho₂O.,) (Nd₂O_-,)

298.4 37.8 33.7

Fortsetzung

Chemische l'nrmel des hinkrisinlls

(ReaktuinsslolTl Mischverhallnis Molybtüil seltene I rdc

(Eu₀₆Tb₀ J

431,8

(Eu₂O₃) (Dy₂O₃) (Tb₄O₇)
211,2 74,6 102,4

(Cd_0-6Eu₀JSm_0-1Tb₀., Dy_0JXMoO₄)3

(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) (Eu₂O₃) (Dy₂O₃)
431,8 217,0 34,9 70,4 37,3

(Tb₄O₇)
39,4

Die unregelmäßig ferroelektrischen Kristalle, die in dieser Tabelle aufgeführt sind, sind in ihrer ferroelektrischen Phase kristalioptisch biaxial. F i g. 6 zeigt einen Teil des Indikatrix-Ellipsoids eines solchen Kristalls. In F i g. 6 bezeichnen die Achsen X, Y, Z optoelastische Hauptachsen und H₁, n_f, n_r Brechungsindizes der Lichtstrahlen, die jeweils zu den Achsen λ', Y, Z parallel schwingen.

In einem GMO-Kristall fallen die optoelastischen Hauptachsen X, Y, Z mit den kristallographischen Achsen a, b, c zusammen. Der Kristall ist bei einer Temperatur oberhalb des Curie-Punkts (angenähert 160⁰C) uniaxial und positiv doppelbrechend, und seine Brechungsindizes sind bei 200⁰C:

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_a, n_ß, n_y des Kristalls gegen Na-D-Strahlen (A = 589,3 μ) sind bei Raumtemperatur wie folgt:

2V = 11",

/I₁ = 1,842,

η β = 1,843,

/ι, = 1,897,
η_β -/I₁₁ = 4· ΙΟ"⁴.

Die optische Axialfläche dieses biaxial positiv doppelbrechenden 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-Kristail in Richtung der Achse a durchgelassencn Lichts unter der Annahme, daß die Dicke des Kristalls d„ ist, durch die folgende Formel wiedergegeben:

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 Polarisationsumkehr ändern und sich dementsprechend auch die Verzögerung ändert.

Die Verzögerung für auf den Kristall in der Richtung oe' einfallendes Licht, die z. B. in einem Winkel © zu der Achse c liegt, ist d (n_f — /I₁,). Wenn man dann den Kristall umgekehrt polarisiert, wird die vorerwähnte Verzögerung d (n_/(, —/i„), 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 F i g. 2 zeigt, und man weißes Licht 4 senkrecht zum Polarisator 1 richtet, wird das weiße durch den Polarisator 1 linear polarisierte Licht 4q durch die Doppelbrechung des Kristalls 3 in verschiedenem Maße in Abhängigkeit von seiner Wellenlänge gebrochen und wird bei einer bestimmten Wellenlänge zirkulär polarisiertem 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 /?,_) sind, gilt:

"J-

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

R* = u_h (n„ - Hg).

O) ·

Allgemein ist bei einem unregelmäßig ferroelektrischen Kristall die Längenänderung, gemessen längs der Richtung, in welcher die Deformation des Kristalls f>5 größer ist, wie folgt:

-.^{l + l} ~ ^₁'-'' = 0,01 - 0,(K)I .

Die Beziehung zwischen den Hauplbrechungsindizes ist

n, - n_x

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 Farbmodulator, der auch die Funktion eines Farbgedächtnisses hat.

Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt, ist bei dem Farbmodulator ein unregelmäßig ferroclektrischer Kristall zwischen zwei parallelen Polarisatorplatten angeordnet, wobei weißes Licht senkrecht zu den Polarisatorpiatten 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 paraHelen Hauptachsen vereinigt werden, ist die sich so ergebende Verzögerung des durch diese beiden Kristalle hindurchgegangenen Lichts gleich der Summe der jeweiligen Verzögerungen R₁ und R₂ in den einzelnen Kristallen. Dementsprechend kann die Interferenzfarbe aufgrund der Verzögerung in einer Kombination zweier Kristalle durch Änderung der Verzögerungen R, 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 η bei der Polarisationsumkehr. Das heißt, daß die jeweiligen Verzögerungen bei entgegengesetzten Polarisationen R_{( +}, und R₍_, durch die folgenden Formeln ausgedrückt werden:

- n„).

R₍_, = JY (n_y- nj

— -Pi₇- = 0,01 ~ 0,001

üblicherweise	gilt	Y
JX	~ J	7
JX	T~<7	I

= 1 ~ 0,1 .
"y

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 Polarisalionsumkehr relativ klein, wie anschließend gezeigt ist:

./ X-JY •IX +JY

= 1,5 · 10

= 2- 10 ^.

Daher ist es schwierig, einen großen Farbmodula-

tionsbereich mit einem Farbmodulator zu erreichen, bei dem nur die Abhängigkeit von der Variation in der Doppelbrechung aufgrund der Polarisationsumkehr im Kristall vorliegt.

Zweckmäßig werden daher eine Mehrzahl von GMO-Kristallen oder allgemein unregelmäßig ferroelektrischen Kristallen unter Parallelstellung ihrer Hauptachsen miteinander verbunden eingesetzt, so

ίο 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 Kristallein 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) zwisehen 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 Fei.d angelegt wird, kann als Farbmodulator verwendet werden.

Wenn weiter zwei Z-geschnitlene Einkristalle, die zur Punktgruppe mm 2 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 Felder anlegt, um ihre Polarisation umzukehren, sind mehrere

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

Ro	+ R₁	+ R₂.	(5)
Ro	R.	+ R₂.	(6)
R„	+ R₁	- R₂-	(7)
«η	-R₁	-R₂.	(8)

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,_;, R_B, die den drei Grundfarben R, B, G entsprechen, entnimmt man der Tabelle 1, wie folgt:

R_R 500 m|i

R₁, 710 ηΐμ

R_B 780 ΐτίμ

(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 + R₁ + R₂ = 780 ηΐμ

R₀ - R₁ + R₂ = 7l()mrx (9)

R₀ + R₁-R₂ = 500 ΐτίμ

Aus den vorstehenden Gleichungen folgt
R₀ = 605 ΐημ. R, = 35 ιτίμ, R₂ = !40πΐμ. (10)
Wenn die Formeln (5). (6), (8) gewählt werden, gilt

R₀ + R₁ + R₂ = 780 ιτίμ

R₀ - R₁ + R₂ = 710 mu (11)

R₀ -R₁-R₂ = 500 m μ

Dementsprechend gilt

R₀ = 64Om₁Ju R₁ = 35τημ, R₂ = 105 ιτίμ. (12)
Wenn die Formeln (6), (7), (8) ausgewählt werden, gilt

R₀-R₁-I-R₂ = 780 τημ
R₀ + R₁ - R₂ = 710 πΐμ
R₀-R₁-R₂ = 500 ηΐμ

(13)

Dementsprechend gilt
R₀ = 745 πΐμ, R₁ = 105 m|i, R₂ = 140 ΐτίμ. (14)

Die Dicken der einzelnen mm2-Kristalle, die die cemäß vorstehender Beschreibung erforderlichen Verzögerungen (9), (12). (14) ergeben, werden durch folgende Gleichung bestimmt:

R, - </, (»i,
R₂ = J₂ (n_ß

(15)

Der Wert von nß — n_a für GMO-Krisiallc gegen Na-D-Stnililen bei Raumtemperatur ist 4.2 ■ IO ⁴. Daher gill

^

Tür Erfordernisse (10) d_x = 82 ,im, d, = 327 μητ. (16) für Erfordernisse (12U₁ = 82 μΐη. d₂ = 245 μηι. (17) für Erfordernisse (14) d, --= 245 μητ. J₂ = 327 μητ. (18)

Das vorstehende Verfahren zur Bestimmung der Erfordernisse eines Farbmodulators wurde in Verbindung mit Primär-Interfcrcnzfarbcn erläutert. Doch ist die Beziehung zwischen einer Interferenzfarbe und dem Farbwert nicht einfach. Die Fig. 11 und 12 zeigen die mittels eines Computers unter Bezug auf das CIE-Farbtonblatt bestimmten Ergebnisse. Wie die Figuren zeigen, hat jede Farbe ihren optimalen Verzögerungswerl und ihre besondere Interferenzordnung. Daher ist es allgemein ein ziemlich schwieriges Problem, eine genaue Farbe durch den Interferenzeflekt aufgrund der Doppelbrechung zu reproduzieren. Im Hinblick auf dieses Problem wird noch ein mehr verallgemeinertes Konstruktionsverfahren im Zusammenhang mit dem Beispiel 6 beschrieben.

Es sollen nun noch einige Ausführungsbeispiclc für

Farbmodulatoren im einzelnen beschrieben werden:

Beispiel!

In F i g. 7 ist ein Y-geschnittcncs Stück von 0,2mm Dicke aus einem GMO-Einkristall 3 mit einem Diamantschneider ausgeschnitten, und die Schnittflächen sind zu klaren optisch ebenen Flächen poliert. Auf diese polierten Oberflächen ist durch Aufsprühen ein SnCl₄-Uberzug aufgebracht, um transparente Elektroden 6 zu schaffen. Dieser Kristall 3 ist mit einer Glasplatte 7 verbunden, die eine Dicke von 1 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 Polarisatorso 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 Polarisatorplatte 1 geneigt sind und die Achse b senkrecht zur Fläche der Polarisatorplatte 1 steht. Dann wird weißes Licht 4 durch den Polarisator 1 auf den Kristall 3 gerichtet. Das aus dem Polarisator 1 austretende, linear polarisierte Licht 4ο strömt durch den Kristall 3 hindurch, unc das aus dem Kristall 3 herauskommende Licht ist elliptisch oder für eine besondere Wellenlänge lineal polarisiert, und zwar infolge Verzögerungen aufgrüne der Lichtstrahlen, die Schwingungsanteile parallel zi den Achsen α und b aufweisen. Das so polarisiert! Licht geht durch den Analysator!, und man beob achtet eine Interferenzfarbe. Wenn in diesem Zustane eine Spannung von der Spannungsquelle 9 über dii Zuführungen 8 an den Kristall 3 angelegt wird, ander sich die Interferenzfarbe.

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

Da die Doppelbrechung in jeder Richtung außer der optischen Achse zu beobachten ist, ändert sich die Inlcrfercnzfarbc durch die Polarisationsumkchr in einem Krislall 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 beruhende Inlcrfercn/faibe kann leicln durch Umkehr der Polarisation des Kristalls geändert werden da der Effcklivwcrl der Doppelbrechung für die Lichlausbrcitung als Ergebnis der 90-Drehung der optischen Axialflächc aufgrund der Polarisationsumkchr variiert.

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

Beispiel 2

In ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 wird ein Z-geschnittcnes (ein senkrecht zur Achse c geschnittenes) Stück von 2 mm Dicke mit einem Diamantschncidwcrkzcug 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-geschnittenen Fläche zwischen zwei Polarisatorplattcn 1 und 2 angeordnet, die mit ihren Polarisationscbcnen 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 Poiarisalionsumkehr 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 Inlerfercnzfarbe 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 r-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 .1« ist, bestimmt sich die Verzögerung R zu R = d {. i n). Daher reicht bei einem Kristall von einigen hundert μ Dicke der Wert der Verzögerung R, der die hellste Interferen/.farbc gibt, von 400 ηΐμ bis 2(KM) ηΐμ. Wenn die Dicke mit 2(X) μ angenommen wird, dann muß I» im Bereich von 0.002 bis 0,010 liegen, um diesen erwähnten Bereich von R zu erhalten. Der Maximalwert für den Brechungsindex eines GMO-Kristalls ist bei Raumtemperatur angenähert 1,9. Ein Kristallachsenbild des C-geschnittcnen Einkristallabschnitts eines GMO-Kristalls ist als Ort des Koinzidenzwerts der Doppelbrechung anzusehen. Die Linien, die das

ίο Zentrum des Gesichtsfeldes und zwei Melalopen (unter einem Mclatopcn wird dabei die Projektion einer optischen Achse in einem Konoskop- oder Doppelbrechungs-lnlcrferenz-Bild verstanden, d. h. ein Melatop ist der Mittelpunkt der Isogyrcn und der

is konzentrischen Kreise des Konoskop-Bilds) verbinden, bestimmen die Tangenten an der optischen Axialflächc und bezeichnen die Richtung der Achse/). Die Umfangslinien der genannten beiden Mclatopcn 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« gedreht wird, bis das einfallende Licht mit der Kurve der Interferenzfarbe erster Ordnung zusammenfällt, erhält man die gewünschte helle Intcrfcrenzfarbc. Wenn in diesem Zustand eine Spannung am Krislall 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 <· um 90 gedreht werden. Daher ändert sich die Farbe. Um sicherzustellen, daß die erhaltene Farbe hell und unlerscheidbar ist, sollte der Kristall um die Achse/) gedreht werden, bevor die Umkehrungsspannung angelegt wird, so daß das einfallende Licht mit der Kurve für die Inlerfcrenzfarbe 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 als einem rechten Winkel gekreuzt eingestellt werden, weitere Variationen und Kombinationen erzielen.

Wie beschrieben wurde, wird ein Farbmodulator

.so 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 zur Z-Achse auf eine Breite von 10 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, und dann werden Goldelcktroden aus der Dampfphase auf den Z-

Ebenen niedergeschlagen. Anschlußdiühte werden an den ein/einen Elektroden mil Silherpaste befestigt. Der Kristall wird mit den X-Flächen /wischen zwei transparenten Quarzplatlen von 0,2 nun Dicke eingeschoben, und die Zuführungsdrühte werden mit Araldit an den Quarzplatten befestigt. Die so aufgebaute Einheit wird schrittweise abgekühlt und dann in flüssigen Stickstoff eingebracht, der sich in einer Dewarflasche befindet, die mil Quar/.plaltenfenstern versehen ist, so daß Lichldurchgang möglich ist. Die Kristallunordnung ist so getroffen, daß ihre X-Fläehe parallel zur Fläche des Fensters liegt. Wie im Ausrührungsbeispiel 3 sind die Polarisatorplalten in einer gekreuzten Nicol-Stellung im Weg des weißen Lichts angeordnet, und zwischen ihnen befindet sich die Dewarflasche so, daß das Licht auf den Kristall gerichtet ist. So ist eine vollständige Farbmodulatoreinheit geschaffen. Bei Anschluß der Zulciiungsdrähte an eine Spannungsquelle von KXX)V beobachtet man eine deutliche Farbe. Wenn die Polarität der Spannung 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 Kristall durch einen anderen mit unterschiedlicher Dicke ersetzt.

Beispiel 4 (F i g. 9, H))

Zwei Z-geschnittenc GMO-Einkristalle werden auf eine Dicke von 254 ± 5 μ bzw. 327 t 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 O)-Fläche ausgenutzt wird, und es werden Zufiihrungsdrähte 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 Umfangsflächen 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, dab eine Kante 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 Poiarisatorseite 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.

Beispiel 5

60

In einer aus einem Paar von Polarisator und Analysator und einem zwischen ihnen angebrachten doppelbrechenden Kristall bestehenden Anordnung wird, wenn man annimmt, daß die Dicke des Kristalls d und der Unterschied der Brechungsindizes für zwei Lichlwellen, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen schwingen, (n₂ — n,) ist, die

spektrale Durchsichtigkeit der Anordnung durch folgende Formel wiedergegeben:

V₁ (/.) = cos- \ R ,

R .

(20)

worin R = </1», H₁) 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 Polarisationscbenen aufeinander senkrecht und gegen die Achse des Kristalls um 45 geneigt stehen. Wenn daher weißes Licht in eine solche Anordnung eingeführt wird, tritt ein klar gefärbtes Licht aus dieser aus.

In einem Fall z. B., in dem die Polarisationsebene!! des Polarisators und des Analysators aufeinander senkrecht stehen, sieht man aus der Formel (20), daß die spektrale Durchsichtigkeit Maximalwerte für das Licht der Wellenlänge / annimmt, wenn die folgende Beziehung gilt:

Weiter wird, wenn

= O, .7, 2.7,

/1.7

•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 Wellenlänge durchläßt, kann sie Farbfilter genannt werden.

Auf 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 ZeiHralwellenlängen von R-, G- und B-Filtern /_Ä, /_(i und /.„ sind, wird durch die Dicke d des das Filter darstellenden Kristalls bestimmt, welcher Wert von

(2» + 1)

den Wert von — für die entsprechenden Zentralwellenlängen annimmt. Die mit den vorstehenden Werten -=5-, -y, -y, ... bestimmten Farben werden

als Interferenzfarbe der ersten, zweiten, dritten Ordnung usw. angesehen. Diese Interferenzfarben definieren die Grundbedingungen zur Bestimmung des Bereichs der Farbwiedergabe auf der Basis der drei Grundfarben. Die Optimalbedingungen zur Erzielung des größten Reproduktionsbereichs bei der Verwendung der drei Grundfarbenfilter wurden im Zusammenhang mit diesem Ausluhrungsbeispiel beschrieben.

Wie schon erwähnt, wird im Fall, in dem die Pokirisationsebenen des Polarisators und des Analysator in der obengenannten Anordnung aufeinander senkrecht stehen, die spektrale Transparen/, des Systems durch die Formel (20) bestimmt, das heißt 7, (/)

■--- sin² - .ί. Wlmiii man daher annimmt, daü A". Y

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

X Π U) x ti λ Y = ί/ (/.) y d /.
Z -- I / U) ζ </ /.

(23)

ν =

y =

l· Z

(24)

X + Y + Z

Die vorstehenden Werte von .ν und ν werden auf ^o das CIE-Farblonblatt aufgetragen. Man sieht aus der Kurve Il in dem Blatt nach Fig. 11, daß, wahrend 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 erseheinen. Dementsprechend ergibt sich unter der Annahme, daß die Zentralwellenlängen der Grundfarben wie folgt sind:

= 6!7nijx, A₁. = 537

= 477 m<>.

aus Fig. II, daß der Optimalbereich für die Farbwiedergabe erhalten wird, indem man die Dicke J 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 mm 2 gehört, seine optische Axialfläche um 90 dreht, wenn ein elektrisches Feld oder eine mechanische Spannung oberhalb seines elektrischen oder mechanischen Koerzitivwertes angelegt wird, ist anzunehmen, daß die Verzögerung R des durch den Kristall hindurchgegangenen Lichts nach Anlage des elektrischen Feldes oder der Spannung in der Richtung 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, daß die zur Schaffung der Farben R, G und B erforderlichen Verzögerungen R_R, R₁. und R₈ sind und daß die Einzelverzögerungen im Bezugskristall (z. B. Ouarzkristall) im ersten GMO-Kristall und im zweiten

45

CiMO-KrJsIaIlR₁₁₁R undR,, sind, sind die folgenden drei Gruppen von Kombinationen möglich:

dder

oder

worin x, y und ζ Koordinaten der Speklralfarbe bezeichnen. Die Werte von χ und ν werden aus dem Mischverhältnis der drei Grundfarben wie folgt hestimmt:

R₁.. - R₁-R + R_;

R₁, — R11 -■(- R ι — /\μ

R₁₁ - R₁₁ R₁ R

R₁, - R₁₁ + R, + R₁₁

R₁, - R₁, - R₁ I- R_n

R₁, = R₁₁ t- R - R_n

R₁, - R₁₁ f R₁ t- R₁ I

R₁ - R₁, - R, -1- R,

R₁₁ = R₁₁ R₁-R

(25)

(26)

(27|

Die drei Grundfarben lassen sich mit irgendeiner der vorstehenden Kombinationen erhalten. Wie in F i g. 10 gezeigt ist. werden eine Quarzplatle 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 I 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 CJMO-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	Qujr/pl	attc	1	. CiMO-I¹IaIIc	2. CiMO-!	'IaIU
Gruppe		I um I		(	iml	(um I

133
143

210
404
210

195
404

Die vorstehende Erläuterung wurde im Zusammenhang mit dem Fall gegeben, in dem die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysalors 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 Farbmodulatorelement verwendet wurde. Lsi es klar, daß jeder zur Punktgruppe mm 2 gehörende Kristall mit ähnlichen Effekten verwendbar ist. Im allgemeinen ist eine Spannung von etwa HX)V erforderlich, um den Kristall im Farbmodulalor zu betreiben. Diese Spannung läßt sich jedoch auf 1 ;i reduzieren, wenn man den Kristall in der Richtung der Dicke in π gleiche Teile aufteilt, um so gleiche Verzögerungen zu schaffen, und die Spannung an jeden der parallelgeschalteten Teile anlegt.

Bei dem beschriebenen Verfahren, bei dem eine aus zur Punktgruppe mm 2 gehörenden Kristallen und einem anderen doppelbrcchendcn Kristall bestehende Kombination zvischcn zwei Polarisalorpla'tcn angeordnet wird, deren Polarisationsebene!! gegenseitig parallel oder senkrecht aufeinander stehen, und die Polarisation der Kristalle, die zur Punktgruppc mm2 gehören, durch ein elektrisches Feld oberhalb des elektrischen Kocrzilivfeldes 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 ferroelekIrischen Kristall durch Polarisationsumkehr von einem mit + R bezeichneten Zustand zu einem andereu mit — R bezeichneten Zustand geändert werden kann. Wenn entsprechende Verzögerungen in ;i solche Kristalle mil R₁, R₂. R₃.. .R_n bezeichnet werden, ergibt sich die resultierende Verzögerung in einer beliebigen Kombination diesem Kristalle durch folgende Formel:

R₁, ± R₁ +. R₂ ± Λ, - i R_n-

worin R₁, die Verzögerung im Bezugskrislall bczcichnet.

Die vorstehende Formel liefert allgemein 2" Ergebnisse. Daher kann man im Prinzip sagen, daß η Kristalle 2" Arten von Farben erzeugen können. Um z. B. einen Farbmodulator fiir 16 Farben zu erhallen, sind

is nur vier unregelmäßig ferroclektrischc Kristalle erforderlich, die so endbearbeitet sind, daß sie vorbcslimmte Schnittrichtungen und Abmessungen haben und die in Richtung des einfallenden Lichts hintereinander angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Farbmodulator mit einem Paar parallel zueinander ausgerichteter Polarisalorplatten, zwischen denen hintereinander eine doppelbrechende Phasenplatte mit fester Phasenverzögerung 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, dadurch gekennzeichne t, daß der elektrooptische Kristall ein unregelmäßig ferroelektrischer Kristall (3, 3') mit einer Verdrehung um 90' um die c-Achse entsprechender Verformung bei Umkehr der Richtung seiner spontanen dielektrischen Polarisation ist und daß das anlogbare elektrische Feld das Koerzitivfeld des Ferroelektrikums mindestens erreicht. '

2. Farbmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des unregelmäßig ferroelektrischen Kristalls (3, 3') in Richtung der e-Achse so gewählt ist, daß die resultierende Verzögerung des durch die doppelbrechende Phasenplatte (10) und den Kristall hindurchtretenden Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung, eine blaue Farbe als Interferenzfarbe der dritten Ordnung oder der zweiten Ordnung und eine grüne Farbe als Interferenzfarbe der dritten Ordnung oder zweiten Ordnung erzeugt.

3. Farbmodulator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des unregelmäßig ferroelektrischen Kristalls (3, 3') in Richtung der c-Achse so gewählt ist, daß die resultierende Verzögerung des durch die doppelbrechende Phasenplatte (10) und den Kristall hindurchtretenden Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung, eine 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 Kristall (3, 3') ein Einkristall aus Gadolinium-Molybdat der allgemeinen chemischen Formel