DE1928267A1

DE1928267A1 - Fluessiger Kristall

Info

Publication number: DE1928267A1
Application number: DE19691928267
Authority: DE
Inventors: Zanoni Louis Anthony; Heilmeier George Harry
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-06-03
Filing date: 1969-06-03
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2010053A1

Description

6789-69/Dr.sd/Bru

RCA 55,834

Priorität: 3.Juni 1968

Radio Corporation of America, New York, N.Y.(V.St.A.)

Flüssiger Kristall

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der flüssigen Kristalle, welche als durch eine Spannung einstellbare Verzögerungsplatte, als ein durch eine Spannung abstimmbares Monochrometer, als Farbfilter oder als farbige Anzeigefläche verwendet werden kann.

Die Benutzung von elektrooptischen Kristallen in Lichtventilen, welche von der Drehung der Polarisationsebene von polarisiertem Licht unter dem Einfluss eines auf den Kristall einwirkenden elektrischen Feldes abhängt, ist bekannt. So findet beispielsweise eine elektrooptische Phasenverzögerung von polarisiertem Licht in Kristallen von Kaliumdoppelwasserstoffphosphat, Kaliumtantalat und Kupferchlorid statt. Diese Einrichtungen beruhen auf der Doppelbrechung des Kristalls, welche nur innerhalb eines kleinen Bereichs beeinflusst werden kann. Ausserdem entstehen bei der Benutzung dieser Stoffe Grössenschwierigkeiten, bei den betreffenden Einrichtungen, da es nämlich schwierig ist, derartige Kristalle in großen Abmessungen zu züchten.

Eine im folgenden zu beschreibende mit einem flüssigen Kristall arbeitende Einrichtung enthält gekreuzt zueinander verlaufende Polarisationselektroden, zwischen denen sich eine Schicht aus einer flüssigen kristallzusammensetzung befindet. Dieser flüssige Kristall enthält seinerseits flüssige Kristalle mit einer linearen molekularen Achse und einem Dipolmoment in einem elektrischen Feld längs dieser Achse. Die Einrichtung enthält Mittel zur Ausrichtung der flüssigen Kristallmoleküle, derart,

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daß die Richtung von durch sie hindurchfallendem polarisierten Licht einstellbar gedreht werden kann und enthält ferner eine Kollimator-Lichtquelle, deren Licht den zwischen den gekreuzten Polarisationselektroden befindlichen flüssigen Kristall durchfällt.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung im Schnitt dargestellt...

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gewisse flüssige Kristalle, insbesondere nematische Kristalle, welche eine lineare molekulare Achse besitzen und ein Dipolmoment in einem elektrischen Feld, welches längs dieser Achse verläuft, dazu veranlasst werden können, polarisiertes weißes Licht in einer Weise zu drehen, daß eine bestimmte Farbe am Ausgang der Einrichtung entnommen werden kann.

' In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche ein billiges und durch eine Spannung steuerbares Monochrometer und/oder Farbfilter darstellt. Die gleiche Einrichtung kann dazu benutzt werden, um plattenförmige Schirme zur Farbdarstellung zu beschaffen. Die dargestellte Ausführungs- I form enthält eine weiße Lichtquelle 11, beispielsweise eine WoI- j framfadenlampe. Das von dieser Lampe gelieferte Licht" trifft j eine Kollimatorlinse, durch welche ein paralleles Lichtstrahlen- j bündel 13 entsteht. . j

Das Bündel 13 passiert sodann einen ersten Polarisator 14, welcher dem weißen Licht eine einzige Polarisationsrichtung verleiht.Der Strahl 13 tritt dann in eine einen flüssigen Kristall enthaltende Unordnung 15 ein, welcher aus zwei transparenten Glasplatten 16 und 17 oder aus Platten aus anderem geeigneten transparenten Material besteht und wobei sich zwischen diesen Platten eine flüssige Kristallzusammensetzung 18 befindet.Diese

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Schicht 18 ist farblos und besteht ihrerseits aus flüssigen Kri- \ stallen mit linearer molekularer Achse und einem Dipolmoment ■ in einem-elektrischen Felde längs dieser Achse, so daß diese flüs-* sige η Kristallmoleküle bestrebt sind, sich mit ihren molekularen Achsen parallel zu der Richtung eines angelegten elektrischen Feldes zu stellen. Ein geeigneter flüssiger Kristall ist p-n-Methoxycinnamische Säure. Andere geeignete Stoffe sind beispielsweise p-n-Butoxybenzol-Säure und andere p-n-Alkoxybenziliden-p'-Aminobenzonitrile.

Die Einrichtung muss bei einer Temperatur betrieben werden, bei welcher der Kristall flüssig ist. Diese Temperatur liegt oft höher als Zimmertemperatur und aus diesem Grunde muss die Einrichtung häufig eine Heizung enthalten, die jedoch nicht mit dar-

■ gestellt ist. Im allgemeinen beträgt die Dicke der flüssigen : Kristallschicht zwischen 0,012 und 0,006 mm.

Auf beiden Seiten der Baueinheit 15 sind Kontakte 19 und 20 zur Anlegung eines elektrischen Feldes an den flüssigen Kristall

; vorhanden. Die Höhe.der entsprechenden Spannung wird mit einem Spannungsmesser 21 gemessen. Die Kontakte 19 und 20 liegen vor-

j zugsweise auf der Innenfläche der Glasplatten und sind selbst

; für Licht durchlässig. Beispielsweise können die Kontakte 19

! und 20 aus transparentem Zinnoxyd bestehen, das für ähnliche Zwecke

an sich bekannt ist. Ein zweiter Polarisator 22, der um 90°

j gegenüber dem ersten Polarisator 1*1 gedreht ist, liegt auf der j den Polarisator 14 abgewandten Seite der Baueinheit 15.

,

! Beim Fehlen von aussereη Feldern existieren die Moleküle des flüssigen Kristalls in Form von ungeordneten Schwärmen. Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, so beobachtet man eine Ausrichtung dieser Schwärme. Der Grad dieser Ausrichtung ist feldabhängig und gibt Veranlassung zu einer Doppelbrechung mit einer entsprechenden Feldabhängigkeit. In diesem Falle ist der Brechungsindex eine Funktion der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes zu der Schwarmachse und der molekularen Achsen

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-4-der flüssigen Kristalle in den Schwärmen. _;

Wenn daher ein durch eine Kollimator-Linse gesammelter Strahl polarisierten weißen Lichtes auf eine flüssige Kristall- i schicht der beschriebenen Art auffällt, so wird die Polarisations-^ ebene um einen Betrag gedreht, welcher von der Feldstärke in der flüssigen Kristallschicht abhängt. Das Maß der Drehung in einem gegebenen Felde ist für jede Wellenlänge verschieden. Wenn i das aus dem Kristall austretende Licht durch einen zweiten Polarisator hindurchfällt, dessen Richtung zu der des ersten Polarisa- ; tors gekreuzt ist, hängt die Farbe des endgültig austretenden ; Lichtes von dem angelegten Feld ab und entspricht derjenigen ^; Farbe, welche 18O° Verzögerung bei einer gegebenen Wellenlänge : "hat. Die Verzögerung lässt sich durch den Ausdruck beschreiben,

λ_ο = 2Δ nl,

wobei X_Q die betreffende Wellenlänge ist, welche um 18O° verzögert wird, so daß sie von den gekreuzten Polarisatoren hindurchgelassen wird, Δη die Änderung im Brechungsindex infolge der Doppelbrechung ist und 1 die Dicke des flüssigen Kristalls. Die Änderung des Brechungsindex infolge der Doppelbrechung ist eine Funktion der angelegten Spannung. i

In einer Einrichtung gemäss der Zeichnung , bei welcher der j flüssige Kristall aus einer Schicht von 10~^ cm Dicke von j p-n-Methoxycinnamid-Säure zwischen leitenden Zinnoxydüberzügen j auf Glasplatten bei einer Temperatur von etwa 18O°C bestand, erscheint die austretende Strahlung grün bei etwa 42 Volt an der Kristallschicht, rot bei etwa 49 Volt und blau in der zweiten Ordnung bei 70 Volt.

Die beschriebene Einrichtung kann entweder mit Wechselstromfeidern oder mit Gleichstromfeldern betrieben werden. Ausserdem kann die beschriebene Einrichtung auch mit magnetischen Feldern

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statt mit elektrischen Feldern betrieben werden, da magnetische Felder ebenfalls eine Ausrichtung der nematischen flüssigen Kristallmoleküle bewirken. Aus dem Obengesagten geht hervor, daß bei Benutzung eines monochromatischen Lichtstrahls statt eines weißen Lichtstrahls die beschriebene Einrichtung als Amplitudenmodulator und als Lichtschalter für derartiges monochromatisches Licht benutzt werden kann.

Eine weitere Möglichkeit der Benutzung ist ein farbiger Wiedergabeschirm, beispielsweise für Fernsehzwecke. In letzterem Falle werden die transparenten leitenden Elektroden vorzugsweise in Form von gekreuzten Gittern ausgeführt, wie es an sich bekannt ist, so daß jeder Schnittpunkt der gekreuzten Gitterstäbe so gesteuert werden kann, daß an diesem Punkte die gewünschte Farbe erscheint.

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Claims

PATENTA N'S P R Ü CH E

Flüssiger Kristall, gekennzeichnet durch eine Schicht eines farblosen flüssigen Kristalls zwischen gekreuzt zueinander verlaufenden Polarisatoren,

durch in diesem Kristall vorhandene, andere, ihrerseits flüssige Kristalle mit linearer molekularer Achse und einem Dipolmoment in einem längs dieser Achse verlaufenden elektrischen Feld,

durch Mittel zu einer derartigen Ausrichtung der Kristalle mit linearer molekularer Achse, daß die Richtung von durch sie hindurchfallendem, polarisiertem Licht einstellbar gedreht wird und

durch eine Kollimator-Lichtquelle, deren Licht die gekreuzten Polarisatoren und den erstgenannten flüssigen Kristall durchstrahlt.
2.) Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet , daß an der flüssigen Kristallschicht ein einstellbares elektrisches Feld liegt, und daß- ein gesammelter Lichtstrahl diese Schicht durchfällt.
3.) Färbselektiver elektrooptischer flüssiger Kristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld ein Gleichstromfeld ist und weißes Licht verwendet wird.
4.) Färbselektiver elektrooptischer flüssiger Kristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld ein Wechselstromfeld ist und weißes Licht verwendet wird.

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5.) Elektrooptischer farbiger Bildschirm mit einem flüssigen Kristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht weißes Licht ist und Mittel vorhanden sind, um die von den verschiedenen Plächenbezirken des Bildschirms hindurchgelassenen Lichtstrahlen hinsichtlich ihrer Farbe getrennt zu steuern·.
6.) Elektrooptischer Lichtmodulator mit einem flüssigen Kristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht monochromatisches Licht ist.

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