DE2046566A1

DE2046566A1 - Farbwiedergabevorrichtung auf Basis flussiger Kristalle

Info

Publication number: DE2046566A1
Application number: DE19702046566
Authority: DE
Inventors: Joseph Anthony North Brunswick NJ Castellano (V St A )
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: GB1331755A; US3703329A; JPS5028186B1; CA938017A; FR2064831A5

Description

Dipl.-Ing, H. Sauerland ■ Dr.-Ing. R, König

!I B"

Dfo!.-InQ₁,. Bergen

Patentanwalts · aooo Düsseldorf -TDecifiBnallee 7β . Telefon

43Ξ7 32

Unsere Aktes 26 134 22» September 1970

RCA Corporation, New York, N,Y, (V,St.A_#)

χ "Farbwiedergabevorriohtung auf Basis flüssiger Kristalle"

Die Erfindung betrifft eine Farbwiedergabevorrichtung, insbesondere eine solche, die Schichten aus nematischen flüssigen Kristallen aufweist, die pleochroitische Farbstoffe enthalten»

Lichtventil? und Wiedergabevorrichtungen auf Basis von nematischen flüssigen Kristallen und nematische flüssige Kristallmassen sind bereits bekannt. Diese Lichtventile werden durch ein elektrisches Feld gesteuert und sind in Betrieb, wenn die flüssige Kristallmasse in der mesomorphen Form vorliegt. Wenn an eine dünne Schicht der nematischen Flüssigkristall-Masse kein elektrisches Feld angelegt ist, so läßt im allgemeinen die Kristallmasse eine gewisse Menge Licht durchtreten, ohne das Licht zu streuen. Wird an die Flüssigkristall-Schicht ein elektrisches Feld oberhalb eines Schwellenwertes angelegt, der von der speziellen Flüssigkristall-Masse abhängt, so scheint die Schicht die Intensität des durchtretenden Lichtes im Bereich des angelegten elektrischen Felds zu verändern* Diese offensichtliche Veränderung der Lichtintensität beruht tatsächlich auf einer Änderung der Lichtstreuungs-Eigenschaften der flüssigen Kristalle, nachdem sich die Flüssigkristall-Moleküle in dem elektrischen Feld ausgerichtet haben.

Der auf das Ausrichten der nematischen Flüssigkristall-Moleküle in einem elektrischen Feld beruhende elektrisch-

109828/1207

optische Effekt kann in Platteh-Wiedergabevorrichtungen und Lichtblenden des transmissiven» reflektierenden oder absorbierenden Typs verwendet werden»

Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtungen und Lichtmodulatoren, die einen pleochroitischen Farbstoff in einer Flüssigkristall-Masse enthalten, sind ebenfalls bekannt. In diesen Vorrichtungen bewirkt die Ausrichtung der Flüssigkristall-Mol eküle eine Ausrichtung des darin gelösten pleochroitischen Farbstoffes· Da die zu beobachtende Farbe des pleochroitischen Farbstoffes sich in Abhängigkeit von der Richtung der Orientierung der Moleküle des pleochroitischen Farbstoffes (oder von der Ausrichtung der Farbstoffmoleküle, im Gegensatz zu einem nicht ausgerichteten pleochroitischen Farbstoff) ändert, wird durch das Ausrichten des Farbstoffes in der FlUssigkristall-Masse die beobachtete Farbe der Vorrichtung verändert. Bisher ist es jedoch, nicht möglich, mit einer Vorrichtung nahezu das gesamte sichtbare Spektrum zu erzeugen. Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst.

Im Rahmen der Erfindung wurde nämlich festgestellt, daß spezielle Kombinationen aus pleochroitischen Farbstoffen in einem nematisehen Flüssigkristall es ermöglichen, ein Farbwiedergabesystem zu schaffen, das die Wiedergabe des gesamten sichtbaren Spektrums zuläßt.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Flüssigkristall-Farbwiedergabesystem mehrere Zellen. Jede dieser Zellen enthält eine Flüssigkristall-Masse und einen pleochroitischen Farbstoff. Die Zusammensetzung der pleochroitischen Farbstoffe ist in den verschiedenen Zellen unterschiedlich. Außerdem ist jede Zelle mit Hilfe eines daran angelegten elektrischen Feldes gesondert steuerbar. Das erfindungsgemäße System wird mit polarisiertem weißem Licht betrieben.

109828/1207

Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 e.in erfindungsgemäßes, mehrzelliges Flüssigkristall-System, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 den Querschnitt einer Flüssigkristall-Anordnung zur Verwendung in einem Kompaktsystem, in schematischer Darstellung.

Gemäß Fig. 1 wird das weiße Licht einer Lichtquelle 12 vorzugsweise (jedoch nicht notwendigerweise) mit Hilfe einer Kollimatorlinse 14 in parallele Strahlen übergeführt. Die parallelen Lichtstrahlen passieren dann einen Polarisator 16 und danach nacheinander drei elektro-optische Flüssigkristall-Zellen 18, 20 bzw. 22. Jede Flüssigkristall-Zelle enthält eine Lösung 24 eines pleochroitischen Farbstoffes in einer nematischen Flüssigkristall-Masse, die sich im elektrischen Feld ausrichtet. Die Lösung 24 ist zwischen durchsichtigen Trägerplatten 26 und 28 eingeschlossen, die transparente, leitfähige Überzugsschichten 30 bzw. 32 an ihren Innenflächen aufweisen. Während des Betriebs ist jeder der leitfähigen Überzüge mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, so daß in jeder Flüssigkristall-Zelle das an den Flüssigkristall-Lösungen angelegte elektrische Feld gesondert gesteuert und verändert werden kann« Auf diese Weise kann der Grad der Ausrichtung eines jeden der pleochroitischen Farbstoffe gesondert gesteuert werden. Die spezielle Zusammensetzung des pleochroitischen Farbstoffes ist in jeder der drei Lösungen unterschiedlich,,

Um ein System zu erhalten, das zur Wiedergabe sämtlicher Farben des sichtbaren Spektrums fähig ist, enthalten die einzelnen Zellen vorzugsweise Lösungen, die unterschiedliche Anteile des Spektrums absorbieren. So sollten insbesondere die einzelnen Flüssigkristall-Zellen in folgen-

109828/1207

der Weise beim übergang aus dem "nicht eingeschalteten" bzw. nicht ausgerichteten Zustand in ihren vollständig "eingeschalteten" bzw, völlig ausgerichteten Zustand folgende Farbänderungen vollziehenj

Eine Zelle von cyanblau nach farblos, eine Zelle von magentarot nach farblos und eine Zelle von gelb nach farblos.

Während des Betriebs kann im wesentlichen jede Farbe des sichtbaren Spektrums einschließlich schwarz und weiß mit polarisiertem, weißem Licht, das nacheinander durch alle drei Zellen durchtritt, erzeugt werden, indem das elektrische Feld jeder Zelle zwischen 0 und dem Wert variiert wird, der erforderlich ist, um die maximale Ausrichtung der Farbstoffmoleküle hervorzurufen.

Wenn auch mit dem dargestellten System gleichzeitig nur eine Farbe ausgesandt wird, so kann ein vollständiges Farbwiedergabesystem beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß jede Vorrichtung mit Leitern in Form eines Kreuzgitters (cross-grid array) versehen wird. In einem solchen System kann die Farbe irgend eines Wiedergabeelementes innerhalb der Anordnung gesondert gesteuert werden, indem das an jedem Element jeder Zelle angelegte elektrische Feld geregelt wird. Auf diese Weise kann ein vollständiges Farbwiedergabe-System erhalten werden»

Außerdem läßt sich das System dadurch kompakter ausbilden, und die Anzahl der Glasoberflächen, an denen Reflexionsverluste auftreten können, läßt sich dadurch vermindern, daß eine Anordnung gemäß Fig. 2 vorgesehen wird. Bei diesem Aufbau dienen zwei innere Trägerplatten 42 und 44 gleichzeitig zur Aufnahme jeweils zweier Lösungen und zugehöriger Elektroden. Dabei sind beide Seiten jeder inne-

109828/1207

_₅ _ 204656Θ

ren Trägerplatte 42 bzw, 44 mit durchsichtigen leitfähi-) gen Überzügen, 46 und 48 auf Platte 42 und 50 und 52 auf ■ Platte 44, versehene

Die Lösungen bestehen vorzugsweise aus einem nematische» Flüssigkristall-Grundmaterial eines Typs, der auf ein elektrisches Feld durch Ausrichten anspricht. In diesem Grundmaterial sind etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines pleochroitischen Farbstoffes gelöste Bevorzugt wird eine Farbstoffkonzentration von 1 bis 2%,

Zu den bevorzugten Verbindungen für nematische Flüssigkristalle, die als Grundstoff für die erfindungsgemäßen Lösungen dienen, gehören Alkoxybenzylidenanile und Acyloxybenzylidenanile, wie beispielsweise Verbindungen der Strukturformel

RO-

in der OR eine Alkoxygruppe, vorzugsweise mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen oder eine Acyloxygruppe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet.

In der Praxis werden Gemische der nematischen Verbindungen bevorzugt» Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Temperatur, bei der das Gemisch aus dem festen kristallinen Zustand in den nematischen mesomorphen Zustand übergeht und somit die Arbeitstemperatur der Lösung, bei Verwendung von Gemischen niedriger ist als für·die Einzelkomponenten einer bestimmten Mischung.

Um die für eine breite Farbwiedergabe erforderlichen Farbänderungen zu erzielen, das heißt, um Lösungen zu erhalten, die von farblos nach cyanblau, magentarot bzw. gelb übergehen, eignen sich folgende Farbstoffe:

100828/1207

ORIGINAL INSPECTED

Name und Struktur Ν,Ν'-Dimethylindigo

O I

N CH,

Farbänderung durch Orientierung farblos nach cyanblau

N,N^f-Dipalmitoylindigo farblos nach magentarot O 0

N N CH₃(CH₂)₁₄CO CO(CH₂)₁₄CH₂

p-Nitrobenzylidenphenylhydrazon

O₉N U ' ,V CHs=N-NH-Λ

Derivat* von ölgelb (Azofarbstoff)

O₂N

farblos nach gelb farblos nach

N=CH -^ y OC₄H₉

* Das Derivat des Azofarbstoffes wird verwendet, um die Löslichkeit des Farbstoffes in der FlUssigkristallmasse zu erhöhen.

Es sei noch betont, daß die bevorzugten pleochroitischen Farbstoffe in der nematischen Flüssigkristall-Lösung nichtionisch sind.

Die in dem bevorzugten System verwendeten, speziellen Lö-

109828/1207

sungen bestehen aus folgenden Komponenten:

a) Farbänderung von cyanblau nach farblos: 0,65 Gewichtsprozent Indophenolblau

und 0,35 Gewichtsprozent 4-Amino-4'-nitroazobenzolp'-butoxybenzyliden,

N=N -/,~ V-N=CH -/"V OC/.Ho)

gelöst in einer äquimolaren nematischen Lösung von p-Hexoxybenzyliden-p'-aminobenzonitril, p-Hexoylbenzyliden-p'-aminobenzonitril und p-Heptoylbenzyliden-p'-aminobenzonitril·

b) Magentarot nach farblos:

1 Gewichtsprozent 2-Amino~8-hydroxy-1-azonaphthyl-pbenzonitril

OH N=N- "V CN)

gelöst in der unter a) angegebenen äquimolaren nematischen Lösung.

c) Gelb nach farblos:

1,5 Gewichtsprozent ^Amino-^-nitroazobenzol-p¹-butoxybenzyliden, gelöst in der gleichen äquimolaren nematischen Lösung, wie sie unter a) angegeben ist_e

109828/12 0 7

Claims

RCA Corporation, New York. N,Y. (V.St.A,)

Patentansprüche:

1, Farbwiedergabesystem, gekennzeichnet durch mehrere hintereinander angeordnete Flüssigkristall-Zellen, die je eine Lösung eines von Zelle zu Zelle verschiedenen pleochroitischen Farbstoffes in einer nematischen Flüssigkristall-Masse enthalten, sowie durch jeder Zelle zugeordnete, getrennt zu speisende Elektroden.
2. Farbwiedergabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus nichtionischem, pleochroitischem Farbstoff in einer nematischen Flüssigkristallmasse besteht und die Moleküle zum Ausrichten in einem elektrischen Feld befähigt sind.
Farbwiedergabesystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Zellen vorgeschaltete Polarisationseinrichtungen_o
4. Farbwiedergabesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch drei hintereinander angeordnete Zellen, von denen unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes bei Bestrahlung mit polarisiertem weißem Licht die erste Zelle zu einer Farbänderung von farblos nach cyanblau, die zweite Zelle zu einer Farbänderung von farblos nach magentarot und die dritte Zelle zu einer Farbänderung von farblos nach gelb befähigt ist.
5. Farbwiedergabesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des pleochroitischen Farbstoffes in der nematischen Flüssigkristall-Masse 1 bis 5 Gewichtspro-

109828/ 1 207

zent beträgt, und daß der pleochroitische Farbstoff im wesentlichen nichtionisch ist.
6, Farbwiedergabesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pleochroitische Farbstoff der ersten Zelle ein Gemisch aus Indophenolblau und einem Derivat von ölgelb, der pleochroitische Farbstoff der zweiten Zelle 2-Amino-8-hydroxy-1-azonaphthyl-p-benzonitril und der pleochroitische Farbstoff der dritten Zelle ein Derivat von ölgelb ist.
7. Farbwiedergabesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Gesamtkonzentration des Farbstoffes in der nematischen Flüssigkristall-Masse jeder der Zellen zwischen 1 und 2 Gewichtsprozent beträgt.

101821/1207 original inspected

ie

Leerseite