DE2136761A1 - Diffraction grating - Google Patents

Diffraction grating

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SIEMEiTS AXTIEMGESEILSCHATi" München 2S 22,JUU1971 Berlin und München Witteisbacherplatz 2SIEMEiTS AXTIEMGESEILSCHATi "Munich 2 S 22, JUU1971 Berlin and Munich Witteisbacherplatz 2

/2104/ 2104

BeugungsgitterDiffraction grating

Die Erfindung "betrifft ein Beugungsgitter zur Beugung τοπ Lichtstrahlen unter Verwendung zweier Elektroden, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist.The invention "relates to a diffraction grating for diffraction τοπ Beams of light using two electrodes, between which a liquid crystal layer is arranged.

Es sind einige nematische Flüssigkristallschichten bekannt, die sogenannte Domänen zeigen, falls die Flüssigkristallschicht zwischen (transparenten\ Elektroden angeordnet ist und falls an diesen Elektroden eine Spannung von der Größenordnung von etwa 10 V anliegt. Diese Domänen erscheinen unter dem Mikroskop als regelmäßiges, streifenförmiges Huster und stellen ein optisches Beugungsgitter dar. Derartige Domänen werden beispielsweise in der Zeitschrift "Journal of Chemical Physics" Vol. 39 (1963), Seiten 384 bis 388 beschrieben.There are known some nematic liquid crystal layers show the so-called domains, if the liquid crystal layer between (transparent \ electrode is arranged, and if a voltage of the order of about 10 V is applied to these electrodes. These domains appear under the microscope as a regular strip-shaped Huster and represent an optical diffraction grating. Such domains are described, for example, in the journal "Journal of Chemical Physics" Vol. 39 (1963), pages 384 to 388.

Es ist bekannt, daß sich kurz oberhalb der Spannungsschwelle für die Domänenbildung in der Flüssigkristallschicht turbulente, ungeordnete Strömungen ausbilden, die Domänen also zerstört v/erden, wobei auf die Schicht auffallendes Licht in alle Richtungen gestreut wird. Es ist weiter bekannt, daß die Turbulenz und die Lichtstreuung mit weiter zunehmender Spannung ebenfalls zunehmen. It is known that just above the voltage threshold for domain formation in the liquid crystal layer form turbulent, disordered flows, so the domains are destroyed / grounded, whereby on the layer incident light is scattered in all directions. It is also known that turbulence and light scattering also increase with increasing tension.

In der Zeitschrift "Physical Review Letters" VoI 24 (1970), Nr. 5, Seiten 209 bis 212 und in der Zeitschrift "Proceedings of the IEEE" Vol. 58 (Juli 1970), Seiten 1163 bis 1164 sind steuerbare Beugungsgitter beschrieben, die unter Verwendung bestimmter cholesterischer Flüssig-In the journal "Physical Review Letters" Vol 24 (1970), No. 5, pages 209 to 212 and in the journal "Proceedings of the IEEE" Vol. 58 (July 1970), pages 1163 to 1164 describe controllable diffraction gratings, using certain cholesteric liquids

VPA 9/240/1068 Y/db/Lk - 2 -VPA 9/240/1068 Y / db / Lk - 2 -

209885/0632209885/0632

BAD ORK31NALBAD ORK31NAL

kristallsehichten insbesondere mit Mischungen aus solchen hergestellt werden. Dabei ändert sich die Gitterkonstante nichtlinear mit dem angelegten Feld, und zwar wächst die Gitterkonstante mit zunehmender Feldstärke. Dieser Effekt ist für technische Anwendungen wenig geeignet, weil er außer der erwähnten Niehtlinearität folgende weiteren Nachteile hats Es ist eine relativ hohe Steuerspannung von etwa 500 Y erforderlich. Die cholesterisehen Flüssigkristallschichten sind nicht chemisch stabil und entmischen sich. Es treten Hysterese-Erscheinungen auf, aufgrund derer bei Erhöhung der Steuerspannung andere Beugungswinkel auftreten als bei Erniedrigung der Spannung. Der Cemperaturbereich, innerhalb dessen die Beugung steuerbar ist, beträgt nur etwa 1O0C und liegt für stabilere Flüssigkristallschichten über der Zimmertemperatur, und außerdem ist der Beugungswirkungsgrad (das Verhältnis des ungebeugten zum gebeugten licht) nur etwa 1^.Crystalline layers are produced in particular with mixtures of such. The lattice constant changes non-linearly with the applied field, and the lattice constant increases with increasing field strength. This effect is not very suitable for technical applications because it has the following further disadvantages in addition to the mentioned near linearity: A relatively high control voltage of about 500 Y is required. The cholesteric liquid crystal layers are not chemically stable and separate. Hysteresis phenomena occur, due to which different angles of deflection occur when the control voltage is increased than when the voltage is decreased. The Cemperaturbereich within which the diffraction is controllable is only about 1O 0 C, and is more stable liquid crystal layers above the room temperature, and further, the diffraction efficiency (the ratio of the undiffracted light to the diffracted) only about 1 ^.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von Flüssigkristallschichten ein elektrisch steuerbares Beugungsgitter zu erstellen, bei dem die Nachteile bekannter steuerbarer Beugungsgitter vermieden werden.The invention is based on the object of using liquid crystal layers to provide an electrically controllable To create diffraction grating in which the disadvantages of known controllable diffraction grating are avoided.

Erfindungsgemäß ist bei einem Beugungsgitter der eingangs genannten Gattung zur elektrisch steuerbaren Beugung der Lichtstrahlen eine nematische Flüssigkristallschicht vorgesehen, deren Dicke maximal 10/U - vorzugsweise mindestens 1/U und maximal 6 Ai - beträgt, deren spezifischer Widerstand mindestens 10° und maximal 10^3 Ohm/cm - vorzugsweise mindestens 101^ und maximal 101^ Ohin/cm - beträgt. Außerdem ist an die Elektroden eine Steuerspannung angeschlossen, mittels der der Beugungswinkel steuerbar ist.According to the invention, a nematic liquid crystal layer is provided in a diffraction grating of the type mentioned at the beginning for the electrically controllable diffraction of the light rays, the thickness of which is a maximum of 10 / U - preferably at least 1 / U and a maximum of 6 Ai - whose specific resistance is at least 10 ° and a maximum of 10 ^ 3 Ohm / cm - preferably at least 10 1 ^ and at most 10 1 ^ ohms / cm. In addition, a control voltage is connected to the electrodes, by means of which the diffraction angle can be controlled.

Das erfindungsgemäße Beugungsgitter zeichnet sich durch großen Beugungswirkungsgrad aus, da praktisch keine diffuseThe diffraction grating according to the invention is characterized by high diffraction efficiency, since practically no diffuse

VPA 9/240/1068 - 3 -VPA 9/240/1068 - 3 -

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BADBATH

213B7R1213B7R1

Lichtstreuung auftritt. Bin weiterer Vorteil dieses Beugungsgitters ist darin zu sehen, daß zur Steuerung nur relativ kleine Steuerspannungen erforderlich sind im Vergleich zu den Steuerspannungen, die unter Verwendung cholesterischer Substanzen benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß als Flüssigkristallschicht nematische Substanzen und Mischungen aus derartigen Substanzen zur Verfugung stehen, die chemisch und mischungsmäßig wesentlich stabiler sind als bekannte chole~ sterische Substanzen, die bisher als Bestandteile steuerbarer Beugungsgitter verwendet wurden. Das erfindungsgemäße Beugungsgitter zeichnet sich somit durch lange und verläßliche Betriebsdauer aus.Light scattering occurs. Another advantage of this diffraction grating can be seen in the fact that only relatively small control voltages are required for control Compare to the control voltages that are using cholesteric substances are needed. Another advantage of the invention is that as a liquid crystal layer nematic substances and mixtures of such substances are available that chemically and as a mixture are much more stable than known cholesteric substances, which were previously controllable as constituents Diffraction gratings were used. The diffraction grating according to the invention is thus long and reliable Operating time.

Ein weiterer Vorteil des erfindimgsgemäßen Beugungsgitters ist darin zu sehen, daß es keine Hystereseerscheinungen zeigt, d.h. daß einer bestimmten Steuerspannung ein bestimmter Beugungswinkel zugeordnet ist, gleichgültig, ob diese Steuerspannung durch Erhöhung einer kleineren Steuerspannung oder durch Erniedrigung einer größeren Steuerspannung erreicht wurde.Another advantage of the diffraction grating according to the invention can be seen in the fact that it shows no hysteresis phenomena, i.e. that a certain control voltage has a certain Diffraction angle is assigned, regardless of whether this control voltage is increased by increasing a smaller control voltage or by lowering a higher control voltage.

Die Erfindung zeichnet sich schließlieh auch noch dadurch aus, daß sie innerhalb eines relativ großen Temperaturbereiches anwendbar ist. Dieser Temperaturbereich wird nur durch den Temperaturbereich eingeschränkt, in welchem die Substanz nematisch ist, da der Einfluß der Temperatur auf die Domänenbreite verschwindend klein ist.Finally, the invention is also characterized by this from the fact that it can be used within a relatively wide temperature range. This temperature range is only limited by the temperature range in which the Substance is nematic because the influence of temperature on the domain width is negligible.

Als nematische Flüssigkristallschicht hat sich ein Gemisch bewährt, das mit dem Kurzzeichen N4 bezeichnet wird und aus zwei Substanzen besteht. Die erste Substanz ist:A mixture which is designated by the abbreviation N4 and has proven itself as a nematic liquid crystal layer consists of two substances. The first substance is:

N-p-Methoxybenzyl-lT^p-butylphenyl-diimid-II-oxid Die zweite Substanz ist:N-p-Methoxybenzyl-IT ^ p-butylphenyl-diimide-II oxide The second substance is:

if-p-Methoxyhenzyl-Ii' -p-butylphenyl-diimid-N · -oxid.if-p-Methoxyhenzyl-Ii '-p-butylphenyl-diimide-N · oxide.

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209885/0632209885/0632

BADBATH

Außer diesem genannten Gemisch N4 der ersten und zweiten Substanz hat sich als Flüssigkristallschicht eine dritte Substanz; bewährt, die mit dem Kurzzeichen MBBA bezeichnet wird und deren JTame ausführlicher folgendermaßen lautet:Except for this mixture N4 of the first and second Substance has a third substance as a liquid crystal layer; proven, which is designated with the abbreviation MBBA and whose JTame is more detailed as follows:

p-Methoxy-benzyliden-butyl-anilin.p-methoxy-benzylidene-butyl-aniline.

Als Steuerspannung kann eine Gleichspannung an die Elektroden angelegt werden, die etwa 5 bis 100 Volt beträgt. Es kann als Steuerspannung auch eine Y/echselspannung angelegt werden, deren Frequenz maximal 10 kHz beträgt und deren Maximalamj>litude mindestens 5 V und maximal 100 V beträgt. Schließlich können als Steuerspannung auch Gleiehspannuiigsimpulse an die Elektroden angelegt v/erden, deren Amplitude mindestens 5 Volt und maximal 100 Volt beträgt und deren Impulsfolgefrequenz bis zu maximal 10 kHz beträgt. " 'A DC voltage of around 5 to 100 volts can be applied to the electrodes as a control voltage. An alternating voltage can also be applied as a control voltage with a maximum frequency of 10 kHz and a maximum amplitude of at least 5 V and a maximum of 100 V. amounts to. Finally, equal voltage pulses can also be applied to the electrodes as a control voltage, whose amplitude is at least 5 volts and a maximum of 100 volts and whose pulse repetition frequency is up to a maximum of 10 kHz. "'

Im folgenden werden die Erfindung'und Ausführungsbeispiele derselben anhand der Figuren 1 bis 11 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Bauteile und Begriffe mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigenThe invention and exemplary embodiments are described below the same described with reference to Figures 1 to 11, wherein The same components and terms shown in several figures are identified by the same reference numerals. Show it

eine Flüssigkristallselle in prinzipieller Darstellung,a liquid crystal cell in a basic representation,

eine Flüssigkristallzelle im Transmissionsbetrieb, a liquid crystal cell in transmission mode,

eine Flüssigkristallzelle im Reflexionsbetrieb, eine Anordnung zur Änderung der Farbe und Intensität im Transmissionsbetrieb, eine Anordnung zur Änderung der Farbe und Intensität des lichtes im Eeflexionsbetrieb, eine Anordnung zur Darstellung von Zeichen • unter Verwendung von segmentartigen Elektroden,a liquid crystal cell in reflection mode, an arrangement for changing the color and intensity in transmission operation, an arrangement for changing the color and Intensity of the light in reflection mode, an arrangement for displaying characters • using segment-like electrodes,

VPA 9/240/1068 - 5 -VPA 9/240/1068 - 5 -

Figurfigure 11 Figurfigure 22 Figur
Figur
figure
figure
3
A
3
A.
Figurfigure 55 Figurfigure 66th

209885/0632209885/0632

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

21367B121367B1

Figur 7 eine Anordmmg zur Darstellung von Zeichen unter Verwendung von matrixartigen Elektroden,FIG. 7 shows an arrangement for displaying characters using matrix-like electrodes,

Figur 8 einen Bildwandler in prinzipieller Darstellung,FIG. 8 shows an image converter in a basic representation,

Figur 9 eine Anordnung zur Analoganzeige in prinzipieller Darstellung,FIG. 9 shows an arrangement for the analog display in a basic representation,

Figur 10 eine Anordnung zur Ablenkung des Lichtes in zwei Koordinatenrichtungen undFIG. 10 shows an arrangement for deflecting the light in two coordinate directions and

Figur 11 eine Anordnung zur spektralen Zerlegung des Lichts in prinzipieller Darstellung.FIG. 11 shows an arrangement for the spectral decomposition of light in a basic representation.

Die Figur 1 zeigt eine Flüssigkristallzelle, bestehend aus der nematischen Flüssigkristallschicht 1, den Elektroden 2 und 3 und den Trägerplatten 4 und 5. Die Elektroden 2 und 3 sind entweder beide durchscheinend, oder es ist nur eine durchscheinend und die andere reflektierend. Y/enn an die beiden Elektroden 2 und 3 eine Steuerspannung angelegt wird, dann werden die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle nach Art sogenannter Domänen ausgerichtet, die je eine Doiaänenbreite d haben. Die dünnen Striche stellen die Längsachsen- der Flüssigkristallmoleküle dar. Die dick eingezeichneten Pfeile deuten die Richtung der überlagerten Materials tr öiaung an. Wegen der Doppelbrechung der Flüssigkristalle wird durch derartige Domänen ein optisches Beugungsgitter gebildet.Figure 1 shows a liquid crystal cell consisting of the nematic liquid crystal layer 1, the electrodes 2 and 3 and the carrier plates 4 and 5. The electrodes 2 and 3 are either both translucent or there is only one translucent and the other reflective. A control voltage is applied to the two electrodes 2 and 3 is, then the longitudinal axes of the liquid crystal molecules are aligned in the manner of so-called domains, which ever have a width d. The thin lines represent the Longitudinal axis of the liquid crystal molecules. The thick ones Arrows indicate the direction of the superimposed material dripping. Because of the birefringence of the liquid crystals an optical diffraction grating is formed by such domains.

Wenn die Flüssigkristallschicht 1 aus bestimmten nematischen FlüssigkristalLen besteht, und wenn die Schichtdicke A einen bestimmten Betrag hat, dann verkleinert sich die Domänenbreite d linear mit wachsender, an den beiden Elektroden 2 und 3 anliegender Steuerspannung (Feldstärke), ohne daß eine diffuse, dynamische Lichtstreuung auftritt. Die in Figur 1 prinzipiell dargestellte Flüssigkristallzelle ist somit ein elektrisch steuerbares Beugungsgitter, dessen Gitterkonstante linear mit der Feldstärke veränderbar ist. Es wird nur die Komponente des Lichts gebeugt,If the liquid crystal layer 1 consists of certain nematic liquid crystals, and if the layer thickness A has a certain amount, then the domain width d decreases linearly with increasing, at the two electrodes 2 and 3 applied control voltage (field strength), without diffuse, dynamic light scattering occurring. The liquid crystal cell shown in principle in Figure 1 is thus an electrically controllable diffraction grating, whose lattice constant can be changed linearly with the field strength. Only the component of the light is bent,

YPA 9/240/1068 - 6 -YPA 9/240/1068 - 6 -

209885/0632 BAD ORlGJNAL209885/0632 BAD ORlGJNAL

die senkrecht zur Domänenlängsaclise (senkrecht zur Bildebene) schwingt.the perpendicular to the domain longitudinal aclise (perpendicular to the image plane) swings.

Die Substanz der Flüssigkristallschicht 1 soll möglichst rein und entsprechend hochohmig sein, um keine Turbulenz— bildung aufkommen zu lassen. Die Neigung zur !Turbulenzbildung ist um so größer, je weniger rein und je niederohmiger die nematische Substanz ist* Substanzen mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1O°jQ./cm bis maximal lO^Xl/cia sind geeignet. Besonders bewährt haben sich Substanzen mit einem spezifischen T/iderstand von mindestens 1010HfCm und maximal 1012& cm.The substance of the liquid crystal layer 1 should be as pure as possible and correspondingly high resistance so as not to allow the formation of turbulence. The tendency towards the formation of turbulence is greater, the less pure and the lower the resistance of the nematic substance. Substances with a specific T / resistance of at least 10 10 HfCm and a maximum of 10 12 & cm have proven particularly useful.

Die Dicke A der Schicht 1 soll höchstens 10 /a. betragen, da sonst mit Qhirbulenzbildung zu rechnen ist. Besonders bewährt haben sich Schichtdicken, die mindestens 1 ai und höchstens 6/a betragen.The thickness A of the layer 1 should not exceed 10 / a. otherwise the build-up of turbulence is to be expected. Layer thicknesses of at least 1 ai and at most 6 / a have proven particularly useful.

/l / l

Die Substanz der Flüssigkristallschicht 1 soll eine große Brechungsindex-Änisotropie An = 0,2 aufweisen, d.h. in einer Flüssigkristallschicht, in der alle Moleküllängsachsen eine gleiche Richtung aufweisen, unterscheidet sich der Brechungsindex in dieser Sichtung vom Brechungsindex senkrecht zu dieser Richtung um mehr als 0,2. Diese Brechungsindex-Anisotropie Δη soll mindestens 0,1 und maximal 0,5 betragen. Je größer diese Brechungsindex-Anisotropie ist, desto größer ist der Beugungswirkungsgrad.The substance of the liquid crystal layer 1 should have a large refractive index anisotropy An = 0.2, i.e. in a liquid crystal layer in which all longitudinal axes of the molecules have the same direction, the refractive index in this classification differs from the refractive index perpendicular to this direction by more than 0.2. This refractive index anisotropy Δη should be at least 0.1 and at most Be 0.5. The greater this refractive index anisotropy, the greater the diffraction efficiency.

Als !''lüssigkristallschicht 1 hat sich eine Substanz bewährt, die unter der Handelsbezeichnung ΪΓ4 von der Firma E. Merck, Darmstadt vertrieben wird und aus '60$ (Gewichtsprozente) der Substanz B und aus 40$ (Gewichtsprozente) der Substanz C gebildet wird:
Substanz B: CH5O-Q -N(O)=IS-Q ~c4Hq
A substance that is sold under the trade name ΪΓ4 by E. Merck, Darmstadt and is formed from $ 60 (percent by weight) of substance B and from $ 40 (percent by weight) of substance C has proven successful as the liquid crystal layer 1 :
Substance B: CH 5 OQ -N (O) = IS-Q ~ c 4 H q

N-p-Methoxybenzyl-lif -p-butylphenyl-diimid-ll-oxid VPA 9/240/1068 '. ~ 7 -Np-methoxybenzyl-li f -p-butylphenyl-diimide-II-oxide VPA 9/240/1068 '. ~ 7 -

209885/0632209885/0632

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Substanz C: CH,0-O-l?=H(0)-ö-CAHq Substance C: CH, 0-Ol? = H (0) -6-C A H q

N-p-Methoxybensyl-U1 -p-butylphenyl-diimid-iT1 -oxid Die sechseckigen Strukturen sollen den Benzolring darstellen. - .Np-Methoxybensyl-U 1 -p-butylphenyl-diimide-iT 1 -oxide The hexagonal structures are supposed to represent the benzene ring. -.

Als Flüssigkristallschicht 1 ist eine weitere Substanz verwendbar, die unter dem Namen:As the liquid crystal layer 1, there is another substance usable under the name:

p-Hethoxy-benayliden-butyl-anilin bekannt ist, die turter der Bezeichnung MBBA vertrieben wird und die eich durch folgende Strukturformel kennzeichnen läßt:p-Hethoxy-benayliden-butyl-aniline is known, the turter of the name MBBA is marketed and the can be characterized by the following structural formula:

Als Flüssigkristallschicht 1 läßt sich auch eine nematische Substanz der Firma LCI (Liquid Crystal Industries) verwenden.As the liquid crystal layer 1, a nematic Use substance from LCI (Liquid Crystal Industries).

Der Temperaturbereich, innerhalb dessen eine steuerbare Beugung möglich ist, wird nur durch den Temperaturbereich eingeschränkt, innerhalb dessen die Flüssigkristallschicht nematisch ist, da der Einfluß der Temperatur auf die Domänenbreite d versehwindend klein ist. Unter Verwendung des Gemisches 2Ϊ4 läßt sich eine steuerbare Beugung innerhalb des Temperaturbereiches von 160C bis 760C erzielen. Unter Verwendung der Substanz MBBA beträgt der entsprechende Temperaturbereich 2Q0C bis 410C und unter Verwendung der Substanz der Firma LCI beträgt der entsprechende Temperaturbereich 180C bis 8O0C.The temperature range within which controllable diffraction is possible is restricted only by the temperature range within which the liquid crystal layer is nematic, since the influence of temperature on the domain width d is negligibly small. Using the mixture 2Ϊ4 a controllable diffraction within the temperature range of 16 0 C to 76 0 C can be obtained. Using the substance MBBA the corresponding temperature range is 2Q 0 C to 41 0 C, and using the agent developed by LCI the corresponding temperature range is from 18 0 C to 8O 0 C.

Wenn beide Elektroden 2 und 3 durchscheinend sind, (Transmissionsbetrieb), dann wird durch die Wirkung des Beugungs gitters das ungebeugte L^cht in Richtung der Pfeile 6 in die Richtung der Pfeile 7 gebeugt, wobei der Beugungswinkel von der an den Elektroden 2 und 3 anliegenden Steuerspannung abhängig ist. If both electrodes 2 and 3 are translucent (transmission operation), then the effect of the diffraction grating causes the undiffracted light to move in the direction of the arrows 6 in diffracted in the direction of the arrows 7, the diffraction angle being dependent on the control voltage applied to the electrodes 2 and 3.

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Wenn die Elektrode 3 durchscheinend, die Elektrode 2 dagegen reflektierend ist (Reflexionsbetrieb), dann wird-' durch die Wirkung des Beugungsgitters das ungebeugte Licht in Richtung der Pfeile 6 als gebeugtes Licht in Richtung der Pfeile 8 reflektiert, wobei der Beugungswinkel wieder von der an den Elektroden 2 und 3 anliegenden Steuerspannung abhängig ist.If electrode 3 is translucent, but electrode 2 is reflective (reflection mode), then- ' by the action of the diffraction grating the undiffracted light in the direction of the arrows 6 as diffracted light in The direction of the arrows 8 is reflected, the diffraction angle again being different from that applied to the electrodes 2 and 3 Control voltage is dependent.

Die an den Elektroden 2 und 3 anliegende S teuer spannung kann eine Gleichspannung sein, die im Bereich zwischen 5 Volt und 100 ToIt variierbar ist. Bei Anlegung einer Gleichspannung von 10 Volt und Verwendung von grünem Licht ergibt sich ein Beugungswinkel von 2° und bei Anlegung einer Gleichspannung von 100 Volt ergibt sich ein Beugungswinkel von 20°. Als Steuerspannuhg kann aber an die Elektroden 2 und 3 auch eine Wechselspannung mit einer Frequens bis zu 10 kHz angelegt werden. Die erzielten Beugungswinkel sind von der Amplitude uca der Frequenz dieser Wechselspannung abhängig. Beispielsweise ergibt sich bei einer Frequenz von 500 Hz und bei einer Wechselspannungsamplitude (Maximalamplitude) von 20 V ein maximaler Beugungswinkel von 3° und bei einer Wechselspannung von 200 V (Maximalamplitude) ergibt sich ein maximaler Beugungswinkel von 30°. Als Steuerspannung können auch Gleichspannungsimpulse an die Elektroden 2 und 3 angelegt werden. Die Beugungswinkel sind von der Impul3folgefrequenz und von den Amplituden dieser Gleichspannung s impulse abhängig. Beispielsweise ergibt sich bei einer Impulsfolgefrequenz von 100 Rs und einer A_mplitude von 10 V ein Beugungswinkel von 2° und bei einer Amplitude von 100 V ein Beugungswinkel von 20°.The voltage applied to the electrodes 2 and 3 S expensive can be a DC voltage in the range between 5 volts and 100 ToIt can be varied. When creating a DC voltage of 10 volts and the use of green light results in a diffraction angle of 2 ° and when applied a direct voltage of 100 volts results in a diffraction angle of 20 °. As a tax voltage but an alternating voltage with a frequency of up to 10 kHz can also be applied to electrodes 2 and 3. the obtained diffraction angles are of the amplitude uca of Frequency of this alternating voltage dependent. For example, at a frequency of 500 Hz and at an alternating voltage amplitude (maximum amplitude) of 20 V a maximum diffraction angle of 3 ° and with an alternating voltage of 200 V (maximum amplitude) results a maximum diffraction angle of 30 °. DC voltage pulses to the electrodes 2 can also be used as the control voltage and 3 are created. The angles of diffraction depend on the pulse repetition frequency and on the amplitudes of this direct voltage s impulses dependent. For example, results in a pulse repetition rate of 100 Rs and an A_mplitude of 10 V a diffraction angle of 2 ° and with an amplitude of 100 V a diffraction angle of 20 °.

Alle diese Angaben bezüglich der Steuerspannung beziehen sich auf eine Schichtdicke A von 6/U. Falls die Schichtdicke A auf 3/U erniedrigt wird, dann erniedrigen sichAll of these details relate to the control voltage to a layer thickness A of 6 / U. If the layer thickness A is lowered to 3 / U, then lower yourself

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auch, die angegebenen Steuerspannungen um ca. 50$.Also, the stated control voltages by around $ 50.

Die Figur 2 stellt in prinzipieller Weise eine Anordnung zur steuerbaren Änderung der Farbe dar. Diese Anordnung besteht aus der Flüssigkristallzelle 10a, wie sie ausführlicher in Figur 1 dargestellt ist, ferner dem Kollimator 11, der Lichtquelle 12, dem Richtungsfilter 13 und der Streuscheibe 14. Es wird vorausgesetzt, daß die beiden Elektroden 2 und 3 der Flüssigkristallzelle 10a durchsichtig sind und somit die Flüssigkristallzelle 10a in Iransmissionsbetrieb betrieben wird. Das Yieiße Licht der Lichtquelle 12 wird unter Verwendung des Kollimators 11 als Parallellicht auf die Flüssigkristallzelle 10a gestrahlt, die das Parallellieht spektral zerlegt. Auf der Vorderseite der Flüssigkristallzelle 10a befindet sich das Richtungsfilter 13, das nur solches Licht durchläßt, das senkrecht auf den Richtungsfilter auftrifft. Je nach der Steuerspannung, die an den Elektroden 2, 3 (Figur 1) anliegt, ändert sich somit die Domänenbreite d, und das Domänengitter wird feiner oder gröber und der rfeil des gebeugten Lichtes, der senkrecht auf das Richtungsfilter 13 auffällt, hat eine bestimmte Wellenlänge entsprechend einer der Spektralfarben. Da rotes Licht stärker gebeugt wird als blaues, kann beispielsweise bei kleiner Steuerspannung (größerer Domänenbreite d) rotes, bei größerer Steuerspannung kann blaues Licht das Richtungsfilter 13 passieren.FIG. 2 shows in principle an arrangement for controllably changing the color. This arrangement consists of the liquid crystal cell 10a, as shown in more detail in FIG. It is assumed that the two electrodes 2 and 3 of the liquid crystal cell 10a are transparent and thus the liquid crystal cell 10a is operated in transmission mode. The other light from the light source 12 is irradiated as parallel light onto the liquid crystal cell 10a using the collimator 11, which spectrally decomposes the parallel light. The directional filter 13 is located on the front side of the liquid crystal cell 10a and only allows light to pass through which is perpendicular to the directional filter. Depending on the control voltage applied to the electrodes 2, 3 (Figure 1), the domain width d changes and the domain lattice becomes finer or coarser and the r file of the diffracted light that is perpendicular to the directional filter 13 has a certain wavelength corresponding to one of the spectral colors. Since red light is more strongly diffracted than blue light, red light can pass through the directional filter 13, for example with a small control voltage (larger domain width d), and blue light can pass through the directional filter 13 with a larger control voltage.

Mittels der Streuscheibe 14 wird alles Licht, das das Richtungsfilter 13 passiert, wieder divergent gemacht, so daß es für einen Beobachter 15 in einem großen Winkelbereieh sichtbar ist. Als Richtungsfilter 13 eignet sich beispielsweise eine Fiberglasscheibe, die aus einzelnen Glasfibern mit lichtabsorbierenden Zylinderwänden besteht.By means of the diffuser 14, all light that the Directional filter 13 happens, again made divergent, so that it is in a large angular range for an observer 15 is visible. As a directional filter 13, for example, a fiberglass pane made of individual There is glass fibers with light-absorbing cylinder walls.

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Die Anordnung nach Figur 3 dient ebenfalls zur steuerbaren Änderung -von Farben, die von einer Anzeigeflache abgestrahlt werden, wobei jedoch die Flüssigkristallzelle 10b im Reflektionsbetrieb betrieben wird. Die dem ungebeugten Licht zugewandte Elektrode ist somit durchsichtig, wogegen die rückwärtige Elektrode spiegelnd ausgebildet ist. Ein von der Lichtquelle 12 abgestrahltes,
weißes Licht wird mittels des Kollimators 11 wieder in
Parallellicht umgewandelt und unter Verwendung der Flüssigkristallselle 10b gebeugt und reflektiert. Der Beobachter 15 sieht ebenso wie unter VervTendung der in Figur 2 dargestellten Anordnung farbiges Lieht, dessen Wellenlänge von der angelegten Steuerspannung abhängig ist.
The arrangement according to FIG. 3 also serves to controllably change colors that are emitted from a display surface, but the liquid crystal cell 10b is operated in reflection mode. The electrode facing the undiffracted light is therefore transparent, whereas the rear electrode is reflective. A radiated from the light source 12,
white light is returned to by means of the collimator 11
Converted parallel light and diffracted and reflected using the liquid crystal cell 10b. As with the arrangement shown in FIG. 2, the observer 15 sees colored light, the wavelength of which is dependent on the applied control voltage.

Y/enn bei den Anordnungen gemäß Figur 2 und 3 die Lichtquelle 12 das Licht einer bestimmten Wellenlänge (einfarbiges Licht) aussendet, dann können Helligkeits-Zwischenstufen durch Anlegen entsprechender Steuerspannungen erseugt werden. Y/enn impulsförmige SteuerSpannungen angelegt werden, dann ist die scheinbare Färb- bzw. Intensitätsverschiebung gleich der augenblicklichen Verschiebung zeitlich gemittelt über die Periode der Impulsfolge. If, in the arrangements according to FIGS. 2 and 3, the light source 12 is the light of a certain wavelength (monochrome Light), then intermediate brightness levels can be achieved by applying appropriate control voltages be sucked into. Y / if pulsed control voltages are applied, then the apparent color or intensity shift equal to the instantaneous shift averaged over the period of the pulse train.

Durch die kombinierte Verwendung je zweier Flüssigkristallaellen lassen sich die Farbe und die Helligkeit
des Lichtes steuerbar ändern· Dazu dienen die Anordnungen nach Figuren 4 und 5.
Through the combined use of two liquid crystal cells, the color and the brightness can be adjusted
of the light controllably · The arrangements according to Figures 4 and 5 are used for this.

Nach Figur 4- werden beide Flüssigkristallzellen 10a und 10aa im Transmissionsbetrieb betrieben. Die Flüssigkristallzelle 10aa und das Eichtungsfilter 13a bilden ein
elektrisch steuerbares Intensitätsfilter. In Abhängigkeit von der an den Elektroden 2 und 3 (Figur 1) anliegenden Steuerspannung wird die Durchlässigkeit dieses
According to FIG. 4- both liquid crystal cells 10a and 10aa are operated in transmission mode. The liquid crystal cell 10aa and the alignment filter 13a form a
electrically controllable intensity filter. Depending on the control voltage applied to the electrodes 2 and 3 (FIG. 1), the permeability of this becomes

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Intensitätsfliters gesteuert. Wenn insbesondere das aus der Flüssigkristallzelle 10aa und dem Richtungsfilter 13a gebildete Intensitätsfilter sperrt, dann wird in Richtung zum Beobachter 15 kein Licht abgestrahlt.Intensity fliters controlled. If that in particular is off the liquid crystal cell 10aa and the directional filter 13a blocks the intensity filter formed, then becomes in the direction no light is emitted to the observer 15.

Die Flüssigkristallzelle 10a und das Richtungsfilter 13b bilden ein Farbfilter, dessen Farbe elektrisch steuerbar ist. Insbesondere läßt sich unter Verwendung dieses Farbfilters seitlich nacheinander rotes, grünes und blaues Licht elektrisch steuerbar erzeugen. In Kombination mit der Flüssigkristallzelle 10aa und dem Richtungsfilter 13a können die einzelnen Farben in variabler Intensität an den Beobachter 15 abgestrahlt werden. Bei geeignet rascher Aufeinanderfolge der drei Farben entsteht durch Überlagerung ein färb- und intensitätmoduliertes Bild.The liquid crystal cell 10a and the directional filter 13b form a color filter, the color of which is electrically controllable is. In particular, using this color filter, red, green and blue can be displayed one after the other Generate light in an electrically controllable manner. In combination with the liquid crystal cell 10aa and the directional filter 13a can display the individual colors in variable intensity be emitted to the observer 15. With a suitably rapid succession of the three colors, through Overlay a color and intensity modulated image.

Mit der Anordnung nach Figur 5 kann ein derartiges farb- und intensitätsmoduliertes Bild unter Verwendung der Flüssigkristallzelle 10aa und des Riehtungsfilters 13a im Reflexionsbetrieb erstellt v<rerden„With the arrangement according to FIG. 5, such a color- and intensity-modulated image can be produced using the Liquid crystal cell 10aa and the directional filter 13a created in reflection mode "

Bekanntlich können xinter Verwendung von Flüssigkristallschichten, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind, Zeichen dargestellt werden. Beispielsv/eise kann dies in der sogenannten Segmentdarstellung gemäß Figur 6 gesche-' hen. Die Figur 6a zeigt vierzehn verschiedene Sigmente 16, an die über die Zuleitungen 17 Steuerspannungcn anlegbar sind. Die zweite Elektrode 18 (Gegenelektrode) ist in Figur 6b mit den entsprechenden Zuleitungen 19 dargestellt. Wenn die Steuerspannung an einige der Zuleitungen 17 und Segmente 16 einerseits und an die Zuleitungen 19 und die Elektrode 18 andererseits angelegt wird, dann werden auf dem Bildschirm Zeichen dargestellt, wie sie beispielsweise die Figur 6c zeigt.As is well known, xinter use of liquid crystal layers, which are arranged between two electrodes, characters are displayed. For example, this can be done in the so-called segment display according to FIG. 6 is done. Figure 6a shows fourteen different sigments 16, to which control voltages can be applied via the supply lines 17 are. The second electrode 18 (counter electrode) is shown in FIG. 6b with the corresponding leads 19 shown. When the control voltage is applied to some of the leads 17 and segments 16 on the one hand and to the leads 19 and the electrode 18 is applied on the other hand, characters are displayed on the screen, as shown, for example, in FIG. 6c.

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Das anhand der Figuren 1 bis 5 dargestellte Prinzip läßt sieh auf die Segmentdarstellung gemäß Figur 6 anwenden. Dazu kann eine der "beiden Elektroden 2 oder 3 (Figur 1) wie die Segmente 16 nach Figur 6a ausgebildet sein und die andere Elektrode wie die Elektrode 18 nach Figur 6b·. Unter Verwendung der Anordnungen nach Figuren 2 und 3 werden in Abhängigkeit von an. die Zuleitungen 17 und 19 angelegte Steuerspannungen farbige Zeichen dargestellt. So können beispielweise die Segmente 16 und die Elektrode 18 nach Figur 6 anstelle der Elektroden der Flüssigkristallselle 10a nach Figur 2 verwendet werden. Es kann aber auch die Elektrode 18 nach Figur 6b anstelle der spiegelnden Elektrode der Flüssigkristallzelle 10b nach Figur 3 und die W Segmente 16 nach Figur 6a können anstelle der transparenten Elektrode der Flüssigkristallzelle 10b nach Figur 3 verwendet v/erden.The principle illustrated with reference to FIGS. 1 to 5 can be applied to the segment representation according to FIG. For this purpose, one of the two electrodes 2 or 3 (FIG. 1) can be designed like the segments 16 according to FIG. 6a and the other electrode like the electrode 18 according to FIG. 6b. Using the arrangements according to FIGS Control voltages applied to the supply lines 17 and 19 are shown in colored characters. For example, the segments 16 and the electrode 18 according to FIG. 6 can be used instead of the electrodes of the liquid crystal cell 10a according to FIG The electrode of the liquid crystal cell 10b according to FIG. 3 and the W segments 16 according to FIG. 6a can be used instead of the transparent electrode of the liquid crystal cell 10b according to FIG. 3.

Durch die kombinierte Verwendung der Anordnungen gemäß den Figuren 4, 5 und 6 können färb- und intensitätsmodulierte Bilder von Zeichen bewirkt werden.Through the combined use of the arrangements according to FIGS. 4, 5 and 6, color- and intensity-modulated Images of characters are effected.

Unter Verwendung von Flüssigkristallschichten können be~ • kanntlich einzelne Zeichen auch durch Kombination mehrerer Punkte dargestellt werden. Dabei sind die beiden Elektroden, zwischen denen sich die Flüssigkristallschicht befindet, punktartig ausgebildet, wie Figur 7 zeigt. In Figur 7a ist eine Serie derartiger Punktelektroden 21 dargestellt, die über die Zuleitungen 22 angesteuert werden. In Figur 7a sind die entsprechenden zweiten punktartigen Elektroden dargestellt, die über den Schaltungspunkt 24 angesteuert werden. Durch kombinierte Aktivierung einzelner der Elektroden 21 und 23 läßt sich beispielsweise das in Figur 7c wiedergegebene Zeichen "F" darstellen.Using liquid crystal layers can be ~ • It is known that individual characters can also be represented by combining several points. The two electrodes are between which the liquid crystal layer is located, formed point-like, as Figure 7 shows. In Figure 7a a series of such point electrodes 21 is shown, which are controlled via the supply lines 22. The corresponding second point-like electrodes are shown in FIG. 7a which are controlled via the switching point 24. By combined activation of individual electrodes 21 and 23 can be represented, for example, the character "F" shown in FIG. 7c.

Das anhand der Figuren 1 bis 5 beschriebene Prinzip läßtThe principle described with reference to Figures 1 to 5 can

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sich auf die anhand der Figur 7 erläuterte Matrixdarstellung anwenden. Dazu können beispielsweise die Elektrode 2 nach Figur 1 nach Art der Elektroden 21 (Figur -7a) und die Elektrode 3 nach Figur 1 wie die Elektroden 23 (Figur 7b) ausgebildet sein. In Abhängigkeit von der an die Leitungen 22 und den Schaltungspunkt 24 angelegten Steuerspannung und unter Verwendung der Anordnungen gemäß Figur 2 oder Figur v/erden die in Figur 7c dargestellten Zeichen farbig wiedergegeben, wobei die Farbe von der angelegten Steuerspammng abhängig ist. Unter Verwendung der Anordnungen gemäß Figur 4, 5 und 7 sind färb- und intensitätsmodulierte Zeichen darstellbar. apply to the matrix representation explained with reference to FIG. For this purpose, for example, the electrode 2 can after 1 in the manner of the electrodes 21 (FIG. 7a) and the electrode 3 according to FIG. 1 like the electrodes 23 (FIG. 7b). Depending on the number of lines 22 and control voltage applied to node 24 and using the arrangements according to FIG. 2 or FIG. 5, the characters shown in FIG. 7c are reproduced in color, whereby the color depends on the applied control voltage. Using the arrangements according to FIG 4, 5 and 7 can be displayed with color and intensity modulated characters.

Die Vorder- und Rückelektroden können auch als zwei aufeinander senkrecht stehende transparente Leiterbahnsysteme ausgebildet seinr wie in Figur 7d und 7e dargestellt ist, wobei jeder Kreuaungspunkt der Leiterbahnen einen Bildpunkt darstellt. Die Kombination der anhand der Figur. 7 beschriebenen Anordnungen ist besonders vorteilhaft, weil hierbei das Problem des Übersprechens durch die Richtungsfilterung unter Verwendung der Richtungsfilter 13, 13a, 13b fortfällt. Bei Matrixanzeigevorrichtungen mit vielen Elektroden 23 ist es vorteilhaft, polarisiertes Licht auf die Flüssigkristallzellen 10a und 10b gemäß den Figuren 2 bis 5 zu strahlen.The front and back electrodes can also be formed as two mutually perpendicular transparent conductor rail systems r as shown in figure 7d and 7e, each Kreuaungspunkt of the traces representing a pixel. The combination of based on the figure. 7 is particularly advantageous because in this case the problem of crosstalk due to the directional filtering using the directional filters 13, 13a, 13b is eliminated. In the case of matrix display devices with a large number of electrodes 23, it is advantageous to radiate polarized light onto the liquid crystal cells 10a and 10b according to FIGS. 2 to 5.

Bei farbigen Matrixbildschirmen mit größerem Bildvolumen (bis zu 1 Mill. Bildpunkte.) ist wegen der relativ langen Ansprechzeiten und den relativ kurzen Abklingzeiten eine Zwischenspeicherung notwendig. Die in der Patentanmeldung der Klasse 74d mit dem Aktenzeichen P 20 37 676.5 (internes Aktenzeichen VPA 70/2107) beschriebene Anzeigevorrichtung (die eine ferroelektrische Keramikschicht als Zwischenspeicher verwendet) ist als Flüssigkristallzelle 10 (Figur 1) verwendbar, falls die FlüssigkristallschichtColor matrix screens with a larger image volume (up to 1 million pixels) are due to the relatively long Response times and the relatively short decay times, intermediate storage is necessary. The one in the patent application of class 74d with the file number P 20 37 676.5 (internal file number VPA 70/2107) described display device (which uses a ferroelectric ceramic layer as a buffer) is a liquid crystal cell 10 (Figure 1) can be used if the liquid crystal layer

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2 gemäß den Figuren 7 und 11 dieser Patentanmeldung P 20 37 676.5 durch eine nematische Flüssigkristallschicht 1 gemäß Figur 1 der vorliegenden Erfindung ersetzt wird. Eine derartige, gemäß der vorliegenden Erfindung abgewandelte Anzeigevorricht'ang kann anstelle der Flüssigkristallzelle 10a bzw. 10b in die Anordnung nach den Figuren 2 und 4 baw. 3 und 5 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.2 according to FIGS. 7 and 11 of this patent application P 20 37 676.5 by a nematic liquid crystal layer 1 according to Figure 1 of the present invention will. Such a display device modified according to the present invention can be used in the arrangement according to the figures instead of the liquid crystal cell 10a or 10b 2 and 4 baw. 3 and 5 of the present invention can be employed.

Die Figur 8 zeigt schematiceh einen Bildwandler, bestehend aus zwei Glasplatten 26 und 27$■ auf denen die Ele3c-.troden 28 und 29 aufgebracht sind, ferner bestehend aus der Flüssigkristallschicht 30, der Schicht 31 eines Fotoleiters und außerdem aus der Zwischenelektrode 33· Diese Zwischenelektrode 33 wird aus einzelnen, voneinander elektrisch isolierten, spiegelnden Zellen gebildet, deren Fläche die gewünschte Bildpunktgröße bestimmt. Der Widerstand der Schicht 31 des Fotoleiters ist derart bemessen, daß er bei Dunkelheit wesentlich höher ist (beispielsweise um den Faktor 10) als derjenige der Flüssigkristallschicht, und bei Beleuchtung wesentlich niedriger liegt (ebenfalls um den Faktor 10) als derjenige der Flüssigkristallschicht 30. An beiden Elektroden 28 und 29 liegt eine konstante G-leiehspaimung an. Da sich der Widerstand des Fotoleiters 31 an den belichteten Stellen wesentlich erniedrigt, ändert sich die an der Flüssigkristallschicht 30 anliegende Spannung. Dabei entspricht jeder Zelle der Zwischenelektrode 33 je ein Flüssigkristallelement und je ein Fotoleiterelement. Die an den einzelnen Flüssigkristallelementen anliegenden Spannungen sind von der Belichtung des zugehörigen Fotoleiterelements abhängig.FIG. 8 shows schematically an image converter, consisting from two glass plates 26 and 27 on which the electrodes 28 and 29 are applied, further consisting of the liquid crystal layer 30, the layer 31 of a photoconductor and also of the intermediate electrode 33 · These Intermediate electrode 33 is formed from individual, mutually electrically isolated, reflective cells, whose Area determines the desired pixel size. The resistance of layer 31 of the photoconductor is dimensioned such that that in the dark it is significantly higher (for example by a factor of 10) than that of the liquid crystal layer, and when illuminated is significantly lower (also by a factor of 10) than that of the liquid crystal layer 30. A constant equilibrium is applied to both electrodes 28 and 29. Since the resistance of the photoconductor 31 at the exposed areas is substantially lowered, the voltage applied to the liquid crystal layer 30 changes. This corresponds to each cell of the intermediate electrode 33 has a liquid crystal element and one photoconductor element each. The voltages applied to the individual liquid crystal elements are dependent on the exposure of the associated photoconductor element.

Wenn das anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebene Prinzip auf den in Figur 8 prinzipiell dargestellten BildwandlerIf the principle described with reference to FIGS. 1 to 4 is applied to the image converter shown in principle in FIG

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angewendet wird und dieser Bildwandler anstelle der Flüssigkristallzelle 10b nach Figur 3 also im Reflexionsbetrieb eingesetzt wird, dann wird eine auf den Fotoleiter 31 abgebildete (pro31zierte)9 kontrastarme Intensitätsverteilung einer sichtbaren oder einer nicht sichtbaren Lichtstrahlung (beispielsweise eine Ultraviolettstrahlung oder eine Infrarotstrahlung) in eine sichtbare kontrastreiche Farbverteilung überführt. Eine Yerdoppelung der Intensität eines Bildpunktes ergibt beispielsweise eine Άοt/Blauverschiebung. Dabei wird das an der spiegelnden Schicht 33 reflektierte und gebeugte Licht gegen das Riehtungsfilter 13 reflektier"^ und von der Streuscheibe 14 wird ein Farbbild abgegeben.is applied and the image converter in place of the liquid crystal cell 10b according to Figure 3 thus used in reflection, then imaged onto the photoconductor 31 (pro31zierte) 9 low contrast intensity distribution of a visible or non-visible light radiation (for example, ultraviolet radiation or infrared radiation) into a visible high-contrast color distribution transferred. Doubling the intensity of an image point results, for example, in a Άο t / blue shift. The light reflected and diffracted on the reflective layer 33 is reflected against the directional filter 13 and a color image is emitted from the diffusing screen 14.

Die in Figur 9 prinzipiell dargestellte Flüssigkristallzelle 10c zur Analoganzeige besteht aus den beiden Trägerplatten 4 und 5) den Elektroden 3 und 40, der nematische/! Flüssigkristallschicht 1, der Sp aimungs quelle 43 und den Zuleitungen zu den Elektroden 3 und 40. Die Elektrode 3 hat einen relativ kleinen Längsv/iderstand, so daß an allen Punkten dieser Elektrode, etwa das gleiche Potential herrscht. Im Gegensatz dazu hat die Elektrode 40 einen beträchtlichen und derartigen Längswiderstand, daß entlang der Elektroden3 und 40 ein linearer Spannungsabfall auftritt und an der Flüssigkristallschicht 1 unterschiedliche spannungen anliegen. Die Flüssigkristallzellen 10 (Figur 1) und 10c (Figur 9) unterscheiden sich somit durch die Elektroden 2 bzw. 40. Die Elektrode 2 (Figur 1) hat einen sehr geringen Längswiderstand, so daß längs der Flüssigkristallschicht 1 ein gleicher Spannungsabfall der Steuerspannung anliegt. Im Gegensatz dazu bewirkt die Elektrode 40 nach Figur 9 entlang der Elektroden 3 und 40 verschiedene Spannungsabfälle, die sieh beim vorliegenden Ausführungsbeispiel linear ändern.The liquid crystal cell 10c for analog display, shown in principle in FIG. 9, consists of the two carrier plates 4 and 5) the electrodes 3 and 40, the nematic /! Liquid crystal layer 1, the Sp aimungs source 43 and the leads to the electrodes 3 and 40. The electrode 3 has a relatively small longitudinal resistance, so that there is approximately the same potential at all points of this electrode. In contrast to this, the electrode 40 has a considerable series resistance such that a linear voltage drop occurs along the electrodes 3 and 40 and different voltages are applied to the liquid crystal layer 1. The liquid crystal cells 10 (FIG. 1) and 10c (FIG. 9) thus differ in the electrodes 2 and 40, respectively. The electrode 2 (FIG. 1) has a very low series resistance, so that there is an equal voltage drop in the control voltage along the liquid crystal layer 1. In contrast to this, the electrode 40 according to FIG. 9 causes various voltage drops along the electrodes 3 and 40 which change linearly in the present exemplary embodiment.

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Wenn diese in Figur 9 dargestellte Flüssigkristallselle 10c anstelle der F3.üssigkristallzelle 10a nach Figur 2 gesetzt wird, und wenn außerdem das licht einer bestimmten Wellenlänge, beispielsweise rotes Lieht in Richtung des Pfeiles 41 (Figur 9) gestrahlt wird, dann sieht der Beobachter 15 nach Figur 2 einen roten Streifen, deo: parallel ziir G-renzlinie 4-2 nach Figur 9 verläuft, und der sich in Abhängigkeit von der Spannung der Spannungsquelle 43 längs der Trägerplatte 5 verschieben läßt. Dabei bezieht sich diese durch Kombination der Anordnungen nach den Figuren 2 und 9 entstandene kombinierte Anordnung auf den Transmissionsbetrieb.If this liquid crystal cell 10c shown in FIG. 9 is used instead of the liquid crystal cell 10a according to FIG is set, and if also the light of a certain wavelength, for example red light in the direction of the arrow 41 (FIG. 9) is radiated, then the observer 15 sees a red stripe according to FIG. 2, deo: parallel ziir border line 4-2 of Figure 9 runs, and the can be moved along the carrier plate 5 as a function of the voltage of the voltage source 43. Included relates to this combined arrangement resulting from the combination of the arrangements according to FIGS. 2 and 9 the transmission operation.

Bei der Anordnung nach Figur 9 wurde bisher angenommen, daß die beiden Elektroden 3 und 40 durchscheinend sind. Es ist aber auch möglich, die Elektrode 3 durchscheinend und die Elektrode 40 reflektierend zu machen. Eine derartige Fliissigkristallzelle 10c kann im Reflexionsbetrieb anstelle der Fliissigkristallzelle 10b gemäß Figur 3 verwendet werden. Wenn wieder das Licht einer bestimmten Farbe eingestrahlt wird (in Richtung des Pfeiles 44), dann sieht der Beobachter 15 einen farbigen Streifen, der in Abhängigkeit von der Spannung der Spannungsquelle 43 in Längsrichtung der Trägerplatte 5 verschiebbar ist«In the case of the arrangement according to FIG. 9, it was previously assumed that the two electrodes 3 and 40 are translucent. But it is also possible for the electrode 3 to be translucent and make the electrode 40 reflective. Such a liquid crystal cell 10c can operate in reflection mode can be used instead of the liquid crystal cell 10b according to FIG. When again the light of a certain Color is irradiated (in the direction of arrow 44), then the observer 15 sees a colored stripe which depending on the voltage of the voltage source 43 is displaceable in the longitudinal direction of the carrier plate 5 «

Durch Kombination der Anordnungen nach den Figuren 4 und 9, wobei weißes Licht vom Kollimator 11 abgestrahlt wird und die Flüssigkristallzelle 10aa durch die Flüssigkristallzelle 10c nach Figur 9 ersetzt wird, ergibt sich eine Anordnung, die zur Anzeige eines farbigen Streifens geeignet ist. Die Farbe dieses farbigen Streifens ist durch die Steuerspaniiung einstellbar, die an den Elektroden der Flüssigkristallzelle 10a anliegt. Dieser farbige Streifen kann durch.Änderung der Spannung der Spannungsquelle 43' in Längsrichtung der Trägerplatte 5 verschoben werden.By combining the arrangements according to FIGS. 4 and 9, white light being emitted by the collimator 11 and the liquid crystal cell 10aa is replaced by the liquid crystal cell 10c shown in FIG Arrangement suitable for displaying a colored strip. The color of this colored stripe is through the control voltage adjustable, which is applied to the electrodes of the Liquid crystal cell 10a is applied. This colored stripe can be changed by changing the voltage of the voltage source 43 ' be moved in the longitudinal direction of the carrier plate 5.

VPA 9/240/1068 . . . -· .17 -VPA 9/240/1068. . . - · .17 -

209 88 5/06 3,2 ,, .209 88 5/06 3.2 ,,.

'· ■- {- ' BAD ORiGiNAL '· ■ - { - ' BAD ORiGiNAL

Diese Anordnung arbeitet in durchscheinendem Licht - (Trans-r missionsbetrieb). In ähnlicher Weise läßt sich durch Kombination der Anordnungen nach Figur 5 und 9 eine Anordnung erstellen, die im Reflektionsbetrieb arbeitet. In diesem Pail wird die Flüssigkristallzelle 10aa nach Figur·5 durch die Flüssigkristallzelle 10c nach Figur 9 ersetzt. Der Beobachter 15 sieht einen farbigen Streifen, dessen Farbe mittels der Steuerspannung an den Elektroden der Flüssigkristallselle 10b einstellbar ist und dessen Bewegung in Richtung der Trägerplatte 5 von der Spannung der"Spannungsquelle 43 abhängig ist. This arrangement works in transmitted light - (Trans-r mission operation). Similarly, by combining the arrangements according to Figure 5 and 9 create an arrangement that works in reflection mode. In this Pail is the liquid crystal cell 10aa of Figure 5 through replaces the liquid crystal cell 10c according to FIG. The observer 15 sees a colored stripe, its color is adjustable by means of the control voltage at the electrodes of the liquid crystal cell 10b and its movement in The direction of the carrier plate 5 depends on the voltage of the voltage source 43.

Die in Figur 1 im Prinzip dargestellte Flüssigkristallzeile 10 ist auch zur Ablenkung des lichtes in einer ode:: zwei Koordinatenrichtungen verwendbar. Eine dazu geeignete Anordnung ist in Figur 10 schematisch dargestellt. Diese Anordnung besteht aus dem Laser 45» der Flüssigkristallzelle 1Ox bzw. 1Oy zur Ablenkung des Lichtes in Richtung χ bzw. y, dor Stoppblende 46x bzw. 46y und der Platte 47. Das in der X-Richtung polarisierte Laserlicht wird von der Flüssigkristallzelle 1Ox mit seinen in der z-Richtung ausgerichteten Domänen in der xy-Ebene um den steuerbaren Winkel ex abgelenkt* von der Platte 47 um 90° in seiner Polarisationsrichtung gedreht, sodann in der Flüssigkristallzelle 1Oy Diit seinen in der x-Riehtung ausgerichteten Domänen in der yz-Ebene um den steuerbaren Winkel β abgelenkt. Die niehtabgelenkten Strahlen 48 bzw. 49 der nullten Beugungsordnung und die um -ctbzw. -{3 abgelenkten Strahlen 51 bzw« 52 werden unter Verwendung der Stoppblenden 46x bzw. 46y ausgeblendet. Ebenso werden höhere BeugungsOrdnungen, die im allgemeinen wesentlich intensitätsschwächer sind, ausgeblendet. Es ist auch möglich, in einem Bereich zu arbeiten, in dem diese höheren Beugungsordnungen vernachlässigbar sind. Mit Steuerspannungen, die an die Schaltungspunkte 53 bzw. 54 angelegt werden und die ca. 40 V betra- The liquid crystal line 10 shown in principle in FIG. 1 is also used to deflect the light in one or two Coordinate directions can be used. An arrangement suitable for this is shown schematically in FIG. This arrangement consists of the laser 45 »of the liquid crystal cell 1Ox or 1Oy for deflecting the light in the direction χ or y, the stop diaphragm 46x or 46y and the plate 47. The in the X-direction polarized laser light is from the liquid crystal cell 1Ox with its aligned in the z-direction Domains in the xy plane deflected by the controllable angle ex * from the plate 47 by 90 ° in its direction of polarization rotated, then in the liquid crystal cell 10y Diit its domains aligned in the x-direction deflected in the yz plane by the controllable angle β. The non-deflected beams 48 and 49 of the zeroth diffraction order and the around -ct or. - {3 deflected beams 51 or «52 are using the stop diaphragms 46x and 46y hidden. Likewise, higher diffraction orders, which are generally much weaker in intensity, faded out. It is also possible to work in an area in which these higher diffraction orders are negligible. With control voltages that are applied to the switching points 53 and 54 and which are approx. 40 V

VPA 9/240/1068 - 18 -VPA 9/240/1068 - 18 -

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gen, lassen sich Ablenkwinkel von 4-5° und mehr erzielen. Unter Verwendung der in Figur 10 dargestellten Anordnung wird schließlich der vom Laser 45 ausgehende Lichtstrahl in der Richtung des Lichtstrahles 55 abgelenkt.gen, deflection angles of 4-5 ° and more can be achieved. Finally, using the arrangement shown in FIG. 10, the one emanating from laser 45 becomes Light beam deflected in the direction of light beam 55.

Die in Figur 11 dargestellte Flüssigkristallzelle 10a ist auch als relativ grober Lichtserleger (Mono chromator) verwendbar. Das von der Lichtquelle 12 ausgehende weiße Licht wird unter Verwendung des Kollimators 11 in ein paralleles Lichtbündel, umgewandelt und dieses wird mittels der Flüssigkristallzelle 10a spektral zerlegt, ähnlich wie unter Verwendung eines Prismas oder eines optischen Beugungsgitters. Durch Änderung der an die Elektroden der f Flüssigkristallzelle 10a angelegten Steuerspannung läßt sich die gewünschte Spektralfarbe unter Verwendung der Blende 56 ausblenden,The liquid crystal cell 10a shown in FIG. 11 can also be used as a relatively coarse light emitter (monochromator). The white light emanating from the light source 12 is converted into a parallel light bundle using the collimator 11, and this is spectrally dispersed by the liquid crystal cell 10a, similarly to using a prism or an optical diffraction grating. By changing the desired spectral color to the electrodes of the liquid crystal cell 10a f applied control voltage can, using the diaphragm 56 to hide,

8 Patentansprüche
11 Figuren
8 claims
11 figures

VPA 9/240/1068 - 19 -VPA 9/240/1068 - 19 -

209885/0632209885/0632

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Claims (7)

PatentansprücheClaims 1.!Beugungsgitter'zur Beugung von Lichtstrahlen unter Ver- \_yWendung zweier Elektroden, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrisch steuerbaren Beugung der Lichtstrahlen eine nematische Flüssigkristallschicht (1) Torgesehen ist, deren Dicke (A) maximal 10 yu - vorzugsweise mindestens 1yu und maximal 6 /a - beträgt, deren spezifischer Widerstand mindestens 1Cm und maximal 10 '5 „ vorzugsweise mindestens 10^ X1n^ maximal 1012 Ohm/cm - beträgt, und daß an die Elektroden eine Steuersparmung angeschlossen ist, mittels der der Beugungswinkel steuerbar ist. 1.! Diffraction grating'for the diffraction of light rays by turning two electrodes between which a liquid crystal layer is arranged, characterized in that a nematic liquid crystal layer (1) is seen for the electrically controllable diffraction of the light rays, the thickness (A) of which is maximum 10 yu - preferably at least 1yu and a maximum of 6 / a - whose specific resistance is at least 1 cm and a maximum of 10 '5 "preferably at least 10 ^ X 1n ^ a maximum of 1012 ohm / cm - and that a control voltage is connected to the electrodes, by means of which the diffraction angle can be controlled. 2.Beugungα gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plussigkristallschicht (1) eine Brechungsindex-Anisotropie aufweist, die größer als 0,1 - vorziigsweise größer als 0,2 - ist.2. diffraction α grating according to claim 1, characterized in that the plus-crystal layer (1) has a refractive index anisotropy which is greater than 0.1 - preferably greater than 0.2 - is. 3. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet, daß als Flüssigkristallschicht (1) ein Gemisch (1T4-)» bestehend aus der Substanz n~p Methoxybenzyl-li'-p butyphenyl~diimid-l-Qxid und der Substanz ΪΤ-p-Methoxybenzyl—H'-p-butyl-phenyl—diimid Ii1 -oxid verwendet wird.3. Diffraction grating according to claim 1, characterized in that the liquid crystal layer (1) is a mixture (1T4-) »consisting of the substance n ~ p methoxybenzyl-li'-p butyphenyl ~ diimide-l-oxide and the substance ΪΤ- p-methoxybenzyl-H'-p-butyl-phenyl-diimide Ii 1 is used oxide. 4. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkristallschiebt (1) die Substanz p-Methoxy-benzyliden-butyl-anilin (MBBA) verwendet wird.4. Diffraction grating according to claim 1, characterized in that that as liquid crystal slides (1) the substance p-methoxy-benzylidene-butyl-aniline (MBBA) is used. 5. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch ge~ kennzei ebne t, daß als Steuerspannung eine Gleichspannung an die Elektroden (2,3) angelegt wird, die 5 bis 200 Y beträgt.5. diffraction grating according to claim 1, characterized ge ~ mark t that the control voltage is a DC voltage is applied to the electrodes (2,3), which is 5 to 200 Y. VPA 9/240/1068 209?8B/0632 -20-VPA 9/240/10 68 209 8B / 0632 - 20 - BADBATH 6. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dad.urch gekennzeichnet, daß als Steuerspannung eine
Wechselspannung angelegt wird, deren Frequenz maximal
10 MiK beträgt und deren Maxiraalamplitude mindestens
6. diffraction grating according to claim 1, dad.urch characterized in that a control voltage
AC voltage is applied, the frequency of which is maximum
10 MiK and its maximum amplitude at least
5 V und maximal 200 V beträgt.5 V and a maximum of 200 V.
7. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als S teuer spannung G-leichspaimungsimpulse an die Elektroden (2,3) angelegt werden, deren Amplitude mindestens 5 "V und maximal 200 V beträgt.7. Diffraction grating according to claim 1, characterized in that that as S expensive voltage equalization pulses are applied to the electrodes (2,3), the amplitude of which is at least 5 "V and a maximum of 200 V. δ« Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (40) einen derart großen Längswiderstsnd hat, daß an den beiden Elektroden (3, 40) in einer Richtung unterschiedliche - vorzugöWR.i se sich linear, ändernde - Sparurumgsabfalle auftreten.δ «diffraction grating according to claim 1, characterized in that that one of the two electrodes (40) has such a large longitudinal resistance that the two electrodes (3, 40) different in one direction - vorzugöWR.i se linear, changing - Sparurumgsaballe appear. VPA 9/24 0/1 OGfJVPA 9/24 0/1 OGfJ
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EP0036242A3 (en) * 1980-03-17 1981-10-07 Hughes Aircraft Company Fiber optic light traps for electro-optical display device
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