DE2136761C3 - Zelle mit nematischer Flüssigkristallschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft e^;ne Zelle mit zwei Elektroden, zwischen denen eine nematische Flüssigkristallschicht angeordnet ist, deren spezifischer Widerstand zwischen und 10¹³ ohm cm beträgt und die unter dem Einfluß einer an die Elektroden angelegten, einen Schwellwert übersteigenden elektrischen Spannung ein regelmäßiges, optisches Beugungsgitter bildet.

Es sind einige nematische Flüssigkristallschichten bekannt, die sogenannte Domänen zeigen, falls die Flüssigkristallschicht zwischen (transparenten) Elektroden angeordnet ist und falls an diesen Elektroden eine &₅ Spannung von der Größenordnung von etwa 10 V anliegt. Diese Domänen erscheinen unter dem Mikroskop als regelmäßiges, streifenförmiges Muster und stellen ein optisches Beugungsgitter dar. Derartige Domänen werden beispielsweise in der Zeitschrift »Journal of Chemical Physics«, VoL 39 (1963), S. 384 bis 388 beschrieben.

Es ist bekannt, daß sich kurz oberhalb der Spannungsschwelle für die Domänenbildung in der Flüssigkristallschicht turbulente, ungeordnete Strömungen ausbilden, die Domänen also zerstört werden, 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.

In der Zeitschrift »Physical Review Letters«, VoL 24 (1979), Nr. 5, S. 209 bis 212 und in der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE«, VoL 58 (Juli 1970), S. 1163 bis 1164 sind steuerbare Beugungsgitter beschrieben, die unter Verwendung bestimmter cholesterischer Flüssigkristallschichten 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 Nichtlinearität folgende weitere Nachteile hat: Es ist eine relativ hohe Steuerspannung von etwa 500 V erforderlich. Die cholesterischen Fiüssigkristallschichten sind nicht chemisch stabil und entmischen sich. Es treten Hysterese-Erscheinungen auf, auf Grund derer bei Erhöhung der Steuerspannung andere Beugungswinkel auftreten als bei Erniedrigung der Spannung. Der Temperaturbereich, innerhalb dessen die Beugung steuerbar ist, beträgt nur etwa 1O⁰C und liegt für stabilere Flüssigkristallschichen über der Zimmertemperatur, und außerdem ist der Beugungswirkungsgrad (das Verhältnis des gebeugten zum ungebeugten Licht) nur etwa 1%.

In der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Vol. 42, Nr. 6, Mai 1971, S. 2567 bis 2569 ist eine Zelle mit nematischer Flüssigkristallschicht beschrieben, bei der die Dicke der Flüssigkristallschicht ungefähr 10 μ beträgt Aus dieser Literaturstelle ist auch bekannt daß sich unter dem Einfluß einer an die Elektroden angelegten, einen Schwellwert übersteigenden elektrischen Spannung ein regelmäßiges, optisches Beugungsgitter bildet und daß bei Erhöhung dieser Spannung neue Beugungsbilder sichtbar werden, die weiter vom Zentrum des Diagramms entfernt sind. Gleichzeitig mit der Erhöhung dieser Spannung verschwinden andere Beugungsbilder, weil eine diffuse, dynamische Lichtstreuung auftritt aufgrund der die Umrisse der Beugungsbilder verschwimmen. Unter Verwendung dieser bekannten Zelle mit der nematischen Flüssigkristallschicht ist somit kein elektrisch steuerbares Beugungsgitter realisierbar, weil eine diffuse dynamische Lichtstreuung die Ausbildung klarer Beugungsbilder verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zelle mit nematischer Flüssigkristallschicht anzugeben, die als elektrisch steuerbares Beugungsgitter verwendbar ist, ohne daß einerseits die Nachteile bei Verwendung cholesterischer Flüssigkristallschichten auftreten und ohne daß andererseits bei Verwendung einer nematischen Flüssigkristallschicht eine diffuse dynamische Lichtstreuung auftritt, welche die Ausbildung klarer Beugungsbilder verhindert.

Erfindungsgemäß ist bei einer Zelle der eingangs genannten Gattung die Dicke der Flüssigkristallschicht mindestens 1 μ und maximal 6 μ, und die angelegte

elektrische Spannung ist oberhalb des Schwellwertes variierbar, so daß der Ablenkungswinkel des am Gitter gebeugten Lichts steuerbar ist

Die erfindungsgemäße Zelle zeichnet sich dadurch aus, daß damit ein elektrisch steuerbares Beugungsgitter realisierbar ist, das scharfe Beugungsbilder liefert, da praktisch keine diffuse Lichtstreuung auftritt Aus dem gleichen Grund zeichnet sich die erfindungsgemäße Zelle auch durch großen Beugungswirkungsgrad aus.

Als nematische Flüssigkristallschicht hat sich ein ι ο Gemisch bewährt, das mit dem Kurzzeichen N4 bezeichnet wird und aus zwei Substanzen besteht Die erste Substanz ist:

N-p-Methoxyphenyl-N'-p-butylphenyl-

diimid-N-öxid

Die zweite Substanz ist:

N-p-Methoxyphenyl-N'-p-butylphenyl-

diimid-N'-oxid.

Außer diesem genannten Gemisch Nf der ersten und zweiten Substanz hat sich als Flüssigkristallschicht eine dritte Substanz bewährt, die nut dem Kurzzeichen MBBA bezeichnet wird und deren Name ausführlicher folgendermaßen lautet:

p-Methoxy-benzyliden-butyl-aniün.
Als Steuerspannung kann eine Gleichspannung an die Elektroden angelegt werden, die etwa 5 bis 100 Volt beträgt. Es kann als Steuerspannung auch eine Wechselspannung angelegt werden, deren Frequenz maximal 10 kHz beträgt und deren Maximalamplitude mindestens 5 V und maximal 100 V beträgt Schließlich können als Steuerspannung auch Gleichspannungsimpulse an die Elektroden angelegt werden, deren Amplitude mindestens 5 Volt und maximal 100 Volt beträgt und deren Impulsfolgefrequenz bis zu maximal

10 kHz beträgt. Im folgenden werden der Erfindungsgegenstand und

Ausführungsbeispiele desselben an Hand der F i g. 1 bis

11 erläutert, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Bauteile und Begriffe mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Flüssigkristallzelle in prinzipieller Darstellung,

F i g. 2 eine Flüssigkristallzelle im Transmissionsbetrieb,

F i g. 3 eine Flüssigkristallzelle im Reflexionsbetrieb,

F i g. 4 eine Anordnung zur Änderung der Farbe und Intensität im Transmissionsbetrieb,

F i g. 5 eine Anordnung zur Änderung der Farbe und Intensität des Lichtes im Reflexionsbetrieb,

F i g. 6 eine Anordnung zur Darstellung von Zeichen unter Verwendung von segmentartigen Elektroden,

F i g. 7 eine Anordnung zur Darstellung von Zeichen unter Verwendung von matrixartigen Elektroden,

F i g. 8 einen Bildwandler in prinzipieller Darstellung,

Fig.9 eine Anordnung zur Analoganzeige in prinzipieller Darstellung,

Fig. 10 eine Anordnung zur Ablenkung des Lichtes in zwei Koordinatenrichtungen und

F i g. 11 eine Anordnung zur spektralen Zerlegung des Lichts in prinzipieller Darstellung.

Die F i g. 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. Wenn 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 Domänenbreite (/haben. Die dünnen Striche stellen die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle dar. Die dick eingezeichneten Pfeile deuten die Richtung der überlagerten Materialströmung an. Wegen der Doppelbrechung der Flüssigkristalle wird durch derartige Domänen ein optisches Beugungsgitter gebildet

Wenn die Flüssigkristallschicht 1 aus bestimmten nematischen Flüssigkristall besteht und wenn die Schichtdicke A einen bestimmten Betrag hat dann verkleinert sich die Donaänenbreite d linear mit wachsender, an den beiden Elektroden 2 und 3 anliegender Steuerspannung (Feldstärke), ohne daß eine diffuse, dynamische Lichtstreuung auftritt Die in F i g. 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 die senkrecht zur Domänenlängsachse (senkrecht zur Bildebene) schwingt

Die Substanz der Flüssigkristallschicht 1 soll möglichst rein und entsprechend hochohmig sein, um keine Turbulenzbildung 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 10⁹Q/cm bis maximal 10¹³Ω/αη sind geeignet Besonders bewährt haben sich Substanzen mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 10¹⁰ Ω/cm und maximal ΙΟ¹² Ωαη.

Die Dicke A der Schicht 1 soll höchstens 10 μ betragen, da sonst mit Turbulenzbildung zu rechnen ist Besonders bewährt haben sich Schichtdicken, die mindestens 1 μ und höchstens 6 μ betragen.

Die Substanz der Flüssigkristallschicht 1 soll eine große Brechungsindex-Anisotropie Δη = 0,2 aufweisen d. h. in einer Flüssigkristallschicht in der alle Moleküllängsachsen eine gleiche Richtung aufweisen, unterscheidet sich der Brechungsindex in dieser Richtung vom Brechungsindex senkrecht zu dieser Richtung uir mehr als 0,2. Diese Brechungsindex-Anisotropie Δη sol mindestens 0,1 und maximal 0,5 betragen. Diesei Brechungsindex-Anisotropie-Bereich ist am günstigster zur Erreichung eines hohen Beugungswirkungsgrades.

Als Flüssigkristallschicht 1 hat sich eine Substanj (N 4) bewährt, die aus 60% (Gewichtsprozent) dei Substanz B und aus 40% (Gewichtsprozent) dei Substanz C gebildet wird:

CH₃O

>-N(O)=N

C₄H,

N-p-Methoxyphenyl-N'-p-butylphenyl-diimid N-oxid

Substanz C:
CH₃O-<

— N= N(O)-

C₁H,

N-p-Methoxyphcnyl-N'-p-butylphenyl-diimid N '-ox id

Die sechseckigen Strukturen sollen den Benzolrin darstellen.

Als Flüssigkristallschicht 1 ist eine weitere Substan verwendbar, die unter dem Namen p-Methoxy-benzyl den-butyl-anilin bekannt ist, die unter der Bezeichnun

MBBA vertrieben wird und die sich durch folgende Strukturformel kennzeichnen läßt:

H.,CO-^

-CH=N

-n-C₄H,

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 verschwindend klein ist. Unter Verwendung des Gemisches N* läßt sich eine steuerbare Beugung innerhalb des Temperaturbereiches von 16 bis 76° C erzielen. Unter Verwendung der Substanz MBBA beträgt der entsprechende Temperaturbereich 20 bis 41°C.

Wenn beide Elektroden 2 und 3 durchscheinend sind, (Transmissionsbetrieb), dann wird durch die Wirkung des Beugungsgitters das vorher ungebeugte Licht 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.

Wenn die Elektrode 3 durchscheinend, die Elektrode 2 dagegen reflektierend ist (Reflexionsbetrieb), dann wird durch die Wirkung des Beugungsgitters das vorher 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

Die an den Elektroden 2 und 3 anliegende Steuerspannung kann eine Gleichspannung sein, die im Bereich zwischen 5 und 100 Volt 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 Steuerspannung kann aber an die Elektroden 2 und 3 auch eine Wechselspannung mit einer Frequenz bis zu 10 kHz angelegt werden. Die erzielten Beugungswinkel sind von der Amplitude und 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 Impulsfolgefrequenz und von den Amplituden dieser Gleichspannungsimpulse abhängig. Beispielsweise ergibt sich bei einer Impulsfolgefrequenz von 100 Hz und einer Amplitude von 10 V ein Beugungswinke] von 2° und bei einer Amplitude von 100 V ein Beugungswinkel von 20°.

Alle diese Angaben bezüglich der Steuerspannung beziehen sich auf eine Schichtdicke A von 6 u. Falls die Schichtdicke A auf 3 μ erniedrigt wird, dann erniedrigen sich auch die angegebenen Steuerspannungen mn etwa 50%.

Die Fig.2 stellt in prinzipieller Weise eine Anordnung zur steuerbaren Änderung der Farbe dar. Diese Anordnung besteht ans der FlflssigkristaOzefle 10a, wie sie ausführlicher in F i g. 1 dargestellt ist, ferner dem Kollimator 11, der lichtquelle 12, dem Richmngsniter 13 said der Streuscheibe 14. Es wird vsgestzt, daß die beiden Elektroden 2 und 3 der FUssigkristaDzel- Ie 10a durchsichtig sind und somit die Flüssigkristallzelle 10a in Transmissionsbetrieb betrieben wird. Das weiße Licht der Lichtquelle 12 wird unter Verwendung des Kollimators 11 als Parallellicht auf die Flüssigkristallzel-Ie 10a gestrahlt, die das Parallellicht 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

■ο (Fig. 1)anliegt,ändert sich somit die Domänenbreite d und das Domänengitter wird feiner oder gröber und der Teil 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. 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 Winkelbereich sichtbar ist Als Richtungsfilter 13 eignet sich beispielsweise eine Fiberglasscheibe, die aus einzelnen Glasfibern mit lichtabsorbierenden Zylinder wänden besteht

Die Anordnung nach Fig.3 dient ebenfalls zur steuerbaren Änderung von Farben, die von einer Anzeigefläche abgestrahlt werden, wobei jedoch die Flüssigkristallzelle 106 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 Flüssigkristallzelle 106 gebeugt und reflektiert Der Beobachter 15 sieht ebenso wie unter Verwendung der in Fig.2 dargestellten Anordnung farbiges Licht dessen Wellenlänge von der angelegten Steuerspannung abhängig ist

Wenn bei den Anordnungen gemäß F i g. 2 und 3 die Lichtquelle 12 das Licht einer bestimmten Wellenlänge (einfarbiges Licht) aussendet dann können Helligkeits-Zwischenstufen durch Anlegen entsprechender Steuerspannungen erzeugt werden. Wenn impulsförmige

Steuerspannungen angelegt werden, dann ist die

scheinbare Färb- bzw. Intensitätsverschiebung gleich der augenblicklichen Verschiebung zeitlich gemittelt fiber die Periode der Impulsfolge.

Durch die kombinierte Verwendung je zweier

Fiüssigkristallzellen lassen sich die Farbe und die Helligkeit des Lichtes steuerbar ändern. Dazu dienen die Anordnungen nach Fig.4und5.

Nach Fig.4 werden beide Fiüssigkristallzellen 10a und lOaa im Transmissionsbetrieb betrieben. Die Flüssigkristallzelle lOaa und das Richtungsfilter 13a bilden ein elektrisch steuerbares Intensitätsfilter. In Abhängigkeit von der an den Elektroden 2 und 3 (Fig. 1) anliegenden Steuerspannung wird die Durchlässigkeit dieses Inlensitätsfilters gesteuert Wenn

«ο insbesondere das ans der Flüssigkristaflzelle lOaa und dem Richtungsfflter 13a gebildete Intensitätsfilter sperrt, dann wird in Richtung zum Beobachter 15 kein

Licht abgestrahlt Die FtflssigkristaDzeile 10a und das Rktetungsfilter

136 bilden ein Farbfilter, dessen Farbe elektrisch steuerbar ist bisbesondere läßt sich unter Verwendung dieses Farbfilters zeitlich nacheinander rotes, grünes and blaues licht elektrisch steuerbar erzeugen. In

Kombination mit der Flüssigkristallzelle 10.ua 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.

Mit der Anordnung nach F i g. 5 kann ein derartiges färb- und intensitätsmoduliertes Bild unter Verwendung der Flüssigkristallzelle lOaa und des Richtungsfilters 13a im Reflexionsbetrieb erstellt werden. ι ο

Bekanntlich können unter Verwendung von Flüssigkristallschichten, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind, Zeichen dargestellt werden. Beispielsweise kann dies in der sogenannten Segmen !darstellung gemäß Fig.6 geschehen. Die Fig.6a zeigt vierzehn verschiedene Segmente 16, an die über die Zuleitungen 17 Steuerspannungen anlegbar sind. Die zweite Elektrode 18 (Gegenelektrode) ist in Fig.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 F i g. 6c zeigt

Das an Hand der F i g. 1 bis 5 dargestellte Prinzip läßt sich auf die Segmentdarstellung gemäß F i g. 6 anwenden. Dazu kann eine der beiden Elektroden 2 oder 3 (F i g. 1) wie die Segmente 16 nach F i g. 6a ausgebildet sein und die andere Elektrode wie die Elektrode 18 nach Fig.6b. Unter Verwendung der Anordnungen nach Fig.2 und 3 werden in Abhängigkeit von an die Zuleitungen 17 und 19 angelegte Steuerspannungen farbige Zeichen dargestellt So können beispielsweise die Segmente 16 und die Elektrode 18 nach F i g. 6 an Stelle der Elektroden der Flüssigkristallzelle 10a nach Fig.2 verwendet werden. Es kann aber auch die Elektrode 18 nach F i g. 6b an Stelle der spiegelnden Elektrode der Flüssigkristallzelle 106 nach Fig.3 und die Segmente 16 nach Fig.6a können an Stelle der transparenten Elektrode der Flüssigkristallzelle 106 nach F i g. 3 verwendet werden.

Durch die kombinierte Verwendung der Anordnungen gemäß den Fig.4, 5 und 6 können färb- und intensitätsmodulierte Bilder von Zeichen bewirkt werdea

Unter Verwendung von Flüssigkristallschichten können bekanntlich einzelne Zeichen auch durch Kombination mehrerer Punkte dargestellt werden. Dabei sind die beiden Elektroden, zwischen denen sich die Flüssigkristallschicht befindet punktartig ausgebildet, wie F i g. 7 _so zeigt in F i g. 7a ist eine Serie derartiger Punktelektroden 21 dargestellt, die Ober die Zuleitungen 22 angesteuert werden. In F i g. 7a sind die entsprechenden zweiten punktattigan HektrodBaa3daig«aeBt,die aber den Schaltungspunkt 24 angesteuert werden. Durch kombinierte Aktivirg einzelner der Elektroden 21 und 23 läßt sich beispielsweise das in Fig.7c wiedergegebene Zeichen »A darstellen.

Das an Hand der Fig. 1 bis 5 beschriebene Prinzip läßt sich auf die an Hand der Fig.7 erläuterte Matrixdarstellung anwenden. Dazu können beispielsweise die Sektrode 2 nach Fig.1 nach Art der Elektroden 21 (Fig.7a) und die Elektrode 3 nach Fig.1 wie die Elektroden 23( Fig. 7b) ausgebildet sein. In Abhängigkeit von der an die Lehmigen 22 und den 6s Schatamgspunkt 24 angelegten Steuerspannung und unter Verwendung .der Anordnungen gemlB Fig. 2 oder Fig.3 werden die in Fig.7c dargestellten Zeichen farbig wiedergegeben, wobei die Farbe von der angelegten Steuerspannung abhängig ist Unter Verwendung der Anordnungen gemäß F i g. 4,5 und 7 sind färb- und intensitätsmodulierte Zeichen darstellbar.

Die Vorder- und RUckelektroden können auch als zwei aufeinander senkrecht stehende transparente Leiterbahnsysteme ausgebildet sein, wie in Fig. 7d und 7e dargestellt ist, wobei jeder Kreuzungspunkt der Leiterbahnen einen Bildpunkt darstellt Die Kombination der an Hand der F i g. 7 beschriebenen Anordnungen ist besonders vorteilhaft weil hierbei das Problem des Übersprechens durch die Richtungsfilterung unter Verwendung der Richtungsfilter 13, 13a, 136 fortfällt Bei Matrixanzeigevorrichtungen mit vielen Elektroden 23 ist es vorteilhaft, polarisiertes Licht auf die Flüssigkristallzellen 10a und 106 gemäß den F i g. 2 bis 5 zu strahlen.

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 P 20 37 676.6 beschriebene Anzeigevorrichtung ( die eine ferroelektrische Keramikschicht als Zwischenspeicher verwendet) ist als. Flüssigkristallzelle 10 (Fig.1) verwendbar, falls die Flüssigkristallschicht 2 gemäß den F i g. 7 und 11 dieser Patentanmeldung P 20 37 676.5 durch eine nematische Flüssigkristallschicht 1 gemäß F i g. 1 der vorliegenden Erfindung ersetzt wird. Eine derartige, gemäß der vorliegenden Erfindung abgewandelte Anzeigevorrichtung kann an Stelle der Flüssigkristallzelle 10a bzw. 106 in die Anordnung nach den F i g. 2 und 4 bzw. 3 und 5 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Die Fig.8 zeigt schematisch einen Bildwandler, bestehend aus zwei Glasplatten 26 und 27, auf denen die Elektroden 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 Gleichspannung 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 FlüssigkristaHelemem und je ein FotoleiterelenwDtDieandeneinzehieniWsegkretallelementen anliegenden Spannungen sind von der Belichtung des zugehörigen Fotoleiterelements abhängig-

Wenn das an Hand der Fig. I bis 4 beschriebene Prinzip auf den in Fig.8 prinzipiell dargestellten Bildwandler angewendet wird und dieser Bildwandler an Stelle der FUtesigkristailzeDelOfenach Fig. 3 also im Reflerionsbetrieb eingesetzt wird, dann wird eine auf den Fotoleiter 31 abgebildete e), kontrastarme imwmiriiiiiiipi^yMmig einer erc'i'flpyy^ oder einer nicht sichtbaren LJcUtsü'ahlung (beispielsweise eine Ultraviolettstrahlung oder eine Infrarotstrafahmg) in eine sichtbare riche FarbverteSaag fiberffihrt Eine Verdoppelung der Intensität

ίο

ergibt beispielsweise eine Rot/Blau-Verschiebung. Dabei wird das an der spiegelnden Schicht 33 reflektierte und gebeugte Licht gegen das Richtungsfilter 13 reflektiert, und von der Streuscheibe 14 wird ein Farbbild abgegeben.

Die in F i g. 9 prinzipiell dargestellte Flüssigkristallzelle 10c zur Analoganzeige besteht aus den beiden Trägerplatten 4 und 5, den Elektroden 3 und 40, der nematischen Flüssigkristallschicht 1, der Spannungsquelle 43 und den Zuleitungen zu den Elektroden 3 und ι ο 40. Die Elektrode 3 hat einen ralativ kleinen Längswiderstand, 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 ι s Elektroden 3 und 40 ein linearer Spannungsabfall auftritt und an der Flüssigkristallschicht 1 unterschiedliche Spannungen anliegen. Die Flüssigkristallzellen 10 (Fig. 1) und 10c (Fig.9) unterscheiden sich somit durch die Elektroden 2 bzw. 40. Die Elektrode 2 (F i g. 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 F i g. 9 entlang der Elektroden 3 und 40 verschiedene Spannungsabfälle, die sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel linear ändern.

Wenn diese in F i g. 9 dargestellte Flüssigkristallzelle 10c an Stelle der Flüssigkristallzelle 10a nach Fig.2 gesetzt wird und wenn außerdem das Licht einer bestimmten Wellenlänge, beispielsweise rotes Licht in Richtung des Pfeiles 41 (F i g. 9), gestrahlt wird, dann sieht der Beobachter 15 nach Fig.2 einen roten Streifen, der parallel zur Grenzlinie 42 nach Fig.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 F i g. 2 und 9 entstandene kombinierte Anordnung auf den Transmissionsbetrieb.

Bei der Anordnung nach Fig.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 Flüssigkristallzelle 10c kann im Reflexionsbetrieb an Stelle der Flüssigkristallzelle 106 gemäß F i g. 3 verwendet werden. Wenn wieder das Licht einer bestimmten Farbe eingestrahlt tvird (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

Durch Kombination der Anordnungen nach den Fig.4 and 9, wobei weißes licht vom Kollimator 11 abgestrafalt wird und die Flüssigkristallzeüe 10a durch die Flussigkristallzeße 10c nach Fig.9 ersetzt wird, ergibt sich eine Anordnung, die zur Anzeige eines farbigen Streifens geeignet ist. Die Farbe dieses farbigen Streifens ist durch die Steuerspannung 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.

Diese Anordnung arbeitet in durchscheinendem Licht (Transmissionsbetrieb). In ähnlicher Weise läßt sich durch Kombination der Anordnungen nach F i g. 5 und 9 eine Anordnung erstellen, die im Reflektionsbetrieb arbeitet In diesem Fall wird die Flüssigkristallzelle lOaa nach Fig.5 durch die Flüssigkristallzelle 10c nach F i g. 9 ersetzt. Der Beobachter 15 sieht einen farbigen Streifen, dessen Farbe mittels der Steuerspannung an den Elektroden der Flüssigkristallzelle 106 einstellbar ist und dessen Bewegung in Richtung der Trägerplatte 5 von der Spannung der Spannungsquelle 43 abhängig ist

Die in F i g. 1 im Prinzip dargestellte Flüssigkristallzelle 10 ist auch zur Ablenkung des Lichtes in einer oder zwei Koordinatenrichtungen verwendbar. Eine dazu geeignete Anordnung ist in Fig. 10 schematisch dargestellt Diese Anordnung besteht aus dem Laser 45, der Flüssigkristallzelle 10x bzw. 10y zur Ablenkung des Lichtes in Richtung χ bzw. y, der Stoppblende 4ß* bzw. 46yund der Platte 47. Das in der X-Richtung polarisierte Laserlicht wird von der Flüssigkristallzelle 10* mit seinen in der z-Richtung ausgerichteten Domänen in der Afy-Ebene um den steuerbaren Winkel « abgelenkt von der Platte 47 um 90° in seiner Polarisationsrichtung gedreht sodann in der Flüssigkristallzelle 1Oy mil seinen in der Α-Richtung ausgerichteten Domänen in der yz-Ebene um den steuerbaren Winkel β abgelenkt Die nichtabgelenkten Strahlen 48 bzw. 49 der nullten Beugungsordnung und die um -«bzw. -ß abgelenkten Strahlen 51 bzw. 52 werden unter Verwendung der Stoppblenden 46* 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 etwa 40 V betragen, lassen sich Ablenkwinkel von 45° und mehr erzielen. Unter Verwendung der in Fig. »0 dargestellten Anordnung wird schließlich der vom Laser 45 ausgehende Lichtstrahl in der Richtung des Lichtstrahles 55 abgelenkt

Die in Fig. 11 dargestellte Flüssigkristallzelle 10a ist auch als relativ grober Lichtzerleger (Monochromator) verwendbar. Das von der Lichtquelle 12 ausgehende weiße Licht wird unter Verwendung des Kollimators 11 in ein paralleles Lichtbündel umgewandelt, und dieses win! mittels der Flüssigkristaflzelle 10a spektral zerlegt, ähnlich wie unter Verwendung eines Prismas oder eines optischen Beugungsgitters. Durch Änderung des· an die Elektroden der FTfissigkristaflzelle 10a angelegten Steuerspannung !9St sich die gewünschte Spektralfarbe unter Verwendung der Blende 56 ausblenden.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Zelle mit zwei Elektroden, zwischen denen eine nematische Flüssigkristallschicht angeordnet ist deren spezifischer Widerstand zwischen 10⁹ und 10¹³ ohm-cm beträgt und die unter dem Einfluß einer an die Elektroden angelegten, einen Schwellwert übersteigenden elektrischen Spannung ein regelmäßiges optisches Beugungsgitter bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (A) der Flüssigkristallschicht mindestens 1 μ und maximal 6 μ ist und daß die angelegte elektrische Spannung oberhalb des Schwellwerts variierbar ist, so daß der Ablenkungswinkel des am Gitter gebeugten Lichts steuerbar ist

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (1) eine Brechungsindex-Anisotropie aufweist die größer als 0,1 — vorzugsweise größer als 0,2 — ist

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkristallschicht (1) ein Genisch (N 4), bestehend aus der Substanz N-p-Methoxyphenyl-N'-p butylphenyl-diimid-N-oxid und der Substanz N-p-Methoxyphenyl-N'-p-butyl-phenyl-diimid-N'-oxid, verwendet wird.

4. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkristallschicht (1) die Substanz p-Methoxy-benzyliden-butyl-anilin (MBBA) verwendet wird.

5. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerspannung eine Gleichspannung an die Elektroden (2, 3) angelegt wird, die 5 bis 200 V beträgt

6. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerspannung eine Wechselspannung angelegt wird, deren Frequenz maximal 1OkHz beträgt und deren Maximalamplitude mindestens 5 V und maximal 200 V beträgt.

7. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerspannung Gleichspannungsimpulse an die Elektroden (2, 3) angelegt werden, deren Amplitude mindestens 5 V und maximal 200 V beträgt.

8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (40) einen derart großen Längswiderstand hat, daß an den beiden Elektroden (3,40) in einer Richtung unterschiedliche — vorzugsweise sich linear ändernde — Spannungsabfälle auftreten.