DE2212524A1

DE2212524A1 - Verfahren zur Erzeugung des Grandjean-Strukturzustandes in einer Fluessigkristall-Masse

Info

Publication number: DE2212524A1
Application number: DE19722212524
Authority: DE
Inventors: Flannery Jun John B; Adams James Ewing; Haas Werner Erwin Louis
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1972-11-23
Also published as: CA963138A; GB1388752A; US3680950A

Description

15. 'Harz 1972

Patentanwälte O *5 1

Dipl.-Ιηη. A. G ro tanker " ΔΔ \

Dr.-Inj ,'.'. i'^:"{sHof Dr.-fng. W. C!..ci;rjir München 22, Maximi.ianstr. 43

Xerox Corporation

Xerox Square

Rochester, New York 14603

P 4633

Verfahren zur Erzeugung des Grandjeaii-Strukturzustamles in einer

Flüssigkristall-Masse

Die Hrfindung betrifft ein Verfahren zur Urzeugung des Grandjean-Strukturzustanties in einer Flüssigkristall-Masse; sie betrifft allgemein clektrooptische Systeme und insbesondere ein solches elektrooptisches System, in dem eine Flüssigkristall-Masse mit

cholosterisch-optischen Eigenschafton \rerwendet wird und das elektrooptische Zellen und Abbildungssysteme umfaßt.

Neuerdings besteht ein großes Interesse an einer Klasse von Sub-'jtaiwcn, die unter der Bezeichnung "flüssige Kristalle" bekannt >ind und für die weitere wertvolle Anwendungsgebiete gefunden wurden. Der Name "flüssige Kristalle" gilt allgemein für solche Materialien, die physikalische Eigenschaften aufweisen, von denen einige einerseits typisch für Flüssigkeiten und andere andererseits typisch .'ür Feststoffe sind. Flüssige Kristalle weisen mechanische Eigenschaften auf, wie z. B. Viskositäten, wie sie normalerweise bei

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Flüssigkeiten anzutreffen sind. J)ie optischen liigenschafton der flüssigen Kristalle ähneln mohr den liigenscnaften, die -cv.uhnlicii kristallinen Feststoffen eigen sind· In Flüssigkeiten oder Flui'ds sind die Moleküle typische zuweise statistisch innerhalb der Masse des Materials verteilt und orientiert. Umgekehrt sind in kristallinen Feststoffen die Moleküle im allgeineinuu itarr orientiert und in einer spezifischen Kristallstruktur angeordnet. Γ1ϋ.^:;.ο i^c Kri:: la j ·- le ähneln festen Kristallen insofern, als die MoloKülc der fluss; gen Kristallmasscn regelmäßig orientiert sind analog zu, j ο Joch veniger weitgehend als in der Molekülorientierung und -struktur in einem kristallinen Feststoff. lis wurden bereits viele Substanzen gefunden, die innerhalb eines vernaltriisuuiiiig en gen To^poraturbo" reiches flüssigkristalline La genschaften aufv/cisen, wobei diese Substanzan unterhalb dieses Temperaturbereiches typischerweise in Form von kristallinen Feststoffen und oberhalb dieses Temperaturbereiches typischer\veise in Forin von isotropen Flüssigkeiten vorliegen.

F.S ist bekannt, daß flüssige Kristalle in drei verschieden.;:;! uesomoriijien Formen vorkommen: in der s;.tekti sehen, der ncmatischen und der chülesterisciien Form. In jeder dieser Strukturen sind die Moleküle in typischer Weise einheitlich orientiert. In der sPiektisehen Struktur sind die Moleküle in Schichten angeordnet, deren Hauptachsen etwa parallel zueinander verlaufen und etwa senkrecht zu doi? Ebenen der Schlichten stehen. In der nematischen Struktur verlaufen die Hauptachsen der Moleküle etwa parallel zueinander, jedoch sind die Moleküle nicht in bestimmten (begrenzten) Schichten wie in der sniektischen Struktur organisiert, in der cnolesteriscnen Struktur sind die Moleküle in bestimmten Schichten angeordnet. Innerhalb einer gegebenen Schicht sind die Moleküle so angeordnet, da;.' inre Hauptachsen etwa parallel zueinander und parallel zu den I.benen der Schichten verlaufen. Die Richtung dor Hauptmolokülachscn ist von einer Schicixt zur anderen angular versetzt, so daß die Richtung Δ<·.ί: Mclekülachsen benachbarter Schichten die Form einer Spirale hat"-.

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Die cholesterisch^ Struktur leitet ihren Namen ursprünglich von der Tatsache ab, dan Materialien, welche die cholesterische flüssigkristalline" Mcsophasenstruktur aufweisen, typischerweise Moleküle sind, die von Cholesterin abgeleitet sind oder die eine solche Struktur haben, die dan Cholesterinmolekülen sehr ähnlich ist.

Jis ist bekannt, daß flüssige Kristalle auf verschiedene Anregungen, beispielsweise elektrische Felder, ansprechen; vgl. z. S« die franzosische Patentschrift 1 484 584, "Appl.Phys.Letters" jL3, 4, 132, (1968), "J.Applied Physics", Band 41, Nr. 7, 302-3026 (Juni 1970), worin die elektrische Löschung von in nematisch-cholesterischen Mischungen erzeugten Mesophasenzuständen beschrieben ist, sowie die US-Patentschriften ITr. 646 532 vom 16.6.1967, 821 565 vom 5-5-1969, 049 418 vom 12.8.1969 und 4644 vom 21.1.1970.

Auf neuen und wachsenden Gebieten der Technologie, wie z. )3, bei den flüssigkristallinen elektrooptischen und Abbiidungssy steinen, werden ständig neue Verfahren, Vorrichtungen, Zusammensetzungen und Fabrikerzeugnisse für die Anwendung der neuen Technologie in überraschenden neuen und vorteilhaften Methoden gefunden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues System für die Umwandlung des fokal-konischen Zustandes einer Flüssigkristall-· Masse in den Grandjean-Strukturzustand durch Anlegen von elektrischen Wechseistromfeidern sowie auf Abbildungssysteme, in denen ein flüssigkristalliner Körper durch dieses Strukturumwandlungssystem abgebildet wird. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein neues elektrooptisches System und ein neues •FJ.üssigkristall-Abbildungssystem anzugeben, bei dem eine Flüssigkristall-Masse in einem optisch uniaxialen Zustand verwendet wird und bei dem Gebrauch gemacht wird von der optischen Aktivität, insbesondere den zirkulärdichroitischen Ueflex-ionseigoiischaften, eines Flüssigkristallmatc-

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rials j ura eine Ji-'lüssigkristall-Masse aus ihrem fokal-konischen Strukturzustaml durch Anlegen eines elektrischen V/echselstrouifcil·- des in ihren Grandjean-Zustand zu überführen. Ziel dieser Erfindung ist es ferner, Flüssigkristall-Struktiirur.iwandluji.^s- und -Α',ί-]iildun_c;ssystyi:ie anzugeben, die Reflexions farben aufweisen und :i.n denen Massen mit cholesterisch-optischen Eigenschaften oder Mischungen von chclest.erischcn und neinatischen und/oder smektischcn FJtIssigkristallmaterialien verwendet werden.

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Ls wurde nun gefunden, daß diese Ziele und weitere Ziele orfindungs· gemäß dadurch erreicht worden können, daß man eine Schicht aus einer Flüssigl.ristall-Masse mit cholesterisch-optischen Eigenschaften in ihrem fokal-konischen oder "nicht-gestörten" Strukturzustcind herstellt, und ein elektrisches Y.^rechselstromfeld anlegt, wodurch die Schicht aus deva Flüssigkristallniatcrial i]i den Grandjean- oder "gestörten" Strukturzustand umgewandelt wird. Es wurde ferner gefunden, daß die vorstehend genannten Ziele und weitere Ziele erfindungsgemäli mit Abbildungssystenen erreicht werden können, in denen solche Müssigkristallköjper in der gewünschten Bildkonfiguration abgebildet v?erden mit Hilfe des durch ein elektrisches "iVechselstromfeld induzierten Struktururnvandlungssystems.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Erzeugung des Grandjean-Strukturzustandes in einer Flüssigkristall-Masse, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Schicht aus der Flüssigkristall-Masse mit cholesterisch-optischen Eigenschaften herstellt, diese in ihren fokal-konischen Zustand überführt und an diese Schicht ein elektrisches Wechselstromfeld einer solchen Frequenz anlegt, die ausreicht _f im den Ionenfluß innerhalb der Flüssigkristall-Masse zu unterdrücken, wodurch die Flüssigkristall-Masse in den Grandjean-Strukturzustand überführt wird.

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Die bei diesem Vorfahren erhaltenen umgewandelten Flüssigkristall-Massen sind gefärbt und weisen Speichcrungsexgenschaften auf* ('."eitere Merkmale_P Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbcispie» len anhand der beiliegenden Zeichnungen. Darin bedeuten:

Pig. 1 eine teilweise schematische Quer«chnitts an sieht einer erfindungsgeniißen elektrooptischen Zelle;

rig. 2 eine teilweise schamatische isometrische Ansicht einer erfinuungsgemäßen elektrooptischen Abbildungszelle, in der das gewünschte Bild durch die Gestalt des Flüssigkristallmaterials definiert ist, wie es durch die Gestalt der Abstandsdichtungsscheibe begrenzt ist;

Fig. 3 eine teilweise schematische isometrische Ansicht einer erfingungsgemäßen elektrooptischen Abbildungszelle, in der das gewünschte Bild durch die Gestalt mindestens einer der Elektroden definiert ist;

Fig. 4 eine teilweise schematische isometrische Ansicht einer typischen erfindungsgemäßen elektrooptischen Abbi}.dungszelle, in der die Zelle zwischen Polarisatoren dargestellt ist;

Fig. 5 eine teilweise schematische Darstellung eines langestreckten polaren Moleküls _t welche seine ilauptmole-külachse und sein permanentes Djpolmoment erläutert;

Fig. 5Λ eine geometrische Strukturformel eines typischen polaren Molekül:;, welche seino permanenten Dipolmomentc erläutert;

Fig. 6 ej.jio tcvi.! \.'oi so seiiematische Draufsicht iiuf eine c rf in dun ^sgcii.äiic n-juu el oktrooptische Zelle;

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TMf:» 6Λ cine teilweise schematische Querschnittsansicht der in Fig. 6 dargestellten neuen elektrooptischen Zelle und

Fig. 7 eine teilweise scheinatische isometrische Ansicht einer erfindimgsgenuinen elektrooptischen ZeIIo _; die sehr der in den Fig. 6 und 6Λ dargestellten Zelle ähnelt, wobei die Zelle zwischen Polarisatorcn dargestellt ist.

In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist eine typische erfindungsgemüßo elektrooptisch^ Flüssi.c.iU'.UliVl !-Zelle 10, ^anclnncil als Sandwich-Elektroden-Zolle bezeichnet_? dargestellt, in der ein Paartransparenter Platten 11 Kit jeweils einem praktisch transparenten, elektrisch Ie itf an i</e:i Überzug 12 auf der Kontaktoberfläche derselben ein paralleles Paar von ir.i wesentlichen transparenten Iilek-ΐ ro den darstellt, !line Zelle, in der beide Elektroden praktisch transparent sind, ist bevorzugt, wenn der Abbildungstcil im durchfallenden Licht betrachtet werden soll, eine Flüssigkrista'll-Zelle kann aber auch unter Vcr.vendung von reflekt-Lertem Licht betrachtet werden, wobei nur eine einzige transparente Elektrode erforderlich ist, V/äiircnd die andere opak sein kann. i)ic transparonten Elektroden werden durch eine /»ustandsscheibe 13 voneinander getrennt, die Hohlräume bzw. Aussparungen aufweist, die eine ode-r meiirerc flache Schalen bilden, die das Flüssigkristallr.iaterial in Rk-α eines l'ilnisoder einer Scliicht enthalten _s v/elciies das aktive Element der elektrooptischen Zelle darstellt, lirfindun^s^.euäß besteht die Schicht aus dem Flüssigkristall r.iaterial aus einer Masse mit cliolcsteriscii-optischen Ligenschof ten. Zwischen den Elektroden wird durch einen äußeren Stromkreis 15, der vorzuf.sv/eisc eine verhältnismäßig nochfrequente elektriizcnc V.'ccjiselstromspannuni'squel I e t 6 aufweist, die durcn die Leitungen 17 an die beiden Elektroden angeschlossen ist_f ein elektrisches i-eld erzeugt. Dor Stron!;reis IS kann ^ewünscht.cnfalls aucii i]|;end-3ine ;:'ueignete Sc'ialteijiri chtui'.^ aufweisen.

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Es -wurde gefunden., daß in de;.;i vorteilhaften erfindungsgemäßen System dann, wenn die oben erwähnte Flüssigkristall-Massc in einer Schichtanordnung vorliegt und das Material in seinem fokal-konischen oder "nicht-gestörfcen" Strukturzustand vorliege, das Anlegen von elektrischen ftechsoIstromfelder» an die Schicht aus der Flüssig" kristall-Masse zu einer durch das elektrische Wecliselstromfeld induzierten Strukturuinwandlung fuhrt_t bei der das ursprünglich im fokal-konischen oder "nicht-gcstörten" Strukturzustand vorliegende Material in den Grandjean- oder "gestörten" Strukturzustand überführt .. wird."

Der fokal-konische Strukturzustand ist hauptsächlich durch das Auftreten einer starken, diffusen Lichtstreuung charakterisiert, die durch die Verteilung von kleinen doppelbrechenden Bereichen hervorgerufen wird. Diese Struktur hat keine bevorzugte (einzige) optische Achse. Der Grandjean-Strukturzustand ist typischerweise charakterisiert durch die selektive Reflexion des einfallenden Lichtes um eine Wellenlänge λ herum, wobei λ =· 2np, wenn η gleich dem. ■ Brechungsindex der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse und ρ gleich dein Abstand der Molekülebenen in der Flüssigkristall-Hasse ist. Dabei handelt es sich um den Abstand zwischen Molekü!schichten mit äquivalenter Orientierung in den Massen mit cholesterischen Flussigkristall-liigenschaften. Der Grandjean-Zustand ist außerdem, durch eine optische Aktivität bei einer Wellenlänge des einfallenden Lichtes jenseits von λ charakterisiert. Wenn λ , wie in der ^J ο ο'

vorliegenden Erfindung, im sichtbaren Spektrum liegt, hat die Schicht aus der Flüssigkristall-Masse die λ entsprechende Farbe. Der Grandjcan-Strukturzustancl wird manchmal als "gestörter" Strr.kturzustand bezeichnet.

Obwohl die fokal-konische Struktur ebenfalls durch eine selektive Reflexion, wie oben angegeben, als hauptsächliche Eigenschaft charakterisiert ist, liegt die diffuse Streuung des einfallenden

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Lichtes in dem sichtbaren Spektrum, unabhängig davon, ob das λ der llüssigkristall-Filma in dein fokal-konischen Strukturzustand im sichtbaren Spektrum liegt oder nicht.» Selbst wenn das λ dieser Filme außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, ist das Aussehen der fokal-konischen Struktur typischcrtveise milchig-weiß (d.h. . -.' .Weißlichtstreuung) , Die fokal-konische Struktur wird manchmal als "iiicht-gcstürter" Strukturziu'.tnnd bezeichnet.

Die Schicht aus der Flüssigkristall-Masse kann durch irgendeine geeignete Einrichtung in ihren fokal-ronischen oder "nie.iit-gestörten" Strukturzustand gebracht werden. Beispielsweise können Flüssigkristiill-Massen r.iit cholesterischen Flüssigkristall -liigenschaf-· ten in den fokal-konischen-Strukturzustand gebracht werden, indem man elektrische Gleichstromfolder oder niederfrequente elektrische Vi'echselstronifclder anlegt, wie es beispielsweise in der US-Patentanmeldung Ho. 867 593 vom 20.10.1969 beschrieben ist_f oder diese Flussi gkristall-I-iassen können in den fokal-konischen Strukturzustand gebracht werden, indem man die Masse auf mindestens etwa die flüssig-isotrope fjbergangstempcrntur des Materials, wie beispielsweise in der US-Patentanmeldung No. 104 3^8 vom 6.1.1971 beschrieben, erhitzt.

Außer der vorteilhaften selekt-iven Reflexion, die ein Charakteri- stikum der erfindungsgemäß durch ein Wechselstromfeld erzeugten Grandjean-Struktur ist, sind die Schichten aus dem Flüssigkristall-Material, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Induktion mit einem Wechselstromfeld in den Grandjeau-Zustand überführt werden kann, erwünscht für die Verwendung in verschiedenen elektrooptischen und Abbildungssystemen wegen des optisch uniaxialen Charakters des induzierten Strukturzustandes, wegen der optischen Aktivität des Flüssigkristall-Materials und des charakteristischen Zirkulardichroisiiius des Flüssigkristall-Materials . Die mi.t:teIs des

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erfindungsgaiujfien Systems in den Grandjean-Strukturzustand überführten Massen v/eisen'Speicherungseigenscnafton auf und behalten vorzugsweise den Grandjean-Zustand unbegrenzt bei. Diese Vorteile der Erfindung und die Abbildimgssyster.ic, in denen'von diesen vorteilhaften Eigenschaften Gebrauch gemacht v.'ird, werden nachfolgend näher erläutert.

Tn der Fig. 2 der beiliegenden Zcicnnung ist eine Ausführungsform der in Pig. 1 dargestellten elektrooptischen Zelle mit dem gewünschten EiId dargestelltj. das durch die Gestalt der Hohlräume in der Abstandsscheibe 13 definiert (begrenzt) ist. Wie oben sind die transparenten Elektroden 18 durch den Abstandhalter 13 voneinander getrennt, jedoch wuist nur die gewünschte Bildfläche 19 den Flüssigkristall-Filr.1 odor die Flüssigkristall-Schicht auf. Bei dieser Ausführungsform bestehen die gesamten inneren Oberflächen der transparenten Elektroden aus einem im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen überzug 12 und die elektrisch le itfähigen Überzüge stehen mit dem äußeren Stromkreis 15 in elektrischer Verbindung. Ecim Betrieb liegt ein elektrisches Feld an der gesamten Oberfläche des Abstandhalters I3, das durch die durch das elektrische Wechselfeld induzierte Strukturumwandlung in dem Flüssigkristall-Film er-

zeugte Bild bewirkt jedoch, daß nur in dem Lereicii 19, in dem der Flüssigkristall-Fili:i vorhanden ist, eine Bilderzeugung stattfindet. Auch hier können, je nach dem, ob das gewünschte Bild im durchfallenden oder im reflektierten Licht betrachtet -werden soll, beide Elektroden oder nur eine der Elektroden transparent sein.

In der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung ist eine weitere bevorzugte Ausführungsforr.1 der in Fig. I dargestellten elektrooptischen Zelle gezeigt, in der das gewünschte Bild durch die Gestalt einer Elektrode und daher c'iuch die Gestalt des durcii diese Elektrode erzeugten elektrischem Fc"! des definiert ist. Die elektrooptiscne Abbildungszellc uuifiii-'t t j ansparente Platten M, die durcii eine Abstandsschei-

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be 13 mit einem Hohlraum 20, eier von aera !■'lii;:.:i-i.;jl:ri.3tall-Matoriiⁱ-l ausgefüllt ist, voneinander getrennt sind, wobei, 'dieser Ur.ira >ir;;;ctiscn die gesar.it e Flache der Abslaadsschei.e 13 ;;u:;.:iacitt-» Dc.::- ;;ο'-wünschte Bild ist definiert durch/¹"¹ ο Gestalt euer, prakti'u-.ii ir;^', parcnton, elektrisch loitfahigen lü:,erzu^3 2!,. de; auf der innerer Ob or.flache einer oder mehrerer eier trän :.";)ί.Μ ι.-,ite-u Γ i-ä^crpiai ten \\_v vorzugsweise mir in" der gewünschten i-ild^i/nfi;;urai.iou. L;; festigt ist. Die'in der l^:ig. 3 dargestellte /.us£ö\n ,;·; _::χ.£ο>:.χ z<.-l±X nu/ nine der beiden Eloktrodon in der l;ildkon fi^urr 1;:ion „. cn i;;t jedoch finden Fachiuann klar, daß aus beiden "Llei'trodcn ieiciit ein zusa;;;'.io:i·· passendes, kongruentes Paar zu"i Le fin ;.·.-.■ reu dor; gleichen ^ov/iinpoite Bildes hergestellt werden konnte. sVei= ■ cüö Lhizeibi Id-Tilektrod·:-·¹!- konfiguration verwendet wird, bestellt die zweite Lüoktrode vor"vi:;3 weise aus einer transparonton Platte ii mit ο!ηο:·Λ {.·γι..·:ϊ.isch tri':.>paronten, clekLrisch leitfahigen überzug.; 12 iioer der ;;.esariten i.i^i^ überflache der transparenten i'la'cte 1i, Ils sei darauf hin £■;;'*· ie son, daß bei dieser Ausfiihrungsfor;;! vorzuj-si/eise ein .sehr dünner oder praktisch unsichtbarer Leiter 22 dan: verwendet wird, die ßildelek trode an den äußeren Stromkreis 15 elektrisch auzus chiicwen_? der auch mit den elektrisch ieitfahi^eri ubeizug der gegenüberliegenden Elektrode in Verbindung steht, lioijii Lotrieb erhalt man bei dieser Aus führungs form die vorteilnaften elektrischen V.'echs elf elder nur in den Bezirker,, in denen parallele Elektroden vorhanden sind, d,is zwischen der lilekt.roue γλϊϊ der gewünsciiten Ih ldk on figuration und der gegenüberliegenden. IMektrodc, unrbiiängi^ davon, ob letztere ebenfalls die ^,eivünschto Bildkonf ir.ui ation aufweist odor nicht. Auch hier kann eine der Liloktroder. opak sein, wenn der abgebildete Teil statt im durchfallcnden Licht i;u roflv-'ktiorten j,icJrt betraciitet werden soll.

V.'enn das «ewünschte Bild durci). die L-estalt einer oder .!ic:"-irt"-ror ]:lck1.roden defiiiiert ist, Kann !,ußerdera eine i.lektrodc· in der i.i.nfiguration des lüntergrundbcrirkes des ^cvün..c'itcn IHl des ^efor si

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sein und eine Bildclektrode und eine solche komplementäre Hintergründe lekt rode .können koplanar und durch ein Abstands- oder ein Isoliermaterial gegeneinander isoliert sein. Ein solches koplannres Elektrodcnpaar kann gleichzeitig als im wesentlichen Vollflächenelelct.rode eingesetzt werden.

In (!er Fig_c 4 der beiliegenden Zeichnung ist eine elektrooptische Abbildimgszelle dargestellt, die ein Paar von praktisch transparenten Elektroden 18 umfaßt» die sandwichartig den Abstandhalter 13 umschließen j der einen Flüssigkristall-Film enthaltend die zwischen den. Polarisatorcn 23 zu sehen ist, i'vie weiter oben beschrieben,. unterliegen die Flüssigkristall-Materialien mit cholesterischen Flüssigkristall-Eigenschaften, wenn, sie in dein fokal-konischen Strukturzustand vorliegen, einer diffusen Lichtstreuung im durchgelassen oder reflektierten Licht, Diese Lichtstreuung ist auch dann feststellbar,, wenn ein solches Material zwischen Polarisatoren und sogar zwischen gekreuzten Polarisatoren betrachtet wird. Wenn jedoch das Flüssigkristall-Material durch erfindungsgemäßes Anlegen der vorteilhaften elektrischen Wechselstromfeider in seinen Grandjeun-Strukturzustand überführt wird, reflektieren und dispergieren die Teile des Flüssigkristall-Filmes in dem ungewandelten Grandjean-Strukturzustand vorzugsweise selektiv und das einfallende Licht wird daher nicht so leicht durchgelassen wenn ein solches Material zwischen Polarisatoren und insbesondere zwischen gekreuzten Polarisatoren betraciitet wird, V.'ie in der Fig. 4 dargestellt, wird das Licht aus d-er Lichtquelle 24 durch den Polarisator 23a in einer Ebene polarisiert. Beim Durchqueren des Flüssigkristall-Filmes bleibt es in den umgewandelten Grandjcan-Bereichen 26 eben polarisiert und es hört aufj eben polarisiert zu sein in den nicht-umgewandelten fokal-konischen Bereichen 25. Beim Durchgang durch den Polarisator 23b, der auf einen geeigneten '.iinksl eingestellt ist, erscheinen die; Grand je an-Bezirke 26 dunkel, Venn monochromatisches Licht verwendet wird, oder sie erscheinen gefärbt _P wenn weißes Licht

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verwendet wird. Die fokal-konischen Bezirke 25 erscheinen in j ο de si !■"alle hell.

Obwohl die in dei Γ i g. 4 dargestellte Ausführungs form dos vorteilhaften orfindungsgemäßen Systems einen Flüssigkristall-Filn zeigt, der zwischen Polarisatoren beobachtet wird, sei bemerkt, daß jede andere Einrichtung zur Verbesserung der Bild- oder bildfreien Bezirke eine Punktion aimlica derjenigen der Polarisatoren in der erläuterten Ausführungs form ausüben kann. So können z, B« zusätzlich zu den Polarisatoren in-direkte Γα].ichtungssysteme, optische Filtersysteiae oder irgendwelche anderen geeigneten Einrichtungen zur Verbesserung der Qualität des gewünschten Bildes verwendet worden. Es ist deshalb klar, daß jedes gewünschte Bild mit den BiId-Iiintergrund-Kombinationen dunkel-auf-hell, hell-auf-dunkel, gefärbtauf-hell, iiell-auf-gefärbt, gefärbt-auf-dunkcl oder dunkel-auf-gefärbt erzeugt werden kann. ..

Bei den hier beschriebenen elektrooptischen Flüssigkristall-Zollen können die Elektroden aus irgendeinem geeigneten transparenten, elektrisch leitfähigen Material bestehen, Beispiele für typische geeignete transparente, elektrisch leitfähige Elektroden sind Glas-

oder Kunststoffsubstrate mit im wesentlichen transparenten und kontinuierlich leitenden Überzügen aus elektrischen Leitern, wie z.V., Zinn, Indiumoxyd, Aluminium, Chrom, Zinnoxyd oder irgendeinem an-. deren geeigneten elektrischen Leiter, Diese i.in wesentlichen trrms·- parenten, elektrisch leitfähigen Überzüge können aufgedanpft oder anderweitig auf das transparente Substrat aufgebracht werden. Ein Beispiel für ein im Handel erhaltliches typisches triinsparent.es, elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial ist MESA-CIlas, ein mit Zinnoxyd beschichtetes Glas, das von der Firma The Pittsburgh Plate Glass Company hergestellt wird.

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Der Abi;· tandhalt or 13, der dio transparenten Elektroden voneinander trennt und zwischen, den Elektroden den Flüssigkristall-Film enthalt, ist vorzugsweise chemisch inert, transparent, praktisch isolierend und nat geeignete dielektrische Eigenschaften, Beispiele für Materialien, die als isolierende Abstandhalter verwendbar sind_f sind Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Celluloseacetatbutyrat, Polyurethauelastomere, Polyäthylen, Polypropylen", Polyester, Polystyrol, Polycarbonate, Polyvinylfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylenterephthalat und Mischungen davon. Diese Abstandhalter,, die auch in etwa die Dicke der -bildorzeugenden Schicht oder des Filmes aus den flüssigen Kristallen definieren, haben vorzugsweise eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,254 mm (IO mils) oder 1,'eniger. Optimale Ergebnisse werden mit Abstandhaltern mit einer Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,00635 bis etwa 0,127 mm (0,25 bis 5 mils) erhalten.

Die Schient oder der Film aus der Flüssigkristall-Masse 14 besteht aus einer Flüssigkristall-Masse mit cholesterisch-optischen Eigenschaften. Bevorzugte Flüssigkristall-Massen mit cholesteris.cnoptischen Eigenschaften sind Mischungen aus einem cholesterischen Flüssigkristall-Material und einem Material aus der Gruppe der 'iiematischen Flüssigkristall-Materialien, der smektischen Flüssigkristall-Matoriarien und der Gemische davon. Mischungen von flüssigen Kristallen können in organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Chloroform, Petroläther, Methyläthylketon und anderen hergestellt werden, die vorzugsweise anschließend aus den Mischungen-abgedampft werden, wodurch die Flüssigkristall-Mischung zurückbleibt. Die einzelnen flüssigen Kristalle der Flussigkristall-Mischiing können auch direkt miteinander kombiniert werden durch Erhitzen der gern i sehten Komponenten auf eine Temperatur oberhalb der isotropen Lbergangstemperntur. Solche Lösungen oder Schmolzen der flüssigen Kristalle .sind besonders geeignet für die Aufbringung von Flüssigkristall -Schichten auf Oberflächen.

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Die cholesterische Komponente des Flüssigkristall-Materials oder dor Mischung kann aus irgendeiner:! geeigneten cUdle:-.·teriseilen flüssigen Kristall_s einer Mischung oder einer flüssige Kristalle enthaltenden Zusammensetzung bestehen oder sie kann eine Masse mit cholesterisckon Flussi rkristall-bigenscliaiton sein,. Cholesterisch;:.

dir:"
flüssige Kristalle,/für die erf indungsyenu.Oo Verwendung geeignet sind, sind z. 1>. Derivate der Umsetzungen von CIk-I esterin mit «iiorganischen Sauren, z, B. Cholcstcrylchlorici, Cholostcrylbroraid« Cholestoi-yljodid, Cholesterylfluorid, Chölestcrylni.trat; von den Umsetzungen von Cholesterin mit Carbonsäuren abgeleitete lister, ζ. B. Cholesterylcrotonat, Ciiolesterylnonanoat. Cholosterylhexunoat, Cholestorylformiat, Cholesteryldocosanoat, Clioicsterylohlorformiat, Cholcsterylpropionat, Cholesterylacotat _t Cholesterylvalcrat, Cholesterylvaccenat, Cholesteryllinoleat, Cholesterylünolenat, Cholesteryloleat, Cholesterylerukat, Cholestcryibutyrat, Cholesterylcaprat,, Ciiolesteryl laurat, Ciiolesteryl my rise at, Cho Iesterylciupaiiodo/iat; Cholesterinather, v/ie z. E, Cholssteryldecyiäther, Cholesteryllauryläther, Ckolesteryloleyläther., Cholesteryldodecyläther; Cholesterincarbamate und -carbonate, wie z. V>, Cholesteryidecylcarbonat, Cholesteryloleylcarbonot _s Cholostorylmethyl carbon at, Cho 1 es teryläthyl carbon at, Ciiolestcrylbutylcarbonat, ' Cholesteryldocosanylcarbonat, Cholesterylcetylcaibonat _t Ciiolesteryl■ p-nonylphcnylcarbonat, Cholestcry 1-Z- (2-äthoxyät]ioxy)at'_;vlcarbonat, Chclesteryl-2-(2-butoxyäthoxy)äthylcarbonat, Cholestcryl-1,2-(2-methoxyäthoxy)athylcarbonat, Cholesterylheptylcarbanat und Alkylamide und sekundäre aliphatisene Amine, die von 3 f>-Amino- a'^J~ cholesten abgeleitet sind, und Mischungen davon; Peptide, wie z.B. Cholcstcryl-poiy-γ-benzyl-l-glutamat, Derivate von 3-Si tosterii», wie z. B. Sitosterylchlorid, und aktive Arylester von Cyanobenzylidcnaminocinnainat. Die Alkyl gruppen in diesen Vorbindungen sind vorzugsweise gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren oder A¹UOhOIc mit weniger als etwa 25 Kohlenstoffatomen und ungesättigte Kelten olefinische!* Gruppen mit weniger als etwa 5 Doppf Lbindungen.

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Die Aryl gruppen in Jen oben genannten Verbindungen sind vorzugsweise einfach .substituierte Benzolringverbindungen. Alle oben genannten Verbindungen und Mischungen davon können geeignete cholostcrische Flüssigkristall 1. -Materialien in dem erfindungsgemäßen vorteilhaften System sein.

Beispiele für smektische Flüssigkristall-Materialicn, die als Ko mponenten der erfindungegemäßen Flüssigkristall-Masse verwendet werden können, sind n-Propyl-4 ¹-äthoxy-biphenyl~4-carboxylat. S-Chlor-o-n-heptyloxy-Z-naphthoe^aure,. Niedorteniperaturmesophasen von Cholesteryloctanoat, Cholesterylnonanoat und anderen offenkettigen aliphatischen Estern von Cholesterin, mit Kettenlängen von 7 oder mehr, Cho3esteryloleat_f Sitosteryloleat, Cholesteryldecanoat, Cholesteryllaurat_t Cholesterylmyristat, Cholesterylpalmitat, Chole.sterylstearat, 4 'n-Alkoxy-3 '-nitrobiphenyl-^-carbonsäiiren, Äthyl-p-azoxy-cinnariiat, Äthyl-p-4-'äthoxybenzylidenaminocinnaiuat _f Atliyl-])-azoxybenzo"at, Kaliumoleat_F Ammoniumolcat „ p-n-Octylozyb en ζ ου:säure, die Niedertemperaturniesophsse von 2~p-n-Alkoxybenzylidenaininofluorenonen mit einer Kettenlänge von 7 oder mehr, die Niedert'.:mperaturmesophase der p-(n-Iieptyl)oxybenzoesäure , wasserfreies Natriumstearatf Thallium(I)stearat, Mischungen davon und "andere.

Beispiele für nenatische Flüssigkristall-Materiaiien _t die als IComponenten der Flüssigkristall-Masse in dem vorteilhaften erfindungsgewaßen System geeignet sind, sivid: p-Azoxyanisol, p-Azoxyphenetol _f ρ-fiut oxy benzo e saure, ρ-Kiethoxy zimtsäure „ Butyl-p-anisyliden-pareinocinnamat, Anisyliden-p-amin.ophenylacetat., p-Athoxy-benzalamino" u-iuetliylziratsäurc, 1 ₅4-bis (p-Athoxybenzylidon) cyclohexanon, 4 ,4 '-Diliexyloxybcnzol, 4,4' -Diheptyloxybenzol, Anisal-p-amino-azobenzol „ Anisol dazin, u-]>enzolazo~ (anisal-a -naphtliylamin) ·, η _pn ' -Nonoxybeii/.ο--! olu.id.ln, Anilc der allgemoinen Ciruppc der ρ-n-Alkoxy-bcnzy-J idon-jj-n-aikylanil ine, wie z; V,. p-Methoxybonzyliden-p-n-butyl-

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anilin,"Mischungen davon und viele andere.

Die vorstellenden Aufzählungen von Materialien, die verschiedene Flüssigkristall-Pirasen aufweisen, sind keineswegs erschöpfend onv die Erfindung ist darauf auch nicht beschränkt*' In C?.η vorstehenden Aufzählungen sind verschiedene repräsentative Materialien angegeben, die für die Verwendung in der elektrooptischen Flüssig» kristall-Masse oder -Mischung geeignet sind, weiche das aktive Element in dem vorteilhaften e rf inclungs gemäßen System darstellt.

Bevorzugte Flüssigkristall-Massen mit cholesterisch ·— optischen Eigenschaften, die für die erfindungsgomäße Verwendung geeignet sind, bestehen aus zwei Komponenten, einer cholesterisch«!! Komponente und einer nematischen und/oder smektischen Komponente. Die elektrooptische Masse, die eine Mischung dieser beiden Komponenten darstellt, behält ihre cholesterischen Flüssigkristall-Eigenschaften offenbar insofern bei, als sie die fokal-konischen und Crandjean-Strukturzustände aufweist, selektiv Licht reflektiert oder dispergiert und eine optische Aktivität und einen Zirkulardichroismus aufweist. Die nematische und/oder smektische Komponente in der Mischung erleichtert jedoch die Ausrichtung der fJolekü-.Ie in dem umgewandelten Grandjean-Strukturzustand und trägt zur optischen Uniaxialität in dem umgewandelten Zustand bei. Pie verschiedenen Eigenschaften dieser vorteilhaften Flüssigkristall-Masse werden vorzugsweise entsprechend den Gewichtsmengen an cholesterischen und nematischen und/oder smektischcn Komponenten in der Mischung beobachtet.

Die Fig. 5 und 5A der beiliegenden Zeichnung stellen Moleküle mit für die Verwendung in der erfindungsgeinäßen elektrooptischen Masse besonders bevorzugten Eigenschaften dar. Die Fig. 5 ze ißt insbesondere in schcmatischer Form ein Molekül mit einer zigarrcnarti gen Form 28, einer llauptmolokülschse 29 und c-Lic'H permanenten

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Dipolmomcjit 30. Es wurde gefunden»· dall Moleküle von Flüssigkristall-Materialien, die permanente und/oder induzierte Dipolmomente etwa senkrecht zu den Hauptachsen der Moleküle aufweisen, für die Verwendung in dor Flüssigkristall-Masse, die in'dem erfindungsgemäßen vorteilhaften System verwendet wird, besonders bevorzugt sind. Das Gesamtdipolmoment stellt die Vektojsumme des permanenten Dipolmomentes eines gegebenen Moleküls und irgendeines durch ein elektrisches Feld induzierten Dipolmomentes dar. Natürlich kann je nach Molekül struktur des jeweiligen Einzelmoleküls der spitze Kinkel zwischen der Hauptachse des Moleküls und den permanenten Di" polmomenten von Verbindung zu Verbindung variieren. In dem erfindungs gemäßen vorteilhaften System liegt der spitze Winkel 0 (vgl. Fig» 5) vorzugsweise innerhalb des Bereiches zwischen etwa 45° und etwa 90°. Die Fig. 5Λ erläutert schematisch die Strukturformel eines beispielhaften nematischen Moleküls (p-Azoxyanisol), dessen Gesamtdipolmoment etwa senkrecht zur Hauptachse,-des Moleküls ist, die koaxial zur Stickstoff-Stickstoff-Doppelbindung liegt. Diese besonders bevorzugten Moleküle mit Gesamtdipolmomenten, die etwa senkrecht zur Hauptachse des Moleküls liegen, stellen offenbar die treibende Kraft in dem erfindungsgenäßen vorteilhaften Strukturumwandlungssystem von der fokal-konischen Struktur in die Grandjean-Struktur dar. Es wird angenommen, daß. dann, wenn an die gesamte Dicke der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse, die diese Moleküle enthält, die erfindungsgemäßen vorteilhaften Vvechselstromfelder angelegt werden, das Gesamtdipolmoment der vorteilhaften Moleküle etwa senkrecht zur Hauptachse jedes Moleküls liegt. Es wird angenommen, daß die Wirkung solcher Moleküle in dem elektrischen Wechselstromfeld darin besteht, die Ausrichtung sämtlicher Moleküle in der Flüssigkristall-Masse in den umgewandelten Grandjean-Strukturzustand zu erleichtern. In diesem Zustand sind die Moleküle mit ihrem Molcküluauptachsen etwa senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet.

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Obwohl der vors teilend beschriebene vorgeschlagene Mechanismus der vorliegenden Erfindung etwas spekulativ ist, stimmt er mit Jen derzeitigen Kenntnissen von dem erfindungsgemäßen System überein. V.'oim man jedoch die tatsächlichen' Ergebnisse -des erfindungsgcmäßcn Systems mit dem bisher beobachteten Verhalten von cholosterischüii Flüs s igkris ta 11-Materialien, nematischen Fluss igkris tall-Materialien, smektischen Flüssigkristall-Materialien und Mischungen davon in elektrischen Feldern vergleicht, so stellt man fest, daß die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse außerordentlich überraschend und unerwartet sind. Wenn beispielsweise bisher cholesterische Flüssigkristal 1-iMaterialien in elektrische Felder, insbesondere elektrische Felder von Gleichstromquellen oder von niedrig!'requcnten Wechselstromquellen, gebracht wurden, so wurde festgestellt, daß das cholesterische Flüssigkristall-Material die Neigung hatte, seinen fokal-konischen Strukturzustand und nicht den bei dem erfindungsgemäßen vorteilhaften System erzielten Grandjeaii-Struicturzustand anzunehmen. Diese Strukturumwandlung ist beispielsweise beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr. 867 593 vom 20.10.1969.

Wenn bei cholesterischen Materialien höhere elektrische Feldstärken angewendet wurden, so wurde festgestellt, daß sich das Flüssigkristall-Material, von dem chole-'sterischen Flüssigkristall-Mesophasenzustand in den uematischen Mesophasenzustand umwandelte und vorzugsweise optisch klar wurde. Dieser Effekt ist beispielsweise beschrieben in der US-Patentschrift Nr. 821 565 vom 5.5.1969. . Nematische Flüssigkristall-Materialien reagierten vorzugsweise mit den elektrischen Feldern, wobei sie den sog. "dynamischen Streuungszustand" annahmen, bei dem ein Ionenstrom durch das Flüssigkristallmaterial in Gang gesetzt wird und das Flüssigkristall-Material nimmt ein nicht-selektives Lichtstreuungsaussehen an. Im starken Kontrast zu den oben erwähnten. Systemen liefert das erfindunfisgemäße vorteilhafte System eine Schicht aus einer Flüssigkristall-Hasse mit cholesterisch — optischen Eigenschaften, die zu Beginn in dem

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fokal-konischen Strukturzustand vorliegt und beim Anlegen von elektrischen -WechselStromfeldern, in den Grandjean-Strukturzustand überführt wird.

Bei dein erf indiumsgemäßen vorteilhaften System werden Wechselstrom. felder mit Frequenzen angewendet_f die ausreichend hoch sind, um das Auftreten von statistisch verteilten kleinen doppe1brechendon Bezirken zu unterdrücken, wie sie in dem dynamischen Streuungszustand angetroffen werden. Bei solchen Frequenzen ist der Ionenstrom innerhalb des Flüssigkristall-Materials unbeachtlich. Die durch solche Wechsel Stromfelder erzeugten elektrischen Feldstärken liegen vorzugsweise innerhalb des Bereiches zwischen etwa 10 V cm und etwa 10 V „Jem.

Wie bereits oben diskutiert, gibt es eine Reihe von Unterschieden zwischen dem anfänglichen fokal-konischen Zustand und dem durch das We chs eist romfei d induzierten Grandjean-Zustand, der mit dem erfindii7Tgsgemäßen System erhalten wird. Die einzigartigen optischen Eigenschaften des induzierten Grandjean-Zustandes machen das erfindungsgemäße System geeignet für die Verwendung' in einer Reihe von elektrooptischen Zellen oder Betrachtungseinrichtungen. .Zum Beispiel sind die in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 bereits beschriebenen Zellen geeignet, für die. Verv/endung in verschiedenen der nachfolgend beschriebenen Verfahren.

Die elektrooptischen Zellen, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 bis 3 erläutert r.ind, sind besonders geeignet für die Verwendung in Zellen und Bctrachtungscinrichtungen, in denen von sichtbaren Ruf J. c>: ions farben Gebrauch gemacht wird, die charakteristisch für die induzierte Grandjean-Ebenenstruktur sind. Die Grandjean-Ebcncnstruktur reflektiert vorzugsweise sichtbare Farben, wenn sie mit weiter.! Licht bestrahlt wird. Die selektive Farbe ändert sich vor«

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zugsweise mit dem Einfallwinkel des Lichte:- und dom Reflexionswinkel, Die beobachtete Farbe hängt auch von dem Abstand (pitch) der Helixstruktur der Flüssigkristall -Massen 3ti.it cholesterischen MiLssigkristall-Eigenschaften ab. Wenn der Abstand (Drall) in dem cholestorischen System groß ist, liegt die Farbe vorzugsweise in dem infraroten Spektralbereich, während dann, wenn der Abstand (Drall) sehr klein ist, die Farbe vorzugsweise in dom UV-Spektralbereich liegt. Dazwischenliegende Abstandswerte liefern die; in dem sichtbaren Spektrum liegenden vorteilhaften Reflexionsfarben. V.'cnn anstelle von weißem Licht monochromatisches Licht einer geeigneten Wellenlänge als Energiequelle verwendet wild, werden die er findungs· gemäßen Zellen dunkel, anstatt die hocherwünschten Re flexions farben aufzuweisen. Es sei auch bemerkt, daß, obwohl die cholesterische und nematische und/oder smektische Materialien enthaltende Masse im allgemeinen ihre cholesterisch — optischen Flüssigkristall-Eigen· schäften beibehält, der Abstand (Drall) der Masse als ganzes durch die relativen Mengen an cholesterischer Komponente und nematischer Komponente und/oder smektischer Komponente beeinflußt wird und dass durch Variieren der relativen Mengen der Komponenten die beobachtete Reflexionsfarbe selbst dann geändert werden kann, wenn Einfalls- und Betrachtungswinkel konstant bleiben. Natürlich verleiht •diese Variable den elektrooptischen Zellen und Betrachtungssystemen, in denen von dem erfindungsgemäßen vorteilhaften System in; dem Reflexionsverfahren Gebrauch gemacht wird, einfach. . eine zusätzliche erhöhte Flexibilität.

Die elektrooptischen Zellen oder Betrachtungseinrichtungen, wie sie beispielsweise in der Fig. 4 dargestellt sind, eignen sich für die Verwendung bei der Transmissionsmethode', b'ei der von dem induzierten optisch uniaxialen Zustand Gebrauch gemacht wird, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems erhalten wird. Jn solchen Zellen ist die Richtung des elektrischen Feldes,, das durch das elektrische VJechselstromfeldanrej-ungss) stern erzeugt wird, parallel

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zur Richtung der Lichtausbreitung und in dem induzierten Grandjeon-Zustand ist dies die Richtung der optischen Achse des Flüssigkristall-Materials. Wenn sine solche Zelle, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, ohne die vorteilhaften elektrischen ■ IVechseIstromfelder zwischen Polarisatoren betrachtet wird, ist die beobachtete Zelle wegen der diffusen Lichtstreuung, die durch die statistische Ausrichtung von doppelbrochenden Bezirken, die für den fokal-konischen Zustand charakteristisch sind, verursacht wird, hell. Wenn das erfindungsgemäße vorteilhafte Wechselstromfeld, angelegt wird, nimmt dor induzierte Grandjean-Zustand eine Molekülanordnung mit einer einzigen optischen Achse parallel zu dem elektrischen Feld an, so daß die Wirkung der Polarisatoren in einem ge- " eigneten Winkel darin besteht, die Menge an in einen Betrachter 27 transmittiertem Licht auf dem Wege der optischen Achse abzuschneiden oder drastisch herabzusetzen. Beim Betrachten in monochromatischem Licht einer bestimmten Wellenlänge ist das umgewandelte Betrachtungsfcld in der Zelle vorzugsweise dunkel. In weißem Licht wird das umgewandelte Betrachtungsfeld vorzugsweise gleichmäßig gefärbt, wobei die Farbtönung von dem Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator abhängt. Die Farbtönung ist oin Ergebnis der optischen Dispersionsaktivität der Grandjean-Struktur. Die Abhängigkeit der Farbtönung von der relativen Position des Polarisators und Analysators verleiht dem erfindungsgemäßen System einen.weiteren Freiheitsgrad, wodurch Farbbetrachtungszellen gesteuert werden können.

Bin weiteres elektrooptischen System, bei dem von den vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung Gebrauch gemacht wird, ist in der Fig.6 dargestellt, bei denn ein Substrat 31, das vorzugsweise transparent ist, Elektrodenstrcifen 32 aufweist, die im Abstand voneinander auf seiner Oberfläche angebracht sind,und diese Elektrodenstreifen stehen mit einem geeigneten elektrischen Wechselstromanregungssystem in elektrischer Verbindung, das in der Lage ist, die erfindunRSge»

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maßen vorteilhaften Wechselstromfeldor zwischen ailon oder jeweil.· einem Paar der Elektrodenstreifen zu erzeugen. iiieses Elektrode). ■ streifengitter (Motz) wird mit der vorteil ha ft on Schicht aur, dor Flüssigkristall-Mussc mit cholesterisch— optischen Eigenschaften überzogen.

In dor Fi.g GA ist die Streifenelektrodenoinrichtun;; der Fig* 6 in einer Querschnittsansicht dargestellt. In der in άοη Fig. b und 0Λ dargestellten Einrichtung kann der durch das elektrische V/echsei -/itromfeld induzierte, optisch uniaxiale Zustand so änduzieri: sein, daß die optische Achse in dem induzierten Zustand senkrecht zu de:·. Gitter der Elektrodenstreifen und parallel zur Ebene der Ob ο rf liirhe des Substrats 31 liegt, wie es durch den Pfeil 35 angedeutet is ε.

Die Fig. 7 der beiliegenden Zeichnung erläutert anhand, einer vergrößerten isometrischen Ansicht eine elektrooptische Zelle, in der von dein in den Fig. 6 und 6Λ beschriebenen Elektrodenstreifen;:.! ti;c ν Gebrauch gemacht wird in einer Zelle, die .mehr demjenigen ähnelt, wie sie in den Fig, 1 bis 4 dargestellt ist. . In der Fig. 7 sind die Elektrodenstreifen 32 auf die Oberfläche des ira wesentlichen transparenten Teils 11a aufgebracht, der sich auf einer Seite dor Schicht 14 befindet, welche die Flüssigkristall-Masse enthalt i.nu auf der Oberfläche des im wesentlichen transparenten Teils lib ist eine zweite, elektrisch leitfähige vollständige Oberfläche 12 aufgebracht und auf der den Gitter der Elektrodenstreifen 32 gegenüberliegenden Seite der Schicht 14 angeordnet. Alle die vorstehend beschriebenen Elemente sind zwischen den Polarisatoren 23a und 23L angeordnet, und das Elektrodenstreifcngitter sowie die Vollflächcnelektrode 12 stehen in elektrischer Verbindung mit einem geeigneten elektrischen Vfechselstromanregungssystem 36, Beim Betrieb kann die in der Fig. 7 dargestellte elektrooptische Zelle, die vorteilhaften elektrischen IVe chs eist romfei dor aufweisen, die nur zwischen den lilektrodenstreifcn erzeugt werden, um da:i Flüssigkristall-Material

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BND

in seinen induzierten unirxialen Zustand zu versetzen, b-ei dem die optische Achse senkrecht zu den Elektrodonstrcifen und parallel zur Ebene der Oberfläche 11a ist, wie es durch den Pfeil 37 angedeutet wird, Bei einer anderen Methode kann das vorteilhafte elektrische WachseIstromfeld zwischen den Elektrodenstreifen auf einer Seite der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse und der Vollflächenclektrode 12 auf der anderen Seite' dieser Masse erzeugt werden, um dadurch die Masse in den induzierten uniaxialen Zustand zu versetzen, bei dem die optische Achse senkrecht zur Ebene der Schicht aus dein Flüssigkristall-Material ist, wie es durch den Pfeil 38 angedeutet ist. Wenn sich in Zellen, wie sie beispielsweise in den Fig. 6, 6A und 7 (unter alleiniger Verwendung der Elcktrodenstreifen der Zelle der Fig. 7) dargestellt sind,und vorzugsweise in solchen, in denen die Polarisatoren gekreuzte Polarisationsebenen aufweisen und zur Richtung der elektrischen Felder zwischen den Elektrodenstreifen einen Winkel von etwa 45° bilden, die Transmissionseigenschaften der Flüssigkristall-Masse ändern, wird diese sichtbar, weil sich die Doppelbrechung des Anfangs- und induzierten Zustandes vom statistischen zum orientierten Zustand ändert. Es ist daher klar, daß die in der Fig. 7 erläuterte Zelle die Fähigkeit hat, bei sämtlichen Methoden verwendet zu werden, die für die Verwendung in Verbindung mit den Zellen der Fig. 1 bis 4 geeignet sind, und außerdem kann diese Zelle in der .differentiellen Doppelbrechnungsmethode verwendet werden, bei der lediglich von den koplanaren Elektrodenstreifcn Gebrauch gemacht wird.

Boi einer weiteren Methode kann bei den vorteilhaften Zellen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, Gebrauch gemacht werden von dem Zirkulardichroisnus des durch ein Wechselstromfeld induzierten Grandjcan-Zustandes. Der anfängliche fokal-konische Strukturzustand weist keinen Dichroismus auf. Mit Hilfe von Zirkularpolarisatoren kann der Unterschied zwischen dem ηicht-dichroitischen fokal-konischen Strukturzustand und dem zir-

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BAD QRIGINM

kulardichroitischen Grandjean-Zustand dazu verwendet werden, in Zellen und Ketrachtungseinrichtungen, wie sie hier beschrieben sind, einen optischen Kontrast zu erzeugen.

Obwohl sich ein Großteil der vorstellenden Beschreibung auf das allgemeine Verfahren und die vorteilhaften Abwandlungen davon bezieht, ist eine der wertvollsten Anwendungen des orfindungsgemäßen Systems diejenige in Abbildungs- oder Betrachtungseinrichtungen und -systemen. Zum Beispiel sind die in den Fig, 2 bis 4 dargestellten elektrooptischen Zellen mit spezifischen α-numerischen Bildei"n dargestellt worden, um einige spezifische Ausfiihrungsformen der erfindungsgemäßen vorteilhaften Abbildungssysteme zu erläutern. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Systems zum Abbilden ist jedoch nicht auf solche Einrichtungen beschränkt. Bei weiteren Aus führungsformen können die Elektroden, welche das vorteilhafte elektrische Wechsel-Stromfeld über der Schicht der Flüssigkristall-Masse liefern, in einem X-Y-Matrixgitter angeordnet sein, welches die Anregung jedes Elementes in dem Gitter zu jedem gewünschten Zeitpunkt ermöglicht. Dementsprechend können in Betrachtungssystemen Punkt- oder Strichluatrizen veirwendet werden, die einzeln angeregt werden können , um jedes gewünschte Bild auf einem Gitter solcher Punkte oder Linien zu erzeugen. Bei weiteren Anwendungen können noch flexiblere Anregungssysterne, beispielsweise Stylus-Schreibanregungssysteme, zur Erzielung der vorteilhaften elektrischen Wechselstromfelder auf der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse in tatsächlich jedem gewünschten Bildmuster verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen der Abbildungszellen, in denen das erfindungsgemäße System angewendet iwrd, kann eine Vielzahl von Einzelzellcn in koplanaren und/oder multiplanaren Konfigurationen angeordnet sein, in denen eine oder mehrere der Einzelzellen in jeder gewünschten Konfiguration aktiviert werden können zur Erzielung eines gewünschten multiplen Zellbildes nach der Reflexions- oder Transmissionsmethodo.

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BAD ORlQiNAl

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen oder in verschiedenen Kombinationen davon ist zu beachten, daß die erfindungsgeuüßen Abbildungszellen dazu verwendet v/erden können,, irgendeine gewünschte Zahl oder irgendeinen, gewünschten Buchstaben in jeder Sprache oder jedem Zahlensystem oder irgendein anderes gewünschtes Zeichen oder Bild entsprechend der von seinem Benutzer gewünschten Anwendung zu erzeugen. _β

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung im Hinblick auf die über C-ührung einer Flüssigkristall-Masse vom fokal-konischen St ruleturzusüand in den durch ein elektrisches Wechselstromfeld angeregton Giaiidjean-Strukturzustand näher erläutern. Alle Teile und Prozentangaben sind, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen,. Die Beispiele dienen lediglich dazu, verschiedene bevorzugte Aus führungs formen des er findimgs gemäßen neuen elektrooptischen Fiüssigkristall-Systeras zu erläutern, die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt.

J3ei spi ν 1

13s wurde eine elektrooptische Flüssigkristall-Zelle hergestellt, indem man ein Glasdia mit einem Zinnoxydüberzug versah, auf die elektrisch leitfähige Seite des Dias eine etwa O_sO127 mm (1/2 mil) dicke Abstandsscheibe aus Tedlar, einem Polyvinylfluoridharzfilm der Firma DuPont, mit einem quadratischen Einschnitt darin aufbrachte und auf die Abstandsscheibe ein zweites, mit Zinnoxyd beschichtetes Glasdia auflegte und zwischen die elektrisch leitend überzogenen Dias in den Hohlraum in der Abstancisscheibe eine Flüssigkristall-Äiasse mit cholesterisch-optischcn Eigenschaften einführte. Die Flüssigkristall-Masse wurde hergestellt, durch Mischen von etwa 50-0 ('.holesteryloleylcarbonat und etwa 50% Anisyliden-pn-butyianilin (nachfolgend mit ABUTA abgekürzt) und die Masse wurde während der Herstellung der Zeil ο in die Zolle eingebracht! Iis handelte, sich dabei um eine bei Raumtemperatur flüssigkristalline

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BAD

:--iasse. Die elektrisch leitfähigen Zinnoxydüberzüge dor beiden Dia elektroden -wurden an ein(3ii Stromkreis clcktri sch 'abgeschlossen,, Cq γ einen iieivlett-Packai d-i-.oßoszillator (dor I-irraa Hewlett Packard Corp., USA) und einen Logon-Vcrstärker (der F-irma Bggen, Inc., !.'SA) aufwies. Dieser Stromkreis war geeignet zur Jirzei'gung von olc^tri·- schen Gleichstrom- oder tfechsolstromfeldorn an den Hlcktroden. J)ic I^:lüssigkristall~Massc mit den cholesterisch-opt[scheu HigenschMf" ten wurde durci) ein elektrisches Gleichstroir.feJ.d Ln den fokal-konischen Strukturzustand überführt. Dann wurde ein elektrisches IVechselstromfeld mit einer Feldstärke von etwa 2.Γ> χ 10"*V /cm

efl und einer Frequenz von etwa 1Ü0 Uz anbiegt, wodurch die Masse in

den Grandjcan-Strukturzustand überführt wurde.

Die vorteilhaften V'irkungen dor Umwandlung v/urdcn beobachtet, Inder.; rr>iin. die elektrooptisclie Zelle zv;ischeu Wicol-PrJ.sincn (Pol;ir.ir»at orca) anordnete und sie im durchfallenden parallelen oder konvergenten Licht in einem Leitz-Folarisationsmikroskop betrachtete. In parallelen weißein Licht wurde das Gesichtsfeld bei Beginn der für den umgewandolten Grandjcan-Zustand charak teri:vti sehen optischen Aktivität gleichmäßig gefärbt. In konvergentem Licht wurde ein uniaxiales negatives Interfcrenzbild beobacntet. Die Arü-e des uniaxialcn Kreuzer» erreichten nicht, den Zentralboreich, der die gle.icJie I-arbtonung beibehielt, κίο sie im parallelen Licht beobachtet v/o r de η war.

Die umgewandelte Masse wurde mit dem bloiien Auge im reflektiorten LicJit betrachtet und sie. wios die selektive Rc flexions farbe auf, die für die gleiche Masse charakteristisch ist, wenn sie mit IiiJfe einer anderen Einrichtung, beispielsweise durch mechanische Geherung, in den Grandjean-Gtrukturzusiand überfährt wird. Die Chulestory loleylcf:ri)or,at/Ai3UTA (SO'l/5Ο^ού) -Mischuug v, ias in deüi iiingewancolt.en Crandjean-Zustand eine grüne Re flexioj's farbe auf.. I>i c- u·:!-- gov/ßiideltc Masse wies Speiche runrseigcnnciia Γι cn auf, indem sie den umgewandelten Grandjean-Z,ustand beibehielt.

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BAD ORDINAL

Beispiele Z bi£:S

Ivie in Beispiel 1 wuHca elekfrooptisehe Seilen hergestellt und verwendet, wobei als Flüssigkristall-Masse, mit cholesterischoptischen Eigenschaften die" folgenden Mischungen verwendet wurden:

2, ütwa 20% Cholesterylolcylcarbonat und etwa 80% ABUTA.

3.. Etwa 30% Cholesteryloleyicarbonat und etwa 705 ABUTA.

4, Etwa 401 Cholesteryloleylcarboniit und etwa 605 ABIiTA,

5. Etwa 601 Cholesterylolsylcarbonat und etwa 40% ABUTA.

Der umgewandelte G rantlj can-Zustand wies selektive Reflexionsfarben auf, die sich bei zunehmendem Mongolian te 11 des Cholesteryloleylcarbonates in der Masse innerhalb des sichtbaren Spektrums von Rot nach Blau änderten» Diese Zellen wiesen Speicherungseigenschaften auf.

Beispiele 6 und 7

Wie in Beispiel 1 wurden elektrooptische Zellen hergestellt und •verwendet, wobei diesmal als kristalline Flüssigkeit die folgenden Flüssigkristall-Mas'sen mit chol ester is ch-op ti sehen Eigenschaften verwendet wurden:

6« Etwa 50% Cholesterylerukat und'etwa 50% ABUTA. 7, Etwa 47% Cholesterylerukat und etwa 53% ABUTA.

Die umgewandelten Grandjean-Zustände wiesen grüne Reflexionsfarben auf. Diese Zellen wiesen Speicherungseigens'chaften auf*

Zwar wurden in der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen vorteilhaften elektrooptischen

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Flüssigkristall-Systems spezifische Komponenten und bestimmte Mischungsverhältnisse angegeben, in dem oben beschriebenen System können jedoch ;mch andere geeignete Materialien verwendet und die verschiedenen Stufen variiert werden, wobei ebenfalls zufricden-.steilende lirgcbnis'se und verschiedene Qualita't;;stufcn erhalten »•/erden. Zusätzlich zu den hier angegebenen können noclx andere Materialien und Stufen angewendet werden und das Verfahren kann variiert werden, um die erfindungsgemäß erzielten Eigenschaften oder Anuendungszwecke zu verbessern bzw. zu erweitern, zu syner-' gisieren oder anderweitig zu modifizieren. So ist es beispielsweise denkbar, daß verschiedene andere Flüssigkristall-Massen, die der induzierten Strukturumwandlung unterliegen und die dabei auftretenden vorteilhaften optischen Effekte aufweisen, aufgefunden und in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden und daß solche Massen etwas andere Dickenabmessungen, elektrische Felder, Temperaturbereiche und sonstige Bedingungen erfordern, um entsprechend der vorliegenden Erfindung bevorzugte Ergebnisse zu erzielen. Es können auch andere Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen Feldern sowie andere Einrichtungen zum Anregen der erfindungsgemäßen Abbildungssysteme unter Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse verwendet werden, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

Pate η t a η s ρ r ü c h e

1. J Verfahren zur Erzeugung des Gi'andjean-Struktursustandes in

einer Flüssigkristcill-Masse, dadurch, gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus der Flüssigkristall-Masse mit cholesterisciFopticchen Eigenschaften herstellt, sie in ihren fokal-konischen Strukturgustand überführt und an diese Schicht ein elektrisches Wechselstromfeld einer solchen -Frequenz anlegt, die ausreicht, um den. Ionenstrom innerhalb der Flüssigkristall-Masse¹ zu unterdrücken, wodurch die Masse .in den Grandjean-Strukturzustand überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die l^?lüssigkristall-Masse aus einem Material bestehb, dessen Moleküle ein permanentes, elektrisch induziertes oder Gesamtdipolomoment aufweisen, da.s mit der Hauptmölekülachse einen spitzen Winkel innerhalb des Bereiches von etv;a 45 bis etwa 90 bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Flüssigkristall-Masse mit cholesterisch-optischen Eigenschaften aus einer Mischung aus einem ctiolesterischen Flüssigkristall-Material und einem Material aus der Gruppe der nematischen Flüssigkristall-Materialien, sinektischen Flüssigkristall-Materialien und Mischungen davon besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3>i dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Masse aus einem Material aus der Gruppe Cholesteryloleylcarbonat, Cholesterylerukat und Mischungen davon besteht.

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-5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k cj η η ζ e i c h -~ η e t, daß die Flüssigkristall-Masse aus Am-cyliäen-p·-)}-butylanilin bestellt.

6. Verfahren wenigstens nach Anspruch 3, dadurch g e k e η :n zeichnet, daß die FlucnigkristGll-Mas^o aus eine¹-Mischung aus Cholesteryloleylcarborat und /Laif.ylidon-p-r-butylanilin besteht, in der das Gholesterylo] eylcarbonat mindestens etwa 2O^c/o der Mischung ausmacht.

?'. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der Flüssigkristall-Masse eine Dicke von rieht; £ieh.r als etwa 0,254- nia (10 mils) aufweist, vorzugsweise eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,012? bis etwa 0,12? mm (0,5 bis ^cj mils).

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennz eichn et, daß man die Flüssigkristall-Masse oder die Schicht aus der Flüssigkristall--■ Kasse in reflektiertem Licht betrachtet und daß die Maste in dem umgewandelten Grandjean-Struktursustanä eine selektive Reflexionsfarbe in dem sichtbaren Spektrum aufweist.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7^ dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkristall-Masse oder die Schicht aus der Flüssigkristall-Ilasse zwischen ebenen Polarisatoren im durchfallenden Licht betrachtet.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkristall-Masse oder die Schicht aus dov I^iussipkristall-lVru-p. mit, Zirkularpolarisatoren im durchfallenden Licht betrachtet

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BAD ORIQiNAL

11. Vorfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das angelegte elektrische Wechselstromfeld eine Feldstärke innerhalb des Bereiches, von et v/a 10-ΛΓ _f->/cm "bis etwa 10 Vf .p/cm aufweist«

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kenn ζ eichn et, daß mit mindestens zwei Elektroden, die sich.auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse be~

. finden, ein elektrisches PeId erzeugt" wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich-

n e t, daß mit Hilfe einer Vielzahl von koplanaren Elektroden, die mit einer elektrischen Wechselstromspannungsquelle elektrisch verbunden sind, ein elektrisches !Feld erzeugt vrird.

14. Verfahren wenigstens nach Anspruch 12 oder 13 ₅ dadurch gekenn z, ei chnet, daß mindestens eine der Elektroden praktisch transparent ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennz eichnet, daß mindestens eine der Elektroden die Form der gewünschten Bildkonfiguration hat.

16. Verfahren nach Anspruch 15». dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektroden auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Schicht aus der Flüssigkristall-Masse die Form der gewünschten Bildkonfigurationen haben.

17· Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß zu der Bildelektrode eine koplanare Bildelektrode gehört, die zu der Bildelektrode komplementär ist.

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18. Verfahren nach, einem der Ansprüche 15 hiß 17, dadurch ge Ic en η zeichnet, daß-die die Bildkonfiguraticn aufweisende Elektrode aus einer Vielzahl von koplanaren, elektrisch leitfähigen Streifen besteht»

19· Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14-, dadurch gekennzeichnet., daß die Schicht aus der Flüssigkristall-Jiasse die gewünschte Bildkonfiguration aufweist.

20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennz eic h η et., daß das elektrische Wechselstromfeld mittels eines mit elektrischer Wechselspannung vorgespannten Stiftes an die Schicht aus der Flußsigkristall-Masse angelegt wird.

21. Abbildungsverfahrei'i, dadurch gekenn ζ eich net, daß man eine Schicht; aus einer Flüssigkristall-Hasse mit cholesterisch-optischen Eigenschaften herstellt, sie in ihren fokal-konischen Strukturzustand überführt und an diese Schicht entsprechend der .Bildkonfiguration ein elektrisches Wechselstromfeld einer solchen Frequenz anlegt, die ausreicht, um den Iorienstrom innerhalb der Bildteile der Flüssigkristall-Schicht zu unterdrücken, wodurch die Bildteile der Flüssigkristall-Schicht in den Grandjean-Strukturzustand überführt werden, so daß die Bildteile der Schicht von den Hintergrundteilen der Schicht unterscheidbar sind.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld mit Hilfe mindestens zweier insbesondere transparenter Elektroden erzeugt wird, die sich auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Schicht aus der Flüssigkristall-I'Iasse befinden.

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