DE2222974C3 - Bildspeicherschirm mit einer Mischung aus cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen - Google Patents

Bildspeicherschirm mit einer Mischung aus cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen

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Description

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Die Erfindung betrifft einen Bildspeicherschirm mit ■einer zwischen zwei mit einer dichten Abstandshaltevorrichtung versehenen Tragplatten eingebetteten Mischung aus cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen mit positiver Dielektrizitätskonstantenanisotropie, bei dem mindestens eine der beiden Tragplatten transparent ist.
Bildspeicherschirme mit einer Mischung aus cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen sind bekannt. Der bei Mischungen von cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen auftretende Speichereffekt ist von H eiImeier und Goldmacher untersucht und in dem Art. »A New Electric Field Controlled Reflective Optical Storage Effect in Mixed Liquid Crystal Systems« in der Zeitschrift Proc. of the IEEE, Vol. 57, Nr. 1, 1969, S. 34 — 38, beschrieben worden. Danach wird eine cholesterisch-nematische Flüssigkristallmischung zwischen einer transparenten und einer reflektierenden jeweils mit Elektroden versehenen Tragplatte verwendet. Die Flüssigkristallmischung ist anfangs im feldfreien Zustand transparent und wird bei Anlegen eines elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes lichtstreuend. Nach dem Abschalten des elektrischen Feldes bleib 1 der lichtstreuende Zustand der Mischung über viele Stunden hin erhalten. Dieser Zustand wird durch Anlegen einer Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als ca. 700 Hz wieder in den transparenten Zustand übergeführt. Die minimale Löschzeit beträgt bei einer Feldstärke, bei der die Gefahr von elektrischen Durchschlägen gerade noch nicht besteht, 0,5 Sekunden.
Diese relativ hohe Löschzeit ergibt sich offenbar aus der Tatsache, daß cholesterisch-nematische Flüssigkristallmischungen mit einer relativ schwach negitiven Dielektrizitätskonstanten-Anisotropie verwendet wurden, d. h., daß die Dielektrizitätskonstante parallel zur Längsachse des Flüssigkristallmoleküls kleiner ist als die dazu senkrecht gerichtete. Dieser Schluß läßt sich aus folgenden Überlegungen ziehen. Cholesterisch-nematische Flüssigkristallmischungen besitzen eine cholesterische Struktur. Eine dünne Flüssigkristallschicht zwischen zwei ebenen Tragplatten weist im feldfreien Zustand eine transparente planare Textur auf, die beim Anlegen einer Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung an die Schicht in eine lichtstreuende fokal-konische Textur übergeführt wird. Beim Anlegen von Wechselspannungen mit Frequenzen oberhalb 700 Hz kann die planare Textur durch dielektrische Orientierungskräfte nur beim Vorliegen von negativen Dielektrizitätskonstanten-Anisotropien wiederhergestellt werden. Die planare Textur wird durch das höher frequente Wechselfeld um so schneller ausgebildet, je größer die negative Dielektrizitätskonstante-Anisotropie der verwendeten Substanz ist. Es ist jedoch prinzipiell schwierig, wenn nicht unmöglich, Flüssigkristalle mit großer negativer Dielektrizitätskonstanten-Anisotropie herzustellen.
In dem älteren Patent, DE-PS 22 37 997, wird eine Flüssigkristallzelle vorgeschlagen, bei der eine Mischung aus einem nematischen und einem cholesterischen Flüssigkristall verwendet wird, dabei weist der nematische Flüssigkristall eine positive Dielektrizitätskonstanten-Anisotropie auf. Zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes dient eine Wechselspannung, die an die Elektroden der Flüssigkristallzelle angelegt wird.
Bekannt ist ferner eine in »Physical Review Letters« 1970, Vol. 24, Nr. 5, S. 209-212 beschriebene Anzeigevorrichtung mit einer ca. 6 μπι dicken cholesterischen Flüssigkristallschicht. Diese weist im feldfreien Raum eine transparente planare Textur auf, welche beim Anlegen eines elektrischen Feldes von ca. 104 Volt/cm in eine lichtstreuende fokal-konische und beim Erhöhen der elektrischen Feldstärke auf ca. 105 Volt/cm allmählich in eine wieder transparente, nematisch-homöotrope Textur übergeht. BeimVerringern der elektrischen Feldstärke tritt zunächst wieder die lichtstreuende fokal-konische und anschließend die transparente planare Textur der Flüssigkristallschicht auf.
Der lichtstreuende Zustand (fokal-konische Textur) wird dort in einen transparenten Zustand entweder durch einen allmählichen Übergang in die planare Textur erreicht oder durch einen Übergang in die nematisch-homöotrope Textur. Dieser transparente Zustand wird beim Übergang in die feldfreie planare Textur aber nur über den Umweg eines wieder lichtstreuenden Zustandes (fokal-konische Textur) erneut transparent.
Löschzeiten von mehr al» 0,5 Sekunden sind jedoch für viele Anwendungen von Nachteil, insbesondere für
matrixförmige Bildspeicherschirme, bei denen rasches selektives Löschen ein entscheidendes; Kriterium ist.
Aufgabe der Erfindung ist es. eine cholesterisch-nematische Flüssigkristallmischung in einem Bildspeicherschirm anzugeben, mit der eine wesentlich kürzere Löschzeit erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Mischungsverhältnis der cholesterischen und nematischen Flüssigkristalle, welches derart gewählt ist, daß die Helixganghöhe der entstehenden cholesterischen Struktur zwei- bis fünfmal kleiner als die Flüssigkristallschichtdicke ist und durch ein Orieritierungsmittel auf den Innenflächen der beiden Tragplatten, welches die Längsachsen der in der Randschicht vorliegenden Flüssigkristallmoleküle normal zu den Flächen der Tragplatten ausrichtet.
Vorteilhafterweise ist 20 >i.„ -εχ> 0.2. Bei e-ner derartigen Dielektrizitätskonstantenanisotropie weist die Flüssigkristallschicht nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes an die Schicht eine lichtstreuende fokal-konische Textur mit einer schichtweisen Verschraubung und einer Schraubenachse parallel zu den die Schicht begrenzenden Flächen der Tragplatten auf. Die lichtstreuende Flüssigkristallschiicht wird wieder transparent wenn durch einen kurzen Spannungsimpuls die fokal-konische Textur in eine transparente nematisch homöotrope Textur übergeführt wird, wobei alle Moleküllängsachsen normal zu den Flächen der Tragplatten ausgerichtet sind. Nach dem Abklingen des Löschspannungsimpulses stellt sich spontan die ebenfalls transparente planare Textur sin, bei der die Moleküllängsachsen parallel zu den Flächen der Tragplatten verlaufen und eine Schraubenstruktur vorliegt Die Löschspannung muß nur so lange anliegen, bis die nematisch homöotrope Textur ausgebildet ist. Je größer die positive Dielektrizitätskonstantenanisotropie ist und je größer die Löschspannung, um so rascher erfolgt der Texturübergang fokal-konisch -► nematisch homöotrop.
Die beiden Tragplatten des Bildspeichc-rschirms werden auf ihren Innenflächen mit einem Orientierungsmittel versehen, welches die Längsachsen der in der Randschicht vorliegenden Flüssigkristallmoleküle normal zu den Flächen der Tragplatten ausrichtet Dadurch bildet sich bei Anliegen des Löschspannungsimpulses die nematisch homöotrope Textur optimal einheitlich aus. Dies begünstigt wiederum die Ausbildung einer einheitlichen planaren Textur. Außerdem erfolgt bei dieser Randorientierung der Texturübergang fokal-koüisch-> nematisch homootrop schon bei niedrigeren Feldstärken.
Das Mischungsverhältnis der cholesterischen und nematischen Flüssigkristalle wird so gewählt, daß die Helixganghöhe der entstehenden cholesterischen Struktur 2-5mal kleiner als die Flüssigkristallschichtdicke zwischen den Tragplatten ist. Die Flüssigkristallschichtdicke hat einen Wert zwischen 6 und 12 μπι. In diesem Helixganghöhen- und Schichtdickenbereich lassen sich sowohl lange Speicherzeiten als auch kurze Löschzeiten erreichen.
Hat die Flüssigkristallmischung einen spezifischen Widerstand > 10" Ωαη, was durch hohe Reinheit der Substanzen praktisch immer erreichbar ist, so kann man als Löschspannung sowohl Wechsel- als auch Gleichspannung verwenden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels eines Bildspeicherschirmes weiter erläutert.
Als Material der Flüssigkristallmischung werden 94 Gew.-% nematisches p-methoxy-p'-n-butylazoxybenzol und 6 Gew.-% Cholesterylchlorid verw2ndet, die in einer Sch-chtdicke von 10 μπι zwischen zwei transparenten mit Elektroden versehenen Tragplatten eingebettet ist. Die Helix-Ganghöhe dieser Mischung beträgt 2,6 μιη. Die Dielektrizitätskonstantenanisotropie beträgt 0,2. Die Innenflächen der Tragplatten sind zur Orientierung der Längsachsen der in der Randschicht vorliegenden Flüssigkristallmoleküle mit einer annähernd monomolekularen Lecithinschicht beschichtet. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung von 10 Volt an die Elektroden wird der Bildspeicherschirm lichtstreuend, wobei dieser Zustand nach dem Abschalten der Spannung erhalten bleibt Wird nunmehr an die Elektroden ein Löschspannungsimpuls mit einer Gleichspannung von 100 Volt und einer Länge von 30 ms angelegt, so wird der Schirm innerhalb dieser Zeit wieder transparent.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Bildspeicherschirm mit einer zwischen zwei mit einer dichten Abstand'haltevorrichtung versehenen und mit Elektroden belegten Tragplatten eingebetteten Mischung aus cholesterischen und nematischen Flüssigkristallen mit positiver Dielektrizitätskonstantenanisotropie, bei dem mindestens eine der beiden Tragplatten transparent ist, g e k e η η - ίο zeichnet durch ein Mischungsverhältnis der cholesterischen und nematischen Flüssigkristalle, welches derart gewählt ist, daß die Helixganghöhe der entstehenden cholesterischen Struktur zwei- bis fünfmal kleiner als die Flüssigkristallschichtdicke ist und durch ein Orientierungsmittel auf den Innenflächen der beiden Tragplatten, welches die Längsachsen der in der Randschicht vorliegenden Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Flächen der Tragplatten ausrichtet. JO
2. Bildspeicherschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die cholesterisch-nematische Flüssigkristallmischung eine Dielektrizitätskonstantenanisotropie von 20 >fi„ — 6χ> 0,2 aufweist.
3. Bildspeicherschirm nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschichtdicke 6- 12 μπι beträgt.
4. Verfahren zum Ansteuern eines Bildspeicherschirms nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschreiben einer Information die im gelösten Zustand planare, transparente Textur der Flüssigkristall-Mischung durch Anlegen einer ersten Spannung in eine fokal-konische, lichtstreuende Textur überführt wird und daß zum Löschen der eingeschriebenen Information die fokal-konische Textur durch kurzzeitiges Anlegen einer zweiten höheren Spannung und anschließendes Abschalten dieser zweiten Spannung über eine nematisch homöotrope, transparente Übergangstextur wieder zurück in die planare Textur geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschreiben der Information die erste Spannung abgeschaltet wird.
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