DE2236467B2

DE2236467B2 - Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2236467B2
Application number: DE2236467A
Authority: DE
Inventors: Werner E. L. Webster N.Y. Haas (V.St.A.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-12-14
Filing date: 1972-07-25
Publication date: 1980-02-14
Also published as: CA966919A; FR2165547A5; NL7217036A; NL175952C; NL175952B; GB1410989A; DE2236467A1; JPS4866992A; DE2236467C3; US3806230A; JPS5313128B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildanzeigevorrichtung, bei der an eine Schicht aus einer flüssigkristallinen Zusammensetzung mit den optischen Eigenschaften der cholesterischen flüssigkristallinen Mesophase, die mindestens eine nematische flüssigkristalline Substanz neben einer optisch aktiven Substanz enthält und die im Ruhezustand in ihrem Grandjean-Strukturzustand vorliegt, ein elektrisches Feld im Feldstärkenbereich für den Übergang der flüssigkristallinen Zusammensetzung aus dem Grandjean- in den fokal-konischen Zustand anlegbar ist.

Flüssigkristalline Substanzen weisen physikalische Eigenschaften auf, die z. T. typisch für Flüssigkeiten, z. T. typisch für Kristalle sind. Flüssigkristalle treten bekanntlich in drei verschiedenen Formen auf: der smektischen, der nematischen und der cholesterischen Form. Diese Strukturformen werden manchmal als Mesophasen bezeichnet, womit angedeutet wird, daß es sich dabei um Zwischenzustände zwischen den flüssigen und kristallinen Zuständen handelt. Die drei oben erwähnten Mesophasenformen von Flüssigkristallen sind durch verschiedene physikalische Strukturen charakterisiert, in denen die Moleküle der Verbindung in einer solchen Weise angeordnet sind, die

Vi für jede der drei mesomorphen Strukturen charakteristisch ist. Jede dieser drei Strukturen ist auf dem Gebiet der Flüssigkristalle an sich bekannt.

Einige flüssigkristalline Substanzen weisen optisch negative Eigenschaften auf. Die Doppelbrechung ist

V) ein optisches Phänomen, das für einige feste Kristalle und für die meisten Flüssigkristallsubstanzen charakteristisch ist. Wenn ein Strahl von nicht-polarisiertem Licht auf eine doppelbrechende Substanz auftrifft, wird er in zwei polarisierte Komponenten aufgespal-

v> ten, deren Transversalschwingungen rechtwinklig zueinander sind. Die beiden Komponenten durchlaufen die Substanzen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und treten in Form von Strahlen von polarisiertem Licht aus. Unter dem hier verwendeten Ausdruck »optisch negative, flüssigkristalline Substanzen« sind solche Substanzen zu verstehen, deren außergewöhnlicher Brechungsindex n_E kleiner ist als der gewöhnliche Brechungsindex n_p. Cholesterische flüssigkristalline Substanzen weisen diese Eigenschaften auf.

Bezüglich einer näheren Beschreibung dieses Phänomens vgl. »Optical Crystallography«, Wahlstrom, 4. Auflage, Wiley and Sons, Inc., New York.

Flüssigkristalle^ sind die Mole

küle in sehr dünnen Schichten so angeordnet, daß die langen Achsen der Moleküle innerhalb jeder Schicht parallel zueinander und parallel zur Ebene der Schichten sind. Wegen der Asymmetrie und der sterischen Natur der Moleküle ist die Richtung der Längsachsen der Moleküle in jeder Schicht gegenüber der entsprechenden Richtung in benachbarten Schichten etwas versetzt. Diese Versetzung bzw. Verschieaung ist über die aufeinanderfolgenden Schichten hinweg kumulativ, so daß die Gesamtverschiebung einen helixartigen Verlauf ergibt. Eine zusammenfassende Beschreibung der Struktur von cholesterischen Fliissigkristallen ist in »Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals«, G.W. Gray, Academic Press 1962, enthalten.

Cholesterische Flüssigkristalle haben die Eigenschaft, daß dann, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit von linear (eben) polarisiertem oder oicht-polarisiertem Licht entlang der helixartigen Achse derselben erfolgt, d. h. wenn das Licht in einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen der Moleküle eintritt, dieses Licht (bei Vernachlässigung der Absorption) bei der Transmission durch dünne Filme aus solchen Flüssigkristallen prakisch nicht beeinfluß wird außer in einem Wellenlängenbereich um die Wellenlänge A₀ herum, wobei A₀ = 2 np (n = der Brechungsindex der Flüssigkristallsubstanz und ρ = die Ganghöhe öder der Wiederholungsabstand [pitch] der Helixstruktur). Die Bandbreite des Wellenlängenbereiches Ak₀ um den Zentralwert von etwa A₀ herum liegt in der Regel in der Größenordnung von etwa A₀/14. Für Licht einer Wellenlänge von A₀ weist der cholesterische Flüssigkristall unter diesen Bedingungen eine solche selektive Reflexion des Lichtes auf, daß etwa 50% des Lichtes reflektiert und etwa 50% durchgelassen werden, wenn man annimmt, daß die Absorption vernachlässigbar klein ist, was gewöhnlich der Fall ist, wobei sowohl der reflektierte Lichtstrahl als auch der durchgelassene Lichtstrahl in entgegengesetzten Richtungen annähernd zirkulär polarisiert sind.

Wegen dieser optischen Eigenschaften haben sich optisch negative, flüssigkristalline Substanzen als höchst vorteilhaft für die Verwendung auf verschiedenen Anwendungsgebieten, beispielsweise in Bilderzeugungssystemen, optischen Filtern und Detektorsystemen zum Nachweis der Anwesenheit oder von Änderungen der Anwesenheit von verschiedenen Anregungsmitteln, wie z. B. Druck, Temperatur, chemischen Dämpfen, erwiesen. Da diese Materialien mit Vorteil auf derart verschiedenen, potentiell sehr wertvollen Anwendungsgebieten eingesetzt werden können, ist die cholesterische flüssigkristalline Mesophase gründlich untersucht worden. Dabei wurde gefunden, daß man bei Zugabe von geringen Mengen, z. B. von etwa 10Gew.-% oder weniger, optisch aktiver, nicht-mesomorpher Materialien, wie z. B. 1-Menthol und Weinsäure, zu nematischen flüssigkristallinen Materialien Zusammensetzungen erhält, welche die optischen Eigenschaften der cholesterischen flüssigkristallinen Mesophase aufweisen (vgl. z.B. A.D. Buckingham etal.,»Chem.Phys. Letters«, 3,Nr. 7, 540 [1969]).

Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung der flüssigkristallinen Materialien in Bilderzeugungssystemen bzw. Abbildungssystem wurden Untersuchungen hinsichtlich der optischen Speicherungseffekte der Materialien durchgeführt, da, wie für den

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Erzeugung eines Bildes, das auch nach Entfernung der das Bild erzeugenden Kraft über verhältnismäßig lange Zeiträume hinweg aufrechterhalten werden kann, dem Bilderzeugungssystein eine andere Dimension hinzufügt. In der US-PS 3 642 348 ist angegeben, daß cholesterische flüssigkristalline Materialien Speicherungseffekte aufweisen, wenn sie in einem Bilderzeugungssystem verwendet werden, in dem ein elektrisches Feld zur Erzeugung von Bildern auf

ίο cholesterischen flüssigkristallinen Filmen verwendet wird.Heilmeier undGoldmacher haben in »App. Phys. Letters«, 13, 132 (1968), darauf hingewiesen, daß auch Mischungen von cholesterischen flüssigkristallinen Materialien und nematischen flüssigkristallinejf Materialien Speicherungseffekte aufweisen, wenn sie in einem Bilderzeugungssystem verwendet werden. Außerdem wird in der französischen Patentschrift 1598439 darauf hingewiesen, daß Zusammensetzungen mit Speicherungseffekten dadurch hergestellt werden können, daß man nematische flüssigkristalline Materialien mit Cholesterin, Cholesterinderivaten oder cholesterischen Flüssigkristallen kombiniert.

Dennoch ist das Phänomen der Speicherungswirkung bis heute noch nicht geklärt, das geht schon daraus hervor, daß verschiedene theoretische Erklärungen für das Auftreten dieses Phänomens gegeben wurden. So wird beispielsweise in der oben zitierten Literaturstelle »App. Phys. Letters«, 13, 132 (1969), postuliert, daß die Speicherungseffekte von choleste-

jo risch-nematischen Mischungen eine Folge der Emulgierung der nematischen Komponente seien.

Aus »Chem. Phys. Lett.« 6 (1970), S. 5, 6, war es bekannt, daß eine Mischung aus einer nematischen flüssigkristallinen Substanz und einer optisch aktiven

S5 nicht-mesomorphen Substanz eine cholesterische flüssigkristalline Mesophase bilden würde. Das Verhalten dieser Mischung in elektrischen Feldern, speziell in Bildanzeigevorrichtungen, war nicht bekannt. Aus der DE-OS 2051505 ist eine Bildanzeigevorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt. Das in der bekannten Vorrichtung verwendete optisch aktive Material verwandelt sich bei Verringerung des angelegten Feldes aus der fokal-konischen Textur in die ungeordnete Grandjean-Textur, wodurch das Bild verschwindet. Der Zeitraum, in dem das Bild wieder verschwindet, liegt zwischen Bruchteilen einer Sekunde und Minuten oder Stunden und ist daher nicht ausreichend, wenn man permanente Bilder erzeugen möchte, deren Reproduktion noch nach vielen Stunden und in praktisch beliebiger Anzahl möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildanzeigevorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß eine wesentlich längere Speicherzeit der im fokal-konischen Zustand befindlichen Bildkomponenten erhalten wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Bildanzeigevorrichtung der genanten Art dadurch gelöst, daß die optisch aktive Substanz ein Material ist, daß selbst keine me-

6r somorphe Phase bildet.

Man erhält so eine Bildanzeigevorrichtung, bei der das Bild praktisch permanent, beispielsweise tagelang, bestehenbleibt. Die Bildanzeigevorrichtung besitzt ein Speicherungsvermögen, wodurch der Lichtstreueffekt, der beim Anlegen eines elektrischen Feldes in dem von dem Feld beeinflußten Bereich beobachtet werden kann, auch dann bestehenbleibt, wenn die elektrische !Craft von dein f!üss!^ok^r's^ä"'n'^an Film

weggenommen worden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das elektrische Feld bildmäßig an den flüssigkristallinen Film angelegt werden, wodurch unmittelbar auf dem Film das Bild erzeugt wird. Es kann aber auch ein gleichförmiges elektrisches Feld an den flüssigkristallinen Film angelegt werden, so daß der gesamte Film lichtstreuend wird und anschließend kann der Film bildmäßig »gelöscht« werden zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes, wie es weiter unten näher beschrieben wird.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.

Mit der erfindungsgemäßen Bildanzeigevorrichtung erhält man in vorteilhafter Weise ein permanentes Bild, das auf den verschiedensten Gebieten verwendet werden kann, beispielsweise als optische Bildvorlage für ein xerographisches Reproduktionssystem oder für die Belichtung eines photographischen Mediums mit demselben, was zur Bildung einer Hartkopiereproduktion des Bildes führt.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine z. T. schematische Querschnittsansicht einer flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine z. T. schematische isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtung, in der das gewünschte Bild durch die Gestalt mindestens einer der Elektroden definiert ist,

Fig. 3 eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Bilderzeugungssystems, in dem eine flüssigkristalline Bildanzeigevorrichtung an Hand eines X-y-Bezugssystems dargestellt ist,

Fig. 4 eine z. T. schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtung, in der mindestens eine der Elektroden eine photoleitfähige Oberfläche hat, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der optischen Ansprechempfindlichkeit einer typischen flüssigkristallinen Zusammensetzung auf elektrische Felder.

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen erläutert eine typische flüssigkristalline, elektrooptische Bilderzeugungszelle. In der Fig. 1 ist eine typische flüssigkristailine Bildanzeigevorrichtung 10, manchmal als mit Elektroden versehener Bilderzeugungs- bzw. Abbildungs-S&ndwich bezeichnet, im Querschnitt dargestellt, .wobei ein Paar von transparenten Platten 11 mit einem im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen Überzug 12 auf der Kontaktoberfläche ein Paar paralleler, im wesentlichen transparenter Elektroden darstellt. Wenn die Bildanzeigevorrichtung im durchfallenden Licht betrachtet werden soll, sind vorzugsweise beide Elektroden transparent, eine flüssigkristalline Bildanzeigevorrichtung kann aber auch im reflektierten Licht betrachtet werden, wobei nur eine einzige transparente Elektrode erforderlich ist, während die andere opak sein kann. Die transparenten Elektroden sind durch ein Abstandsstück 13 voneinander getrennt, das Hohlräume enthält, die eine oder mehrere flache Schalen bilden, welche den flüssigkristallinen Film oder die flüssigkristalline Schicht enthalten, der bzw. die das aktive Element der Bilderzeugungseinrichtung darstellt. Über einen äußeren Stromkreis 15, der in der Regel eine Spannungsquelle 16 aufweist, die durch Leitungen 17 an die beiden Elektroden angeschlossen ist, wird ein elektrisches Feld an die Elektroden angelegt. Bei der Spannungsquelle kann es sich entweder um eine Gleichstromquelle, eine Wechselstromquelle oder Kombination ί davon handeln.

Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Mechanismus, durch den in dem flüssigkristallinen Film oder in der flüssigkristallinen Schicht Bilder erzeugt werden, um einen Übergang vom Grandjean- in den

ίο fokal-konischen Strukturzustand. Ein System zur Überführung einer cholesterischen oder optisch negativen, flüssigkristallinen Substanz von ihrem Grandjean- oder »gestörten« Strukturzustand in ihren fokal-konischen oder »nicht-gestörten« Strukturzustand durch ein aneeleetes elektrisches Feld ist in der US-PS 3642348 beschrieben.

Wenn ein cholesterisches, flüssigkristallines Material in dem Grandjean-Strukturzustand vorliegt und wenn der A₀ -Wert des Materials in dem sichtbaren

Spektrum liegt, scheint ein Film oder eine Schicht aus diesem Material die Farbe zu haben, die A₀ entspricht, und wenn A₀ außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, erscheint der Film farblos und nicht-streuend. Wenn eine cholesterische Flüssigkeit in ihrem fokalkonischen Strukturzustand vorliegt, ist ihr Aussehen in der Regel milchig-weiß. Wenn nun die flüssigkristallinen Zusammensetzungen in ihrem Grandjean-Strukturzustand in einen nicht-vorgespannten Elektroden-Sandwich eingeführt werden, erscheinen sie in

jo der Regel zuerst gefärbt oder farblos und transparent. Wenn der Elektrodensandwich zwischen Polarisatoren betrachtet wird, erscheint der Bilderzeugungssandwich gefärbt oder schwarz. Wenn an den flüssigkristallinen Film ein elektrisches Feld innerhalb des

J5 Bereiches der elektrischen Strukturumwandlungsfeldstärke der flüssigkristallinen Zusammensetzung angelegt wird, ist eine induzierte Strukturänderung zu beobachten, da der flüssigkristalline Film in den Bildbereichen weiß wird, wenn der Bilderzeugungssandwich im durchfallenden oder reflektierten Licht betrachtet wird. Deshalb entsteht bei der Bildanzeigevorrichtung vorzugsweise ein weißes Bild auf einem transparenten, dunklen oder gefärbten Hintergrund. Anstelle der Polarisatoren kann auch irgendeine andere geeignete Einrichtung zur Verbesserung des Kontrastes der Bildbezirke verwendet werden. Natürlich können in dem flüssigkristallinen Bilderzeugungssandwich entweder die vom elektrischen Feld beeinflußten oder die vom elektrischen Feld nicht beeinflußten Bereiche zur Erzeugung des gewünschten Bildes mit oder ohne Verwendung von Polarisatoren oder anderen Bildverbesserungseinrichtungen verwendet werden.

Die Elektroden in den in der Fig. 1 dargestellten flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtungen können aus irgendeinem geeigneten transparenten, elektrisch leitfähigen Material bestehen. Beispiele für typische geeignete transparente, elektrisch leitfähige Elektroden sind Glas- oder Kunststoffsubstrate mit im we- sentlkhen transparenten und kontinuierlich leitfähigen Überzügen aus elektrischen Leitern, wie z. B. Zinn, Indiumoxyd, Aluminium, Chrom, Zinnoxyd oder irgendeinem anderen geeigneten elektrischen Leiter. Diese im wesentlichen transparenten, elek-

trisch leitfähigen Überzüge werden in der Regel aui ein mehr isolierendes transparentes Substrat aufgedampft Ein Beispiel für ein typisches transparentes, elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial ist ein mit

einem Zinnoxyd-Überzug versehenes Glas, das im Handel erhältlich ist.

Das in der Fig. 1 angegebene Abstandsstück 13, das die transparenten Elektroden voneinander trennt und den Flüssigkristallfilm zwischen den Elektroden enthält, ist vorzugsweise chemisch inert, transparent, vorzugsweise nicht-doppelbrechend, im wesentlichen ein Isolator und hat geeignete dielektrische Eigenschaften. Beispiele für geeignete Materialien für die Verwendung als isolierende Abstandsstücke sind Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Celluloseacetatbutyrat, Polyurethanelastomere, Polyäthylen, Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Polycarbonate, Polyvinyl· fluorid, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylenterephthalat und Mischungen davon.

Der Flüssigkristall-Bilderzeugungsflm 14 kann aus irgendeiner geeigneten flüssigkristallinen Zusammensetzung bestehen, welche die optischen Eigenschaften der cholesterischen flüssigkristallinen Mesophase aufweist und mindestens eine nematische, flüssigkristalline Substanz und mindestens ein optisch aktives, nicht-mesomorphes Material enthält. Die Bilderzeugungszusammensetzungen enthalten in der Regel etwa 2 bis etwa 60 Gew.- % der optisch aktiven, nicht-mesomorphen Komponente, jedoch werden die Mengen der in irgendeiner für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten flüssigkristallinen Zusammensetzung enthaltenen jeweiligen Komponenten lediglich dadurch bestimmt, daß die Zusammensetzung die optischen Eigenschaften der cholesterischen, flüssigkristallinen Mesophase aufweisen sollte. Außerdem sollte die nicht-mesomorphe Komponente der flüssigkristallinen Zusammensetzung in der nematischen, flüssigkristallinen Komponente praktisch vollständig löslich sein. Typische Beispiele für geeignete nematische, flüssigkristalline Materialien sind p-Azoxyanisol, p-Ozoxyanisol, ii-Azoxyphenetol, p-Butoxybenzoesäure, p-Methoxyzimtsäure, Butyl-p-anisy-Iiden-p'-aminocinnamat, Anisyliden-p-aminophenylacetat, p-Äthoxybenzylamino-a-methylzimtsäure, 1 ^-Bis-ip-äthoxybenzylidenJ-cyclohexanon, 4,4"-Dihexyloxybenzol, 4,4'-Diheptyloxybenzol, Anisalp-amino-azobenzol, Anisaldazin, a-Benzolazo-(anisalnaphthylamin), Anisyliden-p-n-butylanilin, n,n'-Nonoxybenzyltoluidin, p-Äthoxybenzyliden-p'-nbutylanilin und Mischungen davon. Bevorzugte nematische Materialien sind beschrieben in den DE-OSen 2235387 und 2235397.

In den verwendeten flüssigkristallinen Zusammensetzungen kann irgendein geeignetes, optisch aktives, nicht-mesomorphes Material verwendet werden. Diese Materialien sollten in den in der Zusammensetzung verwendeten nematischen, flüssigkristallinen Substanzen praktisch vollständig löslich sein. Beispiele für typische geeignete, optisch aktive, nichtmesomorphe Materialien sind: Alkoholderivate, wie !-Menthol, I-Linanool, d-Mannit, d-Borneol und d-Guercit, Ketonderivate wie d-Kampher, d-3-Methylcyclohexanon, 1-Menthon und !,o-Isopropyl-S-cyclohexanon, Carbonsäurederivate, wie d-Citronellsäure, l-Citronellsäure, d-Chaulmoograsäure, 1-Borneolsäure, 1-Aiabonsäure, d-Weinsäure und 1-Ascorbinsäure, Aldehydderivate, wie d-Citronellal, Alkenderivate, wie. 1-B-Pinan, d-Silvestren und d-Limonen, Aminderivate, wie 1,2-Methylpiperidin, Nitrilderivate, wie d-Mandelnitril, Amidderivate, wie d-Hydrocarbamid und Mischungen davon.

Mischungen aus der nematischen, flüssigkristalli

nen Substanz und dem optisch aktiven, nicht-mesomorphen Material können in organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Chloroform, Petroläther, Methylethylketon u. dgl. hergestellt werden, die in der Regel ^r> anschließend aus der Mischung abgedampft werden, wobei die flüssigkristalline Zusammensetzung zurückbleibt. Die Einzelkomponenten der flüssigkristallinen Zusammensetzung können aber auch direkt miteinander kombiniert werden durch Erhitzen der

ι« gemischten Komponenten auf eine Temperatur, die oberhalb der isotropen Übergangstemperatur der nematischen, flüssigkristallinen Substanz und des Schmelzpunktes des nicht-mesomorphen Materials liegt.

'>'< Es wurde nun überraschend gefunden, daß dann, wenn in einem Elektrodensandwich, wie er im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben worden ist, eine Zusammensetzung verwendet wird, die aus einer nematischen, flüssigkristallinen Substanz und einem optisch aktiven, nicht-mesomorphen Material besteht und die optischen Eigenschaften der cholesterischen, flüssigkristallinen Mesophase hat, die an den Flüssigkristallfilm angelegten elektrischen Feldern zur Folge haben, daß eine Lichtstreuung festzustellen ist und daß dieses Lichtstreuungsphänomen nach der Wegnahme der Felder weiter bestehenbleibt. Es wird angenommen, daß das Fortbestehen der Lichtstreuung in den Flüssigkristallen nach der Entfernung des elektrischen Feldes und dem Abschalten des elektrischen Stromes auf die Gegenwart einer einzelnen cholesterischen, flüssigkristallinen Mesophase zurückzuführen ist, die hauptsächlich im fokal-konischen Strukturzustand, dem lichtstreuenden Zustand, vorliegt. Das Bild, das auf dem flüssigkristallinen Film zu rückbleibt, kann im Vorteil auf die verschiedenste Art und Weise verwendet werden. Zum Beispiel kann das Bild als optische Vorlage in einem elektrophotographischen Reproduktionsverfahren verwendet werden, indem man es auf eine elektrostatisch aufgeladene,

photoleitfähige, isolierende Platte nach dem an sich bekannten elektrophotographischen Reproduktionsverfahren projiziert und eine Hartkopie-Reproduktion des Bildes herstellt. Da das Bild über verhältnismäßig lange Zeiträume hinweg, beispielsweise Tage, bestehenbleibt, kann von dieser Bildvorlage eine beliebige Anzahl von Kopien hergestellt werden. Auf ähnliche Weise kann eine Hartkopie-Reproduktion des auf dem flüssigkristallinen Film verbleibenden Bildes mittels photographischer Verfahren hergestellt werden.

Anschließend kann das Bild zweckmäßig durch mechanisches Abscheren des flüssigkristallinen Filmes oder auf elektrischem Wege durch Anlegen von hochfrequenten Wechselstromfeldern von beispiels weise mehr als etwa 200 Hz an den flüssigkristallinen Film gelöscht werden, wodurch dieser für weitere Anzeigecyclen sofort wieder verwendbar gemacht wird, oder die Bildfläche kann durch Anlegen eines Gleichstromfeldes über die gesamte Bildfläche gleichmäßig in den fokal-konischen Zustand übergeführt werden.

Die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen erläutert eine bevorzugte Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristall-Bildanzeigevorrichtung. In der Fig. 2 ist das gewünschte Bild durch die Gestalt einer Elektrode und damit durch die Form des entsprechenden elektrischen Feldes definiert. Die hier dargestellte Bildanzeigevorrichtung umfaßt transpa-

rente Platten 11, die durch eine Abstandsdichtung 13 mit einer Hohlfläche 20, die mit dem flüssigkristallinen Material gefüllt ist, und die praktisch die gesamte Oberfläche des Abstandsstückes 13 ausmacht, voneinander getrennt sind. Das gewünschte Bild ist durch die Gestalt des im wesentlichen transparenten, elektrisch leitenden Überzuges 21 definiert, der auf der inneren Oberfläche einer oder beider transparenter Trägerplatten 11 und nur in der gewünschten Bildkonfiguration befestigt ist. Die in der Fig. 2 erläuterte Ausführungsform zeigt nur eine der beiden Elektroden in der Bildkonfiguration, es ist jedoch klar, daß auch beide Elektroden ein zusammenpassendes Paar bilden können, das das gleiche gewünschte Bild definiert. Wenn die einzelne Eildelektrodenkonfiguration verwendet wird, handelt es sich bei der zweiten Elektrode um eine transparente Platte 11, die auf ihrer gesamten inneren Oberfläche einen im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen Überzug 12 aufweist. Es sei darauf hingewiesen, daß ein sehr dünner oder praktisch unsichtbarer elektrischer Leiter 22 erforderlich ist, um die Elektrode mit der gewünschten Bildkonfiguration an den äußeren Kreislauf 15 elektrisch anzuschließen, der entsprechend mit dem elektrisch leitfähigen Überzug der gegenüberliegenden Elektrode in Verbindung steht. Beim Betrieb entsteht in dieser Ausführungsform nur in den Bereichen, in denen parallele Elektroden vorliegen, d. h. zwischen der Elektrode in der gewünschten Bildkonfiguration und der gegenüberliegenden Elektrode, unabhängig davon, ob auch die zweite Elektrode die gewünschte Bildkonfiguration hat oder nicht, ein elektrisches Feld. Auch hier kann eine der Elektroden opak sein, wenn der abgebildete Gegenstand im reflektierten Licht anstatt im durchfallenden Licht betrachtet werden soll.

In der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen ist ein A'-y-Bezugssystem, das sich für die Abbildung einer flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtung eignet, in einer vergrößerten isometrischen Ansicht dargestellt. Der fiüssigkristalline Bilderzeugungsfilm wird in die Hohlfläche 20 innerhalb der transparenten und im wesentlichen isolierenden Abstandsdichtung 13 gelegt. Der flüssigkristalline Film und das Abstandsstück 13 werden sandwichartig zwischen ein Paar von im wesentlichen transparenten Elektroden gelegt, die aus transparenten Trägerplatten 11 bestehen, auf welche Streifen aus einem im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen Material 41 aufgetragen werden. Die im wesentlichen transparenten Elektroden werden so orientiert, daß sich die elektrisch leitfähigen Streifen Alb und die elektrisch leitfähigen Streifen 41a auf den jeweiligen Elektroden in einem X- K-Raster kreuzen. Jeder elektrisch leitfähige Streifen in jedem Satz von parallelen Streifen 41a und 416 ist elektrisch an ein Stromkreissystem 42 angeschlossen, das für einen selektiven oder regelmäßigen Betrieb geeignet ist. Mittels des Selektionssystems 42 und des äußeren Stromkreises 15 einschließlich der Spannungsquelle 16 kann an ausgewählte Punkte oder eine ausgewählte Folge von Punkten in der dargestellten Bildanzeigevorrichtung ein elektrisches Feld angelegt werden, das zur Erzielung des Übergangs von dem Grandjean- in den fokal-konischen Strukturzustand geeignet ist. Es ist klar, daß die im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen Streifen 41 hinsichtlich ihrer Breite von einer sehr feinen, drahtähnlichen Struktur bis zu jeder gewünschten Streifenbreite variiert werden können. Außerdem kann eine Trägerplatte 11 opak sein, wenn die Bildanzeigevorrichtung nur unter Verwendung von reflektiertem Licht von einer Seite betrachtet werden soll.
ϊ Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildanzeigesystems, bei dem die in der Fig. 3 dargestellte Bildanzeigevorrichtung verwendet wird, kann der gesamte Flüssigkristallfilm in seinen überwiegend fokal-konischen Strukturzustand über-

H) führt werden, indem man an ihn ein elektrisches Feld innerhalb des Feldstärkenbereiches der Transformation vom Grandjean- in den fokal-konischen Strukturzustand anlegt und anschließend den Film selektiv auslöscht, d. h. das flüssigkristalline Material in selek-

! 5 tiven Bereichen durch Anlegen von geeigneten elektrischen Wechselstromfeldern an den Flüssigkristallfilm in ausgewählten Bezirken in seinen überwiegend Grandjean-Strukturzustand zurückführt.

In der Fig. 4 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der flüssigkristallinen Bildanzeigevorrichtung dargestellt, in der eine der Elektroden ein Photoleiter ist und die Bilderzeugung in der Weise bewirkt wird, daß man an die gesamte Fläche der Elektroden eine gleichförmige Spannung anlegt und anschließend den Photoleiter einem bildmäßigen Muster einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung, das der gewünschten Bildkonfiguration entspricht, aussetzt. In der Fig. 4 ist eine elektrooptische Bilderzeugungsquelle 50 dargestellt, in der ein Plattenpaar 52 bzw.

jo 54 ein paralleles Paar von Elektroden darstellt, von denen mindestens eine im wesentlichen transparent ist. In dem dargestellten Falle sind beide Elektroden transparent. Die Elektrode 52 besteht aus einer Schicht 53 aus einem photoleitfähigen isolierenden Material, die auf ein elektrisch leitfähiges Substrat aufgebracht ist, das in diesem Falle als im wesentlichen transparente, elektrisch leitfähige Schicht 51 dargestellt ist, die auf einen im wesentlich transparenten Träger 55 aufgetragen ist. Die Elektrode 54 ist als im wesentlichen transparente, elektrisch leitfähige Schicht 56 dargestellt, die auf ein im wesentlichen transparentes Substrat 57 aufgetragen ist.

Wenn die Bildanzeigevorrichtung im durchfallenden Licht betrachtet werden soll, sind vorzugsweise beide Elektroden im wesentlichen transparent. In diesem Falle ist natürlich eine Schicht aus einem photoleitfähigen, isolierenden Material erforderlich, die für die für die Betrachtung verwendete elektromagnetische Strahlung im wesentlichen transparent ist. Beispiele für typische geeignete, im wesentlichen transparente, photoleitfähige Materialien sind verhältnismäßig dünne, beispielsweise etwa 5 μΐη dicke Schichten aus Selen. Die Bildanzeigevorrichtung kann jedoch auch unter Verwendung von reflektiertem Licht betrachtet werden, wobei nur eine einzige transparente Elektrode erforderlich ist, während die andere opak sein kann. In diesem Falle besteht eine der Elektroden vorzugsweise aus einer opaken, photoleitfähigen, isolierenden Schicht, die auf ein opakes Sub-

bo strat aufgetragen ist, bei dem es sich um irgendein geeignetes, elektrisch leitfähiges Material, wie z. B. eine Metallschicht, handeln kann.

Die transparenten Elektroden werden durch ein Abstandsstück 13 voneinander getrennt, das Hohl-

b5 räume aufweist, die eine oder mehrere flache Schalen bilden, welche den flüssigkristallinen Film oder die flüssigkristalline Schicht 14 enthalten. Die Elektroden sind an die gegenüberliegenden Anschlüsse eines äu-

ßeren Stromkreises60 angeschlossen, der in der Regel eine Spannungsquelle 62 aufweist, die durch die Leitungen 64 an die beiden Elektroden angeschlossen ist. Wenn an die elektrisch leitende Oberfläche 54 der Elektrode 52 eine Spannung angelegt wird, so fließt im Dunkeln kein Strom und es entsteht kein Feld an dem Flüssigkristallfilm, da die Schicht 53 unter diesen Bedingungen isoliert. Wenn jedoch die Bilderzeugungszelle einem bildmäßigen Muster von aktivierender Strahlung ausgesetzt wird, werden die vom Licht getroffenen Bezirke der photoleitfähigen isolierenden Schicht 53 elektrisch leitfähig, so daß ein Strom fließt und ein elektrisches Feld an dem Flüssigkristallfilm in den vom Licht getroffenen Bezirken entsteht. Es wird angenommen, daß der in Verbindung mit dem elektrischen Feld fließende Strom bewirkt, daß sich die optischen Eigenschaften des flüssigkristallinen Materials ändern und der flüssigkristalline Film, der vor dem Anlegen des elektrischen Feldes im Grandjean-Strukturzustand im wesentlichen transparent war, wird »milchig«, d. h. er wird fokal-konisch und streuend, wodurch die Bilderzeugung bewirkt wird. Wenn die Bildanzeigevorrichtung im reflektierten Licht betrachtet wird, erscheint das Bild in der Regel in Form von milchig-weißen Bildflächen auf einem dunklen Hintergrund. Wenn die Bildanzeigevorrichtung im durchfallenden Licht betrachtet wird, erscheint das Bild in der Regel in Form von dunklen Bildflächen mit transparenten bildfreien oder Hintergrundbezirken.

Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Ausführungsformen der Bildanzeigevorrichtung verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes dadurch erzielt werden, daß man eine ein latentes elektrostatisches Bild tragende Oberfläche in enge Nachbarschaft zu oder in innigen Kontakt mit einem Film aus einem flüssigkristallinen Material bringt. Bei der das latente elektrostatische Bild tragenden Oberfläche kann es sich um irgendeine, praktisch isolierende Oberfläche handeln, die in der Lage ist, ein latentes elektrostatisches Bild beizubehalten, und dabei kann es sich um ein photoleitfäHiges isolierendes Material handeln. Das latente elektrostatische Bild kann auf der das Bild tragenden Oberfläche nach irgendeiner der bekannten verschiedenen Methoden erzeugt werden. Außerdem kann das latente elektrostatische Bild auf der das Bild tragenden Oberfläche erzeugt werden, bevor letztere in die Nähe der flüssigkristallinen Bilderzeugungsschicht gebracht wird. Bei bestimmten Ausführungsformen ist es jedoch auch möglich, das latente elektrostatische Bild auf der das Bild tragenden Oberfläche zu erzeugen, während letztere in die Nähe der flüssigkristallinen Bilderzeugungsschicht gebracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.

Alle Teile und Prozentsätze sind, wenn nicht anders angegeben ist, auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Es wurde eine zu etwa 10% aus racemischem Menthol (einer optisch inaktiven Verbindung) und zu etwa 90% aus p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin bestehende flüssigkristalline Zusammensetzung hergestellt und unter einem Polarisationsmikroskop betrachtet. Die Zusammensetzung wies typische nematische Strukturen auf.

Es wurde eine andere flüssigkristalline Zusammensetzung hergestellt, indem man etwa 10% I-Menthol (eine optisch aktive Verbindung) und etwa 90%

p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin miteinander mischte. Die Zusammensetzung wurde unter dem Polarisationsmikroskop betrachtet und dabei zeigte sich, daß sie beim Scheren stark optisch aktiv war, ein Charakteristikum von cholesterischen, flüssigkristallinen

ίο Materialien in dem Grandjean-Strukturzustand.

Dann wurde auf die nachfolgend angegebene Weise die optische Ansprechempfindlichkeit der beiden flüssigkristallinen Zusammensetzungen auf elektrische Felder untersucht. Eine Schicht aus dem flüssig-

! 5 kristallinen Materia! wurde zwischen zwei transparenten, mit Zinnoxid überzogenen Glas-Elektroden angeordnet, die durch ein 0,051 mm dickes Abstandsstück voneinander getrennt waren. Die Intensität des durch die Zelle durchfallenden Lichtes wurde als Funktion der Zeit mittels einer Siliciumphotodiode, die auf einem Polarisationsmikroskop befestigt war, und mittels eines Brush-Rekorders aufgezeichnet. Ais Lichtquelle wurde eine Wolframlichtquelle verwendet. Die Zelle war am Anfang transparent.

An den flüssigkristallinen Film wurde etwa 5 Minuten lang ein elektrisches Gleichstromfeld von etwa 10⁴ V/cm angelegt. Bei der das optisch inaktive, racemische Menthol enthaltenden Zusammensetzung wurde eine Lichtstreuung beobachtet, wenn an den flüssigkristallinen Film ein elektrisches Feld angelegt wurde, die aufhörte, wenn das Feld weggenommen wurde. Es wurde festgestellt, daß die Zelle innerhalb von etwa 200 Millisekunden in ihren ursprünglichen transparenten Zustand zurückkehrte.

In scharfem Gegensatz dazu stand jedoch das Verhalten der das optisch aktive 1-Menthol enthaltenden Zusammensetzung. Es wurde beobachtet, daß bei der I-Menthol enthaltenden Zusammensetzung die Lichtstreuung et-jva 6 Stunden lang fortbestand. Die Intensität des 30 Minuten nach der Wegnahme des elektrischen Feldes durch die Zelle fallenden Lichtes wurde als Funktion der Zeit aufgetragen und ist in der Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Aus dieser Fig. 5 ist zu ersehen, daß nach einer anfänglichen Retaxation die Intensität des durchfallenden Lichtes mit der Zeit langsam zunahm. Bei der unter dem Mikroskop zu beobachtenden Struktur handelte es sich um eine cholesterische, fokal-konische Struktur.

Nach etwa 35 Minuten wurde etwa 5 Minuten lang ein elektrisches Wechselstromfeld von etwa 3,0 X 10⁴ V/cm an die flüssigkristalline Zusammensetzung angelegt. Aus der Fig. 5 ist zu ersehen, daß durch das Anlegen des Wechelstromfeldes die Zelle klar wurde, d. h. das flüssigkristalline BilderzeugungsmateriaJ kehrte in seinen transparenten Zustand zurück. Die zur Erzeugung der Lichtstreuung oder Löschung erforderliche Zeit war in der Regel kürzer als etwa 1 Sekunde. Die 5-Minuten-Zeitspanne wurde nur zu Meßzwecksn ausgewählt.

Beispiel 2

Es wurde eine flüssigkristalline Zusammensetzung hergestellt, die zu etwa 5% aus I-Menthol und zu etwa 95% aus p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin bestand, und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung bei der Scherung stark optisch aktiv war und die optische Ansprechempfindlichkeit

der Zusammensetzung auf elektrische Felder war ähnlich wie in Fig. 5 dargestellt

Beispiel 3

Es wurde eine flüssigkristalline Zusammensetzung hergestellt, die zu etwa 5% aus d-Kampher (einer optisch aktiven Verbindung) und zu etwa 95% aus p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin bestand, und sie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung bei der Scherung stark optisch aktiv war. Die optische Ansprechempfindlichkeit der Zusammen-

setzung auf elektrische Felder war ähnlich wie in Fig. 5 dargestellt.

Beispiel 4

Es wurde eine flüssigkristalline Zusammensetzung hergestellt, die zu etwa 10% aus d-Kampher und zu etwa 90% aus p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin bestand, und auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Auch hier wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung bei der Scherung stark optisch aktiv war und daß die optische Ansprechempfindlichkeit ähnlich war wie in Fig. S dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bildanzeigevorrichtung, bei der an eine Schicht aus einer flüssigkristallinen Zusammensetzung mit den optischen Eigenschaften der cholesterischen flüssigkristallinen Mesophase, die mindestens eine nematische flüssigkristalline Substanz neben einer optisch aktiven Substanz enthält und die im Ruhezustand in ihrem Grandjean-Strukturzustand vorliegt, ein elektrisches Feld im Feldstärkenbereich für den Übergang der flüssigkristallinen Zusammensetzung aus dem Grandjeanin den fokal-konischen Zustand anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch aktive Substanz ein Material ist, das selbst keine mesooiorphe Phase bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung des Flüssigkristalls auf der gesamten Bildfläche in den Grandjean-Stru'.;turzustand eine Einrichtung zum mechanischen Abscheren der flüssigkristallinen Schicht oder eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Wechselstromfeldes an die flüssigkristalline Schicht vorgesehen ist, oder daß zur Überführung des Flüssigkristalls auf der gesamten Bildfläche in den fokal-konischen Strukturzustand eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes über die gesamte Bildfläche vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Wechselstrom feld eine Frequenz von mehr als 200 Hz aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der flüssigkristallinen Zusammensetzung die gewünschte Bildkonfiguration hat und zwischen einem Paar Elektroden angeordnet ist, von denen mindestens eine transparent ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der flüssigkristallinen Zusammensetzung zwischen einem Paar Elektroden angeordnet ist, von denen mindestens eine die Gestalt der gewünschten Bildkonfiguration hat und mindestens eine transparent ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für das an die Schicht aus der flüssigkristallinen Zusammensetzung anlegbare bildmäßige elektrische Feld ein latentes elektrostatisches Bild auf einer elektrostatischen Bildträgeroberfläche in unmittelbarer Nähe der flüssigkristallinen Schicht vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Bildträgeroberfläche eine photoleitfähige isolierende Schicht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der flüssigkristallinen Zusammensetzung zwischen einem Paar Elektroden angeordnet ist, von denen mindestens eine transparent ist, zwischen denen eine Spannung anlegbar ist, und von denen mindestens eine auf der zum Flüssigkristall hingewandten Seite die photoleitfähige Oberfläche aufweist, die mit einem bildmäßigen Muster aktivierender elektromagnetischer Strahlung beiichibar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus der flüssigkristallinen Zusammensetzungzwischen zwei Elektroden angeordnet ist, von denen jede aus einer Vielzahl von getrennt nebeneinanderiiegenden, parallelen, elektrisch leitfähigen Filmen besteht, von denen die elektrisch leitfähigen Filme mindestens einer Elektrode transparent sind, und daß die beiden Elektroden so angeordnet sind, daß sie benachbart und parallel zueinander liegen und die Richtung der elektrisch leitfähigen Filme einer Elektrode senkrecht zur Richtung der elektrisch leitfähigen Filme der anderen Elektrode verläuft.