DE2244195A1

DE2244195A1 - Elektrooptisch-aktive materialzusammensetzungen und elektrooptisch-aktive vorrichtung unter verwendung derartiger materialzusammensetzungen

Info

Publication number: DE2244195A1
Application number: DE2244195A
Authority: DE
Inventors: Mary Jane Rafuse; Richard Allan Soref
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-09-09
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1973-03-15
Also published as: GB1395805A; JPS4839381A; FR2152757A1; US3756694A; IT965277B; CA993645A

Description

8. September 1972

Patentanwälte

Dipl. Ing. C. Wallach 13 895 Fk/r

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach 2 2 A A 1 9

8 München 2
Kaufingerstr. 8, Tel. 24 02 75 \ _:

Sperry Rand Corporation New York / USA

Elektrooptisch-aktive Materialzusauimensetzungen und elektrooptiech-aktive Vorrichtung unter Verwendung derartiger Materialzusammensetzungen

Die Erfindung bezieht sich auf elektrooptiech-aktive Materialzusammensetzungen und elektrooptisch-aktive Vorrichtungen unter Verwendung derartiger Materialzusammensetzungen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektrooptiech-aktive Kristallzusammensetasungen (die als nematische Materialien bezeichnet werden) und auf Vorrichtungen, die derartige Materialien einschließen, die in dem weiten Temperaturbereich von -30 ⁰C bis oberhalb von Raumtemperatur betrieben werden können.

Es wurde festgestellt, daß bestimmte Klassen bekannter nematischer FlUssigkristallmaterialien elektrooptische Effekte zeigen, wobei diese Zusammensetzungen durch zwei Übergangstemperaturen gekennzeichnet sind. Die erste dieser Temperaturen ist der Übergangspunkt zwischen dem festkristallinen und dem mesomorphen Zustand oder dem FlUssigkristallzustand. Die zweite Übergangstemperatur

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betrifft den Übergang zwischen de* FlUssigkristallzustand und den iaotrop-fIUsalgen Zustand.

Ea ist im allgemeinen erwünscht, optische Instrumente unter Einschluß von elektrooptischen Anzeigevorrichtungen bei zweckmäßigen Temperaturen wie ζο B. bei oder in der Nahe von Umgebunga-Raumtemperaturen oder sogar bei niedrigeren Temperaturen betreiben zu können. Bekannte nematische Zusammensetzungen, bei denen der tibergang vom Fest- in den FlUssigkristallzustand oberhalb der Raumtemperatur erfolgt, müssen erwärmt werden, um sie im mesomorphen Zustand zu halten· Es ist eine relativ genaue Temperaturregelung bei derartigen bekannten Zusammensetzungen erforderlich, die in vielen Fällen nur Über schmale Temperaturbereiche in Flttssigkristallzustand bleiben. Instrumente wie beispielsweise optische Anzeigeeinrichtungen unter Verwendung von nematischen Materialien erfordern daher eine kontinuierliche Erwärmung, wenn sie unverzüglich einsatzbereit sein sollen.

Nematische Fluasigkristallmaterialien eignen eich beispielsweise in elektrisch gesteuerten Anzelgeeinri Jitungen der Flachtafelbauart. Es sind beispielsweise Anwendungen fUr elektrisch steuerbare dynamisch streuende Flttssigkriatal!materialien bekannt, die eine Anordnung, mit einer Zelle mit geschichtetem Aufbau verwenden, die eine durchsichtige ebene Frontelektrode und eine mit geringem Abstand hierzu angeordnete spiegelnd reflektierende hintere Elektrode umfafit. Zwischen den beiden Elektroden ist eine dünne Schicht von dynamisch liehtetrauendem Material angeordnet. Wenn kein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden angelegt ist, so ist das Flüssig-

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kristallmaterial optisch durchsichtig. Wenn somit der Betrachter einen schwarzen Hintergrund sieht_D der spiegelnd in der hinteren Elektrode reflektiert wird» so erscheint die Zelle einen Betrachter, der in diese Zelle durch die durchsichtige vordere Elektrode blickt₉ schwarz< > Venn Jedoch '. ein einseitig gerichtetes elektrisches Feld zwischen den Elektroden angelegt ist_B so verlier.t die Flüssigkeit abrupt ihr» lichtdurchlässige Beschaffenheit,, und durch die transparente vordere Elektrode einfallendes Licht wird gestreute In diesem Zustand wird das StreuUieht zum Betrachter zurückgeworfen, und die scheinbare Farbe der Zelle entspricht allgemein der scheinbaren Farbe des durch die vordere Elektrode in die Zelle einfallenden Lichts, Wenn das elektrische Feld beseitigt wird, so kehrt das Material augenblicklich wieder in den transparenten Zustand zurück und erscheint den Betrachter schwarz·

Als Ursache der Streuwirkutig_p der bei bekannten nematischen Anzeigen bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes verwendet wird, wurden örtliche Schwankungen in effektiven Brechungsindex der Zusammensetzung asageaoaomeno die entstehen, wenn Gruppen von neutralen Molekülen in der Zusammensetzung durch das elektrische Feld in Bewegung versetzt werden· Offensichtlich ergeben durch die normalerweise ausgerichtete nematische Zusammensetzung in Bewegung versetzte Ionen die anfänglichen dieruptiven Wirkungen. Die Streuwirkung wird daher mitunter auch auf das Vorhandensein einer Turbulenz in der Zusammensetzung zurückgeführt.

Bekannte Anzeigeeinrichtungen nutzten in vorteilhafter Veise verschiedene Eigenschaften herkömmlicher dynamisch streuender Flüssigkristallzusammonsetzungen aus. In «Iner

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Form waren diese Anzeigeeinrichtungen von digitaler oder diskreter Art; es wurde eine Vielzahl von diskreten Elektrodensegmenten mit festliegender Fläche verwendet, in vielen Fällen in regelmäßiger Aneinanderreihung. Anzeigeeinrichtungen dieser Art weisen Üblicherweise ebene Frontplatten mit einer Vielzahl von diskreten Elektrode ns egmenten auf, wobei eine Vielzahl von diskreten Elektrodensegmenten an der Anzeige-Elektrodenoberfläche ausgebildet ist, die räumlich und elektrisch voneinander getrennt sind. Die Erregung der Anzeigeeinrichtung erfolgt derart, daß diskrete oder getrennte Bereiche des nematischen Materials entweder erregt oder nicht erregt sind, d» h. daß sie vollständig hell oder dunkel erscheinen«

Weiterhin werden Analogdarstellungen oder -anzeigen unter Verwendung von dynamisch streuenden Materialien in einfacher Weise durch eine Vorrichtung erzeugt, die in dem deutschen Patent ... (dt, Patentanmeldung P 20 $8 007«8) der gleichen Anmelderin beschrieben ist, wobei diese Patentschrift Einrichtungen zur Erzeugung eines kontinuierlich abtastbaren, kontinuierlich beweglichen und kontinuierlich änderbaren hellen Darstellungebildes mit Hilfe von kristallin-flüssigen Medien beschreibt, die durch einfache, bei relativ niedrigen Spannungspegeln arbeitende Steuerschaltungen so gesteuert werden, daß sie durchsichtig oder optisch streuend sind. Dabei wird eine elektrisch steuerbare ebene Schirmanzeige dadurch geschaffen, daß ein dynamisch streuendes nematisches Medium zwischen Elektrodenplatten angeordnet wird, von denen zumindest eine durchsichtig 1st, wobei die Elektrodenpletten Teile einer Zelle bilden, die das nematische Medium umschließt. Der durchsichtigen oder transparenten Elektrode werden zwei oder

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mehr üblicherweise unterschiedliche elektrische Potentiale über geeignete Anschlüsse derart zugeführt, daß elektrische Feldgradienten räumlich längs der Darstellungs- oder Anzeigefläche und außerdem entlang der dünnen nematischen Schicht erzeugt werden. Eine Vielzahl von Bildkonfigurationen kann somit durch den Einfluß der elektrischen Felder auf das nematische Medium erzeugt werden, wobei die Bilder aus durchscheinenden Bereichen bestehen. Eine Vielzahl von kontinuierlich veränderbaren Bildern kann erzeugt werden, und zwar unter Einschluß von groß- oder kl eiiif lächigen, zeitlich änderbaren, transparenten Analogmustern auf einem durchscheinenden Hintergrund oder umgekehrt.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung besteht ein· elektrooptisch aktive Materialzusammensetzung aus einem Alkoxybenzyliden-b-n-Butylanilin und Pentyl-p-Anisylidenp-Aminophenylkarbonat·

Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung besteht die elektrooptisch aktive Materialzusammensetzung aus einem Alkoxybenzylidon-p-n-Butylanilin und p-Toluyliden-p-n-Butylanilin.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete elektrooptisch aktive Vorrichtung umfaßt einen Behälterteil, der ein« Schicht der elektrooptisch aktiven Materialzusammensetzung der in den Ansprüchen beschriebenen Art haltert sowie zwei transparente Elektroden, die einen Teildes Behälterteile bilden und zum Anlegen eines elektrischen FeIdmuaters längs der aktiven Schicht dienen.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt eine elektrooptisch aktive Vorrichtung

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einen Behälterteil zur Halterung einer Schicht von elektrooptisch aktivem Material, zwei einen Teil des Behälterteils bildende Elektroden zum Anlegen eines elektrischen FeIdmusters an die Schicht aus elektrooptisch aktivem Material, wobei die Schicht aus einem FlUeeiftkristallmedlum mit ei» ner Zusammensetzung besteht, die in Abhängigkeit von dem elektrischen Feld optisch doppeltbrechend ist, wobei zumindest eine der Elektroden optisch transparent ist, erste optische Polarisationseinrichtungen, Einrichtungen zur Projektion von Licht durch die Polarin&tioneeinrichtungen und durch die Schicht und Einrichtungen zur Änderung des elektrischen Feldmustere zur Veränderung einer Eigenschaft des durch die Schicht projizierten Lichts.

Die elektrooptisch aktive Materialzusammensetzung kann durch eine Familie von binären Mischungen von elektrooptisch aktiven Verbindungen dargestellt wurden, und zwar unter Einschluß verschiedener Mengenverhältnisse von p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin und p-Toluyliden p-n-Butylanilin, oder durch eine Familie von binären Mischungen von elektrooptisch aktiven Verbindungen unter Einschluß verschiedener Mengenverhältnisse von Pentyl-p-Anisylidenp-Aminophenylkarbonat und p-Äthoxybenzyliden-p-n-Butylanilin. In beiden Fällen können vorteilhafte ternäre Zusammensetzungen durch die HinzufUgung einer kleinen Menge von ionisierbarem Material, wie z. B. p-n-Alkoxyphenol, gebil* det werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten AusfUhrungsbeiepielen noch näher erläutert·

In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten AusfUhrungsform der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der dritten Aueführungsform der Vorrichtung;

Fig. k eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 6 eine Ansicht einer Anzeige oder Darstellung, die durch die Vorrichtungen nach den Figuren 1-5 erzeugt werden kann;

Fig. 7 bis 9 symbolische Ansichten zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtungen;

Fig. 10 bis 15 graphische Darstellungen von bestimmten Eigenschaften der elektrooptisch aktiven Zusammensetzungen der Vorrichtungen nach den Figuren 1-5.

Die hier beschriebenen elektrooptisch doppelbrechenden nematisehen Flüseigkrietall-Zu»ammensetzungen können beispielsweise in den elektrisch steuerbaren ebenen plattenförmigen Anzeigevorrichtungen nach den Figuren 1-5 verwendet werden, um eine Anzeige oder eine Darstellung

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zu erzeugen, bei der die Größe, Form und Lage dee zweidimeneionalen Anzeige« oder Darstellungsmustere kontinuierlich oder in diskreten Schritten geändert werden kann. Mit Hilfe der Vorrichtungen nach den Figuren 1-5 können kontinuierlich abtastbare, kontinuierlich bewegliche und kontinuierlich änderbare helle Darstellungsbilder mit Hilfe von flUasigkristallinen Zusammensetzungen erzeugt werden,, die elektrisch gesteuerte doppelbrechende Erscheinungen aufweisen, wobei die Zusammensetzungen in bezug auf den Grad der Doppelbrechung durch einfache Steueischaltungen gesteuert werden können, die bei relativ niedrigen Spannung θ - und Leistungspegeln arbeiten. Derartige Zusammensetzungen unterscheiden sich dadurch von denen, wie sie normalerweise in plattenförmigen FlUsuigkristall-Darstellungsvorrichtungen verwendet werden, daß sie drei bestimmte Eigenschaften aufweisen, die bei Zusammensetzungen, wie sie normalerweise für Darstellungsvorrichtungen mit dynamischer Streuung oder Turbulenz verwendet werden, nicht angewandt werdent und zwar weisen die elektrisch gesteuerten doppelbrechenden Zusammensetzungen der Vorrichtungen nach den Figuren 1-5 folgende Eigenschaften auft

a) sie sind in einer zu den beiden durchsichtigen Elektroden der zeneuartigem plattenförmigen Daretellungevorrichtung senkrechten Richtung homöotropisch, wenn kein elektrisches Feld an die Elektroden angelegt ist.

b) sie weisen eine negative dielektrische Anisotropie auf, do h.5_rt-£^^0, wobei £_/f die dielektrische Konstante parallel zur optlro.hen Achse der Zusammensetzung £^ die dielektrische Konstante senkrecht zur optischen Achse ist, und

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c) das elektrische Feld zur Steuerung der Anzeige oder Darstellung ist parallel zur optischen Achse der Zusammensetzung angelegt.

Bin weiteres kennzeichnendes Merkmal der verwendeten elektrooptisch aktiven Zusammensetzungen beruht auf der Tatsache» daß relativ niedrige Spannungen und eine niedrige Leistung ausreicht» um die Daratellungs- oder Anzeigevorrichtung wirksam zu betreiben, da die angewandte elektrisch gesteuerte doppelbrechende Erscheinung für den Betrieb hauptsächlich auf elektrischen Verschiebungsströmen beruht „ während Zusammensetzungen, die Turbulenzeffekte oder dynamische Streueffekte verwenden, die ständige Leitung eines elektrischen Stromes durch die Zusammensetzung erfordern» Ein Leistungsverbrauch in der Größenordnung von

2 1 Hikrowatt pro cm der aktiven Fläche dar Zusammensetzung oder Mischung ist in einfacher Weise erreicht« Ein zusätzliches kennzeichnendes Merkmal der Zusammensetzungen der Vorrichtungen nach den Fig. 1-5 besteht darin, daß a±& eine scharfe EinsehaltschwelIe aufweisen. Die spontane molekulare Ordnung wird für einen Dereich von unipolaren Spannungen oder Wechselspannungen, beginnend bei null Volt, nicht geändert. Bei einer kritischen Schwellwertspannung von beispielsweise ungefähr 9 Volt Effektivspannung wird das geordnete Mu*er abrupt gestört, wobei die Störung im Bereich von 1 Volt Effektivspannung oberhalb des kritischen Schwellwertes relativ groß wird*

In den Ausführungsformen nach den Figuren 1-5 verwendet die Darstellungs- oder Anzeigevorrichtung zwei ebene Glasplatten 10 und 11 mit parallelen Seiten, die parallel zueinander angeordnet sind und durch eine dünne Schicht

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einer elektrooptisch aktiven Zusammensetzung in Fora eines nematischeη doppelbrechenden PlUsuigkristallmaterials getrennt sind. Die Platten 10 und 11 sind auf ihren inneren Oberflächen mit dünnen leitenden Elektroden 13 bzw. 14 über, zogen. Eine Zelle zur Aufnahme des nematischen Materials ist weiterhin durch eine kontinuierliche vierseitige dielektrische Wand 15 definiert. Zwei langgestreckte SpannungsanechlUsee i6 und 17 sind in leitender Beziehung an der Elektrode ifc angebracht, so daß sie sich neben jeweiligen Kanten der Elektrode 1^ erstrecken. Aufgrund ihrer relativ niedrigen Widerstände wirken die Anschlüsse i6 und 17 als Äquipotentialflächen. Bin relativ kleiner elektrischer Anschluß 18 (Fig. 5) wird in leitender Beziehung mit der Elektrode 13 auf der Glasplatte 10 verwendet·

Die Glasplatten 10 und 11 können aus irgendeinem geeigneten Glas oder aus anderen transparenten Isoliermaterialien hergestellt sein, die mit den optischen und anderen Forderungen der Zelle kompatibel sind. Beispielsweise kann das Material so ausgewählt sein, daß es einen optischen Brechungsindex aufweist,'der gleich dem Brechungsindex der Schicht 12 aus nematischem Material ist, um so unerwünschte Reflektionen an optischen Grenzschiohten in der Zelle zu vermeiden.

Die optisch transparenten leitenden Elektroden 13 und i4 kSnnen aus Indiumoxyd, Zinnoxyd öder anderen ähnlichen Materialien hergestellt sein, die mit den Glasplatten 10 und 11 durch chemische oder Verdampfungsabscheidung, durch Zerstäuben oder durch andere geeignete bekannte Verfahren verbunden sind. Die Materialauswahl ist derart, daß die leitende Elektrode einen niedrigen Fläohenwideratand In

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der Größenordnung von beispielsweise 50 Ohm aufweist ₉ so daß die gesamte Elektrode 13 in einfacher Weise den gleichen Potentialpegel annehmen kann, wie er dem An* schluß 18 zu_(;öführt wird. Andererseits weist das Material der Elektrode 1* einen relativ hohen Flächenwiderstand von beispielsweise ungefähr 100.000 Ohm auf. Andere Werte des Flächenwiderstandes können verwendet werden, ein relativ hoher Flächenwiderstand ist Jedoch nützlich, weil die ohmachen Verluste in den Elektroden dann minimal werden, wodurch ©in erkennbarer Temperaturanstieg in der Flüssigkristall schicht 12 verhindert wird. Die Elektroden. 13 und 1 *f köiH?.©n₈ wenn erwünscht, untereinander ausgetauscht werden oder zw©i entgegengesetzt® Elektroden, wie z» B. die Elektrode 13₉ kSsinen verwendet werden. Bei anderen Anwendungen können ander® Elektrodenformen (unter Einschluß von mehrfachen Elektroden) anstelle der Elektroden 13 und 1*l· verwendet werden»

Damit die Flüssigkristallschicht 12 in ihrer reinen Form behalten und gegen Verunreinigungen geschützt und von gleichmäßiger Dicke ist, ist die dielektrische Wand 15 als kontinuierliche Wand ausgebildet. Die dielektrische Wand wird in einfacher Weise aus einem Band hergestellt, das aus polymer!siertem Fluorkohlenstoif besteht. Das Band ist mit einer Dicke in der Größenordnung von 6,25*10,2 mm erhältlich, eine Dicke, die zur Verwendung bei diesen Vorrichtungen nach den Figuren 1-5 geeignet ist. Die Zelle kann zumindest teilweise durch einen mariskuisf örmigen Film 19 aus Epoxyd oder einem anderen geeigneten Dichtungsmaterial zusammengehalten sein; das auf die äußere freie Oberfläche der Wand 15 aufgetragen ist, so daß es sich mit dieser Oberfläche und den benachbarten iiußeren Oberflächen der

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Elektroden 13 und lh verbindet.

Die langgestreckten Anschlüsse 16 und 17 auf der Platte 11 und der kleine Anschluß 18 an der Platte 'IO können in Üblicher Weise aus einem im Handel erhältlichen elektrisch leitenden Silber-Epoxyd-Material oder durch Abscheidung einer Fläche aus Zinn oder Indiumoxyd mit niedriger Leitfähigkeit mit Hilfe eines der oben erwähnten Varftiiren hergestellt sein. Vie es aus Fig. 5 zu erkennen int, ist eine Spannungsquelle 20 zum Anlegen einer Spannung VI3 zwischen den Anschlüssen 17 und 18 angeschaltet, während eine zweite Spannungsquelle 21 an die der Elektrode lh gemeinsamen Anschlüsse 16 und 17 angelegt ist,, um eine Spanning V1U längs der Anschlüsse 16 und 17 anzulegen.

Im Betrieb kann eine Quelle 30 für kolllmiertes weißes oder anderes Licht so angeordnet nein, daß nie die Stirnfläche der Vorrichtung nach Fig. I über einen linearen optischen Polarisator 32 beleuchtet., »/ie die© allgemein durch den Pfeil 31 angedeutet ist. Das durch die elektrische Feldaktivierung der Schicht 12 gebildete Bild wir J von oberhalb der Platte 10 durch einen zweiten linearen Polarisator oder Analysator 33 durch oinen Betrachter gesehen, dessen Auge* bei 3h in einer Linie mit den eintreffenden Lichtstrahlen liegt. Ee ist verständlich, daß die Elemente 30, 32 und 33 in Fig. 1 in geeigneter Weise in . hror Lage bezüglich der Übrigen Bauteile der Vorrichtung durch nicht dargestellte Halterungsmittel befestigt sind und daß die gleichen Elemente aus VerciinfachungsgrUnden dtifi^eiehmm^an in Fig» 5 nicht dargestellt sind. Es ist weiterhin verständlich» daß der vertikal« Maßstab der Zeichnuugsii ebenfalls aus Gründen der Klarheit vergrößert wurde.

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Im Betrieb verwendet die Vorrichtung naeh den Figuren 1 bis 5 in erheblichem Ausmaß den räumlichen Spannungegradient oder die Veränderung,, die längs der transparenten Elektrode 14 mit hohem Widerstand entsteht. Obwohl die Elektrode 13 anstelle der Elektrode 1^ als Elektrode mit hohem Widerstand verwendet werden könnte oder beide Elektroden aus einem Material mit hohem Widerstand bestehen könnten, sei angenommen,, daß lediglich die Elektrode 14 eine Elektrode mit hohem Fläohenwici-arstand ist„ um die Erläuterung zu vereinfachen- Wenn ein IPotentialgradient entlang der Elektrode 14 ausgebildet ±st„- ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 13 und 14 (die der ,Spannungsabfall längs der doppelbrechsnden Flüssigkristallschicht 12 ist) von einer räumlichen Stelle längs der Schicht 12 zu einer nächsten Stelle. Die®© Pttentialänderung läßt steuerbare Bereiche von Lichtdurchlässigkeit und Lichtundurchlässigkeit in der Schicht 12 unter der Voraussetzung entstehen, daß die Werte der Spannungen VI3 und VI4 passend auegewählt wurde. In der üblichen Betriebsweise sind die Polariaatoren 32 und 33 gekreuzt. 'In den Bereichen der Schicht 12 unterhalb des Schwellwertes ist die Zusammensetzung oder Mischung lichtundurchlässig₉ während sie in den Bereichen oberhalb des Schwellwertes optisch durchlässig ist. Die Begrenzung des Übergangsbereiches zwischen den durchsichtigen und lichtundurchläseigen Bereichen 1st relativ scharf, wenn die doppelbrachenden Flüssigkristall-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden·

In Fig. 6 ist eine typische Anzeige oder Darstellung 22 dargestellt, die in dor Schicht 12 aus Fifjsaigkriatonmaterial erzeugt let. Die Darstellung umfaßt einen recht-

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•okigen hellen Bereich 23 und einen rechteckigen dunklen Bereich 2k mit einer gemeinsamen Übergangsgrenze 25· Di· Grenze 25 wird in einfacher Weise durch eine relative Änderung der Spannungen VI3 und VIk nach linke oder rechts verschoben.

In den Figuren 1, 5 und 6 wird die rechteckige helle Fläche 23 in ihrer Breite durch Änderung der relativen Grüßen der Spannungen V13 und V\k entsprechend einen vorgegebenen oder anderen Muster geändert. Der Wert der Spannung VI3 kann festgehalten werden, während der Wert der Spannung V1U geändert wird, oder umgekehrt. Beispielsweise »ei das Ergebnis betrachtet, wenn die Spannung V\k gleioh Null geeetmt wird und die Spannung V13 von Null auegehend anwächst. Dieser Vorgang bewirkt eine Vergrößerung der Breite der hellen Fläche 23 von Null ausgehend, wenn sich die Orenze 25 in der Zeichnung nach rechte bewegt, wobei sich die Größe der dunklen Fläche 2k entsprechend ändert. Andere Anordnungen, die Bur Erzeugung einer Vielzahl von ähnlichen Analogdarstellungen verwendet werden können, sind in der deutschen Patentschrift ... (dt. Patentanmeldung P 20 58 007*8) der gleichen Anmelderin beschrieben, wie z* B. Anordnungen« die zwei der hellen beweglichen Flächen, wie z. B. die Fläche 23 nach Fig. 5* erzeugen, und die eine Bewegung der hellen Flächen in zusammenwirkender Besiehung bewirken können, derart, daß sie ein bewegliches Fenster oder einen dunklen Bereich oder Balken mit konstanter Breite zwischen den beiden hellen Fläohen oder Bereichen freigeben· Derartige Anordnungen kennen außerdem dazu verwendet werden, Anzeigeelemente oder Zeiger zu erzeugen oder zu simulieren, indem Balken oder bewegliche Fenster mit veränderlicher Läng« gesobeffen werden, um einen Betrachter Über die Größe irgendeines Parameters zu informieren, der in «In· Spannung

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umgewandelt werden kann₀ die als eine d@r Spannungen V13 oder ViU -^©s^endet wird· Vertikale oder horizontale Formate sind in gleicher Weise für die Anzeige der Temperatur, des Druckes, der Geschwindigkeit; dear Beschleunigung oder anderer Parameter möglich. Eine geeignete Skala kann beispielsweise in der Nähe d@r Bcilkendarsteilung vorgesehen sein, und die Werte des verwendeten Parameters können direkt von der Skala abgelesen worden. Di© Skala selbst kann durch eine konstante Erregung der· nematischen Zellen erzeugt werden,, die Elektroden aufweisen:, dia zur Bildung von Ziffern goformt oder maskiert sind» Die hier beschriebenen elektrisch gesteuerten doppeibrech^ndeai Flttssigkri-3tallzusammonoötzungen können außerdem bei anderen Anzeige· vorrichtungen tinter Einschluß von xmnaeri sehen Sieben-Segment-Anzeigen und Matrix-Anzeigern und anderen Digitaldarstellungen verwendet werden, di© üblicherweise den dynamischen Streueffekt verwenden«

Bei der Vorrichtung nach Fi#. 1 iat ©s verständlich,, daß bei Verwendung einer großflächigen Lichtquelle 30 d©*" lineare Polarisator 32 und der lineare Polarisator oder Analysator 33 normalerweise in gekreuzten Stallungen angeordnet sind, wodurch das Licht ±n dem g:« sehnten Betrachtungsfeld ausgelöscht wird ₉ wenn kein elektrisches Feld längs der Schicht 12 angelegt ist» Wenn, ein elektrischem Feld längs der Schicht 12 angelegt ±st_ft &o sieht der Betrachter bei 3*1 eine Darstellung rait holimm Kontrast unter irgendeinem Betrachtungswinkel 0 awisehen 0 Grad und ungefähr 25 Gratl_f ausgehend vosi dea· Achse 35 für eine typische Flüssigkristallschicht mi* einer Dicke von 6,25 χ iO~^J mm (O,25 mil), Di© Ausfühi-migBTorrn nach Fig. 2 ist der Ausführung form nach Fig. 1 MJm?, ich, und gleiche Be-

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zugsziffern wurden für entsprechende Elemente verwendet· Der durchscheinende lichtstreuende Schirm Uo, der in Fig. 2 zwischen dem Polarisations-Analysator 33 und dem Betrachter bei Jk eingefügt i»t, vergrößert den Winkelbereich für guto Betrachtungsbedingungen,, obwohl der von der Lichtquelle 30 gelieferte Beieuchtungspegel gegebenenfalls erhöht werden muß.

Die Ausführungsformen können in einer durchscheinen» den Betriebsweise, wie in den Figuren 1 und 2, oder in einer reflektierenden Betriebsweise, wie in den Figuren 3 und k, betrieben werden. In Fig. 3 i«t eine Ausführungeform der Vorrichtung dargestellt, die den Auοführung»formen nach den Figuren 1, 2 und U ähnlich ist, wobei jedoch die Elektrode 1*f relativ dicker ausgeführt ist und eine innere Oberfläche U$ mit einer Verchromung oder einem anderen glatten metallischen Material aufweist, das poliert ist, so daß im wesentlichen das gesamte Licht von der Quelle 30 reflektiert wird und zweimal durch die Schicht 12 hindurchläuft, bevor es das Auge eines Betrachters bei Jh erreicht. Zusätzlich ist die Vorrichtung nach Fig. 3 außen mit einem Zirkularpolarisator hl versehen. Wie in den Figuren 1 und 2 ist die Flüssigkristallschicht 12 honöotropisch hei Niohtvorhanden se in eiuios elektrischen Feldes längs dieser Schicht und verhält sich als ein isotropisches Material für Licht„ das sich senkrecht zur Darstellungvorrichtung ausbreitet. In die Schicht 12 nach Fig. 3 eintretendes Licht wird bei» epielsweise im Uhraeigersinn zirkul-.r polarisiert und wird keiner weiteren Phasenverasögerung wälivfind seiner Ausbreitung durch did» Schicht 12 unterworfen, V_enn das Licht von der OberflHclr* U$ reflektiert wird, Mi.rd es in entgegengesetzter Richtung zirkulär polerinie:-"f: und wird im we β ent-

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BAD ORIGINAL

lichen vollständig durch den Zirkularpolarisator h\ absorbiert, wenn ea in diesen wieder eintritt. Somit erscheint die gesamte Fläche der Darstellungsvorrichtung dem Auge eines Betrachters beispielsweise bei 3** dunkel, wenn kein elektrisches Feld längs der Schicht 12 auftritt.

Wenn ein vorgegebenes elektrisches FaId an die Flüssigkristallschicht 12 angelegt wird,, wlvu die Darstellung ,nach Fig. 6 wieder erzeugt, weil die wirksame Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht 12 groß wird. Dies ergibt eine Änderung der Elliptizität des Lichtes, das die Schicht durchläuft, wodurch sich das Aussehen der Darstellung von duitkel zu hell ändert, wenn das elektrische Feld länge der Schicht ausreichend ist.

Die Vorrichtung nach Fig. k entspricht im wesentlichen den Vorrichtungen nach den Figuren 1 und 2, da Licht vollständig durch die Vorrichtung hiMdnarehlauf©» kann» Der Zirkularpolarisator 4i wird wiederum verwendet₉ die innere reflektierende Oberfläche h5 ist jedoch außerhalb der Zelle nach Fig. k in der Form eines Spiegels hj angeordnet. Die Betriebsweise der Vorrichtung entspricht im übrigen der Betriebsweise der mit Reflektion arbeitenden Vorrichtung nach Fig. 3« Venn' dies erwünscht ist„ kann ein Licht streuender Schirm hZ_t der beispielsweise aus Opalglas hergestellt sein kann, zwischen der Platte 11 und dem Spiegel hj eingefügt werden, um so den Betrachtungswinkelbereioh 0 der Vorrichtung zu vergrößern.

Wie aus dem Vorstehenden zu erkennen ist, betreffen die beschriebenen Darstellungsvorrichtungen vorteilhafte Anwendungen bestimmter Arten von Fltissiigkristallmaterialien,

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dl· elektrisch steuerbare optisch doppelbreohende Eigenschaften aufweisen und nicht nur übliche Turbulenz- oder dynamisch streuende Eigenschaften. Beispiele von derartigen elektrisch steuerbaren doppelbrechenden Materialien werden im folgenden erläutert:

Materialien von elektrisch veränderlicher doppelbreohender Art haben Eigenschaften, die schematisch so dargestellt sein können» wie dies in den drei Ansichten der Figuren 7-9 dargestellt ist, und zwar entsprechend der elektrischen Feldwirkung auf die molekulare Ausrichtung in der Schicht 12. Es ist in diesen Figuren eine (der Fig. 1 ähnliche) Seitenansicht der optisch aktiven Zelle dargestellt, und die Dicke der Schicht 12 ist wiederum stark vergrößert. Die kleinen Balken, vie as. B. der Balken 50, zeigen die örtliche Ausrichtung der Moleküle, während die Pfeile, wie z. B. der Pfeil 51* die Richtung der molekularen Polarisation zeigen» wobei jeidor Polarieationsvektor eine Vektorsumme des permanenten Dipolmomentes und der induzierten Polarisation des MoletkUls darstellt. Für E₁ ■> ( ergibt die Ausrichtung ein im Gleichgewicht befindliches Molekularmuster, das durch die elektrostatische Ansiehung oder Wandkräfte (die sich duroh die Wände der Elektroden 13 und lh ergeben) und duroh intermolekulare Kraft· hervorgerufen wird. Die senkrechte Ausrichtung wird durch Reinigen der Elektrodenwände mit eLner Sohwefelsäure-Bichromat-LBsung, duroh überziehen der £lektrodenwände mit einer Beschichtung und duroh Vermelden eine« Reibens der Elektrodenwände während des Reinigungsvorganges gefördert. Die homöotropische Ausrichtung wjlrkt im Sinne einer Unterdrückung des Auftretens einer dynamischen Streuung in der Schicht 12 fUr unipolare Spannungen im Bereich von 0 bis

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20 Volt und für Vechselepannungen von 0 bis ungefähr 1h 7olt Effektivspannung. ¥ie es weiter oben erwähnt wurde, tragen Schichten (oder Filme) von 6,25 x 10" mm (0,25 mil) oder weniger außerdem zur Vergrößerung des Betrachtungsfeldes der Darstellung bei.

Wenn das elektrische Feld E₁ nach Fig. 7 Null oder ziemlich schwach ist, so überwiegt eine spontane Ausrichtung, und die doppelbrechende Eigenschaft der Schicht ist für Lichtρ das sich im wesentlichen senkrecht zur Schicht 12 (entlang der optischen Achse der Zusammenset·* zung) ausbreitet, im wesentlichen gleich Nulle Aufgrund der negativen Anisotropie der Solnioht 12 ist der Winkel zwischen der molekularen Polarise.tion größer als %5 und kleiner als 90°.

Das angelegte elektrische Feld !ibt eis dielektrisches Drehmoment auf das polarisiert© Molekül aus und versucht dieses in eine parallele Richtung; iznm Feld zn drehen» Wenn das Feld E₂ ausreichend hoch wird, wls in Fig« 8, so kann es teilweise die elastischen Rücksfcellkräfte des spontanen Husters Überwinden, wie es vorhanden ist, wenn das Feld E₁ schwach oder gleich Null ist) dio Moleküle drehen sich dann zusammen in die neue Ausrichtung nach Fig» 8. Eine weitere Veräußerung der elektrischen Feldstärke, wie es durch Ε., in Fig.- 9 dargestellt ig t\, ergibt ein© weitere Drehung, wobei, eine Drehung bis? in die Nähe von 90 möglich ist. Venn d&e Feld E„ auf NwIl abfällt,, so entspannen sich die 'Moleküle und nehmen wäeclesram die relativen Stellungen nach Flg. 7 ein.

Die Moleküle- der für diissnu Kv*sick geeigneten Flüssigkristallnuitorialien sind im h.1 5£'C'tmsi.r«cn nicht aylindrisoli

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symmetrieoh um ihre langen Achsen, und es ergibt sich daher eine gewisse dreidimensionale Willkürlichkeit in der Ausrichtung der kurzen Molekülachsen im ursprünglichen Fall eines Feldes mit der Größe Null, wie es lediglich in zwei Dimensionen in Fig. 7 dargestellt ist. Bei einer Neuausrichtung durch das Anlegen eines endlichen elektrischen Feldes nehmen die langen Achsen der Moleküle daher Lagen an, die im wesentlichen innerhalb eines Kegels liegen, dessen Achse auf der elektrischen Feldrichtung zentriert ist. Dieses Merkmal bewirkt eine Änderung der Ausrichtung der optischen Achse einzelner Klumpen von Molekülen von einem Bereich zum anderen, wie dies beispielsweise in Fig. 9 zu er. kennen ist, obwohl jeder Molekülklumpen die gleiche Doppelbrechung aufweist.

Das durch ein elektrisches Feld neu ausgerichtete nematische Material nach Fig. 9 eruoheirit nicht mehr vollständig isotropisch für normal auftreffendes Licht. Die optisch« Indikatrix des Materials wurde erheblich gestört, und das Material wurde beispielsweise entlang der Achse des elektrischen Feldvektors E„ doppelbrechend. Orthogonale linear polarisierte Lichtstrahlen bereiten sich nun mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die optisch aktive Schicht 12 aus.

Bei erneuter Betrachtung der Ausführungβformen der Vorrichtung nach den Figuren 1 und £ let zu erkennen, daß diese Vorrichtungen als Licht vor til«* betrieben werden können. In der durchlässigen Betriehswoi jie ist die Zelle zwischen dem lin«anren Polarisator 31» jnd dem linearen Analysator 33 angeordnet» ein nützliches Vorfahren besteht darin „ die Polarisatoren 3?. und 33 {',e:*r:n<5?;t anzuordnen, wo-

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durch die Lichtübertragung unterbrochen wird, wenn die Spannung E₁ NuIIYoder unterhalb der charakteristischen Schwelle liegt. Venn E 'Über dem Schwellwertpegel beispielsweise auf E_ vergrößert wird, eo wird die Doppelbrechung eines Teils oder der gesamten Schicht 12 vergrößert, und die optische Übertragung wächst entsprechend über einen Teil oder über die gesamte Fläche 22 nach Fig. 6 an« Es ist zu erkennen, daß andere analoge oder digitale Darstellungen in einer ähnliohen Weise betrieben werden können.

Beispielsweise ist bei den reflektierenden Analogdarstellungsvorrichtungen nach den Figuren 3 und h der Zirkularpolarisator ¹H auf der optischen Eingangeseite der Zelle erforderlich. Der Zirkularpolarisator *H besteht (in üblioher Weise) aus einem linearen Polarisator und einer Viertelwellenplatte ι der lineare Polarisator erzeugt linear polarisiertes Licht mit orthogonalen Komponenten ex: und β zur Einführung in die Viertelwellenplatteο Beim ersten Durchgang durch die Viertelwellenplatte erleidet der Anteil j6 eine 90°-Phasenverzögerung gegenüber dem Anteil oC · Wenn die elektrisch gesteuerte doppelbrechende Sehicht 12 keinem Feld über dem Schwellwert auegesetzt ist, so wird keine zusätzliche relative Phasenverschiebung erzeugt. Die Spiegeloberfläche h5 behandelt ebenfalls die Phasen der Anteile c< und /3 in gleicher Weise. Nach der Reflektion der Lichtanteile an der Oberfläche h$ und nach dem zweiten Durchlaufen der Viertel wellenplatte des Zirkularpolarisators *M erfährt der Anteil /3 eine zusätzliche relative Phasenverzögerung von 90°. Daher kehrt das reflektierte Licht zu dem linearen Polarisator kl zurück und wird in diesem im wesentlichen vollständig ab-

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sorbiert. Oberhalb des Schwellwertes für das elektrisch· Feld, beispielsweise bei der erhöhten Feldstärke B-, wird das durch den Zirkularpolarisator kl zurückkehrende Licht über zumindest einem Teil dee Betrachtungsfeldes elliptisch polarisiert, und das Licht gelangt zu dem Betrachter bei 3*1.

Eine Art der hier beschriebenen elektrisch steuerbaren doppelbrechenden Flüssigkristall-Zusammensetzung mit mehreren Komponenten schließt als gemeinsamen Anteil ein p-n-Alkoxybenzylidin p-n-Butylanalin ein, wobei das Alkoxy-Radikal ein Äthoxy- oder Butoxy-Radikal sein kann, und das durch die allgemeine Formel

R - 0 - ^ Λ- CH -N-(^ v^ - C_hH_g

bezeichnet sein kann, wobei R für das Äthoxymaterial C^H- oder für ein Butoxymaterial CYH_ ist.

Der Bestandteil p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werdens

Eine Mischung von im Handel erhältlichem p-n-Butylanalin (1,5 Gramm, 0,1 Mol) und im Handel erhältlichem p-n-Butoxybenzaldehyd (i,8 Gramm, 0,01 Mol) wurde für zwei Stunden in Äthanol rücklaufen gelassen* Es ergab sich ein Reaktionsprodukt, das nach Filtrierung und Rekristallisation 2,3 Gramm (eine Ausbeute von 75 Ί°) von p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin ergab. Dieses Material zeigte einen Schmelzpunkt von * Zk C mit einer smektischen Phase von + 2h bis + k$ ⁰C und einer nematische!! Phase von

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bis 76 C. Das Infrarotspektrum in CCl₁, zeigte kein Vorhandensein von H-IH keinen H-CO-und keinen HC=O Bändern»

Der zweite Anteil dieser einen Art der elektrooptisch aktiven Kristallzusammensetzung mit mehreren Komponenten ist p-Toluyliden p-n-Butylanilin; dieses Material wurde zuerst in der deutschen Patentschrift. ... (dt. Patentanmeldung P 22 lh 967.3) beschrieben und beansprucht und kann durch die folgende Formel identifiziert werden:

Vie es in dieser Patentschrift beschrieben ist, kann der Bestandteil p-Toluyliden p-n-Butylanilin durch das folgende Verfahren erzeugt werden:

Im Handel erhältliches p-Tolualdehyd (24,03 Gramm, 02, Mol) und im Handel erhältliches p-n-Butylanilin (29,85 Gramm, 0,2 Mol) läßt man für zwei Stunden in 25 ml von absolutem Äthanol zurückfließen« Das Lösungsmittel wurde in einem rotierenden Verdampfer entfernt, und das Residuum wurde dreimal unter verringertem Druck destilliert um 3**,59 Gramm einer dauernd siedenden Fraktion (Siedepunkt +139 bis + 1^1 ⁰C bei 0,06 mm Quecksilbersäule) von p-Toluyliden p-n-Butylanilin zu gewinnen (eine Ausbeute von 69 $). Der Brechungsindex der hellgelben Flüssigkeit war 1,6085 bei + Zk ⁰C. Das Infrarotspektrum in CCIjl zeigte kein Vorhandensein von N-H^ keinen H^CO- und keinenHC=O-Bändern.

Ein weiter Bereich von relativen Prozentzahl on der die Zusammensetzung bildenden Materialien p-n-Butoxyben-

3 0 9 8 11/1 0. G 0

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zyllden p-n-Butylanilin und p-Toluyliden p-n-Butylanilin hat eich als brauchbar herausgestellt, und Mischungen in diesem Bereich der Zusammensetzung mit zwei Komponenten können allgemein in der Weise hergestellt werden, wie sie zur Herstellung einer Mischung von 70 Gew.-^ von p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin und 30 Gew.-^ von p-Toluyliden p-n-Butylanilin verwendet wird. Die richtigen Mengenverhältnisse der beiden Bestandteile werden zusammengeschmolzen, um die isotropische Phase der Mischung zubilden und werden dann unter kontinuierlichem Rühren gekühlt. Die spezielle 7O/3O-#-Mischung ist in nematischer Phase von 4- 14 bis + 56 C und in der smektiechen Phase von -35 C bis + 1^ C vorhanden.

Der brauchbare Bereich der relativen Gewichtsprozente, die für die Mischung von p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin mit p-Toluyliden p-n-Butylanilin festgestellt wurde, ist in Fig. 10 dargestellt, wobei die Kreise experimentell abgeleitete Punkte darstellen. Es ist zu erkennen, daß die Linie 10, die die Begrenzung zwischen den isotropischen und nematisehen FlUssigkeitszuständen darstellt, erheblich von nahezu + 60 ⁰C bis unter +20 ⁰C abfällt. Die Linie 111, die die Grenze zwischen nematischen und smektischen Zuständen darstellt, fällt von ungefähr + 15 °C auf ungefähr -35 °C mit einer ähnlichen Neigung. Gestrichelte, mit den Begrenzungslinien 100 und 101 verbundene Linien stellen annehmbare Extrapolationen der experimentell bestimmten Kurven dar. Wie es aus Fig. 10 zu erkennen ist, bietet die Materialmischung einen weiten Bereich einer Wahl von tatsächlichen Zusammensetzungen, dici alle brauchbare nematische Eigenschaften bei oder unterhalb der üblichen Umgebungetemperatur aufweisen.

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Das p-Toluyliden p-n-Butylanilin weist die vorteilhafte Wirkung einer weitgehenden Verringerung der Betriebstemperatur der Zusammensetzung auf, in der es verwendet wird. Das die Temperatur absenkende Material weist eine allgemeine geometrische Symmetrie von der Art auf, die in vielen Fällen Moleküle mit Flüssigkristalleigeaschaften charakterisiert. Das Material weist jedoch keine Dipoleigenschaften unter rechten Winkeln zvlt langen Achse des Moleküls.aufο Daher sind die intermolekularen Wechselwirkungen zu schwach, umIhin Flüssigkristall-Eigenschaften zu erteilen. Aufgrund seiner langen stabförmigen Form paßt das p-Toluyliden p-n-Butylanilin-Molekül kompatibel zwischen andere Moleküle, die tatsächlich gute Flüssigkristalleigenschaften aufweisen, wodurch die intermolekulare Anziehung geschwächt und damit der Betriebstemperaturbereich. der aus mehreren Komponenten bestehenden Zusammensetzung erniedrigt wird.

Relativ kleine zusätzliche Anteile von leicht lonisierbaren Materialien können zu dem vorstehend beschriebenen binären Material hinzugefügt werden, wie £. B» im wesentlichen 1 Gew.-# eines ionisierenden Materials₉ wie beispielsweise p-n-Äthoxyphenol oder p-n~Butoxyphenol. Die Wirkung des ionisierenden Materials macht sich beispielsweise bei Verwendung des Materials in Turbulenz-Daratellungavorrichtungen durch eine erhebliche Vergrößerung der Turbulenzwirkung und der Lebensdauer der Vorrichtungen bemerkbar., Die Wirkung des ionisierenden Materials ist insbesondere in dem Fall, in dem das Medium als steuerbares doppelbrechendes Medium verwendet wird, dadurch erkennbar, daß die Neuausrichtungs-Schwelle in nützlicher Weise erniedrigt wird.

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Eine zweite Art der Zusammensetzung von optisch aktiven Materialien schließt Mischungen von Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylcarbonat und einem Al'koxybenzylidenmaterial wie z. B. p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin ein, wobei diese Mischungen nematische Phasen von unter -20 ⁰C bis + 70 ⁰C aufweisen.

Das p-Athoxybenzyliden p-n-Butylanilin, das durch die Formel

C₂H₅ - 0

dargestellt werden kann, kann wie folgt hergestellt werdent

Im Handel erhältliches p-Äthoxybenzaldehyd (7,5 Gramm, 0,05 Mol) und p-n-Butylanilin (7,5 Gramm, 0,05 Mol) läßt man in 20 ml von trockenem Äthanol für 3 Stunden zurückfließen. Das Material wurde dann gekühlt, gefiltert und dreimal von Äthanol rekristallisiert·, um 8,12 Gramm des weißen Materials p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilinin mit einem Schmelzpunkt (nematisch) von + 32 ⁰C bis ♦ 77 °C zu gewinnen. Dies war eine 58prozentige Ausbeute. Das Infrarotspektrum in CCIj, zeigte kein Vorhandensein van N-H und keinen CsO-Bändern.

Die Herstellung von Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat, das durch die Formel

H -// W-

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identifiziert werden kann, ist ein komplizierterer Vorgang, der zunächst die Herstellung eines Zwischenproduktes umfaßt, nämliek die Verbindung p-An.isyliden p-Aminophenol, die durch die folgende leiehung dargestellt werden kann;

CH = N

Die Verbindung p-Änisyliden p-Aminophenol kann in den folgenden Schritten hergestellt werden:

Im Handel erhältliches p-Anisirlidea (6,8 6ramm_; O₉05 Mol) und p-Aminophenol (5»5 ^Famm, O₉05 Mol) werden in 25 ml trockenem Äthanol für 2 Stunden zurückfließen gelassen» Kühlen, filtern und aus Äthanol rekristallisieren ergab 9_t 6h Gramm und damit eine 85px*ozentig;e Ausbeute von p-Anisyliden ρ-Aminopiienol. Das Material wies eine grau<-weiße Farbe und .einen Schmelzpunkt zwischen + I89 ⁰C und 4- 190 ⁰C auf. Das Infrarotspektrum in Mineralöl zeigte ein breites

— 1 Ansprechen auf die Q-H-Schwingung bei 3200 bis 2500 cm

Zur Vervollständigung der zweiten -neuen Materialmischung wurde p-Anisyliden p-Aminophenol (h_t6 Gramm, 0,02 Mol) in 20 ml von trockenem Pyridin unter Stickstoff gebracht und k_tZ Gramm von Triäthylaniin wurden hinzugefügt. Zu der Mischung wurden Tropfen für Tropfen 6,6 Gramm (0,02 Mol) von Amylchloroformat hinzugefügt, das in 10 ml Benzol gelöst war. Hiernach wurde die Reaktionsmischung für 20 Minuten gerührt, dann mit Wasser auf£öschwemmt und dreimal mit 100 ml Benzol extrahiert. Die Itanzolschicht wurdemit Wasser gewaschen, getrocknet und ve .-"dampft, um ein öl artiges Material au gewinnen, das r.icli "bei +3 C verfestigte,.

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Rekristallisation aus Äthanol," aus Hexan und dann wiederum aus Äthanol ergab 3,5*1 Gramm (eine 52prozentige Ausbeute) von weißem Pentyl p-Anisyliden p-Aiai.nophenylkarbonat mit einem Schmelzpunkt (nematisch), der zwischen + 46 ⁰C und + 80 °C lag. Die Infrarotanalyse in Cf I^ zeigte keine Q-H- oder N-H- oder OC-H-Bänder. Da.-· Vorhardensein des C==0-Bandes wurde bei 17^0 cm" angezeigt.

Ein weiter Bereich von relativen Pj* ο ζ ent zahl en der die Zusammensetzung bildenden Materialien p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin und Pentyl p-Aiiisyliden p-Aminophenylkarbonat hat sich als brauchbar herausgestellt und Mischungen in diesem Bereich der zwei-Komponemten-Zusammensetzung können im allgemeinen in der gleichen Weise hergestellt werden, wie sie zur Herstellung einer typischen Mischung von 25 % Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarboiiat und 75 Ί» p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin (Gewichteprozente) verwendet wird* Die richtigen Verhältnisse der beiden Bestandteile werden zusammengeschmolzen,, um die isotropische Phase der Mischung zu bilden und werden dann unter Rühren gekühlt.

Beispielsweise wurde eine Mischung von 25 Gew.-^ Pentyl p-Anisylidan p-Aminophenylkarbonat und 75 Gew.-$ p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin durch Erwärmen der beiden Materialien zusammen auf oberhalb dex :5 so tropischen Übergangstemperatur hergestellt, und die Schmelze wurde durch Rühren gemischt, während sie auf die nematische Phase gekühlt wurde, Diese Mischung wies eine nematische flüssige Phase von unter -20 ⁰C bis + 77 °C auf.

Der brauchbare Bereich dex* relativen Gewichtsprozente, der für Mischungen von p-ÄthoxybenzylJden p-n-Butylanilin

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BAÖ ORIGINAL

und Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat festgestellt wurde, ist in Fig. 11 gezeigt_P wobei die Kreise experimentell abgeleitete Punkte darstellen. Die Linie 150, die die Begrenzung zwischen den isotropischen und nematisehen flüssigen Phasen darstellt, erstrockt sich bei ungefähr + 80 C, jedoch mit einer geringen Neigung·. Die Linie 151» die die Begrenzung »wischen dem nematiachen flüssigen Zustand und dem festen Zustand darstellt, fällt schnell von ungefähr 27 °e auf -25 ⁰C, fällt dann in einem kurzen Intervall unter -30 ⁰C, bevor sie wieder auf höhere Temperaturen ansteigt. Die gestrichelten Linien zeigen annehmbare Extrapolationen der experimentell bestimmten Kurven.

Vie es aus einer Betrachtung von FIg₉ 11 klar ist_r weist die zweite Materialmischung; »inen weiten Bereich einer Wahl von tatsächlichen Zusammensetzungen auf, die alle wertvolle nematische Flüssigkristalleigenschaften bei oder unter gewöhnlichen Raumtemperaturen aufweisen.. Unabhängig davon, ob dae Material in einer doppelbrechenden Darstellungsvorrichtung oder in einer Titrfou!enz-DarStellungsvorrichtung verwendet wird, können geringe Mengen von ionisierenden Materialien, wie z. B. p-n-lthoxyphenol oder p-n-Butoxyphenol in einfacher Weise hinzugefügt werden.

Die Eigenschaften der beiden aus mehreren Komponenten bestehenden elektrisch steuerbaren doppelbrechenden Materialzusammensetzungen sind im allgemeinen ähnlich und können aus Gründen der Kürze durch Darbietung von Informationen über- die Eigenschaften der binaren Zusammensetzung erläutert werden, die 25 Gew.-$ Peafcyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat und 75 Gew.-^ von p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin aufweist, wobei di&se Zusammensetzung in

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- 3C -

einer Darstellungszelle verwendet wird, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Die elektrooptischen Übertragung^ eigenschaften nach Fig. 12 sind die ,gemessenen Eigenschaften für weißes Licht, wobei ein ei»geschwungenes elektrisches Feld mit konstanter Richtung an einen Film von 0,5 mm Dicke der Schicht 12 bei Raumtemperatur eingelegt war. Das kollimierte weiße Licht traf senkrecht auf, wobei die Polarisatoren 32 und 33 gekreuzt waren. Es ist zu erkennen, daß die Lichtdurchlässigkeit des Lichtventils abrupt von einem normierten Wert von I ¹Jo bei 8,2 ToIt auf 55 % bei 8,8 Volt springt. Wenn die Schicht 12 einem elektrischen Wechaelfeld ausgesetzt ist, so tritt der Übergang bei eitler niedrigen Effektivspanmmg axif. Beispielsweise sprin&t die prozentuale optische LichtdurchLässigkeit in dem aasgewählten Beispiel abrupt von einem normierten Wert von 1 $ bei 5,8 Volt Effektivspannung auf einen normierten Wert von 80 f> bei 6,5 Volt Effektivapannung.

Die beiden hauptsächlichen elektrisch steuerbaren doppelbrechenden Zusammensetzungen mit mehreren Komponenten können außerdem in dynamisch streuenden Darstellungevorrichtungen vom Ananlog- oder Digital typ verwendet werden, da diese Materialien unter bestimmten vorgegebenen Bedingungen außerdem durch ein elektrisches Feld steuerbare Turbulenz Wirkungen zeigen. Eine dynamische Streuung kann bei beiden hauptsächlichen Zusammensetzungen bei relativ niedrigen Tonfrequenzen hervorgerufen werden. Das Auftreten von dynamischen Streuwirkungen ist in einfacher Welse steuerbar, da die dynamische Streuung bei den beidfin Zusammensetzungen relativ schwach ist und ihr Schwel!wert b»l einem unipolaren Feld von 16 bis 20 Volt auftritt, was gut oberhalb des Schwallwerte« für die Indusi arte dielektrische Neu-

ftAD

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ausrichtung liegt. Somit ist es möglich, die elektrooptisch aktiven Materialien in der einen oder anderen optisch-aktiven Betriebsweise zu verwenden, und zwar bei vollständigem Fehlen von überlappenden oder störenden Wirkungen·

Fig. 13 zeigt die verschiedenen Betriebsbedingungen in dem ausgewählten Beispiel von 25 Ί° Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat und 75 $ p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanilin. Die graphische Darstellung nach Fig. 13 zeigt die festgestellte Frequenzabhängigkeit beider Schwellwerte, wobei die deutliche hombOtropische Ausrichtung, die dynamische Streuung und die durch das Feld hervorgerufene, doppelbrechende Neuausrichtung sowie die gegenseitigen Begrenzungen erkennbar sind. Xn Fig. 13 ist die Neuausrichtungsscteralle als die Effektivspannung definiert, bei der die optische Übertragung zuerst 50 $ ihres Maximums erreicht _o Im gleicher Weise ist der dynamische Streuschwellwert die Effektivspannung, bei der die zeitlich gemittel'ta, auf der Achse verlaufende polarisierte 3Li©iitübertyagang 50 $ von ihrem Null spannungswert abfSHlfto Eigenschaft erstreckt sich von 0 bis pro Sekunde.

Fig. i4 wurde in der gleichen Weise abgeleitet Fig. 13, zeigt jedoch den Fall, in dem eine aromatische Verbindung zn der nematiscfcen, in Figa 13 wendeten Flüssigkeit hinzugefügt wurde« Di© Doppelbr©- chungs—KeuausrichtungsspasEsatKag ist in günstig©:!? tJ©isQ ringert. Wenn' die elektrooptiscti-siktiv® Ztns in der dynamisch streuende» Betriebsweise verwendet so ist die maximal verwendbar© Frequeias ziar Ersieluag einer dynamischen Streramg vex'größez'to Bei der

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der Fig. 14 wurde ein Gewichtsprozent von p-n-Butoxyphenol dem in Fig· 13 verwendeten flüssigen Medium hinzugefügt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des flüssigen Mediums um einen Faktor von ko vergrößert wurde. Es ist zu erkennen, daß die obere Frequenz für eine dynamische Streuung von 20 auf 400 Hz vergrößert wurde. Außerdem ist der Mittenfrequenz-Neuausrichtungs-Schvellwert in günstiger Weise von 6_Φ6 YoIt Effektivspannung auf 5,5 Volt Effektivspannung verringert.

Die typische Betrachtungs-Winkelbreite der Zusammensetzungen ist in Fig« 15 dargestellt, in der die optische Durchlässigkeit für zwei unterschiedliche Dicken der Schicht 12 nach Fig. 1 als Funktion des Betrachtungswinkels 0 gegenüber der Senkrechten (für ein 6,25 x 10~ und ein 12,5 χ 10 mm dickes Medium) dargestellt ist. Das Betrachtungswinkelfeld wurde durch Auftragen der durchgelassenen Lichtintensität als Funktion des Winkels 0 gewonnen, wobei Messungen im Nullfeidzustand und mit einem unipolaren Feld von 10 Volt längs der Schicht 12 durchgeführt wurden. Es ist zu erkennen, daß .das optische Kontrastverhältnis zwischen den beiden Zuständen größer als 100 t 1 in einem 20-Grad-Kegel sein kann.

Die vielseitige Art der Darstellungsvorrichtung und der elektrisch steuerbaren doppelbrechenden Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die vorstehend beschrieben wurden, ist aus der Beschreibung verständlich. Ausführungsformen sind in einfacher Weise an Analog- und Digitalarten von Flüssigkristall-Felddarstellungsvorrichtungen anpaßbar und «ie können sowohl bei durchlässigen als auch bei reflektierenden Arten derartiger Darstellungevorrichtungen Anwendung

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finden. Es können niedrige (Sleich- oder Wechsel-Ansteuerspannungen verwendet werden, wobei diese Spannungen beträchtlich niedriger sind als die, die für mit dynamischer Steuerung arbeitende Darstellungsvorrichtungen erforderlich sind· Da der Effekt im wesentlichen ein durch ein elektrisches Feld hervorgerufener Polarisationseffekt ist, sind die verwendeten Strome in der Hauptsache Verschiebungsströme, und die Betriebsleistung ist damit niedriger als bei dynamisch streuenden Darstellungsvorrichtungen, bei denen die Betriebsweise von dem Transport von beweglichen Ladungsträgern abhängt· Es kann gezeigt werden, daß die Betriebslebensdauer vergrößert ist, und zwar in der Größenordnung von einigen 1000 Stunden, da elektrolytische und andere verschlechternde Wirkungen aufgrund von Leitungeströmen nicht vorhanden sind. Obwohl die Helligkeit bei der gesteuert doppelbrechenden Darstellungsvorrichtung geringfügig kleiner ist als die Helligkeit von Darstellungsvorrichtungen, die mit dynamischer Streuung oder Turbulenz arbeiten, ist der Kontrast größer, und analoge Strich-Diagramm-Darstellungen zeigen beispielsweise sehr scharfe Begrenzungen zwischen hellen und dunklen Teilen der Darstellung. Bekannte Flüssigkristallmaterialien waren im allgemeinen bei Raumtemperatur nicht nematisch und hatten relativ hohe Spannungsschwellwerte verglichen mit den hierin beschriebenen Materialien. Weiterhin ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Verwendung von billigen Treiberschaltungen möglich ist, daß bekannte FlUssigkristallzusammensetzungen im allgemeinen in einem Zustand mit einer Spannung von null Volt durchsichtig sind und lichtundurchlässig oberhalb der Schwellwertspannung sind. Das Umgekehrte trifft für die vorstehend beschriebenen Flüsaigkristallmischungen zu, wodurch der Entwurf effektiver Treiberschaltungen einfacher wird.

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Die Erfindung ergibt somit bei Raumtemperatur elektrisch steuerbare doppelbrechende Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die insbesondere zur Verwendung als nematische Flüssigkristall-Zusammensetzungen in optischen Darstellungsvorrichtungen oder in optischen Schaltern oder anderen optischen Instrumenten geeignet sind. Binäre und ternäre Zusammensetzungen haben sich bei derartigen Instrumenten bei Temperaturen zwischen -30 C und 4-70 C als brauchbar herausgestellt, während nur wenige bekannte FlUβelgkristallzusammensetzungen brauchbare Eigenschaften unterhalb von + 20 ⁰C zeigten.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

1J Electro-optisch aktive Materialzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Alkoxybenzyiiden p-n-Butylanllin und Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenyloarhonat besteht.
2. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoxyrest ein p-Äthoxyrest ist.
3. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzel c h η e t , daß der Alkoxyrest ein p-Butoxyrest 1st.

4. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkoxybenzyiiden p-n-Butylanllin durch die Formel

dargestellt 1st, und daß das Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat durch die Formel

-CH-N-// ^N > - OCOC₅H₁₁

dargestellt 1st.

5. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 20 bis 65 Gewichtsprozente der Verbindung Pentyl p-Anisyliden P-Aminophenylkarbonat enthält, wobei ein erheblicher Teil der verbleibenden Gewichtsprozente die Verbindung p-Äthoxybenzyliden p-n-Butylanllin ist.

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6· Materialzusammensetzung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Im wesentlichen 20 bis 40 Oewlchtsprozente der Verbindung Pentyl ρ-AnIsyIlden p-Amlnophenylkarbonat enthält, wobei ein wesentlicher Teil der verbleibenden Oewlchtsprozente die Verbindung p-Xthoxybenzyllden p-n-Butylanilin 1st.

7* Materialzusammensetzung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Im wesentlichen 22 bis 40 Oewlchtsprozente der Verbindung Pentyl p-Anisyliden p-Amlnophenylkarbonat enthält, wobei ein erheblicher Teil der verbleibenden Gewichtsprozente die Verbindung p-Xthoxybenzyliden p-n-BUtylanilin ist.

8. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 27»? Oewlchtsprozente der Verbindung Pentyl p-Anisyliden p-Aminophenylkarbonat und Im wesentlichen 72,5 Oewiohtsprozente der Verbindung p-Xthoxybenzyliden p-n-Butylanilin enthält.

9· Materialzusammensetzung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die zusätzliche HinzufUgung von Im wesentlichen einem Gewichtsprozent von p-n-Alkoxyphenol.

10. Elektro-optisch aktive Materialzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Alkoxybenzyllden p-n-Butylanilin und p-Toluyllden p-n-Butylanilin besteht.

11. Materialzusammensetzung, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoxyrest ein p-n-Butoxyrest ist.

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12« Materialzusammensetzung nach Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet« daß das p-n-Butoxybenzyli&en p-n-Butylanilin durch die Formel

-CH = K-

darstellbar ist und daß das p-Toluyliden p-n-Butyleailin durch die Formel

darstellbar ist.

13. Materialzusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch g ekennzei c h η e t , daß sie im wesentlichen aus SO bis 72 Gewichtsprozenten der Verbindung p-Toluyliden p-n-Butylanilln besteht» ifobdl ein wesentlicher Teil der verbleibenden Gewichtsprozente aus ü®:>? Verbindung p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylaniliri besteht.

14. Materialzusammensetzung nach Anspruch 1O₉ dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 36 bis 82 Qewlchtsprozenten der Verbindung p-Toluyllden p-n-Butylanilin besteht, wobei ein wesentlicher Teil der verbleibenden Gewichtsprozente aus der Verbindung p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanllin besteht.

13. Materialzusammensetzung nach Anspruch 10« dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 42 bis 82 Gewichtsprozenten der Verbindung p-Toluyliden p-n-Butylanilln besteht« wobei ein wesentlicher Teil der verbleibenden Gewichtsprozente aus der Verbindung p-n-Butoxybenzyliden p-n-Butylanilin besteht.

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l6« Materialzusammensetzung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Hinzufügung von im wesentlichen einem Gewichtsprozent von p-n-Alkoxyphenol.

17. Elelctro-optlsoh aktive Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Behälterteil (10, 11, 15), der eine Sohloht (12) der elektro-optisch aktiven Materialzusammensetzung nach einem der AnsprUohe 1 bis 16 aufnimmt, und zwei durchsichtige, einen Teil des Behälterteils bildenden Elektroden (13, 14) zur Zuführung eines elektrischen FeIdousters längs der aktiven Schicht (12).

18. Elektro-optisch aktive Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Behälterteil (10, 11, 15) zur Aufnahme einer Schicht (12) eines elektro-optisch aktiven Materials, zwei einen Teil des Behälterteils bildende Elektroden (13« 14) zur Zuführung eines elektrischen Feldmusters längs der Schicht (12) aus elektro-optisch aktivem Material, wobei die Schicht (12) aus einem Flüssigkristallmedium mit einer Materialzusammensetzung besteht, die in Abhängigkeit von dem elektrischen Feld optisch doppelbreohend ist, wobei zumindest eine der Elektroden (13, I¹O optisch durchsichtig ist, erste optische Polarisatorelnriohtungen (32), Einrichtungen (30) zur Projektion von Licht durch die Polarisatorelnrlchtungen (32) und durch die Schicht (12) und Einrichtungen zur Änderung des elektrischen Feldmustere zur Xn-

. derung einer Eigenschaft des Lichts, das durch die Sohloht (12) projiziert wird.

19. Vorrichtung naoh Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine zweite optlsohe Polarisatoreinrichtung (33)» die in der Nähe dee Behälterteils (10, 11, 15) entgegengesetzt zu den ersten Polarisatoreinrichtungen (32) angeordnet ist, und die Betrachtung des projizierten Llohts ermöglicht.

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20, Vorrichtung nach Anspruch 19; gekennzeichnet durch eine durchscheinende lichtstreuende Einrichtung (40) ?.iir Ausbildung eines sichtbaren optischen Mustere auf dieser Einrichtung entsprechend einer Eigenschaft des durch die zweite Polarisatoreinrichtung (33) projizierten Lichts.

21· Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Reflektoreinrichtung (45) zur Reflexion des projizierten Lichts durch das Medium zurück und durch die ersten Polarisatoreinrichtungen (4l) derart, daß die Betrachtung des reflektierten Lichts ermöglicht ist.

22, Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin durchscheinende Liehtstreueinrichtungen (42) zwischen dem Medium und der Heflektoreinrichtung (45) angeordnet sind.

23- Vorrichtung nach Anspruch l8_# dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechende Flüssigkristallzusamraen-setzung in einer zu den Elektroden (13, 14) senkrechten Richtung bei NichtVorhandensein eines elektrischen Feldes zwischen diesen Elektroden (13, 14) homöotropisch ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die FlUssigkristallzusammensetzung eine negative dielektrische Anisotropie derart aufweist, daß

1,

ist, wobei ^n und £^ die Jeweiligen dielektrischen Konstanten der FlUssigkristallzusammensetzung parallel bzw. senkrecht zur optischen Achse der Materialzusammensetzung sind.

25· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß die Elektroden (13, Ik) derart ausgebildet sind, daß das elektrische Feldmuster parallel zur optischen Achse FlüiäsigkristallzusammensetzunK angelegt ist.

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