DE2347613C2

DE2347613C2 - Elektrooptisches Gerät

Info

Publication number: DE2347613C2
Application number: DE2347613A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE2347613A1; US3944330A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Gerät mit zwei transparenten Substraten, zwischen denen sich eine elektrooptische veränderbare Flüssigkeit als interne Impedanz befindet und die auf den einander zugekehrten Seiten an eine Spannungsquelle angeschlossene Elektroden tragen, wobei einem Substrat eine Elektrode, dem anderen Substrat mehrere Elektroden zugeordnet sind.

Damit geht die Erfindung von einem Gerät aus, wie es aus der DE-OS 2139 475 vorbekannt ist. Auch bei diesem Gerät sind bereits zwei lichtdurchlässige parallele Platten vorgesehen, auf deren einander zugekehrten Seiten lichtdurchlässige leitende Elektroden angeordnet sind, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind und zwischen denen sich eine lichtdurchlässige Flüssigkeitskristallschicht befindet. Die Elektrode einer der Platten ist in mehrere Bereiche unterteilt und es können mehrere Generatoren vorgesehen und den Bereichen zugeordnet sein. Damit können Farbtöne der einzelnen Bereiche getrennt voneinander verändert werden. Durch die Möglichkeit der unabhängigen Steuerung der Farbtöne in den einzelnen Bereichen ist zwar ein relativ komfortables Gerät gegeben, der Vorteil ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand erkauft, wie er in vielen Fällen nicht vertretbar ist.

Mit der Erfindung soll demgegenüber ein sehr einfaches elektrooptisches Gerät mit den gattungsgemäßen Merkmalen geschaffen werden, mit dem die Darstellung eines Bildes mit unterschiedlichen Helligkeitsbereichen bzw. Farbschattierungen möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Darstellung eines Bildes, dessen Teile unterschiedliche Helligkeits- oder Farbschattierungen aufweisen, jede Elektrode des anderen Substrates über je eine feste externe Impedanz an die eine Seite der Spannungsquelle angeschlossen ist und entweder die Elektroden flächengleich und damit die internen Impedanzen gleich, die externen Impedanzen aber verschieden oder die Elektrodenflächen verschieden und die externen Impedanzen untereinander gleich sind. Mit der Erfindung ist ein Bild darstellbar, in dem erhebliche Helligkeitsunterschiede bestehen können, diese Helligkeitsunterschiede zwischen den einzelnen Bildbereichen jedoch fest in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen. Bei einer veränderbaren Stromquelle kann zwar die Helligkeit des ganzen Bildes verändert werden, die Helligkeitsunterschiede innerhalb des Bildes behalten aber ihr Verhältnis zueinander bei. Damit ist eine Steuerungsmöglichkeit gegeben, die in vielen Fällen den gestellten Anforderungen genügt, die aber andererseits mit extrem einfachen Mitteln technisch darstellbar ist.

Nun ist es zwar bekannt, die an einem elektrischen Gerät anliegende Spannung unterschiedlich zu gestalten und hierzu dem Gerät unterschiedliche Vorschalt- widerstände vorzuschalten (Bergmann-Schaefer: Lehr buch der Experimentalphysik, II. Band 1950, Seite 146). Bei der Erfindung geht es aber gerade nicht darum, mittels der externen Impedanzen in dem Gerät etwas zu regeln, sondern mittels externer, fester Impedanzen sollen die Helligkeitswerte der einzelnen Bildbereiche gerade festgelegt werden.

Entsprechend dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 kann dabei das gleiche Ergebnis dadurch erzielt werden, daß die Elektroden unterschiedliche Flächen haben und die externen Impedanzen untereinander gleich sind oder, daß die Elektroden untereinander flächengleich sind und die externen Impedanzen voneinander verschieden sind.

Mittels eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Gerätes läßt sich sowohl in Räumen wie im Freien ein hochwertiges Bild darstellen, welches verschiedene Helligkeitstöne und/oder verschiedene Farbtöne aufweist, welche stufenweise voneinander unterschiedlich sind. Es lassen sich dabei nicht nur einfache Zeichen und Figuren darstellen, sondern sogar verwickelte Bilder und Muster mit unterschiedlicher Helligkeit und/oder Farbtönen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Karte dargestellt werden, welche die verschiedenen Höhen angibt, wie beispielsweise bei einem Golfplatz, oder eine Karte zur Information über spezielle Gebiete, an denen fotochemischer Smog auftritt, und auch eine Wetterkarte zur Angabe von Gebieten von Schönwetter und Regenwetter, indem diese Gebiete in ihrer Helligkeit und/oder ihrer Farbtönung voneinander unterschieden werden.

Ein erfindungsgemäßes elektrooptisches Gerät kann beispielsweise auf einem Reklameturm oder auf einer mit Neonröhren bestückten Reklametafel aufgebaut werden, wobei sich die Helligkeit des Bildes mit zeitlicher Verzögerung oder in Zeitintervallen verändern läßt, ohne daß eine elektrische oder mechanische Schaltoperation durchgeführt werden müßte.

Ein weiteres Ausführungsgebiet eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Gerätes ist eine Richtungsan-

fc5 zeigelampe für ein Fahrzeug, eine Durchgangs-Leittafel und ein optisch abgetasteter Lichtverschluß wie beispielsweise eine Lichtblende.

Brauchbar ist das erfindungsgemäße elektrooptische

Gerät insbesondere auch als Anzeigegerät für einen Spannungs- oder Stromwert wie beispielsweise als extrem dünnes Amperemeter oder Voltmeter sowie als Anzeigegerät in den verschiedensten Instrumenten zur Messung von Temperaturen, Geschwindigkeit, Gewicht, Lichtmenge, Druck und dgl. im Zusammenhang mit geeigneten Übertragern. Einsetzen läßt sich das erfindungsgemäße elektrooptische Gerät ferner als Lautstärkeanzeiger einer akustischen Einrichtung und insbesondere als Anzeigegerät für die Schallrichtung, d. h. ob links oder rechts, in Stereoanlagen oder auch als Abstimmanzeiger in einer Verständigungseinrichtung.

Für verschiedene Anwendungsfälle besonders zweckmäßige Ausgestaltungen bzw. Anordnungen sind Gegenstände der Unteransprüche. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel;

F i g. 2 einen Schnitt durch Fi g. 1 längs der Linie l-l; F i g. 3 einen Schaltplan dieses Ausfuhr ungsbeispieles;

F i g. 4 einen Schaltplan für ein anderes Ausführungsbeispiel;

F i g. 5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel;

F i g. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 einen Schnitt durch Fig. 6 längs der Linie IV-IV;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den an die Elektroden angelegten Spannungen und den Lichtstärkeverhältnissen;

F i g. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Lichtwellenlängen und der elektrischen Feldstärke;

Fig. 10 die Unteransicht eines weiteren Ausführungsbeispieles;

Fig. 11 einen Schnitt durch Fig. 10 längs der Linie V-V;

Fig. 12 eine Unteransicht eines anderen Ausführungsbeispielts;

Fig. 13 einen Schnitt durch Fig. 12 längs der Linie VI-VI;

Fig. 14—19 Schnitte durch verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 20—22 Blockschaltpläne für verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung und

Fig. 23 einen Schaltplan für ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Gerates bzw. der elektrooptischen Zelle besitzt ein Kopfsubstrat 1 aus durchsichtigem Glas oder Harz, unter welchem Kopfelektroden al, al ... mit Flächenausdehnungen 511,512,..., die unterschiedlich voneinander sind, angeordnet sind, während ein Bodensubstrat 2 ebenfalls aus durchsichtigem Glas oder Harz eine Bodenelektrode b 1 trägt. Dabei liegt das Kopfsubstrat 1 derart über dem Bodensubstrat 2, daß die Kopfelektroden a 1, a 2,... der Bodenelektrode b 1 genau gegenüberliegen, während eine elektrooptische Substanz 3 zwischen ihnen angeordnet ist. In der Terminologie des Patentanspruches ist das Bodensubstrat 2 das »eine«, das Kopfsubstrat 1 das »andere« Substrat.

Die Kopfelektroden a 1, a 2,... sowie die Bodenelektrode b 1 bestehen aus Zinnoxid oder Indiumoxid oder deren Metallverbindungen und sind auf diese Substrate aufgesprüht, aufgedampft oder sonstwie aufgelegt. Die Dicke dieser Elektroden beträgt normalerweise einige 100-2000 Ä.

Falls eine derartige elektrooptische Zelle als Reflektionszelle ausgebildet werden soll, wird die Bodenelektrode b 1 als lichtreflektierender Film in Vakuum aufgedampft oder ein Metall wie Aluminium, Chronium, Gold oder Silber auf das Bodensubstrat 2 aufgedruckt Falls erforderlich, kann die Bodenelektrode b 1 auch aus mehreren Schichten derartiger Metalle bestehen, um die Reflektionsfähigkeit dieses Films zu verstärken.

Als elektrooptische Substanz können in diesem Zusammenhang organische kristalline Flüssigkeiten verwendet werden, oder Flüssigkeiten, welche künstlich durch Dispersion anorganischer feiner Teile oder organischer feiner Teilchen in Lösungsmitteln hergestellt werden.

Als organische kristalline Flüssigkeiten stehen nematische kristalline Flüssigkeiten gemäß nachstehender Aufstellung oder Mischungen kristalliner Flüssigkeiten mit zwei nematischen kristallinen Substanzen oder mehr zur Verfügung:

Animal-p-cyanoanilin,

p-methylbenzal-p-butylanilin,

p-äthoxybenzal- p-cianoanilin,

p-cyanobenzahl-p'-butylanilin,

p-cyanobenzalanisidin,

p-cyanobenzalphenetidin,

4'-cyanophenyl-4-n-butylbenzoat,

^'-cyanophenyl^-n-hepthylbenzoat,

Äthyl-(p-anisalamino)-cinnamat,

Äthyl-p-(p-äthox)benzal-amino)-rinnamat,

Äthyl-(p-cyanobenzal)-cinnamat,

n-butyl-(anisal-p-amino)-cinnamat,

n-butyl-p-äthoxybenzalamino)-cinnamat,

lsoamyl-(anisal-p-amino)-cinnamat,

N-(4'-äthoxy-benzal)-4-aminobenzonitril,

4-(4'-n-hexylbenzalamino)-benzonitril,

4-(4'-n-propylbenzal-amino)-benzonitril,

p-azoxyanisol,

4-methoxy-4'-äthoxy-azoxy-benzol,

Anisal-p-aminophenylacetat,

p-methoxybenzal-p'-butyl-anilin,

p-methoxyformyl-oxybenzahl-p'-n-butylanilin,

N-(p-methoxy-benzal'-p-(2-propoxycarbonyl-

l-propenyl)-anilin,
p-äthoxybenzal-p'-n-butylanilin,
p-methoxy-p'-n-penthylcarbonyl-oxyazobenzol,
p-äthoxy-p'-butoxycarbonylazobenzol,
butyl-p-(p-äthoxy-phenoxy-carbonyl)-phenyl-

carbonat,

N-(4-methoxybenzal)-4'-O-n-butyIaminophenol,
p-(p-äthoxyphenylazo)-phenylhexanoat,
bis-^-n-octyloxybenzalj-w-chlorphenylen-

diamin,

4,4'-bis-(hexyloxy)-azoxybenzol,
4,4'-bis-(hepthyloxy)-azoxybenzol,
4-caproiloxybenzoicacid-4'-äthoxyph;nyl-

ester und
4-caproiloxybenzoicacid-4'■butoxyphenyiester.

In einigen Fällen wird eine Mischung aus einer geringen Menge einer cholesterischen kristallinen Flüssigkeit und einer nematischen kristallinen Flüssigkeit als elektrooptische Substanz verwendet, während in einigen Fällen eine nematische kristalline Flüssigkeit zu diesem Zweck verwendet wird, welche mit einem dipolaren Additiv versetzt wird. Außerdem wird eine

Mischung aus Alkoxiphenyl-Acetyl-Chlorid. 4-AlkyI-phenyl-Acetyl-Chlorid und 4-Acetoxyphenyl-Acetyl-Chlorid verwendet und schließlich noch eine nematische kristalline Flüssigkeit, welche mit einer smektischen kristallinen Flüssigkeit vermischt ist.

Beispiele kolloidaler Flüssigkeiten sind:
kolloidale Suspensionen, welche durch Dispersion in Lösungsmitteln wie Wasser von organischen oder anorganischen feinen Teilchen aus beispielsweise Wolframoxid, Vanadiumoxid, einem nadeiförmigen nicht homogenen Kristall wie Bergkristall, Wismutkarbonat, Bleikristall, Herapatit oder Polyvinylidenfluorid bestehen. Diese kolloidalen Suspensionen werden mit dipolaren Additiven versetzt als kolloidale Flüssigkeiten verwendet.

Eine organische kristalline Flüssigkeit, welche den gewünschten Feideffekt ergibt und aus zwei oder mehr der nachstehend aufgeführten Stoffe besteht, kann außerdem als elektrooptische Substanz verwendet werden. Diese Stoffe sind:

Cholesterolbromid,

Cholesterolchlorid,

Cholesteroljodid,

Cholesterolnitrat,

Cholesterolnexanoat,

Cholesterololeat,

Cholesterollinoleat,

Cholesterollinolenat,

Cholesterolnonanoat,

Cholesteroldecanoat,

Cholesterollaurat,

Oleyl-cholesterolcarbonat,

2-(äthyl-hexyl)cholesterolcarbonat,

Heptyl-cholesterolcarbonat,

Octyl-cholesterolcarbonat,

Nonyl-cholesterolcarbonat,

Decyl-cholesterolcarbonat,

2-(methoxyäthyl)cholesterolcarbonat,

Methyl-cholesterolcarbonat,

Bulyl-cholesterolcarbonat und

p-nonylphenyl-cholesterolcarbonat.

In einigen Fällen kann auch eine Suspension eines organischen Pigments als elektrooptische Substanz verwendet werden. Im allgemeinen ist der Film der elektrooptischen Substanz 3 von einigen bis 20 μηι dick, so daß in einem recht schwachen elektrischen Feld ein weißes Bild oder ein Farbbild entsteht.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Kopfelektroden a I, a 2,... jeweils über Widerstände Ri, R 2,... mit jeweils dem gleichen Widerstandswert an die eine Klemme einer außenliegenden veränderlichen Spannungsquelle Ed angeschlossen. Die Bodenelektrode b 1 ist an die andere Klemme dieser außenliegenden veränderlichen Spannungsquelle Ed angeschlossen, so daß zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld entsteht, durch welches die elektrooptische Erscheinung der elektrooptischen Substanz 3 zwischen den Elektroden von der einen zur anderen Elektrode unterschiedlich ist Bei der Stromquelle Ed kann es sich um irgendeine Wechselstromoder Gleichstromquelle handeln. Oberhalb des Kopfsubstrates 1 ist eine nicht dargestellte Lichtquelle angeordnet

Die Arbeitsweise dieser elektrooptischen Zelle wird nachstehend anhand der F i g. 3 im einzelnen erläutert Dabei sind zwischen den Kopf elektroden a 1, a 2,... und der Bodenelektrode b 1 Widerstände rai, ra2, ...

angeordnet. Das Flächenverhältnis der Kopfelektroden al:a2:... beträgt 1:4:9:... Die Widerstände zwischen den Kopfelektroden und der Bodenelektrode nehmen mit dem Flächenzuwachs der Kopfelektroden ab. Dementsprechend ist ra 1 > ra 2 > ra 3 > ... Gleichzeitig werden die Kapazitätswerte zwischen den Kopfelektroden und der Bodenelektrode ca 1 < ca 2 < ca 3 < ... Dementsprechend steigen die Spannungsverteilerverhältnisse der Widerstände und Kapazitätswerte ra 1, ca 1; ra 2, ca 2; ra 3, ca 3;... gegenüber den Widerständen R 1, R 2,... fortlaufend an. Daraus ergibt sich, daß die elektrooptische Zelle elektrooptische Erscheinungen mit unterschiedlichen Tönungen in der Reihenfolge der Elektroden a 1, a 2,... zeigt

Fig. 8 zeigt die Beziehungen zwischen den an die Elektroden angelegten Spannungen und den Lichtstärkeverhältnissen, wobei die Bezugszeichen M und N die charakteristischen Kurven zweier nematischer kristalliner Flüssigkeiten anzeigen. Wenn daher die Elektroden an die Spannungsquelle angeschlossen werden, wird ein elektrooptischer Effekt in der Weise erzeugt, daß die Lichtstärke in Reihenfolge der Kopfelektroden a I, a 2, ... allmählich abgesenkt wird und infolgedessen ein Bild erzeugt wird, welches Licht und Schatten zeigt.

F i g. 9 zeigt die Beziehungen zwischen den elektrischen Feldstärken und den Streulichtwellenlängen bei Verwendung einer cholesterischen kristallinen Flüssigkeit mit Feldeffekt als elektrooptische Substanz 3 nachstehender Zusammensetzung:

Cholesterinbromid

Nonyl-phenyl-cholesterin

Cholesterinoleat

45 Gew.-%
25 Gew.-%
30 Gew.-o/o.

Hierbei wird ein Bild erzeugt, welches voneinander abweichende Farbtöne enthält, die in der Reihenfolge der Kopfelektroden a I, a 2,... voneinander abweichen. Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Widerstände Ri, R2,... verwendet Wenn als Spannungsquelle jedoch eine Wechselstromquelle verwendet wird, können ansteile der Widerstände Ri, R 2, ... Reaktanzcicmente wie Kondensatoren verwendet werden. Fig.4 zeigt eine Schaltung eines derartigen Aufbaues, bei welchem Kondensatoren Ci, CZ ■■■ mit gleichem Kapazitätswiderstand anstelle der vorgenannten Widerstände verwendet werden. Die Funktion der Lösungen gemäß den beiden Schaltplänen 3 und 4 ist vollkommen gleich.

Bei den unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 4

so beschriebenen elektrooptischen Zellen sind die Flächen der Kopfelektroden a I, a 2,... stufenweise unterschiedlich groß, so daß die Widerstände ra 1, ra 2,... oder die Kapazitätswiderstände ca 1, ca 2, ... zwischen den Kopfelektroden und der Bodenelektrode unterschied-

SS lieh sind.

Die Feldstärken zwischen den Kopfelektroden al, a 2,... und der Bodenelektrode b 1 können jedoch nach folgenden Verfahren verändert werden. So können die Flächen der Kopfelektroden al, a2, ... gleich groß ausgebildet werden, während die Widerstände oder Kondensatoren zwischen den Kopfelektroden und der Bodenelektrode stufenweise in ihrem Wert voneinander abweichen.

Das in Fig.5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist

nach dieser Idee aufgebaut Dabei sind unter dem Kopfsubstrat 1 Kopfelektroden a 11, a 12,... angeordnet deren Flächen völlig gleichgroß sind und welche jeweils an die Klemmen von Widerständen angeschlos-

sen sind, welche hintereinander an eine veränderliche Spannungsquelle angeschlossen sind. Dabei wird die Elektrode a 14 mit der Spannung der veränderlichen Spannungsquelle gespeist, die Elektrode a 13 mit einer ersten Spannung, welche durch Teilung der Spannung ü der veränderlichen Spannungsquelle durch Widerstände erhalten wird, die Elektrode a 12 mit einer zweiten Spannung, welche durch Teilung der ersten Spannung über weitere Widerstände erhalten wird, und die Elektrode all mit einer Spannung, welche durch m Aufteilung der zweiten Spannung durch weitere Widerstände erhalten wird. Wenn eine veränderliche Wechselstromspannungsquelle verwendet wird, können die Widerstände durch Kondensatoren ersetzt werden.

Das in den Fig.6 und 7 dargestellte weitere c Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrooptischen Zelle besitzt Kopfelektroden a 31, a 32

welche konzentrisch zueinander unter einem Kopfsubstrat 1 angeordnet sind, sowie eine Bodenelektrode 631, die auf einem Bodensubstrat 2 angeordnet ist.

Diese Bodenelektrode liegt den Kopfelektroden genau gegenüber und zwischen beiden ist eine elektrooptische Substanz 3 angeordnet.

Bei diesem Beispiel sind die Flächen der Kopfelektroden a31, a32, ... stufenweise unterschiedlich groß. ?^Γ> Dementsprechend tritt in der gleichen Weise wie dies unter Bezugnahme auf Fig.3 und 4 beispielsweise beschrieben wurde, beim Anlegen der Spannung einer nicht dargestellten veränderlichen Spannungsquelle an die Kopfelektroden a 31, a 32,... und die Bodenelektro- jo de 631 über nicht dargestellte Widerstände oder Kondensatoren mit zunehmender Spannung eine elektrooptische Erscheinung auf, beginnend mit dem Mittelteil dei elektrooptischen Zelle.

Außerdem kann, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist, diese Zelle derart abgewandelt werden, daß die Kopfelektroden alle die gleiche Flächenausdehnung haben und die an diese Kopfelektroden a31, a32, ... sowie die Bodenelektrode 631 angelegten Spannungen stufenweise voneinander abweichen. In der Praxis ist dieses Ausführungsbeispiel einer elektrooptischen Zelle den anderen Ausführungsbeispielen überlegen.

In den Fig. 10 und 11 ist eine reflektierende erfindungsgemäße elektrooptische Zelle dargestellt, welche Kopfelektroden a41, a42, ... besitzt, deren Flächen stufenweise unterschiedlich sind und unter einem Kopfsubstrat 1 angeordnet sind. Eine Bodenelektrode 641 in reflektierender Ausbildung ist auf einem Bodensubstrat 2 angeordnet, während Widerstände R 41, R 42 aus dicken Widerstandsfolien beispielsweise im Vakuum aufgedampft oder aufgedruckt sind, deren Anzahl der der Kopfelektroden entspricht Diese Widerstände R 4i, R 42,... sind mit ihrer einen Klemme an die eine Ktemme einer veränderlichen Spannungsquelle EdAQ angeschlossen, während ihre anderen Klemmen an die Enden der Kopfelektroden angeschlossen sind und die Bodenelektrode 641 an die andere Klemme der veränderlichen Spannungsquelle Ed 40 angeschlossen ist

Die Schaltung dieser reflektierenden elektroopti- 6υ sehen Zelle ist die gleiche wie sie in F i g. 3 dargestellt ist Diese reflektierende elektrooptische Zelle ist außerdem mit einem Abstandsstück 4 zwischen dem Kopfsubstrat 1 und dem Bodensubstrat 2 ausgestattet

Eine Abwandlung dieser reflektierenden elektrooptisehen Zelle zeigen Fig. 12 und 13, wobei die Widerstände durch Kondensatoren ersetzt sind. Insbesondere sind bei dieser Abwandlung Kopfelektrodenplatten H41, f/42, ... in der gleichen Anzahl wie die Kopfelektroden a41, a42, ... auf der Außenseite des Bodensubstrates 2 vorgesehen. Diese Elektrodenplatten sind an die Enden der Kopfelektroden a41, a42, ... angeschlossen. Die Rückseite oder Unterseite des Bodensubstrates 2 ist mit einer Isolierschicht 5 wie einer Folie aus Siliziumdioxid, organischer Siliziumverbindung, Chromoxid, Germaniumoxid, Magnesiumoxid, Magnesiumfluorid oder dgl. belegt. Über dieser Isolierschicht 5 ist eine Bodenelektrodenplatte 6 angeordnet, deren Enden an die eine Klemme einer veränderlichen Spannungsquelle EdAO angeschlossen ist. Die andere Klemme der veränderlichen Spannungsquelle Ed 40 ist mit dem Endstück der Bodenelektrode 6 41 verbunden. Der an diese reflektierende elektrooptische Zelle angeschlossene Stromkreis entspricht dem der F i g. 4.

Um in diesen Zellen eine elektrooptische Erscheinung zu zeigen, sind die Flächen der Kopfelektroden unterschiedlich groß ausgebildet, so daß sich unterschiedliche Fremdeingangsspannungen zwischen den Elektroden ergeben.

Bei den vorstehend anhand der Fig. 1 bis 13 erläuterten elektrooptischen Zellen wird ein elektrisches Feld zwischen den Kopfelektroden und der Bodenelektrode aufgebaut, so daß die Moleküle einer elektrooptischen Substanz, wie beispielsweise einer nematischen kristallinen Flüssigkeit, einer Turbulenz unterworfen werden, wodurch das Licht zerstreut wird, so daß ein weißes oder monochromes Bild oder bei Verwendung einer cholesterischen kristallinen Flüssigkeit als elektrooptische Substanz nur das Licht mit einer speziellen Wellenlänge wahlweise reflektiert wird, so daß ein Farbbild entsteht wobei die Stärken des elektrischen Feldes zwischen den Kopfelektroden und den Bodenelektroden voneinander abweichen, so daß die Form eines Bildes auf der elektrooptischen Zelle verändert wird.

Die Form oder Ausbildung des Bildes läßt sich jedoch auch auf folgende Weise verändern: Ohne das Vorhandensein eines elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden liegen die Moleküle in der elektrooptischen Substanz in der gleichen Richtung auf einer Elektrodenoberfläche. Durch teilweise Veränderung der Feldstärke zwischen den beiden Elektroden wird die molekulare Anordnung der elektrooptischen Substanz verändert Infolgedessen läßt sich die Form des Bildes auch lediglich durch Veränderungen der molekularen Anordnung verändern. Im Rahmen der Erfindung liegt es daher, wenn beiderseits einer elektrooptischen Zelle jeweils eine Polarisierungsplatte angeordnet ist

Nach diesem Konzept ausgebildete elektrooptische Zeilen sind in den Fig. i4 bis i9 dargestellt Das eine Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 14 besitzt zwei Linearpolarisierungsplatten 11 und 12 beiderseits einer erfindungsgemäßen elektrooptischen Zelle 10, welche entsprechend den in den Fig. 1 bis 13 dargestellten Ausführungen ausgebildet ist Die Polarisierungsplatten bestehen aus Substraten Ha und 12a, Linearpolarisierungsfolien 116 und 126 sowie Schutzfolien lic und 12c für die Polarisierungsfolien.

Die zwischen den Linearpolarisieningsplatten 11 und 12 angeordnete elektrooptische Zelle 10, in welcher die Längsrichtung eines Moleküls in einer elektrooptischen Substanz sich stark von der Richtung eines Dipols desselben unterscheidet und in welcher jedes Molekül gleichmäßig in homotropischer Phase rechtwinklig zu einer Elektrodenfläche unter stromlosen Bedingungen

angeordnet ist, zeigt eine optische Isotropie. Wenn bei Anordnung einer derartigen elektrooptischen Zelle 10 zwischen den Linearpolarisierungsplatten 11 und 12, welche als Nicol-Prismen quer zueinander angeordnet sind. Licht von einer Lichtquelle 13 durch die Linearpolarisierungsplatte 11 hindurchfällt und von dieser durch die elektrooptische Zelle 10, wird es durch die Linearpolarisierungsplatte 12 blockiert. Das Licht kann daher einen Beobachter 14 nicht erreichen, so daß jeder der nahe beim Beobachter steht, nur eine schwarze Fläche sieht. Wenn nun zwischen den Kopfelektroden und den Bodeneleklroden in der elektrooptischen Zelle 10 ein elektrisches Feld erzeugt wird und die Feldstärke den Schwellenwert der Zelle 10 übersteigt, ändern die Moleküle der elektrooptischen Substanz 3 allmählich die Richtung der Dipole in die Richtung des elektrischen Feldes, wodurch die Anordnung der Moleküle verdreht wird. In dem Bereich, in welchem die elektrische Feldstärke gering ist, läuft nur Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise blau, grün ... rot... blau, grün ... wahlweise hindurch. Wenn die elektrische Feldstärke etwas erhöht wird, erfolgt eine Turbulenz der Moleküle, so daß das Licht aller Wellenlängen von der Lichtquelle 13 durch die Linearpolarisierungsplatte 11, die elektrooptische Zelle

10 und die Linearpolarisierungsplatte 12 gleichzeitig hindurchgeht und dadurch den Beobachter 14 erreicht. Wenn daher der Beobachter 14 annähernd der Lichtquelle 13 gegenübersteht, kann er ein der Form der Elektroden entsprechendes deutliches Bild im dunklen Hintergrund sehen.

Wenn in einer elektrooptischen Substanz einer elektrooptischen Zelle 10 die Längsrichtung eines Moleküls stark von der Richtung eines Dipols abweicht und unter stromlosen Bedingungen die Moleküle gleichmäßig in homogener Phase waagerecht zu einer Elektrodenoberfläche angeordnet sind und die Zelle zwischen zwei Linearpolarisationsplatten 11 und 12 angeordnet ist, welche als Nicol-Prisma quer zueinander liegen, bringt die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden die Moleküle der elektrooptischen Zelle in einen Zustand der Turbulenz, so daß sie eine optische Anisotropie zeigen. Infolgedessen kann der Beobachter ein den Elektroden entsprechendes weißes Bild wahrnehmen. Das gleiche Resultat erfolgt, wenn in einer elektrooptischen Zelle 10 alle Moleküle unter stromlosen Bedingungen waagerecht gegenüber der Eiektrodenfläche angeordnet sind und in homogener Phase schraubenlinienförmig verdreht sind, und zwar mit einem Unterschied von 90° zueinander in der gegenüberliegenden Elektrodenfläche, und diese Zelle ddiifi Zwischen Zw'ci LiiricärpoiänSäuünspiättcTi ■ ■ UHu 12 angeordnet ist, deren Polarisationsrichtungen parallel zueinander verlaufen.

Wenn ferner eine elektrooptische Zelle 10 mit schraubenlinienförmigem Aufbau derart ausgebildet ist, daß in ihrer elektrooptischen Substanz 3 die Längsrichtung eines Moleküls annähernd gleich der Richtung eines Dipols ist, unter stromlosen Bedingungen alle Moleküle horizontal gegenüber einer Elektrodenfläche angeordnet sind, wobei die Anordnung der Moleküle homogen dreidimensional leicht verdreht ist, so daß sie um 90° gegenüber der gegenüberliegenden Elektrodenfläche verlaufen und die derart ausgebildete elektrooptische Zelle 10 zwischen zwei linearpolarisationsplatten

11 und 12 angeordnet wird, deren Polarisationsrichtungen parallel zueinander verlaufen, läßt sich durch Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den gegenüberliegenden Elektroden die Turbulenz der Moleküle nicht erreichen. Die Wirkung des elektrischen Feldes verändert jedoch die molekulare Anordnung der ■-, elektrooptischen Substanz 3, so daß der Beobachter ein weißes Bild sehen kann, welches der Form der Elektroden im schwarzen Hintergrund entspricht. Wenn die Polarisationsrichtungen der Linearpolarisationsplatten 11 und 12 derart verlaufen, daß ein Nicol'sches

ίο Prisma entsteht, so erreicht bei stromlosem Zustand zwischen den Elektroden das Licht aller Wellenlängen seitens der Lichtquelle 13 den Beobachter, indem es durch die Zelle und die beiden Polarisatoren hindurchgeht. Bei Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden wird die molekulare Anordnung verändert, so daß der Beobachter ein dunkles Bild entsprechend der Form der Elektroden im weißen Hintergrund beobachten kann.

Wenn die Moleküle einer elektrooptischen Substanz gleichmäßig unter stromlosen Bedingungen ausgerichtet sind, während eine teilweise Erzeugung unterschiedlicher elektrischer Felder zwischen den beiden Elektroden oder Elektrodenpaaren den molekularen Turbulenzstrom in der elektrooptischen Substanz hervorruft, kann, wie dies in F i g. 15 dargestellt ist, ein Farbfilter 15 zwischen der elektrooptischen Zelle 10 und der Linearpolarisationsplatte 12 angeordnet werden, so daß ein von den Elektroden erzeugtes Bild farbig erscheint.

Die Funktion dieser Anordnung gemäß Fig. 15 soll

jo nachstehend kurz erläutert werden. Wenn unter stromlosen Bedingungen die Moleküle der elektrooptischen Substanz 3 gleichmäßig ausgerichtet sind und diese elektrooptische Substanz 3 infolgedessen eine optische Isotropie zeigt, gehen die Lichtstrahlen von der

α Lichtquelle 13 durch die Linearpolarisationsplatte 11, die elektrooptische Zelle 10 und den Farbfilter 15, können jedoch nicht durch die Linearpolarisationsplatte 12 hindurch. Infolgedessen sieht der Beobachter 14 nur eine schwarze Fläche. Wenn nun zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt wird, wodurch in der elektrooptischen Substanz 3 der molekulare Turbulenzstrom erzeugt wird, so zeigt diese elektrooptische Substanz eine optische Anisotropie.

Infolgedessen können die Lichtstrahlen von der Lichtquelle 13 durch die Linearpolarisationsplatte 11, die elektrooptische Zelle 10, den Farbfilter 15 und die Linearpolarisationsplatte 12 hindurch, so daß ein von den Elektroden erzeugtes farbiges Bild erscheint.

Während vorstehend der Farbfilter 15 zwischen der elektrooptischen Zelle 10 und der Polarisationsplatte 12 angeordnet ist, kann er auch zwischen der elektrooptischen Zeile 10 üfiu ucr rOiänSätiOnSpiäitc ti

SiIgGGiVi-

net werden. Außerdem kann der Farbfilter 15 auch auf der linken Seite der Polarisationsplatte 11 angeordnet werden. Falls erforderlich, kann anstelle des Farbfilters 15 auch eine farbige Lichtquelle verwendet werden. Außerdem kann, wenn es auf der Beobachterseite dunkel ist, der Farbfilter 15 auf der dem Beobachter 14 gegenüberliegenden Seite angeordnet werden. Dabei brauchen nicht unbedingt Linearpolarisationsplatten verwendet zu werden, sondern es können auch andere Arten von Polarisationsplatten eingesetzt werden.

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist fai Fig. 16 dargestellt, wobei eine erfindungsgemäße, elektrooptische ZeUe 10, eine Linearpolarisationsplatte 12 und eine gefärbte Linearpolarisationsplatte 16, welche sowohl als Farbfilter wie

air Linearpolarisationsplatte dient und anstelle des Farbfilters vorgesehen ist, miteinander kombiniert sind, um ein farbiges Bild zu erzeugen. Bei dieser farbigen Linearpolarisationsplatte 16 ist eine farbige linearpolarisierende Folie 16Z) an der einen Seite eines Substrates 16a angeordnet. Außerdem ist die farbige linearpolarisierende Folie 166 mit einer Schutzfolie 16c überzogen.

Fig. 17 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung, bei welchem eine farbige linearpolarisierende Verbundplatte 17, eine elektrooptische Zelle 10 und eine linearpolarisierende Platte 12 miteinander verbunden sind. Die farbige linearpolarisierende Verbundplatte 17 besteht aus farbigen linearpolarisierenden Folien 17A>und 17c auf beiden Seiten eines Substrates 17a. Die beiden Folien 176 und 17c sind durch Schutzfolien Ud bzw. 17e abgedeckt. Bei diesem Beispiel schneiden die upiischen Achsen der farbigen linearpolarisierenden Verbundfolien 17£> und 17c einander rechtwinklig, so daß der Beobachter, wenn kein Strom an die Zelle angelegt wird, eine spezielle Farbe auf der ganzen Oberfläche sehen kann. Wenn nunmehr in der elektrooptischen Zelle 10 ein elektrisches Feld erzeugt wird, entsteht ein einfarbiges Farbbild, welches jedoch von dem unterschiedlich ist, welches bei stromloser Zelle sichtbar ist, wenn das elektrische Feld stark ist. 2^r>

Eine Abwandlung aus Fig. 15 ist in Fig. 18 dargestellt, wobei eine lichtreflektierende Schicht 18 auf der einen Seite der Polarisationsplatte 11 vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine reflektierende elektrooptische Zelle.

Eine Abwandlung der Anordnung aus Fig. 16 zeigt Fig. 19, wobei eine lichtreflektierende Schicht 18 auf der einen Seite der farbigen Polarisationsplatte 16 angeordnet ist. Auch hier handelt es sich infolgedessen um eine reflektierende elektrooptisch^ Zelle.

Fig. 20 zeigt ein Blockschaltbild eines Gerätes, in welchem die vorbeschriebene elektrooptische Zelle als Instrument verwendet wird, um Analogdaten eines Tachometers, eines Thermometers, eines Druckmessers oder eines Fotometers anzuzeigen. Dieses in Fig. 20 dargestellte Gerät besteht aus einem Detektor 20 zur Aufspürung von Temperatur-, Gewichts-, Strahlenintensitätswerten und dgl., einem Übertrager 21 zur Umwandlung des Detektorausganges in ein elektrisches Signal und einem Verstärker 22 zur Speisung des Übertragerausganges in die beiden Elektroden der elektrooptischen Zelle 23, welche in der vorbeschriebenen Weise ausgebildet ist. Das Signaldatenanzeigeinstrument kann sehr dünn ausgebildet werden, da es lediglich aus der relativ dünnen elektrooptischen Zelle 23 und dem elektrischen Stromkreis für diese Zelle besteht

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Anzeige zweier Analogdaten, wie beispielsweise von rechts und von links kommende Signale einer Stereoanlage durch Verwendung der elektrooptischen Zelle 24, in welcher die Kopfelektroden beispielsweise in zwei Gruppen zusammengefaßt sind. Diese Vorrichtung besteht aus Detektoren 25 und 26 zum Aufspüren zweier Analogdaten sowie Verstärkern 27 und 28 für die Detektoren, deren Ausgänge mit den Elektroden einer jeden Gruppe in der vorbeschriebenen elektrooptischen Zelle verbunden sind.

F i g. 22 zeigt ein Gerät, welches die elektrooptische Zelle 30 der vorgenannven Art verwendet, um die Tatsache aufzuspüren, daß die Ausgangsleistung einer Spannungsquelle 29 einen vorgegebenen Pegel erreicht. Diese Ausgangsspannung wird der elektrooptischen Zelle 30 über einen veränderlichen Widerstand 32 eingespeist, welcher eine geeignete Kontroll- und Steuereinrichtung 31 aufweist.

F i g. 23 zeigt ein Gerät, welches die vorbeschriebene Zelle zur Anzeige der Übertragungszeit eines Telefongespräches ausnutzt. Das in F i g. 23 dargestellte Gerät besteht aus einem Telefonapparat 33, einer Suchspule 34 zur Aufspürung des elektrischen Pegels des Übertragerkreises, einem an den Ausgang dieser Suchspule angeschlossenen Verstärker 35 und einem von dem Verstärker gespeisten Thyristor 36. Dieser Thyristor 36 ist mit einem Verstellkreis verbunden, welcher aus einem Widerstand 39 und einem Kondensator 40 besteht, wobei die Verbindung über einen Kontakt 54 eines Schalters 38 erfolgt. Dieser Schalter wird eingeschaltet, wenn der Hörer 37 des Telefongerätes 33 abgenommen wird. Das Gerät besitzt weiterhin eine Stromquelle 41. Ein normalerweise geschlossener Kontakt 55 des Schalters 38 ist mit einem Entladewiderstand 42 des Kondensators 40 verbunden. Die beiden Klemmen des Kondensators 40 sind an einem Spannungsanzeiger 43 angeschlossen, welcher eine elektrooptische Substanz enthält.

Dieses Gerät arbeitet folgendermaßen: Beim Abnehmen des Hörers 37 vom Telefonapparat 33 wird der Kontakt 54 geschlossen. Wenn dann die Wählscheibe gedreht wird und die angerufene Person den Hörer von ihrem Telefongerät abnimmt, wird der Übertragerkreis geschlossen. Dadurch wird der elektrische Pegel des Übertragerkreises verändert und diese Veränderung wird von der Suchspule 34 festgestellt. Die Ausgangsspannung dieser Suchspule wird dann durch den Verstärker 35 verstärkt, wodurch der Thyristor 36 leitend wird. Dadurch beginnt die Aufladung des Kondensators 40 und das Potential an seinen Klemmen nimmt allmählich zu. Infolgedessen zeigen die Elektroden des Spannungsindikators 45 elektrooptische Erscheinungen, beginnend mit der Elektrode, deren zur Erzeugung einer elektrooptischen Erscheinung erforderliche Fremdeingangsspannung am niedrigsten ist. Dadurch wird die Zeitspanne einer Übertragungszeit, d. h. also die zur Herstellung einer Telefonverbindung erforderliche Zeit, angezeigt. Der elektrische Pegel des Übertragerkreises kann übrigens auch dadurch aufgespürt werden, daß die Suchspule direkt an das Telefongerät 33 angeschlossen wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Elektrooptisches Gerat mit zwei transparenten Substraten, zwischen denen sich eine elektrooptische veränderbare Flüssigkeit als interne Impedanz befindet und die auf den einander zugekehrten Seiten an eine Spannungsquelle angeschlossene Elektroden tragen, wobei einem Substrat eine Elektrode, dem anderen Substrat mehrere Elektroden zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung eines Bildes, dessen Teile unterschiedliche Helligkeits- oder Farbschattierungen aufweisen, jede Elektrode (Au A?, Ay, A₄) des anderen Substrates (1) über je eine feste externe Impedanz (Ru R2, R3, A4) an die eine Seite der Spannungsquelle (EJ) angeschlossen ist und entweder die Elektroden flächengleich und damit die internen Impedanzen gleich, die externen Impedanzen aber verschieden oder die Elektroden flächenverschieden und die externen Impedanzen untereinandergleich sind.

2. Elektrooptisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sich die zwei Substrate zwischen zwei Polarisationsplatten (11,12) befinden.

3. Elektrooptisches Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Farbfilter (15) zwischen den Substraten und einer der Polarisationsplatten (11 bzw. 12).

4. Elektrooptisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Polarisationsplatten (11 oder 12) eine lichtreflektierende Schicht (18) angeordnet ist.