DE2364641A1 - Elektrooptische vorrichtung mit einer schicht aus einem nematischen fluessigen kristall - Google Patents
Elektrooptische vorrichtung mit einer schicht aus einem nematischen fluessigen kristallInfo
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Description
"Elektrooptische Vorrichtung mit einer Schicht
aus einem nematische» flüssigen Kristall".
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Vorrichtung mit einer Schicht aus einem
nematischeii flüssigen Kristall mit positiver s-tatischer
dielektrischer Anisotropie A £, s £^'- £_/. zwischen einer
ersten und einer zweiten Stützplatte, wobei mindestens
eine dieser Stützplatten transparent ist, während diese Stützplatten mit Elektroden zur Erzeugung eines
zu der Schicht aus flüssigem Kristall senkrechten
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elektrischen Feldes versehen sind, wobei beim Fehlen des genannten elektrischen Feldes die grosse Achse
der Moleküle dieser Schicht aus flüssigem Kristall eine zu den genannten Stützplatten parallele Orientation
aufweist, wobei Orientierung in einer an die erste Stützplatte grenzenden Schicht zu einer
ersten Richtung und in einer an die zweite Stützplatte grenzenden Schicht zu einer zweiten Richtung parallel
ist, wobei die Vorrichtung weiter rait liiiialn^yeEselieii..
ist, mit deren Hilfe den genannten Elektroden elektrische Spannungen zugeführt werden. Dabei ist
unter ζ, (j die bei einem zu der grossen Achse der
Moleküle parallelen elektrischen Feld gemessenene Dielektrizitätskonstante zu verstehen, und unter Cl-J--die
bei einem zu der grossen Achse der Moleküle senkrechten elektrischen Feld gemessene Dielektrizitätskonstante
.
Eine derartige elektrooptische, gemass dem Feldeffekt wirkende Vorrichtung mit einem
nematischeh flüssigen Kristall mit planarer Struktur ist aus dem Artikel "Low Elektro-optic Threshold
in New Liquid Crystals", Proceedings of the I.E.E.E., August 1972, S.1002-1003 bekannt.
Die Orientierung der grossen Achse der Moleküle kann derartig sein, dass die genannte erste
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.und. d±e genannte zweite Richtung zueinander senkrecht
sind. Die Vorrichtung wird dann manchmal als "Twistor" ■bezeichnet und ist auch aus der deutschen Offenlegungs·
schrift 2.158.563 bekannt. Die Orientierung der
Moleküle verschiebt sich dabei über 90° von der
ersten Stützplatte zu der zweiten Stützplatte. Die Polarisationsrichtung linear polarisierten Lichtes
wird von einer derartigen Vorrichtung in unerregtem
Zustand über 90° verschoben. Wenn an einige Elektroden eine Gleichspannung oder eine Spannung niedriger
Frequenz angelegt wird, wird die Orientierung der Moleküle an der betreffenden Stelle im Zusammenhang
mit ihrer positiven statischen dielektrischen Anisotropie von parallel zu den Stützplatten zu senkrecht
zu den Stützplatten geändert. Dies hat zur Folge, dass die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes
nicht mehr verschoben wird. Wenn sich die Vorrichtung zwischen kreuzweise angeordneten Polarisatoren mit
zu der genannten ersten bzw. zu der genannten zweiten Richtung parallelen Polarisationsrichtungen befindet,
hat dies zur Folge, dass sich erregte Teile der Vorrichtung dunkel gegen einen hellen Hintergrund
abheben. Wenn sich die Vorrichtung zwischen parallelen Polarisatoren mit zu der genannten ersten bzw. zu
der genannten zweiten Richtung parallelen Polarisations richtungen befindet, hat dies zur Folge, dass sich
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erregte Teile der Verrichtung hell gegen einen dunklen
Hintergrund abheben.
Die Orientierung der grossen Achse der Moleküle kann auch derartig sein, dass die genannte
erste lind die genannte zweite Richtung zueinander
parallel sind. Die Vorrichtung wirkt dann im unerregten Zustand als doppelbrechende Zelle. Auch
in diesem Falle hat ein.niederfrequentes elektrisches
Feld zur Folge, dass die Orientierung der Moleküle von parallel zu den Stützplatten zu senkrecht zu den
Stützplatten geändert wird, wodurch die Doppelbrechungverschwindet
. Die Anwendung kreuzweise angeordneter Polarisatoren verhindert dann wie-der
den Durchgang von Licht im erregten Zustand.
Ein Nachteil der beschriebenen Vorrichtungen besteht darin, dass der unerregte Zustand nur langsam
nach dem Ausschalten der Spannung erreicht wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nach dem Ausschalten
der Spannung die Vorzugsorientierung, die die Moleküle in den an die Stützplatten grenzenden
Schichten aufweisen, sich bis zu der Mitte der Schicht fortpflanzen muss, wobei die Dicke der Schicht und
die Viskosität des flüssigen Kristalls eine Rolle spielen. Das Einschalten erfolgt dagegen wohl schnell,
weil dabei alle Moleküle zu gleicher Zeit dem Einfluss des elektrischen Feldes ausgesetzt Airerden.
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Die Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen,
mit deren Hilfe die Ausschaltzeit der Vorrichtung verkürzt wird. Jiach der Erfindung ist eine Vorrichtung
der im ersten Absatz genannten Art dadurch gekennzeichnet", dass die Schicht aus flussigem Kristall
eine dielektrische "Anisotropie aufweist, die unterhalb einer bestimmten kritischen Frequenz
positiv und oberhalb der genannten kritischen Frequenz negativ ist, und dass die genannten elektrischen
Spannungen eine Frequenz unterhalb der
genannten kritischen Frequenz zum Erregen der Vorrichtung und eine Frequenz oberhalb der genannten
kritischen Frequenz zum beschleunigenten Ausschalten der Vorrichtung aufweisen.
Wenn die dielektrische Anisotropie negativ ist, d.h., dass £ | grosser als £_ j.j.xst, werden die
Moleküle von einem elektrischen Feld derart ausgerichtet, .dass ihre grosse Achse senkrecht zur
Richtung des elektrischen Feldes steht. Dies bedeutet im vorliegenden Falle, dass die Moleküle einer
äusseren Kraft ausgesetzt werden, die sie zu einer zu den Stützplatten parallelen Orientierung zurücktreibt.
Zu diesem Zweck werden eine Spannung hoher Frequenz und ein nematischer flüssiger Kristall
verwendet, dessen dielektrische Anisotropie ihr
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INSPEQTED
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Vorzeichen bei zunehmender Frequenz wechselt.
Die Hochfrequenzspannung kann ausgeschaltet .. _ werden, wenn die Moleküle ihre Orientierung.
parallel zu den Stützplatten erreicht haben»
Dass es nematische flüssige Kristalle gibt, - ., -deren
dielektrische Anisotropie ihr Vorzeichen bei zumiehmender Frequenz wechselt, ist an sich
aus dem Artikel "Relaxation of the dielectric constant and electrohydrodynamic instabilities
in a liquid crystal", Physics Letters, Heft 39 A, Nr. 5, den 5. Juni 1972, S. 355-356 bekannt.
In diesem Artikel wird jedoch nicht erwähnt, wie diese Eigenschaft ausgenutzt werden kann.
. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die beispielsweise
eine Bildwiedergabevorrichtung darstellt, von der eine elektrooptisch^ Vorrichtung nach der Erfindung ·:
einen Teil bildet. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht dieser Vorrichtung,
und ■".--.,
Fig..2 einen Schnitt längs der Fläche II-OCI" - ·
tier Fig. 1 , . ...
Dieelektrooptische Vorrichtung enthält eine
erste Stützplatte 1 und eine zweite Stützplatte 2, >
die beide aus Glas
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ORIGINAL INSPECTED
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hergestellt sind. Zwischen den beiden Stützplatten befindet sich eine Schicht aus einem nematischen
flüssigen Kristall 3 mit einer Dicke von 0,020 ram. Der flüssige Kristall hat eine dielektrische
Anisotropie Δ£ = £\\ ~£j__ , die bei 25<?C bei 10 kHz
ihr Vorzeichen wechselt. Unterhalb 10 kHz ist A £.
positiv und oberhalb 10 kHz ist /\£negativ. Ein
Beispiel eines derartigen flüssigen Kristalls ist ein Gemisch der nachstehenden vier Stoffe:
OCH,
Dieser flüssige Kristall wird in synthetischer Form von der Firma Merck unter der Bezeichnung WI in
den Handel gebracht.
Auf der Stützplatte 1 sind vier Elektrodensätze 4,5» 6 und 7 angebracht, die aus einer dünnen
.transparenten Zinnoxidschicht bestehen. Die Elektroden sind in Gruppen-von sieben angeordnet, die je eine
Acht bilden. Auf bekannte Weise können damit Ziffern
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dargestellt werden, 4^f der Stuhlplatte g ist
Elektrode S angebracht? die ebenfalls- aus einer
dVmnen tyap sparen ten ZtinBoxidaoiiicht tiesteiit,
Ein SpannTaiigsimtei^seHie^ zvisclien eiiiei* α<ί^3Γ
m&iireren Elektroden auf der Sttitzplatte 1 ~αηά der
Elektrode 8 atif der Stiitgpiatte 2 ruft, ein elektrisches Feld senlcrecht zu der Schiebt aus flüssigem
Kristall 3 hervor.
Die Stützplatten 1 und 2 sind durch Reiben
derart bearbeitet, dass die langgestreckten Molecule,
die sich in einer an die Stützplatte grenzenden Schicht befinden, eine Vorzugsorientierung aufweisen.
Diese Vorzugsorientierung ist im Falle der Stützplatte 1 zu der Zeichiiungsebene parallel und- im
Falle der Stützplatte 2 zu der Zeichnungsebene senkrecht. In Fig. 2 ist dies symbolisch angedeutet.
Die Orientierung ΐ,-ird von den Molekülen an benachbarte
Moleküle weitergeleitet, wodurch die Orientierung der Moleküle von der Stützplatte 2 zu der Stützplatte
1 über §QQ verschoben wird. Einfallendes Licht 9
passiert einen Polarisator 10 mit einer zu der
Zeichnungsebene senkrechten Polarisationsriehtung·
Die Polarisationsrichtung des Lichtes, das die Schicht
aus einem nematischen flüssigen Kristall 3 zwischen
zwei nicht erregten Elektroden· z.B. 8 und h,
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passiert, wird durch, den sogenannten "Twist" (Verdrehung) im flüssigen Kristall über 90°
verschoben. Das Licht wird dann von einem Polarisator 11 mit einer zu der Zeichnungsebene
parallelen Polarisationsrichtung durchgelassen.
Zwischen den Elektroden 8 und 5 bzw. 8 und 7 herrscht jedoch ein Spannungsunterschied
vor. Dadurch werden die langgestreckten Moleküle derart ausgerichtet, dass sie zu den Feldlinien
des elektrischen Feldes parallel sind, weil bei der angewandten Frequenz £_ J j[grosser als£ J ist.
Dies hat zur Folge, dass die Polarisationsrichtung des Lichtes nicht zwischen den betreffenden Elektroden
gedreht wird,wodurch.das Licht den Polarisator 11 nicht passieren kann. Die Elektroden 5 und 7 heben
sich also dunkel gegen einen hellen Hintergrund ab. Dadurch, dass die Polarisationsrichtungen der
Polarisatoren 9 und 11 beide senkrecht zu der Zeichnungsebene gewählt werden, heben sich die
erregten Elektroden hell gegen einen dunklen Hintergrund ab. Auch ist es möglich, in der Schicht aus
flüssigem Kristall 3 keinen "Twist" hervorzurufen,
sondern z.B. allen Molekülen im unerregten Zustand eine zu der Zeichnungsebene parallele Orientierung
zu geben. Die Schicht aus flüssigem Kristall wirkt
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dann auf bekannte Weise als,döppelbrechendes
Element und kann, wenn sie zwischen zwei .
Polarisatoren angeordnet wird, auf bekannte' Weise für Bildwiedergabezwecke verwendet werden..
Beim Einschalten beträgt die Anstiegzeit
von 10 ^ auf 90 ^ des maximalen Kontraste etwa 15 msec
bei einer Wechselspannung von 25 V, 500 Hz. Nach dem Ausschalten der Spannung beträgt die Abfallzeit
von 90 /o auf 10 ^o des maximalen Kontrasts etwa
500 msec. Diese Abfallzeit ist naturgemäss für Bildwiedergabezwecke viel zu lang. Bei einer Vorrichtung
nach der Erfindung wird eine Wechselspannung von 25 V, 70 kHz verwendet, um die Abfallzeit* zu verkürzen.
Die Abfallzeit wird dadurch auf etwa 15 msec herabgesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei
70 kHz <£_j_grösser als c. // ist, wodurch die langgestreckten
Moleküle senkrecht zu den Feldlinien des elektrischen Feldes ausgerichtet werden.
Sie werden dadurch einer zusätzlichen Kraft ausgesetzt, die sie in den unerregten Zustand zurücktreibt.
Ohne Wechselspannung erreichen die Moleküle den unerregten Zustand dadurch, dass die Moleküle in
den an die Stützplatten 1 und 2 grenzenden Schichten ihre Vorzugsorientierung we'iterieiten. Diese Erscheinung
pflanzt sich bis zu der Mitte der Schicht
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Cart, wa-s---e4.no umso 1'aixg.etw ge-it i« An sprue Ji nimmt,
je dicker die Sehie&t- 3- und je grosser- ihre. ·
Viskosität ist*. '■--■■ ■ ■ ■ ·'■"■"■ ■ ■
E iri weiteres Beispiel' eine § in der
etvtindungsgeniässen' Vorrioljtüng anwendb.areri
flussigen Kristalls ist ein Gemisch der steUendeii drei Stoffes
wobei R1 =n,.C^HgQ,-, R^ = n.Cgll^gO- und
R- .= n.C„H1,.-C^' ist. Dieses Gemisch vird
in "Journal of Chemical Physics", Heft 56, Nr,
den 15_. Februar 1972, S. 1^9^-1^97 beschrieben.
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Claims (1)
- -12- PHN.669512.12.73PATENTANSPRUCH:Elektrooptisch^ Vorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen flüssigen Kristall mit positiver statischer dielektrischer Anisotropie A£^= C- il~ £?J— zwischen einer ersten und einer zweiten Stützplatte, wobei mindestens eine dieser Stützplatten transparent ist, während die Stützplatten mit. Elektroden zur Erzeugung eines zu der Schicht aus flüssigem Kristall senkrechten elektrischen Feldes versehen sind, wobei beim Fehlen des genannten elektrischen Feldes die grosse Achse der Moleküle der Schicht aus flüssigem Kristall eine zu den genannten Stützplatten parallele Orientierung aufweist, wobei die Orientierung in einer an die erste Stützplatte grenzenden Schicht zu einer ersten Richtung und in einer an die zweite Stützplatte grenzenden Schicht zu einer zweiten Richtung parallel ist, wobei diese Vorrichtung weiter mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe elektrische Spannungen den genannten Elektroden zugeführt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus flüssigem .Kristall eine dielektrische Anisotropie aufweist, die unterhalb einer bestimmten kritischen Frequenz positiv und oberhalb der genannten kritischen Frequenz4 0 9829/0719-43- PHN.6695• 12. 12.73.negativ ist, und dass die genannten elektrischen Spannungen eine Frequenz unterhalb der genannten kritischen Frequenz zum Erregen der Vorrichtung und eine Frequenz oberhalb der genannten kritischen Frequenz, zum beschleunigten Ausschalten der Vorrichtung aufweisen.409829/0719.4HLeerseite
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL7300452A NL7300452A (de) | 1973-01-12 | 1973-01-12 | |
| NL7300452 | 1973-01-12 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| DE2364641B2 DE2364641B2 (de) | 1977-04-21 |
| DE2364641C3 DE2364641C3 (de) | 1977-12-29 |
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Also Published As
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| NL7300452A (de) | 1974-07-16 |
| DE2364641B2 (de) | 1977-04-21 |
| FR2214135B1 (de) | 1976-11-26 |
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| CH557041A (de) | 1974-12-13 |
| IT1004691B (it) | 1976-07-20 |
| JPS5311463B2 (de) | 1978-04-21 |
| GB1410161A (en) | 1975-10-15 |
| FR2214135A1 (de) | 1974-08-09 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |