DE2410557A1

DE2410557A1 - Elektrooptische vorrichtung

Info

Publication number: DE2410557A1
Application number: DE19742410557
Authority: DE
Inventors: Walter Bryan Hatfield; Gary Newton Taylor; Donald Lawrence White
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-03-08
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1974-09-12
Also published as: JPS49127645A; FR2220804A1; GB1464791A; DE2410557C2; JPS6222153B2; FR2220804B1

Description

BLUMBACH ■ WESER · BERGEN & KRAMES

PATENTANWÄLTE IK WIEGB/L^/« UN^-D ,MÜNCHEN

DlFL-ING. P. G. BLUMBACH · DIFL-PHYS. DR. W. WESHR · DiPL-ING. DR. 'UR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

«2 WIESBADEN . SONNENBEKGER STRASbE 43 · TEL (CÄ121) 5(529«, 561958 MÖNCHEN

Western Electric Company

Incorporated
. New York, N. Y., USA Hatfield

Elektrooptische Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und somit auf Flüssigkristalle und insbesondere auf eine elektrooptische Einrichtung, die einen dünnen Film aus Wirt-Flüssigkristallmaterial aufweist, in welchem ein pleochroitisches Gastmaterial gelöst ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine adressierbare Wiedergabevorrichtung in Form einer vielzelligen Matrix, wobei jede Zelle einen solchen Flüssigkristall aufweist.

Es ist bekannt, daß die Ausrichtung eines elektrischen Feldes von gewissen Wirt-Verbindungen, z.B. nematische (fadenartige) Flüssigkristalle dazu benutzt werden kann, in dem Wirt gelöste Gastmoleküle auszurichten.

40 9 8 37/0852

Diese feldabhängige Ausrichtung führt zu gesteuerten Änderungen im Absorbtionsspektrum des Gastmaterials. Auf diese Weise können elektrisch gesteuerte Einrichtungen, z.B. für Wiedergabezwecke,konstruiert werden feine derartige typische Einrichtung ist in Applied Physics Letters vom 1. August 1968, Seiten 91 - 92 "Guest-Host Interactions in Nematic Liquid Crystals: A New Electro-Optic Effect" von G. H. Heilmeier beschrieben).

Wiedergabevorrichtungen vom C iast-Wirt-Typ, wie sie bisher konstruiert wurden, schließen Hilfspolarisatoren ein. In dem sogenannten dunklen Zustand einer derartigen bekannten Vorrichtung absorbiert der Hilfspolari-' sator eine Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes und das im Flüssigkristallmaterial gelöste Wirt-Material absorbiert die andere Polarisationsrichtung. Um den hellen Zustand einer derartigen Einrichtung einzustellen, werden die Wirtmoleküle und dabei auch die Gastmoleküle

409837/0862

durch ein elektrisches Feld so orientiert, daß sie ihren nichtabsorbierenden Zustand einnehmen. Aber auch in diesem Zustand absorbiert der Hilfspolarisator mehr als die Hafte des einfallenden Lichtes. Infolgedessen läfit das Helligkeitsverhalten der bekannten Gast-Wirt-Einrichtungen viel zu wünschen übrig.

Unter den möglichen günstigen Merkmalen von Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtungen ist ihre Einfachheit, die geringen Kosten und der,Betrieb mit wenig Leistung zu nennen. Darüberhinaus könnten diese Einrichtungen die Fähigkeit relativ großer Helligkeit und guten Kontrastes unter den Bedingungen des Umgebungslichtes aufweisen.

Bei der Anwendung der Wiedergabe von beispielsweise mehr als vier oder fünf Buchstaben wird anerkannt, daß eine matrixmäßige Ansteuerung der Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung benötigt wird, um die Anzahl der individuellen E ingange leitungen zu der Wiedergabe-

409837/0852

vorrichtung auf ein handhabbares Maß zu beschränken. Beispielsweise weist eine Wiedergabevorrichtung« die aus 50 χ 100 Stellen besteht, 5.000 unterschiedlich adressierbare Punkte auf. Natürlich wird ein Matrixadressierchema fd. h. ein x-y- Coinzidenz-Verfahren! bei welchem die Anzahl der Eingangsleitungen auf 150 beschränkt sein würde, im allgemeinen gegenüber einer Technik mit individueller Ansteuerung jedes Flecks bevorzugt, welche 5. 000 getrennte äußere Drahtverbindungen erforderlich machen täü rde.

Es sind zahlreiche matrixadressierte Flüssigkristall-Vorrichtungen zu Wiedergabezwecken bekannt, siehe beispielsweise J. J. Wysocki u. a., Proceedings of the Society Information Display, 13, 114 (1972) und Electronics, 45, Nr. 22, 53 (172). Diese und andere bekannte Wiedergabevorrichtungen weisen jedoch einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf: Ihr Aussehen ist relativ trüb, sie müssen in der sogenannten Projektionsbetriebsweise betätigt werden, es wird eine

409837/0852

relativ hohe Betriebsspannung benötigt oder sie zeigen eine so geringe Speicherzeit, daß die Größe der Matrixanordnung und deshalb die charakteristische Wiedergabefähigkeit beschränkt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte I'lüssigkristall-Einrichtung zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile vermieden sind.

Im einzelnen soll die Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung vereinfacht sein und eine relativ hohe Helligkeit aufweisen, selbst wenn nur eine Beleuchtung mit Umgebungslicht erfolgt.

Ferner soll eine matrixadressierte Flüssigkristall-Wiedergabe vorrichtung mit hoher Kapazität geschaffen werden, die durch einen Betrieb mit niedriger Spannung und vorteilhafter Helligkeit und Kontrast gekennzeichnet ist.

409837/0852

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund.der Maßnahme des Hauptanspruches gelöst, während die Unteransprüche Weiterbildungen bzw. günstige Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.

Die geschilderten Ziele der Erfindung werden in einer speziellen Ausführungsform verwirklicht, in der ein optisch aktives Material einen nematischen (fadenartigen) Flüssigkristall-Material zugefügt werden, um der Mischung eine wendelartige Molekularstruktur zu erteilen. Die Moleküle eines in der Gast-Mischung gelösten pleochroitischen Materials werden ebenfalls durch diese wendelartige Gestaltung geordnet und bilden ein kooperativ ausgerichtetes Gast-Wirt-System. Die wendelartige MolelularOrdnung veranlaßt einen elliptischen Dichroismus in dem Gast-Wirt-Material für Licht, welches sich parallel zu der Wendelachse ausbreitet.

In Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes wird in einem Gast-Wirt-Mate rial einfallendes, unpolarisiertes

409837/0852

Licht in zwei zueinander senkrecht stehenden Moden weitergeleitet, die rechts- und linkedrehend elliptisch polarisiert sind. Die Ausrichtung der elektrischen Vektoren, welche diese Moden darstellen, ist mit Bezug auf die Längsachse der Gast-Moleküle derart, daß ungefähr 95% des einfallenden Lichtes von dem Gast-Material absorbiert wird, ohne daß ein Hilfepolarisator angewendet wird. Demnach nimmt das Gast-Wirt-Material einen relativ dunklen Zustand ein.

In Abhängigkeit von der Anlage eines elektrischen Feldes an die in Rede stehende Einrichtung wird die schraubenförmige Ordnung des Gast-Wirt-Materials "aufgewickelt" und es wird eine homeotropi <3che Molekular orientierung erzielt. Bei dieser zweiten Orientierung wird relativ wenig des einfallenden Lichtes von den Gast-Molekülen absorbiert und deshalb erscheint das Gast-Wirt-Material relativ hell.

Demnach besteht eine Ausführungsform der Erfindung

409837/0852

darin, daß in Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes eil dünner Film von Gast-Wirt-Material gebildet wird, der eine schraubenförmige Molekularordnung zeigt, welche von sich aus, ohne die Hilfe eines Hilfspolarisators, einfallendes unpolar is ie r tee Licht absorbiert und eine relativ dunkle Wiedergabe erzeugt. Ferner ist es ein Merkmal der Erfindung, daß ein elektrisches Feld zur Umwandlung der molekularen Ordnung des Gast-Wirt-Filmes in die home otr op is ehe Mode wirksam ist, bei welchem nur ein geringer Anteil des einfallenden Lichtes absorbiert wird, wobei eine relativ helle Anzeige erzeugt wird.

Bei einer anderen speziell dargestellten Aueführungeform der Erfindung sind eine Mehrzahl von Flüssigkristall-Zellen in einer Matrixanordnung von Zeilen und Spalten angeordnet. Jede Zelle weist ein Flüssigkristallmaterial von cholesterisch«r Art auf, welches durch positive dielektrische Anisotropie gekennzeichnet ist, wobei ein pleochroitischer Farbstoff in dem Flüssigkristallmaterial gelöst ist.

409837/0852

In der Abwesenheit einer angelegten Spannung ist die so ausgebildete Zelle relativ dunkel. Wenn eine Betriebsspannung oberhalb einer definierten Übergangespannung an die Zelle angelegt wird, wird diese transparent. Wenn die an eine transparente Zelle angelegte Spannung auf einen Punkt gerade unterhalb der Übergangsspannung (auf die sogenannte Halte spannung) verringert wird, bleibt die !Durchsichtigkeit der Zelle als metastabiler Zustand während einer beträchtlichen Zeit bestehen. Gegebenenfalls zerfällt der metastabile Zustand in den dunklen Zustand.

Eine Wiedergabevorrichtung, die zeilenweise in Matrixart adreesierbar ist und aus den vorgeschlagenen Flüssigkristallzellen besteht, die jeweils bei ihrer Erregungs- oder Haltespannung betrieben werden, zeigt eine vorteilhafte Helligkeit und ein Konet rast verhältnis und kann zur Bildung relativ großer Anordnungen konstruiert werden. Darüberhinaus kann die Übergangs spannung jeder Zelle auf einen Wert gebracht werden, der mit komplementären

409837/0852

MOS-integrierten Schaltungen verträglich ist. Ein Wiedergabesystem mit solchen Schaltungen macht nur einige Mikrowatt Leistung erforderlich.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung besprochen. D ibei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer

speziellen Flüssigkristall-Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 die molekulare Ordnung und die zugeord

nete Licht-Ausbreitungsmode in dem Flüssigkristall nach Fig. 1 in der Abwesenheit einer angelegten elektrischen Spannung,

Fig. 3 die Molekular Ordnung bei Anwesenheit

eines angelegten elektrischen Feldes und die entsprechende Lichtausbreitungsmode, und

409837/0852

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer

vielzelligen, matrixartigen Wiedergabeanordnung gemäß Erfindung.

Die spezielle, in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristall-Vorrichtung weist zwei parallele Glasplatten 12 und 14 und einen dünnen. Färb-Flüssigkristallfilm 16 auf, der zwischen den Gfasplatten eingeschlossen ist. Dünne leitende Überzüge oder Schichten 13 und 15 aus beispielsweise Ih₀O - SnO auf den sich jeweils gegenüber stehenden Oberflächen der Platten 12 und 14 stellen durchsichtige Elektroden dar, durch welche ein gleichförmiges elektrisches Feld an den gezeichneten Film 16 angelegt werden kann. Abstandsstücke 18 und 20 aus beispielsweise Glasschmelzmasse oder einem Polymer wie Polytherephtalat oder Polyäthylen halten die Dicke des Films auf einem gewünschten Wert im Bereich von ungefähr 5 bis 30 mm, gemessen in der z-Richtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Lichtquelle 22 weist beispielsweise

409837/0852

eine konventionelle Lampe auf, die für eine Umgebungsbe leuchtung der Einrichtung 10 sorgt.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung weist der in der Vorrichtung 10 nach Fig. 1 eingeschlossene Film 16 als Hauptbestandteil ein Flüssigkristallmaterial auf, welches eine wendelartige Molekular Ordnung zeigt. Diese Komponente kann beispielsweise ein cholesterisches Flüssigkristall-Material der von F. J. Kahn in "Cholesteric Liquid Crystals for Optical Applications" in Ajpplied Physics Letters vom März 1971, Seiten 231 - 233 beschriebenen Art aufweisen.

Aus später im einzelnen dargelegten Gründen ist es im allgemeinen vorteilhaft, daß Flüssigkristall-Mate rial des Filmes 16 als eine Mischung eines nematischen Flüssigkristalls und eines optisch aktiven Materials aus beispielsweise einem cholesterischen Material der in dem erwähnten Artikel von Kahn beschriebenen Art zusammenzusetzen. (Der Ausdruck "optisch aktiv" wird bekanntlich

409837/0852

zur Kennzeichnung eines Materials verwendet, in welchem die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht gedreht wird, wenn das Licht durch das Material hindurch geht.) Andere Beispiele von optisch aktiven Materialien, die zum Einschluß in die Mischung geeignet sind, sind folgende: das aktive Amylester der N-p-cyanobenzylidenp-aminozimtsäure, nachfolgend CBACAA genannt, der aktive Amylester vonli-(p-carboxybenzyliden)-paminobenzonitril und -menthol. Vorteilhafterweise sollten die Moleküle des optisch aktiven Mti te rials ähnlich dem des Wirt-Flflssigkeitkristalls sein, d.h. lang und stabartig ausgebildet sein, wie dies mit CBACAA der Fall ist.

Eine derartige Mischung zeigt eine wendelartige Molekularstruktur, deren Steigung eine Funktion der relativen Konzentrationen des nematischen Flüssigkristall-Materials und des optisch aktiven Materials sind. Wenn im einzelnen die Dichten der gemischten Substanzen nur wenig vonein-

409837/0852

ander unterschiedlich sind, ist das Verhältnis der Steigung des reinen optisch aktiven Materials zu dem der Mischung gleich der Konzentration der optisch aktiven Komponente der Flüssigkristallmischung.

Durch Anwendung einer derartigen Mischung ist es schließlich möglich, eine Substanz zu bilden, deren Wendeleteigung jeden beliebigen Wert annimmt. Dadurch wird eine wichtige Flexibilität der Konstruktion geschaffen, die es dem Konstrukteur ermöglicht, die Schaltspannung und das Kontrastverhältnis der Einrichtung 10 entsprechend den Anforderungen der zahlreichen speziellen Anwendungen einzustellen.

Es ist ein Charakteristikum einer derartigen Mischung, daß sie eine unterschiedliche Strukturordnung-Eigenschaft gegenüber choles te riechen Materialien oder Mischungen aus cholesteriechen Materialien allein zeigt. Diese Eigenschaft ist die Basis der Maximierung der

409837/0852

anisotropischen und Absorptionseigenechaften des dünnen Filmes 16.

Eine vorteilhafte Flüssigkristall-Mischung gemftß Prinzipien dieser Erfindung zum Einschluß in die Vorrichtung 10 nach Fig. 1 umfaßt eine nematische Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie, gemischt mit einem optisch aktiven Material, wie das erwfihnte CBACAA. Die nematische Flüssigkristall-Mischung weist beispielsweise gleiche Gewichtsanteile von N-(p-butoxy), N-(p-hexyloxy), und N-(p-octamyloxy)-benzylidin-p-aminobenzonitrile, oder Mischungen aus 4-N-(4* -n-hexylbenzylidene)-aminobenzonitril und 4-N-(4* n-propylbenzylidene)-aminobenzonitril oder Mischungen aus 4* -cyanophenyl-4-n-butylbenzoat und 4* -cyanophenyl-4-n-heptylbenzoat , wie von A. Boiler, H. Scherrer, M. Schodt und P. Wild in "Proc. of the I.E.E.E." 60, 1002 Ί972) angegeben. Mischungendes nematischen Flüssigkristalle und des optisch aktiven Materials im Bereich von ungefähr 5 bis 15 Gewichts -

409837/0852

proxent des optiech aktiven Materials verleiten der Mischung eine wendelartige Molekularordming mit einem Steigungswert von ungefähr 1,0 bis 3 mm.

Beide zuvor erwähnten Materialien in der Flüeeigkristall-Mischung schließen stabartige Moleküle ein und zeigen eine positive dielektrische Anisotropie. In einem derartigen Material ist die elektrische Suszeptibilität parallel zur Längsachse des Moleküls größer als die elektrische Suszeptibilität senkrecht zur molekularen Längsachse.

Wenn die wendelartige Mischung der Wellenlänge des auf den dünnen Film 16 gerichteten Lichts nahekommt, breitet sich das Licht durch den Film in rechts- und linksdrehender, elliptisch polarisierter Mode aus. Wenn die Steigung größer als 5 bis 10 Wellenlängen ist« erscheint die Mischung dem einfallenden Licht wie eine nicht wendeiförmige, nematischartige Struktur, durch welche sich linear polarisierte Moden ausbreiten. Gemäß den Prinzipien der Erfindung ist diese zweitgenannte Ausbreitungs-

409837/0852

mode in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes in dem Film zu vermeiden. Als praktische Maßnahme wird daher die Steigung der Mischung gewöhnlich so bestimmt, daß sie weniger als 10 Wellenlängen des einfallenden sichtbaren Lichtes ist.

Die Steigung der wendeiförmigen Ausbildung der in Rede stehenden Mischung sollte nicht viel kleiner als eine Wellenlänge des eintreffenden sichtbaren Lichtes sein. Wenn die Steigung viel kleiner gemacht wird, ist die Spannung am Film 16 zum Aufbau eines elektrischen Feldes, welches für das "Aufdrehen" der Wendel ausreicht, für die meisten Anwendungen von praktischer Bedeutung zu groß. Demnach wird die Steigung gewöhnlich so eingestellt, daß sie nicht kleiner als ungefähr eine Wellenlänge ist.

Wenn ein elektrisches Feld an ein cholesterisch.ee Flüssigkristallmaterial angelegt wird, welches durch positive dielektrische Anisotropie gekennzeichnet ist, nimmt die

409837/0852

Steigung des Materials zu und eventuell« wenn das elektrische Feld einen gewissen kritischen oder Übergangswert E er-

reicht, wird die Steigung im wesentlichen unendlich, d.h. das Material erscheint nematisch zu sein. Das kritische Feld fQr ein derartiges Material wird durch folgenden Ausdruck definiert:

ι /F

C i|

dabei ist q die Steigung in cm, K die elastische Konstante und _*t die dielektrische Anisotropie.

Wenn die Steigung relativ lang gemacht wird, beispielsweise nur einige Steigungen gleich der Dicke der Zellen, und die dielektrische Anisotropie sehr groß ist, wie dies für die genannten Flüssigkristall-Materialien zutrifft, kann die entsprechende kritische Spannung derart gesteuert werden, daß sie ziemlich klein ist.

lh Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung

409837/0852

ist die zweite Hauptkomponente iii dem dünnen Film 16 ein pleochroitieches Material aus beispielsweise einem löslichen nichtionischen Farbstoff. Ein geeigneter Färb*

« stoff ist IM4-N, N-diethylaminoazophenyl)-5-nitrothiazoL welcher in der Flüssigkristall-Mischung in einer Konzentration von ungeffihr 1/4 bis 1 Gewichtsprocent des Färb« stoffe zugemischt wird,

Ee ist ein charakteristisches Verhalten eines derartigen Farbstoffes, daß er Licht in bevorzugter Weise absorbiert: Das optische Absorbtionsspektrum ist eine strenge Funktion der Polarisation des einfallenden Lichtes mit Bezug auf die Ausrichtung der Farbstoffmoleküle. Wenn speziell der die Lichtpolarisation repräsentierende elektrische Vektor parallel zu der Längsachse eines derartigen Farbstoffmolekflls ausgerichtet ist« absorbiert das Molekül besonders stark den Teil des einfallenden Lichtes, dessen Wellenlänge innerhalb eines vorbestimmten Bereiches fallen. Als Resultat dieser Absorbtion zeigen die im Film 16 dispergierten Farbstoffmoleküle eine charakteristische

409837/0852

Farbe. Man sagt/ daß die Einrichtung in ihrem dunklen Zustand ist. Wenn andererseits der elektrische Vektor des einfallenden Lichtes senkrecht zur Längsachse eines solchen Farbstoffmolekttls ausgerichtet ist, erscheint das Molekül relativ transparent. Demgemäß nimmt der Film 16 oder ein bestimmter vorgewählter Bereich unter dem geschilderten Satz von Umständen einen relativ klaren oder hellen Zustand ein.

Das charakteristische Absorbtionsverhalten, wie es bei der Erfindung benutzt wird, kann unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 besser verstanden werden, welche die leitenden Überzüge 13 und 15 zum Einschluß des Filmes 16 schematisch darstellen, welcher die beschriebene Farbstoff- Flüssigkeitskristall-Mischung aufweist. Bei den Fig. 2 nnd 3 ist das einfallende, aus der Umgebung stam -mende, unpolarisierte Licht durch einen gestrichelten Vektor 25 dargestellt, der auf den Überzug 13 gerichtet ist.

409837/0852

In Fig. 2 ist angenommen, daß keine Spannung zwischen den Überzügen oder Elektroden 13 und 15 angelegt ist. Demgemäß wird der Film 16 nicht durch ein elektrisches Feld durchsetzt. Unter dieser Voraussetzung nehmen die Moleküle der Flüssigkristall-Mischung und deshalb auch die Moleküle des gelüsten Farbstoffes eine w andelförmige Ordnung oder Ausrichtung an. Da in erster Linie die Farbstofimoleküle das beschriebene selektive Absorbtionsverhalten zeigen« ist eine repräsentative Wendel- oder Schraube von stäbchenartigen Farbstoffmolekülen 30a bis 30 1 in Fig. 2 zu Darstellungszwecken gezeigt, deren Wendelachse mit 35 bezeichnet ist.

Es sfad zahlreiche technische Verfahren dafür verfügbar, daß die Wendelachse 35 nach Fig. 2 ursprünglich senkrecht zu den ebenen Überzügen 13 und 15 ausgerichtet ist. Beispielsweise durch Reiben und/oder Anlegen eines geeigneten Oberflächenmittels an die sich gegenüber stehenden Oberflächen der Überzüge 13 und 15 werden das oberste

409837/0852

und unterste Molekül der schraubenförmigen Anordnung (dargestellt durch die Moleküle 30a und 30 1 in Fig. 2) eo ausgerichtet, daß sie mit ihrer Längsachse parallel xu der xy-Ebene orientiert sind. Dies wiederum stellt sicher, daß die Achse 35 parallel xu der z-Achse ausgerichtet ist und senkrecht zu den ebenen Überzügen 13 und 15.

Ein geelgntes Oberflächenmittel zur Durchführung der in Rede stehenden ursprünglichen Ausrichtung des wendelartig orientierten Filme 16 ist 3-N-methylaminopropyltrimethoxysilan. Eine gleichförmige Schicht des Oberflächenmittels kann dadurch erhalten werden, daß das bestimmte Oberflächenmittel in einem geeigneten wässrigen organischen Lösungsmittel gelöst wird und die mit Elektroden überzogenen Platten 12 und 14 in dieses Lösungsmittel eingetaucht werden, wobei überschüssiges Lösungsmittel mit desionisiertem Wasser weggespült und die Schicht getrocknet bzw. ausgehärtet wird. M Übereinstimmung

409837/0852

mit diesem Verfahren wird ein stabiles, kreuzweise miteinander verkettetes zweidimensionales Polymerisatnetzwerk erzeugt.

Der erwfihnte Schritt des Reibens kann beispielsweise die selektive Behandlung der Überzüge 13 und IS betreffen. Beispielsweise umfaßt die Behandlung das Reiben der Überzüge mit Linsenpapier vor der Aushärtung der mit OberÜächenmittel bedeckten Oberflächen 13 und. 15. Reiben der Überzüge in beispielsweise der y-Richtung um sechs mal mit mäßigem Druck führte zu der geift nschten Orientierung in dem dünnen Film 16. Bei der Ausführung dieser Behandlung scheint weder das Reibmaterial, die Anzahl der Hübe noch der Betrag der Pressung kritisch zu sein. Riefen der Oberfläche durch Polieren oder photolithographische Techniken, gefolgt von der Anwendung eines Oberflächenmittels, kann auch zur Unterstützung der Errichtung der in Rede stehenden ursprünglichen Molekularordnung dienlich sein.

409837/0852

Es ist ein charakteristisches Verhalten eines wendelförmig geordneten Farbstoff-Flüssigkristall-Filmes 16 der beschriebenen Art, daß bei Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes unpolarisiertes Licht sich in zwei elliptischen Moden darin ausbreitet. Diese Moden, die als rechts- und linksdrehende wendelartig polarisierte Moden bezeichnet werden, sind in Vektorform in Fig. 2 dargestellt. Das durch die transparenten Überzüge 13 eingetretene Licht breitet sich im Film 16 in zwei Moden aus, die durch zwei Sätze von gekreuzten Vektoren 40a bis 40 1 bzw. 42 a bis 42 1 dargestellt sind.

Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß der längere Vektor jedes Paares der Vektoren 40a bis 40 1 eine Spur einhält, die jeweils parallel zu den Farbstoffmolekülen 30a bis 30 1 ist, wenn das Licht durch den Film 16 in der z-Richtung wandert. Als Ergebnis wird fast die gesamte Energie dieser Mode von den Farbstoffmolekülen absorbiert.

Ahnlich ist aus Fig. 2 ferner zu ersehen, daß der kürzere

409837/0852

Vektor des Paares der Vektoren 42a bis 42 1 ein par alle β Verhältnis zu den jeweiligen Farbstoffmolekülen 30a bis 30 1 hält, wenn dieser Teil des Lichte, welches durch die andere elliptische Mode dargestellt wird, durch den Film 16 wandert. Als Ergebnis dieser Einwirkung wird viel von der in der anderen Mode gespeicherten Energie während des Durchsetzens des Films 16 aufgezehrt.

In der Praxis ist festgestellt worden, daß in dem in Fig. dargestellten Fall ohne Anlage eines Feldes nur ungefähr 5 bis IG Prozent des durch den durchsichtigen Überzug 13 dringenden Lichtes durch den transparenten Überzug 15 der Vorrichtung 10 übertragen wird und als Auegangslicht (Vektor 45} erscheint. In der Darstellung nach Fig. 3 wird angenommen, daß eine Spannung zwischen den Überzügen 13 und 15 anliegt. (Eine Quelle 25 ist zur Anlage variabler Spannungen zwischen den Überzügen vorai sgesetzt.) Diese Spannung kann ihrer Art nach entweder Gleich- oder Wechselspannung sein. Für.

409837/0852

Wechselspannung können Frequenzen bis zu 50 kHz verwendet werden, wobei Frequenzen von 30 bis 1.000 Hx bevorzugt werden. Wenn die angelegte Spannung einen Punkt erreicht, bei dem das entsprechende Feld in dem Film 16 einen sogenannten Übergangs wert erreicht, ist die erwfihnte schraubenförmige molekulare Anordnung im Endeffekt "aufgedreht" und stellt eine homeotropi-8ehe molekulare Ordnung dar, wie in Fig. 3 dargestellt. For Filmdicken und Wendelsteigungen mit Werten in den diskutierten Bereichen sind Wechselspannungen von ungefähr 10 bis 30 Volt rms zur Durchführung solcher molekularen Unordnungen wirksam.

Wenn die molekulare Ordnung wie in Fig. 3 gezeigt vorliegt« ist es für den Film 18 in der Vorrichtung 10 charakteristisch, daß sich das Licht in den linear polarisierten Moden darin ausbreitet. Über den größten Bereich der Dicke des Filmes 16 sind die elektrischen Vektoren 50 und 52, welche diese Moden darstellen,

409837/0852

senkrecht bu der Längsachse der Farbstoffmolekule 54a bis 54 1. Deshalb wird relativ wenig des sich ausbreitenden Lichtes in dem Film 16 während des Durchgangs absorbiert. In der Praxis wurde beobachtet, daß ungefähr 55 bis 60 Prozent des eintreffenden Lichtes durch die Vorrichtung 10 Übertragen wird, wenn die FarbstoS-molekaie in dem Film 16 gemäß Fig. 3 ausgerichtet sind.

Die Vorrichtung 10 nach Fig. 1 kann in der sogenannten Übertragungemode betrieben werden, die der Diskussion s oweit zugrunde liegt. Bei dieser Betriebsweise ist die Lichtquelle 22 auf der einen Seite der. Vorrichtung und der Beobachter, insbesondere ein menschliches Wesen, auf der anderen Seite der Vorrichtung, angeordnet, um das durch die transparente Platte 14 durchtretende licht zu sehen. Alternativ kann die Oberfläche der Schicht 15 mit einem hochreflektierenden Material, beispielsweise Silber, beschichtet sein. Diesmfalls wurde sich der

409837/0852

Beobachter so anordnen, daß er das Licht sieht, welches von dieser Schicht reflektiert wird und dann zurück durch die obere Platte 12 der Fig. 1 fibertragen wird. Bei dieser Betriebsweise, der Reflexionemode, sind mit anderen Worten sowohl die Quelle 22 als auch der Beobachter auf der gleichen Seite der Vorrichtung 10 angeordnet.

Die Vorrichtung 10 kann in bekannter Weise mit swei «usammen passenden, sieben Segmente enthaltenden Elektroden hergestellt sein und so eine Vorrichtung zur Wiedergabe einer einseinen Zahl von 0 bis 9 bilden. (Es wird beispielsweise auf Seite 100 der Zeitschrift Scientific American vom April 1970 wegen der Beschreibung dieser Art von nummerischen Anzeige verwiesen.) Wenn derartige Elektroden bekannten Einrichtungen zur Anlage von Spannungen »wischen auegewählten entsprechenden Segmenten «!geordnet werden, sind sie zum Schalten spezieller Teiletücke des Films 16 in deren relativ klaren Zustand wirksam.

409837/0852

29

Wenn ferner die Elektroden 13 und 15 im Sinne einer Mehrzahl von voneinander im Abstand angeordneter Zeilen und Spaltenleiter ausgebildet sind, kann eine Matrix von schaltbar«η Bereichen in den Film 16 definiert werden. Durch Erregung ausgewählter Zeilen und Spaltenleiter, indem bekannte Auswahlschaltungen venrendet werden, können die jeweiligen Elemente eines gewünschten Musters selektiv zur Wiedergabe wirksam gemacht werden.

Es 1st ferner möglich, «ta sich räumlich änderndes elektrisches Feld an den Film 16 der Vorrichtung 10 selektiv anzulegen, wobei andere, aber an sich bekannte Wege benutzt werden. Indem beispielsweise «ine fotolaitfähige Schicht in Serie mit dem Film 16 angeordnet wird, und indem ein sogenanntes Signallichtbild auf den Fotoleiter projiziert wird, ist es möglich, eine weitere Klasse von Wiedergabevorrichtungen zu konstruieren. Ein« Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise In Electronics Letters vom 31. Dezember 1970, Seiten 837 - 839 in dem Aufsatz

409837/0852

von D. L. White und M. Feldman "Liquid Crystal Light Valves" beschrieben.

Wenn die Wendelachsen dee Film« 16 homeotropiech und aosgewfhlte Teüstücke de* Films klar infolge der Anlage einer Spannung sind, wie es sich aus Fig. 3 ergibt, wird ein Kurzzeitspeichereffekt in der Größenordnung von 20 Sekunden beim Abschalten des elektrischen Feld·* ersteh. Der "Speicher".Zustand ist. trübe und es wird Licht zerstreut. Mit anderen Worten, die ausgewihlten Teilstttcke des Films 10 werden trübe und schauen unterschiedlich von dem Rest des Filmes aus, selbst wenn die Schaltspannung τοη den Elektroden 13 und 15 weggenommen ist.

Für manche Anwendungen kann der beschriebene Speichereffekt ein nttUlichee Verbalten sein. FBr andere Anwendaegea Jedoch kann es rorteilhaft sein· wenn die Vorrichtung 10 keinen derartigen Effekt zeigt. Im letzteren Fall führt

409837/0852

•ine einfache Modifikation de· Verfahren· rar Hera teilung der Vorrichtung 10 xu den gewünschten Ergebnis der Mini« malieierung de· Speichereffekt·.

Gemlfl dieser Modifikation wird in dem Film 16 suntchst •ine wendelartige Anordnung errichtet« bei welcher die Wendelachsen in der unmittelbaren Nachbarschaft der Elektroden 13 und 15 in einer Ebene parallel zu der xy· Ebene liegen. Diese alternative Anordnung wird durch Anlage eines oberflächenaktiven Mittels an die Überzüge 13 und 15 erzielt» beispielsweise N, N-dimethyl-N-octadecyl-3-ammopropyltrimethoxysilyl chlorid« welches die Oberflächenmoleküle de· Films 16 dazu bringt« sich mit ihren Längsachsen senkrecht tu den Überzügen aus zurichten. Selbst mit einer solchen erzwungenen Oberflächenausrichtung sind die größten Teiletücke des Films 16 durch eine wendelartige Ordnung charakterisiert« deren Achsen im Mittel im Winkel zu den Überzügen stehen. Deshalb tritt die beschriebene Absorbtionserscheinung

409837/08S2

in dem Film zu einem beträchtlichen Ausmaß bei der Abwesenheit eine« elektrischen Feldes auf. Wenn ein elektrisches Feld an eine derartige Vorrichtung angelegt wird« wird die Masse mit wendelartiger Anordnung "aufgedreht" und als Ergebnis ist der Film 16 relativ lichtdurchlässig. Wenn jedoch das angelegte Feld von einer derartig alternativen Anordnung entfernt wird, zeigt der Film 16 beinahe unmittelbar sowohl Absorbtion als auch Zersireung des einfallenden Lichts. Dies ist ein stabiler Effekt ohne Anlegen von Feld oder eines geringen Feldes , der wochenlang existiert und dazu führt, daß der Film ein milchiges oder wolkiges Aussehen hat. Das Umschalten der modifizierten Vorrichtung zwischen dem klären und dem wolkigen Zustand kann in relativ großer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Wie angedeutet« entsprechen diese Zustände in dem Film 16 dem Übertragungs- bzw. Null- {oder Niedrig)feld.

Die Flüssigkristall-Zellenanordnung nach Fig. 1, wie

AÖ9837/Q852

eic oben besprochen wurde, ist aufler der Natur der varlab· len SpannungsqueUe 25 identisch mit der Matrixadresseneinrichtung« die nunmehr im nachfolgenden im einseinen beschrieben wird.

Das Fldseigkrietallmaterial in der Zelle ist charakterisiert durch ein sogenanntes Übergangsfeld. Die Betätigung dieses angedeuteten Typs wird dadurch ausgeführt, daß eine Spannung angelegt wird, die ausreicht, daß das Feld in dem Material den Obergangswert erreicht oder tiberschreitet. Wenn dies eintritt, erscheint die Zelle IQr einfallendes Licht durchlässig, wobei eine relativ helle Wiedergabe erzielt wird. Bei der anderen Betätigungsart wird die an das Fl&ssigkristallmaterial angelegte Spannung auf Null reduziert. In diesem Fall absorbiert die Zelle den Großteil des einfallenden Lichtes und erscheint so relativ dunkel bzw. mit dunkler Wiedergabe.

In einer weiteren Betriebeart werden eine Erregungaspannung und eine mittlere, oberhalb von Null liegende Halte-

409837/0852

spannung angelegt, um den sogenannten metastabilen Zustand xu erzielen. Wie nachfolgend beschrieben, bildet die Feststellung der Existenz eines metastabilen Zuatandes in einer derartigen Zelle die Basis für eine verbesserte Art von matrixadressierter Flüssigkristall-Wiedergabe vorrichtung.

Die Erfindung in ihrer Anwendung auf dem metastabilen Zustand beruht auf der Feststellung« daß wenn die an den Film 18 nach Fig. 1 angelegte Spannung «uerst unterhalb den kritischen oder Übergangsspannungswert V auf einen Wert oberhalb der spontanen Spannung V abgesenkt wird, der sichtbare Zustand der Zelle 10 im wesentlichen unverändert bleibt. Im Verlauf» der Zeit werden cholesterische Bereiche beobachtet« die von Leltungsversetsungen erseugt werden und von einigen Kernstellen in der Flttssigkristallmischung aus wachsen. Wenn die angelegte Spannung auf einen Punkt gerade unterhalb der kritischen Spannung (beispielsweise auf einen Wert um 95% der kritischen

409837/0352

Spannung) reduziert wird, ist die Anzahl solcher Bereiche relativ klein und ihre Wachstumsgeschwindigkeit ist relativ gering. In diesem Fall verbleibt die Flflesigkristallmischung in ihrem klaren metastabilen Zustand für eine betrlchtlich· Zeit, beispielewd se far Minuten. Wenn die angelegte Spannung auf einen Punkt betrttchtUch unterhalb des kritischen Wertes abgesenkt wird (beispielsweise auf einen Wert um 50% des kritischen Wertes, aber noch oberhalb der spontanen Spannung), wird die Anzahl und Wachstumsgeschwin* digkeit dieser Bereiche vergrößert. In diesem Fall verbleibt die Mischung im metastabilen Zustand für ein kürzeres Intervall, beispielsweise für Sekunden oder Bruch* teile einer Sekunde.

Demnach kann entsprechend der Feststellung der Anmelderin eine Zelle der in Fig. 1 gezeichneten Art so gesteuert werden, daß sie mehrere unterschiedliche Zustände zeigt. Oberhalb von V existiert nur ein Zustand, nämlich der klare nematische Zustand. Unterhalb V gibt es

409837/0852

ebenfalls nur einen Zustand, nämlich den trüben choleste rischen Zustand. Zwischen V nnd V existieren zwei

c β

Zustände, der stabile farbige Zustand und der metastabile klare Zustand, welche im Verlauf der Zeit zu dem farbigen oder trüben Zustand als Ergebnis der erwähnten domänen Wachstumsphänomene umschalten. Indem an die Zelle eine sogenannte Halte spannung mit einem Wert zwischen V und V angelegt wird, wird die Flüssigkristallmischung entweder in dem farbige η-trüben Zustand (wenn die zuvor angelegte Spannung unterhalb V war) oder zeitweise im klaren Zustand (wenn die zuvor angelegte Spannung oberhalb V war, aufrechterhalten. Umschalten des farbigen Zustande zum klaren Zustand wird durch zeitweiliges Anheben der angelegten Spannung oberhalb von V erreicht. Um beinahe augenblicklich vom !darm Zustand in den farbigen Zustand überzugehen, wird die angelegte Spannung unterhalb V abgesenkt.

Die besprochenen Erscheinung» sind in signifikanter

409837/0852

Weise polaritätsunabhängig. Daher ist sowohl eine positive ale auch eine negative Spannung mit einem Wert zwischen V und V zur Aufrechterhaltung einer zuvor erregten oder Idaren Zelle in ihrem metastabilen klaren Zustand wirksam. Tn ähnlicher Weise ist sowohl eine positive als auch eine negative Halte spannung zur Aufrechterhaltung des zuvor farbigen Zustandes in der trüben Bedingung wirksam.

Ih Übereinstimmung mit einem Aspekt der Prinzipien der Erfindung werden mehrere Zellen der in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen Art miteinander kombiniert und bilden eine matrixadressierte FlQssigkristall-Wiedergabevorrichtung. Ein Beispiel ist in Fig. 4 dargestellt.

Der Wiedergabeteil der in Fig. 4 gezeigten Anordnung schließt zwei transparente, im Abstand voneinander umgeordnete Platten 30 und 32 ein. Senkrecht zueinander angeordnete Sätze von streifenförmigen Elektroden werden ge maß bekannten Verfahren auf den inneren, sich gegenüber-

409837/0852

stehenden Oberflächen der Platten 30 und 32 niedergeschlagen. Zu Darstellungszwecken ist eine Elektrode aus vier horizontalen oder x-Richtungs-Elementen 34 bis 37 und der andere Satz als viervertikale oder y-Richtungs-Elemente 38 bis 41 gezeichnet.

Die beiden Sätze der xy-Elektroden nach Fig. 4 bestimmen 16 Bereiche an ihren Überlappungestellen. Beispielsweise ist ein derartiger Bereich durch die sich direkt gegenüber stehenden Teile der Elektroden 34 und 41 begrenzt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche eines solchen Bereichs ungefähr 0, 75 mm mal 0, 75 mm.

Die Platen 30 und 32 nach Fig. 4 werden im vorgeschriebenen Abstand durch ein isolierendes rechteekförmi£es Rahmenwerk 44 gehalten. Dieser Abstand ist im Hinblick auf die Dicke der ewwähnten 16 Regionen oder Bereiche ausgewählt, d. h. die Entfernung der beiden Sätze der sich

4 09837/Ö852

gegenüberstehenden Elektroden fällt innerhalb des Bereiches, der für die Dicke der Flüssigkristallmischung 16 in Fig. angegeben worden ist.

Die in Fig. 4 gezeigte Wiedergabestruktur umfaßt eine Flüssigkristallmischung der Art, wie sie in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 1 angegeben worden ist. Diese Mischung wird zwischen den sich gegenüberstehen· den Oberflächen der Platten 30 und 32 eingefügt und wird darin durch das Rahmenwerk 44 gehalten. Infolgedessen ist der gesamte Raum zwischen den Platten mit der Flüssigkristallmiechung aufgefüllt. Demnach sind auch die 16 Bereiche, welche durch die beiden Sätze der senkrecht zueinander angeordneten Elektroden bestimmt werden, ebenfalls mit FltissigkristallmiBchung gefüllt. Die erhaltene Struktur weist im Endeffekt 16 einzelne Flüssigkrietallzellen auf, die jeweils von dem generellen Typ der Fig. sind. Wie eich aus Fig. 4 ergibt, hat jede Zelle Elektroden mit anderen Zellen gemeinsam.

AÜ9837/Ö852

Die elektrische Steuern ng der jeweiligen Zustände der Flflesigkrlstallzellen in Fig. 4 wird durch wahlweise Erregung der x-y-Elektroden bewerkstelligt. Bekennte χ. und y-Auswahlschaltungen 46 bzw. 48 und eine bekannte Hauptsteuerschaltung 50 sind in der Anordnung der Fig. 4 fflr diesen Zweck vorgesehen. Mittels dieser Schaltun· gen können die individuellen Flttsiigkristallzellen der beschriebenen Wiedergabeeinheit angesteuert werden« um spezielle einzelne individuelle Zellen zu aktivieren, d.h. transparent zu machen. Auf diese Weise kann ein Buchstabe, der aus einzelnen aktivierten Zellen zusammengesetzt ist, für die Wiedergabe ausgewählt werden. Wie im F lie der einzelnen Zelle nach Fig. 1 kann die Einheit nach Fig. 4 entweder in der Übertragung·- oder Reflexions« Betriebsart betrieben werden. Fflr den Betrieb in der letzeren Weise wird ein nicht gezeigter geeigneter Reflektor an die Einheit angebaut, wie beschrieben.

In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung

0 9837/0852

kann an jede dargestellte FlOssigkristallzelle nach Fig. 4 eine Wechselstromspannung angelegt werden, welche entweder oberhalb von V oder zwischen V und V liegt.

c es*

Wie erläutert, stellt die erste Spannung eine Erregungsspannung dar und die an zweiter Stelle genannte Spannung ist die sogenannte Haltespannung. Wenn eine Zelle perio« disch mit der obigen V -Spannung angesteuert wird, kann diese Zelle gemäß praktischer Tatsache in dem klaren oder transparenten Zustand gehalten werden. Jedes Domänenwachstum, welches während der Anlage der Haltespannung an die Zelle ausgeht« wird durch die nachfolgende Anlage der Erregungsspannung zerstört. Deshalb ist das Domänenwachstum nicht kumulativ. Dieses muß vielmehr jedesmal erneut beginnen, wenn die angelegte Spannung zeitweilig auf den Haltewert reduziert wird. Durch solche periodische erneute Erregung von einer oder mehreier Zellen in der Wiedergabeeinheit erscheinen diese in ihrem relativ transparenten Zustand zu verharren. Die Anzahl der Zellen, welche ein derartiges

A09837/0852

Speicherphlnomen zeigen und gemäß einer Matrix angesteuert werden können, ist abhängig von dem Verhältnis der Länge der Zeit, während welcher der klare Zustand der Zelle infolge der Halteapannung im wesentlichen unverändert bleibt, zu der Zeit, die zum Umschalten einer Zelle von dem trüben Zustand in den klaren Zustand benötigt wird. Wie erwähnt, wurde gefunden, daß, wenn die

Halteapannung ein wenig unterhalb von V gehalten wird,

der metastabile klare Zustand für eine relativ lange Zeit andauert und demnach kann dieses Verhältnis mehrere hundert oder selbst tausende betragen, i

Ein spezielles beispielhaftes Format zur Adressierung der vielzelligen Flüssigkristall-Wiedergabeeinheit nach Fig. 4 in zeilenweiser Art wird nunmehr beschrieben. Es sei angenommen, daß an jeder Zelle eine Spannung anliegt, deren Wert entweder V oder V/3 ist, wobei V zwischen V/3 und V liegt und das V/3 zwischen V und V ist. V ist die Erregungespannung und V/3 ist die Halte spannung.

409837/0852

Es aei beispielsweise angenommen, daß ea erwOnacht ist, lediglich zwei von sechzehn Zellen in Fig. 4 xu aktivieren. Speziell sei angenommen, daß die beiden xu aktivierenden Zellen von den eich überlappenden Elektroden 34 und 40 sowie den Elektroden 34 und 41 gebildet werden. Die Aktivierung dieser beiden Zellen wird durch die Anlage von Steuerspannungen an die acht x-y«Leitungen durchgeiBhrt, die sich «wischen den Auswahlschaltungen 46 und 48 sowie den Elektroden 34 bis 41 erstrecken. Die jeweiligen an diese acht Leitungen angelegten Spannungen sind in Fig. 4 angedeutet. Die beiden linken sich vertikal erstreckenden y-Leitungen ftthren Null-Volt-Spannung, während die rech-

IV ten beiden y-Leitungen jeweils ^-r— Volt aufweisen. Die

-V

obere sich horizontal erstreckende x-Leitung führt -το

Volt, während die restlichen x-Leitungen jeweils ~ Volt

aufweisen. Offensichtlich ist die Spannungsdifferenz, welche an den beiden ausgewählten Zellen anliegt, gleich V.

Deshalb werden diese Zellen in ihrem klären Zustand ge-

+V schaltet. An den anderen Zellen liegt entweder -^- oder

-g— Volt an. Da, wie bereits erwähnt, die betrachteten

409837/0852

physikalischen Phänomene polaritätsunabhängig sind, weisen alle diese anderen Zellen einen Wert unterhalb der Haltespannung V auf. Diese anderen Zellen verbleiben deshalb in ihrem farbigen Zustand, wobei angenommen ist, daß keine frühere Aktivierung der Zellen der beschriebenen Anordnung vorgenommen worden war.

Als nächstes sei angenommen, daß die zweite Zeile der Wiedergabevorrichtung nach Fig. 4 durch die Anlage einer Span-

-V +V

nung von -r- an die Elektrode 35 und von -r— an die ande ren x-Elektroden angesteuert wird. Wenn angenommen wird, daß keine der Zellen in der zweiten Zeile aktiviert werden soll, würden 0 Volt an jede y-Elektrode 38 bis 41 angelegt werden. In diesem Fall würde jede der 16 Zellen eine angelegte Halte spannung aufweisen. Demnach würden die zuvor unaktivierten 14 Zellen farbig bleiben, während die beiden zuvor aktivierten Zellen in ihren metastabilen klaren Zustand geschaltet werden würden.

In ähnlicher Weise findet die nachfolgende Adressierung

409837/0852

der dritten und vierten Zeile der Zellen in Fig. 4 in Abhängigkeit von den Steuersignalen von der Schaltung 50 statt. Während dieser Adressierung zerfallen die jeweiligen Zustände der beiden zunächst aktivierten Zellen aus Ihrem voll klaren Zustand. Dieser Zerfall kann aber genügend klein gesteuert werden, so daß es einem Beobachter vorkommt, als ob diese Zellen in ihrem relativ klaren Zustand verbleiben. Zu Darstellungszwecken sei angenommen, daß keine zusätzlichen Zellen klar gemacht werden sollen. Dies trifft zu, wenn die speziell angenommenen Spannungsbedingungen, wie sie für die zweite Zeile ausgeführt worden sind, einfach nachfolgend für die dritte und vierte Zeile wiederholt werden.

Schließlich wird der zuvor beschriebene Adressierzyklue dadurch wiederholt, daß die erste Zeile der Zellen in Fig. 4 erneut adressiert wird. Die Errichtung der in Fig.4 aufgejRlhrten Spannungsbedingungen bringt die beiden ursprünglich aktivierten Zellen in der ersten Zeile dazu.

409837/0852

reaktiviert oder aufgefrischt zu werden. M Abhängigkeit davon wird der Zerfall dieser beiden Zellen von ihrem voll klaren Zustand beendet und die Zellen werden erneut in ihren voll transparenten Zustand geschaltet. Auf diese Weise ist die zeilenweise Adressierung der beschriebenen Matrix im Hinblick darauf wirksam, spezielle Fluss igkristallzellen in ihrem rela-iv klaren Zustand zu halten.

Um die von der dargestellten Einheit wiedergegebene Information zu ändern, kann eine rasche Auslöschung der aktivierten Zellen ausgeführt werden. Dies wird durch rasche Reduzierung der an die zuvor aktivierten Zellen angelegte Spannung bewirkt. Durch Reduzierung der angelegten Spannung auf 0 oder mindestens unterhalb V werden klare Zellen ziemlich rasch in ihren farbigen Zustand geschaltet.

Die beschriebenen FHtssigkristallzellen sind durch ein hohes Ausmaß von dielektrischer Anisotropie gekenn-

409837/0852

zeichnet. Beispielsweise kann die dielektrische Konstante einer derartigen Zelle ungefähr 20 in ihrem klaren Zustand und ungefähr 10 bis 15 in ihrem farbigen Zustand betragen.

Deshalb ist die Kapazität einer typischen, 10 mm dicken

2 Zelle ungefähr 200 pf/cm . Bei einer Betriebsfrequenz

von 50 Hz und einer Haltespannung von ungefähr 6 bis 7 Volt ist der Leistungsverbrauch einer derartigen Zelle ungefähr 5 χ 10"⁷ Watt/cm².

Halte spannungen (VJ im Bereich von 6-7 Volt und

3 Aktivierung*Spannungen (V) im Bereich von 18 bis 20 Volt sind mit komplementären MOS-integrierten Schaltungen verträglich. Demnach können die zugeordneten Schaltungen, welche zur Steuern ng und dem Betrieb der Flüeeigkristallzellen nach Fig. 4 benötigt werden, vorteilhaft von dieser Art sein. Wegen der geringen Leistungsaufnahme der Flüssigkrietallzellen sind darüberhinaus die Leistungeanforderungen an die zugeordneten Schaltungen relativ niedrig.

409837/0852

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß dieser Leistungsverbrauch so niedrig ist, daß eine Gesamt-Wiedergabeanordnung der Art nach Fig. 4 beispielsweise direkt von konventionellen Fernsprechleitungen betrieben werden kann« die mit dem Stationsapparat beim Teilnehmer verbunden sind. Demnach ist die Anordnung nach Flg. 4 gut geeignet zur Konstruktion eines Wiedergabe Feldes in Zusammenhang mit einem derartigen Gerät.

Ein wichtiger Faktor zur Erzielung eines hohen Kontrastverhältnisses und von Helligkeit in ei» V Vorrichtung der beschriebenen Art besteht darin, daß der Obergangsmoment Vektor dee pleochroitiechen Gastes eine Auerichtung mit Bezug auf die kristallografie ehe Achse des Flüssigkristallwirtes aufweist, die sehr nahe parallel dazu ist. Im idealen Fall sollten die Übergangsmomentachsen der Farbstoffmoleküle beinahe vollständig parallel zu ihrer langen molekularen Achse sein. Die Ausrichtung des Farbstoffes relativ zu der optischen Achse des Flüssigkristalle hängt

409837/0852

von der Ausrichtung der Flüssigkristall-Wirtmoleküle und von der Natur der Farbstoffmoleküle ab. Durch die Auswahl geeigneter Farbstoffmoleküle kann die Auerichtung der Farbstoffmoleküle größer sein als die der Wirtmoleküle. Farbstoffe mit diesem Verhalten sind das erwähnte 2-(4-N, N-diethylaminoazophenyl)-5-nitrothiazol und zusätzlich der nematische Flüssigkristall-Farbstoff N-(p-methoxybenzylidene· l-amino-4-(4*-cyanophenylazo) naphtalen. Klassen von länglichen Farbstoffen, welche das Erfordernis erfüllen, Bind ferner die azoische Farbstoffe, die Azo-Farbstoffe, die Quinonfarbstoffe, die Me ro cyaninfarbstoffe, verteilte (disperse) Farbstoffe und Flüssigkristall-Farbstoffe.

Es versteht sich, daß die beschriebenen Strukturen die Anwendung der Prinzipien der Erfindung lediglich illustrieren sollen. In Übereinstimmung mit diesen Prinzipien können zahlreiche Anordnungen getroffen werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Beispielsweise kann in einer Zelle vom Reflexionstyp der Spiegel gleichzeitig

409837/0852

die rückwärtige Elektrode 15 in Fig. 1 sein, oder der Spiegel, kann außerhalb angeordnet werden. Der Spiegel kann diffus oder spektral bevorzugt reflektieren. Zusätzlich können weitere Überzüge von transparentem Material zwischen dem Film 16 der Fig. 1 und den Elektroden 13 und 15 angebracht werden« um die Elektroden von elektrochemischen Reaktionen mit dem Material des Filmes zu schützen.

409837/0852

Claims

51

p at entAnsprüche

Elektrooptische Vorrichtung mit einem Gast*Wirt-Flüssigkriatall-Material, welches bei Abwesenheit eines angelegten Feldes einfallendes Licht relativ absorbiert und bei Anwesenheit eines angelegten Feldes einfallendes Licht relativ durchlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes im Sinne einer wendeiförmigen Molekularordnung (Fig. 2) und bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes im Sinne einer homeotropiechen Molekularordnung (Fig. 3) zusammengesetzt ist.
2. Elektrooptische Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gast-Material in dem Wirt-Material

409837/0852

pleochroitisch ist und beide entsprechende molekulare Anordnungen einnehmen, und daß das Gast-Material in wendeiförmiger Anordnung Licht absorbiert und in komeotroper Anordnung Licht nicht absorbiert.
3. Elektrooptisch Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das FlüeeigkrißtaU-Wirtmaterial bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes oder in Anwesenheit eines gleichbleibend starkene lektrischen Feldes mit einem Wert unterhalb des Übergangs wertes des Materials eine wendeiförmige molekulare Anordnung und bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes oberhalb des Übergangewertee eine homeotrope molekulare Anordnung aufweist, und daß die Quelle des elektrischen Feldes so geschaltet und angeordnet ist, daß das an dem Gast-Wirt-Material angelegte elektrische Feld eine Stärke entweder (a) oberhalb des charakteristischen spontanen Wertes des Materials aber unterhalb des

409837/0852

Übergangswertes, oder (b) oberhalb der Übergangswertes aufweist.
4. Elektrooptische Vorrichtung nach einem der An« Sprüche 1 - 3 ,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gast-Wirt-Mate rial einen dünnen Film auf weist,der eine Dicke im Bereich von 5 bis 30 um aufweist.
5. Elektrooptieche Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wirt-Material ein nematisches Flüs β igkr ist all-Mate rial in Mischung mit einem optisch aktiven Material aufweist.
6. Elektrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5,

dadurch gekennzeichnet.

409837/0852

daß du Gast-Material einen löslichen, nicht ionischen Farbstoff aufweist.
7. Elektrooptisch Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennmeicb.net,.

daß zwei leitende Elektroden (13, 15} jeweils an sich gegenüber stehenden Oberflächen des Filmes (16) zur Anlage des elektrischen Feldes angeordnet sind.
8. Elektrooptisch« Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,.

daß eine Stromquelle (25) mit den Elektroden (13, 15) zur Anlage einer variablen Spannung verbunden ist»
9. Elektrooptisch« Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des elektrischen Feldes Elektroden (34 - 41) zur zeilenweisen Ansteuerung der Vorrichtung aufweist, daß die Quelle (46, 48, 50)

409837/0852

derart auegebildet ist« daß da· Feld oberhalb des Übergangewerte« an jede Teüvorrichtung einer Zeile angelegt werden kann, welche transparent gemacht werden «oll, und daß da· Feld oberhalb de· charakteristischen spontanen Wertes,aber unterhalb des Übergangewertee an alle anderen Teilvorrichtungen der Anordnung angelegt werden kann.

409837/0852

«Γ*

Leerseite