DE2432601C2 - Vorrichtung zur Modulierung von einfarbigem Licht - Google Patents

Vorrichtung zur Modulierung von einfarbigem Licht

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Description

a) 48 Gew.-% COC, 52 Gew.-% MBBA
b) 53 Gew.-% COC, 47 Gew.-% MBBA
c) 58 Gew.-% COC, 42 Gew.-% MBBA, wobei COC = Cholesteryloleylkarbonat und
MBBA = n-(p-Methoxybenzylidin)-p-n-Butylanilin bedeuten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cholesterinische Flüssigkristall (7) in Form eingekapselter, kleiner Tröpfchen vorliegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cholesterinische Flüssigkristall (7) zwischen zwei Polymer-Filmen eingebettet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Viertelwellenlängenplättchen (6) unmittelbar hinter der dem Reflektor (9) zugewandten Elektrode (4) und der cholesterinischen Flüssigkristall (7) auf dem Viertelwellenlängenplättchen angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz mit spiralförmiger Struktur ein Festkörper ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper ein Polymer ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Modulierung von einfarbigem Licht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 2158563 bekannt. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich im wesentlichen um einen zwischen zwei durchsichtigen Elektroden angeordneten farbigen oder gefärbten Flüssigkristall, dessen Moleküle an der Elektrodenoberfläche parallel zueinander liegen und der durch Verdrehung der Elektroden um 90° gegeneinander entlang der Senkrechten zu den Elektrodenoberflächen eine schraubenförmig verwundene Molekülstruktur aufweist, und um eine Polarisationseinrichtung, welche zwei gekreuzte, vor und hinter dem Flüssigkristall angeordnete Linearpolarisatoren umfaßt, sowie um einen am hinteren Polarisator angebrachten Reflektor. Stehen die Polarisatoren parallel zueinander und steht die Polarisationseinrichtung des vorderen Polarisators parallel oder senktrecht zur Vorzugsrichtung der an der vorderen Elektrode haftenden Flüssigkristallmoleküle, so wird das einfallende weiße Licht durch das optische Drehvermögen der verdrillten Flüssigkristallschicht um 90° gedreht und wird daher vom hinteren Polarisator absorbiert. Beim Anlegen einer geeigneten Spannung an die Elektroden wird das optische Drehvermögen des Flüssigkristalls aufgehoben. Das einfallende polarisierte Licht verläßt die Zelle mit unveränderter Polarisationsrichtung und gelangt nach Reflexion und abermaligem Durchlaufen der Zelle und der Polarisationseinrichtung zum Betrachter.
Ein Nachteil solcher Vorrichtungen besteht darin, daß die Helligkeit des austretenden Lichtes oftmals nicht ausreichend ist, weil das Licht viermal durch polarisierende Schichten treten muß und hierbei durch Absorption erheblich geschwächt wird. Polarisatoren schwächen bekanntlich ja nicht nur die Intensität des auffallenden, nichtpolarisierten Lichtes durch Absorption der senkrechten Komponente des Feldvektors, sondern absorbieren zusätzlich einen beträchtlichen Teil des Lichtes mit paralleler Komponente des Feldvektors, da polarisierende Schichten optisch nicht ideal sind, so daß solche Vorrichtungen nur eine relativ lichtschwache und kontrastarme Anzeigefläche aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Modulierung von einfarbigem Licht zu schaffen, die sich durch eine helle und kontrastreiche Anzeigefläche auszeichnet.
Die vorgenannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Als Substanz mit spiralförmiger Struktur sind insbesondere Flüssigkristalle, beispielsweise cholesterinische oder Mischungen aus cholesterinischen und nematischen, wie Mischungen aus Cholesteryloleylkarbonat (COC) und n-(p-Methoxybenzylidin)-p-n-Butylanilin (MBBA) geeignet. Die optischen Eigenschaften solcher Systeme hat F. Kahn im Appl. Phys. Lett. 18, 231 (1971) veröffentlicht und festgestellt,
daß das reflektierte 'i.;d\t eine relativ schmale Bandbreite aufweist und in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Flüssigkristalle eine andere Farbgebung besitzt. Eirt cholesterinischer Flüssigkristall kann aufgrund seiner spiralförmigen Struktur links- und rechtszirkularpolarisiertes Licht voneinander unterscheiden und ermöglicht daher nicht nur eine Muriüchromatisierung des weißen Lichtes, sondern ergibt insbesondere eine zirkuläre Polarisation (vgl. z. B. J. L. Fergason,Mol. CrystandLi. 9Cryst. 1, 239 (1966).
Weitest Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei die Bezugsziffern in beiden Figuren dieselbe Bedeutung haben.
Hierbei zeigt:
Fig. la Aufbau und Strahlengang der Vorrichtung nach der Erfindung in Hellstellung und
Fig. Ib Aufbau und Strahlengang der Vorrichtung nach der Erfindung in Dunkelstellung
In den Fig. la und Ib ist mit 1 eine Lichtquelle bezeichnet. 2 bezeichnet einen Linearpolarisator und 3 eine Flüssigkristallzelle, die in den Figuren nur schematisch dargestellt ist und durch zwei transparente Elektroden 4, deren Vorzugsrichtungen um 90° gegeneinander verdreht sind, sowie einige Moleküle des Flüssigkristalls 5 angedeutet ist. An den Elektroden 4 liegt eine Steuerspanne, welche den Aufbau des elektrischen Feldes zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle bewirkt. Bezugszeichen 6 repräsentiert ein Viertelwellenlängenplättchen, dessen optische Achse O um ± 45° gegenüber der Vorzugsrichtung der dem Viertelwellenlängenplättchen zugewandten Elektrode 4 um die auf dem Viertelwellenlängenplättchen senkrecht stehende Achse verdreht ist. 7 stellt die dünne Schicht eines cholesterinischen Flüssigkristalls dar und 8 eine Absorptionsschicht aus einem schwarzen Substrat. Flüssigkristall- und Absorptionsschicht bilden zusammen den Reflektor 9. Reflektiertes Licht gelangt zum Betrachter 10.
Das weiße unpolarisierte Licht der Lichtquelle 1 tritt durch den Polarisator 2 und gelangt vertikal polarisiert zur Flüssigkristallzelle 3. Liegt gemäß Fig. la an den Elektrodenflächen 4 keine elektrische Steuerspannung U, so wird das polarisierte Licht durch die Flüssigkristallmoleküle 5 um 90° gedreht und fällt nach Verlasjen der Zelle 3 horizontal polarisiert auf das Viertelwellenlängenplättchen 6. Das Viertelwellenlängenplättchen wandelt das durchgehende linear polarisierte Licht in rechtszirkular polarisiertes Licht (in den Figuren durch einen mit einem Pfeil versehenen geöffneten Kreis dargestellt) um. Dieses zirkularpolarisierte weiße Licht wird in einem Spektralbereich Δλ von der cholesterinischen Flüssigkristallschicht 7 des Reflektors 9 ohne Phasenänderung total reflektiert, während der verbleibende Teil des Lichtes, d. h., alles Licht mit Wellenlängen ungleich Δλ, fast vollständig die cholesterinische Flüssigkristallschicht 7 durchläuft und von dem schwarzen Substrat 8 absorbiert wird. Das monochromatisierte totalreflektierte Licht wird durch das Viertelwellenlängenplättchen 6 wieder in horizontal linearpolarisiertcs Licht umgewandelt, wird durch die 90°-Drehung der nematischen Flüssigkristallmoleküle 5 der Zelle 3 wieder in die Vertikale rotiert und gelangt ohne wesentliche Absorptionsverluste durch den Polarisator 2 als irisierendes Licht zum Betrachter.
Wird nun an die Elf !'.troden 4 eine Steuerspannung L/geie&l, >\>elrhe z. B. bei zinndioxyclbeschicnteten, durch eine ca. 8 μ dicke Flüssigkristallschicht voneinander getrennte Elektroden 4f*r*v3 1 V i:etyägt und welche ausreicht, um die Fiüssigknstallaiole l;0)e 5 in Feldrichtung zu drehen, so ändert das die Flüssigkristallzelle 3 durchsetzende Licht die Lage suncr vertikalen Polarisationsebene nicht und fäilt unter einem Winkel von + 45° zur optischen Achse O auf das Viertelwellenlängenplättchen 6. Dieser Winkel ist entgegengesetzt gleich dem Winkel im spannungslosen Zustand der Zelle 3, so daß nun linkszirkularpolarisiertes Licht auf die für dieses Licht vollständig durchlässige Flüssigkristallschicht 7 fällt und nachfolgend von dem schwarzen Substrat 8 des Reis flektors 9 absorbiert wird.
In einer Anzeige, in der neben spannungsfreien Bereichen des Flüssigkristalls 5 auch durch elektrische Felder ausgerichtete Bereiche vorliegen, erkennt der Betrachter beispielsweise schwarze Ziffern gegen ei-
nen irisierenden Hintergrund.
Die komplementäre elektro-optische Wirkung kann in Abänderung der Erfindung auch dann eintreten, wenn entweder das Viertelwelleiilängenplättchen 6 oder der Polarisator 2 um 903 gedreht wird,
d. h., daß die spannungsfreien Bereiche dunkei und die ausgerichteten irisierend erscheinen.
Als F'idssigkristallsubstanz 7 des Reflektors 3 wurden Mischungen aus n-(p-MethoxybenzyIidin)-p-n-Butylanilin (MBBA), einem bei Zimmertemperatur
nematischen Flüssigkristall, und dem cholesterinischen Cholesteryloleylkarbonat (COC) verwendet. Beispielsweise ergaben die nachfolgend aufgezählten Mischungen bei Verwendung einer doppelbrechenden Polyvinylalkohol-(PVA) Folie mit einer Phasenverschiebung von 14Ü ± 20 ιτιμ bei 560 ηιμ. sowie eines Reflektors 9, der aus zwei Glasplatten, zwischen denen die etwa 5 μ dicke Schicht 7 des reflektierenden Flüssigkristalls angeordnet ist, besteht, und dessen Rückseite mit einer Schicht 8 aus schwarzer Tusche abgedeckt ist, hervorragende Ergebnisse:
I 48,0% COC in MBBA
II 53,1% COC in MBBA
III 58,4% COC in MBBA
So lieferte Mischung I bei Zimmertemperatur eine orange irisierende Reflexionsfarbe, während die Mischung II und III eine grüne bzw. blaugrüne Farbgebung hervorriefen.
Um unerwünschte Auswirkungen der Parallaxe
so einzuschränken, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Abstand zwischen der Flüssigkristallzelle 3 und der Schicht 7 verringert. Dies kann etwa dadurch geschehen, daß das aus einer ca. 40 μ dicken Polyvinylalkohol-Folie ge-
reckte Viertelwellenlängenplättchen 6 reflektorseitig auf die Zelle 3 geklebt und unmittelbar mit üer Schicht 7 in Kontakt gebracht wird. Die einige μ dicke Schicht 7 kann mit einer Glasplatte oder mit einer weiteren Polymerfolie, welche jeweils rückseitig ei-
nen schwarzen, absorbierenden Belag 8 aufweist, versiegelt werden. Statt das Viertelwellenlängenplättchen auf die Rückseite der Zelle 3 zu kleben, ist es auch möglich, dieses unmittelbar hinter df:r reflektorseitigen Elektrode 4 oder der Zelle 3 etwa durch Aufdampfen eines geeigneten doppclbrechenden Materials anzuüiüncn. A/> Stell·: eines PVA-Füms k.-.iin das Viertelwellenlängenplättchen auch aus Quarz, Saphir. Apopliyiit oder irgendeinem anderen gecigne-
ten Material bestehen. Die Schicht 7 kann aus einer eingekapselten, kleine Flüssigkristalltröpfchen umfassenden Folie bestehen.
Des weiteren ist es auch möglich, die flüssige Kristallschicht 7 durch eine feste zu ersetzen. Da es nur notwendig ist. daß diese Schicht eine spiralförmige Molekülstruktur aufweist, können eine feste polymerisierte Mesophase oder ein durch Unterkühlung einer Mesophase erhaltener, glasartiger Festkörper dafür verwendet werden.
Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Modulierung von einfarbigem Licht mittels einer elektrodenbeschichteten Flüssigkristallzelie, deren Flüssigkristall in bezug auf die zu den schichtförmigen Elektroden senkrechte Richtung eine um 90° schraubenförmig verwundene Struktur aufweist, und die mit einer Polarisationseinrichtung, die zwischen Lichtquelle und Flüssigkristallzelie einen Linearpolarisator aufweist, und einem Reflektor kombiniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Polarisationseinrichtung nur der eine Linearpolarisator (2) und als Reflektor (9) eine Substanz mit spiralförmiger Molekülanordnung vorgesehen sind, und daß zwischen Flüssigkristallzelie (3) und Reflektor (9) ein unter 45° zu der Polarisationsebene des Lichts orientiertes Viertelwellenlängenplättchen (6) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz (7) mit spiralförmiger Molekülanordnung ein cholesterinischer Flüssigkristall ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cholesterinische Flüssigkristall Cholesteryloleylkarbopat (COC) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cholesterinische Flüssigkristall aus einem Gemisch von cholesterinischen Substanzen besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cholnterinische Flüssigkristall (7) aus einem Gemisch von nematischen und cholesterinischen Substanzen besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der cholesterinische Flüssigkristall (7) annähernd eine der nachfolgend aufgezählten Zusammensetzungen aufweist:
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