DE2452678A1 - Abbildesystem mit fluessigen kristallen - Google Patents

Description

Int. C!.²:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

^J,

Offenlegungsschrift

G 02 F 1-13

G 09 F 9-30

678

Aktenzeichen:	P 24 52 678.
Anmeldetag:	6. 11.74
Offenlegungstag:	3. 7.75

Unionspriorität:
®) (S3) Öl)

20.12.73 USA 426763

Bezeichnung:

Abbildesystem mit flüssigen Kristallen

Anmelder:

Xerox Corp., Rochester, N.Y. (V.St.A.)

Vertreter:

Erfinder:

Hoffmann, E., Dr.-Ing.; Eitle, W., Dipl.-Ing.;

Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Pat.-Anwälte, 8000 München

Adams, James E., Ontario; Haas, Werner E.L, Webster; N.Y. (V.St.A.)

© 6.75 509 827/792

DR. ING. E. nOFPMANN · DIPI.. ING. W. SITI.K · DR-UER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE .

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

• 2 6 029 i/ne

XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y. (USA) Abbildesystem mit flüssigen Kristallen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abbildungssystem unter Verwendung von flüssigen kristallinem Material und ein Abbildeverfahren, insbesondere ein System zur Erzeugung eines verbesserten Kontrastes, wenn ein flüssiges kristallines Abbildungselement, das mit einem Bild versehen ist, in Reflexion betrachtet wird.

Der Ausdruck "flüssige Kristalle" wird allgemein für flüssige, kristalline Materialien verwendet, die doppelte physikalische Charakteristika zeigen, von denen einige typischerweise mit Flüssigkeiten assoziiert sind und andere, die ausgesprochen typisch für Feststoffe sind. Flüssige

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Kristalle zeigen mechanische Charakteristika, wie beispielsweise Viskositäten, die normalerweise mit Flüssigkeiten assoziiert sind. Die Charakteristika der optischen Streuung und Transmission von flüssigen Kristallen ähneln den Charakteristika, die im allgemeinen nur für Feststoffe gültig sind. In Flüssigkeiten oder fließfähigen Materialien sind die Moleküle typischerweise in der ganzen Masse der Substanz beliebig verteilt und orientiert. Im Gegensatz dazu sind die Moleküle und/oder Atome in kristallinen Feststoffen im allgemeinen starr in einer spezifischen kristallinen Struktur orientiert und arrangiert. Flüssige Kristalle gleichen Festkristallen insofern, als die Moleküle der flüssigen kristallinen Substanzen gleichmäßig orientiert sind, und zwar auf eine Art und Weise, die der' molekularen Orientierung und Struktur in einem kristallinen Feststoff analog, aber weniger ausgeprägt ist. Es wurde gefunden, daß viele Substanzen flüssig kristalline Charakteristika in einem relativ engen Temperaturbereich aufweisen; unterhalb solcher Temperaturbereiche treten die Substanzen jedoch typischerweise als kristalline Feststoffe und oberhalb solcher Temperaturbereiche als typische Flüssigkeiten auf.

Es ist bekannt, daß flüssige Kristalle in drei verschiedenen Formen auftreten: In smektischer, nematischer und cholesterinischer Form. Diese Strukturformen werden manchmal auch Mesophasen bezeichnet, wodurch angegeben wird, daß sie Zwischenstadien zwischen dem flüssigen und dem kristallinen Zustand sind. Die drei mesophasen Formen von flüssigen Kristallen, wie sie oben genannt sind, sind durch verschiedene physikalische Strukturen charakterisiert, in welchen die Moleküle auf eine Art und Weise arrangiert sind, die für jede der drei mesomorphen Strukturen charakteristisch ist. Jede dieser drei Strukturen ist in der Technik der flüssigen Kristalle gut bekannt.

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Dynamische Streuung als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld ist ein Phänomen, das einige nematische flüssige kristalline Materialien und deren Gemische mit cholesterin!sehen flüssigen kristallinen Materialien zeigen. Abbildungs- und Darstellungsvorrichtungen, die das dynamische Streuungsphänomen benutzen, sind in der Literatur beschrieben worden, wie beispielsweise von G.H. Heilmeier et al,.Proc. IEEE, 56, 1162 (1968). In diesen dynamischen Streuungsvorrichtungen bewirkt eine Turbulenz in der Region, an die das elektrische Feld, hervorgerufen durch Ionenfluß, angelegt wird, eine starke Streuung des auffallenden bzw. einfallenden Lichtes. Da die Streuung in der Durchlaßrichtung stärker ist, ist es zu empfehlen, die Vorrichtung in Reflexion zu betrachten, und deshalb wird vorzugsweise eine " Licht reflektierende rückwärtige Oberfläche in dem Element angebracht, wie beispielsweise ein Spiegel. Unglücklicherweise hat diese Anordnung den Nachteil, daß spiegelnde Reflexionen in den Regionen des flüssigen kristallinen Materials erzeugt werden, an die das elektrische Feld nicht angelegt wird. Diese Regionen erscheinen im wesentlichen klar. Die Spiegelreflexionen aus diesen Regionen des flüssigen Kristalles bewirken unbeständige Eigenschaften beim Betrachten, wenn das Abbildeelement in reflektiertem Licht betrachtet wird. Deshalb ist es wünschenswert, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu haben, in welcher die Spiegelreflexionen wirkungsvoll unterdrückt werden, so daß die Betrachtungseigenschaften bzw. Ableseeeigenschaften in reflektiertem Licht von dynamischen streuenden flüssigen Kristallabbildungselementen wesentlich verbessert werden.

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, ein neues flüssiges kristallines Abbildungssystem zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein neues dynamisches streuendes nematisches flüssiges Kristallabbildesystem zu schaffen.

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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Abbildungssystem zu schaffen, in welchem ein nematisch flüssiges kristallines Material in dem homeotropisch ausgerichteten Zustand bildentsprechend in den dynamischen streuenden Zustand durch Anlegen eines elektrischen Feldes überführt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Spiegelreflexionen wirksam zu unterdrücken, wenn ein dynamisches streuendes ,homeotropisch ausgerichtetes nematisches Abbildungselement in Reflexion betrachtet wird.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Abbildungssystem zu schaffen, in welchem ein homeotropisch ausgerichtetes nematisches Abbildungselement in Reflexion durch einen Zirkularpolarisator betrachtet wird.

Diese und andere Ziele und die daraus entstehenden Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein flüssiges kristallines Abbildungssystem geschaffen wird, in welchem ein Abbildungselement, das aus einem Film oder einer Schicht eines nematischen flüssigen kristallinen Materials im homeotropisch ausgerichteten Zustand besteht, bildentsprechend in einen dynamischen streuenden Zustand durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes überführt wird und in Reflexion durch einen Zirkularpolarisator betrachtet wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbexspielen unter Berücksichtigung der Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Teildarstellung einer Ausführungsform eines flüssigen kristallinen Abbildungselementes bzw. Bildelementes, in welchem die gewünschte Abbildung bzw. das gewünschte Bild durch die Form wenigstens einer der Elektroden definiert wird;

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Fig. 2 erläutert ein Abbildungssystem, in welchem ein flüssiges kristallines Abbildungselement durch ein Elektronenstrahladressensystem bildlich dargestellt wird;

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines - Abbildungssystems, in welchem ein flüssiges kristallines Abbildungselement durch ein X-Y Adressensystem bildlich dargestellt wird; und

Fig. 4 ist eine schematische Teildarstellung im Querschnitt einer Ausführungsform eines flüssigen kristallinen Abbildungselementes bzw. Bildelementes, die eine fotoleitfähige Isolierschicht enthält.

Fig. 1 erläutert ein flüssiges kristallines elektrooptisch.es Abbildungs- bzw. Bildelement, in welchem die gewünschte Abbildung bzw. das gewünschte Bild durch die Form wenigstens einer der Elektroden definiert wird. In Fig. 1 wird das Abbildungselement 10 dargestellt, welches eine lichtreflektierende Elektrode 12 und eine im wesentlichen transparente Elektrode aufweist, die im wesentlichen aus einem transparenten Träger 14 besteht, an dessen innerer Oberfläche eine im wesentlichen transparente leitfähige Schicht 16 fixiert ist, die in Form des gewünschten Bildes ausgebildet ist. Die Elektroden werden durch ein Abstandselement 18 mit einem Hohlraum 20 (der im wesentlichen die ganze Fläche von Abstandselement 18 einnnimmt), der mit einem nematischen flüssigen kristallinen Material im homeotropisch ausgerichteten Zustand unter Bildung eines Filmes oder einer Schicht ausgefüllt ist, die das aktive Element des Abbildungselementes enthält, getrennt. Ein homeotropisch ausgerichtetes nematisches flüssiges kristallines Material hat die Hauptmolekularachsen eines wesentlichen Teil der Moleküle im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Elektroden angeordnet, wie es im Detail anschließend beschrieben wird. Ein sehr dünner oder im wesentlichen transparenter Leiter 22 ist in dieser Ausführungsform notwendig, um die Elektrode in der gewünschten Abbildungskonfiguration mit dem

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Außenkreis 24,der typischerweise eine Spannungsquelle 26 enthält, elektrisch zu verbinden, und ist auch mit der Elektrode 12 verbunden. Die Spannungsquelle kann aus Gleichstrom, Wechselstrom oder Kombinationen davon bestehen. Es sollte beachtet werden, daß die Elektrode 12 auch im wesentlichen transparent sein kann, in welchem Fall es notwendig ist, einen Spiegel hinter dem" Element anzubringen, um das Bild bzw. die Abbildung in Reflexion zu betrachten. Die Ausführungsform, wie sie in Fig.1 gezeigt wird, zeigt nur eine der beiden Elektroden in Bildkonfiguration; es versteht sich .jedoch, daß beide Elektroden leicht zu einem zusammenpassenden Paar zusammengefaßt werden können, um das gleiche gewünschte Bild bzw. die gleiche gewünschte Abbildung zu definieren, ganz gleich, ob die Elektrode 12 lichtreflektierend oder im wesentlichen transparent ist. Neben dem transparenten Träger 14 befindet sich der Zirkularpolarisator 28. Obwohl der Zirkularpolarisator 28 in Kontakt mit dem Abbildungselement gezeigt wird, ist darauf hinzuweisen, daß sie auch im Abstand voneinander angeordnet werden können, wenn dieses erforderlich bzw. erwünscht ist.

Während des Betriebes wird diese Ausführungsform nur in den Bereichen, in denen parallele Elektroden vorhanden sind, d.h. zwischen der Elektrode in der gewünschten Abbildungskonfiguration und der gegenüberliegenden Elektrode,ein elektrisches Feld hervorrufen, unabhängig davon, ob die zweite Elektrode auch in der gewünschten Bildkonfiguration bzw. Abbildungskonfiguration vorhanden ist oder nicht. Typischerweise erzeugen Spannungsbereiche von etwa 7 bis etwa 100 Volt eine dynamische Streuung.

Wie oben angegeben, liegt das flüssige kristalline Material ursprünglich im homeotropisch ausgerichteten nematischen Zustand vor, in welchem die Hauptmolekularachsen eines wesentlichen Teils der Moleküle im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Elektroden ausgerichtet sind. Das nematische flüssige kristalline Material in dem ausgerichteten Zustand ist optisch einachsig, d.h. es zeigt die Eigenschaften eines einzelnen einachsigen Kristalles,

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und depolarisiert deshalb einfallendes polarisiertes Licht,nicht. Wenn das ausgerichtete nematische flüssige kristalline Abbildungsmaterial in dem unbeeinflußten Abbildungselement vorliegt und durch den Zirkularpolarisator 28 betrachtet wird, erscheint es ursprünglich typischerweise dunkel. Dies ist deshalb so, weil das einfallende Licht in zirkularpolarisiertes Licht (circularly polarized light) umgewandelt wird, beispielsweise in rechtsdrehendes (right hand) zirkularpolarisJLertes Licht (der Sinn ist willkürlich gemeint) mit Hilfe des Zirkularpolarisators 28, durch die transparente Elektrode und das ausgerichtete nematische Material hindurchgeht, das den Polarisationszustand nicht beeinträchtigt, trifft auf die lichtreflektierende Elektrode 12, wo es eine Umkehr in der Richtung erfährt (es wird linksdrehendes (left hand) zirkularpolarisierentes Licht), geht nochmals durch das ausgerichtete nematische Material und durch die transparente Elektrode 12 hindurch, ohne daß der Zustand der Polarisation beeinträchtigt wird, und wird durch den Zirkularpolarisator 2 8 ausgelöscht. Wenn ein bildentsprechendes elektrisches Feld in dem dynamischen streuenden Feldstärkebereich der Abbildungszubereitung quer zum flüssigen kristallinen Film erzeugt wird, wird ein Beobachter,der das Abbildungselement in Reflexion betrachtet, ein Bild bzw. eine Abbildung sehen, weil die durch das Feld beeinflußten oder Bildbereiche turbulent und lichtstreuend erscheinen, während die. Hintergrundbereiche dunkel bleiben.

Dieses Ergebnis wird wegen der verschiedenen optischen Eigenschaften des flüssigen kristallinen Materials in dem Bild bzw. der Abbildung und den Hintergrundbereichen, nachdem die. Abbildung durchgeführt wurde, erhalten. In den durch das Feld beeinflußten Bereichen wird eine Turbulenz in dem ursprünglich ausgerichteten nematisehen Material hervorgerufen und diese Bereiche depolarisieren nun polarisiertes Licht. Dadurch wird einfallendes zirkularpolarisiertes Licht durch die durch das Feld beeinflußten Bereiche des flüssigen kristallinen Films depolarisiert und wird dann durch die.lichtreflektierende Elektrode 12

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reflektiert und durch den flüssigen kristallinen Film, die transparente Elektrode und den Zirkularpolarisator zurückgeleitet. Wie oben angegeben, wird der Lichteinfall auf die Hintergrundbereiche des flüssigen kristallinen Films durch den Zirkularpolarisator ausgelöscht. Dieser Effekt wird mit bekannten dynamischen streuenden nematischen flüssigen kristallinen Abbildungselementen nicht erhalten, weil dort das nematische Material in den Bereichen, die nicht durch ein elektrisches Feld beeinflußt werden, als doppelt brechendes Material mit beliebiger Molekularorientierung wirkt.Daraus ist zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung signifikant ver" besserte Reflexionsbetrachtungseigenschaften in einem dynamischen streuenden Abbildungselement schafft, weil das flüssige kristalline Material in den Hintergrundbereichen in homeotropisch ausgerichtetem Zustand vorliegt und deshalb einfallendes polarisiertes Licht nicht depolarisiert.

in

Im allgemeinen hat das/Reflexion betrachtete Abbildungselement den Vorteil, daß normales Raumlicht als Auslesebeleüchtung verwendet werden kann. In einigen Fällen ist es jedoch erwünscht, eine Auslesequelle 13 zu benutzen, um ein abgebildetes Element bzw. Bildelement zu betrachten. Diese letztere Ausführungsform wird beispielsweise in Fällen bevorzugt, in welchen aus irgendeinem Grund die Intensität des Raumlichtes nicht für die gewünschten Betrachtungsbedingungen ausreicht.

Die Verwendung des Zirkularpolarisators gemäß dem erfindungsgemäßen Abbildungssystem ergibt konsistente Betrachtungsbedingungen und verbessert den Kontrast der in dem Abbildungselement entstehenden Bilder wesentlich. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß die Anwesenheit eines Polarisators einen Verlust in der Reflexionsintensität von mehr als einem Faktor von 4 ergibt. Bei vielen Anwendungen, insbesondere bei denen mit künstlicher Auslegequelle können trotzdem Verluste oft nicht verhindert werden. Deshalb bedeutet der stark verbesserte

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Bildkontrast und die konsistenteren Betrachtungsbedingungen, die durch das vorteilhafte Abbildungssystem der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, eine signifikante Verbesserung im Vergleich mit bekannten,in Reflexion betrachteten dynamischen streuenden Abbildungselementen.

In dem flüssigen Kristallabbildungselement, wie es in Fig. 1 beschrieben wird, kann die lichtreflektierende Elektrode 12 aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Metallschichteu oder Schichten von Metall, die auf Substrate/ wie beispielsweise Glas, aufgedampft wurden, bestehen. Die transparente Elektrode kann aus jedem geeigneten Material mit den erforderlichen Eigenschaften bestehen. Typische Materialien, die für die Verwendung als transparenter Träger 14 geeignet sind, sind beispielsweise Glas oder plastische Materialien. Typische transparente lei.tfähige Materialien, die für die Verwendung als bildentsprechende leitfähige Schicht 16 geeignet sind, sind beispielsweise kontinuierlich leitende Beschichtungen von Leitern, wie beispielsweise Zinn, Indiumoxid, Aluminium, Chrom, Zinnoxid oder andere geeignete Leiter. Diese im wesentlichen transparenten leitfähigen Beschichtungen werden typischerweise auf die stärker isolierenden Substrate bzw. Trägersubstanzen aufgedampft oder aufgesprüht.

Das Abstandselement 18 in Fig. 1, das die im wesentlichen transparenten Elektroden trennt und das den flüssigen kristallinen Film zwischen den Elektroden enthält, ist typischerweise chemisch inert, im wesentlichen isolierend und hat geeignete dielektrische Eigenschaften. Materialien, die für die Verwendung als isolierendes Abstandselement geeignet sind, sind beispielsweise Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Celluloseacetatbutyrat, Polyurethanelastomere, Polyäthylen, Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Polycarbonate, Polyvinylfluorid, Polytetrafluoräthylen, Polyathylenterephthalat und deren Gemische.

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Jedes geeignete Verfahren kann zur Herstellung des flüssigen kristallinen Films im homeotropisch ausgerichteten Zustand angewendet werden. Beispielsweise ist es bekannt, daß Oberflächenbehandlungen von Substraten beispielsweise mit Materialien, wie z.B. Lezithin bewirken, daß ein Film eines nematischen flüssigen kristallinen Materials, das auf einem behandelten Substrat aufgebracht wurde,den homeotropisch ausgerichteten Zustand annehmen wird, siehe beispielsweise US-PS 3 59 7 04 3. Die flüssig kristalline Kontaktoberfläche einer oder beider Elektroden könnte so mit einem geeigneten OberflächenbehandlungsHiaterial behandelt werden und ein Film von jedem geeigneten nematischen flüssigen kristallinen Material, aufeinandergeschichtet zwischen den Elektroden, würde typischerweise den homeotropisch ausgerichteten Zustand annehmen. Es ist ebenfalls aus der Literatur bekannt, daß nematische flüssige kristalline Materialien mit Additiven vermischt werden können, die den übergang der Zubereitungen in den homeotropisch ausgerichteten Zustand bewirken, wenn ein dünner Film davon auf ein Substrat aufgebracht wird. Typische geeignete Ausrichteverbindungen sind beispielsweise Materialien, wie z.B. oberflächenaktive Mittel, beispielsweise polyamidharzoberflächenaktive Mittel und verschiedene Arten von Harzen. Eine ausführliche Liste von typischen geeigneten Ausrichtungsverbindungen sind in der anhängigen Anmeldung Ser. No. 173 532 (angemeldet 20. August 1971) zu finden. Der homeotropisch ausgerichtete Zustand kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Kontaktoberflächen der Elektroden vor der Bildung des Abbildungselementes sorgfältig gereinigt werden.

Der flüssige Kristallfilm des Abbildungselementes kann aus jedem geeigneten nematischen flüssigen kristallinen Material oder Gemischen von nematischen flüssigen kristallinen Materialien bestehen. Typische nematische flüssige kristalline Materialien, die für die Verwendung in flüssigen Kristallfilmen geeignet sind, sind beispielsweise p-Azoxyanisol, p-Azoxyphenetol,

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p-Butoxybenzoesäure, p-Methoxyzimtsäure, Butyl-p-anisyliden-p'-aminozimtsäurebutylester, Anisyliden-p-amino-phenylacetat, p-Äthoxybenzylamino- <*· -methylzimtsäure, 1 ,4-bis (p-Äthoxybenzyliden)cyclohexanon, 4,4'-Dihexyloxyazoxybenzol/4,4'-Diheptyloxazoxybenzol, Anisal-p-aminoazobenzol, Anisaldazin, Ol-Benzolazo-{anisal-naphthylamin), Anisyliden-p-n-butylanllin, p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin, Stilbene, Tolane und deren Gemische.

Die oben genannten Listen von typischen geeigneten Materialien sollen Mischungen von den oben angegebenen Substanzen einschließen. Diese Listen beinhalten beispielhafte Angaben und sollen nicht so ausgelegt werden, daß sie vollständig sind und die Erfindung auf die spezifisch genannten Materialien begrenzen. Obwohl jedes nematische flüssige kristalline Material für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Abbildungssystem geeignet ist, sollte beachtet werden, daß die verschiedenen verschiedenartigen Substanzen oder Zubereitungen, die für die Verwendung geeignet sind, die erforderlichen Eigenschaften bei einigen spezifischen Temperaturbereichen, die bei oder in der Nähe- der Raumtemperatur liegen'können, aufweisen. Typischerweise wird das Abbildungssystem bei oder in der Nähe von Raumtemperaturen betrieben fund deshalb werden vorzugsweise flüssige kristalline Zubereitungen oder Substanzen verwendet, deren flüssiger kristalliner Zustand bei oder ungefähr bei Raumtemperatur liegt. Im allgemeinen werden die flüssigen kristallinen Zubereitungen bei der gewünschten Betriebstemperatur im flüssigen kristallinen Zustand vorliegen. Der flüssige kristalline Film hat typischerweise eine Dicke im Bereich von etwa 6,35,u (1/4 mil) bis etwa 127 ,0,u (5 mils).

Der Zirkularpolarisator 28 kann aus einem geeigneten Element bestehen und kann ein Linearpolarisator in Kombination mit einer λ -Viertel-Platte sein. Die Auslesequelle 30 kann jegliche Art von Quelle sein, wie beispielsweise eine normale Glühbirne.

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In Fig. 2 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorteilhaften Systems der vorliegenden Erfindung illustriert, in welchem ein Elektronenstrahladressensystem für die Erzeugung eines bildentsprechenden Feldes quer zum flüssigen kristallinen Abbildungselement vorgesehen ist. In Fig. 2 liegt das Elektronenstrahladressensystem innerhalb der Vakuumröhre 32, und das Adressensystem selbst besteht aus Elektronenkanone 34, Beschleuniger 36 und Ablenkplatten 38, die mit elektrischen Leitungen durch die Vakuumröhre 32 versehen sind, so daß eine geeignete elektrische Schaltung damit verbunden werden kann, um das Elektronenstrahlabbildungssystem zu betreiben. Das flüssige kristalline Abbildungselement in Verbindung mit dem Elektronenstrahladressensystem besteht aus dem im wesentlichen transparenten Träger 14 (Substrat), auf welchem eine transparente leitfähige Schicht 15 angebracht ist. Die im wesentlichen transparente leitfähige Schicht 15 ist auf dem Gesamtbereich von Träger (Substrat) 14 angebracht und ist bei 40 geerdet. Die flüssige kristalline Abbildungsschicht 42 besteht aus einem ausgerichteten nematischen flüssigen kristallinen Material. Eine Schicht eines lichtreflektierenden elektrisch isolierenden Materials 44 ist neben der flüssigen kristallinen Abbildungsschicht 42 angebracht. Der Aufprall von Elektronen,geführt von der Elektronenkanone 34,und die auf die elektrische isolierende Schicht 44 aufprallen, bewirkt ein momentanes Feld, wenn es in Verbindung mit der geerdeten transparenten leitfähigen Schicht 15 betrachtet wird. Dieses momentane Feld quer zur flüssigen kristallinen Abbildungsschicht 42 bewirkt, daß das ursprünglich homeotropisch ausgerichtete nematische Material turbulent und lichtstreuend wirkt in den durch das Feld beeinflußten Bereichen, wodurch ein Bild entsteht, das von einem Beobachter, der das Element in Reflexion durch Zirkularpolarisator 28 betrachtet, gesehen werden kann.

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Eine weitere Ausführungsform des Elektronenstrahladressensystems ist eine solche Gestaltung, in welcher ein elektrisches Feld, das durch den Elektronenstrahl erzeugt wird, durch eine dünne Schicht geführt wird, die im wesentlichen isolierend ist in der lateralen Richtung parallel mit der Ebene dieser Schicht, die aber im wesentlichen leitfähig ist durch die Dicke der Schicht in der Richtung, die senkrecht zur Ebene der Schicht ist, d.h. eine Zapfenröhre (pin tube) ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, die flüssige kristalline Schicht außerhalb des Vakuumsystems anzubringen. Für zeitweise Darstellungen unter Verwendung dieser Ausführungsform des Elektronenstrahlsystems it die Kopfplatte im wesentlichen in allen Richtungen isolierend. Es sollte erwähnt werden, daß jede geeignete Kombination von Adressensystemen, wie beispielsweise jedes der anderen hierin beschriebenen Systeme und auch noch andere auf die gleiche Art und Weise kombiniert werden können, so daß die durch die Kombination der Adressensysteme' erzeugte Gesamtspannung einen größeren Wert aufweist als die Schwellspannung für das bestimmte flüssige kristalline Abbildungselement. Es ist wiederum zu bemerken, daß die Spannungsquellen, die in den Schaltkreisen, die die elektrischen Felder in den verschiedenen Adressensystemen, die für die Verwendung in dem vorteilhaften System der vorliegenden Erfindung geeignet sind, erzeugen, verwendet werden, entweder Wechselstromquellen, Gleichstromquellen oder Kombinationen davon sein können. Es ist ebenfalls zu bemerken, daß das mit einem Bild versehene Element in Reflexion mit normalem Licht oder mit einer Auslesequelle 30 betrachtet werden kann.

In ähnlichen Ausführungsformen kann die im wesentlichen elektrisch isolierende Schicht 44 aus Materialien ausgewählt werden, die sekundäre Emissionseffekte aufweisen, wenn sie mit dem ursprünglichen Elektronenstrahl bombardiert werden; solche sekundären Emissionen können Abbildungsemissionen sein oder, andererseits kann das sekundäre Emissionssystem ein geeignetes Verfahren sein, das vorhergehende Bild auf dem flüssigen kristallinen Abbildungselement auszulöschen.

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In Fig. 3 wird ein X-Y Adressens'ystem in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung illustriert, das geeignet ist, ein flüssiges kristallines Abbildungselement.abzubilden. Der homeotropisch ausgerichtete nematische flüssige Kristallfilm wird in den Hohlraum 20 innerhalb des transparenten und im wesentlichen isolierenden Abstandselementes 18 eingebracht. Der flüssige Kristallfilm und das Abstandselement werden zwischen einem Eltrodenpaar aufeinandergeschichtet. Die transparente Stirnelektrode besteht aus einem transparenten Träger (Substrat) 14, auf welchem Streifen aus .leitendem Material 46 aufgeschichtet sind. Die rückwärtige reflektierende Elektrode besteht aus einem lichtreflektierenden Träger (Substrat) 48, der mit Streifen aus leitendem Material 50 beschichtet ist, die entweder transparent oder lichtreflektierend sein können. Es sollte beachtet werden, daß die hintere Elektrode transparent sein kann, in welchem Falle ein Spiegel hinter dem Abbildungselement angebracht ist. Die Elektroden sind so orientiert, daß die Streifen aus leitendem Material 46 und 50 an den entsprechenden Elektroden sich in einer X-Y Matrix oder Gitter überkreuzen. Jeder leitfähige Streifen in jedem Feld von parallelen Streifen aus leitendem Material 46 und 50 ist elektrisch mit einem Schaltkreis 52 verbunden, der für eine selektive oder Folgeschaltung geeignet ist. Durch Auswahlkreise 52a und 52b und Außenkreis 2 4 einschließlich Spannungsquelle 26 kann ein elektrisches Feld quer zu ausgewählten Punkten oder einer ausgewählten Sequenz von Punkten in dem illustrierten Abbildungssystem erhalten werden, das geeignet ist, den dynamischen streuenden Zustand in der flüssigen kristallinen Abbildungeschieht gemäß dem erfindungsgemäßen Abbildungssystem hervorzurufen. Es versteht sich, daß die Streifen aus leitendem Material 46 und 50 in ihrer Ρτ-fti.te variieren können, und zwar von einer sehr dünnen drahtähnlichen Konfiguration zu jeder gewünschten Breite.

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245267;

Fig. 4 illustriert eine' weitere bevorzugte Ausführungsform eines flüssigen kristallinen Abbildungselementes _F das eine fotoleitfähige Isolierschicht enthält und in welchem die Abbildung durch Anlegen eines gleichmäßigen Potentials quer zum Gesamtbereich der Elektroden bewirkt wird und die fotoleitfähige Schicht einem bildentsprechenden Muster von aktivierenden . elektromagnetischen Strahlen, die der gewünschten Bildkonfiguration entsprechen, ausgesetzt wird. Unter Berücksichtigung von Fig. 4 ist ein elektrooptisches Abbildungselement zu sehen, das ein Paar transparenter Elektroden enthält und das aus den im wesentlichen transparenten Trägern 14 und der im wesentlichen transparenten leitfähigen Schicht 15, der fotoleitfähigen Isolierschicht 54, der optisch sperrenden Schicht 56 und der homeotropisch ausgerichteten nematischen flüssigen kristallinen Abbildungsschicht 42 besteht. Während des Betriebes der Vorrichtung wird ein abbildungsgerechtes Muster aktivierender elektromagnetischer Strahlen von der rechten Seite auf das Element gerichtet, während ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden mit Hilfe des Außenkreises 24 ausgebildet wird, deren entgegengesetzte Seiten mit leitfähigen Schichten 15 der entsprechenden Elektroden verbunden sind. Demgemäß wird ein bildentsprechendes elektrisches Feld quer zur flüssigen kristallinen Abbildungsschicht 42 erzeugt, welches bewirkt, daß die durch das Feld beeinflußten Bereiche des flüssigen Kristallfilms den dynamischen streuenden Zustand annehmen.

Die optische sperrende Schicht 56 dient dazu, die Auslesebeleuchtung zu reflektieren und um zu verhindern, daß die fotoleitfähige Schicht durch die Auslesebeleuchtung entladen wird, in den Fällen, in denen das fotoleitfähige Isoliermaterial aktiniseh zur Auslesebeleuchtung ist. Die optische sperrende Schicht 56 ist typischerweise von etwa 500 A bis etwa 5000 A dick; sie muß elektrisch ausreichend isolierend wirken, um ein Verzerren (shorting) des Bildes zu verhindern, und sie hat

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typischerweise einen Massewiderstand von mehr als etwa 10 Ohm-cm.

Jede reflektierende optische sperrende Schicht mit geeigneter Leitfähigkeit, wie beispielsweise ein dielektrischer Spiegel in Kombination mit einer Schicht von Cadmiumtellurid kann verwendet werden. Es sollte bemerkt werden, daß die optische sperrende Schicht 56 nicht erforderlich ist, wenn die fotoleitfähige Isolierschicht 54 nicht aktinisch zur Auslesebeleuchtung ist. Wenn ein Abbildungselement jedoch keine optische sperrende Schicht 56 enthält, muß eine andere lichtreflektierende Oberfläche zugegen sein, um das einfallende Ausleselicht zu reflektieren. Die reflektierende Oberfläche kann durch die fotoleitfähige Schicht gegeben sein, da es viele fotoleitfähige Materialien gibt, die einen spiegelähnlichen Überzug bilden,wenn sie auf eine ebene Oberfläche aufgegeben werden, wodurch sie relative hohe Reflexionseigenschaften erhalten, d.h. von 10 bis 50 %. Im allgemeinen kann die fotoleitfähige Isolierschicht 54 aus jedem fotoleitfähigen Isoliermaterial bestehen. Andererseits kann auch die rückwärtige Elektrode lichtstreuend wirken, wenn das bildentsprechende Strahlungsmuster von der gleichen Seite, auf der sich die Auslesebeleuchtung befindet, auf das Abbildungselement gerichtet wird.

Obwohl spezifische Vorrichtungskonfigurationen und Materialien bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, daß die Erfindung nicht durch diese bevorzugten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern daß Modifikationen und Variationen für einen Fachmann möglich sind, die auch noch innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung liegen.

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   \\J Abbildungsverfahren, dadurch gekennzei chnet, daß

   a) ein Abbildungselement, das aus einer Schicht aus homeotropisch ausgerichtetem nematischen flüssigen kristallinen Material besteht, zwischen einem Zirkularpolarisator und einer lichtreflektierenden Oberfläche angeordnet wird;

   b) ein bildentsprechendes elektrisches Feld quer zur Schicht aus flüssigem kristallinen Material, das für die Ebene der Schicht normal ist₇ angelegt wird, wobei das elektrische Feld stark genug ist, das flüssige kristalline Material in einen lichtstreuenden Zustand unter Bildung eines Abbildes zu überführen; und

   c) das Bild durch den Zirkularpolarisator mit reflektiertem Licht betrachtet wird. -
2. 2. Verfahren nach Anspruch-1 ,'dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement außerdem eine vordere und eine rückwärtige Elektrode enthält, die an entgegengesetzten Seiten der Schicht aus flüssigem kristallinem Material angeordnet sind, wobei die vordere Elektrode wenigstens im wesentlichen transparent ist und worin das bildentsprechende elektrische Feld qtier zur Schicht aus flüssigem kristallinen Material mit Hilfe von diesen Elektroden angelegt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß die rückwärtige Elektrode eine lichtreflektierende Oberfläche aufweist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elektroden, d.h. die vordere oder rückwärtige Elektrode, in bildentsprechender Konfiguration ausgebildet ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement außerdem eine fötoleitfähige Isolier-

   Schicht neben der Schicht aus flüssigem kristallinen Material enthält und worin das bildentsprechende elektrische Feld dadurch ge-

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   schaffen wird, daß ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird und die fotoleitfähige Isolierschicht einem bildentsprechenden Muster von aktivierenden elektromagnetischen Strahlen ausgesetzt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Isolierschicht zwischen der Schicht aus flüssigem kristallinen Material und der rückwärtigen Elektrode angeordnet ist und worin das Abbildungselement außerdem eine optische sperrende Schicht enthält, die zwischen der Schicht aus flüssigem kristallinen Material und der fotoleitfähigen Isolierschicht angeordnet ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn ζ ei chne t, daß der Zirkularpolarisator mit der Oberfläche der vorderen Elektrode, die im Abstand von der Schicht aus flüssigem kristallinen Mate-' rial angeordnet ist, in Kontakt steht.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bildentsprechende elektrische Feld durch ein Elektronenstrahladressensystem erzeugt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bildentsprechende elektrische Feld durch ein elektrisches X-Y Adressensystem erzeugt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild mit Hilfe von Raumbeleuchtung ausgelesen wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild mit Hilfe einer Beleuchtungsquelle, die durch eine Auslesequelle geschaffen wird, ausgelesen wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigem kristallinen Material eine Dicke im Bereich von etwa 6,35.U (1/4 mil) bis etwa 127,O,u (5 mils) aufweist.

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13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigem kristallinen Material aus einem nematischen flüssigen kristallinen Material und einem Ausrichtungsmittel besteht.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzei chnet, daß das Ausrichtungsmittel aus einem oberflächenaktiven Material besteht. ·
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzei chnet, daß das oberflächenaktive Material aus einem Polyamidharz besteht.

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