DE2522487A1

DE2522487A1 - Verfahren zur erzeugung variabler beugung von licht

Info

Publication number: DE2522487A1
Application number: DE19752522487
Authority: DE
Inventors: James E Adams; Werner E L Haas
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-05-28
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1507222A; NL7505845A; US3909114A; FR2275793A1; JPS517947A; CA1043897A

Description

Xerox Corporation, Rochester, N.Y. / USA Verfahren zur Erzeugung variabler Beugung von Licht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur variablen Lichtbeugung.

Insbesondere betrifft die Erfindung Flüssigkeitskristallstoffe mit optischem Speichervermögen und einer neuartigen, stabilen sphärolithischen Flüssigkeitskristallstruktur, ein Verfahren zur Herstellung dieser Flüssigkeitskristallstoffe, das Löschen derselben und ihre Verwendung bei 'Flüssigkeitskristallanzeigeelementen.

Flüssigkeitskristallstoffe mit optischem Speichervermögen sind in den U.S. Patentschriften 3 642 348, 3 680 950 und 3 704 056 beschrieben. Bei diesen Flüssigkeitskristallsystemen wird ein cholesterischer Flüssigkeitskristallstoff aus einer seiner sogenannten Grandjean- und brennpunktkonischen Strukturen in den anderei seiner Strukturzustände umgewandelt, d.h. es findet eine Umwandlung von der Grandjean-Struktur zur brennpunktkonischen Struktur oder von der brennpunktkonischen in die Grandjean· Struktur statt.

Cholesterische Flüssigkeitskristallstoffe zeigen bekanntlich verschiedene beobachtbare Strukturen. Beispielsweise können cholesterische Flüssigkeitskristalle eine brennpunktkonische oder eine ebene Grandjean-Struktur als Abwandlungen der cholesterischen Mesophase annehmen, wie in Gray, G.W., Molecular

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Structure and the Properties of Liquid Crystals, Academic Press, London, 1962, S. 39"54» beschrieben. ■■■...

Allgemein zeigen Flüssigkeitskristallsubstanzen physikalische Eigenschaften, die sowohl die mit Flüssigkeiten als auch die mit festen Kristallen verbundenen Eigenschaften umfassen. Der Name "Flüssigkeitskristalle" hat sich für Stoffe eingebürgert, die diese dualen Eigenschaften zeigen. Zusätzlich zur cholesterischen Mesophase existieren Flüssigkeitskristalle bekanntlich in der smektischen und in der nematischen Mesophase. Die drei obengenannten Mesophaseformen von Flüssigkeitskristallstoffen sind gekennzeichnet durch verschiedene Strukturen, in denen die Moleküle der Verbindung in einer Molekularstruktur angeordnet sind, die für jede der drei mesomorphischen Strukturen kennzeichnend ist.

Jede dieser Strukturen ist auf dem Gebiet der Flüssigkeitskristalle wohlbekannt. Die smektische Mesophase wurde beispielsweise in ihrer Struktur so beschrieben, daß ihre Moleküle in Schichten angeordnet sind und die Hauptachsen der Moleküle einander annähernd parallel und senkrecht zur Ebene der Schichten ausgerichtet sind. In einer gegebenen Schicht können die Moleküle in der smektischen Mesophase in gleichförmigen Reihen ausgerichtet oder über die gesamte Schicht willkürlich verteilt sein. Die Schichten der smektischen Mesophase können sich aufeinander frei bewegen, da die Anziehungskräfte zwischen den Schichten relativ schwach sind, wodurch die smektischen Flüssigkeitskristallsubstanzen die mechanischen Eigenschaften einer ebenen bzw. zweidimensionalen seifeähnlichen Flüssigkeit erhalten.

Die nematische Mesophase wird hingegen in der Literatur so beschrieben, daß sie Moleküle aufweist, die nicht in bestimmten Schichten angeordnet sind wie in der smektischen Struktur, die Moleküle jedoch Hauptachsen aufweisen, die örtlich annähernd zueinander parallel sind.

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Die cholesterische Mesophase wird in der Literatur so beschrieben, daß ihre Moleküle in bestimmten Schichten angeordnet wie bei der smektischen Mesophase vermutet werden. In einer gegebenen Schicht glaubt man jedoch, daß die Moleküle mit ihren Hauptachsen annähernd parallel ausgerichtet sind ähnlich der Struktur von nematischen Flüssigkeitskristallen. Die cholesterische Struktur verdankt ihren Namen der Tatsache, daß Stoffe, die die cholesterische Flüssigkeitskristallstruktur aufweisen, Moleküle besitzen, die Derivate von Cholesterin sind und die sehr ähnlich wie Cholesterinmoleküle aufgebaut sind. Wegen der Form der cholesterischen Moleküle ist in der cholesterischen Struktur die Richtung der Hauptachsen der Moleküle in jeder der erwähnten Schichten leicht von der Richtung der Hauptmolekülachsen der angrenzenden Molekularschichten verschoben. Beim Vergleich mit einer hypothetischen gradlinigen Achse durch eine cholesterische Flüssigkeitskristallsubstanz rechtwinklig zu den Molekularebenen innerhalb der Substanz zeichnet die Winkelverschiebung der Richtung der Molekularachsen innerhalb jeder angrenzenden Molekülschicht einen schraubenförmigen Weg um die hypothetische gradlinige Achse auf.

Insbesondere sind, was die cholesterische Mesophase anbetrifft, die beiden hauptsächlich untersuchten Strukturen in der Literatur folgendermaßen beschrieben. Die brennpunktkonische und die Grandjean-Struktur sind einander insofern ähnlich, als daß sie beide dieselbe örtliche Symmetrie, nämlich eine Schraubensymmetrie aufweisen. Die Orientierung der Schraubensymmetriebereiche ändert sich jedoch stark. Die Grandjean-Struktur besteht aus Bereichen mit Schraubenanordnung, deren Achsen alle annähernd parallel zueinander und senkrecht zu dem Substrat ausgerichtet sind, während die brennpunktkonische Struktur aus ähnlichen Bereichen besteht, deren Achsen alle angenähert parallel zu dem Substrat und in der Ebene willkürlich ausgerichtet sind. Die Grandjean-Struktur der choLesterischen Mesophase ist gekennzeichnet durch selektive Streuung einfallenden Lichtes um eine Wellenlänge λ (wobei Λ_o = 2np, worin η der Brechungsindex des Flüssigkeitskristallfilms und ρ der Gang des Flüssigkeitskristall-

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films ist) und eine optische Aktivität für Wellenlängen einfallenden Lichtes fern von A₀. Wenn A₀ im sichtbaren Bereich liegt, so erscheint der Flüssigkeitskristallfilm in einer Farbe entsprechend A₀ für senkrechten Einfall und senkrechte Beobachtung, und wenn A₀ außerhalb des sichtbaren Bereiches liegt, erscheint der Film farblos und nichtstreuend. Die Grandjean-Struktur cholesterischer Flüssigkeitskristalle wird manchmal als "gestörte" Struktur bezeichnet. Die brennpunktkonische Struktur ist ebenfalls gekennzeichnet durch selektive Streuung, zusätzlich zu dieser Struktur zeigt sie jedoch diffuse Streuung im sichtbaren Bereich, gleich ob λ im sichtbaren Bereich liegt oder nicht. Der brennpunktkonische Strukturzustand erscheint typischerweise milchig weiß. Die brennpunktkonische Struktur cholesterischer Flüssigkeitskristalle wird gelegentlich als "ungestörte" Struktur bezeichnet.

Was Mischungen nematischer und optisch aktiver Stoffe anbetrifft, so wurde von A.D. Buckingham et al, Chem. Phys.'Letters, 3, 7» 540 (1969) berichtet, daß das Hinzufügen geringer Beträge, beispielsweise etwa 10 Gew.-/i oder weniger, von optisch aktiven, nichtmesomorphischen Stoffen wie -^-menthol und Weinsäure zu nematischen Flüssigkeitskristallstoffen Verbindungen ergibt, die die optischen Eigenschaften der cholesterischen Flüssigkeitskristallmesophase aufweisen. Ferner ist in der U.S. Patentschrift 3 806 230 beschrieben, daß Flüssigkeitskristallverbindungen', die die. optischen Eigenschaften der cholesterischen FlÜssigkeitskristallmesophase aufweisen und einen nematischen Flüssigkeitskristallstoff und wenigstens einen optisch aktiven, nichtmesomorphischen Stoff umfassen, ein optisches Speichervermögen beim Entfernen eines Vorher angelegten elektrischen Feldes oder Stromes besitzen. Ein gemäß der Beschreibung in dem genannten Patent erzeugtes Bild weist typischerweise Streuung auf und steht im Kontrast zu dem hellen, unbeeinflußten Bereich, der dem elektrischen Feld nicht ausgesetzt war. In dieser Druckschrift ist beschrieben, daß das Bild mit einem hochfrequenten Wechselstromfeld gelöscht werden kann.

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In Appl. Phys. Letters, 19, 7, 213 (1971) wurde von Greubel und Wolff ein elektrooptischer Effekt in Flüssigkeitskristallen beschrieben, der mit variablem Gittermodus (variable grating mode) bezeichnet wird. Dünne, homogen ausgerichtete nematische. Stoffe (Molekülachsen parallel zum Substrat) enthaltende Zellen weisen ein System von linearen Bereichen auf, die erscheinen sobald eine angelegte Spannung einen Schwellwert übersteigt. Die Bereichsgröße kann durch die angelegte Spannung gesteuert werden, urü die elektrooptischen Zellen wirken als Gitter mit veränderlichem Volumen. Vor dem Anlegen des Feldes und nach dem Entfernen des Feldes sind keine Bereiche vorhanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen elektrooptischen Effekt bzw. ein Verfahren zur Erzeugung einer neuartigen Form der Beugung des Lichtes, insbesondere variable Beugung, anzugeben. Ferner sollen in Weiterbildung der Erfindung ein optisches Kerbfilter, ein optisches Bandfilter, ein neuartiger Strahlteiler, ein Farbanzeigesystem, eine optische Ablenkeinrichtung und ein neuartiger optischer Modulator angegeben werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung variabler Streuung, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf einem Substrat eine Schicht einer Flüssigkeitskristallverbindung mit einem dielektrisch negativen nematischen Flüssigkeitskristallstoff und etwa 0,4 bis etwa 3 Gew.-JS eines optisch aktiven Stoffes gebildet wird, die Flüssigkeitskristallverbindung außer Kontakt mit einem Ausrichtmittel bzw. behandelten Substrat optisch negativ ist und ein um A₀ gleich 2np zentriertes Lichtreflektionsband aufweist, worin η der Brechungsindex und ρ der Schraubengang der Flüssigkeitskristallverbindung ^; ist, die Flüssigkeitskristallverbindung im Kontakt mit einem Ausrichtmittel bzw. mit einem behandelten Substrat in der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase vorliegt, die Flüssigkeitskristallverbindung in der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase beim Entfernen einer vorher angelegten Spannung einen elektrisch induzierten

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Übergang in eine sphärolithische Struktur ausführen kann, das Verhältnis des Schraubenganges zur Dicke der Schicht etwa 1 bis etwa 10 beträgt, ein Ausrichtmittel oder ein behandeltes Substrat in Kontakt mit der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung gebracht wird, ein interessierender Teil der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung eine Anordnung von Sphärolithen aufweist, die nicht die optischen Eigenschaften der homöotropisehen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase aufweisen und umgeben sind von der Flüssigkeitskristallverbindung mit den optischen Eigenschaften der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase, Licht aus einer Lichtquelle auf den interessierenden Teil der Schicht mit der Anordnung von Sphärolithen gerichtet und einer Beugung unterzogen wird und eine Spannung an dem interessierenden Teil der Schicht mit einer Höhe angelegt wird, die niedriger ist als zur Erzeugung dynamischer Streuung in der Schicht der Flüssigkeitskristallschicht notwendig, wodurch die Sphärolithen vergrößert werden und die Beugung des Lichtes aus der Lichtquelle entsprechend geändert wird.

In der neuartigen, stabilen sphärolithischen Struktur der Flüssigkeitskristallverbindung vergrößern sich die einmal erzeugten Sphärolithen beim Anlegen einer Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung bzw. eines entsprechenden Potentials; nachdem durch Anlegen dieser Spannung die Sphärolithen sich vergrößert haben, kann deren Größe jeweils erniedrigt oder vergrössert werden durch Erniedrigen bzw. Erhöhen der angelegten Spannung bzw. des angelegten Potentials. Auf öine Anordnung der Sphärolithen gerichtetes Licht wird bei Abwesenheit einer angelegten Spannung bzw. eines angelegten Potentials gebeugt, und es kann ein Beugungsmuster beobachter werden. Beim Anlegen einer Spannung bzw. eines Potentials, das zu einer Vergrößerung der Sphärolithen führt, ändert sich die Anordnung und erhöht zumindest ihre Pakkungsdichte. Dies bewirkt eine Änderung der Stärke der Lichtbrechung und bildet dadurch die Basis für die variable Beugung von Licht gemäß der Erfindung. Die Sphärolithengröße kann in einem solchen Maße erhöht werden, daß die starke Packungsdichte bewirkt,

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daß die Sphärolithen eine hexagonale Form annehmen. Die Beugung des Lichtes ändert sich erneut in ihrer Stärke, und das sich daraus ergebende Beugungsmuster nimmt gleichfalls eine₍ hexagonale Form an. Die beobachteten, der variablen sphärolithischen Struktur entsprechenden Beugungsmuster ^stehen somit im Bezug auf ihre Größe und Form in direkter Beziehung zur
Größe und Form der Sphärolithen in der Sphärolithenanordnung der sphärolithischen Struktur.

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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine mit einem Mikroskop aufgenommene photographische Reproduktion einer etwa 19 Mikron dicken Schicht einer Flüssigkeitskristallverbindung mit etwa 0,7 Gew.-% Cholesteryloleylkarbonat und p-methoxy-benzyliden-p'-nbutylanilin mit darin enthaltenen Sphärolithen, wobei an der Schicht keine Spannung bzw. kein Potential angelegt ist; die Größe der Sphärolithen beträgt etwa 35 Mikron;

Fig. IA eine photographische Wiedergabe eines Beugungsmusters der Sphärolithemnordnung von Fig. 1; die verwendete Lichtquelle ist ein Argonlaser,und die Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung ist zwischen dem Laser und einem Schirm in einem Abstand von 'etwa 20,32 cm (8 Zoll) vom Laser und etwa 26 cm (10 1/4 Zoll) vom Schirm aufgestellt;

Fig. 2 eine photographische Wiedergabe der sphärolithischen Struktur nach Fig. 1 unter dem Einfluß eines etwa

2 Volt entsprechenden angelegten Potentials, während im übrigen dieselben Bedingungen herrschen wie bei Fig. 1; die Größe der Sphärolithen beträgt typischerweise etwa 37 Mikron;

Fig. 2A ein der Sphärolithemnordnung nach Fig. 2 entsprechendes Beugungsmusters, während im übrigen die Bedingungen wie bei Fig. IA herrschen;

Fig. 3 eine photographische Wiedergabe der sphärolithischen Struktur nach Fig. 1 unter dem Einfluß eines etwa

3 Volt entsprechenden angelegten Potentials, während im übrigen die Bedingungen denen bei Fig. 1 entsprechen; die Größe der Sphärolithen beträgt typischerweise etwa 39 Mikron;

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Pig. 3A eine photographische Wiedergabe eines mit der Sphärolitoenanordnung nach Pig. 3 erzeugten Beugungsmusters, während im übrigen dieselben Bedingungen herrschen wie bei Pig. IA;

Pig. 4 eine photographische Wiedergabe der Struktur der Sphärolithen nach Fig. 1 unter dem Einfluß eines etwa 4 Volt Gleichspannung entsprechenden angelegten Potentials, während im übrigen dieselben Bedingungen herrschen wie bei Fig. 1; die Größe der Sphärolithen beträgt typischerweise etwa 44 Mikron;

Fig. 4a eine photographische Wiedergabe eines der Sphärolithenanordnung nach Fig. 4 entsprechenden Beugungsmusters, während im übrigen dieselben Bedingungen herrschen wie bei Fig. IA;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung, welche veränderliche Beugung des Lichts ermöglicht; und

Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung der Ausführungsform nach Fig. 5 bei Verwendung in Verbindung mit einem optischen Hindernis und einer wahlweise vorgesehenen Linse zur Bildung einer für farbige Anzeigen, optische Filter und dergleichen geeignete! Ausführungsform.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Flüssigkeitskristallverbindungen dielektrisch negativer nematischer Flüssigkeitskristallstoffe mit etwa 0,4 bis etwa 3 Gew.-? optisch aktiven Stoffen im Zustand der sphärolithischenStruktur dieser Flüssigkeitskristallverbindungen verwendet. Insbesondere wird die Anordnung der Sphärolithen verändert, indem die Größe und die Form der einzelnen Sphärolithen verändert wird.

Flüssigkeitskristallverbindungen dielektrisch negativer nematischer Flüssigkeitskristallstoffe mit etwa 0,4 bis etwa 3 Gew.-?

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optisch aktiver Stoffe werden auf einem Substrat in Schichtanordnung in der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase gebildet. Die schichtweise angeordneten Verbindungen sind gekennzeichnet durch ein Verhältnis des Schraubenganges zur Dicke der Schicht von etwa 1 bis etwa 10 sowie durch entweder die homöotropische Struktur der nematischen Mesophase (Hauptachsen der Moleküle parallel zueinander und senkrecht zur Ebene der Schicht) oder die homogene Struktur der nematischen Mesophase (Hauptachsen der Moleküle parallel zueinander und parallel zur Ebene der Schicht) in wenigstens einem interessierenden Bereich bzw. Teil der Schicht.

Der interessierende homöotropische oder homogene Teil bzw. Bereich der Schicht wird aus der homöotrcpisehen oder homogenen Struktur beim Entfernen einer zuvor angelegten Gleichstrom- bzw. niederfrequenten Wechselstromspannung bzw. Potential in eine neuartige, stabile sphärolithische Struktur umgewandelt.

Der nematische Flüssigkeitskristallstoff kann jeglichen geeigneten, dielektrisch negativen, nematischen Flüssigkeitskristallstoff umfassen. Diese nematischen Stoffe richten die Hauptachsen ihrer Moleküle senkrecht zu dem durch eine an der Schicht des nematischen Flüssigkeitskristallstoffes angelegte Spannung erzeugten elektrischen Feld aus.

Kennzeichnende geeignete nematische Stoffe sind in Vol. 18, Ann. Physique, S. 273, G. Friedel (1922) beschrieben, was hiermit ausdrücklich unter Bezugnahme darauf einbezogen wird. Kennzeichnende geeignete dielektrisch negative nematische Stoffe umfassen p-azoxyanisol, p-azoxyphenetol, p-athoxybenzyliden-p'-n butylanilin, trans-il-butyl-cf-chloro-H'äthoxystilben, trans-JJ-octyl-crchloro-4'-äthoxystuben, p-methoxy-benzyliden-p'-n-buty!anilin, Mischungen derselben und andere.

Zur Bildung der Flüssigkeitskristallverbindung dem dielektrisch negativen nematischen Stoff hinzugefügte optisch aktive Stoffe können jeglichen geeigneten optisch aktiven Stoff umfassen,

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gleich ob mesomorphisch oder nicht-mesomorphiseh. Mesomorphische, optisch aktive Stoffe umfassen beispielsweise optisch negative Flüssigkeitskristallstoffe wie beispielsweise Derivate aus Reaktionen von Cholesterin und anorganischen Säuren, beispielsweise Cholesterylchlorid, Cholesterylbromid, Cholesterylj-odid, Cholesterylfluorid, CholesteryInitrat; aus Reaktionen von Cholesterin und Karbonsäure abgeleitete Ester, beispielsweise Cholesterylkrotonat, Cholesterylpelargonsäureester, Cholesterylhexanonat, Cholesterylformiat, Cholesteryldocosonat, Cholesterylpropionat, Cholesterylazetat, Cholesterylvalerat, Cholesteryllinolenat, Cholesteryloleat, Cholesterylerukat, Cholesterylbutyrat, Cholesterylkaproat, Cholesteryllaurat, Cholesterylmyristat, Cholesterylclupanodonat; Cholesterinäther wie beispielsweise Cho-Iesteryldecylather, Cholesteryllaurylather, Cholesteryloleylather, Cholesteryldodecylather; Cholesterinkarbamate und -karbonate wie beispielsweise Cholesteryldecylkarbonat, Cholesteryloleylkarbonat, Cholesterylmethylkarbonat, Cholesteryläthylkarbonat, Cholesterylbutylkarbonat, Cholesteryldocosonylkarbonat, Cholesterylcetylkarbonat, Cholesterylheptylkarbamat; sowie aus J>ß-amino-4 Cholesten und Mischungen davon abgeleitete Alkylamide und aliphatische Nebenamine; Peptide wie beispielsweise poly-^-benzyl-L-Glutamate; Derivate von Beta-Sitosterin wie beispielsweise Sitosterylchlorid und Amylester von Cyanobenzylidenaminozinnamat. Die Alkylgruppen in diesen Verbindungen sind kennzeichnenderweise gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren oder Alkohole mit weniger als etwa 25 Kohlenstoffatomen und ungesättigte Ketten von olefinischen Gruppen mit weniger als ungefähr fünf Doppelbindungen. Arylgruppen in den oben genannten Verbindungen umfassen kennzeichnenderweise einfach substituierte Benzenringverbindungen.

Typische geeignete nicht-mesomorphische optisch aktive Stoffe umfassen: Alkoholderivate wie beispielsweise /^-Menthol, /-Linannol, d-Mannit, d-Borneol und d-Guerzitol; Ketonderivate wie beispielsweise d-Kampfer, d-3-methylzyclohexanon und 1-6-isopropyl-3-zyclohexanon; Derivate von Karbonsäuren wie beispielsweise d-Zitronellolsäure, 1-Zitronellolsäure, d-Chaulmoograsäure, 1-Kampfersäure, 1-Arabonsäure, d-Weinsäure und 1-Askorbinsäure;

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Derivate von Aldehyden wie beispielsweise d-Zintronellal; Derivate von Alkenen wie beispielsweise 1-B-Pinan, d-Silvesteren und d-Limonen; Derivate von Aminen wie beispielsweise 1-2-methylpiperidin; Derivate von Nitrilen wie beispielsweise d-Mandelnitril; Derivate von Amiden wie beispielsweise d-Hydrokarbamid; und Mischungen davon.

Mischungen der nematischen Flüssigkeitskristallstoffe und der optisch aktiven Stoffe können in organischen Lösungsmitteln wie beispielsweise Chloroform, Petroläther, Methyläthylketon und dergleichen zubereitet werden, die kennzeichnenderweise nachher aus der Mischung verdampft werden, wobei die Flüssigkeitskristall· Verbindung zurückbleibt. Stattdessen können die einzelnen Bestandteile der Flüssigkeitskristallverbindung direkt durch Erhitzen auf eine geeignete Temperatur kombiniert werden.

Die durch Zusammenfügen von nematischen Flüssigkeitskristallstoffen und optisch aktiven Stoffen gebildete optisch negative Flü'ssigkeitskristallverbindung kann durch jegliches nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren in homöotropischer oder in homogener Struktur der nematischen Mesophase gebildet werden, wie beispielsweise durch der Verbindung hinzugefügte oder auf Substrate aufgezogene Ausrichtmittel sowie durch Oberflächenbehandlungen wie beispielsweise Polieren.

Die Ausrichtmittel können auf ein geeignetes Substrat angewendet werden, auf dem sich die Schicht der optisch negativen Flüssigkeitskristallverbindung befindet, oder sie können der Mischung nematischen und optisch aktiven Stoffes hinzugefügt werden, und es kann eine Kombination von Überzügen und Additiven verwendet werden.

Jegliches geeignete Ausrichtmittel kann verwendet werden. Ty- · pische geeignete Ausrichtmittel umfassen solche, die dem nematischen Flüssigkeitskristallstoff hinzugefügt werden wie beispielsweise die in der U.S. Patentschrift 3 656 83¹*, die hiermit ausdrücklich unter Bezugnahme auf die dortigen Ausführungen einbezogen werden soll, beschriebenen Additivausrichtstoffe, von denen

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ein typisches Beispiel Hexadecyltrimethylammoniumbromid ist. Andere typische Ausrichtstoffe, die dem Gemisch nematischen und optisch aktiven Stoffes hinzugefügt werden können, umfassen die in der U.S. Patentschrift 3 803 050, die hiermit unter Bezugnahme· auf die dortigen Ausführungen ausdrücklich einbezogen werden soll, aufgeführten Harzstoffe, welche beispielsweise Polyamidharze, Epoxydharze und andere umfassen, wie in obiger Patentschrift genannt; oberflächenaktive Mittel wie beispielsweise Ester von mehrwertigen Alkoholen, alkorylisierte Amide, Ester von Polyorypropylenglykol, Äther von Polyoxyalkylenglykol, sulfonatisierte Hydrokarbone und ihre Salze, hetereozyklische Amine, amphoterische Stoffe wie beispielsweise Cetylbetan und Trennmittel wie beispielsweise Trinatrxumnitrilotriazetat und viele andere, wie in der genannten Druckschrift aufgeführt.

Die vorstehend genannten Ausrichtmittel sind der Flüssigkeitskristallverbindung (Mischung aus nematischem und optisch aktivem Stoff) in Übereinstimmung mit dem in den vorstehend genannten Patenten erläuterten Verfahren hinzuzufügen. Beispielsweise ist in dem zuerst genannten Patent allgemein ein weiter Bereich von 0,25 ßew.-% bis etwa 2,5 Gew.-% des nematischen Stoffes beschrieben; in dem zuletzt genannten Patent ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-?.

Homöotropische oder homogene Ausrichtung kann ebenfalls erreicht werden durch üba?ziehen eines geeigneten Substrats, auf das die Schicht des optisch negativen Flüssigkeitskristallstoffes durch überziehen aufgebracht wird oder durch Hinzufügen irgendeines der vielen nach dem Stand der Technik bekannten Stoffe. Solche bekannten Überzugsstoffe umfassen beispielsweise Siliziumalkyle wie Alcoxysiliziumalkyl für homöotropische Ausrichtung sowie additive und Überzugsstoffe, wie sie in Vol. 61, Nr. 7, Proceedings of the IEEE, S. 823, Juli 1973 in dem Artikel "Surface-Produced Alignment of Liquid Crystals" von Kahn, Taylor und Schonhorn für homöotropische und homogene Ausrichtung aufgeführt sindj diese

κ η α Q c η / η ö ß

Ausführungen sollen hiermit unter Bezugnahme auf sie ausdrücklich einbezogen werden. HoiKgene Ausrichtung kann durch Polieren des Substrats erzielt werden, was für den Fachmann hinreichend bekannt ist.

Sobald die optisch negative Flüssigkeitskristallverbindung wie oben beschrieben gebildet worden ist und in homöotropischer oder homogener Struktur der nematischen Mesophase vorliegt, wird eine Spannung bzw. ein Potential mit einem zur Erzeugung dynamischer Streuung ausreichenden Betrag angelegt. Die angelegte Spannung ist mit einem elektrischen Feld verbunden, und die Spannung wird so angelegt, daß das elektrische Feld eine solche Ausrichtung erhält, daß es zur Ebene der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung senkrecht ausgerichtet ist, d.h. also an der Zellendicke. Der Spannungsbetrag ist der wesentliche Parameter für die dynamische Streuung und nicht die elektrische Feldstärke, d.h.dynamische Streuung hängt ab vom Betrag der Spannung und nicht von der Dicke der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung, an der die Spannung angelegt ist. Dynamische Streuung ist dem Fachmann wohlbekannt und wird von diesem leicht verstanden. Wenn eine Spannung mit solcher Stärke und in dieser Weise angelegt wird, so wird dynamische Streuung beobachtet. Beim Entfernen der angelegten Spannung wird der Flüssigkeitskristallstoff in sphärolittische Struktur umgewandelt, wovon das Photo in Figur 1 eine typische Darstellung ist.

Die Höhe der Spannung und die Zeit, während der diese angelegt wird, hängen voneinander ab in Bezug auf die Erzeugung einer relativ dicht gepackten Struktur (d.h. wenigstens so dicht gepackt wie die Sphärolithen in Figur 1). Beispielsweise kann eine praktisch vollständige Umwandlung in eine sphärolithische Struktur mit dichter Packung durch Anlegen einer Spannung von etwa 15 Volt an einer 4 Mikron dicken Probe der Flüssigkeitskristallschicht während einer Dauer von etwa 1 Sekunde erzielt werden. Andererseits ist zur Erzeugung etwa derselben Packungsdichte in einer Zeitspanne von ungefähr 0,5 Sekunden eine Spannung von etwa 20

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Volt notwendig. Die Bildung von isolierten Sphärolithen kann bis hinab zu einer Millisekunde beobachtet werden; durch Einstellen der Spannungen und der Zeitspannen ist es möglich, einen weiten Bereich von Packungsdichten von 1 oder einer noch kleineren Zahl von Sphärolithen im Flüssigkeitskristallstoff bis zu einer sehr dichten, eng gepackten Vielzahl von Sphärolithen nahe der gesamten Umwandlung des Flüssigkeitskristallstoffes in Sphärolithen zu erzielen. Die Erzeugung einer eng gepackten sphärolithischen Struktur kann ebenfalls durch aufeinanderfolgendes Anlegen gepulster elektrischer Gleichspannungsfelder erreicht werden, von denen jedes nur eine kleine Anzahl von Sphärolithen erzeugt. Die elektrischen Felder können in geeigneter Form durch Anlegen von Gleichspannungen oder Niederfrequenzwechselspannungen mit einer Frequenz von weniger als 1000 Hz erzeugt werden. Unter "Niederfrequenz" ist hier weniger als,etwa 1000 Hz zu verstehen.

Die so erzeugte neuartige splfi?olithische Struktur ist stabil. D.h., es wird mit der Zeit keine Verschlechterung ermittelt. Die stabile sphärolithische Struktur kann in geeigneter Weise gelöscht werden entweder durch mechanische Schubeinwirkung auf die Flüssigkeitskristallschicht oder durch Anlegen eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes, beispielsweise oberhalb von etwa 1000 Hz. Der Begriff "Hochfrequenz" wird hier mit der Bedeutung oberhalb etwa 1000 Hz verwendet. Das Löschen ist ein Verfahren mit zwei Schritten, währenddessen die Flüssigkeitskristallverbindung zu der ursprünglich homogenen Struktur zurückkehrt.

Beim Löschen der sphärolithischen Struktur und bei der Rückkehr des Flüssigkeitskristallstoffes zu dessen ursprünglicher homogener Struktur spielen ein Vorgang mit zwei Schritten und die Abhängigkeit untereinander der elektrischen Feldstärke und der Zeitdauer, während der das elektrische Feld angelegt wird, eine Rolle. Im homogenen Falle kehrt die homogene Struktur sofort beim Anlegen des löschenden Feldes zurück. In Bezug auf den Vorgang mit zwei Schritten wird beobachtet, daß beim Anlegen des hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes bzw. des Löschfeldes der zwischen

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gekreuzten Polarisatoren beobachtbare Flüssigkeitskristallzustand doppelbrechend und im wesentlichen gleichförmig ist. Dieser Zustand des Flüssigkeitskristallstoffes beim Anlegen des elektrischen Löschfeldes wird gewöhnlich mit "Schlierenstruktur" bezeichnet. Die tatsächliche Rückkehr in den Anfangszustand des Flüssigkeitskristallstoffes beginnt erst nach Entfernen des angelegten hochfrequenten elektrischen Löschwechselfeldes. Die Teile des Flüssigkeitskristallstoffes, die anfänglich in homöotropischer Struktur waren, kehren sofort in diesen Ursprungszustand zurück, wenn das löschende elektrische Feld entfernt wird. Das Sichtfeld für solche Bereiche wird zwischen gekreuzten Polarisatoren dunkel. Andererseits kehren die Bereiche der Flüssigkeitskristallschicht, die, falls vorhanden, anfänglich nicht homöotropisch waren, während interessierende Bereiche homöotropisch waren, die jedoch ebenfalls in Sphärolithen oder Bereiche mit Sphärolithen umgewandelt wurden, ebenfalls beim Entfernen des löschenden hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes in ihren Anfangszustand zu-' rück. Diese Bereiche kehren jedoch langsamer in ihren Anfangszustand zurück, und die zum Löschen erforderliche Zeitspanne ist in diesen Bereichen mit Sekunden bemessen. D.h., es wird für solche Bereiche weniger als eine Minute zum Löschen beim Entfernen des löschenden elektrischen Feldes benötigt.

Wenn die sphärolithische Struktur durch Löschen in eine anfänglich homogene Struktur umgewandelt wird, so erscheint das Sichtfeld zwischen gekreuzten Polarisatoren schwarz, wenn die Polarisationsachse eines der Polarisatoren parallel zur anfänglichen Richtung der Hauptachsen der Moleküle ausgerichtet wird,. D.h., wenn zur Erzeugung der homogenen Struktur ein Poliervorgang verwendet wurde, so wird diese Polarisationsachse parallel zu der Polierrichtung ausgerichtet.

Was die gegenseitige Abhängigkeit der löschenden elektrischen " Feldstärke und der für dieses Löschen erforderlichen Zeitspanne anbetrifft, so liegen typische Parameter bei einer Wechselstromfrequenz von 2 KHz bei 100 Volt pro 0,0025** cm (pro mil) Dicke der Flüssigkeitskristallschicht, die für etwa 1 Sekunde angelegt

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werden und etwa 133 Volt pro 0,0025^ cm (pro mil) Dicke der Flüssigkeitskristallschicht beim Anlegen während etwa einer halben Sekunde; bei einer Wechselstromfrequenz von etwa 2 KHz werden ungefähr 167 Volt pro 0,00254 cm (pro mil) Dicke der Flüssigkeitskristallschicht während einer Zeitspanne von etwa 1/10 Sekunde angelegt. Das Löschen hängt ab von der elektrischen Feldstärke, d.h. von der Spannungshöhe und der Dicke, an die diese angelegt wird. Eine Teillöschung der stabilen sphärolithischen Struktur kann auftreten, wenn die angelegte elektrische Löschfeldstärke zu gering ist oder die Zeitspanne, während der das löschende elektrische Feld angelegt wird, zu kurz ist. Dies ist analog zur gegenseitigen Abhängigkeit des Betrages der Spannung und der Anlegezeitspanne während des Anlegens der Gleichspannung bzw. der Niederfrequenzwechselspannungen zur Umwandlung des Flüssigkeitskristallstoffes aus seinem Anfangszustand in die sphärolithische Struktur. Es ist natürlich einleuchtend, daß durch Einstellen der Löschparameter elektrische Feldstärke und Zeitspanne, während der diese angelegt wird, ein weiter Bereich von Packungsdichten durch Teillöschung einer früher bestehenden sphärolithischen Struktur mit dichter Packung erhalten werden kann.

Im Zusammenhang mit der stabilen sphärolithischen Struktur, von der das Photo in Figur 1 eine typische Darstellung ist, soll bemerkt werden, daß die einzelnen Sphärolithen doppelbrechend sind und daß die Anordnung von Sphärolithen leicht streuend ist. Unter dem Begriff "leicht streuend", wie er hier verwendet wird, soll eine Streuung gemeint sein, die weniger stark ist als die dynamische Streuung desselben Stoffes, wenn Spannung angelegt wird. Die optischen Phänomene der Streuung und der dynamischen Streuung sind dem Fachmann wohlbekannt. Allgemein gesagt tritt Streuung auf.aufgrund von Grenzflächen zwischen zwei Stoffarten, von denen jede einen verschiedenen Brechungsindex aufweist. Bei dynamischer Streuung tritt an Flüssigkeitskristallstoffen mit vielen Bereichen verschiedener Orientierungen starke Lichtstreuung auf. Allgemein gesagt wird die Streuung verursacht durch lichtstreuende Zentren, die entweder eine Grenzschicht zwischen zwei verschie-

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denen Stoffarten oder zwischen verschiedenen Orientierungsbereichen in demselben Stoff sein können. Dynamische Streuung wird im allgemeinen in nematischen Plüssigkeitskristsllstoffen beim Anlegen eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke beobachtet. Ohne sich unter dem Einfluß eines ausrichtenden Stoffes oder eines elektrischen Feldes zu befinden, zeigen nematische Moleküle in jeglichem örtlichen Bereich der Schicht des nematischen Flüssigkeitskristallstoffes in eine Richtung, obwohl die Orientierung sich von einem Bereich zum anderen ändert.

Beim Anlegen eines elektrischen Feldes an der Schicht des nematischen Flüssigkeitskristallstoffes richten sich die Moleküle des nematischen Stoffes mit ihren großen Achsen unter irgendeiner vorbestimmten Beziehung zu der Feldrichtung aus, was von den Stoffen, der elektrischen Feldstärke und der Anwesenheit oder Abwesenheit von Ausrichtungsmitteln abhängt. Wenn das elektrische Feld von ausreichender Stärke ist, um zu bewirken, daß Ionen sich auf die Elektroden zu bewegen, an denen das elektrische Feld angelegt wird, so unterbrechen die Ionen die Ausrichtuni^rsordnung der nematischen Moleküle und erzeugen relativ große Bereiche mit Turbulenz'. Es ergibt sich dynamische Streuung.

Die nach der vorliegenden Erfindung angegebene Umwandlung unterscheidet sich grundlegend von den früher angegebenen Speicherungseffekten in Flüssigkeitskristallmischungen cholesterischer Stoffe und dielektrisch negativer nematischer Stoffe. Die vorher beschriebenen Effekte basieren auf reversiblen Transformationen zwischen der sogenannten Grandjean- bzw. Planarstruktur und der brennpunktkonischen Struktur der cholesterischen Mesophase. Der Anfangsζustand des Flüssigkeitskristallstoffes beim erfindungsgemäßen Umwandlungsprozeß ist der vorstehend beschriebene ausgerichtete Zustand des nematischen, mit optisch aktiven Stoffen dotierten Stoffes. Dieser Anfangszustand ist hell, das optische Zeichen ist positiv und die gesamten optischen Eigenschaften sind diejenigen eines nematischen Stoffes. Demgegenüber ist bei den . früher angegebenen Umwandlungen der Anfangszustand gekennzeichnet

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durch ein negatives optisches Zeichen, und die allgemeinen optischen Eigenschaften sind diejenigen eines cholesterischen Stoffes. Die shärolithische Endstruktur der erfindungsgemäßen Umwandlung ist also vom Endzustand der vorher angegebenen Umwandlungen sehr verschieden. Eine einzelne Schicht von Sphärolithen, vorzugsweise in dichter Packung, wird bei sphärolithischer Struktur gebildet, und es ist leicht zu erkennen, daß diese sehr verschieden ist von den vorher beschriebenen cholesterischen oder nematischen Strukturen.

Interessante,reproduzierbare Effekte konnten während der Versuche beobachtet werden und kennzeichneten den Flüssigkeitskristall- stoff, in dem die sphärolithische Struktur geschaffen wird. Diese Kennzeichen sind nachstehend für das nematische Methoxy-benzyliden-p'-n butylanilin (MBBA), gedopt mit Cholesteryloleylkarbonat (COC) bei einem Betrag von etwa 2,2 Gew.-£ und angeordnet in einer unverschlossenen Zelle, die aus zwei flachen, rechteckigen, mit Indiumoxyd beschichteten Glasplatten besteht, die durch Abstandsstücke aus Mylar mit etwa 3,8 /Lu (0,15 mil) Dicke getrennt sind, angegeben. Ein dünner Film aus Alcoxysilan wurde auf dem Indiumoxydüberzug der Glasplatten aufgebracht. Der gedopte nematische Stoff wurde zwischen den Alcoxysilanfilmen angeordnet, und die Indiumoxydüberzüge wurden elektrisch mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Zwar beziehen sich die hier berichteten Beobachtungen auf einen besonderen gedopten nematischen Stoff, es wurden jedoch sehr ähnliche Beobachtungen mit verschiedenen Flüssigkeitskristallmischungen gemacht. Einige der unten aufgeführten Parameter änderten sich natürlich für die jeweils benutzten besonderen Mischungen etwas.

Es wurde mit der besonderen, nichtversiegelten, wie oben beschrieben aufgebauten Zelle experimentiert, und es Wurde festge stellt, daß unter dem Einfluß von elektrischen Glelehspannungs- feldern zwei verschiedene Bereiche beobachtet werden können: (a) bei Spannungen, die geringer sind als für dynamische Streuung notwendig, sind alle elektrooptischen Effekte vorübergehend. Die

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Zelle kehrt nach Entfernen des Feldes in ihren Anfangszustand zurück, (b) Wenn die angelegte Spannung ausreicht, um dynamische Streuung zu verursachen, so verwandelt sich die gesamte Zelle in eine stabile sphärolithische Struktur beim Entfernen der angelegten Spannung und zeigt dynamische Streuung während des Anlegens dieser Spannung. Bei Einstellung der Spannung auf etwa 2,0 Volt wird der Flüssigkeitskristallstoff doppelbrechend, und bei etwa 3,0 Volt erscheinen Streifen, die Ähnlichkeit sowohl mit den sogenannten "Williams-Bereichen" als auch mit den brennpunktkonischen Strukturen mit großem Gang aufweisen. Bei Erhöhung der Spannung kann ein Abzweigungseffekt zwischen etwa 4 bis etwa 6 Volt beobachtet werden, wobei kurze Abzweigungen aus den Hauptfäden herauswachsen. Bei etwa 7,0 Volt beginnt eine Durchwirbelung. Beim Abschalten dieser Spannung an diesem Punkt, d.h. beim Entfernen des elektrischen Feldes, bilden sich die ersten Bereiche mit Sphärolithen. Wenn die Spannung auf etwa 12,0 Volt erhöht wird sowie bei höheren Spannungen wird der Flüssigkeitskristall- -stoff dynamisch streuend. Beim Entfernen dieser Spannungen für dynamische Streuung wird erst eine Zweigbildung, dann eine Kreisbewegung und schließlich die Bildung relativ dicht gepackter Sphärolithen über die gesamte MIe beobachtet. Die Sphärolithen besitzen typischerweise Durchmesser von etwa 5 Mikron bis etwa 100 Mikron, wobei für jede Probe eine geringe Abweichung auftritt. Zwischen gekreuzten Polarisatoren wurde beobachtet, daß die Sphärolithen doppelbrechend waren und daß das Flüssigkeitskristallmaterial zwischen den Sphärolithen in der homöotropischen Struktur der nematischen Mesophase vorlag. Die enge Packung der Kugeln erzeugt eine Hexagonalstruktur, die zwischen parallelen Polarisatoren besonders augenscheinlich wird. Diese Vorgänge konnten ebenfalls bei den niederfrequenten elektrischen Feldern beobachtet werden, wobei ebenfalls die sphärolithische Struktur erzeugt wurde.

Bei den Versuchen wurde festgestellt, daß der Schraubengang (p) und die Dicke der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung, welche sich auf einem Substrat in Kontakt mit einem Ausrichtmit-

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tel befindet, in kritischer Weise voneinander abhängig sind in Bezug auf die Bi-ldung der neuartigen sphärolithischen Struktur. Wie in äac nachfolgenden Tabelle I angegeben ist, muß das Verhältnis des Schraubenganges der optisch negativen Flüssigkeits-. kristallverbindung zur Dicke ihrer Schicht auf dem Substrat und in Kontakt mit dem Ausrichtmittel innerhalb eines Bereiches von etwa 1 bis etwa 10 liegen. Verhältnisse im Bereiche von etwa 3,5 bis etwa 5 sind vorzuziehen, da solche Verhältnisse zu einer stabilen sphärolithischen Struktur führen, die eine Packungsdichte der Sphärolithen aufweist, die sich der in dem Photo der Figur gezeigten Packungsdichte praktisch wenigstens nähert. Verhältnisse innerhalb der Bereiche von etwa 1 bis etwa 3,5 und von etwa 5 bis etwa 10 führen zu einer sphärolithischen Struktur mit einer relativ geringen Packungsdichte der Sphärolithen. Dies geht aus der nachfolgenden Tabelle I hervor, in der typische Zellendicken und Schraubengänge, wie oben ausgeführt, jeweils in Mikron aufgeführt sind. Der Schraubengang wird längs horizontaler Linien und die Zellendicke längs vertikaler Linien abgelesen;" der Schnittpunkt bezeichnet die Kombination des Schraubenganges und der Zellendicke, die gewählt wurden, um die neuartige sphärolithische Struktur gemäß der Bfindung zu bilden. Die Bezeichnung P bedeutet bevorzugt und weist auf die Bildung von Sphärolithen mit einer Packungsdichte hin, die sich an die im Photo der Figur 1 gezeigte annähert. Die Bezeichnung S bedeutet befriedigende Ergebnisse und weist auf eine Packungsdichte hin, die etwa die Hälfte derjenigen beträgt, die im Photo der Figur 1 dargestellt ist, oder eine geringere Packungsdichte. Andere als die mit einem P oder S bezeichnete Kombinationen des Schraubenganges und der Zellendicke führten nicht zur Bildung stabiler Sphärclithen.

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TABELLE

Schraubengang	4	Zellendicke (u)	19	25
		12	P	P
100			P	S
60	S	P	S
40	P	P
15	S

Zur Erzeugung von Sphärolithen mit ausreichender Packungsdichte kann der Schraubengang in einem Bereich von etwa 5 Mikron bis etwa 200 Mikron und die Zellendicke in einem Bereich von etwa 1 Mikron bis etwa 100 Mikron liegen. Zur Erzeugung von Sphärolithen mit einer bevorzugten Dichte liegt der Schraubengang vorzugsweise in einem Bereich von etwa 15 Mikron bis etwa 100 Mikron und die Zellendicke vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4 Mikron bis etwa 25 Mikron. Sphärolithen können erzeugt werden mit Schraubengängen außerhalb des Bereiches von etwa 5 Mikron bis etwa 200 Mikron und mit Zellendicken außerhalb des Bereiches von etwa ■1 Mikron bis etwa 100 Mikron, vorausgesetzt, daß das Verhältnis des Schraubenganges zur Zellendicke in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 10 liegt. Es ist natürlich einleuchtend, daß die Zellendicke in Mikron gleich der Dicke der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung ist. Daher sind die zufriedenstellenden Bereiche und die bevorzugten Bereiche der Zellendicken jeweils die zufriedenstellenden und bevorzugten Bereiche für die Schichten der gemäß der Erfindung verwendeten Flüssigkeitskristallverbindung.

Die Figuim 1 bis 4 zeigen die Größenzunahme und die sich daraus ergebende Formveränderung einzelner Sphärolithen in der SphärolittEnanordnung der zuvor beschriebenen sphärolithischen Struktur für den Fall, daß eine erhöhte Spannung bzw. ein erhöhtes Potential an dem Teil der Flüsi.igkeitskristallverbindungsschicht mit

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sphärolithischer Struktur angelegt wird. Bemerkenswert ist, daß das Anlegen der Spannung bzw. des Potentials eine Vergrößerung der einzelnen Sphärolithen verursacht und daß sich,während die einzelnen Sphärolithen sich weiter vergrößern, ihre Form sich immehr mehr einem genauen Hexagon annähert. Die Figuren IA bis 4A verdeutlichen als Beispiele die Tatsache, daß das Beugungsmuster, welches dadurch erzeugt wird, daß Licht auf die sphärolithische Struktur gerichtet wird, sich in der Größe und in der Form entsprechend der Größe und Form der einzelnen Sphärolithen ändert.

Das erf indungqssemäße Verfahren, welches veränderliche optische Beugung ermöglicht, umfaßt die Verfahrensschritte, daß eine sphärolithische Struktur der Flüssigkeitskristallverbindung erzeugt wird, Licht auf die sphärolithische Struktur gerichtet wird, wodurch das Licht gebeugt wird, daß eine Spannung an der sphärolithischen Struktur zur Änderung der Größe oder Form oder beider der einzelnen Sphärolithen angelegt wird, um eine Veränderung der Beugung des auf die sphärolithische Struktur gerichteten Lichtes zu bewirken.

Der erste Verfahrensschritt der Bildung der sphärolithischen Struktur der Flüssigkeitskristallverbindung wurde vorstehend im einzelnen beschrieben.

Der Verfahrensschritt, bei dem Licht auf die sphärolithische Struktur gerichtet wird, kann die Verwendung jeglichen geeigneten Lichtes aus jeglicher geeigneten Lichtquelle umfassen. Weißes Licht, allein oder in Verbindung mit Filtern, Modulatoren, Polarisatoren oder andere Nebeneinrichtungen können mit Erfolg im Rahmen der Erfindung angewendet werden. Typische geeignete Lichtquellen umfassen zusätzlich zu weißem Licht oder verändertem weißen Licht Laser oder andere monochromatische Lichtquellen. Das Licht kann in jeglichem Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen, bei dem es die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung bzw. ihrer Frequenz ermöglicht, daß die Strahlung gebeugt wird durch jegliche besondere Kombination der Stoffe und Verbindungen,

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die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung gewählt werden. Polarisatoren können wahlweise zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkeitskristallstoffschicht angeordnet werden, zwischen der Flüssigkeitskristallstoffschicht und dem Schirm oder beides. Die Auswirkung dieser wahlweisen Anwendung liegt in einer Änderung der Intensitätsverteilung des erzeugten Beugungsmusters. Andere optische Hilfseinrichtungen wie Viertelwellenlängenplättchen können anstelle der Polarisatoren verwendet werden. Ferner kann die gemäß der Erfindung erzeugte variable optische Beugung in Transmission oder Reflektion erzeugt werden, d.h. in dem Falle, wo das auf die sphärolithische Struktur gerichtete Licht durch die Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung hindurchgeleitet wird und für den Pail, wo auf die sphärolithische Struktur gerichtetes Lieht an einer reflektierenden Oberfläche reflektiert wird.

Das für eine gegebene Sphärolithenanordnung, beispielsweise die besondere Anordnung nach Figur 1 oder die Anordnung nach Figur usw. beobachtete Beugungsbild bleibt das gleiche, obwohl Licht mit verschiedenen Frequenzen verwendet wird. Während das Beugungsmuster gleich bleibt, verändert sich jedoch die Größe des Musters direkt mit der Wellenlänge des verwendeten Lichtes. Je kleiner die Wellenlänge des verwendeten Lichtes ist, desto kleiner wird das Beugungsmuster für dieselbe Sphärolithenanordnung, und je größer die Wellenlänge des verwendeten Lichtes ist, desto größer wird das Beugungsmuster für dieselbe Sphärolithenanordnung.

Aus der obigen Beschreibung bezüglich der Erzeugung der sphärolithischen Struktur einer Flüssigkeitskristallverbindung geht hervor, daß Sphärolithen beim Entfernen eines zuvor angelegten Gleichspannungs- oder niederfrequenten Wechselspannungspotentials erzeugt werden. Es wurde festgestellt, daß die beim Entfernen der Spannung bzw. des Potentials, das zur Bildung der Sphärolithen verwendet wurde, erzeugten Sphärolithen dieselbe Größe beibehal? ten, wenn nachher keine Spannung bzw. kein Potential angelegt wird. Wenn jedoch nach der Bildung der sphärolithischen Struktur eine Gleichspannung oder eine niederfrequente Wechselspannung bzw. ein entsprechendes Potential angelegt wird, so wird erfindungsgemäß

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eine Vergrößerung der einzelnen Sphärolithen erzielt. Dieser Effekt ist in den Figuren 1 bis 4 und in den Figuren IA bis 4A dargestellt. Ferner wurde festgestellt, daß wenn die nachher angelegte Spannung bzw. das nachher angelegte Potential bis zu etwa, der Hälfte des Wertes beträgt, der zur Erzeugung dynamischer Streuung in der Flüssigkeitskristallverbindung notwendig ist, beim Entfernen dieser Spannung bzw. dieses Potentials die Sphärolithen, die sich unter dem Einfluß dieser angelegten Spannung bzw. dieses Potentials vergrößert hatten, wieder ihre anfängliche Größe wie bei ihrer Bildung annehmen. Es wurde ferner festgestellt, daß wenn die Spannung bzw. das Potential, das nach der Bildung der Sphärolithen angelegt wurde, um die Sphärolithen zu vergrößern, etwa die Hälfte bis etwa den vollen Wert der Spannung bzw. des Potentials beträgt, der für dynamische Streuung der Flüssigkeitskristallverbindung erforderlich ist, die Sphärolithen beim Entfernen dieser Spannung bzw. dieses Potentials verzerrt sind. Beim Entfernen dieser angelegten Spannung bzw. dieses angelegten Potentials (mit etwa dem halben bis ganzen Wert, der für" dynamische Streuung erforderlich ist) nehmen die Sphärolithen nicht erneut den Anfangszustand an, den sie bei ihrer Bildung besaßen. Stattdessen nehmen die Sphärolithen eine andere Größe und andere Form an, welche beim Entfernen der Spannung bzw. des Potentials mit höherem Wert beibehalten werden.

Wenn bei der Bildung der Sphärolithen versucht wird, die Sphärolithen durch Anlegen einer Spannung bzw. eines Potentials zu vergrößern, das bei dem Wert oder oberhalb des Wertes liegt, der für dynamische Streuung der Flüssigkeitskristallverbindung erforderlich ist, so werden die sphärolithischen Strukturen verändert, indem ein neues shärolithisches Muster gebildet wird.

Man sieht also, daß wenn die niedrigeren vorstehend erwähnten Werte für Spannung bzw. Potential an der sphärolithischen Struktur angewendet werden, die Veränderung der Größe bzw. der Form oder beider der Sphärolithen und das entsprechende Beugungsmuster durch das Anlegen der Spannung bzw. des Potentials aufrechterhalten wird.

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Wenn andererseits die Spannung bzw. das angelegte Potential die oben erwähnten höheren Werte besitzt, so nehmen die Veränderung der.Größe oder Form bzw. beider der Sphärolithen und die entsprechenden Beugungsmuster beim Entfernen dieser Spannung bzw. dieses Potentials mit höheren Werten Eigenschaften an, die verschieden sind von den entsprechenden Eigenschaften der Sphärolithen sowohl in der anfänglichen sphärolithischen Struktur als auch in der Sphärolithenanordnung, die durch die höheren Werte für Spannung bzw. Potential erzeugt wird.

Es leuchtet ein, daß Spannungen bzw. Potentiale, die im Bereich der oben erwähnten niedrigeren Werte liegen, zur Erzeugung reproduzierbarer variabler Eigenschaften verwendet werden können. So können die Eigenschaften bezüglich Größe und Form beispielsweise der Sphärolithenanordnung nach Figur 1 für diese bestimmte Verbindung in einer Anordnung gemäß Figur 2 beim Anlegen von etwa 2 Volt umgewandelt werden und nachfolgend in die Anordnung nach Figur 3 oder Figur 4 beim Anlegen des geeigneten Wertes umgewandelt werden. Wenn die Sphärolithen umgekehrt einmal in eine bestimmte Anordnung umgewandelt worden sind, so können sie in eine andere Anordnung dadurch umgewandelt werden, daß der Wert der Spannung bzw. des Potentials so lange erniedrigt wird, wie er innerhalb des oben räher erläuterten Wertebereiches liegt. Innerhalb dieses vorstehend beschriebenen niedrigeren Wertebereiches können die Sphärolithen somit reproduzierbar in ihrer Größe oder Form bzw. in beiden geändert werden, wobei sich gleichzeitig eine re^ produzierbare Veränderung des Beugungsmusters einstellt, indem die an der sphärolithischen Struktur angelegte Spannung bzw. Potential erhöht oder erniedrigt wird.

In Figur 5 ist eine Lichtquelle 1 dargestellt, welche Licht 16 erzeugt, das auf eine Zelle 20 trifft und beim Durchgang durch "diese hindurch gebeugt wird. Die Beugung ist durch Pfeile 13 angezeigt, welche die Beugung des Lichtes bei einer Wellenlänge Λ ^ und Pfeile 12, welche die Beugung des Lichtes bei einer Wellenlänge λ 2 darstellen. Pfeile 13' und 12' zeigen eine Änderung der'

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Beugung, wie sie aus einer Vergrößerung der Sphärolithen in der Flüssigkeitskristallverbindung resultiert. Die Zelle 20 kann aus irgendeiner geeigneten ,vorstehend in Bezug auf die Erzeugung der sphärolithischen Struktur beschriebenen Zelle gebildet sein· Nach Figuren 5 und 6 umfassen die Bestandteile der Zelle 20 flache» rechtwinklige Glasplatten 2 und -10, Leitüberzüge 3 und 6, Ausrichtmittelüberzüge 4 und 8, Abstandselement 5 und die Flussigkeitskristallverbindung 6. Die Kombination von Glasplatten 2 und 10 mit den Leitüberzügen 3 und 8 bildet leitende Elektroden, an denen die Spannungen bzw. Potentiale angelegt werden. Bei der Äusführungsform für Transmission sind die leitenden Elektroden trans-, parent für die verwendete elektromagnetische Strahlung. Typische geeignete transparente leitende Elektroden umfassen Glas- oder KunststoffSubstrate mit praktisch transparenten und kontinuierlich leitenden überzügen aus Leitern wie Zinn, Indiumoxyd, Aluminium, Chrom, Zinnoxyd oder jeglicher andere geeignete Leiter. Diese praktisch transparenten Leitüberzüge werden vorzugsweise auf das stärker isolierende transparente Substrat aufgedampft. NESA-Glas, ein von der Pittsburgh Plate Glass Company hergestelltes Zinnoxyd-überzogenes Glas ist ein Beispiel für einen im Handel erhältlichen transparenten und leitenden Elektrodenwerkstoff.

Die Ausrichtüberzüge 3 und 8 sind wahlweise vorgesehen, in Übereinstimmung mit der vorausgehenden Beschreibung bezüglich der Erzeugung der Sphärolithen. Wenn jedoch Ausrichtmittel verwendet werden, so können sie irgendeinen der oben aufgeführten Stoffe umfassen. In Übereinstimmung mit der vorausgehenden Beschreibung der Ausrichtmittel können die Überzüge 4 und 8 weggelassen werden, und es können Ausrichtmittel der Flüssigkeitskristallverbindung hinzugefügt werden, oder die Substrate können in anderer Weise wie vorstehend besehrieben behandelt werden.

Das die Elektroden trennende und die Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung zwischen den Elektroden enthaltende Abstandselement 5 ist chemisch inert, praktisch isolierend und besitzt geeignete dielektrische Eigenschaften. Für die Verwendung als isolie-

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rende Abstandselemente geeignete Werkstoffe umfassen Zelluloseazetat, Zellulosetriazetat, Zelluloseazetatbutyrat, Polyurethanelastomere, Polyäthylen, Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Polykarbonate, Polyvinylfluorid, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylenterephthalat und Mischungen derselben.

Die erfindungsgemäß angelegte Spannung bzw. Potential wird angelegt, indem die Leitüberzüge 3 und 6 mit geeigneten elektrischen Leitungen versehen und elektrisch mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden werden. Wie bereits erwähnt, sind geeignete Spannungsquellen GIeichspannungsqueIlen und niederfrequente We chselspannungsquellen. Die bei der Frequenzänderung der Wechselspannung verwendeten Begriffe "niedrig" und "hoch" sind identisch mit den bei der Beschreibung der Erzeugung der, Sphärolithen verwendeten Begriffen, d.h. Niederfrequenz bedeutet unter etwa 1000 Hz und Hochfrequenz bei oder oberhalb von etwa 1000 Hz. Als Spahnungsquelle kann natürlich eine geeignete veränderliche Quelle verwen--. det werden, die wahlweise-zur Lieferung von Gleichspannung oder Wechselspannung mit geeignetem Wert bzw. geeigneter Frequenz verwendet werden kann, insbesondere in Bezug auf die reproduzierbare Veränderung der Sphärolithenanordnung, wie vorstehend beschrieben.

Figur 5 dient nur zur Erläuterung; weiterentwickelte Abwandlungen, 'die jedoch auf denselben grundlegenden Prinzipien wie in Figur 5 dargestellt beruhen, sind erfindungsgemäß vorgesehen. So kann beispielsweise die Lichtquelle 1 weißes Licht 16 liefern, so daß das gesamte sichtbare Spektrum gebeugt wird und durch zusätzliche Pfeile zwischen den Pfeilen 13 und 13' dargestellt werden kann.

Figur 6 stellt eine besondere Anwendung der in Figur 5 zur Erläuterung dargestellten Beugung dar. In Figur 6 beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselben Bestandteile wie in Figur 5. Zusätzlich wird das gebeugte Licht gemäß Figur 6 auf ein opti- ■ sches Hindernis 14 gerichtet und danach auf eine wahlweise vorgesehene Linse 15 gerichtet. Das optische Hindernis 14 besteht aus einem Material, das lichtundurchlässig bzw. undurchlässig für die

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gebeugte elektromagnetische Strahlung ist, die in Figur 6 durch Pfeile 11, 12 und 13 entsprechend den Lichtwellenlängen λ -,, λ ? und λ-, dargestellt ist. Das optische -Hindernis 14 ist mit öffnungen, Schlitzen oder anderen in Figur 6 mit 17 bezeichneten Durciibrüchen versehen, die in Bezug auf die gebeugte elektromagnetische Strahlung so angeordnet sind, daß wenigstens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung durch das optische Hindernis hindurchgelassen wird.

Es leuchtet ein, daß das optische Hindernis 14 mit jeglicher Anzahl von öffnungen bzw. Bereichen 17 versehen sein kann, die für die gebeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig sind und in Bezug auf die gebeugte elektromagnetische Strahlung so angeordnet sind, daß jegliche Anzahl von Wellenlängen bzw. jegliches besondere Frequenzband der elektromagnetischen Strahlung oder Kombinationen von beidem durch das optische Hindernis 14 hindurchgelassen werden.

Beispielsweise lassen die öffnungen bzw. Bereiche 17 des optischen Hindernisses 14 in Figur 6 nur Licht bei einer Wellenlänge λ3 durch das optische Hindernis 14 hindurch. Jegliche weitere gebeugte elektromagnetische Strahlung kann durch das optische Hindernis 14 nicht hindurchtreten.

Die Kombination der Zellen 20 und des optischen Hindernisses 14 umfaßt somit ein Bandfilter, d.h. ein Filter, welches ein Band vorbestimmter Strahlungswellenlängen durchläßt und Strahlung mit Wellenlängen außerhalb des vorbestimmten Bandes unterdrückt. Die Anzahl und die Anordnung der öffnungen bzw. Bereiche 17 im optischen Hindernis 14 können so ausgelegt sein, daß das gesamte ge-' beugte Licht durch das optische Hindernis 14 hindurchgelassen wird außer einem Strahlungsband bzw. vorbestimmten Wellenlängen. In diesem Fall umfassen somit die Zelle 20 und das optische Hindernis ein Kerbfilter.

Die Linse 15 kann wahlweise vorgesehen werden, wenn die durch das optische Hindernis 14 durchgelassene gebeugte elektromagnetische

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Strahlung in parallelen Strahlen vorliegen soll. Die wahlweise vorgesehene Linse 15 kann eine Sammellinse sein, wenn die durch das optische Hindernis 14 durchgelassene gebeugte elektromagnetische Strahlung an irgendeinem Punkt oder an einer Mehrzahl von Punkten in einem bestimmten Abstand vom optischen Hindernis 14 fokussiert werden soll.

Beispielsweise ist die wahlweise vorgesehene optische Linse 15 vorzugsweise eine Sammellinse, wenn die Ausfuhrungsform nach Figur 6 als Farbanzeigevorrichtung verwendet wird. Aus Figur 6 ergibt sich unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Sphärolithen im Film 6 der Flüssigkeitskristallverbindung in ihrer Größe oder Form oder in beidem verändert werden können bei einer entsprechenden Änderung der Beugung des Lichtes, daß beispielsweise die Beugungsänderung eine Wellenlängenänderung und somit eine Änderung der Farbe der elektromagnetischen Strahlung nach sich ziehen kann, die durch das optische Hindernis 14 hindurchgelassen wird. Dies sieht man am besten bei dem gebeugten Licht in Figur 5, wo eine Verschiebung des Lichtes mit einer Wellenlänge Λ 2 ^aus Stellung 12 in Stellung 12' eine Verschiebung in Richtung auf Licht mit einer Wellenlänge A^ ist. Auf diese Weise kann ein Bild mit einer Farbe in ein Bild mit einer anderen Farbe verändert werden*

Ferner ist ersichtlich, daß die Kombination der Zelle 20 mit dem optischen Hindernis 14 als Strahlteiler verwendet werden kann, falls ein Lichtstrahl aufgeteilt werden soll.

BEISPIELE

Bei allen Beispielen wurden flache, rechteckige Glasplatten auf .einer Seite mit Indiumoxyd überzogen. Jeder dieser Oxydüberzüge wurde mit einer elektrischen Leitung zum Verbinden mit einem Anschluß einer geeigneten Spannungsquelle versehen. Die Indiumoxydüberzüge wurden mit einem dünnen überzug aus Alcoxysilan versehen. Die Zellen wurden aufgebaut, indem die Glasplatten parallel und

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getrennt durch ein Mylar-Abständselement sowie mit einander zugewendeten überzogenen Seiten angeordnet wurden.

BEISPIEL I

Eine Verbindung aus etwa 2,2 Gew.-% Cholesteryloleylkarbonat (im weiteren mit COC bezeichnet) und p-methoxy-benzyliden-p^r-nbutylanilin (im weiteren mit MBBA bezeichnet) wird in einer mit Alcoxysilanüberzügen und einem etwa 4 Mikron dicken Abstandselement versehenen Zelle angeordnet. Eine Gleichspannung von etwa 15 Volt wird an der Zelle während etwa 1 Sekunde angelegt und wieder entfernt. Beim Entfernen wird zwischen gekreuzten Polarisatoren eine dicht gepackte sphärolithische Struktur mit Sphärolithen beobachtet, die von der Verbindung in der homöοtropischen Struktur der nematischen Mesophase umgeben sind.

BEISPIEL II

Beispiel I wird in allen Einzelheiten außer den folgenden nachvollzogen: der Betrag an COC beträgt etwa 0,7 Gew.-JS, die Dicke des AbStandselements etwa 19 Mikron, die Gleichspannung beträgt etwa 12 Volt und die Anlegezeit beträgt etwa 3 Sekunden. Beim Entfernen der angelegten Gleichspannung wird zwischen gekreuzten Polarisatoren eine dicht gepackte sphärolithische Struktur mit den Sphärolithen nach Figur 1 beobachtet, die von der Verbindung in der homöotropischen Struktur der nematischen Mesophase umgeben sind. Die Größe der Sphärolithen beträgt etwa 32 bis etwa *J3 Mikron, kennzeichnenderweise 35 Mikron, wie aus Figur 1 hervorgeht.

BEISPIEL III

Ein Strahl aus einem Argonlaser wird durch die nach Beispiel I erzeugte sphärolithische Struktur hindurchgesendet, und es wird das Beugungsmuster nach Figur IA erhalten.

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BEISPIEL IV

Während der Strahl aus dem Argonlaser und das sieh ergebende Beugungsmuster nach Beispiel III beibehalten werden, wird eine Gleichspannung von etwa 2 Volt an der Zelle angelegt. Die Sphärolithen vergrößern sich und nehmen eine Größe von etwa 3^ bis 46 Mikron, typischerweise 37 Mikron an, wie dargestellt. Figur 2 ist eine photographische Wiedergabe der mittels der 2 Volt Gleichspannung erzeugten Sphärolithenanordnung. Das Beugungsmuster ändert sich beim Anlegen der Spannung in das nach Figur 2A um.

BEISPIEL V

Die in Beispiel IV angelegte Spannung wird entfernt. Die Sphäro- · lithen verkleinern sich und nehmen erneut die Größe und Anordnung nach Beispiel II (Figur 1) an. Das Beugungsmuster verwandelt sich wieder in das von Beispiel III (Figur IA).

BEISPIEL VI

Der Sträü. aus dem Argonlaser und das daraus sich ergebende Beugungsmuster nach Beispiel III werden beibehalten, und es wird eine Gleichspannung von etwa 3 Volt an der Zelle angelegt. Die Sphärolithen vergrößern sich und weisen eine Größe von etwa -37 bis etwa M8 Mikron, typischerweise etwa 39 Mikron auf, wie dargestellt. Figur 3 ist eine photographische Wiedergabe der mittels der 3 Volt Gleichspannung erzeugten Sphärolithenanordnung. Das Beugungsmuster ändert sich beim Anlegen der Spannung in das nach Figur 3A um.

BEISPIEL VII

Die in Beispiel VI angelegte Spannung wird entfernt. Die Sphärolithen verkleinern sich und nehmen erneut Größe und Anordnung von Beispiel II (Figur 1) an. Das Beugungsmuster wird wieder das von Beispiel III (Figur IA).

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BEISPIEL VIII

Die in Beispiel VI angelegte Spannung.wird auf etwa 2 Volt Gleichspannung erniedrigt. Die Sphärolithen verkleinern sich und nehmen Größe und Anordnung von Beispiel IV (Figur 2) an. Das Beugungs-₍ muster wird das von Beispiel IV (Figur 2A).

BEISPIEL IX

Der Strahl aus dem Argonlaser und das sich ergebende Beugungsmuster von Beispiel III werden beibehalten, und es wird eine Gleichspannung von etwa 4 Volt an der Zelle angelegt. Die Sphärolithen vergrößern sich und weisen eine Größe von etwa 40 bis 54 Mikron, typischerweise etwa 44 Mikron auf, wie dargestellt. Figur 4 ist eine photographische Wiedergabe der mittels 4 Volt Gleichspannung erzeugten Sphärolithenanordnung. Das Beugungsmuster ändert sich beim Anlegen der Spannung in das von Figur 4A.

BEISPIEL X

Die in Beispiel IX angelegte Spannung wird entfernt. Die Sphäroliten verkleinern sich und nehmen Größe und Anordnung von Beispiel II (Figur 1) an. Daä Beugungsmuster ändert sich wieder in das nach Beispiel III (Figur IA).

BEISPIEL XI

Die in Beispiel IX angelegte Spannung wird auf etwa 2 Volt Gleichspannung erniedrigt. Die Sphärolithen verkleinern sich und nehmen Größe und Gestalt von Beispiel IV (Figur 2) an. Das Beugungsmuster wird das von Beispiel IV (Figur 2A).

BEISPIEL XII

Die in Beispiel IX angelegte Spannung wird auf etwa 3 Volt Gleichspannung reduziert. Die Sphärolithen verkleinern sich und nehmen

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Größe und Gestalt von Beispiel VI (Figur 3) an. Das Beugungsmuster wird das von Beispiel VI (Figur 3A).

BEISPIEL XIII

Der Strahl aus dem Argonlaser und das sich daraus ergebende Beugungsmuster von Beispiel III werden beibehalten, und es wird eine Gleichspannung von etwa 12 Volt angelegt. Es wird dynamische Streuung beobachtet; die Sphärolithenanordnung und die Beugung von Beispiel III verschwinden.

BEISPIEL XIV

Die in Beispiel XIII angelegte Gleichspannung von etwa 12 Volt wird entfernt. Es wird eine neue sphärolithische Struktur erzeugt.

Für den Fachmann liegt es nahe, die beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen in mannigfaltiger Weise abEuwandeln und zu variieren. Beispielsweise kann der interessierende Bereich der Schiqht der Flüssigkeitskristallverbindung mit einer Sphärolithenanordnung eine bildhafte Gestalt aufweisen. Die sieh daraus ergebende bildhafte Anordnung der Sphärolithen kann stets dann verwendet werden, wenn Beugungsbilder erzeugt werden sollen. Eine nicht-bildhafte Sphärolithenanordnung kann dagegen verwendet werden, um in bildhafter Gestalt vorliegende elektromagnetische Strahlung zu beugen.

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Claims

Patentansprüche

/ 1,/Verfahren zur variablen Lichtbeugung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat eine Schicht einer Flüssigkeitskristallverbindung mit einem dielektrisch negativen nematischen Flüssigkeitskristallstoff und etwa 0,4 bis etwa 3 Gew.-? eines optisch aktiven Stoffes gebildet wird, die Flüssigkeitskristallverbindung außer Kontakt mit einem Ausrichtmittel bzw. behandelten Substrat optisch negativ ist und ein umy\ gleich 2np zentriertes Lichtreflektionsband aufweist, worin η der Brechungsindex und ρ der Schraubengang der Flüssigkeitskristallverbindung ist,

die Flüssigkeitskristallverbindung im Kontakt mit einem Ausrichtmittel bzw. mit einem behandelten Substrat in der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase vorliegt,

die Flüssigkeitskristallverbindung in der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase beim Entfernen einer vorher angelegten Spannung einen elektrisch induzierten übergang in eine sphärolithische Struktur ausführen kann, das Verhältnis des Schraubenganges zur Dicke der Schicht von etwa 1 bis etwa 10 beträgt,

ein Ausrichtmittel oder ein behandeltes Substrat in Kontakt mit der Schicht der.Flüssigkeitskristallverbiridung gebracht wird,

ein interessierender Teil der Schicht der Flüssigkeiskristallverbindung eine Anordnung von Sphärolithen aufweist, die nicht die optischen Eigenschaften der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase aufweisen und umgeben sind von der Flüssigkeitskristallverbindung mit den optischen Eigenschaften der homöotropischen oder homogenen Struktur der nematischen Mesophase,

Licht aus einer Lichtquelle auf den interessierenden Teil der Schicht mit der Anordnung von Sphärolithen gerichtet und einer Beugung unterzogen wird und

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eine Spannung an dem interessierenden Teil der Schicht mit einer Höhe angelegt wird, die niedriger ist als zur Erzeugung dynamischer Streuung in der Schicht der Plüssigkeitskristallverbihdung notwendig, wodurch die Sphärolithen vergrößert werden und die Beugung des Lichtes aus der Lichtquelle entsprechend geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Licht aus der Lichtquelle durch die Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung und das Substrat hindurchgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat reflektierend ausgebildet wird und das Licht aus der Lichtquelle einer Reflektion an dem Substrat unterzogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Linearpolarisator zwischen der Lichtquelle und der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung Gleichspannung ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz bis etwa 1000 Hz ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mit einer Höhe angelegt wird, die bis zur Hälfte des zur Erzeugung dynamischer Streuung in der Schicht der Flüssigkeitskristallverbindung erforderlichen Spannungsbetrages beträgt .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sphärolithen eine hexagonale Form annehmen.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wellenlänge gebeugten Lichtes durch ein optisches Hindernis hindurchgeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Wellenlänge gebeugten Lichtes durch das optische Hindernis hindurchgeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf eine alle Wellenlängen des gebeugten Lichtes durch das optische Hindernis hindurchgeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wellenlänge des gebeugten Lichtes sich im sichtbaren Bereich des Spektrums befindet.
13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das optische Hindernis hindurchgelassenen Wellenlängen des gebeugten Lichtes im sichtbaren Bereich des Spektrums liegen.
14. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die durch das optische Hindernis hindurchgelassene Wellenlänge des gebeugten Lichtes durch eine Kollimatorlinse hindurchgeleitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die durch das optische Hindernis hindurchgelassene Wellenlänge des gebeugten Lichtes durch eine Sammellinse hindurchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Weißlichtquelle umfaßt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser umfaßt.

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18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis IJ₃ dadurch gekennzeichnet, daß das auf den interessierenden Teil der Schicht gerichtete Licht von bildhafter Gestalt ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der interessierende Teil der Schicht mit der Anordnung von Sphärolithen eine bildhafte Gestalt aufweist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß das auf den interessierenden Teil der Schicht gerichtete Licht wenigstens eine Wellenlänge innerhalb des vom ultravioletten bis infraroten reichenden Bereichs des Spektrums aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung erniedrigt bzw. erhöht wird, wodurch die Größe der Sphärolithen jeweils reduziert bzw. vergrößert wird".

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