DE2618023C2 - Mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle - Google Patents
Mit Infrarotlicht adressierbare FlüssigkristallzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Flüssigkristallzellen finden vielerlei Anwendung in der Technik. Besonders in den letzten fünf Jahren
wurden erhebliche Fortschritte erzielt. So wurden Materialien für thermisches Kopieren oder andere
Systeme unter Verwendung wärmeempfindlicher Flüssigkristallzellen eingehend untersucht. Das Adressieren
von Flüssigkristallzellen mit Infrarotlicht oder Wärmestrahlung ist besonders interessant, weil die zum
Phasenübergang notwendige Wärmeenergie sehr klein ist im Vergleich zur latenten Wärme zum Schmelzen
organischer Verbindungen. Infrarotlicht wurde oft zum lokalen Erhitzen von Flüssigkristallzellen angewendet.
Eine Schwierigkeit dieser Anwendung ist jedoch darin begründet, daß bekannte Flüssigkristalle im nahen
Infrarotspektralbereich praktisch transparent sind. Daraus folgt, daß die Energie des eingestrahlten
Infrarotlichts nicht, in der Flüssigkristallschicht absorbiert wird, sondern vielmehr in den viel dickeren
Glasschichten auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht. So absorbieren eine Flüssigkristallschicht mit
einer Umhüllung aus Glas zusammen nur etwa 10 bis 15% der eingestrahlten Energie, und der größte Anteil
dieser Energie geht durch Wärmediffusion in dem Glas verloren.
Es ist aus den US-Patentschriften 36 66 947,34 99 702,
40 620 und 34 09 404 bekannt, Flüssigkristallzusammensetzungen zusätzlich absorbierende Stoffe zuzusetzen, damit diese einen größeren Anteil der Infrarotenergie des Strahls absorbieren können. Die Anwesenheit
suspendierter, absorbierender Stoffe in der Flüssigkristallschicht hat wegen ihres Einflusses auf die Eigenschaften der Flüssigkristalle verschiedene Nachteile. Ein
Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß diese Fabstoffe mehr im sichtbaren Spektralbereich als im
infraroten absorbieren. Dadurch erhält die Anzeige oder Darstellung eine eintönige Färbung, wodurch die
Verstärkung der Absorption von Infrarotenergie wieder zunichte gemacht wird. Ein weiteres Problem resultiert
aus der Flüssigkristall-Farbstoffsuspension selbst Die Anwesenheit des Farbstoffs in dem Flüssigkristallmaterial bewirkt, daß die resultierende Suspension einen
körnigen Hintergrund aufweist wenn sie projiziert wird. Durch die Zusätze können auch die elektrischen
Eigenschaften der Zelle verändert werden, weil die zugesetzten Farbstoffe meistens Salze sind.
Es wurden auch bestimmte Komplexverbindungen wie Bis(dithiobeiizil)-Nickel verwendet die Energie im
infraroten aber nicht im sichtbaren Spektralbereich absorbieren. Die Absorptionsbande ist was typisch ist,
schmal, und eine Lösung dieser Verbindung in N-Methylpyrrolidon absorbiert stark bei 940 nm, jedoch
sehr wenig bei 850 nm, der Wellenlänge eines Galliumarsenidlasers. Infolgedessen absorbiert eine
solche Lösung nicht genügend Energie von einem Galliiimzrsenidlaser, was eine thermische Adressierung
einer Flüssigkristallzelle ermöglichen würde.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 32 164 ist
eine Flüssigkristall-Wiedergabevorrichtung bekannt, bei der auf Quarzsubstraten leitende Schichten aus
Indium/Zinnoxid angeordnet sind, wobei wenigstens eine dieser Schichten eine Absorptionselektrode zum
Absorbieren eines Teils von kohärentem Licht im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1,6 μηι ist, die in
Abhängigkeit davon eine erhitzte Zone hervorruft, deren Temperatur ausreichend hoch bemessen ist, um
die Temperatur der Flüssigkristallsubstanz zwischen den Substraten über die Übergangstemperatur der
Flüssigkristallsubstanz zu erhöhen. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß der Großteil des kohärenten Lichts
von den Substraten absorbiert wird und für die eigentliche Absorption durch die Flüssigkristallsubstanz
verlorengeht.
Aufgabe der Erfindung ist, eine mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle anzugeben, die infrarotes Licht insbesondere das Licht eines Galliumarsenidlasers, absorbiert und im sichtbaren Spektralbereich
eine niedrige Absorption besitzt.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Flüssigkristallzelle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
die absorbierende Schicht das Reaktionsprodukt aus einem Nickelkomplex und einem Polyamid enthält.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die in der Flüssigkristallzelle angeordnete absorbierende Schicht die vorzugsweise das Reaktionsprodukt
aus Bis(dithiobenzil)-Nickel und einem Polyamid enthält absorbiert mindestens 90% der Wellenlänge des
Galliumarsenidlasers und ermöglicht gleichzeitig eine Durchlässigkeit im sichtbaren Spektralbereich von
mindestens 80%.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren und einer speziellen Beschreibung näher erläutert.
Die F i g. 1 bis 3 veranschaulichen in Querschnittsdarstellung Ausführungsbeispiele der Flüssigkristallzelle
10
15
mit mindestens einer Infrarotlicht absorbierenden Schicht
Fig.4 zeigt die Absorptionsspektren der nicht
umgesetzten Mischung wie auch des ReaKtionsproduktes
des Bis(dithiobenzil)-Nickel-K.omplexes mit einem
Polyamid.
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit einer Schicht eines Materials, das im infraroten
Spektralbereich absorbiert, im sichtbaren Spektralbereich jedoch relativ transparent ist Wenn die Zelle
beispielsweise mit einem Galliumarsenidlaser, der eine
im Infrarotspektralbereich liegende Strahlung erzeugt, adressiert wird, dann absorbiert die absorbierende
Schicht Strahlungsenergie bei 850 nm. Die in der absorbierenden Schicht absorbierte Energie erwärmt
bestimmte Gebiete der Flüssigkristallschicht unter Ausbildung des gewünschten Bildes. Die wirksame
Absorption der absorbierenden Schicht erhöht die Empfindlichkeit der Flüssigkristallzelle für eine Strahlungsquelle
mit gegebener Energie. Oder die absorbierende Schicht ermöglicht, daß die Flüssigkristallzelle mit
einer Strahlung niedrigerer Energie adressierbar ist Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die verhältnismäßig
geringe Absorption im sichtbaren Spektralbereich. Durch diese Eigenschaft können mit der Flüssigkristallzelle
scharfe Linien wie auch ein holier Kontrast erzeugt werden.
Fig. 1 zeigt in Querschnittsdarstellung die Grundstruktur.
Die Flüssigkristailzelle 1 enthält eine Flüssigkristallschicht 2. Jedes geeignete Flüssigkristallmaterial
kann verwendet werden. Beispiele für solche Materialien sind n-Octylcyanobiphenyl und seine Homologen.
Auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 2 sind transparente leitende Schichten 3 und 4 angeordnet. Ein
Beispiel für ein Material, welches für transparente leitende Schichten geeignet ist, ist eine Mischung aus
Zinnoxid und Indiumoxid. Eine absorbierende Schicht 5 ist zwischen der transparenten leitenden Schicht 4 und
der Flüssigkristallschicht 2 angeordnet. Die absorbierende Schicht 5 muß nicht unmittelbar benachbart zur
Flüssigkristallschicht 2 angeordnet werden, sie kann auch auf der anderen Seite der Schicht 4 angeordnet
werden.
Die absorbierende Schicht 5 ist eine Schicht, welche Energie in einem engen bestimmten Bereich des
Infrarotspektrums und relativ wenig Energie im sichtbaren Spektralbereich (350 bis 700 nm) absorbiert.
In einer bevorfoigten Ausführungsform besteht die
absorbierende Schicht 5 aus dem Reaktionsprodukt von (Bis(dithiobenzil)-Nickel der nachfolgenden Struktur
55
60
65 Spektralbereiches durchlassen. Die absorbierende
Schicht 5 ist auf einer Glasplatte 6 angeordnet
und einem Polyamid. Dieses Reaktionsprodukt ist besonders dazu geeignet, die Strahlung, die ein
Galliumarsenidlaser bei einer Wellenlänge von 850 bis 875 nm erzeugt, zu absorbieren. Es wurde gefunden, daß
die Reaktionsprodukte eines Polyamids mit den nachfolgend angegebenen Nickelkomplexen Strahlung
bestimmter Wellenlängen des infraroten Spektralbereiches absorbieren und gleichzeitig Licht des sichtbaren
(CHj)2N
Bis(dimethylaminodithiobenzil)-Nickel
N(CHj)2
C3H7
C3H7
C3H7 C3H7
Bis(ditbiooctadion-4,5)-Nickel
N—C >=N
35
40
45 Nickelphthalocyanin
In der in Fig.2 dargestellten Flüssigkristallzelle 8
sind absorbierende Schichten 9 und 10 auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 11 angeordnet. Transparente
leitende Schicht 12 und 13 befinden sich jeweils auf den absorbierenden Schichten 9 und 10. Glasplatten 14 und
15 sind jeweils auf den transparenten leitenden Schichten 12 und 13 angeordnet.
Die absorbierenden Schichten enthalten jeweils genügend Farbstoff, d. h., das Reaktionsprodukt des
Nickelkomplexes und eines Polyamids, damit in jeder Schicht etwa 60 bis 70% Absortion stattfindet. Bei
Anwendung von zwei absorbierenden Schichten liegt die Absorption in der Größenordnung von 90%.
Ein Vorteil der Anwendung von zwei absorbierenden Schichten besteht darin, daß die Wärme auf beiden
Seiten der Flüssigkristallschicht verfügbar ist. Infolgedessen diffundiert die Wärme schneller in die Flüssigkristallschicht
und gestattet kürzere Adressierzeiten. So ist z. B. eine typische Adressierzeit einer Flüssigkristailzelle
mit zwei absorbierenden Schichten, wie in F i g. 2 gezeigt ist, in der Größenordnung von 25 Mikrosekunden
verglichen mit einer Zeit von etwa 40 Mikrosekunden für eine Zelle mit einer absorbierenden Schicht
gemäß Fig. 1.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung von zwei absorbierenden Schichten ist, daß die Farbstoffkonzentration
in jeder Schicht niedriger und/oder die Schicht dünner sein kann. Die Löslichkeit dieser Farbstoffe ist
verhältnismäßig niedrig, und die Anwendung niedriger Konzentrationen vermeidet Probleme im Zusammenhang
mit dem Auskristallisieren. Weiterhin ist die Anwendung einer dünneren absorbierenden Schicht
erwünscht, weil solche Schichten ebener sind und eine glatte Oberfläche aufweisen als dickere Schichten mit
einem gekräuselten Aussehen.
In F i g. 3 ist eine Flüssigkristallzelle 16 dargestellt, bei der sich transparente leitende Schichten 17 und 18
unmittelbar an die Flüssigkristallschicht 19 anschließen. Absorbierende Schichten 20 und 21 sind auf den
transparenten leitenden Schichten 17 und 18 angeordnet Glasplatten 22 und 23 sind wiederum auf den
absorbierenden Schichten 21 und 20 angeordnet. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäß
den Fig.2 und 3 besteht in der Anordnung der absorbierenden Schicht relativ zu den transparenten,
leitenden Schichten und zu der Flüssigkristallschicht.
Die Anordnung gemäß F i g. 3 wird bevorzugt, weil bei ihr nicht wie in der Anordnung gemäß F i g. 2 ein
dielektrischer Verlust in der absorbierenden Schicht auftritt. Daraus resultiert, daß die Zelle gemäß F i g. 3
mit einer niedrigeren Spannung durchsichtig gemacht werden kann. Typische Spannungen zum Durchsichtigmachen
von Zellen gemäß Fig.3 sind etwa 40% niedriger. So wird beispielsweise eine Spannung von
etwa 90 Volt benötigt, um eine Zelle gemäß F i g. 2 durchsichtigt zu machen, während bei einer Zelle gemäß
F i g. 3 bereits etwa 40 Volt ausreichen.
In F i g. 4 sind die Absorptionsspektren der nichtumgesetzten 24 wie auch der umgesetzten Mischung 25 aus
Bis(dithiobenzil)-Nickel und Polyamid dargestellt. Die nichtumgesetzte Mischung in N-Methypyrrolidon absorbiert
stark bei einer Wellenlänge von 940 nm. Die umgesetzte Mischung, welche eine halbe Stunde lang
bei 160° C gehärtet wurde, absorbiert stark bei 880 nm,
eine Wellenlänge, die von einem Galliumarsenidlaser emittiert wird.
Es wurde eine Lösung hergestellt durch Auflösen von 37 Milligramm Bis(dithiobenzil)-Nickel in 500 Milligramm
heißem N-Methylpyrrolidon. Diese Lösung
wurde verdünnt, bis sie ein Teil Bis(dithiobenzil)-Nickel auf tausend Teile Lösungsmittel enthielt Die verdünnte
Lösung hatte ein Absortionsmaximum bei 940 nm mit einer optischen Dichte von 0,65 für 10 mm Weglänge.
Die Absorption bei 850 nm ergab eine optische Dichte von 0,2, was praktisch durchsichtig ist Die heiße Lösung
wurde mit 500 Milligramm Polyamid aus Pyromellithsäureanhydrid und einem aromatischen Diamin das
unter dem Handelsnamen RC5Q57 von Dupont erhältlich
ist vermischt Die Lösung wurde gekühlt und dann Filtriert Das Absorptionsspektrum der resultierenden
Lösung ist praktisch das gleiche wie das der Lösung, ehe
das Polyamid zugegeben wurde. Die resultierende Mischung wurde auf ein heißes Substrat mittels eines
Schleuderbeschichtungsverfahrens aufgetragen und eine halbe Stunde lang bei 18O0C gehärtet unter Erhalt
eines 1 μιη dicken Films. Dieser Film besaß eine
5 optische Dichte von 0,9 bei 875 nm und 0,85 bei 850 nm. Dieser Film absorbierte 85% der Strahlung eines
Galliumarseniddauerstrichlasers bei 77° K. Der Film besaß eine optische Dichte von 0,1 bis 0,2 im sichtbaren
Spektralbereich. Durch eine Untersuchung unter dem ίο Mikroskop wurde festgestellt, daß keine Substanz in
kristalliner Form ausgefallen war. Danach wurde der Film in einem Projektionssystem geprüft, wobei die
Zelle einen klären Hintergrund zeigte.
Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde ein Film aus dem Reaktionsprodukt von Bis(dimethylaminodithiobenzil)-Nickel
und Polyamid gebildet Das Absorptionsmaximum des nichtungesetzten Materials liegt bei
1120—1150 nm. Die Absorption verschiebt sich während
des Härtens unter Ausbildung einer breiten Absorptionsbande bei etwa 1000 nm. Diese absorbierende
Schicht ist besonders brauchbar für YAG (Yttrium-Aluminium-Granat)-Laser, die Strahlung mit
einer Wellenlänge von 1060 nm emittieren. Es wurden mehrere Filme hergestellt, die 40 bis 60% bei einer
Wellenlänge von 1060 nm absorbierten.
Gemäß Beispiel 1 wurde eine absorbierende Schicht hergestellt aus einer Lösung mit einem Gehalt an
100 Milligramm Bis(dithiooctadion-4,5)-Nickel, ImI N-Methylpyrrolidon und 2 Gramm Polyamid. Der Film
aus dem Reaktionsprodukt absorbierte stark zwischen ti 700 und 900 nm. Die thermische Stabilität des Films war
sehr gering, und der Film wurde durch einen Laserstrahl leicht zerstört
Es wurde eine Anzeigevorrichtung mit der Struktur, die in F i g. 3 gezeigt ist hergestellt Die absorbierenden
Schichten wurden hergestellt aus dem Reaktionsprodukt von Bis(dithiobenzil)-Nickel und Polyamid und
hatten nach einer eine halbe Stunde dauernden Härtung bei 180° C eine Dicke von 1 μπι. Die transparenten
leitenden Überzüge wurden mittels Kathodenzerstäubung von Indiumoxid-Zinnoxid hergestellt Die Schichten
waren etwa 100 nm dick. Die Glasschichten hatten eine Dicke von 1,5 mm. Die Vorrichtung wurde
thermisch mit einem Galliumarsenidlaserstrahl adressiert
Die optische Dichte bei 840 nm betrug 1,2 bis 1,4. Unter Verwendung eines Laserstrahls wurde mit dieser
Vorrichtung eine Seite in ungefähr einer Sekunden aufgezeichnet Die optische Information wurde dann in
10 bis 20 Millisekunden bei einer Spannung von 40 bis 50 Volt gelöscht
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallschicht zwischen
leitenden transparenten Schichten auf Glassubstraten, in der mindestens auf einer Seite der
Flüssigkristallschicht (2; 11; 19) eine im sichtbaren Spektralbereich durchlässigere aber im infraroten
Spektralbereich absorbierende Schicht (5; 9,10; 20, 21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht das Reaktionsprodukt aus einem Nickelkomplex und einem
Polyamid enthält
2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im infraroten Spektralbereich absorbierende Schicht (5; 9, 10; 20, 21) das
Reaktionsprodukte aus Bis(dithiobenzil)-Nickel oder
Bis(dimeihyiaininodithiobenzil)-Nick«l mii einem
Polyamid enthält.
3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht (S)
zwischen der Flüssigkristallschicht (2) und der leitenden transparenten Schicht (4) oder zwischen
dieser und dem Glassubstrat (6) angeordnet ist
4. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwei absorbierende Schichten
(9,10) vorgesehen sind, die zwischen der Flüssigkristallschicht (11) und den leitenden transparenten
Schichten (12, 13) oder zwischen den leitenden transparenten Schichten (17, 18) und den Glassubstraten (22,23) angeordnet sind.
5. Flüssigkristallzelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Galliumarsenid- oder YAG-Laser thermisch adressierbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/584,083 US3999838A (en) | 1975-06-05 | 1975-06-05 | Beam addressed liquid crystal cells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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