DE2713718A1

DE2713718A1 - Optisch adressiertes lichtventil

Info

Publication number: DE2713718A1
Application number: DE19772713718
Authority: DE
Inventors: Gary A Dir; Werner E L Haas
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1977-11-17
Also published as: GB1579663A; DE2713718C2; US4037932A; JPS52134454A

Description

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XEROX CORPORATION
Rochester N.Y./USA

OPTISCH ADRESSIERTES HCHTTENTIL

Die Erfindung betrifft optisch adressierte Lichtventile und insbesondere Realzeit reflektierende Lichtventile ohne optische Sperrschichten.

Durch die schnellen Fortschritte auf dem Gebiet der Bildaufzeichnungsvorgänge sind verschiedene Typen optisch adressierter Lichtventile im Gebrauch. Man strebt an, daß derartige Lichtventile einfach sind, d.h. die geringstmögliche Zahl von Schichten aufweisen, und das Auslesen auch während des Einschreibzyklus ermöglichen. Die Intensität des

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Ausleselichtes sollte die der Einschreibintensität übersteigen, die vorzugsweise um mehrere Größenordnungen kleiner ist.

Bekannte Lichtventile bestehen aus einem Photoleiter, der in Reihe geschaltet ist mit einem elektrooptischen Medium wie etwa einem Flüssigkristall, einer ferroelektrischen Substanz oder dergl.. Der Photoleiter steht unter einer elektrischen Vorspannung, und in bild— mäßiger Konfiguration auf ihn auftreffendes Licht bewirkt, daß in den belichteten Bereichen sein Widerstand abnimmt. Dies führt zu bildmäßigen Veränderungen in dem am elektrooptischen Medium wirksamen Feld, was wiederum ausgelesen oder projiziert werden kann.

Man hat bisher hingenommen, daß, damit das für das Auslesen angewendete Licht das aufgezeichnete Bild nicht "axiswäscht", das Auslesen entweder mit Licht von solchen Wellenlängen durchgeführt wird, auf die der Photoleiter nicht anspricht, oder daß zwischen das elektrooptische Medium und den Photoleiter eine elektrisch leitende, optisch aber abschirmsnde Schicht eingefügt wird. Für die Art Lichtventil, bei der das zum Auslesen verwendete Licht eine Wellenlänge hat, die den Photoleiter nicht beeinflußt, sei auf eine Veröffentlichung in Applied Physics Letters vom 15. Juli 1970 unter dem Titel "Reversible Ultraviolet Imaging with Liquid Crystals" hingewiesen. Der dabei verwendete Photoleiter ist Zinksulfid, das elektrooptische Medium ein Flüssigkristall und der elektrooptische Effekt die dynamische Streuung. Das Lichtventil wird mit ultraviolettem Licht adressiert, auf welches der Photoleiter empfindlich reagiert, und wird ausgelesen mit sichtbarem Licht, für das der Photoleiter unempfindlich ist.

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Bei einer anderen, in der US-PS 3 592 527 beschriebenen Vorrichtung wird für den Photoleiter Poly-n-Vinylkarbazol oder Triphenylamin verwendet, während als elektrooptische Substanzen Flüssigkristalle eingesetzt werden. Das Lichtventil wird mit ultraviolettem Licht adressiert und mit Licht, das keine ultraviolette Strahlung enthält, ausgelesen. Beispiele für optische Sperrschichten, mit denen verhindert wird, daß das zum Auslesen verwendete Licht den Photoleiter erreicht, lassen sich z.B. der Literaturstelle in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-18, Nr. 9, 1971 entnehmen in einer Veröffentlichung unter dem Titel "Strain Biased Ferroelectric-Photoconductor Image Storage and Display Devices Operated in a Reflection Mode". Darin ist von einer lichtundurchlässigen Y/iderstandsschicht die Rede, die eine vollständige Lichtisolierung zwischen der Einschreibseite und der Ausleseseite gewährleistet» Das Lichtventil besteht im wesentlichen aus einer ferroelektrischen Keramiksubstanz, deren optische Eigenschaften von einem bildmäßig belichteten Photoleiter gesteuert werden.

In einem jüngeren Artikel in Applied Physics Letters, 1. Februar 1973 unter dem Titel "AC Liquid-Crystal Light Valve" wird Kadmiumsulfid als Photoleiter eingesetzt, während als elektrooptisches Medium ein Flüssigkristall dient. Um eine Trennung zwischen dem Einschreiblicht und dem Ausleselicht herbeizuführen, wird als optische Sperrschicht Kadmiumtellurid verwendet in Verbindung mit einem dielektrischen Spiegel.

Die Erfindung beschafft ein neues Bilderzeugungssystem in Gestalt eines optisch adressierten Lichtventils mit reflektierender Ausleseseite ohne Verwendung einer opti-

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sehen Sperrschicht. Das optische Lichtventil gemäß der Erfindung kann während des Einschreibvorgangs ausgelesen werden, ohne daß mit Hilfe einer optischen Sperrschicht eine Trennung zwischen dem Ausleselicht und dem Einschreiblicht vorgenommen wird. Dazu werden raumladungsbegrenzte Ströme in Verbindung mit Absorptionseigenschaften von Photoleitern eingesetzt«, Diese raumladungsbegrenzten Ströme und Absorptionseigenschaften von Photoleitern dienen zur Steuerung eines elektrooptischen Mediums, wobei dies darin bestehen kann, daß die elektrooptischen Eigenschaften eines Flüssigkristalls gesteuert werden. Ein derartiger Flüssigkristall kann optische Speicherfähigkeit besitzen. In einer Variante der Erfindung wird ein Bilderzeugungssystem geschaffen, das raumladungsbegrenzte Ströme verwendet sowie Absorptionseigenschaften von Photoleitern, um elektrooptische Eigenschaften eines ferroelektrischen Materials oder auch eines Pockels-Kristalls zu steuern.

Diese vorstehend angestrebten Ziele v/erden bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Absorptionseigenschaften von Photoleitern in Verbindung mit raumladungsbegrenzten Strömen ausgenützt v/erden, damit optisch sperrende Schichten bei den abbildungserzeugenden Systemen, welche einen Photoleiter und ein elektrooptisches Abbildungsmediura enthalten, nicht benötigt werden.

Man hatte sich allgemein damit abgefunden, daß optisch adressierte Lichtventile, die während des Einschreibvorgangs ausgelesen werden sollen, entweder zum Auslesen ein Licht mit einer Wellenlänge benötigen, durch das der Photoleiter nicht angesprochen wird, oder daß zwischen das elektrooptische Medium und die steuex*nde Photoleiterschicht optisch sperrende Schichten eingefügt werden. Die Aufgabe der Sperrschicht besteht darin, daß das "Aus-

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waschen" des aufgezeichneten Bildes durch das Ausleselicht verhindert wird. Mit der Erfindung gelingt es nun, ohne derartige optische Sperrschichten auszukommen, wenngleich Intensitatsverhaltnisse zwischen Einschreiblicht und Ausleselicht von 1:10.000 und mehr gemessen wurden.

Die Erfindung hat in wesentlichen einen Vierschicht-Sandwichaufbau, der aus zwei transparenten Elektroden und einem dazwischenliegenden Photoleiter, z.B. Selen, in Reihe mit einem elektrooptischen Medium, z.B. einem Flüssigkristall, besteht.

Die Vorrichtung kann sowohl mit Gleichstromais auch mit Wechselstrom-Vorspannung betrieben werden. In der Dunkelheit ist der Photoleiter mit einem hohen Widerstandswert behaftet, und das elektrische Feld, das an dem Sandwichaufbau anliegt, fällt zur Hauptsache am Photoleiter ab ο Wenn das Ausleselicht eingeschaltet wird, v/erden von den auftreffenden Photonen elektrische Ladungsträger erzeugt, wodurch der V/iderstand im Photoleiter absinkt, Strom fließt und das Feld am elektrooptischen Medium anwächst. Wenn die Intensität des Ausleselichtes einen bestimmten Grenzwert übersteigt, geht der Strom in Sättig\ing, d.h. erhält eine begrenzte Raumladung. Eine v/eitere Erhöhung der Lichtintensität bringt für den Stromfluß nur noch geringen Zuwachs. Eine ins einzelne gehende Beschreibung des raumlad\;ngsbegrenzten Stroms in Selen findet sich beispielsweise im Artikel von Weinier und Cope in RCA Review, September 1951.

Der Photoleiter Selen hat einen sehr hohen optischen Absorptionskoeffizienten für solche Wellenlängen, für die Selen actinisch ist, d.h. lichtempfindlich. Aufgrund dieses hohen Absorptionskoeffizienten bezüglich acti-

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nischen Lichts kann die Erzeugung von Ladungsträgern durch das Ausleselicht lediglich nahe der Oberfläche stattfinden. So verzögert z.B. eine 1.0 ,u dicke Selenschicht grünes Licht von 5.5OO& Wellenlänge um einen Faktor von - 3000, während nicht actinisch wirkendes rotes Licht von 7.000Ά* Wellenlänge nur um etwa Λ$> behindert wird.

Wenn das eine Abbildung erzeugende Licht auf die Oberfläche des Photoleiters auf der Seite auftrifft, die der vom Ausleselicht getroffenen gegenüberliegt, dann v/erden zusätzliche Ladungsträger erzeugt, die zu dem raumladungsbegrenzten Strom sich addieren, wodurch das Feld am elektrooptischen Medium moduliert wird. Das Medium spricht seinerseits auf das bildmäßig modulierte Feld an und erzeugt ein sichtbares Bild.

Mehrere Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine gut funktionierende Einrichtung entsteht. Zunächst müssen raumladungsbegrenzte Ströme vorhanden sein, da ohne Sättigung des Stroms mit ansteigenden Lichtintensitäten keine Möglichkeit bestünde, sehr starke Ausleselichtquellen zu verwenden. Der Strom würde auf einen Wert ansteigen, wo das vergleichsweise schwache bilderzeugende Licht den Stromfluß nicht mehr wesentlich modulieren könnte. Zweitens sollten actinische Komponenten des Ausleselichtes die Oberfläche, auf die das bilderzeugende Licht fällt, nicht erreichen. Wenn actinisches Licht von der Auslesequelle auf die andere Seite des Photoleiters träfe, würden dadurch Ladungsträger genau wie vom bilderzeugenden Licht erzeugt werden. Um also merkbare gegenseitige Beeinflussung von Ausleselicht und bilderzeugendem Licht zu vermeiden, ist anzustreben, daß die optische Absorption des Photoleiters ausreicht, um die Stärke der actinischen Komponen-

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ten des Ausleselichtes auf wenigstens 1/3 und vorzugsweise etv/a 10$ der Stärke des Einschreiblichtes zu reduzieren. Durch diese Forderungen werden Grenzbedingungen für den verwendeten Photoleiter und seine Dicke gesetzt, die am besten mit einem Beispiel illustriert werden. Es sei angenommen, daß das Ausleselicht 10.0 mW/cm von actinischen Komponenten enthält, und daß das Einschreiblicht oder das bilderzeugende Licht eine actinische Enex-giedichte von 5.0/uW/cm hat. Wenn ein Verhältnis von Signal zu Störsignal von 10 toleriert werden kann, dann muß die Energiedichte der actinischen Komponente des Ausleselichtes, die die Bild bildende 'Seite erreichen darf, reduziert werden auf oder 0.5/uW/cm . Da die Ausleselichtstärke 10.0 mW/cm² ist, ist eine Absorption von ⁼ 2 χ 10 erforderlich. Nimmt man nun einen Absorptionsko-

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effizienten von 10 cm an, dann muß die Filmdicke etv/a 10.0/U sein. Für einen hypothetischen Absorptionskoeffi-

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zienten von angenommen 10 cm ergäbe sich eine Filmdicke von 1000/U, damit das Verhältnis von Signal zu Störsignal auf 10:1 gehalten wird. Andererseits ergäbe eine Filmdicke von nur 10.0/u bei einem Absorptionskoeffizienten von

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10 cm eine Abdämpfung des Ausleselichtes nur um den

2 Faktor von 10$, so daß eine Energiedichte von 9.0 mW/cm vorläge, mit der das Ausleselicht auf die Bildseite durchdringen würde, so daß das einschreibende, bilderzeug ende Licht mit einer Dichte von 5.0/uW/cm vollständig überschwemmt wäre. Da drittens der raumladungsbegrenzte Strom im Vergleich zum Strom, der vom schwachen bilderzeugenden Licht hervorgebracht wird, beträchtlich hoch ist, ist die relative Modulation klein, und zur Erzeugung eines guten Bildes ist es wünschenswert, ein elektrooptisches Medium zu haben, das auf kleine Unterschiede des elektrischen Feldes mit erheblichen optischen Veränderungen reagiert. Mehrere elektrooptische Effekte in Flüssigkristallen und

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ferroelektrischen Substanzen genügen diesen Anforderungen. Diese zufriedenstellenden Effekte sind z.B. cholesterisch^ oder nematische Phasenübergänge, dynamisches Streuen, getwistete nematische Erscheinungen und Freederick-Übergänge in Flüssigkristallen. Geeignete ferroelektrische Substanzen sind Keramikstoffe, Einkristalle und Pockels-Kristalle. Die Eigenschaften selbst sind dem Fachmann bekannt.

Die Intensität des Ausleselichtes I, die aus dem Photoleiter austritt, kann mit der Intensität des Ausleselichtes I , welche auf die andere Seite des Photoleiters auftrifft, durch folgende Gleichung in Beziehung gesetzt werden: I = Ιο^β~^Λ » worin α der Absorfttionskoeffizient des Photoleiters und t dessen Dicke ist. Wenn die gewünschten Werte von I und I₀ bekannt sind und es ein Leichtes ist, den Wert von U für jeden beliebigen Photoleiter festzustellen, kann die benötigte Dicke berechnet werden, um die Strombegrenzung durch Raumladung zu erhalten, die für jeden beliebigen Photoleiter bei der Erfindung benötigt wird«

Damit ist die Eignungsfähigkeit von Stoffen und Parametern, die zur Verwirklichung der Erfindung eingesetzt werden sollen, vorhersehbar.

Zum besseren Verständnis soll die Erfindung nun in eingehender Beschreibung in ihrem Wesen, ihren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1: Eine teils schematische teils in Querschnittsansicht gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtventils;

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Figur 2: Dieselbe Darstellung bei auftreffendem bilderzeugenden Licht und Ausleselicht;

Figur 3: die Strom-Spannungskurve der raumladungsbegrenzten Ströme in einer 4.7/U dicken Selenschicht in Abhängigkeit von der Spannung bei Bestrahlung mit weißem Ausleselicht aus einer 150 W Xenon Lichtquelle;

Figur 4: Kurven der raumladungsbegrensten Ströme in Abhängigkeit von der Intensität der auftreffenden Energie bei zv/ei angelegten Spannungen in einer Selenschicht von etwa 4.7/U* Dicke;

Figur 5: eine Kurve des Absorptionskoeffizienten des Selen in Abhängigkeit von der Wellenlänge in eV.

In Figur 1 ist ein typisches reflektierendes

Lichtventil 1 im Schnitt gezeigt, bei welchem ein Paar transparenter Platten 10 praktisch transparente leitfähige Beschichtungen 11 auf den Kontaktflächen haben, so daß sie ein paralleles Paar praktisch transparenter Elektroden bilden«. Ein photoleitfähiges Element 12 grenzt an eine transparente Beschichtung 11, und ein elektrooptisches Medium 13 befindet sich dann angrenzend an das photoleitfähige Element 12, woraufhin die andere transparente Beschichtung 11 sich anschließt.

Zwischen die Elektroden wird mit Hilfe eines äußeren Schaltkreises 14, der typischerweise eine Spannungsquelle 16 enthält, die über Leitungen 17 an die beiden Elektroden angeschlossen ist, ein elektrisches Feld gelegt. Die Spannungsquelle kann verschiedenster Art sein, so eine

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Gleichspannungsquelle, eine Wechselspannungsquelle, eine mit Gleichspannung vorgespannte Wechselspannungsquelle, eine Spannungsrechteckwelle, Sägezahnwelle oder Kombinationen daraus.

Die Darstellung der Figur 2 zeigt über das reflektierende Lichtventil hinaus die bilderzeugende Lichtbestrahlung 18 und das Ausleselicht 19. Es hat sich nun gezeigt, daß bei Anwendung der Erfindung auch bei sehr schwachen bilderzeugenden Lichtenergien das Bild sichbar wird oder ausgelesen werden kann mit sehr hohen Lichtintensi laten. Dies beruht auf der Absorptionsfähigkeit des photoleitfähigen Elementes 12 und der Existenz von durch Raumladung begrenzten Strömen.

Bei den bilderzeugenden Elementen mit Flüssigkristall, wie sie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben sind, können die Elektroden aus jedem geeigneten transparenten Leitermaterial bestehen. Es gehören dazu Glas- oder Plastiksubstrate 10 mit ununterbrochenem leitfälligem Belag 11 aus einem Leiterwerkstoff wie Zinn, Indiumoxyd, Aluminium, Chrom, Zinnoxyd oder dergl.. Diese praktisch leitfähigen transparenten Beschichtungen werden auf das isolierende, transparente Substrat aufgedampft. NESA-Glas, ein Zinnoxyd beschichtetes Glas, das von Pittsburgh Plate Glass Company hergestellt wird, ist beispielsv/eise ein derartiges im Handel erhältliches Elektrodenmaterial.

Das photoleitfähige Element 12 in Figur 1 kann von jedem reflektierenden photöleitfähigen Film mit hoher optischer Absorption für actinisches Licht gebildet sein. Hierzu gehören z.B. Filmschichten aus Selen und anderen Stoffen aus der Selen-Arsen-Familie. Die Filme werden vor-

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zugsweise durch Vakuumbedampfung hergestellt, da dadurch die Oberflächen eine ausreichende Reflexionsfähigkeit erhalten. Auch Polieren kann in dieser Richtung Verbesserungen bringen. Die Filmdicke wird hauptsächlich durch die Absorptionseigenschaften des Films sov/ie die Stärken des Einschreiblichtes und des Ausleselichtes bestimmt. Die Filmdicke liegt üblicherweise zwischen 1 und 1000_;u, Das elektrooptische Medium 14 kann ein Flüssigkristall sein aber auch ein ferroelektrischer Einkristall oder ferroelektrische Keramiksubstanz oder dergl.. Für die Wirkungsweise der reflektierenden Lichtventile können zahlreiche elektrooptische Effekte der Flüssigkristalle ausgenützt werden. Dazu gehört der elektrooptische Effekt des cholesterischnematischen Phasenübergangs, wie in der US-PS 3 718 380 beschrieben. Ein streuender cholesterischer Flüssigkristallfilm wird bei Anlegen eines elektrischen Feldes von ausreichender Stärke klar und kehrt in den streuenden Zustand zurück, wenn das Feld weggenommen v/ird. Typische Flüssigkristallmischungen, bei denen dieser Effekt auftritt, zeigen eine Molekülanordnung in Schraubenform der cholesterischen Substanz und besitzen eine insgesamt dielektrische Anisotropie. Der optische Kontrast zwischen umgewandelten und nicht umgewandelten Bereichen reicht für die Direktbetrachtung aus, läßt sich aber durch polarisierende Optiken noch verbessern.

Ein weiterer elektrooptischer Effekt bei Flüssigkristallen, der im Rahmen der Erfindung ausnutzbar ist, ist der sog. Schraubenneinatikeffekt, wie er in Applied Physics letters vom 15. Februar 1971 beschrieben ist. Dazu v/erden nematische Flüssigkristalle von insgesamt positiver dielektrischer Anisotropie mechanisch in eine schraubenförmige Anordnung gezwungen _t welche sich durch Anlegen eines

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elektrischen Feldes stören läßt. Die Wirkung entspricht dem cholesterisch-nematischen Phasenübergang. Wird das anliegende Feld weggenommen, so gehen die Moleküle in die schraubenförmige Anordnung zurück. Da in beiden Fällen die Zustände nichtstreuend sind, werden polarisierende Hilfsmittel benötigt, um ein sichtbares Bild zu erzeugen.

Ein noch anderer Flüssigkristalleffekt, der für die Verwirklichung der Erfindung ausgenützt wird, ist der sog. "dynamische Streueffekt" wie von Heilmeier, Zononi und Barton in Proceeding of the IEEE, Juli 1968 beschrieben. Bei der dynamischen Streuung, die bei nematischen Flüssigkristallen auftritt, erzeugt ein Stromfluß durch den dünnen Film Turbulenzeffekte, die aufhören, sobald der Strom nicht mehr fließt. Bei diesem Effekt v/erden keine polarisierenden Hilfsmittel benötigt. Schließlich kann mit Hilfe des sog. Freederick-Übergangs, einem weiteren Flüssigkristalleffekt, die Erfindung verwirklicht werden, bei welchem anfänglich ausgerichtete nematische Moleküle senkrecht zu dem Feld gekippt v/erden, wenn sie dielektrisch negativ sind, und parallel zum angelegten Feld, wenn sie dielektrisch positiv sind. Zur Sichtbarmachung dieses Effektes sind wiederum polarisierende Hilfsmittel nötig.

Ferroelektrische Kerarnikwerkstoffe sind ein weiteres elektrooptisch^ Medium, das bei der Erfindung verwendet werden kann. In einem im Mai 1969 in Proceedings of the IEEE erschienen Artikel von Land und Thacher sind Verwendungsmöglichkeiten ferroelektrischer Substanzen in der Elektrooptik behandelt, und es v/erden dort mehrere elektrooptisch^ Effekte diskutiert. Die Schicht 13 kann eine ferroelektrische Keramikschicht sein. Auch läßt sich die Schicht 13 als ferroelektrischer Einkristall herstellen, wie von Curamings und Luke in IEEE Transactions on Electron

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Devices, Vol. ED-18, September 1971 beschrieben. Ein Einkristall aus ferroelektrischem Wismut-Titanat kann als elektrooptisches Medium eingesetzt werden. Eine weitere Gruppe sind Einkristalle, die Pockels-Effekt zeigen. Sie sind als elektrooptische Medien in der Funktion der Schicht 13 verwendbar. Pockels-Kristalle können ferroelektrisch sein oder nicht, haben jedoch alle den sog. Pockels-Effekt, der eine lineare Veränderung der Doppelbrechung bei angelegtem elektrischem Feld bewirkt. Einzelheiten darüber finden sich in RGA Review, Dezember 1969.

Figur 3 zeigt eine Gegenüberstellung der Spannung gegenüber dem Strom, worin gezeigt ist, daß eine etwa quadratische Abhängigkeit der Spannung vom Strom besteht, was typisch für rauinladungsbegrenzte Ströme ist. Die Kurven der Figur 4 zeigen den Strom abhängig vom einfallenden Ausleselicht für zwei Spannungspegel, wobei diese Kurven ebenfalls charakteristisch für raumladungsbegrenzte Ströme sind. In der Figur 5 ist der Absorptionskoeffizient von Selen für verschiedene Wellenlängen aufgezeichnet. Selen ist ein gutes Beispiel für einen geeigneten Photoleiter für das reflektierende Lichtventil gemäß der Erfindung.

Bei einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel ist zwischen das photoleitfähige Element 12 und das elektrooptische Medium 13 ein dielektrischer Spiegel eingefügt. Die Funktion dieses dielektrischen Spiegels ist die, die Reflexionsfähigkeit der Grenzfläche zv/ischen elektrooptischen Medium und Photoleiter zu verbessern, so daß der Photoleiter selbst von der Anforderung nach hoher Reflexionsfähigkeit befreit wird. Der dielektrische Spiegel hat angepaßte elektrische Leitfähigkeit und weist typischerweise vier unterschiedliche Schichten auf, zwei aus Siliziumdioxyd und zwei aus Titandioxyd. Die Gesamtdicke beträgt

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etwa 2800Ä, und die Reflexionsfähigkeit bei einer Wellenlänge von 56OOÄ beträgt 68%. Achtschichtige dielektrische Spiegel wurlen ebenfalls mit Erfolg bei der Erfindung angewendet. Ein derartiger Spiegel hat typischerweise eine Gesamtdicke von etwa 56OOÄ und dabei eine Reflexionsfähigkeit von 83%.

Ein weiterer überraschender Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß optische Lichtventile, bei welchen der cholesterisch-nematische Phasenübergang ausgenutzt wird, in der Lage sind, Bilder zu speichern, wenn die Spannungszufuhr plötzlich unterbrochen wird. Wenn z.B. ein Bild einer Fernsehübertragung auf das Lichtventil projiziert wird, kann ein Laufbild betrachtet werden. Eine plötzliche Unterbrechung der Spannungsquelle führt nun dazu, daß das Bild gespeichert wird, so daß für mehrere Stunden das Bild bestehen bleibt. Wird das Lichtventil dann v/ieder in gewöhnlicher Weise gebraucht, so verschwindet das gespeicherte Bild augenblicklich. Man vermutet, daß diese überraschende Erscheinung auf die Erklärungen zurückzuführen ist, die von Greubel in "Molecular Crystals and Liquid Crystals", Oktober 1972, gegeben wurden. Darin heißt es, daß bestimmte, dielektrisch positive, cholesterische Mischungen unterschiedliche Texturen in Zellen hatten, in welchen cholesterisch, nematische Phasenübergänge stattfanden, im Vergleich zu Zellen, die unter Einfluß geringerer Felder standen.

Anschließend werden verschiedene Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung aufgeführt. In allen diesen Beispielen sind die transparenten Elektroden ebene quadratische Platten, die auf einer Seite mit Indiumoxyd beschichtet sind. Die Indiumoxyd-Schichten sind über elektrisch

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leitende Anschlüsse an die Klemmen einer entsprechenden Spannungsquelle gelegt.

Beispiel I

Das elektrooptisch^ Lichtventil besitzt eine 4.7/U dicke, im Vakuum aufgedampfte photoleitfähige Selenschicht und eine 12.7/U dicke Flüssigkristallschicht als elektrooptiscb.es Medium. Die Zusammensetzung der Flüssigkristallschicht ist 1 Gewichtsteil Cholesteryl-Oleyl-Karbonat und 2 Gewichtsteile p'-Pentyl-p-Cyanobiphenyl. Die eine Seite der Zelle wurde mit einem fokusierten Strahl einer 150 ¥ Xenon-Lampe mit einer Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm bestrahlt. Auf die gegenüberliegende Seite wurde das Bild eines Fernsehempfängers projiziert. Beim Anlegen einer Gleichspannung von etwa 100 V konnte ein Laufbild im elektrooptischen Medium in der Reflexion betrachtet werden. Dieses Bild wurde auf einen Schirm von etwa 1 χ 1 m projiziert. Der elektrooptische Effekt ist der cholesterischnematische Phasenübergang.

Beispiel II

Das optische Lichtventil hatte eine 4.7 /U dicke, im Vakuum aufgedampfte photoleitfähige Selenschicht und eine 12.7/U dicke Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium. Die Zusammensetzung der Flüssigkristallschicht war 1 Gewichtsteil Chclesteryl-Oleyl-Karbonat und 2 Gewichtsteile p'-Pentyl-p-Cyanobiphenyl. Eine Seite der Zelle wurde belichtet mit einem fokusierten Strahl einer 150 W Xenon-Lampe mit einer Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm . Auf die gegenüberliegende Seite wurde das Bild eines Fernsehempfängers projiziert. Im elektrooptischen Medium konnte in Reflexion ein Laufbild betrachtet werden, wenn eine 10 Hz

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Wechselspannung mit 150 V Scheitelwert angelegt wurde. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Der elektro-optische Effekt ist der cholesterisch-nematische Phasenübergang·

Beispiel III

Der Aufbau des elektrooptischen Ventils besaß eine 4.7/U dicke, im Vakuum aufgedampfte photoleitfähige Selenschicht und eine 12.7 /U dicke Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium. Die Zusammensetzung der Flüssigkristallschicht betrug 1 Gewichtsteil Cholestex'yl-Oleyl-Karbonat und 2 Gewichtsteile ρ'-Pentyl-p-Cyanobiphenyl, Auf der einen Seite wurde die Zelle mit einem fokusierten Strahl einer 150 W Xenon-Lampe bestrahlt, wobei die Leistungsdichte etwa 150.0 mV//cm betrug. Auf die gegenüberliegende Seite wurde das Bild von einem Fernsehempfänger projiziert. Es konnte ein bewegtes Bild im elektrooptischen Medium in Reflexion betrachtet werden, wenn eine Rechteckspannung mit etwa 80 V Scheitelwert angelegt wurde. Dieses Bild wurde auf einen 1 χ 1 m Lichtschirm projiziert. Die elektro-optische Wirkung ist der cholesterisch-nematische Phasenübergang.

Beispiel IV

Das elektrooptische Ventil hatte eine 6.0 /u dicke, im Vakuum aufgedampfte photoleitfähige Arsen-Triselenid-Schicht und eine 12.7/u dicke Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium. Die Zusammensetzung des Flüssigkristalls betrug 1 Gewiohtsteil Cholesteryl-Oleyl-Karbonat und 2 Gewichtöteile ρ·-Pentyl-p-Cyanobiphenyl. Die eine Seite der Zelle wurde mit einem fokusierten Strahl von einer 150 V/ Xenon-Lampe erleuchtet, wobei die Leistungsdichte etwa

100 mV//cm betrug. Auf die gegenüberliegende Seite wurde das

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Bild von einem Fernsehempfänger projiziert. Es konnte im elektrooptischen Medium in Reflexion ein Laufbild beobachtet v/erden, wenn eine 10 Hz \Iech sei spannung mit 100 V Scheitelwert angelegt wurde. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 m Bildschirm projiziert. Der elektrooptische Effekt ist der cholesteri3ch-nematische Phasenübergang.

Beispiel V

Ein optisches Lichtventil wurde mit einer 6.0 ,u dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Arsen-Triselenid-Schicht und einer 50.8/U dicken Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium aufgebaut. Die Zusammensetzung des Flüssigkristalls betrug 1 Gewichtsteil Cholesteryl-Oleyl-Karbonat und 2 Gewichtsteile p'-Pentylp-Cyanobiphenyl. Eine Seite der Zelle wurde mit einem fokusierten Strahl aus einer 150 W Xenon-Lampe erleuchtet, die eine Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm hatte. Auf die gegenüberliegende Seite wurde ein Bild von einem Fernsehgerät projiziert. Ein laufendes Bild konnte in dem elektrooptischen Medium bei Anlegen einer 300 V Gleichspannung betrachtet werden. Dieses Bild wurde wiederum auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Der elektrooptische Effekt war der cholesterisch-nematische Phasenübergang.

Beispiel VI

Ein optisches Lichtventil wurde mit einer 4o7/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Selenschicht und einer 12.7/U dicken Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium aufgebaut. Die Zusammensetzung des Flüssigkristalls war Methoxybenzyliden-Butylanilin (MBBA). Eine Seite der Zelle wurde mit einem fokusierten Strahl aus einer 150 V/ Xenon-Lampe erhellt, die eine Leistungsdichte

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von etwa 100 mW/cm hatte. Auf die andere Seite wurde ein Bild von einem Fernsehgerät projiziert. Es konnte im elektrooptischen Medium in Reflexion ein laufendes Bild beobachtet v/erden, wenn eine Gleichspannung von 20 V angelegt wurde. Dieses Bild wurde wiederum auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Der elektrooptisch^ Effekt war eine dynamische Streuung.

Beispiel YII

Ein optisches Lichtventil wurde mit einer 4.7/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Selenschicht und einer Plüssigkristallschicht von 12.7/U Dicke als elektrooptisches Medium aufgebaut. Als Flüssigkristallschicht wurde die Zusammensetzung mit Methoxybenzyliden-Butylanilin (MBBA) verwendet. Eine Seite der Zelle wurde mit einem fokuoierten Strahl einer 150 V Xenon-Lampe be-

leuchtet, die eine Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm ergab. Auf die gegenüberliegende Seite wurde ein Bild von einem Testzielobjekt projiziert. Das Bild konnte in dem elektrooptischen Medium in Reflexion nach Anlegen einer 20 V Gleichspannung gesehen werden. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 ra Schirm projiziert. Der elektrooptische Effekt war die dynamische Streuung.

Beispiel VIII

Es wurde ein optisches Lichtventil mit einer 4.7/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Selenschicht und einer 12.7/U dicken Plüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium hergestellt. Die Zusammensetzung dar Plüssigkristallschicht betrug 1 Gewichtsteil Cholesteryl-Oleyl-Karbonat. und 2 Gewichtsteile p'-Pentylp-Cyanobiphenyl. Eine Seite der Zelle wurde mit einem foku-

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sierten Strahl von einer 150 W Xenon-Lampe beleuchtet, die eine Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm ergab. Auf die gegenüberliegende Seite wurde das Bild eines Fernsehgerätes projiziert« Es konnte im elektrooptischen Medium im Durchlaß ein bewegtes Bild beobachtet werden nach Anlegen einer 100 V Gleichspannung. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Der elektrooptische Effekt war der cholesterisch-nematische Phasenübergang.

Beispiel IX

Ein optisches Lichtventil wurde mit einex· 6.0/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Arsen-Triselenid-Schicht und einem vierschichtigen dielektrischen Spiegel zwischen dem Photoleiter und dem elektrooptischen Flüssigkristallfilm aufgebaut. Der Flüssigkristallfilm hatte die Dicke von 12.7/U und eine Zusammensetzung von 1 Gewichtsteil Oleyl-Cholesteryl-Karbonat und 2 Gewichtsteilen p'-Pentyl-p-Cyanobiphenyl. Eine Seite der Zelle wurde mit einem fokusierten Strahl einer 150 W Xenon-Lampe mit einer Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm ausgelexichtet. Auf die gegenüberliegende Seite wurde von einem Fernsehgerät ein Bild projiziert. Es konnte im elektrooptischen Medium nach Anlegen einer 12 Hz Wechselspannung mit 85 V Scheitelwert ein laufendes Bild beobachtet werden. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert.

Beispiel X

Es wurde ein optisches Lichtventil mit einer 6.0/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Arsen-Triselenid-Schicht und einer 12.7/U dicken Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium aufgebaut. Die Zusammensetzung der Flüssigkristallschicht war 1 Gewichtsteil Cholesteryl-Oleyl-Karbonat und 3 Gewichtsteile p¹-Pentyl-p-Cynobiphenyl. Eine Seite der Zelle wurde mit einem

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fokusierten Strahl aus einer 150 W Xenon-Lampe erhellt, die eine Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm hatte. Auf die gegenüberliegende Seite wurde ein Bild von einem Fernsehgerät projiziert. Es konnte ein laufendes Bild im elektro-optischen Medium erkannt werden, wenn eine 85 V Gleichspannung angelegt wurde. Dieses Bild wurde dann auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Es wurde die Spannung dann plötzlich v/eggenommen, was zur Folge hatte, daß das Bild gespeichert blieb.

Beispiel XI

Ein optisches Lichtventil wurde mit einer 6.0/U dicken, im Vakuum aufgedampften photoleitfähigen Arsen-Triselenid-Schicht und einer 12.7/U dicken Flüssigkristallschicht als elektrooptisches Medium aufgebaut. Der Flüssigkristall war mit 10 Gewichtsteilen TN-100 (Hoffmann LaRoche) und 4 Gewichtsteilen Cholesteryl-Oleyl-Karbonat zusammengesetzt. Von einer 150 W Xenon-Lampe wurde die eine Seite der Zelle dann mit einem fokusierten Strahl mit einer Leistungsdichte von etwa 100 mW/cm belichtet. Auf die gegenüberliegende Seite wurde das Bild eines Fernsehgerätes projiziert. Es konnte im elektrooptischen Medium nach Anlegen einer Spannung von etwa 150 V ein laufendes Bild beobachtet werden. Dieses Bild wurde auf einen 1 χ 1 m Schirm projiziert. Der elektrooptische Effekt war der cholesterischnematische Phasenübergang.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die Grundprinzipien, die angewendet werden, mit jedem Photoleiter durchgeführt werden können bei Verwendung eines Einschreib- und Ausleselichtes, das für den Photoleiter actinisch ist. Zu den typischen photoleitfähigen Werkstoffen zählen photoleitfahige anorganische Substanzen

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und photoleitfähige organische Substanzen. Zu den organischen Substanzen gehören wiederum empfindlich gemachtes Zinkoxyd, das z.B. durch Beigabe von Rodamine Dye, erhältlich von der Firma Dupont, empfindlich gemacht ist, Selen, Selenverbindungen mit Arsen wie z.B. Arsen-Triselenid, Tellur, Antimon oder Wismut, Kadmiumsulfid, Kadmium-Sulfoselenid und viele andere bekannte anorganische photoleitfähige Substanzen, wie sie beispielsweise in den US-Patentschriften 3 121 006 und 3 288 603 aufgeführt sind. Geeignete organische photoleitfähige Materialien sind z.B. Kombinationen aus 2,5-bi(p-Aminophenyl)-1,3,4-Oxadiazol, das von der Firma Kalle unter der Handelsbezeichnung TO 1920 erhältlich ist, mit Vinylit VYNS, einem Copolymer aus Vinyl-Chlorid und Vinyl-Azetat, erhältlich von Carbide and Carbon Chemicals Companj^r; außerdem eine Kombination von 2,4,7-Trinitro-9-Fluorenon mit Polyvinylkarbazol, was unter der Handelsbezeichnung Luvican 170 von der Firma Winter, Wolf and Company, New York erhältlich ist. Die Dicke der Photoleiterschicht ist bei der Verwirklichung der Erfindung nicht kritisch, wenn nur darauf geachtet wird, daß die Dicke ausreicht, um die erforderliche Beziehung zwischen I und I entsprechend obigen Darlegungen gewährleistet ist.

Zu den bevorzugten photoleitfähigen Substanzen gehören Selenverbindungen. Sie genießen wegen ihres hohen Absorptionskoeffizienten bezüglich actinischer Strahlung den Vorzug, wodurch stärkeres Ausleselicht zugelassen werden kann, was bessere Bilder ergibt. Typische Selen- und Selen-Legierungsverbindungen sind für diesen Zweck kristallines Selen, amorphes Selen, amorphe Selenlegierungen mit Arsen, Tellur, Antimon, Wismut usw., amorphes Selen oder seine Legierungen, die mit Halogenen dotiert sind, und eine oder mehrere kristalline Formen des Selen einschließlich mono-

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cliner und hexagonaler Formen,

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist der, daß Realzeitabbildungen und Projektionen einfach erzielbar sind. Mit den aufgezählten Ausführungsbeispielen, mit denen Fernsehbilder projiziert wurden, ließ sich dies leicht durch Einfügen eines Linsensystems 21 erreichen, wodurch optisch das Bild vom Fernsehempfänger 20 auf das Lichtventil 1 fokusiert wurde. Ein starkes Ausleselicht 19 I wurde vom Lichtventil reflektiert und durch eine weitere Linsenoptik 23 auf den Schirm 22 projiziert.

Dem Fachmann bieten sich weitere Anwendungsfor-Dien der Erfindung an» So läßt sich die Erfindung über die Bildprojektion hinaus als Lichtverstärker verwenden, um ein Originalbild zu intensivieren und damit auf xerographischen Platten, photographischen Filmen und dergl. eine Abbildung zu erzeugen. Auch kann die Erfindung als Bildwandler eingesetzt werden, um ultraviolette Bilder in sichtbare Bilder, Röntgenbilder in sichtbare Bilder oder Bilder mit incoherentem Licht in solche mit coherentem Licht zu verwandeln und dergl..

Auch kann mit dem Bilderzeugungssystem eine Vielzahl von Bildquellen der Originalvorlage verwendet werden, wie etwa Mikrofilm-Positive mit kontinuierlichem Tonübergang, Raster-Positive, Negative und dergl. neben Realzeiteingängen.

Es wird mit der Erfindung ein optisch adressiertes Lichtventil geschaffen, das bei sehr hohen Lichtstärken während des Einschreibens ausgelesen werden kann, ohne daß

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eine optische Sperrschicht vorgesehen werden muß, Las System basiert auf der Kombination eines reflektierenden Photoleiters und eines elektrooptisch aktiven Mediums und nützt die Eigenschaften von durch Raumladung begrenzten Strömen in Photoleitern von starker optischer Absorptionfähigkeit bei actinischen Wellenlängen aus.

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Claims

-y- Patentansprüche

1. Verfahren zur Bilderzeugung, g e k e η η zeichnet durch folgende Schritte:

(a) E3 wird an zwei Elektroden, zwischen denen sich ohne optische Sperrschicht eine photoleitfähige Schicht und ein elektrooptisches Medixun befinden, eine Spannung angelegt;

(b) von einer Flache her v/ird die photoleitfähige Schicht bildmäßig mit einer actinischen Strahlung bestrahlt;

(c) von der gegenüberliegenden Seite wird die photoleitfähige Schicht mit einer gleichförmigen actinischen Strahlung angestrahlt, die von der photoleitfähigen Schicht in solchem Maße absorbiert wird, daß die Intensität der gleichförmigen actinischen Strahlung, die durch die photoleitfähige Schicht hindurchtritt, nicht größer als ein Drittel der Intensität der bildmäßig gestalteten actinischen Strahlung ist, die von der anderen Seite auf die Photoleiterschicht auftrifft, wobei die Stärke der gleichmäßigen actinischen Strahlung, die von der Photoleiterschicht absorbiert v/ird, ausreicht, um einen durch Raumladung begrenzten Strom innerhalb der Photoleiterschicht zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptisch^ Medium eine Flüssigkristallzusammensetzung aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzusammensetzung einen Phasenübergang vom cholesterisohen zum nematicchen Zustand durchführte

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallzusammensetzung dynamisch streut.

5 ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallzusairmicri.y8ts.ung eine getwistete nematische Flüssigkristallsubstanz ißt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallzusammensetzung einen Freederieks-Übergang durchführt.

7. Verfaliren nach Anspruch 1, dadurch gekennae i c h η e t , daß das elektrooptische Mediura ferroelektrisch© Kerainiksubstanzen enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium ein ferroelektrischer Einkristall ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium ein Pockels-Kristall ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dad\irch gekennzeichnet , daß zwischen dom Photoleiter und dem elektrooptischen Medium ein dielektrischer Spiegel eingeschlossen ist,,

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die an die Anordnung gelegte Spannimg weggenommen wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem V/egnehmen der Spannung diese erneut wieder angelegt wird.

13o Vorrichtung zur Erzeugung von Bildern nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Photoieiterschicht (12) und eine Schicht eines elektrooptischen Mediums (13) zwischen Elektroden (11) ohne optische Sperrschicht, eine Spannungsquelle (16) zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden (11), eine Einrichtung zviia Belichten der Vorrichtung von einer Seite der Photoleiterschicht mit einer actinischen Strahlung (18) in bildmäßiger Gestaltung und Mittel zum gleichmäßigen Beleuchten der Anordnung von der anderen Seite der Photoieiterschicht mit actinischer Strahlung, wobei die Photoleiterschicht (12) eine Dicke und einen Absorptionskoeffizienten für die actinische Strahlung aufweisen,' die geeignet sind, nach Aktivierung durch die gleichförmige Bestrahlung einen raumladungsbcgrenzten Strom hervorzurufen,

14. Vorrichtung nach. Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium eine Flüssigkristallzusammensetzung aufweist»

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallzusammensetzung ein nematischer Flüssigkristall ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallzusammensetzung eine getwistete nematische Flüssigkristallsubstan?. ist.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennze ichnet , daß die Flüssigkristallzusammensetzung eine Mischung einer cholesterischen und einer nematischen Flüssigkristallsubstanz ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium ferroelektrische Keramiksubstanzen enthält.

19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium ein ferroelektrischer Einkristall ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrooptische Medium ein Pockels-Kristall ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Photoleiter und dem elektrooptischen Medium ein dielektrischer Spiegel eingeschlossen ist.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet , daß die Photoleiterschicht aus Selen oder Selenlegierungen besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet ,. daß die Photoleiterschicht aus Arsen-Triselenid besteht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Photoleiterschicht aus Selen oder Selenlegierungen besteht.

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25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch

gekennzeichnet , daß die Photoleiterschicht aus Arsen-Triselenid besteht.

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