DE2753763C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Flüssigkristallzelle, die aus der FR-OS 22 75 087 bekannt ist, kann für Bildanzeigen oder -reproduktionen verwendet werden.

Es ist bekannt, zur Ausrichtung von Teilchen mit einer oder zwei bevorzugten Längsausrichtungen die Teilchen in einem aus länglichen Molekülen, die selbst eine bevorzugte Orientierung erhalten können, gebildeten Milieu zu dispergieren. So wurden lineare plattenförmige Polarisatoren erhalten, indem man in einen Polymerfilm feine fadenförmige oder lamellenförmige Metallteilchen oder längliche Moleküle dichroitischer Pigmente einbettete und dann diesen Film zog; wenn sich die länglichen Moleküle des Polymerisats parallel zur Ziehrichtung anordnen, zwingen sie dabei ihre Orientierung dem dispergierten Material auf, welches dann jede Lichtschwingung parallel zu seiner Längsrichtung absorbiert.

Die ebenfalls aus länglichen Molekülen bestehenden mesomorphen Materialien oder Flüssigkristalle besitzen die gleichen orientierenden Eigenschaften gegenüber in ihrem Innern dispergierten Teilchen. Diese länglichen Moleküle ordnen sich auf kurze Distanzen unter Bildung von Mikrobereichen, die in Abwesenheit einer äußeren Kraft untereinander ungeordnet sind. Geeignete Wandbehandlungen oder die Zugabe von Spuren von oberflächenaktiven Mitteln zu dem Material ermöglichen infolge des Spiels der Oberflächenspannungskräfte die Erzielung dünner Schichten zwischen zwei Trägerplatten, in welchen diese Mikrobereiche sich entlang einer einzigen Richtung anordnen, wobei die Moleküle eine gleichmäßige Orientierung, in der Regel parallel oder senkrecht zu den Wänden, besitzen.

Ein interessante Besonderheit der die mesomorphen Stoffe bildenden Moleküle ist ihre starke Polarisierbarkeit, die es ihnen ermöglicht, sich unter der Einwirkung eines elektrischen oder magnetischen Gleichstrom- oder Wechselfelds auszurichten und in ihre Bewegung die in ihrem Innern dispergierten Teilchen einzuschließen. Während jedoch bei den in smektischer Phase vorliegenden Materialien die erzielte Orientierung bestehenbleibt, wenn das Feld nicht mehr angelegt ist, kehren die Moleküle der in nematischer oder cholesterischer Phase befindlichen Materialien zu ihrer Ausgangsorientierung zurück, sobald das Feld abgeschaltet wird.

Die Anwendung dieser Eigenschaften der nematischen oder cholesterischen Phase zur Herstellung von optischen Modulatoren oder Anzeigevorrichtungen ist bereits in der DE-AS 14 62 919 beschrieben. In einer dünnen Flüssigkristallschicht, welche Metallteilchen oder ein zweifarbiges Pigment suspendiert enthält, treten unter der Einwirkung eines elektrischen oder magnetischen Felds Absorptionsänderungen auf. Das nematische Flüssigkristallmaterial ist im Ruhezustand entweder ungeordnet oder entlang einer Richtung parallel zur Wand orientiert; in diesem letzteren Fall leuchtet die Schicht im polarisierten Licht geradlinig entlang einer Richtung parallel zu der der Ausrichtung; unter der Einwirkung des Felds begeben sich die Moleküle in eine homöotrope Orientierung (oder senkrecht zu den Wänden), wobei die Schicht oder die dem Feld ausgesetzten Teile derselben vom absorbierenden Zustand in den durchsichtigen Zustand übergehen. Bei den in einem choleristischen Material dispergierte Teilchen oder Pigmente verwendenden Modulatoren absorbiert die Schicht das natürliche Licht; unter der Einwirkung des Felds richten sich die Moleküle wieder senkrecht zu den Wänden aus, die schraubenförmige Struktur wird durch eine homöotrope Struktur ersetzt, und die Schicht wird durchsichtig.

Aus der FR-OS 22 96 197 ist bekannt, dünne Schichten aus mesomorphen Materialien in smektischer Phase für Anzeigezwecke zu verwenden. Die Wände werden so behandelt, daß sie eine gleichmäßige Ausrichtung der Moleküle begünstigen; die langsam aus der flüssigen isotropen Phase unter Übergang in die smektische Phase abgekühlte Schicht nimmt diese gleichmäßige Orientierung an und erscheint somit vor der Einschreibung als gleichförmig durchsichtig; ein in der Regel infraroter, durch die einzuschreibende Information modulierter und in Höhe der Schicht fokussierter Lichtstrahl überstreicht diese Schicht. Seine maximale Intensität ist so berechnet, daß an der Auftreffstelle die von der Schicht absorbierte Energie diese in die isotrope flüssige Phase umwandelt; die folgende brüske Abkühlung bedingt an diesen Stellen die ungeordnete Entstehung von orientierten Mikrobereichen, die somit stark diffundierend wirken, während die beim Bestreichen mit dem Lichtstrahl der Mindestintensität ausgesetzten Stellen den anfänglichen Zustand bewahren und somit durchsichtig bleiben. Die so in Form von diffusen Punkten auf durchsichtigem Grund aufgezeichnete Information kann sich mehrere Wochen lang halten. Die Löschung wird durch Wiederherstellung des gleichmäßigen durchsichtigen Zustands durch Schmelzen, gefolgt von einer vorsichtigen Abkühlung bewirkt. Das erhaltene Bild kann direkt beobachtet oder mittels einer Hilfslichtquelle und eines Schlierensystems auf einen Schirm projiziert werden.

Ferner ist in der FR-OS 22 75 087 eine Anzeigevorrichtung beschrieben, die ebenfalls mit einer thermooptischen Einschreibung in eine dünne Schicht aus einem smektischen Material arbeitet; in dieser Vorrichtung überstreicht ein Lichtstrahl mit konstanter Intensität die Schicht, um so nacheinander das vorübergehende Schmelzen an jeder Stelle zu bewirken; das der einzuschreibenden Information entsprechende Signal wird synchron mit der Lichtabtastung zwischen zwei, die dünne Schicht einschließenden Elektroden angelegt; die verschiedenen Punkte rekristallisieren mit einer Struktur, die um so weniger ungeordnet ist, je stärker das so angelegte Feld während der Abkühlung ist, und die Einschreibung erfolgt in Form von mehr oder weniger stark streuenden Punkten auf durchsichtigem Grund. Die Projektion wird mittel eines Schlierensystems bewirkt. Das Löschen erfolgt durch Anlegen eines wesentlich stärkeren Spannungsimpulses als die maximalen Werte der Einschreibspannung, wobei das so erzeugte Feld die Schicht wieder in einen gleichmäßig geordneten und somit gleichmäßig durchsichtigen Zustand überführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallzelle der eingangs angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß sie durch hohen Kontrast und aufgrund eines löschbaren Speichereffektes zu Projektionszwecken gut geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Flüssigkristallzelle durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht die Beibehaltung der Vorteile einer smektischen Phase und insbesondere die Beibehaltung ihrer Eigenschaft, daß sie löschbare Speichervorrichtungen bilden, wobei jedoch bestimmte Nachteile dieser Zellen vermieden werden. Da das Bild in Form von Änderungen des Absorptions­ koeffizienten und nicht mehr der Lichtstreuung eingeschrieben wird, erfordert seine Projektion nicht mehr die Verwendung von Schlierensystemen, sondern erfolgt mittels üblicher, viel lichtstärkerer Systeme. Im übrigen bildet das von den Schichten in smektischer Phase gestreute Licht einen verhältnismäßig schwach geöffneten Winkel, was den Blickwinkel, unter welchem die Anzeige direkt beobachtet werden kann, beschränkt; die Kombination mit dispergierten Teilchen beseitigt dieses Problem.

Schließlich ist eine wesentliche Eigenschaft der in smektischer Phase befindlichen Schichten, welche sie in diesem Punkt von den in nematischer oder cholesterischer Phase vorliegenden Schichten unterscheidet, die ausgezeichnete Ausrichtung, die sie den dispergierten Teilchen verleihen. Deshalb wird die starke Restabsorption in nematischen oder cholesterischen Schichten mit darin dispergierten Teilchen vermieden.

Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Flüssigkristallzelle.

Eine Schicht 1 aus einem mesomorphen Material in smektischer Phase enthält dispergierte Teilchen. Diese Schicht 1 ist zwischen zwei Glasplatten 21 und 22 eingeschlossen, die durch zwei Beilagstücke 212 und 221 in einem geeigneten Abstand gehalten werden. Auf der Platte 21 sind parallele Heizbänder angeordnet, die aus durchsichtigen Widerstandselementen, z. B. 30, bestehen, die selektiv oder gleichzeitig erhitzt werden können, indem man sie an eine Spannungsquelle 3 anschließt. Diese Widerstandselemente sind in eine durchsichtige Isolierschicht 40 eingebettet, welche eine durchsichtige durchgehende Elektrode 50 trägt. Auf der Platte 20 sind ebenfalls zwei durchsichtige Elektroden 51 und 52 angeordnet. Ein Generator 5 ermöglicht die Anlegung einer Steuerspannung zwischen der Elektrode 50 und der einen oder der anderen der Elektroden 51 und 52. Ein Überzug 60 bedeckt die Zwischenfläche zwischen den Elektroden 50, 51 und 52 und der Schicht 1.

Das die Schicht 1 bildende mesomorphe Material kann eine Diphenylverbindung, eine Schiff'sche Base, ein Diphenylester oder jedes andere mesomorphe Material mit einer smektischen Phase sein, das im Fall der Zeichnung wegen seiner Empfindlichkeit gegenüber einem elektrischen Feld ausgewählt wurde. Die Dicke der Schicht kann zwischen 10 und einigen -zig Mikrometer betragen.

Als dispergierte Teilchen verwendet man Moleküle von organischen dichroitischen Pigmenten. Beispielsweise erzielt man besonders interessante Ergebnisse bei Verwendung von 4 (N-Pyrrolidinophenyl)-azo-5-nitrothiazol als Pigment, das die Formel besitzt:

gelöst in einer Menge von etwa 1% in 4-4′-Cyanooctyldiphenyl der Formel:

Die Widerstandselemente 30 sowie die Elektroden 50, 51 und 52 bestehen in bekannter Weise aus Abscheidungen von Zinn- oder Indiumoxid, oder aus einem Gemisch dieser beiden Oxide. Die Isolierschicht 40 ist eine Siliciumdioxidschicht.

Die Steuerspannung kann auch zwischen den Elektroden 51 und 52 angelegt werden, die dann einen ausreichenden Abstand voneinander besitzen müssen, um ein parallel zur Ebene der Schicht 1 verlaufendes elektrisches Feld zu erzeugen; in diesem Fall kann die Elektrode 50 weggelassen werden. Wenn die Zelle für die Betrachtung mit reflektiertem Licht bestimmt ist, kann die Elektrode 50 z. B. aus einer reflektierenden Metallschicht bestehen.

Der Überzug 60 kann durch eine Abscheidung von Silan erhalten werden, welche die homeotrope Orientierung des mesomorphen Materials begünstigt; doch auch andere Arten von Überzügen können je nach der Art des mesomorphen Materials und der für dieses gewünschten Orientierung verwendet werden, z. B. eine Abscheidung von Siliciumdioxid, die unter streifendem Lichteinfall zur Begünstigung der parallelen Ausrichtung bewirkt wurde. Auch können Spuren verschiedener oberflächenaktiver Mittel, deren Zusammensetzung auf dem Gebiet der Flüssigkristalle bekannt ist, in dem mesomorphen Material gelöst werden, um eine besondere Orientierung seiner Moleküle gegenüber den Wänden zu begünstigen.

Die Widerstandselemente dienen zur örtlichen Temperaturerhöhung der Schicht 1 oder zur Temperaturerhöhung der gesamten Schicht, entweder um das Material in der smektischen Phase zu halten, wenn der Wärmebereich, innerhalb welchem diese Phase existiert, über der Umgebungstemperatur liegt oder zur Erhöhung der Temperatur in dieser gleichen Phase, oder zur Erzielung der Umwandlung der smektischen Phase in die isotrope flüssige Phase. Nach einem bekannten Verfahren kann man jedes Band durch eine Reihe einzelner Elemente ersetzen, um so eine durch eine Reihe von in Linien und Kolonnen angeordneten Leitern gespeiste Matrix zu bilden. Wenn hingegen die gesamte Schicht auf einer Temperatur gehalten oder erwärmt werden soll, können die Widerstandsbänder durch eine gleichförmige Schicht ersetzt werden; man kann in diesem Fall auch mittels einer geeigneten elektrischen Montage die Schicht 50 gleichzeitig als Elektrode und als Heizelement verwenden. In den Rahmen der Erfindung fällt auch die Verwendung eines Lichtbündels zur Erhitzung der Schicht 1; in diesem letzteren Fall wird die Erhitzung der Schicht 1 durch die Anwesenheit der Elektroden 50, 51 und 52 aus Zinn- oder Indiumoxid erleichtert, welche, indem sie den Infrarotteil der Lichtstrahlung absorbieren, die so freigewordene Wärme an die Schicht 1 abführen.

In der Zeichnung sind die Moleküle des mesomorphen Materials durch kleine Stäbchen dargestellt, während die dispergierten Teilchen durch längere und dickere Stäbchen angezeigt sind. In dem Bereich 10 gegenüber der Elektrode 51 hat ein an diese letztere angelegter Spannungsimpuls die dünne smektische Schicht zu einer homöotropen gleichförmigen Orientierung umgelagert, wodurch auch die Ausrichtung der dispergierten Teilchen bestimmt wurde, die sich mit ihrer Längsrichtung senkrecht zu den Wänden angeordnet haben. Der Teil 10 der Schicht ist somit gleichförmig durchlässig für das parallel zu dem Pfeil 7 einfallende Licht.

Hingegen haben sich in dem Bereich 11, der in die flüssige Phase überführt und brüsk abgekühlt wurde, die mesomorphen Moleküle zu Mikrobereichen umgelagert, die untereinander ungeordnet sind. Die dispergierten Teilchen, deren Orientierung durch die verschiedenen Mikrobereiche bestimmt wird, besitzen alle möglichen Orientierungen gegenüber der Fortpflanzungsrichtung 7 des einfallenden Lichts, das somit unabhängig von seiner Polarisierungsrichtung absorbiert wird. Der Bereich 11 erscheint somit sowohl für natürliches als auch für polarisiertes Licht undurchsichtig.

Als erstes Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Zelle in der Bildwiedergabevorrichtung, nach der eingangs genannten FR-OS 22 75 087 verwendet werden, wo sie die mit einer dünnen smektischen Schicht versehene Zelle ersetzt. Die Elektroden 51 und 52 werden dann durch eine einzige Elektrode ersetzt, welche die gesamte Oberfläche der Platte 22 belegt. Die Heizelektrode 30 ist ebenfalls einstückig, belegt die ganze Oberfläche der Platte 21 und dient dazu, die dünne Flüssigkristallschicht in dem Temperaturbereich zu halten, wo sie in smektischer Phase vorliegt. In den nicht beschriebenen Teilen der Zelle richtet das smektische Material mit homöotroper Orientierung die Teilchen senkrecht zu den Wänden (Fall des Bereichs 10 der Zeichnung); diese Teile werden dann durchsichtig. Die Struktur der beschriebenen Teile ist dem vollständig ungeordneten, dem Bereich 11 der Zeichnung entsprechenden Zustand um so näher, je schwächer der Wert des bei der Abkühlung angelegten Videosignals ist; sie erscheinen um so stärker absorbierend, je ungeordneter die Struktur ist. Die Zelle kann mit natürlichem Licht belichtet werden. Die Projektion des so eingeschriebenen Bildes erfordert kein Schlierensystem mehr.

Als zweites Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße, wie vorstehend beschrieben modifizierte Zelle die smektische Flüssigkristallzelle der Vorrichtung zur Wiedergabe von Bildern mit Speicherwirkung, wie sie in der genannten DE-OS 25 58 409 beschrieben ist, ersetzen. Die beschriebenen und nicht-beschriebenen Stellen, die sich durch Orientierungen senkrecht zueinander in dem smektischen Material unterscheiden, erscheinen dann absorbierend (Stellen mit paralleler Ausrichtung zu den Wänden) oder durchsichtig (Stellen mit homöotroper Orientierung) in einem geradlinig in Richtung der parallel orientierten Moleküle polarisierten Licht. Es entfällt somit die Notwendigkeit, das Bild vor seiner Einschreibung zu rastern, sowie die Verwendung eines Schlierensystems für die Projektion des eingeschriebenen Bilds.

Claims (6)

1. Flüssigkristallzelle mit

• - zwei Platten, von denen wenigstens eine durchsichtig ist;
• - einem Film aus einem Flüssigkristall im mesomorphen smektischen Zustand, der zwischen den Platten eingeschlossen ist;
• - Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Feldes an dem Film zur Steuerung der Molekülorientierung des Flüssigkristalls; und
• - Heizmitteln zur steuerbaren Erwärmung des Flüssigkristallfilms;

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flüssigkristall Teilchen eines dichroitischen Pigments dispergiert sind, die beim Durchgang von Licht durch den Film dieses Licht in einer bevorzugten Richtung absorbieren und eine Dämpfung verursachen, die von der durch die Molekülorientierung des Flüssigkristalls bewirkten Orientierung der Teilchen abhängt.

2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit dem Flüssigkristallfilm in Kontakt befindliche Oberfläche zur Begünstigung einer bevorzugten Orientierung des Flüssigkristalls behandelt ist.

3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektroden (50, 51, 52) zum Anlegen des elektrischen Feldes vorgesehen sind.

4. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Platten (21, 22) mindestens eine der Elektroden trägt und daß die von mindestens einer (22) der Platten getragene Elektrode (51, 52) durchsichtig ist.

5. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel selektive Heizmittel (30) zur Änderung der Temperatur einzelner Stellen des Flüssigkristallfilms sind.