DE69029824T2 - Flüssigkristallvorrichtungen unter verwendung eines linearen elektrooptischen effekts - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkristallvorrichtungen, die einen elektrooptischen Effekt zeigen, der von dem elektrischen Feld linear abhängt. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind solche, die geneigte chirale smektische Materialien verwenden, in denen der ausgenutzte Effekt auf einer ferroelektrischen Reaktion basiert, oder solche, die orthogonale chirale smektische Materialien unter Verwendung des elektroklinischen Effekts verwenden. Elektroklinische Effekte können ebenfalls in chiralen nematischen Materialien ausgenutzt werden.
Beschreibung des Standes der Technik
• Oberflächenstabilisierte ferroelektrische Kristalle (SSLFC) sind zu leistungsfähigen elektrooptischen Effekten von der Art in der Lage, wie sie im US-Patent 4,367,924 von Clark und Lagerwall beschrieben werden, in denen sich die optische Achse beim Umkehren des Vorzeichens eines angelegten elektrischen Feldes um einen Konus herum in eine neue Richtung schwingt, die idealerweise um 45º relativ zu der ursprünglichen geneigt ist. Falls die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes in dieser Ursprungsrichtung liegt und falls die optische Dicke des Flüssigkristalles mit einer λ /2-Platte übereinstimmt, dann wird das anregende Licht, nachdem es die Zelle durchlaufen hat, seine Polarisationsebene in eine Richtung gedreht haben, die senkrecht zu der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes liegt. Diese Bedingung ergibt einen Maximalwert des Kontrasts und der Helligkeit für den elektrooptischen Effekt, aber benötigt einen smektischen Konuswinkel von 22,5º für das smektische Material.
• Ein einzigartiges Merkmal der elektrooptischen Reaktion sowohl im SSFLC- als auch SMFLC-Modus ist, daß die effektive Änderung der optischen Achse eine Drehung in der Ebene der Probe ist, vgl. Figur 1. In beiden Fällen wird eine sogenannte Bücherbordkonfiguration verwendet, d.h. wobei die smektischen Schichten im wesentlichen senkrecht auf den Zellenglasplatten oder den einschließenden Oberflächen in dem Fall stehen, in dem andere Materialien wie Polymerfolien anstelle der Glassubstrate verwendet werden. Ein angelegtes elektrisches Feld eines Vorzeichens entspricht daher einer optischen Achse, die in einer Richtung relativ zur Normalen geneigt ist, die die Schichten in der Zellebene schneidet, während ein Feld des entgegengesetzten Vorzeichens eine Neigung in die entgegengesetzte Richtung relativ zu dieser Normalen induziert. Daher rotieren im Effekt die Moleküle um eine Achse, die in Richtung des angelegten elektrischen Feldes liegt, und, in diesem Falle, ebenfalls in Richtung des einfallenden Lichtes (vgl. Figur 1). Dies ist ein fundamentales Merkmal, das von der Linearität des Effekts verlangt wird, was diese Familie von Vorrichtungen von anderen Flüssigkristallvorrichtungen unterscheidet, die auf quadratischen Effekten basieren und in denen die Drehachsen der Moleküle im wesentlichen senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes oder des Lichtes oder beider liegen.
• Sehr oft kann dieser Bedingung des Drehens der Polarisationsebene um 90º, aufgrund einer komplexen Schichtstruktur des smektischen Flüssigkristalls der Zelle nicht erfüllt werden, die einen in der Projektion in der Zellebene gesehenen scheinbaren Wert des Konuswinkels ergibt, der beträchtlich kleiner als 22,5º ist, normalerweise in der Größenordnung von 7 bis 15º. In solch einem Falle ist die Drehung der Polarisationsebene beträchtlich kleiner als 90º und der elektrooptische Effekt, obwohl er immer noch sehr groß ist, ist nur in der Lage, einen Bruchteil des erreichbaren Kontrastes zu erzeugen, oder, alternativ, leidet an der niedrigen übertragenden Intensität in dem übertragenden Zustand der Vorrichtung.
• Falls anstelle einer SSFLC-Zelle eine sogenannte Softmode- Zelle (SMFLC) (soft-mode cell) unter Verwendung eines orthogonalen chiralen smektischen Flüssigkristalls eingesetzt wird (siehe US-Patent Nr. 4,838,663), ist die induzierte Verschiebung der optischen Achsenrichtung beim Umpolen des angelegten Feldes immer kleiner als sie zum Erzeugen eines maximalen optischen Kontrastes benötigt wird. Dies ist ebenfalls der Fall, wenn ein chirales nematisches anstelle eines smektischen Materials verwendet wird, nur dann betonter. Ferroelectrics, 1998 Vol. 84 Seiten 285 - 315 offenbart die Verwendung von SMFLC-Zellen und erwähnt den Einsatz von Verzögerern, beispielsweise auf Seite 311.
• Demgegenüber sind die SSFLC-Zellen durch eine betonte Schwelle charakterisiert und können zwischen zwei bistabilen Zuständen schalten. Die SMFLC-Zellen weisen keine Schwelle auf und haben einen induzierten Neigungswinkel, der linear mit dem angelegten Feld E (sh. Figur 2) zunimmt, und daher wird eine elektrisch gesteuerte, kontinuierliche Graukeil möglich. Es ist natürlich ebenfalls möglich, diese Eigenschaften in einer Vorrichtung zu addieren oder zu mischen, wobei die Zellen verschiedener Komponenten mit verschiedenen Materialien, nämlich entsprechende ferroelektrische und ferroklinische, gefüllt werden.
• Einer der attraktivsten Vorrichtungen für die optische Verarbeitung in Echtzeit, inkohärent-kohärent, und daher ebenfalls für die Fourier-Transformation von Bildern, ist ein räumlicher Lichtmodulator mit einer optisch adressierbaren fotoleitenden Schicht oder Pixelmuster, die auf ein Flüssigkristall wirkt. Eine derartige Vorrichtung sollte mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Leistung arbeiten, würde keinen Speicher benötigen, aber würde sehr von einem kontinuierlichen Graukeil profitieren.
• Ferner sollte der Flüssigkristall in dieser Anwendung vorzugsweise in einem reflektiven Modus arbeiten. Daher würde eine einzellige reflektierende Softmode-Vorrichtung ideal erscheinen. Eine oberflächenstabilisierende Vorrichtung unter Verwendung eines geneigten smektischen Materials würde in der gleichen Weise arbeiten, aber mit dem maximalen Kontrast ohne den Graukeil.
• Falls die Drehung des Polarisationsebene ausreichend ist, um sowohl den Kontrast als auch die Transmission zu optimieren, d.h. falls der effektive Winkelausschlag 45º beträgt, dann würde die einfachste und am effektivsten reflektierende Vorrichtung eine Dicke der Flüssigkristallzelle benötigen, die einer Viertelwellenlängenplatte entspricht, wie es in der Figur 3A dargestellt ist. Diese Vorrichtung ist in dem Stand der Technik bekannt. (EP-C-0 219 480).
Zusammenfassung der Erfindung
• Im Vergleich mit den SSFLC oder SMFLC des Standes der Technik ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, den ungenügenden Kontrast oder ungenügende Transmissionsintensität der Vorrichtung zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, die über einen Wellenlängenbereich arbeitet.
• Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 3 oder Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
• Falls ferroelektrische oder elektrochemische Materialien für die Implementation von (reflektierenden, doppel- oder vielfachzelligen) unten beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden, verändert dies nicht, allgemein gesprochen, die optische Ausführung dieser Vorrichtungen. Ihre Verwendung und Leistung werden als Folge der verwendeten Materialien verschieden sein. Beide geben eine sehr schnelle (Submikrosekunden) elektrooptische Antwort. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
• Figur 1 eine schematische Ansicht eines Flüssigkristalls zwischen mit Elektroden versehenen Glasplatten ist, die die Projektion θ der induzierten molekularen Neigung θ auf den Glasplatten zeigt. Ebenfalls ist die Projektion der molekularen Orientierung (und der optischen Achse) in dem neutralen Fall (Feld E = 0) dargestellt. In dem gezeigten Fall ist das Flüssigkristall in einer geneigten Bücherbordgeometrie dargestellt.
• Figur 2 zeigt die Projektion der induzierten molekularen Neigung auf die Glasplatten als eine Funktion der angelegten Spannung bei 28ºC. Die in diesem Beispiel verwendete Flüssigkristallmischung ist 88-158 von Merck.
• Figur 3 ist eine reflektive einzelne SMFLC-Zellenvorrichtung, wobei (a) ein einfacher Aufbau ist, der jedoch eine 45º- Drehung der optischen Achse für eine volle Modulation benötigt, und wobei (b), die eine doppelbrechende λ/4-Platte gemäß dieser Erfindung aufweist, eine volle Modulation für eine Drehung von Null bis 22,5 Grad der optischen Achse ermöglicht.
• Figur 4 zeigt die Wellenlängendispersion der Übergangseigenschaften der Vorrichtung gemäß der Figur 3(b), in der die λ/2- Bedingung für die Flüssigkristallzelle und die λ/4-Bedingung für die Verzögerungsplatte bei einer Wellenlänge λ = 5460 Å erfüllt sind.
• Figur 5 ist eine schematische Ansicht einer optimierten elektroklinischen Doppelzelle zwischen gekreuzten Polarisatoren, in denen ψ der Winkel zwischen der optischen Achse der ersten Zelle und dem Polarisator markiert, und zur gleichen Zeit -ψ der Winkel zwischen der optischen Achse der zweiten Zelle und dem Analysator bedeutet.ψ verläuft zwischen 0 Grad, was Auslöschung ergibt, und 22,5 Grad, was zu einer vollen Transmission führt.
• Figur 6 zeigt für ein elektroklinisches Zellenpaar mit einer flüssigen kristallinen Substanz (ZLI-3774 von Merck in ihrer chiralen smektischen C*-Phase) eines typischen optischen Charakters (Doppelbrechung und Wellenlänge in Abhängigkeit der Brechungsindizes) die berechnete Transmission für zwei Anordnungen und als eine Funktion des induzierten elektroklinischen Winkels ψ und der Wellenlänge. Die Anordnungen sind im Falle (a) eine Ausführung, deren optische Achsen der zwei elektroklinischen Zellen bei einem elektrischen Feld von Null unter einem rechtem Winkel zueinander stehen, und im Falle (b) sind die optischen Achsen der Zellen parallel zueinander angeordnet. Wie dargestellt ist, finden die Drehungen der optischen Achsen der Zellen in entgegengesetzten Richtungen statt. Über den sichtbaren Bereich des Lichts ergibt sich, daß die Anordnung (a) ein fast ideales achromatisches Verhalten ergibt.
• Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtstrahlmultiplexers (a), der aus einer oder mehreren Verdopplungseinheiten (b) aufgebaut ist, von denen jede aus einer elektroklinischen Zellenkombination (wie diejenige der Figur 5) zusammen mit einer dicken doppelbrechenden Platte besteht. Die relativen Intensitäten der Strahlkomponenten aufgrund des Aufspaltens jeder doppelbrechenden Platte werden durch den Polarisationszustand des einfallenden Lichtes bestimmt, der von den elektroklinischen Zellen gesteuert wird.
• Figur 8 zeigt ein Beispiel doppelter MFLC-Zellen, die auf ein einzelnes doppelbrechendes Prisma geklebt sind, so daß die relativen Intensitäten der aufgeteilten und abgelenkten Lichtstrahlen elektrisch gesteuert werden können.
• Figur 9 zeigt Beispiele optischer Schalttafeln, die aus kombinierten doppelten SMFLC-Zellen und doppelten doppelbrechenden (9a, b, c) oder gewöhnlichen (9d) Prismen hergestellt sind, die die elektrische Steuerung der Änderung der Doppelbrechung und daher die zwei (oder vier) relativen Intensitäten der auslaufenden Komponenten (und die Bedingungen der totalen Reflektion) ermöglichen.
• Figur 10 zeigt schematische Beispiele von Polarisationsschaltern, die Verzögerer mit doppelten SMFLC-Zellen kombinieren; in 10(a) für eine bestimmte Anordnung die relativen Orientierungen des Polarisators, Verzögerers und des elektrischen Null-Feldes (gestrichelte Linien) oder der geschalteten (Winkel +ψ oder -ψ ) optischen Achsen der SMFLC-Zellen. In 10(b) und (c) sind Anordnungen dargestellt, die, wie illustriert, das Schalten zwischen orthogonalen, linear polarisierten Zuständen über ein (Nullfeld) zirkular polarisierte Zustände (in entgegengesetzten Richtungen) über ein (Nullfeld) linear polarisierte Zustände ermöglichen.
• Figur 11 ist eine allgemeine Übersicht eines optischen Rechenelements, bestehend aus zwei teilweise bedeckten SMFLC reflektierenden Vorrichtungen, von denen jedes von einem Dünnfilmtransistor unterstützt wird, und dazwischen angeordnete, verschiedene konventionelle optische Elemente.
• Figur 12 zeigt schematisch ein Beispiel einer Farbsteuerungsanordnung, hier eines Wellenlängenfilters mit verschiebbarem Minimum. Wie in (a) dargestellt ist, werden ein Polarisator, eine Vollwellen- und eine Halbwellenlängenplatte von einer SMFLC-Zelle, einem Analysator und schließlich einem passiven Farbfilter nachgefolgt, wobei die relative Orientierung der optischen Achse für jede Komponente markiert sind. Die sich ergebende Transmission als Funktion der Wellenlänge ist in (b) dargestellt, das die verschiebbare Minimumposition in Abhängigkeit von der optischen Achsenneigung des SMFLC ( ψ = 10,5, 0, -5 oder -10 Grad) zeigt. In (c) ist die entsprechende Farbänderung in einem CIE-Diagramm dargestellt.
• Figur 13 zeigt einen Farbschaltfilter bestehend aus einer Kombination zweier Pivotfilter (a), die eine kontinuierliche Änderung der Farben ermöglichen. In (b) und (c) sind die Transmissionsspektren der zwei Pivotfilter dargestellt, die entsprechende Pivotpunkte bei Wellenlängen von 5300 Å und 5750 Å zeigen. In (d) ist das "Fenster" in dem CIE-Diagramm gezeigt, das den verschiedenen Farbtönungen entspricht, die erzielbar sind, wenn die zwei Pivotfilter unabhängig voneinander verändert werden. Sterne zeigen die blauen, grünen und roten Phosphore an, wie sie in Kathodenstrahlröhren verwendet werden.
• Bezug wird auf die Figur 3(b) genommen, die einen Spiegel gefolgt von einer λ/4-Verzögerungsplatte zeigt. In dieser Vorrichtung verwenden wir die Fähigkeit des Spiegels, den Zustand der Polarisation des Lichtes zu ändern. Linear polarisiertes Licht, das von einem Spiegel unter normalem Einfall reflektiert wird, wird immer noch linear polarisiert in derselben Ebene sein, aber zirkular polarisiertes Licht wird seine Drehung ändem. Es ist so möglich, das Spiegelbild zu sehen, falls ein Linearpolarisator vor einem Spiegel angeordnet wird. Falls statt dessen ein Zirkularpolarisator vor einem Spiegel angeordnet wird, wird der Spiegel schwarz erscheinen. Um die volle Modulation einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zu erzielen, sollte sie in der Lage sein, das auf den Spiegel fallende Licht von linear polarisiert auf zirkular polarisiert zu schalten. Das ist, was in der bereits diskutierten λ/4-Zelle der Figur 3(a) erzielt wird, die einen 45 Grad Ausschlag der optischen Achse benötigt, um eine volle Modulation zu erzielen. Dies bedeutet, daß Material mit 22,5 Grad benötigt würde, das zur Zeit nur als SSFLC verfügbar ist, aber noch nicht von SMFLC erreicht wird. Unter Verwendung einer λ/2-Zelle zusammen mit einem festen λ/4-Verzögerer jedoch, wie in der Anordnung der Figur 3(b), kann die Vorrichtung mit entweder C*- oder A* -Material realisiert werden, beispielsweise wo die Neigung (C*) oder die maximal induzierte Neigung (A*) 11,25 Grad beträgt. Eine Schwierigkeit dieses Designs ist, daß die Eigenschaft, eine Halbwellen- oder eine Viertelwellenlängenplatte zu sein, nur für eine bestimmte Wellenlänge λ erfüllt sein kann. Falls dies nicht richtig durchgeführt wird, wird die Ausführung der Verbundzelle die Chromatizität der Teile addieren, so daß die Zelle chromatischer als die einzelnen Komponenten wird. Andererseits, falls die Achsenrichtungen sorgfältig gewählt sind, kann eine Kompensation der Wellenlängenabhängigkeit erzielt werden, so daß die Kombination nahezu achromatisch ist, d.h. mit einer flachen Charakteristik der Wellenlängentransmission, so daß sie zur Verarbeitung selbst von weißem Licht gut geeignet ist. Wir können die Orientierung des Polarisators, der SMFLC-Zelle und der Verzögerungsplatte auf verschiedenen Wegen ausführen, aber ein Vergleich zeigt, daß die in der Figur 3(b) gezeigte Anordnung eine optimale Wellenlängencharakteristik ergibt: falls die langsame Achse in dem Falle einer Softmode-Zelle dazu gebracht wird, zwischen 0º und 22,5º relativ zu der Transmissionsrichtung des Polarisators zu drehen, sollte die langsame Achse der ;λ4- Platte unter einem Winkel von 45º relativ zu dem Polarisator stehen. Daher sollten die verzögernden Effekte der aktiven Zelle und der festen Verzögerungsplatte in einem gewissen Maß entgegenwirkend sein. Die spektralen Charakteristiken einer solchen Vorrichtung sind in der Figur 4 dargestellt. Das Wellenlängenverhalten ist vergleichbar demjenigen der zwei Zellen in Transmission (siehe unten), mit einer besseren Achromatizität bei einer maximalen Reflektion, aber einer nicht so guten Auslöschung bei minimaler Reflektion. Diese Eigenschaft könnte weiter durch das Anpassen der Dispersion Δn optimiert werden.
• Selbst wenn die heutige Tendenz hin zu hintergrunderleuchteten Anzeigen geht, wird es immer einen Bedarf für Bildschirme geben, die im wesentlichen in Reflektion arbeiten - entweder wegen der minimalen Stromanforderungen oder aufgrund einer starken Umgebungsbeleuchtung. Für Hochauflösungs- oder Videoanwendungen offerieren die reflektierenden Vorrichtungen aus multiplexen Einzelzellen C* oder reflektierende Vorrichtungen aus Einzelzellen A* kombiniert mit Dünnfilmtransistoren die leistungsfähigsten Lösungen. Es sei herausgestellt, daß die beschriebene Anordnung, ergänzt von einem geeigneten Polarisator, hinter einem transflektiven Reflektor zur gleichen Zeit in Transmission arbeitet. Eine vernünftige und einfache Wahl ist es, die Helligkeit für den reflektiven Modus zu optimieren, was mit einem 50 %-igen Lichtverlust in dem Transmissionsmodus bezahlt werden muß, der immer durch die Hintergrundlichtleistung kompensiert werden kann.
• Wie wir gesehen haben, ist eine einzelne Flüssigkristallzelle ausreichend, um die Polarisationsebenendrehung in dem reflektiven Modus geeignet zu verstärken. In dem durchlässigen Modus wird eine doppelte Zelle notwendig sein. Wie bei dem doppelten Durchgang können wir mit zwei Zellen in Serie eine Neigung θ auf den Wert 8θ verstärken, wenn über die Größe der Drehung der Polarisation gesprochen wird. Jede Zelle trägt zu einer Drehung von 4θ bei: ein induzierter Neigungswinkel von 10º könnte so durch die Verwendung von zwei Zellen die Ebene der Polarisation um 80º drehen, und, wie zuvor, wird eine induzierte Neigung von 11,25º benötigt, falls wir den idealen Wert von 80º erzielen wollen. Da die mögliche Änderung des Neigungswinkels das Doppelte des maximalen Neigungswinkels ist, sehen wir, daß der maximale Neigungswinkel mit 8 multipliziert werden sollte, um eine maximale Drehung der Polarisationsebene zu erzielen. Mehr noch, derartige Paare können aufeinandergeschichtet werden, um weiterhin den Effekt zu verstärken: die optische Drehung wächst linear mit der Anzahl der Vorrichtungen.
• Um die Lichtventilvorrichtung in Praxis zu erhalten, nehmen wir an, daß zwei SMFLC-Zellen zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren angeordnet sind, und wir wünschen keine Transmission bei einem begrenzenden Wert der Steuerspannung und eine maximale Transmission bei dem anderen. Die bevorzugte Wahl ist es dann, zwei identische λ/2-Zellen aufeinander anzuordnen, in solch einer Weise, daß der Nichtransmissionszustand erzielt wird, wenn die langsamen optischen Achsen der zwei Zellen senkrecht zueinander stehen, koindizierend mit den entsprechenden Polarisator- und Analysatorrichtungen, wie dies in den Figuren 5 und 6(a) dargestellt ist. Wenn die angelegte Spannung geändert wird, sollte die optische Achse der ersten Zelle im entgegengesetzten Uhrzeigersinne zu dem Winkel ψ ausschlagen, und die optische Achse der zweiten Zelle sollte in Uhrzeigerrichtung zu dem Winkel 90º -ψ drehen, gemessen relativ zu der Richtung der Polarisatortransmission. Der Winkel zwischen den optischen Achsen wird dann 90º - 2ψ und die Polarisationsebene wird so um den Winkel 180º - 4ψ gedreht, was eine Vergrößerung um den Faktor 4 ergibt, wobei der Neigungswinkelausschlag +11,25º sein muß und der Azimuth-Winkel ψ&sub0; des Nullfeldes der zwei Zellen sollte daher entsprechend mit 11,25º und 78,75º, gewählt werden. Dieser Neigungswinkelausschlag ist in dem Bereich dessen, was mit heutigen Materialien erzielbar ist. Im Prinzip würde der gleiche Vorgang möglich sein, falls die langsamen optischen Achsen der zwei Zellen in dem Ursprungszustand [vgl. Figur 5(b)] parallel gewesen wären. Der Grund, warum wir sie senkrecht zueinander gewählt haben, ist, daß die λ/2-Bedingung nur für eine spezifische Wellenlänge erfüllt ist, während es eindeutig wünschenswert ist, daß die Vorrichtung in dem beschriebenen Modus über einen so großen Wellenlängenbereich wie möglich arbeitet. Durch das Austauschen der schnellen und langsamen Richtungen bei einer der Zellen wird die Chromatizität teilweise kompensiert anstatt addiert, so daß die Kombination eine ziemlich flache Wellenlängenkennlinie zeigen wird, insbesondere in Richtung des roten - infraroten Teiles des Spektrums. Die berechneten Transmissionsspektren sind in Figur 6 dargestellt, in der ein Vergleich zwischen den zwei Fällen durchgeführt wird. Falls wir zwei derartige Paare aufeinanderstapeln (diese Kombination benötigt dann nur die Hälfte der 11,25º Neigung in jeder einzelnen Zelle für die volle Modulationsbreite), wird die Wellenlängenkennlinie noch ein wenig flacher. Wie sich im folgenden herausstellen wird, ist diese Kombination der zwei Softmode-Zellen ebenfalls geeignet, um in Farbschaltvorrichtungen verwendet zu werden.
• Mit einer kontinuierlich veränderbaren Steuerspannung wird eine exzellente Graukeilvorrichtung erzielt, deren Kontrast hoch genug ist (eingestellt von den Polarisatoren und der Zellenqualität), um voll die Graukeildynamik einzusetzen. Der Preis, den wir zu zahlen haben, ist die Komplexität der zwei Zellen und der vier Elektroden. Im Prinzip könnte durch das Füllen der einen Zelle mit einer smektischen A-Mischung und der anderen mit ihrer optischen Antipode das gleiche Spannungsvorzeichen für die zwei Zellen verwendet werden, und dann ist im Prinzip eine Konstruktion mit nur zwei Elektroden möglich. Um aus dieser Idee praktische Vorrichtung zu machen, könnten Platten aus smektischem A *- oder C*-Polymer in einer schichtholzartigen Struktur laminert werden. Dies würde ein enges Verdichten ohne ein Mischen der optischen Antipoden ermöglichen. In diesem Zusammenhang könnte man die grundlegende Frage über die grundsätzlichen Voraussetzungen des elektroklinischen Effekts behandeln. Es könnte sein, daß wir einen elektroklinischen Effekt in einigen aus chiralen Monomeren hergestellten Polymeren selbst ohne die smektische Schichtstruktur erwarten könnten. Es kann sein, daß selbst die Anwesenheit eines polymerischen Hintergrunds die smektische Schichtstruktur als symmetriebrechendes Element ersetzen könnte.
• Wir konnten so eine optische Komponente erzielen, die so schnell wie eine einzelne elektroklinische Zelle ist, aber die die Möglichkeit aufweist, eine volle Modulation des Lichts zu erreichen, oder alternativ die Polarisationsebene um 90º zu drehen. Da wir von dem kleinen Neigungswinkel Gebrauch machen konnten, konnten wir weiterhin die Temperatur der Zelle ein klein wenig mehr innerhalb der smektischen A-Phase wählen, weg von dem Phasenübergang zu smektisch C, und von dem kleineren, aber schnelleren und weniger temperaturabhängigen elektroklinischen Effekt dort Gebrauch machen. Die additiven Eigenschaften der mehrfachen elektroklinischen Zellen konnte ebenfalls verwendet werden, um eine analoge oder logische Addition durchzuführen. Es gibt ebenfalls verschiedene Anwendungen, in denen die Zellen mit polarisationsempfindlichen ablenkenden optischen Komponenten kombiniert werden können, um den Lichtweg durch ein optisches System zu steuern. Es sind mehrere verschiedene polarisationsempfindliche ablenkende optische Vorrichtungen erhältlich. Derartige Komponenten könnten doppelbrechende Platten mit geeignet angeordneten optischen Achsen, Gitter, insbesondere solche aus einem doppelbrechenden Material, Brewster-Fenster, totale innere Reflektion in doppelbrechenden Materialien, die reflektiven Eigenschaften von eindimensionalen Leitern, etc., verwenden, sein. Durch das Anordnen von elektroklinischen Zellenkombinationen und diesen anderen Komponenten in alternierender Ordnung in einer Reihe könnten wir steuern, wo die Ablenkung auftreten sollte. Auf diese Weise könnten wir die laterale Position eines Lichtstrahls steuern und scannen, was sonst ein schwieriges Problem darstellt. Wir könnten ebenfalls optische Schalttafeln mit hoher Geschwindigkeit und mit relativ geringen Lichtverlusten konstruieren. Diese Schalttafeln konnten durch das Aufeinanderanordnen elektroklinischer Zellenpaare zusammen mit doppelbrechenden Platten verschiedener Dicken und mit schrägstehenden optischen Achsen wie in der Figur 7 erzeugt werden. Eine solche Vorrichtung könnte ein Lichtstrahl zu irgendeinem aus einer großen Anzahl von Ausgangsleitungen dirigieren oder umgekehrt. Falls das flussige Kristallzellenpaar als lineare Felder angeordnet ist, eine große Anzahl von Eingangsleitungen durch eine sehr einfache, kompakte und schnelle Konstruktion. Die Lichtabsorption dieser Art von Schalttafeln wird nur durch Materialfehler verursacht und nicht durch die Arbeitsprinzipien als solche, und daher könnten die Lichtverluste sehr gering gehalten werden.
• Eine große Anzahl von Ablenkern, Strahlteilern, Strahlschaltern, Phasen, Schieber- und Polarisationsschaltern könnten unter Verwendung entweder SSFLC- oder SMFLC-Doppelzellen in Kombination mit Prismen und Verzögerern geschaffen werden. Wir zeigen einige Beispiele von Strahlteilern in der Figur 8. In Figur 8 sind einfache Beispiele von optischen Schalttafeln mit einer doppelten Zelle am Anfang und einem Ablenker oder Kommunikationsschalter mit einer einzelnen Zelle gezeigt, die aktiv die Änderung der Doppelbrechung steuert und so die Brechung und Totalreflektion.
• Einige Beispiele von Polarisationsschaltern, die Doppelzellen verwenden, sind in der Figur 10 gezeigt. Der Nullfeldzustand ist oben dargestellt. Ein Vorzeigen des Feldes dreht nun ψ auf Null, was bewirkt, daß die einlaufende vertikale Polarisation vertikal bleibt, während das andere Vorzeichen die Polarisation um 90 Grad dreht. Der Nullfeldzustand ergibt zirkular polarisiertes Licht. Durch Drehen des hinteren Verzögerers um 45º geht die lineare Polarisation über in zirkulare und umgekehrt.
• Ein optisches Rechenelement kann mit einer Vielzahl von LC- Techniken erschaffen werden, wie dies in einer allgemeinen Weise durch die Figur 11 dargestellt ist. Verschiedene Schwelleneigenschaften können nicht nur mittels des Flüssigkristalls ausgewählt werden, sondern in Kombination mit nichtlinearen Elementen. Verschiedene Logiken klnnen ausgewählt werden, wie Amplituden- oder Polarisationslogik, wobei in Letzterer binäre oder ternäre Zustände, wie gerade beschrieben, verwendet werden.
• Zusätzlich zu den bereits erwähnten Anwendungen kann der SMFLC-Effekt für Farbschalter hoher Geschwindigkeit verwendet werden. Die Zelle verhält sich wie eine doppelbrechende Platte mit einer fast konstanten Phasendifferenz δ und einer feldabhängigen Richtung der optischen Achse. Wir können sie mit zusätzlichen doppelbrechenden Platten kombinieren, um ein Schalten zwischen Farben anstelle des Schaltens zwischen Schwarz und Weiß zu erhalten. Die mögliche Änderung der Position der optischen Achse für die Einzelzelle ist derzeit in der Größenordnung ±10º und wir möchten hier die Möglichkeit diskutieren, signifikante Farbänderungen anstelle der irgendwie begrenzten Winkelbereiche des elektroklinischen Effekts zu erzielen. Für zukünftige Materialien mit höheren Werten der induzierten Neigung wird der Farbscanbereich entsprechend zunehmen. Aber bereits mit erhältlichen Materalien gibt es sehr interessante Möglichkeiten der Farberzeugung, wobei zwischen zwei oder drei signifikant verschiedenen Farben für eine elektroklinische Zelle geschaltet wird. Mit zwei Filterkombinationen in Reihe konnten wir ein Schalten zwischen einer großen Anzahl von verschiedenen Farben erzeugen, die einen großen Teil des physiologischen Farbspektrums abdecken.
• Wir geben zwei Beispiele von Softmode-Zellenkombinationen, die feste doppelbrechende Platten enthalten und in Transmission arbeiten. Die Farbkoordinaten werden aus den Transmissionsspektren berechnet. Die Dicke der Zellen wurde so gewählt, daß sie eine Phasenverzögerung von λ/2 bei einer bestimmten Wellenlänge ergibt, da ungefähr diese Dicke eine maximale optische Antwort und Geschwindigkeit für eine minimale angelegte Spannung ergeben sollte.
• Die erste Kombination kann als Filter mit verschiebbarem Minimum (sh. Figur 12) bezeichnet werden. Wir bauen diese Kombination auf durch den Beginn mit einem Polarisator und einer festen doppelbrechenden Platte mit einem optischen Wegunterschied von 5460 Å auf, die eine normale λ-Platte darstellt, gedreht um 45º (alle Winkel werden gemessen relativ zu der Transmissionsrichtung des Polarisators). Dann nehmen wir eine λ/4-Platte mit einem Wegunterschied von 1365 Å parallel zum Polarisator, gefolgt von einer SMFLC-Zelle und einem Analysator unter 90º. Die Dicke der Softmode-Zelle ist 2,02 µm, was eine λ/2-Platte bei 5460 Å ergibt. Falls die optische Achse dieser Zelle von einem elektrischen Feld von -10º zu +10º gesteuert werden kann, werden wir die in der Figur 12(b) dargestellten Transmissionkurven erhalten, denen wir entnehmen können, wie die Position des Transmissionsminimums durch das Feld verschoben wird. Falls Licht bei Wellenlängen weit entfernt von den Minima durch Filter blockiert wird, wie dies in der Figur 12(b) dargestellt ist, können wir Farben entlang der in dem CIE-Diagramm, dargestellt in der Figur 12(c), gezeigten Spur erzeugen: auf dem Weg von grünlichem Blau zu Orange werden wir Purpur und Rot passieren. Die Parameter sind nicht vollständig optimiert, aber werden gewählt, um eine Illustration des Erreichbaren zu ergeben. Die Transmission des polarisierten Lichtes durch die Zelle (gewichtet durch die Augenempfindlichkeit) variiert zwischen 5 % und 17 %.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform dient in einer Kombination, die zwei Paare elektroklinischer Zellen in Reihe enthält, wobei ein Polarisator ebenfalls zwischen den Zellen angeordnet ist, eine der Zellen zur Steuerung des Blau-Gelb-Kontrastes, während die andere den Grün-Rot-Kontrast steuert. Durch Anordnen von zwei Farbschaltern in Reihe, wobei einer kontinuierlich zwischen Blau und Gelb mit neutraler Transmission in Rot und Grün schaltet, und der andere kontinuierlich zwischen Grün und Rot mit neutraler Transmission für Blau und Gelb schaltet, sollten alle Farbtöne erzielbar sein. Dann wünschen wir, daß jede Zelle ungefähr gerade Linien in dem CIE-Diagramm erzeugt und daher ist die gleitende Kombination mit verschiebbarem Minimum ungeeignet. Stattdessen können wir damit arbeiten, was wir als "Pivot"-Filter bezeichnen. Falls wir eine Verschiebung zwischen niedriger Blau-, hoher Gelb- und hoher Blau-, niedriger Gelb-Transmission wünschen, ist es vernünftig, nach Transmissionskurven zu suchen, die einen Pivotpunkt haben, d.h. einen Punkt, in dem die Transmission unabhängig von der Position der optischen Achse der elektroklinischen Zelle bei irgendeiner Wellenlänge im Grünen ist. Wenn wir dann die Änderung der Ableitung dieses festen Punktes maximieren, ist es wahrscheinlich, daß wir eine recht gute Sensitivität erzielen. Wir werden ebenfalls einen festen Punkt in dem Rotteil des Spektrums anordnen, um dem Blau-Filter neutrale Grün-Rot-Eigenschaften zu verleihen. Um dies zu realisieren, ordnen wir in Reihe einen Polarisator, eine doppelbrechende Platte mit optischer Wegdifferenz von 2,25 λ , wobei λ = 5300 Å (grün) mit der Achse unter 45º zu dem Polarisator beträgt, dann ein Softmode-Zellenpaar und schließlich einen Analysator (sh. Figur 13(a)) an. Jede elektroklinische Zelle sollte die Dicke von 1,93 µm haben, und das Paar sollte in der gleichen Weise, wie im vorangegangenen für das Zellenpaar in der Figur 5 beschrieben wurde, geometrisch angeordnet und gesteuert werden. Diese Kombination wird nun als Blau-Gelb-Filter wirken. Der Grün-Rot-Filter ist die gleiche Kombination, aber mit λ = 5750 Å (Gelb) und wobei jede elektroklinische Zelle eine Dicke von 2,17 µm hat. Die Pivotfilter könnten natürlich einen Analysator/Polarisator gemeinsam haben. Es wird angenommen, daß die optischen Achsen der beiden elektroklinischen Zellenpaare unabhängig voneinander mit einem Ausschlag von 22,5 für jede Zelle gesteuert werden. Die Transmissionsspektren sind in der Figur 13(b, c und d) dargestellt. Figur 13(d) zeigt die in dem CIE- Diagramm abgedeckte Fläche: sie ist vergleichbar zu derjenigen einer Farbkathodenstrahlröhre und alle verschiedenen Farbtöne können erreicht werden, obwohl die Farben wie in dem CRT-Falle nicht voll gesättigt sind. Die Transmission der gesamten Kombination variiert zwischen 6 % und 37 %. Die Filterkombinationen könnten weiter optimiert werden, um noch bessere Kennlinien entsprechend den Ansprüchen der möglichen Anwendungen zu ergeben. Insbesondere könnte die Dispersion der festen doppelbrechenden Platten angepaßt werden, um sich über den verwendbaren Wellenlängenbereich zu erstrecken. Weiterhin wird der Filter mit verschiebbarem Minimum sehr viel besser, aber auch zur gleichen Zeit komplizierter, falls wir eine dickere Verzögerungsplatte zusammen mit doppelten elektroklinischen Zellen verwenden. Wir bekommen dann einen verschiebbaren " Maximumfilter mit Transmissionsmaxima und -minima, die entlang der Wellenlängenachse durch das angelegte Feld bewegt werden können. Wiederum könnten diese allgemeinen Ideen der Farbbildung natürlich ebenfalls in Vorrichtungen verwendet werden, die ferroelektrische flüssige Kristalle in der chiralen smektischen C-Phase enthalten, in denen also größere Neigungswinkel vorhanden sind. Wir können ebenfalls festhalten, daß es möglich ist, Mehrfachzellen in den Entwurf von schmalbandigen doppelbrechenden Farbfiltern einzubringen und auf diese Weise verstellbare Lyot-Öhman-Filter oder einstellbare Solc-Filter zu erhalten. Diese könnten in verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten verwendet werden, in denen Geschwindigkeit zusammen mit einfachem, kompaktem und robustem Entwurf attraktiv ist.
• In dem Fall der Farberzeugung sind ebenfalls reflektierende Vorrichtungen aufgrund der Möglichkeit, die Anzahl der aktiven Zellkomponenten in dem reflektierenden Modus zu reduzieren, von großem Interesse. Im Prinzip könnte die Analogeinheit der Pivotfilterkombination der Figur 17 mit nur zwei elektroklinischen Zellen gefertigt werden. Wir werden hinsichtlich der Farbsättigung im Vergleich zu der Pivotfilterkombination mit vier elektroklinischen Zellen verlieren, aber falls die Filter mit einem Spiegel zu einem dünnen Paket kombiniert werden, werden die zwei Durchläufe des Lichts teilweise für den Verlust der Farbsättigung kompensieren. Zur gleichen Zeit werden wir hinsichtlich der Helligkeit verlieren, und das ist für eine reflektierende Vorrichtung als für eine hintergrundbeleuchtete transmissive kritischer. Daher muß ein Kompromiß zwischen Kontrast und Helligkeit gefunden werden. Eine Konstruktion würde profitieren, falls farbselektive Teilpolarisatoren umfaßt werden könnten. Derartige Polarisatoren sollten nur im Gelben und im Blauen oder nur im Roten und im Grünen absorbieren. (Die transmissiven Pivotfarbfilter würden ebenfalls von derartigen Polarisatoren profitieren.) Die Winkelabhängigkeit der Vorrichtung ist für eine reflektierende Vorrichtung kritischer als für eine transmissive. Mit dieser Begrenzung würde die optische Komponente jedoch als ein Farbspiegel hoher Geschwindigkeit arbeiten, der in der Lage ist, verschiedene Farbkomponenten in dem einfallenden Licht gemäß den angelegten Steuerspannungen zu reflektieren. In Kombination mit der einzelnen doppelt durchlaufenden Zelle der Figur 3(b) und TFT-Adressierung, könnte sie für hochauflösende Farbvideoschirme mit kontinuierlichen Farben und Schattierungen benutzt werden, die nur in Umgebungslicht arbeitet. Falls stattdessen bistabile ferroelektrische Flüssigkristalle stattdessen verwendet werden, könnten entsprechende Computerdisplays mit einer festen Anzahl von Farben konstruiert werden.
• Die orthogonalen chiralen smektischen Flüssigkristalle sind eine momentan unerforschte Klasse von elektrooptischen Materialien mit einem Hochleistungspotential. Sie werden ein wichtiges Komplement zu den geneigten chiralen smektischen sein, deren Eigenschaften und Verwendungen in physikalischen Vorrichtungen das Objekt von intensiver Forschung und Entwicklung während der vergangenen fünf Jahre gewesen ist.
• Das Studium der physikalischen und elektrooptischen Eigenschaften der smektischen A*-Phase, die der wichtigste Repräsentant und bis jetzt praktisch auch das einzig verfügbare Material der orthogonalen smektischen Klasse ist, hat gezeigt, daß deren Anwendungen in etwas verschiedenen Gebieten als die Anwendungen der smektischen C*-Phasen mit einem gewissen Überlappungsgebiet liegen werden. Die Existenz eines bistabilen elektrooptischen Effekts in der C*-Phase macht diese Klasse von Materialien im allgemeinen nützlicher. Andererseits ist der elektrooptische Effekt in der A*-Phase der schnellste von denjenigen, die in Flüssigkristallen derzeit gefunden werden. Antwortzeiten sind gegenwärtig in der Größenordnung von 500 ns bei Raumtemperatur, die bei erhöhten Temperaturen weniger werden, und selbst für die zukünftigen Polymer-A*-Materialien mögen wir Werte unterhalb 100 µs erwarten. Modulationslmearität und vorhandene kontinuierliche Grauschattierungen kommen zu der Nützlichkeit des Effekts hinzu, zusammen mit der Möglichkeit ihn ebenfalls in den Ultraviolett- und Infrarotbereichen zu verwenden. Auf der negativen Seite findet sich eine begrenzte Modulationstiefe oder Kontrast, falls eine hohe Transmission benötigt wird. Dies liegt in der begrenzten Amplitude der induzierten Neigung begründet, welches der zugrundeliegende Basiseffekt ist (elektroklinischer Effekt). Die erwartete zukünftige schnelle Entwicklung in breitbandigen smektischen A*-Mischungen wird wahrscheinlich diese Situation ändern.
• Als einzelne elektrooptische Komponenten muß die Leistungsfähigkeit der smektischen A*- und C*-Vorrichtungen mit denjenigen der vorhandenen Materialien unter Verwendung von elektrooptischen, magnetooptischen und akustooptischen Effekten verglichen werden. Es ist dann klar, daß beispielsweise eine Doppel- A*-Zelle zumindest bis ungefähr 2 MHz eine einfachere und vielseitigere Vorrichtung als ein Faraday-Dreher ist. Sowohl A*- als auch C*-Vorrichtungen würden ebenfalls sich mit sowohl Pockels-, Kerr- und akustooptischen Modulatoren vorteilhaft vergleichen. Allgemein ausgedrückt, das einzigartige Merkmal der Flüssigkristalle ist, daß wir eine Doppelbrechung Δ n haben können, die unabhängig von dem angelegten Feld ist, das nur die Richtung der optischen Achse steuert. Für die chiralen smektischen flüssigen Kristalle gibt es zwei Optionen: entweder wir haben in der A*- Phase (oder anderen chiralen orthogonalen Phasen) eine Achsenrichtung, die eine lineare Funktion von E ist, während die Schaltgeschwindigkeit unabhängig von E ist, oder wir haben in der C*-Phase (oder anderen chiralen geneigten Phasen) den entgegengesetzten Fall, in dem die viel größere Winkelabweichung im wesentlichen unabhängig von E ist, während die Schaltgeschwindigkeit im wesentlichen linear in E ist. Die Werte der Doppelbrechung (0,1 - 0,3) sind gigantisch im Vergleich mit den von Pockels und insbesondere Kerr-Effekten eingeführten Δ n. Dies erlaubt die Verwendung sehr dünner Schichten und gibt den Komponenten gleichzeitig eine sehr kleine physikalischen Konfiguration wie ein normaler Polarisator oder Verzögerungsplatte, da nur niedrige Spannungen (kleiner 100 V) angelegt werden. Ferner ist der Akzeptanzwinkel für das einfallende Licht viel größer als derjenige einer Pockels-Zelle. Zusammen erfaßt machen diese Eigenschaften FLC (ferroelektrische Flüssigkristalle) Vorrichtungen, insbesondere diejenigen, die den Softmodus in der A*- Phase verwenden, sehr attraktiv für alle Arten von preiswerten und kompakten Blenden und Modulatoren bis zu 100 kHz (C*) oder ungefähr 2 MHz (A*). Im Vergleich mit akustooptischen Modulatoren haben die FLC-Vorrichtungen den Vorteil, trotz ihrer insgesamten Kompaktheit, sehr viel hherer Aperturen, insbesondere als Strahlablenker oder in vergleichbaren Anwendungen. Sie scheinen geeignet zu sein für fast die gleichen Anwendungen wie akustooptische Modulatoren, beispielsweise Bildscanner, Drucker und Echtzeitsignal verarbeitende Vorrichtungen für Korrelation, Spektralanalysen und dergleichen.
• Die praktisch unbegrenzten Aperturen der Flüssigkristallvorrichtungen werden ebenfalls die Basis für SMFLC-Anwendungen in Kamerablenden (Hochgeschwindigkeitsphotographie) sein, die nicht nur eine Belichtung als Zeitintegrale erlaubt, sondern die Steuerung der Blendenfunktion in zeitlicher Richtung (Rechteckwelle, Sägezahn etc.) erlaubt, und wobei alle Teile des Aperturenfelds gleichzeitig belichtet werden. Anwendung für stereoskopische Anzeigen, beispielsweise unter Verwendung des schnellen Schaltens zwischen orthogonalen Polarisationszuständen (sh. Figur 10) und bei automatischen Schweißgläsern und Lasern und Blitzbirnen, werden ähnlich.
• Die großen verfügbaren aktiven Flächen erlauben weiterhin ein einfaches Herstellen von linearen Blendenfeldern, die wahrscheinlich viele optische Anordnungen ersetzen werden, in denen mechanische Vorrichtungen für Lichtablenkung, beispielsweise der drehende Spiegel in Laserdruckern, verwendet werden. Die vielseitigen Steuermöglichkeiten der linearen Felder machen neue Entwurfskonzepte verfügbar. Wiederum sind zwei chirale smektische Optionen verfügbar. Direkt getriebene Hochgeschwindigkeits- A*-Phasenvorrichtungen mit kontinuierlichem Graukeil oder multiplexbare C*-Phasenvorrichtungen mit keinem inneren Graukeil.
• Aufgrund des Fehlens eines Speichers in den Softmode-Vorrichtungen würden diese elektrisch oder optisch aktiv matrixadressierbar sein, um zweidimensionale diskrete Felder herzustellen. Derartige Felder unter Verwendung von Dünnfilmtransistoren und einer smektischen A*-Zelle in reflektierendem Modus ist wahrscheinlich das Ultimative hinsichtlich der Leistungsfähigkeit für optisches Rechnen unter Verwendung flüssiger Kristalle aufgrund der Hochgeschwindigkeit zusammen mit der sehr wichtigen Tiefe der kontinuierlichen Grauschattierungen (sh. Figur 11). Das gleiche gilt für nichtdiskrete optische Verarbeitungsvorrichtungen wie siliziumadressierte räumliche Lichtmodulatoren.
• Verschiedene Beispiele der Farberzeugung wurden bereits oben abgehandelt. Eine Anwendung von elektroklinischen Farbschaltern würde zusammen mit Schwarz- und Weiß-Kathodenstrahlröhren sein, worin diese Art von Farbschaltern eine hohe Auflösung einfacher erzielbar machen würde und weiterhin die Integration mit einem Polarisationsmodulator für stereoskopes Sehen erlauben würde. Ein weiteres Beispiel sind ferroelektrische Displays in dem "sequentiellen Hintergrundbeleuchtungs"-Herangehen, indem die Information mit einer Farbe zu einer Zeit auf den Schirm in einer schnellen Zeitsequenz geschrieben wird und der Schirm von einer synchronisierten Sequenz von Farbblitzen beleuchtet wird. In solch einer Vorrichtung bedeutet das Verwenden geeigneter elektroklinischer Filter, daß nur eine Blitzlampe anstelle der drei Blitzlampen gebraucht wird. Schließlich möchten wir betonen, daß es nach unserer Ansicht insbesondere eine interessante Anwendung der elektroklinischen Farbfilter ist: neben der Farbseparation in Farbscannern und in allgemeinen Farbsensoren wird es zusammen mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) eine sehr einfache kompakte und billige Farbfernsehkamera ermöglichen, in der die drei Farben Rot, Grün und Blau elektrisch gescannt werden.

Claims (19)

1. Vorrichtung mit einer zwischen Elektroden angeordneten, auf ferroelektrische oder elektroklinische Effekte ansprechende Flüssigkristallplatte, in der die molekularen Achsen der Flüssigkristallmoleküle um eine Richtung, die derjenigen des einfallenden Lichtes entspricht, als Funktion des elektrischen Feldes drehbar sind, und das Flüssigkristall sich in der smektischen Phase mit Bücherbordgeometrie (bookshelf geometry) befindet,

einem Polarisator zum Erzeugen einer einfallenden polarisierten Lichtebene, wobei der Polarisator eine Polarisationsrichtung hat, die parallel zu einer elektrisch auswählbaren molekularen Achsenrichtung des Flüssigkristalls eingestellt ist; wobei die molekulare Richtung als Funktion eines ersten elektrischen Feldes ausgewählt wird;

einer Viertelwellenlängenverzögerungsplatte und einem Spiegel, die so angeordnet sind, daß das einfallende Licht von dem Polarisator durch die Flüssigkristallplatte und die Verzögerungsplatte geführt und als auslaufendes Licht von dem Spiegel in die entgegengesetzte Richtung zurück durch die Verzögerungsplatte und die Flüssigkristallplatte reflektiert wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die langsame Achse der Verzögerungsplatte um entweder 45º oder 135º relativ zu der langsamen Achse des Flüssigkristalls in der einen elektrisch auswählbaren molekularen Richtung geneigt ist;

wobei die Flüssigkristallplatte eine Halbwellenlängeplatte ist, so daß die Vorrichtung eine erste auslaufende polarisierte Lichtebene erzeugen kann, die senkrecht zu der einen elektrisch auswählbaren molekularen Achsenrichtung als Funktion des ersten elektrischen Feldes ist;

wobei das Flüssigkristall aus einem Material ist, das eine Winkeldifferenz 2θ in optischer Achsenrichtung bei der Umkehrung des ersten elektrischen Feldes erzeugt, wobei θ der Neigungswinkel des Flüssigkristalls ist, wodurch die Vorrichtung in der Lage ist eine zweite auslaufende polarisierte Lichtebene zu erzeugen, die bezüglich der ersten auslaufenden polarisierten Lichtebene um einen Winkel von 8θ gedreht ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrung des elektrischen Feldes eine Drehung der langsamen Achse des Flüssigkristalles zwischen 0º und 22,5º in Richtung relativ zur Durchlaßrichtung des Polarisators bewirkt, während die langsame Achse der Viertelwellenlängenplatte um 135º oder 45º, gemessen in der gleichen Weise relativ zu dem Polarisator, geneigt wird.

3. Vorrichtung mit einer zwischen Elektroden angeordneten, auf ferroelektrische oder elektroklinische Effekte ansprechende Flüssigkristallhalbwellenplatte, in der die molekularen Achsen der Flüssigkristallmoleküle um eine Richtung, die derjenigen eines einkommenden Lichts entspricht, als Funktion eines elektrischen Feldes drehbar sind, und das Flüssigkristall in der smektischen Phase mit Bücherbordgeometrie ist, gekennzeichnet durch

eine zweite zwischen Elektroden angeordnete, auf ferroelektrische oder elektroklinische Effekte ansprechende Flüssigkristallhalbwellenplatte, wobei die Vorrichtung so angeordnet ist, daß eine elektrisch auswählbare Molekülrichtung der ersten Halbwellenlängenplatte parallel zu der Polarisationsebene des einfallenden polarisierten Lichtes ist, wenn ein erstes elektrisches Feld an die erste Halbwellenlängenplatte gelegt wird;

wobei die Vorrichtung so beschaffen ist, daß polarisiertes Licht durch die erste und die zweite Halbwellenlängenplatte läuft, um so ein auslaufendes Licht zu schaffen;

wobei die ersten und zweiten Halbwellenlängenplatten ihre langsamen optischen Achsen in senkrechten Richtungen zueinander ausgerichtet haben, wenn das erste elektrische Feld ausgewählt wird, um so eine erste Polarisationsebene des auslaufenden Lichtes zu schaffen;

die optischen Achsen der Moleküle der ersten Halbwellenplatte so angeordnet sind, daß sie sich in entgegengesetzte Winkelrichtung zu der Bewegung der optischen Achsen der Moleküle in der zweiten Halbwellenplatte aufgrund der Umkehrung des elektrischen Feldes bewegen, und wo die optischen Achsen der Moleküle in einer einzelnen Halbwellenplatte sich um einen Winkel 2θ aufgrund der Umkehrung des elektrischen Feldes drehen, wodurch eine zweite Polarisationsebene des auslaufenden Lichtes geschaffen wird, wobei θ der Neigungswinkel des Flüssigkristalls ist, wobei die zweite Polarisationsebene in Bezug zur ersten Polarisationsebene um einen Winkel 8θ gedreht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Polarisatoren vor der ersten Flüssigkristallhalbwellenplatte und nach der zweiten Flüssigkristallhalbwellenplatte angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallhalbwellenplatten ein Material aufweisen, das in der Lage ist, eine Differenz 2θ in optischer Achsenrichtung von 22,5 aufgrund der Feldumkehrung zu ergeben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von n Flüssigkristallhalbwellenplattenpaaren seriell angeordnet sind, wobei deren Flüssigkristallmaterial eine optische Achsendrehung 2θ von 22,5/n Grad aufgrund der Umkehrung des elektrischen Feldes erlaubt, das an jede Zelle angelegt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Winkelausschläge der optischen Achsen der Halbwellenplatten eines Paares aufgrund der Feldumkehrung durch entgegengesetzte Spannungen bewirkt wird, die auf die einzelnen Zellen wirken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß gleiche Polaritätsvorzeichen an einzelne Zellen eines Paares angelegt werden müssen, wobei die Vorzeichen der Ausschläge unter Verwendung antipodischer Materialien in den zwei Zellen des Paares erzielt werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Viertelwellenverzögerer hinter den Halbwellenplatten angeordnet ist, wobei die Kombination in der Lage ist, den Polarisationszustand des einfallenden linear polarisierten Lichts, das unter 45º zu der optischen Achse des Halbwellenpaares schwingt, in drei verschiedene elektrisch auswhlbare Polarisationszustände des auslaufenden Lichtes zu ändern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß 2θ = 22,5º, was zwei orthogonal zueinander zirkular polarisierte Zustände für ± E, wobei E das angelegte Feld ist, und einen linear polarisierten Zustand für E = 0 oder zwei orthogonale lineare Zustände für ± E und einen zirkularen Zustand für E = 0 in Abhängigkeit davon ergibt, ob die Viertelwellenplatte mit ihrer Achse parallel oder um 45º geneigt zu der entsprechenden einkommenden Polarisation ausgerichtet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbwellenflüssigkristall mittels eines angrenzenden Fotoleiters elektrisch adressierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend der Flüssigkristalle eine doppelbrechende Platte zum räumlichen Versetzen eines Lichtstrahls angeordnet ist, der die Flüssigkristalle entsprechend seinem Polarisationszustand durchlaufen hat.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines elektrooptischen Vielkanalschalter nachfolgend der Flüssigkristalle ein Glan- Thomson Prisma oder ein äquivalentes Prisma angeordnet ist, um einen anderen Polarisationszustand und eine richtungsmäßige Aufspaltung des Lichts entsprechend dem Vorzeichen der angelegten Steuerspannung zu erzielen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend der Flüssigkristalle ein oder mehrere doppelbrechende Prismen angeordnet sind, um einen elektrisch gesteuerten Strahlteiler zu erzielen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristalle durch Teile eines Doppelprismas eingeschlossen werden, wobei die Kombination als Strahlteiler oder Strahlschalter durch das elektrische Steuern der Richtung der Flüssigkristallachsen und dadurch der Reflexionen auf einer internen Glasoberfläche des Doppelprismas wirkt.

16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristalle smektische oder nematische Flüssigkristalle in einem monomeren oder polymeren Zustand sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine 2,25 λ-Platte und die gepaarten Flüssigkristallhalbwellenplatten, hergestellt aus SMFLC- Material, zwischen gekreuztem Polarisieren in einer ersten Kombination angeordnet sind, eine zweite Kombination identisch mit der ersten Kombination um 90º relativ zu der ersten Kombination gedreht wird, wobei die entsprechenden 2,25 λ - Platten mit ihren optischen Achsen unter 45 relativ zu den entsprechenden allgemeinenen Richtungen der Polarisatoren und der SMFLC optischen Achse angeordnet werden.

18. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 17 als Farbfilter zum Anordnen in einer Fernsehkamera, um sequentiell die drei verschiedenen Farben als rote, blaue und grüne Farbe zu scannen.

19. Vorrichtung mit einer zwischen Elektroden angeordneten, auf elektroklinische Effekte ansprechende ersten Flüssigkristallhalbwellenplatte, worin die molekularen Achsen der Flüssigkristallmoleküle um eine Richtung entsprechend derjenigen des einfallenden Lichtes als Funktion eines elektrischen Feldes drehbar sind, und das Flüssigkristall sich in einer smektischen Phase mit Bücherbordgeometrie befindet,

wobei die Vorrichtung weiter einen Polarisator zum Polarisieren eines einfallenden Lichtes aufweist;

einer ersten doppelbrechenden Platte, und

einem Analysator; dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator eine Polarisationsrichtung hat, die parallel zu einer der elektrisch auswählbaren Richtungen der molekularen Achsen eingestellt ist;

wobei die erste doppelbrechende Platte eine Vollwellenplatte ist, deren optische Achse um 45º relativ zu der einen elektrisch auswählbaren Richtung geneigt ist;

einer zweiten doppelbrechenden Platte, wobei die zweite Platte eine Viertelwellenlängenplatte ist, deren optische Achse parallel zu der einen elektrisch ausgewählten Richtung eingestellt ist;

wobei die optische Achse des Analysators um 90º relativ zu der einen elektrisch ausgewählten Richtung geneigt ist;

wobei die Flüssigkristallhalbwellenplatte in Zusammenwirkung mit dem Polarisator, der ersten doppelbrechenden Platte, der zweiten doppelbrechenden Platte und dem Analysierer in der Lage ist die Transmission eines einfallenden Lichtes zu beeinflussen, um so ein Transmissionsminimum für eine ausgewählte Wellenlänge des Lichtes zu erzeugen, wobei die Wellenlänge minimaler Transmissions als Funktion des elektrischen Feldes verschiebbar ist.