DE7423068U - Vorrichtung zur erzeugung und modulierung von einfarbigem licht - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung und modulierung von einfarbigem licht

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Description

B3C Aktiengesellschaft Brown, > veri <:"< Ci>>., Baden r.-.c.-.·.·.··.·
Vorrichtung zur Erzeugung υη·Ί Π' .iulierunp von einfarbigem Licht
Die vorliegende Erfindung be zier τ. sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung und Modulierun^ V'.n einfarbige:;; Licnt .c.;.tte-.j einer mit einer Polarisaticnsei:.richtung und einem Reflektor kombinierten , eiektrodenbesch.ich te ten Fi üs si pkris ta 11 ze 1 lederen Flüssigkristall in bezug auf die ^u den Elektroden senkrechte Richtung eine schraul »nförmiiT verwundene Struktur aufweist.
Derartige Vorrichtungen sind aus der deutschen Offeniegungsschrift 2 IbQ 56 3 bereits bekannt. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich im wesentlichen um einen zwischen zwei durchsichtigen Elektroden angeordneten farbigen oder gefärbten Flüssig'" ristall, dessen Mole-
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klUe an dor \l\>n- trcuunoberrl'icii" parallel zueinander liefen un<J der1 Jurch Vt-rdre:i jnr. der ill· :V troden um 1JO gegeneinander entlang der Γ.en.-, re cn lea zu den ·; lektrodenoberf lachen eine :,'ji;!'i>i: ■;,: ' Γ-··. i / vrrwuii.icuc !-'.öl.· " is tru'- tür aufv:e i s ζ , und um eine iJol,ir; ; it i or.i·? 1 nri cht unr. , 'eiche uwei p,ekreuz;e, vor und !linier d-%:n :'!"::.-.:: 1 'kristall η r.v."! ordne te !,i]ie.'ar;>olarii;a:uro;i uir- Γ au':, tj sr<..i e ur;, ·: L :-.-_· ri ,:ir:-. nir.r· en Polarisator angebracht ei. K« i'le/. t'.-r. .Jti'hen d :.. Poü arir'-d ' ·:^ η parallel zueinander ur— sie.'it die "■. Lari sationseii.ricri'. iiF, des vorderen Polarisators parallel (·..;·':· senkrocit /.ur Vor: ursri cntunp, der an der vorderer: Llektrode ruif len'Jen Flüssip.-.ri·; ' aJ lmoleKÜle , so wird das einf"a 1 "* ^'id="1 .*c ι '";>e Licli c 'iui'cli da.' i'i*)tiscne LJr^* i\verni^r110Ti deT' ^/-^f*1 —
drillten i 1 iös 1 r.-.r.i. s cailccm Jh :. um 9u p,eare:u unu wira aaner vom hin'Leren Polai'isator abscri. ert. beim Anlegen einer geeigneten Spannun;; an di« Elektroden wird das optische Drehvermöpen des FlüssigKi'is tails a- f gehoben. Das ein .llende polarisierte Licht verlüsst di·.· Zelle mi U unveränderter Polarisationsrichtung und gelangt nac·;· Keflexion und abermaligem Durchlaufen der Zelle und der -\ larisationseinrichtun-', zum Betrachter.
Ein Nachteil solcher Vorrichtungen besteht darin, dass die Helligkeit des austretenden Lichtes oftmals nicht ausreichend ist, weil das Licht viermal durc :i polarisierende Scnicnten treten muss und nierbei durch Absorption erheblich geschwächt
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wird. Polarisatoren schwäcnen bekanntlich ja nicht nur die Intensität des auffallenden, ni:htpolarisierten Lichter durch Absorption der senkrechten Komponente des Feldvektors, sondern absorbieren zusätzlicn einen be :rächtlichen Teil des Lichtes mit paralleler Komponente des F<-:ldvektors , da polarisierende Schichten optisch nicht ideal s.'nd, so dass solche Vorrichtungen nur eine relativ lichtschwache tnd kontrastarme Anzeiger lache aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung und Modulierung von ein'arbigem Licht zu schaffen, die sich durch eine helle und kontrastreiche Anzeigefläche aus zeichnet-
Die vorgenannte Aufgabe wird er;indungsgemäss dadurch gelöst, dass als Polarisationseinrichtur g ein zwischen Lichtquelle und Flüssigkristallzelle angeordneter Linearpolarisator uni als Reflektor eine Substanz mit spiralförmiger Struktur vorgesehen sind, und dass zwischen Flüssigkristallzelle (3) und Reflektor (^) ein Zirkularpolarisator (6) angeordnet ist.
Es ist empfehlenswert, einen ei; e um 9ü verwundene Struktur aufweisenden Flüssigkristall zu verwenden, und als Zirkular polarisator ein Viertelwellenlä; ^enolättchen anzuordnen. Hierbei sind die Vorzugsrichtung de ι dem Viertelwellenlüngenplä ttcrien
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zugewandten Elektrodenfläcn^n und die optische Acnse des Viertelwellenlängenplättchens un 15 um die auf dem Viertelwellenlängenplättchen senkrvj':ht stehende Achse gegeneinander verdreht.
Als Substanz mit spiralförmiger Struktur sind insbesondere Flüssigkristalle, beispielsweise cholesterinische oder Mischungen aus cholesterinischea und nematischen, wie Mischungen aus Cholesteryloleyli.arbonat (COC) und n- (p-Methoxybenzylidin)-p-n-Butylani.\in (MBHA) geeignet. Die optischen Eigenschaften solcher Systeme hat F.Kahn im Appl. Phys. Lett. J1S, 231 (1971". veröffentlicht und festgestellt, dass das reflektierte L:1 cht eine relativ schmale Bandbreite aufweist und in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Flüssigkristalle eiie andere Farbgebung besix^t. Ein cholesterinischer Flüssigkristall kann aufgrund seiner spiralförmigen Struktur links- und rechtszirkularpolarisiertes Licht voneinander unterscheiden und ermöglicnt daher nicht nur eine Ilonochromatisierun" de. weisscn Lichtes, sondern ergibt insbesondere eine zirkul re Polarisation (vgl. z.B. J.L. Fergason, Mol. Cryst and Li. j Cryst. _1, 23-3 (1356).
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei die Bezugsziffern Jn beiden Figuren dieselbe
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Λ:
Bedeutung haben.
Hierbei zeigt:
Fig. la Aufbau und Strahlenp.a.*.;; der Vorrichtung nach der Erfindung in Hellsteliung und
Fig. Ib Aufbau und Strahlengang der Vorrichtung nach der Erfindung in Dunkelste lung
In den Fig. la und Ib ist mit 1 eine Lichtquelle bezeichnex. 2 bezeichnet einen Linearüolarif.ator und 3 eine Flüssigkristallzelle, die in den Figuren nur schematisch dargestellt ist und durch zwei transparente Elektroden 4, deren Vorzugsrichtungen um 90 gegeneinander verdreht sina, sowie einige Moleküle des Flüssigkristalle 5 angedeutet ist. An den Elektroden 4 liegt eine Steuerspannvng, welche den Aufoau des elektrischen Feldes zur Ausrichtung der Flüssigkrisrallmoldküle bewirbt. Bei.ugszeic.hen b ν Dräsentiert ein Viertelweiaenlängenplättchen, dessen optisch· Achse 0 um + 45 gegenüber der Vorzugsrichtung der dem Vieitelwellenlangenpiattchen zugewandten Elektrode 4 um die auf dem Viertelwellenlüngenplättcien senkrecht stehende Achse verdreht ist. 7 stellt die dünne Schicht eines cholesterinischen Flüssigkristall.s dar und d eine
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b -
'.·. el 17 '
Absorptionsschicht aus einem sciwarzen Substrat. t'lüE. igkristall- und Absorptionsschich : oilden zusammen den Reflektor 9. Reflektiertes Licht gelangt zum Betrachter IG.
Das weisse unpolarisierte Licht der Lichtquelle 1 tritt durch den Polarisator 2 und gelangt vertikal polarisiert zur FlüEsigkristallzelle 3. Liegt gemäss F'g. la an den Elektroden! l'-ichen u keine elektrische StsusrsDann'Ti" U so v.'ird das polarisierte Licht durch die Flüssigkristall; oleküle 5 um 90 gedreht und fällt nach Verlassen der Zelle .'· hori/zontal polarisiert auf das Viertelwellenlängenplättchei' 6. Das Vierteiwe.ll_ni£ngenplättchen wandelt das durchgehei.de linear polarisierte Lieh1: in rechts zirkulär polarisiertes Licht (in den Fig. durch einen mit einem Pfeil versehenen geöfineten Kreis dargestellt) u,t.. Dieses zirkulärpolarisierte weisse Licht wird in einem S^ektraibereich/1/} von der cholesterinischen Flü^sigKristallschicht des Reflektors 9 ohne Phasenänderung total reflektiert., während der verbleibende Teil des Licht·? 3, d.h., alles Licht mi ζ Wellenlängen ungleich/\/\ , fast vollständig die choles terinische Flüssigkristallschicht 7 durchl.'jft und von dem sciwarzen Substrat 8 absorbiert wird. Das t.onochromatisierte totalreflektierte Licht wird durch da; ViertelwellerilänpenDl'ittch-sn 6 wieder ii. horlnzonal linearnol irisiei^t^s Licht umgewandelt,
ο
wird durch die 9 J -Drehung Jer η :~atischen Firissigkristsllmoleküle b der /v'il« 3 wieder ir. die Vertikale rotiert und
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gelangt ohne wesentliche AbsorocionsVerluste durch den Polarisator 2 als irisierendes Licht sum Betrachter.
Wird nun an die Elektroden U ei ie Steuersnannunrr U geiept, welche z.B. bei zinndioxvdbesc;. entölen, durch ei:.e <:.i. .·. η dicke Flussi p,kvi stallschicht vcieinanuor j'.etrennto L'I··-'trod η U etwa 3 V betragt und welche ι isreicht, um die FiüssigkriJtali molek:ile ό in Feldrichtung zu •!•■eben, so ändert das die ri"i3;:if kristallzelle 3_ durchsetzende '.:cVi,t die Lap/? seiner vertii.riio.i Pclarisationseijerie nicht uni f'l It unter einem Wim.el von ♦ 4b zur optisenen Achse ü auf aas V ertelv.'tillenlänjzenpllittchen 6. Dieser Winkel ist entgegengesetzt gleich dem Winkel im span.r-.un^ losen Zustand der 2eile 3, so d- ss nun links zirkuiarDOlarisitrt Licht auf die für dieses Licht ·ollständig durchlässige Flüssig kristallschicht 7 fällt und nachfolgend von dem schwarzen Substrat 3 des Reflektors 9 absorbiert wird.
In einer Anzeige, in der neoen .: pannun^sf reien Bereichen aes Flüssigkristails S auch durch elektrische Felder ausgericiuet·.= Bereicne vorliegen, erkennt der Betrachter beispielsweise schwarze Ziffern gegen einen irisierenden Hintergrund.
Die komplementäre elektro-ontiscne Wirkung kann in Abänderung der Erfindung auch dann eintreten, wenn entweder das Viertelwelienlängennlättchen ο oder der Polarisator 2 um 90 gedrent
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•eien Bereiche dunkel /74 die I
wird, d.h., dass die spannungsfi inen und
ausgerichteten irisierend erscn
Als FlüssigkristallsuDStanz 7 d- s Reflektors 3 wurden Miscnungen aus n-(p-Methoxyben;i·. lidin )-p-n-Butylani lin (MbBA), einem bei Zimmertemperatur nem.t' ijchen Fluss igkri β tall, unü dem cholesterinischen Cholester1. loleylkarbonat (CÜL) verwendet, beispielsweise ergaben -ie nacnfolgend aufgezählten Miscnungen bei Verwendung einer doppelbrechenden Polyvinylalkohol-(PVA) Folie mit einer Piasenverschiebung von 14 0 +_ 20 m ία bei öGÜ m yu, sowie einet; keflektors 3_' ^er aus zwei Glasulatten, zwischen denen die etwa 5 ρ dicke Schicht 7 des reflektierenden Flüssigkristall; angeordnet ist, Desteht, uno dessen Rückseite mit einer üchi<nt 8 aus schwarzer Tusche abgedeckt ist, hervorragende Li-; ebnisse:
I 48,0 \ COC in M3BA
II i3,l i COC in MbBA
III b3,4 -o COC in MbBA
So lieferte Mischung I bei Zimmertemperatur eine orange irisierende Reflektionsfarbe, während die Mischung II und III eine grüne bzw. blaugrüne Farbgebung hervorriefen.
Um unerwünschte Auswirkungen der Parallaxe einzuschränken,
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ü2/7'l
wird in einer besonders bevorzu ten Ausführungsform der· Erfindung der Abstand zwischen er Flüüsipkristali ze lie ^ und dor Schicht 7 verrine<art. ;.' es kann etwa daJurca geschehen, dass das aus einer ca. 'ij ij dicken IOlvvlnvI.jir.oiii)'.-Folie gereckte Viertelwellenl.'ii,ι enplä t tchen ο re fioK torse ι χ '. r auf die ZeLIe 3 geklebt und um:;; ttelbai* nut uor So'iictil '.' *:i KontaKt gebracht wird. L'ie ein: e u dicke Schient 7 κ.ΐ:·.η ;.;j ; einer Glasnlatte oder mit einer weiteren Polv::.eri'wxic , we »...·:.ο jeweils rückseitig einen scnwar.en, auaorbicrenJ-en be^ap. θ aufweist, versiegelt werden. St. tt das Viertelweixenl'ir.r.enplättchen auf die Rückseite der Zelle j zu kleben, ist er3 auch möglich, dieses unmittelbar ninter der refle\ torsei t: ,^r, Elektrode 4 oder der Zelle J e t>· a -,^cn Aufdampfen eines > ?- eigneten dopDelbrechenden Materials anzuordnen. An Steile eines PVA-Films kann das Viertt- j welienlängenplättcnen auch aus Quarz, Sapnir, Anophylit oder i: gendeinem anderen geeigneten Material bestehen. Die Schicht ■ kann aus einer eingeKapseiten, kleine Flüssigkristalltröpfchen umfassenden Folie bestehen.
Des weiteren ist es auch möglici , die flüssige Kristallschicnc 7 durch eine feste zu ersetzen. Da es nur notwendig ist, dass diese Schicht eine spiralförmige Molekülstruktur aufweist, können eine feste polvnierisierte Mesophase oder ein durch Unterkühlung einer Mesophase ernaltener, glasartiger Festkörner dafür verwendet werden»
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Claims (14)

G 714 230 68.5 IU.5.76 Fk/DP 62/74 SchutzansDrüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung und Mcdulierung von einfarbigem Licht mittels einer mit einer Polarisationseinrichtung und einem Reflektor kombinierten, elektrodenbeschichteten Flüssigkristallzelle, deren Flüssigkristall in bezug auf die zu den schichtförmigen Elektroden senkrechte Richtung eine schraubenförmig verwundene Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linearpolarisator (2) auf einer ersten, einer Lichtquelle (1) zugewandten Seite einer Flüssigkristal lzelle (3) angeordnet ist, dass auf einer zweiten, der Lichtquelle (1) abgewandten Seite der Flüssigkristallzelle (3) ein Zirkularpolarisator (6) angeordnet ist und dass nach dem Zirkularpolarisator (6) ein Reflektor (9) angeordnet ist, wobei der Reflektor (9) eine Substanz mit spiralförmiger Struktur aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ZirkularDolarisator (6) ein Viertelwellenlängenpl'ittchen ist und der Flüssigkristall (5) eine um 90 verwundene Struktur aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
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die Vorzugsrichtung der dem Viertelwellenlängenplatf
zugewandten Elektrodenfläche (4) und die optische Achse
des Viertelwellenlängenplättchens um 4 5 um die auf dem
Viertelwellenlängenplättchen senkrecht stehende Achse gegeneinander verdreht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (7) mit SDiralförmiger Struktur ein Flüssigkristall ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne., dass der Flüssigkristall cholesterinisch ist.
6. vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall Cholesteryloleylkarbonat (COC) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall aus einem Gemisch von cholesterinischen Substanzen besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall (7) aus einem Remisch von nematischen und choie~terinischen Substanzen besteht.
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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall (7) annähernd eine der nachfolgend aufgp.zählten Z us aminen ^e Uuup,en aufweist;
a) 4 8 Gew % COC, 5 2 Gew % ΜΒΒΛ
d) 5 3 Gew % COC, 4 7 Gew % KBBA
c) 5 8 Gew % COC, 4 2 Gew % MBBA, wobei COC = Cholestervloleylkarbonat und MBBA = n-(p-Methoxybenzylidin)-p-n-Butylanilin bedeuten.
10. Vorrichtung nach Anspruch -+, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall J) in Form eingekapselter, kleiner Tröpfchen vorliegt" -
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall (7) zwischen zwei Polymer-Filmen eingebettet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-3 und 6-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Viertelwellenlängenplättchen (6) unmittelbar hinter der dem Reflektor (9) zugewandten Elektrode (4) und der Flüssigkristall (7) auf dem Viertelwellenlängenplättchen angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz mit spiralförmiger Struktur ein Festkörper ist.
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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörner ein Polymer ist.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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DE7423068U 1974-06-07 1974-07-06 Vorrichtung zur erzeugung und modulierung von einfarbigem licht Expired DE7423068U (de)

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