NL8302381A

NL8302381A - Vloeibaar-kristalinrichting voor de continue rotatie van de selectieve polarisatie van monochromatisch licht, polarisatiedraaier, omvattende een dergelijke inrichting en gekleurde weergeefeenheid, omvattende een dergelijke inrichting.

Info

Publication number: NL8302381A
Application number: NL8302381A
Authority: NL
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1984-11-16
Also published as: DE3325414A1; GB8404114D0; JPS59195628A; GB8327537D0; FR2544882A1; GB2138586B; GB2138586A; IT8384111A0; IT1172826B; FR2544882B1; US4579422A

Description

-1 - 23319/JF/ts »

Korte aanduiding: Vloeibaar-kristalinrichting voor de continue rotatie van de selectieve polarisatie van monochromatisch licht, polarisatiedraaier, omvattende een dergelijke inrichting en gekleurde weergeefeenheid, omvattende een dergelijke 5 inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een vloeibaar-kristalinrichting voor de continue rotatie van de selectieve polarisatie van monochromatisch licht.

Neraatische vloeibaar-kristalinrichtingen zijn bekend, die normaal worden gebruikt voor weergeefeenheden. In essentie zijn deze gebaseerd op de zogenaamde elektrisch^gestuurde dubbele breking ( ECB), dat wil zeggen de eigenschap van een geschikt georiënteerd elektrisch veld het nema-tische molecuul, dat diëlektrische anisotrcpie heeft, te roteren. In de 15 praktijk heeft het licht, dat een nematisch kristal doorloopt te maken met een verschillende brekingsindex in overeenstemming met het aangelegde veld. Wanneer het kristal uniform is georiënteerd en tussen wederzijds loodrechte polarisatoren is geplaatst, ondergaat het gepolariseerde licht, dat daar doorheen loopt een AAN/üIT-effect als een functie van het aange-2° legde elektrische veld. Met deze bekende nematische vloeibaar-kristalinrichtingen is geen continue polarisatievariatie mogelijk, maar slechts plotselinge variaties die een beperkte amplitude hebben. Bovendien is hiermee niet de vorming van gekleurde weergeefeenheden mogelijk.

Naast de nematische vloeibare kristallen, zijn eveneens cholesterol 25 houdende vloeibare kristallen bekend, welke een schroeflijnvormige orde in de ruimte hebben naast een geöriënteerde orde in het vlak. Op dit moment worden cholesterol houdende vloeibare kristallen gebruikt vanwege hun eigenschap de kleur ervan continu te variëren als een functie van de temperatuur en vanwege deze reden zijn deze tot dit moment in de praktijk 30 alleen op het thermometergebied toegepast.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op het benutten van het verband tussen het rotatievermogen van een cholesterolhoudend mengsel in de dispersieband en een op het mengsel zelf opgedrukt elektrisch veld en op het selectieve gedrag van dit verband, in die zin, dat het rotatiever-35 mogen als een functie van de aangelegde spanning varieert naarmate de golflengte van het overgedragen licht varieert. Verrassenderwijs is gevonden, dat de polarisatierotatie kan worden geregeld door zeer lage span- 8302381 -2- 23319/JF/fcs .

; « \ ningen in de orde van grootte van 2 V en dat uitgaande van deze spanningswaarden het verband tussen de polarisatierotatiehoek en de spanning lineair is.

De onderhavige uitvinding 'voorziet dan ook in een inrichting van 5 de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat deze een cholesterol houdend mengsel met positieve diëlektrische anisotropie omvat, een tweetal glazen platen, die op dat oppervlak, dat in contact is met het daartussen aangebrachte mengsel geleidend zijn gemaakt en zijn behandeld om een planaire oriëntatie aan dit mengsel te verschaffen, een tussen de 10 twee glazen platen gelegde spanning en een ingangslicht-polarisator die is aangebracht op één van de twee glazen platen.

Een voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft verder het kenmerk, dat het cholesterol houdende mengsel de volgende stamenstelling heeft ( in gewichtsprocenten): 15 Cholesterylchloride 31,0-31,5

Cholesteryloleylcarbonaat 47 > 3-48,0

Choleste.rylnonanoaat 20,5-21,7.

Een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft verder het kenmerk, dat dat oppervlak van de glazen platen,dat in contact is met het 20 cholesterol houdende mengsel een indiumdepositie ontvangt of een tin-dioxyde-depositie.

Teneinde planaire oriëntatie te verschaffen aan het cholesterol-houdende mengsel heeft de inrichting volgens de onderhavige uitvinding het kenmerk, dat dat oppervlak van de glazen plaat dat geleidend is 25 gemaakt een schuine verdamping van siliciumoxyde ontvangt of een depositie van een silaanoplossing.

Een voordelige toepassing van de inrichting volgens de uitvinding kan bestaan uit een polarisatiedraaier omvattende de inrichting, een temperatuurregelorgaan en een varieerorgaan voor de tussen de 30 twee glazen platen gelegde gelijkspanning.

Een verdere voordelige toepassing van de inrichting volgens de uitvinding kan bestaan uit een weergeefeenheid omvattende de inrichting, een gekleurd filter, dat is aangebracht op de ingangspolarisator en een analysator voor het gepolariseerde licht, dat het cholesterol houdende 35 mengsel doorloopt.

In een gewijzigde uitvoeringsvorm van deze tweede toepassing kan de gekleurde weergeefeenheid een rotatieinrichting volgens de uitvinding omvatten, een op de ingangspolarisator aangebracht gekleurd filter 8302381 - 3- 23319/JF/ts « en een reflecterend oppervlak, aangebracht op de andere glazen plaat.

De onderhavige uitvinding wordt hierin verder toegelicht in termen van een voorkeursuitvoeringsvorm ervan en enige van de toepassingen ervan onder verwijzing naar de bijbehorende tekening, waarin: 5 fig. 1 een schematische doorsnede door een inrichting volgens de uitvinding is; fig. 2 een schematische doorsnede door de inrichting, die is vastgezet in een temperatuur-geregelde monsterhouder is; fig. 3 een grafiek is, die de variatie in de golflengteXqJ over-10 eenkomend met het minimum in het doorgelaten licht toont, terwijl de temperatuur T varieert; fig. 4 een grafiek is, die de variatie toont in de waarde van ^ , terwijl de aangelegde spanning V varieert; fig. 5 een grafiek is, die de variatie toont in de polarisatie-15 hoek R van uittredend licht, terwijl de aangelegde spanning V varieert; en fig. 6 een grafiek is, die de variatie toont in de intensiteit i ’ max van het doorgelaten licht,terwijl de aangelegde spanning V varieert.

Zoals in fig. 1 kan worden gezien omvat de inrichting volgens de 20 uitvinding in essentie een cholesterolhoudend mengsel 1 met positieve diëlektrische anisotropie. Dat mengsel, dat het vloeibare kristal vormt en is gevormd uit cholesterylchloride, cholesteryloleylcarbonaat en cholesterylnonanoaat is aangebracht tussen twee geleidende glazen platen 2, 2', die door afstandsorganen 3 op afstand van elkaar zijn geplaatst, 25 welke afstandsorganen bijvoorbeeld van Mylar zijn en hun geleidende oppervlakken in contact hebben met het cholesterolhoudende mengsel 1, dat is behandeld ten einde de planaire oriëntatie van het mengsel te bevorderen.

Fig. 2 toont een uit de twee glazen platen 2, 2’ met het cholesterol- ’ houdende mengsel 1 en ’ de afstandsorganen 3 daartussen gevormde 11sandwich", 30 welke zich bevindt in een temperatuur-geregelde omgeving 4. De glazen platen 2, 2’ zijn verbonden met de gelijkspanningsbron 5 door middel van een regel-weerstand 6.

De werking van de inrichting volgens de uitvinding is gebaseerd op de waarneming van de volgende verschijnselen: 35 - bij omgevingstemperatuur heeft de spectrale responsie van het systeem een minimum in het doorgelaten licht voor een zekere golflengte Λ en naar mate de temperatuur T toeneemt, neemt de waarde van de golf-o lengte met een in hoofdzaak lineair verband toe (zie fig. 3); 8302381 -4- 23319/JF/ts - naar mate de aangelegde spanning V toeneemt uitgaande van een bepaalde benedengrenswaarde (<v 2 V), neemt de waarde van % toe met een in hoofdzaak lineair verband (zie fig. 4); - wanneer een monoehromatisch licht met golflengte > wordt 5 gevoed aan het systeem, wordt de polarisatie van het uittredende licht geroteerd over een hoek R, waarvan de waarde toeneemt,naar mate de aangelegde spanning V vanaf een bepaalde benedengrenswaarde ( ** 2 V) toeneemt met een in hoofdzaak lineair verband (zie fig. 5). Daarnaast varieert de helling van de kromme, die dit verband uitdrukt, naar mate 10 de golflengte χ varieert en is een maximum voorX= Xqj - naar mate de aangelegde spanning V toeneemt vanaf een bepaalde benedengrenswaarde ( 2 V), neemt de intensiteit van het door gelaten licht i toe met een in hoofdzaak lineair verband (zie fig.6).

max

Dankzij het praktische gebruik van deze verschijnselen is 15 de inrichting volgens de uitvinding geschikt voor bijzondere voordelige toepassingen, omdat: - deze het polarisatievlak van het invallende licht continu kan roteren terwijl de aangelegde spanning V varieert,

- deze selectief is, in die zin dat er voor elke temperatuur een 20 bepaalde golflengte Xq is, waarvoor de polarisatiedraaiingshoek R

sterk varieert met de aangelegde spanning V, terwijl voor andere golflengten λ de variatie in de roatiehoek R minimaal is, - deze een grote gevoeligheid als een functie van de aangelegde spanning V heeft.

25 Het volgende voorbeeld zal de uitvinding nader verklaren.

Een cholesterol houdend mengsel werd bereid met de volgende samenstelling (in gewichtsprocenten): cholesterylchloride 31,2 . .

cholesteryloleylcarbonaat 47,7 30 cholesterylnonanoaat 21,1.

Dit cholesterol houdende mengsel werd aangebracht tussen twee geleidende glazen platen 2, 2*, die door middel van Mylar-afstands-organen 3 9 /rm op afstand waren geplaatst. Dat oppervlak van de glazen platen 2, 2’, dat in contact is met het cholesterol houdende mengsel 1 35 werd geleidend gemaakt door middel van een indiumdepositie 7, ofschoon dezelfde bevredigende resultaten kunnen worden verkregen door middel van een tindioxidedepositie.

Ten einde een goede planaire oriëntatie van het cholesterol 8302381 * . . „Λ -5- 23319/JF/ts houdende mengsel 1 te verkrijgen, werden de glazen platen 2, 2' herhaaldelijk ondergedorapeld in een 1% oplossing van een polymeer opper-vlakte-actieve stof van de silaanfamilie (bijvoorbeeld MAP-E van CHISSO CORP.). Na elke onderdompeling werden de glazen platen 2, 2' 5 mechanisch gewreven (Cbatelin-wrijvingsmethode) en aan het einde van de behandeling werden deze gedurende de tijd van 1 uur geplaatst in een oven bij een temperatuur van 100 °C. Het resultaat van deze behandeling was de vorming van een laag 8, hechtend aan het geleidende oppervlak van de glazen platen 2, 2’ en omvattende een aantal microkanalen, 10 die een zekere oriëntatie op de raolekulen vaihet mengsel 1 oplegden.

Het mengsel werd tussen de glazen platen 2, 2' aangebracht door capillari-teit in de isotrope fase bij ongeveer 50 °C.

De op deze manier gevormde "sandwich" werd vastgezet in een elektrisch temperatuur-geregelde monsterhouder 4 (zie fig. 2). De glazen 15 platen 2, 2’ werden verbonden met de klemmen van een 7,5 Volt batterij 5 met een potentiemeter 6 parallel daaraan. Twee kruisende polarisatoren 9, 9* werden uitwendig op de twee glazen plat ai 2, 2* aangebracht en een bundel monochromatisch licht met een instelbare golflengte werd gemaakt om het oppenfek van de ingangspolarisator 9 loodrecht te 20 treffen.

Een reflectiepiek voor Q = 740 nm werd gemeten bij 24 °C. Daarna werd onder gebruik making van invallend licht met een golflengte van 745 nm de aangelegde spanning progressief gevarieerd van 0 Volt tot 6 Vólt. Fig. 5 toont de variatie in de optische rotatie 25 R-Rq van de door het elektrische veld geïnduceerde polarisatie op het lineair gepolariseerde licht (de hoek Rq komt overeen met een nulspanning). Deze variatie toont dat tot 3 Volt de optische rotatie in hoofdzaak constant blijft, terwijl voor spanningen tussen 3 Volt en 6 Volt er een continue omkeerbare roatie van het lichtpolarisatievlak 30 van ongeveer 45 °C is.

Terwijl de golflengte A. van het invallende licht werd gevarieerd, werden analoge krommen verkregen met een drempel, die altijd rond 3 Volt ligt, maar met verschillende hellingen volgens de waarde van X - ^ (zie fig. 5).

35 Daarna werden andere proeven uitgevoerd door het variëren van de temperatuur T en het waarnemen hoe dit leidde tot een variatie in de variatie van Q (zie fig. 3), terwijl voor elke temperatuur en dus voor elke \ een patroon werd verkregen, dat analoog is met de 8302381

* J

-6- 23319/JF/ts rotatiehoek R-Rq als functie van de aangelegde spanning V.

Tenslotte werden andere proeven genomen, ten einde de waarde te meten van de doorgelaten-lichtintensiteit i als een functie van max de aangelegde spanning V en de resultaten van deze proefnemingen zijn 5 getoond in fig. 6.

Dankzij de karakteristieken daarvan is de inrichting volgens de uitvinding geschikt voor vele praktische toepassingen en in het bijzonder voor gebruik als een laboratorium polarisatie-draaiingsoreaan en als een weergeefeenheid.

10 LABORATORIUM POLARISATIE-DRAAIINGSORGAAN.

Bij deze toepassing vereist de inrichting volgens de uitvinding het teraperatuurregelorgaan 4.Terwijl de temperatuur waarop de inrichting is geregeld varieert, varieert eveneens de golflengte van het invallende licht, doordat de inrichting een opmerkelijk 15 rdatievermogen heeft. Terwijl de aangelegde spanning varieert, roteert het polarisatievlak van doorgelaten licht van die golflengte. Wanneer het bijvoorbeeld is vereist twee lichtbundels met dezelfde inrichting maar verschillende golflengtes te verkrijgen, om onafhankelijk te worden behandeld, wordt de werktemperatuur gekozen op die waarde, die 20 de laag 1 gevoelig maakt voor de golflengte van één van de twee bundels en door het variëren van de spanning V roteert het respectieve polarisatievlak met betrekking tot het andere, dat praktisch ongevoelig voor deze spanningsvariatie blijft.

Op deze manier wordt een instrument verkregen dat de hoek 25 tussen de twee polarisatievlakken kan variëren door het eenvoudig variëren van de spanning, zonder gebruik te hoeven maken van feitelijke rotatie van de polarisator, zoals in het verleden.

GEKLEURDE WEERGEEFEENHEID.

In dit geval, waarbij het niet noodzakelijk is het tempera-30 tuurregelorgaan 4 te gebruken, zijn een gekleurde polarisator (ingangs-polarisator 9 + filter) en een analysator (uitgangspolarisator 9') respectievelijk met twee glazen platen 2, 2' geassocieerd.

Het gepolariseerde gekleurde invallende licht, dat de in-gangspolarisator 9 doorloopt, wordt geroteerd door het cholesterol-35 houdende mengsel 1 in afwezigheid van aangelegde spanning en kan pas worden doorgelaten of niet doorgelaten in overeenstemming met hoe de analysator 9' is ingericht. In het eerste geval neemt,wanneer een spanning wordt gelegd aan de inrichting, waardoor dus verdere rdatie 8302381 -7- 23319/JP/ts' van hefc lichtpolarisatievlak wordt geïnduceerd, het doorgelaten licht af naar mate deze spanning toeneemt. Daarentegen neemt deze in het tweede geval toe. Hieruit volgt dan ook dat door gebruik te maken van geschikte maskers (bijvoorbeeld 7-segraents matrices), de spanning die 5 de afzonderlijke segmenten stuurt, bepaalt of deze al dan niet licht doorlaten.

In een andere uitvoeringsvorm, die niet in de tekening is getoond, is de analysator 9' vervangen door een spiegel, die de laag van cholesterol houdend mengsel 1 een tweede keer doorlopen doet worden 10 en de ingangspolarisator eveneens doet werken als analysator. In dit geval wordt de dikte van de laag cholesterol houdend mengsel 1 zo gekozen, dat de dubbele doorgang van licht daardoor het licht of doet doorlaten of niet doorlaten, zoals in het hiervoor beschreven geval.

In plaats van het toepassen van de spiegel op de glazen plaat 15 2' is het eveneens mogelijk deze glazen plaat te vervangen door de spiegel.

8302381

Claims

1. Vloeibaar-kristalinrichting voor de continue rotatie van de selectieve polarisatie van monochromatisch licht, met het kenmerk, dat deze 5 een cholesterol houdend mengsel (1) met positieve diëlektrische aniso-tropie omvat, een tweetal glazen platen (2,2*), die op dat oppervlak, dat in contact is met het daartussen aangebrgchte mengsel (1) geleidend zijn gemaakt en zijn behandeld om een planaire oriëntatie aan dit mengsel te verschaffen, een tussen de twee glazen platen (2, 2') gelegde spanning 10 en een ingangslicht-polarisator (9) , die is aangebracht op één van de twee glazen platen (2).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze afstands-organen (3) omvat, die tussen de twee glazen platen (2, 2') zijn aangebracht .

3. Inrichting volgens conclusie 1 en 2, met het kenmerk, dat de afstandorganen (3) van Mylar-constructie zijn. *1. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze is uitgerust met een temperatuur-regelorgaan (4).

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het eholes- ^ terol houdende·mengsel (1) de volgende samenstelling heeft ( in gewichts-procenten): Cholesterylchloride 31,0-31,5 Cholpsteryloleylcarbonaat 47,3-48,0 Cholesterylnonanoaat 20,5-21,7. ^5 6. Inrichting volgens conclusies 1 en 5, met het kenmerk, dat het cholesterol houdende mengsel (1) de volgende samenstelling heeft (in gewichtsprocenten): Cholesterylchloride' 31,2 Cholesteryloleylcarbonaat 47,7 Cholesterylnonanoaat 21,1.

7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dat oppervlak van de glazen platen (2,2'),dat in contact is met het cholesterol, houdende mengsel (1) een indiumdepositie (7) ontvangt.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dat oppervlak 35 van de glazen platen (2, 2'), dat in contact is met het cholesterol houdende mengsel (1) een tindioxyde-depositie ontvangt.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dat opperslak 8302381 *> ^ -Λ -g- 23319/JF/ts » van de glazen platen(2, 2*dat geleidend is gemaakt een schuine verdamping van silieiumoxyde ontvangt.

10. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dat oppervlak van de glazen platen (2, 2’), dat geleidend is gemaakt een depositie van 5 een silaanoplossing ontvangt.

11. Polarisatiedraaier, met het kenmerk, dat deze een inrichting volgens één of meer van de conclusies 1-10 omvat, een temperatuur-regelorgaan (4) en een varieerorgaan (6) voor de tussen de twee glzen platen (2, 2') gelegde gelijkspanning (5).

12. Gekleurde weergeefeenheid, met het kenmerk, dat deze een inrichting volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 10 omvat, een gekleurd filter, dat is aangebracht op de ingangspolarisator (9) en een analysator (91) voor het gepolariseerde licht, dat het cholesterol-houdende mengsel (1) doorloopt.

13. Weergeefinrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat deze een inrichting volgens één of meer van de conclusies 1-10 omvat, die een gekleurde polarisator (9) heeft aangebracht op de glazen plaat (2) .

14. Gekleurde weergeefeenheid volgens conclusie 12, met het kenmerk, 20 dat de analysator (9*) is aangebracht op de glazen plaat (2*).

15. Gekleurde weergeefeenheid volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat deze een reflecterend oppervlak heeft, dat is aangebracht op de andere glazen plaat (2·), waarbij de analysator wordt gevormd door de ingangspolarisator (9). 25 Eindhoven, juli 1983. 8302381