DE2214891A1

DE2214891A1 - Einrichtung zur Umwandlung elektrischer Informationen in Bildinformationen unter Verwendung von Flüssigkristallen

Info

Publication number: DE2214891A1
Application number: DE19722214891
Authority: DE
Inventors: James Lee Kent Ohio Fergason (V.StA.)
Original assignee: International Liquid Xtal Co., Cleveland, Ohio (V.St.A.)
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1972-11-09
Also published as: US3731986A; FR2135948A5; GB1405291A; CA998154A

Description

Dipl.-Ing. E. E. Finkener
Dipl.-Ing. W. Ernesti . INTEEIIAiIONAL LIQUID

Patentanwälte Xl¹AL COMPANY

463 Bochum Cleveland / Ohio - USA

Heinrich-König-Straße 12

Fernsprecher 4 IS 50, 4 23 27

Telegrammadresse: Radtpaient Bochum

71 190

WE/GN

Einrichtung zur Umwandlung elektrischer Informationen in Bxldinformationen unter Verwendung von Flüssigkristallen

Vie bekannt ist, gibt es eine große Anzahl vor organischen chemischen Verbindungen, die innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs in nematischer Phase vorliegende Flüssigkristalle bilden. Diese Verbindungen können insoweit als flüssig angesehen werden, als ihre Moleküle nicht wie in einem Gas dissoziiert, aber auch nicht so fest innerhalb einer Struktur gebunden sind, daß sie einen festen Stoff bilden. Andererseits können diese Verbindungen auch als kristallin bezeichnet werden, weil eine bestimmte Ordnung in der Orientierung der Moleküle vorhanden ist, was manchmal durch besondere optische Effekte sichtbar wird.

Wenn, wie es bereits vorgeschlagen wurde, ein in nematischer Phase vorliegendes flüssig-kristallines Material als Schicht zwischen transparenten Platten angeordnet wird, die in einer bestimmten Eichtung gerieben worden sind und deren Oberflächen in Berührung mit dem in nematischer Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Material stehen, erhält man eine Flüssigkristall-Einheit, deren optische Achse in der Reibrichtung liegt. Verlaufen die Reibrichtun gen <ler beiden Platten beispielsweise rechtwinklig zueinander, dann entsteht eine optisch wirksame Einrichtung, die die Polarisationsebene um 90° verdreht. Wenn dagegen die Reibrichtungen an den beiden Platten unter einem Winkel von 4-5° zueinander verlaufen, bewirkt die Flüssigkristallschicht eine Drehung der Polarisationsebene um 4-5

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Je nach der vorgesehenen Reibrichüun~ an den Oberflächen der Platten kann auf diese Weise eine Drohung eier Polarisationsebene zwischen 0 und %>^o erreicht v/erden.

Wird in nematischer Phase vorliegendes Material in einem elektrischen oder magnetischen Feld in einer zur Feldrichtung parallelen Lage verwendet, so wird die Ausrichtung des nematischen Materials bei einer relativ niedrigen Stärke des Feldes aufgehoben. Diese dem Material innewohnende Eigenschaft hängt damit zusammen, daß das flüssigkristalle) line Material durch Oberflächenkräfte elastisch verformt ist, so daß die Längsachse des nematischen Materials .schraubenförmig verläuft. Wenn die Richtung der Moleküle in der Mitte der Probe sich geändert hat, so daß diese Moleküle parallel mit einem angelegten Feld verlaufen, das ebenfalls parallel zur gedrehten Richtung liegt, wird keine Drehkraft an den entgegengesetzten leiten des flüssigkristallinen Materials mehr ausgeübt, und es bleibt nicht mehr in der gedrehten Lage. Dieser Zustand tritt genau in dem Moment ein, in dem die Moleküle in der Mitte der Flüssigkristall-Einheit sich parallel zum angelegten elektrischen Feld ausrichten. Hieraus ergibt sich, daß ein bistabiler Vorgang bei einem sehr scharfen Schwellwert des Feldes vorliegt. Die bei einem elektrischen Feld erforderliche spannung ist durch die Gleichung

ν - r

gegeben.

In dieser Gleichung bedeuten:

k eine Elastizitätskonstante und

Ät die Differenz in der elektrischen Polarisiertarkeit JO parallel und senkrecht zur Längsachse der Moleküle.

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Wenn eine derartige Flüssigkristall-Einheit mit einer 90 -Drehung zwischen Polarisatoren mit parallelen Polarisacionsebenen angeordnet wird, so wird "bei der Spannung null kein Licht übertragen, d.h. die Einheit ist äquivalent einer Anordnung aus zwei Polarisatoren mit gekreuzten Polarisationsebenen. Wird dagegen ein elektrisches Feld an die Einheit angelegt, so wird die Drehung des flüssigkristallinen Haterials bei einer genau definierten Spannung aufgehoben und damit die aus der Flüssigkristall-Einheit und den Polarisatoren bestehende Anordnung lichtdurchlässige Wird dagegen die gleiche Flüssigkristall-Einheit zwischen Polarisatoren mit gekreuzten Polarisationsebenen angeordnet, so ist die Anordnung bei der Spannung null lichtdurchlässig, d.ho, die Wirkung der Polarisatoren ist die gleiche wie bei parallel verlaufenden Polarisationsebenen. Beim Erreichen einer bestimmten Spannung behält dagegen die Polarisationsebene die um 90° gedrehte Lage nicht mehr bei, dch. die Gesamtanordnung \tfird lichtundurchlässig„ Die Anordnung arbeitet somit wie ein Lichtveischluß.

Gegenstand der Erfindung ist die Ausbildung von Vorrichtungen zur Darstellung räumlicher Informationen unter Benutzung eines flüssig—kristallinen Materials, das als Schicht zwischen geriebenen transparenten Platten und mit den Platten zwischen Polarisatoren angeordnet ist.

Bei einer Einrichtung zur Umwandlung elektrischer Informationen in Bildinformationen unter Verwendung einer Schicht eines flüssig-kristallinen Materials, die sich zwischen transparenten parallelen Platten, an denen bestimmte Stellen der Oberfläche mit einem dünnen Überzug aus einem transparenten elektrisch leitenden Stoff überzogen sind, und Polarisatoren befindet, die sich im wesentlichen parallel zu den Platten erstrecken und zusammen mit den übrigen Elementen einen Schichtkörner bilden, durch den Licht

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hindurchtreten kann, wobei ferner Mittel für die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen den dünnen Überzügen auf den Platten vorhanden sind, so daß einige Bereiche des Schichtkörpers lichtdurchlässig und andere lichtundurchlässig sind und auf diese Weise ein optisches Bild entsteht, besteht die erfindungsgemäße Ausbildung darin, daß das flüssig-iristalline Material eine nematische Struktur hat und eine positiv dielektrische Anisotropie besitzt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht das flüssigkristalline Material aus einer Mischung von 4-0 Gewichtsprozent bis-(4-^f -n-oktyloxybenzal)-2-chlorphenylendiamin, 50 Gewichtsprozent p-methylbenzal-p¹-n-butylanilin und 10 Gewichtsprozent p-cyanobenzal-p'-n-butylanilin.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Polarisatoren aus Polarisierungsscheiben bestehen, die an den Außenseiten der Platten angeordnet sind, zwischen denen sich das flüssig-kristalline Material befindet.

Die Polarisatoren können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch aus dichroitischen Filmen bestehen, wobei diese Filme auf der Seite der leitenden Schichten an den Platten angeordnet werden und somit in Kontaktberührung mit dem flüssigrkristallinen Material stehen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind PoIarisatoren vorgesehen, die das Licht in bezug aufeinander rechtwinklig polarisieren, so daß bei fehlendem elektrischen. Potential zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten der Schichtkörper lichtdurchlässig ist, die elektrisch leitenden Schichten aber eine Sperre für den Lichtdurchgang an ausgewählten Flächen des Schichtkörpers.bilden,

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wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den leitenden Schichten vorhanden ist_o

Die elektrisch leitenden Schichten auf den Platten sind in weiterer Ausbildung der Erfindung in ihrer Gestalt dem darzustellenden Bild angepaßt. Die elektrisch leitenden Schichten können aber auch aus voneinander isolierten und sich kreuzenden Streifen bestehen, an die Mittel für die Erzeugung elektrischer Impulse angeschlossen sind«

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind Mittel für die Übertragung aufeinanderfolgender Impulse einer vorgegebenen Polarität auf die Streifen auf einer der beiden Platten und Mittel für eine gleichzeitige, selektive Übertragung von Impulsen mit gegenüber den vorgenannten Impulsen entgegengesetzter Polarität auf die auf der anderen Platte befindlichen Streifen vorgesehen, wobei jeder dieser Impulse mit entgegengesetzter Polarität in Phase mit wenigstens einem der Impulse der anderen Polarität ist, wodurch eine Liehtübertragung durch den Shichtkörper an ausgewählten Kreuzungsstellen der Streifen auf den beiden Platten stattfindet und dadurch ein optisches Bild entsteht.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Impulse mit den entgegengesetzten Polaritäten während der Dauer einer Bildperiode auftreten und daß eine kontinuierliche Wiederholung dieser Bildperiode stattfindet.

Eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Darstellung eines optischen Bildes ist gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß auf einer der beiden Platten voneinander isolierte Überzugsabschnitte aus einem transparenten elektrisch leitenden Material zur Bildung irgendeines einer Vielzahl von Bildern aufgebracht sind,

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daß die andere der Platten einen Überzug in einer zusammenhängenden fläche aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, die die gesamte Fläche der Abschnitte der anderen Platte abdeckt, und daß Mittel für eine selektive Potentialanlage zwischen den Überzügen in Form einzdner Abschnitte auf der einen Platte und in Form eines zusammenhängenden Bereichs auf der anderen Platte vorhanden sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristall-Einheit gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung von zwei transparenten Platten der Flüssigkristall-Einheit nach Fig. 1, die mit rechtwinklig zueinanderstehenden Linien versehen sind,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung einer Anordnung, bei der polarisiertes Licht die Flüssigkristall-Einheit durchdringt,

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer Anordnung, an der die Darstellung eines optischen 3ildes mit Hilfe der Flüssigkristall-Einheit gezeigt wird,

Fig. 5 zeigt an einer schaubildlichen Darstellung eine Art, in der Reihen und Spalten aus transparent leitendem Material auf den entgegengesetzten transparenten Platten, zwischen denen sich eine Lage eines flüssig-kristallinen Materials befindet, eingeätzt werden, um eine abtastbare Ordnung zu erzeugen,

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Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Schaltanordnung, mittels der auf eine Art eine Ordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, abgetastet werden kann,

Fig. 7 ein Diagramm mit verschiedenen Wellenformen der Schaltanordnung nach Fig. 6 und

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform mit leitenden Filmschichten auf entgegengesetzten transparenten Platten zur Anzeige verschiedener optischer Bilder.

In Fig. 1 ist eine Flüssigkristall-Einheit 10 dargestellt, die eine erste transparente Platte 12, beispielsweise aus Glas, und eine zweite tranaparente Platte 14, die ebenfalls aus Glas besteht und parallel zur Platte 12 verläuft,

Ip enthält» Die Platten 12 und 14 sind durch nicht dargestellte Abstandhalter in einem geeigneten Abstand voneinander gehalten, der etwa 0,00625 bis 0,05 mm beträgt. In einigen Fällen kann der Abstand auch 0,0025 bis 0,00125 mm sein. Der Raum zwischen den Platten ist mit einer Schicht aus in nematischer Phase vorliegendem flüssig-kristallinen Material mit positiver dielektrischer Anisotropie ausgefüllt, vorzugsweise aus einem Material in der schon erwähnten Art, nämlich einem Gemisch, das größere Mengen, z.B. 20 bis 80 Gewichtsprozent bis-(4'-n-oktyloxybenzal)-2-chlorphenylen-

2p diamin und p-methylbenzal-p'-n-butylanilin enthält, wobei diese beiden Stoffe 60 bis 97 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgemisch ausmachen und die restlichen 3 bis 40 % aus p-cyanobenzal-p'-n-butylanilin bestehen.

Die inneren Oberflächen der transparenten Platten 12 und ^O 14 sind mit Überzügen 18 und 20 aus einem dünnen transparenten elektrisch leitenden Material, beispielsweise mit

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den bekannten Zinnoxyd- oder Indiumoxydüberzügen, versehen, die mit der Schicht 16 aus dem flüssig-kristallinen Material in Kontaktberührung stehen. Die tTberzüge 18,20 sind sehr dünn und haben einen hohen Widerstand, beispielsweise in der Größenordnung von 150 Ohm/Flächeneinheit oder größer, möglicherweise höher als 5000 oder lOOCO Ohm/Flächeneinheit. Es ist zweckmäßig, die transparenten, elektrisch leitenden Überzüge bei relativ niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise 260 G, durch ein Kathodenbeschichtungsverfahren im Vakuum aufzubringen, so daß die Gefahr von Verwerfungen mit Sicherheit vermieden wird.

Die in Fig. 2 schaubildlich dargestellten Platten 12 und 14 können aus Flachglas in einer Stärke von etwa 3»2 mm bestehen. Auf den einander zugewandten Oberflächen sind auf den Platten 12 und IM- Schichten 18 und 20 aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material aufgebracht. Zur Herstellung einer flussigrkristallinen Einheit werden die Schichten l'o und 20, die mit dem in nematischer Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Material in Kontaktberührung kommen, vorbereitet, indem sie in einer bestimmten Richtung, beispielsweise mit einem Bsamwdltuch, gestrichen oder gerieben werden» Die Reibrichtung ist bei den in Fig. 2 dargestellten Platten durch die Linien 22 und 24 angedeutet. Es ist ersichtlich, daß die Richtungen des Reibens auf den beiden Platten rechtwinklig zueinander stehen. Durch dieses Reiben wird eine verdrehte nematische Struktur erzeugt.

Die Moleküle des in nematischer Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Materials sind lang und gerade. Sie neigen dazu, parallel zu liegen, wie die Stämme in einem Fluß oder die Strohhalme in einem ^esen. Ihre Parallellage ist statistisch annähernd vollkommen und genau. Sie können sich frei in bezug aufeinander bewegen, und es sind eini-

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ge Moleküle da, die unter einem kleinen genauen Winkel in bezug auf die Hauptrichtung liegen, während einige andere Moleküle vorhanden sind, die in einem bestimmten gegebenen Moment in einer weniger konstanten Lage zum Haufen der anderen ausgerichtet sind. Sine Eigenschaft von Materialien, die in nematischer Phase vorliegen, besteht darin, daß die Moleküle in der Nähe einer geriebenen Oberfläche dazu neigen, sich entsprechend dieser Oberfläche auszurichten.

Die Moleküle, die am nächsten an der Oberfläche der Platten 12 beispielsweise liegen, neigen daher dazu, sich parallel zu den Linien 22 zu orientieren, während die Moleküle, die am nächsten an der Oberfläche der Platte 14 liegen, dazu neigen, sich parallel·zu den Linien 24 zu richten. Der Aufbau ist fließend und aktiv. Unter der Bedingung, daß keine Spannung an den Platten angelegt ist, richten sich die dazwischenliegenden Moleküle in den verschiedenen Schichten parallel zu den Oberflächen der Platten 12 und 14 in einer Anzahl von Schichten entsprechend Hauptzwischenrichtungen aus, die von einer Richtung, die annähernd parallel zu den Linien 22 verläuft (in geringer Entfernung von der Oberfläche der Platte 12), über eine mit einem Winkel von 45° zu den Linien 22 und 24 verlaufende .Richtung (etwa in der Mitte des Abatandes zwischen den Oberflächen der Platten 12 und 14) bis zu einer Richtung parallel zu den Linien 24 (in geringer Entfernung von der Oberfläche der Platte 14) reicht.

Die Wirkung der flüssig-kristallinen Einheit auf polarisiertes Licht, das durch die Platten 12 und 14 strahlt und parallel zu den Linien 22 polarisiert wird, ist die, daß die Einheit eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bewirkt, wenn dieses durch die Einheit hindurch-

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geht, so daß das Liciit, das aus der Oberfläche der PlatUe 14 austritt, parallel zu den Linien 24 planpolarisiert ist. Es würde nichts ausmachen, wenn planpolarisiertes Liciit, das auf die Oberfläche der Platte 12 trifft, in einer Ebene polarisiert wäre, die in einem Winkel zu den Linien 22 verläuft, da der gleiche Dreheffekt der Polarisationsebene erreicht würde. Das Ausmaß der Drehung braucht nicht 90 zu sein. Jedes gewünschte Ausmaß der Drehung kann lediglich durch Orientierung und entsprechendes Ausrichten der in einer Richtung geriebenen Oberflächen der Platten 12 und 14 erhalten werden. Wenn die xiichtungen des Reibens rechtwinklig zueinander verlaufen, wird eine Drehung von 90 erzielt.

Die Wirkung der Flüssigkristall-Einheit 10 auf polarisiertes Licht ist in Fig. 3 schematisch dargestellte Das von einer Quelle 26 ausgehende unpolarisierte oder natürliche Licht tritt durch einen konventionellen Polarisator 26, der das Licht entsprechend dem Verlauf der gestrichelten Linien 30 polarisiert. Dieses polarisierte Licht wird beim Durchtritt durch die Flüssigkristall-Sinheit 10 um 90 gedreht, so daß das Licht nach dem Verlassen der J?lüssigkristall-Einheit 10 in einer zu den gestrichelten Linien 32 planparallelen Ebene polarisiert ist. Das polarisierte Licht tritt danach durch einen zweiten Polarisacor 34, der Licht in einer Ebene parallel zu den gestrichelten Linien 36 hindurchläßt, also in einer Ebene, die gegenüber der Polarisationsebene des Polarisators 28 um 90° gedreht ist. Das aus dem Polarisator 28 austretende polarisierte Licht wird somit unter diesen Bedingungen in der Flüssigkristall-Eiriheit 10 um 90° gedreht und tritt dann durch den Polarisator 3^· Würde dagegen der Polarisator so weit gedreht, daß die durch die gestrichelten Linien 36 angedeutete Polarisationsebene parallel zur Polarisationsebene des Polarisators 28 verliefe, so könnte das aus

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der Flüssigkristall-Einheit 10 austretende Licht den Polarisator 34 nicht mehr durchdringen.

Wenn nun ein elektrisches Potential in der Größe von 5 Volt oder mehr an die elektrisch leitenden Schichten 18 und 20

b angelegt wird, so tritt die vorstehend erläuterte Drehung der Polarisationsebene in der Flüssigkristall-Einheit 10 nicht auf. Bei der in Figo 3 dargestellten Anordnung wird durch das Anlegen eines geeigneten Potentials an die leitenden Schichten 18 und 20 der Flüssigkristall-Einheit 10 das polarisierte Licht in der Einheit 10 ebenfalls nicht mehr gedreht und somit die Übertragung des Lichtes durch den Polarisator 54 verhindert. Die Anordnung arbeitet somit wie eine optische Blende. Wenn dagegen der Polarisator 34 gegenüber der zeichnerisch dargestellten Polarisationsebene um 90° verdreht polarisiert ist, findet bei fehlendem Potential an der Flüssigkristall-Einheit 10 keine Lichtübertragung statt. Demgegenüber wird in diesem Fall bei vorhandenem Potential Licht übertragen»

Die Polarisatoren 28 und 34- kennen auch in Form dünner Schichten, vorzugsweise in Form dichroitischer Polarisationsfilme, wie sie von einer bekannten Firma hergestellt werden, verwendet werden. Weiterhin können die Polarisatoren, anstatt sie wie bei der Anordnung nach Figo 3 getrennt von der Flüssigkristall-Einheit 10 anzuordnen, 2- auch direkt in die Flüssigkristall-Einheit 10 eingebaut werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Oberflächen der leitenden Schichten 18 und 20 gerieben und anschließend miu einer Lösung eines Färbungsmittels behandelt werden, die einen dichroitischen Film bildet, wie es beispielsweise in den US-Ps¹en 2 544 659, 2 524 286 und 2 400 877 beschrieben ist. Solch eine Lösung kann eine 4 % wässrige Lösung von Methylenblau enthalten.

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liach dem Trocknen der auf die geriebene Oberfläche der leitenden Schicht Io oder 20 aufgebrachten Färbungslösung bildet sich ein dichroitischer Film in einer Dicke in der Größenordnung von etwa 1 Mikron» Wird nun zwischen den beiden in vorstehender Weise behandelten Schichten das flüssig-kristalline Material angeordnet, so erhält man in einem Körper ein vollständiges System einer in Fig. 3 dargestellten Anordnung» Das flüssig-kristalline Material wird sich hierbei parallel zur Reibrichtung ausrichten. In der

IQ zusammengesetzten Anordnung verlaufen die Polarisationsebenen der Polarisatoren zwar senkrecht zueinander, aber infolge des zwischen ihnen befindlichen flüssig-kristallinen Materials ist die Lichtübertragbarkeit ein Maximum. Wird nun ein elektrisches Feld an die leitenden Schichten angelegt, so wird die Flüssigkristall-Einheit lichtundurchlässigo Dieser Effekt tritt bei einem elektrischen Feld von etwa 5 V auf, da der Farbstoff nur einen kleinen Anteil der Isolierschichten zwischen den Elektroden bildet.

Bei dem in i'igo 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Mittel für die Anlegung eines elektrischen Feldes zwischen den leitenden Schichten 18 und 20 aus einer Bat-_ terie, die über Leitungen und einen Schalter mit den leitenden Schichten H: und 20 verbunden ist» Der gleiche Effekt, d.h» die Änderung der Polarisationsebene, kann auch durch die Verwendung eines magnetischen Feldes, dessen Feldlinien, wie es durch die Pfeile mit den Buchstaben H und S in Fig. 1 dargestellt ist, senkrecht zu den Oberflächen der Platten 3.2 und 14- stehen, erreicht werden. Wie aus den nachfolgenden Darlegungen noch hervorgeht, ist die JO Anwendung eines magnetischen Feldes wegen der Schwierigkeiten der Begrenzung eines solchen Feldes in den meisten Fällen unpraktisch»

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Unter Bezugnahme auf -B¹Ig. 4 wird nachfolgend eine Ausfühmngsart eines Sichtgerätes beschrieben, das mit der Flüssigkristall-Einheit 10 der Fig. 1 herstellbar ist» Dieses Sichtgerät enthält wiederum ein Paar transparenter Platten 42 und 44, die auf den einander zugewandten Oberflächen in rechtwinklig zueinanderstehenden Hichtungen durch .Reiben behandelt sind und zwischen denen eine Schicht eines in nematischer Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Materials mit positiv dielektrischer Anisotropie vorhanden ist» Dieses Schichtgebilde wird nun zwischen Polarisatoren wie in Fig. 1 angeordnet, oder die Oberflächen der Platten 42 und 44 werden wie vorstehend beschrieben behandelt, so daß ein dichroitischer Film entsteht. Im vorliegenden Falle haben die leitenden Schichten 46 und 48 die Form der Ziffer 4o Unter der Voraussetzung, daß die Platten 42 und 44 mit Polarisatoren der Anordnung nach Fig. 3 versehen sind und daß der Schalter 52 geschlossen ist, so daß das Potential der Batterie 50 an den Schichten 46 und 48 anliegt, ist die von den Schichten 46 und 43 abgedeckte Fläche lichtundurchlässig und der außerhalb dieser leitenden Schichten 46 und 48 liegende Bereich lichtdurchlässige Unter der Annahme, daß ein weißer Hintergrund hinter den Platten 42 und 44 mit dem flüssig-kristallinen Material vorhanden ist und daß die Platte von der dem weißen Hintergrund gegenüberliegenden Seite sichtbar ist, wird auf dieser Seite die Ziffer "4" in schwarzweiß erscheinen. Wenn nun der Schalter 52 geöffnet wird, ist das gesamte Sichtgerät lichtdurchlässig und somit keine Ziffer oder eine andere optische Anzeige sichtbare

Das in Fig. 4 dargestellte Sichtgerät eignet sich nur für eine einfache optische Anzeige, wie z.B. zur Darstellung einer Ziffer oder eines Buchstabens, auf der Fläche der Platten 42 und 44. Eine Einrichtung für die Sichtbarma-

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chung irgendeiner gewünschten Ziffer, eines Buchstabens oder einer anderen anzeige innerhalb desselben Anzeigeoereichs ist in den figuren 5 bis 7 dargestellt. Diese Anordnung enthält ebenfalls zwei Platten 54 und 56 (Fig. 5) mit ebenen Oberflächen, die durch Reibung in senkrecht zueinanderstehenden Richtungen behandelt sind und zwischen denen sich eine Schicht eines in nemabischer Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Materials mit positiv dielektrischer Anisotropie befindet. Die einander gegenüberlie-

lü genden Oberflächen der Platten 54 und 56 sind mit einem elektrisch leitenden Film überzogen, wobei in diesem Fall beispielsweise die Platte 54- geätzt ist unter Anwendung eines bekannten Verfahrens zur Herstellung eines Photowiderstand—Überzugs, um fünf senkrechte Spalten 5^ zu erzeugen, die jeweils sieben hintereinanderliegende Flächenerweiterungen 60 aufweisen. In der gleichen Weise v/erden in der Platte 56 durch Ätzung sieben waagerechte Reihen 62 erzeugt, die sich von einem Ende bis zum anderen Ende der Platte erstrecken und in denen hintereinander Flächener-Weiterungen 64 enthalten sind* Die Platten 54 und 56 sind, wenn sich zwischen ihnen eine Schicht flüssig-kristallines Material befindet, so angeordnet, daß die Erweiterungen 60 der Platte 54 mig den Erweiterungen 64 der Platte 56 zur ""eckung kommen. Die Enden der Spalten 56' der Plat ce sind mit fünf elektrischen Leitungen 66 verbunden« In gleicher Weise sind die Enden der horizontalen Reihen 62 der platte 56 an eine zweite Gruppe von sieben elektrischen Leitungen 6b angeschlossene

Die weiteren Einrichtungen, die zur Erzeugung verschiedener Bilder mittels einer Anordnung der in Figo 5 dargestellten Platten benutzt werden können, sind in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Das Sichtgerät, das die Platten ^r/\

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und 56 mit der zwischen ihnen liegenden Schicht eines in nematische!* Phase vorliegenden flüssig-kristallinen Materials und geeignete Kreuapolariaatoren enthält, ist in Fig. ο mit 70 oezeicimet. Die Kreise innerhalb des Sichtgeräues 7U stellen die sich überdeckenden Erweiterungen bO und 64 in den Spalten ¹}L· und in den Reihen 62 dar.

Die Taktimpulse für die Steuerung der Anordnung liefert ein Oszillator 72 mit einer Frequenz von etwa 96G Hz. Diese Impulse sind zunächst an einen Flip-Flop-Kreis 73 angelegt, dessen Ausgang mit einem bekannten 3-bit-Ringzähler 74- verbunden ist, der Impulse über die Leitungen 76,78 und -..•Ο auf eine Dekodiermatrix 82 überträgt» Die Impulse der Leitung 76 sind durch zwei, die Impulse der Leitung 78 durch vier und die Impulse der Leitung 80 durch acht teilbar. Die

]_r Dekodiermatrix 62 erzeugt in ihrer Phase gegeneinander ver schobene Ausgangsimpulse, die über Leitungen 8A- auf einen Umkehrer Ü6 und von diesem über Leitungen 68 auf die horizontalen Reihen 62 des Sichtanzeigegerätes ^O gelangen, die von oben nach unten durch die Buchstaben A bis G be-

2C zeichnet sindo

Die Ausgangsimpulse des umkehrers 86, die üoer die Leitungen dc übertragen werden, sind in Fig. 7 durchdie Wellenforiren A bis i dargestellt» Während einer Bildperiode ersciieint nacheinander in jeder Reihe ein Impuls₀ Zuerst wird ein Impuls in der Wellenform A an die oberste Reihe angelegt, danach folgt ein Impuls in der zweiten Reihe, danach ein Impuls in der dritten Reihe usw. Die benötigte Zeit für die aufeinanderfolgenden Impulse A bis G- in jeder der Reihen wird als eine "3ildperiode bezeichnet und kann 16 llikr ο Sekunden betragen. Andererseits- kann die Bildperiode auch irgendeinem gewünschten Zeitintervall entsprechen, was von der Größe der Darstellung und der Anzahl

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der waagerechten .Reihen abhängt. Zu bemerken ist, daß die Impulse der Wellenformen A bis G eine negative Polarität haben. Diese Impulse werden in ununterbrochener Folge an die Keinen angelegt, unabhängig von dem optischen Bild, wie ZoBo eine Ziffer oder ein Buchstabe, das man darzustellen wünscht.

Die Impulse in den Leitungen 76 bis 80 werden ferner auf einen Pestspeicher 8o übertragen, der beispielsweise mit einer Komputerschaltung 9ü o. dglo in Verbindung steht„

IU Die Impulse bewirken, daß derFestspeicher 8b an die Leitungen 92 eine Impulsfolge abgibt, die für eine bestimmte Ziffer, einen Buchstaben oder ein anderes darzustellendes Bild repräsentativ ist. Die auf den Leitungen 92 ankommenden Impulse gelangen über ümkehrer ψ\- und Kondensatoren

Iy zu den senkrechten Spalten 5ö, die durch die Buchstaben H bis M gekennzeichnet sind. Ks wird angenommen, daß der Hintergrund hinter dem Sicntanaeigegerät ^O weiß ist und daß die Flüssigkrisoallschicht einschließlich der auf entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristallschicht befindlichen Polarisatoren normalerweise οei fehlendem elektrischen Potential quer zur Flüssigkristallschicht für polarisiertes Licht durchlässig ist» Diese Annahme entspricht der in Fig. 3 dargestellten Grundanordnungο Um nun beispielsweise die Ziffer "2" auf dem Sichtanzeigegerät '/ü darzustellen,

2> darf nur an den schwarz gefärbten Flächen der Fig. 6 in den Spalten yb und Reihen 62 ein elektrisches Potential angelegt werden, v/o durch diese Flächen lichtundurchläscig werden und für einen Betrachter als schv/arze Flächen erscheinen. Für die Verwirklichung dieses Effektes müssen

yO die Wellenformen H bis M der Fig„ '/ an die Leitungen f.">6 angelegt werden.

Es ist zu bemerken, daß für die Darstellung der Ziffer

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an der zweiten, der sechsten und der siebten der Flächen 60,64 in den Streifen ^8 und 62 in Spalte H ein elektrisches Potential vorhanden sein muß. Dementsprechend enthält die Wellenform H einen ersten positiven Impuls innerhalb der Bildperiode in Übereinstimmung mit dem negativen Impuls in der Wellenform B, einen zweiten positiven Impuls in Übereinstimmung mit dem negativen Impuls in der Wellenform F und einen dritten positiven Impuls in -Übereinstimmung mit dem negativen Impuls in der Wellenform G.

Von den in den Leitungen 68 in einer Bildperiode auftretenden Impulsen bewirken diejenigen, die mit den positiven Impulsen der Wellenform H übereinstimmen, daß die zweite, die sechste und die siebte der Flächen in der ersten Spalte H lichtundurchlässig werden.

In gleicher Weise müssen in der Spalte J die erste, die fünfte und die siebte Fläche für das Hindurchtreten von Licht gesperrt werden. .Dies wird durch einen positiven Impuls in der Wellenform J in Übereinstimmung mit einem negativen Impuls in der Wellenform A, einem positiven Impuls in der Wellenform J in Übereinstimmung mit einem negativen Impuls in der Wellenform E und einem weiteren positiven Impuls in der Wellenform J in Übereinstimmung mit einem negativen Impuls in der Wellenform G erreicht. Die verschiedenen Flächen, die die Ziffer "2" in dem Sichtan-

2^ zeigegerät 70 ergeben, werden nicht ständig für den Lichtdurchtritt gesperrt. Der Zeilendurchlauf ist aber relativ schnell, so daß für das bloße Auge ein kontinuierliches Bild erscheint« Sollte für den Betrachter ein Flackereffekt auftreten, so kann dieser durch eine Verkürzung der BiIdperiodo und durch eine Steigerung der Abtastfrequenz vermieden wordene

Bei der in Fig. Oj dargestellten weiteren Aus führung s form

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-18-dcr iirfindung ist eine von zwei transparenten Platten Oo bzw» 99 mit einer ununterbrochenen Schicht 98 aus einem transparenten leitenden Hate rial versehen. Die andere transparente Platte 99 enthält dagegen eine Anzahl voneinander isolierter Flächen 100 aus einem transparenten leitenden Materialο Wenn die sich deckenden Schichten für den Lichtdurchtritt gesperrt sind, ergibt sich in diesem Fall die Darstellung der Ziffer "&"„ unterhalb der Pidchen 100 ict eine Linie oder eine Fläche 102, und an der rechten Seite der Flächen 100 befindet sich ein Punkt 104, der einen Dezimalpunkt darstellt, wenn eine Vielzahl von Anordnungen entsprechend Fig. 8 nebeneinander angeordnet sind. Der Punkt 104 ist auf die Fläche 9ti A der Schicht 98 ausgerichtet, während die Fläche 9b B mit der Fläche 102 üoereinstimmte Die verschiedenen voneinander isolierten leitenden Flächen der Platte 99 sind durch nebeneinanderliegende, voneinander isolierte Streifen 106 aus einem transparenten leitenden Material mit äußeren nicht dargestellten Leitungen verbunden.

Soll beispielsweise die Ziffer "3" dargestellt werden, so werden die Fläche 98 der Platte 96 auf einer Seite der Schicht des Flüssigkristalls mit einer positiven Potentialquelle und die transparenten Flächen 100 auf der anderen Platte 99, die der Ziffer "3" entsprechen, über nicht dargestellte Leitungen mit einer negativen Pocentialquelle verbunden. Wenn außerdem die Darstellung eines Dezimalpunktes neben der Ziffer gewünscht ist, so wird der mit der Fläche 104 in Verbindung stehende Streifen ebenfalls an die positive Potentialquelle angeschlossen. In gleicher Weise muß im Falle der Darstellung einer Linie unterhalb der Ziffer der Fläche 102 über die entsprechenden Streifen mit der negativen Potentialquelle verbunden werden. In die.;em Falle werden nur ,jene Abschnitte auf der Platte 99 als

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lichtundurchlässig vor einem weißen Hintergrund erscheinen, die mit einer Potentialquelle entgegengesetzter Polarität in Vergleich zum Potential der Platte 96 verbunden sindo Um eine gewünschte Anzahl der Zeichen darzustellen, brauchen lediglich mehrere der in Figo ο wiedergegebenen Anzeige f eider oeite an oeite nebeneinander angeordnet zu werden.

Die Erfindung izann außer den vorstehend erläuterten AusriUirungGbeiapielen auch noch in zahlreichen anderen Anwendungen ausgenutzt werden.

Patentansprüche

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BAD CRfSiMAI

Claims

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Patentansprüche

\loj Einrichtung zur Umwandlung elektrischer Informationen in Bildinformationen unter Verwendung einer Schicht eines flüssig-kristallinen Materials, die sich zwischen transjjarenten parallelen Platten, an denen bestimmte stellen der Oberfläche mit einem dünnen Überzug aus einem transparenten elektrisch leitenden S"coff überzogen sind, und Polarisatoren befindet, die sich im wesentlichen parallel zu den Platten erstrecken und zusammen mit den übrigen Elementen einen Schichtkörper bilden, durch den Licht hindurchtreten kann, wobei ferner Mittel für die Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen den dünnen Überzügen auf den Platten vorhanden sind, so daß einige lter eiche des Schichtkörpers lichtdurchlässig und andere lichtundurchlässig sind und auf diese V/eise ein optisches rSild entsteht,

1^C3 dadurch gekennzeichnet , daß das flüssig-kristalline Material eine nematische Struktur hat und eine positiv dielektrische Anisotropie besitzt.
2. Einrichtung nach"Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flücsig-kristalline Material aus einer Mischung von 40 Gewichtsprozent oic-(4' -n-oktyloxybenzo.l)-2-chlorphenylendiamin, ^:jC Grevichlsprozent p-methylbenzal-p¹-n-Dutylanilin und 10 Gewichtsprozent p-cyanobenzal-p¹-nbutylanilin bestellt.

J. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren aus Polarisierungsscheiben bestellen

Äußen-

und daß diese Scheiben an den Seiten der Platten angeordnet sind, zwischen denen sich das flüssig-kristalline Material oefinde~Uo

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4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren aus diclroitischen Filmen bestehen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet_f daß die dichroitischen Filme auf der Seite der leitenden Schichten angeordnet sind und in Kontaktberührung mit dem flüssig-kristallinen Material stehen.

G. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polarisatoren vorgesehen sind, die das Licht in bezug aufeinander rechtwinklig polarisieren, so daß bei fehlendem elektrischen Potential zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten der Schichtkörper lichtdurchlässig ist, während die elektrisch leitenden Schichten eine Sperre für den Lichtdurchgang an ausgewählten Flächen des Schichtkörpers bilden, wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den leitenden Schichten vorhanden ist„

7« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten auf den Platten in ihrer Gestalt dem gewünschten Bild entsprechen.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten auf den Platten aus voneinander isolierten und sich kreuzenden Streifen bestehen_o

V. Einrichtung nach Anspruch o, dadurch gekennzeichnet, dai. an die Streifen Mittel fur die Erzeugung elektrischer 2> Impuls« anget.schloos.en .sind.

10. Einncntungen nach Anspruch '}, gekennzeichnet .durch Mittel iür die Über tr ,_uuafj aul'e Lnanderf olgender Impulse eiu3P vcr^c-,3ebc-nen Polarität μιϊ die Streifen auf einer

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der beiden Platten und Mittel für eine gleichzeitige, selektive übertragung von Impulsen mit gegenüber den vorgenannten Impulsen entgegengesetzter Polarität auf die auf der anderen Plaste befindlichen Streifen, wobei jeder dieser Impulse mit entgegengesetzter Polarität in Phase mit wenigstens einem der Impulse der anderen Polarität ist, wodurch eine Lieh tiib er "tragung durch den schichtkörper an ausgewählten Kreuzungsstellen der streifen auf den beiden Platten stattfindet und dadurch ein optisches Bild ent-

XQ steht.

11» Einrichtungen nacn Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mit den entgegengesetzten Polaritäten während der Dauer einer Bildperiode auftreten und daß Kittel für eine kontinuierliche Wiederholung dieser Liilaperiode vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneü, daß auf einer der beiden Platten voneinander isolierte Überzugabschnitte aus einem transparenten elektrisca leitenden Material zur 3ildung irgendeines einer Vielzahl von Bildern aufgebracht sind, daß die andere der Platten einen überzug in einer zusammenhängenden Fläche aus einem, elektrisch leitenden Material aufweist, die die gesamte Fläche der Abschnitte der anderen Hatte abdeckt, und daß Mit οel für eine selektive Pofcentialanlage zwischen den Überzü-

2^r) gen in Form einzelner Abschnitte auf der einen Platte und in Form eines zusammenhängenden Bereichs auf der anderen Platte vorhanden sind.

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SAD ORiSiNAL

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