DE2051505A1

DE2051505A1 - Verfahren zur Umwandlung der Textur eines flüssigen Kristalls

Info

Publication number: DE2051505A1
Application number: DE19702051505
Authority: DE
Inventors: Joseph John Adams John Ewing Webster Madrid Robert William Macedon NY Wysocki (VStA)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1971-04-29
Also published as: CA954210A; US3642348A; JPS4929592B1; FR2071815A5; DE2051505B2; GB1332800A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

XEROX CORPORATION, .
Rochester, N.Y.14603/U.S.A.

Verfahren zur Umwandlung der Textur eines flüssigen Kristalls

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines cholesterischen flüssig-kristallinen Materials aus seiner Grandoean-Textur in seine fokal-konische Textur.

Flüssig-kristalline Substanzen zeigen physikalische Eigenschaften, von denen einige typisch für Flüssigkeiten, andere typisch für feste Kristalle sind. Der Name "flüssiges Kristall" ist für solche Substanzen gebräuchlich geworden. Flüssige Kristalle treten bekanntlich in drei verschiedenen Formen auf, in der smektischen, nematischen und cholesterischen Form. Diese Strukturformen werden manchmal auch als Mesophasen bezeichnet, wodurch gesagt ist, daß sie Zustände zwischen der flüssigen und der kristallinen Phase aufweisen. Die drei vorstehend genannten Mesophasenformen der flüssigen Kristalle sind durch verschiedene Strukturen gekennzeichnet, in denen die Moleküle der Verbindung in einer molekularen Struktur angeordnet sind, die für jede der drei mesomorphen Strukturen speziell ausgebildet ist. Jede dieser Strukturen ist im Zusammenhang mit den flüssigen Kristallen bekannt.

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Flüssige Kristalle sind empfindlich gegenüber Einflüssen der Temperatur, des Drucks, chemischer Fremdstoffe sowie elektrischer und magnetischer Felder, wie es in den französischen Patentschriften 1 484 584, 1 572 784 und 1 573 335 sowie in den US-Patentschriften 3 114 838 und 3 409 404 beschrieben ist.

Cholesterische flüssige Kristalle zeigen bekanntlich auch verschiedene erkennbare Texturen. Beispielsweise können cholesterische flüssige Kristalle eine homöotropische, eine fokal-konische oder eine Grandjean-Flachtextur sowie auch Modifikationen der cholesterischen Mesophase selbst annehmen, wie es von G.W.Gray in "Molecular Structure and the Properties of liquid Crystals", Academic Press, London, 1962, Seiten 39 bis 54, beschrieben ist.

In neuen und sich ausweitenden Bereichen der Technologie, beispielsweise bei der Bilderzeugung mit flüssigen Kristallen, werden oft neue Verfahren, Vorrichtungen, Zusammensetzungen und Fabrikationsartikel für die Anwendung einer neuen Technologie auf neuartige Weise gefunden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf neuartige Weise eine Bilderzeugung mit einem flüssigen Kristall zu ermöglichen, die einfach durchzuführen ist und eine gute Bildqualität liefert.

Ein Verfahren zur Umwandlung eines cholesterischen flüssig-kristallinen Materials aus seiner Grandjean-Textur in seine fokalkonische Textur ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Material einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, dessen Feldstärkewert einen Übergang in die fokal-konische Textur bewirkt.

Dieses Verfahren kann vorteilhaft zur Bilderzeugung angewendet werden, wobei der durch das elektrische Feld erzeugte Übergang der Textur in bildmäßiger Verteilung vorgenommen wird. Dadurch ergeben sich intensiv gezeichnete und scharfe Bilder, die vorüber·

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gehend oder auch für längere Zeit erhalten bleiben können, abhängig davon, ob das kristalline Material in seinem durch das elektrische Feld erzeugten Texturzustand bleibt oder in seinen anfänglichen Zustand zurückkehrt. Somit können Anzeigeoder Sichtvorrichtungen verwirklicht werden, die sich auch für farbige Darstellungen eignen und durch thermische oder elektrische Signale ansteuerbar sind.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Merkmalen und Vorteilen im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Ausführungs- ™ formen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer einen flüssigen Kristall enthaltenden Aufzeichnungsanordnung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers, bei dem das vorgegebene Bild durch die Form des flüssig-kristallinen Materials bestimmt ist, die wiederum durch die Form des Abstandselements zwischen zwei Elektroden begrenzt ist,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers, bei dem das vorgegebene Bild durch die Form zumindest einer der Elektroden be- M stimmt ist und

Fig. 4- eine Ausführungsform, bei der ein flüssig-kristalliner Aufzeichnungsträger zwischen Polarisatoren betrachtet wird.

In Fig. 1 ist ein einen flüssigen Kristall enthaltender Aufzeichnungsträger 10 dargestellt, der auch als Elektroden-Schichtanordnung bezeichnet werden kann. Zwei transparente Platten 11 mit transparenten und leitfähigen Überzügen 12 an der Kontaktfläche bilden zwei parallel zueinander angeordnete transparente Elektroden. Vorzugsweise wird eine Anordnung verwendet, bei der beide Elektroden transparent sind, so daß das Bild mit Durchsichtbeleuchtung betrachtet werden kann. Die Betrachtung einer

Anordnung mit reflektiertem Licht ist jedoch auch möglich, wobei dann nur eine transparente Elektrode vorgesehen sein muß, während die andere undurchsichtig sein kann. Die transparenten Elektroden sind durch ein Abstandselement 13 voneinander getrennt, das mit Leerstellen versehen ist, welche einen oder mehrere flache Hohlräume zur Aufnahme eines flüssig-kristallinen Films oder einer Schicht dieses Materials bilden. Diese ist das aktive Element der Abbildungsanordnung. Zwischen den Elektroden wird innerhalb eines Stromkreises 15 ein elektrisches Feld erzeugt, wozu eine Spannungsquelle 16 und Leitungen 17 vorgesehen sind. Der Stromkreis 15 kann ferner einen Schalter enthalten. Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle, eine Wechselspannungsquelle oder eine Kombination solcher Spannungsquellen sein.

Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß cholesterische flüssige Kristalle oder eine Mischung cholesterischer flüssiger Kristalle in einer Elektroden-Schichtanordnung der in Fig. 1 gezeigten Art bei Einwirkung eines elektrischen Feldes eine Umwandlung ihrer Textur erfahren, so daß die anfängliche Grandjean- oder "gestörte" Textur in eine fokalkonische oder "ungestörte" Textur umgewandelt wird. Die Grandäean-Textur ist gekennzeichnet durch die selektive Dispersion einfallenden Lichtes im Bereich einer Wellenlänge A ₀ (A₀ = 2np, wobei η der Brechungsindex des flüssig-kristallinen Films und ρ die Gitterteilung des flüssig-kristallinen Films ist) und durch eine optische Aktivität für Wellenlängen einfallenden Lichtes mit Abstand gegenüber der Wellenlänge A₀* Wenn A₀ im sichtbaren Spektrum liegt, so hat der flüssig-kristalline PiIm eine dem Wert Aq entsprechende Farbe, wenn Λ λ außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, so ist der Film farblos und nicht streuend. Die GrandJean-Textur der cholesterischen flüssigen Kristalle wird manchmal auch als die "gestörte" Textur bezeichnet.

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Die fokal-konische Textur ist gleichfalls durch eine selektive Dispersion gekennzeichnet, jedoch zeigt sie auch eine diffuse Streuung im sichtbaren Spektrum unabhängig davon, ob ^\ _Q im sichtbaren Spektrum liegt oder nicht. Die Erscheinung der fokal-konischen Textur ist milchig-weiß, wenn /N₀ außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt. Die fokal-konische Textur cholesterischer flüssiger Kristalle wird manchmal auch als "ungestörte" Textur bezeichnet.

Werden beispielsweise bei Durchführung der Erfindung cholesterische flüssige Kristalle in die nicht mit einer Spannung ver-

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sehene Elektrodenanordnung eingegeben, so erscheinen sie zunächst gefärbt oder farblos und durchsichtig. Wird die Elektrodenanordnung gemäß Fig. 4· zwischen Polarisatoren betrachtet, so erscheint sie gefärbt oder schwarz. Wird das elektrische Feld an den ^flüssig-kristallinen Film angeschaltet, so ist die dadurch erzeugte Texturänderung erkennbar, da der flüssig-kristalline Film in dem Bildbereich weiß wird, wenn die Anordnung in durchfallendem oder reflektiertem Licht betrachtet wird. Die Bilderzeugung ergibt somit ein weißes Bild auf dunklem oder farbigem Hintergrund. Zur Bilderzeugung können entweder die vom elektrischen Feld beeinflußten oder die nicht beeinflußten Bereiche verwendet werden, wobei Polarisatoren oder andere das Bild verbessernde Vorrichtungen wahlweise eingesetzt werden können.

Gegenüber bereits vorgeschlagenen Abbildungsverfahren arbeitet die Erfindung nach einem anderen Prinzip. Die verwendeten Spannungen und Feldstärkewerte beispielsweise zur Bilderzeugung im flüssigen Kristall sind geringer, ferner wird im vorgeschlagenen Fall eine optisch negative flüssig-kristalline Substanz in eine optisch positive mit übergang von der cholesterischen in die nematische Phase umgewandelt.

Bei der in Fig. Λ gezeigten Anordnung zur Bilderzeugung mit einem flüssigen Kristall können die Elektroden aus federn geeigneten transparenten und leitfähigen Material bestehen. Typische derartige Stoffe sind Glas- oder Kunststoffunterlagen mit transparenten und kontinuierlich leitfähigen überzügen aus leitfähigen Stoffen wie Zinn, Indiumoxid, Aluminium, Chrom, Zinnoxid und anderen geeigneten Stoffen. Diese transparenten und leitfähigen überzüge werden auf die schlechter leitfähige und transparente Unterlage aufgedampft. NESA-Glas, ein mit Zinnoxid überzogenes Glas, das von der Pittsburgh Plate Glass Company hergestellt wird, ist ein Beispiel für ein handelsüb-

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liehes transparentes und leitfähiges Elektrodenmaterial.

Das in Fig. 1 gezeigte Abstandselement 13» das die transparenten Elektroden voneinander trennt und den flüssig-kristallinen Film zwischen den Elektroden hält, ist chemisch neutral, transparent, weitgehend isolierend und hat geeignete dielektrische Eigenschaften. Zu diesem Zweck geeignete Stoffe sind Zelluloseacetat, Zellulosetriacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Polyurethanelastomere, Polyäthylen, Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Polycarbonate, Polyvinylfluorid, Polytetrafluoräthylen, Polyethylenterephthalat und Mischungen dieser Stoffe.

Solche Abstandselemente, die auch weitgehend die Stärke der Bilderzeugungsschicht oder des Films des flüssigen Kristalls bestimmen, haben vorzugsweise eine Starke im Bereich von ca. 0,25 mm oder weniger. Optimale Ergebnisse erreicht man mit Abstandselementen mit einer Stärke zwischen ca. 0,006 und 0,13 mm.

Der zur Bilderzeugung vorgesehene flüssig-kristalline Film kann 3^e<len geeigneten cholesterischen flüssigen Kristall oder Mischungen cholesterischer flüssiger Kristalle enthalten. Typische cholesterische flüssige Kristalle sind Derivate aus Reaktionen von Cholesterol und anorganischen Säuren, beispielsweise CholesterylChlorid, Cholesterylbromid, Chole steryljjodid, Cholesterylnitrat, Ester aus Reaktionen von Cholesterol und Carboxylsäuren, beispielsweise Cholesterylcrotonat, Cholesterylnonanoat, Cholesterylhexanoat, Cholesterylformat, Cholesteryldocosonoat, Cholesterylchloroformat, Cholesterylpropionat, Cholesterylacetat, Cholesterylvalerat, Cholesterylvacconat, Cholesteryllinolat, Cholesteryllinolenat, Cholesteryloleat, Cholesterylerucat, Cholesterylbutyrat, Cholesterylcaprat, Cholesteryllaurat, Cholesterylmyristat, Cholesterylclupanodonat, Äther von Cholesterol wie Cholesteryldecyläther, Cholesteryllauryläther, Cholesteryloleyläther, Oholesteryldodecyläther, Carbamate und Carbonate von Cholesterol wie

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Cholesteryldecylcarbonat, Cholesteryloleylcarbonat, Cholesteryl· methylcarbonat, Cholesteryläthylcarbonat, Cholesterylbutylcarbonat, Cholesteryldocosonylcarbonat, Cholesterylcetylcarbonat, Cholesterylheptylcarbamat, sowie Alkylamide und aliphatische Sekundäramine, abgeleitet von 3 ß-Amino-ίΑ -cholesten und Mischungen dieser Stoffe, Peptide wie Poly-/-Benzyl-.if -glutamat, Derivate von Beta-sitosterol wie Sitosterylchlorid und aktiver Araylester von Oyanbenzylidenaminocinnamat. Die Alkylgruppen in den Verbindungen sind typischerweise gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren oder Alkohole, die weniger als ca. 25 Kohlenstoffatome haben, und ungesättigte Ketten mit weniger als 5 Olefingruppen mit Doppelbindungen. Arylgruppen in den oben genannten Verbindungen enthalten typischerweise einfach substituierte Benzolringverbindungen. Jede der oben genannten Verbindungen und deren Mischungen sind zur Bildung cholesterischer flüssig-kristalliner Filme für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.

Die flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschichten oder Filme haben vorzugsweise eine Stärke im Bereich von ca. 0,25 mm oder weniger. Optimale Ergebnisse erhält man mit Schichten einer Stärke zwischen ca. 0,006 und 0,13 mm.

Außer den vorstehend genannten cholesterischen flüssig-kristallinen Stoffen kann der Bilderzeugungsfilm auch Mischungen cholesterischer und nematischer flüssig-kristalliner Stoffe enthalten. Beispielsweise Mischungen wie Oholesterylchlorid: Cholesterylnonanoat: N-p-Methoxy-benzyliden-p-phenylazoanit; Cholesterylchlorid: Cholesterylnonanoat: p-Azoxyanizol; und Cholesterylchlorid: Cholesterylnonanoat: Cholesteryloleylcarbonat: p-Azoxyanizol, können verwendet werden.

Weitere nematische flüssig-kristalline Stoffe, die sich für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Bildstoffmischungen eignen, sind: p-Azoxyanisol, p-Azoxyphenetol, p-Butoxybenzoesäure, p-Methoxycinnaminsäure, Butyl-p-anisyliden

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—ρ'—aminocinnamat, Anisyliden-para-amino-phenylacetat, ρ—Äthoxy— benzalamino-α-methylcinnamylsäure, 1,4—Bis-(p-Äthoxybenzyliden)-cyclohexanon, 4,4'-Dihexyloxybenzol, 4-,4-'-Diheptyioxybenzol, Anisal-p-amino-azobenzol, Anisaldazin, iX-benzolazo-(anisal- cL '-naphthylamin), η,η'-Nonoxybenzaltoluidin, Mischungen der vorstehenden Stoffe und viele andere.

Mischungen flüssiger Kristalle können in organischen Lösungsmitteln wie Chloroform, Petroleumäther, Methylethylketon und anderen gebildet werden, die danach aus der Mischung verdampfen, A so daß die flüssig-kristalline Mischung zurückbleibt. Auch können die individuellen flüssigen Kristalle der flüssig-kristallinen Mischung direkt miteinander durch Erhitzen der gemischten Komponenten über die isotrope Ubergangstemperatur kombiniert werden.

In Fig. 2 ist die anhand der Fig. 1 beschriebene Ausführungsform der Bilderzeugungsanordnung dargestellt, wobei o'edoch das erwünschte Bild durch die Form der Leerstellen in der Abstandsdichtung 13 bestimmt ist. Wie zuvor sind die transparenten Elektroden 18 durch das Abstandselement 13 voneinander getrennt, jedoch enthält der gesamte Bildbereich 19 den flüssigkristallinen Film. In dieser Ausführungsform enthalten die ge- " samten Innenflächen der transparenten Elektroden einen transparenten und leitfähigen überzug 12, und die leitfähigen überzüge sind elektrisch mit der Schaltung 15 verbunden. Beim Betrieb dieser Anordnung wird ein elektrisches Feld im gesamten Bereich des Abstandselements 13 erzeugt, jedoch wird das durch die mit dem elektrischen Feld erzeugte Texturänderung hervorgerufene Bild nur im Bereich 19 zur Erscheinung gebracht, wo der flüssigkristalline Film vorhanden ist. Abhängig davon, ob das erwünschte Bild mit Durchleuchtung oder durch reflektiertes Licht betraohtet werden soll, können eine oder beide Elektroden transparent sein.

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In Fig. 5 ist eine andere vorzugsweise Ausführungsform der Bilderzeugungsanordnung dargestellt. Das erwünschte Bild ist durch die Form einer Elektrode und damit durch die Verteilung des erzeugten elektrischen Feldes bestimmt. Die Bilderzeugungsanordnung besteht aus transparenten Platten 11, die durch eine Abstandsdichtung 15 mit einem Leerbereich 20 voneinander getrennt sind, welcher mit flüssigen Kristallen gefüllt ist. Dieser Bereich entspricht praktisch dem gesamten Bereich, der von dem Abstandselement 15 eingeschlossen wird. Das erwünschte Bi3ά ist durch die Form des transparenten und leitfähigen überzug;; 21 bestimmt, der an der Innenfläche einer oder beider transparenter Platten 11 vorgesehen ist. Er hat die Form des erwünschten Bildes. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt nur eine der beiden Elektroden in bildmäßiger Verteilung, gedoch ist dem Fachmann eine leichte Ausführung zweier aneinander angepaßter Elektroden möglich, die dasselbe Bild erzeugen. Wenn eine einzelne Bildelektrode verwendet wird, so kann die andere Elektrode eine transparente Platte 11 sein, die auf ihrer gesamten Innenfläche einen'transparenten und leitfähigen Überzug 12 trägt. Es sei bemerkt, daß ein sehr dünner oder praktisch unsichtbarer Leiter 22 verwendet wird, der die bildmäßig geformte Elektrode mit der Schaltung 15 verbindet, die auch mit dem leitfähigen überzug der anderen Elektrode verbunden ist. Beim Betrieb dieser Anordnung wird ein elektrisches Feld nur in den Bereichen erzeugt, in denen sich zwei Elektroden gegenüberstehen, d.h. zwischen der bildmäßig geformten Elektrode und der Gegenelektrode, unabhängig davon, ob die zweite Elektrode auch eine bildmäßige Formgebung hat. Eine der Elektroden kann durchsichtig sein, wenn das Bild mit reflektiertem Licht und nicht mit Durchsichtbeleuchtung betrachtet werden soll.

Soll das erwünschte Bild durch die Form einer oder mehrerer Elektroden bestimmt sein, so kann eine Elektrode die Konfiguration des Bilduntergrundes haben, und eine bildmäßig geformte Elektrode und die Untergrundelektrode können isoliert vonein-

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ander entweder durch einen Abstand oder durch Isolierstoff in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Ein solches koplanares Elektrodenpaar kann gleichzeitig als eine ganzflächige Elektrode betrieben werden.

In Fig. 4- ist eine Bilderzeugungsanordnung mit flüssigem Kristall dargestellt, die ein Paar transparenter Elektroden 13 enthält, zwischen denen ein Abstandselement 13 einen flüssig-kristallinen Film hält. Die Anordnung befindet sich zwischen Polarisatoren 23. Wie bereits beschrieben, haben cholesterische flüssige Kristalle selektiv dispergierende Eigenschaften, und wenn sie in ein elektrisches Feld gemäß der Erfindung eingegeben werden, tritt die Änderung von der Grandgean-Textur zur fokal-konischen Textur auf, wodurch der umgewandelte Teil des flüssig-kristallinen Films das Licht diffuser streut, wenn er durchleuchtet oder bestrahlt wird. Gleichzeitig bleiben die in dem Zustand der Grandijean-Textur verbliebenen Teile selektiv dispersionsfähig. Wenn eine derartige Anordnung mit einem flüssig-kristallinen Bilderzeugungsmaterial zwischen Polarisatoren betrachtet wird, wird das Licht der Lichtquelle durch den Polarisator 23 planpolarisiert und durch die flüssigen Kristalle in der Grandjean-Textur selektiv dispergiert, und zwar in den nicht zum Bild gehörenden Bereichen 25 (die den Bereichen 20 in Fig. 3 entsprechen). In den diffuser streuenden Bereichen mit fokal-konischer Textur 26 wird das Licht besser durchgelassen. Ein Betrachter 27 sieht dann das planpolarisierte Licht, das durch den Polarisator 23b gelangt und nach Erzeugung durch die Lichtquelle 24 gestreut und durch den Bildteil des Abstandselements 13 durchgelassen wurde. Obwohl das Licht mit dem Polarisator 23a in einer quer zur Ebene des Polarisators 23b liegenden Ebene polarisiert wurde, ist die Streuwirkung des cholesterischen flüssigen Kristalls zwischen den transparenten Elektroden derart, daß eine ausreichende Menge des zunächst planpolarisierten Lichts gestreut wird, so daß ein Teil davon durch den Polarisator 23b gelangt.

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In den nicht zum Bild gehörenden Flächen 25» in denen die flüssigen Kristalle in ihrer Grand^jean-Textur verbleiben, besteht die Wirkung der Polarisatoren 23 bei einander kreuzenden Polarisationsebenen darin, daß ein Teil oder das gesamte durch den Polarisator 23a durchtretende Licht abgeblendet wird, so daß die Bereiche 26 farbig oder dunkel erscheinen.

Die in Fig. 4- gezeigte Ausführungsform zur Bilderzeugung enthält einen flüssig-kristallinen Bilderzeugungsfilm zwischen Polarisatoren. Jede andere geeignete Anordnung zur Verbesserung der Bildflächen oder der Untergrundflächen kann in ähnlicher Weise wie die Polarisatoren vorgesehen sein. Beispielsweise können neben den Polarisatoren Randaufheller, optische Filter oder verschiedene andere Vorrichtungen vorgesehen sein, die die Qualität des erwünschten Bildes verbessern. Jedes erwünschte Bild kann dunkel auf hell, hell auf dunkel, farbig auf hell, hell auf farbig, farbig auf dunkel oder dunkel auf farbig erzeugt werden.

Außer den vorstehend beschriebenen Elektrodenschichtanordnungen kann ^eäee andere Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Feldes an einer flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht zur Durchführung der Erfindung angewendet werden. Beispielsweise können in verschiedenen anderen Ausführungsformen flüssigkristalline Bilderzeugungsschichten durch die die Texturänderung bewirkende Einwirkung mit einem Bild versehen werden, wobei z.B. das elektrische Feld durch einen gesteuerten Elektronenstrahl oder Röntgenstrahl erzeugt wird, der selektiv oder in bestimmter Folge getastet wird, wodurch jeder gewünschte Teil der flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht beeinflußbar ist. Ferner kann auch ein elektrostatisches latentes Bild auf einem Bildträger, beispielsweise auf einer elektrofotografischen Bildplatte, erzeugt werden, die nahe der flüssig-kristallinen Schicht angeordnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Spannungsquellen für die Erzeugung des elektrischen Feldes

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beide Polaritäten und entweder Wechselspannungsquellen, Gleichstromquellen oder kombinierte Spannungsquellen sein können.

Die cholesterischen flüssig-kristallinen Bilderzeugungsanordnungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, können auch durch thermische Einwirkung mit einem Bild versehen werden. Beispielsweise kann eine cholesterische Bilderzeugungsschicht in einem elektrischen Feld, das eine unter dem für die Texturänderung erforderlichen Wert liegende Feldstärke hat, mit einem thermischen Bild bestrahlt werden, so daß das Material im bestrahlten Bereich die Temperaturschwelle für die Texturänderung erreicht. In ähnlicher Weise können auch verschiedene andere Arten der selektiven Erwärmung oder Abkühlung der erwünschten Bildbereiche oder Untergrundbereiche durchgeführt werden, wobei gleichzeitig das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung gelangt.

Gemäß anderen Ausführungsformen der Bilderzeugung nach der Erfindung können mehrere individuelle Bilderzeugungszellen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, wobei eine oder mehrere Zellen in bildmäßiger Verteilung aktiviert werden, so daß auch damit jede gewünschte Ziffer oder jedes gewünschte Schriftzeichen auf dem gesamten Flächenbereich oder in einem Teil der Zellenanordnung erzeugt werden kann. Es sie darauf hingewiesen, daß jede und alle Bilderzeugungszellen so ausgeführt sein können, daß jedes gewünschte Schriftzeichen in jeder Sprache oder in jedem Zahlensystem oder auch jedes andere bildmäßig ausgeführte Zeichen verwirklicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Änderung der Textur eignet sich auch für die Verwirklichung einer vorübergehend wirksamen Sichtanzeige, wenn die elektrischen Felder an den flüssigkristallinen Bilderzeugungsschichten auf einen Wert unter dem für die Texturänderung erforderlichen Wert geschwächt werden.

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Wenn die Feldstärke unter diesen Schwellwert fällt, so nimmt das durch das Feld erzeugte Bild langsam seinen Anfangszustand der Textur an, der dazu erforderliche Zeitraum kann zwischen Bruchteilen einer Sekunde und Minuten oder Stunden liegen, was von der speziellen Ausführungsform, den verwendeten Stoffen, den Temperaturen, den Viskositäten der Stoffe und anderen Bedingungen abhängt. Erfolgt die Wiederaufnahme des Anfangszustandes innerhalb eines längeren Zeitraums, so können die damit verwirklichten Speichereigenschaften der flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht für Zwecke genutzt werden, bei denen de Erhaltung eines Bildes für einen gewissen Zeitraum nach seiner Erzeugung erwünscht ist.<Solche zeitweise wirksamen Bildspeicher können die gesamte Relaxationsperiode oder nur einen Teil dieses Zeitraums ausnutzen, innerhalb dessen die flüssig-kristalline Bilderzeugungsschicht aus ihrer fokal-konischen Textur wieder in ihre Grandjean-Textur gelangt. Solche die Rückbildung der Textur ausnutzende Anzeigevorrichtungen zeigen auch Farbänderungen, wenn das jeweilige Material wieder in seine Grandjean-Textur gelangt.

Wenn die Rückumwandlung der flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht in die Grandjean-Textur beschleunigt werden soll, können auch neben den natürlichen Vorgängen andere Einflüsse erzeugt werden. Beispielsweise kann die flüssig-kristalline Probe mechanisch gestört werden, indem die Ober- und Unterplatte gegeneinander verlagert werden. Ein weiteres Verfahren zur Erreichung der fokal-konischen Textur besteht in einer Erhitzung der Probe bis zu ihrem isotropen Zustand und einer nachfolgenden Abkühlung. Dieses letztere Verfahren kann verbessert werden, wenn die Probe unter mechanischer Druckeinwirkung abgekühlt wird. Es gibt weitere Möglichkeiten zur Umwandlung des jeweiligen Materials von der fokal-konischen Textur zurück in die anfängliche Grandjean-Textur.

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Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren speziellen Erläuterung der Erfindung hinsichtlich der Umwandlung eines cholesterischen flüssig-kristallinen Materials von der Grand^jean- oder "gestörten" Textur in die fokal-konische oder "ungestörte" Textur durch Einwirkung eines elektrischen Feldes. Anteile und Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben. Die folgenden Beispiele stellen einige vorzugsweise Ausführungsformen einer Bilderzeugung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.

BEISPIEL I

Eine flüssig-kristalline Bilderzeugungszelle zur Beobachtung der durch ein elektrisches Feld zu erzeugenden Texturänderung wird folgendermaßen hergestellt: eine Mischung flüssig-kristalliner Stoffe aus ca. 59 # Cholesterylchlorid und ca. 4-1 # Cholesterylnonanoat wird gebildet. Eine Schicht der flüssigkristallinen Mischung wird in Kontakt zwischen zwei transparente Elektroden aus NESA-Glas gebracht. Die transparenten Elektroden haben einen Abstand von ca. 0,037 nun, wozu ein Mylarabstandselement besteht. Mylar ist ein Polyesterharz der Firma DuPont. Die Elektroden sind in einem Stromkreis mit einem elektrischen Generator geschaltet, ferner ist eine Lichtquelle für weißes Licht hinter der Bilderzeugungsanordnung vorgesehen.

Die flüssig-kristalline Schicht hat zunächst ein klares Aussehen. Das elektrische Feld wird dann angeschaltet. Dadurch nimmt ein Teil der mit dem Bild bestrahlten flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht ein weißes, lichtstreuendes Aussehen an. Die Schwellenspannung für die Probe von ca. 0,037 nmi Stärke beträgt ca. 15 Volt bei einer Temperatur von ca. 25° 0, was einer Feldstärke von ca. 4- χ 10* V/cm entspricht. Bei Spannungen etwas über diesem Schwellwert ist die Änderung von der Grandjean-Textur zur fokal-konischen Textur klar zu erkennen.

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Wird mit dieser Anordnung eine Phasenänderung durchgeführt, die nach einem anderen bereits vorgeschlagenen Verfahren abläuft, so ist dazu eine Spannung von ca. 100 Volt bei ca. 25° C erforderlich, was einer Feldstärke von ca. 3 x 10 V/cm entspricht.

BEISPIEL II

Die Bilderzeugungszelle aus Beispiel I wird mit einer Mischung flüssig-kristalliner Stoffe verwendet, die aus ca. 55 # Cholesterylchlorid und ca. 45 # Cholesterylnonanoat besteht. Die Schwellenspannung für die ca. 0,037 mm starke Probe beträgt ca. 30 Volt bei ca. 25° C, was einer Feldstärke von ca. 8 χ 10* V/cm entspricht. Die Änderung der Textur ist bei dieser Zelle klar zu erkennen.

Mit dieser Bilderzeugungsmischung wird eine Phasenänderung nach dem bereits vorgeschlagenen Verfahren durchgeführt, hierzu ist eine Spannung von 400 Volt bei ca. 25° C erforderlich, was einer Feldstärke von ca. 1 χ 10 .V/cm entspricht. .

BEISPIEL III

Eine flüssig-kristalline Bilderzeugungszelle ähnlich derjenigen aus Beispiel I wird hergestellt, indem eine Mischung flüssig-kristalliner Stoffe aus ca. 30 % Cholesterylchlorid, ca. 56 % Cholesterylnonanoat und ca. 14 % Oleylcholesterylcarbonat verwendet wird. Die transparenten Elektroden dieser Zelle haben einen Abstand von ca. 0,08 mm, wozu ein Abstandselement aus Teflon verwendet wird. Teflon ist ein Tetrafluoräthyl en-Fluorkohl enstoffharz, erhältlich von DuPont. Die Texturänderung erfolgt bei einer Schwellenspannung von ca. 100 Volt bei ca. 25° C, was einer Feldstärke von ca. 1,3 χ 10 V/cm entspricht. Die Texturänderung ist klar zu erkennen. Die Schwellenspannung für die Änderung von cholesterischer zu nematischcr Phase beträgt bei dieser Anordnung ca. 3,7 x 10 V/cm bei ca. 25° C

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BEISPIELE IV BIS VI

Bei der in Beispiel I beschriebenen Bilderzeugungszelle wird die Änderung von der Grand;] ean-Textur zur fokal-konischen Textur beoabachtet, wobei jeweils die folgenden Mischungen cholesterischer flüssiger Kristalle für die Bilderzeugungsschicht verwendet werden:

IV Oa. 20,8 # Cholesterylchlorid, ca. 38,7 % Cholesterylnonanoat und ca. 40,5 % Oleylcholesterylcarbonat.

V Ca. 23,2 # Cholesterylchlorid, ca. 43 % Cholesterylnonanoat und ca. 33,8 % Oleylcholesterylcarbonat.

VI Ca. 48 % Cholesterylchlorid und ca. 52 % Cholesterylpropionat.

BEISPIEL VII

Eine weitere Ausführungsform einer flüssig-kristallinen Bilderzeugungszelle, die zur Beobachtung der mit einem elektrischen Feld erzeugten Texturänderung geeignet ist, wird folgendermaßen hergestellt: die transparenten Elektrodenplatten werden mit einem Gittermuster transparenter und leitfähiger Streifen versehen, die durch isolierende Abstände voneinander getrennt sind. Die leitfähigen Streifen bestehen aus aufgedampften Linien aus Chrom. Die beiden transparenten Gitterelektrodenplatten werden auf den beiden Seiten einer flüssig-kristallinen Bilderzeugungsschicht angeordnet, die innerhalb eines Teflon-Abstandselements gehalten wird und eine Stärke von ca. 0,025 mm hat. Die beiden Platten werden so ausgerichtet, daß die Gitterlinien der einen Platte senkrecht zu denen der anderen Platte verlaufen. Eine Mischung flüssig-kristalliner Bilderzeugungsstoffe aus ca. 55,6 # Cholesterylchlorid, ca. 37 % Cholesterylnonanoat und ca. 7,4 % N-Phenyl-1-naphthyiamin wird in den Leerraum im Teflon-Abstandselement eingegeben. Das Bilderzeugungsmaterial hat zunächst den Zustand der Grandjean-Textur. Es ist eine elektrische Vorrichtung vorgesehen, mit der die Gitterlinien

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einer Jeden transparenten Elektrode mit einer Spannung nacheinander abgetastet werden, die unter dem Schwellwert für die Texturänderung liegt. Unter Verwendung der beschriebenen Mischung flüssig-kristalliner Stoffe bei Raumtemperatur beträgt die Schwellenspannung ca. 10 Volt, so daß eine Spannung von ca. 5 Volt zur Abtastung der Gitterlinien jeder transparenten Elektrodenplatte anwendbar ist. Die Polarität der Spannung ist derart, daß in den Bereichen zwischen den Kreuzungen der Gitterlinien bei Abtastung beider Platten ein elektrisches Feld mit einer Stärke erzeugt wird, die über dem Schwellwert für die Texturänderung liegt. Auf diese Weise wird die Texturänderung in den Kreuzungsbereichen bewirkt. Durch Anschaltung einer Spannung an jede gewünschte Kombination von Gitterlinien der beiden Elektroden können verschiedene Bereiche der Bilderzeugungsschicht mit einem Bild versehen werden, wodurch jede gewünschte Bildzusammensetzung im gesamten Bereich der Bilderzeugungszelle verwirklicht werden kann. Werden die die Texturänderung erzeugenden leider abgeschaltet und sind die flüssig-kristallinen Stoffe mit einem Bild versehen, so beträgt die Speicherzeit beispielsweise ca. 25 Minuten bei ca. 25 C. Dieser Zeitraum von 25 Minuten repräsentiert die Periode, innerhalb der das Bxlderzeugungsmaterial in natürlicher Weise aus seiner fokal-konischen Textur zurück in seine Grandjean-Textur gelangt.

BEISPIEL VIII

Eine Bilderzeugungszelle der in Beispiel VII beschriebenen Art wird mit einer Mischung von ca. 60 # Cholesterylchlorid und ca. 4-0 # Cholesterylnonanoat versehen. Die die Texturänderung erzeugenden Felder werden nach Bilderzeugung abgeschaltet, die Anordnung arbeitet als Speichersichtanordnung, sie speichert das Bild bei einer Temperatur von ca. 25° C für mehrere Stunden.

Obwohl in den vorstehenden Beispielen spezielle Materialien und Stoffmengen genannt wurden, können auch andere geeignete

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Stoffe verwendet werden und Änderungen der verschiedenen Verfahrensschritte vorgesehen sein. Ferner können Zusatzstoffe und weitere Verfahrensschritte vorhanden sein, durch deren Änderungen eine synergistische, verbessernde oder anderweitig günstige Auswirkung auf die Eigenschaften des Verfahrens erzielt wird. Beispielsweise können auch andere Mischungen flüssiger Kristalle vorgesehen sein, die eine Texturänderung durch Einwirkung eines elektrischen Feldes erfahren. Solche Mischungen können hierzu eine etwas andere Stärke, Schwellenspannungen oder Temperaturwerte erfordern. In ähnlicher V/eise können auch andere Anordnungen zur Erzeugung der elektrischen Felder oder zur Projektion thermischer Bilder vorgesehen sein, durch die die Schwellenspannung geändert wird.

Zahlreiche weitere Änderungen und andere Ausführungsformen der Erfindung sind dem Fachmann nach Kenntnis der vorstehenden Beschreibung möglich. Sie werden insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung erfaßt.

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Claims

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Patentansprüche

\\J Verfahren zur Umwandlung eines cholesterischen flüssigkristallinen Materials aus seiner Grandjean-Textur in seine fokal-konische Textur, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, dessen Feldstärkewert einen Übergang in die fokal-konische Textur bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld mit einer Feldstärke unter dem für die Änderung vom cholesterischen in den nematischen Zustand des flüssig-kristallinen Materials erforderlichen Wert erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein cholesteriscb.es flüssig-kristallines Material verwendet wird, das einen oder mehrere der folgenden Stoffe enthält: Cholesterylchlorid, Cholesterylnonanoat, Oleylcholesterylcarbonat, Cholesterylpropionat, N-Phenyl-1-naphthylamin.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssig-kristallines Material verwendet wird, welches eine Mischung cholesterischer und nematischer flüssig-kristalliner Stoffe enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur bildmäßig verteilten Texturumwandlung, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld nach der Texturumwandlung auf einen Wert unter dem für die Texturumwandlung erforderlichen Wert verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der erzeugten Texturumwandlung ein flüssigkristallines Material verwendet wird, welches auch nach Ver-

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ringerung der Feldstärke seine umgewandelte Textur behält.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein bildmäßig verteiltes, cholesterisches flüssig-kristallines Material zwischen zwei Elektroden verwendet wird, von denen zumindest eine durchsichtig ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwei durchsichtige Elektroden verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7_T dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl voneinander unabhängig zu betreibender Bilderzeugungszellen verwendet werden, die jeweils ein cholesterisches flüssig-kristallines Material enthalten und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und daß die Zellen individuell und unabhängig voneinander in die fokal-konische Textur versetzt werden, so daß ein aus bestimmten Zellen zusammengesetztes Bild entsteht.

10. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht eines flüssig-kristallinen Materials zwischen zwei Elektroden verwendet wird, von denen zumindest eine durchsichtig ist und zumindest eine die Form des gewünschten Bildes hat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durchsichtige Elektroden verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden die Form des erwünschten Bildes haben.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode, die durchsichtig und bildmäßig geformt ist, und eine damit in gemeinsamer Ebene angeordnete durchsich-

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tige Elektrode rait einer dem Bilduntergrund entsprechenden Formgebung verwendet wird.

14-. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl unabhängig voneinander in einer gemeinsamen Ebene angeordneter Bilderzeugungszellen verwendet werden, die jeweils ein cholesterisches flüssig-kristallines Material enthalten und unabhängig voneinander in die fokal-konische Textur versetzt werden, so daß ein zusammengesetztes Bild in der Ebene entsteht.

15. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des cholesterischen flüssig-kristallinen Materials entsprechend- der bildmäßig geformten Elektrode ausgebildet und kongruent mit ihr angeordnet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Bild mittels einer Vorrichtung betrachtet wird, die den .Kontrast zwischen den Bildflächen und den Untergrundflächen verbessert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als den Kontrast verbessernde Vorrichtungen Polarisatoren verwendet werden.

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