DE2112961C2

DE2112961C2 - Elektro-optischer Flüssigkristall-Modulator

Info

Publication number: DE2112961C2
Application number: DE2112961A
Authority: DE
Inventors: Georges Assouline; Michel Hareng; Eugene Paris Leiba
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-03-17
Filing date: 1971-03-17
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB1350627A; CH522234A; DE2112961A1; FR2082477A5; NL7103402A; US3718381A; CA929612A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrooptischen Flüssigkristall-Modub'or mit zwei leitenden, lichtdurchlässigen Elektroden, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist, mit einen· Modulationssignalgenerator, der an die Elektroden ein Modulationssignal anlegt, das die Flüssigkristallschicht Jurch Störung der molekularen Ausrichtung in den streuenden Zustand steuert, und mit einem Wechselspannungsgenerator, dessen an die Elektroden angelegtes Ausgangssignal eine beschleunigte Relaxation der Moleküle der Flüssigkristallschicht bewirkt

Vorrichtungen dieser Art werden insbesondere als optische Diffusoren oder auch als optische Anzeigeelemente für eine elektrische Größe verwendet

Ein derartiger elektro-optischer Modulator ist bereits aus »Appl.-Phys. Letters« 13, 1968, Seiten 132-133, bekannt

Die von einer Flüssigkristallzelle entlang dem normalen Lichtweg durchgelassene Lichtmenge fällt merklich ab, wenn man an diese Zelle eine Gleichspannung oder Wechselspannung anlegt, deren Amplitude eine bestimmte Spannungsschwelle überschreitet. Wenn man diese Spannung zu Null macht, stellt man fest, daß die Zelle ihren Zustand der Transparenz oder Spiegelreflexion verhältnismäßig langsam wieder gewinnt.

Bei der bekannten Anordnung wird eine Zelle aus gemischten nematischen und cholesterischen Flüssigkristallen verwendet, bei der der Streuzustand nach Abschalten der Anregungsspannung mehrere Stunden erhalten bleibt Durch ein Lösch-Wechselfeld kann der transparente Zustand in 0,5 bis 2,5 Sekunden wiederhergestellt werden. Bei einer Zelle mit nur einem Flüssigkristall in derselben Phase kann die Erholungszeit, die bis zum Erreichen des transparenten Zustands vergeht, in der Größenordnung von 0,25 Sekunden liegen, wenn kein Löschfeld angelegt wird. Diese Erscheinung einer langsamen Erholung ist unangenehm, .. denn sie, verhindert eine schnelle Modulation des 'optischen Trajismjssionsverroögens einer Ffössigkristallzelle.

Aus »IEEETransactions on Electron Peyices« EP 17, (Januar 1970), Seiten 22—26, ist: es_v ferner bereits bekannt, zur Löschung der Anzeige eines Flüssigkristalls einen Löschimpuls, dessen Dauer z.B. 100us beträgt, anzulegen. Bei komplexen Anzeigesystemen ist jedoch eins Vielzahl von Schaltelementen und Schaltkreiseil' erforderlich, um alle Punkte des Systems getrennt zur Löschung anzusteuern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektro-optischen Flüssigkristall-Modulator zu schaffen, der ohne umfangreiche Schaltkreise mit vielen Schaltelementen zur is schnellen Löschung der verschiedenen Anzeigezonen t'jskommt

Diese Aufgabe wird durch einen elektro-optischen Flüssigkristall-Modulator der eingangs genannten Art gelöst, der gemäß der Erfindung dadurch gekeanzeichnet ist, daß das Ausgangssignal des Wechselspannungs generators unabhängig vom Zustand des Modulationssignals permanent an die Elektroden angelegt ist und das Modulationssignal dem Ausgangssignal additiv überlagert ist

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektro-optischen Flüssigkristall-Modulators nach der Erfindung; und Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung seiner Wirkungsweise.

Eine Lichtquelle 1 beleuchtet eine streuende Zelle, die durch zwei lichtdurchlässige Platten 2 und 3 gebildet ist, die an einem Träger 4 befestigt sind. Die Innenflächen der Platten 2 und 3 sind leicht metallisiert damit sie leitend sind, aber dennoch eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Sie bilden die Elektroden 6 und 7, die in Kontakt mit dem Flüssigkristall 5 stehen, der das Innere der Zelle ausfüllt Der Flüssigkristall 5 befindet sich in der nematischen Phase. Die Elektr-.de 6 ist an eine elektrische Modulationssignalquelle 11 angeschlossen, die das Modulationssignal für den Modulator liefert Die Elektrode 7 ist mit einem Wechselspannungsgenerator 13 verbunden. Ein Entkopplungsglied 12 kann zur Entkopplung der Eingangsanschlüsse des Modulators gegenüber dem Generator 13 vorgesehen sein.

Wenn zwischen den Elektroden 6 und 7 keine Spannung vorhanden ist, können sich die Moleküle des Flüssigkristalls 5 in bezug auf die Innenflächen der so Platten 2 und 3 so ausrichten, daß sie das von der Quelle 1 kommende Licht nicht streuen. Wenn man zwischen diesen Elektroden 6 und 7 eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung anlegt, stellt man fest, daß von einer bestimmten Spannungsschwelle an die molekulare Ausrichtung merklich gestört wird, was zur Folge hat, daß das empfangene Licht von der Zelle gestreut wird. Die Erfahrung zeigt, daß die Spannungsschwelle, von der an die elektrische Erregung die Streuungserscheinung entstehen lassen kann, von der Art der angelegten Spannung abhängt. Die niedrigste Schwelle entspricht dem Anlegen einer Gleichspannung. Wenn eine Wechselspannung angelegt wird, erhöht sich die Schwelle, und zwar um so mehr, je höher die Frequenz der Wechselspannung ist. Das Gesetz der Änderung der Spannungsschwelle V als Funktion der Frequenz f ist durch die in F i g. 2 wiedergegebene Kurve skizziert. Diese Kurve teilt den Quadrant VOf'm zwei Zonen. Der Bereich, in welchem die Zelle streut, entspricht

der oberen Zone, weil jeder Punkt dieses Bereichs eine Spannungsamplitude definiert, welche die durch die Kurve festgelegte Schwelle überschreitet. Die zwischen der Kurve und der /"Achse liegende Zone entspricht dem streuungslosen Zustand der Zelle,

Der Generator 13 legt an die Flüssigkristallzelle eine Wechselspannung an, deren Amplitude größer als die Gleichspannungsschwelle OM von F i g. 2 ist, doch ist die Frequenz des Generators so bemessen, daß keine Störung der Ausrichtung der Moleküle des Ftüssigkristalls verursacht wird. Wenn die Modulationssignalquel-Ie 11 ein Modulations- bzw. Steuersignal liefert, wird die molekulare Ausrichtung gestört, doch sobald dieses Signal unterbrochen wird, erfoigt unter der Wirkung der vom Generator 13 gelieferten Wechselspannung eine schnelle Wiederausrichtung.

Wenn der Generator 13 nicht vorhanden ist, erfordert die molekulare Wiederausrichtung sehr viel mehr Zeit. Beispielsweise wird bei einer Flüssigkristallzelle in der nematischen Phase, bei der die Wiederausrichtung spontan in 250 Millisekunden erfolgen kann, diese Dauer auf 10 Millisekunden verringert, wenn ihr ein Generator 13 zugeordnet wird, der eine Wechselspannung von 140 Volt Effektivwert bei 5 kHz liefert.

Bei der Schaltung von F i g. 1 wird das Steuersignal einfach der vom Generator 13 gelieferten Wechselspannung überlagert Man kann an den Klemmen der Quelle 11 ein Sperrfilter 2 vorsehen, das auf die Frequenz der Wechselspannung abgestimmt ist, um zu verhindern, daO ein Störwechselstrom Pber den Steuerkreis fließt. Natürlich kann der Generator 13 mehrere Flössigkristallzellen speisen.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung sind die Amplitude und die Frequenz der vom Generator 13 abgegebenen Wechselspannung so bemessen, daß der diesen Koordinaten entsprechende Punkt in Fig,2 unter die Kurve der Schwellenspannung fällt, bei der die molekulare Ausrichtung gestört wird.

Natürlich ist es auch möglich, einen Generator vorzusehen, der zu der Flüssigkristallzelle eine Spannung liefert, die beim Fehlen eines Steuersignals Amplituden-und Frequenzkoordinaten hat, die dem Punkt E von Fig.2 entsprechen, während diese Koordinaten beim Vorhandensein eines Steuersignals dem Punkt Fentsprechen, der auf der anderen Seite der Schwellenspannungskurve liegt. In diesem Fall ist der Wechselspannungsgenerator gleichzeitig amplituden- und frequenzmoduliert.

Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der elektrooptische Effek· ein dynamischer Streuungseffekt, wie er auftritt, wenn sich der Flüssigkristall in der nematischen Phase befindet. Wenn sich der Flüssigkristall in der smektischen oder cholesterischen Phase befindet, bewirkt der Wechselspannungsgenerator gleichfalls eine Verkürzung der Erholungszeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Elektro-öpttscher Flössigkristall-Modulator mit zwei elektrisch leitenden, lichtdurchlässigen Elektroden, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist, mit einem Modulationssignalgenerator, der an die Elektroden· ein Modulationssignal anlegt, das die Flüssigkristajlschicht durch Störung der molekularen Ausrichtung, in den streuenden Zustand steuert, und miteitiem Wechselspannungsgenerator, dessen an die Elektroden angelegtes Ausgangssignal eine beschleunigte Relaxation der Molekaie der Flüssigkristallschicht bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (V) des Wechselspannungsgenerators (13) unabhängig vom. Zustand des Modulationssignals permanent art die Elektroden (6,7) angelegt 1st und das Modulationssignal dem Ausgangssignal (V) additiv überlagert ist.

2. Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flüssigkristall (5) in der nematischen Phase befindet

3. Elektro-optischer Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entkopplungsanordnung (12) an die Elektroden (6) angeschlossen ist