DE2415321A1

DE2415321A1 - Farbdarstellungsvorrichtung auf basis von fluessigkristallen und verfahren zur schaffung der farbdarstellung

Info

Publication number: DE2415321A1
Application number: DE2415321A
Authority: DE
Inventors: James E Adams; James H Becker; Werner E L Haas
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2235444A1; JPS5038495A; US3836230A; IT1015441B; NL7408732A; FR2235444B1; CA1018685A

Description

Xerox Corporation, Rochester, N.Y. / USA

Farbdarstellungsvorrichtung auf Basis von Flüssigkristallen und Verfahren zur Schaffung der Farbdarstellung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung und insbesondere eine solche, bei der eine Vielzahl von Schichten aus unterschiedlichen, optisch negativen Flüssigkristallin-Materialien verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Schaffung einer Farbdarstellung.

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Der Begriff "Flüssigkristalle" hat sich für flüssigkristalline Materialien durchgesetzt, die zweifache physikalische Eigenschaften zeigen. Zum einen haben sie typische Eigenschaften von Flüssigkeiten und zum anderen eine gewöhnlich nur bei Festkörpern feststellbare Eigenschaft. Flüssigkristalle haben mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise viskoses Verhalten, wie es im allgemeinen mit Flüssigkeiten verbunden ist. Die optischen Streu- und Durchlaßeigenschaften von Flüssigkristallen sind ähnlich denen von gewöhnlichen, bloßen Feststoffen. Bei Flüssigkeiten oder fließfähigen Medien sind die Moleküle gewöhnlich willkürlich über die gesamte Substanzmasse verstreut. Im Gegensatz dazu sind die Moleküle von kristallinen Feststoffen im allgemeinen starr orientiert und in einer spezifischen kristallinen Struktur angeordnet. Flüssigkristalle ähneln Feststoff kristallen darin, daß die Moleküle von ersteren regelmäßig in einer Weise ausgerichtet sind, die in einem etwas geringeren Ausmaß mit der molekularen Orientierung von kristallinen Feststoffen vergleichbar ist. Zahlreiche Substanzen zeigen flüssigkristalline Eigenschaften in einem relativ engen Temperaturbereich, doch unterhalb dieser Bereiche erscheinen die Substanzen gewöhnlich als kristalline Feststoffe, während sie oberhalb der Bereiche gewöhnlich als Flüssigkeiten auftreten.

Flüssigkristalle treten bekanntlich in drei unterschiedlichen Formen auf: smektisch, nematisch und cholesterisch. Diese Strukturformen werden häufig als Mesophasen bezeichnet, was andeuten soll, daß sie einen Zustand zwischen dem kristallinen und flüssigen aufweisen. Die drei mesophasen Formen von Flüssigkristallen zeichnen sich durch unterschiedliche physikalische Strukturen aus, wobei die Moleküle in einer speziellen, für jede der drei mesomorphen Strukturen typischen Weise angeordnet sind. Jede der genannten Strukturen ist seit langem bekannt.

Einige flüssigkristalline Substanzen besitzen optisch negative Eigenschaften. Doppelbrechung ist ein optisches Phänomen, was

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bei vielen Feststoffkristallen und sämtlichen Flüssigkristall-Substanzen vorliegt. Wird ein unpolarisierter Lichtstrahl auf eine doppelbrechende Substanz geworfen, so wird er in zwei polarisierte Komponenten aufgespalten, deren Querschwingungen unter einem rechten Winkel zueinander stehen. Die beiden Komponenten breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Substanz aus und treten als polarisierter Lichtstrahl zutage. Durch den Ausdruck "optisch negative Flüssigkristall-Materialien", wie er nachfolgend benutzt wird, soll angedeutet werden, daß es sich um Materialien handelt, deren außerordentlicher Brechungsindex T]E kleiner als der ordentliche Brechungsindex -η ο ist. Cholesterische Flüssigkristall-Substanzen zeigen diese Verhaltensweise. Eine detaillierte Beschreibung des Phänomens ist in Optical Crystallography, Wahlstrom, 4. Ausgabe, Wiley and Sons, Inc., New York, zu finden.

Die Moleküle in cholesterischen Flüssigkristallen sind in sehr dünnen Schichten angeordnet, wobei die Längsachsen der Moleküle parallel zueinander und zur Ebene der Schichten liegen. Wegen der Asymmetrie und der sterischen Natur der Moleküle wird die Richtung der Längsachsen der Moleküle in jeder Schicht geringfügig von der entsprechenden Richtung in benachbarten Schichten versetzt. Diese Versetzung ist kumulativ über nachfolgende Schichten, so daß die Gesamtversetzung einen schraubenlinienformigen Weg hinterläßt. Eine eingehende Beschreibung der Struktur von cholesterischen Flüssigkristallen ist in Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals, G.W. Gray, Academic Press, 1962, gegeben.

Cholesterische Flüssigkristalle haben die Eigenschaft, daß, wenn die Fortpflanzungsrichtung von ebenem polarisierten oder unpolarisierten Licht längs der schraubenlinienformigen Achse liegt, d.h. wenn das Licht in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Moleküle eintritt, dieses Licht im wesentlichen ungehindert durch dünne Filme aus solchen Kristallen, außer für ein Wellenlängenband, hindurchtreten kann, das etwa auf eine Wellenlänge

Q 9 8 C W Π 8 Γ. /.

Λ zentriert ist. Dabei bedeutet λ =2 η.ρ mit η = Brechungsindex der flüssigkristallinen Substanz und ρ = Grundmaß oder Wiederholungsabstand der schraubenlinienförmigen Struktur. Die Halbintensitäts-Bandbreite Δλ. des auf etwa Λ gemitteten Wellenlängenbandes liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 1/10 bis 1/30 der Mittenwellenlänge. Für ein Licht mit einer Wellenlänge Λ zeigt das cholesterische Flüssigkristall unter diesen Bedingungen eine selektive Lichtreflexion, so daß etwa 50% des Lichtes reflektiert und etwa 50% durchgelassen werden, wenn man die gewöhnlich vorkommenden Absorptionen vernachlässigt. Dabei sind die reflektierten und durchgelassenen Lichtstrahlen annähernd zirkular in entgegengesetztem Sinne polarisiert.

Bei Licht mit Wellenlängen um λ , jedoch nicht bei λ , ist der gleiche Effekt, jedoch nicht so ausgeprägt, vorhaiden. Das durchgelassene Licht ist nicht zirkular polarisiert, sondern elliptisch polarisiert. Cholesterische Flüssigkristalle, die die Eigenschaft der selektiven Lichtreflexion in einem um etwa A gemitteten Bereich zeigen, werden in der Grandjean oder "gestörten" Textur eingereiht. Falls A im sichtbaren Bereich des Spektrums liegt, erscheinen die flüssigkristallinen Filme mit einer Farbe entsprechend dem A -Wert, während sie bei einem A -Wert außerhalb des sichtbaren Spektrums bei Betrachtung unter normalem Einfallswinkel farblos erscheinen.

Abhängig von dem inneren Drehsinn der Schraubenlinie, d.h. bei Rechts- oder Linksläufigkeit, wird das in den Bereich um etwa A durchgelassene Licht entweder rechtsläufig zirkular polarisiert (RHCPL) oder linksläufig zirkular polarisiert (LHCPL). Das durchgelassene Licht ist mit dem gleichen Polarisationssinn zirkular polarisiert, wie er dem Wesen der Schraubenlinie entspricht. Somit läßt ein cholesterisches Flüssigkristall mit einer inneren schraubenlinienförmigen Struktur, die linksläufig ist, LHCPL durch, während bei einer rechtsläufigen schraubenlinienförmigen

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Struktur RHCPL durchgelassen wird. Diese Eigenschaft von cholesterischen Flüssigkristallen hat man als "reflektiven Zirkulardichroismus" bezeichnet.

Nachfolgend werden die cholesterischen Flüssigkristall-Substanzen in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Sprachgebrauch durch die Art des Lichtes, das bei.λ reflektiert wird/ identifiziert. Wenn von einem rechtslaufigen Film gesprochen wird, so ist damit ein Film gemeint, der RHCPL reflektiert, während es sich bei einem linksläufigen Film um einen LHCPL reflektierenden handelt.

Eine rechtsläufige cholesterische Flüssigkristall-Substanz überträgt LHCPL im wesentlichen vollständig bei λ , während die gleiche Substanz fast vollständig RHCPL reflektiert. Umgekehrt ist ein linksläufiger Film annähernd transparent für RHCPL bei Λ und reflektiert LHCPL. Da ebenes polarisiertes oder unpolarisiertes Licht gleiche Mengen an RHCPL und LHCPL enthält, läßt ein cholesterischer Flüssigkristallfilm annähernd 50% bei λ durch, wenn das Flüssigkristall sich in seiner Grandjean-Textur befindet.

Eine weitere außergewöhnliche optische Eigenschaft von optisch negativen Flüssigkristallfilmen liegt darin, daß im Gegensatz zur normalen Situation, bei der ein durch beispielsweise einen Spiegel reflektiertes Licht den Sinn der Zirkularpolarisation des reflektierten Lichtes umkehrt, dieses Phänomen nicht bei Licht auftritt, das mit solchen Flüssigkristallfilmeij reflektiert wird. Der Sinn der Zirkularpolarisation von durch diese Flüssigkristall-Substanzen reflektiertem Licht wird nicht umgekehrt, sondern bleibt derselbe wie zuvor bei Berührung mit der Substanz * Wenn beispielsweise RHCPL mit einer Wellenlänge λ auf einen rechtslaufigen Film mit λ = 2 np gerichtet wird und im wesentlichen vollständig reflektiert wird, verbleibt nach der Reflexion RHCPL. Falls man dasselbe Licht auf einen Spiegel richten würde, so würde das reflektierte Licht LHCPL sein.

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Aufgrund dieser Eigenschaften und anderer haben sich optisch negative, flüssigkristalline Substanzen als besonders vorteilhaft für viele Anwendungsfälle, wie beispielsweise bei Abbildungs- und Darstellungstechniken, optischen Filtern, Einrichtungen zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten in Oberflächen, Lichtmodulationssystemen, usw., erwiesen. In zunehmenden technologischen Bereichen, so auch auf dem Gebiet der Flüssigkristalle, werden häufig neue Anwendungsweisen bekannter Technologien entdeckt. Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Darstellungssystem, bei dem eine Vielzahl von Filmen oder Schichten aus unterschiedlichen, optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien verwendet wird.

Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein neues Flüssigkristall-Darstellungssystem zu schaffen. Weitere Ziele der Erfindung sind die Schaffung von: einem Darstellungssystem mit einer Vielzahl von Filmen oder Schichten aus unterschiedlichen, optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien; einem Darstellungssystem, das den reflektiven, zirkulären Dichroismus von optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien ausnutzt; einem Darstellungssystem, das in Zweifarbenweise betrieben werden kann, oder das in Dreifarbenweise betrieben werden kann; einem Darstellungssystem, das die Eigenschaft besitzt, verschiedene Farbtöne zu reproduzieren; und schließlich einem Darstellungssystem, das mit sehr hoher Frequenz betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele gelöst durch eine Einrichtung zum Schaffen eines im wesentlichen vollständig linear polarisierten Lichtes; eine elektrooptische Einrichtung zur Änderung des Polarisationszustandes des Lichtes, die in dem durch die lichtschaffende Einrichtung gebildeten Lichtweg angeordnet ist; eine Abtasteinrichtung zum Verteilen des Lichtes über 'einen Bildschirm, die im Lichtweg hinter der elektrooptischen Einrichtung angeordnet ist; und einen das Licht von der Abtasteinrichtung empfangenden Bildschirm mit wenigstens zwei Filmen aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien mit einem Lichtreflexionsband mit einer mittleren Wellenlänge A_Q, wobei das

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optisch negative, flüssigkristalline Material wenigstens eines der beiden Filme einen λ -Wert und einen inneren Drehsinn hat_f die sich von dem optisch negativen, flüssigkristallinen Material des anderen Films unterscheiden.

Das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem enthält damit eine elektrooptische Zelle, durch die der Polarisationszustand des einfallenden Lichtes verändert werden kann. Ferner ist eine Einrichtung zum Abtasten des Bildschirmes mit dem einfallenden Licht vorgesehen, wobei der Bildschirm eine Vielzahl von Filmen oder Schichten aus optisch negativen Materialien umfaßt. Das System oder die Vorrichtung kann in Zwei- oder Dreifarbenweise betrieben werden und hat die Eigenschaft, verschiedene Farbtöne zu erzeugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels des Farbdarstellungssystems nach • der Erfindung,

Fig, 2 eine teilweise schematische Querschnittsansicht eines Bildschirms,

Fig. 3 eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Bildschirms,

Fig. 4 eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Bildschirms, und

Fig. 5 eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bildschirms mit einer Einrichtung zum Verschieben des Lichtreflexionsbandes von einem Flüssigkristallfilm.

Gemäß Fig. 1 wird von einer Lichtquelle 10 ein Lichtstrahl 12 durch eine elektrooptische Zelle 14 gerichtet, die mit einer

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elektrischen Spannungsquelle 16 verbunden ist und in der der Polarisationszustand des Lichtstrahles 12 entsprechend einem bestimmten Eingangssignal verändert wird. Von der elektrooptischen Zelle 14 wird der Lichtstrahl in eine Ablenkeinrichtung oder einen Strahldeflektor 18 geleitet, durch den der Lichtstrahl über einen allgemein mit 20 bezeichneten Bildschirm nach einem bestimmten Muster abgelenkt wird. Der Bildschirm umfaßt optisch negative Filme 22 und 24 aus Flüssigkristall, die an beiden Seiten eines wahlweisen Tragkörpers 26 angeordnet und von wahlweisen Schutzlagen 28 und 30 und Abdichtungen 32 umgeben sind. Die Filme 22 und 24 aus Flüssigkristall bestehen aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien, die einen einander entgegengesetzten, inneren Drehsinn, d.h. ein Material ist rechtsläufig, während das andere linksläufig ist, und unterschiedliche Lichtreflexionsbänder haben. Dabei kann das einfallende Licht den Bildschirm, wie erwähnt, unter einem nicht unbedingt senkrechten Einfallswinkel beaufschlagen. Vorzugsweise beträgt der Einfallswinkel etwa von 0° bis ca. 30°. Für einen optimalen Betrieb des erfindungsgemäßen Darstellungssystems wird das einfallende Licht auf den Bildschirm unter einem normalen Einfallswinkel geworfen.

Beim Betrieb des vorteilhaften Farbdarstellungssystems wird ein im wesentlichen vollständig linear polarisierter Lichtstrahl durch die elektr©optische Zelle 14 gerichtet, wobei der Lichtstrahl wenigstens solche Strahlungswellenlängen enthält, die den Lichtreflexionsbanden der optisch negativen Flüssigkristallfilme 22 und 24 entsprechen oder wenigstens innerhalb derselben liegen, und wobei die elektrooptische Zelle 14 den Polarisationszustand des Lichtes entsprechend einer bestimmten Sequenz von Signalen einzustellen vermag, so daß das von der Zelle stammende Licht rechtsläufig zirkulär polarisiert (RHCPL), linksläufig zirkulär polarisiert (LHCPL) oder in einer gewissen Kombination daraus polarisiert wird. (Linear polarisiertes Licht würde gleiche Anteile an jedem Drehsinn enthalten.) Das Muster wird danach auf den Bildschirm 20 mittels der Ablenkeinrichtung 18 geworfen,

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wobei das auf dem Schirm entstandene Bild in Reflexion oder Transmission betrachtet werden kann.

Nach der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist an jeder Stelle des Bildschirms die Auswahl von zwei Farben oder eines gewissen einstellbaren Farbtons verfügbar, der einer Kombination aus den Farben darstellt. So sei beispielsweise angenommen, daß der optisch negative Film 22 aus Flüssigkristall rechtsläufig ist und ein Lichtreflexionsband mit einer Mittenwellenlänge λ- hat, während der Film 24 linksläufig ist und ein Lichtreflexionsband mit einer Mittenwellenlänge λ₂ aufweist. Es versteht sich natürlich, daß die Lage der Filme 22 und 24 nach Fig. 1 lediglich illustrativ ist und der gleiche Zweck auch dann erreicht werden würde, falls die Lage der Filme zueinander umgekehrt wäre, d.h. der linksläufige Film vor dem rechtsläufigen angeordnet wäre. Wenn die elektrooptische Zelle 14 zur alleinigen Erzeugung von RHCPL eingestellt ist, werden Lichtwellenlängen bei oder um A -, die im einfallenden Strahl enthalten sind, durch den Film 22 reflektiert, während durch den Film 24 kein einfallendes Licht reflektiert werden kann, da das einfallende Licht keine Anteile an LHCPL aufweist. Wird hingegen die Zelle*14 zur alleinigen Erzeugung von LHCPL eingestellt, werden Lichtwellenlängen bei oder umÄ₂, die im einfallenden Strahl vorliegen, durch den Film 24 reflektiert, während dies durch den Film 22 nicht erfolgt, da dieser irgendwelche Anteile an RHCPL nicht enthält. Die elektrooptische Zelle 14 kann auch so eingestellt werden, daß sie eine Mischung aus RHCPL und LHCPL erzeugt (was einem linear polarisierten Licht oder elliptisch polarisiertem Licht entspricht). In diesem Fall reflektieren beide Filme 22 und 24 Lichtwellenlängen bei und um Λ ^ bzw. A₂, die im einfallenden Lichtstrahl enthalten. sind. Demzufolge stellt das reflektierte Licht eine Kombination aus den Wellenlängen bei und um A.. und A- dar. Daraus geht hervor, daß der Farbton des durch den Bildschirm 2O reflektierten Lichtes einstellbar ist, wenn die elektrooptische Zelle 14 eine Kombination aus RHCPL und LHCPL erzeugt. Ein Bereich von Farbtönen kann beispielsweise durch zeitmittelnde Programmierung reflektiert werden. Bei einem Zweifarben-Darstellungssystem

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gemäß Fig. 1, bei dem aus illustrativen Zwecken λ., im roten Bereich des sichtbaren Spektrums und Λ_ im blauen Bereich liegen/ und falls ein Intensitätsverhältnis von 4:1 von rot:blau für eine gesamte Verweilzeit von etwa 20 Millisekunden erwünscht wird, kann der Film 22 zu einer Reflexion von etwa 16 Millisekunden und der Film 24 zu einer Reflexion von etwa 4 Millisekunden/ usw., gebracht werden.

Das auf dem Bildschirm 2O geschaffene Bild kann eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen, je nachdem, wie der Polarisationszustand des Lichtstrahls verändert und der Lichtstrahl reflektiert werden. So kann beispielsweise eine Abbildung durch eine Rasterabtastung des Schirmes 20 erzeugt werden/ so daß z.B. ein dynamisches Bild wie bei einem herkömmlichen/ zellenförmigen Fernsehbild erscheint. Das vorteilhafte FarbdarStellungssystem nach der Erfindung läßt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit,beispielsweise mit fernsehüblichen Bildgeschwindigkeiten, betreiben, da elektrooptische Zellen verfügbar sind, die bei Frequenzen etwa in der Nähe von 10 Zyklen/Sek. arbeiten. Darauf wird nachfolgend näher eingegangen. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß das Darstellungssystem sowohl in Transmission als auch Reflexionsweise betrachtet werden kann.

Hie zuvor erwähnt, sollte der auf die elektrooptische Zelle 14 gerichtete Lichtstrahl 12 typischerweise im wesentlichen vollständig linear polarisiert sein und wenigstens solche Strahlungswellenlängen enthalten, die den Lichtreflexionsbanden der optisch negativen Filme 22 und 24 aus Flüssigkristall entsprechen,oder wenigstens innerhalb derselben liegen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann daher die Lichtquelle 10 irgendeine Quelle sein, die linear polarisiertes Licht entweder aus sich selbst oder infolge Kombination mit anderen Elementen erzeugt. Typische, zweckmäßige Lichtquellen umfassen auch Laser mit mehrfacher Wellenlänge, die aus sich heraus im wesentlichen vollständig linear polarisiertes Licht aussenden. Derartige Quellen

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schließen auch lichtemittierende Luminenszenzfilme und Gasentjadungslichtbögen, z.B. Xenon-Lichtbögen, ein, die in Verbindung mit gewissen Mitteln verwendet werden sollten, um außer dem linear polarisierten Licht mit einer bevorzugten Richtung sämtliches andere Licht zu entfernen; ein solches Mittel ist beispielsweise ein Linearpolarisator. Als Lichtquelle kann auch eine Breitbandquelle, beispielsweise eine Glühlampe, verwendet werden, die mit einem Bandpaßfilter, wie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 669 525 beschrieben, versehen wird. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die für das erfindungsgemäße System verwendete Lichtquelle den Grad der erhaltenen Farbabscheidung steuert, da jeder optisch negative Film aus Flüssigkristall ein Strahlungsband mit einer typischen Bandbreite von etwa 2OoS oder mehr reflektiert. Aus Obigem folgt, daß die Qualität der Farbabscheidung beim vorliegenden Farbdarstellungssystem bis zu einem gewissen Maße von der Lokalisation der Mittenwellenlängen der Lichtreflexionsbande der Filme und bis zu einem weiteren Maße davon abhängt, welche Lichtqualität durch die Lichtquelle erzeugt wird. Folglich ist die Verwendung eines Lasers zu bevorzugen, der zwei geeignete Farben als Lichtquelle 10 aussendet, da es sich um ein relativ einfaches Element handelt und ein qualitativ hochwertiges Licht geschaffen wird.

Die elektrooptische Zelle 14 kann aus irgendeinem Material bestehen, das RHCPL, LHCPL oder Mischungen daraus als Folge eines elektrischen Feldes erzeugen kann, das von der von der Spannungsquelle 16 abgegebenen· Spannung aufgebracht wird. Bei der Spannung kann es sich um eine Gleichspannung, Wechselspannung oder eine Kombination daraus handeln. Der Polarisationszustand des durch die elektrooptische Zelle 14 erzeugten Lichtes hängt von der daran angelegten Spannung ab. Das angelegte elektrische Feld ändert den Brechungsindex des Materials und damit die Richtung (sense) des Lichtausgangs. Somit kann der Polarisationszustand des Lichtausgangs entsprechend einem bestimmten Muster verändert werden. Typische, für die elektrooptische Zelle 14 verwendbare, passende Materialien sind beispielsweise: Kaliumtantalat-niobat, Kalziumpyroniobat, Dihydrogenphosphat, sowie Mischungen derselben

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und andere Materialien. Geeignete, elektrooptische Zellen für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem sind handelsüblich verfügbar von der Firma Baird-Atomic, Inc., Cambridge, Mass. Wie zuvor erwähnt, läßt sich das Farbdarstellungssystem bei sehr hohen Geschwindigkeiten betreiben, da die elektrooptischen Zellen gegenwärtig bei Frequenzen bis zu 10 Zyklen/Sek. arbeiten können.

Als Abtast- oder lichtablenkende Einrichtung 18 kann irgendeine Vorrichtung verwendet werden, durch die sich der Lichtstrahl über dem Bildschirm 20 verteilen läßt. Bei der Abtasteinrichtung 18 kann es sich daher um ein elektrooptisches Gerät, ein akustooptisches Gerät, ein Hochgeschwindigkeits-Spiegelsystem oder ein Hybridsystem handeln, wie beispielsweise ein akusto-optisches System in einer Richtung, das mit einem Hochgeschwindigkeits-Spiegelsystem in der anderen Richtung kombiniert ist. Typische, als Abtasteinrichtung für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem passende Geräte sind handelsüblich von der Datalight, Inc., Bloomfield, Conn, und Isomet Corp., Palisades Park, N.J., verfügbar.

Zur Schaffung von Flüssigkristallfilmen oder Lagen 22 und 24 können irgendwelche passende, flüssigkristalline Substanzen oder Verbindungen mit optisch negativen Eigenschaften verwendet werden. Wie schon erwähnt, haben diese Filme 22 und 24 typischerweise verschiedene Lichtreflexionsbande und besitzen entgegengesetzten Drehsinn, d.h. ein Film ist rechtsläufig, während der andere linksläufig ist. Die Filme können irgendeine Dicke haben, doch sind sie vorzugsweise etwa 0,5,u bis etwa 50,u stark. Zur Erzielung von optimalen Ergebnissen sollten die Filme eine Dicke von etwa 0,5 bis etwa 20,u aufweisen.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die mit der Erfindung erzielte Wirkung nicht in kritischem Maße von der Filmdicke abhängt, sofern nur die Filmdicke vorzugsweise größer als λ ist, so daß eine volle Intensität im reflektierten Licht geschaffen wird.

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Bei relativ dünnen Filmen, d.h. mit einer Dicke von weniger als der Wellenlänge X , entsteht typischerweise keine selektive Reflexion von Licht in der Gegend von λ , wie dies zuvor beschrieben wurde. Bei relativ großen Filmdicken richten sich die Moleküle gewöhnlich nicht sauber aus, und das beobachtete Verhalten stimmt nicht mit den optimalen Resultaten überein, die sich mit dem FarbdarStellungssystem nach der Erfindung erzielen lassen. Bei Flüssigkristallfilmen mit einem λ -Wert im sichtbaren"Bereich schafft eine Filmdicke von etwa 3 bis 10,u optimale Ergebnisse.

Bei den Flüssigkristallfilmen 22 und 24 kann es sich um irgendein passendes, cholesterisches, flüssigkristallines Material oder um Mischungen von solchen Materialieh handeln. Typische cholesterische, flüssigkristalline Materialien umfassen Abkömmlinge aus Reaktionen von Cholesterin und anorganischen Säuren, wie beispielsweise: Cholesterylchlorid, Cholesterylbromid, Cholesteryljodid, Cholesterylfluorid, Cholesterylnitrat; Ester aus Reaktionen von Cholesterin und Karboxylsäüren; beispielsweise Cholesterylkrotonät; Cholesterylnonanoat, Cholesterylhexanoat; Cholesterylformat; Cholesteryldokosonoat; Cholesterylpropionat, Cholesterylazetat; Cholesterylvalerianat; Cholesterylvaccenat; Cholesteryllinolat; Cholesteryllinolenat; Cholesteryloleat; Cholesterylerukat; Choles terylbutyr at; Cholesterylkaproat; Cholesteryllaurat; Cholesterylmyriatat; Cholesterylklupanodonat; Äther von Cholesterin, wie beispielsweise Cholesteryldecyläther; Cholesteryllauryläther; Cholesteryloleylather; Cholesteryldodecylather; Karbaminateund Karbonate des Cholesterin, wie beispielsweise Cholesteryldecylkarbonat; Cholesteryloleylkarbqnat; Cholesterylmethylkarbonat; Cholesteryläthylkarbonat; Cholesterylbutylkarbonat; Cholesteryldokosonylkarbonat; Cholesterylcetylkarbonat; Cholesteryl-p-nonylphenylkarbonat; Cholesteryl-2-(2-äthoxy-äthoxy) äthylkarbonat; Cholesteryl-2-(butoxyäthoxy) äthylkarbonat; Cholesteryl-1-2-(2-methoxyäthoxy) äthylkarbonat; Cholesterylgeranylkarbonat; Cholesterylheptylkarbaminat; und Alkylamide und aliphatische sekundäre Amine aus 3^-AmionÄ5-cholesten und Mischungen

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daraus; Peptide, wie beispielsweise Poly—y-benzyl-ü-glutamat; Derivate aus Betasitosterol, wie beispielsweise Sitosterylchlorid; und Amylester des Cyanobenzylidenaminocinnämat. Die Alkylgruppen in den Verbindungen sind typischerweise gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren oder Alkohole mit weniger als etwa 25 Kohlenstoffatomen und ungesättigte Ketten von weniger als etwa 5 doppelgebundene olefinische Gruppen. Die Arylgruppen in den genannten Verbindungen enthalten typischerweise einfache substituierte Benzolringverbindungen. Irgendeine der genannten Verbindungen und Mischungen derselben können als cholesterische, flüssigkristalline Materialien für das erfindungsgemäße System geeignet sein.

Bei den Flüssigkristallfilmen 22 und 24 kann es sich ebenfalls um zweckmäßige Mischungen von cholesterischen und nematischen, flüssigkristallinen Materialien handeln. Typische nematieche, flüssigkristalline Materialien, die für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet sind, können sein: p-Azoxyanisol, p-Azoxyphenetol, p-Butoxybenzoesäure, p-methoxycinnamische Säure, Butyl-p-anisyliden-p'-aminocinnamat, Anisyliden-p-amino-phenylazetat, p-Äthoxybenzylamino-rf-methylcinnamische Säure, 1,4-bis (p-Äthoxybenzyliden) zyklohexanon, 4,4'-Dihexyloxyazoxybenzol, 4,4'-Diheptyloxazoxybenzol, Anisal-p-aminoazobenzol, Anisaldazin,<*-Benzolazo (anisalnaphthylamin) , Anisyliden-p-n-butylanilin, p_-Äthoxybenzyliden-£*-n-butylanilin, Stilben, Tolan und Mischungen davon.

Zur Verwendung als Flüssigkristallfilme 22 und 24 geeignete Kompositionen können auch Mischungen aus cholesterischen, flüssigkristallinen Materialien und passenden, seifenartigen, flüssigkristallinen Substanzen als auch Mischungen von cholesterischen, flüssigkristallinen Materialien und zweckmäßigen, nichtflüssigkristallinen Materialien, die sich mit der cholesterischen, flüssigkristallinen Komponente vertragen, sein. Typische, geeignete, nichtflüssigkristalline Materialien umfassen Cholesterin, Polyamid, Lecithin und dergleichen. Typische seifenartige (smectic), flüssigkristalline Substanzen umfassen: n-Propyl-4'-äthoxybiphenol-4-karboxylat; 5-Chlor-6-n-heptyloxy-2-naphthoe-säure;

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Niedertemperatur—Mesophasen des Cholesteryloktanoat, Cholesterylnonanoat, und andere offenkettige aliphatische Ester des Cholesterin mit Kettenlängen von 7 oder mehr, Cholesteryloleat; Sitosteryloleat; Cholesteryldekanoat; Cholesteryllaurat; Cholesterylmyristat; Cholesterylpalmitat; Cholesterylstearat; 4'-n-Alkoxy-3'-nitrobiphenyl-4-karboxyl-säure, Äthyl-p-azoxycinnamat; Äthylp-4-äthoxybenzylidenaminocinnamat; Äthyl-p-azoxybenzoat; Kaliumoleat; Ammoniumoleat; p-n-oktyloxybenzoe-säure; Niedertemperatur-Mesophase der 2-p-n-Alkoxybenzylidenamionofluorenone mit Kettenlängen von 7 und mehr; Niedertemperatur-Mesophase der p-(n-Heptyl) oxybenzoe-säure; wasserfreies Natriumstearat; Thallium (I)stearat; Mischungen derselben und andere.

Bei den Flüssigkristallfilmen 22 und 24 kann es sich auch um Mischungen von nematisehen, flüssigkristallinen Materialien und zweckmäßigen, optisch aktiven, nichtmesomorphen Materialien handeln, die im wesentlichen vollständig in den nematischen Materialien lösbar oder mit denen vermischbar sind. Die nichtmesomorphen, optisch aktiven Materialien umfassen typischerweise etwa 2 bis etwa 60 Gew.-% der Verbindung. Die Menge an den betreffenden Komponenten in irgendeiner, für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem zweckmäßigen Zusammensetzung wird natürlich durch die Anforderung bestimmt, daß die Zusammensetzung optisch negativ sein sollte. Typische, geeignete, optisch aktive, nichtmesomorphe Materialien umfassen: Alkoholabkömmlinge, wie beispielsweise 1-Menthol, 1-Linanool_f d-Mannitol, d-Borneol und d-Guercitol; Ketonabkömmlinge, wie beispielsweise d-Camphor, d-3-Methylzyklohexanon, 1-Menthon und l-ö-Isopropyl-S-zyklohexanon; Karboxylsäureabkömmlinge, wie beispielsweise d-Zitronellsäure, 1-Zitronellsäure, d-Chaulmoograsäure, 1-Campholsäure, 1-Arabonsäure, d-Weinsäure und 1-Ascorbinsäure; Aldehydabkömmlinge, wie beispielsweise d-Zitronellal; Alkenabkömmlinge, wie beispielsweise 1-/3-Pinen, d-Silbersteran, und d-Limonan; Aminabkömmlinge, wie beispielsweise 1-2-Methylpiperidin; Nitrilabkömmlinge, wie beispiels-* weise d-Mandelonitril; Amidabkömmlinge, wie beispielsweise

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d-Hydrokarbamid; Cholesterin/ Cholesterinabkömmlinge; und Mischungen der oben genannten Substanzen.

Es sei darauf hingewiesen, daß diese optisch aktiven, nichtmesomorphen Materialien in irgendeiner der optisch negativen, flüssigkristallinen Zusammensetzungen, die für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem verwendet werden, eingesetzt werden können. Beispielsweise können diese Materialien mit cholesterischen, flüssigkristallinen Materialien kombiniert werden, so daß eine optisch negative, flüssigkristalline Zusammensetzung entsteht, die für die Erfindung geeignet ist.

Mischungen aus Flüssigkristallen können in organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Chloroform, Petroläther und anderen Substanzen, bereitet werden, wobei diese Lösungsmittel aus der Mischung zweckmäßigerweise verdampft werden, so daß eine flüssigkristalline Zusammensetzung verbleibt. Als Alternative hierzu können die einzelnen Komponenten der flüssigkristallinen Mischung direkt oder ohne Erwärmung mit den vermischten Komponenten oberhalb oder unterhalb der isotropen Umwandlungstemperatur kombiniert werden.

Die zuvor genannten Aufstellungen von typischen, verwendbaren Materialien umschließen auch Mischungen derselben. Die Aufstellungen sind nur als repräsentativ und nicht als Beschränkung der Erfindung anzusehen. Obschon irgendeine flüssigkristalline Verbindung mit optisch negativen Eigenschaften für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem verwendbar ist, muß bedacht werden, daß die verschiedenen Substanzen oder Zusammensetzungen die erforderlichen Eigenschaften in einem gewissen spezifischen Temperaturbereich, der bei oder nahe bei der Raumtemperatur liegt, besitzen. Gewöhnlich wird das Farbdarstellungssystem bei Raumtemperatur betrieben, so daß vorzugsweise flüssigkristalline Zusammensetzungen oder Substanzen zu verwenden sind, deren Flüssigkristallzustand bei oder nahe bei Raumtemperatur liegt.

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Ferner ist darauf hinzuweisen, daß, obschon vorzugsweise optisch negative, flüssigkristalline Zusammensetzungen mit einem λ -Wert im sichtbaren Bereich verwendet werden, es möglich ist, auch Zusammensetzungen zu nehmen, deren Λ -Wert im infraroten oder ultravioletten Bereich liegt. In letzteren Fällen enthält das Darstellungssystem gewöhnlich irgendeine Einrichtung, um das Bild in ein sichtbares umzuwandeln, so daß es vom Betrachter betrachtet werden kann.

Das in Fig. 1 gezeigte Abdichtungsmaterial 32 zur Einschließung der flüssigkristallinen Phase ist gewöhnlich chemisch inert und ein gutes Dichtmittel. Hierzu kann irgendein, die erforderliche Eigenschaft besitzendes Material, wie beispielsweise klare Kunststoffe, wie Polyvinylfluorid, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylenterephthalat, etc.; verwendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, ,daß bei einigen Ausführungsformen der Erfindung das Abdichtungsmaterial elektrisch isolierend sein muß, d.h. gewöhnlieh einen Materialwiderstand von etwa 10 il-cm hat. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der verwendete Bildschirm eine Einrichtung zum Verschieben des λ -Wertes der Flüssigkristallfilme, wobei dies entweder einzeln oder in Kombination erfolgen kann. Es ist bekannt, daß das Grundmaß (pitch) und folglich der λ -Wert von optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien auf verschiedene Stimulanzien, wie beispielsweise elektrische oder magnetische Felder, Scherung, Druck, Temperatur, chemische Dämpfe und dergleichen, anspricht. Daraus folgt, daß, wenn der Bildschirm eine Einrichtung zum Verschieben des λ -Wertes der optisch negativen, flüssigkristallinen Filme aufweist, der Bildschirm bequem an Lichtquellen angepaßt werden kann, die Licht mit verschiedenen unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Ein Bildschirm dieser Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt.

Der Bildschirm nach Fig. 5 ist ähnlich dem nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß die Schutzschicht 28 und der Tragkörper 26 der Ausführungsform nach Fig. 1 durch im wesentlichen transparente,

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isotrope Elektroden ersetzt sind, die im dargestellten Fall aus im wesentlichen transparenten, isotropen Tragplatten 60 bestehen, auf deren Berührungsfläche eine im wesentlichen transparente, leitende Schicht 62 angeordnet ist. Ober die Elektroden kann durch einen äußeren Schaltkreis 64 ein Feld erzeugt werden, wobei der Schaltkreis 64 gewöhnlich eine Spannungsquelle 66 umfaßt, die an die beiden Elektroden mittels der Drähte 68 angeschlossen ist. Der Schaltkreis 64 kann ferner irgendeinen passenden Schalter enthalten. Bei der Spannungsquelle kann es sich um eine Gleichoder Wechselstromquelle oder um eine Kombination daraus handeln.

Die Elektroden können aus irgendeinem zweckmäßigen, transparenten und isotropen, leitenden Material bestehen. Typische geeignete, transparente, isotrope, leitende Elektroden enthalten Glassubstrate mit im wesentlichen transparenten und kontinuierlich leitenden Beschichtungen.aus Leitern, wie beispielsweise Zinn, Indiumoxid, Aluminium, Chrom, Zinnoxid,oder anderen passenden Leitern. Diese, im wesentlichen transparenten, leitenden Beschichtungen werden gewöhnlich auf das mehr isolierende, transparente Substrat aufgedampft. NESA-Glas, ein zinnoxidbeschichtetes Glas der Pittsburg Plate Glass Co., ist beispielsweise als typisches, transparentes, leitendes Elektrodenmaterial handelsüblich verfügbar.

Aus Gründen der Einfachheit wurde in Fig. 5 nur der optisch negative Flüssigkristallfilm 22 als zwischen einem Paar Elektroden eingeschlossen dargestellt. Vorzugsweise kann auch der optisch negative Flüssigkristallfilm 24 in ähnlicher Weise zwischen einem Paar Elektroden liegen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Elektroden nicht notwendigerweise im wesentlichen transparent bei sämtlichen Ausführungsformen sein müssen. Wenn beispielsweise der Flüssigkristallfilm 24 nach Fig. 5 zwischen einem Paar Elektroden sandwichartig eingeschlossen ist und der Bildschirm in Reflexion betrachtet wird, kann die hintere Elektrode auch opak sein. Es versteht sich jedoch, daß sämtliche Ausführungsformen des für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem

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verwendeten Bildschirms eine Einrichtung zum Verschieben des λ -Wertes der optisch negativen Flüssigkristallfilme enthalten können.

Beim Tragkörper 26 kann es sich um irgendein zweckmäßiges Material handeln, das optisch isotrop und durchlässig für die einfallenden Strahlungswellenlängen ist. Typische passende Materialien umfassen geschmolzenes Siliziumdioxid, Glas und andere Materialien mit den erforderlichen optischen und physikalischen Eigenschaften. Bevorzugt werden solche Materialien, deren Brechungsindex etwa der gleiche ist, wie der der Flüssigkristallfilme, so daß Lichtreflexionsverluste auf einem Minimum gehalten werden. Es versteht sich jedoch, daß die in Fig. 1 gezeigte Konfiguration nur als illustrativ zu betrachten ist. Die Flüssigkristallfilme 22 und 24 brauchen nicht mit den einander gegenüberliegenden Oberflächen desselben Tragkörpers gemäß Fig. 1 in Berührung stehen; bei einer anderen Ausführungsform können die Flüssigkristallfilme auch unabhängig voneinander und räumlich in Abstand angeordnet sein. Der Tragkörper 26 hat gewöhnlich eine Dicke im Bereich von weniger als 1 ,u bis etwa 100 ,u oder mehr.

Auch sollte darauf hingewiesen werden, daß bei manchen Ausführungsformen der Erfindung der Tragkörper 26 eine aktive Rolle bei der Bildschirmarbeit mitspielt, wobei dies z.B. hinsichtlich Interferenzeffekten,·Polarisationseffekten oder Doppelbrechungseffekten der Fall sein kann. Bei diesen Ausführungsformen weist der Tragkörper gewöhnlich eine Dicke von etwa 1/2.u bis etwa 5 ,u auf.

Die Flüssigkristallfilme 22 und 24 sind gewöhnlich klebrig, weich, viskos, glasartig oder flüssig, so daß man vorzugsweise die Filme mit dünnen Schutzschichten 28 bzw. 30 bedeckt oder einkapselt. Sinn der Schutzschichten ist es, die Flüssigkristallfilme eingeschlossen zu halten und gegen Verunreinigungen zu

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schützen. Somit kann es sich bei den Schutzschichten um irgendein passendes, flexibles oder steifes Material handeln, das gegenüber der einfallenden Strahlung isotrop und optisch transparent ist und keine Reaktion mit den Filmen oder anderen Bauteilen der Vorrichtung eingeht. Zu bevorzugen sind Materialien, die einen Brechungsindex haben, der etwa demjenigen der Flüssigkristallfilme entspricht, so daß Lichtverluste auf einem Minimum gehalten sind. Die Schutzschichten 28 und 30 weisen gewöhnlich eine Dicke von etwa 6,4 bis etwa 254,u (0,25 bis 10 mil) auf. Auch hier sollte darauf hingewiesen werden, daß in Fällen, wo der Bildschirm in Reflexion betrachtet wird, die Schicht 30 zur Verbesserung des Kontrastes ein dunkel gefärbtes Material haben kann.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Bildschirmes gezeigt, der sich zur Verwendung bei dem vorteilhaften Farbdarstellungssystem nach der Erfindung eignet. Der Bildschirm nach Fig. 2 ähnelt dem Bildschirm 20 nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ersterer einen zusätzlichen Flüssigkristallfilm und einen wahlweisen Filter enthält. In Fig. 2 sind dabei gleiche Elemente wie beim Bildschirm nach Fig. 1 durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.

Der Bildschirm nach Fig. 2 enthält drei optisch negative Flüssigkristallfilme 22, 24 bzw. 40, wobei die Filme 24 und 40 durch den wahlweisen Filter 42 voneinander getrennt sind. Die Anordnung des Flüssigkristallfilms 40 im Bildschirm erhöht den Farbtonbereich, der an irgendeiner Stelle des Schirmes beobachtet werden kann. Der Film 40 kann aus irgendeinem der zuvor beschriebenen Materialien bestehen, die für die Filme 22 und 24 geeignet sind, und kann rechts- oder linksläufig sein. Darüber hinaus kann der Flüssigkristallfilm 40 einen λ -Wert haben, der geringer oder größer als die Λ -Werte der Filme 22 und 24 ist oder zwischen deren Werten liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Flüssigkristallfilme 22, 24 und 40 Λ -Werte im roten, blauen bzw. grünen Bereich des sichtbaren Spektrums.

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Die beim Bildschirm gemäß Fig. 2 für das Farbdarstellungssystem verwendete Lichtquelle sollte natürlich Lichtwellenlängen aussenden, die durch den Flüssigkristallfilm 40 reflektiert werden.

Mit der genannten Ausführungsform ist es möglich, grünes Licht mit rotem und blauem Licht in dem Licht einzumischen, das an irgendeiner Stelle des Bildschirms reflektiert wurde. Es versteht sich jedoch, daß dieses Ergebnis nur dann eintritt, wenn .das auf den Bildschirm fallende Licht wenigstens eine gewisse Komponente hat, die den geeigneten Polarisationsstatus besitzt. Falls beispielsweise der Film 40 rechtsläufig ist, reflektiert er nur RHCPL im Bereich seines Reflexionsbandes, und demzufolge werden nur Lichtwellenlängen im grünen Bereich in das gesamte, an irgendeiner Stelle des Bildschirms reflektierte Licht eingemischt, wenn das den Schirm erreichende Licht vollständig' RHCPL-artig ist oder wenigstens eine Komponente mit RHCPL enthält. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn der Flüssigkristallfilm 40 linksläufig ist. Wie zuvor erwähnt, kann die elektrooptische Zelle 14 nach Fig. 1 RHCPL, LHCPL oder Mischungen derselben aufgrund sich ändernder, angelegter Spannungen schaffen.

Wie angedeutet, lassen sich zur Verbesserung der Arbeitsweise der Vorrichtung Filter im Bildschirm verwenden. Diese Filter können dazu ausgenutzt werden, um verschiedene Lichtwellenlängen oder sämtliche Lichtwellenlängen gleichartig zu dämpfen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der wahlweise Filter 42 deshalb im Bildschirm angeordnet, um die Menge des Lichtes, das dem an irgendeiner Stelle des Bildschirms reflektierten Gesamtlicht durch den Film 40 hinzugefügt wird, zu verringern. Bei den in der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Flüssigkristallfilmen 22, 24 und 40 mit λ -Werten im roten, blauen bzw. grünen Bereich handelt es sich beim Filter 42 vorzugsweise um einen solchen, der im wesentlichen das rote und blaue Licht und in geringerem Maße das grüne Licht dämpft. Es sei darauf hingewiesen, daß es sich beim Filter 42 um einen Filter mit neutraler Dichte, d.h. um einen solchen handeln kann, der in gleicher

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Weise sämtliche Lichtwellenlängen dämpft. Der neutrale Filter kann eine entwickelte Silberhalogenid-Emulsion, teilweise metallisiertes Glas oder ein Schirm oder anderes Muster mit opaken Bereichen und lichtdurchlässigen Fenstern sein. Es sollte auch vermerkt werden, daß an irgendeiner Stelle im optischen Weg innerhalb oder außerhalb des Bildschirmes zur Verbesserung der Farbwiedergabe verschiedene Korrekturfilter angeordnet sein können.

In Fig. 3 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform eines für das vorteilhafte Farbdarstellungssystem verwendbaren Bildschirmes dargestellt. Der Bildschirm nach Fig. 1 ist ähnlich dem nach Fig. 2, jedoch mit der Ausnahme, daß «rsterer einen zusätzlichen Flüssigkristallfilm 46 enthält. Der Film 46 ist so ausgewählt, daß er im wesentlichen das gleiche Lichtreflexionsband wie der Flüssigkristallfilm 40, jedoch mit entgegengesetztem Drehsinn, hat. Wenn beispielsweise der Film 40 rechtsläufig ist, dann ist der Film 46 linksläufig. Aus diesem Umstand folgt, daß bei dieser Ausführungsform Lichtwellenlängen, die durch die Flüssigkristallfilme 40 und 46 reflektiert werden, stets in dem Licht zugegen sind, das an irgendeiner Stelle des Bildschirms reflektiert wird, wenn das einfallende Licht diese geeigneten Wellenlängen enthält. Es ist darauf hinzuweisen, daß dieses Ergebnis unabhängig vom betreffenden Polarisationsstatus ist, der durch die elektrooptische Zelle an irgendeiner Stelle dem einfallenden Licht aufgezwungen wird. Die Schaffung von Flüssigkristallfilmen mit im wesentlichen dem gleichen Lichtreflexionsband und entgegengesetztem Drehsinn kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß Mischungen aus Flüssigkristallsubstanzen gebildet werden. Es wurde festgestellt, daß das Grundmaß der zwei komponenten Mischungen von gewissen cholesterischen, flüssigkristallinen Materialien eine strenge Funktion der Zusammensetzung ist. Über einen weiten Bereich von Materialien läßt sich das Grundmaß (und folglich das Lichtreflexionsband) der Mischung sehr genau durch Gewichtsmittelung der Ingredienzien festlegen. Wenn ferner Komponenten mit entgegengesetztem, inneren Drehsinn miteinander

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vermischt werden, entsteht eine Komposition entsprechend einer Nicht-Nettorotation oder einem infiniten Grundmaß. Auf beiden Seiten dieser Komposition sind die anderen Kompositionen entweder rechts- oder linksläufig. Somit können Flüssigkristallfilme mit jedem gewünschten Lichtreflexionsband und Drehsinn aufgrund dieser Technik hergestellt werden. Eine ins Detail gehende Diskussion dieses Phänomens ist in dem Artikel Liquid Crystals and Ordered Fluids von J.E. Adams, W. Haas und J.J. Wysocki auf Seite 463 in Plenum Press, 1970, zu finden.

Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines für das erfindungsgemäße Farbdarstellungssystem geeigneten Bildschirms. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist zur Reflexion des einfallenden Lichtes eine reflektierende Oberfläche 44 vorgesehen. Auf diese Weise kann jede Lichtwellenlänge, die von der Lichtquelle ausgesandt wird, in das Licht eingeordnet werden, das an irgendeiner Stelle des Bildschirms reflektiert wird. Wiederum ist darauf hinzuweisen, daß der wahlweise Filter 42 selektiv verschiedene Lichtwellenlängen dämpfen kann, oder es sich dabei um einen Neutralfilter handeln kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Lichtquelle Wellenlängen im roten, blauen und grünen Bereich aussendet und optisch negative Flüssigkristallfilme 22 und 24 mit λ -Werten im roten bzw. blauen Bereich verwendet werden, ist der wahlweise Filter 42 vorzugsweise ein solcher, der im wesentlichen vollständig das rote.und blaue Licht absorbiert, während er gegenüber grünem Licht im wesentlichen vollständig transparent ist. Wiederum sei darauf hingewiesen, daß jeder für das Darstellungssystem verwendete Bildschirm eine Einrichtung zum Verschieben des λ -Wertes von einer oder mehreren der optisch negativen Flüssigkristallfilme enthält.

Aus dem Vorhergehenden wird deutlich, daß das vorteilhafte Farbdarste llungssystem nach der Erfindung ein Auslesen von sämtlichen drei Primärfarben erzielen läßt. Das System arbeitet jedoch

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nicht als Vollfarbsystem, da eine Hilfsmischung aus allen drei Farben nicht erhalten werden kann. So ist es beispielsweise mit den Ausführungsformen nach Fig. 2, 3 und 4 möglich, irgendeine gewünschte Mischung aus rotem und blauem Licht im reflektierten Licht zu erhalten, indem die Anteile an RHCPL und LHCPL im einfallenden Lichtstrahl gesteuert werden. Der Anteil an grünem Licht in dem durch den Bildschirm reflektierten Licht kann jedoch in keiner der Ausführungsformen hilfsweise zu einem gewünschten Wert unabhängig vom Anteil an rotem und blauem Licht geändert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die in dem neuen Farbdarste1lungssystem verwendeten Bildschirme jede Anzahl von optisch negativen Flüssigkristallfilmen haben können. Wenn die Gesamtanzahl an Flüssigkristallfilmen in irgendeinem Bildschirm größer wird, verkompliziert sich die als Auslese an irgendeiner Stelle des Bildschirms erhaltene Lichtmischung hinsichtlich eines speziellen Polarisationszustandes des Lichtes weiter, das durch die elektrooptische Zelle 14 aufgrund der angelegten Spannung erzeugt wird. Nichtsdestoweniger ist es möglich, für irgendeine Ausführungsform, bei der die Wellenlängen des einfallenden Lichtes und dessen Polarisationszustand bekannt sind, zu bestimmen, welche Lichtmischung an irgendeiner Stelle am Bildschirm reflektiert werden wird.

Das nachfolgende Beispiel veranschaulicht speziell das erfindungsgeiaäße Flüssigkristall-FarbdarStellungssystem. Dabei ist zu beachten, daß das Beispiel nur illustrativen Zwecken dient und die Erfindung nicht hinsichtlich ihrer Arbeitsweise, Bedingungen und zitierten Materialien beschränkt. Sämtliche Teile und Prozentsätze sind, sofern nicht anders angegeben, gewichtsbezogen.

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BEISPIEL

Es wurde ein Bildschirm mittels etwa 25 ,u dicken Folien aus einer Mischung aus Cholesterylchlorid und Cholesterylnonanoat mit einem Verhältnis von 9:1 und einer Mischung aus Cholesterylchlorid und Cholesterylnonanoat mit einem Verhältnis von 1:3 an den gegenüberliegenden Seiten eines mikroskopischen Objektträgers geschaffen. Bei-der ersten Mischung handelt es sich um eine rechtsläufige Komposition mit einem Λ -Wert von etwa 6000Ä; bei der zweiten Mischung um eine linksläufige Komposition mit einem λ -Wert von etwa 5OOoS. Die freien Oberflächen der Flüssigkristallfilme wurden mit mikroskopischen Objektgläsern oder -trägern bedeckt.

Licht von einer 25 W konzentrierten Zirkoniumbogenlampe, die an eine 50 W-Gleichstromenergiespeisung angeschlossen war, wurde auf den Bildschirm durch eine elektrooptische Zelle' aus einem Glan-Thompson-Polarisator und einer Viertelwellenplatte gerichtet. Die elektrooptische Zelle wurde zur Änderung des Polarisationszustandes des einfallenden Lichtes mechanisch gedreht. Bei einer Orientierung der elektrooptischen Zelle reflektierte der Bildschirm rotes Licht. Die elektrooptische Zelle wurde um 90 gedreht, und der Bildschirm reflektierte grünes Licht.

Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen hinsichtlich der Details, Materialien und Anordnungen der Elemente, wie sie zur Erläuterung der Erfindung beschrieben wurden und dargestellt sind, auftreten und aufgrund der Offenbarung vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne daß durch solche Modifikationen vom Wesen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Flüssigkristall-Farbdarstellungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Schaffen eines im wesentlichen vollständig linear polarisierten Lichtes; eine elektrooptisch^ Einrichtung zur Änderung des Polarisationszustandes des Lichtes, die in dem durch die lichtschaffende Einrichtung gebildeten Lichtweg angeordnet ist; eine Äbtasteinrichtung zum Verteilen des Lichtes über einen Bildschirm, die im Lichtweg hinter der elektrooptischen Einrichtung angeordnet ist; und einen das Licht von der Abtasteinrichtung empfangenden Bildschirm mit wenigstens zwei Filmen aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien mit einem Lichtreflexionsband mit einer mittleren Wellenlänge λ , wobei das optisch negative, flüssigkristalline Material wenigstens eines der beiden Filme einen λ. -Wert und einen inneren Drehsinn hat, die sich von dem optisch negativen, flüssigkristallinen Material des anderen Films unterscheiden.

2. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm weiter eine Einrichtung zum Verschieben der Position des Lichtreflexionsbandes von wenigstens einem der beiden Filme aus optisch negativem, flüssigkristallinem Material enthält.

3. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einer der Filme. aus optisch negativem, flüssigkristallinem Material des Bildschirms zwischen einem Paar Elektroden angeordnet ist, von denen wenigstens eine im wesentlichen transparent und isotrop ist.

4. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm weiter wenigstens ein optisches Filterelement enthält.

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5. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm einen Filter neutraler Dichte enthält.

6. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei der optisch negativen Flüssigkristallfilme des Bildschirms an gegenüberliegenden Oberflächen eines im wesentlichen transparenten, isotropen Tragkörpers vorgesehen sind.

7. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Tragkörper eine Dicke von etwa 0,5 bis etwa 5,u aufweist.

B. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Schaffung eines im wesentlichen vollständig linear polarisierten Lichtes ein Laser mit Mehrfachwellenlänge ist.

B ο Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien für jeden Film des Bildschirms einen λ. -Wert im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums haben.

10. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm drei Filme aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien umfaßt, deren /^_O-Wert im roten, blauen bzw. grünen Bereich des sichtbaren Spektrums liegt.

11. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm weiter wenigstens ein optisches Filterelement enthält.

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12. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm zwei Filme aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien, wenigstens ein optisches Filterelement und eine reflektierende Oberfläche aufweist.

13. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm vier Filme aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien aufweist, wobei zwei der Filme optisch negative Materialien mit im wesentlichen gleichem A. -Wert, jedoch entgegengesetztem inneren Drehsinn, darstellen.

14. Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildschirm weiter wenigstens ein optisches Filterelement aufweist.

15. Verfahren zur Schaffung einer Farbdarstellung, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Bildschirm mit wenigstens zwei Filmen aus optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien vorsieht, die ein Lichtreflexionsband mit einer mittleren Wellenlänge λ haben, und das optisch negative, flüssigkristalline Material von wenigstens einem der Filme einen X -Wert und einen inneren Drehsinn hat, die sich von denen des optisch negativen, flüssigkristallinen Materials des anderen Films unterscheiden, einen im wesentlichen vollständig linear polarisierten Lichtstrahl mit Wellenlängen schafft, die dem λ -Wert der optisch negativen, flüssigkristallinen Materialien entsprechen, die wenigstens zwei der Filme bilden, den Polarisationszustand des Lichtes entsprechend einer bestimmten Reihenfolge von Signalen ändert und das Licht auf den Bildschirm in einem Muster entsprechend einer gewünschten Abbildung wirft, um die Abbildung zu betrachten.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Licht auf den Bildschirm normal einfallend geworfen wird.

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