DE2618023A1

DE2618023A1 - Mit infrarotlicht adressierbare fluessigkristallzelle

Info

Publication number: DE2618023A1
Application number: DE19762618023
Authority: DE
Inventors: Gerard John Sprokel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1976-12-23
Also published as: DD126177A5; IT1068493B; FR2313692A1; CA1067990A; BE841061A; HU176806B; CH594896A5; JPS5525646B2; US3999838A; GB1522065A; BR7603625A; FR2313692B1; NL7606036A; ATA305076A; JPS51150354A; ES448560A1; SU728731A3; DE2618023C2; AT355643B

Description

Mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle

Die Erfindung betrifft eine mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallschicht zwischen leitenden transparenten Schichten auf Glassubstraten.

Flüssigkristallzellen finden vielerlei Anwendung in der Technik. Besonders in den letzten fünf Jahren wurden erhebliche Fortschritte erzielt. So wurden Materialien für thermisches Kopieren oder andere Systeme unter Verwendung wärmeempfindlicher Flüssigkristallzellen eingehend untersucht. Das Adressieren von Flüssigkristallzellen mit Infrarotlicht oder Wärmestrahlung ist besonders interessant, weil die zum Phasenübergang notwendige Wärmeenergie sehr klein ist im Vergleich zur latenten Wärme zum Schmelzen organischer Verbindungen. Infrarotlicht wurde oft zum lokalen Erhitzen von Flüssigkristallzellen angewendet. Eine Schwierigkeit dieser Anwendung ist jedoch darin begründet, daß bekannte Flüssigkristalle im nahen Infrarotspektralbereich praktisch transparent sind. Daraus folgt, daß die Energie des eingestrahlten Infrarotlichts nicht in der Flüssigkristallschicht absorbiert wird, sondern vielmehr in den viel dickeren Glasschichten auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht. So absorbieren eine Flüssigkristallschicht mit einer Umhüllung aus Glas zusammen nur etwa 10 bis 15% der eingestrahlten Energie, und der größte Anteil dieser Energie geht durch Wärmediffusion in dem Glas verloren.

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Es ist aus den US-Patentschriften 3 666 947, 3 499 702, 3 ^4O und 3 409 404 bekannt, Flüssigkristallzusammensetzungen zusätzlich absorbierende Stoffe zuzusetzen, damit diese einen größeren Anteil der Infrarotenergie des Strahls absorbieren können. Die Anwesenheit suspendierter, absorbierender Stoffe in der Flüssigkristallschicht hat wegen ihres Einflusses auf die Eigenschaften der Flüssigkristalle verschiedene Nachteile. Ein Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß diese Farbstoffe mehr im sichtbaren Spektralbereich als im infraroten absorbieren. Dadurch erhält die Anzeige oder Darstellung eine eintönige Färbung, wodurch die Verstärkung der Absorption von Infrarotenergie wieder zunichte gemacht wird. Ein weiteres Problem resultiert aus der Flüssigkristall-Farbstoffsuspension selbst. Die Anwesenheit des Farbstoffs in dem Flüssigkristallmaterial bewirkt, daß die resultierende Suspension einen körnigen Hintergrund aufweist, wenn sie projiziert wird. Durch die Zusätze können auch die elektrischen Eigenschaften der Zelle verändert werden, weil die zugesetzten Farbstoffe meistens Salze sind.

Es wurden auch bestimmte Komplexverbindungen wie Bis(dithiobenzil)-Nickel verwendet, die Energie im infraroten aber nicht im sichtbaren Spektralbereich absorbieren. Die Absorptionsbande ist, was typisch ist, schmal, und eine Lösung dieser Verbindung in N-Methy!pyrrolidon absorbiert stark bei 940 nm, jedoch sehr wenig bei 85O nm, der Wellenlänge eines Gallxumarsenxdlasers. Infolgedessen absorbiert eine solche Lösung nicht genügend Energie von einem Galliumarsenidlaser, was eine thermische Adressierung einer Flüssigkristallzelle ermöglichen würde.

Aufgabe der Erfindung ist, eine mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle anzugeben, die insbesondere das Licht eines Gallxumarsenxdlasers absorbiert und im sichtbaren Spektralbereich eine niedrige Absorption besitzt.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Flüssigkristall-SA 974 046 8 0 9 8 5 2/0892

zelle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens auf einer Seite der Flüssigkristallschicht eine im sichtbaren Spektralbereich durchlässige aber im infraroten Spektralbereich absorbierende Schicht angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die in der Flüssigkristallzelle angeordnete absorbierende Schicht, die vorzugsweise das Reaktionsprodukt aus Bis(dithiobenzil)-Nickel und einem Polyamid enthält, absorbiert mindestens 90% der Wellenlänge des Galliumarsenidlasers und ermöglicht gleichzeitig eine Durchlässigkeit im sichtbaren Spektralbereich von mindestens

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren und einer speziellen Beschreibung näher erläutert.

Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen in Querschnittsdarstellung

Ausführungsbeispiele der Flüssigkristallzelle mit mindestens einer Infrarotlicht absorbierenden Schicht.

Fig. 4 zeigt die Absorptionsspektren der nicht umge

setzten Mischung wie auch des Reaktionsproduktes des Bis(dithiobenzil)-Nickel-Komplexes mit einem Polyamid.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit einer Schicht eines Materials, das im infraroten Spektralbereich absorbiert, im sichtbaren Spektralbereich jedoch relativ transparent ist. Wenn die Zelle beispielsweise mit einem Galliumarsenidlaser, der eine im InfrarotSpektralbereich liegende Strahlung erzeugt, adressiert wird, dann absorbiert gemäß der Erfindung die absorbierende Schicht Strahlungsenergie bei 850 nm. Die in der

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absorbierenden Schicht absorbierte Energie erwärmt bestimmte Gebiete der Flüssigkristallschicht unter Ausbildung des gewünschten Bildes. Die wirksame Absorption der absorbierenden Schicht erhöht die Empfindlichkeit der Plüssigkristallzelle für eine Strahlungsquelle mit gegebener Energie. Oder die absorbierende Schicht ermöglicht, daß die Plüssigkristallzelle mit einer Strahlung niedrigerer Energie adressierbar ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die verhältnismäßig geringe Absorption im sichtbaren Spektralbereich. Durch diese Eigenschaft können mit der Flüssigkristallzelle scharfe Linien wie auch ein hoher Kontrast erzeugt werden.

Fig. 1 zeigt in Querschnittsdarstellung die Grundstruktur gemäß der Erfindung. Die Flüssigkristallzelle 1 enthält eine Flüssigkristallschicht 2. Jedes geeignete Flüssigkristallmaterial kann verwendet werden. Beispiele für solche Materialien sind n-Octylcyanobiphenyl und seine Homologen. Auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 2 sind transparente leitende Schichten

3 und 4 angeordnet. Ein Beispiel für ein Material, welches für transparente leitende Schichten geeignet ist, ist eine Mischung aus Zinnoxid und Indiumoxid. Gemäß der Erfindung ist eine absorbierende Schicht 5 zwischen der transparenten leitenden Schicht

4 und der Flüssigkristallschicht 2 angeordnet. Die absorbierende Schicht 5 muß nicht unmittelbar benachbart zur Flüssigkristallschicht 2 angeordnet werden, sie kann auch auf der anderen Seite der Schicht 4 angeordnet werden.

Die absorbierende Schicht 5 ist eine Schicht, welche Energie in einem engen bestimmten Bereich des Infrarotspektrums und relativ wenig Energie im sichtbaren Spektralbereich (3500 bis 7000 S) absorbiert. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die absorbierende Schicht 5 aus dem Reaktionsprodukt von (Bis(dithiobenzil)-Nickel der nachfolgenden Struktur

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und einem Polyamid. Dieses Reaktionsprodukt ist besonders dazu jgeeignet, die Strahlung, die ein Galliumarsenidlaser bei einer (Wellenlänge von 850 bis 875 nm erzeugt, zu absorbieren. Es wurde gefunden, daß die Reaktionsprodukte eines Polyamids mit den nachfolgend angegebenen Nickelkomplexen Strahlung bestimmter Wellenlängen des infraroten Spektralbereiches absorbieren und gleichzeitig Licht des sichtbaren Spektralbereiches durchlassen. Die absorbierende Schicht 5 ist auf einer Glasplatte 6 angeordnet.

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N(CH₃J₂ Bis(dimethylaminodithiobenzil)-Nickel

Ni'

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Bis(dithiooctadion-4,5)-Nickel

Nickelphthalocyanin

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S0S852/08S2 OFHGfNAL

In der in Pig. 2 dargestellten Flüssigkristallzelle 8 sind absorbierende Schichten 9 und 10 auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 11 angeordnet. Transparente leitende Schichten 12 und 13 befinden sich jeweils auf den absorbierenden Schichten 9 und 10. Glasplatten 14 und 15 sind jeweils auf den transparenten leitenden Schichten 12 und 13 angeordnet.

Die absorbierenden Schichten enthalten jeweils genügend Farbstoff, d.h., das Reaktionsprodukt des Nickelkomplexes und eines Polyamids, damit in jeder Schicht etwa 60 bis 70% Absorption stattfindet . Bei Anwendung von zwei absorbierenden Schichten liegt die Absorption in der Größenordnung von 90$.

Ein Vorteil der Anwendung von zwei absorbierenden Schichten besteht darin, daß die Wärme auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht verfügbar ist. Infolgedessen diffundiert die Wärme schneller in die Flüssigkristallschicht und gestattet kürzere Adressierzeiten. So ist z.B. eine typische Adressierzeit einer Flüssigkristallzelle mit zwei absorbierenden Schichten, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der Größenordnung von 25 MikrοSekunden verglichen mit einer Zeit von etwa 40 Mikrosekunden für eine Zelle mit einer absorbierenden Schicht gemäß Fig. 1.

Ein weiterer Vorteil der Anwendung von zwei absorbierenden Schichten ist, daß die Farbstoffkonzentration in jeder Schicht niedriger und/oder die Schicht dünner sein kann. Die Löslichkeit dieser Farbstoffe ist verhältnismäßig niedrig, und die Anwendung niedriger Konzentrationen vermeidet Probleme im Zusammenhang mit dem Auskristallisieren. Weiterhin ist die Anwendung einer dünneren absorbierenden Schicht erwünscht, weil solche Schichten ebener sind und eine glatte Oberfläche aufweisen als dickere Schichten mit einem gekräuselten Aussehen.

In Fig. 3 ist eine Flüssigkristallzelle 16 dargestellt, bei der sich transparente leitende Schichten 17 und 18 unmittelbar an die Flüssigkristallschicht 19 anschließen. Absorbierende Schich-

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ten 20 und 21 sind auf den transparenten leitenden Schichten 17 und 18 angeordnet. Glasplatten 22 und 23 sind wiederum auf den absorbierenden Schichten 21 und 20 angeordnet. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 und 3 besteht in der Anordnung der absorbierenden Schicht relativ zu den transparenten, leitenden Schichten und zu der Plüssigkristallschicht.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 wird bevorzugt, weil bei ihr nicht wie in der Anordnung gemäß Fig. 2 ein dielektrischer Verlust in der absorbierenden Schicht auftritt. Daraus resultiert, daß die Zelle gemäß Fig. 3 mit einer niedrigeren Spannung durchsichtig gemacht werden kann. Typische Spannungen zum Durchsichtigmachen von Zellen gemäß Fig. 3 sind etwa H0% niedriger. So wird beispielsweise eine Spannung von etwa 90 Volt benötigt, um eine Zelle gemäß Fig. 2 durchsiehtigt zu machen, während bei einer Zelle gem. Fig. 3 bereits etwa 40 Volt ausreichen.

In Fig. 4 sind die Absorptionsspektren der nichtumgesetzten 24 wie auch der umgesetzten Mischung 25 aus Bis(dithiobenzil)-Wickel und Polyamid dargestellt. Die nichtumgesetzte Mischung in N-Methypyrrolidon absorbiert stark bei einer Wellenlänge von 940 nm. Die umgesetzte Mischung, welche eine halbe Stunde lang bei 160 ⁰C gehärtet wurde, absorbiert stark bei 880 nm, eine Wellenlänge, die von einem Galliumarsenidlaser emittiert wird.

Beispiel 1

Es wurde eine Lösung hergestellt durch Auflösen von 37 Milligramm Bis(dithiobenzil)-Nickel in 500 Milligramm heißem N-Methylpyrrolidon. Diese Lösung wurde verdünnt, bis sie ein Teil Bis-(dithiobenzil)-Nickel auf tausend Teile Lösungsmittel enthielt. Die verdünnte Lösung hatte ein Absorptionsmaximum bei 940 nm mit einer optischen Dichte von 0,65 für 10 mm Weglänge. Die Absorption bei 850 nm ergab eine optische Dichte von 0,2, was praktisch durchsichtig ist. Die heiße Lösung wurde mit 500 Milligramm Polyamid aus Pyromellithsäureanhydrid und einem aromatischen Diamin

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das unter dem Handelsnamen RC5O57 von Dupont erhältlich ist, vermischt. Die Lösung wurde gekühlt und dann filtriert. Das Absorptionsspektrum der resultierenden Lösung ist praktisch das gleiche wie das der Lösung, ehe das Polyamid zugegeben wurde. Die resultierende Mischung wurde auf ein heißes Substrat mittels eines Schleuderbeschichtungsverfahrens aufgetragen und eine halbe Stunde lang bei 18O ⁰C gehärtet unter Erhalt eines 1 μΐη dicken Films. Dieser Film besaß eine optische Dichte von 0,9 bei 875 nm und 0,85 bei 85Ο nm. Dieser Film absorbierte 85% der Strahlung eines Galliumarseniddauerstrichlasers bei 77 °K. Der Film besaß eine optische Dichte von 0,1 bis 0,2 im sichtbaren Spektralbereich. Durch eine Untersuchung unter dem Mikroskop wurde festgestellt, daß keine Substanz in kristalliner Form ausgefallen war. Danach wurde der Film in einem Projektionssystem geprüft, wobei die Zelle einen klaren Hintergrund zeigte.

Beispiel 2

Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde ein Film aus dem Reaktionsprodukt von Bis(dimetylaminodithiobenzil)-Nickel und Polyamid ge- ; bildet. Das Absorptionsmaximum des nichtungesetzten Materials j liegt bei 1120 - II50 nm. Die Absorption verschiebt sich während des Härtens unter Ausbildung einer breiten Absorptionsbande bei etwa 1000 nm. Diese absorbierende Schicht ist besonders brauchbar für YAG (Yttrium-Aluminium-Granat)-Laser, die Strahlung mit einer Wellenlänge von IO6O nm emittieren. Es wurden mehrere Filme hergestellt, die 40 bis 60$ bei einer Wellenlänge von ΙΟβΟ nm absorbierten.

Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 wurde eine absorbierende Schicht hergestellt aus j einer Lösung mit einem Gehalt an 100 Milligramm Bis(dithio- | octadion-4,5)-Nickel, 1 ml N-Methylpyrrolidon und 2 Gramm Poly- j amid. Der Film aus dem Reaktionsprodukt absorbierte stark zwischen. 700 und 900 nm. Die thermische Stabilität des Films war sehr \

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gering, und der Film wurde durch einen Laserstrahl leicht zerstört.

Beispiel 4

Es wurde eine Anzeigevorrichtung mit der Struktur, die in Fig. gezeigt ist, hergestellt. Die absorbierenden Schichten wurden hergestellt aus dem Reaktionsprodukt von Bis(dithiobenzil)-Nickel und Polyamid und hatten nach einer eine halbe Stunde dauernden Härtung bei 180 ⁰C eine Dicke von 1 Jim. Die transparenten leitenden überzüge wurden mittels Kathodenzerstäubung von Indiumoxid-Zinnoxid hergestellt. Die Schichten waren etwa 1000 S dick. Die Glasschichten hatten eine Dicke von 1,5 mm (60 mils). Die Vorrichtung wurde thermisch mit einem Galliumarsenidlaserstrahl adressiert. Die optische Dichte bei 840 nm betrug 1,2 bis 1,4. Unter Verwendung eines Laserstrahls wurde mit dieser Vorrichtung eine Seite in ungefähr einer Sekunde aufgezeichnet. Die optische Information wurde dann in 10 bis 20 Millisekunden bei einer Spannung von 40 bis 50 Volt gelöscht.

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BAD ORKBANAL
QOPY

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Mit Infrarotlicht adressierbare Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallschicht zwischen leitenden transparenten Schichten auf Glassubstraten, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens auf einer Seite der Flüssigkristallschicht (2; 11; 19) eine im sichtbaren Spektralbereich durchlässige aber im infraroten Spektralbereich absorbierende Schicht (5; 9jlO; 20,21) angeordnet ist. j

Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß eine absorbierende Schicht (5) zwischen der Flüssigkristallschicht (2) und der leitenden transparenten . Schicht (4) oder zwischen dieser und dem Glassubstrat _t (6) angeordnet ist. . j

Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, " -

dadurch gekennzeichnet,

daß absorbierende Schichten (9, 10) zwischen der Flüssigkristallschicht (11) und den leitenden transparenten .Schichten (12, 13) oder zwischen den leitenden transparenten Schichten (17, 18) und den Glassubstraten (22, 23) angeordnet sind.

Flüssigkristallzelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die absorbierende Schicht (5; 9_s10; 20,21) das Reaktionsprodukt aus einem Nickelkomplex und einem Polyamid enthält.

Flüssigkristallzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Nickelkomplex Bis(dithiobenzil)-Nickel ist.

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