DE1462919C3

DE1462919C3 - Optische Einrichtung zum Beeinflussen eines Lichtbündels

Info

Publication number: DE1462919C3
Application number: DE1462919A
Authority: DE
Inventors: Geroge Harry Philadelphia Pa. Heilmeier (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1965-04-26
Filing date: 1966-04-25
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE1462919B2; DE1462919A1; US3551026A; GB1148724A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Einrichtung zum Beeinflussen eines Lichtbündels mit einer im Weg des Lichtbündels angeordneten Zelle, die eine Mischung aus einer Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften und einem zusätzlichen Material enthält, und mit einer Anordnung zum Steuern des Ordnungszustandes der Moleküle der Flüssigkeit.

Es sind Flüssigkeiten bekannt, deren Moleküle eine gewisse Nahordnung anzunehmen vermögen, so daß die Flüssigkeit auch gewisse Eigenschaften fester Kristalle zeigt. Solche »flüssigen Kristalle« vermögen zu strömen wie eine Flüssigkeit, zeigen jedoch eine molekulare Ordnung, die mehr für feste Kristalle als für Flüssigkeiten typisch ist. In flüssigen Kristallen gibt es verschiedene Arten der molekularen Ordnung, und man hat drei Klassen von flüssigen Kristallen definiert, die als smektisch, nematisch, und cholesterinisch bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie nematische flüssige Kristalle. In nematischen Kristallen ist die regionale molekulare Ordnung durch eine parallele Ausrichtung der Moleküle gekennzeichnet. Die Orientierung der. Moleküle eines nematischen flüssigen Kristalls ist nicht nur geordnet, sondern kann auch mit Hilfe äußerer elektrischer oder magnetischer Felder beeinflußt oder gesteuert werden.

Es ist bekannt, ein Lichtbündel unmittelbar durch eine Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften zu steuern, indem deren Ordnungszustand so beeinflußt wird, daß sich die Reflexion oder Streuung des Lichtbündels durch die Flüssigkeit ändern. Die Einflußmöglichkeiten auf das Lichtbündel sind jedoch hierbei selbstverständlich durch die Eigenschaften ίο der Flüssigkeit beschränkt.

Es ist zwar ferner aus der Zeitschrift »Chemical Reviews«, Bd. 57, Nr. 6, Dezember 1957, insbesondere den Seiten 1131 und 1140, bekannt, flüssigen Verbindungen mit kristallähnlichen Eigenschaften zusätzliche Materialien beizumischen. Die bekannten Zusätze dienen jedoch lediglich dazu, die Eigenschaften der »flüssigen Kristalle« selbst zu beeinflussen, z. B. die kritische Frequenz zu ändern, nematische Materialien optisch aktiv zu machen oder d,en Ordnungszustand der Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften zu verbessern.

Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von

diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, die Anwendungsmöglichkeiten von Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften beim Beeinflussen eines Lichtbündels zu vergrößern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer optischen Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Mischung als zusätzliches Material ein Material enthält, dessen Einfluß auf das Lichtbündel über den Ordnungszustand der Moleküle der nematischen Flüssigkeit steuerbar ist.

Bei der vorliegenden Einrichtung wird also die nematische Flüssigkeit dazu verwendet, die Eigenschäften des Lichtbündels mittelbar über Materialien zu beeinflussen, deren Wirkung auf das Lichtbündel sonst nicht ohne weiteres durch elektrische oder magnetische Felder steuerbar ist. Bei der vorliegenden Einrichtung kann die Farbe eines pleochroischen Farbstoffes in polarisiertem Licht beeinflußt werden. Ferner kann bei der vorliegenden Einrichtung auch die Farbe von Farbstoffen gesteuert werden, deren Absorptionsspektren vom elektrischen Feld in der Nähe der Farbstoffmoleküle abhängen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Absorptionsspektrum eines als Gastmaterial verwendeten pleochroischen Farbstoffes durch Mischung mit einem nematischen Wirtsmaterial gesteuert. Dieser Effekt läßt sich für optische Modulatoren und optische Wiedergabeeinrichtungen verwenden. Er ermöglicht außerdem eine relativ einfache Untersuchung des Pleochronismus von Farbstoffen.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Absorptionsspektrum eines Farbstoffes, dessen Spektrum eine Funktion des elektrischen Feldes in der Nähe der Farbstoffmoleküle ist, durch Mischung des Farbstoffes mit einem nematischen Wirtsmaterial gesteuert. Es lassen sich Modulatoren und Wiedergabeeinrichtungen bauen, die auf der Basis dieses Effektes arbeiten.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, derenFig. 1, 2 und 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung zeigen.

Vor der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung soll kurz auf die bei

der Erfindung mitspielenden Effekte eingegangen beeinflußt und können auf diese Weise gesteuert werden. werden. Außerdem neigen auch kleine Teilchen eines

Die Struktur von nematischen flüssigen Kristallen Gastmaterials dazu, eine geordnete Orientierung ist zwar noch nicht restlos geklärt, für den vorliegen- ähnlich der des nematischen Wirtsmaterials anzuden Zweck kann ein nematischer flüssiger Kristall 5 nehmen. Wenn flocken- oder plättchenförmige Teiljedoch als Substanz angesehen werden, bei der eine chen aus z. B. Aluminium mit einem nematischen gewisse Nahordnung vorhanden ist. Die geordneten Wirtsmaterial gemischt werden, neigen die längen Bereiche bestehen vermutlich aus Molekülen, deren ν Abmessungen der plättchenförmigen Teilchen dazu, Molekülachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, sich parallel zu den Achsen der Moleküle der nema- und die sich in Richtung parallel zu ihren Achsen 10 tischen Substanz auszurichten. Wenn an das nemafrei bewegen können, nicht jedoch in anderen Rieh- tische Wirtsmaterial, das ein Gastmaterial enthält, tungen. In Abwesenheit irgendwelcher äußeren ein elektrisches Feld angelegt wird, hat die hierdurch Kräfte sind die Orientierungsrichtungen der Nah- bewirkte Orientierung der Moleküle des Wirtsmateordnungsbereiche in der nematischen Substanz rials eine entsprechende Orientierung des Gastmatestatistisch verteilt. 15 "^a^^{s zur} Folge. Man kann auf diese Weise also z. B.

Zwei Beispiele von nematischen flüssigen Kristallen die optischen Eigenschaften des Gastmaterials beeinsind p-n-Butoxybenzoesäure, die zwischen etwa 147 flüssen und nach Wunsch steuern, und 163° C den nematischen Zustand annimmt, und Das Absorptionsspektrum eines als Gastmaterial

Butylanysilidenaminocinnamat, das den nematischen verwendeten pleochroischen Farbstoffes, der mit Zustand zwischen etwa 90 und HO⁰C annimmt. Es 20 einem nematischen Wirtsmaterial gemischt ist, läßt sind auch noch viele andere nematische Substanzen sich gemäß den Lehren der Erfindung mit Hilfe bekannt, von denen auch einige bei Raumtempe- eines angelegten Feldes steuern. Das Absorptionsratur nematisch sind. Eine große Anzahl anderer Spektrum eines pleochroischen Farbstoffes ist eine' Beispiele sowie eine gute Beschreibung von flüssigen Funktion des Winkels zwischen der Richtung der Kristallen im allgemeinen finden sich sowohl in dem 25 molekularen Achsen der Farbstoffmoleküle und der Buch von Gray »Molecular Structure and Properties Polarisationsrichtung des auf diese Moleküle aufof Liquid Crystals«, Verlag Academic Press, London, fallenden Lichtes. In der Praxis sind fast alle Farb-1962, oder in der Arbeit von Brown u.a. »The stoffe mehr oder weniger stark pleochroisch. Der Mesomorphic State, Liquid Crystals«, erschienen in Pleokroismus kann von Farbstoff zu Farbstoff jeder Zeitschrift »Chemical Reviews«, Vol. 57, Nr. 6, 30 doch ziemlich verschieden sein. Farbstoffe mit ausDezember 1957.. geprägtem Pleokroismus sind bekannt. Zwei Bei-

Die Orientierung der Nahordnungsbereiche einer spiele sind Methylrot und Indolphenolblau. Die nematischen Substanz kann mittels elektrischer und Farbe von Methylrot, das als Gastmaterial mit p-nmagnetischer Felder gesteuert werden. Wenn ein Butoxybenzoesäure als Wirtsmaterial gemischt ist, elektrisches Feld ausreichender Stärke an eine nema- 35 schwankt zwischen Orange und Gelb je nach der tische Substanz.angelegt wird, richten sich die Nah- Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes bezügordnungsbereiche so aus, daß die elektrischen Dipol- Hch der Achsen der Farbstoffmoleküle. Die Farbe momente der Moleküle in den einzelnen Bereichen von Indolphenolblau als Gastmaterial im selben parallel zum angelegten elektrischen Feld verlaufen. Wirtsmaterial ändert sich zwischen einem sehr tiefen Bei manchen nematischen Substanzen sind die elek- 40 Blau und einem blassen Blau.

trischen Dipolmomente der Moleküle parallel zu den Wenn ein pleochroischer Farbstoff mit einer nerna-

Molekülachsen. Bei solchen Materialien bewirkt ein tischen Substanz gemischt wird, kann die Orientieangelegtes elektrisches Feld, daß sich praktisch alle rung der Farbstoffmoleküle über die Orientierung Moleküle der Substanz parallel zum angelegten Feld der Moleküle des nematischen Wirtsmaterials geausrichten. Butylanysilidenaminocinnamat ist ein 45 steuert werden. Auf diese Weise läßt sich also die solches Material. Bei anderen' nematischen Sub- Farbe des Farbstoffes in linear polarisiertem Licht stanzen, wie p-n-Butoxybenzoesäure stehen die elek- ändern.

trischen Dipolmomente senkrecht zu den Molekül- Die Absorptionsspektren vieler Materialien hängen

achsen. Wenn ein solches Material in ein elektrisches vom örtlichen elektrischen Feld in der Nähe der Feld gebracht wird, richten sich die Dipolelemente 50 Moleküle des Materials ab. Durch Steuerung des parallel zum Feld aus, die Molekülachsen im Mate- örtlichen elektrischen Feldes in der Nähe der MoIerial sind dabei jedoch nicht notwendigerweise parallel küle läßt sich also auch das Absorptionsspektrum zueinander ausgerichtet. In beiden Fällen wird durch beeinflussen. Es wurde gefunden, daß ein nematisches die Anlegung von elektrischen oder magnetischen Wirtsmaterial, das der Einwirkung eines äußeren Feldern eine molekulare Ordnung erreicht, die größer 55 elektrischen oder magnetischen Feldes ausgesetzt ist als der normale Ordnungszustand in einer nema- wird, zur Steuerung der örtlichen Felder in der Nähe tischen Substanz. Der Grad der Ordnung hängt von von Gastmolekülen, die mit der nematischen Subder Stärke des angelegten Feldes ab. ^stanz gemischt sind, verwendet werden kann. Wenn

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, ein Material, dessen Absorptionsspektrum vom örtdaß sich durch die Steuerung der molekularen Orien- 60 liehen elektrischen Feld abhängt, mit einer nematierung eines nematischen Wirtsmaterials mit geeigne- tischen Substanz gemischt wird, resultiert aus einer ten Mitteln, z. B. einem elektrischen oder magne- Steuerung der Orientierung der Moleküle der nematischen Feld, auch die Eigenschaften eines mit dem tischen Wirtssubstanz eine Steuerung des elektrischen nematischen Wirtsmaterial gemischten Gastmaterials Feldes in der Nähe der Moleküle des Gastmaterials steuern oder beeinflussen lassen. Werden z. B. mit 6₅ und dementsprechend eine Steuerung des Absorpeiner nematischen Substanz gewisse Farbstoffe ge- tionsspektrums des Materials.

mischt, so werden deren Absorptionsspektren durch Ein Beispiel eines Materials, dessen Absorptions-

die molekulare Ordnung der nematischen Substanz Spektrum vom örtlichen molekularen Feld abhängt,

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ist Methylrot. Wie oben erwähnt wurde, ist Methylrot die sich die Moleküle des flüssigen Kristalles anlegen auch stark pleochroisch. Es kann jedoch gezeigt können. Die Mischung aus der nematischen Substanz werden, daß das Absorptionsspektrum vom Methylrot und dem Farbstoff .wird dann so auf die aufgerauhte auch eine Funktion des örtlichen molekularelek- Glasfläche aufgebracht, daß sich eine Vorzugsrichtrischen Feldes ist. 5 tung der Moleküle ergibt. Hierzu kann die Elektrode

Jeder der obenerwähnten Effekte kann zur Mo- in einer Richtung mit einem Baumwollelappen oder dulation der Intensität eines Lichtstrahles verwendet -bausch abgewischt werden, welcher mit der Miwerden. Ein gemäß der Erfindung aufgebauter Licht- . schung aus dem nematischen Material und dem modulator, bei dem ein pleochroisches Gastmaterial Farbstoff getränkt ist. Die zweite Elektrode. 7 wird in einem nematischen Wirtsmaterial verwendet wird, ₁₀ dann auf die Mischung gelegt, die auf die erste ist in F i g. 1 dargestellt. Eine monochromatische Elektrode 6 aufgebracht worden war. Durch dieses Lichtquelle 1, z. B. ein Laser, liefert einen Licht- Verfahren erhalten die Moleküle der Mischung eine strahl, der einen Polarisator 2 durchsetzt. Das aus Vorzugsrichtung. Die Molekülachsen neigen dazu, dem Polarisator austretende Licht fällt durch einen sich parallel zur Wischrichtung auszurichten. Eine Modulator3, der gemäß der Erfindung aufgebaut i₅ weitere Orientierung der Moleküle tritt ein, wenn an ist. Der Modulator 3 enthält eine Mischung 4 aus die Mischung mittels einer Modulationsquelle 10 ein einem flüssigen, nematischen, kristallähnlichen Mate- Feld angelegt wird, das eine Ausrichtung der Dipolrial und einem pleochroischen Farbstoff zwischen momente bewirkt.

zwei transparenten, elektrisch leitenden Elek- Die Elektroden 6, 7 sind in bekannter Weise auf -

troden 6, 7. Die Mischung 4 kann die Form einer ₂o gebaut, sie können beispielsweise aus mit Zinnoxyd dünnen Schicht haben, die zwischen den beiden überzogenem Glas bestehen. Die eine Elektrode 7 Elektroden 6, 7 durch die Oberflächenspannung ge- wird außerdem als Heizelement verwendet, um die .hallen wird. Die Mischung 4 kann sich jedoch auch Temperatur der nematischen Substanz auf dem rieh- ' in einer Küvette oder einem anderen Gefäß befinden. tigen Wert zu halten. Wenn das Wirtsmaterial bei Die Verwendung einer dünnen Schicht hat den Vor- 25 Umgebungstemperatur nematisch ist, kann die Heiteil, daß nur geringe Steuerspannungen benötigt zung entfallen. Wenn p-n-Butoxybenzoesäure als. werden. Die Wahl der nematischen Substanz und des nematisches Wirtsmaterial verwendet wird, hält man Farbstoffes hängt von dem jeweiligen Anwendungs- die Temperatur auf einem Wert zwischen 147 und gebiet und der Frequenz des von der Lichtquelle 1 163° C. Die Heizung erfolgt bei dem dargestellten gelieferten Lichtes ab. ₃₀ Ausführungsbeispiel dadurch, daß von einer Heiz-

Bei Fig. 1 fällt die Emissionslinie der mono- stromquelle 8 ein Strom durch die die Elektrode 7 chromatischen Lichtquelle 1 mit dem Absorptions- bildende leitende Schicht geleitet wird. Durch eine spektrum des mit der nematischen Substanz gemisch- Quelle 10 werden Modulationssignale an die Elekten Farbstoffes zusammen. Für eine gegebene mono- troden 6, 7 angelegt, die quer zur Mischung 4 ein chromatische Lichtquelle eignet sich ein Farbstoff, ₃₅ modulierendes elektrisches Feld erzeugen, dessen Absorptionsspektrum auf Grund seines Pleo- Der Lichtstrahl vom Polarisator.2, der in den

chroismus im Bereich der Emissionslinie der Licht- Modulator 3 eintritt, ist in einer Richtung parallel quelle veränderlich ist. Eine geeignete Kombination zur Papierebene polarisiert, wie in Fig. 1 durch den von Lichtquelle und Farbstoff ist ein Neodymlaser, Doppelpfeil angedeutet ist. Wenn an der Mischung 4 der als erste Oberwelle eine Strahlung mit einer ₄₀ kein Feld anliegt, kann die Farbe des Lichtstrahles Wellenlänge von 5300 A liefert, und Methylrot mit in eben polarisiertem weißen Licht als Orange bep-n-Butoxybenzoesäure in einer Konzentration von schrieben werden. Die orange Farbe beruht auf dem etwa 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Farbstoff. Da das Fehlen einer Ordnung der Farbstoffmoleküle im Absorptionsspektrum von Methylrot auch 5300 A Wirtsmaterial. Wenn an die Mischung 4 eine Spanumfaßt und durch den Pleokroismus bei dieser 45 nung angelegt wird, ändert sich die Farbe der Mi-Wellenlänge veränderlich ist, kann dieser Farbstoff schung in weißem Licht, das in einer Richtung parmit der zweiten Harmonischen eines Neodymlasers allel zu den Molekülachsen polarisiert ist, von Orange verwendet werden. nach Gelb mit von 0 bis auf ungefähr 10⁴ V/cm

Die Zubereitung der Mischung 4 aus der nema- zunehmender Feldstärke. Diese Farbänderung wird tischen Substanz und dem pleochroischen Farbstoff 50 dadurch verursacht, daß die Dipolmomente der hängt zum Teil vom Typ der verwendeten nema- Moleküle parallel zum angelegten Feld ausgerichtet tischen Substanz ab. Wenn die molekularen Achsen werden. Durch Ändern des von der Quelle 10 an die der nematischen Substanz parallel zu den Dipol- Mischung 4 angelegten Feldes läßt sich der Ordmomenten der Moleküle verlaufen, was z. B. bei nungsgrad der Farbstoffmoleküle ändern und damit ■ Butylanysilidenaminicinnamat der Fall ist, sind keine ₅₅ auch der Betrag des vom Material bei einer bestimmbesonderen Vorkehrungen erforderlich, und die Mi- ten Frequenz im Absorptionsband absorbierten schung kann einfach zwischen die beiden Elek- Lichtes. Da die Lichtquelle 1 eine praktisch monotroden 6, 7 eingebracht werden. Wenn jedoch die chromatische Strahlung liefert, bewirken die Modu-Achsen der Moleküle der nematischen Substanz lationssignale von der Quelle 10 eine Intensitätssenkrecht auf den Dipolmomenten der Moleküle 60 modulation des von der Quelle 1 durch die Mistehen, wie es bei p-N-Butoxybenzoesäure der Fall schung 4 fallenden Lichtstrahles. ist, ist es wünschenswert, eine anfängliche Orientie- Die bei dem oben beschriebenen Ausführungs-

rung der molekularen Achsen durch das folgende beispiel verwendete p-n-Butoxybenzoesäure ist ein Verfahren zu bewirken. nematisches Material, dessen optische Achse sich

Eine der transparenten Elektroden, z. B. die Elek- 65 senkrecht zur Richtung des angelegten elektrischen trode 6, wird mit einer/Säure behandelt, z. B. Salz- Feldes einstellt. Bei anderen nematischen Matesäure, um die Oberfläche aufzurauhen, so daß eine rialien, wie Butylanysilidenaminocinnamat, wird die große Anzahl von Punkten zur Verfügung steht, an optische Achse parallel zum angelegten elektrischen

Feld ausgerichtet. Beide Arten von nematischen etwa .10 Volumprozent Teilchen in der Mischung Substanzen eignen sich für den in Fig. 1 dargestell- verwendet weiden können. Wenn das nematische ten Modulator. Es sei auch darauf hingewiesen, daß Wirtsmaterial dispergierte Teilchen enthält, braucht an Stelle des erwähnten Methylrotes ganz allgemein keine monochromatische Lichtquelle verwendet werirgend ein pleochroischer Farbstoff verwendet werden 5 den, sondern man kann mit irgendeiner beliebigen kann, wenn er zu der monochromatischen Lichtquelle Lichtquelle arbeiten. Der Durchlässigkeitsgrad der paßt und'keine störenden chemischen Reaktionen Mischung für das einfallende Licht hängt von dazwischen dem Farbstoff und der Wirtsflüssigkeit ein- Orientierung der Teilchen in der Mischung und datreten können. Statt des bei dem Modulator der mit von der Stärke eines an die Mischung aus Teil-F i g. 1 verwendeten elektrischen Steuerfeldes kann io chen und nematischer Substanz angelegten elektriauch ein magnetisches Steuerfeld verwendet werden. sehen Feldes ab. Die Durchlässigkeit ist ein Maxi-F i g. 2 zeigt eine Einrichtung zur Intensitäts- mum, wenn die Richtung des Lichtstrahles parallel modulation eines Lichtstrahles, bei der ein mit einem zur Ebene der plättchenförmigen Teilchen verläuft. nematischen Wirtsmaterial gemischter Farbstoff ver- Eine solche Ausrichtung ist bei einem Feldgradienwendet wird, dessen Absorptionsspektrum eine 15 ten von ungefähr KH V. cm in der Mischung erreicht. Funktion des elektrischen Feldes in der Nachbar- Wenn an der Mischung kein Feld liegt, ist die Orienschaft der Farbstoffmoleküle ist. Der Aufbau des tierung der plättchenförmigen Teilchen mehr oder Modulators gemäß Fig, 2 ist ähnlich dem der weniger statistisch entsprechend der Verteilung der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß kein Polarisator be- Nahordnungsbereiche im nematischen Wirtsmaterial. nötigt wird. Für entsprechende Bauteile sind daher 20 Der den Modulator durchsetzende Lichtstrahl kann in Fig. 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen ver- auf diese Weise durch die von der Quelle 10 an die wendet worden. Wie erwähnt, ist das Absorptions- Mischung 4 angelegten Modulationssignale in der spektrum von Methylrot eine Funktion des elek- Intensität moduliert werden. Mit reflektierenden irischen Feldes in der Nähe der Farbstoffmoleküle, Teilchen, die in einem nematischen Material disper- und Methylrot kann daher in dem Modulator der 25 g^{iert sind}, Hann ein mit Reflexion arbeitender Modu-Fig. 2 als Farbstoff verwendet werden. Selbstver- lator gebaut werden. Man läßt dann den zu modulieständlich gibt es auch noch andere Farbstoffe, die renden Lichtstrahl nicht durch die Mischung fallen, diesen Effekt zeigen. Die monochromatische. Licht- sondern von der Mischung reflektieren.
quelle 1 kann wie bei Fig. 1 ein Neodymlaser mit Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der

einer der ersten Oberwelle entsprechenden Ausgangs- 30 Erfindung. Hier wird ein nematisches Wirtsmaterial frequenz entsprechend einer Wellenlänge von etwa und ein geeigneter pleochroischer Farbstoff als Gast-5300 A sein. Als nematisches Wirtsmaterial eignet material in einer Wiedergabeeinrichtung verwendet. sich p-n-Butoxybenzoesäure. Man kann mit derselben Die Anordnung enthält ein Wiedergabepaneel 49 mit Konzentration und derselben .Temperatur der Mi- einer Mischung 50 aus einem nematischen Wirtsschung 4 arbeiten wie bei dem Ausführungsbeispiel 35 material und einem Gastmaterial, die zwischen zwei der Fig. 1. Ferner kann auch hier eine anfängliche leitenden, transparenten Elektroden 51, 52 angeord-Orientierung der Moleküle auf einer der Glaselek- net sind. Die Achsen der Moleküle der Mischung 50 troden bewirkt werden, wie oben beschrieben wurde. sind im wesentlichen parallel zueinander und zu den .Wenn mittels der Quelle 10 an die Mischung 4 e'n Elektroden 51, 52. Diese Orientierung kann durch elektrisches Feld angelegt wird, ändert sich das Ab- 40 dasselbe Verfahren erreicht werden, wie in Verbinsorptionsspektrum der Mischung. Dies kann dadurch dung mit .Fig. 1 beschrieben wurde. Es läßt sich erklärt werden, daß ohne anliegendes Feld die Dipol- auch dieselbe Mischung wie bei F i g. 1 verwenden, momente der nematischen Substanz nicht geordnet nämlich Methylrot in p-n-Butoxybenzoesäure. Die sind und die elektrischen Felder in der Nähe der transparenten Elektroden 51, 52 können aus Glas be-Farbstoffmoleküle deshalb ebenfalls ungeordnet sind, 45 stehen, das mit Zinnoxyd überzogen wurde. Die so daß die Farbstoffmoleküle in der Mischung unter Elektroden 51, 52 sind an eine Spannungsquelle 53 der Einwirkung unterschiedlicher elektrischer Felder angeschlossen, die eine Wechselspannung oder eine stehen. Wenn an die Mischung 4 ein elektrisches Feld Gleichspannung liefern kann. Eine Wechselspannung angelegt wird, erhöht sich der Ordnungszustand, und wird bevorzugt, da dadurch die Gefahr einer elektrodie elektrischen Felder in der Nähe der Farbstoff- 50 chemischen Zersetzung des Farbstoffes verringert moleküle werden in höherem Maße ausgerichtet. wird. Die maximale Feldstärke, die die von der Das Absorptionsspektrum der Mischung ist bei ge- Quelle 53 gelieferte Spannung erzeugt, beträgt etwa ordneten elektrischen Feldern anders als bei statisti- 10⁴ V/cm. Da eine sehr dünne Schicht der Mischer Verteilung der elektrischen Feldvektoren. Da schung 4 genügt, kann die von der Quelle 53 erzeugte das Absorptionsspektrum der Mischung 4 vom an-.55 Spannung unter 100 Volt liegen. Die Elektrode 52 gelegten Feld abhängt, ist auch die Intensität des dient außerdem dazu, die Temperatur der nematiden Modulator durchsetzenden Lichtstrahles eine Ischen Substanz auf dem richtigen Wert zu halten, Funktion des an der Mischung 4 liegenden elektri- d-h. bei Verwendung von p-n-Butoxybenzoesäure sehen Feldes. Wenn durch dje ModulationsqueÜe 10 auf einem Wert zwischen 147 und 163" C. Die Elek-Signale an die Mischung 4 gelegt werden, tritt eine 69 trode 52. ist hierfür an eine Heizstromquclle 54 an-Intensitätsrnoduiation des austretenden Lichtstrahles !geschlossen, die einen Strom liefert, der in der widerentsprechend den zugeführten Signalen auf. . ' standsbehafteten Schicht 52 die erforderliche Strom-Ein Modulator, der mit Teilchen arbeitet, die in wärme erzeugt. Die Anordnung enthält außerdem einer nematischen Substanz dispergiert sind, kann eine Lichtquelle 56 und einen Polarisationsmodulaior wie der Modulator der Fig. 2 aufgebaut sein. Die 65 57, dem ein Videosignal von einer Quelle 58 zuge-Mischung 4 in Fig.2 kann dann beispielsweise flok- führt wird, welches die Intensität des vom Paneel ken- oder plättchenartige Aluminiumteilchen in Mi- wiedergegebenen Bildes bestimmt. Die Lichtquelle schung mit p-n-Butoxybenzoesäure enthalten, wobei ■ hat ein Emissionsspektrum, das das Absorptions-

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Spektrum des pleochroischen Farbstoffes in der Mi- Lichtstrahles über die Elektrode 52 synchronisiert schung 50 umfaßt. Die Lichtquelle 56 kann beispiels- werden, wie es in der Fernsehtechnik üblich ist.
weise weißes Licht liefern. Der Polarisationsmodu- Wenn eine größere Farbänderung erwünscht ist als lator kann aus einer üblichen elektrooptischen Ein- mit einem einzigen Farbstoff erreicht werden kann, richtung bestehen und beispielsweise einen KDP- 5 können mehrere Wiedergabepaneele verwendet wer-Kristall enthalten. Die Polarisation des aus dem Po- den, die jeweils verschiedene Farbstoffe in Mischung larisationsmodulator 57 austretenden Lichtstrahls mit der nematischen Substanz enthalten. Die Paneele hängt vom Wert des dem Modulator 57 zugeführten werden se aufeinandergestapelt oder hintereinander Videosignals ab. Der aus dem Modulator 57 aus- angeordnet, daß sie alle vom Lichtstrahl durchsetzt tretende Lichtstrahl wird einer Abtasteinrichtung 60 i₀ werden. Bei geeigneter Wahl der Farbstoffe läßt sich zugeführt, die eine Abtastung der Elektrode 52 durch ein gewünschter Farbtonbereich überstreichen,
den Lichtstrahl bewirkt. Die Abtasteinrichtung 60 Statt der als Ausführungsbeispiel beschriebenen kann beliebig aufgebaut sein und beispielwseise speziellen Wiedergabeeinrichtung lassen sich auch einen Drehspiegel enthalten. noch viele andere entsprechende Anordnungen an-Im Betrieb der in Fi g. 3 dargestellten Wiedergabe- _t5 geben. Anstatt die Polarisation des Lichtstrahles, der einrichtung bewirkt das von der Quelle 53 an die das Wiedergabepaneel abtastet, zu verändern, kön-Mischung50 angelegte elektrische Feld eine Orien- nen die Polarisation auf einem konstanten Wert getierung der mit dem nematischen flüssigen Kristall halten und das Feld an der Mischung aus Farbstoff gemischten Farbstoffmoleküle zusätzlich zu der und magnetischer Substanz geändert werden. Zur Orientierung, die durch das Aufwischen der Mischung 20 Abtastung der Mischung aus der nematischen kriauf die eine Elektrode erzeugt worden war. Das von stallartigen Substanz und dem Farbstoff kann auch der Quelle 53 gelieferte elektrische Feld richtet die statt des Lichtrahles ein Elektronenstrahl verwendet molekularen Dipolmomente des nematischen Wirts- werden. Die Intensität des Elektronenstrahls wird materials aus. Diese Ausrichtung hat eine entspre- dann gesteuert, um lokale Änderungen des Absorpchende Ausrichtung der Farbstoffmoleküle zur Folge. 25 tionsspektrums über die Wiedergabefläche entspre-Die Farbe, die das Paneel 49 in linear polarisiertem chend einem Videosignal zu bewirken,
weißem Licht ergibt, hängt daher wegen des Pleo- An "Stelle eines pleochromatischen Farbstoffes in chroismus der Farbstoffmoleküle von der Polarisa- Mischung mit einer nematischen Substanz kann in tionseinrichtung des durch die Mischung 50 fallen- Mischung mit der nematischen Substanz auch ein den Lichtes ab. ₃₀ Farbstoff verwendet werden, dessen Absorptions-Die Abtasteinrichtung 60 bewirkt, daß der Licht- spektrum eine Funktion des örtlichen molekularen strahl die transparente Elektrode 52 abtastet und Feldes ist. In diesem Falle braucht der zur Abtastung dann durch die Mischung 50 fällt. Die Polarisation der Wiedergabefläche verwendete Lichtstrahl nicht des die Elektrode 52 abtastenden Lichtstrahles wird polarisiert zu sein. Das elektrische Feld an der Midurch den Polarisationsmodulator 57 entsprechend ₃₅ schung wird dann zur Bewirkung der gewünschten den von der Quelle 58 zugeführten Videosignalen ge- Farbänderung gesteuert.

steuert. Die Farbe des Lichtstrahles, der die Mi- Teilchen aus einem reflexionsfähigen Material,

schung 50 durchsetzt hat, ändert sich also entspre- z. B. Aluminium, können in Mischung mit einer ne-

chend dem Signal, das dem Polarisationsmodulator matischen Substanz ebenfalls in einer Wiedergabe-

57 zugeführt wurde. Wenn eine Mischung 50 aus 40 einrichtung benutzt werden. Eine Wiedergabeeinrich-

Melhyliot und p-11-Butoxybenzoesäure verwendet tung, die eine solche Mischung enthält, kann mit

wird, kann die Farbe zwischen Orange und Gelb ver- einem abtastenden Elektronenstrahl betrieben wer-

ändert werden entsprechend einer Polarisationsrich- den, dessen Intensität durch ein Videosignal gesteuert tung des einfallenden Lichtstrahles parallel oder wird. Der Anteil des von dem Wiedergabepaneel

senkrecht zur Richtung der Achsen der Farbstoff- 45 reflektierten Lichtes ist dann eine Funktion der In-

moleküle. Das dem Polarisationsmodulator 57 zu- tensität des auf die Mischung aus Teilchen und ne-

gefiihrte Videosignal kann mit der Ablenkung des matischer Substanz auftreffenden Elektronenstrahles.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Einrichtung zum Beeinflussen eines Lichtbündels mit einer im Weg des Lichtbündels angeordneten Zelle, die eine Mischung aus einer Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften und einem zusätzlichen Material enthält, und mit einer Anordnung zum Steuern des Ordnungszustandes der Moleküle der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung als zusätzliches Material ein Material enthält, dessen Einfluß auf das Lichtbündel über den Ordnungszustand der Moleküle der nematischen Flüssigkeit mit kristallähnlichen Eigenschaften steuerbar ist.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der nemätischen Flüssigkeit gemischte Material ein Farbstoff ist.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2 zum Beeinflussen eines polarisierten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der nematischen Flüssigkeit gemischte Material ein pleochroischer Farbstoff ist."

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der nematischen Flüssigkeit gemischte Material ein Farbstoff ist, dessen Absorptionsspektrum von dem in der Nähe seiner Moleküle herrschenden elektrischen Feld abhängt.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der nematischen Flüssigkeit gemischte Material aus flocken- oder plättchenförmigen Teilchen, insbesondere Aluminiumteilchen, besteht.