DE1916248A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Farbmodulation - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Farbmodulation

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Farbmodulation, wobei ein unregelmäßig ferroelektrisch.es Material verwendet wird.

Wie bekannt, wird ein Strahl von auf einen optisch biaxial doppelbrechenden Kristall einfallendem Licht in zwei außerordentliche Strahlen aufgeteilt, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Die Schwingungsflächen dieser beiden außerordentlichen Strahlen stehen aufeinander senkrecht. Wenn man annimmt, daß "die optoelastischen Hauptachsen dieses Kristalls durch X, Y bzw. Z bezeichnet werden und daß die Brechungsindizes für drei Paare von doppelbrechenden Strahlen, die sich aus den längs der drei Hauptachsen einfallenden Strahlen ergeben, mit xij , n« ; η , tiy ; Hi , ri bezeichnet werden, ergibt sich das in Figur 1 dargestellte Indikatrix-Ellipsoid des Kristalls.

In einem Kristall mit einem solchen Indikatrix-Ellipsoid wird die Verzögerung eines außerordentlichen Strahles gegenüber dem anderen, während sich ein längs einer optoelastischen Hauptachse einfallender Strahl durch den Kristall über eine Entfernung d fortpflanzt, durch folgende sich auf die Hauptachsen beziehenden Formeln ausgedrückt:

R„ = d

= d

^RZ = ^d

- n_ß)

(1)

IÖÖ8U/1210

81 (POS 17.3^7)-Tp-r (7)

worin η^ς , η_β, n^ Brechungsindikatrizesl· der

Lichtstrahlen bezeichnen, deren Schwingungsebeneji. parallel : zur X- bzw, T- bzw. Z-Achse liegen, ;

Das Prinzip der Interferenzder Lichtstrahlen, die durch einen biaxial döppelbrechenden Kirstall hindurchge-* : gangen sind, soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig, g erläutert werden, .: {

Zum Beispiel wird ein Z-geschnittener doppelbrqchen-* der Kristall 3 (ein Kristall, der mit beiden Hauptflächen ψ senkrecht zur Z-Achse geschnitten ist) mit einer Dicke d zwischen einem Polarisator 1 (z. B. einem Nicol-Prisma) und einem Analysator 2 angeordnet, deren Polarisationsrichtungen sich kreuzen, d. h_o in sogenannter PolstrisationskreuzungsbeZiehung stehen, wobei die Hauptflächen des Kristalls parallel zum Polarisator 1 und zum Analysator 2 angeordnet sind, und man richtet einen Lichtstrahl 4 senkrecht zum Polarisator 1. Wenn der Kristall 3 um die Z-Achse gedreht wird, bis seine X-Achse (oder Y-Achse) mit der Polarisationsfläche PP¹ des Polarisators 1 übereinstimmt, wird das durch den Analysator 2 durchgelassene Licht 0, da die Schwingungsrichtung des durch den Kristall 3 tretenden Lichts die gleiche wie die Durchlaßachse PP¹ des Polarisators 1 ist. Wenn dagegen der Kristall 3 weiter, z. B. in Uhrzeigersinn, gedreht wird, wird das durch den Kristall durchtretende Licht zunächst in Uhrzeigerrichtung, dann entgegen der Uhrzeigerrichtung elliptisch polarisiert und schließlich, nach Drehung um 180 , linear polarisiert» während die durch den Analysator 2 hindurchgelassene Lichtmenge in Abhängigkeit von dieser Schwankung in der Lichtpolarisation variiert.

Wenn ein monochromatisches Licht durch ein optisches System hindurchtritt, das aus einem zwischen einem Polarisator und einem Analysator in der beschriebenen Weise an*-

geordneten doppelbrechenden Kristall besteht, hängt die Durchlässigkeit des Lichts von der Dicke des Kristalls und der Neigung des Polarisators und des Analysators relativ zur kristallographischen Achse des Kristalls ab. Wenn man nun annimmt, daß das einfallende Licht ein kontinuierliches Spektrum aufweist, welches über das ganze sichtbare "Licht reichte wie z. B. in dem Fall des weißen Lichts einer Glühlampe, und daß der Polarisator und der Analysator mit ihren Polarisationsrichtungen PP* und AA¹ gekreuzt, wie Fig. 2 und weitere zeigen, und k5 zu den optoelastischen Hauptachsen X, Y des biaxialen Kristalls geneigt sind, werden Lichtwellen mit durch folgende Formel bestimmten Wellenlängen linear polarisiert, wenn sie aus der Kristallplatte austreten, wobei die Schwingungsebene solcher Lichtstrahlen parallel zur Achse PP¹ des Polarisators und senkrecht zur Achse AA* des Analysators stehtt

^kXo - ^d <ⁿß -

(worin k eine ganze Zahl bedeutet).

Daher werden diese Lichtwellen durch den Analysator völligunterbrochen. Andererseits werden Wellen mit Wellenlängen, die durch die folgende Formel bestimmt sind, ebenso linear polarisiert, wenn sie aus der Kristallplatte austreten:

(2k + 1) Λ 0 = d (η - ην) (3)

Doch ist die Schwingungsebene dieser Lichtstrahlen senkrecht zur Achse PP¹ des Polarisators. Daher treten diese Strahlen unbeeinträchtigt durch den Analysator.

Indessen werden Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen als denen, die durch die Formeln (2), (3) bestimmt werden, elliptisch oder zirkulär polarisiert, wenn sie aus der Kristallplatte austreten, und ein Teil der Lichtstrahlen

ÖG984W121 8

"*" 191624a

geht durch den Analysator 2. Daher werden im Spektrum des aus dem Analysator 2 austretenden Lichts bestimmte Wellenlängen (entsprechend den durch Formel (2) bestimmten) fehlen, während andere bestimmte Wellenlängen (die durch die Formel (3) bestimmt sind) besonders hervorgehoben, und daher erscheint das Licht gefärbt.

Andererseits gibt, wenn man annimmt, daß der Polarisator 1 und der Analysator 2 mit ihren Polarisationsrichtungen gegenseitig parallel und nicht gekreuzt, jedoch auch hier wieder 45° geneigt zu den optoelastischen Haupt- w achsen X, Y des Kristalls 3 angeordnet sind, die Formel

(2) die Wellenlängen der minimalen Intensität und die Formel (3) die stärksten Wellenlängen· Daher ist bei dieser Anordnung die Farbe des durchgelassenen Lichts komplementär zur Farbe im vorangehenden Fall.

Wenn man annimmt, daß \ undA„ zwei benachbarte Wellenlängen bezeichnen, die eine Spitzenintensität ergeben, werden folgende Bedingungen erfüllt:

(k + 1) A₁ = d (n_fl (k + I) A₂ = d (n_ß - ry

Daher gilt

1/2

Aus der vorstehenden Formel erkennt man, daß das Verhältnis λ -ι/λο **^ur einen gegebenen Wert VOnA₁ einen verhältnismäßig großen Wert annimmt, wenn d klein ist, sich jedoch 1 nähert, wenn d groß wird. So wird, wenn der Kristall sehr dünn ist, die Breite des Ausgangsspektrums, das J^. als Spitzenwellenlänge darin einschließt, beträchtlich groß, wodurch der ganze sichtbare Bereich fast gleichmäßig überstrichen wird.

0 09 8 4 4/1218

Dementsprechend erscheint das durchgelassene Licht nahezu weiß,, Bei einer geeigneten Dicke d des Kristalls wird der Abstand zwischen der Wellenlänge der Maximalintens-ität und der der Minimalintensität im Spektrum des durchgelassenen Lichtes ein passender Wert, und das Licht ist deutlich gefärbt. Wenn dagegen die Dicke des Kristalls gesteigert wird, wird der vorerwähnte Abstand im Spektrum so eng, daß das Licht eine Zahl von Linienspektren verschiedener Farben umfaßt und die deutliche Farbe verloren geht. Tatsächlich erscheint, wenn der Kristall bemerkenswert dick ist, das durchgelassene Licht für ungeübte Augen fast weiß, und das Erkennen der Farbelemente im Spektrum ist nur bei Verwendung' eines Spektroskops mögliche Das heißt, daß, wenn die Anordnung gemäß Figur 2 als Filter zum Durchlassen monochromatischen Lichts erachtet wird, die Dicke d des Kristalls einen Optimalwert hat. Zum Beispiel ist eine Beziehung zwischen der Verzögerung R (R = An₀ cA ) und der Interferenzfarbe gemäß vorstehender Beschreibung in der folgenden Tabelle 1 gezeigt:

Tabelle 1

R (myu). Interferenzfarbe R (m/u) Interferenzfarbe

990	rot
1170	blau
1310	grün
i4oo	gelb
1840	grün
2000	weiß

490 rot

530 violett

650 blau

705 azurblau

765 grün

855 gelb

Mit einer im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Vorrich tung wurde indessen eine Farbmodulation oder Änderung der Interferenzfarbe bisher nicht erreicht, falls nicht die re lative Stellung des Kristalls tatsächlich verändert wurde.

ORIGINAL INSPECTED

Es wurde gefunden, daß, wenn ein sei tender Typ von ferroelektrischein Material (unregelmäßig-ferroelektrischein Material) als biaxial doppelbrechender Kristall in der vorstehend erläuterten Anordnung verwendet und die spon.-.; tane Polarisation durch geeignete Mittel umgekehrt- werden, die Verzögerung zwischen den Bestandteilen des durchgelassenen Lichts variiert und sich so die Interferenzfarbe ändert. .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Farbmodulation des durch einen Kristall aus " ferroelektrischem Material hindurchgelassenen Lichts zu schaffen. Dabei soll auch eine Vorrichtung zur Farbmodulation des durch einen Kristall aus ferroelektrischem Material durchgelassenen Lichts angegeben werden.

Der Erfindung liegt gleichzeitig die Aufgabe zugrunde, das genannte Verfahren und die genannte Vorrichtung weiterhin vorteilhaft auszugestalten und auch eine Farbmodulationsvorrichtung anzugeben, die auf Basis des erfindungsgemäßen Farbmodulationsverfahrens die drei Grundfarben (rot, blau und grün) erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch ein Farbmodulationsverfahren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß man an wenigstens ein biaxial doppelbrechendes, unregelmäßig-ferroelektrisches Kristallelement mittels geeigneter elektrischer Moduliereinrichtungen ein elektrisches Feld anlegt, das eine dem elektrischen Koerzitivfeld des Kristalls wenigstens gleiche Stärke aufweist, und dadurch eine beim Durchgang von auf den Kristall einfällendem Licht durch den Kristall erzeugte Interferenzfarbe moduliert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert] darin zeigern

IÖOÖU/1211

ORIGINAL JMSPECTED

Fig. 1 einen Abschnitt des Indikatrix-Ellipsoids eines biaxial doppelbrechenden Kristalls j

Fig. 2 eine Erläuterungeskizze der Farbinterferenz von durch einen biaxial doppelbrechenden Kristall hindurchgehenden Lichtstrahlent

Fig. 3 eine Erläuterungsskizze, die die Deformation der Einheitszelle eines unregelmäßig-ferroelektrisehen Kristalle zeigt« wenn seine Polarisation umgekehrt wird|

Fig. k die Hystereseschleife der Spannung gegen das Elektrifizierungeverhalten eines unregelmäßigferroelektrisehen Kristalls;

Fig. 5 die Hystereseschleife der Beanspruchung gegen das elektrische Feld eines unregelmäßig-ferroelektrischen Kristalls|

Fig· 6 einen weiteren Abschnitt des Indikatrix-Ellipsoids eines biaxial doppelbrechenden Kristalls;

Fig. 7 einen Schnitt durch einen unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Herstellung des Modulationselements ι

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines Ausfüh-■ rungsbeispiels des Farbmodulators gemäß der Erfindung t

Fig. 9 einen Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiels des Farbmodulators gemäß der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel;

$09844/1218

Fig. 11 ein CIE-Farbtonblatt zur Darstellung der Beziehung zwischen der Färbinterferenz und der Verzögerung des in der Farbmodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung durchgelassenen Lichts, wobei der unregelmäßig-ferroelektrisehe Kristall zwischen zwei Polarisationsplatten angeordnet ist, die in Kreuzpolarisationsstellung stehen}

Fig. 12 ein weiteres CIE-Farbtonblatt zur Darstellung

der gleichen Beziehung wie in Fig· 11, mit der

fc Ausnahme, daß die beiden Polarisationsplatten

in Parallelpolarisationssteilung stehen| und

Fig. 13 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zur Prüfung der mit dem unregelmäßig-ferroelektrischen Körper vorbundenen Elektrode verwendet wird.

Im Zuge der Erfindung, in deren Rahmen die Natur ferroelektrischer Stoffe mehrere Jahre untersucht wurde, ist die Tatsache gefunden worden, daß eine bestimmte Art ferroelektrischer Kristalle, wie z„ B. Kaliuntdihydrophosphat (im folgenden KDP genannt) und Gadoliniummolybdat (im folgen- * den mit GMO bezeichnet) im Gegensatz zu bekannten ferroelektrischen Stoffen, z« B„ Triglyzinsulfat, Bleizirkontitanat und Bariumtitanat, eine Eigenschaft der Umkehr der spontanen Polarisation 5 - Fig. 3 - aufweisen, wenn ein elektrisches Feld oder eine mechanische Spannung an sie angelegt wird, das bzw, die größer als ein bestimmter konstanter Wert ist (der als Koerzitivfeld bzw. Koerzitivepannung bezeichnet wird).

Allgemein kann bei einem ferroelektrischen Kristall die spontane Polarisation, d. h„ eine elektrische Polarisation in dem Zustand ohne Spannung und ohne elektrisches

009844/1218

Feld, aus dem Zustand (a) in Figo 3 in den Zustand (b) oder umgekehrt aus dem Zustand (b) in den Zustand (a) durch Anlegung eines elektrischen Feldes übergehen« In einigen ferroelektrischen Kristallen variiert die Beanspruchung im Kristallgitter in Abhängigkeit von der Richtung der spontanen Polarisation. Ein solcher ferroelektrischer Kristall soll im folgenden unregelmäßig-ferroelektrischer Kristall bezeichnet werden. Andererseits wird ein ferroelektrischer Kristall, bei dem die Beanspruchung im Kristallgitter keine Beziehung zur Richtung der spontanen Polarisation hat, regelmäßig-ferroelektrischer Kristall genannt. In Fig. 3» wo h, k und 1. die Länge der Kanten des Kristalls längs der kristallographisehen Achsen a, b und c bezeichnen, wird der Kristall im Zustand (a) in der Richtung längs der Achse b ausgedehnt, während er im Zustand (b) in der Richtung längs der Achse a gelängt wird. Das heißt, daß der Kristall im Zustand (a) dem im Zustand (b) nach 90 Rotation um die Achse c entspricht. Mit dieser Verschiebung in den Abmessungen ändern sich andere Eigenschaften des Kristalls entsprechend«

Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren zur Umwandlung eines unregelmäßig-ferroelektrischen Kristalls aus einem Zustand in den anderen oder umgekehrt. Nach einem Verfahren übt man auf einen Kristall, der im Zustand (a) nach Fig. 3 ist, eine Druckkraft in Richtung der Achse b zwecks Hervorruf ung einer Beanspruchung aus· Wenn die Druckkraft einen bestimmten Wert überschreitet, geht der Kristall in den Zustand (b) über, und die Polarität der Elektrifizierung an beiden Endflächen senkrecht zur Richtung der spontanen Polarisierung wird umgekehrt. Diese Erscheinung entspricht der Erzeugung einer elektrischen Ladung oder elektromotorischen Kraft aufgrund einer mechanischen Spannung. Dabei wird die Beziehung zwischen der Spannung X und der Dichte der elektrischen Ladung durch eine in Fig. k dargestellte Hystereseschleife dargestellt, und beide Zustände

Ö098AW1218

(a) und (b) sind ohne elektrisches Feld oder mechanische Spannung stabil. Das andere Verfahren zur Umwandlung des Zustandes des Kristalls sieht die Anlegung eines elektrischen Feldes an den Kristall in der der spontanen Polarisation entgegengesetzten Richtung vor, wie beschrieben wurde. Dabei ist die Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und der mechanischen Beanspruchung wie in Figo 5» wo ebenfalls die Hysterese-Eigenschaften dargestellt sind.

Wie bekannt ist, zeigt bei einem unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall die Beziehung zwischen der mechani-

W sehen Spannung und Beanspruchung ebenfalls Hysterese-Eigenschaften. Ein solches mechanisches Verhalten ist von der Elastizität oder Plastizität gewöhnlichen Materials gänzlich verschieden, und es ist eine eher mit Ferroelektrizität oder Ferromagnetismus vergleichbare Eigenschaft. Daher mag es "Ferroelastizität" genannt werden, und ein unregelmäßig-ferroelektrischer Kristall kann als ferroelektrisch und gleichzeitig ferroelastisch angesehen werden. Es wurde gefunden, daß einige zu den Punktgruppen mm2, 2-1 und 2-11 gehörenden Kristalle in die Kategorie der unregelmäßig-ferroelektrlschen Stoffe fallen. Die folgende Tabelle 2 zählt diese Kristalle unter den entsprechenden Gruppenindizes imm2, i2-I und 12-II solcher Kristalle auf:

Tabelle 2
Punkt-Gruppe Material

imm2 KDP und GMO

i2-I noch nicht entdeckt

i2-II Rochelle-Salz, Cadmium-Ammonium-Sul

fat, Dodecylhydrat des Aluminiummethyl-Ammoniumsulfats.

eofleu/1210

ORIGINAL INSPECTED

Es wurde als Ergebnis von Untersuchungen gefunden, daß GMO und seine kriβtallοgraphischen Isomorphe, d. h.

1-x>2°3 * ^3MO1-^We°3

(worin R und R¹ wenigstens ein Seltenerdelement, χ eine Zahl von 0 bis 1,0 und e eine Zahl von 0 bis 0,2 bedeuten) Kristalle aus ferroelektrisch-ferroelastlscher Phase, zur Punktgruppe mm2 gehörig, bilden, eine Curie-Temperatur von angenähert i6o ⁰C aufweisen, unregelmäßig-ferroelektrische Eigenschaften bei einer Temperatur vom Curie-Punkt bis zu einer äußerst niedrigen Temperatur zeigen, in welchen Bereich natürlich die Raumtemperatur fällt, in Wasser unlöslich sind, sowohl gegen Feuchtigkeit als auch gegen Ent- · Wässerung beständig sind und eine hohe mechanische Festigkeit haben. Außerdem kann ihr Curie-Punkt bis auf Raumtemperaturniveau gesenkt werden, indem man eine isomorphe feste Lösung bildet.

Nach der Erfindung wird GMO oder eines seiner genannten Isomorphe (im folgenden als GMO-Kristall bezeichnet) verwendet, das (der) zum orthorhombisehen System im kristallographiechen Sinn gehört·

Obwohl ein Verfahren zur Herstellung des Einkristalls mit GMO-Kristallstruktur im japanischen Patent Nr. 3^93/68 (oder in der USA-Patentanmeldung, Serial No. k18206) beschrieben ist, bezieht sich das schon beschriebene Verfahren auf einen Kristall, dessen Einheitszellenabmessungen a und b gleich sind.

Die Einheitszellenabmessungen von GMO, das erfindungsgemäß verwendet wurde, wurden unter Einsatz eines zu diesem Zweck eingerichteten Röntgengonioineters und nach dem Röntgendiffralctionsverfahren wie folgt bestimmt:

eoöeu/1218

ORIGINAL INSPECTED

a = 1O,38 +0,005 J b = 10,426 + 0,005 c = 1O_t7O9 + 0,005

191S248

Vas Eu₂ (MoO₄)₃, Tt>₂ (MoO₄J₃, Dy₂ (MoO₄J₃ und betrifft, die mit GMO isomorph, sind, wurde aus Messungen nach dem Röntgendiffraktionsverfahren gefunden, daß die Einheitszellenabmessung längs der a-Achse von der längs der b-Achse in allen diesen Kristallen abweicht, wie die Tabelle 3 zeigt»

Tabelle 3

Material a (Ä) b (Ä) c (X)

Eu₂(MoO₄J₃ 10,377 + 0,005 10,^72 + 0,005 10,655 + 0,005

Gd (MoO₄) 10,388 + 0,005 10,426 + 0,005 10,709 + 0,005

Dy₂(MoO₄) 10,331 + 0,005 10,3*6 + 0,005 10,603 + 0,005

Sm₂(Mo0₄)₃ 10,^78 + 0,005 10,511 + 0,005 10,856 + 0,005

Jeder Einkristall des erwähnten GMO, Sm (MoO₄)-, Eu₂(MoO₄)-, Tb₂(MoO₄),, und Dy₂(MoO₄)- wurde parallel zu den Ebenen (1 OO), (θ 1 θ), (OO 1) senkrecht zu den Achsen a, b, c geschnitten und durch Anlegung eines elektrischen Feldes oder einer mechanischen Spannung behandelt (polled), so daß eine Einbereichsstruktur entstand. (Dies wurde durch die Prüfung der Probe unter einem polarisierten Mikroskop bestätigt, wobei ein planar polarisiertes Licht längs der c-Achse projiziert und Polarisationskreuzung verwendet wurde.) Der Kristall wurde auf ein Röntgendreiachsengoniometer gesetzt, und die Intensitätsverteilung des von den Oberflächen des Kristalls reflektierten Lichts wurde ge-

9096U/1219

1916246

messen. Die Flächen, deren Reflectionslicht gemessen wurde, waren (4 0 θ) , (6 O θ), (8 O θ), {1 O 0 θ), und auch (θ Ο 3), (θ O 4), {005)· Weiter wurden nach Messung der reflektierten Lichtstrahlen die a-Achse und die b-Achse des Kristalls durch Anlegung eines umgekehrten elektrischen Feldes oder einer umgekehrten mechanischen Spannung längs der c-Achse ausgetauscht und die Einbereichsstruktur dabei beibehalten. Dann wurde wieder die Intensitätsverteilung des von den Flächen (θ 4 θ) , (O 6 θ) , (θ 8 0), (Ö 1 O θ) reflektierten Lichts unter folgenden Meßbedingungen bestimmt1 Cu-K₀^- Strahlen von der mit einer Spannung von 30 kV und einem Strom von 10 mÄ gespeisten Röntgenquelle wurden zum Treffen des Kristalls durch einen Divergenzschlitz von TO mm Weite, einen Streuschlitz von TO mm Weite und einen Einfallschlitz von 0,1 mm Weite gerichtet. Die Abtastgeschwindigkeit des Goniometers war 1/4 Grad pro Minute, und der Radius des Verwendeten Geigerzählers war 185 nun. Als weiter der Kristall über die Curie-Temperatür erhitzt wurde, um dadurch den gerichteten Zustand aufzuheben, wurde der Unterschied zwischen den Zeilenabmessungen a und b undeutlich.

Der erfindungsgemäß verwendete unregelmäßig-ferroelektrische KVi s i;all kann einer der Einkristalle von chemischen Verbindungen, die mit dem GMO-Kristall isomorph sind, oder festen Lösungen solcher chemischen Verbindungen sein. Einige davon wurden in Tabelle 3 angegeben,,

Die Struktur eines solchen Kristalls wird durch die Größe der darin verwendeten positiven Ionen sehr beeinflußt. Wenn das positive Ion zu groß oder zu klein ist, erhält man eine abweichende Struktur. Die Arrhenius-Ionen-Radi en von Ionen seltener Erden sind wie folgt» Sm 1.00 A, Eu⁺³ 0.98 X, Gd⁺³ 0,97 &, Tb 0.93 A* und Dy 6.92 1. Daher zeigt (R R' )_Λ0_ο . 3Mo. WO₀, welches mit einem dieser

^v χ 1-x'2 3 1-e e 3
Ionenrädien gebildet ist, die gleiche GMO-Kristallstruktur.

_OT1Q1NAL ,NSPEGTEO

Der erfindun^ögemäß verwendete Gftb-Kristall gehört ziam orthörhömbisehen System und zur ^unfc^gruppe mmj2 nincl J eine spontane fieanspruciiuHg vöil

Ein Kristall mit solchen Einheit sälamessiihgen wdM <3ύί·ό1ι die Ausrichtung (polling) stärk beeinflußt. Der e gemäß verwendete GMO-Kr 1 stall hat ^olgönde

' Farbe': keine #aTbe und

Dichte: ¹HSOb kg/m³

i»ttfiktgrtippe^s: Ör^thörhöhibischf, aini^,

i)?, bei ^

, -ζ 2. nt, ΐ(; , bei einer '^ des -fettrie-Pürikts

iPhasenifbefgangs temperatur^: ϊ€£° jj 3? Ö ■Schmeizipttrikt j VV?O ⁰G

Spaltfläche: (1 1 %):, ί(ί) ί) ί))

tei ^^^ in ^eir l&

der Ädhseh a?, b üriä c^j :.^ _r ^j= Ü>^_t -^. ;= iS^ = £ ,-'5

Spontane 'Fölariisation: V^86 Ik. HO "» ^g

Spontane BeanspimchüngJ 1,5 x 1Ö""

Elastische AusweitungJ £5 "x ti)" ( " )

Ko efiai tiVdFeId:: 6 χ

Koerzitivspannungt 1,4 χ tu ( ' ' ' '

Beständigkeit gegen Väisse-r und ^JheniikJEtliiBn?: gut Verwitterung oder

4 7

ORlQJNAL WSPECTI

Die folgende Tabelle k zeigt einige der Isomorphen des GMO-Kristails gemäß der Erfindung. Reaktionsmateria- 11·η und ihre SEur Bildung der Kristalle erforderlichen Mengen sind ebenfalls in der Tabelle angegebent

ÖÖÖÖU/121Ö

ORIGINAL INSPECTED Tabelle

	2	*2<	Chemische Formel des Einkristalls	dat	(Reäktiö	rtSstoff) - Erde	174.3
	3	SU2*	MoO4 )3	7 431··	. Seltene	>	176.0
	4		MoO J3	431··			•187.2
10	5		MoO4 )3	431.0	352.0	ί	(By2O3) 186.5
	6		Mo04)3	835.6	fT3«0	)	19.7
15	7			451.8	(λ2ο3: 748.6	(Ho2O3) 18.9
20	8	(Gd0		431.8	(Oi2O3) ΙβΟ.9	(Lu2O3) 19.9
	9		_5TbO-5)2(*,o4),	431··	l»0.9	(r»2o3) 19.3
25	10	(Od0		431.8	(W2O3) 180.9	(Sc2O3) 6.9
	11		.95YbO.C5)2(Mo04)3	431.8	100.9
30	12	(«ο	.95Ho0.05)^Mo04>3	431.8	(Od2O3) 545.7
35	13	(%	.95Lu0.05)2(Mo04)3	451,6	345.7
	14 ι	(-ο		431.8	(Od2O3) 543.7
40				431.8	543.7
				((M2O3) 343.7

BAD ORIGINAL

1	15	^· »^* "Bf(V www· Wm ™ •	431.8	343.9 16.3
ΙΓΝ	16		431.8	(Gd2O3) (Pr6On) 343.9 17.0
	17		431.8	217.0 90.3
10	18		431.8	217.0 130.0
15	19		431.8	(Gd2O3) (1^y2O3) (Tb4O7) 217.0 74.6 78.8
	20		431.8	(Gd2O3) (Eu2O3) (Dy2O3) 253.3 70.4 37.3
20	21		431.8	(Gd0O-) (än_0_) (Tb.0„) ά j d 5 4 ί 217.0 69.7 39.4
	22		431.8	253.3 70.4 39.4
	23		431.8	(Gd2O3) (La2O3) (Y2O3) 253.3 32.6 45.2
30	24	431.8	253.3 70.4 37.8
	25	431.8	(Gd2O3) (Sm2O3) (Bu2O3) (Y2O3) 253.3 34.9 35.2 22.6
35	26	431.8	(Gd9O-) (Nd_0,) 343.7 16.8
	27	431.8	(Gd2O3) (Tb4O7) (Y2O3) (La2O3) 217.0 78.8 22.6 32.6
40	28	431.8	, 70.0

Β098ΑΑ/1218

1	29	^.951Vo5M110V5	431.8	(Sb2Oj) (Eu2Oj) 174.1 176.0
5	30	^.9510O4OsM110V5	431.8	(Sa2Oj) (Dy2Oj) 174.1 186.5
	31	^951Vo5M110V5	431.8	(Sm2Oj) (Tb4O7) 174.1 187.5
10	52		431.8	(Sm2Oj) (Tb2O3) 331.3 18.7
15	33	(a^^pite0#05)2(ife04)j	431.8	(Sm2O3) (Ho2Oj) 331.3 18.9
	34		431.8	(Sa2Oj) (Lu2Oj) 331.3 19.9
20	55	<*«b.^O.l>2(ltoO4)3	431.8	(Sm2Oj) (^2O3) 331.3 19.3
	36		431»8	(Sm2Oj) (SCgOj) 331.3 6.9
25	37		431.8	(Sa2Oj) (Y2Oj) 331.5 11.3
30	38		431.8	(Sm2Oj) (Er2Oj) 313.4 19.1
	39	(*bJ*b.iIiMwiro.o5>a(lleO4)3	431.8	(Sm2O2) (Br2O3) (Br2Oj) 209.4 105.4 19.1
35	40	431.8	(Sa2O3) (Tb4O7) (Y2Oj) 244.0 78.8 22.6
	41	431.8	(Sa2Oj) (Y2Oj) (Br2Oj) 278.9 22.6 19.1
40	42	431.8 i	(Sm2Oj) (Dy2Oj) (^Oj) (Br2O3) 278.9 37.3 11.3 9.5

-ORIGINAL

43	^,»ο,^ο.,ο	3	3	38fc.f	70.0	(Sm2C3) 174.1	(Tb4O7) 187.2
44	I Dy - ,-, j- Lfj-i Ar/n\HOOi / 0#95 O »05 2 4"	>3		4^1.8	369.3		16.3
45		'3		431.8	(Dy2O3) 369.3		17.0
46	^o^o.osV"0^	(HoO4		431.8	(Nd2O3) 16.8		369.3
47	(Dy08Bd0 loHoolo)2	KOO4)	'3	431.8	(Dy2O3) 298.4	(Ho2O3) 37.8	(Nd2O3) . 33.7
48			3	431.8	(Eu2O3) 211.2	(Dy2O3) 74.6	(Tb4O7) 102.4
49			431.8	(Gd2O3) (Sm 217.0 34 (Tb4O7) 39.4	2o3) (Eu2O3) (Dy2O3) .9 70.4 37.3

9Ö98U/121

Die unregelmäßig-ferroelektrischen Kristalle, die in dieser Tabelle aufgeführt sind, sind kristalloptisch biaxial in der ferroelektrischen Phase. Fig. 6 zeigt einen Teil des Indikatrix-Ellipsoids eines solchen Kristalls. In Fig. 6 bezeichnen die Achsen X, Y, Z optoelastische Hauptachsen und n^ , n„, nv Brechungsindizes der Lichtstrahlen, die jeweils zu den Achsen X, Y, Z parallel schwingen.

In einem GMO-Kristall fallen die optoelastischen Hauptachsen X, Y, Z mit den kristallographisehen Achsen ψ a, b, c zusammen. Der Kristall ist bei einer Temperatur oberhalb des Curie-Punkts (angenähert 16O C) uniaxial und positiv, und seine Brechungsindizes sind bei 200 C:

n_e = 1,848, n₀ = 1,901

Der Kristall zeigt bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur unregelmäßig-ferroelektrische Eigenschaften und wird biaxial.

Der optische Axialwinkel 2V und die Brechungsindizes nw , η , n^ des Kristalls gegen Na-D-Strahlen (v = 589,3 A sind bei Raumtemperatur wie folgt:

2V = 11°

n^ = 1,842

n_fl =1,843

nv, = 1,897

n_ß - n^k 4 χ ΙΟ"⁴

Die optische Axialfläche dieses biaxialen positiven Kristalls ist die kristallographxsche a-Fläche (1 0 θ), und diese Fläche rotiert 90 um die Achse c, wenn der

ÖO90U/121 8

Kristall umgekehrt polarisiert wird« Daher wird, wie man in Fig. 6 erkennt, die Verzögerung des durch den GMO-Krx stall in der Richtung der Achse a durchgelassenen Lichts unter der Annahme, daß die Dicke des Kristalls d ist, durch die folgende Formel wiedergegeben}

^Ra = ^da

Wenn in einem solchen Kristall eine Polarisationsumkehr auftritt und die Fläche der optischen Achse 90 um die Achse c rotiert, wird die Achse a durch die Achse b und die Achse b durch die Achse a ersetzt. Daher ändert sich die vorerwähnte Verzögerung ebenfalls zu folgendem Wert:

^{β c!}b

(Die Änderung in der Dicke des Kristalls ist auf die Deformation der Einheitszelle entsprechend der 90 -Drehung der Achsen a und b der Zelle zurückzuführen.) Das heißt, daß sowohl die Dicke als auch der Brechungsindex des Kri stalls sich bei der Polarisationsumkehr ändern und sich dementsprechend auch die Verzögerung ändert.

Die Verzögerung über einen Abstand des auf den Kristall in der Richtung oc^! einfallenden Lichts _t die z„ B. in einem Winkel©· zu der Achse c liegt, ist d (n„ - n^') Wenn man dann den Kristall umgekehrt polarisiert, wird die vorerwähnte Verzögerung d (n„_t - n_/ ), was der Verzögerung in der Richtung oc" entspricht, die in der Ebene ac liegt und, wie Figc 6 zeigt, mit der Achse c den Winkel ©■ bildet, da angenommen werden kann, daß die optische Axialfläche des Kristalls 90° um die Achse c rotiert wurde.

Wenn ein Kristall, wie beschrieben, zwischen zwei

S09844/1218

parallel angeordneten Polarisationsplatten angeordnet wird, wie Fig. 2 zeigt, und man weißes Licht h senkrecht zum Polarisator 1 richtet, wird das weiße durch den Polarisator linear polarisierte Licht 4_ durch die Doppelbrechung des Kristalls 3 in verschiedenen Graden in Abhängigkeit von seiner Wellenlängenkomponente gebrochen und wird bei einer bestimmten Wellenlänge zirkulär polarisiertes Licht, bei einer anderen Wellenlänge linear polarisiertes Licht und bei sonstigen Wellenlängen alliptisch polarisiertes Licht. Von dem elliptisch polarisierten Licht wird nur das Licht mit der gleichen Schwingung^fläche wie der des Analysators 2 durch den Analysator 2 durchgelassen und ergibt eine Interferenzfarbe. Es ist festzustellen, daß, wenn der Kristall umgekehrt polarisiert wird, wodurch die Verzögerung, wie oben beschrieben, verändert wird, sich auch die vorerwähnte Interferenzfarbe entsprechend der Veränderung der Verzögerung ändert.

Wenn man annimmt, daß die Verzögerungen in einem unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall, wenn dieser positiv bzw. negativ polarisiert wird, R/~\ und R/ \ sind, gilt:

Allgemein ist bei einem unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall die Längenänderung, gemessen längs der Richtung, in welcher die Deformation des Kristalls größer ist, wie folgt

V=J- - 0,01 ~ 0,001

Die Beziehung zwischen den Hauptbrechungsindizes ist:

ⁿß - <*

— = 1 ^ 0,01

ny -

909044/ 1 2 1 β

BAD ORIGINAL

Daher ändert sich die Interferenzfarbe infolge der Doppelbrechung mit der Polarisationsumkehr des Kristalls. Diese beiden besonderen Farben werden durch die Breite des Kristalls bestimmt. So erhält man einen Farbmodulator, der auch die Funktion eines Farbgedächtnisses hat.

Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt, hat der Farbinodulator gemäß der Erfindung das Kennzeichen, daß ein unregelmäßig-ferroelektrischer Kristall zwischen zwei parallel angeordneten Polarisationsplatten angeordnet wird, Aiobei weißes Licht senkrecht zu den Polarisationsplatten gerichtet wird, so daß eine bestimmte Wellenlängenkomponente, die durch die Differenz der Verzögerung des Lichts in dem Kristall bestimmt wird, eine Interferenzfarbe erzeugt und diese Interferenzfarbe durch Umkehr der Polarisation des Kristalls mit einer gegenüber dem lcoerzitiven elektrischen Feld des Kristalls höheren Spannung oder mit einer gegenüber der lcoerzitiven mechanischen Spannung des Kristalls höheren mechanischen Spannung moduliert wird.

Wenn weiter zwei Stücke des vorerwähnten biaxial doppelbrechenden Kristalls mit ihren Hauptachsen der optischen Elastizität parallel zueinander vereinigt werden, ist die sich so ergebende Verzögerung des durch diese beiden Kristalle durchgegangenen Lichts gleich der Summe der jeweiligen Verzögerungen R und R₀ in den einzelnen Kristallen. Dementsprechend kann die Interferenzfarbe aufgrund der Verzögerung in einer Kombination zweier Kristalle durch Änderung der Verzögerungen R und/oder R₀ in den einzelnen Kristallen moduliert werden.

Wie oben beschrieben, ändern sich bei einem unregelmäßig- ferroelektrischen Kristall sowohl die Dicke d als auch die DoppelbrechungΔη bei der Polarisationsumkehr. Das heißtf daß die jeweiligen Verzögerungen bei entgegengesetzten Polarisationen R/ χ und R/ \ durch die folgenden Formeln ausgedruckt werden:

909844/ 1218

BAD ORIGINAL

- Zk -

- n_ß)

Üblicherweise gilt = °»⁰¹ ^* 0,001

CtJi + QX

^=1 0,1 ην

Daher ändert sich die Interferenzfarbe aufgrund der Doppelbrechung mit der Polarisationsumkehr im Kristall. So k erhält man einen Farbmodulator, der zwei Arten von bestimmten Farben liefern kann, die durch die Dicke des Modulators bestimmt werden»

Doch sind bei dem oben beschriebenen GMO-Kristall die . Änderungen in der Dimension und im Brechungsindex aufgrund der Polarisationsumkehr relativ klein, wie anschließend gezeigt ist;

dX - dY _A .

* ¹'^{5 X 10} ' -2 -= = 2 χ ΙΟ

.,O-3 n„ - tu „

^{X 10} ' 2= 2 χ ΙΟ"²

Daher ist es schwierig", einen großen Farbniodulationsbereich mit einem Farbmodulator zu erreichen, bei dem nur die Abhängigkeit von der Variation in der Doppelbrechung aufgrund der Polarisationsumkelir im Kristall vorliegt.

Erfindungsgernäß werden eine Mehrzahl von GMO-Kristallen oder all gern ein unregelmäßig-ferroelektrischen Kristallen unter Parallelstellung ihrer Hauptachsen der optischen Elastizität miteinander verbunden eingesetzt, so daß sich die Verzögerungen in den einzelnen Kristallen addieren oder subtrahieren, um Interferenzfarben wirkungsvoll, zu modulieren.

9098A A/121 8

BAD

Durch Anordnung der GMO-Rristalle oder der unregelmäßig-ferrοelektrischen Kristalle in bestimmten Richtungen gemäß der Erfindung wird es möglich, sowohl die Länge d des Weges des Lichts als auch die Doppelbrechung n„ - ruf unverändert zu halten, was ein zum Aufbau eines Farbmodulators sehr günstiges Merkmal ist. Im folgenden sollen das Prinzip und das Aufbauverfahren eines solchen Farbmodulators erläutert werden_o

Es ist festzustellen, daß, wenn ein elektrisches Feld größerer Stärke als das Koerzitivfeld an einen Z-geschnittenen GMO-Kristall 3 angelegt wird, um seine spontane Polarisation umzukehren, das aus dem Kristall austretende elliptisch polarisierte Licht in der Rotationsrichtung umgekehrt wird, da die optische Axialfläche des Kristalls infolge der Polarisationsumkehr um 90 gedreht wird. Daher werden die Verzögerungen vor und nach der Polarisationsuinkehr durch den gleichen Wert mit umgekehrten algebraischen Vorzeichen wiedergegeben.

Wenn ein transparenter doppelbrechender Kristall und ein Z-geschnittener unregelmäßig-ferroelektrischer Kristall (ζ,, Bo ein z-geschnittener GMO-Kristall) zwischen je einem parallel- angeordneten Polarisator und Analysator angebracht werden, wobei die Z-geschnittene Fläche des letzteren Kristalls senkrecht auf der optischen Achse des Polarisators steht und die Hauptachsen der beiden Kristalle in gleichen Richtungen liegen, weisen die betreffenden Verzögerungen R und B. in den beiden Kristallen eine additive Be-Ziehung insoweit auf, als die Polarisation des GMO-Kristalls nicht umgekehrt wird, doch es ergibt sich eine Differenzbeziehung, wenn der GMO-Kristall durch Anlegung eines elektrischen Feldes umgekehrt polarisiert wird. Das heißt, daß die die erhaltenen Verzögerungen für die vorgenannten beiden Zustände durch R + R bzw_o R - R₀ ausgedrückt werden,, Dementsprechend sind die Interferenzfarben vor und nach der

909844/1218

BAD ORIGINAL

Polarisationsumkehr verschieden. Diese Anordnung, die eine Kombination von wenigstens einem doppelbrechenden Kristall und wenigstens einem unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall umfaßt, der zur Punktgruppe mm2 gehört, wobei diese Kombination zwischen je einem parallel angeordneten Polarisator und Analysator angeordnet ist und an den unregelmäßig- ferroelektrischen Kristall zwecks Umkehr der spontanen Polarisation ein elektrisches Feld angelegt wird, kann als Farbmodulator verwendet werden.

¥enn weiter zwei Z-geschnittene Einkristalle, die zur ' Punktgruppe mm2 gehören und Verzögerungen R und R_ aufweisen, und ein doppelbrechender Kristall mit einer Verzögerung R_ zwischen einem Polarisator und einem Analysator in gleicher Weise, wie im vorigen Absatz beschrieben, angeordnet werden und wenn man an die beiden Einkristalle, die zur Punktgruppe mm2 gehören, selektiv elektrische Felder anlegt, um ihre Polarisation umzukehren, sind mehrere Beziehungen der Addition und der Subtraktion zwischen den jeweiligen Verzögerungen R , R und R in den einzelnen Kristallen in Abhängigkeit vom Zustand der Polarisation möglich. So ist die resultierende Verzögerung eine der folgenden vier Kombinationen:

(5) (6) (7) (8)

Nun soll ein Verfahren zur Erzeugung von drei Interferenzfarben entsprechend den drei Grundfarben rot, blau und grün (im folgenden mit R, B und G abgekürzt) unter Verwendung der vorbeschriebenen resultierenden Verzögerungen beschrieben werden.

909844/ 12 18

BAD ORSGSMAL

Ro +	R1	+ R2
Ro -	R1	+ R2
Ro +	R1	- R2
Ro -	R1	- R2

Werte der Verzögerung.j R_, R_, R_, die den drei Grundfarben R, B, G entsprechen, entnimmt man der Tabelle 1, wie folgt:

500 m/U 710 m/U 780 m/u

(Interferenzfarbe der ersten Ordnung)

Wenn man annimmt, daß unter den vorerwähnten vier Kombinationen (5)» (6), (7)» (8), drei entsprechend den drei vorgenannten Verzögerungen ausgewählt werden, so gilt, wenn die Formeln (5)1 (6), (7) ausgewählt werden,

Ro +	R1	+ R2 =	780	m /U
Ro -	R1	+ R2 =	710	m/U
Ro +	R1	- R2 =	500	m/U

(9)

Aus den vorstehenden Gleichungen folgt

R_Q = 605 m/u, R₁ = 35 m/u, R₃ =

u (10)

Wenn die Formeln (5), (6), (8) gewählt werden, gilt

R₀ - R₁ +■ R₂ =
R₀ - R₁ - R₂ =

78Ο III /U

710 m/U

5OO 111 Al

(11)

Dementsprechend gilt

R = 640 m/U, R₁ = 33 nyu, U₀ = 105 nyu (i2)

9 0984A/1218

BAD ORIGINAL

Wenn die Formeln (6), (7), (8) ausgewählt werden, gilt

(13)

R0 - R	1 + R2	= 780	ΤΠ /U
R +R	1 - R2	= 710	m/U
R0 - R	1 - R2	= 500	in /U

Dementsprechend gilt

R₀ = 7^5 m/u, R₁ = 105 m/u, R_g = 14O m/U (14).

" Die Dicken der einzelnen mm2-Kristalle, die die gemäß vor stehender Beschreibung erforderlichen Verzögerungen (9)» (12), (i4) ergeben, werden durch folgende Gleichung bestimmt:

^R1 = ^di

^R2 = ^d2

Der Wert von η - i^j von GMO-Kristall gegen Na-D-Strahlen bei Raumtemperatur ist h_t2 χ 10~ . Daher gilt

für Erfordernisse (1O) d = 82 m/u, d = 2.h5 m/U (16), für Erfordernisse (12) d₁ = 82 m/u, d₂ = 327 m,\x (17)| für Erfordernisses (ik) d^= 2k5 m/U, d₂ = 327 m/U (18).

Das vorstehende Verfahren zur Bestimmung der Erfordernisse eines Farbmodulators wurde in Verbindung mit Primär-Interferenzfarben erläutert» Doch ist die Beziehung zwischen ei ner Interferenzfarbe und dem Farbv:ert nicht einfach» Die Figuren 11 und 13 zeigen die mittels eines Computers unter Bezug auf das CIE-Farbtonblatt bestimmten Ergebnisse_a Wie

9098ΛΛ/12 18

BAD ORIGINAL

die Figuren zeigen, hat jede Farbe ihren optimalen Verzögerungswert und ihre besondere Interferenzordnung. Daher ist es allgemein ein ziemlich schwieriges Problem, eine genaue' Farbe durch den Interferenzeffekt aufgrund der Doppelbrechung zu reproduzieren. Im Hinblick auf dieses Problem wird noch ein mehr verallgemeinertes Konstruktionsverfahren im Zusammenhang mit dem Beispiel 6 beschrieben.

Es sollen nun einige Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben werden:

Beispiel 1

In Fig. 7 ist ein Y-geschnittenes Stück von 0,2 mm Dicke aus einem GMO-Sinkristall 3 mit einem Diamantschneider ausgeschnitten, und die Schnittflächen sind zu klaren optisch ebenen Flächen poliert. Auf diese polierten Oberflächen ist ditrch Aufsprühen ein SnCl.-Überzug aufgebracht, um transparente Elektroden 6 zu schaffen. Dieser Kristall 3 ist mit einer G-lasplatte 7 verbunden, die eine Dicke von 1 min, eine Breite von 30 mm und eine Länge von 40 mm aufweist, wie Fig» 8 zeigt. Außerdem ist an Zuführungen 8, die an den Elektroden 6 angebracht sind, eine Spannungsquelle 9 angeschlossen. Die so gebildete Anordnung wird zwischen zwei Polarisationsplatten 1 und 2, die mit ihren Polarisationsflächen in Kreuzstellung angeordnet sind, in der Weise angebracht, daß die Achsen a und c des Kristalls jeweils zur Schwingungsrichtung der Polarisationsplatte 1 geneigt sind und die Achse b senkrecht zur Fläche der Polarisationsplatte 1 steht. Dann wird weißes Licht k durch den Polarisator 1 auf den Kristall 3 gerichtet» Das aus dem Polarisator 1 austretende, linear polarisierte Licht h^ strömt durch den Kristall 3 hindurch, und das aus dem Kristall 3 herauskommende Licht ist elliptisch oder bei einer

9 0 9 8 4 A / 1 2 1 8

besonderen Wellenlänge linear polarisiert, und zwar infolge Verzögerungen aufgrund der Lichtstrahlen, die Schwingungsanteile parallel zu den Achsen a und b aufweisen. Das so polarisierte Licht geht durch den Analysator 2, und man beobachtet eine Interferenzfarbe. Wenn in diesem Zustand eine Spannung von der Stromquelle 9 über die Zuführungen 8 an den Kristall 3 angelegt wird, ändert sich die Interferenzfarbe .

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel ein Y-geschnittener GMO-Kristall benutzt wurde, kann man selbstverständlich auch einen X-geschnittenen Kristall in gleicher Weise und mit gleicher Wirkung verwenden.

Da die Doppelbrechung in jeder Richtung außer der optischen Achse zu beobachten ist, ändert sich die Interferenzfarbe durch die Polarisationsumkehr in einem Kristall jeder Art von Schnitt. Wenn ein GMO-Kristall in einer von den Achsen a und b um einen gewissen Winkel abweichenden Richtung geschnitten wird, um die erforderliche Farbe zu erhalten, tritt eine Verzögerung infolge der Doppelbrechung in Abhängigkeit von diesem Winkel auf. Diese Verzögerung und daher die auf dieser Verzögerung beruhende Interferenzfarbe kann leicht durch Umkehr der Polarisation des Kristalls geändert werden, da der Effektivwert der Doppelbrechung für die Lichtausbreitung- als Ergebnis der 90 -Drehung der optischen Axialfläche aufgrund der Polarisationsumkehr variiert.

Es soll nun ein Beispiel beschrieben werden, nach dein die Achse c des Kristalls als optische Achse definiert wird.

Beispiel 2

In ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 wird ein Z-geschnittenes (eine senkrecht zur Achse c geschnittenes) Stück

909844/1218

von 2 πππ Dicke mit einem Diamantschneidwerkzeug von einem GMO-Einkristall abgeschnitten, und die Schneidflächen werden zu optisch ebenen Flächen poliert. Beide polierten Flächen werden mit durchsichtigen Elektroden 6 aus einem Stoff wie z. Bo SnCl. überzogen, und es wird ein Element 3 von 10 mm Durchmesser gebildet. Dieser Kristall 3 wird mit einer Glasplatte 7 verbunden, die 1 mm dick, 30 mm breit und hO mm lang ist, wie es auch im Beispiel 1 der Fall war. Weiter werden Zuführungen 8 mit den transparenten Elektroden 6 verbunden. Die so gebildete Einheit wird unter geringer Neigung der Z-geschnittenen Fläche zwischen zwei Polarisationsplatten 1 und 2 angeordnet, die mit ihren Polarisationsflächen in gekreuzter (oder unparalleler) Stellung angeordnet sind. Dann wird weißes Licht h durch den Polarisator 1 auf den Kristall 3 gerichtet_t Bei dieser Anordnung kann man eine Interferenzfarbe durch den Analysator 2 beobachten,, Wenn in diesem Zustand eine das koerzitive elektrische Feld übertreffende Spannung über die Zuführungen 8 am Kristall 3 zwecks Polarisationsumkehr und dadurch Änderung der Verzögerung angelegt wird, ändert sich die erwähnte Irterferenzfarbe. Wenn der Kristall mit der Z-geschnittenen Fläche parallel zu beiden Polarisationsplatten angeordnet wird, ändert sich die InterTerenzfarbe nicht, auch wenn die Polarisation umgekehrt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die gleichen Effekte erhalten werden, wenn anstelle der Einstellung des Kristalls mit der Z-geschnittenen Fläche in geringer Neigung zu den Polarisationsplatten der Kristall mit einer geringen Neigung zu der senkrecht auf der c-Achse stehenden Fläche geschnitten und parallel zu den Polarisationsplatten eingestellt wird. Venn man weiter annimmt, daß die Dicke dieses Kristalles d ist und der Unterschied in den BrechunRsindizes zwischen den beiden außerordentlichen Lichtstrahlen 2Ln ist, bestimrit sich die Verzögerung R zu R = d (Δη). Daher reicht bei einem Kristall von einigen hundert /u Dicke der Wert der Verzögerung R, der die hells Ic Interfer«nzfarbe gibt, von ^iOO u ,u

9098U/ 1218

BAD ORIGINAL

bis 2000 m/Uo Wenn die Dicke mit 200 ,u angenommen wird, dann muß An im Bereich von 0,002 bis 0,010 liegen, um diesen erwähnten Bereich von R zu erhalten» Der Maximalwert des Brechungsindex eines GMO-Kristalls ist bei Raumtemperatur angenähert 1,9· Ein Ivristallachsenbild des C-geschnittenen EinkristallabSchnitts eines GMO-KrIstails' ist als Ort des Koinzidenzwerts der Doppelbrechung (daher R) anzusehen. Die Linien, die das Zentrum des Gesichtsfeldes und zwei Melatopen verbinden, bestimmen die Tangenten an der optischen Axialfläche und bezeichnen die ^ Richtung der Achse b. Die Umfanrslinien der genannten beiden Melatopen bezeichnen die Ordnung der Interferenzfarbe, wobei die innerste Linie Interferenzfarben der niedrigsten (ersten) Ordnung anzeigt und sieben Farben zwischen dieser und der nächsten Linie eingeschlossen sind«

Venn der GMO-Kristall um die Achse a gedreht wird, bis das einfallende Licht mit der Kurve der Erstordnungs-Interferenzfarbe zusammenfällt, erhält man die gewünschte helle Interferenzfarbe. Wenn in diesem Zustand eine Spannung am Kristall angelegt wird, um die spontane Polarisation umzukehren, werden.die Achsen a und b gegenseitig ausgewechselt. Das heißt, daß die Flächen a und b um die Achse c 90 rotieren. Daher ändert sich die Farben Um sicherzustellen, daß die erhaltene Farbe hell und unterscheidbar ist, sollte der Kristall um die Achse b gedreht werden, bevor die Umkelirspannung angelegt wird, so daß das einfallende! Licht nit dor Kurve der Ers tordnunf;s-Interf erenzf arbe zusammenfällt, wenn die Spannung angelegt wird und die Axialflachen 90 gedreht werden. (Der erforderliche Rotationswinkel ist fast gleich dein Winkel, um den der Kristall an Anfang gedreht wird.) So kann die Interferenzfarbe durch Steuerung mittels Anlegen zwischen zwei bestimmten Farben geschaltet v&rden. In den vorstehend beschriebenen Farbmodulationssystcm lassen sich, wenn die beiden Polarisationsplatten mit ihren Schwingun^sflachen unter einen anderen als

9098ΛΛ/12 18

einem rechten Winkel gekreuzt eingestellt werden, weitere Variationen und Kombinationen erzielen.

W,ie beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß ein Farbmodulator vorgesehen, bei dem aus weißem Licht durch die optische Anordnung, die den GMO-Kristall umfaßt, eine Farbe erzeugt wird, und diese Farbe durch Anlegen einer elektrischen oder einer mechanischen Spannung an den Kristall verändert werden kann. Dieser Farbmodulator ist dadurch vorteilhaft, daß die erwähnte Farbänderung sehr deutlich und die Farbmodulationsgeschwindigkeit groß ist₀

Beispiel 3

Sin GMO-Einkristall wird mit einem Diamantwerkzeug zu einem rechteckigen Prisma geschnitten, das in Richtung der Achse Z P, 5 i!iin dick und in den Richtungen der Achsen X und Y 10 mm lang ist, und die Schnittflächen werden zu durchsichtigen und optisch ebenen Flächen poliert. Auf den beiden Hauptflachen werden transparente Elektroden, wie z_o B. "Nesa"-Elektroden vorgesehen, die kurzgeschlossen sind. Sin Polarisator wird senkrecht zu einem Strahl weißen Lichts angeordnet, welches auf etwa 10 mm Durchmesser gebündelt ist. Ein Analysator wird parallel zum Polarisator in solcher Zuordmxng angebracht, daß die Schwingungsflächen beider senkrecht aufeinander stehen» Bei dieser Anordnung wird von dem Polarisator ausgehendes, linear polarisiertes Licht, welches auf den Analysator trifft, durch den Analysator unterbrochen.

Dann wird der oben beschriebene Kristall zwischen dem Polarisator und dem Analysator unter leichter Neigung seiner Z-Achse bezüglich der optischen Achse des Systems angeordnet, so daß eine klare Farbe durch den Analysator zu beobachten ist. Weiter müssen die X-Achse und die Y-Achse des

9098U/1218

BAD ORIGINAL

Kristalls in zwei Ebenen liegen, die Winkel von 45° mit den Schwingungsebenen des Polarisators bzw. des Analysators bilden. Dabei nimmt, wenn ein Druck von angenähert 400 g flach auf die Y-Fläche des Kristalls ausgeübt wird, der Kristall den Zustand eines positiven oder negativen Einbereichs an, und die Farbe ändert sich zu einer anderen deutlichen Farbe. ¥enn dann ein angenähert gleicher Druck auf die X-Fläche ausgeübt wird (womit aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung die ursprüngliche X-Fläche bezeichnet wird, obwohl tatsächlich die ursprüngk liehe X-Fläche nach dem Einwirken des Drucks auf die ursprüngliche Y-Fläche wegen der 90 -Drehung der Y-Achse zur Y-Fläche geworden ist), nimmt der Kristall den Zustand eines negativen oder positiven Einbereichs an, und die Farbe kehrt zur Ausgangsfarbe zurück. So läßt sich die Farbe erfindungsgemäß lediglich durch Einwirkung einer mechanischen Spannung ändern.

Beispiel 4

Eine X-geschnittene dünne Platte wird mit einem Diamantwerkzeug von einem Einkristall aus KDP geschnitten, und die Kanten der Platte werden bei Einstellung zweier paralleler Flächen senkrecht zur Z-Achse auf eine Breite von 10 mm geschnitten. Die Breite der Platte in der Richtung der X-Achse wird auf 0,15 mm gebracht, die Oberflächen der X-Flächen xirerden optisch eben bearbeitet, und dann werden Goldelektroden aus der Dampfphase auf den Z-Ebenen niedergeschlagen. Anschlußdrähte werden an den einzelnen Elektroden mit Silberpaste befestigt. Der Kristall wird mit den X-Flächen zwischen zwei transparenten Quarzplatten von 0,2 mm Dicke eingeschoben, und die Zuführungsdrähte werden mit Araldit an den Quarzplatten befestigt» Die so aufgebaute Einheit wird schrittweise abgekühlt und dann in flüssigen Stickstoff eingebracht, der sich in einer

9098U/121S

BAD ORiGiNAL

Dewarflasche befindet, die mit Quarzplattenfenstern versehen ist, so daß Lichtdurchgang möglich ist. Die Kristallanordnung ist so getroffen, daß ihre X-Fläche parallel zur Fläche dos Fensters liegt. Wie im Ausführuncsbeispiel 3 sind die Polarisationsplatten in einer gekreuzten Nicol-Stellung im lieg des weißen Lichts angeordnet, und zwischen ihnen befindet sich die Dewarflasche so, daß das Licht auf den Kristall gerichtet ist. So ist eine vollständige Farbmodulatoreinheit geschaffen. Bei Anschluß der Zuleitungsdrähte an eine 1OOO-V-Spannungsquelle beobachtet man eine deutliche Farbe. 1-,'enn die Polarität der Spannung umgekehrt wird, ändert sich die Farbe. Das Paar der Farben kann zu irgendeinem anderen Paar von Farben verändert werden, indem man den Polarisator dreht oder den Kristall durch einen anderen mit unterschiedlicher Dicke ersetzt.

Vie vorher erwähnt, kann man jeden ferroelektrischferroelas tischen Kristall als Farbmodul ε> tor verwenden , obwohl für einen besonderen Kristall ein abgeänderter Aufbau erforderlich ist.

Beispiel 5

Zwei Z-geschnittene GMO-Einkristallo werden auf eine Dicke von 25*+ + 5 /U bzw. 327 + 5 A¹ poliert und die Oberflächen zu optisch ebenen Flächen bearbeitet. Wie Fi₁-. 9 zeigt, werden transparente Elektrode ; υ an beiden Z-Flächen des Kristalls durch Aufsprühen von SnCIr bei ^00 C hergestellt. Die Kristalle 3¹, 3" werden auf Abmessungen eines 10-mra-Quadrats geschnitten, wobei der Vorteil der Spaltfläche längs der (1 1 O)-Fläche ausgenutzt wird, und es werden Zuführunjsdrähte 8 an den Tvlektroden angebracht. Dann wird dieser Kristall zwischen zwei Glasnaltten von 0,15 nun Dicke eingeschoben, uri.l ΤΛ,-ei solche .^iiiheiten werden uiitei· iiusrirhturig ihrer Umi'augsflachen miteinander vor-

9 0 9 8 U I 1 2 1 8 _BAD ORIGINAL

bunden. Die so zusammengestellte Anordnung wird zwischen einem Polarisator und einem Analysator angebracht, die mit ihren Schwingungsflächen senkrecht zueinander eingestellt sind. Es soll festgestellt werden, daß die Kristalleinheit in der Weise angeordnet ist, daß eine Kante davon parallel zur Schwingungsfläche des Polarisators steht. Weiter wird ein doppelbrechender Kristall, z. B, aus Quarz, zwischen dem Analysator und der Kristalleinheit (oder zwischen dem Polarisator und dem Kristall) angeordnet, wobei ihre optischen Achsen ausgerichtet sind. Durch Projektion weißen Lichts auf diese Anordnung von der Polarisatorseite aus ™ und durch Anlegen von Spannungen, die höher als das elektrische Koerzitivfeld der jeweiligen Kristalle sind, kann die Farbe des aus dem Analysator austretenden Lichts geeignet moduliert werden.

Beispiel 6

In einer aus einem Paar von Polarisator und Analysator und einem zwischen ihnen angebrachten doppelbrechenden Kristall bestehenden Anordnung wird, wenn man annimmt, daß die Dicke des Kristalls d und der Unterschied der Brechungsindizes für zwei Lichtwellen, die in zwei gegenseitig senkrecht zueinander stehenden Richtungen schwingen, (n - η ) ist, die spektrale Durchsichtigkeit der Anordnung durch folgende Formel wiedergegeben:

T₁ (X) = cos² —ξ— R (19)

T₂ (A) = sin² —^-R, (20)

worin R = d (n„ - n.) ist«

Die Formel (i?) gilt für einen Fall, in dem die Polarisationsflächen des Polarisators und des Analysators zu-

9098 4 Λ / 1218

einander parallel und um 45° gegen die Hauptachse des Kristalls geneigt stehen. Die Formel (20) gilt für einen Fall, in dem die beiden Polarisationsflächen aufeinander senkrecht "und gegen die Achse des Kristalls um 45° geneigt stehen. ¥enn daher weißes Licht in eine solche Anordnung eingeführt wird, tritt ein klar gefärbtes Licht aus dieser aus.

In einem Fall z. B,, in dem die Polarisationsflächen des Polarisators und des Analysators aufeinander senkrecht stehen, sieht man aus der Formel (20), daß die spektrale Durchsichtigkeit Maximalwerte für das Licht der Wellenlänge Λ annimmt, wenn die folgende Beziehung gilt:

ET = ,/2TC, |X , |TC _{( ) f} (21)

Weiter wird, wenn

RTC= 0,TC, 2X , ο...... n~§- (22)

ist, die rechte Seite der obengenannten Formel (I⁰-) Null. Dies bedeutet, daß kein Licht durch die vorerwähnte Anordnung durchtritt. So stellt die vorstehend beschriebene Anordnung, bestehend aus einem zwischen den gekreuzten Nicols angeordneten doppelbrechenden Kristall, ein Lichtfilter dar, Wenn sie so zusammengesetzt ist, daß sie eine bestimmte Wellenlänge durchläßt, kann sie Farbfilter genannt werden.

Erfindungsgemäß erhält man, wenn die vorstehend beschriebene Technik der Additions- und Subtraktionsanordnungen auf solche Farbfilter angewendet wird* Farbfilter für 3 Grundfarben R, G und B, wenn man geeignet* Paare solcher Filter verwendet»

909844/1218

Nimmt man ζ. B. an, daß die zugehörigen Zentralwellenlängen von R, G und B-FilternX_R, > _ undX- sind, wird durch die Dicke d des das Filter darstellenden Kristalls bestimmt, welcher Wert von

2 ^K ' " 2* 2» 2 TJ

den Wert von ■-- für die entsprechenden Zentralwellenlängen

13 5

annimmt. Die mit den vorstehenden Werten —, -5·, * «.., bestimmten Farben werden als Interferenzfarbe der ersten, zweiten, dritten Ordnung usw. angesehen« Diese Interferenzfarben definieren die Grundbedingungen zur Bestimmung des Bereichs der Farbwiedergabe auf Basis der drei Grundfarben. Die Optimalbedingungen zur Erzielung des größten Reprodukti onsbereichs bei der Verwendung der drei Grundfarbenfilter wurden im Zusammenhang mit diesem Ausführungen beispiel beschrieben.

Wie schon erwähnt, wird im Fall, in dem die Polarisationsflächen des Polarisatöfs und des Analysators in der obengenannten Anordnung aufeinander senkrecht stehen, die spektrale Transparenz des Systems durch die Formel (20) bestimmt, das heißt T (λ) = sin -j «»■· Wenn man daher annimmt, daß X, Y und Z drei Grundfarben entsprechend dem internationalen Farbidentifizierungssystem sind, werden die Farben theoretisch wie folgt ausgedrückt«

x = $i (λ)

Y a fl (λ) y

(23)

worin x, y und ζ Koordinaten der Spektralfarbe bezeichnen. Die Werte von χ und y werden aus dem Mischverhältnis der drei Grundfarben wie folgt bestimmt:

909844/1210

^Λ χ + γ + ζ

(24)

y ⁼ γ , ν . t

Die vorstehenden Verte von χ und _;y werden auf das CIE-Farbtonblatt aufgetragen. Man sieht aus der Kurve 11 in dem Blatt nach Fig» 11, daß, während die Verzögerung und daher die Dicke des Kristalls wachsen, zunächst die Interferenzfarben der ersten Ordnung in der Reihenfolge orange, violett, blau und grün und dann, während der Kristall noch dicke wird, Farben der zweiten Ordnung in der gleichen Reihenfolge erscheinen. Dementsprechend ergibt sich unter der Annahme, daß die Zentralweilenlängen der Grundfarben wie folgt sind:

X_R = 617 nyu, X_G = 537 m/u, λ_β = 477 nyu

aus Fig. 11, daß der Optimalbereich der Farbwiedergabe erhalten wird, indem man die Dicke d des Kristalls und dadurch die Verzögerung so wählt, daß rot als Farbe der ersten oder zweiten Ordnung, blau der zwdLten oder der dritten Ordnung und grün der zweiten, der dritten oder der vierten Ordnung erhalten werden.

Da ein GMO-Kristall, der zum orthorhombisehen System der Punktgruppe mm2 gehört, seine optische Axialfläche um 90 dreht, wenn ein elektrisches Feld oder eine mechanische Spannung oberhalb seines elektrischen oder mechanischen Koerzitivwertes angelegt wird, ist anzunehmen, daß die Verzögerung R des durch den Kristall hindurchgegangenen Lichts nach Aufnahme des elektrischen Feldes oder der Spannung in der Richtung umgekehrt wird, so daß sie mit -R bezeichnet wird.

Dalier lassen sich drei Zustände der Verzögerung dar-

909844/1218

stellen, indem zwei GMO-Kristalle und ein geeigneter doppelbrechender Kristall (z. B. ein Quarzkristall) verwendet werden, Wenn man definiert, daß die zur Schaffung der Farben R, G und B erforderlichen Verzögerungen IL,, R_ und R-. sind und daß die Einzelverzögerungen im Bezugskristall (z, B₀ Quarzkristall) im ersten GMO-Kristall und im zweiten GMO-Kristall R_Q, R₁ und R__ sind, sind die folgenden drei Gruppen von Kombinationen möglich:

^RG - ^R0

^RB = ^R0 " ^RI -

(25)

oder

= R₀ +

^RG = ^R0 - ^RI

^RB ■ ^R0 ^{+ R}I -

(26)

oder

11R =	Ro +
RG = I
R =	Ro -

+ R

(27)

Die drei Grundfarben lassen sich mit irgendeiner der vorstehenden Kombinationen erhalten., Wie in Fig. 10 gezeigt ist, werden eine Quarzplatte 10, eine erste und eine zweite GMO-Platte 3» bzw. 3" von Z-Schnitt, deren Dicken aus einer der in Tabelle 5 gezeigten Gruppen gewählt sind, zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 ange-

909844/ 1218

ordnet, die zueinander parallel unter Einstellung ihrer Polarisationsebenen senkrecht aufeinander angebracht sind. Durch Anlegen einer geeigneten elektrischen oder mechanischen "Spannung an jeder der GMO-Platten 3^f und 3" und dadurch Umkehren ihrer optischen Achsen läßt sich diese Anordnung als elektrisches oder mechanisches Farbfilter verwenden, das irgendeine der drei Grundfarben durchlassen kann.

	Tabelle 5	m/u	1.	GMO-Platte	2.	GMO-Platte
Gruppe	Quarzplatte		210	m/u	195	m/u
1	133		hob		195
2	143	210		kok
3	122

Die vorstehende Erläuterung wurde im Zusammenhang mit einem Fall gegeben, in dem die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators aufeinander senkrecht stehen» Bezüglich eines Falles, in dem beide Polarisationsebenen parallel zueinander stehen, ist es lediglich erforderlich, die Dicke der Kristalle so zu wählen, daß man solche Verzögerungen schafft, die die rote Farbe als Interferenzfarbe der ersten Ordnung oder der zweiten Ordnung, blau ebenfalls der ersten oder der zweiten Ordnung und grün der dritten oder der vierten Ordnung ergeben, wie Fig. 12 klarmacht. Obwohl im vorstehenden Beispiel ein GMO-Kristall als Farbmodulatorelement verwendet wurde, ist es klar, daß jeder zur Punktgruppe mm2 gehörende Kristall mit ähnlichen Effekten verxirendbar ist. Im allgemeinen ist eine Spannung von etwa 100 V erforderlich, um den Kristall im Farbmodulator zu betätigen,, Diese Spannung läßt sich jedoch auf l/n reduzieren,

9098U/1218

- kz -

wenn man den Kristall in der Richtung der Dicke in η gleiche Teile aufteilt, um so die gleiche Verzögerung zu schaffen, und wenn man die Betätigungsspannung den parallel geschalteten Teilen zuführt.

Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Verfahren nach der Erfindung, bei dem eine aus zur Punktgruppe mm2 gehörenden Kristallen und einem anderen doppelbrechenden Kristall bestehende Kombination zwischen zwei Polarieationsplatten angeordnet wird, deren Polarisationsfljäehen gegenk seitig parallel oder senkrecht aufeinander stehen, und die Polarisation der Kristalle, die zur Punktgruppe nim2 gehö» ren, durch ein elektrisches Feld oder eine mechanische Spannung oberhalb des elektrischen Koerzitivfeldes bzw. der mechanischen Koerzitivspannung der Kristalle umgekehrt wird, die Farbe des auf die Anordnung einfallenden Lichts moduliert.

Obwohl in dem obigen Beispiel ein Farbmodulator zur Erzeugung der Grundfarben R, G und B beschrieben wurde, ist es klar, daß erforderlichenfalls auch irgendwelche anderen Farben mit einer ähnlichen Einrichtung erzeugt wer=- den können. Das heißt, wie vorstehend beschrieben wurde, ) daß die Verzögerung von Licht in einem unregelmäßig*·ferro«- elektrischen Kristall durch Polarisationsumkehr von einem mit +R bezeichneten Zustand zu einem anderen mit *-R b©~ zeichneten Zustand geändert werden kann. Wenn entsprechende Verzögerungen in η Teilen solcher Kristalle mit R₁, R^,

R bezeichnet werden, ergibt sich die resultierende Verzögerung in einer beliebigen Kombination dieser η Kristalle durch folgende Formel:

worin R„ die Verzögerung im Bezugskristall bezeichnet«

909844/1218

Die vorstehende Formel liefert allgemein 2ⁿ Ergebnisse· Daher kann man im Prinzip sagen, daß η Stücke von Kristallen 2ⁿ Arten von Farben erzeugen können. Um z« B. einen Farbmodulator für 16 Farben zu erhalten, sind nur h Stücke von unregelmäßig-ferroelektrischen Kristallen
erforderlich, wobei diese StUcke so endbearbeitet sind,
daß sie vorbestimmte Schnittriclitungen und Abmessungen
haben, und übereinander in der Richtung des einfallenden Lichts angeordnet werden.

Andererseits haben unregelmäßig-ferroelektrisehe Kristalle, wie z. B. der oben erwähnte GMO-Kristall, die
Eigenschaft, daß ihr Kristallgitter deformiert wird, wenn die Polarisation umgekehrt wird. Wenn daher die Polarisationsumkehr zur Farbmodulation ausgenutzt werden soll,
müssen die an den Kristallen angebrachten Elektroden folgende Erfordernisse erfüllen.

(1) Da die Elektrode entsprechend der Beanspruchung des Kristalle als Ergebnis der Deformation des Kristallgitters infolge der Polarisationsumkehr zum Zusammenziehen und Ausdehnen gezwungen wird, muß die Elektrode an der Oberfläche fest haften, so daß sie eine wiederholte Polarisationsumkehr aushält.

(2) Da der Kristall den deformierten Zustand unter der Polarisationsumkehr stabil beibehalten muß, darf die Elektrode nicht im Sinne der Behinderung der Deformation auf den Kristall einwirken. Daher muß die Elektrode ausreichend dünn sein und einen beträchtlich niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen.

(3) Allgemein ist der Kristall in der ferroelektrischen Phase in Vielbereiche aufgeteilt. Daher tritt, wem die Elektrode am Kristall in der ferroelektrisch^!! Phase

909844/1218

BAD ORIGINAL

- kh -

angebracht wird, in der Elektrodenschicht eine Unregelmäßigkeit entsprechend dem Bereiohsmuster als eine Art von Deformation auf, die den Kristall beeinträchtigen kann. Um dies zu verhindern, muß die Elektrode in der para-elektrischen Phase angebracht werden.

(4) Bei einer Vorrichtung mit einem Aufbau, bei dem die Elektrode an der Oberfläche des Kristalls vorgesehen wird, durch die das Licht durchgeht, muß die Elektrode selbstverständlich lichtdurchlässig sein.

(5) Im gleichen Fall wie im Absatz (k) darf dementsprechend auch die Elektrode, wenn das einfallende Licht weiß und die durch den Kristall verursachte Interferenzfarbe auszuwerten ist, nicht aus einem solchen Material sein, daß die Interferenzfarbe beeinträchtigt wird.

(6) Das Elektrodenmaterial muß sowohl chemisch als auch physikalisch stabil sein, um eine lange Betriebsdauer zu gewährleisten.

Allgemein lassen sich folgende Verfahren bzw_o Stoffe für die Elektrode anwenden, die an dem ferroelektrischen

ψ Kristall zur Polarisationsutnkehr angebracht wird!

(e) Anbringung einer Metallfolie

(b) Aufdampf ung von Metall

(c) Anbringung und HochteraperattirtrocknuRg von Silberpaste oder dergleichen

(d) Stromlose Metallplattiexmng

(e) Quecksilberelektrode

(f) Anbringung nichtmetallischer Teilchen,,

wie z_e B„ Kohle pulver (z. B₅, Aquadag,,

(g) Flüssige '.

SÖ9844/ 12 18

BAD ORIGINAL

Die folgende Tabelle zeigt, in welchen Graden die vorstehend zitierten Elektroden (a) bis (g) die vorher erwähnten Erfordernisse (i) bis (6) erfüllen. In dieser Tabelle* bezeichnet die Kennzeichnung o, daß die Elektrode im wesentlichen das Erfordernis erfüllt, die Bezeichnung χ deutet an, daß das Erfordernis nicht erfüllt ist, und die Bezeichnung 2\ bedeutet, daß sie nicht unbedingt das Erfordernis erfüllt, aber auch die Funktion des Kristalls nicht unmöglich macht.

	(a)	(b)	(ο)	(d)	(e)	(*)	(β
(1)	X	X	O	X	Δ	X	A
(2)	O	O	X	O	O	O	Λ
(3)	X	Δ	O	X	Δ	A	χ
(h)	X	X	X	X	χ	X	O
(5)	X	X	X	X	X	X	O
(6)	X	Δ	O	O	Δ	X	X

¥ie sich aus dieser Tabelle ergibt, erfüllt unter den verschiedenen Typen von Elektroden (a) bis (g) keine alle Erfordernisse (i) bis (6). Obwohl die flüssige Elektrode (g) ziemlich zufriedenstellend ist, sichert sie nicht eine lange Betriebsdauer und ist unbequem anzubringen.

Um die vorbeschriebenen Nachteile der herkömmlichen Elektroden zu überwinden, werden erfindungsgemäß neue Elektrodentypen verwendet, die in den folgenden drei Ausführungsbeispielen beschrieben werden:

Beispiel 7

Bin GHO-Kristall, der senkrecht zur c-Achse geschnitten und mit Diamantpaste zu einer optisch ebenen, durchsichtigen

9098A4/1218

Platte von 200 ax Dicke und angenähert 1 cm poliert wurde, wird mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von etwa 5 °C/Miniite auf 500 °C erhitzt und bei 500 °C + 50 für 10 Minuten gehalten. Dann wird durch Aufsprühen einer SnCl. als Hauptbestandteil enthaltenden Lösung auf den Kristall während 3 bis 5 Minuten bei dieser Temperatur ein SnO als Hauptbestandteil enthaltender nesa-Überzug auf einer Oberfläche des Kristalls gebildet. Nach weiterem Halten des Kristalls auf dieser Temperatur für etwa 10 Minuten wird er mit einer Abkühlgeschwindigksit von 5 °C/Minute auf 1OO ⁰C oder niedriger abgekühlt. Eine weitere Elektrode wird auf die entgegengesetzte Oberfläche des Kristalls nach dem gleichen Verfahren aufgebracht»

Beispiel 8

Ein undurchsichtiger Film aus Indium von ungefähr 500 A Dicke wird durch Aufdampfen auf der Oberfläche eines GMO-Kristails der gleichen Ausbildung wie im Beispiel 7 gebildet, und dieser mit Überzug versehene Kristall wird in Umgebungsatmosphäre auf eine Temperatur von I60 bis 200 C erhitzt, worauf schrittweises Abkühlen folgt. Durch dieses Verfahren wird eine durchsichtige, hauptsächlich aus InO bestehende Elektrode erhalten.

Beispiel 9

Ein in gleicher Weise* wie vorstehend beschrieben, hergestellter GMO-Kristall mit einem darauf durch Verdampfung niedergeschlagenen In—Überzug wird in ein Gefäß ge—

bracht, das etwa 4OO cor mit Natriumnitrat gesättigten Äthylenglycol enthält. Die In-überzogene Oberfläche wird durch Elektrolyse anodlsiert, wobei der In-Überzug als Anode und eine Kohleelektrode als Kathode dienen, Haeh.

909844/1218

einer 2 bis 3 Minuten dauernden Anodisierung wird eine hauptsächlich aus InO bestehende transparente Elektrode erhalten.

Der in einem Verfahren nach den Ausführungsbeispielen 7f 8 oder 9 gebildete dünne Film hatte eine Dicke von etwa 300 bis 800 X und einen elektrischen Widerstand von einigen IO Ohm bis zu einigen 100 0hm, wie mit einem Punktkontakttaster festgestellt wurde. Nach Entfernung des überflüssigen Anteils des Überzuges von den Tlmfangskanten der Krietallplatte wurden Anschlußdrähte 8 an den Elektroden 6 angebracht, wie in Fig. 13 gezeigt ist, und es wurde eine Spannung über die Anschlußdrähte 8 angelegt. Es zeigte sich, daß der Kristall den Zustand eines Einbereichs annahm, wenn die Spannung bis angenähert 100 V stieg. Dieser Kristall wurde zwischen den gekreuzten Nicols 1, 2 in Reihe mit einer Micaplatte 10* einer Verzögerung von etwa 600 m/a angeordnet, und als am Kristall abwechselnd eine Spannung in der positiven und in der negativen Richtung angelegt wurde, beobachtete man Farben, die entsprechend dem Polaritätswechsel der Spannung wechselten. Veiter wurden 20 solcher Kristalle mit Abmessungen von 10 mm χ 20 mm χ 0,3 mm und mit den vorstehend beschriebenen Elektroden unter Einfluß einer Spannung von 130 V bei 50 Hz gehalten. Nach einem kontinuierlichen Versuch über 100 Stunden wurde keine Änderung beobachtet, was zeigt, daß die Elektroden stabil waren.

Obwohl der elektrische Widerstand und die Durchsichtigkeit bei den entsprechend dein Beispiel 7 hergestellten Elektroden keine Änderung zeigten, wurde festgestellt, daß der Widerstand der Elektroden, die nach dem Beispiel 9 hergestellt waren_t auf etwa das Doppelte des Ursprungswerts enetieg, während die Durchsichtigkeit unverändert blieb. l^Tas die Dicke betrifft, so riefen die nacti Beispiel ? her-

03844/1218 _BAD

gestellten Elektroden eine gewisse Deformation im Kristall hervor, wenn die Dicke 1 /U überstieg. Bei den entsprechend Beispiel 8 oder 9 hergestellten Elektroden wurde dagegen keine solche Deformation gefunden, auch wenn die Elektroden eine Dicke von 3 /U aufwiesen.

909844/1218

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Π J

   Π J Farbmodulationsverfahren, dadurch gekennzeichnet , daß man an wenigstens ein biaxial doppelbrechendes, unregelmäßig-ferroelektrisches
   Kristallelement mittels geeigneter elektrischer Moduliereinrichtungen ein elektrisches Feld anlegt, das eine dem elektrischen Koerzitivfeld des Kristalls wenigstens gleiche Stärke aufweist, und dadurch eine beim Durchgang von auf den Kristall einfallendem Licht durch den Kristall erzeugte Interferenzfärbe moduliert.

   2. Farbmodulation^verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld an jedes von wenigstens zwei biaxial doppelbrechenden unregelmäßig-ferroelektrischen Kristallelementen angelegt wird, die mit ihren Paaren von Hauptoberflächen gegenseitig zugewandt und parallel angeordnet sind, wobei jedes der Paare von Oberflächen senkrecht auf der c-Achse des Kristalls steht, das
   elektrische Feld zwischen dem Paar von Oberflächen angelegt wird und die Richtung des einfallenden Lichts senkrecht auf dem Paar der Oberflächen steht, und daß das
   elektrische Feld, welches an jeden Kristall angelegt ist, abwechselnd so gesteuert wird, daß Verzögerungen des Lichts in den Kristallen additiv oder subtraktiv kombiniert werden, wodurch die resultierende Verzögerung zur Modulation der Interferenzfarbe gesteuert wird«

   3» Farbmodulationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des elektrischen Feldes
   und des einfallenden Lichtes parallel zur c-Achse des Kristallelements liegt»

   k» Farbmodulator, gekennzeichnet durch einen biaxial doppelbrechenden, unregelmäßig-ferroelektrischen Kristall (3)

   4/1218

   BAD

   mit einem Paar parallel zur c-Achse des Kristalls geschnittenen entgegengesetzten Oberflächen, mindestens ein Paar von an dem Paar der Oberflächen vorgesehene transparenten Elektroden (6) und eine elektrische Modulationseinrichtung (8, 9), die mit den transparenten Elektroden zwecks Anlegung eines elektrischen Feldes einer Stärke von mindestens der Intensität des elektrischen Koerzitivfeldes des Kristalles elektrisch, verbunden ist. -

   ^ 5· Modifizierter Farbmodulator nach Anspruch h_t. da-

   durch gekennzeichnet» daß die entgegengesetzten Oberflächen nach einer zur c-Ächse des Kristalls (3) nicht senkrechten Fläche geschnitten sind,

   6» Modifizierter Farbmodulator nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Oberflächen nach einer zur c-Ac3xse des Kristalls (3} senkrechten Fläche geschnitten sind»

   7· Modifizierter Farbmodulator nach Anspruch. 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von. biaxialen doppelbrechenden Kristallen (3* 3% to), dartiirfcex· wenigstens zwei (3» 3') der im Anspruch 6 beanspruchten Art umfaßt.

   8. Farbmodulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßig-ferroelektrisch^!! Kristallelemente (3_r 3») die gleiche Dicke in der Richtung der o-Ach.se aufweisen»

   9. Farbmodulatör· nach Anspruch h_t 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen einem Paar parallel angeordneter Polarisationsmittel (i, Z) angeordnet ist.

   90S844/I21S

   10. Farbmodulator nach Anspruch 5§ dadurch gekennzeichnet» daß er zusammen mit wenigstens einem solchen Modulator zwischen einem Paar parallel angeordneter Polar i sat ionsmitt el (t_f 2) angeordnet ist·

   11. Farbmodulator, der zur Modulation weißen Lichts in irgendeine der drei Farben rot, blau und grün geeignet ist, gekennzeichnet durch ein Paar von Polarisationsmitteln (1, 2), die zueinander parallel angeordnet sind, wenigstens einen doppelbrechenden Kristall (io) und eine Mehrzahl von biaxial doppelbrechenden, unregelmäßig-ferroelektrischen Kristallelementen (3, 3^f)t die zwischen diesem Paar von Polarisationsmitteln angeordnet sind, wobei jedes der Kristallelemente (3, 3') ein Paaar von senkrecht zur c-Achse geschnittenen Oberflächen aufweist, ein Paar von durchsichtigen Elektroden (6) auf dem Paar von Oberflächen, elektrische Modulationsmittel (8, 9) zur Anlegung eines elektrischen Feldes von wenigstens der Stärke dee elektrischen Koerzitivfeldes" des Kristallelements an jedes der unregelmäßig-ferroelektrisch^! Kristallelemente über die transparenten Elektroden und eine Lichtquelle (Lichtstrahl h} zur Projektion eines weißen Strahls auf die Anordnung des doppelbrechenden Kristalls und der Kristallelemente durch ein Polarisationsmittel des Paares von Polarisationsmitteln.

   12. -Farbmodulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der biaxial doppelbrechenden, unregelmäßig- ferroelektrischen Kristallelemente (3, 3¹) In der Richtung der c-Achse so ge\<rählt ist, daß die resultierende Verzögerung des durch die Anordnung des doppelbrechenden Kristalls (iO) und der Kristallelemente durchtretenden Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung», eine blaue Farbe als dritte Ordnung oder zweite Ordirang oder eine grüne Farbe als dritte Ordnung oder zweite Ordnung erzeugt.

   9098U/1218

   13· Farbmodulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der biaxial doppelbrechenden, unregelmäßig- ferroelektrischen Kristallelemente (3» 3¹) iⁿ der Richtung der c-Achse so gewählt ist, daß die resultierende Verzögerung des durch die Anordnung des doppelbrechenden Kristalls (1O) und der Kristallelemente durchtretenden Lichts eine rote Farbe als Interferenzfarbe der zweiten Ordnung oder der ersten Ordnung, eine blaue Farbe als zweite Ordnung oder erste Ordnung oder eine grüne Farbe als vierte Ordnung oder dritte Ordnung erzeugt.

   lh, Farbmodulator nach einem der Ansprüche h bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der biaxial doppelbrechende, unregelmäßig-ferroelektrische Kristall (3 bzw. 3¹) ©in Einkristall aus Gadolinium-Molybdat ist, das sich durch die chemische Formel

   ausdrücken läßt, worin R und R¹ wenigstens ein Element der seltenen Erden, χ eine Zahl von 0 bis 1,0 und e eine Zahl von 0 bis 0,2 bezeichnen.

   15· Farbmodulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtigen Elektroden (6) aus Zinnoder Indiurndioxyd bestehen,

   16. Farbmodulatxonsverfaliren, gekennzeichnet durch Einwirkenlassen einer mechanischen Kraft auf ein biaxial doppelbrecliendes , unregelmäßig-ferroelektrisches Kristallelement mit Hilfe erforderlicher Druckeinrichtungen, wobei die Kraft wenigstens der Kocrzitxvspannung des Kristalls gleich ist_r, wodurch eine Interferenzfarbe moduliert ^ird, die beim Lichteinfall auf den Kristall nach dem Durchgang¹ durch diesen Kristall entsteht =

   909844/1218

   17· Farbmodulator, gekennzeichnet durch ein biaxial doppelbrechendes, unregelmäßig-ferroelektrisches Kristall element (3) mit einem Paar von entgegengesetzten, auf der c-Achse des Kristalls senkrechten Oberflächen und Mittel zum Einwirkenlassen eines Druckes auf den Kristall senkrecht zu dein Paar von Oberflächen»

   18, Farbmodulator nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen einem Paar von parallel angeordneten Polarisationsmitteln (1, 2) angeordnet ist_e

   19* Farbmodulator nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der biaxial doppelbrechende, unregelmäßig-ferroelektrische Kristall (3) ein Einkristall aus Gadolinium-Molybdat ist, das sich durch die chemische Formel

   ausdrücken läßt, worin R und R^f wenigstens ein Element der seltenen Erden, χ eine Zahl von 0 bis 1,0 und e eine Zahl von 0 bis 0,2 bezeichnen.

   L e e r s e i t e