DE1764966A1 - Method and circuit arrangement for rapidly adjusting the scattering capacity of a cell containing a nematic liquid - Google Patents

Method and circuit arrangement for rapidly adjusting the scattering capacity of a cell containing a nematic liquid

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Description

tk.-lnq. Emsi Sommwhld Dr. Diefer r. Bezofd tk.-lnq. Emsi Sommwhld Dr. Diefer r. Bezofd

Alunchen 23, Dunanfifr. 6Alunchen 23, Dunanfifr. 6th

6649-63/Dr.v.B/E6649-63 / Dr.v.B / E

RCA 59310/59425RCA 59310/59425

Ü.S.Ser.Nob.667,857/667,856Ü.S.Ser.Nob.667.857 / 667.856

Piled: September Ik, 1967Piled: September Ik, 1967

Radio Corporation of America New York N.Y. (V.St.A.)Radio Corporation of America New York N.Y. (V.St.A.)

Verfahren und Schaltungsanordnung zum raschen Einstellen des Streuvermögens einer eine nematische Flüssigkeit enthaltenden Zelle Method and circuit arrangement for rapidly adjusting the scattering power of a cell containing a nematic liquid

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Schaltungsanordnungen zum raschen Einstellen des otreuvermögens einer eine nematische Flüssigkeit enthaltenden Zelle, an die v/iederholt elektrische Impulse angelegt werden.The present invention relates to methods and circuit arrangements for quickly adjusting the Faithfulness of a cell containing a nematic liquid to which electrical pulses are repeatedly applied.

Nematische Flüssigkeiten^ die wegen derNematic liquids ^ which because of the

in ihnen herrschenden !!anordnung der Moleküle auch als "flüssige Kristalle" bezeichnet werden, sind im unerregten Zustand f."ir Licht verhältnismüßig transparent, während sie im erregten Zustand Licht streuen. Die Lichtstreuung wird durch eineThe prevailing arrangement of the molecules is also called "liquid" Crystals "are relatively transparent in the unexcited state" in light, while in the excited state Scatter state of light. The light scattering is through a

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Turbulenz in dem erregten Bereich der Flüssigkeit bewirkt, wie noch näher erläutert werden soll, und kann daher als "dynamische Streuung" bezeichnet werden.Turbulence in the excited area of the liquid causes, as will be explained in more detail, and can therefore as "dynamic scattering".

Das dynamische Streuvermögen von solchenThe dynamic scattering power of such

nematischen Flüssigkeiten oder flüssigen Kristallen kann in mit Reflexion, Absorption oder Transmission arbeitenden flachen Wiedergabeeinrichtungen, optischen Verschlüssen u.a.m. Anwendung finden. Bei Anwendungen solcher Flüssigkeiten, bei denen die Flüssigkeit oder bestimmte Bereiche davon durch eine Folge von Impulsen relativ kurzer Dauer, z.B. Videoimpulse, erregt, also vom transparenten Zustand in den lichtstreuenden Zustand gebracht werden müssen, ist unter Umständen eine Anzahl solcher Impulse erforderlich, um das volle Streuvermögen und damit die volle Aufhellung der Flüssigkeit zu erreichen. Dies ist insbesondere bei der Wiedergabe von Fernsehbildern nachteilig, da es zu einer Verschmierung der Vorderkante von bewegten Objekten führt.Nematic liquids or liquid crystals can be used in flat surfaces that work with reflection, absorption or transmission Playback devices, optical shutters, etc. are used. In applications of such liquids, where the liquid or certain areas of it are excited by a series of pulses of relatively short duration, e.g. video pulses, that is, have to be brought from the transparent state to the light-scattering state, there may be a number of these Pulses required to achieve the full scattering power and thus the full brightening of the liquid. This is particularly disadvantageous when reproducing television images, since the leading edge of moving images is smeared Objects leads.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Element einer nematischen Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitskristalles rasch einzuschalten, d.h. ein solches Element rasch vom transparenten in den lichtstreuenden Zustand zu bringen.The present invention is therefore based on the object of an element of a nematic liquid or a liquid crystal to switch on quickly, i.e. such an element quickly from the transparent to the light-scattering Bring state.

Diese Aufgabe wird gemäß der ErfindungThis object is achieved according to the invention

dadurch gelöst, daß der innere Widerstand des Elementes der nematischen Flüssigkeit oder einer die Flüssigkeit enthaltendensolved in that the internal resistance of the element of the nematic liquid or one containing the liquid

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Zelle vor dem Anlegen der wiederholten Impulse erheblich vergrößert wird.Cell before the repeated impulses are applied is enlarged.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kannThe method according to the invention can

außerdem dazu dienen, den Betrag des Streuvermögens der Flüssigkeit zu erhöhen.also serve to increase the amount of scattering power of the liquid to increase.

Insbesondere wird die Zeitspanne bis zurIn particular, the time until

Einstellung des Streuvermögens einer nematischen Flüssigkeit auf den durch die Amplitude der Impulse bestimmten Wert da- ^ durch verringert, daß Stromträger aus der Flüssigkeit entfernt werden und dadurch der Innenwiderstand der Flüssigkeit vor der Zuführung der Erregungsimpulse erhöht wird.Adjustment of the scattering power of a nematic liquid to the value determined by the amplitude of the pulses reduced by the fact that current carriers are removed from the liquid and thereby the internal resistance of the liquid is increased prior to the application of the excitation pulses.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen desFurther training and developments of the

Verfahrens gemäß der Erfindung sowie SchaItungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Method according to the invention and circuit arrangements to carry out the method are in the subclaims marked.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen: fThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which: f

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nematischen Flüssigkeit im nichterregten Zustand;1 shows a schematic representation of a nematic liquid in the non-excited state;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer nematischen Flüssigkeit im erregten Zustand;2 shows a schematic representation of a nematic liquid in the excited state;

Fig. 3 ein Schaltbild einer bekanntenFig. 3 is a circuit diagram of a known one

Anordnung zum Erregen einer nematischen Flüssigkeit, die durch ihr Ersatzschaltbild dargestellt ist;Arrangement for exciting a nematic liquid, which by its equivalent circuit diagram is shown;

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Fig. 4 eine graphische Darstellung desFig. 4 is a graphic representation of the

zeitlichen Verlaufes der bei der Schaltung nach Fig. 3 an der nematischen Flüssigkeit herrschenden Spannung, nachdem eine Anzahl von Erregungsimpulsen zugeführt wurde;Time course of the voltage prevailing in the circuit according to FIG. 3 at the nematic liquid after a number of excitation pulses were applied;

Fig. 5 eine graphische Darstellung desFig. 5 is a graphic representation of the

zeitlichen Verlaufes des LichtStreuvermögens der Flüssigkeit in der Schaltung nach Fig. 3;Temporal progression of the light scattering capacity of the liquid in the circuit of FIG. 3;

Fig. 6 und IO eine graphische Darstellung6 and 10 show a graphic representation

des zeitlichen Verlaufes von Signalen und des Streuvermögens für die Schaltung nach Fig. 3 und noch zu beschreibende Schaltungen gemäß der Erfindung, die in den Fig. 8, 9 und 11 dargestellt sind;the time course of signals and the scattering power for the circuit according to FIG. 3 and circuits to be described according to the invention shown in Figures 8, 9 and 11;

Fig. 7 eine graphische Darstellung derFig. 7 is a graphic representation of the

Spannung, die an der nematischen Flüssigkeit in der Schaltung nach Fig. 3 zu verschiedenen Zeiten während des Betriebs der Schaltung herrscht;Voltage applied to the nematic liquid in the circuit of FIG. 3 at different times during the operation of the Circuit prevails;

Fig. 8, 9 und 11 Schaltbildeijvon Schaltungen gemäß der Erfindung; und8, 9 and 11 are circuit diagrams of circuits according to the invention; and

Fig. 12 eine graphische Darstellung desFig. 12 is a graphic representation of the

Verlaufes von Signalen, auf die bei der Erläuterung der in Fig. 11 dargestellten Schaltung Bezug genommen wird.Course of signals to which reference is made in the explanation of the circuit shown in FIG.

In einer nematischen Flüssigkeit der hierIn a nematic liquid like this

interessierenden Art sind die Moleküle der Flüssigkeit in dem für die Anwendung solcher Flüssigkeiten für Wiederßabeein-The species of interest are the molecules of the liquid in the

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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-_ cc «.-_ cc «.

richtung geeigneten Temperaturbereich so angeordnet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Flüssigkeiten, in denen die Moleküle eine willkürliche oder statistische Orientierung haben, sind bei einer nematischen Flüssigkeit kleine Gruppen von Molekülen in Bezug aufeinander ausgerichtet. Diese Gruppen sollen als "Domänen" bezeichnet werden. Die Orientierung der Domänen in Bezug aufeinander ist willkürlich und da die Anzahl der Moleküle in einer Domäne verhältnismäßig klein ist, sieht die Flüssigkeit verhältnismäßig transparent aus.Direction suitable temperature range is arranged as shown in FIG. Unlike ordinary Liquids in which the molecules have an arbitrary or statistical orientation are nematic Liquid small groups of molecules aligned with respect to each other. These groups are said to be referred to as "domains" will. The orientation of the domains in relation to each other is arbitrary and because of the number of molecules in a domain is relatively small, the liquid looks relatively transparent.

Bei der Verwendung einer nematischenWhen using a nematic

Flüssigkeit in Wiedergabeeinrichtungen, Verschlüssen und dgl. wird die Flüssigkeit zwischen zwei in Fig. 2 schematisch dargestellten leitenden Elementen 10 und 12 angeordnet und in die Flüssigkeit wird bei einem Feld, das größer ist als das Schwellwertfeld für die dynamische Streuung ein Strom injiziert. Das elektrische Feld bewirkt, daß sich eine Anzahl der in Fig. 1 dargestellten Domänen in Bezug aufeinander ausrichten, so daß die Domänen verhältnismäßig groß werden. Der Ionenstrom in der Flüssigkeit ist von einer Wanderung negativer Ionen vom negativ geladenen Elektrodenelement 10 zum positiv geladenen Elektrodenelement 12 begleitet. Vermutlich stoßen die durch die Flüssigkeit wandernden negativen Ionen und gegebenenfalls auch andere in der Flüssigkeit vorhandene Ionen mit den großen Domänen zusammen oderLiquid in display devices, closures and the like. The liquid between two in Fig. 2 is shown schematically shown conductive elements 10 and 12 and placed in the liquid at a field that is greater than the threshold field for dynamic scattering injects a current. The electric field causes a number of the domains shown in Fig. 1 with respect to each other, so that the domains are relatively large will. The ion current in the liquid is from a migration of negative ions from the negatively charged electrode element 10 accompanies the positively charged electrode element 12. Presumably encounter the negatives wandering through the liquid Ions and possibly also other ions present in the liquid together with the large domains or

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stören diese auf irgend eine andere Weise, so daß sich die großen Domänenbereiche ununterbrochen bewegen. Diese Bewegung ist in Fig. 2 schematisch durch Pfeile I^ und 15 angedeutet. Die sichtbare Wirkung dieser Domänenbewegungen besteht darin, daß die Flüssigkeit nun Licht streut. Durch die Streuung können Kontrastverhältnisse von mehr als 10:1 erreicht werden. Mit anderen Worten gesagt, beträgt die Helligkeit einer dünnen Flüssigkeitsschicht bei einfallendem Licht (das normalerweise unpolarisiert ist) bei im turbulenten Zustand befindlichen Domänen (gemäß Fig. 2) mehr als das Zehnfache als bei unerregter Flüssigkeit (Fig. 1).disturb these in some other way, so that the large domain areas move continuously. This movement is indicated schematically in Fig. 2 by arrows I ^ and 15. The visible effect of these domain movements is that the liquid now scatters light. Through the scattering you can Contrast ratios of more than 10: 1 can be achieved. In other words, the brightness is thin Liquid layer with incident light (which is normally unpolarized) when it is in a turbulent state Domains (according to FIG. 2) more than ten times that of the unexcited liquid (FIG. 1).

In der Praxis weist eine mit einer nematischen Flüssigkeit arbeitende Wiedergabeeinrichtung zwei ebene Elemente auf, zwischen denen sich eine dünne Flüssigkeit sschicht befindet. Eines der Elemente kann transparent und das andere reflektierend sein. Um die Flüssigkeit erregen zu können, kann sie mit Zeilen- und Spaltenleitern in Verbindung stehen, die als transparente Leiter ausgebildet sein können und wählbare Bereiche der Flüssigkeit zu erregen gestatten. In practice, a nematic liquid display device has two flat elements with a thin layer of liquid between them. One of the elements can be transparent and the other being reflective. To excite the liquid to be able to, it can be connected to row and column conductors, which are designed as transparent conductors can and allow selectable areas of the liquid to be excited.

Ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für einA simplified equivalent circuit diagram for a

eine nematische Flüssigkeit enthaltendes Wiedergabeelement besteht aus einem Widerstand 16, dem eine Kapazität 18 parallelgeschaltet ist. Die in einer Zelle Z enthaltene Flüssigkeit wird durch einen kurzdauernden elektrischen Impuls 20 erregt.a display element containing nematic liquid from a resistor 16 to which a capacitance 18 is connected in parallel. The liquid contained in a cell Z. is excited by a brief electrical pulse 20.

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,7-, 7-

Bei der Wiedergabe von Fernsehbildern kann dieser Impuls eine Dauer von 0,06 ms haben, was einer Zeilendauer (US-Norm) entspricht. Hierbei wird vorausgesetzt, daß eine ganze Zeile der Information gleichzeitig in die Wiedergabeeinrichtung eingegeben werderi||cann. Eine solche Betriebsart, also die gleichzeitige Erregung einer ganzen Zeile und nicht einzelner Elemente der Zeile nacheinander wird bevorzugt, da für die Ladung der Kapazität 18 der Zelle Z dann eine größere Zeitspanne zur Verfügung steht. Es ist außerdem wichtig, daß die Kapazität 18 ihre Ladung für eine annehmbare Zeitspanne hält, damit sich der Zustand dynamischer Streuung einstellen kann. Um eine solche Ladungsspeicherung zu gewährleisten, ist eine Diode 21 vorgesehen, die verhindert, daß sich die Kapazität 18 durch den den Impuls 20 liefernden, nicht dargestellten Impulsgenerator entlädt. 'Die Kapazität 18 muß sich daher durch die Flüssigkeit selbst entladen, also durch den Widerstand 16 des Ersatzschaltbildes.This impulse can occur when playing back television pictures have a duration of 0.06 ms, which corresponds to a line duration (US standard). It is assumed that a whole line the information is simultaneously entered into the display devicei || cann. Such an operating mode, so the Simultaneous excitation of an entire line and not individual elements of the line one after the other is preferred, as for the charge of the capacitance 18 of the cell Z is then available for a longer period of time. It is also important that the capacitance 18 holds its charge for a reasonable period of time so that the state of dynamic scattering can adjust. To ensure such charge storage, a diode 21 is provided which prevents that the capacitance 18 is discharged by the pulse generator (not shown) delivering the pulse 20. 'The capacity 18 must therefore discharge itself through the liquid, that is, through the resistor 16 of the equivalent circuit diagram.

Die Spannung, die tatsächlich an der Zelle Zv herrscht, nachdem eine Anzahl von Erregungsimpulsen 20 an sie angelegt worden ist, ist in Fig. k dargestellt. Im Zeitpunkt t0 wird der Impuls 20 angelegt. Hierdurch wird die Kapazität aufgeladen, die sich anschließend exponentiell entlädt, bis im Zeitpunkt t^ praktisch keine Ladung mehr vorhanden ist.The voltage actually prevailing at the cell Zv after a number has been created by excitation pulses 20 on it is shown in Fig. K. At time t 0 , pulse 20 is applied. As a result, the capacity is charged, which then discharges exponentially until there is practically no charge left at time t ^.

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Der zeitliche Verlauf des StreuvermögensThe temporal course of the scattering power

der Zelle Z ist in Fig. 5 dargestellt. Bis zum Erreichen des maximalen Streuvermögens ist eine Zeitspanne von t„ bis t erforderlich, die etwa 1 bis IO ms beträgt und von verschiedenen Parametern, wie der Temperatur, der Feldstärke und dem verwendeten Material, abhängt. Im Zeitpunkt t*, in dem die Spannung an der Zelle vollständig abgeklungen ist. hat das Streuvermögen immer noch einen erheblichen Wert, da die mechanische Zeitkonstante, d.h. die Zeitspanne, die die Domänen brauchen, um von ihrem in Fig. 2 dargestellten erregten Zustand in ihren in Fig. 1 dargestellten entregten Zustand zurückzukehren, verhältnismäßig lang.ist.of cell Z is shown in FIG. Until the maximum scattering power is reached, a period of time from t 1 to t is required, which is approximately 1 to 10 ms and depends on various parameters, such as the temperature, the field strength and the material used. At time t *, when the voltage on the cell has completely decayed. the scattering power is still of considerable value, since the mechanical time constant, ie the period of time which the domains need to return from their excited state shown in FIG. 2 to their de-excited state shown in FIG. 1, is relatively long.

Beim praktischen Betrieb der in Fig. 3In the practical operation of the in Fig. 3

dargestellten Schaltung zeigt es sich, daß eine anfänglich dunkle (transparente) Zelle eine verhältnismäßig große Anzahl von Erregungsimpulsen 20 benötigt, bis die Flüssigkeit die in Fig. 5 dargestellte Streucharakteristik zeigt. Dieser Effekt ist in Fig. 6 dargestellt. Die in der obersten Kurve dargestellten Erregungsimpulse haben eine konstante Amplitude, die größer ist als die für eine dynamische Streuung bei Anwendung für Fernsehzwecke erforderliche Schwellwert spannung;. Die Impulse sind also beispielsweise Videoimpulse und ihre Amplitude entspricht der Videoinformation, die in einem speziellen Element während aufeinanderfolgenden Erregungen dieses Elementes wiedergegeben werden soll. In diesem FalleThe circuit shown shows that an initially dark (transparent) cell has a relatively large number of excitation pulses 20 is required until the liquid shows the scattering characteristic shown in FIG. This effect is shown in FIG. 6. The excitation pulses shown in the top curve have a constant amplitude, which is greater than the threshold voltage required for dynamic dispersion when used for television purposes ;. The pulses are video pulses, for example, and their amplitude corresponds to the video information contained in a special Element is to be reproduced during successive excitations of this element. In this case

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würde die Dauer eines Erregungsimpulses ungefähr Ο,Οβ ms betragen und die Wiederholungsfrequenz; wäre etwa 30 Hz (US-Norm) .the duration of an excitation pulse would be approximately Ο, Οβ ms amount and the repetition frequency; would be about 30 Hz (US standard) .

Die mittlere Kurve in Pig. β, die das Streuvermögen der Zelle angibt, zeigt, daß in einem speziellen Falle 15 Erregungsimpulse erforderlich waren, um bei der Schaltung nach Fig. 3 eine dynamische Streuung auftreten zu lassen. Die dynamische Streuung erreicht außerdem erst nach mehr als 20 M Erregungsimpulsen ihre endgültige Amplitude. Die erwähnten Impulszahlen beziehen sich selbstverständlich nur auf ein spezielles Ausführungsbeispiel und die Verzögerung bei der Erregung des Streuvermögens hängt von verschiedenen Parametern ab, z.3. der Temperatur, dem Material der Flüssigkeit, den Abmessungen der Zelle usw., so daß in anderen Fällen mehr oder weniger Erregungsimpulse bis zur Einstellung des Gleichgewichtszustandes des Streuvermögens erforderlich sein können. Fig. 6 zeigt außerdem ,daß die die Streuung darstellende Kurve gegenüber der Null-Achse verschoben ist, was bedeutet, daß die Zeit zwischen den später auftretenden Erregungsimpulsen nicht ausreicht, um das Streuvermögen der Zelle wieder auf Null abfallen zu lassen. Der Grund für diese Versetzung war oben bereits kurz erwähnt worden, nämlich daß die Relaxationszeitkonstante für die Turbulenz in der Flüssigkeit verhältnismäßig lang ist, also länger als das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen.The middle curve in Pig. β, which indicates the scattering power of the cell, shows that in a special case 15 excitation pulses were required in order to allow dynamic scattering to occur in the circuit according to FIG. In addition, the dynamic scattering only reaches its final amplitude after more than 20 M excitation pulses. The mentioned pulse numbers refer of course only to a special embodiment and the delay in the excitation of the scattering power depends on various parameters, e.g. 3. the temperature, the material of the liquid, the dimensions of the cell, etc., so that in other cases more or fewer excitation pulses may be required until the state of equilibrium of the scattering power is reached. FIG. 6 also shows that the curve representing the scatter is shifted with respect to the zero axis, which means that the time between the later occurring excitation pulses is insufficient to let the scattering power of the cell fall back to zero. The reason for this offset has already been briefly mentioned above, namely that the relaxation time constant for the turbulence in the liquid is relatively long, i.e. longer than the time interval between two successive pulses.

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Der Grund für die oben erwähnte langeThe reason for the above mentioned long

Einschalt- oder Erregungszeit einer eine nematische Flüssigkeit enthaltenden Zelle oder eines mit einer solchen Flüssigkeit arbeitenden V/idergabeelementes liegt vermutlich darin, daß der Widerstand 16 tatsächlich nicht linear ist. Anfänglich, d.h. beim Auftreten des ersten Erregungsimpulses, hat dieser Widerstand einen verhältnismäßig kleinen Widerstandswert, so daß sich die Kapazität 18 relativ rasch wieder entlädt, wie durch die ausgezogen gezeichnete Kurve 30 in Fig. 7 dargestellt ist. Im Zeitpunkt t , also nach der Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Streuvermögen auf seinen maximalen Wert ansteigen zu lassen, ist die Spannung V0 an der Zelle sehr niedrig, insbesondere niedriger als die für eine dynamische Streuung erforderliche Schwellwertspannung der Zelle. Es tritt daher keine Streuung auf, wie auch die zweite Kurve in Fig. 6 zeigt.The switch-on or energization time of a cell containing a nematic liquid or of a v / id-delivery element operating with such a liquid is presumably due to the fact that the resistor 16 is in fact non-linear. Initially, that is, when the first excitation pulse occurs, this resistor has a relatively small resistance value, so that the capacitance 18 discharges again relatively quickly, as shown by the solid curve 30 in FIG. At time t, that is, after the period of time that is required to allow the scattering power to increase to its maximum value, the voltage V 0 on the cell is very low, in particular lower than the threshold voltage of the cell required for dynamic scattering. There is therefore no scattering, as the second curve in FIG. 6 also shows.

Der verhältnismäßig niedrige Anfangs-The relatively low initial

widerstand der Zelle ist wesentlich geringer als der Widerstand, den die Zelle schließlich annimmt. Eine in allen Einzelheiten befriedigende Erklärung hierfür steht noch aus, vermutlich hat der niedrige Anfangsvriderstand jedoch seine Ursache in Ladungsträgern, die in der Flüssigkeit vorhanden sind. Dabei kann es sich um freie Ionen oder Verunreinigungen, die als leitende Teilchen wirken, handeln oder auch andere Ladungsträger, deren Art nicht ganz geklärt ist. Wenn die ne-The resistance of the cell is much lower than the resistance that the cell ultimately assumes. One in every detail a satisfactory explanation for this is still pending, but the low initial distance probably has its own Cause in charge carriers that are present in the liquid. This can be free ions or impurities, which act as conductive particles or act as other charge carriers, the nature of which is not entirely clear. If the ne-

ORIGINORIGIN

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ALAL

matische Flüssigkeit das erste Mal oder nach einer !längeren Pause erregt wird, d.h. wenn sie mit elektrischen Impulsen beaufschlagt wird, wandern diese Ladungsträger, die negativ und positiv sein können, durch die Flüssigkeit zu den Elektroden, also in Fig. 2 zu den Elektroden 10 und 12. Diese Wanderung von Ladungsträgern durch die Flüssigkeit ergibt dann den relativ niedrigen Widerstand der Flüssigkeit. Ein relativ niedriger Widerstand ist in diesem Zusammenhange -matic liquid for the first time or after a long time Pause is excited, i.e. when it is subjected to electrical impulses, these charge carriers migrate, the negative ones and can be positive, through the liquid to the electrodes, so in Fig. 2 to the electrodes 10 and 12. These Migration of charge carriers through the liquid then results in the relatively low resistance of the liquid. A relatively low resistance is in this context -

schon ein spezifischer Widerstand in der Größenordnung vonalready a specific resistance in the order of magnitude of

10 Ohm-cm im Gegensatz zu dem hohen Endwiderstand der Zelle, der in der Größenordnung von 10 Ohm-cm liegt. Auch diese Zahlenwerte sind nur Beispiele für eine spezielle ZeIIe3 da Zellen anderer Abmessungen, Zellen aus anderen Materialien und Zellen mit anderen Parametern andere, höhere oder niedrigere Widerstandswerte aufweisen können.10 ohm-cm in contrast to the high terminal resistance of the cell, which is on the order of 10 ohm-cm. These numerical values are also only examples for a special cell 3, since cells of different dimensions, cells made of different materials and cells with different parameters can have different, higher or lower resistance values.

Durch das fortlaufende Anlegen von Impulsen an die Zelle werden die erwähnten freien Stromträger allmählich aus der Flüssigkeit herausgezogen und sie erreichen die positive bzw. negative Elektrode 10 bzw. 12 in Fig. 2. Dabei nimmt der Innenwiderstand, der durch den Widerstand 16 in Fig. 3 dargestellt ist, zu. Mit zunehmendem Widerstand ändert sich auch die Entladungszeitkonstante der Zelle und damit die Form der exponentionellen Entladungskurve, wie in Fig. 7 dargestellt ist, in der die Kurve 30 die Spannung an einer speziellen Zelle nach Anlegen vonBy continuously applying pulses to the cell, the aforementioned free current carriers become gradually withdrawn from the liquid and they reach the positive and negative electrodes 10 and 12 in, respectively FIG. 2. The internal resistance, which is represented by the resistor 16 in FIG. 3, increases. With increasing resistance also changes the discharge time constant of the cell and thus the shape of the exponential discharge curve, as shown in FIG the voltage on a specific cell after applying

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einera Impulse zeigt, während die Kurve 32 die Spannung nach etwa 10 bis 15 aufeinanderfolgenden Impulsen darstellt und die Kurve J>k die Spannung nach etwa 25 aufeinanderfolgenden Impulsen. Mit zunehmendem Zellenwiderstand wächst also die Spannung, die im Zeitpunkt t noch an der Zelle liegt. Insbesondere nimmt sie von einem Anfangswert V über einen mittleren Wert V, bis auf einen Endwert V zu. Die Schwellwertspannung für die dynamische Streuung liegt irgendwo V0 und V und sobald sie überschritten ist, beginnt die Flüssig-a shows a pulses, while curve 32 shows the voltage after about 10 to 15 consecutive pulses and curve J> k shows the voltage after about 25 consecutive pulses. As the cell resistance increases, the voltage that is still on the cell at time t increases. In particular, it increases from an initial value V via a mean value V to an end value V. The threshold voltage for the dynamic scatter is somewhere V 0 and V and as soon as it is exceeded, the liquid begins

keit dynamisch zu streuen wie die zweite Kurve in Fig. 6 zeigt.ability to spread dynamically like the second curve in Fig. 6 shows.

Das vorliegende Verfahren kann mittelsThe present method can be carried out by means of

einer Schaltung nach Fig. 8 oder Fig. 9 durchgeführt werden. In diesen Figuren ist jeweils nur eine Zelle Z3 die eine nematische Flüssigkeit enthält, dargestellt, selbstverständlich kann eine Vielzahl solcher Zellen mit den entsprechenden Schaltungen in einer Matrix angeordnet sein, die eine Wiedergabeeinrichtung bildet.a circuit according to FIG. 8 or FIG. 9 can be carried out. In each of these figures, only one cell Z 3 containing a nematic liquid is shown; of course, a large number of such cells with the corresponding circuits can be arranged in a matrix which forms a display device.

Bei der Schaltung nach Fig. 8 wird dieIn the circuit of FIG. 8, the

Zelle Z durch eine schematisch als Batterie dargestellte Vorspannungsquelle 42 mit einer Spannung vorgespannt, die wesentlich geringer als die Schwellwertspannung sein kann. Gute Ergebnisse werden mit einer Vorspannung erhalten, die in der Größenordnung von 25 % der Schwellwertspannunp für die dynamische Streuung lier.t. Zwischen die Vorspannunr.squelleCell Z is biased by a bias voltage source 42, shown schematically as a battery, to a voltage which can be significantly lower than the threshold voltage. Good results are obtained with a bias which is of the order of 25 % of the threshold voltage for dynamic scattering. Between the bias source

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42 und die Zelle Z kann eine normalerweise Mtende Diode 44 eingeschaltet sein, die verhindert, daß die von einer Erregungsimpulsquelle 46 erzeugten Erregungsimpulse über die Vorspannungsquelle nach Masse kurzgeschlossen werden. In entsprechender Weise verhindert eine zwischen die Zelle Z und die Erregungsimpulsquelle 46 geschaltete Diode einen Kurzschluß der Vorspannung. 42 and cell Z can have a normally mute diode 44 be switched on, which prevents that from an excitation pulse source 46 generated excitation pulses are short-circuited to ground via the bias voltage source. In appropriate Thus, a diode connected between the cell Z and the excitation pulse source 46 prevents a short circuit of the bias voltage.

Im Betrieb der in Fig. 8flargestellten Schal- λ tung werden Stromträger, die etwa in der Flüssigkeit der Zelle Z vorhanden sind, zu den Elektroden der Zelle gezogen, so daß die Ladungen dann über die Zuleitungen 49, 51 der Zelle,die an die mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden Elektroden angeschlossen sind, abfließen. Beim Auftreten eines Erregungsimpulses ist daher die Anzahl der in der Flüssigkeit vorhandenen Ladungsträger wesentlich kleiner als ohne Vorspannung, so daß die Zelle einen hohen Innenwiderstand hat, wenn die Erregungsimpulsquelle 46 einen Erregungsimpuls an die Zelle liefert. Die Zelle wird dadurch praktisch sofort relativ stark "aufgehellt", d.h. sie nimmt sofort ein verhältnismäßig hohes Streuvermögen an. Λ the operation of the in Fig 8flargestellten. Formwork are tung current carriers Z are present approximately in the liquid of the cell, drawn to the electrodes of the cell, so that the charges then via the supply lines 49, 51 of the cell connected to the connected to the liquid-connected electrodes. When an excitation pulse occurs, the number of charge carriers present in the liquid is therefore significantly smaller than without a bias voltage, so that the cell has a high internal resistance when the excitation pulse source 46 supplies an excitation pulse to the cell. As a result, the cell is "brightened" almost immediately and relatively strongly, ie it immediately assumes a relatively high scattering power.

Der tatsächliche Verlauf des Streuvermögens, der sich mit der vorliegenden Erfindung erreichen läßt, ist in der dritten Kurve inFig. 6 dargestellt. Die gegenüber der zweiten Kurve erzielte Verbesserung ist offensichtlich. Als zusätzlichen Vorteil erreicht man mit dem Verfahren gemäßThe actual course of the scattering power that can be achieved with the present invention is in the third curve in Fig. 6 shown. The improvement over the second curve is obvious. as additional advantage is achieved with the method according to

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der Erfindung noch daß das Streuvermögen, also die Aufhellung, der Flüssigkeit für eine vorgegebene Impulsamplitude bei Anwendung der Erfindung, insbesondere der Schaltung nach Fig. 8 oder Fig. 9, wesentlich größer ist als im bekannten Falle bei Verwendung der Schaltung nach Fig. 3. Das mit der Schaltung nach Fig. 3 erreichbare maximale Streuvermögen ist in Fig. 6 mit SM1 bezeichnet, während das mit der Erfindung erreichbare maximale Streuvermögen mit S^2 bezeichnet ist. Bei Normierung auf die gleiche Nullachse ergibt sich, daß SM? wesentlich größer ist als SM1·According to the invention, the scattering power, i.e. the brightening, of the liquid for a given pulse amplitude when using the invention, in particular the circuit according to FIG. 8 or FIG. 9, is significantly greater than in the known case when using the circuit according to FIG. 3. The maximum scattering power that can be achieved with the circuit according to FIG. 3 is denoted by S M1 in FIG. 6, while the maximum scattering power that can be achieved with the invention is denoted by S ^ 2. When normalized to the same zero axis, the result is that S M? is much larger than S M1

Fig. 9 zeigt eine zweite Schaltung zurFig. 9 shows a second circuit for

Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Hier wird die eine nematische Flüssigkeit enthaltende Zelle Z durch gleichzeitiges Anlegen eines positiven Impulses von einer Impulsquelle 50 und eines negativen Impulses von einer Impulsquelle 52 erregt. Die Impulsquelle 50 kann in den Pausen zwischen den in positiver Richtung verlaufenden Impulsen eine Ausgangsspannung liefern, die bezüglich Masse negativ ist, während die Impulsquelle 52 in den Pausen zwischen den negativen Impulsen eine Ausgangsspannung liefern kann, die Massepotential entspricht. Die als Batterie dargestellte Vorspannungsquelle 54 ist mit der Zelle Z über eine Reihendiode 56 sowie zwei weitere Dioden 58 und 60 gekoppelt. Wie bei Fig. 8 kann die Vorspannung z.B. 25% der für eine dynamische Streuung erforderlichen Schwellwertspannung betragen.Implementation of the method according to the invention. Here, the cell Z containing a nematic liquid is excited by the simultaneous application of a positive pulse from a pulse source 50 and a negative pulse from a pulse source 52. The pulse source 50 can supply an output voltage which is negative with respect to ground in the pauses between the pulses running in the positive direction, while the pulse source 52 can deliver an output voltage which corresponds to ground potential in the pauses between the negative pulses. The bias voltage source 54 shown as a battery is coupled to the cell Z via a series diode 56 and two further diodes 58 and 60. As in FIG. 8, the bias voltage can be, for example, 25% of the threshold voltage required for dynamic scattering.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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Ein weiteres Verfahren zum Erhöhen desAnother method of increasing the

Innenwiderstandes einer eine nematische Flüssigkeit enthaltenden Zelle, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens werden nun anhand der Fig. 10 bis 12 beschrieben. Auch dieses Ausführungsbeispiel wird im Zusammenhang mit der Wiedergabe von Fernsehbildern erläutert und es sei angenommen, daß die Zellen oder Elemente zeilenweise erregt werden. Im Gegensatz zu den vorigen Ausführungsbeispxelen, * bei denen den Elementen oder Zellen der Matrix im Ruhezustand keine Impulse zugeführt werden, werden bei der nun zu beschreibenden Schaltungsanordnung, die ähnlich wie die in Fig. 3 sein kann, den Elementen oder Zellen jeweils Impulse in ununterbrochener Folge zugeführt. Jeder dieser Impulse hat eine Amplitude, die etwas kleiner ist als die Schwellwertspannung, bei der das betreffende Element dynamisch zu streuen beginnt. Diese Impulse 40 sind in Fig. 6C dargestellt. Die Impulse 40 haben eine Dauer von 0,06 ms und eine Wiederholungsfrequenz von etwa 30 Hz. Wenn der Schwellwert für die dynamische Streu- " ung der Zelle 40 Volt beträgt, können die Impulse 40 in Fig. IOC eine Amplitude von z.B. 35 Volt haben.The internal resistance of a cell containing a nematic liquid and a circuit arrangement for carrying out this method will now be described with reference to FIGS. 10 to 12. This embodiment is also explained in connection with the reproduction of television pictures and it is assumed that the cells or elements are excited line by line. In contrast to the previous Ausführungsbeispxelen, * in which the elements or cells of the matrix in the idle state, no pulses are supplied, are in the now to be described circuitry, such as may be similar to in FIG. 3, the elements or cells in each pulses in continuous Sequence fed. Each of these pulses has an amplitude that is slightly smaller than the threshold voltage at which the element in question begins to dynamically scatter. These pulses 40 are shown in Figure 6C. The pulses 40 have a duration of 0.06 ms and a repetition frequency of about 30 Hz. If the threshold value for the dynamic dispersion of the cell is 40 volts, the pulses 40 in FIG. IOC can have an amplitude of, for example, 35 volts .

Wenn eine Zelle eingeschaltet werden soll,When a cell is to be switched on,

wird die Amplitude der dieser Zelle zußeführten Impulse erhöht. Die erhöhten Impulse 4l können beispielsweise eine Amplitude von 100 Volt haben. Beim Anlegen eines solchen Impulses erhöhter Amplitude wird die Zelle sofort erregt, d.h. sie beginnt zu streuen, wie die Kurve D in Fig. 10 zei^t, inthe amplitude of the pulses applied to this cell is increased. The increased pulses 4l can have an amplitude of 100 volts, for example. When applying such a pulse If the amplitude is increased, the cell is immediately excited, i.e. it begins to scatter, as curve D in Fig. 10 shows, in

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ORSSiNALORSSiNAL

V/64966V / 64966

der der zeitliche Verlauf des Streuvermögens aufgetragen ist. Man sieht, daß schon das durch den ersten Impuls 41 verursachte Streuvermögen ziemlich groß ist, es liegt nahe bei dem Maximalwert des Streuvermögens, der erwartet werden kann. Durch die nachfolgenden erhöhten Impulse 4l wird das Streuvermögen noch etwas vergrößert, bis es schließlich seinen Maximalwert erreicht.which the time course of the scattering power is plotted. It can be seen that this was caused by the first pulse 41 The scattering power is quite large, it is close to the maximum value of the scattering power that can be expected. The scattering power is increased by the subsequent increased pulses 4l slightly increased until it finally reaches its maximum value.

Pig. 1OB zeigt den zeitlichen Verlauf desPig. 1OB shows the time course of the

Streuvermögens bei der Zuführung von Erregungsimpulsen konstanter Amplitude (Pig. 10A), wie es dem Stand der Technik entspricht.Scattering power in the application of excitation pulses of constant amplitude (Pig. 10A), as in the prior art is equivalent to.

Fig. 11 zeigt eine Matrix von Zellen ZFig. 11 shows a matrix of cells Z.

in einer Schaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Einfachheit halber enthalten jede Zeile und jede Spalte der Matrix nur zwei Elemente oder Zellen Z, in der Praxis sind selbstverständlich wesentlich mehr solcher Zellen oder Elemente vorhanden. Die Dioden 21 dienen zwei Zwecken, sie isolieren nämlich die verschiedenen Elemente voneinander und ermöglichen jedem Element Z Ladung zu speichern. In jedem Rasterintervall, d.h. etwa alle 30 ms, wird eine Zeile von Elementen dadurch adressiert, daß die Ausgangsspannung einer Zeilenimpulsquelle Rl oder R2 für ein Zeilenintervall von 0,06 ms von -50 Volt auf +35 Volt erhöht wird. Jedesmal, wenn eine Zeile von Elementen Z adressiert wird, liefern alle Spaltenimpulsßeneratoren Cl, C2 Ausr;angsimpulse, deren Am-in a circuit according to this embodiment of the invention. For the sake of simplicity, each row and each column of the matrix contain only two elements or cells Z, in the In practice, of course, there are considerably more such cells or elements available. The diodes 21 serve two purposes, namely, they isolate the various elements from one another and allow each element to store Z charge. In each Grid interval, i.e. approximately every 30 ms, a line of Elements addressed by the fact that the output voltage of a line pulse source Rl or R2 for a line interval of 0.06 ms is increased from -50 volts to +35 volts. Whenever a row of elements Z is addressed, all column pulse generators Cl, C2 supply output pulses whose output

0 9 8 3 6/0186 °™>ΗΑΙ 0 9 8 3 6/0186 ° ™ > ΗΑΙ

plitude der Helligkeit der durch die betreffenden Elemente Z wiederzugebenden Videoinformation entspricht. Wenn die betreffende Zelle z.B. dunkel bleiben soll, liefert der zugehörige Spaltenimpulsgenerator die Ausgangsspannung 0 Volt, während der Zeilenimpulsgenerator eine Ausgangsspannung von 35 Volt liefert. Die betreffende Diode 21 leitet dann und eine Spannung von 35 Volt erscheint an dem zugehörigen Element Z. Solange die Spaltenxmpulsgeneratoren Cl3 C2 keine Ausgangssi^nale liefern, wird der Innenwi^derstand der Zellen durch das ununterbrochene Anlegen von solchen Impulsen relativ niedriger Amplitude hochgehalten. Diese Amplitude entspricht den Impulsen 40 in Fig. IOC, der Rückstromweg dieser Impulse führt über die relativ kleine Innenimpedanz der Impulsgeneratoren Cl bzw. C2 nach Masse. Da die Amplitude der Impulse 40 jedoch unterhalb der Schwellwert spannung für die dynamische Streuung liegt, werden die betreffenden Zellen nicht eingeschaltet, d.h. sie streuen kein Licht.plitude corresponds to the brightness of the video information to be reproduced by the relevant elements Z. If the cell in question is to remain dark, for example, the associated column pulse generator supplies the output voltage 0 volts, while the row pulse generator supplies an output voltage of 35 volts. The relevant diode 21 then conducts and a voltage of 35 volts appears on the associated element Z. As long as the column pulse generators C1 3 C2 do not supply any output signals, the internal resistance of the cells is kept high by the uninterrupted application of such pulses of relatively low amplitude. This amplitude corresponds to the pulses 40 in FIG. IOC, the return current path of these pulses leads to ground via the relatively small internal impedance of the pulse generators C1 and C2. However, since the amplitude of the pulses 40 is below the threshold voltage for dynamic scattering, the cells in question are not switched on, ie they do not scatter light.

Wenn eine bestimmte Zelle in einer ZeileWhen a specific cell in a row

aufgehellt werden soll, liefert der zugehörige Süaltenimpulsgenerator Zl oder Z2 einen negativer Richtung verlaufenden Spannungsimpuls solcher Amplitude . daß die Differenz zwischen den Zeilen- und Spaltenimpulsspannungen die Schwellwertspannung für die dynamische Streuung der Zelle überschreitet (die bei dem vorliegenden Beispiel mit 40 Volt angenommen wird). In Pig. 12 ist ein Spalten-dmpuls 60 dargestellt.is to be brightened, supplies the associated salt pulse generator Zl or Z2 a negative direction voltage pulse of such amplitude. that the difference between the row and column pulse voltages exceeds the threshold voltage for the dynamic spread of the cell (which in the present example is assumed to be 40 volts will). In Pig. A column pulse 60 is shown in FIG.

209836/0186 o,Mi!^L „.>-,-209836/0186 o , Wed! ^ L ".> -, -

J/64966J / 64966

Beim Zusammentreffen dieses Impulses 60, der beispielsweise eine Amplitude von +50 Volt haben kann, mit dem in positiver Richtung verlaufenden Impuls 62 vom Zeilenimpulsgenerator, treten an der betreffenden Zelle 85 Volt auf. Dies liegt über der Schwellwertspannung, bei der die Zelle zu streuen beginnt und die Zelle helt sich sofort auf, d.h. sie nimmt ein Streuvermögen an, dessen Betrag von der Amplitude des Ausgangsimpulses des Spaltenimpulsgenerators abhängt.When this pulse 60, which can have an amplitude of +50 volts, for example, meets the in positive Directional pulse 62 from the line pulse generator occurs at the cell in question 85 volts. This is over the threshold voltage at which the cell begins to scatter and the cell heals itself immediately, i.e. it takes on a scattering power whose amount depends on the amplitude of the output pulse of the column pulse generator.

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original iw-^original iw- ^

Claims (9)

Fatentansprüche Fatenta claims Verfahren zum raschen Einstellen des Streuvermögens einer eine nematische Flüssigkeit enthaltenden Zelle, an die wiederholt elektrische Impulse angelegt werden, auf einen durch die Amplitude der Impulse bestimmten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Widerstand der Zelle vor dem Anlegen der Impulse erheblich erhöht wird.Method for quickly adjusting the scattering power of a nematic liquid Cell to which electrical impulses are repeatedly applied to a value determined by the amplitude of the impulses, characterized in that the internal resistance of the cell prior to the application of the pulses is considerable is increased. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Anzahl der freien Stromträger in der nematischen Flüssigkeit vor der Anlegung der wiederholten Impulse beträchtlich verringert wird.2. The method according to claim 1, characterized. that the number of free Current carrier in the nematic liquid is considerably reduced prior to the application of the repeated pulses. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die nematische Flüssigkeit3. The method according to claim 2, characterized in that the nematic liquid eine Vorspannung angelegt wird, deren Wert wesentlich kleiner f ist als die Schwellwertspannung, bei der die Flüssigkeit dynamisch zu streuen beginnt.a bias voltage is applied, the value of which is significantly smaller than the threshold voltage at which the liquid is dynamic begins to scatter. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet, daß als Vorspannung eine ununterbrochene Gleichspannung angelegt4. The method according to claim 3, characterized in that an uninterrupted bias voltage DC voltage applied 209836/0186209836/0186 5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Vorspannung ein kontinuierlicher Impulszug angelegt wird.5. The method according to claim 3 »characterized in that as a bias a continuous pulse train is applied. 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung6. Circuit arrangement for implementation des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Zelle, die eine nematische Flüssigkeit enthält, w eiche beim Anlegen einer eine Schwellwertspannung überschreitenden Spannung dynamisch streut, und mit einer Anordnung, durch die der Zelle Erregungsimpulse zuführbar sind, Vielehe die Schwellwertspannung überschreiten, gekennzeichnet durch einen Stromkreis (42, 44; 54, 56; Rl, R2, 21), durch den der Zelle (Z) eine Spannung zuführbar ist, die die gleiche Polarität wie die Erregungsimpulse jedoch eine wesentlich geringere Amplitude als die Schwellwertspannung für die dynamische Streuung hat.of the method of claim 1 with a cell which is a nematic Contains liquid, which dynamically scatters when a voltage exceeding a threshold voltage is applied, and with an arrangement by which the cell receives excitation pulses are supplied, plural marriage exceed the threshold voltage, indicated by a circuit (42, 44; 54, 56; Rl, R2, 21), through which the cell (Z) a voltage can be supplied which has the same polarity as the excitation pulses but a significantly lower amplitude than the threshold voltage for dynamic scatter. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,7. Circuit arrangement according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle (42, 54) eine Gleichspannungsquelle ist.characterized in that the bias voltage source (42, 54) is a DC voltage source. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,8. Circuit arrangement according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle (Rl, R2) eine Impulsquelle ist, die kontinuierlich Impulse liefert, deren Amplitude unter der Schwellwertspannung für die dynamische Streuung liegt.characterized in that the bias source (Rl, R2) is a pulse source which is continuous Provides pulses with an amplitude below the threshold voltage for dynamic scattering. 209836/0186209836/0186 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8,9. Circuit arrangement according to claim 8, gekennzeichnet durch eine Anordnung, durch die der Zelle (50) zusätzlich Impulse (60) zuführbar sind, deren Amplitude solche Werte annehmen kann, daß die Schwellwertspannung für die dynamische Streuung der Zelle überschritten wird.characterized by an arrangement by means of which additional pulses (60) can be fed to the cell (50) are whose amplitude can assume such values that the threshold voltage for the dynamic spread of the cell is exceeded. 209836/0186209836/0186 LeerseiteBlank page
DE19681764966 1967-09-14 1968-09-13 Method for rapidly bringing about the dynamic light scattering capacity of a cell containing a nematic liquid and circuit arrangement for carrying out the method Expired DE1764966C3 (en)

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