DE112007001129T5

DE112007001129T5 - Gast-Wirt-Polymer-Flüssigkristallanzeigen auf einem einzigen Substrat

Info

Publication number: DE112007001129T5
Application number: DE112007001129T
Authority: DE
Inventors: Krishnan Chari; Charles W. Lander
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-07-09
Also published as: JP2009537867A; CN101371187A; CN101371187B; US7754295B2; WO2008005202A3; WO2008005202A2; US20080003379A1

Abstract

Anzeigeeinheit, aufweisend mindestens ein Substrat, mindestens eine elektronisch modulierte Bildgebungsschicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, wobei die elektronisch modulierte Bildgebungsschicht eine selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus Gast-Wirt-Material aufweist, wobei das Gast-Wirt-Material einen Gast aus einem dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff in einem Licht modulierenden Wirt in einer festen Polymermatrix aufweist und wobei die Erscheinung der Anzeigeeinheit unabhängig vom Betrachtungswinkel ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einzelsubstratansatz für polymerisch dispergierte Gast-Wirt- bzw. Guest-Host-Flüssigkristallanzeigen auf flexiblen Substraten, die für eine kostengünstige Massenproduktion geeignet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es besteht ein erhebliches Interesse an kostengünstigen flexiblen elektronischen Anzeigeeinheiten bzw. Displays. Typischerweise weisen solche Anzeigeeinheiten eine Licht modulierende Komponente auf, die in eine Bindemittel-(weit überwiegend Polymer-)Matrix eingebettet ist, die auf einen leitfähigen Kunststoffträger geschichtet ist. Allgemein ausgedrückt ist eine Licht modulierende Komponente ein Material, das seine optischen Eigenschaften, wie etwa seine Fähigkeit, Licht zu reflektieren oder zu übertragen, als Antwort auf ein elektrisches Feld ändert. Die Licht modulierende Komponente mag ein flüssigkristallines Material sein, wie etwa ein nematischer Flüssigkristall, ein chiraler nematischer oder cholesterischer Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall oder ein Gast-Wirt-Flüssigkristall. Das Licht modulierende Material mag auch eine wasserunlösliche Flüssigkeit sein, die Teilchen enthält, die eine Elektrophorese oder Bewegung, wie etwa Drehung oder Translation, als Antwort auf ein elektrisches Feld durchlaufen. Anzeigeeinheiten, die ein flüssigkristallines Material in einer Polymermatrix aufweisen, werden als polymerisch dispergierte Flüssigkristall-("polymer dispersed liquid crystal"; PDLC-)Anzeigen bezeichnet. PDLC-Anzeigen, bei denen das flüssigkristalline Material ein Gast-Wirt- oder ein farbstoffdotierter Flüssigkristall ist, sind besonders interessant. Diese Anzeigeeinheiten sind attraktiv, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen TN-("twisted nematic")Flüssigkristallanzeigen keine Polarisatoren benötigen. Ferner kombinieren sie die Vorteile der Herstellung auf flexiblen Substraten mit einer Erscheinung von echtem Papier oder Tinte auf Papier.
Es gibt zwei Hauptverfahren zum Herstellen von PDLC-Vorrichtungen: Emulsionsverfahren und Phasenentmischungsverfahren. Emulsionsverfahren sind in US 4,435,047 und US 5,363,482 beschrieben worden. Der Flüssigkristall wird mit einer wässrigen Lösung, die Polymer enthält, gemischt. Der Flüssigkristall ist in der kontinuierlichen Phase unlöslich, und eine Öl-in-Wasser-Emulsion wird gebildet, wenn die Zusammensetzung durch eine geeignete Schervorrichtung, wie etwa einen Homogenisierer, geleitet wird. Die Emulsion wird auf eine leitfähige Oberfläche aufgebracht und das Wasser verdampfen gelassen. Eine zweite leitfähige Oberfläche mag dann auf der Emulsion oder der Bildgebungsschicht mittels Schichtung, Vakuumabscheidung oder Siebdrucks aufgebracht werden, um eine Vorrichtung zu bilden. Während die Emulsionsverfahren einfach zu implementieren sind, tendieren die Tröpfchengrößenverteilungen dazu, breit zu sein, was zu einem Verlust in der Leistung führt. Für Gast-Wirt-Flüssigkristallvorrichtungen, die hierin auch als GHLCD-Vorrichtungen bezeichnet werden, bedeutet dies typischerweise verringerten Kontrast und Helligkeit. Phasenentmischungsverfahren wurden eingeführt, um diese Schwierigkeit zu überwinden.
Phasenentmischungsverfahren sind in US 4,688,900 und in Drzaic, "P. S. in Liquid Crystal Dispersions", Seiten 30–51, herausgegeben von World Scientific, Singapur (1995), vorgestellt worden. Der Flüssigkristall und das Polymer, oder der Vorläufer zum Polymer, werden in einem herkömmlichen organischen Lösungsmittel gelöst. Die Zusammensetzung wird dann auf eine leitfähige Oberfläche aufgebracht und einer Phasenentmischung unterzogen, und zwar mittels Anwendung von ultravioletter (UV-)Strahlung oder durch die Anwendung von Wärme oder mittels Verdampfens des Lösungsmittels, was zu Flüssigkristalltröpfchen in einer festen Polymermatrix führt. Eine Vorrichtung mag dann unter Verwendung dieser Zusammensetzung aufgebaut werden. Obwohl Phasenentmischungsverfahren dispergierte Tröpfchen erzeugen, die einheitlichere Größenverteilungen aufweisen, gibt es zahlreiche Probleme bei diesem Ansatz. Beispielsweise ist die langfristige Photostabilität von photopolymerisierten Systemen ein Problem aufgrund des Vorhandenseins von Photoinitiatoren, die re aktive freie Radikale erzeugen. Photoinitiatoren, die nicht durch den Polymerisationsablauf verbraucht werden, können weiterhin freie Radikale erzeugen, die das Polymer und die Flüssigkristalle mit der Zeit verschlechtern können. Ferner ist es auch bekannt, dass UV-Strahlung schädlich für Flüssigkristalle ist. Insbesondere kann die Bestrahlung mit UV-Strahlung zu einem Zerfall des dichroitischen Farbstoffes in einer Gast-Wirt-Flüssigkristallmischung führen, was zu einer Veränderung in der reflektierten Farbe führt. Die Verwendung von organischen Lösungsmitteln mag auch in gewissen Produktionsumgebungen unerwünscht sein. Ein Aufteilen des dichroitischen Farbstoffes in die Polymermatrix während der Phasenentmischung ist ebenfalls ein wesentliches Problem.
US 6,423,368 und US 6,704,073 schlagen vor, die mit den Verfahren aus dem Stand der Technik verbundenen Probleme durch die Verwendung von Tröpfchen ("droplets") des Flüssigkristallmaterials zu überwinden, die unter Verwendung eines begrenzten Koaleszenzprozesses präpariert werden. In diesem Prozess wird die Tröpfchen/Wasser-Grenzfläche durch teilchenförmige Arten, wie etwa Kolloid-Kieselerde, stabilisiert. Eine Oberflächenstabilisierung durch teilchenförmig Arten, wie etwa Kolloid-Kieselerde, wird besonders bevorzugt, da sie eine schmale Größenverteilung bereitstellen kann und die Tröpfchen mittels der Konzentration der verwendeten teilchenförmigen Arten gesteuert werden können. Die Materialien, die mittels dieses Prozesses präpariert werden, werden auch als Pickering-Emulsionen bezeichnet und werden ausführlicher von Whitesides und Ross (J. Colloid Interface Sci. 169, 48 (1995)) beschrieben. Die einheitlichen Tröpfchen mögen mit einem geeigneten Bindemittel kombiniert werden und auf eine leitfähige Oberfläche aufgebracht werden, um eine Vorrichtung zu präparieren. Der Prozess stellt eine Verbesserung in Helligkeit und Kontrast gegenüber Prozessen aus dem Stand der Technik bereit. Er überwindet auch einige der mit Photoinitiatoren und UV-Strahlung verbunden Probleme. Jedoch gibt es immer noch viel Raum für Verbesserung, insbesondere bezüglich der Schaltspannung oder der Spannung, die benötigt wird, um die Ausrichtung des Flüssigkristalls von einem Zustand zu einem anderen zu ändern. Letztere besitzt eine wesentliche Auswirkung auf die Gesamtkosten der Anzeigeeinheit. Eine niedrige Schaltspannung ist für kostengünstige Anzeigeeinheiten sehr erwünscht.
Die in US 6,423,368 und US 6,704,073 beschriebene Vorrichtung leidet aufgrund der Struktur der aufgebrachten Schicht an Nachteilen. Unerwünschterweise mag es mehr als eine Einzelschicht von Tröpfchen zwischen den zwei Elektroden geben. Ferner führt der Prozess des Aufbringens einer erwärmten Emulsion des Flüssigkristalls in einem Gelatinebindemittel auf ein Substrat mit einer leitfähigen Schicht und nachfolgend ein Verringern der Temperatur der Beschichtung, um den Zustand der aufgebrachten Schicht von einer frei fließende Flüssigkeit in einen Gelzustand zu überführen (als Sol-Gel-Übergang bezeichnet), vor dem Trocknen der Beschichtung zu einer extrem unausgeglichenen Verteilung von Flüssigkristalltröpfchen. Im mikroskopischen Maßstab gibt es Bereiche der Beschichtung, die sich überlappende Tröpfchen enthalten, und andere Bereiche, in denen sich überhaupt keine Tröpfchen zwischen den Elektroden befinden. Die ungleichmäßige Verteilung von Tröpfchen führt zu einer Verringerung des Kontrasts und einer Erhöhung der Schaltspannung.
US 6,271,898 und US 5,835,174 beschreiben auch Zusammensetzungen, die für Anwendungen flexibler Anzeigeeinheiten geeignet sind, die sehr einheitlich bemessene Flüssigkristalltröpfchen in einem Polymerbindemittel verwenden. Jedoch wird kein Versuch unternommen, die Dicke oder die Verteilung von Tröpfchen in der aufgebrachten Schicht zu steuern, was zu einer suboptimalen Leistung führt.
US 2005/0110925 zeigt, dass der maximale Kontrast in einer bistabilen chiralen nematischen Flüssigkristallanzeige, die mittels des begrenzten Koaleszenzverfahrens präpariert wird, erlangt wird, wenn die einheitlichen Flüssigkristalldomänen oder -tröpfchen als im Wesentlichen eine Einzelschicht auf den ersten leitfähigen Träger aufgebracht werden. Die bistabilen Zustände in diesen chiralen nematischen Flüssigkristallanzeigen sind der planare reflektierende Zustand und der schwach streuende Fokalkonuszustand. Ein Rückstreuen von Licht aus dem schwach streuenden Fokalkonuszustand erhöht sich drastisch, wenn es mehr als eine Einzelschicht von Tröpfchen zwischen den leitfähigen Oberflächen gibt. Während das Verfahren Anzeigeeinheiten eine Verbesserung in Helligkeit und Kontrast bereitstellt, fehlt es ihm immer noch an optimaler Leistung, da das Gelatinebindemittel vor einem Trocknen der Beschichtung einen Sol-Gel-Obergang durchlaufen muss, was zu einer unebenen Struktur führt. Ferner gibt es bei chiralen nematischen Flüssigkristallanzeigen ein Problem mit dem Betrachtungswinkel. Die Farbe des planaren Zustands dieser Anzeigeeinheiten beruht auf einer Bragg-Reflexion von einfallendem Licht, was eine starke Funktion des Betrachtungswinkels ist.
Rudhardt et al. (Applied Physics Letters, Ausgabe 82, Seite 2610, 2003) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Licht modulierenden Vorrichtung, bei dem eine Zusammensetzung, die sehr einheitliche Flüssigkristalltröpfchen in einer wässrigen Lösung aus Polymerbindemittel enthält, auf einer mit Indiumzinnoxid ("indium tin Oxide"; ITO) beschichteten Glasoberfläche verteilt wird und das Wasser verdampfen gelassen wird. Die Flüssigkristalltröpfchen assemblieren sich spontan selbst in einer hexagonalen dichtgepackten ("hexagonal closepacked"; HCP-)Einzelschicht. Eine zweite ITO-beschichtete Glasoberfläche wird über der aufgebrachten Schicht von Tröpfchen als die obere Elektrode angeordnet, um den Aufbau der Vorrichtung abzuschließen. Eine einheitliche Einzelschicht-Dicke wird für die aufgebrachte Schicht erlangt, und auch die dichtgepackte Verteilung von Tröpfchen ist sehr gut definiert. Beide Merkmale führen zu einer niedrigen Schaltspannung. Jedoch gibt es bei diesem Ansatz zahlreiche Probleme. Erstens werden die einheitlichen Flüssigkristalltröpfchen mittels Extrudierens durch eine dünne Kapillare in eine fließende Flüssigkeit präpariert. Wenn ein Tröpfchen an der Spitze der Kapillare eine kritische Größe erreicht hat, überschreitet der viskose Strömungswiderstand die Oberflächenspannung und ein Abreißen tritt auf, was hochgradig monodisperse Emulsionen erzeugt. Es ist eindeutig, dass dieses Verfahren zum Erzeugen nur eines Tröpfchens auf einmal nicht für eine Massenherstellung geeignet ist. Zweitens wird das Verfahren, bei welchem die zweite (obere) Elektrode verwendet wird, geeignet für den Aufbau von Anzeigeeinheiten auf starren Substraten, wie etwa Glas, in kleinem Maßstab, ist aber nicht geeignet für großflächige kostengünstige Anzeigeeinheiten auf flexiblen Substraten.
US 6,839,158 und US 2004/0217929 A1 geben an, dass eine dichtgepackte Einzelschicht von Tröpfchen der Licht modulierenden Komponente erwünscht sein mag, um eine hohe Helligkeit und einen hohen Kontrast in einer polymerisch dispergierten elektrophoretischen Anzeigeeinheit zu erreichen. Jedoch ist das in diesen Anmeldungen beschriebene Verfahren zum Herstellen von Tröpfchen ein Standardemulgierungsprozess, der nicht zu Emulsionen mit schmaler Größenverteilung führt, was für ein Erlangen von dichtgepackten Einzelschichten mittels spontaner Selbstassemblierung erwünscht ist. Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen von Tröpfchen in US 2003/0137717 A1 und US 2004/0217929 A1 umfasst auch eine Verkapselung, die zu Tröpfchen oder Kapseln im Größenbereich von 20 bis 200 Mikrometern mit einer Wandstärke von 0,2 bis 1.0 Mikrometern führt. Die relativ große Tröpfchengröße und Wandstärke führen zu hohen Schaltspannungen. Eine Verkapselung ist eindeutig nicht gewünscht, aber diese Anmeldungen lehren nicht, wie eine zweite leitfähige. Schicht auf die aufgebrachte Schicht von Tröpfchen ohne eine Verkapselung aufzubringen ist. Ohne Verkapselung mögen Tröpfchen der Licht modulierenden Komponente direkt mit dem organischen Lösungsmittel, bei der Siebdrucktechnik Tinte, in Kontakt kommen, was zu einer Kontaminierung oder Vergiftung der Licht modulierenden Komponente führt. Dies ist insbesondere von Belang, falls die Licht modulierende Komponente ein Flüssigkristallmaterial ist.
Um die Schwierigkeiten von US 2003/0137717 A1 und US 2004/0217929 A1 zu überwinden, lehrt US 2004/0226820 A1 , dass eine dichtgepackte Einzelschicht von Tröpfchen mittels Elektroabscheidung, gefolgt von Waschen, erlangt werden mag, nachdem die Tröpfchen auf einer geeigneten Oberfläche verteilt worden sind, und zwar unter Verwendung eines Streichmessers oder Streichkopfes, wie etwa eines Schlitzdüsen-Streichkopfes. Jedoch sind die zusätzlichen Schritte der Elektroabscheidung und des Waschens mühsam und nicht für eine Massenherstellung geeignet. Selbst mit diesen zusätzlichen Schritten wird keine dichtgepackte Einzelschicht einheitlicher Dicke erreicht. Die Standardabwei chung ("root mean square"; RMS) der Oberflächenrauheit beträgt aufgrund der nicht einheitlichen Tröpfchen oder Kapseln ca. 6 Mikrometer. Dies ist ein sehr hoher Wert der Oberflächenrauheit, der zu einem ungleichmäßigen oder unvollständigen Aushärten führen würde, falls eine UV-aushärtbare, für Siebdruck geeignete Tinte als die zweite Elektrode verwendet wird. Das ungleichmäßige Aushärten wird zu erhöhten Schaltspannungen führen. Ferner wird eine Oberflächenrauheit mit diesem Wert auch zu einer erheblichen Ungleichmäßigkeit der Schaltspannung auf der Fläche der Anzeigeeinheit führen, da die Schaltspannung direkt in Zusammenhang mit der Dicke der aufgebrachten Schicht steht.
WO 03/050203 beschreibt einen Prozess, bei dem die Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung in einer vorgeformten Polymermatrix aufgenommen ist, die Kavitäten oder Hohlräume enthält. Eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkristalldomänen in einer Polymermatrix wird erlangt, ohne die farbstoffdotierte Flüssigkristallzusammensetzung einer schädlichen UV-Strahlung auszusetzen, wie bei dem herkömmlichen Prozess der polymerisationsinduzierten Phasenentmischung ("polymerization-induced Phase separation"; PIPS) der Fall ist. Jedoch leidet der in WO 03/050203 beschriebene Prozess unter einem wesentlichen Nachteil. Die im Vorfeld gebildete Polymermatrix, die einheitliche Hohlräume aufweist, muss mittels eines PIPS-Prozesses mit zwei Substraten hergestellt werden. Bei einem Verfahren mit zwei Substraten muss eine flüssige Zusammensetzung während der Herstellung zwischen zwei festen Oberflächen eingeschlossen sein. Es ist schwierig, diesen Vorgang in einem großen Maßstab durchzuführen. Ein Ansatz mit einem Substrat, der keine zweite einschließende Oberfläche während der Herstellung benötigt, wird für eine kostengünstige Herstellung mit hohem Durchsatz stark bevorzugt. Ferner ist der Prozess des Waschens und Wiederauffüllens mühsam und ebenfalls nicht für eine Massenherstellung geeignet.
Aus diesen Gründen wird eindeutig ein alternativer Ansatz benötigt. Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine neue, auf einem Einzelsubstratansatz für einen Gast-Wirt-PDLC beruhende Emulsion bereitzustellen, die eine gleichmäßige Einzelschicht von Flüssigkristalldomänen in einer Polymermatrix erlangt, und zwar ohne die Verwendung von Lösungsmitteln oder UV-Strahlung, die schädlich für die dichroitischen Farbstoffe sein mag. Im Gegensatz zu cholesterischen Anzeigeeinheiten weisen Gast-Wirt- bzw. Guest-Host-Flüssigkristallanzeigen eine Erscheinung auf, die Tinte auf Papier viel ähnlicher ist.
ZU LÖSENDES PROBLEM
Es besteht weiterhin ein Bedarf an einer kostengünstigeren Anzeigeeinheit mit sehr guter Helligkeit, hohem Kontrast und niedriger Schaltspannung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit, die mindestens ein Substrat, mindestens eine elektronisch modulierte Bildgebungsschicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei die elektronisch modulierte Bildgebungsschicht eine selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus einem Gast-Wirt-Material aufweist, wobei das Gast-Wirt-Material einen Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff in einem Licht modulierenden Wirt in einer festen Polymermatrix aufweist und wobei die Erscheinung der Anzeigeeinheit unabhängig vom Betrachtungswinkel ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst mehrere Vorteile, von denen nicht alle in einer einzigen Ausführungsform enthalten sind. Eine erfindungsgemäße Anzeigeeinheit wäre kostengünstig, würde eine niedrige Schaltspannung benötigen und einen guten Kontrast bereitstellen. Die Erscheinung der Anzeigeeinheit ist unabhängig vom Betrachtungswinkel.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine erfindungsgemäße Architektur einer Anzeigeeinheit.
2 ist eine fotografische Abbildung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein geschaltetes und ein ungeschaltetes Muster einer Anzeigeeinheit zeigt.
3 zeigt Reflexionsspektren unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein Muster, das gemäß des Verfahrens der Erfindung präpariert worden ist.
4 zeigt Reflexionsspektren unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein Kontrollmuster.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einzelsubstratansatz für polymerisch dispergierte Gast-Wirt-Flüssigkristallanzeigen auf flexiblen Substraten, die für eine kostengünstige Massenproduktion geeignet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit, die mindestens ein Substrat, mindestens eine elektronisch modulierte Bildgebungsschicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei die elektronisch modulierte Bildgebungsschicht eine selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus einem Gast-Wirt-Material aufweist, wobei das Gast-Wirt-Material einen Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff in einem Licht modulierenden Wirt in einer festen Polymermatrix aufweist und wobei die Erscheinung der Anzeigeeinheit unabhängig vom Betrachtungswinkel ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben. Eine elektro-optische Leistung bezüglich der Schaltspannung und des Kontrasts sollte aufgrund der sehr einheitlichen Einzelschicht von Flüssigkristalldomänen an diejenige von starren Glaszellenvorrichtungen heranreichen.
Polymerisch dispergierte Flüssigkristall-"Gast-Wirt"-Einzeigevorrichtungen sind entwickelt worden, welche die Notwendigkeit von Polarisatoren beseitigen, die in herkömmlichen TN-Flüssigkristallanzeigen verwendet werden. Der Ausdruck "Wirt" bzw. "Host" bezieht sich auf das Flüssigkristallmaterial, und der Ausdruck "Gast" bzw. "Guest" bezieht sich auf ein Agens, das mittels des Wirts so ausgerichtet werden mag, dass es als Antwort auf selektive externe Anregungen kontrastreiche Licht absorbierende Zustände erzeugt. Typischerweise ist der "Gast" ein dichroitischer oder pleochroitischer Farbstoff.
Flüssigkristalline Gast-Wirt-Materialien mögen verwendet werden, um elektronische Anzeigeeinheiten herzustellen, die bei Umgebungslicht sichtbar sind. Ferner mögen die flüssigkristallinen Materialien als mikrometerkleine Tröpfchen in einem wässrigen Medium dispergiert, mit einem geeigneten Bindemittelmaterial gemischt und auf einen flexiblen leitfähigen Träger aufgebracht werden, um potenziell kostengünstige Anzeigeeinheiten herzustellen. Der Betrieb dieser Anzeigeeinheiten hängt vom Kontrast zwischen Ausrichtungen eines dichroitischen Farbstoffes in einem nematischen Wirt ab. Um den maximalen Kontrast bei diesen Anzeigeeinheiten zu erreichen, ist es erwünscht, dass die Gast-Wirt-Flüssigkristalldomänen oder -tröpfchen auf einem leitfähigen Träger als eine dichtgepackte geordnete Einzelschicht verteilt werden.
Es ist möglich, solch eine geordnete Einzelschicht zu präparieren, und zwar indem eine wässrige Dispersion von Gast-Wirt-Flüssigkristalldomänen auf das Substrat bei Vorhandensein eines geeigneten Bindemittels aufgebracht wird, es den Domänen oder Tröpfchen ermöglicht wird, sich in einer dichtgepackten geordneten Einzelschicht, vorzugsweise einer hexagonalen dichtgepackten ("hexagonal close-packed"; HCP) Einzelschicht, selbst zu assemblieren und es dann dem Bindemittelmaterial ermöglicht wird, sich zu setzen oder fest zu werden, um die dichtgepackten geordnete Einzelschichtstruktur zu konservieren, so dass andere Schichten auf die Bildgebungsschicht aufgebracht werden können, ohne dass die dichtgepackte Struktur beeinträchtigt wird.
Allgemein enthält die Licht modulierende Bildgebungsschicht elektrisch modulierte Materialdomänen, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind Domänen als gleichbedeutend mit Mizellen und/oder Tröpfchen definiert. Das elektrisch modulierte Material mag ein e lektrochromes Material, drehbare mikroverkapselte Mikrosphären, Flüssigkristallmaterialien, cholesterische/chirale nematische Flüssigkristallmaterialien, Gast-Wirt-Flüssigkristallmaterialien, polymerisch dispergierte Flüssigkristalle ("polymer dispersed liquid crystals"; PDLC), polymerstabilisierte Flüssigkristalle, oberflächenstabilisierte Flüssigkristalle, smektische Flüssigkristalle, ferroelektrisches Material, ein elektrolumineszentes Material oder jegliches andere aus einer Vielzahl von aus dem Stand der Technik bekannten Licht modulierenden Bildgebungsmaterialien sein. Die Domänen der elektrisch modulierten Bildgebungsschicht umfassen Tröpfchen, die eine einheitliche Domänengröße aufweisen, mit, wenn überhaupt, wenigen parasitären Domänen, welche Domänen mit zufälligen oder ungesteuerten Größen sind und welche unerwünschte elektro-optische Eigenschaften aufweisen, und zwar in den getrockneten Beschichtungen, wie im bekannten Stand der Technik beschrieben. Eine bevorzugte Domänengröße liegt im Bereich von 5 bis 20 Mikrometer.
Die Anzeigeeinheit umfasst ein geeignetes elektrisch moduliertes Material, das auf einer geeigneten Trägerstruktur, beispielsweise auf oder zwischen einer oder mehreren Elektroden, angeordnet ist. Der Ausdruck "elektrisch moduliertes Material" wie hierin verwendet sollte jedes geeignete nicht-volatile Material umfassen. Geeignete Materialien für das elektrisch modulierte Material sind in der Patentanmeldung US 09/393,553 und der vorläufigen Patentanmeldung US 60/099,888 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind.
Das elektrisch modulierte Material mag eine Anordnung von Teilchen oder mikroskopischen Behältern oder Mikrokapseln sein. Jede Mikrokapsel enthält eine elektrophoretische Zusammensetzung einer Flüssigkeit, wie etwa einer dielektrischen oder Emulsionsflüssigkeit, und einer Suspension von gefärbten oder geladenen Teilchen oder eines Kolloidmaterials. Gemäß einer Praxis kontrastieren die Teilchen visuell mit der dielektrischen Flüssigkeit. Gemäß einem weiteren Beispiel mag das elektrisch modulierte Material drehbare Kugeln umfassen, die sich drehen können, um einen unterschiedlich gefärbten Oberflächenbereich aufzuzeigen, und welche zwischen einer vorwärtsgerichteten, sichtbaren Position und/oder einer rückwärtsgerichteten, nicht-sichtbaren Position wechseln können, wie etwa GYRICON^®-Teilchen. Insbesondere beschreiben GYRICON^®-Teilchen ein Material, das aus sich verdrehenden rotierenden Teilchen besteht, die in mit Flüssigkeit gefüllten sphärischen Kavitäten enthalten und in ein Elastomermedium eingebettet sind. Die rotierenden Elemente mögen dazu ausgestaltet sein, Veränderungen in optischen Eigenschaften aufzuweisen, und zwar mittels Anlegens eines externen elektrischen Felds. Auf ein Anlegen eines elektrischen Felds einer gegebenen Polarität hin dreht sich ein Segment eines rotierenden Elements in Richtung der Anzeigeeinheit und ist dort für einen Beobachter derselben sichtbar. Das Anlegen eines elektrischen Felds entgegengesetzter Polarität bewirkt, dass das Element rotiert und dem Beobachter ein zweites, anderes Segment zeigt. Eine GYRICON^®-Anzeigeeinheit behält eine gegebene Konfiguration bei, bis ein elektrisches Feld aktiv an die Anzeigenanordnung angelegt wird. GYRICON^®-Materialien sind in US 6,147,791 , US 4,126,854 und US 6,055,091 offenbart, deren Inhalte durch Bezugnahme vollinhaltlich hierin eingeschlossen sind.
Gemäß einer Praxis mögen die Mikrokapseln mit elektrisch geladenen weißen Teilchen in einem schwarzen oder farbigen Farbstoff gefüllt sein. Beispiele für elektrisch moduliertes Material, das für eine Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, sind in den internationalen veröffentlichten Patentanmeldungen WO 98/41899 , WO 98/19208 , WO 98/03896 und WO 98/41898 dargelegt, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin vollinhaltlich eingeschlossen sind.
Das elektrisch modulierte Material mag auch ein Material umfassen, das in US 6,025,896 offenbart ist, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Dieses Material weist geladene Teilchen in einem flüssigen Dispersionsmedium auf, die in einer großen Anzahl von Mikrokapseln verkapselt sind. Die geladenen Teilchen können verschiedene Farben und Ladungspolaritäten aufweisen. Beispielsweise können weiße, positiv geladene Teilchen zusammen mit schwarzen, negativ geladenen Teilchen verwendet werden. Die beschriebenen Mikrokapseln sind zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet, so dass ein gewünschtes Bild gebildet und mittels des Materials ange zeigt wird, und zwar indem der Dispersionszustand der geladenen Teilchen variiert wird. Der Dispersionszustand der geladenen Teilchen wird durch ein gesteuertes elektrische Feld variiert, das an das elektrisch modulierte Material angelegt wird.
Das elektrisch modulierte Material mag ein thermochromes Material umfassen. Ein thermochromes Material ist in der Lage, auf ein Anlegen von Wärme hin seinen Zustand abwechselnd zwischen transparent und opak zu ändern. Auf diese Weise entwickelt ein thermochromes Bildgebungsmaterial Bilder durch das Anlegen von Wärme an bestimmten Pixelpositionen, um ein Bild zu bilden. Das thermochrome Bildgebungsmaterial behält ein bestimmtes Bild bei, bis wieder Wärme an das Material angelegt wird. Da das wiederbeschreibbare Material transparent ist, können ultraviolette fluoreszierende Drucke, Zeichnungen und Muster darunter hindurch sichtbar sein.
Das elektrisch modulierte Material mag auch oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristalle ("surface stabilized ferrroelectric liquid crystals"; SSFLC) umfassen. Oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristalle schließen ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial zwischen eng beabstandeten Glassplatten ein, um die natürliche Helixkonfiguration der Kristalle zu unterdrücken. Die Zellen schalten schnell zwischen zwei optisch unterschiedlichen stabilen Zuständen um, und zwar einfach durch Ändern des Vorzeichens eines angelegten elektrischen Felds.
Magnetische Teilchen, die in einer Emulsion suspendiert sind, weisen ein zusätzliches Bildgebungsmaterial auf, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Eine Anwendung von Magnetkraft ändert Pixel, die mittels der magnetischen Teilchen ausgebildet sind, um vom Menschen lesbare und/oder maschinenlesbare Merkmale zu erzeugen, zu aktualisieren oder zu ändern. Der Fachmann wird erkennen, dass eine Vielfalt von bistabilen nichtvolatilen Bildgebungsmaterialien verfügbar ist und in der vorliegenden Erfindung implementiert werden mag.
Das elektrisch modulierte Material mag auch als eine einzige Farbe konfiguriert sein, wie etwa schwarz, weiß oder durchsichtig, und mag fluoreszierend, irisierend, biolumineszierend, glühend, ultraviolett, infrarot sein oder mag ein Material umfassen, das eine Strahlung mit bestimmter Wellenlänge absorbiert oder emittiert. Es mag mehrere Schichten elektrisch modulierten Materials geben. Verschiedene Schichten oder Bereiche des elektrisch modulierten Materials mögen verschiedene Eigenschaften oder Farben aufweisen. Darüber hinaus mögen sich die Eigenschaften der verschiedenen Schichten voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine Schicht dazu verwendet werden, Information im sichtbaren Lichtbereich zu betrachten oder anzuzeigen, während eine zweite Schicht auf ultraviolettes Licht anspricht oder es emittiert. Die nicht sichtbaren Schichten mögen alternativ aus nicht-elektrisch moduliertem Material aufgebaut sein, und zwar beruhend auf Materialien, welche die zuvor aufgeführten Strahlung absorbierenden oder emittierenden Eigenschaften aufweisen. Das elektrisch modulierte Material, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist vorzugsweise die Eigenschaft auf, dass es keine Leistung benötigt, um eine Anzeige von Merkmalen aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres elektrisch moduliertes Material ist ein Licht modulierendes Material wie beispielsweise ein Flüssigkristallmaterial. Das Flüssigkristallmaterial kann in einer von verschiedenen Flüssigkristallphasen vorliegen, wie etwa nematisch (N), chiral-nematisch (N*) oder smektisch, und zwar abhängig von der Anordnung der Moleküle in der Mesophase. Am meisten bevorzugt wird ein Gast-Wirt-Flüssigkristallmaterial, bei dem sich der Wirt bzw. Host auf das Flüssigkristallmaterial und der Gast bzw. Guest sich auf ein Agens, wie beispielsweise einen dichroitischen oder pleochroitischen Farbstoff, bezieht, das mittels des Wirts ausgerichtet werden mag, um kontrastreiche, Licht absorbierende Zustände als Antwort auf einen gezielten externen Impuls, wie etwa ein elektrisches Feld, zu erzeugen.
Moderne Gast-Wirt-Materialien umfassen für gewöhnlich mindestens eine Flüssigkristallkomponente als Wirt. Vorzugsweise ist der Wirt eine nematische oder smektische Flüssigkristallkomponente. Allgemein besteht die nematische Flüs sigkristall-Wirtphase aus einer oder mehreren mesogenen Komponenten, die kombiniert werden, um nützliche Kompositeigenschaften bereitzustellen. Die nematische Komponente der polymerisch dispergierten Gast-Wirt- bzw. Guest-Host-Flüssigkristallmischung mag aus jeglicher geeigneten nematischen Flüssigkristallmischung oder -zusammensetzung bestehen, die geeignete Flüssigkristalleigenschaften aufweist. Nematische Flüssigkristalle, die für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, bestehen vorzugsweise aus Verbindungen mit niedriger Molmasse, die aus nematischen oder nematogenen Substanzen ausgewählt werden, wie etwa aus den bekannten Klassen der Azoxybenzene, Benzylideneaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyle oder Cyclohexylbenzoate, Phenyl- oder Cylohexylester von Cyclohexancarboxylsäure, Phenyl- oder Cyclohexylester von Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester von Cyclohexylcyclohexancarboxylsäure, Cyclohexylphenylester von Benzoesäure, von Cyclohexancarboxylsäure und von Cyclohexylcyclohexancarboxylsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-bis-Cyclohexylbenzene, 4,4-bis-Cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridazine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-Dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-Cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-Phenylcyclohexyl)ethane, 1-Cyclohexyl-2',2-Biphenyl-Ethane, 1-Phenyl-2-Cyclohexylphenylethane, optional halogenisierte Stilbene, Benzylphenylether, Tolane, substituierte Zimtsäuren und -ester, und ferner Klassen von nematischen oder nematogenen Substanzen. Die 1,4-Phenylen-Gruppen in diesen Verbindungen mögen auch lateral mono- oder difluorisiert sein. Das Flüssigkristallmaterial dieser bevorzugten Ausführungsform beruht auf den achiralen Verbindungen dieser Art. Die wichtigsten Verbindungen, die als Komponenten dieser flüssigkristallinen Materialien möglich sind, können mittels der folgenden Formel R'-X-Y-Z-R'' charakterisiert werden, wobei X und Z, welche identisch oder unterschiedlich sein mögen, in jedem Fall voneinander unabhängig ein zweiwertiges Radikal sind, und zwar aus der Gruppe, die durch -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -B-Phe- und -B-Cyc- gebildet wird, wobei Phe ein unsubstituiertes oder Fluor-substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc ein Trans-1,4-Cyclohexylen oder -1,4-Cyclohexenylen ist, Pyr ein Pyrimidin-2,5-Diyl oder Pyridin-2,5-Diyl ist, Dio ein 1,3-Dioxan-2,5-Diyl ist, und B ein 2-(Trans-1,4-Cyclohexyl)ethyl, Pyrimidin-2,5-Diyl, Pyridin-2,5-Diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-Diyl ist. Y ist in diesen Verbindungen ausgewählt aus den folgenden zweiwertigen Gruppen -CH=CH-, -C≡C-, -N=N(O)-, -CH=CY'-, -CH=N(O)-, -CH2-CH2-, -CO-O-, -CH2-O-, -CO-S-, -CH2-S-, -COO-Phe-COO- oder eine Einfachbindung, wobei Y' ein Halogen ist, vorzugsweise Chlor, oder -CN, R' und R'' in jedem Fall unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkanoyloxy, Alkoxycarbonyl oder Alkoxycarbonyloxy mit 1 bis 18, vorzugweise 1 bis 12 C-Atomen sind, oder alternativ R' oder R''-F, -CF3; -OCF3, -Cl, -NCS oder -CN sind. In den meisten dieser Verbindungen sind R' und R'' voneinander unabhängig Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit unterschiedlicher Kettenlänge, wobei die Summe von C-Atomen in nematischen Medien allgemein zwischen 2 und 9, vorzugsweise zwischen 2 und 7 liegt. Die nematischen Flüssigkristallphasen bestehen typischerweise aus 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 15, Komponenten. Die obige Liste von Materialien soll nicht erschöpfend oder beschränkend sein. Die Listen offenbaren eine Vielzahl von repräsentativen Materialien, die zur Verwendung oder für Mischungen geeignet sind, welche das aktive Element in Licht modulierenden Flüssigkristallzusammensetzungen aufweisen.
Geeignete handelsübliche nematische Flüssigkristalle umfassen beispielsweise E7, E44, E48, E31, E80, BL087, BL101, ZLI-3308, ZLI-3273, ZLI-5048-000, ZLI-5049-100, ZLI-5100-100, ZLI-5800-000, MLC-6041-100.TL202, TL203, TL204 und TL205, hergestellt von E. Merck (Darmstadt, Deutschland). Obwohl nematische Flüssigkristalle, die eine positive dielektrische Anisotropie aufweisen, und insbesondere Cyanobiphenyle, bevorzugt werden, sollte so gut wie jeder aus dem Stand der Technik bekannte nematische Flüssigkristall, einschließlich derjenigen, die eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen, für eine Verwendung in der Erfindung geeignet sein. Andere nematische Materialien mögen ebenfalls für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sein, wie dem Fachmann verständlich sein wird.
Der "Gast" in einer Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung ist typischerweise ein dichroitischer oder pleochroitischer Farbstoff. Dichroismus ist die Eigenschaft, bei der eine ausgerichtete Anordnung von Farbstoffmolekülen eine relativ niedrige Absorption einer gegebenen Wellenlänge von Licht in einem Ausrichtungszustand und eine relativ hohe Absorption derselben Wellenlänge in einem anderen Ausrichtungszustand bezüglich der Lichtquelle zeigt. Die Ausrichtung kann mittels Auflösung des Farbstoffes in einem Flüssigkristalllösungsmittel oder mittels Einbettens des Farbstoffes in einen gestreckten Kunststoff erfolgen.
Um einen ausreichenden Kontrast und die hohe Helligkeit zu erreichen, die für farbige und mehrfarbige Anzeigensysteme benötigt werden, müssen dichroitische Farbstoffe verwendet werden, welche eine gute Löslichkeit und einen hohen Ordnungsparameter aufweisen. Die Löslichkeit muss ausreichend hoch sein, so dass dünne Schichten, von beispielsweise zwölf Mikrometern, eine adäquate Lichtabsorption in einem der Ausrichtungszustände aufweisen. Ionische Farbstoffe sind allgemein inadäquat, nicht nur aufgrund ihrer niedrigen Löslichkeit, sondern auch, weil sie die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkristallen erhöhen.
Der Ordnungsparameter ist ein quantitatives Maß des Grads der molekularen Ordnung der Ausrichtung in einem gegebenen System. Der Kontrast und die Helligkeit sind beide mit dem Ordnungsparameter S des Farbstoffes verwandt, wobei S = (R – 1)/(R + 2) und R das Verhältnis der Lichtabsorption im Farbstoff ist, das mit einem Polarisator gemessen wird, der jeweils parallel und senkrecht zu der nematischen Richtung des Flüssigkristallwirts bei der Wellenlänge der maximalen Absorption ist. Ein hoher Ordnungsparameter wird von Farbstoffen mit länglicher Form unterstützt, die ein hohes Verhältnis der molekularen Länge zur Breite aufweisen, und zwar ähnlich der Form der Moleküle eines Flüssigkristall-Wirtmaterials. Um eine längliche Form zu garantieren, sollten die Moleküle eine starre Struktur aufweisen, welche beispielsweise mittels Verbindens von Benzen oder heterozyklischen Ringen mit Doppelbindungsgruppen erlangt werden kann. Für die vorliegende Erfindung wird ein Farbstoff-Gast bevorzugt, der ei nen Ordnungsparameter von mehr als 0,5 aufweist, bevorzugter mehr als 0,5 und am stärksten bevorzugt mehr als 0,8.
Herkömmliche dichroitische Farbstoffe umfassen Benzen-basierte Azofarbstoffe, Stilben-basierte Farbstoffe und Anthrachinon-basierte Farbstoffe. Bestimmte dichroitische Farbstoffe sind in einer Reihe von Patenten von Cole Jr. et al., der General Electric Company übertragen, offenbart, in welcher eine Anzahl von dichroitischen Flüssigkristallsystemen gezeigt ist. In US 4,122,027 von Cole Jr. et al., das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, ist ein dichroitischer Tris-Azofarbstoff beschrieben, der einen Ordnungsparameter S von 0,70 aufweist. US 4,179,395 von Cole Jr. et al., das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, offenbart eine dichroitische Flüssigkristallzusammensetzung, welche einen dichroitischen Pentazofarbstoff umfasst, der einen Ordnungsparameter S von mindestens 0,65 aufweist, und US 4,128,497 von Cole Jr. et al., das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, zeigt wieder Tris-Azoverbindungen, die aufgrund ihres hohen Ordnungsparameters und ihrer hohen Kontrasteigenschaften in Flüssigkristallanzeigesystemen nützlich sind. Andere Offenbarungen im Bereich der Nutzung von Farbstoffen zusammen mit Flüssigkristallanzeigesystemen umfassen US 4,137,193 an Osman et al. und US 4,145,114 an Coates et al., die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind. Osman et al. beschreibt eine Azofarbstoff-Gastkomponente, die einen Ordnungsparameter von mindestens 0,65 und ein Absorptionsmaximum im Bereich von 350 bis 700 Nanometer aufweist. Die in US 4,137,193 gezeigten Verbindungen umfassen nur eine oder höchstens zwei Azogruppen. Coates et al. zeigt pleochroitische Farbstoffverbindungen, die für eine Verwendung in einer Lösung mit Flüssigkristallmaterial geeignet sind, welches eins bis neun Azogruppen aufweisen kann. US 4,668,050 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, offenbart Thieno-[2,3-d]-Thiazolverbindungen. Azofarbstoffe mit einem Biphenylgerüst sind dahingehend vorteilhaft, dass sie einen hohen Extinktionskoeffizient (Färbungsleistung) aufweisen, und darin, dass die Produktionskosten niedrig sind und dass ein Farbstoff mit einer hohen molekularen Länge, wie zur Verwendung mit Flüssigkristallen geeignet, leicht hergestellt werden kann, da A zostrukturen gleichzeitig an beiden Seiten des Biphenylgerüsts enthalten sein können. US 4,610,803 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, zeigt verschiedene dichroitische Tris-Azofarbstoffe, einschließlich gelber dichroitischer Farbstoffe, die eine Azogruppe an jeder Seite eines Biphenylgerüsts aufweisen. Ein bevorzugter Farbstoff ist 4,4'-bis-(4-N,N-Dimethylaminonaphthylazo)azobenzen mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,74 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 555 Nanometern (nm); welcher Farbstoff violett erscheint, wenn er weißem Licht ausgesetzt wird. Andere bevorzugte Farbstoffe umfassen: 4,4'-bis-(4-Methyl-aminonaphthylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,75 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 595 nm); 4,4'-bis-(4-Ethylaminonaphthylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,72 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 598 nm); 4,4'-bis-(4-Aminonaphthylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,74 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 580 nm); 4,4'-bis-(4,5-Diaminonaphthylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,74 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 595 nm); 4,4'-bis-(2,2-Methylethyl-2,3-Dihydroperimidin-6-Ylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,72 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 610 nm); und 4,4'-bis-(2,2-Pentamethylen-2,3-Dihydroperimidin-6-Ylazo)azobenzen, mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,72 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 605 nm. Eine weitere bevorzugte dichroitische Flüssigkristallzusammensetzung weist einen dichroitischen Bis-Azo-Gast-Farbstoff 4-(4-Amino-2,5-Dimethylphenylazo)-4'-Dimethylaminobenzen auf, der in dem Flüssigkristall-Wirtmaterial gelöst ist; die Mischung weist einen Ordnungsparameter von ca. 0,69 und eine maximale Absorptionswellenlänge von ca. 495 Nanometern (nm) auf, und der dichroitische Farbstoff verleiht der Zusammensetzung eine orange-rote Farbe, wenn sie weißem Licht ausgesetzt wird. Andere bevorzugte dichroitische Flüssigkristallzusammensetzungen verwenden einen aus einer Gruppe von dichroitischen Tris-Azofarbstoffen, umfassend: 4,4'-bis(4-Dimethylaminophenylazo)-2,5-Dimethylazobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,7 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 510 nm); 4(2-Hydroxynaphtylazo)-4'-(4-Dimethylaminophenylazo)-2,5- Dimethylazobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,7 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 555 nm); 4,4'-bis(4-Piperidinophenylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,74 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 505 nm); 4,4'-bis(4-Dimethylaminophenylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0.72 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 510 nm); 4,4'-bis(2-Hydroxynaphthylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,7 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 575 nm); 4,4'-bis(4-N,N-Dimethylamino-2,6-Dimethylphenylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,78 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 550 nm); 4,4'-bis-(4-N,N-Dimethylamino-2-Phenylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,78 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 555 nm); und 4,4'-bis-(4-N,N-Diethylamino-2-Methylphenylazo)azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,78 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 570 nm). Andere bevorzugte dichroitische Flüssigkristallzusammensetzungen verwenden einen aus einer Gruppe von dichroitischen Penta-Azofarbstoffen: 4,4'-bis[2,5-Dimethyl-4-[4-(N,N-Dimethylaminophenylazo)]phenylazo]azobene (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,73 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 525 nm); 4,4'-bis[2,5-Dimethyl-4-(2-Hydroxynaphthylazo)phenylazo]azobenzen, (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,70 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 545 nm); 4,4'-bis-[2,5-Dimethyl-4-(2,2-Methylethyl-2,3-Dihydroperimidin-6-Ylazo)phenylazoazobenzen (mit einem Ordnungsparameter von mehr als 0,65 und einer maximalen Absorptionswellenlänge oberhalb des Bereichs von ca. 590 nm bis ca. 620 nm); 4,4'-bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Ethylaminonaphthylazo)-Phenylazoazobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,80 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 595 nm); und 4,4'-bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Methylaminonaphthylazo)phenylazo]azobenzen (mit einem Ordnungsparameter von ca. 0,80 und einer maximalen Absorptionswellenlänge von ca. 595 nm).
Farbstoffe vom Azo- und Anthrachinontyp sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Blaue Azofarbstoffe mit hohem Ordnungsparameter und einer Absorp tionsspitze bei 595–610 nm sind im Handel erhältlich. Diese Farbstoffe absorbieren auch Wellenlängen über 610 nm, aber die Absorption bei den höheren Wellenlängen ist relativ gering. Ein unter dem Markennamen Waxoline Green G im Handel erhältlicher Anthrachinonfarbstoff weist eine Absorptionsspitze von ca. 650 nm auf, jedoch weist dieser Farbstoff einen niedrigen Ordnungsparameter von nur ca. 0,4 bis 0,45 auf und ist daher nicht zum Herstellen von Flüssigkristallanzeigen von guter schwarzer, blauer oder grüner Farbe geeignet.
Andere handelsübliche Anthrachinonfarbstoffe wie der Farbstoff D-27, der von B. D. H. Chemicals vertrieben wird, weisen einen besseren Ordnungsparameter auf, beispielsweise 0,60 bis 0,66, jedoch beträgt die Spitzenabsorption solcher Farbstoffe weniger als die des oben beschriebenen Waxonline Green G, wobei die Spitzenabsorption von D-27 bei ca. 612 nm liegt. Ein weiterer Anthrachinonfarbstoff, 4,8-Diamino-1,5-Dihydroxy-3-(4-Heptyloxyphenyl)-Anthrachinon, hergestellt von Hoffman-LaRoche Company, weist einen Ordnungsparameter von 0,74 mit einer Spitzenabsorption bei 645 nm auf. Ein blauer Anthrachinonbasierter Farbstoff, der als 1,4-Di-n-Butylaminoanthrachinon bekannt ist, wird. zusammen mit anderen Farbstoffen in US 3,864,022 und US 3,960,750 , die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind, verwendet. Dieser Farbstoff wird zusammen mit Flüssigkristallmolekülen verwendet, jedoch weist er eine Spitzenabsorption bei weniger als 650 nm und einen relativ niedrigen Ordnungsparameter auf. Andere photostabile pleochroitische Anthrachinonfarbstoffe sind von B. D. H. Chemicals Limited, Poole, Dorset, offenbart worden, jedoch weisen solche Farbstoffe Absorptionsspitzen bei weniger als 650 nm auf und weisen allgemein relativ niedrige Ordnungsparameter auf, d. h., dass S weniger als 0,60 beträgt. Blaue Farbstoffe der Anthrachinonserien sind zum Einfärben von Polyethylenterephtalat-Fasern geeignet, die als "Dacron" bekannt sind, beschrieben in US 2,628,963 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Die Farbstoffe in US 2,628,963 sind die 1,4-Diamino-2,3-Anthrachinon-Dicarboxamide.
Dichroitische Farbstoffe mit drei Azo-(-N=N-)Bindungsgruppen, die geeignete Ordnungsparameter S von mehr als 0,70 aufweisen, sind in US 4,122,027 of fenbart, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Die dichroitischen Farbstoffe mit hohem Ordnungsparameter in US 4,122,027 sind 4,4'-bis-(substituierte Naphthylazo)-Azobenzene. Obwohl die vorangegangenen Farbstoffe aus US 4,122,027 zum Einfärben von Flüssigkristallmischungen geeignet sind und geeignete Eigenschaften, wie etwa Löslichkeit, zur Verwendung in Flüssigkristallanzeigen aufweisen, ist es immer erwünscht, diese Eigenschaften zu verbessern und Azofarbstoffe bereitzustellen, die intensivere oder sattere Farben aufweisen, insbesondere bei Wellenlängen von über 600 nm.
Dichroitische Flüssigkristallmischungen, von denen jede ein Flüssigkristallmaterial und mindestens einen darin gelösten dichroitischen Farbstoff aufweist, wobei der dichroitische Farbstoff eine Vielzahl von Azobindungsgruppen aufweist und durch einen Ordnungsparameter S von mehr als 0,65 und eine maximale Absorptionswellenlänge im Bereich von ca. 495 nm bis ca. 620 nm gekennzeichnet ist, sind in US 4,128,497 offenbart, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Obwohl die Farbstoffe aus US 4,128,497 in Flüssigkristallzusammensetzungen gelöst werden können, um Flüssigkristallanzeigen geeigneter Farben zu bilden, ist es immer erwünscht, die Farben von dichroitischen Farbstoffen zu verbessern, die in Flüssigkristallzusammensetzungen verwendet werden, um insbesondere Farbstoffe bereitzustellen, deren Absorptionsband aufgrund der Verschiebung des Wellenlängenbereichs bei längeren Wellenlängen liegt, und um dadurch sattere Farben bereitzustellen, insbesondere sattere blaue Farben, und zwar ohne Beeinträchtigung der Löslichkeit des Farbstoffes in der Flüssigkristallzusammensetzung.
Andere Farbstoffverbindungen, die zur Verwendung in einer Lösung mit Flüssigkristallmaterial verwendet werden und Azobindungen enthalten, einschließlich der Tris-Azofarbstoffe, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. In US 4,145,114 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, wird eine beträchtliche Anzahl von Farbstoffverbindungen zur Verwendung in Flüssigkristallmaterialien vorgeschlagen. Obwohl pleochroitische Farbstoffe in US 4,145,114 vorgeschlagen sind, gibt es darin keinen Anhaltspunkt, dass irgendwelche ungewöhnlichen Eigenschaften eines Segments der Farbstoffe, das durch die allgemeinen Formeln abgedeckt ist, aufgedeckt oder vorgeschlagen wurden, und zwar bezüglich der Tris-Azofarbstoffe mit Methylsubstituenten in der 2er- und 5er-Position auf einem der Benzenringe neben dem "A"-Rest, der zwei Benzenringe verbindet, obwohl US 4,145,114 offenbart, dass jede der Positionen an jedem der Benzenringe durch ein Methyl substituiert werden kann. Obwohl zahlreiche pleochroitische Farbstoffe in US 4,145,114 vorgeschlagen werden, ist es immer erwünscht, Azofarbstoffe zu verbessern und Flüssigkristallanzeigen, die Azofarbstoffe enthalten, zu verbessern. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, spezifische Eigenschaften, Zusammensetzungen und Voraussetzungen in so breit vorgeschlagenen Bereichen des zu verbessernden Standes der Technik auszuwählen und insbesondere Klassen von Azofarbstoffen zu verbessern und Flüssigkristallanzeigen zu verbessern, die solche Klassen von Azofarbstoffe enthalten.
Die bevorzugtesten Gäste bzw. Guests aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff umfassen mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus 4,4'-Bis(4-N,N-Dimethylamino-2,6-Dimethylphenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-(4-N,N-Dimethylamino-2-Phenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-(4-N,N-Diethylamino-2-Methylphenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Ethylaminonaphthylazo)-Phenylazoazobenzen und 4,4'-Bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Methylaminonaphthylazo)phenylazo]azobenzen.
Die flüssigkristallinen Tröpfchen oder Domänen sind typischerweise in einem kontinuierlichen Bindemittel dispergiert. In einer Ausführungsform mag eine Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung in einer kontinuierlichen Polymermatrix dispergiert sein. Solche Materialien werden als "polymerisch dispergierte Flüssigkristall"-Materialien oder "PDLC"-("polymer dispersed liquid crystal")Materialien bezeichnet. Geeignete hydrophile Bindemittel umfassen sowohl natürlich vorkommende Substanzen wie Proteine, Proteinderivate, Zellulosederivate (beispielsweise Zelluloseester), Gelatinen und Gelatinederivate, Polysaccharide, Kasein und dergleichen, sowie synthetische wasserdurchlässige Kolloide wie Poly(vinyllactame), Acrylamidpolymere, Latex, Poly(vinylalkohol) und seine Derivate, hydrolysierte Polyvinylacetate, Polymere von Alkyl- und Sulfoal kylacrylaten und Methacrylaten, Polyamide, Polyvinylpyridin, Acrylsäurepolymere, Maleinanhydridcopolymere, Polyalkylenoxid, Methacrylamidcopolymere, Polyvinyloxazolidinone, Maleinsäurecopolymere, Vinylamincopolymere, Methacrylsäurecopolymere, Acryloyloxyalkylacrylat und -methacrylate, Vinylimidazolcopolymere, Vinylsulfidcopolymere und Homopolymere oder Copolymere, die Styrolsulfonsäure enthalten. Gelatine wird bevorzugt.
Gelatine wird von einem Kollagen genannten Material deriviert. Kollagen weist einen hohen Anteil von Glycin und des Prolins der Iminosäuren und Hydroxyprolin auf. Es weist eine Dreifachhelixstruktur auf, die aus drei parallelen Strängen besteht. Wenn Kollagen in Wasser auf oberhalb einer bestimmten Temperatur erwärmt wird, wird es zu Gelatine denaturieren. Konzentrierte Gelatinelösungen bilden starre Gele, wenn sie abgekühlt werden. Dieses Phänomen ist als Sol-Gel-Übergang oder thermische Gelbildung bekannt und das Ergebnis eines sekundären Verbindens, wie etwa Wasserstoffbrückenverbindens, zwischen Gelatinemolekülen in Lösung. Es sollte beachtet werden, dass diese Eigenschaft nicht auf Gelatine begrenzt ist; beispielsweise bilden auch wässrige Lösungen von Agar, einem Polysaccharid aus Seetang, nach einer Abkühlung starre Gele. Nach einem Abkühlen tritt auch eine teilweise Renaturierung von Gelatine auf. Das letztere bezieht sich auf die Bildung von kollagenähnlichen Dreifachhelixstrukturen. Die Strukturen bilden sich nicht, falls Gelatine nicht vor dem Trocknen abgekühlt wird. Mit anderen Worten bleiben Molekülen von Gelatine in einer zufälligen spiralförmigen Konfiguration, falls die Beschichtung bei einer Temperatur getrocknet wird, die oberhalb der Sol-Gel-Übergangstemperatur liegt. Die Anwesenheit von Helixstrukturen mag durch Röntgenbeugung erkannt werden. Abgekühlte Gelatine, die Moleküle in einer Helixkonfiguration enthält, weist im Vergleich zu der zufälligen spiralförmigen Gelatine eine relativ niedrige Löslichkeit in kaltem Wasser und organischen Lösungsmitteln auf. Diese Eigenschaft ermöglicht es abgekühlter Gelatine, eine effektive Sperre zwischen dem organischen Lösungsmittel in den gedruckten leitfähigen Tinten und dem Licht modulierenden Material darzustellen.
Nützliche "Gelatinen", wie der Ausdruck hierin allgemein verwendet wird, umfassen alkalisch behandelte Gelatine (Rinderknochen- oder Rinderhautgelatine), säurebehandelte Gelatine (Schweinehautgelatine), Fischhautgelatine und Gelatinederivate, wie etwa acetylierte Gelatine und phthalierte Gelatine. Jegliche Art von Gelatine mag verwendet werden, vorausgesetzt, die Gelatine weist eine ausreichende Molmasse auf, um es dem Vernetzer zu ermöglichen, zu vernetzen, oder es dem Fixiermittel zu ermöglichen, zu fixieren oder fest zu werden. Fischgelatinen weisen einen niedrigeren Iminosäuregehalt auf als Säugetiergelatinen. Die Sol-Gel-Übergangstemperatur oder die thermische Gelbildungstemperatur oder die Abkühltemperatur ist niedriger, falls der Iminosäureanteil kleiner ist. Beispielsweise wird die Abkühltemperatur von Gelatinen, die aus Tiefseefischen wie Kabeljau, Schellfisch oder Seelachs gewonnen werden, wesentlich niedriger als die von Rindergelatine. Wässrige Lösungen dieser Gelatinen bleiben bis ca. 10°C flüssig, wohingegen Lösungen von Rindergelatine bei Raumtemperatur gelieren. Andere hydrophile Kolloide, die allein oder in Kombination mit Gelatine verwendet werden können, umfassen Dextran, Gummiarabicum, Zein, Kasein, Pektin, Kollagenderivate, Kollodium, Agar-Agar, Pfeilwurz, Albumin und dergleichen. Noch weitere nützliche hydrophile Kolloide sind wasserlösliche Polyvinylverbindungen wie Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, Poly(vinylpyrrolidon) und dergleichen. Nützliche Flüssigkristall-zu-Gelatine-Verhältnisse sollten zwischen 6:1 und 0,5:1 Flüssigkristall zu Gelatine, vorzugsweise bei 3:1, liegen.
Andere organische Bindemittel wie etwa Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyethylenoxid (PEO) können als geringfügige Komponenten des Bindemittels zusätzlich zu Gelatine verwendet werden. Solche Verbindungen sind vorzugsweise auf eine Ausrüstung, die mit Fotofilmen zu tun hat, maschinenbeschichtbar.
Wässrige Suspensionen von Polymerlatexteilchen sind ebenfalls als Bindemittel geeignet. Die Latexteilchen mögen auf jeglichem geeigneten Monomer oder geeigneten Monomeren beruhen, wie etwa Urethan, Styrol, Vinyltoluol, p-Chlorostyrol, Vinylnapththalen, ethylenisch ungesättigte Mono-Olefine, wie etwa Ethen, Propen, Buten und Isobuten; Vinylhalide wie etwa Vinylchlorid, Vinyl bromid, Vinylfluorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat; Ester von aliphatischen Alpha-Methen-Mono-Carboxylsäuren wie etwa Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Choloroethylacrylat, Phenylacrylat, Methyl-Alpha-Chloroacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Acrylonitril, Methacrylonitril, Acrylamid, Vinylether wie etwa Vinylmethylether, Vinylisobutylether und Vinylethylether; Vinylketone wie etwa Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropylketon; Vinylidenhalide wie etwa Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorofluorid; und N-Vinylverbindungen wie etwa N-Vinylpyrrol, N-Vinylcarbazol, N-Vinylindol Und N-Vinylpyrrolidondivinylbenzen, Ethylenglycoldimethacrylatmischungen davon; und dergleichen. Auch werden wässrige Suspensionen von Polyestern und Polyolefinen oder Kombinationen davon bevorzugt. Die Verwendung von wässrigen Suspensionen von Polymerlatexteilchen als Bindemittel werden ebenfalls bevorzugt. Das am meisten bevorzugte Polymerlatex ist Polyurethanlatex.
Das Bindemittel mag einen niedrigen Ionenanteil aufweisen. Das Vorhandensein von Ionen in einem Bindemittel mag die Entwicklung eines elektrischen Felds über dem dispergierten Flüssigkristallmaterial verhindern. Zusätzlich können Ionen im Bindemittel in Anwesenheit eines elektrischen Felds wandern, was die Licht modulierende Schicht chemisch beschädigt. Die Schichtdicke, die Größe der Flüssigkristalldomänen und die Konzentration der Domänen von Flüssigkristallmaterialien sind auf optimale Eigenschaften ausgelegt. Vordem wurde die Dispersion von Flüssigkristallen mit Hilfe von Abscherwalzen oder anderen mechanischen Trennmitteln durchgeführt, um Domänen von Flüssigkristall in der Licht modulierenden Schicht zu bilden.
Ein herkömmliches Tensid kann zu der Emulsion zugegeben werden, um ein Beschichten der Schicht zu erleichtern. Tenside können von herkömmlicher Ausgestaltung sein und werden in einer Konzentration bereitgestellt, die der kritischen Mizellbildungskonzentration ("critical micelle concentration"; CMC) der Lösung entspricht. Ein bevorzugtes Tensid ist Aerosol OT, das über Cytec Industries, Inc. erhältlich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkristall- und Gelatineemulsion aufgeschichtet und getrocknet, um die optischen Eigenschaften der Licht modulierenden Schicht zu optimieren. In einer Ausführungsform wird die Schicht aufgeschichtet, um eine endgültige Beschichtung bereitzustellen, die im Wesentlichen eine Einzelschicht von Gast-Wirt-Flüssigkristalldomänen enthält. Der Ausdruck "im Wesentlichen eine Einzelschicht" wird durch die Anmelder so definiert, dass es in einer zur Ebene der Anzeigeeinheit senkrechten Richtung nicht mehr als eine einzige Schicht von Domänen gibt, die zwischen den Elektroden über 90% der Fläche der Anzeigeeinheit (oder der Bildgebungsschicht) eingefügt ist. Die benötigte Menge an Material für eine Einzelschicht kann mittels Berechnens bestimmt werden, und zwar auf Grundlage der individuellen Domänengröße.
Ein Bakteriostatikum kann enthalten sein, um eine Zersetzung der Gelatine während des Lagerns der Emulsion und während der Verwendung des Materials zu verhindern. Die Gelatinekonzentration in der Emulsion, wenn sie aufgeschichtet wird, liegt vorzugsweise zwischen ca. 2 und 20 Gewichtsprozent, und zwar beruhend auf dem Gewicht der Emulsion. In der endgültigen Emulsion mag das Flüssigkristallmaterial bei einer 15%-igen Konzentration in einer 5%-igen wässrigen Gelatinelösung dispergiert werden.
Ein Vernetzungsmittel oder Härter mag verwendet werden, um die Architektur bzw. den Aufbau der dichtgepackten Einzelschicht von beschichteten Tröpfchen zu erhalten, nachdem sie mittels Selbstassemblierung gebildet worden ist. Andere Verfahren zum Fixieren der Architektur der dichtgepackten Einzelschicht von Domänen mögen ebenfalls verwendet werden, obwohl eine Vernetzung bevorzugt wird. Die Wirkungen des Vernetzers mögen beruhend auf der Reaktion bestimmter Aminosäurenrückstände in Gelatine gekennzeichnet sein. Beispielsweise wird die Menge an Histadin bei einer Vernetzung typischerweise von 4 Rückständen pro 1000 auf weniger als 2,5 Rückstände pro 1000 verringert. Auch die Menge an Hydroxylysin wird von ca. 6,9 Rückständen pro 1000 auf weniger als 5,1 Rückstände pro 1000 verringert. Viele herkömmliche Härter sind zum Vernetzen von Gelatine bekannt. Gelatinevernetzungsmittel (d. h., die Harter) sind in einer Menge von mindestens ca. 0,01 Gew.-% und vorzugsweise von ca. 0,1 bis ca. 10 Gew.-% enthalten, und zwar beruhend auf dem Gewicht des verwendeten festen getrockneten Gelatinematerials (mit getrockneter Gelatine ist im Wesentlichen unter Umgebungsbedingung trockene Gelatine gemeint, wie etwa diejenige, die von Eastman Gel Co. erhältlich, und zwar im Vergleich zu gequollener Gelatine), und bevorzugter in der Menge von ca. 1 bis ca. 5 Gew.-%. Falls gewünscht, kann mehr als ein Gelatinevernetzungsmittel verwendet werden.
Geeignete Härter mögen anorganische Härter, organische Harter, wie etwa Aldehydhärter, und olefine Härter umfassen. Anorganische Harter umfassen Verbindungen wie etwa Aluminiumsalze, insbesondere die Sulfate, Kalium und Ammoniumalaune, Ammoniumzirkoniumkarbonat, Chromsalze wie Chromsulfat und Chromalaun und Salze von Titandioxid und Zirkoniumdioxid. Repräsentative organische Harter oder Gelatinevernetzungsmittel mögen Aldehyd und verwandte Verbindungen, Pyridine, Olefine, Carbodiimide und Epoxide umfassen. Somit umfassen geeignete Aldehydhärter Formaldehyd und Verbindungen, die zwei oder mehr Aldehydfunktionsgruppen, wie etwa Glyoxal, Gluteraldehyd und dergleichen, enthalten. Andere bevorzugte Härter umfassen Verbindungen, die blockierte Aldehydfunktionsgruppen umfassen, wie etwa Aldehyde der Art von Tetrahydro-4-Hydroxy-5-Methyl-2(1H)-Pyrimidinonpolymeren (Sequa SUNREZ^® 700), Polymere der Art, die ein Glyoxalpolyol-Reaktionsprodukt aufweisen, das aus einer Anhydroglucoseeinheit besteht: zwei Glyoxaleinheiten (SEQUAREZ^® 755 von Sequa Chemicals, Inc.), DME-Melamin-nicht-Formaldehydharze wie etwa Sequa CPD3046-76 von Sequa Chemicals Inc., und 2,3-Dihydroxy-1,4-Dioxan (DHD).
Härter, die aktive olefine Funktionsgruppen enthalten, umfassen beispielsweise Bis-(Vinylsulfonyl)-Methan (BVSM), Bis-(Vinylsulfonyl-Methyl)ether (BVSME), 1,3,5-Triacryloylhexahydro-S-Triazin und dergleichen. Aktive olefine Verbindungen sind als Verbindungen mit zwei oder mehr olefinen Bindungen, insbesondere unsubstituierten Vinylgruppen, definiert, die durch benachbarte Elektronen entziehende Gruppen aktiviert werden ("The Theory of the Photographic Process", 4. Auflage, T. H. James, 1977, Macmillan Publishing Co., Seite 82, hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen). Andere Beispiele für Härtemittel können in Standardquellen gefunden werden, wie etwa in "The Theory of the Photographic Process", T. H. James, Macmillan Publishing Co., Inc. (New York 1977), hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen, oder in Research Disclosure, September 1996, Ausgabe 389, Teil IIB (Hardeners) oder in "Research Disclosure", September 1994, Ausgabe 365, Gegenstand 36544, Teil IIB (Hardeners), hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen. "Research Disclosure" wurde veröffentlicht von Kenneth Mason Publications, Ltd., Dudley House, 12 North St., Emsworth, Hampshire P010 7DQ, England. Olefine Härter werden am meisten bevorzugt, wie in US 3,689,274 , US 2,994,611 , US 3,642,486 , US 3,490,911 , US 3,635,718 , US 3,640,720 , US 2,992,109 , US 3,232,763 , und US 3,360,372 offenbart, die alle hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind.
Unter Härtern der aktiven Olefinart sind eine bevorzugte Klasse von Härtern insbesondere Verbindungen, die zwei oder mehr Vinylsulfonylgruppen aufweisen. Diese Verbindungen werden nachstehend als "Vinylsulfone" bezeichnet. Verbindungen dieser Art sind in zahlreichen Patenten beschrieben, einschließlich beispielsweise US 3,490,911 , US 3,642,486 , US 3,841,872 und US 4,171,976 , die alle hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind. Vinylsulfonhärter sollen aufgrund ihrer Fähigkeit, Polymere zu vernetzen, die das Kolloid bilden, als Härter wirkungsvoll sein.
Nach dem Beschichten und Trocknen der Latexteilchen vereinigen sich die Teilchen, um eine durchgehenden Dünnschicht zu bilden, welche die Tröpfchen des Flüssigkristalls enthält. Diese Dünnschicht wird nicht unterbrochen, falls eine zweite wässrige Schicht darübergeschichtet wird, wodurch die Notwendigkeit einer Vernetzung beseitigt wird. Ein Vernetzungsmittel oder Härter mag dazu verwendet werden, die Architektur der dichtgepackten Einzelschicht von beschichteten Tröpfchen zu erhalten, nachdem sie mittels Selbstassemblierung gebildet worden ist, falls ein wasserlösliches Polymer als Bindemittel verwendet wird.
Die Flüssigkristalltröpfchen oder -domänen mögen mittels jeglichen Verfahrens gebildet werden, das dem Fachmann bekannt ist, welches eine Steuerung der Domänengrößen ermöglicht. Doane et al. (Applied Physics Letters, 48, 269 (1986)), hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen, offenbart einen polymerisch dispergierten Flüssigkristall, der ca. 0,4 μm große Tröpfchen eines nematischen Flüssigkristalls 5CB in einem Polymerbindemittel aufweist. Ein Phasenentmischungsverfahren wird verwendet, um den polymerisch dispergierten Flüssigkristall zu präparieren. Eine Lösung, die Monomer und Flüssigkristall enthält, wird in eine Zelle der Anzeigeeinheit gefüllt, und das Material wird dann polymerisiert. Nach einer Polymerisierung wird der Flüssigkristall unvermischbar und nukleiert, um Tröpfchen zu bilden. West et al. (Applied Physics Letters 63,1471 (1993)), hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen, offenbart einen polymerisch dispergierten Flüssigkristall, der eine Gast-Wirt-Mischung in einem Polymerbindemittel aufweist. Wieder wird ein Phasenentmischungsverfahren verwendet, um den polymerisch dispergierten Flüssigkristall zu präparieren. Das Flüssigkristallmaterial und das Polymer (ein hydroxyfunktionalisiertes Polymethylmethacrylat) werden zusammen mit einem Vernetzer für das Polymer in einem herkömmlichen organischen Toluol-Lösungsmittel gelöst und auf ein Substrat aus Indiumzinnoxid ("indium tin Oxide"; ITO) aufgeschichtet. Eine Dispersion des Flüssigkristallmaterials im Polymerbindemittel wird bei einer Verdampfung von Toluol bei hoher Temperatur gebildet. Die Phasenentmischungsverfahren von Doane et al. und West et al. erfordern die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, die in gewissen Produktionsumgebungen unerwünscht sein mag.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren verwendet, das als "begrenzte Koaleszenz" bezeichnet wird, um einheitlich bemessene Emulsionen von Flüssigkristallmaterial zu bilden. Beispielsweise kann das Flüssigkristallmaterial in Anwesenheit von fein unterteiltem Siliziumoxid, einem koaleszenzbegrenzendem Material, wie etwa LUDOX^® von DuPont Corporation, ho mogenisiert werden. Ein Promotormaterial kann zu dem wässrigen Bad hinzugefügt werden, um die Kolloidteilchen an die Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten zu treiben. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Copolymer von Fettsäure und 2-(Methylamino)ethanol als das Promotormittel im Wasserbad verwendet werden. Das Flüssigkristallmaterial kann unter Verwendung von Ultraschall dispergiert werden, um Flüssigkristalldomänen unter 1 Mikrometer Größe herzustellen. Wenn die Ultraschallenergie entfernt wird, vereinigt sich das Flüssigkristallmaterial in Domänen von einheitlicher Größe. Der Ablauf der begrenzten Koaleszenz wird ausführlicher in Whitesides und Ross beschrieben (J. Colloid Interface Sci. 169, 48 (1995)), in Giermanska-Kahn, Schmitt, Binks und Leal-Calderon (Langmuir, 18, 2515 (2002)), und in US 6,556,262 , die alle hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind.
Die Tröpfchengrößenverteilung ist dergestalt, dass der Variationskoeffizient ("coefficient of variation"; cv), der als die Standardabweichung der Verteilung geteilt durch das arithmetische Mittel definiert ist, weniger als 0,25, vorzugsweise weniger als 0,2 und am bevorzugtesten weniger als 0,15 beträgt. Die Materialien mit begrenzter Koaleszenz können unter Verwendung einer fotografischen Emulsionsbeschichtungsmaschine auf Lagen von Polyester mit einer Indiumzinnoxidbeschichtung mit einer Lagenleitfähigkeit von 300 Ω/☐ aufgeschichtet werden. Die Beschichtung kann getrocknet werden, um eine polymerisch dispergierte Gast-Wirt-Beschichtung bereitzustellen. Beim Verwenden der begrenzten Koaleszenz gibt es in den getrockneten Beschichtungen, wenn überhaupt, nur wenige, parasitäre kleinere Domänen (die unerwünschte elektrooptische Eigenschaften aufweisen).
Die Größenbereiche von Domänen in der getrockneten Beschichtung ändern sich, wenn die Mischung trocknet und die Domänen flach werden. In einer Ausführungsform werden die sich ergebenden Domänen durch den Trocknungsprozess flach und weisen eine Dicke auf, die wesentlich höher ist als ihre Länge. Das Flachwerden der Domänen kann durch eine geeignete Formulierung und ausreichend schnelle Trocknung der Beschichtung erlangt werden.
Vorzugweise sind die Domänen abgeflachte Sphären und weisen im Mittel eine Dicke auf, die wesentlich geringer ist als ihre Länge, vorzugweise mindestens 50% geringer. Bevorzugter weisen die Domänen durchschnittlich ein Verhältnis von Dicke (Tiefe) zu Länge von 1:2 bis 1:6 auf. Das Flachwerden der Domänen kann durch eine geeignete Formulierung und ausreichend schnelle Trocknung der Beschichtung erlangt werden. Die Domänen weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 30 Mikrometern auf. Die Bildgebungsschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 150 Mikrometern auf, wenn sie zuerst beschichtet wird, und von 2 bis 20 Mikrometern, wenn sie getrocknet ist. Am bevorzugtesten weist die Bildgebungsschicht oder Licht modulierende Schicht eine Dicke zwischen 2 und 10 Mikrometern auf, insbesondere, falls das Licht modulierende Material ein Gast-Wirt-Flüssigkristall ist.
Die abgeflachten Domänen des Flüssigkristallmaterials können so definiert sein, dass sie eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform einer Anzeigeeinheit oder einer Anzeigenlage, ist die Hauptachse für eine Mehrheit der Domänen größer als die Größe der Zelle (oder Bildgebungsschicht). Solch ein Größenverhältnis ist in US 6,061,107 gezeigt, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschossen ist.
In US 3,600,060 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschossen ist, hatten die Domänen des getrockneten Licht modulierenden Materials eine Teilchengröße, deren Durchmesser in einem Verhältnis von 10:1 schwankte. Dies erzeugt große Domänen und kleinere parasitäre Domänen. Parasitäre Domänen weisen im Vergleich zu optimierten größeren Domänen verringerte Eigenschaften auf. Die verringerten Eigenschaften umfassen eine verringerte Helligkeit und, falls die parasitären Domänen klein genug sind, eine verminderte Bistabilität des Gast-Wirt-Flüssigkristalls.
Die dispergierten Domänen weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 30 Mikrometer, vorzugsweise 5 bis 15 Mikrometer, auf. Die Domänen werden in einer wässrigen Suspension dispergiert. Die Größenbereiche für die getrocknete Beschichtung ändern sich, wenn die Mischung trocknet und die Domänen flach werden.
Mittels Veränderns der Menge an Siliziumoxid und Copolymer relativ zum Flüssigkristallmaterial können Emulsionen mit einheitlicher Domänengröße erzeugt werden, und zwar mit dem gewünschten durchschnittlichen Durchmesser (mittels Mikroskopie). Dieser Ablauf erzeugt Domänen mit einem ausgewählten durchschnittlichen Durchmesser.
Es ist gut dokumentiert, dass die Schaltspannung linear mit der Dicke ansteigt. Da es erwünscht ist, die niedrigstmögliche Schaltspannung zu erhalten, wird meist eine einheitliche Dicke für die aufgeschichtete Schicht von Tröpfchen bevorzugt, und zwar unter der Voraussetzung, dass die Tröpfchen eine dichtgepackte Struktur aufweisen. Unter gewissen Umständen, beispielsweise beim Trocknen, werden sich monodisperse Tröpfchen des Licht modulierenden Materials auf einer Oberfläche spontan zu einer hexagonalen dichtgepackten ("hexagonal close-packed"; HCP) Struktur selbstassemblieren. Dieser Prozess ist ausführlich von Denkov et al. (Nature, Ausgabe 361, Seite 26, 1993), beschrieben worden, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Wenn eine wässrige Suspension von Tröpfchen auf einer Oberfläche verteilt wird, nehmen die Tröpfchen anfänglich eine zufällige, ungeordnete oder unkorrelierte Verteilung an. Wenn der Wasserpegel die Spitze der Tröpfchen erreicht, gibt es jedoch, als eine Funktion des Trocknens, eine starke Anziehungskraft, die als Kapillarkraft bekannt ist, welche die Tröpfchen in eine dichtgepackte geordnete oder korrelierte Struktur bringt. Die Anziehungsenergie der Kapillarkraft ist viel größer als die thermische Energie. Jedoch ist es wichtig, dass eine laterale Bewegung von Tröpfchen nicht durch eine starke Anziehung zur Oberfläche oder durch einen Anstieg der Viskosität des Mediums, in dem sie suspendiert sind, verhindert wird. Letzteres würde passieren, falls das Bindemittel Gelatine ist und die aufgeschichtete Schicht von Tröpfchen vor dem Trocknen abgekühlt wird.
Die Bildung einer dichtgepackten Struktur in zwei Dimensionen, angefangen bei einer zufälligen Verteilung von Tröpfchen, wird manchmal als zweidimensionale Kristallisation bezeichnet und sollte eine monodisperse Population an Tröpfchen oder eine Population an Tröpfchen mit niedriger Polydispersität aufweisen (Kumacheva et al. Physical Review Letters Ausgabe 91, Seite 1283010-1, 2003), das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Eine Population an Tröpfchen von Licht modulierendem Material, das eine ausreichend niedrige Polydispersität aufweist, um eine dichtgepackte Struktur zu erzeugen, mag durch den Prozess der begrenzten Koaleszenz erreicht werden. Die dichtgepackte Struktur ist unter einem optischen Mikroskop gut beobachtbar. Ferner weist die dichtgepackte Struktur ein Wiederholungsmuster oder eine Periodizität auf, wobei der Abstand der Wiederholungen in der Größenordnung der Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt. Eine Beschichtung mit einem solchen Muster zeigt eine Fraunhofer-Beugung, wenn sie vor eine Quelle von sichtbarem Licht, wie etwa einen sichtbares Licht ausstrahlenden Laser platziert wird. Das Phänomen der Fraunhofer-Beugung wird ausführlicher von Lisensky et al., Journal of Chemical Education, Ausgabe 68, Februar 1991, beschrieben, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist.
Für perfekt monodisperse Tröpfchen (cv kleiner als 0,1) wird eine hexagonal dichtgepackte (HCP) Struktur erlangt. Das Beugungsmuster für eine solche Struktur liegt in Form von Punkten vor. Falls es einen niedrigeren Grad von Polydispersität (cv zwischen 0,1 und 0,2) gibt, liegt das Beugungsmuster der dichtgepackten Struktur in der Form eines einzelnen Rings oder eines Satzes von konzentrischen Ringen vor.
In einer bevorzugtesten Ausführungsform bleibt die dichtgepackte Einzelschichtstruktur von beschichteten Tröpfchen erhalten, nachdem die Beschichtung getrocknet ist. Dies ermöglicht es einer zweiten wässrigen Schicht, über der Schicht, die das Licht modulierende Material enthält, aufgeschichtet zu werden, ohne dass die dichtgepackte Ordnung gestört wird. In einer bevorzugen Ausführungsform fungiert die zweite wässrige Schicht als ein Schutzüberzug für das Licht modulierende Material. In einer auch noch bevorzugten Ausführungs form mag die zweite wässrige Schicht ein Kontraststeuermittel, wie etwa dispergierte Titanoxidteilchen, enthalten, um einen weißen Hintergrund zu erzeugen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anzeigenlage, die ein Substrat, eine elektrisch leitfähige Schicht, die über dem Substrat ausgebildet ist, und einen Flüssigkristall aufweist, welcher eine Bildgebungsschicht enthält, die ein Gast-Wirt-Material aufweist, das mittels der oben beschriebenen Verfahren gebildet wird, und welche über der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet wird.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Flüssigkristallanzeige" ("liquid crystal display"; LCD) eine Art von flacher Anzeigetafel, die in verschiedenen elektronischen Vorrichtung verwendet wird. Mindestens weist eine Flüssigkristallvorrichtung ein Substrat, mindestens eine leitfähige Schicht und eine Flüssigkristallschicht auf. Flüssigkristallvorrichtungen mögen auch zwei Lagen von polarisierendem Material aufweisen, und zwar mit einer Flüssigkristalllösung zwischen den polarisierenden Lagen. Die Lagen des polarisierenden Materials mögen ein Substrat aus Glas oder transparentem Kunststoff aufweisen. Die Flüssigkristallvorrichtung mag auch Funktionsschichten umfassen. In einer Ausführungsform einer Flüssigkristallvorrichtung wird ein transparenter, mehrschichtiger flexibler Träger mit einer leitfähigen Schicht beschichtet, welche bemustert sein mag, auf welche die Licht modulierende Flüssigkristallschicht aufgeschichtet wird. Eine weitere leitfähige Schicht wird aufgetragen und mit einer dielektrischen Schicht überzogen, an welcher dielektrisch leitfähige Reihenkontakte angebracht sind, einschließlich Durchgangslöchern, die eine Verbindung zwischen den leitfähigen Schichten und den dielektrisch leitfähigen Reihenkontakten ermöglichen. Eine optionale nanopigmentierte Funktionsschicht mag zwischen der Flüssigkristallschicht und der anderen (zweiten) leitfähigen Schicht aufgetragen werden.
Der Flüssigkristall ("liquid crystal", LC) wird als ein optischer Schalter verwendet. Die Substrate werden für gewöhnlich mit transparenten leitfähigen Elektro den hergestellt, in welche elektrische "Betriebs" signale eingekoppelt werden. Die Betriebssignale induzieren ein elektrisches Feld, welches einen Phasenwechsel oder Zustandswechsel im Flüssigkristallmaterial verursachen kann, was somit verschiedene Licht reflektierende Eigenschaften gemäß seiner Phase und/oder seines Zustands zeigt.
Eine typische Anzeigeeinheit in ihrer einfachsten Form weist eine Lage auf, die ein herkömmliches polymerisch dispergiertes elektrisch moduliertes Material trägt. Die Lage enthält ein Substrat. Das Substrat kann aus einem Polymermaterial bestehen, wie etwa Kodak Estar Filmbasis, das aus Polyesterkunststoff gebildet ist, und eine Dicke von zwischen 20 und 200 Mikrometern aufweisen. Beispielsweise kann das Substrat eine 80 Mikrometer dicke Lage aus transparentem Polyester sein. Andere Polymere, wie etwa transparente Polykarbonate, können ebenfalls verwendet werden. Alternativ kann das Substrat dünnes, transparentes Glas sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anzeigenvorrichtung oder die Anzeigenlage einfach eine einzige Bildgebungsschicht von Flüssigkristallmaterial entlang einer Linie auf, die senkrecht zu der Fläche der Anzeigeeinheit liegt, vorzugsweise eine einzige Schicht, die auf ein flexibles Substrat aufgeschichtet ist. Solch eine Struktur ist im Vergleich zu vertikal gestapelten Bildgebungsschichten, von denen jede zwischen gegenüberliegenden Substraten liegt, insbesondere vorteilhaft für monochrome Regalschildchen und dergleichen. Strukturen, die gestapelte Bildgebungsschichten aufweisen, sind in einigen Fällen jedoch optional für ein Bereistellen von zusätzlichen Vorteilen.
Das flexible Kunststoffsubstrat kann jegliche selbsttragende Kunststoffdünnschicht sein, welche die dünne leitfähige Metalldünnschicht trägt. "Kunststoff" meint ein Hochpolymer, meist aus polymerischen synthetischen Kunstharzen hergestellt, welches mit anderen Bestandteilen kombiniert werden kann, wie etwa Härtern, Füllern, Verstärkungsmitteln, Farbstoffen und Weichmachern. Kunststoff umfasst thermoplastische Materialien und Duroplaste.
Die flexible Kunststoffdünnschicht weist eine ausreichende Dicke und mechanische Integrität auf, um selbsttragend zu sein, trotzdem sollte sie nicht so dick sein, dass sie starr ist. Typischerweise ist das flexible Kunststoffsubstrat bezüglich der Dicke die dickste Schicht der Kompositdünnschicht. Folglich bestimmt das Substrat in großem Ausmaß die mechanische und thermische Stabilität der vollständig strukturierten Kompositdünnschicht.
Eine weitere bedeutende Eigenschaft des flexiblen Kunststoffsubstratmaterials ist seine Glasübergangstemperatur (Tg). Tg ist definiert als die Glasübergangstemperatur, bei welcher Kunststoffmaterial vom glasartigen Zustand in den gummiartigen Zustand übergeht. Es mag einen Bereich aufweisen, bevor das Material, tatsächlich flüssig wird. Geeignete Materialien für das flexible Kunststoffsubstrat umfassen Thermoplaste mit relativ niedriger Glasübergangstemperatur, beispielsweise von bis zu 150°C, sowie Materialien mit höherer Glasübergangstemperatur, beispielsweise von über 150°C. Die Wahl des Materials für das flexible Kunststoffsubstrat würde von Faktoren, wie Abscheidetemperatur und Härtungstemperatur, sowie von den Bedingungen nach der Herstellung, wie etwa in einer Produktionslinie eines Anzeigenherstellers abhängen. Bestimmte der oben diskutierten Kunststoffsubstrate können höheren Verarbeitungstemperaturen von mindestens bis zu 200°C, einige von bis zu 300–350°C ohne Schaden standhalten.
Typischerweise ist das flexible Kunststoffsubstrat Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polysulfon, ein Phenolharz, ein Exposidharz, Polyester, Polyimid, Polyetherester, Polyetheramid, Celluloseacetat, aliphatische Polyurethane, Polyacrylonitril, Polytetrafluoroethylene, Polyvinylidenfluoride, Poly(methyl(x-methacrylate), ein aliphatisches oder zyklisches Polyolefin, Polyarylat (PAR), Polyetherimid (PEI), Polyethersulphon (PES), Polyimid (PI), Teflonpoly(perfluoroalboxy)fluoropolymer (PFA), Poly(etheretherketon) (PEEK), Poly(etherketone) (PEK), Poly(ethylentetrafluoroethylen)fluoropolymer (PETFE) und Poly(methylmethacrylat) und verschiedene Acrylat/Methacrylatcopolymere (PMMA). Aliphatische Polyolefine mögen HD-Polyethylen ("high density polye thylene"; HDPE), LD-Polyethylen ("low density polyethylene"; LDPE) und Polypropylen, einschließlich orientierten Polypropylens (OPP) umfassen. Zyklische Polyolefine mögen Poly(bis(cyclopentadien)) umfassen. Ein bevorzugtes flexibles Kunststoffsubstrat ist ein zyklisches Polyolefin oder ein Polyester. Verschiedene zyklische Polyolefine sind für das flexible Kunststoffsubstrat geeignet. Beispiele umfassen Arton^®, hergestellt von Japan Synthetic Rubber Co., Tokyo, Japan, Zeanor T, hergestellt von Zeon Chemicals L. P., Tokyo Japan, und Topas^®, hergestellt von Celanese A. G., Kronberg Deutschland. Arton ist ein Poly(bis(cyclopentadien))kondensat, das eine Dünnschicht eines Polymers ist. Alternativ kann das flexible Kunststoffsubstrat ein Polyester sein. Ein bevorzugtes Polyester ist ein aromatisches Polyester wie etwa Arylit. Obwohl verschiedene Beispiele von Kunststoffsubstraten oben dargelegt sind, sollte beachtet werden, dass das Substrat auch aus anderen Materialien, wie etwa Glas und Quarz, gebildet sein kann.
Das flexible Kunststoffsubstrat kann durch eine Hartbeschichtung verstärkt werden. Typischerweise ist die Hartbeschichtung eine Acrylbeschichtung. Solche eine Hartbeschichtung weist typischerweise eine Dicke von 1 bis 15 Mikrometern, vorzugsweise von 2 bis 4 Mikrometern, auf und kann durch eine Polymerisation von freien Radikalen eines geeigneten polymerisierbaren Materials bereitgestellt werden, die entweder thermisch oder durch ultraviolette Strahlung ausgelöst wird. Abhängig vom Substrat können verschiedene Hartbeschichtungen verwendet werden. Wenn das Substrat Polyester oder Arton ist, ist eine besonders bevorzugte Hartbeschichtung die Beschichtung, die als "Lintec" bekannt ist. Lintec enthält ultraviolett gehärtetes Polyesteracrylat und Kolloid-Kieselerde. Wenn es auf Arton abgeschieden wird, weist es eine Oberflächenzusammensetzung von 35 Atom-% C, 45 Atom-% O und 20 Atom-% Si auf, Wasserstoff nicht mitgerechnet. Eine weitere besonders bevorzugte Hartbeschichtung ist die Acrylbeschichtung, die unter der Marke "Terrapin" von Tekra Corporation, New Berlin, Wisconsin, vertrieben wird. Das verwendete Substrat mag auch ein entfernbares Substrat sein.
Die Anzeigeeinheit enthält eine leitfähige Schicht. Vorzugsweise ist auch mindestens eine andere leitfähige Schicht vorhanden. Die leitfähigen Schichten mögen in direktem Kontakt mit der Licht modulierenden Schicht platziert sein. Alternativ mag jegliche Anzahl von anderen Schichten so platziert sein, dass sie zwischen der Licht modulierenden und der leitfähigen Schicht liegen. Jedoch sollte sicher gestellt werden, dass die Platzierung der dazwischenliegenden Schicht die elektrische Leistung der Vorrichtung nicht signifikant verschlechtert, wie etwa in dem Sinne, dass sie ein höheres elektrisches Feld benötigt, um die Flüssigkristallvorrichtung zu schalten.
Eine herkömmliche leitfähige Schicht, welche mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden mag, besteht typischerweise aus einem primären Metalloxid und ist vorzugsweise transparent. Diese leitfähige Schicht mag andere Metalloxide aufweisen, wie etwa Indiumoxid, Titaniumdioxid, Cadmiumoxid, Galliumindiumoxid, Niobiumpentoxid und Zinndioxid. Siehe internationale Veröffentlichung WO 99/36261 von Polaroid Corporation, die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Zusätzlich zu dem primären Oxid wie etwa Indiumzinnoxid, kann die mindestens eine leitfähige Schicht auch ein sekundäres Oxid aufweisen, wie etwa ein Oxid von Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium und/oder Tantal. Siehe US 5,667,853 an Fukuyoshi et al. (Toppan Printing Co.), das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. Andere transparente leitfähige Oxide umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, ZnO₂, Zn₂SnO₄, Cd₂SnO₄, Zn₂In₂O₅, MgIn₂O₄, Ga₂O₃-In₂O₃, oder TaO₃. Die leitfähige Schicht mag beispielsweise mittels einer Sputtertechnik bei niedriger Temperatur oder einer Sputtertechnik mit Gleichstrom, wie etwa DC-Sputtern oder RF-DC-Sputtern, gebildet werden, und zwar abhängig vom Material oder den Materialien der zugrundeliegenden Schicht. Die leitfähige Schicht mag eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht aus Zinnoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) oder Polythiophen (PEDOT) sein. Typischerweise wird die leitfähige Schicht bis zu einem Widerstand von weniger als 250 Ω/☐ auf das Substrat aufgesputtert. Alternativ mag eine leitfähige Schicht ein opaker elektrischer Leiter sein, der aus einem Metall wie Kupfer, Aluminium oder Nickel gebildet ist. Falls die leitfähige Schicht ein opakes Metall ist, kann das Metall ein Metalloxid sein, um eine Licht absorbierende leitfähige Schicht zu erzeugen.
Indiumzinnoxid (ITO) ist das bevorzugte leitfähige Material, da es ein kostengünstiger Leiter mit guter Umgebungsstabilität von bis zu 90% Transmissionsgrad und einem Widerstand von nur 20 Ω/☐ ist. Eine beispielhafte bevorzugte Indiumzinnoxidschicht weist einen prozentualen Transmissionsgrad von mehr als oder gleich 80% im Bereich des sichtbaren Lichts, d. h., von mehr als 400 nm bis 700 nm, auf, so dass die Dünnschicht für Anzeigeanwendungen nützlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die leitfähige Schicht eine Schicht von Niedrigtemperatur-Indiumzinnoxid auf, welche polykristallin ist. Die Indiumzinnoxidschicht ist vorzugsweise 10–120 nm dick oder 50–100 nm dick, um einen Widerstand von 20–60 Ω/☐ auf Kunststoff zu erreichen. Eine beispielhafte bevorzugte Indiumzinnoxidschicht ist 60–80 nm dick. Das Licht modulierende Material ist über einem bemusterten Indiumzinnoxidleiter aufgeschichtet, um eine polymerisch dispergierte Gast-Wirt-Beschichtung mit einer getrockneten Dicke von weniger als 50 Mikrometern, vorzugsweise weniger als 25 Mikrometern, bevorzugter weniger als 15 Mikrometern und am bevorzugtesten weniger als ca. 10 Mikrometern bereitzustellen.
Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise bemustert. Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise in eine Vielzahl von Elektroden bemustert. Die bemusterten Elektroden mögen dazu verwendet werden, eine Flüssigkristallvorrichtung zu bilden. In einer weiteren Ausführungsform sind zwei leitfähige Substrate so angeordnet, dass sie sich gegenüberliegen, und Gast-Wirt-Flüssigkristalle sind so dazwischen angeordnet, dass sie eine Vorrichtung bilden. Die bemusterte leitfähige Indiumzinnoxidschicht mag eine Vielzahl von Abmessungen aufweisen. Beispielhafte Abmessungen mögen Linienbreiten von 10 Mikrometern, Abstände zwischen den Linien, d. h., Elektrodenbreiten, von 200 Mikrometern, eine Schnitttiefe, d. h., Dicke des Indiumzinnoxidleiters, von 100 Nanometern aufweisen. Indiumzinnoxiddicken in der Größenordnung von 60, 70 und mehr als 100 sind ebenfalls möglich.
In einer typischen matrixartig ansprechbare Licht emittierenden Anzeigevorrichtung sind zahlreiche Licht emittierende Vorrichtungen auf einem einzigen Substrat ausgebildet und in Gruppen in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Eine Aktivierung mag in Zeilen und Spalten erfolgen, oder in einer aktiven Matrix mit individuellen Kathoden- und Anodenpfaden. OLEDs werden oft dadurch hergestellt, dass zuerst eine transparente Elektrode auf dem Substrat abgeschieden wird, und dieselbe in Elektrodenteile bemustert wird. Die organische(n) Schicht(en) wird bzw. werden dann über der transparenten Elektrode abgeschieden. Eine metallische Elektrode kann über den Elektrodenschichten ausgebildet werden. Beispielsweise wird in US 5,703,436 an Forrest et al., das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist, transparentes Indiumzinnoxid (ITO) als die Lochinjektions-Elektrode verwendet, und die Mg-Ag-ITO-Elektrodenschicht wird für die Elektrodeninjektion verwendet.
Zusätzlich zu einer zweiten leitfähigen Schicht mögen andere Mittel verwendet werden, um ein Feld zu erzeugen, das in der Lage ist, den Zustand der Flüssigkristallschicht umzuschalten, wie beispielsweise in den Patentanmeldungen US 20010008582 A1, US 20030227441 A1, US 20010006389 A1, und den Patenten US 6,424,387 , US 6,269,225 und US 6,104,448 beschrieben, die alle hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind.
Für höhere Leitfähigkeiten mag bzw. mögen die andere(n) leitfähige(n) Schicht(en) eine silberbasierte Schicht aufweisen, welche nur Silber enthält oder Silber, das ein anderes Element wie Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Cadmium (Cd), Gold (Au), Zink (Zn), Magnesium (Mg), Zinn (Sn), Indium (In), Tantal (Ta), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Cer (Ce), Silizium (Si), Blei (Pb) oder Palladium (Pd) enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform weist bzw. weisen die andere(n) leitfähige(n) Schicht(en) Gold, Silber und/oder eine Gold/Silber-Legierung auf, beispielsweise eine Schicht von Silber, die auf einer Seite oder beiden Seiten mit einer dünneren Goldschicht beschichtet ist. Siehe internationale Veröffentlichung WO 99/36261 von Polaroid Corporation, die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsform mag bzw. mögen die andere(n) leitfähige(n) Schicht(en) eine Schicht einer Silber-Legierung aufweisen, beispielsweise eine Silberschicht, die auf einer oder beiden Seiten mit einer Schicht Indiumceroxid (InCeO) beschichtet ist. Siehe US 5,667,853 , das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist.
Diese anderen leitfähigen Schichten mögen mittels Bestrahlens der mehrschichtigen Leiter/Substrat-Struktur mit ultravioletter Strahlung bemustert werden, so dass Teile der leitfähigen Schicht davon abgetragen werden. Es ist auch bekannt, einen Infrarot-(IR)Faserlaser zum Bemustern einer metallischen leitfähigen Schicht, die über einer Kunststoffdünnschicht liegt, zu verwenden, welcher die leitfähige Schicht direkt abträgt, indem er ein Muster über der Leiter/Dünnschicht-Struktur abtastet. Siehe: Internationale Veröffentlichung WO 99/36261 und "42.2: A New Conductor Structure for Plastic LCD Applications Utilizing 'All Dry' Digital Laser Patterning," 1998 SID International Symposium Digest of Technical Papers, Anaheim, Calif., 17.–22. Mai 1998, Nr. Ausgabe 29, 17. Mai 1998, Seiten 1099–1101, die beide hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen sind.
In einer Ausführungsform sind die anderen Leiter eine aufgedruckte leitfähige Tinte, wie beispielsweise das siebdruckfähige elektrisch leitfähige Material ELECTRODAG 423SS von Acheson Corporation. Solche gedruckten Materialien sind fein getrennte Graphitteilchen in einem thermoplastischen Harz. Diese Leiter werden unter der Verwendung von gedruckten Tinten gebildet, um die Kosten der Anzeigeeinheit zu verringern. Die Verwendung eines flexiblen Trägers für die Substratschicht, einer lasergeätzten leitfähigen Schicht, einer maschinenbeschichteten polymerisch dispergierten Gast-Wirt-Schicht und ein Drucken anderer Leiter ermöglicht die Herstellung von sehr kostengünstigen Anzeigeeinheiten. Kleine Anzeigeeinheiten, die unter Verwendung dieser Verfahren gebildet werden, können als elektronisch wiederbeschreibbare Transaktionskarten für kostengünstige, begrenzte Wiederbeschreibungsanwendungen verwendet werden.
Die Flüssigkristallvorrichtung mag auch mindestens eine "Funktionsschicht" zwischen der leitfähigen Schicht und dem Substrat aufweisen. Die Funktionsschicht mag eine Schutzschicht oder eine Sperrschicht aufweisen. Die Schutzschicht, die bei der Anwendung der Erfindung nützlich ist, kann mittels einer Vielzahl von gut bekannten Techniken aufgebracht werden, wie etwa mittels einer Tauchbeschichtung, einer Stabbeschichtung, eines Rakelstreichverfahrens, eines Luftbürstenstreichverfahrens, eines Gravurstreichverfahrens, einer Umkehr-Walzenbeschichtung, einer Extrusionsbeschichtung, einer Gleitbeschichtung, einer Gießbeschichtung und dergleichen. Die Flüssigkristallteilchen und das Bindemittel werden vorzugsweise in einem flüssigen Medium zusammengemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben. Das flüssige Medium mag ein Medium wie etwa Wasser oder andere wässrige Lösungen sein, in welchen das hydrophile Kolloid mit oder ohne das Vorhandensein von Tensiden dispergiert wird. Eine bevorzugte Sperrschicht mag als eine Gassperre oder eine Feuchtigkeitssperre wirken und SiOx, AlOx oder ITO aufweisen. Die Schutzschicht, beispielsweise eine Acryl-Hartbeschichtung, wirkt so, dass sie verhindert, dass Laserlicht in Funktionsschichten zwischen der Schutzschichtung und dem Substrat eindringt, wodurch sowohl die Sperrschicht als auch das Substrat geschützt werden. Die Funktionsschicht mag auch als ein Haftmittel zwischen der leitfähigen Schicht und dem Substrat dienen.
In einer weiteren Ausführungsform mag der Polymerträger ferner eine antistatische Schicht aufweisen, um einen unerwünschten Ladungsaufbau auf der Lage oder dem Netz während der Rollbeförderung oder der Lagenfertigstellung zu bewältigen. In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung weist die antistatische Schicht einen Oberflächenwiderstand von 10⁵ bis 10¹² Ω/☐ auf. Bei über 10¹² Ω/☐ stellt die antistatische Schicht typischerweise keine ausreichende Ladungsleitung bereit, um eine Ladungsakkumulation zu verhindern, so dass Nebel in fotografischen Systemen verhindert wird oder dass ein unerwünschtes Punkt-Umschalten in Flüssigkristallanzeigen verhindert wird. Während Schichten von mehr als 10⁵ Ω/☐ einen Ladungsaufbau verhindern, sind die meisten antistatischen Materialien inhärent nicht so leitfähig, und solche Materialien, die stärker als 10⁵ Ω/☐ leitfähig sind, weisen für gewöhnlich einen zugehörigen Farbton auf, welcher die Gesamttransmissionseigenschaften der Anzeigeeinheit verringert. Die antistatische Schicht ist von der hochgradig leitfähigen Schicht aus Indiumzinnoxid getrennt und stellt die beste statische Steuerung bereit, wenn sie auf der entgegengesetzten Seite des Netzsubstrats zu derjenigen Seite der Indiumzinnoxidschicht liegt. Dies mag das Netzsubstrat selbst umfassen.
Eine weitere Art von Funktionsschicht mag eine Farbkontrastschicht sein. Farbkontrastschichten mögen Strahlung reflektierende Schichten oder Strahlung absorbierende Schichten sein. In einigen Fallen mag das hinterste Substrat jeder Anzeigeeinheit vorzugsweise weiß angestrichen sein. Die Farbkontrastschicht mag auch andere Farben aufweisen. In einer Ausführungsform weist die "weiße" Schicht gemahlene nicht leitfähige Pigmente auf. Die Materialien werden auf unter 1 Mikrometer gemahlen, um "Nanopigmente" zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform reflektiert die weiße Schicht alle Wellenlängen von Licht im sichtbaren Spektrum, also von 400 Nanometer bis 700 Nanometer Wellenlänge. Die weiße Schicht mag weiße Pigmentdispersionen wie etwa Dispersionen von Titanoxid enthalten. Die Farbkontrastschicht mag auch so formuliert sein, dass sie als eine Sperrschicht wirkt.
Die Funktionsschicht mag auch ein dielektrisches Material aufweisen. Eine dielektrische Schicht für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht, die nicht leitfähig ist oder den Fluss von Elektrizität blockiert. Das dielektrische Material mag eine dielektrische Beschichtung aus ultraviolett hartbarem, thermoplastischem, siebdruckfähigem Material wie Electrodag 25208 von Acheson Corporation umfassen. Das dielektrische Material bildet eine dielektrische Schicht. Diese Schicht mag Öffnungen umfassen, um Bildflächen zu definieren, welche mit den Öffnungen zusammenfallen. Da das Bild durch ein transparentes Substrat hindurch betrachtet wird, sind die Merkmale spiegelverkehrt abgebildet. Das dielektrische Material mag eine Haftschicht bilden, um eine leitfähige Schicht nachfolgend an die Licht modulierende Schicht zu binden.
Die Flüssigkristall enthaltende erfindungsgemäße Zusammensetzung kann mittels jeglicher von einer Vielzahl gut bekannter Techniken aufgebracht werden, wie etwa mittels Tauchbeschichtung, Stabbeschichtung, Rakelstreichverfahren, Luftbürstenstreichverfahren, Gleit(oder Schwall-)beschichtung, Gießbeschichtung und dergleichen.
Nach dem Beschichten wird die Schicht allgemein mittels einfacher Verdunstung getrocknet, was durch bekannte Techniken, wie etwa mittels Konvektionsheizung, beschleunigt werden mag. Bekannte Beschichtungs- und Trocknungsverfahren sind genauer in Research Disclosure Nr. 308119, veröffentlicht im Dezember 1989, Seiten 1007 bis 1008, beschreiben, das hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich eingeschlossen ist.
Eine beschichtete Lage kann unter Verwendung kostengünstiger, effizienter Schichtungsverfahren gebildet werden. Ein einzige große Menge an Lagenmaterial kann beschichtet und zu verschiedenen Arten von kleineren Lagen zur Verwendung in Anzeigevorrichtungen, wie etwa Transaktionskarten, Regalschildchen, großformatigen Schildern und der gleichen, geformt werden. Erfindungsgemäße Anzeigeeinheiten in Form von Lagen sind kostengünstig, einfach und werden unter Anwendung von kostengünstigen Verfahren hergestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bildgebungsschicht oder Licht modulierende Schicht, die eine polymerisch dispergierte Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung enthält, zuerst aufgebracht und oberhalb der Abkühltemperatur oder der Sol-Gel-Übergangstemperatur von Gelatine gehalten. Nach dem Trocknen wird es dem Bindemittel ermöglicht, sich zu vernetzen, um die dichtgepackte Einzelschicht-Verteilung von beschichteten Tröpfchen zu erhalten. Eine zweite wässrige Schicht, die Gelatine enthält, wird dann aufgebracht. Die zweite wässrige Lösung enthält dispergierte Titanoxidteilchen, um einen weißen Hintergrund bereitzustellen. Die Beschichtung wird vor dem Trocknen der zweiten Schicht abgekühlt, um es den Gelatinemolekülen in der zweiten Schicht zu ermöglichen, eine Helixstruktur anzunehmen. In einer bevorzugten kommerziellen Ausführungsform liegt das zu beschichtende Substrat in Form eines sich bewegenden Netzes vor. Nach dem Fertigstellen der Herstellung einer beschichteten Flüssigkristalllage kann das Lagenmaterial in eine Vielzahl von kleineren, individuellen Flächen geschnitten werden, und zwar zur Verwendung in verschiedenen Anzeigeeinheiten oder anderen Anwendungen.
Eine dichtgepackte Einzelschicht von einheitlicher Dicke mag eine verbesserte Leistung bezüglich der Oberflächenrauheit bereitstellen. In herkömmlichen Flüssigkristallbeschichtungen, die uneinheitliche Tröpfchen oder Kapseln enthält, ist die Standardabweichung ("root mean square"; RMS) der Oberflächenrauheit mit ca. 6 Mikrometern gemessen worden. Dies ist ein sehr hoher Wert der Oberflächenrauheit, der zu einem ungleichmäßigen oder unvollständigen Aushärten führen würde, falls eine UV-aushärtbare, für Siebdruck geeignete Tinte als die zweite Elektrode verwendet wird. Das ungleichmäßige Aushärten wird zu erhöhten Schaltspannungen führen. Ferner wird eine Oberflächenrauheit mit diesem Wert auch zu einer erheblichen Ungleichmäßigkeit der Schaltspannung über die Fläche der Anzeigeeinheit führen, da die Schaltspannung direkt in Zusammenhang mit der Dicke der aufgebrachten Schicht steht. Die selbstassemblierten Tröpfchen oder Domänen in der vorliegenden dichtgepackten Einzelschicht zeigen eine RMS-Oberflächenrauheit von weniger als 1,5 Mikrometer, bevorzugter von weniger als 1,0 Mikrometer und am bevorzugtesten von weniger als 0,5 Mikrometer.
Es werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, um die Erfindung zu veranschaulichen.
Beispiel 1 (Erfindung)
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung und Bewertung einer Gast-Wirt-PDLC-Anzeige mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der dichroitische Farbstoff Blue AB4 von Nematel, Deutschland, wurde mit der nematischen Wirt-Mischung BL087 von Merck kombiniert, um eine Gast-Wirt-Flüssigkristall-Zusammensetzung zu präparieren, die 1 Gew.-% dichroitischen Farbstoff enthält.
Eine Dispersion der Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung wurde wie folgt präpariert. Zu 241 Gramm destillierten Wassers wurden 3,6 Gramm Ludox TM Kolloid-Kieselerdesuspension und 7,4 Gramm einer 10%-igen wässrigen Lösung eines Copolymers von Methylaminoethanol und Fettsäure hinzugegeben. Dazu wurden 108 Gramm der Gast-Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung hinzugegeben. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Silverson-Mischers bei 5000 U/min gerührt. Sie wurde dann bei 3000 Psi durch einen Microfluidizer geleitet. Schließlich wurde die sich daraus ergebende Dispersion durch einen 23 μm-Filter geleitet. Die Tröpfchengrößenverteilung in der Dispersion wurde. unter Verwendung eines Coulter-Zählers gemessen. Es hat sich herausgestellt, dass die mittlere Größe 9,7 Mikrometer bei einem Variationskoeffizienten (cv) von 0,14 betrug.
Die obige Dispersion wurde mit einer wässrigen Lösung aus Fischhautgelatine von Norland Products Inc. mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 83.800 und einer Polydispersität von 3,4, einer wässrigen Lösung aus Polyvinylalkohol (PVA)(Typ GL-05 von Nippon Gohsei Limited), einer Lösung von Aerosol OT in Wasser und einer Lösung von Bis(Vinylsulfonyl)methan in Wasser gemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, die 15% w/w Gast-Wirt-Flüssigkristallmaterial, 4,5% Fischhautgelatine, 0,5% PVA, 0,07% Aerosol OT-Beschichtungshilfe und 0,1% Bis(Vinylsulfonyl)methan-Vernetzer enthält. Die Zusammensetzung wurde über einen Kunststoffträger mit einer dünnen Schicht von Indiumzinnoxid (ITO) bei 37,67 cm³/m² verteilt, um eine trockene einheitliche Abdeckung von ca. 5400 mg/m² des Gast-Wirt-Flüssigkristallmaterials bereitzustellen. Das PVA verhinderte eine Agglomeration der Flüssigkristalldomänen während der Selbstassemblierung und trug dazu bei, Defekte in der Beschichtung zu minimieren. Der Kunststoffträger (DuPont ST504) mit einer durch Sputtern beschichteten leitfähigen ITO-Schicht (300 Ω/☐ Widerstand) wurde über Bekaert erlangt. Die Dicke der ITO-Schicht beträgt ungefähr 240 Ångström. Während des Betriebs wurde der Kunststoffträger über einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23°C) gehalten wurde, und die Beschichtungszusammensetzung wurde ebenfalls bei der gleichen Temperatur bereitgestellt oder aufgebracht. Die sich daraus erge bende Beschichtung wurde dann unter Umgebungsbedingungen (23°C) getrocknet. Die Fischgelatine wird nicht bei Raumtemperatur fest und wurde somit beim Beginn der Trocknung nicht fest.
Ein Muster der getrockneten Beschichtung wurde gegenüberliegend einem Helium-Neon-Laser (Spectra Physics model 155A) positioniert. Beugungsringe, die durch die Fraunhoferbeugung verursacht werden, wurden auf einer Lage von weißem Papier beobachtet, das hinter die Beschichtung gehalten wurde, was eine geordnete dichtgepackte Einzelschicht von Tröpfchen anzeigt.
Die Beschichtung wurde für 48 Stunden beiseite gelegt, um es zu ermöglichen, dass die Vernetzung der Gelatine abgeschlossen wird. Die Beschichtung wurde dann auf einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23°C) gehalten wurde. Eine Zusammensetzung, die 4 Gew.-% Rindergelatine vom Typ IV, 3,2 Gew.-% dispergiertes Titanoxid (Ti-Pure R-706 von DuPont) und 0,1 Gew.-% Aerosol OT in destilliertem Wasser enthielt, wurde dann darüber verteilt, und zwar unter Verwendung eines Beschichtungsmessers, um den schützenden Überzug zu erzeugen. Die Beschichtung wurde bei Raumtemperatur getrocknet. Für diese oberste Schicht oder schützenden Überzug lagen sowohl die Temperatur des Beschichtungsblocks als auch die Trocknungstemperatur unter der Sol-Gel-Übergangstemperatur des Bindemittels. Eine silberbasierte leitfähige Tinte wurde dann per Siebdruck auf die getrocknete Schutzschicht gedruckt, um den Aufbau der Anzeigevorrichtung abzuschließen.
1 ist eine schematische Ansicht, welche die Architektur einer fertigen Anzeigevorrichtung zeigt. Die Vorrichtung weist einen Träger 16 und eine transparente leitfähige Schicht 15 auf dem Träger auf, welcher mit einer Licht modulierende Gast-Wirt-Schicht 11 beschichtet ist. Die Gast-Wirt-Schicht 11 weist eine Einzelschicht von geordneten Domänen 14 auf, die einen nematischen Flüssigkristall-Wirt und ein dichroitisches Farbmittel enthalten. Eine optionale Kontrast/Sperrschicht weißer Farbe 13 wird auf die Licht modulierende Schicht aufgebracht, gefolgt von einer zweiten leitfähigen Schicht 12, wie etwa einer gedruckten Silberelektrode. 2 zeigt den geschalteten (weißen) Zustand 21 und den nicht geschalteten (blauen) Zustand 22 der Anzeigeeinheit bei 40 V, wenn sie durch eine 1000 Hz-Wechselstrom-Rechteckwelle angetrieben wird. 3 zeigt die Reflexionsspektren des blauen Zustands bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln von 45 Grad 31, 60 Grad 32 und dem Betrachtungswinkel von 22,5 Grad 33, die unter Verwendung eines Photo-Research-Spektroradiometers 705 gemessen werden. Die Daten bei jedem Betrachtungswinkel werden als Reflexionsfaktor (Musterstrahlung geteilt durch weiße Referenzstrahlung) als eine Funktion der Wellenlänge aufgetragen. Die Lichtquelle war eine 100W-Quarz-Wolfram-Halogenlampe, die mit einem Cornig C5900-Filter ausgestattet war, um eine zur D65-Beleuchtung oder Sonnenlicht äquivalente Beleuchtung bereitzustellen. Es ist klar, dass das Spektrum des gefärbten Zustands des Musters fast unveränderlich bezüglich des Betrachtungswinkels ist.
Beispiel 2 (Kontrolle)
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung und Evaluierung einer cholesterischen oder chiralen nematischen PDLC-Anzeige.
Eine chirale nematische Flüssigkristall-("chiral nematic liquid crystal", CLC-)Zusammensetzung, bei der die Wellenlänge der Reflexion um 550 nm zentriert ist, wurde mittels Hinzugebens einer geeigneten Menge von chiralem High-Twist-Dotiermittel zu dem nematischen Wirt BL087 (von Merck) präpariert.
Eine Dispersion der CLC-Zusammensetzung wurde präpariert und auf eine ähnliche Weise beschichtet, wie für das Gast-Wirt-Flüssigkristallmaterial in Beispiel 1 beschrieben, außer, dass eine Dispersion von Kohlenschwarz als Kontraststeuermittel in der Überzugsschicht anstelle von Titanoxid verwendet wurde.
4 zeigt die Reflexionsspektren des grünen Reflexionszustands des Musters unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln von 45 Grad 41, 60 Grad 42 und dem Betrachtungswinkel von 22,5 Grad 43, die unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in Beispiel 1 beschrieben gemessen werden. In diesem Fall gibt es eine merkliche Verschiebung im Reflexionsspektrum zu niedrigeren Wellenlängen hin bei höheren Betrachtungswinkeln, was zu einer Gesamterscheinung führt, die sich von Tinte auf Papier unterscheidet, was in gewissen Anwendungen unerwünscht sein mag.
Zusammenfassung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit, die mindestens ein Substrat, mindestens eine elektronisch modulierte Bildgebungsschicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei die elektronisch modulierte Bildgebungsschicht eine selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus einem Gast-Wirt-Material aufweist, wobei das Gast-Wirt-Material einen Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff in einem Licht modulierenden Wirt in einer festen Polymermatrix aufweist und wobei die Erscheinung der Anzeigeeinheit unabhängig vom Betrachtungswinkel ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Anzeigeeinheit, aufweisend mindestens ein Substrat, mindestens eine elektronisch modulierte Bildgebungsschicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, wobei die elektronisch modulierte Bildgebungsschicht eine selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus Gast-Wirt-Material aufweist, wobei das Gast-Wirt-Material einen Gast aus einem dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff in einem Licht modulierenden Wirt in einer festen Polymermatrix aufweist und wobei die Erscheinung der Anzeigeeinheit unabhängig vom Betrachtungswinkel ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der das Substrat flexibel ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Wirt ein nematisches oder smektisches Wirtmaterial aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus Gast-Wirt-Material eine hexagonal dichtestgepackte Einzelschicht von Domänen ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus Gast-Wirt-Material in einer Polymermatrix eine Dicke von 2 µm bis 10 µm aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die selbstassemblierte dichtgepackte geordnete Einzelschicht von Domänen aus Gast-Wirt-Material in einer Polymermatrix einen Domänengrößenbereich von 5 bis 15 Mikrometern aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 6, bei welcher der Domänengrößenbereich einen Variationskoeffizienten von weniger als 0,2 aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff mittels des Wirts ausgerichtet wird, um kontrastreiche Licht absorbierende Zustande als Antwort auf ein selektives externes elektrisches Feld zu erzeugen.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff Benzen-basierte Azofarbstoffe, Stilbenbasierte Farbstoffe und/oder Anthrachinon-basierte Farbstoffe aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff einen Ordnungsparameter von mehr als 0,7 aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Gast aus dichroitischem oder pleochroitischem Farbstoff mindestens ein Farbstoff aus der Gruppe aufweisend 4,4'-Bis(4-N,N-Dimethylamino-2,6-Dimethylphenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-(4-N,N-Dimethylamino-2-Phenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-(4-N,N-Diethylamino-2-Methylphenylazo)azobenzen, 4,4'-Bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Ethylaminonaphthylazo)-Phenylazoazobenzen und 4,4'-Bis-[2,5-Dimethyl-4-(4-Methylaminonaphthylazo)phenylazo]azobenzen ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die Polymermatrix Polymerlatex aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die Polymermatrix Polyurethanlatex aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die Polymermatrix mindestens ein Latex aus der Gruppe aufweisend Urethan, Styrol, Ester von aliphatischen Alpha-Methylen-Mono-Carbonsäuren und Vinylidenhaliden aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die Polymermatrix wässrige Suspensionen von Polyestern, Polyolefinen oder Kombinationen davon aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die Polymermatrix Gelatine aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 16, bei der die Gelatine Fischgelatine ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die feste Polymermatrix Fischhautgelatine, PVA, Aerosol OT-Beschichtungshilfe und Bis(Vinylsulfonyl)methan-Vernetzer aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der das elektrisch leitfähige Polymer Polythiophen aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine elektrisch. leitfähige Schicht Indiumzinnoxid, ITO, aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht eine gedruckte Silberelektrode ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Kontrastschicht weißer Farbe.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22, bei der die weiße Schicht gemahlene nicht leitfähige Pigmente mit einer Teilchengröße von unter 1 Mikrometer aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22, bei der die weiße Schicht alle Wellenlängen von Licht im sichtbaren Spektrum von 400 Nanometer bis 700 Nanometer Wellenlänge reflektiert.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22, bei der die weiße Schicht Titanoxid aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22, bei der die weiße Schicht eine Sperrschicht ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, bei der die vom Betrachtungswinkel unabhängige Erscheinung mittels Messens des Reflexionsfaktors der Anzeigeeinheit bei Betrachtungswinkeln von 45 Grad, 60 Grad und 22,5 Grad bestimmt wird, und zwar unter Verwendung eines Spektroradiometers, das mit einer Lichtquelle angestrahlt wird, um eine Beleuchtung bereitzustellen, die einer D65-Beleuchtung oder Sonnenlicht entspricht.