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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von beschichtbaren Folien oder Blättern mit
lichtmodulierendem Material.
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Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden Informationen
auf Folien oder Blättern
unter Verwendung permanenter Tinten dargestellt oder Informationen werden
auf elektronisch modulierten Oberflächen aufgezeichnet wie Kathodenstrahl-Displays
oder Flüssigkristall-Displays.
Andere Folienmaterialien können
magnetisch beschreibbare Bereiche aufweisen, um Auszeichnungs- oder
Wirtschaftsinformationen aufzunehmen, jedoch sind auf magnetischem Wege
aufgezeichnete Daten nicht sichtbar.
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Die Welt-Patentanmeldung PCT/WO 97/04398
mit dem Titel "Electronic
Book With Multiple Display Pages" ist
eine gründliche
Darstellung des Standes der Technik, dünne, elektronisch aufgezeichnete
Folien-Display-Technologien betreffend. Beschrieben wird das Zusammenfügen von
mehreren Display-Folien, die zu einem "Buch" zusammengebunden
werden, wobei jede Folie mit Mitteln versehen ist, um jede Seite
einzeln aufrufen zu können. Die
Patentschrift beschreibt den Stand der Technik zur Herstellung von
dünnen,
auf elektronischem Wege beschrifteten Seiten, einschließlich flexiblen Folien,
wobei das Bild-modulierende Material aus einem bistabilen Flüssigkristall-System
hergestellt wird sowie dünnen
metallischen Leiterlinien auf jeder Seite.
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Die US-A-3 697 297 beschreibt ein
Material, das sich für
ein solches Gerät
eignet. Ein cholesterisches Flüssigkristallmaterial
ist mit durch Licht durchdringbaren Gelatine- und Gummiarabikum-Kapseln eingehüllt, die
auf einen Schirm aufgetragen werden. Der Schirm verändert die
Farbe, wenn er ausreichend Wärmeenergie
empfängt,
um das cholesterische Material klar zu machen.
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Die Herstellung von flexiblen elektronisch beschrifteten
Display-Folien unter Verwendung von Flüssigkristallmaterialien wurde
in der US-A-4 435 047 beschrieben. Eine erste Folie weist transparente ITO-leitende
Flächen
auf und eine zweite Folie weist elektrisch leitende Tinten auf,
die auf Display-Flächen
aufgedruckt sind. Die Folien können
aus dünnem
Glas bestehen, werden jedoch vorzugsweise aus Mylar-Polyester hergestellt.
Eine Dispersion aus einem Flüssigkristallmaterial
in einem Bindemittel wird auf die erste Folie aufgetragen und die
zweite Folie wird mit dem Flüssigkristallmaterial
verbunden. Ein elektrisches Potential wird an gegenüberliegende leitende
Bereiche angelegt, um auf das Flüssigkristallmaterial
einzuwirken und Display-Flächen
zu exponieren. Das Display verwendet nematische Flüssigkristallmaterialien,
die aufhören
ein Bild darzustellen, wenn die Erregung aufhört. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt
werden verschlüsselte
Systeme (privacy windows) erzeugt unter Verwendung der streuenden Eigenschaften
von üblichen
nematischen Flüssigkristallen.
Derartige Materialien erfordern eine kontinuierliche elektrische
Anregung, um transparent zu bleiben.
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Die US-A-5 437 811 beschreibt eine
lichtmodulierende Zelle mit einem polymerisch dispergierten chiral-nematischen
Flüssigkristall.
Der chiral-nematische Flüssigkristall
hat die Eigenschaft, angetrieben zu werden zwischen einem planaren
Zustand, in dem er eine spezielle sichtbare Wellenlänge des
Lichtes reflektiert und einem Licht streuenden fokal-konischen Zustand.
Diese Struktur hat die Kapazität
der Beibehaltung eines der angegebenen Zustände in Abwesenheit eines elektrischen
Feldes.
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Der Stand der Technik beschreibt
Verfahren zur Herstellung von Polymerkügelchen von polymeren Vorläufern in
einer wässrigen
Suspension, z. B. in der US-A-2
932 629. Die US-A-2 932 629 beschreibt ein beschränktes Koaleszenz-Verfahren
zur Herstellung von sphäroiden
Teilchen von sehr gleichförmiger Größe durch
Verwendung von kolloidalen Teilchen, um die Koaleszenz von kleineren
Tröpfchen
zu größeren gleichförmigen Domänen zu beschränken. Die polymerisierbare
Flüssigkeit
wird zu einer vorgegebenen Größe gebracht
und ein katalytisches Mittel bewirkt die Polymerisationsreaktion
unter Erzeugung von festen Polymerkörpern von praktisch gleichförmiger Größe. Die
Technik der Verwendung einer beschränkten Koaleszenz zur Herstellung
von Kügelchen
gleicher Größe während der
Polymerisa tion wird ferner beschrieben in der US-A-3 933 771, der US-A-4
324 932 und der US-A-4
833 060.
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Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell beschichtbaren polymerisch
dispergierten lichtmodulierenden Materials von gleichförmiger Domänengröße anzugeben.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Flüssigkristallmaterial
unter Anwendung einer beschränkten
Koaleszenz zu dispergieren und die Dispersion zur Beschichtung zu
verwenden, unter Erzeugung einer dispergierten lichtmodulierenden Schicht
mit verbesserten optischen Eigenschaften.
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Folien oder Blätter, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, können
dazu verwendet werden, um eine von neuem beschreibbare Bildfolie
herzustellen. Die vorliegende Erfindung verwendet einen kolloidalen
Festteilchen-Emulgator, um das Domänen-Wachstum von einem hochdispergierten
Zustand zu beschränken.
Flüssigkristall-Domänen von
gleichförmiger
Größe werden
erzeugt und maschinell aufgetragen unter Erzeugung von lichtmodulierenden,
elektrisch ansprechbaren Folien mit verbesserter optischer Wirksamkeit.
Die Folie kann hergestellt werden unter Verwendung billiger, wirksamer
Verfahren zur Herstellung einer photographischen Schicht. Eine einzelne
große
Fläche
eines Folienmaterials kann beschichtet werden und zu verschiedenen
Typen von Folien und Karten verarbeitet werden. Displays in Form
von Folien oder Blättern gemäß der vorliegenden
Erfindung sind billig, einfach und lassen sich unter Anwendung von
Verfahren niedriger Kosten herstellen.
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Diese Ziele werden erreicht durch
ein Verfahren zur Herstellung einer lichtmodulierenden, elektrisch
ansprechbaren Folie, bei dem man:
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- (a) ein Substrat bereitstellt;
- (b) eine elektrisch leitende Schicht auf dem Substrat erzeugt;
- (c) in einem wässrigen
Bad ein unmischbares, auf ein Feld ansprechbares licht-modulierendes Material
mit einer Menge an kolloidalen Teilchen, worin die kolloidalen Teilchen
die Größe der koaleszierten
Domäne
beschränken
und einem Bindemittel bereitstellt;
- (d) die Bestandteile des wässrigen
Bades miteinander vermischt, unter Erzeugung eines Dispersion eines
auf ein Feld ansprechbaren, lichtmodulierenden Materials unterhalb
einer Koaleszenz-Größe, das
sich absetzt unter Erzeugung von Domänen beschränkter Koaleszenz von gleichförmiger Größe;
- (e) das Material auf das Substrat aufträgt; und
- (f) das aufgetragene Material trocknet, unter Erzeugung eines
Satzes von gleichförmigen
Domänen,
so dass eine derartige Dispersion koalesziert unter Erzeugung eines
Satzes von gleichförmig beschränkten Koaleszenz-Domänen mit
einer Mehrzahl von elektrisch ansprechbaren optischen Zuständen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
können flexible
Folien wirksam hergestellt werden, die eine lichtmodulierende Schicht
aufweisen, die Domänen aufweist
mit verbesserten optischen Eigenschaften. Durch Veränderung
des Feldes, das an die Schicht angelegt wird, können Informationen in der Folie
aufgezeichnet werden.
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1A ist
eine Schnittansicht einer Folie des Standes der Technik mit einer
Schicht eines in einem Polymer dispergierten Flüssigkristallmaterials, das gegenwärtige Dispersionsmethoden
anwendet;
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1B ist
eine Schnittansicht der Folie von 1A mit
einem angelegten elektrischen Feld;
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2A ist
eine Schnittansicht eines in einem Polymer dispergierten Flüssigkristallmaterials,
das die beschränkten
Koaleszenz-Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendet;
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2B ist
eine Ansicht, die das Material von 2A mit
einem angelegten elektrischen Feld zeigt;
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3 veranschaulicht
die visuellen Effekte der Textbetrachtung durch Folien mit verschiedenen Transluzenz-Graden;
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4 ist
eine graphische Darstellung der Transluzenz in Abhängigkeit
von der Domänengröße eines
nematischen Materials unter Anwendung von üblichen und beschränkten Koaleszenz-Dispersionsprozessen;
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5A ist
eine Schnittansicht eines chiral-nematischen Materials in einem
planaren Zustand, bei dem Licht reflektiert wird;
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5B ist
eine Schnittansicht eines chiral-nematischen Materials in einem
fokal-konischen Licht
transmittierenden Zustand;
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6 ist
eine Schnittansicht eines üblichen, Domänen enthaltenden
chiral-nematischen
Flüssigkristallmaterials;
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7A ist
eine Schnittansicht einer Folie mit einer Schicht eines in einem
Polymer dispergierten cholesterischen Flüssigkristallmaterials bei Anwendung üblicher
Dispersionsmethoden;
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7B ist
eine Schnittansicht der Folie von 7A mit
einem angelegten elektrischen Feld;
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8A ist
eine Schnittansicht eines in einem Polymer dispergierten cholesterischen
Flüssigkristallmaterials
mit beschränkter
Koaleszenz;
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8B ist
eine Schnittansicht des Materials von 8A mit
einem angelegten elektrischen Feld;
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9 ist
eine graphische Darstellung des Reflexionsgrades in Abhängigkeit
von der Domänengröße eines
cholesterischen Materials unter Verwendung üblicher und beschränkter Koaleszenz-Materialien;
und
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10 ist
die spektrale Verteilung von in einem Polymer dispergierten cholesterischen
Flüssigkristallmaterialien
unter Verwendung üblicher
und beschränkter
Koaleszenz-Dispersionsmethoden.
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1A ist
eine Schnittansicht eines Teiles einer Folie 10, die ein übliches,
in einem Polymer dispergiertes lichtmodulierendes Material trägt. Die
Folie 10 weist ein Substrat 15 auf. Das Substrat 15 kann hergestellt
sein aus einem polymeren Material, wie einem Kodak Estar-Filmträger, hergestellt
aus plastischem Polyester und mit einer Dicke zwischen 20 und 200
Mikron. Beispielsweise kann das Substrat 15 eine 80 Mikron
dicke Folie eines transparenten Polyesters sein. Andere Polymere,
wie z. B. ein transparentes Polycarbonat, können ebenfalls verwendet werden.
Alternativ kann das Substrat 15 ein dünnes, transparentes Glas sein.
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Ein erster Leiter 20 ist
auf dem Substrat 15 erzeugt worden. Der erste Leiter 20 kann
eine transparente, elektrisch leitende Schicht von dünnem Zinnoxid
oder Indiumzinnoxid (ITO) sein, wobei ITO das bevorzugte Material
ist. In typischer Weise wird der erste Leiter 20 auf das
Substrat 15 bis zu einem Widerstand von weniger als 250
Ohm pro Quadrat aufgedampft. Alternativ kann der erste Leiter 20 ein opaker
elektrischer Leiter sein, der aus einem Metall wie Kupfer, Aluminium
oder Nickel erzeugt wird. Ist der erste Leiter 20 ein opakes
Metall, so kann das Metall ein Metalloxid sein, um einen Licht absorbierenden
ersten Leiter 20 zu erzeugen.
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Eine lichtmodulierende Schicht 30 wird über dem
ersten Leiter 20 abgeschieden. Die lichtmodulierende Schicht 30 kann
einen nematischen Flüssigkristall
von üblichem
Design enthalten. Das ausgewählte
Material sollte hohe optische Eigenschaften aufweisen und eine elektrische
Anisotropie und sollte dem Brechungsindex des Trägerpolymeren entsprechen, wenn
das Material elektrisch orientiert ist. Diese Methode wird in größerem Detail
später
beschrieben. Beispiele für
derartige Materialien sind Merck BL-03, BL-048 oder BL-033, die
erhältlich
sind von EM Industries von Hawthorne, NY. Auch können andere Licht reflektierende
oder Diffusionsmodulierende, elektrisch bearbeitete Materialien
aufgetragen werden, wie z. B. ein mikro-eingekapseltes elektrophoretisches Material
in Öl.
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Der Flüssigkristall kann ein chiral
dotierter nematischer Flüssigkristall
sein, auch bekannt als cholesterischer Flüssigkristall, wie z. B. ein
solcher, der beschrieben wird in der US-A-5 695 682. Das Anlegen
von Feldern von verschiedener Intensität und Dauer verändert den
Zustand der chiralen dotierten nematischen Materialien von einem
reflektierenden bis zu einem durchlässigen Zustand. Diese Materialien
haben den Vorteil, dass sie den gegebenen Zustand unbegrenzt aufrecht
erhalten, nachdem das Feld entfernt worden ist. Die cholesterischen
Flüssigkristallmaterialien
können
bestehen aus Merck BL112, BL118 oder BL126, die erhältlich sind
von der Firma EM Industries von Hawthorne, NY. Die lichtmodulierende
Schicht 30 ist in zwei Zuständen wirksam, die in größerem Detail
im Folgenden beschrieben werden.
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Im Falle einer Ausführungsform
wird ein Flüssigkristallmaterial
in einem wässrigen
Bade dispergiert, das ein in Wasser lösliches Bindemittelmaterial
enthält,
wie deionisierte Gelatine, Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyethylenoxid
(PEO). Derartige Verbindungen sind für eine maschinelle Beschichtung unter
Verwendung von Vorrichtungen geeignet, die zur Herstellung von photographischen
Filmen verwendet werden. Wichtig ist, dass das Bindemittel einen
niedrigen ionischen Gehalt aufweist. Das Vorhandensein von Ionen
in solch einem Bindemittel behindert die Entwicklung eines elektrischen
Feldes über
dem dispergierten Flüssigkristallmaterial.
Zusätzlich
können
Ionen in dem Bindemittel in Gegenwart eines elektrischen Feldes
wandern, unter chemischer Beeinträchtigung der lichtmodulierenden Schicht 30.
Die Flüssigkristall-
und Gelatineemulsion wird in einer Dicke zwischen 5 und 30 Mikron
aufgetragen, um die optischen Eigenschaften der lichtmodulierenden
Schicht 30 zu optimieren. Die Beschichtungsdicke, die Größe der Flüssigkristalldomänen und
die Konzentration der Domänen
von Flüssigkristallmaterialien
werden zur Erzielung optimaler optischer Eigenschaften ausgewählt. Bisher
erfolgte die Dispergierung von Flüssigkristallen unter Anwendung
Scherkräfte
erzeugender Mühlen
oder anderen mechanischen Trennmitteln zur Erzeugung von Domänen 32 aus
Flüssigkristallen
innerhalb der lichtmodulierenden Schicht 30.
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Ein zweiter Leiter 22 wird
auf die Oberfläche der
lichtmodulierenden Schicht 30 aufgebracht. Der zweite Leiter 22 sollte
eine ausreichende Leitfähigkeit
aufweisen, um ein Feld über
der lichtmodulierenden Schicht 30 zu tragen. Der zweite
Leiter 22 kann in einer Vakuum-Umgebung erzeugt werden
unter Verwendung von Materialien wie Aluminium, Zinn, Silber, Platin,
Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän
oder Indium. Oxide der Metalle können
verwendet werden, um die bemusterbare leitfähige Schicht 14 dunkel
zu machen. Das Metallmaterial kann angeregt werden durch Energie
von der Widerstandserhitzung, mittels eins kathodischen Bogens,
eines Elektronenstrahls, Aufstäuben
oder Magnetron-Anregung. Die Verwendung von Zinnoxid oder Indiumzinnoxid
in der Beschichtung ermöglicht
es, dass der zweite Leiter 22 transparent ist. Alternativ
kann der zweite Leiter 22 aus aufgedruckter leitfähiger Tinte
bestehen, wie dem aufdruckbaren elektrisch leitfähigen Material Electrodag 423SS
der Firma Acheson Corporation. Derartige aufgedruckte Materialien
bestehen aus feinteiligen Graphitteilchen in einem thermoplastischen
Harz.
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Im Rahmen einer Reihe von Experimenten wurde
das nematische Flüssigkristallmaterial
BL-048 der Firma EM Industries in deionisierter photographischer
Gelatine unter Anwendung von üblichen
Homogenisierungsmethoden dispergiert. Durch Veränderung der Zusammensetzungen,
der Homogenisierungsvorrichtungen (Schall- und Rotor-Stator-Mischer) wurden Emulsionen
unterschiedlicher Tröpfchengröße hergestellt.
Die Licht-Mikroskopie zeigte, dass die Emulsionen eine sehr breite
Tröpfchengrößen-Verteilung
aufwiesen, wobei die Domänengröße im Durchmesser
variierte um ein Verhältnis von
10:1. Es wurden Dispersionen mit mittleren Größen von ungefähr 1, 3,
5 und 9 Mikron im Durchmesser hergestellt. Die Materialien wurden
auf Folien aus mit ITO beschichtetem Polyester mit einer Folienleitfähigkeit
von 160 Ohm pro Quadrat aufgetragen. Die Beschichtung wurde getrocknet
unter Erzeugung einer 9 Mikron dicken Beschichtung aus in einem
Polymer dispergiertem Flüssigkristall.
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Gemäß 1B wurden die beschichteten Folien unter
Anwendung üblicher
Dispergiermittel wie oben diskutiert an eine zweite Folie aus mit
ITO beschichtetem plastischen Material gebunden, unter Erzeugung
eines klaren oberen zweiten Leiters 22. Ein elektrisches
Feld 44 wurde angelegt, um das Flüssigkristallmaterial in der
lichtmodulierenden Schicht 30 auszurichten. Die ausgerichteten
Domänen
und sämtliche
Folien wurden transparent. Wurde das elektrische Feld 44 entfernt,
so kehrten die Folien 10 in einen transparenten Zustand
zurück.
Eine selektive Transluzenz der Folie 10 ist geeignet zur
Herstellung von Geheimschirmen (privacy screens) und Displays, wie
sie im Stande der Technik beschrieben werden.
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Die Domänen des getrockneten lichtmodulierenden
Materials hatten Teilchengrößen, die
im Durchmesser in einem Verhältnis
von 10:1 variierten. Dies führt
zu großen
Domänen 32 und
kleineren parasitären
Domänen 34.
Parasitäre
Domänen 34 erzeugten
Domänen
mit verminderten optischen Charakteristika im Vergleich zu den optimierten
größeren Domänen 32.
Um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zu vergleichen, wurde
eine Reihe von Beschichtungen nach dem Stande der Technik und gemäß der gegenwärtigen Erfindung
hergestellt. Text-Informationen wurden in gleicher Entfernung von
den Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung
und Beschichtungen gemäß des Standes der
Technik angeordnet. Die Transluzenz der vorliegenden Erfindung war
größer als
die des Standes der Technik. 3 veranschaulicht
ein Bild, das durch eine hochtransluzente Beschichtung oben, eine
mittlere transluzente Beschichtung in der Mitte und eine wenig transluzente
Beschichtung am Boden im Falle eines vorgegebenen Textes 50 betrachtet
wurde.
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In 4 ist
die übliche
Dispersionstransluzenz 60 in Abhängigkeit von der Domänengröße graphisch
dargestellt. Steigt die Domänengröße von 2 bis
10 Mikron an, so steigt die wirksame Transluzenz der Folie auf einen
maximalen Wert an. Unterhalb 10 Mikron haben die Domänen eine
verminderte Diffusionskraft. Die Beschichtungen verlieren an Wirksamkeit,
da parasitäre
Domänen 34 kleiner
sind als solche mit einem optimalen mittleren Durchmesser.
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Die Folien 10 wurden hergestellt
unter Verwendung beschränkter
Koaleszenz-Materialien und Verarbeitung unter Erzeugung von Emulsionen
von Flüssigkristallmaterial
von gleichförmiger
Größe. Dies
erfolgte durch Homogenisierung des Flüssigkristallmaterials in Gegenwart
von feinteiliger Kieselsäure,
einem die Koaleszenz beschränkenden
Material (LUDOX® der
Firma DuPont Corporation). Ein Promotormaterial wurde dem wässrigen
Bad zugesetzt, um die kolloidalen Teilchen an die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche zu zwingen.
In dem Beispiel wurde ein Copolymer aus Adipinsäure und 2-(Methylamino)ethanol
als Promotormittel in dem Wasserbad verwendet. Das Flüssigkristallmaterial wurde
dispergiert unter Anwendung von Ultraschall, um Flüssigkristalldomänen einer
Größe von unterhalb
1 Mikron zu erzeugen. Wurde die Ultraschallenergie abgeschaltet,
so koaleszierte das Flüssigkristallmaterial
in Domänen
von gleichförmiger
Größe. Das
Verhältnis
von kleinster zu größter Domänengröße variierte
um ungefähr
1:2. Durch Veränderung
der Menge an Kieselsäure
und Copolymer relativ zu dem Flüssigkristallmaterial
wurden Emulsionen mit gleichförmigen
Domänengrößen eines
mittleren Durchmessers (mikroskopisch ermittelt) von ungefähr 1, 3 und
8 Mikron erzeugt. Diese Emulsionen wurden zum Zwecke einer nachfolgenden
Beschichtung in Gelatinelösung
verdünnt.
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Die Materialien mit beschränkter Koaleszenz wurden
unter Verwendung einer photographischen Emulsions-Beschichtungsvorrichtung
auf Polyesterfolien aufgetragen, die eine ITO-Beschichtung aufwiesen
mit einer Folienleitfähigkeit
von 160 Ohm pro Quadrat. Die Beschichtung wurde getrocknet unter Erzeugung
einer 9 Mikron dicken polymerisch dispergierten cholesterischen
Beschichtung. 2A ist eine
Schnittansicht der Folie 10, die Domänen 32 aus einem Material
beschränkter
Koaleszenz zeigt, das seine gleichförmige Größe beibehalten hat nach Zugabe
des oberflächenaktiven
Mittels und nach Maschinen-Beschichtung. Es lagen wenige, wenn überhaupt,
parasitäre
Domänen 34 vor
(mit unerwünschten
elektro-optischen Eigenschaften) innerhalb der getrockneten Beschichtungen.
Im Falle der 2B wurden
die beschichteten Folien mit einer zweiten Folie aus mit ITO beschichtetem
plastischen Material verbunden und ein elektrisches Feld 44 wurde
angewandt, um das Flüssigkristallmaterial
in der lichtmodulierenden Schicht 30 auszurichten. Die
ausgerichteten Domänen
und alle Folien wurden transparent mit einem Minimum an Lichtstreuung 42.
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Im Falle der 4 wurden die Transluzenz 60 einer üblichen
Dispersion und die Transluzenz bei beschränkter Koaleszenz in Abhängigkeit
von der Domänengröße aufgetragen.
Beschichtungen, die hergestellt wurden unter Anwendung einer beschränkten Koaleszenz
mit einer Domänengröße von etwa
2 Mikron hatten die größte Transluzenz.
Die Transluzenz von mit beschränkter
Koaleszenz erzeugten Materialien fiel ab, wenn die Domänengröße auf über 2 Mikron
anstieg. Im Falle von konstanten Materialkonzentrationen und Beschichtungsdicken sind
Materialien mit beschränkter
Koaleszenz mit einer Domänengröße von etwa
2 Mikron beträchtlich stärker transluzent
als Domänen
beliebiger Größe, die
unter Verwendung üblicher
Dispersionen erzeugt wurden. Es hat sich ferner gezeigt, dass Dispersionen
mit beschränkter
Koaleszenz mittels Beschichtungsvorrichtungen zur Beschichtung verwendet werden
können
und eine gleichförmige
Domänengröße beibehalten.
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5A und 5B zeigen 2 stabile Zustände von
cholesterischen Flüssigkristallen.
Im Falle von 5A wurde
ein Feld einer hohen Spannung angelegt und schnell auf ein Null-Potential
umgeschaltet, was dazu führte,
dass die cholesterischen Flüssigkristallmoleküle in den
planaren Zustand 72 übergingen.
Im Falle der 5B hat
die Anwendung eines Feldes geringerer Spannung dazu geführt, dass
die Moleküle
des cholesterischen Flüssigkristallmaterials zu
transparenten schiefwinkligen Zellen aufgebrochen wurden, was bekannt
ist als fokal-konischer Zustand 74. Die Erhöhung der
Zeitdauer eines Impulses geringer Spannung treibt die Moleküle in einem
planaren Zustand 72 progressiv in einen völlig entwickelten
und transparenten fokal-konischen Zustand 74.
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Ein Lichtabsorber 70 kann
auf der Seite gegenüber
der Seite des einfallenden Lichtes 40 angeordnet werden.
In dem voll entwickelten fokal-konischen Zustand ist der cholesterische
Flüssigkristall transparent,
so dass auftreffendes Licht 40 hindurchgelangt, das durch
Lichtabsorber 70 absorbiert wird unter Erzeugung eines
schwarzen Bildes. Eine progressive Entwicklung des fokal-konischen
Zustandes bewirkt, dass ein Betrachter reflektiertes Licht 46 wahrnimmt,
das übertragen
wurde unter Schwärzung,
wenn das cholesterische Material sich von dem planaren Zustand 72 in
den fokal-konischen Zustand 74 verändert. Die Übertragung in den Licht übertragenden
Zustand ist progressiv und die Veränderung der Zeitdauer der niedrigen
Spannung erlaubt unterschiedliche Reflexionsgrade. Diese variablen
Grade können überführt werden
in entsprechende Grauwerte, und wenn das Feld entfernt wird, behält die lichtmodulierende
Schicht 11 einen gegebenen optischen Zustand unbegrenzt
bei. Dieses Verfahren wird vollständiger in der US-A-5 437 811
diskutiert.
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6 ist
ein Querschnitt durch eine Domäne 32,
die ein cholesterisches Material enthält. Die Domäne 32 ist sphärisch und
das cholesterische Material ist an der Oberfläche der Domäne verankert. Da die Oberfläche der
Domäne
sphärisch
ist, wird einfallendes Licht 40 von einem beliebigen Betrachterwinkel
reflektiert. Dies führt dazu,
dass diese in einem Polymer dispergierten (cholesterischen) Flüssigkristalle
(PDChLC) eine gute achsenentfernte Reflektivität aufweisen.
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In einem Versuch wurde das chiral-nematische
Flüssigkristallmaterial
BL-118 der Firma E.M. Industries in deionisierter photographischer
Gelatine dispergiert. Das cholesterische Flüssigkristallmaterial BL-118
hatte eine Konzentration von chiralem Dotiermittel, die ausreichte,
um grünes
(550 Nanometer) Licht zu reflektieren. Das Flüssigkristallmaterial wurde
in einer Konzentration von 8 % in einer 5%igen deionisierten Gelatinelösung dispergiert.
Die Mischung wurde unter Verwendung einer Silverson-Mühle dispergiert.
Die Veränderung
der Mahlzeit veränderte
die endgültige
Tröpfchengröße. Es wurden
Mischungen hergestellt mit einer mittleren Domänengröße von 1,4 und 9 Mikron. Unter
Anwendung eines üblichen
Dispersionsprozesses variierten diese Domänen in ihrer Größe in einem
Verhältnis von
10:1. Die Materialien wurden auf eine Folie aus mit ITO beschichtetem
Polyester aufgetragen, die eine Folienleitfähigkeit von 160 Ohm pro Quadrat hatte.
Die Beschichtung wurde getrocknet unter Gewinnung einer 9 Mikron
dicken polymerisch dispergierten cholesterischen Beschichtung. Die
beschichteten Materialien waren wirksam.
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7A ist
eine Schnittansicht durch die experimentellen Folien 10 mit
Domänen
von cholesterischem Material in deionisierter Gelatine, die als
lichtmodulierende Schicht 30 wirkte. Die lichtmodulierende
Schicht 30 wurde mit einem schwarzen, elektrisch leitfähigen Material
bedruckt, um einen zweiten Leiter 22 zu erzeugen, der auch
als Lichtabsorber 70 für den
cholesterischen Flüssigkristall
diente. Ein elektrisches Feld von hoher Spannung wurde angelegt,
um den cholesterischen Flüssigkristall
in der lichtmodulierenden Schicht 30 in den planaren Zustand 72 auszurichten,
wie er in 5A gezeigt
wird. Das cholesterische Flüssigkristallmaterial
in den Domänen 32 richtete
sich aus und sämtliche
Folien 10 reflektierten ein grünes reflektives Licht 46 und
etwas gestreutes Licht 42. Im Falle der 7B wurde ein Feld niedriger Spannung
an die Folie 10 angelegt, wodurch der Flüssigkristall
in den planaren Zustand 72 umgewandelt wurde, der in 5B dargestellt ist. Die
Folien 10 konnten wiederholt verändert werden zwischen den planaren
und fokal-konischen Zuständen
und ein gegebener Zustand konnte in Abwesenheit eines elektrischen
Feldes aufrechterhalten werden. Die selektiven bimodalen optischen
Zustände,
die in den Folien 10 zu sehen sind, sind geeignet im Falle
von Display-Folien mit einem Speicher, wie es aus dem Stande der
Technik bekannt ist.
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Die getrocknete Beschichtung hatte
Teilchengrößen, deren
Durchmesser in einem Verhältnis von
10:1 variierten. Dies führte
zu großen
Domänen 32 und
kleinen parasitären
Domänen 34.
Eine Reihe von Beschichtungen mit den gleichen Materialkonzentrationen
und Dicken, jedoch unterschiedlichen mittleren Domänengrößen wurde
auf ihr Reflexionsvermögen
untersucht. In 9 ist
das gestreute Licht 42 und das reflektierte Licht 46 in
Abhängigkeit
von der Domänengröße im Falle üblicher
Dispersionen graphisch dargestellt. Bei kleineren mittleren Domänengrößen, wie
2 Mikron, neigen die Domänen 32 zur
Streuung von Licht 42 und wenig reflektiertem Licht 46.
Steigt die Domänengröße auf 10
Mikron an, so steigern die Domänen 32 die
Menge an reflektiertem Licht 46 und vermindern die Menge
an gestreutem Licht 42. Es ist offensichtlich, dass Domänen mit einer
Größe von unter
10 Mikron stärker
als Diffusoren als als Reflektoren wirken. Selbst bei einer großen Domänengröße wirken
parasitäre
Domänen 34 stärker zur
Diffusion, wodurch die Reinheit der Farb-Reflexion gestört wird.
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Ein Satz von Folien 10 wurde
erzeugt unter Verwendung des gleichen beschränkten Koaleszenz-Verfahrens
und Verwendung von Materialien, die verwendet wurden zur Herstellung
von nematischen Flüssigkristallfolien
mit beschränkter
Koaleszenz. Eine Reihe von Mischungen wurde hergestellt mit 8 %
cholesterischem Flüssigkristall
und 5 % Gelatine. Kolloidale Kieselsäure vom Typ Ludox TM, ein die
Koaleszenz beschränkendes
Material der Firma DuPont Corporation wurde zu der Mischung zugegeben,
gemeinsam mit einem Adipat-Promotor, um das Kolloid stärker oleophil
zu machen. Die Mischung wurde durch eine Ultraschallbehandlung erregt,
unter Erzeugung von Teilchen von Submikrongröße. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ersichtlich, dass ein wässriges
Bad mit einem unmischbaren, gegenüber einem Feld ansprechbaren
lichtmodulierenden Material mit einer Menge an kolloidalen Teilchen,
wobei die kolloidalen Teilchen die koaleszierte Domänengröße beschränken und
mit einem Bindemittel vorgesehen werden muss. Die Mischung oder
die Bestandteile in dem Bad werden vermischt unter Erzeugung einer
Dispersion des auf ein Feld ansprechbaren lichtmodulierenden Materials
auf unter eine Koaleszenz- Größe, bei
der Domänen
einer beschränkten
Koaleszenz mit einer gleichförmigen
Größe hergestellt
werden. Die durch Mischen erzeugte Mischung sollte einige wenige
Minuten lang absetzen gelassen werden, während welcher Zeitspanne die Flüssigkristall-Domänen erzeugt
werden mit einer sehr konsistenten Domänengröße. Es wurde eine Reihe von
Experimenten durchgeführt
unter Verwendung unterschiedlicher Konzentrationen an dem Ludox-Material
und Adipat unter Erzeugung eines Satzes von Mischungen mit einer
Domänengröße von 1, 3
und 8 Mikron.
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Eine beschränkte Koaleszenz ist wiederum definiert
als das Dispergieren eines lichtmodulierenden Materials unterhalb
einer vorgegebenen Größe und die
Verwendung eines die Koaleszenz beschränkenden Materials zur Beschränkung der
Größe der anfallenden
Domänen.
Derartige Materialien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ein
Verhältnis
von maximaler zu minimaler Domänengröße von geringer
als 2:1 aufweisen. Mit dem Merkmal "gleichförmige Domänen" ist gemeint, dass Domänen erzeugt werden,
die eine Domänengröße-Variation
von weniger als 2:1 haben. Materialien mit begrenzten Domänen weisen
verbesserte optische Eigenschaften auf.
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Eine 0,10 %-Konzentration von Natriumtriisopropylnaphthalinsulfonat
wurde der Emulsion zugegeben, um zu erreichen, dass die Mischung
eine ITO-Oberfläche
gleichförmig
bedeckte. Die Materialien beschränkter
Koaleszenz mit dem zugesetzten oberflächenaktiven Mittel wurden auf
Polyesterfolien mit einer ITO-Beschichtung mit einer Folien-Leitfähigkeit
von 160 Ohm pro Quadrat unter Verwendung einer photographischen
Beschichtungsvorrichtung aufgetragen. Die Beschichtungen wurden
getrocknet unter Erzeugung einer 9 Mikron dicken in einem Polymer
dispergierten cholesterischen Beschichtung. 8A ist eine Schnittansicht durch eine
cholesterische Flüssigkristallfolie
mit beschränkter
Koaleszenz, die zeigt, dass Domänen 32 ihre
gleichförmige Größe beibehielten
nach Zugabe des oberflächenaktiven
Mittels und nach der Maschinen-Beschichtung. Es waren wenige, wenn überhaupt,
parasitäre
Domänen 34 innerhalb
der getrockneten Beschichtungen vorhanden.
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Die Materialien beschränkter Koaleszenz wurden
mit einem schwarzen, elektrisch leitfähigen Material beschichtet,
um einen zweiten Leiter 22 zu erzeugen. Ein elektri sches
Feld von hoher Spannung wurde angelegt, um das Flüssigkristallmaterial
in der lichtmodulierenden Schicht 30 auszurichten, derart, dass
es in den planaren Zustand 72 von 5A übergeht. 8B zeigt das Anlegen eines
elektrischen Feldes niedriger Spannung an die Folie 10, um den Flüssigkristall
in den fokal-konischen Zustand 74 von 5A zu überführen. Die Folien 10 konnten wiederholt
zwischen den planaren und fokal-konischen Zuständen verändert werden und ein gegebener
Zustand konnte in Abwesenheit eines elektrischen Feldes aufrechterhalten
werden. Die selektiven bimodalen optischen Zustände, die in den Folien 10 auftreten,
sind in Display-Folien mit einem Speicher geeignet, wie sie im Stande
der Technik beschrieben werden.
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Die Folien, die durch den begrenzten
Koaleszenz-Prozess hergestellt werden, weisen Kurven auf, die ähnlich sind
jenen von in üblicher
Weise dispergierten Materialien, wie in 9 dargestellt. Mit Domänen von
8 bis 10 Mikron jedoch zeigte das Material eine verminderte Streuung 43 aufgrund
der Eliminierung von parasitären
Domänen 34. 10 ist eine Darstellung
der spektralen Verteilung eines cholesterischen Materials unter
Verwendung eines üblichen Dispersionsmaterials 80 und
einem beschränkten Koaleszenz-Dispersionsmaterial 82 mit
einer mittleren Domänengröße von 10
Mikron. Die üblichen
Dispersionsmaterialien reflektieren Licht mit Wellenlängen außerhalb
der Reflektivität
des cholesterischen Flüssigkristalls.
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Übliche
dispergierte cholesterische Materialien haben parasitäre Domänen 34,
die Licht mit Wellenlängen
außerhalb
der Wellenlängen
reflektieren, die von dem cholesterischen Material reflektiert werden.
Dispersionen 85 mit beschränkter Koaleszenz hatten eine
verminderte Reflexion im Falle anderer Wellenlängen aufgrund der Eliminierung
von parasitären
Domänen 34.
Die erhöhte
Reinheit der Farbe ist wichtig bei der Entwicklung von vollfarbigen
Displays, wobei gut voneinander getrennte Farbkanäle erforderlich
sind, um ein vollfarbiges Bild zu erzeugen. Cholesterische Materialien
mit beschränkter
Koaleszenz weisen ein reineres Licht-Reflexionsvermögen auf als cholesterische
Flüssigkristallmaterialien, die
nach üblichen
Methoden dispergiert werden. Es hat sich ferner gezeigt, dass derartige
Materialien erzeugt werden können,
unter Anwendung üblicher photographischer
Beschichtungsvorrichtungen.
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Andere Merkmale der Erfindung werden
im folgenden aufgeführt.
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Das Verfahren, bei dem die kolloidalen
Teilchen Teilchen aus kolloidaler Kieselsäure sind.
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Das Verfahren, bei dem das wässrige Bad ferner
ein Promotormaterial enthält,
um die kolloidalen Teilchen an die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche zu treiben.
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Das Verfahren, bei dem das Promotormaterial
ein Copolymer aus Adipinsäure
und 2-(Methylamino)ethanol ist.
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Das Verfahren, bei dem das wässrige Bad ferner
ein Promotormaterial enthält,
um die kolloidalen Teilchen an die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche zu treiben.
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Das Verfahren, bei dem das Promotormaterial
ein Copolymer aus Adipinsäure
und 2-(Methylamino)ethanol ist.