DE10021984A1 - Elektrisch schaltbare Verbundfolien mit rheologisch kontrollierbaren Suspensionen - Google Patents

Abstract

Verbundfolie mit elektrisch schaltbaren optischen Eigenschaften, enthaltend eine zwischen zwei Elektroden befindlichen Suspensionen aus elektrophoretisch mobilen Partikeln, wobei die Suspension einen negativen elektrorheologischen Effekt zeigt. DOLLAR A Die Verbundfolien können zur Herstellung von Flachbildschirmen, Uhren, Anzeigetafeln oder Computern verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft Verbundfolien unter Verwendung elektrophoretisch mobiler Partikel in einer rheologisch kontrollierbaren Suspension.

Zur Veränderung der Farbe oder der Transparenz von großen Flächen sind verschiedene Techniken wie z. B. die Thermochromie oder LCD bekannt. Einen ähnlichen technologischen Hintergrund besitzen Informationssysteme, wie z. B. Hinweisschilder, Werbetafeln, Preisschilder, Fahrplananzeigen, Computerdisplays oder allgemein Flachbildschirme. Die dargestellte Information kann fest, z. B. bei Werbeplakaten oder elektronisch veränderbar, z. B. bei Computerdisplays sein.

Zur Anwendung in diesem Informationssystem kommen z. B. LED- oder LCD-Techniken im Computerdisplaybereich oder übliche Kathodenstrahlröhren.

Eine neuartige Entwicklung zur Darstellung von elektronisch veränderbarer Information stellt die "elektronische Tinte" von Prof. J. Jacobson et al. dar. Diese Technik nutzt die Orientierung von ein- oder mehrfarbigen Pigmentpartikeln in einem elektrischen Feld aus, um Bildinformation darzustellen. Details können z. B. in J. Jacobson et al., IBM System Journal 36, (1997), Seite 457-463 oder B. Comiskey et al., Nature, Vol. 394, July 1998, Seite 253-255 nachgelesen werden.

Zur Herstellung von entsprechenden bipolaren, ein- oder zweifarbigen Partikeln in verschiedenen Ausführungsformen und deren Anwendung in elektrophoretisch arbeitenden Displays kann z. B. auf WO 98/03896 verwiesen werden. Hier wird beschrieben, wie diese Partikel in einer inerten Flüssigkeit suspendiert und in kleinen Blasen eines Trägermaterials eingekapselt werden. Diese Technik erlaubt die makroskopische Anzeige von zwei Farben z. B. durch Rotation eines zweifarbigen Partikels je nach angelegtem elektrischem Feld.

In WO 98/19208 wird ein ähnliches elektrophoretisches Display beschrieben, wobei elektrophoretisch mobile Partikel in einer gegebenenfalls farbigen Flüssigkeit durch ein elektrisches Feld innerhalb einer Mikrokapsel bewegt werden können. Je nach Feldrichtung orientieren sich die Partikel zu einer Elektrode und stellen so makroskopisch eine ja/nein- Farbinformation (entweder ist die Farbe der Partikel oder die Farbe der Flüssigkeit sichtbar) dar.

WO 98/41899 offenbart elektrophoretische Displays, die zwar auf den oben beschriebenen Prinzipien beruhen, jedoch entweder fluoreszierende oder reflektierende Partikel enthalten. Darüber hinaus ist auch die Verwendung einer Suspension mit flüssigkristallinem Verhalten beschrieben. Die Flüssigkristalle blockieren oder ermöglichen die elektrophoretische Migration der Partikel je nach angelegtem elektrischem Feld.

WO 98/41898 beschreibt ebenfalls ein solches elektrophoretisches Displaysystem, das durch seine spezielle Anordnung durch einen Druckvorgang, insbesondere durch Tintenstrahldrucktechnik, hergestellt werden kann. Vorteilhaft können sowohl die Elektroden als auch das elektrophoretische Display an sich in aufeinanderfolgenden Druckschritten hergestellt werden.

Es ist ein gemeinsames Merkmal dieser Techniken, dass die Suspensionsflüssigkeit und die Partikel in Kapseln, Blasen oder sonstigen Kavitäten eines polymeren Materials eingebettet werden. Die Partikel können auch mit der Suspensionsflüssigkeit eingekapselt werden; diese Kapseln können dann entweder vorgefertigt in den Polymerisationsvorgang des Trägermaterials eingebracht oder in einer komplexen Emulsionspolymerisation gemeinsam mit dem Trägermaterial gebildet werden.

In WO 99/56171 wird ein "shutter mode"-Display, basierend auf der elektrophoretischen Migration von Partikeln in einer Suspension beschrieben. Um einen besseren Kontrast vom "Ein"- zum "Aus"-Zustand des Displays zu erhalten, sind die Kavitäten hier konisch ausgeführt. Die konische Bauform ermöglicht die Zusammenführung der Partikel an der kleinsten Stelle der Kavität, so dass Licht in diesem Fall nahezu ungehindert aus der Kavität austreten kann. Der Betrachter nimmt nur noch einen kleinen Bereich als Störstelle wahr. Die Arbeitsweise der aus konischen Kavitäten bestehenden Displays entspricht der aus der o. g. Literatur bekannten elektrophoretischen Displays.

Nachteilig an diesen Displays ist, dass die Partikel ohne äußeres elektrisches Feld schnell wieder in einen ungeordneten, über die gesamte Zelle verteilten Zustand übergehen. Dies wird durch Wärme oder äußere Erschütterungen noch begünstigt, so dass die dargestellte Information mit der Zeit wieder verblasst, sofern nicht dauerhaft ein elektrisches Feld den gewünschten Ordnungszustand der Partikel aufrechterhält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, mit elektrophoretischen mobilen Partikeln arbeitende Verbundfolien zu entwickeln, deren Schaltzustände auch ohne äußeres elektrisches Feld über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass rheologisch kontrollierbare Suspensionen, enthaltend elektrophoretisch mobile Partikel zur Darstellung von Schaltzuständen geeignet sind, die auch ohne äußeres elektrisches Feld über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Verbundfolie mit elektrisch schaltbaren optischen Eigenschaften, enthaltend eine zwischen zwei Elektroden befindliche Suspension aus elektrophoretisch mobilen Partikeln, wobei die Suspension einen negativen elektrorheologischen Effekt zeigt.

Mit Hilfe der Suspension mit einem negativen elektrorheologischen Effekt werden bistabile Verbundfolien erhalten. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes orientieren sich die elektrophoretisch mobilen Partikel gemäß ihrer Ladung im Feld, d. h. der äußere Betrachter nimmt entweder die Farbe der Partikel oder die der Suspensionsflüssigkeit wahr. Die Partikel können sich bei angelegtem, elektrischem Feld ungehindert in der Suspension bewegen. Wird das elektrische Feld entfernt, so steigt die Viskosität der elektrorheologischen Suspension stark an, und die Partikel werden in ihrem gerade eingenommenen Ordnungszustand weitgehend fixiert. Die dargestellte Information wird entsprechend ebenso fixiert, so dass diese auch ohne äußeres elektrisches Feld stabil erkennbar bleibt.

Die erfindungsgemäßen Verbundfolien können sehr dünn (2 bis 5 mm) sein und eignen sich daher insbesondere für dreidimensional geformte Objekte, wie z. B. die Innenseite von Windschutzscheiben.

Die Verbundfolien der Erfindung beinhalten die notwendigen technischen Vorrichtungen zur Darstellung einer Farbinformation. Die elektrophoretisch mobilen Partikel in einer rheologisch kontrollierbaren Suspension sind in einer geeigneten Matrix oder Trägerschicht eingebettet - optional in entsprechenden Kavitäten oder Kompartimenten. Diese Trägerschicht ist wiederum zwischen den Steuerelektroden angeordnet.

Um in der Erfindung eingesetzte Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt zu erhalten, kann die Suspension entweder eine gelöste Substanz oder elektrophoretisch mobile Partikel enthalten, die den negativen elektrorheologischen Effekt zeigen.

Es ist möglich, dass die Suspension mehrere Partikelarten enthält, von denen mindestens eine den negativen elektrorheologischen Effekt zeigt.

Suspensionen der Flüssigkeiten, die in An- oder Abwesenheit eines elektrischen Feldes ihre Viskosität ändern (elektrorheologischer Effekt, ER) sind bekannt. Es wird in der Literatur zwischen den positiven und negativen ER unterschieden, wobei die Viskosität beim positiven ER mit steigender elektrischer Feldstärke ansteigt, beim negativen ER sinkt. Die Ursache von positivem und negativem ER sind noch nicht vollständig bekannt (z. B. T. Uemura et al., Polym. Prep. ACS, Div. Polym. Chem., 1994, 35(2), 360-361; K. Minagawa et al., Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol 9 8/1998, 626-631; H. C. Conrad et al., J. Rheol. 41(2) 1997, 267-281; O. Quadrat et al., Langmuir 2000, 16, 1447-1449; C. Zukowski IV et al. J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1989, 85(9), 2785-2795; T. Hao et al., Langmuir 1999, 15, 918-921); werden jedoch auf eine Nachordnung von Molekülen aufgrund van-der- Waals-Wechselwirkungen zurückgeführt, die bei Anlegen eines elektrischen Feldes überwunden werden.

Für einen negativen elektrorheologischen Effekt durch eine in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Substanz eignen sich z. B. Polykondensate aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block-(polethylen-co-propylen).

Für die vorliegende Erfindung ist nur der negative elektrorheologische Effekt der Suspension wichtig. Es sind Substanzen, Flüssigkeiten oder Suspensionen bekannt, die neben einem rheologischen, d. h. viskositätsverändernden Effekt einen Flüssigkristallinen-Effekt (LCD) bei Anlegen eines elektrischen Feldes zeigen.

Dieser zusätzliche, die optischen Eigenschaften der Suspension bzw. der Verbundfolie negativ beeinflussende LCD-Effekt hat mit dem negativen elektrorheologischen Effekt der Suspension nichts gemein und ist hier nicht erwünscht.

Ein solcher LCD-Effekt ist ein elektrorheologischer Effekt, der bei Suspensionen von nicht mischbaren flüssigkristallinen Substanzen, wie sie z. B. von Tajiri (Tajiri et al., J. Rheol., 41(2), 335 (1997)) beschrieben werden, auftreten kann. Mischungen aus Umgebungs-(Suspensions-)­ Matrix und flüssigkristallinen Substanzen führen zu phasenseparierten Morphologien, bei denen die flüssigkristalline Phase bei angelegtem elektrischem Feld ein höheres Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) in Feldrichtung ausbildet. Die Phasenseparierung der flüssigkristallinen Susbstanzen kann zu einer unerwünschten Änderung der optischen Eigenschaften der Suspension führen.

In der Literatur werden Systeme von flüssigen, inhomogenen Blends beschrieben, die nicht auf flüssigkristallinen Substanzen basieren, sondern eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzen (z. B. Kimura et al., J. Non-Newtonian Fluid Mech. 76 (1998) 199-211), wobei die optischen Eigenschaften und die Dielektrizitätskonstante, wie dem Fachmann bekannt, modifiziert werden können.

In der vorliegenden Erfindung sind daher nur Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt einsetzbar, die keine oder nur geringe optische Veränderungen bei einem angelegten elektrischen Feld zeigen.

Um die in der Erfindung eingesetzten Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt zu erhalten, kann die Suspension entweder eine gelöste Substanz oder elektrophoretisch mobile Partikel enthalten, die den negativen elektrorheologischen Effekt zeigen.

Die in der Suspension gelösten Substanzen sind in der Regel polymerer Natur und daher nur bis zu einem bestimmten Molgewicht in der Suspensionsflüssigkeit löslich. Welche Substanz in welcher Flüssigkeit ausreichend löslich ist, kann durch orientierende Versuche unschwer ermittelt werden.

Es ist ebenso möglich, die o. g. Substanzen in Partikelform, d. h. als Partikel, die nicht elektrophoretisch mobil sind, als elektrorheologische Kontrollsubstanz (rheological control agent, RCA) einzusetzen.

Weiterhin können die elektrophoretisch mobilen Partikel selbst den erforderlichen negativen elektrorheologischen Effekt zeigen. Dies kann z. B. durch eine Umhüllung von elektrophoretisch mobilen Partikeln mit Polykondensaten aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block- (polethylen-co-propylen) erfolgen.

Die Partikel können zusätzlich zu der Umhüllung mit RCA-Substanzen eine Umhüllung mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden, entweder über oder zweckmäßig unter der RCA-Substanz aufweisen.

Die elektrophoretisch mobilen Partikel selbst können anorganische oder organische Pigmente wie z. B. TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, FeO, Fe₂O₃, Ruß, Fluoreszenzpigmente, Phthalocyanide, Porphyrine oder Azofarbstoffe enthalten. Solche Partikel können wieder eine Umhüllung aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden besitzen.

Die Suspensionen können in Kompartimenten der Verbundfolie enthalten sein, deren Größe von der erforderlichen mechanischen Stabilität und der optischen Auflösung der Schaltzustände abhängt. Soll z. B. eine Hinweistafel ein Information darstellen, müssen die Kompartimente kleiner sein als bei der Farbänderung z. B. eines Autodachs.

Die Kompartimente, in denen die Suspension enthalten ist, können einer monomodalen, unimodalen, bimodalen oder multimodalen Größenverteilung unterliegen.

Die Kompartimente dieser Größenverteilung können wiederum jeweils regelmäßig oder stochastisch in der Verbundfolie angeordnet sein. Fig. 2 zeigt eine Auswahl regelmäßiger Anordnungen unimodaler Kompartimente.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Kompartimente eine größere Aufsichtfläche als Grundfläche auf. Fig. 1b und 1c zeigen schematische Seitenansichten solcher Kompartimente.

Die Kompartimente, Mikrokompartimente oder Kavitäten (im Folgenden synonym gebraucht) der erfindungsgemäßen Verbundfolie können z. B. durch Nadeln, Prägen, 3D-Drucken, Erodieren, Ätzen, Abformen mit Gießmassen, Spritzguß, fotografische oder photolithographische Verfahren oder Interferenzmethoden in ein Trägermaterial bzw. in eine Folie gebracht werden. Wie solche mikrostrukturierten Oberflächen hergestellt werden können, ist z. B. in DE 29 29 313, WO 97/06468, US 4.512.848, DE 41 35 676, WO 97/13633 oder EP 0 580 052 beschrieben. Weitere Methoden zur Herstellung kleiner Strukturen beschreiben Younan Xia und George M. Whitesides in Angew. Chem. 1998, 110, 568-594. Diese "Softlithographie" genannten Methoden ermöglichen die Herstellung von sehr kleinen Strukturen im Bereich unterhalb von 1 µm bis ca. 35 nm. Eine weitere Methode ist das Mikrofräsen eines Masters, mit dem Platten oder Folien mit der gewünschten Mikrostruktur hergestellt werden können. Der Master stellt eine Negativform dar. Diese kann dann in einem Präge-, Guß- oder Spritzgußverfahren abgeformt werden.

Alternativ kann auch eine unstrukturierte Folie mit Kavitäten der gewünschten Dimensionen und Formen versehen werden. Hier bieten sich ebenfalls erodierende oder spanende Methoden wie Laserstrahlung oder Bohren/Fräsen z. B. mit einer CNC-Maschine an.

Das Trägermaterial der Kavitäten, d. h. die Verbundfolie oder ein Teil dieser Folie kann optisch transparent, farblos oder gefärbt sein. Die Steuerelektroden sind jeweils über- und unterhalb der Kavitäten an der Trägerschicht angebracht, wobei die oberhalb der Kavitäten angeordnete, d. h. zwischen dem Betrachter und der Kavität liegende Elektrode selbstverständlich ebenso transparent oder gefärbt wie das Trägermaterial sein kann. Die unterhalb den Kavitäten angebrachte Steuerelektrode wird, um die Spannungen der Elektroden gering zu halten, meist zwischen der Beleuchtungseinheit und den Kavitäten angebracht werden und sollte dann transparent sein.

Sind Trägermaterial, Suspensionsflüssigkeit und Elektroden transparent, kann die erfindungsgemäße Verbundfolie zwischen mindestens zwei unterschiedlichen optisch transparenten Zuständen geschaltet werden.

Im Idealfall bedeutet dies das Umschalten der Verbundfolie zwischen "optisch transparent" und "optisch nicht-transparent".

Optische Transparenz oder nicht-Transparenz stellen die Extremschaltzustände dar. In der Praxis wird eine weitgehende Transparenz/nicht-Transparenz z. B. für das Abdunkeln oder Dimmer von Fenstern ausreichend sein.

Als Trägermaterial der Kavitäten eignen sich alle mechanisch oder lithographisch bearbeitbaren Polymere wie beispielsweise Thermoplaste, Polycarbonate, Polyurethane, Polysiloxane, Polyolefine wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, COC (Cyclo-Olefinische Copolymere), Polystyrol, oder ABS-Polymerisate, PMMA, PVC, Polyester, Polyamide, thermoplastische Elastomere oder vernetzende Werkstoffe, wie UV-härtende Acrylatlacke, aber auch Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder Polymere aus Perfluoralkoxyverbindungen, sei es als Homo- oder Copolymer oder als Mischungsbestandteil eines Polymerblends.

Die Kavitäten können jede beliebige Form aufweisen. Zweckmäßig besitzen die Kavitäten an der dem Auge des Betrachters zugewendeten Seite (Aufsichtfläche) eine runde, ovale, dreieckige, rechteckige, quadratische, sechseckige oder achteckige Fläche. Beispiele sind in Fig. 2 gezeigt.

Die Aufsichtfläche der Kompartimente sollte größer als 10000 µm², bevorzugt größer als 40000 µm², besonders bevorzugt größer als 62500 µm² und ganz besonders bevorzugt größer als 250000 µm² sein. Es ist zudem möglich, dass die Aufsichtfläche der Kompartimente größer als die Grundfläche ist. Hier bietet sich ein Verhältnis 1 : 10 bis 1 : 1,5 an.

Die Tiefe der Kompartimente kann unabhängig von der sichtbaren Fläche zwischen 20 und 250 µm, bevorzugt zwischen 30 und 200 µm, ganz besonders bevorzugt 50 bis 100 µm betragen.

Die Stegbreiten zwischen den einzelnen Kompartimenten an der Oberseite der Verbundfolie sollten so gering wie möglich gehalten werden; bevorzugt sind Stege mit einer Breite von 2-50 µm, besonders bevorzugt 5-25 µm. Die Steg-Oberseiten der Kompartimente können lichtundurchlässig beschichtet oder verspiegelt werden. So kann z. B. eine Aluminiumkaschierung, Metallbedampfung oder eine TiO₂-Beschichtung vorgenommen werden. Dies verhindert den unerwünschten Lichtaustritt an den Stegen, wenn der Lichtaustritt über die Kompartimente durch die elektrophoretisch mobilen Partikel blockiert ist.

Nachdem die Trägerschicht mit den gewünschten Kavitäten oder Kompartimenten ausgerüstet worden ist, werden die Kavitäten mit den elektrophoretisch mobilen Partikeln und der Suspen­ sionsflüssigkeit gefüllt. Dies kann z. B. mittels durch Einschlämmen und Abrakeln der überschüssigen Suspension, durch direktes Einrakeln/Einstreichen der Suspension, mittels Tintenstrahltechnik in einem Druckvorgang oder durch Selbstfüllung mittels Kapillarkräften erfolgen. Durch diese Maßnahmen werden die Partikelsuspensionen direkt in die Kompartimente eingebracht. Die Kompartimente müssen anschließend verkapselt oder versiegelt werden. Die Füllung kann auch durch die Kapillarkräfte über feine Kanäle erfolgen, wobei die Kavitäten vor dem Füllvorgang verschlossen sind. Zweckmäßig erfolgt dies mit einer Deckfolie, die dicht mit der Mikrokompartimentfolie bzw. mit den Stegen der Kompartimente verbunden wird. Zur Versiegelung der Kavitäten können diverse Verfahren zum Einsatz kommen, wie z. B.:

• - Verkleben oder thermisches Verschmelzen (Mikrowellenerwärmung, Kontakt- oder Reibschweißen, Schmelzkleber, Heißlaminierung)
• - Reaktivharze, insbesondere UV-härtend (z. B. Acrylat-Dispersionen) oder 2-Komponenten- Systeme (z. B. Polyurethan-Lacksysteme), die sich nicht mit der Pigmentsuspension mischen,
• - Grenzflächenpolymerisation, Grenzflächenpolykondensation und andere Verfahren, die z. B. auch im Bereich der Mikroverkapselungstechnologien angewandt werden, wie z. B. in "Microencapsulation: methods and industrial applications", Ed. S. Benita, Marcel Dekker, Inc. NY/1996 für die Verkapselung sphärischer Partikel beschrieben.

Es können auch bereits verkapselte Suspensionen von elektrophoretisch mobilen Partikeln d. h. vorbereiteten Kapseln eingesetzt werden. Diese vorbereiteten Kapseln können, wie in Fig. 3 gezeigt, in die Kompartimente der Verbundfolie eingepreßt oder eingedrückt werden. Die so gefüllten Kompartimente müssen anschließend wieder mit einer Deckfolie versiegelt werden. Diese Technik vermindert bei einem entsprechend angepaßten Verhältnis zwischen Kapselgröße und Kompartimentgröße die Anforderungen an die Stabilität des Kapselwandmaterials für den praktischen Gebrauch deutlich, da die Kapseln durch die Stege der Verbundfolie umschlossen werden. Weiterhin erzwingt die Einordnung der Kapseln in die vorbereiteten Kompartimente eine regelmäßige Anordnung der Kapseln.

Wichtig bei beiden Varianten ist, daß bei der Versiegelung möglichst keine Luft- oder sonstigen Gaseinschlüsse erfolgen, keine Reaktionen zwischen dem Suspensionsmedium oder den Mikropartikeln der Suspension und der Kapselschicht auftreten und daß keine Leckagen zur Umgebung bzw. Verbindungen zwischen den einzelnen Kompartimenten existieren.

Die Kompartimente bzw. die vorbereiteten Kapseln können mit einer Suspension oder mit mehreren Suspensionen, z. B. Suspensionen mit einen Farbwechsel bei Umpolung des angelegten elektrischen Feldes, gefüllt werden.

Weiterhin ist es möglich, auf eine Farbgebung durch die Suspension zu verzichten, d. h. die Kompartimente neben den Partikeln mit einer optisch transparenten und farblosen Suspensionsflüssigkeit zu füllen. Als optisch transparente und farblose Flüssigkeiten eignen sich z. B. unpolare organische Flüssigkeiten wie Paraffin- oder Isoparaffin-Öle, niedermolekulare oder niedrigviskose Silikon-Öle.

Die Suspensionsflüssigkeiten können weiterhin optisch transparent und gefärbt sein. Zur Herstellung von mehrfarbigen Verbundfolien, z. B. für Displays können je drei benachbarte Kompartimente unterschiedlich (z. B. rot, gelb, blau) gefärbte Suspensionsflüssigkeiten enthalten.

Gefärbte Suspensionen müssen eine lichtechte Farbe aufweisen und dürfen keine Reaktionen mit dem Material der Verbundfolie oder der Deckschicht eingehen. Sie können weiterhin fluoreszierende oder phosphoreszierende Substanzen enthalten. Die Verwendung von fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Substanzen ermöglicht eine höhere Lichtausbeute, und/oder den Einsatz von Lichtquellen mit einem UV-Strahlenanteil. Als Fluoreszenzfarbstoffe eignen sich z. B. Cumann 314T der Firma Acros Organics oder Pyromethene 580.

Die Herstellung der zwischen 0,1 und 20 µm, bevorzugt zwischen 0,3 und 10 µm, besonders bevorzugt zwischen 0,4 und 5 µm im Durchmesser betragenden elektrophoretisch mobilen Partikel kann in Anlehnung an WO 98/41898, WO 98/41899 oder WO 98/0396 erfolgen. Dies beeinhaltet die Umhüllung der Pigmente mit organischen und/oder polymeren Materialien und/oder die Verwendung der reinen Pigmente, die z. B. durch Behandlung von ladungskontrollierenden Additiven (siehe insbesondere WO 98/41899) mit elektrischen Ladungen versehen worden sind.

Die Partikel müssen in der Suspensionsflüssigkeit frei beweglich sein, so daß sich die Partikel aufgrund ihrer Ladung je nach angelegtem elektrischem Feld zu einer der Elektroden bewegen können. Der "Aus"/"Ein"-Zustand eines Kompartiments bzw. die makroskopisch wahrnehmbare Farbe oder Transparenz ist daher durch die räumliche Anordnung der Partikel bestimmt und kann durch das elektrische Feld gesteuert werden.

Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Verbundfolie, wobei

• a) Deckschicht
• b) Frontelektrode
• c) Trägermaterial der Kompartimente
• d) Beleuchtungseinheit und
• e) Gegenelektrode

bezeichnen.

Die Deckschicht a) und die Frontelektrode b) können identisch sein, die Anordnung der Beleuchtungseinheit d) und der Gegenelektrode e) kann auch umgekehrt sein.

Sind die Partikel durch das elektrische Feld an der dem Betrachter abgewendeten Seite der Kompartimente (Grundfläche, "b" in Fig. 1a, b, c) lokalisiert, so sind die Partikel für den Betrachter nicht oder nur wenig sichtbar, und das Licht der Beleuchtungseinheit kann nahezu ungehindert durch die Suspensionsflüssigkeit und das Trägermaterial durchtreten (Kavität f in Fig. 4). In Kavität g in Fig. 4 sind die Partikel an der dem Betrachter zugewandten Seite der Kavitäten lokalisiert und schirmen so das Licht der Beleuchtungseinheit ab. Es resultiert eine dunkle Fläche, wobei das Licht nur noch durch die Stege des Trägermaterials austreten kann. Die Stege der Folie sollten daher so dünn wie möglich ausgeführt werden und/oder eine lichtundurchlässige Beschichtung aufweisen.

Zur Ansteuerung der Kompartimente bzw. der Partikel sind zwei Elektroden (b und e in Fig. 4) nötig, von denen zumindest die Elektrode der Grundfläche (e in Fig. 4) dem Licht der Beleuchtungsschicht gegenüber weitgehend transparent sein sollte.

Die Ansteuerung der Elektroden, d. h. im Extremfall die Adressierung von einzelnen Kompartimenten kann z. B. durch eine Reihen-/Spaltenanordnung von Schaltereinheiten gemäß WO 97/04398 erfolgen. Sind die Kompartimente für eine Einzelansteuerung zu klein, so werden mehrere Kompartimente pro Schaltereinheit geschaltet.

Die optionale Beleuchtungseinheit (d in Fig. 4) sollte eine gleichmäßige Ausleuchtung der Verbundfolie ermöglichen, aber dennoch flach sein. Hier bietet sich der Einsatz von seitlich angebrachten Lichtquellen an, deren Licht durch eine Lichtleiterplatte über das gesamte Sichtfeld verteilt wird. Stark lichtstreuende Kunststoffplatten werden z. B. in EP 0 645 420 offenbart. Diese Platten sind in einer Weise aufgebaut, daß die innere Totalreflexion des eingestrahlten Lichts vermieden und statt dessen eine Beugung des Lichts aus der Platte bzw. in der vorliegenden Erfindung aus der Verbundfolie heraus ermöglicht wird. Weitere Ausführungsbeispiele zu Lichtleiterplatten finden sich in EP-0 645 420 und EP-0 590 471. Diese Beleuchtungssysteme werden z. B. für hintergrundbeleuchtete Hinweisschilder eingesetzt.

Geeignete Lichtleiterplatten oder Streuplatten enthalten farblose, aber unterschiedlich lichtbrechende Partikel in einem farblosen Matrixmaterial. Dadurch wird die Ausbreitungsrichtung der in die Platte eintretenden Lichtstrahlen stetig geringfügig geändert und es erfolgt ein über die Plattenoberfläche gleichmäßig verteilter Lichtaustritt unter sehr kleinem Winkel. Zweckmäßigerweise werden solche Lichtleiterplatten von einer Kante beleuchtet, so daß durch die Lichtbrechung eine gleichmäßige Lichtabstrahlung über die Plattenoberflächen erhalten wird.

Um eine gleichmäßige Leuchtdichte zu erreichen, kann an mehreren Kanten der Beleuchtungseinheit Licht eingestrahlt werden.

Die innere Totalreflexion des eingestrahlten Lichts kann auch durch eine Anpassung der Form der Kavitäten an den Brechungsindex des Materials der Verbundfolie vermieden werden.

Schließlich ist die Verwendung der erfindungsgemäße Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Aufgrund der flachen und optional flexiblen Bauweise kann die Verbundfolie zur Herstellung von Anzeigetafeln, Computern, Uhren oder Flachbildschirmen verwendet werden.

Eine weitere Verwendung der Verbundfolie ist die Herstellung von Fensterscheiben, Abdeckungen, Gewächshausdächern, Verpackungen, Textilien, Brillen, Scheinwerferabdeckungen, Windschutzscheiben, Signalen oder Sonnenschutzvorrichtungen.

Claims (19)

1. Verbundfolie mit elektrisch schaltbaren optischen Eigenschaften, enthaltend eine zwischen zwei Elektroden befindliche Suspension aus elektrophoretisch mobilen Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension einen negativen elektrorheologischen Effekt zeigt.

2. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension eine in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Substanz enthält, die den negativen elektrorheologischen Effekt zeigt.

3. Verbundfolie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Substanz mit einem negativen elektro­ rheologischen Effekt Polykondensate aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block-(polyethylen-co-propylen) verwendet werden.

4. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel den negativen elektrorheologischen Effekt zeigen.

5. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Suspension mehrere Partikelarten vorliegen, wobei mindestens eine Partikelart den negativen elektrorheologischen Effekt zeigt.

6. Verbundfolie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel mit Polykondensaten aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol, Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block- (polyethylen-co-propylen) umhüllt sind.

7. Verbundfolie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass elektrophoretisch nicht mobile Partikel den negativen elektrorheologischen Effekt zeigen.

8. Verbundfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch nicht mobilen Partikel aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol, Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block- (polyethylen-co-propylen) bestehen.

9. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in Kompartimenten mit einer monomodalen, unimodalen, bimodalen oder multimodalen Größenverteilung enthalten ist.

10. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in regelmäßig oder stochastisch angeordneten Kompartimenten mit einer unimodalen Größenverteilung enthalten ist.

11. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in regelmäßig oder stochastisch angeordneten Kompartimenten mit einer bimodalen Größenverteilung enthalten ist.

12. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in regelmäßig oder stochastisch angeordneten Kompartimenten mit einer multimodalen Größenverteilung enthalten ist.

13. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompartimente eine größere Aufsichtfläche als Grundfläche aufweisen.

14. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch schaltbaren Eigenschaften mindestens zwei unterschiedliche optische Transparenzen sind.

15. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel anorganische oder organische Pigmente enthalten.

16. Verbundfolie nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen oder organischen Pigmente TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, FeO, Fe₂O₃, Ruß, Fluoreszenzpigmente, Phthalocyanine, Porphyrine oder Azofarbstoffe enthalten.

17. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden umhüllt sind.

18. Verwendung der Verbundfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung von Flachbildschirmen, Uhren, Anzeigentafeln oder Computern.

19. Verwendung der Verbundfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Herstellung von Fensterscheiben, Abdeckungen, Gewächshausdächern, Verpackungen, Textilien, Brillen, Scheinwerferabdeckungen, Windschutzscheiben, Signalen oder Sonnenschutzvor­ richtungen.