DE112006001664T5

DE112006001664T5 - Flüssigkristall-Tröpfchen in einem hydrophoben Bindemittel

Info

Publication number: DE112006001664T5
Application number: DE112006001664T
Authority: DE
Inventors: Krishnan Chari; Debasis Majumdar
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2008-05-08
Also published as: US20060286309A1; US7387856B2; JP2008544330A; CN101248158B; WO2007001879A1; JP4898802B2; CN101248158A

Abstract

Display enthaltend wenigstens ein Substrat und wenigstens eine elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, worin die elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht eine selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen, hydrophoben Polymermatrix enthält und die wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von hydrophoben Bindemitteln in elektronischen Displays.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt ein großes Interesse an preiswerten flexiblen elektronischen Displays. Typischerweise enthalten derartige Displays eine lichtmodulierende Komponente, die in eine (am häufigsten polymere) Bindemittelmatrix eingebettet ist, die über einen leitfähigen Kunststoffträger beschichtet ist. Allgemein ausgedrückt ist eine lichtmodulierende Komponente ein Material, das als Reaktion auf ein elektrisches Feld seine optischen Eigenschaften ändert, wie zum Beispiel seine Fähigkeit, Licht zu reflektieren oder durchzulassen. Die lichtmodulierende Komponente kann ein Flüssigkristallmaterial sein, wie zum Beispiel ein nematischer Flüssigkristall, ein chiral nematischer oder cholesterischer Flüssigkristall oder ein ferroelektrischer Flüssigkristall. Das lichtmodulierende Material kann auch eine wasserunlösliche Flüssigkeit sein, die Teilchen enthält, die als Reaktion auf ein elektrisches Feld Elektrophorese oder Bewegung, wie zum Beispiel Rotation oder Translation durchmachen. Displays, die ein flüssigkristallines Material in einer polymeren Matrix enthalten, werden als Polymer dispergierte Flüssigkristall-Displays (PDLC-Displays) bezeichnet.
Es gibt zwei Hauptverfahren zum Herstellen von Polymer dispergierten Flüssigkristallvorrichtungen: Emulsionsverfahren und Phasentrennungsverfahren. Emulsionsverfahren wurden in den U.S. Patenten Nr. 4,435,047 und 5,363,482 beschrieben. Der Flüssigkristall wird mit einer, ein Polymer enthaltenden wässrigen Lösung gemischt. Der Flüssigkristall ist in der kontinuierlichen Phase unlöslich und es wird eine Öl-in-Wasser-Emulsion ausgebildet, wenn die Zusammensetzung durch eine geeignete Schervorrichtung, wie zum Beispiel einen Homogenisator, geleitet wird. Die Emulsion wird auf eine leitfähige Oberfläche beschichtet und man lässt das Wasser verdunsten. Dann kann eine zweite leitfähige Oberfläche auf der Oberseite der Emulsion oder bilderzeugenden Schicht durch Laminieren, Vakuumabscheidung, oder Siebdruck platziert werden, um eine Vorrichtung auszubilden. Obwohl Emulsionsverfahren einfach zu implementieren sind, tendiert die Tröpfchengrößen-Verteilung dazu, breit zu sein, was zu einem Verlust bei der Leistungsfähigkeit führt. Für cholesterische Flüssigkristallvorrichtungen, die hier auch als CLC-Vorrichtungen bezeichnet werden, bedeutet dies typischerweise reduzierten Kontrast und reduzierte Helligkeit. Im Bemühen, diese Schwierigkeit zu überwinden, wurden Phasentrennungsverfahren eingeführt.
Phasentrennungsverfahren wurden im U.S. Patent Nr. 4,688,900 und in Drzaic, P.S. in Liquid Crystal Dispersions, Seiten 30-51, herausgegeben von World Scientific, Singapur (1995) in groben Zügen dargestellt. Der Flüssigkristall und das Polymer, oder eine Vorstufe des Polymers, werden in einem gemeinsamen organischen Lösungsmittel gelöst. Die Zusammensetzung wird dann auf eine leitfähige Oberfläche beschichtet und dann wird durch Anwendung von Ultraviolett-Strahlung (UV-Strahlung) oder durch die Anwendung von Wärme oder durch Verdampfen des Lösungsmittels Phasentrennung induziert, was zu Flüssigkristall-Tröpfchen in eine festen Polymermatrix führt. Unter Verwenden dieser Zusammensetzung kann dann eine Vorrichtung hergestellt werden. Obwohl Phasentrennungsverfahren dispergierte Tröpfchen mit einer einheitlicheren Größenverteilung erzeugen, gibt es zahlreiche Probleme bei dieser Herangehensweise. Zum Beispiel gibt es Bedenken bezüglich der langfristigen Photostabilität von photopolymerisierten Systemen aufgrund der Anwesenheit von Photoinitiatoren, die reaktive freie Radikale erzeugen. Nicht durch das Polymerisationsverfahren verbrauchte Photoinitiatoren können fortfahren, freie Radikale zu erzeugen, die im Laufe der Zeit das Polymer und die Flüssigkristalle degradieren können. Darüber hinaus ist es auch bekannt, dass Ultraviolettstrahlung für Flüssigkristalle schädlich ist. Insbesondere kann Belichtung mit Ultraviolettstrahlung zur Zersetzung des chiralen Dotiermaterials in einer cholesterischen Flüssigkristallmischung führen, was zu einer Veränderung bei der reflektierten Farbe führt. Auch kann die Verwendung von organischen Lösungsmitteln in bestimmten Herstellungsumgebungen störend sein.
U.S. Panet Nr. 6,423,368 und U.S. Patent Nr. 6,704,073 schlagen vor, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme durch die Verwendung von Tröpf chen der Flüssigkristall-Materialien zu überwinden, die unter Verwenden eines eingeschränkten Koaleszenzverfahrens hergestellt sind. In diesem Verfahren wird die Tröpfchen-Wasser-Grenzfläche durch partikelförmige Spezies stabilisiert, wie zum Beispiel kolloidales Siliciumdioxid. Oberflächenstabilisierung durch partikelförmige Spezies, wie zum Beispiel kolloidales Siliciumdioxid, ist besonders bevorzugt, da sie eine enge Größenverteilung ergeben kann und die Größe der Tröpfchen durch die Konzentration der verwendeten partikelförmigen Spezies gesteuert werden kann. Die durch dieses Verfahren hergestellten Materialien werden auch als Pickering Emulsionen bezeichnet und sind vollständiger durch Whitesides und Ross (J. Colloid Interface Sci. 169, 48 (1995)) beschrieben worden. Die gleichmäßigen Tröpfchen können mit einem geeigneten Bindemittel kombiniert und auf eine leitfähige Oberfläche beschichtet werde, um eine Vorrichtung herzustellen. Das Verfahren ergibt im Vergleich zum Stand der Technik eine Verbesserung bei der Helligkeit und beim Kontrast. Es überwindet auch die mit Photoinitiatoren und Ultraviolettstrahlung verbundenen Probleme. Jedoch gibt es noch großen Spielraum für Verbesserungen, insbesondere in Bezug auf die Schaltspannung oder die Spannung, die zum Verändern der Orientierung des Flüssigkristalls von einem Zustand zu einem anderen erforderlich ist. Die letztere weist eine signifikante Auswirkung auf die Gesamtkosten des Displays auf. Für preiswerte Displays ist eine niedrige Schaltspannung extrem erwünscht.
Die durch U.S. Patent Nr. 6,423,368 und U.S. Patent Nr. 6,704,073 beschriebene Vorrichtung besitzt aufgrund der Struktur der beschichteten Schicht Nachteile. Unerwünschter Weise kann mehr als eine Monoschicht von Tröpfchen zwischen den zwei Elektroden existieren. Des Weiteren führt das Verfahren des Beschichtens einer erwärmten Emulsion des Flüssigkristalls in einem Gelatine-Bindemittel auf ein Substrat mit einer leitfähigen Schicht und nachfolgendes Absenken der Temperatur der Beschichtung vor einem Trocknen der Beschichtung, um den Zustand der beschichteten Schicht von einem frei fließenden Flüssigkristall zu einem Gelzustand (als ein Sol-Gel-Übergang bezeichnet) zu verändern, zu einer extrem ungleichmäßigen Verteilung von Flüssigkristall-Tröpfchen. Im mikroskopischen Maßstab gibt es Bereiche der Beschichtung, die überlappende Tröpfchen aufweisen und andere Bereiche mit überhaupt keinen Tröpfchen zwischen den Elektroden. Die ungleichmäßige Verteilung von Tröpfchen führt zu einer Verringerung des Kontrasts und einer Erhöhung der Schaltspannung.
Auch U.S. Patent Nr. 6,271,898 und U.S. Patent Nr. 5,835,174 beschreiben für eine Anwendung für flexible Displays geeignete Zusammensetzungen, die Flüssigkristall-Tröpfchen mit einer sehr gleichmäßigen Größe in einem Polymerbindemittel verwenden. Jedoch wurde kein Versuch unternommen, die Dicke oder die Verteilung von Tröpfchen in der beschichteten Schicht zu steuern, was zu einer nicht optimalen Leistungsfähigkeit führt.
U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 10/718,900 zeigt, dass der maximale Kontrast in einem bistabilen, chiral nematischen Flüssigkristalldisplay, das durch das eingeschränkte Koaleszenzverfahren hergestellt wird, erhalten wird, wenn die gleichmäßigen Flüssigkristalldomänen oder Tröpfchen im Wesentlichen als eine Monoschicht auf dem leitfähigen Träger beschichtet sind. Die bistabilen Zustände in diesen chiral nematischen Flüssigkristalldisplays sind der planare, reflektierende Zustand und der leicht streuende, fokal konische Zustand. Rückstreuung von Licht von dem leicht streuenden, fokal konischen Zustand nimmt drastisch zu, wenn mehr als eine Monoschicht von Tröpfchen zwischen den leitfähigen Oberflächen existiert. Obwohl das Verfahren Displays mit einer Verbesserung bei Helligkeit und Kontrast bereit stellt, erreicht es keine optimale Leistungsfähigkeit, da man das Gelatinebindemittel einen Sol-Gel-Übergang vor einem Trocknen der Beschichtung durchmachen lässt, was zu einer ungleichmäßigen Struktur führt.
Rudhardt et al. (Applied Physics Letters, Band 82, Seite 2610, 2003) beschreiben ein Verfahren zum Herstellen einer lichtmodulierenden Vorrichtung, wobei eine Zusammensetzung, die sehr gleichmäßige Flüssigkristall-Tröpfchen in einer wässrigen Lösung eines polymeren Bindemittels enthält, auf eine mit Indiumzinnoxid (ITO) beschichtete Glasoberfläche ausgebreitet wird und man das Wasser verdampfen lässt. Die Flüssigkristall-Tröpfchen ordnen sich spontan selbst zu einer hexagonal dichtgepackten (HCP) Monoschicht. Eine zweite mit Indiumzinnoxid beschichtete Glasoberfläche wird über die beschichtete Tröpfchenschicht als die Deckelektrode beschichtet, um die Herstellung der Vorrichtung fertig zu stellen. Es wird eine gleichmäßige Monoschichtdicke für die beschichtete Schicht erzielt und die dichtgepackte Verteilung von Tröpfchen ist ebenfalls sehr gut ausgeprägt. Beide Merkmale führen zu einer niedrigen Schaltspannung. Jedoch gibt es zahlreiche Probleme bei dieser Herangehensweise. Zum einen werden die gleichmäßigen Flüssigkristall-Tröpfchen durch Extrusion durch eine dünne Kapillare in einem fließenden Fluid hergestellt. Wenn ein Tröpfchen an der Spitze der Kapillare zu einer kritischen Größe wächst, übersteigt viskoser Widerstand die Oberflächenspannung und es findet Abbrechen statt, was hoch monodisperse Emulsionen erzeugt. Es ist klar, dass dieses Verfahren des Erzeugens von einem Tröpfchen pro Zeiteinheit nicht für eine Herstellung im großen Stil geeignet ist. Des Weiteren kann das Verfahren, bei dem die zweite (Deck)Elektrode angewandt wird, für eine Herstellung von kleinen Displays auf steifen Substraten, wie zum Beispiel Glas, geeignet sein, ist aber nicht praktikabel für großflächige, preiswerte Displays auf flexiblen Substraten. Eine Herangehensweise mit einem einzelnen Substrat, bei dem die zweite Elektrode einfach beschichtet oder siebgedruckt wird, ist einer Herangehensweise mit zwei Substraten vorzuziehen, bei der die zweite Elektrode getrennt hergestellt wird und dann durch Laminierung in Kontakt gebracht wird.
Die veröffentlichte U.S. Patentanmeldung Nr. 2003/0137717 A1 und die veröffentlichte U.S. Patentanmeldung Nr. 2004/0217929 A1 geben an, dass eine dichtgepackte Monoschicht von Tröpfchen der lichtmodulierenden Komponente wünschenswert sein kann zum Erhalten einer großen Helligkeit und eines hohen Kontrasts in einem Polymer dispergierten elektrophoretischen Display. Jedoch ist das in diesen Anmeldungen beschriebene Verfahren zum Herstellen von Tröpfchen ein Standard-Emulsionsbildungsverfahren, das nicht zu Emulsionen mit einer engen Größenverteilung führt, die zum Erhalten von dichtgepackten Monoschichten durch spontane Selbstordnung wünschenswert sind. Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen von Tröpfchen in der veröffentlichten U.S. Patentanmeldung Nr. 2003/0137717 A1 und der veröffentlichten U.S. Patentanmeldung Nr. 2004/0217929 A1 umfasst auch Einkapselung, was zu Tröpfchen oder Kapseln in dem Größenbereich von 20 bis 200 Mikrometern und einer Wanddicke von 0,2 bis 10 Mikrometer führt. Die relativ große Tröpfchengröße und Wanddicke führt zu großen Schaltspannungen. Die letztere ist insbesondere ein Problem für bistabile cholesterische Flüssigkristallvorrichtungen. Einkapselung ist klarer Weise nicht erwünscht, aber diese Anmeldungen lehren nicht, wie eine zweite leitende Schicht in der Abwesenheit von Einkapselung auf die Oberseite der beschichteten Schicht von Tröpfchen aufgebracht werden soll. Bei der Abwesenheit von Einkapselung können Tröpfchen der lichtmodulierenden Komponente direkt mit dem organischen Lösungsmittel in der siebgedruckten leitenden Tinte in Kontakt kommen, was zu eine Verunreinigung oder Vergiftung der lichtmodulierenden Komponente führen kann. Dies ist insbesondere eine Besorgnis, wenn die lichtmodulierende Komponente ein Flüssigkristall-Material ist.
Um die Schwierigkeiten von der veröffentlichten U.S. Patentanmeldung Nr. 2003/0137717 A1 und der veröffentlichten U.S. Patentanmeldung Nr. 2004/0217929 A1 zu überwinden, lehrt die veröffentlichte U.S. Patentanmeldung Nr. 2004/0226820 A1 , dass eine dichtgepackte Monoschicht von Tröpfchen erhalten werden kann durch Verwenden von elektrolytischer Abscheidung gefolgt von Waschen, nachdem die Tröpfchen auf einer geeigneten Oberfläche unter Verwenden einer Rakel oder einem Beschichtungskopf ausgebreitet wurden, wie zum Beispiel einem Schlitzdüsen-Beschichtungskopf. Jedoch sind die zusätzlichen Schritte der elektrolytischen Abscheidung und des Waschens umständlich und nicht für eine Herstellung im großen Stil geeignet. Selbst mit diesen zusätzlichen Schritten wird keine dichtgepackte Monoschicht mit gleichmäßiger Dicke erhalten. Der quadratische Mittelwert (RMS) der Oberflächenrauheit beträgt wegen der nicht gleichmäßigen Tröpfchen oder Kapseln etwa 6 Mikrometer. Dies ist ein sehr hoher Wert von Oberflächenrauheit, der zu einem ungleichmäßigen oder unvollständigen Härten führt, wenn eine durch Ultraviolettstrahlung härtbare, siebgedruckte, leitfähige Tinte als die zweite Elektrode verwendet wird. Das ungleichmäßige Härten führt zu erhöhten Schaltspannungen. Darüber hinaus führt eine Oberflächenrauheit dieser Größe auch zu signifikanter Ungleichmäßigkeit von Schaltspannung über die Fläche des Displays hinweg, da die Schaltspannung in direktem Zusammenhang mit der Dicke der beschichteten Schicht steht.
Die U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 11/017181 beschreibt ein neues Verfahren für Polymer dispergierten Flüssigkristall, das die Probleme des Stands der Technik überwindet. Es wird eine gleichmäßige Dispersion von Flüssigkristall-Tröpfchen durch das eingeschränkte Koaleszenzverfahren hergestellt. Die Tröpfchen werden mit einem geeigneten Bindemittel gemischt und auf einem flexiblen leitfähigen Träger beschichtet und bei einer Temperatur oberhalb des Sol-Gel-Übergangs des Bindemittels getrocknet. Die gleichmäßigen Flüssigkristall-Tröpfchen ordnen sich spontan selbst, um eine dichtgepackte Monoschicht zu erzeugen. Die erwünschte dichtgepackte Struktur wird dann durch Vernetzen des Bindemittels fixiert oder haltbar gemacht. Danach wird eine zweite wässrige, gelatinehaltige Schicht über die Flüssigkristall-Schicht beschichtet und man lässt diese bei einer Temperatur trocknen, die unterhalb des Sol-Gel-Übergangs des Bindemittels liegt. Diese zweite Schicht schützt das Flüssigkristall-Material vor dem Lösungsmittel in der leitfähigen Tinte. Es wird eine leitfähige Tinte über diese Schicht siebgedruckt, um die Herstellung der Vorrichtung zu vollenden. Die Vorrichtung kann unter Verwenden eines kostengünstigen Verfahrens hergestellt werden. Des Weiteren zeigt sie niedrige Schaltspannung sowie guten Kontrast und gute Helligkeit. Jedoch gibt es noch Spielraum für eine Verbesserung. Insbesondere wäre es in einem Versuch, die Verfahrensdauer zu verkürzen vorteilhaft, das Erfordernis des Vernetzens des Bindemittels zu eliminieren, nachdem die Flüssigkristall-Schicht aufgebracht wurde. Da des Weiteren die Schaltspannung direkt proportional zu der Dicke zwischen den Elektroden ist, ist auch Eliminierung der Schutzschicht zwischen der Flüssigkristall-Schicht und der zweiten Elektrode wünschenswert.
U.S. Patent Nr. 4,806,922 beschreibt ein Verfahren für Polymer dispergierte Flüssigkristalle, das Polymerlatex als das Bindemittelmaterial in der den Flüssigkristall enthaltenden Schicht verwendet. Jedoch ist das Verfahren zum Herstellen der Flüssigkristall-Tröpfchen wieder ein Standard-Emulsionsbildungsverfahren, das nicht zu Emulsionen mit einer engen Größenverteilung führt, die zum Erhalten von dichtgepackten Monoschichten durch spontane Selbstordnung erforderlich sind.
U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 11/017181 beschreibt ebenfalls ein Verfahren für Polymer dispergierte Flüssigkristalle, das Polymerlatex als Bindemittelmaterial verwendet. In diesem Fall wird ein eingeschränktes Koaleszenzverfah ren verwendet, um sehr gleichmäßige Flüssigkristall-Tröpfchen herzustellen. Trotzdem zeigt das Display jedoch hohe Schaltspannung, die unerwünscht ist.
Zusammengefasst beschreibt der Stand der Technik eine wasserlösliche Flüssigkristall-Schicht. Die dichtgepackte Architektur dieser Schicht wird zerstört, wenn eine wässrige Schicht in der Abwesenheit von Fixieren oder Vernetzen darüber beschichtet wird. Auch können lösungsmittelbasierte leitfähige Schichten nicht direkt auf die Oberseite der Flüssigkristall-Schicht beschichtet werden, da ein Kontakt zwischen Flüssigkristall und Lösungsmittel irreversible Beschädigung des Flüssigkristalls verursachen kann. Eine vorgeschlagene Lösung für dieses Problem liegt im Beschichten einer Schutzschicht zwischen der wasserlöslichen Flüssigkristall-Schicht und der lösungsmittelbasierten leitfähigen Schicht. Leider führt diese zusätzliche Schicht zu dem Erfordernis einer erhöhten Spannung. Klarer Weise gibt es einen Bedarf nach einem kostengünstigen Display auf Grundlage von wasserunlöslichem, hydrophobem Bindemittelmaterial, das niedrige Schaltspannung sowie guten Kontrast und gute Helligkeit aufweist. Es gibt auch einen Bedarf nach einem kostengünstigen Display mit verringerter Dicke zwischen den Elektroden.
ZU LÖSENDES PROBLEM
Es bleibt ein Bedarf nach einem kostengünstigen Display mit exzellenter Helligkeit, hohem Kontrast und niedriger Schaltspannung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Display, das wenigstens ein Substrat und wenigstens eine elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht enthält, wobei die elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht eine selbstgeordnete, dichtgepackte Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen hydrophoben Polymermatrix enthält und die wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung enthält mehrere Vorteile, von denen nicht alle in einer einzigen Ausführungsform inkorporiert sind. Ein erfindungsgemäßes Display ist kostengünstig und erfordert niedrige Schaltspannung. In dem Fall eines cholesterischen oder chiral nematischen Flüssigkristall-Displays wird erwartet, dass das resultierende Display einen Reflexionsgrad näher an der theoretischen Grenze von 50% und einen höheren Kontrast aufweist. Die Verwendung eines hydrophoben Bindemittels erzeugt eine selbstgeordnete Monoschicht von Tröpfchen des elektrooptischen Materials, das nicht gestört wird, wenn es mit einer zweiten wässrigen Schicht in Kontakt kommt. Die Verwendung des elektronisch leitfähigen Polymers ergibt einen Leiter, der direkt über die Flüssigkristall-Schicht beschichtet werden kann. Die Einbeziehung des Leitfähigkeits-Erhöhungsmittels (CEA) in die Beschichtungszusammensetzung, die die leitfähige Schicht enthält, führt zu einer erhöhten Leitfähigkeit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Display auf Grundlage einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die eine mikroskopische Aufnahme ist, die weitgehende Erhaltung von dichtgepackter Struktur nach Aufbringen einer zweiten Schicht zeigt, die leitfähiges Polymer PEDOT enthält.
2 veranschaulicht ein Display auf Grundlage des Stands der Technik, die eine mikroskopische Aufnahme von dichtgepackter Monoschicht mit gleichmäßigen Flüssigkristall-Tröpfchen und Polymerlatex-Bindemittel ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit hohem Kontrast reflektierendes Display, das wenigstens ein Substrat, wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht und wenigstens eine dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen, hydrophoben Polymermatrix enthält und ein Herstellungsverfahren dafür. In der bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch modulierte Material ein in eine Polymermatrix inkorporierter, chiral nemati scher Flüssigkristall. Das bevorzugte wasserunlösliche, hydrophobe Polymer ist ein Polymerlatex. Mit wasserunlöslich ist gemeint, dass das Polymer in wässrigen Medien dispergierbar ist, aber nicht löslich in Wasser oder dem Flüssigkristall-Material ist.
Chiral nematische, flüssigkristalline Materialien können verwendet werden, um elektronische Displays zu erzeugen, die sowohl bistabil als auch bei Umgebungsbeleuchtung betrachtbar sind. Des weiteren können die flüssigkristallinen Materialien als Mikrometer-große Tröpfchen in einem wässrigen Medium dispergiert, gemischt mit einem geeigneten Bindemittelmaterial und auf einen flexiblen, leitfähigen Träger beschichtet werden, um potentiell kostengünstige Displays zu erzeugen. Der Betrieb dieser Displays ist von dem Kontrast zwischen dem planar reflektierenden Zustand und dem schwach streuenden, fokal konischen Zustand abhängig. Um den maximalen Kontrast von diesen Displays zu erhalten ist es erwünscht, dass die chiral nematischen Flüssigkristalldomänen oder Tröpfchen als eine dichtgepackte, geordnete Monoschicht auf einem leitfähigen Träger ausgebreitet sind.
Es ist möglich, eine solche geordnete Monoschicht herzustellen, indem zuerst eine wässrige Dispersion von chiral nematischen Flüssigkristalldomänen in der Anwesenheit eines geeigneten Bindemittels auf das Substrat aufgebracht wird, man dann den Domänen oder Tröpfchen ermöglicht, sich selbst zu einer dichtgepackten, geordneten Monoschicht zu ordnen, bevorzugt zu einer hexagonal dichtgepackten (HCP) Monoschicht, und man dann dem Bindemittelmaterial ermöglicht, zu fest zu werden oder fixiert zu werden, um die dichtgepackte, geordnete Monoschichtstruktur zu konservieren, so dass weitere Schichten über die Bilderzeugungsschicht ausgebreitet werden können, ohne die dichtgepackte Struktur zu beeinflussen.
Im Allgemeinen enthält die lichtmodulierende Bilderzeugungsschicht in einem Bindemittel dispergierte, elektrisch modulierte Materialdomänen. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung sind Domänen als gleichbedeutend mit Mizellen und/oder Tröpfchen definiert. Das elektrisch modulierte Material kann elektrochromes Material, drehbare mikroverkapselte Mikrokügelchen, Flüssigkristall-Materialien, cholesterische/chiral nematische Flüssigkristall-Materialien, Polymer dispergierte Flüssigkristalle (PDLC), Polymer stabilisierte Flüssigkristalle, oberflächenstabilisierte Flüssig kristalle, smektische Flüssigkristalle, ferroelektrisches Material, elektrolumineszentes Material oder jedes andere aus einer sehr großen Anzahl von lichtmodulierenden Bilderzeugungs-Materialien sein, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Domänen der elektrisch modulierten Bilderzeugungsschicht enthalten Tröpfchen, die eine gleichmäßige Domänengröße aufweisen, mit – sofern überhaupt – wenigen parasitären Domänen, welche Domänen mit zufälligen und ungesteuerten Größen sind, und die unerwünschte elektrooptische Eigenschaften aufweisen, innerhalb der getrockneten Beschichtungen, wie in früherer Patentliteratur beschrieben ist.
Das Display enthält ein geeignetes, elektrisch moduliertes Material, das auf einer geeigneten Trägerstruktur angeordnet ist, zum Beispiel auf oder zwischen einer oder mehreren Elektroden. Der Ausdruck "elektrisch moduliertes Material", wie er hier verwendet wird, soll jedes geeignete schwerflüchtige Material umfassen. Geeignete Materialien für das elektrisch modulierte Material sind in der U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 09/393,553 und der provisorischen U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 60/099,888 beschrieben, die durch Bezugnahme hierin inkorporiert werden.
Das elektrisch modulierte Material kann auch eine Anordnung von Partikeln oder mikroskopisch kleinen Behältern oder Mikrokapseln sein. Jede Mikrokapsel enthält eine elektrophoretische Zusammensetzung eines Fluids, wie zum Beispiel ein dielektrisches oder Emulsionsfluid, und eine Suspension von gefärbten oder geladenen Partikeln oder kolloidales Material. Gemäß einer Anwendung kontrastieren die Partikel optisch mit dem dielektrischen Fluid. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das elektrisch modulierte Material rotierbare Kugeln enthalten, die rotieren können, um einen unterschiedlich gefärbten Oberflächenbereich zu präsentieren (orig.: "expose"), und welche zwischen einer vorwärtigen Betrachtungsposition und/oder einer rückwärtigen Nichtbetrachtungsposition migrieren können, wie zum Beispiel Gyricon. Genauer ausgedrückt ist Gyricon ein Material, das gebildet ist aus sich verwindenden rotierenden Elementen, die in mit Flüssigkeit gefüllten kugelförmigen Hohlräumen enthalten sind und in einem elastomeren Medium eingebettet sind. Die rotierenden Elemente können dazu gebracht werden, Veränderungen bei optischen Eigenschaften durch das Aufzwingen eines externen elektrischen Feldes zu zeigen.
Bei Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer gegebenen Polarität dreht sich ein Segment eines rotierenden Elements in die Richtung und ist für einen Beobachter des Displays sichtbar. Ein Anlegen eines elektrischen Feldes mit entgegen gesetzter Polarität veranlasst das Element dazu, zu rotieren und dem Betrachter ein zweites, verschiedenes Segment zu präsentieren (orig.: "expose"). Ein Gyricondisplay behält eine gegebene Konfiguration bei, bis an die Displayanordnung aktiv ein elektrisches Feld angelegt wird. Gyriconmaterialien sind im U.S. Patent Nr. 6,147,791 , U.S. Patent Nr. 4,126, 854 und U.S. Patent Nr. 6,055,091 offenbart, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Gemäß einer Anwendung können die Mikrokapseln mit elektrisch geladenen Weißpartikeln in einem schwarzen oder gefärbten Farbstoff gefüllt sein. Beispiele von elektrisch moduliertem Material, das zur Verwendung. bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, sind in der Internationalen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 98/41899 , der Internationalen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 98/19208 , der Internationalen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 98/03896 und der Internationalen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 98/41898 dargelegt, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Das elektrisch modulierte Material kann auch Material umfassen, das im U.S. Patent Nr. 6,025,896 offenbart ist, dessen Inhalte hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden. Dieses Material enthält geladene Partikel in einem flüssigen Dispersionsmedium, das in einer großen Anzahl von Mikrokapseln eingekapselt ist. Die geladenen Partikel können verschiedene Farbtypen und Ladungspolaritäten aufweisen. Zum Beispiel können weiße, positiv geladene Partikel zusammen mit schwarzen negativ geladen Partikeln verwendet werden. Die beschriebenen Mikrokapseln sind zwischen einem Paar Elektroden angeordnet, so dass ein erwünschtes Bild durch das Material durch Variieren des Dispersionszustands der geladen Partikel ausgebildet und angezeigt wird. Der Dispersionszustand der geladen Partikel wird durch ein gesteuertes elektrisches Feld variiert, das an dem elektrisch modulierten Material angelegt wird.
Das elektrisch modulierte Material kann ein thermochromes Material umfas sen. Ein thermochromes Material vermag bei Anwendung von Wärme seinen Zustand alternativ zwischen transparent und nichttransparent zu verändern. Auf diese Weise entwickelt ein thermochromes bilderzeugendes Material Bilder durch die Anwendung von Wärme bei speziellen Pixelpositionen, um ein Bild auszubilden. Das thermochrome bilderzeugende Material behält ein ausgeprägtes Bild bei, bis wieder Wärme bei dem Material angewandt wird. Da das mehrfach beschreibbare Material transparent ist, können Ultraviolett-fluoreszierende Drucke, Designs und Muster hindurch gesehen werden.
Das elektrisch modulierte Material kann auch oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristalle (SSFLC) umfassen. Oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristalle schließen ferroelektrisches Flüssigkristall-Material zwischen nahe beieinander beabstandeten Glasplatten ein, um die natürliche Helixkonfiguration der Kristalle zu unterdrücken. Die Zellen schalten einfach durch Wechseln des Vorzeichens eines angelegten elektrischen Feldes rasch zwischen zwei optisch verschiedenen, stabilen Zuständen um.
Magnetische Partikel, die in einer Emulsion suspendiert sind, umfassen ein zusätzliches bilderzeugendes Material, das zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Anlegen einer magnetischen Kraft verändert Pixel, die mit den magnetischen Partikeln ausgebildet sind, um durch Menschen und/oder Maschine lesbare Zeichen zu erzeugen, zu aktualisieren oder zu verändern. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, das eine Vielfalt von bistabilen, schwerflüchtigen, bilderzeugenden Materialien verfügbar ist und bei der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
Das elektrisch modulierte Material kann auch als ein einfarbiges, wie zum Beispiel schwarz, weiß oder klar, konfiguriert sein und kann fluoreszierend, irisierend, biolumineszent, leuchtend, ultraviolett, infrarot sein, oder kann ein wellenlängenspezifisch Strahlung absorbierendes oder emittierendes Material umfassen. Es können mehrere Schichten von elektrisch moduliertem Material vorhanden sein. Verschiedene Schichten oder Bereiche von dem elektrisch modulierten Material können unterschiedliche Eigenschaften oder Farben aufweisen. Darüber hinaus können die charakteristischen Eigenschaften der verschiedenen Schichten voneinander ver schieden sein. Zum Beispiel kann eine Schicht verwendet werden, um Information in dem Bereich von sichtbarem Licht zu sehen oder anzuzeigen, während eine zweite Schicht auf ultraviolettes Licht anspricht oder es emittiert. Die nicht wahrnehmbaren Schichten können alternativ aus auf nichtelektrisch moduliertem Material beruhenden Materialien aufgebaut sein, die die oben aufgelisteten strahlungsabsorbierenden oder -emittierenden Charakteristika aufweisen. Das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete, elektrisch modulierte Material weist bevorzugt die charakteristische Eigenschaft auf, dass es keine Energie benötigt, um eine Anzeige von Zeichen beizubehalten.
Das am meisten bevorzugte elektrisch modulierte Material ist ein lichtmodulierendes Material, wie zum Beispiel ein flüssigkristallines Material. Das flüssigkristalline Material kann eines von vielen verschiedenen Flüssigkristallphasen sein, wie zum Beispiel; nematisch (N), chiral nematisch (N*) oder smektisch, in Abhängigkeit von der Anordnung der Moleküle in der Mesophase. Chiral nematische Flüssigkristall-Displays (N*LC-Displays) sind bevorzugt reflektiv, das heißt, es ist keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich, und sie können ohne die Verwendung von polarisierenden Filmen oder einem Farbfilter funktionieren.
Chiral nematischer Flüssigkristall bezieht sich auf den Typ von Flüssigkristall, der einen feineren Pitch als jener von verdreht nematischem oder superverdrehtem nematischem aufweist, die in üblicherweise anzutreffenden Flüssigkristallvorrichtungen verwendet werden. Chiral nematische Flüssigkristalle werden so bezeichnet, weil derartige Flüssigkristall-Formulierungen üblicherweise durch Zusetzen von chiralen Mitteln zum Bewirten von nematischen Flüssigkristallen erhalten werden. Chiral nematische Flüssigkristalle können verwendet werden, um bistabile oder multistabile Displays herzustellen. Diese Vorrichtungen weisen aufgrund ihrer nichtflüchtigen "Speicher"-Charakteristik einen signifikant verringerten Energieverbrauch auf. Da solche Displays keine kontinuierliche Treiberschaltung zum Aufrechterhalten eines Bildes erfordern, verbrauchen sie signifikant weniger Energie. Chiral nematische Displays sind in der Abwesenheit eines Feldes bistabil, die zwei stabilen Texturen sind die reflektive planare Textur und die schwach streuende, fokal konische Textur. Bei der planaren Textur sind die helikalen Achsen der chiral nematischen Flüssigkristall moleküle im Wesentlichen senkrecht zu dem Substrat, auf dem sich der Flüssigkristall befindet. In dem fokal konischen Zustand sind die helikalen Achsen der Flüssigkristallmoleküle im Allgemeinen zufällig ausgerichtet. Einstellen der Konzentration von chiralen Dotiermaterialien in dem chiral nematischen Material moduliert die Pitchlänge der Mesophase und somit die Wellenlänge von reflektierter Strahlung. Zum Zweck von wissenschaftlichen Studien sind chiral nematische Materialien, die Infrarotstrahlung und ultraviolett reflektieren, verwendet worden. Kommerzielle Displays werden oft aus chiral nematischen Materialien hergestellt, die sichtbares Licht reflektieren. Einige bekannte Flüssigkristallvorrichtungen (LCDs) enthalten chemisch geätzte, transparente, leitfähige Schichten, die ein Glassubstrat überdecken, wie im U.S. Patent Nr. 5,667,853 beschrieben ist, das hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird. Geeignete chiral nematische Flüssigkristall-Zusammensetzungen weisen bevorzugt eine positive dielektrische Anisotropie auf und enthalten chirales Material in einer Menge, die wirksam ist, um fokal konische und verdreht planare Texturen auszubilden. Chiral nematische Flüssigkristall-Materialien sind wegen ihrer exzellenten reflektierenden Charakteristika, Eistabilität und Graustufenspeicherung bevorzugt.
Moderne chiral nematische Flüssigkristall-Materialien enthalten üblicherweise wenigstens einen nematischen Wirt in Kombination mit einem chiralen Dotiermaterial. Im Allgemeinen ist die nematische Flüssigkristallphase aus einem oder mehreren mesogenen Komponenten gebildet, die kombiniert sind, um verwendbare Kompositeigenschaften bereitzustellen. Die nematische Komponente der chiral nematischen Flüssigkristall-Mischung kann aus jeder geeigneten nematischen Flüssigkristall-Mischung oder -Zusammensetzung gebildet sein, die geeignete Flüssigkristall-Charakteristika aufweist. Nematische Flüssigkristalle, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind bevorzugt aus Verbindungen mit niedrigem Molekülgewicht gebildet, die ausgewählt sind aus nematischen oder nematogenen Substanzen, zum Beispiel aus den bekannten Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenanilinen, Biphenylen, Terphenylen, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoaten, Phenyl- oder Cyclohexylestern von Cyclohexancarbonsäure, Phenyl- oder Cyclohexylestern von Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylestern von Cyclohexylcyclo hexancarbonsäure, Cyclohexylphenylestern von Benzoesäure, von Cyclohexancarbonsäure und von Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexanen, Cyclohexylbiphenylen, Phenylcyclohexylcyclohexanen, Cyclohexylcyclohexanen, Cyclohexylcyclohexenen, Cyclohexylcyclohexylcyclohexenen, 1,4-bis-Cyclohexylbenzolen, 4,4-bis-Cyclohexylbiphenylen, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidinen, Phenyl- oder Cyclohexylpyridinen, Phenyl- oder Cyclohexylpyridazinen, Phenyl- oder Cyclohexyldioxanen, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithianen, 1,2-Diphenylethanen, 1,2-Dicyclohexylethanen, 1-Phenyl-2-cyclohexylethanen, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)ethanen, 1-Cyclohexyl-2',2-biphenylethanen, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethanen, wahlweise halogenierten Stilbenen, Benzylphenylethern, Tolanen, substituierten Zimtsäuren und -estern, und weiteren Klassen von nematischen oder nematogenen Substanzen. Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch seitlich mono- oder difluoriert sein. Das flüssigkristalline Material dieser bevorzugten Ausführungsform beruht auf den achiralen Verbindungen dieses Typs. Die wichtigsten Verbindungen, die als Komponenten dieser flüssigkristallinen Materialien möglich sind, können durch die folgende Formel R'-X-Y-Z-R'' charakterisiert werden, wobei X und Z, die gleich oder verschieden voneinander sein können, in jedem Fall unabhängig voneinander ein bivalentes Radikal von der Gruppe sind, die ausgebildet ist durch -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -B-Phe- und -B-Cyc-, wobei Phe nicht substituiertes oder Fluor-substituiertes 1,4-Phenylen ist, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen ist, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl ist, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl ist, und B 2-(trans-1,4-Cyclohexyl)ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl ist. In diesen Verbindungen ist Y ausgewählt aus den folgenden bivalenten 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 einer Einfachbindung, wobei Y' Halogen ist, bevorzugt Chlor, oder -CN, R' und R'' sind in jedem Fall unabhängig voneinander, Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkanoyloxy, Alkoxycarbonyl oder Alkoxycarbonyloxy mit 1 bis 18, bevorzugt 1 bis 12 C-Atomen, oder alternativ dazu ist eines von R' und R'' -F, -CF₃, -OCF₃, -Cl, -NCS oder -CN. In den meisten dieser Verbindungen sind R' und R' in jedem Fall unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit einer unter schiedlichen Kettenlänge, wobei die Summe der C-Atome in nematischen Medien im Allgemeinen zwischen 2 und 9 beträgt, bevorzugt 2 und 7. Die nematischen Flüssigkristallphasen bestehen typischerweise aus 2 bis 20, bevorzugt 2 bis 15 Komponenten. Die obige Liste von Materialien ist nicht als abschließend oder beschränkend zu verstehen. Die Listen offenbaren eine Vielfalt von repräsentativen Materialien, die zur Verwendung oder für Mischungen geeignet sind, die das aktive Element in lichtmodulierenden Flüssigkristall-Zusammensetzungen enthalten. Chiral nematische Flüssigkristall-Materialien und -Zellen, sowie Polymer stabilisierte chiral nematische Flüssigkristalle und -Zellen, sind im Stand der Technik gut bekannt und zum Beispiel in den U.S. Patentanmeldungen mit Aktenzeichen 07/969,093 , Aktenzeichen 08/057,662 , Yang et al., Appi. Phys. Lett. 60(25) Seiten 3102-04 (1992), Yang et al., J. Appl. Phys. 76(2) Seiten 1331 (1994), der veröffentlichten Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US92/09367 und der veröffentlichten Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US92/03504 beschrieben, die alle hierin durch Bezugnahme inkorporiert sind.
Geeignete kommerzielle nematische Flüssigkristalle umfassen zum Beispiel E7, E44, E48, E31, E80, 8L087, BLI01, ZLI-3308, ZLI-3273, ZLI-5048-000, ZLI-5049-100, ZL1-5100-100, 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 sind, sollten so gut wie jeder im Stand der Technik bekannte nematische Flüssigkristall, einschließlich jener, die eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen, zur Verwendung bei der Erfindung geeignet sein. Wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt wird, können andere nematische Materialien ebenfalls zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sein.
Das der nematischen Mischung zum Induzieren der helikalen Verdrehung der Mesophase zugesetzte chirale Dotiermaterial, wodurch Reflektion von sichtbarem Licht ermöglicht wird, kann von jeder verwendbaren Strukturklasse sein. Die Wahl des Dotiermaterials hängt von verschiedenen charakteristischen Eigenschaften ab, die unter anderem seine chemische Kompatibilität mit dem nematischen Wirt, helikales Verdrehungsvermögen, Temperaturempfindlichkeit und Lichtechtheit umfas sen. Es sind viele chirale Dotiermaterialklassen im Stand der Technik bekannt: zum Beispiel G. Gottarelli und G. Spada, Mal. Cryst. Liq. Crys., 123, 377 (1985), G. Spada und G. Proni, Enantiomer, 3, 301 (1998) und die darin enthaltenen Literaturstellen. Typische, gut bekannte Dotiermaterialklassen umfassen 1,1-Binaphthol-Derivate, Isosorbid und ähnliche Isomannidester, wie sie im U.S. Patent Nr. 6,217,792 offenbart sind, TADDOL-Derivate, wie sie im U.S. Patent Nr. 6,099,751 offenbart sind, und die anhängigen Spiroindanester, wie sie in der U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen 10/651,692 von T. Welter et al., angemeldet am 29. August 2003 mit dem Titel "Chiral Compounds And Compositions Containing The Same" offenbart sind, die hierin durch Bezugnahme inkorporiert sind.
Die Pitchlänge der Flüssigkristall-Materialien kann auf Grundlage der folgenden Gleichung (1) eingestellt werden: λmax = nav p0 wobei λmax die Spitzen-Reflexionswellenlänge ist, das heißt die Wellenlänge, bei der der Reflexionsgrad ein Maximum ist, n_av der mittlere Brechungsindex der Flüssigkristall-Materialien ist, und p₀ die natürliche Pitchlänge der chiral nematischen Helix ist. Definitionen von chiral nematischer Helix und Pitchlänge und Verfahren zu ihrer Messung sind Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt, und können zum Beispiel in dem Buch Blinov, L. M., Elektrooptical and Magneto-Optical Properties of Liquid Crystals, John Wiley & Sons Ltd.1983 gefunden werden. Die Pitchlänge wird durch Einstellen der Konzentration des chiralen Materials in dem Flüssigkristall-Material modifiziert. Für die meisten Konzentrationen von chiralen Dotiermaterialien ist die durch das Dotiermaterial induzierte Pitchlänge umgekehrt proportional zu der Konzentration des Dotiermaterials. Die Proportionalitätskonstante wird durch die folgende Gleichung (2) bereitgestellt: p0 = 1/(HTP.c)wobei c die Konzentration des chiralen Dotiermaterials und HTP die Proportionalitätskonstante ist.
Für einige Anwendungen ist es wünschenswert, Flüssigkristall-Mischungen zu haben, die eine starke helikale Verdrehung und dadurch eine kurze Pitchlänge zeigen. Zum Beispiel muss der Pitch in flüssigkristallinen Mischungen, die in selektiv reflektierenden, chiral nematischen Displays verwendet werden, so ausgewählt werden, dass das Maximum der durch die chiral nematischen Helix reflektierten Wellenlänge in dem Bereich von sichtbarem Licht liegt. Andere mögliche Anwendungen sind Polymerfilme mit einer chiralen flüssigkristallinen Phase für optische Elemente, wie zum Beispiel chiral nematische Breitbandpolarisatoren, Filteranordnungen oder chirale flüssigkristalline Retardationsfilme. Unter diesen gibt es aktive und passive optische Elemente oder Farbfilter und Flüssigkristalldisplays, zum Beispiel STN, TN, AMD-TN, Temperaturkompensations-, polymerfreie oder Polymer stabilisierte, chiral nematische Texturdisplays (PFCT-, PSCT-Displays). Mögliche Displayindustrie-Anwendungen umfassen ultraleichte, flexible und kostengünstige Displays für Notebook- und Desktop-Computer, Instrumentenanzeigen, Videospielmaschinen, Videotelefon, Mobiltelefone, Hand-PCs, PDAs, e-Bücher, Camcorder, Satellitennavigationssystme, Geschäfts- und Supermarkt-Preissysteme, Schnellstraßenschilder, Informationsdisplays, Chipkarten, Spielzeuge und andere elektronische Vorrichtungen.
Die flüssigkristallinen Tröpfchen oder Domänen sind typischerweise in einem kontinuierlichen Bindemittel dispergiert. In einer Ausführungsform kann eine chiral nematische Flüssigkristall-Zusammensetzung in einer kontinuierlichen polymeren Matrix dispergiert sein. Derartige Materialien werden als "Polymer dispergierte Flüssigkristall"-Materialien oder "PDLC"-Materialien bezeichnet.
Wässrige Suspensionen von Polymerlatex-Partikeln sind auch als Bindemittel geeignet. Die Latex-Partikel können auf jedem geeigneten Monomer oder Monomeren beruhen, wie zum Beispiel Urethan, Styrol, Vinyltoluol, p-Chlorstyrol, Vinylnapththalin, ethylenisch ungesättigte Monoolefine, wie zum Beispiel Ethylen, Propylen, Butylen und Isobutylen; Vinylhalogenide, wie zum Beispiel Vinylchlorid, Vinylbromid, Vinylfluorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat; Ester von alpha-methylenischen aliphatischen Monocarbonsäuren, wie zum Beispiel Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Cholorethylacrylat, Phenylacrylat, Methyl-alpha-chloracrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Vinylether, wie zum Beispiel Vinylmethylether, Vinylisobutylether und Vinylethylether; Vinylketone, wie zum Beispiel Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropylketon; Vinylidenhalogenide, wie zum Beispiel Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorfluorid; und N-Vinyl-Verbindungen, wie zum Beispiel N-Vinylpyrrol, N-Vinylcarbazol, N-Vinylindol und N-Vinylpyrrolidondivinylbenzol, Ethylenglycoldimethacrylat und Mischungen davon; und dergleichen. Bevorzugt sind auch wässrige Suspensionen von Polyestern und Polyolefinen. Die Verwendung von wässrigen Suspensionen von Polymerlatex-Partikeln als Bindemittel ist bevorzugt. Der am meisten bevorzugte Polymerlatex ist Polyurethanlatex.
Es ist erwünscht, dass das Bindemittel einen niedrigen Ionengehalt aufweist. Die Anwesenheit von Ionen in einem solchen Bindemittel behindert die Entwicklung eines elektrischen Feldes über das dispergierte Flüssigkristall-Material hinweg. Darüber hinaus können Ionen in dem Bindemittel in der Anwesenheit eines elektrischen Feldes die lichtmodulierende Schicht chemisch beschädigend wandern. Die Beschichtungsdicke, Größe der Flüssigkristalldomänen und Konzentration der Domänen von Flüssigkristall-Materialien werden für optimale optische Eigenschaften ausgelegt. Bisher wurde die Dispersion von Flüssigkristallen unter Verwenden von Schermühlen oder einem anderen mechanischen Trennungsmittel durchgeführt, um Domänen von Flüssigkristall in der lichtmodulierenden Schicht auszubilden.
Ein herkömmliches oberflächenaktives Mittel kann der Emulsion zugesetzt werden, um Beschichten der Schicht zu verbessern. Oberflächenaktive Mittel können von herkömmlichem Aufbau sein, und werden mit einer Konzentration zur Verfügung gestellt, die der kritischen Mizellenkonzentration (CMC) der Lösung entspricht. Ein bevorzugtes oberflächenaktives Mittel ist Aerosol OT, das von Cytec industries, Inc., kommerziell erhältlich ist.
Geeignete Bindemittel nach dem Stand der Technik sind wasserlösliche Polymere, die sowohl natürlich vorkommende Substanzen einschließen, wie zum Beispiel Proteine, Proteinderivate, Cellulosederivate (zum Beispiel Celluloseester), Gelatinen und Gelatinederivate, Polysaccharide, Casein und dergleichen, als auch synthetische wasserdurchlässige Kolloide, wie zum Beispiel Poly(vinyllactame), Acrylamidpolymere, Poly(vinylalkohol) und seine Derivate, hydrolysierte Polyvinylacetate, Polymere von Alkyl- und Sulfoalkylacrylaten und -methacrylaten, Polyamide, Polyvinylpyridin, Acrylsäurepolymere, Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Polyalkylenoxid, Methacrylamid-Copolymere, Polyvinyloxazolidinone, Maleinsäure-Copolymere, Vinylamin-Copolymere, Methacrylsäure-Copolymere, Acryloyloxyalkylacrylat und -methacrylate, Vinylimidazol-Copolymere, Vinylsulfid-Copolymere und Homopolymer oder Copolymere, die Styrolsulfonsäure enthalten. Bindemittel nach dem Stand der Technik können eine Komponente des erfindungsgemäßen Systems sein, vorausgesetzt dass sie in so einer Menge und an so einer Stelle vorhanden sind, dass sie den hydrophoben Charakter des erfindungsgemäßen Bindemittels nicht beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Flüssigkristall beschichtet und getrocknet, um die optischen Eigenschaften der lichtmodulierenden Schicht zu optimieren. In einer Ausführungsform wird die Schicht beschichtet, um eine endgültige Beschichtung bereit zu stellen, die eine wesentliche Monoschicht von chiral nematischen Flüssigkristalldomänen enthält. Der Ausdruck "wesentliche Monoschicht" ist durch die Anmelder so definiert, dass er bedeutet, dass in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Displays nicht mehr als eine einzelne Schicht von Domänen, die zwischen den Elektroden angeordnet ist, über 90% der Fläche des Displays (oder der Bilderzeugungsschicht) existiert.
Die Menge an für eine Monoschicht benötigtem Material kann durch Berechnung auf Grundlage von individueller Domänengröße ermittelt werden. Des Weiteren können verbesserter Blickwinkel und Breitbandmerkmale durch geeignete Auswahl von unterschiedlich dotierten Domänen auf Grundlage der Geometrie des beschichteten Tröpfchens und der Bragg-Reflektionsbedingung erhalten werden.
Nach Beschichten und Trocknen koaleszieren die Latexpartikel, um einen kontinuierlichen Film auszubilden, der die Flüssigkristall-Tröpfchen enthält. Dieser Film wird nicht gestört, wenn eine zweite wässrige Schicht darüber beschichtet wird, wodurch das Erfordernis von Vernetzung eliminiert ist. Es kann ein Vernetzungsmittel oder Härtungsmittel verwendet werden, um die Architektur der dichtgepackten Monoschicht von beschichteten Tröpfchen zu erhalten, nachdem sie durch Selbstordnung ausgebildet worden ist, wenn ein wasserlösliches Polymer als Bindemittel verwendet wird.
Die flüssigkristallinen Tröpfchen oder Domänen können durch jedes Fachleu ten auf dem Gebiet bekannte Verfahren ausgebildet werden, das eine Steuerung der Domänengröße gestattet. Zum Beispiel offenbaren Doane et al. (Applied Physics Letters, 48, 269 (1986)) einen Polymer dispergierten Flüssigkristall, der ungefähr 0,4 μm Tröpfchen von nematischem Flüssigkristall 5CB in einem Polymerbindemittel enthält. Es wird ein Phasentrennungsverfahren zum Herstellen des Polymer dispergierten Flüssigkristalls verwendet. Es wird eine Lösung, die Monomer und Flüssigkristall enthält, in eine Displayzelle gefüllt, und dann wird das Material polymerisiert. Bei Polymerisation wird der Flüssigkristall unmischbar und bildet Keime, um Tröpfchen auszubilden. West et al. (Applied Physics Letters 63, 1471 (1993)) offenbaren einen Polymer dispergierten Flüssigkristall, der eine chiral nematische Mischung in einem Polymerbindemittel enthält. Wieder wird ein Phasentrennungsverfahren zum Herstellen des Polymer dispergierten Flüssigkristalls verwendet. Es wird das Flüssigkristall-Material und Polymer (ein Hydroxy-funktionalisiertes Polymethylmethacrylat) zusammen mit einem Vernetzungsmittel für das Polymer in einem üblichen organischen Lösungsmittel Toluol gelöst und auf einem Indiumzinnoxid-Substrat (ITO-Substrat) beschichtet. Bei Verdunsten des Toluols bei einer hohen Temperatur wird eine Dispersion des Flüssigkristall-Materials in dem Polymerbindemittel ausgebildet. Die Phasentrennungsverfahren von Doane et al. und West et al. erfordern die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, die bei bestimmten Herstellungsumgebungen störend sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren verwendet, das als "eingeschränkte Koaleszenz" bezeichnet wird, um gleichmäßig dimensionierte Emulsionen von flüssigkristallinem Material auszubilden. Zum Beispiel kann das Flüssigkristall-Material in der Anwesenheit von fein verteiltem Siliciumdioxid, einem Koaleszenz beschränkendem Material, wie zum Beispiel LUDOX^® von DuPont Corporation, homogenisiert werden. Es kann ein Aktivatormaterial zu dem wässrigen Bad zugesetzt werden, um die kolloidalen Partikel zu der flüssig-flüssig-Grenzfläche zu treiben. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Copolymer aus Adipinsäure und 2-(Methylamino)ethanol als das Aktivatormittel in dem Wasserbad verwendet werden. Das Flüssigkristall-Material kann unter Verwenden von Ultraschall dispergiert werden, um Flüssigkristall-Domänen unterhalb einer Größe von 1 Mikrometer zu er zeugen. Wenn die Ultraschallenergie entfernt wird, koalesziert das Flüssigkristall-Material zu Domänen gleichmäßiger Größe. Das eingeschränkte Koaleszenzverfahren ist umfangreicher durch Whitesides und Ross (J. Colloid Interface Sci. 169, 48 (1995)), durch Giermanska-Kahn, Schmitt, Binks und Leal-Calderon (Langmuir, 18, 2515 (2002)) und U.S Patent Nr. 6,556,262 beschrieben, die alle hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Die Verteilung der Tröpfchengrößen ist derart, dass der Variationskoeffizient (cv), der definiert ist als die Standardabweichung der Verteilung geteilt durch das arithmetische Mittel kleiner ist als 0,25, bevorzugt kleiner als 0,2 und am meisten bevorzugt kleiner als 0,15. Die beschränkt koaleszenten Materialien können unter Verwenden einer Beschichtungsmaschine für fotografische Emulsion auf Polyesterfolien beschichtet werden, die eine Indiumzinnoxid-Beschichtung mit einer Folien-Leitfähigkeit von 300 Ohm pro square aufweisen. Die Beschichtung kann getrocknet werden, um eine polymer dispergierte cholesterische Beschichtung zu ergeben. Durch Verwenden von eingeschränkter Koaleszenz existieren, sofern überhaupt, wenige parasitäre kleinere Domänen (die unerwünschte elektrooptische Eigenschaften aufweisen) innerhalb der getrockneten Beschichtungen.
Die Größenbereiche der Domänen in der getrockneten Beschichtung verändern sich, wenn die Mischung trocknet und sich die Domänen abflachen. In einer Ausführungsform werden die resultierenden Domänen durch das Trocknungsverfahren abgeflacht und weisen im Durchschnitt eine Dicke auf, die beträchtlich kleiner ist als ihre Länge. Das Abflachen der Domänen kann durch passende Formulierung und ausreichend rasches Trocknen der Beschichtung erzielt werden.
Bevorzugt sind die Domänen abgeflachte Kugeln und weisen im Durchschnitt eine Dicke auf, die beträchtlich kleiner ist als ihre Länge, bevorzugt wenigstens 50% kleiner. Noch bevorzugter weisen die Domänen im Durchschnitt ein Verhältnis von Dicke (Tiefe) zu Länge von 1:2 bis 1:6 auf. Das Abflachen der Domänen kann durch passende Formulierung und ausreichend rasches Trocknen der Beschichtung erzielt werden. Die Domänen weisen bevorzugt einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 30 Mikrometer auf. Die Bilderzeugungsschicht weist bevorzugt eine Dicke von 10 bis 150 Mikrometer auf, wenn sie frisch beschichtet ist, und 2 bis 20 Mikrometer, wenn sie getrocknet ist. Am meisten bevorzugt weist die Bilderzeugungsschicht oder lichtmodulierende Schicht eine Dicke zwischen 2 bis 6 Mikrometer auf, insbesondere wenn das lichtmodulierende Material ein chiral nematischer Flüssigkristall ist.
Die abgeflachten Domänen von Flüssigkristall-Material können so definiert werden, dass sie eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform eines Displays oder einer Displayfolie ist bei einer Mehrheit der Domänen die Hauptachse größer als die Dicke der Zelle (oder Bilderzeugungsschicht). Eine derartige Größenbeziehung wird im U.S. Patent Nr. 6,061,107 gezeigt, das hierin vollständig durch Bezugnahme inkorporiert wird.
Im U.S. Patent Nr. 3,600,060 , das hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird, hatten die Domänen des getrockneten lichtmodulierenden Materials eine Partikelgröße, die im Durchmesser im Verhältnis von 10:1 variierte. Dies erzeugt große Domänen und kleinere parasitäre Domänen. Parasitäre Domänen weisen im Vergleich zu optimierten größeren Domänen verringerte charakteristische Eigenschaften auf. Die verringerten charakteristischen Eigenschaften umfassen reduzierte Helligkeit und, wenn die parasitären Domänen klein genug sind, verminderte Eistabilität des cholesterischen Flüssigkristalls.
Die dispergierten Domänen weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 30 Mikrometer, bevorzugt 5 bis 15 Mikrometer auf. Die Domänen sind in einer wässrigen Suspension dispergiert. Die Größenbereiche der getrockneten Beschichtung verändern sich, wenn die Mischung trocknet und sich die Domänen abflachen.
Durch Variieren der Menge von Siliciumdioxid und Copolymer bezogen auf das flüssigkristalline Material können Domänenemulsionen mit gleichmäßiger Größe mit dem erwünschten durchschnittlichen Durchmesser (mittels Mikroskopie) hergestellt werden. Dieses Verfahren erzeugt Domänen mit einem ausgewählten durchschnittlichen Durchmesser.
Die resultierenden Domänen werden durch das Trocknungsverfahren abgeflacht und weisen im Durchschnitt eine Dicke auf, die wesentlich geringer ist als ihre Länge, bevorzugt wenigstens 50% geringer. Noch bevorzugter weisen die Domänen im Durchschnitt ein Verhältnis von Dicke (Tiefe) zu Länge von 1:2 bis 1:10 auf.
Für optimale Leistungsfähigkeit ist eine Monoschicht von beschichteten Tröpf chen mit einer dichtgepackten Struktur mit gleichmäßiger Dicke erwünscht. Berechnungen von Yang und Mi (J. Phys. D: Appl. Phys., Band 33, Seite 672, 2000) haben gezeigt, dass für ein chiral nematisches, flüssigkristallines Material mit einer gegebenen Chiralität ein maximaler Reflexionsgrad erhalten wird, wenn die Dicke des chiral nematischen Flüssigkristall-Materials zwischen den Elektroden etwa zehn Mal der Pitch der chiral nematischen Helix ist. Für ein grün reflektierendes, chiral nematisches Flüssigkristall-Material mit λ_max von 550 nm und n_av von 1,6 beträgt der Pitch 344 nm. Daher wird ein maximaler Reflexionsgrad bei einer 3,4 μm dicken Schicht dieses Materials erhalten. Für chiral nematische Flüssigkristall-Materialien, die in den roten und nahen infraroten Bereichen des Spektrums reflektieren, ist der Pitch und daher die Dicke der beschichteten Schicht, die für einen maximalen Reflexionsgrad erforderlich ist, etwas größer, aber selbst in diesen Fällen ist eine Dicke von etwa 5 μm ausreichend, wenn der Brechungsindex nahe 1,6 beträgt. Mit anderen Worten, ein Vergrößern der Dicke der Schicht darüber hinaus ergibt keine Zunahme beim Reflexionsgrad.
Es ist auch gut dokumentiert, dass die Schaltspannung linear mit der Dicke zunimmt. Da es wünschenswert ist, die geringst mögliche Schaltspannung zu haben, ist eine gleichmäßige Dicke von etwa 5 μm für die beschichtete Schicht der Tröpfchen am meisten bevorzugt, mit der Maßgabe, dass die Tröpfchen eine dichtgepackte Struktur aufweisen. Unter bestimmten Bedingungen, zum Beispiel Trocknen, ordnen sich monodisperse Tröpfchen des lichtmodulierenden Materials auf einer Oberfläche spontan zu einer hexagonal dichtgepackten (HCP) Struktur. Dieser Vorgang ist detailliert durch Denkov et al. (Nature, Band 361, Seite 26, 1993) beschrieben worden. Wenn eine wässrige Suspension von Tröpfchen über eine Oberfläche ausgebreitet wird, nehmen die Tröpfchen anfänglich eine zufällige, ungeordnete oder unkorrelierte Verteilung an. Als eine Funktion des Trocknens gibt es jedoch, wenn das Wasserniveau das obere Ende der Tröpfchen erreicht, eine starke Anziehungskraft, bekannt als die Kapillarkraft, die die Tröpfchen in eine dichtgepackte oder korrelierte Struktur treibt. Die Anziehungsenergie der Kapillarkraft ist viel größer als die thermische Energie. Es ist jedoch wichtig, dass laterale Bewegung von Tröpfchen nicht durch starke Anziehung zu der Oberfläche oder durch eine Zunahme bei der Viskosität des Mediums, in dem sie suspendiert sind, behindert wird. Das letztere würde passieren, wenn das Bindemittel Gelatine ist und die beschichtete Schicht von Tröpfchen vor dem Trocknen durch Abkühlen fest würde.
Die Ausbildung einer dichtgepackten Struktur in zwei Dimensionen, beginnend mit einer zufälligen Verteilung von Tröpfchen, wird manchmal als zweidimensionale Kristallisation bezeichnet, und sollte eine monodisperse Tröpfchenpopulation oder eine Tröpfchenpopulation mit niedriger Polydispersität aufweisen (Kumacheva et al. Physical Review Letters , Band 91, Seite 1283010-1, 2003). Eine Tröpfchenpopulation von lichtmodulierendem Material mit einer ausreichend niedrigen Polydispersität zum Erzeugen einer dichtgepackten Struktur kann durch das eingeschränkte Koaleszenzverfahren erreicht werden. Unter einem optischen Mikroskop ist die dichtgepackte Struktur leicht beobachtbar. Des Weiteren weist die dichtgepackte Struktur ein Wiederholungsmuster oder eine Periodizität auf, in dem/der sich der Wiederholungsabstand im Bereich der Wellenlänge von sichtbarem Licht befindet. Eine Beschichtung mit einem solchen Muster zeigt Fraunhofersche-Beugung, wenn sie vor eine Quelle sichtbaren Lichts platziert wird, wie zum Beispiel einem Laser mit sichtbarem Licht. Das Phänomen von Fraunhoferscher-Beugung ist vollständiger durch Lisensky et al., Journal of Chemical Education, Band 68, Februar 1991 beschrieben worden.
Für perfekt monodisperse Tröpfchen (cv kleiner als 0,1) wird eine hexagonal dichtgepackte (HCP) Struktur erhalten. Das Beugungsmuster für eine solche Struktur weist die Form von Punkten auf. Wenn ein kleines Ausmaß von Polydispersität (cv zwischen 0,1 und 0,2) existiert, weist das Beugungsmuster der dichtgepackten Struktur die Form eines einzelnen Rings oder eines Satzes von konzentrischen Ringen auf.
Eine dichtgepackte Monoschicht mit gleichmäßiger Dicke kann verbesserte Leistungsfähigkeit in Bezug auf Oberflächenrauheit bereitstellen. In herkömmlichen Flüssigkristall-Beschichtungen, die nicht gleichmäßige Tröpfchen oder Kapseln enthalten, ist der quadratische Mittelwert (RMS) von Oberflächenrauheit mit etwa 6 Mikrometern gemessen worden. Dies ist ein sehr hoher Wert von Oberflächenrauheit, der zu einem ungleichmäßigen oder unvollständigen Härten führt, wenn eine durch Ultraviolettstrahlung härtbare, siebgedruckte, leitfähige Tinte als eine Elektrode (leitfähig Schicht) in Kontakt mit der Flüssigkristall-Beschichtung verwendet wird. Das ungleichmäßige Härten führt zu erhöhten Schaltspannungen. Darüber hinaus führt eine Oberflächenrauheit dieser Größe auch zu signifikanter Ungleichmäßigkeit von Schaltspannung über die Fläche des Displays hinweg, da die Schaltspannung in direktem Zusammenhang mit der Dicke der beschichteten Schicht steht. Die selbstgeordneten Tröpfchen oder Domänen in der vorliegenden dichtgepackten Monoschicht zeigen einen quadratischen Mittelwert der Oberflächenrauheit von kleiner als 1,5 Mikrometer, noch bevorzugter von kleiner als 1,0 Mikrometer und am meisten bevorzugt von kleiner als 0,5 Mikrometer.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform bleibt die dichtgepackte Monoschichtstruktur von beschichteten Tröpfchen erhalten, nachdem die Beschichtung getrocknet ist und die Polymerlatex-Partikel, die das Bindemittel enthalten, zum Ausbilden eines Films koalesziert sind. Dies ermöglicht es, dass eine zweite wässrige Schicht auf die Schicht beschichtet wird, die das lichtmodulierende Material enthält, ohne den dichtgepackten Aufbau zu stören. In einer bevorzugten Ausführungsform funktioniert die zweite wässrige Schicht als die Deckelektrode, das heißt, die Elektrode (leitfähige Schicht) auf der Seite der lichtmodulierenden Schicht gegenüber dem Substrat, für das lichtmodulierende Material.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Display-Vorrichtung, die in 1 gezeigt ist, enthält einen klaren flexiblen Träger 101 mit eine klaren leitenden Schicht 102. Die Bilderzeugungsschicht oder lichtmodulierende Schicht (Schicht 1) enthält eine dichtgepackte Monoschicht von Tröpfchen des lichtmodulierenden Materials 104 zusammen mit koaleszierten Latex-Partikeln 103. Die Elektrode (leitfähige Schicht), die elektronisch leitfähige Polymere 105 enthält, ist direkt über die Schicht beschichtet, die das lichtmodulierende Material enthält. In dieser Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Schicht, die ein elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält, auf der Seite der elektronisch modulierten Bilderzeugungsschicht gegenüber dem Substrat angeordnet, und ist eine weitere elektrisch leitfähige Schicht, bevorzugt eine herkömmliche leitfähige Schicht, die kein elektronisch leitfähiges Polymer und Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält, zwischen der elektronisch modulierten Bilderzeugungsschicht und dem Substrat angeordnet.
In 2 ist eine Display-Vorrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt. Sie enthält einen klaren flexiblen Träger 101 mit einer klaren leitenden Schicht 102. Die Bilderzeugungsschicht oder lichtmodulierende Schicht (Schicht 1) enthält eine dichtgepackte Monoschicht von Tröpfchen des lichtmodulierenden Materials 104 zusammen mit koaleszierten Latex-Partikeln 103. Sie enthält weiter eine Sperrschicht aus Polymer in einer Helixkonfiguration 105 und eine weitere Elektrode 106, die aus siebgedruckter leitfähiger Kohlenstofftinte gebildet ist. Diese Vorrichtung erfordert als ein Ergebnis einer vergrößerten Dicke zwischen den Elektroden und Lufttaschen bei der Grenzfläche zwischen der nichtwässrigen Latexschicht und der wässrigen Schutzschicht im Vergleich zu der Vorrichtung von 1 eine höhere Schaltspannung.
Zusätzlich zum Bindemittel und Härtungsmittel können Flüssigkristall-Schichten auch eine kleine Menge von lichtabsorbierendem Farbmittel, bevorzugt einen Absorberfarbstoff enthalten. Es ist bevorzugt, dass ein absorbierender Farbstoff verwendet wird, um selektiv rückgestreutes Licht von dem fokal konischen Zustand bei den niedrigsten Wellenlängen in dem sichtbaren Bereich des Spektrums zu absorbieren. Des Weiteren absorbiert das Farbmittel selektiv auf ähnliche Weise gestreutes Licht von dem planaren Zustand, während es nur minimal den Hauptanteil von reflektiertem Licht absorbiert. Das Farbmittel kann sowohl Farbstoffe als auch Pigmente einschließen. Das Farbmittel kann Lichtkomponenten absorbieren, die Farbtrübung in dem Farbdisplay verursachen können, die durch selektive Reflektion des Flüssigkristalls durchgeführt wird, oder die eine Verringerung einer Transparenz bei dem transparenten Zustand des Flüssigkristalls verursachen, und kann dadurch die Displayqualität verbessern. Zwei oder mehr der Komponenten in dem Flüssigkristall-Display können ein Farbmittel enthalten. Zum Beispiel kann sowohl das Polymer als auch der Flüssigkristall das Farbmittel enthalten. Es wird bevorzugt ein Farbmittel ausgewählt, das Strahlen in einem Bereich kürzerer Wellenlängen als die selektive Reflexions-Wellenlänge des Flüssigkristalls absorbiert.
Es kann jede Menge von Farbmittel verwendet werden, vorausgesetzt dass ein Zusetzen des Farbmittels die Schaltcharakteristiken des Flüssigkristall-Materials für ein Display nicht beachtlich beeinträchtigt. Wenn das polymere Bindemittel durch Polymerisation ausgebildet wird, inhibiert das Zusetzen darüber hinaus nicht die Polymerisation. Eine beispielhafte Menge von Farbmittel beträgt von wenigstens 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Flüssigkristall-Materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Farbmittel, bevorzugt Absorptions-Farbstoffe, direkt in die chiral nematischen Flüssigkristall-Materialien-inkorporiert. Alle Farbmittel, die mit den cholesterischen Flüssigkristall-Materialien mischbar sind, sind für diesen Zweck verwendbar. Am meisten bevorzugt sind Farbmittel, die leicht in Toluol lösbar sind. Mit leicht lösbar ist eine Löslichkeit von größer als 1 Gramm pro Liter gemeint, noch bevorzugter 10 Gramm pro Liter und am meisten bevorzugt größer als 100 Gramm pro Liter. Toluollösliche Farbstoffe, die am besten kompatibel sind mit den cholesterischen Flüssigkristall-Materialien sind Aanthrachinon-Farbstoffe, wie zum Beispiel Sandoplast Blue 26 von Clariant Corporation, Phthalocyanin-Farbstoffe, wie zum Beispiel Savinyl Blue GLS von Clariant Corporation oder Neozapon Blue 807 von BASF Corporation, Methin-Farbstoffe, wie zum Beispiel Sandoplast Yellow 3G von Clariant Corporation oder Metallkomplex-Farbstoffe, wie zum Beispiel Neozapon Yellow 157, Neozapon Orange 251, Neozapon Green 975, Neozapon Blue 807 oder Neozapon Red 365 von BASF Corporation. Weitere Farbmittel sind Neogen Blue 808, Neogen Yellow 075, Sudan Orange 220 oder Sudan Blue 670 von BASF Corporation. Andere Farbmitteltypen können verschiedene Arten von Farbstoff enthalten, wie zum Beispiel Farbstoff für Harzfärbung und dichromatischen Flüssigkristall-Display-Farbstoff. Der Farbstoff für Harzfärbung kann SPR RED1 (hergestellt von Mitsui Toatsu Senryo Co., Ltd.) sein. Der dichromatische Flüssigkristall-Farbstoff ist insbesondere SI-424 oder M-483 (beide hergestellt von Mitsui Toatsu Senryo Co., Ltd.).
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Displayfläche, die ein Substrat enthält, eine über dem Substrat ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht und einen Flüssigkristall, der eine Bilderzeugungsschicht enthält, die ein chiral nematisches Material enthält, das durch die oben beschriebenen Verfahren über die elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist.
So wie es hier verwendet wird, ist der Ausdruck ein "Flüssigkristall-Display" (LCD) ein Typ von Flachbildschirm-Display, das in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen verwendet wird. Eine Flüssigkristall-Vorrichtungen enthält mindestens ein Substrat, wenigstens eine leitfähige Schicht und eine Flüssigkristall-Schicht. Flüssigkristall-Vorrichtungen können auch zwei Flächen von polarisierendem Material enthalten, mit einer Flüssigkristall-Lösung zwischen den polarisierenden Flächen. Die Flächen polarisierenden Materials können ein Substrat aus Glas oder transparentem Kunststoff enthalten. Die Flüssigkristall-Vorrichtung kann auch funktionelle Schichten umfassen. In einer Ausführungsform einer Flüssigkristall-Vorrichtung ist ein transparenter, mehrschichtiger, flexibler Träger mit einer leitfähigen Schicht beschichtet, die strukturiert sein kann, auf der die lichtmodulierende Flüssigkristall-Schicht beschichtet ist. Eine weitere leitfähige Schicht ist aufgebracht und deckbeschichtet mit einer dielektrischen Schicht, an die dielektrisch leitfähige Reihenkontakte befestigt sind, einschließlich Durchgangslöcher, die eine Verbindung zwischen leitfähigen Schichten und den dielektrisch leitfähigen Reihenkontakten ermöglichen. Es kann eine Wahlweise nanopigmentierte funktionelle Schicht zwischen der Flüssigkristall-Schicht und der weiteren (zweiten) leitfähigen Schicht aufgebracht sein.
Der Flüssigkristall (LC) wird als ein optischer Schalter verwendet. Die Substrate sind üblicherweise mit transparenten, leitfähigen Elektroden hergestellt, in denen elektrische "Treiber"-Signale gekoppelt sind. Die Treibersignale induzieren ein elektrisches Feld, das eine Phasenänderung oder Zustandsänderung in dem Flüssigkristall-Material verursachen kann, das somit verschiedene Lichtreflexions-Charakteristika entsprechend seiner Phase und/oder seinem Zustand zeigt.
Cholesterische Flüssigkristalle sind bei Nullfeld bistabil und Treiberschemata können auf Grundlage ihrer Antwort auf Spannungsimpulse entworfen werden.
Die Displays können alle geeigneten Steuerschemata und Elektronik verwenden, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, einschließlich der folgenden, die alle hierin durch Bezugnahme vollständig inkorporiert werden: Doane, J. W., Yang, D. K., Front – lit Flat Panel Display from Polymer Stabilized Cholesteric Textures, Japan Display 92, Hiroshima Oktober 1992; Yang, D. K. und Doane, J. W., Cholesteric Liquid Crystal/Polymer Gel Dispersion: Reflective Display Application, SID Technical Paper Digest, Band XXIII, Mai 1992, Seite 759, et sea.; U.S. Patentanmeldung mit Aktenzeichen 08/390,068 , angemeldet am 17. Feb. 1995, mit dem Titel "Dynamic Drive Method and Apparatus for a Bistable Liquid Crystal Display" und U.S. Patent Nr. 5,453,863 .
Ein typisches Display in seiner einfachsten Form enthält eine Fläche, die ein herkömmliches Polymer dispergiertes, elektrisch moduliertes Material haltert. Die Fläche umfasst ein Substrat. Das Substrat kann aus einem polymeren Material gemacht sein, wie zum Beispiel Kodak Estar Filmbasis, die aus Polyesterkunststoff ausgebildet ist, und eine Dicke von zwischen 20 und 200 Mikrometern aufweisen. Zum Beispiel kann ein Substrat eine 80 Mikrometer dicke Folie aus transparentem Polyester sein. Andere Polymere, wie zum Beispiel transparentes Polycarbonat, können auch verwendet werden. Alternativ dazu kann das Substrat dünnes transparentes Glas sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Display-Vorrichtung oder Display-Fläche einfach eine einzelne Bilderzeugungsschicht aus Flüssigkristall-Material entlang eine Linie senkrecht zu der Vorderseite des Displays auf, bevorzugt eine einzelne Schicht, die auf einem flexiblen Substrat beschichtet ist. Eine solche Struktur ist im Vergleich zu jeweils zwischen gegenüberliegenden Substraten vertikal übereinander angeordneten Bilderzeugungsschichten besonders vorteilhaft für monochrome Regaletiketten und dergleichen. Strukturen mit übereinander angeordneten Bilderzeugungsschichten sind jedoch in einigen Fällen optional zum Bereitstellen von zusätzlichen Vorteilen.
Das flexible Kunststoffsubstrat kann jeder flexible selbsttragende Kunststofffilm sein, der den dünnen metallischen Film haltert. "Kunststoff" bedeutet ein Hochpolymer, üblicherweise hergestellt aus polymeren synthetischen Harzen, das mit anderen Bestandteilen kombiniert sein kann, wie zum Beispiel Kurative, Füllmittel, Verstärkungsmittel, Farbmittel und Weichmacher. Kunststoff umfasst thermoplastische Materialien und wärmehärtbare Materialien.
Der flexible Kunststofffilm muss eine ausreichende Dicke und mechanische Intaktheit aufweisen, um so selbsthalternd zu sein, sollte jedoch nicht so dick sein, dass er steif ist. Typischerweise ist in Bezug auf die Dicke das flexible Kunststoffsubstrat die dickste Schicht des Kompositfilms. Folglich bestimmt das Substrat in einem großen Maß die mechanische und thermische Stabilität des vollständig strukturierten Kompositfilms.
Eine weitere signifikante charakteristische Eigenschaft des flexiblen Kunststoffsubstrat-Materials ist seine Glasübergangstemperatur (Tg). Tg ist als die Glasübergangstemperatur definiert, bei der Kunststoffmaterial sich von dem glasartigen Zustand zu dem gummiartigen Zustand verändert. Sie kann einen Bereich enthalten, bevor das Material tatsächlich fließen kann. Geeignete Materialien für das flexible Kunststoffsubstrat umfassen sowohl Thermoplaste mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur, zum Beispiel bis zu 150 °C, als auch Materialien mit einer höheren Glasübergangstemperatur, zum Beispiel höher als 150 °C. Die Wahl des Materials für das flexible Kunststoffsubstrat hängt von Faktoren ab, wie zum Beispiel Bedingungen des Herstellungsverfahrens, wie zum Beispiel Abscheidungstemperatur und Temper-Temperatur, sowie auch von Bedingungen nach der Herstellung, wie zum Beispiel in einer Verfahrenslinie eines Displayherstellers. Einige der nachfolgend diskutierten Kunststoffsubstrate können ohne Beschädigung höheren Verarbeitungstemperaturen von bis zu wenigstens etwa 200 °C, einige bis zu 300-350 °C widerstehen.
Typischerweise ist das flexible Kunststoffsubstrat Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polysulfon, ein Phenolharz, ein Epoxyharz, Polyester, Polyimid, Polyetherester, Polyetheramid, Celluloseacetat, aliphatische Polyurethane, Polyacrylnitril, Polytetrafluorethylene, Polyvinylidenfluoride, Poly(methyl(x-methacrylate), ein aliphatisches oder zyklisches Polyolefin, Polyarylat (PAR), Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyimid (PI), Teflon Poly(perfluoralkoxy)fluorpolymer (PFA), Poly(etheretherketon) (PEEK), Poly(etherketon) (PEK), Poly(ethylentetrafluorethylen)fluorpolymer (PETFE) und Poly(methylmethacrylat) und verschiedene Acrylat/Methacrylat-Copolymere (PMMA). Aliphatische Polyolefine können hochdichtes Polyethylen (HDPE), niedrigdichtes Polyethylen (LDPE) und Polypropylen, einschließlich orientiertes Polypropylen (OPP) umfassen. Zyklische Polyolefine können Poly(bis(cyclopentadien)) umfassen. Ein bevorzugtes flexibles Kunststoffsubstrat ist ein zyklisches Polyolefin oder ein Polyester. Es sind verschie dene zyklische Polyolefine 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 ein Film eines Polymers ist. Alternativ dazu kann das flexible Kunststoffsubstrat ein Polyester sein. Ein bevorzugter Polyester ist ein aromatischer Polyester, wie zum Beispiel Arylite. Obwohl viele Beispiele von Kunststoffsubstraten oben erwähnt wurden, sollte es einem bewusst sein, dass das Substrat auch aus anderen Materialien ausgebildet sein kann, wie zum Beispiel Glas und Quarz.
Das flexible Kunststoffsubstrat kann mit einer Hartbeschichtung verstärkt sein. Typischerweise ist die Hartbeschichtung eine Acrylbeschichtung. Eine solche Hartbeschichtung weist typischerweise eine Dicke von 1 bis 15 Mikrometer, bevorzugt von 2 bis 4 Mikrometer auf und kann durch Polymerisation eines geeigneten polymerrisierbaren Materials mit freien Radikalen erzeugt werden, die entweder thermisch oder durch Ultraviolettstrahlung gestartet wird. In Abhängigkeit von dem Substrat können unterschiedliche Hartbeschichtungen verwendet werden. Wenn das Substrat Polyester oder Arton ist, ist eine besonders bevorzugte Hartbeschichtung die als "Lintec" bekannte Beschichtung. Lintec enthält mit Ultraviolettstrahlung gehärtetes Polyesteracrylat und kolloidales Siliciumdioxid. Wenn es auf Arton abgeschieden wird, weist es ohne den Wasserstoff eine Oberflächenzusammensetzung von 35 Atom-% C, 45 Atom-% O und 20 Atom-% Si auf. Eine weitere besonders bevorzugte Hartbeschichtung ist die unter der Marke "Terrapin" von Terra Corporation, New Berlin, Wisconsin verkaufte Acrylbeschichtung. Das verwendete Substrat kann auch ein entfernbares Substrat sein.
Das Display enthält eine leitfähige Schicht. Bevorzugt existiert auch wenigstens eine weitere leitfähige Schicht. Die leitfähigen Schichten können direkt in Kontakt mit der lichtmodulierenden Schicht angeordnet sein. Alternativ dazu kann irgendeine Anzahl von weiteren Schichten zwischen der lichtmodulierenden Schicht und der leitfähigen Schicht angeordnet sein. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass sichergestellt ist, dass das Einbringen der dazwischenliegenden Schicht die elektrische Leistungsfähigkeit der Vorrichtung nicht wesentlich verschlechtert, wie zum Beispiel das Erfordernis, dass ein stärkeres elektrisches Feld zum Schalten der Flüssigkristall-Vorrichtung erforderlich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die leitfähige Schicht elektronisch leitfähige Polymere und ist bevorzugt aus einer bevorzugt wässrigen Beschichtungszusammensetzung über die das lichtmodulierende Material enthaltenden Schicht beschichtet, auf der Seite des lichtmodulierenden Materials gegenüber dem Substrat, oder ist auf der Seite der lichtmodulierenden Schicht weg von der/den anderen leitfähigen Schicht(en) aufgebracht. Geeignete elektronisch leitfähige Polymere sind jene mit konjugierten Grundgerüsten, wie zum Beispiel jene, die in den U.S. Patenten Nr. 6,025,119 , 6,060,229 , 6,077,655 , 6,096,491 , 6,124,083 , 6,162,596 , 6,187,522 und 6,190,846 offenbart sind, die hier durch Bezugnahme inkorporiert werden. Diese elektronisch leitfähigen Polymere umfassen substituierte oder nicht substituierte, anilinhaltige Polymere, wie sie in den U.S. Patenten Nr. 5,716,550 , 5,093,439 und 4,070,189 offenbart sind, substituierte oder nicht substituierte thiophenhaltige Polymere, wie sie in den U.S. Patenten Nr. 5,300,575 , 5,312,681 , 5,354,613 , 5,370,981 , 5,372,924 , 5,391,472 , 5,403,467 , 5,443,944 , 5,575,898 , 4,987,042 und 4,731,408 offenbart sind, die hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden, substituierte oder nicht substituierte pyrrolhaltige Polymere, wie sie in den U.S. Patenten Nr. 5,665,498 und 5,674,654 offenbart sind, die hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden, und Poly(isothianaphthen) oder Derivate davon. Diese leitenden Polymere können in organischen Lösungsmitteln oder Wasser oder Mischungen davon löslich oder dispergierbar sein. Bevorzugte leitende Polymere für die vorliegende Erfindung umfassen pyrrolhaltige Polymere, anilinhaltige Polymere und thiophenhaltige Polymere. In der Liste noch bevorzugter ist elektronisch leitfähiges Polythiophen, bevorzugt Polythiophen, das in einer kationischen Form mit einem Polyanion vorhanden ist. Typischerweise sind diese Polymere in wässrigem Medium aufgrund der Anwesenheit des Polyanions dispergierbar, und sind daher unter Umweltgesichtspunkten erwünscht.
Ein bevorzugtes, elektronisch leitfähiges Polythiophen wird hergestellt durch die oxidative Polymerisation von 3,4-Dialkoxythiophen oder 3,4-Alkylendioxythiophen in der Anwesenheit eines Polyanions. Die am meisten bevorzugten, elektro nisch leitfähigen Polymere umfassen Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat), das Poly(3,4-ethylendioxythiophen) in einer kationischen Form mit Polystyrolsulfonsäure enthält. Der Vorteil der Auswahl des Polymers ergibt sich aus der Tatsache, dass es hauptsächlich wasserbasiert ist, eine gegen Licht und Wärme stabile Polymerstruktur ist, eine stabile Dispersion ist und minimale Bedenken in Bezug auf Lagerung, Gesundheit, Umwelt und Handhabung verursacht.
Die Herstellung der auf Polythiophen basierenden Polymere ist detailliert in einer Publikation mit dem Titel "Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: Aast, present und future" von L.B. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik und J.R. Reynolds in Advanced Materials, (2000), 12, Nr. 7, Seiten 481-494 und den darin zitierten Literaturstellen diskutiert worden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das elektronisch leitfähige Polymer:

a) ein Polythiophen gemäß Formel I
in einer kationischen Form, wobei jedes von R¹ und R² unabhängig Wasserstoff oder eine C1-4-Alkylgruppe repräsentiert, oder zusammen eine wahlweise substituierte C1-4-Alkylengruppe oder eine Cycloalkylengruppe repräsentieren, bevorzugt eine Ethylengruppe, eine wahlweise Alkyl-substituierte Methylengruppe, eine wahlweise C1-12 Alkyl- oder Phenyl-substituierte 1,2-Ethylengruppe, eine 1,3-Propylengruppe oder eine 1,2-Cyclohexylengruppe; und n ist 3 bis 1000; und
b) eine Polyanionverbindung; Mit diesen elektronisch leitfähigen Polymeren verwendete Polyanionen umfas sen die Anionen von polymeren Carbonsäuren, wie zum Beispiel Polyacrylsäuren, Poly(methacrylsäure) und Poly(maleinsäure), und polymere Sulfonsäuren, wie zum Beispiel Polystyrolsulfonsäuren und Polyvinylsulfonsäuren, wobei die polymeren Sulfonsäuren für eine Verwendung bei dieser Erfindung wegen ihrer Stabilität und Verfügbarkeit in großen Mengen bevorzugt sind. Diese Polysulfonsäuren können auch Copolymere sein, die aus Vinylsulfonsäuremonomeren ausgebildet sein, die mit anderen polymerisierbaren Monomeren copolymerisiert sind, wie zum Beispiel die Ester von Acrylsäure und Styrol. Das Molekülgewicht der Polysäuren, die die Polyanionen bereitstellen, beträgt bevorzugt 1.000 bis 2.000.000 und noch bevorzugter 2.000 bis 500.000. Die Polysäuren und ihre Alkalisalze sind allgemein erhältlich, zum Beispiel als Polystyrolsulfonsäuren und Polyacrylsäuren, oder sie können unter Verwenden von bekannten Verfahren hergestellt werden. Anstelle der freien Säuren, die für die Ausbildung der elektrisch leitenden Polymere und Polyanionen erforderlich sind, können auch Mischungen aus Alkalisalzen von Polysäuren und geeigneten Mengen von Monosäuren verwendet werden. Das Gewichtsverhältnis von Polythiophen zu Polyanion kann zwischen 1:99 bis 99:1 stark variieren, optimale Eigenschaften, wie zum Beispiel große elektrische Leitfähigkeit und Dispersionsstabilität und Beschichtbarkeit werden jedoch zwischen 85:15 und 15: 85, und noch bevorzugter zwischen 50:50 und 15:85 erhalten. Die am meisten bevorzugten elektronisch leitfähigen Polymere umfassen Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat), das Poly(3,4-ethylendioxythiophen) in einer kationischen Form und Polystyrolsulfonsäure enthält.

Besonders geeignete, elektronisch leitfähige Polymerschichten sind jene, die Polythiophen mit einer Gütezahl (FOM) von < 150, bevorzugt < 100 und noch bevorzugter < 50 enthalten, wie sie in den U.S. Anmeldungen mit Aktenzeichen 10/944,570 und 10/969,889 beschrieben sind. Ein weiterer Typ von leitfähigem Material, der bevorzugt in der leitfähigen Schicht verwendet werden kann, umfasst Kohlenstoffnanoröhrchen, wie zum Beispiel einwandige oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen.
Erwünschte Ergebnisse, wie zum Beispiel erhöhte Leitfähigkeit der Polythiophen-Schicht kann durch Inkorporieren eines Leitfähigkeits-Erhöhungsmittels (CEA) erreicht werden. Bevorzugte Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel sind organische Verbindungen, die Dihydroxy-, Polyhydroxy-, Carboxy-, Amid- oder Lactamgruppen enthalten, wie zum Beispiel

(1) jene, die durch die folgende Formel II repräsentiert sind: (OH)_n-R-(COX)_m IIwobei m und n unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 1 bis 20 sind, R eine Alkylengruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Arylengruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen in der Arylenkette, eine Pyrangruppe oder eine Furangruppe ist, und X -OH oder -NYZ ist, wobei Y und Z unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Alkylgruppe sind; oder
(2) ein Zucker, Zuckerderivat, Polyalkylenglycol oder Glycerinverbindung; oder
(3) jene, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus N-Methylpyrrolidon, Pyrrolidon, Caprolactam, N-Methylcaprolactam, Dimethylsulfoxid oder N-Octylpyrrolidon besteht; oder
(4) eine Kombination der obigen.

Besonders bevorzugte Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel sind: Zucker und Zuckerderivate wie zum Beispiel Saccharose, Glucose, Fructose, Lactose; Zuckeralkohole wie zum Beispiel Sorbitol, Mannitol; Furanderivate, wie zum Beispiel 2-Furancarbonsäure, 3-Furancarbonsäure und Alkohole. Ethylenglycol, Glycerin, Di- oder Triethylenglycol sind am meisten bevorzugt, da sie die maximale Leitfähigkeitserhöhung bereitstellen.
Das Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel kann durch jedes geeignete Verfahren inkorporiert werden. Bevorzugt wird das Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel der Beschichtungszusammensetzung zugesetzt, die das Polythiophen enthält. Alternativ dazu kann die beschichtete, Polythiophen-enthaltende Schicht dem Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel durch jedes geeignete Verfahren ausgesetzt werden, wie zum Beispiel einem Waschen nach dem Beschichten.
Die Konzentration des Leitfähigkeits-Erhöhungsmittels in der Beschichtungszusammensetzung kann in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten organischen Verbindung und den Leitfähigkeitsanforderungen in weitem Maße variieren. Zweck dienliche Konzentrationen, die in wirksamer Weise bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, betragen jedoch etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-%; noch zweckdienlicher 0,5 bis 10 und noch wünschenswerter Weise 0,5 bis 5, da es die minimale wirksame Menge ist.
Die Flüssigkristall-Vorrichtung enthält zusätzlich zu der leitfähigen Schicht, die elektronisch leitfähige Polymere enthält, bevorzugt auch wenigstens eine weitere leitfähige Schicht. Diese weitere Schicht oder weiteren Schichten können auch elektronisch leitfähige Polymere enthalten, sie können aber auch aus herkömmlichen leitfähigen Schichtmaterialien gemacht sein. Die weitere leitfähige Schicht oder weiteren leitfähigen Schichten weisen in wünschenswerter Weise eine ausreichende Leitfähigkeit auf, um ein Feld über die lichtmodulierende Schicht hinweg zu übertragen.
Eine herkömmliche leitfähige Schicht, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, besteht typischerweise aus einem primären Metalloxid und ist bevorzugt transparent. Diese leitfähige Schicht kann weitere Metalloxide, wie zum Beispiel Indiumoxid, Titandioxid, Cadmiumoxid, Galliumindiumoxid, Niobiumpentoxid und Zinndioxid enthalten. Siehe Int. Veröffentlichung Nr. WO 99/36261 von Polaroid Corporation. Zusätzlich zu dem primären Oxid, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid, kann die wenigstens eine leitfähige Schicht auch ein sekundäres Metalloxid, wie zum Beispiel ein Oxid von Cer, Titan, Zirconium, Hafnium und/oder Tantal enthalten. Siehe U.S. Patent Nr. 5,667,853 an Fukuyoshi et al. (Toppan Printing Co.). Weitere transparente leitfähig Oxide umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ZnO₂, Zn₂SnO₄, Cd₂SnO₄, Zn₂In₂O₅, MgIn₂O₄, Ga₂O₃-In₂O₃ oder TaO₃. Die leitfähige Schicht kann in Abhängigkeit von dem Material oder den Materialien der darunterliegenden Schicht zum Beispiel durch eine Niedrigtemperatur-Sputtertechnik oder durch eine Gleichstrom-Sputtertechnik, wie zum Beispiel DC-Sputtern oder RF-DC-Sputtern ausgebildet werden, Die leitfähige Schicht kann eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht eines Zinnoxids oder Indiumzinnoxids (ITO) oder Polythiophen (PEDOT) sein. Typischerweise wird die leitfähige Schicht auf das Substrat gesputtert, so dass es einen Widerstand von kleiner als 250 Ohm pro square aufweist. Alternativ dazu kann die leitfähige Schicht ein opaker elektrischer Leiter sein, der aus Metall, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder Nickel ausgebildet ist. Wenn die leitfähige Schicht ein opakes Metall ist, kann das Metall ein Metalloxid sein, um eine lichtabsorbierende leitfähige Schicht zu erzeugen.
Indiumzinnoxid (ITO) ist das bevorzugte leitfähige Material, da es ein kostengünstiger Leiter mit guter Stabilität gegen Umweltbedingungen ist, bis zu 90% Transmission und bis herab zu 20 Ohm pro square Widerstand. Eine beispielhaft bevorzugte Indiumzinnoxid-Schicht weist eine % T von größer als oder gleich 80% in dem sichtbaren Bereich von Licht auf, das heißt von größer als 400 nm bis 700 nm, so dass der Film für Displayanwendungen verwendbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die leitfähige Schicht eine Schicht von Niedrigtemperatur-Indiumzinnoxid, die polykristallin ist. Die Indiumzinnoxid-Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 10-120 nm auf, oder eine Dicke von 50-100 nm, um einen Widerstand von 20-60 Ohm/square auf Kunststoff zu erzielen. Eine beispielhaft bevorzugte Indiumzinnoxid-Schicht ist 60-80 nm dick. Das lichtmodulierende Material wird über einen strukturierten Indiumzinnoxid-Leiter beschichtet, um eine Polymer dispergierte, cholesterische Beschichtung zu ergeben, die eine Trockendicke von weniger als 50 Mikrometer, bevorzugt weniger als 25 Mikrometer, noch bevorzugter weniger als 15 Mikrometer, am meisten bevorzugt weniger als etwa 10 Mikrometer aufweist.
Die leitfähige Schicht ist bevorzugt strukturiert. Die leitfähige Schicht ist bevorzugt in eine Mehrzahl von Elektroden strukturiert. Die strukturierten Elektroden können verwendet werden, um eine Flüssigkristall-Vorrichtung auszubilden. In einer weiteren Ausführungsform sind zwei leitfähige Substrate einander gegenüber angeordnet und sind cholesterische Flüssigkristalle dazwischen angeordnet, um eine Vorrichtung auszubilden. Die leitfähige, strukturierte Indiumzinnoxid-Schicht kann eine Vielfalt von Größen aufweisen. Beispielhafte Größen können Linienbreiten von 10 Mikrometer, Abstände zwischen Linien, das heißt Elektrodenbreiten von 200 Mikrometer, Schnittstärke, das heißt, Dicke des Indiumzinnoxid-Leiters von 100 Nanometern umfassen. Es sind auch Indiumzinnoxid-Dicken in der Größenordnung von 60, 70 und größer als 100 Nanometer möglich.
In einer typischen, matrixartig adressierbaren, lichtemittierenden Display-Vorrichtung sind zahlreiche lichtemittierende Vorrichtungen auf einem einzelnen Substrat ausgebildet und in Gruppen in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Aktivierung kann durch Reihen und Spalten erfolgen, oder in einer aktiven Matrix mit individuellen Kathoden- und Anodenbahnen. OLEDs werden oftmals hergestellt, indem zuerst eine transparente Elektrode auf dem Substrat abgeschieden wird, und diese in Elektrodenabschnitte strukturiert wird. Die organische(n) Schicht(en) wird/werden dann über die transparente Elektrode abgeschieden. Über die Elektrodenschichten kann eine metallische Elektrode ausgebildet werden. Zum Beispiel wird im U.S. Patent Nr. 5,703,436 an Forrest et al., das hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird, transparentes Indiumzinnoxid (ITC) als die lochinjizierende Elektrode, und eine Mg-Ag-ITO-Elektrodenschicht zur Elektroneninjektion verwendet.
Zusätzlich zu einer zweiten leitfähigen Schicht können andere Mittel verwendet werden, um ein Feld zu erzeugen, das den Zustand der Flüssigkristall-Schicht umzuschalten vermag, wie zum Beispiel in den U.S. Patentanmeldungen mit dem Aktenzeichen 20010008582 A1 , 20030227441 A1 , 20010006389 A1 und den U.S. Patenten Nr. 6,424,387 , 6,269,225 und 6,104,448 beschrieben ist, die alle hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Für höhere Leitfähigkeiten kann/können die weitere(n) leitfähige(n) Schicht(en) eine auf Silber basierende Schicht enthalten, die nur Silber enthält oder Silber, das ein davon verschiedenes Element enthält, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Cadmium (Cd), Gold (Au), Zink (Zn), Magnesium (Mg), Zinn (Sn), Indium (In), Tantal (Ta), Titan (Ti), Zirconium (Zr), Cer (Ce), Silicium (Si), Blei (Pb) oder Palladium (Pd). In einer bevorzugten Ausführungsform enthält/enthalten die weitere(n) leitfähige(n) Schicht oder Schichten wenigstens eine von Gold, Silber und einer Gold/Silber-Legierung, zum Beispiel eine Schicht aus Silber, die auf einer oder beiden Seiten einer dünneren Schicht aus Gold beschichtet ist. Siehe Int. Veröffentlichung Nr. WO 99/36261 von Polaroid Corporation. In einer weiteren Ausführungsform kann/können die weitere(n) leitfähige(n) Schicht oder Schichten eine Schicht aus Silberlegierung enthalten, zum Beispiel eine Schicht aus Silber, die auf einer oder beiden Seiten mit einer Schicht von Indiumceroxid (InCeO) beschichtet ist. Siehe U.S. Patent Nr. 5,667,853 , das hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird.
Diese weiteren leitfähigen Schichten können strukturiert werden durch Be strahlen der mehrschichtigen Leiter/Substrat-Struktur mit Ultraviolettstrahlung, so dass Teile der leitfähigen Schicht davon abladiert werden. Es ist auch bekannt, einen infraroten (IR) Lichtleiter-Laser zum Strukturieren einer metallischen leitfähigen Schicht zu verwenden, die einen Kunststofffilm überdeckt, wobei die leitfähige Schicht direkt durch Scannen eines Musters über der Leiter/Film-Struktur abladiert wird. Siehe: Int. Veröffentlichung Nr. WO 99/36261 und "42.2: A New Conductor Struktur for Plastic LCD Applications Utilizing 'All Dry' Digital Laser Patterning," 1998 SID International Symposium Digest of Technical Papers, Anaheim, Kalifornien, 17.-22. Mai 1998, Nr. BAND 29, 17. Mai 1998, Seiten 1099-1101, die beide hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden.
In einer Ausführungsform sind die weiteren Leiter eine gedruckte leitfähige Tinte, wie zum Beispiel ELEKTRODAG 423SS, ein siebdruckbares leitfähiges Material von Acheson Corporation. Derartige gedruckte Materialien sind fein verteilte Graphitpartikel in einem thermoplastischen Harz. Diese Leiter werden unter Verwenden von gedruckten Tinten ausgebildet, um die Kosten für Displays zu senken. Die Verwendung eines flexiblen Trägers für eine Substratschicht, einer lasergeätzten leitfähigen Schicht, einer maschinenbeschichteten, Polymer dispergierten, cholesterischen Schicht, und Drucken weiterer Leiter ermöglicht die Herstellung von sehr preisgünstigen Speicherdisplays. Kleine Displays, die unter Verwenden dieser Verfahren ausgebildet werden, können als elektronisch wieder beschreibbare Transaktionskarten für kostengünstige, beschränkte Wiederbeschreibanwendungen verwendet werden.
Ein lichtabsorbierender Leiter kann auf der dem einfallenden Licht gegenüberliegenden Seite positioniert sein. In dem vollständig entwickelten, fokal konischen Zustand ist der cholesterische Flüssigkristall transparent, lässt einfallendes Licht hindurch, das durch einen absorbierenden Leiter absorbiert wird, um ein schwarzes Bild zu ergeben. Fortschreitende Entwicklung des fokal konischen Zustands lässt den Betrachter ein anfänglich hell reflektiertes Licht sehen, das in Schwarz übergeht, wenn sich das cholesterische Material vom planaren Zustand zu einem vollständig entwickelten, fokal konischen Zustand verändert. Der Übergang zu dem lichtdurchlässigen Zustand ist fortschreitend, und ein Variieren der Dauer niedriger Spannung ermöglicht variable Reflektionsgrade. Diese variablen Grade können in entsprechende Graustufen übertragen werden, und wenn das Feld entfernt wird, behält die lichtmodulierende Schicht einen gegebenen optischen Zustand unbegrenzt bei. Die Zustände werden vollständiger im U.S. Patent 5,437,811 diskutiert.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die elektronisch leitfähige Polymerschicht auf der Seite der Flüssigkristall-Schicht gegenüber dem Substrat ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist ein weiterer Leiter zwischen dem Substrat und der Flüssigkristall-Schicht und auf der Seite gegenüber der elektronisch leitfähigen Polymerschicht angeordnet. In Vorrichtungen nach dem Stand der Technik würde die elektronisch leitfähige Polymerschicht als zweiter Leiter oder zweite leitfähige Schicht angesehen.
Die Flüssigkristall-Vorrichtung kann auch wenigsten eine "funktionelle Schicht" zwischen der leitfähigen Schicht und dem Substrat enthalten. Die funktionelle Schicht kann eine Schutzschicht oder eine Sperrschicht enthalten. Die für die Durchführung der Erfindung verwendbare Schutzschicht kann durch eine Anzahl von gut bekannten Techniken aufgebracht werden, wie zum Beispiel Tauchbeschichten, Stangenbeschichten, Rakelbeschichten, Luftbürstenbeschichten, Gravurbeschichten und Umkehrwalzenbeschichten, Extrusionsbeschichten, Gleitbeschichten, Gießbeschichten und dergleichen. Die Flüssigkristall-Partikel und das Bindemittel werden bevorzugt in einem flüssigen Medium zusammengemischt um eine Beschichtungszusammensetzung auszubilden. Das flüssige Medium kann ein Medium sein, wie zum Beispiel Wasser oder andere wässrige Lösungen, in dem die hydrophilen Kolloide in oder ohne die Anwesenheit von oberflächenaktiven Mitteln dispergiert sind. Eine bevorzugte Sperrschicht kann als eine Gassperre oder eine Feuchtigkeitssperre wirken und kann SiOx, AlOx oder ITO enthalten. Die Schutzschicht, zum Beispiel eine Acrylhartbeschichtung, fungiert dazu, Laserlicht daran zu hindern, in funktionelle Schichten zwischen der Schutzschicht und dem Substrat einzudringen, wodurch sowohl die Sperrschicht als auch das Substrat geschützt werden. Die funktionelle Schicht kann auch als ein Haftvermittler der leitfähigen Schicht an das Substrat dienen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der polymere Träger weiter eine anti statische Schicht enthalten, um unerwünschten Ladungsaufbau auf der Fläche oder Bahn während Rollförderung oder Flächenfertigstellung zu bewältigen. In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung weist die antistatische Schicht einen Oberflächenwiderstand von zwischen 10⁵ bis 10¹² Ohm/sq. auf. Oberhalb von 10¹² Ohm/sq. stellt die antistatische Schicht typischerweise keine ausreichende Leitung von Ladung bereit, um eine statische Aufladung zu verhindern, bis hin zum Verhindern von Schleier in fotografischen Systemen oder von unerwünschtem Punktschalten in Flüssigkristall-Displays. Während Schichten mit mehr als 10⁵ Ohm/sq. statische Aufladung verhindern, sind die meisten antistatischen Materialien inhärent nicht so leitfähig und in jenen Materialien, die leitfähiger sind als 10⁵ Ohm/sq., existiert üblicherweise etwas mit ihnen verbundene Farbe, die die Gesamttransmissionseigenschaften des Displays verringern. Die antistatische Schicht ist getrennt von der hoch leitfähigen Schicht aus Indiumzinnoxid und stellt die beste statische Steuerung bereit, wenn sie sich auf der gegenüberliegenden Seite des Bahnsubstrats von jener der Indiumzinnoxid-Schicht befindet. Dies kann das Bahnsubstrat selbst einschließen.
Ein weiterer Typ von funktioneller Schicht kann eine Farbkontrastschicht sein. Farbkontrastschichten können Strahlung reflektierende Schichten oder Strahlung absorbierende Schichten sein. In einigen Fällen kann das hinterste Substrat eines jeden Displays bevorzugt schwarz gefärbt sein. Die Farbkontrastschicht kann auch andere Farben aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform enthält die dunkle Schicht gemahlene, nicht leitfähige Pigmente. Die Materialien sind unter 1 Mikrometer gemahlen, um "Nanopigmente" auszubilden. In einer bevorzugten Ausführungsform absorbiert die dunkle Schicht alle Wellenlängen von Licht über das sichtbare Lichtspektrum hinweg, das heißt von 400 Nanometer bis 700 Nanometer Wellenlänge. Die dunkle Schicht kann auch einen Satz oder mehrfache Pigmentdispersionen enthalten. Geeignete, in der Farbkontrastschicht verwendete Pigmente können alle gefärbten Materialien sein, die in dem Medium, in das sie inkorporiert werden, praktisch unlöslich sind. Geeignete Pigmente umfassen jene, die in Industrial Organic Pigments: Production, Properties, Applications von W. Herbst und K. Hunger, 1993, Wiley Publishers, beschrieben sind. Diese umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Azopigmente, wie zum Beispiel Monoazogelb und -orange, Diazo, Naphthol, Naphtholrote, Azolacke, Benzimidazolon, Diazokondensation, Metallkomplex, Isoindolinon und Isoindolin-, polyzyklische Pigmente, wie zum Beispiel Phthalocyanin, Chinacridon, Perylen, Perinon, Diketopyrrolo-pyrrol und Thioindigo, und Anthrachinonpigmente, wie zum Beispiel Anthrapyrimidin.
Die funktionelle Schicht kann auch ein dielektrisches Material enthalten. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Schicht eine Schicht, die nicht leitfähig ist oder den Elektrizitätsfluss blockiert. Dieses dielektrische Material kann ein durch Ultraviolettstrahlung härtbares, thermoplastisches, siebdruckbares Material umfassen, wie zum Beispiel die dielektrische Beschichtung Elektrodag 25208 von Acheson Corporation. Das dielektrische Material bildet eine dielektrische Schicht aus. Diese Schicht kann Öffnungen enthalten, um Bildbereiche zu definieren, die mit den Öffnungen koinzident sind. Da das Bild durch ein transparentes Substrat betrachtet wird, werden die Zeichen gespiegelt. Das dielektrische Material kann eine Haftschicht ausbilden, um danach eine leitfähige Schicht an die lichtmodulierende Schicht zu binden.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-enthaltende Zusammensetzung kann durch eine Anzahl von gut bekannten Techniken aufgebracht werden, wie zum Beispiel Tauchbeschichten, Stangenbeschichten, Rakelbeschichten, Luftbürstenbeschichten, Gleitbeschichten (oder Schwallbeschichten), Gießbeschichten und dergleichen.
Nach dem Beschichten wird die Schicht im Allgemeinen durch einfaches Verdampfen getrocknet, das durch bekannte Techniken, wie zum Beispiel Konvektionsheizen, beschleunigt werden kann. Bekannte Beschichtungs- und Trocknungsverfahren sind detaillierter in Research Disclosure Nr. 308119, veröffentlicht im Dez. 1989, Seiten 1007 bis 1008 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird.
Eine beschichtete Fläche kann unter Verwenden von kostengünstigen effizienten Schichtbildungsverfahren ausgebildet werden. Eine einzelne große Menge von flächigem Material kann beschichtet werden und zu verschiedenen Typen von kleineren Flächen zur Verwendung in Display-Vorrichtungen ausgebildet werden, wie zum Beispiel Transaktionskarten, Regaletiketten, großflächige Beschilderung und dergleichen. Erfindungsgemäße Displays in der Form von Flächen bzw. Folien sind preiswert, einfach, und werden unter Verwenden von kostengünstigen Verfahren hergestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bilderzeugungsschicht oder lichtmodulierende Schicht zuerst aufgebracht und man lässt sie trocknen, um eine selbstgeordnete dichtgepackte Monoschicht von Tröpfchen des lichtmodulierenden Materials in einem Film von koaleszierten Latexpartikeln auszubilden. Dann wird eine wässrige Schicht, die ein elektronisch leitfähiges Polymer enthält, aufgebracht. In einer bevorzugten kommerziellen Ausführungsform hat das zu beschichtende Substrat die Form einer sich bewegenden Bahn. Nach Fertigstellung der Herstellung eines beschichteten flächigen Flussigkristall-Materials zwischen voneinander beabstandeten Elektroden (leitfähige Schichten), kann das flächige Material in eine Mehrzahl von kleineren individuellen Flächen zur Verwendung in verschiedenen Display- oder weiteren Anwendungen geschnitten werden. Die folgenden Beispiele werden zum Erläutern der Erfindung bereitgestellt.
Beispiel 1 (Erfindung)
Es wurde eine chiral nematische Zusammensetzung mit einer zentralen Reflexions-Wellenlänge (CWR) von 590 nm hergestellt durch Zusetzen einer geeigneten Menge eines stark verdrehenden chiralen Dotiermaterials zu der nematischen Wirtsmischung BL087, die von Merck, Darmstadt, Deutschland, bezogen wurde.
Es wurde eine Dispersion der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung mit CWR bei 590 nm wie folgt hergestellt. Zu 502 Gramm destilliertem Wasser wurden 7,5 Gramm Ludox TM kolloidale Siliciumdioxid-Suspension und 15,5 Gramm einer 10%-igen Gewicht/Gewicht wässrigen Lösung eines Copolymers aus Methylaminoethanol und Adipinsäure zugesetzt. Hierzu wurden 225 Gramm der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung zugesetzt. Die Mischung wurde unter Verwenden eines Silverson-Mischers bei 5000 U/min gerührt. Sie wurde dann bei 3000 psi durch einen Mikrowirbelschichtreaktor geleitet. Schließlich wurde die resultierende Dispersion durch einen 23 μm-Filter geleitet. Die Tröpfchengrößen-Verteilung in der Dispersion wurde unter Verwenden eines Coulter Counter gemessen. Es wurde herausgefunden, dass die mittlere Größe 9,5 Mikrometer und der Variations koeffizient (cv) 0,14 betrugen.
Die obige Dispersion wurde mit einer wässrigen Suspension von Polyurethan-Polymerlatex NeoRez R-9249 von NeoResins, Wilmington MA, USA, und einer Lösung von Olin 10G in Wasser gemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, die 15% Gewicht/Gewicht cholesterisches Flüssigkristall-Material, 5,0% Polymerlatex und 0,1% Olin 10G enthielt. Die Zusammensetzung wurde über einen Kunststoffträger mit einer dünnen Schicht Indiumzinnoxid (ITO) ausgebreitet, um eine gleichmäßige Bedeckung von etwa 5400 mg/m² von cholesterischem Flüssigkristall-Material zu ergeben. Der Kunststoffträger (DuPont ST504) mit einer sputterbeschichteten leitfähigen Indiumzinnoxid-Schicht (300 Ohm/sq. Widerstand) wurde von Bekaert bezogen. Die Dicke der Indiumzinnoxid-Schicht beträgt ungefähr 240 Angström. Während des Vorgangs wurde der Kunststoffträger auf einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23 °C) gehalten wurde, und auch die Beschichtungszusammensetzung wurde bei der gleichen Temperatur zugeführt oder aufgebracht. Die resultierende Beschichtung wurde dann unter Umgebungsbedingungen (23 °C) getrocknet.
Dann wurde eine Zusammensetzung über die obige Beschichtung aufgebracht, die 4% Diethylenglycol, 1% Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat), bezogen von H.C. Starck als Baytron P HC, und 95% Wasser enthielt. Die resultierende beschichtete Struktur wurde dann bei 60 °C für 1 Stunde erwärmt. Eine Untersuchung der fertigen beschichteten Struktur durch optische Mikroskopie zeigte eine sehr gleichmäßige dichtgepackte Organisation von Flüssigkristall-Tröpfchen. Die dicht gepackte Organisation war nicht gestört worden, als die Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat)-haltige Schicht darüber aufgetragen worden war.
Dann wurde die elektrooptische Antwort der Vorrichtung erhalten. Der Ansteuerungsimpuls war eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 250 Hz und einer Dauer von 100 Millisekunden. Es wurde herausgefunden, dass ein Spannungsimpuls von größer als 66 Volt erforderlich war, um das Display in den reflektierenden Zustand zu schalten, und ein Spannungsimpuls zwischen 32 und 46 Volt schaltete das Display in den schwach streuenden oder dunklen Zustand. Spannungen von kleiner als 8 Volt beeinflussten den Zustand des Displays nicht.
Beispiel 2 (Kontrolle)
Es wurde eine chiral nematische Zusammensetzung mit einer zentralen Reflexions-Wellenlänge (CWR) von 590 nm hergestellt durch Zusetzen einer geeigneten Menge eines stark verdrehenden chiralen Dotiermaterials zu der nematischen Wirtsmischung BL087, die von Merck, Darmstadt, Deutschland, bezogen wurde.
Es wurde eine Dispersion der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung mit CWR bei 590 nm wie folgt hergestellt. Zu 502 Gramm destilliertem Wasser wurden 7,5 Gramm Ludox TM kolloidale Siliciumdioxid-Suspension und 15,5 Gramm einer 10%-igen Gewicht/Gewicht wässrigen Lösung eines Copolymers aus Methylaminoethanol und Adipinsäure zugesetzt. Hierzu wurden 225 Gramm der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung zugesetzt. Die Mischung wurde unter Verwenden eines Silverson-Mischers bei 5000 U/min gerührt. Sie wurde dann bei 3000 psi durch einen Mikrowirbelschichtreaktor geleitet. Schließlich wurde die resultierende Dispersion durch einen 23 μm-Filter geleitet. Die Tröpfchengrößen-Verteilung in der Dispersion wurde unter Verwenden eines Counter Counter gemessen. Es wurde herausgefunden, dass die mittlere Größe 9,5 Mikrometer und der Variationskoeffizient (cv) 0,14 betrugen.
Die obige Dispersion wurde mit einer wässrigen Suspension von Polyurethan-Polymerlatex NeoRez R-9249 von NeoResins, Wilmington MA, USA, und einer Lösung von Olin 10G in Wasser gemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, die 15% Gewicht/Gewicht cholesterisches Flüssigkristall-Material, 5,0% Polymerlatex und 0,1% Olin 10G enthielt. Die Zusammensetzung wurde über einen Kunststoffträger mit einer dünnen Schicht von Indiumzinnoxid (ITO) ausgebreitet, um eine gleichmäßige Bedeckung von etwa 5400 mg/m² von cholesterischem Flüssigkristall-Material zu ergeben. Der Kunststoffträger (DuPont ST504) mit einer sputterbeschichteten leitfähigen Indiumzinnoxid-Schicht (300 Ohm/sq. Widerstand) wurde von Bekaert bezogen. Die Dicke der Indiumzinnoxid-Schicht beträgt ungefähr 240 Angström. Während des Vorgangs wurde der Kunststoffträger auf einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23 °C) gehalten wurde, und auch die Beschichtungszusammensetzung wurde bei der gleichen Temperatur zugeführt oder aufgebracht. Die resultierende Beschichtung wurde dann unter Umgebungsbedingungen (23 °C) getrocknet.
Dann wurde eine Zusammensetzung über die obige Beschichtung aufgebracht, die 1% Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat), bezogen von H.C. Starck als Baytron P HC, und 95% Wasser enthielt. Die resultierende beschichtete Struktur wurde dann bei 60 °C für 1 Stunde erwärmt. Eine Untersuchung der fertigen beschichteten Struktur durch optische Mikroskopie zeigte eine sehr gleichmäßige dichtgepackte Organisation von Flüssigkristall-Tröpfchen. Die dicht gepackte Organisation war nicht gestört worden, als die Poly(3,4-ethylendioxythiophenstyrolsulfonat)-haltige Schicht darüber aufgetragen worden war. Jedoch schienen Bläschen und andere Störungen an der Grenzfläche zwischen der hydrophoben Polymermatrix der Flüssigkristall-Schicht und der wasserbasierten leitfähigen Schicht vorhanden zu sein, die die beschichtete Struktur nicht akzeptabel machen.
Es wurde herausgefunden, dass die zum Schalten des Displays erforderliche Spannung extrem hoch war.
Beispiel 3 (Kontrolle)
Beispiel 3 demonstriert die Ergebnisse, die erhalten werden, wenn eine leitfähige Schicht auf eine Flüssigkristall-Schicht mit einer Sperrschicht beschichtet oder gedruckt wird, was zu einer erhöhten Dicke führt, um die Flüssigkristall-Schicht vor dem Trägerlösungsmittel für die leitfähige Schicht zu schützen.
Es wurde eine chiral nematische Zusammensetzung mit einer zentralen Reflexions-Wellenlänge (CWR) von 590 nm hergestellt durch Zusetzen einer geeigneten Menge eines stark verdrehenden chiralen Dotiermaterials zu der nematischen Wirtsmischung BL087, die von Merck, Darmstadt, Deutschland, bezogen wurde.
Es wurde eine Dispersion der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung mit CWR bei 590 nm wie folgt hergestellt. Zu 502 Gramm destilliertem Wasser wurden 7,5 Gramm Ludox TM kolloidale Siliciumdioxid-Suspension und 15,5 Gramm einer 10%-igen Gewicht/Gewicht wässrigen Lösung eines Copolymers aus Methylaminoethanol und Adipinsäure zugesetzt. Hierzu wurden 225 Gramm der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung zugesetzt. Die Mischung wurde unter Ver wenden eines Silverson-Mischers bei 5000 U/min gerührt. Sie wurde dann bei 3000 psi durch einen Mikrowirbelschichtreaktor geleitet. Schließlich wurde die resultierende Dispersion durch einen 23 μm-Filter geleitet. Die Tröpfchengrößen-Verteilung in der Dispersion wurde unter Verwenden eines Coulter Counter gemessen. Es wurde herausgefunden, dass die mittlere Größe 9,5 Mikrometer und der Variationskoeffizient (cv) 0,14 betrugen.
Die obige Dispersion wurde mit einer wässrigen Suspension von Polyurethan-Polymerlatex NeoRez R-9249 von NeoResins, Wilmington MA, USA, und einer Lösung von Beschichtungshilfsmittel Olin 10G in Wasser gemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, die 15% Gewicht/Gewicht cholesterisches Flüssigkristall-Material, 5,0% Polymerlatex und 0,1% Olin 10G enthielt. Die Zusammensetzung wurde über einen Kunststoffträger mit einer dünnen Schicht Indiumzinnoxid (ITO) unter Verwenden eines Streichmessers mit einem Abstand von 0,008 cm ausgebreitet. Der Kunststoffträger (DuPont ST504) mit einer sputterbeschichteten leitfähigen Indiumzinnoxid-Schicht (300 Ohm/sq. Widerstand) wurde von Bekaert bezogen. Die Dicke der Indiumzinnoxid-Schicht beträgt ungefähr 240 Ångström. Während des Vorgangs wurde der Kunststoffträger auf einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23 °C) gehalten wurde, und auch die Beschichtungszusammensetzung wurde bei der gleichen Temperatur zugeführt oder aufgebracht. Die resultierende Beschichtung wurde dann unter Umgebungsbedingungen (23 °C) getrocknet.
Die Beschichtung wurde dann auf einen Beschichtungsblock platziert, der bei 23 °C gehalten wurde. Dann wurde eine Zusammensetzung, die 4% Typ IV Rindergelatine und 0,1% Aerosol OT in destilliertem Wasser enthielt, unter Verwendung eines Streichmesser mit einem Abstand von 0,008 cm darüber ausgebreitet, um die Schutz-/Sperr-Deckschicht zu bilden. Die Beschichtung wurde dann bei 23 °C getrocknet. Für diese oberste Schicht oder Schutzdeckschicht lagen die Temperatur des Beschichtungsblocks und die Trocknungstemperatur beide unterhalb der Sol-Gel-Übergangstemperatur des Bindemittels.
Dann wurde eine auf Kohlenstoff basierend leitfähige Tinte (Elektrodag 423SS von Acheson Corporation) über die Schutzdeckschicht siebgedruckt, um den Aufbau der Display-Vorrichtung fertig zu stellen. Dann wurde die elektrooptische Antwort der Vorrichtung erhalten. Der Ansteuerungsimpuls war eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 250 Hz und einer Dauer von 100 Millisekunden.
Es wurde herausgefunden, dass ein Spannungsimpuls von größer als 138 Volt erforderlich war, um das Display in den reflektierenden Zustand zu schalten, und ein Spannungsimpuls zwischen 64 und 86 schaltete das Display in den schwach streuenden oder dunklen Zustand. Spannungen von kleiner als 12 Volt beeinflussten den Zustand des Displays nicht. Es ist klar, dass die zum Schalten des Displays in den reflektierenden Zustand erforderliche Spannung signifikant höher war als jene der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beispiel 4 (Kontrolle)
Beispiel 4 demonstriert die Ergebnisse, die erhalten werden, wenn eine leitfähige Schicht auf eine Flüssigkristall-Schicht beschichtet oder gedruckt wird.
Es wurde eine chiral nematische Zusammensetzung mit einer zentralen Reflexions-Wellenlänge (CWR) von 590 nm hergestellt durch Zusetzen einer geeigneten Menge eines stark verdrehenden chiralen Dotiermaterials zu der nematischen Wirtsmischung BL087, die von Merck, Darmstadt, Deutschland, bezogen wurde.
Es wurde eine Dispersion der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung mit CWR bei 590 nm wie folgt hergestellt. Zu 502 Gramm destilliertem Wasser wurden 7,5 Gramm Ludox TM kolloidale Siliciumdioxid-Suspension und 15,5 Gramm einer 10%-igen Gewicht/Gewicht wässrigen Lösung eines Copolymers aus Methylaminoethanol und Adipinsäure zugesetzt. Hierzu wurden 225 Gramm der cholesterischen Flüssigkristall-Zusammensetzung zugesetzt. Die Mischung wurde unter Verwenden eines Silverson-Mischers bei 5000 U/min gerührt. Sie wurde dann bei 3000 psi durch einen Mikrowirbelschichtreaktor geleitet. Schließlich wurde die resultierende Dispersion durch einen 23 μm-Filter geleitet. Die Tröpfchengrößen-Verteilung in der Dispersion wurde unter Verwenden eines Counter Counter gemessen. Es wurde herausgefunden, dass die mittlere Größe 9,5 Mikrometer und der Variationskoeffizient (cv) 0,14 betrugen.
Die obige Dispersion wurde mit einer wässrigen Suspension von Polyurethan- Polymerlatex NeoRez R-9249 von NeoResins, Wilmington MA, USA, und einer Lösung von Olin 10G in Wasser gemischt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu ergeben, die 15% Gewicht/Gewicht cholesterisches Flüssigkristall-Material, 5,0% Polymerlatex und 0,1% Olin 10G enthielt. Die Zusammensetzung wurde über einen Kunststoffträger mit einer dünnen Schicht von Indiumzinnoxid (ITO) ausgebreitet, um eine gleichmäßige Bedeckung von etwa 5400 mg/m² von cholesterischem Flüssig- kristall-Material zu ergeben. Der Kunststoffträger (DuPont ST504) mit einer sputterbeschichteten leitfähigen Indiumzinnoxid-Schicht (300 Ohm/sq. Widerstand) wurde von Bekaert bezogen. Die Dicke der Indiumzinnoxid-Schicht beträgt ungefähr 240 Angström. Während des Vorgangs wurde der Kunststoffträger auf einem Beschichtungsblock platziert, der auf Raumtemperatur (23 °C) gehalten wurde und auch die Beschichtungszusammensetzung wurde bei der gleichen Temperatur zugeführt oder aufgebracht. Die resultierende Beschichtung wurde dann unter Umgebungsbedingungen (23 °C) getrocknet.
Eine auf Kohlenstoff basierende leitfähige Tinte (Elektrodag 423SS von Acheson Corporation) wurde dann über die Flüssigkristall-Schicht siebgedruckt, um den Aufbau der Display-Vorrichtung fertig zu stellen.
Es wurde keine elektrooptische Antwort der Vorrichtung erhalten, da die beschichtete Schicht von Elektrodag 42355 die Flüssigkristall-Schicht beschädigte.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Display, das wenigstens ein Substrat und wenigstens eine elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht enthält, worin die elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht eine selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen hydrophoben Polymermatrix enthält, und die wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält.

Claims

Display enthaltend wenigstens ein Substrat und wenigstens eine elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, worin die elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht eine selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen, hydrophoben Polymermatrix enthält und die wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die wenigstens eine elektronisch modulierte Bilderzeugungsschicht ein chiral nematisches Flüssigkristall-Material enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen, hydrophoben Polymermatrix eine hexagonal dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen. ist.
Display nach Anspruch 1, worin die selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material in einer wasserunlöslichen, hydrophoben Polymermatrix eine Dicke von 4-6 μm aufweist.
Display nach Anspruch 1, worin die selbstgeordnete, dichtgepackte, geordnete Monoschicht von Domänen von elektrisch moduliertem Material einen quadratischen Mittelwert der Oberflächenrauheit von kleiner als 1,5 Mikrometer aufweist.
Display nach Anspruch 1, worin die wasserunlösliche, hydrophobe Polymermatrix Polymerlatex enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die wasserunlösliche hydrophobe Polymer matrix Polyurethanlatex enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die wasserunlösliche hydrophobe Polymermatrix wenigstens einen Latex enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Urethan, Styrol, Estern von alpha-methylenischen aliphatischen Monocarbonsäuren und Vinylidenhalogeniden besteht.
Display nach Anspruch 1, worin die wasserunlösliche hydrophobe Polymermatrix wässrige Suspensionen von Polyestern, Polyolefinen oder Kombinationen davon enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die wasserunlösliche hydrophobe Polymermatrix weiter ein oberflächenaktives Mittel enthält.
Display nach Anspruch 1, worin das elektronisch leitfähige Polymer Polythiophen enthält.
Display nach Anspruch 1, worin die elektronisch leitfähigen Polymere substituierte oder nicht substituierte anilinhaltige Polymere, substituierte oder nicht substituierte thiophenhaltige Polymere, oder substituierte oder nicht substituierte pyrrolhaltige Polymere sind.
Display nach Anspruch 1, worin die elektrisch leitfähige Schicht eine opake Schicht sein kann.
Display nach Anspruch 1, worin die elektrisch leitfähige Schicht eine lichtabsorbierende Schicht sein kann.
Display nach Anspruch 1, worin das Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel Diethylenglycol ist.
Display nach Anspruch 1, worin das Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N-Methylpyrrolidon, Pyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Ethylenglycol, Glycerin, Diethylenglycol und Triethylenglycol besteht.
Display nach Anspruch 1, worin das Substrat entfernbar ist.
Display nach Anspruch 1, worin die wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, die ein elektronisch leitfähiges Polymer und ein Leitfähigkeits-Erhöhungsmittel enthält, auf der Seite der elektronisch modulierten Bilderzeugungsschicht gegenüber dem Substrat angeordnet ist und weiter eine weitere elektrisch leitfähige Schicht enthält, die zwischen der elektronisch modulierten Bilderzeugungsschicht und dem Substrat angeordnet ist.
Display nach Anspruch 18, worin die weitere elektrisch leitfähige Schicht Indiumzinnoxid (ITO) enthält.