DE112011100732T5 - Elektrooptisches Schaltelement und elektrooptische Anzeige - Google Patents

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Masayoshi Suzuki
Naoya Fujiwara
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Merck Patent GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrooptische Schaltelemente und diese enthaltende Anzeigen. Insbesondere betrifft sie elektrooptische Schaltelemente enthaltend cholesterische Flüssigkristallschichten, insbesondere mit beidseitig drehenden Verdrillungsrichtungen, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, und/oder lichtemittierenden Anteilen, die in die cholesterischen Flüssigkristallschichten oder andere Schichten eingebettet sind, und ein lichtsteuerndes Element, das die Menge des durchgelassenen und/oder reflektierten Lichtes steuert. Die Anzeigen liefern helle Bilder sowohl unter hellen als auch unter dunklen Bedingungen mit geringem Stromverbrauch. Sie eignen sich besonders für E-Papier-Anwendungen und/oder digitale Beschilderungsanwendungen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrooptische Schaltelemente und deren Verwendung in elektrooptischen Anzeigen, sowie diese Anzeigen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektrooptische Schaltelemente, die zu hellen Bildern mit ausgezeichneter Sichtbarkeit unter hellen Umgebungslichtbedingungen und daher geringem Stromverbrauch führen und außerdem langfristige Betriebssicherheit bieten. Diese elektrooptischen Schaltelemente enthalten mindestens eine Schicht aus einem cholesterischen Flüssigkristall, die gegebenenfalls ein Material enthält, das seinerseits einen oder mehrere lichtemittierende Anteile enthält. Die elektrooptischen Schaltelemente gemäß der vorliegenden Anmeldung eignen sich besonders gut für Anwendungen in so genanntem elektronischem Papier (E-Papier).
  • Stand der Technik und zu lösende Probleme
  • In der japanischen Offenlegungsschrift JP 2008-233915 (A) werden elektrooptische Schaltelemente beschrieben, die ein Flüssigkristallmaterial mit helikaler Struktur, das gegebenenfalls einen Fluoreszenzfarbstoff enthält, als Leucht- und/oder Reflexionsmaterial mit verbessertem Kontrast verwenden, indem sie die ansonsten typische starke selektive Reflexion von Umgebungslicht durch die helikale Struktur des Flüssigkristalle vermeiden.
  • Elektrooptische Schaltelemente, die als Lichtumwandlungsmittel, das in der Lage ist, Licht (z. B. Umgebungslicht und/oder Licht aus einem Hintergrundbeleuchtungssystem) umzuwandeln, ein Flüssigkristallmaterial mit helikaler Struktur, das gegebenenfalls einen Fluoreszenzfarbstoff enthält, verwenden, wobei jedes der Lichtumwandlungsmittel
    • – in der Lage ist, den Polarisationszustand des Lichtes von nicht polarisiertem Licht entweder in linear polarisiertes Licht oder in zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln und gleichzeitig
    • – gegebenenfalls in der Lage ist, die Wellenlänge des Lichtes zu längeren Werten zu verschieben
    ist in der noch nicht offengelegten internationalen Patentanmeldung PCT/EP 2009/005866 beschrieben. Sie verwenden jedoch eine Flüssigkristallzelle, die einen oder mehrere Polarisatoren enthält, was dazu führt, dass die Vorrichtung nur die Hälfte des totalen Lichtes nutzt, und/oder zu Schwierigkeiten bei der Verwendung eines Anzeigeeffekts mit einem Memory-Effekt führt.
  • In der japanischen Offenlegungsschrift JP H08-286214 (A) (1996) wird eine reflektive Flüssigkristallanzeige beschrieben, die Flüssigkristalle des Guest-Host-Typs und einen Metallreflektor verwendet.
  • In der WO 2007/007384 wird eine reflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben, in der gestapelte cholesterische Flüssigkristallschichten, die ihre selektiven Reflexionen durch Anlegen einer Spannung ändern.
  • Anzeigevorrichtungen, die einen cholesterischen Flüssigkristall als das Material, das die Ausbreitung von Licht als Reaktion auf eine Ansprechspannung steuert und modifiziert, d. h. als Schaltmedium, verwenden, wiesen typischerweise einen Memory-Effekt auf und die angezeigten Bilder bleiben erhalten, nachdem die Ansprechspannung abgeschaltet wurde.
  • Diese Arten von elektronischem Papier sind jedoch nicht in der Lage, auch bei gedämpften Umgebungsbeleuchtungbedingungen deutliche Bilder mit gutem Kontrast und guter Lesbarkeit anzuzeigen. Die Situation ist sogar noch schlechter, wenn bei dieser Art von Anzeigen ein Farbfilter verwendet wird. In diesem Falle sind die angezeigten Bilder sogar bei hellen Lichtbedingungen schlecht. Die Lichtausnutzungseffizienz der Anzeigen wird durch den Farbfilter, der einen großen Teil des einfallenden Lichtes absorbiert, erheblich reduziert.
  • Neben diesen Anzeigen, in denen Flüssigkristalle als Schaltmedium verwendet werden, sind elektrophoretische Schaltelemente z. B. als „Quick Response Liquid Powder” oder als Anzeigen, in denen bichromatische Teilchen verwendet werden, bekannt. Diese Anzeigevorrichtungen weisen typischerweise ebenfalls einen Memory-Effekt auf und Bilder bleiben sogar erhalten, nachdem die Ansprechspannung abgeschaltet wurde. Beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2003-005225 (A) eine Anzeigevorrichtung, in der geladene Teilchen entweder gesammelt und auf einer kleinflächigen Elektrode konzentriert oder auf einer großflächigen Elektrode verteilt werden. So lässt sich die Vorrichtung von einem weißen in einen schwarzen Zustand schalten.
  • In der WO2005/098525 wird eine bevorzugte Größe solcher Teilchen beschrieben.
  • In den japanischen Offenlegungsschriften JP 2004-045643 (A) und JP 2007-206365 (A) eine Anzeigevorrichtung, in der kleine bichromatische kugelförmige Körper. Diese winzigen Kugeln sind in einem Fluid suspendiert/dispergiert und in einer Zelle eingeschlossen, die von einem Substratpaar zusammen mit einer Umrandung gebildet wird. Diese Kugeln weisen jeweils zwei unterschiedliche Halbkugeln auf. Eine dieser Halbkugeln ist schwarz, während die andere weiß ist. Und gleichzeitig sind die beiden Halbkugeln elektrisch geladen, mit einer Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen zueinander. Bei Anlegen einer Spannung mit der entsprechenden Polarität an ein Elektrodenpaar an den Innenseiten der Substrate wird ein elektrisches Feld mit einer bestimmten Richtung erzeugt. Je nach Ausrichtung der unterschiedlich geladenen Halbkugeln erfahren die bichromatischen Kugeln ein Drehmoment und werden gedreht. Anlegen einer Spannung mit der entsprechenden Polarität führt also dazu, dass die Halbkugeln einem Betrachter entweder ihre schwarze Halbkugel oder ihre weiße Halbkugel zeigen und so schwarze und weiße Zustände angezeigt werden können. Der elektrooptische Effekt dieser Anzeigen wird auch „Elektrokreiseleffekt” genannt, nach der durch ein elektrisches Feld erzeugten Rotation.
  • Um ein Farbbild zu realisieren, schlägt die japanische Offenlegungsschrift JP 2004-199022 (A) vor, drei verschiedene Arten von bichromatischen Kugeln zu verwenden, bei denen die Halbkugel der bichromatischen Kugeln, die nicht schwarz ist, anstelle von weiß eine von drei alternativen, unterschiedlichen Farben, z. B. eine der drei Primärfarben (rot, grün und blau) aufweist.
  • Alternativ schlägt die US 2002/0180688 (A) die Verwendung eines Farbfilters auf einer entsprechenden Schwarz-Weiß-Anzeige vor.
  • Diese Anzeigen können jedoch keine bewegenden Bilder anzeigen, aber ihre Bilder bleiben nach Abschalten der Treiberspannung erhalten, was für bestimmte Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen Strom gespart werden muss. Sie werden oft als elektronisches Papier (kurz E-Papier) bezeichnet und werden derzeit im großen Maßstab untersucht und entwickelt, um normales Papier als Anzeigemedium zu ersetzen.
  • Auch für die Elektrokreisel-Anzeigen, in denen die zweifarbigen Halbkugeln mit bipolaren Ladungen verwendet werden, ist die Lichtausnutzungseffizienz recht gering. Hier liegt der Grund darin, dass ihre Reflexionseffizienz recht gering ist, aufgrund der Verwendung von Farbfiltern insbesondere für Farbbilder. Auch sie können selbst unter hellen Lichtbedingungen keine kräftigen Bilder liefern.
  • Eine reflektive Flüssigkristallanzeige, die keinen Polarisator verwendet, wird in SID 06 DIGEST, S. 769 bis 772 beschrieben. Hier wird eine polymerdispergierte Flüssigkristallanzeige (polymer dispersed liquid crystal display – PDLC-Anzeige) mit einem Retroreflektor beschrieben. In dem Zustand, in dem der PDLC transparent ist, ist das Bild schwarz, und wenn der PDLC Licht streut, ist das Bild weiß.
  • Bei dieser Art von Anzeige ist es wünschenswert, dass der Retroreflektor kleiner ist als die Pupille des menschlichen Auges. Wenn der PDLC transparent ist, ist von dem Licht, das der Retroreflektor reflektiert, nur derjenige Teil des Lichtes, der sich in Richtung seiner Pupille ausbreitet, für den Betrachter sichtbar. Das bedeutet, dass es praktisch kein Licht gibt, das der Betrachter sieht, und das Bild erscheint schwarz. Befindet der PDLC sich jedoch im lichtstreuenden Zustand, so wird Umgebungslicht vom Retroreflektor reflektiert und vom PDLC gestreut. In diesem Fall wird auch Licht sichtbar, das ursprünglich aus anderen Richtungen als der Richtung der Pupille des Betrachters kam, und das Bild erscheint weiß.
  • Die Herstellung des in diesen Anzeigen verwendeten Retroreflektors erfordert jedoch mikrolithographische Schritte mit hoher Auflösung und lässt sich schwer auf die Gesamtfläche größerer Anzeigen ausweiten.
  • Vorliegende Erfindung
  • In der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere elektrooptische Schaltelemente verwendet, die in der Lage sind, als Antwort auf das Anlegen einer elektrischen Spannung die Lichtstärke zu verändern, vorzugsweise die Lichtstärke zu regulieren oder modifizieren, d. h. die Lichtstärke zu steuern. Derartige elektrooptische Schaltelemente sind in der Lage, die Stärke des Lichtes, das von den entsprechenden Teilen einer Vorrichtung durchgelassen und/oder reflektiert wird, zu regulieren. Solche elektrooptischen Schaltelemente gemäß der vorliegenden Erfindung erfordern kein Mittel zur Polarisierung von Licht, z. B. einen Polarisator, und enthalten ein solches vorzugsweise auch nicht. Vorzugsweise enthalten die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung kein Mittel, um Licht zu polarisieren oder die Polarisierung des Lichtes zu ändern, und insbesondere bevorzugt enthalten sie keinen Polarisator.
  • Vorzugsweise enthalten die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere elektrooptische Elemente, die in der Lage sind, den Grad der Transmission/Reflexion/Streuung des Lichtes zu schalten und/oder zu steuern.
  • Vorzugsweise enthalten die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Lichtreflexionsmittel, die in der Lage sind, Licht (z. B. Umgebungslicht) zu reflektieren, wobei das Lichtreflexionsmittel in der Lage ist, selektiv Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches zu reflektieren.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei den Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung um elektronische Anzeigen. Besonders bevorzugt handelt es sich um Anzeigen zum Anzeigen von Information und insbesondere bevorzugt um Anzeigen für so genanntes „elektronisches Papier”.
  • Vorteilhaft werden entsprechende neue Anzeigevorrichtungen verwendet, die nur reflektiertes Licht nutzen, da sie eine erhebliche Verringerung des Stromverbrauches erzielen.
  • Die Verwendung eines oder mehrerer elektrooptischer Elemente, die in der Lage sind, den Grad der Transmission/Reflexion/Streuung des Lichtes zu schalten und/oder zu steuern, was die Verwendung von zwei unterschiedlichen cholesterischen Schichten gleichzeitig im Zusammenhang mit einem elektrooptischen Element, d. h. in einem elektrooptischen Schaltelement, gestattet. Diese beiden unterschiedlichen Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall besitzen vorzugsweise einander entgegengesetzte Verdrillungsrichtung (d. h. einen einander entgegengesetzten Drehsinn) in Verhältnis zueinander.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiesen die elektrooptischen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine einzigartige Kombination und Anordnung von optischen Elementen auf, so dass sie sowohl reflektiertes Umgebungslicht als auch das Licht einer Hintergrundbeleuchtung nutzen und dadurch zu hellen Bildern mit deutlicher Sichtbarkeit unter hellen Umgebungslichtbedingungen bei geringem Stromverbrauch führen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet man ein oder mehrere optische Elemente, die Folgendes enthalten
    • – ein oder mehrere Lichtreflexionsmittel, die in der Lage sind, Licht zu reflektieren (z. B. Umgebungslicht), wobei das Lichtreflexionsmittel – in der Lage ist, selektiv Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches zu reflektieren und gleichzeitig – gegebenenfalls in der Lage ist, die Wellenlänge des Lichtes zu längeren Werten, vorzugsweise zum sichtbaren Licht zu verschieben, und
    • – mindestens eines der Umwandlungsmittel – in der Lage ist, die Wellenlänge des Lichtes zu längeren Werten zu verschieben und
    • – ein Material, vorzugsweise in Form einer Schicht, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu verändern, vorzugsweise die Lichtstärke zu regulieren oder zu modifizieren, d. h. die Lichtstärke zu schalten und/oder zu steuern, vorzugsweise versehen mit einem oder mehreren Mitteln zum elektrischen Ansprechen des Materials,
    • – vorzugsweise keinem Mittel zum Polarisieren von Licht und
    • – gegebenenfalls einem Beleuchtungsmittel, wie z. B. einer Hintergrundbeleuchtung.
  • Die elektrooptischen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ein oder mehrere optische Elemente, die derart angeordnet sind, dass sie das Licht von dem Hintergrundbeleuchtungssystem recht effizient nutzen und dass außerdem die Strahlung von dem Hintergrundbeleuchtungssystem keine Strahlung mit hoher Energie enthält, vorzugsweise enthält sie keine UV-Strahlung und besonders bevorzugt auch kein blaues Licht mit kurzen Wellenlängen. Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge des Lichtes 385 nm oder mehr, besonders bevorzugt 420 nm oder mehr und insbesondere bevorzugt 435 nm oder mehr.
  • Der Ausdruck „Material, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu verändern”, bedeutet, dass der Transmissionszustand durch das Material durch Anlegen einer externen Kraft, vorzugsweise durch elektrisches Ansprechen, mindestens von einem Zustand zu mindestens einem anderen Zustand verändert werden kann. Die Änderung der Transmission kann sein, und vorzugsweise ist, mehr oder weniger kontinuierlich, um die Darstellung von Graustufen zu erleichtern.
  • Es ist jedoch auch möglich, elektrooptische Schaltelemente zu verwenden, die Effekte nutzen, die Bistabilität aufweisen. Der letzere Fall wird häufig vorteilhaft in Vorrichtungen für Anwendungen verwendet, die sparsamen Umgang mit der verwendeten Energie erfordern, wie z. B. in E-Papier-Anwendungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtreflexionsmittel können unterschiedliche Formen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten sie eine oder mehrere Schichten, die mehr oder weniger eben sind, im Wesentlichen durchgehende Schichten, die vorzugsweise im Wesentlichen alle Schaltelemente der Anzeige bedecken. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Reflexionsmittel vorzugsweise strukturiert, z. B. in einem Muster, wie z. B. im Wesentlichen kongruent mit den Pixeln oder Subpixeln einer Anzeige, wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Element realisiert, das eine oder mehrere Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall mit mindestens einer Verdrillungsrichtung oder eine cholesterische Flüssigkristallschicht, die mindestens einen lichtemittierenden Anteil als Reflektor enthält, enthält und eine optische Komponente aufweist, die die Lichtstärke steuert. Da eine cholesterische Flüssigkristallschicht ein effizienter Lichtreflektor ist, ist die Reflexionsstärke recht hoch. Cholesterische Flüssigkristalle mit sowohl rechts- als auch linksdrehenden Verdrillingsrichtungen sind verfügbar und somit lässt sich theoretisch eine Reflexionseffizienz von 100% erzielen. Außerdem kann mindestens eine der cholesterischen Flüssigkristallschichten Licht ein Material enthalten, das einen oder mehrere emittierende Anteile enthält. Dann werden deutliche und gut lesbare Bilder sogar unter dunklen Bedingungen angezeigt, indem man die cholesterischen Flüssigkristallschichten mit einer entsprechenden Lichtquelle beleuchtet. Die cholesterischen Flüssigkristallschichten können leicht auf ein Substrat aufgetragen werden und können leicht hergestellt werden, da photopolymerisierbare Materialien verfügbar sind. Der lichtemittierende Anteil oder die lichtemittierenden Anteile können in einer von der cholesterischen Flüssigkristallschicht verschiedenen Schicht vorliegen, die vorzugsweise auf der einem Betrachter zugewandten Seite der cholesterischen Flüssigkristallschicht angeordnet ist.
  • Die cholesterische Schicht oder Schichten liegt/liegen vorzugsweise in Form einer polymerischen Folie oder von polymerischen Folien vor. Sie können vorteilhaft in Form einer Matrix mit Flächenteilen, die den Pixeln einer Anzeige entsprechen, strukturiert sein. Diese Flächenteile können in gemusterter Weise verschiedenen Farben entsprechen. Weiter können sie vorteilhaft aus Doppelschichten bestehen, die einander entgegengesetzte Verdrillungsrichtung zueinander aufweisen.
  • Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem optischen Element, das die Lichtmenge steuert, um eine Flüssigkristallzelle, die einen nematischen Flüssigkristall enthält, der mit einem oder mehreren dichroitischen Farbstoff(en) dotiert ist. In 1 ist die Vorrichtung für die Ausführungsform gezeigt, in der die verdrillt-nematische LC-Struktur verwendet wird. Diese Struktur kann entweder für Flüssigkristalle in verdrillt-nematischer Struktur oder in vertikal ausgerichteter Struktur angewendet werden. In diesen beiden verschiedenen möglichen Strukturen werden die entsprechenden Schaltzustände im Fall einer angelegten Spannung ausgetauscht gegen den Fall, wenn keine Spannung angelegt ist. Der Verdrillungswinkel beträgt vorzugsweise 90° oder etwa 90°. Der Flüssigkristall enthält einen oder mehrere dichroitische Farbstoffe (101). Der Flüssigkristall wird als „Host” und der dichroitische Farbstoff als „Guest” bezeichnet. Die dichroitischen Farbstoffe weisen ihren Übergangsmoment parallel zur ihrer Moleküllängsachse auf, in diesem Fall, die parallel zum Direktor des Host-Flüssigkristalls, d. h. dem Durchschnitt der Moleküllängsachse des Flüssigkristalls, ausgerichtet ist. Es können jedoch auch dichroitische Farbstoffe verwendet werden, deren Übergangsmoment senkrecht zur durchschnittlichen Ausrichtung der Moleküllängsachse liegt, d. h. dem Direktor des Flüssigkristall-Hosts. Der in dieser Figur gezeigte Flüssigkristall-Host (102) weist eine positive dielektrische Anisotropie auf. Auch ein Flüssigkristall-Host mit negativer dielektrischer Anisotropie kann jedoch vorteilhaft verwendet werden, wobei in diesem Fall die Zugabe eines chiralen Dotierstoffs zum Host-Flüssigkristall nur optional ist. Die aus dem Flüssigkristall-Host und dem dichroitischen Farbstoff bzw. den dichroitischen Farbstoffen bestehende Guest-Host-Mischung wird in eine Flüssigkristallzelle gefüllt, die aus zwei Substraten, von denen mindestens eines ein transparentes Substrat ist, und einer entsprechenden Umrandung besteht. Die beiden Substrate weisen jeweils eine transparente Elektrode (103) bzw. transparente Elektroden an ihren Innenseiten, d. h. dem Flüssigkristall zugewandt, auf. Die Elektroden sind vorzugsweise mit einer Orientierungsschicht, vorzugsweise mit einer Polyimid-Orientierungsschicht bedeckt. Dies ist in der Figur nicht gezeigt. Dieser Teil der Ausführungsform ist dem einer herkömmlichen nematischen Flüssigkristallzelle ähnlich. Der Flüssigkristall kann vorteilhaft durch ein Aktivmatrix-Treibersystem, z. B. unter Verwendung von Dünnschichttransistoren (thin film transistors – TFTs: (104)), angesprochen werden, wiederum ähnlich wie bei einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeige. Der Flüssigkristall kann jedoch auch entweder direkt oder durch ein Passivmatrix-Treibersystem angesprochen werden, d. h. im so genannten „Zeitmultiplex”-Ansprechen. Die beiden letzeren Fälle des Ansprechens erfordern keine Matrix von aktiven Treiberelementen (z. B. TFTs). In einem Aktivmatrix-Treibersystem werden typischerweise und vorzugsweise Flüssigkristallzellen verwendet, in denen der Direktor des Flüssigkristalls um einen Winkel mit einem absoluten Wert von 90° oder von etwa 90° durch die Zelle vom unteren Substrat zum oberen Substrat verdrillt ist („TN”-Konfiguration). Im Gegensatz dazu ist in Anzeigen, die ein Passivmatrix-Treibersystem verwenden, der Direktor des Flüssigkristalls um einen Winkel mit einem absoluten Wert im Bereich von 180° bis 270°, vorzugsweise im Bereich von 240° bis oder 270° verdrillt („STN”-Konfiguration).
  • Der Hauptunterschied dieser elektrooptischen Schaltelemente gemäß der vorliegenden Erfindung liegt verglichen mit herkömmlichen Flüssigkristallschaltelementen darin, dass sie eine Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall (105) mit einer selektiven Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes enthalten. Diese Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall ist vorzugsweise zwischen dem unteren Substrat und der jeweiligen Elektrode dieses Substrats angeordnet. Um eine Farbanzeige zu realisieren, können zweckmäßig z. B. drei dieser Schaltelemente mit jeweils einem unterschiedlichen cholesterischen Flüssigkristall, der eine unterschiedliche Wellenlänge der selektiven Reflexion aufweist, verwendet werden. Vorzugsweise besitzt jeweils einer dieser unterschiedlichen cholesterischen Flüssigkristalle einen Wellenlängenbereich selektiver Reflexion in einem Spektralbereich, der einer der drei Primärfarben rot (R), grün (G) bzw. blau (B) entspricht.
  • 1a zeigt die schematische Struktur der Schaltelemente für einen Guest-Host-Flüssigkristall mit einem Verdrillungswinkel von 90° für den Fall, dass eine Flüssigkristall-Host-Mischung mit einer positiven dielektrischen Anisotropie verwendet wird und an die Elektroden des Schaltelements keine Spannung angelegt ist. Dann ist der Direktor des Flüssigkristalls parallel zu den Substraten ausgerichtet und um einen Winkel von 90° vom unteren Substrat zum oberen Substrat verdrillt. In diesem Zustand wird das Umgebungslicht (106), das in den Guest-Host-Flüssigkristall eintritt, von dem dichroitischen Farbstoff, der eine starke Absorption entlang seiner Moleküllängsachse besitzt, stark absorbiert. Und infolgedessen erreicht das Licht die Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls nicht. In diesem Zustand zeigt das Schaltelement (Pixel) ein dunkles Bild. Um ein breites Spektrum zu erzielen, das den größten Teil oder sogar alles des sichtbaren Bereichs des Spektrums abdeckt, wird eine Kombination von mehr als einem dichroitischen Farbstoff, vorzugsweise von drei dichroitische Farbstoffen verwendet. Diese Farbstoffe werden entsprechend ihrer individuellen Beiträge zum Spektrum ausgewählt.
  • 1b zeigt, beispielhaft für ein Schaltelement, die Situation, wenn eine Spannung entsprechender Größe (d. h. ausreichend oberhalb der Schwellenspannung) an die Elektroden, zwischen denen der Guest-Host-Flüssigkristall liegt, angelegt wird. Nun wird der Direktor des Flüssigkristalls senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, und der dichroitische Farbstoff (101) absorbiert nicht länger stark das Umgebungslicht. Dann erreicht das einfallende Licht die Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls (105) und der Teil des einfallenden Lichtes, der die entsprechende Wellenlänge aufweist, wird selektiv reflektiert. Da die selektive Reflexion an der cholesterischen Flüssigkristallschicht (105) relativ stark ist, erhält man ein recht helles Bild. Dies bleibt sogar unter gedämpften Lichtbedingungen so, da der Kontrast des Bildes recht gut bleibt. Die Wellenlängenbereiche selektiver Reflexion der verschiedenen cholesterischen Flüssigkristalle der verschiedenen Schaltelemente können so ausgewählt werden, dass sie jeweils einer der drei Primärfarben entsprechen und so für diese Anzeigen keine Farbfilter erforderlich sind. Auch die Verwendung eines Polarisators ist nicht notwendig.
  • In den 1a und 1b ist eine Ausführungsform mit nur einer einzigen Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall gezeigt. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch zusätzlich eine zweite Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall mit einer entgegengesetzten Verdrillungsrichtung zu der der ersten Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall verwendet werden. Die beiden Schichten können aufeinander gestapelt sein oder alternativ nebeneinander aufgetragen werden. Im ersten Fall, wenn ein Stapel aus zwei Schichten verwendet wird, lässt sich ein besonders helles Bild realisieren, weil der Stapel aus zwei Schichten aus cholesterischen Flüssigkristallen zirkular polarisiertes Licht beider Verdrillungsrichtungen reflektiert.
  • Das durch die selektive Reflexion an den cholesterischen Flüssigkristallen erzeugte Licht zeichnet sich durch eine recht enge Winkelverteilung aus, was zu einer recht starken Winkelabhängigkeit der Helligkeit des reflektierten Lichtes führt. Das kann jedoch durch eine bewusste Störung der Achsenausrichtung der Schicht der cholesterischen Flüssigkristalle verringert werden. Dies führt zu einem vergrößerten Blickfeld, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2005-003823 (A) gezeigt wurde.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein dichroitischer Farbstoff mit einem dichroitischen Verhältnis von mehr als eins (d. h. ein dichroitischer Farbstoff mit einer stärkeren Absorption parallel zu seiner Moleküllängsachse als senkrecht zu seiner Moleküllängsachse) in einer Flüssigkristall-Host-Mischung mit positiver dielektrischer Anisotropie verwendet. Wenn entweder der dichroitische Farbstoff oder der verwendete Flüssigkristall die entgegengesetzte Anisotropie aufweist (d. h. entweder der dichroitische Farbstoff besitzt ein dichroitisches Verhältnis von weniger als eins oder der Flüssigkristall-Host besitzt eine negative dielektrische Anisotropie), sind schwarze und weiße Bilder bezogen auf den „An-Zustand” und „Aus-Zustand” der angelegten Spannung umgekehrt. Wenn sowohl der dichroitische Farbstoff als auch der Flüssigkristall-Host verglichen mit der in den 1a und 1b dargestellten Situation die entgegengesetzte Anisotropie aufweisen, muss nur die anfängliche Orientierung des Flüssigkristalls geändert werden, es gibt aber keine Änderung in der Schwarz- und Weiß-Zuständen gemäß der angelegten Spannung.
  • Vorteilhaft kann eine Lichtabsorptionsschicht zwischen der cholesterischen Flüssigkristallschicht und dem unteren Substrat und/oder an der der cholesterischen Flüssigkristallschicht entgegengesetzten Seite des Substrates platziert werden.
  • Die Struktur der Anzeige der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in den 2a und 2b gezeigt. Sie unterscheidet sich insbesondere in zwei Aspekten von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Hier enthält die Anzeige eine Lichtquelle (208) und die cholesterische(n) Flüssigkristallschicht(en) und/oder Schicht(en) enthält/enthalten zusätzlich mindestens ein Material mit einem oder mehreren lichtemittierenden Anteilen (207). Hierbei kann/können der/die lichtemittierende(n) Anteil(e) sich in der cholesterischen Flüssigkristallschicht oder in einer anderen, in 2 nicht dargestellten Schicht befinden.
  • Die cholesterische(n) Flüssigkristallschicht(en) und/oder andere(n) Schicht(en), die zusätzlich mindestens ein Material mit einem oder mehreren lichtemittierenden Anteilen enthalten, eignen sich als Lichtumwandlungsmittel.
  • Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Lichtumwandlungsmittel kann einen oder mehrere organische Farbstoffe und/oder einen oder mehrere anorganische Leuchtstoffe enthalten.
  • Als Material mit einem oder mehreren lichtemittierenden Anteilen (207) kann jedes Material, das das Licht der Anregung absorbiert und auch Licht emittiert, verwendet werden. Organische Fluoreszenzfarbstoffe und/oder anorganische Leuchtstoffe können verwendet werden. Wenn Farbstoffe mit kleiner Stokes-Verschiebung verwendet werden, kann Umgebungslicht als Anregungslicht verwendet werden. Hellere Bilder lassen sich erzielen, wenn eine Lichtquelle (208) zur Anregung verwendet wird, die blaues Licht mit einer Wellenlänge von 470 nm emittiert und/oder die Licht mit Wellenlängen ist kürzer als 470 nm oder noch wünschenswerter kürzer als 400 nm emittiert. Als Lichtquelle für die Anregung (208) können anorganische Leuchtdioden (licht emitting diodes – LEDs), organische Leuchtdioden (organic licht emitting diodes – OLEDs) oder Fluoreszenzlampen oder Laser verwendet werden.
  • Es ist auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem die Hintergrundbeleuchtung einer jeweiligen Anzeigen lokal gedämpft wird, um beim Energieverbrauch zu sparen. In derartigen Anzeigen ist die Hintergrundbeleuchtung typischerweise segmentiert und im Prinzip werden nur die Pixel, die helle Farbe anzeigen, bestrahlt, wobei Licht aus den jeweiligen Segmenten der segmentierten Hintergrundbeleuchtung das Anregungslicht liefert.
  • Als organische Farbstoffe können vorteilhaft verschiedene Arten von Fluoreszenzfarbstoffen und Phosphoreszenzfarbstoffen verwendet werden, wie Laserfarbstoffe und/oder in organischen Leuchtdioden verwendete lichtemittierende Farbstoffe. Entsprechende Laserfarbstoffe sind im Handel von Exciton Corporation, USA, über Indeco Corporation, Japan, erhältlich, während andere geeignete Farbstoffe im Handel von American Dye Sources Inc., Kanada, erhältlich sind.
  • Laserfarbstoffe mit einer Emissionswellenlänge im blauen Spektralbereich, die hier verwendet werden können, sind z. B. im Handel erhältlich von Exciton Corporation, USA, über Indeco Corporation, Japan, z. B. Cumarin 460, Cumarin 480, Cumarin 481, Cumarin 485, Cumarin 487, Cumarin 490, LD489, LD490, Cumarin 500, Cumarin 503, Cumarin 504, Cumarin 504T und Cumarin 515. Neben diesen Laserfarbstoffen können auch Fluoreszenzfarbstoffe mit einer Emission im blauen Spektralbereich, wie Perylen, 9-Amino-acridin, 12(9-Anthroyloxy)stearinsäure, 4-Phenylspiro[furan-2(3H),1'-futalan]-3,3'-dion, N-(7-Dimethylamino-4-methylcumarinyl)maleimid und/oder die Farbstoffe ADS135BE, ADS040BE, ADS256FS, ADS086BE, ADS084BE, die im Handel von American Dye Sources Inc., Kanada, erhältlich sind, verwendet werden. Diese Farbstoffe können gemäß der vorliegenden Erfindung entweder für sich oder in Form geeigneter Mischungen verwendet werden.
  • Im grünen Spektralbereich emittierende Laserfarbstoffe, die hier verwendet werden können, sind im Handel erhältlich: z. B. Cumarin 522, Cumarin 522B, Cumarin 525 und Cumarin 540A von Exciton Corporation, USA, über Indeco Corporation, Japan, und Cumarin 6,8-Hydroxy-xynolin* von Sigma-AldrichLtd., Japan, einem Tochterunternehmen von Sigma-Aldrich, USA. Neben diesen Laserfarbstoffen können auch Fluoreszenzfarbstoffe mit einer Emission im grünen Spektralbereich wie etwa die Farbstoffe ADS061GE, ADS063GE, ADS108GE, ADS109GE und ADS128GE von American Dye Sources Inc., Kanada, verwendet werden. Auch diese Farbstoffe können gemäß der vorliegenden Erfindung entweder für sich oder in Form geeigneter Mischungen verwendet werden.
  • Im roten Spektralbereich emittierende Laserfarbstoffe, die hier verwendet werden können, sind im Handel erhältlich: z. B. DCM, Fluorol 555, Rhodamin 560 Perchlorat, Rhodamin 560 Chlorid und LDS698 von Exciton Corporation, USA, über Indeco Corporation, Japan. Des weiteren können Fluoreszenzfarbstoffe mit einer Emission im roten Spektralbereich wie etwa ADS055RE, ADS061RE, ADS068RE, ADS069RE und ADS076RE, im Handel erhältlich von American Dye Sources Inc., Kanada, verwendet werden. Auch diese Farbstoffe können gemäß der vorliegenden Erfindung entweder für sich oder in Form geeigneter Mischungen verwendet werden.
  • Alternativ können hier als organische Farbstoffe auch lichtemittierende Farbstoffe, die für organische Leuchtdioden (OLEDs) entwickelt wurden, verwendet werden. Farbstoffe wie die im japanischen Patent JP 2795932 (B2) beschriebenen, die in der Lage sind, Farben umzuwandeln, können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die in einer Schrift S. A. Swanson et al., Chem. Mater., Bd. 15, (2003) S. 2305–2312 beschriebenen Farbstoffe können ebenfalls vorteilhaft verwendet werden. Sowohl blaue Farbstoffe als auch grüne Farbstoffe als auch rote wie in den japanischen Patentanmeldungen JP 2004-263179 (A) , JP 2006-269819 (A) und JP 2008-091282 (A) beschrieben können ebenfalls verwendet werden. Insbesondere können für rote Farbstoffe grünes Licht emittierende Farbstoffe, die UV-Strahlung oder blaues Licht umwandeln, in Kombination mit rotes Licht emittierenden Farbstoffen, die grünes Licht absorbieren und rotes Licht emittieren, verwendet werden, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2003-264081 (A) beschrieben. Diese Farbstoffe können sehr allgemein verwendet werden, wie sie durch die jeweiligen Literaturstellen beschrieben sind. Es kann jedoch notwendig sein, ihre chemischen Strukturen durch bekannte Maßnahmen etwas zu modifizieren, beispielsweise durch Einführen von Alkylketten oder die Modifizierung von Alkylketten, um ihre Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln und insbesondere in Flüssigkristallen zu erhöhen.
  • Als blaue anorganische Leuchtstoffe können Cu-aktivierte Zinksulfid-Leuchtstoffe wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-062530 (A) , beschrieben und/oder Eu-aktivierte Halogenphosphat-Leuchtstoffe, Eu-aktivierte Aluminat-Leuchtstoffe wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2006-299207 (A) beschrieben verwendet werden. Für grüne anorganische Leuchtstoffe können Ce- oder Tb-aktivierte Seltenerdelement-Borat-Leuchtstoffe wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2006-299207 (A) beschrieben verwendet werden. Für rote Emission können Eu-aktivierte Lanthansulfid-Leuchtstoffe oder Eu-aktivierte Yttriumsulfid-Leuchtstoffe wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2006-299207 (A) beschrieben verwendet werden. Gelbe Leuchtstoffe, die aus BaS und Cu2+ als Farbzentrum bestehen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2007-063365 (A) beschrieben, und rote Leuchtstoffe, die aus Ba2ZnS3 und Mn2+ als Farbzentrum bestehen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2007-063366 (A) beschrieben, können ebenfalls verwendet werden. Ce-aktivierte Granat-Leuchtstoffe, wie im oben genannten japanischen Patent JP 3503139 (B2) beschrieben, rote Leuchtstoffe, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2005-048105 (A) beschrieben, grüne beta-Sialon-Leuchtstoffe, wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2007-262417 (A) beschrieben, rote Ca-alfa-Sialon-Leuchtstoffe können ebenfalls verwendet werden. Die oben genannten Leuchtstoffe können als Grundmaterial und/oder als oberflächenmodifiziertes Material dispergiert in Lichtumwandlungsschichten verwendet werden. Auch Quantenpunkte wie in der WO 2006/017125 beschrieben können verwendet werden.
  • Das Lichtumwandlungsmittel in den elektrooptischen Schaltelementen gemäß der vorliegenden Erfindung steigert den Chromatizitätsbereich, verbessert die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Lichtes von der Hintergrundbeleuchtung und unterdrückt Transmission von Licht mit einer der kurzen Wellenlänge, wodurch es Schäden an den Flüssigkristallmaterialien verringert oder sogar verhindert.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtumwandlungsmittel können z. B. die Form einer Einzelschicht aufweisen, die einen oder einige Arten von organischen Farbstoffen und/oder anorganischen Leuchtstoffen enthält, oder weisen die Form gestapelter Schichten auf, die in jeder Schicht verschiedene Farbstoffe und/oder anorganische Leuchtstoffe enthalten. Sie können außerdem mehr oder weniger durchgehend oder räumliche Strukturen bzw. gemustert sein.
  • Bei den dritten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das verwendete Element, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu verändern, d. h. die Lichtstärke bei Anlegen einer elektrischen Spannung zu schalten oder zu steuern, ein elektrophoretisches Schaltelement. Diese Ausführungsformen sind schematisch in den 3 bzw. 4 gezeigt. Bei diesen elektrophoretischen Schaltelementen sind geladene Teilchen in einem fluiden Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität suspendiert/dispergiert, um die Realisierung von Anzeigen mit schnellen Schaltzeiten zu erlauben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die elektrisch geladenen Teilchen aus einem Kunststoffmaterial, einem Ladungssteuermittel und einem Farbmittel wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2006-058550 (A) beschrieben. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Urethanharz, ein Harnstoffharz, ein Acrylatharz und/oder ein Polyesterharz verwendet werden. Als Ladungssteuermittel, die eine negative Ladung in die Teilchen einführen, können z. B. sein Metallkomplexe der Salicylsäure, Metallatome oder -ionen enthaltende Azofarbstoffe, Metallionen oder -atome enthaltende hydrophobe Farbstoffmaterialien, (tertiäre) Ammoniumverbindungen und borhaltige Verbindungen (wie z. B. Benzylsäure-Bor-Komplexe*) verwendet werden. Als Ladungssteuermittel, die eine positive Ladung einführen, können z. B. Nigrosinfarbstoffe, Triphenylmethanverbindungen, (tertiäre) Ammoniumverbindungen, Polyaminharz und Imidazolderivate verwendet werden. Als Farbmittel können z. B. Ruß, Kupferoxid, Mangandioxid, Anilinschwarz und Aktivkohle verwendet werden. Als Fluid mit niedriger Viskosität können in den Zellen trockene Luft, Stickstoff, Inertgas und/oder sogar Vakuum verwendet werden. Als geladene Teilchen können auch diejenigen Teilchen, die in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2007-240679 (A) , in der geladene Farbpigmente, beispielsweise mit Harzen beschichteter Ruß, beschrieben werden, beschrieben sind, verwendet werden. Die Zelle kann auch mit einer transparenten Flüssigkeit wie Wasser, Alkohol und/oder Ölen gefüllt sein.
  • Wie in 3a gezeigt, werden zwei Elektroden (303) auf den Substraten abgeschieden, jeweils eine auf dem oberen und auf dem unteren Substrat cholesterische Flüssigkristallschichten mit (einer) gegebenen Verdrillungsrichtung(en) wird/werden auf der unteren Elektrode hergestellt und ein Teil der cholesterischen Flüssigkristallschicht weist eine geringere Dicke als der restliche Teil der cholesterischen Flüssigkristallschicht auf. Die cholesterische Flüssigkristallschicht kann eine konkave Form oder sogar ein Loch, das bis zur darunter befindlichen Elektrode reicht, aufweisen.
  • Wenn eine Gleichspannung mit der entsprechenden Polarität an die Elektroden angelegt wird, was die untere Elektrode mit einer elektrischen Ladung mit zur Ladung der geladenen Teilchen (301) entgegengesetztem Vorzeichen auflädt, werden die geladenen Teilchen auf dem konkaven bzw. dem fehlenden Teil der Schicht gesammelt, wie in 3(a) gezeigt. Dann wird die cholesterische Flüssigkristallschicht in beinahe allen Bereichen des Schaltelements freigelegt. Dann wird Umgebungslicht (306) selektiv durch die cholesterische Flüssigkristallschicht reflektiert und das Licht in dem Wellenlängenbereich, der der chiralen Ganghöhe der cholesterischen Flüssigkristallschicht entspricht, wird stark reflektiert. Im reflektiven Modus, der nur das reflektierte Licht nutzt, kann ein lichtabsorbierendes Material entweder auf oder unter dem unteren Substrat platziert werden.
  • 3(b) zeigt die Situation für den Fall, dass eine Gleichspannung mit einer dem oben in 3(a) erläuterten Fall entgegengesetzten Polarität an die Elektroden angelegt wird. Nun wird die obere Elektrode mit einer elektrischen Ladung mit zur Ladung der geladenen Teilchen (301) entgegengesetztem Vorzeichen aufgeladen. Dementsprechend werden die geladenen Teilchen (301) in diesem Zustand auf der oberen Elektrode gesammelt und die gesamte Fläche des Schaltelements wird schwarz.
  • Derartige elektrooptische Schaltelemente können zweckmäßig mit dem Aktivmatrix-Treiberverfahren angesprochen werden. Eine Spannung kann an die Elektroden des elektrooptischen Schaltelements zweckmäßig über ein nichtlinear schaltendes elektronisches Element (304), wie z. B. einen Dünnschichttransistor, und vorzugsweise über einen Dünnschichttransistor, der auf mindestens einem der Substrate angeordnet ist, angelegt werden. In diesem Falle wird zweckmäßig eine Gegenelektrode für das Substrat gegenüber dem den/die TFT(s) tragenden Substrat bereitgestellt. Alternativ kann die angelegte Spannung durch einen Passivmatrixtreiber, bei dem Elektroden auf dem oberen bzw. dem unteren Substrat vorbereitet werden, gesteuert werden, wobei die Elektroden vorzugsweise streifenförmig sind und sich auf den beiden Substraten in unterschiedliche Richtungen erstrecken, wobei die Richtungen orthogonal (z. B. senkrecht) zueinander sind, z. B. wenn sich linienförmige Elektroden auf einem Substrat in Richtung der „x”-Achse erstrecken, erstrecken sich diejenigen auf dem anderen Substrat in Richtung der „y”-Achse.
  • Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird die cholesterische Flüssigkristallschicht als dielektrische Schicht verwendet, die das elektrische Feld der benachbarten Elektrode auf dem elektrooptischen Schaltelement modifiziert.
  • Wie in den 4a und 4b dargestellt, kann eine entsprechende dielektrische Schicht (409) jedoch auch separat und unabhängig von der cholesterischen Flüssigkristallschicht (405) hergestellt werden. Die dielektrische Schicht kann aus anorganischen Materialien wie gesputterten Filmen aus SiNx und/oder SiO2 und/oder aus organischen Materialien wie photopolymerisierbaren Harzen bestehen.
  • Die 4a und 4b stellen auch einen anderen Aspekt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird keine Lichtquelle zur Anregung der cholesterischen Flüssigkristallschicht verwendet. Es ist jedoch möglich und in kann Fällen sogar ratsam, nicht nur das reflektierte Licht (410) zu nutzen, sondern auch eine Hintergrundbeleuchtung für das elektrooptische Schaltelement bereitzustellen und neben dem reflektierten Licht (410) emittiertes Licht (411) zu verwenden. In diesem Fall ist ein lichtemittierendes Material, das einen oder mehrere lichtemittierende Anteile (407) enthält, in die cholesterische Flüssigkristallschicht (405) eingebettet, wie bei der in 2 dargestellten Ausführungsform. Dieses lichtemittierende Material kann durch das Umgebungslicht und/oder durch das Licht der Hintergrundbeleuchtung (408) angeregt werden. Insbesondere wenn ein lichtemittierendes Material mit einer kleinen Stokes-Verschiebung verwendet wird, ist das Umgebungslicht für sich ausreichend, um das lichtemittierende Material anzuregen. Wenn eine Lichtquelle (408) verwendet wird, um das lichtemittierende Material anzuregen, kann ein Filter, welches das Licht für die Anregung durchlässt und gleichzeitig das sichtbare Licht absorbiert, zwischen die cholesterische Flüssigkristallschicht und die Hintergrundbeleuchtung platziert werden und/oder kann ein Farbfilter auf einer oder beiden Seiten des oberen Substrats platziert werden.
  • Wie oben beschrieben, werden bei diesen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung elektrooptische Schaltelemente verwendet, die geladene Teilchen einsetzen. Neben diesen elektrooptischen Schaltelementen, die geladene Teilchen einsetzen, können auch elektrophoretische Anzeigen wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP H 09-185087 (A) (1997) beschrieben verwendet werden.
  • Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein elektrooptisches Schaltelement, das einen Verbund verwendet, der aus einem Flüssigkristallmaterial mit niedrigem Molekulargewicht und aus einem Polymer besteht, z. B. eine polymerdispergierte Flüssigkristallanzeige (PDLC-Anzeige), als das optische Element, das die Lichtmenge steuert. Diese Ausführungsform ist schematisch in den 5a und 5b dargestellt. Das Funktionsprinzip des elektrooptischen Schaltelements ist das gleiche wie bei der Polarisator-freien reflektiven Flüssigkristallanzeige, die den PDLC und einen Retroreflektor nutzt.
  • 5a zeigt den Zustand, in dem der PDLC Licht streut. In einem PDLC mit normalen Modus ist dies der „energiefreie” Zustand, in dem an die jeweiligen Elektroden auf den Substraten, zwischen denen die PDLC-Schicht liegt, keine Spannung angelegt ist. Im umgekehrten Modus (auch „ausfallsicherer Modus” genannt) des PDLC ist der energiebeaufschlagte Zustand, d. h. der Zustand, in dem eine Spannung einer entsprechenden Größe an die jeweiligen Elektroden auf den Substraten, zwischen denen die PDLC-Schicht liegt, angelegt ist. Bei der Spannung, die in einem dieser Modi an die Elektroden angelegt wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Wechselspannung. Bei einigen Ausführungsformen weist die angelegte Spannung eine sinusförmige Zeitfunktion auf, während bei einigen Anwendungen vorzugsweise eine Rechteckwelle anliegt. Es können jedoch auch andere Wellenfunktionen angelegt werden, wie z. B. Dreieckwellen oder sägezahnförmige Wellen.
  • In dem in 5a dargestellten Streuzustand des PDLC erreicht ein Teil des Umgebungslichtes (506), der von dem aus einem Flüssigkristall mit niedrigem Molekulargewicht (501) und aus einem Polymer (502) bestehenden Verbundsystem (z. B. PDLC) nicht gestreut wird, die cholesterische Flüssigkristallschicht (505), wird durch diese cholesterische Flüssigkristallschicht (505) selektiv reflektiert und vom PDLC (501 und 502) gestreut.
  • Ein Betrachter ist daher in der Lage, das Licht zusätzlich zu dem Licht, das aus der Richtung der Pupille des Betrachters einfällt, wahrzunehmen, und sieht die Farbe der selektiven Reflexion im Pixel.
  • Wenn sich der PDLC in seinem entgegengesetzten Zustand, d. h. im transparenten Zustand befindet, wie schematisch in 5b gezeigt, sieht der Betrachter praktisch überhaupt kein Licht und das Schaltelement erscheint schwarz. Dies gilt insbesondere, wenn jede cholesterische Flüssigkristallschicht kleiner als die Pupille des menschlichen Auges ist. Dieser Effekt ist wie folgt zu verstehen. Die selektive Reflexion des cholesterischen Flüssigkristalls ist in hohem Maße in eine einzige Richtung konzentriert. Wenn die cholesterische Flüssigkristallschicht eine Ausdehnung aufweist, die kleiner als die Pupille des menschlichen Auges ist, fällt das meiste des reflektierten Lichtes aus einem Winkel ein, der von der Richtung der Pupille abweicht.
  • Bei anderen Ausführungsformen bewirkt die bewusste Störung der Verdrillungsachsen der cholesterischen Flüssigkristallschichten eine Verbesserung des Blickfeldes, wie z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2005-003823 (A) beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch überaus wünschenswert, dass die Verdrillungsachsen aller cholesterischen Flüssigkristallschichten in ein und dieselbe Richtung orientiert sind. Diese Art der Ausrichtung lässt sich recht leicht realisieren, beispielsweise durch das folgende Verfahren. Eine Orientierungsschicht wird mechanisch gerieben und/oder photochemisch behandelt und auf die Orientierungsschicht wird eine Schicht aus einem cholesterischen Flüssigkristall aufgetragen. Dann wird die Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls auf eine Temperatur oberhalb ihres Klärpunktes (d. h. der Temperatur des Übergangs in die isotrope Phase) erhitzt und dann langsam auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen.
  • Anstatt einer Zelle oder einer Folie, die/der im PDLC-Modus betrieben wird, kann eine im Phasenwechselmodus betriebene Flüssigkristallzelle verwendet werden. Bei dem Flüssigkristallmaterial, das in der im Phasenwechselmodus betriebenen Zelle verwendet wird, kann es sich entweder um ein smektisches Material, vorzugsweise ein Material, das eine SA-Phase aufweist, oder ein cholesterisches Material entsprechender Ganghöhe handeln. Vorzugsweise wird ein cholesterisches Material verwendet. Diese Flüssigkristallzellen werden im Streumodus verwendet und erfordern daher keine Verwendung von Polarisatoren. Der verwendete cholesterische Flüssigkristall ändert seinen Zustand vorzugsweise von seiner streuenden fokal konischen Ausrichtung zu seinem planaren (oder homöotropen) transparenten Zustand. Diese elektrooptische Modi sind besonders nützlich, da sie einen Memory-Effekt aufweisen.
  • Die Verwendung von Farbfiltern sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht essentiell. Farbfilter können aber verwendet werden. Sie werden vorzugsweise auf dem oberen Substrat platziert, d. h. dem dem Betrachter zugewandten Substrat. Wenn Farbfilter verwendet werden, wird möglicherweise eine Abnahme der Helligkeit der elektrooptischen Schaltelemente wahrgenommen. Die Verringerung der Helligkeit lässt sich jedoch minimieren, indem man die Transmission der verschiedenen Farben des Farbfilters (d. h. die Wellenlängenbereiche maximaler Transmission des jeweiligen Teils der Farbfilter) an die Bereiche selektiver Reflexion entsprechender Teile des cholesterischen Flüssigkristalls/der cholesterischen Flüssigkristalle anpasst.
  • Alternativ kann eine Schicht eines „Breitband”-reflektiven cholesterischen Flüssigkristalls, d. h. eines cholesterischen Flüssigkristalls, der eine „selektive” Reflexion mit einem breiten Wellenlängenbereich zeigt, angewandt werden. Ein derartiger Breitband-reflektiver cholesterischer Flüssigkristall lässt sich realisieren, indem man eine cholesterische Schicht mit einer cholesterischen Ganghöhe herstellt, die sich allmählich ändert, z. B. abhängig vom Ort über die Dicke der Schicht. Die Herstellung einer derartigen Schicht kann einfach und unkompliziert sein.
  • Das Hinzufügen einer zweiten Schicht eines breitbandigen cholesterischen Flüssigkristalls mit der entgegengesetzten Verdrillungsrichtung der Verdrillung verglichen mit der der ersten Schicht des Breitbandes ein breitbandiger cholesterischer Flüssigkristall führt zur Realisierung der hellsten Bilder.
  • Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt auch den Elektrokreiseleffekt, der als optisches Element, das die Menge des reflektierten Lichtes steuert, Gebrauch macht von der Rotation der Kugeln mit gegensätzlich geladenen Halbkugeln in einem entsprechenden elektrischen Feld, wie in 6 gezeigt. Anfänglich ist die Halbkugel mit cholesterischer Flüssigkristallschicht mit aufweisend einer geeigneten selektiven Reflexion bedeckt, während die andere Halbkugel mit einer schwarzen Substanz beschichtet ist. Wie im Falle der herkömmlichen Elektrokreiselanzeigen sind die beiden Halbkugeln wiederum mit einer elektrischen Ladung mit zueinander entgegengesetzten Vorzeichen geladen.
  • Diese Kugeln können wie folgt hergestellt werden. Ähnlich der Beschreibung in der japanischen Offenlegungsschrift JP H11-085069 (A) (1999) werden Kugeln aus Zinkoxid mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 50 μm in eine Lösung eines photoreaktiven cholesterischen Flüssigkristallmaterials eingetaucht, z. B. kann Propylenglykol-monomethyletheracetat als ein organisches Lösungsmittel verwendet werden. Dann werden die Kugeln mit einer cholesterischen Flüssigkristallschicht beschichtet. Die cholesterische Flüssigkristallschicht wird durch UV-Bestrahlung photopolymerisiert. Dann werden die beschichteten Kugeln auf einer Elektrode verteilt und ihre Oberfläche wird mit einer Koronaentladung aufgeladen. Nachdem der Bereich, der mit der Entladung behandelt wurde, Licht ausgesetzt wurde, wird Entwicklung mit einem schwarzen Toner durchgeführt und schließlich der Toner durch Härten (d. h. Erhitzen) fixiert.
  • Derartige Kugeln (601) mit zwei entgegengesetzt geladenen Halbkugeln, von denen eine schwarz und die andere mit einer Schicht aus cholesterischem Flüssigkristall mit geeigneter selektiver Reflexion bedeckt ist, lassen sich auch unter Verwendung der ähnlichen Methode wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP H 10-214050 (A) (1998) beschrieben erhalten. Kleine Kugeln aus Bariumtitanat mit einem durchschnittlichen Durchmesser 50 μm werden in eine Lösung eines photoreaktiven cholesterischen Flüssigkristallmaterials eingetaucht und mit einer Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls bedeckt.
  • Nach Photopolymerisierung des cholesterischen Flüssigkristalls der Schicht werden die Kugeln in Lösung von Polyvinylalkohol in Wasser dispergiert und durch Rotationsbeschichtung auf ein eine Elektrode tragendes Substrat aufgetragen und dann getrocknet. Die unteren Halbkugeln der Kugeln werden mit dem Polyvinylalkohol bedeckt. Eine obere Elektrode wird mit den Kugeln in Kontakt gebracht und an die obere und untere Elektrode etwa 10 Stunden lang eine elektrische Spannung von etwa 3 kV angelegt, um die Kugeln zu polarisieren. Dann wird das obere Substrat entfernt und das untere Substrat mit Kugeln werden in ein Vakuumverdampfungssystem überführt. Ein schwarzes Material, wie etwa koevaporiertes MgF2 und Sb2S3, wird verdampft und auf einer der beiden Halbkugeln einer jeden Kugel abgeschieden. Das Substrat wird dann in Acetonlösung eingetaucht, die ein Tensid enthält, und man erhält die polarisierten Kugeln, bei denen eine Halbkugel mit cholesterischer Flüssigkristallschicht bedeckt ist und die andere Halbkugel mit dem schwarzen Material bedeckt ist. Die Kugeln werden dann in Öl wie etwa Silikonöl oder in einer transparenten Polymermatrix dispergiert und zwischen zwei Substrate gebracht, die an ihren der Dispersion der Kugeln zugewandten Innenseiten jeweils mit einer Elektrode oder mit einer Elektroden versehen sind. Durch Anlegen einer Gleichspannung geeigneter Größe kann dann ein Bild angezeigt werden, wie z. B. in den japanischen Offenlegungsschriften JP H11-085069 (A) (1999) und JP H10-214050 (A) (1998) beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform fungiert die Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls als ein Reflektor für Licht mit hoher Effizienz. Sie kann außerdem lichtemittierende Materialien enthalten. Wenn sie derartige lichtemittierende Substanz mit kleiner Stokes-Verschiebung und/oder Quantenpunkte enthält, kann nicht nur die selektive Reflexion, sondern auch fluoreszierendes (und/oder) phosphoreszierendes Licht zum Anzeigen des Bildes beitragen und zu einem erheblich helleren Bild führen.
  • Bei allen der Ausführungsformen können wenn nötig Farbfilter verwandt werden, um Anzeigen zu schaffen, die deutlichere Bilder bieten.
  • Für alle der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das die lichtemittierenden Anteile enthaltende Material in eine zusätzliche Schicht (711) auf der Seite der Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls (702), die dem Betrachter zugewandt ist, eingebettet sein, wie in 7 gezeigt. In diesem Falle lassen sich bevorzugte Effekte realisieren, beispielsweise stehen eine breite Vielfalt an Matrixsubstanzen zur Verfügung und wird das emittierte Licht von den cholesterischen Flüssigkristallschichten reflektiert.
  • Außerdem können cholesterische Schichten (805), die das Anregungslicht (803) wiederverwenden, verwendet werden, wie in 8 dargestellt. Die Ganghöhe der cholesterischen Flüssigkristallschichten entspricht der Wellenlänge des Anregungslichtes (803). Daher wird das Licht (804), das die angezeigten Bilder erzeugt, durch diese Schichten nicht beeinflusst. Die Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall können in der Zelle platziert werden. Aber sie können alternativ auch außerhalb der Zelle platziert werden. Die letztere Ausführungsform führt zu einer erheblichen Vereinfachung des Herstellungsprozesses.
  • Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet kleinmaßstäbliche elektromechanische Schaltelemente, d. h. mikromechanische Schaltelemente, als Ersatz für die oben dargestellten elektrooptischen Schaltelemente. In der Terminologie dieser Anmeldung umfasst der Ausdruck elektrooptisches Schaltelement auch diese mikromechanischen Schaltelemente. Typische Beispiele derartiger mikromechanischer Schaltelemente sind klappbare Mikrospiegel, wie z. B. verwendet in „Digital Light Processing (DLP®)”-Vorrichtungen von Texas Instruments oder mikromechanische Blenden (micro-mechanical shutters – MEMS) wie in Hagood, N., Steyn, L., Fijil, J. Gandhi, J., Brosnihan, T., Lewis, S., Fike, G., Barton, R. Halfman, M., und Payne, Richard, „MEMMS-Based Direct View Displays using Digital Micro Shutters", Proceedings of IDW'08, Seite 1345–1348 offenbart. These MEMS-Blenden, die auch als „Digital Micro Shutter, kurz DMS®” bezeichnet werden, verwenden bewegliche Teile mit Abmessungen im Bereich von einigen μm als mechanische Blenden, um das Durchfallen van Licht mechanisch zu blockieren. Die Blenden werden durch Anlegen eines elektrischen Feldes aktiviert. In diesen elektrooptischen Schaltelementen werden eine Schichten aus cholesterischen Flüssigkristallen, die Licht der entsprechenden Farbe reflektieren, vorteilhaft innerhalb der Vorrichtung auf der der Lichtquelle zugewandten Seite, d. h. in den Schlitzen, durch welche das Licht fällt, bevor es die mikroskopische Blende selber erreicht, hergestellt. Vorzugsweise wird eine Anordnung von cholesterischen Schichten, jeweils eine für ein Subpixel, hergestellt. Es ist möglich, eine einzige cholesterische Schicht mit den entsprechenden spektralen Merkmalen in jedem Subpixel zu verwenden. Diese cholesterische Schicht kann eine beliebige der beiden möglichen helikalen Verdrillungsrichtungen aufweisen. Insbesondere im Hinblick auf die Optimierung der Stärke des reflektierten Lichtes wird jedoch vorzugsweise ein Stapel aus zwei cholesterischen Schichten mit einander entgegengesetzter Verdrillungsrichtung verwendet. Diese cholesterischen Flüssigkristallschichten können Materialien mit lichtemittierenden Anteilen, wie Fluoreszenzfarbstoffe oder Leuchtstoffe, enthalten. Aufgrund der intrinsischen Färbung der verwendeten cholesterischen Flüssigkristallschichten erfordern diese Vorrichtungen keine Verwendung eines Farbfilters, um farbige Bilder wiederzugeben. Außerdem beseitigt die Färbung der entsprechenden Teile der cholesterischen Flüssigkristallschichten in jedem Subpixel, die vorzugsweise die gesamte Flächenbreite des Lichtweges von der Lichtquelle bedeckt, Parallaxenproblemen, die in typischen MEMS-Vorrichtungen auftreten. Um den Betrieb dieser Vorrichtungen zu verbessern, ist es häufig wünschenswert, eine Lichtquelle mit einer recht kurzen Emissionswellenlänge, vorzugsweise von 470 nm oder darunter, z. B. von 400 nm zu verwenden. Diese Wellenlängen sind für die Anregung der lichtemittierende Anteile bevorzugt. Eine kleinere Wellenlänge ist jedoch in den meisten Fällen nicht erwünscht, da sie zum Abbau der verschiedenen verwendeten Materialien führen kann. Als Lichtquellen besonders bevorzugt sind hier LEDs.
  • Neben natürlichem Umgebungslicht kann Licht aus einer Lichtquelle verwendet werden, um die lichtemittierende Substanz anzuregen. Für dieses Licht wird vorzugsweise z. B. Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 400 nm und 470 nm zur Bestrahlung verwendet. Dann können hellere Bilder sogar unter gedämpften oder dunklen Umgebungsbeleuchtungsbedingungen angezeigt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem für die Anregung verwendeten Licht vorzugsweise um Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder mehr, d. h. einschließlich violettem Licht, aber ohne UV-Strahlung, vorzugsweise handelt es sich um Licht mit einer Wellenlänge von 420 nm oder mehr und insbesondere bevorzugt von 435 nm oder mehr.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können alle bekannten LCD-Modi für die Flüssigkristall-Schaltschicht angewandt werden, wie z. B. der verdrillt-nematische Modus (twisted nematic – TN) und der vertikale Ausrichtungsmodus (vertical alignment – VA).
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung sind dem Fachmann auch aus den mit dieser Anmeldung eingereichten Ansprüchen ersichtlich, die in dieser Hinsicht ein Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung sind.
  • Der Schmelzpunkt T(C, N), der Übergang von der smektischen (S) zur nematischen (N) Phase T(S, N) und der Klärpunkt T(N, I) der Flüssigkristalle sind in Grad Celsius angegeben.
  • In der vorliegenden Anmeldung sind alle Temperaturen in Grad Celsius (kurz °C) angegeben, alle physikalischen Daten sind auf eine Temperatur von 20°C bezogen und alle Konzentrationen sind Gewichtsprozent (% bzw. Gew.-%), in allen Fällen, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Sie sollen die vorliegende Erfindung erläutern, ohne sie in irgendeiner Weise einzuschränken.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen, einschließlich ihrer Zusammensetzungen, Konstitutionen und physikalischen Eigenschaften, erläutern dem Fachmann jedoch sehr gut, welche Eigenschaften durch die vorliegende Erfindung erzielt werden können und insbesondere auch, in welchen Bereichen sie modifiziert werden können. Vor allem die Kombination der verschiedenen Eigenschaften, die mit Vorzug erzielt werden kann, ist somit für den Fachmann gut definiert.
  • Beispiel 1
  • Sechs Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall, die blauen, grünen und roten selektiven Reflexionen und zwei Verdrillungsrichtungen für jede Farbe entsprechen, werden unter Verwendung des photopolymerisierbaren Flüssigkristallmaterials RMM34C, einer Mischung von reaktiven Mesogenen mit einem Photoinitiator, das im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältlich ist, hergestellt. Chirale Dotierstoffe sind BDH1281 (ebenfalls von Merck KGaA erhältlich) für rechtsdrehende Verdrillung und S-5011 (ebenfalls von Merck KGaA erhältlich) für linksdrehende Verdrillung. Die Konzentrationen des chiralen Dotierstoffs betragen 4,54% (B), 3,78% (G) und 3,00% (R) für BDH1281 bzw. 2,87% (B), 2,44% (G) und 1,95% (R) für S-5011.
  • Glassubstrate werden wie üblich gereinigt und getrocknet und dann wird durch Rotationsbeschichtung bei 1.500 UpM eine Lösung des Polyvinylalkohols (PVA) von Tokyo Kasei, Japan, in Wasser aufgetragen. Dann werden die Substrate bei einer Temperatur von 80°C 30 min gehärtet und anschließend jeweils in eine Richtung gerieben. Das jeweils mit dem chiralen Dotierstoff dotierte RMM34C wird in Propylenglykol-monomethylether-acetat (PGMEA) gelöst und 60%ige Lösung wird durch Rotationsbeschichtung bei 1.500 UpM auf das mit geriebenem PVA bedeckte Substrat aufgetragen. Das Substrat wird dann jeweils bei einer Temperatur von 60°C 30 min getrocknet. Die durch diesen Prozess gebildete cholesterische Flüssigkristallstruktur wird dann durch Polymerisation, die durch Einwirkung von (2.000 ± 50) mJ/cm2 Bestrahlung durch UV mit einer Wellenlänge von 365 nm gestartet wird, stabilisiert.
  • Reflexionsspektren der erhaltenen Schicht des cholesterischen Flüssigkristalls werden mit einem Leuchtdichtemessgerät CS-1000 (Konica Minolta Holdings, Inc., Japan) und einer Glühlampe, Fiber Lite Model 190 von Dolan-Jenner Industries, Inc., als Lichtquelle gemessen. Das einfallende Licht wird 30° von der vertikalen Richtung zum Substrat geneigt und die Reflexion wird aus der vertikalen Richtung erfasst. Entweder ein R-zirkularer Polarisator oder ein L-zirkularer Polarisator wird auf einer cholesterischen Flüssigkristallschicht platziert, wobei die Seite seiner λ/4-Wellenplatte der cholesterischen Schicht zugewandt ist. Als Referenz wird eine perfekt streuende Platte verwendet, und die relative Stärke des reflektierten Lichtes wird gemessen.
  • Hierbei lässt sich ein R-zirkularer Polarisator (von MeCan Imaging Inc., Japan), der nur rechtsdrehend zirkular polarisiertes Licht durchlässt, realisieren, indem man eine λ/4-Wellenplatte mit einem breiten Wellenlängenbereich bei einem linear Polarisator platziert, so dass seine optische Achse im Uhrzeigersinn um 45° gegen die Transmissionsachse des Polarisator verdrillt wird. Ein L-zirkularer Polarisator (von MeCan Imaging Inc., Japan), der nur das zirkular polarisierte Licht mit linksdrehender Rotationsrichtung durchlässt, besteht aus einer Kombination aus einem linearen Polarisator und einer λ/4-Wellenplatte, bei der die langsame Achse der λ/4-Wellenplatte um 45° relativ zur Absorptionsachse des Polarisators gedreht ist.
  • Die Ergebnisse für rechtsdrehend verdrillte cholesterische Flüssigkristallschichten sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie deutlich zu sehen ist, wird in jedem Wellenlängenbereich für selektive Reflexion nur rechtsdrehend zirkular polarisiertes Licht reflektiert. Die Ergebnisse für die linksdrehend verdrillte cholesterische Flüssigkristallschicht (Tabelle 2) sind beinahe dieselben und diese Ergebnisse unterscheiden sich nur in dem Punkt, dass die rechtsdrehende Richtung und die linksdrehende Richtung vertauscht werden. Tabelle 1: Relative Reflexionsstärke der rechtsdrehend verdrillten cholesterischen Flüssigkristallschichten
    Farbe Blau Grün Rot
    Polarisator Rechts* Links# Rechts* Links# Rechts* Links#
    λ/nm Lichtstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,839 n. b. 1,724 n. b. 0,372 n. b.
    390 1,353 0,720 1,294 0,840 0,630 0,130
    400 0,698 0,174 0,520 0,246 0,248 0,101
    410 0,618 0,109 0,484 0,138 0,134 0,072
    420 0,633 0,093 0,519 0,111 0,117 0,062
    430 0,632 0,080 0,548 0,095 0,113 0,055
    440 0,585 0,068 0,567 0,083 0,112 0,050
    450 0,498 0,058 0,576 0,074 0,113 0,045
    460 0,294 0,050 0,600 0,069 0,117 0,041
    470 0,165 0,045 0,590 0,060 0,119 0,038
    480 0,112 0,041 0,610 0,057 0,122 0,034
    490 0,086 0,038 0,706 0,056 0,125 0,032
    500 0,075 0,037 0,750 0,055 0,137 0,030
    510 0,068 0,035 0,769 0,054 0,144 0,029
    520 0,064 0,033 0,733 0,053 0,151 0,027
    530 0,061 0,031 0,665 0,049 0,160 0,026
    540 0,059 0,030 0,583 0,046 0,170 0,025
    550 0,058 0,029 0,455 0,044 0,193 0,025
    560 0,058 0,028 0,270 0,041 0,221 0,025
    570 0,058 0,028 0,146 0,039 0,254 0,026
    580 0,058 0,027 0,098 0,037 0,287 0,027
    590 0,057 0,027 0,072 0,036 0,349 0,030
    600 0,057 0,027 0,061 0,036 0,452 0,035
    610 0,057 0,026 0,055 0,035 0,477 0,036
    620 0,058 0,027 0,053 0,035 0,500 0,037
    630 0,059 0,027 0,051 0,035 0,527 0,037
    640 0,059 0,027 0,052 0,036 0,498 0,034
    650 0,060 0,027 0,052 0,036 0,438 0,031
    660 0,061 0,028 0,052 0,037 0,369 0,029
    670 0,061 0,028 0,053 0,038 0,301 0,028
    680 0,061 0,028 0,053 0,038 0,237 0,026
    690 0,062 0,028 0,053 0,038 0,174 0,025
    700 0,062 0,028 0,055 0,039 0,129 0,025
    710 0,061 0,028 0,055 0,039 0,101 0,024
    720 0,063 0,029 0,058 0,040 0,085 0,024
    730 0,066 0,031 0,061 0,042 0,078 0,025
    740 0,069 0,033 0,065 0,045 0,076 0,027
    750 0,072 0,036 0,067 0,048 0,076 0,029
    760 0,072 0,038 0,069 0,049 0,076 0,030
    770 0,071 0,039 0,071 0,052 0,075 0,031
    780 0,069 0,041 0,072 0,053 0,075 0,032
    Bemerkungen: *) Rechts: mit rechtsdrehendem Zirkularpolarisator,
    #) Links: mit linksdrehendem Zirkularpolarisator und
    n. b.: nicht bestimmt. Tabelle 2: Relative Reflexionsstärke der linksdrehend verdrillten cholesterischen Flüssigkristallschichten
    Farbe Blau Grün Rot
    Polarisator Rechts* Links# Rechts* Links# Rechts* Links#
    λ/nm Lichtstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,516 0,367 2,313 0,915 2,046 0,000
    390 0,528 0,731 0,533 0,726 0,442 0,390
    400 0,263 0,408 0,227 0,617 0,197 0,161
    410 0,149 0,279 0,118 0,521 0,102 0,105
    420 0,122 0,275 0,101 0,573 0,081 0,094
    430 0,105 0,291 0,095 0,592 0,070 0,091
    440 0,094 0,315 0,089 0,629 0,063 0,090
    450 0,085 0,351 0,080 0,629 0,057 0,091
    460 0,076 0,388 0,069 0,568 0,053 0,093
    470 0,071 0,432 0,061 0,382 0,048 0,096
    480 0,071 0,571 0,056 0,212 0,045 0,099
    490 0,072 0,645 0,052 0,136 0,042 0,102
    500 0,074 0,692 0,050 0,099 0,040 0,110
    510 0,074 0,707 0,048 0,079 0,039 0,119
    520 0,069 0,671 0,047 0,069 0,038 0,127
    530 0,062 0,588 0,046 0,064 0,036 0,135
    540 0,055 0,436 0,045 0,060 0,036 0,146
    550 0,051 0,260 0,045 0,058 0,035 0,164
    560 0,047 0,152 0,045 0,056 0,035 0,197
    570 0,044 0,107 0,045 0,055 0,035 0,213
    580 0,042 0,081 0,045 0,054 0,035 0,265
    590 0,041 0,069 0,045 0,054 0,035 0,300
    600 0,040 0,063 0,046 0,053 0,038 0,394
    610 0,040 0,060 0,046 0,054 0,039 0,413
    620 0,040 0,058 0,047 0,054 0,041 0,416
    630 0,040 0,057 0,047 0,055 0,044 0,429
    640 0,040 0,057 0,048 0,055 0,045 0,392
    650 0,040 0,056 0,049 0,056 0,045 0,308
    660 0,040 0,056 0,050 0,057 0,045 0,247
    670 0,040 0,056 0,051 0,058 0,047 0,192
    680 0,040 0,056 0,051 0,058 0,046 0,144
    690 0,040 0,055 0,052 0,058 0,046 0,101
    700 0,040 0,055 0,052 0,058 0,046 0,076
    710 0,040 0,055 0,052 0,058 0,045 0,061
    720 0,041 0,056 0,052 0,059 0,046 0,051
    730 0,042 0,057 0,054 0,061 0,048 0,048
    740 0,043 0,059 0,057 0,063 0,051 0,049
    750 0,046 0,062 0,060 0,067 0,053 0,051
    760 0,048 0,064 0,062 0,069 0,055 0,053
    770 0,050 0,065 0,063 0,071 0,055 0,056
    780 0,051 0,065 0,063 0,071 0,055 0,060
    Bemerkungen: *) Rechts: mit rechtsdrehendem Zirkularpolarisator,
    #) Links: mit linksdrehendem Zirkularpolarisator
  • Die dichroitischen Farbstoffe F355, F357 und F593, die alle im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältlich sind, werden in die Flüssigkristalle ZLI-3449-100 und MLC-6609, die beide ebenfalls im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältlich sind, eingearbeitet. Die physikalischen Eigenschaften von ZLI-3449-100 und MLC-6609 sind in Tabelle 3 gezeigt. Es werden zwei Arten von Zellen hergestellt. Eine Zelle des Typs (1), die eine gemusterte ITO-Elektrode aufweist, die mit eine homogene Orientierung induzierendem Polyimid bedeckt ist, das mit einer antiparallelen Reibung behandelt wird, und eine Schichtdicke von 10 μm aufweist, und eine Zelle des Typs (2), die eine gemusterte ITO-Elektrode aufweist, die mit eine homogene Orientierung induzierendem Polyimid bedeckt ist, das mit einer senkrechten Reibung behandelt wird (was zu einem verdrillt-nematischen Zustand führt), und eine Schichtdicke von 6 μm aufweist. Tabelle 3: Physikalische Eigenschaften der LC-Mischungen ZLI-3449-100 und MLC-6609
    LC ZLI-3449-100 MLC-6609
    Klärpunkt/°C 92,5 91,5
    Δn 0,1325 0,0777
    ne 1,6335 1,55
    no 1,501 1,47
    Δε 7,8 –3,7
    ε∥ 11,7 3,4
    ε⊥ 3,9 7,1
  • Um das dichroitische Verhältnis und den Absorptionswellenlängenbereich der dichroitischen Farbstoffe F355, F357 und F593 zu überprüfen, wird der Farbstoff jeweils mit einer Konzentration von 1% in ZLI-3449-100 dotiert. Die jeweilige Mischung wird in die oben beschriebene Zelle des Typs (1) injiziert. Ihre Absorptionsspektren für linear polarisiertes Licht sowohl parallel als auch senkrecht zur Reibrichtung sind in Tabelle 4 gezeigt. In einem sichtbaren Wellenlängenbereich wird offensichtlich ein hohes dichroitisches Verhältnis erzielt. Tabelle 4: Extinktion der drei Farbstoffe F355, F357 und F593 in ZLI-3449-100 bei einer Konzentration von 1% in einer antiparallel geriebenen Zelle
    Ausrichtung Parallel Senkrecht
    λ/nm Extinktion
    400 2,276 0,876
    410 2,188 0,627
    420 2,360 0,556
    430 2,463 0,531
    440 2,543 0,525
    450 2,622 0,528
    460 2,647 0,531
    470 2,608 0,529
    480 2,611 0,531
    490 2,680 0,503
    500 2,814 0,444
    510 2,784 0,442
    520 2,788 0,450
    530 2,828 0,455
    540 2,876 0,456
    550 2,908 0,454
    560 2,928 0,449
    570 2,911 0,441
    580 2,874 0,432
    590 2,814 0,420
    600 2,730 0,405
    610 2,621 0,387
    620 2,503 0,371
    630 2,380 0,358
    640 2,266 0,343
    650 2,158 0,329
    660 2,060 0,318
    670 1,965 0,306
    680 1,871 0,295
    690 1,774 0,285
    700 1,677 0,273
    710 1,574 0,262
    720 1,466 0,254
    730 1,356 0,246
    740 1,255 0,236
  • Die als Schaltelement verwendete TN-Zelle wird wie folgt hergestellt. Die nematische flüssigkristalline Mischung ZLI-3449-100, die mit den dichroitischen Farbstoffen F355, F357 and F593, jeweils mit einer Konzentration von 3%, dotiert ist, wird in eine oben beschriebene Zelle des Typs (2) gefüllt. Diese wird vor die beiden gestapelten Schichten der cholesterischen Flüssigkristallschichten platziert, deren Reflexionseigenschaften in den Tabellen 1 und 2 gezeigt sind. Die Reflexion dieses Aufbaus wird in ähnlicher Weise wie die Messung der cholesterischen Flüssigkristallschicht selber gemessen. Das einfallende Licht wird wiederum 30° von der vertikalen Richtung zum Substrat geneigt und die Reflexion wird aus der vertikalen Richtung erfasst. Bei dieser Messung wird kein Polarisator verwendet. In den Tabellen 5, 6 und 7 werden Reflexionsspektren für jede Farbe einmal ohne Anlegen einer Spannung (d. h. mit einer Spannung von 0 V) und einmal mit Anlegen einer Spannung von 40 V an die TN-Zelle für blaue; grüne bzw. rote Reflexion gezeigt. Es wird deutlich gezeigt, dass jede Farbe durch die TN-Zelle geschaltet wird, die einen dichroitischen Farbstoff enthält. Tabelle 5: Relative Reflexionsstärke von 2-gestapelten cholesterischen Flüssigkristallschichten im blauen, grünen und roten Spektralbereich
    Farbe Blau Grün Rot
    Uangel./V 0 40 0 40 0 40
    λ/nm Lichtstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 15,67 35,49 2,837 23,06 n. b. n. b.
    390 14,06 32,78 9,519 24,60 n. b. n. b.
    400 12,82 30,42 10,17 26,43 n. b. n. b.
    410 11,88 28,53 9,393 25,42 n. b. n. b.
    420 11,17 27,51 9,028 24,92 n. b. n. b.
    430 10,73 27,48 8,618 24,23 n. b. n. b.
    440 10,54 28,51 8,581 24,80 n. b. n. b.
    450 10,18 28,28 8,935 26,04 n. b. n. b.
    460 10,36 31,68 9,796 28,83 n. b. n. b.
    470 8,062 24,98 10,79 31,32 n. b. n. b.
    480 5,914 16,42 12,72 38,37 n. b. n. b.
    490 4,071 10,36 13,64 44,64 n. b. n. b.
    500 3,412 8,277 14,70 48,65 4,966 11,93
    510 3,045 7,194 15,01 49,25 5,224 12,75
    520 2,827 6,453 14,03 47,73 5,307 13,04
    530 2,641 5,917 11,66 41,08 5,379 13,35
    540 2,477 5,455 9,841 31,59 5,273 13,20
    550 2,484 5,287 7,707 22,93 5,690 14,20
    560 2,505 5,266 5,582 14,87 5,897 14,95
    570 2,615 5,359 4,236 10,11 6,759 17,64
    580 2,778 5,677 3,611 8,194 7,569 19,97
    590 2,987 6,106 3,663 7,888 9,109 24,09
    600 3,291 6,756 3,717 8,000 11,42 31,50
    610 n. b. n. b. n. b. n. b. 14,25 41,62
    620 n. b. n. b. n. b. n. b. 17,06 52,67
    630 n. b. n. b. n. b. n. b. 19,14 63,60
    640 n. b. n. b. n. b. n. b. 21,42 75,94
    650 n. b. n. b. n. b. n. b. 22,67 80,03
    660 n. b. n. b. n. b. n. b. 21,30 74,60
    670 n. b. n. b. n. b. n. b. 19,79 69,46
    680 n. b. n. b. n. b. n. b. 19,58 66,40
    690 n. b. n. b. n. b. n. b. 19,03 58,90
    700 n. b. n. b. n. b. n. b. 17,77 50,15
    710 n. b. n. b. n. b. n. b. 17,05 43,46
    720 n. b. n. b. n. b. n. b. 17,05 38,36
    730 n. b. n. b. n. b. n. b. 18,20 36,39
    740 n. b. n. b. n. b. n. b. 20,36 35,82
    750 n. b. n. b. n. b. n. b. 22,92 35,45
    760 n. b. n. b. n. b. n. b. 25,00 34,94
    770 n. b. n. b. n. b. n. b. 26,45 34,13
    780 n. b. n. b. n. b. n. b. 27,81 33,36
    Bemerkungen: n. b.: nicht bestimmt.
  • Beispiel 2
  • Ähnlich wie im Beispiel 1 wird eine cholesterische Flüssigkristallschicht mit Fluoreszenzfarbstoff wie folgt hergestellt. Eine Zelle eines dritten Typs (Typ (3) wird hergestellt. Hierfür werden gereinigte und getrocknete Glassubstrate bei 1.500 UpM mit einer entsprechenden Lösung der Polyimid-Orientierungsschicht SE-7492 von Nissan Chemical Co.Ltd., Japan, rotationsbeschichtet. Die Substrate werden 3 min lang auf 100°C vorgewärmt und dann 1 h bei 200°C gehärtet und anschließend in eine Richtung gerieben. Im Handel erhältliches Polyimid (Kapton Film H Typ 50H von Du Pont) mit einer Dicke von 12,5 μm wird als Abstandshalter zwischen zwei Substraten verwendet und die Substrate werden mit antiparallelen Reibrichtungen zusammengesetzt und mit Polyimid-Klebeband fixiert.
  • Die cholesterische Flüssigkristallschicht wird unter Verwendung eines photopolymerisierbaren, im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältlichen Flüssigkristallmaterials RMM34C, das mit dem im Handel erhältlichen chiralen Dotierstoff BDH1281 (ebenfalls von Merck KGaA) dotiert wurde, hergestellt. Die Konzentration des chiralen Dotierstoffs in RMM34C betrug 4,54%. Der blaue Farbstoff Cumarin-500, erhältlich von Exciton Corporation, USA, über Indeco Corporation, Japan, wird in diese polymerisierbare Mischung in einer Konzentration von 2,74% eingearbeitet. Die Mischung wird in eine Flüssigkristallzelle des Typs (3), wie im vorigen Absatz beschrieben, eingebracht. Die Zelle mit der Mischung wird auf eine Temperatur von 80°C erhitzt, bei welcher die Mischung sie befindet sich in der isotropen Phase, und anschließend mit der Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,1°/min auf eine Temperatur von 25°C abgekühlt. Die cholesterische LC-Struktur wird dann durch Polymerisation, die durch Einwirkung von Bestrahlung mit UV gestartet wird, stabilisiert. UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm wird verwendet und die Einwirkungsdosis beträgt (2.000 ± 50) mJ/cm2.
  • Die Eigenschaften der cholesterischen LC-Schicht werden auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht. Die Spektren bei Emission und bei Reflexion von der farbstoffdotierten cholesterischen Flüssigkristallschicht werden mit einem Leuchtdichtemessgerät CS-1000 (Konica Minolta Holdings, Inc., Japan) gemessen. Zur Anregung wird eine LED mit einer Wellenlänge von 400 nm (LB-50/150 UV-400 von Dynatec Co.Ltd.) verwendet. Während zur Messung der Reflexion eine Glühlampe (Fiber Lite Model 190 von Dolan-Jenner Industries, Inc.) verwendet wird. Auch hier wird das einfallende Licht 30° von der vertikalen Richtung zum Substrat geneigt und die Reflexion wird aus der vertikalen Richtung erfasst. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 (a) für die Emissionsspektren und in Tabelle 6 (b) für die Reflexionsspektren gezeigt (für die drei Fälle, dass kein Polarisator verwendet wird, dass ein R-Zirkularpolarisator verwendet wird bzw. dass ein L-Zirkularpolarisator verwendet wird). Der Emissions-Peak liegt bei einer Wellenlänge von etwa 467 nm und der Reflexions-Peak, bei dem es sich deutlich um einen selektiven Reflexions-Peak handelt, liegt bei einer Wellenlänge von etwa 460 nm. Tabelle 6 (a): Emissionsspektrum einer cholesterischen LC-Schicht
    λ/nm Emissionsenergie W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 46,65
    435 36,65
    440 31,15
    445 27,56
    450 25,41
    455 25,06
    460 25,88
    465 26,53
    470 26,10
    475 24,84
    480 23,34
    485 21,38
    490 20,30
    495 19,24
    500 18,26
    Tabelle 6 (b): Reflexionsspektren einer cholesterischen LC-Schicht
    Polarisator Keiner Rechtsdrehend Rechtsdrehend
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 3,366 1,569 0,193
    435 3,853 1,868 0,219
    440 4,288 2,141 0,242
    445 4,663 2,386 0,264
    450 4,983 2,599 0,284
    455 5,216 2,748 0,304
    460 5,205 2,745 0,322
    465 4,884 2,557 0,338
    470 4,277 2,195 0,351
    475 3,627 1,793 0,364
    480 3,073 1,440 0,374
    485 2,635 1,155 0,382
    490 2,326 0,952 0,385
    495 2,104 0,806 0,385
    500 2,010 0,728 0,395
  • Ähnlich wie in Beispiel 1 wird der im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältliche dichroitische Farbstoff F357 in die beiden Flüssigkristalle ZLI-3449-100 und MLC-6609, die beide ebenfalls im Handel von Merck KGaA, Deutschland, erhältlich sind, eingearbeitet. Die physikalischen Eigenschaften dieser Mischungen sind bereits in der obigen Tabelle 3 gezeigt.
  • Um das dichroitische Verhältnis und den Absorptionswellenlängenbereich des dichroitischen Farbstoffs F357 zu überprüfen, werden 10% F357 in die Mischung MLC-6609 dotiert und die entstandene Mischung wird in eine Zelle des Typs (1) injiziert, eine LC-Zelle, die eine gemusterte ITO-Elektrode aufweist, die mit eine homogene Orientierung induzierendem Polyimid bedeckt ist, das mit antiparalleler Reibung behandelt wird, und eine Schichtdicke von 10 μm aufweist, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Spektren dieser Zelle für die Absorption von linear polarisiertem Licht parallel und senkrecht zur Reibrichtung sind in Tabelle 7 gezeigt. Es ist deutlich zu sehen, dass F357 eine Absorption im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums aufweist. Tabelle 7: Spektralcharakteristika von F357 in MLC-6609
    Ausrichtung Parallel Senkrecht
    λ/nm Extinktion
    400 2,600 0,298
    410 2,875 0,338
    420 3,051 0,387
    430 3,172 0,418
    440 3,219 0,414
    450 3,250 0,413
    460 3,277 0,375
    470 3,235 0,314
    480 3,219 0,272
    490 2,982 0,228
    500 2,255 0,156
    510 1,542 0,104
    520 1,084 0,067
    530 0,776 0,045
    540 0,556 0,023
    550 0,393 0,013
    560 0,265 –0,003
    570 0,171 –0,009
    580 0,102 –0,017
    590 0,052 –0,024
    600 0,019 –0,025
  • Ähnlich zur in Beispiel 1 beschriebenen Untersuchung wird hier mit 3% F357 dotiertes ZLI-3449-100 in eine Zelle des Typs (2) injiziert, eine TN-Zelle, eine, die eine gemusterte ITO-Elektrode aufweist, die mit homogene Orientierung induzierendem Polyimid bedeckt ist, die durch Reiben behandelt wird und mit den jeweiligen Reibrichtungen der beiden Substrate senkrecht zueinander (was nach dem Zusammensetzen zum verdrillt-nematischen Zustand führt) zusammengesetzt wird und mit einer Schichtdicke von 6 μm. Auch für diese TN-Zelle mit Farbstoff-dotiertem ZLI-3449-100, die vor die cholesterische Flüssigkristallschicht platziert wird, deren optische Eigenschaften in Tabellen 6 (a) oben und (b) gezeigt sind, werden die Spektren sowohl bei Transmission als auch bei Reflexion mit einem Leuchtdichtemessgerät CS-1000 (Konica Minolta Holdings, Inc., Japan) gemessen. Zur Anregung wird auch hier eine LED mit einer Wellenlänge von 400 nm verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 (a) (Transmissionsspektren) und Tabelle 8 (b) (Reflexionsspektren) gezeigt. Es wird deutlich gezeigt, dass bei Anlegen einer entsprechenden Spannung sowohl die Transmission als auch die Reflexion zunimmt und sowohl die Transmission als auch Reflexion durch eine Zelle, die einen mit dichroitischem Farbstoff dotierten Flüssigkristall enthält, eingestellt werden können. Tabelle 8 (a): Emissionsspektren eines Aufbaus einer TN-Zelle und einer cholesterischen LC-Schicht für verschiedene angelegte Spannungen
    Uangel./V 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
    λ/nm Emissionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 16,13 16,2 15,92 16,32 19,42 21,53
    435 12,95 12,9 12,86 13,26 15,83 17,30
    440 11,64 11,7 11,48 11,80 14,12 15,60
    445 10,73 10,17 10,61 10,96 13,14 14,35
    450 10,33 10,2 10,13 10,34 12,49 13,85
    455 10,34 10,3 10,22 10,75 12,82 14,07
    460 10,95 10,9 10,90 11,45 13,63 15,03
    465 11,36 11,3 11,38 12,71 14,85 16,15
    470 11,82 11,7 11,86 13,19 15,46 16,68
    475 11,34 11,2 11,56 13,44 15,68 16,97
    480 11,26 11,1 11,55 13,26 15,13 16,18
    485 10,55 10,5 10,98 12,82 14,80 15,89
    490 10,30 10,3 10,83 12,90 14,48 15,37
    495 10,32 10,2 10,89 12,83 14,36 15,22
    500 10,13 10,1 10,86 13,16 14,66 15,21
    Tabelle 8 (b): Reflexionsspektren eines Aufbaus einer TN-Zelle und einer cholesterischen LC-Schicht für verschiedene angelegte Spannungen
    Uangel./V 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 0,150 0,149 0,154 0,207 0,275 0,318
    435 0,174 0,173 0,179 0,244 0,323 0,370
    440 0,203 0,202 0,208 0,280 0,373 0,431
    445 0,227 0,225 0,234 0,320 0,423 0,485
    450 0,256 0,254 0,264 0,352 0,467 0,543
    455 0,285 0,283 0,295 0,403 0,532 0,612
    460 0,324 0,322 0,336 0,459 0,602 0,696
    465 0,356 0,354 0,373 0,525 0,689 0,786
    470 0,389 0,387 0,409 0,568 0,723 0,825
    475 0,394 0,390 0,416 0,568 0,728 0,828
    480 0,404 0,402 0,426 0,557 0,689 0,778
    485 0,403 0,401 0,424 0,533 0,664 0,755
    490 0,417 0,414 0,439 0,543 0,662 0,741
    495 0,450 0,447 0,474 0,577 0,694 0,777
    500 0,504 0,501 0,536 0,671 0,805 0,885
  • Beispiel 3
  • Ähnlich wie bei den in Beispiel 2 beschriebenen Untersuchungen wird sowohl die Transmission durch und die und Reflexion von der cholesterischen LC-Schicht unter Verwendung einer Flüssigkristallzelle, die den Flüssigkristall in einer vertikalen Ausrichtung (VA) enthält, eingestellt. Die mit 3% F357 dotierte Mischung MLC-6609 wird in die VA-Zelle injiziert, eine Zelle des Typs (3), die eine gemusterte ITO-Elektrode aufweist, die mit homogene Orientierung induzierendem Polyimid bedeckt ist, das mit einer antiparallelen Reibung behandelt wird (was einen vertikalen Ausrichtungszustand ergibt), und eine Schichtdicke von 6 μm aufweist. Diese Zelle wird auf der cholesterischen Flüssigkristallschicht platziert, die in Beispiel 2 hergestellt wurde, deren optische Eigenschaften in den Tabellen 8 (a) und (b) gezeigt sind. Die elektrooptischen Eigenschaften der kombinierten Zellstruktur werden ebenfalls mit einem Leuchtdichtemessgerät CS-1000 (Konica Minolta Holdings, Inc., Japan) gemessen. Zur Anregung wird wiederum eine LED mit einer Wellenlänge von 400 nm verwendet, wie oben beschrieben.
  • Die Spektren bei Transmission und bei Reflexion, für die Zelle des Typs (3) (d. h. die VA-Zelle), die die mit dem Farbstoff dotierte Mischung MLC-6609 enthält, wird vor der cholesterischen Flüssigkristallzelle platziert, sind in Tabelle 9 (a) für die Transmissionsspektren und in Tabelle 9 (b) für die Reflexionsspektren gezeigt. Es ist offensichtlich, dass bei Anlegen einer entsprechenden Spannung sowohl die Transmission als auch die Reflexion abnimmt und sowohl die Transmission als auch die Reflexion kann durch eine Flüssigkristallzelle, die einen mit einem Farbstoff dotierten Flüssigkristall enthält, eingestellt werden, unabhängig vom Betriebsmodus der Flüssigkristallzelle.
  • Diese Beispiele zeigen deutlich, dass die cholesterische Flüssigkristallschicht als ausgezeichneter Reflektor für Licht und/oder als Emitter von Licht fungiert und dass die Lichtstärke mit einer beliebigen lichtsteuernden Schicht erfolgreich gesteuert werden kann. Tabelle 9 (a): Emissionsspektren eines Aufbaus einer VA-Zelle und einer cholesterischen LC-Schicht für verschiedene angelegte Spannungen
    Uangel./V 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
    λ/nm Emissionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 29,94 29,75 29,84 20,02 16,690 16,140
    435 23,30 23,21 23,15 15,63 12,880 12,310
    440 21,29 21,18 20,95 14,08 11,500 11,050
    445 18,53 18,42 18,21 12,17 10,010 9,426
    450 18,09 18,05 17,89 11,78 9,555 9,161
    455 17,99 17,80 17,55 11,70 9,484 8,990
    460 19,14 19,02 18,75 12,78 10,220 9,780
    465 19,94 19,80 19,65 13,70 10,970 10,420
    470 19,87 19,79 19,51 14,01 11,180 10,550
    475 20,09 19,81 19,69 14,21 11,310 10,710
    480 18,35 18,26 18,03 13,41 10,590 9,904
    485 18,00 18,01 17,86 13,19 10,630 9,873
    490 17,26 17,04 16,90 12,99 10,440 9,720
    495 16,37 16,25 16,17 12,94 10,480 9,613
    500 16,58 16,51 16,45 13,20 11,040 10,230
    Tabelle 9 (b): Reflexionsspektren eines Aufbaus einer VA-Zelle und einer cholesterischen LC-Schicht für verschiedene angelegte Spannungen
    Uangel./V 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    430 0,871 0,869 0,878 0,482 0,297 0,264
    435 0,980 0,978 0,988 0,546 0,332 0,293
    440 1,159 1,157 1,167 0,636 0,384 0,338
    445 1,250 1,248 1,261 0,686 0,408 0,359
    450 1,420 1,418 1,432 0,768 0,451 0,395
    455 1,547 1,546 1,559 0,839 0,487 0,424
    460 1,714 1,713 1,730 0,957 0,543 0,467
    465 1,825 1,824 1,843 1,045 0,599 0,510
    470 1,799 1,800 1,817 1,083 0,627 0,531
    475 1,719 1,721 1,738 1,062 0,638 0,543
    480 1,517 1,520 1,535 0,972 0,605 0,523
    485 1,409 1,412 1,427 0,936 0,606 0,529
    490 1,317 1,322 1,335 0,913 0,617 0,542
    495 1,296 1,302 1,315 0,950 0,664 0,588
    500 1,393 1,400 1,414 1,072 0,779 0,691
  • Beispiel 4
  • Sechs cholesterische Flüssigkristallschichten werden wie unter Beispiel 1 beschrieben hergestellt und die Reflexionseigenschaften einer Einzelschicht für jede Farbe werden im Vergleich mit Doppelschichten, die aus jeweils einer Schicht mit rechtsdrehender Verdrillungsrichtung und jeweils einer Schicht mit linksdrehender Verdrillungsrichtung für jede der drei Farben bestehen, bestimmt. Die rechtsdrehenden und die linksdrehenden Schichten für eine Farbe sind miteinander identisch mit der Ausnahme, dass die verwendeten chiralen Dotierstoffe einander optisch entgegengesetzt sind, d. h. Enantiomere voneinander sind, und somit die Schichten die gleiche Größe der cholesterischen Ganghöhe, aber einander entgegengesetzte Richtungen der Verdrillung.
  • Die Messungen werden wie unter Beispiel 1 beschrieben mit einem Leuchtdichtemessgerät CS-1000 (Konica Minolta Holdings, Inc., Japan) durchgeführt. In einer ersten Gruppe von Versuchen, für Beispiel 4a, wird eine Glühlampe, Fiber Lite Model 190 von Dolan-Jenner Industries, Inc., als Lichtquelle verwendet. Das einfallende Licht wird um einen Winkel von 30° von der Richtung vertikal zum Substrat geneigt und die Reflexion wird in der Richtung vertikal zum Substrat erfasst. Der Abstand zwischen der Lichtquelle und der cholesterischen Flüssigkristallschicht beträgt 15 cm. Alternativ wird in einer zweiten Gruppe von Messungen, für Beispiel 4b, eine weiße LED (MDBL-CW25) von Dynatec Co.Ltd. hier ebenfalls als Lichtquelle verwendet. Die Stärke der Beleuchtung wird mit einem Spektroradiometer USHIO Typ USR-40D-13 von Ushio Inc. gemessen.
  • Die Stärke der Beleuchtung der Glühlampe und der weißen LED werden bei einem Abstand von 15 cm als 352 μW/cm2 bzw. 43.8 μW/cm2 gemessen. Das Beleuchtungsspektrum der Glühlampe und der weißen LED ist in Tabelle 10 bzw. 11 gezeigt.
  • Figure 00460001
  • Figure 00470001
  • Beispiel 4a
  • Die Reflexionsstärken von einzelschichtigen cholesterischen Flüssigkristallschichten (rechtsdrehende Verdrillungsrichtung) und von doppelschichtigen cholesterischen Flüssigkristallschichten werden in Tabelle 12 für jede der drei Farben (R, G, B) unter Beleuchtung mit der Glühlampe verglichen. Tabelle 12: Reflexionsstärke von einzelschichtigen und doppelschichtigen cholesterischen Folien unter Beleuchtung mit Glühlampe
    Farbe Blau Grün Rot Blau Grün Rot
    Typ Einzelschicht* Doppelschicht
    Farbstoff Ohne Farbstoff
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,0485 0,0446 0,0379 0,182 0,100 0,0362
    400 0,268 0,246 0,194 0,961 0,545 0,201
    420 0,675 0,570 0,445 2,46 1,35 0,467
    450 1,95 1,28 0,777 4,99 2,86 0,822
    480 4,32 3,68 1,16 7,40 8,08 1,25
    500 4,97 4,86 1,38 6,80 11,4 1,51
    520 3,09 5,72 1,74 5,74 13,3 1,96
    550 1,83 3,08 2,50 2,27 5,89 2,89
    580 1,92 2,12 3,33 2,06 2,65 4,53
    600 2,05 2,14 6,11 2,13 2,42 8,58
    620 2,16 2,22 8,24 2,23 2,45 12,9
    650 2,39 2,43 7,81 2,44 2,60 13,7
    680 2,45 2,49 5,26 2,47 2,64 7,16
    700 2,14 2,13 3,18 2,14 2,29 3,71
    720 1,48 1,48 1,79 1,49 1,56 1,92
    740 0,939 0,958 1,08 0,949 1,02 1,16
    750 0,801 0,822 0,913 0,828 0,878 0,978
    760 0,707 0,705 0,794 0,720 0,759 0,881
    780 0,526 0,540 0,613 0,531 0,572 0,679
    Bemerkungen: *: rechtsdrehende Verdrillungsrichtung.
  • Die in Tabelle 12 zusammengestellten Daten zeigen deutlich, dass die Doppelschichten verglichen mit Einzelschichten für alle Farben zu höheren Reflexionsstärken führen. Da die Gesamt-Reflexionsstärke als das Integral über den Wellenlängenbereich der Reflexion für jede Farbe bestimmt wird, beträgt die Gesamt-Reflexionsstärke für die Doppelschichtstrukturen beinahe das Zweifache des Wertes für die Einzelschichtstrukturen. Diese Tatsache zeigt den Vorteil der Doppelschichtstruktur für Vorrichtungen, die in E-Papier-Anwendungen verwendet werden sollen, in denen nicht polarisiertes Licht verwendet werden kann.
  • Beispiel 4b
  • Die Beispielschichten aus dem vorherigen Beispiel, Beispiel 5, werden erneut untersucht. Nun wird jedoch anstelle der in Beispiel 4a verwendeten Glühlampe eine weiße LED (mit dem in Tabelle 11 unter Beispiel 4 gezeigten Emissionsspektrum) als Lichtquelle verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt. Tabelle 13: Reflexionsstärke von einzelschichtigen cholesterischen Folien ohne Farbstoff und doppelschichtigen cholesterischen Folien mit Farbstoff unter Beleuchtung mit einer weißen LED
    Farbe Blau Grün Rot Blau Grün Rot
    Typ Einzelschicht* Doppelschicht
    Farbstoff Ohne Farbstoff
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,00009 0,00002 0 0,00093 0,00002 0
    400 0 0 0 0,00003 0,00001 0
    420 0,0221 0,0171 0,0135 0,0982 0,0471 0,0197
    450 0,119 0,787 0,450 0,00346 0,00196 0,670
    480 0,669 0,588 0,184 0,00129 0,00146 0,284
    500 0,438 0,437 0,125 0,666 0,00117 0,193
    520 0,374 0,740 0,215 0,750 0,002 0,347
    550 0,230 0,410 0,318 0,340 0,960 0,529
    580 0,188 0,228 0,345 0,259 0,359 0,667
    600 0,158 0,182 0,453 0,217 0,271 0,906
    620 0,126 0,143 0,414 0,172 0,209 1,03
    650 0,0828 0,0935 0,260 0,114 0,134 0,593
    680 0,0474 0,0537 0,106 0,0653 0,0776 0,166
    700 0,0313 0,0351 0,0511 0,0432 0,0513 0,0723
    720 0,0205 0,0231 0,0281 0,0286 0,0339 0,0395
    750 0,0117 0,0138 0,0154 0,0170 0,0197 0,0229
    780 0,0072 0,00827 0,0105 0,0130 0,0130 0,0181
    Bemerkungen: *: rechtsdrehende Verdrillungsrichtung.
  • Aus diesen Ergebnissen ist es offensichtlich, dass Doppelschichten auch unter Beleuchtung mit weißen LEDs zu einer Stärke des reflektierten Lichtes von etwa dem Zweifachen des Wertes für die Einzelschichten führen.
  • Beispiel 5
  • Wie in Beispiel 1 beschrieben, werden wiederum ein drei Gruppen cholesterische Flüssigkristallschichten, die jeweils eine der drei Farben rot, grün und blau widerspiegeln, hergestellt. Nun werden jedoch insgesamt acht dieser cholesterischen Flüssigkristallschichten hergestellt, jeweils drei für grüne Farbe und für rote Farbe und zwei für blaue Farbe. Für jede der beiden Farben grün und rot wird eine Schicht mit rechtsdrehender helikaler Verdrillungsrichtung hergestellt. Und außerdem werden für jede dieser beiden Farben zwei weitere Schichten hergestellt, jeweils eine mit rechtsdrehender und mit linksdrehender helikaler Verdrillungsrichtung. Im Gegensatz zu den Schichten aus Beispiel 1 wird hier jedoch in jeder dieser vier zusätzlichen cholesterischen Schichten, d. h. zwei pro Farbe, ein Fluoreszenzfarbstoff in die cholesterische Schicht eingearbeitet. Für die beiden cholesterischen Flüssigkristallschichten mit grüner selektiver Reflexion werden 2,16% des grünen Farbstoffs Cumarin 6, im Handel erhältlich von Aldrich, bezogen auf die Menge der Gesamtmasse der entstehenden Mischung eingearbeitet. Für die beiden cholesterischen Flüssigkristallschichten mit roter selektiver Reflexion werden 0,2% Cumarin 6 und 0,26% NK-3590, im Handel erhältlich von Hayashibara Biochemical Laboratories, Japan, bezogen auf die Menge der Gesamtmasse der entstehenden Mischung eingearbeitet. Die Schichten mit einander entgegengesetzter Verdrillungsrichtung mit dem/den jeweiligen eingearbeiteten Farbstoff/Farbstoffen werden für jede Farbe zu einer Doppelschicht kombiniert.
  • Schließlich werden zwei cholesterische Flüssigkristallschichten, die blaues Licht reflektieren, für dieses Beispiel hergestellt. Sie weisen einander entgegengesetzte Verdrillungsrichtung zueinander auf. Eine dieser Schichten, diejenige mit rechtsdrehender Verdrillungsrichtung, wird als ist eine Einzelschicht untersucht, und dann werden beide zu einer Doppelschicht kombiniert und wiederum untersucht. Diese letzeren beiden blauen Schichten enthalten keine Farbstoffmoleküle.
  • Beispiel 5a
  • Diese sechs Schichten, drei Einzelschichten und drei Doppelschichten, werden mit einer Glühlampe wie unter Beispiel 4a beschrieben untersucht und die Reflexionsstärken für die Einzelschichten (mit rechtsdrehender Verdrillungsrichtung) werden mit denen für die jeweiligen Doppelschichten verglichen, wobei in diejenigen für grün und rot Farbstoffe eingearbeitet sind. In Tabelle 14 werden die Reflexionsstärken für die Einzelschichten ohne Farbstoffe mit denen von Doppelschichten verglichen. Tabelle 14: Reflexionsstärke von einzelschichtigen cholesterischen Folien ohne Farbstoff und doppelschichtigen cholesterischen Folien mit Farbstoff bei Beleuchtung mit Glühlampe
    Farbe Blau Grün Rot Blau Grün Rot
    Typ Einzelschicht* Doppelschicht
    Farbstoff Ohne Farbstoff Mit Farbstoff
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,0485 0,0446 0,0379 0,182 0,0919 0,0060
    400 0,268 0,246 0,194 0,961 0,389 0,0295
    420 0,675 0,570 0,445 2,46 0,754 0,0966
    450 1,95 1,28 0,777 4,99 1,25 0,274
    480 4,32 3,68 1,16 7,40 2,67 0,512
    500 4,97 4,86 1,38 6,80 3,98 0,637
    520 3,09 5,72 1,74 5,74 12,6 0,893
    550 1,83 3,08 2,50 2,27 12,3 1,75
    580 1,92 2,12 3,33 2,06 4,16 6,71
    600 2,05 2,14 6,11 2,13 3,05 14,6
    620 2,16 2,22 8,24 2,23 2,70 25,5
    650 2,39 2,43 7,81 2,44 2,60 32,5
    680 2,45 2,49 5,26 2,47 2,54 22,1
    700 2,14 2,13 3,18 2,14 2,20 11,9
    720 1,48 1,48 1,79 1,49 1,49 4,51
    750 0,801 0,822 0,913 0,828 0,846 1,66
    780 0,526 0,540 0,613 0,531 0,562 1,07
    Bemerkungen: *: rechtsdrehende Verdrillungsrichtung.
  • Die in Tabelle 14 zusammengestellten Daten zeigen deutlich die enorme Wirkung der Einarbeitung eines Farbstoffs in die cholesterische Schicht auf die Stärke des reflektierten Lichtes. Insbesondere für die Folie, der im roten Spektralbereich reflektiert, ist der Peak der Reflexionsstärke für Doppelschichten mit Farbstoffen das Dreifache dessen der Einzelschicht ohne Farbstoffe. Dies lässt sich dadurch erklären, dass der Beitrag des Lichtes mit einer kürzeren Wellenlänge genutzt wird, dank sei des Effekts, dass die Farbstoffmoleküle die Wellenlänge des Lichtes umwandeln. Anderenfalls trägt dieses Licht mit einer kürzeren Wellenlänge nicht zur Reflexion bei ist. Es ist daher offensichtlich, dass die Stärke des reflektierten Lichtes durch die Einarbeitung eines Farbstoffes in die cholesterische Schicht wesentlich verbessert wird, zusätzlich zur Verbesserung, die auf die Verwendung von Doppelschichten anstelle von Einzelschichten zurückzuführen ist.
  • Beispiel 5b
  • Eben diese sechs Schichten werden erneut untersucht. Aber hier wird, wie in Beispiel 4b, statt der Glühlampe eine weiße LED als Lichtquelle verwendet. Die Reflexionsstärken für die Einzelschichten (mit rechtsdrehender Verdrillungsrichtung) werden mit denen der jeweiligen Doppelschichten verglichen, wobei in diejenigen für grün und rot Farbstoffe eingearbeitet sind, in Tabelle 15. Tabelle 15: Reflexionsstärke von einzelschichtigen cholesterischen Folien ohne Farbstoff und doppelschichtigen cholesterischen Folien mit Farbstoff unter Beleuchtung mit einer weißen LCD
    Farbe Blau Grün Rot Blau Grün Rot
    Typ Einzelschicht* Doppelschicht
    Farbstoff Ohne Farbstoff Mit Farbstoff
    λ/nm Reflexionsstärke W/10–3 (sr·m2·nm)
    380 0,00009 0,00018 0 0,00093 0,00002 0,00004
    400 0 0 0 0,00004 0,00005 0
    420 0,0221 0,0171 0,0135 0,0982 0,0289 0,00024
    450 1,19 0,787 0,450 3,46 0,797 0,0923
    480 0,669 0,588 0,184 1,29 0,465 0,0448
    500 0,438 0,437 0,125 0,666 0,493 0,0301
    520 0,374 0,740 0,215 0,750 2,27 0,0563
    550 0,230 0,410 0,318 0,340 2,52 0,127
    580 0,188 0,228 0,345 0,259 0,730 0,493
    600 0,158 0,182 0,453 0,217 0,438 1,11
    620 0,126 0,143 0,414 0,172 0,293 1,85
    650 0,0828 0,0935 0,260 0,114 0,165 1,85
    680 0,0474 0,0537 0,106 0,0653 0,0918 0,941
    700 0,0313 0,0351 0,0511 0,0432 0,0597 0,442
    720 0,0205 0,0231 0,0281 0,0286 0,0393 0,197
    750 0,0117 0,0138 0,0154 0,0170 0,0230 0,0786
    780 0,0072 0,00088 0,0105 0,0130 0,0145 0,0466
    Bemerkungen: *: rechtsdrehende Verdrillungsrichtung.
  • Diese Daten zeigen deutlich, dass die Wirkung der Einarbeitung eines Farbstoffs in die cholesterische Schicht die Stärke des reflektierten Lichtes auch bei Beleuchtung mit einer weißen LED wesentlich verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Fig. 1
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verwendung einer Schicht eines mit einem dichroitischen Farbstoff dotierten, verdrillt-nematischen Flüssigkristalls als elektrooptisches Schaltelement.
    • a) Verdrillt-nematischer Zustand ohne angelegte elektrische Spannung.
    • b) Mit angelegter elektrischer Spannung.
  • Fig. 2
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform, die gegenüber 1 durch die zusätzliche Verwendung einer Hintergrundbeleuchtung modifiziert ist.
    • a) Verdrillt-nematischer Zustand ohne angelegte elektrische Spannung.
    • b) Mit angelegter elektrischer Spannung.
  • Fig. 3
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verwendung einer elektrophoretischen Zelle als elektrooptisches Schaltelement.
    • a) Elektrische Gleichspannung angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem entgegengesetzten Ladungsvorzeichen gegenüber dem der Teilchen aufweist.
    • b) Elektrische Gleichspannung angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem gleichen Singen wie das der Teilchen aufweist.
  • Fig. 4
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform, die gegenüber 3 durch die zusätzliche Verwendung einer Hintergrundbeleuchtung modifiziert ist.
    • a) Gleichspannung angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem entgegengesetzten Vorzeichen zu dem der Ladung der Teilchen aufweist.
    • b) Elektrische Gleichspannung angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem gleichen Vorzeichen wie das der Ladung der Teilchen aufweist.
  • Fig. 5
  • Schematische Darstellung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit Verwendung einer Schicht aus einem Verbund aus einem niedermolekularen Flüssigkristall und aus einem Polymer als elektrooptisches Schaltelement.
    • a) Zustand ohne angelegte elektrische Spannung.
    • b) Mit angelegter elektrischer Spannung.
  • Fig. 6
  • Schematische Darstellung der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit Verwendung eines elektrokreisel-elektrooptischen Schaltelements.
    • a) Gleichspannung, angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem entgegengesetzten Singen der Ladung des schwarzen Teils der kugelförmigen Teilchen aufweist.
    • b) Elektrischen Gleichspannung angelegt, so dass die untere Elektrode eine Ladung mit dem gleichen Singen wie die Ladung des schwarzen Teils der kugelförmigen Teilchen aufweist.
  • Fig. 7
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform, bei der das den/die licht-emittierende(n) Anteil(e) enthaltende Material in eine zusätzliche Schicht eingebettet ist.
  • Fig. 8
  • Schematische Darstellung der Ausführungsform, bei der die Schicht, die das anregende Licht reflektiert, auf der Schicht, die Licht emittiert, platziert ist.
  • Erklärung der Symbole für die Figuren
  • I. Allgemeine Bemerkungen
  • 1. Einteilung der Teile a und b der Figuren
  • In den jeweiligen ersten Teilen der einzelnen Figuren (d. h. den mit „a” bezeichneten Teilen) ist der nicht geschaltete Zustand bzw. der stärker absorbierende Zustand bzw. der Zustand mit der niedrigeren Transmission des/der elektrooptischen Schaltelemente(s) gezeigt. Die jeweiligen zweiten Teile der Figuren (d. h. die mit „b” bezeichneten Teile) zeigen den jeweils entgegengesetzten Zustand. Zur Vereinfachung ist in den 1b, 2b, 3a und 3b nur ein einziges, beispielhaftes elektrooptisches Schaltelement gezeigt. 1a, 2a, 4a, 4b, 5a und 5b sind drei Schaltelemente, jeweils eines für jede Farbe (R, G, B), gezeigt.
  • 2. Lichtweg
  • Breite Pfeile geben in den Figuren den Lichtweg an. 3. Farbe des Lichtes
    R rot,
    B blau und
    G grün.
  • Bezugszeichenliste
  • Fig. 1a und Fig. 1b:
    • 101
    dichroitischer Farbstoff
    102
    Flüssigkristallmolekül
    103
    Elektroden
    104
    TFT
    105
    cholesterischer Flüssigkristall
    106
    einfallendes Licht
    107
    reflektiertes Licht
    Fig. 2a und Fig. 2b:
    201
    dichroitischer Farbstoff
    202
    Flüssigkristallmolekül
    203
    Elektroden
    204
    TFT
    205
    cholesterischer Flüssigkristall
    206
    einfallendes Licht
    207
    Material, das einen oder mehrere lichtemittierende Anteile enthält
    208
    Licht von der Hintergrundbeleuchtung
    Fig. 3a und Fig. 3b:
    301
    geladene Teilchen
    302
    fluides Medium
    303
    Elektroden
    304
    TFT
    305
    cholesterischer Flüssigkristall
    306
    einfallendes Licht
    307
    Material, das einen oder mehrere lichtemittierende Anteile enthält
    312
    Umrandung der Zelle des Schaltelements
    Fig. 4a und Fig. 4b:
    401
    geladene Teilchen
    402
    fluides Medium
    403
    Elektroden
    404
    TFT
    405
    cholesterischer Flüssigkristall
    406
    einfallendes Licht
    407
    Material, das einen oder mehrere lichtemittierende Anteile enthält
    408
    Hintergrundbeleuchtung mit Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung kommt
    409
    dielektrischer Schirm
    410
    reflektiertes Licht
    411
    umgewandeltes Licht von der Hintergrundbeleuchtung
    412
    Umrandung der Zelle des Schaltelements
    Fig. 5a und Fig. 5b:
    501
    Polymermaterial
    502
    niedermolekularer Flüssigkristall
    503
    Elektroden
    504
    TFT
    505
    cholesterischer Flüssigkristall
    506
    einfallendes Licht
    Fig. 6a und Fig. 6b:
    601
    Verdrillungsball
    602
    elektrophoretisches Medium
    603
    Elektrode
    604
    Dünnschichttransistor (Schaltelement)
    605
    cholesterische Flüssigkristallschicht
    606
    Umgebungslicht
    607
    reflektiertes Licht von der cholesterischen Flüssigkristallschicht
    613
    schwarze Halbkugel des Verdrillungsballs
    Fig. 7:
    701
    lichtemittierende Schicht
    702
    cholesterische Flüssigkristallschicht
    703
    anregendes Licht
    704
    emittiertes Licht vom lichtemittierenden Anteil
    Fig. 8:
    801
    lichtemittierende Schicht
    802
    cholesterische Flüssigkristallschicht
    803
    anregendes Licht
    804
    emittiertes Licht vom lichtemittierenden Anteil
    805
    anregende lichtreflektierende Schicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (16)

  1. Elektrooptisches Schaltelement, enthaltend – eine oder mehrere Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall, die in der Lage sind, – (sichtbares) Licht selektiv zu reflektieren und – ein elektrooptisches Element, das in der Lage ist, – die Lichtstärke zu steuern.
  2. Elektrooptisches Schaltelement nach Anspruch 1, enthaltend – eine oder mehrere Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall, die in der Lage sind, – (sichtbares) Licht selektiv zu reflektieren – die Wellenlänge von (des) Licht(es) zu längeren Werten zu verschieben und – ein elektrooptisches Element, das in der Lage ist, – die Lichtstärke zu steuern.
  3. Elektrooptisches Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend – eine oder mehrere Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall, die in der Lage sind, (sichtbares) Licht selektiv zu reflektieren und – eine oder mehrere andere Schichten, die in der Lage sind, – die Wellenlänge von (des) Licht(es) zu längeren Werten zu verschieben und – ein elektrooptisches Element, das in der Lage ist, – die Stärke (Transmission/Reflexion/Streuung) von Licht zu steuern.
  4. Elektrooptisches Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, enthaltend – ein Mittel zur Beleuchtung (wie z. B. eine Hintergrundbeleuchtung).
  5. Elektrooptisches Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend ein Mittel zur selektiven Reflexion von Anregungslicht.
  6. Elektrooptisches Schaltelement nach Anspruch 5, enthaltend ein Mittel zur selektiven Reflexion von Anregungslicht, wobei das Mittel zur selektiven Reflexion von Anregungslicht ein cholesterisches Flüssigkristallmaterial enthält.
  7. Elektrooptisches Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, in dem das elektrooptische Element, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu steuern, ein Flüssigkristallmaterial enthält.
  8. Elektrooptisches Schaltelement nach Anspruch 7, in dem das elektrooptische Element ein Flüssigkristall schaltend enthält, das aus der folgenden Gruppe von Flüssigkristall-Schaltelementen ausgewählt ist – ein Flüssigkristall enthaltend einen oder mehrere dichroitische Farbstoffe, – ein Verbund aus einem Flüssigkristall enthaltend eine Komponente mit niedrigem Molekulargewicht und eine Polymerkomponente (wie z. B. ein PDLC, NCAP oder PN) und – ein Phasenwechsel-Flüssigkristallmaterial (wie z. B. ein SA-Phasenwechselmaterial oder ein cholesterisches Phasenwechselmaterial).
  9. Elektrooptisches Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem das elektrooptische Element, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu steuern, ein elektrophoretisches Schaltelement ist.
  10. Elektrooptisches Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem elektrooptische Element, das in der Lage ist, die Lichtstärke zu steuern, ein Elektrokreisel-Schaltelement ist.
  11. Anordnung elektrooptischer Schaltelemente nach Anspruch 10, bei der das Lichtumwandlungsmittel eine Schicht laminierter Schichten oder Folien ist.
  12. Anordnung elektrooptischer Schaltelemente nach Anspruch 10, bei der das Lichtumwandlungsmittel die Form einer räumlich strukturierten/gemusterten Schicht mit getrennten Bereichen für die drei Farben rot, grün bzw. blau aufweist.
  13. Elektrooptische Anzeige enthaltend eine Anordnung von elektrooptischen Schaltelementen nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 und 12.
  14. Anzeige nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aktivmatrixanordnung, z. B. eine Matrix aus TFTs enthält, die in der Lage ist, die Anzeige anzusprechen.
  15. Verwendung eines elektrooptischen Schaltelements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Anordnung elektrooptischer Schaltelemente nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 und 12 in einer elektrooptischen Anzeige.
  16. Verwendung eines elektrooptischen Schaltelements nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Anordnung elektrooptischer Schaltelemente nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 und 12 zum Anzeigen von Information.
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