DE3650314T2

DE3650314T2 - Flüssigkristalline, licht-modulierende materialien.

Info

Publication number: DE3650314T2
Application number: DE3650314T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe I-87030 Rende Chidichimo; J. William Kent Oh 44240 Doane; Attilio Kent Oh 44240 Golemme; Nuno A. P. Southfield Mi 48034 Vaz; John L. Stow Oh 44224 West; Bao-Gang Kent Oh 44240 Wu; Slobodan Kent Oh 44240 Zumar
Original assignee: Kent State University
Current assignee: Kent State University
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2006-09-17
Also published as: JPH07104262A; EP0238626A1; ATE122156T1; EP0238626B1; AU6400886A; AU599927B2; JP2688323B2; EP0238626A4; DE3650314D1; WO1987001822A1

Description

Flüssigkristalline Licht-modulierende Materialien

Die Erfindung betrifft augemein die flüssigkristalline Lichtsteuertechnologie und insbesondere die Herstellung neuer flüssigkristalliner Materialien, die eine Licht-modulierende Dispersion von flüssigkristallinen Mikrotröpfchen enthalten, die selbstablaufend in einer synthetischen polymeren Matrix gebildet und erhalten werden, z.B. für die Anwendung bei Bildwiedergabeeinrichtungen.

Stand der Technik

Neueste Entwicklungen in der kommerziellen Herstellung von flüssigkristallinen Bildwiedergabeeinrichtungen waren auf Materialien gerichtet, die Bilder durch Auswertung der Lichtstreuungs-Eigenschaften von Flüssigkristallen darstellen, die mannigfaltig in oder auf einer Kunststoffschicht oder dergleichen angeordnet sind, um Abdichtungsprobleme bei konventionellen Bildwiedergabeeinrichtungen vom Zellentyp zu vermeiden. Die Wiedergabeeigenschaften dieser Materialien sind von der Größe und der Morphologie der eingeschlossenen Flüssigkristalle abhängig. Die Eigenschaften wie die Wirksamkeit in der Streuung und das Umschalten zwischen den EIN- und AUS-Zuständen werden durch die Durchmesser und die Dichte der diskreten Teilchen von Flüssigkristalien beeinflußt.
Vorgeschlagene Materialtypen enthalten Matrialien mit eingekapselten Flüssigkristallen und Materialien mit Mikroporen, in die Flüssigkristalle eingesaugt sind.
Ein älterer Vorschlag für die Einkapselung von Flüssigkristallen ist in der FR-PS 2 139 537 beschrieben und enthält die Bildung einer wässrigen Emulsion eines nematischen oder cholesterischen flüssigkristallinen Materials mit einem unmischbaren Binder wie Polyvinyl-Alkohol. Die Mischung wird in einem Hochgeschwindigkeits-Mischer oder dergleichen emulgiert, um Tröpfchen des Flüssigkristalls zu bilden, die durch den Binder eingekapselt werden. Die eingekapselten Tröpfchen werden dann auf ein klares plastisches Substrat aufgeschichtet, das die üblichen leitenden Elektroden enthält. Eine ähnliche Technik ist in der US-PS 4 435 047 beschrieben. Diese beiden Anordnungen entsprechen dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2, 14 und 15.
Ein anderer, älterer Vorschlag mit dem Auffüllen der offenen oder verbundenen Mikroporen einer Kunststoffschicht mit einem nematischen oder anderen Flüssigkristall ist in der US-PS 4 048 358 beschrieben. Außerdem beschreibt "Applied Physics Letters" 40(1), 1982, Seiten 22- 24 die Bildung einer Licht-modulierenden Vorrichtung, baslerend auf einer gesteuerten Anpassung/Fehlanpassung einer Brechung zwischen einer porösen Matrix und dem flüssigkristallinen Material innerhalb der Poren der Matrix.
Diese bekannten Techniken, enthaltend das mechanische Elnschließen von Flüssigkristallen, haben einige Nachteile. Die Einbettung durch Emulgierung kann ein relativ breites Spektrum von Einbettungsdurchmessern hervorrufen, wodurch eine Klassifizierung der Größen notwendig werden kann. Die Einbettung durch Einsaugen in einen mikroporösen Kunststoff bringt das Problem des Abdichtens der Mikroporen, um das Ausfließen von Flüssigkristallen zu verhindern.
Auf ähnliche Weise beschreibt die EP-A-0 205 261 die Aufbereitung einer Dispersion aus Mikrotröpfchen eines flüssigkristallinen Materials in einem polymeren Film. In diesem Fall beinhaltet die Aufbereitung die Mischung eines flüssigkristallinen Materials mit einem ultravioletten, aushärtbaren, Film-bildenden Material eines bestämten Types, wodurch es der Mischung ermöglicht wird, zu stehen, bis sich Mikrotröpfchen einer gewünschten Größe in der Mischung gebildet haben, und dann das Film-bildende Material schnell aushärtet, um die Größe der Mikrotröpfchen beizubehalten. Bei dieser Anwendung gibt es keine Lehre oder Anregung, daß sich das flüssigkristalline Material in dem Film-bildenden Material auflöst, um eine homogene Lösung zu bilden, und das Aushärten durchgeführt wird, um die bereits geformten Mikrotröpfchen "einzufrieren". Dieses steht im Gegensatz zu der vorliegenden Erlindung, bei der das flüssigkristalline Material in dem Matrix-Prakursor aufgelöst wird und die Verfestigung des Matrix- Präkursors die Ursache für die Bildung der Mikrotröpfchen ist.
Die elektrische Beeinflussung dieser licht-streuenden Einrichtungen zwischen den Betriebsarten mit Lichtstreuung und Licht-Durchlässigkeit veranlaßt die Einichtungen oder deren Bild-formenden Segmente, in einem Zustand opak und in einem anderen Zustand transparent zu erscheinen. Eine thermische Beeinflussung einer derartigen Einrichtung durch die Anwendung ausreichender Wärme, um einen Übergang von dem flüssigkristallinen, Licht-streuenden Zustand auf den isotropen, lichtdurchlässigen Zustand einzuführen, veranlaßt die Materialien, von einem opaken in einen klaren Zustand umzuschalten.
Die Wirkungsweise der meisten dieser Typen von flüssigkristallinen Bildwiedergabeeinrichtungen ist abhängig von der ständigen Anwendung eines externen, entweder elektrischen oder thermischen Feldes, um ein Bild aufrechtzuerhalten. Während diese Wirkungsweise wünschenswert ist für Bildwiedergabeeinrichtungen für z.B. Zeiten und Temperaturen, bei denen verschiedene alphanumerische Zeichen durch die konstante Erregung und Enterregung von verschiedenen Bildelementen gebildet und danach wieder gelöscht werden, wäre es in manchen Fällen dennoch vorteilhaft, eine Technologie für die Bildwiedergabe zu schaffen, die gekennzeichnet ist nicht nur durch eine größere Erleichterung bei der Aufbereitung, sondern auch durch eine Bildwiedergabe, die nicht von der ständigen Anwesenheit eines angelegten Feldes abhängig ist. Es wäre außerdem vorteilhaft, flüssigkristalline Bildwiedergabeeinrichtungen zu schaffen, die durch schnellere Schaltzeiten und erhöhte Durchlässigkeit gekennzeichnet sind, als es bisher erreichbar war.
Es müssen daher von der vorliegenden Erfindung bekannte Vorschläge unterschieden werden, die in einer mechanischen Aufteilung eines Körpers von Flüssigkristalien in einen Überfluß von Partikeln bestehen, die entweder folgendes sind: (a) einzelne in einer polymeren Schicht enrobiert oder eingekapselt (diese können anschließend aggregiert werden, um eine zusammenhängende vielfach gestützte Schicht oder dergleichen zu bilden); oder (b) eingebettet als Füllung in einem eine Matrix bildenden Material (das dann in eine polymere Schicht oder dergleichen umgesetzt werden kann). Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber diesen Vorschlägen bestehen in einer Vereinfachung der Aufbereitung, Erleichterung der Kontrolle der Größe der flüssigkristallinen Gebiete und ihrer Diskontinuität und einer theoretisch unbegrenzten Abmessung der Bildwiedergabeeinrichtung. Weitere Vorteile werden später erläutert.
Unsere schwebende Anmeldung WO 85/04262, in der die Länder CH, DE, FR, GB und SE unter EPC benannt sind und die am 26. September 1985 veröffentlicht wurde, betrifft die Bildung eines Licht-modulierenden Materials, enthaltend Mikrotröpfchen eines flüssigkristallinen Materials in einer festen, ausgeharteten, lichtdurchlässigen Epoxyd-Harz-Matrix. Wenngleich diese Schrift die vorliegende Erfindung nicht ausdrücklich offenbart und den Durchschnittsfachmann nicht in die Lage versetzt, die vorliegende Erfindung in ihrer Allgemeinheit auszuführen, wurde dennoch herausgefunden, daß die Wirkungsweise der darin beschriebenen Beispiele die Lösung eines flüssigkristallinen Materials in einem Präkursor einer festen Epoxyd-Matrix beinhaltet, um eine homogene Lösung zu bilden, und daß die darauffolgende Aushärtung des Epoxidharzes zur Bildung der Matrix eine Phasentrennung des flüssigkristalinen Materials zur Bildung der Mikrotröpfchen auslöst.

Erfindungsgemäße Lösung

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein Licht-modulierendes Material, wie in den Ansprüchen 1 und 2 definiert, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht-modulierenden Materials, wie in den Ansprüchen 14 und 15 definiert, und eine Licht-modulierende Einrichtung gemäß den Ansprüchen 24 und 29.
Alle folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten die selbstablaufende Bildung von flüssigkristalllnen Mikrotröpfchen aus einer Lösung einer flüssigkristallinen und einer synthetischen Harz-Matrix, die eine Zusammensetzung während der Verfestigung der Matrix erzeugt, die dann lichtdurchlässig ist. Eine derartige Bildung neigt dazu, Mikrotröpfchen hervorzubringen, die im wesentlichen gleichmäßig beabstandet und in ihrer Größe im wesentlichen gleich sind. Zur Vereinfachung bezeichnen wir diese Bildung als eine vom Typ "Phasentrennung". Die Matrix kann hitzehärtbarer Plast oder ein Thermoplast (Polymer) sein.
Ein Gesichtspunkt ist hier ein Material, das Licht-streuende flüssigkristalline Mikrotröpfchen enthält; es ist in der Lage, thermisch, elektrisch, magnetisch und elektromagnetisch beeinflußt zu werden und das Material zu veranlassen, zwischen einem Betrieb mit Lichtstreuung und einem Betrieb mit Lichtdurchlässigkeit hin und her umzuschalten. Außerdem ist ein derartiges Material lichtempfindlich auf Belastung, wodurch es unter Spannung als Polarisator wirkt, der eine Komponente von in einer Ebene polarisiertem Licht durchläßt, während er die andere Komponente streut. Außerdem kann seine Phasentrennung in der Anwesenheit eines elektrischen oder magnetischen Feldes ein derartiges Material veranlassen, als ein elektrisch adressierbarer Polarisator zu wirken.
Das neue, Licht-streuende Material ist, sofern thermoplastisch, gekennzeichnet durch eine leichte Herstellbarkeit und durch die Fähigkeit, durch einfaches Erwärmen und Abkühlen wieder aufbereitet zu werden. Ein anderes Merkmal der Erfindung ist ein Material, das aus einem thermoplastischen Harz und einem Flüssigkristall hergestellt ist, das eine Übergangstemperatur von einer flüssigkristallinen Phase zu einer isotropen Phase oberhalb der Schmelztemperatur der Matrix aufweist; es stellt einen reversiblen, feldunabhängigen Speicher dar (thermoplastischer Bildspeicher).
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein thermoplastisches Bildwiedergabe-Material, das eine besonders enge Anpassung des üblichen Brechungsindex des Flüssigkristalls an die Matrix aufweist, die einen Teil des Kristalls in sich gelöst enthält. Ein solches Material kann so ausgebildet sein, daß es Schaltzeiten von einigen Millisekunden, Durchlässigkeiten in der Größenordnung von 90 % und einen elektrooptischen Speicher aufweist. Ein solches Material kann mit einem hohen elektrischen spezifischen Widerstand und Dieletrizitätskonstante hergestellt werden, so daß es als Kondensator wirkt und eine bestimmte Ladung beibehält, wenn es zwischen zwei Elektroden geladen ist, wodurch die optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen ausgerichtet bleiben und ein Bild aufrechterhalten bleibt, nachdem die Spannung abgeschaltet worden ist (elektrostatischer Bildspeicher).
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Licht-modulierendes Material, bei dem die Größe der Mikrotröpfchen durch Regelung der Wachstumsrate der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen während der Phasentrennung geregelt wird und das Anwachsen der Mikrotröpfchen durch Verfestigung der Matrix aufgehalten wird, wenn sie einen vorgewahlten mittleren Durchmesser erreicht haben. Es wurde festgestellt, daß die flüssigkristallinen Mikrotröpfchen, wenn sie in der beschriebenen Weise bearbeitet wurden, gleichmäßige Größe und Abstand aufweisen und einen Durchmesser haben, der sich von ungefähr 0,2 um nach oben erstreckt. Die Temperatur, die relative Konzentration und die Wahl der Materialien bestimmen die Wachstumsrate, die resultierende Größe der Miilrotröpfchen sowie die Populationsdichte. Die Steuerung der Wachstumsrate ermöglicht eine Herstellung von flüssigkristalinen Bildwiedergabeeinrichtungen mit optimierten Wiedergabe-Eigenschaften wie Kontrast und Ansprechzeiten.
Zusätzllch zu den vorangehenden, Licht-modulierenden Materialien sind weitere Merkmale dieser Erfindung elektrisch ansprechende und elektrisch adressierbare Einrichtungen zum Schalten und Polarisieren von Licht, die in ihrem Aufbau ein Licht-modulierendes Material aufweisen, z.B. eine Schicht oder einen Film dieser Erfindung; weitere Merkmale dieser Erfindung sind im weitesten Sinne das Verfahren für die Phasentrennung zur Herstellung der erfindungsgemäßen, Lichtmodulierenden Materialien, spezielle Phasentrennungs-Techniken und darunter die Verbesserungen für die Steuerung der Größe der Mikrotröpfchen, der Wahl der Bestandteile, Umarbeitung der Materialien, indem sie Licht-polarisierend oder besonders durchlässig für Licht aus verschiedenen Richtungen gemacht werden, und eine Verfestigung der Matrizen in einem ausrichtenden elektrischen oder magnetischen Feld, wie bereits oben beschrieben und später in Verbindung mit den Lichtmodulierenden Materialien selbst erläutert wurde.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung der besten Betriebsarten der Erfindung und der begleitenden Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Fig. 1, 2, 4, 5(a), 6(a), 6(b), 9, 10, 11, 13A und 13B ist ein Teil eines dreidimensionalen Schicht-Materials der Erfihdung schematisch in einer Schnitt-Draufsicht dargestellt, zusammen mit einigen repräsentativen Mikrotröpfchen eines in der Harz (polymer)-Matrix enthaltenen Flüssigkristails dargestellt, die das Kontinuum der erfindungsgemäßen Schicht darstellt.
In den Fig. 3, 5(b), 7(a), 7(b) und 8 bildet dieses Schichtmaterial ein Element der dargestellten Einrichtung.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine klare Schicht mit den Mikrotröpfchen in der isotropen Phase.
Fig. 2 zeigt eine opake Schicht mit den flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in der flüssigkristallinen Phase.
Fig. 3 zeigt eine elektrisch betätigte Einrichtung, die die Schicht in dem klaren Zustand enthält.
Fig. 4 zeigt die Schicht in einem gedehnten Zustand.
Fig. 5(a) zeigt die Schicht, die in einem angelegten und in der Ebene der Schicht gerichteten Feld phasengetrennt ist.
Fig. 5(b) zeigt eine elektrisch betätigte Einrichtung, enthaltend die Schicht von Fig. 5(a).
Fig. 6(a) zeigt eine Schicht, die in einem Feld senkrecht zu der Ebene des Filmes ausgehärtet ist.
Fig. 6(b) zeigt die Schicht von Fig. 6(a) in einem angelegten und in der Ebene des Filmes gerichteten Feld.
Fig. 7(a) zeigt die Schicht in einem belasteten Zustand.
Fig. 7(b) zeigt eine elektrisch betätigte Einrichtung, enthaltend die Schicht von Fig. 7(a).
Fig. 8 zeigt eine thermoplastische Schicht mit einem Teil zwischen elektrisch angeregten Elektroden.
Fig. 9 zeigt die Schicht von Fig. 8 bei entferntem elektrischem Feld.
Fig. 10 zeigt die Schicht mit Mikrotröpfchen eines smektisch A Flüssigkristalls in dem opaken fokal konischen Gewebezustand.
Fig. 11. zeigt die Schicht von Fig. 10 in dem durchlässigen Zustand.
Fig. 12 ist eine Mikrofotografie des erfindungsgemäßen Materials.
Die Figuren 13A und 138 zeigen in einem Diagramm die Streuungs- oder Betrachtungswinkel von Licht, das auf ein Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls auftrifft.
Fig. 14 zeigt ein Gleichgewichts-Phasendiagramm einer binären Mischung aus Flüssigkristall und einer eine Matrix erzeugenden Zusammensetzung.
Fig. 15 zeigt ein Gleichgewichts-Phasendiagramm einer ternären Mischung aus einem Flüssigkristall und einer eine Matrix erzeugenden Zusammensetzung.
Fig. 16 ist ein Schema der Schrittfolge in der Aufbereitung des erfindungsgemäßen Materials; und
Fig. 17 ist eine Kurve, die den mittleren Mikrotröpfchen-Durchmesser in Abhängigkeit von der Abkühlrate des erfindungsgemäßen Materials zeigt.

Bester Modus zur Durchführung der Erfindung

Wie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll der Ausdruck "synthetische Harz Matrix-erzeugende Zusammensetzung" oder "Matrix-erzeugende Zusammensetzung" das Material definieren, das das verfestigte Harz (Polymer) des Produktes zur Verfügung stellt. Bevorzugte Matrix-erzeugende Zusammensetzungen mit oder ohne aufgelöstes Flüssigkristall sowie das resultierende, feste, Lichtmodulierende Material erscheinen alle weitestgehend hydrophob.
Ein derartiges festes Harz kann für die vorliegenden Zwecke durch eine Matrix-erzeugende Zusammensetzung in der folgenden Form zur Verfügung gestellt werden:
i) eine Mischung von Harz und einer Agens, die damit in einen nützlich festen (gesetzten) Zustand polymerisierbar ist (das bedeutet, wodurch die Größe und Lage der Mikrotröpfchen in der optischen Einrichtung bei der Abwesenheit einer weiteren angelegten Beanspruchung fest sind), z.B. durch Hinzufügung einer Kondensations-Polymerisation, typischerweise eine flüssige Mischung von Epoxid- oder Polyurethan- Harz und eine aushärtende Agens dafür. Bevorzugte Polyurethan-Harze habe eine hohe Spannungs- und Zerreißfestigkeit. Eine geeignete,Polyurethan erzeugende Zusammensetzung ist eine Mischung basierend auf Toluendiisocyanat, Polyether Glykol, Methylenebisisoorthochloroanilin und verschiedene Polyole. Eine Lösung von ungesättigtem Polyesterharz in einem polymerisierbaren Monomer wie Styren kann ebenso eine hitzehärtbare Matrix erzeugen;
ii) ein thermoplastisches Harz (Polymer), das erwärmt werden kann, um das Flüssigkristall ohne dessen Degradierung aufzulösen, dieses dann ausgießen in Mikrotröpfchen unter Abkühlung in einen geeignet festen Zustand. Als Beispiel enthalten diese bestimmte thermoplastische Epoxidharze, verschiedene Polymere oder Copolymere, enthaltend Venylbutyral, Alkylacrylat, Styren und alkyl-substituierte Styrene, Isobutylen, Vinylchlorid, Butadien, Methylbuten und Vinylazetat;
iii) ein thennoplastisches Harz (Polymer), das in eine homogene Lösung mit dem Flüssigkristall gebracht werden kann, und eine flüchtige Lösung bei einer Temperatur, die das Flüssigkristall nicht abbaut, dann verfestigt, um es in Mikrotröpfchen durch Austreiben der Lösung wie z.B. durch Verdampfung (wieder ohne einen derartigen Abbau) auszustoßen, wobei, wenn erforderlich oder wünschenswert, eine Erfindung oder möglicherweise eventuell eine Abkühlung erfolgt; und
iv) polymerisierbare Monomere, Dimere, Oligomere und Prepolymere sowie ihre Mischungen, die im flüssigen Zustand das Flüssigkristall auflösen, es dann als Mikrotröpfchen ausstoßen, wenn sie polymerisiert werden und eine nützliche Festigkeit unter Bedingungen bilden, die einen Abbau des Flüssigkristalls ausschließen. Derartige polymerisierbare, Matrix-erzeugende Zusammensetzungen enthalten Styren, Alkylacrylate, Butadien und verschiedene Dimere, Oligomere und Prepolymere, enthaltend monomere Einheiten von einer oder mehreren derartiger Monomere.
Eine flüchtige Lösung sollte hier aus praktischen Gründen einen Nenn- Siedepunkt bei Atmosphärendruck vorzugsweise nicht höher als ungefähr 100ºC haben, jedoch kann in einigen Fällen ein höherer Siedepunkt, z.B. 150ºC toleriert werden. Eine derart flüchtige Lösung kann ebenso nützlich sein für die Steuerung der Temperatur und zur Unterstützung der Auflösung des Flüssigkristalls in Vorgängen, bei denen eine Polymerisation für den jeweiligen Zweck angewendet wird, insbesondere bei der Herstellung thermoplastischer Matrizen.
"Phasentrennung" wurde oben definiert. Es ist ein günstiger Weg, sich einfach auf das selbst auftretende Erscheinen von Anisotropen, flüssigkristallinen Mikrotröpfchen aus der homogenen Lösung in und existierend als eine isotrope Phase in einem synthetischen, Matrixproduzierenden Zusammensetzung aufgrund der Verfestigung der Matrix zu beziehen. Eine gesteuerte Phasentrennung kann in verschiedenen Wegen durchgeführt werden, abhängig davon, wie eine derartige verfestigte polymere Matrix aus einer solchen Lösung hergestellt werden kann, wobei eine oder mehrere der folgenden Verfahren angewendet werden:
i) durch Polymerisation einer oder einer Mischung von Komponenten der Matrix-erzeugenden Zusammensetzung, beispielsweise Anwendung von Wärme, eine Katalyse enthaltend, aber nicht beschränkt auf ultraviolettes Licht, Elektronenstrahl oder die Einführung eines freien, radikalen Katalysators oder einer anderen wirksamen katalytischen Substanz;
ii) durch Abkühlung einer thermoplastischen, Matrix-erzeugenden Zusammensetzung (thermisches Erstarren);
iii) durch Verdampfung einer flüchtigen Lösung aus einer Matrixerzeugenden Zusammensetzung einer Lösung aus einem normalerweise festen thermoplastischen synthetischen Harz in einer solchen Lösung, wobei die Lösung das Flüssigkristall löst und die Verdampfung fakultativ durch Erwärmen und/oder Abkühlen unterstützt werden kann; ein derartiges Harz kann in einem vorgeformten Zustand gewonnen oder durch Polymerisation für den Zweck hergestellt werden.
Vor der Phasentrennung scheinen die gelösten Flüssigkristalle einfallendes Licht nicht zu streuen, und die Lösung erscheint klar.
Eine "verfestigte synthetische Harz (Polymer) Matrix" ist eine sokhe, die in der Abwesenheit einer folgenden mechanischen oder elektrischen Belastung auf die Matrix die Größe und die Form der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen für einige praktische Anwendungen in der Lichtmodulierenden Einrichtung fixiert. Nach einer derartigen Verfestigung kann die Anwendung einer speziellen mechanischen oder elektrischen Belastung auf die Matrix erfolgen, um bestimmte Verarbeitungseigenschaften zu erzielen. Ersichtlicherweise kann die Anwendung einer hohen Temperatur die Anwendung von bei niedrigen Temperaturen schmelzenden thermoplastischen Stoffen ausschließen und für andere Typen von Stoffen wie z.B. ein Thermoplast sprechen. Die Verfestigung des Stoffes aus einem synthetischen Harz (Polymer) kann hier auch bezeichnet werden mit "Aushärten", "Festwerdens" oder "Härten". Der sich ergebende Stoff kann flexibel oder elastisch oder fest sein, in anderen Worten fest genug, um im Gebrauch die Mikrotröpfchen in einem derartigen Stoff in der Größe und in ihrem Abstand zu fixieren.
Wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, dient der Ausdruck "thermoplastisches Harz" in seinem üblichen Sinne und enthält jedes synthetische Harz oder Polymer, das heiß geschmolzen und dann durch Abkühlung wieder verfestigt werden kann. Es sei bemerkt, daß "Heißschmelzen" eines thermoplastischen Harzes durch die Anwendung von Wärme über einen Bereich der Umwandlungstemperatur erfolgen kann und nicht notwendigerweise durch eine scharfe Abgrenzung gekennzeichnet ist.
Der Ausdruck "homogene Lösung" oder "Einzel-Phasen-Lösung" bezieht sich auf eine mischbare Mischung von flüssigkristallinen und Stofferzeugenden Verbindungen, die makroskopisch klar und homogen erscheinen. Die Lösung kann eine flüssige Lösung, eine feste Lösung sein oder dazwischen liegen. Während der Phasentrennung vollzieht die homogene Lösung eine Phasentrennung, wenn wenigstens einige der Flüssigkristalle als Mikrotröpfchen erscheinen. Wenn die Phasentrennung fortschreitet, härtet der Stoff aus. Dieses bringt den Phasentrennungs- Vorgang zum Stehen und resultiert in einer stabilen, flüssigkristallreichen Phase in der Form von Mikrotröpfchen und einer Polymer-reichen Phase in der Form eines Stoffes, in den die Mikrotröpfchen eingebettet sind. Ein "plastizierender Effekt" bezieht sich auf die Verringerung der Übergangs- oder Schmelztemperatur eines thermoplastischen Harzes, verursacht durch Flüssigkristall, das nach der Phasentrennung eines Teiles des Flüssigkristalls als Mikrotröpfchen in der Lösung in einem derartigen Harz verbleibt. Ein "plastizierendes" Harz kann physikalische Eigenschaften annehmen, wie einen Brechungsindex ns und eine Schmelztemperatur, sowie elektrische Eigenschaften wie spezifischer Widerstand und Dielektrizitätskonstante, die aufgrund der Anwesenheit von gelösten Flüssigkristallen gegenüber denen des entsprechenden einzigen Polymers geändert werden können.
"Spezifischer Widerstand" und "Dielektrizitätskonstante" beziehen sich auf die elektrischen Eigenschaften des flüssigkristallinen Kunststoffmaterials der Erfindung und werden in dem allgemein verständlichen Sinne verwendet ohne Rücksicht auf die Meßsysteme. Der Wert des Produktes aus dem spezifischen Widerstand und der Dielektrizitätskonstante des erfindungsgemäßen Materials wird in Zeiteinheiten ausgedrückt und stellt die Speicherzeit des Materials dar. "Elektrostatisches Bildspeichermaterial" bezeichnet ein erfindungsgemaßes Material, das eine Speicherzeit von ungefähr 1 Sekunde oder mehr hat, so daß das Material, wenn es durch leitende Elektroden geladen wird, als ein Kondensator wirkt, der beim Entfernen der Spannung die Ladung beibehält. "Elektrostatischer Bildspeicher" bezeichnet einen Bildspeicher aus einem erfindungsgemäßen Material, in dem das Material oder ausgewählte Bereiche des Materials in den klaren, durchlässigen Zustand gebracht werden, und zwar durch die Anwendung einer Spannung über den transparenten leitenden Elektroden, die auf das Material angewendet werden, und worin das Material oder ausgewählte Bereiche bei der Entfernung der Spannung für die Dauer der Speicherzeit des Materials klar und transparent bleiben, wenn sie nicht durch Kurzschließen in den opaken, nicht übertragenden Zustand umgeschaltet werden, worauf dann das Material opak bleibt, bis es wieder klar gesteuert wird.
"Schaltzeit" bedeutet für das erfindungsgemäße Material diejenige Zeit, in der es durch Klarwerden auf einen angelegten Spannungsimpuls anspricht, sowie die Zeit für das Material, in der es durch Kurzschließen opak wird. Die Schaltzeit von dem EIN (klaren) Zustand ist im allgemeinen kürzer als die Schaltzeit in den AUS (opaken) Zustand durch Kurzschließen. In den elektrostatischen Bildspeicher-Materialien dieser Erfindung ist die Schaltzeit sehr kurz verglichen mit der Speicherzeit.
Die "Transparenz" oder der "Transparenz-Koeffizient" bezeichnet das Verhältnis des durch das Material hindurchtretenden Lichtes, wenn es in den klaren Zustand geschaltet ist, zu dem die Elektroden durchdringenden Licht in Abwesenheit des Materials.
Das physikalische Prinzip der Wirkungsweise der Erfindung basiert auf der Fähigkeit der doppelt brechenden flüssigkristalllnen Mikrotröpfchen, das Licht in Abhängigkeit von dem Verhältnis der optischen Brechnungsindizes des Flüssigkristalls und des Stoffes zu streuen. Lichtstreuende Flüssigkristalle haben einen ungewöhnlichen Brechungsindex ne gemessen entlang ihrer Achse, der größer ist als der übliche Brechungsindex no, gemessen in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse.
Die lange Achse bestimmt die optische Achse des Flüssigkristalls. Lichtstreuende Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie reagieren auf ein angelegtes elektrisches Feld, indem sie ihre optischen Achsen parallel zu der Richtung des Feides ausrichten. Diejenigen mit einer negativen dielektrischen Aniosotropie reagieren dahingehend, daß sie ihre optischen Achsen senkrecht zu der Richtung des Feldes ausrichten.
Licht, das auf Materialien mit diskreten Bereichen von Flüssigkristallen emfällt, wird entweder gestreut oder durchgelassen, abhängig von dem Verhältnis zwischen den Indizes. Beispielsweise wird in Einrichtungen mit Anwendung von nematischen Flüssigkristallen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie der Stoff aus einem Harz gebildet, das einen Brechungsindex ns aufweist, der etwa gleich dem üblichen Brechungsindex no des Flüssigkristalls ist. In der Abwesenheit eines angelegten Feldes haben die in den im allgemeinen sphärischen Mikrotröpfchen eingeschlossenen Flüssigkristalle keine bevorzugte Richtung, in der sie sich ausrichten, so daß einfallendes Licht eine Fehlanpassung erfährt zwischen dem Index ns des Harzes und dem außergewöhnlichen Index ne des Flüssigkristalls und gestreut wird. Die Anwendung eines Feldes verursacht eine Ausrichtung der Moleküle mit einer resultierenden Ausrichtung der Achsen mit außergewöhnlichen Indizes (optisch) für jede diskrete Menge des Flüssigkristalls. Eine Ausrichtung der optischen Achsen senkrecht zu einer Oberfläche, auf die Licht einfäilt, veranlaßt die Mikrotröpfchen, für dieses Licht einen Brechungsindex von no zu zeigen. Da no im wesentlichen gleich ns ist, detektiert das einfallende Licht keine Fehlanpassung zwischen den Indizes und wird so übertragen, daß das Material klar erscheint. Wenn die optischen Achsen der Flüssigkristalle ausgerichtet sind, so wie durch ein Dehnen des Materials, wird die Komponente des plan polarisierten einfallenden Lichtes senkrecht zu der Belastungsrichtung übertragen, während die andere Komponente durch den außergewöhnüchen Brechungsindex gestreut wird, so daß ein licht-polarisierender Effekt erzielt wird.
Das Flüssigkristall kann einen üblichen Brechungsindex no haben, der den Brechungsindex ns des Stoffes in dem Sinne anpaßt, daß das einfallende Licht, das keinen effektiven Unterschied zwischen ns und no erfährt, nicht sichtbar wahrnehmbar gestreut wird. Um den Kontrast zwischen dem Licht-durchlässigen und Licht-streuenden Zustand zu verbessern, kann ein geringer Unterschied zwischen no und ns wünschenswert sein.
Eine wirkungsvolle Streuung für Licht-streuende Einrichtungen erfolgt solange, wie die Abmessung des flüssigkristallinen Tropfens in der Größenordnung der Wellenlänge des einfallenden Lichtes ist, z. B. ungefähr 0,2 - 10 um, solange der Unterschied zwischen ne und ns oder no groß genug ist, daß ein wirkungsvoller Unterschied besteht, derart, daß eine optische Inhomogenität mit einer sichtbar wahrnehmbaren Streuung verursacht wird.
In Temperatur-abhängigen Bildwiedergabeeinrichtungen ist der Brechungsindex des Flüssigkristalls in seiner isotropen Phase angepaßt oder gleich dem des Stoffes, so daß das Material das einfallende Licht durchlassen wird, während ein Brechungsindex in der flüssigkristallinen Phase, üblicherweise der ungewöhnliche Index, zu dem Brechungsindex des Stoffes fehlangepaßt ist, so daß das einfallende Licht gestreut wird und das Material opak ist.
Temperatur-empfmdliches Material kann gemäß der Erfindung durch Verwendung von nematischen, cholesterischen oder vielen verschiedenen Arten von smektischen Flüssigkristallen sowie Mischungen davon aufbereitet werden. Eine thermo-optische Abhängigkeit bei einer bestimmten Temperatur kann durch die Anwendung eines Flüssigkristalls erreicht werden, das bei dieser Temperatur von der flüssigkristallinen Phase in die isotrope Phase übergeht. Dieser Vorgang ist reversibel, so daß, wenn die Temperatur des Materials durch den Übergang von der isotropen zu der flüssigkristallinen Phase abnimmt, das Material von dem klaren in den opaken Zustand umschaltet. Thermo-optische Einrichtungen, die auf unterschiedliche Temperaturen ansprechen, können durch Anwendung von Flüssigkristallen mit unterschiedlichen Temperaturen für den isotropischen, flüssigkristallinen Phasenübergang aufbereitet werden.
Als ein temperatur-empfindliches Material gibt es mehrere Merkmale der Erfindung, die sich nennenswert von bekannten Materialien und Einrichtungen unterscheiden und wichtige Vorteile mit sich bringen. Die Wirkungsweise von bekannten Einrichtungen mit cholesterischen Flüssigkristallen, wie sie z. B. in dem Patent 3 872 050 beschrieben sind, basiert auf der Bragg-Streuung von Licht, wenn die temperaturabhängige Pitch-Länge der cholesterischen Helix mit der Wellenlänge des einfallenden Lichtes vergleichbar wird. Die Wirkungsweise derartiger bekannter Einrichtungen, die von Phasenänderungen des flüssigkristallinen Materials abhängen, wie sie in dem Patent 4 279 152 beschrieben sind, macht es erforderlich, die Konditionierung der Farbmoleküle zu ändern, um die licht-absorbierenden Eigenschaften zu ändern. In dem erfindungsgemäßen Material wird die Temperatur- Auflösung zwischen dem weißen, opaken und dem klaren Zustand durch die Weite des Phasen-Überganges von der isotropen zu der flüssigkristallinen Phase beherrscht und ist auf diese Weise eine Verbesserung gegenüber der Temperatur-Auflösung von bekannten, cholesterischen Einrichtungen, die von der Weite des sichtbaren Spektrums und von der Temperaturabhängigkeit der Pitch-Länge der cholesterischen Helix abhängt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der sichtbare Kontrast zwischen den Zuständen ein und aus durch die den Kontrast bildenden Licht-Streuungseigenschaften des dispersierten Flüssigkristalls in der isotropen Phase relativ zu der in der flüssigkristallinen Phase gesteuert wird, während in den bekannten Indikatoren für die cholesterische, flüssigkristalline Temperatur der visuelle Kontrast durch die Bragg-Streuungs-Eigenschaften des ineinandergebundenen cholesterischen Materials relativ zu dem Substratuntergrund beherrscht wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem die Anwendung einer weiten Vielfalt von Flüssigkristallen und Phasen, einschließlich derjenigen, die eine hohe thermische Stabilität und Lebensdauer aufweisen. Die bekannten Indikatoren für das cholesterische Flüssigkristall waren beschränkt auf cholesterische oder chirale Materialien, die eine geeignete Temperaturabhängigkeit von der Pitch-Lange aufweisen. Derartige Flüssigkristalle können eine geringe Stabilität haben, so daß mit ihnen aufgebaute Bildwiedergabeeinrichtungen eine begrenzte Lebensdauer haben.
Elektrisch oder magnetisch empfindliches Material wird durch Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls oder Mischungen aufbereitet, die sich nematisch benehmen, und smektische Flüssigkristalle, die ferro-eleltrische Flüssigkristalle enthalten. In einer am meisten bevorzugten Form enthalten die Flüssigkristalle Cyanobiphenyl und können mit Cyanoterphenylen und Estern gemischt werden. Soweit hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "nematisch" ein nematisches Flüssigkristall sowie flüssigkristalhne Mischungen mit den Eigenschaften eines nematischen Flüssigkristalls. Das dispersierte Flüssigkristall in seinem Harzstoff wird zwischen zwei leitenden Oberilächen angeordnet, von denen eine oder beide transparent sind. Wenn eine Spannung mit geeigneter Größe an die leitenden Oberflächen angelegt wird, schaltet das Material von einem weißen opaken Zustand in einen klaren Zustand um. Der Vorgang ist durch Entfernung der Spannung reversibel. Wenn gewünscht, kann ein pleokroitischer Farbstoff in dem Flüssigkristall enthalten sein, um den sichtbaren Kontrast zwischen dem klaren und dem opaken Zustand des elektrisch empfindlichen Materials zu vergrößern. Durch Anwendung eines schwarzen Farbstoffes wird z. B. das Material in dem opaken Zustand schwarz erscheinen.
Als ein elektrisch ansprechendes Material hat die Erfindung Merkmale und Vorteile, die sich von anderen auf Spannung oder Strom ansprechenden Materialien, enthaltend Flüssigkristalle, unterscheiden. Bei dem erfindungsgemäßen Material bewirkt ein elektrisches Feld von einer Wechselspannungs- oder Gleichspannungsquelle, das an die Leiter auf den Oberflächen des Materials angelegt ist, eine Ausrichtung der optischen Achsen der nematischen, flüssigkristallinen Mikrotröpfchen, die eine positive dielektrische Anisotropie und den außergewöhnlichen Brechungsindex des Flüssigkristalls parallel zu dem elektrischen Feld bewirken, so daß Licht übertragen wird. Nach einer Entfernung des angelegten elektrischen Feldes stellen die Oberflächen- Zusainmenwirkungen zwischen dem Harzstoff und dem dispersierten, nematischen Flüssigkristall die Zufallsausrichtung der optischen Achsen auf den Zustand schnell wieder her, der vor der Anwendung des elektrischen Feldes bestand, um eine Lichtstreuung durch den außergewöhnlichen Brechungsindex zu erzielen. Die große Zahl und die geringe Abmessung der dispersierten flüssigkristallinen Tröpfchen bewirkt ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zwischen dem Stoff und dem Flüssigkristall, um den Umschalteffekt hervorzurufen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Tröpfchen leicht geformt werden können, um schnelle Schaltzeiten zu erzielen. Mit dem erfindungsgemäßen Material kann die Übergangszeit von dem klaren Zustand in den opaken Zustand von ungefähr 1 - 10 ms erreicht werden. Wenn ein pleochroitischer Farbstoff in dem Flüssigkristall enthalten ist, bleibt das Prinzip der Wirkungsweise unterschiedlich von anderen Bilwiedergabeenrichtungen nach dem Guest-Host-Prinzip, enthaltend pleochroitische Farbstoffe in dem Sinne, daß die Zusammenwirkungen zwischen den Stoff-flüssigkristallinen Oberflächen und dem großen Verhältnis Oberfläche zu Volumen der dispersierten Flüssigkristalle die nematischen Direktoren wieder herstellen und demzufolge nach einer Entfernung des angelegten elektrischen Feldes die Guest-Farbstoffkomponente in ihre Orientierung mit einem zufallsausgerichteten opaken Zustand wieder herstellen. Dies steht im Gegensatz zu bekannten "Phasenänderungs"-dichroitischen Wiedergabezellen, in denen eine cholesterische Komponente dem Flüssigkristall hinzugefügt wird, um eine Zufallsausrichtung des Farbstoffes in dem opaken Zustand einzuführen.
Eine spezifische Ausführungsform einer elektrisch ansprechenden Wiedergabezelle enthält eine belastete Schicht oder Film. In der Anwesenheit eines elektrischen Feldes, das den außergewöhnlichen Brechungsindex senkrecht zu den Oberflächen der Schicht oder des Filmes ausrichtet, wird unpolarisiertes einfallendes Licht über die Zelle übertragen. In der Abwesenheit eines elektrischen Feldes liegt der außergewöhnliche Brechungsindex parallel zu der Beanspruchungsrichtung, mit dem Ergebnis, daß eine Komponente des plan polarisierten einfallenden Lichtes übertragen und die andere Komponente gestreut wird. Die Schaltzeit des gedehnten Materials beträgt ca. 1 ms verglichen mit 10 - 100 ms bei einem nicht-gedehnten Material. Eine derartige Zelle kann als ein Lichtschalter wirken, wenn sie mit einem zweiten Polarisator zusammengebaut ist.
Eine andere Ausführungsform eines elektrisch empfindlichen polarisierenden Materials kann mit flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in einem ausgehärteten, flexiblen hitzehärtbaren Polyurethanfllm hergestellt werden, der zwischen zwei Glasscheiben eingefaßt ist. Eine Verschiebung der Glasscheiben gegeneinander in entgegensetzten Richtungen (in einem Schervorgang) belastet den Film. Der belastete Film streut das Licht, das entlang der Belastungsachse polarisiert ist, und ist durchlässig für Licht, das senkrecht zu der Belastungsachse polarisiert ist. Die Anwendung eines elektrischen Feldes schaltet den Film in einen nicht-polarisierenden, übertragenden Zustand. Der unbelastete Film kann von einem nicht-polarisierenden, streuenden Zustand durch die Anwendung eines elektrischen Feldes in einen nicht-polarisierenden übertragenden Zustand umgeschaltet werden.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die neuartige Technik der Phasentrennung der stoff-erzeugenden Zusammensetzung mit aufgelösten Flüssigkristallen in der Anwesenheit eines angelegten magnetischen oder elektrischen Feldes ausreichender Stärke, um die Flüssigkristalle in den Mikrotröpfchen zu einer Ausrichtung zu veranlassen. Die Flüssigkristalle in den Mikrotröpfchen werden während der Phasentrennung ausgerichtet. Sobald der Vorgang vollständig ist, wird die Ausrichtung dauerhaft und besteht auf der Entfernung des angelegten Feldes. Dieses Phänomen der Feld-Ausrichtung erlaubt die Herstellung eines schaltbaren Licht-Polarisators. Ein schaltbarer Licht- Polarisator, der das Licht in der Abwesenheit einer angelegten Spannung polarisiert, wird geschaffen durch Auswahl eines Flüssigkristalls mit einer positiven Anisotropie in der dielektrischen sowie in der diamagnetischen Anfälligkeit. Ein Film des Flüssigkristalls, der in einer stoff-erzeugenden Zusammensetzung aufgelöst ist, wird in der Anwesenheit eines in der Ebene des Filmes gerichteten magnetischen Feldes phasengetrennt. Wenn der Stoff gehärtet ist, sind die optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in der Ebene des Filmes ausgerichtet. Das Material, z. B. ein Film, polarisiert das Licht. Die Anordnung des ausgehärteten Filmes zwischen transparenten Elektroden und die Anwendung eines ausreichenden Spannungsstärke bewirken, daß der polarisierende Effekt abgeschaltet wird.
Ein schaltbarer Polarisator, der das Licht in der Anwesenheit eines angelegten Feldes polarisiert, wird erzeugt durch Auswahl von Flüssigkristallen, die eine positive dielektrische Anisotropie und eine Phasentrennung in einem Wechselspannungsfeld aufweisen, das durch Anlegen einer Spannung an leitende Oberflächen des Filmes erzeugt ist. Wenn der Film ausgehärtet ist, werden die optischen Achsen der flüssigkristallinen Tröpfchen in einer Richtung senkrecht zu der Filmoberfläche ausgerichtet. Der Film ist klar und nicht-polarisierend. Die Anwendung eines elektrischen oder magnetischen Feldes in der Ebene des Filmes veranlaßt den Film, in einen polarisierenden Zustand umzuschalten.
Optisch schaltbare Polarisatoren können durch Phasentrennung eines Filmes eines aufgelösten nematischen Flüssigkristalls und eine stoffbildende Zusammensetzung in der Anwesenheit eines angelegten elektrischen oder magnetischen Feldes hergestellt werden, das stark genug ist, die optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen zu veranlassen, sich senkrecht zu der Filmoberfläche auszurichten. Das Filmprodukt ist klar und nicht-polarisierend. Eine hochintensive elektromagnetische Strahlung kann die optischen Achsen der Tröpfchen veranlassen, sich neu zu orientieren, so daß der Film opak und Lichtstreuend wird.
Bildwiedergabe-Materialien mit verbesserten Licht-Streuungs- Eigenschaften können aus Filmen mit Mikrotröpfchen hergestellt werden, die eine positive dielektrische Anisotropie bewirken und durch eine Druckbeanspruchung verzerrt sind, die an den Film angelegt ist. Die Verzerrung richtet den außergewöhnlichen Brechungsindex der Flüssigkristalle parallel zu der Oberfläche des Films aus, aber zufallsausgerichtet in der Ebene des Films. In der Abwesenheit eines angelegten Feldes streut dieser Film das Licht und erscheint opak. Er kann durch die Anwendnung einer Spannung, z. B. einer Wechselspannung von ausreichender Stärke, in einen klaren Zustand umgeschaltet werden, wenn diese Stärke ausreicht, die optischen Achsen der Flüssigkristalle in eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche umzuschalten. Eine mit diesem Material gebildete Bildwiedergabeeinrichtung wird einen verbesserten Kontrast haben gegenüber Wiedergabeeinrichtungen aus sphärischen Mikrotröpfchen, dadurch, daß der Fehlanpassungs-Index in derartigen Filmen in dem streuenden Zustand maximiert wird. Eine Druckbeanspruchung kann auf einfache Weise mit einer hitzehärtbaren Lösung zwischen steifen Elektroden einer Zelle hergestellt werden, die dieselbe enthält, und zwar durch geeignete Einstellung der Aushärtetemperatur, so daß die gegensätzlichen thermischen Ausdehnungseigenschaften zwischen derartigen Zellwänden und den einer Phasentrennung unterworfenen Substanzen die Druckbeanspruchung einführen.
Für die elektrische Empfindlichkeit wird ausgenutzt, daß die Schaltzeit des Materials beeinflußt wird durch die Größe der Mikrotröpfchen und durch die relativen Werte von ns, den Harzstoff mit restlichen Flüssigkristallen noch als Lösung in einer isotropen Phase, und no den normalen Brechungsindex des Flüssigkristalls. Z. B. erzeugen große Mikrotröpfchen Abmessungen und Werte von ns größer als no im allgemeinen längere Schaltzeiten. Normalerweise können Brechungsindizes von Flüssigkristallen nicht geändert werden ohne nennenswerte Änderungen ihrer anderen Eigenschaften, und ohne daß sie für Bildwiedergabezwecke weniger geeignet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die genaue Einstellung des Brechungsindex in dem Stoff, in den das Flüssigkristall eingeschlossen ist. Der Brechungsindex ns kann so eingestellt werden, daß er in einer bestimmten Weise an den normalen Brechungsindex no des Flüssigkristalls angepaßt oder fehlangepaßt ist. Diese Einstellung reguliert die Transparenz- Eigenschaften und die Schaltzeiten der Materialien, um Materialien für spezifische Anwendungen zu optimieren.
Z. B. erfordern Bildwiedergabeeinrichtungen mit flachem Schirm, wie Fernsehen, bei denen Bilder auf dem Wiedergabschirm mit einer für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Rate neu gebildet werden, Schaltzeiten in der Größenordnung von ungefähr 1 ms. Derartige Bildwiedergabeeirwichtungen erfordern außerdem eine hohe Transparenz in dem EIN oder klaren Zustand, um ein hohes Maß an Helligkeit oder Kontrast in den wiedergegebenen Bildern zu erzielen. Bildwiedergabeeinrichtungen mit flachem Schirm, die das licht-streuende Material der vorliegenden Erfindung verwenden, können diese gewünschten Merkmale erreichen, da der Wert des Brechungsindex des Stoffes relativ zu dem normalen Brechungsindex des Flüssigkristalls einstellbar ist.
Andere Anwendungen wie alphanummerische Zeit-Temperatur- Bildwiedergaben, bei denen das Bild nicht mit einer hohen Schaltgeschwindigkeit aktualisiert werden muß, können einen großen Betrachtungswinkel erfordern, so daß das Bild von der Seite der Bildwiedergabeeinrichtung und weniger in direkter Richtung gelesen werden kann. Große Betrachtungswinkel werden durch das lichtstreuende Material der vorliegenden Erfindung erreicht, wenn der relative Wert des Brechungsindex des Stoffes geändert wird, um einen wirksamen durch das bei einem Winkel von der optischen Achse ausgerichtete flüssigkristalline Tröpfchen dargestellte Material anzupassen, d. h., einen Index etwa zwischen dem normalen und dem außergewöhnlichen Index.
Die Entdeckung, daß das neue flüssigkristalline, thermoplastische Material geänderte elektrische Eigenschaften bewirken kann, ermöglicht die Herstellung von flüssigkristallinen Einrichtungen, die schnelle Schaltzeiten und hohe Lichttransparenz mit elektrostatischen Bildspeichern kombinieren. Derartige Einrichtungen erleichtern die Herstellung von Bildwiedergabeeinrichtungen mit flachem Schirm durch Anwendung von weniger komplizierten und teuren Herstellungsverfahren. Sie erzeugen ebenso neue Typen von optischen Behandlungseinüchtungen, in denen der Speicher periodisch neu gefüllt werden kann, um ein unbegrenzt lange dauerndes Bild zu erzeugen.
Die bevorzugten Typen von Flüssigkristallen werden durch die Anwendung eines elektrischen oder magnetischen Energiefeldes in ihrer bevorzugten Richtung ausgerichtet. Eine Orientierung der optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen wird erreicht, wenn die langen Achsen aller Mikrotröpfchen innerhalb der Schicht oder des Filmes in dieselbe Richtung weisen. Dieses wiederum wird erreicht, wenn die individuellen flüssigkristallinen Moleküle im allgemeinen in dieselbe Richtung (Orientierungsordnung) weisen. In einer Schicht oder einem Film von Mikrotröpfchen eines nematischen Flüssigkristalls im nichtorientierten Zustand zeigen die individuellen Moleküle in einem vorgegebene Mikrotröpfchen im allgemeinen in dieselbe Richtung, während die Richtungsweisung von Tröpfchen zu Tröpfchen varriert. Die einzelnen Moleküle der smektischen flüssigkristallinen Tröpfchen in dem nicht-orientierten Zustand weisen nicht in dieselbe Richtung, sondern sind in fokalen, konischen Bereichen angesammelt. Jedes Mikrotröpfchen bewirkt eine gesamt-fokale-konische Beschaffenheit. Orientierte Flüssigkristalle in der smektischen Phase jedoch haben zusätzlich zu der orientierten Ordnung eine teilweise Lageordnung insofern, daß sie nicht nur im allgemeinen in dieselbe Richtung weisen, sondern dies auch tun, wenn sie in Schichten abgelagert sind. Orientierte flüssigkristalline Moleküle in der smektischen A-Phase liegen im allgemeinen innerhalb einer vorgegebenen Schicht parallel zueinander und senkrecht zu den Schichten. Flüssigkristalline Moleküle in der smektischen C-Phase sind länger als die Dicke der Schicht, so daß die Moleküle so beschrieben werden können, daß sie in einem charakteristischen Winkel relativ zu der Schicht geneigt sind. Orientierte smektische C-Flüssigkristalle haben eine solche Lageordnung, daß die Moleküle in den Schichten im allgemeinen bei demselben Winkel relativ zu einer anderen und von Schicht zu Schicht geneigt sind.
Die Anwendung eines elektrischen Feldes auf Mikrotröpfchen von nematischen Flüssigkristallen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie veranlaßt die Moleküle, sich parallel zu dem Feld neu zu orientieren, beeinflußt jedoch nicht eine Lageordnung. Die Entfernung des Feldes bewirkt, daß die Moleküle in ihre ursprüngliche Zufalls- Orientierung zurückkehren. Die Anwendung eines elektrischen Feldes auf Tröpfchen eines smektischen A-Flüssigkristalls in dem nicht-orientierten oder fokalen konischen Zustand verursacht eine Orientierung der flüssigkristallinen Moleküle parallel zu dem Feld sowie der Schichten senkrecht zu dem Feld. Die Orientierung bleibt bei einer Entfernung des Feldes bestehen. Da smektische Flüssigkristalle in Schichten Speichereigenschaften ohne ein angelegtes Feld aufweisen, wird durch die Anwendung von Wärmeenergie eine Rückkehr in die fokale, konische Orientierung erreicht. Ein thermoplastischer Bildspeicher wird erreicht durch die Anwendung eines Energiefeldes auf die Oberfläche eines thermoplastischen Materials gemäß der Erfindung, z. B. einen Film, oder auf eine ausgewählte Fläche davon. Die Fläche kann irgendeine gewünschte Form haben wie z. B. ein alphanumerisches Zeichen oder ähnliches, oder es kann die gesamte Oberfläche einschließen.
Im Falle eines Filmes mit Mikrotröpfchen aus nematischen Flüssigkristallen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie kann ein thermoplastischer Bildspeicher dadurch erzeugt werden, daß ein nematisches Flüssigkristall mit einer Übergangstemperatur von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Stoffes gewähit wird, daß der Stoff erweicht wird, daß dann ein Feld angelegt wird, um die flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in dem erweichten Stoff zu orientieren, und dann der Stoff in der Anwesenheit des Feldes wieder gehärtet wird, so daß Mikrotröpfchen in dem gehärteten Stoff nach der Entfernung des Feldes orientiert verbleiben. Ein senkrecht zu der Filmoberfläche angewandtes Feld richtet die optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in dem ausgewähiten Bereich in der Richtung des Feldes aus, d. h. senkrecht zu der Oberfläche. Die ausgerichteten nematischen Flüssigkristalle wirken zusammen mit dem erweichten Stoff in einer solchen Weise, daß das Wieder-Erhärten in der fortgesetzten Anwesenheit des Feldes dahingehend resultiert, daß die optischen Achsen der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen in dem ausgewähiten Bereich ihre parallele Ausrichtung in Richtung senkrecht zu der Film-Oberfläche nach der Entfernung des Feldes beibehalten.
Im Falle eines Filmes mit Mikrotröpfchen aus smektischem Flüssigkristall kann ein thermoplastischer Bildspeicher durch einfache Anwendung eines Feldes erreicht werden, das die Tröpfchen mit einer fokalen konischen Beschaffenheit innerhalb eines ausgewählten Bereiches orientiert, wobei danach das Feld entfernt wird. Die Tröpfchen behalten nach der Entfernung des Feldes ihre Orientierung. Ein senkrecht zu der Filmoberfläche angelegtes Feld richtet die Tröpfchen in derselben Richtung aus, d. h., senkrecht zu der Oberfläche. Hcht, das senkrecht auf die Bereiche des Materials einfällt, wo die Flüssigkristalle senkrecht zu der Oberfläche ausgerichtet sind, wird keine nennenswerte Differenz zwischen dem normalen Brechungsindex no des Flüssigkristalls und dem des Harzes ns detektieren. Diese Bereiche werden klar erscheinen und werden beliebig lange klar bleiben. Im Gegensatz dazu bringt Licht, das auf nicht-ausgewählte Bereiche auftrifft, bei denen die Tröpfchen der Flüssigkristalle zufallsausgerichtet sind, erfahrungsgemäß einen großen Unterschied zwischen dem außergewöhnlichen Brechungsindex ne des Flüssigkristalls und dem des Harzes ns. Die nicht-ausgewählten Bereiche werden opak erscheinen und bleiben beliebig lange opak. Wo z. B. der ausgewählte Bereich die Form eines alphanummerischen Zeichens hat, wird das Zeichen klar erscheinen, und der das Zeichen umgebende Bereich wird opak sein. Wenn die gesamte Oberfläche des durch ein nematisches Flüssigkristall erweichten Films einem ausrichtenden elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt und in der Anwesenheit des Feldes wieder gehärtet wird, wird der gesamte Film klar bleiben. Auf ähnliche Weise wird der gesamte Film veranlaßt, klar zu sein, wenn die gesamte Oberfläche eines smektischen flüssigkristallinen Films einem ausrichtenden Feld ausgesetzt wird. Ein klarer smektischer Film kann weiterhin so behandelt werden, daß man ein opakes Zeichen auf einem klaren Hintergrund erhält, und zwar durch die Anwendung von thermischer Energie auf einen ausgewählten Bereich in der Form des gewünschten Zeichens. Die Anwendung von Wärme veranlaßt die smektischen Flüssigkristalle in dem ausgewählten Bereich in den zufallsbestimmten, fokalen, konischen, streuenden Zustand zurückzukehren.
Durch Erwärmung des Filmes können thermoplastische Bilder gelöscht und der gesamte Film in den streuenden, opaken Zustand zurückgebracht werden. Für nematische Filme sollte die Erwärmung bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes erfolgen. Die Erwärmung des Filmes oberhalb des Schmelzpunktes bewirkt eine Umkehrung der konformationalen Änderungen und verarilaßt die flüssigkristallinen Mikrotröpfchen, in eine Zufalls-Anordnung zurückzukehren. Eine erneute Härtung resultiert in einem Material, das emfallendes Licht streuen und opak erscheinen wird.
Mikrotröpfchen eines nematischen Flüssigkristalls können durch die Anwendung von mechanischer Beanspruchung gelängt werden, wie z. B. durch Dehnung oder Scherung, während der Stoff noch weich ist, sowie durch Aufrechterhaltung der Beanspruchung, während der Film wieder erhärtet. Die Beanspruchung kann entfernt werden, sobald der Film wieder erhärtet, und die Tröpfchen werden entlang der Richtung der mechanischen Beanspruchung gelängt bleiben. Wenn z. B. die mechanische Beanspruchung die Tröpfchen parallel zu der Oberfläche einer Schicht ausrichtet, wird die Schicht einfallendes Licht polarisieren.
Ein elektromagnetischer Strahl kann benutzt werden, um einen klaren Film in einen opaken Film umzuschalten. Der auf den Filmstoff auftreffende elektromagnetische Strahl veranlaßt diesen, weich zu werden, so daß die Flüssigkristalle innerhalb des Films in den zufallsbestimmten, streuenden Zustand zurückkehren. Ein die elektromagnetische Strahlung absorbierender Farbstoff kann in dem Film enthalten sein. Z. B. kann ein Farbstoff enthalten sein, der im Bereich einer infraroten Strahlung absorbiert. Ein Film mit einem solchen Farbstoff würde durch die Absorbierung der infraroten Komponente der einfallenden elektromagnetischen Strahlung erwärmt werden, während die elektrische Komponente der einfallenden elektromagnetischen Strahlung die optischen Achsen der Tröpfchen in der Ebene des Filmes ausrichten wurde. Der Film würde dann eine Streuung bewirken und würde in dem streuenden Zustand verbleiben, wenn die Strahlungsquelle entfernt wurde.
Die Herstellung von Bildwiedergabeeinrichtungen unter Verwendung der Techniken der vorliegenden Erfindung zur Steuerung des Wachstums von Mikrotröpfchen resultiert in flüssigkristallinen Bildwiedergabeeinrichtungen mit optimalen Wiedergabeeigenschaften hinsichtlich Kontrast und Ansprechzeiten.
Für wirklich feste hitzehärtende Stoffe gibt es grundsätzlich jedoch nur eine Zeit, die Größe der Mikrotröpfchen zu steuern. Für thennoplastische Stoffe kann dieser mit Wärme nachbearbeitet werden, entweder um die Mikrotröpfchen wieder zu lösen und wieder eine Phasentrennung zu bewirken oder einfach die Mikrotröpfchen zu vergrößern, ohne alle von ihnen wieder auzulösen. Der endgültige mittlere Durchmesser der Mikrotröpfchen, die durch eine erste Phasentrennung gewonnen werden, wird durch eine derartige Nachbearbeitung oft in erwünschter Weise geändert.
Im allgemeinen erzeugen kleine Mikrotröpfchen schnellere Schaltzeiten bei der Anwendung eines elektrischen Feldes, erfordern jedoch eine größere Schwellwert-Schaltspannung als größere Mikrotröpfchen. Wenngleich man sich nicht an eine bestimmte Theorie der Wirkungsweise binden möchte, scheint dieses Phänomen auf einer Konkurrenzreaktion zwischen der Oberflächen-Zusammenwirkung der Mikrotröpfchen und dem externen Feld zu beruhen: Je kleiner die Mikrotröpfchen, um so größer ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volwnen und um so einflußreicher die Oberfläche. Große Mikrotröpfchen-Bildwiedergabeeinrichtungen haben eine geringere Schwellschwert-Spannung, weil dort eine geringere Oberflächenspannung zu überwinden ist.
Die Techniken der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Auswahl von Schaltzeiten, die von der letzten Anwendung der Bildwiedergabeeinrichtung abhängig sind. Wo schnelle Schaltzeiten benötigt werden, wie in Bildwiedergabeeinrichtungen mit flachem Schirm, um die Bilder schneller zu aktualisieren, als es durch das menschliche Auge wahrgenommen werden kann, ermöglichen die Techniken der vorliegenden Erfindung die Herstellung kleiner Mikrotröpfchen. Wo schnelle Schaltzeiten nicht notwendig sind, wie in verschiedenen Wiedergabeeinrichtungen für alphanumerische Zeiten und Temperaturen, erlauben die vorliegenden Techniken die Bildung von großen Mikrotröpfchen.
Im allgemeinen steigt die Effizienz der Lichtstreuung an, wenn der Durchmesser der Mikrotröpfchen sich an die Wellentänge des zu streuenden Lichtes annähert. Eine erhöhte Effizienz der Streuung erhöht den Kontrast zwischen den elektrischen Schaltzuständen EIN und AUS.
Wo ein größerer Kontrast benötigt wird, wie z. B. in Bildwiedergabeeinrichtungen vom Projektionstyp mit einer Quelle mit einem relativ engen Wellenlängenspektrum, ermöglichen die Techniken der vorliegenden Erfindung die Erzeugung von Mikrotröpfchen, die sich an die Wellenlänge der Quelle annähern.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Lichtverschlüssen für Gebiete des elektromagnetischen Spektrums außerhalb des sichtbaren Spektrums, wie z. B. für infrarote oder ultraviolette Gebiete durch die Ermöglichung der Bildung von Mikrotröpfchen mit Durchmessern, die sich an die Wellenlänge der infraroten oder ultravioletten Strahlung annähern.
Die Herstellung von Bildwiedergabeeinrichtungen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist wesentlich leichter als bei bisher üblichen Verfahren. Eine Bildwiedergabeeinrichtung kann aus einem Stück eines thermoplatischen Materials hergestellt werden, indem dieses oberhalb der Schmelzpunkttemperatur erwärmt und zwischen leitenden Glas- oder Kunststoff-platten eingefaßt wird, die um eine ausgewählte Dicke voneinander beabstandet sind. Wenn eine Bildwiedergabeeinrichtung einer anderen Form oder Dicke gewünscht ist, kann die vorangehende Bildwiedergabeeinrichtung auseinandergebaut werden, und das flüssige kristall-thermoplastische Harz kann wieder geformt werden, bis es weich ist, indem es in die gewünschte Form und Dicke gebracht und dann abgekühlt wird, um eine Bildwiedergabeeinrichtung mit den gewünschten Eigenschaften zu bilden. Das Material bietet sich selbst an für einen heißen Schmelztypvorgang an, in dem heißes thermoplastisches Harz und heißes Flüssigkristall nur miteinander in Berührung gebracht zu werden brauchen, um eine homogene Lösung zu bilden, z. B. durch Eintauchen einer dünnen, erwärmten Schicht aus Harz in ein heißes flüssigkristallines Bad. Bildwiedergabeeinrichtungen können dann durch erneute Erwärmung über den Schmelzpunkt hinaus einfach nachbearbeitet werden. Die Fählgkeit, nachbearbeitet und neu verwendet werden zu können, verringert Verluste und erhöht die Effizienz des Herstellungsprozesses.
Es wird jetzt auf die Zeichnung Bezug genommen. Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Bildwiedergabematerial der Erfindung, das aus einem festen, lichtdurchlässigen Stoff 10 besteht, der Mikrotröpfchen 11 aus Flüssigkristall enthält. Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich die flüssigkristalline Komponente bei einer derartigen Temperatur, daß sie sich in einer klaren, isotropen Phase befindet. Das Flüssigkristall ist derart ausgewählt, daß sein optischer Brechungsindex in der isotropen Phase, ni, einen Wert hat, der ähnlich ist demjenigen des klaren Harzes, ns, so daß Licht, das, wie bei Io, auf das Material einfällt, dieses ungehindert, wie bei IT ungestreut passiert. Das Material in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand wird als solches bezeichnet, das sich in dem klaren Zustand befindet.
Fig. 2 zeigt dasselbe Material mit der Ausnahme, daß sich die flüssigkristalline Komponente 11' in einer flüssigkristallinen Phase befindet. Die flüssigkristalline Phase kann eine nematische, cholesterische oder smektische Phase oder auch Mischungen davon sein. Sofern in der flüssigkristallinen Phase, ist der optische Brechungsindex, d. h., der außergewöhnliche Brechungsindex ne, unterschiedlich von dem der isotropen Phase und dem des Stoffes 10, 50 daß, wie bei Io, einfallendes Licht durch das Flüssigkristall, wie bei Is, gestreut wird. Die Fehlanpassung zwischen dein Brechungsindex des Harz-Stoffes, ns, und dein des Flüssigkristalls, ne, und den licht-streuenden Eigenschaften der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen veranlaßt das Material, Licht zu streuen. Das in Fig. 2 dargestellte Material in dem opaken Zustand erscheint in einer weißen, opaken Beschaffenheit. Der das Flüssigkristall enthaltende Stoff schaltet von einem klaren Zustand in einen weißen opaken Zustand, wenn die Temperatur verringert wird, um so das Flüssigkristall von der isotropen in die flüssigkristalline Phase zu überführen.
Thermisch empfindliche Materialien, die auf unterschiedliche Temperaturen ansprechen, können durch Anwendung von Flüssigkristallen mit unterschiedlichen isotropen, flüssigkristallinen Phasenübergangen hergestellt werden. Mit derzeit existierenden nematischen Flüssigkristallen ist es möglich, ein Flüssigkristall mit einem isotropen-nematischen Phasenübergang bei jeder Temperatur innerhalb des Bereiches von -30ºC bis 250ºC zu gewinnen.
Fig. 3 zeigt eine elektrisch ansprechende Einrichtung 15, die geeignet ist, reversibel zwischen dem opaken und dem klaren Zustand umgeschaltet zu werden. Ein klarer Stoff 16, enthaltend Mikrotröpfchen 17 aus Flüssigkristall mit einem üblichen Brechungsindex no ähnlich dem Brechungsindex des Stoffes ist zwischen elektrischen Leitern 18 eingefaßt, von denen einer oder beide transparent sind. Eine Spannungsquelle 19 ist über einen Schalter 20 mit den Leitern 18 verbunden, der eine AUS-Stellung 21 bzw. eine EIN-Stellung 22 aufweist. Wie in Fig. 3 dargestellt, erscheint das Material in dem lichtdurchlässigen oder klaren Zustand, wenn ein elektrisches Feld durch Schließen des Schalters 20 über dem flüssigkristallinen, polymerischen Stoffmaterial angelegt wird. Die Anwendung des elektrischen Feldes hat die Wirkung, daß der außergewöhnliche Brechungsindex ne des Flüssigkristalls in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Filmes ausgerichtet wird und es dadurch ermöglicht, daß wie bei Io einfallendes Licht ungestreut durch die Bildwiedergabeeinrichtung 15 gelangt und wie bei IT austritt. Wenn die Spannungsquelle 19 durch Umlegen des Schalters 20 in seine AUS- Stellung 21 abgeschaltet wird, bringen Oberflächen-Wechselwirkungen an der Tröpfchenwand zwischen dem Flüssigkristall und dem Harz die Tröpfchen in ihre Zufalls-Orientierung zurück, wie in Fig. 2 dargestellt, so daß das flüssigkristalline, polymerische Stoffmaterial an der Einrichtung in einer weißen opaken Beschaffenheit erscheint.
Fig. 4 zeigt das optische Ansprechen, das erreicht wird, wenn das erfindungsgemäße Bildwiedergabematerial durch Erzeugung einer mechanischen Beanspruchung gedehnt wird, wie durch die Pfeile 30 angedeutet Der Stoff ist mit der Bezugsziffer 32 bezeichnet, und die Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls, die in der Dehnungsrichtung gelangt sind, sind mit der Bezugsziffer 34 bezeichnet. Das Flüssigkristall kann nematisch, smektisch oder cholesterisch oder eine Mischung davon in der flüssigkristallinen Phase sein Vorzugsweise ist der übliche Brechungsindex no des Flüssigkristalls ähnlich dem Brechungsindex ns des Stoffes.
Das Dehnen des Materials resultiert in einer Verzerrung des flüssigkristallinen Mikrotröpfchens. Das kugelförmige Tröpfchen nimmt eine elliptische Gestalt an mlt der langen Achse der Ellipse parallel zu der Dehnungsrichtung. Diese Verzerrung des Mikrotröpfchens resultiert darin, daß das Flüssigkristall in dem Mikrotröpfchen sich selbst mlt der langen Achse der Ellipse ausrichtet. Das Ergebnis ist, daß aufgrund der Dehnung alle flüssigkristallinen Mikrotröpfchen ihre optischen Achsen und demzufolge ihren außergewöhnlichen Brechungsindex, ne, in der Dehnungsrichtung ausgerichtet haben. Unpolarisiertes einfallendes Licht, wie bei Io, wird Komponenten aufweisen, die parallel zu der Dehnungsrichtung und parallel zu den optischen Achsen der Mikrotröpfchen ausgerichtet sind. Diese Komponenten erfahren einen großen Unterschied zwischen dem Brechungsindex des flüssigkristallinen Mikrotröpfchens, ne, und dem des umgebenden Stoffes, ns, und werden gestreut. Komponenten des einfallenden Lichtes in einer Richtung senkrecht zu der Dehnungsrichtung erfahren einen Brechungsindex in dem Mikrotröpfchen, der dem Stoff ähnlich ist, und werden den Film unbeeiilußt durchlaufen. Der Film wirkt daher als ein Licht-Polarisator. Zusätzlich zu dem polarisierenden Effekt wurde herausgefunden, daß die Anwendung einer mechanischen Beanspruchung auf das flüssigkristalline-polymerische Stoffmaterial, das gemäß Fig. 3 in einer elektrisch ansprechenden Zelle eingebettet ist, die Schaltzeit zwischen den Zuständen mit eingeschaltetem Feld und ausgeschaltetem Feld verringert.
Fig. 5(a) zeigt einen Brechungs-Polarisator 50, der gewonnen wird, wenn das erfindungsgemäße Material in der Anwesenheit eines magnetischen oder elektrischen Feldes phasengetrennt oder gehärtet wird, wie durch den Pfeil 52 angedeutet. Der feste, klare Stoff ist mlt der Bezugsziffer 54 bezeichnet, und die Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls, die ihren ungewöhnlichen Brechungsindex ne in einer Richtung in der Ebene des Filmes ausgerichtet haben, sind mit der Bezugsziffer 56 bezeichnet. Das Flüssigkristall hat eine positive Anisotropie in der dielektrischen und diamagnetischen Empfindlichkeit. Wenn sie in der Anwesenheit eines elektrischen Wechseffeldes oder Magnetfeldes ausreichender Größe phasengetrennt oder gehärtet sind, um die flüssigkristallinen Mikrotröpfchen während des Vorganges zu orientieren, werden die Mikrotröpfchen diese Orientierung nach einer Entfernung des Feldes beibehalten. Der Film dient dann als ein Licht-Polarisator ähnlich demjenigen des gedehnten Filmes, der oben in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde.
Komponenten des einfallenden unpolarisierten Lichtes, wie bei Io, die parallel zu der Richtung der Ausrichtung des außergewöhnlichen Brechungsindex liegen, werden gestreut, wie bei Is, und zwar aufgrund der Fehlanpassung zwischen dem Brechungsindex des Stoffes ns und den ausgerichteten optischen Achsen ne der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen. Einfallendes Licht, das senkrecht zu der Richtung der Ausrichtung polarisiert ist, erfährt keinen Unterschied zwischen dem üblichen Brechungsindex no des Mikrotröpfchens 56 und dem des Stoffes ns und wird wie bei IT polarisiert übertragen. Der streuende Polarisator 50 von Fig. 5(a) sowie der gedehnte Film von Fig. 4 können in einen nicht-polarisierenden, lichtdurchlässigen Zustand in einer in Fig. 5(b) gezeigten Weise umgeschaltet werden, wobei der Stoff 54, der die Mikrotröpfchen wie bei 56' enthält, zwischen elektrischen Leitern 58 eingefaßt ist, von denen vorzugsweise beide transparent sind. Eine Spannungsquelle 60 ist mit den Leitern 58 verbunden. Die Anwendung des elektrischen Feldes hat die Wirkung, daß der außergewöhnliche Brechungsindex senkrecht zu der Oberfläche des Filmes ausgerichtet wird und es dadurch ermöglicht, daß einfallendes Licht unpolarisiert durchläuft. Wenn die Spannungsquelle 60 durch Umlegen des Schalters 62 in seine AUS-Stellung abgeschaltet wird, entspannen sich die Mikrotröpfchen in ihre in Fig. 4 und 5(a) dargestellte Gleichgewichts- Orientierung, und das Bildwiedergabematerial polarisiert wieder das einfallende Licht.
Fig. 6(a) zeigt einen Film 70, der gewonnen wird, wenn das erfindungsgemäße Material in der Anwesenheit eines elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes phasengetrennt oder gehärtet wird, wie durch den Pfeil 72 angedeutet. Der feste Stoff ist mlt der Bezugsziffer 74 bezeichnet. Die Mikrotröpfchen aus Flüssigkristall, die ihren außergewöhnlichen Brechungsindex ne senkrecht zu der Oberfläche des Filmes ausgerichtet haben, sind mit der Bezugsziffer 76 bezeichnet. Das Flüssigkristall hat eine positive dielektrische oder diamagnetische Anisotropie. Wie bei Io einfallendes Licht erfährt keinen Unterschied zwischen dem außergewöhnlichen Brechungsindex ne des Mikrotröpfchens und dem Brechungsindex ns des Stoffes und wird wie bei IT ungestreut übertragen. Der Film erscheint klar. Fig. 6(b) zeigt den Film von Fig. 6(a), wenn er einem in der Ebene des Filmes angewandten Feld ausgesetzt wird, wie durch den Pfeil 80 angedeutet. Das Feld kann ein magnetisches Feld, ein elektrisches Feld oder ein elektromagnetisches Feld sein wie z. B. ein solches, das durch eine Lichtquelle mlt hoher Intensität erzeugt wird. Die Anwendung des Feldes hat die Wirkung, daß der außergewöhnliche Brechungsindex ne in der Ebene des Filmes ausgerichtet wird. Komponenten des einfallenden Lichtes in einer Richtung parallel zu der Richtung der Ausrichtung des außergewöhnlichen Brechungsindex erfährt eine Fehlanpassung zwischen dem außergewöhnlichen Brechungsindex des Mikrotröpfchens und dem Index des Stoffes und wird gestreut. Komponenten eines unpolarisierten einfallenden Lichtes in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Ausrichtung des außergewöhnlichen Brechungsindex erfährt keine derart große Fehlanpassung und durchläuft die Einrichtung als poiarisiertes Licht, wie bei IT.
Fig. 7(a) zeigt einen Film 90, der dann gewonnen wird, wenn das flexible, hitzehärtbare Material der Erfindung, das ein eine positive dielektrische Anisotropie bewirkendes nematisches Flüssigkristall aufweist, durch ein Zusammendrücken beansprucht wird, das auftritt, wenn das Material bei einer derartigen Temperatur phasengetrennt oder gehärtet wird, so daß eine Fehlanpassung zwischen der thermischen Ausdehnungsfähigkeit des Stoffes 92 und dem der einwirkenden Zellwande 94 auftritt. Die scheibenförmigen Mikrotröpfchen aus Flüssigkristall, die ihren außergewöhnlichen Brechungsindex parallel zu der Oberfläche des Filmes, aber in der Ebene des Filmes zufallsausgerichtet haben, sind mlt der Bezugsziffer 96 bezeichnet. Einfallendes Licht wird aufgrund der Fehlanpassung zwischen dem außergewöhnlichen Brechungsindex der Mikrotröpfchen 96 und des Stoffes 92 gestreut, und die Einrichtung wird opak erscheinen. Die scheibenförmigen Mikrotröpfchen von Fig. 7(a) werden eine erhöhte Brechungswirkung haben verglichen mit den kugefförmigen Mikrotröpfchen von Fig. 2, da ne für alle die Mikrotröpfchen 96 in der Ebene des Filmes liegt. Fig. 7(b) zeigt das Harz 92 mit Mikrotröpfchen 96', das zwischen leitenden Elektroden 94' eingefaßt ist. Die Anwendung einer Spannung über den Elektroden 94' veranlaßt den außergewöhnlichen Brechungsindex, sich in elner Richtung senkrecht zu den Filmoberfächen auszurichten. Auf die Einrichtung einfallendes Licht erkennt keinen Unterschied zwischen den Brechungsindizes der Mikrotröpfchen 96' und des Stoffes 92 und wird ungebrochen übertragen, was in einer klaren Einrichtung resultiert. Derartige Filme bewirken einen verbesserten Bildwiedergabekontrast gegenüber Filmen mit kugelförmigen Mikrotröpfchen.
Das flüssigkristalline-polymerische Stoffmaterial ist normalerweise ein flexibles, festes Material und kann in Filme oder große Teile geschnitten, gegossen oder nachbearbeitet werden. Das thermisch empfindliche Material hat eine Anwendbarkeit in Thermometern mit hoher Auflösung und hohem visuellen Kontrast oder in Temperaturindikatoren, die z. B. in medizinischen oder anderen Technologien angewendet werden, in Verpackungen für kalte Nahrungsmittel, in der Kühlung, in der Eiserkennung auf Straßenoberflächen und in medizinischen Thermogrammen für die Erkennung von Brustkrebs, die Lage einer Plazenta usw. Das Material kann ebenso in Wiedergabeeinrichtungen mit thermischer Adressierung und hohem Kontrast, großem Betrachtungswinkel und flachem Bildschirm angewendet werden.
Derartige Bildwiedergabeeinrichtungen können mit einer resistenten oder auf dem Joule-Thomson-Effekt beruhenden Einrichtung elektrisch adressiert werden, um die Temperatur des Materials örtlich zu andern. Das Material kann ebenso durch einen Lichtstrahl hoher Intensität adressiert werden, um so die Materialoberfläche örtlich zu erwärmen.
Elektrisch empfindliche und polarisierende Einrichtungen, wie sie in den Fig. 3, 5(b) und 7(b) dargestellt sind, können durch eine Ablage oder einen Malvorgang von transparenten, leitenden Beschichtungen auf den Oberflächen des Materials hergestellt werden oder durch Aushärtung des Harzes, während es zwischen zwei transparente leitende Beschichtungen aufweisenden Platten eingefaßt ist. Der visuelle Kontrast zwischen dem opaken und dem klaren Zustand kann durch einen geeigneten Hintergrund, z. B. einen solchen, der dunkel oder beleuchtet ist, vergrößert werden.
Elektrooptische Blldwiedergabeeinrichtungen, die in dem opaken Zustand schwarz oder coloriert sind, können durch die Hinzufügung eines dikroitischen Farbstoffes zu dem Flüssigkristall hergestellt werden. Z. B. kann eine eleltrooptische Bildwiedergabeeinrichtung wie in den Fig. 3 oder 7(b), die bei nicht angelegter Spannung schwarz, aber bei angelegter Spannung weiß ist, durch die Anwendung eines nematischen Flüssigkristalls hergestellt werden, der einen schwarzen pleochroitischen Farbstoff enthält. Ein derartiges Flüssigkristall kann, wenn es in einem klaren Harz ausgehärtet und auf einem weißen Hintergrund angeordnet wird, eine Bildwiedergabeeinrichtung mit Weiß auf Schwarz erzeugen.
Ein brechender, polarisierender Film, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, kann als ein Belastungs-Monitor verwendet werden. Die Richtung der auf den Film angewandten Belastung steuert die Richtung, in der der Film polarisiert. Eine Änderung in der Richtung oder der Größe der angewandten Belastung resultiert in einer Änderung in der Richtung oder in dem Maß der Polarisation. Die Änderung der Polarisation kann durch Betrachtung des Filmes über eine polarisierte Linse ermittelt werden.
Elektrisch adressierbare streuende Polarisatoren können durch eine Dehnung oder durch Aushärtung in der Anwesenheit eines Feldes hergestellt werden, wie es in den Fig. 4 bzw. 5(b) dargestellt ist. Eine an die transparenten Leiter auf einem dieser Filme angelegte Spannung ausreichender Größe richtet die optischen Achsen der Mikrotröpfchen senkrecht zu der Oberfläche des Filmes aus und bewirkt, daß die polarisierende Wirkung abgeschaltet wird und der Film transparent erscheint. Ein derartiges Material ist nützlich in Bildwiedergabe-Fenstern oder anderen Einrichtungen, in denen es erwünscht ist, die polarisierende Wirkung ein- und auszuschalten.
Optisch umschaltbare Materialien können mit Filmen hergestellt werden, die durch Aushärten in der Anwesenheit eines angelegten Feldes oder durch Belastung angefertigt sind, so daß der außergewöhnliche Brechungsindex, ne, senkrecht zu der Oberfläche des Filmes ausgerichtet ist. Ein solcher Film ist klar und überträgt Licht mit normalen Lichtintensitäten. Einfallendes Licht mit ausreichend hoher Intensität veranlaßt die Flüssigkristalle, sich neu zu orientieren, so daß die optischen Achsen der Mikrotröpfchen in eine Richtung in der Ebene des Filmes umgeschaltet werden. Dieser Film streut das Licht und erscheint opak. Der Film wirkt als eine nichtlineare optische Einrichtung, die als eine Schutzschicht für eine hochintensive elektromagnetische Quelle oder als eine Einrichtung in optischen Rechnern verwendet werden kann. Eine nichtlineare optische Empfindlichkeit ist ebenso möglich, indem einfallendes Licht mit hoher Intensität den Wert der Brechungsindizes des Flüssigkristalls relativ zu dem Index des Harzes ändert.
Das erfindungsgemäße Material bietet, wenn es mit einem thermoplastischen Harz hergestellt wird, den Vorteil eines Speichereffektes. Fig. 8 zeigt die Aufbereitung eines thermoplastischen Materials, das kontrastreiche opake und klare Bereiche darstellen wird, so z. B. für alphanumerische Bildwiedergaben. Eine in Fig. 3 dargestellte Schicht, die auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes 130, aber unterhalb der Übergangstemperatur des Flüssigkristalls von der flüssigkristallinen Phase zu der isotropen Phase, wird einem ausrichtenden elektrischen Feld zwischen den Elektroden 140, 142 ausgesetzt, das in einem gewünschten Muster ausgelegt ist. Die Schicht kann auch bis oberhalb der Übergangstemperatur von der flüssigkristallinen zu der isotropen Phase erwärmt werden und sich dann auf eine Temperatur unterhalb des Phasenüberganges von der isotropen zu der flüssigkristallinen Phase, aber oberhalb des Schmelzpunktes des Stoffes für den Ausrichtungsschritt abkühlen. Die optischen Achsen der Mikrotröpfchen 134 des erweichten Stoffes 130 richten sich in der Richtung des elektrischen Feldes aus, d. h., senkrecht zu der Oberfläche der Schicht. Die optischen Achsen der nicht dem Feld ausgesetzten Mikrotröpfchen 138 richten sich nicht aus. Eine folgende Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes unter Aufrechterhaltung des Feldes ergibt das in Fig. 9 dargestellte Material.
Fig. 9 zeigt das Material von Fig. 8, nachdem der Stoff 150 wieder gehärtet und das elektrische Feld entfernt ist. Auf das Material auffallendes Licht wird entweder übertragen oder gestreut, abhangig von der Anpassung oder der Fehlanpassung der Brechungsindizes des Stoffes und denen des Flüssigkristalls, wie es durch das einfallende Licht detektiert wird. Licht Io, das mit ausgerichteten optischen Achsen der Mikrotröpfchen 154 auf den Stoff auftrifft, erfährt keine Fehlanpassung der Indizes ns, no, wird übertragen und veranlaßt den Mikrotröpfchen 154 enthaltenden Bereich, klar zu erscheinen. Licht Io', das mit zufallsorientierten Mikrotröpfchen 152 auf den Stoff 150 auftrifft, erfährt einen großen Unterschied zwischen dem außergewöhnlichen Index ns und dem Index ne für die Gesamtzufalls-Orientierung und wird, wie bei Is', gestreut und veranlaßt dadurch den Bereich, opak zu erscheinen.
Das Material nach den Fig. 8 - 9 hat eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Es kann z. B. als Temperaturanzeiger dienen und einen visuellen Marm auslösen, wenn die Umgebungstemperatur des Materials über einen bestimmten, vorgewählten Wert angestiegen ist. Der Alarm ist sichtbar, selbst wenn die Umgebungstemperatur unterhalb des gewählten Wertes zurückkehrt. Es kann z. B. ein Stoff mit einer Schmelztemperatur von 0ºC verwendet werden. Ein Film des Harzes kann an einem gefrorenen Gegenstand befestigt werden, wie einer Lebensmittelverpackung. Der Film kann mit einem geeigneten Bild, wie z.
B. "OK" hergestellt werden. Das Bild "OK" bleibt solange bestehen, wie der Film unterhalb 0ºC bleibt. Wenn die Temperatur des Gegentandes oberhalb 0ºC ansteigt, wird das Bild jedoch gelöscht und dann nicht wieder erscheinen, selbst wenn der Gegenstand danach wieder eingefroren wird.
Das erfindungsgemäße Material kann als ein löschbares Etikett verwendet werden. Durch Anwendung einer geeigneten Spannung und Wärme kann ein Bild auf das Material aufgebracht werden. Das Material wird das Bild aufrechterhalten, bis es einmal wiedererwärmt wird. Eine alphanumerische Information kann mit Elektroden mit gemusterten sieben Segmenten geschrieben werden. Ein Schriftzeichen wird dadurch geschrieben, indem die entsprechenden Segmente mit einer Spannung adressiert werden, während der Film erwärmt und dann abgekühlt wird. Derartige Etiketten waren nützlich für Preisschilder an Bücherregalen. Das Material kann zwischen Kunststoffschichten mit gemusterten leitenden Oberflächen eingeschlossen sein. Eine zusätzliche dünne Metallschicht auf dem Kunststoff kann für ein Widerstandsbeizen verwendet werden. Ein Bild kann auf einem solchen Etikett gedruckt werden, indem die entsprechenden Segmente geladen werden, während der Film erwärmt und gekühlt wird. Elektrische Kontakte an der Kante eines solchen Etiketts machen es möglich, das Etikett mit einer einfachen, in der Hand gehaltenen Einheit zu adressieren. Diese wäre dann so programmiert, daß die entsprechenden Elemente geladen werden, wahrend der Strom zur Erwärmung des Filmes angelegt wird. Dadurch würde sich ein schnelles, einfaches Gerät anbieten, angezeigte Einzelhandelspreise auf den neuesten Stand zu bringen.
Das erfindungsgemäße Material kann ebenso verwendet werden, vieifache Bildwiedergabeeinrichtungen mit flachem Bildschirm zu bilden, die eine größere Anzahl von Bildelementen aufweisen, als sie mit Einrichtungen ohne die Speichereigenschaft der vorliegenden Erfindung erzielt werden können. Das erfindungsgemäße Material benötigt zur Aufrechterhaltung des Bildes keinen aktiven Stoff. Außerdem müssen nur die in einem Bild zu ändernden Bildelemente adressiert werden. Klare Bildelemente werden durch Erwärmung und Abkühlung in der Anwesenheit eines externen Feldes gebildet, und opake Elemente werden durch Erwärmung und Abkühlung in der Abwesenheit eines externen Feldes gebildet.
Fig. 10 zeigt einen Stoff 170, der Mikrotröpfchen aus einem smektischen A Flüssigkristall 174 aufweist. Wie in Fig. 10 gezeigt, befinden sich die Flüssigkristalle in einem fokalen konischen Zustand ohne eine bevorzugte Richtung der Ausrichtung, so daß die ne innerhalb des Stoffes zufallsorientiert sind. Licht, das, wie bei Io, auf das Material auftrifft, detektiert eine Fehlanpassung zwischen ns und ne und wird, wie bei Is, gestreut. Das Material erscheint opak.
Fig. 11 zeigt das Material von Fig. 10, nachdem das smektische A flüssigkristalline Mikrotröpfchen enthaltende Harz 180 einem elektrischen Feld E in der dargestellten Richtung ausgesetzt ist und das Feld wieder entfernt wurde.
Die Schichten werden senkrecht zu der Richtung, in der das Feld angelegt ist, ausgerichtet, und die langen Achsen der flüssigkristallien Moleküle liegen senkrecht zu der Filmoberfläche. Senkrecht einfallendes Licht Io' detektiert keine Fehlanpassung zwischen den Indizes no und ns und wird durch das Material wie It übertragen. Das Material gemaß Fig. 11 erscheint klar.
Ein wesenfliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Aufbereitung von flüssigkristallinen-thermoplastischen Stoffmaterialien, die ein besonders hohes Verhältnis von Flüssigkristall zu Polymer haben. Ein derartiges Flüssigkristall sollte eine positive dielektrische Anisotropie bewirken und ist vorzugsweise nematisch. Das Verhältnis kann wenigstens 1:1 betragen und beträgt vorzugsweise etwa 1,5 - 2,0:1. Die hohe Konzentration von Flüssigkristallen erzeugt Bildwiedergabeeinrichtungen mlt einem hohen Kontrast zwischen den klaren und den opaken Bereichen und erzeugt gut lesbare Bildwiedergaben. Die Tabelle IA zeigt die Verhältnisse von Polymer zu Flüssigkristall für verschiedene Materialien, die mit der Erfindung wie im Beispiel XXX unten erzeugt sind. Die Tabelle IB zeigt die Eigenschaften der elektrisch schaltbaren Zellen, die mit den Materialien und den Verhältnissen der Tabelle IA hergestellt sind. Tabelle IA Polymer Flüssigkristall Verhältnis Poly(vinylacetat) Poly(vinylformal) Polycarbonat Poly(vinylbutyral) Poly(vinylmethylketon) Poly(methylacrylat) Poly(cyclohexylmethacrylat) Polyisopren Poly(ethylmethacrylat) (hohes M.W.) Poly(isobutylmethacrylat) Tabelle IB Polymer Eigenschaft der Zelle Flüssigkristall Verhältnis Poly(vinylacetat) Poly(vinylformal) Polycarbonat Poly(vinylbutyral) Poly(vinylmethylketon) Poly(methylacrylat) Poly(cyclohexylmethacrylat) Polyisopren Poly(ethylmethacrylat) (hohes M.W.) Poly(isobutylmethacrylat) keine Phasentrennung zufriedenstellend keine Phasentrennung sehr gut zufriedenstellend gut
Die Eigenschaften dieser in der Tabelle IB aufgelisteten Zellen wurden folgendermaßen bewertet: zufriedenstellend gut sehr gut Transparenz Schaltzeit Kontrast mittel mittel bis hoch hoch
Wie aus der Tabelle IB ersichtlich, resultierten Verhältnisse von Polymer zu Flüssigkristall größer als ungefähr 1:1 nicht in einer makroskopisch sichtbaren Phasentrennung für die Zellen Nr. 1 und Nr. 3.
Eine wichtige Eigenschaft des flüssigkristallinen-polymerischen Materials der Erfindung besteht darin, daß das phasengetrennte Polymer einen kohärenten Stofftyp mit geschlossener Zelle um die Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls herum bildet. Fig. 12 ist eine Photomikrographie des Materials vom Beispiel XXIII und zeigt eine honigförmige kammförmige Struktur, die durch die Phasentrennung von Poly(methylmethacrylat) und Flüssigkristall E7 gebildet ist. Der geschlossene Stoff vom Zelltyp maximiert den Betrag an Flüssigkristall, das in dem Material eingeschlossen ist und bildet nun eine hartnäckige Filmschicht, die es nicht zuläßt, daß das Flüssigkristall ausblutet.
Der Brechungsindex np des Polymers wird auf einen Wert von ns eingestellt, und zwar durch Plastizierung mit einem Flüssigkristall, das während der Phasentrennung und des Anwachsens der Mikrotröpfchen entsteht. Die Tranparenz wird beeinflußt durch die relativen Werte von ns des Stoffes (mlt darin aufgelöstem Flüssigkristall) und no des Flüssigkristalls. Beispielsweise ist im Falle von Einrichtungen, die nematische Flüssigkristalle vom Cyanophenyl-Typ verwenden, no ≈ 1,51. Um daher eine maximale Transparenz für senkrecht einfallendes Licht zu erzielen, sollte ns des Stoffes so nahe wie möglich bei 1,51 liegen. Aufgelöstes Flüssigkristall kann eine Annäherung dieses Wertes bewirken.
Ebenso beeinflussen die relativen Werte von ns und no die elektrische Schaltzeit dieser Einrichtungen, die thermoplastische Stoffe mit Mikrotröpfchen aus nematischem Flüssigkristall (die eine positive dielektrische Anisotropie bewirken) enthalten, von dem EIN (transparenten) in den AUS (opaken) Zustand. Die Tabellen IIA und IIB zeigen die Werte von np sowie die Eigenschaften der Zellen, die mlt verschiedenen Polymeren und Flüssigkristallen E7 wie in dem unten stehenden Beispiel XXIII hergestellt sind. Tabelle IIA Polymer Schaltzeit Poly(vinylformal) Polymethylmethacrylat Poly(vinylbutyral) Polycarbonat Poly(vinylacetat) Tabelle IIB Polymer Transparenz Betrachtungswinkel Poly(vinylformal) Polymethylmethacrylat Poly(vinylbutyral) Polycarbonat Poly(vinylacetat) normal 30º von normal
Die Wirkung des aufgelösten Flüssigkristalls besteht darin, den Brechungsindex np des Polymers zu erhöhen oder zu verririgern, um einen wirksamen Brechungsindex ns für den Stoff zu erzielen, der näher demjenigen des Flüssigkristalls no ist.
Der Betrag des aufgelösten Flüssigkristalls in dem Polymer kann außerdem durch die Abkühlungsrate wanrend des Phasentrennungsprozesses gesteuert werden. Ein schnelle Abkühlungsrate erzeugt im allgemeinen Materialien mit klelnen Mikrotröpfchen und einen größeren Betrag von aufgelöstem Flüssigkristall, während langsame Abkühlungsphasen im allgemeinen große Mikrotröpfchen mit einem geringeren Betrag von aufgelöstem Flüssigkristall in dem Stoff erzeugen. Eine Cyanobiphenyl Flüssigkristall- Lösung wie bei E7 in den in Tabelle IIA aufgeführten Polymeren hat die Wirkung eines erhöhten Index ns des reinen, unverfälschten Polymers auf einen Index ns des aktuellen Polymer-Stoffes; das Maß des Anstiegs in ns ist abhängig von der Konzentration des aufgelösten Flüssigkristalls und dem Anfangswert von ns.
Wie in Fig. 13A dargestellt, ist in dem Fall, daß die Bildwiedergabeeinrichtungen geradeaus in der Richtung A betrachtet werden, ein Polymer mit einem Index np im Bereich von 1,49 - 1,50 erwünscht, so daß der endgültige Brechungsindex ns des Stoffes so nahe wie möglich bei no ≈ 1,51 liegt. Für von der Seite zu betrachtende Bildwiedergabeeinrichtungen, wie sie in Fig. 13B dargestellt sind, ist ein Polymer mit einem Brechungsindex ns größer als no, aber üblicherweise kleiner als ne vorzusehen, so daß ns des Stoffes an den wirksamen Index ns des Flüssigkristalls angepaßt ist. Eine derartige Bildwiedergabeeinrichtung ist besonders gut lesbar in Richtung B, wie in Fig. 13B dargestellt. Wie aus Tabelle IIB ersichflich, erzeugt ein Polycarbonat mit np = 1,585 eine Bildwiedergabeeinrichtung, die am besten bei etwa 30º gegenüber der Senkrechten zu betrachten ist. Mit Bezug auf Fig. 13B wird der effektive Index ns durch die folgende Formel angenähert:
wobei .
θ ist der Betrachtungswinkel; α ist der Winkel von ne zu dem wirksamen nx; C ist die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Materialien mit hohem spezifischen Widerstand und Dielektrizitätskonstante, um lange Speicherzeiten zu erzielen. Das Material beinhaltende Zeuen halten eine Ladung, die wiederum als Folge davon die optischen Achsen der Mikrotröpfchen des Materials in der ausgerichteten Lage halten, bis die Ladung kurzgeschlossen wird oder abfällt. Während die Ladung gehalten wird, bildet das Material einen Bildspeicher, der von einem externen Feld nicht abhängig ist. Das Prinzip der Wirkungsweise besteht darin, daß ein Film des Materials, das zur Bildung einer Zelle zwischen transparenten leitenden Elektroden angeordnet ist, als ein Kondensator mit der Kapazität C und einem Innenwiderstand R wirkt. Das Anlegen einer Spannung lädt den Kondensator, und nach ihrer Entfernung wird die Ladung aufrechterhalten. Dadurch wird der transparente Zustand des Filmes für eine Zeit aufrechterhalten, die etwa gleich dem Produkt R x C ist. Der Wert von R x C hängt im allgemeinen nicht von der Größe oder der Koniiguration des Kondensators ab, sondern nur von den elektrischen Eigenschaften des flüssigkristallinen-polymerischen Stoffmaterials: C=&epsi;A/d, worin &epsi; die Dielektrizitätskonstante des Materials, A der Oberflächenbereich des Filmes und d dessen Dicke ist, und R = d/A, worin der spezifische Widerstand des Materials ist; auf diese Weise ist die Enfladungszeit, das Produkt &epsi;x ,eine Materialeigenschaft und nicht eine Funktion der Größe oder der Konfiguration der Zelle. Tabelle III zeigt die Speicherzeit ( &epsi; ) für verschiedene Materialien, die mit der Erfindung wie in dem untenstehenden Beispiel XXIII hergestellt sind. Tabelle III Polymer Flüssigkristall Verhältnis Speicherzeit (&epsi; ) Poly(methylacrylat) Poly(cyclohexylmethacrylat) Polyisopren Poly(isobutylmethacrylat) Poly(vinylbutyral) Poly(vinylmethylketon)
Andere flüssigkristalline-polymere Materialien, die eine ausgedehnte Speicherung bewirken, erscheinen in den Beispielen.
Das Flüssigkristall löst sich leicht auf, so daß nur ein geringes Mischen notwendig ist, um eine homogene Lösung zu bilden. Um Luftblasen zu entfernen, die während des Mischens entstehen können, kann die Lösung vor der Verfestigung des Stoffes entweder zentrifugiert oder in einer evakuierten Kammer angeordnet werden. Die Größe und der Abstand der Mikrotröpfchen sind von einer Reihe von Faktoren abhängig, wie z. B. der Temperatur der Phasentrennung, der Aushärtrate, den Typen des Polymers und des verwendeten flüssigkristallinen Materials, den relativen Anteilen dieser Materialien sowie der Art und der Rate der Verfestigung, wie weiter unten näher ersichtlich wird.
Ein Gleichgewichts-Phasendiagramm der binären Mischung aus Flüssigkristall und einer thermoplastischen, den Stoff erzeugenden Kunststoflzusammensetzung ist schematisch in Fig. 14 gezeigt. T&sub1; ist die Temperatur, oberhalb der die flüssigkristalline Mischung bei allen Zusammensetzungen eine homogene Lösung mit einer einzelnen Phase bildet; T&sub2; ist die Temperatur, bei der sich die Mischung verfestigt. Der Bereich B ist die Mischungslücke, wo die Phasentrennung und die Bildung der Mikrotröpfchen vor der Verfestigung erscheinen. Der Bereich A, außerhalb der Mischungslücke, ist die homogene Lösung. Der Punkt Y zeigt, daß eine 50/50-Mischung in die der Mischungslücke eintritt, d. h., in die Phasentrennung übergeht und in situ Mikrotröpfchen bei T&sub1; bildet. Der Punkt X&sub1; zeigt, daß eine Mischung von etwa 67/33 eine homogene Lösung bei T&sub3; entsteht; der Punkt X&sub2; zeigt, daß die Mischung in die Mischungslücke oder die Stufe der Mikrotröpfchen-Bildung bei T&sub4; eintritt, und der Punkt X&sub3; zeigt, daß sich die Mischung bei T&sub2; setzen wird.
Für die Phasentrennung mit Lösungsmittel-Verdampfung sind bevorzugte thermoplastische Harze in einem Lösungsmittel oder einer Mischung von Lösungsmitteln löslich, mit denen das Flüssigkristall mischbar ist. Fig. 15 zeigt ein Gleichgewlchts-Phasendiagramm der ternären Mischung eines Lösungsmittels, Flüssigkristall und Harz. Bei Verhältnissen im Bereich A ist die Mischung homogen; bei Verhältnissen im Bereich B hat die Mischung die Mischungslücke erreicht, und es entsteht die Bildung von Mikrotröpfchen. Durch die Lösungsmittel-Verdampfung verläuft eine im Punkt Z&sub1; startende Mischung enflang der Linie Z&sub1;, Z&sub2; und bildet einen Film mit der endgültigen Zusammensetzung Z&sub3;.
Die Lösungsmittel-Verdampfung ist nützlich, um Gegenstände mit einem ein Flüssigkeitskristall enthaltenden Film zu beschichten. Wenn jedoch eine elektrisch empfindliche Einrichtung in der Form einer Schicht aus flüssigkristallinen-polymerem Material zwischen transparenten Elektrodenplatten gewünscht ist, ist es schwierig, die Schicht durch Verdampfung des Lösungsmittels aus dem Bereich zwischen den Platten zu bilden. In diesem Falle kann die Lösungsmittel-Verdampfung benutzt werden, um ein grobes thermoplastisches Material durch Phasentrennung zu bilden. Ein derartiges Material wird dann zwischen den Platten angeordnet, erwärmt, so daß es zwischen die Platten fließt, und dann abgekühlt, um es zu verfestigen.
Die Technik der Lösungsmittel-Verdampfung ist insbesondere bei Harzen nützlich, die eine derart hohe Übergangstemperatur haben, daß das Flüssigkristall bei Temperaturen bei oder oberhalb T&sub1; in Fig.14 abgebaut wird. Durch Bildung eines groben thermoplastischen Materials durch Lösungsmittel-Verdampfung wirkt das Flüssigkristall als ein Weichmacher für den Stoff und verringert den Schmelzpunkt des Stoffes auf eine Temperatur unterhalb der Abbau-Temperatur des Flüssigkristalls. Für thermoplastische Stoffe mit hohen, zersetzenden Schinelztemperaturen wird die homogene Lösung vorzugsweise dadurch hergestellt> indem in Gewichtsanteilen 1 Teil Polymer zu wenigstens 1 Teil Flüssigkristall in etwa 5 Teilen eines geeigneten Lösungsmittels gelöst werden. Wenn das Material einmal anfänglich durch eine Lösungsmlttel-Verdampfung aufbereitet ist, werden alle folgenden Behandlungen des Materials wie eine Zell-Konstruktion oder eine Nachbereitung, durch Heißschmelzen und Abkühlen durchgeführt, entweder um die Größe der Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls wieder aufzulösen und neu zu bilden oder einfach nur zu ändern. Die Wirkung der Weichmachung ergibt aufgrund des in der Lösung in dem Stoff verbleibenden Anteils an Flüssigkristall. Auf diese Weise erzeugt in diesem Fall die weichmachende Wirkung ein Material, das ohne Abbau des Flüssigkristalls wiederholt erweicht und gehartet werden kann.
Ein geeignetes thermoplastisches Harz ist ein modifiziertes Epoxyd-Harz, das so aufbereitet ist, daß es eine Schmelztemperatur in einem gewünschten Temperaturbereich hat. Ein normalerweise hitzehärtendes Epoxyd-Harz wird in ein thermoplastisches Harz mit einer ausgewählten Schmelztemperatur umgewandelt, und zwar durch Substitution eines nicht-quervernetzenden Bindemlttels (Aushärte-Agens) wie z.B. Monoalkylamin, an der Stelle einer quervernetzenden aushärtenden Agens. Die Temperatur, bei der die Erweichung erfolgt, kann durch die Wahl der aushärtenden Agens eingestellt werden. Die Verwendung von Kurzketten-Monoalkylaminen resultiert in Epoxyd-Harz-Produkten mlt relativ höheren Schmelzpunkten, als die , die mit Langketten- Alkylaminen gehärtet sind. Z.B. resultiert die Anwendung von Propylamin in einem Epoxyd-Harz mit einem höheren Schmelzpunkt als dem, den man mit Hexylamih erreicht. Eine Alkyl-Verzweigung beeinflußt den Erweichungspunkt in dem Sinne, daß er ihn herabsetzt. Z.B. haben aus n-Butylamin geformte Epoxyd-Harze einen höheren Schmelzpunkt als diejenigen, die aus verzweigtem t-Butylamin gebildet sind.
Das Verhältnis von nicht ausgehärtetem Epoxyd-Harz zu dem Monoalkylamln bestimmt die Kettenlänge des resultierenden ausgehärteten Harzes. Die Haup-Kettenlängen sind am längsten bei einem Verhältnis von 1:1 von Äquivalenten von Epoxyd-Harz zu dem Alkylamin. Wenn das Verhältnis von 1:1 abweicht, entweder in Richtung mehr Harz oder mehr Alkylamin, wird die Länge der Haupt-Kette kürzer.
Die elementaren Eigenschaften des Stoffes können durch die Wahl des Typs von Alkylamin und ebenso durch die Verhältnisse von Alkylamin zu Epoxyd-Harz an spezielle Anforderungen angepaßt werden. Ein relativ hartes, steifes Harz entsteht durch längere Hauptketten-Längen und kürzere Alkylamin-Ketten-Langen. Z.B. erzeugt ein mit Propylamin hergestelltes 1:1 Produkt ein steiferes ausgehärtetes Harz als ein mit Hexylamin hergestelltes 1:1 Produkt.
Der Schmelztemperaturbereich bestimmt die Temperaturen, bei denen die Schreib/Lösch-Phänomene auftreten können. In dem hier benutzten Sinne bedeutet "Schreiben", daß ein flüssigkristallines polymeres Stoffmaterial erhitzt wird, indem eine gemustertes Feld angelegt wird, um die optischen Achsen der Mikrotröpfchen auszurichten und in der Anwesenheit des Feldes abzukühlen, um ein Bild in der Form des Musters zu schreiben. "Löschen" bedeutet, daß ein Material, auf dem ein Bild geschrieben ist, erhitzt und dann ohne ein Feld abgekühlt wird, um die optischen Achsen zu veranlassen, in ihren Zufalls-Zustand zurückzukehren. Höhere Schreib/Lösch-Temperaturen werden mit längeren Hauptketten-Längen und kürzeren Alkyl-Kettenlängen erzielt. Eine Abfallzeit (Speicherzeit) eines Bildes wird unter denselben Bedingungen erhöht, die höhere Schreib-Lösch-Temperaturen erzeugen, d.h. lange Haupt-Kette und kurze Alkyl-Kette.
Es können auch andere Agenzien als Alkylamine verwendet werden, solange sie nicht in einer nennenswerten 0uervernetzung resultieren, um so ein Erweichen zu verhindern. Derartige andere geeignete Agenzien sind solche, die nur zwei aktive Wasserstoffe enthalten, wie z.B. Diole und zweibasige Säuren.
Die Wirkung der Änderung der Haupt-Ketten-Länge eines ausgehärteten Harzmaterials auf seinen Erweichungstemperatur-Bereich wurde dadurch bewertet, indem Harze mit verschiedenen Verhältnissen von EPON 828 (Lot #8GHJ-52 - Miller Stephenson Co., Inc. Danbury, CT 06810) zu Hexylainin (HA) hergestellt wurden, wie in Tab.I zu sehen ist. Tabelle 1 MischungMakroskopische Beobachtungen der drei resultierenden, für drei Tage bei 65ºC ausgehärteten und auf Zimmertemperatur abgekühiten Harze zeigten, daß alle zutriedenstellend gleich harte Feststoffe ergaben. Eine makroskopische Beobachtung der drei in einem Ofen für 10 Minuten auf 82ºC erhitzen Harze ist in Tab. II dargestellt. Tabelle II Mischung relative Härte Beschreibung am weichsten mittel am härtesten viskose Flüssigkeit gummiartiger Feststoff
Die Wirkung der Änderung der Hauptketten-Länge des Flüssigkristall enthaltenden ausgehärteten Harzmaterials auf die Bildwiedergabe- Eigenschaften wurde dadurch bewertet, daß Mischungen mlt ungefähr 33% Flüssigkristall E7 wie im untenstehenden Beispiel XIII und ungefähr 67% EPON 828 mit Hexylamin (HA) in verschiedenen EPON/HA- Verhältnissen verglichen wurden; die Verhältnisse von EPON zu HA und der Prozentsatz an Flüssigkristall sind mit dem ausgehärteten Harz alleine in den gleichen Verhältnissen in Tab. III gezeigt. Tabelle III Mischung % (in Gewicht) E7
Diese Mischungen wurden für drei Tage bei 50 ºC ausgehärtet. Makroskopische Beobachtungen der EPON/HA-Mischungen bei Zimmertemperatur (R.T.) und bei 15ºC ergaben die in Tab. IVA gezeigten Ergebnisse. Die Tabelle WB beschreibt die lichtstreuenden Eigenschaften bei 3ºC, Zimmertemperatur und 50ºC und den physikalischen Zustand von EPON/HA/E7-Mischungen der Tab.III bei 3ºC und Zimmertemperatur. Tabelle IVA Mischung harter Feststoffleicht etwas kleibrig, gummiartig flexibel, gummiartig leicht verformt schwer verformbar sehr schwer verformbar weich, ziehbar leicht ziehbar Tabelle IVB Lichtstreuend Physikalischer Zustand hart gummiartig hart, gummiartig weich weich gummiartig viskose Flüssigkeit op=opak cl = klar pop = teilweise opak
Die Wirkung verschiedener Amine auf die lichtstreuenden Eigenschaften, die Bild-Speicherzeiten und die Schreib/Lösch-Temperaturen verschiedener Flüssigkristalle in EPON 828 wurde dadurch bewertet, daß ein Flüssigkristall mit 33% Gewichtsanteilen mit 67% EPON/Amin in einem 1:1 Äquivalenz-Verhältnis aufbereitet wurde. Die verschiedenen Mischungen wurden lose bei 65ºC fur 4 Stunden gehärtet und konnten sich dann auf Zimmertemperatur abkühlen. Die Tabellen VA und VB zeigen die lichtstreuenden Eigenschaften bei Zimmertemperatur. Harze, die mlt Propylamin mit gerader Kette über Hexylamin (1, 2 und 4) hergestellt wurden, waren hart und bei Zimmertemperatur schwer verformbar, während das Heptylamin (5)-Harz leichter verformt wurde und das Octylamin (6)-Harz klebrig war. Tabelle VA Amin Flüssigkristall Propylamin n-Butylamin iso-Butylamin Hexylamin Octylamin C = klar X halb-klar S = streuend S/PS = streuend mit Phasentrennung
Die Flüssigkristalle in Tab.VA waren folgendermaßen:
E-7, wie im untenstehenden Beispiel 1, mit einer Übergangstemperatur von -10 ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 60,5ºC von der kristallinen in die isotrope Phase.
E-31, eine geschützte Mischung von Cyano-Biphenylen und einem nicht- Cyan-Biphenylester, das von EM Cheniicals verfügbar ist und eine Übergangstemperatur von -9ºC von der kristallinen in die nematische kristalline Phase sowie eine Übergangstemperatur von 61,5ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase aufweist.
E-44, eine geschützte Mischung von Cyano-Biphenylen, ein Cyanoterphenyl und ein nicht-Cyan-Biphenylester, das von EM Chemicals verfügbar ist und eine Übergangstemperatur von -60ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase sowie eine Übergangstemperatur von 100ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase aufweist.
K-12,4-Cyan-4'-Butylbiphenyl mit einer Übergangstemperatur von 48ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase.
K-18,4-Cyan-4'-Hexylbiphenyl mlt einer Übergangstemperatur von 14,5ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 29ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase. Tabelle VB Amin Flüssigkristall Propylalnin n-Butylamin iso-Butylamin Hexylamlh Heptylamin Octylamin C=klar X= halb-klar S = streuend S/PS = streuenct mit Phasentrennung
Die Flüssigkristalle in Tabelle VB waren folgendermaßen:
K-21,4-Cyan-4'-Heptylbiphenyl mit einer Übergangstemperatur von 30 ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 42,8ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase.
K-24,4-Cyan-4'-Octylbiphenyl mlt einer Übergangstemperatur von 21,5ºC von der kristallinen in die smektische A flüssigkristalline Phase, einer Übergangstemperatur von 33,5ºC von der smektischen C in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 40,5ºC von der nematischen flüssigkristallinen in die isotrope Phase.
M-15,4-Cyan-4'-Pentoxybiphenyl mit einer Übergangstemperatur von 48ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 68ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase.
M-18,4-Cyan-4'-Hexoxybiphenyl mit einer Übergangstemperatur von 57ºC von der kristallinen in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 75,5ºC von der flüssigkristallinen in die isotrope Phase.
M-24,4-Cyan-4'-Octoxybiphenyl mit einer Übergangstemperatur von 54,5ºC von der kristallinen in die smektische A flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 67,0ºC von der smektischen A in die nematische flüssigkristalline Phase und einer Übergangstemperatur von 80,0ºC von der nematischen in die isotrope Phase.
Aliquote Teile für eine qualitative Bewertung von Bild-Speicherzeiten und Schreib/Lösch-Temperaturen wurden mit Mischungen 1-2 und 4-6 zwischen gemusterten Elektrodenplatten gewonnen, wie in dem untenstehenden Beispiel XVII. Speicherzeit (Abfall des Bildes) und Schreib/Lösch-Temperaturen nähmen mit ansteigender Alkylamin- Lange und auch mit abnehmender Härte des Harzes ab.
Die Aufbereitung von lichtstreuenden Materialien gemäß der Erfindung beinhaltet die in Fig. 16 dargestellte allgemeine Folge. Bezugnehmend auf Fig.16, wurde herausgefunden, daß die Wahl der Ausgangsmaterialien und die Behandlung der Mischung, nachdem diese in die Phasentrennung eingetreten ist, jedoch vor der Verfestigung des Stoffes, eine Steuerung der Wachstumsrate der Mikrotröpfchen ermöglicht.
Die Art der Ausgangsmaterialien, d.h. Flüssigkristall und Harz (Polymer), beeinflußt die Lösbarkeit des Flüssigkristalls in dem Polymer und bestimmt sowohl die Zusammensetzung der homogenen Lösung als auch den Punkt, bei dem die Phasentrennung erfolgt, sowie die Rate, mit der sie fortschreitet. Die relative Konzentration der Ausgangsmaterialien beeinflußt außerdem die Rate der Phasentrennung. Änderungen in der Härte-Temperatur ändern die Lösbarkeiten, die Rate der Polymerisation und die Rate der Diffusion des Flüssigkristalls aus dem Polymer in die Mikrotröpfchen. Die Abkühlrate einer flüssigkristallinen thermoplastischen Lösung beeinflußt die Wachstumsrate der Mikrotröpfchen.
Thermoplaste, wie thermoplastische modifizierte Epoxyd-Harze, schmelzen reversibel bei unterschiedlichen Temperaturen und kühlen bei unterschiedlichen steuerbaren Raten in den festen Zustand ab. Wenn bei der Abkühlung eine homogene Lösung von Flüssigkristall und einem Thermoplast eine Temperatur erreicht ist, bei der das Flüssigkristall und das Polymer unmischbar sind, erfolgt eine Phasentrennung. Die Temperatur bezieht sich auf das mittlere Molekulargewicht des Polymers und die Konzentration des Flüssigkristalls. Wie am besten aus Fig.17 ersichtlich ist, gibt ein langsamer Temperaturabfall den Molekülen ausreichend Zeit, zu ihren entsprechen Abscheidungsstellen zu diundieren, und resultiert in größeren Mikrotröpfchen. Die Daten in Fig.17 sind aus den untenstehenden Beispielen XXXI und XXXII entnommen. Bei einer schnellen Abkühlzeit verfestigt sich der Stoff, lange bevor das thermodynamische Gleichgewicht erreicht ist, so daß die Mikrotröpfchen keine Zeit haben, anzuwachsen, und eine große Anzalil von Flüssigkristall-Molekülen in dem festen Stoff eingeschlossen bleibt. Die Abkühlrate für Thermoplaste spielt eine ähnliche Rolle wie die Temperatur der Härtung oder der Polymerisation der hitzehärtbaren Polymere.
Verschiedene hitzehärtbare Polymere, wie Epoxyd-Harze, die bei unterschiedlichen Raten aushärten, können Mikrotröpfchen hervorbringen, die sich in der Größe um mehr als 2 Größenordnungen unterscheiden. Die Tabelle V faßt diesen Effekt in zwei Epoxyden zusammen. Tabelle V Epoxyd-Harz Härtezeit bei 40ºC Flüssigkristall mittlerer Durchmesser Bostik Stunden Stunde
Wie aus Tabelle V ersichtlich, erzeugt EPON 828 bei derselben Konzentration und Temperatur Mikrotröpfchen mit der doppelten Größe von Bostik. Wie weiter unten aus den Beispielen genauer hervorgeht, trägt die relative Konzentration des Flüssigkristalls zu der Größe in diesen Systemen nur bei, bis ein Maximum von ungefähr 40% bis 50% erreicht ist, wenn die Kanal-Bildung beginnt.
Die besten Betriebsarten der Erfindung werden im weiteren durch die folgenden spezifischen Beispiele illustriert und beschrieben. Eine Phasentrennung wurde in jeder Aufbereitung des Licht-modulierenden Materials durchgeführt.
Die Beispiele I bis IX und XXXIV und XXXV bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind durch den Wortlaut der vorliegenden Ansprüche ausgeschlossen.

Beispiel 1

Ein Temperatur-empfindliches Material mit hohem Kontrast wurde durch die Anwendung eines Zwei-Komponenten Epoxydmaterials aufbereitet, das unter dem Handelsnamen Bostik 7575 von Emhart Chemical Group, Bostik Division and liquid crystal verkauft wird. Der Teil A des Epoxyd- Harzes war eine äquimolare Mischung aus Bisphenol A und Epichlorohydrin. Teil B war eine fetthaltige Polyamin-härtende Agens. Das Flüssigkristall (verfügbar als E-8 von EM Industries) war eine Mischung bestehend aus (Gewichtsanteile):4'n-Pentyl-4'-Cyanobiphenyl (5CB), 43 Gewicht% 4'-n-Propoxy-4-Cyanbiphenyl (3ºC8), 17 Gewicht%; 4'n-Pentoxy-4-Cyanobiphenyl (50CB) 13 Gewicht%; 4'n-Octyloxy-4- Cyanbiphenyl (80 CB) 17 Gewicht% und 4'-n-Pentyl-4-Cyanterphenyl (SCT) 10 Gewicht%.
Teil A und Teil B des Epoxyd-Harzes und das Flüssigkristall wurden in denselben Volumenverhältnissen gemaß der Vorschrift 33-1/3% Teil A, 33-1/3% Teil B und 33-1/3% Flüssigkristalle gemischt. Mle drei Komponenten wurden durch leichtes Rühren für drei Minuten zur Bildung einer homogenen Lösung gemischt. Die Lösung wurde dann für 1 Minute zentrifugiert, um in dem Rührvorgang enthaltene Blasen zu entfernen. Es wurden Proben aufbereitet durch Ausbreitung des nichtgeharteten Materials mit einer gleichmäßigen Dicke auf Glasplatten. Nach einem Härten für 48 Stunden hatten die Proben, die ungefähr 200 um dick waren, eine rein weiße opake Beschaffenheit (opaker Zustand). Proben mit einer Filmdicke zwischen 10 und 200 um waren in ihrem Aussehen auch weiß, waren jedoch weniger opak. Die Filme wurden von den Glasoberflächen abgelöst, um ein festes, flexibles Material zu erzeugen. Wenn diese Filme auf eine Übergangstemperatur in der Nähe von 80ºC von der nematischen in die isotrope Phase erwärmt wurden, werden sie plötzlich klar oder transparent (klarer Zustand). Die Filme blieben bei Temperaturen oberhalb 80ºC klar und kehrten in einen rein opaken Zustand zurück, wenn sie unterhalb 80ºC abgekühit wurden. Der Kontrast zwischen dem opaken und dem klaren Zustand hing von der Filmdicke ab. Dicken von 200± 100 um zeigten einen hohen sichtbaren Kontrast zwischen dem opaken und dem klaren Zustand. Die nematisch/isotrope Übergangstemperatur, die durch den klaren und den opaken Zustand des Filmes bewirkt wurde, war sehr in der Nähe der nematisch-isotropen Übergangstemperatur des Flüssigkristalls vor der Dispersion in dem Epoxyd-Harz.

Beispiel II

Es wurde eine elektrisch empfindliche Einheit konstruiert, die dasselbe Material benutzt, wie es im Beispiel 1 beschrieben wurde. In diesem Beispiel wurde die nicht gehärtete Mischung von Beispiel I nach der Zentrifugierung zwischen zwei Glasscheiben eingefaßt, die an ihren an die Mischung anliegenden Oberflächen leitende Beläge aus Indiumoxyd enthielten. Zwischen den Glasscheiben wurde ein isolierender Abstandshalter (Teflon-Band) verwendet, um die Filmdicke auf etwa 75 um einzustellen. Der Film hatte nach einem Härten bei 24 Stunden eine rein weiße, opake Beschaffenheit (opaker Zustand). Wenn eine Wechselspannung von 100 V an die leitenden Oberflächen der Glasplatten angelegt wurde, wurde das Material klar (klarer Zustand).
Eine Filmdicke von weniger als 10um zeigte einen geringeren sichtbaren Kontrast zwischen dem klaren und dem opaken Zustand und erforderte außerdem eine geringere Schaltspannung. Es wurde herausgefunden, daß ein dunkler oder reflektierender Hintergrund auf der Bildwiedergabeeinrichtung den sichtbaren EIN-AUS Kontrast verbessert.
Es wurde beobachtet, daß eine Probe mit einer Fläche von 2,0 cm² mit einer angelegten Spannung von 100 V einen Strom von 5 x 10&supmin;&sup8; A in dem klaren Zustand erzeugt, woraus sich eine Steuerleistung von 5 x 10&supmin;&sup6; Watt ergibt.

Beispiel III

Eine elektrisch empfindliche Guest-Host Einheit, die ein opakes Blau in dem opaken Zustand und klar in dem klaren Zustand war, wurde durch die Zufügung eines blauen Farbstoffes zu der Flüssigkristall-Mischung gebildet. Der blaue Farbstoff war 1-(p-n-Butylphenylamino)-4- Hydroxyanthraquinon. Er wurde der Flüssigkristall-Mischung von Beispiel 1 hinzugefügt, entsprechend dem Gewichtsanteil von 1,5% blauen Farbstoffes zu einem Gewichtsanteil von 98,5% Flüssigkristall. Diese Mischung wurde dann gemischt mit Teil A und Teil B des Epoxyd-Harzes von Beispiel 1 in dem Volumenverhältnis 33-1/3% Teil A, 33-1/3% Teil B und 33-1/3% blauer Farbstoff und Flüssigkristall. Wie in Beispiel II konnte das Material zwischen den Glasscheiben mit den leitenden Oberflächenbelägen härten. In diesem Beispiel wurde ein höherer sichtbarer Kontrast zwischen dem klaren und dem opaken Zustand mit kleineren Filmdicken erreicht, und demzufolge wurden niedrigere Spannungen an die leitenden Oberflächen angelegt. Es wurde herausgefünden, daß eine Bildwiedergabeeinrichtung mit einer Dicke von ungefähr 10 um mit einer angelegten Spannung von 25 Volt in den klaren Zustand gesteuert wurde.

Beispiel IV

Ein Temperatur-empfindlicher Film wurde unter Verwendung der flüssigkristallinen Mischung von Beispiel 1 und eines Zwei-Komponenten schnell aushärtenden Epoxyd-Harzes (Warenbezeichnung EPO-TEK 302), bestehend aus einem Bisphenol A Harz, Teil A, und einer aliphatischen Härteagens (Teil B) hergestellt. Das Epoxyd-Harz und das Flüssigkristall wurden im folgenden Volumenverhältnis gemischt: 25% Teil A, 25% Teil B und 50% Flüssigkristall. Der verwendete Vorgang für die Filmaufbereitung war identisch mit dem von Beispiel I. Nach einer Härtezeit von zwei Tagen hatte der Film eine opake weiße Beschaffenheit bei Temperaturen unterhalb der Übergangstempertur (80ºC) von der flüssigkristallinen in die isotropisch-nematische Phase, war jedoch oberhalb dieser Temperatur klar.

Beispiel V

Ein auf mechanische Beanspruchung und Temperatur ansprechendes Material mit Licht-polarisierenden Eigenschaften wurde durch die Dispersion von Flüssigkristall 4'-Octyl-4-Cyanbiphenyl (verfügbar als K- 24 von EM Industries) aufbereitet, indem dieses mit einem Zwei- Komponenten-Epoxyd-Harz im folgenden Volumenverhältnis gemischt wurde: 33-1/3% Teil A, 33-1/3% Teil B und 33-1/3% Flüssigkristall. Das Epoxyd-Harz bestand aus einer äquimolaren Mischung aus Bisphenol A und Epichlorohydrin (Teil A) und einer fetthaltigen Polyamid-Härte- Agens, Teil B, bezogen von Bostik Division, Mailand, Italien. Es wurden zwei Proben hergestellt, eine unter Verwendung von K-24 als Flüssigkristall und eine andere unter Verwendung einer Mischung mit einem Volumenverhältnis von 75% K-24 und 25% Anisyliden-p- Butylanilin. Der Rührvorgang der Mischung war identisch mit dem des Beispiels I. Ein Film mit einer Dicke von ungefähr 50 um wurde dadurch hergestellt, daß die Mischung zwischen einer Mikroskop-Glasscheibe und einem Kunststoff-Abdeckbezug härten konnte. Wenn die Mischung einmal gehärtet war, konnte der Kunststoff-Abdeckbezug leicht entfernt werden, so daß der Film leicht von dem Glassubstrat abgelöst werden konnte. Es wurde ein gleichmäßig flaches, glänzendes und flexibles Material gewonnen, das bei Zimmertemperatur opak war.
Durch Strecken dieses Filmes in eine Richtung wurde er transparenter. Es wurde festgestellt, daß das den gestreckten Film durchlaufende Licht in einer Richtung senkrecht zu der Streckrichtung linear polarisiert wurde. Durch Erwärmen des Materials auf eine Temperatur, bei der sich das Flüssigkristall in der isotropen Phase befand, wurde das Material klar, und es wurde keine Polarisation, weder in dem freien noch in dem gestreckten Zustand, beobachtet. Anstelle einer Streckung diente ein Scherungs- oder einfach einseitig gerichteter Druck dazu, denselben polarisierenden Effekt zu erzeugen.

Beispiel VI

Eine elektrisch-empfindiiche Zelle mit Licht-polarisierenden Eigenschaften wurde durch Mischung der folgenden Substanzen in der folgenden Reihenfolge hergestellt: Epoxyd Teil B, 32,5 Gewicht%; nematisches Flüssigkristall, 33,5%; Abstandsmaterial, 0,7%; Epoxyd Teil A, 33,3 %. Das Epoxyd war dasselbe wie das in Beispiel V beschriebene. Das nematische Flüssigkristall (verfügbar als E-7 von EM Industries) war eine Mischung von (in Gewichtsanteilen) 4'-n-Pentyl-4-Cyanbiphenyl (5CB), 51%; 4'-n-Heptyl-4-Cyanbiphenyl (7C8), 21%; 4'-n-Octoxy-4-Cyan- Biphenyl, 16%; und 4'-n-Pentyl-4-Cyan-Terphenyl, 12%. Das Abstandsmaterial war ein Puder mit einer Partikelgröße von 26 um (geliefert als Mufrit PS-26 von Atomergic Chemicals Corporation). Während die Mischung aus dem Flüssigkristall und dem Epoxyd sich noch in dem ungehärteten, flüssigen Zustand befand, wurde sie zwischen zwei Glasscheiben mit transparenten leitenden Belägen angeordnet, an die eine Spannung angelegt werden konnte. Das Material wurde dann bei -24ºC für fünf Tage gehärtet. Nach einer darauffolgenden Erwärmung auf Zinimertemperatur veranlaßten die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Glasscheiben und des Epoxy-Harz-Stoffes den Stoff und die in dem Stoff dispergierten Mikrotröpfchen des Flüssigkristalls, sich zu entspannen, so daß das durch das Material laufende Licht linear polarisiert wurde, was durch die Auslöschung von durch eine kreuzweise polarisierte Linse betrachtetes Licht nachgewiesen wurde. Es wurde dann eine Wechselspannung von 30 Volt an die leitenden Beläge angelegt, und das empfindliche Material wurde in einen Zustand umgeschaltet, im dem das übertragene Licht nur schwach polarisiert war.

Beispiel VII

Eine elektrisch-empfindliche Zelle wurde aus einer Schicht aus einem flexiblen Epoxyd-Harz-Flüssigkristall hergestellt, die zwischen zwei transparenten leitenden Oberflächen gestreckt und eingefaßt wurde. Die Schicht aus dem flexiblen Epoxyd-Harz-Flüssigkristall wurde dadurch hergestellt, daß zunächst Flüssigkristall mit Epoxyd Teil B gemischt und dann Teil A in Verhältnissen 1:1:1 hinzugefügt wurde. Das Flüssigkristall war das gleiche wie im Beispiel IV. Teil A war eine äquimolare Mischung von Bisphenol A und Epichlorhydrin; Teil B war eine chemische Härteagens (beide verfügbar von Bostic Division, Mailand, Italien). Die Mischung aus Epoxyd-Harz-Flüssigkristall konnte zwischen zwei Plexiglasscheiben härten, die etwa 50 um voneinander beabstandet waren. Nach einer Härtung von einem Tag wurde die resultierende, opake, weiße, flexible Schicht von dem Plexiglas entfernt. Die Schicht wurde um etwa 5 - 10 % in einer Richtung gestreckt und dann zwischen zwei Glasscheiben eingefaßt. Jede Scheibe war auf einer Seite mit einem transparenten, leitenden Belag beschichtet. Die Einfassung war so konstruiert, daß die leitenden Beläge der gestreckten Schicht einander gegenüber lagen. Es wurde ein linear polarisierender Film mit der eingefaßten, gestreckten Schicht orientiert, um eine maximale Auslöschung des übertragenen Lichtes zu erzielen, und dann an der Einfassung angebracht.
Eine andere Zelle wurde wie beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß die opake, weiße, flexible Schicht, bevor sie zwischen den leitenden Glasscheiben eingefaßt wurde,nicht gestreckt wurde.
Wenn eine Spannung von 200 V an die Zelle mit einem gestreckten Material angelegt wurde, lag die Ansprechzeit zwischen dem opaken und dem klaren Zustand in der Größenordnung von 1 ms. Die Zelle mit nichtgestrecktem Material sprach in 25 - 40 ms an.

Beispiel VIII

Ein Dispersion von Flüssigkristallen in einem flexiblen festen Epoxyd- Stoff wurde durch Härten einer Zubereitung aus einem Epoxyd- Flüssigkristall durch ultraviolettes Licht hergestellt. Die Epoxyd- Zubereitung war eine Mischung aus 3,8 g Harz (Shell Warenzeichen EPON Harz 828), 0,4 g eines UV-aktivierten Epoxyd-Vukanisiermittels (3M Warenzeichen FC-508) und 0,9 g Trimethylenglykol. Das Flüssigkristall war dasselbe, das in Beispiel VI beschrieben wurde. Es wurde eine Lösung hergestellt, indem zunächst 0,3 g der Epoxyd-Zubereitung mit 0,1 g des Flüssigkristalls gemischt wurden. Die Lösung wurde dann für 30 min. unter einer ultravioletten Lampe gehärtet. Das gehärtete Material zeigte sich opak weiß, wurde dann jedoch bei einer Erwärmung auf die Übergangstemperatur von der nematischen flüssigkristallinen in die isotrope Phase klar und wirkte dadurch als ein thermisch ansprechender Lichtschalter. Das flexible, feste, opake Dispersionsmaterial wurde durch eine Streckung auch teilweise klar. Es wurde beobachtet, daß das durchtretende Licht durch das gestreckte Material linear polarisiert wurde und Licht ausgelöscht wurde, wenn ein gekreuzter Polarisator entweder vor oder hinter dem gestreckten Material angeordnet wurde. Das Material brauchte nur um 5 bis 10 % seiner ursprünglichen Länge gestreckt zu werden, um Polarisationseffekte zu zeigen. Eine leichte Kompression oder eine andere mechanische Verformung zeigte ebenfalls Polarisationseffekte. Bei Betrachtung durch einen Kreuz-Polarisator wirkte das Material als ein mechanisch ansprechender Lichtschalter.

Beispiel IX

Ein streuender Polarisator wurde dadurch hergestellt, daß dasselbe Flüssigkristall verwendet wurde, das in dem Beispiel VII und Bostik, Teile A und B (Bostik S.p.A., Mailand, Italien) beschrieben wurde. Das Verhältnis zwischen den Bostik-Teilen B und A war 1:0,94; es wurde eine Mischung aus den Teilen A und B und Flüssigkristall unter Verwendung von 33 Gewichtsprozenten von E-7 hergestellt. 0,1 Gewichtsprozente an Abstandsmaterial wurden der Mischung hinzugefügt. Das Abstandsmaterial war ein Puder mit einer Partikelgröße von 26 um (angeboten als Mufrit PS-26 durch die Atomergic Chemicals Corporation). Die Mischung wurde mehrere male gerührt und zentrifugiert, um eine homogene und gasfreie Lösung zu gewinnen, die dann nach dem Mischen der verschiedenen Komponenten zwischen zwei leitenden Glasplatten für 10 Minuten eingefaßt wurde. Der resultierende 26 um Film wurde in einem Magnetfeld mit 47 kGauss in einer die Ebene des Filmes enthaltenden Richtung angeordnet, (im folgenden als Richtung der Härtung bezeichnet), und wurde dort für 41 Stunden bei 15ºC belassen. Nach der Entfernung von dem Feld und einer Abkühlung auf Zimmertemperatur wurde beobachtet, daß der resultierende feste Film opak war, wenn er mit einem linearen absorbierenden Polarisationsfilter betrachtet wurde, dessen Polarisation parallel zu der Richtung der Härtung verlief. Wenn die Polarisation des Filters senkrecht zu der Richtung der Härtung verschoben wurde, erschien der Film transparent.
Die polarisierenden Eigenschaften des Filmes wurden weiterhin gemessen, und zwar durch Anwendung eines polarisierenden Lichtes von einer hochintensiven Lichtquelle bei senkrechtem Einfall. Das Verhältnis der Intensität des übertragenen Lichtes, wenn der Strahl senkrecht zu der Richtung der Härtung polarisiert wurde, wurde zu der Intensität des übertragenen Lichtes, wenn der Strahl in einer Richtung parallel zu der Richtung der Härtung polarisiert wurde mit 30 gemessen. Bei der Anwendung eines elektrischen Feldes in einer Richtung senkrecht zu dem Film schaltete das Material in einen nicht-polarisierenden (übertragenden) Zustand. Die Ansprechzeit war weniger als 0,3 ms; die Zeit, die für den Film notwendig war, sich wieder in den polarisierenden Zustand zu entspannen, war weniger als 3,0 ms. Die Intensität des durch den Film übertragenen Lichtes wurde verringert, wenn eine Umschaltung von dem nicht-polarisierenden in den polarisierenden Zustand erfolgte. Diese Verringerung betrug zwei Größenordnungen im Falle eines in der Richtung der Härtung polarisierten einfallenden Lichtes, war aber nur etwa dreifach für einfallendes Licht, das in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Hartung polarisiert war.

Beispiel X

Es wurde ein Polarisator ähnlich dem von Beispiel I hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Mischung von 67% E-20 (43,96% 4'-n-Pentyl-4'- Cyanobiphenyl; 40,78% 4'-n-Heptyl-4'-Cyanobiphenyl; 9,22% 4'-n- Octyloxy-4'-Cyanobiphenyl; 6.05% 4'-n-Pentyl-4-Cyanoterphenyl; BDH Chemicals, Ltd.) und 33% 10 CB (4'-Methoxy-4-Cyanobiphenyl), deuteriert auf der Metoxyposition, verwendet wurde anstelle von E-7. Dieser Film zeigte dieselben Polarisierungseigenschaften wie in Beispiel I. Eine umfangreiche Probe mit derselben Zusammensetzung wurde in einer NMR (Nuklear Magnetic Resonance = Magnetische Kernresonanzspektroskopie) Glasröhre unter denselben Bedingungen wie in Beispiel I gehärtet. Deuterium nukleare magnetische Resonanzspektren dieser Probe wurden bei Temperaturen zwischen 10 ºC und 45 ºC ermittelt, sowie bei Richtungen der Härtung, die sowohl in Richtung des statischen magnetischen Feldes als auch senkrecht dazu ausgerichtet waren. Deuterium-Spektralmuster zeigten, daß die Flüssigkristall-Moleküle vorzugsweise eine mittlere Ausrichtung hatten, so daß die lange Molekularachse sich in Richtung der Richtung des magnetischen Feldes wänrend des Härtevorganges erstreckte.

Beispiel XI

Es wurden zwei Filme mit denselben Zusammensetzungen wie in Beispiel IX hergestellt und in einem elektrischen Feld bei 9ºC für 43 Stunden gehärtet. Während des Härtevorganges wurde eine Wechselspannung von 100 V, schwingend bei einer Frequenz von 1 kHz an transparente Leiter auf den Oberflächen eines dieser Filme angelegt. Der andere Film wurde ohne die Anwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes gehärtet. Nach dem Härtevorgang wurden die Filme auf ihre optischen Eigenschaften untersucht. Bei Zimmertemperatur war der in dem elektrischen Feid gehärtete Film transparenter als der ohne das elektrische Feld gehärtete Film. Dies zeigte, daß die Anwendung eines elektrischen Wechselspannungsfeldes während des Härtevorganges mit der Ausrichtung der optischen Achsen der Mikrotröpfchen in dem gehärteten Medium verknüpft war.

Beispiel XII

Ein streuender Polarisator wurde durch Anwendung von E-7 als Flüssigkristall und Conuthan TU50A, Teile A und B (Conap Inc., Buffalo, New York), als Polyurethan hergestellt. Teil A ist ein Vorpolymer, das aus der Reaktion eines Überschusses von Toluendiisocyanat und Polyetherglycol gebildet ist, und Teil B ist eine Mischung von 4-4'- Methylenebisisoorthochloroanilin und verschiedenen Polyolen. Die Teile A und B wurden in dem Verhältnis von 1: 0,94 gemischt. Es wurde eine Mischung von 35% E-7 und 65% Teile A und B hergestellt. Dazu wurden 26 um Alufrit Abstandsteile wie im Beispiel IX hinzugefügt. Die Probe wurde zentrifugiert, um Gasblasen zu entfernen. Ein 26 um Film wurde durch Einfassung der Mischung zwischen leitenden Glasplatten hergestellt. Die resultierende Einfassung wurde über Nacht bei 65ºC gehärtet. Durch die Hartung bildeten sich Mikrotröpfchen und resultierten in einer Einheit, die bei Zimmertemperatur opak und streuend war. Eine leichte Beanspruchung des Filmes resultierte in einer Polarisation des den Film durchdringenden Lichtes. Betrachtet mit einem linearen Absorptions-Polarisationsfilter erschien die Einrichtung opak, wenn die Richtung der Polarisation des Filters und die Richtung der angelegten Beanspruchung zueinander ausgerichtet waren; die Einheit erschien transparent, wenn diese Richtungen senkrecht zueinander standen. Die Einheit kann elektrisch umgeschaltet werden. Es müssen ungefähr 26 V über einem Film mit einer Dicke von 26 um angelegt werden, um vollständig von dem streuenden in den klaren Zustand umzuschalten. Sowohl in dem belasteten als auch in dem entspannten Zustand veranlaßte die Anwendung eines elektrischen Feldes die Einheit, in ungefähr 4 ms anzusprechen. Die Entspannungszeit der Einheit ist im hohen Maße abhängig von der Beanspruchung. Eine beanspruchte Einheit entspannte sich in etwa 5 ms, während eine unbeanspruchte Einheit zum Entspannen 18 ms benötigte.

Beispiel XIII

Ein umschaltbarer, lichtstreuender Film wurde durch eine Lösungsverdampfung einer Lösung einer umfangreichen Aufbereitung mit Flüssigkristall und EPON 828 gehärtet mit Hexylamin aufbereitet. 4g Epon 828 wurden mit 1,124 g Hexylamin (HA) (1:1 Mischungsverhältnis) gemischt 1,179 g der EPON/HA-Mischung wurden einer Menge von 0,595 g Flüssigkristall E7 hinzugefügt; die Mischung wurde über Nacht bei 65ºC gehärtet und konnte dann auf Zimmertemperatur abkühlen. Eine Masseneinheit von 0,0188 g der gehärteten Mischung wurde mit 1,925 g Aceton gemischt. Die resultierende Lösung war wolkig, und zwar aufgrund der Unmischbarkeit von E7 mit Aceton. Danach wurden 0.206 g Methanol hinzugefügt, und die Lösung wurde klar. Die Lösung wurde für 5 Minuten gerührt, und nach dieser Zeit war die Lösung klar ohne sichtbares nicht gelöstes Material. Die Lösung wurde auf einem leitenden Glassubstrat ausgeschüttet und konnte dann für 3 Minuten trocknen. Der resultierende trockene Film war leicht streuend und opak.
Eine schaltbare Zelle wurde mit dem Film aufgebaut, indem 26 um- Abstandsteile auf dem Film plaziert wurden und dann eine zweite leitende Oberfläche zur Bildung einer Einfassung auf dem oberen Teil der Abstandsstücke festgeklemmt wurde. Die resultierende Einfassung wurde für 5 Minuten bei 85ºC erwärmt, bis die zweite leitende Oberfläche festgeklemmt werden konnte, um die Abstandsstücke zu kontaktieren, und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt. Der 26 um dicke Film streute Licht und war opak. Das Anlegen von 30 V veranlaßte den Film, in den klaren Zustand umzuschalten.

Beispiel XW

Lichtstreuende Zellen wurden aufbereitet durch Aufheizen von klaren Polymer-Polyacetyl-Perlen (Mdridge Chemicals) in einem 10 ml Glasfläschchen auf 200ºC und anschließendes Hinzufügen von Flüssigkristall E-7 wie in Beispiel XIII in einem Gewichtsverhältnis von 2:1 von Polymer zu Flüssigkristall. Die Mischung wurde gerührt und konnte auf Zimmertemperatur abkühlen. Das abgekühlte Material war opak wei& Es wurden zwei Zellen aufbereitet durch Abschneiden von 20 mg Perlen von dem Schüttgut und durch Plazierung jeder Perle zwischen leitenden Platten mit 10 um Abstandsstücken. Die Platten wurden zusammengeklemmt und auf einer heißen Platte mit 200ºC gelegt, bis das Material klar war. Eine Zelle wurde dann schnell auf 3ºC abgekühlt. Die andere Zelle wurde über Nacht auf der abgeschalteten heißen Platte langsam abgekühlt. Die schnell abgekühlte Zelle war weniger opak und zeigte eine bläuliche Färbung verglichen mit der langsam abgekühlten Zelle. Die bläuliche Färbung zeigte eine sehr kleine Größe der Mikrotröpkhen an. Diese Zelle wurde mit einem Strom bei 100 V in den klaren Zustand umgeschaltet. Die langsam abgekühlte Zelle wurde durch einen Strom bei 50 V in den klaren Zustand umgeschaltet.

Beispiel XV

0,292 g Polystyren wurden von einem Block aus klarem Polystyren abgeschabt und dann wie in Beispiel XIII mit 0,143 g E7 in ein 10 ml Glasfläschchen gelegt. Das Glasfläschchen wurde für 15 Minuten in einen Ofen bei 170ºC gelegt. Das Polystyren schmolz nicht, während das Flüssigkristall in seinem isotropen Zustand in das Polystyren absorbiert zu werden schien. Das Glasfläschchen wurde auf Zimmertemperatur abgekühlt, das Material wurde entfernt und mit einer Rasierklinge in zwei Hälften geschnitten. Es wurde beobachtet, daß ein Oberflächenbelag mit einer Dicke von etwa 7 mm opak und streuend war. Der Belag wurde auf eine gemusterte Elektrodenglasscheibe mit 18 mm-Abstandsstücken abgeschabt, die mit einer zweiten Glasscheibe abgedeckt und festgeklemmt wurde, um eine Einfassung wie in Beispiel XIII herzustellen. Die Einfassung wurde auf 170ºC zurückgebracht, erwärmt, bis die abgeschabte Schicht zur Bildung eines Filmes zu fließen begann und die Glasscheiben zusammengeklemmt werden konnten, um die Abstandsstücke zu kontaktieren, und konnte dann auf Zimmertemperatur abkühlen. Bei Zimmertemperatur wurde ein lichtstreuender, opaker Film beobachtet, der mit 70 V in einen klaren Zustand umgeschaltet wurde.

Beispiel XVI

Es wurde ein Harz aufbereitet durch Mischung von 1,850 g EPON 828 mit 0,715 g Hexylamin (eine äquivalente Menge EPON zu 1,374 äquivalenten Mengen Hexylamin). Die Mischung wurde lose in einem 10 ml Glasfläschchen bei 65ºC für 3 Tage gehärtet. Bei Zimmertemperatur war das gehärtete Material ein harter Feststoff. Er war schwer verformbar, wenn er auf 50ºC erwärmt war. Das gehärtete Material wurde für 10 Minuten auf 130ºC erwärmt und wurde eine fließfähige viskose Flüssigkeit. Flüssigkristall E7 wie in Beispiel XIII wurde auf 130ºC erwärmt, oberhalb seiner isotropen Übergangstemperatur, und mit dem viskosen, flüssigen, gehärteten Material gemischt. Ein aliquoter Teil der heißen Mischung wurde zwischen Glasscheiben eingefaßt und konnte auf Zimmertemperatur abkühlen. Ein anderer aliquoter Teil wurde zwischen Glasscheiben eingefaßt und sofort in einen Gefrierapparat bei 0ºC gestellt.
Die auf Zimmertemperatur abgekühlte Scheibe erschien opak und lichtstreuend. Die auf 0ºC abgekühlte Scheibe war klar und durchlässig. Beide Scheiben wurden dann mit einem Mikroskop mit einer Vergrößerung von 320 geprüft. Der Film, der auf Zimmertemperatur abkühlen konnte, enthielt mikroskopisch kleine Mikrotröpfchen (etwa 0,7 - 1,5 um) von Flüssigkristall. Der auf 0ºC abgekühlte Film zeigt keine Mikrotröpfchen.

Beispiel XVII

Es wurde eine Mischung aus ungehärtetem Harz und einem Binder durch gründliches Mischen einer äquivalenten Menge von EPON 828 mit einer äqivalenten Menge von Hexylamin aufbereitet. Das Flüssigkristall E7 wurde der ungehärteten Harz-Binder-Mischung hinzugefügt und bildete eine Lösung mit 33% Gewichtsanteilen. Die Mischung wurde in einem 10 ml Glasfläschchen verschlossen und über Nacht lose bei 65ºC gehärtet.
Das resultierende Material war unelastisch und milchig weiß (streuend) in seinem Aussehen bei Zimmertemperatur.
Das Material wurde auf einen fließfähigen Zustand erweicht, indem es in dem Glasfläschchen erwärmt und für 5 Minuten bei etwa 100ºC gehalten wurde. Ein aliquoter Anteil des Materials wurde gegossen, um einen Film zwischen Glasplatten zu bilden, die durch 26 um Glasabstandsstücke in einem Abstand von 26 um gehalten wurden. Die Glasscheiben wurden mit leitenden Elektroden versehen, die in einem Muster ausgelegt waren und das Zeichen NULL bildeten. Ein elektrisches Feld von 3 V pro um Dicke des Filmes (ungefähr 80 V) wurde über dem Film angelegt. Der Film konnte dann auf Zimmertemperatur abkühlen und wieder härten, wahrend das Feld aufrechterhalten wurde. Das Feld wurde entfernt, und der resultierende Film zeigte ein klares transparentes Bild des NULL- Musters, umgeben von einem opaken, lichtstreuenden Feld. Die NULL blieb für zwei Tage klar und zeigte für zwei Stunden keine Abfalltendenz. Ein völliger Abfall und eine Rückkehr in den opaken Zustand erfolgte nach 7 Tagen.

Beispiel XVIII

Es wurde Schüttgut aufbereitet und gehärtet wie in Beispiel XVII. Eine 1- cm³-Perle aus gehärtetem Material wurde von dem Rohstoff mit einer Rasierklinge abgeschnitten und auf eine eine Glasplatte tragende gemusterte Elektrode wie in Beispiel I mit 26 um Glas-Abstandsstücken gelegt. Eine zweite, eine Glasscheibe tragende Elektrode wurde über die Masse gelegt und zur Bildung einer Einfassung festgekiemmt. Die Einfassung wurde mit einem Heißluftgebläse erwärmt, bis der Rohstoff ins Fließen kam, einen Film bildete und die Abstandsstücke kontaktieren konnte. Ein elektrisches Feld von ungefähr 70 V wurde über dem Film angelegt, und der Film konnte auf Zimmertemperatur abkühlen und wieder erhärten. Der resultierende Film benahm sich wie der in Beispiel XVII beschriebene Film.

Beispiel XIX

Der Film von Beispiel XVII mit dem Bild des NULL-Musters wurde durch Erwärmung für zwei Minuten in einem Ofen bei ungefähr 100ºC gelöscht. Wenn der Film in der Abwesenheit eines angelegten Feldes auf Zimmertemperatur abgekühlt war, erschien er opak. Der Zyklus des Eindruckens eines Speichers durch das Verfahren von Beispiel XVII und das darauffolgende Löschen des Bildes durch Enwärmen auf 100ºC und Abkühlen ohne ein Feld wurden erfolgreich 10 mal über eine Dauer von 7 Tagen ohne erkennbare Verschlechterungen wiederholt.

Beispiel XX

Der Film von Beispiel XVII mit dem Bild des NULL-Musters wurde in einem Ofen auf etwa 100ºC erwärmt, um das Bild zu löschen, und durch ein Feld von ungefähr 70 V mit einem anderen NULL-Muster neu bedruckt, wobei das Feld über dem Film aufrechterhalten wurde, bis dieser auf Zimmertemperatur abgekühlt war. Der Film bewirkte ein transparentes Bild der NULL, umgeben von einem opaken, lichtstreuenden Feld. Die gemusterten Elektroden wurden entfernt und der Film in einen Gefrierapparat bei 0ºC gelegt. Das NULL-Muster blieb klar in dem opaken Feld und zeigte für 30 Tage keine Zerfallsneigung.

Beispiel XXI

Ein lichtstreuender Film wurde durch Mischung von 20% Gewichtsanteilen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls W-7 (Displaytech, Boulder, Colorado)
mit 80% Gewichtsanteilen eines äquivalenten EPON 828/Hexylamin- Harzes aufbereitet. Die Mischung wurde lose bei 65ºC für vier Stunden gehärtet. Ein Film zwischen Glasscheiben wurde hergestellt, indem die gehärtete Mischung in eine viskose Flüssigkeit erwärmt wurde und dann zwischen Glasscheiben fließen konnte, die mit 26 um Abstandsstücken in einem Abstand von 26 um gehalten wurden und dann auf Zimmertemperatur abkühlen konnten. Der resultierende Film war opak und lichtstreuend.

Beispiel XXII

Ein lichtstreuender Film wurde aufbereitet durch Mischung von 2.893 g EPON (1,61 x 10&supmin;² Äquivalenten) mit 0,812 g Hexylamin (1,61 x 10&supmin;² Äquivalenten) und Anwendung eines 0,327 g aliquoten Anteils und weitere Mischung mit 0,170 g Flüssigkristall M-24. Diese Mischung wurde lose über Nacht bei 65ºC gehärtet, und eine 26 um Zelle wurde wie in Beispiel XVIII aufbereitet. Die resultierende Zelle war opak und streuend. Sie wurde durch die Anwendung von 1000 V in den klaren Zustand umgeschaltet und verblieb in dem klaren Zustand, nachdem die Spannung entfernt wurde. Die Zelle wurde dann mit einer Heißluftkknone erwärmt und konnte auf Zimmertemperatur abkühlen und soin den opaken Zustand zurückkehren. Dieselbe Zelle wurde wieder auf den klaren Zustand erwärmt und in der Anwesenheit von 400 V erneut abgekühlt. Bei Zimmertemperatur war die Zelle klar und blieb ohne die angelegte Spannung für mehrere Stunden klar.

Beispiel XXIII

Poly(Vinyformal) (von Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, Wisconsin) wurde mit Flüssigkristall E7 und Chloroform in dem Gewichtsverhältnis 1:1,5:5,0 gemischt und gerührt, bis eine klare homogene Lösung entstand. Die Lösung wurde auf einer Glasplatte ausgegossen, und das Chloroform wurde verdampft, um so ein opakes, festes, flüssigkristallines Kunststoffmaterial zu bilden. Das Material wurde auf einer heißen Unterlage erhitzt, bis es erweichte, zwischen Glasscheiben mit transparenten leitenden Elektroden eingefaßt und konnte dann mit einer mäßigen Rate auf Zimmertemperatur abkühlen und so eine opake streuende Zelle bilden. Eine mäßige Abkühlungsrate wurde dadurch erreicht, daß die Zelle in einem einzigen Stück von Gewebepapier (KIMWIPES, Kimberly-Clark Corp. Roswell, Ga.) eingewickelt wurde, um die Zelle zu isolieren, und dann bei Zimmertemperatur zwischen zwei Aluminiumblöcken gelegt wurde.
Die Transparenz des Filmes wurde dadurch gemessen, daß die Zelle in einen getakteten Laserstrahl mit Photodetektor gelegt wurde, daß die Zelle durch Anlegen von 50 V in einen klaren transparenten Zustand umgeschaltet wurde, daß der Betrag des übertragenen Lichtes gemessen und dann mit dem Betrag des durch die Glasscheiben allein übertragenen Lichtes verglichen wurde. Die Poly (Vinylfolmal) Zelle bewirkte einen Transparenzkoeffizienten von 96%. Die Schaltzeit von dem EIN- in den AUS-Zustand wurde durch den Photodetektor bei weniger als 1,0 ms bei Zimmertemperatur ermittelt.

Beispiel XXW

Poly(Methylmethacrylat) (Aldrich) wurde mit Flüssigkristall E7 und Aceton in dem Gewichtsverhältnis 1:1,5:5,0 gemischt, und es bildete sich eine opake Zelle wie in Beispiel XXIII. Der Transparenzkoeffizient war größer als 90%, und die Schaltzeit wurde mit etwa 2.0 ms bei Zimmertemperatur ermittelt.

Beispiel XXV

Poly (Vinylformal) (Aldrich) Zellen wie in Beispiel XXIII wurden mit Flüssigkristallen E-20, E-3 1 und E-40 (alles geschützte Mischungen von Cyanobiphenylen und Estern, lieferbar von EM Chemicals) hergestellt. Annähernd ähnliche Schaltzeiten und Transparenzwerte, wie sie in Beispiel XIII gezeigt wurden, wurden beobachtet.

Beispiel XXVI

Poly (Vinylformal) (Aldrich) wurde mit Flüssigkristall E-20 und Chloroform in dem Gewichtsverhältnis 1,0:1,5:5,0 gemischt, um eine klare homogene Lösung zu bilden. Die Lösung wurde verdampft, um ein loses, opakes Material zu erzeugen. Drei aliquote Teile des Materials wurden zwischen drei Sätzen von Glasscheiben mit transparenten leitenden Elektroden gelegt. Die Scheiben wurden auf einer heißen Unterlage erhitzt, bis das Material weich wurde und gleichmäßig zwischen die Scheiben floß. Danach wurden sie abgekühlt, um opake, streuende Zellen wie in Beispiel XXIII zu bilden. Die Dicke der Zellen wurde durch den Spannungswert gemessen, der notwendig war, jede Zelle von dem opaken in den streuenden Zustand umzuschalten. Die drei Zellen hatten Schaltspannungs-Schwellwerte von 400 V, 200 V und 80 V. Bei ihrem Schaltspannungs-Schwellwert wurde jede Zelle in weniger als 1,0 ms transparent. Die Spannung wurde entfernt, und die Zellen blieben transparent. Die zwei dickeren Zellen (400 V und 200 V) blieben für etwa eine Minute klar, bevor sie in den opaken Zustand zurückkehrten. Die dünnere Zelle (80 V) blieb für einige Sekunden klar. Nachdem die drei Zellen in den opaken Zustand zurückgekehrt waren, wurden sie durch das Anlegen ihrer jeweiligen Schwellwert-Spannungen und durch Kurzschluß wieder in den klaren Zustand umgeschaltet. Das Kurzschließen der Zellen verursachte jede von ihnen, in weniger als 1,0 ms in den opaken Zustand umzuschalten.

Beispiel XXVII

Poly (Methylmethacrylat) (Mdrich) wurde mit Flüssigkristall E7 und Trichlroromethan in einem Verhältnis von 1:2:5 gemischt und bildete eine homogene Lösung. Die Lösung wurde dann verdampft und eine Zelle wie in Beispiel XXIII gebildet, mit der Ausnahme, daß die transparenten leitenden Elektroden mit einem alphanumerischen Zeichen bemustert waren. Eine an die Zelle angelegte Spannung von 200 V schaltete den Film von opak in ein klares alphanumerisches Zeichen in einem opaken Feld um. Die Spannung wurde entfernt, und das Bild des Zeichens verblieb für ungefähr 10 s.

Beispiel XXVIII

Poly (Methylmethacrylat) wurde mit Flüssigkristall E20 und Trichlorormethan in einem Verhältnis von 1:2:5 gemischt. Eine mit dem resultierenden Material aufgebaute Zelle, wie in Beispiel XXVII, hielt ein Bild des alphanumerischen Zeichens für ungefähr 10 s.

Beispiel XXIX

Poly (Vinylbutyral) (Aldich) wurde mit Flüssigkristall E7 in einem Gewichtsverhältnis von 1:2 gemischt. Die Mischung wurde auf etwa 150ºC erwärmt, bis eine klare, homogene Lösung gebildet wurde. Die Lösung wurde zwischen Glasscheiben mit transparenten Elektroden zusammengedrückt und mit einer mäßigen Rate wie in Beispiel XXIII auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Transparenz des Filmes betrug etwa 90%, und die Schaltzeit war ungefähr 5 ms.

Beispiel XXX

Elektrooptische Zellen, auf die in den obigen Tabellen IA und IB Bezug genommen wurde, wurden gemäß dem Verfahren des Beispiels XXIII hergestellt, und zwar mit den folgenden Lösungsmitteln bei einem Verhältnis von ungefähr einem Teil Polymer zu ungefähr fünf Teilen Lösungsmittel. Polymer Lösungsmittel Poly (Vinylacetat) Poly (Vinylformal) Polycarbonat Poly (Vinylbutyral) Poly (Vinylmethylketon) Poly (Methylacrylat) Poly (Cyclohexamethacrylat) Poly (Isopren) Poly (Ethylmethacrylat) (hohes M.W.) Poly (Isobutylmethacrylat) Poly (Methylkmethacrylat) Aceton Chloroform Toluen Methylenchlorid

Beispiel XXXI

Die Steuerung der Wachsrate der Mikrotröpfchen durch differentielle Kühlung einer Lösung aus einem thermoplastischen Flüssigkristall wurde durch Aufbereitung einer modifizierten Epoxyd-Flüssigkristallzelle gemessen. Ein Äquivalenz-Anteil EPON 828 (von Miller-Stephenson Company, Ct.) wurde mit einem Äquivalenz-Anteil Hexylamin und Flüssigkristall E7 gemischt, um ein Gewichtsverhältnis von 60:40 von Kunststoff zu Flüssigkristall zu bilden. Die Mischung wurde lose bei 65ºC über Nacht gehärtet und bildete ein festes, weißes Material. Eine Menge wurde von der Mengenaufbereitung abgeschnitten und zwischen Glasscheiben gelegt, die voneinander um 26 um beabstandet waren und transparente leitende Elektroden trugen. Die Scheiben wurden auf eine heiße Mikroskop-Ablage (Mettler FPS) bei 80ºC gelegt und niedergedrückt, bis das Material zum Fließen kam und die Scheiben die Abstandshalter berührten. Bei 80ºC war die resultierende Zelle klar und transparent. Die heiße Ablage war so programmiert, daß sie mit gesteuerten Raten abkühlte. Die Ergebnisse des Aufheizens derselben Zelle auf 80ºC und ihre Abkühlung bei verschiedenen Raten sind in Tab.VI zusammengestellt. Tabelle VI Abkühlrate (ºC/Minute) Mittlerer Durchmesser der Mikrotröpfchen (um)
Wie Tab. VI zeigt, resultiert eine langsame Abkühlung in sehr großen Mikrotröpfchen, die für die Modulation längerer Lichtwellenlängen geeignet sind, während ein langsamerer Abkühlvorgang zu kleineren Mikrotröpfchen führt, die für die Modulation kurzer Wellenlängen nützlich sind.

Beispiel XXXII

Es wurde eine modifizierte Epoxyd-Flüssigkristailzelle aufbereitet durch Mischung von 40% Gewichtsanteilen Flüssigkristall mit 60% Gewichtsanteilen einer 1:1 Mischung von äquivalenten Anteilen einer Mischung von EPON 828 und t-Butylamin, und durch Härtung der Mischung über Nacht bei 60ºC und durch Aufbereitung einer Zelle wie in Beispiel XXXI. Die Zelle wurde wiederholt bei verschiedenen Raten erwärmt und abgekühlt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII zusammengestellt. Tabelle VII Abkühlrate (ºC/Minute) Mittlerer Durchmesser der Mikrotröpfchen (um)
Eine ungesteuerte Abkühlung, z.B. die Niederlage der Zelle auf einem Mumiriiumblock, erzeugte Mikrotröpfchen mit einer zu geringen Größe, um sie mit einem optischen Mikroskop zu messen (< I um).

Beispiel XXXIII

Eine Steuerung der Wachstumsrate der Mikrotröpfchen durch unterschiedliche Härtetemperatur einer Lösung aus einem Harz-Flüssigkristall wurde durch die Aufbereitung von Epoxydflüssigkristallinen Zellen gemessen. EPON 828, Capcure 3-800 (Miller- Stephenson) und Flüssigkristall E7 wurden in einem Verhältnis der äquivalenten Anteile von 1:1:1 gemischt, und die Mischung wurde zwischen zwei Sätzen von Glasscheiben gelegt, die voneinander einen Abstand von 26 um hatten und transparente leitende Elektroden trugen. Jede Scheibe wurde in einen Temperatur-geregelten Ofen gelegt und konnte über Nacht aushärten, bis die Phasentrennung und der Härtevorgang vollständig waren. Die Ergebnisse der Härtung der Zellen bei verschiedenen Temperaturen sind in Tab.VIII zusammengestellt. Tabelle VIII Härte-Temperatur Mikrotröpfchen-Größe (um) (% anmikrotröpfchen innerhalb des Bereiches) Mittlerer DurchmesserWie aus Tab.VIII ersichtlich, beschleunigt eine Härtung bei 70ºC die Härterate des Harzes und resultiert in kleineren Mikrotröpfchen.
Die Ergebnisse in Tab.VIIIwurden dadurch berechnet, daß die Anzahl der Mikrotröpfchen in einer Quadratflächeneinheit gezählt und die Anzahl der Mikrotröpfchen in einem Größenbereich normiert wurde, um die dargestellten Prozentanteile zu gewinnen. Eine Hartung bei höheren Temperaturen beeinflußte auch die Anzahl der Kristailisationszentren und die relative Dichte der Mikrotröpfchen in jeder Zelle, wie aus Tab.IX ersichtlich. Tabelle IX Härtetemperatur # von Mikrotröpfchen pro mm²

Beispiel XXXW

Die Steuerung der Mikrotröpfchen-Wachstumsrate durch unterschiedliche Härtetemperatur und relative Konzentration wurde durch Aufbereitung von Epoxyd-Flüssigkristall-Zellen bewertet. Bostik (Bostik S.p.a., Mailand, Italien) 1:1 Teile A und B wurde mit Flüssigkristall E7 gemischt, um Gewichtsverhältnisse von 35% und 40% Flüssigkristall zu Kunststoff zu bilden. Die Mischungen wurden bei verschiedenen Temperaturen zwischen Glasscheiben gegossen und bei verschiedenen Temperaturen bis in den opaken Zustand gehärtet. Tab. XI stellt den Bereich der Mikrotröpfchen-Durchmesser in um in Abhängigkeit von der Härtetemperatur für die beiden Mischungen zusammen. Tabeile X Härtetemperatur
35% Gewichtsanteile E7 ergaben etwa denselben Durchmesser der Mikrotröpfchen, ungefähr 0,6 um, unabhängig von der Härtetemperatur, während ein Gewichtsanteil von 40% E7 Mikrotröpfchen erzeugte, deren Größe mit ansteigender Härtetemperatur abnahm.

Beispiel XXXV

Die Steuerung der Mikrotröpfchen-Wachstumsrate durch die relative Konzentration wurde in Epoxyd-Flüssigkristallzellen mit Bostik, wie in Beispiel XXXIII bewertet. Es wurden Mischungen von etwa 10% bis etwa 50% Gewichtsanteilen von E7 hergestellt und bei Zimmertemperatur gehärtet. Tab.XI stellt die Bereiche der Mikrotröpfchengröße in Abhängigkeit von der relativen Konzentration des Flüssigkristalls zusammen. Tabelle XI % Flüssigkristall Durchmesser (mm) keine Bildung von Mikrotröpfchen Zusammenfließen von Mikrotröpfchen
Viele Abwandlungen und Variatlonen der Erfindung sind dem Fachmann im Lichte der vorangehenden detaillierten Beschreibung geläufig. Es sei daher bemerkt, daß, innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch anders durchgeführt werden kann, als es im einzelnen gezeigt und beschrieben wurde.

Claims

1. Licht-modulierendes Material, enthaltend Mikrotröpfchen eines flüssigkristallinen Materials in einem Stoff aus festem, lichtdurchlässigem Harz, dadurch gekennzeichnet, daß

- das flüssigkristalline Material eine nematische oder smektische flüssigkristalline Phase hat;

- das feste Harz einen einen Stoff bildenden Präkursor aufweist, in dem das flüssigkristalline Material löslich ist, um eine homogene Lösung zu bilden, wobei eine Verfestigung des Präkursors bewirkt, daß die Mikrotröpfchen sich selbstablaufend aus der homogenen Lösung bilden;

- der Präkursor durch Aushärtung verfestigt wird;

- und der normale optische Brechungsindex der flüssigkristallinen Phase oder der optische Brechungsindex der isotropen Phase des flüssigkristallinen Materials im wesentlichen an den Brechungsindex des festen Harz-Stoffes angepaßt und das Harz anders als ein aushärtbares Expoxydharz-Material ist.

2. Licht-modulierendes Material, enthaltend Mikrotröpfchen eines flüssigkristallinen Materials in einem Stoff aus festem, lichtdurchlässigen Harz, dadurch gekennzeichnet, daß

- das feste Harz einen einen Stoff bildenden Präkursor aufweist, in dem das flüssigkristalline Material lösbar ist, um eine homogene Lösung zu bilden, wobei eine Verfestigung des Präkursors bewirkt, daß die Mikrotröpfchen sich selbstablaufend aus der homogenen Lösung bilden; und entweder

(a) das Harz thermoplastisch und geschmolzen ist, um den Präkursor zu bilden, in dem das flüssigkritalline Material lösbar ist, und die Verfestigung des Präkursors durch Abkühlen erfolgt;

oder

(b) der Präkursor eine Lösung eines thermoplastischen Harzes in einem Lösungsmittel ist und die Verfestigung durch Entfernung des Lösungsmittels erfolgt;

oder

(c) der Präkursor wenigstens ein polymerisierbares Monomer, Dimer, Oligomer oder Prepolymer enthält und die Verfestigung durch Polymerisation erfolgt;

-und die Verfestigungsrate so gesteuert ist, daß Mikrotröpfchen mit einer Größe von 0,2 - 10 um bereitgestellt werden.

3. Licht-modulierendes Material nach Anspruch 1 oder 2, in dem die flüssigkristalline Phase eine positive dielektrische Anisotropie bewirkt.

4. Licht-modulierendes Material nach Anspruch 3, in dem das flüssigkristalline Material ein Cyanobiphenyl ist.

5. Licht-modulierendes Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das Harz ein hitzehärtbarer Plast ist.

6. Licht-modulierendes Material nach einem der Ansprüche 1 - 3, in dem das Harz ein thermoplastisches Harz ist.

7. Licht-modulierendes Material nach Anspruch 6, in dem die flüssigkristalline Phase mit einem Betrag von wenigstens 50 Gewichtsprozenten des Materials anwesend ist.

8. Licht-modulierendes Material nach Anspruch 7, in dem das mathematische Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Dielektrizitätskonstante des Materials wenigstens einige Sekunden beträgt, wodurch das Material für eine Zeit, in der es sich zwischen zwei Elektroden befindet, eine Ladung beibehält.

9. Licht-modulierendes Material nach einem der Ansprüche 1 - 4,

in dem das Harz ein Polyurethan-Harz, ein Polykarbonat-Harz, ein Polyvinylbutyral-Harz, ein Polyvinylmethylketon-Harz, ein Polyvinylformyl-Harz oder ein Polymer ist, das wenigstens eine Gattung der folgenden Einheiten enthält: Schwächer (C&sub1;&submin;&sub8;) alkyl-substituierter Alcrylsäureester eines schwächeren (C&sub1;&submin;&sub8;) Alkanols, ein substituiertes Styren, ein isoprenes Methylbuten, ein Butadien, Tsobutylen oder eines Vinylester aus einer schwächeren (C&sub1;&submin;&sub4;) Alkansäure.

10. Licht-modulierendes Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das flüssigkristalline Material eine Übergangstemperatur von der flüssigkristallinen Phase zu der isotropen Phase oberhalb der Schmelztemperatur der Harzphase hat.

11. Licht-modulierendes Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem die Abmessung der flüssigkristallinen Mikrotröpfchen zwischen 0,2 bis 1,5 um beträgt.

12. Licht-modulierendes Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem die flüssigkristallinen Direktoren durch Verfestigung des Stoffes in der Anwesenheit eines elektrischen oder magnetischen Feldes, das eine Ausrichtung bewirkt, in einer Richtung ausgerichtet werden, wobei das Material auf ein elektrisches oder magnetisches Feld anspricht, das eine Änderung einer derartigen Ausrichtung der flüssigkristallinen Direktoren bewirkt.

13. Licht-modulierendes Material nach einem der Ansprüche 1 - 11, in dem die flüssigkristallinen Direktoren normal zufallsausgerichtet orientiert sind, so daß das einfallende Licht gestreut wird, und unter der Anwesenheit eines elektrischen oder magnetischen Feldes derart ausrichtbar sind, daß wenigstens eine Komponente des einfallenden Lichtes durch das Material übertragen wird.

14. Verfahren zum Herstellen eines Licht-modulierenden Materials, in dem ein ausgewähltes, flüssigkristallines Material mit einem Präkursor gemischt wird, der in der Lage ist, sich auf ein ausgewähltes, festes, lichtdurchlässiges Harz zu verfestigen, und der Präkursor veranlaßt wird, sich zu verfestigen, um so das modulierende Material als Mikrotröpfchen eines flüssigkristallinen, in einem Stoff des festen Harzes durchsetzten Materials zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

- das ausgewählte, flüssigkristalline Material eine nematische oder smektische flüssigkristalline Phase hat;

- das ausgewählte Harz einen Brechungsindex aufweist, der im wesentlichen gleich ist dem normalen Brechungsindex der flüssigkristallinen Phase oder dem Brechungsindex der isotropen Phase des flüssigkristallinen Materials; und

- das ausgewählte, flüssigkristalline Material lösbar ist in und gelöst ist in dem Präkursor, um eine homogene Lösung zu bilden, jedoch selbstablaufend ausgelöst wird, sich einer Phasentrennung zu unterziehen, um Mikrotröpfchen als Ergebnis der Verfestigung des Präkursors zu dem Stoff zu bilden, wobei die Verfestigung durch Aushärtung bewirkt wird und wobei das Harz anders ist als ein aushärtbares Expoxydharz-Material.

15. Verfahren zum Herstellen eines Licht-modulierenden Materials durch Mischung eines ausgewählten flüssigkristallinen Materials mit einem Präkursor, der geeignet ist, sich mit einem ausgewählten, festen, lichtdurchlässigen Harz zu verfestigen, und daß der Präkursor veranlaßt wird, sich zu verfestigen, um auf diese Weise das modulierende Material als Mikrotröpfchen eines in einem Stoff des festen Harzes durchsetzten flüssigkristallinen Materials zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

- das ausgewählte Harz einen Brechungsindex hat, der etwa gleich ist dem normalen Brechungsindex der flüssigkristallinen Phase oder dem Brechungsindex der isotropen Phase des flüssigkristallinen Materials; und

- das ausgewählte, flüssigkristalline Material lösbar ist in und gelöst ist in dem Präkursor, um eine homogene Lösung zu bilden, jedoch selbstablaufend ausgelöst wird, sich einer Phasentrennung zu unterziehen, um Mikrotröpfchen als ein Ergebnis einer Verfestigung des Präkursors zu dem Stoff zu bilden, und worin entweder

(a) das Harz thermoplastisch ist und geschmolzen wird, um den Präkursor zu erzeugen, in dem das flüssigkristalline Material lösbar ist, wobei die Verfestigung des Präkursors durch Abkühlung erfolgt; oder

(b) der Präkursor eine Lösung eines thermoplastischen Harzes in einem Lösungsmittel ist und die Verfestigung durch Entfernung des Lösungsmittel erfolgt; oder

- und die Verfestigungsrate so gesteuert ist, daß Mikrotröpfchen mit einer Abmessung von 0,2 - 10 um erzeugt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, in dem die Verfestigung durch Polymerisation des Präkursors bewirkt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, in dem der Präkursor ein Lösungsmittel enthält und die Verfestigung durch Absonderung des Lösungsmittels erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, in dem das flüssigkristalline Material in dem Präkursor bei einer erhöhten Temperatur gelöst wird und die Verfestigung durch eine Temperaturverringerung bewirkt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 18, in dem die Abmessung der Mikrotröpfchen durch Beendigung der Phasentrennung gesteuert wird, wenn die Mikrotröpfchen auf einen ausgewählten Durchmesser angewachsen sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 19, in dem das phasengetrennte Material erwärmt wird, um das flüssigkristalline Material in dem Harzmaterial wieder aufzulösen, und danach gekühlt wird, um die Phasentrennung des flüssigkristallinen Materials auszulösen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 20, in dem das phasengetrennte Material zum Schmelzen des Harz-Stoffes erwärmt wird, die flüssigkristallinen Direktoren orientiert werden und der Stoff anschließend gekühlt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 21, in dem das Harz in der Anwesenheit eines elektrischen oder magnetischen Feldes verfestigt wird, das ausreichend ist, eine nennenswerte Ausrichtung der flüssigkristallinen Direktoren zu bewirken.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 21, in dem eine mechanische Beanspruchung auf das phasengetrennte Material angewandt wird, um die flüssigkristallinen Direktoren zu orientieren.

24. Licht-modulierende Vorrichtung mit einem Licht-modulierenden Material nach einem der Ansprüche 1 - 13 und Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen oder magnetischen Feldes durch das Material, um die Orientierung der flüssigkristallinen Direktoren und den Betrag des durch das Material übertragenen Lichtes zu ändern.

25. Licht-modulierende Vorrichtung nach Anspruch 24, in der die Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes durch das Material Elektroden an gegenüberliegenden Oberflächen des Materials enthalten.

26. Licht-modulierende Vorrichtung nach Anspruch 25 und abhängig von Anspruch 11, in der die flüssigkristallinen Direktoren normal im allgemeinen parallel zu den gegenüberliegenden Oberflächen liegen und im allgemeinen senkrecht zu den Oberflächen in der Anwesenheit des Feldes ausrichtbar sind.

27. Licht-modulierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 - 26, in der der Harz-Stoff einen Brechungsindex aufweist, der nahe genug an dem normalen Brechungsindex der flüssigkristallinen Phase für die Vorrichtung, um wenigstens 90 % des senkrecht einfallenden Lichtes zu übertragen, wenn das elektrische oder magnetische Feld durch das Material erzeugt wird.

28. Licht-modulierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 - 26, in dem der Harz-Stoff einen Brechungsindex aufweist, der ausreichend unterschiedlich ist von dem normalen Brechungsindex der flüssigkristallinen Phase für die Vorrichtung, um eine maximale Durchlässigkeit für Licht, das bei einem Winkel von weniger als 90º auf die Materialoberfläche einfällt, zu bewirken, wenn das elektrische oder magnetische Feld durch das Material erzeugt wird.

29. Licht-modulierende Vorrichtung, enthaltend ein lichtmodulierendes Material nach einem der Ansprüche 1 - 13 sowie Mittel zum thermischen Behandeln des Materials zur Erzeugung einer Temperaturänderung in dem Material, derart, daß einfallendes Licht selektiv über das Material übertragen oder entsprechend der Temperatur des flüssigkristallinen Materials gestreut werden kann.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, in der die Temperaturänderung ausreichend ist, die flüssigkristalline Phase in eine isotrope Phase zu überführen.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 - 30, in der das Licht-modulierende Material mechanisch so beansprucht wird, daß es eine erhöhte Schaltrate und erhöhten Kontrast zwischen einem klaren Zustand und einem streuenden Zustand bewirkt.