DE69030585T2 - Material für lichtmodulation enthaltend polymerdispersierte flüssigkristalle - Google Patents
Material für lichtmodulation enthaltend polymerdispersierte flüssigkristalleInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft neue lichtmodulierende Materialien, die eine feste, durchsichtige Polymermatrix umfassen, in der Tröpfchen einer flüssigkristallinen Zusammensetzung dispergiert sind. Die Erfindung betrifft ferner neue Zusammensetzungen, die für die Verwendung in derartigen Materialien geeignet sind.
- Flüssigkristalline Materialien finden breite Anwendung in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen (Liquid Crystal Displays oder LCD-Anzeigen) wie Uhren, Taschenrechnern etc. Die meisten Displays oder Anzeigevorrichtungen dieses Typs bestehen aus einem dünnen Film aus einer flüssigkristallinen Zusammensetzung, die in Form eines Sandwiches in einer Zelle zwischen zwei Substraten angeordnet ist, von denen mindestens eines durchsichtig ist und die auf ihren inneren Oberflächen durchsichtige Elektroden aufweisen. Durch Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden wird die Anordnung der Moleküle der flüssigkristallinen Zusammensetzung verändert, woraus ein elektrooptischer Effekt in dem Material resultiert, der durch das Display ausgenutzt wird. Am häufigsten werden elektrooptische Effekte in der nematischen flüssigkristallinen Phase in derartigen Displays ausgenutzt. Beispiele für derartige Display-Typen sind TN-Vorrichtungen (Twisted Nematic Device), Freedericksz-Effekt-Vorrichtungen, Cholesteric-Memory-Mode-Vorrichtungen, Vorrichtungen mit einem Phasenübergang von der cholesterischen in die nematische Phase, Vorrichtungen mit dynamischen Streueffekt, Vorrichtungen mit Zwei-Frequenzen- Schalteffekt und Vorrichtungen, die den Supertwist-Effekt ausnutzen.
- Schwierigkeiten treten bei der Konstruktion einer großen, z.B. mehrere Quadratmeter großen LCD-Anzeigevorrichtung des obigen Typs auf. So gibt es beispielsweise bereits beträchtliche technische Probleme bei der Herstellung einer großen Zelle mit einem konstanten Substratabstand von typischerweise 1 bis 10 µm über ihre gesamte Fläche. Darüber hinaus können die flüssigkristallinen Materialien, da sie Fluide sind, fließen und unterschiedliche Filmdicken in dem Sandwich hervorrufen. Beide Probleme führen zu einem variierenden Aussehen oder einer variierenden Qualität der Anzeigevorrichtung über eine große Fläche hinweg. Die meisten derzeitig bekannten LCD-Anzeigen weisen deshalb höchstens eine Fläche von wenigen Quadratzentimetern auf.
- Vor kurzem ist ein neuer Materialtyp für LCD-Anzeigen entwickelt worden, bei dem Tröpfchen einer geeigneten flüssigkristallinen Zusammensetzung in einer festen, durchsichtigen Polymermatrix dispergiert sind. Auf dem Fachgebiet sind derartige Materialien allgemein als polymerdispergierte flüssigkristalline Materialien (abgekürzt PDLC-Materialien) und/oder als Materialien mit nematisch gekrümmt linear orientierter Phase (abgekürzt NCAP-Materialien von "Nematic Curvilinear Aligned Phase") aufgrund ihrer Konstruktion bzw. ihrer physikalischen Eigenschaften bekannt. Derartige Materialien streuen Licht aufgrund der nicht aneinander angepaßten Brechungsindizes der Tröpfchen und der Matrix. Der Direktor der flüssigkristallinen Materialien der Tröpfchen hat keine bevorzugte Orientierung, sondern variiert bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes zufällig von Tröpfchen zu Tröpfchen. Der Flüssigkristall weist eine positive dielektrische Anisotropie auf und wird deshalb parallel zu einem angelegten elektrischen Feld ausgerichtet. Wenn kein Feld angelegt ist, wird einfallendes Licht kräftig gestreut aufgrund der fehlenden Anpassung der Brechungsindizes der Tröpfchen und der Matrix. Beim Anlegen eines Feldes kommt es zu einer Ausrichtung des Flüssigkristalls in den Tröpfchen, die dann einen effektiven Brechungsindex erhalten, der dem ordentlichen Brechungsindex n&sub0; des Flüssigkristalls für Licht, das senkrecht zum Material einfällt, ähnlicher ist. Die Matrix weist einen Brechungsindex np auf, der im wesentlichen n&sub0; entspricht, weshalb das Material für das einfallende Licht transparent wird.
- Aus derartigen Materialien können großflächige Anzeigevorrichtungen, wie z.B. Fenster, Zwischenwände zum Schutz der Privatsphäre etc., ohne die weiter oben angegebenen Probleme hergestellt werden. Die Konstruktion einer derartigen Vorrichtung wird weiter unten beschrieben und in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Weitere Hinweise auf derartige Materialien und Vorrichtungen findet man in Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt. (1988) 157, 427- 441, Liquid Crystals (1988) 3(11), 1543-1559, FR-2 139 537, US-4 435 047 und US-4 688 900.
- Bis heute ist nur eine begrenzte Reihe von Verbindungen in Zusammensetzungen für PDLC-Materialien verwendet worden. In den oben angegebenen Quellen wird nur auf die Verwendung von Benzylidinanilinen, 4-Alkyl- oder 4-Alkoxy-4'-cyanobiphenylen oder -4"-cyanoterphenylen, Alkyl- oder Alkoxycyanophenylcyclohexanen oder Cyanobiphenylcyclohexanen und aromatischen Estern in diesen Zusammensetzungen hingewiesen.
- WO 91/05029 beschreibt die Verwendung von Zusammensetzungen, die Fluorcyanoterphenyle, Cyanodi- oder Cyanoterphenyle und weitere Verbindungen in verschiedenen Vorrichtungen einschließlich PDLC-Vorrichtungen enthalten.
- Es gibt einen weiten Spielraum für die Entwicklung neuer flüssigkristalliner Zusammensetzungen für PDLC-Materialien. Obwohl viele Verbindungstypen und Zusammensetzungstypen bekannt sind, die für die Verwendung in den weiter oben besprochenen kleinflächigen Anzeigevorrichtungen geeignet sind, sind diese Verbindungen und Zusammensetzungen aufgrund der besonderen, weiter unten beschriebenen Anforderungen nicht notwendigerweise für die Verwendung in PDLC- Materialien geeignet.
- Der ordentliche Brechungsindex n&sub0; der Zusammensetzung sollte mit dem Brechungsindex der Polymermatrix übereinstimmen oder ihm ähnlich sein, so daß in Gegenwart eines angelegten Feldes das Material so durchlässig wie möglich wird für einfallendes Licht, wobei n&sub0; vorzugsweise kleiner als etwa 1,5 sein sollte. Weitere wünschenswerte Eigenschaften der flüssigkristallinen Zusammensetzung sind eine hohe Doppelbrechung Δn, eine hohe Übergangstemperatur T(N-I) für den Übergang von der nematischen in die isotrope Phase und eine niedrige Schwellenspannung Vs für den Spannungsunterschied des Feldes, der erforderlich ist, damit das Material anspricht. Im Gegensatz zu den kleinflächigen flüssigkristallinen Anzeigevorrichtungen ist die Viskosität η eine weniger kritische Größen. Es ist weiterhin wünschenswert, daß für die PDLC-Zusammensetzungen bekannte und im Handel erhältliche flüssigkristalline Verbindungen verwendet werden, um den Forschungsaufwand für ihrer Herstellung zu verringern.
- Die Erfinder haben in unerwarteter Weise festgestellt, daß bestimmte seitlich oder lateral fluorierte 4-Alkyl- oder 4-Alkoxy-4"-cyanoterphenyle mit anderen bekannten flüssigkristallinen Verbindungen gemischt werden können, wodurch besonders gut brauchbare PDLC-Zusammensetzungen zur Verfügung gestellt werden können. Einige dieser Terphenyle sind in Mol. Cryst. Liq. Cryst. (Mai 1988) 158B, 209-240, und in PCT/GB89/00647 Priorität 16. Juni 1988) mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 89/12621 offenbart. WO 89/12621 betrifft außerdem flüssigkristalline Zusammensetzungen, die fluorierte Cyanoterphenylverbindungen enthalten, wobei Gemische mit Cyanobiphenylen und Cyanoterphenylen eingeschlossen sind. Theoretische Offenbarungen dieser Terphenyle findet man ebenfalls in WO 86/04081 und GB-A- 2 039 937. In keiner dieser Veröffentlichungen gibt es irgendeinen Vorschlag hinsichtlich ihrer Eignung für die Verwendung in PDLC-Zusammensetzungen.
- Erfindungsgemäß wird ein lichtmodulierendes Material angegeben, das eine feste, lichtdurchlässige Polymermatrix umfaßt, in der Tröpfchen einer flüssigkristallinen Zusammensetzung dispergiert sind, wobei die Zusammensetzung ein Gemisch aus mindestens zwei Verbindungen ist, von denen mindestens eine Verbindung die allgemeine Formel I
- aufweist, worin bedeuten:
- - n die Zahl 1 oder 2, wobei für den Fall, daß n gleich 1 ist, der Fluor-Substituent an eine der Positionen U, Z, Y, V, W gebunden sein kann oder, wenn die Zusammensetzung ein anderes lateral fluoriertes Terphenyl enthält oder wenn die Zusammensetzung eine Polyphenylverbindung mit einer Interphenylbrücke enthält oder wenn der Rest der Zusammensetzung aus einer Verbindung II oder einer Verbindung II und einem Alkylcyanoterphenyl besteht, an die Position X gebunden sein kann, und für den Fall, daß n gleich 2 ist, die Fluor- Substituenten an beliebige verfügbare Substitutionspositionen gebunden sein können, und
- - R¹ C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkynyl, Wasserstoff, R, RO oder RCO, worin R Alkyl oder Perfluoralkyl bedeutet,
- und mindestens eine weitere dieser Verbindungen die allgemeine Formel II
- aufweist, worin m 0 oder 1 ist und R² Wasserstoff, C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;- Alkyl oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkoxy bedeutet.
- Vorzugsweise weist mindestens eine Verbindung der Formel I der Zusammensetzung dieses Materials die Formel IA:
- auf, in der W, Y oder Z ein Fluoratom ist und R vorzugsweise Alkyl oder Alkoxy bedeutet. Von den Verbindungen der Formel IA sind die Verbindungen besonders bevorzugt, in denen RA n-Propyl darstellt, da sie eine hohe Löslichkeit in Verbindungen der Formel II aufweisen, und Verbindungen der Formel IA, in der W, Y oder Z ein Fluoratom darstellt, sind ebenfalls bevorzugt, da ihre Verwendung in der Zusammensetzung dabei hilft, Vs zu senken und T(N-I) sowie An zu erhöhen. Dies trifft ganz allgemein auf alle weiter unter beschriebenen PDLC-Materialien und Zusammensetzungen zu.
- Die Zusammensetzung in diesem Material kann zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formel III
- enthalten, worin R³ C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkoxy bedeutet und 1 gleich 0 oder 1 ist. Die Einbeziehung von Verbindungen der Formel III in die Zusammensetzung kann zu einem hohen T(N-I), einer hohen Δn und insbesondere einem kleinen n&sub0; führen, was allgemein auf alle weiter unten diskutierten erfindungsgemäßen PDLC-Materialien und Zusammensetzungen zutrifft.
- Erfindungsgemäß werden außerdem neue Zusammensetzungen angegeben, die für die Verwendung in PDLC-Materialien des oben beschriebenen Typs geeignet sind, die bereits dispergiert in der Polymermatrix geliefert werden können oder wahlweise getrennt für die spätere Erzeugung einer Dispersion in einer Polymermatrix zur Verfügung gestellt werden können.
- Eine derartige erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält eine, zwei oder mehrere Verbindungen der Formel I, wobei vorzugsweise mindestens eine davon eine Verbindung der Formel IA ist, im Gemisch mit einer oder mehreren Verbindungen der Formel II, wobei bei mindestens einer der Verbindungen der Formel II m gleich 0 und R² Ethyl, n-Propyl, n-Hexyl oder Wasserstoff ist. Es wurde festgestellt, daß die Hinzunahme einer oder mehreren Verbindungen der Formel II mit derartigen Enden zu vorteilhaften Zusammensetzungen mit einer niedrigeren Schwellenspannung Vs und einer größeren Doppelbrechung Δn führt als wenn beispielsweise R² n-Pentyl ist, und dies trifft ganz allgemein auf alle hier angegebenen erfindungsgemäßen PDLC-Materialien und Zusammensetzungen zu.
- Weitere erfindungsgemäße Zusammensetzungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Formel I mit der Formel IB
- worin bedeuten:
- - RB Alkyl oder Alkoxy,
- - k 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß, wenn k gleich 2 ist, der eine oder die Fluorsubstituenten eine beliebige Substitutionsposition einnehmen können, daß aber, wenn k gleich 1 ist, der Fluorsubstituent die Positionen außer der X-, der Y- und der Z-Position einnehmen kann zusammen mit einer oder mehreren Verbindungen der Formel II.
- Bevorzugte Verbindungen der Formel IB sind die folgenden Verbindungen der Formel IB1 bis IB5:
- Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel IB sind die Verbindungen, in denen der oder die Fluorsubstituenten auf die CN-Gruppe hin zeigen, da dies bei der Absenkung von Vs und der Erhöhung von T(N-I) und Δn hilft.
- In den obigen Formeln I und II enthalten RA und RB vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome und sind vorzugsweise Alkylgruppen.
- Die weiter oben beschriebenen Zusammensetzungen können zwei oder mehrere Verbindungen der Formel I enthalten, und hierbei kann es sich um eine oder mehrere Verbindungen der Formel IA oder eine oder mehrere Verbindungen der Formel IB oder ein Gemisch aus jeweils einer oder mehreren Verbindungen der Formeln IA und IB handeln.
- Die oben diskutierten Zusammensetzungen können außerdem vorteilhaft zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formel IV, V, VI oder VII:
- enthalten, worin R&sup4;, R&sup5;, R&sup5;¹, R&sup6; und R&sup7; jeweils unabhängig C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkoxy und die Ringe A und B unabhängig Phenyl oder Cyclohexyl darstellen; p, q, r und s jeweils unabhängig 1 oder 2 bedeuten, und der Fluorsubstituent in der Verbindung VI kann sich in einer beliebigen, zur Verfügung stehenden Substitutionsposition befinden.
- Bevorzugte Verbindungen der Formeln IV, VI und VII sind die Verbindungen der Formeln IVA, VIA und VIIA:
- Die Hinzunahme von Estern der Formel IV kann bei der Erzeugung von Gemischen mit hohen T(N-I) helfen, die ein großes Δn aufweisen. Die Hinzunahme von Verbindungen der Formel VI und/oder VII kann bei der Erzielung einer niedrigeren Schwellenspannung Vs und einer großen Doppelbrechung Δn helfen. Die Hinzunahme von Terphenylen der Formel V kann bei der Absenkung der Viscosität bei gleichzeitiger Beibehaltung eines hohen T(N-I) helfen. Die Hinzunahme von Verbindungen der Formel VI kann zur Erhöhung von T(N-I) ohne Zunahme der UV-Absorption bei längeren Wellenlängen führen.
- Die Zusammensetzung kann außerdem einen oder mehrere pleochroitische Farbstoffe enthalten.
- Typischerweise enthält eine der hier beschriebenen Zusammensetzungen 5 bis 50 Gew.-% Terphenyl der Formel I, insbesondere 15 bis 30 Gew.-%. Wenn die Zusammensetzung Verbindungen der Formel II enthält, in der R² Ethyl, n-Propyl, n- Hexyl oder Wasserstoff bedeutet, dann sind diese Verbindungen typischerweise in einem Anteil von 10 bis 50 Gew.-% enthalten. Verbindungen der Formel III können typischerweise in einem Anteil bis etwa 5 bis 40 Gew.-% enthalten sein. Verbindungen der Formeln IV, V, VI und VII können in einem Anteil von maximal etwa 30 Gew.-% enthalten sein. Pleochroitische Farbstoffe können typischerweise bis etwa 1 Gew.-% ausmachen.
- Alle Verbindungen der Formel I bis VII sind bekannte Verbindungen, die entweder im Handel erhältlich sind oder auf literaturbekanntem Wege hergestellt werden können, und Zusammensetzungen, in denen sie verwendet werden, können unter Verwendung herkömmlicher Flüssigkristallmischtechniken hergestellt werden. Die ausgewählten Verbindungen I bis VII ermöglichen ferner eine weitere wünschenswerte Eigenschaft, nämlich eine hohe Löslichkeit in den Monomeren und eine geringe Löslichkeit in den fertigen Polymeren, wodurch die Tröpfchenbildung unterstützt wird.
- Die in den erfindungsgemäßen Materialien oder mit den erfindungsgemäß en Zusammensetzungen verwendete Polymermatrix kann eine der üblicherweise auf diesem Fachgebiet verwendeten Matrizes sein. Zu den geeigneten Polymeren gehören Epoxidharze, einschließlich wärmehärtende und thermoplastische Epoxidharze, UV-gehärtete Polymere, Polyvinylpolymere, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyacrylate, wie z.B. Polymethylmethacrylat, Polyurethane, Polyester und Polyarylalkene wie Polystyrole. Bevorzugte Polymere sind Epoxidharze, die Gemische aus Epichlorhydrin und Bisphenol A und einem Härtungsmittel sind, Polyurethane, die ein Gemisch auf der Basis von Toluoldiisocyanat, Polyetherglykolen, Methylenbisisoorthochloranilin und verschiedenen Polyolen sind, Folymethylmethacrylat und Polyvinylalkohol. Die erfindungsgemäßen Materialien enthalten typischerweise 15 bis 90 Gew.-% der Zusammensetzung, vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-%.
- Die erfindungsgemäßen Materialien können unter Verwendung derartiger Polymere und der beschriebenen Zusammensetzungen unter Anwendung bekannter Techniken, wie z.B. polymerisationsinduzierter Phasentrennung (PIPS), wärmeinduzierter Phasentrennung (wenn das Polymer ein thermoplastisches Polymer ist und geschmolzen werden kann) (TIPS) und lösungsmittelinduzierter Phasentrennung (SIPS), hergestellt werden. Die Verwendung dieser drei Grundtechniken wird beispielsweise in Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt (1988), 157, 427-441 beschrieben. In dieser Veröffentlichung werden außerdem Verfahren zur Steuerung der Tröpfchengröße, die üblicherweise im Bereich der Wellenlänge des einfallenden Lichts liegt, d.h. bei 1 bis 10 µm, und der Tröpfchendichte (cm&supmin;³) beschrieben.
- Bei Verwendung anderer bekannter Techniken kann die Ausrichtung des Direktors der flüssigkristallinen Zusammensetzung, die die Tröpfchen bildendet, bei der Bildung des Materials gesteuert werden, so daß selbst ohne Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material der Direktor durch Oberflächenwechselwirkungen an der Tropfen-Matrix- Grenzfläche in einer gewünschten Richtung orientiert wird. Wenn das Material beispielsweise in der Form einer Folie oder eines Films vorliegt, kann der Direktor parallel oder senkrecht zur Ebene der Folie orientiert werden. Dies kann beispielsweise nach bekannten Verfahren erreicht werden, indem die Folie gedehnt wird oder während der Bildung des Materials ein elektrisches Feld angelegt wird.
- Erfindungsgemäß wird ferner eine elektrooptische lichtmodulierende Vorrichtung angegeben, die einen Film aus einem wie oben beschriebenen Material mit einer Dicke von typischerweise 5 bis 50 µm und die auf den gegenüberliegenden Seiten des Films Elektroden aufweist, mit deren Hilfe ein elektrisches Feld angelegt werden kann, wobei mindestens eine der Elektroden lichtdurchlässig bzw. durchsichtig ist. Ein geeignetes Material für diese durchsichtigen Elektroden ist Indiumzinnoxid. Die Vorrichtung kann zweckmäßigerweise zur Verstärkung auf einem Substrat oder zwischen zwei Substraten montiert sein, von denen mindestens eines optisch durchsichtig ist. Diese Substrate können beispielsweise aus Glas oder transparenten Kunststoffmaterialien bestehen, die biegsam sein können. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise als Fenster, Trennwände für die Privatsphäre, Anzeigeschilder und Firmenschilder, Verkehrsschilder etc. verwendet werden.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter ausschließlicher Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, die einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, die ein erfindungsgemäßes Material enthält.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Film aus einer durchsichtigen festen Polymermatrix 1 mit einem Brechungsindex np. In der Matrix 1 sind Tröpfchen 2 einer flüssigkristallinen Zusammensetzung dispergiert. Die Matrix 1 mit den darin dispergierten Tröpfchen 2 liegt in Form eines Sandwiches zwischen zwei durchsichtigen Indiumzinnoxid-Elektroden 3, 4 vor, die selbst auf der Oberfläche von zwei durchsichtigen Glassubstraten 5, 6 angeordnet sind. Innerhalb der Tröpfchen 2 ist der Direktor des Flüssigkristalls in Folge der Oberflächenwechselwirkungen zwischen dem Flüssigkristall und der Polymermatrix 1 der Tröpfchen-Matrix-Grenzfläche orientiert.
- Die flüssigkristalline Zusammensetzung weist einen ordentlichen Brechungsindex n&sub0; senkrecht zum Direktor und einen außerordentlichen Brechungsindex ne parallel zum Direktor auf. Der ordentliche Brechungsindex n&sub0; ist ähnlich groß wie der Brechungsindex np der Matrix, die Indizes ne und np sind jedoch schlecht aneinander angepaßt (mismatch). Wenn wie in Fig. 1A kein elektrisches Feld über den Film 1 hinweg anliegt, sind die Direktoren der flüssigkristallinen Tröpfchen 2 zufällig orientiert, und einfallendes Licht I&sub0; wird als Streulicht Is gestreut aufgrund der schlechten Anpassung von ne und np. Die Vorrichtung erscheint deshalb opak milchig weiß.
- Wenn wie in Fig. 1B ein elektrisches Feld durch Anlegen eines Potentialunterschieds V zwischen den Elektroden 3, 4 angelegt wird, richten sich die Direktoren der flüssigkristallinen Tröpfchen parallel zur Feldrichtung aus. Die Brechungsindizes np und n&sub0; stimmen überein und die Vorrichtung wird lichtdurchlässig und läßt einfallendes Licht I&sub0; als durchgelassenes Licht IT durch.
- Im folgenden werden verschiedene erfindungsgemäße Zusammensetzungen aufgeführt. Die Anteile der Verbindungen werden in Gew.-% angegeben. Alle gezeigten Alkyl- und Alkoxygruppen sind n-Alkyl- oder n-Alkoxygruppen. T(C-N) ist der Schmelzpunkt für den Übergang vom Feststoff zum nematischen Flüssigkristall. Zusammensetzung 1
- T(N-I): 104,5 ºC
- T(C-N): nicht verfestigt
- Δn: 0,273
- η&sub2;&sub0;: 62,9 cSt Zusammensetzung 2
- T(N-I): 74 ºC
- T(C-N): nicht verfestigt
- Δn: 0,257
- η&sub2;&sub0;: 46,9 cSt Zusammensetzung 3
- T(N-I): 99,2 ºC
- Δn: 0,277 Zusammensetzung 4
- T(N-I): 62 ºC
- Δn: 0,246
- Vs: 1,26 V Zusammensetzung 5
- T(N-I): 73 ºC
- Δn: 0,257
- η&sub2;&sub0;: 62 cSt
- Vs: 1,30 V Zusammensetzung 6
- T(N-I): 101 ºC
- Δn: 0,265 Zusammensetzung 7
- T(N-I): 61,4 ºC
- Δn: 0,248
- Vs: 1,14 V
- Der Polyvinylalkohol (PVA) (Vinol 205, Air Products) wurde vor seiner Verwendung durch Soxhlet-Extraktion mit Methanol gereinigt. Zu 15 g einer 20%igen (Gew.-%) wäßrigen Lösung von PVA wurden 5 g einer flüssigkristallinen Zusammensetzung 9 gegeben:
- T(N-I): 79 ºC
- T(C-N): unter - 20 ºC
- Δn: 0,264
- η&sub2;&sub0;: 68 cSt
- Das Gemisch aus PVA und Zusammensetzung 9 wurde unter Verwendung eines Laborrührers emulgiert, wonach die Tröpfchengröße unter Verwendung eines "Multisizer partide size analysers" (Coulter Industries) gemessen wurde unter Ermittlung eines mittleren Volumendurchmessers von 3,3 µm (Durchmesser im Bereich von 1 bis 7 µm). Nach Entgasen der Emulsion, die der Entfernung von Bläschen diente, wurde die Emulsion in Form von dünnen Schichten auf einen mit Indiumzinnoxid beschichteten Polyesterfilm aufgetragen. Nach einstündigem Trocknen wurde auf die getrocknete Emulsion eine weitere Folie des oxidbeschichteten Film laminiert, wonach das Laminat bei 85 ºC während weiterer 24 h gehärtet wurde. Die Dicke des Laminats betrug etwa 10 µm.
- Das Verfahren wurde unter Verwendung des gleichen PVAs und einer zweiten Zusammensetzung 10 wiederholt:
- T(N-I): 93 ºC
- T(C-N) nicht verfestigt
- Δn: 0,278
- η&sub2;&sub0;: 75,7 cSt
- Es wurde festgestellt, daß diese Zusammensetzung bei der Bildung derartiger Materialien ähnlich gut brauchbar war. Das Verfahren wurde außerdem mit ähnlichem Erfolg unter Verwendung der obigen Zusammensetzungen 1 bis 8 wiederholt.
- Ein wärmehärtendes Epoxidharz wurde durch Mischen von Epon 828 (Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin mit Bisphenol A) und Capcure 3-800 (ein trifunktionelles flüssiges Polymer mit endständigen Mercaptangruppen) jeweils von Shell and Miller Stephenson Company erhältlich, gebildet. Dieses flüssige Harz wurde zu einer Reihe von Gemischen aus dem Harz und einer Zusammensetzung mit den obigen Zusammensetzungen 1 bis 10 mit einem Gewichtsverhältnis von 2:1 verarbeitet, die dann zwischen Glasobjektträger gefüllt wurden, bei denen jeweils die Oberfläche, die im Kontakt mit dem Gemisch steht, mit Indiumzinnoxid beschichtet ist, um einen etwa 25 µm dicken Film zu bilden. Die Filme wurden durch Erwärmen auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis 100 ºC gehärtet.
- Ein thermoplastisches Epoxidharz wurde durch Vermischen von Epon 828 mit einen Äquivalent Hexamin erzeugt. Dieses Harz wurde zu einer Reihe von Gemischen aus dem Harz und einer Zusammensetzung mit den obigen Zusammensetzungen 1 bis 10 mit einem Gewichtsverhältnis von 2:1 verarbeitet. Diese Gemische wurden 12 h bei 70 ºC unter Erhalt eines undurchsichtigen weißen Feststoffs gehärtet, der bei 100 ºC geschmolzen werden konnte und in der oben beschriebenen Weise zu thermoplastischen Filmen zwischen den oxidbeschichteten Objektträgern geformt wurde.
- Es wurde eine Reihe von Gemischen aus pulverförmigem Polymethylmethacrylat und den Zusammensetzungen 1 bis 10 mit einem 1:1 Gewichtsverhältnis hergestellt. Dieses Gemisch wurde in Chloroform gelöst. Die Chloroformlösung wurde über einen oxidbeschichteten Glasobjektträger in der oben beschriebenen Weise gegossen, wonach man das Chloroform verdampfen läßt, wodurch ein dünner Film des Materials zurückblieb. Ein zweiter Objektträger wurde mit der Oxidoberfläche nach unten auf dem Film angeordnet und durch Druck und Wärme mit diesem haftend verbunden.
Claims (19)
1. Lichtmodulierendes Material, das eine feste,
lichtdurchlässige Polymermatrix umfaßt, in der Tröpfchen einer
flüssigkristallinen Zusammensetzung dispergiert sind, wobei
die Zusammensetzung ein Gemisch aus mindestens zwei
Verbindungen ist, von denen mindestens eine Verbindung die
allgemeine Formel I
aufweist, worin bedeuten:
- n die Zahl 1 oder 2, wobei für den Fall, daß n gleich 1
ist, der Fluor-Substituent an eine der Positionen U, Z,
Y, V, W gebunden sein kann oder, wenn die
Zusammensetzung ein anderes lateral fluoriertes Terphenyl enthält
oder wenn die Zusammensetzung eine Polyphenylverbindung
mit einer Interphenylbrücke enthält oder wenn der Rest
der Zusammensetzung aus einer Verbindung II oder einer
Verbindung II und einem Alkylcyanoterphenyl besteht, an
die Position X gebunden sein kann, und für den Fall, daß
n gleich 2 ist, die Fluor-Substituenten an beliebige
verfügbare Substitutionspositionen gebunden sein können,
und
- R¹ C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkynyl, Wasserstoff, R, RO oder RCO, worin R
Alkyl oder Perfluoralkyl bedeutet,
und mindestens eine weitere dieser Verbindungen die
allgemeine Formel II
aufweist, worin m 0 oder 1 ist und R² Wasserstoff, C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-
Alkyl oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkoxy bedeutet.
2. Material nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Verbindung
der Formel I die Formel IA
aufweist, in der RA Alkyl oder Alkoxy bedeutet und W, Y
oder Z ein Fluoratom ist.
3. Material nach Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung
zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formel III
enthält, worin R³ C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkoxy bedeutet
und 1 gleich 0 oder 1 ist.
4. Material nach Anspruch 3, wobei bei mindestens einer
Verbindung der Formel II m gleich 0 ist und R² Ethyl,
n-Propyl, n-Hexyl oder Wasserstoff bedeutet.
5. Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
flüssigkristalline Zusammensetzung mindestens eine Verbindung der
Formel II enthält, worin m gleich 0 ist und R² unter
Ethyl, n-Propyl, n-Hexyl und Wasserstoff ausgewählt ist.
6. Material nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der
Verbindungen der Formel I die Formel IB
aufweist, worin RB Alkyl oder Alkoxy bedeutet und k 1 oder
2 ist mit der Maßgabe, daß, wenn k gleich 2 ist, der oder
die Fluorsubstituenten beliebige Substitutionspositionen
einnehmen können und daß, wenn k gleich 1 ist, der Fluor-
Substituent nur die von X, Y und Z verschiedenen
Positionen besetzen kann.
7. Material nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Verbindung
der Formel IB die Formel IB1
aufweist.
8. Material nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Verbindung
der Formel IB die Formel IB2
aufweist.
9. Material nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Verbindung
der Formel IB die Formel IB3
aufweist.
10. Material nach Anspruch 6, wobei mindestens eine
Verbindung der Formel IB die Formel IB4 oder IB5
aufweist.
11. Material nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 4
oder einem der Ansprüche 5 bis 10, das zwei oder mehr
Verbindungen der Formel I enthält.
12. Material nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei
mindestens eine Verbindung der Formel I die Formel IB
aufweist, in mindestens einer Verbindung der Formel II m
gleich 0 ist und R² Ethyl, n-Propyl, n-Hexyl oder
Wasserstoff bedeutet.
13. Material nach einem der Ansprüche 6 bis 12, das
zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formel III
enthält.
14. Material nach Anspruch 5 oder Anspruch 12, wobei die
Menge der Verbindungen der Formel II, in der R² Ethyl, n-
Propyl, n-Hexyl oder Wasserstoff ist, 10 bis 50 Gew.-%
beträgt.
15. Material nach Anspruch 4, wobei die Menge der
Verbindungen der Formel II, in der R² Ethyl, n-Propyl, n-Hexyl
oder Wasserstoff ist, 10 bis 50 Gew.-% beträgt.
16. Material nach Anspruch 1, wobei das Material so ist, wie
es in einem der Ansprüche 4, 13 oder 15 beansprucht ist.
17. Material nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6 bis 12
oder 14, wobei die Polymermatrix unter Epoxidharzen,
Polyvinylpolymeren, Polyacrylaten, Polyurethanen,
Polyestern und Polyarylalkenen ausgewählt ist.
18. Material nach Anspruch 16, wobei die Polymermatrix unter
Epoxidharzen, Polyvinylpolymeren, Polyacrylaten,
Polyurethanen, Polyestern und Polyarylalkenen ausgewählt ist.
19. Elektrooptische lichtmodulierende Vorrichtung, die einen
Film aus einem lichtmodulierenden Material nach Anspruch
1 mit einer Dicke von 5 bis 50 µm und auf den
gegenüberliegenden Seiten des Filmes Elektroden aufweist, die zum
Anlegen eines elektrischen Feldes geeignet sind und von
denen mindestens eine Elektrode lichtdurchlässig ist.
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