DE69315331T2

DE69315331T2 - Elektroabscheidungsverfahren zum anbringen von mikroverkapseltem fluessigkristallmaterial auf elektroden

Info

Publication number: DE69315331T2
Application number: DE69315331T
Authority: DE
Inventors: Robert Reamey
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-03-24
Also published as: TW252189B; KR950701084A; JP2001503152A; WO1993021555A1; EP0635143B1; EP0635143A1; ATE160451T1; CA2132618A1; DE69315331D1; US5328580A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial an Elektrodenflächen durch Elektroabscheidung.

Hintergrund der Erfindung

Flüssigkristallanzeigen (LCD's) sowie andere Vorrichtungen, bei denen das elektrooptisch aktive Element ein Flüssigkristailmaterial aufweist, sind allgemein bekannt.
Ein Vorrichtungstyp verwendet eine eingekapselte Flüssigkristallstruktur, bei der eine Flüssigkristallzusammensetzung in einem Aufnahmemedium, wie zum Beispiel einem Polymer, eingekapselt oder dispergiert ist. Wenn eine Spannung, die einem ausreichend starken elektrischen Feld entspricht, über eine Elektrode über der eingekapselten Flüssigkristallstruktur angelegt wird (dem "Feld-Ein"-Zustand), dann wird die Ausrichtung der darin enthaltenen Flüssigkristallmoleküle in Abhängigkeit von dem Feld neu orientiert, so daß einfallendes Licht durchgelassen wird. Umgekehrt ist bei Abwesenheit einer solchen Spannung (dem "Feld- Aus"-Zustand) die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zufällig und/oder von der Flüssigkristall-/Matrix-Grenzfläche beeinflußt, so daß die Struktur einfallendes Licht streut und/oder absorbiert. Die angelegte Spannung, bei der die Struktur von ihrem Feld-Aus-Zustand in ihren Feld-Ein- Zustand wechselt, wird im allgemeinen als Schwellenspannung bezeichnet. Solche Vorrichtungen können in Anzeigen, architektonischen Trennwänden, Sonnendächern von Kraftfahrzeugen, Privatsphäre-Abschirmungen und Schildern verwendet werden.
Im allgemeinen wird das eingekapselte Flüssigkristallmaterial an einer Substrat-Elektroden-Kombination in einer flüssigen, ausbreitbaren Vorläuferform aufgebracht, woraufhin man ihm eine Umwandlung in seine endgültige Form durch Verdampfung eines Lösungsmittels oder Trägermediums, durch eine chemische Reaktion, wie zum Beispiel Polymerisierung, oder durch eine physikalische Veränderung, wie zum Beispiel ein Erstarren nach dem Kühlen, ermöglicht. Ein alternatives Verfahren besteht in der Bereitstellung einer Folie oder eines Flächenkörpers aus eingekapseltem Flüssigkristall material sowie in der anschließenden Auflaminierung desselben auf die Substrat-Elektroden-Kombination.
Fergason, US 4 435 947 (1984), beschreibt die Herstellung einer Vorrichtung mit eingekapseltem Flüssigkristallmaterial durch Bereitstellung einer Emulsion, die Flüssigkristalle, ein Aufnahmemedium und ein Träqermedium aufweist, Aufbringen einer Schicht der Emulsion auf einer auf einem Substrat angebrachten Elektrode sowie Trocknenlassen der Emulsion.
Doane et al., US 4 688 900 (1987), beschreibt die Herstellung von Vorrichtungen mit eingekapseltem Flüssigkristallmaterial durch Aufbringen einer Kombination aus unpolymensiertem Aufnahmemedium-Vorläufermonomer sowie Flüssigkristall auf ein Subtrat/Elektrode sowie durch Polymerisieren des Monomers.
West et al., US 4 685 771 (1987), beschreibt die Herstellung von Vorrichtungen mit eingekapseltem Flüssigkristall mittels einer Lösungsmittel- oder temperaturbedingten Phasentrenntechnik.
Die Verfahren des Standes der Technik besitzen eine Reihe von Einschränkungen. Es ist schwierig, nur die Bereiche der Vorrichtung selektiv zu beschichten, die tatsächlich elektrooptisch aktiv sind, d.h. in denen das Elektrodenmaterial vorhanden ist, so daß in der Praxis fast das gesamte Substrat beschichtet wird. In den Fällen, in denen die Elektrodenstruktur kompliziert, jedoch im Hinblick der Gesamtfläche relativ klein ist, wird ein großer Teil des eingekapselten Flüssigkristallmaterials effektiv verschwendet. Die bekannten Verfahren sind nicht in der Lage, verschiedene Typen von eingekapselten Flüssigkristallmaterialien in bequemer Weise auf verschiedene Bereiche der Elektroden-/Substrat-Kombination, zum Beispiel bei der Herstellung von farbigen Anzeigen, aufzubringen. In den Fällen, in denen das Substrat nicht planar ist, zum Beispiel bei Sonnendächern von Kraftfahrzeugen oder bestimmten architektonischen Anwendungen, ist die Beschichtung schwierig.
Ich habe ein neuartiges Verfahren zum Anbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial an Elektroden entwickelt, das die vorstehend genannten Einschränkungen überwindet.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Anbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial an einem Elektrodenmaterial, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Substrates mit einer darauf vorhandenen Elektrodenstruktur;
Anordnen des Substrates und der Elektrodenstruktur in Berührung mit einem elektrolytischen Abscheidungsmedium, das eine Flüssigkristallzusammensetzung, ein Aufnahmemedium oder einen Vorläufer dafür sowie wahlweise ein Trägermedium aufweist; und
Aufbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial, bei dem die Flüssigkristallzusammensetzung in dem Aufnahmemedium dispergiert ist, auf die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon durch Anlegen einer Spannung an die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon.
Nach dem Elektroabscheidungsverfahren kann das Substrat aus dem elektrolytischen Abscheidungsmedium entfernt werden, das überschüssige Medium kann abgespült werden, und man kann das Trägermedium (falls vorhanden) verdunsten lassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs einer Vorrichtung, die eine eingekapselte Flüssigkristallstruktur aufweist;
Fig. 3a bis 3c Darstellungen zur Erläuterung, wie eine Elektrode auf einem Substrat selektiv aufgebracht werden kann;
Fig. 4a bis 4d Darstellungen zur Erläuterung, wie Pixel mit verschiedenen Farben zur Bildung einer Farbanzeige selektiv durch Elektroabscheidung aufgebracht werden können.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Eingekapselte Flüssigkristallstrukturen und deren Herstellung sind offenbart in den US-Patenten Nr. 4 435 047 (1984), 4 606 611 (1986), 4 616 903 (1986) und 4 707 080 (1987), alle von Ferguson; der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. EP 156 615 (1985) von Pearlman et al.; dem US-Patent Nr. 4 671 618 (1987) von Wu et al.; den US-Patenten Nr. 4 673 255 (1987) und 4 685 771 (1987) von West et al.; dem US-Patent Nr. 4 688 900 (1987) von Doane et al.; sowie der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. EP 0 313 053 (1989) von Dainippon Inc. and Chemicals; wobei die offenbarungen derselben durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht werden.
In einer eingekapselten Flüssigkristallstruktur sind getrennte Volumina einer Flüssigkristallzusammensetzung in einem Aufnahmemedium oder einer Matrix eingekapselt, dispergiert, eingebettet oder anderweitig enthalten. Die Volumina sind nicht notwendigerweise auf sphärische oder im wesentlichen sphärische begrenzt. Sie können unregelmäßig geformt und sogar miteinander verbunden sein. Das Ausmaß der Verbindung zwischen Volumina kann soweit reichen, daß die Flüssigkristalle eine kontinuierliche Phase zu bilden scheinen, wie dies in der vorstehend genannten EP 0 313 053 beschrieben ist. Der Begriff "Flüssigkristallzusammensetzung" bezeichnet eine zusammensetzung mit flüssigkristallinen Eigenschaften, ob es sich dabei nun um eine einzelne getrennte flüssigkristalline Zusammensetzung, eine Mischung aus verschiedenen flüssigkristallinen Zusammensetzungen oder um eine Mischung aus flüssigkristallinen und nicht-flüssigkristallinen Zusammensetzungen handelt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkristallzusammensetzung nematisch oder besitzt nematisches Verhalten, wobei sie in weiter bevorzugter Weise auch eine positive dielektrische Anisotropie aufweist. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt die Flüssigkristallzusammensetzung smektisches Verhalten. Bei noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkristallzusammensetzung chiral nematisch.
Einzelne Flüssigkristallmoleküle besitzen typischerweise längliche Formen mit einer Tendenz, sich mit ihren langen Molekularachsen parallel zueinander auszufluchten oder zu orientieren. Diese Ausfluchtung führt dazu, daß eine Flüssigkristallzusammensetzung anisotrop ist, wobei dies bedeutet, daß ihre gemessenen physikalischen, optischen und anderen Eigenschaften von der Meßrichtung (parallel oder rechtwinklig zu der Ausfluchtungsrichtung) abhängig sind. Ferner kann die Ausfluchtungsrichtung durch einen externen Reiz beinflußt werden, wie zum Beispiel ein elektrisches Feld oder ein Magnetfeld, das die Flüssigkristallzusammensetzung veranlaßt, einen bestimmten Wert einer physikalischen Eigenschaft in der einen Richtung zu zeigen, wenn der Reiz nicht vorhanden ist, jedoch bei Anlegung des Reizes rasch auf einen anderen Wert umzuschalten. Eben aufgrund dieser Anisotropie sowie der einfachen Neuausrichtung sind Flüssigkristallzusammensetzungen als Materialien für Anzeigen von Nutzen.
Ein bevorzugtes elektrolytisches Abscheidungsmedium weist die Flüssigkristallzusammensetzung und das Aufnahmemedium in emulgierter Form bei Vorhandensein eines Trägermediums auf, bei dem es sich wiederum vorzugsweise um ein wässriges Medium handelt, wie zum Beispiel Wasser. Zusätze zum Erleichtern der Emulgierung oder zum Verbessern der Emulsionsstabilität oder -leistung können wahlweise zugegeben werden. Die Emulsion wird auf das Substrat oder die Elektrode aufgebracht, und das Trägermedium wird entfernt, so daß die eingekapselte Flüssigkristallstruktur übrigbleibt.
Bei dem Aufnahmemedium für eingekapselte Flüssigkristallstrukturen handelt es sich vorzugsweise um ein polymeres Material. Geeignete Aufnahmemedien umfassen Gelatine, Polyurethan, Poly-(Ethylenoxid), Poly- (Vinylpyrrolidon), Zellulosepolymere, Naturgummis, Acryl- und Methacrylpolymere und -copolymere, Epoximaterialien, Polyolefine, Vinylpolymere und dergleichen, sind jedoch nicht auf diese Materialien begrenzt. Polyurethanlatexe, wie sie in der US 4 992 201 (1991) von Pearlman beschrieben sind, sind bevorzugte Aufnahmemedien.
Typischerweise ist eine eingekapselte Flüssigkristallstruktur bei Abwesenheit eines ausreichenden elektrischen Feldes (dem "Feld-Aus"-Zustand) im wesentlichen undurchsichtig und bei Vorhandensein eines ausreichenden elektrischen Feldes (oder dem "Feld-Ein"-Zustand) im wesentlichen transparent. Das elektrische Feld induziert eine Veränderung in der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallzusammensetzung, so daß dadurch wiederum die eingekapselte Flüssigkristallstruktur dazu veranlaßt wird, von einem stark lichtstreuenden (und/oder absorbierenden) Zustand auf einen stark streuungslosen und im wesentlichen transparenten Zustand umzuschalten. Generell ist es bevorzugt, daß die Flüssigkristallzusammensetzung eine positive dielektrische Anisotropie aufweist und daß der ordentliche Brechungsindex der Flüssigkristallzusammensetzung an den Brechungsindex des Aufnahmemediums angepaßt ist, während der außerordentliche Brechungsindex im wesentlichen fehlangepaßt an diesen ist.
Diese Prinzipien sind in den vorstehend genannten Schriften, insbesondere den Fergason-Patenten, ausführlicher beschrieben. Es kann eine weitere Streuung aufgrund der unterschiedlichen Flüssigkristallausfluchtungen in benachbarten Tröpfchen auftreten. Wenn es sich dabei um die vorherrschende Streuungsart handelt, können die Anforderungen für eine Brechungsindexanpassung abgeschwächt werden. In denjenigen Bereichen der eingekapselten Flüssigkristallstruktur, an die ein ausreichendes elektrisches Feld angelegt wird, tritt der übergang von einem nicht-transparenten Zustand zu einem transparenten Zustand auf, während angrenzende Bereiche, an die kein elektrisches Feld angelegt worden ist, undurchsichtig bleiben.
Diese Prinzipien sind den Fig. 1 und 2 dargestellt (wobei gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Elemente bezeichnen). Die eingekapselte Flüssigkristallstruktur 8 weist ein Aufnahmemedium 10 auf, in dem mehrere Volumina von Flüssigkristallzusammensetzung 11 verteilt sind und das zwischen einer oberen und einer unteren Elektrode 12 und 13 angeordnet ist, die zum Beispiel aus Indiumzinnoxid ("ITO") oder einer dünnen Metallbeschichtung gebildet sind. Eine Spannungsquelle 14 ist mit den Elektroden 12 und 13 verbunden, wenn sich jedoch ein Schalter 15 in der geöffneten Position befindet (Fig. 1), wird keine Spannung über dem eingekapselten Flüssigkristallmaterial 8 angelegt. Einfallendes Licht (Strahl A) wird gestreut, und zwar sowohl nach hinten (Strahlen a' und a") als auch nach vorne (b' und b"). Wenn der Schalter 15 geschlossen ist (Fig. 2), wird eine Spannung über dem eingekapselten Flüssigkristallmaterial 8 angelegt, so daß Moleküle in der Flüssigkristallzusammensetzung 11 dazu veranlaßt werden, ihre langen Molekülachsen mit dem Feld der angelegten Spannung auszufluchten. Aufgrund der Anpassung zwischen dem Brechungsindex des Aufnahmemediums 10 und dem ordentlichen Brechungsindex der Flüssigkristallzusammensetzung 11 wird einfallendes Licht (Strahl A) nicht gestreut, sondern durch die eingekapselte Flüssigkristallstruktur 8 hindurch durchgelassen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 3a bis 3c dargestellt. Fig. 3a zeigt ein Substrat 20 (zum Beispiel Glas oder Poly-(Ethylenterephthalat), auf das eine Elektrodenstruktur 21 in Form einer Ziffer 8 aufgebracht worden ist. Eine Leitung 22 bildet eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode 21. Die Elektrode 21 kann aus einem transparenten leitfähigen Material, wie zum Beispiel ITO, hergestellt sein. Wenn es sich bei der Elektrode 21 um die Rückenebenen-Elektrode einer Anzeige mit reflektierendem Betriebsmodus handeln soll, so daß Transparenz kein Erfordernis ist, kann sie aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer hergestellt sein.
Fig. 3b zeigt die Substrat-Elektroden-Kombination der Fig. 3a, eingetaucht in einen Behälter 23, der ein elektrolytisches Abscheidungsmedium 24 enthält. Eine Gegenelektrode 25 (z.B. Platin) mit einer zugehörigen Leitung 26 ist ebenfalls in die Emulsion 24 eingetaucht. An die Elektroden 25 und 21 wird eine Spannung angelegt. Im vorliegenden Fall ist zwar die Elektrode 21 als Anode dargestellt und die Elektrode 25 als Kathode dargestellt, jedoch kann auch die umgekehrte Polarität verwendet werden. Nach einer geeigneten Zeit wird die Spannung abgeschaltet, die Substrat-Elektroden-Kombination 20-21 wird aus dem Behälter 23 entfernt und gespült, um überschüssiges elektrolytisches Abscheidungsmedium 24 zu entfernen.
Nachdem das Trägermedium (falls vorhanden) durch Trocknen entfernt ist, erhält man eine Substrat-Elektroden-Kombination 20-21, bei der nur die Elektrode 21 mit eingekapseltem Flüssigkristallmaterial 24' beschichtet ist. Bei einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren wäre es im Gegensatz dazu viel weniger einfach, nur die Elektrodenbereiche des Substrates 20 selektiv zu beschichten. Die beschichtete Substrat-Elektroden-Kombination kann nun mit einer Substrat- Elektroden-Kombination mit entgegengesetzt ausgebildeter Stirnseite zusammenlaminiert werden, um eine Sandwich- Konstruktion zu schaffen, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Es können pleochritische Farbstoffe mit Flüssigkristallen gemischt werden, um mit diesen eine Lösung zu bilden, um farbige Anzeigen und andere Vorrichtungen herzustellen. Die Moleküle von pleochritischen Farbstoffen richten sich im allgemeinen mit den Molekülen von Flüssigkristallen aus, so daß das Anlegen des elektrischen Feldes nicht nur die vorherrschende Ausrichtung der Flüssigkristalle, sondern auch die des pleochritischen Farbstoffs beeinflußt. Da das Ausmaß der Absorption von einfallendem Licht durch den pleochritischen Farbstoff von seiner Orientierung relativ zu dem einfallenden Licht abhängig ist, schafft die Anlegung eines externen Reizes an eine Kombination aus Flüssigkristall und pleochritischem Farbstoff einen Mechanismus für die gesteuerte Lichtdämpfung durch Absorption.
Eine Anzeige, die zum Anzeigen farbiger Bilder in der Lage ist, läßt sich durch nebeneinander erfolgende Aufbringung von roten, blauen und grünen Pixeln bilden, die aus eingekapselten Flüssigkristallstrukturen der entsprechenden Farbe gebildet sind. Bei einigen Ausführungsformen kann der pleochritische Farbstoff auch in dem Aufnahmemedium vorhanden sein.
Es können auch isotrope Farbstoffe verwendet werden. Der isotrope Farbstoff kann in dem Aufnahmemedium, in der Flüssigkristallzusammensetzung oder in beiden vorhanden sein. Ein isotroper Farbstoff verändert seine Ausfluchtung bei einem angelegten elektrischen Feld nicht, sondern wirkt stattdessen als statisches Farbfilter. Es ist auch möglich, eine Kombination aus isotropen und pleochritischen Farbstoffen zu verwenden. Die Verwendung isotroper Farbstoffe (die auch als nicht-pleochritisch bezeichnet werden) ist in der US 4 878 741 (1989) von Fergason ausführlicher erläutert, wobei die Offenbarung derselben durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. (Der Begriff "Flüssigkristallzusammensetzung", wie er vorliegend verwendet wird, bedeutet somit in diesem Zusammenhang auch eine Flüssigkristallzusammensetzung, die darin gelösten pleochritischen oder isotropen Farbstoff enthält.)
Die vorliegende Erfindung ist besonders gut für die Bildung von farbigen Anzeigen ausgelegt, wie dies in den Fig. 4a bis 4d gezeigt ist. Fig. 4a zeigt ein Substrat 30, das auf seiner einen Oberfläche eine Anordnung von Elektroden 31a bis 31c aufweist, die den Pixeln mit unterschiedlichen Farben (z.B. Rot, Blau bzw. Grün) entsprechen. Jede der Elektroden 31a bis 31c kann über eine jeweilige elektrische Leitung 32a bis 32c selektiv mit Strom versorgt werden. Die Elektrode 31a kann selektiv mit Strom versorgt werden und gemäß der in den Fig. 3a bis 3c vorstehend beschriebenen Verfahrensweise mit einer roten, eingekapselten Flüssigkristallzusammensetzung 33a beschichtet werden, wobei dies zu der Zwischen-Struktur der Fig. 4b führt.
Als nächstes wird die Elektrode 31b selektiv mit Strom versorgt und mit blauer, eingekapselter Flüssigkristallzusammensetzung 33b beschichtet, um die zweite Zwischen-Struktur der Fig. 4c zu erzeugen. Schließlich wird die Elektrode 31c selektiv mit Strom versorgt und mit grüner, eingekapselter Flüssigkristallzusammensetzung 33c beschichtet, um die endgültige Struktur der Fig. 4d zu erzeugen, die rote, blaue und grüne Pixel nebeneinander aufgebracht aufweist. Bei einem herkömmlichen Beschichtungs- und Trocknungs- oder Laminationsverfahren wäre es extrem schwierig, solche seitlich nebeneinander angeordneten, verschiedenfarbigen Pixel zu erzeugen, insbesondere bei Anzeigen mit hoher Auflösung, bei denen die Anzahl von Pixeln in die Millionen gehen kann und die Trennung zwischen benachbarten Pixeln sehr klein ist.
Die Elektroabscheidung besitzt eine Reihe zusätzlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Sie ist nicht so empfindlich hinsichtlich der Benetzung, Ausbreitung und Strömungsinstabilität wie herkömmliche Beschichtungstechniken, wie zum Beispiel die Rakel-Beschichtung, Schlitzformbeschichtung und Aufdrucken. Bei elektrolytisch aufgebrachten Beschichtungen besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, daß diese solche Beschichtungsfehler, wie z.B. "Fischaugen", Krater, Welligkeit und mechanische Schleifmarken aufweisen, die andere Beschichtungstechniken beein trächtigen. Dieses Verfahren ist besonders geeignet zum Anbringen einer konformen Beschichtung auf Elektroden, die nicht planar sind, und zwar entweder aufgrund inhärenter Herstellungsgrenzen oder aufgrund der Ausbildung. Somit können Linsen bzw. Objektive sowie Sonnendächer oder getönte Dächer von Kraftfahrzeugen sowie andere gekrümmte oder dreidimensionale Gegenstände beschichtet werden.
Das Elektroabscheidungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann entweder chargenweise durchgeführt werden, so daß jedes Substrat oder jede charge von Substraten nacheinander in die durch Beschichtung aufzubringende Emulsion eingetaucht wird, oder es kann in kontinuierlicher Weise erfolgen, wobei zum Beispiel eine Substratwalze bei gleichzeitiger Zufuhr von Strom kontinuierlich durch die Emulsion hindurchgeführt 20 wird.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Verwendung von ionisch stabilisierten Polymeren auf Wasserbasis, die durch elektrolytische Abscheidung auf eine Elektrode aufgebracht werden können. Wenn eine Emulsion aus Flüssigkristall in einem wässrigen Latex durch elektrolytische Abscheidung auf die Elektrode aufgebracht wird, werden die Flüssigkristalltröpfchen (oder Volumina) in die aufgebrachte Schicht integriert. Eine Flüssigkristallemulsion in einem Latex, der Carboxyl-Ionengruppen (negativ geladene lonengruppen) enthält, hat die Tendenz, sich auf der Anode abzulagern, wo Protonen erzeugt werden, so daß dadurch die stabilisierenden Carboxyl-Gruppen neutralisiert werden. Eine Emulsion, die protonierte Aminogruppen (positiv geladene Aminogruppen) enthält, hat die Tendenz, sich auf der Kathode abzusetzen, wo Wasserstoffoxidionen erzeugt werden.
In manchen Fällen ist die Absetzung auf der Kathode bevorzugt. Bei Metallelektroden zum Beispiel kann die elektrolytische Abscheidung auf der Kathode zu ein er geringeren Elektrodenkorrosion führen. Bei Oxid enthaltenden Elektroden, wie zum Beispiel aus Indiumzinnoxid, kann die elektrolytische Abscheidung auf der Anode zu weniger Korrosion führen. Ein Fachmann kann diese Parameter einstellen, um die Vorrichtungsleistung zu maximieren und eine Elektrodenkorrosion zu eliminieren. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann als Beispiel für die Elektroabscheidung betrachtet werden, da ein bereits polymeres Aufnahmemedium auf die Elektrode aufgebracht wird.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel verwendet eine elektrolytische Abscheidung aufgrund von Bindungen bildenden Reaktionen an der Elektrode, was zu einer Elektropolymerisation anstatt einer Elektroabscheidung führt. Spezielle Polymersysteme, die zur Bildung von eingekapselten Flüssigkristallschichten an der Elektrode einer Elektropolymerisation unterzogen werden können, beinhalten Epoxymaterialien und Acrylsysteme. Bei einem Elektropolymerisationsverfahren weist das elektrolytische Abscheidungsmedium die Flüssigkristallzusammensetzung und ein Vorläufermaterial (z.B. ein Monomer oder Oligomer) für das Aufnahmemedium auf, wobei das Vorläufermaterial polymerisiert und sich als polymeres Aufnahmemedium auf der Elektrode ablagert. Da es sich bei dem Vorläufermaterial üblicherweise um ein Material mit niedriger Viskosität handelt, kann es auch als Trägermedium wir ken, so daß die Notwendigkeit für ein separates Trägermedium eliminiert wird.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können Vernetzungsmittel vorhanden sein, um die Eigenschaften des Aufnahmemediums und der resultierenden Vorrichtung zu verbessern.
100 V zur Bewerkstelligung der Abscheidung ausreichend. Die erforderliche Zeit liegt normalerweise zwischen ca. 15 und ca. 20 min. Der Stromfluß und die Spannung lassen sich zur Verbesserung der Beschichtungsqualität einstellen. Die elektrolytische Abscheidung läßt sich mit konstantem Strom und konstanter Spannung oder in pulsierender Weise durchführen. Der Fachmann kann die Kombinationen von Zeit, Strom und Spannung, die für das jeweilige Aufnahmemedium und die jeweilige Flüssigkristallzusammensetzung am geeignetsten sind, in einfacher Weise bestimmen.
Die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ferner unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele besser zu verstehen, die der Erläuterung und nicht der Einschränkung dienen sollen.

Beispiel 1

Eine Emulsion aus Flüssigkristall (ZLI-1840, E. Merck, Darmstadt, Deutschland) wurde in einem wässrigen Polyurethanlatex (XR9677, ICI Americas, 40 Gew.-% in Wasser) durch Rührblattmischung gebildet. Etwa 2 g der Emulsion wurden mit Wasser auf etwa 20 g verdünnt. Ein mit ITO beschichtetes Glassubtrat und eine Platinelektrode wurden in die Emulsion eingetaucht. Eine Spannung von 100 V wurde 3 min lang angelegt. Das ITO erhielt eine positive Vorspannung (Anode). Ein opaker Film wurde auf das mit ITO beschichtete Glassubstrat durch elektrolytische Abscheidung aufgebracht. Das Teststück wurde entfernt und mit Wasser gespült, trocknen gelassen, und ein Stück aus mit ITO beschichtetem Glas wurde auf dieses auflaminiert. Das Teststück zeigte den spannungsabhängigen Klärungseffekt, der für eingekapselte Flüssigkristallfilme charakteristisch ist.

Beispiel 2

Eine Emulsion aus Flüssigkristall (5 g, ZLI-1840) in wässrigem Polyurethanlatex (XR9677, 40 Gew.-% in Wasser), der 0,1 Gew.-% grenzflächenaktives Fluor (Zonyl FSN) enthielt, wurde in ein 20-ml-Glasfläschchen verbracht. Es erfolgte eine Verdünnung mit einer gleichen Menge Wasser, so daß sich ein Gesamtvolumen von etwa 10 ml ergab. Eine Platinelektrode und ein mit einer ITO-Struktur beschichtetes Glassubstrat wurden in das Glasfläschchen eingetaucht. Ein Galvanostat wurde zum Hindurchführen eines konstanten Stroms von 2 mA verwendet, so daß die ITO-Struktur in bezug auf die Platinelektrode positiv war. Nach etwa 20 s wurde der Strom abgeschaltet. Das mit ITO beschichtete Glassubstrat wurde herausgenommen und mit Wasser gespült, wobei eine Beschichtung aus eingekapseltem Flüssigkristallmaterial nur dort übrig blieb, wosich die ITO-Struktur befand. Die Beschichtung ließ man etwa 1 h lang trocknen. Ein Stück aus mit ITO beschichtetem Glas wurde darauf auflaminiert. Das Teststück wurde beim Anlegen einer Spannung klar.

Beispiel 3

Ein mit ITO beschichteter Polyesterfilm, der eine Elektrodenstruktur aufwies, wurde in eine Emulsion eingetaucht, wie sie in Beispiel 2 beschrieben ist. Ein Strom mit 2 mA wurde etwa 15 s hindurchgeleitet, wobei das mit ITO beschichtete Polyester als Anode und das Platin als Kathode dienten. Der Polyesterfilm wurde dann aus der Emulsion entfernt, und die überschüssige Emulsion wurde abgespült, so daß sich ein Film mit eingekapseltem Flüssigkristall ergab, dessen Form der der Elektrodenstruktur entsprach. Der Film wurde 30 min trocknen gelassen, woraufhin ein weiteres Stück aus mit ITO beschichtetem Polyesterfilm oben auf diesen auflaminiert wurde. Die beschichteten Bereiche des Polyesterfilms wurden beim Anlegen einer Spannung klar.

Beispiel 4

Ein ITO/Glassubstrat wurde elektrisch an einem Galvanostat angebracht und in eine Emulsion aus dem Flüssigkristall (E49, Merck Ltd., Großbritannien) abgesenkt, die eine schwarze pleochritische Farbstoffmischung (1,6 Gew.-%, S344, Mitsui Toatsu Co., Japan) in einem Polyurethanlatex (Neorez R9677) in Wasser enthielt. Ferner war in der Emulsion eine Platinfolien-Gegenelektrode vorhanden, die als Kathode wirkte. Ein konstanter Strom von 2 mA wurde etwa 30 s angelegt, woraufhin das Substrat herausgenommen und mit Wasser gespült wurde. Das überschüssige Wasser wurde mit einem Papiertuch abgetupft, und das beschichtete Substrat ließ man etwa 1 h in einer Laminarströmungs-Abdeckung trocknen. Die Beschichtung besaß eine gute Qualität - sie war sehr gleichmäßig und enthielt nur wenige kosmetische Mängel. Das Teststück besaß eine Dicke von 13,2 µm und änderte sich von einem dunklen und lichtstreuenden Zustand in einen klaren Zustand beim Anlegen eines Wechselstromsignals von 44 V nach Zusammenlaminieren desselben mit einem mit ITO beschichteten oberen Flächenkörper.

Beispiel 5

Eine Elektrodenstruktur mit sieben unabhängig adressierbaren Bildelementen wurde in ein ITO/Glassubstrat eingeätzt. Vier der Bildelemente wurden mit einem Galvanostat verbunden, und das Substrat wurde in eine Emulsion aus Flüssigkristall (E49) abgesenkt, der eine schwarze pleochritische Farbstoffmischung (1,6 Gew.-%, S344) in Polyurethanlatex (Neorez R9677) in Wasser enthielt. Ferner wurde in die Emulsion eine Platinfolien-Gegenelektrode eingetaucht, die als Kathode wirkte. Ein konstanter Strom von 2 mA wurde etwa 20 s angelegt, woraufhin die Elektrode herausgenommen und mit Wasser gespült wurde. Die übrigen drei Bildelemente wurden an dem Galvanostat angebracht, und das Substrat wurde in eine Emulsion aus Flüssigkristallmaterial (E49) eingetaucht, die keinen Farbstoff in demselben Polyurethanlatexmaterial enthielt. Es wurde wiederum eine konstanter Strom von 2 mA für etwa 20 s angelegt, woraufhin das Substrat herausgenommen und mit Wasser gespült wurde. Das überschüssige Wasser wurde von dem beschichteten Substrat abgetupft, woraufhin man es 1 h in einer Laminarströmungs-Abdeckung trocknen ließ. Ein zweites Stück aus ITO/Glas wurde oben auf die Beschichtung auflaminiert. Die resultierende Anzeige besaß 4 schwarze Bildelemente und 3 weiße Bildelemente, die sich durch Anlegen von geeigneten Spannungen unabhängig voneinander ein- und ausschalten ließen.

Claims

1. Verfahren zum Anbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial an einem Elektrodenmaterial, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Bereitstellen eines Substrates mit einer darauf vorhandenen Elektrodenstruktur;

- Anordnen des Substrates und der Elektrodenstruktur in Berührung mit einem elektrolytischen Abscheidungsmedium, das eine Flüssigkristallzusammensetzung, ein Aufnahmemedium oder einen Vorläufer dafür sowie wahlweise ein Trägermedium aufweist; und

- Aufbringen von eingekapseltem Flüssigkristallmaterial, bei dem die Flüssigkristallzusammensetzung in dem Aufnahmemedium dispergiert ist, auf die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon durch Anlegen einer Spannung an die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrolytische Abscheidungsmedium eine Flüssigkristallzusammensetzung aufweist, die in einem Latex-Aufnahmemedium emulgiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Latex ein Polyurethanlatex ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung eine Zusammensetzung mit nematischem Verhalten ist und eine positive dielektrische Anisotropie aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung eine Zusammensetzung mit smektischem Verhalten ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung chiral nematisch ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine positive Spannung an die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon angelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine negative Spannung an die Elektrodenstruktur oder ausgewählte Bereiche davon angelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Emulsion ferner einen Farbstoff aufweist und der Farbstoff während des Aufbringungsschrittes wenigstens in dem einen Material von Aufnahmemedium und Flüssigkristall zusammensetzung abgeschi eden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Farbstoff ein pleochroitischer Farbstoff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Farbstoff ein isotroper Farbstoff ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Emulsion ferner sowohl einen pleochroitischen Farbstoff als auch einen isotropen Farbstoff aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Abfolge von Eintauch- und Aufbringungsschritten wenigstens einmal mit einem elektrolytischen Abscheidungsmedium wiederholt wird, das einen anderen Farbstoff enthält, und wobei bei der wiederholten Eintauch-Aufbringungs-Abfolge eine Spannung an andere Bereiche der Elektrodenstruktur angelegt wird, um wenigstens zwei eingekapselte Flüssigkristallmaterialien mit verschiedenen Farben an unterschiedlichen Bereichen der Elektrodenstruktur aufzubringen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Pixel-Anordnungen aus rotem, grünem und blauem eingekapselten Flüssigkristallmaterial aufgebracht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das eingekapselte Flüssigkristallmaterial mit einem Elektroabscheidungsverfahren aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das eingekapselte Flüssigkristallmaterial mit einem Elektropolymerisationsverfahren aufgebracht wird.