DE69520139T2

DE69520139T2 - Verfahren zur herstellung von flüssigkristallcomposit

Info

Publication number: DE69520139T2
Application number: DE69520139T
Authority: DE
Inventors: Harriette Atkins; Kathleen Dizio; Gil Garza; Anne Gonzales; John Havens; Kevin Malloy; John Mazzanti; H. Reamey; Mark Wartenberg
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2015-03-23
Also published as: EP0751982B1; WO1995025778A1; EP0751982A1; CA2186228A1; JP3583135B2; US5405551A; CA2186228C; KR100370283B1; JPH09510746A; DE69520139D1; HK1011703A1; MX9604250A

Description

Technisches Fachgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Flüssigkristall-Verbundstoffe zur Verwendung in Lichtventilen und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Hintergrund der Erfindung

Flüssigkristall-Lichtventile, in denen der elektro-optisch aktive Bestandteil ein Flüssigkristall-Verbundstoff ist, bei dem in einem Matrixmaterial, wie einem Polymeren, mehrere Volumenanteile oder Tröpfchen eines Flüssigkristallmaterials dispergiert, eingekapselt, eingebettet oder anderweitig enthalten sind, sind bekannt. Zu beispielhaften Veröffentlichungen gehören Fergason, US 4,435,047(1984) ( "Fergason '047"); West et al., US 4,685,771 (1987); Pearlman, US 4,992,201 (1991); Dainippon Ink, EP 0,313,053 (1989). Auf diese Veröffentlichungen wird hiermit summarisch Bezug genommen. Diese Lichtventile können in Digitalanzeigen und Fenstern oder privaten Schalttafeln verwendet werden.
Der Stand der Technik gibt auch ein Konzept an, bei dem ein weiteres Material zwischen dem Matrixmaterial und dem Flüssigkristallmaterial verteilt ist. Vergleiche zum Beispiel Fergason '047; Fergason et al., US 4, 4,950,052 (1990)("Fergason '052"); und Raychem, WO 93/18431(1993) ( "Raychem '431"). Als Zweck für das Vorhandensein dieses zusätzlichen Materials wurde verschiedentlich die Erhaltung der Unversehrtheit der Volumenanteile des Flüssigkeitstallmaterials und die Änderung der elektrooptischen Eigenschaften des Verbundmaterials genannt.
Die angegebenen Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffes mit diesem dazwischen angeordneten Material sind jedoch spezialisiert worden und sind nicht generell auf eine breite Vielfalt von Materialien anwendbar. Die vorliegende Erfindung gibt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solcher Verbundstoffe an, das allgemeiner anwendbar ist als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall- Verbundstoffes angegeben, wobei mehrere Volumenanteile eines Flüssigkristallmaterials in einem Matrixmaterial dispergiert werden und das Flüssigkristallmaterial zumindest teilweise von dem Matrixmaterial durch ein dazwischen angeordnetes Kapselungsmaterial getrennt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Emulgieren einer Kombination aus
(i) einem Flüssigkristallmaterial,
(ii) einem Kapselungsmaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure und ihren Copolymeren, Polyhydroxyacrylat, Cellulosederivaten, Epoxidharzen, Silikonen, Acrylaten, Polyestern, Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymeren, und Gemischen von diesen besteht, und
(iii)einem Trägermedium, um eine Emulsion zu bilden, in der Kapseln, die einen Volumenanteil von in dem Kapselungsmaterial enthaltenem Flüssigkristallmaterial aufweisen, in dem Trägermedium suspendiert werden;
(b) Trennen der Kapseln von dem Großteil des Trägermediums durch Zentrifugieren;
(c) Dispergieren der Kapseln in einem Medium, in dem das Matrixmaterial oder ein Vorläufer davon anwesend ist; und
(d) Bewirken, daß das Matrixmaterial oder der Vorläufer davon um die Kapseln herum fest wird, um den Flüssigkristall-Verbundstoff zu bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

Fig. 1a und 1b zeigt ein Lichtventil nach dem Stand der Technik, hergestellt aus einem Flüssigkristall-Verbundstoff.
Fig. 2a und 2b zeigt ein Lichtventil, hergestellt aus einem Flüssigkristall-Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt die Kontrastwirkung verschiedener Ausführungsformen, hergestellt gemäß dieser Erfindung, in Abhängigkeit von der Temperatur.
Fig. 4 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung für verschiedene Ausführungsformen, hergestellt gemäß dieser Erfindung als Funktion der Temperatur.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1a zeigt ein Lichtventil nach dem Stand der Technik, hergestellt aus einem Flüssigkristall-Verbundstoff, wie er in der Fergason '047 beschrieben ist. Das Lichtventil 10 umfaßt einen Flüssigkristall-Verbundstoff 11, in dem Tröpfchen oder Volumina 12 eines nematischen Flüssigkristallmaterials 13, das eine positive dielektrische Anisotropie besitzt, in einem Matrixmaterial 14 dispergiert sind.
Der Verbundstoff 11 ist sandwichartig zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode 15a und 15b angeordnet, die aus einem transparenten Leiter, wie Indium-Zinn-Oxid ("ITO") gefertigt sind. Ob an den Elektroden 15a und 15b eine von der Spannungsquelle 16 erzeugte Spannung anliegt oder nicht, wird mit dem Schalter 17 gesteuert, der hier in der offenen Stellung ( "Offen-Stellung") dargestellt ist. Dies hat zur Folge, daß dem Verbundstoff 11 keine Spannung aufgeprägt wird und das auf das Flüssigkristallmaterial 13 einwirkende elektrische Feld effektiv Null ist.
Aufgrund von Oberflächenwechselwirkungen liegen die Moleküle der Flüssigkristallmoleküle mit ihren langen Achsen bevorzugt parallel zu den gekrümmten Grenzflächen des Matrixmaterials 14, was zu einer im allgemeinen krummlinigen Ausrichtung innerhalb eines jeden Tröpfchens führt. Die krummlinig ausgerichteten Achsen in den verschiedenen Tröpfchen 12 sind regellos orientiert, wie es durch die unterschiedliche Orientierung der krummlinigen Muster symbolisiert ist.
Das Flüssigkristallmaterial 13 besitzt eine außerordentliche Brechzahl ne, die sich von der Brechzahl nm des Matrixmaterials 14 und einer ordentlichen Brechzahl no unterscheidet, welche im wesentlichen gleich ist wie nm.
(Hierbei werden zwei Brechzahlen als im wesentlichen gleich oder gleichwertig bezeichnet, wenn sie um weniger als 0,05, vorzugsweise weniger als 0,02 voneinander abweichen).
Der einfallende Lichtstrahl 18, der den Verbundstoff 11 durchdringt, hat eine hohe statistische Wahrscheinlichkeit, daß er auf mindestens eine Grenzfläche zwischen dem Matrixmaterial 14 und dem Flüssigkristallmaterial 13 trifft, in dem die Brechzahl des Flüssigkristalls, mit dem er beim Betrieb in Wechselwirkung tritt, ne ist. Da ne von nm verschieden ist, wird der Lichtstrahl 18 sowohl nach vorn als auch nach hinten gebrochen oder gestreut, was dem Verbundstoff 11 ein durchscheinendes oder frostiges Aussehen verleiht.
Fig. 1b zeigt das Lichtventil 10 im eingeschalteten Zustand bei geschlossenem Schalter 17. Zwischen den Elktroden 15a und 15b und quer über den Verbundstoff 11 ist ein elektrisches Feld angelegt, dessen Richtung mit dem Pfeil 19 angezeigt wird. Das Flüssigkristallmaterial 13 mit positiver dielektrischer Anisotropie wird parallel zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet. (Die erforderliche Spannung hängt unter anderem von der Dicke des Verbundstoffes ab und liegt typischerweise zwischen 3 und 50 Volt).
Des weiteren erfolgt diese Ausrichtung mit dem Feld in jedem der Tröpfchen 12, so daß unter den Feldlinien von Tröpfchen zu Tröpfchen eine Ordnung besteht, wie es in Fig. 1b symbolisch dargestellt ist. Sind die Flüssigkristallmoleküle in dieser Weise ausgerichtet, ist die Flüssigkristall-Brechzahl, mit welcher der einfallende Lichtstrahl 18 in Wechselwirkung tritt, no.
Weil no im wesentlichen gleich nm ist, erfolgt keine Streuung an der Flüssigkristall/Matrixmaterial-Grenzfläche. Infolgedessen wird der Stahl 18 durch den Verbundstoff 11 durchgelassen, der jetzt transparent erscheint. Transmissionswerte von mindesten 50%, und vorzugsweise in der Größenordnung von 70% oder höher, können erhalten werden.
Die elektro-optische Leistung (z. B. Schaltspannung, Streuung im ausgeschalteten Zustand, Schaltgeschwindigkeit und Hysterese) des Lichtventils 10 hängt von der Art der Oberflächenwechselwirkungen zwischen dem Matrixmaterial 14 und der Flüssigkristallmatrix 13 ab.
Ein Matrixmaterial, das im Hinblick auf charkteristische Eigenschaften, wie z. B. mechanische Eigenschaften, Schutzwirkung gegen Umweltverschmutzung, UV-Beständigkeit etc. erwünscht ist, kann in Bezug auf seine Oberflächenwechselwirkungen mit dem Flüssigkristallmaterial unerwünscht sein, wenn es zum Beispiel die Schaltgeschwindigkeit zu langsam oder die Schaltspannung zu hoch werden läßt. Es ist demzufolge wünschenswert, die Oberflächenwechselwirkungen von den anderen Eigenschaften des Matrixmaterials trennen zu können.
Fig. 2a und 2b (wobei die aus Fig. 1a und 1b wiederholten Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen) zeigen ein erfindungsgemäßes Lichtventil 20, bei dem dieses Ziel erreicht wird. Das Lichtventil 20 umfaßt einen Flüssigkristall- Verbundstoff 21, der dem Verbundstoff 11 von Fig. 1a und 1b ähnelt, außer daß das Flüssigkristallmaterial 13 vom Matrixmaterial 14 durch das Kapselungsmaterial 22 getrennt ist.
Das Lichtventil 20 erscheint aus den vorstehend genannten Gründen im ausgeschalteten Zustand (Fig. 2a) grau bzw. frostig oder durchscheinend und im eingeschalteten Zustand (Fig. 2b) durchsichtig. Die Wechselwirkungen zwischen den Oberflächen, welche die Ausrichtung des Flüssigkristallmaterials 13 beeinflussen, erfolgen in der Hauptsache mit dem Kapselungsmaterial 22 und nicht mit dem Matrixmaterial 14.
Das Kapselungsmaterial kann auf der Grundlage seiner Wechselwirkung mit dem Flüssigkristallmaterial 13 ausgewählt werden, während das Matrixmaterial 14 auf der Grundlage seiner mechanischen, optischen oder anderen Eigenschaften ausgewählt werden kann. Auf diese Weise wird vermieden, in Bezug auf das eine oder andere Paket von Eigenschaften einen Kompromiß schließen zu müssen.
Die Angleichung oder Anpassung von no des Flüssigkristallmaterials an die Brechzahl des Kapselungmaterials ist nur wichtig, wenn die Schichtdicke des Kapselungsmaterials mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar ist. Im allgemeinen ist die Dicke geringer als ungefähr 100 nm und daher viel kleiner als die Wellenlänge von 400 bis 700 nm des sichtbaren Lichts, so daß die Angleichung der Brechzahlen normalerweise nicht erforderlich ist.
Wenn jedoch die Schicht des Kapselungsmaterials dick ist oder wenn die Minimierung des Schleiers im Einschaltzustand eine Zielsetzung ist (z. B. bei Fensteranwendungen), ist die Angleichung der Brechzahlen erwünscht. Eine Farbsichtwirkung kann durch Einschluß pleochroitischer oder isotroper Farbstoffe in das Flüssigkristallmaterial erhalten werden.
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten, muss das Kapselungsmaterial 22 das Matrixmaterial 14 nicht vollständig vom Flüssigkristallmaterial 13 trennen. Es genügt, wenn das Kapselungsmaterial 22 die beiden letzteren Materialien zumindest teilweise trennt, so daß die Schalteigenschaften (Geschwindigkeit, Spannung, Hysterese, etc.) des Lichtventils 20 im allgemeinen Eigenschaften einer Kapselungsmaterial/Flüssigkristallmaterial-Grenzfläche, und nicht einer Matrixmaterial/Flüssigkristallmaterial-Grenzfläche sind.
Vorzugsweise trennt das Kapselungsmaterial 22 das Matrixmaterial 14 wirksam vom Flüssigkristallmaterial 13, womit gemeint ist, daß das Flüssigkristallmaterial 13 bevorzugt mit dem Kapselungsmaterial 22 und nicht mit dem Matrixmaterial 14 Grenzflächen bildet.
In den beiliegenden Abbildungen sind die Tröpfchen oder Volumina 12 des Flüssigkristallmaterials 13 der Einfachheit halber so dargestellt, als hätten sie eine kugelförmige Gestalt, es sind jedoch auch andere Gestalten möglich, zum Beispiel abgeflachte Kugeln, unregelmäßige Formen oder hantelähnliche Formen, bei denen zwei oder mehr Tröpfchen miteinander durch Kanäle verbunden sind. Außerdem sind die Schichtdicke des Kapselungsmaterials 22 und die Größe der Tropfen 12 der Übersichtlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Emulsion hergestellt, die Kapseln enthält, in denen ein Volumen Flüssigkristallmaterial innerhalb eines Kapselungsmaterials enthalten ist (Der Ausdruck "Kapsel" sollte notwendigerweise nicht dahingehend interpretiert werden, daß er kugelförmige Gestalten bedeutet (vergleiche die vorstehend analog geführte Diskussion im Zusammenhang mit der Gestalt der Flüssigkristalltröpfchen).
Eine Emulsion kann durch rasches Rühren eines Gemisches aus Flüssigkristallmaterial, Kapselungsmaterial und einem Trägermedium, typischerweise Wasser, hergestellt werden. Bei Bedarf können ein Emulgator, ein Benetzungsmittel oder andere oberflächenaktive Mittel zugesetzt werden. Geeignete Emulgierverfahren sind in Fergason '047, Fergason '052, Raychem '431 und Andrews et al., US 5,202,063 (1993) angegeben, auf die hier summarisch Bezug genommen wird.
Geeignete Kapselungsmaterialien umfassen Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure und ihre Copolymeren, Polyhydroxyacrylate, Cellulosederivate, Epoxidharze, Silikone, Acrylate, Polyester, Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymere und Gemische davon.
Eine Kombination aus einem wässerigen Trägermedium und einem Kapselungsmaterial, welches in dem wässerigen Trägermedium löslich oder kolloidal dispergierbar ist, ist besonders bevorzugt. Obwohl oberflächenaktive Mittel verwendet werden können, ist generell bevorzugt, daß das Kapselungsmaterial ohne deren Zugabe Kapseln bilden kann, die Flüssigkristallmaterial enthalten.
In solchen Fällen sollte das Kapselungsmaterial selbst gute oberflächenaktive Eigenschaften besitzen, (d. h. ein guter Emulgator sein). Eine Klasse von Polymeren mit solchen Eigenschaften sind amphophile Polymere, die sowohl hydrophile als auch lipophile Segmente enthalten.
Beispiele dieser Klasse umfassen teilhydrolysierte Polyvinylacetate (z. B. Airvol 205 von Air Products), Ethylen/Acryl- Copolymere (z. B. Adcote von Dow Chemical) Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymere (z. B. Joncryl von S. C. Johnson),
Als nächstes werden die Kapseln vom Trägermedium getrennt. Das verwendete Trennverfahren besteht darin, die Emulsion zu zentrifugieren, um die Kapseln am Boden absetzen zu lassen und dann die überstehende Trägerflüssigkeit zu entfernen. Die Trennung erfolgt so, daß die Hauptmenge des Trägermediums entfernt wird.
Die isolierten Kapseln werden in einem Medium dispergiert, welches das Matrixmaterial oder einen Vorläufer davon (z. B. ein Monomer, das zu einem Matrixmaterial polymerisiert werden kann) enthält. Das Matrixmaterial oder den Vorläufer davon läßt man sich dann unter Bildung eines Verbundstoffs verfestigen, in dem das Matrixmaterial zumindest teilweise durch das Kapselungsmaterial vom Flüssigkristallmaterial getrennt wird.
Mit "Verfestigen" ist gemeint, daß das Matrixmaterial zu einer zusammenhängenden Harzphase aushärtet, die darin mehrere Volumenanteile von mit einer Zwischenschicht aus Kapselungsmaterial umgebenem Flüssigkristallmaterial dispergiert enthalten kann. Das Matrixmaterial kann durch Abdampfen eines Lösungsmittels oder eines Trägermediums, wie Wasser, oder durch Polymerisation einer monomeren Vorstufe verfestigt werden.
Geeignete Matrixmaterialien umfassen Polyurethane, Polyvinylalkohol, Epoxidharze, Polyvinylpyrrolidon, Polyethlyenglykol, Polyacrylsäure und seine Copolymeren, Polyhydroxyacrylate, Cellulosederivate, Silikone, Acrylate, Polyester, Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymere und Gemische davon.
Das Matrixmaterial (insbesondere im Fall eines Polyurethans) kann als Latex oder dispergiert vorliegen. Bevorzugte Matrixmaterialien sind Polyurethan und Styrol/Acrylsäure/ Acrylat- Terpolymere (z. B. Joncryl von S. C. Johnson). Abmischungen von Polymeren können verwendet werden.
Ein bevorzugtes Matrixmaterial besteht zum Beispiel aus einer Abmischung zweier unterschiedlicher Polyurethane, eines (R967, erhältlich von ICI Resins) ausgewählt wegen seiner hohen Beschichtungsqualität und Laminiereigenschaften und eines (R966, erhältlich von ICI Resins), ausgewählt wegen seiner Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsabbau.
Der Fachmann wird aus der Überlappung der vorstehenden Auflistungen bevorzugter Kapselungs- und Matrixmaterialien erkennen, daß ein gegebenes Material entweder das Kapselungsmaterial oder das Matrixmaterial sein kann, je nachdem, wann es in den Verfahrensschritt eingebracht wird.
Eine besonders bevorzugte Kombination von Kapselungsmaterial und Matrixmaterial besteht aus Polyvinylakohol als Kapselungsmaterial und Polyurethan als Matrixmaterial. Polyvinylalkohol ist ein erwünschtes Kapselungsmaterial, weil er ein ausgezeichneter Emulsionsstabilisator für das Flüssigkristallmaterial ist.
Mit Polyvinylakohol stabilisierte Emulsionen können ohne Agglomeration zu Kügelchen oder Pellets aufkonzentriert werden. Auch können sie zur Kontrolle der Kapselgröße zentrifugiert werden. Polyurethan ist ein erwünschtes Matrixmaterial, weil es gut zum Beschichten und Laminieren geeignet ist und die Eigenschaften bei hoher Luftfeuchte gut erhält.
Die Polyvinylakohol/Polyurethan-Kombination weist eine niedrigere Betriebsspannung auf als diejenige bei Verwendung von Polyvinylalkohol allein. Polyvinylalkohol ist auch ein besseres Sperrmaterial gegen andere Umwelt-Verunreinigungen als Wasser, während Polyurethan ein besseres Sperrmaterial gegen Wasser (oder Wasserdampf) ist.
Es kann von Vorteil sein zu vernetzen, die Molekülketten physikalisch zu verhaken, oder anderweitig sicherzustellen, daß das eingekapselte Material in seiner Lage fixiert ist, so daß eine Verlagerung durch das Matrixmaterial minimal gemacht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit dem in der U. S. Anmeldung von Havens et al., mit dem Titel "Liquid Crystal Composite and Method of Making" Serial No. 08/217268, angemeldet am 24. März 1994, beschriebenen Verfahren, auf das hier summarisch Bezug genommen wird, zur Herstellung neuer Verbundstoffe kombiniert werden.
Durch Kombination dieser Verfahren hergestellte Einrichtungen besitzen weitere Temperatureinsatzgrenzen, bessere Beschichtungen bei hohen Flüssigkristallbeladungen, niedrige Betriebsspannungen, eine gute Spannungskonstanz, und sie können alle diese Vorteile in einer einzigen Einheit bieten.
Die vorstehenden Betrachtungen, insbesondere bei denen in Bezug auf Fig. 1a und 1b und Fig. 2a und 2b, sind im Zusammenhang mit nematischen Flüssigkristallen erfolgt, die eine positive dielektrische Anisotropie besitzen, wobei aber auch andere Arten von Flüsssigkristallen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingekapselt werden können.
Man kann die erfindungsgemäßen Techniken auf Flüssigkristall- Verbundstoffe anwenden, in denen das Flüssigkristallmaterial ein chiral-nematisches Material (auch als cholesterisches Material bekannt) ist, wie es in Crooker et al., US 5,200,845 (1993) und Jones, einer anhängigen, gemeinsam abgetretenen Anmeldung mit dem Titel "Chiral Nematic Liquid Crystal Composition and Devices Comprising the Same", No. 08/139382, angemeldet am 18. Okt. 1993, angegeben ist.
Die Praxis der vorliegenden Erfindung kann besser unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele verstanden werden, die zur Erläuterung, aber nicht zu ihrer Beschränkung dienen. Alle relativen Mengenangaben sind Gewichtsteile, sofern nichts Anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Kapseln mit Flüssigkristallmaterial 1005 (von Chisso), enthalten in Airvol 205 PVA (von Air Products) mit einem mittleren Durchmesser der Volumenanteile von 2,48 um, wurden hergestellt und vom Trägermedium durch Zentrifugieren bei 13500 min&supmin;¹ während 35 min abgetrennt, um aus den Kapseln ein Pellet zu bilden. Das Überstehende wurde abdekantiert und das Pellet in einer 6% PVA-Lösung dispergiert.
Das Zentrifugieren wurde 15-mal wiederholt um die Tröpfchengrößenverteilung der flüssigkristallhaltigen Emulsion einzuengen.
Das resultierende Pellet wurde in Portionen aufgeteilt, von denen eine Portion in einer PVA-Lösung, die andere in einem Neorez Polyurethan-Latex (ICI Resins) redispergiert wurde, was zu Emulsionen mit einem Flüssigkristall/(Einkapselungs + Matrixmaterial)-Verhältnis von 83/17 mit einem Feststoffgehalt von 60% führte.
Es wurden Beschichtungen auf ITO-Glas mit einer Dicke von 5 und 8 um hergestellt. Die Proben mit der Neorez Polyurethanmatrix arbeiteten bei einem um 25% niedrigeren Feld (Ego = 1,8 Volt/um bei Neorez -Mustern und 2,4 Volt/um bei den PVA- Mustern). Es sei darauf hingewiesen, daß das zum Betreiben der Muster erforderliche Feld ohne Zentrifugieren wesentlich größer als 2,4 V/um ist und daß das Zentrifugieren zur Kontrolle der Tröpfchengröße bei den mit Neorez stabilisierten LC-Emulsionen nicht gut funktioniert.

Beispiel 2

In ein Fläschchen wurden 16,0 g Flüssigkristalle TL205 (EM Industries), 3,1373 g Acrylatgemisch PN393 (EM Industries) und 0,0627 g von 1,1,1-Trimethylolpropantrimethacrylat (Polyscience) eingewogen. Das Gemisch wurde gerührt, bis es klarwar; dann wurden 18,1115 g davon in ein Becherglas übergeführt. Diesem Becherglas wurden 20,12 g einer 10% (Gew.-%) wässerigen Lösung von PVA (Airvol 205) und 12,08 g Wasser zugesetzt.
Diese Mischung wurde gemischt und ergab eine Emulsion mit einem mittleren Durchmesser der Volumenanteile von 1,91 um, bestimmt mit einem Coulter Counter. Die Emulsion wurde über Nacht entgast. Die Emulsion wurde in 5 Ansätze geteilt, von denen jeder unter Rühren 30 min lang auf 2 bis 4ºC gekühlt und dann mit einer UV-Lichtquelle bei 12 mW/cm² während 5 min ausgehärtet wurde. Die Anteile wurden erneut vermischt, in ein Zentrifugenglas gegossen und insgesamt 70 min zentrifugiert.
Das Überstehende wurde abdekantiert und hinterließ auf dem Boden des Röhrchens ein Pellet der zentrifugierten Emulsion. Der Wassergehalt des Pellets wurde zu 23% bestimmt, indem ein Teil des Pellets über Nacht bei 60ºC getrocknet wurde. In ein Gläschen wurden 1,1081 g des Pellets und 1,1087 g einer 6,25% (Gew.-%) wässerigen Lösung von PVA (Airvol 205) gegeben.
Das Gemisch wurde mittels eines Spatels sanft gerührt und durch eine 5,0 um Membran filtriert. Die Emulsion wurde in einem Abzug mit laminarer Strömung mittels eines Streichmessers auf ein ITO-beschichtetes Glassubstrat mit einer Schichtdicke von 2 mil (0,005 cm) beschichtet.
Die Schicht wurde 45 min trocknen lassen. Ein zweites ITO- Glassubstrat wurde auf einer 85ºC heißen Platte auf die Oberfläche der Beschichtung auflaminiert. Die Dicke dreier, auf diese Weise hergestellter Muster wurde durch Interferenzmessung zu 6,98 um, 6,67 um und 6,00 um bestimmt.
Das vorstehend beschriebene Vorgehen wurde wiederholt, außer daß die Pellets in wässerigen Lösungen von Neorez R967 Polyurethan bzw. Joncryl 74 Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymer aufgearbeitet wurden. Die Muster mit jedem der drei Matrixmaterialien wurden elektro-optisch bei Temperaturen von 5ºC bis 55ºC geprüft.
Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in den anliegenden Diagrammen wiedergegeben. Die in Fig. 3 aufgetragenen Werte zeigen das bei f/3,5 gemessene, durch die Dicke dividierte Kontrastverhältnis (CR/t) bei einer Reihe von Temperaturen für die oben beschriebenen Muster. Es ist erwünscht, einen hohen CR/t-Wert über einen weiten Temperaturbereich zu haben.
Die Werte zeigen, daß der CR/t-Wert bei 15ºC sehr niedrig wird, wenn das Matrixmaterial PVA ist, was den Verbundstoff für die Verwendung als Display- oder Anzeigemittel weniger wünschenswert macht. Beim Wechsel des Matrixmaterials zu Neorez Polyurethan liegt der CR/t-Wert bei 15ºC über 2 und beim Wechsel zu Joncryl Terpolymer liegt der CR/t-Wert bei 5ºC immer noch über 1,5.
Die Werte in Fig. 4 geben das Feld an, das benötigt wird, um die obigen Muster auf eine Enddurchlässigkeit von 90% (Ego) zu bringen. Ein niedriger E90-Wert ist erwünscht. Man beachte, daß bei den Mustern mit PVA als Matrixmaterial der E90- Wert bei tiefen Temperaturen zunimmt, während der Ego-Wert bei den anderen zwei Materialien bei tiefen Temperaturen niedrig bleibt.
Diese Merkmale machen die Muster mit den unterschiedlichen Matrixmaterialien über einen weiteren Temperaturbereich verwendbar als dann, wenn das gleiche Polymer (PVA) durchgehend verwendet wird. Andere Vorteile von Neorez oder Joncryl als Matrixmaterialien sind die, daß die Beschichtungen aus Emulsionen heraus, die diese zwei Polymeren enthalten, von deutlich besserer Qualität (weniger Mängel) sind und daß die Laminierung auf ITO-Glas leichter ging als bei den Mustern, die nur PVA verwendeten.

Beispiel 3

In ein schmales Becherglas wurden 10,0 g RY-1005 Flüssigkristalle (Chisso) und 27,32 g Adcote 50T4983 Ethylenacrylsäure- Latex (Morton Thiokol) eingewogen. Die Komponenten wurden 10 min lang bei 10000 min&supmin;¹ gemischt und lieferten eine Emulsion mit einer mittleren Tropfengröße der Volumenanteile von 2,7 um.
Die Emulsion wurde durch Zugabe von 16 g einer 6% wässerigen Adcote-Lösung auf 15,443 g verdünnt. Die verdünnte Emulsion wurde 60 min lang bei 10000 zentrifugiert. Die überstehende Lösung wurde abdekantiert und ein Pellet mit einem Gewicht von 6,45 g gewonnen.
Ein Teil des Pellets (2,93 g) wurde mit einer 20% Lösung von 5,73 g Airvol 205 Polyvinylalkohol (Air Products) gemischt. Ein anderer Teil des Pellets (2,40 g) wurde durch Mischen mit 3,85 g einer 6% wässerigen Adcote-Lösung wieder in Adcote zurück versetzt.
Von jeder dieser Emulsionen wurden durch Beschichten auf ITObeschichtetem Polyesterfilm, Trocknen und Auflaminieren eines zweiten Stück ITO Polyesters Muster hergestellt. Die elektrooptischen Eigenschaften dieser Muster wurden untereinander verglichen sowie mit einem Muster verglichen, das nur mit Polyvinylalkohol hergestellt worden war.
Die Verbundstoffmuster mit Adcote als Kapselungspolymer und Polyvinylalkohol als Matrixpolymer besaßen ein niedrigeres Betriebsfeld (5,7 V/um) als das nur mit Adcote hergestellte Muster (7,5 V/um) und eine schnellere Schaltgeschwindigkeit (1 msec Anstieg, 3 msec Abfall)als das ganz aus Polyvinylalkohol gefertigte Muster (58 msec Anstieg, 29 msec Abfall).
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Erfindung enthält Abschnitte, die hauptsächlich oder auschließlich ganz besondere Teile oder Gesichtspunkte der Erfindung betreffen. Dies ist dahingehend zu verstehen, daß dies der Klarheit und Einfachheit halber erfolgt ist und daß ein besonderes Merkmal aber in mehr als in demjenigen Abschnitt relevant sein kann, in dem es erläutert ist, und daß die Erläuterung hier jede zugehörige Kombination von Information einschließt, die man in den einzelnen Abschnitten findet.
In ähnlicher Weise ist, wenn sich die verschiedenen Abbildungen und deren Erläuterungen auch auf besondere Ausführungsformen der Erfindung beziehen, dies dahingehend zu verstehen, daß dort, wo ein besonderes Merkmal im Zusammenhang mit einer speziellen Abbildung erläutert ist, ein solches Merkmal auch im Zusammenhang mit einer anderen Abbildung, in Kombination mit einem anderen Merkmal oder der Erfindung im allgemeinen in zweckdienlicher Weise verwendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Verbundstoffs, wobei mehrere Volumenanteile eines Flüssigkristallmaterials in einem Matrixmaterial dispergiert werden und das Flüssigkristallmaterial zumindest teilweise von dem Matrixmaterial durch ein dazwischen angeordnetes Kapselungsmaterial getrennt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Emulgieren einer Kombination aus

(i) einem Flüssigkristallmaterial,

(ii) einem Kapselungsmaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure und ihren Copolymeren, Polyhydroxyacrylat, Cellulosederivaten, Epoxidharzen, Silikonen, Acrylaten, Polyestern, Styrol/Acrylsäure/- Acrylat-Terpolymeren, und Gemischen von diesen besteht, und

(iii) einem Trägermedium, um eine Emulsion zu bilden, in der Kapseln, die einen Volumenanteil von in dem Kapselungsmaterial enthaltenem Flüssigkristallmaterial aufweisen, in dem Trägermedium suspendiert werden,

(b) Trennen der Kapseln von dem Großteil des Trägermediums durch Zentrifugieren;

(c) Dispergieren der Kapseln in einem Medium, in dem das Matrixmaterial oder ein Vorläufer davon anwesend ist; und

(d) Bewirken, daß das Matrixmaterial oder der Vorläufer davon um die Kapseln herum fest wird, um den Flüssigkristall-Verbundstoff zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkristallmaterial ein nematisches Flüssigkristallmaterial ist, das positive dielektrische Anisotropie besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Brechzahl des Matrixmaterials im wesentlichen die gleiche wie die ordentliche Brechzahl des Flüssigkristallmaterials ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Brechzahl des Kapselungsmaterials im wesentlichen die gleiche wie die ordentliche Brechzahl des Flüssigkristallmaterials ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Brechzahl des Kapselungs- und des Matrixmaterials und die ordentliche Brechzahl des Flüssigkristallmaterials im wesentlichen gleich sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkristallmaterial ein chirales nematisches Flüssigkristallmaterial ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyurethanen, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure und ihren Copolymeren, Polyhydroxyacrylat, Cellulosederivaten, Epoxidharzen, Silikonen, Acrylaten, Polyestern, Styrol/Acrylsäure/Acrylat-Terpolymeren, und Gemischen von diesen besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kapselungsmaterial ein Polyvinylalkohol ist und das Matrixmaterial ein Polyurethan ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkristallmaterial einen pleochroitischen Farbstoff aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapselungsmaterial durch Vernetzen oder physisches Verhaken von Molekülketten in seiner Lage fixiert wird.