-
Die
Erfindung betrifft eine schaltbare Flüssigkristallvorrichtung und
ein Verfahren zu deren Herstellung.
-
Es
ist bekannt, in einem chiralen Flüssigkristall ein chirales Flüssigkristallpolymer
aus einem Polymer-Vorläufermaterial
(nachfolgend einfach als ”Vorläufermaterial” bezeichnet)
zu verwenden, um für nicht
schaltende Farbfilter zu sorgen, wie es z. B. von R. A. M. Hikmet
und B. H. Zwerver in Liq. Crystals 12, 319 (1992),
EP 0 606 940 , R. Maurer, F. H. Kreuzer und
J. Stohrer in SID 94 Digest, 399 (1994) und J. Lub, D. J. Broer,
R. A. M. Hikmet und Q. G. J. Nierop in Liq. Crystals 18, 319 (1995)
offenbart ist. Es ist auch bekannt, schaltbare Flüssigkristallvorrichtungen
herzustellen, die schaltende chirale Flüssigkristallmoleküle enthalten,
wie z. B. von G. H. Heilmeier und J. E. Goldmacher in Letters to
the Editor, J. Chem. Phys., Vol. 51 (1969), D.-K. Yang, J. L. West, L.-C.
Chien und J. W. Doane in J. Appl. Phys. 76(2), 1331 (1994) und von
U. Behrens und H.-S. Kitzerow in Polymers für Advanced Technologies 5,
433 (1994) offenbart. Jedoch zeigen derartige schaltbare Vorrichtungen
verschiedene Nachteile, einschließlich einer Temperaturabhängigkeit
der Wellenlänge
des reflektierten Lichts im Reflexionsmodus. Während es möglich ist, eine derartige Temperaturabhängigkeit durch
Optimierung der Komponenten der Vorrichtung zu verringern, ist dies
mühselig
und verschlechtert im Allgemeinen andere wünschenswerte Eigenschaften.
-
Eine
Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist,
ist von H. Takatsu in Liquid Crystals for Advanced Technologies,
Symposium in San Francisco im April 1996, Seiten 293–303 offenbart.
-
N.
Leroux und L.-C. Chien offenbaren in ACS Bulletin Polymeric Materials:
Science and Engineering, 22, S. 285 (1995) Polymer-stabilisierte
cholesterische Displays, die unter Verwendung eines selektiv reflektierenden
cholesterischen (d. h. chiral-nematischen) Flüssigkristalls und dreier mesogener
Vorläufermaterialien,
die chirales Monoacrylat-, chirales Diacrylat- und nicht-chirales
Diacrylat-Monomer sind, hergestellt wurden. Bei der Polymerisation
bilden die Acrylate ein vernetztes Polymernetzwerk mit spiralför miger Überstruktur
mit Trennung zum cholesterischen Flüssigkristall. Das chirale Monoacrylat
ist als Seitenkettenpolymer in das Polymernetzwerk eingebaut. Das
sich ergebende Material zeigt bei zwei Peaks statt einem selektive
Reflexion, was durch die Autoren dadurch erklärt wird, dass es durch eine Phasentrennung
zwischen dem Wendelpolymer-Netzwerk und dem cholesterischen Flüssigkristall,
die Wendel mit verschiedenen Ganghöhen aufweisen, hervorgerufen
wird.
-
US 5 332 522 offenbart eine
optische Vorrichtung mit einer passiven oder nicht schaltenden, cholesterischen,
flüssigkristallinen
Copolymerschicht. Im Flüssigkristall
sind Flüssigkristallgruppen in
einer Polymerkette eingebaut.
-
Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der Erfindung ist eine schaltbare Flüssigkristallvorrichtung
mit einer Zelle geschaffen, die ein Gemisch aus einem Wendelpolymer-Netzwerk
und einem nicht-chiralen Flüssigkristall,
und mit einer Einrichtung zum Schalten der Zelle zwischen einem
ersten optischen Zustand und einem zweiten optischen Zustand, der
vom ersten verschieden ist, enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle eine Anzahl von Gruppen von
Bildelementen aufweist, wobei die Schraubenganghöhe der Bildelemente jeder Gruppe beim
Fehlen eines elektrischen Felds im Wesentlichen konstant ist oder
entlang der Schraubenachse variiert, jedoch verschieden von der
Schraubenganghöhe
der Bildelemente der oder jeder anderen Gruppe ist.
-
Die
Zelle kann eine erste Schicht, deren Wendelpolymer-Netzwerk eine
Schraubenganghöhe in
einem ersten Sinn aufweist, und eine zweite Schicht, deren Wendelpolymer-Netzwerk
eine Schraubenganghöhe
in einem zweiten Sinn, entgegengesetzt zum ersten Sinn, aufweist,
aufweisen. Die erste und die zweite Schicht können durch eine transparente
Membran getrennt sein.
-
Der
Flüssigkristall
kann ein nematischer Flüssigkristall
sein.
-
Das
Wendelpolymer-Netzwerk in der Zelle kann im Wesentlichen homogen über den
ganzen Flüssigkristall
verteilt sein.
-
Das
Wendelpolymer-Netzwerk kann aus einem Gemisch bestehen, das den
im Wesentlichen nicht chiralen Flüssigkristall und mindestens
2 Gewichtsprozent mindestens eines chiralen Monomers mit mindestens
zwei polymerisierbaren Gruppen enthält.
-
Es
kann eine Lichtabsorptionsschicht vorhanden sein, um zumindest einen
Teil des sichtbaren Lichts zu absorbieren, das in einer ersten Richtung durch
die Zelle gelaufen ist.
-
Die
Schalteinrichtung kann Elektroden zum Anlegen eines elektrischen
Felds an den Flüssigkristall
aufweisen.
-
Die
Schraubenganghöhe
des Wendelpolymer-Netzwerks kann über die ganze Zelle im Wesentlichen
konstant sein.
-
Als
Alternative kann die Schraubenganghöhe des Wendelpolymer-Netzwerks
entlang der Wendelachse variieren.
-
Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform ist ein Verfahren zum Herstellen einer
schaltbaren Flüssigkristallvorrichtung
mit den folgenden Schritten geschaffen: Füllen einer Zelle zum Erzeugen
einer Schicht eines Gemischs mit einem Vorläufermaterial, das ein Wendelpolymer-Netzwerk
bilden kann, und einem nicht-chiralen Flüssigkristall; Herstellen des Wendelpolymer-Netzwerks
aus dem Vorläufermaterial;
und Anbringen einer Einrichtung zum Schalten der Zelle zwischen
einem ersten optischen Zustand und einem zweiten optischen Zustand,
der vom ersten verschieden ist; wobei das Polymer-Netzwerk wie folgt
hergestellt wird: der Inhalt der Zelle wird auf einer ersten Temperatur
gehalten; die Zelle wird durch eine Maske hindurch, die eine erste
Gruppe von Bildelementen definiert, elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt,
um in den Bildelementen einer ersten Gruppe das Polymer-Netzwerk
mit einer ersten Schraubenganghöhe
auszubilden; der Inhalt der Zelle wird auf einer zweiten Temperatur,
die von der ersten verschieden ist, gehalten; und die Zelle wird durch
eine Maske, die eine zweite Gruppe von Bildelementen definiert,
elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt, um in den Bildelementen
der zweiten Gruppe das Polymer-Netzwerk mit einer zweiten Schraubenganghöhe, die
von der ersten verschieden ist, auszubilden.
-
Das
Vorläufermaterial
kann mindestens 2 Gewichtsprozent des Gemischs ausmachen, und ein chirales
Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen enthalten.
-
Die
Zelle kann durch eine transparente Membran in eine erste und eine
zweite Schicht unterteilt werden, die jeweils ein Vorläufermaterial
in solcher Weise enthalten, dass, nach dem Schritt zum Herstellen
des Polymernetz- Werks,
das Wendelpolymer-Netzwerk der ersten Schicht eine Schraubenganghöhe in einem
ersten Sinn aufweist und das Wendelpolymer-Netzwerk der zweiten
Schicht eine Schraubenganghöhe
in einem zweiten Sinn, entgegengesetzt zum ersten Sinn, aufweist.
-
Gemäß einer
dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen
einer schaltbaren Flüssigkristallzelle,
mit den folgenden Schritten geschaffen: Herstellen einer ersten
Schicht eines Vorläufermaterials,
das ein Wendelpolymer-Netzwerk bilden kann, und einem nicht-chiralen Flüssigkristall
auf einem ersten Substrat; Herstellen einer zweiten Schicht aus
einem Vorläufermaterial, das
ein Wendelpolymer-Netzwerk bilden kann, und einem nicht-chiralen
Flüssigkristall
auf einem zweiten Substrat; Herstellen jeweiliger Wendelpolymer-Netzwerke
auf den Vorläufermaterialien
in der ersten und der zweiten Schicht; Anbringen der ersten und
der zweiten Schicht angrenzend aneinander in solcher Weise, dass
das Wendelpolymer-Netzwerk
der ersten Schicht eine Schraubenganghöhe in einem ersten Sinn und
das Wendelpolymer-Netzwerk der zweiten Schicht eine Schraubenganghöhe in einem
zweiten Sinn, entgegengesetzt zum ersten, aufweist; und Anbringen
einer Einrichtung zum Schalten der Zelle zwischen einem ersten optischen
Zustand und einem zweiten optischen Zustand, der vom ersten verschieden
ist; wobei jedes der Polymer-Netzwerke wie folgt hergestellt wird:
der Inhalt der Zelle wird auf einer ersten Temperatur gehalten;
die Zelle wird durch eine Maske hindurch, die eine erste Gruppe
von Bildelementen definiert, elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt,
um in den Bildelementen einer ersten Gruppe das Polymer-Netzwerk
mit einer ersten Schraubenganghöhe
auszubilden; der Inhalt der Zelle wird auf einer zweiten Temperatur,
die von der ersten verschieden ist, gehalten; und die Zelle wird
durch eine Maske, die eine zweite Gruppe von Bildelementen definiert,
elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt, um in den Bildelementen
der zweiten Gruppe das Polymer-Netzwerk mit einer zweiten Schraubenganghöhe, die
von der ersten verschieden ist, auszubilden.
-
Der
Flüssigkristall
kann ein nematischer Flüssigkristall
sein.
-
Das
Vorläufermaterial
in der Zelle kann im Wesentlichen homogen über den ganzen Flüssigkristall
verteilt sein.
-
Die
Schalteinrichtung kann vorhanden sein, um Elektroden zum Anlegen
eines elektrischen Felds an den Flüssigkristall zu bilden.
-
Nach
der Belichtung durch die die zweite Gruppe von Bildelementen definierende
Maske kann die Schicht auf einer von der ersten und der zweiten Temperatur
verschiedenen dritten Temperatur gehalten werden und elektromagnetischer
Strahlung durch eine eine dritte Gruppe von Bildelementen definierende
Maske ausgesetzt werden, um das Polymernetzwerk in den Bildelementen
der dritten Gruppe mit einer Schraubenganghöhe zu versehen, die von der ersten
und der zweiten Schraubenganghöhe
verschieden ist.
-
Die
Masken können
verschiedene Masken sein, die die jeweilige Gruppe von Bildelementen
definieren. Als Alternative können
die Masken gleich sein, und die jeweiligen Gruppen von Bildelementen können dadurch
erzeugt werden, dass die Maske auf geeignete Weise relativ zur Zelle
positioniert und neu positioniert wird.
-
Auf
einer Seite der Zelle kann eine Lichtabsorptionsschicht hergestellt
werden.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines derartigen Vorläufermaterials
mit extrem hohem Schraubendrillvermögen die Möglichkeit schafft, ein schaltbares
cholesterisches Display zu schaffen, bei dem im Flüssigkristall
durch ein stabiles Wendel-Netzwerk Wendelstrukturen induziert werden.
Das Wendel-Netzwerk kann z. B. durch Polymerisation oder Vernetzung
wie unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung (z. B. durch
sichtbares oder UV-Licht) zum Polymerisieren oder Vernetzen des
Vorläufermaterials
hergestellt werden. Die Herstellung eines stabilen Wendel-Netzwerks
verringert die Temperaturabhängigkeit
der Schraubenganghöhe,
und demgemäß der Reflexions-
oder Transmissionsfarbe, erheblich im Vergleich mit cholesterischen Flüssigkristallen,
die hinsichtlich einer Temperaturänderung nicht kompensiert sind.
-
Typischerweise
ist bei der Erfindung das Vorläufermaterial
in derart kleinen Mengen vorhanden, dass der sich ergebende Verbundstoff
bei der Polymerisation homogen gebildet wird. Der Polymergehalt
beträgt
typischerweise weniger als 30 Gew.%, bevorzugt weniger als 10 Gew.%
bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymernetzwerks und des Flüssigkristalls.
Das Vorläufermaterial
kann ein oder mehrere polymerisierbare Monomere enthalten, die selbst
chiral sind, z. B. Binaphtholkomponenten mit angefügten polymerisierbaren
Gruppen wie Acrylatgruppen.
-
Der
Begriff ”im
Wesentlichen nicht chiraler Flüssigkristall” umfasst
nicht nur einen Flüssigkristall, der
vollständig
nicht chiral ist (d. h. einen nematischen Flüssigkristall), sondern auch
einen nicht chiralen Flüssigkristall,
bei dem eine sehr kleine Menge eines chiralen Dotierstoffs absichtlich
alleine zu Zwecken der Kompensation der Temperaturabhängigkeit und
nicht in einer Menge hinzugefügt
ist, die zu irgendeinem Verdrillungsgrad im Flüssigkristall führen würde.
-
Nach
der Herstellung des Polymernetzwerks ist der Flüssigkristall bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ein im Wesentlichen nicht chiraler nematischer Flüssigkristall
mit einem durch das Wendel-Netzwerk induzierten schraubenförmigen Direktorprofil.
Bei derartigen Ausführungsformen
wird das Schaltverhalten des nematischen Flüssigkristalls nicht mehr durch
gelöste
chirale Dotierstoffe beeinflusst, so dass die vorteilhaften Schalteigenschaften nematischer
Flüssigkristalle,
wie niedrige Betriebsspannungen und hohe Doppelbrechung, leicht
optimiert werden können.
Durch die Wiederherstellkräfte auf
Grund des festen Wendelpolymers wird eine hohe Schaltgeschwindigkeit
geschaffen.
-
Die
Schraubenganghöhe
des Wendel-Netzwerks hängt
von der Temperatur ab, bei der ein derartiges Netzwerk hergestellt
wird. Verschiedene Farben bei selektiver Reflexion bei einem in
Pixel unterteilten Display können
leicht dadurch erzielt werden, dass die Temperatur variiert wird,
bei der das Polymernetzwerk hergestellt wird. So können Fotopolymerisation
oder Fotovernetzung des mindestens einen Vorläufermaterials bei einer solchen
Temperatur oder bei solchen Temperaturen bewerkstelligt werden,
dass das mindestens eine Polymernetzwerk mit der mindestens einen
erforderlichen Schraubenganghöhe
erzeugt wird. Ferner kann die Bandbreite der ausgewählten Reflexion
unter Verwendung einer Technik verbreitert werden, die derjenigen ähnlich ist, die
in
EP-A-0 606 940 beschrieben
ist. Kurz gesagt, kann das Wendel-Netzwerk mit einer longitudinal
variierenden Schraubenganghöhe
dadurch hergestellt werden, dass ein Gemisch aus Vorläufermaterialien mit
jeweils anderem Reaktionsvermögen,
z. B. Mono-, Di- und Triacrylaten, Ultraviolettstrahlung absorbierenden
Farbstoffen und einem Fotostarter bereitgestellt wird und dieses
aktinischer Strahlung ausgesetzt wird.
-
Da
das schraubenförmige
Direktorprofil alleine durch das Wendel-Netzwerk erzeugt wird, können in
einer einzelnen Zelle zwei Wendel-Netzwerk Schichten entgegengesetzter
Händigkeit
mit einem gemeinsamen Flüssigkristall
hergestellt werden. Demgemäß kann die
Intensität
des reflektierten Lichts nahe bei 100% der Intensität des einfallenden, unpolarisierten
Lichts lie gen. So ist es möglich, schaltbare
Reflektoren und Filter mit großer
Bandbreite und hohem Reflexionsvermögen für einfallendes Licht und relativ
niedriger Temperaturabhängigkeit
der selektiven Reflexionsfarbe herzustellen.
-
Die
Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
weiter beschrieben.
-
1 ist
eine schematische Schnittansicht einer schaltbaren Flüssigkristallvorrichtung,
die eine erste Ausführungsform
der Erfindung bildet, die für den
Reflexionsmodus veranschaulicht ist;
-
2 zeigt
die Vorrichtung der 1 im Nicht-Reflexionsmodus;
-
3 zeigt
einen schematischen Schnitt einer schaltbaren Flüssigkristallvorrichtung, die
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung bildet;
-
4 zeigt
einen schematischen Schnitt einer schaltbaren Flüssigkristallvorrichtung, die
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung bildet; und
-
5 ist
ein Kurvenbild zur Transmission in beliebigen Einheiten über der
Wellenlänge
in Nanometern für
eine Vorrichtung vom in der 1 dargestellten
Typ, die in einem Transmissionsmodus arbeitet.
-
In
allen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugzahlen gleiche Teile.
-
Die 1 zeigt
eine schaltbare Flüssigkristallvorrichtung
in Form eines reflektiven Flüssigkristalldisplays.
Die Vorrichtung verfügt über ein
transparentes Substrat 1, z. B. aus Glas oder Kunststoff,
auf dem eine transparente Elektrode 2, z. B. aus Indiumzinnoxid
(ITO) und eine Ausrichtungsschicht 3, z. B. aus geriebenen
Polyimid ausgebildet sind. Das Display verfügt über ein anderes transparentes
Substrat 4, das in ähnlicher
Weise eine transparente Elektrode 5 und eine Ausrichtungsschicht 6 trägt. Die Ausrichtungsschichten 3 und 6 sind
jedoch für
die Erfindung nicht wesentlich. Die Substrate 1 und 4 sind parallel
zueinander angeordnet, und sie bilden zwischen den Ausrichtungsschichten 3 und 6 eine
Zelle. Das Substrat 4 verfügt ferner über eine Lichtabsorptionsschicht 7,
z. B. einen Lichtabsorptions-Anstrich. Alternativ können das
Substrat 4, die Elektrode 5 und/oder die Ausrichtungsschicht 6 lichtabsorbierend sein.
-
Die
zwischen den Ausrichtungsschichten 3 und 6 ausgebildete
Zelle verfügt über einen
Verbund aus einem Wendel-Netzwerk und einem nematischen Flüssigkristall.
Die Ausrichtung ist dergestalt, dass eine geringfügig verzerrte
vertikale Ausrichtung der Schraubenachsen entweder beim Füllen der
Zelle oder danach und bei der Ausbildung des Polymernetzwerks, z.
B. durch Fotopolymerisation, erhalten wird. Bei einem bevorzugten
Verfahren zum Herstellen des in der 1 dargestellten
Displays wird ein Vorläufermaterial
mit einer oder mehreren chiralen Verbindungen mit einer oder mehreren
reaktionsfähigen
Gruppen, wie Acrylatgruppen, mit einem nicht-chiralen nematischen
Flüssigkristallmaterial,
einem Fotohemmer und möglicherweise
einem Fotostarter, so dass das Vorläufermaterial einige wenige Gewichtsprozent
enthält,
gemischt. Das Vorläufermaterial
zeigt ein solch hohes Schraubenverdrillvermögen, dass das Zusetzen einiger
weniger Gewichtsprozent zum nicht-chiralen nematischen Flüssigkristallmaterial
selektive Reflexion im sichtbaren Lichtspektrum erzeugen kann. Nach
dem Befüllen der
Zelle wird das Vorläufermaterial
durch Licht polymerisiert, z. B. durch Ultraviolettstrahlung, um
ein Wendel-Netzwerk zu erzeugen, das dafür sorgt, dass das nicht-chirale
nematische Flüssigkristallmaterial beim
Fehlen eines angelegten Felds eine Schraubenverdrillung einnimmt.
-
Dieser
Zustand ist schematisch in der 1 veranschaulicht.
Die relativ kurzen Linien, wie 8, repräsentieren die nematischen Flüssigkristalle,
und sie sind entsprechend dem Wendel-Netzwerk ausgerichtet dargestellt.
Die längeren
Linien, wie 9, veranschaulichen das Wendel-Netzwerk, das,
beim Fehlen eines elektrischen Felds, für die Schraubenausrichtung
der Flüssigkristallmoleküle sorgt.
-
Wenn
die in der 1 dargestellte Vorrichtung beleuchtet
wird, z. B. durch durch das Substrat 1 einfallendes unpolarisiertes
weißes
Licht, wird Licht innerhalb eines zur durch λ0 =
p0·n
(wobei λ0 die Wellenlänge des selektiv reflektierten
Lichts ist, p0 die Schraubenganghöhe ist und
n der mittlere Brechungsindex ist) gegebenen Wellenlänge zentrierten Bands
und von zirkularer Polarisation entsprechend der Händigkeitsrichtung
der Verdrillung des gewendelten Polymers durch den Inhalt der Zelle
durch das Substrat 1, die Elektrode 2 und die
Ausrichtungsschicht 3 zurück reflektiert. Licht mit einer
Wellenlänge
innerhalb des Bands, jedoch mit entgegengesetzter Händigkeit
und auch Licht außerhalb
des Bands werden durch den Inhalt der Zelle durch die Ausrichtungsschicht 6,
die Elektrode 5 und das Substrat 4 hindurchgestrahlt,
um im Wesentlichen durch die Lichtabsorptionsschicht 7 absorbiert
zu werden. Wegen der geringen Temperaturabhängig keit der Ganghöhe des Wendel-Netzwerks
ist die Reflexionsfarbe im in der 1 dargestellten
Zustand relativ unempfindlich gegen Temperaturänderungen. Ferner ist die ”planare” Ausrichtung
der Flüssigkristallmoleküle 8 stabil,
und es ist kein angelegtes elektrisches Feld erforderlich, um sie
aufrechtzuerhalten.
-
Die 2 veranschaulicht
das Display der 1 im Nicht-Reflexionsmodus.
Zwischen die Elektroden 2 und 5 wird eine Spannung
gelegt, um über den
Inhalt der Zelle hinweg ein elektrisches Feld zu erzeugen. Das Wendel-Netzwerk
wird durch das Feld nicht beeinflusst, aber die Flüssigkristallmoleküle 8 werden
im Feld ausgerichtet, wie es in der 2 dargestellt
ist. Daher wird der Inhalt der Zelle transparent, und im Wesentlichen
alles auf das Substrat 1 fallende Licht durchläuft die
Zelle, um durch die Lichtabsorptionsschicht 7 absorbiert
zu werden.
-
Die
in der 2 dargestellte Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle 8 entspricht
dem homöotropen
Zustand der nematischen Flüssigkristalls.
Die Schalteigenschaften des Displays entsprechen im Wesentlichen
denen eines herkömmlichen
nematischen Flüssigkristalldisplays.
Insbesondere ist die Konzentration der Wendel-Netzwerk ausreichend klein,
z. B. einige wenige Gewichtsprozent, um keinen wesentlichen Einfluss
auf die Schaltspannung und die Schaltgeschwindigkeit zu haben. Jedoch kann
es auch möglich
sein, das Display in andere Modi zu spalten, wie für fokalkonische
Textur, die andere optische Eigenschaften als der in der 1 dargestellte
Planarmodus aufweist. Insbesondere reflektiert die fokalkonische
Textur keine spezielle Farbe, und sie ist stabil, wenn das Ausrichtungsfeld
weggenommen wird.
-
Das
in der 3 dargestellte Display unterscheidet sich von
dem in den 1 und 2 dargestellten
dadurch, dass der Inhalt der Zelle durch eine transparente Membran 10 in
eine erste Schicht 11 und eine zweite Schicht 12 unterteilt
ist. Die erste und die zweite Schicht enthalten denselben nematischen Flüssigkristall,
jedoch sind sie mit Wendel-Netzwerken entgegengesetzter Richtungen
oder Händigkeiten
der Verdrillung ausgebildet.
-
Die 3 veranschaulicht
denselben Betriebsmodus, wie er in der 1 dargestellt
ist, d. h. den farbselektiven Reflexionsmodus. Licht innerhalb des
Reflexionsbands, das der ganghöhe
des Wendel-Netzwerks der ersten Schicht 11 entspricht,
und mit einer Richtung der Zirkularpolarisation, die der Verdrillungsrichtung
entspricht, wird durch die erste Schicht 11 reflektiert.
Der Rest des Lichts durchläuft die
Schicht 11 und die Membran 10. Licht im selben Band,
jedoch mit entgegengesetzter Richtung der Zirkularpolarisation wird
durch die zweite Schicht 12 reflektiert, wohingegen der
Rest des Lichts durch die Lichtabsorptionsschicht 7 im
Wesentlichen absorbiert wird. So wird auf das transparente Substrat 1 fallendes
Reflexionslicht innerhalb des durch die Schichten 11 und 12 reflektierten
Bands im Wesentlichen vollständig
reflektiert, so dass die Intensität des reflektierten Lichts
innerhalb des Bands im Wesentlichen dem Doppelten derjenigen entspricht,
die durch das Display der 1 erzeugt
wird.
-
Um
beinahe vollständige
Lichtreflexion innerhalb des Bands zu erzielen, sind die Schraubenganghöhen der
Wendel-Netzwerke in den Schichten 11 und 12 im
Wesentlichen gleich, jedoch von entgegengesetzter Händigkeit.
Jedoch ist es auch möglich, in
den Schichten 11 und 12 Wendel-Netzwerke mit verschiedenen
Ganghöhen
zu verwenden, um z. B. das Reflexionsband zu erweitern. Wenn die
Ganghöhen
der Schichten 11 und 12 ausreichend verschieden
sind, damit im Wesentlichen keine Überlappung der Reflexionsbänder vorliegt,
können
die Händigkeiten
entgegengesetzt oder gleich sein, und die Schichten reflektieren
Licht in einem breiteren Band oder Licht in nicht zusammenhängenden
Bändern,
z. B. mit zwei verschiedenen Farben.
-
Die
in der 3 dargestellte Vorrichtung kann durch ein Fotopolymerisationsverfahren
hergestellt werden, ähnlich
wie es für
die Vorrichtung der 1 verwendet wurde. Jedoch werden
die Schichten 11 und 12 der Zelle mit demselben
nematischen Flüssigkristall
gefüllt,
jedoch mit Vorläufermaterialien, die,
wenn sie fotopolymerisiert sind, von entgegengesetzten Händigkeit
der Verdrillung sind. Alternativ kann eine Vorrichtung, die der
in der 3 dargestellten ähnlich ist und auf dieselbe
Weise arbeitet, dadurch hergestellt werden, dass die Schichten 11 und 12 unabhängig hergestellt
werden, z. B. durch Auftragen eines geeigneten Gemischs aus einem Flüssigkristall
und einem Vorläufermaterial
auf jede Ausrichtungsschicht 3 und 6, Bestrahlen
zum Ausführen
von Fotopolymerisation und anschließendes Anordnen der beschichteten
Substrate in solcher Weise, dass die Schichten 11 und 12 in
Kontakt miteinander stehen. In diesem Fall ist die transparente Membran
nicht erforderlich. Diese Technik kann dann verwendet werden, wenn
die Schichten 11 und 12 verschiedene Schraubenganghöhen aufweisen
sollen, wobei die zwei Fotopolymerisationsschritte bei Temperaturen
ausgeführt
werden können,
die dazu geeignet sind, die gewünschten
Ganghöhen
zu erzielen.
-
Die
in der 4 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich
von der in der 1 dargestellten dadurch, dass
dargestellt ist, dass die Elektrode 5 mehrere Streifen 5a, 5b und 5c aufweist,
die sich rechtwinklig zur Zeichnungsebene erstrecken. Ferner verfügt die Elektrode 2 über Streifen,
die sich parallel zur Zeichnungsebene erstrecken. So bilden die Elektroden 2 und 5 in
ihren Schnittbereichen eine Anzahl von Bildelementen oder Pixeln 21, 22 und 23. Die
Elektroden der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
können
in ähnlicher
Weise so strukturiert sein, dass eine Anzahl von Pixeln gebildet
ist. Ferner kann bei den Ausführungsformen der 1–4 jedes
Pixel auf für
sich bekannte Weise mit einem jeweiligen elektrischen Schaltelement
wie einem Transistor, einer Diode oder einem Metall-Isolator-Metall-Bauteil
versehen sein, um ein Aktivmatrixdisplay zu schaffen.
-
Die
Vorrichtung der 4 unterscheidet sich von der
in der 1 dargestellten ferner dadurch, dass die Pixel
als erste, zweite und dritte Gruppe angeordnet sind, die, wenn sie
sich im in der 4 dargestellten Zustand befinden,
rotes, grünes,
bzw. blaues Licht reflektieren.
-
Die
anfänglichen
Herstellschritte für
die in der 4 dargestellte Vorrichtung sind
dieselben wie für
die in der 3 dargestellte Vorrichtung.
Wenn jedoch die Zelle einmal mit dem Flüssigkristall und dem Vorläufermaterial
gefüllt
ist, wird Fotopolymerisation in zwei Stufen ausgeführt. In
der ersten Stufe wird der Inhalt der Zelle auf eine erste Temperatur
gebracht und das Substrat 1 wird mit einer Maske bedeckt,
die den ersten Pixeln 21 entsprechende Öffnungen aufweist. Dann wird
der Inhalt der Zelle durch die Maske bestrahlt, um das Vorläufermaterial
im Bereich der Pixel 21 mit einer solchen Schraubenganghöhe einer Fotopolymerisation
zu unterziehen, dass diese Pixel 21 im Reflexionsmodus
rotes Licht reflektieren.
-
Folgend
auf die erste Fotopolymerisation wird der Inhalt der Zelle auf eine
zweite Temperatur gebracht und die erste Maske wird durch eine zweite Maske
ersetzt, die den zweiten Pixeln 22 entsprechende Öffnungen
aufweist. Alternativ kann, anstatt dass eine zweite Maske verwendet
wird, die erste Maske neu positioniert werden, um die erforderliche in
Pixel unterteilte Bestrahlung zu erzielen. Dann wird der Inhalt
durch die Maske belichtet, damit das Vorläufermaterial in den Pixeln
einer Fotopolymerisation mit einer solchen Ganghöhe unterzogen wird, dass die
Pixel 22 im Reflexionsmodus grünes Licht reflektieren.
-
Dieser
Prozess wird dann so wiederholt, dass die Pixel 23 im Reflexionsmodus
blaues Licht reflektieren. So ist es möglich, eine Farbanzeigevorrich tung
vom RGB-Typ zu schaffen, bei der die Reflexionsfarben durch Temperaturänderungen
nicht wesentlich beeinflusst werden. Derselbe Prozess kann für Displays
vom in der 3 dargestellten Typ verwendet
werden, um ein Farbdisplay mit hohem Farbreflexionsvermögen zu schaffen.
-
Auf ähnliche
Weise kann ein Beleuchtungsprozess in zwei Schritten dazu verwendet
werden, ein Display herzustellen, das zwischen weißer, selektiver
Reflexion und einem transparenten Zustand dadurch umschalten kann,
dass Domänen
mit blauer und gelber oder cyanfarbiger und roter selektiver Reflexion
gebildet werden. Die Domänen
können
ausreichend dicht beieinander liegen, damit das Auge eine. Integration über die
Domänen
vornimmt. In einem ersten Schritt wird eine teilweise undurchsichtige Maske
benachbart zum Display angeordnet, und durch anschließende Fotopolymerisation
wird eine der selektiven Reflexionsfarben erzeugt. Durch Ändern der
Temperatur und durch Verschieben der Maske wird in einem zweiten
Schritt die Komplementärfarbe
erzeugt.
-
Die
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
verfügen über Lichtabsorptionsschichten 7 zum
Erzeugen reflektiver Displays. Jedoch kann eine derartige Schicht 7 weggelassen
werden, damit derartige Vorrichtungen anderen Funktionen genügen können. Zum
Beispiel können
derartige Vorrichtungen im transmissiven Modus arbeiten, um für selektive
Farbfilterungsfunktion dadurch zu sorgen, dass aus dem durchgelassenen Licht
eine Farbe innerhalb des Bands ausgefiltert wird, das im planaren
Modus der Zelle reflektiert wird.
-
Ein
Beispiel einer Vorrichtung ist eine Zelle mit der in der 1 dargestellten
Anordnung, jedoch ohne den Lichtabsorptions-Anstrich 7,
so dass sie im Transmissionsmodus arbeitet. Ein nematischer Flüssigkristall
MLC 6270 (verfügbar
von Merck, Deutschlang), ein polymerisierbares chirales Diacrylat
LC 589 (verfügbar
von BASF, Deutschland), mit 6 Gewichtsprozent, und ein Fotohemmer Di-Tert.-Butylphenol
(verfügbar
von Aldrich, UK) mit weniger als 0,1 Gewichtsprozent werden bis
zur Homogenität
gemischt. Die Zelle wird mit dem homogenen Gemisch gefüllt, und
Fotopolymerisation wird dadurch induziert, dass mit Ultraviolettstrahlung
vom Typ A mit einer Intensität
von 14 mW/cm2 für 60 Sekunden beleuchtet wird.
-
Obwohl
bei einer derartigen Vorrichtung die elektrischen Schwellenwertfelder
für den Übergang dieselben
wie bei einer nicht-polymerisierten Zelle sind, beträgt die Schaltzeit
für die
feldinduzierte homöotrope
Ausrichtung in die reflektierende planare Ausrichtung weniger als
10 Millisekunden, im Vergleich zu mehr als 100 Millisekunden für eine nicht polymerisierte
Zelle. So kann eine derartige Vorrichtung mit der Standardvideorate
aufgefrischt werden.
-
Die 5 veranschaulicht
die Transmissionsfunktion einer derartigen Vorrichtung. Eine erste Kurve 30 veranschaulicht
die Transmission durch die Zelle nach dem Aushärten, wohingegen eine zweite Kurve 31 die
Transmission durch die Zelle nach wiederholtem Schalten des Flüssigkristalls
veranschaulicht.