DK171659B1 - Indretning med flydende krystaller, fremgangsmåde til fremstilling deraf samt optisk apparat - Google Patents

Description

i DK 171659 B1

Opfindelsen angår generelt indretninger med indkapslede flydende krystaller, og nærmere bestemt angår opfindelsen indretninger med indkapslede flydende krystalmateriale og indkapslingsmiddel dertil. Desuden angår opfindelsen ind-5 retninger, der gør brug af sådanne indkapslede flydende krystaller og en fremgangsmåde til fremstilling af sådanne indkapslede flydende krystaller.

Flydende krystaller anvendes hyppigt i en lang række forskellige indretninger, herunder optiske indretninger såsom 10 dataskærme. Sådanne indretninger kræver almindeligvis en relativt lav spænding, og de har en tilfredsstillende responstid, de tilvejebringer en rimelig kontrast, og de er relativt økonomiske. Den egenskab ved flydende krystaller, som gør det muligt at anvende dem i eksempelvis dataskærme 15 er krystallernes evne til på den ene side at transmittere lys og på den anden side at sprede og/eller absorbere lys i afhængighed af, om de flydende krystaller befinder sig i en relativt fri tilstand, dvs. en inaktiveret eller feltfri tilstand, eller om de befinder sig i en strengt retli-20 net tilstand, dvs. en aktiveret tilstand, eksempelvis med et elektrisk felt påtrykt over det flydende krystalmateriale. Et eksempel på et elektrisk modtageligt flydende krystalmateriale og anvendelsen deraf er beskrevet i USA patentskrift nr. 3 322 485.

25 Visse flydende krystalmaterialer påvirkes af temperaturen, idet de ændrer deres optiske karakteristika i afhængighed af temperaturen af det flydende krystalmateriale.

Den foreliggende opfindelse beskrives i det følgende med særligt hensyn til anvendelsen af flydende krystalmateria-30 ler, som er specielt påvirkelige af elektriske felter.

DK 171659 B1 2

Man skelner almindeligvis imellem tre kategorier af flydende krystalmaterialer, nærmere bestemt cholesteriske, nematiske og smectiske typer. I en foretrukket udførelsesform for den foreliggende opfindelse, som beskrives i det 5 følgende, gør man brug af et nematisk flydende krystalmateriale eller en kombination af et nematisk materiale og et materiale af den cholesteriske type. Imidlertid kan opfindelsens forskellige principper anvendes i forbindelse med én eller flere af de kendte typer af flydende krystal-10 materialer eller kombinationer deraf. De forskellige karakteristika af de cholesteriske, nematiske og smectiske typer af flydende krystalmaterialer findes beskrevet i litteraturen. Et af de kendte karakteristika for et flydende krystalmateriale er materialets reversibilitet. Her 15 bemærkes det specielt, at et nematisk flydende krystalmateriale vides at være reversibelt, mens et cholesterisk materiale ikke er reversibelt.

For at forbedre kontrasten og eventuelt også andre egenskaber af flydende krystalmaterialer har man forsøgt at 20 blande pleochroitiske farvestoffer med det flydende krystalmateriale. Derfor vil sådanne pleochroitiske farvestoffer have en tendens til optisk at fungere på en måde, som svarer til det flydende krystalmateriale med hensyn til respons på en parameter, der ændres, såsom påtrykning 25 eller fjernelse af et elektrisk felt. Eksempler på pleochroitiske farvestoffer med flydende krystalmaterialer er beskrevet i USA patentskrifterne nr. 3 499 702 og nr.

351 026.

Et andet vigtigt karakteristisk træk ved flydende krystal-30 materialer er deres anisotropi. Anisotrope materialer har forskellige fysiske egenskaber i forskellige retninger.

For eksempel kan flydende krystaller være optisk anisotrope, således at molekylerne muliggør en transmission af DK 171659 B1 3 lys, når de er vilkårligt orienteret, mens der kan transmitteres lys igennem det flydende krystalmateriale, når molekylerne ligger på linie som følge af et påtrykt elektrisk felt over materialet.

5 Flydende krystalmaterialer har også elektrisk anisotropi. For eksempel kan den dielektriske konstant for et nematisk flydende krystalmateriale antage en given værdi, .når molekylerne i det flydende krystal ligger parallelt med det elektriske felt, mens konstanten kan have en anden værdi, 10 når molekylerne i det flydende krystal ligger vinkelret på det elektriske felt. Eftersom en sådan dielektrisk værdi er en funktion af linieordningen, kan det eksempelvis være mere passende at omtale den dielektriske værdi som en "dielektrisk koefficient" i stedet for med den sædvanlige 15 betegnelse "dielektrisk konstant". Lignende egenskaber gør sig gældende for andre typer af flydende krystaller.

En kortfattet diskussion af indkapslingen af cholesteriske flydende krystalmaterialer er givet i USA patentskrifterne nr. 3 720 623, nr. 3 341 466 og nr. 2 800 457, idet der i 20 det førstnævnte patentskrift er henvist til de to sidstnævnte patentskrifter.

Tidligere har indretninger, der gør brug af flydende krystaller, såsom dataskærme eller andre indretninger, været af en relativt lille størrelse. Indretninger i større må-25 lestok med flydende krystaller, såsom reklameskilte eller tavleanlæg, har ikke kunnet udformes tilfredsstillende af en række årsager. En af årsagerne er de flydende krystallers fluiditet (idet det flydende krystalmateriale kan have tendens til at strømme under dannelse af arealer med 30 forskellige tykkelser). Som et resultat heraf kan indretningens optiske karakteristika mangle ensartethed, eller de kan have varierende kontrastkarakteristika i forskelli- t DK 171659 B1 4 ge områder. Tykkelsesvariationerne medfører variationer eller overgange i de flydende krystallers optiske egenskaber. Desuden vil den varierende tykkelse af det flydende krystalmateriale bevirke tilsvarende variationer i materi-5 alets elektriske egenskaber, såsom kapacitans og impedans, hvilket yderligere reducerer ensartetheden af indretninger i større målestok, der gør brug af flydende krystaller. De varierende elektriske egenskaber af det flydende' krystalmateriale kan dernæst også frembringe en tilsvarende vari-10 ation i det effektive elektriske felt, som påtrykkes over det flydende krystalmateriale, og/eller i reaktionen på et konstant elektrisk felt, idet der vil være forskellig respons i områder af det flydende krystal, som har forskellige tykkelser.

15 En pleochroitisk skærm, dvs. en skærm, hvori et pleochroi-tisk farvestof og et flydende krystalmateriale befinder sig i opløsning, har den fordel, at den ikke kræver en po-larisator. En sådan pleochroitisk skærm har imidlertid også den ulempe, at der opnås en relativt lav kontrast, når 20 skærmen anvendes direkte på nematisk form. man har dog fundet, at man kunne sætte et cholesterisk flydende krystalmateriale til det nematiske materiale sammen med farvestoffer for at forbedre kontrastforholdet (White et al, "Journal of Applied Physics", volume 45, nr. 11. november 25 1974, side 4718-4723). Det cholesteriske materiale har en tendens til ikke at vende tilbage til den oprindelige nul-felt-form, når det elektriske felt fjernes.

Et andet problem, som man møder med et pleochroitisk farvestof i opløsning med et flydende krystalmateriale, uan-30 set typen af det flydende krystalmateriale, er, at absorptionen af farvestoffet ikke er nul, når der er påtrykt et felt. I stedet følger absorptionen i denne tilstand med et påtrykt felt en såkaldt ordningsparameter, som har relati- DK 171659 B1 5 on til (eller er en funktion af) farvestoffets relative linieordning. De optiske transmissionskarakteristika af det flydende krystalmateriale er en eksponentialfunktion af tykkelsen af det flydende krystalmateriale. Nærmere be-5 stemt er tilstanden med et påtrykt felt eller den aktiverede tilstand af det flydende krystalmateriale, og den absorberende eller inaktiverede tilstand er ligeledes en eksponentialfunktion af tykkelsen.

For at kunne overvinde de problemer, der er beskrevet i 10 det foregående, skal det flydende krystalmateriale have en optimal ensartet tykkelse (i nærværende beskrivelse betyder "flydende krystalmateriale" selve de flydende krystaller og, i afhængighed af sammenhængen, det pleochroitiske farvestof i opløsning med krystallerne). Der bør også være 15 en optimal afstand imellem de elektroder, ved hjælp af hvilke det elektriske felt påføres over de flydende krystaller. For at opretholde sådanne optimale tykkelser og afstande er det nødvendigt at opretholde temmelig snævre tolerancer. Hvis man opretholder disse snævre tolerancer, 20 lægger man en begrænsning på størrelsen af de indretninger, der gør brug af de flydende krystaller, eftersom det eksempelvis er meget vanskeligt at opretholde snævre tolerancer over store overfladearealer.

Ifølge et af aspekterne ved den foreliggende opfindelse 25 tilvejebringes en indretning med flydende krystaller ifølge krav 1.

I et andet aspekt tilvejebringer opfindelsen to fremgangsmåder til fremstilling af indkapslet flydende krystalmateriale ifølge krav 23 og 24.

30 I et tredje aspekt tilvejebringer opfindelsen et optisk apparat ifølge krav 21.

DK 171659 B1 6

Forskellige foretrukne træk og udførelses former ifølge opfindelsen er beskrevet nedenfor.

Udførelsesformer for opfindelsen vedrører særligt flydende krystalmateriale og især nematisk materiale, som er ind-5 kapslet og anvendt i indretninger med flydende krystaller, såsom relativt store display-indretninger.

Nogle af de anvendte termer kan generelt defineres på følgende måde: ved "flydende krystalmateriale" forstås i bred forstand enhver type flydende krystalmateriale, som kan 10 anvendes inden for rammerne af den foreliggende opfindelse, idet der fortrinsvis er tale om den nematiske type. Sådanne flydende krystalmaterialer kan også omfatte pleo-chroitiske farvestoffer eller andre ingredienser. Ved en kapsel forstås en indesluttende indretning eller et medi-15 um, som indespærrer en mængde af det flydende krystalmateriale, og det indkapslende medium eller materiale er det medium eller materiale, hvoraf sådanne kapsler er fremstillet. Et indkapslet flydende krystal eller et indkapslet flydende krystalmateriale betyder en mængde flydende 20 krystalmateriale indespærret eller indeholdt i det indkapslende medium, eksempelvis de ovennævnte kapsler. En indretning dannet af et flydende krystalmateriale er ifølge opfindelsen dannet af indkapslede flydende krystaller, som er i stand til at tilvejebringe en funktion af den ty-25 pe, der typisk er knyttet til flydende krystalmaterialer.

For eksempel kan en sådan indretning være en dataskærm, som i respons til påtrykning og fjernelse af et elektrisk felt frembringer en udvalgt dæmpning af det synlige lys.

En af fremgangsmåderne til fremstilling af indkapslede 30 flydende krystaller består i, at man blander det flydende krystalmateriale og et indkapslende medium, hvori det flydende krystalmateriale ikke går i opløsning, og muliggør DK 171659 B1 7 dannelsen af adskilte kapsler indeholdende det flydende krystalmateriale.

En fremgangsmåde til fremstilling af en sådan indretning, der omfatter sådanne indkapslede flydende krystaller, om-5 fatter eksempelvis en påføring af disse indkapslede flydende krystaller på et substrat. Desuden kan en sådan fremgangsmåde omfatte metoder til påføring af disse indkapslede flydende krystaller på et substrat. Desuden kan en sådan fremgangsmåde omfatte metoder til påføring af et 10 elektrisk felt på det flydende krystalmateriale med hen blik på at fremkalde en egenskab hos dette.

Ifølge et andet karakteristisk træk ved opfindelsen an bringer man et nematisk materiale med positiv dielektrisk anisotropi, hvori der er opløst et pleochroitisk farve-15 stof, i en almindeligvis sfærisk kapsel. Kapselvæggen fordrejer de flydende krystalmolekyler, således at molekylerne og farvestoffer vil have tendens til at absorbere alle retninger af polariseret lys, når der ikke er påtrykt noget felt. Når et passende elektrisk felt påføres over en 20 sådan kapsel, f.eks. tværs over en af akserne, vil det flydende krystalmateriale have tendens til at indordne sig parallelt med et sådant felt, hvorved materialets absorptionskarakteristika reduceres til et forventet niveau, når det flydende krystalmateriale er i plan konfiguration. For 25 at medvirke til at sikre, at der påføres et tilstrækkeligt elektrisk felt over det flydende krystalmateriale i kapslen, og ikke kun over eller igennem det indkapslende medium, med et minimalt spændingsfald over vægttykkelsen af de respektive kapsler, bør det indkapslende materiale på den 30 ene side have en dielektrisk konstant, der ligger nær ved konstanten af det flydende krystalmateriale, og på den anden side en relativt høj impedans, ligesom selve det fly- DK 171659 B1 8 dende krystalmateriale bør have en positiv dielektrisk anisotropi.

Kontrasten af en indretning, der anvender indkapslede flydende krystaller, kan forbedres ved at udvælge et ind-5 kapslende medium, der har et brydningsindeks, som er afpasset efter det sædvanlige brydningsindeks for det flydende krystalmateriale. Det indkapslede medium . kan ikke blot anvendes til at indkapsle flydende krystalmateriale, men også til at fastklæbe kapslerne til et substrat, hvor-10 på de kan bæres. Alternativt kan man anvende endnu et bindingsmedium til at fastholde kapslerne med de flydende krystaller til et substrat. I det sidstnævnte tilfælde har bindingsmediet fortrinsvis et brydningsindeks, som er tilpasset efter det indkapslende medium for at opretholde de 15 forbedrede kontrastkarakteristika beskrevet ovenfor.

Et karakteristisk træk ved den sfæriske eller på anden måde krumme kapsel, som omslutter det flydende krystalmateriale ifølge opfindelsen, er, at det flydende krystalmateriale har tendens til at følge krumningen eller på anden 20 måde indordne sig, almindeligvis parallelt med de krumme overflader af kapslen. Som følge heraf har de individuelle flydende krystalmolekyler tendens til at blive tvunget eller fordrejet til en specifik form, idet de bøjes om sig selv på en sådan måde, at de følger kapselvæggen. De re-25 suiterende optiske karakteristika for en given kapsel, der indeholder et flydende krystalmateriale, bliver derved således, at i det væsentlige alt lyset, som ledes ind i krystalmaterialet, vil blive absorberet, når der ikke er påført noget elektrisk felt, uanset polarisationsretningen 30 af det indfaldende lys. Selv uden farvestof vil denne effekt bevirke en spredning og dermed en opacitet.

DK 171659 B1 9

Et andet karakteristisk træk er evnen til at kunne kontrollere den effektive tykkelse af det flydende krystalmateriale, som er indeholdt i en kapsel, ved at kontrollere den indre diameter af en sådan kapsel. En sådan kontrol af 5 diameteren kan gennemføres ved en separationsproces, som foretages under fremstillingen af de indkapslede flydende krystaller, idet man anvender en vilkårlig teknik valgt blandt konventionelle eller nye sorteringsteknikker, ligesom man kontrollerer blandingsprocessen, mængderne af in-10 gredienser og/eller arten af de ingredienser, der benyttes under blandingen. Ved at kontrollere denne tykkelsesparameter til relativt små afvigelser opnår man, at de efterfølgende tolerancekrav ved fremstillingen af den endelige indretning under anvendelse af de indkapslede flydende 15 krystaller ikke bliver så kritiske, som det tidligere er tilfældet.

Endnu et meget signifikant træk ved den foreliggende opfindelse er, at der ikke synes at være nogen begrænsning med hensyn til størrelsen af den indretning, som kan frem-20 stilles med høj kvalitet under anvendelse af indkapslede flydende krystaller i overensstemmelse med opfindelsen. Idet man nærmere bestemt tilvejebringer en indespærring af adskilte mængder af det flydende krystalmateriale, eksempelvis i de beskrevne kapsler, kan man overvinde de for-25 skellige problemer, som man tidligere stødte på, og som forhindrede en anvendelse af flydende krystalmateriale til indretninger i stor målestok, idet den enkelte kapsel faktisk kan virke som en uafhængig indretning. Desuden har her kapsel fortrinsvis fysiske egenskaber, som gør det mu-30 ligt at montere kapslen i praktisk talt alle omgivelser, herunder også omgivelser, der indeholder et antal yderligere kapsler anbragt på et substrat eller på anden måde understøttet til anvendelse som respons til påføring og DK 171659 B1 10 fjernelse af en magnetiseringskilde, eksempelvis i form af et elektrisk felt.

I overensstemmelse med opfindelsen er det af stor betydning, at et indkapslende medium med elektriske egenskaber, 5 der på foreskrevet måde er tilpasset efter de elektriske egenskaber af det flydende krystalmateriale, som er indkapslet af mediet og også fortrinsvis er optisk-tilpasset efter de optiske egenskaber af det flydende krystalmateriale, muliggør, at det flydende krystalmateriale kan virke 10 effektivt og med høj kvalitet med hensyn til magnetisering eller ikke-magnetisering fra en ekstern kilde. Det er også af betydning, at vekselvirkningen imellem det indkapslende medium og det flydende krystalmateriale bevirker en forvridning af sidstnævnte på foreskrevet måde, hvorved det 15 flydende krystalmateriales virkemåde ændres. Ved at tvinge de flydende krystalmolekyler ind i en generelt parallel eller tilpasset ordning med kapselvæggen opnår man, at de flydende krystaller i stedet for at transmittere lyset vil absorbere eller blokere lyset, når de ikke udsættes for et 20 elektrisk felt, og de vil være funktionelle med hensyn til alle former for indfaldende lys uden hensyn til polarisationsretningen af det indfaldende lys.

Vi har således vist, at det er muligt i overensstemmelse med de forskellige udførelsesformer for opfindelsen 25 at muliggøre anvendelsen af et flydende krystalmateriale over relativt store overflader samtidig med, at man opretholder en relativt høj driftskvalitet, en kontrolleret output-ensartethed og en tilfredsstillende kontrast; at indespærre et flydende krystalmateriale, mens man op-30 retholder materialets optiske karakteristika og den elektriske følsomhed; DK 171659 B1 11 at indkapsle et nematisk flydende krystalmateriale i et ikke-vekselvirkende medium; at opnå en anvendelig indkapsling af det nematiske flydende krystalmateriale; 5 at udnytte såvel fysiske karakteristika (eksempelvis linieordning) som optiske karakteristika (eksempelvis brydningsindeks) for materialer af den flydende krystaltype; at anvende et harpiksmateriale til indkapsling af det flydende krystalmateriale og specielt at få dette til at dan-10 ne krumme kapsler, fortrinsvis sfæriske kapsler, indeholdende adskilte mængder af det flydende krystalmateriale; at eliminere begrænsningerne med hensyn til størrelsen af dataskærme eller andre indretninger indeholdende flydende krystaller, især under samtidig opnåelse af en høj drifts-15 kvalitet, en tilfredsstillende kontrast, en stor betragtningsvinkel og en passende responstid; at tvinge et flydende krystalmateriale til nulfelt-formen, i særdeleshed når materialet er en kombination af et flydende krystalmateriale og et pleochroitisk farvestof, og 20 når det flydende krystalmateriale omfatter mere end en type af flydende krystaller; at muliggøre anvendelsen af et nematisk flydende krystalmateriale med et pleochroitisk farvestof i opløsning dermed, samtidig med at man opnår en virkning svarende til en 25 tilsætning af et cholesterisk materiale, selv om et sådant materialet ikke er til stede og nærmere bestemt at muliggøre det muligt for et flydende krystalmateriale, der indeholder et pleochroitisk farvestof, at absorbere lys i alle retninger og at begrænse den partielle lystransmis- DK 171659 B1 12 sion, når der ikke er påtrykt noget elektrisk felt over det flydende krystalmateriale; at forvride det flydende krystalmateriales indre struktur for at opnå forbedrede optiske egenskaber; 5 at opnå en kontrolleret lysforvrængning, specielt en kontrol af forvrængningen af det lys, som trænger ind i det flydende krystalmateriale, der er formgivet i et indkapslende medium; at tilvejebringe et ensartet areal, over hvilket der kan 10 leveres et konstant og ensartet elektrisk felt til adskilte mængder af et flydende krystalmateriale, specielt når dette materiale er indeholdt i adskilte kapsler; at kunne kontrollere størrelsen af det elektriske felt, som kræves til drift af den indretning, der gør brug af de 15 flydende krystaller; at forbedre ensartetheden af starten eller driften af en indretning med flydende krystaller og specielt at lette kontrollen af starten eller driften; at kunne kontrollere ensartetheden af størrelsen og/eller 20 andre dimensionskarakteristika for kapslerne med flydende krystaller; at tilvejebringe flydende krystalmateriale indkapslet i en harpiks eller et andet indkapslingsmateriale, idet denne indkapsling fortrinsvis foretages, mens de adskilte kaps-25 ler, som indeholder det flydende krystalmateriale, dannes; at anvende et enkelt medium til indkapsling af flydende krystalmateriale i adskilte kapsler eller lignende og til DK 171659 B1 13 binding af kapslerne indbyrdes og/eller til et understøttende substrat eller lignende; at anvende optisk anisotrope flydende krystaller på en begrænset optisk isotrop måde, eksempelvis ved at bringe et 5 flydende krystalmateriale, der er sensitivt med hensyn til polarisationsretningen, til at eliminere denne sensitivitet; at påtvinge det flydende krystalmateriale elastisk energi og specielt at frembringe usædvanlige egenskaber i det 10 flydende krystalmateriale; at kunne kontrollere linieordningen af de flydende krystaller fysisk; at lette påføringen af det flydende krystalmateriale på et substrat; 15 at lette grænsefladedannelsen eller anbringelsen af elektroderne med hensyn til det flydende krystalmateriale; at kunne anbringe elektroderne direkte på det flydende krystalmateriale; at forbedre en fremgangsmåde til fremstilling af indret-20 ninger, der gør brug af flydende krystaller, specielt ved at indkapsle de flydende krystalmaterialer; at man kan kontrollere kravene med hensyn til de spændinger eller elektriske felter, som er fornødne til drift af en indretning, der omfatter flydende krystaller; 25 at kunne standse den spredning eller absorption, som det flydende krystalmateriale bevirker, når det påtrykkes et elektrisk felt; og DK 171659 B1 14 at kunne kontrollere størrelsen af det spændingstab, som optræder tværs over det flydende krystalmateriale.

Den følgende beskrivelse og den medfølgende tegning anfører nogle ikke-begrænsende illustrative udførelsesformer 5 for opfindelsen. Der henvises i denne forbindelse til den medfølgende tegning, hvor: fig. 1 er en skematisk fremstilling af en indretning omfattende et flydende krystal ifølge kendt teknik, fig. 2 er en skematisk fremstilling af en indretning om-10 fattende et flydende krystal i overensstemmelse med opfindelsen , fig. 3 er et isometrisk billede af en indretning omfattende et flydende krystal i overensstemmelse med opfindelsen, fig. 4 er et forstørret delbillede, delvis gennemskåret, 15 af en del af den på fig. 3 viste indretning, fig. 5 er en forstørret skematisk illustration af en kapsel indeholdende et flydende krystal i overensstemmelse med opfindelsen uden et påtrykt felt, fig. 6 er et snit svarende til fig. 5, hvor der er påtrykt 20 et elektrisk felt, og fig. 7 er et skematisk elektrisk kredsløbsdiagram af en kapsel med et påtrykt felt.

På tegningen henviser samme referencenumre til identiske dele på de forskellige figurer. På fig. 1 ses en indret-25 ning 1 omfattende et flydende krystal ifølge kendt teknik. Denne indretning 1 omfatter et flydende krystalmateriale 2, som er indskudt imellem elektroderne 3, hvilke elektroder eksempelvis består af indium-tinoxid, som er afsat på DK 171659 B1 15 de respektive monterings- eller afgrænsningssubstrater 4, eksempelvis bestående af glas, plast eller lignende. Disse substratlag 4 kan være klare, hvilket også gælder for elektroderne 3, således at indretningen 1 udgør en optisk 5 transmissionskontrol-indretning. Herved kan indfaldende lys spredes, når der ikke påtrykkes noget elektrisk felt ved hjælp af elektroderne 3 over det flydende krystalmateriale 2, og det indfaldende lys kan transmitteres igennem det flydende krystalmateriale 2, når der påtrykkes et 10 elektrisk felt over materialet. De elektriske ledninger 5 og kontakten 6 kan selektivt tilkoble spændingskilden 7 over elektroderne 3 til tilvejebringelse af et elektrisk felt. Spændingskilden 7 kan være enten en AC- eller en DC-spændingskilde.

15 Det flydende krystalmateriale 2, og specielt de individuelle molekyler deraf, i indretningen 1 er til en vis grad afgrænset af substraterne 4, således at molekylerne kan fastholdes i en ønsket lokalisering, eksempelvis til anvendelse som del af en digital-indretning. På den anden 20 side skal det flydende krystalmateriale 2 og specielt de individuelle molekyler deraf have tilstrækkelig bevægelsesfrihed til at de kan antage enten en vilkårlig orientering eller fordeling, når der ikke påtrykkes et elektrisk felt eller en på forhånd foreskrevet fordeling- eller ori-25 enterings-linieordning, når der påtrykkes et elektrisk felt over elektroderne 3. Såfremt det ønskes, kan det ene af substraterne 4 være reflekterende, således at det kan reflektere indfaldende lys, som er modtaget af det flydende krystalmateriale 2, tilbage igennem krystalmaterialet 30 til afgivelse igennem det andet substrat 4 til senere brug. De forskellige arbejdsprincipper og karakteristiske træk og ulemper ved indretningen 1 er opsummeret i det foregående og er endvidere beskrevet i litteraturen.

DK 171659 B1 16

Det flydende krystalmateriale 2 kan være af praktisk talt enhver type, som udviser følsomhed over for et elektrisk felt, der påtrykkes over materialet, således at der opnås de ønskede karakteristika for indretningen 1. Det flydende 5 krystalmateriale 2 kan om ønsket også omfatte et pleo-chroitisk farvestof opløst sammen med materialet.

På fig. 2 ses en forbedret indretning omfattende en flydende krystal i overensstemmelse med opfindelsen. Indretningen 10 omfatter en indkapslet flydende krystal 11, som 10 understøttes af et omsluttende substrat 12, over hvilket der kan påtrykkes et elektrisk felt via elektroderne 13 og 14 .

Elektroden 13 kan eksempelvis bestå af vakuum-afsat indi-um-dopet titanoxid påført substratet 12, og elektroden 14 15 kan eksempelvis være et elektrisk ledende farvestof. E beskyttende lag eller en belægning 15 kan være anbragt over elektroden 14 af beskyttelseshensyn, men et sådant lag 15 er almindeligvis ikke nødvendigt til understøttelse eller omslutning af den indkapslede flydende krystal 11 eller 20 elektroden 14. Man kan påtrykke en spænding over elektroder 13 og 14 fra en AC- eller DV-spændingskilde 16, en kontakt 17, der kan tilsluttes selektivt og ledningerne 18 og 19, hvorved der påføres et elektrisk felt over den indkapslede flydende krystal 11, når kontakten 17 er sluttet.

25 Den indkapslede flydende krystal 11 omfatter et flydende krystalmateriale 20 indeholdt i det indre volumen 21 af en kapsel 22. Ifølge en foretrukket udførelsesform for den foreliggende opfindelse er kapslen 22 generelt sfærisk. Imidlertid gælder opfindelsens principper også, når kaps-30 len 22 har en anden form end den sfæriske. En sådan anden for skal kunne tilvejebringe de ønskede optiske og elektriske karakteristika, som på tilfredsstillende måde kan DK 171659 B1 17 eksistere salturten med de optiske karakteristika af den flydende krystal 20, eksempelvis brydningsindeks, og der skal være mulighed for, at en passende del af det elektriske felt kan optræde over selve det flydende krystalmateriale 5 20 til opnåelse af den ønskede linieordning af de flydende krystalmolekyler, når der påtrykkes et felt. En særlig fordel ved den foretrukne sfæriske konfiguration af kapslen 22 vil blive beskrevet i det følgende med hensyn til den fordrejning af de flydende krystalmolekyler, som kon-10 figurationen bevirker.

Det understøttende substrat 12 og elektroderne 13 og 14 såvel som det beskyttende lag 15 kan være optisk transmitterende, således at indretningen 10 indeholdende flydende krystaller er i stand til at kontrollere transmissionen af 15 lys i afhængighed af, hvorvidt der er påtrykt et elektrisk felt over elektroderne 13 og 14 og dermed over den indkapslede flydende krystal 11. Alternativt kan det understøttende substrat 12 være optisk reflekterende, eller det kan være forsynet med en optisk reflekterende belægning, 20 således at den reflekterende belægnings refleksion af indfaldende lys, som modtages igennem den beskyttende belægning 15, bliver en funktion af, hvorvidt der er påtrykt et elektrisk felt over den indkapslede flydende krystal 11.

Ifølge en foretrukket udførelsesform for den foreliggende 25 opfindelse anbringer man et antal indkapslede flydende krystaller 11 på det understøttende substrat 12 på en sådan måde, at de indkapslede flydende krystaller klæber til substratet 12 eller til et mellemliggende materiale, såsom elektroden 13, således at substratet 12 virker understøt-30 tende og fastholder de enkelte krystaller i bestemte positioner i forhold til de øvrige indkapslede flydende krystaller 11. Det foretrækkes især, at det indkapslende medium, hvoraf kapslen 22 er dannet, også er i stand til at DK 171659 B1 18 binde eller på anden måde fastklæbe kapslen 22 til substratet 12. Alternativt kan man anvende et yderligere bindingsmedium (ikke vist) til at fastklæbe de indkapslede flydende krystaller 11 til substratet 12. Eftersom kaps-5 lerne 22 er fastklæbet til substratet 12, og eftersom hver kapsel 22 udgør den fornødne indespærring af det flydende krystalmateriale 20, er det almindeligvis unødvendigt at anvende et andet substrat, såsom det ekstra substrat, der er vist på indretningen 1 ifølge kendt teknik på fig. 1.

10 For at opnå en beskyttelse imod stød og slag, elektrokemisk nedbrydning, eksempelvis oxidation eller lignende beskadigelse af elektroden 14, kan det beskyttende lag 15 være anbragt på den side eller overflade af indretningen 10, der ligger modsat det understøttende substrat 12, idet 15 substratet tilvejebringer den ønskede fysiske beskyttelse på den pågældende side af indretningen 10.

Eftersom de indkapslede flydende krystaller 11 er relativt sikkert fastklæbet til substratet 12, og eftersom der som nævnt ovenfor almindeligvis ikke er behov for et yderlige-20 re substrat, kan elektroden 14 være anbragt direkte på de indkapslede flydende krystaller 11.

På fig. 3 ses et eksempel på en indretning 10' omfattende flydende krystaller i overensstemmelse med opfindelsen, og indretningen har form af et ottetal med skarpe hjørner 30 25 anbragt på et substrat 12, som i dette tilfælde fortrinsvis er et plastmateriale, såsom mylar, eller det kan alternativt bestå af et andet materiale, såsom glas. Det afskærmede område på fig. 3, som danner et ottetal med skarpe hjørner, er dannet af et antal indkapslede flydende 30 krystaller 11, som er anbragt i et eller flere lag på (og fastklæbet til) substratet 12.

DK 171659 B1 19

Et forstørret tværsnit af en del 32 af den ottetal-formede fig. 30 og substratet 12 er vist på fig. 4. Som det ses på fig. 4, er der på overfladen 31 af substratet 12, som kan have en tykkelse på omkring 254 μιη, afsat et elektrodelag 5 lag 33 af indium-dopet titanoxid med en tykkelse på 200 Å.

Et eller flere lag 34 af indkapslede flydende krystaller 11 er anbragt på og fastklæbet direkte til elektrodelaget 33. Ifølge en foretrukket udførelsesform sikres denne fastklæbning ved hjælp af det indkapslende medium, som 10 danner de respektive kapsler 22, selv om det også er muligt som anført i det foregående at anvende et yderligere klæbe- eller bindingsmateriale til disse klæbeformål. Tykkelsen af laget 34 kan eksempelvis være omkring 25 μιη. Et yderligere elektrodelag 35 er afsat på laget 34, enten di-15 rekte på det materiale hvoraf kapslerne 22 er fremstillet eller alternativt på det ekstra bindingsmateriale, som anvendes til at binde de enkelte indkapslede flydende krystaller 11 til hinanden og til det understøttende substrat 12. Elektrodelaget 35 kan eksempelvis have en tykkelse på 20 omkring 13 μιη, og det kan eksempelvis være dannet af et elektrisk ledende farvestof. Der kan også være tilvejebragt et beskyttende lag 36 som vist på fig. 4, af de årsager, der er beskrevet ovenfor med hensyn til belægningen 15 på fig. 3.

25 I en konventionel visuel indretning, som enten er af flydende krystaltype eller af lysudsendende siodetype (-?-), er det ottetal-formede element 30 almindeligvis opdelt i syv elektrisk isolerede segmenter, som hver kan aktiviseres selektivt, således at elementet kan frembringe for-30 skellige tal. En aktivisering af segmenterne 30a og 30b vil således eksempelvis frembringe tallet "1", og en aktivisering af segmenterne 30a, 30b og 30c vil frembringe tallet "7".

DK 171659 B1 20

Et karakteristik træk ved den foreliggende opfindelse, som anvender indkapslede flydende krystaller 11, er at man kan tilvejebringe et alsidigt substrat 12, som kan udvise praktisk talt enhver form, udelukkende som funktion af de 5 selektive segmenter af ledende farvestofelektroder påtrykt det flydende krystalmateriale. I dette tilfælde kan hele overfladen 31 af substratet 12 være belagt med elektrodemateriale 33, og faktisk kan hele overfladen af dette elektrodemateriale være belagt i det væsentlige tilgræn-10 sende til laget 34 af indkapslede flydende krystaller 11. Derefter kan man påtrykke et foreskrevet mønster af elektrodesegmenter ved hjælp af et ledende farvestof 35, hvor dette ønskes på laget 34. En enkelt elektrisk ledning kan forbinde overfladen 31 med en spændingskilde, og et antal 15 elektriske ledninger kan forbinde de respektive segmenter af ledende farvestof via kontrollerede kontakter med den nævnte spændingskilde. Alternativt påføres kun indkapslede flydende krystaller 11 og/eller elektrodematerialer 33 på overfladen 31 i de områder, hvor man ønsker synlige seg-20 menter.

Idet en detaljeret beskrivelse af virkningen af de individuelle indkapslede flydende krystaller 11 følger nedenfor, vil det her være tilstrækkeligt at bemærke, at de indkapslede flydende krystaller i laget 34 virker på en sådan må-25 de, at de enten afsvækker eller ikke afsvækker det lys, som falder ind på laget, i afhængighed af hvorvidt der er påtrykt et elektrisk felt over laget. Et sådant elektrisk felt kan eksempelvis være et felt, der er opstået som resultat af en kobling af elektrodedelene 33 og 35 ved et 30 individuelt segment, eksempelvis segmentet 30a, i indretningen 10' til en elektrisk spændingskilde. Størrelsen af det elektriske felt, som kræves for at omskifte de indkapslede flydende krystaller 11 fra en feltfri (deaktivi- DK 171659 B1 21 seret) tilstand til en aktiviseret tilstand, kan være en funktion af flere parametre, herunder eksempelvis tykkelsen af laget 34, som igen kan afhænge af diameteren af de enkelte kapsler 22 og antallet af sådanne kapsler i tyk-5 kelsesretningen af laget 34. Det er vigtigt at bemærke, at eftersom det flydende krystalmateriale 20 er indespærret i de respektive kapsler 22, og eftersom de individuelle indkapslede flydende krystaller 11 er fastgjort til substratet 12, er størrelsen af indretningen 10' eller en vilkår-10 lig anden indretning, der gør brug af indkapslede flydende krystaller ifølge opfindelsen, praktisk talt ubegrænset. I de områder, hvor man ønsker at frembringe en ændring i de optiske egenskaber af de indkapslede flydende krystaller i respons til en aktiviseret eller deaktiviseret tilstand, 15 vil det naturligvis være nødvendigt at råde over elektroder eller andre indretninger, hvormed man kan påtrykke de flydende krystaller et passende elektrisk felt.

Elektrodelaget 33 kan anbringes på substratet 12 ved fordampning, vakuum-afsætning, katodeforstøvning, påtrykning 20 eller ved en vilkårlig anden ønsket teknik. Endvidere kan laget 34 af indkapslede flydende krystaller 11 eksempelvis påføres ved hjælp af rulletilføring eller dybtryk eller ved hjælp af modvalseteknik. Elektrodelaget 35 kan også påføres ved forskellige tryknings- eller stensileringstek-25 nikker. Om ønsket kan elektrodelaget 33 fremstilles som en hel belægning af substratet 12, der eksempelvis består af mylar som beskrevet ovenfor, som en del af den proces, hvorved mylar-foliematerialet fremstilles, og laget 34 kan også påføres som del af en sådan fremstillingsproces.

30 Muligheden for med godt resultat at fremstille og anvende indretninger af den ovenfor beskrevne type under anvendelse af indkapslede flydende krystaller skyldes, at det er muligt at fremstille indkapslede flydende krystaller, og DK 171659 B1 22 at disse indkapslede flydende krystaller har særligt karakteristiske træk. Disse karakteristiske træk vil i det følgende blive beskrevet med henvisning til figurerne 5, 6 og 7 .

5 På fig. 5 ses en kapsel 22, der har en generelt glat og krum indre overflade 50, som definerer grænsen for volumenet 21. De aktuelle dimensionsparametre af vægoverfladen 50 og af den samlede kapsel 22 har relation til mængden af flydende krystalmateriale 20, som findes deri, og til 10 størrelsen af de individuelle flydende krystalmolekyler. Desuden udøver kapslen 22 en kraft på de flydende krystaller 20, hvilket medfører en tendens til trykstigning eller i det mindste til opretholdelse af et i det væsentlige konstant tryk i kapslens indre 21. Som et resultat af det 15 ovenstående og som følge af de flydende krystalmolekylers overfladebefugtende natur vil sådanne molekyler, som almindeligvis på fri form vil have tendens til at være retlinjede, selv om de muligvis er vilkårligt fordelt, have tendens til at krumme sig i en retning, som generelt er 20 parallel med en relativt nærliggende del af den indre vægoverflade 50. På grund af denne fordrejning af molekylerne vil de flydende krystaller opbevare elastisk energi.

For at simplificere illustrationen og for at lette forståelsen af de foregående begreber er der vist et lag 51 af 25 flydende krystalmolekyler repræsenteret ved de respektive stiplede linier 52 i den tættest mulige nærhed af den indre vægoverflade 50. Molekylerne 52 er fordrejet på en sådan måde, at de krummer sig i en retning, som er parallel med et nærliggende område af vægoverfladen 50. Andre lag, 30 såsom laget 53, af flydende krystalmolekyler 52 er vist i kapslen 22. De flydende krystalmolekyler er vist i sådanne lag, selv om det skal forstås, at de flydende krystalmolekyler kan være orienteret noget mere vilkårligt end til DK 171659 B1 23 fældet er i de ordnet lag illustreret på fig. 5. Ikke desto mindre vil sådanne molekyler have tendens til at indordne sig, til en vis grad parallelt med de respektive nærliggende områder af den indre vægoverflade 50.

5 I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er de flydende krystalmolekyler 52 af den nematiske type. Sådanne molekyler antager almindeligvis en retlinet trådlignende konfiguration, og et flydende krystalmateriale sammensat af sådanne nematiske molekyler er almindeligvis sensitivt 10 over den optiske polarisationsretning. Da molekylerne 52 i den indkapslede flydende krystal 11 imidlertid er påtvunget en krum form i alle tre dimensioner af kapslen 22, vil et sådant nematisk flydende krystalmateriale i kapslen udvise forbedrede karakteristika, idet materialet ikke er 15 sensitivt med hensyn til retningen af den optiske polarisation af det indfaldende lys. Det har endvidere vist sig, at når det flydende krystalmateriale 20 i kapslen 22 indeholder et opløst pleochroitisk farvestof, er dette farvestof, som almindeligvis også måtte forvente at være sensi-20 tivt over for optisk polarisation, ikke længere polarisationssensitivt, eftersom farvestoffet har tendens til at følge den samme form for krumningsorientering eller forvridning, som gælder for de individuelle flydende krystalmolekyler 52.

25 Det skal her bemærkes, at det flydende krystalmateriale 20 i kapslen 22 har en diskontinuitet 55 i den almindeligvis sfæriske orientering af kapslen. En sådan diskontinuitet fremkommer som følge af den flydende krystals manglende evne til at indordne sig ensartet på en måde, som er for-30 ligelig med den parallelle linieordning med væggen 54 og et krav om minimal elastisk energi. De flydende krystalmolekyler 52 vil således have tendens til at følge med rundt om diskontinuiteten på den måde, som er vist på plan form DK 171659 B1 24 på fig. 5, idet fænomenet i virkeligheden sker i tre dimensioner i et mønster langs den tredimensionale, almindeligvis cylindriske indre grænseoverflade 50a af den fremskudte diskontinuitet 55. En sådan diskontinuitet vil 5 yderligere fordreje de flydende krystalmolekyler, hvilket yderligere begrænser muligheden for, at det flydende krystalmateriale 20 vil være sensitivt med hensyn til den optiske polarisationsretning af det indfaldende lys'.

Når de individuelle flydende krystalmolekyler 52 er for-10 drejet på en sådan måde, at de bøjes om sig selv, almindeligvis på en måde som vist på fig. 5, vil den indkapslede flydende krystal 11 sædvanligvis absorbere eller blokere lys, således at det ikke kan transmitteres igennem, når der ikke er påtrykt noget elektrisk felt over den indkaps-15 lede flydende krystal 11 og især over det flydende krystalmateriale 20 fremstillet deraf.

Når et elektrisk felt imidlertid påtrykkes over den indkapslede flydende krystal 11 på en måde som illustreret på fig. 6, vil de flydende krystalmolekyler 52 og eventuelt 20 det pleochroitiske farvestof i opløsning dermed lægger sig på linie som respons til det elektriske felt som vist på figuren. En sådan linieordning gør det muligt for lyset at blive transmitteret igennem den indkapslede flydende krystal 11, eksempelvis som beskrevet ovenfor med henvisning 25 til fig. 2, 3 og 4.

Når der ikke er påtrykt noget felt, har de flydende krystalmolekyler 52 en vis elastisk energi, eftersom de er fordrejet til en krum form. Denne elastiske energi får krystallerne til at opføre sig på en måde, som ellers ikke 30 er mulig, når de flydende krystalmolekyler antager deres ordinære lineære form. Eksempelvis vil den fremspringende diskontinuitet 55 have tendens til at bevirke spredning og DK 171659 B1 25 absorption inden i kapslen, og den tangentiale eller parallelle linieordning af de flydende krystalmolekyler til de respektive dele af den indre vægoverflade 50 vil både fremkalde spredning og absorption inden i kapslen 22. Når 5 der på den anden side påføres et elektrisk felt på en måde som illustreret på fig. 6, vil der ikke blot ske en linieordning af de flydende krystalmolekyler 52 som vist. Der vil også være en tendens til, at diskontinuiteten 55 lægger sig parallelt med det elektriske felt. Som følge heraf 10 vil en sådan diskontinuitet have en minimal virkning på den optiske transmission, når den indkapslede flydende krystal 11 er i en aktiviseret tilstand.

For at optimere kontrastegenskaberne af en indretning med flydende krystaller, såsom indretningen vist ved 10' på 15 fig. 3 indeholdende indkapslede flydende krystaller 11, og nærmere bestemt for at undgå optisk forvrængning som følge af brydning af indfaldende lys, der passerer fra det indkapslende medium over i det flydende krystalmateriale og omvendt i den indkapslede flydende krystal 11 på fig. 6, 20 bør man tilpasse indkapslingsmediets brydningsindeks efter det ordinære brydningsindeks af det flydende krystalmateriale, således af disse værdier faldet så tæt på hinanden som muligt.

Når der imidlertid ikke er påtrykt noget felt, vil der væ-25 re en forskel imellem brydningsindekserne ved grænsefladen imellem den flydende krystal og kapselvæggen som følge af, at det ekstraordinære brydningsindeks for den flydende krystal er større end for det indkapslende medium. Dette medfører en brydning i grænsefladen og dermed en yderlige-30 re spredning, hvilket er årsagen til, at specielt et indkapslet nematisk flydende krystalmateriale vil modvirke en transmission af lys, selv når der ikke anvendes et pleo-chroitisk farvestof.

DK 171659 B1 26

Almindeligvis anbringes de indkapslede flydende krystaller 11 på substratet 12 (fig. 3) på en sådan måde, at de individuelle indkapslede flydende krystaller 11 har en vilkårlig orientering, og laget har fortrinsvis en tykkelse på 5 flere kapsler for at sikre en mængde af det flydende krystalmateriale på substratets overflade 31, der er tilstrækkelig til at tilvejebringe det ønskede niveau af lysblokering og/eller transmissionskarakteristika, eksempelvis for en indretning 10' med flydende krystaller.

10 I en indretning som vist ved 10' på fig. 3, som består af et flydende krystalmateriale 20 omfattende et pleochroi-tisk farvestof til dannelse af indkapslede flydende krystaller 11 ifølge opfindelsen, har det vist sig, at graden af optisk absorption mindst er omkring lige så stor som 15 for et relativt frit (ikke-indkapslet) flydende krystalmateriale, som omfatter et pleochroitisk farvestof, eksempelvis som vist på fig. 1. Det har også uventet vist sig, at når man påtrykker et elektrisk felt på en måde som illustreret på fig. 6, er klarheden eller manglen på opaci-20 tet i det indkapslede flydende krystalmateriale 20, der omfatter et pleochroitisk farvestof, mindst ca. er samme størrelse som i en indretning 1 ifølge kendt teknik med et farvestof i opløsning med det relativt frie flydende krystalmateriale .

25 Det er vigtigt, at det elektrisk felt E vist på fig. 6 påtrykkes det flydende krystalmateriale 20 i kapslen 22 over størstedelen af materialet i stedet for at blive spredt eller i det væsentlige tabt i det indkapslende materiale, hvoraf selve kapslen er dannet. Med andre ord er det vig-30 tigt, at der ikke er noget væsentligt spændingstab tværs over eller igennem materialet, hvoraf væggen 54 i kapslen 22 er dannet. Spændingsfaldet bør i stedet optræde over de DK 171659 B1 27 flydende krystalmateriale 20 i det indre volumen 21 af kapslen 22.

Den elektrisk impedans af det indkapslende medium bør fortrinsvis være større end impedansen af det flydende kry-5 stalmateriale i den indkapslede flydende krystal 11 (fig.

6), og impedansen bør også være stor nok til, at der ikke sker nogen kortslutning gennem væggen 54, som omgiver det flydende krystalmateriale. Derfor vil eksempelvis impedansen over for en strøm igennem eller via væggen 54, eksem-10 pelvis fra punktet A til punktet B, være temmelig stor i modsætning til den impedans, der optræder i en strømpassage direkte fra punktet A til punktet A' på indersiden af vægoverfladen 50, direkte igennem det flydende krystalmateriale 20 til punktet B', der også ligger på indersiden 15 af væggen, og derfra igennem væggen til punktet B.

De dielektriske konstanter (koefficienter) for materialet, hvoraf det indkapslende medium er dannet, og for materialet, der udgør de flydende krystaller, og de effektive ka-pacitans-værdier for kapselvæggen 54, i særdeleshed i ra-20 dial retning, og for det flydende krystalmateriale, over hvilket det elektriske felt E påtrykkes, bør alle have en sådan sammenhæng, at væggen 54 af kapslen 22 i det væsentlige ikke bevirker noget tab i størrelsen af det påtrykte elektriske felt E.

25 Et skematisk elektrisk kredsløbsdiagram, som repræsenterer det kredsløb, over hvilket det elektriske felt E på fig. 6 påtrykkes, er illustreret på fig. 7. Det elektriske felt udtages fra spændingskilden 16, når kontakten 17 er sluttet. En kondensator 70 repræsenterer kapacitansen af det 30 flydende krystalmateriale 20 i den indkapslede flydende krystal 11, når et sådant elektrisk felt er påtrykt på en måde som illustreret på fig. 6. Kondensatoren 71 repræsen- DK 171659 B1 28 terer kapacitansen af væggen 54 i kapslen 22 i et øvre område (idet retningen af bekvemmelighedsgrunde referer til tegningen uden at have nogen anden bestemt mening, og denne kondensator er som følge heraf forsynet med en krumning 5 i lighed med krumningen af den øvre del af kapslen 22 på fig. 5 og 6. Kondensatoren 72 repræsenterer på lignende måde kapacitansen af den nedre del af kapslen, so udsættes for det elektriske felt E. Størrelsen af kapacitanserne for hver kondensator 70-72 vil være en funktion af den di-10 elektriske konstant (koefficient) for det materiale, hvoraf de respektive kondensatorer er dannet, og af afstanden imellem de effektive kondensatorplader. Det er ønskeligt, at kondensatorerne 71 og 72 er større end kondensatoren 70, således at det spændingsfald, der optræder over de re-15 spektive kondensatorer 71 og 72, vil være mindre end spændingsfaldet over kondensatoren 70. Resultatet bliver derved, at der påtrykkes en maksimal del af det elektriske felt E over det flydende krystalmateriale 20 i den indkapslede flydende krystal 11 til opnåelse af en optimali-20 seret drift, dvs. en linieordning af de flydende krystalmolekyler, således at der opnås et minimalt energiforbrug fra spændingskilden 16.

Med hensyn til kondensatoren 71 anvendes f.eks. det dielektriske materiale, af hvilket væggen 54 er dannet rela-25 tivt nær ved den øvre del af kapslen 22. De effektive plader i denne kondensator 71 er de ydre og indre vægtoverflader 73 og 51, og det samme gælder for kondensatoren 72 i den nedre del af kapslen 22, som det f.eks. er illustreret på fig. 6. Ved at gøre væggen 54 så tynd som muligt, 30 samtidigt med at man opretholder en tilstrækkelig styrke til at kapslen kan indeholde det flydende krystalmateriale 20 i sit indre 21, kan man maksimere størrelserne af kondensatorerne 71 og 72, specielt i sammenligning med den DK 171659 B1 29 tenunelige store afstand imellem den øvre del 74 af det flydende krystalmateriale 20 og den nedre del 75 deraf, som tilnærmelsesvis eller ækvivalent udgør pladerne med samme tal i kondensatoren 70.

5 Det flydende krystalmateriale 20 vil have en værdi af den dielektriske konstant, som er anisotrop. Det foretrækkes, at den dielektriske konstant (koefficient) af væggen 54 ikke er mindre end den mindste af de dielektriske konstanter (koefficienter) for det anisotrope flydende krystalma-10 teriale 20, hvis de ovennævnte betingelser skal opfyldes.

Den indkapslede flydende krystal 11 har sådanne træk, at eftersom de flydende krystalmolekyler 52 er fordrejede, og eftersom det pleochroitiske farvestof på lignende måde er fordrejet, vil en absorption eller blokering af lystrans-15 missionen igennem de indkapslede flydende krystaller være særdeles effektiv, når der ikke er påtrykt noget elektrisk felt E over krystallerne. Når der på den anden side påtrykkes et elektrisk felt, vil den indkapslede flydende krystal 11 have gode optiske transmissionskarakteristika, 20 hvilket skyldes såvel den effektive påtrykning af det elektriske felt over det flydende krystalmateriale 20 i de indkapslede flydende krystaller 11 til linieordning af krystalmolekylerne og farvestoffet som de ovenfor beskrevne fortrukne brydningsindekser af det indkapslende medium 25 og det flydende krystalmateriale, som tilpasses efter hinanden, hvorved det indfaldende lys ikke tilbagekastes eller brydes i grænsefladen imellem kapselvæggen 54 og det flydende krystalmateriale 20.

Eftersom der almindeligvis kræves et antal indkapslede 30 flydende krystaller 11 til konstruktion af en færdig indretning med flydende krystaller, såsom indretningen 10' vist på fig. 3, og eftersom disse indkapslede flydende DK 171659 B1 30 krystaller ligger i flere lag, er det ønskeligt at have en relativt høj dielektrisk anisotropi med henblik på at reducere spændingskravene til det elektriske felt E. Nærmere bestemt bør forskellen imellem den dielektriske konstant 5 (koefficient) for det flydende krystalmateriale 20, når der ikke er påtrykt noget elektrisk felt (hvilken konstant bør være temmelig lille), og den dielektriske konstant (koefficient) for det flydende krystalmateriale, når dette linieordnes ved påtrykning af et elektrisk felt (hvilken 10 konstant bør være relativ stor) være så stor som muligt.

Kapslerne 22 kan have forskellige størrelser. Jo mindre kapselstørrelsen er, jo større er imidlertid kravene til det elektriske felt med hensyn til at frembringe en linieordning af de flydende krystalmolekyler i kapslen. Endvi-15 dere gælder det, at når kapselstørrelsen er relativt lille, kræves der flere kapsler pr. arealenhed af laget 34, og derfor vil der optræde flere elektriske spændingstab i det indkapslende medium, end når der er tale om større kapsler, hvis massefylde pr. arealenhed er mindre. Ifølge 20 en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse anvender man, i en indretning fremstillet med indkapslede flydende krystaller 11 såsom indretningen 10', kapsler med ensartede størrelsesparametre, således at indretningen 10' kan aktiveres eller deaktiveres på en rela-25 tivt ensartet og godt kontrolleret måde. Når kapslerne derimod har en ikke-ensartet størrelse, vil der ske en ik-ke-ensartet aktivisering af de respektive kapsler, hvilket vil sig, at linieordningen af de flydende krystalmolekyler bliver uensartet ved påtrykning af det elektriske felt.

30 Almindeligvis bør kapslerne 22 have en størrelse på mellem ca. 2 og ca. 25 μιη i diameter.

Som bemærket ovenfor gælder det, at jo større kapslerne er, jo mindre er det elektriske felt, som kræves til at DK 171659 B1 31 frembringe en linieordning af de flydende krystalmolekyler. Imidlertid gælder det også, at ko større kuglen er, jo længere er responstiden.

Uanset kapselstørrelsen og det bestemte feltfri arrange-5 ment af flydende krystalmolekyler i kapslen 22 er det væsentligt at vide, hvorledes den feltfri linieordning er, og hvorledes den fordrejede linieordning bliver, når der påtrykkes et felt, således at de indkapslede flydende krystaller 11 kan udnyttes effektivt.

10 I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er det flydende krystalmateriale, som anvendes i de indkapslede flydende krystaller 11, af den nematiske type.

For øjeblikket er det mest foretrukne flydende krystalmateriale et nematisk materiale benævnt NM8250, der forhand-15 les af American Liquid Xtal Chemical Corp., Kent, Ohio, U.S.A. Andre materialer kan være ester-kombinationer, bip-henyl-kombinationer og lignende.

Det indkapslende medium, som udgør de respektive kapsler 22, bør være af en type, som i det væsentlige er fuldstæn-20 dig upåvirket af det flydende krystalmateriale, og som ikke selv påvirker det flydende krystalmateriale. De øvrige karakteristika beskrevet ovenfor med hensyn til dielektriske konstanter (koefficienter) og brydningsindeks med hensyn til det flydende krystalmateriale og det indkapslende 25 medium virker også begrænsende på valget af materialer.

Når der endvidere anvendes et pleochroitisk farvestof, bør det indkapslende medium også være totalt upåvirket af farvestoffet, ligesom det ikke selv må påvirke farvestoffet.

På den anden side bør farvestoffet være olieopløseligt, og 30 det må ikke kunne absorberes af vandfasen (se nedenfor) eller polymerfasen i det indkapslende medium. For at kunne DK 171659 B1 32 opnå den ønskede relativt høje impedans for det indkapslende medium bør mediet desuden have en relativt høj renhedsgrad.

Som eksempler på pleochroitiske farvestoffer, som kan an-5 vendes i de indkapslede flydende krystaller 11 ifølge opfindelsen, kan nævnes indophenolblåt, Sudan black B, Sudan 3 og Sudan 2.

Forskellige formstoffer og/eller polymere kan anvendes som indkapslingsmedium. Ifølge en foretrukken udførelsesform 10 for opfindelsen foretrækker man imidlertid at anvende po-lyvinylalkohol (PVA) som indkapslingsmedium, idet dette materiale har vist sig at have de ønskede egenskaber som nævnt ovenfor, specielt til de ovenfor beskrevne foretrukne flydende krystaller og det foretrukne pleochroitiske 15 farvestof. Nærmere bestemt har PVA en god, relativt dielektrisk konstant, og materialet har et brydningsindeks, som er relativt tæt tilpasset brydningsindekset for det foretrukne flydende krystalmateriale.

Når man skal rense PVA, kan man opløse materialet i vand 20 og udvaske det med en alkohol, idet man anvender en udfældningsteknik. Man kan også anvende andre teknikker til rensning af PVA, således at materialet får et minimalt indhold af salte eller andre forbindelser, der i betragtelig grad kan reducere den elektriske impedans af PVA. Den 25 foretrukne rensede PVA er et produkt benævnt SA72 forhandlet af American Liquid Xtal Chemical Corp. Hvis PVA renses omhyggeligt som nævnt ovenfor, vil materialet tjene som sit eget emulgeringsmiddel og som et befugtningsmiddel, som letter fremgangsmåden til fremstilling af indkapslede 30 flydende krystaller, hvilken fremgangsmåde beskrives nærmere i det følgende. Blandt de andre typer af indkapslingsmedier kan eksempelvis nævnes gelatine, Carbopole (en DK 171659 B1 33 carboxypolymethylenpolymer) og Gantrez (en af maleinsyre-anhydrid afledt copolymer), af hvilke de to sidstnævnte er polyelektrolytter, og disse medier kan anvendes alene eller i kombination med andre polymere, såsom PVA. Den be-5 fugtende evne hos PVA medvirker også til at sikre de flydende krystalmolekyler en vis bevægelsesfrihed i de respektive kapsler 22, hvilket letter den foretrukne parallelle linieordning, specielt ved den indre vægoverflade 50 i den feltfri tilstand, og hvilket også sikrer en let om-10 skiftning til den linieordnede position på fig. 6, når der påtrykkes et elektrisk felt.

En fremgangsmåde til fremstilling af indkapslede flydende krystaller 11 kan omfatte et blandingstrin, hvor man blander det indkapslende medium, det flydende krystalmateriale 15 (der eventuelt omfatter et pleochroitisk farvestof) og eventuelt et bærende medium såsom vand. Blandingen kan foretages i forskellige blandingsindretninger, eksempelvis i den blender, kolloidmølle (som foretrækkes) eller lignende. Under blandingen sker der en dannelse af en emulsi-20 on af ingredienserne, hvilken emulsion derefter kan tørres under eliminering af det bærende medium, såsom vand, og en tilfredsstillende hærdning af det indkapslende medium, såsom PVA. Selv om kapslen 22 i hver af de således fremstillede indkapslede flydende krystaller 11 ikke nødvendigvis 25 er en perfekt kugle, vil hver kapsel have en i det væsentlige sfærisk konfiguration, eftersom dens sfæriske form indebærer den laveste tilstand af fri energi i de enkelte dråber, kugler eller kapsler i emulsionen, både når de oprindeligt er dannet, og når der er sket en tørring og/el-30 ler hærdning.

Som det kort blev anført ovenfor, er det karakteristiske træk ved det pleochroitiske farvestof, at det skal være olieopløseligt, hvilket sikrer en opløsning deraf sammen DK 171659 B1 34 med det flydende krystalmateriale, og at det ikke må kunne absorberes af vandfasen eller polymerfasen, hvilket sikrer, at det pleochroitiske farvestof ikke bliver absorberet af PVA eller andre indkapslende medier eller af det 5 bærende medium, såsom vand, som anvendes under fremstillingsprocessen for de indkapslede flydende krystaller 11.

eesempel

Et pleochroitisk farvestof (0,45% Sudan black B) blev opløst i en flydende krystal, som var sammensat af aromati-10 ske estere. Et sådant kombineret materiale forhandles kommercielt under betegnelsen 8250 af American Liquid Xtal Chemical Corp., Kent, Ohio. Dette materiale blev blandet med en opløsning af 7% PVA, som forinden var blevet behandlet til fjernelse af samtlige salte. Opløsningen blev 15 endvidere foretaget med ASTM-100-vand. Den resulterende blanding blev anbragt i en kolloidmølle, hvis konusåbning var indstillet til 100 μιη, og materialet blev formalet i 4 minutter til opnåelse af en forholdsvis ensartet partikelstørrelse i suspensionen. Resultatet var en stabil emulsi-20 on, hvis suspenderede partikelstørrelse var omkring 3 pm. Emulsionen blev udspredt på en Mylar-film, som på forhånd var belagt med et elektrodelag af tinoxid med en specifik •y resistans på 31 ohm/cm , opnået fra Sierracin. Man benyttede en farvekniv til at udsprede emulsionsmaterialet på 25 Mylar-filmen på den elektrodebelagte side.

Et lag af emulsionsmaterialet med en tykkelse på 180 μιη blev anbragt på denne elektrode og fik lov til at tørre til en total tykkelse på 20 μπ». Et andet lag af emulsionen blev derefter anbragt på det første lag, hvilket resulte-30 rede i et aggregat-lag af flydende krystaldråber i en po-lyvinylalkohol-matrix med en tykkelse på 40 μιη. Fortrinsvis påføres de indkapslede flydende krystaller imidlertid DK 171659 B1 35 i form af et enkelt lag med en tykkelse svarende til en eller flere kapsler.

Den således dannede indretning med flydende krystaller, omfatter Mylar-laget, elektroden og de indkapslede flyden-5 de krystaller, blev derefter afprøvet ved påtrykning af et elektrisk felt, hvorved materialet ændrede sig fra sort til næsten klart transparent. Materialet udviste, en meget stor synsvinkel, hvilket vil sige den vinkel, ved hvilken der transmitteredes lys, og kontrastforholdet af 7:1 ved 10 et påført elektrisk felt på 50 volt. Omskiftningshastigheden var omkring 2 millisekunder ved påtrykning af feltet og omkring 4 millisekunder ved fjernelse af feltet.

I overensstemmelse med opfindelsen kan de ingrediensmængder, der benyttes til fremstilling af de indkapslede fly-15 dende krystaller 11, eksempelvis som beskrevet ovenfor, være som følger:

Det flydende krystalmateriale: dette materiale kan udgøre fra omkring 5 til omkring 20 volumen-%, fortrinsvis omkring 10 volumen-% (omfattende det pleochroitiske farve-20 stof), at den totale opløsning, som føres til blandingsapparaturet, som en kolloidmølle. Den faktiske mængde af flydende krystalmateriale, som anvendes, bør imidlertid almindeligvis overstige volumenmængden af det indkapslende medium, eksempelvis PVA, for at optimere kapselstørrelsen.

25 PVA: mængden af PVA i opløsningen bør være af størrelsesordenen fra omkring 5 itl til 20%, fortrinsvis (som beskrevet ovenfor) omkring 7%, hvilken værdi dog afhænger af molekylvægten af PVA. Hvis eksempelvis den anvendte PVA har en for stor molekylvægt, vil det resulterende materia-30 le minde om glas, specielt hvis der benyttes for meget PVA i opløsningen. Hvis på den anden side molekylvægten er for DK 171659 B1 36 lav, vil en anvendelse af en for ringe mængde PVA resultere i en for lav viskositet af materialet, og den resulterende emulsion vil derved ikke få så godt et udseende, ligesom emulsionsdråberne ikke vil størkne tilstrækkeligt 5 til de ønskede sfæriske indkapslede flydende krystaller.

Bæremedium: resten af opløsningen udgøres af vand eller et andet bærende medium som beskrevet ovenfor, hvormed emulsionen kan fremstilles, og hvormed materialet kan påføres på passende måde på et substrat, en elektrode eller lig-10 nende.

Det skal bemærkes, at eftersom de ikke-hærdede kapsler eller dråber af det indkapslende medium og det flydende krystalmateriale bæres i en væske, kan man anvende et antal forskellige konventionelle teknikker eller andre teknikker 15 til graduering af kapslerne efter størrelse, således at kapslerne kan laves om, hvis de har en uønsket størrelse, ved på ny at blive ført igennem blandingsapparaturet, hvorved de færdige kapsler kan bibringes den ønskede ensartethed at de ovenfor anførte årsager.

20 Selv om den omhandlede opfindelse virker ved respons på et påtrykt og fjernet elektrisk felt, kan virkningen også fremkaldes ved at påføre og fjerne et magnetfelt.

Claims (25)

1. Flydende krystalindretning, kendetegnet ved, at den omfatter et flydende krystalmateriale og et 5 indkapslingsmiddel til dette til forvredet linieordning af det flydende krystalmateriale, og som i fravær af et feltinput og i afhængighed af en sådan linieordning spreder og/eller absorberer lys, at det flydende krystalmateriales sædvanlige brydningsindeks og indkapslingsmidlets bryd-10 ningsindeks er i det væsentlige identiske, så sprednings-©g/eller absorptionsmængden reduceres i afhængighed af et feltinput, at indkapslingsmidlet indbefatter et antal voluminer af flydende krystalmateriale, og at indkapslingsmidlet har ikke plane vægge, der er tilbøjelige til at 15 forvride i det mindste en del af det flydende krystalmateriale.

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i det flydende krystalmateriale findes et ple-ochroitisk farvestof.

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at indkapslingsmidlet omfatter et indkapslingsmedium, der har et antal voluminer af flydende krystalmateriale .

4. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-3, 25 kendetegnet ved, at indkapslingsmidlet danner adskilte krumme voluminer, der indeholder adskilte mængder flydende krystalmateriale og tjener til at forvride det flydende krystalmateriales naturlige struktur.

5. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-4, 30 kendetegnet ved, at det flydende krystalma- DK 171659 B1 teriale og indkapslingsmidlet omfatter en indkapslet flydende krystal.

6. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-5, kendetegnet ved, at indkapslingsmidlet dan- 5 ner et antal kapsler af flydende krystalmateriale, der er afgrænset af vægge dannet af indkapslingsmidlet, og at den dielektriske konstant for sådanne kapslers vægge, er således, at impedansen i kapslernes radiale retning ikke bevirker et betydeligt spændingsfald i forhold til spæn-10 dingsfaldet over det flydende krystalmateriale ved påfø ring af et elektrisk felt over kapslerne.

7. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-6, kendetegnet ved, at det flydende krystalma teriale og indkapslingsmidlet omfatter voluminer af fly- 15 dende krystalmateriale med en størrelse på fra ca. 2 til ca. 25 mikrometer.

8. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-7, kendetegnet ved, at indkapslingsmidlet omfatter en harpisk eller et polymert materiale.

9. Indretning ifølge krav 8, kendetegnet ved, at harpiksen eller det polymere materiale er valgt blandt gelatine, carboxypolymethylenpolymer, maleinsyrean-hydridafledt copolymer og polyvinylalkohol.

10. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-9, 25 kendetegnet ved, at den indbefatter et substratmiddel til at støtte kombinationen af flydende krystalmateriale og indkapslingsmiddel.

11. Indretning ifølge krav 10, kendetegnet ved, at den indbefatter midler til at klæbe kombinationen DK 171659 B1 af flydende krystalmateriale og indkapslingsmiddel til substratmidlet.

12. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-11, kendetegnet ved, at inputtet er et elek- 5 trisk felt eller et magnetfelt, at det flydende krystalmateriale i afhængighed af feltet linieordnes i forhold til dette, og at det flydende krystalmateriale og. indkaps-lindsmidlet samvirker til at bevirke spredning eller absorption af lys i fravær af feltet og at reducere spred-10 ning eller absorption i nærvær af feltet.

13. Indretning ifølge krav 12, kendetegnet ved, at den indbefatter et middel til at påføre det flydende krystalmateriale et elektrisk felt.

14. Indretning ifølge krav 13, kendetegnet 15 ved, at midlet til at påføre det elektriske felt omfatter elektroder.

15. Indretning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at mindst en af elektroderne er gennemsigtig, og en anden af elektroderne er i form af et mønster.

16. Indretning ifølge krav 15, kendetegnet ved, at den indbefatter et kredsløb til at påføre elektroderne elektrisk energi.

17. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-16, kendetegnet ved, at indkapslingsmidlet ind-25 befatter et overfladeafgrænsende middel, der er tilbøjelig til at linieordne i det mindste en del af det flydende krystalmateriale generelt parallelt med dette i fravær af inputtet. DK 171659 B1

18. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-17, kendetegnet ved, at det flydende krystalmateriale har en positiv dielektrisk anisotropi.

19. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-18, 5 kendetegnet ved, at det flydende krystalmateriale er et funktionsmæssigt nematisk flydende krystalmateriale.

20. Indretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-19, kendetegnet ved, at det flydende krystalma- 10 teriale er et nematisk flydende krystalmateriale.

21. Optisk apparat, kendetegnet ved, at det omfatter en flydende krystalindretning ifølge et hvilket som helst af krav 1-20.

22. Optisk apparat ifølge krav 21, kendeteg-15 net ved, at det er i form af en optisk displayindretning .

23. Fremgangsmåde til fremstilling af en flydende krystalindretning ifølge krav 1-20, kendetegnet ved, at det flydende krystalmateriale indeholdes i et an- 20 tal voluminer i indkapslingsmediet, at et indkapslingsmedium og et nematisk flydende krystalmateriale blandes, og at det flydende krystalmateriale har et sædvanligt brydningsindeks, der i det væsentlige er det samme som indkapslingsmediets brydningsindeks, samt at det flydende 25 krystalmateriale har en positiv dielektrisk anisotropi.

24. Fremgangsmåde ifølge krav 23, kendetegnet ved, at det nematiske flydende krystal blandes med et pleochroitisk farvestof. DK 171659 B1

25. Fremgangsmåde ifølge krav 23-24, kendetegnet ved, at det flydende krystalmateriale har et ekstraordinært brydningsindeks, der afviger fra indkapslingsmediets brydningsindeks.