DE69229003T2

DE69229003T2 - Flüssigkristalline, lichtmodulierende vorrichtung und material

Info

Publication number: DE69229003T2
Application number: DE69229003T
Authority: DE
Inventors: Liang-Chy Chien; William Doane; Deng-Ke Yang
Original assignee: Kent State University
Current assignee: Kent State University
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: EP0641372A1; US5437811A; ES2129463T3; EP0641372A4; JPH07507083A; ATE179259T1; WO1993023496A1; JP3551381B2; HK1014022A1; DE69229003D1; EP0641372B1

Description

Diese Anmeldung ist teilweise mit Unterstützung der Regierung unter dem Kooperationsübereinkunft Nummer DMR 89-20147, vergeben von der "National Science Foundation" entstanden. Die Regierung hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.

Hintergrund der Erfindung

Verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der U. S.-Serien Nr. 07/694 840, eingereicht am 2. Mai 1991, die hierin durch den Bezug darauf einbezogen ist, und der U. S.-Serien Nr. 07/885 154, eingereicht am 18. Mai 1992, welche hierin durch Bezug darauf einbezogen ist.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen flüssigkristalline Licht-modulierende Vorrichtungen und genauer gesagt neue phasengetrennte polymere flüssigkristalline Anzeigezellen und Materialien, die verschiedene optische Zustände unter verschiedenen elektrischen Feldbedingungen aufzeigen und durch eine einzigartige Kombination von Eigenschaften gekennzeichnet sind, einschließlich optischer Multistabilität und schleierfreier Lichtdurchlässigkeit bei allen Blickwinkeln entweder in einem Feld-AN- oder Feld-AUS-Modus.

Beschreibung des betroffenen Fachgebiets

Elektrisch schaltbare Flüssigkristall-Polymerfilme, die zur Verwendung in verschiedenen elektro-optischen Vorrichtungen beabsichtigt sind, sind durch mechanische Einschlußverfahren hergestellt worden. Eine solche Technik beinhaltet das Aufnehmen von Flüssigkristall in Mikroporen einer Kunststoff- oder Glas platte. Eine andere Technik beinhaltet die Verdampfung von Wasser aus einer wäßrigen Emulsion von nematischem Flüssigkristall in einer Lösung von wasserlöslichem Polymer, wie Polyvinylalkohol, oder in einer Latex-Emulsion.
Ein anderes Verfahren, das signifikante Vorteile gegenüber mechanischen Einschlußtechniken und dem Emulsionsverfahren bietet, beinhaltet die Phasentrennung von nematischem Flüssigkristall aus einer homogenen Lösung mit einem geeigneten synthetischen Harz unter Bildung einer Flüssigkristallphase, die mit einer Polymerphase dispergiert ist. Die resultierenden Materialien werden als Polymer-dispergierte Flüssigkristall- (PDLC)-Filme bezeichnet. Einige der Vorteile von PDLC-Filmen werden in den U. S.-Patenten Nr. 4 671 618; 4 673 255; 4 685 771 und 4 788 900 erörtert, deren Offenbarungen hierin durch den Bezug darauf einbezogen sind. Es ist gezeigt worden, daß PDLC- Filme in vielen Anwendungen nützlich sind, welche von großflächigen Anzeigen und schaltbaren Überzügen für Fenster bis zu Projektionsanzeigen und hochzeiliges Fernsehen reichen.
Die Verfahren der Phasentrennung können durch von der Zugabe eines Härtungsmittels eingeleitete Polymerisation, durch Ultraviolett-Licht oder durch Abkühlen in die Region der Unvermischbarkeit durchgeführt werden. Ein anderes Verfahren besteht in der Verdampfung eines Lösemittels aus einer matrixerzeugenden Zusammensetzung einer Lösung von Polymer und Flüssigkristall in dem Lösemittel.
In Fenstern oder Anzeigen, wie obenstehend beschrieben, in denen der ordinäre Brechungsindex des Flüssigkristalls an den Brechungsindex des Polymeren angepaßt wird, erscheint die Vorrichtung am durchsichtigsten (Feld-AN-Zustand) bei Betrachtung entlang der Richtung des Feldes, was üblicherweise senkrecht zur Sichtoberfläche ist. Die Transparenz nimmt ab, was zur Zunahme der "Schleiertrübung" bei zunehmend schrägen Betrachtungswinkeln führt, bis eine im wesentlichen undurchsichtige Erscheinung bei einem genug schrägen Betrachtungswinkel detektiert wird. Dieser Schleierzustand resultiert aus der Tatsache, daß je weiter der Betrachtungswinkel von der Orthogonalen entfernt ist, desto größer die wahrgenomme Fehlübereinstimmung zwischen dem effektiven Brechungsindex des Flüssigkristalls und dem Brechungsindex der Matrix ist.
Eine weitere Entwicklung von PDLC-Filmen, offenbart in der U. S.- Patentanmeldung Ser.-Nr. 07/324 051, jetzt U. S.-Patent Nr. 4 994 204, erteilt am 19. Februar 1991, beinhaltet die Verwendung eines doppelbrechenden Polymeren, z. B. eines flüssigkristallinen Polymeren. Der mit dem doppelbrechenden Polymer hergestellte PDLC-Film besitzt das Merkmal der Anzeige einer trübungs- bzw. schleierfreien Transparenz für alle Richtungen von einfallendem Licht. Dies wird durch Anpassen der ordinären und extraordinären Brechungsindizes des Polymeren an die ordinären und extraordinären Brechungsindizes des Flüssigkristalls bewerkstelligt.
Mit dem doppelbrechenden Polymer hergestellte PDLC-Filme können auf die normale Weise betrieben werden, so daß sie in einem Feld- AN-Zustand klar und in einem Feld-AUS-Zustand lichtstreuend sind. Alternativ dazu können die Filme hergestellt werden, um in einem reversen oder "fehlersicheren" Modus zu arbeiten, so daß das Material in Abwesenheit eines Feldes klar ist und im Feld-AN- Zustand lichtstreuend ist.
Aus der internationalen Patentveröffentlichung WO 92/19695, zitierbar unter Artikel 54(3) des Europäischen Patentübereinkommens unter dem Gesichtspunkt der Neuheit aber nicht der erfinderischen Tätigkeit, ist die Bereitstellung einer Lichtmodulierenden reflektierenden Zelle, umfassend eine Zellwandstruktur und ein Polymer, enthaltend ein Licht-modulierendes chiral-nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren, wobei die Zellwandstruktur mit dem Flüssigkristall kooperiert, um fokalkonische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in der Abwesenheit eines Feldes stabil sind, und Einrichtungen zum Adressieren des Flüssigkristallmaterials, wobei die Einrichtungen angepaßt sind, um selektiv einen ersten Spannungsimpuls von einer Größe, welche wirksam ist, um mindestens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer fokal-konischen Textur zu einer Lichtreflektierenden verdrillt-planaren Textur zu überführen, und einen zweiten Spannungspuls einer Größe, die wirksam ist, um mindestens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer Lichtreflektierenden verdrillt-planaren Textur in eine fokal-konische Textur zu transformieren, zu erzeugen, bekannt.

Offenbarung der Erfindung

Bei der Erfindung handelt es sich um ein elektrisch schaltbares Material, das eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufzeigt, welche signifikante Vorteile gegenüber der früheren Technologie gewährt. Zum Beispiel kann das neue Material entweder auf eine Weise, daß es in einem Feld-AUS-Zustand lichtstreuend und in einem Feld-AN-Zustand klar ist, oder in der umgekehrten bzw. reversen Weise, daß es im Feld-AUS-Zustand klar und im Feld- AN-Zustand lichtstreuend ist, arbeiten. In beiden Fällen zeigt das Material bei Vorliegen im klaren Zustand minimale Schleiertrübung bei allen Betrachtungswinkeln.
Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Material so hergestellt werden kann, daß es multiple optisch verschiedene Zustände aufzeigt, von denen alle in Abwesenheit eines angelegten Feldes stabil sind. Bei Einbau in eine Anzeigevorrichtung kann das Material von einem elektrischen Feld von einem Zustand in einen anderen versetzt werden. In Abhängigkeit von der Größe und Form des elektrischen Feld-Pulses kann der optische Zustand des Materials in einen neuen stabilen Zustand geändert werden, der jedwede gewünschte Intensität von gefärbtem Licht entlang eines Kontinuums von derartigen Zuständen reflektiert, wodurch eine stabile "Grau-Skala" vorgesehen wird. Ein niedriger elektrischer Feld-Puls führt zu einem lichtstreuenden Zustand, der weiß erscheint. Das Anlegen eines ausreichend hohen elektrischen Feld-Pulses, d. h. eines genug hohen elektrischen Feldes, um die Flüssigkristall-Direktoren bzw. -Ausrichter homeotrop auszurichten, bringt das Material in einen lichtreflektierenden Zustand, der von jeder gewünschten Farbe sein kann. Die lichtstreuenden und lichtreflektierenden Zustände bleiben bei Null-Feld stabil. Wenn ein ausreichend hohes elektrisches Feld aufrechterhalten wird, ist das Material transparent, bis das Feld entfernt wird. Wenn das Feld rasch ausgeschaltet wird, wandelt sich das Material in den lichtreflektierenden Zustand, und wenn das Feld langsam ausgeschaltet wird, wandelt sich das Material in den lichtstreuenden Zustand um. Elektrische Feldpulse von verschiedenen Größen, unterhalb derjenigen, die notwendig ist, um das Material vom stabilen reflektierenden Zustand in den stabilen streuenden Zustand zu versetzen, werden das Material in intermediäre Zustände bringen, welche ihrerseits stabil sind. Diese mehrfachen stabilen Zustände reflektieren in unbestimmter Weise gefärbtes Licht einer Intensität zwischen denjenigen, die von den reflektierenden und streuenden Zuständen reflektiert werden. In Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Feld-Pulses zeigt das Material somit eine stabile Grau-Skala-Reflektivität. Das Anwenden von mechanischer Belastung auf das Material kann ebenfalls verwendet werden, um das Material vom lichtstreuenden in den lichtreflektierenden Zustand zu treiben.
Ein Hauptvorteil des multistabilen Materials besteht darin, daß es keine aktive Matrix erfordert, um einen hochauflösenden Flachscheiben-Bildschirm herzustellen. Der Bildschirm kann ohne aktive Elemente an jeder Pixel-Stelle hergestellt werden und ein Multiplex-Schema kann verwendet werden, um die Anzeige zu adressieren. In starkem Maße vereinfacht dies die Herstellung, erhöht die Ausbeute und vermindert die Kosten der Anzeige.
Multiplex-Flachscheiben-Flüssigkristallanzeigen sind nicht neu und sind vorwiegend mit super-verdrillt nematischen Materialien für Anwendungen wie Laptop-Computerbildschirme entwickelt worden, wo Geschwindigkeit, Kontrast oder Farbe kein wichtiger Gesichtspunkt sind. Ferroelektrische Flüssigkristalle, die einen Oberflächen-stabilisierten bistabilen Zustand aufzeigen, können ebenfalls multiplex-betrieben werden. Diese Anzeigen sind schwierig in den Handel zu bringen gewesen, weil die Oberflächen- Stabilisierung unter schweren Betriebsbedingungen nicht aufrecht erhalten wird. Das Material der vorliegenden Erfindung liefert mehrere Vorteile dadurch, daß die lichtstreuenden und lichtreflektierenden Zustände materiell stabilisiert werden, ohne daß heikle Oberflächenbedingungen des Substrates erfordert werden. Mit dem Material der Erfindung hergestellte Anzeigevorrichtungen erfordern keine Polarisatoren, welche die Helligkeit der Anzeigen beschränken. Darüber hinaus wird Farbe durch das Material selbst ohne Notwendigkeit von Farbfiltern, welche die Helligkeit ebenfalls vermindern können, eingeführt.
Die obenstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften werden in der Erfindung durch Bereitstellen einer Licht-modulierenden Zelle erzielt, umfassend ein flüssigkristallines Lichtmodulierendes Material aus Flüssigkristall und Polymer, wobei der Flüssigkristall ein chiral-nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und chirales Material in einer Menge einschließt, die wirksam ist, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, wobei das Polymer in phasengetrennten Domänen in der Zelle in einer Menge verteilt ist, welche die fokal-konischen und verdrillt-planaren Texturen in Abwesenheit eines Feldes stabilisiert und dem Flüssigkristall erlaubt, Texturen beim Anlegen eines Feldes zu verändern.
Die Adressierungs-Mittel können von jedem im Fach bekannten Typ sein, wie eine aktive Matrix, ein Multiplexing-Schaltkreis, Elektroden etc. Die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft der Polymerdomänen sind durch das Polymer verankert. Als Ergebnis kann das neue Material dazu gebracht werden, verschiedene optische Zustände, d. h. lichtdurchlässig, lichtstreuend, lichtreflektierend und eine stabile Grau-Skala zwischen diesen Zuständen, unter verschiedenen Feldbedingungen aufzuzeigen.
Das zur Bildung des Polymernetzwerks verwendete Material ist mit dem chiral-nematischen Flüssigkristall löslich und zeigt eine Phasentrennung bei Polymerisierung unter Bildung von phasengetrennten Polymerdomänen. Geeignete Polymermaterialien können aus UV-härtbaren, thermoplastischen und wärmehärtbaren Polymeren gewählt werden, einschließlich Polymeren, die aus Monomeren mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen, so daß sie vernetzbar sind, gebildet sind, Polymethylmethacrylaten, Bisacrylaten, hydroxyfunktionalisierten Polymethacrylaten und Epoxysystemen, um einige zu nennen. Die zu verwendende Menge an Polymer hängt von dem Polymer ab. Nützliche Ergebnisse sind mit Polymeranteilen im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 40%, abhängig von dem Polymer, erhalten worden.
Der chiral-nematische Flüssigkristall ist ein Gemisch aus nematischem Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und chiralem Material in einer ausreichenden Menge, um eine gewünschte Ganghöhenlänge zu erzeugen. Geeignete nematische Flüssigkristalle und chirale Materialien sind im Handel erhältlich und sind dem Durchschnittsfachmann in Betrachtung dieser Offenbarung bekannt. Die Menge von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material wird in Abhängigkeit von dem verwendeten jeweiligen Flüssigkristall und chiralen Material, als auch dem gewünschten Betriebsmodus, variieren. Für im Normal- und Revers-Modus arbeitende Zellen können nützliche Ergebnisse unter Verwendung von 0,5 bis etwa 17 Gew.-% chiralem Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material und abhängig von dem verwendeten chiralem Material, erhalten werden. Ein bevorzugter Bereich von chiralem Material beläuft sich auf etwa 1 bis etwa 16 %. Für multistabile Zellen sind nützliche Ergebnisse unter Verwendung von etwa 18 bis etwa 66 Gew.-% chiralem Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, erhalten worden.
Die Wellenlänge von Licht, das von dem Material reflektiert wird, ist durch die Relation l = np gegeben, worin n für den durchschnittlichen Brechungsindex steht und p die Ganghöhenlänge ist. Wellenlängen über 800 nm liegen im Infra-Rot, und jene unter 380 nm liegen im Ultravioletten. In Zellen, die entweder auf die normale Weise, so daß sie in einem Feld-AUS-Zustand lichtstreuend und in einem Feld-AN-Zustand lichtdurchlässig sind, oder im reversen Modus, so daß sie im Feld-AUS-Zustand lichtdurchlässig und in einem Feld-AN-Zustand lichtstreuend sind, arbeiten, hat der chiral-nematische Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums, vorzugsweise im Infrarot-Spektrum, zu reflektieren. Eine bevorzugte Ganghöhenlänge für im normalen Modus und reversen Modus arbeitende Zellen liegt im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 4,0 mm. Flüssigkristalline Licht-modulierende Materialien, welche in den normalen und reversen Weisen arbeiten, sind mit chiralnematischem Flüssigkristall hergestellt worden, der etwa 1 bis etwa 16 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, enthält. Es wird zu verstehen sein, daß in beiden Fällen die Gewichtsmengen in Abhängigkeit vom jeweilig verwendeten Flüssigkristall, chiralen Material und Polymer schwanken können.
Bei der Ausführung der Erfindung wird die Lösung aus Flüssigkristall und Polymer (oder Polymervorläufer) in eine Zelle eingebracht. Die Polymerisation wird auf eine beliebige Weise, wie durch UV-Strahlung, thermisch etc., abhängig von dem verwendeten Polymer, eingeleitet. Unter Polymerisierungsbedingungen trennt sich die Polymer-Phase von dem chiralnematischen Flüssigkristall ab und es bildet phasengetrennte Polymerdomänen aus Polymermolekülen.
Während es nicht notwendig für die Erfindung ist, wird es in manchen Fällen bevorzugt, die Zellwände zu behandeln, um für eine zu den Zellwänden parallele Oberflächenausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu sorgen, z. B. durch Ausstatten der Zellwände mit geriebenen bzw. buffierten Polyimidschichten oder Behandeln derselben mit Detergenz oder Chemikalien. Dies hat den Effekt der Verbesserung von Durchlässigkeit und Antwortzeit in manchen Revers-Modus-Zellen im Feld-AUS-Zustand.
Im Falle von Normal-Modus-Zellen findet die Polymerisierung in Gegenwart eines elektrischen Feldes statt, das die Flüssigkristallmoleküle orthogonal zu den Zellwänden ausrichtet. Wenn die Polymerisierung vervollständigt und das elektrische Feld entfernt worden ist, sind die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft der Polymerdomänen in einer präferentiell homeotropen Ausrichtung verankert. Der umgebende chirale Flüssigkristall besitzt eine fokal-konische Textur, welche aus der Kompetition zwischen den Kräften in der Zelle, wie jedweden Oberflächeneffekten der Zellwände, dem elektrischen Feld und dem einengenden Effekt der Polymerdomänen, folgt. Im Feld-AUS-Zustand ist das Polymer-Flüssigkristall-Material stark lichtstreuend und die Zelle ist undurchsichtig. Im Feld-AN-Zustand wandelt sich die fokal-konische Textur zu einer homeotropen Ausrichtung um, so daß die Zelle optisch klar ist. Es besteht eine zu vernachlässigende Variation oder Fluktuation des Brechungsindex über das Flüssigkristallmaterial hinweg wegen der homeotropen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und der typischerweise kleinen Menge an Polymer in der Zusammensetzung. Deshalb ist die Zelle bei allen Betrachtungswinkeln schleierfrei. Jedoch sollte bemerkt werden, daß das Erhöhen der Polymermenge die Wirkung einer Zunahme des Schleier-Ausmaßes besitzen kann.
Im Fall von Revers-Modus-Zellen findet die Polymerisierung in Abwesenheit eines Feldes statt. Die Flüssigkristallmoleküle über die gesamte Zelle hinweg bevorzugen eine verdrillt-planare Struktur. In Abwesenheit eines Feldes ist die Zelle optisch klar, da es keine Reflektion oder Streuung im sichtbaren Licht-Bereich gibt. In einem Feld-AN-Zustand besitzen die Flüssigkristallmoleküle eine fokal-konische Textur in Gegenwart des Feldes als Ergebnis der Kompetition der verschiedenen Kräfte in der Zelle, wie jedweden Oberflächeneffekten, dem elektrischen Feld und der Einengung der Polymerdomänen. In diesem Zustand ist die Zelle lichtstreuend. Für Flüssigkristallmaterialien mit geeignet langen Ganghöhenlängen wird das Material bei Entfernen des Felds in die planare Textur zurückkehren.
Die multistabilen Farbanzeigezellen werden durch Polymerisieren und Phasen-Trennen der Flüssigkristall-Polymer-Lösung entweder bei Null-Feld oder in einem Feld, das wirksam ist, um die Flüssigkristall-Direktoren auszurichten, hergestellt. In beiden Fällen dienen die Polymerdomänen, die erzeugt werden, dazu, den aus dem Anlegen eines niedrigen elektrischen Feld-Pulses resul tierenden lichtstreuenden Zustand und den aus dem Anlegen eines hohen elektrischen Feld-Pulses resultierenden lichtreflektierenden Zustand zu stabilisieren.
In dem Feld-AUS-Zustand, bei dem die Flüssigkristallmoleküle in einer verdrillt-planaren Textur parallel zu den Zellwänden vorliegen, ist die Zelle in einem gefärbten lichtreflektierenden Zustand. Dieser Zustand kann dazu gebracht werden, als grün, rot, blau oder in jedweder vorhergewählten Farbe zu erscheinen, abhängig von der Ganghöhenlänge des chiral-nematischen Flüssigkristalls. Wenn ein geringes elektrisches Feld, z. B. 6 Volt pro mm Dicke, an die Zelle angelegt wird, wird sie zu einem weißen lichtstreuenden Zustand schalten. In diesem Zustand haben die die Polymerdomänen umgebenden Flüssigkristallmoleküle eine fokalkonische Textur als Ergebnis der Kompetition von jeglichen Oberflächeneffekten, dem elektrischen Feld und der Einengung von den Polymerdomänen. Das Material wird im lichtstreuenden Zustand bleiben, wenn das niedrige elektrische Feld entfernt wird. Wenn ein höheres elektrisches Feld, z. B. 12 Volt pro mm Dicke, an die Zelle angelegt wird, wird das Material optisch klar, bis die Spannung entfernt wird. Wenn das elektrische Feld rasch abgeschaltet wird, schaltet das Material zu der gleichmäßigen verdrillt-planaren Textur um, welche die von der Ganghöhenlänge diktierte vorhergewählte Farbe aufweist. Der lichtreflektierende Zustand bleibt bei Null-Feld-Bedingung stabil. Wenn das Feld langsam abgeschaltet wird, ändert sich das Material zu seinem lichtstreuenden Zustand, der bei Null-Feld-Bedingung ebenfalls stabil bleibt. Der Effekt der Polymerdomänen besteht darin, sowohl die planaren als auch die fokal-konischen Texturen in der Null-Feld-Bedingung zu stabilisieren. Die zur Lenkung des Materials zwischen verschiedenen Zuständen notwendige Größe des Feldes wird natürlich in Abhängigkeit von der Natur und Menge des verwendeten besonderen Flüssigkristalls und Polymeren schwanken, könnte aber einfach vom Durchschnittsfachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung bestimmt werden.
In den multistabilen Farbanzeigen hat der chiral-nematische Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge in einem bevorzugten Bereich von etwa 0,25 bis 0,44 mm, die wirksam ist, um zirkular polarisiertes gefärbtes Licht zu reflektieren. Typische Ganghöhenlängen sind 0,27 mm für blaue Farbe, 0,31 mm für grüne Farbe und 0,40 mm für rote Farbe. Es sind multistabile Farbanzeige- Materialien hergestellt worden, welche von etwa 27 bis etwa 66% chirales Material enthalten, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material. Die Bereiche können jedoch in Abhängigkeit von dem verwendeten chiralen Material, Flüssigkristall und dem Polymer variieren.
In einer Ausführungsform können die multistabilen Anzeige- Materialien hergestellt werden, um als ein bistabiler Lichtverschluß zu wirken. Durch Einstellen der Ganghöhenlänge des chiral-nematischen Flüssigkristalls, um Licht im Ultraviolett- Bereich zu reflektieren, wird das Material klar erscheinen, wenn es zur stabilen planaren Textur geschaltet wird, weil das reflektierte Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt. Wie bei den Farb-reflektierenden Zellen wird das Material Licht streuen, wenn es in die stabile fokal-konische Textur geschaltet wird. Somit kann das multistabile Material zwischen einem stabilen optisch klaren Zustand, wo der Flüssigkristall Licht im Ultraviolett-Bereich reflektiert, und einem stabilen lichtstreuenden Zustand umgeschaltet werden. Die zur Reflexion von Licht im Ultraviolett-Bereich effektiven Ganghöhenlängen werden typischerweise etwa 0,5 bis etwa 1 mm betragen. Bistabile Lichtverschlüße, welche Licht im Ultraviolett reflektieren, und daher in der planaren Textur klar erscheinen, und in der fokalkonischen Textur Licht streuen, sind hergestellt worden, wobei sie etwa 18 Gew.-% chirales Material enthalten, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall.
Überraschenderweise zeigt das multistabile farbreflektierende Material eine stabile Grau-Skala auf, d. h. mehrfache optische Zustände, gekennzeichnet durch variierende Intensitätsgrade der Reflektion, von denen alle in Abwesenheit eines angelegten Feldes stabil sind. Zwischen den reflektierenden und streuenden Zuständen zeigt das Material ein stabiles Grau-Skala-Reflektions vermögen des gefärbten Lichtes in Abhängigkeit von der Spannung des elektrischen Feld-Adressierungs-Pulses. In jedem Fall ist der elektrische Feld-Puls vorzugsweise ein Wechselspannungspuls, und weiter bevorzugt ein Rechteck-Wechselspannungspuls, da ein Gleichspannungspuls dazu neigen wird, ionische Leitung zu verursachen und die Lebensdauer der Zelle einzuschränken.
Folglich beinhaltet die Erfindung auch ein Verfahren zur Adressierung eines polymerstabilisierten chiral-nematischen Flüssigkristallmaterials, das in der Lage dazu ist, zwischen einem farbreflektierenden Zustand, der eine Maximum-Referenzintensität reflektiert, und einem lichtstreuenden Zustand, der eine Minimum-Referenzintensität zeigt, umgeschaltet zu werden. Das Verfahren umfaßt das Anlegen von Spannungspulsen von variierender Größe, ausreichend zur Erzielung einer stabilen Farbreflektivität zwischen besagtem Maximum und Minimum, wodurch ein stabiles Grau-Skala-Reflektionsvermögen von dem Material erzeugt wird.
Vorzugsweise ist das Verfahren gekennzeichnet durch das Unterziehen des Materials unter einen Wechselspannungspuls von ausreichender Dauer und Spannung, um zu verursachen, daß ein Teil des chiral-nematischen Materials einen ersten optischen Zustand aufzeigt und der verbleibende Teil des chiral-nematischen Materials einen zweiten optischen Zustand aufzeigt, der vom ersten Zustand verschieden ist. In der bevorzugten Ausführungsform zeigt der Anteil des Materials im ersten optischen Zustand die planare Textur und der Rest des Materials im zweiten optischen Zustand zeigt die fokal-konische Textur, wobei die Intensität der Reflexion proportional zur Menge des Materials in der planaren reflektierenden Textur ist.
Viele weitere Eigenschaften, Vorteile und ein vollständigeres Verständnis der Erfindung lassen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen erlangen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 ist eine diagrammartige Querschnitts-Illustration einer Licht-modulierenden Zelle, welche das polymer-flüssigkristalline Material der Erfindung beinhaltet.
Die Fig. 2 ist eine diagrammartige fragmentarische vergrößerte Querschnitts-Illustration des neuen Materials, wenn der Flüssigkristall homeotrop ausgerichtet ist, um einen optisch klaren Zustand zu bewirken.
Die Fig. 3 ist eine diagrammartige fragmentarische vergrößerte Querschnitts-Illustration des Materials in einem lichtstreuenden Zustand, wobei der Flüssigkristall in Nachbarschaft zu den Polymerdomänen homeotrop ausgerichtet ist, während der umgebende Flüssigkristall eine fokal-konische Textur aufweist.
Die Fig. 4 ist eine diagrammartige fragmentarische vergrößerte Querschnitts-Illustration des Materials, wenn der Flüssigkristall eine verdrillt-planare Textur aufweist.
Die Fig. 5 ist eine diagrammartige fragmentarische vergrößerte Querschnitts-Illustration des Materials, wobei der Flüssigkristall in Nachbarschaft zu den Polymerdomänen eine verdrilltplanare Struktur aufweist, während der umgebende Flüssigkristall eine fokal-konische Textur aufweist.
Die Fig. 6 ist eine Auftragung der dynamischen Antwort einer Zelle auf Wechselspannungs-Pulse variierender Spannungen, die eine Grau-Skala-Reflektion im Spannungsbereich von etwa 20 und 34 Volt erläutert.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die in der Fig. 1 diagrammartig veranschaulichte Zelle umfaßt Glasplatten 10 und 11, welche um ihre Kanten herum versiegelt und durch Abstandshalter 12 getrennt sind. Wie gezeigt, sind die Glasplatten 10 und 11 mit Indium-Zinnoxid oder dergleichen überzogen, um transparente Elektroden 13 zu bilden. Das Bezugszeichen 14 repräsentiert eine wahlfreie geriebene Polyimidbeschichtung, welche auf die Elektroden aufgebracht werden kann, um eine homogene Oberflächenausrichtung der Flüssigkristall-Direktoren zu beeinflußen.
Die Zelle von Fig. 1 ist mit dem polymer-flüssigkristallinen Material der Erfindung gefüllt. Das flüssigkristalline Lichtmodulierende Material ist im allgemeinen aus Phasen-getrennten Polymerdomänen 15 aufgebaut, welche in dem umgebenden chiralnematischen Flüssigkristall 16 mit positiver dielektrischer Anisotropie dispergiert sind. Eine Wechselspannungsquelle 17 ist angeschlossen an die Elektroden 13 gezeigt, um die Zelle zwischen verschiedenen optischen Zuständen umzuschalten.
Es versteht sich, daß die Form der in der Fig. 1 abgebildeten Zelle nur zum Zwecke der Beschreibung einer besonderen Ausführungsform und Funktion des flüssigkristallinen Lichtmodulierenden Materials der Erfindung ausgewählt worden ist, und daß das Material auf verschiedenen Wegen adressiert und in andere Typen von Zellen eingebaut werden kann. Zum Beispiel kann das neue Material, anstatt durch extern aktivierte Elektroden adressiert zu werden, durch eine aktive Matrix, ein Multiplexing- Schema oder einen anderen Typ von Schaltkreis adressiert werden, welche den auf dem Fachgebiet Tätigen alle offensichtlich sein werden. In ähnlicher Weise können die Zellen ohne die wahlweisen Ausrichtungsschichten hergestellt werden.
Gemäß der Erfindung werden die Polymerdomänen 15 durch Polymer definiert, welches aus einer Lösung mit dem chiral-nematischen Flüssigkristall phasen-getrennt ist. Der chiral-nematische Flüssigkristall in Nachbarschaft zu den Polymerdomänen 15 ist durch das Polymer verankert.
Der Polymergehalt hinsichtlich Gewicht, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Polymer, wird in Abhängigkeit von dem verwendeten Polymer variieren, und ist vorzugsweise in einer Menge im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 40 Gew.-%, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Polymer und Flüssigkristall, vorhanden. Zum Beispiel sind Zellen mit einem Polymergehalt im Bereich von etwa 1,5% bis 10% unter Verwendung bestimmter Bisacrylate, von etwa 20% bis 30% unter Verwendung bestimmter Hydroxy-funktionalisierter Polymethacrylate, und etwa 40%, wenn bestimmte Epoxide, Thermoplaste und UV-gehärtete Polymere verwendet werden, hergestellt worden. Es soll deshalb verstanden werden, daß der Polymergehalt einer gewissen Variation unterliegt, insofern, als das, was eine wünschenswerte oder unerwünschte Erscheinung der Zelle in ihren verschiedenen optischen Zuständen ausmacht, eine Angelegenheit subjektiver Beurteilung ist.
In einer bevorzugten Art zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Zelle wird das Polymer (oder seine Vorläufer, z. B. Monomere) mit dem chiral-nematischen Flüssigkristall zusammen mit jedewedem notwendigen Photo-Initiator, Vernetzungs- oder Aushärtmittel gelöst. Die Lösung wird dann zwischen die Glasplatten 10 und 11 eingebracht, welche hierin mit den wahlweisen geriebenen Polyimidüberzügen 14 gezeigt sind. Die Lösung wird dann in situ polymerisiert, um die einhergehende Phasentrennung des Polymeren zu induzieren, um die konzeptartig durch das Bezugszeichen 15 veranschaulichten Polymerdomänen in der Zelle zu bilden. Die Polymerisation der Polymer-Flüssigkristall-Lösung kann entweder in Gegenwart eines elektrischen Feldes, das wirksam ist, um die Flüssigkristall-Direktoren homeotrop auszurichten, oder bei Null- Feld stattfinden. Im letztgenannten Falle werden die Flüssigkristallmoleküle eine verdrillt-planare Textur bevorzugen, die parallel zu den Zellwänden orientiert ist.

Normal-Modus-Zellen

Normal-Modus-Zellen, welche Licht in einem Feld-AUS-Zustand streuen und in einem Feld-AN-Zustand optisch klar sind, werden unter Verwendung eines chiral-nematischen Flüssigkristalls hergestellt, der wirksam ist, um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums, vorzugsweise im Infra-Rot-Spektrum, zu reflektieren. Eine bevorzugte Ganghöhenlänge liegt im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 4,0 mm. Flüssigkristalline Licht-modulierende Materialien mit der gewünschten Ganghöhenlänge können etwa 1 bis etwa 16 Gew.-% chirales Material enthalten, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material; obwohl die Gewichtsmengen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Flüssigkristall, chiralen Material und Polymer, welche verwendet werden, variieren können.
Normal-Modus-Zellen werden durch Polymerisieren der Polymer- Flüssigkristall-Lösung in Gegenwart eines elektrischen Feldes hergestellt. Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist das elektrische Feld wirksam, um die chiral-nematischen Flüssigkristallmoleküle zu entdrillen und die Flüssigkristalldirektoren 20 homeotrop auszurichten. Eine einzelne Polymerdomäne 15 ist konzeptartig in der Fig. 2 veranschaulicht.
Von jeder der Polymerdomänen 15 wird angenommen, ein komplexes, häufig vernetztes dreidimensionales Netzwerk zu sein. Wenn des elektrische Feld abgeschaltet wird, wie veranschaulicht in der Fig. 3, neigt der Flüssigkristall in der Nachbarschaft des Polymeren aufgrund des Verankerungseffekts des Polymeren dazu, homeotrop ausgerichtet zu bleiben. Der durch die Bezugsziffer 30 angezeigte umgebende Flüssigkristall neigt dazu, sich zu einer fokal-konischen Textur, d. h. helikal-verdrillten Molekülen mit zufällig orientierten Helixachsen, umzuwandeln. Die fokalkonische Textur resultiert aus der Kompetition zwischen den verschiedenen Kräften im System, wie jedweden Oberflächeneffekten und dem Einengungseffekt der Polymerdomänen auf den Flüssigkristall. Im in der Fig. 3 veranschaulichten Feld-AUS-Zustand ist das Polymer-flüssigkristalline-Material stark lichtstreuend, unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts.
Wenn das elektrische Feld angeschaltet wird, um die Flüssigkristall-Direktoren homeotrop auszurichten, wie gezeigt in der Fig. 2, ist das Polymer-flüssigkristalline Material optisch klar. Wegen der typischerweise kleinen Menge an Polymer in der Zusammensetzung besteht keine signifikante Variation oder Fluktuation eines Brechungsindex über das gesamte flüssig kristalline Material hinweg. Deshalb ist die Zelle, die das Material beinhaltet, bei allen Betrachtungswinkeln schleierfrei, obwohl bei Steigerung der Menge an Polymer das Ausmaß der Schleiertrübung zunehmen kann.

Beispiel 1

Eine Normal-Modus-Zelle, lichtstreuend im Feld-AUS-Zustand und optisch klar in einem Feld-AN-Zustand, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 8,8 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 2,9 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,4 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
175,2 mg nematisches Flüssigkristall-Gemisch E-31LV;
8,3 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
8,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
5,7 mg Bisacryloylbiphenyl (BAB, labor-synthetisiertes Monomer);
1,0 mg Benzoinmethylether (BME, Photo-Initiator).
E-31LV besteht im wesentlichen aus einer Mischung von: 4-Ethyl- 4'-cyanobiphenyl, 4-Butyl-4'-cyanobiphenyl, 4-Hexyl-4'-cyanobiphenyl, 4-Methoxy-4'-cyanobiphenyl, 4-Propyloxy-4'-cyanobiphenyl, 4-Pentyl-4'-cyanoterphenyl und 4-(4'-Ethylbiphenyl-4- carbonyloxy)methylbenzol.
Eine Zelle, welche zwei an den Kanten versiegelte und durch 8 mm dicke Mylar-Abstandhalter getrennte Glasplatten aufweist, wurde mit der polymerisierbaren Lösung gefüllt. Die Glasplatten waren mit Indium-Zinnoxid überzogen, um transparente Elektroden bereitzustellen. Die Elektroden waren mit Polyimid beschichtet und aufgerauht bzw. gerieben, um eine homogene Oberflächenausrichtung des Flüssigkristalls zu bewirken.
Die gefüllte Zelle wurde mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und die Phasen-Trennung des Polymers in Polymerdomänen in der Zelle zu verursachen. Während die Zelle bestrahlt wurde, wurde eine elektrische Wechselspannung angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu veranlassen.
Bei Null-Feld war die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend und die Durchlässigkeit in diesem Zustand betrug weniger als 5%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 35 V) an die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent.

Beispiel 2

Die folgende Reihe von Normal-Modus-Zellen wurde bei variierenden Ganghöhenlängen und Konzentrationen von chiralem Material hergestellt.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 11,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 2,9 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,4 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
144 mg nematisches Flüssigkristall-Gemisch E-31LV von EM Industries;
18 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
4,9 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Während der Polymerisierung wurde eine elektrische Wechselspannung angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu veranlassen.
Bei Null-Feld war die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend und die Durchlässigkeit betrug weniger als 5%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 25 V) an die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 12,9 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 3,3 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,2 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
137 mg nematisches Flüssigkristall-Gemisch E-31LV;
20,4 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
5,3 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
2,4 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Während der Polymerisierung wurde eine elektrische Wechselspannung angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu verursachen.
Bei Null-Feld war die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend und die Durchlässigkeit der Zelle betrug 15%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 21 V) über die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Weil die Null- Feld-Durchlässigkeit sich auf 15% belief, war die Zelle marginal wirksam.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 5,9 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 2,2 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von 2,6 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
200 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
12,6 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
4,8 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,8 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Während der Polymerisierung wurde eine elektrische Wechselspannung angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu verursachen.
Bei Null-Feld war die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend und die Durchlässigkeit der Zelle betrug 62%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 14 V) über die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Weil sich die Null-Feld-Durchlässigkeit auf 62% belief, war die Zelle nicht annehmbar.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde aus einer polymerisierbaren Lösung hergestellt, die bestand aus 0,96% chiralem Material R-1011 (E. Merck), 94,82% nematischem Flüssigkristall-Gemisch ZLI-4389 (E. Merck), 3,83% BAB6-laboratoriumsynthetisierten Bisacrylatmonomer und 0,38% BME-Photo-Initiator, welche zwischen Glasplatten eingbracht wurde, die mit ITO beschichtet waren, um als transparente Elektroden zu dienen. Die Glasplatten waren gereinigt, wiesen aber keinerlei Oberflächenbehandlung zur Aus richtung des Flüssigkristalls auf. Die Dicke der Zelle wurde durch 15 mm-Glasfaser-Abstandhalter reguliert. Die Probe wurde mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren.
Diese Probe wies eine Ganghöhenlänge von 3,9 mm auf. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit der Probe 1,8%. Im Feld-AN- Zustand betrug die Durchlässigkeit 88%. Das Kontrast-Verhältnis belief sich auf 49 : 1. Die Probe besaß eine niedrige Ansteuer- bzw. Ansteuerspannung von Vrms = 8 V. Die Anschalt- und Abschalt- Zeiten betrugen 21 ms bzw. 66 ms. Diese Zelle war annehmbar.
Eine andere Normal-Modus-Zelle wurde genau wie die vorstehende Zelle aus einer polymerisierbaren Lösung hergestellt, die aus 2,16% chiralem Mittel R-1011, 93,36% nematischem Flüssigkristall-Gemisch ZLI-4389, 3,83% BAB6-Bisacrylat-Monomer und 0,38% BME-Photo-Initiator bestand. Diese Probe wies eine Ganghöhenlänge von 1,74 mm auf. Im Feld-AUS-Zustand betrug die Durchlässigkeit der Zelle 0,37%. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 87%. Die Zelle besaß ein hervorragendes Kontrast-Verhältnis von 230 : 1. Die Ansteuerspannung betrug 15 V und die Anschalt- und Abschalt-Zeiten betrugen 50 ms bzw. 14 ms.
Eine andere Normal-Modus-Zelle wurde genau wie das vorstehende Beispiel aus einer polymerisierbaren Lösung hergestellt, die aus 2,62% chiralem Material R-1011, 92,62% nematischem Flüssigkristall-Gemisch ZLI-4389, 4,38% BAB6-Bisacrylat-Monomer und 0,44% BME-Photo-Initiator bestand. Diese Probe wies eine Ganghöhenlänge von 1,4 mm auf. Im Feld-AUS-Zustand betrug die Durchlässigkeit der Zelle 0,35%. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 87%. Diese Zelle besaß ein hervorragendes Kontrast-Verhältnis von 250 : 1. Die Ansteuerspannung betrug 20 V und die Anschalt- und Abschalt-Zeiten betrugen 37 ms bzw. 25 ms. Es wurde bemerkt, daß die Ansteuerspannung dazu neigt, zu steigen, wenn die Ganghöhenlänge verringert wird.

Beispiel 3

Die folgende Reihe von Normal-Modus-Zellen wurde mit variierenden Konzentrationen des Monomers 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (BAB) hergestellt.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 10,0 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,4 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
107 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,91 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
5,5 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,7 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Während der Polymerisierung wurde ein elektrisches Wechselspannungs-Feld angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu veranlassen.
Bei Null-Feld war die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend und die Durchlässigkeit betrug 7%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 28 V) an die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Diese Zelle besaß einen guten Kontrast zwischen den Feld-AN- und den Feld-AUS-Zuständen.
Eine andere Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 9,9 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 1,2 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
164 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
18 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
2,2 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,7 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Während der Polymerisierung wurde ein elektrisches Wechselspannungs-Feld angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu verursachen.
Bei Null-Feld betrug die Durchlässigkeit 67%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 18 V) über die Zelle angelegt wurde, wurde sie optisch klar. Im Feld-AN-Zustand war die Zelle für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Weil die Null- Feld-Durchlässigkeit sich auf 67% belief, war die Zelle nicht annehmbar.
Eine Normal-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 9,8 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 9,0 Gew.-% Monomer, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chirale Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
101 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,0 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
11,4 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
3,5 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Zelle war bei Null-Feld fast transparent, und es handelte sich nicht um eine gute Zelle.

Beispiel 4

Eine Normal-Modus-Zelle ohne jegliche Oberflächen-Ausrichtungsschicht wurde aus einer polymerisierbaren Lösung hergestellt, die bestand aus 2,18% chiralem Material R-1011 (E. Merck), 94,14% nematischem Flüssigkristall ZLI-4389 (E. Merck), 2,90% BAB6- labor-synthetisiertem Bisacrylatmonomer und 0,29% BME-Photo- Initiator. Die Mischung wurde zwischen Glasplatten eingebracht, die transparente ITO-Elektroden aufwiesen. Die Dicke der Zelle wurde durch 15 mm-Glas-Abstandhalter reguliert. Die Glasplatten waren gereinigt, wiesen aber keinerlei Oberflächenbehandlungen zur Ausrichtung des Flüssigkristalls auf. Die Probe wurde mit UV- Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren.
Die Probe erforderte eine Ansteuerspannung von 18 V. Die Anschaltzeit betrug 52 ms und die Abschaltzeit betrug 19 ms. Das Kontrast-Verhältnis belief sich auf 1 : 245 und die Durchlässigkeit im Feld-AN-Zustand betrug 90%.

Revers-Modus-Zellen

Revers-Modus-Zellen, welche in einem Feld-AUS-Zustand optisch klar sind und in einem Feld-AN-Zustand lichtstreuend sind, werden unter Verwendung eines chiral-nematischen Flüssigkristalls mit einer Ganghöhenlänge außerhalb des sichtbaren Spektrums, vorzugsweise im Infrarot-Spektrum, hergestellt. Im Fall von Revers-Modus-Zellen schwankt die Ganghöhenlänge von etwa 1,0 bis etwa 4,0 mm. Der chiral-nematische Flüssigkristall besteht typischerweise aus etwa 1 bis etwa 16 Gew.-% chiralem Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material; obwohl die Gewichtsmengen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Flüssigkristall, chiralen Material und Polymer, welche verwendet werden, variieren können.
Revers-Modus-Zellen werden durch Polymerisieren der Polymer- Flüssigkristall-Lösung bei Null-Feld hergestellt. Wie in der Fig. 4 gezeigt, bevorzugen die Flüssigkristallmoleküle über das gesamte Material hinweg eine verdrillt-planare Textur, welche durch die Bezugsziffer 40 repräsentiert ist. Eine einzelne Polymerdomäne ist wiederum konzeptartig bei 15 repräsentiert. In dem in der Fig. 4 gezeigten Feld-AUS-Zustand ist ein Polymerflüssigkristallines Material optisch klar, da es keine Reflexion oder Streuung von Licht im sichtbaren Spektrum gibt.
Im in der Fig. 5 konzeptartig gezeigten Feld-AN-Zustand bevorzugen die Flüssigkristallmoleküle in der Nachbarschaft der Polymerdomänen 15 die verdrillt-planare Orientierung aufgrund des Verankerungseffekts der Polymerdomänen. Der umgebende Flüssigkristall wird durch das elektrische Feld zu einer fokal-konischen Textur umgewandelt. Die fokal-konische Textur in Gegenwart des Feldes ist ein Ergebnis der Kompetition zwischen den Kräften im System, wie jedweden Oberflächeneffekten, dem elektrischen Feld und der Einengung von den Polymerdomänen. Im Feld-AN-Zustand von Fig. 5 ist das flüssigkristalline Polymer-Material stark lichtstreuend für alle Polarisationen von einfallendem Licht.

Beispiel 5

Eine Revers-Modus-Zelle, lichtstreuend im Feld-AN-Zustand und optisch klar in einem Feld-AUS-Zustand, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 4,0 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,6 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 3,7 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
107 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
4,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
5,5 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,2 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Eine Zelle, welche zwei an den Kanten versiegelte und durch 8 mm dicke Mylar-Abstandhalter getrennte Glasplatten aufweist, wurde mit der polymerisierbaren Lösung gefüllt. Die Glasplatten waren mit Indium-Zinnoxid überzogen, um transparente Elektroden bereitzustellen. Die Elektroden waren mit Polyimid beschichtet und gerieben, um eine homogene Oberflächenausrichtung des Flüssigkristalls zu bewirken. Die gefüllte Zelle wurde mit UV- Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und die Phasen- Trennung des Polymers in Polymerdomänen in der Zelle zu verursachen.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 93%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 27 V) an die Zelle angelegt wurde, wurde sie undurchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 8%, unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts.

Beispiel 6

Eine Reihe von Revers-Modus-Zellen wurde bei variierenden Ganghöhenlängen und Konzentrationen von chiralen Materialien hergestellt.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 7,8 Gew. -% chirales Material, basierend auf dem Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,7 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem Gewicht von chiralem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,9 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
159 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
13,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
8,5 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,8 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 98%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 30 V) angelegt wurde, wurde die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 9% und war unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 12,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,8 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 1,3 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
129 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
17,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
7,5 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,6 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 96%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 41 V) angelegt wurde, wurde die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 5%, unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 1,39 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,5 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiralem Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 10,7 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
263 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
3,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
12,5 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,4 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die im Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 92%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 32 V) angelegt wurde, war die Durchlässigkeit von polarisiertem Licht parallel zur Reiberichtung 35%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 18 V) angelegt wurde, war die Durchlässigkeit von polarisiertem Licht senkrecht zur Reiberichtung 6%.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 16,3 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 4,4 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem Gewicht von Monomer und Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,9 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
125,7 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
24,4 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
6,9 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,7 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 94%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 50 V) angelegt wurde, wurde die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 11% und war unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. Diese Zelle zeigte auch einen Hysterese- Effekt auf, als die Zelle vom Feld-AN-Zustand in den Feld-AUS- Zustand geschaltet wurde.

Beispiel 7

Die folgende Reihe von Revers-Modus-Zellen wurde bei variierenden Polymer-Konzentrationen hergestellt.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 6,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 2,1 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiral-nematischem Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 2,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
181 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
4,2 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,9 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 97%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 18 V) angelegt wurde, wurde die Zelle undurchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 14%, und zwar unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. Die Abschaltzeit für diese Zelle belief sich auf 5 Millisekunden.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall-Material, enthaltend 6 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 2,9 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 2,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
181 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
5,7 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,7 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die gleiche Weise, wie in Beispiel 5 beschrieben, hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 95%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 21 V) angelegt wurde, wurde die Zelle durchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 8%, und zwar unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. Die Abschaltzeit für die Zelle belief sich auf 4 Millisekunden.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 6,0 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht des nematischen Flüssigkristalls und von chiralem Material, und 4,3 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiralem Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 2,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
180 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
8,6 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,9 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 95%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 28 V) angelegt wurde, wurde die Zelle durchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 8%, und zwar unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. Die Abschaltzeit der Zelle belief sich auf 3 Millisekunden.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 6,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 5,8 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 2,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
179 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
10,6 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,2 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld betrug die Durchlässigkeit 76%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 28 V) über die Zelle angelegt wurde, nahm die Durchlässigkeit ab. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 46%.
Eine Revers-Modus-Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 6,0 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, und 1,0 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht des chiral-nematischen Flüssigkristalls und von Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 2,5 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
184 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
11,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
20 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,7 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt.
Bei Null-Feld war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht bei allen Betrachtungswinkeln transparent. Im Feld-AUS- Zustand betrug die Durchlässigkeit 96%. Wenn eine Wechselspannung (Vrms = 14 V) an die Zelle angelegt wurde, wurde die Zelle durchsichtig oder lichtstreuend. Im Feld-AN-Zustand betrug die Durchlässigkeit 13%, unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts. Die Abschaltzeit belief sich auf 20 Millisekunden, was lang ist. Die Zelle wurde auch leicht durch das elektrische Feld beschädigt.

Beispiel 8

Eine Revers-Modus-Zelle wurde wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt, bestehend aus 2 Glasplatten, getrennt von 10 mm-Abstandhaltern, gefüllt mit einer polymerisierbaren Lösung, die bestand aus 94,53% nematischem Flüssigkristall ZLI-4389 (E. Merck), 1,25% chiralem Material ZLI-4572 (E. Merck), 3,83% BP6DA-laborsynthetisiertem Monomer und 0,38% Photo-Initiator. Die Glasobjektträger waren mit ITO-Elektroden und geriebenem Polyimid für homogene Oberflächen-Ausrichtung des Flüssigkristalls beschichtet. Das Material wurde dann durch 2 Stunden lange UV-Bestrahlung polymerisiert.
Im Feld-AUS-Zustand betrug die Durchlässigkeit 85%. Beim Anlegen eines Feldes nahm die Durchlässigkeit ab, wobei eine Minimum- Durchlässigkeit von 10% bei 15 Volt erreicht wurde. Wenn die angelegte Spannung vermindert wurde, kehrte das Material zum ursprünglichen durchlässigen Zustand zurück.

Beispiel 9

Eine Revers-Modus-Zelle wurde ohne eine Polyimid-Ausrichtungsschicht als einer Oberflächenbehandlung auf den Zellwänden hergestellt. Das polymerstabilisierte Flüssigkristallmaterial wurde aus 94,54% nematischem Flüssigkristallgemisch ZLI-4389, 1,25% chiralem Mittel ZLI-4572, 3,83% laborsynthetisiertem Bisacrylatmonomer BP6DA und 0,38% BME-Photoinitiator hergestellt und zwischen zwei durch 15 mm-Glasfaser-Abstandhalter getrennte Glasobjektträger eingebracht, wie in den vorstehenden Beispielen. Die Glasobjektträger waren mit ITO-Elektroden beschichtet, wiesen aber, außer einer Reinigung, keine andere Oberflächenbehandlung auf. Die Zelle wurde durch Kapillarwirkung in einer Vakuumkammer gefüllt. Die Probe wurde 2 Stunden lang mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren.
Im Feld-AUS-Zustand betrug die Durchlässigkeit 18%. Wenn eine externe elektrische Spannung an die Zelle angelegt wurde, nahm die Durchlässigkeit der Zelle ab. Ein Minimum-Wert von 2% wurde erreicht, als die Spannung auf 20 V gesteigert wurde. Wenn die Spannung vermindert wurde, wandelte sich das Material zu seiner ursprünglichen Textur zurück und die Durchlässigkeit der Zelle nahm zu, obwohl die dynamische Antwort der Zelle vergleichsweise langsam war.

Multistabile Farbanzeigezellen

Das multistabile Farbanzeige-Material der Erfindung zeigt ein stabiles Grau-Skala-Phänomen auf, gekennzeichnet durch die Fähigkeit des Materials, jedwede ausgewählte Lichtintensität zwischen der von dem reflektierenden Zustand reflektierten Intensität und derjenigen, die vom streuenden Zustand reflektiert wird, unbestimmt zu reflektieren. Wenn das Material im reflektierenden Zustand vorliegt, nimmt das chirale Material eine planare Textur ein, welche gefärbtes Licht bei einer Maximum- Intensität für ein gegebenes Material reflektiert, wobei die Farbe des reflektierten Lichts von der Ganghöhenlänge des chiralen Materials festgelegt wird. Ein elektrischer Feldpuls einer geeigneten Schwellenspannung, typischerweise im Bereich von etwa 4 bis 5 Volt pro Mikrometer Dicke, wird verursachen, daß mindestens ein Teil des Materials seinen optischen Zustand ändert, und daß sich die Intensität der Reflektivität vermindert.
Wenn der Wechselspannungspuls hoch genug ist, z. B. im Bereich von etwa 6 bis 8 Volt pro Mikrometer Dicke, wird sich der optische Zustand des Materials vollständig zum streuenden Zustand ändern, in welchem das chirale Material eine fokal-konische Textur zeigt, die Licht bei einer Minimum-Intensität für ein gegebenes Material reflektiert. Zwischen dem reflektierenden Zustand, von dem für ein gegebenes Material angenommen werden kann, die Maximum- Intensität der Reflektivität für dieses Material zu definieren, und dem streuenden Zustand, von dem angenommen werden kann, die Minimum-Intensität der Reflektivität zu definieren, liegt die Reflektivitätsintensität im Bereich entlang einer Grau-Skala, bei der es sich einfach um ein Kontinuum von Intensitätswerten zwischen denjenigen, welche von den reflektierenden und streuenden Zuständen aufgezeigt werden, handelt. Durch Pulsen des Materials mit einem Wechselspannungspuls einer Spannung, unterhalb derjenigen, die das Material vom reflektierenden Zustand zum streuenden Zustand oder umgekehrt umwandeln wird, erhält man eine Intensität der Reflektivität in diesem Grau- Skala-Bereich.
Während es nicht gewünscht wird, durch eine Theorie gebunden zu sein, ist es beobachtet worden, daß die Intensität der Reflektivität entlang der Grau-Skala ungefähr linear proportional zur Spannung des Pulses ist. Durch Variieren der Spannung des Pulses kann die Intensität der Reflektivität einer gegebenen Farbe proportional variiert werden. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, wird das Material diese Intensität in unbestimmter Weise reflektieren. Es wird angenommen, daß Pulse innerhalb dieses Grau-Skala-Spannungsbereiches verursachen, daß sich ein Teil des Materials von der für den reflektierenden Zustand charakteristischen planaren Textur zu der für den streuenden Zustand charakteristischen fokal-konischen Textur wandelt. Da sowohl die planare Textur des reflektierenden Zustands als auch die fokal-konische Textur des streuenden Zustands durch das Polymer bei Null-Feld-Bedingung stabilisiert werden, sind die von der Anzeige reflektierten Grau-Skala-Intensitäten ebenfalls stabil, weil das Material in diesen optischen Zuständen einfach eine Kombination sowohl der stabilen planaren Textur als auch der stabilen fokal-konischen Textur umfaßt. Die Intensität der Reflektivität entlang der Grau-Skala ist proportional zu der Menge an chiralem Material, die von der planaren Textur zu der fokal-konischen Textur geschaltet wird oder umgekehrt, was seinerseits proportional zur Spannung des Wechselspannungspulses ist.
Multistabile Farbanzeigezellen, die in einem Zustand Licht streuen und in einem anderen Zustand zirkular polarisiertes gefärbtes Licht reflektieren, mit einer stabilen Grau-Skala- Reflexion dazwischen, und welche auch betrieben werden können, um eine optische Durchsichtigkeit aufzuzeigen, werden unter Verwendung von chiral-nematischem Flüssigkristall hergestellt, der eine Ganghöhenlänge aufweist, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren. Bevorzugte Materialien haben eine Ganghöhenlänge im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 0,44 mm. Typische Ganghöhenlängen sind 0,27 mm für blaue Farbe, 0,31 mm für grüne Farben und 0,40 mm für rote Farbe. Multistabile Farbanzeige-Materialien sind hergestellt worden, um von etwa 27 bis etwa 66% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von nematischem Flüssigkristall und chiralem Material, zu enthalten; obwohl, wie im Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, der Gewichtsanteil in Abhängigkeit vom jeweiligen chiralen Material, nematischem Flüssigkristall und Polymer, welche verwendet werden, variieren kann.
Die Fig. 4 veranschaulicht konzeptartig eine einzelne Polymerdomäne 15 des multistabilen Farbanzeige-Materials der Erfindung in seinem lichtreflektierenden Zustand. In diesem Zustand sind die chiralen Flüssigkristallmoleküle 40 in einer verdrillt-planaren Struktur parallel zu den Zellwänden orientiert. Wegen der verdrillt-planaren Textur wird das Material Licht reflektieren, dessen Farbe von der jeweiligen Ganghöhenlänge abhängt. In diesem stabilen reflektierenden Zustand zeigt das Material eine Maximum-Reflektivität, welche eine Maximum-Referenz-Intensität darstellt, unterhalb derer die Grau-Skala-Intensitäten beobachtet werden.
Die planare Textur des Flüssigkristalls in der Nachbarschaft der Polymerdomänen 15 wird durch das Polymer stabilisiert. Der in der Fig. 5 durch die Bezugsziffer 50 angezeigte umgebende Flüssigkristall, der weniger stabilisiert ist, neigt dazu, sich in die fokal-konische Textur zu wandeln, wenn ein Wechselspannungspuls an die Zelle angelegt wird. Wie konzeptartig in der Fig. 5 veranschaulicht, ist das multistabile Farbanzeigematerial in seinem lichtstreuenden Zustand. In diesem stabilen streuenden Zustand zeigt das Material seine Minimum-Intensität der Reflektion (d. h. Maximum-Streuung), was eine Minimum-Referenz- Intensität der Reflektivität definiert, überhalb derer die Grau- Skala-Intensitäten beobachtet werden.
Wenn die Ganghöhenlänge des polymerstabilisierten Flüssigkristallmaterials in dem Bereich liegt, der wirksam ist, um sichtbares Licht zu reflektieren, sind sowohl der lichtreflektierende Zustand von Fig. 4 als auch der lichtstreuende Zustand von Fig. 5, als auch die Grau-Skala-Zustände dazwischen, in Abwesenheit eines elektrischen Feldes stabil. Wenn das multistabile Material im lichtreflektierenden Zustand von Fig. 4 vorliegt und ein geringer elektrischer Feldpuls angelegt wird, zum Beispiel etwa 6 Volt pro mm, wird das Material in den lichtstreuenden Zustand von Fig. 5 getrieben und wird bei Null- Feld in diesem Zustand bleiben. Wenn das multistabile Material im lichtstreuenden Zustand von Fig. 5 vorliegt und ein höherer elektrischer Feldpuls angelegt wird, ausreichend, um die chiralen Moleküle zu entdrillen, z. B. etwa 10 Volt pro mm Dicke, werden sich die Flüssigkristallmoleküle am Ende des Pulses in den lichtreflektierenden Zustand von Fig. 4 umwandeln und werden in diesem Zustand bleiben. Es versteht sich, daß die zum Lenken des Materials zwischen optischen Zuständen notwendigen Spannungen pro mm in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Materials variieren können, aber daß die Bestimmung von notwendigen Spannungen wohl innerhalb der Fähigkeiten auf dem Fachgebiet im Angesicht der vorliegenden Offenbarung liegt.
Wenn die Ganghöhenlänge des Flüssigkristallmaterials in dem Bereich liegt, der wirksam ist, um Licht im Ultraviolett-Bereich zu reflektieren, kann eine Variante von multistabiler Zelle hergestellt werden, welche als ein bistabiler Licht-Verschluß wirkt. Wenn das Material in der stabilen planaren Textur vorliegt, erscheint die Zelle klar, weil das aus der Zelle reflektierte Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt. Wie bei den farbreflektierenden Zellen wird das Material bei Umschalten zur stabilen fokal-konischen Textur Licht streuen. Somit kann das multistabile Material zwischen einem stabilen optisch klaren Zustand, in dem der Flüssigkristall Licht im Ultraviolett-Bereich reflektiert, und einem stabilen lichtstreuenden Zustand umgeschaltet werden. Ganghöhenlängen, die wirksam sind, um Licht im Ultraviolett-Bereich zu reflektieren, werden typischerweise von etwa 0,5 bis etwa 1 mm betragen. Es sind bistabile Lichtverschlüße, welche Licht im Ultraviolett reflektieren und somit in der planaren Textur klar erscheinen und in der fokal-konischen Textur Licht streuen, hergestellt worden, die etwa 18% chirales Material enthalten, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall.
Wenn das zum Entdrillen der Flüssigkristallmoleküle in den multistabilen Farbanzeigematerialien notwendige hohe elektrische Feld aufrecht erhalten wird, werden die Flüssigkristall- Direktoren homeotrop ausgerichtet, so daß das Material transparent ist. Wenn das Feld langsam entfernt wird, wird sich die Flüssigkristallorientierung in den lichtstreuenden Zustand von Fig. 5 umwandeln. Wenn das Feld rasch entfernt wird, wird sich die Orientierung in den lichtreflektierenden Zustand von Fig. 4 umwandeln. Die zwischen dem reflektierenden Zustand von Fig. 4 und dem streuenden Zustand von Fig. 5 reflektierten Intensitäten von Reflektivität sind stabile Grauskala-Reflektivitäten. Selbstverständlich kann der Intensitätwert der reflektierenden und streuenden Zustände variieren, wenn die Materialzusammensetzung variiert, aber die Grauskala ist durch den Bereich von Intensitäten dazwischen definiert.
Bei niedrigeren Spannungen als derjenigen, welche das Material vom reflektierenden Zustand von Fig. 4 zum streuenden Zustand von Fig. 5 umwandeln wird, werden Grauskala-Zustände, welche ihrerseits bei Null-Feld stabil sind, erhalten. Die Reflexion aus dem Material in diesen Grauskala-Zuständen ist stabil, weil ein Teil des Materials in der planaren reflektierenden Textur von Fig. 4 vorliegt und ein Teil des Materials in der fokal-konischen streuenden Textur von Fig. 5 vorliegt, welche beide durch das Polymer in Abwesenheit eines Feldes stabilisiert werden.
Somit wird zum Beispiel, wenn das Material im reflektierenden Zustand von Fig. 4 vorliegt und ein elektrischer Feldpuls angelegt wird, der eine ungenügende Spannung besitzt, um den gesamten die Polymerdomänen 15 umgebenden Flüssigkristall 16 in die fokal-konische Textur, in Fig. 5 gezeigt bei 50, zu treiben, d. h. unausreichend, um das Material vollständig in den streuenden Zustand zu bringen, das Material gefärbtes Licht von einer Intensität reflektieren, welche proportional zu der Menge an Material ist, welche in der planaren reflektierenden Textur verbleibt. Das Reflexionsvermögen wird somit geringer sein als dasjenige, welches von dem Material reflektiert wird, wenn das gesamte chirale Material in der planaren reflektierenden Textur vorliegt, aber noch höher als wenn es vollständig in die fokalkonische streuende Textur geschaltet wird. Wenn die Spannung des elektrischen Feldpulses erhöht wird, wird mehr von dem chiralen Material von der planaren reflektierenden Textur zur streuenden fokal-konischen Textur geschaltet und die Reflektivität nimmt weiter ab, bis die Spannung des Pulses zu dem Punkt erhöht wird, an dem das Material vollständig in den streuenden Zustand geschaltet wird. Wenn die Spannung des Pulses noch weiter erhöht wird, beginnt die Intensität der Reflexion wiederum zu steigen, bis die Größe des Pulses ausreichend ist, um die chiralen Moleküle zu entdrillen, so daß sie sich wieder in die planare lichtreflektierende Textur umwandeln werden, wenn der Puls entfernt wird und das Material erneut in dem lichtreflektierenden Zustand von Fig. 4 vorliegt.
Wenn das Material im fokal-konischen streuenden Zustand von Fig. 5 vorliegt, wird ein angelegter elektrischer Feldpuls einen zu vernachlässigenden Effekt auf die Reflektivität der Zelle besitzen, bis er eine Größe erreicht, die ausreicht, um das chirale Material zu entdrillen, wodurch es sich zum lichtreflektierenden Zustand von Fig. 4, wie obenstehend beschrieben, umwandeln wird, wenn das Feld entfernt wird. Die Grauskala- Antwort einer wie obenstehend beschriebenen Zelle wird in der Fig. 6 veranschaulicht, die die Antwort des im Beispiel 10 hergestellten Materials auf variierende Puls-Spannungen zeigt.

Beispiel 10

Eine multistabile Grauskala-Anzeigezelle wurde aus einem polymerstabilisierten chiral-nematischen Flüssigkristallmaterial der folgenden Komponenten hergestellt:
160,7 mg - cholesterischer Flüssigkristall CB15, BDH Chemicals
160,7 mg - cholesterischer Flüssigkristall CE2, BDH Chemicals
488,8 mg - nematischer Flüssigkristall E-31, BDH Chemicals
8,0 mg - labor-synthetisiertes Monomer BAR (4,4'-Bisacryloylbiphenyl)
3,0 mg - BME (Benzoinmethylether), Polyscience Co., Photo- Initiator
2,2 mg - R4, dichroitischer Farbstoff
Eine Mischung aus dem Flüssigkristall und Monomer wurde zwischen zwei Glasplatten mit ITO-Elektroden sandwichartig eingebracht. Die Glasplatten waren Polyimid beschichtet und für die homogene Ausrichtung des Flüssigkristalls gerieben. Die Rückseitenplatte war schwarz angestrichen und durch 5 mm-Glasfasern von der Vorderseitenplatte getrennt. Im reflektierenden Zustand reflektierte die Zelle grüne Farbe. Im streuenden Zustand war die Zelle schwarz. Die gefüllte Zelle wurde 30 Minuten lang mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und die Phasentrennung des Polymers in phasengetrennte Polymerdomänen in der Zelle zu verursachen.
Die Reflektivität der Zelle in Antwort auf einen Wechselspannungspuls von variierenden Spannungen wurde gemessen. Bei der Messung wurden Rechteck-Wechselspannungspulse einer Breite von 10 Millisekunden (ms) angewandt. Für dieses Material schaltete ein angelegter Puls von 34 V die Zelle vollständig in den streuenden Zustand um, unabhängig davon, ob sie vor dem Puls im reflektierenden Zustand oder im streuenden Zustand war. Hier wird eine Minimumreflektion beobachtet. Ein angelegter Puls von 50 V schaltete die Zelle in den reflektierenden Zustand, unabhängig davon, ob die Zelle vor dem Puls im streuenden oder im reflektierenden Zustand war. Hier wird eine Maximumreflektion beobachtet. Die Umwandlung vom reflektierenden in den streuenden Zustand betrug nahezu 0,5 ms. Die Umwandlung vom streuenden in den reflektierenden Zustand betrug nahezu 300 ms.
Die Grau-Skala-Antwort der Zelle in Antwort auf Pulse von variierender Spannung ist in der Fig. 6 ersichtlich. Hier wurde die Spannung des Pulses variiert und die Reflexion der Zelle eine Sekunde nach dem Puls gemessen. Die Kurve A ist die Antwort der Zelle, wenn das Material vor jedem Puls im reflektierenden Zustand vorliegt. Vor jedem auf der Kurve A aufgetragenen Puls wurde das Material einem hohem Wechselspannungspuls von etwa 50 V unterzogen, um sicher zu stellen, daß es vor dem Puls vollständig im reflektierenden Zustand war. Wenn die Spannung des Pulses unter 20 V beträgt, wird die Reflexion der Zelle nicht beeinflußt. Wenn die Spannung des Pulses zwischen 20 V und 34 V beträgt, wobei letztere die zum Schalten der Zelle in den streuenden Zustand notwendige Spannung ist, nimmt die Reflektivität der Zelle ungefähr linear ab, wenn die Spannung des Pulses erhöht wird. In diesem Spannungsbereich wird eine Grau- Skala-Reflektivität beobachtet. In jedem Fall fuhr das Material damit fort, zu reflektieren, nachdem der Puls entfernt war. Wenn die Spannung des Pulses über 34 V gesteigert wurde, nahm die Reflektivität der Zelle zu, bis die Reflektivität ihren Ursprungswert erreichte, d. h. denjenigen des reflektierenden Zustands, überhalb 46 V. Die Kurve B ist die Antwort der Zelle, wenn das Material vor dem Wechselspannungspuls anfänglich im streuenden Zustand vorlag. Hier bleibt die Reflektivität der Zelle für einen Wechselspannungspuls unter 40 V unverändert. Über 40 V schaltete das Material zum reflektierenden Zustand um.

Beispiel 11

Eine Farbanzeige-Zelle, die rotes zirkular polarisiertes Licht im reflektierenden Zustand reflektiert, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 29,8 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 2,7 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiralem Flüssigkristall, hergestellt. Der chirale Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von 0,41 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
67,8 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
14,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
14,8 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)-butylbiphenyl (chirales Material);
2,7 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Eine Zelle, welche zwei an den Kanten versiegelte und durch 8 mm dicke Mylar-Abstandhalter getrennte Glasplatten aufweist, wurde mit der polymerisierbaren Lösung gefüllt. Die Glasplatten waren mit Indium-Zinnoxid überzogen, um transparente Elektroden bereitzustellen. Die Elektroden waren mit Polyimid beschichtet und gerieben, um eine homogene Oberflächenausrichtung des Flüssigkristalls zu bewirken.
Die gefüllte Zelle wurde 30 Minuten lang mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und die Phasentrennung des Polymers in phasengetrennte Polymerdomänen zu verursachen. Beim Anlegen eines hohen Wechselspannungspulses, etwa 104 V, war die Zelle optisch klar und für einfallendes Licht transparent. Wenn der Puls entfernt wurde, war die Zelle im stabilen planaren reflektierenden Zustand. Ein Wechselspannungspuls zwischen etwa 50 und 85 V schaltete die Zelle in einen stabilen fokal-konischen streuenden Zustand um. Sowohl die reflektierenden als auch die streuenden Zustände waren bei Null-Feld über mehrere Monate lang stabil.

Beispiel 12

Eine Zelle, die einen blauen reflektierenden Zustand aufweist, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 45,3 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 1,5 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiralnematischem Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,27 mm auf, wobei blaues zirkular polarisiertes Licht im reflektierenden Zustand reflektiert wurde.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
132,6 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
50,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
59,7 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
3,7 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in Beispiel 11 hergestellt. Die Zelle war nach Entfernen des Hoch-Spannungspulses in einem blauen reflektierenden Zustand.

Beispiel 13

Eine Zelle, die einen grünen reflektierenden Zustand aufweist, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 39,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 2,0 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chirale Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,31 mm auf, wobei grünes zirkular polarisiertes Licht reflektiert wurde.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
85,6 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
27,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
28,0 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
2,9 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in den vorstehenden Beispielen hergestellt. Die Zelle war nach Entfernen des Hoch-Spannungspulses in einem grünen reflektierenden Zustand.

Beispiel 14

Eine Zelle, die einen roten reflektierenden Zustand aufweist, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 30,0 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 1,9 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralnematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chirale Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,41 mm auf. Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
80,0 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
16,7 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
17,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
22 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg an Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde wie in den vorstehenden Beispielen hergestellt. Die Zelle lag nach Entfernen des Hoch-Spannungspulses in einem roten reflektierenden Zustand vor.

Beispiel 15

Eine grüne reflektierende Zelle mit einem größeren Ausmaß an Kontrast zwischen dem reflektierenden Zustand und dem streuenden Zustand, wurde unter Verwendung einer Lösung von chiralnematischem Flüssigkristall, enthaltend 39,1 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 2,0 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von Monomer und chiral-nematischem Flüssigkristall, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,31 mm auf, wobei grünes zirkular polarisiertes Licht reflektiert wurde.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
85,6 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
27,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material);
28,0 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
2,7 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Eine Zelle, welche zwei an den Kanten versiegelte und durch 8 mm dicke Mylar-Abstandhalter getrennte Glasplatten aufweist, wurde mit der polymerisierbaren Lösung gefüllt. Die Glasplatten waren mit Indium-Zinnoxid überzogen, um transparente Elektroden bereitzustellen. Die Elektroden waren mit Polyimid beschichtet und gerieben, um eine homogene Oberflächenausrichtung des Flüssigkristalls zu beeinflußen.
Die gefüllte Zelle wurde mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und eine Phasentrennung des Polymeren in Polymerdomänen zu verursachen. Während die Zelle bestrahlt wurde, wurde eine elektrische Wechselspannung angelegt, um die homeotrope Ausrichtung des Flüssigkristalls zu verursachen.
Der Zustand der Zelle wurde durch die Spannung eines elektrischen Pulses gesteuert. Wenn eine hohe Wechselspannung (VCS = 104 V) angelegt wurde, war die Zelle optisch klar und für alle Winkel von einfallendem Licht transparent. Wenn die hohe Wechselspannung entfernt wurde, war die Probe im reflektierenden Zustand, und wegen der Ganghöhe des chiralen Flüssigkristalls war die Farbe der Zelle grün. Wenn eine Wechselspannung (50 V ≤ Vrms ≤ 85 V) angelegt wurde, schaltete die Zelle in den lichtstreuenden Zustand, und nach Entfernen des Niedrig-Spannungsfeldes blieb die Zelle im lichtstreuenden Zustand. Sowohl von den reflektierenden als auch den streuenden Zuständen wurde beobachtet, daß sie stabile Zustände sind. Diese Zelle schien einen besseren Kontrast zwischen den reflektierenden und streuenden Zuständen aufzuweisen, als die Zelle, welche in den vorhergehenden Beispielen hergestellt worden ist. Dies sollte zu einer mit diesem Material erhältlichen breiteren Grau-Skala führen.

Beispiel 16

Es wurde eine Zelle hergestellt, wobei kein Monomer zu dem chiral-nematischem Flüssigkristall zugegeben wurde. Die Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall enthielt 32,4 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall.
Die Lösung bestand aus:
121,6 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
29,7 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenylcarboxylat (chirales Material); und
20,5 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material).
Eine Zelle, welche zwei an den Kanten versiegelte und durch 10 mm dicke Mylar-Abstandhalter getrennte Glasplatten aufweist, wurde mit der chiral-nematischen Flüssigkristall-Lösung gefüllt. Die Glasplatten waren mit Indium-Zinnoxid überzogen, um transparente Elektroden bereitzustellen. Die Elektroden waren mit Polyimid beschichtet und gerieben, um eine homogene Oberflächenausrichtung des Flüssigkristalls zu bewirken.
Bei Null-Feld wandelte sich der streuende Zustand über eine Zeitspanne von einer Stunde zum reflektierenden Zustand. Der reflektierende Zustand war ebenfalls nicht gleichmäßig.

Beispiel 17

Eine multistabile Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 29,8 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 2,7 Gew.-% eines vernetzenden Monomers, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiral-nematischem Flüssigkristall und Monomer, hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,41 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
67,8 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
14,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenyl- carboxylat (chirales Material);
14,8 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
2,7 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
1,0 mg Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Zelle wurde auf die in Beispiel 11 beschriebene Weise hergestellt. Die Zelle war im reflektierenden Zustand nach Entfernen des Hoch-Spannungspulses rot. Die Spannungen, welche erforderlich waren, um die Zelle zu den reflektierenden oder streuenden Zuständen umzuschalten, waren die gleichen wie in Beispiel 11. Der reflektierende Zustand und der streuende Zustand hatten einen guten Kontrast und beide Zustände waren stabil.
Eine multistabile Zelle wurde unter Verwendung einer Lösung von chiral-nematischem Flüssigkristall, enthaltend 30,3 Gew.-% chirales Material, basierend auf dem vereinigten Gewicht von chiralem Material und nematischem Flüssigkristall, und 6,9 Gew.-% eines vernetzenden Monomers hergestellt. Der chiral-nematische Flüssigkristall wies eine Ganghöhenlänge von etwa 0,40 mm auf.
Die polymerisierbare Lösung bestand aus:
92,8 mg nematischem Flüssigkristall E-31LV;
20,0 mg 4"-(2-Methylbutylphenyl)-4'-(2-methylbutyl)-4-biphenyl- carboxylat (chirales Material);
20,3 mg 4-Cyano-4'-(2-methyl)butylbiphenyl (chirales Material);
9,9 mg 4,4'-Bisacryloylbiphenyl (Monomer); und
0,8 mg an Benzoinmethylether (Photo-Initiator).
Die Probenzelle wurde auf die im Beispiel 11 beschriebene Weise hergestellt. Die Zelle wies keinen streuenden Zustand auf. Im Anschluß an die Entfernung von jedwedem elektrischen Wechselspannungspuls kehrte die Probenzelle zum reflektierenden Zustand zurück. Die Farbe der Zelle im reflektierenden Zustand war rot.

Beispiel 18

Eine Zelle gemäß der Erfindung wurde unter Verwendung eines Epoxids hergestellt. Das Epoxid war, bezogen auf Gewicht, aus 6,1 % Epon 828, 22,5% Capcure 3-800 und 11,4% Heloxy 97 aufgebaut. Das Epoxid wurde mit 60% Flüssigkristall vereinigt, aufgebaut aus einem Gemisch von 57,1% E7 (nematisches Flüssigkristallgemisch), 21,4% CB15 (chirales Material) und 21,5% CE2 (chirales Material). Die Materialien wurden 5 Minuten lang von Hand gemischt. Eine homogene Lösung wurde durch Erwärmen des Gemischs auf 90ºC und Rühren gebildet. Die resultierende Mischung wurde sandwichartig zwischen ITO-beschichtete Glasplatten mit 10 mm-Abstandhaltern eingebracht. Die resultierende Montage-Einheit wurde in einem Ofen bei 90ºC über Nacht gehärtet. Der resultierende Verschluß kann durch Anlegen eines 175 Volt-Pulses von einer fokal-konischen zur planaren Textur und dann durch Anlegen eines 80 Volt-Pulses zurück zur fokal-konischen Textur geschaltet werden. Sowohl die planare als auch die fokal-konische Textur sind bei multiplen stabilen reflektierenden Zuständen, d. h. einer stabilen Grau-Skala dazwischen, stabil. Vorteilhafterweise ist dieser Film selbsttragend und selbst-adhärierend insofern, daß das Material selbst die Platten zusammenschließt.

Beispiel 19

Eine andere Licht-modulierende Zelle wurde aus einem optischen adhäsiven UV-gehärteten Polymer hergestellt. Eine Flüssigkristallmischung, umfassend 57,1% E7, 21,4% CB15 und 21,5% CE2, wurde mit 25 Gew.-% Norland-optischem Klebstoff NOA65 gemischt. Die Lösung wurde auf etwa 100ºC erwärmt, um eine homogene Lösung von Flüssigkristall und Polymer zu bilden. Die resultierende Mischung wurde sandwichartig zwischen zwei transparente leitende Glas-Substrate mit 20 mm-Abstandhaltern zur Steuerung der Dicke eingebracht und dann 5 Minuten lang durch UV- Licht unter einer Oriel 450 Watt-Xenon-Bogenlampe gehärtet. Der "Sandwich" wurde bis unmittelbar vor dem UV-Härten in einem Ofen bei 100ºC gehalten. Beim Anlegen eines geeigneten Feldes wurde der resultierende Verschluß zwischen stabilen fokal-konischen bzw. planaren Texturen, mit multiplen stabilen Grau-Skala-Zuständen dazwischen, umgeschaltet. Wie beim vorhergehenden Beispiel war dieser Film ebenfalls vorteilhafterweise selbsttragend.

Beispiel 20

Mehrere weitere Zellen wurden unter Verwendung verschiedener Gemische von E48 als dem nematischen Flüssigkristall hergestellt. In diesen Zellen bestand das chirale Material aus TM74A oder verschiedenen Mischungen von CB15 und CE2 in Mengen im Bereich von 10 bis 45% der Flüssigkristall-Komponente. Das Polymer AU1033 (ein hydroxy-funktionalisiertes Polymethacrylat) wurde in diesen Zellen in Mengen im Bereich von 20-30 Gew.-% verwendet, basierend auf dem vereinigten Gewicht des Flüssigkristallgemischs und des Polymers. Ein Diisocyanat-Vernetzungsmittel (N75) wurde zu den Lösungen von Flüssigkristall und Polymer zugegeben, und die Lösungen wurden in 10 mm dicke Zellen eingebunden. Bei Verdampfung des Lösemittels wurden die Materialien thermisch bei 100ºC vernetzt. Die resultierenden Verschlüße lagen alle in einer stabilen planaren Textur vor und könnten beim Anlegen eines Feldes zu einer stabilen fokal-konischen Textur geschaltet werden. Das Anlegen eines höheren Feldes schaltete die Verschlüße zurück zur planaren Textur.
Zusätzliche Zellen wurden unter Verwendung von E7 und E31 als dem nematischen "Wirt" mit 45% chiralem Zusatzstoff, gewählt aus TM74A oder Mischungen von CE2 und CB15, und 30% AU1033 als Polymerbinder hergestellt. Diese Verschlüße waren ebenfalls zwischen stabilen planaren und fokal-konischen Texturen umschaltbar.

Beispiel 21

Weitere Verschlüße wurden unter Verwendung eines chiralnematischen Flüssigkristalls, der aus verschiedenen Mischungen von E48, CB15 und CE2 bestand, und TM74A in 5- und 10%igem PMMA- Polymer hergestellt. Die Mischungen wurden auf leitende Glassubstrate gegossen und das Lösemittel verdampfen gelassen. Abstandshalter wurden verwendet, um eine letztendliche Filmdicke von 10 mm herzustellen. Der Film wurde auf 100ºC erwärmt, und ein zweites Substrat wurde hinzugefügt, um die Zelle zu bilden. Die resultierenden Verschlüße reflektierten blaues Licht in der planaren reflektierenden Textur. Wie bei den anderen Verschlüßen, schalteten die Materialien beim Anlegen eines Feldes zu einer stabilen fokal-konischen Textur und dann, beim Anlegen eines höheren Feldes, zurück zu einer stabilen planaren Textur. Diese Zellen waren ebenfalls vorteilhafterweise selbst-haltend.

Beispiel 22

Eine multistabile farbreflektierende Zelle wurde wie in den vorstehenden Beispielen aus einem Material der folgenden Komponenten hergestellt:
160,7 mg - cholesterischer Flüssigkristall CB15, BDH Chemicals
160,7 mg - cholesterischer Flüssigkristall CE2, BDH Chemicals
488,8 mg - nematischer Flüssigkristall E-31, BDH Chemicals
8,0 mg - laborsynthetisiertes Monomer BAB (4,4'-Bisacryloylbiphenyl)
3,0 mg - BME (Benzoinmethylether), Polyscience Co., Photo- Initiator
2,2 mg - R4, dichroitischer Farbstoff
Das Material wurde 30 Minuten lang mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und die Phasen-Trennung des Polymers in Polymerdomänen in der Zelle zu verursachen. Im reflektierenden Zustand reflektierte das Material eine grüne Farbe. Im streuenden Zustand erscheint das Material schwarz, wenn eine schwarze absorbierende Schicht auf dem Rückseitensubstrat verwendet wird.

Beispiel 23

Eine multistabile farbreflektierende Anzeigezelle wurde mit den folgenden Materialien hergestellt:
15,8% CE2, cholesterischer Flüssigkristall, BDH Chemicals
14,8% CB15, cholesterischer Flüssigkristall, BDH Chemicals
68,2% ZLI-4389, nematischer Flüssigkristall, EM Industries
1,2% DSM-DesSolite 950-044-UV-Material, DSM Desotech Inc.
Eine Zelle wurde wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt. Das DesSolite ist eine Mischung aus Monomer, Oligomer und Photo-Initiator. Im reflektierenden Zustand reflektiert die Zelle grüne Farbe.

Beispiel 24

Ein bistabiler Lichtverschluß wurde hergestellt, worin die Ganghöhenlänge des Flüssigkristalls angepaßt wurde, um Licht im Ultraviolettbereich zu reflektieren. Ein Gemisch von 6,3% CE2- cholesterischem Flüssigkristall, 6,2% cholesterischem CB15- Flüssigkristall, 6,3% chiralem Mittel R-1011, 80% nematischem Flüssigkristallgemisch ZLI-4469-00, 1% Bisacrylatmonomer BAB und 0,1% Photo-Initiator BME wurde zwischen Glasplatten eingebracht, welche mit ITO beschichtet waren, um als transparente Elektroden zu dienen. Die Glasplatten waren mit Polyimid beschichtet und gerieben, um eine homogene Ausrichtung des Flüssigkristalls zu verursachen. Die Probe wurde mit UV-Licht bestrahlt, um das Monomer zu polymerisieren und Phasen-getrennte Polymerdomänen in der Zelle herzustellen. Die Zelle zeigte einen stabilen optisch klaren Zustand, wenn sie in die planare Textur umgeschaltet wurde, und einen stabilen streuenden Zustand, wenn sie in die fokalkonische Textur umgeschaltet wurde.
Dem Fachmann werden im Lichte der vorstehenden ausführlichen Offenbarung viele Modifikationen und Variationen der Erfindung offensichtlich sein. Daher kann die Erfindung, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche, anders ausgeführt werden, als spezifisch gezeigt und beschrieben.

Claims

1. Licht-modulierende reflektierende Zelle, umfassend eine Zellwandstruktur und ein Polymer, enthaltend ein Lichtmodulierendes chiral-nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren, wobei die Zellwandstruktur mit dem Flüssigkristall kooperiert, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in der Abwesenheit eines Feldes stabil sind, und Einrichtungen zum Adressieren des Flüssigkristallmaterials, wobei die Einrichtungen angepaßt sind, um selektiv einen ersten Spannungsimpuls von einer Größe, welche wirksam ist, um mindestens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer fokalkonischen Textur zu einer Licht-reflektierenden verdrilltplanaren Textur zu überführen, und einen zweiten Spannungspuls einer Größe, die wirksam ist, um mindestens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer Licht-reflektierenden verdrillt-planaren Textur in eine fokal-konische Textur zu transformieren, zu erzeugen, wobei die Zellwandstruktur für die Ausrichtung des Flüssigkristalls unbehandelt ist.

2. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 1, worin der Flüssigkristall eine stabile Licht-reflektierende verdrilltplanare Textur im Anschluß an das plötzliche Entfernen eines Spannungspulses, der wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten, und eine stabile lichtstreuende fokal-konische Textur im Anschluß an die Entfernung eines Spannungspulses unterhalb desjenigen, welcher den Flüssigkristall homeotropisch ausrichten wird, aufzeigt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Einrichtungen zum Anlegen eines Feldes durch das Material ausgelegt sind, um einen Wechselspannungs-Puls vorzusehen.

4. Verfahren zum Adressieren einer Licht-modulierenden Zelle, welche Polymer und Licht-modulierendes chiral-nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren, eine Zellwandstruktur, welche mit dem Flüssigkristall kooperiert, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in Abwesenheit eines Feldes stabil sind, und Einrichtungen zum Adressieren des Flüssigkristallmaterials umfaßt, wobei das Verfahren das selektive Anlegen von Spannungspulsen einer Größe, die wirksam ist, um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer fokal-konischen Textur in eine Licht-reflektierende verdrillt-planare Textur zu transformieren, oder um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer Licht-reflektierenden verdrilltplanaren Textur in eine fokal-konische Textur zu überführen, an das Material umfaßt, wobei die Zellwandstruktur für die Ausrichtung des Flüssigkristalls unbehandelt ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, umfassend das selektive Umschalten des Materials zu einer Licht-reflektierenden verdrillt-planaren Struktur im Anschluß an die plötzliche Entfernung eines Spannungspulses, der wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten, und einer lichtstreuenden fokal-konischen Textur im Anschluß an die Entfernung eines Spannungspulses unterhalb desjenigen, welcher den Flüssigkristall homeotropisch ausrichtet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, umfassend das Anlegen von Rechtecks-Wechselspannungspulsen.

7. Licht-modulierende reflektierende Zelle, umfassend Zellwandstruktur und ein Polymer, enthaltend Licht-modulieren des chiral-nematisches Flüssigkristall-Material mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren, wobei die Zellwandstruktur behandelt ist, um den Flüssigkristall auszurichten, und mit dem Flüssigkristall kooperiert, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in Abwesenheit eines Feldes stabil sind, und Einrichtungen zum Adressieren des Flüssigkristall-Materials, wobei die Einrichtungen ausgelegt sind, um einen ersten Spannungspuls einer Größe, die wirksam ist, um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls von einer fokal-konischen Textur zu einer Licht-reflektierenden verdrillt-planaren Textur zu überführen, und einen zweiten Spannungspuls einer Größe, die wirksam ist, um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls von einer Lichtreflektierenden verdrillt-planaren Textur zu einer fokal-konischen Textur zu überführen, selektiv zu erzeugen, in der das Polymer in einer Menge von 10 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkristalls und des Polymeren, vorhanden ist.

8. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 7, wobei der Flüssigkristall eine stabile Licht-reflektierende verdrillt-planare Textur im Anschluß an die plötzliche Entfernung eines Spannungspulses, der wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten, und eine stabile Licht-streuende fokal-konische Textur im Anschluß an die Entfernung eines Spannungspulses unterhalb desjenigen, welcher den Flüssigkristall homeotropisch ausrichten wird, aufzeigt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Zellwandstruktur behandelt ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten.

10. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Einrichtungen zum Anlegen eines Feldes durch das Material angepaßt sind, um einen Wechselspannungspuls vorzusehen.

11. Verfahren zum Adressieren einer Licht-modulierenden Zelle, umfassend Polymer und Licht-modulierendes chiral-nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer Ganghöhenlänge, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren, eine Zellwandstruktur, die behandelt ist, um den Flüssigkristall auszurichten, und welche mit dem Flüssigkristall kooperiert, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in Abwesenheit eines Feldes stabil sind, und Einrichtungen zum Adressieren des Flüssigkristallmaterials, wobei das Verfahren das selektive Anlegen von Spannungspulsen einer Größe, die wirksam ist, um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer fokal-konischen Textur in eine Licht-reflektierende verdrillt-planare Textur zu überführen, oder um wenigstens einen Teil des Flüssigkristalls aus einer Licht-reflektierenden verdrilltplanaren Textur in eine fokal-konische zu überführen, an das Material umfaßt, wobei das Polymer in einer Menge von 10 Gew.-% oder mehr vorhanden ist, bezogen auf das Gesamtgewicht von Flüssigkristall und Polymer.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, umfassend das selektive Umschalten des Materials zu einer Licht-reflektierenden verdrillt-planaren Struktur im Anschluß an die plötzliche Entfernung eines Spannungspulses, der wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten, und einer Licht-streuenden fokal-konischen Textur im Anschluß an die Entfernung eines Spannungspulses unterhalb desjenigen, welcher den Flüssigkristall homeotropisch ausrichten wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, umfassend das Anlegen von Rechtecks-Wechselspannungspulsen.

14. Licht-modulierende Vorrichtung, umfassend eine Zellwandstruktur und ein Polymer, enthaltend Licht-modulierendes chiral-nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie, wobei die Zellwandstruktur und der Flüssigkristall kooperieren, um fokal-konische und verdrillt-planare Texturen zu bilden, welche in Abwesenheit eines Feldes stabil sind, wobei ein erster Teil des Materials eine verdrillt-planare Textur in Abwesenheit eines Feldes aufzeigt und ein zweiter Teil des Materials gleichzeitig eine fokal-konische Textur in Abwesenheit eines Feldes aufzeigt, und Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Feldes durch das Material, wobei die Einrichtungen ausgelegt sind, um Pulse eines elektrischen Feldes von variierender Größe vorzusehen, ausreichend, um das Verhältnis des Materials in den fokal-konischen und verdrillt-planaren Texturen selektiv zu ändern, wodurch die Intensität des reflektierten Lichtes selektiv eingestellt werden kann.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Zellwandstruktur behandelt ist, um den Flüssigkristall auszurichten.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei die Einrichtungen zum Anlegen eines Feldes durch das Material angepaßt sind, um einen Wechselspannungs-Puls bereitzustellen.

17. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge besitzt, die wirksam ist, um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums zu reflektieren.

18. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge besitzt, die wirksam ist, um Licht im sichtbaren Spektrum zu reflektieren.

19. Verfahren zum selektiven Einstellen der Intensität der Reflexion von gefärbtem Licht von einem Licht-modulierenden Material aus chiral-nematischem Flüssigkristall und Polymer zwischen einer Maximum- und einer Minimumintensität, umfassend das Unterwerfen des Materials einem elektrischen Feld- Puls von ausreichender Dauer und Spannung, um zu verursachen, daß ein erster Teil des chiral-nematischen Materials eine fokal-konische Textur aufzeigt und ein zweiter Teil des chiralen nematischen Materials eine verdrilltplanare Textur aufzeigt, wodurch das Material kontinuierlich eine gewählte Intensität zwischen dem Maximum und dem Minimum reflektieren wird, welche proportional zu der Menge des Materials in dem ersten optischen Zustand ist.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, umfassend das Anlegen von Rechteck-Wechselspannungs-Pulsen.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, umfassend das Anlegen der Wechselspannungs-Pulse bei einer Größe, unterhalb derjenigen, welche das Material vom reflektierenden Zustand zum streuenden Zustand umschalten wird.

22. Licht-modulierende Zelle, umfassend flüssigkristallines Licht-modulierendes Material aus Flüssigkristall und Polymer, wobei der Flüssigkristall ein chiral-nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und ein chirales Material in einer Menge einschließt, die wirksam ist, um verdrillt-planare Texturen mit einer Ganghöhenlänge zu bilden, welche wirksam ist, um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums zu reflektieren, und eine Zellwandstruktur, die behandelt ist, um den Flüssigkristall auszurichten, wobei das Polymer in Phasen-getrennten Domänen in der Zelle verteilt ist und die verdrillt-planaren Texturen in Abwesenheit eines Feldes stabilisiert und dem Flüssigkristall erlaubt, Texturen beim Anlegen eines Feldes zu verändern, und wobei der Flüssigkristall eine optisch klare verdrillt-planare Textur in Abwesenheit eines Feldes und eine Licht-streuende fokal-konische Textur bei einer Feld-"An"-Bedingung aufweist, worin das Polymer in einer Menge von 10 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkristalls und des Polymeren, verteilt ist.

23. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 22, worin der chiralnematische Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge aufweist, welche Licht im infraroten Spektrum reflektiert.

24. Licht-modulierende Zelle, umfassend Zellwandstruktur und flüssigkristallines Licht-modulierendes Material aus Flüssigkristall und Phasen-getrennten Domänen von Polymer, wobei der Flüssigkristall ein chiral-nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und chirales Material in einer Menge einschließt, die wirksam ist, um eine fokal-konische Textur mit einer Ganghöhenlänge zu bilden, welche wirksam ist, um Licht innerhalb und außerhalb des sichtbaren Spektrums zu reflektieren, wobei die Zellwandstruktur mit dem Flüssigkristall kooperiert, um eine stabile fokal-konische Textur in Abwesenheit eines Feldes zu bilden und um dem Flüssigkristall zu erlauben, die Texturen beim Anlegen eines Feldes zu ändern, und worin die Phasen-getrennten Domänen in Gegenwart eines Feldes gebildet werden, das wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch auszurichten, so daß ein Teil des Flüssigkristalls in der Nachbarschaft der Domänen eine präferentiell homeotropische Ausrichtung in Abwesenheit eines Feldes aufweist, wobei das resultierende Material eine Lichtstreuende fokal-konische Textur in Abwesenheit eines Feldes und eine optisch klare homeotropische Ausrichtung bei einer Feld-"An"-Bedingung aufweist, in welcher die Zellwandstruktur für die Ausrichtung des Flüssigkristalls unbehandelt ist.

25. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 24, worin der chiralnematische Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge aufweist, welche Licht im infraroten Spektrum reflektiert.

26. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 24 oder Anspruch 25, worin das Polymer in einer Menge von 1, 5 bis 40%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polymer und Flüssigkristall in der Zelle, vorhanden ist.

27. Licht-modulierende Zelle, umfassend Zellwandstruktur und Licht-modulierendes flüssigkristallines Material aus Flüssigkristall und Phasen-getrennten Domänen von Polymer, wobei der Flüssigkristall ein chiral-nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und chirales Material in einer Menge einschließt, die wirksam ist, um eine fokal-konische Textur mit einer Ganghöhenlänge zu bilden, die wirksam ist, um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums zu reflektieren, wobei die Zellwandstruktur behandelt ist, um den Flüssigkristall auszurichten, und damit kooperiert, um eine stabile fokal-konische Textur in Abwesenheit eines Feldes zu bilden und dem Flüssigkristall zu erlauben, die Texturen beim Anlegen eines Feldes zu ändern, und wobei die Phasen-getrennten Domänen in Gegenwart eines Feldes gebildet werden, das wirksam ist, um den Flüssigkristall homeotropisch so auszurichten, daß ein Teil des Flüssigkristalls in der Nachbarschaft der Domänen eine präferentiell homeotropische Ausrichtung bei Abwesenheit eines Feldes aufweist, wobei die resultierenden Materialien eine Licht-streuende fokal-konische Textur in Abwesenheit eines Feldes und eine optisch klare homeotropische Ausrichtung bei einer Feld-"An"-Bedingung aufweisen, in welcher das Polymer in einer Menge von 10 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht von Flüssigkristall und Polymer, vorhanden ist.

28. Zelle, wie beansprucht in Anspruch 27, wobei der chiralnematische Flüssigkristall eine Ganghöhenlänge aufweist, welche Licht im infraroten Spektrum reflektiert.