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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung stammt aus dem Bereich der Lichtmodulationsvorrichtungen
und Vorrichtungen, die organische Verbundmaterialien einsetzen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Polymere und Flüssigkristallmaterialien
(LC), die in solchen Vorrichtungen und Anzeigen verwendet werden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Lichtmodulationselemente,
in welchen eine Verbundschicht aus einem Lichtmodulationsmaterial durch
eine Phasentrennung einer Lösung
aus einem Vorpolymer und einem organischen Fluid mit einem niedrigen
Molekulargewicht gebildet wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Mehrere
Typen von Licht-modulierenden flüssigen
kristallinen Materialien sind gegenwärtig bekannt. Idealerweise
bieten diese Materialien gewünschte
Eigenschaften, wie zum Beispiel einen hohen Kontrast, schnelle Umschaltzeiten
zwischen verschiedenen optischen Zuständen und weite Betrachtungswinkel.
Einige andere wünschenswerte
Eigenschaften sind ein geringer Energieverbrauch, um optische Zustände umzuschalten
und beizubehalten, mechanische, thermische und elektrische Stabilität und eine
einfache Herstellung.
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Eine
Kategorie von organischen Materialien, die die meisten der genannten
erwünschten
Charakteristika aufweist, sind ferroelektrische Flüssigkristalle,
die auch als chiral-smektische C-Flüssigkristalle bezeichnet werden.
Smektische Flüssigkristalle
bestehen aus langen, stabähnlichen
Molekülen,
die in Schichten ange ordnet sind. In Fällen, in welchen die Moleküle in einem
Winkel gegenüber
den Schichten geneigt sind, werden sie als smektische C-Flüssigkristalle
bezeichnet. Wenn eine Chiralgruppe in die Moleküle des Materials eingebunden
wird oder wenn eine chirale Substanz dem smektischen Flüssigkristall
hinzugefügt
wird, bilden die Moleküle
ein helixartige Muster entlang einer zu den Schichten senkrechten
Richtung. Diese Strukturen sind als ferroelektrische Flüssigkristalle
bekannt. Es ist bekannt, dass ferroelektrische Flüssigkristalle
verglichen mit nematischen oder cholesterischen Flüssigkristallmaterialien
extrem schnelle Umschaltzeiten aufweisen. Zusätzlich sind die Betrachtungswinkel
von ferroelektrischen Anzeigen viel weiter als bei den meisten der anderen
Typen von Flüssigkristallanzeigen.
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Insbesondere
wird die chiral-smektische C*-Mesophase, die eine ferroelektrische
Flüssigkristallphase
(FLC; „ferroelectric
liquid crystal")
ist, hauptsächlich
zur Lichtmodulation in oberflächenstabilisierten
FLC-Vorrichtungen (SSFLC), ferroelektrischen Gelen, deformierten
Helixbildungseffektvorrichtungen (DHF) und polymerdispergierten
FLC (PDFLC) verwendet. SSFLC- und DHF-Vorichtungen nutzen reines
FLC, das in eine Zelle gefüllt
wird, die zwei flache Substrate jeweils mit einer Ausrichtungsschicht
umfasst. Ferroelektrische Gele umfassen reines FLC, das einen relativ
geringen Anteil an darin gelöstem
Polymer hat, welches durch die Substrate mit den Ausrichtungsschichten
orientiert wird, wobei das Polymer gleichmäßig innerhalb des FLC verteilt wird
und Teil der optisch aktiven Aspekte der Zelle wird, siehe zum Beispiel
Hikmet et al., J. Appl. Phys. 79 (10), 15 M. PDFLC-Vorrichtungen,
die in eine Polymermatrix eingebettete, durch eine Phasentrennung
herbeigeführte
Tröpfchen
verwenden, können auch
als Lichtmodulationselemente verwendet werden, siehe zum Beispiel
JP 07248489 . Eine Ausrichtung
eines FLC-Direktors innerhalb der Tröpfchen wird durch eine hochgradig
anisotrope Aktivität
der Polymermatrix oder durch externe Kräfte erreicht, wie zum Beispiel
angelegte elektromagnetische Felder oder eine Scherung.
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Fachleute
werden anerkennen, dass Vorrichtungen, die SSFLC- und DHF-Materialien und ferroelektrische
Gele verwenden, relativ kleine Zelllücken benötigen, ungefähr 1,5 μm, die verwendet
werden, um einen optimalen Kontrast und eine optimale Übertragung
zu erreichen. Desweiteren ist eine hohe Gleichförmigkeit der Zellräume zwischen
den Substraten essentiell. Mit anderen Worten verhält sich
die Vorrichtung nicht adäquat,
sofern das Material nicht gleichförmig zwischen ordnungsgemäßen und
präzise
getrennten Zellsubstraten ausgerichtet ist. Ein weiterer Nachteil
dieser Vorrichtungen ist, dass sie für mechanische, thermische und
elektrische Stöße oder
Beanspruchung hochgradig anfällig
sind. Noch ein weiterer Nachteil ist, dass diese Materialien zu strukturellen
Defekten tendieren, wie zum Beispiel Zick-Zack-Defekte während einer
Vorrichtungsherstellung. Es ist auch schwierig, in SSFLCs erwünschte Eigenschaften
zu erhalten, wie zum Beispiel Grauwertstufen.
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Die
PDFLC-Lichtmodulationsvorrichtungen besitzen Grauwerteigenschaften
und weisen mehrere der Nachteile der anderen drei Vorrichtungen
nicht auf, jedoch haben sie ihre eigenen spezifischen Nachteile.
Insbesondere müssen
die Brechungsindizes sowohl des Polymers als auch des FLC übereinstimmen,
um Lichtbrechungen an den Oberflächen der
Tröpfchen
zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil ist, dass die PDFLC-Vorrichtungen
für eine
optimale Leistung oft hohe angelegte Ströme benötigen, und als solche nicht
dazu geeignet sind, durch elektronische Antriebe mit geringem Strom
gesteuert zu werden.
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Im
Hinblick auf ein optisches Erscheinungsbild haben SSFLC-Zellen,
die einen Polarisator und einen gekreuzten Analysator verwenden,
der mit weißem Licht beleuchtet wird, ein Kontrastverhältnis größer als
100 und einen Übertragungswert
von ungefähr
80% des möglichen
Maximums. Jedoch sind SLFLC-Vorrichtungen,
wie bereits angemerkt, sehr empfindlich gegenüber einem me chanischen Stoß, der eine
Flüssigkristallorientierung
leicht beschädigen
kann und diese unbrauchbar machen kann.
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Mehrere
andere Flüssigkristallmaterialien, die
für eine
Lichtmodulation verwendet werden können, sind antiferroelektrische
Flüssigkristalle
(AFLC), cholesterische und nematische Flüssigkristalle. AFLCs sind auch
gegenüber
mechanischen Deformationen und thermischen Stößen empfindlich und benötigen eine
kleine aber einheitliche Zelllücke. Während sie
hinsichtlich Anwendungen relativ unerforscht sind, sind ihre physikalischen
Parameter für elektrooptische
Anwendungen zu optimieren. Hauptsächliche Nachteile von nematischen
und cholesterischen Vorrichtungen sind ihre langsame Antwort und ihr
schmaler Betrachtungswinkel.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das Vorgenannte ist es ein erster Aspekt der vorliegenden
Erfindung, einen phasengetrennten organischen Verbundfilm (PSCOF) und
ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Films bereitzustellen,
wobei der Film einen sehr hohen Kontrast, eine relativ hohe Übertragung
und mechanische Stabilität
aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, eine Zelle mit einem
phasengetrennten organischen Verbundfilm bereitzustellen, der aus
einem polymerisierbaren Verbund aus einem organischen Material mit
niedrigem Molekulargewicht (LMW) und einem Vorpolymer gefertigt
ist, der zwischen zwei Substraten angeordnet ist.
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Wie
oben angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung,
eine Technik zum Phasentrennen einer Vorpolymerkomponente aus einer
orga nischen LMW-Komponente bereitzustellen, um eine Schicht aus
einem Polymermaterial zu bilden, die im wesentlichen benachbart
zu wenigstens einem der Substrate angeordnet ist.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, das Vorpolymermaterial durch eine ultraviolette (UV)
Belichtung zu polymerisieren, wobei die Belichtung des ultravioletten
Lichts auf einer Seite der Zelle bewirkt, dass die Polymerschicht
benachbart zu dem Substrat gebildet wird, das der ultravioletten
Lichtquelle am nächsten ist.
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Wie
bereits angedeutet, ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung,
die Energie, Kollimation und Belichtungszeit des ultravioletten
Lichts zu steuern, um Fugen, Kanäle
oder Muster zu erzeugen, die organisches LMW-Material aufnehmen,
das ein Flüssigkristall
sein kann.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, eines oder beide Substrate mit einer Ausrichtungsschicht
zu behandeln.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, die Zelllücke, den
Typ und die Behandlung der Ausrichtungsschichten und die Temperatur;
bei welcher die Phasentrennung auftritt, zu steuern, um die Struktur und
die Betriebscharakteristika der Zelle zu verändern.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, eine externe Kraft anzuwenden, wie zum Beispiel ein elektrisches oder
magnetisches Feld normal zu den Substraten, optische Strahlung oder
eine Veränderung
der Temperatur, um eine erwünschte
optische Umschaltung des organischen Verbundfilms zu bewirken.
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Wie
bereits angedeutet, ist ein zusätzlicher Aspekt
der vorliegenden Erfindung, ein nicht-flüssigkristallines Material,
ein chiral- oder nicht-chiral-nematisches LC-Material, ein ferroelektrisches LC-Material,
ein antiferroelektrisches LC, ein Monomer, das unter Bedingungen
polymerisierbar ist, die von denjenigen der Phasentrennung verschieden
sind, als das organische LMW-Material zu verwenden.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, ein Vorpolymer zu verwenden, das durch eine durch Polymerisation herbeigeführte Phasentrennung
(PIPS), eine thermisch herbeigeführte
Phasentrennung (TIPS), eine durch Lösungsmittel herbeigeführte Phasentrennung (SIPS)
phasengetrennt ist und wobei das Vorpolymer Zusätze enthalten kann und/oder
ein multifunktionales Vorpolymer sein kann.
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Wie
bereits angedeutet, ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung, ein Festkörper- oder
Polymer-Halbleitermaterial oder einen ferroelektrischen Festkörper-Film
benachbart zu einem oder beiden der Substrate anzuordnen, um das
Verhalten des organischen LMW-Materials zu modifizieren und insbesondere
um eine Zelle mit optischer Strahlung „photoschaltbar" zu machen.
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Die
vorgenannten und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung, die
anhand der detaillierten Beschreibung deutlich werden, werden durch
eine Lichtmodulationszelle erreicht, die ein Paar gegenüberliegender
Substrate, eine Ausrichtungsschicht, die an wenigstens einem der
gegenüberliegenden Substrate
dem anderen gegenüberliegenden
Substrat zugewandt angeordnet ist, und einer Schicht aus einem Polymermaterial
und einer Schicht aus einem organischen Material mit niedrigem Molekulargewicht
(LMW) benachbart zu einem der Substrate mit der Ausrichtungsschicht
umfasst.
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Andere
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren zum
Herstellen eines phasengetrennten organischen Verbundfilms erreicht,
das die Schritte des Herstellens einer Lösung aus einem Vorpolymer und
einem organischen Material mit niedrigem Molekulargewicht (LMW),
des Bereitstellens eines Paars von Substraten mit einer Zelllücke dazwischen,
des Anordnens der Lösung
in der Zelllücke,
des Herbeiführens
einer Phasentrennung der Lösung,
um wenigstens eine Schicht aus Polymermaterial, die zu einem des
Paars von Substraten und einer Schicht aus organischem LMW-Material benachtbart
ist, umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständiges Verständnis der
Gegenstände,
Techniken und der Struktur der Erfindung wird Bezug genommen auf
die folgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen, worin:
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1 ist
eine vergrößerte, teilweise
im Querschnitt gezeigte, schematische Ansicht einer lichtübertragenden
Lichtmodulationszelle gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1A ist
eine vergrößerte, teilweise
im Querschnitt gezeigte, schematische Ansicht einer reflektiven
Lichtmodulationszelle gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine graphische Repräsentation der
Umschaltzeit gegen das an der Zelle angelegte elektrische Feld der
vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer SSFLC-Zelle;
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3 ist
eine graphische Repräsentation der
normalisierten optischen Übertragung
gegen das angelegte elektrische Feld, die die Grauwertfähigkeiten
der vorliegenden Erfindung demonstriert; und
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4 ist
eine vergrößerte, teilweise
im Querschnitt gezeigte, schematische Ansicht einer Lichtmodulationszelle
mit einer photosensitiven Schicht.
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BESTMÖGLICHE WEISE
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Bezugnehmend
auf 1 ist zu sehen, dass einer Lichtmodulationszelle
gemäß der vorliegenden Erfindung
grundsätzlich
das Bezugszeichen 10 zugeordnet ist. Es wird deutlich,
dass die Lichtmodulationszelle 10 nicht für externe
Beanspruchungen und Stöße empfindlich
ist, die anderenfalls andere Typen von Lichtmodulationszellen beschädigen oder
beeinträchtigen
können,
und insbesondere diejenigen, die ferroelektrische und antiferroelektrische
Flüssigkristallmaterialien
verwenden. Die Lichtmodulationszelle 10 wird überwiegend
wie andere Lichtmodulationszellen hergestellt und bietet gegenüber PDFLC-Vorrichtungen
verbesserte elektrooptische Eigenschaften, wie zum Beispiel eine
höhere
Helligkeit und eine geringere Hintergrundstreuung, während sie
die erwünschten
Leistungsmerkmale von SSFLC-Vorrichtungen besitzt. Eine höhere Zelldicke,
Grauwerte und eine schnellere Antwort bei niedrigen Feldern, so
wie in den 2 und 3 gezeigt,
sind deutliche Vorteile gegenüber
SSFLC-Vorrichtungen. Obwohl die vorliegende Ausführungsform ferroelektrisches
Flüssigkristallmaterial
verwendet, können
andere organische Materialien mit niedrigem Molekulargewicht (LMW),
wie zum Beispiel nematische, cholesterische, andere chirale und
nicht-chirale ferroelektrische
und antiferroelektrische Flüssigkristalle,
polymerisierbare Monomere etc. leicht in eine Zelle integriert werden,
die durch die hier offenbarten Techniken hergestellt wird. Nematische
PSCOF-Vorrichtungen erfordern einen chiralen Zusatz, um eine verdrehte
nematische (TN) Struktur zu erzeugen.
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Zum
Zwecke dieser Erfindung ist ein Material mit niedrigem Molekulargewicht
jedes Material, das während
einem der offenbarten Phasentrennungsprozesse nicht polymerisierbar
ist.
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Die
in 1 gezeigte Lichtmodulationszelle 10 umfasst
ein Paar gegenüberliegender,
optisch klarer Substrate 12, die Glas, Kunststoff oder
ein anderes Material sein kann, das im Stand der Technik bekannt
ist. Ein Polarisator 14 kann auf der äußeren Oberfläche jedes
Substrats 12 zum Zwecke des Modifizierens der optischen
Charakteristika von übertragenem
Licht angeordnet werden, um eine Zelle zum Betrieb in einem Übertragungsmodus
zu betreiben. Eine Elektrode 16 kann auf den Innenoberflächen jedes
der Substrate 12 bereitgestellt werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist jede Elektrode 16 ein Indium-Zinnoxidmaterial. Eine
Ausrichtungsschicht 18 kann benachbart zu der Elektrode 16 bereitgestellt
werden, um die Orientierung des organischen LMW-Materials zu steuern,
das zwischen den Substraten 12 eingeschlossen ist. Beide
der Substrate 12 können
mit einer geeigneten Ausrichtungsschicht behandelt werden, um die
erwünschte
optische Leistung der Lichtmodulationszelle 10 zu erhalten.
Wie in 1A zu sehen ist, kann alternativ
ein Spiegel oder ein Lichtstreuer 19 an der Außenseite der
Zelle gegenüber
der Lichtquelle hinzugefügt
werden, um eine Zelle zum Betrieb in einem Reflektionsmodus zu erhalten.
In bestimmten Anwendungen ist der Polarisator benachbart zu dem
Spiegel oder dem Lichtstreuer nicht notwendig.
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Ein
organisches Verbundmaterial 20, wie zum Beispiel ein ferroelektrisches
smektisches C*-Flüssigkristall
mit einem Vorpolymer, ist zwischen den Substraten 12 eingeschlossen.
Das ferroelektrische smektische C*-Flüssigkristall wird in einer
Lösung
mit einem Vorpolymer kombiniert und durch Kapillarwirkung zwischen
die Substrate 12 gefüllt.
Natürlich
können
auch andere bekannte Füllmethoden verwendet
werden. Die Kanten des Substrats 12 werden unter Verwendung
bekannter Verfahren versiegelt.
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Eine
Vorrichtung zur Phasentrennung des organischen Verbundmaterials 20,
wie zum Beispiel eine ultraviolette Lichtquelle 24, wird
eingesetzt, um das LMW- Material
von dem Polymer phasenzutrennen. Dies ist als durch Polymerisation
herbeigeführte Phasentrennung
bekannt. Insbesondere wird eine lichtübertragende, erhärtete Polymerschicht 26 an dem
Substrat 12 benachbart zu der Lichtquelle 24 auf der
dem Polarisator 14 gegenüberliegenden Seite gebildet.
Eine organische LMW-Filmschicht 28, die in diesem Falle
das ferroelektrische smektische C*-Flüssigkristall ist, wird an dem
gegenüberliegenden
Substrat 12 benachbart zu der Ausrichtungsschicht 18 gebildet.
Mit anderen Worten bietet die Lichtmodulationszelle 10 wenigstens
eine lichtübertragende
erhärtete
Polymerschicht 26, die gleichmäßig über einem Substrat 12 und
einer organischen LMW-Schicht
verteilt ist, die benachbart zu dem Substrat 12 mit der
Ausrichtungsschicht 18 gebildet wird. Diese Ausrichtungsschicht 18 bewirkt
eine makroskopische Ausrichtung des ferroelektrischen smektischen
C*-Flüssigkristallmaterials.
Es wird von Fachleuten anerkannt, dass eine Ausrichtungsschicht
benachbart zu der Polymerschicht 26 eine Orientierung des
organischen LMW-Materials vereinfacht, insbesondere wenn die Polymerschicht 26 relativ
dünn ist. Die
organische LMW-Filmschicht 28 ist ausgestaltet, um Licht
in einem doppelbrechenden Modus mit einer Anwendung einer externen
Kraft zu modulieren. Eine Phasentrennung kann auch chemisch, thermisch
oder mit Lösungsmitteln
herbeigeführt
werden.
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Eine
Energiequelle 40 ist an den Elektroden 16 durch
einen Schalter 41 befestigt. Der Schalter 41 kann
verwendet werden, um die Energiequelle zu kontaktieren, die beiden
Elektroden kurzzuschließen oder
die Elektroden abzukoppeln, um Ladung auf ihnen zu speichern. Eine
Anwendung eines elektrischen oder elektromagnetischen Felds oder
anderer externer Kräfte
bewirkt ein optisches Umschalten des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials.
Ein Betrieb des Schalters 41 kann durch einen geeignet
ausgestalteten elektronischen Antrieb gesteuert werden. Eine Verwendung
eines elektronischen Antriebsschaltkreises erlaubt, bestimmte Bereiche
einer Zellmatrix anzusprechen, was wiederum eine Erzeugung eines
hohen Kontrasts zwischen den Bereichen erlaubt.
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Bei
der Anwendung des externen elektrischen Feldes erfahren Moleküle des FLC
ein Moment aufgrund der Interaktion zwischen dem Feld und einer
spontanen Polarisation (P) des FLC-Materials. Falls das angelegte
Feld ausreichend hoch ist, orientiert dieses Moment die Moleküle neu,
so dass P in die Richtung des elektrischen Feldes zeigt. Falls die
durch die leitenden Elektroden angebrachte Spannung umgekehrt wird,
orientieren sich die Moleküle
wieder neu, so dass P auch umgekehrt wird. Die beiden entgegengesetzten
Richtungen des angelegten Feldes bewirken, dass zwei verschiedene
optische Zustände
auftreten. Einer dieser Zustände
wird als „AN"-Zustand und der
andere als ein „AUS"-Zustand bezeichnet.
Angelegte elektrische Felder, die nicht ausreichend hoch sind, damit
P parallel zu sich selbst wird, bewirken eine teilweise Neuorientierung der
FLC-Moleküle, was „Grau"-Werte mit einer
optischen Übertragung
zwischen dem „AN"- und dem „AUS"-Zustand zur Folge
hat. Das Niveau der Übertragung
hängt von
der Stärke
des angelegten Feldes ab und ist in 3 gezeigt,
was eine vollständige Grauwertlichtmodulationszelle
zur Folge hat.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist eine Zelllückendicke zwischen einem Substrat 12 und
der Ausrichtungsschicht 18 durch eine Dimension 42 definiert und
eine Dicke der organischen LMW-Filmschicht 28 ist durch
eine Dimension 44 gezeigt. Wenn die Polymerfilmschicht 26 polymerisiert
wird, entwickelt sie sich an einer Oberfläche 49 benachbart
zu der organischen LMW-Filmschicht 28. Die Filmschicht 28 umfasst
Winkelstrukturen 45 mit einer durchschnittlichen lateralen
Dimension 46, die durch einen Grat 47 aus Polymermaterial
mit einer durchschnittlichen Dimension 48 getrennt sind.
Die Bildung von Graten 47, die eine mechanische Unterstützung der
Substrate 12 bereitstellen, macht diese Vorrichtungen mechanisch
und thermisch robust. Wenn das durch die Polymerisation herbeigeführte Phasentrennungsverfahren
(Belichtung mit UV-Licht einer geeigneten Wellenlänge) angewendet
wird, beeinflussen bestimmte Variablen die Dimensionen 44, 46 und 48.
Diese Variablen umfassen, sind hierauf aber nicht be schränkt: die
chemische Natur und Struktur des ferroelektrischen Flüssigkristalls
und des Vorpolymers in der Lösung;
die prozentuale Zusammensetzung der in der Lösung verwendeten Materialien;
den Typ und die Anordnung der Ausrichtungsschicht(en) und des Verfahrens
ihrer Herstellung und Behandlung; die Temperatur, bei welcher die
Phasentrennung stattfindet; die Energie, Kollimation und Richtung
der Beleuchtung; und die Zelllückendickendimension 52.
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Beispiel 1
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird weiter veranschaulicht durch das folgende nicht-einschränkende Beispiel.
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Ein
ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial (FLC)
Felix 15-100, erhältlich
von Hoechst, Deutschland, wurde in Norland Optical Adhesive, NOA
65, erhältlich
von Norland Products, Inc., USA, mit den folgenden Anteilen gelöst:
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Die
gleichmäßige Lösung wurde
hergestellt durch Zugeben von Komponenten in einen Behälter und
dann Erhitzen der Lösung
bis auf 120°C
und Abkühlen.
Um eine Zelle für
die Mischung vorzubereiten, wurden zwei mit Indium-Zinnoxid (ITO)
beschichtete Glassubstrate verwendet. Auf eines der Substrate wurde
eine Polyvinylalkohol-Ausrichtungsschicht (PVA) durch Spin-Coating
aufgetragen und dann bei einer Temperatur von 80°C für 30 Minuten getrocknet. Als
nächstes
wurde die Ausrichtungsschicht gleichlaufend mit einem Stoff abgerieben.
Die beiden Substrate wurden durch Abstandshalter von 3 μm im Durchmesser
getrennt und dann in einer Zelle montiert. Die Zelle wurde mit der
Mischung bei einer Temperatur von 120°C unter Kapillarwirkung gefüllt und dann
auf 90°C
abgekühlt.
Bei dieser Temperatur wurde die Zelle für 5 Minuten mit einer Strah lung
einer 1000 W Mercury Bogenlampe durch einen dichromatischen Spiegel
(Oriel Corp., Modell 66227) beleuchtet. Um die ausgerichtete Struktur
des FLC zu erhalten, wurde das Substrat mit der Ausrichtungsschicht von
der UV-Quelle entfernt angeordnet. Die Energie der Strahlung wurde
durch die elektrische Energieversorgung der Lampe gesteuert und
bei 300 W betrieben. Nach der ultravioletten Beleuchtung wurde die
Zelle mit einer Rate von 8°C/Minute
abgekühlt.
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Variationen
des Beispiels 1 umfassten die Verwendung anderer Arten von organischen
Materialien und ein Variieren der Menge an Material in der Mischung.
Die folgenden können
auch verwendet werden, um die polymergetrennte organische Verbundfilmstruktur
vorzubereiten:
nematisches LC E7 (BDH limited);
antiferroelektrisches
Flüssigkristall
MHPOBC;
FLC-Mischungen, die aus einer Phenyl-Pyrimidin-Matrix
und nicht-mesogenen
optisch aktiven Dotiersubstanzen bestehen.
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Die
Menge an organischem Material in der Lösung mit dem Vorpolymer wurde über einen
weiten Bereich verändert,
zum Beispiel von ungefähr
10 Gew.-% bis ungefähr
90 Gew.-%. Dies resultiert in einer verschiedenen Dickendimension 44 der
Flüssigktistallschicht 28 und
verändert
auch die Dimensionen 46 und 48.
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Die
phasengetrennte organische Verbundfilmstruktur (PSCOF) mit einem
Flüssigkristall
in entweder einer nematischen oder smektischen Phase besitzt die
elektrooptischen Effekte, die zu der speziellen Phase bei Anwendung
eines elektrischen Feldes gehören.
Um die Massenumschaltung in eine chiral-smektische C-Phase (SmC*) zu demonstrieren,
die durch die spontane Polymerisationsinteraktion des elektrischen
Feldes bewirkt wird, kann die nach Beispiel 1 hergestellte PSCOF-Zelle
zwischen gekreuzten Polarisatoren mit einem angelegten elektrischen
Feld platziert werden. Eine kontinuierliche Veränderung der optischen Übertragung
in Reaktion auf eine kontinuierliche Veränderung des angelegten Feldes
wurde beobachtet. Es wurde herausgefunden, dass die Zelle des Beispiels
1 ein Kontrastverhältnis
von ungefähr
100 für
weißes
Licht und eine Übertragung
von ungefähr
50% im Hinblick auf eine Übertragung
mit parallelen Polarisatoren bietet. Das Kontrastverhältnis kann
durch Reduzieren der Anzahl von Zick-Zack-Defekten durch ein geeignetes thermisches
Durchlaufen der Vorrichtung erhöht
werden.
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Bezugnehmend
auf 2 ist zu sehen, dass eine exemplarische PSCOF-Zelle
verbesserte Umschaltzeiten bei geringeren angewandten Spannungswrten
bereitstellt. Dies ermöglicht
PSCOf-Zellen mit schnelleren Auffrischungsraten bei geringeren Spannungen.
PSCOF-Vorrichtungen sind auch gegenüber SSFLC-Vorrichtungen vorteilhaft, da sie aufgrund
der Bildung von Polymergraten, die eine steife Stütze zwischen
den beiden Substraten bilden, nicht so empfindlich gegen Stöße und Beanspruchung sind.
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Bezugnehmend
auf 3 ist zu sehen, dass eine exemplarische PSCOF-Zelle
Grauwerteigenschaften ausbildet. Ein aktives Adressieren mit relativ geringen
Stromwerten kann verwendet werden, um das gewünschte Niveau eines optischen
Erscheinungsbilds aufrecht zu erhalten.
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Es
ist möglich,
eine Vorrichtung mit dem obigen PSCOF-Verfahren zu bauen, die auf
elektrische sowie auf optische Felder antwortet. Zu diesem Zweck
werden geeignete funktionale Gruppen an das Polymer oder an spezielle
Zusätzen
gebunden, die in der Lösung
enthalten sind. Die funktionalen Gruppen und Zusätze bieten eine Erzeugung,
eine Übertragung
und eine Speicherung von elektrischen Ladungen bei der Anwendung
von elektrischen und optischen Feldern, die zum Adressieren der
Vorrichtung verwendet werden. Dies macht die Antwort der Vorrichtung
abhängig
von der Intensität
des optischen Feldes. Wie in 4 zu sehen
ist, kann alternativ eine photosensitive Schicht 52, die
entweder benach bart zu der organischen LMW-Filmschicht 28 oder
zu der Polymerfilmschicht 26 ist, zwischen der korrespondierenden
Elektrode 16 und der Ausrichtungsschicht 18 bereitgestellt
werden. Die photosensitive Schicht 52 kann ein Festkörper- oder
Polymer-Halbleitermaterial sein, oder ein ferroelektrischer Festkörper-Film.
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Anhand
der vorgenannten Struktur und des Verfahrens der Herstellung ist
zu sehen, dass die phasengetrennte organische Verbundfilmlichtmodulationszelle
vielfache Vorteile hat. In erster Linie ist die Zelle 10 immun
gegen Stöße und Beanspruchung,
während
sie recht einfach herzustellen ist. Während des einzigartigen Herstellungsverfahrens weisen
die optischen Eigenschaften der FLC eine geringere Empfindlichkeit
gegenüber
Ungleichmäßigkeiten
der Zelllücke
auf. Die Zelle der vorliegenden Erfindung ist auch mit existierenden
Herstellungstechnologien kompatibel. Da nur ein Substrat eine Ausrichtungsschicht
haben kann, braucht das Substrat mit empfindlichen Strukturen, wie
zum Beispiel ein Dünnfilmtransistorfeld,
keine Behandlung, wodurch der Ertrag solcher Vorrichtungen dramatisch
erhöht werden
kann. Die Polymerschicht 26 kann als eine isolierende und
Haftschicht dienen, wodurch die Möglichkeit eines Kurzschlusses
vermieden wird, was das Anlegen von hohen Spannungen an die Zelle
ermöglicht,
wenn es notwendig ist, und Ladungshalteeigenschaften verbessert.
Entsprechend bietet das offenbarte Verfahren einen neuen und einzigartigen
Weg, gleichmäßige Filme
aus Flüssigkristall
oder anderen organischen Materialien herzustellen, ohne die Verwendung
von Abstandshaltern mit der gleichen Dimension wie die Flüssigkristallschicht.
Ein weiterer Vorteil von PSCOF-Vorrichtungen ist, dass sie entweder
in einem Übertragungs-
oder einem Reflektionsmodus betrieben werden können. Eine Zelle, die mit einem
Polarisator und einem Reflektor hinter ihm aufgebaut ist, hat eine
geringe Gesamtdicke und bietet eine hohe Reflektivität.
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Somit
ist zu sehen, dass die Ziele der Erfindung durch die oben präsentierte
Struktur und die Verfahren erreicht werden. Während gemäß der Patentstatuten nur der
bestmögliche
Modus und eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfin dung präsentiert
und hier detailliert beschrieben wird, ist die Erfindung dennoch
nicht darauf oder dadurch beschränkt. Dementsprechend
ist für
eine Anerkennung des wirklichen Schutzumfangs und der Breite der
Erfindung auf die folgenden Ansprüche Bezug zu nehmen.