CELDA DE VISUALIZACIÓN CON CAPA DE CRISTAL LÍQUIDO COMPARTIMENTADA, PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN Y MEZCLA QUE CONTIENE UN MATERIAL DE CRISTAL LÍQUIDO ADECUADO PARA LA MISMA.

Celda de visualización que comprende dos placas distanciadas uniformemente entre sí,

de las cuales al menos una es transparente, estando lleno el espacio intermedio entre las placas con una capa inhomogénea y anisótropa que presenta un material de cristal líquido y presentando una primera zona que está compuesta completamente, esencialmente o principalmente de un material de cristal líquido, así como una segunda zona que está compuesta completamente, esencialmente o principalmente de un material polimérico orgánico, estando la primera zona subdividida en compartimentos separados y encerrando la segunda zona estos compartimentos, siendo la extensión lateral de los compartimentos mayor que el grosor de la capa y/o encontrándose en el intervalo de 10 µm a 100 µm, caracterizada porque la segunda zona presenta primeras zonas parciales con un primer material polimérico (A) y segundas zonas parciales con un segundo material polimérico (B), presentando el material polimérico (B) una menor temperatura de transición vítrea que el material polimérico (A)

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La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de capas que se producen a partir de mezclas que contienen un material de cristal líquido, homogéneas e isótropas a temperaturas adecuadas y que tras un enfriamiento adecuado presentan una estructura polimérica coherente con compartimentos de cristal líquido aislados. Estas capas son adecuadas para el uso en pantallas electroópticas.

Las celdas de visualización electroópticas están compuestas por regla general por dos planchas o placas distanciadas unos pocos µm entre sí, de las cuales al menos una es transparente. Las placas están pretratadas de modo adecuado en su cara interior, por ejemplo recubiertas con ITO (óxido de indio-cinc) para producir conductividad eléctrica. Entre las placas se encuentra una capa de cristal líquido. Para mantener las placas separadas entre sí uniformemente se utilizan habitualmente espaciadores que, por ejemplo, consisten en bolas fabricadas de material mineral u orgánico o en machos o tabiques generados por luz UV. Sin embargo, la distribución irregular, la desviación con presión externa o la insuficiente estabilidad mecánica actúan de modo inconveniente sobre la función de visualización.

Son estado de la técnica cristales líquidos dispersados en polímero (PDLC) que están constituidos por materiales compuestos microheterogéneos de cristal líquido-polímero y que se utilizan como interruptores de luz electroópticos. Los componentes poliméricos contenidos en ellos son por regla general incoherentes. Para conseguir las condiciones de dispersión deseadas deben ajustarse correspondientemente las dimensiones de las zonas de LC, por ejemplo para luz visible presentan un diámetro de aprox. 0,3 a 3 µm. Tales cristales líquidos dispersados en polímero son conocidos por ejemplo por los documentos WO 87/01822, EP 540353 B1 y WO 2005/072304. En tanto se cumplan otras condiciones necesarias, con ayuda de un campo eléctrico pueden conmutarse entre un estado dispersor de la luz y uno transparente. La dispersión de la luz en la presente invención es un efecto que debería evitarse lo más posible.

La separación de fases inducida térmicamente se ha descrito para una serie de mezclas de polímero-cristal líquido, así p.ej. para mezclas de polimetacrilato-cristal líquido véase el cap.13 de A.I. Isayev y col., “Liquid Crystalline Polymer Systems”, publicado en el año 1996 por la American Chemical Society. A este respecto hay distintas técnicas mediante las que puede inducirse una separación de fases, p.ej. la SIPS (separación de fases inducida por disolvente), TIPS (separación de fases inducida térmicamente) y PIPS (fabricación fotoiniciada del material compuesto), véase F. Kuschel y col. “Oriented LC-Microdroplets in Polymer Matrices: Prospects of Application”, Polymers and Adhesives in Microelectronics IEEE Conference, Oct. 21-24, 2001, Piscataway, NJ, USA.

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En el documento US 2004/0119911 A1 se describe una pantalla de cristal líquido con propiedades termoópticas. El tamaño de las gotitas de cristal líquido no se indica en él.

El documento US 6,061,107 da a conocer pantallas de cristal líquido colestéricas biestables. Estas se fabrican respectivamente recubriendo una placa de vidrio recubierta con ITO con una solución de una mezcla calentada “uniformemente” de un termoplástico (polibutirato de vinilo) y un cristal líquido colestérico en tolueno; después de evaporar el disolvente se calienta la placa de vidrio recubierta y se une a una segunda placa de vidrio, asegurándose la distancia entre ambas placas (5 µm) mediante la colocación de distanciadores. Durante el enfriamiento controlado se forman gotitas de cristal líquido dentro de la matriz del polímero, que presentan una forma oval u oblonga y un diámetro de aproximadamente 10-50 µm. Cristales líquidos dispersados en polímeros basados en poliestireno y N-4-etoxibenciliden-4'-butilanilina (EBBA) así como de poli(metacrilato de butilo) y de la mezcla nemática E7 están descritos en C.E. Hoppe y col., Macromol. Chem. Phys. 2003, 204, 928-935. Los dominios nemáticos de la primera composición presentan diámetros de pocos µm hasta más de 30 µm.

Es cometido de la presente invención proporcionar capas de cristal líquido para celdas de visualización cuyas propiedades intrínsecas conduzcan a una estabilidad mecánica mejorada de la celda de visualización. Además, es cometido de la presente invención proporcionar capas de cristal líquido cuyas propiedades ópticas puedan influirse selectivamente en la superficie sin que deba temerse una posterior mezcla de las zonas influidas selectivamente con otras zonas. La invención debe resolver finalmente también el cometido de proporcionar celdas de visualización que a pesar de una mayor estabilidad mecánica sean flexibles, sin que se produzca una destrucción de la capacidad de influir selectivamente en la superficie.

El cometido de la invención se resuelve mediante una celda de visualización, una mezcla y un procedimiento conforme a las reivindicaciones 1-15. La celda de visualización está rellena con un material inhomogéneo y anisótropo, concretamente un material compuesto de cristal líquido-polímero que está presente en la celda como capa con distintas zonas que presentan distintas propiedades. Una primera zona de material de cristal líquido es un compartimento individual subdividido. Una segunda zona de un material polimérico orgánico es coherente, encerrando esta el compartimento de material de cristal líquido. Esta zona se subdivide de nuevo en primeras zonas parciales con un primer material polimérico (A) y segundas zonas parciales con un segundo material polimérico (B), presentando el material polimérico (B) una menor temperatura de transición vítrea que el material polimérico (A). Además, los compartimentos de cristal líquido pueden estar compuestos exclusivamente,

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esencialmente o principalmente, de un material de cristal líquido, mientras que los polímeros que encierran estos compartimentos están compuestos, exclusivamente, esencialmente o principalmente, de un material polimérico orgánico. Por “esencialmente” debe entenderse a este respecto que la proporción de otros materiales relativa a aquel material que debe estar presente esencialmente es tan pequeña que las propiedades del material relevante no se modifican substancialmente, es decir siguen dominando y no se ven afectadas por la presencia del o de los otros materiales. “Principalmente” significa en el contexto de la presente invención que aquel material que está presente “principalmente” supone más del 50% en peso del material total en tanto esté presente otro (único) material, mientras que su proporción si están presentes al menos otros dos materiales debe ser mayor que el de cada uno de los otros materiales, y preferiblemente superar igualmente el 50% en peso del material total.

La celda de visualización comprende dos placas distanciadas uniformemente entre sí, de las cuales al menos una es transparente. Preferiblemente las caras interiores de ambas placas están provistas de un material eléctricamente conductor, por ejemplo ITO.

Los compartimentos de la primera zona tienen una extensión lateral que es mayor que el grosor de la capa y/o en la zona se encuentra entre 10 µm y 100 µm, debiendo ser la regla general que al menos el 30%, preferiblemente al menos el 50%, de los compartimentos y frecuentemente una proporción aún mayor o incluso la totalidad de los compartimentos posean un diámetro de al menos 20 µm. El diámetro de los compartimentos se encuentra en perpendicular a la capa en un orden de magnitud similar, en tanto que la capa en suma lo permita. Como sin embargo frecuentemente la capa de cristal líquido solo posee un grosor de aproximadamente 2-10 µm, los compartimentos de la primera zona (compartimentos de cristal líquido) atraviesan por regla general totalmente la capa y con ello llegan de una a otra pared de la celda de visualización, lo que es deseable. La zona de material polimérico coherente está a este respecto estructurada por regla general de tal manera que los compartimentos de cristal líquido están distanciados entre sí a través de esta zona al menos 1 µm y por regla general de aproximadamente 1 a 20 µm.

Con la estructura de las pantallas conforme a la invención pueden tanto controlarse selectivamente propiedades ópticas del material de cristal líquido, p.ej. en compartimentos de cristal líquido seleccionados, como también estabilizarse...

1. Celda de visualización que comprende dos placas distanciadas uniformemente entre sí, de las cuales al menos una es transparente, estando lleno el espacio intermedio entre las placas con una capa inhomogénea y anisótropa que presenta un material de cristal líquido y presentando una primera zona que está compuesta completamente, esencialmente o principalmente de un material de cristal líquido, así como una segunda zona que está compuesta completamente, esencialmente o principalmente de un material polimérico orgánico, estando la primera zona subdividida en compartimentos separados y encerrando la segunda zona estos compartimentos, siendo la extensión lateral de los compartimentos mayor que el grosor de la capa y/o encontrándose en el intervalo de 10 µm a 100 µm, caracterizada porque la segunda zona presenta primeras zonas parciales con un primer material polimérico

(A) y segundas zonas parciales con un segundo material polimérico (B), presentando el material polimérico (B) una menor temperatura de transición vítrea que el material polimérico (A).

2. Celda de visualización conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque el primer material polimérico (A) presenta un polímero orgánico con una temperatura de transición vítrea de al menos 60ºC, preferiblemente de al menos 80ºC y con especial de preferencia de al menos 100ºC o una mezcla de tales polímeros.

3. Celda de visualización conforme a una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el primer material polimérico (A) está compuesto por uno o varios poli(met)acrilatos o contiene este/estos polimetacrilato(s) como componente principal.

4. Celda de visualización conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el segundo material polimérico (B) presenta una temperatura de transición vítrea que se encuentra próxima o por debajo de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido.

5. Celda de visualización conforme a la reivindicación 4, en la que una parte de los compartimentos de cristal líquido están rodeadas por zonas parciales con el primer material polimérico (A) y otra parte de los compartimentos de cristal líquido están rodeadas por zonas parciales con el segundo material polimérico (B).

6. Celda de visualización conforme a la reivindicación 5, en la que aquellos compartimentos de cristal líquido que están rodeadas por zonas parciales con el segundo material polimérico (B) presentan una extensión lateral de menos de 20 µm.

7. Mezcla que comprende un material de cristal líquido así como un material polimérico orgánico, teniendo la mezcla la capacidad de volverse homogénea e isótropa al calentarse por encima de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido y de separarse en distintas zonas al enfriarse por debajo de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido, estando compuesta una primera zona exclusivamente, esencialmente o principalmente, de un material de cristal líquido anisótropo, mientras que una segunda zona está compuesta exclusivamente, esencialmente o principalmente, de un material polimérico orgánico, estando presente el material polimérico orgánico en una proporción del 5 al 30% en peso, referida a la suma de material de cristal líquido y material polimérico orgánico, presentando el material polimérico un primer material polimérico (A) con una temperatura de transición vítrea de al menos 60ºC, caracterizada porque el material polimérico presenta un segundo material polimérico (B) con una temperatura de transición vítrea que se encuentra por debajo de la del primer material polimérico (A).

8. Mezcla conforme a la reivindicación 7, en la que el primer material polimérico (A) contiene un poliacrilato o polimetacrilato seleccionado entre poli(met)acrilatos de alquilo y poli(met)acrilatos de cicloalquilo que presentan en la parte de alcohol del éster al menos un hidrocarburo cíclico substituido o no substituido y/o un grupo alquilo ramificado.

9. Mezcla conforme a la reivindicación 8, en la que el hidrocarburo cíclico substituido o no substituido es un cicloalcano y/o componente de un sistema cíclico condensado o con puente.

10. Mezcla conforme a la reivindicación 7 o la 8, en la que el material de cristal líquido posee una temperatura de clarificación que se encuentra próxima o por debajo de la temperatura de transición vítrea del material polimérico.

11. Mezcla conforme a una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada porque la temperatura de transición vítrea del primer polímero orgánico (A) asciende a al menos 80ºC, preferiblemente a al menos 100ºC.

12. Mezcla conforme a una de las reivindicaciones 8, 9 ó 10, caracterizada porque el segundo material polimérico (B) presenta una temperatura de transición vítrea que se encuentra próxima o por debajo de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido.

13. Procedimiento para la fabricación de una capa de cristal líquido compartimentada en una celda de visualización, que presenta las siguientes etapas:

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(a) Proporcionar una mezcla que comprenda un material de cristal líquido así como un material polimérico orgánico que presente al menos un primer material polimérico (A), teniendo la mezcla la capacidad de volverse homogénea e isótropa al calentarse por encima de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido y de separarse en distintas zonas al enfriarse por debajo de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido, estando compuesta una primera zona exclusivamente, esencialmente o principalmente, de un material de cristal líquido anisótropo, mientras que una segunda zona está compuesta exclusivamente, esencialmente o principalmente, de un material polimérico orgánico, b) Calentar la mezcla a una temperatura por encima de la temperatura de clarificación del material de cristal líquido, c) Llenar una celda de visualización con la mezcla, y d) Enfriar la mezcla usando un régimen de temperaturas que haga posible la separación del material de cristal líquido y del material polimérico, realizando la o una última etapa de enfriamiento con una lentitud tal que las zonas de material de cristal líquido alcancen una extensión lateral de 10 –100 µm, caracterizado porque en la etapa (a) la mezcla proporcionada presenta un segundo

material polimérico (B), poseyendo el segundo material polimérico (B) una temperatura de transición vítrea menor que la del primer material polimérico (A).

14. Procedimiento conforme a la reivindicación 13, caracterizado porque el material polimérico orgánico está presente en una proporción del 5 al 30% en peso, referida a la suma de material de cristal líquido y material polimérico orgánico.

15. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 13 y 14, en el que la o una última etapa de enfriamiento se realiza con una lentitud tal que al menos el 30%, preferiblemente al menos el 50%, de las zonas de material de cristal líquido alcancen una extensión lateral de al menos 20 µm.