WO2002001288A1 - Switchable reflective film - Google Patents

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WO2002001288A1
WO2002001288A1 PCT/EP2001/006119 EP0106119W WO0201288A1 WO 2002001288 A1 WO2002001288 A1 WO 2002001288A1 EP 0106119 W EP0106119 W EP 0106119W WO 0201288 A1 WO0201288 A1 WO 0201288A1
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WO
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composite films
cavities
films according
particles
mobile particles
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PCT/EP2001/006119
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German (de)
French (fr)
Inventor
Friedrich Georg Schmidt
Andreas Pawlik
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Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/165Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field
    • G02F1/166Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect
    • G02F1/167Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect by electrophoresis
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/169Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on orientable non-spherical particles having a common optical characteristic, e.g. suspended particles of reflective metal flakes

Definitions

  • the invention relates to electrically switchable composite films with optically reflective properties using electrophoretically mobile particles.
  • Smooth surfaces are referred to as mirrors [Kirk-Othmer (4.) 22, 176, 192; 23, 1074; Ullmann (4th) 21, 633-636; (5.) A 16, 641-647; Winnacker-Küchler (4.) 3, 138.], of which most of the incident light is reflected by reflection (reflection).
  • the reflected light can be polarized, which is why glare effects can often be switched off with the help of polarized glasses.
  • Glass mirrors are produced by applying thin layers of silver to the surface of suitable glass: With the help of a reducing agent (glucose, fructose, galactose), an even layer of metallic silver is deposited on the previously carefully cleaned glass surface from an ammoniacal silver nitrate solution , today mainly in the so-called silver spray process, earlier in the so-called swing process. Silvering is usually followed by copper plating. The applied, very sensitive metal layers are then protected against damage by the so-called mirror coating with special coatings. For special purposes, aluminum (aluminum mirror) is applied to the glass surfaces by vapor deposition in a high vacuum instead of silver. Before the silvering was introduced by J.
  • a reducing agent glucose, fructose, galactose
  • mirror amalgam consisting of approx. 77% Hg and 23% Sn
  • mirror covering tapes With the help of modern mirror covering tapes, mirrors with edge lengths of approx. 3 4.5 m can be produced continuously.
  • plastics are also used as carrier materials (plastic metallization and galvanization).
  • Mirror foils can also be made from plastics.
  • Carrier-free metal mirrors are obtained by polishing metal surfaces, which may be protected with colorless lacquer coatings to protect against corrosion.
  • Modern telescopic mirrors consist of alloys of 70% Cu u. 30% Sn.
  • the galvanic mirror alloy of the Tin Research Inst contains 55% Cu u. 45% Sn; they are harder than Ni u. retain their light reflectivity better than Ag.
  • the metal mirrors represent the oldest group of mirrors.
  • the so-called speculum metal is a hard, tough leg. made of 65-67% Cu, up to 5% Ni, rest Sn, polished gives a beautiful shine and achieves about 70% of the light reflection from silver (slightly intensified red reflection, which gives warm shimmer).
  • a mirror of the Romans consisted of an alloy of 64% Cu, 19% Sn u. 17% Pb, an ancient Egypt. Mirror made of 85% Cu, 14% Sn, 1% Fe, an ancient Greek. 68% Cu u. 32% Sn.
  • the decisive factor for the usability as a mirror is the reflection of light [Kohlrausch, Praktician Physik 3, p. 416, Stuttgart: Teubner 1996; Gauert u. Bode, reflection measuring device for serial examinations of vapor deposition layers (DFVLR-Mitt. 85-18), Cologne-Porz: DFVLR 1985 in Hecht, Optik, New York: McGraw-Hill 1987; Kohlrausch, Practical Physics 2, Stuttgart: Teubner 1996 in Lerner u. Trigg (ed.), Encyclopedia of Physics, Weinheim: VCH Verlagsges. 1991; Spectrum Scientific 1986, No. 6, 152-157], whereby depending on the physical nature of the interfaces, reflection (directional reflection) or remission (non-directional or diffuse reflection) occurs. The ratio of remitted to radiated energy in percent is called the albedo value.
  • thermochromism or LCD LCD
  • Color changes in small areas e.g. B. in pixel size can be used to display information.
  • WO 98/19208 describes a similar electrophoretic display, in which electrophoretically mobile particles in an optionally colored liquid can be moved by an electric field within a microcapsule. Depending on the direction of the field, the particles orient themselves towards an electrode and thus macroscopically represent yes / no color information (either the color of the particles or the color of the liquid is visible).
  • WO 98/41899 discloses electrophoretic displays, which are also based on the principles described above, but are particularly suitable for multi-color displays. It describes how the color impression of differently colored particles can be improved by providing the particles with reflective materials. This technique is also used to improve a white background color. It is liier not a complete reflection of the incident light, ie the entire wavelength range, but only an improved color effect, in particular the color white, due to partial reflection of the light (wavelength range). The use of a suspension with liquid-crystalline behavior is also described. The liquid crystals block or enable the electrophoretic migration of the particles depending on the applied electric field.
  • Such an LCD effect is an electro-rheological effect, which in suspensions of immiscible liquid-crystalline substances such as z. B. by Tajiri (Tajiri et al., J. Rheol., 41 (2), 335 (1997)) can occur.
  • Mixtures of the surrounding (suspension) matrix and liquid-crystalline substances lead to phase-separated morphologies, in which the liquid-crystalline phase forms a higher aspect ratio (length / diameter) in the field direction when an electric field is applied.
  • the phase separation of the liquid crystalline substances can lead to an undesirable change in the optical properties of the suspension.
  • the electrophoretic display system described in WO 98/41898 can be produced by its special arrangement by a printing process, in particular by ink jet printing technology. Both the electrodes and the electrophoretic display itself can advantageously be produced in successive printing steps.
  • WO 99/56171 describes a "shutter mode" display based on the electrophoretic
  • the cavities are conical here.
  • the conical design enables the particles to be brought together at the smallest point of the Cavity, so that light can exit the cavity almost unhindered in this case. The viewer only perceives a small area as a point of interference.
  • the mode of operation of the displays consisting of conical cavities corresponds to the electrophoretic displays known from the literature mentioned above.
  • WO 99/56171 generally relates to the representation of electronically changeable information by changing the color of pixels. A change in the reflection behavior influenced by an electric field is not described, presumably because extensive total reflection of incident light is completely unsuitable for displays.
  • the particles disclosed in WO 98/41899 and WO 99/56171, which are equipped with reflective materials, are used to improve the color impression, i. H. only certain wavelength ranges of the incident light are to be reflected; total reflection is not desired.
  • US 6 017 584 and WO 99/10767 describe the use of retroreflective particles in electrophoretic displays. Again, the retroreflective particles and the corresponding cavities are produced as displays according to the intended use, i.e. the change in the macroscopically perceptible color is more important than the mirror properties. Correspondingly, cavities with a conical depth profile that would increase the mirror effect are not described.
  • the present invention therefore relates to composite films with electrically switchable, optically reflective properties, composed of two control electrodes and one Microcompartment film with cavitates which contain electrophoretically mobile particles in a suspension liquid, the cavitates in the microcompartment film show a conical or conical depth profile, the ratio of the surface area of the cavitates to their base area is greater than 1.5 and the electrophoretically mobile particles enable total reflection of the incident light.
  • the electrically mobile particles are said to have total reflection, i.e. H. enable extensive reflection of the entire wavelength range of the incident light.
  • the reflectivity of the composite film according to the invention in the "on" state corresponds to that of a conventional metal / glass mirror, in the "off” state there is almost no reflection, ie. H. the color of the composite film becomes macroscopically visible (see Fig. 5b). This can be done for mirror systems such. B. be matt black.
  • the radiation can even largely pass through the composite film (see FIG. 5a).
  • the reflectivity of the composite film according to the invention should be almost complete, but scatter losses cannot be avoided. Therefore, 60-90% of the incident light is preferably reflected.
  • Composite films according to the invention can be switched between the states “specular” and “non-specular”. In the “non-reflecting” state, the composite films can be transparent or non-transparent. Of course, intermediate states are also possible, so that the mirror effect of the films can be dimmed. Composite films according to the invention are therefore particularly suitable for all mirror systems whose reflectivity should be able to be influenced, such as, for example, Another advantage can be seen in the inherent corrosion protection of the mirror systems, since the sensitive metal surfaces of the particles are encapsulated airtight.
  • the electrophoretically mobile particles preferably have a flat geometry with a shape factor (ratio of thickness to diameter) of 1: 5 to 1: 1,000, preferably 1:20 to 1: 500, particularly preferably 1:50 to 1: 500 (see FIG . 6 and 7).
  • the total reflection of the electrophoretically mobile particles preferably takes place on Metal surfaces. This can be achieved by coating the particles with one or more metal layers and / or metal oxide layers, e.g. B. by vapor deposition or electrochemical deposition z. B. of silver or nickel in the form of a coating of the particles or one or more metals and / or metal oxides in the form of embedded flakes or tinsel.
  • one or more metal layers and / or metal oxide layers e.g. B. by vapor deposition or electrochemical deposition z. B. of silver or nickel in the form of a coating of the particles or one or more metals and / or metal oxides in the form of embedded flakes or tinsel.
  • the shape of the platelets varies between circular and irregular.
  • the thickness of the platelets influences the mechanical stability in e.g. the dispersion. A subsequent comminution that occurs during the dispersion can lead to losses in the optical quality.
  • Various surface-modified gloss pigments can be used as electrophoretically active and mobile particles.
  • metallic effect pigments are used, which are generally platelet-shaped particles made of non-ferrous metals, which are predominantly produced by the so-called Hall process, in which e.g. pure (approx. 99.5%) aluminum is atomized to a fine aluminum powder.
  • This intermediate product is sifted, comminuted and deformed into ball-shaped particles in ball mills with the addition of low-molecular paraffin mixtures and process additives.
  • the additives prevent i.a. a cold welding of the platelets (literature: textbook of coating technology, Brock et al. 1998, Vincentz Verlag Hannover).
  • the choice of additives can also be used to produce hydrophilic (e.g. by using stearic acid) or oleophilic (e.g. by using oleic acid) particle surfaces.
  • hydrophilic e.g. by using stearic acid
  • oleophilic e.g. by using oleic acid
  • the distribution of the platelets in the suspension and the possible attachment to the wall of the cavities can be influenced.
  • By creating an oleophilic particle surface the dispersion in a non-polar suspension liquid is increased.
  • a more hydrophilic surface modification increases the buildup on a wall of cavities with a more polar character than the suspension liquid.
  • Corresponding aluminum pigments are commercially available, for example, from Schlenk Metallpulver GmbH & Co. KG, Roth-Barnsdorf, Germany, under the name Decomet.
  • the form factor and the orientation of the particles in the electric field are of crucial importance for the mirror effect.
  • 7a shows a good alignment of the particles in the electric field with a resulting good mirror effect without an interference pattern.
  • the particles or the cavity in FIG. 7b show a mirror effect, but a bad reflection pattern due to the incomplete alignment of the particles in the electrical field, ie the reflected radiation has interference losses.
  • Pearlescent and interference pigments are also platelet-shaped.
  • the incident light is partially reflected at the phase bounds of the suspending agent / pigment or, if applicable, at phase boundaries inside the particles - depending on the refractive index difference of the phases involved.
  • the pearlescent pigments are translucent. This enables special effects of a 3D-like shine to be created.
  • the schematic structure is shown in Fig. 8, wherein a) a metal oxide and b) z. B. called mica.
  • the mica flakes are covered with a transparent metal oxide layer (eg TiO 2 ) of a precisely defined layer thickness.
  • a transparent metal oxide layer eg TiO 2
  • Layers for example TiO 2 rutile, with a thickness between 30 and 60 ⁇ m, particularly preferably between 40 and 50 ⁇ m, are preferred here.
  • metal pigments or inorganic pigments such as fuchsin, methyl violet, mica or glasses can be used as the reflective material.
  • the mirror effects can also by the use of effect pigments such. B. from the product series Iriodin® or Afflair® from Merck KG aA, Darmstadt or with a special angle-dependent changing of the color effect by pigments of the Colorstream® series from Merck KG aA, Darmstadt.
  • the conical or conical depth profile of the cavities is shown in FIG. 1. It is a particular feature of the present invention that is the eye of the beholder the side of the cavities facing ("top surface", a in Fig. 1) is larger than the side facing away from the eye ("base surface", b in Fig. 1).
  • the ratio of the surface area to the base area of the cavities should be greater than 1.5, preferably greater than 25, particularly preferably greater than 100, very particularly preferably greater than 250.
  • 1c shows an example of a selection of depth profiles of the cavities in a side view.
  • the size distribution of the cavities or compartments can be monomodal, unimodal, bimodal or multimodal, each with a stochastic or regular arrangement in the carrier material of the micro-compartment film.
  • the present invention also relates to a method for producing the composite films according to the invention, the cavities in the micro-compartment film being produced by eroding or machining processes.
  • a suitable eroding process uses laser radiation.
  • the cavitates can e.g. B. by needling, embossing, 3D printing, eroding, etching, molding with molding compounds, injection molding, photographic or photolithographic processes or interference methods in a carrier material or in the micro-compartment film. How such microstructured surfaces can be produced is e.g. B. in DE 29 29 313, WO 97/06468, US 4,512,848, DE 41 35 676, WO 97/13633 or EP 0 580 052. Younan Xia and George M. Whitesides in Angew describe further methods for producing small structures. Chem. 1998, 110 568-594.
  • soft lithography enable the production of very thin structures in the range from below 1 ⁇ m to approximately 35 nm.
  • Another method is the micro-milling of a master, with which plates or foils with the desired microstructure can be produced.
  • the master represents a negative form. This can then be embossed, cast or Injection molding processes are molded.
  • an unstructured film can be provided with cavities of the desired dimensions and shapes.
  • eroding or machining methods such as laser radiation or drilling / milling z. B. with a CNC machine.
  • the carrier material of the cavitates i.e. H. the micro-compartment film can be optically transparent, colorless or colored.
  • the control electrodes are attached above and below the cavitates on the carrier layer, the one arranged above the cavitates, i. H.
  • the electrode lying between the viewer and the cavity is of course as transparent or colored as the support material can be.
  • the control electrode located below the cavities is usually placed between the lighting unit and the cavities and should then be transparent.
  • the mirror composite film according to the invention can be switched between at least two different optically transparent states.
  • Optical transparency or non-transparency i. H.
  • the "extreme" switching states represent "specular”.
  • extensive transparency / non-transparency for example for darkening or dimming windows, for example for improved thermal insulation, will be sufficient.
  • thermoplastics such as thermoplastics, polycarbonates, polyurethanes, polysiloxanes, polyolefins such as, for example, are suitable as carrier material for the cavitates, ie as a micro-compartment film.
  • polyethylene polyethylene, polypropylene, COC (cyclo-olefinic copolymers), polystyrene, or ABS polymers, PMMA, PVC, polyester, polyamides, thermoplastic elastomers or crosslinking materials, such as UV-curing Acrylate paints, but also polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or polymers made from perfluoroalkyoxy compounds, be it as a homo- or copolymer or as a component of a blend of a polymer blend.
  • the cavities can have any shape when viewed from above. 2 shows an exemplary selection.
  • the cavities expediently have a round, oval, triangular, right-angled, square, hexagonal or octagonal surface on the side facing the viewer's eye (viewing surface).
  • the surface area of the cavities should be larger than 10,000 ⁇ m 2 , preferably larger than 40,000 ⁇ m 2 , particularly preferably larger than 62,500 ⁇ m 2 and very particularly preferably larger than 250,000 ⁇ m 2 .
  • the depth of the cavities can be between 20 and 250 ⁇ m, preferably between 30 and 200 ⁇ m, very particularly preferably 50 to 100 ⁇ m, regardless of the visible area.
  • the web widths between the individual cavities on the top of the micro-compartment film should be kept as small as possible; webs with a width of 2-50 ⁇ m are preferred, particularly preferably 5-25 ⁇ m.
  • the top of the web of the micro-compartment film can be opaque coated or mirrored. So z. B. an aluminum lamination, metal bedding or a TiO 2 coating can be made. This prevents unwanted light from escaping from the webs when the light from the cavities is blocked by the electrophoretically mobile particles.
  • the cavitates are filled with the electrophoretically mobile particles and the suspension liquid.
  • This can e.g. B. by slurrying and scraping off the excess suspension, by direct knife-coating / coating of the suspension, by means of ink-jet technology in one printing process or by self-filling by means of capillary forces.
  • the particle suspensions are introduced directly into the cavities.
  • the cavities must then be encapsulated or sealed.
  • the filling can also be done through the Capillary forces occur via fine channels, the cavities being closed before the filling process. This is expediently carried out with a cover film which is tightly connected to the micro-compartment film or to the webs of the cavities.
  • Various methods can be used to seal the cavities, e.g. B.:
  • UV-curing e.g. acrylate dispersions
  • 2-component systems e.g. polyurethane coating systems
  • interfacial polymerization interfacial polycondensation
  • other processes that z. B. also be applied in the field of microencapsulation technologies, such as. B. in “Microencapsulation: methods and industrial applications", Ed. S. Benita, Marcel Dekker, Inc. NY / 1996 for the encapsulation of spherical particles.
  • Suspensions of electrophoretically mobile particles which have already been encapsulated can also be used.
  • H. prepared capsules are used. As shown in FIG. 3, these prepared capsules can be pressed or pressed into the cavities of the micro-compartment film. The cavities filled in this way must then be sealed again with a cover film. With a correspondingly adjusted ratio between capsule size and micro-compartment size, this technique significantly reduces the requirements for the stability of the capsule wall material for practical use, since the capsules are enclosed by the webs of the micro-compartment film. Furthermore, the classification of the capsules in the prepared cavities forces a regular arrangement of the capsules.
  • the cavitates or the prepared capsules can be mixed with a suspension or melu Suspensions that can be optically transparent or non-transparent are filled.
  • Non-transparent suspensions can be colored or matt black. This is of particular interest in the case of mirror systems for motor vehicles, since it enables a continuous dimming effect to be produced in rear-view mirrors or headlights.
  • optically transparent and colorless liquids such.
  • the suspension liquids can also be optically transparent and colored. Colored suspensions must have a lightfast color and must not react with the material of the micro-compartment film or the top layer. They can also contain fluorescent or phosphorescent substances. The use of fluorescent or phosphorescent substances enables special optical effects. As fluorescent dyes are such.
  • the production of the electrophoretically mobile particles which are between 0.1 and 120 ⁇ m, preferably between 3 and 70 ⁇ m, particularly preferably between 5 and 60 ⁇ m in diameter, or at the widest point when using particles with a form factor, can be based on WO 98/41898, WO 98/41899 or WO 98/0396.
  • the particles must be able to move freely in the suspension liquid so that the particles move to one of the electrodes due to their charge, depending on the applied electric field can.
  • the "off'7" on "state of a cavity, ie the macroscopically perceptible color or the reflectivity is therefore determined by the spatial arrangement of the particles and can be controlled by the electric field.
  • FIG. 4 shows an exemplary structure of a composite film according to the invention, in which a) top layer b) front electrode c) microcompartment film with cavities and d) counter electrode.
  • the particles are localized by the electric field on the side of the cavities facing away from the viewer (base area, "b" in FIG. 1), the particles are not or only slightly visible to the viewer, and the incident light can be almost unimpeded by the The suspension liquid and the carrier material pass through or there is largely no reflection of the light on the particles (cavity f in FIG. 4).
  • the particles are located in cavity g in FIG. 4 on the side of the cavities facing the viewer and thus reflect incident light.
  • the result is a mirror surface, with only webs of the carrier material being visible.
  • the webs of the micro-compartment film should therefore be made as thin as possible and / or have an opaque or mirrored coating.
  • two electrodes (b and e in FIG. 4) are necessary, of which the front electrode (b in FIG. 4) should preferably be largely transparent to the incident light.
  • the control of the electrodes i. H. in extreme cases, the addressing of individual cavities can e.g. B. by a row / column arrangement of switch units according to WO 97/04398. If the cavities are too small for a single control, several cavities are switched per switch unit.
  • Rheologically controllable suspensions which contain electrophoretically mobile particles, are suitable for displaying switching states that persist over a longer period of time even without an external electric field.
  • Such suspensions are e.g. B. described in DE 100 21 984.5.
  • the suspension with electrophoretically mobile particles additionally contains electrorheologically active additives.
  • the electrorheological effect is preferably negative here.
  • bistable composite films are obtained.
  • the electrophoretically mobile particles orient themselves according to their charge in the field, i.e. H. the external viewer perceives either the reflection of the particles or the color of the suspension liquid.
  • the particles can move freely in the suspension when an electric field is applied. If the electric field is removed, the viscosity of the electrorheological suspension rises sharply and the particles are largely fixed in the order state they have just taken.
  • the set reflectivity of the composite film is fixed accordingly so that it remains stable even without an external electrical field.
  • the composite films of the invention can be very thin (2 to 5 mm) and are therefore particularly suitable for three-dimensionally shaped objects, such as. B. the inside of concave cavities such as headlights for motor vehicles.
  • either a dissolved substance or electrophoretically mobile particles with a negative electrorheological effect can be used as the electrorheologically active additive.
  • the suspension contains several types of particles, at least one of which negative electrorheological and at least one other particle type shows the electrophoretic effect.
  • z. B hydrated polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or polymethyl methacrylate as the alkali salt or as a blend with polystyrene block (polyethylene-co-propylene).
  • This additional LCD effect which has a negative influence on the optical properties of the suspension or the composite film, has nothing in common with the negative electrorheological effect of the suspension and is not desired here.
  • Such an LCD effect is an electrorheological effect, which is not the case with suspensions miscible liquid-crystalline substances, such as, for. B. by Tajiri (Tajiri et al., J. Rheol., 41 (2), 335 (1997)) can occur.
  • Mixtures of the surrounding (suspension) matrix and liquid-crystalline substances lead to phase-separated morphologies, in which the liquid-crystalline phase forms a higher aspect ratio (length / diameter) in the field direction when an electric field is applied.
  • the phase separation of the liquid crystalline Susb punch can lead to an undesirable change in the optical properties of the suspension.
  • the suspension ala additive can either contain a dissolved substance or electrophoretically mobile particles which show the negative electrorheological effect.
  • the substances dissolved in the suspension are generally polymeric in nature and therefore only soluble in the suspension liquid up to a certain molecular weight. Which substance is sufficiently soluble in which liquid can easily be determined by means of orientation tests.
  • electrophoretically mobile particles which allow total reflection of the incident light, can themselves show the required negative electrorheological effect.
  • This can e.g. B. hydrated by coating electrophoretically mobile particles with polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or polymethyl methacrylate as alkali salt or as a blend with polystyrene block (polyethylene-co-propylene).
  • the particles can have a coating with polyacrylates, polymethacrylates, polyurethanes or polyamides, either above or expediently below the RCA substance.
  • the electrophoretically mobile particles themselves can contain inorganic or organic pigments such as e.g. B. TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , FeO, Fe 2 O 3 , carbon black, fluorescent pigments, phthalocyanides, porphyrins or azo dyes.
  • Such particles can again have a coating made of polyacrylates, polymethacrylates, polyurethanes or polyamides.
  • the use of the composite films according to the invention is the subject of the present invention. Due to the switchability, as well as the flat and optionally flexible design, the mirror composite films can be used in particular for novel designs of mirror surfaces, in particular for the production of window panes, covers, greenhouse roofs, reflectors, packaging, textiles, glasses, signals, car mirrors, car headlights, toys or Sun protection devices are used.

Abstract

The invention relates to composite films with electrically switchable, optically reflective properties, made from two control electrodes and a micro-compartment film with cavities which contain electrophoretically mobile particles suspended in liquid. The cavities in the micro-compartment film have a conical or cone-shaped structure. The ratio of the cavities of the outer area to the base is more than 1.5 and the electrophoretic mobile particles enable total reflection of the incident light. Preferably, the geometry of the particles is flat with a form factor, thickness to diameter, of 1: 5 - 1: 1.000. The reflective composite films can be used, for example, for flexible reflective areas or for the production of window panes, coverings, greenhouse roofing, packaging, reflectors, textiles, glasses, wind screens, signals, car mirrors, headlights, toys or sun protecting devices.

Description

Schaltbare SpiegelfolieSwitchable mirror film
Die Erfindung betrifft elektrisch schaltbare Verbundfolien mit optisch-reflektiven Eigenschaften unter Verwendung elektrophoretisch mobiler Partikel.The invention relates to electrically switchable composite films with optically reflective properties using electrophoretically mobile particles.
Als Spiegel werden glatte Flächen bezeichnet [Kirk-Othmer (4.) 22, 176, 192; 23, 1074 ; Ullmann (4.) 21, 633-636; (5.) A 16, 641-647 ; Winnacker-Küchler (4.) 3, 138.], von denen der größte Teil des auffallenden Lichtes durch Spiegelung reflektiert wird (Reflexion). Hierbei kann eine Polarisation des reflektierten Lichtes erfolgen, weshalb sich Blendungseffekte mit Hilfe von Polarisationsbrillen oft ausschalten lassen. Glasspiegel (Silberspiegel) werden durch Aufbringen dünner Silber-Schichten auf die Oberfläche von geeignetem Glas hergestellt: Mit Hilfe eines Reduktionsmittels (Glucose, Fructose, Galactose) wird aus einer ammoniakalischen Silbernitrat- Lösung eine gleichmäßige Schicht von metallischen Silber auf die vorher sorgfältig gereinigte Glasoberfläche abgeschieden, heute überwiegend im sog. Silber-Spritzverfahren, früher im sog. Schaukelverfahren. Dem Versilbern folgt meist noch das Verkupfern. Die aufgebrachten, sehr empfindlichen Metallschichten werden anschließend durch die sog. Spiegellackierung mit Speziallacken gegen Beschädigung geschützt. Für Spezialzwecke wird statt Silber Aluminium (Aluminiumspiegel) durch Aufdampfen im Hochvakuum auf die Glasoberflächen aufgebracht. Vor Einführung der ehem. Versilberung durch J. von Liebig (1856) verwendete man als Spiegel- Metall Quecksilber in Amalgam-Form (sog. Spiegelamalgam, bestehend aus ca. 77% Hg u. 23% Sn). Mit Hilfe moderner Spiegelbelegbänder lassen sich Spiegel mit Kantenlängen von ca. 3 4,5 m kontinuierlich herstellen. In Haushalt u. Automobil-Ind. finden auch Kunststoffe als Trägermaterialien Verwendung (Kunststoffmetallisierung u. -galvanisierung). Spiegelfolien lassen sich auch aus Kunststoffen herstellen.Smooth surfaces are referred to as mirrors [Kirk-Othmer (4.) 22, 176, 192; 23, 1074; Ullmann (4th) 21, 633-636; (5.) A 16, 641-647; Winnacker-Küchler (4.) 3, 138.], of which most of the incident light is reflected by reflection (reflection). Here, the reflected light can be polarized, which is why glare effects can often be switched off with the help of polarized glasses. Glass mirrors (silver mirrors) are produced by applying thin layers of silver to the surface of suitable glass: With the help of a reducing agent (glucose, fructose, galactose), an even layer of metallic silver is deposited on the previously carefully cleaned glass surface from an ammoniacal silver nitrate solution , today mainly in the so-called silver spray process, earlier in the so-called swing process. Silvering is usually followed by copper plating. The applied, very sensitive metal layers are then protected against damage by the so-called mirror coating with special coatings. For special purposes, aluminum (aluminum mirror) is applied to the glass surfaces by vapor deposition in a high vacuum instead of silver. Before the silvering was introduced by J. von Liebig (1856), mercury in amalgam form (so-called mirror amalgam, consisting of approx. 77% Hg and 23% Sn) was used as the mirror metal. With the help of modern mirror covering tapes, mirrors with edge lengths of approx. 3 4.5 m can be produced continuously. In household and Automotive Ind. plastics are also used as carrier materials (plastic metallization and galvanization). Mirror foils can also be made from plastics.
Trägerfreie Metallspiegel erhält man durch Polieren von Metalloberflächen, wobei diese zum Schutz gegen Korrosion ggf. noch mit farblosen Lacküberzügen geschützt werden.Carrier-free metal mirrors are obtained by polishing metal surfaces, which may be protected with colorless lacquer coatings to protect against corrosion.
Moderne Teleskopspiegel bestehen aus Legierungen von 70% Cu u. 30% Sn. Die galvanische Spiegellegierung des Tin Research Inst, enthält 55% Cu u. 45% Sn; sie sind härter als Ni u. bewahren ihr Lichtreflexionsvermögen besser als Ag. Die Metall- Spiegel (Spiegel-Bronzen) stellen die älteste Gruppe von Spiegeln dar. Beispielsweise ist das sog. Speculum-Metall eine harte, zähe Leg. aus 65-67% Cu, bis 5% Ni, Rest Sn, gibt poliert schönen Glanz u. erreicht etwa 70% der Lichtreflexion von Silber (leicht verstärkte Rotreflexion, die warmen Schimmer gibt). Ein Spiegel der Römer bestand aus einer Legierung von 64% Cu, 19% Sn u. 17% Pb, ein altägypt. Spiegel aus 85% Cu, 14% Sn, 1% Fe, ein altgriech. Spiegel aus 68% Cu u. 32% Sn.Modern telescopic mirrors consist of alloys of 70% Cu u. 30% Sn. The galvanic mirror alloy of the Tin Research Inst contains 55% Cu u. 45% Sn; they are harder than Ni u. retain their light reflectivity better than Ag. The metal mirrors (mirror bronzes) represent the oldest group of mirrors. For example, the so-called speculum metal is a hard, tough leg. made of 65-67% Cu, up to 5% Ni, rest Sn, polished gives a beautiful shine and achieves about 70% of the light reflection from silver (slightly intensified red reflection, which gives warm shimmer). A mirror of the Romans consisted of an alloy of 64% Cu, 19% Sn u. 17% Pb, an ancient Egypt. Mirror made of 85% Cu, 14% Sn, 1% Fe, an ancient Greek. 68% Cu u. 32% Sn.
Entscheidend für die Verwendbarkeit als Spiegel ist die Reflektion des Lichtes [Kohlrausch, Praktische Physik 3, S. 416, Stuttgart: Teubner 1996 ; Gauert u. Bode, Reflexionsmessgerät für Reihenuntersuchungen von Aufdampfschichten (DFVLR-Mitt. 85-18), Köln-Porz: DFVLR 1985 in Hecht, Optik, New York: McGraw-Hill 1987 ; Kohlrausch, Praktische Physik 2, Stuttgart: Teubner 1996 in Lerner u. Trigg (Hrsg.), Encyclopedia of Physics, Weinheim: VCH Verlagsges. 1991 ; Spektrum Wiss. 1986, Nr. 6, 152-157], wobei je nach physikalischer Beschaffenheit der Grenzflächen tritt Spiegelung (gerichtete Reflexion) oder Remission (ungerichtete od. diffuse Reflektion) ein. Das Verhältnis von remittierter zu eingestrahlter Energie in Prozent nennt man Albedo-Wert.The decisive factor for the usability as a mirror is the reflection of light [Kohlrausch, Praktische Physik 3, p. 416, Stuttgart: Teubner 1996; Gauert u. Bode, reflection measuring device for serial examinations of vapor deposition layers (DFVLR-Mitt. 85-18), Cologne-Porz: DFVLR 1985 in Hecht, Optik, New York: McGraw-Hill 1987; Kohlrausch, Practical Physics 2, Stuttgart: Teubner 1996 in Lerner u. Trigg (ed.), Encyclopedia of Physics, Weinheim: VCH Verlagsges. 1991; Spectrum Scientific 1986, No. 6, 152-157], whereby depending on the physical nature of the interfaces, reflection (directional reflection) or remission (non-directional or diffuse reflection) occurs. The ratio of remitted to radiated energy in percent is called the albedo value.
Kristalle von Fuchsin oder Methylviolett u. a. Farbstoffen reflektieren das Licht ähnlich wie Metalle; sie zeigen starkes Reflexion- Vermögen im gleichen Strahlenbereich (grün oder gelb), in dem sie Licht absorbieren. Daher ist ihre Farbe im auffallenden Licht grün (oder gelb), hingegen zeigt deren Lösung in durchfallendem Licht die Komplementärfarbe (Rot bzw. Violett). Metalle zeigen infolge der Wechselwirkung von Photonen mit Leitungselektronen eine anomale Reflektion; sie reflektieren das Licht fast vollständig. Bei Glas, insbesondere bei optischen Gläsern, lässt sich unerwünschte Reflektion durch Vergüten (Entspiegelung durch Antireflexbeläge) vermindern. Dagegen ist die Reflektion z. B. in Reflexfolien und Glanzpigmenten erwünscht. Durch selektive Verstärkung od. Schwächung der Reflexion in bestimmten Wellenlängenbereichen mittels Interferenz werden Spiegel mit hohem Reflexions- Grad hergestellt (z. B. Laser Spiegel).Crystals of fuchsin or methyl violet u. a. Dyes reflect light similarly to metals; they show strong reflectivity in the same radiation area (green or yellow) in which they absorb light. Therefore, their color in the striking light is green (or yellow), whereas their solution in the transmitted light shows the complementary color (red or violet). Metals show anomalous reflection due to the interaction of photons with conduction electrons; they reflect the light almost completely. In the case of glass, in particular optical glass, unwanted reflection can be reduced by tempering (anti-reflective coating using anti-reflective coatings). In contrast, the reflection z. B. desirable in reflective films and gloss pigments. By selective amplification or attenuation of the reflection in certain wavelength ranges by means of interference, mirrors with a high degree of reflection are produced (eg laser mirrors).
Diese Spiegelsysteme sind statisch, d. h. das Reflexionsvermögen kann nicht beeinflusst werden. Zur Veränderung der Farbe oder der Transparenz, d. h. nicht des Reflexionsvermögens von großen Flächen sind verschiedene Techniken wie z. B. die Thermochromie oder LCD bekannt.These mirror systems are static, ie the reflectivity cannot be influenced. To change the color or transparency, ie not the reflectivity of large areas, various techniques such as. B. known thermochromism or LCD.
Farbveränderungen von kleinen Bereichen z. B. in Pixelgröße können zur Darstellung von Informationen benutzt werden.Color changes in small areas e.g. B. in pixel size can be used to display information.
Eine neuartige Entwicklung zur Darstellung von elektronisch veränderbarer Information stellt die "elektronische Tinte" von Prof. J. Jacobson et al. dar. Diese Technik nutzt die Orientierung von ein- oder mehrfarbigen Pigmentpartikel in einem elektrischen Feld aus, um Bildinformation darzustellen. Details können z. B. in J. Jacobson et al., IBM System Journal 36, (1997), Seite 457-463 oder B. Comiskey et al., Nature, Vol. 394, July 1998, Seite 253-255 nachgelesen werden.A new development for the representation of electronically changeable information is the "electronic ink" by Prof. J. Jacobson et al. This technique uses the orientation of single or multi-colored pigment particles in an electric field to display image information. Details can e.g. B. in J. Jacobson et al., IBM System Journal 36, (1997), pages 457-463 or B. Comiskey et al., Nature, Vol. 394, July 1998, pages 253-255.
Zur Herstellung von entsprechenden bipolaren, ein- oder zweifarbigen Partikeln in verschiedenen Ausführungsformen und deren Anwendung in elektrophoretisch arbeitenden Displays kann z. B. auf WO 98/03896 verwiesen werden. Hier wird beschrieben, wie diese Partikel in einer inerten Flüssigkeit suspendiert und in kleinen Blasen eines Trägermaterials eingekapselt werden. Diese Technik erlaubt die makroskopische Anzeige von zwei Farben durch Rotation eines zweifarbigen Partikels je nach angelegtem elektrischen Feld.For the production of corresponding bipolar, one or two-colored particles in various embodiments and their use in electrophoretically working displays, for. B. be referred to WO 98/03896. It describes how these particles are suspended in an inert liquid and encapsulated in small bubbles of a carrier material. This technique allows the macroscopic display of two colors by rotating a two-color particle depending on the applied electric field.
In WO 98/19208 wird ein ähnliches elektrophoretisches Display beschrieben, wobei elektrophoretisch mobile Partikel in einer gegebenenfalls farbigen Flüssigkeit durch ein elektrisches Feld innerhalb einer Mikrokapsel bewegt werden können. Je nach Feldrichtung orientieren sich die Partikel zu einer Elektrode und stellen so makroskopisch eine ja/nein- Farbinformation (entweder ist die Farbe der Partikel oder die Farbe der Flüssigkeit sichtbar) dar.WO 98/19208 describes a similar electrophoretic display, in which electrophoretically mobile particles in an optionally colored liquid can be moved by an electric field within a microcapsule. Depending on the direction of the field, the particles orient themselves towards an electrode and thus macroscopically represent yes / no color information (either the color of the particles or the color of the liquid is visible).
WO 98/41899 offenbart elektrophoretische Displays, die ebenfalls auf den oben beschriebenen Prinzipien beruhen, jedoch insbesondere für mehrfarbige Displays geeignet sind. Es wird beschrieben, wie der Farbeindruck von unterschiedlich gefärbten Partikeln verbessert werden kann, in dem die Partikel mit reflektierenden Materialien ausgestattet werden. Diese Technik wird auch zur Verbesserung einer weißen Hintergrundfarbe verwendet. Es handelt sich liier nicht um eine vollständige Reflexion des einfallenden Lichts, d. h. des gesamten Wellenlängenbereichs, sondern nur um eine durch partielle Reflexion des Lichts (Wellenlängenbereichs) verbesserte Farbwirkung, insbesondere der Farbe weiß. Darüber hinaus ist auch die Verwendung einer Suspension mit flüssigkristallinem Verhalten beschrieben. Die Flüssigkristalle blockieren oder ermöglichen die elektrophoretische Migration der Partikel je nach angelegtem elektrischem Feld.WO 98/41899 discloses electrophoretic displays, which are also based on the principles described above, but are particularly suitable for multi-color displays. It describes how the color impression of differently colored particles can be improved by providing the particles with reflective materials. This technique is also used to improve a white background color. It is liier not a complete reflection of the incident light, ie the entire wavelength range, but only an improved color effect, in particular the color white, due to partial reflection of the light (wavelength range). The use of a suspension with liquid-crystalline behavior is also described. The liquid crystals block or enable the electrophoretic migration of the particles depending on the applied electric field.
Ein solcher LCD-Effekt ist ein elektrorheologischer Effekt, der bei Suspensionen von nicht mischbaren flüssigkristallinen Substanzen, wie sie z. B. von Tajiri (Tajiri et al., J.Rheol., 41(2), 335 (1997)) beschrieben werden, auftreten kann. Mischungen aus Umgebungs-(Suspensions-) Matrix und flüssigkristallinen Substanzen führen zu phasenseparierten Morphologien, bei denen die flüssigkristalline Phase bei angelegtem elektrischen Feld ein höheres Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) in Feldrichtung ausbildet. Die Phasenseparierung der flüssigkristallinen Susbstanzen kann zu einer unerwünschten Änderung der optischen Eigenschaften der Suspension führen.Such an LCD effect is an electro-rheological effect, which in suspensions of immiscible liquid-crystalline substances such as z. B. by Tajiri (Tajiri et al., J. Rheol., 41 (2), 335 (1997)) can occur. Mixtures of the surrounding (suspension) matrix and liquid-crystalline substances lead to phase-separated morphologies, in which the liquid-crystalline phase forms a higher aspect ratio (length / diameter) in the field direction when an electric field is applied. The phase separation of the liquid crystalline substances can lead to an undesirable change in the optical properties of the suspension.
In der Literatur werden Systeme von flüssigen, inhomogenen Blends beschrieben, die nicht auf flüssigkristallinen Substanzen basieren, sondern eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzen (z. B. Kimura et al., J.Non-Newtonian Fluid Mech. 76 (1998) 199-211), wobei die optischen Eigenschaften und die Dielektrizitätskonstante, wie dem Fachmann bekannt, modifiziert werden können.The literature describes systems of liquid, inhomogeneous blends which are not based on liquid-crystalline substances but have a higher dielectric constant (e.g. Kimura et al., J. Non-Newtonian Fluid Mech. 76 (1998) 199-211) , wherein the optical properties and the dielectric constant can be modified as known to the person skilled in the art.
Das in WO 98/41898 beschriebene elektrophoretische Displaysystem kann durch seine spezielle Anordnung durch einen Druckvorgang, insbesondere durch Tintenstralildrucktechnik, hergestellt werden. Vorteilhaft können sowohl die Elektroden als auch das elektrophoretische Display an sich in aufeinander folgenden Druckschritten hergestellt werden.The electrophoretic display system described in WO 98/41898 can be produced by its special arrangement by a printing process, in particular by ink jet printing technology. Both the electrodes and the electrophoretic display itself can advantageously be produced in successive printing steps.
In WO 99/56171 wird ein „shutter mode"-Display, basierend auf der elektrophoretischenWO 99/56171 describes a "shutter mode" display based on the electrophoretic
Migration von Partikeln in einer Suspension beschrieben. Um einen besseren Kontrast von „Ein" zum „Aus"-Zustand des Displays zu erhalten, sind die Kavitaten hier konisch ausgeführt. Die konische Bauform ermöglicht die Zusammenführung der Partikel an der kleinsten Stelle der Kavität, so dass Licht in diesem Fall nahezu ungehindert aus der Kavität austreten kann. Der Betrachter nimmt nur noch einen kleinen Bereich als Störstelle wahr. Die Arbeitsweise der aus konischen Kavitaten bestehenden Displays entspricht der aus der o. g. Literatur bekannten elektrophoretischen Displays.Migration of particles in a suspension is described. In order to obtain a better contrast from "on" to the "off" state of the display, the cavities are conical here. The conical design enables the particles to be brought together at the smallest point of the Cavity, so that light can exit the cavity almost unhindered in this case. The viewer only perceives a small area as a point of interference. The mode of operation of the displays consisting of conical cavities corresponds to the electrophoretic displays known from the literature mentioned above.
Gegenstand von WO 99/56171 ist allgemein die Darstellung elektronisch veränderbarer Informationen durch Farbveränderungen von Pixeln. Ein durch ein elektrisches Feld beeinflusster Wechsel des Reflexionsverhaltens ist nicht beschrieben, vermutlich da eine weitgehende Totalreflexion von einfallendem Licht für Displays völlig ungeeignet ist. Die in WO 98/41899 und WO 99/56171 offenbarten, mit reflektierenden Materialien ausgestatteten Partikel werden zur Verbesserung des Farbeindrucks eingesetzt, d. h. es sollen nur bestimmte Wellenlängenbereiche des einfallenden Lichts reflektiert werden, eine Totalreflexion ist nicht gewünscht.WO 99/56171 generally relates to the representation of electronically changeable information by changing the color of pixels. A change in the reflection behavior influenced by an electric field is not described, presumably because extensive total reflection of incident light is completely unsuitable for displays. The particles disclosed in WO 98/41899 and WO 99/56171, which are equipped with reflective materials, are used to improve the color impression, i. H. only certain wavelength ranges of the incident light are to be reflected; total reflection is not desired.
In diesem Zusammenhang beschreiben US 6 017 584 und WO 99/10767 die Verwendung von retroreflektiven Partikeln in elektrophoretischen Displays. Auch hier werden die retroreflektiven Partikel und die entsprechenden Kavitaten gemäß dem Verwendungszweck als Displays hergestellt, d.h. es kommt mehr auf den Wechsel der makroskopisch wahrnehmbaren Farbe als auf die Spiegeleigenschaften an. Dementsprechend sind Kavitaten mit einem konischen Tiefenverlauf, der den Spiegeleffekt verstärken würde, nicht beschrieben.In this context, US 6 017 584 and WO 99/10767 describe the use of retroreflective particles in electrophoretic displays. Again, the retroreflective particles and the corresponding cavities are produced as displays according to the intended use, i.e. the change in the macroscopically perceptible color is more important than the mirror properties. Correspondingly, cavities with a conical depth profile that would increase the mirror effect are not described.
Flächen, deren Reflexionsverhalten elektronisch gesteuert werden kann, weisen eine hohe wirtschaftliche Bedeutung auf. So können, z. B. elektrisch schaltbare, verspiegelte Fensterflächen im Winter Sonnenstrahlung durchlassen, im Sommer jedoch reflektieren.Areas whose reflection behavior can be controlled electronically are of great economic importance. So, e.g. B. electrically switchable, mirrored window areas in winter let sunlight through, but reflect in summer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, mit elektrophoretischen mobilen Partikeln arbeitende Verbundfolien zu entwickeln, die ein durch ein elektrisches Feld beeinflussbares Reflexionsvermögen aufweisen und eine flache Bauweise ermöglichen.It was therefore an object of the present invention to develop composite films which work with electrophoretic mobile particles and which have a reflectivity which can be influenced by an electric field and which enable a flat construction.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Verbundfolien mit elektrisch schaltbaren, optisch-reflektiven Eigenschaften, aufgebaut aus zwei Steuerelektroden und einer Mikrokompartimentfolie mit Kavitaten, die elektrophoretisch mobile Partikel in einer Suspensionsflüssigkeit enthalten, wobei die Kavitaten in der Mikrokompartimentfolie einen konischen oder kegelartigen Tiefenverlauf zeigen, das Verhältnis der Aufsichtfläche der Kavitaten zu deren Grundfläche größer 1.5 ist und die elektrophoretisch mobilen Partikel eine Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichen.The present invention therefore relates to composite films with electrically switchable, optically reflective properties, composed of two control electrodes and one Microcompartment film with cavitates which contain electrophoretically mobile particles in a suspension liquid, the cavitates in the microcompartment film show a conical or conical depth profile, the ratio of the surface area of the cavitates to their base area is greater than 1.5 and the electrophoretically mobile particles enable total reflection of the incident light.
Die elektrisch mobilen Partikel sollen die Totalreflexion, d. h. die weitgehende Reflexion des gesamten Wellenlängenbereichs des einfallenden Lichtes ermöglichen. Im Idealfall entspricht das Reflexionsvermögen der erfindungsgemäßen Verbundfolie im „Ein" -Zustand dem eines konventionellen Metall/Glas-Spiegels, im „Aus" -Zustand erfolgt nahezu keine Reflexion, d. h. die Farbe der Verbundfolie wird makroskopisch sichtbar (s. Fig. 5b). Dies kann für Spiegelsysteme z. B. matt-schwarz sein. Bei entsprechenden transparenten Verbundfolien kann, sogar ein weitgehender Durchgang der Strahlung durch die Verbundfolie (s. Fig. 5a) erfolgen. Das Reflexionsvermögen der erfindungsgemäßen Verbundfolie sollte nahezu vollständig sein, Streuverluste sind jedoch nicht zu vermeiden. Bevorzugt werden daher 60-90 % des einfallenden Lichts reflektiert.The electrically mobile particles are said to have total reflection, i.e. H. enable extensive reflection of the entire wavelength range of the incident light. In the ideal case, the reflectivity of the composite film according to the invention in the "on" state corresponds to that of a conventional metal / glass mirror, in the "off" state there is almost no reflection, ie. H. the color of the composite film becomes macroscopically visible (see Fig. 5b). This can be done for mirror systems such. B. be matt black. With appropriate transparent composite films, the radiation can even largely pass through the composite film (see FIG. 5a). The reflectivity of the composite film according to the invention should be almost complete, but scatter losses cannot be avoided. Therefore, 60-90% of the incident light is preferably reflected.
Erfindungsgemäße Verbundfolien können zwischen den Zuständen „spiegelnd" und „nicht- spiegelnd" geschaltet werden. Im „nicht-spiegelnden" Zustand können die Verbundfolien transparent oder nicht-transparent sein. Selbstverständlich sind auch Zwischenzustände möglich, sodass der Spiegeleffekt der Folien dimmbar ist. Erfindungsgemäße Verbundfolien eignen sich daher besonders für alle Spiegelsysteme, deren Reflexionsvermögen beeinflussbar sein sollte, wie z. B. Kraftfahrzeugspiegel oder Fenster an Gebäuden. Ein weiterer Vorteil ist im inhärenten Korrosionsschutz der Spiegelsysteme zu sehen, da die empfindlichen Metalloberflächen der Partikel luftdicht verkapselt sind.Composite films according to the invention can be switched between the states “specular” and “non-specular”. In the “non-reflecting” state, the composite films can be transparent or non-transparent. Of course, intermediate states are also possible, so that the mirror effect of the films can be dimmed. Composite films according to the invention are therefore particularly suitable for all mirror systems whose reflectivity should be able to be influenced, such as, for example, Another advantage can be seen in the inherent corrosion protection of the mirror systems, since the sensitive metal surfaces of the particles are encapsulated airtight.
Die elektrophoretisch mobilen Partikel weisen bevorzugt eine flächige Geometrie mit einem Formfaktor (Verhältnis Dicke zu Durchmesser) von 1 : 5 bis 1 : 1.000, bevorzugt 1 : 20 bis 1 : 500, besonders bevorzugt 1 : 50 bis 1 : 500 auf (s. Fig. 6 und 7).The electrophoretically mobile particles preferably have a flat geometry with a shape factor (ratio of thickness to diameter) of 1: 5 to 1: 1,000, preferably 1:20 to 1: 500, particularly preferably 1:50 to 1: 500 (see FIG . 6 and 7).
Die Totalreflextion der elektrophoretisch mobilen Partikel erfolgt bevorzugt an Metalloberflächen. Dies kann durch eine Umhüllung der Partikel mit einer oder mehreren Metallschichten und/oder Metalloxidschichten, z. B. durch Bedampfung oder elektrochemische Abscheidung z. B. von Silber oder Nickel in Form einer Umhüllung der Partikel oder ein oder mehrere Metalle und/oder Metalloxide in Form von eingebetteten Flakes oder Flitter erfolgen.The total reflection of the electrophoretically mobile particles preferably takes place on Metal surfaces. This can be achieved by coating the particles with one or more metal layers and / or metal oxide layers, e.g. B. by vapor deposition or electrochemical deposition z. B. of silver or nickel in the form of a coating of the particles or one or more metals and / or metal oxides in the form of embedded flakes or tinsel.
Je nach Herstellungsprozess variiert die Form der Plättchen zwischen kreisrund und unregelmäßig. Die Dicke der Plättchen beeinflusst u.a. die mechanische Stabilität bei z.B. der Dispergierung. Eine bei der Dispergierung auftretende Nachzerkleinerung kann zu Verlusten bei der optischen Qualität führen.Depending on the manufacturing process, the shape of the platelets varies between circular and irregular. The thickness of the platelets influences the mechanical stability in e.g. the dispersion. A subsequent comminution that occurs during the dispersion can lead to losses in the optical quality.
Als elektrophoretisch aktive und mobile Partikel können verschiedene oberflächenmodifizierte Glanzpigmente eingesetzt werden. Neben Interferenzpigmenten und Perlglanzpigmenten werden Metalleffektpigmente verwendet, bei denen es sich in der Regel um plättchenförmige Teilchen aus Nichteisenmetallen handelt, die überwiegend nach dem sogenannten Hall-Prozess hergestellt werden, bei dem z.B. reines (ca. 99,5 %) Aluminium zu einem feinen Aluminiumgrieß verdüst wird. Dieses Zwischenprodukt wird gesichtet, in Kugelmühlen unter Zusatz von niedermolekularen Paraffingemischen und Prozess-Additiven zu plättchenförmigen Teilchen zerkleinert und verformt. Die Additive verhindern u.a. ein Kaltverschweißen der Plättchen (Literatur: Lehrbuch der Lacktechnologie, Brock et al. 1998, Vincentz Verlag Hannover). Durch die Auswahl der Additive können auch hydrophile (z.B. durch Verwendung von Stearinsäure) oder oleophile (z.B. durch Verwendung von Ölsäure) Teilchenoberflächen erzeugt werden. Je nach Oberflächenbelegung der Plättchen durch die entsprechenden Additive und verwendeter Matrix kann die Verteilung der Plättchen in der Suspension und die mögliche Anlagerung an die Kavitaten- Wand beeinflusst werden. Durch die Erzeugung einer oleophiler Teilchenoberfläche wird die Dispergierung in einer unpolaren Suspensionsflüssigkeit erhöht. Durch eine eher hydrophile Oberflächenmodifikation ist die Anlagerung an eine Kavitaten- Wand mit polarerem Charakter als die Suspensionsflüssigkeit erhöht.Various surface-modified gloss pigments can be used as electrophoretically active and mobile particles. In addition to interference pigments and pearlescent pigments, metallic effect pigments are used, which are generally platelet-shaped particles made of non-ferrous metals, which are predominantly produced by the so-called Hall process, in which e.g. pure (approx. 99.5%) aluminum is atomized to a fine aluminum powder. This intermediate product is sifted, comminuted and deformed into ball-shaped particles in ball mills with the addition of low-molecular paraffin mixtures and process additives. The additives prevent i.a. a cold welding of the platelets (literature: textbook of coating technology, Brock et al. 1998, Vincentz Verlag Hannover). The choice of additives can also be used to produce hydrophilic (e.g. by using stearic acid) or oleophilic (e.g. by using oleic acid) particle surfaces. Depending on the surface coverage of the platelets by the appropriate additives and the matrix used, the distribution of the platelets in the suspension and the possible attachment to the wall of the cavities can be influenced. By creating an oleophilic particle surface, the dispersion in a non-polar suspension liquid is increased. A more hydrophilic surface modification increases the buildup on a wall of cavities with a more polar character than the suspension liquid.
Entsprechende Aluminiumpigmente sind z.B. von der Fa. Schlenk Metallpulver GmbH & Co. KG, Roth-Barnsdorf, Deutschland, unter dem Namen Decomet kommerziell verfügbar. Der Formfaktor und die Ausrichtung der Partikel im elektrischen Feld sind für den Spiegeleffekt von entscheidender Bedeutung. So zeigt Fig. 7a eine gute Ausrichtung der Partikel im elektrischen Feld mit einem resultierenden guten Spiegeleffekt ohne Interferenzmuster. Die Partikel bzw. die Kavität in Fig. 7b zeigen dagegen zwar einen Spiegeleffekt, aber ein aufgrund der nicht vollständigen Ausrichtung der Partikel im elektrischen Feld ein schlechtes Reflexionsmuster, d.h. die reflektierte Strahlung weist Interferenzverluste auf.Corresponding aluminum pigments are commercially available, for example, from Schlenk Metallpulver GmbH & Co. KG, Roth-Barnsdorf, Germany, under the name Decomet. The form factor and the orientation of the particles in the electric field are of crucial importance for the mirror effect. 7a shows a good alignment of the particles in the electric field with a resulting good mirror effect without an interference pattern. The particles or the cavity in FIG. 7b, on the other hand, show a mirror effect, but a bad reflection pattern due to the incomplete alignment of the particles in the electrical field, ie the reflected radiation has interference losses.
Perlglanz- und Interferenzpigmente sind ebenfalls plättchenförmig. Das einfallende Licht wird bei ihnen an den Phasengrenzen Suspensionsmittel/Pigment bzw. ggf. an Phasengrenzen im Innern der Partikel - entsprechend dem Brechzahlunterschied der beteiligten Phasen - teilweise gerichtet - reflektiert. Im Gegensatz zu den Metalleffektpigmenten sind die Perlglanzpigmente durchscheinend. Damit können besondere Effekte eines 3D-artigen Glanzes erzeugt werden. Der schematische Aufbau ist in Fig. 8 dargestellt, wobei a) ein Metalloxid und b) z. B. Glimmer bezeichnet.Pearlescent and interference pigments are also platelet-shaped. The incident light is partially reflected at the phase bounds of the suspending agent / pigment or, if applicable, at phase boundaries inside the particles - depending on the refractive index difference of the phases involved. In contrast to the metallic effect pigments, the pearlescent pigments are translucent. This enables special effects of a 3D-like shine to be created. The schematic structure is shown in Fig. 8, wherein a) a metal oxide and b) z. B. called mica.
Die Glimmerplättchen werden mit einer transparenten Metalloxidschicht (z.B. TiO2) genau definierter Schichtdicke belegt. Durch die Wahl der Dicke können unterschiedliche Farbeffekte durch Interferenzeffekte erzielt werden. Bei dünnen Schichten können Interferenzerscheinungen vermieden werden. Bevorzugt sind hier Schichten, z.B. TiO2-Rutil, mit einer Dicke zwischen 30 und 60 μm, besonders bevorzugt zwischen 40 und 50 μm.The mica flakes are covered with a transparent metal oxide layer (eg TiO 2 ) of a precisely defined layer thickness. By choosing the thickness, different color effects can be achieved through interference effects. Interference can be avoided with thin layers. Layers, for example TiO 2 rutile, with a thickness between 30 and 60 μm, particularly preferably between 40 and 50 μm, are preferred here.
Weiterhin können Metallpigmente oder anorganische Pigmente, wie Fuchsin, Methylviolett, Glimmer oder Gläser, als reflektierendes Material verwendet werden.Furthermore, metal pigments or inorganic pigments such as fuchsin, methyl violet, mica or glasses can be used as the reflective material.
Die Spiegeleffekte können ebenfalls durch den Einsatz von Effektpigmenten wie z. B. aus der Produkt-Reihen Iriodin® oder Afflair® der Fa.Merck KG aA, Darmstadt oder mit einem speziell winkelabhängigen Changieren der Farbwirkung durch Pigmente der Reihe Colorstream® der Fa.Merck KG aA, Darmstadt erreicht werden.The mirror effects can also by the use of effect pigments such. B. from the product series Iriodin® or Afflair® from Merck KG aA, Darmstadt or with a special angle-dependent changing of the color effect by pigments of the Colorstream® series from Merck KG aA, Darmstadt.
Der konische oder kegelartige Tiefenverlauf der Kavitaten ist in Fig. 1 sldzziert. Es ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, das die dem Auge des Betrachters zugewendete Seite der Kavitaten ("Aufsichtfläche", a in Fig.1) größer ist, als die dem Auge abgewendete Seite ("Grundfläche", b in Fig.l). Das Verhältnis von Aufsichtfläche zu Grundfläche der Kavitaten sollte größer als 1.5, bevorzugt größer 25, besonders bevorzugt größer 100, ganz besonders bevorzugt größer 250 sein. Fig. lc zeigt beispielhaft eine Auswahl von Tiefenverläufen der Kavitaten in einer Seitenansicht.The conical or conical depth profile of the cavities is shown in FIG. 1. It is a particular feature of the present invention that is the eye of the beholder the side of the cavities facing ("top surface", a in Fig. 1) is larger than the side facing away from the eye ("base surface", b in Fig. 1). The ratio of the surface area to the base area of the cavities should be greater than 1.5, preferably greater than 25, particularly preferably greater than 100, very particularly preferably greater than 250. 1c shows an example of a selection of depth profiles of the cavities in a side view.
Die Größenverteilung der Kavitaten oder Kompartimente kann monomodal, unimodal, bimodal oder multimodal jeweils mit einer stochastischen oder regelmäßigen Anordnung im Trägermaterial der Mikrokompartimentfolie sein.The size distribution of the cavities or compartments can be monomodal, unimodal, bimodal or multimodal, each with a stochastic or regular arrangement in the carrier material of the micro-compartment film.
Es bietet sich eine Anordnung der Kavitaten in Spalten und Reihen an. Diese Anordnung muss jedoch nicht notwendigerweise rechtwinklig oder gar quadratisch sein, auch z. B. schräge Anordnung der Zeilen und Spalten oder hexagonale Anordnungen der Kavitaten sind möglich. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Auswahl von Anordnungen von Kavitaten in einer Aufsicht.It is advisable to arrange the cavities in columns and rows. However, this arrangement does not necessarily have to be rectangular or even square, also e.g. B. oblique arrangement of the rows and columns or hexagonal arrangements of the cavities are possible. 2 shows an exemplary selection of arrangements of cavities in a top view.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfolien, wobei die Kavitaten in der Mikrokompartimentfolie durch erodierende oder spahnende Verfahren erzeugt werden. Ein geeignetes erodierendes Verfahren verwendet Laserstrahlung.The present invention also relates to a method for producing the composite films according to the invention, the cavities in the micro-compartment film being produced by eroding or machining processes. A suitable eroding process uses laser radiation.
Die Kavitaten können z. B. durch Nadeln, Prägen, 3D-Drucken, Erodieren, Ätzen, Abformen mit Gießmassen, Spritzguss, fotografische oder photolithographische Verfahren oder Interferenzmethoden in ein Trägermaterial bzw. in die Mikrokompartimentfolie gebracht werden. Wie solche mikrostrukturierten Oberflächen hergestellt werden können, ist z. B. in DE 29 29 313, WO 97/06468, US 4.512.848, DE 41 35 676, WO 97/13633 oder EP 0 580 052 beschrieben. Weitere Methoden zur Herstellung kleiner Strukturen beschreiben Younan Xia und George M. Whitesides in Angew. Chem. 1998, 110 568-594. Diese "Softlithographie" genannten Methoden ermöglichen die Herstellung von sehr ldeinen Strukturen im Bereich unterhalb von 1 μm bis ca. 35 nm. Eine weitere Methode ist das Mikrofräsen eines Masters, mit dem Platten oder Folien mit der gewünschten MikroStruktur hergestellt werden können. Der Master stellt eine Negativform dar. Diese kann dann in einem Präge-, Guss- oder Spritzgussverfahren abgeformt werden.The cavitates can e.g. B. by needling, embossing, 3D printing, eroding, etching, molding with molding compounds, injection molding, photographic or photolithographic processes or interference methods in a carrier material or in the micro-compartment film. How such microstructured surfaces can be produced is e.g. B. in DE 29 29 313, WO 97/06468, US 4,512,848, DE 41 35 676, WO 97/13633 or EP 0 580 052. Younan Xia and George M. Whitesides in Angew describe further methods for producing small structures. Chem. 1998, 110 568-594. These methods, called "soft lithography", enable the production of very thin structures in the range from below 1 μm to approximately 35 nm. Another method is the micro-milling of a master, with which plates or foils with the desired microstructure can be produced. The master represents a negative form. This can then be embossed, cast or Injection molding processes are molded.
Alternativ kann auch eine unstrukturierte Folie mit Kavitaten der gewünschten Dimensionen und Formen versehen werden. Hier bieten sich ebenfalls erodierende oder spahnende Methoden wie Laserstrahlung oder Bohren/Fräsen z. B. mit einer CNC-Maschine an.Alternatively, an unstructured film can be provided with cavities of the desired dimensions and shapes. There are also eroding or machining methods such as laser radiation or drilling / milling z. B. with a CNC machine.
Das Trägermaterial der Kavitaten, d. h. die Mikrokompartimentfolie kann optisch transparent, farblos oder gefärbt sein. Die Steuerelektroden sind jeweils über- und unterhalb der Kavitaten an der Trägerschicht angebracht, wobei die oberhalb der Kavitaten angeordnete, d. h. zwischen dem Betrachter und der Kavität liegende Elektrode selbstverständlich ebenso transparent oder gefärbt wie das Trägermaterial sein kann. Die unterhalb den Kavitaten angebrachte Steuerelektrode wird, um die Spannungen der Elektroden gering zu halten, meist zwischen der Beleuchtungseinheit und den Kavitaten angebracht werden und sollte dann transparent sein.The carrier material of the cavitates, i.e. H. the micro-compartment film can be optically transparent, colorless or colored. The control electrodes are attached above and below the cavitates on the carrier layer, the one arranged above the cavitates, i. H. The electrode lying between the viewer and the cavity is of course as transparent or colored as the support material can be. In order to keep the voltages of the electrodes low, the control electrode located below the cavities is usually placed between the lighting unit and the cavities and should then be transparent.
Sind Trägermaterial, Suspensionsflüssigkeit und Elektroden transparent, kann die erfindungsgemäße Spiegel-Verbundfolie zwischen mindestens zwei unterschiedlichen optisch transparenten Zuständen geschaltet werden.If the carrier material, suspension liquid and electrodes are transparent, the mirror composite film according to the invention can be switched between at least two different optically transparent states.
Im Idealfall bedeutet dies das Umschalten der Verbundfolie zwischen „optisch transparent" und „spiegelnd".Ideally, this means switching the composite film between "optically transparent" and "reflective".
Optische Transparenz oder nicht-Transparenz, d. h. „spiegelnd", stellen die Extremschaltzustände dar. In der Praxis wird eine weitgehende Transparenz/nicht-Transparenz z. B. für das Abdunkeln oder Dimmen von Fenstern z. B. für verbesserten Wärmeschutz ausreichend sein.Optical transparency or non-transparency, i. H. The "extreme" switching states represent "specular". In practice, extensive transparency / non-transparency, for example for darkening or dimming windows, for example for improved thermal insulation, will be sufficient.
Als Trägermaterial der Kavitaten, d. h. als Mikrokompartimentfolie, eignen sich alle mechanisch oder lithographisch bearbeitbaren Polymere wie beispielsweise Thermoplaste, Polycarbonate, Polyurethane, Polysiloxane, Polyolefine wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, COC (Cyclo- Olefinische Copolymere), Polystyrol, oder ABS-Polymerisate, PMMA, PVC, Polyester, Polyamide, thermoplastische Elastomere oder vernetzende Werkstoffe, wie UV-härtende Acrylatlacke, aber auch Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder Polymere aus Perfluoralkyoxyverbindungen, sei es als Homo- oder Copolymer oder als Mischungsbestandteil eines Polymerblends.All mechanically or lithographically editable polymers such as thermoplastics, polycarbonates, polyurethanes, polysiloxanes, polyolefins such as, for example, are suitable as carrier material for the cavitates, ie as a micro-compartment film. B. polyethylene, polypropylene, COC (cyclo-olefinic copolymers), polystyrene, or ABS polymers, PMMA, PVC, polyester, polyamides, thermoplastic elastomers or crosslinking materials, such as UV-curing Acrylate paints, but also polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or polymers made from perfluoroalkyoxy compounds, be it as a homo- or copolymer or as a component of a blend of a polymer blend.
Die Kavitaten können abgesehen von dem konischen oder kegelförmigen Tiefenverlauf in der Aufsicht jede beliebige Form aufweisen. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Auswahl. Zweckmäßig besitzen die Kavitaten an der dem Auge des Betrachters zugewendeten Seite (Aufsichtfläche) eine runde, ovale, dreieckige, rechtecldge, quadratische, sechsecldge oder achteckige Fläche.Apart from the conical or conical shape of the depth, the cavities can have any shape when viewed from above. 2 shows an exemplary selection. The cavities expediently have a round, oval, triangular, right-angled, square, hexagonal or octagonal surface on the side facing the viewer's eye (viewing surface).
Die Aufsichtfläche der Kavitaten sollte größer als 10 000 μm2, bevorzugt größer als 40 000 μm2, besonders bevorzugt größer als 62 500 μm2 und ganz besonders bevorzugt größer als 250 000 μm2 sein.The surface area of the cavities should be larger than 10,000 μm 2 , preferably larger than 40,000 μm 2 , particularly preferably larger than 62,500 μm 2 and very particularly preferably larger than 250,000 μm 2 .
Die Tiefe der Kavitaten kann unabhängig von der sichtbaren Fläche zwischen 20 und 250 μm, bevorzugt zwischen 30 und 200 μm, ganz besonders bevorzugt 50 bis 100 μm betragen.The depth of the cavities can be between 20 and 250 μm, preferably between 30 and 200 μm, very particularly preferably 50 to 100 μm, regardless of the visible area.
Die Stegbreiten zwischen den einzelnen Kavitaten an der Oberseite der Mikrokompartimentfolie sollten so gering wie möglich gehalten werden; bevorzugt sind Stege mit einer Breite von 2 - 50 μm, besonders bevorzugt 5 - 25 μm. Die Steg-Oberseiten der Mikrokompartimentfolie können lichtundurchlässig beschichtet oder verspiegelt werden. So kann z. B. eine Aluminiumkaschierung, Metallbeda pfüng oder eine TiO2-Beschichtung vorgenommen werden. Dies verhindert den unerwünschten Lichtaustritt an den Stegen, wenn der Lichtaustritt über die Kavitaten durch die elektrophoretisch mobilen Partikel blockiert ist.The web widths between the individual cavities on the top of the micro-compartment film should be kept as small as possible; webs with a width of 2-50 μm are preferred, particularly preferably 5-25 μm. The top of the web of the micro-compartment film can be opaque coated or mirrored. So z. B. an aluminum lamination, metal bedding or a TiO 2 coating can be made. This prevents unwanted light from escaping from the webs when the light from the cavities is blocked by the electrophoretically mobile particles.
Nachdem die Trägerschicht mit den gewünschten Kavitaten ausgerüstet worden ist, werden die Kavitaten mit den elektrophoretisch mobilen Partikeln und der Suspensionsflüssigkeit gefüllt. Dies kann z. B. mittels durch Einschlämmen und Abrakeln der überschüssigen Suspension, durch direktes Einrakeln/Emstreichen der Suspension, mittels Tintenstrahltechnik in einem Druckvorgang oder durch Selbstfüllung mittels Kapillarkräfte erfolgen. Durch diese Maßnahmen werden die Partikelsuspensionen direkt in die Kavitaten eingebracht. Die Kavitaten müssen anschließend verkapselt oder versiegelt werden. Die Füllung kann auch durch die Kapillarkräfte über feine Kanäle erfolgen, wobei die Kavitaten vor dem Füllvorgang verschlossen sind. Zweckmäßig erfolgt dies mit einer Deckfolie, die dicht mit der Mikrokompartimentfolie bzw. mit den Stegen der Kavitaten verbunden wird. Zur Versiegelung der Kavitaten können diverse Verfahren zum Einsatz kommen, wie z. B. :After the carrier layer has been provided with the desired cavitates, the cavitates are filled with the electrophoretically mobile particles and the suspension liquid. This can e.g. B. by slurrying and scraping off the excess suspension, by direct knife-coating / coating of the suspension, by means of ink-jet technology in one printing process or by self-filling by means of capillary forces. Through these measures, the particle suspensions are introduced directly into the cavities. The cavities must then be encapsulated or sealed. The filling can also be done through the Capillary forces occur via fine channels, the cavities being closed before the filling process. This is expediently carried out with a cover film which is tightly connected to the micro-compartment film or to the webs of the cavities. Various methods can be used to seal the cavities, e.g. B.:
- Verkleben oder thermisches Verschmelzen (Mikrowellenerwärmung, Kontakt- oder Reibschweißen, Schmelzkleber, Heißlaminierung)- Gluing or thermal fusion (microwave heating, contact or friction welding, hot melt adhesive, hot lamination)
- Reaktivharze, insbesondere UV-härtend (z. B. Acrylat-Dispersionen) oder 2- Komponenten-Systeme (z. B. Polyurethan-Lacksysteme), die sich nicht mit der Pigmentsuspension mischen, Grenzflächenpolymerisation, Grenzflächenpoly- kondensation und andere Verfahren, die z. B. auch im Bereich der Mikroverkapselungstechnologien angewandt werden, wie z. B. in "Microencapsulation: methods and industrial applications", Ed. S. Benita, Marcel Dekker, Inc. NY /1996 für die Verkapselung spherischer Partikel beschrieben.- Reactive resins, in particular UV-curing (e.g. acrylate dispersions) or 2-component systems (e.g. polyurethane coating systems) that do not mix with the pigment suspension, interfacial polymerization, interfacial polycondensation and other processes that z. B. also be applied in the field of microencapsulation technologies, such as. B. in "Microencapsulation: methods and industrial applications", Ed. S. Benita, Marcel Dekker, Inc. NY / 1996 for the encapsulation of spherical particles.
Es können auch bereits verkapselte Suspensionen von elektrophoretisch mobilen Partikeln d. h. vorbereitete Kapseln eingesetzt werden. Diese vorbereiteten Kapseln können, wie in Fig. 3 gezeigt, in die Kavitaten der Mikrokompartimentfolie eingepresst oder eingedrückt werden. Die so gefüllten Kavitaten müssen anschließend wieder mit einer Deckfolie versiegelt werden. Diese Technik vermindert bei einem entsprechend angepasstem Verhältnis zwischen Kapselgröße und Mikrokompartiment-Größe die Anforderungen an die Stabilität des Kapselwandmaterials für den praktischen Gebrauch deutlich, da die Kapseln durch die Stege der Mikrokompartimentfolie umschlossen werden. Weiterhin erzwingt die Einordnung der Kapseln in die vorbereiteten Kavitaten eine regelmäßige Anordnung der Kapseln.Suspensions of electrophoretically mobile particles which have already been encapsulated can also be used. H. prepared capsules are used. As shown in FIG. 3, these prepared capsules can be pressed or pressed into the cavities of the micro-compartment film. The cavities filled in this way must then be sealed again with a cover film. With a correspondingly adjusted ratio between capsule size and micro-compartment size, this technique significantly reduces the requirements for the stability of the capsule wall material for practical use, since the capsules are enclosed by the webs of the micro-compartment film. Furthermore, the classification of the capsules in the prepared cavities forces a regular arrangement of the capsules.
Wichtig bei beiden Varianten ist, dass bei der Versiegelung möglichst keine Luft- oder sonstigen Gaseinschlüsse erfolgen, keine Reaktionen zwischen dem Suspensionsmedium oder den Mikropartikeln der Suspension und der Kapselschicht auftreten und dass keine Leckagen zur Umgebung bzw. Verbindungen zwischen den einzelnen Kavitaten existieren.It is important in both variants that there is no air or other gas inclusion when sealing, that there are no reactions between the suspension medium or the microparticles of the suspension and the capsule layer and that there are no leaks to the environment or connections between the individual cavities.
Die Kavitaten bzw. die vorbereiteten Kapseln können mit einer Suspension oder mit melueren Suspensionen, die optisch transparent oder nicht-transparent sein können, gefüllt werden.The cavitates or the prepared capsules can be mixed with a suspension or melu Suspensions that can be optically transparent or non-transparent are filled.
Nicht-transparente Suspensionen können gefärbt sein oder matt schwarz sein. Dies ist insbesondere bei Spiegelsystemen für Kraftfahrzeuge interessant, da so ein kontinuierlicher Abblendeffekt in Rückspiegeln oder Scheinwerfern erzeugt werden kann.Non-transparent suspensions can be colored or matt black. This is of particular interest in the case of mirror systems for motor vehicles, since it enables a continuous dimming effect to be produced in rear-view mirrors or headlights.
Weiterhin ist es möglich, auf eine Farbgebung durch die Suspension zu verzichten, d. h. die Kavitaten neben den Partikeln mit einer optisch transparenten und farblosen Suspensionsflüssigkeit zu füllen. Als optisch transparente und farblose Flüssigkeiten eignen sich z. B. unpolare organische Flüssigkeiten wie Paraffin- oder Isoparaffin-Öle, niedermolekulare oder niedrigviskose Silikon-Öle.Furthermore, it is possible to dispense with coloring by the suspension, i. H. fill the cavities with the particles with an optically transparent and colorless suspension liquid. As optically transparent and colorless liquids such. B. non-polar organic liquids such as paraffin or isoparaffin oils, low molecular or low viscosity silicone oils.
Die Suspensionsflüssigkeiten können weiterhin optisch transparent und gefärbt sein. Gefärbte Suspensionen müssen eine lichtechte Farbe aufweisen und dürfen keine Reaktionen mit dem Material der Milαrokompartimentfolie oder der Deckschicht eingehen. Sie können weiterhin fluoreszierende oder phosphoreszierende Substanzen enthalten. Die Verwendung von fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Substanzen ermöglicht spezielle optische Effekte. Als Fluoreszenzfarbstoffe eignen sich z. B. Cumarin 314T der Firma Acros Organics oder Pyromethene 580.The suspension liquids can also be optically transparent and colored. Colored suspensions must have a lightfast color and must not react with the material of the micro-compartment film or the top layer. They can also contain fluorescent or phosphorescent substances. The use of fluorescent or phosphorescent substances enables special optical effects. As fluorescent dyes are such. B. Coumarin 314T from Acros Organics or Pyromethene 580.
Die Herstellung der zwischen 0,1 und 120 μm, bevorzugt zwischen 3 und 70 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 μm im Durchmesser, bzw. an der breitesten Stelle bei Verwendung von Partikel mit einem Formfaktor, betragenden elektrophoretisch mobilen Partikel kann in Anlehnung an WO 98/41898, WO 98/41899 oder WO 98/0396 erfolgen. Dies beeinhaltet die bereits erwähnte Umhüllung der Pigmente mit organischen und/oder polymeren Materialien und/oder die Verwendung der reinen Pigmente, die z. B. durch Behandlung von ladungskontrollierenden Additiven (siehe insbesondere WO 98/41899) mit elektrischen Ladungen versehen worden sind.The production of the electrophoretically mobile particles which are between 0.1 and 120 μm, preferably between 3 and 70 μm, particularly preferably between 5 and 60 μm in diameter, or at the widest point when using particles with a form factor, can be based on WO 98/41898, WO 98/41899 or WO 98/0396. This includes the already mentioned coating of the pigments with organic and / or polymeric materials and / or the use of the pure pigments, which, for. B. have been provided with electrical charges by treatment of charge-controlling additives (see in particular WO 98/41899).
Die Partikel müssen in der Suspensionsflüssigkeit frei beweglich sein, sodass sich die Partikel aufgrund ihrer Ladung je nach angelegtem elektrischen Feld zu einer der Elektroden bewegen können. Der "Aus'7"Ein"-Zustand einer Kavität, d. h. die makroskopisch wahrnehmbare Farbe bzw. das Reflexionsvermögen ist daher durch die räumliche Anordnung der Partikel bestimmt und kann durch das elektrische Feld gesteuert werden.The particles must be able to move freely in the suspension liquid so that the particles move to one of the electrodes due to their charge, depending on the applied electric field can. The "off'7" on "state of a cavity, ie the macroscopically perceptible color or the reflectivity is therefore determined by the spatial arrangement of the particles and can be controlled by the electric field.
Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Verbundfolie, wobei a) Deckschicht b) Frontelektrode c) Mikrokompartimentfolie mit Kavitaten und d) Gegenelektrode bezeichnen.4 shows an exemplary structure of a composite film according to the invention, in which a) top layer b) front electrode c) microcompartment film with cavities and d) counter electrode.
Sind die Partikel durch das elektrische Feld an der dem Betrachter abgewendeten Seite der Kavitaten (Grundfläche, "b" in Fig. 1) lokalisiert, so sind die Partikel für den Betrachter nicht oder nur wenig sichtbar, und das einfallende Licht kann nahezu ungehindert durch die Suspensionsflüssigkeit und das Trägermaterial durchtreten bzw. es findet weitgehend keine Reflexion des Lichts an den Partikeln statt (Kavität f in Fig. 4). In Kavität g in Fig. 4 sind die Partikel an der dem Betrachter zugewandten Seite der Kavitaten lokalisiert und reflektieren so einfallendes Licht. Es resultiert eine Spiegelfläche, wobei nur noch Stege des Trägermaterials sichtbar sind. Die Stege der Mikrokompartimentfolie sollten daher so dünn wie möglich ausgeführt werden und/oder eine lichtundurchlässige bzw. verspiegelte Beschichtung aufweisen.If the particles are localized by the electric field on the side of the cavities facing away from the viewer (base area, "b" in FIG. 1), the particles are not or only slightly visible to the viewer, and the incident light can be almost unimpeded by the The suspension liquid and the carrier material pass through or there is largely no reflection of the light on the particles (cavity f in FIG. 4). The particles are located in cavity g in FIG. 4 on the side of the cavities facing the viewer and thus reflect incident light. The result is a mirror surface, with only webs of the carrier material being visible. The webs of the micro-compartment film should therefore be made as thin as possible and / or have an opaque or mirrored coating.
Zur Ansteuerung der Kavitaten bzw. der Partikel sind zwei Elektroden (b und e in Fig. 4) nötig, von denen bevorzugt die Frontelektrode (b in Fig. 4) dem einfallenden Licht gegenüber weitgehend transparent sein sollte.To control the cavities or the particles, two electrodes (b and e in FIG. 4) are necessary, of which the front electrode (b in FIG. 4) should preferably be largely transparent to the incident light.
Die Ansteuerung der Elektroden, d. h. im Extremfall die Adressierung von einzelnen Kavitaten kann z. B. durch eine Reihen-/Spaltenanordnung von Schaltereinheiten gemäß WO 97/04398 erfolgen. Sind die Kavitaten für eine Einzelansteuerung zu klein, so werden mehrere Kavitaten pro Schalter einheit geschaltet.The control of the electrodes, i. H. in extreme cases, the addressing of individual cavities can e.g. B. by a row / column arrangement of switch units according to WO 97/04398. If the cavities are too small for a single control, several cavities are switched per switch unit.
Es wäre wünschenswert, die Schaltzustände der Verbundfolien auch ohne äußeres elektrisches Feld über einen längeren Zeitraum sichtbar zu machen.It would be desirable to have the switching states of the composite films without external electrical Make the field visible over a longer period of time.
Rheologisch kontrollierbare Suspensionen, die elektrophoretisch mobile Partikel enthalten sind zur Darstellung von Schaltzuständen, die auch ohne äußeres elektrisches Feld über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben, geeignet. Solche Suspensionen sind z. B. in DE 100 21 984.5 beschrieben.Rheologically controllable suspensions, which contain electrophoretically mobile particles, are suitable for displaying switching states that persist over a longer period of time even without an external electric field. Such suspensions are e.g. B. described in DE 100 21 984.5.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Suspension mit elektrophoretisch mobilen Partikel zusätzlich elektrorheologisch wirksame Additive. Der elektrorheologische Effekt ist hier bevorzugt negativ.In a further embodiment of the present invention, the suspension with electrophoretically mobile particles additionally contains electrorheologically active additives. The electrorheological effect is preferably negative here.
Mit Hilfe der Suspension mit einem negativen elektrorheologischen Effekt werden bistabile Verbundfolien erhalten. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes orientieren sich die elektrophoretisch mobilen Partikel gemäß ihrer Ladung im Feld, d. h. der äußere Betrachter nimmt entweder die Reflexion der Partikel oder die Farbe der Suspensionsflüssigkeit wahr. Die Partikel können sich bei angelegten elektrischem Feld ungehindert in der Suspension bewegen. Wird das elektrische Feld entfernt, so steigt die Viskosität der elektrorheologischen Suspension stark an und die Partikel werden in ihrem gerade eingenommenen Ordnungszustand weitgehend fixiert. Das eingestellte Reflexionsvermögen der Verbundfolie wird entsprechend fixiert, so dass diese auch ohne äußeres elektrisches Feld stabil bleibt.With the help of the suspension with a negative electrorheological effect, bistable composite films are obtained. When an electric field is applied, the electrophoretically mobile particles orient themselves according to their charge in the field, i.e. H. the external viewer perceives either the reflection of the particles or the color of the suspension liquid. The particles can move freely in the suspension when an electric field is applied. If the electric field is removed, the viscosity of the electrorheological suspension rises sharply and the particles are largely fixed in the order state they have just taken. The set reflectivity of the composite film is fixed accordingly so that it remains stable even without an external electrical field.
Die erfindungsgemäßen Verbundfolien können sehr dünn (2 bis 5 mm) sein und eignen sich daher insbesondere für dreidimensional geformte Objekte, wie z. B. die Innenseite von konraven Hohlräumen wie Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge.The composite films of the invention can be very thin (2 to 5 mm) and are therefore particularly suitable for three-dimensionally shaped objects, such as. B. the inside of concave cavities such as headlights for motor vehicles.
Um in der Erfindung eingesetzten Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt zu erhalten, können als elektrorheologisch wirksames Additiv entweder eine gelöste Substanz oder elektrophoretisch mobile Partikel mit einem negativen elektrorheologischen Effekt eingesetzt werden.In order to obtain suspensions with a negative electrorheological effect used in the invention, either a dissolved substance or electrophoretically mobile particles with a negative electrorheological effect can be used as the electrorheologically active additive.
Es ist möglich, das die Suspension mehrere Partikelarten enthält, von denen mindestens eine den negativen elektrorheologischen und mindestens eine weitere Partikelart den elektrophoretischen Effekt zeigt.It is possible that the suspension contains several types of particles, at least one of which negative electrorheological and at least one other particle type shows the electrophoretic effect.
Suspensionen der Flüssigkeiten, die in An- oder Abwesenheit eines elektrischen Feldes ihre Viskosität ändern (elektrorheologischer Effekt, ER) sind bekannt. Es wird in der Literatur zwischen den positiven und negativen ER unterschieden, wobei die Viskosität beim positiven ER mit steigender elektrischer Feldstärke ansteigt, beim negativen ER sinkt. Die Ursache von positiven und negativem ER sind noch nicht vollständig bekannt (z. B. T. Uemura et al., Polym. Prep. ACS, Div. Polym. Chem., 1994, 35(2), 360-361; K. Minagawa et al., Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol 9 8/1998, 626-631; H.C. Conrad et al., J. Rheol. 41(2) 1997, 267-281; O. Quadrat et al., Langmuir 2000, 16, 1447-1449; C. Zukowski IV et al. J. Chem. Soc, Faraday Trans. I, 1989, 85(9), 2785-2795; T. Hao et al., Langmuir 1999, 15, 918-921); werden jedoch auf eine Nachordnung von Molekülen aufgrund van-der- Waals-Wechselwirkungen zurückgeführt, die bei Anlegen eines elektrischen Feldes überwunden werden.Suspensions of liquids that change their viscosity in the presence or absence of an electrical field (electrorheological effect, ER) are known. A distinction is made in the literature between positive and negative ERs, the viscosity of the positive ER increasing with increasing electric field strength and decreasing of the negative ER. The cause of positive and negative ER are not yet fully known (e.g. BT Uemura et al., Polym. Prep. ACS, Div. Polym. Chem., 1994, 35 (2), 360-361; K. Minagawa et al ., Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol 9 8/1998, 626-631; HC Conrad et al., J. Rheol. 41 (2) 1997, 267-281; O. Quadrat et al., Langmuir 2000, 16, 1447-1449; C. Zukowski IV et al. J. Chem. Soc, Faraday Trans. I, 1989, 85 (9), 2785-2795; T. Hao et al., Langmuir 1999, 15, 918-921 ); are attributed to a reordering of molecules due to van der Waals interactions, which are overcome when an electric field is applied.
Für ein in der Suspensionsflüssigkeit gelöstes Additiv mit einem negativen elektrorheologischen Effekt eignen sich z. B. Polykondensate aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block-(polethylen-co-propylen).For an additive dissolved in the suspension liquid with a negative electrorheological effect, z. B. hydrated polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or polymethyl methacrylate as the alkali salt or as a blend with polystyrene block (polyethylene-co-propylene).
Für die vorliegende Erfindung ist nur der negative elektrorheologische Effekt der Suspension wichtig. Es sind Substanzen, Flüssigkeiten oder Suspensionen bekannt, die neben einem Theologischen, d. h. viskositätsverändernden Effekt einen Flüssigkristallinen-Effekt (LCD) bei Anlegen eines elektrischen Feldes zeigen.Only the negative electrorheological effect of the suspension is important for the present invention. Substances, liquids or suspensions are known which, in addition to a theological, i.e. H. viscosity-changing effect show a liquid crystal effect (LCD) when an electric field is applied.
Dieser zusätzliche, die optischen Eigenschaften der Suspension bzw. der Verbundfolie negativ beeinflussende LCD-Effekt hat mit dem negativen elektrorheologischen Effekt der Suspension nichts gemein und ist hier nicht erwünscht.This additional LCD effect, which has a negative influence on the optical properties of the suspension or the composite film, has nothing in common with the negative electrorheological effect of the suspension and is not desired here.
Ein solcher LCD-Effekt ist ein elektrorheologischer Effekt, der bei Suspensionen von nicht mischbaren flüssigkristallinen Substanzen, wie sie z. B. von Tajiri (Tajiri et al., J.Rheol., 41(2), 335 (1997)) beschrieben werden, auftreten kann. Mischungen aus Umgebungs-(Suspensions-) Matrix und flüssigkristallinen Substanzen fuhren zu phasenseparierten Morphologien, bei denen die flüssigkristalline Phase bei angelegtem elektrischen Feld ein höheres Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) in Feldrichtung ausbildet. Die Phasenseparierung der flüssigkristallinen Susb stanzen kann zu einer unerwünschten Änderung der optischen Eigenschaften der Suspension führen.Such an LCD effect is an electrorheological effect, which is not the case with suspensions miscible liquid-crystalline substances, such as, for. B. by Tajiri (Tajiri et al., J. Rheol., 41 (2), 335 (1997)) can occur. Mixtures of the surrounding (suspension) matrix and liquid-crystalline substances lead to phase-separated morphologies, in which the liquid-crystalline phase forms a higher aspect ratio (length / diameter) in the field direction when an electric field is applied. The phase separation of the liquid crystalline Susb punch can lead to an undesirable change in the optical properties of the suspension.
In der Literatur werden Systeme von flüssigen, inhomogenen Blends beschrieben, die nicht auf flüssigkristallinen Substanzen basieren, sondern eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzen (z. B. Kimura et al., J. Non-Newtonian Fluid Mech. 76 (1998) 199-211), wobei die optischen Eigenschaften und die Dielektrizitätskonstante, wie dem Fachmann bekannt, modifiziert werden können.In the literature, systems of liquid, inhomogeneous blends are described which are not based on liquid-crystalline substances but have a higher dielectric constant (e.g. Kimura et al., J. Non-Newtonian Fluid Mech. 76 (1998) 199-211) , wherein the optical properties and the dielectric constant can be modified as known to the person skilled in the art.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit elektrorheologischen Suspensionen sind daher nur Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt einsetzbar, die keine oder nur geringe optische Veränderungen bei einem angelegten elektrischen Feld zeigen.In the embodiment of the present invention with electrorheological suspensions, therefore, only suspensions with a negative electrorheological effect can be used which show no or only slight optical changes when an electrical field is applied.
Um die in der Erfindung eingesetzten Suspensionen mit einem negativen elektrorheologischen Effekt zu erhalten, kann die Suspension ala Additiv entweder eine gelöste Substanz oder elektrophoretisch mobile Partikel enthalten, die den negativen elektrorheologischen Effekt zeigen.In order to obtain the suspensions used in the invention with a negative electrorheological effect, the suspension ala additive can either contain a dissolved substance or electrophoretically mobile particles which show the negative electrorheological effect.
Die in der Suspension gelösten Substanzen sind in der Regel polymerer Natur und daher nur bis zu einem bestimmten Molgewicht in der Suspensionsflüssigkeit löslich. Welche Substanz in welcher Flüssigkeit ausreichend löslich ist, kann durch orientierende Versuche unschwer ermittelt werden.The substances dissolved in the suspension are generally polymeric in nature and therefore only soluble in the suspension liquid up to a certain molecular weight. Which substance is sufficiently soluble in which liquid can easily be determined by means of orientation tests.
Es ist ebenso möglich, die o. g. Substanzen in Partikelform, d. h. als Partikel, die nicht elektrophoretisch mobil sind, als elektrorheologische Kontrollsubstanz (rheological control agent, RCA) einzusetzen. Weiterhin können die elektrophoretisch mobilen, die Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichenden Partikel selbst den erforderlichen negativen elektrorheologischen Effekt zeigen. Dies kann z. B. durch eine Umhüllung von elektrophoretisch mobilen Partikeln mit Polykondensaten aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p- Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block-(polethylen-co-propylen) erfolgen.It is also possible to use the abovementioned substances in particle form, ie as particles which are not electrophoretically mobile, as an electrorheological control substance (rheological control agent, RCA). Furthermore, the electrophoretically mobile particles, which allow total reflection of the incident light, can themselves show the required negative electrorheological effect. This can e.g. B. hydrated by coating electrophoretically mobile particles with polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or polymethyl methacrylate as alkali salt or as a blend with polystyrene block (polyethylene-co-propylene).
Die Partikel können zusätzlich zu der Umhüllung mit RCA-Substanzen eine Umhüllung mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden, entweder über oder zweckmäßig unter der RCA-Substanz aufweisen.In addition to the coating with RCA substances, the particles can have a coating with polyacrylates, polymethacrylates, polyurethanes or polyamides, either above or expediently below the RCA substance.
Die elektrophoretisch mobilen Partikel selbst können anorganische oder organische Pigmente wie z. B. TiO2, Al2O3, ZrO2, FeO, Fe2O3, Ruß, Fluoreszenzpigmente, Phtallocyanide, Porphyrine oder Azofarbstoffe enthalten. Solche Partikel können wieder eine Umhüllung aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden besitzen.The electrophoretically mobile particles themselves can contain inorganic or organic pigments such as e.g. B. TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , FeO, Fe 2 O 3 , carbon black, fluorescent pigments, phthalocyanides, porphyrins or azo dyes. Such particles can again have a coating made of polyacrylates, polymethacrylates, polyurethanes or polyamides.
Schließlich ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundfolien Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Aufgrund der Schaltbarkeit, sowie der flachen und optional flexiblen Bauweise können die Spiegel- Verbundfolien insbesondere für neuartige Konstrulctionen von Spiegelflächen, insbesondere zur Herstellung von Fensterscheiben, Abdeckungen, Gewächshausdächern, Reflektoren, Verpackungen, Textilien, Brillen, Signalen, Autospiegeln, Auto Scheinwerfern, Spielzeug oder Sonnenschutzvorrichtungen verwendet werden. Finally, the use of the composite films according to the invention is the subject of the present invention. Due to the switchability, as well as the flat and optionally flexible design, the mirror composite films can be used in particular for novel designs of mirror surfaces, in particular for the production of window panes, covers, greenhouse roofs, reflectors, packaging, textiles, glasses, signals, car mirrors, car headlights, toys or Sun protection devices are used.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verbundfolien mit elektrisch schaltbaren, optisch-reflektiven Eigenschaften, aufgebaut aus zwei Steuerelektroden und einer Mikrokompartimentfolie mit Kavitaten, die elektro- phoretisch mobile Partikel in einer Suspensionsflüssigkeit enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitaten in der Mikrokompartimentfolie einen konischen oder kegelartigen Tiefenverlauf zeigen, wobei das Verhältnis der Aufsichtfläche der Kavitaten zu deren Grundfläche größer 1.5 ist und die elektrophoretisch mobilen Partikel eine Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichen.1. Composite foils with electrically switchable, optically reflective properties, made up of two control electrodes and a micro-compartment foil with cavities which contain electrophoretically mobile particles in a suspension liquid, characterized in that the cavities in the micro-compartment foil show a conical or conical depth profile, whereby the ratio of the surface area of the cavities to their base area is greater than 1.5 and the electrophoretically mobile particles allow total reflection of the incident light.
2. Verbundfolien nach gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokompartimentfolie optisch transparent ist.2. Composite films according to claim 1, characterized in that the micro-compartment film is optically transparent.
3. Verbundfolien nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsflüssigkeit optisch transparent und farblos ist.3. Composite films according to claims 1 or 2, characterized in that the suspension liquid is optically transparent and colorless.
4. Verbundfolien nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsflüssigkeit optisch transparent und gefärbt ist.4. Composite films according to claims 1 or 2, characterized in that the suspension liquid is optically transparent and colored.
5. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen, die Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichenden Partikel eine flächige Geometrie mit einem Formfaktor (Dicke : Durchmesser) von 1 : 5 bis 1 : 1.000 aufweisen.5. Composite films according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrophoretically mobile particles which allow total reflection of the incident light have a flat geometry with a form factor (thickness: diameter) of 1: 5 to 1: 1,000.
6. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen, die Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichenden Partikel mit einer oder mehreren Metallschichten und/oder Metalloxidschichten umhüllt sind oder ein oder mehrere Metalle und/oder Metalloxide in Form von flakes enthalten.6. Composite film according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrophoretically mobile particles that allow total reflection of the incident light are coated with one or more metal layers and / or metal oxide layers or contain one or more metals and / or metal oxides in the form of flakes.
7. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsichtfläche der Kavitaten größer als 10 000 μm2 ist.7. Composite films according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surface area of the cavities is larger than 10,000 μm 2 .
8. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitaten eine Tiefe von 20 bis 250 μm aufweisen.8. Composite films according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cavities have a depth of 20 to 250 microns.
9. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitaten in der Mikrokompartimentfolie an der Oberseite durch Stege mit einer Breite von 2 bis 50 μm von einander getrennt sind.9. Composite films according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cavities in the micro-compartment film are separated from one another at the top by webs with a width of 2 to 50 μm.
10. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Suspensionsflüssigkeit Additive mit einem elektrorheologischen Effekt enthalten sind.10. Composite films according to one of claims 1 to 9, characterized in that additives with an electrorheological effect are contained in the suspension liquid.
11. Verbundfolien nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv eine in der Suspensionsflüssigkeit homogen gelöste Substanz mit einem elektrorheologischen Effekt ist.11. Composite films according to claim 10, characterized in that the additive is a substance homogeneously dissolved in the suspension liquid with an electrorheological effect.
12. Verbundfolien nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als in der Suspensionsflüssigkeit gelöste Substanz mit einem elektrorheologischen Effekt Polykondensate aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p- Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block-(polyethylen-co-propylen) verwendet wird.12. Composite films according to claim 11, characterized in that as a substance dissolved in the suspension liquid with an electrorheological Effect polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or polymethyl methacrylate hydrated as alkali salt or used as a blend with polystyrene block (polyethylene-co-propylene).
13. Verbundfolien nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv elektrophoretisch mobile, die Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichende Partikel mit einem elektrorheologischen Effekt eingesetzt werden.13. Composite films according to claim 10, characterized in that as an additive, electrophoretically mobile particles which allow total reflection of the incident light and have an electrorheological effect are used.
14. Verbundfolien nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Suspension mehrere Partikelarten vorliegen, wobei mindestens eine Partikelart den elektrorheologischen Effekt und mindestens eine Partikelart den elektrophoretischen Effekt zeigt.14. Composite films according to claim 13, characterized in that several types of particles are present in the suspension, at least one type of particles showing the electrorheological effect and at least one type of particles showing the electrophoretic effect.
15. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel mit Polykondensaten aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol,15. Composite films according to one of claims 13 or 14, characterized in that the electrophoretically mobile particles with polycondensates of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol,
Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block- (polyethylen-co-propylen) umhüllt sind.Polymethyl methacrylate is hydrated as an alkali salt or coated with polystyrene block (polyethylene-co-propylene) as a blend.
16. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch nicht mobilen Partikel aus Phenylisocyanat und Polytetramethylenglycol oder p-Chlorophenylisocyanat und Polytetramethylenglycol, Polymethylmethacrylat als Alkalisalz hydratisiert oder als Blend mit Polystyrol-block- (polyethylen-co-propylen) bestehen.16. Composite films according to one of claims 13 or 14, characterized in that the electrophoretically non-mobile particles of phenyl isocyanate and polytetramethylene glycol or p-chlorophenyl isocyanate and polytetramethylene glycol, hydrated polymethyl methacrylate as the alkali salt or as a blend with polystyrene block (polyethylene co-propylene) consist.
17. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension in regelmäßig oder stochastisch angeordneten Kompartimenten mit einer unimodalen, bimodalen, monomodalen oder multimodalen Größenverteilung enthalten ist.17. Composite films according to one of claims 1 to 16, characterized in that the suspension is contained in regularly or stochastically arranged compartments with a unimodal, bimodal, monomodal or multimodal size distribution.
18. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen Partikel anorganische oder organische Pigmente enthalten.18. Composite films according to one of claims 1 to 17, characterized in that the electrophoretically mobile particles contain inorganic or organic pigments.
19. Verbundfolien nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen oder organischen Pigmente TiO2, Al2θ3, ZrO2, FeO, Fe2O3, Ruß, Fluoreszenzpigmente, Phtallocyanine, Porphyrine oder Azofarbstoffe enthalten.19. Composite films according to claim 18, characterized in that the inorganic or organic pigments contain TiO 2 , Al 2 θ 3 , ZrO 2 , FeO, Fe 2 O 3 , carbon black, fluorescent pigments, phthalocyanines, porphyrins or azo dyes.
20. Verbundfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretisch mobilen, die Totalreflexion des einfallenden Lichts ermöglichenden Partikel mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen oder Polyamiden umhüllt sind.20. Composite films according to one of claims 1 to 19, characterized in that the electrophoretically mobile particles which allow total reflection of the incident light are coated with polyacrylates, polymethacrylates, polyurethanes or polyamides.
21. Verfahren zu Herstellung von Verbundfolien mit elektrisch schaltbaren optisch-reflektiven Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitaten in der Milcrokompartimentfolie durch erodierende oder spahnende21. A method for producing composite films with electrically switchable optical reflective properties according to one of claims 1 to 20, characterized in that the cavities in the microcompartment film by eroding or chipping
Verfahren erzeugt werden.Procedures are generated.
22. Verwendung der Verbundfolien mit elektrisch schaltbaren optisch-reflektiven Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 20 für flexible Spiegelflächen.22. Use of the composite films with electrically switchable optical reflective properties according to one of claims 1 to 20 for flexible mirror surfaces.
23. Verwendung der Verbundfolien mit elektrisch schaltbaren optisch-reflektiven Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 20 für Herstellung von Fensterscheiben, Abdeckungen, Gewächshausdächern, Reflektoren, Verpackungen, Textilien, Brillen, Signalen, Autospiegeln, Autoscheinwerfern, Spielzeug oder Sonnenschutzvorrichtungen. 23. Use of the composite films with electrically switchable optical reflective properties according to one of claims 1 to 20 for the production of window panes, covers, greenhouse roofs, reflectors, packaging, textiles, glasses, signals, car mirrors, car headlights, toys or sun protection devices.
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