DE3133118A1

DE3133118A1 - "fluessigkristall und mit diesem betriebene temperaturanzeigevorrichtung"

Info

Publication number: DE3133118A1
Application number: DE19813133118
Authority: DE
Inventors: Jean 75014 Paris Billard; Jean-Claude 78470 St. Remy Dubois; Annie 75016 Paris Zann
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-29
Also published as: CH649574A5; US4410283A; JPS5783578A; FR2490666A1; FR2490666B1

Description

** PäfentaPft/välte * · ο -ι ο ο Λ Λ ρ

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsborgerstrasse19

8000 München 60

THOMSON - CSF 21. August 1981

173, Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 3453

Flüssigkristall und mit diesem betriebene Temperaturanzeigevorrichtung

Es sind sogenannte "wiederkehrend mesogene" Flüssigkristalle bekannt. Sie besitzen mindestens drei Mesophasen, wovon eine Mesophase eines ersten Typs eine Mesophase eines zweiten Typs einrahmt. Es trifft dies auf die "wiederkehrend nematischen"-Flüssigkristalle mit der nachstehenden Phasenfolge zu:

fest-nematisch-smektisch-nematisch-isotrope Flüssigkeit bei steigendem Temperaturverlauf.

Andererseits kennt man cholesterische Flüssigkristalle, welche Stoffe umfassen, deren Molekül eine sogenannte "Chiräl-Struktur" unter Ausbreitung in im wesentlichen einer Ebene, jedoch mit sehr unterschiedlichen Ausdehnungen in vom Mittelbereich des Moleküls ausgehenden Richtungen besitzt. Ihre optischen Eigenschaften sind als Funktion der Temperatur variabel und können zur Temperaturanzeige ausgenutzt werden.

Dr.Ha/Ma

S * «6 3 6

y-e-

Die Erfindung betrifft eine neue Gruppe von cholesterischen Flüssigkristallen mit wiederkehrenden Phasen. Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Gruppe der für die Temperaturanzeige brauchbaren Flüssigkristalle zu vergrößern. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung neuer Möglichkeiten auf dem Gebiet der kolorimetrischen Anzeige in verschiedenen Temperaturbereichen.

Betrachtet man einen bekannten cholesterischen Flüssigkristall, z.B. einen Cholesterinester der Formel:

CH₃

H - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH - CH₃

CH₃ Ch₃

worin R einen einfachen oder zusammengesetzten Rest bedeutet, so besitzt die cholesterische Mesophase eine Anordnung einmal in parallelen Ebenen und zum andern in Säulen, in welchen die chiralen Moleküle der verschiedenen Ebenen schraubenförmig angeordnet sind. Die Richtungen maximaler Ausdehnungen der Moleküle aufeinanderfolgender Ebenen drehen somit um Winkel, die etwa proportional dem Abstand sind, welcher zwei aufeinanderfolgende Ebenen trennt. Der so gebildete Schraubengang hängt von der Zusammensetzung der Substanz und von der Temperatur ab.

Im reflektierten Licht stellt man Farbänderungen fest, die darauf zurückzuführen sind, daß die mittlere reflektierte Lichtwellenlänge von dem Schraubengang und somit für einen gegebenen Flüssigkristall von der Umgebungstemperatur abhängt.

In den mit bekannten cholesterischen Flüssigkristallen arbeitenden Vorrichtungen bewirkt eine Temperaturerhöhung eine Verschiebung der Farbe des reflektierten Lichts von Rot nach Blau. Das stellt einen Nachteil dar_r denn es wäre eher wünschenswert/ daß bei einer Vorrichtung, welche den Benutzer auf das Überschreiten einer bestimmten Temperatur aufmerksam machen soll, der Übergang nach Rot (und nicht nach Blau) das Alarmsignal bildet.

Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil.

Der erfindungsgemäße Flüssigkristall enthält mindestens einen cholesterischen Kristall. Er kennzeichnet sich dadurch, daß er außerdem noch einen zweiten Flüssigkristall vom Typ "wiederkehrend nematisch"-enthält.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besitzt der wiederkehrend nematische Flüssigkristall die allgemeine Formel:

R¹ R-(O)-C OO - / σ > - X -< O >-CN

-/©)- COO-/ σ\ -X -/oVc

in welcher:

^{R = C}n ^H2n₊1 ^{Oder C}n ^H2n₊1° °^{der C}n ^H2n₊1^C00'

worin η einen Wert zwischen 2 und 10 besitzt:

R¹ = H oder CH₃,

und worin X ein organischer Rest, nämlich:

4 Φ · 6 4-

«1 ir * Λ ft

CH = N

CH = CH

C=C oder

COO

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist der cholesterische Flüssigkristall entweder ein Cholesterinester, z.B. ein Alkylcarboxylat, ein Chlorid oder ein Carbonat;

oder ein Stoff der Formel:

_ch₃

worin R" ein Alkylrest mit η Kohlenstoffatomen ist (n zwischen 1 und 10;

oder ein Cyanobxphenylderivat, nämlich ein Stoff der folgenden allgemeinen Formel:

worin R eine Alkyl-, eine Alkoxy- oder eine Alkylcarbonatgruppe ist.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Phasendiagramm eines wiederkehrend nematischen Flüssigkristalls, der ein Gemisch variabler Zusammensetzung zweier Bestandteile ist;

Fig. 2 ein analoges Diagramm im Fall eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalls; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mit einem erfindungsgemäßen Flüssigkristall betriebenen Vorrichtung.

Zur Erläuterung der Eigenschaften eines Flüssigkristall·-· gemischs vom Typ "wiederkehrend nematisch" dient das isobare Phasendiagramm von Fig. 1, welches als Funktion des Verhältnisses B/A zweier Bestandteile dieses Typs die Übergangsi.c?mperatüren in Grad Celsius (ausgehend von 70⁰C) dor verschiedenen Phasen wiedergibt. Die Bestandteile sind:

A: das 4-Octyloxybenzoyloxy-4 ' -cyanostuben;

B: das Nonanoat von p-Hydroxy-benzoyloxy-cyano-stilben.

Wie man sieht, befinden sich zwischen den Phasen K (fester Kristall) und I (isotrope Flüssigkeit) mindestens zwei Phasen N (nematisch), die eine Phase S (smektisch A) einfassen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird in analoger Weise in Fig. 2 das isobare Phasendiagramm eines Flüssigkristalls gezeigt, der durch Vermischen eines cholcsterischen Flüssigkristalls C mit dem bereits genannten Flüssigkristall A in einem Verhältnis

χ = C/A

erhaben wurde, wobei χ von 0 bis 1 geht und der Bestandteil C die folgende Bezeichnung hat:

3133113

C: 4-Decanoat von Cholesterin.

Bei einem Verhältnis χ zwischen z.B. 5 und 20 % beobachtet man mindestens eine cholesterische Phase N*, die von zwei smektischen Phasen (S_A) entsprechend dem Schema

^T1 ^T2 ^R3
fest-·?- S -v N* —> S -> N* —ν ] sotrope Flüssigkeit

umrahmt ist, wobei T., T„, T_ die Übergangstemperaturen zwischen Mesophasen sind.

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Toils einer Temperaturanzeigevorrichtung mit dem folgenden Aufbau:

Ein erfindungsgemäßer Flüssigkristall 2 ist zwischen einer durchsichtigen dünnen Platte 1 und einer Licht absorbierenden dünnen Platte 3 eingeschlossen.

Die dünne Platte 1 ist z.B. eine Polyesterfolie.

Die dünne Platte 3 ist z.B. eine Kunststoffolie, die eine beträchtliche Füllung Kohlepulver (Ofenruß) enthält.

Eine Lichtstrahlung 4 ergibt ein reflektiertes Licht 5, in welchem bestimmte Wellenlängen selektiv in Abhängigkeit von der Temperatur absorbiert sind, was Farbänderungen hervorruft, die eine Feststellung der Temperaturänderungen ermöglichen.

Mit einem erfindungsgemäßen Flüssigkristall beobachtet man eine Umkehrung der Reihenfolge der auftretenden Farben. In der Tat nimmt die reflektierte Wellenlänge mit der Temperatur zu. Die Vorrichtung reflektiert somit bei steigender Temperatur ein rotes Licht.

tt * «a *

no.

Das ist ein mit der Erfindung erzielter Vorteil, denn der Benutzer ist eher gewöhnt, eine sehr hohe Temperatur durch eine Rotanzeige als durch eine Blauanzeige angezeigt zu sehen.

Leers-eite

Claims

Dipl.-lng.

E. Prinz

Dipl.-Chem.

Dr. G. Hauser

E-rnsborgeistrasse 19

8000 München 60

Dipl.-Ing.

G. Leiser

THOMSON - CSF

173, Bd. Haussmann

75008 Paris / Frankreich

21. August 1981

Unser Zeichen: T 3453

Patentansprüche

1,. Flüssigkristall des mindestens einen ersten Stoff aus Molekülen mit Chiralstruktur enthaltenden Typs, dadurch gekennzeichnet, daß er noch einen zweiten Stoff vom wiederkehrend nematisehen Typ enthält.
2. Flüssigkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wiederkehrend nematische Flüssigkristall der allgemeinen Formel:

R¹ -\°/- COO- <^o\ -

entspricht, worin:

^{R = C}n ^H2n₊1 °^{der C}n ^H2n₊1° °^{der C}n ^H2n₊1^C0°

mit η = zwischen 2 und 10,

R' = H oder CH.

und X ist ein organischer Rest, nämlich:

"--' -'■- 3 Ί 331 18

CH = N. oder
CH = CH oder
CsC oder
COO.
3. Flüssigkristall nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Flüssigkristall ein Cholesterinester ist.
4. Flüssigkristall nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Cholesterinester ein Alkylcarbonat, ein Chlorid oder ein Carbonat ist.
5. Flüssigkristall nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stoff der Formel:

H - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH - CH₃

entspricht, worin R" ein Alkylrest mit zwischen 1 und 10 Kohlenstoffatomen ist.
6. Flüssigkristall nach einem der-Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stoff ein Cholesterinderivat von Cyanobiphenyl ist.
7. Flüssigkristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stoff 4-Decanoat von Cholesterin und der zweite Stoff 4-Octyloxybenzoyloxy-4'-cyanostilben ist.
8. Mit einem Flüssigkristall gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche betriebene Temperaturanzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall zwischen einer durchscheinenden und einer Licht absorbierenden dünnen Platte eingeschlossen ist.